CN105378277A - 用于提供补充的水性热能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于收集、存储和输送水性热能的系统和方法。在一个具体的实施方案中，浮膜保持位于薄膜下的水的体积中的太阳能。从薄膜的下表面悬挂的一系列的帘幕限定在膜的周边和膜的中心之间的通道以引导在膜的中心的被加热的水。被加热的水被循环以传递热量至离解反应器和/或供体物质。供体被输送到反应器中并被离解。

Description

用于提供补充的水性热能的系统和方法

对相关申请的交互引用

本申请要求2013年2月11日提交的美国申请13/784,141的优先权，其是2012年8月13日提交的美国申请号13/584,773的部分继续申请且与该申请相关，该申请要求2011年8月12日提交的美国临时申请号61/523,277的优先权，且通过引用被合并于此。到了前述临时申请和/或通过引用合并于此的任何其他材料与本申请相冲突的程度，以本申请为准。

技术领域

本技术一般涉及用于从水(例如，海水)收集热能，储存能量，并提供热或其它形式的能量到其他地点的系统和方法。在具体的实施方案中，热能在布置在海洋表面上的薄膜下被收集，并用于驱动反应器，其分隔氢供体(例如，甲烷)成氢和供体分子(例如，碳)。

背景技术

当太阳能被用于补充加热过程时，加热处理的效率可以提高，并且资本设备和操作成本降低。由于天气、腐蚀、生物污垢和与传统太阳能收集设备，例如太阳能电池，相关的成本，在基于海洋的平台上收集、储存以及使用太阳能或热能已经证明是很困难的。

鉴于目前与在海洋环境中收集、储存和使用太阳能和热能相关的前述和其它缺点，仍需要一种用于收集由海洋接收的太阳能，并在海洋环境中存储大量热能的有效的系统和方法。

附图说明

图1是根据本公开的技术的实施例配置的具有热化学处理(TCP)反应器的反应器系统的部分示意的横截面图。

图2是根据本公开的技术的实施例的耦合到安装在海底的气体收集和提取系统的TCP反应器系统的部分示意横截面图。

图3是图2中所示实施例的平面图。

图4是图3中所示的实施例的一部分的示意性横截面图。

图5是图3中所示的实施例的进一步的细节的示意性平面图。

图6是图2中所示的实施例的更多细节的部分示意性横截面图。

图7A是根据本公开技术的实施方案具有透射表面的反应器的系统的部分示意性、部分横截面图。

图7B是根据本公开技术的实施例具有环形定位的透射面的反应器的一部分的部分示意性、剖视图。

图8A是根据本公开技术的实施例具有再辐射元件的反应器的系统的部分示意性、部分横截面图。

图8B示出了根据本公开技术的实施例的吸收特性作为代表性的反应物和再辐射材料的波长的函数。

图8C是根据本公开技术的实施例配置的图8A中所示的具有再辐射元件的反应器的一部分的放大的部分示意图。

图9A是根据本公开技术的实施例配置的热转移设备的示意性横截面图。

图9B-1及图9B-2是根据本公开技术的其他实施例配置的热转移设备的示意性横截面图。

图9C-1是根据本公开技术的又一实施例在第一方向操作的热转移设备的示意性横截面图，以及图9C-2是在与第一方向相反的第二方向上操作的图9C-1的热转移设备的示意性横截面图。

图9D是根据本公开技术的实施例适于转移热量的加热泵的部分示意图。

图10A是根据本公开技术的实施例的具有引导热至反应容器的太阳能聚集器的系统的部分示意图。

图10B是根据本公开技术的实施例包括用于控制传递太阳能到反应区的附加特征的反应器容器的一部分的部分示意性、放大图。

图10C是根据本公开技术的实施例的具有环形定位的产物除去和反应物传递系统的反应容器的部分示意、横截面图。

图11A是根据本公开技术的实施例配置的具有太阳能聚焦器的系统的部分示意性、部分横截面图。

图11B是根据本公开技术的实施例的，具有被配置为在冷却过程中发射能量的太阳能聚焦器的示于图1中的系统的部分示意性、部分横截面图。

图11C是根据本公开技术的实施例的具有可移动太阳能聚焦器碟的系统的部分示意性、部分横截面图。

图12是根据本公开技术的实施例的具有反应器的系统的部分示意图，该反应器具有面向基板以用于在批处理模式中进行操作。

图13是根据本公开技术的实施例的反应器系统的部分示意性、部分横截面图，该系统从内燃机接收能量，并返回反应产物到发动机。

图14是根据本公开技术的实施例的具有进行交互吸热和放热反应区的反应器的部分示意性、横截面图。

具体实施方式

1、概述

以下公开了用于在热化学处理(TCP)反应器中提取气体和进行反应的设备、系统和方法的几个实施例。提取系统和TCP反应器可根据多个操作模式被用于获得来自湖、海和/或其他水体的氢供体，包括液体、固体和气体，并离解氢供体为氢和其他供体产物。离解的产物可用于产生电能，氢燃料、碳产物和/或其他有用的最终产物。相应地，TCP反应器可以生产清洁燃烧的燃料，且可以再利用碳和/或其它成分用于耐用品，包括聚合物和碳复合材料。尽管下面的描述以足以使相关领域的技术人员能够实现、制备和使用它们的方式提供了典型实施例的许多具体细节，但是下述的几个细节、过程和优点可能不是实践所述技术的某些实施例所必需的。另外，所述技术可以包括在权利要求范围内、但是在这里没有详细描述的其它实施例。特定的实施方案在海洋为基础的系统的上下文中进行说明。在其他实施方案中，通常在大致相同的原则下操作的系统被部署在淡水，例如，湖泊中。

在本说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”、“一个实施方案”或“实施方案”是指，结合所述实施例描述的特定部件、结构、过程或特征被包括在本发明技术的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实施方案”或“实施方案”在本说明书的不同地方的出现，不一定都是指同一个实施例。此外，特定部件、结构、例程、步骤或特征可以以任意合适的方式组合在所述技术的一个或多个实施例中。本文提供的标题仅仅是为了方便，无意限制或解释公开的技术的范围或含义。

下述技术的某些实施例可以采取计算机可执行指令的形式，包括由可编程的计算机或控制器执行的例程。相关领域的技术人员会明白，所述技术可以在下面示出和描述的那些以外的计算机或控制器系统上实现。所述技术可以体现在特殊用途计算机、控制器或数据处理器中，所述特殊用途计算机、控制器或数据处理器被专门地编程、配置或构建成执行一个或多个下述的计算机可执行指令。因此，在本文中一般地使用的术语“计算机”和“控制器”是指任意数据处理器，且可以包括因特网设备、手提式设备、多处理器系统、可编程的用户电子器件、网络计算机、微型计算机等等。所述技术也可以在分布式环境中实现，在该分布式环境中由通过通信网络连接的远程处理设备来执行任务或模块。下述技术的方面可以被储存或分布在计算机可读介质上，所述计算机可读介质包括磁盘或光学可读盘或可移动的计算机盘以及电子地分布在网络上的介质。在具体实施例中，所述技术的某些方面特有的数据结构和数据传输也被包括在本发明的技术范围内。本发明的技术包括将计算机可读介质程序化以执行特定步骤、以及执行所述步骤的方法。

2、代表性的TCP反应器和TCP反应器系统

图1是典型的TCP反应器100和反应器系统110的部分示意图。进一步代表性的TCP反应器和反应器系统在2011年2月14日提交的、美国专利申请号13/027,208(代理号69545.8601US)，题为“CHEMICALPROCESSESANDREACTORSFOREFFICIENTLYPRODUCINGHYDROGENFUELSANDSTRUCTURALMATERIALS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”中被进行了详细的描述，该申请通过引用方式被结合在此并被称为’208申请。如图所示，代表性的反应器100具有反应容器102，其被配置为并被隔离来提供反应条件的控制，包括在反应器室104内部之中的升高的温度和/或压力，足以重组或离解被引入至反应器100的供体物质106。重组或离解过程是不可燃的过程，并且可以根据先前以引用方式并入的′208申请中描述的参数来进行。反应器系统110可包括热交换器、加热器、管道、阀门、传感器、电离器和其它设备(在图1中未示出)，以便引入供体物质106到TCP反应器100中，以促进重组，再进化和/或离解反应器100内的供体物质106，并有利于从反应器100中提取供体物质106的离解的和/或重组的组分。

所述反应器腔室104包括一个或多个供体入口108，用于从供体源112接收供体物质106。在具体的实施例中，供体物质106为氢供体，它可以是固体，液体，和在另外的实施例中的气态烃，例如，甲烷气体。供体物质106可包括其它碳基化合物，例如，乙烷，丙烷或丁烷，伴随有十六烷和/或辛烷等级化合物。在更进一步的实施例中，供体物质106可以包括低等级的构成，例如，等外十六烷或辛烷等级烃，或湿醇。在至少某些实施例中，供体物质可以包括除烃类燃料(例如，碳水化合物，脂肪，醇类，酯类，纤维素和/或其他)外的其它化合物。在又进一步的实施例中，供体物质106可以包括与除碳以外的成分组合的氢原子。例如，含氮化合物(例如，氨和/或尿素)可以起到类似氢供体的功能。其它合适的氢供体的例子在先前通过引用并入本文的’208申请中被描述。在又一实施例中，供体物质可以捐赠除氢之外的成分。例如，反应器100可以从CO₂和/或另一个氧供体离解氧，或反应器100可以离解卤素供体。供体物质106可以是通过供体的入口喷嘴114被分配到反应器腔室104的气体或液体形式。通常情况下，供体物质106被提供为蒸气或气体。在其它实施例中，供体物质106可以是在反应器腔室104中经历的气体相变的液体或蒸汽。

在反应器腔室104中，供体物质106经历重组、部分氧化和/或基于非燃烧型离解反应，并离解成至少两中组分，例如，气体120和固体122。在其它实施例中，离解组分可以采取液体和气体的形式，或者两种气体，这取决于所用的供体物质和离解过程参数。在进一步的实施例中，供体物质106可以离解成以固体、气体或液体，或这些相的混合物的形式的三个或更多个离解的组分。在特定实施例中，甲烷是供体物质，而离解的组分是由碳和氢。

当碳是离解的组分时，它可以被设置为反应器腔室104内的内部供体固体(例如，碳)的收集器124上的固体122，并且当氢是离解组分时，它可以在反应器腔室104内的气体120形式。碳可以从内部收集器124经由存储罐或如箭头121所示的其他容器115被转移到工业制造或包装厂。氢气可与二氧化碳反应，二氧化碳来自如燃烧室140的源和/或用于生产流体如选定的醇类和/或水的供体源112。在其它实施例中，氢和碳可以从反应器腔室104一起去除(例如，在气态形式，如H₂和CO和/或CO₂和/或CH₃OH和/或C₂H₅OH，等等)，并隔开反应器腔室104外部。如氢117，一氧化碳127，和水129的物质可以通过选择性过滤、压力或温度摆动吸附和/或在分离/收集子系统(例如，收集器)131a，131b和131c中的相位分离过程被收集。任何剩余的成分可以在额外的收集器128被收集。在升高温度下的产物可以与供体物质(例如，原料)106进行热交换，以冷却输出产物和加热进入反应剂。如上所述，在许多这些实施例中，供体物质用作氢供体，并且被离解成氢(或氢化合物)的分子和供体(或供体化合物)的分子。

此外，为除去反应产物以为获取其他用途的产物，反应产物可以以有利于在反应器腔104中发生反应的一种方式和/或以一速率被除去。例如，固体产物(例如，碳)可以通过输送设备被去除，以及流体(气体和/或液体)可通过选择性过滤器或膜被去除以避免同时除去反应物。由于产物被去除，它们可以与进入的反应物进行热交换，如上所述。除了预加热反应物，此过程可收缩和/或改变产物的相位，这可以进一步加速移除处理和/或控制(例如，降低)在反应器腔室104中的压力。在特定实施例中，从产物流中冷凝水和/或醇流可以达到这个目的。在任何这些实施例中，快速而不是缓慢除去反应物可以增加在反应器腔室104中进行反应的速率和/或效率。

在至少某些实施例中，如能源作物，森林砍伐，填埋废物和/或其它有机废物物质可以被转移到反应器腔室104，例如，通过供体入口108，并可以进行厌氧加热以产生气体，例如甲烷，水蒸汽，氢气和一氧化碳。这个过程和/或其他过程可以创建灰分，其如果允许积累，可以干扰反应器腔104内的辐射加热和/或其它过程。因此，灰分残余物123可以在灰分收集器125被收集，并转移到外部灰分收集器或容器119(如箭头113所指示的)以用于各种用途，例如返回微量矿物质以改进水培操作或土壤改良作物的生产率，或者作为在具体配方中的成分。灰分收集器125可被冷却和/或定位以选择性吸引相对于其它产物和/或反应物的灰分沉积。在至少某些实施例中，灰分也可含有同样被收集的炭。在一般情况下，被引入反应器100和被从反应器100中移除的灰分和/或碳的量部分取决于供体物质106的组分，以相对简单的和/或纯供体(例如，纯甲烷)产生很少或不产生灰分和碳。在任何这些实施例中，与反应器腔室104内的而不是从排出腔室的产物中收集灰分相关联的优点是灰分不易污染、弄脏和/或以其他方式干扰反应器100的有效操作。本实施例的优点包括关于灰分123被生产和/或从反应器腔室104被去除的速率的增加的耐受性。因此，灰分可具有对在腔室104中的反应速率的很小的影响或没有影响，因此可以不像产物去除速率一样被严格控制。

反应器腔室104包括一个或多个反应腔室出口126(示意性地示于图1)，通过该出口气体或液体离解组分可以被去除并被输送用于后续处理或控制。供体入口喷嘴114、供体固体收集器124以及反应器腔室出口126可以被定位以提高(例如，最大化)通过反应器腔室104的供体物质106和气体120和固体122的移动，以便于从TCP反应器100累积和去除离解的组分。TCP反应器100还可以包括一个或多个固体收集器出口130(两个被在图1中示出)，通过该出口固体离解组分122和/或灰分残余物123可以从反应器100移除。来自反应器100的代表碳基产物包括碳、碳化硅、卤代烃类、石墨和石墨烯。这些产物可以被进一步处理，例如，以形成碳薄膜，陶瓷，半导体器件，聚合物和/或其他结构。因此，在反应器100中进行反应的产物可以是能够被直接使用或在进一步处理之后使用的体系结构构造或结构构件。其它适合的产物在’208申请中描述。

如上所述，TCP反应器100可以被配置为便于供体物质106进入反应器腔室104，并允许材料的外出，材料包括来自反应器腔室的离解的组分120和122，例如，如以下公式1所概括的。在TCP反应器100还可以接收由加热器132经由集中太阳能或电加热提供的额外的热能或通过循环传热流体提供的额外的热能。当太阳能，风能，水电，地热或另一非峰值能量超过操作反应器系统110的需求时，能量(如热能)可以被存储在一个热电池或转移到加热的水存储媒介。在特定实施例中，TCP反应器100和TCP反应器系统110作为一个整体，可以被构造成允许的额外物质和/或能量进入或离开反应器腔室104。这些额外的物质和/或能量可以应用于修改TCP反应器100的操作，以便接受不同供体物质，以提供不同的离解和/或重组的组分，以提供对离解反应更大的控制，和/或以提供在TCP反应器系统的操作中的更高的效率。

在图1的代表性的系统中，用于额外反应物，例如，水(蒸汽)的反应物分配器134被布置在反应器腔室104中以提供补充热量和/或成分。在反应腔室104中的水还可以参与反应，例如重组蒸汽和甲烷转化成下面的公式2中所示的产物。因此，公式1和2示出了代表性的无需水(或其它氧供体)作为反应物和需要水(或其它氧供体，如空气)作为反应物的离解和重组过程：

CH₄+HEAT₁→C+2H₂(1)

CH₄+H₂O+HEAT₂→CO+3H₂(2)

在图1所示的特定实施例中，燃烧室140引导燃烧产物142通过箭头143所指示的燃烧产物入口144送入反应器腔室104。热发射燃烧产物142通过反应器100，以便提供额外的热至反应器腔室104并经由出口146退出。燃烧产物入口144和出口146可通过管道或导管148连接，其有利于从燃烧产物142将热量传递到反应器腔室104，并且，在特定实施例中，允许一定的或所有的燃烧产物142通过导管148的可渗透或透射面进入反应器腔室104。这样的产物可以包括蒸汽和/或碳，氮和/或氧的氧化物，而这种表面在2011年2月14日提交的美国专利申请号13/026,996(代理人案卷号69545.8602US)，标题为“REACTORVESSELSWITHTRANSMISSIVESURFACESFORPRODUCINGHYDROGEN-BASEDFUELSANDSTRUCTURALELEMENTS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”的申请中被进一步描述的，该申请通过引用方式被合并于此。相应地，燃烧产物142可以补充供体物质106作为氢和/或供体分子的来源。在进一步的实施例中，反应器100还可以包括如在′208申请中描述的一个或多个热交换器(例如，逆流热交换器)。在任何一个的这些实施例中，足够的热量传递到反应器100，以使非燃烧离解反应分离供体物质106为供体基组分和氢或氢基组分。

具有上述任何配置的反应器都可以被用于处理从多种液体，蒸汽和/或气体生产场所得到的物质。代表性场所包括垃圾填埋场，其中有机行动已经产生可回收有价值的大量甲烷和/或二氧化碳)，海底(支撑冰冻的甲烷水合物可被调用，例如通过解冻)，永久冻土层，释放二氧化碳的降解石灰石矿床，厌氧的消化的纸和/或纸制品，以及滞留井气。处理从这样的场所和/或其他场所提供的气体的反应器需要热量以促进非燃烧反应，离解和/或水解反应。必需的热量可全部或部分地从太阳能，风能，地热和/或其他来源获得。提供能量到水性环境中的TCP反应器的代表性技术被参考图2-6进行如下描述。

3、代表性的水性太阳能加热的TCP反应器系统

在具体实施方案中，具有任何上述结构的反应器可以被用于处理从海底收集的气体，如由厌氧消化释放的甲烷和/或来自海底的甲烷水合物熔化。用于提取、收集和处理来自海底的气体(包括来自甲烷水合物的甲烷)的系统和方法被在2012年8月13日提交的且被通过引用被合并于此的美国申请号13/584,708(代理人案卷号69545.8613US1)，标题为“SYSTEMSANDMETHODSFOREXTRACTINGANDPROCESSINGGASESFROMSUBMERGEDSOURCES”中进一步地描述。以非燃烧化学过程处理气体的反应器需要大量的热量。热量可从海洋中获得，并且可以用多种附加的合适的能源来补充。这种技术可以在本文中称为“补充海洋热能转换(SupplementalOceanThermalEnergyConversion)”或SOTEC。

现在参考图2，特别的加热技术可用于相关联于提取和收集包合物，例如，水合物。特定实施方案包括从在湖泊或洋底以上或以下的甲烷水合物中获得甲烷，然后离解甲烷以产生碳和氢。特定实施例在大洋甲烷水合物的上下文中被描述如下。在其他实施方案中，甲烷水合物被从湖泊或水体获得，以及根据仍进一步的实施例的方法和系统包括处理其它包合物。

如在图2中示意性地示出，用于从在海底202上的供体物质106(例如，甲烷水合物)提取和收集甲烷的技术包括：将膜206定位在海底202上的感兴趣的区域200之上以收集甲烷气体和/或其它流体(例如，提取的流体250)。如图所示，所提取的流体250(例如，甲烷气体和/或二氧化碳和/或水)被提供到TCP反应器系统110，其经由提取管或导管234由支撑结构300(图示为驳船或其它浮动结构)承载。膜206、提取管或导管234、TCP反应器系统110和相关结构的代表性实施例的设计和操作的几个额外的细节在先前通过引用被合并于此的美国申请号13/584,708(代理人案号69545.8613US1)，题为“SYSTEMSANDMETHODSFOREXTRACTINGANDPROCESSINGGASESFROMSUBMERGEDSOURCES”之中被进一步地描述。

如在图2中示意性示出，提取管234的上部238通过合适的混合相电机(例如，水涡轮发电机)252被耦接至一个或多个膨胀器，诸如涡轮机254，其进一步膨胀并从提取的流体250中提取功。涡轮机254可被耦接到泵、压缩机或发生器256，以提供轴或电功率至由支撑结构300承载的组件，或对其它系统供电。控制器258从各种传感器(未示出)接收信息，并控制涡轮发电机252(以用于转换混合气体、蒸气和液体流的动能和膨胀能量)、燃气轮机254、发电机256和/或其它系统组件的操作，以便随着流体在涡轮机出口端260离开涡轮机254时以期望的压力和流速提供所提取的流体250。在通过入口端262进入涡轮机254之前，上部238和涡轮机254之间的导管264可引导所提取的流体250通过过滤和分离单元266。过滤和分离单元266去除被传递通过上部238的令人不快的物质(例如冰，沉积物，碎片和细菌)，以使清洁的提取的流体250被传递到涡轮机254。过滤和分离单元266的第一出口端267提供从加压的流体250中分离的颗粒、碎片、细菌和/或有机物质的出口，以及第二出口端269提供从提取的流体250分离的冰和/或水的出口。过滤和分离单元266的第三出口端268提供清洁的提取的流体250到涡轮机254，并且可以，此外，直接提供加压的流体250到储存罐271，其中混杂着甲烷的烃类，如甲烷和其它气体，可以被存储。

在膨胀气体通过涡轮机出口端260离开涡轮机254之后，它通过管道270路由到三通阀272，其被控制以将气体引导到一个或多个TCP反应器。如图2所示，第一TCP反应器280被配置为处理包括第一供体物质的第一气体组合物以及第二TCP反应器282被配置为处理包括第二供体物质的第二气体组合物。来自反应器280，282的产物(例如，氢或氢化合物，和氢供体或供体化合物)通过一个或多个产物导管291被引导至一个或多个收集器290。与反应器280、282上游的导管270通信的气体组合物传感器284提供关于所提取的流体250的组合物的数据到控制器258，并且基于至少部分从气体组合物传感器284接收的信息，控制器258路由流体到第一或第二TCP反应器280、282。在图2的代表性实施方案中，第一流体组合物是甲烷，其是相对纯的或只有微量的其它成分，并且第二流体组合物是甲烷和二氧化碳的混合物。组合物传感器284可以包括各种功能，例如，检测烃，水和二氧化碳的能力。据认为，某些感兴趣的区域200将提供几乎纯的烃，如甲烷和水，而其他感兴趣的区域(如，在消化有机材料的过程中具有大量的细菌)将提供有机物质、甲烷、水和二氧化碳的混合物。人们进一步相信，特定感兴趣的区域200可以提供流体组合物，其由于深度或层组合物的变化和/或影响沉积的类型和/或甲烷和/或二氧化碳生产菌的活动的季节变化在第一和第二流体组合物之间变化。在图2中所示的代表性实施例中，第一TCP反应器280被配置为处理甲烷以产生碳和氢，及第二TCP反应器282被配置成处理甲烷和二氧化碳以产生碳、氢和/或一个或多种其它化合物，例如，甲醇或乙醇。用于生产甲烷的代表性反应器和方法在2011年2月14日提交的且通过引用被合并于此的美国专利申请号13/027,060(代理人案卷号69545.8616US)，题为“REACTORVESSELSWITHPRESSUREANDHEATTRANSFERFEATURESFORPRODUCINGHYDROGEN-BASEDFUELSANDSTRUCTURALELEMENTS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”中被更详细地描述。

图2还示出了代表性的水性热能加热系统301，其包括一个或多个薄膜302，其形成具有上表面302a和下表面302b的薄膜组件305。薄膜302和/或包括薄膜302的组件可以飘浮在海洋表面240处、飘浮在海洋表面240之上或漂浮靠近海洋表面240，例如，由于形成在薄膜302之中或由薄膜302形成的密闭流体通道、气穴，或细胞304(通常称为细胞，cell)中的更低的密度的物质。细胞304可以是在一些实施例中完全关闭，在其他实施例中可以是开放的(例如，以形成通道)。在更进一步的实施方案中，薄膜组件可以包括阀和/或其他设备，用于控制组分进、出的和/或通过细胞304的速度和/或组分的组合物。在某些实施方案中，这些细胞304可以包括一或多行上细胞304a(一个示于图2中)和一或多行下细胞304B(一个示于图2中)。上细胞304a可以携带密度较低的流体，包括，例如，淡水，二氧化碳，氮气和/或空气。细胞304a和304b可具有相同或不同的横截面，并且可以包含相同或不同的流体或为相同或不同的流体提供流道，如空气、二氧化碳、氮气、氧气、空气、淡水或海水。

如图3中所示，这是图2的实施例的示意平面图，薄膜302具有内周边302c和外周边302d，位于由内周边302c限定的区域内的支撑结构300。在代表性实施例中，由薄膜302覆盖的水的表面积显著大于由支撑结构300覆盖的水的表面积。

回到图2，一个或多个帘幕306从薄膜302悬挂，例如，靠近内和外周边302c和302d，并延伸到在海洋中的选定深度，且配重块308保持帘幕306在大致垂直的取向。在特定实施例中，内帘幕306a延伸围绕一部分或全部的内周边302c，并且外帘幕306b延伸围绕一部分或全部的外周边302d。在内和外帘幕306a和306b的配重块308之间延伸的假想平面310定义由在顶部上的薄膜302、在底部上的假象平面310，以及在两侧上的内和外帘幕306a和306b界定的海水的显著体积312。

薄膜组件305提供可以接收、发送和传递热到海水的体积312的结构，以增加体积312的温度。薄膜组件305还用作绝缘体和/或针对冷水混合的障碍，以保持在海水的体积312中的热。薄膜组件305还可以作为水体积312和上表面302a上面的大气之间的屏障。因此，薄膜组件305可隔离水的体积312避免由于液体薄膜的蒸发和薄膜组件305之上的液滴引起的热损失，并可以抑制薄膜组件305覆盖的海洋表面240的蒸发，否则与蒸发相关联的相变将具有在水的体积312之上的冷却效果。内和外周帘幕306a和306b，以及配重块308提供了一结构，其通过抑制洋流和波浪作用可以充分地包含薄膜组件305下的水的体积312，否则所述波浪作用可能会搅动水的体积312使水的体积312和位于水体积312之下或邻近于内和外周帘幕306a和306b的更冷的海水之间的混合。可信的是因为温暖的水的体积312将趋于朝向海洋表面240上升，且因为包含在水的体积312内的大量的水，水的体积312不可能与位于它下面的较冷的海水混合。对于在水的体积312中收集在含盐量较高的海水之上的(a)较低密度的淡水和/或(b)具有相对低的盐含量的盐水的实施方案中，额外的分离力是由淡水/低含盐量的水的浮力提供的。

在特定的实施方案中，薄膜组件305的下表面可以提供作物支撑结构，诸如藻类的生长表面，如可以是帘幕306。藻类有望进一步将水的体积312与周围较冷的海水隔离。藻类可以收获和加工(如厌氧消化)，以生产更多的产品。因此，该反应器系统可以包括厌氧消化器295和/或电解槽296来处理藻类，并提供进一步的输入(例如，氢和碳基供体)给反应器280、282。藻类生长可通过供给二氧化碳和/或来自反应器280、282的其它产品到细胞304a和304b和/或水的体积312而被促进。二氧化碳也捕获太阳辐射以增加在热能加热系统301的太阳能增益效率。在特定的实施方式中通过厌氧消化器295和/或电解槽296产生的甲烷和/或二氧化碳可以被加入到细胞304和/或到薄膜组件305和水的体积312之间的辐射俘获气体的空间303。

在一些实施方案中，在薄膜组件305和水的体积312之间的空间303中辐射俘获气体的库存可以是自适应地变化，以提供相当大的气体的存储能力和/或过热含量。因此，这种气体可作为在夜间和/或很少或没有太阳的其它的条件下对相邻的水库存的上面和/或下面的冷却的有效的热飞轮。控制器258可以被编程为接收系统状态数据，天气预报(包括温度，风寒和太阳曝晒，等)，并确定热飞轮效益是否是由特定气体(如甲烷或二氧化碳)或这些气体的混合物最佳地实现。控制器258还可以监视和/或控制其它系统参数，包括辐射俘获气体库存量，过热的量，对于热的预计需求，在库存量中的组分通过组件305的速度和/或替换或附加的库存被添加到被加热的水的体积312或从被加热的水的体积312接收替换或附加的库存的速度。基于环境和/或其它因素，控制器258还可以控制在组件305中的组分的组合物。例如，当要求额外的热绝缘时，在组件305中的二氧化碳可以换成甲烷。在组件中组分的速度可以部分基于太阳曝晒被控制。例如，该组分的速度可以在白天(在高太阳能曝晒的时候)提高以增加热捕获率，并在夜间和/或在太阳曝晒是比较低的期间的其它时间降低。

图4是代表性薄膜组件305的一部分的横截面示意图，其包括与薄膜组件305、一个或多个气体辐射俘获和/或绝缘库存(例如，气体空间303)，和/或水的体积312相互作用的部件的示例性表示。这些组件中的一些可以被安装在或以其他方式由支撑结构300承载，其中一部分是在图4中可见的。如图所示，由于薄膜组件本身的浮力和/或在细胞304中的组分，薄膜组件305飘浮在海洋表面240处或在海洋表面240附近。在特定实施例的成分，细胞304包括多个第一至第五细胞304a的-304e，其具有通道形状，一个设置在另一个之上，且形成在薄膜302内或通过薄膜302形成在薄膜的上表面302a和薄膜的下表面302b之间。薄膜302可以包括限定细胞304a-e和/或提供气体空间303的多个层。上表面302a可以是对于太阳能透明的，以便允许阳光分别地和/地或共同地通过薄膜，以温暖在选定的通道和/或位于下面的体积312中的水。薄膜302和流体细胞304a-e也可以用作循环通道和/或在水的体积312和薄膜的上表面302a之上的大气之间的绝缘体。取决于周围水流、波浪和温度、可用的太阳能、极端风寒，以及相关的相互作用，细胞的结构具有许多选项。在一个具体的实施方案中，连续地更深的细胞含有连续地致密组分。例如，最上面的细胞304a可携带空气，以及连续地更深的细胞304b-e可以分别携带氮、二氧化碳、甲烷和淡水。海水可以位于第五细胞304e的下方，或者可以由位于第五单元304e下方的额外的第六细胞(未示出)承载。

由细胞304a-304e的任何一个承载的流体可以被选择和/或处理，以增强流体捕获太阳辐射和/或传输所捕获的能量的能力。在这样的实施方案中，细胞304可以是至少部分封闭的以形成通道或通路，使得包含在通道中的流体不会与相邻于细胞或通道的流体混合，和/或与薄膜组件305下面的海水混合。包含在通道中的流体可包括组分(例如，添加剂)，其被选择以吸收太阳辐射。一种合适的添加剂包括碳颗粒(例如，黑色的碳粒子)，它们悬浮于在一个或多个细胞或通道中被输送的液体中。着色剂或其它添加剂可优选地吸收太阳辐射和通过对流，传导和/或再辐射输送吸收的能量至周围的流体。在其他实施方案中，添加剂可以包括二氧化钛，藻类，果汁(例如，番茄和/或蓝莓汁)，果汁色彩提取物，和/或其它材料。藻类可以容易地生长在薄膜组件和/或整个系统的其他元件之上以用作添加剂。因此该添加剂可以是固相，液相或气相的。

工作流体可以包括液体石蜡、水、硫酸钠和/或其他合适的流体。可以作为辐射控制物质操作的气态流体可以包括二氧化碳和/或甲烷，有或没有添加剂这两者都可以吸收太阳辐射。在特定实施方案中，包括太阳能吸收着色剂或其它添加剂的流体可以位于或接近组件305的最顶层的外表面。在其他实施例中，例如，在位于这些通道之上的流体至少部分地对于太阳能辐射是透射的情况下，这样的流体可以在通道中位于组件305的外表面进一步之下。例如，组件305可承载基本上透明的、辐射吸收气体，如二氧化碳或甲烷，流过位于下通道之上的上通道，所述下通道承载液态水、石蜡和/或硫酸钠，且辐射吸收添加剂的悬浮液(例如，胶体悬浮液)是在液体中。气态流体可以吸收入射的太阳能辐射的一部分，以及下面的液体流体可以吸收未由气态流体吸收的剩余的辐射的部分或全部。

上面描述的气体可以以任何各种适当的方式从任何各种的合适来源来获得。例如，该系统可以从海底提取多种气体，包括二氧化碳和甲烷，并且可以分离二氧化碳与甲烷，以便提供二氧化碳至上述通路。甲烷可以作为在化学反应器(例如，在图2所示的化学反应器280)中的供体。在另一个实施方案中，从海底取出并在反应器中离解的甲烷可以有助于含碳离解产物，包括一氧化碳或二氧化碳，其一个或两者都可以被引导到上述的通路。在更进一步的实施方案中，从海底除去的其他组分可用于(直接地或在处理后)上述通道。合适的组分包括丙烷，丙烯和亚甲基，等等。

在任何上述实施方式中，通过上述流体所提供的增强太阳能收集功能可以以一种或多种方法提高整个系统的效率。例如，流体可转移额外的热给薄膜组件305下面的水。额外的热然后可以直接输送到反应器中，或者它可以被转换成其他形式的能量(例如，电能，经由发电机)，它被反过来用于向反应器提供电力。在另一个例子中，除了或代替加热在薄膜组件305下方的水之外，流体可以直接输送热量至反应器(或发电机)。在任何的这些实施方案中，流体可经历相变以进一步增强该系统的热传递效率。例如，在通道中的流体可以保持在一个低于大气压的压力，使之在较低温度下蒸发，这可以显著增加流体在其吸收热量时的热容量。流体然后可在一个被容易控制地过程中被冷凝以释放热量。例如，流体可以在特定的位置(例如，在受益于所传送的热的反应器或其它设备处)通过增加在该位置的流体压力被冷凝。

代表性的薄膜组件305可以通过安装在外周帘幕306a、306b(统称，帘幕306)之上的配重块308受力向下。薄膜组件305也可以通过从中间帘幕307悬挂的内配重块309被受力，例如，沿着膜下表面302b均匀分布。薄膜组件305和帘幕306和307可以由相同的柔性聚合物或由不同的材料制成。在一个具体的实施方案中，聚合物可以从在海洋表面中找到的或漂浮在海洋表面上的废塑料材料制造。在其他实施方案中，薄膜组件305可以从除了或代替再循环聚合物之外的由反应器280、282(图2)输出的碳产物中形成。

配重块308和309一起对抗由流体通道或气穴304提供的浮力并提供薄膜组件305的稳定性。薄膜组件305的稳定性可由常规的系链(未示出)增强，该系链将薄膜组件305或帘幕306和307的一部分固定到海底、阻抗锚或其他稳定结构。在一个代表性的实施方案中，每个配重块308和309的浮力是凭借相邻于配重块308、309安装的帘式流体气穴容器或气穴311可调节。帘式流体气穴311通常填充有空气或另一流体(例如，一种气体)以对抗每个的配重块308和309的拉动。当足够数量的帘式流体气穴311通过连接到阀(未示出)的管道放气或由淡水或海水充满时，每个配重块的浮力被减少到足以使膜302下沉到海洋表面以下。

控制器258可引导流体泵或压缩机(未示出)的操作，以调整在系统中(例如，在气穴311，细胞304和/或气体空间303)各气体库存相对于所述配重块308和309的浮力。在具体的实施方案中，控制器258在空气穴311从压力传感器接收输入258a，并至少部分地基于从传感器接收的数据通过输出258b控制压缩机。在这种方式下，控制器258可浸没膜302(例如，在必要的时候，由于以其他方式破坏波浪动作或风暴)，并当条件变得更平静时浮起薄膜组件305。在正常操作期间，水可从水的体积312被除去并引导到蒸发器324，这将在后面更详细地描述。

图5是在图2、3和/或4中所示的薄膜组件305的示意性平面图，具有帘幕306，307的可选的额外的细节。如图所示，内帘幕306a被定位在或接近的薄膜内周边302c，且外帘幕306b被定位在或接近薄膜外周边302d。中间帘幕307在一些实施例中可以是径向或在某些其他实施方案中，中间帘幕307是以螺旋方式分布的。特别是，中间帘幕307可包括一个或多个螺旋帘幕307a和一个或多个屏障帘幕307b。螺旋帘幕307a限定了薄膜302之下的螺旋314。其它螺旋(如，逆流螺旋)可以由任何的通道304a-e(图4)形成。任何的帘幕可以包括开口(例如，不同的和/或可调节的尺寸)来控制整个系统的不同区域之间的流体流动。

对于各种热机械用途和过程，相同或不同的流体可以以不同的速率或以增强热增益的方式被分发。例如，温室气体，例如甲烷或二氧化碳，可以被承载在最上层的通道型细胞304a中，氮被承载在下一细胞304b中，氧被承载在下一细胞304c中，淡水被承载在下一细胞304d中，以及淡水或甲烷被承载在较下的细胞304e中。在每个气穴、细胞或通道中所承载的组分可以被控制，如上所述。即使致密组分位于多个浮力组分之上(例如，由于热的原因)，在不同深度的细胞之间的物理隔离，和/或由上述配重块308、309提供的稳定性，能维持对整个系统的控制。所得到的组件305在气体空间303中可调节地还含有一种或多种可辐射俘获气体库存。在组件305中的不同点的流体可在相同的方向循环或在水的体积312中逆流循环和/或彼此逆流，其取决于实施例可以是螺旋或径向的。个别的中间帘幕307可以悬挂至薄膜组件305下方的不同深度。例如，在图5所示的代表性实施例中，内和外周帘幕306a和306b，以及螺旋中间帘幕307a，其每一个挂到大约相同的深度。屏障帘幕307b可以比内、外和螺旋帘幕306a、306b和307a较短，并且每个可以挂到不同的深度。根据日照值、环境温度、风寒、波浪作用，以及相关的条件，水在水体积312的相对速度通常偏好在底部的较慢的速度，相比于朝向与组件305的接口或在气体空间303中的气体的速度。水库存可以可控地更高的速度在辐射俘获气体空间303附近行进以及以更低的速度在屏障帘幕307b附近行进。屏障帘幕307b可以在帘幕的上部区域比在下部区域包括较大的孔。此外，水库存可能行进通过具有比其他区域更小的横截面面积的区域，包括较浅的深度和/或宽度，例如，朝向内帘幕306a。最初在外螺旋位置316形成的温水体积312随着体积312继续升温并围绕螺旋行进而可逐步变得更深，直到体积312的深度在位置317到达屏障幕307b的底部边缘(不可见)，并且可以增加速度(例如，如果在螺旋通道变窄)。

补给水可以在选定的位置，例如在位置318，通过薄膜槽或层，其偏转以形成向内开口的止回阀被加入。这个特征，连同在屏障帘幕307b下面的迁移或泄漏可以在位置318(如由箭头320所指示的)添加到体积312和/或其他区域。这一过程继续在沿螺旋314的向内方向移动，直到水到达内帘幕306a。水的体积312被预计随着它绕螺旋314移动将有显著的热和机械动量。因此，控制器258提供对水的体积312的速度和动量(和/或其它的流体体积)的自适应调整，提供“飞轮”效应以及除去用于热交换的目的将继续在降低太阳能变暖的周期，例如在阴天或夜晚期间，传递定制的(例如，优化的)量的温水朝内周边帘幕306a。

返回到图4，邻近内帘幕306a的温水被允许在箭头321的方向上穿过内帘幕306a通过关于内帘幕306a分布的端口322并被引导至热交换器，如蒸发器324。温水可以递送热量和/或产生蒸汽用于膨胀和/或用于加热一种或多种其它物质以用于膨胀或产生功。蒸发器324可以由支撑结构300承载在高于或低于海洋表面上的位置，并接收温水。排出蒸发器324的水被引导到海洋或返回到上述外周区域(例如，回到体积312)用于优化效率和/或克服生物结垢的目的。例如，来自蒸发器324的温水可以返回到外周，如果它比那里的海水温暖。返回的水可以被氯化(例如，通过使用盐水的电解氯化法以提供氯)以防止生物结垢。

图6示意性示出了耦接到图2的支撑结构300和图4的蒸发器324的某些组件。如图4所示，被传递通过通道304和/或在薄膜组件305下的温水移动通过端口322朝向蒸发器324。在到达蒸发器324之前，温水可以输入导管，其穿过耦接到太阳能收集器323的额外的热交换器。热交换器可以是绝缘的和/或受控制的，以当太阳能增益是低的或不存在的时候减少或防止热损失。太阳能收集器323利用反射面集中递送到导管的太阳辐射穿过太阳能收集器323以进一步增加水的温度或产生蒸汽。水可以进入蒸发器324，其提供了蒸汽的形式的淡水的输出到涡轮机326。涡轮机326驱动发电机328，其提供电力到第一和第二反应器TCP280、282(图2)和其它由箭头329所指示的TCP反应器系统110(图2)的组件。为了补充提供到TCP反应器系统110的组件的电力，系统可以包括风力涡轮机327，其驱动发电机331。蒸汽或液态水离开涡轮机326且可以被发送到分离器330。

分离器330可以提供液态水到通道薄膜组件305的所选区域以补充那里的流体的水平，和/或直接到由膜206包围的体积以添加补充的热量到感兴趣的区域200。分离器330提供来自涡轮机326的蒸汽到冷凝器332，其将蒸汽凝结成液态水。这样(淡)液态水流出冷凝器332，并且可以被传递到或泵送到储存罐334和/或在膜组件205被分发以用于各种热化学处理的目的，或传递至膜206以增加包合处理的速率。淡水可用于任何的各种目的，其不是特别相关于操作TCP反应器系统10，例如，饮用水。

图6还示出了可以除了或代替上述的水的循环中的一个之外中使用的闭环系统。在特定实施方案中，闭环使用组分，如氨、氟里昂、丙烷、丁烷，和/或SO₂作为工作流体。起始于补充海洋热能加热系统301中，氨或其它工作流体通过第一热交换器盘管336，其设置在在膜组件305和假想平面310之间的管道中的温水中，其中来自温水的热量加温工作流体。当太阳增益足够时，在第一热交换盘管336中的被加温的工作流体可被泵送到其在那里被加热的太阳能收集器323，例如，以增加其能量含量，和/或是以气相的工作流体的一部分。气态工作流体然后提供给驱动发电机340的涡轮338，其提供电力至第一和第二反应器的TCP280、282(图2)和其它由箭头342所指示的TCP反应器系统110的组件。冷却器气态工作流体离开涡轮338。在特定实施方案中，工作流体进到三通阀333，以便被引导到第二热交换器盘管337或到冷凝器332。工作流体在第二热交换器盘管337加热在逆流布置中的在第一热交换器盘管336的工作流体，和/或加热面310之上的水。

在冷凝器332处的工作流体可以从水中吸收热量，从而冷凝水和加热工作流体，这取决于在冷凝器332中的工作流体和水的相对温度。工作流体当它暴露于周围的水时可能会凝结，并在闭合回路中返回至热交换器盘管336。在图6中所示的另一代表性实施例(用虚线)中，工作流体可被引导到放置在膜206下的另一热交换器盘管344，以冷却工作流体和输送热到选定物质(例如，参考图2的上述供体物质106)或在感兴趣的区域200处的形成物。

在又一实施方案中，系统可以包括热泵设备，例如，用于夜间操作和/或用于在当太阳辐射可以是相对低的时候操作。热泵设备可包括第一热交换器352，其从温水体积312接收热量。第一热交换器352引导被加热的工作流体到压缩机354，然后到第二热交换器356。第二热交换器356传递热到蒸发器324和/或到在系统中的其他组件，其中较高的温度的热加成是有利的。工作流体随后在汽轮发电机或其它膨胀设备处被膨胀，并返回到第一换热器352。热泵循环中的到驱动压缩机354的能量可通过任何系统发电机(如，发电机340)，和/或通过由甲烷或氢气、和/或由燃料电池、和/或由电池供电的马达驱动供给燃料的发动机供给。在当能量转换事件拒绝可从冷却水套，发动机排气，热力发动机或燃料电池获得的热量的实例中，热量存放(banking)可以通过将热添加到循环通过组件305中的通道或在水的体积312中的水而被执行。

4.进一步的代表性反应器

下面的部分描述代表性的反应器和相关联的系统，其可单独使用或以任何各种适当的组合使用以用于实施以上参照图1-6描述的一个或多个过程。特别是，在以下各部分中描述的系统的任何适当的组件可以代替或补充在前面的章节中描述的合适的组件。

在一些实施方案中，反应物可在局部范围获得，该反应可以在局部范围进行，产物可以用在局部范围，以产生局部结果。在其他实施方案中，反应物，反应，产物和过程的整体效果可以有一个更大的效果。例如，该技术可以具有大陆和/或额外的大陆范围。在具体实施方案中，该技术可以被部署以保护在大陆范围上的永久冻土层的广大区域，和/或保护来自受保护区域的位于近海的生态系统。在其它实施方案中，该技术可以在海上部署以在大片海水上产生效果。在更进一步的实施例中，技术可以被部署在移动系统上，其将技术的好处传送至广泛的世界各地的区域。

一般地，所公开的反应器离解、重组和/或重新形成供体材料(反应物)成多个组分(例如，第一组分和第二组分)。下述的代表性的反应器的特定方面被在特定反应物和产物的上下文中描述，例如，含氢和含碳供体，含氢产物或组分，和含碳产物或组分。在所公开技术的某些其它实施方案中，相同或相似的反应器可被用于处理其他的反应物和/或形成其它产物。例如，非氢原料材料(反应物)被用在至少一些实施例。在特定实例中，二氧化硫可在非燃烧的热反应器中被处理，以产生硫和氧，和/或二氧化碳可以被处理，以产生碳和氧。在许多这些实施例中，所得到的离解的产物可包括结构构建块和/或基于氢的燃料或其它分离的组分。结构构建块包括可以被进一步处理以产生体系结构构造的组合物。例如，结构构建块可包括从离解过程中产生的化合物或分子，并可以包括碳、各种有机物(如甲基，乙基或丁基或各种烯烃)、硼、氮、氧、硅、硫、卤素和/或过渡金属。在许多应用中，构建块元件不包括氢。在一个具体的例子，甲烷被离解，以形成氢(或其它含氢组分)和碳和/或二氧化碳和/或一氧化碳(结构构建块)。碳和/或二氧化碳和/或一氧化碳可以被进一步处理，以形成聚合物、石墨、碳纤维和/或另一种体系结构构造。体系结构构造可以包括由任何各种适当的元素，包括上述元素(碳，氮，硼，硅，硫，和/或过渡金属)形成的自组织结构(例如，晶体)。在任何这些实施方案中，体系结构构造可形成耐用品，例如，石墨烯或碳复合材料，和/或其他结构。

许多实施例在烃，例如甲烷，的背景下被描述。在其他实施方案中，合适的含氢原料(如，反应物)可以包括硼烷(例如，乙硼烷)、硅烷(例如，甲硅烷)、含氮化合物(例如，氨)、硫化物(例如，硫化氢)、醇类(例如，甲醇)、烷基卤化物(例如，四氯化碳)、芳基卤(例如，氯苯)和卤化氢(例如，盐酸)，等等。例如，硅烷可以热分解以形成氢作为气态产物和硅作为非气态产物。当非气态产物包括硅时，硅可以与氮气(例如，来自空气)或与卤素气体进行反应(例如，从单独的工业过程的再循环)以形成有用的材料，如氮化硅(例如，作为结构材料)或卤化硅(例如，作为非结构材料)。在其他实施方案中，原料材料可以反应以形成只有气态产物或仅非气态产品。例如，合适的卤化氢可以热分解形成氢和卤素气体作为气态产品没有附带非气态产品的组合。在一些实施方案中，气态产物可包括气体燃料(例如，氢)和/或非气态产品可包括元素的材料(例如，碳或硅)。在一些实施方案中，系统可以被配置为接近原料材料的合适来源被使用。例如，系统可以配置使用邻近填埋被使用并用于处理甲烷，其否则将被燃烧或释放到大气中。在其他实施方案中，该系统可以被配置用于处理在油田的滞留井气，来自海洋地板或永久冻土源的甲烷水合物，和/或其他否则将被浪费的原料材料180。

在一些实施方案中，非气态产品可在反应器中被进一步处理。例如，非气态产品可以是结构构建块，其可以在反应器中被进一步处理，以产生结构材料，例如，陶瓷、碳结构、聚合结构、膜、纤维(例如，碳纤维或硅纤维)，或过滤器。非气态产物的高纯度的形式可以是特别适合于形成半导体器件、光学传感器、用于光传输的纤维和其他产品。非气态产品也可使用而无需进一步处理和/或可以被反应以形成对非结构应用有用的材料。

在其他实施方案中，碳可被用作结构材料或用作反应物以用于生产结构材料。例如，碳可以是反应物，其用于从如下方反应式R1和/或R2提取硅。

C+SiO₂→CO₂+Si反应式R1

2C+SiO₂→2CO+Si反应式R2

来自反应式R1和R2中所示的反应的硅或作为非气态产物可以被形成，例如，以粒状(例如，粉末)的形式，其可以包括无定形和/或结晶材料的可控制的量。例如，反应器的操作温度可被编程或以其他方式控制，以控制硅在何时、何地和/或是否被以无定形或结晶形式沉淀。

在一些实施方案中，来自系统的硅可以被反应以形成卤代硅烷或卤化硅，例如，SiBrH₃、SiBrFH₂、SiBrH₃、SiBr₃H、SiCl₂H₂、SiBr₄或SiCl₄，等等。此外，来自系统的硅可被制成各种有用的产物和材料，例如从或基于专门形式的硅(如，煅制的二氧化硅)、含硅有机中间体和含硅聚合物，等等产生的产物。这样的产物可以被形成，例如，使用在美国专利4,814,155，4,414,364，4,243,779，和4,458,087中公开的合适的过程，它们通过引用被合并于此。来自系统110的硅也可以用在生产各种物质中，如碳化硅或氮化硅，例如，如反应式R3中所示。

3Si+2N₂→Si₃N₄反应式R3

氮化硅制品可以，例如，使用硅粉末，其被滑铸，压力压实，或注模，然后转化成氮化硅被形成。所得制品可有密度、疲劳度、耐力、电介质和/或其它非常适用于各种高性能应用的性质。硅氮基的耐用品可被用在，例如，具有更低的密度的热和电绝缘性组件中，并且可以在一操作温度进行操作，该操作温度高于通常在火箭发动机、燃气涡轮机和正排量内燃机中使用的金属合金的操作温度。取代这些金属合金，其通常消耗钴、镍、难熔金属，和具有氮化硅和/或碳组分的稀土元素的关键供给，可以使生产发动机、燃料电池等设备更具成本效益。

除了形成无机材料，该系统可以形成多种有用的有机物质。例如，原料材料可以包括丙烷或丙烯，其可与氨按照反应式R4和R5所示的反应在第一模式下进行反应，以形成丙烯腈和氢作为气态产物或在第二模式下电解离解以产生电力。

C₃H₈+NH₃→CH₂＝CH-C≡N+4H₂反应式R4

CH₃-CH＝CH₂+NH₃→CH₂＝CH-C≡N+3H₂反应式R5

包括丙烯腈的气体产物的随后处理可以包括反应丙烯腈，以形成聚合物、橡胶、碳纤维和/或其它非常适用于耐用品使用的材料(例如，利用太阳能、风能、流动的水或地热能的设备)。因此，使用系统处理丙烷或丙烯的整体能量可以显著比简单的燃烧更有利。此外，在一些情况下，使用该系统处理丙烷或丙烯可以产生很少或没有有害污染(如，环保释放的二氧化碳，氮氧化物，或微粒)或相对简单燃烧而言危害显著较小的污染。

在一些实施方案中，来自系统的操作的一种或多种化学反应产物可被用来形成电介质材料以在耐用品中使用。例如，所述反应产物可被用于形成聚合物(例如，聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对二甲苯、或氟聚合物)和/或无机介电材料(例如，二氧化硅或氮化硅)，其可掺入到聚合物基的纳电介质。无机和有机材料(其一者或两者都可以由系统的操作来制造)的复合材料可提供相对高的电介质，和具有机械强度，以及灵活性。这样的材料可以很好地适用于在宽范围的温度使用，例如范围从低温温度(例如，约-200℃)到热机排气温度(例如，约500℃)的温度。在其他实施方案中，反应产物可以被用于形成无机无定形碳、氧氮化硅、氧氮化铝，或其他适当的材料的薄膜。在一些实施方案中，系统可以具有双束沉积和/或网格处理能力，其有用于处理合适的化学反应产物(例如，以形成无定形或结晶碳膜)。

在至少某些实施方案中，氮可以作为产物或废气流被获得。氮可以与氢结合以产生氨和/或可以以其他方式处理以形成其他有用的材料，例如Si₃N₄，AlN，BN，TiN，ZrN，TiCSi₃N₄，和/或合适的塞隆。

虽然以下任何一个或多个的代表性反应器和相关的组件、设备和方法可以与上述系统结合使用，但某些反应器可在这样的实施例中具有特别的协同和/或其他有益效果。例如，在标题4.3下描述的一个或多个热管可被用于在地下热源和表面之间传递流体和热，以促进甲烷或另一氢供体的离解或重新形成。一个或多个太阳能聚集器可定位在表面上，以按在标题4.5下描述的方式将热提供给将反应器。一种或多种上述太阳能聚集器可用于按标题4.8下描述的方式执行吸热和放热反应。

4.1具有透射表面的代表性反应器

图7A是系统1100部分示意图，其包括反应器1110。反应器1110还包括反应器容器1111，其包围或部分地包围反应区1112。反应容器1111具有被定位的一个或多个透射表面以促进发生在反应区1112内的化学反应。在一个代表性例子中，反应器容器1111接收由供体源1130提供的氢供体到供体进入端1113。例如，氢供体可以包括含氮化合物，如氨，或含碳和氢化合物，如甲烷，或其它烃。氢供体可以在进入反应区1112之前适当地过滤以除去污染物，例如硫。在反应器容器1111内的供体分配器或歧管1115分散或分发氢供体进入反应区1112。反应器容器1111还通过蒸汽进入端1114从蒸汽/水源1140接收氧供体，如醇或蒸汽。在反应器容器1111中的蒸汽分配器1116分配蒸汽进入反应区1112。反应容器1111还可以包括加热器1123，其供给热到反应区1112，以促进吸热反应。这种反应可包括将化合物，如含氮化合物，或含有氢和碳的化合物，例如甲烷或其它烃离解成氢或氢化合物，和碳或碳化合物。该反应的产物经由出口端1117离开反应器容器1111并被收集在反应产物收集器1160a中。

系统1100还可以包括辐射能量和/或另外的反应物的源1150，其提供组分到反应容器1111内的通道1118。例如，辐射能/反应物源1150可以包括燃烧室1151，其提供热燃烧产物1152到通道1118，如箭头A所示。燃烧产物收集器1160b收集离开反应器容器1111的燃烧产物以进行回收和/或其他用途。在特定实施方案中，燃烧产物1152可以包括二氧化碳，一氧化碳，水蒸汽，和其他组分。一个或多个透射表面1119位于反应区1112(其可以设置环形地围绕通道1118)和通道1118的内部区域1120之间。透射表面1119可以相应地允许辐射能和/或化学组分从通道1118径向向外通过以进入到反应区1112，如箭头B所示。通过传递由燃烧产物1152的流动提供的辐射能和/或化学组分，系统1100可以增强发生在反应区1112内的反应，例如，通过提高反应区温度和/或压力，因此提高反应速率和/或反应的热力学效率。类似地，化学组分，例如水或蒸汽可以再循环或以其它方式从通道1118添加以取代在反应区1112被消耗的水或蒸汽。在该实施方案的一个特定方面中，由源1150提供的燃烧产物和/或其它组分可以是来自另一种化学过程(例如，内部燃烧过程)的废物。因此，除了促进在反应区1112的反应之外，上述过程可以回收和重新利用否则将被浪费的能量和/或组分。

透射表面1119的组成和结构可以被选择，以允许辐射能容易地从通道1118的内部区域1120传递到反应区1112。例如，透射表面1119可以包括玻璃或另外的材料，其对于红外能量和/或在其它波长的用于促进在反应区1112中的反应的辐射能量是透明的或部分透明的。在许多情况下，辐射能存在于燃烧产物1152中作为燃烧过程的固有结果。在其他实施方案中，操作者可以引入添加剂到燃烧产物1152的流中，以增加从流中提取并以辐射能的形式输送到反应区1112的能量的量。例如，燃烧产物1152可以与钠，钾，和/或镁接种，从而可以从燃烧产物1152吸收能量，并通过透射面1119向外辐射能量。在特定实施方式中，反应区的壁1112可以是暗的和/或可以具有促进吸收辐射能到反应区1112的其他处理。然而，通常也希望避免形成颗粒和/或焦油，这可能是更容易在深色表面上形成。因此，在反应区1112上的温度和黑暗的水平可被控制/选择以产生或防止焦油/微粒形成。

在特定实施方案中，在反应区进行的过程包括一个调节过程，以产生变暗辐射接收区，例如，通过最初将热量提供给反应区1112的特定区域。在这些区已经加热到足以引起离解之后，少量的含碳氢供体被导入以引起碳沉积或富碳材料沉积。这样的操作根据需要可以被重复以恢复所需的变暗区。

在该实施方案的另一个具体的方面，该过程可以进一步包括阻止在某些区域形成不希望的固体或液体，如通过碳供体的离解产生的微粒和/或焦油和/或阻断包括进入端1113和分配器1115的通路。这可以通过供应来自加热器1123和/或透射表面1119的热量到氧供体(如蒸汽)以加热氧供体来实现。当氧供体被充分加热时，它可以提供所需的吸热，并与碳供体反应而不允许形成颗粒或焦油。例如，碳供体，如甲烷或含有碳和氢的另一种化合物，从蒸接收热热，以形成一氧化碳和氢气，从而避免了不希望的颗粒和/或焦油的形成。

如上所述，燃烧产物1152可以包括蒸汽和/或可作为在反应区1112的反应物的其他组分。因此，透射表面1119可以制造成选择性地允许这种组分进入反应区1112，除了或代替允许辐射能进入到反应区1112之外。在一个特定实施方案中，透射表面1119可以由碳晶体结构来形成，例如，层状石墨烯结构。碳基晶体结构可以包括间隔(例如，以横向于流动方向A的方向的平行层之间)，其被故意选择成允许水分子通过。在同一时间，该间隔可以被选择以防止在反应区1112产生的有用的反应产物传递出反应区。合适的结构和相关方法在2011年2月14日提交的且通过引用被并入本文的未决的美国专利申请号12/857,228，题为“ARCHITECTURALCONSTRUCTHAVINGFOREXAMPLEAPLURALITYOFARCHITECTURALCRYSTALS”中被进一步公开。用于形成透射表面1119的结构可以是碳基，如上所述，和/或可以基于其他能够形成自组织结构的元素，或能够改变表面1119来传递或再辐射特定辐射频率的和/或阻断或通过选定的分子的组分。这样的元素可以包括过渡金属，硼，氮，硅和硫，等等。在特定实施方案中，透射表面1119可包括再辐射材料，其被选择成再辐射一波长的能量，该能量特别可能由在反应区1112的一个或多个反应物吸收。反应区1112的壁可包括这样的材料处理，除了或代替向透射表面1119提供这种处理之外。这样的结构、材料、处理的进一步细节将在以下4.2节中公开。

系统1100还可以包括控制器1190，其接收输入信号1191(例如，从传感器)并至少部分地基于输入1191提供输出信号1192(例如，控制指令)。因此，控制器1190可以包括适当的处理器，内存和I/O性能。控制器1190可接收对应于测量或感测的压力，温度，流速，化学浓度和/或其它合适的参数的信号，并能发出指令控制反应物传递速率，压力和温度，加热器激活，阀设置和/或其它适当的活跃地可控制的参数。操作者可以提供额外的输入以修改，调整和/或覆盖由控制器1190自主地进行的指令。

从石墨烯或其它晶体结构形成透射表面1119的一个特征是，它可以允许辐射能和有用组分(例如，水)均通入反应区1112。在一个特定的实施方案中，石墨烯层之间的间距可被选择为“挤”或以其他方式定向水分子趋于在反应区1112优先地呈现氧原子。因此，使用氧的反应的那些部分(例如，氧化或氧化的步骤)可以比正常情况进行地更容易。其结果是，该机制可为促进从氢供体和水(和/或其它反应物)离解元素或化合物并重组成合适的最终产物的过程提供进一步的途径。

图7B是反应器1310的部分示意性、部分横截面图，其包括由三个环形(例如，同心)定位的导管1322形成的容器1311。因此，反应器1310可以以连续流方式操作。如本文所使用的，“连续流”通常是指在其中反应物和产物可以以连续地无需停止反应以重新将反应物装入反应区的方式被提供到反应器容器并从反应器容器中去除的过程。在其他实施方案中，反应器1310可以以批处理方式操作，在其间反应物被间歇地供给到反应区且产物从反应区间歇地除去。三个导管1322包括第一或内导管1322a，第二或中间通道1322b，以及第三或外导管1322c。第一导管1322a限定了燃烧产物通道1318，并相应地具有燃烧产物1152通过其的内部区域1320。第一导管1322a具有第一透射表面1319a，辐射能量在径向向外的方向穿过该第一透射表面1319a，如箭头B所示。在本实施例的特定方面中，第一导管1322a和第二导管1322b之间的环形区域容纳加热器1323，以及第二导管1322b和第三导管1322c之间的环形区域容纳反应区1312。加热器1323和来自燃烧产物1152的辐射热一起提供热至反应区1312。因此，第二管道1322b可以包括第二透射表面1319b，其允许来自从燃烧产物1152和加热器1323的辐射能径向向外通入反应区1312。在此实施例的特定方面中，第一透射面1319a和第二透射面1319b对于燃烧产物1152的化学成分不透射，以避免燃烧产物1152和加热器1323之间的接触(例如，腐蚀性或其他破坏性接触)。在另一个实施方案中，加热器1323可以以一种方式进行制造(例如，用适当的涂层，处理，或其它特征)，该方式保护其不受穿过第一和第二透射表面1319a、1319b的化学成分的损害。在又一实施方案中，加热器1323可以从反应区1312向外定位。在任何这些实施方案中，加热器1323可以包括电阻加热器，感应加热器或其它合适的设备。在至少一些情况下，加热器1323通过燃烧在反应区1312中产生的氢的一部分供电。在其他实施方案，燃烧是在反应器本身进行，例如，第二管道1322b用作在被选择以加速反应区1312中所期望的反应的频率来辐射能量的气体罩。

在任何前述实施例中，反应区1312可以容纳一个或多个蒸汽分配器1316和一个或多个氢供体分配器1315。分配器1315、1316的每一个可以包括孔1324和/或其它的孔，开口或通道，其允许化学反应物进入反应区1312。供体分配器1315、1316可以包括一个或多个螺旋管道，包括，例如，以编织方式布置的管道，以在轴向、径向和圆周方向均匀地将反应物分配进入反应区。反应区1312是由第三导管1322c限定，它可以具有绝缘反应器外表面1321以保存反应区1312内的热量。在操作期间，发生在反应区1312的反应可通过调节蒸汽和氢供体进入反应区1312的速率、热进入反应区1312(经由燃烧产物通道1318和/或加热器1323)的速率和其他变量，包括在反应区1312中的压力，来控制。适当的传感器和控制反馈回路以可选的控制器的介入自主地进行这些过程，如以上参照图7A所述的。

具有透射表面的合适的反应器的再进一步的实施方案在2011年2月14日提交的并通过引用并入本文的未决的美国申请号13/026,996中公开。

4.2具有再辐射组件的代表性反应器

图8A是根据本公开的实施例的系统2100的部分示意图，其包括具有一个或多个选择性(例如，再辐射)表面的反应器2110。反应器2110还包括具有包围或部分地包围反应区2112的外表面2121的反应容器2111。在代表性实施例中，反应器容器2111接收由供体源2101提供的氢供体到供体进入端2113。例如，氢供体可以包括甲烷或其它烃。在反应器容器2111内的供体分配器或歧管2115分散或分配氢供体进入反应区2112。反应器容器2111还经由蒸汽进入端2114接收来自蒸汽/水源2102的蒸汽。反应器容器2111中的蒸汽分配器2116分配蒸汽进入反应区2112。反应容器2111可以仍然进一步包括加热器2123，其供给热到反应区2112以促进吸热反应。这种反应可包括离解甲烷或其它烃成氢或氢化合物，和碳或碳化合物。反应的产物(例如，碳和氢)经由出口2117离开反应器容器2111并被在反应产物收集器2160a被收集。

系统2100还可以包括辐射能量和/或另外的反应物的源2103，其提供组分到反应器容器2111内的通道2118。例如，辐射能/反应物源2103可以包括燃烧室2104，其提供热的燃烧产物2105到通道2118，如箭头A所示。在特定的实施方案中，通道2118相对于通道中心线2122是同心的。在其他实施方案中，通道2118可以具有其它几何形状。燃烧产物收集器2160b收集离开反应器容器2111的燃烧产物以进行回收和/或其他用途。在特定实施方案中，燃烧产物2105可以包括一氧化碳，水蒸汽，和其他组分。

一个或多个再辐射组件2150被定位在反应区2112(其可以设置为环形地围绕通道2118)和通道2118的内部区域2120之间。再辐射组件2150可以相应地从通道2118吸收入射辐射R并引导再辐射的能量RR进入反应区2112。再辐射的能量RR可以具有波长谱或分布，其更紧密地匹配、靠近、重叠和/或对应于至少一个反应物和/或至少一个所得产物的吸收光谱。通过在有利错开波长递送辐射能，系统2100可以增强发生在反应区2112中的反应，例如，通过增加能量被反应物吸收的效率，从而增加了反应区的温度和/或压力，并因此提高了反应速率，和/或反应的热力学效率。在该实施方案的一个特定方面中，由源2103所提供的燃烧产物2105和/或其他组分可以是来自另一化学过程(例如，内部燃烧过程)的废物。因此，除了促进在反应区2112中的反应，上述过程可以回收和重新利用否则将被浪费的能量和/或组分。

在至少某些实施方案中，再辐射元件2150可配合透射面2119使用和/或与透射面2119集成在一起，其允许化学组分(例如，反应物)容易地从通道2118的内部区域2120传至反应区2112。代表性透射表面的进一步细节在所述标题4.1下被讨论。在其他实施方案中，反应器2110可包括一个或多个再辐射组件2150，而无需还包括透射面2119。在任何这些实施方案中，存在于燃烧产物2105中的辐射能量可以作为燃烧过程的固有结果。在其他实施方案中，操作者可以引入添加剂到燃烧产物2105的流(和/或产生的燃烧产物的燃料)，以增加从流中提取的并以辐射能量的形式传递到反应区2112的能量的量。例如，燃烧产物2105(和/或燃料)可以与钠，钾，和/或镁的源接种，其可从燃烧产物2105吸收能量并以期望频率向外地辐射能量至反应区2112。除了再辐射组件2150之外，这些光源添加剂可被使用在其他组件中。

图8B是一曲线图，其呈现吸收作为代表性反应物(例如，甲烷)和代表性再辐射组件的波长的函数。图8B示出了反应物的吸收光谱2130，其包括多个反应峰值吸收范围2131，其中三个在图8B中被突出显示作为第一、第二和第三峰值吸收范围2131a，2131b，2131c。峰值吸收范围2131表示波长，反应物在该波长比在光谱2130的其他部分吸收更多的能量。光谱2130可包括在特定范围，例如，在第三峰值吸收范围2131c，内的峰值吸收波长2132。

图8B还示出了具有第一峰值波长范围2141a的第一辐射能光谱2140a。例如，第一辐射能量光谱2140a可以代表来自上述参考图8A中的燃烧产物2105的发射。在辐射能如上所述由再辐射组件2150被吸收和再发射，它可以产生具有第二峰值波长范围2141b的第二辐射能光谱2140b，这又包括一个再辐射峰值2142。概括地说，该再辐射组件2150的功能是将辐射能的频谱从第一辐射能谱2140a和峰值波长范围2141a转到第二辐射能谱2140b和峰值波长范围2141b，如箭头S所指示。作为所述转变的结果，第二峰值波长范围2141b比第一峰值波长范围2141a更靠近反应物的第三个峰吸收范围2131c。例如，该第二峰值波长范围2141b可以与第三峰值吸收范围2131c重叠，且在特定实施方案中，所述再辐射峰值2142可以是在或大约在与反应峰值吸收波长2132相同的波长。以此方式，再辐射组件更接近地将辐射能的频谱与峰值对齐，反应物在该峰值最有效地吸收能量。用于执行此功能的代表性的结构参照图8C被进一步详细描述如下。

图8C是上述参照图8A的反应器2110的一部分的部分示意的放大截面图，其具有根据特定的技术实施例被配置的再辐射组件2150。该再辐射组件2150被定位在通道2118(和在通道2118中的辐射能量R)和反应区2112之间。再辐射组件2150可以包括形成隔开的结构2158的材料层2151，其反过来又承载再辐射材料2152。例如，层2151可包括石墨烯层或由合适的构建块元素如碳，硼，氮，硅，过渡金属，和/或硫制成的其它晶体或自定向层。碳是特别合适的成分，因为它相对便宜并且容易获得。事实上，它是反应的目标输出产物，其可以在反应区2112中被完成。合适的结构的进一步细节可在先前通过引用并入本文的共同未决的美国申请号12/857,228中被公开。每个结构2158可以通过间隙2153与其相邻结构间隔开。间隙2153可以由相邻结构2158之间延伸的间隔物2157维持。在特定实施方案中，结构2158之间的间隙2153可以是从约2.5微米至约25微米的宽。在其它实施例中，间隙2153可以具有其它值，这取决于，例如，入射辐射能量R的波长。间隔物2157被定位在图8C的平面之内的和垂直于图8C的平面的隔开的位置，以便不阻塞经由组件2150辐射和/或化学成分的通过。

辐射能量R能够包括第一部分R1，其被大致对准平行于隔开的层结构2158并相应地通过间隙2153完全穿过所述再辐射组件2150并进入反应区2112，而不会接触再辐射材料2152。辐射能源R也可以包括第二部分R2，其入射到再辐射材料2152并相应地再辐射作为再辐射部分RR进入反应区2112。反应区2112可以相应地包括辐射，其具有不同的能量谱和/或不同的峰值波长范围，这取决于入射辐射R是否入射在辐射材料2152上。在反应区2112中的能量的这种组合对至少一些反应可能是有益的。例如，辐射能量的更短的波长、更高的频率(较高能量)的部分可以促进发生在反应区2112中的基本反应，例如，在蒸汽的存在下离解甲烷以形成一氧化碳和氢气。较长波长、较低频率(较低能量)部分能防止反应产物附着到反应器2110的表面上，和/或可以从反应器表面分离此类产物。在特定实施方案中，辐射能量可以通过在反应区2112中的甲烷所吸收，而在其他实施例中，辐射能量可以通过其它反应物被吸收，例如，在反应区2112中的蒸汽，或其他产物。在至少一些情况下，最好是用蒸汽吸收辐射能量。以这种方式，蒸汽接收足够的能量以足够热以完成在反应区2112内的吸热反应，无需不必要地加热碳原子，如果它们没有在离解后迅速氧化，其可以潜在地生成微粒或焦油。

再辐射材料2152可以包括多种合适的成分，包括碳化铁、碳化钨、碳化钛、碳化硼和/或氮化硼。这些材料，以及形成所述间隔开的结构2158的材料，可以基于几种属性被选择，包括耐腐蚀性和/或压缩负载。例如，以任何上述碳化物或氮化物加载碳结构可以产生压缩结构。压缩结构的一个优点是，它比在拉力下的结构更少受腐蚀。此外，该结构的成分(如，前述碳化物和氮化物)的固有的耐腐蚀性可被提高，因为在压缩下其结构对腐蚀剂的渗透性较差，包括蒸汽可以很好地以反应物的形式存在于反应区2112中并作为燃烧产物2105的组分存在于通道构成2118中。前述成分可以单独使用或与磷、氟化钙和/或另一种磷光材料组合使用，以使由再辐射材料2152进行再辐射的能量可能会延迟。这个特征可以平滑至少一些不规则处或间断处，该辐射能伴随这些被供给到反应区2112。

另一种合适的再辐射材料2152包括尖晶石或镁和/或铝氧化物的另一复合材料。尖晶石可以提供上述的压缩力，并且可以将吸收的辐射转移到红外，以便于加热反应区2112。例如，钠或钾可以发出可见光辐射(例如，红色/橙色/黄色辐射)，其可由尖晶石或其它氧化铝-承材料转移至IR带。如果镁和铝的氧化物，包括与着色剂的添加剂，如镁，铝，钛，铬，镍，铜和/或钒的组合物，存在于再辐射材料2152中，则再辐射材料2152可以发射具有多个峰值的辐射，其可以反过来允许反应区2112中的多个成分吸收辐射能量。

在图8C中所示的再辐射组件2150的具体结构包括间隙2153，其不仅可以允许辐射穿过，也可以允许成分通过。因此，再辐射组件2150也可形成透射表面2119，其，如以上参考图8A所述，可以通过允许反应物进入以进一步促进在反应区2112中的反应。

具有再辐射组件的合适的反应器的更进一步的实施方案在2011年2月14日提交的并通过引用并入本文的未决的美国申请号13/027,015中被公开。

4.3具有热管和热泵的代表性反应器

图9A是根据本技术的一个实施例配置的热传递设备3100(“设备3100”)的示意性横截面图。如图9A所示，设备3100可以包括导管3102，其具有输入部3104，与输入部3104相对的输出部3106，以及输入和输出部3104和3106之间的侧壁3120。设备3100可以进一步包括在输入部3104的第一端帽3108和在输出部3106的第二端帽3110。设备3100可以封装工作流体3122(由箭头示出)，其在蒸发-冷凝循环期间在气相3122a和液相3122b之间变化。

在所选择的实施方案中，设备3100还可以包括一个或多个体系结构构造3112。体系结构构造3112是晶体的合成矩阵表征，其主要由石墨烯，石墨，氮化硼，和/或另一合适的晶体组成。这些晶体的配置和处理严重影响当体系结构构造3112经历一定条件时它将呈现的属性。例如，如在下面进一步详细解释的，设备3100可利用体系结构构造3112的热属性，毛细管属性，吸附属性，催化属性和电磁、光学和声学属性。如图9A所示，体系结构构造3112可被布置为多个基本平行的层3114，其由间隙3116隔开彼此。在各种实施方案中，这些层3114可以是薄如一个原子。在其他实施方案中，各个层3114的厚度可大于和/或小于一原子，和层3114之间的间隙3116的宽度可以变化。制造和配置体系结构构造的方法，如在图9A中所示的体系结构构造3112，在先前通过引用并入本文的美国专利申请号12/857,228中被描述。

如图9A所示，第一端帽3108可安装至邻近热源(未示出)，使得第一端帽3108用作热接口，其蒸发工作流体3122。因此，第一端帽3108可以包括具有高的热导率和/或透射率的材料以从热源吸收或传递热量。在图9A所示的实施例中，例如，第一端帽3108包括由导热晶体(例如，石墨烯)制成的体系结构构造3112。体系结构构造3112可以被布置为通过配置所述层3114具有基本上平行于热的汇集的高浓度热传导途径(例如，通过将层3114形成的)来增加它的热传导。例如，在所示实施例中，层3114通常与进入的热流对齐，使得热进入层3114之间的体系结构构造3112。这种配置向热量暴露构造层3114的最大表面积，从而增大了由体系结构构造3112吸收的热。有利地，尽管具有比金属低的密度，体系结构构造3112可传导地和/或辐射地传输每单位面积比固体银、原料石墨、铜或铝更大量的热。

如在图9A中进一步所示，第二端帽3110可以从设备3100排出热量到散热器(未示出)，使得第二端帽3110用作冷接口，其冷凝工作流体3122。第二端帽3110，类似第一端帽3108，可以包括具有高导热性(例如，铜，铝)和/或透射率的材料，以从工作流体3122吸收和/或传输潜热。因此，类似第一端帽3108，第二端帽3110可包括体系结构构造3112。然而，并不类似于第一端帽3108一样使热量进入设备3100，第二端帽3110可以将潜热传送到设备3100以外。在各种实施例中，第一和第二端帽3108、3110的体系结构构造3112可以由类似的材料制成和/或布置成具有基本上相似的热导率。在其他实施方案中，体系结构构造3112可包括不同的材料，可以被布置在不同的方向，和/或以其他方式配置成提供不同的热输送能力，包括所需的导热率和透射率。在进一步的实施方案中，无论是第一端帽3108还是第二端帽3110都不包括体系结构构造3112。

在所选择的实施方案中，第一端帽3108和/或第二端帽3110可包括具有不同导热率的部分。例如，接近导管3102的第一端帽3108的一部分可以包括高导热材料(例如，体系结构构造3112被配置为促进热传导率、铜等)，使得其从热源吸收热量并蒸发工作流体3122。从导管3102隔开的第一端帽3108的另一部分可以包括更少导热材料以绝缘高导热性部分。在某些实施方案中，例如，绝缘部分可以包括陶瓷纤维，密封的闭塞空间，和/或具有高辐射吸收率和/或低热导率的其它材料或结构。在其他实施方案中，第一端帽3108的绝缘部分可以包括被布置成包括低浓度的热传导通路(例如，由较大的间隙3116隔开的层3114)的体系结构构造3112，使得其具有传导传递热量的低的可用性。

在其它实施方案中，体系结构构造3112的结构可以基于设备3100的尺寸、热源和散热器之间的温度差、所期望的热传递、工作流体3122和/或其它适合的热传递特性而不同于图9A中所示的那些结构。例如，具有更小的表面面积的体系结构构造3112可适于设备3100的微观的应用和/或高温差，而具有较高的表面区域的体系结构构造3112可以是更适合于设备3100的宏观应用和/或更高的传热速率。体系结构构造3112的热导率，也可通过以深色涂层涂覆层3114而被改变以增加热吸收，和通过以浅色涂层涂覆层3114而被改变以反射热量出去并从而降低热吸收。

仍参考图9A，该设备3100可以通过毛细作用将工作流体3122液相3122b返回到输入部3104。因此，导管3102的侧壁3120可以包括一个芯结构，其在液相3122b上施加毛细管压力，以驱动它朝向希望的位置(例如，输入部3104)。例如，侧壁3120可以包括纤维素、陶瓷芯吸材料、烧结或胶粘金属粉末、纳米纤维，和/或提供毛细管作用的其它合适的管芯结构或材料。

在图9A中所示的实施例中，体系结构构造3112与导管3102的纵向轴3118对准并被配置成施加必要的毛细管压力以引导工作流体3122的液相3122b到输入部3104。层3114的组合物、掺杂物、间隔和/或厚度可以基于为工作流体3122提供毛细作用所需的表面张力被选择。有利地，体系结构构造3112可以在液相3122b上应用足够毛细管压力以短距离和长距离(例如，毫米至公里)驱动工作流体3122。另外，在选择的实施例中，层3114的表面张力可以被操纵，使得体系结构构造3112拒绝预选的流体。例如，体系结构构造3112可以被配置为具有表面张力，其拒绝除了工作流体3122的液相3122b的任何液体。在这种实施例中，体系结构构造3112可以作为过滤器，其防止除了工作流体3122的任何流体(例如，扩散进入导管3102的杂质所污染的流体)被蒸发冷凝周期所干扰。

在其它实施方案中，体系结构构造3112的选择性毛细作用在比常规的蒸馏技术低得多的温度分离物质。体系结构构造3112对物质的更快的分离可以减少或消除如果物质到达设备3100内较高的温度引起的物质降解。例如，潜在的有害物质，可以在工作流体3122达到接近输入部3104的较高温度之前通过体系结构构造3112的的选择性毛细作用从工作流体3122除去。

导管3102以及第一和第二端帽3108、3110可以使用能够承受设备3100的温差的适当的紧固件被密封。在其他实施方式中，设备3100一体地形成。例如，设备3100可以使用一种或多种材料模制。真空可以用于去除导管3102内的任何空气，然后导管3102可以由少量的被选择为匹配操作温度的工作流体3122所填充。

在操作中，设备3100利用工作流体3122的蒸发冷凝循环传递热。更具体地说，第一端帽3108可从热源吸收热量，并且工作流体3122可以反过来从第一端帽3108吸收热量以产生蒸汽相3122a。由工作流体3122的相位变化引起的压力差可以驱动工作流体3122的汽相3122a以填充可用的空间，并从而传递工作流体3122通过导管3102至输出部3104。在输出部3104，第二端帽3110可从工作流体3122吸收热量以改变工作流体3122到液相3122b。来自工作流体3122的凝结的潜热可以经由第二端帽3110被转移出设备3100。通常，流入到第一端帽3108的热量基本上等于由第二端帽3110除去的热量。如在图9A中进一步示出，由体系结构构造3112或其他芯结构提供的毛细作用能将工作流体3122的液相3122b返回到输入部3104。在所选择的实施方案中，层3114的末端可以交错或成角度朝向导管3102以促进层3114之间的液体相3122b的输入和/或以促进在输入部3104液相3122b到汽相3122b的转化。在输入部3104，工作流体3122可以再次蒸发并继续通过蒸发冷凝循环的手段循环通过导管3102。

设备3100还可以在相反的方向操作上述蒸发冷凝循环。例如，当热源和散热器被颠倒时，第一端帽3108可作为冷接口以及第二端帽3110可以作为热接口。因此，输入和输出部分3104和3106被反转，使得工作流体3122靠近第二端帽3110蒸发，靠近第一端帽3108冷凝，以及使用侧壁3120所提供的毛细作用返回到第二端帽3110。设备3100的可逆性使得设备3100不管热源和散热器的位置都能被安装。另外，设备3100可以容纳一环境，在其中热源和散热器的位置可以颠倒。例如，如下面进一步描述的，设备3100可以在夏季在一个方向上操作以利用太阳能，以及设备3100可以在冬季逆转方向以利用以前夏季期间存储的热。

在第一端帽3108和/或第二端帽3110处包括体系结构构造3112的设备3100的实施例具有比常规的导体每单位面积更高的导热率。该增加的热导率可提高处理速度和在第一和第二端帽3108、3110之间的温差，以产生更大的和更有效的热传递。此外，在第一端帽3108和/或第二端帽3110包括体系结构构造3112的实施方式需要较少的表面积来吸收必要的热量，以实现蒸发冷凝循环。因此，设备3100可以比常规的热管更紧凑，其传递相当量的热量并提供相当大的成本降低。

仍参考图9A，在各种实施方案中，该设备3100还可以包括与导管3102流体连通的液体贮存器3124，使得液体贮存器3124可以收集和存储工作流体3122的至少一部分。如图9A所示，液体贮存器3124可通过管道或其它适当的管状结构耦接到导管3102的输入部3104。液相3122b可因此从侧壁3120(例如，体系结构构造3112，芯结构，等)流入液体储存器3124。在其他实施方案中，液体贮存器3124流体连通导管3102的另一部分(例如，输出部3106)，使得液体贮存器3124收集汽相3122a或混合相中的工作流体3122。

液体贮存器3124允许设备3100在至少两种模式中操作：热积累模式和热传递模式。在热积累模式期间，工作流体3122的蒸发冷凝循环可通过从导管3102注入工作流体3122到液体贮存器3124而减缓或停止。然后第一端帽3108可以用作热积累器，其吸收热量而无需蒸发冷凝循环散发积热。在第一端帽3108累积期望量的热和/或热源(例如，太阳)不再提供热量之后，设备3100可以通过将工作流体3122注入导管3102而改变热传递模式。存储在第一端帽3108的热可以蒸发进入的工作流体3122，以及压力差可以驱动气相3122a朝着导管3102的输出部3106以重新启动上述蒸发冷凝循环。在某些实施方案中，蒸发冷凝循环的重新启动可以被监测以分析工作流体3122的特性(例如，组成，蒸气压，潜热，效率)。

如图9A所示，控制器3126可以可操作地连接到液体贮存器3124来调制该工作流体3122进入管道3102的速率和/或调整工作流体3122流入或流出导管3102的体积。控制器3126可以从而改变导管内的压力3102，使得该设备3100可在热源和散热器之间的不同的温度差下进行操作。因此，设备3100可以提供一个恒定的热通量，尽管减少的热源(例如，第一端帽3108)或间歇蒸发冷凝循环。

图9B-1及图9B-2是根据本技术的其他实施例的热传递设备3200a、3200b(“设备3200”)的示意性横截面图。设备3200的特征一般类似于图9A中所示的设备3100的特征。例如，每一个设备3200可以包括导管3102，侧壁3120，以及第一和第二端帽3108、3110。设备3200利用通常类似于与参照图9A描述的工作流体3122的蒸发-冷凝循环同样将热从热源传递到散热器。此外，如图9B-1及图9B-2所示，设备3200还可以包括液体贮存器3124和控制器3126，使得设备3200可在热积累模式和热传递模式下操作。

在图9B-1及图9B-2中示出的设备3200可以利用重力，而不是在图9A中描述的毛细作用，将工作流体3122的液相3122b返回到输入部3104。因此，如在图9B-1及图9B-2中所示，热流入是在热输出之下，使得重力可以驱动液相3122b向下沿着侧壁3120而到输入部3104。因此，如图9B-1中所示，侧壁3120仅需要包括防渗膜3228，而不是毛细作用所必需的芯结构，以在导管3102内密封所述工作流体3122。防渗膜3228可以由聚合物制成，例如聚乙烯，金属或金属合金，例如铜和不锈钢，和/或其他合适的防渗透的材料。在其它实施例中，设备3200可以利用加速度的其他来源(例如，离心力，毛细管作用)以将液相3122b返回到输入部3104，使得输入和输出部3104、3106的位置并不是依赖重力的。

如图9B-2中所示，在其他实施方案中，侧壁3120可以进一步包括体系结构构造3112。例如，体系结构构造3112可被布置成使得这些层3114正交取向于导管3102的纵向轴3118，以形成传递热量远离导管3102的导热通道。因此，随着液相3122b沿侧壁3120流动，体系结构构造3112可以从液相3122b提取热量，沿着所述层3114，并远离设备3200的侧壁3120。这可以增加输入和输出部3104、3106之间的温差，以增加热传递的速率和/或当温度梯度不充分时促进蒸发冷凝循环。在其他实施方案中，层3114可以相对于纵向轴3118以不同的角度被取向，以在不同的方向传递热量。在某些实施方案中，体系结构构造3112可以被定位为径向向外于防渗膜3228。在其它实施例中，防渗膜3228可以径向向外于体系结构构造3112或体系结构构造3112本身可以提供足够的不透壁，以密封导管3102内的工作流体3122。

在图9B-1及图9B-2中所示的第一和第二端帽3108、3110还可以包括体系结构构造3112。如图9B-1及图9B-2中所示，体系结构构造3112的层3114通常对准热输入和热输出的方向，以提供能够有效地传输热量的热传导通路。此外，第一和/或第二端帽3108、3110的体系结构构造3112可以被配置为施加毛细压力以用于特定物质进入或离开导管。例如，体系结构构造3112的层3114的组合物、间距、掺杂剂和/或厚度可以被调制，以选择性吸引层3114之间的特定物质。在所选择的实施方案中，体系结构构造3112可以包括被配置用于第一物质的层3114的第一区和被配置用于第二物质的层3114的第二区，以选择性地从导管3102除去和/或添加两种或更多种期望的物质。

在进一步的实施方案中，第二端帽3110可以利用体系结构构造3112的吸附属性以选择性地在层3114之间加载工作流体3122的所需成分。体系结构构造3112的结构可以被操纵以获得必需的表面张力，以加载几乎任何元素或可溶物质。例如，层3114可以用预定的掺杂物或材料被预加载以调整沿着这些表面的吸附的表面张力。在某些实施方案中，层3114可以用CO₂被预加载，使得体系结构构造3112可以随着热释放通过第二端帽3110，从工作流体3122选择性开采CO₂。在其他实施方案中，所述层3114可以以预定的距离彼此间隔开，包括某些涂覆，和/或以其他方式被布置以选择性地加载所需的组分。在一些实施方案中，所希望的组分吸附到各个层3114的表面上，而在其它实施方案中，所希望的成分被吸附到层3114之间的区域中。在进一步的实施方案中，物质可以有目的地从输入部3104供给到导管3102(例如，通过第一端帽3108)，使得所加入的物质可以结合或与工作流体3122反应以产生所需的组分。因此，在第二端帽3110的体系结构构造3112可促进组分的选择性开采。此外，体系结构构造3112可以除去杂质和/或可能已进入导管3102并潜在地干扰设备3200的效率的其它不希望的可溶物。

类似地，在选定的实施方案中，在第一端帽3110的体系结构构造3112还可有选择地加载所要求的化合物和/或元素，以防止他们曾经进入导管3102。例如，体系结构构造3112可以过滤掉链烷烃，其阻碍或以其他方式干扰设备3200的传热。在其他实施方案中，设备3200可包括可被用于防止某些材料进入导管3102其他的过滤器。

此外，类似于化合物和元素的选择性加载，在第一和第二端帽3108、3110的体系结构构造3112还可以被配置以吸收所需波长的辐射能。例如，层3114可以具有一定的厚度，组成，间隔以吸收特定波长的辐射能。在选定的实施方案中，体系结构构造3112吸收第一波长的辐射能并将其转换成第二波长的辐射能，重传至少一些被吸收的能量。例如，这些层3114可以被配置为吸收紫外线辐射并将紫外辐射转换为红外辐射。

此外，层3114也可以通过传递热至反应将要发生的区来催化反应。在其他实现中，层3114也可以通过传递热离开反应将要发生的区来催化反应。例如，热量可传导地传递到所述层3114(例如，在2010年8月16日提交的美国专利申请号12/857,515，题为“APPARATUSESANDMETHODSFORSTORINGAND/ORFILTERINGASUBSTANCE”中讨论的，该申请通过应用被全部合并于此)，以供给热至层3114的支撑管内的吸热反应。在一些实施中，层3114通过从反应将发生的区中除去反应的产物来催化反应。例如，层3114可以从中心支撑管的生化反应吸收醇，在该管中醇是副产物，由此在层3114的外边缘上排出醇，并延长生化反应所涉及的微生物的寿命。

图9C-1是根据本技术的进一步的实施方案的在第一方向的热传递设备3300(“设备3300”)的示意性横截面图，以及图9C-2在与第一方向相反的第二方向上操作的图9C-1的设备3300的示意性横截面图。设备3300的多个特征通常类似在图9A-9B-2中所示的设备3100、3200的特征。例如，设备3300可包括导管3102、第一和第二端帽3108、3110，以及体系结构构造3112。如图9C-1和9C-2中所示，设备3300的侧壁3120可以包括两个体系结构构造3112：具有被定向成平行于导管3102的纵向轴3118的层3114的第一体系结构构造3112a和从第一体系结构构造3112a径向向内并具有被定向成垂直于纵向轴3118的层3114的第二体系结构构造3112b。第一体系结构构造3112a的层3114可以执行毛细作用，并且第二体系结构构造3112b的层3114可以形成从管道3102的一侧转移走热量的导热通道，从而增大输入和输出部3104、3106之间的温度差。

类似于图9A中所示的设备3100，当热流的方向改变且输入和输出部3104、3106被反转时，设备3300也可以操作。如图9C-1中所示，例如，设备3300可以在第一端帽3108吸收热量来在输入部3104蒸发工作流体3122，经由工作流体3122的气相3122a传递热通过导管3102，以及从第二端帽3110排出热以在输出部3106冷凝工作流体3122。如在图9C-1进一步示出，工作流体3122的液相3122b可以通过如上参考图9A所述的毛细作用在第一体系结构构造3112b的层3114之间移动。在其他实施方案中，侧壁3120可以包括不同的毛细结构(例如，纤维素)，其可以从输出部3106驱动液相3122b至输入部3104。如图9C-2中所示，条件是可以逆转，以使得热靠近第二端帽3110进入设备3300并靠近第一端帽3108离开设备3300。有利地，如以上所讨论的，工作流体3122的双向蒸发-冷凝循环可容纳一环境，在该环境中的热源和散热器的位置颠倒。

在至少某些实施方案中，热泵可用于传递热量，除了或代替热管，且所传送的热量可以被用于提高热泵被耦接至的反应器的效率和/或性能。在具体实施方案中，热量从永久冻土，地热，海洋和/或其它来源提取。图9D是可逆热泵3150的部分示意图，其被定位成从源3202(例如，地热源)接收热量，由箭头H1所示，并在比该源高的温度下提供热量，如箭头H2表示。热泵3150通过工作流体传热，其可以在封闭冷冻循环中操作。因此，热泵3150可以包括压缩机3154、膨胀阀3162、供给和返回导管3156、3160以及第一和第二热交换器3152、3158。在操作中，工作流体经由第二热交换器3158从源3202接收热量。工作流体流过供应导管3156至在在那里被压缩的压缩机3154，并在第一热交换器3152输送热量(例如，非燃烧反应器)、工作流体然后膨胀通过膨胀阀3162并经由回流管3160返回到第二热交换器3158。

工作流体可至少部分基于源3202的温度和所需的输送温度被选择。例如，工作流体可以是一种相对惰性的流体，例如氟利昂，氨，或二氧化碳。这种流体是与各种聚合物和金属组分相容。这些组分可包括管衬聚合物，如氟化乙烯-丙烯，全氟烷氧基，聚偏二氟乙烯，四氟丙烯，乙烯-丙烯二聚物，和/或许多其他可由纤维如石墨、E-玻璃、S-玻璃、玻璃-陶瓷或各种有机长丝加固的材料以形成导管3156、3160。热交换器3158可以由金属合金，例如，304型或其他“300”系列的奥氏体不锈钢、铝合金、黄铜或青铜的选择来制备。压缩机3154可以是根据包括该应用的比例的因子的正位移或涡轮式压缩机。膨胀阀3162可以被选择为满足特定应用的压降和流量的要求。

在代表性实施例中，源3202是在中等温度(例如，125°F(52℃))，工作流体可以包括二氧化碳，它通过阀门3162膨胀到降低的温度(例如，115°F(46℃))。工作流体在源3202接收热量以达到120°F(49℃)的代表温度。在压缩机3154，工作流体的温度升高到325°F(163℃)或更高的代表值。在具体实施方案中，一种或多种附加的热泵循环(未示出)可用于进一步提高输送温度。它可以是特别有利于使用热泵循环以在比源3202高的温度输送热，因为这样的循环一般输送相比压缩机3154的操作所需的能量而言2到10倍更多的热能。

以大致类似的方式，有利的是反向使用一个或多个热泵循环来冷却工作流体至低于环境温度的温度，因此“冷藏”被冷却物质。例如，在湖底或海洋沉积物中的永久冻土或甲烷水合物可被冷却到远低于在这样的应用中的空气或周围的水的环境温度的温度。

具有透射表面的合适的反应器的再进一步的实施方案在2011年2月14日提交的并通过引用并入本文的未决的美国申请号13/027,244中被公开。

4.4具有太阳能输送设备的代表性的反应器

图10A是系统4100的部分示意图，其包括具有反应区4111的反应容器4110。系统4100还包括太阳能收集器4101，其引导太阳能4103至反应区4111。太阳能收集器4101可以包括一碟、槽、定目镜布置、菲涅耳透镜和/或其它辐射聚焦元件。反应器容器4110和太阳能收集器4101可被安装到一台座4102，它允许太阳能收集器4101绕至少两个正交的轴旋转，以便随着地球旋转继续高效率地聚焦太阳能4103。系统4100还可以包括多个反应物/产物容器4170，其包括第一和第二反应物容器4170a、4170b，以及第一和第二产物容器4170c、4170d。在具体实施方案中，第一反应物容器4170a能够提供包含氢和碳的反应物，例如甲烷，其在反应区4111中在吸热反应中被处理，以产生被分别提供到第一和第二产物容器4170c、4170d的氢和碳。在其他实施方案中，其它反应物，例如，城市固体废物流，生物质的反应物，和/或其它废物流可以在形成第二反应物容器4170b的一部分的料斗4171被提供。在任何这些实施方案中，内部反应物输送系统和产物去除系统提供反应物到反应区4111并从反应区4111去除产物，将在以后参考图10C进一步详细地描述。

系统4100还可以包括一个补充热源4180，其当可用的太阳能4103不足以维持在反应区4111的吸热反应时提供热至反应区4111。在特定实施方案中，补充热源4180可包括感应加热器4181，其在白天被定位远离反应区4111，以允许集中的太阳能4103进入反应区4111，并且可以在夜间滑过反应区4111，以提供热至反应区4111。感应加热器4181可以由可再生的清洁能源供电，例如，在白天通过反应器容器4110产生的氢，或降落的水，地热能源，风能，或其它合适来源。

在任何前述实施例中，系统4100可以进一步包括控制器4190，其接收输入信号4191，并经由控制信号或其他输出4192引导构成系统4100的设备的操作。例如，控制器4190可以从辐射传感器4193接收指示何时入射太阳辐射不足以维持在反应区4111的反应的信号。作为响应，控制器4190可以发出一个命令，以激活补充热源4180。控制器4190也可以引导反应物输送和产物去除系统，下面参考图10C进行进一步的描述。

图10B是在图10A中所示的反应容器4110的实施例的部分示意图，示出了定位成允许入射太阳能源4103进入反应区4111的透射组件4112。在特定实施例中，透射组件4112可包括一玻璃或其他合适的很容易透射太阳辐射的透明的、高温材料，且被配置为在反应区4111中经受高温。例如，在反应区4111温度在一些实施方案中被预期达到44000°F，且对于反应物和/或产物可能更高。

在其它实施方式中，透射组件4112可以包括在一个波长吸收辐射且在另一个再辐射它的一个或多个元件。例如，透射组件4112可包括第一表面4113a，其在一个波长接收入射太阳能，以及第二表面4113b，其在另一个波长将能量再辐射进入反应区4111。以这种方式，提供至所述反应区4111的能量可以被专门定制，以匹配或近似置于反应区4111内的反应物和/或制品的吸收特性。代表性再辐射设备的进一步细节在以上4.2节中进行了描述。

在其它实施方案中，反应器容器4110可以包括执行相关功能的其他结构。例如，反应器容器4110可以包括具有第一和第二表面4113a、4113b的百叶窗布置4114，其可以被枢转以根据外部条件，例如，入射太阳能4103的水平，呈现一个表面或另一表面。在实施方案的具体方面中，第一表面4113a可以有相对高的吸收率和相对低的发射率。该表面相应地可在白天容易吸收辐射。第二表面4113b可以具有相对低的吸收率和相对高的发射率，并且可以相应地进行操作以冷却反应区4111(或在反应器4110的另一组成部分)，例如，在夜间。这种布置的代表性应用是反应器，其进行吸热和放热反应，如在下面第4.8节中进一步描述的。用于在冷却模式下操作太阳能收集器4101(图10A)的其他布置的进一步细节在下面4.5节中进行描述。

在又进一步的实施方案中，反应器4110可包括重定向辐射特征，其由于收集器表面像差，环境的缺陷，不平行的辐射，风和/或其他干扰或扭曲而“泄漏”(例如，没有精确地聚焦在透射部件4112上)。这些特征可以包括额外的百叶窗4114a，其可以被定位和/或调整，以重定向辐射(有或没有波长移位)到反应区4111。

图10C是根据本公开的实施方式配置的反应容器4110的一部分的部分示意性横截面图。在该实施方案的一个方面，反应器4110包括被定位在大致圆柱形，桶形反应器容器4110中的反应物输送系统4130，以及从反应物输送系统4130环形向内定位的产物去除系统4140。例如反应物输送系统4130可包括外螺杆4131，后者又包括外螺纹轴4132和向外延伸的外螺纹4133。外螺杆4131具有沿轴向延伸的第一轴向开口4135，产物去除系统4140被定位在其中。外螺杆4131绕中心旋转轴4115旋转，如箭头O所示。随着它这样旋转，它承载至少一个反应物4134(例如，气体，液体和/或固体反应物)向上并向右，如图10C所示，并朝向反应区4111。随着反应物4134被承载在外螺纹4133内，其也被压紧，从而可能释放出的气体和/或液体，其可以通过百叶和/或从外螺杆4131环状向外定位的其它开口4118逃逸。随着反应物在外螺纹4133中变得紧密，它形成对容器4110的内壁4119的密封。这种布置可以防止丢失反应物4134，并且可以代替迫使反应物4134朝向反应区4111移动。反应物输送系统4130可以包括其他特征，除了外螺纹4133，以迫使反应物4134朝向反应区4111。例如，反应器容器4110的内壁4119可以包括一个或多个螺旋形凹槽4116，其倾向于随着外螺杆4131旋转而轴向地迫使反应物4134。除了或代替该特征，整个外螺杆4131可前后往复运动，由箭头R所指示，以防止反应物4134粘到内壁4119，和/或释放可能粘到内壁4119的反应物4134。放置在内壁4119附近的桶状加热器4117也可以减少反应物粘着，除了或代替上述特征。在至少一些实施方案中，可预期的是当温暖时所述反应物4134将不太可能粘着。

反应物4134可以包括各种合适的组合物，例如，可提供氢供体至反应区4111的组合物。在代表性实施方案中，反应物4134可包括生物质的成分，例如，城市固体废物、商业废物、森林产品浪费或沼泽地、纤维素、木素纤维素、烃废物(例如，轮胎)，和/或其它。被压紧后，这些废产物可以高度细分，这意味着由于粗糙表面特征和/或再反射和最终吸收入射辐射的表面特征它们可以很容易地吸收入射辐射。该属性可进一步提高反应物4134在反应区4111中进行加热的效率。

一旦反应物4134已输送到反应区4111，它从入射太阳能4103或其他信号源接收热量，并经历吸热反应。反应区4111可以具有环形形状，并且可以包括绝缘4120，以防止热量从容器4110逸出。在一个实施方案中，发生在反应区4111的吸热反应包括离解甲烷，和重整碳和氢成分为元素碳和双原子氢，或其他碳化合物(例如，以一氧化碳或二氧化碳的形式氧化碳)和氢的化合物。所得到的产物4146可以包括气态部分(由箭头G所示)，其从反应区4111环形向内地通过以被产品去除系统4140收集。产物4146的固态部分4144(例如，灰分和/或其它副产物)也由产物去除系统4140收集。

产物去除系统4140可以包括位于外螺纹4131内的第一轴向开口4135中的内螺杆4141。内螺杆4141可以包括内螺纹轴4142和内螺纹4143。内螺杆4141还可以在与外螺杆4131相同的方向或在相反的方向绕旋转轴4115旋转，由箭头I所指示。内螺杆4141包括具有开口的第二轴向通路4145，其允许气态产物G进入。气态产物G沿着第二轴向开口4145向下行进以被收集，并且在至少一些情况下，进一步被处理(例如，以将在反应中产生的碳与在反应中产生的氢分离)。在具体实施方案中，气态产物G可以通过一个附加的热交换器(在图10C中未示出)与进入的反应物4134交换附加的热量以冷却该产物G并加热反应物4134。在其他实施方案中，气态产物G可以是通过驱动斯特林发动机或产生机械和/或电功率的其它装置被冷却。随着内螺杆4141旋转，它承载产物4146的固体部分4144向下，向左，如图10C所示。固体产物4144(和气态产物G)可以通过传导传递热量至外螺杆4131以加热进入的反应物4134，在这之后的固体部4144可以被移除以进行使用。例如，来自在反应区4111进行的反应的含氮和/或含硫的产物可以在农业或工业生产过程中使用。因此，产物和固体部分的化学和物理组成可以取决于进入反应物的特性，其可以广泛地变化，例如，从城市固体废物到工业废物到生物质。

如上面参考图10A和10B所讨论的，系统4100可以包括引导能源(如热能)到反应区4111的特征，即使是当可用的太阳能不足以维持该反应的时候。在图10C中所示的实施例中，补充热源4180可包括燃烧反应物4182(例如，氧化剂和/或含氢的可燃材料)，其被引导通过设置在所述第二轴向开口4145中的输送管4184至燃烧器或燃烧器区4183，其与反应区4111热连通。在夜间或当入射太阳能是低的其它时间段，补充热源4180可提供额外的热至反应区4111以维持发生其中的吸热反应。

如上所述参考图10C的实施例的一个特征是进入反应物4134可与离开反应区的固体产物4144密切或亲密地热连通。特别地，外螺杆轴4132和外螺纹4133可以由高导热材料制成，以便从由内螺杆4141承载的固体产物4144接收热量，并提供热到进入的反应物4134。这种布置的一个优点是，它是高热效率的，因为它从否则将以浪费的热量的方式被冷却的产物中去除热量，并同时对进入的反应物4134加热，从而减少必须由太阳能收集器4101(图10A)和/或补充热源4180产生的热量。通过提高在反应器容器4110中氢和/或碳或其他构件块被产生的效率，反应器系统4100可以增加可再生的反应物和被用于生产产物的能源的商业可行性。

具有太阳能输送设备的合适的反应器的仍进一步的实施方案在通过引用并入本文的美国专利8,187,549中被公开。

4.5具有太阳能聚焦器代表性反应器

图11A是根据本技术特定实施例的具有反应器5110连接到太阳能聚焦器5120的系统5100的部分示意性的、部分横截面图。在该实施方案的一个方面，太阳能聚焦器5120包括安装到台座5122的碟5121。碟5121可以包括聚焦器表面5123，其接收入射太阳能5126，并引导太阳能作为集中的太阳能5127朝向焦点区域5124。碟5121可以耦合到聚焦器致动器5125，其移动碟5121绕至少两个正交轴线移动，以便随着地球旋转有效地集中太阳能5126。如将在下面进一步详细描述的，聚焦器致动器5125也可以被构造为有意地定位碟5121在冷却操作期间朝着远离太阳。

反应器5110可包括一个或多个反应区5111，如第一反应区5111a和第二反应区5111b，如图11A所示。在一个具体的实施方案中，第一反应区5111a被定位在焦点区域5124以接收聚焦的太阳能5127和促进离解反应或其他吸热反应。因此，系统5100可进一步包括分配/收集系统5140，其可提供反应物到反应器5110，并收集从反应器5110接收到的产物。在该实施方案的一个方面中，分配/收集系统5140包括反应物源5141，其引导反应物至第一反应区5111a，以及一个或多个产物收集器5142(两个示于图11A中，如第一产物收集器5142a和第二产品收集器5142b)，其从反应器5110收集产物。当反应器5110包括一单一反应区(例如，第一反应区5111a)，产物收集器5142a、5142b可以直接从第一反应区5111a收集产物。在另一个实施方案中，在第一反应区5111a产生的中间产物被引导到第二反应区5111b。在第二反应区5111b中，中间产物可经历一个放热反应，然后将所得产物沿产物流动路径5154输送到产物收集器5142a、5142b。例如，在代表性实施方式中，反应物源5141可以包括甲烷和二氧化碳，其被提供(例如，以单独控制的方式)至第一反应区5111a，并被加热以产生一氧化碳和氢气。一氧化碳和氢气稍后提供给第二反应区5111b以在放热反应中生产甲醇。这种布置和在第一反应区5111a和第二反应区5111b之间的相关联的热传递过程的进一步细节在下面的第4.8节中被更详细地描述。

在至少某些情况下，除了上述的太阳能加热，期望提供对反应器5110的冷却。例如，冷却可用于去除由在第二反应区5111b正在进行的放热反应产生的热量，从而使反应继续。当在第二反应区5111b产生的产物包括甲醇时，可能期望进一步冷却甲醇为液体，以提供方便的贮存和运输。因此，系统5100可包括便于使用聚焦器表面5123来冷却在反应器5110的组分或成分的特征。在特定实施方案中，系统5100包括第一热交换器5150a，其可操作地连接到热交换器致动器5151b，热交换器致动器5151b相对于焦点区域5124移动第一热交换器5150a。第一热交换器5150a可以包括热交换器流体，其与在反应器5110的成分热连通，但是与这些成分流体隔离，以避免污染成分和/或干扰发生在反应器5110中的反应。热交换器流体围绕在回路中的热交换器流体流动路径5153从第一热交换器5150a行进到第二热交换器5150b并返回。在第二热交换器5150b，当产物从第二反应区5111b到分配/收集系统5140时，热交换器流体从由反应器5110产生的产物(如甲醇)接收热量。热交换器流体流动路径5153传输加热的热交换器流体回到第一热交换器5150a进行冷却。在热交换器流体流动路径5153(例如，盘绕管道)中的一个或多个应力释放特征5152促进第一热交换器5150a的移动。系统5100还可以包括控制器5190，其从任何各种的传感器，换能器，和/或系统5100的其他元件接收输入信号5191，以及，响应于从这些元件接收的信息，传输控制信号5192来调整系统5100的操作参数。

图11B示出了一种机制，通过该机制被提供到第一换热器5150a的热交换器流体被冷却。在本实施例中，控制器5190引导热交换器致动器5151来驱动第一换热器5150a从图11A中所示的位置到焦点区域5124，如箭头A所指示。此外，控制器5190可以引导聚焦器致动器5125来定位碟5121，以使聚焦器表面5123指引远离太阳并对准具有非常小的辐射能量的天空的区域。在一般情况下，这个过程可以在夜间完成，当更容易避免日晒和当地环境的辐射能量，但在至少一些实施方案中，这个过程也可以在白天进行。耦合到控制器5190的辐射能传感器5193可以检测何时进入的太阳辐射经过低于阈值水平，表明用于定位第一换热器5150a于图11B中所示的位置的适当的时间。

凭借在图11B中所示的位置的第一换热器5150a，在热交换器5150a中的热传热流体辐射被发射的能量5128，其是由碟5121在聚焦器表面5123收集并向外重定向为被引导的发射能量5129。位于靠近焦点区域5124的绝缘体5130能够防止辐射能在非朝向聚焦器表面5123的方向上被发射。通过定位集中表面5123以指向具有非常小的辐射能量的空间中的区域，空间中的区域可以作为散热片操作，并且可以相应地接收由第一热交换器5150a返回的被引导的发射能量5129。热交换器流体，在被在第一热交换器5150a冷却后，回到第二热交换器5150b以从沿产物流动路径5154流动的产物中吸收更多的热量。因此，聚焦器表面5123可用于冷却，以及加热反应器5110的元件。

在特定实施方案中，第一热交换器5150a在白天被定位为如图11A所示，并在夜间被定位为如图11B所示。在其他实施方案中，多个系统5100可耦合在一起，一些的相应的第一热交换器5150a定位为如图11A所示，以及其他的第一换热器5150a定位为如图11B所示，以提供同时的加热和冷却。在任何这些实施方案中，冷却过程可用于液化甲醇，和/或提供其他功能。这样的功能可以包括液化或固化的其它物质，例如，二氧化碳，乙醇，丁醇或氢。

在特定实施方案中，输送到反应器5110中的反应物被选择为包含氢，这被与该反应物的其它元素(如碳，氮，硼，硅，过渡金属，和/或硫)离解，以产生氢基燃料(例如双原子氢)和结构构建块，并且可以进一步被处理以产生耐用品。这样耐用品包括石墨，石墨烯，和/或聚合物，其可以被从碳结构构建块产生，和从含氢或其它结构构建块形成的其它合适的化合物产生。合适的过程和产物的进一步细节在以下共同未决的美国专利申请中公开：13/027,208标题为“CHEMICALPROCESSESANDREACTORSFOREFFICIENTLYPRODUCINGHYDROGENFUELSANDSTRUCTURALMATERIALS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”；13/027,214题为“ARCHITECTURALCONSTRUCTHAVINGFOREXAMPLEAPLURALITYOFARCHITECTURALCRYSTALS”(代理人案号69545.8701US)；和12/027,068题为“CARBON-BASEDDURABLEGOODSANDRENEWABLEFUELFROMB1OMASSWASTEDISSOCIATION”(代理人案号69545.9002US)，所有这些都是在2011年2月14号提交的，且通过引入被合并在此。

图11C示出了公开的技术的另一实施例的配置的具有反应器5310的系统5300，反应器5310具有可移动碟5321。在该实施方案的特定方面中，该反应器5310包括第一反应区5311a和第二反应区5311b，当碟5321具有第一位置时，第一反应区5311a接收集中的太阳能5127，在图11C中用实线表示。碟5321被耦合到碟致动器5331，其相对于反应区5311a，5311b移动碟5321。因此，在操作的第二阶段中，控制器5190引导碟致动器5331将碟5321移动到在图11C中虚线所示的第二位置。在一个实施方案中，这样的安排可以被用于当碟5321是在第二位置时，提供热量给第二反应区5311b。在另一个实施方案中，这样的安排可以被用于冷却第二反应区5311b。因此，控制器5190可以引导聚器致动器5125以指引碟5321至在具有很少或根本没有辐射能的天空中的位置，因此允许第二反应区5311b来散热到碟5321并最终到空间，在一种大致类似于上述参照图11A和11B描述的方式。

具有太阳能聚焦器的合适的反应器的进一步的实施方案在授权的美国专利号8,187,550中被公开，其通过引用并入本文。

4.6具有感应加热的代表性反应器

图12是根据本发明公开的技术的实施方案配置的具有反应器6110的系统6100的部分示意性、部分横截面图。在该实施方案的一个方面，反应器6110包括反应容器6111，其具有由感应线圈6120加热的反应或感应区6123。感应线圈6120可以是液体冷却的高频交流线圈，其耦合至合适的电功率源6121。反应容器6111可进一步包括进入端口6112，其耦合到前体气体源6101以接收合适的前体气体，以及定位成从容器6111除去废气和/或其他组分的退出端口6113。在特定实施方案中，前体气体源6101承载烃类气体(例如，甲烷)，其被在感应区6123处离解成碳和氢。碳随后沉积在衬底上，以形成产物，如下面进一步描述的，氢和/或其它成分被除去以进行进一步处理，如在下面进一步描述的。

反应容器6111容纳具有第一支撑面6115a的第一支撑结构6114a，和具有朝向第一支承表面6115a的第二支承表面6115b的第二支撑结构6114b。每个支撑结构6114a，6114b可以承载衬底，前体气体的一种或多种成分沉积在该衬底上。例如，第一支撑结构6114a可以承载第一衬底6130a以及第二支撑结构6114b可以承载第二衬底6130b。在前体气体被选择淀积碳的一个代表性的实施方案中，第一和第二衬底6130a，6130b也可以包括碳，例如，以石墨或钢的成分的形式。当该前体气体包含不同的沉积元素(例如，氮和/或硼)时，第一和第二衬底6130a、6130b的组合物可以是不同的。每个衬底6130a、6130b可以具有面对彼此的最初暴露表面。因此，第一衬底6130a可具有面向第二衬底6130b的第二暴露表面6131b的第一暴露表面6131a。每个衬底6130a、6130b的其余表面可以被绝缘，以防止或限制从这些表面的显著的辐射损失。支撑结构6114a、6114b可以隔离每个衬底6130a，6130b中的至少一个表面。其它表面(除了暴露的第一和第二衬底6131a、6131b)可通过相应的绝缘体6132被保护。绝缘体6132可以由合适的高温陶瓷或其它材料来形成。

系统6100还可以包括控制器6190，其从任何各种的传感器，换能器，和/或系统6100的其它元件接收输入信号6191，并响应于从这些元件接收的信息，提供控制信号6192以调整系统6100的操作参数。这些参数可包括压力和流速，气态组分按该压力和流速被提供给和/或从反应容器6111除去，感应线圈6120和相关联的电源6121的操作，和分离器6103的操作(下面描述的)，等等。

在操作中，前体气体源6101供给气体至感应区6123，感应线圈6120被激活，并且将前体气体离解成至少一种成分(例如，碳)，其沉积在第一和第二衬底6130a、6130b上。成分可以在外延过程中沉积，其保留了相应的衬底6130a、6130b的晶粒取向。因此，所沉积的成分也可以有晶体和/或其他自组织结构。成分被沉积时，它在第一衬垫6130a处形成第一成形的结构或产物6140a，并且在第二衬底6130b形成第二成形的结构或产物6140b。第一和第二形成的结构6140a、6140b的每个具有朝向彼此的相应的暴露的表面6141a、6141b。结构6140a、6140b可具有相同或不同的横截面形状和/或区域，和/或可以具有非结晶，单晶或多晶组织，这取决于所选择的实施例。由第一衬底6130a的第一暴露表面6131a，和/或由第一成形结构6140a的第一暴露表面6141a发射的辐射(由箭头R1共同确定)被在第二成形结构6140b的第二暴露表面6141b和/或第二衬底6130b的第二暴露表面6131b接收。同样地，通过第二成形结构6140b的第二暴露表面6141b和/或第二衬底6130b的第二暴露表面6131b发射的辐射(由箭头R2共同标识的)被在第一形成结构6140a和/或第一衬底6130a接收。

随着形成的结构6140a，6140b的增长，退出端口6113提供一开口，来自离解的前体气体和/或前体气体的非离解量的残留成分通过该开口。这些成分被引导至收集系统6102，其可包括配置成将成分分离成两个或多个流束的分离器6103。例如，分离器6103可以引导成分的一个流至第一产物收集器6104a，以及成分的第二流至第二产品收集6104b。在特定实施例中，第一产品收集6104a可以收集纯的或基本上纯的氢，其可被递送到氢基燃料电池6105或需要纯度水平较高的氢的其他设备。引导到第二产物收集器6104b的成分的第二流可包括与其它元素或化合物混合的氢。这些元素或化合物可包括甲烷或另一未离解的前体气体，和/或碳(或目标用于淀积的其他元素或化合物)，其未沉积在第一衬底6130a或第二衬底6130b上。这些成分可被引导到发动机6106，例如，涡轮发动机或其它类型的内燃机，其可以燃烧氢和混合物中的其它成分。发动机6106和/或燃料电池6105可以为任何数量的设备提供电力，包括感应线圈6120的电功率源6121。在此实施方案的另一方面，在第二收集器6104b接收的至少一些成分(例如，未离解的前体气体)可被通过进入端口6112引导回反应器6110。

上述结构的一个优点是，通常会在化学汽相沉积设备中遇到的辐射损耗可通过用允许从一表面发射的辐射被由另也是沉积目标的表面接收的方式定位多个衬底而被避免。在图12中所示特定实施例中，两个衬底被示出，每一个具有面对彼此的单一的暴露表面。在其他实施方案中，额外的衬底可以被定位(例如，横向于图12的平面向内和/或向外延伸的平面)，以允许所成形的产物的额外的暴露表面以辐射热量到相应的其它成形的产物的表面上。

上述结构的另一个优点是，它可以被用来产生结构构建块和/或体系结构构造，以及从氢供体产生清洁燃烧氢燃料。当前体气体包括烃时，体系结构构造可包括石墨烯和/或另一种含碳材料，例如，可以进一步被处理以形成碳基复合材料或碳基聚合物的材料。在其他实施方案中，前体气体可包括其他元素(例如，硼，氮，硫，硅，和/或过渡金属)，其也可用于形成包含该元素的结构构建块，和/或从结构构建块中形成的体系结构构造。合适的过程和代表性的体系结构构造在以下共同未决的美国专利中被进一步描述，所有这些都是2011年2月14日提交的，且通过引入被并入本文：申请号13/027,208；申请号为13/027,214；和申请号13/027,068。

上述参考图12的实施例的的一个特点是，它可以以分批进行。例如，每个第一和第二成形的结构6140a、6140b可以由一个特定的量生长，然后从反应容器6111中除去。在其他实施方案中，产物可以以连续的方式形成，而无需停止该反应以除去该产物。

具有感应加热的合适的反应器的再进一步的实施方案在2011年2月14日提交的待决的美国申请号13/027,215中被公开，其通过引用被并入本文。

4.7使用发动机热量的代表性反应器

图R7-2是根据另一技术的实施例的系统7100的局部示意图，其包括与辐射能/反应物源7150组合的反应器7110。在本实施例中，辐射能量/反应物源7150包括发动机7180，例如，具有在气缸7181中往复运动的活塞7182的内燃发动机。在其他实施方案中，发动机7180可具有其它构造，例如，外部燃烧的构造。在图R7-2所示的实施例中，发动机7180包括被由进气阀7183a打开的和关闭的进气口7184a，以控制通过空气过滤器7178进入汽缸7181的空气。空气流可以在如图R7-2所示的实施例中是未节流的，并且可以在其它实施例中被节流。燃料喷射器7185引导燃料到燃烧区7179，在那里其与空气混合并点燃，以产生燃烧产物7152。额外的燃料可以通过喷射阀7189a引入。燃烧产物7152经由通过排气阀7183b所控制的排气端口7184b离开气缸7181。代表性的发动机和点火系统的进一步的细节在2010年12月7日提交的共同未决的美国申请号12/653,085中公开，其通过引用并入本文。

发动机7180可包括专门设计用于整合发动机的操作与反应器7110的操作的特征。例如，发动机7180和反应器7110可以共享来自共同的燃料源7130的燃料，其在下面被进一步详细描述。燃料经由调节器7186提供给燃料喷射器7185。发动机7180经由第一导管或通道7177a从反应器7110接收终端产物，且还可经由第二管道或通道7177b从反应器7110接收水(如，液体或蒸汽)。这些特征的进一步的方面在下文中更详细地描述，伴随着整个系统7100的其他功能的描述。

在图13所示的系统7100还包括根据所公开的技术被配置为传递热量和分离反应产物的热交换器和分离器。在该实施方案的一个特定方面，该系统7100包括蒸汽/水源7140，其提供蒸汽到反应器容器7111，以促进产品的形成。来自蒸汽/水源7140的蒸汽可以经由至少两个通道被提供到反应器7110。第一通道包括第一水路径7141a，其通过第一热交换器7170a并经由第一蒸汽分配器7116a进入反应器容器7111。从反应器容器7111除去的产物穿过反应器产物出口7117并沿着产物路径7161。产物路径7161以逆流或逆流通的方式穿过第一热交换器7170a来冷却产物并加热进入反应器容器7111的蒸汽。产物继续至反应产物分离器7171a，其分离有用的最终产品(例如，氢和碳或碳化合物)。至少部分产物然后直接返回到发动机7180，以及其他产物随后在产品收集器7160a收集。第一阀7176a调节产物流。在产物路径7161中的水残留可以在反应产物分离器7171a被分离并返回到蒸汽/水源7140。

第二通道，蒸汽/水源7140通过该第二通道提供蒸汽到反应器7110，包括穿过第二热交换器7170b的第二水路径7141b。水以蒸汽的形式沿第二水路径7141b经由第二流分配器7116b进入反应器7110。水由燃烧产物加热，其沿燃烧产物路径7154退出燃烧区7179并穿过传递通道7118(其可以包括透射面7119)。废弃燃烧产物7152被在燃烧产物收集器7160b收集，并且可以包括氮化合物、磷酸盐、重新使用的光源添加剂(如，钠，镁和/或钾源)，和/或可再循环或用于其他目的(例如，农业目的)的其它组合物。光源添加剂可被加入到在反应器7110的上游侧的燃烧产物7152(和/或发动机7180所使用的燃料)，以增加可用于传输进入反应区7112的辐射能量的量。

除了沿第二水路径7141b加热水和沿燃烧产物路径7154冷却该燃烧产物之外，第二热交换器7170b可以加热沿供体路径7131传递给位于内反应容器7111的供体分配器7115的氢供体。供体容器7130容纳有氢供体，例如，烃，如甲烷，或含氮供体，如氨。供体容器7130可以包括一个或多个加热器7132(被示为第一加热器7132a和第二加热器7132b)来汽化和/或加压氢供体。三通阀7133和调节器7134控制离开供体容器7130并沿所述供体路径7131通过第二热交换器7170b且进入反应容器7111的流体和/或蒸气的量。如以上所讨论的，氢供体也可作为燃料用于发动机7180，在至少一些实施方式中，可以通过第三导管或通道7177c被输送到发动机7180。

在反应容器7111中，燃烧产物7152穿过燃烧产物通道7118，同时输送辐射能和/或反应物通过透射表面7119进入反应区7112。在通过第二热交换器7170b之后，燃烧产物7152可以进入燃烧产物分离器7171b，其从燃烧产物中分离水。水返回到蒸汽/水源7140且残余燃烧产物被在燃烧产物收集器7160b收集。在特定实施方案中，分离器7171b可包括离心式分离器，其是由燃烧产物流的动能驱动。如果燃烧产物流的动能不足以通过离心力来分离水，马达/发电机7172可以补充能量至分离器7171b以提供必要的离心力。如果燃烧产物流的动能大于分离水所必须的能量，马达/发电机7172可以产生能量，例如，以被用于系统7100的其他组件。控制器7190接收来自系统7100的各元件的输入并控制流率、压力、温度和/或其他参数。

控制器7190也可以控制反应器的产物返回到发动机7180。例如，控制器可以通过一系列阀门引导反应产物和/或收复的水返回到发动机7180。在特定实施例中，控制器7190可以指示第一阀7176a的操作，其引导从第一分离器7171a获得的氢和一氧化碳经由第一导管7177a到发动机7180。这些成分可以在燃烧区7179被燃烧以从发动机7180提供额外的功率。在一些情况下，可能期望冷却燃烧区7179和/或发动机7180的其它元件，如图所示。在这种情况下，控制器7190可以控制通过第二和第三阀7176b、7176c和相应的第二管道7177b流动到发动机7180的水或蒸汽。

在一些情况下，可能希望平衡提供到反应器7110的能量和从用于其他目的的从发动机7180中提取的能量。因此，系统7100可以包括在燃烧产物流中的比例阀7187，其可以引导一些燃烧产物7152到功率提取设备7188，例如，涡轮发电机，涡轮增压器或者增压器。当功率提取设备7188包括增压器时，其操作以压缩经由进气口7184a进入发动机汽缸7181的空气。当提取设备7188包括涡轮增压器时，其可以包括附加的燃料喷射阀7189b，其引导燃料到燃烧产物的混合物以用于进一步燃烧，以产生额外的功率。这个功率可以补充由发动机7180提供的功率，或者其可以被单独地提供，例如，通过单独的发电机。

如从前述讨论中显而易见的，该系统7100的一个特征是，它是专门配置以保存和重用来自燃烧产物7152的能量。因此，系统7100可以包括被设计为减少来自燃烧产物7152的能量损失的附加特征。这样的特征可以包括位于气缸7181周围、在活塞7182的头部，和/或在阀7183a、7183b的端部的绝缘。因此，绝缘防止或至少限制热量经由任何热通道而不是通道7118被输送离开发动机7180。

至少一些前述实施例的产品一个特征是，该反应器系统可以包括一个反应器和以相互依赖的方式相连的发动机。具体地，发动机可以提供废热，其有助于在反应器进行的离解过程，以产生氢基的燃料和基于非氢的结构构建块。构建块可以包括包含碳、硼、氮、硅和/或硫的分子，并且可以被用于形成体系结构构造。体系结构构造的代表性例子，除了上述聚合物和复合材料之外，被在先前通过引用并入本文的共同未决的美国申请号12/027,214中更详细地描述。这种布置的一个优点是，它可以提供在发动机和反应器之间的协同作用。例如，反应器通常要求的进行上述的离解过程中的能量输入可以凭借由燃烧产物提供额外的能量被减少。发动机的效率可以通过增加清洁燃烧氢气至燃烧室，和/或通过提供水(如，以蒸汽或液体形式)以用于冷却发动机而被提高。虽然蒸汽和氢基燃料是由反应器产生，但它们可以以不同的速率被输送到发动机和/或可以按照不同的时间表和/或其他不同的方式被更改。

使用发动机热量的合适的反应器的再进一步的实施方案在2011年2月14日提交的未决的美国申请号13/027,198中公开，其通过引用并入本文。

4.8代表性的放热/吸热反应器

图14是系统8100的特定组件，包括反应器容器8101，的部分示意横截面图。反应器容器8101包括位于朝向图R8-2的左上方(例如在第一反应器部分)的第一反应区8110，以接收入射太阳辐射8106，例如，通过太阳能透射面8107。第二反应区8120也位于反应器容器8101之内，例如在第二反应器部分，以接收来自第一反应区8110的产物和以产生最终产品，例如，甲醇。反应物源8153提供反应物到反应器容器8101，且产物收集器8123收集所得的最终产物。调节系统8150，其可包括阀8151或其他调节器和相应的致动器8152，被连接到反应物源8153，以控制到第一反应区8110的反应物输送和控制系统8100中的其它流。在其他实施例中，阀可以被以其它机制，例如泵等，替换或补充。

在特定实施方案中，反应物源8153包括甲烷源8153a和二氧化碳源8153b。甲烷源8153a被连接到具有相应的致动器8152a的第一反应物阀8151a，以及二氧化碳源8153b被耦合到具有相应的致动器8152b的第二反应物阀8151b。反应物通入反应容器8101和绕第二反应区8120和第一反应区8110向上行进，由箭头A所示。当反应物通过反应器容器8101时，它们可以从第一和第二反应区8110、8120接收热量并从经过第一反应区8110到第二反应区8120的产物接收热量，这将在后面进一步详细说明。反应物在第一反应物端口8111进入第一反应区8110。在第一反应区8110，反应物可经历以下反应：

CH₄+CO₂+HEAT→2CO+2H₂[反应式R8-1]

在特定实施方案中，前述的吸热反应是在约900℃和在高达约1500psi的压力下进行的。在其他实施方案中，与其它反应物的反应可以在其他温度下在第一反应区8110进行。第一反应区8110可包括任何各种适当的催化剂，例如，镍/氧化铝催化剂。在特定实施方案中，反应物和/或第一反应区8110可进行声压波动(除了由引入反应物，发生反应，并从第一反应区8110除去产物所引起的整体的压力变化)，以帮助输送反应物至催化剂的反应位点。在任何这些实施方案中，在第一反应区8110产生的产物(例如，一氧化碳和氢)在第一产物端口8112离开第一反应区8110并进入第一热交换器8140a。第一产物通过沿着第一流动路径8141的第一热交换器8140a行进并将热传递到沿第二流动路径8142的进入的反应物。因此，进入的反应物可在第一热交换器8140a预热，并凭借沿着或围绕第一反应区8110的外侧通过。在具体实施方式，第一热交换器8140a的一个或多个表面可包括以一频率吸收辐射并在另一频率再辐射它的元件或材料。合适的材料和布置的进一步的细节在上述4.2节中公开。

第一产物经由第二反应物端口8121和一止回阀8156或其它流动抑制器进入第二反应区8120。当第一产物的压力超过第二反应区8120中的压力时，止回阀8156被配置为允许第一产物单向流动到第二反应区8120。在其他实施方案中，单向阀8156可被另一种机制所取代，例如，传递第一产物到第二反应区8120的活塞或泵。

在第二反应区8120，来自第一反应区8110的第一产物经过放热反应，例如：

2CO+_2H2+2'H₂→CH₃OH+HEAT[反应式R8-2]

前述放热反应可以在大约250℃的温度下进行，而且在许多情况下，以比在第一反应区8110中的吸热反应的高的压力下进行。为了增加在第二反应区8120的压力，系统8100可包括通过阀8151c和相应的致动器8152c被提供给第二反应区8120的附加的成分源8154(例如，氢源)。附加成分(如氢，由反应式R8-2中的2′H₂表示)可以加压第二反应区，以具有或不具有一定参与如等式R8-2确定的反应的消耗。特别是，额外的氢可以在超出1500psi的压力水平产生，例如，高达约5000psi或更多，以提供在第二反应区8120的增加的压力。在代表性实施方案中，额外的氢可以使用甲烷或另一种反应物被在单独离解反应中提供。例如，氢可以在单独的吸热反应中被产生，与在第一和第二反应区8110、8120的反应独立，具体如下：

CH₄+_HEAT→C+2H₂[反应式R8-3]

除了产生用于加压第二反应区8120的氢气之外，上述反应可以产生适合作为在产生任何各种合适的最终产物中的结构构建块的碳，包括聚合物，自组织碳基结构，如石墨烯，碳复合材料，和/或其它材料。合适的产物的进一步例子包括在先前同时提交并且通过引用并入本文的共同未决的美国申请号12/027,214中。

在第二反应区8120的反应使用合适的催化剂而变得容易，例如，铜，锌，铝和/或包括一种或多种的前述元素的化合物。从在第二反应区8120的反应得到的产物(例如，甲醇)在产物收集器8123被收集。因此，甲醇在第二产物端口8122离开第二反应区8120并通过第二热交换器8140b。在第二热交换器8140b，甲醇沿着第三流动路径8143行进并将热量传递给沿第四流动路径8144由第一反应区8110提供的传入成分。因此，两个热交换器8140a、8140b可以通过保存和回收在第一和第二反应区产生的热量增加发生在反应器容器8101的反应的整体效率。

在特定实施方案中，能量通过如上参考图R8-2所述的太阳能聚焦器8103被提供到第一反应区8110。因此，由太阳能聚焦器8103提供到第一反应区8110的能量将是间歇性的。系统8100可以包括附加能量源，允许反应在没有足够的太阳能的情况下继续进行。特别地，系统8100可以包括补充热源8155。例如，补充热源8155可以包括燃烧反应物源8155a(例如，提供一氧化碳)和氧化剂源8155b(例如，提供氧)。来自反应物源8155a和氧化剂源8155b的流通过相应的阀8151d、8151e和致动器8152d、8152e被控制。在操作中，反应物和氧化剂通过相应导管8157a、8157b被输送至反应器容器8101。在到达燃烧区8130之前，反应物和氧化剂可以在反应器容器8101内被预热，由箭头B所示。在燃烧区8130中，燃烧反应物和氧化剂被燃烧，以提供热量到第一反应区8110，从而在没有足够的太阳能时支持发生第一反应区8110之内的吸热反应。燃烧的结果也可以产生二氧化碳，从而减少了对来自二氧化碳源8153b二氧化碳的需求。控制器8190可以控制何时次级热源8155被激活和失效，例如，响应于热或光传感器。

在另一个实施方案中，由氧化剂源8155b提供的氧气可直接与甲烷在燃烧区8130发生反应，以产生二氧化碳和氢。这反过来也可以减少在第一反应区8110所需的二氧化碳的量。合适的放热/吸热反应器的更进一步的实施方案在2011年2月14日提交的未决的美国申请号13/027,060中公开，其通过引用合并于此。

下面的美国非临时申请描述热化学反应器及相关系统的另外的实施方案，其被在2012年8月13日提交，并通过引用合并于此：

美国13/584,748，题为“FUEL-CELLSYSTEMSOPERABLEINMULTIPLEMODESFORVARIABLEPROCESSINGOFFEEDSTOCKMATERIALSANDASSOCIATEDDEVICES，SYSTEMS，ANDMETHODS”(代理人案号69545.8607US1)；

美国13/584,741，标题为“SYSTEMANDMETHODFORCOLLECTINGANDPROCESSINGPERMAFROSTGASES，ANDFORCOOLINGPERMAFROST”(代理人案卷号69545.8609US1)；

美国13/584,688，题为“GEOTHERMALENERGIZATIONOFANON-COMBUSTIONCHEMICALREACTORANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”(代理人案卷号69545.8610US1)；

美国13/584,708，题为“SYSTEMSANDMETHODSFOREXTRACTINGANDPROCESSINGGASESFROMSUBMERGEDSOURCES”(代理人案号69545.8613US1)；

美国13/584,749，题为“MOBILETRANSPORTPLATFORMSFORPRODUCINGHYDROGENANDSTRUCTURALMATERIALS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”(代理人案号69545.8614US1)；和

美国13/584,786，题为“REDUCINGAND/ORHARVESTINGDRAGENERGYFROMTRANSPORTVEHICLES，INCLUDINGFORCHEMICALREACTORS，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS”(代理人案号69545.8615US2)。

从前述内容，将会理解的是，技术的具体的实施例在此被描述以为了说明的目的，但也可以做出各种修改而不脱离本技术。例如，反应器可以位于适合于以上述的方式接收能量和成分的任何部位。因此，反应器系统和相关设备的至少一些组件可以位于陆地或水的表面之下。上述的涡轮机可以被替换为其他扩展设备，例如，其他功-提取设备，包括正位移设备。支撑结构300可以被放置在膜302的周边边缘或配置成通过管道和/或其他输送结构与膜302的中心进行通信。在其他实施方案中，膜302可以具有在外周边301b与内周边301a之间的通路，以允许至和自支撑结构300的行进，或膜302可以耦合到一刚性浮动结构，其提供走道以保持支撑结构300的组件或者保持从支撑结构300延伸到外周边301b的导管。在另一个实施方案中，由水体积312提供的温水的一部分可被引导至膜206以温暖膜206下的水。仍在其他实施方案中，提供到薄膜的太阳能可以由反射表面的使用而增强，该表面将额外的阳光引导到薄膜。反应器可以直接定位在在海底的目标区域之上，供体物质被从该海底收集，如图2中所示，或反应器可以从目标区域横向偏移，同时仍位于所述目标区域的上方。在一些实施方案中，上述薄膜和/或薄膜组件浮于水的表面。在其他实施方案中，薄膜和/或薄膜组件的一部分可位于表面的上方或下方。在一般情况下，薄膜和/或薄膜组件浮力的特性将其相对于水面放置在期望的垂直位置，以使得它被定位在水体的至少一部分上。

本文所公开的方法包括和涵盖，除了制作和使用所公开的设备和系统外，指导他人制造和使用所公开的设备和系统的方法的方法。例如，根据特定实施方案的方法包括，将膜部署在水体之中或之上，该膜具有至少一个通道，将具有辐射吸收成分的流体设置在至少一个通路中，输送太阳能通过薄膜的上表面，用在流体中的辐射吸收成分收集太阳能以加热流体，将被加热的流体移动穿过通道，将来自被加热的流体的能量传递到化学反应器，以及在化学反应器处离解非燃烧反应中的供体物质。根据另一个实施例的方法包括指示这样的方法。因此，在此公开的任何以及所有的使用和制造的方法也充分披露和使得指导这样的使用和制造方法的相应方法成为可能。

在特定实施方案的上下文中描述的技术的某些方面可被在其它实施例中被组合或排除。例如，如上所述要求热量或散热的某些实施例可以收集和使用废热作为要离解的过程的能量源，例如，经由内部热交换器。以上参考图1的燃烧产物和/或水反应物可在至少一些实施例中被排除。进一步地，与技术的某些实施例相关联的优点已经在那些实施例的上下文中进行了描述，其他实施例也可展现此类优点，且并非所有实施例均需要必然地表现出这种优点以落入本公开的范围内。因此，本公开内容和相关联的技术可包括未明确示出或描述的其它实施例。

Claims (21)

1.一种用于处理来自水体的水下底部的氢供体的系统，包括：

热化学处理(TCP)反应器，其用第一导管耦接到所述水下底部的区域以接收所述供体并非易燃地离解所述供体；

薄膜组件，其设置在所述水体的至少一部分之上以收集太阳能加热的水，所述薄膜组件包括下表面、上表面，以及在所述上表面和所述下表面之间的至少一个通道；

流体，其布置在所述至少一个通道中，所述流体包括太阳能辐射-吸收组分；以及

第二导管，其可操作地耦接在所述膜和所述TCP反应器之间以将能量从所述加热的水中转移到所述TCP反应器。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述流体是液相的，并且其中所述太阳能辐射-吸收组分是固相的。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述太阳能辐射-吸收组分在所述流体中是悬浮液的形式。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述流体包括水，石蜡，和硫酸钠中的至少一种。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述太阳能辐射-吸收组分包括悬浮在所述流体中的碳颗粒。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述太阳能辐射-吸收组分包括二氧化钛。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述太阳能辐射-吸收组分包括藻类。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个通路包括位于第二通道之上的第一通道，并且其中所述流体包括在所述第一通道中的第一、气相流体，和在所述第二通道中的第二、液相流体。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一流体至少部分地透射太阳能辐射。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述第二流体包括固体颗粒的悬浮液。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述薄膜组件具有外周边和内周边，并且其中所述系统还包括：

从所述薄膜组件悬挂接近所述外周边的外帘幕和从所述薄膜组件悬挂接近所述内周边的内帘幕，以限定设置在所述内帘幕和外帘幕之间的所述薄膜组件之下的水的体积；

多个中间帘幕，其悬挂在所述薄膜组件下表面之下以限定在所述薄膜组件和所述外周边之间延伸的水通道，所述中间帘幕包括多个设置在所述水通道内的障碍中间帘幕；并且其中

所述流体与所述水的体积热连通。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述水通道是螺旋通道。

13.如权利要求11所述的系统，还包括：

烃源，其耦接到所述TCP反应器；

发电机，其电耦合到所述TCP反应器以提供电力到所述TCP反应器，以及

涡轮机，其耦接到靠近所述内帘幕的所述水的体积以从所述水的体积中提取电力，所述涡轮机被耦接到所述发电机以驱动所述发电机。

14.一种在水体中收集和输送热能的方法，包括：

将薄膜部署在所述水体之中或之上，所述薄膜具有至少一个通道；

在所述至少一个通路中设置具有辐射-吸收组分的流体；

输送太阳能通过所述薄膜的上表面；

用在所述流体中的辐射-吸收组分收集所述太阳能以加热所述流体；

移动被加热的流体通过所述至少一个通道；

将能量从所述被加热的流体转移至化学反应器；以及

在所述化学反应器处在非燃烧反应中离解供体物质。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述流体是液相的，并且其中所述辐射-吸收组分是固相的。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述流体包括水、石蜡，和硫酸钠中的至少一种。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述辐射-吸收组分包括悬浮在所述流体中的碳颗粒。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述辐射-吸收组分包括二氧化钛。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述辐射-吸收组分包括藻类。

20.如权利要求14所述的方法，其中离解供体物质包括离解烃以产生含氢组分和含碳组分。

21.如权利要求14所述的方法，其中所述被加热的流体被定位在水的体积以上，并且其中转移能量包括：

将能量从所述被加热的流体转移到所述水的体积；

从所述水的体积中提取能量；以及

将所提取的能量转移到所述化学反应器。