JP2003514166A - 低電力小型プラズマ燃料変換器 - Google Patents

低電力小型プラズマ燃料変換器

Info

Publication number
JP2003514166A
JP2003514166A JP2001535719A JP2001535719A JP2003514166A JP 2003514166 A JP2003514166 A JP 2003514166A JP 2001535719 A JP2001535719 A JP 2001535719A JP 2001535719 A JP2001535719 A JP 2001535719A JP 2003514166 A JP2003514166 A JP 2003514166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
fuel converter
plasma fuel
fuel
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001535719A
Other languages
English (en)
Inventor
ダニエル アール． コーン，
レスリー ブロンバーグ，
アレクサンダー ラビノビッチ，
ニコライ アレクセーフ，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Massachusetts Institute of Technology
Original Assignee
Massachusetts Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Massachusetts Institute of Technology filed Critical Massachusetts Institute of Technology
Publication of JP2003514166A publication Critical patent/JP2003514166A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/52—Generating plasma using exploding wires or spark gaps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
    • B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
    • B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
    • B01J2219/0828—Wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0845—Details relating to the type of discharge
    • B01J2219/0847—Glow discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0875—Gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0883—Gas-gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B01J2219/0898—Hot plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1023—Catalysts in the form of a monolith or honeycomb
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1276—Mixing of different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1671—Controlling the composition of the product
    • C01B2203/1676—Measuring the composition of the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1695—Adjusting the feed of the combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 プラズマ燃料変換器は、第１の電極を形成するための導電性構造体を備え、そして第２の電極は、反応チャンバにおいて第１の電極に関してギャップを生じるように配置される。燃料−空気混合物は、そのギャップの中に導入され、そして電源は、第１の電極および第２に電極に接続され、ほぼ１００ボルト〜４０キロボルトの範囲の電圧およびほぼ１０ミリアンペア〜１アンペアの範囲の電流を提供してグロー放電を発生させ、燃料を改質する。本発明の高電圧低電流プラズマトロンは低コストであり、長い電極寿命を有し、簡単な電源を利用し、そしてエアコンプレッサの必要性を抑制および除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本願は、１９９９年８月２３日に出願した米国特許出願第０９/３７９,００４
号の一部継続出願である。
【０００２】 （発明の背景） 本発明は、プラズマ燃料変換器に関し、より詳細には、高電圧および低電流を
使用する低電力小型プラズマ燃料変換器に関する。
【０００３】 プラズマ燃料変換器（例えば、プラズマトロン）は、炭化水素を改質して水素
リッチガスを生成する。ＤＣアークプラズマトロンは、先行技術において特に関
心がもたれている。例えば、米国特許第５,４２５,３３２号および同第５,４３
７,２５０号を参照のこと。ＤＣアークプラズマトロンは、低電圧および高電流
で代表的に動作する。高電流およびより低い電圧にて動作することにより、電極
腐食および融解さえ最小化するよう注意が必要なほどにアーク電流は高い。高流
量の冷却水が腐食を抑えるために必要である。気流は、カソード先端（ハフニウ
ムまたは他の特別な材料から作製され、銅プラグに包埋される）上で放電を中心
に配置し、同時にアノードにおいてアークのルートを移動させてアノードでの腐
食を最小化するために必要である。収斂（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）もまた、
放電のインピーダンスを増加させる（すなわち、高電圧でかつ、自由流動アーク
よりも低い電流で動作する）ために必要である。気流および収斂は、上昇した圧
力（雰囲気圧より０.５バールほど高い）における動作を必要とするようである
。従って、コンプレッサが必要であるようである。これらの注意を払ったとして
も、しばしば、約１０００時間の動作を超える電極の寿命を延ばすことは困難で
ある。
【０００４】 ＤＣプラズマトロンはまた、アーク放電の安定化のために比較的洗練された電
源を必要とする。さらに、ＤＣプラズマトロンは、低電力動作に関して限定され
た能力を有する。いくつかの改質適用において、最低限の動作電力は、必要とさ
れる以上に顕著に多く、不必要な電力損失を生じる。ＤＣアークプラズマトロン
は、代表的に、１キロワット以上の電力レベルで操作される。
【０００５】 従って、アーク放電の安定化のために、コンプレッサも洗練された電源も必要
としないプラズマ燃料変換器を有することが望まれる。また、より長い電極寿命
を有し、そして水素リッチガスのより低い流量が必要とされる場合に、より低い
電力で動作する能力を有するプラズマ燃料変換器を有することも望まれる。
【０００６】 （発明の要旨） １つの局面において、本発明のプラズマ燃料変換器は、第一の電極を形成する
導電性の構造を備える。第二の電極は、反応チャンバにおいて第一の電極に関し
てギャップを生じるように配置される。燃料空気混合物がこのギャップに導入さ
れ、そして第一の電極および第二の電極に接続された電源は、およそ１００ボル
トから４０キロボルトの範囲の電圧および約１０ミリアンペアから１アンペアの
範囲の電流を提供することにより、燃料の改質のための放電を発生させる。この
放電は、「グロータイプ」放電、無声放電および／または破壊放電であり得る。
好ましい電圧範囲は、２００ボルトから２０キロボルトである。好ましい実施形
態では、プラズマ燃料変換器は、高温域での滞留時間を増加させるための反応延
長領域を備える。動作温度を上昇させるために、反応延長領域中および反応チャ
ンバ中にインサートが提供される。このインサートは、金属またはセラミックで
あり得る。電源からの必要電力を減少させるために、熱交換器もまた提供され得
る。
【０００７】 この実施形態において、電源は、電流制御された高電圧電源（例えば、電流を
制限するための可飽和インダクタを備える電源）であることが好ましい。可飽和
インダクタ電源は、ネオン変圧器電源であり得る。
【０００８】 燃料空気混合物は、条件および適用に依存して、化学量論的部分酸化と完全燃
焼との間での動作のために選択される。低電圧高電流ＤＣアーク形態および高電
圧低電流グロー放電形態における同時動作のために、さらなる電源が提供され得
る。プラズマ燃料変換器は、複数のプラズマ領域を含むことにより水素生成効率
を増加させ得る。プラズマ燃料変換器の水素リッチガス出力は、例えば、窒素酸
化物触媒再生のために、触媒と接触され得る。
【０００９】 本発明のプラズマ燃料変換器は、先行技術において公知のＤＣアークプラズマ
トロンに関連する不利益を低減または除去する。この不利益は、特に制御された
高電圧低電流プラズマ燃料変換器の動作により克服される。電圧および電流は、
そのプラズマ中を流れる電流を制限するような様式で経時的に変動する。このプ
ラズマ動作の電気的特性は、２、３００ボルトから４０キロボルトの範囲の電圧
であり、そして１０ミリアンペアから数百ミリアンペアの範囲の電流である。対
照的に、ＤＣアークプラズマトロン燃料改質装置についての対応する範囲は、約
１００ボルトの電圧および３〜５アンペアから始まる電流である。本発明のプラ
ズマ燃料変換器の代表的な高電圧低電流放電は、「グロー放電」タイプの特徴を
有する。代表的には、このタイプの雰囲気圧高電圧低電流放電は、数十から数百
ワットの平均電力で動作するようになされ得る。対照的に、先行技術において公
知のＤＣアークプラズマトロンは、代表的には、１キロワット以上の電力レベル
で動作する。
【００１０】 高電圧低電流放電の高電圧低電流動作は、従来のＡＣネオン変圧器のような適
切な電源の使用により維持される。ネオン変圧器電源は、比較的低い値（数十〜
数百ミリアンペアのオーダー）に電流を制限するために、可飽和インダクタを使
用する。このような電源はまた、数十キロボルトの開回路電圧を生成し得る。こ
れらの電源は、安価であり、そして数十〜数百ワットの送達のために作製され得
る。
【００１１】 対照的に、従来の火花放電の場合、容量性ベースの電源が、電極間ギャップを
破壊しそして放電を生じる、高電圧の短パルスを送達する。この破壊段階の後に
、より低電圧、より低電力の放電が続く。そのエネルギーのほとんどは、その放
電の比較的長い低電圧低電力部分の間に、送達される。パルス放電１回につき送
達されるエネルギーは小さい（数十ミリジュールのオーダー）。平均電力レベル
は、代表的には、水素生成適用のためには一般的に低すぎる、約２〜３ワットで
ある。
【００１２】 従って、本発明による高電圧低電流動作を使用するプラズマ燃料変換器におい
て、その放電により提供される電力は、先行技術において公知の小型ＤＣアーク
プラズマトロンの最小電力の１０分の１のオーダーであり得る。従って、本発明
の改質装置は、それが反応物のエンタルピーを実質的に増加するに十分な電力を
提供する場合、低い水素生成率に適切である。このような低い率は、いくつかの
適用（例えば、触媒再生）に適切であり得る。高水素生成率は、複数のユニット
を使用することにより可能である。空気／燃料比および燃料スループットを増加
させることにより、水素生成率のさらなる増加が可能である。あるいは、この低
電力高電圧低電流プラズマは、拡大容量点火器およびラジカル供給源として使用
されて、部分酸化反応を増強する。必要なエンタルピーの増加は、他の手段によ
り提供される。これら他の手段としては、空気−燃料化学反応および／または熱
交換器により提供される熱が挙げられる。この動作様式において、実質的にすべ
て（少なくとも８０％、そして好ましくは９０％以上）のエンタルピーが、これ
ら他の手段により提供される。この動作様式は、そうでなければプラズマ電力ま
たは発電機／電池の電源能力に対する制約（ｃｏｎｓｔｒａｉｎ）により可能に
なる水素生成率より高い水素生成率を可能とする。
【００１３】 いくつかの場合、さらなる酸素により部分的酸化反応（すなわち、化学量論的
部分酸化についての比よりも大きい酸素対燃料比での部分酸化）を起こすことが
、有用であり得る。この酸素は、一般に、さらなる空気により提供される。この
場合、水素収率（そのプロセスにおいて放出される燃料中の水素の割合として規
定される）は減少するが、電力所要量は低下する。プラズマについての電力所要
量と燃料変換器にて必要な燃料との間には、二律背反が存在する。さらなる酸素
の場合、部分酸化反応は、燃料の一部を完全に酸化しそして燃料の残りを部分酸
化することによって促進される。このアプローチを使用して、所定の水素流量の
ために、燃料流量の増加を犠牲にして、必要な電力を減少させることが可能であ
る。限られた量の水素が限られた時間の間に必要であるいくつかの適用において
、追加的に必要とされる燃料は、全体の燃料効率には実質的に影響しない。しか
し、プラズマについて減少した電力所要量は、よりずっと長い電極寿命およびよ
りずっと簡単な全体システムと相まって、プラズマ燃料変換器の複雑性およびコ
ストを減少させる。
【００１４】 あるいは、同じプラズマトロン電力について、（化学量論的部分酸化と比較し
て）増加した空気対燃料比が、増加した燃料スループットおよび空気スループッ
トを使用することによって、水素生成率を増加させるために使用され得る。従っ
て、水素スループットは、プラズマトロンへの電力を増加させる必要はないが、
水素収率が減少する条件にて増加され得る。プラズマ燃料変換器の後にさらなる
量の燃料を注入し、そして部分酸化条件にて化学量論比に近い最終ガス組成を生
成することもまた可能である。
【００１５】 別の好ましい実施形態において、プラズマトロンへの電力は、電源動作の周波
数を変化させることにより調整される。なお別の実施形態において、誘電体で電
極表面の一方または両方を覆い、その結果、微小放電（ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａ
ｒｇｅ）がガスを横切って発生する。燃料および空気が、流れが放電に近い領域
に反応物質（ｒｅａｇｅｎｔ）を運ぶように、領域に導入されることもまた好ま
しい。
【００１６】 （好ましい実施形態の説明） ここで図１を参照して、プラズマ燃料変換器１０は、導電性構造体１２および
電極１４を備える。導電性構造体１２および電極１４は、反応チャンバ１８内に
ギャップを形成する。空気燃料混合物は、半径方向の導入を生じる導管２０を通
じて反応チャンバ１８内に導入される。以下に記載されるように、適切な電源に
よってエネルギーを与えられる場合、放電２２がギャップ１６を横切って生じる
。放電２２のエネルギーは、空気燃料混合物の燃料部分を改質して水素リッチガ
スを発生させるように働く。電極１４は、絶縁体２４によって導電性構造体１２
から電気的に隔離されている。
【００１７】 図２は、反応延長シリンダー２６を備える図１の実施形態を示す。反応延長シ
リンダーは、高温域における反応物の滞留時間を増加させ、これによって水素リ
ッチガス収率を増大させる。
【００１８】 プラズマ放電２２から下流での熱損失を最小化することによって収率をさらに
増大させることが可能である。図３に示されるように、熱損失の最小化は、プラ
ズマの直ぐ下流の領域内で、そしてさらに下流にある反応延長シリンダー２６内
で熱シールド２８を使用することによって達成され得る。熱シールド２８は、放
射損失を最小化するために低い熱容量（したがって、短い熱応答時間）を有する
薄い金属バリアであり得る。あるいは、熱シールド２８は、低い熱伝導性を有す
るが、増加した熱容量を有し、従って増加した熱応答時間を有するセラミックバ
リアであり得る。
【００１９】 図４および５に示されるように、熱バリアの代わりに、小型熱交換器３０を使
用して、向流熱交換器構成内で、空気の部分および／または燃料の部分を予め加
熱し得る。
【００２０】 上で議論されるように、本発明のプラズマ燃料変換器は、グロー放電タイプの
プラズマを駆動するために使用される電流制御高電圧電源によってエネルギーを
与えられる。図６は１つの回路配置を示す。可飽和コア変圧器３２は、送電線３
４から電力を引き込む。送電線は、ＡＣまたはＤＣのいずれかの電流を送電し得
る。ＡＣ電力は、従来のＡＣ電源から得られ得るか、またはＡＣ−ＤＣコンバー
タの使用によってＤＣ（例えば、搭載車（ｏｎｂｏａｒｄ ｖｅｈｉｃｌｅ））
から生成され得る。この配置において、可飽和コア変圧器は、１つの接地電極３
６を有し、そして別の電極３８は、プラズマトロン１０の電極１４に接続される
。プラズマトロン１０の導電性構造体１２もまた接地される。別の回路配置は、
図７に示される。ここで、電源３２の両方の電極３６および３８がプラズマトロ
ン１０に接続される。この配置は、特別の安全対策（さらなる絶縁）を必要とす
るが、プラズマトロン１０のプラズマに十分な電力を送達する。さらに別の配置
が、図８に示される。ここで、単一電極３８がプラズマトロン１０に接続される
。この場合、電圧源は、同じ電力を送達するためには、より高い電圧絶縁を必要
とする。
【００２１】 低電力プラズマ燃料変換器において電力を調節する幾つかの方法がある。それ
は、可飽和インダクタ（ネオン変圧器または同等のデバイス）に印加される電圧
を変化させることによって変更され得る。第二の方法は、平行配置または連続配
置のいずれかで多くのプラズマ燃料変換器ユニットを動作させ、動作しているユ
ニットの数を増加させることによって電力を増大させる。電力を調節する第三の
方法は、電源の動作周波数を変化させることによる。上記のように、プラズマ放
電への電力は、時間とともに変化する。電圧が非常に高く電流が低い場合、より
高い電力が放電初期に生じ、この間にガス分解が生じる。この時、高電圧は、電
極付近での最小限の電圧降下（シース）を伴って、比較的高エネルギーの電子を
発生させる。この電子は、ラジカルを非常に効率的に発生させ、そしてエネルギ
ーをガスに効率的に結合する。電力は、放電がグロー様式に近づくにつれて減少
する。１００〜２００ｋＨｚ程度およびそれ以上の高い周波数は、技術水準の固
体構成部品（例えば、ＩＧＢＴ）を使用して達成され得る。
【００２２】 より高い周波数で動作することによって、より高い電圧、より高い効率の破壊
様式での動作を最大化し、そしてより低い電圧のグロー放電様式での動作を最小
化することが可能である。共振型インバータの周波数が制御され得、そして周波
数を単純に変化させることによって、電力が変更され得る。
【００２３】 本明細書中で発明者らは、約５０ワットのより低レベルでプラズマ燃料変換器
の動作を実験的に達成した。本発明者らの実験においてネオン変圧器電源が使用
されたが、それは唯一の可能な電源ではない。電流制御された高電圧電源もまた
、グロー放電タイプのプラズマを駆動するために使用され得る。図９は、実験的
プラズマトロン１０の概略図である。これらの実験において、従来のスパークプ
ラグ４０の１つの電極が、電極１４として使用された。他方の電極は、接地電位
に維持されるスチール鋼管４２である（スパークプラグ４０の接地電極は取り除
かれている）。この実験的プラズマトロンは、本発明の高電圧−低電流モードで
ガソリンを用いて動作させた。電源は可飽和変圧器（ネオン変圧器）であった。
各々５０ワットの２個のこのようなユニットを、平行に接続した。両ユニットか
ら完全な１００ワットがプラズマトロンに印加されていたかどうかは不明である
。プラズマトロン１０内への実際の電力入力は、実際には、１００ワット未満で
あり得る。電源はライン周波数で動作するＡＣであった。滞留時間を増加させそ
して変換効率を増大させるために、プラズマトロンを従来の反応延長シリンダー
２６に接続した。
【００２４】 試験の結果（空気／燃料比を最適化した後）を表１に示す。エネルギー消費は
、従来の低電圧−高電流プラズマ改質装置を用いて得られる結果と比較して、大
きさのオーダーがおおよそ１減少した。生成された水素あたりの電気エネルギー
消費は、約５倍減少した。
【００２５】
【表１】 電極１４は分解の徴候を示さず、長い電極寿命が、本発明に従う低電流高電圧
モードの動作でマイクロプラズマトロン改質装置を動作させることにより可能で
あるという予測を導いた。さらに、冷却水を必要とせず、そして空気圧の必要性
は、実質的に減少した。ノズル／噴霧器を使用して反応器へ燃料をより良い方法
で導入することで、性能が改良され得ることもまた予想される。
【００２６】 本発明はまた、より高い圧力での動作に非常に有用であり得る。高圧力は、破
壊放電の維持およびグロー放電の維持の両方に必要とされる電圧を増加させる。
低電圧ＤＣアークプラズマトロンでの高圧力動作は、非常に高い電極摩耗に起因
して、非常に困難である。プラズマトロンの高電圧低電流動作は、この困難性を
除去する。いくつかの点で圧力の増加を伴う、増加した電圧は、洗練された高電
圧絶縁体およびフィードスルーを必要とする。可能な適用は、ガスタービンにお
ける水素添加であり得、主要燃料の注入時またはその前に、タービンコンプレッ
サの下流で水素リッチガスを注入することである。このことは、タービンのリー
ンバーン限界を拡張し、排気をさらに減少させ、そしておそらくタービン効率を
増加させる恩恵を有し得る。
【００２７】 さらに、考慮されている電源のタイプは、従来のＤＣアーク電源と組み合わせ
られ得る。並列構成で接続される場合、ネオン変圧器電源は、アークを安定化す
るために使用され得、そして過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）の間（例えば、起
動時）には、電力変動、またはプラズマを通る、燃料、空気もしくは他の流れの
スループットの変動を安定化するために使用され得る。並列に接続される場合、
ＤＣ電源に課される安定性の必要性は除かれて、電源をより廉価にし得る。一つ
の可能性は、回転発電ユニット（例えば、自動車の発電機）に直接接続されてい
るプラズマトロンを使用して、電力の大半を提供し、次いで他の電源を利用して
安定化および始動要件を提供することである。
【００２８】 さらに、いずれの電源がオンでもプラズマトロンを動作させることが可能であ
る。ＤＣプラズマトロン電力がオンの場合、プラズマトロンは高電力で動作し、
一方、電気を提供しないＤＣプラズマトロン電源を用いてグロー様モードで動作
している場合、プラズマトロンは低電力で動作する。電力の大きなダイナミック
な変動（数十ワットから１〜２ｋＷまで）がこの様式で達成され得る。このダイ
ナミックレンジは、エンジンの負荷追従または異なるミッションのために使用さ
れ得る。例えば、エンジン排出触媒再生に必要とされるガススループットは、水
素添加動作またはコールドスタートに必要とされるスループットよりも実質的に
低くあり得る。この様式で、瞬間的な水素所要量が小さなスループットを必要と
する場合、プラズマ燃料改質装置はグロー様放電モードで動作し得、一方、より
高い水素所要量のためには、プラズマ燃料改質装置は、両方のモードの組み合わ
せで動作し得る。
【００２９】 これらの低電力プラズマ燃料変換器は、プラズマ燃料変換器触媒再生適用に対
して特に魅力的である。低電圧ＤＣアークプラズマトロン（低電力動作の能力が
制限されている）は、水素生成に対する低い平均需要に起因して、この適用には
非常に低いデューティサイクルで動作する必要がある。高電圧低電流モードで水
素生成器を動作させることにより、プラズマトロン電力を減少させ、そして高い
デューティサイクルで動作させることが可能である。
【００３０】 各々の高電圧低電流グロー放電プラズマトロンは、ほんの約１００ワットで動
作し得る。いくつかの高電圧低電流放電器を、プラズマ燃料改質装置内に配置す
ることにより電力を増加させることが可能である。高電圧低電流グロー放電プラ
ズマ源を、直列配置または並列配置のいずれかで、単一の電源装置に接続し得る
。しかし、好ましい実施形態は、それぞれの高電圧低電流プラズマトロンについ
て、個別の電源装置に接続される。
【００３１】 触媒再生に加えて、適用としては、火花点火内燃機関におけるコールドスター
ト時の排出の低減、および駆動サイクル全体の間の窒素酸化物の低減が挙げられ
る。他の適用としては、ディーゼルエンジン、燃料電池、およびガスタービンの
ための水素生成、ならびに工業用の小型水素源が挙げられる。独立型低電力低電
流プラズマ燃料変換器デバイスは、小電力エンジン（１〜４０ｋＷの範囲の電力
レベルを発生させる）に特に有用であり得る。
【００３２】 上で考察した実施形態は、プラズマと直接接触している電極による動作を示す
。この方法は、ＤＣ放電器または低周波ＡＣ放電器に最も適している。放電の周
波数が増加する場合、放電器と直接接触した電極の必要性を排除することが可能
である。図１０に示すように、電極とガスとの間に誘電材料５０が配置される場
合、微小放電がそのガスを横切って生じ得る。これらの微小放電器は、非常に短
い持続時間（１マイクロ秒のオーダーまたは１マイクロ秒未満）を有し、そして
高電圧および高電流で動作する。微小放電器は、誘電体に蓄積した電荷が、電流
維持に必要な電圧を下回って減少する場合にクエンチされる。このタイプの放電
は、無声放電と呼ばれる。
【００３３】 無声放電モードの動作を用いるプラズマトロン燃料変換器は、誘電体５０の高
温動作の使用により、冷却されたかまたは冷たい電極への電力損失を最小にする
。この動作モードは非常に長い寿命を可能にする。なぜなら、電極上の電流が小
さく、そして誘電材料が高強度高温セラミックスから作製され得るからである。
【００３４】 誘電被覆５０を両方の電極表面または一方の表面のみに配置することが可能で
ある。無声放電タイプのプラズマトロンの出力能力は、被覆されていない誘電プ
ラズマトロンの出力能力より低いが、エネルギー効率はより高くあり得る。この
出力は、上記のように、放電を駆動する電源の動作周波数を変えることにより変
化し得る。
【００３５】 プラズマは、過渡現象の間にプラズマ燃料変換器中で部分酸化反応を開始させ
、そして維持するために必要である。起動の間、プラズマ燃料変換器表面が冷た
いとき、より大きな熱エネルギーが、必要な温度を達成するために要求され得る
。従って、起動の間、プラズマ燃料変換器を比較的高出力および／またはその表
面が暖かいときの通常動作の間より高い酸素／燃料比で動作させることが必要で
ある。より高い酸素／燃料比による燃料の燃焼増加は、水素リッチガス収率の減
少を生じ得る（ここで、収率は、燃料中の水素量で除した、改質燃料中の水素間
の比である）。移動体起動期間の水素リッチガスのスループット増加は、空気お
よび燃料の流量増加と同時に酸素／燃料比を増加させることにより達成され得る
。水素収率は減少するが、水素リッチガスのスループットは増加する。反応の安
定性を増加させるために、ガスの直接点火、および化学反応を増強するラジカル
の提供の両方により、プラズマは動作可能である必要がある。従って、本発明者
らは、１.２〜２.５の間の酸素対炭素原子比での動作により、水素リッチガス生
成について非常に速い始動時間を示した。
【００３６】 プラズマ燃料変換器のウォームアップ後、動作は、通常、化学量論的な部分酸
化に近い酸素／燃料比（１〜１.５に等しい酸素／炭素原子比）で起こる。断続
的な様式でプラズマをオンおよびオフすることが可能であってもよい。プラズマ
の断続的な動作は、電気エネルギー消費を減少させる。燃料改質装置のフレキシ
ビリティーは、水素収率の減少と、プラズマの電気エネルギー消費の減少を取引
することによって増大する。燃料改質装置を、プラズマがオフのときより化学量
論的な部分酸化の条件に近い酸素／燃料比でプラズマをオンにして動作させるこ
とが可能である。動作の様式（プラズマオン、増加した水素収率 対 プラズマ
オフ、減少した水素収率）は、システム全体の最適化により決定され得る。
【００３７】 水素リッチガスのスループットが変わる過渡現象の間、プラズマオンでの動作
は、燃料改質装置に安定性を提供し得る。最後に、プラズマによる電気エネルギ
ー消費が、一旦、部分酸化プロセスからのエネルギー損失より実質的に低いレベ
ルまで減少すれば、このプラズマ動作は、システム全体の効率に影響せず、そし
て過渡現象にさらなる安定性を提供するために動作したままにされ得る。
【００３８】 水素リッチガスへの炭化水素の部分酸化による変換効率は、限られた熱損失、
ランダムな過渡現象（例えば、振動、加速、流れの突然の変化、燃料汚染、空気
中の埃などにより発生する）および水素リッチガスの変化するスループットに起
因して変化し得る。減少した改質効率を補償するために、ａ）プラズマをオンす
ること（断続的なプラズマトロン動作の場合）；ｂ）ブラズマがすでにオンであ
る場合、プラズマ電力を増加させる；ｃ）（酸素対燃料比を増加させることによ
り）酸素対炭素比を増加させて、改質プロセスにより生成する熱を増加させる；
またはｄ）上記のいずれかまたはすべての組み合わせ のいずれかを行うことが
必要である。それ故、改質プロセスをモニターすることが必要である。
【００３９】 効率的な改質の間に、改質燃料の酸素濃度は非常に低く、通常１％未満である
。改質燃料中のより高い濃度は、貧弱な改質を示す。それ故、従来の酸素センサ
ーの使用による酸素検出が、改質プロセスをモニターするため、およびプラズマ
トロン動作（電力および酸素／燃料比）を制御するために用いられ得る。
【００４０】 高電圧低電流モードでのプラズマトロンの動作は、高圧での燃料改質装置の動
作を可能にする。高圧動作には、上流へ向かう空気および燃料コンプレッサが必
要である（これは、水素リッチガスにより駆動されるタービンの場合には、シス
テム中に構築される）。
【００４１】 スループットおよび水素への炭化水素の変換収率を最大にするために、プラズ
マトロンから下流で混合を導入することが魅力的である。このようにして、（平
均に関して）上昇するかまたは減少した炭化水素含量のいずれかである「ポケッ
ト」のサイズおよび数が実質的に減少し、より高い水素収率および低下したエネ
ルギー消費を可能にする。図１１に示されるように、プラズマ放電の下流にフリ
ット５２（または、増加した表面積からなる匹敵する材料）を配置して、混合を
増大させることが有用である。このフリット５２は、混合を増加させるためだけ
に使用される従来のフリットであるか、または触媒反応を提供する材料から作製
され得る。後者の場合、このフリット５０は、基材上の触媒材料（アルミナ基材
上のニッケル触媒（スチーム改質に理想的））から作製される。
【００４２】 空気注入の好適な方法は、ブラズマから上流に、空気の一部を注入することで
ある。燃料の一部が、プラズマに先立って放電中に（低電力プラズマ燃料変換器
の場合に好適な方法である）（または本発明者らの先の特許および特許出願に記
載の高電力ＤＣアークプラズマ燃料変換器のためには、プラズマから下流）注入
され得る。これは、小さなカソード−アノードギャップを横切る煤の形成を防ぐ
ために行なわれる。
【００４３】 流れは、大量の空気が流れる方向と同じ方向に炎光が伝播するような流れであ
る。従来の改質装置では、スパークプラグ放電がプロセスを開始するために用い
られる場合でさえ、炎光は、流れの主要な方向に逆らって少なくとも部分的に伝
播する。流れを炎光と同じ方向にすることで、より安定な改質を生じる。
【００４４】 本発明における所望の炎光および流れのパターンは、空気の一部または全部お
よび燃料の一部、全部が放電の上流に導入されるか、あるいは空気の一部または
全部は放電の上流に導入されるが燃料は導入されない小領域を有すること、なら
びに空気／燃料混合物が、膨張領域の増加した断面積のためにかなり低下した速
度で伝播する、その膨張領域を有することにより達成される。膨張領域には、プ
ラズマ燃料変換器における滞留時間を増加させる反応延長領域が続き得る。膨張
領域および反応延長領域の両方は、熱的に良好に隔離され、エンタルピー損失を
最小にして、水素リッチガスの収率を増加させる。
【００４５】 放電に先立って空気および燃料を導入することが最良であるが、空気および燃
料の導入点が放電領域に近い限り、必ずしも必要ではない。最良には、燃料およ
び空気は、プラズマの上流に導入された反応物質のすべてが電極ギャップを通っ
て流れるような領域に導入される。このように、電気的放電により生成されたラ
ジカル、およびガス中の関連するエンタルピー生成は、反応物質（空気および燃
料）の間に均一に分布する。
【００４６】 図１２および１３は、空気／燃料の流れに関して好適な実施形態を示す。空気
および燃料５４は、放電２２の領域中に導入され、そして膨張した領域５６中を
通過する。図１３に示されるように、空気および燃料５４は、放電２２の近傍の
電極１４のそばに導入され、そして膨張領域５６中に進む。
【００４７】 ここで、上記で論議した部分酸化動作に戻って、示唆されたプロセスでは、反
応は、１.２〜２.５の酸素対炭素比で生じる。これらの条件下で、生成ガスは、
かなりの水分含量を有している。この水（またはスチーム）は、水−ガスシフト
反応（Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ2＋Ｈ2）によって、部分酸化反応中に生成された一酸
化炭素を水素に変える（シフトする）ことにより、水素生成率を増大させるため
に用いられ得る。この水−ガスシフト反応はわずかに発熱性であり、そして比較
的低温（２００〜７００℃）でほぼ終結に到達し得る。従って、改質燃料の温度
を、この触媒的水−シフト反応に最適にまで低下させるために、反応延長シリン
ダーの下流に熱交換器を存在させ得る。このようにして、改質燃料中の水素濃度
は、水素リッチガスの燃焼熱まで、最小の減衰率で増大され得る。
【００４８】 図１４は、熱交換器および水−シフト触媒リアクターの付加を示す。熱交換器
６０を、反応延長シリンダー２６の下流に配置して、水−シフト触媒リアクター
６２中への侵入の前に、改質燃料の温度を低下させ、その結果、改質燃料中の水
素濃度を増加させる。この水−シフト触媒リアクターは、水−シフト反応を促進
するために適切な触媒６３を備える。従って、図１４の実施形態は、水素濃度を
増加させること、および所望されない一酸化炭素を低減させることの両方を行う
。
【００４９】 過渡現象（特に、始動過渡現象）の間に必要な水素を生成するための方法は、
この出願の前半に記載した。これらの方法は、プラズマトロンの電力を増加させ
ること、プラズマトロンの数を増加させること、または酸素対炭素比を増大させ
ること（それによって完全に燃焼する燃料の割合を増加させる）を含んでいた。
代替方法は、図１５および１６に示されるように、反応延長シリンダー２６の電
気的加熱を利用することである。図１５を参照して、電気的に加熱された壁６４
は、電気配線６６および６８を通じてエネルギーを与えられ、高温断熱材７０が
この電気的に加熱された壁６４に隣接して提供される。あるいは、図１６に示さ
れるように、導電性フリットまたは導電性ハニカム構造７２が、反応延長シリン
ダー２６内に配置される。このフリットまたは金属製ハニカム７２は、電気配線
７４および７６を通じて電気を供給することにより加熱される。このハニカム構
造は、図１４に示されるように、その表面上に触媒（例えば、水−シフト触媒ま
たはスチーム改質触媒）を有し得る。
【００５０】 本明細書に開示された発明の改変および変形は当業者に明らかであることが認
識され、そしてこのような改変および変形は、添付の特許請求の範囲内に含まれ
ることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従う高電圧低電流放電プラズマ燃料変換器の断面図である。
【図２】 図２は、反応延長シリンダーを備えるプラズマ燃料変換器である。
【図３】 図３は、断熱材を有する高電圧低電流グロー放電プラズマトロンの断面図であ
る。
【図４】 図４は、熱交換器を備える高電圧低電流グロー放電プラズマトロンの断面図で
ある。
【図５】 図５は、熱交換器を有する別のグロー放電プラズマトロンの断面図である。
【図６】 図６は、１つの接地電極を有する電源に接続された高電圧低電流ミクロプラズ
マトロンの回路図である。
【図７】 図７は、両方の電極がミクロプラズマトロンに接続されている電源に接続され
た高電圧低電流ミクロプラズマトロンの回路図である。
【図８】 図８は、ミクロプラズマトロンに接続された単一電極を有する電源に接続され
た高電圧低電流ミクロプラズマトロンの回路図である。
【図９】 図９は、電極の１つとして従来のスパークプラグを使用する、本発明のプラズ
マトロンの断面図である。
【図１０】 図１０は、電極上に誘電被覆を有する実施形態の断面図である。
【図１１】 図１１は、フリットを使用する本発明の実施形態の断面図である。
【図１２】 図１２は、本発明の他の実施形態の断面図である。
【図１３】 図１３は、本発明の他の実施形態の断面図である。
【図１４】 図１４は、熱交換器および水シフトリアクターを使用する本発明の実施形態の
断面図である。
【図１５】 図１５は、電気的に加熱される反応延長ゾーンを有する本発明の実施形態の断
面図である。
【図１６】 図１６は、電気的に加熱される反応延長ゾーンを有する本発明の実施形態の断
面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーン， ダニエル アール． アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02167， チェスナット ヒル， ウォル ナット ヒル ロード 26 (72)発明者 ブロンバーグ， レスリー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02067， シャロン， ウィルシャイアー ドライブ 176 (72)発明者 ラビノビッチ， アレクサンダー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01907， スワンプスコット， ナンバー ３エル， パラダイス ロード 404 (72)発明者 アレクセーフ， ニコライ ロシア国 129278 モスクワ， パブラ コーチャギナ ストリート 15−00

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ燃料変換器であって、以下： 第１の電極を形成する導電性の構造体； 反応チャンバにおいて、該第１の電極に対して、ギャップを生じるように配置
    された第２の電極； 該ギャップに存在する燃料−空気混合物；ならびに 該燃料を改質するための放電を発生させるために、ほぼ１００ボルト〜４０キ
    ロボルトの範囲の電圧およびほぼ１０ミリアンペア〜１アンペアの範囲の電流を
    提供する、該第１の電極および該第２の電極に接続された電源、 を備える、プラズマ燃料変換器。
  2. 【請求項２】 高温域での滞留時間を増加させるための反応延長領域をさら
    に備える、請求項１に記載のプラズマ燃料変換器。
  3. 【請求項３】 温度を上昇させるために反応延長領域内および反応チャンバ
    内にインサートをさらに備える、請求項２に記載のプラズマ燃料変換器。
  4. 【請求項４】 前記インサートが金属性である、請求項３に記載のプラズマ
    燃料変換器。
  5. 【請求項５】 前記インサートがセラミックである、請求項３に記載のプラ
    ズマ燃料変換器。
  6. 【請求項６】 前記電源からの電力を減少させるための熱交換器をさらに備
    える、請求項２に記載のプラズマ燃料変換器。
  7. 【請求項７】 前記電源が電流制御された高電圧電源である、請求項１に記
    載のプラズマ燃料変換器。
  8. 【請求項８】 前記電源が、電流を制限するための可飽和インダクタを備え
    る、請求項７に記載のプラズマ燃料変換器。
  9. 【請求項９】 前記電源がネオン変圧器電源である、請求項８に記載のプラ
    ズマ燃料変換器。
  10. 【請求項１０】 前記燃料−空気混合物が、化学量論的な部分酸化と完全酸
    化との間での動作に対して選択される、請求項１に記載のプラズマ燃料変換器。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載のプラズマ燃料変換器であって、該プラズ
    マ燃料変換器は、低電圧高電流ＤＣアークモードおよび高電圧低電流放電モード
    における同時動作のためのさらなる電源をさらに備える、プラズマ燃料変換器。
  12. 【請求項１２】 水素生成率を増加させるための複数のプラズマトロン領域
    をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ燃料変換器。
  13. 【請求項１３】 前記プラズマ燃料変換器のアウトプットが、触媒と接触さ
    せられる、請求項１に記載のプラズマ燃料変換器。
  14. 【請求項１４】 前記触媒が窒素酸化物触媒再生のためである、請求項１３
    に記載のプラズマ燃料変換器。
  15. 【請求項１５】 プラズマ燃料変換器であって、以下： 第１の電極を形成する導電性構造体； 反応チャンバにおいて、該第１の電極に対して、ギャップを生じるように配置
    された第２の電極； 該ギャップに存在する燃料−空気混合物；ならびに プラズマを発生するために、ほぼ１００ボルト〜４０キロボルトの範囲の電圧
    およびほぼ１０ミリアンペア〜１アンペアの範囲の電流を提供する、該第１の電
    極および該第２の電極に接続された電源、 を備える、プラズマ燃料変換器。
  16. 【請求項１６】 前記プラズマへの平均電力が１０ワットと１０００ワット
    の間である、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  17. 【請求項１７】 炭化水素燃料と酸素との部分酸化反応が、水素と一酸化炭
    素とを含む反応生成物を生成する、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  18. 【請求項１８】 前記プラズマが、炭化水素燃料と酸素との部分酸化反応を
    持続させる、請求項１６に記載のプラズマ燃料変換器。
  19. 【請求項１９】 前記燃料と空気との混合物が、前記プラズマの上流に導入
    され、そしておそらく異なる組成のさらなる空気／燃料混合物が該プラズマの下
    流に導入される、請求項１に記載のプラズマ燃料変換器。
  20. 【請求項２０】 前記電源が可変周波数を有し、該電源周波数を調整するこ
    とにより電力が制御される、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  21. 【請求項２１】 電源周波数が１００〜２００ｋＨｚまで調整され得る、請
    求項２０に記載のプラズマ燃料変換器。
  22. 【請求項２２】 前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方が
    、両誘電体間または誘電体−電極間のギャップにおいて放電を生じるために、誘
    電被覆で覆われている、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  23. 【請求項２３】 電力が、前記電源の周波数を変化させることにより制御さ
    れる、請求項２２に記載のプラズマ燃料変換器。
  24. 【請求項２４】 前記燃料／空気混合物の酸素／燃料比が過渡的条件の間に
    変化する、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  25. 【請求項２５】 前記プラズマが断続モードで動作する、請求項１５に記載
    のプラズマ燃料変換器。
  26. 【請求項２６】 断続動作を伴うか否かに関わらず、開始時および正常な動
    作の間の炭素原子に対する酸素原子の比が、１.２と２.５との間である、請求項
    ２４に記載のプラズマ燃料変換器。
  27. 【請求項２７】 変換効率を制御するために改質燃料と接触している酸素セ
    ンサーをさらに備える、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  28. 【請求項２８】 変換効率が、電力レベルまたは酸素／燃料比またはその両
    方のいずれかを変化させることにより制御される、請求項２７に記載のプラズマ
    燃料変換器。
  29. 【請求項２９】 ５００ｐｓｉまでの圧力で動作する、請求項１５に記載の
    プラズマ燃料変換器。
  30. 【請求項３０】 前記プラズマが、破壊プラズマ、グロー放電プラズマまた
    は無声放電プラズマである、請求項１７に記載のプラズマ燃料変換器。
  31. 【請求項３１】 請求項１７に記載のプラズマ燃料変換器であって、電力消
    費が、該変換器により生成される水素リッチガスの熱量の０.３％〜１０％の間
    である、プラズマ燃料変換器。
  32. 【請求項３２】 炭素に対する酸素の比が１.２〜２.０である、請求項１７
    に記載のプラズマ燃料変換器。
  33. 【請求項３３】 実質的に全ての必要なエンタルピーの増加が、プラズマ以
    外の手段により提供される、請求項１７に記載のプラズマ燃料変換器。
  34. 【請求項３４】 実質的に全ての必要なエンタルピーの増加が、プラズマ以
    外の手段により提供される、請求項１９に記載のプラズマ燃料変換器。
  35. 【請求項３５】 炭素に対する酸素の比が、１.２と２.０との間である、請
    求項３３に記載のプラズマ燃料変換器。
  36. 【請求項３６】 炭素に対する酸素の比が、１.２と２.０との間である、請
    求項３１に記載のプラズマ燃料変換器。
  37. 【請求項３７】 プラズマ放電の下流に、増加した表面領域を提供する材料
    をさらに備える、請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器。
  38. 【請求項３８】 前記材料が不活性である、請求項３７に記載のプラズマ燃
    料変換器。
  39. 【請求項３９】 前記材料が触媒である、請求項３７に記載のプラズマ燃料
    変換器。
  40. 【請求項４０】 前記材料がアルミニウム基材上のニッケルベースの触媒で
    ある、請求項３７に記載のプラズマ燃料変換器。
  41. 【請求項４１】 請求項１５に記載のプラズマ燃料変換器であって、前記燃
    料−空気混合物は、流れが前記電極ギャップを通って全ての反応物質を運ぶよう
    に領域に導入される、プラズマ燃料変換器。
  42. 【請求項４２】 前記部分酸化反応動作が化学量論的部分酸化と完全燃焼と
    の間にあり、そしてほぼ２００〜７００℃の温度範囲に維持される触媒的水−シ
    フト反応領域をさらに備える、請求項１７に記載のプラズマ燃料変換器。
  43. 【請求項４３】 請求項４２に記載のプラズマ燃料変換器であって、該プラ
    ズマ燃料変換器は、前記触媒的水−シフト反応領域の前に熱交換器をさらに備え
    、該熱交換器は、水−シフト反応に最適な温度まで改質燃料温度を下げるように
    適用される、プラズマ燃料変換器。
  44. 【請求項４４】 前記反応延長領域が電気的に加熱される、請求項２に記載
    のプラズマ燃料変換器。
  45. 【請求項４５】 前記反応延長シリンダーが、電気的に加熱されるフリット
    および／または導電性ハニカムを含む、請求項４４に記載のプラズマ燃料変換器
    。
  46. 【請求項４６】 前記電導性ハニカムがその表面上に触媒を含む、請求項４
    ５に記載のプラズマ燃料変換器。
  47. 【請求項４７】 プラズマの上流に導入される前記空気と燃料との混合物の
    全てが、電極ギャップを通って流れる、請求項１９に記載のプラズマ燃料変換器
    。
JP2001535719A 1999-11-03 2000-09-15 低電力小型プラズマ燃料変換器 Pending JP2003514166A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/433,402 US6322757B1 (en) 1999-08-23 1999-11-03 Low power compact plasma fuel converter
US09/433,402 1999-11-03
PCT/US2000/025293 WO2001033056A1 (en) 1999-11-03 2000-09-15 Low power compact plasma fuel converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003514166A true JP2003514166A (ja) 2003-04-15

Family

ID=23720025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001535719A Pending JP2003514166A (ja) 1999-11-03 2000-09-15 低電力小型プラズマ燃料変換器

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6322757B1 (ja)
EP (1) EP1226343B1 (ja)
JP (1) JP2003514166A (ja)
AT (1) ATE296949T1 (ja)
CA (1) CA2389009A1 (ja)
DE (1) DE60020590T2 (ja)
ES (1) ES2243306T3 (ja)
WO (1) WO2001033056A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004510087A (ja) * 2000-06-08 2004-04-02 ナイト，インコーポレイティド 燃焼強化システムおよび燃焼強化方法
WO2006011409A1 (ja) * 2004-07-28 2006-02-02 Nissan Motor Co., Ltd. 燃料供給システム
WO2006038579A1 (ja) * 2004-10-04 2006-04-13 Hino Motors, Ltd. 燃料改質器
EP2230010A2 (en) 2009-03-18 2010-09-22 NGK Insulators, Ltd. Reactor
JP2012035260A (ja) * 2005-10-10 2012-02-23 Korea Inst Of Machinery & Materials プラズマ反応装置及びこれを用いたプラズマ反応方法、難分解性ガスのプラズマ反応方法及び吸蔵触媒方式のＮＯｘ低減装置
JP2015108352A (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社デンソー 高活性物質添加装置
WO2020032414A1 (ko) * 2018-08-08 2020-02-13 한국화학연구원 플라즈마 개질 모듈을 이용한 전력 계통 안정화 시스템

Families Citing this family (91)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6272846B1 (en) * 1999-04-14 2001-08-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Reduced toxicity fuel satellite propulsion system
US6818193B2 (en) 1999-12-15 2004-11-16 Plasmasol Corporation Segmented electrode capillary discharge, non-thermal plasma apparatus and process for promoting chemical reactions
US7029636B2 (en) 1999-12-15 2006-04-18 Plasmasol Corporation Electrode discharge, non-thermal plasma device (reactor) for the pre-treatment of combustion air
US6955794B2 (en) * 1999-12-15 2005-10-18 Plasmasol Corporation Slot discharge non-thermal plasma apparatus and process for promoting chemical reaction
US6923890B2 (en) * 1999-12-15 2005-08-02 Plasmasol Corporation Chemical processing using non-thermal discharge plasma
US7192553B2 (en) 1999-12-15 2007-03-20 Plasmasol Corporation In situ sterilization and decontamination system using a non-thermal plasma discharge
US7094322B1 (en) 1999-12-15 2006-08-22 Plasmasol Corporation Wall Township Use of self-sustained atmospheric pressure plasma for the scattering and absorption of electromagnetic radiation
US20070151846A1 (en) * 2001-04-04 2007-07-05 Hydrogen Technology Applications, Inc. Apparatus and method for the conversion of water into a clean burning combustible gas for use as an additive with other forms of fuels
US20040149591A1 (en) * 2001-04-04 2004-08-05 Dennis J. Klein Apparatus and method for the conversion of water into a new gaseous and combustible form and the combustible gas formed thereby
JP2002338203A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 低温プラズマによる水素の製造方法
EP1430501A2 (en) 2001-07-02 2004-06-23 Plasmasol Corporation A novel electrode for use with atmospheric pressure plasma emitter apparatus and method for using the same
WO2003041854A1 (en) * 2001-08-02 2003-05-22 Plasmasol Corp. Electrode discharge, non thermal plasma device (reactor) for the pre-treatment of combustion air
US20030047146A1 (en) * 2001-09-10 2003-03-13 Daniel Michael J. Plasmatron-internal combustion engine system having an independent electrical power source
DE10162244A1 (de) * 2001-12-18 2003-07-10 Siemens Ag Verfahren zur selektiven Erzeugung reaktiver Teilchen
DE10162245A1 (de) * 2001-12-18 2003-07-10 Siemens Ag Verfahren zur selektiven Erzeugung reaktiver Teilchen
DE10163475C1 (de) * 2001-12-21 2003-09-25 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung oder Umwandlung von gasförmigen Brennstoffen
US7021048B2 (en) 2002-01-25 2006-04-04 Arvin Technologies, Inc. Combination emission abatement assembly and method of operating the same
US6976353B2 (en) * 2002-01-25 2005-12-20 Arvin Technologies, Inc. Apparatus and method for operating a fuel reformer to provide reformate gas to both a fuel cell and an emission abatement device
US7014930B2 (en) * 2002-01-25 2006-03-21 Arvin Technologies, Inc. Apparatus and method for operating a fuel reformer to generate multiple reformate gases
US6651597B2 (en) 2002-04-23 2003-11-25 Arvin Technologies, Inc. Plasmatron having an air jacket and method for operating the same
US6881386B2 (en) * 2002-05-30 2005-04-19 Massachusetts Institute Of Technology Low current plasmatron fuel converter having enlarged volume discharges
US6793898B2 (en) * 2002-08-15 2004-09-21 Texaco Inc. Compact plasma-based fuel reformer
US6919551B2 (en) * 2002-08-29 2005-07-19 Micron Technology Inc. Differential column readout scheme for CMOS APS pixels
US20040052693A1 (en) * 2002-09-18 2004-03-18 Crane Samuel N. Apparatus and method for removing NOx from the exhaust gas of an internal combustion engine
US6758035B2 (en) 2002-09-18 2004-07-06 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for purging SOX from a NOX trap
US6702991B1 (en) * 2002-11-12 2004-03-09 Arvin Technologies, Inc. Apparatus and method for reducing power consumption of a plasma fuel reformer
US6715452B1 (en) 2002-11-13 2004-04-06 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for shutting down a fuel reformer
US6981472B2 (en) * 2002-11-18 2006-01-03 Massachusetts Institute Of Technology Homogeneous charge compression ignition control utilizing plasmatron fuel converter technology
US6903259B2 (en) * 2002-12-06 2005-06-07 Arvin Technologies, Inc. Thermoelectric device for use with fuel reformer and associated method
US20040139730A1 (en) * 2003-01-16 2004-07-22 William Taylor Method and apparatus for directing exhaust gas and reductant fluid in an emission abatement system
US6843054B2 (en) * 2003-01-16 2005-01-18 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for removing NOx and soot from engine exhaust gas
JP4426764B2 (ja) * 2003-01-21 2010-03-03 株式会社日立製作所 コンパイラテストプログラムの自動生成方法
US20040144030A1 (en) * 2003-01-23 2004-07-29 Smaling Rudolf M. Torch ignited partial oxidation fuel reformer and method of operating the same
US6851398B2 (en) 2003-02-13 2005-02-08 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for controlling a fuel reformer by use of existing vehicle control signals
US20040185396A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-23 The Regents Of The University Of California Combustion enhancement with silent discharge plasma
US7407634B2 (en) * 2003-04-11 2008-08-05 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron fuel converter having decoupled air flow control
US20040216378A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Smaling Rudolf M Plasma fuel reformer having a shaped catalytic substrate positioned in the reaction chamber thereof and method for operating the same
JP2004344719A (ja) * 2003-05-20 2004-12-09 Toyota Motor Corp 排気浄化装置
US7241429B2 (en) * 2003-06-02 2007-07-10 Arvin Technologies, Inc. Fuel reformer with cap and associated method
CN100377988C (zh) * 2003-06-20 2008-04-02 福特汽车公司 用于重整voc气体的装置和方法
WO2005004556A2 (en) 2003-06-20 2005-01-13 Drexel University Vortex reactor and method of using it
WO2004112950A2 (en) * 2003-06-20 2004-12-29 Drexel University Plasma reactor for the production of hydrogen-rich gas
US8361404B2 (en) * 2003-06-20 2013-01-29 Drexel University Cyclonic reactor with non-equilibrium gliding discharge and plasma process for reforming of solid hydrocarbons
JP4038770B2 (ja) * 2003-08-27 2008-01-30 トヨタ自動車株式会社 改質器の状態判定装置および方法
US7785527B1 (en) 2003-11-06 2010-08-31 Drexel University Method of making mixed metal oxide ceramics
US7381382B2 (en) * 2004-03-29 2008-06-03 Massachusetts Institute Of Technology Wide dynamic range multistage plasmatron reformer system
US20050255011A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Greathouse Michael W Plasma fuel reformer with one-piece body
US20050274104A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Leslie Bromberg Optimum regeneration of diesel particulate filters and NOx traps using fuel reformers
JP4301094B2 (ja) * 2004-06-25 2009-07-22 トヨタ自動車株式会社 燃料又は還元剤添加装置及び方法、並びにプラズマトーチ
WO2006099070A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Arvin Technologies, Inc. Electrode assembly of a plasma fuel reformer
WO2006099069A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Arvin Technologies, Inc. Plasma fuel reformer
US7776280B2 (en) 2005-05-10 2010-08-17 Emcon Technologies Llc Method and apparatus for selective catalytic reduction of NOx
FR2888835A1 (fr) * 2005-07-25 2007-01-26 Armines Ass Loi De 1901 Procede de production d'hydrogene a partir d'hydrocarbures ou de composes hydrocarbones
US7625531B1 (en) 2005-09-01 2009-12-01 Los Alamos National Security, Llc Fuel injector utilizing non-thermal plasma activation
US20080173270A1 (en) * 2005-09-01 2008-07-24 Perriquest Defense Research Enterprises Llc Fuel injection device including plasma-inducing electrode arrays
US20090114178A1 (en) * 2005-09-01 2009-05-07 Perriquest Defense Research Enterprises Llc Fuel injection device including plasma-inducing electrode arrays
FR2891434A1 (fr) * 2005-09-23 2007-03-30 Renault Sas Generateur de plasma et dispositif de reformage d'hydrocarbures pourvu d'un tel generateur de plasma.
US20070101648A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-10 Robert Iverson Method and apparatus for endothermic fuel reformation
US7678352B2 (en) 2005-11-14 2010-03-16 Robert Bosch Gmbh Device and procedure for the production of ammonia
US7595031B2 (en) * 2006-01-12 2009-09-29 Nanoenergy Group (Uk) Plasma reformer with extended volume discharge
US20070267289A1 (en) * 2006-04-06 2007-11-22 Harry Jabs Hydrogen production using plasma- based reformation
US8574422B2 (en) * 2006-04-07 2013-11-05 Qinetiq Limited Hydrogen production
US8460409B2 (en) 2006-05-08 2013-06-11 Ceramatec, Inc. Plasma-catalyzed fuel reformer
US8728180B2 (en) 2006-05-08 2014-05-20 Ceramatec, Inc. Plasma-catalyzed, thermally-integrated reformer for fuel cell systems
US8211276B2 (en) * 2006-10-20 2012-07-03 Tetros Innovations, Llc Methods and systems of producing fuel for an internal combustion engine using a plasma system at various pressures
US8220440B2 (en) * 2006-10-20 2012-07-17 Tetros Innovations, Llc Methods and systems for producing fuel for an internal combustion engine using a low-temperature plasma system
CN101675000A (zh) * 2006-10-20 2010-03-17 特洛斯创新责任有限公司 采用等离子体系统生产内燃机燃料的方法及系统
US7946258B2 (en) * 2006-10-20 2011-05-24 Tetros Innovations, Llc Method and apparatus to produce enriched hydrogen with a plasma system for an internal combustion engine
US20080131360A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-05 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system at various pressures
US20080131744A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-05 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a low-temperature plasma system
US20080138676A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-12 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system in combination with a membrane separation system
EP1972776A2 (en) * 2007-03-19 2008-09-24 Nissan Motor Co., Ltd. Octane number-increasing catalyst, fuel reformer of internal combustion engine, and the internal combustion engine
US20080302342A1 (en) * 2007-06-07 2008-12-11 Horng Jiang Method of fuel conversion for engine and an apparatus of the same
US20090151322A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Perriquest Defense Research Enterprises Llc Plasma Assisted Combustion Device
JP5027732B2 (ja) * 2008-05-13 2012-09-19 日本碍子株式会社 プラズマ処理装置
US20090308729A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 Gallimore Alec D Hydrogen production from water using a plasma source
CN101734620B (zh) * 2009-12-15 2011-10-05 太原理工大学 一种富甲烷气等离子体制氢气的方法
DE102010005797A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Verfahren sowie Kraftfahrzeug mit einer Abgasreinigung zum Reinigen eines Abgasstroms einer ersten Brennstelle und zumindest einer weiteren Brennstelle eines Verbrennungsmotors
EP2550093A1 (en) 2010-03-25 2013-01-30 Drexel University Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas
US20130305738A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 General Electric Company System and method for producing hydrogen rich fuel
CA2882863C (en) * 2012-09-17 2017-01-24 Prometheus Applied Technologies, Llc Time-varying spark current magnitude to improve spark plug performance and durability
US9017437B2 (en) 2012-12-11 2015-04-28 Ceramatec, Inc. Method for forming synthesis gas using a plasma-catalyzed fuel reformer
MA40161B1 (fr) * 2014-09-30 2018-12-31 Plasco Energy Group Inc Système de plasma hors équilibre et procédé de raffinage de gaz de synthèse
US10208651B2 (en) 2016-02-06 2019-02-19 Prometheus Applied Technologies, Llc Lean-burn pre-combustion chamber
ES2639664B1 (es) * 2016-04-27 2018-09-21 Blueplasma Power, S.L. Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento
WO2018172736A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Bae Systems Plc Electrical power generation on a vehicle
WO2018172737A1 (en) 2017-03-23 2018-09-27 Bae Systems Plc Electrical power generation on a vehicle
EP3574991A1 (en) 2018-05-31 2019-12-04 Haldor Topsøe A/S Steam reforming heated by resistance heating
WO2023225617A2 (en) * 2022-05-20 2023-11-23 Plasmerica, Llc Apparatus and method for hydrogen generation
ES2969832A1 (es) * 2022-10-18 2024-05-22 Inyecciones Plasticas Mecacontrol S L Procedimiento para la producción de un gas que comprende hidrógeno
WO2024107662A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 Plasmerica, Llc Apparatus and method for propogation reaction of hydrocarbons

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3649195A (en) 1969-05-29 1972-03-14 Phillips Petroleum Co Recovery of electrical energy in carbon black production
US4059416A (en) 1972-07-13 1977-11-22 Thagard Technology Company Chemical reaction process utilizing fluid-wall reactors
US3879680A (en) 1973-02-20 1975-04-22 Atlantic Res Corp Device for removing and decontaminating chemical laser gaseous effluent
DE2402844A1 (de) 1974-01-22 1975-07-31 Basf Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines acetylen, aethylen, methan und wasserstoff enthaltenden gasgemisches durch thermische spaltung von fluessigen kohlenwasserstoffen
US4339546A (en) 1980-02-13 1982-07-13 Biofuel, Inc. Production of methanol from organic waste material by use of plasma jet
JPS60192882A (ja) * 1984-02-10 1985-10-01 Sutekiyo Uozumi Ｈ↓２ｏを利用して多段階プラズマにより機械的エネルギ−を取り出す方法
US5138959A (en) 1988-09-15 1992-08-18 Prabhakar Kulkarni Method for treatment of hazardous waste in absence of oxygen
US5095247A (en) * 1989-08-30 1992-03-10 Shimadzu Corporation Plasma discharge apparatus with temperature sensing
US5560890A (en) 1993-07-28 1996-10-01 Gas Research Institute Apparatus for gas glow discharge
US5437250A (en) * 1993-08-20 1995-08-01 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron-internal combustion engine system
US5425332A (en) 1993-08-20 1995-06-20 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron-internal combustion engine system
US5887554A (en) 1996-01-19 1999-03-30 Cohn; Daniel R. Rapid response plasma fuel converter systems
GB9616841D0 (en) * 1996-08-10 1996-09-25 Aea Technology Plc The detection of volatile substances
DE19757936B4 (de) 1997-12-27 2005-08-25 Abb Research Ltd. Verfahren zur Herstellung eines H2-CO-Gasgemisches

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004510087A (ja) * 2000-06-08 2004-04-02 ナイト，インコーポレイティド 燃焼強化システムおよび燃焼強化方法
WO2006011409A1 (ja) * 2004-07-28 2006-02-02 Nissan Motor Co., Ltd. 燃料供給システム
US7703445B2 (en) 2004-07-28 2010-04-27 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel supply system
JP4703157B2 (ja) * 2004-10-04 2011-06-15 日野自動車株式会社 燃料改質器
WO2006038579A1 (ja) * 2004-10-04 2006-04-13 Hino Motors, Ltd. 燃料改質器
JP2006104006A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 Hino Motors Ltd 燃料改質器
JP2012035260A (ja) * 2005-10-10 2012-02-23 Korea Inst Of Machinery & Materials プラズマ反応装置及びこれを用いたプラズマ反応方法、難分解性ガスのプラズマ反応方法及び吸蔵触媒方式のＮＯｘ低減装置
JP2010215468A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Ngk Insulators Ltd リアクタ
EP2230010A2 (en) 2009-03-18 2010-09-22 NGK Insulators, Ltd. Reactor
US8263011B2 (en) 2009-03-18 2012-09-11 Ngk Insulators, Ltd. Reactor
JP2015108352A (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社デンソー 高活性物質添加装置
WO2020032414A1 (ko) * 2018-08-08 2020-02-13 한국화학연구원 플라즈마 개질 모듈을 이용한 전력 계통 안정화 시스템
KR20200017197A (ko) * 2018-08-08 2020-02-18 한국화학연구원 플라즈마 개질 모듈을 이용한 전력 계통 안정화 시스템
KR102130971B1 (ko) * 2018-08-08 2020-07-08 한국화학연구원 플라즈마 개질 모듈을 이용한 전력 계통 안정화 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
EP1226343B1 (en) 2005-06-01
ES2243306T3 (es) 2005-12-01
CA2389009A1 (en) 2001-05-10
ATE296949T1 (de) 2005-06-15
EP1226343A1 (en) 2002-07-31
US6322757B1 (en) 2001-11-27
WO2001033056A1 (en) 2001-05-10
DE60020590T2 (de) 2006-03-16
DE60020590D1 (de) 2005-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1226343B1 (en) Low power compact plasma fuel converter
JP2003507321A (ja) 低電力小型プラズマ燃料変換器
US7597860B2 (en) Low current plasmatron fuel converter having enlarged volume discharges
US5887554A (en) Rapid response plasma fuel converter systems
US6245309B1 (en) Method and devices for producing hydrogen by plasma reformer
EP0715683B1 (en) Plasmatron-internal combustion engine system
US20030196427A1 (en) Plasma reforming and partial oxidation of hydrocarbon fuel vapor to produce synthesis gas and/or hydrogen gas
US20070187372A1 (en) High enthalpy low power plasma reformer
US20050019714A1 (en) Plasma catalytic fuel injector for enhanced combustion
US7591242B2 (en) Plasma reformer and internal combustion engine system having the same
US6651597B2 (en) Plasmatron having an air jacket and method for operating the same
US7407634B2 (en) Plasmatron fuel converter having decoupled air flow control
Bromberg et al. Hydrogen manufacturing using low current, non-thermal plasma boosted fuel converters
CN107490025A (zh) 燃气灶具
US7595031B2 (en) Plasma reformer with extended volume discharge
Horng et al. A study of the hydrogen production from a small plasma converter
KR20140054676A (ko) 가스화 및 연소 반응 활성화를 위한 저온 플라즈마 장치
Gallagher Jr Partial oxidation and autothermal reforming of heavy hydrocarbon fuels with non-equilibrium gliding arc plasma for fuel cell applications
Khoobroo et al. On the efficiency of the fuel cell vehicles with onboard hydrogen generation
KR100998918B1 (ko) 개질장치 및 개질방법
Rajkumar Low Current Non-Thermal Plasma Assisted Hydrocarbon Reforming Hydrogen Rich Gas
CN117515544A (zh) 一种燃油核能化学能等离子体重整复合燃烧器
JP2001055907A (ja) 密閉サイクル型動力システムおよび移動体
JP2005065454A (ja) 発電方法及び発電装置
JP2009162171A (ja) 燃料改質装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091001

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100302