JP2006514880A - マイクロ波エネルギーを用いた方法および装置 - Google Patents

Abstract

このプロセスは、マイクロ波を用いて有機材料からエネルギーを生成する。食品のくずは乾燥され、さらにこれを再生可能なエネルギー源に変換するよう制御された温度で加熱される。これはガラスチャンバ（２）に収納されマイクロ波エネルギーに曝される。この装置は、マイクロ波レンジ（１），熱交換器（３）およびエネルギー抽出システム（５）と（６）を備える。マイクロ波を吸収すると高エネルギープラズマのイオン化された高温の空気雰囲気が生成される。この高温プラズマの新プロセスは、熱交換器、マイクロ波により点火される内燃機関、または磁気流体力学（ＭＨＤ）システムにより有用な形の機械的または電気的なエネルギーに変換しうる熱，圧力および起電エネルギーを発生する。この方法は、プラズマを閉じ込めてそのエネルギーを活用する方法を伴う。適切なフィードバック制御部（７）が出力エネルギー中の純益部分を用いてプロセスを自続式とする。このプロセスのエネルギー効率は用いる食品の栄養価の測定単位となる。

Description

発明の技術分野
本発明は、マイクロ波手段により様々な有機材料をより有用なエネルギーに変換および／または生成する装置および／または方法に関する。ある形において、本発明は有機廃棄物や食品といった有機材料を熱エネルギー，プラズマエネルギー，高圧エネルギー，電気エネルギーあるいは他の有用なエネルギー形態に変換する方法を提案する。

より具体的には、本発明はマイクロ波エネルギーを用いて有機材料からより高いレベルのエネルギーを生成するプロセスに関する。マイクロ波エネルギーは５００ＭＨｚから、これに限定されないが５０００ＭＨｚまでの周波数を用いることができる。これにより、例えば有機廃棄物は、好ましくは発熱用のプラズマ，プラズマエネルギー，電気，高圧といった形態の再生可能エネルギー源となり、様々な用途に機能する。

発明の背景
熱，高圧，電気等どのタイプのエネルギーも生命の維持および産業の発達に不可欠である。現状では、最も一般的なエネルギー源は化石燃料と水力発電である。化石燃料のソースは限られており、また再生不能である。化石燃料はどこでも得られるものではない。水力発電も制限があり、どこでも得られるものではなく、天候や湖のレベルに依存する。風力，太陽，地熱エネルギーといった自然のエネルギー源がある程度活用されているが、これらは貯蔵できるものではない。重要なことは、我々はこれらの自然エネルギー資源のソースをコントロールできず、また現在の技術では自然の資源を有用で十分なエネルギー形態に変換するのに限界がある。

石油やガス等の化石燃料が用いられる前、最も一般的なエネルギー源は動物の力であった。しかしながら、この動物または筋肉エネルギーを他の形態のエネルギーに変換するのは十分でもなく便利でもない。端的に言えば、動物や筋肉エネルギーは基本的に食品を源として得られるものである。食品は通常、水，空気，および太陽エネルギーで育つ有機材料である。現在、食品を直接的に役立つエネルギー形態に変換するのに便利で十分な技術はない。

このように、有機材料、最も好ましくは廃棄物や廃棄食料といった無用の有機材料，又はその食べられない部分や残された部分を有用な形態のエネルギーに変換および／または生成する方法および装置の考案が長い間要望されていた。

マイクロ波は人類により最初に第２次世界大戦の前にレーダーに用いられた。今日ではマイクロ波は放送，監視，携帯電話，空港走査器，及びもちろん家庭用の電子レンジに用いられている。マイクロ波は、金属に反射するにも拘わらず、食料に吸収され即座に食料を貫通することにより電子レンジで食料を料理するのに用いられる。

上記のように、マイクロ波エネルギーは食品を加熱するのに用いられる。さらに、多種の材料がマイクロ波エネルギーを吸収することが知られている。基本的に、対象物の温度は吸収作用により増加する。吸収の比率は材料の種類に関係し、ある材料はマイクロ波エネルギーを完全に反射し、すなわちマイクロ波エネルギーをまったく吸収しない。マイクロ波エネルギーは主として加熱または通信目的に用いられている。マイクロ波エネルギーを用いて更なるエネルギーを生成する技術は実現していない。

殆ど総ての工業過程において、絶えず廃熱が発生し周辺環境に放出されている。この廃熱の量は膨大である。排出される廃熱は気温に対し比較的些末なものと考えられており、またこの熱を実用的な目的のために再生するのは困難である。重要なことはこの熱を経済的に有益なものに用いる技術が存在しないことである。

食料のかなりな部分が廃棄物として捨てられており；この廃棄物は有機廃棄物である。多くの国においてこの廃棄物は動物の飼料となり、基本的に動物エネルギーまたは動物の筋肉パワーへと変換される。このように、有機廃棄物はエネルギーへ変換する資質を有する。この廃棄物を有用なエネルギーへと変換することが可能である。さらに、有機物は植物として成長し、周期的なサイクルで取得可能である。有機体の食品は再生可能であるため、これは再生可能エネルギー源となり得る。現存のエネルギー変換技術は処理が遅く、有機物を有用なエネルギーに変換するのに多くの時間がかかる。

このように、従来技術のプロセスは主に再生不能な燃料を使用するものであるという欠点があった。それらは有機物や工業活動による廃熱を利用して更なるエネルギーを生ずる適切な手段は提供されていない。

公知の石油化学燃焼プロセスの排出物は様々な種類の有害ガスを含んでいる。

発明の目的
本発明の目的は、有機物をマイクロ波手段により有用な形のエネルギーとして閉じ込め、変換および／または生成することにあり、そしてこれにより有機物の少なくとも一部が有用なエネルギーに変換される。

本発明の更なる目的は、マイクロ波を使用して有機物の内在するエネルギー量を計測する方法および／または装置を提供することである。

発明の開示
したがって、広い態様において、本発明は再生可能な燃料およびエネルギーの新たなソースを得るプロセスを提供する。本発明は、有機材料を有用な形のエネルギーに変換するエネルギー変換システムを提供する。このエネルギー変換システムの排出物は比較的有害でない。

この変換プロセスの残留物は元の有機材料の２０％以下の重量となる。

他の態様として、本発明は、マイクロ波エネルギーを入力エネルギー源として有機材料を高温のプラズマに変換し閉じ込める方法を提供する。これは他の様々なアプリケーションのためにプラズマを生成する新たなプロセスを提供するものである。

本発明の更なる態様では、有機物を燃料に変換し、この燃料が一旦適切な形で用意されマイクロ波を受け有用な形のエネルギーに変換する方法および装置を提供する。

好適には、この燃料はスイッチングまたはバルブ制御下でマイクロ波に曝され、発生する温度と圧力が所望の範囲内に維持される。

好適には、この予備工程は監視され、有機物からエネルギーへの変換が持続可能および／または継続的な方法で所定の温度と圧力に維持される。

本発明の他の態様では、マイクロ波手段により有機物を有用な形のエネルギーに変換する方法において：
（ａ）有機物を乾燥させ含有水分の少なくとも８０％を除去して乾燥有機物をエネルギー保存体に変換するステップ，
（ｂ）エネルギー保存体に必要十分かつ管理された熱を供給し、さらにその化学構成を新種の燃料に変えるステップ，
（ｃ）この燃料をマイクロ波に曝し燃料に含まれるエネルギーを熱，電気，高圧，プラズマ，イオン化した気体またはガス，融合エネルギーから選択された有用な形のエネルギーに変換するステップ，を備える方法を提供する。

好適には、エネルギー保存体は炭化された有機材料である。

好適には、マイクロ波は５００ＭＨｚから５０００ＭＨｚの周波数で、５００Ｗから１００ｋＷの電力で適用する。マイクロ波の電力と材料の種類に依存するが、２から４００秒内にプラズマが発生する。

好適には、前記有機物は有機廃棄物または新鮮な（fresh）有機材料である。

好適には、前記有機廃棄物は、鶏肉，豚肉，他の肉の断片から選択される。

好適には、前記有機廃棄物は野菜くず，果物の剥いた皮，果物の切れ，肥料または堆肥から選択される。特にリンゴ，ジャガイモ，バナナの皮である。

好適には、前記ステップ（ｂ）で調製された燃料は、以下の方法でステップ（ｃ）でマイクロ波に曝される：
（i）調製燃料をガラスチャンバまたは熱交換器に移し、
（ii）前記ガラスチャンバまたは熱交換器を、マイクロ波空洞またはマイクロ波レンジに移し、好ましくは収容し、
（iii）マイクロ波空洞またはマイクロ波レンジを動作させ、調製燃料を１００℃超の炎またはプラズマに変換する。

好適には、調製燃料は、４００℃超の青色炎またはプラズマに変換される。

好適には、ステップ（ｃ）にて生成されたエネルギーはマイクロ波点火器を備える内燃機関に利用される。

好適には、ステップ（ｃ）にて生成されたエネルギーは過熱または冷却システムに利用される。

好適には、ステップ（ｃ）にて生成されたエネルギーは１００℃超の高温のプラズマを生成するのに利用される。

好適には、銅線，鉄、タングステン，金属または非金属イニシエータ等のプラズマイニシエータをプラズマ生成プロセスの開始に用いてもよいし、用いなくてもよい。プロセスのエネルギー効率およびレスポンス時間はプラズマイニシエータの使用および不使用に関係する。使用する有機材料の種類によっては、プラズマイニシエータを使用しなくてもプロセスが成功する。

好適には、ステップ（ｃ）にて生成されたエネルギーはプラズマを生成するのに使用され、このプラズマは磁気流体力学（ＭＨＤ）プロセスに利用することができる。

好適には、前記ガラスチャンバまたは熱交換器には任意にガスあるいは気流が導入されている。

好適には、ＭＨＤプロセスは、永久磁石または電磁石の使用、あるいは銅などの導電性コイル内の電流を誘導することにより、プラズマおよびその結果生成されるイオン化空気雰囲気から電力を生成するのに用いられる。

本発明の更なる態様では前記有機物が食品である場合に当該食品のエネルギー値を判定する方法を提供し、前記ステップ（ａ）および（ｂ）により前記材料が用意され、ステップ（ｃ）にてマイクロ波が照射され、前記材料がプラズマに変換された後に、この生成されたプラズマの特性が前記有機物のエネルギー値の測定単位となる。

好適には、食品のエネルギー値を判定するのに用いるプラズマの特性は、(i)発生するプラズマの色，(ii)発生するプラズマの量，(iii)発生する気圧，(iv)プラズマの温度，(v)プラズマの生成能率から選択される。

本発明の更なる態様では、前記ステップ（ｃ）で生成されたプラズマをステップ（ｂ）で用いたガラスチャンバまたは熱交換器に閉じ込め、更なる利用のために活用あるいは抽出しうる状態が提供される。

好適には、前記更なる利用は内燃機関での利用，過熱または冷却システムの動力，あるいはさらなる熱，電気，高圧エネルギーへの変換，もしくはナショナルグリッド（主要発電所間の高圧送電線網）などの中央電気システムに戻す利用である。

本発明の更なる態様では、上記いずれかのクレームの方法に利用可能な装置を提供し、この装置は：
（ａ）マイクロ波空胴またはマイクロ波レンジと、
（ｂ）前記マイクロ波空胴またはマイクロ波レンジ内に収容されるガラスチャンバまたは熱交換器と、
（ｃ）任意に設けられ、前記ガラスチャンバまたは熱交換器に、好ましくは加熱したガスまたは気流を供給する供給口と、
（ｄ）前記空胴内で生成された熱，電気，高圧，プラズマ，イオン化されたガスまたは気体，融合エネルギーを活用あるいは抽出する手段と、
（ｅ）排気ガス用の放出口と、を備える。

好適には、前記方法のステップ（ｃ）で生成されたプラズマまたはイオン化されたガスまたは空気を活用する手段は、プラズマのイオン化された粒子に接触して電流を誘導あるいは発生させる導電材料のコイルを備える。この電流の誘導はプラズマを制限する反力を生成し、プラズマエネルギーを活用する助けとなる。

好適には、前記ガスの流れは空気または酸素あるいは酸素を含む可燃性ガスである。

好適には、前記装置は内燃機関への取り付けあるいは使用に適合している。

好適には、本発明は、工業的な施設に適応し、工業排気熱によるエネルギーを貯蔵し、貯蔵したエネルギーを必要なときに有用な形で供給し得るエネルギー変換システムを提供する。

本発明の更なる態様は、有機物を燃料として用いる乗物その他の内燃機関に適応させることにある。好適には、マイクロ波エネルギー源が有機体の燃料に点火して高気圧爆発を生じ、この高気圧爆発が乗物その他の機械の内燃機関に機械的な出力を提供する。

本発明の更なる態様は、イオン化空気の生成システムに適応させるプロセスを提供することにあり、これによりイオン化空気の生成システムは磁気流体力学（Magneto-Hydro Dynamic）システムに用いられプラズマとイオン化空気から電力を生成する。このイオン化プロセスは汚染物質の放出を最小限とし、食品を効率よくエネルギーに変換する。マイクロ波によるその後の空気のイオン化は汚染排出物を最小限にし、この排出物質はさらに電磁共振器を用いることにより減少する。

本発明の更に別の態様は、イオン化空気のチャンバを横切る磁界を用いて電力を生成するプロセスを提供することにある。イオン化空気またはガスは処理された有機物をマイクロ波エネルギーに曝すことにより生成される。

本発明の更なる別の態様は、マイクロ波エネルギーを用いて有機物を熱エネルギーに変換し、射出成形に使用するためのプラスチックを加熱し溶融させるプロセスを提供することにある。

本発明は、他のあらゆるプロセスにより生じた廃熱を利用するプロセスを提供する。他のプロセスによる廃熱は有機物から水分を除去する前処理と、これを予熱して所望の形態もしくは濃度とするのに用いられる。

本発明の更なる態様は、エネルギー出力の一部をマイクロ波レンジまたはマイクロ波エネルギー発生装置に戻すエネルギー変換システムに適応させるプロセスを提供することにある。これにより、有機物がより有用なエネルギーへの変換のために燃料として継続的に投入されることで、エネルギー変換システムはそれ自身で継続プロセスを維持する。

本発明は、新種の燃料をエネルギーに変換するために、マイクロ波システムに基づいた携帯可能なエンジンに適合させるプロセスを提供する。この燃料は通常の火花，電気ショート，煙草，通常の点火では着火しないため、非常に安全に運搬することができる。これに対し、従来の石油製品／燃料は危険な化学品であり火花等により着火しやすい。

定 義
プラズマは、電圧が印加され、励起された状態、および／または、陽イオンと電子のガス状混合物の形態として見られる物質の第４状態として定義される。

プラズマ生成効率は、与えられた量の有機物を電圧が印加されたプラズマに変換するのに必要なマイクロ波エネルギーの量で判定される。

本発明に用いられる有機材料は、純粋な炭化水素以外の有機物を含み、本質的に生体，生物，あるいは廃棄有機物から派生する有機物質を含む。

好適な実施例
本発明は、エネルギー生成および／または変換システムに関し、好適には野菜，果物，肉片，肥料，堆肥などの有機物または有機廃棄物を従来の熱源あるいは排出される廃熱源により加熱し、食品を新種の燃料に変換する。この新たな燃料はマイクロ波エネルギーに曝すことにより一層有用な高レベルのエネルギーに変換される。

エネルギー変換システムは有機物を新種の燃料に変換する。この燃料から生成されるエネルギーは入力エネルギーの数倍も大きい。この方法は新たな再生可能エネルギー源を提供する；有機材料は通常の果物や野菜から得られる。その有機資源が再生可能であり、最適には年ごとあるいは季節ごとに収穫されることから、この材料は再生可能である。有機食品または食品のくずはこの革新的なプロセスに用いられ、可燃性燃料に変換される。この有機物はマイクロ波エネルギーに曝された場合にのみエネルギーに転化する。有機材料は加熱されその含有水分の大部分、好ましくは８０％以上が除去される。乾燥後、有機材料はさらに制御された温度にて非常に注意深く加熱され、直ちに使用できるように若しくは必要に応じて数年貯蔵できるように炭化される。このように調製された後にこの燃料はプロセスの次の段階に供される。

炭化された材料は、熱交換器または内燃装置あるいは他の電気を生成する適切な装置として設計されたガラスチャンバに移される。このガラスチャンバはマイクロ波エネルギー源の下に配置され、炭化材料はマイクロ波エネルギーの吸収を開始する。マイクロ波エネルギーの下で、材料はイオン化し、多くの場合非常に高温で青く明るい炎で燃焼する。この青色炎を伴うイオン化した空気は熱エネルギー，高圧エネルギー，起電エネルギーまたは他に応用される動力を提供する他の種類のエネルギーを生成する。重要なことは、この高エネルギーのプラズマは、即時あるいは後の利用のためにガラスチャンバに閉じ込められる。炭化された食品はマイクロ波エネルギーの下でイオン化され、プラズマに類似のイオン化された空気を生成する。このイオン化された空気は２つの磁石でなる磁界に置かれ、磁気流体力学（Magneto-Hydro-Dynamics, ＭＨＤ）の原則により電気を生成する。このように、このプロセスは、ＭＨＤシステムが発電機のように電気を生成するために必要なイオン化されたガスまたは空気を生成するために使うことができる。出力エネルギーの量は発生する気圧，有機物の種類，マイクロ波エネルギーのレベル等の多数の要素に依存する。正味の出力エネルギーレベルは入力エネルギーより大きくなる。自動式の機械システムでは、このプロセスは自足エネルギーで持続運用できる。電気機械システムが、予め炭化され変換された食品をマイクロ波空胴内に配置されるデバイスに供給する。この機械システムはまた排気制御を行い、マイクロ波の運用および動力を生み出す出力エネルギーの転送量を制御する。

このプロセスはさらに、高温のプラズマを生成する新たな方法である。銅線，タングステン，金属または非金属化合物といったプラズマイニシエータの使用はプロセスの効率と持続時間を適度にする。プラズマイニシエータの使用は必須ではない。必要に応じて、プロセスのパフォーマンスパラメータを調整するのに用いてもよい。

本発明はまた、有機材料の栄養価を判定する方法に関する。マイクロ波を用いて食品をエネルギーに変換する研究に伴い、多種の有機物とりわけ食品類において、マイクロ波の吸収量がその性質や構成に依存することが判明した。栄養価が高いとされる食品は概して多くの量のマイクロ波エネルギーを吸収する。したがって、栄養価の高い食品の廃棄物はより効率的にエネルギーを生産する。このように栄養価の高い食品は与えられる材料のなかで高いエネルギーを生成するため、この出力エネルギーが食品の栄養価の測定基準となる。

装置−工業的利用可能性
上述した装置は単なる例示であり、その同等物が既知である特定の数値が記述されている場合、これらの同等物は個々に記述されているのと同様にここに組み込まれているとみなされる。

このプロセスは、新鮮なあるいは廃棄された食品を予熱してより有用な燃料に変換する予備ステップを含む。このステップは食料の「活性化（Energization）」と名付けられ、図１に示されている。好適には、活性化プロセスは食品を比較的低い加熱温度で加熱し、含有水分を完全に蒸発させる。本発明の好適な実施例では、図１に示すように以下のステップを含む活性化プロセスが提供される：

（ａ） 有機体の有機廃棄物または食品は新鮮な空気３が供給されるオーブン２に配置され、ヒータ１によりあるいは廃熱源５からの熱で低い温度で加熱される。この熱は前記有機体の有機廃棄物または食品の含有水分の大部分、好ましくは実質的に全部を蒸発させ排気する（４）。あらゆる廃熱源からの熱入力５によりエネルギー効率は増大する。

（ｂ） さらにこの乾燥した材料を、煙が発生せず材料が燃えないよう管理された温度でヒータ１により加熱して炭化する。

（ｃ） 有機体の有機廃棄物または食品はここでエネルギー保存体となる。この材料の発酵（fermentation）プロセスはここで停止し、この保存体は長期保存しても性質が変化しない。

（ｄ） その後、ヒータ１の温度を数分の短い時間上げて、保存体を十分に熱し、その化学構造を変化させる。

（ｅ） 材料はここで、マイクロ波を用いてエネルギーに変換するのに適した新種の燃料に変換される。

本明細書において、有機体、有機廃棄物、食品という言葉は実質的に代替可能であると解され、以降の食品に関する実施例，記載および例示はこの代替物の総てを含む。

本発明の好適な実施例において、活性化プロセスは食品を無期限に貯蔵あるいは保存可能な新種の燃料に変換する。この材料は上記プロセスで燃焼または灰に変換されないことが望まれる。

好適には、前記食品は果物または野菜の廃棄された皮である。

好適には、前記排気された廃熱は工業活動，乗物，機械または調理あるいは乾燥工程による熱である。食品の周囲を循環する排気廃熱による熱気がその水分を除去し、排気廃熱の温度によっては、食品は非常に低いコストで処理され得る。

重要な事実は、排気廃熱は食品内に保存され、後に望んだいかなるときにもマイクロ波エネルギーを照射すると放出されることである。

本発明による次のステップは、この調製燃料をマイクロ波エネルギーに曝すことである。

好適には、マイクロ波エネルギーの周波数は５００ＭＨｚから５０００ＭＨｚである。マイクロ波エネルギーの出力はパルス型でも連続的でもよく、１００ワットから１００Ｋワットの範囲である。入力エネルギーはより高いレベルの出力エネルギーを生成するのに用いられる。すなわち、入力マイクロ波エネルギーは燃料をより高いレベルの出力エネルギーに変換する。図２に示すように、このプロセスは以下のステップを含む：

（ａ） 図１のプロセスにより変換された調製燃料は、適切な圧力放出兼排気バルブ１０を備えるパイレックスガラスまたは高温セラミックチャンバ２に移される。プロセスを適度にすべく、プラズマイニシエータが燃料とともに配置される；

（ｂ） このチャンバは非金属の熱交換器３に熱接触される。この組み合わせをマイクロ波空胴またはマイクロ波レンジ１内に配置する；

（ｃ） マイクロ波エネルギーをＯＮに切り換えると、２〜４００秒内にこの燃料が青色炎または１００℃以上の高温のプラズマに変換される。この所要時間は材料の種類や量，マイクロ波のレベルに関係する。熱交換器３は内燃機関またはプラズマの循環ダクトを備えるＭＨＤシステムを用いることができる。

（ｄ） 好適には、エアブロアによるガラスチャンバ又は熱交換器に空気を送るプロセスを備える。排出された生成物を含む非常に高温の熱気流は加熱用途や他の適切なエネルギー変換／分配システム５に送られる；

（ｅ） マイクロ波エネルギーをスイッチング制御９により加え、プロセス全体のセーフリミット内の温度と圧力に維持する；

（ｆ） プロセスを監視してエネルギー抽出を制御し、マイクロ波を制御し（９）、圧力と温度を維持してプロセスを持続させる。

（ｇ） 継続的かつ自続的なプロセスでは、調製材料はホッパー１１からバルブ１２を介して供給され、また残った固形の残留物はバルブ４から捨てられる。好適には、このプロセスはマイクロ波エネルギーのスイッチングとパルス状供給により完全制御される。排気および燃料注入サイクルではマイクロ波はＯＦＦに切り換えられる。

（ｈ） ５に送られた熱または電気エネルギーは有用な形に変換され、ナショナルグリッド（主要発電所間の高圧送電線網）あるいは工業プロセスといったエネルギー活用システム６に分配される。

（ｉ） ５における出力エネルギーの一部は、マイクロ波エネルギーの発生源８を駆動する電気エネルギーに変換される。このフィードバックシステム７は出力エネルギーの一部をマイクロ波エネルギーの補助電源８に供給する。図２に示すように、エネルギー８の初期電源がマイクロ波発生源を起動させプロセスを始動するのに必要である。投入された食品はエネルギーに変換され、その一部がマイクロ波発生源にフィードバックされる。食品、つまり燃料、を連続的に供給することでプロセスを維持する。マイクロ波発生源はパルス式であっても連続式であってもよい。

（ｊ） 制御部９，自動車のバッテリなどの補助電源８，フィードバックシステム７により、装置は自動スタート式および自続式のシステムとなる。軽量のパーツを用いると不燃性の固形燃料を使用するという利点がある携帯型のエネルギー発生システムとなる。

本発明のエネルギー変換システムは、マイクロ波点火器（igniters）を備える内燃機関に適用することができる。本発明のこの実施例では、ガラスチャンバとマイクロ波空胴はほぼ同じサイズとなる。調製燃料は有用なエネルギーに変換され高圧縮空気を発生させる。この高圧縮空気は内燃機関のピストンを駆動するのに用いられ、乗物や他の機械を駆動するパワーストロークを提供する。調製燃料は空気とともに、エネルギー変換目的に適した化学量比率で内燃機関へ導入される。

上述のような内燃機関の排気ガスは、石油化学式の内燃機関から排出されるガスに比べて有害度が低い。

技術のある読者は直ちにこのプロセスにより生成されるエネルギーがチャンバ内の気圧に関係することを理解するであろう。エンジンサイクルの高圧縮比は気圧を増大させる。圧縮サイクルが最高点に到達すると気圧が最大となる。このステージでのマイクロ波エネルギーの放出は、従来に比べ比較的強いダウンストロークを生じさせる。化学量論に基づく燃料と空気の量により、煙が最低限になり出力エネルギーは最大限になる。

本発明の最良の形態の一つは、好適には皮や芯などの生の果物や野菜のくずを用い、食品を有用な形のエネルギーに変換するのに適している。この方法はそのシーズンの食品を用いることを想定し、理想的には樹木を切り倒す必要がない。このように、この変換プロセスは新規で再生可能なエネルギー源を提供する。このプロセスのパラメータは、効率よくエネルギー変換し、排気ガスおよび排出物が最小限の量となるよう管理することができる。

さらに、有機物の種類によってマイクロ波エネルギーの吸収が異なることが判明している。いかなる場合でも、ある種の食品はマイクロ波エネルギーを照射したときにプラズマ光（glow of plasma）が発生することが判明した。この食品は特定の乾燥工程でのみプラズマ光を生ずる。マイクロ波エネルギーに曝されると、この材料は消費されプラズマ光に変換する。非常に微少な量の灰が残留物として残る。この変換プロセスは非常に高温のエネルギーを発生する。周囲の空気の圧力は温度の上昇に伴い上昇する。この空気の圧力を放出しなければ、ガラスチャンバの温度がさらに上昇しアバランシェ効果をおこし、爆発を引き起こす可能性がある。このように、このプロセスは高温と高圧を生成するのに非常に有効である。

本発明のこの実施例では、プラズマおよびエネルギー生成プロセスは完全な制御下におかれる。入力マイクロ波エネルギーの管理と適切な圧力放出システムにより、プロセスは完全制御される。圧力放出システムにより気圧を調節してプロセスでの温度上昇を管理する。熱交換器に流れる水または空気その他の媒体のレートによりさらに温度と圧力が制御される。多種のパラメータを所望の範囲内に管理することにより、食品をエネルギーに変換するプロセスが管理される。

好適には、このプラズマおよび熱生成プロセスは様々な用途に用いることができる。

ガラスチャンバの上昇温度はプラスチックの溶融や、ガラスチャンバより低い融点の他の物質の溶融に利用することができる。このプロセスは射出成形機のプラスチック溶融に適用することができる。

本発明の更なる実施例および図３にあるように、この装置および方法は、プラズマ生成プロセスの周りに設置されるＭＨＤシステムを用いて電気エネルギー５の直接生成に応用することができる。プラズマは電流等の荷電粒子を移動させる電気特性を示すことが知られている。本プロセスは、磁気流体力学（Magneto Hydro-Dynamic, ＭＨＤ）プロセスに利用できるプラズマのイオン化空気雰囲気を生成する手段である。このＭＨＤシステムは、プラズマ２を図示する方向に速度Ｕで循環させるパイレックス−ガラスダクト１を備える。ダクト１は、１以上の永久磁石もしくは電磁石でなるＮ極３とＳ極４とで発生する磁界Ｂ内に配置される。電圧極性５を有する電界Ｅがダクト１上に設けられた一対の金属電極７間に発生している。各ベクトルの方向６が図示されている。磁界に供給されると、本発明のプロセスはＭＨＤに基づく電気エネルギーを生成するシステムの更なる開発に用いられると推定される。

プラズマ生成プロセスはさらにプラズマの閉じ込めにも応用される。上述のプロセスにより生成されたプラズマは振動または発振あるいは総ての方向にランダムに移動してしまう。本プロセスの更なる実施例は、プラズマの効率よい使用のための閉じ込めである。プラズマを制限された方向に閉じ込めるため本プロセスは、磁界に配置される、あるいは配置されない銅または他の導電材料のコイルを用いる。食品を入れたガラスチャンバはコイルに近接配置してよく、このガラスチャンバをコイル内に配置したり、コイルをガラスチャンバ内に配置したりしてもよい。ファラデーの誘導法則により、プラズマのイオン化粒子の振動および回転は、コイル内に電流を誘導する。このコイル内での電流の誘導は、プラズマ粒子と等しい大きさで反対向きのリアクタンス性の磁界を発生させる。このプラズマの閉じ込め方法はイオン化粒子のランダムな動作を制御し、このようなプラズマに内在するエネルギーの活用を可能とする。このプラズマの閉じ込め方法は、他の公知のプラズマ生成方法におけるイオン化粒子のランダムな動きを制限するのに用いることができる。

本明細書の記述およびクレームを通して、「備える(comprise)」という語または「構成する(comprises)」「成している(comprising)」などのその派生語は、他の添加物、コンポーネント、数字、ステップを除外するものではない。

本発明の好適な実施例を図示し説明したが、本発明の意図および範囲を超えずに様々な変更を施すことができる。

図１は、食品を予熱して含有水分を除去し、空気中で炭化する概略図である。 図２は、前処理した材料をマイクロ波エネルギーチャンバ内にさらす概略図である。食品はプラズマ及び、加熱に使用可能な、もしくは自続式プロセスにより他のエネルギー形態への転換に使用可能な熱エネルギーに転化する。 図３は、イオン化された粒子を電気エネルギーに変換する直接変換のためのＭＨＤおよび磁石の使用法を示す概略図である。

Claims (27)

1. マイクロ波手段により有機材料（以下に定義する）を有用なエネルギー形態に変換する方法において：
   （ａ）前記有機材料を乾燥させ少なくとも８０％の含有水分を除去し、この乾燥させた有機材料をエネルギー保存体に変換するステップと、
   （ｂ）前記エネルギー保存体に十分な熱を供給しその化学構成を燃料に変えるステップと、
   （ｃ）前記燃料をマイクロ波に曝し当該燃料に含まれるエネルギーを熱，電気，高圧，プラズマ，イオン化空気またはガス，融合エネルギーから選択される有用な形のエネルギーに変換するステップと、を備えることを特徴とする方法。
2. 前記エネルギー保存体が炭化されていることを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記マイクロ波が５００ＭＨｚから５０００ＭＨｚの周波数と１００Ｗから１００ｋＷの電力で作動することを特徴とする請求項１または請求項２の方法。
4. 前記有機材料が有機廃棄物あるいは新鮮（fresh）な有機物であることを特徴とする上記いずれかの請求項の方法。
5. 前記有機廃棄物が、野菜くず、果物、肥料、堆肥、肉の断片から選択されることを特徴とする請求項４の方法。
6. 前記ステップ（ｂ）により調製された燃料をステップ（ｃ）にてマイクロ波に曝す方法が、
   (i)前記調製燃料をガラスチャンバまたは熱交換器に移し、
   (ii)前記ガラスチャンバまたは熱交換器をマイクロ波空胴またはマイクロ波レンジに移し、好ましくは収容し、
   (iii)前記マイクロ波空胴またはマイクロ波レンジを動作させ前記調製燃料を炎または１００℃超のプラズマに変えることを特徴とする請求項１の方法。
7. 前記調製燃料を青色炎または４００℃超のプラズマに変えることを特徴とする請求項６の方法。
8. 前記プラズマが、金属または非金属、或いは金属または非金属の化合物でなるプラズマイニシエータを使用あるいは使用せずに生成されることを特徴とする請求項６の方法。
9. 前記ステップ（ｃ）で生成されたエネルギーがマイクロ波点火器を備える内燃機関で利用されることを特徴とする請求項１の方法。
10. 前記ステップ（ｃ）で生成されたエネルギーが加熱システムまたは冷却システムで利用されることを特徴とする請求項１の方法。
11. 前記ステップ（ｃ）で生成されたエネルギーが１００℃超のプラズマを生成するのに利用されることを特徴とする請求項１の方法。
12. 前記ステップ（ｃ）で生成されたエネルギーがプラズマまたはイオン化されたガスまたは空気雰囲気を生成するのに利用され、このプラズマまたはイオン化されたガスまたは空気雰囲気が磁気流体力学（Magneto Hydro-Dynamic, ＭＨＤ）プロセスに利用されることを特徴とする請求項１の方法。
13. 前記ガラスチャンバまたは熱交換器に任意にガスまたは気流を供給することを特徴とする請求項６の方法。
14. 前記燃料がスイッチングまたはバルブ制御下でマイクロ波に曝され、温度と発生する圧力が所望の範囲内に維持されることを特徴とする請求項６ないし１３のいずれかの方法。
15. 前記各ステップが監視され、前記有機物からエネルギーへの変換が持続的および／または継続的な方法で所定の温度および圧力に維持されることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかの方法。
16. 前記ＭＨＤプロセスが、永久磁石または電磁石の使用、または銅などの導電性コイルに電流を誘導することにより、プラズマもしくは生成されたイオン化ガスや空気雰囲気から電力を生成することを特徴とする請求項１２の方法。
17. 請求項１ないし１６の方法を用いて有機材料のエネルギー値を判定する方法において、前記ステップ（ａ）および（ｂ）にて調製された前記有機材料をステップ（ｃ）にてマイクロ波に曝し、この材料をプラズマに変換し、生成されたプラズマの特性を前記有機材料のエネルギー値の測定単位とする方法。
18. 前記有機材料のエネルギー値を判定するプラズマの特性が、(i)生成されたプラズマの色、(ii)生成されたプラズマの量、(iii)発生する気圧、(iv)生成されたプラズマの温度、(v)プラズマの生成効率、から選択されることを特徴とする請求項１７の方法。
19. 前記ステップ(iii)で生成されたプラズマがステップ(ii)で用いるガラスチャンバまたは熱交換器に閉じ込められ、更なる利用のため活用または抽出され得ることを特徴とする請求項６の方法。
20. 前記更なる利用が、内燃機関での利用、過熱または冷却システムの駆動、あるいは更に熱，電気，高圧エネルギーへの変換であることを特徴とする請求項１９の方法。
21. 上記いずれかの請求項の方法に有用な装置であって、
    （ａ）マイクロ波空胴またはマイクロ波レンジと、
    （ｂ）前記マイクロ波空胴またはマイクロ波レンジ内に収容されるガラスチャンバまたは熱交換器と、
    （ｃ）任意に設けられ、前記ガラスチャンバまたは熱交換器に好ましくは加熱されたガスまたは気流を供給する給気口と、
    （ｄ）前記空胴内で生成される熱，電気，高圧，プラズマ，イオン化されたガスまたは空気，または融合エネルギーを活用または抽出する手段と、
    （ｅ）排気ガス用の放出口と、を備えることを特徴とする装置。
22. 請求項２１に記載の装置において、前記請求項１のステップ（ｃ）で生成されるプラズマまたはイオン化されたガスまたは空気を活用する手段が、導電性素材でなるコイルであって、前記プラズマと接触した場合にプラズマが励起され回転あるいは振動することにより前記コイルの範囲内に電流を誘導しこのコイルの誘導電流がプラズマを閉じ込める反力となりプラズマを活用可能とするコイルを備えることを特徴とする装置。
23. 上記いずれかの請求項により生成されたプラズマを閉じ込めるのに適合する請求項２１または２２の装置。
24. 前記ガスの流れが空気または酸素あるいは可燃性の酸素混合物であることを特徴とする請求項２１の装置。
25. 内燃機関への組み込みおよび利用に適合する請求項２１の装置。
26. 請求項１のマイクロ波手段により有機材料を有用な形のエネルギーに変換する方法であって、添付の説明を参照してあるいは参照せずに実質的に上記に記述され或いは例証されている方法。
27. 請求項２１の方法を実行する装置であって、添付の説明を参照してあるいは参照せずに実質的に上記に記述され或いは例証されている装置。
    
    

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