JP2023528472A - 水素ガスの現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵のためのシステムおよび方法 - Google Patents

水素ガスの現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステム並びに関連装置および方法が明細書に開示される。代表的なシステムは、炭化水素を含む反応物質の供給源に結合できる熱分解反応器を含む。熱分解反応器は、水素ガスおよび炭素微粒子を含む出力に炭化水素を変換するために熱を反応物質に伝達するよう位置決めされた１本以上のフローチャネルを有する。本システムは、出力中の水素ガスと炭素微粒子を互いに分離するために熱分解反応器に作動可能に結合された炭素分離システムをさらに含む。種々の実施形態では、本システムは、濾過済みの水素ガスを現地で消費するためのコンポーネントをさらに含む。

Description

本技術は、一般に、現地で水素ガスを炭化水素燃料から生じさせるシステムに関する。特に、本技術は、水素ガスを天然ガスおよびメタンから生じさせてこれを消費する小規模（例えば、住宅規模）熱分解反応器システムに関する。
〔関連出願の参照〕
本願は、２０２０年６月３日に出願された米国特許仮出願第６３／０３４，３８５号および２０２０年１１月１５日に出願された米国特許仮出願第６３／１１３，９３１号の優先権主張出願であり、これら米国特許仮出願を参照により引用し、これらの記載内容全体を本明細書の一部とする。
水素は、典型的には、工業設備において高温で動作する大規模反応器によって生産される。次に、生産された水素を燃料電池および／または例えばある特定のアンモニアを主成分とする肥料を生産する他の工業プロセス、および／または他の用途での最終的使用のために輸送する。近年、加熱および電気のための熱エネルギー源としての水素ガスの使用が、現行の化石燃料を利用する発電システムと完全に再生可能エネルギーシステムとの間における魅力的な踏み台として興味を集めているが、その理由は、水素ガスの燃焼では温室効果ガスおよび他の有害な化学物質が放出されないことにある。しかしながら、水素ガスを燃焼させた場合に放出する１ｍｏｌ当たりの熱量は、天然ガスよりも少なく、したがって、効率的な生産システムが必要となる。
水素を生産する幾つかの方法としては、蒸気メタン改質（ＳＭＲ）、ガス化、プラズマ駆動型解離、熱解離、および触媒溶融金属または塩の使用によるガス、例えばメタンの熱分解が挙げられる。触媒メタン熱分解における最近の技術進歩により、溶融金属と塩の新規な組み合わせの開発が行われ、それにより、変換が溶融塔内流体とメタンの上昇気泡との間の不均一なインターフェースのところで起こる気泡塔反応器を用いて中程度の温度（１１００℃未満）でのメタンの高い変換率（５０％超）が可能である。これらシステムは、温室効果ガスの同時放出をしないで水素の生産を可能にする技術動向への前途有望な開発であり、と言うのは、炭素は、熱分解反応中、固体の形態で自然に分離されるからである。今日までのところ、これらの方法は、工業規模用途にしか利用されておらず、かかる工業規模用途は、典型的には、従来のＳＭＲプロセスよりも低いコストでかつ／あるいは低いカーボンフットプリント（二酸化炭素排出量）での工業水素生産のための連続動作型大型反応器を必要とする。
本発明の第１の観点によれば、現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステムであって、システムは、
炭化水素を含む反応物質の供給源に結合可能な熱分解反応器を含み、熱分解反応器は、水素ガス、炭素微粒子、および熱を含む出力に炭化水素を変換するために熱を反応物質に伝達するよう位置決められた１本以上のフローチャネルを有し、熱分解反応器は、反応物質を毎分５００～１，０００，０００標準立法センチメートルの流量で受け入れるよう寸法決めされており、
出力中の水素ガスと炭素微粒子を互いに分離するために熱分解反応器に作動可能に結合された炭素分離システムを含み、
出力の少なくとも一部分を受け入れてこの出力を電力に変換するために熱分解反応器に現場で結合可能な発電コンポーネントを含むことを特徴とするシステムが提供される。
本発明の別の観点によれば、現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産する方法であって、この方法は、
熱分解反応器のところで、毎分５００～１，０００，０００標準立法センチメートルの流量で炭化水素を含む燃料ガスを受け入れるステップを含み、
熱分解反応器内の燃料ガスを反応温度まで加熱するステップを含み、反応温度において、燃料ガス中の炭化水素の少なくとも一部分は、水素ガスおよび炭素微粒子に変換し、
水素ガスと炭素微粒子を分離して捕捉するステップを含み、
発電コンポーネントを用いて捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を電気に変換するステップを含み、発電コンポーネントは、熱分解反応器に現地で結合されることを特徴とする方法が提供される。
本技術の幾つかの実施形態に従って現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステムのブロック図である。 本技術の別の実施形態に従って現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステムのブロック図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って水素ガスを生産する反応器システムのブロック図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って炭素分離器に結合された反応器システムの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って反応器システムからの炭素微粒子の流出を促進するための特徴を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って構成された一体型炭素分離器を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って構成された一体型炭素分離器を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って構成された一体型炭素分離器を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って構成された一体型炭素分離器を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って構成された一体型炭素分離器を備えた反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って一体型加熱特徴を含む反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って一体型加熱特徴を含む反応器システムの略図である。 本技術の種々の実施形態に従って多数の反応チャンバに分割された反応器システムの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って発電システムに結合された反応器システムの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って家庭用暖房システムに結合された反応器システムの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って水素ガスを生産する別の反応器システムのブロック図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って図１６の反応器システムに用いられる反応チャンバの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って多数の反応チャンバを含む図１６の反応器システムの略図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って種々の流量に関して反応チャンバの長さと反応チャンバを通って流れる反応体の温度との間の関係を示すグラフ図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って反応チャンバ内における反応に対する表面積対体積率とフローチャンバの直径との関係の影響を示すグラフ図である。 本技術の幾つかの実施形態に従って反応器前後の最大圧力降下を得るために均一反応条件を満たす反応チャンバの代表的な寸法を示す図である。 本技術の幾つかの実施形態による、炭素を水素ガスから分離するサイクロン型分離器の略図である。 本技術の種々の実施形態に係る炭素収集システムの部分概略等角図（Ａ，Ｂ，Ｃ）である。 本技術の幾つかの実施形態に従って種々の代表的な用途のための電力、暖房、冷房、ならびに天然ガス需要および使用量を示す表である。
図は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。同様に、幾つかのコンポーネントおよび／または作業を互いに異なるブロックの状態に分離することができ、あるいはこれらを組み合わせて単一のブロックの状態にすることができ、その目的は、本技術の幾つかの具体化例の説明のためである。さらに、本技術については、種々の改造例および変形形態で実現することができ、特定の具体化例は、図面に例示的に示されており、以下において詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本技術を説明する特定の具体化例に限定するものではない。
概観
住宅および商業ビルでの使用のための工業用反応器により生成した水素の使用を可能にするためには、既存の全ての天然ガスパイプラインを水素に適合した材料で置き換える必要がある。ガスパイプラインのこの大規模な交換は、広範な採用をするにはとてつもなく高価な場合がある。しかしながら、化石燃料を用いる住宅用暖房は、世界的な温室効果ガスエミッションについて最も大きな原因のうちの１つである。したがって、住宅用暖房器具での水素燃焼への切り替えにより、桁外れに大きな環境上の利益が得られる。また、燃料電池または他の装置を使って水素を電気に直接変換することができ、あるいは建物レベルでの熱電変換器およびヒートエンジンを介して間接的に電気に変換することができる。現地での発電のために水素を用いると（例えば、同一の建物内で、同じ区域内で、単一の電気器具および／またはハウジング内で、伝統的な電気器具、および／または現地熱電併給発電向きに従来指定されたスペース内で）、炭素放出電力源への依存性が一段と小さくなり、それによりそれ以上の環境上の利点が得られる。
現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステム、ならびに関連装置および方法が本明細書において開示される。幾つかの実施形態では、代表的なシステムは、炭化水素を含む反応物質の供給源に結合可能な入力ラインと、入力ラインと流体連通状態にある反応器とを含む。反応器は、水素ガス、炭素微粒子、および熱（ならびに他のガス、例えば残りの反応物質）を含む出力（例えば、出力生成物流）に炭化水素を変換するために熱を反応物質に伝達するよう位置決められた１本以上のフローチャネルを有する。本システムは、出力中の水素ガスと炭素微粒子を互いに分離するために熱分解反応器に作動可能に結合された炭素分離システムを含む。種々の実施形態では、本システムは、濾過済みの水素ガスを現地で消費するためのコンポーネントをさらに含む。例えば、本システムは、水素ガスを燃やす１つ以上のバーナ、およびバーナと反応器の間に結合されていて熱をバーナから反応器に伝達する１つ以上の熱経路を含むのが良い。熱を伝達するため、一実施形態では、熱経路は、バーナからの高温煙道ガスを、反応器上でこれに沿ってかつ／あるいは反応器中に方向付けることができる。
本システムは、反応器および／またはバーナに作動可能に結合された１つ以上の発電機をさらに含むのが良い。発電機は、水素および／または熱を受け入れて電気を発生させる。電気は、システムの種々のコンポーネントに電力供給するために使用できかつ／あるいは送電設備網に差し向けることができる。送電設備網は、一戸建て住宅、多世帯住宅、商用ビルディング、および／または他の任意の適当なスペースに電力供給することができる。幾つかの実施形態では、近隣使用場所（例えば、建物レベルにおいて）向きに消費される電力よりも大きな電力が作られる。幾つかのかかる実施形態では、過剰電力は、外部現力または送電設備網に輸出される。幾つかのかかる実施形態では、過剰電力は、建物規模における後での消費のために二次燃料電池内に貯蔵される。全体的システムはまた、反応器、バーナ、および／または熱経路により発電機に作動可能に結合された循環システムをさらに含むのが良い。循環システムは、システム内の他のコンポーネントから過剰の熱を受け取り、そしてこの熱を一戸建て住宅、多世帯住宅、商用ビルディング、および／または他の任意の適当なスペース用の暖房設備網および／または温水設備網内で循環させる。
本明細書において開示するように、本システムは、住宅、住宅区域、または単一商用ビルディングレベルまでスケールダウンされ、それにより、水素を使用箇所の近くで発生させ、それにより、水素または水素／天然ガス混合グリッドまたは設備網の構築を可能にするためのインフラのオーバーホールの必要性を回避することができる。すなわち、開示するシステム設計により、天然ガス設備網に何ら変更を加えないで住宅用暖房および／または電力需要について部分的または完全な脱炭素が可能になるが、その理由は、水素を現場で天然ガスから発生させ、そしてまた現場で消費するからである。しかしながら、小規模の熱分解反応器はまた、多くの難題をもたらす。これらの難題を解決するため、本明細書において開示する種々の実施形態は、熱分解反応器を小規模用途に合わせて改造するとともに／あるいは住宅用暖房システムとの一体化を利用する特徴を含む。
参照しやすいように、本明細書に記載するシステムおよびコンポーネントは、図示の実施形態のスペース配向状態に対して、頂、底、上側、下側、上方、下方、および／または水平面、ｘ‐ｙ平面、垂直方向、またはｚ方向を参照して本明細書において説明される場合がある。しかしながら、理解されるべきこととして、本明細書において記載するシステムおよびコンポーネントは、本技術の開示する実施形態の構造および／または機能を変更しないで、互いに異なるスペース配向状態に移動でき、そしてかかる互いに異なる配向状態で使用できる。
さらに、本明細書において、天然ガスを現地消費のための水素ガスに分解するシステムとして主として説明されるが、当業者であれば理解されるように、本技術の範囲は、これには限定されない。例えば、本明細書において説明する熱分解反応器はまた、任意他の適当な炭化水素を分解するために使用できる。したがって、本技術の範囲は、実施形態の任意特定のサブセットに限定されない。
図面の説明
図１は、本技術の幾つかの実施形態に従って、水素ガスを局所化されたスケールまたは規模で生産するとともに／あるいは利用する（例えば、分配し、消費し、かつ／あるいは貯蔵する）ことができるシステム１００のブロック図である。幾つかの実施形態では、水素ガスをシステム１００で生産して利用することは、ワンルーム内で起こる。例えば、システム１００は、従来型天然ガス炉またはバーナにより従来占有されていたスペースに位置決めされる単一の電気器具として具体化できるとともに／あるいはこれらの従来型電気器具の直接的な代替物としての役目を果たすことができる。別の実施例では、システム１００は、互いに作動可能に連結された多数の装置および／または電気器具の形態をとることができる。さらに、幾つかの実施形態では、システム１００は、水素ガスを他の局所化されたスケールで生産するとともに利用する。例えば、以下に詳細に説明するように、システム１００は、ワンルーム、一世帯住宅、集合住宅、アパート、住宅街、公共の施設（例えば、単一の店舗、政府建物、病院、学校、または任意の他の適当なスペース）、商用ビルディング（例えば、オフィスビルディング）、データセンター、または任意の他の適当なスペースのために水素ガスを生産して利用することができる。システム１００は、水素ガスを現地で生産して利用するので、システム１００は、炭化水素燃料（例えば、天然ガス、メタン、および他の炭化水素）の既存の使用に取って代わるとともに／あるいはこれらを補完するとともに、既存の電力源に取って代わるとともに／あるいはこれらを補完するよう具体化でき、この場合、インフラのオーバーホールを行うことは全くない。
図示の実施形態では、システム１００全体は、反応器システム１１０、１つ以上の送風機１１８、発電システム１２０、循環システム１３０、および循環システム１３０とは別の冷却システム１４０を含む。反応器システム１１０は、燃料供給源１０に作動可能に連結された反応器１１２および反応器１１２に作動可能に連結された炭素分離器１１４を含む。燃料供給源からの反応体は、反応器システム１１０により分解可能な炭化水素を含む。適当な反応体の例としては、天然ガス、メタン、ガソリン、ジェット燃料、プロパン、ケロセン、ディーゼル、および／または任意の他の適当な炭化水素燃料が挙げられる。以下に詳細に説明するように、反応器１１２は、反応体を受け入れて炭化水素を水素ガスと炭素微粒子に分解し、次に、水素ガスと炭素微粒子は、炭素分離器１１４に送られる。炭素分離器１１４は、炭素微粒子を水素ガスから除去し、それにより水素燃料を生じさせる。炭素分離器１１４は、次に、炭素微粒子を収集してこれらを炭素処分コンポーネント２０（例えば、炭素を処分しまたは再販売することができる空にすることができるビン）に差し向けることができ、他方、水素ガスは、反応器システム１１０内でかつ／あるいはシステム１００全体中のどこか他の場所で利用できる。例えば、図示の実施形態では、反応器システム１１０は、水素ガスを燃焼させるよう１つ以上の送風機１１８に作動可能に結合された１つ以上のバーナ１１６をさらに含む。バーナ１１６と反応器１１２との間の熱経路は、水素ガスを燃焼させることによって生じる熱を伝えることができる。例えば、熱経路は、高温煙道ガスを反応器１１２周りかつ／あるいはこの中に差し向けることができる。反応器１１２は、熱を燃焼中の水素ガスから受け取り、この熱を用いてそれ以上の炭化水素を分解する。
追加的にまたは代替的に、反応器システム１１０は、水素ガスを発電システム１２０（ここで、水素ガスが消費される）および／または分配および／または後の消費のために水素貯蔵コンポーネント３０に差し向けることができる。例えば、水素貯蔵コンポーネント３０を燃焼用の燃料が非使用期間後に反応器１１２を再熱するために利用できる。約１０キログラム（ｋｇ）のＫＣｌを収容した反応器１１２の場合、反応器１１２を室温から約１０００℃の動作温度まで加熱するためのエネルギー量は、ほぼ１１，０００キロジュール（ｋＪ）である。熱が比較的完全に利用されると仮定して、約８６０標準リットルの水素ガスを燃焼させることによってこのエネルギーを生じさせることができる。別の実施例では、水素貯蔵を利用すると、水素の発生と水素の消費を切り離すことができる。すなわち、貯蔵状態の水素は、需要の高い期間中に、生産された水素の流れを補完するとともに／あるいはこれに置き換えることができる。別の実施例では、貯蔵状態の水素はまた、水素設備網中に再分配することができる。水素設備網を用いると、燃料電池（例えば、システム１００によって後で用いられる燃料電池、自動車で用いられる燃料電池、および／または他の任意の適当な燃料電池）を充電することができるとともに／あるいはインフラの追加を最小限に抑えた状態において高いエネルギー需要により水素を近所のアパート、住宅、および／または建物に再分配することができる。
水素を貯蔵するために使用できる資材の非限定的な例としては、代表的なガス貯蔵タンクや固体材料（または固形物質）、例えばゼオライト、Ｐｄ、Ｈ３Ｎ：ＢＨ３、および／または以下の表１に記載された固体材料のうちの任意のものが挙げられる。
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表１
さらに図１に示されているように、発電システム１２０は、水素ガスを燃焼させるために送風機１１８に作動可能に結合された１つ以上のバーナ１１６、およびバーナ１１６および／または反応器１１２の出力（例えば、高温ガス、水素ガス、および／または物理的伝熱媒体、例えば熱伝達流体を介する熱）に作動可能に結合された１つ以上の発電機１２４をさらに含む。発電機１２４は、バーナ１１６からの煙道ガス、バーナ１１６からの熱、および／または反応器１１２からの出力を用いて、電気を発生させる。種々の実施形態では、発電機１２４として、熱電子変換器、熱光起電力システム、アルカリ金属熱電変換器（ＡＭＴＥＣ）、燃料電池、内燃エンジン、タービン、マイクロタービン、熱電子発生器、蒸気タービン、および／またはスターリングエンジンが挙げられる。次に、発電システム１２０は、発生させた電気を現地消費、現地貯蔵、および／または現地分配（配電）のために送電設備網４０に差し向けることができる。例えば、送電設備網４０は、発生させた電気の一部分を貯蔵する二次電池および発生させた電気の一部分を消費する住宅内の種々の電子機器を含むことができる。上述したように、幾つかの実施形態では、使用箇所の近く（例えば、現地で）消費される電気よりも多くの電気が作られる。かかる幾つかの実施形態では、過剰な電気は、送電設備網４０に輸出されるとともに／あるいは後の消費のために二次燃料に貯蔵される。
さらに図１に示されているように、発電システム１２０は、過剰な高温煙道ガスおよび／または熱を反応器システム１１０および／または循環システム１３０に差し向けることができる。反応器システム１１０は、変換されなかった熱および煙道ガスを用いて、反応器を加熱するのに役立ち、それによりそれ以上の炭化水素を水素ガスに分解することができる。反応器システム１１０は、次に、過剰のかつ／あるいは寄生的に（付随的に生じる好ましくない現象として）失われる熱を循環システム１３０に差し向けることができる（例えば、高温ガスおよび／または高温流体の流れにより、かつ／あるいは物理的伝熱媒体、例えば熱伝達流体または他の適当な熱伝達媒体を介して）。
図示の実施形態では、循環システム１３０は、反応器システム１１０に作動可能に結合された凝縮熱交換器１３２、発電システム１２０に作動可能に結合されたヒートシンク１３４、および凝縮熱交換器１３２およびヒートシンク１３４に作動可能に結合された循環ポンプ１３６を含む。凝縮熱交換器１３２は、反応器システム１１０から過剰のかつ／あるいは寄生的に失われた熱を受け取る。凝縮熱交換器１３２は、次に、熱を再利用して（例えば、ボイラ、炉、および／または類似の機器で）熱を暖房設備網５０中に循環させる。例えば、凝縮熱交換器１３２は、反応器１１２からの過剰な熱を用いて、アパートのための温水を供給することができる。ヒートシンク１３４は、発電システム１２０から過剰のかつ／あるいは寄生的に失われた熱を受け取る。循環ポンプ１３６は、次に、流体（例えば、水、空気、または他の適当な熱伝達流体）をヒートシンク１４４および凝縮熱交換器１３２上でこれに沿って循環させ、熱をヒートシンク１４４から凝縮熱交換器１３２に伝達し、それにより再利用のために暖房設備網５０中にさらに送り込む。
さらに図１に示されているように、システム１００のコンポーネントが種々の使用のために煙道ガスから熱を抽出した後、システム１００は、煙道ガスを排気系統６０に差し向けるのが良い。幾つかの実施形態では、システム１００は、反応体中の炭化水素を反応器システム１１０からの水素ガス生産物で全て置き換える。したがって、これらの実施形態では、煙道ガスは、水蒸気だけ、酸素ガスだけ、および／または送風機１１８からの空気中に存在する任意他の分子（例えば、窒素ガス）を含む。すなわち、煙道ガスは、通常は炭化水素の燃焼の結果として生じる新たな二酸化炭素分子を含まない。幾つかの実施形態では、排気系統６０は、システム１００が実現されるスペース内の既存の換気系統（例えば、二酸化炭素を炉から遠ざかる方向に向けるための既存の排気系統）を利用する。
さらに図１に示されているように、発電システム１２０は、熱および／または電気を冷却システム１４０中に差し向けるのが良い。冷却システム１４０は、熱および／または電気を利用して冷風を循環させる。種々の実施形態では、冷却システム１４０は、吸収式冷凍機、圧縮式空調装置、および／またはヒートポンプを含むことができる。幾つかの実施形態では、冷却システム１４０は、水素ガスおよび／または熱（図示せず）を受け取るよう、反応器システム１１０に直接作動可能に結合されている。かかる実施形態では、冷却システム１４０は、水素ガスおよび／または熱を利用して、冷却システム、例えば上述のシステムのうちの任意のものを駆動する。さらに、幾つかの実施形態では、冷却システム１４０は、循環システム１３０と一体化されても良くかつ／あるいはこの中に組み込まれても良い。
幾つかの実施形態では、反応器システム１１０および／または発電システム１２０は、エネルギーを循環させないで、熱および／または電気を加熱コンポーネントおよび／または冷却コンポーネントに差し向けるのが良い。例えば、加熱コンポーネント（例えば、凝縮熱交換器１３２）は、反応器１１２からの熱を受け取り、この熱を流体（例えば、水、空気、または別の適当な流体）に伝達し、そして、流体を戻して受け取るのではなく、加熱状態の流体を暖房設備網５０中に差し向ける。特定の実施例では、加熱コンポーネントは、反応器１１２から熱を受け取り、この熱を外部供給源から水に伝達し、そして温水を住宅スペース中に差し向ける。次に用いられた温水は、循環システム１３０中に循環して戻るのではなく、下水および／または家庭雑排水処理システムに流れ出る。別の実施例では、冷却コンポーネントは、発電コンポーネント１２４から熱および／または電気を受け取り、熱および／または電気を用いて冷風発生器を駆動し、そして冷風を居住スペースに差し向けることができる。次に、冷風は、居住スペース内で消散し、その間、冷却コンポーネントは、外部源から冷却用の新たな空気を引き込むことができる。
種々の実施形態では、反応器システム１１０、発電システム１２０、循環システム１３０、および／または冷却システム１４０は、システムのコンポーネントと関連したデータを収集するために１つおよび／または２つ以上のセンサ（図示せず）を含むのが良い。例えば、センサは、反応器システム１１０により生産された固体炭素の重量または光学的性質を測定することができる。次に、これらセンサからのデータを利用すると、反応体から除去した炭素の量に関する報告を作成することができ、それにより、ユーザは、炭素クレジットまたは炭素クレジットまたは炭素削減支払いにアクセスすることができる（例えば、州、連邦政府、および／または商用炭素市場から）。また、データを利用すると、炭素処分コンポーネント２０が満杯である（または、満杯に近くなっている）ことをユーザに警告することができ、それによりユーザに炭素処分コンポーネント２０を空にするよう促すことができる。
幾つかの実施形態では、センサは、反応器１１２のところで電気的特性（例えば、導電率、周波数依存導電率、電気インピーダンス分光特性、および／または任意他の適当な特性）を測定することができる。幾つかの実施形態では、センサは、反応器１１２を通る反応体の流量および／または反応器１１２内の炭素の堆積量を算定するために超音波測定を実施することができる。幾つかの実施形態では、ガス流量センサは、反応器１１２から流出している反応体（例えば、メタン）と生産物（例えば、水素）の比を算定することができる。かかる実施形態では、この比は、反応器１１２内で起こっている熱分解反応の程度を示しているといえる。幾つかの実施形態では、熱電対または他の温度センサが、システム１００の反応器１１２、バーナ１１６からの煙道ガス、発電機１２４、凝縮熱交換器１３２、および／または任意他の適当なコンポーネントの温度を測定する。幾つかの実施形態では、水素ガスセンサ（例えば、電流をパラジウム電線に流すセンサ）が、反応体変換率および／または水素生産率をモニタする。
幾つかの実施形態では、システム１００は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）リンクを介してシステムのセンサおよび種々のコンポーネントに作動可能に結合されたコントローラ１５０を含む。上述の測定値のうちの任意のものに基づき、コントローラ１５０は、システム１００の作動を調節することができる。例えば、コントローラ１５０は、反応器１１２から出ている測定済みの反応体と水素ガスの比に基づいて、反応体１１２の入力流量および／または反応器１１２の動作温度を調節することができる（例えば、この比中の水素の量を増減するため）。幾つかの実施形態では、コントローラ１５０は、過去の条件および水素消費量を記憶したメモリ並びに予測分析コンポーネントを含む。上述の測定値の任意のものおよびメモリからのデータに基づき、予測分析コンポーネントは、システム１００中のコンポーネントのうちの任意のものの動作に関する調節具合を決定することができ、コントローラ１５０は、この調節を完了することができる。例えば、予測分析は、水素需要が高い期間と低い期間を決定することができ、コントローラ１５０は、反応器１１２を決定された期間に従ってオン・オフにトグル操作することができる（例えば、反応体の入力を開始させたり停止させたりすることによって）。
上述したように、システム１００は、ワンルーム、一世帯住宅、集合住宅、アパート、住宅街、公共の施設（例えば、単一の店舗、政府建物、病院、学校、または任意の他の適当なスペース）、商用ビルディング（例えば、オフィスビルディング）、データセンター、または任意の他の適当なスペースのために水素ガスを生産してこれを利用するようスケール変更される。スケールは、典型的な反応体消費量の観点から定量化されるのが良い。例えば、メタンを反応体として用いる場合、典型的なスケールとしては、一家族住宅（例えば、スタンドアロン型ハウスまたは集合住宅の単一のユニット）に関し、毎分約５００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から約３７，５００ｓｃｃｍまでの天然ガス流量範囲、集中システム１００を備えた集合住宅に関し、約１５０，０００ ｓｃｃｍ から約３，７５０，０００ｓｃｃｍまでの天然ガス流量範囲、集中システム１００を備えた住宅区域に関し、約１５０，０００ｓｃｃｍから約３，７５０，０００ｓｃｃｍまでの天然ガス流量範囲を含む。別の定量化実施例では、メタンを反応体として用いる場合、典型的なスケールとしては、一家族住宅に関し、毎年約約１０００万英サーマルユニット（ＭＭＢｔｕ／年）から約１６４ＭＭＢｔｕ／年まで（または、約１５９８１Ｂｔｕ／時～約１８７２１Ｂｔｕ／時）の天然ガス消費量、小規模な集合住宅に関し、約４８７５ＭＭＢｔｕ／年から約６３００ＭＭＢｔｕ／年までの天然ガス消費量、集中システム１００を備えた商業ビル（例えば、工業用地、およびオフィス、キャンパス、空港、病院、モール、および／または任意他の適当な商業ビル）に関し、約９５００ＭＭＢｔｕ／年から約１３６，１８９ＭＭＢｔｕ／年までの天然ガス消費量、大規模集合住宅および／または住宅区域に関し、約４５３，９６３ＭＭＢｔｕ／年から約１，２３２，１８４ＭＭＢｔｕ／年までの天然ガス消費量、および高電力および冷却需要のあるデータセンターに関しては約２，４６８，４２１ＭＭＢｔｕ／年から約３，３５０，０００ＭＭＢｔｕ／年までの天然ガス消費量が挙げられる。
図２３は、種々の用途に関するスケールの追加の実施例ならびに互いに異なるスケールでのシステム１００の特定のコンポーネントによって消費される電力を記載した表である。図示のように、この表は、システム１００（図１）の異なる実施形態に必要な電力、加熱、冷却、および天然ガスならびに、需要および使用量の観点での各実施形態に関する近似スケールを示している。例示のスケールとしては、電力、熱、および冷却に関する住宅、商業施設、地区、およびデータセンターの使用量ならびに関連ニーズが挙げられる。したがって、図２３の表は、水素の工業生産で用いられる極めて大きなスケールとは対照的に、これらの実施形態についてのニーズとシステム要求を区別するための技術的背景を提供している。しかしながら、理解されるように、図２３の表の値は、例示として示されているに過ぎず、本発明は、本技術を図示の特定の実施例に限定するものではない。
図１に再び戻ってこれを参照すると、上述の用途のうちの任意のものに関し、システム１００は、システム１００が配備されているスペースの消費需要を満たすために多数の反応器１１２を含むのが良い。例えば、メタンを反応体として用いる場合、単一の反応器は、約５００ｓｃｃｍ～約１７２，８５３，８８１ｓｃｃｍ、または約１０ＭＭＢｔｕ／年～約３，３５０，０００ＭＭＢｔｕ／年のＣＨ4消費量を呈する場合がある。この範囲は、複数の反応器１１２が協働して用いられる場合であっても、工業的熱分解反応器に代表的な出力よりも著しく低い。反応器１１２が局所化消費に必要なスケールで、特に住宅レベルで、効率的に作動することができるようにするために、反応器は、多数の欠点を解決するための特徴を含む。
最初に、代表的な実施形態において熱分解反応により生産される炭素は、反応器１１２から除去されて生産物流から分離されるが、その間、安全性、効率、および利便性に関する関心のバランスを取る。例えば、ユーザと反応器１１２の比較的高温のコンポーネントの分離をもたらす仕方で炭素を反応器１１２から除去するのが良い。さらに、炭素は、あまりにも頻繁な（例えば、時間帯で、日にち単位で、週単位でなど）維持を必要としないシステムによって分離される必要があり、さもなければ、ユーザは、反応器を採用することに気が進まない場合がある。別の実施例では、炭素は、電力を過剰に消費することはないシステムによって分離されるのが良く、さもなければ、システム１００の効率は、使用可能なレベルを下回る場合がある。したがって、種々の実施形態では、反応器システム１１０は、これらの懸念を払しょくするのを助ける特徴を含むのが良い。
第２に、住宅用および／または単一の建物環境における熱および電気についての周期的および／またはむらのある需要のために、反応器１１２の出力は、しばしば調整の必要がある場合がある。幾つかの実施形態では、標的調整スケールは、数分間から数時間のオーダーである。さらに、幾つかの実施形態では、調整は、水素ガスが要求されていない期間（例えば、仕事の日で住宅には誰もいないとき）、および、水素ガスが反応器によって生産できる速度（例えば、ピーク電力消費時刻の間）よりも高い速度で水素ガスが必要とされる期間を含む。
第３に、反応器１１２は、例えば反応器が既存の機器スペース（例えば、炉スペース）中にレトロフィットされているときに、スペース上の制約を受ける場合がある。したがって反応器１１２は、スペース上の制約に適合した反応器１１２がスペース上の制約にもかかわらず効率的に働くことができるようにする特徴を有するのが良い。関連して述べると、システム１００および／または反応器１１２は、寄生的な熱損失を減少させるとともに／あるいは最小限にするのに役立ち、それにより、反応器１１２からのエネルギー効率を増大させる（または、最大にする）特徴を有するのが良い。例えば、上述したように、反応器１１２は、寄生的な熱損失を循環システム１３０内で再生処理するために循環システム１３０に結合されるのが良い。システム１００および／または反応器１１２の効率に関する懸念は、住宅スケールの反応器において特に重要な場合があり、と言うのは、かかる反応器は、工業スケール塔と比較して比較的高い表面積と体積の比を有する場合があり、したがって、より多くの寄生的な熱損失を呈する場合があるからである。加うるに、反応器１１２は、住宅スケールおよび／または水素ガス生産物の局所的消費に対して特有のモニタリングおよび制御方式を有するのが良い。
システム１００および／または反応器システム１１０がこれらの課題を解決するために含む特徴に関する追加の詳細につき、以下の図３～図１９を参照して説明する。
図２は、本技術の別の実施形態に従って現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステム１００のブロック図である。図２に示されたシステム１００は、図１を参照して上述したシステム１００と全体としてほぼ同じである。例えば、図示のように、システム１００は、燃料供給源１０に作動可能に結合された反応器システム１１０、反応器システム１１０に作動可能に結合された発電システム１２０、および反応器システム１１０および発電システム１２０に作動可能に結合された循環システム１３０を含む。しかしながら、図示の実施形態では、発電機１２４の出力は、設計変更されている。例えば、図示のように、発電機１２４からの電気を反応器システム１１０に送って、反応器システム内の１つ以上のコンポーネントに電力供給することができる。例えば、電気は、熱発生器（例えば、反応器、入力弁、出力弁、炭素分離器１１４、および／または任意の他の適切なコンポーネントに結合された抵抗コイル）に電力供給することができる。図示の実施形態では、発電機１２４からの高温煙道ガスは、凝縮熱交換器１３２に直接送られて熱を循環システム１３０に送り込む。
図３は、本技術の幾つかの実施形態に従って、反応器システム１１０を通る物質の流れの略図である。図示のように、反応体は、入力経路３０２に沿って反応器に入る。上述したように、反応体は、天然ガスおよび／または純粋メタンであるのが良い。したがって、入力経路３０２は、反応体を反応器１１２に供給するために既存のガスラインに連結されるのが良い。反応器１１２は、エンタルピー点を超えて反応体を制御可能に加熱し、なお、エンタルピー点は、熱分解反応体の何らかの量が生じる最小エネルギーを表している（例えば、反応器１１２は、少なくとも、開始エネルギーをもたらす）。その結果、反応器１１２により、反応体中の炭化水素を水素ガスと炭素に分解する熱分解反応が生じる。例えば、メタン反応器の場合、熱分解反応は次式で表される。
ＣＨ4（気体） → Ｃ（個体）＋２Ｈ2（気体）
さらに、ＣＨ4の場合、エンタルピー点は、ＣＨ4の１ｍｏｌ当たり約７５ｋＪであり、それにより、ＣＨ4は、約６５０℃まで昇温する。幾つかの実施形態では、熱分解反応が比較的短い滞留時間（例えば、数秒台）の間に完全に起こるようにするために、反応器１１２は、反応体を約１３００℃を超える温度まで制御可能に加熱する。幾つかの実施形態では、反応器１１２は、溶融物質、例えば、溶融金属、溶融塩、および／またはこれらの組み合わせを含む加熱状態の塔（コラム）でありまたはこれを含む。高温の液体は、純物質または多数の物質の混合物を含む場合がある。かかる実施形態では、反応体は、例えば、表面下送り出し管または多孔質スパージャによって反応器１１２内の液体の表面下に送り込む。反応器は、反応体が気泡の状態に分離するようにするためのコンポーネントを含み、気泡は、これらの浮力によって加熱状態の塔の頂部まで運ばれる。気泡が上昇するにつれて、高温の液体は、熱を反応体に送り出して上述の熱分解反応を生じさせる。幾つかの実施形態では、反応器１１２は、１つ以上の熱貯蔵装置を有し、かかる熱貯蔵装置は、以下に説明する幾つかの実施形態に係る反応チャンバを有するのが良い。各反応チャンバは、熱交換物質および熱交換物質中の反応体のための１つ以上の流路を有する。熱交換物質は、物質の比較的低い熱伝導率、比較的低い熱膨張係数、および／または比較的高い熱安定性に基づいて選択されるのが良い。種々の実施形態では、熱交換物質は、コーディエライト、ムライト、アルファアルミナ、および／またはこれらの組合せを含むのが良い。反応体が流路を通って流れているときに、熱交換物質は熱を反応体に送り出して上述した熱分解反応を生じさせる。
さらに図３に示されているように、反応器１１２からの出力は、熱分解反応からの２つの生産物に対応した水素経路３１０および炭素経路３２０に分割されている。水素ガスは、水素経路３１０中に差し向けられ、炭素微粒子は、炭素経路３２０に差し向けられる。上述したように、水素経路３１０内の水素を反応器システム１１０および／またはシステム１００（図１）内のどこか他の場所に戻すよう差し向けることができる。他方、炭素経路３２０は、処分システム（例えば、図１を参照して説明した炭素処分コンポーネント２０）に差し向けられるのが良い。図示のように、炭素経路３２０は、送風機１１８と流体連通関係をなしているのが良く、それにより、炭素微粒子が反応器１１２からの出口を閉塞することなく、炭素処分コンポーネント３０（図１）まで完全に移動するようにするのを助ける。幾つかの実施形態では、分割は、反応器１１２とは別体でありかつこれと流体連通状態にある炭素分離器（図示せず）によって達成される。幾つかの実施形態では、例えば図６～図８を参照して以下に詳細に説明するように、分割は、反応器１１２中に一体化された炭素分離器（図示せず）によって行われる。
図示の実施形態では、反応器システム１１０は、水素ガスの水素経路３１０を第１および第２の水素経路３１２、３１４にさらに分割している。水素ガスの一部分は、第１の水素経路３１２内のバーナ１１６の方へ差し向けられる。バーナ１１６は、第１の水素経路３１２内の水素ガスを空気入力経路３０４内の送風機１１８からの空気と混合してこれを燃焼させて、反応器１１２に熱を提供する。この熱は、反応器１１２からの寄生的な熱損失を補償して、反応体を、エンタルピー点を超えて加熱するのに必要なエネルギーを供給し、それにより熱分解反応を生じさせる。他方、水素ガスの一部分は、図１を参照して上述した任意の目的のために、第２の水素経路３１４に沿って反応器システム１１０から出されるよう差し向けられる。すなわち、第２の水素経路３１４に沿って反応器システム１１０から出される方に差し向けられた水素ガスは、システム１００内に熱および／または電気を生じさせるために使用されても良く、後での使用のために貯蔵されても良く、かつ／あるいはさらにそれ以上の分配に供されても良い。例えば、近隣または多世帯スケールの装置では、第２の水素経路３１４に沿って反応器システム１１０から出た水素ガスを現地消費のためのパイプシステムを通って個々の家庭またはユニットに送り出されるのが良い。
さらに図３に示されているように、バーナ１１６からの煙道ガスは、反応器１１２を加熱した後、煙道経路３３４を通って反応器システムを出る。幾つかの実施形態では、煙道経路３３４は、消費のために他のシステムに（例えば、図１を参照して上述した発電システム１２０および／または循環システム１３０に）差し向けられる。幾つかの実施形態では、煙道経路３３４は、出口に差し向けられて放出される（例えば、図１を参照して上述した排気システム６０中に）。
以下の説明において、図４～図１５は、反応器１１２の溶融物質実施形態に利用されるものとしてシステムの特徴を示しており、図１６～図２１は、反応器１１２の再生反応チャンバ実施形態に利用されるものとしてシステムの特徴を示している。しかしながら、当業者であれば理解されるように、かかる実施形態は、これら実施形態について説明している実施形態に必ずしも限定されない。例えば、反応器１１２を、図１４を参照して後述する発電機１２４と並列に配置することは、反応器１１２の溶融物質実施形態には限定されない。したがって、本技術の保護範囲は、以下に説明する実施形態の任意のサブセットに限定されることはない。
図４は、本技術の幾つかの実施形態に従って構成された反応器システム１１０の略図である。図示の実施形態では、反応器１１２は、第１の端４１４および第２の端４１６を備ええた本体４１２を有する。反応器１１２の第１端４１４寄りの部分は、反応体源（例えば、燃料源１０（図１））と流体連通状態にあり、入力経路３０２内の反応体を本体４１２に送る。本体４１２は、溶融物質４１８を有し、溶融物質４１８は、熱を第２の端４１６に向かって第１の端４１４から流れる反応体の気泡４１９に制御可能に与える。溶融物質４１８からの熱により、熱分解反応が本体４１２内で起こる。結果として生じる炭素微粒子および水素ガスは、第１の出口経路４２０に沿って第２の端４１６に向かって本体４１２を出る。幾つかの実施形態では、炭素微粒子全体の何割かは、第１の出口経路４２０に沿う水素ガスの流れによって本体４１２から運び出されることはない。したがって、幾つかの実施形態では、例えば、図６～図１０を参照して以下に詳細に説明する実施形態では、本体４１２は、炭素のうちの何割か（または全て）を本体４１２内の水素ガスおよび溶融金属から分離する一体型炭素分離器を有するのが良い。例えば図５を参照して以下に詳細に説明する幾つかの実施形態では、本体４１２は、第１の出口経路４２０に沿って反応器１１２から運び出される炭素の量を増大させる特徴を有するのが良い。
第１の出口経路４２０は、炭素微粒子および水素ガスを１つ以上の炭素分離器１１４（２つが示されており、個々に第１の炭素分離器１１４ａおよび第２の炭素分離器１１４ｂという）に送る。炭素分離器１１４は、粒子をこれらの粒径および／または組成に基づいて、順次除去することができる。例えば、第１の炭素分離器１１４ａは、比較的大径の炭素微粒子および／または溶融金属で汚染された（例えば、幾分かの溶融金属を運ぶ）炭素微粒子を除去し、第２の炭素分離器１１４ｂは、小径の粒子を除去して水素ガスの出力流から不純物をさらに取り除く。図示の実施形態では、第１の炭素分離器１１４ａは、汚染された粒子を第１の出口経路４２０から除去する。第１の炭素分離器１１４ａは次に、かかる汚染粒子を再導入経路４２２に沿って本体４１２に送り戻し、そして濾過済みの出力を第２の出口経路４２４に沿って第２の炭素分離器１１４ｂの方へ差し向ける。第２の炭素分離器１１４ｂは、汚染されていない炭素微粒子を第２の出口経路４２４の出力から除去することができる。第２の炭素分離器１１４ｂは、次に、濾過後の水素ガスを水素経路３１０に沿って外方にかつ、固体炭素を炭素経路３２０に沿って外方に差し向けることができる。
本体４１２は、反応器１１２の動作温度よりも高い融点の材料から作られるのが良い。例えば、一実施形態では、本体４１２は、石英から作られるのが良い。さらに、上述したように、溶融物質４１８は、適当な溶融金属、溶融塩、および／またはこれらの組合せを含むのが良い。溶融物質４１８は、純粋な材料（例えば、単一の溶融金属）から成っていても良く、あるいは、多種類の材料（例えば、多種類の溶融金属）の混合物から成っていても良い。
上述したように、反応器１１２の効率的な作動に関する１つの課題は、炭素を反応器１１２から、かつ／あるいは反応器の出力流中の水素ガスから、効率的かつ安全に除去することである。図５～図１０は、図４に示された形式の反応器１１２の略図であり、かかる反応器は、本技術の種々の実施形態に従って、炭素を反応器１１２および／または出力から除去するための特徴を備えている。
図５は、本技術の幾つかの実施形態に従って、反応器１１２からの炭素微粒子の流出を促進する特徴を備えた反応器システム１１０の略図である。図４を参照して上述した反応器１１２と同様、図示の反応器は、第１の端４１４から第２の端４１６まで延びる本体４１２を有する。第１の端４１４は、反応体源と流体連通状態にあり、第２の端４１６は、反応器システム１１０の他のコンポーネントと流体連通状態にある。図示の実施形態では、反応器１１２の本体４１２は、反応器１１２の第２の端４１６からの流体の流出を促進して炭素微粒子を運び去るのを助ける円錐形コンポーネント５２０を有する。例えば、本体４１２の直径は、比較的大きい。したがって、本体４１２内においては、反応体は、熱分解反応が完全に起こるようにすることができる低い空塔速度を有することができる。円錐形コンポーネント５２０の第１の領域５２２では、円錐形コンポーネント５２０は、反応器の出力を円錐形コンポーネント５２０に移行させるよう本体に全体として合った直径を有する。第２の領域５２４では、直径は、次第に小さくなり、それにより出力のガス空塔速度を増大させる。第２の端４１６の近くの第３の領域５２６では、直径は、さらに一層小さい。その結果、第３の領域５２６では、出力のガス空塔速度により、軽い炭素微粒子（例えば、金属汚染がほとんどなくまたは全くない炭素）が反応器１１２から運び出されて、炭素分離器１１４の方へ運ばれるようにすることができる。図示の実施形態では、反応器システム１１０は、濾過後の水素ガスを出力から水素経路３１０に差し向けるとともに、炭素微粒子を出力から炭素経路３２０に差し向ける単一の炭素分離器１１４を含む。
図６～図１０は、本技術の種々の実施形態に係る一体型炭素分離器１１４を有する図４に示されている形式の反応器１１２の略図である。例えば、図４を参照して上述した反応器１１２と同様、図６～図１０に示された反応器１１２は各々、第１の端４１４から第２の端４１６まで延びる本体４１２を有する。第１の端４１４は、反応体源と流体連通状態にあり、第２の端４１６は、反応器システム１１０の他のコンポーネントと流体連通状態にある。上述したように、幾つかの実施形態では、出力の流れは、炭素微粒子の全て（または幾分か）を反応器１１２から運び出すことはない。かかる実施形態では、反応器１１２は、反応器１１２内の多量の炭素蓄積を回避するために、以下に説明する一体型炭素分離器１１４のうちの１つ以上を有するのが良い。
幾つかの実施形態では、図６、図７および図１０に示されているように、炭素微粒子は、溶融物質４１８の上面４１８ａに集中する。例えば、幾つかの実施形態では、本体４１２を通る反応体の流れは、炭素微粒子を溶融物質４１８中に推進するのに十分であるが、炭素微粒子を金属材料の上方に運ぶには不十分である。したがって、反応器１１２は、炭素を反応器１１２から除去するために溶融物質４１８の上面４１８ａをすくい取る炭素分離器１１４を有するのが良い。
例えば、図６に示されているように、炭素分離器１１４は、上面４１８ａをすくい取って炭素蓄積物６２０を反応器１１２から押し出して炭素処分コンポーネント２０に向かって炭素経路３２０中に押し込む機械式すくい取りコンポーネント６２２を有するのが良い。代替的にまたは追加的に、炭素分離器１１４は、図７を参照して説明する流体すくい取りコンポーネント７２２を有するのが良い。流体すくい取りコンポーネント７２２は、流体（例えば、空気または任意他の適当な流体）を溶融物質４１８の上面４１８ａを横切って差し向けて、炭素蓄積物６２０を反応器１１２から押し出して炭素処分コンポーネント２０に向かって炭素経路３２０中に押し込むことができる。幾つかの実施形態では、機械式すくい取りコンポーネント６２２および／または流体すくい取りコンポーネント７２２は、定期的に上面４１８ａをすくい取る。例えば、機械式すくい取りコンポーネント６２２および／または流体すくい取りコンポーネント７２２は、上面４１８ａをすくい取るのが良く、その間、反応器１１２は、不作動状態にある（例えば、水素ガス消費の期間の間）。幾つかの実施形態では、機械式すくい取りコンポーネント６２２および／または流体すくい取りコンポーネント７２２は、上面４１８ａを連続的にすくい取る。幾つかの実施形態では、機械式すくい取りコンポーネント６２２および／または流体すくい取りコンポーネント７２２は、特定の（例えば、再実行、理想的）期間の間のみ、上面４１８ａを連続的にすくい取る。例えば、機械式すくい取りコンポーネント６２２および／または流体すくい取りコンポーネント７２２は、反応器１１２が上面４１８ａをクリアな状態に保つために作動している間に上面４１８ａを連続的にすくい取るのが良く、反応器１１２が反応器システム１１０（図１）の効率を向上させるために不作動状態にある間、上面４１８ａのすくい取りを減らすのが良い。
追加的にまたは代替的に、例えば図１０に示されているように、反応器１１２は、溶融物質４１８の上面４１８ａからの炭素が反応器１１２から落ちて出るとともに／あるいは炭素処分コンポーネント２０中に落下することができる受動型炭素分離器１１４を有しても良い。幾つかのかかる実施形態では、例えば、図１０に示された実施形態では、反応器１１２の本体４１２は、受動型炭素分離器１１４を有するのが良い。図示の実施形態では、炭素分離器１１４は、反応器の本体４１２に設けられた開口部を有し、かかる開口部により、溶融物質４１８の上面４１８ａに集まった炭素が反応器１１２から落下して出て炭素処分コンポーネント２０に向かって炭素経路３２０に落ち込むことができる。受動型炭素分離器１１４の一利点は、システム１００（図１）の効率が向上することであり、と言うのは、炭素を反応器１１２から除去するのに必要なエネルギーが少ない（または全くない）からである。しかしながら、受動型炭素分離器１１４はまた、受動型炭素分離器１１４を通って逃げ出る熱が多すぎる場合には反応器１１２の効率を低下させる場合がある。
幾つかの実施形態では、図８に示されているように、炭素微粒子は、溶融物質４１８内の炭素蓄積部８２０の周りに集中する。例えば、幾つかの実施形態では、炭素蓄積部８２０は、反応体がエンタルピー点に達しかつ熱分解反応が起こる箇所周りに生じる。すなわち、熱分解反応後に、炭素微粒子のうちの何割かが、流通するのをやめ、他方、水素ガスおよび／または他の炭素微粒子は、溶融物質４１８を通過し続ける。したがって、幾つかの実施形態では、反応器１１２は、定期的および／または継続的な除去のために、溶融物質４１８内の沈殿コンポーネント８２２のところで炭素を集める炭素分離器１１４を有する。かかる実施形態では、沈殿コンポーネント８２２は、出力からの炭素の沈殿の制御を助けるとともに、炭素を溶融物質４１８に集める。
幾つかの実施形態では、図９に示されているように、炭素微粒子は、溶融物質４１８の底面４１８ｂ周りにかつ反応器１１２の第１の端４１４の近傍に集中する。例えば、幾つかの実施形態では、熱分解反応器から結果的に生じた炭素の中には、高温溶融物質４１８よりも密度の高いものがあり、したがって、かかる炭素は、本体４１２の第１の端４１４に向かって沈降する。したがって、幾つかの実施形態では、本体４１２の第１の端４１４は、本体４１２の最も下の箇所のところに位置する炭素分離器１１４の一部分９２２に向かって傾斜する表面４１５を有するのが良い。最も下の箇所のところに、炭素分離器１１４の一部分９２２は、本体４１２から炭素蓄積物９２０を集めることができ、そして炭素処分コンポーネント２０に向かって炭素経路３２０中に炭素微粒子を差し向ける。幾つかの実施形態では、溶融物質４１８の密度は、１種類以上の触媒的に不活性な成分を溶融物質４１８に選択的に追加するとともに／あるいは溶融物質４１８の温度を調節することによって、炭素の密度に対して調整される。かかる実施形態では、溶融物質４１８の密度を低下させ、それにより、溶融物質４１８中の炭素は、収集および除去のために炭素分離器１１４のコンポーネント９２２に向かって沈降する。
上述したように、反応器１１２の効率的な作動に関する別の課題は、反応器を水素および／または電力に関する周期的および／または一様でない需要曲線に適応させることである。したがって、幾つかの実施形態では、反応器１１２は、住宅スケールの反応器に代表的な一様ではない需要曲線に対処するための特徴を有するのが良い。例えば、水素またはエネルギーが全く（またはほとんど）必要とされない期間を含む周期的な需要曲線の場合、反応器１１２は、反応器１１２が需要に合わせて冷却したり迅速に再熱したりすることができるようにする特徴を有するのが良い。代替的にまたは追加的に、反応器１１２は、生産される水素またはエネルギーがない（またはほとんどない）期間中、規制的熱損失を相殺するための少量の熱を発生させる特徴を有するのが良く、その結果、需要の増大時に再熱期間が短くなるようになる。代表的な解決策の追加の詳細につき図１１～図１３を参照して以下に説明する。
図１１および図１２は、本技術の種々の実施形態に従って反応器１１２に一体化された迅速加熱特徴を含む反応器システム１１０の略図である。図１１を参照して説明するように、反応器１１２の本体４１２は、チャンバ１１４０によって包囲されるのが良い。チャンバ１１４０は、スペース１１４２および１つ以上の電気加熱器１１４４（２つが示されている）を有する。低需要の期間中、スペース１１４２は、寄生的な熱損失を減少させるよう排気されるのが良い（例えば、少なくとも部分的な真空を作る）。幾つかの実施形態では、チャンバ１１４０の内面は、寄生的な熱損失をさらに減少させるよう反射作用を有する。需要が高まり始めると、スペース１１４２は、充填されるのが良く（例えば、空気で）、電気加熱器１１４４は、熱を本体４１２の周りに送り出すのが良く、その間、バーナ１１６が熱を本体４１２に送り込んで反応器１１２を迅速に再熱する。幾つかの実施形態では、電気加熱器１１４４は、低需要の期間中、熱を本体４１２周りに送って寄生的熱損失をさらに減少させる。さらに、幾つかの実施形態では、チャンバ１１４０は、寄生的熱損失の一部分を捕捉する発電機（例えば、熱電発生器）を有する。幾つかのかかる実施形態では、捕捉された寄生的熱損失は、次に、電気加熱器１１４４に電力供給して反応器を再熱するために用いられる。
図１２に示されているように、反応器は、反応器１１２の本体４１２に一体化された再熱システム１２４０を有するのが良い。図示の実施形態では、再熱システム１２４０は、溶融物質４１８内に埋め込まれかつ本体４１２の外部に位置する供給ライン１２４４に接続された発熱コイル１２４２を有する。発熱コイル１２４２は、電気コイル（抵抗性または誘導性）および／または流体コイル（例えば、高温ガス、例えばバーナからの煙道ガスを含む）であるのが良い。再熱システム１２４０を反応器１１２の本体４１２と一体化することによって、再熱システム１２４０は、熱を反応器の中心部に迅速に送り出すことができ、この反応器の中心部は、もしそのように構成されていなければ、再熱が遅い場合がある。例えば、本体４１２の温度が溶融物質４１８の融点を下回ると、物質のうちの何割かは、凝固して、再熱中に本体４１２を通るガスおよび／または物質の流れを妨げる場合がある。したがって、本体４１２の中心部を加熱するには、本体４１２の外面からの熱伝導が必要である。本体４１２の中心部に同時に熱を送り出すことにより、再熱システム１２４０は、反応器１１２を再熱する速度を加速することができる。さらに、幾つかの実施形態では、発熱コイル１２４２は、低需要の期間中、熱を本体４１２に供給することができ、それにより寄生的熱損失の作用効果を打ち消すことができる。
理解されるように、幾つかの実施形態では、反応器システム１１０は、再熱プロセスを加速するために、図１１を参照して上述したチャンバ１１４０と図１２を参照して上述した再熱システム１２４０の両方を有するのが良い。さらに、種々の実施形態では、反応器システム１１０は、再熱プロセス中、多量の加熱パワーを反応器１１２に送り出すために大型のバーナ、再熱プロセス中、高温ガスを本体４１２中に流すために本体４１２に埋め込まれた多孔質媒体バーナ、例えばスパージャ、反応器１１２内に発熱反応を起こすためのシステム、および／または再熱プロセスを加速させるための種々の他の適当な特徴を含むのが良い。大型バーナを備えた実施形態では、かかる大型バーナは、典型的な燃料ガス（例えば、天然ガス）、水素貯蔵コンポーネント３０（図１）からの水素ガス、および／またはこれら２種類のガスの混合物を使用するのが良い。多孔質媒体バーナを備えた実施形態では、かかる多孔質媒体バーナは、再熱プロセス中、燃料ガス（例えば、天然ガス、水素、および／またはこれら２種類のガスの混合物）を燃焼させることができ、次に、反応器１１２が作動温度に達した後に反応体を本体４１２に送り出すことができる。
幾つかの実施形態では、追加的にまたは代替的に、反応器１１２は、再熱プロセスを迅速な部分的始動を可能にするために適合させるようカスケード方式を利用するのが良い。例えば、反応器１１２は、直列または並列形態で配置された多数の反応チャンバを有するのが良い。各チャンバは、迅速に再熱し、寄生的作用効果を作動中に考慮に入れた後に正味の正の出力を有するよう寸法決めされるのが良い。また、バーナ出力を大幅に調製するのが良く、バーナは、ＣＨ4とＨ2流の混合物を用いるのが良い。図１３は、本技術の幾つかの実施形態に従って、多数の反応チャンバ１３１２ａ～１３１２ｄに区分された反応器１１２の一例の略図である。
図示の実施形態では、反応器１１２は、入力経路３０２と流体連通状態にある４つの反応チャンバ（個々に第１～第４の反応チャンバ１３１２ａ～１３１２ｄという）を有する。一連の第１の弁１３２２が反応チャンバ１３１２の各々への反応体の流れを制御し、第２の一連の弁１３２４が反応器１１２から一連のバーナ１１６（個々に第１～第４のバーナ１１６ａ～１１６ｄという）への反応体および／または出力の流れを制御する。バーナ１１６ａ～１１６ｄの各々は、反応チャンバ１３１２ａ～１３１２ｄの各々とそれぞれ対応している。需要が最初に増大すると、第１の反応チャンバ１３１２ａを第１のバーナ１１６ａで再熱するのが良い。この初期期間中、第１のバーナ１１６ａは、反応器１１２の先の作動からの反応体（例えば、天然ガス）および／または貯蔵状態の水素を燃焼させて、第１の反応チャンバ１３１２ａを再熱するのが良い。第１の反応チャンバ１３１２ａが動作温度になると、反応体を第１の反応チャンバ１３１２ａに通して水素ガスの発生を開始するのが良い。
次に、水素ガスの一部分を第２の水素経路３１４に沿って差し向けて増大する需要をまかなうのが良く、他方、水素ガスの一部分を第１の水素経路３１２に沿って送って、第２の反応チャンバ１３１２ｂの再熱を開始するとともに／あるいは第１の反応チャンバ１３１２ａの温度を維持するのが良い。幾つかの実施形態では、第１バーナ１１６ｂは、第１の反応チャンバ１３１２ａからの水素ガスと反応体の組合せを燃焼させて、第２の反応チャンバ１３１２ｂを再熱するのが良い。第２の反応チャンバ１３１２ｂがいったん動作温度になると、反応体を第２の反応チャンバ１３１２ｂに通して、反応器１１２によって生じた水素ガスの量を増大させるのが良い。次に、再熱プロセスは、第３および第４の反応チャンバ１３１２ｃ，１３１２ｄについて続行するのが良い。
反応チャンバ１３１２のうちの多くが動作温度に達し、かつ反応器１１２がより多くの水素ガスを発生させると、バーナ１１６ａ～１１６ｄは、ガスが燃焼するこれらガスの組成を変化させる。幾つかの実施形態では、バーナ１１６ａ～１１６ｄは、第４の反応チャンバ１３１２ｄが動作温度に達する前にまたは達している時に、反応を全てまとめて燃焼させるのを止める。同様に、反応チャンバ１３１２のうちの多くが動作温度に達しかつ反応器１１２がより多くの水素ガスを発生させると、反応器１１２の外部に送り出されるよう第２の水素経路３１４にそらされる水素ガスの量が増大するのが良い。
幾つかの実施形態では、反応器１１２は、１つ以上の断熱材（例えば、図１１を参照して上述したチャンバ１１４０）および／または機械式アクチュエータ（図示せず）を有するのが良い。機械式アクチュエータは、再熱プロセス中、断熱材を１つの反応チャンバ１３１２から次の反応チャンバに動かすのが良い。１つの反応チャンバ１３１２にいったん適用されると、断熱材は、反応チャンバ１３１２からの寄生的熱損失を減少させて再熱プロセスを加速することができる。個々の反応チャンバ１３１２ａ～１３１２ｄがいったん動作温度になると、断熱材を取り外すのが良く、そして寄生的熱損失をシステム１００（図１）内のどこかの場所で捕捉するのが良い。幾つかの実施形態では、断熱材は、これら反応チャンバ１３１２が動作温度に達した後であっても反応チャンバ１３１２上に残るのが良い。
幾つかの実施形態では、反応器１１２は、水素ガスおよび／または電気の需要が減少したときに反応チャンバ１３１２のうちの１つ以上の動作をオフにする。例えば、低需要期間中、反応器１１２は、第１および第２の反応チャンバ１３１２ａ，１３１２ｂを作動させることができ、第３および第４の反応チャンバ１３１２ｃ，１３１２ｄを冷却させることができる。幾つかの実施形態では、反応チャンバ１３１２ａ～１３１２ｄの各々は、１つの反応チャンバ１３１２からの寄生的熱損失を利用するよう互いに熱結合されており、それにより別の反応チャンバ１３１２を加熱する。例えば、第１の反応チャンバ１３１２ａが動作温度になった後、第１の反応チャンバ１３１２ａからの寄生的熱損失を第２～第４の反応チャンバ１３１２ｂ～ｄに差し向けて、第２～第４の反応チャンバ１３１２ｂ～ｄを部分的に再熱するのが良い。
幾つかの実施形態では、反応器システム１１０（図１）は、低需要期間中（または需要のない期間中）であっても、反応器１１２を動作温度付近に維持することによって、再熱プロセスを回避することができる。種々の実施形態では、反応器１１２は、連続的にかつ／あるいは需要に従って反応体の入力流を調整するが、反応器１１２の温度を維持することによって、水素ガスを発生させるよう連続的に動作することができる。連続動作型の実施形態では、反応器１１２は、水素ガスを用いて通常の動作に従って熱を維持する。過剰の水素ガスおよび／または電力を需要が低いので貯蔵するのが良くまたは現地設備内に分配するのが良い。例えば、コントローラ１５０（図１）は、反応器１１２を連続的に作動させるコストを相殺するとともに／あるいは取り組むために電気をエネルギー設備網に差し向けるのが良い。別の実施例では、過剰のエネルギーを二次電池内に貯蔵して、需要が反応器の出力能力を超えた場合に反応器１１２からの出力を補完するのが良い。
反応体の入力流を調整する実施形態では、コントローラ１５０（図１）を用いて需要を測定し、これに応答し、かつ／あるいはこれを予測し、次に、入力流を制御して需要を満たすことができる。例えば、コントローラ１５０は、需要が毎日午後５時頃に増大するということを確かめるのが良く、そして入力流を午後５時にまたはその頃に増大させて需要を満たすのが良い。低（または非）動作の期間中、反応器１１２の温度を、図１１を参照して上述したチャンバ１１４０、図１２を参照して上述した再熱システム１２４０、および／または任意他の適当なコンポーネントによって維持するのが良い。例えば、反応器１１２は、反応器１１２からの熱損失を埋め合わせるために、常時口火または別の電気加熱器を作動させるのが良い。反応体の入力流を調節する幾つかの実施形態では、反応器１１２からの熱損失は、反応器１１２と熱的連絡状態にある熱貯蔵タンクを用いて少なくとも部分的に回収されるのが良い。
図１を参照して上述したように、反応器１１２の別の潜在的な課題は、サイズ上の制約が所与の場合、幾つかの住宅用および商業建物用途に課せられたサイズ上の制約を満たすよう反応器を改造すること、および反応器１１２をシステム１００の他のコンポーネントに効率的に結合することである。したがって、幾つかの実施形態では、反応器１１２は、システム１００の作動の効率の向上を達成するよう、システム１００の１つ以上の他のコンポーネントに一体化することができる。すなわち、システム１００のコンポーネントを共有スペース内へ配置することにより、システム１００の効率および／または運転費を改善することができる。
例えば、反応器１１２を発電機１２４および／または循環システム１３０に一体化するのが良い。一体型コンポーネントは、１つ以上の熱入力を共有する（例えば、単一のバーナシステムを共有する）ことができるとともに／あるいは一方のコンポーネントからの寄生的熱損失を直接使用して他方のコンポーネントを加熱することができる。さらに、一体型コンポーネントは、上述したスペース上の制約に容易に収まることができる。例えば、一体型コンポーネントは、別の機器、例えば伝統的なボイラまたは炉用に従来指定されたスペース内に一層容易に納まることができる。
住宅用暖房機器、例えば、炉、ボイラ、および温水ヒータ内のコンパクトな熱電変換器の一般的な使用法については、アシュトン（Ashton）等により２０１９年３月１２日に出願された米国特許出願第１６／７９４，１４２号明細書に既に記載されており、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。しかしながら、反応器１１２がシステム１００の他のコンポーネントと現場で一体化されたときには、幾つかの独特な熱力学的相乗作用がシステム１００内で可能である。例えば、システム１００の全体的なエクセルギーを増大させるには、高温コンポーネント、例えば反応器１１２を発電機１２４の直ぐ上流側に、直ぐ下流側に、かつ／あるいはこれと並列に追加するのが良い。発電機１２４によって利用されなかった熱を反応器１１２によって利用することができ、またはその逆の関係が成り立ち、それにより、熱が失われる（例えば、機器の下流側の熱交換器のところで少なくなる）前に、入力反応体（例えば、メタン入力）中の自由エネルギー含有量の大部分を捕捉することができる。その結果、一体型システム１００の効率は、コンポーネントを別々に作動させるシステムの効率に勝るといえる。
別の実施例では、機器内で天然ガスではなく水素を用いることは、火炎から発電機１２４への伝熱プロセスの効率の向上に役立つ場合がある。さらに、水素は、高い火炎温度を有し、この高い火炎温度はまた、一定の暖房需要での発電機１２４の効率の増大に役立つ。加うるに、システム１００中の他のコンポーネントからのオンデマンド電気および現地電気貯蔵を利用できることは、種々の開示した実施形態が反応器１１２の住宅スケールの作動上の課題を解決することができるようにするのに役立つといえる。例えば、現地発電機１２４は、電気的加熱作用を反応器１１２に提供することができる（例えば、図１１および図１２を参照して上述した実施形態に従って）とともに／あるいは反応器１１２の電気駆動型弁またはアクチュエータを作動させることができる。
図１４は、本技術の幾つかの実施形態に従って、発電システム１２０に結合された反応器システム１１０の略図である。図示の実施形態では、このシステムは、並列に配置された２つの反応器１１２および２つの発電機１２４を含む。図示の実施形態では、反応器１１２は各々、発電機１２４の高温端部１４２６の傍でバーナ１１６に隣接して配置されている。並列形態では、バーナ１１６からの熱は、反応器１１２の各々中に直接的に伝達されるとともに、発電機１２４の各々の高温端部１４２６に直接伝達される。反応器１１２に伝達された熱は、反応器１１２の動作温度を維持して熱分解反応を生じさせ、それにより水素ガスを発生させる。幾つかの実施形態では、水素ガスのうちの少なくとも一部分は、炭素分離器内で炭素微粒子から分離され、次に、第１の水素経路３１２に沿ってバーナ１１６に送られる。図示の実施形態では、バーナ１１６のための供給水素燃料は、全体として第１の水素経路３１２から来ていて、バーナ１１６のところで空気と混合し、水素火炎の燃焼温度を調節する。種々の他の実施形態では、供給水素燃料は、貯蔵タンクからの水素でかつ／あるいは他の燃料（例えば、天然ガス）で補充することができる。
他方、発電機１２４に伝達された熱は、発電機１２４の高温端部１４２６と発電機１２４の低温端部１４２６との間に温度差を生じさせる。図示の実施形態では、発電機１２４の低温端部は、スペース１４２７によって高温端部１４２６から分離された状態でチャンバ１４４０内に位置決めされている。チャンバ１４４０は、発電機１２４の低温端部１４２８を反応器１１２から断熱し、他方、スペース１４２７は、発電機１２４の高温端部１４２６と低温端部１４２８との間の温度差を維持するのに役立つ。次に、発電機１２４は、この温度差を用いて任意適当な機構に従って発電を行う。例えば、幾つかの実施形態では、発電機１２４は、高温端部１４２６がスペース１４２８内の真空（または部分真空）または適当な物質によって低温端部１４２８から隔てられた状態の熱電子変換器である。かかる実施形態では、高温および低温端部１４２６，１４２８は各々、スペース１４２７によって隔てられた金属プレートであるのが良い。高温端部１４２６が高温まで加熱されると、加熱された金属の表面は、電子をスペース１４２７越しに低温端部１４２８に放出し、その結果、使用できる電気エネルギーが得られる。熱電子変換器は、発電機１２４には可動部品が全くない状態でバーナからの熱から電気を発生させることができ、それにより、システム１００に関する保守および／またはスペース上の要件が緩和される。反応器１１２によっても発電機１２４によっても使われなかった熱は、経路１４３４に沿って外方に流れ、かかる熱は、循環システム１３０（図１）内のシンクおよび／または熱交換器に差し向けられるのが良い。
図１５は、本技術の幾つかの実施形態に従って、循環システム１３０に結合された反応器システム１１０の略図である。反応器システム１１０では、反応器１１２は、反応器１１２の各側に設けられた１つ以上のバーナ１１６から熱を受け取る。１つ以上の断熱壁１５４０がバーナ１１６周りに位置決めされている。断熱壁１５４０は、反応器１１２の動作温度を維持するためにバーナ１１６からの熱が反応器１１２に向かう方向とは異なる任意の方向に流れることを制限しまたは阻止する。循環システム１３０は、反応器１１２によって吸収されなかった熱および／または反応器１１２からの寄生的熱損失を捕捉するよう断熱壁１５４０周りに位置決めされている。したがって、反応器１１２によって吸収されなかった熱は、循環システム１３０中に直接流れる。反応器システム１１０および循環システム１３０の図示の形態により、システム１００（図１）は、バーナ１１６によって生じた熱の全て、またはほぼ全てを利用することができる。
種々の他の実施形態では、図１のシステム１００は、システム１００のコンポーネント相互間に種々の他の直列型構成装置を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、反応器１１２と発電機１２４は、発電機１２４が熱を直接受け取るようバーナ１１６に近接して位置した状態で直列に配置されている。幾つかのかかる実施形態では、反応器システム１１０は、発電機１２４と発電機１２４のための放熱ループとの間に位置決めされている。この直列形態は、発電機１２４の動作温度が反応器１１２の動作温度よりも高い実施形態にとって適しており、その結果、発電機１２４は、バーナ１１６からの熱について高い需要をまかない、しかも反応器１１２の動作温度を維持するのに足るほど過剰の熱が存在する。一例に過ぎないが、幾つかの熱電子エネルギー変換器、熱光起電力変換機、および他の高温ヒートエンジンがこの形態に適している。もう１つの例を挙げると、幾つかの実施形態では、反応器１１２と発電機１２４は、直列に配置され、反応器システム１１０は、熱を直接受け取るようバーナ１１６に近接して位置決めされている。幾つかのかかる実施形態では、発電機１２４は、反応器システム１１０から放出された熱を直接利用するよう直ぐ下流側に位置決めされている。この直列形態は、低温発電機１２４が利用される実施形態に適している。一例として、ヒートエンジンが反応器１１２上のボトミングサイクルである幾つかのアルカリ金属熱電気変換器またはスターリングエンジンは、この形態に適している。
上述の熱力学的相乗作用が必要とされない他の実施形態では、システム１００のコンポーネントの各々は、他のコンポーネントから分離されるのが良い。コンポーネントを別々に位置決めすることにより、上述のスペース上の要件に取り組むのを助けることができ、それにより、システム１００のコンポーネントは、利用可能なスペース中に収まることができる。すなわち、システム１００のコンポーネント全てに足るほど広いスペースを必要とするのではなく、システム１００は、対応の個々のスペースに収まることができ、次に、これらを相互に連結することができる。
図１６は、本技術の別の実施形態に従って、再生式熱分解反応器１１２を通る物質の流れのブロック図である。図示の実施形態では、反応器１１２は、燃料供給源１０に作動可能に結合された入力弁１６０２、入力弁１６０２に作動可能に結合された２つの反応チャンバ１６１２（個別的に、第１の反応チャンバ１６１２ａおよび第２の反応チャンバ１６１２ｂという）、および反応チャンバ１６１２に作動可能に結合された１つ以上の出力弁１６０４を有する。反応チャンバ１６１２の各々は、熱交換物質と、熱交換物質を通る１つ以上の流路を有するのが良い。種々の実施形態では、熱交換物質としては、コーディエライト、ムライト、アルファアルミナ、および／またはこれらの組合せが挙げられる。さらに、幾つかの実施形態では、反応チャンバ１６１２の各々は、熱交換物質によって構成された単体および／または一体型構造を有する。反応体が反応チャンバ１６１２のうちの１つを通って流れているとき、熱交換物質は、反応体を熱分解反応のエンタルピー点よりも高く加熱し、それにより反応体中の炭化水素を水素ガスと炭素微粒子に分解させるようにする。次に、水素ガスを用いて熱を発生させるとともに／あるいは電気を発生させるのが良い。幾つかの実施形態では、例えば、水素ガスを燃焼させて、反応チャンバ１６１２を予熱するとともに／あるいはこの反応チャンバの熱を維持する。幾つかの実施形態では、以下に詳細に説明するように、反応器１１２は、循環方式で動作する。
例えば、第１の期間中、入力弁１６０２は、反応体を第１の反応チャンバ１６１２ａ中に差し向けるのが良い。第１の反応チャンバ１６１２ａは、熱分解反応を生じさせることができ、それにより反応体を炭素微粒子と水素ガスに分解する。次に、出力弁１６０４は、第１の反応チャンバ１６１２ａからの出力の少なくとも一部分を、炭素分離器１１４、送風機１１８、およびバーナ１１６の方へ差し向けるのが良い。上述したように、炭素分離器１１４は、炭素微粒子を水素ガスの流れから除去することができ、送風機１１８は、水素ガスと酸素を混合することができ、バーナ１１６は、水素を酸素で燃焼させることができる。次に、煙道弁１６０６は、結果的に生じた高温煙道ガスを第２の反応チャンバ１６１２ｂ中にかつ／あるいはこの周りに差し向けて、第２の反応チャンバ１６１２ｂを加熱することができる。幾つかの実施形態では、高温煙道ガスは、第２の反応チャンバ１６１２ｂ内の炭素を燃焼させ、熱を第２の反応チャンバ１６１２ｂにさらに送る。出力弁１６０４は、第２の反応チャンバ１６１２ｂから流出する高温煙道ガスを発電機１２４および／または循環システム１３０の方へ差し向けることができる。発電機１２４は、高温煙道ガスを用いて、電気を発生させてこれを電気設備網４０に出力し、他方、循環システム１３０は、高温煙道ガスを用いて、熱を暖房設備網５０中に出力する。次に、残存している煙道ガスがあれば排気システム６０を介して放出する。
第２の期間の際、弁１６０２，１６０４，１６０６を通る流れを逆にするのが良く、それにより第２の反応チャンバ１６１２ｂ中に伝達された熱を利用して熱分解反応を生じさせるとともに、反応チャンバ１６１２ａを再熱する。すなわち、入力弁１６０２は、反応体を第２の反応チャンバ１６１２ｂ中に差し向け、出力弁１６０４は、第２の反応チャンバ１６１２ｂからの水素ガスの少なくとも一部分をバーナ１１６の方へ差し向け、煙道弁１６０６は、高温煙道ガスを第１の反応チャンバ１６１２ａ中にかつ／あるいはこの周りに差し向け、出力弁１６０４は、第１の反応チャンバ１６１２ａからの高温煙道ガスを発電機１２４および／または循環システム１３０の方へ差し向ける。
幾つかの実施形態では、反応器１１２は、適当な長さの時間が経つと、反応チャンバ１６１２を作動段階と予熱段階との間でサイクル動作させる（例えば、反応体を第１の反応チャンバ１６１２ａ中への反応体の差し向けと、第２の反応チャンバ１６１２ｂ中への差し向けを切り替えることによって）。例えば、種々の実施形態では、反応器１１２は、１分おきに、２分おきに、１０分おきに、３０分おきに、または任意他の適当な期間後、反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させるのが良い。幾つかの実施形態では、反応器１１２は、作動状態の反応チャンバ（例えば、熱分解反応を生じさせる反応チャンバ）中の温度が所定の温度を下回った時に反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させる。所定の温度は、作動状態の反応チャンバ内にある間、反応体が十分に反応することを保証するのを助けるよう選択されるのが良い。所定の温度未満では、反応体は、作動状態の反応チャンバ内では十分に迅速には反応しない場合がありかつ／あるいは全く反応しない場合がある。種々の実施形態では、反応器１１２は、作動状態の反応チャンバ内の温度が約１２００℃を下回ると反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させるのが良い。
幾つかの実施形態では、反応チャンバ１６１２の入力および出力は、配管システムによって弁１６０２，１６０４，１６０６に連結されるのが良く、弁１６０２，１６０４，１６０６は、弁１６０２，１６０４，１６０６を切り替えて流体の流れを管中に差し向けるようアクチュエータに結合されるのが良い。したがって、反応器１１２は、スイッチ１６０２，１６０４，１６０６に命令を出して弁を切り替えることによって反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させることができる。その結果、反応器１１２は、反応器が弁を稼働させる時間に応じて、迅速かつ効率的な仕方で反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させることができる。種々の実施形態では、反応器１１２は、１分未満、３０秒未満、１０秒未満、またはほぼ瞬時に反応チャンバ１６１２を相互にサイクル動作させることができる。幾つかの実施形態では、弁１６０２，１６０４，１６０６の各々は、対応の弁を同時に切り替えることができる。幾つかの実施形態では、弁１６０２，１６０４，１６０６のうちの１つ以上は、対応の弁を順次切り替えることができる。例えば、出力弁１６０４は、作動状態の反応チャンバからの水素ガスの全てが適当な行先に差し向けられた後、対応の弁を切り替えることができる。
幾つかの実施形態では、出力弁１６０４は、作動状態の反応チャンバからの水素ガスの一部分を反応器１１２から遠ざかるよう差し向ける。例えば、水素ガスを発電機１２４に差し向けて電気を発生させるとともに／あるいはかかる水素ガスを水素貯蔵庫に差し向けることができる。幾つかの実施形態では、貯蔵状態の水素ガスを後で用いて、反応チャンバ１６１２のうちの１つ以上を加熱することができる。幾つかのかかる実施形態では、貯蔵状態の水素の使用により、反応器１１２は、反応器１１２を再始動させるための別のエネルギー源（例えば、熱および／または電気）を必要としないで、最頻度使用期間相互間で冷えることができる。
幾つかの実施形態では、反応器１１２は、１つ以上の追加のコンポーネントおよび／または上述のコンポーネントのうちの１つ以上の別の配置を含むことができる。幾つかの実施形態では、例えば、炭素分離器１１４は、反応チャンバと出力弁１６０４の間に位置決めされるのが良い。幾つかの実施形態では、反応器１１２は、多数の出力弁１６０４、多数の炭素分離器１１４、および／または多数のバーナ１１６を有することができる。さらに、幾つかの実施形態では、反応器１１２のコンポーネントのうちの１つ以上が組み合わされる。例えば、バーナ１１６を単一のコンポーネントの状態で送風機１１８と一体化することができる。別の実施例では、弁１６０２，１６０４，１６０６のうちの１つ以上を単一のコンポーネントの状態に組み合わせることができる。幾つかの実施形態では、反応器１１２は、３つ以上の反応チャンバ１６１２、例えば、３個、４個、５個、１０個および／または任意他の適当な個数の反応チャンバ１６１２を有することができる。幾つかのかかる実施形態では、２つ以上の反応チャンバ１６１２は、反応器１１２の動作中、作動状態にある（例えば、反応体を加熱するために用いられる）。幾つかのかかる実施形態では、２つ以上の反応チャンバ１６１２は、反応器１１２の動作中、予熱される。
図１７Ａは、本技術の幾つかの実施形態に従って、図１６の反応器１１２に用いられる反応チャンバ１７１２の部分略図である。図示の実施形態では、反応チャンバ１７１２は、反応チャンバ１７１２の第１の端１７１４から第１の端１７１４と反対側に位置する反応チャンバ１７１２の第２の端１７１６まで延びる多数のフローチャネル１７８０を有する。フローチャネル１７８０は、一緒になって、反応チャンバ１７１２の熱交換物質を通る通路１７７２を構成する。したがって、動作中、反応体は、フローチャネル１７８０中に第１の端１７１４のところで流れ込むことができ、通路１７７２に沿って下り、そしてフローチャネル１７８０から第２の端１７１６のところで流出することができる。反応チャンバ１７１２は、通路１７７２に沿って動く反応体に熱を伝達することができ、それにより熱分解反応を生じさせる。
図示の実施形態では、反応チャンバ１７１２は、円形の管形状を有する。種々の他の実施形態では、反応チャンバ１７１２は、他の形状、例えば、正方形、長方形、六角形、および／または他の管形状、コイル、または他の非軸形状、および／または任意他の適当な形状をとることができる。同様に、図示の実施形態では、フローチャネル１７８０の各々は、円形の管形状を有する。種々の他の実施形態では、反応チャンバ１７１２のフローチャネル１７８０は、他の形状、例えば、正方形、長方形、六角形、および／または他の管状形状、コイル、および／または任意他の適当な形状をとることができる。反応チャンバ１７１２は、所望の構造に適用される種々の既知の製造技術によって製作できる。例えば、反応チャンバ１７１２は、アディティブマニュファクチャリングプロセス（例えば、３次元印刷）、ダイプロセス、成形プロセス、押し出しプロセス、および／または、製造技術の任意の組み合わせによって製作できる。
図１７Ａに示されているように、反応チャンバ１７１２は、通路１７７２の長さに一致した長さＬおよび直径Ｄ1を備えている。さらに示されているように、フローチャネル１７８０の各々は、直径Ｄ2を有する。長さＬ、直径Ｄ1、および直径Ｄ2は各々、反応チャンバ１７１２の所望の出力能力、反応器１１２（図１６）が組み込まれるスペースに関する大きさの要件、および／または反応チャンバ１７１２に関する好ましい動作条件に応じて様々であって良い。さらに、寸法は、相互依存性であって良い。例えば、直径Ｄ1は、直径Ｄ2および所望のチャネル密度に従って設定されるのが良い。別の実施例では、長さＬは、フローチャネル１７８０を通って流れる反応体が反応チャンバ１７１２内のエンタルピー点に達するようにするのを助けるよう、直径Ｄ2に部分的に依存しても良い。種々の例示の実施形態では、反応チャンバ１７１２の長さＬは約０．５メートル（ｍ）から約１０ｍまでの範囲にあるのが良く、反応チャンバ１７１２の直径Ｄ1は、約０．１ｍから約１ｍまでの範囲にあるのが良く、フローチャネルの直径Ｄ2は、約０．０１センチメートル（ｃｍ）から約１ｍまでの範囲にあるのが良く、かつ／あるいはチャネル密度は、平方インチ当たり約１本のチャネル（ＣＰＩ）から約５００ＣＰＩまでの範囲にあるのが良い。一実施形態では、例えば、反応チャンバ１７１２の長さＬは約１ｍであり、反応チャンバ１７１２の直径Ｄ1は、約１．３ｃｍであり、フローチャネルの直径Ｄ2は、約０．６３５ｃｍであり、チャネル密度は、約４ＣＰＩである。
動作上の検討事項が寸法の各々にどのように影響を及ぼすことができるかについての追加の詳細が以下に記載されている。当業者であれば理解されるように、以下に説明する例示の動作条件は、例示に過ぎず、反応器には、上述の出力需要を満たすよう種々の他の適当な動作上の検討事項が加えられるのが良い。例えば、反応チャンバ１７１２は、毎分１標準リットル（ＳＬＰＭ）および５ＳＬＰＭの反応体入力流量を備えるものとして後述するが、反応チャンバ１７１２は、任意の他の適当な反応体入力流量を有することができる。
反応チャンバの寸法に関する１つの検討事項は、反応チャンバ１７１２が到来する反応体を所望の反応温度よりも高い温度（例えば、エンタルピー点よりも高い温度またはエンタルピー点よりも優に高い温度）に加熱することができるかどうかである。例えば、熱伝達物質が所与であり、反応チャンバの温度が所与であり、しかもフローチャネル１７８０の表面積と体積（Ｓ／Ｖ）の比（フローチャネル１７８０の直径Ｄ2によって定められる）が所与の場合、反応チャンバ１７１２は、熱を到来反応体に速度Ｒ１で伝達する。熱伝達速度Ｒ１では、特定の誘導時間（例えば、反応体を所望の温度よりも高い温度まで加熱するための時間）および滞留時間（例えば、反応時間）が到来反応体中の炭化水素を熱分解反応により水素と炭素に変換するのに必要である。したがって、熱伝達速度Ｒ１では、反応体は、熱分解反応における所望の変換程度（例えば、分解された炭化水素の所望のパーセント）に達するための全時間要件を有するのが良い。反応チャンバ１７１２の長さＬおよび／または反応体の入力流量を変化させると、全時間要件を満たすことができる。追加的にまたは代替的に、Ｓ／Ｖ比は、全時間要件を満たすために設定された長さＬについて選択されるのが良い。幾つかの実施形態では、所望の動作温度は、約１２００℃～約１６００℃であるのが良い。幾つかのかかる実施形態では、炭化水素の全てまたはほぼ全てを水素ガスと炭素に変換するのに必要な滞留時間は、秒単位であるが、１秒未満を含む。一実施形態では、動作温度は、約５ＳＬＰＭの入口流量および約１．３ｃｍのフローチャネルの直径Ｄ2を有する反応器において、約１２００℃から約１４００℃まで様々であって良く、その結果、誘導時間は、約０．２７秒であり、滞留時間は、約０．３８秒である。約１ｍの長さＬを備えた反応チャンバに関し、反応体のうちの約９０％が反応チャンバ内で変換される。
図１８は、種々の入力流量および種々の熱伝達速度に関して、反応チャンバ１７１２の長さと反応チャンバ１７１２を通って流れる反応体の温度との関係の一例を示している。図示のように、１平方メートル‐ケルビン当たり２０ワット（Ｗ／ｍ2Ｋ）の第１の熱伝達速度および１ＳＬＰＭの反応体の入力流量では、反応体は、約４０ｃｍの長さＬにわたって温度が１２００℃だけ高くなる。これとは対照的に、この第１の熱伝達速度および５ＳＬＰＭの反応体の入力流量では、反応体は、約１００ｃｍの長さＬにわたって温度が１２００℃だけ高くなる。さらに対照的に、５ＳＬＰＭの反応体の入力流量および１００Ｗ／ｍ2Ｋの第２の熱伝達速度では、反応体は、約４０ｃｍの長さＬにわたって温度が１２００℃だけ高くなる。種々の実施形態に関し、本発明者が確認したところによれば、約１ＳＬＰＭから約５ＳＬＰＭまで変化する入力流量、約０．５ｃｍから約５ｃｍまでの範囲にあるフローチャネル１７８０の直径Ｄ2、および約１０００℃の所望の動作温度増大に関し、所要の長さＬは、約０．０５ｍから約１．３ｍまで様々であって良い。
幾つかの実施形態では、反応チャンバ１７１２のサイズをさらに減少させるには、反応体を予熱し、その後反応体が反応チャンバ１７１２に入るようにすれば良い。例えば、幾つかの実施形態では、反応体は、反応体が反応チャンバ１７１２に入る前に約５００℃の温度まで予熱される。幾つかの実施形態では、反応体は、作動状態の反応チャンバから流出する高温出力を用いるとともに／あるいは反応チャンバを予熱することによって予熱される。例えば、反応体の入力ラインは、動作状態の反応チャンバから出力部に巻き付いて出力部を冷却すると同時に反応体を予熱するコイルを含むのが良い。別の例では、図１６Ｂを参照して上述したように、反応体の入力ラインは、予熱反応チャンバから出力部に巻き付いて煙道ガスを冷却すると同時に反応体を予熱するコイルを含むのが良い。
反応チャンバの寸法に関する別の検討事項は、反応チャンバ１７１２が連続的かつ／あるいは延長作業に耐えることができるかどうかである。かかる作業に関する一制約は、反応チャンバ１７１２内の熱交換物質が高温（例えば、１０００℃を超える）状態にあるフローチャネル１７８０相互間の比較的高い圧力降下に耐えることができないということである。したがって、反応チャンバ１７１２の寸法および所定の動作条件は、少なくとも部分的に、作動中におけるフローチャネル１７８０前後の予想圧力降下に基づいて選択されるのが良い。
例えば、フローチャネル１７８０前後の圧力損失は、反応体のガスまたは流体流量、チャネル直径Ｄ2、およびチャネル長さ（例えば、反応チャンバ１７１２の長さＬ）で決まる。したがって、幾つかの実施形態では、フローチャネル１７８０の直径Ｄ2および／または反応チャンバ１７１２の長さＬは、フローチャネル１７８０前後の圧力降下を考慮に入れるよう選択されるのが良い。例えば、本発明者の確認したところによれば、約５ｍの長さＬ、約０．５ｃｍ～約１．５ｃｍのフローチャネル直径Ｄ2、約１ＳＬＰＭ～約５ＳＬＰＭの反応体入力流量、および約１５００℃の動作温度を有する反応チャンバ１７１２に関し、圧力降下は、１平方インチ当たり約１ポンド（ｐｓｉ）未満であり、これは、許容範囲内にある。
さらに、幾つかの実施形態では、フローチャネル１７８０の表面壁上に付着した炭素物質（「ファウリング」ともいう）は、作動中、フローチャネル１７８０を部分的に（または完全に）閉塞させる場合がある。ファウリングに起因したフローチャネル直径Ｄ2の減少は、圧力降下要件を満たすよう選択された反応チャンバ１７１２の寸法に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、炭素微粒子は、不均一および／または均一な熱分解反応の結果として、反応チャンバ１７１２中に生じる場合がある。不均一反応は、反応体と反応チャンバ１７１２の高温表面または壁との相互作用に基づいて生じる。これとは対照的に、均一反応は、反応体の気相で起こり、その結果、気体反応体中における炭素微粒子の核生産および成長が生じる。均一反応により生じた炭素微粒子は、ガス流によって反応チャンバ１７１２の第２の端１７１６に運ばれる。炭素微粒子は、反応チャンバ１７１２からいったん出ると、炭素分離器、例えば一連のサイクロンおよび／または炭素フィルタによって集められるのが良い。不均一反応により生じた炭素微粒子は、反応チャンバ１７１２のフローチャンバ内に残る場合が多く、それにより経時的にフローチャネル１７８０のファウリングを生じさせる。不均一反応と均一反応の比は、フローチャネル１７８０内のＳ／Ｖ比（フローチャネル１７８０の直径Ｄ2によって定められる）および反応チャンバ１７１２の壁と反応体との接触時間によって影響を受ける。したがって、幾つかの実施形態では、フローチャネル１７８０の直径Ｄ2は、均一反応として起こる熱分解反応の量を最大にするよう選択される。
図１９は、入力流量が所与の場合に、Ｓ／Ｖ比とフローチャネル１７８０の直径Ｄ2との関係が図１７の反応チャンバ１７１２内の反応の種類に及ぼす影響を示している。図示の関係では、第１の領域１９０２は、約１０，０００／ｃｍ～約１０００／ｃｍのＳ／Ｖ比に対応している。第１の領域１９０２では、熱分解反応は、全体が（またはほぼ全体が）不均一反応である。第２の領域１９０４は、約１０００／ｃｍ～約１００／ｃｍの間のＳ／Ｖ比に対応している。第２の領域１９０４では、熱分解反応は、主として、不均一反応であり、幾分かの均一反応が起こり始めている。第３の領域１９０６は、約１００／ｃｍ～約２０／ｃｍのＳ／Ｖ比に対応している。第３の領域１９０６では、熱分解反応は、主として均一反応であり、幾分かの不均一反応が残存している。第４の領域１９０８は、約２０／ｃｍ未満のＳ／Ｖ比に対応している。第４の領域１９０８では、熱分解反応は、全体が（またはほぼ全体が）均一反応である。したがって、幾つかの実施形態では、フローチャネル直径Ｄ2は、第４の領域１９０８内で選択されるのが良く、したがって、約０．２ｃｍ以上の直径Ｄ2を有するのが良い。かかる実施形態では、ファウリングは、フローチャネル相互間の圧力降下に関して最小限の役割を果たすことができるに過ぎない。
さらに、本発明者の確認したところによれば、領域１９０８内のフローチャネルに関する圧力降下は、上述の圧力降下に関する要件を全て満たす（例えば、１ｐｓｉｇ／ｍ未満の圧力降下を示す）。例えば、図２０は、種々の入力流量に関して、直径Ｄ2とフローチャネル前後の圧力降下の関係を示している。図２０では、圧力降下を１ｐｓｉｇ／ｍ未満に維持するための最小直径が線２００２によって示されている。例えば、入力流量が１ＳＬＰＭである場合、線２００２によって指示された最小直径は、約０．３ｃｍである。別の実施例では、入力流量が５０ＳＬＰＭである場合、線２００２によって指示されが最小直径は、約１．１ｃｍである。線２００２の各々によって指示されているように、各入力流量に対する最小直径は、図１９を参照して上述した領域１９０８に関して０．２ｃｍを超えている。したがって、１ｐｓｉｇ／ｍの圧力降下の要件を満たす直径はまた、結果として、ほぼ全体として均一反応をもたらし、それによりファウリングに起因する圧力降下に関する懸念が回避される。
図１７Ｂは、本技術の幾つかの実施形態に従って、図１６Ａに示された形式の反応器１１２の部分略図である。例えば、図示の実施形態では、反応器１１２は、入力弁１７０２、２つの反応チャンバ１７１２、２つの出力弁１７０４（個別的に第１の出力弁１７０４ａおよび第２の出力弁１７０４ｂという）、炭素分離器１１４およびバーナ１１６を有する。図１７Ｂでは、反応器１１２を通る物質の流れは、全体として図１６を参照して上述したのと同一の仕方で、第１の期間にわたって矢印で指示されている。しかしながら、図示の実施形態では、出力弁１７０４は、連携して動作するよう煙道弁１６０６（図１６）と組み合わされている。例えば、第１の出力弁１７０４ａは、第１の反応チャンバ１７１２ａからの出力を炭素分離器１１４およびバーナ１１６中に差し向け、他方、第２の出力弁１７０４ｂは、バーナ１１６からの煙道ガスを第２の反応チャンバ１７１２ｂ中に差し向ける。第２の期間の間、反応器１１２を通る流体の流れを逆にする。第２の期間の間、第２の出力弁１７０４ｂは、第２の反応チャンバ１７１２ｂからの出力を炭素分離器１１４およびバーナ１１６中に差し向け、他方第１の出力弁１７０４ａは、バーナ１１６からの煙道ガスを第１の反応チャンバ１６１２ａ中に差し向ける。
さらに図１７Ｂに示されているように、反応器１１２の反応チャンバ１７１２は、垂直方向に（例えば、ｚ軸に沿って）配向されるのが良い。垂直配向は、重力を利用して炭素微粒子を反応チャンバ１７１２から運び出すのを助けることによって、ファウリングに起因する影響を回避するのに役立ち得る。炭素微粒子を除去するための重力に基づく助けは、重要な場合があり、と言うのは、炭素微粒子は、有効流体密度および／または速度を変化させる場合があり、したがって、炭素が全体として均一反応によって生じている場合であっても、炭素を反応器から運び出す流体の能力を変化させる場合があるからである。本発明者の確認したところによれば、毎秒約１メートル（ｍ／ｓ）～約３０ｍ／ｓのガス空塔速度、約１４００℃の動作温度、およびＣＨ4分子に関してほぼ１００％熱分解作用を持つ反応チャンバ１７１２に関し、反応チャンバ１７１２は、１立方メートル当たり約２６８グラム（ｇ／ｍ3）を除去してファウリングによる影響を全く回避することができることが必要となる。また、本発明者の確認したところによれば、フローチャネル１７０８（図１７Ａ）の直径Ｄ2が約１ｃｍ～約５ｃｍであり、垂直の配向状態を有する反応チャンバ１７１２に関し、炭素微粒子は、反応チャンバ１７１２を通るガスの流れを安定化するとともに、反応チャンバ１７１２を通る物質の流れによって反応チャンバ１７１２から除去される。さらに、フローチャネル１７０８（図１７Ａ）の直径Ｄ2が約１ｃｍ～約５ｃｍである場合、炭素は、水平反応体流および／または垂直方向上向きの反応体流に関する場合であっても、反応チャンバ１７１２から完全に除去される。さらに、本発明者の確認したところによれば、これよりも大きな直径Ｄ2を有するフローチャネル１７０８の場合、圧力降下は、それよりも低い。したがって、かかるフローチャネル１７０８の場合、本発明者の確認したところによれば、圧力降下に関する懸念を回避しながら、より多くの流量が可能である。
さらに図１７Ｂに示されているように、入力弁１７０２は、高温煙道ガスを反応器１１２から出るよう差し向けるために予熱反応チャンバ（例えば、図示の流れ中の第２の反応チャンバ１７１２ｂ）のための出力弁として作用することができる。したがって、幾つかの実施形態では、入力弁１７０２は、高温煙道ガスからの熱を用いて反応器１１２中に流れる反応体を予熱するために反応チャンバ１７１２からの出力チャネルの周りに巻きつけられた入力コイルを有するのが良い。さらに、幾つかの実施形態では、反応器からの出力ラインは、反応器に至る入力ラインに隣接して位置決めされるのが良く、それによっても、高温煙道ガスは、反応器１１２中に流れる反応体を予熱することができる。
図２１は、本技術の幾つかの実施形態に従って、炭素分離器１１４内で利用できるサイクロン型分離器２１００の略図である。図２１に示されているように、サイクロン型分離器２１００は、入口管２１１０（個別的に第１の入口管２１１０ａおよび第２の入口管２１１０ｂという）と流体連通状態にある主バレル２１０２、主バレル２１０２と流体連通状態にある円錐形区分２１０４、円錐形区分２１０４と流体連通状態にある収集区分２１０６、および収集区分２１０６と流体連通状態にあるディップレッグ（dipleg）２１０８を有する。
第１の入口管２１１０ａは、炭素微粒子および水素ガスを含む混合物を反応器出力経路２１１２に沿って受け入れるために上述した反応器のうちの任意のものからの出口と流体連通状態にあるのが良い。第２の入口管２１１０ｂは、触媒蒸気を触媒入力経路２１１４に沿って受け入れるよう触媒蒸気源に連結されるのが良い。図２１に示されているように、触媒入力経路２１１４は、主バレル２１０２内の反応器出力経路２１１２に衝突してサイクロン型分離器２１００内に下方に動くサイクロンを生じさせる。すると、サイクロンは、このサイクロン内を流れている炭素微粒子と水素ガスの混合物に遠心力を及ぼす。この力に起因した衝撃および水素ガスと炭素微粒子との密度の差に基づいて、混合物は、これがサイクロン型分離器２１００を通って移動しているときに分離する。円錐形区分２１０４のテーパー付き壁は、サイクロンの速度を維持し、そして混合物を収集区分２１０６とディップレッグ２１０８に向かって集めて流す。炭素微粒子のうちの何割かまたは全てが収集区分２１０６で捕捉され、そして炭素処分コンポーネント２０（図１）に送られ、その後、ディップレッグ２１０８は、結果として生じる水素ガスをどこか他の場所に送る。幾つかの実施形態では、サイクロン型分離器２１００は、直径が約１０マイクロメートル（μｍ）以上の炭素微粒子を捕捉する。直径が約１０μｍ未満の炭素微粒子は、サイクロン型分離器２１００から出力中に逃れる場合がある。したがって、種々の実施形態では、炭素分離器１１４は、一連のサイクロン型分離器および／または他の微粒子捕捉ユニット、例えば湿式スクラビングコンポーネント、バグハウスフィルタ、および／または電気集塵機、および／または別の適当なコンポーネントを有するのが良い。
例えば、炭素分離器１１４としては、混合物からの追加の炭素微粒子を捕捉するようサイクロン型分離器２１００に作動可能に結合されたバグハウスフィルタが挙げられる。バグハウスフィルタは、ダストおよび固体微粒子が開放環境中に逃げないようにするために製造業および他の工業的作業からの微粒子除去のために採用されている一種のファブリックフィルタ空気‐物質分離器である。バグハウスは、列状に配置されるとともに板金ハウジング内に垂直に設けられたファブリックフィルタバグおよび／またはプリーツ付きのフィルタを利用する。ダストを含むガス流を送風機によって動かしてダクトシステムを通ってバグハウス中に引き込む。流れ中のガスは、次に、フィルタを通り、他方、微粒子は、濾過材表面上に残り、かくして、微粒子をガスから分離する。経時的にダストは、フィルタ表面上に蓄積してフィルタケークを形成し始める。したがって、種々のクリーニングシステムを用いて、ダストをフィルタから除去するのが良くかつ／あるいはフィルタを手動で定期的に空にするのが良い。炭素分離器１１４に利用されると、バグハウスフィルタは、水素ガスと炭素微粒子の流れを受け入れることができる。水素ガスがファブリックフィルタを通過することができるが、フィルタは、炭素微粒子を捕捉ことができる。
図２２Ａ～図２２Ｃは、本技術の種々の実施形態に係る炭素収集システム２２２０Ａ～２２２０Ｃの部分概略等角図である。図示のように、炭素収集システム２２２０Ａ～２２２０Ｃの各々は、入口およびシステム１００（図１）からの炭素を収集する広い貯蔵領域を有する。図２２Ａに示されているように、炭素収集システム２２２０Ａは、定期的に空にされるとともに／あるいは交換されるのが良い取り外し可能な貯蔵ビンを含むのが良い。図２２Ｂに示されているように、炭素収集システム２２２０Ｂは、下部開口部に通じる漏斗部を有するのが良く、かかる下側開口部により炭素を炭素収集システム２２２０Ｂから連続的にかつ／あるいは定期的に除去することができる。例えば、ユーザは、週に１回、開口部を介して炭素収集システム２２２０Ｂを空にするのが良い。図２２Ｃに示されているように、炭素収集システム２２２０Ｃは、使い捨ての貯蔵タンクを含むのが良い。例えば、ユーザは、貯蔵タンクのうちの一方（または両方）を定期的に取り外してこれらを空の貯蔵タンクと置き換えるのが良い。次に、満杯の貯蔵タンクをどこか他の場所に持っていって空の貯蔵タンクと交換するとともに／あるいは処分するのが良い。
実施態様
本技術の観点の幾つかの実施態様項を便宜上以下の番号付きの実施態様項（１、２、３等）として説明する。これらは、例示として提供されており、本技術を限定するものではない。従属形式の実施態様項のうちの任意のものを任意適当な仕方で組み合わせることができ、そして、それぞれの独立形式の実施態様項の状態にすることができることが注目される。他の実施態様項は、同様の仕方で提供できる。
〔実施態様項１〕 水素を水素の現地分配、消費、または貯蔵と一致したスケールで、天然ガス、メタン、または他の利用可能な燃料ガスから生産するシステムであって、上記システムは、水素および炭素へのガスの変換のためのコンパクトな反応器、および上記反応器からの上記炭素または他の固形物質の回収または処分のための分離システムを含むことを特徴とするシステム。
〔実施態様項２〕 上記反応器は、柱状の溶融金属を有し、上記金属は、単一の化学元素または化学元素の混合物を含むことを特徴とする実施態様項１記載のシステム。
〔実施態様項３〕 水素および炭素への上記ガスの上記変換は、上記ガスを柱状の溶融塩中に通すことによって行われ、上記柱状の溶融塩は、単一の塩または互いに異なる塩の混合物を含むことを特徴とする実施態様項１または２記載のシステム。
〔実施態様項４〕 水素の上記使用または貯蔵は、上記システムに組み込まれていることを特徴とする実施態様１～３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５〕 上記水素は、上記水素を使用または貯蔵可能に発生させる場所以外の場所に輸送されることを特徴とする実施態様項１～４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６〕 発生させた上記水素は、メタン、天然ガス、または他の燃料ガスを水素および炭素に変換する反応容器を加熱するために用いられることを特徴とする実施態様項１～５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器を用いて互いに分離されることを実施態様項１～６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８〕 上記生産物流中の上記水素と固体物質は、多数のサイクロン型分離器を用いて分離され、それにより上記固形物質を粒径および／または密度に応じて分割することを特徴とする実施態様項１～７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９〕 上記生産物流中の上記固形物質は、上記ガス生産物の上記流れによって上記反応容器から運び出されることを特徴とする実施態様項１～８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０〕 上記生産物流の流速は、出口付近の上記反応容器の断面積を減少させることによって増大し、それにより上記生産物流中の上記固形物質を上記ガス生産物によって運びだすことができることを特徴とする実施態様項１～９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器と膜分離の組み合わせを用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項１～１０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２〕 上記水素および上記固形物質は、上記反応容器内の炭素の制御された沈殿により互いに分離されることを特徴とする実施態様項１～１１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１３〕 上記固形物質は、機械式スキミング装置を用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項１～１２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１４〕 上記固形物質は、ガスの横方向流れを用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項１～１３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１５〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、静電分離器を用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項１～１４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１６〕 上記生産物流中の上記水素および上記固形物質は、濾過を用いて互いに互いに分離されることを特徴とする実施態様項１～１５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１７〕 上記反応容器は、固形物質を除去するよう定期的に交換されることを特徴とする実施態様項１～１６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１８〕 上記ガスのほんの一部分だけが水素と炭素に変換されることを特徴とする実施態様項１～１７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１９〕 上記炭素または他の固形物質は、現場で処分されることを特徴とする実施態様項１～１８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２０〕 上記炭素または他の固形物質は、上記システムから除去されて現場から離れて搬送されることを特徴とする実施態様項１～１９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２１〕 水素を住宅用途と一致したスケールで天然ガス、メタン、または他の利用可能な燃料ガスから生産するシステムであって、上記システムは、水素および炭素への上記ガスの変換のためのコンパクトな反応器と、上記反応器からの炭素または他の固形物質の回収または処分のための分離システムと、上記生産した水素を水またはスペース加熱のために利用する電気器具とを含むことができるシステム。
〔実施態様項２２〕 上記加熱用電気器具は、炉、ボイラ、または給湯器から選択されることを特徴とする実施態様項２１記載のシステム。
〔実施態様項２３〕 上記加熱用電気器具の燃焼器は、上記反応器のための反応熱を提供するよう用いられることを特徴とする実施態様項２２記載のシステム。
〔実施態様項２４〕 上記反応器は、柱状の溶融金属を有し、上記金属は、単一の化学元素または化学元素の混合物を含むことを特徴とする実施態様項２１～２３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２５〕 水素および炭素への上記ガスの上記変換は、上記ガスを柱状の溶融塩中に通すことによって行われ、上記柱状の溶融塩は、単一の塩または互いに異なる塩の混合物を含むことを特徴とする実施態様項２１～２４のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２６〕 水素の上記使用または貯蔵は、上記システムに組み込まれていることを特徴とする実施態様２１～２５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２７〕 上記水素は、上記水素を使用または貯蔵可能に発生させる場所以外の場所に輸送されることを特徴とする実施態様項２１～２６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２８〕 発生させた上記水素は、メタン、天然ガス、または他の燃料ガスを水素および炭素に変換する反応容器を加熱するために用いられることを特徴とする実施態様項２１～２７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項２９〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器を用いて互いに分離されることを実施態様項２１～２８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３０〕 上記生産物流中の上記水素と固体物質は、多数のサイクロン型分離器を用いて分離され、それにより上記固形物質を粒径および／または密度に応じて分割することを特徴とする実施態様項２１～２９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３１〕 上記生産物流中の上記固形物質は、上記ガス生産物の上記流れによって上記反応容器から運び出されることを特徴とする実施態様項２１～３０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３２〕 上記生産物流の流速は、出口付近の上記反応容器の断面積を減少させることによって増大し、それにより上記生産物流中の上記固形物質を上記ガス生産物によって運びだすことができることを特徴とする実施態様項２１～３１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３３〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器と膜分離の組み合わせを用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項２１～３２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３４〕 上記水素および上記固形物質は、上記反応容器内の炭素の制御された沈殿により互いに分離されることを特徴とする実施態様項２１～３３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３５〕 上記固形物質は、機械式スキミング装置を用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項２１～３４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３６〕 上記固形物質は、ガスの横方向流れを用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項２１～３５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３７〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、静電分離器を用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項２１～３６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３８〕 上記生産物流中の上記水素および上記固形物質は、濾過を用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項２１～３７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項３９〕 上記反応容器は、固形物質を除去するよう定期的に交換されることを特徴とする実施態様項２１～３８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４０〕 上記ガスのほんの一部分だけが水素と炭素に変換されることを特徴とする実施態様項２１～３９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４１〕 上記炭素または他の固形物質は、現場で処分されることを特徴とする実施態様項２１～４０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４２〕 上記炭素または他の固形物質は、上記システムから除去されて現場から離れて搬送されることを特徴とする実施態様項２１～４１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４３〕 水素を住宅用途と一致したスケールで天然ガス、メタン、または他の利用可能な燃料ガスから生産するシステムであって、上記システムは、水素および炭素への上記ガスの変換のためのコンパクトな反応器と、上記反応器からの炭素または他の固形物質の回収または処分のための分離システムと、上記生産した水素を用いて電力を発生させる装置とを含むことを特徴とするシステム。
〔実施態様項４４〕 上記水素は、熱電子変換器、アルカリ金属熱電変換器（ＡＭＴＥＣ）、燃料電池、内燃エンジン、熱電発生器、またはスターリングエンジンを用いて電力に変換されることを特徴とする実施態様項４３記載のシステム。
〔実施態様項４５〕 上記反応器は、柱状の溶融金属を有し、上記金属は、単一の化学元素または化学元素の混合物を含むことを特徴とする実施態様項４３または４４記載のシステム。
〔実施態様項４６〕 水素および炭素への上記ガスの上記変換は、上記ガスを柱状の溶融塩中に通すことによって行われ、上記柱状の溶融塩は、単一の塩または互いに異なる塩の混合物を含むことを特徴とする実施態様項４３～４５のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４７〕 水素の上記使用または貯蔵は、上記システムに組み込まれていることを特徴とする実施態様４３～４６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４８〕 上記水素は、上記水素を使用または貯蔵可能に発生させる場所以外の場所に輸送されることを特徴とする実施態様項４３～４７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項４９〕 発生させた上記水素は、メタン、天然ガス、または他の燃料ガスを水素および炭素に変換する反応容器を加熱するために用いられることを特徴とする実施態様項４３～４８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５０〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器を用いて互いに分離されることを実施態様項４３～４９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５１〕 上記生産物流中の上記水素と固体物質は、多数のサイクロン型分離器を用いて分離され、それにより上記固形物質を粒径および／または密度に応じて分割することを特徴とする実施態様項４３～５０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５２〕 上記生産物流中の上記固形物質は、上記ガス生産物の上記流れによって上記反応容器から運び出されることを特徴とする実施態様項４３～５１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５３〕 上記生産物流の流速は、出口付近の上記反応容器の断面積を減少させることによって増大し、それにより上記生産物流中の上記固形物質を上記ガス生産物によって運びだすことができることを特徴とする実施態様項４３～５２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５４〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器と膜分離の組み合わせを用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項４３～５３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５５〕 上記水素および上記固形物質は、上記反応容器内の炭素の制御された沈殿により分離されることを特徴とする実施態様項４３～５４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５６〕 上記固形物質は、機械式スキミング装置を用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項４３～５５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５７〕 上記固形物質は、ガスの横方向流れを用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項４３～５６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５８〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、静電分離器を用いて分離されることを特徴とする実施態様項４３～５７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項５９〕 上記生産物流中の上記水素および上記固形物質は、濾過を用いて分離されることを特徴とする実施態様項４３～５８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６０〕 上記反応容器は、固形物質を除去するよう定期的に交換されることを特徴とする実施態様項４３～５９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６１〕 上記ガスのほんの一部分だけが水素と炭素に変換されることを特徴とする実施態様項４３～６０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６２〕 上記炭素または他の固形物質は、現場で処分されることを特徴とする実施態様項４３～６１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６３〕 上記炭素または他の固形物質は、上記システムから除去されて現場から離れて搬送されることを特徴とする実施態様項４３～６２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６４〕 水素を住宅用途と一致したスケールで天然ガス、メタン、または他の利用可能な燃料ガスから生産するシステムであって、上記システムは、水素および炭素への上記ガスの変換のためのコンパクトな反応器と、上記反応器からの炭素または他の固形物質の回収または処分のための分離システムと、上記生産した水素を用いて現地における水またはスペースの加熱および電力の発生のために利用する電気器具とを含むことを特徴とするシステム。
〔実施態様項６５〕 上記水素は、熱電子変換器、燃料電池、内燃エンジン、熱電発生器、またはスターリングエンジンを用いて電力に変換されることを特徴とする実施態様項６４記載のシステム。
〔実施態様項６６〕 上記加熱用電気器具は、炉、ボイラ、または給湯器から選択されることを特徴とする実施態様項６５記載のシステム。
〔実施態様項６７〕 上記反応器は、柱状の溶融金属を有し、上記金属は、単一の化学元素または化学元素の混合物を含むことを特徴とする実施態様項６４～６６のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６８〕 水素および炭素への上記ガスの上記変換は、上記ガスを柱状の溶融塩中に通すことによって行われ、上記柱状の溶融塩は、単一の塩または互いに異なる塩の混合物を含むことを特徴とする実施態様項６４～６７のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項６９〕 水素の上記使用または貯蔵は、上記システムに組み込まれていることを特徴とする実施態様６４～６８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７０〕 上記水素は、上記水素を使用または貯蔵可能に発生させる場所以外の場所に輸送されることを特徴とする実施態様項６４～６９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７１〕 発生させた上記水素は、メタン、天然ガス、または他の燃料ガスを水素および炭素に変換する反応容器を加熱するために用いられることを特徴とする実施態様項６４～７０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７２〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器を用いて互いに分離されることを実施態様項６４～７１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７３〕 上記生産物流中の上記水素と固体物質は、多数のサイクロン型分離器を用いて分離され、それにより上記固形物質を粒径および／または密度に応じて分割することを特徴とする実施態様項６４～７２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７４〕 上記生産物流中の上記固形物質は、上記ガス生産物の上記流れによって上記反応容器から運び出されることを特徴とする実施態様項６４～７３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７５〕 上記生産物流の流速は、出口付近の上記反応容器の断面積を減少させることによって増大し、それにより上記生産物流中の上記固形物質を上記ガス生産物によって運びだすことができることを特徴とする実施態様項６４～７４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７６〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器と膜分離の組み合わせを用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項６４～７５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７７〕 上記水素および上記固形物質は、上記反応容器内の炭素の制御された沈殿により分離されることを特徴とする実施態様項６４～７６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７８〕 上記固形物質は、機械式スキミング装置を用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項６４～７７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項７９〕 上記固形物質は、ガスの横方向流れを用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項６４～７８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８０〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、静電分離器を用いて分離されることを特徴とする実施態様項６４～７９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８１〕 上記生産物流中の上記水素および上記固形物質は、濾過を用いて分離されることを特徴とする実施態様項６４～８０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８２〕 上記反応容器は、固形物質を除去するよう定期的に交換されることを特徴とする実施態様項６４～８１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８３〕 上記ガスのほんの一部分だけが水素と炭素に変換されることを特徴とする実施態様項６４～８２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８４〕 上記炭素または他の固形物質は、現場で処分されることを特徴とする実施態様項６４～８３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８５〕 上記炭素または他の固形物質は、上記システムから除去されて現場から離れて搬送されることを特徴とする実施態様項６４～８４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項８６〕 水素を住宅用途と一致したスケールで天然ガス、メタン、または他の利用可能な燃料ガスから生産するシステムであって、上記システムは、水素および炭素への上記ガスの変換のためのコンパクトな反応器と、上記反応器からの固体炭素または他の固形物質の回収または処分のための分離システムと、上記生産した水素を後の使用のために貯蔵するシステムとを含むことを特徴とするシステム。
〔実施態様項８７〕 上記反応器は、柱状の溶融金属を有し、上記金属は、単一の化学元素または化学元素の混合物を含むことを特徴とする実施態様項８６記載のシステム。
〔実施態様項８８〕 水素および炭素への上記ガスの上記変換は、上記ガスを柱状の溶融塩中に通すことによって行われ、上記柱状の溶融塩は、単一の塩または互いに異なる塩の混合物を含むことを特徴とする実施態様項８６または８７記載のシステム。
〔実施態様項８９〕 水素の上記使用または貯蔵は、上記システムに組み込まれていることを特徴とする実施態様８６～８８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９０〕 上記水素は、上記水素を発生させる場所以外の場所に輸送されることを特徴とする実施態様項８６～８９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９１〕 発生させた上記水素は、メタン、天然ガス、または他の燃料ガスを水素および炭素に変換する反応容器を加熱するために用いられることを特徴とする実施態様項８６～９０のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９２〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器を用いて互いに分離されることを実施態様項８６～９１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９３〕 上記生産物流中の上記水素と固体物質は、多数のサイクロン型分離器を用いて分離され、それにより上記固形物質を粒径および／または密度に応じて分割することを特徴とする実施態様項８６～９２のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９４〕 上記生産物流中の上記固形物質は、上記ガス生産物の上記流れによって上記反応容器から運び出されることを特徴とする実施態様項８６～９３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９５〕 上記生産物流の流速は、出口付近の上記反応容器の断面積を減少させることによって増大し、それにより上記生産物流中の上記固形物質を上記ガス生産物によって運びだすことができることを特徴とする実施態様項８６～９４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９６〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、サイクロン型分離器と膜分離の組み合わせを用いて互いに分離されることを特徴とする実施態様項８６～９５のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９７〕 上記水素および上記固形物質は、上記反応容器内の炭素の制御された沈殿により分離されることを特徴とする実施態様項８６～９６のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９８〕 上記固形物質は、機械式スキミング装置を用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項８６～９７のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項９９〕 上記固形物質は、ガスの横方向流れを用いて上記反応容器から分離されることを特徴とする実施態様項８６～９８のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１００〕 上記生産物流中の上記水素と上記固形物質は、静電分離器を用いて分離されることを特徴とする実施態様項８６～９９のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０１〕 上記生産物流中の上記水素および上記固形物質は、濾過を用いて分離されることを特徴とする実施態様項８６～１００のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０２〕 上記反応容器は、固形物質を除去するよう定期的に交換されることを特徴とする実施態様項８６～１０１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０３〕 上記ガスのほんの一部分だけが水素と炭素に変換されることを特徴とする実施態様項８６～１０１のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０４〕 上記炭素または他の固形物質は、現場で処分されることを特徴とする実施態様項８６～１０３のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０５〕 上記炭素または他の固形物質は、上記システムから除去されて現場から離れて搬送されることを特徴とする実施態様項８６～１０４のうちのいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１０６〕
現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステムであって、上記システムは、
炭化水素を含む反応物質の供給源に結合可能な熱分解反応器を含み、上記熱分解反応器は、水素ガス、炭素微粒子、および熱を含む出力に上記炭化水素を変換するために熱を反応物質に伝達するよう位置決められた１本以上のフローチャネルを有し、上記熱分解反応器は、上記反応物質を毎分１，０００～４０，０００標準立法センチメートルの流量で受け入れるよう寸法決めされており、
上記出力中の上記水素ガスと上記炭素微粒子を互いに分離するために熱分解反応器に作動可能に結合された炭素分離システムを含み、
上記出力の少なくとも一部分を受け入れて該出力を電力に変換するために上記熱分解反応器に現場で結合可能な発電コンポーネントを含む、システム。
〔実施態様項１０７〕
加熱コンポーネントおよび／または冷却コンポーネントをさらに含み、上記加熱コンポーネントおよび／または上記冷却コンポーネントは、熱および／または電力の一部分を受け取るよう上記熱分解反応器および／または上記発電コンポーネントに作動可能に結合されている、実施態様項１０６記載のシステム。
〔実施態様項１０８〕
上記発電コンポーネントは、熱電子変換器、アルカリ金属熱電変換器、熱光起電力変換器、熱電変換器、ガスタービン、燃料電池、マイクロタービン、内燃エンジン、蒸気タービン、またはスターリングエンジンのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１０６または１０７記載のシステム。
〔実施態様項１０９〕
上記出力の少なくとも一部分を受け入れて該少なくとも一部分を燃やすよう１つ以上の流路を通って上記熱分解反応器に作動可能に結合されたバーナ、および上記バーナと上記熱分解反応器との間に結合されかつ熱を上記バーナから上記熱分解反応器に差し向けるよう位置決めされた熱連絡経路をさらに含む、実施態様項１０６～１０８のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１０〕
上記熱分解反応器と熱的連絡状態にある加熱コンポーネントをさらに含み、上記加熱コンポーネントは、炉、強制空気分配システム、ボイラ、ラジエータ分配システム、ヒートポンプ、ハイブリッド加熱システム、または温水加熱システムのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１０６～１０９のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１１〕
上記熱分解反応器および／または上記発電コンポーネントに作動可能に結合された冷却コンポーネントをさらに含み、上記冷却コンポーネントは、吸収式冷凍機、圧縮式空調装置、またはヒートポンプのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１０６～１１０のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１２〕
上記反応物質は、炭化水素ガスを含み、上記熱分解反応器は、
下端および上端を備えた溶融塩から成る少なくとも１つの垂直柱、
上記下端に向かってかつ入力供給源と流体連通関係をなして位置決めされた入力弁、および
上記上端に向かって位置決めされた出力弁を有する、実施態様項１０６～１１１のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１３〕
上記熱分解反応器は、上記少なくとも１つの垂直柱に熱的に結合された電気加熱コイルをさらに有する、実施態様項１１２記載のシステム。
〔実施態様項１１４〕
上記炭素分離システムの少なくとも一部分は、上記熱分解反応器の上記少なくとも１つの垂直柱と一体化されている、実施態様項１１２または１１３記載のシステム。
〔実施態様項１１５〕
上記溶融塩から成る少なくとも１つの垂直柱は、溶融塩から成る２つ以上の垂直柱を含み、上記熱分解反応器は、上記熱分解反応器からの標的出力にしたがって上記垂直柱の各々への上記反応物質の供給量を別個独立に制御するよう位置決めされた１つ以上の弁を有する、実施態様項１１２～１１４のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１６〕
上記出力は、第１の出力であり、上記熱分解反応器は、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、１つ以上のバーナ、ならびに上記入力供給源、上記第１の反応チャンバ、上記第２の反応チャンバ、および上記１つ以上のバーナに作動可能に結合された１つ以上の弁を有し、
第１の形態では、上記１つ以上の弁は、
上記入力供給源と上記第１の反応チャンバとの流体連通を確立し、上記第１の反応チャンバは、上記反応物質中の上記炭化水素の少なくとも第１の部分を上記第１の出力に変換し、
上記第１の反応チャンバと上記１つ以上のバーナとの流体連通を確立し、上記１つ以上のバーナは、上記第１の出力中の上記水素ガスの少なくとも一部を燃焼させて、高温煙道ガスを含む第２の出力を生じさせ、
上記１つ以上のバーナと上記第２の反応チャンバとの流体連通を確立し、上記第２の反応チャンバは、上記第２の出力の上記高温煙道ガスから熱を吸収するよう上記第２の出力の少なくとも一部を受け入れ、上記吸収された熱は、上記第２の反応チャンバ内に少なくとも部分的に蓄えられ、
第２の形態では、上記１つ以上の弁は、
上記入力供給源と上記第２の反応チャンバとの流体連通を確立し、上記第２の反応チャンバは、上記反応物質中の上記炭化水素の少なくとも第２の部分を、水素ガス、炭素微粒子、および熱を含む第３の出力に変換し、
上記第２の反応チャンバと上記１つ以上のバーナとの流体連通を確立し、上記１つ以上のバーナは、上記第３の出力中の上記水素ガスの少なくとも一部を燃焼させて、高温煙道ガスを含む第４の出力を生じさせ、
上記１つ以上のバーナと上記第１の反応チャンバとの流体連通を確立し、上記第１の反応チャンバは、上記第４の出力の少なくとも一部を受け入れて、上記第４の出力の上記高温煙道ガスから熱を吸収し、上記吸収された熱は、上記第１の反応チャンバ内に少なくとも部分的に蓄えられる、実施態様項１０６～１１１のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１１７〕
上記弁に通信可能に結合されていて、命令を記憶したコントローラをさらに含み、上記命令により、実行時、上記コントローラは、
第１の時点において、上記１つ以上の弁を上記第１の形態に位置決めし、
第２の時点において、上記１つ以上の弁を上記第２の形態に位置決めし、
第３の時点において、上記１つ以上の弁を上記第１の形態に再位置決めする、実施態様項１１６記載のシステム。
〔実施態様項１１８〕
上記コントローラに作動可能に結合されかつ、上記第１の反応チャンバの第１の温度および上記第２の反応チャンバの第２の温度を測定するよう位置決めされた１つ以上の温度センサをさらに含み、上記命令により、実行時、さらに、上記コントローラは、上記第１の反応チャンバの上記第１の温度が所定のしきい値を下回ったときに、上記１つ以上の弁を上記第２の形態に位置決めする、実施態様項１１７記載のシステム。
〔実施態様項１１９〕
上記コントローラに作動可能に結合されかつ、上記第１の反応チャンバ前後の第１の圧力降下および上記第２の反応チャンバ前後の第１の圧力降下を測定するよう位置決めされた１つ以上の圧力センサをさらに含み、上記命令により、実行時、さらに、上記コントローラは、上記第１の反応チャンバ前後の上記第１の圧力降下が所定のしきい値に達したときに、上記１つ以上の弁を上記第２の形態に位置決めする、実施態様項１１７記載のシステム。
〔実施態様項１２０〕
上記第１および上記第２の反応チャンバの各々は、対応の長手方向軸線に沿って延びる複数のフローチャネルを有し、上記対応の軸線に対して横方向の上記第１および上記第２の反応チャンバの断面は、１平方インチ（６．４５ｃｍ2）当たり１～１０本のチャネルというチャネル密度を有する、実施態様項１１６～１１９のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２１〕
上記炭素分離システムの少なくとも一部分は、上記第１の反応チャンバと上記第２の反応チャンバとの間で上記熱分解反応器と一体化されている、実施態様項１１６～１２０のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２２〕
上記１つ以上の弁は、上記第１の出力を燃焼させる前に、上記第１の出力中の上記水素ガスの少なくとも一部分をそらして流路に沿って上記熱分解反応器から遠ざける、実施態様項１１６～１２１のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２３〕
上記反応物質および上記第２の出力のうちの少なくとも一方を受け入れるよう上記１つ以上の弁に作動可能に結合された少なくとも第３の反応チャンバをさらに含む、実施態様項１１６～１２２のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２４〕
上記熱分解反応器は、第１の熱分解反応器であり、上記システムは、上記炭化水素を含む上記反応物質の供給源に結合可能な第２の熱分解反応器をさらに含む、実施態様項１０６～１２３のうちいずれか一に記載のシステム。
〔実施態様項１２５〕
現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産する方法であって、上記方法は、
熱分解反応器のところで、毎分５００～１，０００，０００標準立法センチメートルの流量で炭化水素を含む燃料ガスを受け入れるステップを含み、
上記熱分解反応器内の上記燃料ガスを反応温度まで加熱するステップを含み、上記反応温度において、上記燃料ガス中の上記炭化水素の少なくとも一部分は、水素ガスおよび炭素微粒子に変換し、
上記水素ガスと上記炭素微粒子を分離して捕捉するステップを含み、
発電コンポーネントを用いて上記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を電気に変換するステップを含み、上記発電コンポーネントは、上記熱分解反応器に現地で結合される、方法。
〔実施態様項１２６〕
上記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を燃焼させて上記熱分解反応器を加熱するステップをさらに含む、実施態様項１２５記載の方法。
〔実施態様項１２７〕
上記発電コンポーネントは、熱電子変換器、アルカリ金属熱電変換器、熱光起電力変換器、熱電変換器、タービン、燃料電池、マイクロタービン、内燃エンジン、蒸気タービン、またはスターリングエンジンのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１２５または１２６記載の方法。
〔実施態様項１２８〕
上記燃料ガスを上記熱分解反応器内で加熱する上記ステップは、上記反応物質を溶融流体のチャンバに通すステップを含む、実施態様項１２５～１２７のうちいずれか一に記載の方法。
〔実施態様項１２９〕
上記燃料ガスを上記熱分解反応器内で加熱する上記ステップは、上記燃料ガスを予熱された第１の反応チャンバに通すステップを含み、上記方法は、上記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を燃焼させて第２の反応チャンバを加熱するステップをさらに含む、実施態様項１２５～１２７のうちいずれか一に記載の方法。
〔実施態様項１３０〕
上記燃料ガスを上記予熱された第１の反応チャンバにある期間にわたって通した後、上記燃料ガスを上記第２の反応チャンバに通すステップをさらに含み、上記捕捉した水素ガスの上記少なくとも一部分を燃焼させることにより、上記第１の反応チャンバを加熱する、実施態様項１２９記載の方法。
〔実施態様項１３１〕
（ａ）上記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分、および／または（ｂ）上記発生させた電気を（ｉ）加熱コンポーネントおよび／または（ｉｉ）冷却コンポーネントのところで用いるステップをさらに含む、実施態様項１２５～１３０のうちいずれか一に記載の方法。
〔実施態様項１３２〕
上記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を加熱コンポーネントのところで燃焼させるステップをさらに含み、上記加熱コンポーネントは、炉、強制空気分配システム、ボイラ、ラジエータ分配システム、ヒートポンプ、ハイブリッド加熱システム、または温水加熱システムのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１２５～１３１のうちいずれか一に記載の方法。
〔実施態様項１３３〕
上記発生させた電気のうちの少なくとも一部分を冷却コンポーネント内で用いるステップをさらに含み、上記冷却コンポーネントは、吸収式冷凍機、圧縮式空調装置、またはヒートポンプのうちの少なくとも１つを含む、実施態様項１２５～１３２のうちいずれか一に記載の方法。
結論
本発明の実施形態をコンピュータ実行可能命令、例えば、汎用コンピュータ、パーソナルコンピュータ、サーバ、または他のコンピューティングシステムによって実行されるルーチンとして具体化できる。本技術はまた、本明細書において詳細に説明したコンピュータ実行可能命令のうちの１つ以上を実行するよう特別にプログラムされ、環境設定され、または構成された専用コンピュータまたはデータプロセッサで具体化できる。本明細書で一般的に用いられている「コンピュータ」および「コンピューティングデバイス」という用語は、プロセッサおよび非一時的メモリを備えたデバイス、並びに任意のデータプロセッサまたはネットワークと通信することができるデバイスを意味している。データプロセッサとしては、プログラム可能汎用または専用マイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、ＡＳＩＣ、プログラミングロジックデバイス（ＰＬＤ）等、またはかかるデバイスの組み合わせが挙げられる。コンピュータ実行可能な命令は、メモリ、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等、または、かかるコンポーネントの組み合わせに記憶されるのが良い。コンピュータ実行可能命令はまた、１つ以上の格納装置、例えば、磁気または光を利用したディスク、フラッシュメモリデバイス、またはデータに関する任意他の形式の不揮発性記憶媒体もしくは非一時的媒体に記憶されても良い。コンピュータ実行可能命令は、１つ以上のプログラムモジュールを含むのが良く、かかる１つ以上のプログラムモジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、また、特定のタスクを実行しまたは抽象データ型を実装する。
上述のことから、本技術の特定の実施形態が例示目的で本明細書において説明されたが、周知の構造および機能は、本技術の実施形態の説明を不必要に曖昧にしないように、細部が示されておらずまたは説明されていない。本開示内容は、参照により引用した任意の文献内容が本開示内容と矛盾する程度までは有効である。文脈が許せば、単数形または複数形の用語はまた、それぞれ複数形または単数形の用語を含む場合がある。さらに、「または」という用語が２つ以上のアイテムのリストを参照して他のアイテムから排除される単一のアイテムのみを意味するものと明示的に限定されていない場合、かかるリスト中の「または」という用語の使用は、（ａ）リスト中の任意の単一のアイテム、（ｂ）リスト中のアイテムの全て、または（ｃ）リスト中のアイテムの任意の組み合わせを含むものとして解されるべきである。さらに、本明細書で用いられる「および／または」という語句、例えば、「Ａおよび／またはＢ」は、Ａのみ、Ｂのみ、およびＡとＢの両方を意味している。加うるに、“comprising”、“including”、“having”、および“with”という用語は、任意の多くの同意一の特徴および／または追加の形式の他の特徴があらかじめ排除されないように少なくとも列記した特徴を含むことを意味しているものと明細書全体を通じて用いられている。
上述したことから、種々の改造が本技術の開示から逸脱することなく実施できることは明らかであろう。例えば、当業者であれば理解されるように、本技術の種々のコンポーネントをサブコンポーネントにさらに分割することができ、または、本技術の種々のコンポーネントおよび機能を組み合わせて一体化することができる。加うるに、特定の実施形態との関連で説明した本技術のある特定の観点はまた、他の実施形態において組み合わせることができ、または省くことができる。さらに、本技術のある特定の実施形態と関連した利点をこれらの実施形態との関連で説明したが、他の実施形態もまた、かかる利点を奏することができ、また、必ずしも全ての実施形態が本技術の範囲に含まれるかかる利点を示すことが必要とされているわけではない。したがって、本開示および関連技術は、本明細書において明示的に示されておらずまたは説明されていない他の実施形態を含むことができる。
本開示内容は、参照により引用した任意の文献内容が本開示内容と矛盾する程度までは有効である。

Claims (28)

  1. 現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産するシステムであって、前記システムは、
    炭化水素を含む反応物質の供給源に結合可能な熱分解反応器を含み、前記熱分解反応器は、水素ガス、炭素微粒子、および熱を含む出力に前記炭化水素を変換するために熱を反応物質に伝達するよう位置決められた１本以上のフローチャネルを有し、前記熱分解反応器は、前記反応物質を毎分５００～１，０００，０００標準立法センチメートルの流量で受け入れるよう寸法決めされており、
    前記出力中の前記水素ガスと前記炭素微粒子を互いに分離するために熱分解反応器に作動可能に結合された炭素分離システムを含み、
    前記出力の少なくとも一部分を受け入れて該出力を電力に変換するために前記熱分解反応器に現場で結合可能な発電コンポーネントを含む、システム。
  2. 加熱コンポーネントおよび／または冷却コンポーネントをさらに含み、前記加熱コンポーネントおよび／または前記冷却コンポーネントは、熱および／または電力の一部分を受け取るよう前記熱分解反応器および／または前記発電コンポーネントに作動可能に結合されている、請求項１記載のシステム。
  3. 前記発電コンポーネントは、熱電子変換器、アルカリ金属熱電変換器、熱光起電力変換器、熱電変換器、タービン、燃料電池、マイクロタービン、内燃エンジン、蒸気タービン、またはスターリングエンジンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
  4. 前記出力の少なくとも一部分を受け入れて該少なくとも一部分を燃やすよう１つ以上の流路を通って前記熱分解反応器に作動可能に結合されたバーナ、および前記バーナと前記熱分解反応器との間に結合されかつ熱を前記バーナから前記熱分解反応器に差し向けるよう位置決めされた熱連絡経路をさらに含む、請求項１記載のシステム。
  5. 前記熱分解反応器と熱的連絡状態にある加熱コンポーネントをさらに含み、前記加熱コンポーネントは、炉、強制空気分配システム、ボイラ、ラジエータ分配システム、ヒートポンプ、ハイブリッド加熱システム、または温水加熱システムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
  6. 前記熱分解反応器および／または前記発電コンポーネントに作動可能に結合された冷却コンポーネントをさらに含み、前記冷却コンポーネントは、吸収式冷凍機、圧縮式空調装置、またはヒートポンプのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
  7. 前記反応物質は、炭化水素ガスを含み、前記熱分解反応器は、
    下端および上端を備えた溶融塩から成る少なくとも１つの垂直柱、
    前記下端に向かってかつ入力供給源と流体連通関係をなして位置決めされた入力弁、および
    前記上端に向かって位置決めされた出力弁を有する、請求項１記載のシステム。
  8. 前記熱分解反応器は、前記少なくとも１つの垂直柱に熱的に結合された電気加熱コイルをさらに有する、請求項７記載のシステム。
  9. 前記炭素分離システムの少なくとも一部分は、前記熱分解反応器の前記少なくとも１つの垂直柱と一体化されている、請求項７記載のシステム。
  10. 前記溶融塩から成る少なくとも１つの垂直柱は、溶融塩から成る２つ以上の垂直柱を含み、前記熱分解反応器は、前記熱分解反応器からの標的出力にしたがって前記垂直柱の各々への前記反応物質の供給量を別個独立に制御するよう位置決めされた１つ以上の弁を有する、請求項７記載のシステム。
  11. 前記出力は、第１の出力であり、前記熱分解反応器は、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、１つ以上のバーナ、ならびに前記入力供給源、前記第１の反応チャンバ、前記第２の反応チャンバ、および前記１つ以上のバーナに作動可能に結合された１つ以上の弁を有し、
    第１の形態では、前記１つ以上の弁は、
    前記入力供給源と前記第１の反応チャンバとの流体連通を確立し、前記第１の反応チャンバは、前記反応物質中の前記炭化水素の少なくとも第１の部分を前記第１の出力に変換し、
    前記第１の反応チャンバと前記１つ以上のバーナとの流体連通を確立し、前記１つ以上のバーナは、前記第１の出力中の前記水素ガスの少なくとも一部を燃焼させて、高温煙道ガスを含む第２の出力を生じさせ、
    前記１つ以上のバーナと前記第２の反応チャンバとの流体連通を確立し、前記第２の反応チャンバは、前記第２の出力の前記高温煙道ガスから熱を吸収するよう前記第２の出力の少なくとも一部を受け入れ、前記吸収された熱は、前記第２の反応チャンバ内に少なくとも部分的に蓄えられ、
    第２の形態では、前記１つ以上の弁は、
    前記入力供給源と前記第２の反応チャンバとの流体連通を確立し、前記第２の反応チャンバは、前記反応物質中の前記炭化水素の少なくとも第２の部分を、水素ガス、炭素微粒子、および熱を含む第３の出力に変換し、
    前記第２の反応チャンバと前記１つ以上のバーナとの流体連通を確立し、前記１つ以上のバーナは、前記第３の出力中の前記水素ガスの少なくとも一部を燃焼させて、高温煙道ガスを含む第４の出力を生じさせ、
    前記１つ以上のバーナと前記第１の反応チャンバとの流体連通を確立し、前記第１の反応チャンバは、前記第４の出力の少なくとも一部を受け入れて、前記第４の出力の前記高温煙道ガスから熱を吸収し、前記吸収された熱は、前記第１の反応チャンバ内に少なくとも部分的に蓄えられる、請求項１記載のシステム。
  12. 前記弁に通信可能に結合されていて、命令を記憶したコントローラをさらに含み、前記命令により、実行時、前記コントローラは、
    第１の時点において、前記１つ以上の弁を前記第１の形態に位置決めし、
    第２の時点において、前記１つ以上の弁を前記第２の形態に位置決めし、
    第３の時点において、前記１つ以上の弁を前記第１の形態に再位置決めする、請求項１１記載のシステム。
  13. 前記コントローラに作動可能に結合されかつ、前記第１の反応チャンバの第１の温度および前記第２の反応チャンバの第２の温度を測定するよう位置決めされた１つ以上の温度センサをさらに含み、前記命令により、実行時、さらに、前記コントローラは、前記第１の反応チャンバの前記第１の温度が所定のしきい値を下回ったときに、前記１つ以上の弁を前記第２の形態に位置決めする、請求項１２記載のシステム。
  14. 前記コントローラに作動可能に結合されかつ、前記第１の反応チャンバ前後の第１の圧力降下および前記第２の反応チャンバ前後の第１の圧力降下を測定するよう位置決めされた１つ以上の圧力センサをさらに含み、前記命令により、実行時、さらに、前記コントローラは、前記第１の反応チャンバ前後の前記第１の圧力降下が所定のしきい値に達したときに、前記１つ以上の弁を前記第２の形態に位置決めする、請求項１２記載のシステム。
  15. 前記第１および前記第２の反応チャンバの各々は、対応の長手方向軸線に沿って延びる複数のフローチャネルを有し、前記対応の軸線に対して横方向の前記第１および前記第２の反応チャンバの断面は、１平方インチ（６．４５ｃｍ2）当たり１～１０本のチャネルというチャネル密度を有する、請求項１１記載のシステム。
  16. 前記炭素分離システムの少なくとも一部分は、前記第１の反応チャンバと前記第２の反応チャンバとの間で前記熱分解反応器と一体化されている、請求項１１記載のシステム。
  17. 前記１つ以上の弁は、前記第１の出力を燃焼させる前に、前記第１の出力中の前記水素ガスの少なくとも一部分をそらして流路に沿って前記熱分解反応器から遠ざける、請求項１１記載のシステム。
  18. 前記反応物質および前記第２の出力のうちの少なくとも一方を受け入れるよう前記１つ以上の弁に作動可能に結合された少なくとも第３の反応チャンバをさらに含む、請求項１１記載のシステム。
  19. 前記熱分解反応器は、第１の熱分解反応器であり、前記システムは、前記炭化水素を含む前記反応物質の供給源に結合可能な第２の熱分解反応器をさらに含む、請求項１記載のシステム。
  20. 現地分配、現地消費、および／または現地貯蔵可能に水素ガスを生産する方法であって、前記方法は、
    熱分解反応器のところで、毎分５００～１，０００，０００標準立法センチメートルの流量で炭化水素を含む燃料ガスを受け入れるステップを含み、
    前記熱分解反応器内の前記燃料ガスを反応温度まで加熱するステップを含み、前記反応温度において、前記燃料ガス中の前記炭化水素の少なくとも一部分は、水素ガスおよび炭素微粒子に変換し、
    前記水素ガスと前記炭素微粒子を分離して捕捉するステップを含み、
    発電コンポーネントを用いて前記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を電気に変換するステップを含み、前記発電コンポーネントは、前記熱分解反応器に現地で結合される、方法。
  21. 前記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を燃焼させて前記熱分解反応器を加熱するステップをさらに含む、請求項２０記載の方法。
  22. 前記発電コンポーネントは、熱電子変換器、アルカリ金属熱電変換器、熱光起電力変換器、熱電変換器、タービン、燃料電池、マイクロタービン、内燃エンジン、蒸気タービン、またはスターリングエンジンのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０記載の方法。
  23. 前記燃料ガスを前記熱分解反応器内で加熱する前記ステップは、前記反応物質を溶融流体のチャンバに通すステップを含む、請求項２０記載の方法。
  24. 前記燃料ガスを前記熱分解反応器内で加熱する前記ステップは、前記燃料ガスを予熱された第１の反応チャンバに通すステップを含み、前記方法は、前記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を燃焼させて第２の反応チャンバを加熱するステップをさらに含む、請求項２０記載の方法。
  25. 前記燃料ガスを前記予熱された第１の反応チャンバにある期間にわたって通した後、前記燃料ガスを前記第２の反応チャンバに通すステップをさらに含み、前記捕捉した水素ガスの前記少なくとも一部分を燃焼させることにより、前記第１の反応チャンバを加熱する、請求項２３記載の方法。
  26. （ａ）前記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分、および／または（ｂ）前記発生させた電気を（ｉ）加熱コンポーネントおよび／または（ｉｉ）冷却コンポーネントのところで用いるステップをさらに含む、請求項２０記載の方法。
  27. 前記捕捉した水素ガスの少なくとも一部分を加熱コンポーネントのところで燃焼させるステップをさらに含み、前記加熱コンポーネントは、炉、強制空気分配システム、ボイラ、ラジエータ分配システム、ヒートポンプ、ハイブリッド加熱システム、または温水加熱システムのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０記載の方法。
  28. 前記発生させた電気のうちの少なくとも一部分を冷却コンポーネント内で用いるステップをさらに含み、前記冷却コンポーネントは、吸収式冷凍機、圧縮式空調装置、またはヒートポンプのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０記載の方法。
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