JP6275343B1 - 燃料活性化及びエネルギー放出装置、システム及びそれらの方法 - Google Patents

Abstract

流体物質のエネルギー出力を増加する燃料活性化及びエネルギー放出装置が提供される。この装置は、所定の流体圧力及び温度に耐えるように構成された流体的に密閉可能な反応室と、外部流体貯蔵器から前記反応室への一方向流体連通路を与えるように構成された流体注入ポートと、前記流体物質を前記反応室から制御可能に放出するために前記反応室から記外部領域への一方向流体連通路を与えるように構成された流体放出ポートと、少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管を備える。前記第１ＥＭＲ導波管は、前記反応室内に動作可能に結合された第１導波管入力ポート及び第１導波管出力ポートを有し、所定の第１波長の電磁放射を前記反応室内に注入される流体物質に結合するように構成されている。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、一般的にエネルギー発生及び燃料効率の改善、並びに、有害なエミッションの低減の分野に関する。より詳しくは、本発明は任意の流体物質からのエネルギー放出を向上した装置に関する。

増え続けるエネルギーの需要に備えるために強力で信頼可能で持続可能なエネルギー源の探索が益々急を要している。工業化された世界は主として、様々な環境で働く機械的エネルギーを供給し得る燃焼エンジンを軸に発展してきた。しかしながら、燃焼エンジンの使用は工業生産を大きく増加したが、不利益を伴うことは免れない。例えば、燃焼エンジンはその大部分が化石燃料、例えばガソリンやディーゼル燃料（即ち炭化水素）で動作し、これらの燃料は主として原油の精製によって得られ、動力エンジン（自動車、船、飛行機等）のための容易に運搬可能なエネルギー貯蔵器を提供する。しかし、このようなエンジンにおける燃料の燃焼は決して完全燃焼でなく、結果として、従来のガス及びディーゼル燃料を用いるエンジンは過大な燃料消費及び低いエンジン効率などの不利益を被る。更に、潜在的に有害なエミッション及び排気が、ＮＯｘ（窒素の酸化物）、未燃Ｈｅ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯ₂（二酸化窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）等の汚染物質及び温室効果ガスに寄与し得る。

従って、工業世界は、化石燃料が有害な副作用を有する有限の資源であることを理解するとすぐに、太陽エネルギー、風力エネルギー、地熱エネルギー、生物燃料エネルギー及び原子力エネルギーなどの代替エネルギー源を利用するようになった。しかしながら、代替エネルギー源から十分なエネルギーを得るためのあらゆる努力にもかかわらず、少なくとも近未来においては化石燃料が最も実現可能な原料のままとなる。

よって、現在利用可能なエネルギー源に加えて、豊富な物質から有用なエネルギーを抽出することができる、及び／又は、燃料の効率を高めることができる装置、システム又は方法が大いに望まれている。

従って、本発明の目的は、任意の流体物質から有用なエネルギーを出力するように、及び／又は、燃料物質のエネルギー出力を増加するように構成された装置及びシステムを提供することにある。更に、本発明の目的は排気燃料ガスを「浄化」する装置及び方法を提供することになる。

本発明の好ましい実施形態は上述した従来技術の欠点の一つ以上を克服しようとするものである。

本発明の第１の実施形態によれば、流体物質のエネルギー出力を増加する燃料活性化及びエネルギー放出装置が提供され、該装置は、所定の流体圧力及び温度に耐えるように構成された流体的に密閉可能な反応室と、外部流体貯蔵器から前記反応室への一方向流体連通路を与えるように構成された流体注入ポートと、前記反応室から前記流体物質を制御可能に放出するために前記反応室から記外部領域への一方向流体連通路を与えるように構成された流体放出ポートと、前記反応室内に動作可能に結合された第１導波管入力ポート及び第１導波管出力ポートを有し、所定の第１波長の電磁放射を前記反応室内に注入される流体物質に結合するように構成された少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管と、を備える。

前記装置は、注入された流体物質（例えばフリーラジカルガス）のエネルギー状態が「結合」電磁放射によって増加され（即ち、所定の波長の電磁放射がフリーラジカルの電子エネルギー状態に適合され）、よって大きく増加した量のエネルギーを放出するのに適した高度に反応性の物質を提供し、この反応性物質は例えばワークを（例えばタービンを介して）提供するのに利用することができるという利点をもたらす。加えて、高度に反応性の物質は更に、燃焼時のエミッション排出の最小化に適合する。また、本発明の装置は、燃料効率を大幅に増加させる（即ち燃料からより多くのエネルギーを抽出する）ために、既存の燃焼エンジンに使用することもでき、その後のそのエミッション排出を最小にすることもできる。

前記燃料活性化及びエネルギー放出装置は更に、前記反応室に結合された第２導波管入力ポートを有し、所定の第２波長の電磁放射（ＥＭＲ）を前記反応室に注入される流体物質に結合するように構成された少なくとも一つの第２電磁放射導波管を備える。これは、反応室内における第１電磁放射と流体物質との反応を安定化する（即ち反応室内の反応を延長／維持する）利点をもたらす。

前記流体放出ポートは選択的に閉鎖可能にするのが有利である。好ましくは、所定の第１波長は３００ＧＨｚ〜３００ＭＨｚ（マイクロ波）の周波数スペクトルにおいて１ｍｍ〜１メートルである。更に、所定の第２波長は４３０ＴＨｚ〜３００ＧＨｚ（赤外）において７００ｎｍ〜１ｍｍである。

有利には、前記少なくとも一つの第１ＥＭＲ導波管は前記反応室内に同軸的に取り付けてよい。好ましくは、前記所定の圧力は５０バールより大きく、前記所定の温度は３００℃より大きくしてよい。より好ましくは、前記所定の圧力は１００バールより大きく、前記所定の温度は５００℃より大きくしてもよい。更により好ましくは、前記所定の圧力は１５０バールより大きく、前記所定の温度は６００℃より大きくしてもよい。

有利には、前記少なくとも一つの電磁放射（ＥＭＲ）導波管は低いバルク抵抗率（Ω・ｃｍ）を有する材料で作ってよい。好ましくは、前記少なくとも一つの電磁放射（ＥＭＲ）導波管はアルミニウム、銀又は金の何れかで作ってもよい。

代わりに、前記少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管は前記所定の第１波長の電磁放射を前記反応室内に結合するように構成された光インタフェースを備えてもよい。好ましくは、前記光インタフェースは、前記導波管入力ポートに動作可能に結合された第１インタフェース部材及び前記導波管出力ポートに動作可能に結合された第２インタフェースを更に備えてもよい。

本発明の第２の実施形態によれば、流体物質のエネルギー出力を増加させるシステムが提供され、前記システムは、前記第１の実施形態による少なくとも一つの燃料活性化及びエネルギー放出装置と、前記少なくとも一つの燃料活性化及びエネルギー放出装置の少なくとも一つの電磁放射（ＥＭＲ）導波管に動作可能に結合し得る調整可能なＥＭＲ発生器と、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の反応室に流体的に結合可能であって、作動媒体を格納し供給するように構成された作動媒体貯蔵器と、前記作動媒体貯蔵器と前記反応室との間に結合可能であって、前記作動媒体にエネルギーを伝達し、励起された流体物質を所定の温度及び圧力で前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室に供給するように構成された加熱器アセンブリと、を備える。

有利には、前記ＥＭＲ発生器は更に、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管の第１導波管入力ポートに動作可能に結合し得る入力伝送線路、及び前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管の第１導波管出力ポートに動作可能に結合し得る出力伝送線路を備え、前記マイクロ波発生器、前記入力伝送線路及び前記出力伝送線路は、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管と閉ループＥＭＲ回路を形成するように構成されてよい。

有利には、前記システムは、前記出力伝送線路に動作可能に結合され、且つ前記ＥＭＲ発生器により発生され、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管に結合される電磁放射（ＥＭＲ）の反射を最小にするよう構成されたＥＭＲチューナを更に備えてもよい。好ましくは、前記ＥＭＲチューナは、前記電磁放射（ＥＭＲ）から前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室に注入される前記励起された流体物質へのエネルギー伝達を最大にするよう構成してもよい。より好ましくは、前記ＥＭＲチューナは手動的に制御されるトロンボーン型チューナであってもよい。代わりに、前記ＥＭＲチューナは自動制御されるチューナであってもよい。

有利には、前記ＥＭＲ発生器はマイクロ波発生器であり、発生される電磁放射は３００ＧＨｚ〜３００ＭＨｚのそれぞれ周波数スペクトルにおいて１ｍｍ〜１メートルの波長を有してもよい。

好ましくは、前記加熱器アセンブリは、前記作動媒体貯蔵器の上流に配置された少なくとも一つの予熱器、及び前記予熱器の上流に配置された少なくとも一つの過熱器を備えてもよい。

有利には、前記システムは、前記作動媒体貯蔵器の上流であって前記加熱器アセンブリの下流に配置され、前記作動媒体を前記作動媒体貯蔵器から前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室に向けて移送するように構成された少なくとも一つの流体ポンプを更に備えてもよい。より有利には、前記システムは、前記励起された流体物質の圧力を監視し、調整するように構成された少なくとも一つの圧力制御装置を更に備えてもよい。

好ましくは、前記マイクロ波発生器は、クライストロン、ジャイロトロン及びマグネトロンの何れかであってよい。

次に本発明の好適実施形態を添付図面を参照して以下に記載するが、これはほんの一例にすぎず、本発明を限定する意図はない。

本発明の装置の一例の斜視図で、（ａ）は組み立てた状態を示し、（ｂ）は分解した状態を示す。 図１に示す組み立てられた装置の断面図で、同軸ライン汚染の起こり得るエリア（入力／出力セラミックパック）を強調表示する。 本発明の装置の本体（反応室）の側断面図、上面図及び正面図を示す。 本発明の装置のガスカプラ部材の側断面図及び正面図を示す。 本発明の装置における、セラミックパックを収容する入力及び出力部材（入力部材と同一）の側断面図及び正面図を示す。 本発明の装置における、外部同軸導波管から内部同軸導波管への移行をもたらすねじ込み部材の側断面図、上面図及び正面図を示す。 本発明の装置のエンドキャップ部材の側面図及び正面図を示す。 本発明の装置のセラミックパックの側面図及び正面図を示す。 本発明の装置のセラミックエンドキャップの側断面図及び正面図を示す。 本発明の装置のバー部材（内部同軸導波管）の（ａ）側面図、（ｂ）拡大部分図及び（ｃ）正面図を示す。 励起された流体を装置に供給するヒータアセンブリ及び調整可能なマイクロ波発生器を含む、本発明の装置の一実施形態例の概略図を示す。 本発明の装置の反応室内の理想的な電気場の（ａ）断面図及び（ｂ）斜視図を示す。 本発明の装置を用いるプラスチック熱分解システムの概略図を示す。

本発明の例示的な実施形態が本発明の装置と遡及的に結合可能なエネルギー源発生器及び燃料効率改善システムと関連して説明される。しかしながら、当業者なら、本発明の装置及びシステムは任意の適切なエネルギー変換又は動力発生システムとともに利用し得ることは理解されよう。

図１〜図１０を全体的に参照すると、本発明の主反応器ユニット１００の一つの例示的な実施形態は、中央反応室１０３と、注入ポート１０４と、放出ポート１０８を有する本体１０２を備え、注入ポート１０４はその開口部にねじ込まれるエンドキャップ１０６を含み、放出ポート１０８はそのポートに結合（例えば、ねじ結合）されるガスカプラ１１０を含む。本体１０２は更に、ＥＭＲ入力部材１１６及び１１８を受け入れ、装着するように構成されたアクセスポート１１２及び１１４を備える。２つのＥＭＲカプラ１２０及び１２２がセラミックディスク１２４及びセラミックエンドキャップ１２６を用いてそれぞれの入力部材１１６及び１１８に装着され、ＥＭＲカプラ１２０，１２２とそれぞれのＥＭＲ入力部材１１６，１１８との間に十分な流体シールを与える。

本体１０２は更に、補助ＥＭＲ源の所定の電磁放射を反応室１０３内に注入可能にするために、補助ＥＭＲ源インタフェースを受けるように構成された補助ＥＭＲポート１２８を備える。例えば、補助ＥＭＲ源は、注入された流体の高エネルギー状態の寿命を延長するのに適切に適合する赤外（ＩＲ）入力（例えば、７．０μｍの光学的に浸漬されたＬＥＤ、１．２Ｖ〜２．１Ｖ）としてよい。すべての入力ポート及び出力ポート（即ち１０４，１０８，１１２、及び１２８）は本体１０２の反応室１０３内に導入さるように設置される。入力部材１１６及び１１８は更に、ＥＭＲ導波管バー１３０を反応室１０３内に受け入れ、同軸的に装着するように構成される。

代替実施形態では、ＥＭＲカプラ１２０，１２２はそれぞれの入力部材１１６，１１８内に装着された第１及び第２の光インタフェースに結合され、反応室１０３内に「フィード」するように構成してもよい。これにより、電磁エネルギーが（反応室１０３の内壁の一体部分とし得る）第１及び第２の光インタフェースを介して反応室内に結合されるため、反応室１０３を気密に封止することができる。定在波が反応室１０３内で第１及び第２の光インタフェース間で発生し得る。

図２は組み立てられた主反応器ユニット１００の断面図であり、セラミックディスク１２４と、セラミックディスク１２４のシール特性によって無汚染に維持された無汚染領域３００の場所を示す。無汚染領域３００を流体漏れ無しに保つためには、セラミックディスク１２４に加えて又は代わりに、任意のシーラントを使用してもよいことは理解されよう。例えば、螺合する入力部材とＥＭＲカプラ１２０，１２２のねじ山にシーラントを塗布してもよい。

図３〜図１０は主反応装置組立体１００の各コンポーネントの詳細例を示す。しかし、個々のコンポーネントの寸法及び設計は本発明の特徴概念を損なわずに相違させてもよい。

図１１は、ＥＭＲ導波管バー１３０と閉ループを形成するように、入力伝送線路２０２及び出力伝送線路２０４を介してＥＭＲ発生器２０６（例えば０〜１００Ｗ入力、２．４５ＧＨｚ）、電源２０８及びＥＭＲチューナ２１０に動作可能に結合された本発明の装置１００の概略図を示す。ＥＭＲチューナ２１０は、導波管バー１３０に送られ、反応室１０３に結合される電磁エネルギー（マイクロ波）からの反射エネルギーを制御するように構成される。ＥＭＲチューナ２１０はＥＭＲ発生器により供給されＥＭＲ導波管バー１３０に結合される電磁放射のＥＭＲ反射を最小にする（例えば反射エネルギー入力の０〜５％）ように構成された手動制御可能なトロンボーン型チューナ又は任意の自動調整可能なチューナとしてよい。

本発明の一実施形態では、段階的加熱器アセンブリ４００が励起された流体を注入ポート１０４を介して反応室１０３に「フィード」する。ヒータアセンブリ４００は、特に、任意の流体(例えば水）を格納し供給するように構成された流体タンク４０２（例えば２３リットル又は５ガロンの容積容量）、及び低圧ポンプ４０４（例えば４〜６ｐｓｉ又は０．３〜０．４バールで１５０リットル／時の流速）を備え、このポンプは流体を高圧ポンプ４０６（例えば１２０バールで３２０リットル／時の流速）へ移送するように構成される。流体ライン４０８が高圧ポンプ４０６を予熱器４１０（例えば３１０℃、４〜１１ｋＶ時）に接続するため、流体は流体タンク４０２から予熱器４１０へ移送される。流体ライン４０８は高速開放カプラ４１２を備え、それによって複数の異なる流体タンク（例えばそれぞれ異なる種類の流体を含む）を、一つのタンクを切り離し別のタンクを再接続するだけで、予熱器４１０に接続できるようにしてもよい。流体ライン４０８は更に流量制御のためにインラインニードル弁４１４（例えば３００℃／１６０バール定格）及び逆止め弁４１６（１２０バールに設定、３００℃定格）を含んでもよい。

予熱器４１０の出力は安全逃し弁４２０（１９００ｐｓｉ又は１３０バールに設定／６００℃定格）を介して過熱器４１８（６００℃）に流体的に接続される。予熱器４１０及び過熱器４１８は両方とも内蔵サーモカップルを有する。

過熱器の出力は４方向コネクタ４２２を介して主反応器ユニット１００の注入ポートに流体的に結合され、主反応器ユニット１００は内蔵サーモカプラ及び圧力ゲージ（例えば２２０バールゲージ）を有する。４方向十字コネクタ４２２はニードル制御弁２１６を介して排出管又はドレーン４２４に流体的に接続される。

主コントロールパネル（図示せず）は加熱器４１０，４１８、ポンプ４０４，４０６、ＥＭＲ発生器２０６のいずれかの一つの電源スイッチ、電源の緊急停止スイッチ、及び加熱器４１０，４１８に内蔵されたサーモカップルからの温度計並びにドレーン４２４及び主反応器ユニット１００の注入ポートの温度を測定するサーモカップルを収容する。

本発明のシステムの動作中に、任意の流体又は個体（流体タンク４０２に格納されている）はガス化プロセス及び／又は加熱器アセンブリ４００を通過することで、「クラッキング」温度に達し得る。流体がクラッキングし始めると（即ち、石油精製におけるクラッキングと同様に、所定の温度で流体又は個体のすべてが気体状態に変化し始めると）、励起された流体（即ち自由ラジカルガス）が反応室１０３に入り、ここで高エネルギー状態の流体を生成するために所定の波長（即ち、特定の流体、例えば水蒸気ガスに適した波長）のマイクロ波が流体に結合される。流体とマイクロ波とのエネルギー結合を安定化するために補助ＥＭＲ源からの電磁放射（例えば赤外光）を印加してもよい。高度に励起された流体はその後放出ポート１０８から放出され、ワークとして使用し得る。

＜燃料源として水を用いる例＞
ワークは、本発明の装置によって提供される「燃料」（任意のガス化可能な液体、気体又は元素）を用いる標準のガスタービンによって与えることができる。特に、使用中、（燃料としての）水は約８０〜１３０バールに加圧され、温度は最初に（加熱器アセンブリ４００によって）約３１０℃に増加され、その後（加熱器アセンブリ４００によって）約５６０℃に増加され、よって酸素原子から水素原子を引き剥がす原子の熱クラッキングが生じる（通常３〜５０％の水素が熱クラッキング段階で開放されるとともに、荷電粒子及びフリーラジカルが生成される）。これらのガスはその後反応室１０３内に入り、反応室１０３内ではマイクロ波発生器２０６により供給されるマイクロ波との相互作用により極めて強い磁場が生成される。この強力な磁場はガスの原子を帯電させて高荷電原子を生成する。高荷電原子（電子及びイオンを含む）の素粒子は互いに衝突する。例えば赤外光により供給される補助放射の追加によって、反応室１０３内の反応は主反応器ユニット１０２からガスを放出しながら続く。

放出ガスは燃焼させてそのエネルギーを制御の下で放出させることができる。例えば、ガスタービンとともに使用する場合には、大気圧空気が圧縮器を貫流し、流体圧力を増加する。その後「燃料」を圧縮された空気内に噴射し、点火してその燃焼により高温ガス流を生成することによってエネルギーが追加される。この高温高圧ガスはタービンに入り、そこで膨張して排気圧に低下し、プロセス中にシャフトワーク出力を発生する。タービンシャフトワークはシャフトに結合し得る圧縮器及び発電機などの他の周辺機器を駆動するために使用される。シャフトワークに使用されないエネルギーは排気ガスに含まれて出るため、排気ガスは高温もしくは高速である。

また、本発明の装置１００は、ガスタービンに見られる既存のインジェクタの代わりとして使用し得るインジェクタのように設計し、燃料源として水を使用することができる。また、ガスタービンの排気ガスは初始動後に予熱器及び限界過熱器の機能の代わりに利用することができる。

＜廃棄物−エネルギーシステムの例＞
本発明のシステムの別の応用例が図１３に示され、本例の廃棄物−エネルギーシステム（ＷＴＥ）システム５００は本発明の装置１００を用いて熱分解により生成された「燃料」からより大きなエネルギー抽出を可能にすると同時にガス浄化効果を達成する。特に、図１３に示す例では、熱分解により燃料（例えばディーゼル燃料）を抽出するためにプラスチックが使用される。本システムは、チッパー５０２、制御弁５０４、ブロワー５０６、混合器５１２及び誘電体マグネトロン５１０を含む反応ポット５０８、逆止め弁５１４、コンデンサ５１６、油受けタンク５１８、燃料タンク５２０、フィルタ５２２、高圧ポンプ５２４、熱交換器５２６、限界過熱器５２８、ガスタービン５３０、及び排気装置５３２を備える。本発明の装置１００はガスタービン５３０の上流であって過熱器５２８の下流に配置される。

＜操作プロシージャの例＞
（ｉ）テストセットアップ
この節は本発明の装置をテストする前にマイクロ波発生器２０６をどのように操作するかを取り上げる。その主な目的は、マイクロ波発生器２０６を定常状態の温度で動作させ、その空洞を既知の乾燥状態に対して調整することにある。この好ましい方法は、最初にマイクロ波発生器２０６をセットアップし駆動して約１０分間動作させる。このように本発明のシステムは既知の状態にされ、システムが始動される際のマイクロ波性能の変化は反応室１０３内の過度の湿気によって起こることが知られている。

（ii）システムセットアップ
ステップ１：マイクロ波発生器２０６を電源２０８及び同軸ケーブル２０２を介して主反応器ユニット１００に接続する。
ステップ２：主反応器ユニット１００の出力は３スタブトロンボーン型チューナ２１０に接続される。
ステップ３：３スタブトロンボーン型チューナ２１０は同軸ケーブル２０４を介してマイクロ波発生器２０６に接続される。

（iii）発生器セットアップ
ステップ１：スタート／ストップはオフにする。
ステップ２：電源を５０Ｗに、反射電力を５０Ｗにセットする。ＳＷＥＰＴボタンが駆動されていることを確認する。

（iv）発生器のウォームアップ
ステップ１：スタート／ストップボタンを駆動する。
ステップ２：反射電力の測定値が５Ｗ未満であるか検査する。反射電力が５Ｗ未満であれば、システムは正しくセットアップされている。反応室１０３が適切に清浄で乾燥している場合には、トロンボーン型チューナを調整することによって０Ｗの反射電力を得ることができる。また、マイクロ波発生器のパワーサイクルは反復可能な性能を保証し得る。しかしながら、反射電力の測定値が不安定で、例えば２５Ｗまで跳ね上がる場合には、反応室１０３は湿気やデブリで汚染されている可能性が高い。
ステップ３：反射電力が５Ｗより大きい場合には、チューナを反射電力が５Ｗ又はそれ以下になるまで変化させる。
ステップ４：システムが所定の作業温度で動作し、安定なマイクロ波発生器２０６の性能を達成するように、発生器を少なくとも１０分間動作状態に放置する。
ステップ５：できればマイクロ波発生器が熱くなるか検査する。これはマイクロ波エネルギーが反応室１０３を通過していることを確認する。

（ｖ）システム駆動中
ステップ１：反射電力レベルを検査する。
ステップ２：反射電力が１０Ｗ未満であれば、依然としてマイクロシステムは反応室１０３へのマイクロ波の導入という点で有効である可能性が高い。よりよい整合を達成するためにトロンボーン型チューナを調整することができる。
ステップ３：反射電力が２５Ｗ又はそれ以上である場合には、無汚染にすべきセラミックパックより前の同軸ライン内に湿気が存在する可能性がある。しかし、調整が無効である場合、これは空気同軸ライン内の湿気及びデブリのためにマイクロ波が反応室を通過していないことを意味する。
ステップ４：ＡＲＣテストの終了時にスタート／ストップスイッチをオフにする。

（vi）システムが駆動されたときのマイクロ波の挙動
システムが駆動される前に、反応室１０３及び同軸ライン２０２，２０４は清浄で乾燥した状態にあるべきである。この状態においては、マイクロ波は流入される流体に期待の効果を達成するように働く。駆動時に、マイクロ波発生器２０６は温度増加を経験し、発生器２０６における反射電力の測定値は低いかもしれない。

システムが駆動され、励起された流体（例えば高温ガス）が注入されると、反応室１０３は極めて高い温度及び圧力を経験し得る。流体の一部がセラミックディスク／シーラントバリヤを通過して同軸ライン２０２，２０４内に漏洩する恐れがある。しかし、高温ガスが冷えると、水蒸気が同軸ライン２０２，２０４内に形成され、マイクロ波性能に劇的影響を引き起こす。オペレータはマイクロ波発生器に報告される反射電力の増加を知ることができる。反射電力の増加は同軸ライン２０２，２０４内の水蒸気に起因し、水蒸気はマイクロ波を反射し、よってマイクロ波が反応室１０３に到達するのを妨げる。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、反応室１０３内における注入流体とマイクロ波との間の電磁場の相互作用の一例を示す。ここで、マイクロ波はガスの粒子及びフリーラジカルを励起して反応室１０３内に強い磁場を生じる。このとき光子と電子との衝突の増加がエネルギー（熱）を発生する連鎖反応を生成する。

別の代替応用例では、排気ガスは、（導波管バー１３０を介して装置１００に動作可能に結合されたＥＭＲ源を備える）装置１００を排気出力路内に設けることによって「浄化」（即ち、ＮＯＸ，ＣＯ等の有害な排気物質の低減）を達成することができる。例えば、装置１００は自動車の内燃エンジン（例えばディーゼル又はガソリン）の排気装置に設けて排気ガスから有害成分を低減又は除去することができる。装置１００による「浄化」後、排気ガスはより高い割合の酸素を含み得るため、「浄化された」排気は燃焼エンジンで再利用し、エネルギー効率を向上させることができる。別の例では、本発明の装置１００のアレイアセンブリをパワープラントの燃料ガス筒内に設けてもよい。特に、このようなアレイアセンブリは、本発明の装置１００の複数の反応器ユニットから、燃料ガス筒の煙突内に収まるように構成されたアセンブリにすることができ、このアセンブリでは並列に配列された複数の反応器ユニットは、装置１００を活性化するために、互いに動作可能に結合されて一つの単一のＥＭＲ源、又は複数のＥＭＲ源をなす。

当業者なら、上述の実施形態はほんの一例として記載されているにすぎず、何ら限定を意図するものではなく、添付の請求項により特定される本発明の範囲から逸脱すことなく様々な代替及び変更が可能であることは理解されよう。

Claims (19)

1. 流体物質のエネルギー出力を増加させるシステムであって、前記システムは、
   少なくとも１つの燃料活性化及びエネルギー放出装置（１００）を備え、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置（１００）は、
   所定の流体圧力及び温度に耐えるように構成された流体的に密閉可能な反応室（１０３）と、
   外部流体容器（４０２）から前記反応室（１０３）への一方向流体連通路を与えるように構成された流体注入ポート（１０４）と、
   前記反応室（１０３）から前記流体物質を制御可能に放出するために、前記反応室（１０３）から外部領域への一方向流体連通路を与えるように構成された流体放出ポート（１０８）と、
   前記反応室（１０３）内に動作可能に結合された第１導波管入力ポート（１２０）及び第１導波管出力ポート（１２２）を有し、所定の第１波長の電磁放射を前記反応室（１０３）内に注入される流体物質に結合するように構成された少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）と、
   前記反応室（１０３）に動作可能に結合された第２導波管入力ポート（１２８）を有し、所定の第２波長を有する電磁放射（ＥＭＲ）を前記反応室内に注入される流体物質に結合するように構成された少なくとも一つの第２電磁放射導波管と、
   を含み、
   前記少なくとも一つの燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）に動作可能に結合し得る調整可能なＥＭＲ発生器（２０６）であって、前記ＥＭＲ発生器（２０６）はマイクロ波発生器であり、３００ＧＨｚ〜３００ＭＨｚのそれぞれの周波数スペクトルにおいて１ｍｍ〜１メートルの所定の第１波長を有する前記電磁放射を発生する、調整可能なＥＭＲ発生器（２０６）と、
   少なくとも一つの電磁第２導波管入力ポート（１２８）に動作可能に結合し得る補助ＥＭＲ源であって、４３０ＴＨｚ〜３００ＧＨｚのそれぞれの周波数スペクトルにおいて７００ｎｍ〜１ｍｍの所定の第２波長を有する前記電磁放射を発生する、補助ＥＭＲ源と、
   前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室（１０３）に流体的に結合可能であり、且つ作動媒体を格納し供給するように構成された作動媒体貯蔵器（４０２）と、
   前記作動媒体貯蔵器（４０２）及び前記反応室（１０３）の間に流体的に結合可能であり、且つ前記作動媒体にエネルギーを伝達し、励起された流体物質を所定の温度及び圧力で前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室（１０３）に供給するように構成された加熱器アセンブリ（４００）と、
   を更に備える、システム。
2. ＥＭＲ発生器は更に、前記第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）の前記第１導波管入力ポート（１２０）に動作可能に結合し得る入力伝送線路（２０２）、及び前記第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）の第１導波管出力ポート（１２２）に動作可能に結合し得る出力伝送線路（２０４）を備え、
   マイクロ波発生器（２０６）、前記入力伝送線路（２０２）及び前記出力伝送線路（２０４）は、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）と閉ループＥＭＲ回路を形成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 出力伝送線路（２０４）に動作可能に結合され、且つ前記ＥＭＲ発生器（２０６）により発生され、前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）に結合される電磁放射（ＥＭＲ）の反射を最小にするよう構成されたＥＭＲチューナ（２１０）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ＥＭＲチューナ（２１０）は、前記電磁放射（ＥＭＲ）から前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室（１０３）に注入される前記励起された流体物質へのエネルギー伝達を最大にするよう更に構成されている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ＥＭＲチューナ（２１０）は手動的に制御されるトロンボーン型チューナである、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ＥＭＲチューナ（２１０）は自動的に制御されるチューナである、請求項４に記載のシステム。
7. 前記流体放出ポート（１０８）は選択的に閉鎖可能である、請求項１〜６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記少なくとも一つの第１ＥＭＲ導波管（１３０）は前記反応室（１０３）内に同軸的に取り付けられている、請求項１〜７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記所定の流体圧力は５０バールより大きく、前記所定の温度は３００℃より大きい、請求項１〜８の何れか一項に記載のシステム。
10. 前記所定の流体圧力は１００バールより大きく、前記所定の温度は５００℃より大きい、請求項９に記載のシステム。
11. 前記所定の流体圧力は１５０バールより大きく、前記所定の温度は６００℃より大きい、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）は低いバルク抵抗率（Ω・ｃｍ）を有する材料で作られている、請求項１〜１１の何れか一項に記載のシステム。
13. 前記少なくとも一つの電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）はアルミニウム、銀及び金の何れか１つで作られている、請求項１〜１２の何れか一項に記載のシステム。
14. 前記少なくとも一つの第１電磁放射（ＥＭＲ）導波管（１３０）は前記所定の第１波長の電磁放射を前記反応室（１０３）内に結合するように構成された光インタフェースを備える、請求項１〜１１の何れか一項に記載のシステム。
15. 前記光インタフェースは、前記導波管入力ポート（１２０）に動作可能に結合された第１インタフェース部材及び前記導波管出力ポート（１２２）に動作可能に結合された第２インタフェース部材を備える、請求項１４に記載の燃料活性化及びエネルギー放出装置。
16. 前記加熱器アセンブリ（４００）は、前記作動媒体貯蔵器（４０２）の上流に配置された少なくとも一つの予熱器（４１０）、及び前記予熱器（４１０）の上流に配置された少なくとも一つの過熱器（４１８）を備える、請求項１〜１５の何れか一項に記載のシステム。
17. 前記作動媒体貯蔵器（４０２）の上流であり前記加熱器アセンブリ（４００）の下流に配置され、前記作動媒体を前記作動媒体貯蔵器（４０２）から前記燃料活性化及びエネルギー放出装置の前記反応室（１０３）に向けて移送するように構成された少なくとも一つの流体ポンプ（４０４，４０６）を更に備え、請求項１〜１６の何れか一項に記載のシステム。
18. 前記励起された流体物質の圧力を監視し調整するように構成された少なくとも一つの圧力制御装置（４２６）を更に備える、請求項１〜１７の何れか一項に記載のシステム。
19. マイクロ波発生器（２０６）は、クライストロン、ジャイロトロン及びマグネトロンの何れか１つである、請求項１〜１８の何れか一項に記載のシステム。
    

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