JP6639417B2 - 爆縮型リアクタチューブ - Google Patents

Description

本発明は概して、有毒供給材料を排除する装置に関する。より具体的には、本発明は、精製炭素系燃料廃棄物又は有毒炭素系材料を供給材料として使用し、供給材料を燃焼及び爆縮させることのできるエネルギー装置に関する。

石油やガス産業又はその他の発生源から生じる有毒廃棄物は焼却されることが多いが、これは、こうした廃棄物を排除する高額な方法であり、大抵の場合、汚染物質を生じる。概して、一例として、発電所で使用される従来の蒸気ボイラーは、高グレードの供給材料を必要とするため、非常に有害であり、運転コストが高くなる。

本発明に係るリアクタチューブは、容器本体を形成するリアクタチューブを備え、リアクタチューブには、バッフルを通じて混合チャンバから空気及び供給燃料が供給され、絞りチューブ又は中実ロッドが設けられて爆縮反応を生成する。バッフルは、渦作用をリアクタチューブ内で発生させることができる様々な構造の溝や孔を備えることができる。チューブ本体内の渦動作は、チューブ本体内の開放型大気封止を形成して、爆縮状態を内部で発生させる。

爆縮反応は、有毒液体、排気ガス、硫黄ガス、及び／又はバイオ廃棄物等の供給材料を略ゼロまで低減させて、エネルギーを熱エネルギーへと変換する。

爆縮型リアクタチューブが提供され、その爆縮型リアクタチューブは、第１の端部で開放されるチューブ状の容器本体と、容器本体内に配置されるシリンダと、容器本体の第２の端部において、バッフルによって画定される混合チャンバであって、バッフルが、シリンダの近傍で流体をバッフルに通過させる複数の内側通路と、容器本体の近傍で空気及び燃料をバッフルに通過させる複数の外側通路と、を有する混合チャンバと、空気及び燃料を混合チャンバに進入させる燃料及び空気入口と、空気及び燃料に点火するフラッシュ点火装置と、を備える。

シリンダは中実であっても中空であってもよく、中空である場合、混合チャンバに向けられる燃料を受け取る、あるいは材料を容器本体に通過させるように構成してもよい。

内側通路及び外側通路は角度を成し、空気及び燃料を容器本体の軸に対してある角度で通過するように方向付けるようにしてもよく、内側通路と外側通路との角度は同一であってもよい。内側通路及び外側通路は、空気及び燃料を通過させて容器本体に沿って渦巻き状にするように構成してもよい。

供給材料は、混合チャンバの外側の供給材料入口を通じて容器本体内に供給するようにしてもよい。リアクタは、容器本体の第１の端部にサイレンサを備えていてもよい。

図１は、本発明に係るリアクタの一実施形態の側面図であり、いくつかの内部部品と、異なる位置を取るシリンダとを示す。 図２は、本発明に係るリアクタの一実施形態の側面図であり、いくつかの内部部品と、異なる位置を取るシリンダとを示す。 図３は、本発明に係るリアクタの一実施形態の側面図であり、いくつかの内部部品と、異なる位置を取るシリンダとを示す。

図４は、本発明に係るバッフルの一実施形態の前面図である。

図５は、本発明に係るバッフルの別の実施形態の前面図である。

図６は、本発明に係るバッフルの別の実施形態の前面図である。

図７は、本発明に係るリアクタチューブ及び内部部品の一実施形態の斜視図である。

図８は、本発明に係るバッフルの一実施形態の斜視図である。

図９は、本発明に係るバッフルの別の実施形態の斜視図である。

図１０は、本発明に係るバッフルの別の実施形態の斜視図である。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細な説明は、本発明の原理を例示する図面と併せて提供する。本発明は上記実施形態と関連して説明するが、いずれの実施形態にも限定されない。発明の範囲は請求項によってのみ限定され、本発明は多数の代替物、変形、等価物を含む。以下の詳細な説明では、本発明を完全に理解してもらうために、具体的な細部を多数記載する。これらの細部は例示のために提供しており、本発明はこれらの具体的な細部の一部又は全部がなくても請求項に従って実施することができる。明瞭化のため、本発明に関連する分野において既知な技術的材料は、発明を不必要に曖昧にしないように詳細に説明していない。

「発明」及びそれに類似する用語は、特に断りのない限り「本願に記載する１つ以上の発明」を意味する。

「側面」、「一実施形態」、「実施形態」、「複数の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、「いくつかの実施形態」、「特定の実施形態」、「１つの実施形態」、「別の実施形態」等は、特に断りのない限り、「開示する発明の１つ以上（だがすべてではない）実施形態」を意味する。

本発明の「変形」という用語は、特に断りのない限り、発明の実施形態を意味する。

一実施形態を説明する際に「別の実施形態」又は「別の側面」と言及することは、特に断りのない限り、言及される実施形態が別の実施形態（例えば、言及される実施形態の前に記載される実施形態）と矛盾することを示唆するものではない。

「含む」、「備える」という用語、及びそれらの変形は、特に断りのない限り、「含むがそれに限定されない」ことを意味する。

「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」という用語は、特に断りのない限り「１以上」を意味する。「複数」という用語は、特に断りのない限り、「２以上」を意味する。「本文書で」は、特に断りのない限り、「参考として組み込むことのできるすべてを含め、本願では」を意味する。

「ｅ．ｇ．」及びそれに類似する用語は「例えば」を意味し、それらが説明する用語又は語句を限定するものではない。

「それぞれの」及びそれに類似する用語は「個々に見て」を意味する。よって、２以上のものが「それぞれの」特徴を有する場合、それらのものは各自独自の特徴を備え、これらの特徴は相互に異なっていてもいなくてもよい。例えば、「２つの機械がそれぞれの機能を有する」という語句は、第１の機械がある機能を有し、第２の機械もある機能を有することを意味する。第１の機械の機能は、第２の機械の機能と同じであってもなくてもよい。

２以上の用語又は語句が同義である場合（例えば、用語又は語句が同義であると明示しているため）、上記の用語／語句の示唆が、別の用語／語句の示唆が異なる意味を有していなければならないことを意味するものではない。例えば、陳述が「含む」の意味を「含むが限定されない」と同義とする場合、「含むが限定されない」という語句を使用したとき、「含む」という文言が「含むが限定されない」以外のことを意味することを意味しない。

名称（本願の最初のページの始めに記載する）も要約（本願の最後に記載する）も、開示する発明の範囲として限定するように解釈してはならない。１５０単語以下の要約が米国特許法施行規則第１．７２条（ｂ）項又は他の管轄圏内の類似の法律によって要求されているため、要約を本願に含めている。本願の名称と、本願内の項の見出しは単に便宜上付与されており、決して本願を限定するように解釈すべきではない。

いくつかの実施形態を本願で説明し、単に例示目的で提示する。説明した実施形態は、決して限定的ではなく、限定することを目的としていない。本開示から容易に自明となるように、開示する発明は多数の実施形態に広く適用可能である。当業者であれば、開示する発明は、構造上及び論理上の変形等の多数の変形及び変更を伴い実施することができることを認識するであろう。開示する発明の具体的な特徴を１つ以上の実施形態及び／又は図面を参照して説明したが、特に断りのない限り、上記の特徴は、特徴を説明するのに参照した１つ以上の具体的な実施形態又は図面における使用に限定されないと理解すべきである。

本願に記載する方法ステップ又は工程要素の実施形態は、本明細書にそのように明示される、あるいは請求項に明記される場合を除き、本願で請求する発明を構成するものではない、本願で請求する発明に必須ではない、あるいは本文書で請求する発明と同一の広がりを有するものではない。

図面、特に図１〜図３及び図７を参照すると、爆縮型リアクタは容器本体３を含み、その容器本体は、ニッケル合金鋼、ステンレス鋼、セラミック、又は液晶材料等の高温材料の一体成形として作製することができる。容器本体３は、第１の端部１１では開放チューブと、反対の第２の端部２１では封止混合チャンバと、を画定する。容器本体３の長は、バッフル２から測定されるとき、容器本体３の径の最低１０倍とすることができるが、長と径の他の比を採用してもよい。

図４〜図６に示すように、バッフル２は、複数の外側通路１５及び内側通路１６を画定する。１２の外側通路１５と６の内側通路１６とを図示するが、それより多くても少なくてもよい。通路１５、１６は形状と大きさを変動させ、バッフル２を通過してもよい。通路１５、１６は、図８及び図９に示すように、容器本体３の軸に対して斜めでもよい。図３〜図５をさらに参照すると、通路１５、１６は、円形、楕円形、又は直線的な溝の形状とすることができ、高温材料、例えばニッケル合金鋼又はセラミックの一体成形として作製することができる。バッフル２の外縁及び内縁はそれぞれ、本体３の内面とシリンダ４の内面との不完全な封止を形成する。

図１に示すように、リアクタチューブ３内の混合チャンバ１は、空気入口５及び供給材料入口６から供給材料である燃料及び空気を受け取る。空気入口５及び燃料入口６は、反応を開始させ、工程を継続させるために、燃料及び空気を供給する。シリンダ４は、容器本体３の軸に対して中央に配置し、混合チャンバ１の外側から延在してバッフル２を通過させることによって、空気及び燃料をシリンダ４の周りで移動させて渦８の生成を助けることができる。

図２に示すように、リアクタチューブ３内の混合チャンバは、空気入口５及び供給材料入口６から供給材料である燃料及び空気を受け取る。空気入口５及び燃料入口６は、反応を開始させること及び工程を継続させることの両方を可能とし、遮断することもできるし、あるいは、本発明の一実施形態では、サイレンサ１２からシリンダ４を介して混合チャンバ１に導入できるときは、追加の供給材料を低減させることもできる。

図３に示すように、リアクタチューブ３内の混合チャンバは、空気入口５及び供給材料入口６から供給材料である燃料及び空気を受け取る。空気入口５及び燃料入口６は、反応を開始させること及び工程を継続させることの両方を可能とする。シリンダ４は、本実施形態では、リアクタチューブ本体３全体を通して延在する。本実施形態では、材料はシリンダ４を通じて供給し、目的地までリアクタチューブ本体３を通過させることができる。例えば、水をシリンダ４から進入させて、水流がリアクタチューブ本体３を通過する際に乾燥蒸気に変換させることができる。

シリンダ４は、中空に形成し、燃料又はその他の材料をリアクタチューブ３内に導入する、あるいはリアクタチューブ３を通過させてもよい、あるいは中実に形成してもよい。

図１〜図３及び図７に示すように、フラッシュ点火装置１０は、リアクタチューブ３の第１の端部１１に近接して配置され、空気及び燃料の混合物の燃焼を開始させるために使用される。

ノイズを低減するためにサイレンサ１２を使用することができる。サイレンサ１２の本体は、リアクタチューブ本体３にねじ込む、溶着する、又は締め付けることができる。サイレンサ１２は、１以上の入口１３を含んでいてもよく、大気を内方に逃がす任意の特定の形状に限定されない。サイレンサ１２は、非伝導材料製のインサート１４を含んでいてもよい。インサート１４は、チューブ３内に生成される電磁エネルギーを相殺する（電磁エネルギー界が内部に生成され、リアクタチューブ３を不完全な封止で覆う場合がある）。

本発明は、渦８を形成する手段を含む容器の形状の爆縮型リアクタを提供し、渦は爆縮状態を生成するのに必要な大気封止を形成する。図１〜図３及び図７に示すように、空気及び可燃性ガスの混合物は、例えば１５ｐｓｉの圧力でインサートノズル５、６を通じて混合チャンバ１に導入されるが、その圧力は任意の特定の圧力に限定されない。その後、このガス及び空気の混合物は、バッフル２内の通路１５、１６を通過し、リアクタチューブ３の長にわたって移動する。次に、可燃性ガス及び空気の混合物は、スパーク点火装置又は口火１０によって点火される。燃焼炎は、チャンバチューブ開放端１１からの外部反応で生成される。空気及び可燃性ガスが昇圧され、渦８の後進が開始される。真空状態が開放チューブ内で開始され、イオン化段階がプラズマ反応状態９の前に達成される。

本工程により、リアクタチューブ３及びシリンダ４を用いて熱エネルギーを生成する爆縮反応を起こして、結果的に生じるエネルギーの転送を吸収することができる。熱エネルギーへの変換における略ゼロエミッションにより供給材料を排除することができ、プラズマ状態が電気を使用せずに生成される。爆縮型リアクタの工程により、リアクタは、ボイラー蒸気エネルギーの生成のために熱エネルギーを生成することができる。

本発明に係るリアクタチューブ及び工程は、原子力、石炭、天然ガス等の既知のエネルギー生成工程を超える多数の恩恵や利点を備える。特に、本発明は、有毒バイオ廃棄物、低グレードの炭素（石油コークス又は石炭）、サワーガス、硫黄酸化物燃焼ガス、又は単なる産業廃棄物等の供給材料を使用することができる。例えば、既存の発電所は、本発明に係る爆縮型リアクタを熱源として使用することによって、部品配置の柔軟性とユーザコストの節減を実現することができる。もう１つの例は、源泉における石油及びガスの回収において本発明に係る爆縮型リアクタを使用することであって、有毒燃焼ガスが供給材料として使用されて、下向き掘削孔用の蒸気を生成する。別の例として、本発明に係る爆縮型リアクタは、サワーガス田、石炭又は石油コークス発電所、又はガス及び石油精製所からの有毒排気ガスを使用することによって、排出物浄化装置として使用することができる。

さらに、爆縮型リアクタは、蒸気の形で熱エネルギーを生成することができる。使用及び設置の柔軟性と簡易さのため、本発明の爆縮型リアクタは、燃料エネルギー消費量、生産設備、運転コスト、継続的保全コスト等の削減を達成する。

本発明によって得られる柔軟性の実際的な例は、複数の供給材料を使用して爆縮エネルギーを生成できることである。例えば、ユーザ仕様は、蒸気生成工程が供給材料用の高額の精製燃料を使用することを要求する場合があり、環境規制を満たすのに追加の汚染コストがかかる。

上記特性に加えて、爆縮型リアクタは、従来装置を超えるエネルギー上及び機械上の利点を多数備える。リアクタチューブの設計上の特徴は可動部品を備えていないため、既存の発電所に適合させることができる。さらに、原子力工程に関連する放射能の問題が本発明によって解消される。

同様に、爆縮型リアクタの機械的特徴により、さらに厳しい環境に耐えることができ、上述したように、従来のエネルギー生成システムの要求する特殊な設置及び保全プロトコルから解放される。

よって、本発明は、次世代エネルギー生成システムを上手く組み込み、現在の環境規制を入れ替え、従来の燃料及び核エネルギーの使用量を低減する新規な技術を提供することが分かる。

本発明の特定の好適な実施形態を例示のために詳細に説明したが、開示する装置の変形又は変更も本発明の範囲に含まれる。

当業者にとっては自明であるように、上述の各種実施形態を組み合わせて、別の実施形態を提供することができる。本システム、方法、構成要素の側面を必要に応じて変更して、システム、方法、構成要素を採用し、本発明のさらに別の実施形態を提供することができる。例えば、上述の各種方法はいくつかの動作を省略する、他の動作を含む、及び／又は例示の実施形態において説明する順序と異なる順序で動作を実行することができる。

さらに、本願で教示する方法では、各種動作を例示及び説明する順序と異なる順序で実行することができる。また、この方法はいくつかの動作を省略する、及び／又は追加の動作を採用することができる。

これらの変更及びその他の変更は、上述の説明に鑑み、本システム、方法、製品に適用することができる。概して、下記の請求項では、使用される用語は、明細書及び請求項に開示する特定の実施形態に本発明を限定するように解釈すべきではなく、上記請求項が権利を有する等価物の全範囲を伴うすべての可能な実施形態を含むように解釈すべきである。したがって、本発明は本開示によって限定されず、その範囲は以下の請求項によってのみ判定される。

発明の特定の側面は特定の請求項の形式で提示しているが、発明者らは、任意の利用可能な請求項の形式で本発明の各種実施形態を企図する。

Claims (15)

1. ａ．第１の端部（１１）で開放されるチューブ状の容器本体（３）と、
   ｂ．前記容器本体（３）内に配置されるシリンダ（４）と、
   ｃ．前記容器本体（３）の第２の端部（２１）において、バッフル（２）によって画定される混合チャンバ（１）であって、前記バッフル（２）が、前記シリンダ（４）の近傍で流体を前記バッフル（２）に通過させる複数の内側通路（１６）と、前記容器本体（３）の近傍で空気及び燃料を前記バッフル（２）に通過させる複数の外側通路（１５）と、を有する混合チャンバ（１）と、
   ｄ．前記空気及び燃料を前記混合チャンバ（１）に進入させる燃料及び空気入口（５、６）と、
   ｅ．前記空気及び燃料に点火するフラッシュ点火装置（１０）と、を備え、前記フラッシュ点火装置（１０）によって生成された炎の渦（８）が、前記容器本体（３）内で、前記容器本体（３）の前記第１の端部（１１）から前記容器本体（３）の前記第２の端部（２１）へと流れる、爆縮型リアクタチューブ。
2. 前記シリンダ（４）が中実である、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
3. 前記シリンダ（４）が中空である、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
4. 前記シリンダ（４）が、前記混合チャンバ（１）に向けられる燃料を受け取るように構成される、請求項３に記載の爆縮型リアクタチューブ。
5. 前記シリンダ（４）が、材料を前記容器本体（３）に通過させるように構成される、請求項３に記載の爆縮型リアクタチューブ。
6. 前記内側通路（１６）が角度を成し、前記空気及び燃料を前記容器本体（３）の軸に対してある角度で通過するように方向付ける、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
7. 前記外側通路（１５）が角度を成し、前記空気及び燃料を前記容器本体（３）の軸に対してある角度で通過するように方向付ける、請求項２に記載の爆縮型リアクタチューブ。
8. 前記内側通路（１６）と前記外側通路（１５）は角度を成し、前記外側通路（１５）の前記角度と前記内側通路（１６）の前記角度とが同一である、請求項３に記載の爆縮型リアクタチューブ。
9. 供給材料が、前記混合チャンバ（１）の外側の供給材料入口を通じて前記容器本体（３）内に供給される、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
10. 前記容器本体（３）の前記第１の端部（１１）にサイレンサ（１２）をさらに備える、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
11. 前記内側通路（１６）及び前記外側通路（１５）が、前記空気及び燃料を通過させて前記容器本体（３）に沿って渦巻き状にするように構成される、請求項１に記載の爆縮型リアクタチューブ。
12. 封止誘導プラズマガス界の生成方法であって、
    容器本体（３）内に封止混合チャンバ（１）を設けることと、
    空気及び燃料の混合物を、前記容器本体（３）の第２の端部（２１）の近傍の前記混合チャンバ（１）に供給することと、
    前記容器本体（３）の第１の端部（１１）に向けて、前記空気及び燃料の混合物をバッフル（２）内で通過させることと、
    前記容器本体（３）の前記第１の端部（１１）の近傍で前記空気及び燃料の混合物に点火することと、
    点火後に前記容器本体（３）内に炎の渦（８）を生成することであって、前記渦（８）が前記容器本体（３）の前記第１の端部（１１）から前記容器本体（３）の前記第２の端部（２１）まで流れることと、
    前記容器本体（３）内に真空状態（９）を生成することと、
    前記容器本体（３）内に真空プラズマ爆縮を形成することと、を備える、封止誘導プラズマガス界の生成方法。
13. 前記真空状態が前記燃料をイオン化する場合に前記燃料がイオン化される、請求項１２ に記載の封止誘導プラズマガス界の生成方法。
14. 生成される電力が発電所によって使用される、請求項１２に記載の封止誘導プラズマガ ス界の生成方法。
15. 請求項１〜１１に記載の爆縮型リアクタチューブを含むリアクタ。

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