KR102337845B1 - 빠른 고압 마이크로파 열 분해 시스템, 캡슐 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

빠른 고압 마이크로파 열 분해 시스템, 캡슐 및 이를 이용하는 방법 Download PDF

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Abstract

탄산 음료용으로 사용될 수 있는 이산화탄소가 시재료(starting material)의 열 분해에 의해 생성된다. 프로세스를 위한 장치는 무선 주파수(RF) 에너지 발생기, 챔버, 시재료(들)를 수용하는 챔버 내에 수용된 캡슐 및 프로세스에서 생성된 CO2를 회수하기 위한 하나 이상의 채널(들)을 포함한다.

Description

빠른 고압 마이크로파 열 분해 시스템, 캡슐 및 이를 이용하는 방법 {RAPID HIGH-PRESSURE MICROWAVE THERMAL DECOMPOSITION SYSTEM, CAPSULE AND METHOD FOR USING SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 1월 27일자로 출원된 U.S. 가출원 번호 제61/931,720호의 이익을 주장하고, 그 전체가 참조로서 통합된다.
본 발명은 무선 주파수(RF) 에너지를 이용하여 다양한 시재료들을 열분해함으로써 음료 등을 위해 압력 하에서의 이산화탄소의 생성에 관한 것이다.
열분해를 달성하기 위해 마이크로파를 이용하기 위한 다양한 방법 및 장치들이 해당 기술 분야에 공지되어 있다. 대표적인 예는 예를 들어 유기 폐기물의 열분해를 이용하기 위한 마이크로파 가열 또는 반응 장치를 개시하는 WO2013/070095호를 포함한다. EP343 673 A1호는 탄산나트륨이 마이크로파 에너지로 처리된 초경 소다의 제조 프로세스를 개시한다. 종래 기술은 마이크로파 열분해를 이용하여 이산화탄소를 생성하는 방법 또는 장치를 개시하고 있지 않다.
일 측면에서, 본 발명은 RF 에너지 발생기; 상기 RF 에너지 발생기에 접속된 RF 안테나 또는 전극; 열적으로 분해가능한 재료를 포함하는 적어도 하나의 캡슐을 수용하고 보유하여 상기 캡슐에서 발생되는 정해진 압력을 견디도록 적응된 밀봉 가능한 개구를 갖는 캡슐 챔버; 및 상기 캡슐에 대해 개방된 제1 단부와 압력 밸브에 접속된 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 채널을 포함하는 열분해 시스템이다. 따라서, 상기 캡슐 내 열적으로 분해가능한 재료로의 RF 에너지의 인가는 가스를 발생시키는 열분해를 야기한다.
다른 측면에서, 본 발명은 캐비티를 둘러싸는 쉘, 열적으로 분해가능한 재료를 수용하는 상기 캐비티 내의 적어도 하나의 제1 구획을 포함하는 열분해 시스템용의 캡슐에 관한 것이다. 실시예들에서, 상기 캡슐은 재료의 열분해 동안 열적으로 분해가능한 재료와 열분해 부산물이 캡슐로부터 빠져나가는 것을 방지하는 필터를 더 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은, RF 에너지 발생기, 상기 RF 에너지 발생기에 접속된 RF 안테나 또는 전극을 제공하는 단계, 열분해 시에 이산화탄소를 발생시키는 열적으로 분해가능한 시재료를 캡슐 챔버의 캡슐 내에 넣는 단계를 포함하는, 이산화탄소를 제조하는 방법이다. 상기 캡슐 챔버는 상기 캡슐을 수용하도록 적응된 밀봉 가능한 개구를 갖고, 상기 캡슐은 열분해 동안 발생되는 소정의 압력을 견디도록 적응된다. 상기 캡슐로 개방되는 제1 단부와 압력 밸브에 접속되는 제2 단부를 갖는 채널이 제공된다. 무선 주파수 에너지는 상기 열적으로 분해가능한 재료를 가열하여 압력 하에서 이산화탄소를 발생시키기 위해 상기 RF 에너지 발생기에서 생성된다.
다른 측면에서, 본 발명은, 최적의 중탄산나트륨을 얻기 위한 이론적인 마이크로파 출력 흡수 계수와 실험적 결과: 중탄산나트륨의 주어진 질량에 대한 물 비율 및 마이크로파 주파수를 이용하여 열분해에서의 열역학을 모델링하는 것을 포함한다. 이들 데이터로부터, 최소 시간량으로 열분해 프로세스로부터 최대의 이산화탄소 추출을 산출하기 위한 시스템 요소들이 개발된다.
본 발명의 실시예들은, 무선 주파수 출력원과 맞춤 설계된 캐비티로 구성된 특별한 빠른 가열 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 이산화탄소를 효율적이고 신속하게 추출하기 위해 고압에서 중탄산나트륨 파우더와 같은 열적으로 분해가능한 재료를 가열하도록 설계된다.
본 발명으로서 고려되는 주제는 명세서의 결말부에서 특별히 지목하여 명확하게 청구한다. 발명의 목적, 특징 및 장점과 함께 조직 및 조작 방법에 관해서, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 판독될 때 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 잘 이해될 것이다.:
도 1a, 1b, 1c 및 1d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 열분해 시스템의 개략도이다;
도 2a 및 2b는 열분해 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 3은 두 개의 캡슐용으로 적합한 캡슐 챔버를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 개략도이다;
도 4a는 동시에 열분해 및 물 가열을 하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 도시한다;
도 4b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 고압 마이크로파 열분해 시스템의 추가적인 도면이다;
도 5a, 5b, 5c, 5d 및 5e는 본 발명의 실시예에 따른 캡슐의 예시적인 도시이다;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 재료의 열분해를 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 고정 마이크로파 주파수에서 온도 및 이온 농도의 함수로서 중탄산나트륨의 이온 용액의 전체 소산을 나타내는 그래픽이다.
도 8은 고정 마이크로파 주파수용의 물 함량의 함수로서 중탄산나트륨 용액 마이크로파 소산을 나타내는 그래픽이다.
도 9는 20℃ 내지 150℃의 범위에서 중탄산나트륨의 열분해를 위한 물 함량의 함수로서 반응 시간을 나타내는 그래픽이다.
예시의 단순화 및 명확화를 위해, 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척에 맞워 도시될 필요가 없다는 것은 이해될 것이다. 예를 들어, 요소들의 일부의 치수들은 명확하게 하기 위해 다른 요소들에 비해 확대될 수 있다. 또한, 적절하게 고려되는 경우, 대응하거나 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들에 걸쳐 도면부호가 반복될 수 있다.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 확실한 이해를 제공하기 위해 다양한 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 해당 기술 분야의 당업자들에게는, 본 발명은 이들 특정 세부사항없이 실시될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 다른 예에서, 공지된 방법, 절차 및 컴포넌트들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세히 설명하지 않았다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예들은 3KHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 RF 에너지를 활용하며, 이는 또한 300MHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 마이크로파(MW) 에너지를 포함한다. MW 에너지로 가열하는 것으로 개시된 본원의 예는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 유사하게, 2.4 내지 2.5GHz의 주파수에 동작하는 상업적으로 활용 가능한 MW 에너지 생성 요소를 사용하는 본원의 예는 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
"습식 파우더(Wet powder)"는 MW 에너지를 흡수하는 액체와 혼합된 파우더를 지칭하는 것으로 이해된다. 이러한 액체는 물, 기름, 알코올 또는 다른 용제, 물-알코올 용액 등을 제한없이 포함한다. 습식 파우더는 SBC 및 물을 함유할 수 있고, 이러한 경우 SBC 파우더는 부분적으로 물에 용해될 수 있다. "열분해(thermal decomposition)"는 가열시에 가스를 발생시키는 화학 반응을 지칭한다. 열분해는 이산화탄소를 발생시키는 중탄산나트륨의 열분해를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
마이크로파(MW) 흡수 가열에 기초한 열분해는 복합 동적 프로세스이다. 마이크로파 흡수 의존성 파라미터는 프로세스 동안 모두 변화하고, 열폭주(thermal runaway) 및 분해 효율의 저하와 같은 원치않은 결과를 야기할 수 있다. 한편, 전체 프로세스 동안 최대 마이크로파 흡수는 마이크로파 가열 에너지를 받는 컴포넌트들의 해당 컴포넌트 비율의 제어와 함께, 주요 프로세스 파라미터의 변화에 대한 사전 지식에 의해 달성될 수 있다.
일반적으로, 재료에서의 MW 에너지 흡수는 소산의 두가지 주요 메커니즘 - 유전체 및 이온 전도 - 에 의해 영향을 받는다. 재료 유전률(ε")의 관련 허수 부분인 전체 소산 컴포넌트는 유전체 흡수 컴포넌트(εd") 및 이온 소산 흡수(εc")의 합이다.
Figure 112016081837615-pct00001
(1)
유전체 흡수는, MW 방사의 교번 전계 내로 도입될 때 회전하는 경향이 있는 분자 쌍극자에 의해 야기된다. 유전체 흡수는 전계(ω)의 각 주파수, 분자 쌍극자 완화 시간(τ), 및 무한대 각 주파수에서의 값에 대한 0도 각 주파수에서의 재료 유전율 사이의 차분(ε△) 사이의 함수이다.
Figure 112016081837615-pct00002
(2)
이온 전도는 MW 방사의 전계를 따라 진동하는 자유 하전 입자로서 작용하는 이동 가능한 용해된 이온에 의해 야기된다. 이온 소산 흡수는 전기 전도도(σ)와, 진공 유전율(ε0)와 전계 각 주파수의 곱 간의 비율과 동일하다.
Figure 112016081837615-pct00003
(3)
양쪽 메커니즘은 쌍극자 이동 및 분자간 마찰력의 결과로서 대상 가열에 기여한다. 재료에 흡수되는 가열 파워 밀도(P)는 평균 자계 강도(E), 재료 총 소산율(ε0ε") 및 전계 각 주파수(ω)에 의한다.
Figure 112016081837615-pct00004
(4)
MW 흡수율은, 재료 온도의 변화, 쌍극자의 수(물 함량) 및 이온 농도로 인해, 열분해 프로세스 동안 크게 변화한다. 중탄산나트륨(SBC : sodium bicarbonate)을 이용하여 - 예로서 수계(water system) -, 도 8은 고정 MW 주파수에서 온도와 이온 농도의 함수로서 이온 용액의 전체 소산율의 의존성을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 시스템은, 대상 재료(예를 들어, 습식 SBC 파우더)를 효율적인 열분해가 발생하는 온도 범위인 150℃ 이상으로 가열하기 위해 유전체 가열을 활용한다. 50℃ 이상에서, 중탄산나트륨(NaHCO3)은 질량으로 63.1%의 탄산나트륨(Na2CO3)과, 10.7% 물(H2O)와 26.2%의 이산화탄소(CO2)로 변환된다. 반응 속도는 온도에 지수함수적으로 증가하고, 열분해 속도 면에서 원래 재료의 90%를 넘는 양이 1분 내에 분해되는 200℃ 부근에서 최적이다. 더 높은 온도에서는 추가 프로세스를 시작되고, 이산화탄소 생성율이 감소된다.
전자기장 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여, 마이크로파 캐비티는 통상의 마이크로파에 비해 소형 크기로 설계된다. 이 설계에서, 반응 챔버의 위치 및 형상은 마이크로파 발생기(예를 들어, 마그네트론) 원 내로 다시 반사되는 것을 감소시키도록, 그리고 챔버에 걸쳐 균일한 가열을 획득하도록 최적화된다.
MW 방사 흡수율을 최적화는 습식 파우더의 가열 성능에 초점을 맞춤으로써 달성되고, 파우더 내의 액체가 가능한 한 효율적으로 챔버 내의 파우더에 걸쳐 열을 생성하고 운반하는 것을 허용한다. 물 분자가 액체로부터 증기로 상태 변환될 때, 파우더의 가열 효율이 감소한다는 것이 발견되었다. 심지어 100℃를 초과하는 온도에서도 캐비티 내의 마이크로파의 흡수율을 높게 유지하기 위해, 컨테이너는 가열 동안 압력 기밀식으로 밀봉되어, 물은 액체 상태로 유지된다. 이것이 물과 파우더 간의 효율적인 열 전달을 가능하게 하고, 실질적으로 물 손실을 감소시킨다.
마그네트론(magnetron)은 마이크로파 캐비티상에 새지않게 장착되어, 마이크로파 에너지 방사의 누설을 배제한다. 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법의 성능을 계측시에 개발되어 사용되는 시스템은 표준 1kW 마그네트론으로 동작할 때 방사선 안전 규정에 부합한다.
마이크로파 캐비티는, 전자기장 시뮬레이터를 사용하고, Agilent 5230A 네트워크 분석기를 사용하는 것을 특징으로 한다.
시뮬레이터에서, 반응 챔버에 채워진 물에 대한 2.4 내지 2.5GHz의 주파수 범위에서 반사 계수 S11가 추출된다(이들 주파수에서의 SBC의 유전 함수는 알려지지 않음). 시스템으로부터 누설이 없고 시스템의 다른 부분에 흡수가 없기 때문에, 흡수되는 파워의 양은 반사 계수로부터 직접적으로 계산될 수 있다. 손상 및 장기 성능저하로부터 마그네트론을 유지하기 위해, 반사 파우더를 5% 미만으로 유지하도록 하는 것이 권고된다. 테스트된 설계에서, 반사된 파우더는 마그네트론 주파수(2.4 내지 2.5GHz)의 불확실한 범위 내에서 1 내지 3%의 범위에 있다.
장치는 네트워크 분석기(Agilent 5230A)를 이용하여 낮은 파워에서 실험적으로 테스트되고, 2 내지 3GHz 주파수 범위에서 반사 계수 S11을 측정한다. 표준 상업용 마이크로파 오븐 안테나와 유사한 형상과 크기를 갖는 안테나가 제조되고, 50Ω 전송 라인을 통해 네트워크 분석기에 접속된다.
다른 측면에서, 본 발명은 이산화탄소(CO2)를 생성하기 위한 SBC 프로세스 기질의 고효율 MW 열분해를 위한 모델에 관한 것이다. 이 모델은 이산화탄소 생성을 제어하기 위해, 캡슐 내용물, 장치 요소들 및 프로세스 파라미터를 특정하는데 사용될 수 있다.
SBC의 열분해 반응은 이하와 같이 나타내어진다.
Figure 112016081837615-pct00005
(5)
고형 또는 파우더 형태의 SBC는 MW 흡수 특성이 거의 없고(ε"<10-2), MW 단독으로는 기질을 분해하지 못할 것이다. 기질에 물을 첨가하는 것은 추가된 쌍극자와 용해된 이온들 때문에 MW 흡수율이 엄청나게 증가하지만, 더 많은 MW 에너지가 기질 대신에 물을 가열하는데에 소산되기 때문에, 기질 분해의 효율이 감소된다.
이론적 MW 출력 흡수 계수와 실험적 결과 양자에 기초한 반-실험적 물리적 모델은 열분해의 열역학에 관련되고 SBC의 초기값: 최소 시간내 열분해 프로세스로부터 최대 가스 추출을 달성하기 위한 각각의 SBC의 주어진 질량에 대한 물의 비율 및 MW 주파수를 제공한다.
상기에서 언급된 바와 같이, 주어진 초기 온도 및 고정 MW 주파수에 대한 MW 흡수율은 SBC 용액의 물 함량(water content)에 의존한다. 낮은 물 함량(<20%)은 각각 낮은 쌍극자 농도와 낮은 이온 이동도(mobility)로 인해, 낮은 유전성과 이온 흡수율을 갖는다. 높은 물 함량(>90%)에서, 유전성이 최대에 도달하면, 이온 농도은 무시할 수 있다. 그 결과, 최대 흡수값은 고농축 용액에 해당하는 물함량에서 발견될 수 있다. 물 함량의 함수로서의 MW 흡수율은 도 8에 도시된다.
MW 열분해 동안, SBC 용액의 많은 열역학적 특성들이 급격하게 변화한다. SBC 용해도와 이온 소산이 두 배 이상인 20℃에서 100℃까지의 가열은 MW 흡수율의 특징적인 모드가 된다. CO2 추출 속도는 10의 3승배만큼 증가한다. 따라서, 분해 속도는 온도에 매우 민감하고, 전체 프로세스 시간을 감소시키고, 가능한 최대 온도에 도달하는 것이 중요하다.
용액을 원하는 온도(150℃ 차수)로 가열하는데 필요한 열에너지(Q)는 용액 컴포넌트(SBC 및 물)의 열 에너지의 합이다.
Figure 112016081837615-pct00006
(6)
여기서, mSBC와 mW가 각각 SBC와 물의 질량이고; CP SBC와 CP W가 각각 SBC와 물의 비열 용량이고; △T가 온도차이고; QL이 물의 증발 잠열이다. 프로세스 총 지속긴(duration)(t)에 대한 이론 추정치는 흡수된 파워에 의해 요구되는 열에너지의 몫이다.
Figure 112016081837615-pct00007
(7)
비교적 약한 용액 MW 흡수율(도 9) 때문에, 이 지속기간은 주로 낮고 높은 물 함량값에서 증가하여, 물 함량에 대한 의존성을 갖는다.
캡슐 내의 초기 물 함량은 동역학적 프로세스의 잔여물 전체에 물 균형(water balance)을 결정하기 때문에 중요하다. 가열된 용액에서의 초과 물의 존재는 반응에 해롭고, 용액의 물 부분에서 흡수를 집중함으로써 MW 흡수율의 감소를 야기하고, 용액 내에서의 대류 및/또는 증기 유동의 형성으로 야기되는 원치않는 냉각을 야기한다. 동시에, 낮은 물 함량은 프로세스 효율에 영향을 미칠 수 있고, 이온 이동도에 영향을 주고, 열에너지가 SBC의 건조 영역에 도달하는 것을 방해한다.
이제 각각 캡슐 챔버(110)에 주목하여 열분해 시스템(100)과 시스템(100)의 부분 도면(100A)의 개략도인 도 1a 및 1b를 참조한다. 열분해 시스템(100)은 마이크로파 발생기(130); 마이크로파 발생기(130)에 접속된 마이크로파 안테나(135) 및 캡슐 챔버(110)를 포함한다.
캡슐 챔버(110)는 적어도 하나의 캡슐(120)을 수용하고 밀봉식으로 보유하도록 적응된 밀봉 가능한 개구(미도시)를 가 질 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐(120)은 SBC, 제올라이트(zeolite) 및 열분해시 CO2를 발생시키는 임의의 다른 재료와 같은 열적으로 분해가능한 가스원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 열적으로 분해가능한 재료는 파우더 형태일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 열적으로 분해가능한 재료는 습식 파우더 형태일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 습식 파우더는 65% 내지 85%의 SBC와 같은 열적으로 분해가능한 재료와 35% 내지 15%의 물의 혼합물 또는 조성물일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 물에 대한 열적으로 분해가능한 재료의 비율은 3 대 1이다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 밀봉될 때, 시스템(100)의 동작 동안 캡슐(120)에서 발생하는 예를 들어 20bar의 규정된 압력을 견딜 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 그안에서의 발생 압력에 기인하여 시스템(100)의 동작 동안의 캡슐(120)의 파열을 방지하도록 캡슐(120)의 외부 쉘에 기계적 지지부를 제공할 수 있다.
시스템(100)은 또한 적어도 하나의 채널(140)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 채널(140)은 캡슐에 개방된 제1 단부(145a)와 압력 밸브(150)에 접속된 제2 단부(145b)를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐(120)은 일회용 얇은 금속 캡슐(120)이다. 대체 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 마이크로파 주파수 범위에서 1% 미만의 RF 에너지를 재료가 차단한다는 것을 의미하는 것으로 이해되는 사실상 RF 에너지에 대해 투과성이고 전기적으로 비도전성 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 캡슐(120)이 캡슐 챔버(110) 내로 삽입되면, 캡슐(120)은 마이크로파 안테나(135)와 전기 접속하게 될 수 있다. 캡슐(120)이 금속으로 제조되면, 안테나(135)와 접속할 때, 그리고 마이크로파 에너지와 같은 RF 에너지가 안테나(135)를 통해 캡슐(120)에 생성될 때, 캡슐(120)은 일회용 마이크로파 캐비티가 될 수 있음은 해당 기술 분야의 당업자에게 자명하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 캡슐(120)은 소켓(127)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 마이크로파 안테나(135)가 소켓(127)을 통해 캡슐(120)의 내부 캐비티 내로 관통할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 마이크로파 안테나(135)는 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)의 적어도 2개의 축을 따라 캡슐(120)의 내부 캐비티 내에서 이동 가능하다. 캡슐 챔버(110) 내에 균일한 열 분배를 생성하기 위해 시스템(100)의 동작 동안 안테나(135)가 이동 가능하다는 것은 명백하다. 또한, 캡슐 챔버(110)와 캡슐(120)이 비교적 작은 크기를 가지면, 안테나(135)를 이동시키지 않고서 균일한 열 분배가 달성될 수 있다는 점은 명백하다. 이 경우, 용어 "비교적 작은(relatively small)"은, 챔버의 내용물의 온도가 한정된 시간 기간 내에서 적어도 내용물의 대부분의 체적에 걸쳐 원하는 수준에 도달하는 크기에 관련된다. 일부 실시예에 따라, 챔버(110)는 안테나(135)에 대해 이동 가능하다. 안테나(135)는 또한 초고밀도 전계를 제공하도록 예리한 팁과 같은 적어도 하나의 마이크로파 에너지 집중 요소(energy-concentrating element)를 포함할 수 있고, 이는 열 형성(heat bulid-up)에 추가적으로 기여할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 에너지 집중 요소는, 캡슐(120)이 캡슐 챔버(110) 내로 삽입될 때, 캡슐(120)의 하나 이상의 면을 통해 캡슐(120) 내로 관통하도록 적응될 수 있다.
시스템(100)은 또한 내부 튜브 또는 채널(140) 내의 압력의 계측 및 표시를 제공하도록 압력 계측기(170)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 압력 계측기(170)는 제어 회로(175)에 접속되거나 통신할 수 있고, 실질적으로 실시간으로 챔버(110) 내의 압력에 대한 데이터를 제어 회로(175)에 송신할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 제어 회로(175)는, 압력 계측기(170)로부터 수신된 데이터에 기초하여, 그리고 선택적으로 캡슐 등의 재료 및/또는 몇몇 크기의, 분해가능한 재료의 몇몇 종류에 대한 미리 저장된 에너지 흡수 속성 곡선에 기초하여, 예를 들어 생성기(130)에 의해 생성된 주파수를 제어함으로써, 마이크로파 에너지를 제어하기 위해 마이크로파 발생기(130)에 접속되거나 마이크로파 발생기와 통신할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 마이크로파 캐비티로서 작용할 수 있도록 캡슐 챔버(110)는 금속으로 제조될 수 있거나, 금속 싸개를 가질 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 마이크로파 캐비티를 포함할 수 있고, 유전성 재료로 부분적으로 충진될 수 있다.
마이크로파 캐비티는 두꺼운 알루미늄 벽으로 만들어질 수 있고, 마이크로파 캐비티의 충분한 작업 공간을 남겨두면서, 제한되지는 않지만 TeflonTM(폴리테트라플루오로에틸렌)과 같은, 실질적으로 RF 에너지에 투과성인 재료로 부분적으로 충진될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 마이크로파 캐비티 크기는 100 X 60 X 60mm(360ml)의 사이즈일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 더 작은 크기의 마이크로파 캐비티가 사용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110) 내의 마이크로파 캐비티는 고압 챔버일 수 있다.
유전성 재료로 제조된 고압 챔버(100B)와 금속 재료로 제조된 캡슐(121B)을 개략적으로 도시하는 도 1c 및 금속으로 제조된 챔버 내부 케이스를 갖는 유전성 재료의 챔버(100C) 및 유전성 재료로 제조된 캡슐(121C)을 도시하는 도 1d를 참조한다. 캡슐(120)이 금속으로 제조되고 마이크로파 캐비티로서 작용하면서, 챔버(110)는 유전성 재료로 제조될 수 있고, 다른 실시예에 따르면, 캡슐(120)이 유전성 재료로 제조되고, 챔버(110)가 금속으로 제조되어 마이크로파 캐비티로 작용하도록 구현될 수 있다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 일 실시예에 따른 캡슐 챔버(110)의 내부 캐비티는 30 내지 40밀리리터(ml)의 체적을 가질 수 있다. 캡슐 챔버(110)는 마이크로파 안테나 슬롯 또는 소켓(115)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(110)는 예를 들어 캡슐을 삽입하기 위해 챔버(110)의 측면 A를 통과하여 채워지도록 액세스될 수 있고(도 1a), 예를 들어 코르크(미도시)로 밀봉될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 코르크 또는 임의의 다른 밀봉 수단은 실리콘 O-링(미도시)을 통해 Teflon 상에서 가압될 수 있다. 다른 밀봉 수단 및 방법이 해당 기술 분야에 공지된 바와 같이 사용될 수 있음은 명백하다.
일부 실시예에 따르면, 챔버(110)의 분해 프로세스 동안 생성된 가스는 내부 튜브 또는 채널(140)을 통과하여, 압력 밸브(150)를 통해 외부의 저압 챔버(미도시)로 통기된다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 이 구조는 임의의 관측되는 성능 저하없이 20bar까지의 압력과 250℃까지의 온도를 견디도록 설계되고 만들어질 수 있다.
캡슐 챔버(110) 내 마이크로파 캐비티는, 일부 실시예에서 따르면 2.4 내지 2.5GHz의 범위에 있는 그의 최저 주파수 모드에서 동작하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따라, 안테나(135)는 캡슐 챔버(110)의 측면 B에서 슬롯(115)을 통해 삽입될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 안테나(135)는 캡슐(120)의 소켓(127)을 통해 캡슐(120)의 내부 캐비티 내로 관통할 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에 따라, 안테나(135)는 캡슐(120) 내로 관통하지 않을 수 있지만, 캡슐(120)의 하나의 면(121a)에 근접하게 될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 안테나(135)에 근접한 캡슐(120)의 면(121a)은 마이크로파 에너지에 대해 실질적으로 투과성인 유전성 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 캡슐(120)의 나머지 면은 금속 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 캡슐(120)의 전체 외부 스킨(121)은 금속 재료로 제조될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 캡슐(120)의 스킨(121)이 마이크로파 안테나로서 작용할 수 있도록 안테나(135)는 캡슐(120)의 금속 스킨(121)과 전기 접속할 수 있다.
캡슐(120) 내의 습식 파우더의 유전 상수와 마이크로파 발생기(130)의 주파수의 불확실성으로 인해, 그리고 변화하는 온도에서의 유전 상수의 변화로 인해, 작업점(working point)(예를 들어, 마이크로파 주파수, 마이크로파 캐비티 내의 안테나의 배치 등)의 최적화를 가능하게 하기 위한 해당 기술 분야에 공지된 하나 이상의 조정 수단들이 동작될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템(200)을 도시하는 도 2a를 참조한다. 도 1a 및 1b에 도시된 실시예와 유사하게, 시스템(200)은 캡슐(220)을 수용하고 보유하기 위해 캡슐 챔버(210)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 또한, 예를 들어 마그네트론인 마이크로파 발생기(230), 마이크로파 안테나(235) 및 안테나(235)로부터 캡슐 챔버(210)를 경유하여 캡슐(220)에 마이크로파 에너지를 지향시키는 도파로(waveguide)(237)을 포함할 수 있다.
도 2a에서 추가적으로 알 수 있는 바와 같이, 캡슐(220)은 금속으로 제조될 수 있고, RF 에너지에 대해 실질적으로 투과성이고 비도전성 재료로 제조된 부분(228)을 가질 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(210)는 물 튜브(280)를 통해 캡슐(220) 내로 물이 삽입되는 것을 허용하기 위해 물 튜브 슬롯(212)을 가질 수 있다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 캡슐(220)은 물 튜브(280)의 출구(285)를 수용하기 위한 개구(222)를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(210)는 캡슐(220)로부터 압력 밸브(250)를 통해 저압 챔버(미도시)로 CO2와 같은 생성 가스를 통기시키는 내부 튜브(240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐(220)은 열적으로 분해가능한 재료 입자가 캡슐(220)로부터 채널(240)로 배출되는 것을 방지하기 위해 필터(260)를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 분해가능한 재료로 RF 파워를 송신하기 위한 다른 구조가 제공된다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 서로 대향하여 배치된 두 개의 금속 안테나 또는 전극(235a, 235b)이 일단부에서 AC RF 에너지원(230)에 접속되고, 타단부에서 마이크로파 캐비티(220)의 대향측에 접속된다. 챔버(220)용의 마이크로파 공급원으로서 RF 전극/송신 플레이트의 구성에서의 차이점을 제외하고, 가열 장치(200A)는 도 2a의 가열 장치(200)와 실질적으로 유사하게 동작한다.
이제 두 개의 캡슐(320a, 320b)을 수용하고 보유하도록 적응된 캡슐 챔버(310)의 개략적 예시인 도 3을 참조한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 캡슐 챔버(310)는 제1 영역 또는 공간(310a)과, 제2 영역 또는 공간(310b)을 가질 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐 챔버(310) 내로 투사되는 마이크로파 에너지의 열효율은 불균일하게 분배될 수 있다. 예를 들어, 열효율은 다른 영역, 예를 들어 영역(310b)에 제공된 것보다 하나의 영역, 예를 들어 영역(310a)에서 더 가열되도록 조정될 수 있다. 따라서, 두 캡슐의 내용물에 대해 주어진 시간 간격과 주어진 유사한 열효율로, 챔버(310)의 영역에 더 열효율적으로 위치된 캡슐(320a 또는 320b) 중 하나의 내용물이, 다른 캡슐(320a 또는 320b)의 내용물보다 더 높은 온도에서 가열될 수 있도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 이러한 불균일한 가열 프로세스는 고압 마이크로파 열분해 시스템(도 1a 및 1b에서 100)의 단일 동작 사이클의 상이한 가열 요구조건으로 상이한 최종 산물을 생성하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 단일 동작 사이클을 갖는 소다수 및 에스프레소를 준비하기 위한 가전제품은 30초 내에 150℃ 내지 200℃의 범위의 온도로 SBC 습식 파우더의 가열을 달성하는데 열효율이 최대인 챔버(310)의 영역 내에 SBC 습식 파우더를 포함하는 캡슐을 위치시키고, 커피의 원하는 특성이 손상되는 것을 피하기 위해 입상 커피를 30초의 사이클 동안 예를 들어 90℃를 초과하는 온도로 가열되지 않도록 열효율이 낮은 챔버(310)의 영역에 입상 커피(grained coffee)를 포함하는 다른 캡슐을 위치시킴으로써 구현될 수 있다. 이러한 실시예가 탄산수 및 허브차, 탄산수 및 거품 우유, 소다 음료, 소다 요구르트 등과 같은 다른 쌍의 제품들을 동시에 사용할 수 있다는 점은 명백하다. 영역(310a) 및 영역(310b)에 상이한 가열 효율을 갖는 RF 에너지를 제공하는 것은, 본 발명에 따라 예를 들어 안테나(335)인 RF 공급원을 영역(310a)과 영역(310b)에 비대칭적으로 배치하여, 하나의 영역, 예를 들어 영역(310a)에 수신되는 RF 유도 에너지가 영역(310b)에 수신되는 것보다 높게 함으로써 구현될 수 있다.
이제 본 발명에 따른 시스템(400A)의 실시예인 도 4a를 참조한다. 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 캡슐 챔버(410)는 캡슐(420)에 수용된 물질을 가압 가열하게 위한 마이크로파 캐비티로서 제공될 수 있다. 도 4a에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 캡슐 챔버(410)는 그것을 통과하는 물 튜브(490)를 포함할 수 있다. 물 튜브(490)는 캡슐 챔버(410)를 통과하여 물을 통과시킬 수 있고, 마이크로파 안테나(435)는 동시에 캡슐(420)의 내용물과 튜브(490)에 수용된 물 모두를 가열하도록 RF 에너지를 송신할 수 있다. 시스템(400A)은 또한 챔버(410) 내에 배치될 때 캡슐(420) 내로 관통하도록 적응된 물 튜브(492)를 포함할 수 있고, 건조 파우더가 사용될 때 캡슐(420)의 내용물을 습윤시키도록 물을 제공하도록 적응될 수 있다.
도 4b를 참조하며, 시스템(400B)의 실시예가 도시된다. 챔버(410)의 내용물의 가열은 실질적으로 도 2a에 대해 설명된 것과 같이 행해질 수 있다. 도 4b의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프(493) 및 물 공급원(494)은 튜브 시스템(496)을 통해 챔버(410)에 연결되며, 실질적으로 연속적인 프로세스로 통기된 가스를 튜브(442)를 통해, 그리고 물 공급원(494)로부터의 물을 역으로 캡슐 챔버(410)로, 그리고 캡슐(420) 내로 펌핑하도록 연결될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 캡슐(520A 내지 520E) 각각 도시하는 도 5a, 5b, 5c, 5d 및 5e를 참조한다. 캡슐(520A 내지 520D)은 쉘(521) 내에 둘러싸인 내부 캐비티(522)를 갖는 폐쇄 스킨 또는 쉘(521)을 포함할 수 있다. 도 5e의 캡슐은 캡슐 챔버 내의 제1 영역 및 제2 영역에 위치된 구획(compartment)을 갖는 이중 캡슐이다.
일부 실시예에 따르면, 캡슐(520)은 적어도, 열적으로 분해가능한 재료(미도시)와 재료의 열분해 동안 캡슐(520)로부터 열적으로 분해가능한 재료의 입자가 배출되는 것을 방지하는 필터(560)를 포함하는 캐비티(522) 내의 제1 구획(523)을 포함할수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 쉘(521)은 실질적으로 RF 에너지에 투과성이고 전기적으로 비도전성인 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 쉘(521)은 금속으로 제조될 수 있다. 쉘(521)이 금속으로 제조되면, 마이크로파 발생기와 접촉할 때 쉘(521)은 마이크로파 캐비티일 수 있다는 점은 해당 기술 분야의 당업자들에게 명백하다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 캡슐(520)은 캡슐(520)의 구획 내에 수용된 SBC의 열분해 동안 발생될 수 있는 이산화탄소(CO2) 가스를 발생할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 캡슐(520A)은 마이크로파 안테나(535)를 수용하기 위한 소켓(524)을 포함할 수 있다.
대체 또는 추가의 실시예에 따라, 캡슐(520D)은 쉘(521)에 접속되고 캡슐(520)의 캐비티(522) 내로 돌출하는 마이크로파 에너지 집중 요소(525)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따라, 캡슐(520)이 열분해 시스템(도 1a 및 1b에서 100) 내로 삽입될 때, 소켓(524)은 안테나(535)가 캡슐(520)의 캐비티(522) 내로 관통하는 것을 허용하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 캡슐(520B)은 향미 물질과 같은 제2 물질을 수용하기 위한 제2 구획(도 5b에서 526)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 캡슐(520A)은 절단 가능한 시일(528a)에 의해 커버된 개구(528)를 포함할 수 있다. 개구(528)는, 캡슐(520)이 시스템(도 1a에서 100) 내로 삽입될 때, 채널(도 1a에서 145)의 오리피스(도 1a에서 145a)를 수용하도록 적응될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 캡슐(520C)은 다른 개구(529)를 포함할 수 있고, 개구(529)는 절단 가능한 시일(529a)에 의해 커버될 수 있다. 개구(529)는 물 튜브(도 2a에서 280)의 출구를 수용하도록 적응될 수 있다.
도 5e는 캡슐 챔버의 상이한 영역 내에서, 상이한 온도로 캡슐의 상이한 시재료를 가열하는데 적합한 이중 캡슐 챔버 구성을 도시한다. 예를 들어, 캡슐 챔버는 제1 캡슐(536A)을 포함하는 제1 구획(530A)과, 제2 캡슐(536B)을 포함하는 제2 구획(530B)를 포함한다. 캡슐(536A 및 536B)은 접속편(connecting piece)에 의해 접속된다. 이러한 구성은 두 개의 캡슐이 개별 열 효율을 갖는 캡슐 챔버의 개별 영역에 위치되는 것을 허용한다. 챔버의 제1 영역은 제1 영역으로부터 제2 영역으로 RF 에너지의 전달을 억제하는 벽(532)에 의해 분리될 수 있고, 외부 챔버 하우징은 높은 열효율의 영역(530B)을 둘러싸는 금속 벽(534)을 갖는다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 캡슐(536A)은 향미제와 같은 가열되지 않는 물질을 수용하며, 캡슐(536B)은 가열되어 열적으로 분해되는 물질, 바람직하게는 습식 SBC 파우더를 수용한다. 캡슐(536B) 내부에만 CO2의 형성으로 인해 발생되는 압력 생성을 유지하기 위해 상부 및 저부 시일(560)을 갖는 캡슐이 제공된다. 캡슐(536B)은 또한 CO2를 발생시키기 위해 캡슐의 저부 표면에 가스 출구 도관(562)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라 가열에 의해 가스를 생성하는 프로세스를 도시하는 개략 흐름도인 도 6을 참조한다. 중탄산나트륨과 같은 재료가 가열 챔버내로 제공된다(단계 802). 재료는 열분해시 CO2를 발생할 수 있는 임의의 재료일 수 있다. RF 에너지가 챔버 내의 재료에 제공된다(단계 804). CO2의 발생로 인해 챔버 내측에 압력이 생성됨에 따라, 미리 정해진 값으로 프로세스 파라미터를 설정하도록 제어 시스템에 의해 압력이 제어된다(단계 806). 본 발명의 실시예들에 따라, 추가의 재료/액체가 가열 챔버 내에서 가열될 수 있다(단계 810). 본 발명의 실시예에 따르면, 액체 내에 발생된 가스의 흡수율을 개선하기 위해 물과 같은 액체가 가열된 재료를 통하여 순환될 수 있다(단계 812). 발생된 가스는 가스 음료를 생성하기 위해 수집되어 액체 저장소 내로 주입된다(단계 814).
열분해 프로세스의 효율을 개선시키기 위해 파우더, 바늘들, 박막 형태의 MW 발열체 재료가 캡슐 내측에 또는 캡슐의 컴포넌트로서 사용될 수 있다. 발열체 재료(susceptor material)는 알루미늄 플레이크(flake), 세라믹, 금속화 필름 및 인가된 MW 출력에 비례하여(서셉턴스(susceptance)) 빠른 온도 증가를 나타내는 것으로 해당 기술 분야에 공지된 다른 재료를 제한없이 포함한다. 발열체 재료는 캐비티 내측과 개방 공간 내 모두에서 효율적인 MW 흡수제로서 기능한다. 따라서, 중탄산나트륨 함유 캡슐 내측에 발열체 재료를 추가하거나, 발열체 재료를 캡슐 쉘로서 사용하는 것은 열분해 프로세스 효율을 플러스로(positively) 증가시킬 수 있다.
MW 발열체를 이용한 두 개의 주요한 구성은 본 발명과의 사용을 위해: 습식 캡슐과 건식 캡슐이 고려된다. 습식 캡슐 구성에서, 발열체 요소를 캡슐에 추가하는 것은, 프로세스 동안 캡슐 내측에서 물 함량이 감소하여 캡슐을 냉각시키고 MW 흡수율을 감소시키더라도(전술한 바와 같이 각각의 에너지 및 질량의 유출에서) 발열체 부근에서의 SBC의 가열을 허용 한다. 발열체와 물의 조합은, 발열체 없이 물과 SBC만을 함유하는 캡슐에 비해 보다 빠른 분해 속도를 허용한다. 건식 캡슐 구성에서, 캡슐 내측에 위치된 발열체 요소는 MW 에너지를 흡수하고 (SBC 파우더와 같은) 낮은 흡수 재료를 가열에 직접적으로 기여하여, 열분해 프로세스를 가능하게 한다.
예 A
작은 전용 MW 챔버와 압력 게이지에 접속된 마이크로파를 배출하는 도관으로 이루어진 시스템이 건조된다. 폴리카보네이트(PC)로 제조된 0.5L 플라스틱 병에 진입하는 도관 단부와 도관에 일시 해제 밸브(momentary relief valve)가 위치된다. 전용 노즐이 도관의 단부에 위치되고, 병에 접속된 압력 게이지로 병 내측의 압력을 측정한다. 플라스틱 병 안쪽 그리고 바깥쪽에 물을 순환시키는 펌프가 또한 접속된다. 물병은 물로 채워지고 36℉로 냉각된다.
캡슐은 5cc의 물과 혼합된 25g의 SBC로 채워진 재사용 가능한 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon)으로 이루어진다. 캡슐은 마이크로파 챔버 피팅 캐비티 내에 수용된다. 그런다음 마이크로파 챔버가 작동되고, 이어서 캡슐 내용물이 가열된다.
동시에, 물 펌프가 작동되고 물을 일정하게 혼합한다. MW 챔버 내측의 열이 상승하면, 압력 게이지가 상승하기 시작하고, 캡슐로부터 이산화탄소의 생성/추출을 나타낸다. 마이크로파 챔버 내측의 압력이 15bar에 도달하면, 밸브가 개방되고 - 가스가 병으로 진입하게 된다. 병 내측의 압력이 상승한다(접속된 게이지로부터 판독함으로써 나타내어진다). 물 순환은 가스가 물에 용해되도록 하고, 따라서 병 내측의 압력이 낮아진다.
중탄산나트륨 내에 포함된 모든 가스가 발생되었음을 나타내는 마이크로파 챔버 내측의 압력 상승이 중지될 때까지, 프로세스는 수회 반복되고 - 병 내로 이산화탄소의 펄스들이 발생되고 그것들을 혼합한다. 전체 동작 기간은 1분을 초과하지 않는다.
병 내측에 생성된 소다는 ICI 테스터를 이용하여 측정되고, GV(Gas Volume) 레벨이 4.2에 도달하였음을 나타낸다.
예 B
예 A의 시스템이 추가 실험 세트용으로 사용되며, 동일한 캡슐 하우징을 활용하지만, 중탄산나트륨과 물의 비율이 상이하고(5.5cc의 물로 혼합되어 얻어진 24g의 중탄산나트륨) 펄스 시퀀스가 아닌 연속적으로 가스가 인출된다.
물병 내측의 물은 36℉로 냉각되고, 병 내측의 물을 순환시키기 위해 펌프가 동작한다. 그런다음 마이크로파 챔버가 작동하고, 챔버 내측의 압력이 20bar까지 상승하면 - 밸브가 개방되고, 40초간 개방되어 유지된다. 병 내측에 생성된 소다는 ICI 테스터를 이용하여 측정되고, GV(Gas Volume) 레벨이 3.1에 도달하였음을 나타낸다.
본 발명의 소정의 특징들이 본원에서 도시되고 설명되었지만, 다수의 변형, 대체, 변경 및 등가물이 해당 기술 분야의 당업자들에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부한 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 포함되는 이러한 모든 변형 및 변경을 포함하도록 의도된다. 또한, 본원에 개시된 실시예들은 연관되어 있어서, 본 발명의 범주로부터 벗어남없이 하나의 실시예와 연관되어 명세서에서 개시된 특징 및 종속 한정 또는 하나의 독립 청구항이 또한 다른 실시예 또는 다른 독립 청구항과 조합될 수 있다.

Claims (46)

  1. 열분해 시스템으로서,
    무선 주파수(RF) 에너지 발생기;
    상기 RF 에너지 발생기에 접속된 RF 안테나 또는 전극;
    열적으로 분해가능한 재료를 포함하는 적어도 하나의 캡슐;
    상기 적어도 하나의 캡슐을 수용하여 보유하며 상기 캡슐에서 발생되는 정해진 압력을 견디도록 적응된 밀봉 가능한 개구를 갖는 캡슐 챔버;
    상기 캡슐에 대해 개방된 제1 단부와 압력 밸브에 접속된 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 채널을 포함하는 열분해 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 일회용 얇은 벽을 갖는 금속 캡슐이고, 상기 캡슐 챔버는 RF 에너지에 대해 사실상 투과성이고 전기적으로 비도전성 재료로 제조되며;
    상기 캡슐이 상기 캡슐 챔버 내로 삽입될 때, 상기 캡슐은 일회용 마이크로파 캐비티가 되도록 상기 RF 안테나와 전기 접촉하게 되는, 열분해 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 재료는 중탄산나트륨(sodium bicarbonate)인, 열분해 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 상기 재료의 열분해 동안 상기 열적으로 분해가능한 재료와 상기 열분해의 부산물이 상기 캡슐로부터 배출되는 것을 방지하는 필터를 더 포함하는, 열분해 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 향미 물질(flavoring substance)을 더 포함하고, 상기 열적으로 분해가능한 재료는 상기 캡슐의 제1 섹션에 수용되고, 상기 향미 물질은 상기 캡슐의 제2 섹션에 수용되는, 열분해 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 중탄산나트륨은 파우더 형태인, 열분해 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파우더는 습식 파우더(wet powder)인, 열분해 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 습식 파우더는 중탄산나트륨과 액체의 조성물을 포함하는, 열분해 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 습식 파우더는 65중량% 내지 85중량% 사이의 중탄산나트륨과, 35중량% 내지 15중량% 사이의 물을 포함하는, 열분해 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 챔버는 마이크로파 캐비티를 포함하는, 열분해 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은, 소켓을 갖고; 상기 RF 안테나는, 상기 캡슐이 상기 캡슐 챔버 내로 삽입될 때 상기 소켓을 통해 상기 캡슐 내로 관통되도록 적응되는, 열분해 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 안테나는, 상기 캡슐이 상기 캡슐 챔버 내에 삽입될 때, 상기 캡슐의 하나 이상의 면들을 통과하여 상기 캡슐 내로 관통하도록 적응된 적어도 하나의 마이크로파 에너지 집중 요소를 포함하는, 열분해 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 일회용 캡슐이고;
    상기 캡슐의 일부는 RF 에너지에 대해 실질적으로 투과성인 재료로 제조되고;
    상기 캡슐의 다른 부분은 금속으로 제조되고;
    상기 캡슐이 상기 캡슐 챔버 내로 삽입될 때, RF 에너지에 대해 실질적으로 투과성인 재료로 제조된 상기 캡슐의 일부는 상기 안테나에 인접하고 상기 안테나 쪽으로 지향되는, 열분해 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)의 적어도 2개의 축들을 따라 상기 캡슐 내에서 이동 가능한, 열분해 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐 챔버 내의 압력을 모니터링하는 압력 계측기;
    상기 압력 계측기 및 상기 RF 에너지 발생기와 통신하는 제어회로를 더 포함하고;
    상기 제어 회로는 상기 압력 계측기로부터 수신된 데이터에 따라 상기 RF 에너지 발생기에 의해 생성된 RF 에너지의 주파수 및/또는 파워를 변경하도록 적응되는, 열분해 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 제1 채널 및 제2 채널과, 제1 캡슐 및 제2 캡슐를 더 포함하고,
    상기 캡슐 챔버는 적어도 제2 캡슐을 수용하여 보유하도록 적응되고;
    상기 제1 채널은 상기 제1 캡슐로부터 발생된 제1 열분해 산물을 전달하도록 적응되고, 상기 제2 채널은 상기 제2 캡슐로부터 발생된 다른 물질을 전달하도록 적응되는, 열분해 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 유체 입구를 더 포함하고;
    상기 적어도 하나의 유체 입구는 상기 시스템의 동작 동안 상기 제1 캡슐과 상기 제2 캡슐 중 적어도 하나 내로 유체를 제공하기 위해 상기 제1 캡슐과 상기 제2 캡슐 중 적어도 하나 내로 관통하는 오리피스를 갖는, 열분해 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 캡슐 챔버는 제1 영역과 제2 영역을 갖고;
    상기 RF 에너지 발생기는 상기 제1 영역에서의 제1 열 효율과, 상기 제2 영역에서의 제2 열 효율을 갖고;
    상기 제1 캡슐의 내용물을 미리 정해진 간격으로 제1 미리정해진 온도로 제어 가능하게 가열하고, 상기 제2 캡슐의 내용물을 상기 미리 정해진 간격으로 제2 미리정해진 온도로 가열하기 위해, 상기 시스템의 동작 동안 상기 제1 캡슐은 상기 제1 영역에 두고, 상기 제2 캡슐은 상기 제2 영역에 두는, 열분해 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 재료와 접촉하는 발열체 재료(susceptor material)를 더 포함하고, 상기 발열체 재료는 상기 열적으로 분해가능한 재료에 비해 증가된 마이크로파 흡수율를 갖는, 열분해 시스템.
  20. 제1항에 있어서, AC RF 에너지원과, 상기 캡슐 챔버의 반대 측면들에 배치된 제1 및 제2 전극들을 포함하는, 열분해 시스템.
  21. 열분해 시스템용 캡슐에 있어서, 상기 캡슐은,
    폐쇄된 쉘로서, 상기 쉘 내에 둘러싸인 내부 캐비티를 갖는, 상기 폐쇄된 쉘;
    중탄산나트륨과 물이 함유된 열적으로 분해가능한 재료를 수용하는 상기 캐비티 내의 적어도 제1 구획(compartment)을 포함하는, 캡슐.
  22. 제21항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 재료의 열분해 동안, 상기 열적으로 분해가능한 재료와 상기 열분해의 부산물들이 상기 캡슐로부터 배출되는 것을 방지하기 위한 필터를 더 포함하는, 캡슐.
  23. 제21항에 있어서, 상기 쉘은 RF 에너지에 대해 실질적으로 투과성이고 전기적으로 비도전성 재료로 만들어진, 캡슐.
  24. 제21항에 있어서, 상기 쉘은 금속으로 제조되고, 상기 쉘은 RF 에너지 발생기와 접촉할 때 마이크로파 캐비티가 되도록 적응되는, 캡슐.
  25. 제21항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 재료는 중탄산나트륨인, 캡슐.
  26. 제21항에 있어서, 상기 캡슐은 가열될 때 이산화탄소(CO2) 가스를 발생시키는, 캡슐.
  27. 제21항에 있어서, 마이크로파 안테나를 수용하는 소켓을 더 포함하는, 캡슐.
  28. 제27항에 있어서, 상기 캡슐이 상기 열분해 시스템 내로 삽입될 때 상기 안테나가 상기 캐비티 내를 관통하는 것을 허용하도록 상기 소켓이 적응되는, 캡슐.
  29. 제21항에 있어서, 상기 쉘은 전기적으로 도전성인 쉘이고,
    상기 캡슐은, 상기 전기적으로 도전성인 쉘에 접속되고 상기 캐비티 내로 돌출한 적어도 하나의 마이크로파 에너지 집중 요소를 더 포함하는, 캡슐.
  30. 제21항에 있어서, 65중량% 내지 85중량%의 중탄산나트륨과 35중량% 내지 15중량%의 물을 포함하는 습식 파우더를 더 포함하는, 캡슐.
  31. 제30항에 있어서, 상기 캐비티 내에 제2 구획을 더 포함하고, 상기 제2 구획은 향미 물질을 포함하는 캡슐.
  32. 제31항에 있어서, 상기 중탄산나트륨은 가열될 때 CO2를 발생시키고, 상기 CO2 가스는 상기 향미 물질로부터 향미를 추출하기 위해 상기 제2 구획을 통과하는, 캡슐.
  33. 제21항에 있어서, 절단 가능한 시일에 의해 덮인 개구를 더 포함하고, 상기 개구는 상기 캡슐이 상기 시스템 내로 삽입될 때 상기 열분해 시스템 채널의 오리피스를 수용하는, 캡슐.
  34. 제21항에 있어서, 절단 가능한 시일에 의해 덮인 개구를 더 포함하고, 상기 개구는 물 공급원(water source)의 출구를 수용하는, 캡슐.
  35. 이산화탄소 생성 방법에 있어서,
    RF 에너지 발생기 및 상기 RF 에너지 발생기에 접속된 RF 안테나 또는 전극을 제공하는 단계;
    캡슐 챔버 내의 캡슐에, 열분해시에 이산화탄소를 발생시키는 열적으로 분해가능한 시재료(starting material)를 둘러싸는 단계로서,
    상기 캡슐 챔버는 상기 캡슐을 수용하도록 적응된 밀봉 가능한 개구를 갖고, 상기 캡슐은 상기 캡슐에서의 열분해 동안 발생되는 미리 결정된 압력을 견디도록 적응되는, 상기 둘러싸는 단계;
    상기 캡슐에 개방된 제1 단부와 압력 밸브에 접속된 제2 단부를 갖는 채널을 제공하는 단계;
    상기 열적으로 분해가능한 시재료를 가열하여 압력 하에서 이산화탄소를 발생시키기 위해 상기 RF 에너지 발생기로 RF 에너지를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 시재료는 물과 중탄산나트륨을 포함하는, 방법.
  37. 제35항에 있어서, 상기 발생된 이산화탄소를 액체 저장소의 액체에 수집하는단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제35항에 있어서, 상기 캡슐은 캡슐 벽을 포함하고, 상기 캡슐 벽은 전기적으로 도전성 금속을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 캡슐 벽의 전기적으로 도전성 금속과 상기 안테나간에 전기적 접촉을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제35항에 있어서, 상기 캡슐 내에 생성된, 발생된 이산화탄소로부터 열적으로 분해가능한 시재료를 여과시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제35항에 있어서, 상기 캡슐을 버리고 상기 캡슐 챔버를 재사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제35항에 있어서, 상기 열적으로 분해가능한 시재료는 65중량% 내지 85중량%의 중탄산나트륨 파우더와, 35중량% 내지 15중량%의 물을 포함하는, 방법.
  42. 제35항에 있어서, 상기 캡슐 챔버는 RF 에너지에 대해 실질적으로 투과성이고 전기적으로 비도전성 재료로 제조되는, 방법.
  43. 제35항에 있어서, 금속으로 만들어진 제1 부분과 RF 에너지에 투과성을 가지는 재료로 만들어진 제2 부분을 포함하는 일회용 캡슐을 사용하는 단계와, 상기 제2 부분에 상기 열적으로 분해가능한 시재료를 첨가하는 단계를 포함하는, 방법.
  44. 제35항에 있어서, 상기 캡슐 내에 소켓을 제공하는 단계와, 마이크로파 에너지를 생성하는 동안 상기 소켓 내에 마이크로파 안테나를 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
  45. 제44항에 있어서, 마이크로파 에너지를 생성하는 동안 상기 캡슐 내에서 상기 마이크로파 안테나를 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  46. 제35항에 있어서,
    압력 계측기로 상기 캡슐 내에 발생된 압력을 모니터링하는 단계;
    상기 압력 계측기 및 상기 RF 에너지 발생기에 동작가능하게 접속된 제어 회로를 제공하는 단계;
    상기 압력 계측기로부터의 신호에 따라 상기 RF 에너지 발생기에 의해 발생된 상기 RF 에너지의 주파수 및/또는 파워를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
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