KR20120116508A - 결합된 열화학 반응기 및 엔진과，관련 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결합된 열 화학 반응기와 엔진, 및 관련 시스템과 방법에 관한 것이다. 특정한 실시예에 따른 시스템은 반응 구역을 갖는 반응기 용기, 반응 구역과 유체 연통하도록 결합된 수소 도너 소스, 및 연소 구역을 갖는 엔진을 포함한다. 시스템은 연소 구역과 반응 구역 사이에 결합되어 반응물 및/또는 복사 에너지를 반응 구역으로 전달하는 전달 통로를 더 포함할 수 있다. 시스템은 반응 구역과 엔진의 연소 구역 사이에 결합되어 반응 구역으로부터 제거된 성분의 적어도 일부를 연소 구역으로 운반하는 생성물 통로를 더 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 2월 13일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "총 스펙트럼 에너지 및 자원 자립(FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE)"인 미국 특허 출원 제61/304,403호를 우선권 주장하고 그 이익을 청구한다. 본 출원은 2010년 7월 21일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "함산소 연료를 예컨대 연료 냉각식 연료 인젝터에 제공하기 위한 열화학적 재생 방법 및 시스템(METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICAL REGENERATION TO PROVIDE OXYGENATED FUEL, FOR EXAMPLE, WITH FUEL-COOLED FUEL INJECTORS)"인 미국 특허 출원 제12/804,509호의 일부 연속 출원이고, 이 특허 출원은 2009년 8월 27일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "함산소 연료 생산(OXYGENATED FUEL PRODUCTION)"인 미국 가특허 출원 제61/237,425호; 2009년 8월 27일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "다연료 다연소(MULTIFUEL MULTIBURST)"인 미국 가특허 출원 제61/237,466호; 2009년 8월 27일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "총 스펙트럼 에너지(FULL SPECTRUM ENERGY)"인 미국 가특허 출원 제61/237,479호; 2009년 12월 7일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "통합식 연료 인젝터와 점화기 및 관련된 사용 및 제조 방법(INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS AND MANUFACTURE)"인 PCT 출원 제PCT/US09/67044호; 2010년 2월 13일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "총 스펙트럼 에너지 및 자원 독립(FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE)"인 미국 가출원 제61/304,403호; 2010년 3월 9일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "예컨대 연료 인젝터에 사용하도록 고전압 RF 차폐를 제공하기 위한 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING HIGH VOLTAGE RF SHIELDING, FOR EXAMPLE, FOR USE WITH A FUEL INJECTOR)"인 미국 가출원 제61/312,100호를 우선권 주장하고 그 이익을 청구한다. 미국 특허 출원 제12/804,509호는 또한 2009년 12월 7일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "통합식 연료 인젝터와 점화기 및 관련된 사용 및 제조 방법(INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS AND MANUFACTURE)"인 미국 특허 출원 제12/653,085호의 일부 연속 출원이며, 이 출원은 2008년 1월 7일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "다연료 저장, 계량 및 점화 시스템(MULTIFUEL STORAGE, METERING, AND IGNITION SYSTEM)"인 미국 특허 출원 제12/006,774호(현재, 미국 특허 제7,628,137호)의 일부 연속 출원이며, 2009년 8월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "다연료 다연소(MULTIFUEL MULTIBURST)"인 미국 가출원 제61/237,466호를 우선권 주장하고 그 이익을 청구한다. 미국 특허 출원 제12/804,509호는 또한 2009년 10월 19일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "다연료 저장, 계량 및 점화 시스템(MULTIFUEL STORAGE, METERING, AND IGNITION SYSTEM)"인 미국 특허 출원 제12/581,825호의 일부 연속 출원이고, 이 출원은 2008년 1월 7일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "다연료 저장, 계량 및 점화 시스템(MULTIFUEL STORAGE, METERING, AND IGNITION SYSTEM)"인 미국 특허 출원 제12/006,774호(현재, 미국 특허 제7,628,137호)의 분할 출원이다. 이들 출원 각각은 본 명세서에 그 전체가 참조로 합체된다. 본 명세서에 참조로 합체된 전술한 출원 및/또는 임의의 기타 문헌들이 본 명세서에서 제시된 본 개시와 상충하는 정도까지, 본 명세서의 개시가 제어한다.
기술분야
본 출원은 전반적으로 열화학 반응기 및 엔진과, 관련 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특정한 실시예에서, 그러한 시스템은 광범위한 원료로부터 청정 연소의 수소계 연료를 생산하도록 사용될 수 있고, 수소계 연료를 형성할 때에 방출되는 탄소 및/또는 기타 요소로부터 구조적 빌딩 블록(예컨대, 아키텍처 구조물)을 제조할 수 있다.
태양, 바람, 파도, 낙수, 및 바이오매스계 소스와 같은 재생가능한 에너지 소스는 주요한 에너지 소스로서 엄청난 잠재력을 갖고 있지만, 현재로서는 광범위한 도입을 방해하는 다양한 문제를 겪고 있다. 예컨대, 전기 생산에서 재생가능한 에너지 소스를 이용하는 것은 간헐적일 수 있는 상기 에너지 소스의 이용 가능성에 따라 좌우된다. 태양 에너지는 태양의 이용 가능성(즉, 오직 주간만)에 의해 제한되며, 풍력 에너지는 바람의 변화성에 의해 제한되고, 낙수 에너지는 가뭄에 의해 제한되며, 바이오매스 에너지는 다른 것들 중에서도 계절적 변화에 의해 제한된다. 이들 요인 및 다른 요인의 결과로서, 획득하든 획득하지 못하든 재생가능한 에너지원으로부터의 다량의 에너지는 폐기되는 경향이 있다.
에너지의 획득 및 절약과 관련된 전술한 비효율성은, 종종 높은 에너지 생산 비용을 초래하기 때문에, 세계의 다수 지역에 대해 실용적인 에너지 공급자로 재생가능한 에너지원이 성장하는 것을 제한한다. 따라서, 세계는 주요 에너지 소스로서 석유 및 다른 화석 연료에 계속 의존하고 있는데, 왜냐하면 적어도 부분적으로, 화석 연료와 관련된 기술 개발을 지원하는 정부 보조금 및 다른 프로그램으로 인해 화석 연료는 매력적일 정도로 편리하며 이러한 연료를 사용하는 것이 저렴해 보이기 때문이다. 동시에, 소비된 자원에 대한 대체 비용 그리고 환경 파손, 건강상 영향 및 화석 연료 사용에 따른 다른 부산물의 비용은 이러한 연료로부터 획득되는 에너지의 구입 가격에 포함되지 않는다.
전술한 내용 및 현재로서 유지 가능하게 재생가능한 자원을 생산하는 것과 관련된 다른 단점에 비추어, 이러한 자원을 이용한 제품 및 연료를 생산함에 있어서의 효율 및 상업적 실용성을 개선할 필요가 있다.
도 1은 개시된 본 기술의 실시예에 따라 연소 엔진으로부터 에너지를 수신하는 반응기 시스템의 부분적으로 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 개시된 본 기술의 실시예에 따라 연소 엔진으로부터 에너지를 수신하고 엔진으로 반응 생성물을 복귀시키는 반응기 시스템의 부분적으로 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 개시된 본 기술의 실시예에 따라 연소 엔진으로부터 에너지를 수신하고 엔진으로 반응 생성물을 복귀시키는 반응기 시스템의 부분적으로 개략적인 부분 단면도이다.
개관
수소 연료 및 구조 재료를 효율적으로 생산하기 위한 장치, 시스템 및 방법의 몇 가지 예가 이하에 설명되어 있다. 반응기를 가열하도록 연소 엔진에 의해 생성되는 폐열을 이용하고, 적어도 일부의 반응 생성물을 연소 또는 기타 목적을 위해 엔진으로 복귀시킴으로써 효율이 발생될 수 있다. 전체 프로세스로 인해 청정 연소 연료를 생산할 수 있고, 폴리머 및 탄소 복합재료를 비롯하여, 내구성 제품에 사용하도록 용도 변경된 탄소 및/또는 기타 성분이 생성될 수 있다. 이하의 설명은 당업자가 이하의 예를 실시, 제조 및 이용할 수 있도록 하기에 충분한 방식으로 이하 예의 특정한 다수의 세부사항을 제시하지만, 이하에 설명되는 세부사항 및 이점 중 몇 가지는 본 기술의 특정 예를 실시하기 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 추가적으로, 본 기술은 청구범위의 범주에 속하지만 여기서는 상세하게 설명되지 않는 다른 예를 포함할 수 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일례", "예", "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는 이러한 예와 함께 설명되는 구체적인 특징, 구조, 프로세스 또는 특성이 본 기술의 적어도 일례에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 "일례에서", "예에서", "일 실시예' 또는 "실시예"라는 표현이 나오면, 반드시 모두 동일한 예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 구체적인 특징, 구조, 루틴, 단계 또는 특성은 본 기술의 하나 이상의 예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 본 명세서에 제시된 표제는 단지 편의를 위한 것이며 청구된 기술의 범위 또는 의미를 한정 또는 해석하려는 의도는 없다.
이하에서 설명되는 기술의 특정 실시예는, 프로그래밍 가능한 컴퓨터 또는 제어기에 의해 실행되는 루틴을 비롯하여, 컴퓨터 실행 가능한 명령의 형태를 취할 수 있다. 당업자는, 본 기술이 이하에 설명 및 도시된 바와 다른 컴퓨터 또는 제어기 시스템 상에서 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 기술은, 이하에서 설명되는 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능한 명령을 수행하도록 특정하게 프로그래밍, 구성 또는 구축된 전용 컴퓨터, 제어기, 또는 데이터 프로세서에서 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서 일반적으로 사용되는 바와 같이 "컴퓨터" 및 "제어기"라는 용어는, 임의의 데이터 프로세서를 지칭하며, 인터넷 기기, 핸드헬드 장치, 멀티프로세서 시스템, 프로그래밍 가능한 소비자 전자기기, 네트워크 컴퓨터, 미니 컴퓨터 등을 포함할 수 있다. 본 기술은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크된 원격 처리 장치에 의해 작업 또는 모듈이 실행되는 분배 환경에서 실시될 수 있다. 이하에서 설명되는 기술의 양태는, 자기적으로 또는 광학적으로 판독 가능하거나 또는 제거 가능한 컴퓨터 디스크뿐만 아니라 네트워크에 걸쳐 전자적으로 분배되는 매체를 비롯하여, 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장 또는 분배될 수 있다. 특정한 실시예에 있어서, 본 기술의 양태에 대해 특정한 데이터 구조 및 데이터 송신은 또한 본 기술의 범위에 포함된다. 본 기술은 특정 단계를 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 매체를 프로그래밍하는 방법뿐만 아니라 상기 단계를 실행하는 방법 모두를 포함한다.
본 기술의 특정한 실시예에 따른 시스템은 반응 구역을 갖는 반응기 용기, 이 반응기 용기와 유체 연통하도록 결합된 수소 도너 소스, 및 연소 구역을 갖는 엔진을 포함한다. 시스템은 상기 연소 구역과 반응 구역 사이에 결합되어 반응물 및/또는 복사 에너지를 반응 구역으로 전달하는 전달 통로를 더 포함할 수 있다. 시스템은 반응 구역과 엔진의 연소 구역 사이에 결합되어 반응 구역으로부터 제거된 성분 중 적어도 일부를 연소 구역으로 운반하는 생성물 통로를 또한 더 포함할 수 있다. 예컨대, 특정한 실시예에서, 반응기는 해리(dissociation) 프로세스를 용이하게 하도록 연소 프로세스로부터의 폐열을 이용하여 메탄 등의 탄화수소를 해리시킬 수 있다. 결과적인 수소 연료 중 적어도 일부는 단독으로 또는 탄소 또는 탄소 화합물과 조합하여 연소 및/또는 기타 프로세스를 위해 엔진으로 복귀될 수 있다.
본 기술의 다른 실시예에 따른 방법은 수소 도너를 반응 용기의 반응 구역 내로 안내하고 엔진 내의 연료를 연소시켜 동력 및 배기 생성물을 생성하는 것을 포함한다. 이 방법은 배기 생성물을 엔진과 반응 구역 사이에 결합된 전달 통로를 통해 안내하여 반응물 및/또는 복사 에너지를 반응 구역으로 전달하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은 또한 수소 도너를 반응 구역에서 해리 생성물로 해리시키고, 해리 생성물로부터 비수소계 구조적 빌딩 블록 및/또는 수소계 연료를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은 반응 구역으로부터 제거된 성분 중 일부를 엔진으로 안내하는 것을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 특정한 실시예에서, 프로세스는 메탄을 수소 및 일산화탄소로 해리하고, 어느 한쪽 또는 양쪽 중 일부를 연소를 위해 예컨대 연료 성분을 이용하여 엔진으로 복귀시키는 것을 포함한다.
대표적인 반응기 시스템
도 1 및 도 2는 본 기술의 여러 실시예에 따라 수소계 연료 및 구조적 빌딩 블록 또는 아키텍처 구조물을 생산하기 위한 대표적인 반응기 시스템을 도시하고 있다. 도 1은 연소 프로세스로부터의 폐열을 이용하는 반응기의 일반적인 구조를 도시하고 있다. 도 2는 반응기 시스템의 추가 세부사항을 도시하고, 연소 엔진 및 반응기가 폐루프 방식으로 결합될 수 있는 메카니즘과 구조를 도시하고 있다.
도 1은 반응기(110)를 포함하는 대표적인 시스템(100)의 부분적인 개략도이다. 반응기(110)는 반응 구역(112)을 밀폐하거나 부분적으로 밀폐하는 반응기 용기(111)를 더 포함한다. 적어도 몇몇의 경우에, 반응기 용기(111)는 반응 구역(112) 내에서 발생하는 화학 반응을 용이하게 하도록 위치설정되는 하나 이상의 투과성 표면을 갖는다. 적절한 투과성 표면은 본 출원과 동시에 출원되었으며 발명의 명칭이 "수소계 연료 및 구조 요소를 생성하기 위한 투과성 표면을 갖는 반응기 용기와, 관련 시스템 및 방법(REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"이며 공동 계류 중이고 본 명세서에 참조로 합체되는 미국 출원 제______호(대리인 정리 번호 69545.8602US)에 설명되어 있다. 대표적인 예에서, 반응기 용기(111)는 도너 유입구(113)에 도너 소스(130)에 의해 제공되는 수소 도너를 수신한다. 예컨대, 수소 도너는 메탄 또는 다른 탄화수소를 포함할 수 있다. 반응기 용기(111) 내의 도너 분배기 또는 매니폴드(115)가 수소 도너를 반응 구역(112) 내로 분산 또는 분배시킨다. 반응기 용기(111)는 또한 증기 유입구(114)를 통해 증기/물 소스(140)로부터 증기를 수신한다. 반응기 용기(111) 내의 증기 분배기(116)가 증기를 반응 구역(112)으로 분배한다. 반응기 용기(111)는 흡열 반응을 용이하게 하도록 열을 반응 구역(112)으로 공급하는 히터(123)를 더 포함할 수 있다. 히터를 위한 동력(예컨대, 전력)은 재생가능한 에너지 소스(165)에 의해 제공될 수 있다. 재생가능한 에너지 소스(165)는 태양, 바람, 물 및/또는 기타 적절한 유지 가능한 소스를 포함할 수 있다. 반응 구역(112)에서 수행된 반응은 메탄 또는 다른 탄화수소를 수소 또는 수소 화합물, 및 탄소 또는 탄소 화합물로 해리시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응기(110)는 다른 수소 도너, 예컨대 질소 수소 도너를 해리시킬 수 있다. 대표적인 반응은 본 출원과 동시에 출원되었고 발명의 명칭이 "수소계 연료 및 구조 재료를 효율적으로 생성하기 위한 화학적 프로세스 및 반응기와, 관련 시스템 및 방법(CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"이며 본 명세서에 참조로 합체된 공동 계류 중인 미국 출원 제______호(대리인 정리 번호 69545.8601US)에 더 설명되어 있다. 반응 생성물은 배출구(117)를 통해 반응기 용기(111)에서 배출되고 반응 생성물 수집기(171a)에서 수집된다.
시스템(100)은 복사 에너지(예컨대, 폐열) 및/또는 반응기 용기(111) 내의 통로(118)에 성분을 제공하는 추가 반응물의 소스(150)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 열/반응물 소스(150)는 화살표(A)에 의해 지시된 바와 같이 통로(118)에 고온의 연소/배기 생성물(152)을 제공하는 연소 챔버(151)를 포함할 수 있다. 연소 생성물(152) 및 관련된 폐열은 해리 프로세스와 별개인 프로세스(예컨대, 동력 발생 프로세스)에 의해 생성된다. 연소 생성물 수집기(171b)는 추가 재순환 및/또는 다른 용도를 위해 반응기 용기(111)에서 배출되는 연소 생성물을 수집한다. 특정한 실시예에서, 연소 생성물(152)은 고온의 일산화탄소, 수증기 및/또는 다른 성분들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 투과성 표면(119)이 반응 구역(112)[통로(118) 둘레에 환형으로 배치될 수 있음]과 통로(118)의 내부 구역(120) 사이에 위치설정된다. 이에 따라, 투과성 표면(119)은 화살표(B)에 의해 지시된 바와 같이 복사 에너지 및/또는 화학적 성분이 통로(118)로부터 반응 구역(112)으로 반경 방향으로 외측을 향해 통과하게 할 수 있다. 연소 생성물(152)의 유동에 의해 제공되는 화학적 성분(들) 및/또는 복사 에너지(예컨대, 열)를 운반함으로써, 시스템(100)은 예컨대 반응 구역 온도 및/또는 압력을 증가시키고, 이에 따라 반응 속도, 및/또는 반응의 열역학 효율을 증가시킴으로써 반응 구역(112)에서 발생하는 반응을 향상시킬 수 있다. 따라서, 전술한 프로세스는 반응 구역(112)에서의 반응을 용이하게 하는 것 외에, 그렇지않으면 폐기되는 에너지 및/또는 성분을 재순환 또는 재사용할 수 있다.
투과성 표면(119)의 조성 및 구조는 복수 에너지가 통로(118)의 내부 구역(120)으로부터 반응 구역(112)으로 쉽게 통과하게 하도록 선택될 수 있다. 따라서, 투과성 표면(119)은 유리, 그래핀(graphene), 또는 재복사 구성요소를 포함할 수 있다. 적절한 재복사 구성요소는 본 출원과 동시에 출원되었고 발명의 명칭이 "재복사 표면을 갖는 화학적 반응기와, 관련된 시스템 및 방법(CHEMICAL REACTORS WITH RE-RADIATING SURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"이고 본 명세서에 참조로 합체되는 공동 계류 중인 미국 출원 제______호(대리인 정리 번호 69545.8603US)에 더 설명되어 있다.
전술한 바와 같이, 연소 생성물(152)은 반응 구역(112)에서 반응물로서 기능할 수 있는 증기 및/또는 다른 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 투과성 표면(119)은 복사 에너지를 반응 구역(112) 내로 허용하는 것 외에 또는 대신에 그러한 성분을 반응 구역(112) 내로 선택적으로 허용하도록 제조될 수 있다. 특정한 실시예에서, 투과성 표면(119)은 탄소 결정 구조, 예컨대 층상 그래핀 구조로부터 형성될 수 있다. 탄소계 결정 구조는 물 분자가 통과하게 하도록 신중히 선택되는 간격(예컨대, 유동 방향 A을 가로질러 배향되는 평행한 층들 사이에)을 포함할 수 있다. 동시에, 간격은 반응 구역(112)에서 생성된 유용한 반응 생성물이 반응 구역 밖으로 방출되는 것을 방지하도록 선택될 수 있다. 특정한 실시예에서, 투과성 표면(119)은 반응기(110)에 의해 생성 또는 촉진되는 동일한 타입의 아키텍처 구조물을 이용함으로써 형성될 수 있다.
시스템(100)은 (예컨대, 센서로부터의) 입력 신호(191)를 수신하고 입력값(191)을 적어도 부분적으로 기초로 하여 출력 신호(192; 예컨대, 제어 명령)을 제공하는 제어기(190)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어기(190)는 적절한 프로세서, 메모리 및/또는 I/O 능력을 포함할 수 있다. 제어기(190)는 측정 또는 감지된 압력, 온도, 유량, 화학적 농도 및/또는 기타 적절한 파라미터에 대응하는 신호를 수신하고, 반응물 운반 속도, 압력및 온도, 히터 활성화, 밸브 세팅 및/또는 기타 적절한 능동 제어 가능한 파라미터를 제어하는 명령을 내릴 수 있다. 작업자는 제어기(190)에 의해 자발적으로 수행되는 명령을 변경, 조절 및/또는 무시하도록 추가의 입력값을 제공할 수 있다.
도 2는 본 기술의 다른 실시예에 따라 복사 에너지/반응물 소스(150)와 조합하는 반응기(110)를 포함하는 시스템(100)의 부분적인 개략도이다. 이 실시예에서, 복사 에너지/반응물 소스(150)는 엔진(180), 예컨대 실린더(181) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(182)을 갖는 내연 엔진을 포함한다. 다른 실시예에서, 엔진(180)은 다른 구성, 예컨대 외연(external combustion) 구성을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 엔진(180)은 공기 필터(178)를 통해 실린더(181)에 진입하는 공기를 제어하도록 흡기 밸브(183a)에 의해 개방 및 폐쇄되는 흡기구(184a)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서 공기 유동은 조절될 수 없고, 다른 실시예에서 조절될 수 있다. 연료 인젝터(185)는 연료를 연소 구역(179)으로 안내하는데, 연소 구역에서 연료는 공기와 혼합하고 점화되어 연소 생성물(152)을 생성한다. 추가 연료는 분사 밸브(189a)에 의해 도입될 수 있다. 연소 생성물(152)은 배기 밸브(183b)에 의해 제어되는 배기구(184b)를 통해 실린더(181)에서 배출딘다. 대표적인 엔진과 점화 시스템의 추가 세부사항은 2010년 12월 7일자로 출원되었고 본 명세서에 참조로 합체되며 공동 계류 중인 미국 출원 제12/653,085호(대리인 정리 번호 69545.8304US)에 개시되어 있다.
엔진(180)은 엔진의 작동을 반응기(110)의 작동과 통합하도록 구체적으로 구성된 특징을 포함할 수 있다. 예컨대, 엔진(180)과 반응기(110)는 이하에서 더 상세하게 설명되는 공통의 연료 소스(130)로부터 연료를 공유할 수 있다. 연료는 레귤레이터(186)를 통해 연료 인젝터(185)에 제공된다. 엔진(180)은 또한 반응기(110)로부터 제1 도관 또는 통로(177a)를 통해 최종 생성물을 수신하고, 반응기(110)로부터 제2 도관 또는 통로(177b)를 통해 물(예컨대, 액체 또는 증기)을 수신할 수 있다. 이들 특징의 다른 양태는 전체 시스템(100)의 다른 특징의 설명에 이어서, 아래에서 더 상세하게 설명된다.
도 2에 도시된 시스템(100)은 또한 본 기술에 따라 열을 전달하고 반응 생성물을 분리하도록 구성된 열교환기와 분리기를 포함한다. 본 실시예의 특정한 양태에서, 시스템(100)은 생성물 형성을 용이하게 하도록 증기를 반응기 용기(111)에 제공하는 증기/물 소스(140)를 포함한다. 증기/물 소스(140)로부터의 증기는 적어도 2개의 채널을 통해 반응기(110)로 제공될 수 있다. 제1 채널은 제1 열교환기(170a)를 통과하고 제1 증기 분배기(116a)를 통해 반응기 용기(111) 내로 나아가는 제1 물 통로(141a)를 포함한다. 반응기 용기(111)로부터 제거된 생성물은 반응기 생성물 배출구(117)를 통과하고 생성물 통로(161)를 따라 나아간다. 생성물 통로(161)는 대향류 또는 역류 방식으로 제1 열교환기(170a)를 통과하여 생성물을 냉각하고 반응기 용기(111)에 진입하는 증기를 가열한다. 생성물은 유용한 최종 생성물(예컨대, 수소 및 탄소 또는 탄소 화합물)을 분리하는 반응 생성물 분리기(171a)로 계속 나아간다. 이어서, 생성물 중 적어도 일부는 다시 엔진(180)으로 안내되고, 이때에 다른 생성물은 생성물 수집기(160a)에 수집된다. 제1 밸브(176a)는 생성물 유동을 조절한다. 생성물 통로(161)에 남아 있는 물은 반응 생성물 분리기(171a)에서 분리되어 증기/물 소스(140)로 복귀될 수 있다.
증기/물 소스(140)가 증기를 반응기(110)에 제공하는 제2 채널은 제2 열교환기(170b)를 통과하는 제2 물 통로(141b)를 포함한다. 제2 물 통로(141b)를 따라 진행하는 물은 제2 증기 분배기(116b)를 통해 증기 형태로 반응기(110)에 진입한다. 이 물은 연소 구역(179)에서 배출되고 연소 생성물 통로(154)를 따라 [투과성 표면(179)을 포함할 수 있는] 전달 통로(118)를 통과하는 연소 생성물에 의해 가열된다. 소비된 연소 생성물(152)은 연소 생성물 수집기(160b)에서 수집되고, 질소 화합물, 인산염, 재사용된 발광 첨가제(예컨대, 나트륨, 마그네슘 및/또는 칼륨의 소스), 및/또는 재순화되거나 다른 목적(예컨대, 농업 목적)을 위해 사용될 수 있는 다른 합성물을 포함할 수 있다. 발광 첨가제는 반응 구역(112) 내로의 투과를 위해 유용한 복사 에너지의 양을 증가시키도록 반응기(110)의 상류의 연소 생성물(152)[및/또는 엔진(180)에 의해 사용된 연료]에 추가될 수 있다.
제2 물 통로(141b)를 따라 물을 가열하고 연소 생성물 통로(154)를 따라 연소 생성물을 냉각하는 것 외에, 제2 열교환기(170b)는 도너 통로(131)를 따라 반응기 용기(111) 내에 배치된 도너 분배기(115)로 나아가는 수소 도너를 가열시킬 수 있다. 도너 용기(130)는 수소 도너, 예컨대 메탄 등의 탄화수소, 또는 암모니아 등의 질소 도너를 수용한다. 도너 용기(130)는 내부의 수소 도너를 기화 및/또는 가압하도록 하나 이상의 히터(132)[제1 히터(132a)와 제2 히터(132b)로서 도시됨]를 포함할 수 있다. 3방향 밸브(133)와 레귤레이터(134)는 도너 용기(130)에서 배출되고 도너 통로(131)를 따라 제2 열교환기(170b)를 통해 반응기 용기(111) 내로 나아가는 유체 및/또는 증기의 양을 조절한다. 전술한 바와 같이, 수소 도너는 또한 적어도 몇몇 실시예에서 엔진(180)을 위한 연료로서 기능할 수 있고, 제3 도관 또는 통로(177c)를 통해 엔진(180)으로 운반될 수 있다.
반응기 용기(111)에서, 연소 생성물(152)은 복사 에너지 및/또는 반응물을 투과성 표면(119)을 통해 반응 구역(112) 내로 운반하면서 연소 생성물 통로(118)를 통과한다. 제2 열교환기(170b)를 통과한 후에, 연소 생성물(152)은 물을 연소 생성물로부터 분리하는 연소 생성물 분리기(171b)에 진입할 수 있다. 물은 증기/물 소스(140)로 복귀되고 잔류하는 연소 생성물은 연소 생성물 수집기(160b)에서 수집된다. 특정한 실시예에서, 분리기(171b)는 연소 생성물 증기의 운동 에너지에 의해 구동되는 원심 분리기를 포함할 수 있다. 연소 생성물 증기의 운동 에너지가 원심력에 의해 물을 분리하기에 불충분하다면, 모터/제너레이터(172)는 분리기(171b)에 에너지를 추가하여 필요한 원심력을 제공할 수 있다. 연소 생성물 증기의 운동 에너지가 물을 분리하는 데에 필요한 것보다 크다면, 모터/제너레이터(172)는 예컨대 시스템(100)의 다른 구성요소에 의해 사용될 에너지를 생성할 수 있다. 제어기(190)는 시스템(100)의 다양한 요소로부터 입력값을 수신하고 유량, 압력, 온도, 및/또는 기타 파라미터를 제어한다.
제어기(190)는 또한 엔진(180)으로 반응기 생성물의 복귀를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기는 반응 생성물 및/또는 다시 포획된 물을 일련의 밸브를 통해 다시 엔진(180)으로 안내할 수 있다. 특정한 실시예에서, 제어기(190)는 제1 분리기(171a)로부터 얻은 수소와 일산화탄소를 제1 도관(177a)을 통해 엔진(180)으로 안내하는 제1 밸브(176a)의 작동을 제어할 수 있다. 이들 성분은 연소 구역(179)에서 연소되어 엔진(180)으로부터 추가의 동력을 제공할 수 있다. 몇몇의 경우에, 도시된 바와 같이 연소 구역(179) 및/또는 엔진(180)의 다른 요소들을 냉각시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에, 제어기(190)는 엔진(180)을 향한 물 또는 증기의 유동을 제2 및 제3 밸브(176b, 176c)와 대응하는 제2 도관(177b)을 통해 제어할 수 있다.
몇몇의 경우에, 다른 목적을 위해 사용되는 엔진(180)으로부터 추출된 에너지에 의해 반응기(110)에 제공되는 에너지를 밸런싱하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 시스템(100)은 일부의 연소 생성물(152)을 동력 추출 장치, 예컨대 터보-교류기, 터보차저 또는 슈퍼차저로 안내할 수 있는 프로포셔닝 밸브(proportioning valve; 187)를 연소 생성물 스트림에 포함할 수 있다. 동력 추출 장치(188)가 슈퍼차저를 포함한다면, 슈퍼차저는 엔진 실린더(181)에 진입하는 공기를 흡기구(184a)를 통해 압축하도록 작동한다. 추출 장치(188)가 터보차저를 포함하는 경우에, 터보차저는 추가의 동력을 생성하는 추가의 연소를 위해 연료를 연소 생성물들의 혼합물로 안내하는 추가의 연료 분사 밸브(189b)를 포함할 수 있다. 이 동력은 엔진(180)에 의해 제공되는 동력을 보충할 수 있거나, 별개의 전기 제너레이터를 통해 별개로 제공될 수 있다.
전술한 논의로부터 명백한 바와 같이, 시스템(100)의 한가지 특징은 연소 생성물(152)로부터의 에너지를 보존 및 재사용하도록 특별히 구성된다는 점이다. 따라서, 시스템(100)은 연소 생성물(152)로부터의 에너지 손실을 감소시키도록 구성되는 추가의 특징을 포함할 수 있다. 그러한 특징은 피스톤(182)의 헤드에서 및/또는 밸브(183a, 183b)의 단부에서 실린더(181) 둘레에 위치설정되는 단열재를 포함할 수 있다. 따라서, 단열재는 통로(118) 이외에 임의의 열 채널을 통해 엔진(180)으로부터 이송되는 열을 방지하거나 적어도 제한한다.
전술한 실시예들 중 적어도 일부의 한가지 특징은 반응기 시스템이 상호 의존적인 방식으로 링크된 반응기와 엔진을 포함할 수 있다는 점이다. 구체적으로, 엔진은 수소계 연료와 비수소계 구조적 빌딩 블록을 생성하도록 반응기에서 수행되는 해리 프로세스를 용이하게 하는 폐열을 제공할 수 있다. 빌딩 블록은 탄소, 붕소, 질소, 실리콘 및/또는 황을 함유하는 분자를 포함할 수 있고, 아키텍처 구조물을 형성하도록 사용될 수 있다. 전술한 폴리머 및 복합재료 외에 아키텍처 구조물의 대표적인 예는, 본 출원과 동시에 출원되었고 발명의 명칭이 "예컨대 복수 개의 아키텍처 결정을 갖는 아키텍처 구조물(ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS)"이며 본 명세서에 참조로 합체되는 공동 계류 중인 미국 특허 제______호(대리인 정리 번호 69545.8701)에 더 상세하게 설명되어 있다. 이 구조의 이점은 엔진과 반응기 간에 상승 작용을 제공할 수 있다는 점이다. 예컨대, 전술한 해리 프로세스를 수행하도록 반응기에 의해 일반적으로 요구되는 에너지 입력값은 연소 생성물에 의해 제공되는 추가의 에너지에 의하여 감소될 수 있다. 엔진의 효율은 청정 연소 수소를 연소 챔버에 추가함으로써, 및/또는 엔진을 냉각하기 위해 물(예컨대, 증기 또는 액체 형태)을 제공함으로써 향상될 수 있다. 증기와 수소계 연료가 반응기에 의해 생성되지만, 이들은 엔진에 상이한 속도로 운반될 수 있고 및/또는 상이한 계획 및/또는 달리 상이한 방식에 따라 변동될 수 있다.
전술로부터, 본 기술의 특정 실시예는 본 명세서에 예시를 위해 설명되었고, 다양한 수정이 본 기술로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 전술한 프로세스의 특정 실시예는 메탄의 관점에서 설명되었다. 다른 실시예에서, 수소계 연료 및 아키텍처 구조물을 형성하도록 다른 수소 연료 또는 비탄소 함유 수소 도너가 유사한 프로세스를 받을 수 있다. 엔진에 의해 제공된 폐열은 히터(123)에 동력을 제공할 수 있거나, 다른 방식으로 반응기(110)에 작동 가능하게 결합될 수 있는 다른 폐열 소스, 예컨대 재생 제동으로부터의 폐열에 의해 보충될 수 있다.
특정한 실시예의 문맥에서 설명된 본 기술의 특정 양태는 결합될 수 있거나 다른 실시예에서 제거될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 엔진은 반응기(110)로부터의 냉각수가 아니라 수소계 연료를 수신할 수 있고, 그 반대로 마찬가지이다. 또한, 본 기술의 특정 실시예와 관련된 이점이 이들 실시예의 관점에서 설명되었지만, 다른 실시예도 또한 그러한 이점을 보일 수 있고, 모든 실시예들이 본 개시의 범위 내에 속하는 그러한 이점을 반드시 보여야 하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시 및 관련 기술은 본 명세서에 명시적으로 도시 또는 설명되지 않은 다른 실시예들을 포괄할 수 있다.
본 명세서에 참조로 미리 통합되지 않는 범위까지, 본 출원은 이하의 문헌 각각의 주제를 전체적으로 참조로 통합한다: 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "재생가능한 에너지, 재료 자원 및 영양분 체계의 통합 생산을 통한 유지 가능한 경제적 발전(SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENT REGIMES)"인 미국 특허 출원 제12/857,553호; 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "재생가능한 에너지의 통합적 총 스펙트럼 생산을 통한 유지 가능한 경제적 발전을 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY)"인 미국 특허 출원 제12/857,553호; 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "태양열을 이용한 재생가능한 재료 자원의 통합적 총 스펙트럼 생산을 통한 유지 가능한 경제 발전을 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES USING SOLAR THERMAL)"인 미국 특허 출원 제12/857,554호; 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "주거지 지원을 이한 에너지 시스템(ENERGY SYSTEM FOR DWELLING SUPPORT)"인 미국 특허 출원 제12/857,502호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "인라인 선택 추출 장치를 갖춘 운반 시스템 및 관련 작동 방법(DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTION DEVICES AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION)"인 대리인 정리 번호 69545-8505.US00; 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "에너지, 재료 자원 및 영양분 체계의 생성을 위한 자생적 시스템 및 프로세스의 총체적인 비용 모델링(COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGIMES)"인 미국 특허 출원 제61/401,699호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "수소 연료 및 구조 재료를 효율적으로 생성하기 위한 화학적 프로세스 및 반응기 그리고 관련 시스템 및 방법(CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8601.US00; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "수소계 연료 및 구조 요소를 생성하기 위한 투과성 표면을 갖는 반응기 용기 그리고 관련 시스템 및 방법(REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8602.US00; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "재복사 표면을 갖춘 화학 반응기 및 관련 시스템과 방법(CHEMICAL REACTORS WITH RE-RADIATING SURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8603.US00; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "열전달 장치와 관련 시스템 및 방법(THERMAL TRANSFER DEVICE AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8604; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "환형으로 위치설정된 전달 및 제거 장치를 갖춘 화학 반응기 및 관련 시스템과 방법(CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVAL DEVICES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8605.US00; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "태양열 유입을 갖는 열화학 프로세스를 수행하는 반응기와, 관련 시스템 및 방법(REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITH SOLAR HEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8606.US00; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "열화학 프로세스를 위한 유도와, 관련 시스템 및 방법(INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCESS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 69545-8608.US00; 2010년 9월 22일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "열화학적 재생을 이용하여 자동차 엔진에서의 마찰 에너지를 감소 및 획득하는 방법(REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USING THERMAL CHEMICAL REGENERATION)"인 미국 특허 출원 제61/385,508호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "수소계 연료 및 구조 요소를 생성하기 위한 압력 및 열 전달 특징부를 갖춘 반응기 용기와, 관련 시스템 및 방법(REACTOR VESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS)"인 대리인 정리 번호 제69545-8616.US00호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "예컨대 복수 개의 아키텍처 결정을 갖는 아키텍처 구조물(ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS)"인 대리인 정리 번호 제69545-8701.US00호; 2010년 8월 16일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "유체 이송 시스템의 특성을 탐지하기 위한 방법 및 장치(METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS)"인 미국 특허 출원 제12/806,634호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "목표 샘플의 특성을 검출하기 위한 방법, 장치 및 시스템(METHODS, DEVICES, AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGET SAMPLES)"인 대리인 정리 번호 제69545-8801.US01호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "탄화수소, 알코올 증기, 수소, 탄소 등에 바이오매스를 처리하기 위한 시스템(SYSTEM FOR PROCESSING BIOMASS INTO HYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC.)"인 대리인 정리 번호 제69545-9002.US00호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "열화학적 재생을 이용한 탄소 재생 및 재투자(CARBON RECYCLING AND REINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION)"인 대리인 정리 번호 제69545-9004.US00호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "함산소 연료(OXYGENATED FUEL)"인 대리인 정리 번호 제69545-9006.US00호; 2009년 8월 27일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "탄소 몰수(CARBON SEQUESTRATION)"인 미국 특허 출원 제61/237,419호; 2009년 8월 27일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "함산소 연료 생산(OXYGENATED FUEL PRODUCTION)"인 미국 특허 출원 제61/237,425호; 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "오염물질을 고립시키고 에너지를 저장하기 위한 재생가능한 다목적 연료(MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY)"인 대리인 정리 번호 제69545-9102.US00호; 2010년 12월 8일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "수소, 탄소의 산화물 및/또는 질소로부터의 액체 연료 그리고 내구성 제품을 제조하기 위한 탄소의 생성(LIQUID FUELS FROM HYDROGEN, OXIDES OF CARBON, AND/OR NITROGEN; AND PRODUCTION OF CARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS)"인 미국 특허 출원 제61/421,189호; 그리고 2011년 2월 14일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "가공된 연료 저장, 재분화 및 운반(ENGINEERED FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT)"인 대리인 정리 번호 제69545-9105.US00호.
Claims (21)
- 화학 반응기 시스템이며,
반응 구역을 갖는 반응기 용기와,
상기 반응기 용기의 반응 구역과 유체 연통하도록 결합되는 수소 도너 소스와,
연소 구역을 갖는 엔진과,
(a) 반응물과 (b) 복사 에너지 중 적어도 하나를 상기 반응 구역에 전달하기 위해 연소 구역과 반응 구역 사이에 결합되는 전달 통로와,
상기 반응 구역으로부터 제거된 성분의 적어도 일부를 연소 구역으로 운반하기 위해 엔진의 연소 구역과 반응 구역 사이에 결합되는 생성물 통로를 포함하는 화학 반응기 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 반응 구역과 유체 연통하도록 결합되는 증기 소스를 더 포함하는 화학 반응기 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 전달 통로의 내부 구역과 반응 구역 사이에 위치설정되는 투과성 표면을 더 포함하며, 상기 투과성 표면은 반응물과 복사 에너지 중 적어도 하나에 투과성인 화학 반응기 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 구역으로부터 제거된 성분을 분리시키기 위해 상기 엔진의 연소 구역과 반응 구역 사이에 결합되어 작동하는 분리기를 더 포함하는 화학 반응기 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응물 용기 내의 반응물을 가열하기 위해 반응물 용기와 열적 연통하도록 위치설정되는 히터를 더 포함하는 화학 반응기 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 전달 통로를 통한 열전달 이외의 엔진으로부터의 열전달을 적어도 제한하도록 위치설정되는 단열재를 더 포함하는 화학 반응기 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 단열재는 엔진의 실린더 주위에 위치설정되는 화학 반응기 시스템.
- 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법이며,
수소 도너를 반응기 용기의 반응 구역 내로 안내하는 단계와,
동력 및 연소 생성물을 생성하기 위해 엔진용 연료를 연소시키는 단계와,
(a) 반응물과 (b) 복사 에너지 중 적어도 하나를 반응 구역으로 전달하기 위해 상기 엔진과 반응 구역 사이에 결합된 전달 통로를 통해 연소 생성물을 안내하는 단계와,
상기 수소 도너를 반응 구역에서 해리 생성물로 해리시키는 단계와,
상기 해리 생성물로부터 (a) 비수소계 구조적 빌딩 블록 및 (b) 수소계 연료를 제공하는 단계와,
상기 반응 구역으로부터 제거된 성분을 엔진으로 안내하는 단계를 포함하는,
엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법. - 제8항에 있어서, 상기 수소 도너를 안내하는 단계는, 메탄을 안내하는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 반응 구역으로부터 제거된 성분을 안내하는 단계는, 비수소계 구조적 빌딩 블록과 수소계 연료 중 적어도 하나의 일부를 엔진으로 안내하는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 연료를 연소시키는 단계는, 내연 엔진에서 연료를 연소시키는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 연료를 연소시키는 단계는, 수소 도너의 화학적 조성과 동일한 화학적 조성을 갖는 연료를 연소시키는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 연소 생성물을 안내하는 단계는, 증기와 복사 에너지를 반응 구역으로 안내하는 단계를 포함하며, 상기 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법은 추가 부분의 증기를 반응 구역으로 안내하는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 성분을 안내하는 단계는, 수소계 연료를 연소를 위해 엔진으로 안내하는 단계를 포함하고,
상기 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법은,
상기 반응 구역으로부터 배출된 물을 냉각을 위해 엔진으로 안내하는 단계와,
상기 수소계 연료와 물이 엔진에 진입하는 속도를 자동으로 제어하여 다르게 변동시키는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법. - 제8항에 있어서, 재생가능한 에너지 소스로부터 반응 구역으로 열을 제공하는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 열을 제공하는 단계는, 재생 제동으로부터 얻은 열을 제공하는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 열을 제공하는 단계는, 태양열 에너지로부터 얻은 열을 제공하는 단계를 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 제8항에 있어서, 엔진에 제공된 단열재를 통해 연소 생성물 이외의 열 통로에 의한 엔진으로부터의 열전달을 적어도 제한하는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
- 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법이며,
메탄을 반응기 용기의 반응 구역 내로 안내하는 단계와,
물과 복사 에너지를 포함하는 연소 생성물 및 동력을 생성하기 위해 내연 엔진에서 탄화수소 연료를 연소시키는 단계와,
(a) 증기 형태의 물의 제1 부분 및 (b) 복사 에너지를 반응 구역으로 전달하기 위해 상기 연소 생성물을 엔진과 반응 구역 사이에 결합된 전달 통로를 통해 안내하는 단계와,
반응 구역에서 수소와 일산화탄소를 생성하기 위해 메탄을 해리시키는 단계와,
상기 반응 구역으로부터 수소, 일산화탄소 및 물을 제거하는 단계와,
상기 수소와 일산화탄소로부터 물의 적어도 일부를 분리시키는 단계와,
상기 수소와 일산화탄소의 일부를 연소를 위해 내연 엔진으로 안내하는 단계와,
내연 엔진을 냉각시키기 위해 상기 수소와 일산화탄소로부터 분리된 물의 적어도 일부를 내연 엔진으로 안내하는 단계를 포함하는,
엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 반응 구역 상류의 연소 생성물의 일부를 배출하는 단계와,
연소 생성물의 일부와 수소의 일부를 터보차저에 제공하는 단계와,
추가 동력을 터보 차저에서 생성하는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법. - 제19항에 있어서, 상기 반응 구역으로부터 제거된 일산화탄소로부터 그래핀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 엔진 및 화학 반응기를 작동시키는 방법.
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