從水下來(lái)源除去和處理氣體的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本文公開(kāi)了用于從水下來(lái)源除去和處理氣體的系統(tǒng)和方法。一種根據(jù)特定實(shí)施例用于從水下區(qū)域中除去和處理氣體的系統(tǒng)，包括膜或具有端口的其它開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)被設(shè)置在水下區(qū)域的至少一個(gè)部分之上，以便至少部分地包圍一體積的氣體。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括耦合到開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)器以接收該氣體，并且該化學(xué)反應(yīng)器被定位以引導(dǎo)非燃燒反應(yīng)從該氣體的供體物質(zhì)離解一成分。
【專利說(shuō)明】從水下來(lái)源除去和處理氣體的系統(tǒng)和方法
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交互引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年8月12日提交的，美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?1/523，259的優(yōu)先權(quán)，并通過(guò)引用并入本文。如果前述臨時(shí)申請(qǐng)和/或通過(guò)引用并入本文中的任何其它材料與本公開(kāi)內(nèi)容沖突，則以本公開(kāi)內(nèi)容為準(zhǔn)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請(qǐng)一般涉及用于從海底收集和除去氣體以及使用反應(yīng)器處理氣體以有效地產(chǎn)生輸出成品(例如氫燃料和結(jié)構(gòu)材料)的系統(tǒng)和方法，以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。在具體實(shí)施例中，氣體收集和提取過(guò)程可以用對(duì)環(huán)境的有限影響來(lái)提取甲烷并且可以從當(dāng)形成基于氫的燃料時(shí)釋放出的碳和/或其它元素產(chǎn)生基于氫的燃料和結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊(structuralbuilding block)。
【背景技術(shù)】
[0004]據(jù)估計(jì)，在美國(guó)的沿海水域的甲烷水合物中有可能儲(chǔ)存多達(dá)317萬(wàn)億立方英尺的甲烷氣體。盡管甲烷的這個(gè)來(lái)源將提供能量的大量來(lái)源，從海洋甲烷水合物中提取甲烷被報(bào)告為在技術(shù)上是有困難或不可能的，并且對(duì)環(huán)境有潛在危險(xiǎn)。甲烷水合物被認(rèn)為在海洋環(huán)境中是不穩(wěn)定的，因?yàn)樗群Ｋ芏刃〔⑶以趬毫驕囟戎械奈⑿∽兓瘯?huì)導(dǎo)致含有甲烷的冰失敗并釋放大量的甲烷到環(huán)境中。據(jù)了解，大規(guī)模的甲烷釋放入海和大氣可能對(duì)氣候和經(jīng)濟(jì)造成災(zāi)難性的后果。
[0005]除了環(huán)境的考慮，有證據(jù)顯示，地震事件和削弱氣體水合物的晶格狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)觸發(fā)水下甲烷排放和滑坡。甲烷水合物的提取，如果處理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)額外的甲烷氣體從這些水合物的釋放的海底突然中斷。此外，據(jù)了解，海水變暖可能隨著時(shí)間的推移促使甲烷的大量釋放作為冰凍的甲烷水合物融化，腐爛，和/或以其他方式失敗并釋放甲烷到環(huán)境中。
[0006]鑒于目前與甲烷的穩(wěn)定性和提取相關(guān)聯(lián)的上述和其它的缺點(diǎn)，由于自然或其他海洋事件(如海水的變暖)仍需要收集從海底逸出的甲烷氣體。同樣也仍然需要提供用于從海底提取甲烷的安全和可控的方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例配置的具有熱化學(xué)處理(TCP)反應(yīng)器的反應(yīng)器系統(tǒng)的部分示意橫截面圖。
[0008]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例的耦合到安裝在海底的氣體收集和提取系統(tǒng)的TCP反應(yīng)器系統(tǒng)的部分示意橫截面圖。
[0009]圖2A-2C是圖2的氣體收集和提取系統(tǒng)的其它實(shí)施例的部分示意橫截面圖。
[0010]圖2D是圖2的TCP反應(yīng)器系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。
[0011]圖3和圖4是根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)的氣體收集和提取系統(tǒng)的仍進(jìn)一步的實(shí)施例的部分示意橫截面圖。
[0012]圖5是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例的氣體水合物的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的端視圖，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)從氣體水合物中提取甲烷并產(chǎn)生各種產(chǎn)物。
[0013]圖6是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的使用太陽(yáng)能裝置提取甲烷的的氣體水合物轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的立體圖。
[0014]圖Rl-1是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例的具有反應(yīng)器的系統(tǒng)的部分示意的部分橫截面圖。
[0015]圖R1-2是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例的具有環(huán)形地定位的透射面的反應(yīng)器的一部分的部分不意剖切圖。
[0016]圖R2-1是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的具有帶有再輻射元件的反應(yīng)器的系統(tǒng)的部分不意的、部分橫截面圖。
[0017]圖R2-2根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)施例示出了吸收特性作為代表反應(yīng)物和再輻射材料的波長(zhǎng)的函數(shù)。
[0018]圖R2-3是根據(jù)本公開(kāi)的技術(shù)的特定實(shí)施例配置的具有再輻射元件的在圖R2-1中示出的反應(yīng)器一部分的放大的局部示意圖。
[0019]圖R3-1是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例配置的熱傳遞設(shè)備的示意性剖視圖。
[0020]圖R3-2A和R3-2B是配置成根據(jù)本技術(shù)的其他實(shí)施例的熱傳遞設(shè)備的示意性橫截面圖。
[0021]圖R3-3A是根據(jù)本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例的在第一方向上操作的熱傳遞裝置的示意性橫截面圖，圖R3-3B是在與第一方向相反的第二方向上操作的圖R3-3A的操作的熱傳遞裝置的示意性橫截面圖。
[0022]圖R3-4是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的適合傳遞熱量的熱泵的部分示意圖。
[0023]圖R4-1是根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)的實(shí)施例的具有引導(dǎo)熱量至反應(yīng)器容器的太陽(yáng)能聚集器的系統(tǒng)的局部示意圖。
[0024]圖R4-2是根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)的實(shí)施例的反應(yīng)器容器的一部分的部分示意放大圖，包括用于控制輸送太陽(yáng)能到反應(yīng)區(qū)域的附加特征。
[0025]圖R4-3是根據(jù)本的實(shí)施例的具有環(huán)形定位產(chǎn)物去除和反應(yīng)物輸送系統(tǒng)的反應(yīng)器容器的實(shí)施例的部分示意橫截面圖。
[0026]圖R5-1是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例配置的具有太陽(yáng)能聚集器的系統(tǒng)的部分示意的，部分橫截面圖。
[0027]圖R5-2是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的具有被配置為在冷卻過(guò)程中發(fā)射能量的太陽(yáng)能聚集器的示于圖1中的系統(tǒng)的實(shí)施例的部分示意的，部分橫截面圖。
[0028]圖R5-3是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的具有可動(dòng)太陽(yáng)能聚集器的系統(tǒng)的部分示意的、部分截面圖。
[0029]圖R6-1是根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)的實(shí)施例的具有反應(yīng)器的系統(tǒng)的局部示意圖，該反應(yīng)器朝向基板在批處理模式中的操作。
[0030]圖R7-1是根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)的實(shí)施例的反應(yīng)器系統(tǒng)的部分示意的，部分橫截面圖，該系統(tǒng)從內(nèi)燃機(jī)接收能量并返回反應(yīng)產(chǎn)物至發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0031]圖R8-1是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的具有相互吸熱和放熱反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)器的部分示意橫截面圖。
具體實(shí)施例
[0032]1、概沭
[0033]以下公開(kāi)了用于在熱化學(xué)處理(TCP)反應(yīng)器中提取氣體和進(jìn)行反應(yīng)的裝置、系統(tǒng)和方法的幾個(gè)例子。提取系統(tǒng)和TCP反應(yīng)器可根據(jù)多個(gè)與操作模塊被用于訪問(wèn)在海洋氣體中的供體分子(例如，氫供體)并離解供體為供體產(chǎn)物(例如，氫或氫化合物，并且碳或碳的化合物)。離解的產(chǎn)物可用于產(chǎn)生電能，氫燃料和/或其他有用的最終產(chǎn)物。相應(yīng)地，TCP反應(yīng)器可以生產(chǎn)清潔燃燒的燃料，且可以重新計(jì)劃用于耐用品(包括聚合物和碳復(fù)合材料)中的碳和/或其它成分。盡管下面的描述以足以使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)、制備和使用它們的方式提供了典型實(shí)施例的許多具體細(xì)節(jié)，但是下述的幾個(gè)細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)可能不是實(shí)踐所述技術(shù)的某些實(shí)施例所必需的。另外，所述技術(shù)可以包括在本技術(shù)范圍內(nèi)、但是在這里沒(méi)有詳細(xì)描述的其它實(shí)施例。
[0034]在本說(shuō)明書(shū)中提及的“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指，結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定部件、結(jié)構(gòu)、過(guò)程或特征被包括在本發(fā)明技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例中。因而，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“ 一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”在本說(shuō)明書(shū)的不同地方的出現(xiàn)，不一定都是指同一個(gè)實(shí)施例。此外，特定部件、結(jié)構(gòu)、例程、步驟或特征可以以任意合適的方式組合進(jìn)所述技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。本文提供的標(biāo)題僅僅是為了方便，無(wú)意限制或解釋本技術(shù)的范圍或含義。
[0035]下述技術(shù)的某些實(shí)施例可以采取計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(包括由可編程的計(jì)算機(jī)或控制器執(zhí)行的例程)的形式。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，所述技術(shù)可以在下面示出和描述的那些以外的計(jì)算機(jī)或控制器系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。所述技術(shù)可以體現(xiàn)在特殊用途計(jì)算機(jī)、控制器或數(shù)據(jù)處理器中，所述特殊用途計(jì)算機(jī)、控制器或數(shù)據(jù)處理器被專門(mén)地編程、構(gòu)造或構(gòu)建成執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)下述的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。因此，在本文中一般地使用的術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”和“控制器”是指任意數(shù)據(jù)處理器，且可以包括因特網(wǎng)裝置、手提式裝置、多處理器系統(tǒng)、可編程的用戶電子器件、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等等。所述技術(shù)也可以在分布式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，在該分布式環(huán)境中由通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理裝置來(lái)執(zhí)行任務(wù)或模塊。下述技術(shù)的方面可以被儲(chǔ)存或分布在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括磁盤(pán)或光學(xué)可讀盤(pán)或可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)盤(pán)以及電子地分布在網(wǎng)絡(luò)上的介質(zhì)。在具體實(shí)施例中，所述技術(shù)的某些方面特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸也被包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)包括將計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)程序化成執(zhí)行特定步驟、以及執(zhí)行所述步驟的方法。
[0036]2、代表性的TCP反應(yīng)器和TCP反應(yīng)器系統(tǒng)
[0037]圖1是典型的TCP反應(yīng)器100和反應(yīng)器系統(tǒng)110的局部示意圖。進(jìn)一步代表性的TCP反應(yīng)器和反應(yīng)器系統(tǒng)在2011年2月14日提交的、美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/027，208 (代理號(hào)69545.8601US)，題為 “CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCINGHYDRO GEN FUEL S AND S TRUC TURAL MATERIAL S，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS中被進(jìn)行了詳細(xì)的描述，該申請(qǐng)通過(guò)引用方式被結(jié)合在此并被稱為’ 208申請(qǐng)。如圖所示，代表性的反應(yīng)器100具有反應(yīng)容器102，其被配置為并被隔離來(lái)提供反應(yīng)條件的控制，包括在反應(yīng)器室104內(nèi)部之中的升高的溫度和/或壓力，足以重組或離解被引入至反應(yīng)器100的供體物質(zhì)106。重組或離解過(guò)程是不可燃的過(guò)程，并且可以根據(jù)先前以引用方式并入的'208申請(qǐng)中描述的參數(shù)來(lái)進(jìn)行。反應(yīng)器系統(tǒng)110可包括熱交換器、加熱器、管道、閥門(mén)、傳感器、電離器和其它設(shè)備(在圖1中未示出)，以便引入供體物質(zhì)106到TCP反應(yīng)器100中，以促進(jìn)重組，再進(jìn)化和/或離解反應(yīng)器100內(nèi)的供體物質(zhì)106，并以有利于從反應(yīng)器100中提取供體物質(zhì)106的解離的和/或重組的組分。
[0038]所述反應(yīng)器腔室104包括一個(gè)或多個(gè)供體入口 108，用于從供體源112接收供體物質(zhì)106。在具體的實(shí)施例中，供體物質(zhì)106為氫供體，它可以是固體，液體，和在另外的實(shí)施例中的氣態(tài)烴，例如，甲烷氣體。供體物質(zhì)106可包括其它碳基化合物，例如，乙烷，丙烷或丁烷，伴隨有十六烷和/或辛烷等級(jí)化合物。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，供體物質(zhì)106可以包括低等級(jí)的構(gòu)成，例如，脫同類十六烷或辛烷等級(jí)烴，或濕醇。在至少某些實(shí)施例中，供體物質(zhì)可以包括除烴類燃料(例如，碳水化合物，脂肪，醇類，酯類，纖維素和/或其他)外的其它化合物。在又進(jìn)一步的實(shí)施例中，氫供體106可以包括與除碳以外的成分組合的氫原子。例如，含氮化合物(例如，氨和/或尿素)可以起到類似氫供體的功能。其它合適的氫供體的例子在先前通過(guò)引用并入本文的’208申請(qǐng)中被描述了。在又一實(shí)施例中，供體物質(zhì)可以捐贈(zèng)除氫之外的成分。例如，反應(yīng)器100可以從CO2和/或另一個(gè)氧供體離解氧，或反應(yīng)器100可以解離鹵素供體。供體物質(zhì)106可以是通過(guò)供體的入口噴嘴114被分配到反應(yīng)器腔室104的氣體或液體形式。通常情況下，供體物質(zhì)106被提供為蒸氣或氣體。在其它實(shí)施例中，供體物質(zhì)106可以是在反應(yīng)器腔室104中經(jīng)歷的氣體相變的液體或蒸汽。
[0039]在反應(yīng)器腔室104中，供體物質(zhì)106經(jīng)歷重組、部分氧化和/或非燃燒型離解反應(yīng)，并離解成至少兩中組分，例如，氣體120和固體122。在其它實(shí)施例中，解離組分可以采取液體和氣體的形式，或者兩種氣體，這取決于所用的供體物質(zhì)和離解過(guò)程參數(shù)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，供體物質(zhì)106可以離解成以固體、氣體或液體，或這些相的混合物的形式的三個(gè)或更多個(gè)離解的組分。在特定實(shí)施例中，甲烷是供體物質(zhì)，而解離的組分是由碳和氫。
[0040]當(dāng)碳是離解的組分時(shí)，它可以被設(shè)置為反應(yīng)器腔室104內(nèi)的內(nèi)部供體固體(例如，碳)的收集器124上的固體122，并且當(dāng)氫是離解組分時(shí)，它可以在反應(yīng)器腔室104內(nèi)的氣體120形式。碳可以從內(nèi)部收集器124經(jīng)由存儲(chǔ)罐或如箭頭121所示的其他容器115被轉(zhuǎn)移到工業(yè)制造或包裝廠。氫氣可與二氧化碳反應(yīng)，二氧化碳來(lái)自如燃燒室140的源和/或用于生產(chǎn)流體如選定的醇類和/或水的供體源112。在其它實(shí)施例中，氫和碳可以從反應(yīng)器腔室104 一起去除(例如，在氣態(tài)形式，如H2和CO和/或CO2和/或CH3OH和/或C2H5OH,等等)，并隔開(kāi)反應(yīng)器腔室104外部。如氫氣117，一氧化碳127，和水129的物質(zhì)可以通過(guò)選擇性過(guò)濾、壓力或溫度擺動(dòng)吸收和/或在分離/收集子系統(tǒng)(例如，收集器)131a，131b和131c中的相位分離過(guò)程被收集。任何剩余的成分可以在額外的收集器128被收集。在升高溫度下的產(chǎn)物可以與供體物質(zhì)(例如，原料)106進(jìn)行熱交換，以冷卻輸出產(chǎn)物和加熱進(jìn)入反應(yīng)劑。如上所述，在許多這些實(shí)施例中，供體物質(zhì)用作氫供體，并且被離解成氫(或氫化合物)的分子和供體(或供體化合物)的分子。
[0041]此外，為除去反應(yīng)產(chǎn)物以為其他用途訪問(wèn)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物可以以有利于在反應(yīng)器腔104中發(fā)生反應(yīng)的一種方式和/或以一速率被除去。例如，固體產(chǎn)物(例如，碳)可以通過(guò)輸送裝置被去除，以及流體(氣體和/或液體)可通過(guò)選擇性過(guò)濾器或膜被去除以避免同時(shí)除去反應(yīng)物。作為產(chǎn)物被去除，它們可以與進(jìn)入的反應(yīng)物進(jìn)行熱交換，如上所述。除了預(yù)加熱反應(yīng)物，此過(guò)程可收縮和/或改變產(chǎn)物的相位，這可以進(jìn)一步加速移除處理和/或控制(例如，降低)在反應(yīng)器腔室104中的壓力。在特定實(shí)施例中，從產(chǎn)物流中冷凝水和/或醇可以達(dá)到這個(gè)目的。在任何這些實(shí)施例中，快速而不是緩慢除去反應(yīng)物可以增加在腔室104中進(jìn)行反應(yīng)的速率和/或效率。
[0042]在至少某些實(shí)施例中，如能源作物，森林砍伐，填埋廢物和/或其它有機(jī)廢物物質(zhì)可以被轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器腔室104，例如，通過(guò)供體入口 108，并可以進(jìn)行厭氧加熱以產(chǎn)生氣體，例如甲烷，水蒸汽，氫氣和一氧化碳。這個(gè)過(guò)程和/或其他過(guò)程可以創(chuàng)建灰分，其如果允許積累，可以干擾反應(yīng)器腔104內(nèi)的輻射加熱和/或其它過(guò)程。因此，灰分殘余物123可以在灰分收集器125被收集，并轉(zhuǎn)移到外部灰分收集器或容器119 (如箭頭113所指示的)以用于各種用途，例如返回微量礦物質(zhì)以改進(jìn)水耕操作或土壤改良作物的生產(chǎn)率，或者在具體配方中的成分?；曳质占?25可被冷卻和/或定位以選擇性吸引相對(duì)于其它產(chǎn)物和/或反應(yīng)物的灰分沉積。在至少某些實(shí)施例中，灰分也可含有同樣被收集的炭。在一般情況下，被引入反應(yīng)器100和被從反應(yīng)器100中移除的灰分和/或碳的量部分取決于供體106的組合物，以相對(duì)簡(jiǎn)單的和/或產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生灰分和碳的純供體(例如，純甲烷)。在任何這些實(shí)施例中，與收集反應(yīng)器腔室104內(nèi)的而不是從排出腔室的產(chǎn)物中的灰分相關(guān)聯(lián)的有點(diǎn)是灰分不易污染、弄臟和/或以其他方式干擾反應(yīng)器100的有效操作。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括關(guān)于灰分123被生產(chǎn)和/或從反應(yīng)器腔室104被去除的速率的增加的耐受性。因此，灰分可具有對(duì)在腔室104中的反應(yīng)速率的很小的影響或沒(méi)有影響，因此可以不作為產(chǎn)物去除速率被嚴(yán)格控制。
[0043]反應(yīng)器腔室104包括一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)腔室出口 126 (示意性地示于圖1)，通過(guò)該出口氣體或液體離解組分可以被去除并被輸送用于后續(xù)處理或控制。供體入口噴嘴114、供體固體收集器124以及反應(yīng)器腔室出口 126可以被定位以提高(例如，最大化)通過(guò)反應(yīng)器腔室104的供體物質(zhì)106和離解組分120和122的移動(dòng)，以便于從TCP反應(yīng)器100累積和去除解離的組分。TCP反應(yīng)器100還可以包括一個(gè)或多個(gè)固體收集器出口 130 (兩個(gè)被在圖1中示出)，通過(guò)該出口固體離解組分122和/或灰分123可以從反應(yīng)器100移除。來(lái)自反應(yīng)器100的代表碳基產(chǎn)物包括碳、碳化硅、鹵代烴類、石墨和石墨烯。這些產(chǎn)物可以被進(jìn)一步處理，例如，以形成碳薄膜，陶瓷，半導(dǎo)體器件，聚合物和/或其他結(jié)構(gòu)。因此，在反應(yīng)器100中進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)的產(chǎn)物可以是能夠被用于進(jìn)一步處理或在進(jìn)一步處理之后的建筑結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件。其它適合的產(chǎn)物在’ 208申請(qǐng)中描述。
[0044]如上所述，TCP反應(yīng)器100可以被配置為便于供體物質(zhì)106進(jìn)入反應(yīng)器腔室104，并允許材料的外出，材料包括來(lái)自反應(yīng)器腔室的離解的組分120和122，例如，如以下公式I所概括的。在TCP反應(yīng)器100還可以接收由加熱器132經(jīng)由集中太陽(yáng)能或電加熱提供的額外的熱能或通過(guò)循環(huán)傳熱流體提供的額外的熱能。當(dāng)太陽(yáng)能，風(fēng)能，水電，地?zé)峄蛄硪环欠逯的芰繉?duì)于操作系統(tǒng)110是過(guò)量需求時(shí)，能量(如熱能)可以被存儲(chǔ)在一個(gè)熱電池或轉(zhuǎn)移到加熱的水存儲(chǔ)媒介。在特定實(shí)施例中，TCP反應(yīng)器100和TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110作為一個(gè)整體，可以被構(gòu)造成允許的額外物質(zhì)和/或能量進(jìn)入或離開(kāi)反應(yīng)器腔室104。這些額外的物質(zhì)和/或能量可以應(yīng)用于修改TCP反應(yīng)器100的操作，以便接受不同供體物質(zhì)，以提供不同的解離和/或重組的組分，以提供對(duì)離解反應(yīng)更大的控制，和/或以提供在TCP反應(yīng)器系統(tǒng)的操作中的更高的效率。[0045]在圖1的代表性的系統(tǒng)中，額外反應(yīng)物，例如，水(蒸汽)的反應(yīng)物分配器134被布置在反應(yīng)器腔室104以提供補(bǔ)充熱量和/或成分。在反應(yīng)腔室104中的水還可以參與反應(yīng)，例如重組蒸汽和甲烷轉(zhuǎn)化成下面的公式2中所示的產(chǎn)物。因此，公式I和2示出了代表性的無(wú)需水(或其它氧供體)作為反應(yīng)物和需要水(或其它氧供體，如空氣)作為反應(yīng)物的離解和重組過(guò)程:
[0046]CH4+HEAT! — C+2H2 (I)
[0047]CH4+H20+HEAT2 — C0+3H2 (2)
[0048]在圖1所示的特定實(shí)施例中，燃燒室140引導(dǎo)燃燒產(chǎn)物142通過(guò)箭頭143所指示的燃燒產(chǎn)物入口 144送入反應(yīng)器腔室100。熱發(fā)射燃燒產(chǎn)物142通過(guò)反應(yīng)器100，以便提供額外的熱至反應(yīng)器腔室104并經(jīng)由出口 146退出。燃燒產(chǎn)物入口 144和出口 146可通過(guò)管道或?qū)Ч?48連接，其有利于從燃燒產(chǎn)物142將熱量傳遞到反應(yīng)器腔室104，并且，在特定實(shí)施例中，允許一定的或所有的燃燒產(chǎn)物14通過(guò)導(dǎo)管148的可滲透或透射面進(jìn)入反應(yīng)器腔室104。這樣的產(chǎn)物可以包括蒸汽和/或碳，氮和/或氧的氧化物，而這種表面在2011年2月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/026，996 (代理人案卷號(hào)69545.8602US)，標(biāo)題為“REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELSAND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的申請(qǐng)中被進(jìn)一步描述的，該申請(qǐng)通過(guò)引用方式被合并于此。相應(yīng)地，燃燒產(chǎn)物142可以補(bǔ)充供體物質(zhì)106作為氫氣和/或供體分子的來(lái)源。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，反應(yīng)器100還可以包括如在'208申請(qǐng)中描述的一個(gè)或多個(gè)熱交換器(例如，逆流熱交換器)。在任何一個(gè)的這些實(shí)施例中，足夠的熱量傳遞到反應(yīng)器100，以使非燃燒分解反應(yīng)分離供體物質(zhì)106為供體基組分和氫或氫基組分。
[0049]具有上述任何配置的反應(yīng)器都可以被用于處理從多種液體，蒸汽和/或氣體生產(chǎn)場(chǎng)所得到的物質(zhì)。代表性場(chǎng)所包·括垃圾填埋場(chǎng)(其中有機(jī)行動(dòng)已經(jīng)產(chǎn)生可回收有價(jià)值的甲烷和/或二氧化碳的總量)，海底(支撐冰凍的甲烷水合物受到調(diào)用，例如通過(guò)解凍)，永久凍土層，釋放二氧化碳的降解石灰石礦床，厭氧的消化的紙和/或紙制品，以及滯留井氣。處理從這樣的場(chǎng)所和/或其他場(chǎng)所提供的氣體的反應(yīng)器需要熱量以促進(jìn)非燃燒反應(yīng)，解離和/或水解反應(yīng)。必需的熱量可全部或部分地從太陽(yáng)能，風(fēng)能，地?zé)岷?或其他來(lái)源獲得。從水下來(lái)源提供能量和/或反應(yīng)物到TCP反應(yīng)器的代表性技術(shù)被參考圖2-6進(jìn)行如下描述。
[0050]3、代表海洋氣體收集和提取系統(tǒng)
[0051]例如那些具有任何上述配置或?qū)崿F(xiàn)任何上述功能的反應(yīng)器可以被用來(lái)處理甲烷和/或其它氣體，例如，從海底獲得的潛在的溫室氣體?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，特別的技術(shù)包括識(shí)別和映射在海底202上的感興趣的區(qū)域200，其正在經(jīng)歷，或具有經(jīng)歷的可能性，涉及含有感興趣的區(qū)域200的供體物質(zhì)106釋放的過(guò)程。承載TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110D的支撐結(jié)構(gòu)300 (圖示為一駁船或其它浮動(dòng)結(jié)構(gòu))然后被定位在感興趣的區(qū)域200之上或鄰近感興趣的區(qū)域200，并被保持就位，例如通過(guò)系纜或推進(jìn)器。在另一個(gè)實(shí)施例中，TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110可定位于擱在海底202上的懸掛鉆機(jī)或者非浮動(dòng)結(jié)構(gòu)上，或者可以被定位離陸地附近一距離，該距離遠(yuǎn)離感興趣的區(qū)域200但足夠接近以允許建立TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110和感興趣的區(qū)域200之間的流體連接。[0052]感興趣的區(qū)域200可以在若干因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。一個(gè)因素是地理，如海底202的形狀可以在感興趣的區(qū)域200協(xié)助或復(fù)雜化供體物質(zhì)106的安全和/或有效地收集或提取。如示于圖2中，代表的感興趣的區(qū)域200是大致平坦的、在中心部分201具有輕微的升高。在本實(shí)施例中，感興趣的區(qū)域200包括大部分與有機(jī)材料、細(xì)菌和其它生命形式、以及一種或多種籠形化合物(例如，甲烷水合物，大部分以冰格或晶體形式)混合的不同深度的沉積物。幾個(gè)代表性的實(shí)施例在甲烷水合物的上下文中被披露如下。根據(jù)其他實(shí)施例的系統(tǒng)和方法使用其它的水合物，例如，乙烷，丁烷和/或丙烷的水合物。在又一實(shí)施例中，其他的冰結(jié)合物質(zhì)(更通常被稱作籠形化合物)被得到。在任何這些實(shí)施例中，從海洋和/或其它來(lái)源收回的特別成分將取決于來(lái)源的位置等因素。在某些情況下，不同成分往往會(huì)自然分離，或者是易于分離的，例如，如果它們位于不同的場(chǎng)所，和/或適當(dāng)?shù)鼐哂胁煌幕瘜W(xué)性質(zhì)。在其他情況下，不同的物質(zhì)可以在它們已經(jīng)被釋放后分離，例如，使用膜，重力分離裝置和/或其他技術(shù)。在任何這些實(shí)施例中，它可能是有利于分別處理不同的物質(zhì)以考慮與不同的反應(yīng)物相關(guān)聯(lián)的不同的反應(yīng)參數(shù)，和/或與不同的反應(yīng)產(chǎn)物相關(guān)聯(lián)的不同的下游過(guò)程。
[0053]在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，除籠形化合物以外的物質(zhì)被回收和分離。例如，所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可以包括回收二氧化碳和/或其它物質(zhì)，并將它們解離成至少兩種成分，例如，碳或碳化合物，和氧氣或氧化合物。
[0054]在某些方面，代表的感興趣的區(qū)域200通常具有不到2度的水溫，是在大約300米(980英尺)或更深的深度，并在約30巴(450磅)的水壓下。在本實(shí)施例中，感興趣的區(qū)域200位于具有3.2公里(2英里)直徑的圓形區(qū)域內(nèi)。支撐300被定位在一個(gè)較高的位置，如圓的中心，圓的中心定位在感興趣的區(qū)域200的稍微升高的中心部分201。在其它實(shí)施例中感興趣的區(qū)域200的特征與圖2所示的那些特征可以有很大的變化。例如，感興趣的區(qū)域200可以是或包括在海底上的裂口或突出，可以位于不同的深度，壓力或溫度，和/或可以包括石灰石、砂巖或其他巖層的海底。感興趣的區(qū)域200也可以在淡水或在人造水庫(kù)中。感興趣的區(qū)域200可包括除了甲烷水合物之外的可回收供體物質(zhì)。例如,感興趣的區(qū)域200可以有足夠的有機(jī)物質(zhì)和細(xì)菌，并提供新鮮的水和/或二氧化碳的來(lái)源和/或其他礦物質(zhì)。
[0055]在識(shí)別感興趣的區(qū)域200的中心部分201之后，包括膜206或其它柔性元件的結(jié)構(gòu)，例如，開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)，被稍后定位在海底202的表面之上，以在感興趣的區(qū)域200覆蓋該海底。覆蓋可以是完整的或部分的，取決于地理和感興趣的區(qū)域200中的供體物質(zhì)106的濃度。在圖2中示出的代表性實(shí)施例中，膜206是或多或少的圓形和并覆蓋整個(gè)感興趣的區(qū)域200。通過(guò)將膜206布置在感興趣的區(qū)域200的稍微升高的中心部分201之上，膜206的中央?yún)^(qū)域208被布置在相對(duì)于膜206的其余部分更高的高度，從而限定膜206的最高點(diǎn)210。該膜206可以通過(guò)放置重物212 (如泥沙、碎石、巖石、或人造重物)在膜206之上被固定在感興趣的區(qū)域200之上的位置，以按住它靠近或抵住海底202。在其它實(shí)施例中，重物可以在膜206自身之內(nèi)被提供，或重物可以在膜206的部署期間或在部署之前被定位在膜206之下。在另一個(gè)實(shí)施例中，錨定件可以被定位在海底202以及索具被提供以固定膜206至錨定件。在本實(shí)施例中，膜206可設(shè)置有結(jié)構(gòu)增強(qiáng)構(gòu)件以保持膜206關(guān)于接合錨定件的錨點(diǎn)的完整性和位置。在又一實(shí)施例中，膜206的邊緣或周邊可埋在海底202或被加重以固定膜206。在任何這些實(shí)施例中，膜206可具有外周或者被相對(duì)于海底202固定的周邊區(qū)域，并且從周邊向內(nèi)設(shè)置的內(nèi)部區(qū)域。
[0056]膜206可以由任何或許多合適的配置和/或規(guī)格制成，包括薄的足夠強(qiáng)以承受由部署過(guò)程、錨定裝置或重物212所傳遞的力，從海底釋放出來(lái)的氣體，以及環(huán)境壓力(如地震活動(dòng)和洋流)的材料。例如，膜206可包括強(qiáng)纖維系統(tǒng)，該強(qiáng)纖維例如玻璃或碳基纖維和/或碳纖維增強(qiáng)的或金屬化的薄膜，包括一種能夠防止氣體穿過(guò)膜的多功能層。在進(jìn)一步的具體實(shí)施例中，TCP反應(yīng)器產(chǎn)生的碳被用于制造碳纖維增強(qiáng)材料和/或碳基薄膜。在另一個(gè)實(shí)施例中，膜206抑制氣體通路但允許水通過(guò)。膜206可以是單個(gè)連續(xù)材料片材或彼此連接以共同形成整體膜的分離的膜部分的互連的拼湊(可能會(huì)或可能不會(huì)執(zhí)行不同的功能)。在另一個(gè)實(shí)施例中，膜206具有氣體釋放口 214，其允許在膜206下被捕獲的某些氣體的釋放，或預(yù)先確定的壓力或體積的氣體的釋放，以保持在可接受的限制內(nèi)的膜206上的壓力。在圖2所示的實(shí)施例中，膜206以翼片的形式設(shè)置有氣體釋放口 214，翼片可被移位以暴露端口或膜206中的孔的圖案在膜208的中心附近。但在一般情況下，端口 214保持關(guān)閉，從而增加甲烷水合物的捕獲效率和減少或消除的甲烷排放到海洋以及因而對(duì)全球大氣造成影響。
[0057]一旦膜206是在感興趣的區(qū)域200的海底202之上的位置，從海底202逸出的氣體將上升，并捕獲在膜206下。因此，膜206至少部分地包圍大量的捕獲的氣體216。捕獲的氣體216將沿著膜206的底部表面遷移至膜206的最接近的升高部分，并繼續(xù)直到它到達(dá)膜206的最高點(diǎn)210。膜206的最高點(diǎn)210可以在膜206的中心208或偏離中心，或膜206可以被布置以提供兩個(gè)或更多個(gè)高點(diǎn)。例如，在圖2A示出的代表性實(shí)施例中，膜206被布置以提供幾個(gè)稍微升高的部分218，其被定位成包含特定量的捕獲氣體216。那些量的捕獲氣體216然后在該膜206的最低點(diǎn)220下溢出以在膜206的最高點(diǎn)210下收集。
[0058]回到圖2，將所述膜206的中心208在感興趣的區(qū)域200的稍微升高的中心部分201提供在膜206的中心208的自然的最高點(diǎn)。因?yàn)椴东@氣體216沿著膜206的底部遷移，膜206的部分相反于由重物212、沉積物和固定膜206的其它結(jié)構(gòu)所施加的力被抬起。膜206的中心208也被抬起以定義在膜206的中心208處的收集的和捕獲的氣體216的儲(chǔ)存器230 (具有用虛線表示的捕獲氣體216的底部)。在具體的實(shí)施例中，包含捕獲氣體216的儲(chǔ)存器230的膜206的位置可有比膜206的其他部分較大的彈性(和/或由加固網(wǎng)提供的保留保護(hù)構(gòu)件)，以擴(kuò)大而容納捕獲氣體216，或者提供具有特定的形狀的儲(chǔ)存器230。膜206包括膜出口或位于或靠近抬起膜206的最高點(diǎn)210的提取口 232，以便是在中心部分201從底層海底202和從擾動(dòng)沉積物的足夠距離，這可能是呈現(xiàn)在或靠近中心的膜206的208。
[0059]提取管或?qū)Ч?34被接合至膜出口端口 232并被配置為維持膜206內(nèi)的膜206升高與捕獲的氣體216與儲(chǔ)存器230連通。提取管234具有第一，例如，接合至膜206的下部236和第二，例如，位于、靠近或在海洋表面240之上的上部238，以便提供捕獲氣體216從儲(chǔ)存器230到表面240的通道。在圖2B所示的另一個(gè)實(shí)施例中，提取管234在下部236的一端242被關(guān)閉，管234通過(guò)膜出口端口 232，以使管端242被嵌入在海底202以提供提取管234和膜206的穩(wěn)定性，且一個(gè)或多個(gè)管開(kāi)口 244位于膜出口端口 232附近的提取管234的一側(cè)。開(kāi)口 244允許捕獲氣體216從儲(chǔ)存器230進(jìn)入提取管234。管下部236或管開(kāi)口244可以具有控制儲(chǔ)存器230和提取管234的內(nèi)部之間的通信的閥245。傳感器(未示出)可以提供關(guān)于在儲(chǔ)存器230中的組分、壓力、溫度和/或成分的量；通過(guò)閥門(mén)245的流量；和/或捕獲氣體216的其它物理和/或化學(xué)特性的數(shù)據(jù)。
[0060]當(dāng)在管下端236的閥245被打開(kāi)時(shí)，在儲(chǔ)存器230中的捕獲氣體216是在等于周?chē)Ｑ蟓h(huán)境的壓力下，其在圖2的代表性實(shí)施例中至少約30巴(450磅)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，伴隨有冰顆粒和其它碎屑的捕獲氣體216會(huì)向上行進(jìn)通過(guò)提取管234，一般作為朝向海洋表面240的加壓氣體250，從而用以相當(dāng)大的速度被迫向上的氣體填充提取管234。加壓氣體250被定向到功率提取裝置252 (例如，渦輪發(fā)電機(jī))，以將電力提供給其他系統(tǒng)或子系統(tǒng)。在至少某些實(shí)施例中，提取管234的尺寸可以被配置成便于具有或沒(méi)有液體或固體的元素的加壓氣體250的通道，例如通過(guò)使提取管直徑234足夠大以使由上升的加壓氣體250所抬起的液體或固體分解或回落到儲(chǔ)存器230。圖2C示出了代表性的提供液體和固體返回到海底202的通道的次級(jí)儲(chǔ)存器231。在另一個(gè)實(shí)施例中，提取管234可以被配置為具有足夠小的內(nèi)直徑，以允許當(dāng)加壓氣體250在提取管234中上升時(shí)的加壓氣體250的通道或容器(在圖2C中不可見(jiàn))之間的被捕獲的液體或固體的通道。
[0061]如圖2的示意性示出，提取管234的上部238可耦合到所述工件取出裝置252。從設(shè)備252排出的流可被引至額外的渦輪機(jī)254，其膨脹并提取氣體250的流量的功。渦輪機(jī)254可接合到發(fā)電機(jī)256以提供電力給安裝在支撐結(jié)構(gòu)300上的組件，或給其它系統(tǒng)組件提供動(dòng)力?？刂破?58從各種傳感器(未示出)接收信息，并且控制閥245 (圖2B)和252、渦輪機(jī)254、發(fā)電機(jī)256和/或其它系統(tǒng)部件的操作，以便提供加在期望的壓力的壓氣體250和當(dāng)氣體在出口端口 260退出從渦輪機(jī)254的流速。在從入口端口 262進(jìn)入渦輪254之前，在上管端238和渦輪254之間的導(dǎo)管264引導(dǎo)加壓氣體250通過(guò)過(guò)濾和分離單元266。過(guò)濾和分離單元266分離物質(zhì)用于收集，并移除通過(guò)上部238輸送的異物(例如水、沉積物、碎片和細(xì)菌)，以使得相對(duì)干凈的加壓流體250被輸送到渦輪機(jī)254。過(guò)濾和分離單元266的第一排出口 267為從加壓氣體250分離出的碎片，細(xì)菌和有機(jī)物質(zhì)提供出口，以及第二出口 269為從加壓氣體250分離的水提供出口。過(guò)濾和分離單元266的第三出口 268提供潔凈的加壓氣體250到渦輪254，并且可以，此外，直接提供加壓氣體250到儲(chǔ)存槽271，其中甲烷和任何其它可能混雜甲烷的氣體可被存儲(chǔ)。在另一個(gè)實(shí)施例中，加壓的甲烷氣體保留了大約2攝氏度的洋底溫度，并且可以提供以冷卻例如，在含有由一個(gè)或多個(gè)TCP反應(yīng)器產(chǎn)生的氫的儲(chǔ)存罐中的氫。
[0062]在膨脹氣體在渦輪機(jī)出口 260從渦輪機(jī)254排出之后，它被路由通過(guò)管道270到三通閥272被控制以將氣體引向一個(gè)或多個(gè)TCP反應(yīng)器的渦輪機(jī)出口 260。如圖2中所示，第一 TCP反應(yīng)器280被配置為處理提供了第一供體物質(zhì)的第一氣體組合物和第二 TCP反應(yīng)器282被配置為處理提供了第二供體物質(zhì)的第二氣體組合物。與管道270連通的氣體組分傳感器284提供數(shù)據(jù)到控制器258關(guān)于加壓氣體250的組成，并且控制器258路由氣體至第一或第二 TCP反應(yīng)器280和282。在圖2的代表實(shí)施例中，第一氣體組分是相對(duì)純的或僅具有微量的其它氣體的甲烷，以及第二氣體組分為甲烷和二氧化碳的混合物。氣體組分傳感器284可以相應(yīng)地包括二氧化碳傳感器。據(jù)認(rèn)為，某些感興趣的區(qū)域200 (例如，那些缺乏細(xì)菌或可消化有機(jī)物)，將提供純的或接近純的甲烷和水，而其他具有在消化有機(jī)材料的過(guò)程中的相當(dāng)數(shù)量的細(xì)菌的感興趣的區(qū)域?qū)⑻峁┘淄?、水和二氧化碳的混合物。進(jìn)一步認(rèn)為，特定感興趣的區(qū)域200可以提供氣體組分，該氣體組分由于影響有機(jī)分子的可用性和/或生產(chǎn)菌的甲烷和/或二氧化碳的活性的季節(jié)性變化，而在第一和第二氣體組合物之間進(jìn)行變化。在圖2所示的代表性實(shí)施例中，第一 TCP反應(yīng)器280被配置為處理甲烷以產(chǎn)生碳和氫，以及第二 TCP反應(yīng)器282被配置為處理甲烷和二氧化碳以產(chǎn)生碳、氫、甲醇等。用于產(chǎn)生甲烷的代表反應(yīng)器和方法，將在2011年2月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/027，060，標(biāo)題為“REACTOR VESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FORPRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMSAND METHODS”中進(jìn)行更詳細(xì)的描述，該申請(qǐng)通過(guò)引用被并入本文。
[0063]現(xiàn)在參照?qǐng)D2D，在其它實(shí)施例中，控制器258可以路由氣體到選定的TCP反應(yīng)器(例如，響應(yīng)于用戶命令和/或傳感器信號(hào))，以及選定的TCP反應(yīng)器所需的供體物質(zhì)可以通過(guò)使用來(lái)自補(bǔ)充氣體儲(chǔ)存器287的補(bǔ)充氣體286補(bǔ)充加壓的氣體250來(lái)提供。例如，純加壓的甲烷氣體可與二氧化碳補(bǔ)充氣體286 —起被提供給第二 TCP反應(yīng)器282，二氧化碳補(bǔ)充氣體286在補(bǔ)充氣體入口 288與甲烷混合。在另一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)充氣體286在端口289被直接提供給第二反應(yīng)器TCP。
[0064]如圖2和圖2D所示，第一和第二反應(yīng)器TCP280和282產(chǎn)生氫和/或通過(guò)管道291送到氫存儲(chǔ)罐290的含氫成分。存儲(chǔ)罐290可位于支撐結(jié)構(gòu)300或在陸地上。在圖2D中所示的另一個(gè)實(shí)施例中，氫的一部分被發(fā)送到合成器292，其結(jié)合氫和來(lái)自諸如周?chē)諝獾牡援a(chǎn)生氨或尿素。在又一實(shí)施例中，氫可被其它元素和/或化合物和/或它們的混合物合成。
[0065]在代表性實(shí)施例中，在海底202從冰凍的甲烷水合物釋放甲烷氣體的過(guò)程可以由感興趣的區(qū)域200的升溫增強(qiáng)。如圖3所示，膜206被耦合到變暖管或任選絕緣導(dǎo)管302，其可提供相對(duì)較暖的地表水的流入，例如，通過(guò)自然的熱梯度提供或從膜206下采取，該膜具有例如4-12攝氏度以上的溫度。如圖所示，暖的地表水從表面240通過(guò)變暖導(dǎo)管302泵送至膜206的周邊區(qū)域，例如，以一距膜206的中心208的距離。暖的地表水被分布在海底202的表面上以局部提高籠形化合物(例如，甲烷水合物)和水與膜206下的其他內(nèi)容的溫度。在其它實(shí)施例中，暖的地表水可以通過(guò)在海底202上的膜206下放置的分配管道的網(wǎng)絡(luò)來(lái)分發(fā)，或集成到膜206。在另一個(gè)實(shí)施例中，在暖管道302延伸到海底202以迫使熱水進(jìn)入沉積物形成的感興趣的的區(qū)域200。在又一實(shí)施例中，從合適的來(lái)源(例如，地?zé)嵝问?接收熱量的熱管的一部分被置于膜下以將熱量傳遞到膜下的水中。熱管的設(shè)計(jì)和使用的進(jìn)一步的例子在2011年2月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/027，244，標(biāo)題為“THERMALTRANSFER DEVICE ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 中進(jìn)行描述，并且該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。
[0066]在圖3所示的另一代表性實(shí)施例中，暖的地表水304由被安裝在支撐結(jié)構(gòu)300的泵306泵入暖導(dǎo)管302。暖的地表水304可以通過(guò)太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)一步加熱并在放置在海洋表面240上的膜308下保存。膜308(其可以包括多個(gè)元素以形成整體的組合件)起到作為屏障以抑制地表水304的蒸發(fā)的作用。與蒸發(fā)地表水304相關(guān)的相位變化可以冷卻暖的地表水304。因此，膜308可以抑制蒸發(fā)和/或捕集太陽(yáng)能以促進(jìn)用于加熱地表水的太陽(yáng)能增益。在本實(shí)施例中的一個(gè)特定方面，膜308發(fā)送太陽(yáng)光譜的頻率但阻擋較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外頻率或者膜是深色或黑色的以促進(jìn)吸收太陽(yáng)光，并進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)地表水304進(jìn)行升溫。在圖3所示的另一個(gè)實(shí)施例中，膜308的邊緣310被減小以包圍暖的地表304的區(qū)域的兩側(cè)，從而抑制通過(guò)洋流和波浪作用分散暖的地表水304。在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體通道或單元308a.308b.308c被摻入到薄膜308并可填充有甲烷或二氧化碳(例如，從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中或從海底收集的)來(lái)創(chuàng)建輻射單向閥，其提高至地表水304的太陽(yáng)能增益。用于從暖的地表
層水管理和提取能量的系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在共同未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/_，(代理
人案卷號(hào) 69545.8612US1)，標(biāo)題為 “SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING SUPPLEMENTALAQUEOUS THERMAL ENERGY”中進(jìn)行了描述，其與本申請(qǐng)同時(shí)提交并且通過(guò)引用并入本文。
[0067]在圖4所示的另一個(gè)實(shí)施例中，附近的地?zé)岬臒嵩?00被存取以提供溫水至感興趣的區(qū)域200。如圖所示，地?zé)岽嫒」艿?02被安裝在地?zé)嵩?00，泵404通過(guò)管道406的地?zé)峒訜岜盟退礁信d趣的區(qū)域200以加熱膜206的水。在一個(gè)周期內(nèi)諸如布雷頓，蘭，和/或其它已知的周期，泵404可以通過(guò)在地?zé)釤嵩?00使用渦輪，渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)獲得的能量來(lái)供電。在其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)熱管407被定位于提供加熱的蒸氣，其貢獻(xiàn)熱量至膜206下區(qū)。蒸汽冷卻以產(chǎn)生冷凝液體或氣體，其返回到在環(huán)形熱交換周期的較低地?zé)醽?lái)源。
[0068]在感興趣的區(qū)域200被加熱的大多數(shù)實(shí)施例中，加熱膜206下水一般是足以熔化或以其他方式導(dǎo)致在海底202的甲烷水合物出現(xiàn)故障，例如通過(guò)熔化或破裂含甲烷的冰晶體。結(jié)果是具有比海水鹽度更低的水液體的釋放。隨著時(shí)間的推移，熔化冰水有望取代或稀釋包含在膜206下的海水，由此提供新鮮或低鹽度水源。如上參照?qǐng)D2所述，提取導(dǎo)管234的尺寸可以提供水到支撐結(jié)構(gòu)300，和/或在提取導(dǎo)管234中上升的甲烷氣體的容器之間。水，在輸送到過(guò)濾和分離單元266之后，再傳遞到冰水存儲(chǔ)罐(未示出)，以便進(jìn)一步處理作為淡水源。在另一個(gè)實(shí)施例中，新鮮的水可以被添加到暖的地表水304的區(qū)域以置換海水。被包含在圖3所示的膜308下的累積淡水被預(yù)期為比海水浮力更大或比海水密度更小，這可能會(huì)抑制暖的地表水304和位于下方的冷卻器海水之間的混合。在其它實(shí)施例中，通過(guò)薄膜308的操作而被加熱的水由一個(gè)或多個(gè)單元或通道308a、308b、308c (以虛線示出)和/或其它層(例如膜)從海水分離，該膜提供兩個(gè)水化學(xué)作用之間的絕緣空氣、甲烷或二氧化碳以使較高溫度的水進(jìn)行循環(huán)以加熱膜206下的物質(zhì)。
[0069]圖5示出了適于從水生環(huán)境中提取和處理成分(例如，甲烷水合物)的系統(tǒng)500。系統(tǒng)500可以包括容器內(nèi)的浮動(dòng)工廠502和從在海洋底部的氣體水合物沉積物504中提取甲烷的收獲附屬物519。所提取的甲烷可轉(zhuǎn)化成被用來(lái)產(chǎn)生如上所述的各種有價(jià)值的產(chǎn)品的碳材料和氫。可以移動(dòng)的拾取鐘506可在收獲附屬物519的前端被提供，其提供具有甲烷減壓的通道并通過(guò)由熱分配器511加熱氣體水合物沉積物504誘導(dǎo)甲烷和其他氣體水化物的釋放。加熱在海底的氣體水合物以釋放甲烷是通過(guò)多種技術(shù)的組合作出的，所述技術(shù)包括使用暖的地表水，其中泵507傳送地表水通過(guò)管道509到鐘506內(nèi)的加熱分配器511，其中它加熱在鐘下的區(qū)域中的氣體水合物。來(lái)自工廠操作的額外的熱量可以被添加到暖的地表水以用于這一目的。在加熱氣體水合物至足以釋放甲烷后，變暖的水由氣液分離器組件排出，氣液分離器組件包括向下打開(kāi)的百葉窗512、環(huán)形護(hù)罩514、和甲烷回收引向器516。
[0070]可移動(dòng)的拾取鐘506是甲烷和其他氣體水合物的主要收集器，通過(guò)氣體水合物沉積物504的加熱被釋放。甲烷回收的至少兩個(gè)區(qū)域與收獲附屬物519—起被提供。主要的甲烷捕獲區(qū)551對(duì)應(yīng)于可移動(dòng)拾取鐘(或主收集器)506下的區(qū)域，其中來(lái)自熱分配器511的熱水傳遞熱量給水合物沉積物504以啟動(dòng)甲烷的釋放并由主水合物管道508攝取。次捕獲區(qū)552包圍主甲烷收集區(qū)551，并對(duì)應(yīng)于在柔性邊緣(或二次集電極)580下的區(qū)域，其防止在鐘遠(yuǎn)離在水合物沉積收獲區(qū)域內(nèi)的主甲烷捕獲區(qū)551之后的繼續(xù)釋放的甲烷的逃逸。釋放得太慢以在主收集區(qū)551中被捕獲并在主收集區(qū)551的移動(dòng)的后面的區(qū)域發(fā)現(xiàn)的甲烷被在柔性邊緣580下的次甲烷捕獲區(qū)552內(nèi)捕獲并由次水合物收集導(dǎo)管582和引向器出口584收集。
[0071]柔性邊緣580也可以作為動(dòng)蕩緩沖器以防止淤泥和雜物被來(lái)自熱分配器511的熱水的流動(dòng)所擾亂。夾帶在向上流動(dòng)到分離器512的水中的淤泥被由返回分配器(如環(huán)形護(hù)罩514)返回到海底，并且可以通過(guò)射流被引導(dǎo)(下面參照?qǐng)D6進(jìn)行描述)至在合適位置的海底的沉降區(qū)域，通常遠(yuǎn)離水合物收獲的區(qū)域。
[0072]由鐘506和邊緣580捕獲的甲烷然后移動(dòng)并向上擴(kuò)展通過(guò)朝向發(fā)動(dòng)機(jī)510的管道。發(fā)動(dòng)機(jī)510可以是任何適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)推進(jìn)容器，包括但不限于，渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)。
[0073]發(fā)動(dòng)機(jī)510通過(guò)擴(kuò)大經(jīng)由管道508、582朝向工廠移動(dòng)的收獲的甲烷供電。相當(dāng)大的能量通過(guò)單獨(dú)擴(kuò)大甲烷或與其它天然劑，例如水，水蒸汽和風(fēng)力組合地?cái)U(kuò)大甲烷可用于轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。這樣的動(dòng)力可被用于推動(dòng)或以其他方式促進(jìn)水中容器的運(yùn)輸或移動(dòng)。由發(fā)動(dòng)機(jī)510產(chǎn)生的能量提供熱量和/或泵送可被用于通過(guò)熱分配器511進(jìn)一步加熱傳送到水合物沉積物的水的能量的重要的回收。新穎的熱量來(lái)自地表水的熱力循環(huán)被執(zhí)行，地表水比海底的水可能熱10°到30°，海底的水被用于從海底的水合物釋放甲烷。釋放甲烷提供了比水蒸汽高得多的熱質(zhì)量和密度、膨脹介質(zhì)，事實(shí)水蒸氣通常用在分壓海洋熱能循環(huán)或OTEC系統(tǒng)中。這使發(fā)動(dòng)機(jī)510要小的多，并且系統(tǒng)會(huì)比在海洋環(huán)境中的相同的條件下工作的常規(guī)OTEC系統(tǒng)的成本要低得多。
[0074]在操作中，釋放出的甲烷通過(guò)加熱水被連續(xù)地和快速地加熱以達(dá)到最高的熱力學(xué)性質(zhì)和最高的朝向渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)510的速度。水主和次級(jí)管508、582中的水由上升的甲烷向上運(yùn)送以及由向下打開(kāi)的百葉窗512返回海洋。在推出的水中被捕獲的甲烷是由護(hù)罩514a所回收，護(hù)罩514a流入通過(guò)向上打開(kāi)的百葉窗至甲烷回收引向器516，其中回收的甲烷加入移動(dòng)向上到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)510的主級(jí)甲烷。
[0075]被考慮到的是，包括是如下所述的氣體水合物的分解產(chǎn)物的相對(duì)新鮮的水的水的加熱可以使用諸如在2010年8月16日提交的美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)?zhí)?011/0061383且通過(guò)引用并入本文的申請(qǐng)中的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，可選的旨在蒸發(fā)在循環(huán)中的這樣的收集的水，該循環(huán)被公開(kāi)為進(jìn)一步的能量轉(zhuǎn)換和首先與氣體水合物分解一起被收集的水庫(kù)存的凈化。
[0076]額外加熱可以通過(guò)熱泵組件525來(lái)供應(yīng)，特別是在具有表面和海底之間的很小溫差的水中，以所需速率從水化合物的沉積物釋放甲烷。熱泵組件525，包括熱交換器520，其中工作流體被加壓以增加溫度，膨脹裝置522可以是閥或膨脹機(jī)，輸入熱交換器518，其中膨脹和冷卻的工作流體是由海洋水加熱，和壓縮機(jī)或泵524，其壓縮工作流體進(jìn)入熱交換器520。在一些實(shí)施例中，其中膨脹裝置522是擴(kuò)展器馬達(dá)，優(yōu)選的驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或添加動(dòng)力到驅(qū)動(dòng)泵524用于能源回收的目的。在其它實(shí)施例中，優(yōu)選以可再生能源驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)524，例如以使用來(lái)自渦輪發(fā)電機(jī)引擎510的電力的電動(dòng)機(jī)或使用從產(chǎn)生的甲烷提取的甲烷和/或氫氣的內(nèi)燃機(jī)。熱交換器518可被耦合到浮動(dòng)工廠容器502以展開(kāi)暴露在周?chē)Ｋ畢^(qū)域。可替換地，一個(gè)或多個(gè)收集線或入口 526可以存在以從周?chē)暮Ｋ峁┡乇砗Ｋ墓┙o。
[0077]在一些實(shí)施例中，為包括熱泵518的浮動(dòng)工廠502的組件提供動(dòng)力的能量可以由從能量資源組中選定的可再生能源提供，事實(shí)能源資源組包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、洋流、波浪，以及從海底正在收獲的可再生甲烷中提取的氫。利用熱泵524以添加熱量至由太陽(yáng)能加熱的地表水是用于加熱在低的太陽(yáng)能絕緣領(lǐng)域找到的水的優(yōu)選方法。這是因?yàn)閼?yīng)用到壓縮機(jī)524的每單位能源，三個(gè)或三個(gè)以上單位的熱量被添加到從海洋地表水收集到的熱水，可實(shí)現(xiàn)從遼闊的海洋表面捕獲的太陽(yáng)能驚人的使用。另外，利用熱水泵524導(dǎo)致以暗洋底的冷凝溫度從水合物快得多的和受控的甲烷釋放。
[0078]由本發(fā)明釋放的甲烷和其它氣體通過(guò)過(guò)濾器行列530、532、534、548、550、552分離為烴類和非烴類物質(zhì)，如圖5所示。每個(gè)過(guò)濾器行列提供非常低的阻抗至甲烷流，并且可以從操作單獨(dú)移除用于維護(hù)而不降低系統(tǒng)的吞吐量。
[0079]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，如圖6所示，太陽(yáng)能能量可以被利用產(chǎn)生動(dòng)力并用于啟動(dòng)區(qū)域中的氣體水合物的釋放，該區(qū)域具有到達(dá)海洋表面的豐富太陽(yáng)輻射。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，一些實(shí)施例，太陽(yáng)能被利用來(lái)加熱引擎發(fā)電機(jī)和光伏陣列以產(chǎn)生電力并提供太陽(yáng)能裝置600到光束集中的太陽(yáng)能到洋底，以用于加熱水合物并釋放甲烷至成鐘606的目的。參照?qǐng)D6，太陽(yáng)能裝置600可以包括太陽(yáng)能收集器654，其以一入射角集中和傳送光，該入射角使用具有高反射壁有效地傳送光透過(guò)光導(dǎo)管656以直接地提供太陽(yáng)能的高強(qiáng)度的輸送至甲烷釋放都需要的領(lǐng)域。光到海底的傳遞，而不是通過(guò)熱分配器的輸送的熱水，提供了引起淤泥和雜物的較少干擾的優(yōu)勢(shì)。
[0080]光導(dǎo)管656還可以包括高度透明的介質(zhì)(諸如玻璃或引導(dǎo)太陽(yáng)能到海底的塑料)的光管656a。這兩種類型的光管656a可以使用人工光源和拋物面反射器組件658以根據(jù)需要補(bǔ)充和/或更換太陽(yáng)能。合適的光源包括輻射源(諸如燃燒氫氣或甲烷的催化加熱器)以提供主要的紅外輸出、具有產(chǎn)生可見(jiàn)光譜中的相當(dāng)量的光的氧化釷和稀土的地幔燃燒器、白熾燈、突光燈、萊蒸氣燈、鈉蒸氣燈、硫蒸氣燈和許多其他合適的人工光源。光管的最終分布和密封是通過(guò)如鐘606內(nèi)所示的光分布器660的陣列。根據(jù)本實(shí)施例從氣體水合物沉積物中釋放甲烷氣體的太陽(yáng)能利用可以單獨(dú)使用或如上述那樣與熱分配器611組合使用。
[0081 ] 4.講一步代表反應(yīng)堆
[0082]下面的部分描述了代表性的反應(yīng)器和相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，其可以單獨(dú)使用或以任何種類的合適組合使用以用于進(jìn)行參照?qǐng)D1-6的上述描述的過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)。特別是，在下面的章節(jié)中描述的系統(tǒng)的任何適當(dāng)?shù)牟考梢源婊蜓a(bǔ)充在前面的章節(jié)中描述的合適的組件。
[0083]在一些實(shí)施例中，反應(yīng)物可以在局部范圍內(nèi)獲得，反應(yīng)可以在局部范圍內(nèi)進(jìn)行，以及產(chǎn)物可以被用于局部范圍以產(chǎn)生局部化的結(jié)果。在其它實(shí)施例中，反應(yīng)物、反應(yīng)、產(chǎn)品和過(guò)程的整體效果可以有更大的效果。例如，技術(shù)可以有大陸和/或超大陸范圍。在具體實(shí)施例中，技術(shù)可以部署以保護(hù)多年凍土的廣大區(qū)域，在大陸范圍，以及或者位于保留區(qū)近海的生態(tài)系統(tǒng)。在其他實(shí)施例中，技術(shù)可以離岸進(jìn)行部署以在大片海水上產(chǎn)生效果。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，技術(shù)可以被部署在移動(dòng)系統(tǒng)上，該移動(dòng)系統(tǒng)傳達(dá)本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)制世界各地廣泛的領(lǐng)域。
[0084]一般而言，所公開(kāi)的反應(yīng)器分解、改造和/或再進(jìn)化供體材料(反應(yīng)物)成多個(gè)組分(例如，第一組分和第二組分)。下面描述的代表性的反應(yīng)器的特定方面在特定的反應(yīng)物和產(chǎn)物的上下文中被描述，例如，含氫和碳供體、含氫產(chǎn)品或成分，以及含炭產(chǎn)物或組分。在所公開(kāi)的技術(shù)的某些其它實(shí)施例中，相同或相似的反應(yīng)器可被用于處理其他的反應(yīng)物和/或形成其他產(chǎn)品。例如，非氫的原料材料(反應(yīng)物)被用于在至少一些實(shí)施例。在具體實(shí)例中，二氧化硫可以在非燃燒熱反應(yīng)器進(jìn)行處理以產(chǎn)生硫和氧和/或二氧化碳可以被處理以產(chǎn)生碳和氧。在許多這些實(shí)施例中，由此產(chǎn)生的分解產(chǎn)物可以包括結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊和/或基于氫的燃料或其他分解的組分。所述結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊包括:可以被進(jìn)一步加工以生產(chǎn)架構(gòu)構(gòu)造體的組合物。例如，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊可以包括由離解過(guò)程產(chǎn)生的化合物或分子，且可以包括碳、各種有機(jī)物(如甲基、乙基或丁基或者各種烯烴)、硼、氮、氧、硅、硫、鹵素和/或過(guò)渡金屬。在很多實(shí)施例中，所述構(gòu)建塊元素不包括氫。在一個(gè)具體實(shí)施例中，離解甲烷，以形成氫(或其他含氫成分)和碳和/或二氧化碳和/或一氧化碳(結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊)。所述碳和/或二氧化碳和/或一氧化碳可以被進(jìn)一步加工，以形成聚合物、石墨烯、碳纖維和/或另一種架構(gòu)構(gòu)造體。所述架構(gòu)構(gòu)造體可以包括從多種合適的元素中的任一種形成的自組織的結(jié)構(gòu)(例如，晶體)，所述元素包括上述的元素(碳、氮、硼、硅、硫和/或過(guò)渡金屬)。在這些實(shí)施例中的任一個(gè)中，所述架構(gòu)構(gòu)造體可以形成耐用品，例如，石墨烯或碳復(fù)合材料和/或其它結(jié)構(gòu)。
[0085]許多實(shí)施例被在烴(例如，甲烷)的背景中進(jìn)行了描述。在其它實(shí)施例中，合適的含氫原料(如，反應(yīng)物)包括硼烷(例如，乙硼烷)，硅烷(例如甲硅烷)，含氮化合物(如氨)，硫化物(如硫化氫)，醇類(例如，甲醇)，烷基鹵化物(如四氯化碳)，鹵代芳烴(如氯苯)，和鹵化氫(例如，鹽酸)，等等。例如，硅烷可以被熱分解以形成作為氣態(tài)產(chǎn)物的氫和作為非氣態(tài)產(chǎn)物的硅。當(dāng)非氣態(tài)產(chǎn)品包括硅，硅可以與氮(例如，來(lái)自空氣)或鹵素氣體(例如，從單獨(dú)的工業(yè)過(guò)程回收的)進(jìn)行反應(yīng)以形成有用的材料，如氮化硅(例如，作為結(jié)構(gòu)材料)或鹵化硅(例如，作為非結(jié)構(gòu)材料)。在其它實(shí)施例中，原料材料可以反應(yīng)形成僅氣態(tài)產(chǎn)物或僅非氣態(tài)產(chǎn)物。例如，合適的齒化氫可被熱分解，從而形成作為不具有非氣態(tài)產(chǎn)物的氣態(tài)產(chǎn)物的氫和鹵素氣體的組合。在一些實(shí)施例中，氣態(tài)產(chǎn)物可包括氣體燃料(例如氫)和/或非氣態(tài)產(chǎn)物可包括單質(zhì)材料(例如，碳或硅)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可以被配置為在靠近原料材料的合適的來(lái)源使用。例如，系統(tǒng)可以被配置為在填埋場(chǎng)附近使用和用于處理以其他方式被燃燒或釋放到大氣中的甲烷。在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)可以被配置為用于處理在油田的滯留氣體，來(lái)自洋底或永久凍土源的甲烷水合物，和/或以其他方式被浪費(fèi)掉的其他原料材料180。
[0086]在一些實(shí)施例中，非氣態(tài)產(chǎn)物可在反應(yīng)器中進(jìn)一步處理。例如，非氣態(tài)產(chǎn)物可以是能在反應(yīng)器中被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)件塊，結(jié)構(gòu)材料是例如，陶瓷，碳的結(jié)構(gòu)，聚合物結(jié)構(gòu)，薄膜，纖維(例如，碳纖維或硅纖維)，或過(guò)濾器。非氣態(tài)產(chǎn)物的高純度形式可以特別適合以形成半導(dǎo)體器件、光學(xué)傳感器，和用于光傳輸?shù)募?xì)絲，等等。非氣態(tài)產(chǎn)物也可被使用而無(wú)需進(jìn)一步處理和/或可被反應(yīng)以形成有用于非結(jié)構(gòu)應(yīng)用的材料。
[0087]在其他實(shí)施例中，碳可以用于作為結(jié)構(gòu)材料或用作用于制備結(jié)構(gòu)材料的反應(yīng)物。例如，碳可以是反應(yīng)物，用于從如以下公式Rl和/或R2所示的二氧化硅中提取硅。[0088]C+Si02 — C02+Si 公式 Rl
[0089]2C+Si02 — 2C0+Si 公式 R2
[0090]來(lái)自公式Rl和R2中所示的反應(yīng)的硅或作為非氣態(tài)產(chǎn)物的硅可以被形成，例如，以粒狀(例如，粉末)的形式，其可以包括受控制的量的無(wú)定形和/或結(jié)晶材料。例如，在反應(yīng)器的操作溫度可被編程或以其他方式控制，以控制何時(shí)，何地和/或硅是否被沉積在無(wú)定形或結(jié)晶形式。
[0091]在一些實(shí)施例中，來(lái)自系統(tǒng)的硅可以反應(yīng)以形成鹵代硅烷或硅的鹵化物，如SiBrH3^ SiBrFH2, SiBrH3^ SiBr3H, SiCl2H2, SiBr4 或 SiCl4,等等。此外，來(lái)自系統(tǒng)的硅可以被制成各種有用的產(chǎn)品和材料，如來(lái)自專門(mén)形式的硅(如煅制二氧化硅)或基于專門(mén)形式的硅(如煅制二氧化硅)產(chǎn)生的產(chǎn)物，含硅的有機(jī)中間體，以及含硅基的聚合物，等等。這樣的產(chǎn)物可以被形成，例如，使用在美國(guó)專利4，814，155，4，414，364，4，243，779，和4，458，087中公開(kāi)的合適的過(guò)程，其通過(guò)引用并入本文。來(lái)自系統(tǒng)100的硅也可以在各種物質(zhì)(如碳化硅或氮化硅)的生產(chǎn)中使用，例如，如公式R3所示。
[0092]3Si+2N2 — Si3N4 公式 R3
[0093]氮化硅制品可以被形成，例如，使用被滑移澆鑄、壓力壓縮，或者注塑成型，然后轉(zhuǎn)化成氮化硅的硅粉末。所得的制品可具有密度，疲勞，耐力，電介質(zhì)和/或非常適用于各種高性能應(yīng)用的其他屬性。硅氮化物基耐用品可以被使用，例如，在熱和電絕緣組件中，所述組件具有較低的密度，并且可以以高于通常在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氣輪機(jī)和正排量?jī)?nèi)燃機(jī)中使用的金屬合金的操作溫度進(jìn)行操作。使用硅氮化物和/或碳組分更換這些通常消耗鈷，鎳，難熔金屬，和稀土元素的金屬合金，可以更符合發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料電池，和其他設(shè)備的生產(chǎn)的成本效益。
[0094]除了形成無(wú)機(jī)材料，系統(tǒng)可以形成各種有用的有機(jī)材料。例如，原料可包括丙烷或丙烯，其可根據(jù)公式R4和R5所示的反應(yīng)在第一模式中與氨反應(yīng)，以形成作為氣態(tài)產(chǎn)物或在第二模式下電解解離的丙烯腈和氫以生成電。
[0095]C3H8+NH3 — CH2 = CH-C = N+4H2 公式 R4
[0096]CH3-CH = CH2+NH3 ^ CH2 = CH-C = N+3H2 公式R5包括丙烯腈的氣態(tài)產(chǎn)物的隨后處理可以包括反應(yīng)丙烯腈以形成聚合物，橡膠，碳纖維，和/或非常適用于在耐用品中的其它材料(例如，利用太陽(yáng)能，風(fēng)能，流動(dòng)的水，或地?zé)崮艿脑O(shè)備)。因此，使用系統(tǒng)的處理丙烷或丙烯的總能量可顯著比簡(jiǎn)單的燃燒更加有利。此外，在某些情況下，使用該系統(tǒng)處理丙烷或丙烯可以產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生有害的污染(例如，環(huán)境釋放的二氧化碳，氮的氧化物，或顆粒)，或相對(duì)于簡(jiǎn)單燃燒的顯著較少的有害污染。
[0097]在一些實(shí)施例中，來(lái)自系統(tǒng)操作的一種或多種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物可以被用來(lái)形成在耐用品中使用的電介質(zhì)材料。例如，反應(yīng)產(chǎn)物可用于形成聚合物(例如，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚對(duì)二甲苯，或含氟聚合物)和/或無(wú)機(jī)介電材料(例如，二氧化硅或氮化硅)，其可以摻入到聚合物基的奈米不導(dǎo)電材料(nanodielectrics)。無(wú)機(jī)和有機(jī)材料(一種或兩者都可以由系統(tǒng)的操作而產(chǎn)生)的復(fù)合材料可以提供相對(duì)較高的介電性和具有彈性的機(jī)械強(qiáng)度。這樣的材料可以是適合于在一個(gè)寬的溫度范圍使用，例如溫度范圍從低溫溫度(例如大約200°C )來(lái)加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度(例如，約500°C )。在其它實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物可以被用于形成無(wú)機(jī)無(wú)定形碳、氧氮化硅、氧氮化鋁或其它合適的材料的膜。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以具有雙束沉積物和/或網(wǎng)狀處理能力有用于處理適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)物(例如，以形成無(wú)定形或結(jié)晶的碳膜)。
[0098]在至少某些實(shí)施例中，氮?dú)饪梢缘玫阶鳛楫a(chǎn)物或廢氣流。氮可以與氫結(jié)合而生成氨和/或可以以其它方式處理以形成其他有用的材料，如氮化硅，氮化鋁，氮化硼，氮化鈦，氮化鋯，TiCSi3N4，和/或合適的塞隆。
[0099]雖然以下代表性反應(yīng)器和相關(guān)組件、設(shè)備和方法的任何一個(gè)或多個(gè)可以與上述系統(tǒng)結(jié)合使用，在這樣的實(shí)施例中的某些反應(yīng)器可以尤其具有協(xié)同和/或其他有益的效果。例如，在標(biāo)題4.3以下描述的一個(gè)或多個(gè)熱管可被用來(lái)傳輸?shù)叵聼嵩春捅砻嬷g的流體和熱量以促進(jìn)甲烷的離解或再進(jìn)化或另一個(gè)氫供體。在收獲甲烷水合物的過(guò)程的情況下同樣收獲可離解成氫或氫化合物的含氫固體，在標(biāo)題4.4下的下述類型的太陽(yáng)能輸送帶可以被使用。一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能聚集器可被定位在表面上以提供熱量至在標(biāo)題4.5下的下述方式的反應(yīng)器。前述太陽(yáng)能聚集器的一個(gè)或多個(gè)可以被用來(lái)以在標(biāo)題4.8下的下述方式執(zhí)行個(gè)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。
[0100]4.1具有透射表面的代表性反應(yīng)器
[0101]圖Rl-1是包括反應(yīng)器1110的代表性系統(tǒng)1100的部分示意圖。所述反應(yīng)器1110進(jìn)一步包括反應(yīng)器容器1111，該反應(yīng)器容器111包圍或部分地包圍反應(yīng)區(qū)1112。反應(yīng)器容器1111具有一個(gè)或多個(gè)透射表面(transmissive surface),所述可透射的表面設(shè)置成促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)1112內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。在一個(gè)代表性的實(shí)施例中，反應(yīng)器容器1111接收氫供體，所述氫供體由供體源1130提供至供體入口 1113。例如，氫供體可以包括含氮化合物如氨或含化合物的碳和氫，例如甲烷或其它烴。氫供體可以在進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1112之前適當(dāng)?shù)乇贿^(guò)濾以去除污染物(如硫)。在反應(yīng)器容器1111內(nèi)的供體分配器或歧管1115將氫供體分散或分配進(jìn)反應(yīng)區(qū)1112中。所述反應(yīng)器容器1111也經(jīng)由蒸汽入口 1114接收來(lái)自蒸汽/水源1140的氧供體如醇或蒸汽。在反應(yīng)器容器1111中的蒸汽分配器1116將蒸汽分配進(jìn)反應(yīng)區(qū)1112中。所述反應(yīng)器容器1111可以另外包括加熱器1123，所述加熱器1123為反應(yīng)區(qū)1112提供熱量，以促進(jìn)吸熱反應(yīng)。這樣的反應(yīng)可以包括:解離如含氮化合物的化合物，或者包含氫和碳的化合物(例如，甲燒或其它烴)成氫或氫化合物和碳或碳化合物。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由出口 1117離開(kāi)反應(yīng)器容器1111，并收集在反應(yīng)產(chǎn)物收集器1160a處。
[0102]系統(tǒng)1100可以另外包括輻射能和/或其它反應(yīng)物的源1150，所述源1150向反應(yīng)器容器111內(nèi)的通道1118提供成分。例如，輻射能源/反應(yīng)物源1150可以包括燃燒室1151，所述燃燒室1151向通道1118提供熱燃燒產(chǎn)物1152，如箭頭A所示。燃燒產(chǎn)物收集器1160b收集離開(kāi)反應(yīng)器容器1111的燃燒產(chǎn)物，用于進(jìn)一步再利用和/或其它用途。在一個(gè)具體實(shí)施例中，燃燒產(chǎn)物1152可以包括熱的二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和/或其它成分。一個(gè)或多個(gè)可透射的表面1119位于反應(yīng)區(qū)1112 (其可以環(huán)狀地設(shè)置在通道1118周?chē)?和通道1118的內(nèi)部區(qū)域1120之間?？赏干涞谋砻?119因此可以允許輻射能和/或化學(xué)成分從通道1118沿徑向向外進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1112，如箭頭B所示。通過(guò)遞送由燃燒產(chǎn)物1152的流提供的輻射能和/或化學(xué)成分，系統(tǒng)1100可以增強(qiáng)發(fā)生在反應(yīng)區(qū)1112中的反應(yīng)，例如，通過(guò)增加反應(yīng)區(qū)溫度和/或壓力，并因此增加反應(yīng)速率和/或反應(yīng)的熱力學(xué)效率。類似地，化學(xué)成分(例如水或蒸汽)可再循環(huán)或以其他方式從通道1118加入以替換被消耗在反應(yīng)區(qū)1112中的水或蒸汽。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，由源1150所提供的燃燒產(chǎn)物和/或其他成分可以是來(lái)自另一種化學(xué)過(guò)程(例如，內(nèi)部燃燒過(guò)程)的廢物。因此，除了促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)1112處的反應(yīng)以外，前述過(guò)程因此可以再循環(huán)或再利用否則會(huì)被浪費(fèi)的能量和/或成分。
[0103]透射表面1119的組成和結(jié)構(gòu)可以被選擇以允許輻射能從通道118的內(nèi)部區(qū)域120容易地傳遞至反應(yīng)區(qū)112。因此，可透射的表面119可以包括玻璃或其它材料，其他材料對(duì)在其它波長(zhǎng)的紅外能量和/或輻射能是透明的或至少部分透明的，這有利于促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)1112中的反應(yīng)。在許多情況下，輻射能量是存在于燃燒產(chǎn)物1152中的作為燃燒過(guò)程的固有結(jié)果。在其它實(shí)施例中，操作者可以引入添加劑到燃燒產(chǎn)1152的數(shù)據(jù)流以增加從流中提取的并以輻射能量的形式傳遞到反應(yīng)區(qū)1112的能量的總量。例如，燃燒產(chǎn)物1152可以用鈉，鉀和/或鎂進(jìn)行接種，從而可以從燃燒產(chǎn)物1152吸收能量并向外輻射能量穿過(guò)透射面1119。在具體實(shí)施例中，反應(yīng)區(qū)1112的壁可以是暗和/或可以具有利于拉伸輻射能進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1112的其他處理方法。然而，通常希望避免形成顆粒和/或焦油，這可能是更容易在黑暗表面上形成。因此，在反應(yīng)區(qū)1112上的溫度和黑暗電平可以被控制/選擇以產(chǎn)生或防止焦油/微粒的形成。
[0104]在具體實(shí)施例中，在反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行的過(guò)程包括調(diào)節(jié)過(guò)程以產(chǎn)生變暗的輻射接收器區(qū)域，例如，通過(guò)首先將熱量提供給反應(yīng)區(qū)1112的特定區(qū)域。在這些區(qū)域已被充分加熱以導(dǎo)致離解之后，含有碳的少量氫供體被引入以導(dǎo)致富碳材料的碳沉積或沉積。這樣的操作根據(jù)需要被重復(fù)以按需恢復(fù)變暗的區(qū)域。
[0105]在本實(shí)施例的另一個(gè)具體方面，過(guò)程可以進(jìn)一步包括防止不希望的固體或液體(如通過(guò)碳供體的離解產(chǎn)生的顆粒和/或焦油)在一定的區(qū)域和/或阻斷通道(包括入口端1113和分配器1115)形成。這可以通過(guò)從加熱器1123和/或透射面1119提供熱量至氧給體(如蒸汽)以加熱氧供體來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)氧供體被充分加熱時(shí)，它可以提供所需的吸熱，并與碳供體進(jìn)行反應(yīng)而不允許形成粒子或焦油。例如，碳供體(如甲烷或其他含碳和氫的化合物)從蒸汽接收熱量以形成一氧化碳和氫氣，從而避免不希望的顆粒和/或焦油的形成。
[0106]如上面所指出的，燃燒產(chǎn)物1152可以包括蒸汽和/或可能在反應(yīng)區(qū)1112中充當(dāng)反應(yīng)物的其它成分。因此，可以生產(chǎn)可透射的表面1119，除了允許輻射能進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1112中以外或作為替代，選擇性地允許這樣的成分進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1112。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可透射的表面1119可以從碳晶體結(jié)構(gòu)(例如，分層的石墨烯結(jié)構(gòu))形成?；谔嫉木w結(jié)構(gòu)可以包括間距(例如，在取向?yàn)榕c流動(dòng)方向A橫切的平行層之間)，仔細(xì)地選擇所述間距，以允許水分子穿過(guò)。同時(shí)，可以選擇所述間距，以防止在反應(yīng)區(qū)1112中生產(chǎn)的有用的反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)區(qū)。合適的結(jié)構(gòu)和相關(guān)方法在2011年2月14日提交的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?12/857，228，標(biāo)題為“ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OFARCHITECTURAL CRYSTALS”被進(jìn)一步公開(kāi)，且該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。用于形成透射表面1119的結(jié)構(gòu)可以是碳基，如上面所討論的，和/或可以基于能夠形成自組織的結(jié)構(gòu)或能夠修改1119的表面來(lái)傳遞或重新輻射特定輻射的頻率，和/或塊或經(jīng)過(guò)選擇的分子。這樣的元件可以包括過(guò)渡金屬，硼，氮，硅，硫，等等。在特定實(shí)施例中，透射表面1119可以包括被選擇為一波長(zhǎng)重新輻射能量的再輻射材料，所述波長(zhǎng)特別可能由在反應(yīng)區(qū)1112中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物吸收。反應(yīng)區(qū)1112的壁可以包括除了或代替提供這種處理至的透射面1119的這樣的材料處理。這樣的結(jié)構(gòu)、材料和處理的進(jìn)一步細(xì)節(jié)將在第4.2節(jié)中被公開(kāi)如下。
[0107]系統(tǒng)1100可以進(jìn)一步包括控制器1190，所述控制器1190接收輸入信號(hào)1191(例如，來(lái)自傳感器)，并至少部分地基于輸入信號(hào)1191來(lái)提供輸出信號(hào)1192 (例如，控制指令)。因此，控制器1190可以包括合適的處理器、存儲(chǔ)器和I/O能力?？刂破?190可以接收與測(cè)量的或感知的壓力、溫度、流量、化學(xué)濃度和/或其它合適的參數(shù)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，且可以發(fā)出控制反應(yīng)物遞送速率、壓力和溫度、加熱器激活、閥門(mén)設(shè)置和/或其它合適的主動(dòng)可控參數(shù)的指令。操作人員可以提供額外的輸入，以修改、調(diào)節(jié)和/或廢除由控制器1190自動(dòng)執(zhí)行的指令。
[0108]從石墨或其他的晶體結(jié)構(gòu)形成的透射表面1119的一個(gè)特征是，它可以允許輻射能量和有用的成分(例如，水)通入反應(yīng)區(qū)1112。在特定實(shí)施例中，石墨烯層之間的間距可以選擇為以趨于在反應(yīng)區(qū)1112優(yōu)選地呈現(xiàn)氧原子的方式“擠壓”或以其他方式定向水分子。因此，使用氧氣(例如，氧化或氧化步驟)反應(yīng)的那些部分可以會(huì)相對(duì)更容易進(jìn)行。其結(jié)果是，這種機(jī)制提供用于促進(jìn)來(lái)自氫供體和水(和/或其它反應(yīng)物)的離解元素或化合物的過(guò)程,和重整合適的最終產(chǎn)物的進(jìn)一步的途徑。
[0109]圖R1-2是反應(yīng)器1310的部分示意的，局部剖視示意圖，反應(yīng)器1310包含由位于導(dǎo)管1322的三個(gè)環(huán)形(例如，同心)構(gòu)成的容器1311。因此，反應(yīng)器1310可以以連續(xù)流的方式操作。如本文所用，“連續(xù)流”通常是指反應(yīng)物和產(chǎn)物可以連續(xù)地提供至反應(yīng)器容器并從反應(yīng)器容器除去而無(wú)需停止反應(yīng)以用反應(yīng)物重新加載反應(yīng)區(qū)的過(guò)程。在其它實(shí)施例中，反應(yīng)器1310可以以批處理方式操作，在其間反應(yīng)物被間歇地供給到反應(yīng)區(qū)以及產(chǎn)物被間歇地從反應(yīng)區(qū)中除去。三個(gè)導(dǎo)管1322包括第一或內(nèi)導(dǎo)管1322a，第二或中間通道1322b和第三或外部管道1322c。第一導(dǎo)管1322a限定燃燒產(chǎn)物通道1318，并相應(yīng)地具有燃燒產(chǎn)物1152通過(guò)的內(nèi)部區(qū)域1320。第一導(dǎo)管1322a具有輻射能量在徑向向外的方向上(如箭頭B所示)通過(guò)的第一透射表面1319a。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，第一導(dǎo)管1322a和第二管道1322b之間的環(huán)狀區(qū)域容納加熱器1323，以及第二管道1322b和第三導(dǎo)管1322c之間的環(huán)形區(qū)域中容納反應(yīng)區(qū)1312。加熱器1323與來(lái)自燃燒產(chǎn)物1152的輻射熱一起提供熱至反應(yīng)區(qū)1312。因此，第二管道1322b可包括第二透射面1319b，其允許來(lái)自燃燒產(chǎn)物1152和加熱器1323的輻射能量徑向向外傳遞到反應(yīng)區(qū)1312。在本實(shí)施例的一個(gè)特定方面中，第一透射面1319a和第二透射面1319b不被傳播到燃燒產(chǎn)物1152的化學(xué)成分，為了避免燃燒產(chǎn)物1152和加熱器1323之間的接觸(例如，腐蝕性或其它有害的接觸)。在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱器1323可以以一方式被制造(例如，用適當(dāng)?shù)耐繉?、處理、或其它特?，該方式保護(hù)化學(xué)成分通過(guò)第一和第二透射面1319a、1319b。在又一實(shí)施例中，加熱器1323可以被從反應(yīng)區(qū)1312向外定位。在任何這些實(shí)施例中，加熱器1323可以包括電阻加熱器，感應(yīng)加熱器或其它合適的設(shè)備。在至少一些實(shí)例中，加熱器1323通過(guò)燃燒在反應(yīng)區(qū)1312產(chǎn)生的氫氣的一部分被供電。在其它實(shí)施例中，燃燒是在反應(yīng)器本身中執(zhí)行，例如，第二管道1322b作為氣體地幔用于以一頻率來(lái)輻射能量，該頻率被選定為加速反應(yīng)區(qū)1312中所希望的反應(yīng)。
[0110]在任何前述實(shí)施例中，反應(yīng)區(qū)1312可以容納一個(gè)或多個(gè)蒸汽分配器1316和一個(gè)或多個(gè)氫供體分配器1315。每個(gè)分配器1315、1316可以包括允許化學(xué)反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1312的孔1324和/或其它的孔、開(kāi)口或通道。供體分配器1315、1316可以包括一個(gè)或多個(gè)螺旋形的管道，包括，例如，以編織方式布置的管道在軸向、徑向和圓周方向上均勻分配反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)1312被第三導(dǎo)管1322c限制，第三導(dǎo)管1322c可以具有絕緣的反應(yīng)器的外表面1321以保存反應(yīng)區(qū)1312內(nèi)的熱量。在操作過(guò)程中，發(fā)生在反應(yīng)區(qū)1312的反應(yīng)可以通過(guò)調(diào)整蒸汽與氫供體進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1312的速率；熱進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1312的速率(通過(guò)燃燒產(chǎn)物通道1318和/或加熱器1323的)和其他變量(例如，包括在反應(yīng)區(qū)1312中的壓力)來(lái)控制。合適的傳感器和控制反饋環(huán)路自主執(zhí)行這些過(guò)程，具有可選的控制器介入，如上面參照?qǐng)DRl-1所描述的。
[0111]具有透射面的合適的反應(yīng)器的更進(jìn)一步的實(shí)施例在2011年2月14日提交的未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/026,996中公開(kāi)，以及該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。
[0112]4.2與再輻射元件代表反應(yīng)堆
[0113]圖R2-1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)2100的局部示意圖，系統(tǒng)2100包括具有一個(gè)或更多可選擇(例如，重新輻射)表面的反應(yīng)器2110。反應(yīng)器2110還包括具有包圍或部分包圍反應(yīng)區(qū)2112的外表面2121反應(yīng)容器2111。在一個(gè)有代表性的例子中，反應(yīng)容器2111接收到供體源2101提供的氫供體至供體進(jìn)入口 2113。例如，氫供體可以包括甲烷或其他碳?xì)浠衔?。反?yīng)器容器2111內(nèi)的供體分配器或歧管2115分散或分布?xì)涔w進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112。反應(yīng)器容器2111還通過(guò)蒸汽進(jìn)入端口 2114從蒸汽/水源2102接收蒸汽。在反應(yīng)器容器2111中的蒸汽分配器2116分配蒸汽進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112。反應(yīng)器容器2111可以進(jìn)一步包括供給熱至反應(yīng)區(qū)2112以促進(jìn)吸熱反應(yīng)的加熱器2123。這種反應(yīng)可包括解離甲烷或其它烴類成氫或氫化合物以及碳或碳的化合物。反應(yīng)的產(chǎn)物(例如，碳和氫)通過(guò)出口 2117離開(kāi)反應(yīng)器容器2111并在反應(yīng)產(chǎn)物收集器2160a被收集。
[0114]系統(tǒng)2100還可以包括輻射能量和/或另外的反應(yīng)物的源2103，其提供成分到反應(yīng)器容器2111內(nèi)的通道2118。例如，輻射能/反應(yīng)物源2103可以包括提供熱燃燒產(chǎn)物2105到通道2118的燃燒室2104，如箭頭A所示。在特定實(shí)施例中，通道2118相對(duì)于通道中心線2122是同心的。在其它實(shí)施例中，通道2118可以具有其它的幾何形狀。燃燒產(chǎn)物收集器2160b收集排出反應(yīng)堆容器2111的燃燒產(chǎn)物用于進(jìn)行回收和/或其他用途。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，燃燒產(chǎn)物2105可以包括一氧化碳，水蒸汽，以及其他成分。
[0115]一個(gè)或多個(gè)再輻射元件2150被定位在反應(yīng)區(qū)2112(其可環(huán)形地布置圍繞通道2118)和通道2118的內(nèi)部區(qū)域2120之間。再輻射元件2150可以相應(yīng)地從通道2118吸收入射輻射R并引導(dǎo)再輻射能量RR進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112。再輻射的能量RR可以具有波長(zhǎng)譜或更接近的匹配、方法、重疊和/或?qū)?yīng)于至少一個(gè)反應(yīng)物和/或至少一個(gè)所得到的產(chǎn)品的吸收光譜的分布。通過(guò)以一個(gè)有利移動(dòng)波長(zhǎng)傳遞輻射能量，系統(tǒng)2100可以加強(qiáng)發(fā)生在反應(yīng)區(qū)2112中的反應(yīng)，例如，通過(guò)增加由反應(yīng)物吸收的能量的效率，從而增加了反應(yīng)區(qū)的溫度和/或壓力，因此，反應(yīng)速率，和/或反應(yīng)的熱力學(xué)效率。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，由源2103所提供的燃燒產(chǎn)物2105和/或其他成分可以是來(lái)自另一種化學(xué)過(guò)程(例如，內(nèi)部的燃燒過(guò)程)的廢物。因此，除了促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)2112的反應(yīng)，上述過(guò)程可以回收或重復(fù)使用否則將被浪費(fèi)掉了的能量和/或成分。
[0116]在至少某些實(shí)施例中，再輻射元件2150可與透射表面2119結(jié)合使用，和/或集成在一起，透射表面2119允許化學(xué)成分(例如，反應(yīng)物)容易地從通道2118的內(nèi)部區(qū)域2120通過(guò)至反應(yīng)區(qū)2112。代表性透射面的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在標(biāo)題4.1下討論如上。在其它實(shí)施例中，反應(yīng)器2110可包括一個(gè)或多個(gè)再福射元件2150而還不包括透射表面2119。在任何這些實(shí)施例中，存在于燃燒產(chǎn)物2105的輻射能量可以作為燃燒過(guò)程的固有結(jié)果。在其它實(shí)施例中，操作者可以引入添加劑到燃燒產(chǎn)物2105的流(和/或產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物的燃料)以增加從該流中提取的和以輻射能形式傳遞到反應(yīng)區(qū)2112的能量的量。例如，燃燒產(chǎn)物2105(和/或燃料)可用鈉，鉀和/或鎂接種，其可以從燃燒產(chǎn)物2105吸收能量并以所期望的頻率向外輻射能量進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112。這些發(fā)光體的添加劑可以在除了再輻射元件2150被使用。
[0117]圖R2-2是呈現(xiàn)吸收作為代表反應(yīng)物(例如甲烷)和有代表性的再輻射元件的波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖。圖R2-2示出了反應(yīng)物吸收光譜2130，其包括多個(gè)反應(yīng)物的峰值吸收率的范圍2131，其中的三個(gè)在圖R2-2中被突出顯示作為第一、第二和第三峰值的吸收范圍2131a、2131b、2131c。峰值吸收范圍2131表示反應(yīng)物比光譜2130的其他部分吸收更多能量的波長(zhǎng)。光譜2130可以包括在特定范圍內(nèi)的峰值吸收波長(zhǎng)2132，例如，第三峰值吸收范圍 2131c。
[0118]圖R2-2還示出了具有第一峰值波長(zhǎng)范圍2141a的第一輻射能量光譜2140a。例如，第一輻射能量光譜2140a可以代表來(lái)自上述參照?qǐng)DR2-1的燃燒產(chǎn)物2105的發(fā)射。在輻射能量被吸收和由如上所述的再輻射元件2150再發(fā)射之后，它可以產(chǎn)生具有第二峰值波長(zhǎng)范圍2141b的第二輻射能量光譜2140b，其反過(guò)來(lái)又包括一個(gè)再輻射峰值2142?？傮w而言，再輻射元件2150的函數(shù)是把輻射能的光譜從第一輻射能量光譜2140a和峰值波長(zhǎng)范圍2141a轉(zhuǎn)移到第二輻射能量光譜2140b和峰值波長(zhǎng)范圍2141b，如箭頭S所示。作為轉(zhuǎn)移的結(jié)果，第二峰值波長(zhǎng)范圍2141b比第一峰值波長(zhǎng)范圍2141a接近反應(yīng)物的第三個(gè)峰值吸收范圍2131c。例如，第二峰值波長(zhǎng)范圍2141b可以與第三峰值吸收范圍2131c重疊并且在特定實(shí)施例中，再輻射峰值2142可以是在或約在同一波長(zhǎng)作為反應(yīng)物的峰值吸收波長(zhǎng)2132。在這種方式下，再輻射元件更接近地排列輻射能與反應(yīng)物有效地吸收能量的頻譜的峰值。用于執(zhí)行此函數(shù)的代表結(jié)構(gòu)被在下面參照?qǐng)DR2-3進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0119]圖R2-3是2110以上參照?qǐng)DR2_l的反應(yīng)器的一部分的部分示意的放大截面圖，具有根據(jù)特定的技術(shù)的實(shí)施例配置的再輻射元件2150。再輻射元件2150被定位在通道2118(和在通道2118的輻射能量R)和在反應(yīng)區(qū)2112之間。再輻射元件2150可以包括形成隔開(kāi)結(jié)構(gòu)2158的材料的層2151，其反過(guò)來(lái)承載再輻射材料2152。例如，層2151可包括石墨烯層或其它晶體或由合適結(jié)構(gòu)構(gòu)件塊元素(如碳，硼，氮，硅，過(guò)渡金屬，和/或硫)制作的自定向?qū)?。碳是特別合適的成分，因?yàn)樗窍鄬?duì)便宜和容易獲得的。事實(shí)上，它是反應(yīng)的目標(biāo)輸出產(chǎn)物，其可以在反應(yīng)區(qū)2112內(nèi)被完成。合適的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在先前通過(guò)引用并入本文的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/857，228中被公開(kāi)。每個(gè)結(jié)構(gòu)2158可以以間隙2153從其相鄰結(jié)構(gòu)分離。間隙2153可以通過(guò)在鄰近結(jié)構(gòu)2158之間間隔器2157維持。在特定實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)2158之間的間隙2153可以是從約2.5微米至約25微米寬。在其它實(shí)施例中，間隙2153可以具有其它值，這取決于，例如，入射輻射能量R的波長(zhǎng)。間隔器2157被定位在間隔開(kāi)的位置，所述位置在圖R2-3的平面內(nèi)和垂直于圖R2-3的平面，以便不阻礙通過(guò)組件2150的輻射和/或化學(xué)成分的通道。
[0120]該輻射能量R可包括通常平行排列于隔開(kāi)的層狀結(jié)構(gòu)2158，并相應(yīng)地通過(guò)間隙2153完全穿過(guò)再輻射元件2150并進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112而不接觸再輻射材料2152的第一部分Rl0輻射能源R也可以包括撞擊再輻射材料2152，并且相應(yīng)地重新發(fā)射作為重新發(fā)射部分RR進(jìn)入反應(yīng)區(qū)2112的第二部分R2。反應(yīng)區(qū)2112可以相應(yīng)地包括具有不同的能量光譜和/或不同的峰值波長(zhǎng)范圍的輻射，這取決于入射輻射R是否沖撞再輻射材料2152。在反應(yīng)區(qū)2112中的能量的這樣的組合對(duì)于至少一些反應(yīng)可以是有益的。例如，較短的波長(zhǎng)，輻射能量的更高頻率(較高能量)部分可以促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)2112發(fā)生的基本反應(yīng)，例如，解離在蒸汽的存在中的甲烷以形成一氧化碳和氫氣。較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，較低頻率(低能量)部分能防止反應(yīng)產(chǎn)物粘附在反應(yīng)器2110的表面上，和/或可以從反應(yīng)器表面分離這樣的產(chǎn)物。在特定實(shí)施例中，輻射能量可以通過(guò)在反應(yīng)區(qū)2112中的甲烷吸收，而在其他實(shí)施例中，輻射能量可以由其它反應(yīng)物被吸收，例如，在反應(yīng)區(qū)2112中的蒸汽，或者其產(chǎn)物。在至少某些情況下，最好是用蒸汽吸收輻射能量。以這種方式，蒸汽接收足夠的能量以熱到足以完成該反應(yīng)區(qū)2112內(nèi)的吸熱反應(yīng)，無(wú)需不必要地加熱碳原子，如果他們不在分解后迅速氧化的話，其可以潛在地創(chuàng)造顆?；蚪褂?。
[0121]再輻射材料2152可包括各種合適的成分，包括碳化鐵，碳化鎢，碳化鈦，碳化硼，和/或氮化硼。這些材料，以及形成的間隔開(kāi)的結(jié)構(gòu)2158的材料，可以基于包括耐腐蝕性和/或壓縮負(fù)荷的各種性質(zhì)上進(jìn)行選擇。例如，使用任何前述碳化物或氮化物加載碳結(jié)構(gòu)體可以制作壓縮結(jié)構(gòu)。壓縮結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它是小于下拉力下的結(jié)構(gòu)的受腐蝕性。此夕卜，本結(jié)構(gòu)(例如，上述的碳化物和氮化物)的成分的固有的耐腐蝕性能提高，因?yàn)?，在壓縮下，其結(jié)構(gòu)是低滲透腐蝕劑，包括可以很好的形式存在作為反應(yīng)區(qū)2112中的反應(yīng)物的和作為在通道2118的燃燒產(chǎn)物2105的成分的蒸汽。前述組分可以單獨(dú)使用或與磷，氟化鈣和/或另一磷光材料組合使用，以便由再輻射材料2152再輻射的能量可能會(huì)被延遲。這個(gè)功能可以理順至少一些輻射能量被供給到反應(yīng)區(qū)2112的不規(guī)則性或間歇性。
[0122]另一種合適的再輻射材料2152包括尖晶石，或鎂和/或鋁氧化物的另一復(fù)合體。尖晶石可以提供上述的壓應(yīng)力，并且可以轉(zhuǎn)移吸收的輻射到紅外，以促進(jìn)加熱反應(yīng)區(qū)2112。例如，鈉或鉀可以發(fā)射可見(jiàn)光輻射(例如，紅色/橙色/黃色輻射)，其可以通過(guò)尖晶石或其它氧化鋁的軸承材料被轉(zhuǎn)移到紅外波段。如鎂和鋁的氧化物，包括著色劑的添加劑，例如鎂，鋁，鈦，鉻，鎳，銅和/或釩的組合物，存在于再輻射材料2152中，重新輻射材料2152可以具有發(fā)射輻射多個(gè)峰值，其可以反過(guò)來(lái)允許反應(yīng)區(qū)2112中的多個(gè)成分吸收輻射能量。
[0123]如圖R2-3中所示的再輻射元件2150的具體結(jié)構(gòu)包括可以不僅允許輻射通過(guò)，但也可以允許成分通過(guò)的間隙2153。因此，再輻射元件2150也可以形成透射表面2119，其，如上文參照?qǐng)DR2-1所述,可通過(guò)允許反應(yīng)物進(jìn)一步促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)2112中的反應(yīng)。
[0124]具有再輻射元件的合適的反應(yīng)器的進(jìn)一步實(shí)施例在2011年2月14日提交的未決的以及通過(guò)引用并入本文的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/027，015被公開(kāi)。4.3與熱管和熱泵代表反應(yīng)堆
[0125]圖R3-1是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例配置的熱轉(zhuǎn)移裝置3100( “設(shè)備3100”)的示意性剖視圖。如圖R3-1所示，該設(shè)備3100可以包括具有輸入部3104，相反于輸入部3104的輸出部3106，以及輸入和輸出部3104和3106之間的側(cè)壁3120的導(dǎo)管3102。該裝置3100還可以包括在輸入部3104的第一端帽3108和在輸出部3106的第二端帽3110。該設(shè)備3100可以圍繞工作流體3122(由箭頭示出)，其在氣相3122a和液相3122b之間變化。
[0126]在所選擇的實(shí)施例中，設(shè)備3100還可以包括一個(gè)或多個(gè)建筑結(jié)構(gòu)3112。建筑結(jié)構(gòu)3112是晶體的合成基質(zhì)特性描述，其主要由石墨烯，石墨，氮化硼，和/或其他合適的晶體構(gòu)成。這些晶體的配置和處理嚴(yán)重影響該建筑結(jié)構(gòu)3112當(dāng)遇到一定條件下將會(huì)表現(xiàn)出的性質(zhì)。例如，如在下面進(jìn)一步詳細(xì)解釋的那樣，該設(shè)備3100可為它們的熱性能，毛細(xì)性能，吸收性能，催化性能和電磁，光學(xué)和聲學(xué)特性利用建筑結(jié)構(gòu)3112。如圖R3-1所示，建筑結(jié)構(gòu)3112可排列為通過(guò)間隙3116隔開(kāi)彼此的多個(gè)基本上平行的層3114。在各種實(shí)施例中，層3114可以是薄至I原子。在其它實(shí)施例中，各個(gè)層3114的厚度可以大于和/或小于I原子且層3114的寬度可以在間隙3116之間變化。制造和配置建筑結(jié)構(gòu)的方法，如在圖R3-1中所示的建筑結(jié)構(gòu)3112，被在先前通過(guò)引用并入本文中的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/857,228中進(jìn)行描述。
[0127]如圖R3-1所示，第一端帽3108可以被安裝靠近熱源(未示出)，使得所述第一端帽3108可作為汽化工作流體3122的熱接口。因此，第一端帽3108可包括具有高的熱導(dǎo)率和/或透射率的材料，以從熱源吸收或傳遞熱量。在圖R3-1所示的實(shí)施例，例如，第一端帽3108包括由導(dǎo)熱晶體(例如，石墨)制成的建筑結(jié)構(gòu)3112。建筑結(jié)構(gòu)3112可以被布置以通過(guò)配置層3114具有基本上平行于熱量的流入的高濃度的熱傳導(dǎo)性(例如，通過(guò)層3114形成)，以增加其熱傳導(dǎo)性。例如，在圖示的實(shí)施例中，層3114 —般對(duì)準(zhǔn)傳入的熱流，以使得熱量進(jìn)入層3114之間的建筑結(jié)構(gòu)3112。這種配置暴露層3114的最大表面面積到熱量，并從而增加了由建筑結(jié)構(gòu)3112所吸收的熱量。有利的是，盡管具有比金屬低得多的密度，建筑結(jié)構(gòu)3112可導(dǎo)電和/或輻射地轉(zhuǎn)移比固體銀，原料石墨，銅或鋁的量更大的每單位面積的發(fā)熱量。
[0128]如進(jìn)一步在圖R3-1中所示，第二端帽3110可以從裝置3100排出熱量到吸熱裝置(未示出)，以使得第二端帽3110可作為冷凝工作流體3122的冷接口。第二端帽3110，同第一端帽3108—樣，可包括具有高導(dǎo)熱性(例如，銅，鋁)和/或透射率以從工作流體3122吸收和/或發(fā)射潛熱的材料。因此，同第一端帽3108 —樣，第二端帽3110可包括建筑結(jié)構(gòu)3112。然而，第二端帽3110可以傳達(dá)潛熱出設(shè)備3100，而不是使熱量同第一端帽3108 —樣進(jìn)入裝置3100。在各種實(shí)施例中，第一和第二端帽3108和3110的建筑結(jié)構(gòu)3112可以由類似的材料制成和/或被布置成具有基本相似的熱導(dǎo)率。在其它實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112可包括不同的材料，可以布置在不同的方向，和/或以其他方式配置成提供不同的熱輸送能力，包括所需的電導(dǎo)率和透射率。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，不是第一端帽3108也不是第二端帽3110會(huì)包括建筑結(jié)構(gòu)3112。
[0129]在所選擇的實(shí)施例中，第一端帽3108和/或所述第二端帽3110可包括具有不同的熱導(dǎo)率部分。例如，接近導(dǎo)管3102的第一端帽3108的一部分可以包括高導(dǎo)熱性材料(例如，被配置為促進(jìn)熱傳導(dǎo)性的銅等的建筑結(jié)構(gòu)3112)，以使得其從熱源吸收熱量和汽化工作流體3122。從導(dǎo)管3102隔開(kāi)的第一端帽3108的另一部分可以包括更少的熱傳導(dǎo)材料以絕緣高導(dǎo)電性的部分。在某些實(shí)施例中，例如，絕緣部分可以包括陶瓷纖維，密封死空氣的空間，和/或具有高輻射吸收率和/或低的熱導(dǎo)率的其它材料或結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，第一端帽3108的絕緣部分可以包括布置成包括熱傳導(dǎo)通路的低濃度的建筑結(jié)構(gòu)3112(例如，由大間隙3116間隔開(kāi)的層3114)，以使得其具有傳導(dǎo)傳遞熱量的較低可用性。
[0130]在其它實(shí)施例中，基于該設(shè)備3100的尺寸，建筑結(jié)構(gòu)3112的配置可以不同于圖R3-1中示出的那些，在熱源和吸熱裝置之間的溫度差，所期望的熱傳遞，工作流體3122，和/或其他合適的熱傳遞特性。例如，具有更小的表面區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)3112可適合于設(shè)備3100的微觀應(yīng)用和/或高溫度差，而具有較高的表面區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)3112可以更適合于設(shè)備3100的宏觀應(yīng)用和/或更高傳熱速率。建筑結(jié)構(gòu)3112的熱導(dǎo)率也可通過(guò)使用深色涂料涂覆層3114來(lái)增加吸熱量，并用淺色涂料涂覆層3114來(lái)反射熱量帶走，從而減少吸熱量。
[0131]仍參考圖R3-1，設(shè)備3100可以通過(guò)毛細(xì)管作用返回工作流體3122的液相3122b到輸入部3104。因此，導(dǎo)管3102的側(cè)壁3120可以包括芯結(jié)構(gòu)，其施加毛細(xì)管壓力在液相3122b之上以驅(qū)動(dòng)它朝向所希望的位置(例如，輸入部分3104)。例如，側(cè)壁3120可以包括纖維素，陶瓷芯吸材料，燒結(jié)或粘合金屬粉末，納米纖維，和/或其他合適的提供毛細(xì)作用的毛細(xì)結(jié)構(gòu)或材料。
[0132]在圖R3-1中所示的實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)管3102的縱向軸線3118并被配置成施加必要的毛細(xì)管壓力以引導(dǎo)工作流體3122的液相3122b部分到輸入3104。組合物，摻雜劑，間隔，和/或?qū)?114的厚度可以根據(jù)需要為工作流體3122提供毛細(xì)作用的表面張力來(lái)選擇。有利的是，建筑結(jié)構(gòu)3112可以應(yīng)用液相3122b上的足夠的毛細(xì)管壓力來(lái)短距離和長(zhǎng)距離(例如，毫米至公里)驅(qū)動(dòng)工作流體3122。此外，在選定的實(shí)施例中，層3114的表面張力可以被操縱，使得建筑結(jié)構(gòu)3112拒絕預(yù)選流體。例如，建筑結(jié)構(gòu)3112可以被配置為具有會(huì)拒絕任何液體而不是工作流體3122的液相3122b的表面張力。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112可以起到防止任何其他流體而不是工作流體3122 (例如，擴(kuò)散進(jìn)入導(dǎo)管3102的雜質(zhì)所污染的流體)被氣化冷凝循環(huán)所干擾的過(guò)濾器的作用。
[0133]在其它實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112的選擇性的毛細(xì)作用以比常規(guī)的蒸餾技術(shù)低得多的溫度分離物質(zhì)。通過(guò)建筑構(gòu)造3112的更快的分離物質(zhì)可降低或消除如果該物質(zhì)達(dá)到設(shè)備3100內(nèi)較高的溫度所引起的物質(zhì)降解。例如，在工作流體3122達(dá)到接近輸入部3104的更高的溫度之前，潛在的有害物質(zhì)可以由建筑結(jié)構(gòu)3112的選擇性毛細(xì)作用從工作流體3122被去除。
[0134]管道3102與第一和第二端帽3108和3110可以使用能夠承受該裝置3100的溫差的緊固件被密封在一起。在其它實(shí)施例中，裝置3100被一體地形成。例如，設(shè)備3100可以使用一種或多種材料模制而成。真空可用于去除管道3102內(nèi)的任何空氣，然后導(dǎo)管3102可以用被選擇為匹配操作溫度的少量工作流體3122來(lái)填充。
[0135]在操作中，裝置3100利用工作流體3122的氣化冷凝循環(huán)傳遞熱量。更具體地，第一端帽3108可從熱源吸收熱量，并且工作流體3122可以反過(guò)來(lái)從第一端帽3108吸收熱量以產(chǎn)生蒸汽相3122a。工作流體3122的相位變化所引起的壓力差可以驅(qū)動(dòng)工作流體3122的汽相3122a以填充可用的空間，從而傳遞工作流體3122通過(guò)管道3102到輸出部3104。在輸出部3104，第二端帽3110可以從工作流體3122吸收熱量以改變工作流體3122液相3122b。來(lái)自工作流體3122的冷凝的潛熱可以經(jīng)由第二端帽3110被轉(zhuǎn)移出設(shè)備3100。在一般情況下，流入到第一端帽3108的熱量基本上等于由第二端帽3110除去的熱量。如在圖R3-1中所示，由建筑結(jié)構(gòu)3112或其他毛細(xì)結(jié)構(gòu)提供的毛細(xì)作用可以將工作流體3122的液相3122b返回到輸入部3104。在選定的實(shí)施例中，層3114的末端可以交錯(cuò)排列或成角度地向著管道3102以促進(jìn)層3114之間的液相3122b的進(jìn)入和/或以促進(jìn)在輸入部3104的液相3122b至汽相3122b的轉(zhuǎn)換。在輸入部3104，工作流體3122可以用蒸發(fā)冷凝循環(huán)再次蒸發(fā)并繼續(xù)循環(huán)通過(guò)導(dǎo)管3102。
[0136]該裝置3100還可以在相反的方向上操作上述汽化冷凝循環(huán)。例如，當(dāng)熱源和散熱器被顛倒，第一端帽3108可作為冷接口和第二端帽3110可以作為熱接口。因此，輸入和輸出部3104和3106被倒置，使得工作流體3122蒸發(fā)接近第二端帽3110，冷凝接近第一端帽3108，并且使用側(cè)壁3120提供的毛細(xì)管作用返回到第二端帽3110。該裝置3100的可逆性允許設(shè)備3100也可以不考慮熱源和散熱裝置的位置而被安裝。此外，設(shè)備3100可容納熱源和散熱裝置的位置可以被顛倒的環(huán)境。例如，如下面進(jìn)一步描述的，設(shè)備3100可以在夏季期間在一個(gè)方向上進(jìn)行操作以利用太陽(yáng)能，以及設(shè)備3100可以在冬季反向所述方向以利用在先前夏季期間儲(chǔ)存的熱量。
[0137]包括在第一端帽3108和/或第二端帽3110的建筑結(jié)構(gòu)3112的裝置3100的實(shí)施例，每單位面積具有比常規(guī)導(dǎo)線更高的導(dǎo)熱率。這種增加的熱導(dǎo)率可以提高第一和第二端帽3108和3110之間的處理速度和溫度差以產(chǎn)生更大的和更有效的熱傳遞。此外，包括在第一和/或第二端帽3108和3110的建筑結(jié)構(gòu)3112的實(shí)施例需要較少的表面積來(lái)吸收必要的熱量以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷凝循環(huán)。因此，設(shè)備3100可以比傳遞相當(dāng)量的熱量的常規(guī)熱管更緊湊，并提供相當(dāng)大的成本降低。
[0138]仍參考圖R3-1，在各種實(shí)施例中，裝置3100還可以包括與導(dǎo)管3102流體連通的貯液器3124，使得貯液器3124可以收集和存儲(chǔ)工作流體3122的至少一部分。如圖R3-1，貯液器3124可通過(guò)管道或其他合適的管狀結(jié)構(gòu)被耦合到管道3102的輸入部分3104。液相3122b可以因此從側(cè)壁3102(例如，建筑結(jié)構(gòu)3112、毛細(xì)結(jié)構(gòu)等)流入到貯液器3124。在其它實(shí)施例中，貯液器3124是在與導(dǎo)管3102的另一部分流體連通(例如，輸出部3106)，使得所述貯液器3124收集在汽相3122a或混合相中的工作流體3122。
[0139]貯液器3124允許設(shè)備3100在至少兩種模式中進(jìn)行操作:蓄熱模式和傳熱模式。在蓄熱模式過(guò)程中，工作流體3122的蒸發(fā)-冷凝循環(huán)可通過(guò)將工作流體3122從導(dǎo)管3102注入貯液器3124被減慢或停止。第一端帽3108然后可以用作吸收熱量而無(wú)需累積熱量的汽化冷凝循環(huán)散熱的蓄熱器。第一端帽3108累積所需的熱量和/或不再供給熱量的熱源量(例如，太陽(yáng))之后，設(shè)備3100可以通過(guò)將工作流體3122注入管道3102改變到傳熱模式。存儲(chǔ)在第一端蓋3108的熱量可蒸發(fā)進(jìn)入的工作流體3122以及壓力差可以驅(qū)動(dòng)蒸汽相3122a朝著管道3102的輸出部分3106，以重新啟動(dòng)蒸發(fā)冷凝循環(huán)。在某些實(shí)施例中，蒸發(fā)冷凝循環(huán)的重新啟動(dòng)可以被監(jiān)測(cè)，以分析工作流體3122的特征(例如，組分，蒸汽壓，潛熱，效率)。
[0140]如圖所示的R3-1，控制器3126可被可操作地耦合到貯液器3124以調(diào)制工作流體3122進(jìn)入導(dǎo)管3102的速率和/或調(diào)節(jié)工作流體3122流入或流出管道3102的體積?？刂破?126可以從而改變管道3102內(nèi)的壓力，使得裝置3100可以以在熱源和散熱裝置之間變化的溫度差進(jìn)行操作。因此，該設(shè)備3100可以提供恒定熱流，而不論減少的熱源(例如，第一端帽3108)或間歇蒸發(fā)冷凝循環(huán)。
[0141]圖R3-2A和R3-2B是根據(jù)本技術(shù)的其它實(shí)施例的傳熱裝置3200a、3200b( “設(shè)備3200”)的示意剖視圖。裝置3200的幾個(gè)特征一般相似于圖R3-1中所示的設(shè)備3100的特征。例如，每一個(gè)設(shè)備3200可以包括導(dǎo)管3102，側(cè)壁3120，以及第一和第二端帽3108和3110。該裝置3200還能從熱源傳送熱量到散熱裝置，利用工作流體3122的蒸發(fā)冷凝循環(huán)的散熱裝置通常類似于參照?qǐng)DR3-1中所描述的。此外，如圖R3-2A和R3-2B所示，設(shè)備3200還可以包括貯液器3124和控制器3126，使得裝置3200可以在蓄熱模式和傳熱模式下操作。
[0142]如圖所示R3-2A和R3-2B的裝置3200可以利用重力，而不是圖R3_l所記載的毛細(xì)管作用，以返回工作流體3122的液相3122b到輸入部3104。因此，如圖R3-2A和R3-2B中所示，熱流入在熱輸出以下，以使得重力可以驅(qū)動(dòng)液相3122b向下側(cè)壁3120到輸入部分3104。因此，如圖R3-2A中所示，側(cè)壁3120只需要包括防滲膜3228，而不是毛細(xì)作用所必需的燈芯結(jié)構(gòu)，以密封在導(dǎo)管3102內(nèi)的工作流體3122。防滲膜3228可以由聚合物如聚乙烯，金屬或金屬合金，如銅，不銹鋼，和/或其他合適的不滲透材料制成。在其它實(shí)施例中，裝置3200可以利用加速度的其他來(lái)源(例如，離心力，毛細(xì)管作用)，以返回液相3122b到輸入部3104，使得輸入和輸出部3104和3106的位置沒(méi)有重力依賴。
[0143]如圖R3-2B中所示，在其它實(shí)施例中，側(cè)壁3120可以進(jìn)一步包括建筑結(jié)構(gòu)3112。例如，建筑結(jié)構(gòu)3112可以被布置，以使得這些層3114被取向?yàn)榇怪庇诠艿?102的縱向軸線3118以形成傳遞熱量遠(yuǎn)離導(dǎo)管3102的導(dǎo)熱通路。因此，如液相3122b沿著側(cè)壁3120流動(dòng)，建筑結(jié)構(gòu)3112可以從液相3122b吸取熱量，沿著所述層3114并遠(yuǎn)離設(shè)備3200的側(cè)壁3120。這樣可以增加輸入和輸出部3104和3106之間的溫度差，以增加傳熱速率和/或促進(jìn)當(dāng)溫度梯度不足時(shí)的蒸發(fā)冷凝循環(huán)。在其它實(shí)施例中，層3114可以以相對(duì)于縱向軸線3118的不同的角度被定向以在不同的方向傳遞熱量。在某些實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112可以被定位于徑向向外的防滲膜3228。在其它實(shí)施例中，防滲膜3228可以是徑向向外的建筑結(jié)構(gòu)3112或建筑結(jié)構(gòu)3112本身可以提供足夠的防滲壁以密封導(dǎo)管3102內(nèi)的工作流體3122。
[0144]在圖R3-2A和R3-2B中所示的第一和第二端帽3108和3110還可以包括建筑結(jié)構(gòu)3112。如圖R3-2A和R3-2B中所示，建筑結(jié)構(gòu)3112的層3114通常與方向熱輸入和熱輸出對(duì)齊，以提供有效地傳遞熱量的熱傳導(dǎo)通道。此外，第一和/或第二端帽3108和3110的建筑結(jié)構(gòu)3112可以被配置為進(jìn)入或離開(kāi)導(dǎo)管的特定物質(zhì)適用于毛細(xì)管壓力。例如，建筑結(jié)構(gòu)3112的層3114的組分，間距，摻雜劑和/或厚度可以被調(diào)制，以選擇性地吸收層3114之間的特定物質(zhì)。在選定實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112可以包括被配置用于第一物質(zhì)的層3114的第一區(qū)域和被配置用于第二物質(zhì)的層3114的第二區(qū)域以選擇性地從管道3102除去和/或添加兩個(gè)或更多的所需物質(zhì)。
[0145]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二端帽3110可以利用建筑結(jié)構(gòu)3112的吸收屬性來(lái)選擇性地裝入層3114之間的工作流體3122的所需成分。建筑結(jié)構(gòu)3112的結(jié)構(gòu)可以被操縱以獲得所需的表面張力以裝載幾乎任何元件或可溶物。例如，層3114可以與預(yù)定的摻雜劑或材料被預(yù)載，以調(diào)整沿著這些表面的表面張力吸附。在某些實(shí)施例中，層3114可以用二氧化碳預(yù)加載，以使得建筑結(jié)構(gòu)3112可以從工作流體3122選擇性開(kāi)采二氧化碳作為熱量釋放至第二端帽3110。在其它實(shí)施例中，層3114可以以一預(yù)定距離彼此分隔開(kāi)，包括一定的涂層，和/或以其它方式被布置以選擇性地加載所需的組分。在一些實(shí)施例中，所希望的組分吸附到各個(gè)層3114的表面，而在其他實(shí)施例中所需的成分吸收入層3114之間的區(qū)域。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，物質(zhì)可以被有目的地從輸入部3104送入導(dǎo)管3102(例如，通過(guò)第一端帽3108)，以使得所加入的物質(zhì)可以結(jié)合工作流體3122或與工作流體3122起反應(yīng)，以產(chǎn)生所需的成分。因此，在第二端帽3110的建筑結(jié)構(gòu)3112可促進(jìn)組分的選擇性開(kāi)采。此外，建筑結(jié)構(gòu)3112可以去除雜質(zhì)和/或其它不希望的可溶物，其可能已進(jìn)入導(dǎo)管3102和潛在地干擾設(shè)備3200的效率。
[0146]類似地，在所選的實(shí)施例中，在第一端帽3110的建筑結(jié)構(gòu)3112也可以有選擇地加載所需的化合物和/或元件，以防止它們進(jìn)入導(dǎo)管3102。例如，建筑結(jié)構(gòu)3112可以過(guò)濾掉可以阻礙或以其他方式干擾設(shè)備3200的傳熱的鏈烷烴。在其它實(shí)施例中，裝置3200可包括可被用于防止某些物質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)管3102的其他過(guò)濾器。
[0147]此外，類似于選擇性加載化合物和元素，在第一和第二端帽3108和3110的建筑結(jié)構(gòu)3112也可以被配置為吸收所希望的波長(zhǎng)的輻射能量。例如，層3114可以具有一定的厚度，組成，間隔以吸收輻射能量的特定波長(zhǎng)。在選定實(shí)施例中，建筑結(jié)構(gòu)3112吸收第一波長(zhǎng)的輻射能量并將其轉(zhuǎn)換成第二波長(zhǎng)的輻射能量，重傳至少一些被吸收的能量。例如，層3114可以被配置為吸收紫外線并轉(zhuǎn)換紫外輻射成紅外輻射。
[0148]此外，層3114也可以通過(guò)傳遞遞熱量至反應(yīng)將發(fā)生的區(qū)域來(lái)催化反應(yīng)。在其他實(shí)施例中，層3114通過(guò)傳遞熱量遠(yuǎn)離反應(yīng)將發(fā)生的區(qū)域來(lái)催化反應(yīng)。例如，熱量可傳導(dǎo)地傳遞到層3114(例如，如在2010年8月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/857，515，題目為“APPARATUSES AND METHODS FOR STORING AND/OR FILTERING A SUBSTANCE”中所討論的，該申請(qǐng)?jiān)谕ㄟ^(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容合并于此)，以提供熱量到層3114的支撐管內(nèi)的吸熱反應(yīng)。在一些實(shí)施例中，層3114通過(guò)從反應(yīng)將發(fā)生的區(qū)域中除去反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)催化反應(yīng)。例如，層3114可以從醇是一種副產(chǎn)物的中央支撐管內(nèi)的生化反應(yīng)吸收醇，從而排出層3114的外邊緣上的醇，并延長(zhǎng)涉及生化反應(yīng)的微生物的壽命。
[0149]圖R3-3A是根據(jù)本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例的在第一方向上操作的熱傳遞裝置3300( “設(shè)備3300”)的示意性橫截面視圖，圖R3-3B是在與第一方向相反的第二方向上操作的圖R3-3A的裝置3300的示意性的橫截面視圖。裝置3300的一些特征大致類似于圖R3-1-2B中所示的設(shè)備3100和3200的特征。例如，設(shè)備3300可以包括導(dǎo)管3102，第一和第二端帽3108和3110，和建筑結(jié)構(gòu)3112。如圖R3-3A和R3-3B中所示，設(shè)備3300的側(cè)壁3120可以包括兩個(gè)建筑結(jié)構(gòu)3112:具有被定向?yàn)槠叫杏趯?dǎo)管3102的縱向軸線3118的層3114的第一建筑結(jié)構(gòu)3112a和從第一建筑結(jié)構(gòu)3112a徑向向內(nèi)并具有被定向?yàn)榇怪庇诳v向軸線3118的層3114的第二建筑結(jié)構(gòu)3112b。第一建筑結(jié)構(gòu)3112a的層3114可以執(zhí)行毛細(xì)作用，而第二建筑結(jié)構(gòu)3112b的層3114可以形成傳遞熱量遠(yuǎn)離導(dǎo)管3102的一側(cè)的導(dǎo)熱通路，并從而增加了輸入和輸出部3104和3106之間的溫度差。
[0150]類似于圖R3-1所示的裝置3100，當(dāng)熱流的方向變化以及輸入和輸出部3104和3106被反轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備3300也可以操作。如圖R3-3A中所示，例如，設(shè)備3300可以吸收在第一端帽3108的熱量以蒸發(fā)在輸入部3104的工作流體3122，經(jīng)由工作流體3122的汽相3122a傳遞熱量通過(guò)導(dǎo)管3102，并從第二端帽3110排出熱量，以在輸出部3106冷凝工作流體3122。如在圖R3-3A中進(jìn)一步所示，工作流體3122的液相3122b可以在參照?qǐng)DR3-1的上述的毛細(xì)作用的第一建筑結(jié)構(gòu)3112b的層3114之間移動(dòng)。在其它實(shí)施例中，側(cè)壁3120可以包括不同的毛細(xì)結(jié)構(gòu)(例如，纖維素)，其可以驅(qū)動(dòng)液體相3122b從輸出部3106到輸入部3104。如圖所示的R3-3B中所示，條件可以被顛倒，以使得熱量進(jìn)入設(shè)備3300接近第二端帽3110并退出設(shè)備3300接近第一端帽3108。有利的是，如上面所討論的，工作流體3122的雙方向蒸氣冷凝循環(huán)可容納熱源和散熱裝置的位置反向的環(huán)境。
[0151]在至少某些實(shí)施例中，除了或代替熱管的熱泵可用于傳遞熱量，且所傳送的熱量可用于提高熱泵耦合至的反應(yīng)器的效率和/或性能。在特定實(shí)施例中，熱量被從多年凍土，地?zé)?，海洋?或其它來(lái)源提取。圖R3-4是可逆熱泵3150的局部示意圖，該可逆熱泵被定位成從源3200(例如，熱源)接收熱，由箭頭Hl所示，并且以比源高的溫度傳遞熱量，如箭頭H2所示。熱泵3150通過(guò)可在封閉冷凍環(huán)路中操作的工作流體傳遞熱量。因此，熱泵3150可以包括壓縮機(jī)3154、膨脹閥3162、供給和返回管道3156，3160和第一和第二熱交換器3152，3158。在操作中，工作流體經(jīng)由第二熱交換器3158從源3200接收熱量。該工作流體通過(guò)供應(yīng)管道3156至它被壓縮的壓縮機(jī)3154，并在第一熱交換器3152傳遞熱量(例如，非燃燒反應(yīng)器)。工作流體然后通過(guò)膨脹閥3162，并通過(guò)返回導(dǎo)管3160返回到第二熱交換器3158。
[0152]工作流體可以基于至少部分的源3200的溫度和所需的輸送溫度被選擇。例如，工作流體可以是相對(duì)惰性流體，例如氟利昂，氨或二氧化碳。這樣的流體與各種聚合物和金屬組分相容。這些組件可包括管襯聚合物如氟化乙烯-丙烯，全氟烷氧基乙烯，聚偏氟乙烯，四氟乙烯，乙烯-丙烯二聚物，和/或可用纖維(如石墨，E-玻璃，S-玻璃，玻璃-陶瓷或各種有機(jī)長(zhǎng)絲以形成導(dǎo)管3156，3160)增強(qiáng)的許多其他材料。熱交換器3158可以由金屬合金制成，例如，304型或其它“300”系列的奧氏體不銹鋼，鋁合金，黃銅或青銅的選擇。壓縮機(jī)3154可以是取決于包含應(yīng)用標(biāo)度的因子正排量或渦輪式壓縮機(jī)。膨脹閥3162可以被選擇以滿足特定應(yīng)用的壓降和流量的要求。
[0153]在源3200在中等溫度(例如，125華氏攝氏度(52度))的代表性實(shí)施例中，工作流體可以包括被擴(kuò)展通過(guò)閥3162至降低的溫度(例如，115華氏攝氏度(46度))的二氧化碳。工作流體在源3200接收熱量以達(dá)到120華氏攝氏度(49度)的代表溫度。在壓縮機(jī)3154，工作流體的溫度升高到325華氏攝氏度(163度)或更高的代表值。在具體實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的熱泵循環(huán)(未示出)可以被用來(lái)進(jìn)一步提升輸送溫度。它可以是特別有利的以使用熱泵循環(huán)來(lái)在比源3200高的溫度來(lái)提供熱量，因?yàn)檫@種循環(huán)通常傳遞相比于壓縮機(jī)3154的操作所需的能量的二到十倍以上的熱能。
[0154]以大致類似的方式，使用一個(gè)或多個(gè)熱泵循環(huán)來(lái)反向冷卻工作流體至低于環(huán)境溫度的溫度也可以是有利的，并從而“冷凍”被冷卻的物質(zhì)。例如，在湖底或海洋沉積物中的多年凍土或甲烷水合物可以被冷卻到遠(yuǎn)低于在此類應(yīng)用中的空氣或周?chē)乃沫h(huán)境溫度的溫度。
[0155]具有透射面的合適的反應(yīng)器的仍進(jìn)一步的實(shí)施例在2011年2月14日提交未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/027,244中被公開(kāi)并通過(guò)引用并入本文。
[0156]4.4具有太陽(yáng)能輸送器的代表反應(yīng)器
[0157]圖R4-1是包括具有反應(yīng)區(qū)4111的反應(yīng)器4110的系統(tǒng)4100的局部示意圖。該系統(tǒng)4100還包括引導(dǎo)太陽(yáng)能4103到反應(yīng)區(qū)4111的太陽(yáng)能收集器4101。太陽(yáng)能收集器4103可包括碟，槽，定日鏡排列，菲涅耳透鏡和/或其它輻射聚焦元件。反應(yīng)器容器4110和太陽(yáng)能收集器4101可被安裝到支座4102，其允許太陽(yáng)能收集器4101關(guān)于至少兩個(gè)正交的軸旋轉(zhuǎn)以便繼續(xù)高效率地集中太陽(yáng)能4103，正如地球旋轉(zhuǎn)一樣。系統(tǒng)4100還可以包括多個(gè)反應(yīng)物/產(chǎn)物容器4170，包括第一和第二反應(yīng)物容器4170a、4170b，以及第一和第二產(chǎn)物容器4170c、4170d。在特定實(shí)施例中，第一反應(yīng)物容器4170a能夠提供包含氫和碳(例如甲烷)的反應(yīng)物，其被在吸熱反應(yīng)中的反應(yīng)區(qū)4111被處理以產(chǎn)生氫氣，其被分別提供至第一和第二產(chǎn)品容器4170c、4170d。在其它實(shí)施例中，其它反應(yīng)物，例如，城市固體廢物流，生物質(zhì)反應(yīng)物，和/或其它廢物流可以在形成第二反應(yīng)物容器4170b的一部分的料斗4171被提供。在任何一個(gè)的這些實(shí)施例中，內(nèi)部反應(yīng)物輸送系統(tǒng)和產(chǎn)物去除系統(tǒng)提供反應(yīng)物至反應(yīng)區(qū)4111并從反應(yīng)區(qū)4111去除產(chǎn)物，將在后面參照?qǐng)DR4-3進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0158]系統(tǒng)4100還可以包括當(dāng)可用的太陽(yáng)能4103不足以維持在反應(yīng)區(qū)4111的吸熱反應(yīng)時(shí)提供熱至反應(yīng)區(qū)4111的補(bǔ)充熱源4180。在特定實(shí)施例中，補(bǔ)充熱源4180可包括電感器4181，其在白天位于遠(yuǎn)離反應(yīng)區(qū)4111，以允許集中太陽(yáng)能4103進(jìn)入反應(yīng)區(qū)4111，并可以在夜間在反應(yīng)區(qū)4111上滑動(dòng)以提供熱量至反應(yīng)區(qū)4111。感應(yīng)加熱器4181可以由可再生的清潔能源提供動(dòng)力，例如，在白天由反應(yīng)器容器4110產(chǎn)生的氫氣，或落下的水，地?zé)崮茉矗L(fēng)能，或其它合適的來(lái)源。
[0159]在任何前述實(shí)施例中，系統(tǒng)4100可以進(jìn)一步包括控制器4190，其接收輸入信號(hào)4191，并通過(guò)控制信號(hào)或其它輸出4192引導(dǎo)組成系統(tǒng)4100的設(shè)備的操作。例如，控制器4190可以從輻射傳感器4193接收，該信號(hào)指示入射太陽(yáng)輻射不足以維持在反應(yīng)區(qū)4111的反應(yīng)。作為回應(yīng)，控制器4190可以發(fā)出命令以激活補(bǔ)充熱源4180?？刂破?190還可以指示反應(yīng)物輸送和產(chǎn)品去除系統(tǒng)，在下面參照?qǐng)DR4-3被進(jìn)一步描述。
[0160]圖R4-2是圖R4-1中所示的反應(yīng)容器4110的實(shí)施例的局部示意圖，其示出了被定位成允許入射太陽(yáng)能源4103進(jìn)入反應(yīng)區(qū)4111的透射成分4112。在特定實(shí)施例中，透射成分4112可以包括玻璃或其它適當(dāng)?shù)耐该鞫?，高溫材料，很容易傳播給太陽(yáng)輻射，并且被配置為承受反應(yīng)區(qū)4111中的高溫。例如，在反應(yīng)區(qū)4111的溫度被在一些實(shí)施例中預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到4400華氏攝氏度，并且對(duì)于反應(yīng)物和/或產(chǎn)物可以更高。
[0161]在其它實(shí)施例中，透射成分4112可以包括能夠以一波長(zhǎng)吸收輻射并以另一波長(zhǎng)重新發(fā)射它的一個(gè)或多個(gè)元素。例如，透射成分4112可包括以一波長(zhǎng)接收入射太陽(yáng)能的第一表面4113a和以另一波長(zhǎng)重新發(fā)射能量進(jìn)入反應(yīng)區(qū)4111的第二表面4113b。以這種方式，提供到反應(yīng)區(qū)4111的能量可以專門(mén)定制以匹配或近似置于反應(yīng)區(qū)4111內(nèi)的反應(yīng)物和/或產(chǎn)物的吸收特性。有代表性的再輻射裝置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在4.2節(jié)被描述如上。
[0162]在其它實(shí)施例中，反應(yīng)器容器4110可以包括執(zhí)行相關(guān)功能的其他結(jié)構(gòu)。例如，反應(yīng)器容器4110可包括具有第一表面和第二表面4113a、4113b的百葉窗結(jié)構(gòu)4114,第一表面和第二表面4113a、4113b可樞轉(zhuǎn)以呈現(xiàn)一個(gè)表面或根據(jù)外部條件的其它，例如，入射太陽(yáng)能4103的層。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，第一表面4113a可以具有一個(gè)比較高的吸收率和相對(duì)低的發(fā)射率。在白天，表面可相應(yīng)容易地吸收輻射。第二表面4113b可以具有相對(duì)低的吸收率和相對(duì)高的發(fā)射率，并且可以相應(yīng)地進(jìn)行工作，以冷卻反應(yīng)區(qū)4111 (或反應(yīng)器4110的另一部件)，例如，在夜間。這種布置的一個(gè)典型應(yīng)用是進(jìn)行吸熱和放熱反應(yīng)的反應(yīng)器，如將在下文第4.8節(jié)中進(jìn)一步描述的。用于在冷卻模式下操作太陽(yáng)能集熱器4101 (圖R4-1)的其他布置的細(xì)節(jié)在下文第4.5節(jié)中被進(jìn)一步描述。
[0163]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，反應(yīng)器4110可包括重新定向輻射的特征，該輻射由于收集器表面像差、環(huán)境的缺陷、不平行的輻射，風(fēng)速和/或其他干擾或扭曲而“溢出”(例如，沒(méi)有精確地聚焦在透射部分4112上)。這些特征可以包括可被定位和/或調(diào)整，以重新定向輻射(有或沒(méi)有波長(zhǎng)移位)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)4111的附加百葉窗4114a。
[0164]圖R4-3是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例配置的反應(yīng)器容器4110的一部分的部分示意橫截面圖。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，反應(yīng)器4110包括反應(yīng)物輸送系統(tǒng)4130,其設(shè)置于大致圓柱形、桶形的反應(yīng)器容器4110之內(nèi)，和環(huán)狀地從反應(yīng)物輸送系統(tǒng)4130向內(nèi)定位的產(chǎn)物去除系統(tǒng)4140。例如，反應(yīng)物輸送系統(tǒng)4130可包括外螺紋4131，其反過(guò)來(lái)又包括外螺紋軸4132和向外延伸的外螺紋4133。外螺釘4131具有產(chǎn)物去除系統(tǒng)4140被定位在其中的軸向延伸的第一軸向開(kāi)口 4135。外螺釘4131繞中心軸4115旋轉(zhuǎn)，如箭頭O所指示的。因?yàn)樗_實(shí)是這樣，它帶有至少一個(gè)反應(yīng)物4134(例如，氣體，液體和/或固體反應(yīng)物)向上和向右，如圖R4-3，朝向反應(yīng)區(qū)4111。正如反應(yīng)物4134被在外螺紋4133內(nèi)進(jìn)行一樣，它也被壓縮，潛在地釋放氣體和/或液體，這可以通過(guò)百葉和/或位于從外螺釘4131環(huán)狀向外的其他開(kāi)口 4118逸出。正如反應(yīng)物4134變?yōu)橹旅艿耐饴菁y4133—樣，其對(duì)血管4110的內(nèi)壁4119形成密封。這種布置可以防止丟失反應(yīng)物4134，并且可以代替迫使反應(yīng)物4134移向反應(yīng)區(qū)4111。除了外螺紋4133，反應(yīng)物輸送系統(tǒng)4130可以包括其它的特征以迫使反應(yīng)物4134移向反應(yīng)區(qū)4111。例如，反應(yīng)器容器4110的內(nèi)壁4119可包括一個(gè)或多個(gè)螺旋形的步槍槽4116，其往往會(huì)因外部螺桿4131旋轉(zhuǎn)軸向地迫使反應(yīng)物4134。除了或代替這種特征，整個(gè)外螺釘4131可以前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由箭頭R所指示的，以防止反應(yīng)物4134釘?shù)絻?nèi)壁4119，和/或釋放釘?shù)絻?nèi)壁4119的反應(yīng)物4134。在內(nèi)壁4119附近放置桶加熱器4117還可以減少反應(yīng)物釘附，除了或代替上述功能。在至少某些實(shí)施例中，預(yù)期的是當(dāng)變暖時(shí)反應(yīng)物4134將不太可能黏住。
[0165]反應(yīng)物4134可以包括各種合適的組合物，例如，可提供氫供體到反應(yīng)區(qū)4111的組合物。在代表性的實(shí)施例中，反應(yīng)物4134可以包括生物質(zhì)成分，例如，城市固體廢物，商業(yè)廢物，林產(chǎn)品廢棄物或斜線，纖維素，木質(zhì)纖維素，烴類廢物(如輪胎)，和/或其他。被壓縮后，這些廢物可以被高度細(xì)分，這意味著由于粗糙表面特征和/或再次反射并最終吸收入射輻射的表面特性，它們可以很容易地吸收入射輻射。該屬性可進(jìn)一步提高在反應(yīng)區(qū)4111中反應(yīng)物4134加熱的效率。
[0166]一旦反應(yīng)物4134已經(jīng)被輸送到反應(yīng)區(qū)4111，它從入射太陽(yáng)能4103或其他信號(hào)源接收熱量并經(jīng)歷吸熱反應(yīng)。反應(yīng)區(qū)4111可以具有環(huán)形形狀并且可以包括絕緣4120以防止熱量從容器4110逸出。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生在反應(yīng)區(qū)4111的吸熱反應(yīng)包括離解甲烷和重整碳和氫成分為元素碳和雙原子氫，或其他碳化合物(例如，以一氧化碳或二氧化碳形式的氧化碳)和氫的化合物。所得到的產(chǎn)物4146可以包括氣態(tài)部分(由箭頭G所示)，其從反應(yīng)區(qū)4111環(huán)形地向內(nèi)以由產(chǎn)物去除系統(tǒng)4140進(jìn)行收集。產(chǎn)物4146的固體部分4144 (例如，灰分和/或其他副產(chǎn)物)也由產(chǎn)物去除系統(tǒng)4140收集。
[0167]該產(chǎn)物去除系統(tǒng)4140可以包括設(shè)置在外螺釘4131內(nèi)的第一軸向開(kāi)口 4135中的內(nèi)螺釘4141。內(nèi)螺釘4141可以包括內(nèi)螺紋軸4142和內(nèi)螺紋4143。內(nèi)螺釘4141還可以繞軸線4115旋轉(zhuǎn)，如箭頭I所示，如外螺釘4131在相同的方向上或在相反的方向上。內(nèi)螺釘4141包括具有允許氣態(tài)產(chǎn)物G進(jìn)入的開(kāi)口的第二軸向通路4145。氣態(tài)產(chǎn)物G向下移動(dòng)到被收集的并且在至少一些實(shí)例中被進(jìn)一步處理(例如，在從反應(yīng)中產(chǎn)生的氫分離在反應(yīng)產(chǎn)生的碳)的第二軸向開(kāi)口 4145。在具體的實(shí)施例中，氣態(tài)產(chǎn)物G能夠通過(guò)額外熱交換器(圖R4-3未示出)與進(jìn)入的反應(yīng)物4134交換額外的熱，以冷卻產(chǎn)物G和加熱反應(yīng)物4134。在其它實(shí)施例中，氣態(tài)產(chǎn)物G能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其它設(shè)備來(lái)進(jìn)行冷卻以產(chǎn)生機(jī)械的和/或電力。當(dāng)內(nèi)螺釘4141旋轉(zhuǎn)時(shí)，它承載產(chǎn)物4146的實(shí)心部分4144向下和向左，如圖R4-3所示。固體產(chǎn)物4144(和氣態(tài)產(chǎn)物G)可通過(guò)傳導(dǎo)傳熱到外螺釘4130來(lái)加熱進(jìn)入的反應(yīng)物4134，在這之后固體部4144可以被用于移除。例如，來(lái)自形成在反應(yīng)區(qū)4111含氮和/或含硫產(chǎn)物可以在農(nóng)業(yè)或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用。產(chǎn)物和因此的固體部分的化學(xué)和物理組分可以依賴于進(jìn)入反應(yīng)物的特性，其可以例如從城市固體廢物到工業(yè)廢物生物量的廣泛地變化。
[0168]正如上文參照?qǐng)DR4-1，R4-2所討論的，系統(tǒng)4100可以包括即使在可用太陽(yáng)能不足以維持反應(yīng)時(shí)引導(dǎo)能量(如熱能)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)4111的特征。在如圖R4-3所示的實(shí)施例，補(bǔ)充熱源4180可以包括燃燒反應(yīng)物4182 (例如，氧化劑和/或含氫的可燃材料)，其通過(guò)定位在第二軸向開(kāi)口 4145中的傳送管4184被引導(dǎo)到燃燒器或與反應(yīng)區(qū)4111熱連通的燃燒器區(qū)4183。在夜間或當(dāng)入射太陽(yáng)能是低的其他時(shí)間段期間，補(bǔ)充熱源4180可提供額外的熱至反應(yīng)區(qū)4111以維持發(fā)生在其中的吸熱反應(yīng)。
[0169]如上所述，參照?qǐng)DR4-3的實(shí)施例的一個(gè)特征是，進(jìn)入的反應(yīng)物4134可與離開(kāi)反應(yīng)區(qū)的固體產(chǎn)物4144密切或親密地?zé)徇B通。特別地，外螺紋軸4132和外螺紋4133可以由高導(dǎo)熱性的材料形成，從而從由內(nèi)螺釘4141攜帶的固體產(chǎn)物4144接收熱量，并傳遞熱量到進(jìn)入的反應(yīng)物4134。這種布置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它是高熱效率的，因?yàn)樗鼘漠a(chǎn)物去除熱量，所述產(chǎn)物否則將以浪費(fèi)熱量的方式被冷卻，并在同一時(shí)間加熱進(jìn)入的反應(yīng)物4134，從而減少了必須由太陽(yáng)光聚集器4101(圖R4-1)和/或補(bǔ)充熱源4180產(chǎn)生的熱量。通過(guò)提高產(chǎn)生于反應(yīng)容器4110的氫和/或碳或其他構(gòu)件塊的效率，反應(yīng)器系統(tǒng)4100可以增加用于生產(chǎn)產(chǎn)物的可再生的反應(yīng)物和能量源的商業(yè)可行性。
[0170]具有太陽(yáng)能輸送機(jī)的合適反應(yīng)器的仍進(jìn)一步的實(shí)施例中被在公布的美國(guó)專利號(hào)8，187,549且通過(guò)引用并入本文的申請(qǐng)中。
[0171]4.5具有太陽(yáng)能聚集器的代表性反應(yīng)器
[0172]圖R5-1是根據(jù)特定的技術(shù)實(shí)施例的具有連接到太陽(yáng)能聚集器5120的反應(yīng)器5110的系統(tǒng)5100的部分不意、部分橫截面圖。在該實(shí)施例的一個(gè)方面，太陽(yáng)能聚光器5120包括安裝到底座5122的碟5121。該碟5121可以包括接收入射光太陽(yáng)能5126并引導(dǎo)太陽(yáng)能作為朝向聚焦區(qū)域5124的聚焦太陽(yáng)能5127的聚集器表面5123。碟5121可被耦合到聚集器致動(dòng)器5125，所述聚集器致動(dòng)器移動(dòng)碟5121圍繞至少兩個(gè)正交的軸，以隨著地球旋轉(zhuǎn)有效地集中太陽(yáng)能5126。如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，聚集器致動(dòng)器5125也可以被配置為有意地定位碟5121以在冷卻操作時(shí)背向太陽(yáng)。
[0173]反應(yīng)器5110可包括一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)5111，在圖R5_l中示出作為第一反應(yīng)區(qū)5111a和第二反應(yīng)區(qū)5111b。在特定實(shí)施例中，第一反應(yīng)區(qū)5111a被定位在焦點(diǎn)區(qū)域5124以接收聚焦的太陽(yáng)能5127并促進(jìn)解離反應(yīng)或其他吸熱反應(yīng)。因此，系統(tǒng)5100可進(jìn)一步包括提供反應(yīng)物至反應(yīng)器5110并收集從反應(yīng)器5110接收到的產(chǎn)品的分配/收集系統(tǒng)5140。在該實(shí)施例的一個(gè)方面中，分配/收集系統(tǒng)5140包括反應(yīng)物源5141，其引導(dǎo)反應(yīng)物至第一反應(yīng)區(qū)域5111a，和一個(gè)或多個(gè)從反應(yīng)器5110收集產(chǎn)品的產(chǎn)品收集器5142(兩個(gè)被示于圖R5-1中作為第一產(chǎn)物收集器5142a和第二產(chǎn)物收集器5142b)。當(dāng)反應(yīng)器5110包括單一的反應(yīng)區(qū)(例如，第一反應(yīng)區(qū)5111a)，產(chǎn)物收集器5142a、5142b可以直接從第一反應(yīng)區(qū)5111a收集產(chǎn)物。在另一個(gè)實(shí)施例中，在第一反應(yīng)區(qū)5111a產(chǎn)生的中間產(chǎn)物被定向到第二反應(yīng)區(qū)5111b。在第二反應(yīng)區(qū)5111b，中間產(chǎn)物可經(jīng)歷放熱反應(yīng)，以及所得到的產(chǎn)物被稍后沿一產(chǎn)物流動(dòng)路徑5154輸送到產(chǎn)品收集器5142a、5142b。例如，在代表性的實(shí)施例中，反應(yīng)物源5141可包括甲烷和二氧化碳，其被提供(例如，以一個(gè)單獨(dú)控制的方式)到第一反應(yīng)區(qū)5111a并被加熱以產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。一氧化碳和氫氣然后被提供給第二反應(yīng)區(qū)5111b以生產(chǎn)放熱反應(yīng)中的甲醇。第一個(gè)反應(yīng)區(qū)5111a和第二反應(yīng)區(qū)5111b之間的這種安排和相關(guān)的熱傳遞過(guò)程的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在第4.8節(jié)進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
[0174]在至少某些情況下，理想的是提供冷卻至反應(yīng)器5110，除了上述的太陽(yáng)能加熱。例如，冷卻可被用于除去由放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，所述放熱反應(yīng)正在第二反應(yīng)區(qū)5111b被進(jìn)行并從而使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)在第二反應(yīng)區(qū)5111b產(chǎn)生的產(chǎn)物，包括甲醇，它可能需要進(jìn)一步冷卻的甲醇液體以提供方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。因此，系統(tǒng)5100可以包括促進(jìn)利用聚集器表面5123以冷卻在反應(yīng)器5110的元件或成分的特征。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)5100包括第一熱交換器5150a，其可操作地耦合到相對(duì)于聚焦區(qū)域5124移動(dòng)第一熱交換器5150a的熱交換器致動(dòng)器5151b。第一熱交換器5150a可以包括熱交換器流體,其與反應(yīng)器5110中的成分進(jìn)行熱連通，但是在從這些組分流體隔離以避免污染組分和/或干擾發(fā)生在反應(yīng)器5110的反應(yīng)。熱交換器的流體流動(dòng)圍繞在第一回路中的熱交換器流體流動(dòng)路徑5153從第一熱交換器5150a到第二熱交換器5150b并返回。在第二熱交換器5150b，熱交換器流體從由反應(yīng)器5110產(chǎn)生的產(chǎn)物(例如甲醇)接收熱量作為從第二反應(yīng)區(qū)5111b到配送/收集系統(tǒng)5140的產(chǎn)物。熱交換器流體流動(dòng)路徑5153傳遞加熱的熱交換器流體返回到第一熱交換器5150a以用于冷卻。在熱交換器流體流動(dòng)路徑5153(例如，連續(xù)的導(dǎo)管)中的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力釋放特征5152促進(jìn)第一熱交換器5150a的移動(dòng)。系統(tǒng)5100還可以包括控制器5190，其從任意的各種傳感器，傳感器，和/或系統(tǒng)5100的其他兀件接收輸入信號(hào)5191并響應(yīng)于從這些元件接收到的信息，傳遞控制信號(hào)5192以調(diào)整系統(tǒng)5100的操作參數(shù)。
[0175]圖R5-2示出了被提供至第一熱交換器5150a的熱交換器流體被冷卻的一種機(jī)制。在本實(shí)施例中，控制器5190引導(dǎo)熱交換器致動(dòng)器5151以從圖R5-1所示的位置驅(qū)動(dòng)第一熱交換器5150a到聚焦區(qū)域5124，如箭頭A所示。此外，控制器5190可以引導(dǎo)聚集器致動(dòng)器5125來(lái)定位碟5121，以使聚集器表面5123指向遠(yuǎn)離太陽(yáng)并到具有非常小的輻射能量的天空區(qū)域。在一般情況下，這個(gè)過(guò)程可以在夜間完成，當(dāng)比較容易避免太陽(yáng)的輻射能量和本地環(huán)境時(shí)，但在至少一些實(shí)施例中，這個(gè)過(guò)程也可以在白天進(jìn)行。連接到控制器5190的輻射能傳感器5193可以檢測(cè)，當(dāng)進(jìn)入的太陽(yáng)輻射穿過(guò)低于閾值水平時(shí)，指示用于定位第一熱交換器5150a在如圖R5-2中所示的位置的一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
[0176]第一熱交換器5150a在如圖R5-2中所示的位置，在熱交換器5150a中的熱的傳熱流體輻射發(fā)射的能量5128，其是由在聚集器表面5123的碟5121所收集并被重定向向外作為經(jīng)引導(dǎo)的發(fā)射能量5129。相鄰定位到聚焦區(qū)域5124的絕緣體5130，能夠防止輻射能量從不是朝向聚集器表面5123的方向被發(fā)射。通過(guò)定位聚集器表面5123以指向具有非常小的輻射能量的空間中的區(qū)域，空間中的區(qū)域可以作為散熱裝置，并且可以相應(yīng)地接收由第一熱交換器5150a拒絕的被引導(dǎo)的發(fā)射的能量5129。熱交換器流體，在第一熱交換器5150a被冷卻之后返回到第二熱交換器5150b以從沿著產(chǎn)物流動(dòng)通道5154流出的產(chǎn)物吸收更多的熱量。因此，聚集器表面5123可用于冷卻和加熱反應(yīng)器5110的元件。
[0177]在特定實(shí)施例中，第一熱交換器5150a在白天被定位，如圖R5-1所示，并在夜間被如圖R5-2中所示的定位。在其它實(shí)施例中，多個(gè)系統(tǒng)5100可被耦合在一起，一些具有相應(yīng)的如圖R5-1定位的第一熱交換器5150a，和其他具有如圖R5-2所示定位的第一熱交換器5150a,以提供同時(shí)加熱和冷卻。在任何這些實(shí)施例中，冷卻過(guò)程中可用于液化甲醇，和/或提供其他功能。這樣的功能可以包括液化或固化其它物質(zhì)，例如，二氧化碳，乙醇，丁醇或氫。
[0178]在特定實(shí)施例中，輸送至反應(yīng)器5110的反應(yīng)物被選擇為包含氫，這被從反應(yīng)物(如碳，氮，硼，硅，過(guò)渡金屬，和/或硫)的其它元素中進(jìn)行解離以產(chǎn)生氫基燃料(例如，雙原子氫)，和可以被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生耐用品的結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊。這樣耐用品包括石墨，石墨烯，和/或聚合物，其可從碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊產(chǎn)生，以及由氫或其它結(jié)構(gòu)形成的其它合適的化合物。合適的過(guò)程和產(chǎn)物的進(jìn)一步詳情被公開(kāi)于以下共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng):標(biāo)題為“CHEMICAL PROCES SES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUEL SAND S TRUCTURAL MATERIAL S，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的 13/027，208 ;標(biāo)題為 “ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURALCRYSTALS” 的 13/027,214 ;和標(biāo)題為“CARBON-BASED DURABLE GOODS AND RENEWABLE FUELFROM BIOMASS WASTE DISSOCIATION”的 13/027，214 (代理人案號(hào):69545.9002US)，所有申請(qǐng)都于2011年2月14日提交并通過(guò)引用被合并于此。
[0179]圖R5-3示出了根據(jù)所公開(kāi)的技術(shù)的另一實(shí)施例的帶可動(dòng)碟5321的具有反應(yīng)器5310的系統(tǒng)5300。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，反應(yīng)器5310包括第一反應(yīng)區(qū)5311a和第二反應(yīng)區(qū)5311b，當(dāng)?shù)?321具有第一位置時(shí)，第一反應(yīng)區(qū)5311a接收聚集的太陽(yáng)能5127，圖R5-3中用實(shí)線表示。碟5321被耦合到盤(pán)驅(qū)動(dòng)器5331，其相對(duì)于反應(yīng)區(qū)5311a、5311b移動(dòng)碟5321。因此，在操作的第二階段，控制器5190引導(dǎo)盤(pán)驅(qū)動(dòng)器5331以移動(dòng)碟5321到圖R5-3虛線所示的第二位置。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)盤(pán)5321是在第二位置時(shí)這樣的安排可以被用于提供熱量到第二反應(yīng)區(qū)5311b。在另一個(gè)實(shí)施例中，這樣的安排可以被用于冷卻第二反應(yīng)區(qū)5311b。因此，控制器5190可以引導(dǎo)聚集器致動(dòng)器5125以指向碟5321到具有很少或沒(méi)有輻射能量的天空中的位置，從而允許第二反應(yīng)區(qū)5311b以拒絕熱至碟5321并最終到空間，以大致類似于上述參照?qǐng)DR5-l、R5-2的一個(gè)方式。
[0180]具有太陽(yáng)能聚集器的合適的反應(yīng)器的進(jìn)一步的實(shí)施例被在公布的美國(guó)專利號(hào)8，187,550并通過(guò)引用并入本文的申請(qǐng)中公開(kāi)。
[0181 ] 4.6具有感應(yīng)加熱的代表性反應(yīng)器
[0182]圖R6-1是根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的具有反應(yīng)器6110的系統(tǒng)6100的部分示意的、部分橫截面圖。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，反應(yīng)器6110包括具有由感應(yīng)線圈6120加熱的反應(yīng)或感應(yīng)區(qū)6123的反應(yīng)器容器6111。感應(yīng)線圈6120可以是耦合至合適的電功率源6121的液體冷卻的高頻交變電流的線圈。反應(yīng)器容器6111還可以包括耦合到前導(dǎo)氣體源6101的入口端口 6112以接收合適的前導(dǎo)氣體，和被定位為從容器6111除去廢氣和/或其他組分的出口端口 6113。在特定實(shí)施例中，前導(dǎo)氣體源6101攜帶烴類氣體(例如，甲烷)，其在感應(yīng)區(qū)6123被離解成碳和氫。稍后碳被沉積在基底上以形成產(chǎn)物，如下面進(jìn)一步描述。氫和/或其他成分被除去以進(jìn)行進(jìn)一步處理，也在下文中進(jìn)一步描述。
[0183]反應(yīng)容器6111容納具有第一支撐面6115a的第一支撐6114a，和具有朝向第一支撐面6115a的第二支撐面6115b的第二支撐6114b。每個(gè)支撐6114a、6114b可以攜帶前導(dǎo)氣體的一個(gè)或多個(gè)成分被在其上進(jìn)行沉積基板。例如，第一支撐6114a可承載第一基板6130a和第二支撐6114b可承載第二基板6130b。在前導(dǎo)氣體被選擇為沉積碳的代表性的實(shí)施例中，第一和第二物質(zhì)6130a，6130b也可以包括碳，例如，以石墨的形式，或鋼的成分。當(dāng)前導(dǎo)氣體包含不同的沉積元素(例如，氮和/或硼)，第一和第二基板6130a、6130b的組成可以是不同的。基板6130a、6130b的每一個(gè)可以具有朝向彼此的最初暴露表面。因此,第一基板6130a可以有面向第二基板6130b的第二暴露表面6131b的暴露的第一表面6131a。每個(gè)基板6130a，6130b的其余表面可以被絕緣以防止或顯著限制從這些表面的輻射損失。支撐6114a, 6114b可以隔離每個(gè)基板6130a, 6130b的至少一個(gè)表面。其它表面(除了暴露的第一基板和第二基板6131a，6131b)可以通過(guò)相應(yīng)的絕緣體6132來(lái)保護(hù)。絕緣體6132可以由合適的高溫陶瓷或其他材料來(lái)形成。
[0184]系統(tǒng)6100還可以包括控制器6190，其接收來(lái)自任意的各種傳感器，傳感器，和/或系統(tǒng)6100的其他組件的輸入信號(hào)6191，并且響應(yīng)于從這些元件接收到的信息，傳遞控制信號(hào)6192來(lái)調(diào)整系統(tǒng)6100的操作參數(shù)。這些參數(shù)可以包括氣體成分被提供給反應(yīng)器容器6111和/或被從反應(yīng)器容器6111除去的壓力和流速，感應(yīng)線圈6120及相關(guān)聯(lián)的功率源6121的操作和分離器6103(在下面描述)的操作，等等。
[0185]在操作中，前導(dǎo)氣體源6101供給氣體至感應(yīng)區(qū)6123，感應(yīng)線圈6120被激活，并且前導(dǎo)氣體離解成至少一種成分(例如，碳)，其被在第一基板和第二基板6130a，6130b上沉積。成份可以在外延過(guò)程進(jìn)行沉積，其保留了相應(yīng)的基板6130a，6130b的晶粒取向。因此，所沉積的組分也可以有晶體和/或其他自組織的結(jié)構(gòu)。正如成分被沉積，其在第一基板6130a形成第一形成結(jié)構(gòu)或產(chǎn)物6140a,以及在第二基板6130b形成第二形成結(jié)構(gòu)或產(chǎn)物6140b。第一和第二形成的結(jié)構(gòu)6140a，6140b分別具有朝向彼此的對(duì)應(yīng)的暴露的表面6141a，6141b。結(jié)構(gòu)6140a，6140b可以具有相同或不同的橫截面形狀和/或區(qū)域，和/或可以具有非結(jié)晶的，單晶或多晶體的組織，這取決于所選擇的實(shí)施例。由第一基板6130a的第一暴露表面6131a和/或由第一形成結(jié)構(gòu)6140a的第一接觸表面6141a (由箭頭Rl集體確定)所發(fā)射的輻射被在第二形成結(jié)構(gòu)6140b的第二暴露表面6141b，和/或第二基板6130b的第二暴露表面6131b接收。同樣地，由第二形成結(jié)構(gòu)6140b的第二暴露表面6141b和/或所述第二基板6130b的第二暴露表面6131b (由箭頭R2共同確定)所發(fā)射的輻射被在第一形成結(jié)構(gòu)6140a和/或第一基板6130a接收。
[0186]隨形成結(jié)構(gòu)6140a，6140b發(fā)展，排除端口 6113提供一開(kāi)口，來(lái)自離解的前導(dǎo)氣體的殘留成分和/或前導(dǎo)氣體的非解離的量可以通過(guò)該開(kāi)口經(jīng)過(guò)。這些成分被定向到收集系統(tǒng)6102，其可以包括配置為分離組分成兩個(gè)或多個(gè)流束的分離器6103。例如，分離器6103可以引導(dǎo)成分的流到第一產(chǎn)物收集器6104a，以及成分的第二流到第二產(chǎn)物收集器6104b。在特定實(shí)施例中，第一產(chǎn)品物收集器6104a可以收集純的或基本上純的氫氣，其可以被傳遞到基于氫的燃料電池6105或要求純度比較高的氫的其他設(shè)備。引導(dǎo)到第二產(chǎn)物收集6104b的成分的第二流可以包含氫和其它元素或化合物混合。這樣的元素或化合物可包括甲烷或其它未離解的前導(dǎo)氣體和/或碳(或針對(duì)沉積物的其他元素或化合物)，其沒(méi)有在第一基板6130a或第二基板6130b上被沉積。這些成分可被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)6106，例如，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或其它類型的可以燃燒氫氣和其它成分的混合物的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)6106和/或燃料電池6105可以為任意數(shù)量的設(shè)備提供包括感應(yīng)線圈6120的電力源6121的電源。在該實(shí)施例的另一個(gè)方面中，在第二收集器6104b接收的至少一些組分(例如，未離解的前體氣體)可通過(guò)入口端口 6112被引導(dǎo)返回到反應(yīng)器6110。
[0187]在上述結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在化學(xué)氣相沉積裝置中通常遇到的輻射損耗可通過(guò)以一種方式定位多個(gè)基板被避免，該方式允許從一個(gè)表面發(fā)射的輻射由通用被針對(duì)沉積物的另一個(gè)表面被接收。圖R6-1中所示的特定實(shí)施例中，兩個(gè)基板被示出，每一個(gè)具有單一的面向彼此的暴露表面。在其它實(shí)施例中，附加的基板可以被定位(例如，在向圖R6-1的平面向內(nèi)和/或向外橫向延伸的平面)，以允許所形成的產(chǎn)物的額外暴露的表面以輻射熱量到其它形成產(chǎn)品的相應(yīng)表面。
[0188]上述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以用來(lái)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊和/或建筑結(jié)構(gòu)，來(lái)自氫供體的清潔燃燒氫燃料。當(dāng)前導(dǎo)氣體包括烴類時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)可以包括石墨和/或另一種含碳材料，例如，其可以進(jìn)一步處理以形成碳基復(fù)合材料或碳基聚合物的材料。在其它實(shí)施例中，前導(dǎo)氣體可以包含其它元素(例如，硼，氮，硫，硅，和/或過(guò)渡金屬)也可以用于形成包含元件和/或形成自構(gòu)建塊的建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊。合適的過(guò)程和代表性的建筑結(jié)構(gòu)在以下共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)中被進(jìn)一步描述，所有這些申請(qǐng)均提交于2011年2月14日，并在此引入作為參考:申請(qǐng)?zhí)?3/027,208 ;申請(qǐng)?zhí)?3/027,214 ;和申請(qǐng)?zhí)?3/027,068。
[0189]如上參照?qǐng)DR6-1所述的實(shí)施例的一個(gè)特征是，它可以在批處理中被進(jìn)行。例如，第一和第二形成結(jié)構(gòu)6140a，6140b的每一個(gè)可以由特定量進(jìn)行發(fā)展，然后從反應(yīng)容器6111除去。在其它實(shí)施例中，產(chǎn)物可以以連續(xù)的方式被形成，而不需要停止反應(yīng)以除去產(chǎn)物。
[0190]具有感應(yīng)加熱的合適反應(yīng)器與的更進(jìn)一步的實(shí)施例在2011年2月14日提交的未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/027,215中公開(kāi)，并通過(guò)引用并入本文。
[0191]4.7使用發(fā)動(dòng)機(jī)熱的代表性反應(yīng)器
[0192]圖R7-2是根據(jù)另一技術(shù)的實(shí)施例的系統(tǒng)7100的局部示意圖，其包括與輻射能/反應(yīng)物源7150組合的反應(yīng)器7110。在本實(shí)施例中，輻射能/反應(yīng)物源7150包括發(fā)動(dòng)機(jī)7180,例如，具有氣缸7181內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞7182的內(nèi)燃機(jī)。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)7180可以具有其它配置，例如，外部的燃燒配置。在圖R7-2所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)7180包括被進(jìn)氣閥7183a打開(kāi)的和關(guān)閉的進(jìn)氣口 7184a以控制通過(guò)空氣過(guò)濾器7178進(jìn)入汽缸7181的空氣。空氣流在圖R7-2所示的實(shí)施例中可以是非節(jié)流的，并且可以在其他實(shí)施例中是節(jié)流的。燃料噴射器7185引導(dǎo)燃料到燃燒區(qū)7179，其中它與空氣混合并點(diǎn)燃以產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物7152。額外的燃料可以通過(guò)噴射閥7189a被引入。燃燒產(chǎn)物7152經(jīng)由通過(guò)排氣閥7183b所控制的排氣口 7184b排除氣缸7181。代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火系統(tǒng)的進(jìn)一步詳情載于2010年12月7日提交的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/653,085，并通過(guò)引用并入本文。
[0193]發(fā)動(dòng)機(jī)7180可包括專門(mén)設(shè)計(jì)整合發(fā)動(dòng)機(jī)的操作與反應(yīng)器7110的操作的特征。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)7180和反應(yīng)器7110可以共享來(lái)自在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的共同燃料源7130的燃料。該燃料通過(guò)調(diào)節(jié)器7186被提供給燃料噴射器7185。發(fā)動(dòng)機(jī)7180還可以通過(guò)第一導(dǎo)管或通道7177a從反應(yīng)器7110接收終端產(chǎn)品，并通過(guò)第二導(dǎo)管或通道7177b從反應(yīng)器7110接收水(例如，液體或蒸汽)。這些特征的其它方面在下文中更詳細(xì)地描述，以下的總體系統(tǒng)7100的其他功能的描述。
[0194]，根據(jù)所公開(kāi)的技術(shù)，示于圖R7-1中的系統(tǒng)7100也包括熱交換器和分離器(它們被構(gòu)造成傳遞熱量和分離反應(yīng)產(chǎn)物)。在該實(shí)施例的一個(gè)具體方面，系統(tǒng)7100包括蒸汽/水源7140，所述蒸汽/水源7140向反應(yīng)器容器7111提供蒸汽，以促進(jìn)產(chǎn)物形成。經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通道，可以將來(lái)自蒸汽/水源7140的蒸汽提供給反應(yīng)器7110。在一個(gè)具體實(shí)施例中，第一通道包括第一水路7141a，所述第一水路7141a穿過(guò)第一熱交換器7170a，并經(jīng)由第一蒸汽分配器7116a進(jìn)入反應(yīng)器容器7111中。從反應(yīng)器容器7111移除的產(chǎn)物穿過(guò)反應(yīng)器產(chǎn)物出口 7171，并沿著產(chǎn)物通路7161。產(chǎn)物通路7161以逆流或?qū)ο蛄鞣绞酱┻^(guò)第一熱交換器7170a，以冷卻產(chǎn)物并加熱進(jìn)入反應(yīng)器容器7111的蒸汽。所述產(chǎn)物繼續(xù)到達(dá)反應(yīng)產(chǎn)物分離器7171a，所述反應(yīng)產(chǎn)物分離器7171a分離有用的終產(chǎn)物(例如，氫和碳或碳化合物)，至少有一些產(chǎn)物，然后直接返回到發(fā)動(dòng)機(jī)7180，以及其他產(chǎn)物然后被收集在產(chǎn)物收集器7160a中。第一閥7176a管理生產(chǎn)流。在產(chǎn)物通路7161中剩余的水可以在反應(yīng)產(chǎn)物分離器7171a處分離，并返回蒸汽/水源7140。
[0195]第二通道(蒸汽/水源7140經(jīng)由該第二通道向反應(yīng)器7110提供蒸汽)包括第二水路7141b，所述第二水路341b穿過(guò)第二熱交換器7170b。沿著第二水路7141b前進(jìn)的水以蒸汽形式經(jīng)由第二蒸汽分配器7116b進(jìn)入反應(yīng)器7110中。該水被已經(jīng)離開(kāi)燃燒區(qū)7179并沿燃燒產(chǎn)物通道7154穿過(guò)轉(zhuǎn)移通道7118(其可以包括可透射的表面7119)。用完的燃燒產(chǎn)物被收集在燃燒產(chǎn)物收集器7160b處，且可以包括可以再循環(huán)或用于其它目的(例如，農(nóng)業(yè)目的)的氮化合物、磷酸鹽、用過(guò)的發(fā)光添加劑(例如，鈉、鎂和/或鉀源)和/或其它組合物。該發(fā)光添加劑可被加入到反應(yīng)器7110的上游側(cè)的燃燒產(chǎn)物7152 (和/或發(fā)動(dòng)機(jī)7180使用的燃料)，以增加可用于傳入反應(yīng)區(qū)7112的輻射能量的總量。
[0196]除了沿著第二水路7141b加熱水和沿著燃燒產(chǎn)物通路7154冷卻燃燒產(chǎn)物以外，第二熱交換器7170b可以加熱沿著供體通路7131通向位于反應(yīng)器容器7111內(nèi)的供體分配器7115的氫供體。所述供體容器7130容納氫供體，例如，烴(諸如甲烷)或含氮的供體(諸如氨)。供體容器7130可以包括一個(gè)或多個(gè)加熱器7132 (不出為第一加熱器7132a和第二加熱器7132b)，以汽化和/或加壓其內(nèi)的氫供體。三通閥7133和調(diào)節(jié)器7134控制流體和/或蒸氣的量，所述流體和/或蒸氣離開(kāi)供體容器7130，并沿著供體通路7131穿過(guò)第二熱交換器7170b進(jìn)入反應(yīng)器容器7111中。如上面所討論的，氫供體也可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)7180的燃料，在至少某些實(shí)施例中，并且可以通過(guò)第三導(dǎo)管或通道7177c被傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)7180。
[0197]在反應(yīng)器容器7111中，燃燒產(chǎn)物7152穿過(guò)燃燒產(chǎn)物通道7118，同時(shí)通過(guò)可透射的表面7119將輻射能和/或反應(yīng)物遞送進(jìn)反應(yīng)區(qū)7112中。在穿過(guò)第二熱交換器7170b以后，燃燒產(chǎn)物7152可以進(jìn)入燃燒產(chǎn)物分離器7180b，該燃燒產(chǎn)物分離器7180b將水與燃燒產(chǎn)物分離。所述水返回蒸汽/水源7140，剩余的燃燒產(chǎn)物被收集在燃燒產(chǎn)物收集器7160b處。在一個(gè)具體實(shí)施例中，分離器7180b可以包括離心分離器，所述離心分離器由燃燒產(chǎn)物流的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)。如果燃燒產(chǎn)物流的動(dòng)能不足以通過(guò)離心力分離水，則馬達(dá)/發(fā)電機(jī)7181可以向分離器7180b添加能量，以提供必要的離心力。如果燃燒產(chǎn)物流的動(dòng)能大于分離水所需的動(dòng)能，則馬達(dá)/發(fā)電機(jī)7181可以生產(chǎn)能量，例如，供系統(tǒng)7100的其它部件使用?？刂破?190接收來(lái)自系統(tǒng)7100的不同元件的輸入，并控制流量、壓力、溫度和/或其它參數(shù)。
[0198]控制器7190也可以控制反應(yīng)器的產(chǎn)物返回到發(fā)動(dòng)機(jī)7180。例如，控制器可以通過(guò)一系列閥引導(dǎo)反應(yīng)產(chǎn)物和/或重新捕獲的水返回到發(fā)動(dòng)機(jī)7180。在特定實(shí)施例中，控制器7190可以引導(dǎo)第一閥7176a的操作，第一閥7176a通過(guò)第一管道7177a引導(dǎo)氫和從第一分離器7171a獲得的一氧化碳到發(fā)動(dòng)機(jī)7180。這些成分可以在燃燒區(qū)7179中被燃燒以提供來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)7180的額外的電源。在某些情況下，可能希望冷卻燃燒區(qū)7179和/或所示的發(fā)動(dòng)機(jī)7180的其它元件。在這種情況下，控制器7190可經(jīng)由第二和第三閥7176b，7176c相應(yīng)的第二管道7177b來(lái)控制水流或蒸汽流。
[0199]在一些情況下，可能是可取的是，使用從發(fā)動(dòng)機(jī)7180中提取的用于其它目的的能量來(lái)平衡提供給反應(yīng)器7110的能量。因此，系統(tǒng)7100可以包括燃燒產(chǎn)物的流中的比例閥7187，其可引導(dǎo)一些燃燒產(chǎn)物7152到功率提取裝置7188，例如，渦輪發(fā)電機(jī)，渦輪增壓器或增壓器。當(dāng)功率提取裝置7188包括增壓器時(shí)，其操作壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣口 7184a進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸7181。當(dāng)提取裝置7188包括渦輪增壓器時(shí)，它可以包括附加的燃料噴射閥7189b，其引導(dǎo)燃料噴入燃燒產(chǎn)物的用于進(jìn)一步燃燒的混合物，以產(chǎn)生附加的功率。這個(gè)功率可以補(bǔ)充由發(fā)動(dòng)機(jī)7180提供的，或者可以單獨(dú)提供，例如，通過(guò)單獨(dú)的發(fā)電機(jī)提供的電源。
[0200]如前述的討論中，系統(tǒng)7100的一個(gè)特征是，它被專門(mén)配置成從燃燒產(chǎn)物7152節(jié)省和再利用能量。因此，系統(tǒng)7100可以包括被設(shè)計(jì)以減少燃燒產(chǎn)物7152的能量損失的附加特征。這樣的特征可以包括定位圍繞氣缸7181的絕緣，在活塞7182的頭部的絕緣，和/或在閥7183a，7183b的端部的絕緣。因此，絕緣防止或至少限制經(jīng)由任何熱通道而不是通道7118被輸送遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)7180的熱量。
[0201]至少一些上述實(shí)施例的一個(gè)特征是，反應(yīng)器系統(tǒng)可以包括以相互依賴的方式相連的反應(yīng)器和發(fā)動(dòng)機(jī)。特別地，發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供余熱，其有利于在反應(yīng)器中進(jìn)行的解離過(guò)程以產(chǎn)生氫基燃料和非氫基結(jié)構(gòu)構(gòu)建塊。構(gòu)建塊可以包括含有碳，硼，氮，硅和/或硫的分子，并且可以被用于形成建筑結(jié)構(gòu)。除了上述的聚合物和復(fù)合材料的建筑結(jié)構(gòu)的代表性的例子在共同未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/027,214中被進(jìn)一步詳細(xì)描述，其先前以引用方式并入本文。這種布置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以提供在發(fā)動(dòng)機(jī)和反應(yīng)器之間的協(xié)同作用。例如，通常由反應(yīng)器要求以進(jìn)行上述的解離過(guò)程的能量輸入可憑借由燃燒產(chǎn)物提供的額外的能量被減少。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可以通過(guò)增加清潔燃燒的氫氣到燃燒室，和/或通過(guò)提供用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的水(例如，在水蒸汽或液體的形式)而得到提高。雖然蒸汽和氫系燃料是由反應(yīng)器產(chǎn)生，但它們可以以不同的速率被傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)和/或可以根據(jù)不同的時(shí)間表和/或以其它方式而變化。
[0202]具有使用發(fā)動(dòng)機(jī)熱量的合適的反應(yīng)器的仍進(jìn)一步的實(shí)施例在2011年2月14日提交的未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/027，198中被公開(kāi)，該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。
[0203]4.8代表性放熱/吸熱反應(yīng)器
[0204]圖R8-1是包括反應(yīng)器容器8101的系統(tǒng)8100的特定組件的部分示意的、橫截面圖。反應(yīng)器容器8101包括位于朝向圖R8-2的左上角(例如，在第一反應(yīng)器部分)以接收入射的太陽(yáng)輻射8106，例如，通過(guò)一個(gè)太陽(yáng)能透射面8107，的第一反應(yīng)區(qū)8110。第二反應(yīng)區(qū)8120也位于反應(yīng)器容器8101內(nèi)，例如，在第二反應(yīng)器部分，從第一反應(yīng)區(qū)8110接收并生產(chǎn)最終產(chǎn)物，例如，甲醇。反應(yīng)物源8153提供的反應(yīng)物到反應(yīng)容器8101，以及產(chǎn)物收集器8123收集所得到的最終產(chǎn)物。調(diào)節(jié)系統(tǒng)8150 (其可以包括閥8151或其他調(diào)節(jié)器和相應(yīng)的致動(dòng)器8152)被連接到反應(yīng)物源8153，以控制反應(yīng)物到第一反應(yīng)區(qū)8110的輸送并控制系統(tǒng)8100內(nèi)的其它流。在其它實(shí)施例中，閥可以用其他機(jī)制(例如，泵，等)替換或補(bǔ)充。
[0205]在具體實(shí)施例中，反應(yīng)物源8153包括甲烷源8153a和二氧化碳源8153b。甲烷源8153a被耦合到具有相應(yīng)致動(dòng)器8152A的第一反應(yīng)物閥門(mén)8151a和二氧化碳源8153b被耦合到具有相應(yīng)致動(dòng)器8152b的第二反應(yīng)物閥門(mén)8151b。反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)容器8101并被向上繞第二反應(yīng)區(qū)8120與第一反應(yīng)區(qū)8110進(jìn)行，由箭頭A所示。當(dāng)反應(yīng)物經(jīng)歷通過(guò)反應(yīng)器容器8101，它們可以從第一和第二反應(yīng)區(qū)8110,8120接收熱量并從由第一反應(yīng)區(qū)8110傳遞至第二反應(yīng)區(qū)8120的產(chǎn)物中接收熱量，這將在后面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。反應(yīng)物在第一反應(yīng)物端口 8111進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)8110。在第一反應(yīng)區(qū)8110，反應(yīng)物可經(jīng)歷以下反應(yīng):
[0206]CH4+C02+HEAT — 2C0+2H2 [公式 R8_l]
[0207]在特定實(shí)施例中，上述吸熱反應(yīng)在約900°C和在高達(dá)約1500psi的壓力下進(jìn)行。在其它實(shí)施例中，與其它反應(yīng)物的反應(yīng)可以在其他溫度下在第一反應(yīng)區(qū)8110進(jìn)行。第一反應(yīng)區(qū)8110可以包括任意的各種合適的催化劑，例如，鎳/氧化鋁催化劑。在具體的實(shí)施例中，反應(yīng)物和/或第一反應(yīng)區(qū)8110可以經(jīng)受聲壓波動(dòng)(除了通過(guò)引入反應(yīng)物，發(fā)生反應(yīng)，并從第一反應(yīng)區(qū)8110除去產(chǎn)品所引起的整體壓力變化)，以幫助傳遞反應(yīng)物至催化劑的反應(yīng)場(chǎng)所。在任何這些實(shí)施例中，在第一反應(yīng)區(qū)8110產(chǎn)生的產(chǎn)物(例如一氧化碳和氫氣)在第一產(chǎn)物端口 8112離開(kāi)第一反應(yīng)區(qū)8110并進(jìn)入第一熱交換器8140a。第一產(chǎn)物通過(guò)沿著第一流動(dòng)路徑8141通過(guò)第一熱交換器8140a并傳遞熱量給沿第二流動(dòng)路徑8142行進(jìn)的進(jìn)入的反應(yīng)物。因此，進(jìn)入的反應(yīng)物可以在第一熱交換器8140a被預(yù)熱，并憑借沿著或圍繞第一反應(yīng)區(qū)8110的外部傳遞。在特定實(shí)施例中，第一熱交換器8140a的一個(gè)或多個(gè)表面可以包括元素或以一個(gè)頻率的吸收輻射的的并以另一個(gè)頻率重新發(fā)射它材料。合適的材料和布置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)被上述第4.2節(jié)中公開(kāi)。
[0208]第一產(chǎn)物經(jīng)由第二反應(yīng)物端口 8121和單向閥8156或其它流動(dòng)抑制器進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)8120。單向閥8156被配置為允許第一產(chǎn)物的單向流動(dòng)到第二反應(yīng)區(qū)8120，當(dāng)?shù)谝划a(chǎn)物的壓力超過(guò)第二反應(yīng)區(qū)8120中的壓力時(shí)。在其它實(shí)施例中，單向閥8156可以被替換為另一種機(jī)制，例如，傳遞第一產(chǎn)物到第二反應(yīng)區(qū)8120的活塞或泵。
[0209]在第二反應(yīng)區(qū)8120，來(lái)自第一反應(yīng)區(qū)8110的第一產(chǎn)物經(jīng)歷放熱反應(yīng)，例如:
[0210]2C0+2H2+2’ H2 — CH30H+HEAT [公式 R8-2]
[0211]前面的放熱反應(yīng)可以在約250°C的溫度下和在許多情況下，以比在第一反應(yīng)區(qū)8110的吸熱反應(yīng)高的壓力下進(jìn)行。為了增加在第二反應(yīng)區(qū)8120的壓力，系統(tǒng)8100可包括通過(guò)閥8151c和相應(yīng)的致動(dòng)器8152c被提供給第二反應(yīng)區(qū)8120的額外的組分源8154(例如氫的源)。附加組分(如氫，由公式R8-2中2' H2表示)可以使用或不使用必須參與作為公式R8-2中確定的反應(yīng)的消耗來(lái)加壓第二反應(yīng)區(qū)。特別地，額外的氫可以壓力超出l，500psi，例如，最多約5，OOOpsi或更大的壓力被生產(chǎn)，以在第二反應(yīng)區(qū)8120提供增加的壓力。在一個(gè)代表性的實(shí)施例中，額外的氫可在使用甲烷或另一種反應(yīng)物的獨(dú)立離解反應(yīng)中被提供。例如，氫可以在獨(dú)立的吸熱反應(yīng)，獨(dú)立于第一和第二反應(yīng)區(qū)8110、8120來(lái)制備，如下所示:
[0212]CH4+HEAT — C+2H2 [公式 R8-3]
[0213]除了產(chǎn)生用于加壓所述第二反應(yīng)區(qū)8120的氫氣，上述反應(yīng)可以產(chǎn)生碳，該碳合適于作為任何合適的終端產(chǎn)物的生產(chǎn)中的構(gòu)建塊，終端產(chǎn)物包括聚合物，自組織碳基結(jié)構(gòu)(如石墨烯)，碳復(fù)合材料和/或其它材料。合適的產(chǎn)品的進(jìn)一步的例子被包括在共同未決的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/027,214，其先前同時(shí)提交并通過(guò)引用并入本文。
[0214]在第二反應(yīng)區(qū)8120的反應(yīng)可使用合適的催化劑促進(jìn)，合適的催化劑是例如，銅，鋅，鋁和/或包括前述一種或多種元素的化合物。從在第二反應(yīng)區(qū)8120的反應(yīng)得到的產(chǎn)物(例如甲醇)被在產(chǎn)物收集器8123收集。因此，甲醇在第二產(chǎn)品端口 8122離開(kāi)第二反應(yīng)區(qū)8120并通過(guò)一第二熱交換器8140b。在第二熱交換器8140b中，甲醇沿著第三流動(dòng)路徑8143行進(jìn)并沿第四流動(dòng)路徑8144將熱量傳遞到被提供至第一反應(yīng)區(qū)8110的進(jìn)入的成分。因此，熱交換器8140a，8140b可以通過(guò)保護(hù)和再利用在第一和第二反應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生的熱量增加發(fā)生在反應(yīng)器容器8101的反應(yīng)的整體效率。
[0215]在一個(gè)具體實(shí)施例中，能量是通過(guò)如上參照?qǐng)DR8-2所述的太陽(yáng)能聚集器8103被提供到第一反應(yīng)區(qū)8110。因此，通過(guò)太陽(yáng)能集熱器8103提供到第一反應(yīng)區(qū)8110的能量將是間歇性的。系統(tǒng)8100可以包括補(bǔ)充能量來(lái)源，允許反應(yīng)在沒(méi)有足夠太陽(yáng)時(shí)能繼續(xù)進(jìn)行。特別地，系統(tǒng)8100可以包括補(bǔ)充熱源8155。如，補(bǔ)充熱源8155可以包括燃燒反應(yīng)物源8155a (例如，提供一氧化碳)和氧化劑源8155b (例如，提供氧)。來(lái)自反應(yīng)物源8155a和氧化劑來(lái)源8155b的流量被由相應(yīng)的閥門(mén)8151d、8151e，和執(zhí)行器8152d、8152e進(jìn)行控制。在操作中，反應(yīng)物和氧化劑經(jīng)由相應(yīng)的管道8157a、8157b被輸送至反應(yīng)容器8101。反應(yīng)物和氧化劑可以在反應(yīng)容器8101內(nèi)被預(yù)熱，在達(dá)到燃燒區(qū)8130之前，如箭頭B所示。在燃燒區(qū)8130，燃燒反應(yīng)物和氧化劑被燃燒以提供熱量至第一反應(yīng)區(qū)8110，從而支持在沒(méi)有足夠太陽(yáng)能的發(fā)生在第一反應(yīng)區(qū)8110內(nèi)的吸熱反應(yīng)。燃燒的結(jié)果也可以產(chǎn)生二氧化碳，從而減少了對(duì)來(lái)自二氧化碳源8153b的二氧化碳的需要。控制器8190可以控制，當(dāng)次級(jí)熱源8155被激活和被失效時(shí)，例如，響應(yīng)于熱或光傳感器。
[0216]在另一個(gè)實(shí)施例中，由氧化劑源8155b提供的氧氣可直接與甲烷在燃燒區(qū)8130發(fā)生反應(yīng)以生成二氧化碳和氫。這反過(guò)來(lái)又可以減少在第一反應(yīng)區(qū)8110所需的二氧化碳的量。合適的放熱/吸熱反應(yīng)器的進(jìn)一步的實(shí)施例在2011年2月14日提交的申請(qǐng)中的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/027,060中被公開(kāi)，并且其通過(guò)引用被合并于此。
[0217]通過(guò)前述內(nèi)容，可以理解，已經(jīng)在本文中描述的特定技術(shù)的實(shí)施例是用于說(shuō)明的目的，但是各種修改在不脫離本技術(shù)的范圍下可以被作出。例如，支撐結(jié)構(gòu)300可包括額外的TCP反應(yīng)器100，其被配置為產(chǎn)生易于運(yùn)輸?shù)疥懙氐幕瘜W(xué)物質(zhì)，或者加壓氣體250可被直接路由以從支撐結(jié)構(gòu)300降落便于將TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110完全或部分放置在陸地上。膜206在存儲(chǔ)器230可以是剛性的圓頂以用一種更可控的方式管理捕獲的氣體216。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，膜可以被替換為另一種合適的開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)，它的作用是至少部分地包圍捕集氣體的容積。代表的開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)可以是大體剛性的，例如，自支撐的。這樣的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在如上所述的合適的區(qū)域，包括在凹谷。當(dāng)放置在凹谷中，開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)可以被支撐固定在相鄰峽谷面向朝上的面。該結(jié)構(gòu)可以采取圓頂，雨棚，帳篷形結(jié)構(gòu)，和/或其他開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)或其他適當(dāng)布置的形式。其他實(shí)施例可以使用來(lái)自TCP反應(yīng)器系統(tǒng)110的一個(gè)過(guò)程的廢熱，以加熱地表水和/或以一種除了上述明確說(shuō)明的方式外的方式內(nèi)部循環(huán)熱量或循環(huán)在子過(guò)程之間的熱量。在上述某些實(shí)施例中，捕獲膜位于水面下方。在其它實(shí)施例中，膜可被定位在水表面或略高于水表面，例如，在淺水區(qū)，以捕獲可能包括甲烷水合物或其它氣體的組合物的氣體。
[0218]在具體的實(shí)施例的上下文中所描述的技術(shù)的某些方面可以被組合或在其他實(shí)施例中被消除。例如，如上所述作為要求耐熱或散熱的某些實(shí)施例可以收集和使用廢熱作為用于解離過(guò)程的能量源，例如，經(jīng)由內(nèi)部熱交換器。在其它實(shí)施例中，可單獨(dú)使用任一種前述的布置。如上所述參考圖1中的燃燒產(chǎn)物和/或水的反應(yīng)物可以在至少某些實(shí)施例中被消除。
[0219]根據(jù)不同的實(shí)施例，處理裝置和系統(tǒng)(例如，反應(yīng)器280、282)可位于水表面,在表面的之上，或表面之下。當(dāng)位于表面以下，合適的通道可被提供至表面以用于進(jìn)入空氣和/或排氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括電解槽，以產(chǎn)生表面之下的氧氣。在至少某些情況下，這些子表面的布置可以消除，或至少縮短，在反應(yīng)器和膜或其它捕集裝置之間的導(dǎo)管的需要。
[0220]下面的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)描述了熱化學(xué)反應(yīng)器和相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的另外的
實(shí)施例，這些申請(qǐng)與本申請(qǐng)同時(shí)提交，并在此引入作為參考:美國(guó)13/_，題為
“FUEL-CELL SYSTEMS OPERABLE IN MULTIPLE MODES FOR VARIABLE PROCES SING OFFEEDSTOCK MATERIALS AND ASSOCIATED DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS”(代理人案號(hào)69545.8607US1)；
[0221]美國(guó)13/—，標(biāo)題為“SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING AND PROCESSINGPERMAFROST GASES, AND FOR COOLING PERMAFROST”(代理人案號(hào) 69545.8609US1)；
[0222]美國(guó)13/_，標(biāo)題為 “GEOTHERMAL ENERGIZATION OF A NON-COMBUSTION
CHEMICAL REACTOR AND ASS 0CIATED SYSTEMS AND METHODS”(代理人案號(hào)69545.8610US1)；
[0223]美國(guó)13/_，標(biāo)題為 “SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING SUPPLEMENTAL
A0UE0US THERMAL ENERGY”(代理人案號(hào) 69545.8612US1)；
[0224]美國(guó)13/_，標(biāo)題為 “MOBILE TRANSPORT PLATFORMS FOR PRODUCING
HYDROGEN AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”(代理人案號(hào) 69545.8614US1);知
[0225]美國(guó)13/_，標(biāo)題為 “REDUCING AND/OR HARVESTING DRAG ENERGY FROM
TRANSPORT VEHICLES, INCLUDING FOR CHEMICAL REACTORS, AND ASSOCIATED SYSTEMS ANDMETHODS” (代理人案號(hào) 69545.8615US2)。
[0226]此外，盡管在那些實(shí)施例的背景下已經(jīng)描述了與所述技術(shù)的某些實(shí)施例相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，其它實(shí)施例也可能表現(xiàn)出這樣的優(yōu)點(diǎn)，而且并非所有實(shí)施例都一定需要表現(xiàn)出這樣的優(yōu)點(diǎn)才能落入本公開(kāi)內(nèi)容的范圍內(nèi)。因此，本公開(kāi)內(nèi)容和相關(guān)的技術(shù)可以包括在本文中沒(méi)有明確示出或描述的其它實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從水下區(qū)域中除去和處理氣體的系統(tǒng)，包括: 膜，設(shè)置在至少一部分的所述水下區(qū)域之上并至少部分地包圍氣體體積，所述膜具有提取端口 ； 提取導(dǎo)管，具有第一部分和第二部分，所述第一部分通過(guò)所述提取端口與所述氣體體積流體連通；以及 化學(xué)反應(yīng)器，被耦合到所述提取導(dǎo)管的所述第二部分以從所述氣體體積接收氣體，所述化學(xué)反應(yīng)器具有被定位為引導(dǎo)非燃燒反應(yīng)以離解所述氣體的供體物質(zhì)的反應(yīng)區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述膜具有外周邊緣以及從所述外周邊緣向內(nèi)定位的最高點(diǎn)，并且其中所述提取端口被定位在所述膜的所述最高點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述膜包括:氣體釋放端口，其被定位為從所述膜釋放所述氣體體積的一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述膜的一部分是可變形的以至少部分地定義包圍所述氣體體積的儲(chǔ)液器。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括承載化學(xué)反應(yīng)器的浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合在所述提取導(dǎo)管和所述化學(xué)反應(yīng)器之間的渦輪以通過(guò)所述提取導(dǎo)管從所述氣體的流動(dòng)中提取能量。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)反應(yīng)器包括第一化學(xué)反應(yīng)器，并且所述反應(yīng)是第一反應(yīng)，以及其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 第二化學(xué)反應(yīng)器，耦合到 所述提取導(dǎo)管的第二部分，所述第二化學(xué)反應(yīng)器具有反應(yīng)區(qū)域，所述反應(yīng)區(qū)域被定位為引導(dǎo)不同于所述第一反應(yīng)的第二非燃燒離解反應(yīng)；以及 閥，設(shè)置在所述提取導(dǎo)管的第二部分和所述化學(xué)反應(yīng)器之間以路由具有第一組分的氣體至所述第一反應(yīng)器，以及路由具有不同于所述第一組分的第二組的氣體至所述第二反應(yīng)器。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 傳感器，與所述提取導(dǎo)管流體連通；以及 控制器，耦合到所述傳感器和所述閥以引導(dǎo)所述氣體至所述第二化學(xué)反應(yīng)器，當(dāng)所述傳感器檢測(cè)到足夠的具有所述第二組分的氣體時(shí)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被耦合到所述傳感器和所述閥以引導(dǎo)所述氣體至所述第一化學(xué)反應(yīng)器，當(dāng)所述傳感器檢測(cè)到不足的具有所述第二組成的氣體時(shí)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一組過(guò)濾器，其用于分離從所述提取導(dǎo)管接收的收獲的氣體水合物。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 熱分配器，可操作地耦合到所述提取導(dǎo)管，用于輸送熱水至所述水下區(qū)域； 可移動(dòng)的拾取鐘，可操作地耦合到所述提取導(dǎo)管，用于從內(nèi)捕獲區(qū)域捕獲所述氣體水合物；以及 外彈性邊緣，可操作地耦合到所述提取導(dǎo)管，用于從外部捕獲區(qū)捕獲所述氣體水化物。
12.一種用于除去和處理氣體的系統(tǒng)，包括: 膜，其設(shè)置在水下區(qū)域之上，所述膜具有外周邊緣和從所述外周邊緣向內(nèi)定位的內(nèi)區(qū)域，所述外周邊緣被定位以定義，至少部分地，包圍的體積，所述膜的所述內(nèi)區(qū)域的高度高于所述外周邊緣的高度，所述內(nèi)區(qū)域包括出口端，其被定位為允許在所述包圍體積內(nèi)的捕獲的氣體的流出； 提取導(dǎo)管，其被耦接至所述出口端； 支撐結(jié)構(gòu)，其被定位在所述水下區(qū)域之上； 渦輪，其由所述支撐結(jié)構(gòu)所承載并被耦合到所述提取導(dǎo)管以接收所述捕獲的氣體的流出；以及 化學(xué)反應(yīng)器，其由所述支撐結(jié)構(gòu)所承載并被耦合到所述渦輪以接收排出所述渦輪的所述氣體，所述化學(xué)反應(yīng)器具有反應(yīng)區(qū)域，所述反應(yīng)區(qū)域被定位為引導(dǎo)非燃燒反應(yīng)離解所述捕獲的氣體的供體物質(zhì)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器是第一反應(yīng)器，所述反應(yīng)區(qū)域是第一反應(yīng)區(qū)域，并且所述非燃燒反應(yīng)是第一非燃燒反應(yīng)，以及其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 第二化學(xué)反應(yīng)器，可操作地連接到所述渦輪，所述第二化學(xué)反應(yīng)器具有第二反應(yīng)區(qū)，所述第二反應(yīng)區(qū)域被定位為引導(dǎo)不同于所述第一非燃燒反應(yīng)的第二的非燃燒反應(yīng)； 閥，耦合在所述渦輪和所述反應(yīng)器之間以引導(dǎo)從所述渦輪排出的氣體到一個(gè)或兩個(gè)反應(yīng)器；以及 控制器，具有指令，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，基于至少在所述氣體的組分上的部分指引所述閥。
14.一種用于從水下區(qū)域除去和處理氣體的系統(tǒng)，包括: 開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)，設(shè)置在至少一部分的所述水下區(qū)域之上并且至少部分地包圍氣體體積，所述結(jié)構(gòu)具有提取 端口 ；以及 化學(xué)反應(yīng)器，耦合到所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)以從所述氣體體積接收氣體，所述化學(xué)反應(yīng)器具有反應(yīng)區(qū)域，所述反應(yīng)區(qū)域被定位為引導(dǎo)非燃燒反應(yīng)從所述氣體的供體物質(zhì)離解成分。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)是大致剛性的結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)包括膜。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)具有周緣及從所述周緣向內(nèi)定位的最高點(diǎn)，并且其中所述提取端口被定位在所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)的所述最高點(diǎn)。
18.一種從水下區(qū)域除去和處理氣體的方法，包括: 在至少一部分的所述水下區(qū)域之上部署開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)以至少部分地包圍氣體體積； 收集在所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)之下的所述氣體； 從所述水下區(qū)域輸送所述氣體；以及 從非燃燒反應(yīng)中的所述氣體的供體物質(zhì)離解成分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中部署所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)包括部署膜，以及在比所述膜的周邊區(qū)域更高的高度處定位所述膜的內(nèi)部區(qū)域。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 通過(guò)在所述膜中的氣體釋放端口從所述氣體的體積釋放多余的氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中收集所述氣體包括: 變形所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)以至少部分地定義包圍所述氣體體積的儲(chǔ)液器。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中輸送所述氣體包括輸送所述氣體通過(guò)在所述開(kāi)放式底部結(jié)構(gòu)的端口和設(shè)置在所述水下區(qū)域之上的水體的所述表面之間的提取導(dǎo)管。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中輸送所述氣體包括使氣體通過(guò)渦輪從燃?xì)庵刑崛」Α?br> 24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中離解所述氣體包括當(dāng)所述氣體具有第一組分時(shí)，執(zhí)行第一離解反應(yīng)，以及當(dāng)所述氣體具有不同于第一組分的第二組分時(shí)，執(zhí)行不同于所述第一離解反應(yīng)的第二離解反應(yīng)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括: 識(shí)別所述氣體的屬性； 當(dāng)所述氣體具有對(duì)應(yīng)于所述屬性的第一組分時(shí)，路由所述氣體的第一部分至所述第一反應(yīng)器； 從在所述第一非燃燒反應(yīng)中的所述第一部離解第一含氫成分； 當(dāng)所述氣體具有不同于所述第一組分且對(duì)應(yīng)于所述屬性的第二組時(shí)，路由所述氣體的第二部分至第二反應(yīng)器；以及 從在不同于所述第一非燃燒反應(yīng)的第二非燃燒反應(yīng)中的所述第二部分離解第二含氫成分。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括: 當(dāng)所述氣體具有低于閾值等級(jí)的二氧化碳濃度時(shí)，路由所述氣體到所述第一反應(yīng)器；以及 當(dāng)所述氣體具有高于閾值等級(jí)的二氧化碳濃度時(shí)，路由所述氣體到所述第二反應(yīng)器。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述供體物質(zhì)包括甲烷，其中離解成分包括從所述甲烷離解氫，并且其中所述方法進(jìn)一步包括: 提供所述氫作為燃料使用；以及 在離解所述氫后的剩余碳中形成固相碳基材料。
【文檔編號(hào)】E21B43/34GK103857873SQ201280049805
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】羅伊·E·麥卡利斯特 申請(qǐng)人:麥卡利斯特技術(shù)有限責(zé)任公司