用于執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)的方法
【專利說明】用于執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)的方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年2月14日的名稱為“具有環(huán)狀地定位的輸送和移除裝置的化學(xué)反應(yīng)器及相關(guān)系統(tǒng)和方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)N0.201180009282.6的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求于2010年2月13日提交的名稱為“FULL SPECTRUM ENERGY ANDRESOURCE INDEPENDENCE”的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.61/304, 403的優(yōu)先權(quán)和受益權(quán)，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過參引并入本文。如果上述申請(qǐng)和/或通過參引并入本文的任何其他材料與本文中給出的公開內(nèi)容相沖突，則以本文的公開內(nèi)容為準(zhǔn)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本技術(shù)大致涉及具有環(huán)狀地定位的反應(yīng)物輸送裝置和產(chǎn)物移除裝置的化學(xué)反應(yīng)器以及相關(guān)系統(tǒng)和方法。在特別的實(shí)施例中，具有這些裝置的反應(yīng)器系統(tǒng)可用于由具有提高的能量效率的各種各樣的原料生產(chǎn)清潔燃燒的氫基燃料，以及能夠由在形成氫基燃料時(shí)釋放的碳和/或其他元素生產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)塊。
【背景技術(shù)】
[0005]比如為太陽(yáng)、風(fēng)、波、下落水以及基于生物質(zhì)源的可再生能源作為重要能源具有巨大的潛勢(shì)，但當(dāng)前遭受阻止普遍采用的各種問題。例如，在電力生產(chǎn)中利用再生能源取決于可能間斷的能源的可利用性。太陽(yáng)能受限于太陽(yáng)的可利用性(即，僅白天)，風(fēng)能受限于風(fēng)的可變性，下落水能受限于干旱，生物質(zhì)能尤其受限于季節(jié)性變化。由于這些及其他因素，來自可再生能源的被捕獲或未被捕獲的能量中的許多趨于被浪費(fèi)。
[0006]上述與捕獲和節(jié)約能量有關(guān)的低效率限制了可再生能源對(duì)于世界上的許多區(qū)域向可行的能量提供者的演變，因?yàn)檫@種低效率通常導(dǎo)致生產(chǎn)能量的高成本。因此，世界上繼續(xù)依賴油和其他化石燃料作為主要能源，因?yàn)檎a(bǔ)貼及與化石燃料有關(guān)的其他項(xiàng)目支撐技術(shù)開發(fā)至少部分地使得化石燃料迷惑性地便于使用并且看上去使用這種燃料是廉價(jià)的。同時(shí)，用于耗盡資源的重置成本、以及環(huán)境惡化和健康影響的成本以及化石燃料使用的其他副產(chǎn)物并未包括在由這些燃料所產(chǎn)生的能量的購(gòu)買價(jià)格內(nèi)。
[0007]根據(jù)當(dāng)前與可持續(xù)地生產(chǎn)可再生資源有關(guān)的上述以及其他缺點(diǎn)，需要提高利用這些資源生產(chǎn)產(chǎn)品和燃料的效率和商業(yè)可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種具有環(huán)狀地定位的輸送和移除裝置的化學(xué)反應(yīng)器及相關(guān)系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題中的至少之一。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面提供了一種化學(xué)反應(yīng)器，包括:
[0010]反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器具有靠近反應(yīng)區(qū)的光可透射表面；
[0011]可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，所述可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)；
[0012]產(chǎn)物移除系統(tǒng)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)并且從所述輸送系統(tǒng)向內(nèi)或向外環(huán)狀地定位，其中，所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)螺旋，所述可旋轉(zhuǎn)螺旋具有向外延伸的螺旋形螺紋，所述螺旋形螺紋定位成向所述反應(yīng)區(qū)傳送反應(yīng)物；以及
[0013]太陽(yáng)能集中器，所述太陽(yáng)能集中器定位成將太陽(yáng)輻射通過所述光可透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)。
[0014]優(yōu)選地，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位成與所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)緊密地?zé)徇B通，以向所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)傳遞熱。
[0015]優(yōu)選地，所述螺旋沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸并能夠圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述螺旋形螺紋的節(jié)距沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而變化。
[0016]優(yōu)選地，所述螺旋沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸并能夠圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述螺旋形螺紋的徑向?qū)挾妊刂鲂D(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而變化。
[0017]優(yōu)選地，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)螺旋，所述可旋轉(zhuǎn)螺旋具有定位成從所述反應(yīng)區(qū)傳送產(chǎn)物的向外延伸的螺旋形螺紋。
[0018]優(yōu)選地，所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)包括能夠朝向所述反應(yīng)區(qū)遞增地運(yùn)動(dòng)的活塞。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種包括如上述所述的化學(xué)反應(yīng)器的系統(tǒng)，還包括:
[0020]燃燒器，所述燃燒器操作地聯(lián)接至所述反應(yīng)區(qū)以向所述反應(yīng)區(qū)引導(dǎo)熱；
[0021]傳感器，所述傳感器定位成檢測(cè)入射的太陽(yáng)輻射；以及
[0022]控制器，所述控制器操作地聯(lián)接至所述燃燒器和所述傳感器，從而當(dāng)所述入射的太陽(yáng)輻射下降到閾值水平以下時(shí)激活所述燃燒器。
[0023]優(yōu)選地，上述系統(tǒng)還包括固體反應(yīng)物的來源，并且其中，所述產(chǎn)物輸送系統(tǒng)在所述來源與所述反應(yīng)區(qū)之間延伸。
[0024]優(yōu)選地，上述系統(tǒng)還包括氣體反應(yīng)物的來源，并且其中，所述產(chǎn)物輸送系統(tǒng)在所述來源與所述反應(yīng)區(qū)之間延伸。
[0025]優(yōu)選地，上述系統(tǒng)還包括碳?xì)浠衔锓磻?yīng)物的來源，并且其中，所述產(chǎn)物輸送系統(tǒng)在所述來源與所述反應(yīng)區(qū)之間延伸。
[0026]優(yōu)選地，上述系統(tǒng)還包括反應(yīng)物的來源，并且其中，所述來源包括氮。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種化學(xué)反應(yīng)器，包括:
[0028]圓筒形反應(yīng)器容器，所述圓筒形反應(yīng)器容器具有光可透射表面，所述光可透射表面靠近并且限制定位在所述容器內(nèi)的反應(yīng)區(qū)；
[0029]反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)，所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)包括第一螺旋軸，所述第一螺旋軸具有向外延伸的第一螺旋形螺紋并且能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述第一螺旋軸延伸至所述反應(yīng)區(qū)并且具有沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線延伸的第一軸向開口 ；
[0030]產(chǎn)物移除系統(tǒng)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)包括同心地定位在所述第一螺旋軸的所述第一軸向開口內(nèi)的第二螺旋軸，所述第二螺旋軸與所述第一螺旋軸緊密地?zé)徇B通，所述第二螺旋軸具有向外延伸的第二螺旋形螺紋并且能夠圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述第二螺旋軸延伸至所述反應(yīng)區(qū)并且具有沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線延伸的第二軸向開口 ；以及
[0031]太陽(yáng)能集中器，所述太陽(yáng)能集中器定位成將太陽(yáng)輻射通過所述光可透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)。
[0032]優(yōu)選地，所述第一螺旋形螺紋的徑向?qū)挾妊刂鲂D(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而減小。
[0033]優(yōu)選地，所述第一螺旋形螺紋的節(jié)距沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而減小。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種化學(xué)反應(yīng)器，包括:
[0035]反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器具有靠近反應(yīng)區(qū)的光可透射表面；
[0036]可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，所述可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)，其中，所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)包括能夠朝向所述反應(yīng)區(qū)遞增地運(yùn)動(dòng)的活塞；
[0037]產(chǎn)物移除系統(tǒng)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)并且從所述輸送系統(tǒng)向內(nèi)或向外環(huán)狀地定位；以及
[0038]太陽(yáng)能集中器，所述太陽(yáng)能集中器定位成將太陽(yáng)輻射通過所述光可透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種化學(xué)反應(yīng)器，包括:
[0040]反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器具有靠近反應(yīng)區(qū)的光可透射表面；
[0041]可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，所述可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)；
[0042]產(chǎn)物移除系統(tǒng)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)并且從所述輸送系統(tǒng)向內(nèi)或向外環(huán)狀地定位；
[0043]太陽(yáng)能集中器，所述太陽(yáng)能集中器定位成將太陽(yáng)輻射通過所述光可透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)傳感器；
[0044]燃燒器，所述燃燒器操作地聯(lián)接至所述反應(yīng)區(qū)以向所述反應(yīng)區(qū)引導(dǎo)熱；
[0045]傳感器，所述傳感器定位成檢測(cè)入射的太陽(yáng)輻射；以及
[0046]控制器，所述控制器操作地聯(lián)接至所述燃燒器和所述傳感器，從而當(dāng)所述入射的太陽(yáng)輻射下降到閾值水平以下時(shí)激活所述燃燒器。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種化學(xué)反應(yīng)器，包括:
[0048]反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器具有靠近反應(yīng)區(qū)的光可透射表面；
[0049]可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，所述可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)，并且可致動(dòng)地沿著軸移動(dòng)反應(yīng)物，其中所述反應(yīng)區(qū)相對(duì)于所述軸可旋轉(zhuǎn)地固定；
[0050]產(chǎn)物移除系統(tǒng)，所述產(chǎn)物移除系統(tǒng)定位在所述反應(yīng)器容器內(nèi)并且從所述輸送系統(tǒng)向內(nèi)或向外環(huán)狀地定位；
[0051]太陽(yáng)能集中器，所述太陽(yáng)能集中器定位成將太陽(yáng)輻射通過所述光可透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)傳感器；
[0052]其中，所述可運(yùn)動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)螺旋，所述可旋轉(zhuǎn)螺旋具有向外延伸的螺旋形螺紋，所述螺旋形螺紋定位成向所述反應(yīng)區(qū)傳送所述反應(yīng)物。
[0053]優(yōu)選地，所述螺旋沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸并能夠圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述螺旋形螺紋的節(jié)距沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而變化。
[0054]優(yōu)選地，所述螺旋沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸并能夠圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述螺旋形螺紋的徑向?qū)挾妊刂鲂D(zhuǎn)軸線隨著位置的變化而變化。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種用于執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)的方法，包括:
[0056]集中太陽(yáng)輻射；
[0057]將所述集中的太陽(yáng)輻射通過反應(yīng)容器的光透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)區(qū)；
[0058]致動(dòng)反應(yīng)物輸送系統(tǒng)，以旋轉(zhuǎn)螺旋的方式將反應(yīng)物引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)；
[0059]在所述反應(yīng)區(qū)執(zhí)行吸熱反應(yīng)以產(chǎn)生產(chǎn)物；以及
[0060]致動(dòng)從所述反應(yīng)物輸送系統(tǒng)向內(nèi)或向外環(huán)狀地定位的產(chǎn)物移除系統(tǒng)，以從所述反應(yīng)區(qū)移除產(chǎn)物。
[0061]優(yōu)選地，上述方法還包括在所述反應(yīng)物接近所述反應(yīng)區(qū)時(shí)壓緊所述反應(yīng)物。
[0062]優(yōu)選地，上述方法還包括將來自離開所述反應(yīng)區(qū)的所述產(chǎn)物的熱傳遞至接近所述反應(yīng)區(qū)的所述反應(yīng)物。
[0063]優(yōu)選地，所述反應(yīng)物包括至少一個(gè)固體反應(yīng)物。
[0064]優(yōu)選地所述反應(yīng)物包括至少一個(gè)氣體反應(yīng)物。
[0065]優(yōu)選地，所述反應(yīng)物包括生物質(zhì)反應(yīng)物，并且其中，壓緊所述反應(yīng)物包括從所述反應(yīng)物去除水和空氣。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種用于執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)的方法，包括:
[0067]在白晝時(shí)間期間集中太陽(yáng)輻射；
[0068]將所述集中的太陽(yáng)輻射通過反應(yīng)容器的光透射表面引導(dǎo)至所述反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)區(qū)；
[0069]通過第一外螺旋形螺旋旋轉(zhuǎn)以將碳?xì)浠衔锓磻?yīng)物引導(dǎo)至所述反應(yīng)區(qū)；
[0070]在所述反應(yīng)區(qū)執(zhí)行吸熱反應(yīng)，以將所述碳?xì)浠衔锓纸獬蓺鈶B(tài)含氫成分和氣態(tài)含碳成分并且產(chǎn)生固體產(chǎn)物；
[0071]從所述反應(yīng)區(qū)去除所述氣態(tài)含氫成分和所述氣態(tài)含碳成分；