專利名稱：具有再輻射表面的化學(xué)反應(yīng)器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)總體上涉及具有再輻射表面的化學(xué)反應(yīng)器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。在具體實(shí)施方案中，具有再輻射表面的反應(yīng)器系統(tǒng)可以用于由多種原料生產(chǎn)清潔燃燒的、基于氫的燃料，且可以由當(dāng)形成基于氫的燃料時(shí)釋放出的碳和/或其它元素生產(chǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件塊。
背景技術(shù)：
可再生能源諸如太陽能、風(fēng)能、波能、落水能和基于生物質(zhì)的能源具有用作重要能源的巨大潛力，但是目前遇到多種阻止普遍采用的問題。例如，在發(fā)電中使用可再生能源取決于可能是間斷性的能源的可用性。太陽能受限于太陽的可用性(即，僅白天)，風(fēng)能受限于風(fēng)的變化性，落水能受限于干旱，且生物質(zhì)能受限于季節(jié)變化，以及其它。作為這些和其它因素的結(jié)果，許多來自可再生能源的能量(捕獲的或未捕獲的)傾向于被浪費(fèi)掉。前述與捕獲和節(jié)約能量相關(guān)的無效會限制可再生能源成為世界上許多區(qū)域的可行能量提供者，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常導(dǎo)致高能量生產(chǎn)成本。因而，世界繼續(xù)依賴于石油和其它化石燃料作為主要能源，這至少部分地因?yàn)椋С峙c化石燃料相關(guān)的技術(shù)開發(fā)的政府補(bǔ)助金和其它項(xiàng)目，使得使用這種燃料表面上是方便的且看來似乎是廉價(jià)的。同時(shí)，在由這些燃料產(chǎn)生的能量的購買價(jià)格中沒有包括消耗的資源的重置成本、環(huán)境退化代價(jià)、健康影響和化石燃料使用的其它副產(chǎn)物。鑒于目前與持續(xù)生產(chǎn)可再生資源相關(guān)的前述和其它缺點(diǎn)，仍然需要提高使用這樣的資源生產(chǎn)產(chǎn)品和燃料的有效性和商業(yè)可行性。


圖I是根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案，具有再輻射組件的反應(yīng)器的系統(tǒng)的部分示意的、部分橫截面圖解。圖2解釋了根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案，隨著代表性的反應(yīng)物的波長和再輻射材料而變化的吸收特征。圖3是圖I所示的反應(yīng)器的一部分的局部放大示意圖，所述反應(yīng)器具有根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的特定實(shí)施方案構(gòu)建的再輻射組件。圖4是圖2所示的反應(yīng)器的一部分的局部放大示意圖，所述反應(yīng)器具有根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方案構(gòu)建的再輻射組件。
圖5是圖2所示的反應(yīng)器的一部分的局部放大示意圖，所述反應(yīng)器具有根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方案構(gòu)建的反射式再輻射組件。
具體實(shí)施例方式I.概沭下面描述了用于在化學(xué)反應(yīng)器中轉(zhuǎn)移、調(diào)節(jié)或以其它方式再輻射輻射能的裝置、系統(tǒng)和方法的幾個(gè)實(shí)施例。這樣的反應(yīng)器可以用于生產(chǎn)氫燃料和/或其它有用的終產(chǎn)物。因此，所述反應(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下述實(shí)施例的許多具體細(xì)節(jié)，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)可以包括在權(quán)利要求范圍內(nèi)、但是在這里沒有詳細(xì)描述的其它實(shí)施例。
在整個(gè)本說明書中提及的“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”是指，結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定部件、結(jié)構(gòu)、過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“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”在本說明書的不同地方的出現(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在所述技術(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，無意限制或解釋要求保護(hù)的技術(shù)的范圍或含義。下述技術(shù)的某些實(shí)施分案可以采取計(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)人員會明白，所述技術(shù)可以在下面顯示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)處理器特別地編程、構(gòu)造或構(gòu)建成執(zhí)行下述的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令中的一個(gè)或多個(gè)。因此，在本文中一般地使用的術(shù)語“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)，其中由通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理裝置來執(zhí)行任務(wù)或模塊。下述技術(shù)的多個(gè)方面可以儲存或分布在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括磁盤或光學(xué)可讀盤或可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)盤以及電子地分布在網(wǎng)絡(luò)上的介質(zhì)。在具體實(shí)施方案中，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。根據(jù)特定實(shí)施方案的化學(xué)反應(yīng)器包括具有反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)器容器。反應(yīng)物供給聯(lián)接至反應(yīng)器容器，以將反應(yīng)物導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)中。反應(yīng)物具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，它吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量。再輻射組件設(shè)置在反應(yīng)區(qū)處，以接收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并將所述輻射在具有第二峰波長范圍(其不同于第一峰波長范圍)的第二波譜內(nèi)再輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)。第二峰波長范圍比第一峰波長范圍更接近反應(yīng)物的峰吸收波長。因此，由再輻射組件執(zhí)行的再輻射功能可以提高由反應(yīng)物接收的能量用于完成反應(yīng)器容器中的反應(yīng)的效率。根據(jù)公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)代表性的化學(xué)過程包括將化學(xué)反應(yīng)物導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)中，所述化學(xué)反應(yīng)物包括氫供體，且反應(yīng)物中的至少一種具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，它吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量。所述方法另外包括吸收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并將所述輻射在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近反應(yīng)物的峰吸收波長范圍。所述技術(shù)的其它方面涉及生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)器的方法。一種這樣的方法包括選擇用于反應(yīng)室中的化學(xué)反應(yīng)物，以包括氫供體，其中反應(yīng)物中的至少一種和/或得到的產(chǎn)物具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，它吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量。所述方法可以另外包括選擇再輻射組件，所述再輻射組件設(shè)置在反應(yīng)區(qū)處，以接收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射所述輻射，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近反應(yīng)物的峰吸收波長范圍。這種用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)反應(yīng)器的技術(shù)可以生產(chǎn)具有上述的增強(qiáng)的熱效率的反應(yīng)器。2.代表性的反應(yīng)器和相關(guān)的方法圖I是包括反應(yīng)器110的系統(tǒng)100的部分示意圖。所述反應(yīng)器110另外包括具有外表面121的反應(yīng)器容器111，所述外表面121封閉或部分地封閉反應(yīng)區(qū)112。反應(yīng)器容器111具有一個(gè)或多個(gè)再輻射組件，所述再輻射組件設(shè)置成促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)112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111接收氫供體，所述氫供體由供體源101提供至供體入口 113。例如，所述氫供體可以包括甲烷或其它烴。在反應(yīng)器容器111內(nèi)的供體分配器或歧管115將氫供體分散或分配至反應(yīng)區(qū)112中。反應(yīng)器容器111也經(jīng)由蒸汽入口114接收來自蒸汽/水源102的蒸汽。在反應(yīng)器容器111中的蒸汽分配器116將蒸汽分配至反應(yīng)區(qū)112中。反應(yīng)器容器111可以另外包括加熱器123，所述加熱器123為反應(yīng)區(qū)112提供熱量，以促進(jìn)吸熱反應(yīng)。這樣的反應(yīng)可以包括，將甲烷或其它烴離解成氫或氫化合物和碳或碳化合物。所述反應(yīng)產(chǎn)物(例如，碳和氫)經(jīng)由離開口 117離開反應(yīng)器容器111，并被收集在反應(yīng)產(chǎn)物收集器160a處。系統(tǒng)100可以另外包括輻射能和/或其它反應(yīng)物的源103，所述源103向反應(yīng)器容器111內(nèi)的通道118提供成分。例如，輻射能/反應(yīng)物源103可以包括燃燒室104，所述燃燒室104向通道118提供熱燃燒產(chǎn)物105，如箭頭A所示。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述通道118相對于通道中線122是同心的。在其它實(shí)施方案中，所述通道118可以具有其它幾何形狀。燃燒產(chǎn)物收集器160b收集離開反應(yīng)器容器111的燃燒產(chǎn)物，用于再循環(huán)和/或其它用途。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，燃燒產(chǎn)物105可以包括一氧化碳、水蒸氣和其它成分。一個(gè)或多個(gè)再輻射組件150設(shè)置在反應(yīng)區(qū)112 (其可以環(huán)狀地設(shè)置在通道118周圍)和通道118的內(nèi)部區(qū)域120之間。再輻射組件150因此可以吸收來自通道118的入射輻射R，并將再輻射能RR導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)112中。再輻射能RR可以具有這樣的波長譜或分布其更緊密地匹配、接近、重疊和/或?qū)?yīng)反應(yīng)物中的至少一種和/或得到的產(chǎn)物中的至少一種的吸收波譜。通過遞送在有利地轉(zhuǎn)移的波長的輻射能，系統(tǒng)100可以增強(qiáng)發(fā)生在反應(yīng)區(qū)112中的反應(yīng)，例如，通過提高反應(yīng)物吸收能量的效率，從而增加反應(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。在該實(shí)施方案的一個(gè)具體方面，由源103提供的燃燒產(chǎn)物105和/或其它成分可以是來自另一個(gè)化學(xué)過程(例如，內(nèi)部燃燒過程)的廢產(chǎn)物。因此，除了促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)112處的反應(yīng)以外，前述過程可以再循環(huán)或再利用否則會被浪費(fèi)的能量和/或成分。
在至少一些實(shí)施方案中，再輻射組件150可以與可透射的表面119結(jié)合地和/或集成地使用，所述可透射的表面119允許化學(xué)成分(例如，反應(yīng)物)從通道118的內(nèi)部區(qū)域120容易地傳遞至反應(yīng)區(qū)112。代表性的可透射的表面的其它細(xì)節(jié)公開在標(biāo)題為“REACTORVESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS ANDSTRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的共同未決的美國申請?zhí)枴?代理人案卷號69545. 8602US)中，該申請隨同本申請同時(shí)提交，并通過引用并入本文。在其它實(shí)施方案中，所述反應(yīng)器110可以包括一個(gè)或多個(gè)再輻射組件150，且不包括可透射的表面119。在這些實(shí)施方案中的任一個(gè)中，在燃燒產(chǎn)物105中存在的輻射能可以作為燃燒過程的固有結(jié)果而存在。在其它實(shí)施方案中，操作人員可以將添加劑引入燃燒產(chǎn)物105的蒸汽(和/或產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物的燃料)中，以增加提取自所述流并以輻射能的形式遞送至反應(yīng)區(qū)112的能量的量。例如，可以給燃燒產(chǎn)物105 (和/或燃料)接種鈉、鉀和/或鎂，它們可以吸收來自燃燒產(chǎn)物105的能量，并在希望的頻率將所述能量向外輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)112中。這些發(fā)光添加劑可以在再輻射組件150以外使用。系統(tǒng)100可以另外包括控制器190，所述控制器190接收輸入信號191 (例如，來自傳感器)，并至少部分地基于輸入信號191來提供輸出信號192 (例如，控制指令)。因此， 控制器190可以包括合適的處理器、存儲器和1/0能力。控制器190可以接收與測量的或感知的壓力、溫度、流速、化學(xué)濃度和/或其它合適的參數(shù)相對應(yīng)的信號，且可以發(fā)出控制反應(yīng)物傳遞速率、壓力和溫度、加熱器激活、閥門設(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/或忽略由控制器190自動(dòng)執(zhí)行的指令。圖2的圖顯示了隨著代表性的反應(yīng)物(例如，甲烷)的波長和代表性的再輻射組件而變化的吸收。圖2解釋了包括多個(gè)反應(yīng)物峰吸收范圍131的反應(yīng)物吸收波譜130，其中的3個(gè)在圖2中突出顯示為第一、第二和第三峰吸收范圍131a、131b、131c。峰吸收范圍131代表這樣的波長反應(yīng)物吸收的該波長的能量比在波譜130的其它部分處更多。波譜130可以包括在特定范圍(例如，第三峰吸收范圍131c)內(nèi)的峰吸收波長132。圖2也解釋了具有第一峰波長范圍141a的第一輻射能波譜140a。例如，第一輻射能波譜140a可以代表來自上面參考圖I所述的燃燒產(chǎn)物105的發(fā)射。在上述的再輻射組件150已經(jīng)吸收和再發(fā)射輻射能以后，它可以生成具有第二峰波長范圍141b的第二輻射能波譜140b，所述第二峰波長范圍141b又包括再輻射峰值142。一般而言，再輻射組件150的功能是，將輻射能的波譜從第一輻射能波譜140a和峰波長范圍141a轉(zhuǎn)移至第二輻射能波譜140b和峰波長范圍141b，如箭頭S所示。作為轉(zhuǎn)移的結(jié)果，第二峰波長范圍141b比第一峰波長范圍141a更接近反應(yīng)物的第三峰吸收范圍131c。例如，第二峰波長范圍141b可以與第三峰吸收范圍131c重疊，且在一個(gè)具體實(shí)施方案中，再輻射峰值142可以是在反應(yīng)物峰吸收波長132處或在大約相同的波長處。以此方式，再輻射組件會更緊密地對齊具有這樣的峰的輻射能波譜在所述峰處，反應(yīng)物有效地吸收能量。在下面參考圖3-5更詳細(xì)地描述了用于執(zhí)行該功能的代表性結(jié)構(gòu)。圖3是上面參考圖I描述的反應(yīng)器110的一部分的部分示意的、放大橫截面圖解，所述反應(yīng)器110具有根據(jù)所述技術(shù)的特定實(shí)施方案構(gòu)造的再輻射組件150。所述再輻射組件150設(shè)置在通道118 (和在通道118中的輻射能R)和反應(yīng)區(qū)112之間。所述再輻射組件150可以包括形成隔開的結(jié)構(gòu)158的材料層151，所述材料層151又?jǐn)y帶再輻射材料152。例如，所述層151可以包括石墨烯層或由合適的構(gòu)件塊元素(諸如碳、硼、氮、硅、過渡金屬和/或硫)制成的其它晶體層或自定向?qū)印Ｌ际且环N特別合適的成分，因?yàn)樗窍鄬α畠r(jià)的且可容易地得到。實(shí)際上，它是可以在反應(yīng)區(qū)112中完成的反應(yīng)的目標(biāo)輸出產(chǎn)物。合適的結(jié)構(gòu)的其它細(xì)節(jié)公開在標(biāo)題為“ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A
PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS”的共同未決的美國申請?zhí)朹(代理人案卷號
69545. 8701US)中，該申請隨同本申請同時(shí)提交，并通過引用并入本文。每個(gè)結(jié)構(gòu)158可以與它的鄰近結(jié)構(gòu)隔開間隙153。所述間隙153可以由隔離物157維持，所述隔離物157在相鄰結(jié)構(gòu)158之間延伸。在具體實(shí)施方案中，在結(jié)構(gòu)158之間的間隙153的寬度可以是約2. 5微米至約25微米。在其它實(shí)施方案中，間隙153可以具有其它值，這取決于例如入射輻射能R的波長。隔離物157設(shè)置在隔開的位置，所述位置是在圖3的平面內(nèi)且與該平面垂直，因而不會堵塞輻射和/或化學(xué)成分穿過組件150的通道。輻射能R可以包括第一部分Rl，所述第一部分Rl通常與隔開的分層結(jié)構(gòu)158平行 地對齊，并因此經(jīng)由間隙153完全穿過再輻射組件150，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)112，而不接觸再輻射材料152。輻射能R也可以包括第二部分R2，所述第二部分R2碰撞再輻射材料152，并因此作為再輻射部分RR再輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)112中。反應(yīng)區(qū)112因此可以包括具有不同的能量譜和/或不同的峰波長范圍的輻射，這取決于入射輻射R是否碰撞再輻射材料152。反應(yīng)區(qū)112中的這種能量組合對于至少一些反應(yīng)而言可以是有益的。例如，波長越短，輻射能的更高頻率(更高能量)部分可以促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)112中發(fā)生的基礎(chǔ)反應(yīng)，例如，在有蒸汽存在下離解甲烷以形成一氧化碳和氫。波長越長，更低頻率(更低能量)部分可以防止反應(yīng)產(chǎn)物附著于反應(yīng)器110的表面上，和/或可以使這樣的產(chǎn)物與反應(yīng)器表面分離。在具體實(shí)施方案中，在反應(yīng)區(qū)112中的甲烷可以吸收輻射能，在其它實(shí)施方案中，其它反應(yīng)物(例如，在反應(yīng)區(qū)112中的蒸汽)或產(chǎn)物可以吸收輻射能。在至少一些情況下，優(yōu)選地由蒸汽吸收輻射能。以此方式，蒸汽接收足夠的能量，以致于熱到足以完成在反應(yīng)區(qū)112內(nèi)的吸熱反應(yīng)，不需要加熱碳原子，如果所述碳原子在離解后沒有迅速氧合，所述加熱可能潛在地造成微?；蚪褂?。再輻射材料152可以包括多種合適的成分，包括碳化鐵、碳化鎢、碳化鈦、碳化硼和/或氮化硼。這些材料以及形成隔開的結(jié)構(gòu)158的材料，可以基于幾種性質(zhì)進(jìn)行選擇，所述性質(zhì)包括耐蝕性和/或壓縮負(fù)荷。例如，給碳結(jié)構(gòu)加載前述碳化物或氮化物中的任一種，可以生產(chǎn)壓縮結(jié)構(gòu)。壓縮結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與處于張力下的結(jié)構(gòu)相比，它更少受到腐蝕。另外，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)成分(例如，前述碳化物和氮化物)的固有耐蝕性，因?yàn)樵趬嚎s下，所述結(jié)構(gòu)對腐蝕性試劑(包括蒸汽)的滲透性更低，所述腐蝕性試劑可能剛好作為反應(yīng)物存在于反應(yīng)區(qū)112中，和作為燃燒產(chǎn)物105的成分存在于通道118中。前述成分可以單獨(dú)使用，或與磷、氟化鈣和/或其它發(fā)磷光的材料聯(lián)合使用，從而可能延遲由再輻射材料152再輻射的能量。該特征可以消除向反應(yīng)區(qū)112供應(yīng)輻射能的至少一些不規(guī)則性或間隙性。另一種合適的再輻射材料152包括氧化鎂和/或氧化鋁的其它復(fù)合材料或尖晶石。尖晶石可以提供上述的壓縮應(yīng)力，且可以使吸收的輻射向紅外轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)反應(yīng)區(qū)112的加熱。例如，鈉或鉀可以發(fā)射可見輻射(例如，紅色/橙色/黃色輻射)，所述可見輻射可以被尖晶石或其它攜帶氧化鋁的材料轉(zhuǎn)移至紅外帶。如果氧化鎂和氧化鋁(包括含有著色添加劑諸如鎂、鋁、鈦、鉻、鎳、銅和/或釩的組合物)存在于再輻射材料152中，再輻射材料152可以發(fā)射具有多個(gè)峰的輻射，這又可以允許在反應(yīng)區(qū)112內(nèi)的多個(gè)成分吸收輻射倉泛。顯示在圖3中的再輻射組件150的具體結(jié)構(gòu)包括間隙153，所述間隙153不僅可以允許輻射穿過，而且可以允許成分穿過。因此，再輻射組件150也可以形成可透射的表面119，如上面參考圖I所述，所述表面119可以通過允許反應(yīng)物進(jìn)入來進(jìn)一步促進(jìn)在反應(yīng)區(qū)112中的反應(yīng)。圖4是根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方案構(gòu)建的再輻射組件450的部分示 意圖。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，再輻射組件450包括面向入射輻射能(由箭頭R指示)的第一表面454a和面向反應(yīng)區(qū)112的第二表面454b。所述第一表面454a可以包括吸收部件455，例如，有利于快速地且徹底地吸收入射輻射R的表面部件(例如，凹坑或孔)。這樣的部件可以涂有或以其它方式包括向內(nèi)反射材料和熄滅材料(extinguishing material),諸如鉻。其它合適的特征包括深顏色(例如，黑色)，以增強(qiáng)輻射吸收。再輻射組件450另外包括在第一表面454a和第二表面454b之間的傳導(dǎo)體積456。選擇所述傳導(dǎo)體積456,以將在第一表面454a處吸收的能量傳導(dǎo)性地傳遞至第二表面454b，如箭頭RC所示。因此，傳導(dǎo)體積456可以包括石墨、金剛石、氮化硼、銅、氧化鈹和/或其它強(qiáng)熱導(dǎo)體。第二表面454b可以包括上述再輻射材料152中的任一種。因此，再輻射材料152會將輻射再輻射至反應(yīng)區(qū)112中(如箭頭RR所示)，其中所述輻射會以上述任一種方式增強(qiáng)反應(yīng)。圖5是根據(jù)所述技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方案構(gòu)建的再輻射組件550的部分示意圖。在該實(shí)施方案中，反應(yīng)器110包括可透射的表面519，所述表面519設(shè)置在通道118中的輻射能(由箭頭R指示)和反應(yīng)區(qū)112之間?？赏干涞谋砻?19可以包括玻璃或其它合適的材料。輻射能R穿過反應(yīng)區(qū)112，并碰撞再輻射組件550，在該具體實(shí)施方案中，所述再輻射組件550設(shè)置在反應(yīng)器容器111的外表面121處或附近。再輻射組件550包括再輻射材料152，所述再輻射材料152將入射能作為再輻射能RR再輻射回反應(yīng)區(qū)112中，它可以在所述反應(yīng)區(qū)112中以上述任一種方式增強(qiáng)反應(yīng)。在至少一些實(shí)施方案中，可能希望允許反射入射輻射能R中的一些，而不在新波長再輻射。因此，再輻射組件550可以包括這樣的區(qū)域所述區(qū)域是純反射的，且不具有再輻射材料152。這些區(qū)域可以具有多種形狀(例如，板條、棋盤和/或其它形式)中的任一種。在其它實(shí)施方案中，可能希望改變再輻射組件550反射入射輻射(相對于再輻射、入射輻射)的程度。因此，反應(yīng)器110可以包括致動(dòng)器570，所述致動(dòng)器570運(yùn)行以選擇性地暴露或覆蓋組件550的反射部分和/或組件550的再輻射部分。在其它實(shí)施方案中，可以調(diào)節(jié)所述組件將入射輻射R轉(zhuǎn)移至的波長，例如，在反應(yīng)過程中，或在反應(yīng)之間，例如，如果將不同的反應(yīng)物或輻射源引入反應(yīng)器110中。在這樣的情況下，致動(dòng)器570可以調(diào)節(jié)影響再輻射材料152的吸收和/或再輻射特征的多個(gè)合適參數(shù)中的任一個(gè)。這些參數(shù)可以包括材料溫度，所述材料溫度又可以改變材料顏色。通過加熱材料152或增加/減少在材料152附近的絕緣，可以調(diào)節(jié)溫度。通過使電流穿過材料152和/或通過其它技術(shù)，也可以改變材料152的特征。從前述內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解，為了例證目的，在本文中已經(jīng)描述了所述技術(shù)的具體實(shí)施方案，但是可以做出不同修改，而不偏離所述技術(shù)。例如，輻射能源150可以提供除了燃燒產(chǎn)物流以外的流體或其它輻射能發(fā)射體。所述再輻射組件可以包括除了上面明確描述的那些以外的材料。上述的反應(yīng)可以包括其它烴或包含除了碳以外的成分的氫供體，例如，包含硼、氮、硅和/或硫的氫供體。代表性的反應(yīng)物包括甲醇、汽油、丙烷、船用燃料和乙醇。在具體實(shí)施方案中，所述反應(yīng)器可以具有除了上述那些以外的總排列，并仍然引入可透射的組件。所述再輻射組件可以使峰輻射能波長向反應(yīng)物中的一種或多種和/或產(chǎn)物中的一種或多種的吸收峰轉(zhuǎn)移。在其它實(shí)施方案中，可以組合或消除在特定實(shí)施方案的背景下描述的技術(shù)的某些方面。例如，在圖5的背景下描述的反射式再輻射組件550可以與再輻射組件150、450相組合，以轉(zhuǎn)移額外的輻射能。在至少一些實(shí)施方案中，可以消除上面在圖I所示的反應(yīng)器110背景下描述的具體部件(例如，加熱器123)。此外，盡管在那些實(shí)施方案的背景下已經(jīng)描述了與所述技術(shù)的某些實(shí)施方案相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，但是其它實(shí)施方案也可能表現(xiàn)出這樣的優(yōu)點(diǎn)，并非所有實(shí)施方案都一定需要表現(xiàn)出這樣的優(yōu)點(diǎn)才能落入本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。因此，本公開內(nèi)容和相關(guān)的技術(shù)可以包括在本文中沒有明確顯示或描述的其它實(shí)施方案。就以前沒有通過引用并入本文而言，本申請通過引用整體并入下述文獻(xiàn)中的每一
篇的主題2010 年 8 月 16 日提交的標(biāo)題為 SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENTREGMES的美國專利申請?zhí)?2/857，553 ;2010年8月16日提交的標(biāo)題為SYSTEMS ANDMETHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUMPRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY 的美國專利申請?zhí)?12/857，553 ；2010 年 8 月 16 日提交的標(biāo)題為 SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES USING SOLARTHERMAL的美國專利申請?zhí)?2/857，554 ；2010年8月16日提交的標(biāo)題為ENERGY SYSTEMFOR DWELLING SUPPORT的美國專利申請?zhí)?2/857,502 ；2011年2月14日提交的標(biāo)題為 DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTION DEVICES AND ASSOCIATEDMETHODS OF OPERATION的代理人案卷號69545-8505. US00 ;2010年8月16日提交的標(biāo)題為 COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THEPRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGMES 的美國專利申請?zhí)?61/401，699 ;2011 年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOREFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS的代理人案卷號69545-8601. US00 ；2011年2月14日提交的標(biāo)題為 REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASEDFUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8602. US00 ；2011 年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 THERMAL TRANSFER DEVICE ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8604. US00 ;2011 年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVALDEVICES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8605. US00 ;2011年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITHSOLAR HEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8606.US00 ；2011 年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCESS, ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8608. US00 ;2011 年 2 月 14日提交的標(biāo)題為 COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS的代理人案卷號69545-8611. USOO ；2010年9月22日提交的標(biāo)題為REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USING THERMAL CHEMICALREGENERATION的美國專利申請?zhí)?1/385，508 ；2011年2月14日提交的標(biāo)題為REACTORVESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASEDFUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷號 69545-8616. USOO ;2011 年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVINGFOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS 的代理人案卷號 69545-8701.US00;2010 年 8 月 16 日提交的標(biāo)題為 METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTION OFPROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS 的美國專利申請?zhí)?12/806，634 ;2011 年 2 月 14日提交的標(biāo)題為 METHODS，DEVICES, AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGETSAMPLES的代理人案卷號69545-8801. USOl ；2011年2月14日提交的標(biāo)題為SYSTEM FORPROCES SING BIOMASS INTO HYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC.的代理人案卷號69545-9002. USOO ；2011年2月14日提交的標(biāo)題為CARBON RECYCLING ANDREINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION 的代理人案卷號 69545-9004. USOO ； 年8月27日提交的標(biāo)題為CARBON SEQUESTRATION的美國專利申請?zhí)?1/237，419 ;2009年8月27日提交的標(biāo)題為OXYGENATED FUEL PRODUCTION的美國專利申請?zhí)?1/237，425 ；2011年 2 月 14 日提交的標(biāo)題為 MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTSAND STORING ENERGY的代理人案卷號69545-9102. US00 ；2010年12月8日提交的標(biāo)題為LIQUID FUELS FROM HYDROGEN,OXIDES OF CARBON,AND/OR NITROGEN ;AND PRODUCTION OFCARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS 的美國專利申請?zhí)?61/421，189 ;和 2011 年 2月 14 日提交的標(biāo)題為 ENGINEERED FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT 的代理人案卷號 69545-9105. USOO。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)反應(yīng)器，其包括 反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器具有反應(yīng)區(qū)； 反應(yīng)物供給，所述反應(yīng)物供給聯(lián)接至所述反應(yīng)器容器以將反應(yīng)物導(dǎo)入所述反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)物具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，所述反應(yīng)物吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量；和 再輻射組件，所述再輻射組件設(shè)置在反應(yīng)區(qū)處，以接收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并將所述輻射在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近反應(yīng)物的峰吸收波長范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述第二峰波長范圍與反應(yīng)物的峰吸收波長范圍重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述峰吸收波長范圍具有峰值，且其中所述第二峰波長范圍具有大約相同的峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述組件包括多個(gè)被間隙分開的隔開的結(jié)構(gòu)， 且其中所述間隙定向成，使輻射在第一朝向進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其中各個(gè)結(jié)構(gòu)具有再輻射材料涂層，所述涂層設(shè)置成吸收輻射并在第二朝向再輻射所述輻射，所述第二朝向不同于所述第一朝向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其中所述結(jié)構(gòu)包括石墨烯層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其中各個(gè)結(jié)構(gòu)包括由至少一種下述元素的原子形成的自組織材料碳、氮、硼、硅和硫。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器另外包括輻射能源，且其中所述再輻射組件設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)和所述輻射能源之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反應(yīng)器，其中所述再輻射組件具有 面向所述輻射能源的第一表面； 面向所述反應(yīng)區(qū)的第二表面；和 在所述第一表面和所述第二表面之間的傳導(dǎo)路徑，且其中所述第一表面接收在第一頻率范圍內(nèi)的輻射，所述第二表面再輻射在第二頻率范圍內(nèi)的輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反應(yīng)器，其中所述第一表面包括多個(gè)孔，所述孔設(shè)置成向內(nèi)反射和消除入射輻射。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)物包括甲烷和甲醇中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)物包括烴。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述再輻射材料包括熒光材料和發(fā)磷光材料中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中所述再輻射材料包括尖晶石。
15.一種用于生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)室的方法，所述方法包括 選擇用于反應(yīng)室的反應(yīng)區(qū)中的化學(xué)反應(yīng)物，以包括氫供體、至少一種反應(yīng)物或得到的產(chǎn)物或二者，其具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，所述反應(yīng)物吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量；和 選擇再輻射組件，所述再輻射組件設(shè)置在反應(yīng)區(qū)處，以接收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射所述輻射，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近峰吸收波長范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法另外包括選擇所述組件，以形成邊界，所述邊界將在反應(yīng)區(qū)內(nèi)部的區(qū)域與在反應(yīng)區(qū)外部的區(qū)域分開。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中選擇所述組件包括選擇所述組件，以吸收輻射，并從面向反應(yīng)區(qū)的表面再輻射所述輻射。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中選擇所述組件包括選擇所述組件，以具有背向反應(yīng)區(qū)的第一表面、面向反應(yīng)區(qū)的第二表面、和在所述第一表面和所述第二表面之間的傳導(dǎo)體積，且其中所述方法另外包括 選擇所述第一表面，以吸收在第一波譜內(nèi)的輻射；和 選擇所述第二表面，以再輻射在第二波譜內(nèi)的輻射。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法另外包括選擇所述組件，以包括 隔開的、通常平行的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)設(shè)置成透過輻射，所述輻射用在層之間的間隙來定向；和 在隔開的層上的再輻射材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中選擇所述組件包括選擇所述組件，以再輻射在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)的輻射，所述第二峰波長范圍與反應(yīng)物的峰吸收范圍重疊。
21.一種用于加工化學(xué)反應(yīng)物的方法，所述方法包括 將化學(xué)反應(yīng)物導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)中，所述化學(xué)反應(yīng)物包括氫供體、至少一種反應(yīng)物或得到的產(chǎn)物或二者，且具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，所述反應(yīng)物吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量； 吸收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射；和 將所述輻射在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近峰吸收波長范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中再輻射包括從碳化物、氮化物和尖晶石中的至少一種再輻射。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述峰吸收波長范圍具有峰值，且其中所述第二峰波長范圍具有大約相同的峰值。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中吸收輻射包括在面向反應(yīng)區(qū)的表面處吸收輻射，且其中再輻射所述輻射包括從相同表面再輻射所述輻射。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中吸收輻射包括在背向反應(yīng)區(qū)的第一表面處吸收輻射，且其中再輻射所述輻射包括從面向反應(yīng)區(qū)的第二表面再輻射所述輻射，且其中所述方法另外包括通過材料體積將在所述第一表面處吸收的能量傳導(dǎo)至所述第二表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法另外包括使第一部分輻射穿過通常平行的結(jié)構(gòu)之間的空隙，并進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)中，而不再輻射第一部分輻射，且其中吸收輻射包括在所述結(jié)構(gòu)處吸收第二部分輻射，且其中再輻射所述輻射包括從所述結(jié)構(gòu)再輻射所述輻射。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，所述方法另外包括用第一部分輻射離解至少一種反應(yīng)物，并用再輻射的第二部分輻射，從反應(yīng)區(qū)的表面分離至少一種在所述反應(yīng)區(qū)中形成的產(chǎn)物。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)包括石墨烯層。
全文摘要
具有再輻射表面的化學(xué)反應(yīng)器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。根據(jù)特定實(shí)施方案的反應(yīng)器包括具有反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)器容器，和反應(yīng)物供給，所述反應(yīng)物供給聯(lián)接至所述反應(yīng)器容器以將反應(yīng)物(例如，氫供體)導(dǎo)入所述反應(yīng)區(qū)中。所述反應(yīng)物具有這樣的峰吸收波長范圍在該范圍內(nèi)，所述反應(yīng)物吸收比在非峰波長時(shí)更多的能量。所述反應(yīng)器另外包括再輻射組件，所述再輻射組件設(shè)置在反應(yīng)區(qū)處，以接收在具有第一峰波長范圍的第一波譜內(nèi)的輻射，并將所述輻射在具有第二峰波長范圍的第二波譜內(nèi)再輻射進(jìn)反應(yīng)區(qū)中，所述第二峰波長范圍不同于第一峰波長范圍，且比第一峰波長范圍更接近反應(yīng)物的峰吸收范圍。
文檔編號C01B3/36GK102844106SQ201180009268
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月13日
發(fā)明者羅伊·E·麥卡利斯特 申請人:麥卡利斯特技術(shù)有限責(zé)任公司