JP2024502737A - 二水素生成ユニットを備えるエネルギー生成デバイス；このデバイスを用いた方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エネルギー生成デバイス（１００）であって、－炭化水素ガスを供給するためのデバイス（１）と、－エネルギー変換ユニット（２）と、－炭化水素ガスを供給するためのデバイス（１）とエネルギー変換ユニット（２）との間に流体的に配置された二水素生成ユニット（３）であって、エネルギー変換ユニット（２）は、二水素によって供給されたエネルギーを電気的、熱的および／または機械的エネルギーに変換するように構成される、二水素生成ユニット（３）とを備え、二水素生成ユニット（３）は、エネルギー変換ユニットに向けられる少なくとも１つの二水素を生成するように、炭化水素ガスのプラズマリシス分解を発生させるように構成された少なくとも１つのプラズマリシス分解反応器（５）を備え、エネルギー生成デバイスは、プラズマリシス分解反応器とエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された二水素分配領域（６）内に存在する二水素に関する情報に従って、二水素生成ユニットのための制御命令を生成するように構成された制御モジュール（２００）を備え、プラズマリシス分解反応器とエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された二水素分配領域（６）は、プラズマリシス分解反応器（５）の出口に配置され、プラズマリシス分解反応器およびエネルギー変換ユニット（２）に液圧的に接続された貯蔵アセンブリを備え、貯蔵アセンブリは、少なくとも圧縮デバイス（１４）と、貯蔵タンク（１２）と、膨張器（１５）とを備え、圧縮デバイス（１４）は、プラズマリシス分解反応器を出た二水素を貯蔵タンク（１２）内に移送するように配置される、エネルギー生成デバイス（１００）を提案する。

Description

本発明は、エネルギー生成の分野に関し、より詳細には、二水素の生成を伴うエネルギー生成に関する。

二水素は、輸送、産業生産、および加熱における複数の用途を有する将来のエネルギーであると考えられている。したがって、自動車および他の輸送手段のための燃料として二水素を広範に使用することが想定される。

さらに、燃焼ガスとして二水素を使用する加熱設備または他の産業設備を有することが知られている。この文脈において、大量の二水素の生成は、主に２つの異なるプロセスに基づく。第１のプロセスは、炭化水素、主にメタンを水と反応させることからなる水蒸気改質を使用する。二水素の形成は、主要な温室効果ガスの１つである二酸化炭素の放出を伴う。この溶液を二酸化炭素捕捉機構と組み合わせると、このように放出された二酸化炭素の７０％～９０％のみが、大気中に放出されないように隔離される。最後に、変換エネルギー収率は、特に水蒸気改質がエネルギー供給を必要とするという事実により、８２％に制限される。このような収率は、二酸化炭素捕捉機構の実施によってさらに悪化する。

第２の方法は、電流によって水を二酸素および二水素に分解することからなる水の電気分解を使用する。電流は、今日まで、多くの国でさらに炭素が多い、すなわち特に二酸化炭素を生成する外部エネルギー源によって供給されている。水蒸気改質を用いて二水素を生成するための主要な方法である水の電気分解は、水素が、例えば燃料電池内でのその使用中に生成するものよりも多くの電気を使用する。

産業現場で生成された二水素は、一般に、例えばトラックによって、生成ユニットから流通または消費現場に運ばれる。しかし、輸送物流は複雑であり、実施するのに費用がかかる。

二水素を使用する加熱設備の場合、加熱プラントの現場に電解槽を装備することも知られており、電解層は、現場で二水素を生成することを可能にし、二水素は、その後加熱設備によって使用される。しかし、電気分解による二水素の生成は、製造能力に関連する投資および製造コストのためにまだ最適ではない。

本発明は、この文脈に含まれ、こうしたエネルギー生成のために二水素を使用し、経済的かつ環境保護的であり、その動作をエネルギー需要に合わせて調整することができる、この二水素用の生成ユニットを統合する、エネルギー生成デバイスを提案することを目的とする。

本発明は、エネルギーを生成するためのデバイスであって、炭化水素ガスを供給するためのデバイスと、エネルギー変換ユニットと、炭化水素ガスを供給するためのデバイスとエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された二水素生成ユニットであって、エネルギー変換ユニットは、二水素によって供給されたエネルギーを電気的、熱的、および／または機械的エネルギーに変換するように構成される、二水素生成ユニットとを備え、二水素生成ユニットは、エネルギー変換ユニットに向けられる少なくとも１つの二水素を生成するように、炭化水素ガスのプラズマリシス分解を発生させるように構成された少なくとも１つのマイクロ波プラズマプラズマリシス分解反応器を備え、エネルギー生成デバイスは、プラズマリシス分解反応器とエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された二水素分配領域内に存在する二水素に関する情報に従って、二水素生成ユニットのための制御命令を生成するように構成された制御モジュールを備え、プラズマリシス分解反応器とエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置されたニ水素分配領域は、プラズマリシス分解反応器を出るように配置され、プラズマリシス分解反応器およびエネルギー変換ユニットに液圧的に接続された貯蔵アセンブリを備え、前記貯蔵アセンブリは、少なくとも圧縮デバイスと、貯蔵タンクと、膨張器とを備え、圧縮デバイスは、プラズマリシス分解反応器を出た二水素を貯蔵タンク内に移送するように配置される、エネルギーを生成するためのデバイスを提案する。

本発明によれば、二水素に関する情報は、特に、二水素圧力情報および／または二水素流量情報からなり得る。

この情報は、特に二水素分配領域内で検出され、二水素分配領域は、一方では、下流のエネルギー変換ユニットの動作を妨げないように十分に高い流量まで二水素をもっていくように正確にサイズ設定された二水素循環導管単独で、または他方では、以下に詳述するように、必要に応じて二水素圧力を調整するための手段に結合された関連する貯蔵手段を備えた管で構成されてもよい。

二水素生成ユニットは、マイクロ波放射によって生成されたプラズマによって二水素ガス（Ｈ２（_ｇ））および固体炭素（Ｃ（_ｓ））を生じさせる炭化水素ガスの分解反応である炭化水素ガスのプラズマリシス分解を実施するように構成され、本発明によるエネルギー生成デバイスは、エネルギー生成ユニットの必要に応じて二水素生成ユニットの動作を制御するように構成される。したがって、本発明は、二水素生成ユニットに関連するエネルギー生成ユニットのタイプおよびサイズに適し、したがってそれと同時に経済的、低エネルギー消費式および効果的である動作モードを採用することを可能にする。

本発明の１つの利点は、炭化水素ガスのプラズマリシス分解を実施することによって環境に優しいことである。二水素生成ユニットは、二酸化炭素を放出し、放出された二酸化炭素の７０％～９０％しか捕捉することができない水蒸気改質などの他の二水素生成技術、または多くの国で二酸化炭素を生成する電気生成システムに部分的に接続されている水の電気分解とは異なり、脱炭素方式で、すなわち二酸化炭素排出なしで二水素を生成することを可能にする。

プラズマリシス分解の実施は、特に、電気分解による二水素の生成よりもはるかにエネルギー消費が少ない二水素を生成することを可能にする。これはまた、生成ユニットの動作を制御し、プラズマリシス分解によって二水素を取得し、マイクロ波の発生を伴い、より具体的には生成ユニットの動作の変調に適している、二水素の生成手段と関連付けることを可能にする。

より具体的には、プラズマによって吸収されるマイクロ波パワーは、マイクロ波発生器のパワーの消滅、点火、または変調が数分の１秒程度で非常に迅速であり、デバイスからの慣性がないため、必要に応じて容易に調整され得る。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解は、用途に必要な二水素の流量に応じて、大気圧に実質的に等しい圧力で、有利には大気圧より大きい値で行われる。大気圧よりも大きい圧力を選択することにより、供給遮断弁以外の他の構成要素を入口回路上に設ける必要なしに、供給デバイスを介して過圧下で到達する炭化水素ガスの流れを保証することが可能になる。さらに、そのような圧力の選択は、密封が失われた場合に、プラズマリシス分解反応器内の酸素入口を回避することを可能にする。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットの制御命令は、供給デバイスを介して炭化水素ガス入口を制御するための少なくとも１つの命令からなる。より具体的には、二水素生成ユニットは、炭化水素ガス供給デバイスに接続するための管に配置された制御可能な弁を備えることができ、この弁は、プラズマリシス分解反応器の方向にのみこの炭化水素の循環を可能にし、制御モジュールは、オン／オフ動作中であろうと、または流量の調節中であろうと、弁を制御するように構成される。このようにして、プラズマリシス分解反応器に到達する炭化水素ガスの量および二水素生成ユニットによって生成される二水素の量は、プラズマリシス分解反応器の動作パラメータとは無関係に影響を受ける。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットの制御命令は、プラズマリシス分解反応器の少なくとも１つの制御命令からなる。このようにして、生成ユニットによって生成される二水素の量は、生成ユニットに導かれる炭化水素ガスの流れを変更することなく、プラズマリシス分解反応器の動作パラメータを調整することによって影響を受ける。

エネルギー生成デバイスの最適な動作を得るために、制御モジュールは、プラズマリシス反応器に特に意図された１つまたは複数の制御命令を生成すること、または供給デバイスに特に意図された単一の制御命令を生成すること、および／または供給デバイスとプラズマリシス分解反応器の両方の制御命令を生成することも同様にできることに留意されたい。

本発明の任意選択の特徴によれば、炭化水素ガスは、メタン、プロパン、ブタンおよびその異性体、天然ガス、バイオメタンおよびそれらの混合物を含む群から選択される。

本発明の任意選択の特徴によれば、炭化水素ガス供給デバイスは、ガス炭化水素輸送および分配ネットワークおよび／または二水素生成ユニットを構成する少なくとも１つの貯蔵タンクである。輸送ネットワークは、ガスターミナルから炭化水素ガスを搬送することを可能にする。したがって、輸送ネットワークは、例えばパイプラインである。貯蔵タンクは、空の場合に、タンカートラックによって供給、または交換され得る。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解反応器は、少なくとも１つのマイクロ波放射発生器と、マイクロ波放射発生器からのマイクロ波放射をマイクロ波放射空洞に案内するように構成されたマイクロ波伝送ガイドとを備える。

共振マイクロ波放射空洞は、共振器とも呼ばれ、マイクロ波放射が共振する金属ブロック内の中空空間である。共振マイクロ波放射空洞は、プラズマを形成するためにマイクロ波放射と炭化水素ガスとの非常に効果的な結合を可能にする。

ここで、また以下も同様に、共振により、マイクロ波放射空洞内にプラズマが存在しない場合、マイクロ波放射が、マイクロ波放射空洞を画定するブロックの少なくとも１つの壁によって１００％反射されることを理解されたい。

プラズマリシス分解反応器はまた、プラズマによって吸収されないマイクロ波放射がマイクロ波放射発生器に戻るのを防止するように構成されたマイクロ波放射アイソレータを備えてもよい。

マイクロ波放射アイソレータは、マイクロ波放射発生器とマイクロ波伝送ガイドとの間に配置されてもよい。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットの少なくとも一部内、特にマイクロ波放射空洞内の圧力は、大気圧以上である。

本発明の任意選択の特徴によれば、マイクロ波放射発生器は、０．１ｋＷから１００ｋＷの間の電力と、８５０ＭＨｚから６ＧＨｚの間の、好ましくは８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚに等しい周波数とを有するマイクロ波放射を提供するように構成される。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解反応器の制御命令は、プラズマリシス分解反応器のための制御命令からなる。

本発明の任意選択の特徴によれば、マイクロ波伝送ガイドは、長方形もしくは円筒形のセクションの導波管または同軸ケーブルである。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解反応器は、マイクロ波放射発生器を水および／または空気で冷却するように構成された冷却デバイスを備える。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解反応器は、アクチュエータを使用してマイクロ波放射空洞で挿入または後退されるように構成された後退可能な金属先端を備えるプラズマ点火デバイスを備える。換言すれば、点火デバイスは、マイクロ波放射空洞の外側の位置、すなわち後退位置とマイクロ波放射空洞の内側の位置との間で金属先端を移動させるように構成されたアクチュエータを備えた電気機械機構である。マイクロ波放射空洞内の位置では、金属先端は、プラズマリシス分解に必要なプラズマを点火する放電を作りだすように構成される。

本発明の任意選択の特徴によれば、プラズマリシス分解反応器のための制御命令は、点火デバイスのための制御命令からなる。

本発明の様々な任意選択の特徴によれば、単独でまたは組み合わせて、
－プラズマリシス分解反応器は、供給デバイスから炭化水素ガス流を発生させるように構成され、マイクロ波放射空洞内に炭化水素ガス流の渦を形成するようにマイクロ波放射空洞内に配置された少なくとも１つのヘッドを備えるガス注入デバイスを備え、
－プラズマリシス分解反応器は、水または／および空気冷却回路を備え、
－プラズマリシス分解反応器は、炭化水素ガスがプラズマガスであり、二水素および固体炭素を形成するためのプラズマリシス分解試薬であるように構成され、
－プラズマリシス分解反応器は、プラズマを含み、マイクロ波放射空洞から出たプラズマリシス分解に由来する生成物の温度の漸進的な低下を保証するように構成された少なくとも１つのノズルを備え、
－ノズルは、プラズマによって誘発される温度に耐えることができるように、少なくとも部分的にセラミックおよび／または金属から構成され、
－プラズマリシス分解反応器は、ノズル周りに少なくとも１つの管を備え、それによってその管の少なくとも一部は、プラズマの断熱チャンバを画定し、換言すれば、管は、ノズルの一部と同心の適切な形状を有し、チャンバは、ノズルと管との間の空間であり、したがって、チャンバは、プラズマを熱的に絶縁することを可能にし、
－管の別の部分は、プラズマリシスによって生成された二水素および固体炭素を含む、少なくともいくつかのプラズマリシス分解反応生成物の冷却チャンバを画定し、反応生成物は、プラズマリシス分解からの生成物と、プラズマリシス分解中に分解されなかった炭化水素ガス残留物とを組み合わせ、
－管は、内面に、管の内面から管の中心の方向に半径方向に延び、管の内面と熱的に結合された複数のフィンを備え、したがって、反応生成物との熱交換が改善され、炭素の固化を容易にし、複数のフィンは、管の冷却チャンバ内に配置されてもよく、
－管はフィンがなく、滑らかな内面を備えてもよく、
－二水素生成ユニットは、管を少なくとも部分的に冷却するように構成された流体循環デバイスを備える。したがって、反応生成物の流れが分離デバイスに流れるときに循環デバイスによって冷却される管の少なくとも１つの内面との対流および伝導による交換によって、反応生成物の冷却が保証される。この冷却により、他の反応生成物からの二水素の分離が改善される。管がフィンをさらに備える場合、分離ははるかに効果的である。この文脈において、冷却チャンバを画定する管の他の部分の内面は、流体循環デバイスによって冷却されることが理解される。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットは、他の反応生成物のプラズマリシス分解によって生成された二水素を精製するための濾過手段を備える。したがって、二水素は、例えば燃料電池に使用するのに十分な純度を有する。

したがって、二水素生成ユニットは、資源的に効率的であるように設計され、二酸化炭素の発生を完全に排除する方法に従って操作される。これが、二水素生成ユニットが脱炭素化される方法である。したがって、本発明のさらなる利点は、特に大量の二酸化炭素を濾過または貯蔵する必要がないため、要求の厳しい産業現場または狭い領域での実施が容易であることにある。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットは、プラズマリシス分解の反応生成物の少なくとも一部を共振マイクロ波放射空洞に注入するように構成された戻りラインを備える。したがって、炭化水素ガス残留物は、体系的にリサイクルされる。

本発明の任意選択の特徴によれば、反応生成物は、主に、二水素ガスおよび固体炭素、ならびに反応器への戻りラインを介して体系的にリサイクルされるメタンなどの可能性のある炭化水素ガス残留物を含む。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットは、プラズマリシス分解によって生成された固体炭素を回収するためのデバイスを備える。固体炭素は、特に産業目的のために回収することができる。

本発明の任意選択の特徴によれば、マイクロ波放射発生器は、固体マイクロ波発生器とも呼ばれる、マグネトロン型発生器と、半導体マイクロ波発生器との間で選択される。換言すれば、マイクロ波放射発生器は、固体発生器またはマグネトロンである。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素生成ユニットのための制御命令は、圧縮デバイスのための少なくとも１つの制御命令からなる。

本発明の任意選択の特徴によれば、制御モジュールが二水素生成ユニットの動作をそこから制御するように構成された、二水素分配領域内に存在する二水素に関する情報は、貯蔵アセンブリ内、特に貯蔵タンク内に存在する二水素に関する情報である。

本発明の任意選択の特徴によれば、圧縮デバイスのための制御命令、供給デバイスのための制御命令、点火デバイスのための制御命令、およびマイクロ波放射発生器のための制御命令から選択される少なくとも２つの制御命令が、同時に送信され実施される。特定の実施形態では、これらの制御命令のすべてが、同時に実施される。

本発明の任意選択の特徴によれば、そして二水素分配領域内に存在し、少なくとも１つの圧縮デバイスと貯蔵タンクとを備える貯蔵アセンブリを有する実施形態の文脈において、マイクロ波放射発生器は、マグネトロンマイクロ波放射発生器または固体マイクロ波放射発生器のいずれかである。実際、この文脈において、マイクロ波放射発生器のフォーマットはあまり重要ではなく、その理由は、エネルギー変換ユニットの二水素需要に関係なく、貯蔵タンクは、効果的な緩衝効果を形成するのに十分な容積を有し、二水素生成ユニットの始動の反応性の重要性は、上述したものよりもそれほど基本的なものではないからである。必要に応じて、貯蔵アセンブリは、貯蔵タンクから出る二水素を加圧することを可能にする膨張器を備えてもよい。この膨張器は、エネルギー変換ユニットの一部を形成し、貯蔵タンクの出口に同じ方法で流体接続され得ることに留意されたい。

非限定的な例として、貯蔵タンクは、１立方メートル（ｍ^３）程度の二水素を受け取るための容積を有することができる。

本発明の任意選択の特徴によれば、濾過システムが、プラズマリシス分解反応器の上流に配置される。このような濾過システムは、より具体的には、供給デバイスとプラズマリシス分解反応器との間に配置され、プラズマリシス分解の性能を改善するために、マイクロ波放射空洞に注入されることを意図した炭化水素ガスを精製することを特に可能にする。

本発明の任意選択の特徴によれば、濾過デバイスが、プラズマリシス分解反応器の下流に配置され、濾過デバイスは、二水素を他の残留ガスから分離するように構成される。このような濾過デバイスは、より詳細には、プラズマリシス分解反応器と二水素分配領域との間に配置され、特に、エネルギー変換ユニットに供給することを意図した高レベルの二水素純度を保証することを可能にする。このような濾過デバイスの存在は、エネルギー変換ユニットが高純度レベルの二水素を必要とする燃料電池からなる場合に特に有利である。

本発明の任意選択の特徴によれば、生成デバイスは、濾過デバイス内に収集された残留ガスを反応器に再注入するために、濾過デバイスとプラズマリシス分解反応器との間に延びる戻り管を備える。

本発明の任意選択の特徴によれば、エネルギー変換ユニットは、家庭用、集合的もしくは産業用加熱設備、または産業プロセス熱源である。次いで、エネルギー変換ユニットは、二水素によって供給されたエネルギーを熱エネルギーに変換するように構成される。このようなエネルギー変換ユニットは、有利には、二水素分配領域が、プラズマリシス分解反応器およびエネルギー変換ユニットと等しい圧力にあるエネルギー生成デバイスの一実施形態において提供される。次いで、エネルギー変換ユニットに供給される二水素の量は、二水素分配領域内に存在する二水素の量および二水素生成ユニットの反応性によって、連続的に供給され得る。

本発明の任意選択の特徴によれば、エネルギー変換ユニットは、発電機に関連するガスタービンまたは内燃機関を備える。次いで、エネルギー変換ユニットは、二水素によって供給されたエネルギーを電気的および／または機械的エネルギーに変換するように構成される。このようなエネルギー変換ユニットは、エネルギー生成デバイスの一実施形態において有利に提供され、ここでは、二水素分配領域には、圧縮機を備えた貯蔵アセンブリが装備され、圧縮機は、９００バールの圧力までタンク内の二水素の貯蔵を可能にする。次いで、エネルギー変換ユニットに供給される二水素の量は、貯蔵アセンブリの一部を形成する膨張器を使用することによって、ガスタービンまたは内燃機関の所望の圧力で、中断することなく直ちに供給され得る。

本発明の任意選択の特徴によれば、エネルギー変換ユニットは、燃料電池を備える。そのようなエネルギー変換ユニットは、有利には、エネルギー生成デバイスの１つの実施形態において提供され、ここでは、二水素分配領域には、圧縮機を有する貯蔵アセンブリが装備され、圧縮機は、９００バールの圧力までのタンク内の二水素の貯蔵を可能にする。さらに、このようなエネルギー変換ユニットは、有利には、エネルギー生成デバイスの一実施形態において提供され、ここでは、プラズマリシス分解反応器を出た反応生成物を濾過するためのデバイスが、生成される二水素の高純度を保証することを可能にする。

したがって、本発明の特徴によれば、エネルギー生成デバイスは、圧縮デバイスと貯蔵タンクとの間に流体的に配置された二水素濾過部材を備え、前記二水素濾過部材は、燃料電池の動作に適合する二水素の純度を保証するように構成される。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素分配領域内に存在する二水素に関する情報は、圧力ゲージを介して取得され、前記制御モジュールは、ゲージによって測定された圧力が閾値を下回るときに制御命令を生成し、二水素生成ユニットに伝送するように構成される。

換言すれば、本発明によるデバイスは、二水素が二水素生成ユニットとエネルギー変換ユニットとの間の二水素分配領域に入ると、貯蔵タンクまたは二水素循環管内の二水素の情報、例えば圧力または流量を検出することができるゲージを備える。そして、圧力または流量の値は、その値を閾値と比較することができるように制御モジュールに送られる。

閾値は、タンクの容積のエネルギー変換ユニットの需要流量に応じて変化し得る。圧力測定の場合、この閾値は、特に１０バールとすることができる。測定された圧力が閾値を下回るとすぐに、制御モジュールは、この状況、すなわち、エネルギー変換ユニットによる二水素の需要を示す有意な二水素分配領域内の過小圧力に従って制御命令を生成し、制御命令は、二水素生成ユニットを開始するか、またはその効率を高めることを目的とする。

最後に、本発明の１つの目的は、前述のエネルギー生成デバイスを動作させるための方法であって、その間、二水素生成ユニットは、エネルギー変換ユニットの動作に従って二水素の生成を変調することによって、制御モジュールによって制御される、方法である。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素の生成の変調は、バイナリモードで行われ、プラズマリシス分解反応器は、二水素分配領域内に存在する二水素に関する情報が所定の値範囲から外れた値を有するときにのみ開始される。例えば、二水素分配領域内で検出された圧力が閾値、例えば１０バールを下回ると、プラズマリシス分解反応器が始動することが理解される。換言すれば、これは、開始停止型の動作であり、ここでは、エネルギー変換ユニットの二水素要求が特定されると、二水素生成ユニットは、要求に応じて開始される。

本発明の任意選択の特徴によれば、二水素の生成の変調は、二水素生成ユニットに入る炭化水素ガスの流量および／または圧力を調整することによって、および／または二水素生成ユニットの動作パワーを調整することによって行われる。これは、この生成ユニットを動作させるのに必要なエネルギーを低減しながらも、二水素生成ユニットの応答動作を保証する。二水素生成ユニットの動作パワーにより、その目的が、二水素生成ユニットの少なくとも１つの構成要素の動作を変調することであり、このときこの変調が、二水素生成ユニットによって所与の時間に提供される二水素の量に影響を及ぼすことを理解されたい。

本発明の任意選択の特徴によれば、マイクロ波放射発生器は、０．１ｋＷから１００ｋＷの間の電力と、８５０ＭＨｚから６ＧＨｚの間の、好ましくは８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚに等しい周波数とを有するマイクロ波放射を提供するように構成される。

本発明の他の特徴および利点は、以下の説明と、限定することなく例示的な目的で添付の概略図を参照して与えられる、いくつかの例示的な実施形態の両方から明らかになるであろう。

特にプラズマリシス分解によって二水素を生成するためのユニットおよび加熱設備タイプのエネルギー変換ユニットを実装するエネルギー生成デバイスの第１の実施形態の概略図である。 エネルギー変換ユニットがガスタービン型であるという点で図１とは異なる、エネルギー生成デバイスの第２の実施形態の概略図である。 エネルギー変換ユニットが燃料電池タイプのものであるという点で図１とは異なる、エネルギー生成デバイスの第３の実施形態の概略図である。 プラズマの長手方向軸に垂直な平面で見た、図１の二水素生成ユニットのマイクロ波放射空洞の概略図である。 プラズマの長手方向軸を含む平面で見た、図１の二水素生成ユニットのノズルおよび管を有する、図３のマイクロ波放射空洞の詳細図である。 プラズマリシス分解反応器の共振マイクロ波放射空洞の寸法を示す概略図である。

まず、図は、本発明をその実施のために詳細に記載しているが、当然のことながら、必要に応じて本発明をより良く定義するために使用されてもよいことに留意されたい。すべての図において、同様の要素および／または同じ機能を果たす要素は、同じ番号で示されていることにも留意されたい。

図１は、エネルギー生成デバイス１００を示しており、エネルギー生成デバイス１００は、本発明によれば、炭化水素ガスを供給するためのデバイス１と、エネルギー変換ユニット２と、炭化水素ガスを供給するためのデバイス１とエネルギー変換ユニット２との間に流体的に配置された二水素生成ユニット３とを主に備え、二水素生成ユニット３は、炭化水素ガスから少なくとも二水素を生成するように構成された少なくとも１つのプラズマリシス分解反応器５を備える。

本発明によれば、エネルギー生成デバイス１００は、プラズマリシス分解反応器５とエネルギー変換ユニット２との間に流体的に配置された二水素分配領域６内に存在する二水素に関する情報に応じて、二水素生成ユニットのための制御命令を生成するように構成された制御モジュール２００をさらに備える。

プラズマリシス分解は、マイクロ波放射によって発生したプラズマによって、炭化水素ガスを固体炭素Ｃ（_Ｓ）および二水素ガスＨ２（_ｇ）に分解することを可能にする方法である。炭化水素ガスは、メタンＣＨ_４、プロパンＣ_３Ｈ_８、ブタンＣ_４Ｈ_１０およびその異性体、ならびに／または天然ガスもしくはバイオメタンであり得る。天然ガスは、主にメタンＣＨ_４と、より少ない程度割合の、プロパンＣ_３Ｈ_８、および／またはブタンＣ_４Ｈ_１０およびその異性体とを含むことができる。炭化水素ガスがメタンである場合、プラズマリシス分解反応は以下のように記述される。

プラズマリシス分解法は、プラズマリシス分解から生じる二水素ガスおよび固体炭素形成反応生成物を用いて、完全な脱炭素プロセスに従って、すなわち二酸化炭素を排出することなく二水素を発生させることを可能にする。

プラズマリシス分解反応器５内で行われるプラズマリシス分解反応に必要な炭化水素ガスは、供給デバイス１によって供給される。図示の例では、供給デバイス１は、空の場合、例えばタンカートラックによって供給することができ、および／または交換することができる少なくとも１つの貯蔵デバイス８を備える。

図示しない実施形態では、炭化水素ガス供給デバイスは、貯蔵デバイスなしでジャストインタイム分配を保証するガス炭化水素分配ネットワークの末端部である。分配ネットワークは、ガスターミナルから炭化水素ガスを搬送することを可能にする。したがって、分配ネットワークは、例えば、産業的、集合的 または家庭による使用のガス分配ネットワークである。

二水素生成ユニットはまた、炭化水素ガス分配ネットワークのこの末端部に、換言すれば、炭化水素ガスを供給するためのデバイス１とプラズマリシス分解反応器５との間に流体的に配置された接続ダクト上に配置された制御可能な弁１０を備える。制御可能な弁１０は、上述の制御ユニット２００の制御命令を受け取り、この命令に応じて、プラズマリシス分解反応器内への炭化水素ガスの到達または非到達を制御し、必要に応じて、この制御命令に応じて、炭化水素ガスのより大きいまたはより小さい取り込みを可能にするように構成される。

二水素分配領域６は、プラズマリシス分解反応器の出口とエネルギー変換ユニットの入口とを流体的に接続するように構成される。図１に示す例では、この二水素分配領域６は、エネルギー変換ユニットへの注入前に、プラズマリシス分解反応器によって生成された二水素を回収および貯蔵するようなサイズの二水素貯蔵アセンブリを備える。そのような貯蔵アセンブリは、特に、エネルギー変換ユニットに供給される二水素が、エネルギー変換ユニットの正確な動作に適した圧力および流量で分配されることを保証することを可能にする。ここで、貯蔵アセンブリは、貯蔵タンク１２と、二水素が貯蔵タンク内に適切な圧力で貯蔵されることを可能にするために、プラズマリシス分解反応器５と貯蔵タンク１２との間に流体的に配置されるような、貯蔵タンク上流の圧縮デバイスまたは圧縮機１４と、貯蔵タンクの下流の膨張器１５であって、エネルギー変換ユニットに適切な圧力で二水素を供給することを可能にするために、貯蔵タンク１２とエネルギー変換ユニット２との間に流体的に配置される、膨張器とを備える。

二水素分配領域６、より具体的にはここでは貯蔵タンク１２には、二水素分配領域内の二水素の存在に関する情報を記録することを可能にする測定デバイスが装備されている。より具体的には、ここでは、測定デバイスは、貯蔵タンク内に存在する二水素の圧力を上昇させることができるゲージ１６からなる。ゲージ１６は、制御ユニット２００に接続され、特に、二水素分配領域内の二水素の存在に関するこの情報に基づいて、制御ユニットは、二水素生成ユニット、例えば前述のように制御可能な弁制御ユニットのための制御命令を生成する。

上述したように、二水素生成ユニット３は、例えば、ユーティリティガスのネットワークからの炭化水素ガスを、エネルギー変換ユニットの燃料として使用可能な二水素に変換するために、炭化水素ガスを供給するためのデバイス１とエネルギー変換ユニット２との間に配置される。

このエネルギー変換ユニット２は、ここでは二水素を熱エネルギーに変換することができる加熱設備であり、より具体的には、ここでは高流量で二水素を供給する必要がある産業用加熱プラントである。このような二水素供給の必要性は、特に、二水素分配領域６内の貯蔵アセンブリの存在によって保証される。

加熱プラントは、ここでは、注入ガス１８を制御するためのシステムと、二水素の燃焼に適した火炎または触媒を有する火炎バーナ２０と、加熱体２２と、水、空気または別の伝熱流体のいずれかによって熱を分配するためのシステム２３とを備える。

あるいは、前述のエネルギー生成デバイスは、エネルギー変換ユニットとして、ここでも高流量の二水素を必要とする産業プロセス熱源を含むことができるが、個別または集合的な加熱設備を含むこともできる。

プラズマリシス分解反応器は、図４～図６を参照して以下により詳細に記載される。

プラズマリシス分解反応器５は、金属製のブロック２６内に形成された少なくとも１つのマイクロ波放射空洞２４を備える。供給デバイス１からの炭化水素ガスは、マイクロ波放射空洞２４内に注入され、マイクロ波放射もまた、マイクロ波放射空洞２４内で誘導される。マイクロ波放射空洞２４は、プラズマ２８を少なくとも部分的に受け取るように構成される。したがって、共振マイクロ波放射空洞２４は、マイクロ波放射とプラズマ２８との非常に効果的な結合を可能にする。

マイクロ波放射空洞２４は、８５０ＭＨｚから６ＧＨｚの間、好ましくは８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚに等しい周波数固有の導波路に結合され得る。これは共振性であり、これは、マイクロ波放射空洞２４内にプラズマ２８が存在しない場合に、マイクロ波放射空洞２４を画定する少なくとも１つのブロック壁２６によってマイクロ波放射が１００％反射されることを意味する。

図６に示すように、共振マイクロ波放射空洞２４の活性放電ゾーン２５の寸法は、使用される周波数によって規定される。活性放電ゾーン２５は、プラズマ２８が形成されるゾーンである。共振マイクロ波放射空洞２４の幅Ｌ１は、使用される周波数および導波路のタイプによって規定され、共振マイクロ波放射空洞２４の高さＨ１は、この共振マイクロ波放射空洞２４の幅Ｌ１の半分に等しく、活性放電ゾーン２５の幅Ｌ２は、共振マイクロ波放射空洞２４の高さＨ１以下である。共振マイクロ波空洞のこの幾何学的形状により、マイクロ波は、空洞の中心近くに集中して、炭化水素ガス流をイオン化するのに十分高いパワー密度を有する電磁界の分配を形成する。別様ではプラズマゾーンとも呼ばれる活性放電ゾーン２５は、電磁場とイオン化炭化水素ガスストリームとの間の相互作用が最適であるゾーンである。プラズマ２８は、点火デバイス３０を活性放電ゾーン２５の中心に挿入することによって点火される。

マイクロ波放射空洞２４内への炭化水素ガスの注入は、プラズマリシス分解反応器５の注入デバイス３２によって行われる。図４により具体的に示すように、注入デバイス３２は、マイクロ波放射空洞２４の少なくとも１つの入口３６に結合された、少なくとも１つのヘッド３４、ここでは２つのヘッド３４を備える。ヘッド３４は、供給デバイス１から来る炭化水素ガス流を作りだすことを可能にする。

入口３６は、プラズマ２８の伸長方向に対して接線方向に配置される。入口３６はまた、マイクロ波放射空洞２４を画定する壁に対して接線方向に配置される。次いで、この構成は、図４および図５に示すように、ガス炭化水素ストリーム３８の渦をマイクロ波放射空洞２４内に作りだすことを可能にする。渦は、プラズマ２８の安定性に寄与する。

マイクロ波放射によってイオン化された炭化水素ガスストリーム３８は、プラズマ２８を生成する。プラズマを生成する渦のガス炭化水素ストリーム３８もまた、プラズマリシス分解を受けるように意図されている。これに関連して、プラズマを形成するために使用されるガスとプラズマリシス分解を受けるガスとは同一であることが、理解される。換言すれば、単一の供給源からの単一のガスが、プラズマを生成し、二水素および固体炭素を生成することを可能にする。換言すれば、炭化水素ガスは、プラズマガスおよびプラズマリシス分解試薬の両方の役割を果たす。

図１を参照すると、プラズマリシス分解反応器５は、マイクロ波放射空洞２４内にプラズマを作りだすことを可能にするマイクロ波放射発生器４０を備える。マイクロ波放射発生器４０は、固体マイクロ波発生器とも呼ばれる、マグネトロンマイクロ波放射発生器、または半導体マイクロ波発生器であってもよい。

図示しない一実施形態では、マイクロ波放射発生器４０は、水および／または空気冷却デバイスによって冷却される。これにより、マイクロ波放射発生器４０を最適な動作温度に保つことが可能になる。

マイクロ波放射発生器４０は、８５０ＭＨｚから６ＧＨｚの間、優先的には８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚに等しい周波数で０．１ｋＷから１００ｋＷの間である電力を有するマイクロ波放射を発生させるように構成される。

特に図１で分かるように、マイクロ波放射は、マイクロ波放射発生器４０に結合されたマイクロ波伝送ガイド４２によってマイクロ波放射空洞２４に向けて導かれる。マイクロ波伝送ガイド４２は、矩形または円筒形の導波管または同軸ケーブルである。

マイクロ波放射アイソレータ４４が、マイクロ波放射発生器４０とマイクロ波伝送ガイド４２との間に、すなわちマイクロ波発生器４０とマイクロ波伝送ガイド４２との間の結合部に配置される。アイソレータ４４は、プラズマ２８によって吸収されなかったマイクロ波放射が、伝送ガイド４２内での反射によってマイクロ波放射発生器４０に戻ることを防止する。

言及したように、プラズマリシス分解反応器５は、プラズマ２８を点火するためのデバイス３０を備える。点火デバイス３０は、金属先端４５と、金属先端４５をマイクロ波放射の外側の位置とマイクロ波放射空洞の内側の位置との間で移動させるアクチュエータ４６とを備える電気機械機構である。したがって、金属先端４５は、後退可能である。

したがって、プラズマを点火するために、マイクロ波放射発生器４０によって発生したマイクロ波放射は、マイクロ波放射空洞２４に伝送され、ここで、炭化水素ガスは、マイクロ波放射空洞２４の壁に対して接線方向に注入されて、炭化水素ガス流の渦を形成する。必要なマイクロ波放射パワーに達するとすぐに、プラズマの点火は、点火デバイス３０によって行われ、点火デバイスの金属先端４５は、マイクロ波放射空洞２４の活性放電ゾーン内に１秒未満留まる。炭化水素ガスストリーム３８自体は、プラズマ２８を生成するのに役立ち、したがってプラズマリシス分解反応を受ける。プラズマプライミング段階の後、プラズマは、マイクロ波流および渦内のガス炭化水素ストリームによって維持され安定化される。

マイクロ波放射空洞２４内の圧力は、大気圧以上である。より一般的には、二水素生成ユニット３の少なくとも一部内に広がる圧力は、大気圧以上である。有利には、二水素生成ユニット３の少なくとも一部内に広がる圧力は、大気圧を上回る。

図１および図５を参照すると、マイクロ波放射空洞２４の出口４８は、少なくとも部分的にセラミックおよび／または金属で構成されたノズル５０によって延ばされている。ノズル５０は、プラズマを収容するために使用される。ノズル５０はまた、マイクロ波放射空洞２４の出口４８での急速冷却から、反応生成物、特にプラズマリシス分解生成物を保護することによって、プラズマリシス分解反応が継続することを保証するために使用される。換言すれば、ノズル５０は、したがって、反応生成物、特にプラズマリシス分解由来の生成物の温度がマイクロ波放射空洞２４の出口４８において漸進的に低減することを可能にする。

プラズマ２８は、一旦作りだされると、長手方向軸Ｌに沿ってマイクロ波放射空洞２４内およびノズル５０内の両方を延びる。したがって、ノズルは、マイクロ波放射空洞２４の出口４８から、長手方向軸Ｌに沿ってマイクロ波放射空洞とは反対の方向に延びる。

図１を参照すると、プラズマリシス分解反応器５は、マイクロ波放射空洞２４の出口４８の近傍から、長手方向軸Ｌに沿ってマイクロ波放射空洞２４とは反対の方向に延びる管５２を備える。長手方向軸Ｌに沿って測定された管５２の寸法は、長手方向軸Ｌに沿って測定されたノズル５０の寸法よりも大きい。管は、ノズル５０を完全に囲んでいる。

管５２の第１の部分５４は、ノズル５０と同心の適切な形状を有する。したがって、プラズマ２８の断熱チャンバが、ノズル５０の外面と管５２の第１の部分５４の内面との間に画定される。チャンバは、プラズマ２８内、特にその周辺部の温度不均一性を制限または排除さえするために、プラズマ２８を熱的に隔離することを可能にする。

管５２は、プラズマ２８の長手方向軸Ｌに平行な軸に沿って管の第１の部分５４を延ばす第２の部分５６を備える。管５２の第２の部分５６は、冷却チャンバ５８を画定する。したがって、冷却チャンバは、反応生成物を冷却する。炭素の固化が、こうして改善される。反応生成物は、プラズマリシス分解中に分解されなかったメタンと、プラズマリシス分解に由来する生成物、すなわち二水素ガスおよび固体炭素とを組み合わせる。

図１の本発明の実施形態では、管５２の第２の部分５６は、その内面に、管５２の第２の部分５６の内面から管の中心に向かって径方向に延び、管５２の第２の部分の内面に熱的に結合された複数のフィン６０を備える。したがって、フィン６０と接触する反応生成物との熱交換が改善され、プラズマリシス分解により生成された炭素の固化を容易にする。

流体循環デバイス６２が、管５２の第２の部分５６を少なくとも部分的に冷却するために、管５２の第２の部分５６の外壁に接して配置される。したがって、冷却チャンバ５８内の反応生成物の冷却は、流体循環デバイス６２によって冷却される管５２の第２の部分５６の内面の少なくとも一部との対流的および伝導的交換によって保証される。この冷却により、他の反応生成物からの二水素の分離が改善される。管５２がフィン６０をさらに備え、フィンも熱伝導によって冷却される場合、分離はさらに効率的である。これは、反応生成物ストリームから二水素生成ユニット３に装備する分離デバイス６４に流れる場合に特に非常に有用である。

分離デバイス６４は、特に渦セパレータ要素を備える。

セパレータ要素は、冷却チャンバ５８から冷却された反応生成物の流れを吸い込むように構成される。冷却された固体炭素は、セパレータ要素の底部またはセパレータ要素の壁の内面のいずれかに堆積される。他の固体粒子が、冷却された反応生成物の流れの中に存在し、さらに、固体炭素と同じ位置に堆積される。

このようにして回収された固体炭素は、回収デバイス６６内に貯蔵され、必要に応じて供給デバイスの貯蔵デバイス８を交換または補充する同じ車両によって支持され得る。次いで、固体炭素は、様々な産業用途のためにリサイクルされ得る。

次いで、分離デバイス６４から出た二水素は、プラズマリシス分解反応器５とエネルギー変換ユニット２との間に流体的に配置された二水素分配領域６内で循環する。

図１に示す第１の実施形態では、二水素分配領域６には、ここでは貯蔵タンク１２と、圧縮機１４と、膨張器１５とを備える貯蔵アセンブリが設けられ、二水素は、エネルギー変換ユニット２の供給のために適切な圧力まで膨張される前に、最大約９００バールの範囲になり得る圧力で貯蔵され得る。したがって、あらゆる状況において二水素に対する消費体の需要を満たすことが可能である。

上述したように、エネルギー生成デバイスの制御モジュール２００は、本発明によれば、プラズマリシス分解反応器とエネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された二水素分配領域内に存在する二水素に関する情報に応じて、二水素生成ユニットのための制御命令を生成するように構成される。

より具体的には、示す例では、制御モジュール２００は、情報を検索し、二水素生成ユニットの異なる構成要素、これらの構成要素のうち、制御可能な弁１０、プラズマリシス分解反応器５の点火デバイス３０、マイクロ波放射発生器４０、および圧縮機１４に対する１つまたは複数の制御命令を生成することができる。

独立して、特定の制御命令のみを実行することによって、または相補的に、いくつかの制御命令を同時に実行することによって、制御モジュール２００は、制御可能な弁１０の動作を制御することによって炭化水素ガスの供給を制御することができ、またはマイクロ波放射デバイス４０を制御することによって、および／または点火デバイス３０を制御することによってプラズマリシス分解反応器の動作を制御することができ、または圧縮機１４を制御することによって貯蔵アセンブリの動作を制御することができる。

これらの制御命令は、開始および停止タイプのバイナリ演算命令からなってもよく、または可変量の二水素の生成によって調整され、需要に合わせて調整された演算命令からなってもよい。

この制御モジュールの存在は、エネルギー変換ユニットのサービスを低下させることなくデバイスのエネルギー消費を調整するために、エネルギー変換ユニットの必要性に応じて二水素生成ユニットを動作させることを可能にすることが理解される。

エネルギー生成デバイスを動作させる方法の第１の例は、以下の通りであり得る。エネルギー需要、ここでは熱が、エネルギー変換ユニットにおいて形成される。その結果、二水素のドローダウンが生じ、貯蔵容器１２内に存在する二水素の体積が減少する。二水素生成ユニットは、エネルギーを消費しないシャットダウンモードにおいて、ゲージ１６によって測定された貯蔵タンク１２内に存在する二水素の圧力が所定の閾値よりも大きい値、例えば１０バール程度になるまでオフのままである。二水素の圧力がこの所定の閾値未満になるとすぐに、制御モジュールは、制御モジュールによって駆動される可能性が高い構成要素の１つに起動情報を送信する。一例として、同時に、制御可能な弁１０が開かれて炭化水素ガスの通過を可能にし、その間、点火デバイス３０およびマイクロ波放射発生器４０が作動される。ここでは、これは、上述のバイナリ動作モードである。これらの構成要素の閉鎖または待機状態への配置に対応する制御命令は、その後、貯蔵タンクが再び二水素で満たされたときに制御モジュールによって生成される。

エネルギー生成デバイスを動作させる方法の第２の例は、以下の通りであり得る。ここでも、エネルギー需要、ここでは熱が、エネルギー変換ユニットにおいて形成される。その結果、二水素のドローダウンが生じ、貯蔵容器１２内に存在する二水素の体積が減少する。次いで、二水素生成ユニットは、例えば、制御可能な弁１０の開口部を制限することによってガス入口流量を減少させ、マイクロ波放射発生器の負荷低減動作によってプラズマリシス分解反応器内のマイクロ波放射の量を制限することによって、二水素の低減された生成モードに対応する第１のモードで最初に動作するように制御される。この最初の二水素低減生成モードは、ゲージ１６によって測定される貯蔵タンク１２内に存在する二水素の圧力が所定の閾値よりも大きい値、例えば１０バール程度を有する限り実施される。二水素の圧力がこの所定の閾値未満になるとすぐに、制御モジュールは、二水素生成ユニットの動作を調整し、これを最高速度で動作させるように制御命令を変更する。ここでは、これは、上述のモジュラー式動作モードである。

第２の実施形態が、図２に示されており、エネルギー変換ユニット２がガスタービンを備えるという点で、第１の実施形態について説明したものとは異なる。

膨張器１５の下流で、二水素燃焼チャンバ７０が、モータシャフト７２および関連する発電機を駆動するのに十分なエネルギーを生成し、したがって二水素のエネルギーを機械的または電気的エネルギーに変換することを可能にする。

あるいは、エネルギー変換ユニットが内燃機関であることが条件とされてもよく、二水素生成ユニットの構造は、この第３の実施形態で説明したものと同じままであり、ここでも圧縮機、貯蔵タンクおよび膨張器を備える二水素分配領域６を有することが理解される。

ガスタービンまたは内燃機関の動作は、高速二水素を供給することを伴い、それにより、二水素生成ユニットは、圧縮機、および９００バールの圧力まで生成された二水素を貯蔵することを可能にする貯蔵タンクが装備された第１の実施形態によるものとなる。

第３の実施形態が図３に示されており、エネルギー変換ユニット２がここでは燃料電池７３を備えるという点で、第１の実施形態について説明したものとは異なる。概略的に示すように、燃料電池は、入口で二水素および空気を受け取り、電気機器および／または電気ネットワーク７５に電気を送出するように構成される。図３に示す非限定的な例として、燃料電池の下流の電気機器は、その自律的なパワー供給を可能にするためのマイクロ波放射発生器４０、および電気エネルギー貯蔵部材７４である。ここで、燃料電池７３の出力と電気機器およびネットワークとの間に、適切な電流変換器７６が配置される。

燃料電池の適切な動作は、例えばボイラなどの前述の他のタイプのエネルギー変換ユニットに必要なよりも高いレベルの二水素の純度を必要とする。この文脈において、この第３の実施形態によるエネルギー生成デバイスには、濾過手段が装備される。

図３に示すように、この第３の実施形態によるエネルギー生成デバイスには、特に、プラズマリシス分解反応器から出るように配置された濾過デバイス６５が装備され得る。プラズマリシス分解反応器５から出て、特に分離デバイス６４を通過した後の収集されたガスは、この濾過デバイスのフィルタに入り、この濾過デバイスは、他のガス状生成物から二水素を分離するように構成されており、他のガス状生成物は、特に図３に示すように、戻りライン６７を介して新たなプラズマリシス分解のために反応器に再注入され得る。濾過デバイス６５を出る収集された二水素は、貯蔵タンク１２に貯蔵される前に、二水素分配領域６に向けられ、より具体的にはここでは圧縮機１４に向けられる。

換言すれば、プラズマリシス分解反応生成物内で、燃料電池に向けることができる二水素と他の残留ガスとを微小量で区別する傾向がある濾過が、プラズマリシス分解反応器の下流で行われる。これらの残留ガスは、例えば、全脱炭素化を受けていないメタンおよびエタン、エチレンなどの任意の二次反応生成物であってもよい。すべての残留ガスは、それらを完全に分解するためにプラズマリシス分解反応器に再注入される。

さらに、第３の実施形態によるエネルギー生成デバイス、すなわち燃料電池を備えるエネルギー変換ユニットは、特に、二水素濾過部材６９が装備され得、二水素濾過部材６９は、これを通過する二水素の純度を高めるように構成される。このようにして、燃料電池７３の動作に適合する二水素純度レベルを取得することが意図されている。

図３に示すように、二水素濾過部材６９は、圧縮デバイス１４と貯蔵タンク１２との間に流体的に配置される。

濾過手段、すなわち濾過デバイス６５および濾過部材６９が第３の実施形態にのみ示されている場合、本発明の文脈から逸脱することなく、それらが、前述の本発明の他の実施形態による生成デバイスがエネルギー変換ユニット内に二水素バーナ、および／またはタービンおよび／または内燃機関を実装し、したがって、これらのエネルギー変換ユニットに到達する二水素の純度の程度は必須ではない場合でも、そのようなデバイスに装備することができることに留意されたい。

さらに、第３の実施形態によるデバイスは、貯蔵シリンダ７８および関連する膨張器７９が供給デバイス１の形成に関与する点で前述とは異なる。供給デバイスのこの実施形態は異なることができ、前述の実施形態と置き換えることができ、より一般的には、本発明の文脈から逸脱することなく、記載された実施形態のいずれか１つを各実施形態において実施することができることに留意されたい。

当然ながら、本発明は、説明した例に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの例に多くの変更を加えることができる。

非限定的な例として、プラズマリシス分解反応器の上流、すなわち供給デバイスとプラズマリシス分解反応器との間に濾過システムを設けることができ、これは特に、プラズマリシス分解の性能を改善するために、マイクロ波放射空洞に注入されることを意図した炭化水素ガスを精製することを可能にする。特に、入口ガスがメタンを主成分とするガスネットワークから来る天然ガスである場合、窒素、一酸化炭素または二酸化炭素などの望ましくない成分の濾過は、プラズマリシス分解を有する反応器に注入する前に行われ得る。

説明したように、本発明は、設定された目標を明確に達成し、エネルギー生成デバイスを提案することを可能にし、このエネルギー生成デバイスは、熱的、電気的または機械的にかかわらず、エネルギー生成の需要を効率的に経済的に満たすために、特に都市ガスネットワークと、生成ユニットの動作を制御することができる制御モジュールと組み合わされたプラズマリシス分解による二水素生成ユニットの存在によってより環境に優しい二水素バーナとからなり得る炭化水素ガスの供給を使用するように構成される。

Claims (20)

1. エネルギー生成デバイス（１００）であって、
   炭化水素ガスを供給するためのデバイス（１）と
   エネルギー変換ユニット（２）と、
   前記炭化水素ガス供給デバイス（１）と前記エネルギー変換ユニット（２）との間に流体的に配置された二水素生成ユニット（３）であって、前記エネルギー変換ユニット（２）は、二水素によって供給されたエネルギーを電気的、熱的および／または機械的エネルギーに変換するように構成される、二水素生成ユニット（３）とを備え、
   前記二水素生成ユニットは、前記エネルギー変換ユニットに向けられる少なくとも二水素を生成するために、前記炭化水素ガスのプラズマリシス分解を発生させるように構成された少なくとも１つのマイクロ波プラズマプラズマリシス分解反応器（５）を備え、
   前記エネルギー生成デバイス（１００）は、前記プラズマリシス分解反応器（５）と前記エネルギー変換ユニット（２）との間に流体的に配置された二水素分配領域（６）内に存在する前記二水素に関する情報に応じて、前記二水素生成ユニット（３）のための制御命令を生成するように構成された制御モジュール（２００）を備え、
   前記プラズマリシス分解反応器と前記エネルギー変換ユニットとの間に流体的に配置された前記二水素分配領域（６）は、前記プラズマリシス分解反応器（５）の出口に配置され、前記プラズマリシス分解反応器および前記エネルギー変換ユニット（２）に液圧的に接続された貯蔵アセンブリを備え、前記貯蔵アセンブリは、少なくとも１つの圧縮デバイス（１４）と、貯蔵タンク（１２）と、膨張器（１５）とを備え、前記圧縮デバイス（１４）は、前記プラズマリシス分解反応器を出た二水素を前記貯蔵タンク（１２）内に移送するように配置される、エネルギー生成デバイス（１００）。
2. 前記二水素生成ユニット（３）の前記制御命令が、前記供給デバイス（１）を介した前記炭化水素ガスの取り込みのための少なくとも１つの制御命令、および／または前記プラズマリシス分解反応器（５）のための少なくとも１つの制御命令からなる、請求項１に記載のエネルギー生成デバイス。
3. 前記プラズマリシス分解反応器（５）が、少なくとも１つのマイクロ波放射発生器（４０）と、前記マイクロ波放射発生器（４０）からのマイクロ波放射を前記プラズマリシス分解反応器（５）のマイクロ波放射空洞（２４）に案内するように構成されたマイクロ波伝送ガイド（４２）とを備える、請求項１または２に記載のエネルギー生成デバイス。
4. 前記プラズマリシス分解反応器（５）のための前記制御命令が、前記マイクロ波放射発生器（４０）のための制御命令からなる、請求項２と組み合わせた請求項３に記載のエネルギー生成デバイス。
5. 前記プラズマリシス分解反応器（５）が、アクチュエータ（４６）を使用して前記マイクロ波放射空洞（２４）内で挿入または後退されるように構成された後退可能な金属先端（４５）を備えるプラズマ（２８）点火デバイス（３０）を備える、請求項３または４に記載のエネルギー生成デバイス。
6. 前記プラズマリシス分解反応器（５）のための前記制御命令が、前記点火デバイス（３０）のための制御命令からなる、請求項２と組み合わせた、請求項５に記載のエネルギー生成デバイス。
7. 前記マイクロ波放射発生器（４０）が、固体発生器またはマグネトロンである、請求項３から６のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
8. 前記二水素生成ユニット（３）の前記制御命令が、前記圧縮デバイス（１４）を制御するための命令からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
9. 前記制御モジュール（２００）が前記二水素生成ユニット（３）の動作をそこから制御するように構成された二水素分配領域（６）内に存在する前記二水素に関する前記情報が、前記貯蔵アセンブリ、特に前記貯蔵タンク（１２）内に存在する前記二水素に関する情報である、請求項１から８のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
10. 前記二水素分配領域（６）内に存在する前記二水素に関する前記情報が、圧力ゲージ（１６）を介して取得され、前記制御モジュール（２００）が、前記ゲージによって測定された圧力が閾値を下回ると、制御命令を生成し、前記二水素生成ユニット（３）に伝送するように構成される、請求項９に記載のエネルギー生成デバイス。
11. 濾過システムが、前記プラズマリシス分解反応器（５）の上流に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
12. 濾過デバイス（６５）が、前記プラズマリシス分解反応器（５）の下流に配置され、前記濾過デバイスは、前記二水素を他の残留ガスから分離するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
13. 前記生成デバイスが、前記濾過デバイス（６５）と前記プラズマリシス分解反応器（５）との間を延びて、前記濾過デバイス内に収集された残留ガスを前記反応器に再注入する戻り管（６７）を備える、請求項１２に記載のエネルギー生成デバイス。
14. 前記エネルギー変換ユニット（２）が、家庭用、集合的もしくは産業用の加熱設備、または産業用プロセス熱源である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
15. 前記エネルギー変換ユニット（２）が、発電機に機械的に結合されたガスタービンまたは内燃機関を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
16. 前記エネルギー変換ユニット（２）が、燃料電池（７３）を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイス。
17. 前記圧縮デバイス（１４）と前記貯蔵タンク（１２）との間に流体的に配置された二水素濾過部材（６９）を備え、前記二水素濾過部材（６９）は、燃料電池（７３）の動作に適合する前記二水素の純度を保証するように構成される、請求項１６に記載のエネルギー生成デバイス。
18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載のエネルギー生成デバイスを動作させるための方法であって、その間、二水素生成ユニット（３）が、前記エネルギー変換ユニット（２）の動作に従って二水素の生成を変調することによって前記制御モジュール（２００）によって制御される、エネルギー生成デバイスを動作させるための方法。
19. 二水素の前記生成の前記変調が、バイナリモードで実行され、前記二水素分配領域（６）内に存在する二水素に関する情報が所定の値範囲から外れた値を有するときにのみ、プラズマリシス分解反応器（５）が開始される、請求項１８に記載の動作方法。
20. 二水素の前記生成の前記変調が、前記二水素生成ユニット（３）に入る炭化水素ガスの流量および／または圧力を調整することによって、および／または前記二水素生成ユニット（３）の動作パワーを調整することによって行われる、請求項１９に記載の動作方法。
    

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