特許 6704958 反応器コアの加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6704958

(24)【登録日】2020年5月15日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】反応器コアの加工方法

(51)【国際特許分類】

   G21G 7/00 20090101AFI20200525BHJP

   F17D 3/03 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   G21G7/00

   F17D3/03

【請求項の数】1

【外国語出願】

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2018-139578(P2018-139578)

(22)【出願日】2018年7月25日

(62)【分割の表示】特願2015-559291(P2015-559291)の分割

【原出願日】2014年2月26日

(65)【公開番号】特開2018-163176(P2018-163176A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2018年7月25日

(31)【優先権主張番号】61/769,643

(32)【優先日】2013年2月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】509192293

【氏名又は名称】ブリローイン エナジー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】ロバート イー． ゴーデス

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド コレイア

(72)【発明者】

【氏名】ロナルド ディー． グレムバン

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／１３０１５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００４／０４４９２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０９４１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３８５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｇ ７／００

Ｇ２１Ｂ １／００

Ｇ２１Ｂ ３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応器コアを加工する方法であって、前記方法は、
２つの金属管間に配置されたマンドレルを備える基板を提供することと、
前記基板上に前記マンドレルの端部を越えて延在する格子材料の層を形成することと、
前記格子材料の層を覆い、かつ、前記マンドレルの端部を越えて延在する誘電層を形成することと、
前記誘電層を覆い、かつ、前記マンドレルの端部を越えて延在する金属層を形成することと、
前記金属管の端部にわたって形成された中空円筒形構造を残すように前記マンドレルを除去することであって、前記格子材料が前記中空円筒形構造の内側露出表面上に配置される、ことと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本願は、２０１３年２月２６日に出願された“Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｈｙｄｒｉｄｅｓ， ａｎｄ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｈｅａｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ”米国特許出願第６１／７６９，６４３号（発明者Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ． Ｇｏｄｅｓ， Ｄａｖｉｄ Ｃｏｒｒｅｉａ，および Ｒｏｎａｌｄ Ｄ． Ｇｒｅｍｂａｎ）からの優先権を主張するものである。

【0002】

本願は、２００６年１２月２８日に出願された“Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”米国特許出願第１１／６１７，６３２号（発明者Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ． Ｇｏｄｅｓ）に関連し、該出願は、米国特許出願公開第２００７／０２０６７１５号として２００７年９月６日に公開されている（Ｇｏｄｅｓ＿２００７と称する）。

【0003】

全ての前述の出願の開示全体は、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。

【0004】

本発明は、概して、以下の参考文献によって例示されるように、水素化物格子材料を使用して、産業上有用な熱エネルギーの生成に関する。
・Ｇｏｄｅｓ＿２００７
・２０１１年１月１３日公開の米国特許公開第２０１１／０００５５０６号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｏｕｔ Ｎｉｃｋｅｌ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｘｏｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ」（Ａｎｄｒｅａ Ｒｏｓｓｉ；２００９年８月４日出願の米国特許出願第１２／７３６，１９３号、Ｒｏｓｓｉ＿２０１１と称される）・２０１１年１０月１３日公開の米国特許公開第２０１１／０２４９７８３号「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」（Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ Ｐｉａｎｔｅｌｌｉ；２００９年１１月２４日出願の米国特許出願第１３／１２６，２４７号、Ｐｉａｎｔｅｌｌｉ＿２０１１と称される）。

【背景技術】

【0005】

本分野では、Ｇｏｄｅｓ＿２００７は、水素同位体中の後続中性子吸収を伴う、陽子中の連続電子捕捉に基づいて動作すると考えられる、仕組みにつて説明している。Ｒｏｓｓｉ＿２０１１は、陽子捕捉によって銅に変えられる、ニッケルの量について説明している。Ｒｏｓｓｉは、Ｅ−Ｃａｔ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｃａｔａｌｙｚｅｒの略）と呼ばれるデバイスの市販化を発表している。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態は、任意の用途のために、中性子発生、中性子捕捉、および有用熱としての過剰結合エネルギーの後続移送によって、熱エネルギーを発生させる。実施形態は、熱発生用途のためのＧｏｄｅｓ＿２００７に説明されるもの等の格子（Ｇｏｄｅｓ＿２００７では、コアと称される）、あるいは粉末化または焼結された金属格子、もしくは堆積された金属表面（例えば、ニッケル）の改良された処理と、格子内に内包される水素化物形成を制御することによって、低エネルギー核反応（「ＬＥＮＲ」）を制御するための改良された方法とを提供する。制御および処理の方法は、非可燃性混合物中の反応性ガスとしての水素とともに、可能性として考えられるアルゴン等の不活性カバーガスから成るガス流中に浸漬される、反応格子として、固体の微粉末化、焼結、または堆積された材料であり得る、格子の使用を伴う。

【0007】

本発明の実施形態による、熱エネルギー産生デバイスは、毒性放出を産生せず、遷移金属または好適な格子材料中に溶解された水素を使用する。これは、燃料として、任意の水素含有格子を含んでもよい。水素は、適切な温度、圧力、および閉じ込め条件を前提として、ニッケルおよび他の遷移金属中に吸収されることが知られている。さらに、金属間水素化物は、プレートまたはワイヤあるいは他の固体形態の金属より遷移金属粉末から容易に形成されることが知られている。そのような高表面積格子は、好ましいが、本発明の実施形態は、固体格子も同様に利用することができる。

【0008】

水素化物反応器は、固体格子、あるいは粉末化または焼結された格子、もしくは堆積された（例えば、スプレーコーティングまたは電気めっきされた）材料（水素核を吸収し得る、「格子」を参照するとき、常時、可能性として本明細書に含まれる）と、中性子に変換される、水素種核を提供するためのガス装填源と、反応格子内の水素核の飽和の平衡点を制御するための不活性搬送ガスと、フォノンエネルギー源（例えば、熱、電気、音波）と、フォノンエネルギーによる刺激および／または格子材料中に反応（また、燃料とも称される）ガスの装填／装填解除を開始および停止するための制御機構とを含む。格子は、陽電子捕捉に影響を及ぼすために十分なフォノンエネルギーを伝送する。

【0009】

フォノンエネルギーのレベルを制御し、かつ格子の中およびそれを通した軽元素核の装填および移動を制御することによって、中性子捕捉によって解放されるエネルギーは、制御され得る。システム内の弁の無給電状態の選択は、電力の損失に基づく受動的シャットダウンを伴うシステムを有し、システムによって包囲される水素化物中の反応率の能動的制御を有することを可能にする。さらに、制御システムが故障する場合、反応器のシャットダウンを強制するための受動的温度自動調節スイッチを使用することも可能である。

【0010】

経時的に劣化させるため望ましくない、格子の変性は、十分に高密集の溶解された水素イオンが、格子内で一定に移動している場合、低減され、おそらく、回避されることができる。これらの水素イオンは、電子捕捉または中性子捕捉による、２つの方法のうちの１つにおいて相互作用し、新しく形成された中性子は、重陽子、三重陽子、またはＨ^４を形成する。中性子は、別個の陽子および電子から中性子に変性するために十分なエネルギーの吸収によって、電子を捕捉した陽子から形成される。十分なイオンが存在し、金属格子中で移動しているとき、水素イオンは、格子核または格子内に存在する他の元素より高い確率で、新しく形成された中性子を捕捉するであろう。本発明の実施形態は、それによって、金属格子核による捕捉を低減および克服し、かつ反応が、暴走する、およびＧｏｄｅｓ＿２００７、またはＲｏｓｓｉ＿２０１１、またはＰｉａｎｔｅｌｌｉ＿２０１１に論じられる反応を内包するＮｉまたは任意の他の材料であるかどうかにかかわらず、反応性材料を保持する反応格子または容器を溶融させるシナリオを回避することができる。

【0011】

これらの重陽子は、電子を吸収し、中性子対となることができ、また、水素イオンによって捕捉され、三重陽子またはＨ^４となる可能性も非常に高いであろう。しかしながら、Ｈ^４は、不安定であって、かつ電子を急速に（半減期３０ｍｓ）放出し、Ｈｅ^４の原子となり、それによって、相当なフォノンエネルギーを解放する。本全体的水素／ヘリウム変性プロセスは、十分な水素イオンが、格子内に存在し、移動しているとき、各新しい中性子または中性子群が、基質材料の原子（基質を変性させるであろう）によって水素イオンによって捕捉される（および、エネルギーを解放する）可能性がより高いため、基質自体を変性および劣化させずに継続することができる。

【0012】

以下に説明されるように、システムは、粉末化されたニッケル、ガス源、ガス入口、好ましくは、ポンプシステム、ガス出口通気口、測定器具類、および制御システム等、高表面積格子材料のためのエンクロージャを含む。搬送ガスはまた、熱交換器に送達され、反応面積に戻される、包囲された格子材料から熱を移送するための作業流体として機能し得る。可変水素濃度を伴う搬送ガスは、流体化された粒子が流体化床中で挙動するにつれて、金属粒子が安全に挙動することを可能にするが、多くの場合、材料を流体化する必要はない。また、多孔性焼結材料、あるいは反応器の内側表面上、非反応性基質上、または非反応性もしくは別の反応性材料から成る粒子上に堆積された層を使用して、反応粒子の焼結または凝集を防止することも可能であり得る。

【0013】

ニッケルが、プロトタイプにおいて使用されているが、他の好適な金属として、パラジウム、チタン、およびタングステンが挙げられる。他の遷移金属も、機能する可能性が高い。いくつかのセラミックおよびサーメットも同様に機能するであろうと考えられる。

【0014】

水素の可変割合を伴う搬送ガスの使用は、選択される反応格子内の熱発生反応中の燃料装填および移送の制御を可能にする。反応ガスの割合を減少させることによって、暴走シナリオを防止し、中性子蓄積による格子材料の変性を通した格子劣化を最小限にしながら、産業上有用な熱を供給する、連続動作を助長することが可能である。受動的緊急制御は、反応ガスと非反応性または搬送ガスの高速置換によって達成される。通常制御は、ガス中の反応の濃度とともに、コア内のガスの温度、フォノン含有量、圧力、および／または流率を制御することによって達成される。

【0015】

本発明の一側面では、ガス送達および再循環システムが、ガス吸気ポートおよびガス排気ポートを有する、反応器容器と、その中に反応ガスが導入され得る、格子とを有する、反応器のために提供される。送達および再循環システムは、搬送ガスポートが、通常開放（ＯＮ）弁を通して反応器入力ポートと流体連通し、反応ガスポートが、通常閉鎖（ＯＦＦ）弁を通して反応器入力ポートと流体連通し、反応器返還ポートが、通常閉鎖（ＯＦＦ）弁を通して反応器入力ポートと流体連通するような内部相互接続を伴う、搬送ガスポート、反応ガスポート、反応器入力ポート、および反応器返還ポートとして指定されるポートを有する、ガスルータを備える。送達および再循環システムはさらに、ルータの反応器入力ポートと反応器容器のガス吸気ポートとの間の１つ以上のガス導管と、反応器容器のガス排気ポートとルータの反応器返還ポートとの間の１つ以上のガス導管とを備える。

【0016】

本発明の別の側面では、反応器の内側の反応格子と相互作用する反応ガスに依拠する、反応器を動作させる方法は、反応器を通して搬送ガスを流動させ、格子内の酸化物を還元させるステップと、その後、格子が、反応ガスを吸収し、反応ガスがさらに、酸化物を還元するように、反応ガスおよび搬送ガスの混合物を反応器の中に導入するステップと、格子を刺激し、格子内にフォノンを発生させ、格子の中に吸収された反応ガス中の反応物のためのエネルギーを提供し、核反応を受けさせるステップとを含む。

【0017】

本方法はさらに、格子材料の刺激度を調節するステップと、反応器の中に導入されるガス混合物の圧力および／または流動を調節するステップと、反応器の中に導入されるガス混合物の温度を調節するステップと、反応器の中に導入されるガス混合物中の反応ガスおよび搬送ガスの相対的割合を調節するステップとの１つ以上によって、核反応を制御するステップを含むことができる。

【0018】

本発明の別の側面では、反応器コアは、外側金属管状シェルと、外側金属シェルの内側表面の内周側に配置される誘電層と、誘電層の内側表面の内周側に配置される、格子材料の層とを備える。シェルは、好ましくは、必ずしもではないが、直円柱シェルである。いくつかの実装では、誘電層は、外側金属シェルの内側表面上に一体的に形成され、格子材料の層は、誘電層の内側表面上に一体的に形成される。いくつかの実装では、外側金属シェルは、外側ステンレス鋼構成要素および内側銅構成要素を備える。

【0019】

本発明の別の側面では、反応器コアは、金属管と、金属管の外側表面上に配置される、誘電層と、誘電層の外側表面上に配置される、格子材料の層とを備える。

【0020】

本発明の別の側面では、反応器コアを加工する方法は、２つの金属管間に配置される犠牲マンドレルを備える、基板を提供するステップと、基板上に格子材料の層を形成し、マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、格子材料の層を覆う誘電層を形成し、マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、誘電層を覆う金属層を形成し、マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、円筒形構造の内側暴露表面上に配置された格子材料とともに、金属管の端部にわたって形成される中空円筒形構造を残すように、マンドレルを除去するステップとを含む。

【0021】

本発明の性質および利点のさらなる理解は、明細書の残りの部分および図面（例示的であって、限定として意図されるものではない）を参照することによって実現され得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
反応器のためのガス送達および再循環システムであって、
ガス吸気ポートおよびガス排気ポートを有する、反応器容器と、
その中に反応ガスが導入され得る、格子と、
を有し、
前記送達および再循環システムは、
搬送ガスポート、反応ガスポート、反応器入力ポート、および反応器返還ポートとして指定されるポートを有する、ガスルータであって、
前記搬送ガスポートは、通常開放（ＯＮ）弁を通して前記反応器入力ポートと流体連通し、
前記反応ガスポートは、通常閉鎖（ＯＦＦ）弁を通して前記反応器入力ポートと流体連通し、
前記反応器返還ポートは、通常閉鎖（ＯＦＦ）弁を通して前記反応器入力ポートと流体連通する、
ような内部相互接続を伴う、ガスルータと、
前記ルータの反応器入力ポートと前記反応器容器のガス吸気ポートとの間の１つ以上のガス導管と、
前記反応器容器のガス排気ポートと前記ルータの反応器返還ポートとの間の１つ以上のガス導管と、
を備える、送達および再循環システム。
（項目２）
前記ガスルータを通して前記反応器入力ポートから前記反応器返還ポートに流動することを防止する一方、前記ルータを通して前記反応器返還ポートから前記反応器入力ポートに流動させるための逆止弁をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記ルータは、前記反応器返還ポートと流体連通する付加的ポートを有し、前記付加的ポートに接続され、前記反応器返還ポートと前記反応器入力ポートとの間の経路内の圧力を制限するための圧力緩和弁をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記ルータはさらに、通常閉鎖（ＯＦＦ）弁を通して前記反応器入力ポートと流体連通する、前記プロセスガスポートとして指定されるポートを含む、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記格子は、粉末化または焼結された金属材料あるいは金属材料の堆積された層を含む、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記反応器の中に導入される前に、ガスを加熱するために配置される、加熱器をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記反応器から流出するガスから熱を回収するために配置される、熱回収システムをさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目８）
音波またはエネルギーを前記格子に印加し、前記格子内にフォノンを発生させるための音波または超音波変換器をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記格子を加熱し、前記格子内にフォノンを発生させるための加熱器をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記格子を通して電流パルスを通過させ、前記格子内にフォノンを発生させるための源をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
ガス返還ラインからガスを通気させ、安全動作圧力を前記反応器システム内に維持するための逆止弁をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記反応器の内側の反応格子と相互作用する反応ガスに依拠する、反応器を動作させる方法であって、
前記反応器を通して搬送ガスを流動させ、前記格子内の酸化物を還元させるステップと、
その後、前記格子が、前記反応ガスを吸収し、前記反応ガスがさらに、酸化物を還元するように、反応ガスおよび搬送ガスの混合物を前記反応器の中に導入するステップと、
前記格子を刺激し、前記格子内にフォノンを発生させ、前記格子の中に吸収された前記反応ガス中の反応物のためのエネルギーを提供し、核反応を受けさせるステップと、
を含む、方法。
（項目１３）
前記格子材料の刺激度を調節するステップと、
前記反応器の中に導入される前記ガス混合物の圧力および／または流動を調節するステップと、
前記反応器の中に導入される前記ガス混合物の温度を調節するステップと、
前記反応器の中に導入される前記ガス混合物中の反応ガスおよび搬送ガスの相対的割合を調節するステップと、
の１つ以上によって、前記核反応を制御するステップをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記ガス混合物の圧力および／または流動を調節するステップは、前記ガス混合物の流動を開始および停止するステップを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
前記反応ガスは、軽水素および／または重水素を含有する、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
前記搬送ガスは、正圧で流動される、項目１２に記載の方法。
（項目１７）
前記反応器の中に導入される前に、前記ガスを加熱するステップをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１８）
前記反応器の中に導入される前に、前記搬送ガスを加熱するステップをさらに含み、前記搬送ガスは、前記加熱された搬送ガスが、前記反応器を通して流動され、酸化物を還元させると、前記酸化物を破壊させるために十分な温度まで加熱される、項目１２に記載の方法。
（項目１９）
前記反応器から流出するガスから熱を回収するステップをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目２０）
前記格子内にフォノンを発生させるステップは、音波または超音波エネルギーを前記格子に印加するステップを含む、項目１２に記載の方法。
（項目２１）
前記格子内にフォノンを発生させるステップは、前記格子を加熱するステップを含む、項目１２に記載の方法。
（項目２２）
前記格子内にフォノンを発生させるステップは、前記格子を通して電流パルスを通過させるステップを含む、項目１２に記載の方法。
（項目２３）
前記反応ガスは、水素を自然発生させる、項目１２に記載の方法。
（項目２４）
前記反応ガスは、自然発生水素中のものを超える重水素および／または三重水素のレベルを含有する、項目１２に記載の方法。
（項目２５）
前記混合物は、前記反応器から流出させられ、次いで、搬送ガスまたは反応ガスの添加を伴って、または伴わずに、前記反応器の中に再循環される、項目１２に記載の方法。
（項目２６）
前記反応器は、実質的に、純搬送ガスのみを前記反応器の中にもたらす、フェールセーフ構成を有する、項目１２に記載の方法。
（項目２７）
閾値を上回る圧力に応答して、ガス返還ラインからガスを通気させ、前記反応器システム内に安全動作圧力を維持するステップをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目２８）
前記反応器容器は、電気伝導性外側層とともに形成され、前記反応性格子を通した電流スパイクの伝送のために、前記格子と前記外側導体との間に伝送ラインを形成する、項目１に記載のシステム。
（項目２９）
外側金属管状シェルと、
前記外側金属シェルの内側表面の内周側に配置される、誘電層と、
前記誘電層の内側表面の内周側に配置される、格子材料の層と、
を備える、反応器コア。
（項目３０）
前記管状シェルは、直円柱シェルである、項目２９に記載の反応器コア。
（項目３１）
前記誘電層は、前記外側金属シェルの内側表面上に形成され、
前記格子材料の層は、前記誘電層の内側表面上に形成される、項目２９に記載の反応器コア。
（項目３２）
前記外側金属シェルは、外側ステンレス鋼構成要素および内側銅構成要素を備える、項目２９に記載の反応器コア。
（項目３３）
金属管と、
前記金属管の外側表面上に配置される、誘電層と、
前記誘電層の外側表面上に配置される、格子材料の層と、
を備える、反応器コア。
（項目３４）
反応器コアを加工する方法であって、
２つの金属管間に配置される犠牲マンドレルを備える、基板を提供するステップと、
前記基板上に格子材料の層を形成し、前記マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、
前記格子材料の層を覆う誘電層を形成し、前記マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、
前記誘電層を覆う金属層を形成し、前記マンドレルの端部を越えて延在させるステップと、
前記円筒形構造の内側暴露表面上に配置された格子材料とともに、前記金属管の端部にわたって形成される中空円筒形構造を残すように、前記マンドレルを除去するステップと、
を含む、方法。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、反応器および制御システムの詳細を伴わない、本発明のある実施形態による、２つの再循環経路を有する反応器構成のためのガス流制御を示す、概略図である。

【図2】図２は、図１の反応器内で使用され得る、ガスルータの好ましい実施形態を示す。

【図3】図３は、図１に示される２つの再循環経路の第１のもののみを有する、本発明のある実施形態による反応器構成のためのガス流制御を示す、概略図である。

【図4】図４は、図１に示される２つの再循環経路の第２のもののみを有する、本発明のある実施形態による反応器構成のためのガス流制御を示す、概略図である。

【図5】図５は、図１に示されるシステムのガス供給源およびルータ部分の付加的詳細を示す、概略図である。

【図6】図６は、図１に示されるシステムの反応器の付加的詳細を示す、概略図である。

【図7A】図７Ａは、反応器コア（突出端管を含む）の斜視図であって、格子は、管の内側に面する表面上に配置され、反応ガスは、管を通して流動する。

【図7B】図７Ｂは、図７Ａの反応器コアの側面図であって、端部に隣接する領域を示す。

【図7C】図７Ｃは、図７Ａの反応器コアの端面図である。

【図7D】図７Ｄは、図７Ａの反応器コアの端管のうちの１つの斜視図である。

【図7E】図７Ｅは、図７Ｂの線７Ｅ−７Ｅを通して得られる反応器コアの断面図である。

【図7F】図７Ｆは、図７Ｅの拡大部分図である。

【図8A】図８Ａは、図７Ａの反応器コアの製造の際に使用される、犠牲アルミニウムマンドレルの斜視図である。

【図8B】図８Ｂは、図７Ｅの断面図に対応するが、マンドレルを定位置に伴う、反応器コアの断面図である。

【図8C】図８Ｃは、図８Ｂの拡大部分図である。

【図9】図９は、反応器コアの断面図であって、格子は、管の外側に面する表面上に配置され、反応ガスは、管の外側を流動する。

【発明を実施するための形態】

【0023】

緒言
本発明の実施形態は、産業上有用な熱を産生する目的のために、遷移金属格子構造中の反応性ガス（例えば、水素；多くの場合、燃料ガスまたは単に燃料と称される）の溶解を制御する。格子構造は、固体または焼結された材料の自己支持形状（例えば、ワイヤ、スラブ、管）であることができる、あるいは支持構造上に堆積された材料であることができる。さらに、格子構造は、着座床、流体化床、または充填床形式における支持または含有構造に依拠する、粉末化または焼結された材料を含むことができる。

【0024】

Ｇｏｄｅｓ＿２００７は、粉末化材料を使用して有用熱を産生する方法を説明しており、本発明の実施形態はさらに、粉末化または焼結された反応格子材料の床を通して流動する反応ガス（例えば、水素：Ｇｏｄｅｓ＿２００７の図６で標識化されるような「反応源２５」）の使用を精緻化する。本発明の実施形態は、反応性ガスを適切な温度および圧力条件で送達し、適切なフォノン刺激と組み合わせて、材料にわたって、またはそれを通して、ガスを流動させるためのヘリウムまたはアルゴン等の選択された不活性搬送ガスを提供する。
システムトポロジ
システム概要

【0025】

図１は、本発明のある実施形態による、反応器１５の周囲に構築された反応器システム１０のためのガス流制御を示す、概略図である。本図は、反応器および制御システムの詳細を示すものではない。反応器１５は、高レベルに示され、反応器容器２５によって囲繞されるコア２０を含む。コア２０は、陰影付きブロックとして図式的に示される格子構造２０Ｌと、入力および出力ポート（または、少なくとも１つのポートを通してコア内のガスの含有量を（動的に）制御するための能力）を伴うガスエンクロージャ２０ＧＥとを含む。反応器容器２５は、コアから反応熱を引き出すように、作業（電力伝達）流体をコアの少なくとも一部に接触させる。

【0026】

例えば、反応器容器は、ボイラであり得、作業流体は、従来のボイラ内で行なわれるように加熱される水であり得る。代替として、コアは、ボイラの蒸気ラインまたはドーム内に設置され、過熱を提供し得る。作業流体はまた、直接熱変換デバイスの形態における電子であり得る。コアガスはまた、熱交換器またはコンバータに送達され、反応面積に戻される、包囲された格子材料からの熱を移送するための作業流体として機能してもよい。

【0027】

反応器システムは、１以上のガスを反応器１５を通して流動させることによって動作される。ガスは、搬送ガス源３０（搬送）と、燃料ガス源３０（燃料）と、随意に、１つ以上のプロセスガス源３０（プロセス）とを含む、ガス源３０によって提供される。反応器へおよびそこからのガスの流動は、搬送ガス入力ポート４０（搬送）と、燃料ガス入力ポート４０（燃料）と、再循環入力ポート４０（再循環）と、ルータ出力ポート４０（出力）と、洗浄ポート４０（洗浄）と、随意に、１つ以上のプロセスガス入力ポート４０（プロセス）とを含む、一式のポート４０を有する、ガスルータ３５によって制御される。燃料ガスはまた、反応ガスと称され得る。

【0028】

システムは、個別のガス源３０からルータ３５の個別のルータポート４０への経路を含み、コア２０へのガスの選択的指向を可能にする。加えて、迂回経路４５は、搬送ガス源３０（搬送）からの搬送ガスが、ルータ３５を通して通過せずに、直接、反応器１５に流動することを可能にする。反応器から流出するガスは、再循環を被る。第１の再循環経路５０は、ガスをルータ３５上の再循環入力ポート４０（再循環）に逆搬送する。第２の再循環経路５５は、ガスをコア２０のガスエンクロージャ上の入力ポートに逆搬送する。本第２の再循環経路は、再循環のために対流を使用するように設計されるシステムにおいて使用するために好適であって、概して、第１の再循環経路５０は、第２の再循環経路５５を通して再循環のために対流を使用するために設計されたシステム内で使用されないであろう。

【0029】

ガス源３０およびガスルータ３５は、以下に論じられるように、フェールセーフまたはフォールバック構成とともに示される、一式の制御弁６０と連動して動作する。制御弁は、搬送ガス制御弁６０（搬送）と、燃料ガス制御弁６０（燃料）と、随意に、１つ以上のプロセスガス制御弁６０（プロセス）とを含む。これらの弁は、ガス源３０（搬送）、３０（燃料）、および３０（プロセス）と、ルータ上の対応するガス入力ポート４０（搬送）、４０（燃料）、および４０（プロセス）との間の個別の経路内に位置する。加えて、迂回制御弁６０（迂回）が、迂回経路４５内に位置する。逆止弁６０（逆止）は、第２の再循環経路５５内に位置し、迂回制御弁６０（迂回）が開放される場合、コアの中への逆流を防止する。

【0030】

ポンプ６５は、反応器１５のために、ルータ３５から流出するガスの流動を制御する。循環のために対流を使用するシステムでは、ポンプ６５を用いて分注することが可能であり得る。加熱器７０は、反応器に流入するガスを決定された最適温度まで加熱するために介在される。加熱器７０は、通常反応器動作の間、使用されてもよいが、以下に説明されるように、また、格子からの酸化物の初期除去の間にも使用される。代替として、加熱器７０は、コアと一体型であってもよい。冷却器７５は、反応器から流出するガスの温度を制御し、任意の下流機器を損傷させるほど高温にならないことを確実にする。さらに、ガスを前述の最適温度を下回って冷却し、加熱器７０に反応器に流入するガスを最適温度にさせる、自由度を提供することが好ましい。また、以下に論じられるように、冷却器は、対流セルに対流再循環を始めさせることと関連して使用されることができる。この目的を達成するために、冷却器は、反応器の上部の下方に位置する。

【0031】

圧力緩和弁８０は、ルータ３５の洗浄ポート４０（洗浄）に位置し、循環のために対流を使用し、かつ第２の再循環経路５５を使用するシステムの場合、圧力緩和弁８５弁は、冷却器７５後に位置し、事実上、システム内に最大圧力を定義する。以下に論じられるように、ルータは、システムの種々のモードをもたらすために使用され、制御弁６０および圧力緩和弁８０および／または８５と協働する。
ガスルータ

【0032】

図２は、図１の反応器内で使用され得、したがって、ルータ３５と称される、ガスルータの好ましい実施形態を示す。ガスルータは、図１に示されるものに対応するポート、すなわち、搬送ガス入力ポート４０（搬送）と、燃料ガス入力ポート４０（燃料）と、再循環入力ポート４０（再循環）と、ルータ出力ポート４０（出力）と、洗浄ポート４０（洗浄）と、１つ以上の随意のプロセスガスポート４０（プロセス）とを有する。ルータは、ここで説明されるように、いくつかの内部導管および内部弁９０を有する。

【0033】

ルータの内部弁は、搬送ガス入力ポート４０（搬送）と出力ポート４０（出力）との間の導管内の搬送ガス弁９０（搬送）と、燃料ガス入力ポート４０（燃料）と出力ポート４０（出力）との間の導管内の燃料ガス弁９０（燃料）と、プロセスガス入力ポート４０（プロセス）と出力ポート４０（出力）との間の１つ以上の導管内の１つ以上の随意のプロセスガス弁９０（プロセス）を含む。制御弁９０はさらに、逆止弁９０（逆止＿１）と、再循環入力ポート４０（再循環）とルータ出力ポート４０（出力）との間の導管内に位置する再循環弁９０（再循環）とを含む。逆止弁９０（逆止＿１）は、再循環入力ポート４０（再循環）およびルータ出力ポート４０（出力）からの流動を可能にするが、逆方向には可能にしないように配向される。逆止弁９０（逆止＿２）は、再循環入力ポート４０（再循環）と洗浄ポート４０（洗浄）との間の導管内に位置する。逆止弁９０（逆止＿２）は、再循環入力ポート４０（再循環）およびルータ洗浄ポート４０（洗浄）からの流動を可能にするが、逆方向には可能にしないように配向される。

【0034】

図１および２は、開放および閉鎖弁のための以下の図面慣例を使用する。電気回路文脈における開放および閉鎖回路／スイッチの意味は、流体弁文脈における開放および閉鎖弁の意味とは反対であるため、混乱が生じ得る。回路の文脈では、短絡回路または閉鎖スイッチは、電流を通過させ、開放回路またはスイッチは、電流を遮断する。弁の文脈では、閉鎖弁は、流体を遮断し、開放弁は、流体を通過させる。図中、閉鎖弁は、開放回路またはスイッチ、すなわち、遮断状態の記号を用いて示される。同様に、開放弁は、短絡回路または閉鎖スイッチ、すなわち、伝送状態の記号を用いて示される。したがって、流体の遮断または通過の記号体系は、用語「開放」および「閉鎖」が、反対の意味を示す場合でも、電流の遮断または通過の記号体系と一致する。弁は、ガス流を可能にするためのＯＮおよびガス流を遮断するためのＯＦＦと称されるであろう。

【0035】

用語「通常開放（ＯＮ）弁」または「通常閉鎖（ＯＦＦ）弁」の使用は、電力の損失または他の異常状態の場合、弁にＯＮ（または、ＯＦＦ）状態をとらせる機構を有する、弁を指す。用語は、弁が、常時、それらの位置にあることを示すわけではない。実際、通常ＯＮ（または、通常ＯＦＦ）弁は、典型的には、いくつかの動作条件設定下では、そのＯＦＦ（または、ＯＮ）状態または中間状態にあるように命令され、典型的には、他の動作条件設定下では、そのＯＮ（または、ＯＦＦ）状態または中間状態にあるように命令されるであろう。すなわち、通常システム動作の間、種々の弁は、時として、開放（ＯＮ）され、時として、閉鎖（ＯＦＦ）されるであろう。

【0036】

図１は、制御弁６０のデフォルト状態、すなわち、システムへの電力が損失されるとき（設計または事故によるものかどうかにかかわらず）、または異常状態が生じるとき、弁がとるであろう個別の状態を示す。図１に示される弁は、フェールセーフデフォルト状態を提供するように構成される。この目的を達成するために、燃料ガス制御弁６０（燃料）およびプロセスガス制御弁６０（プロセス）は、「通常閉鎖」（すなわち、「通常ＯＦＦ」）であるように構成される一方、搬送ガス制御弁６０（搬送）および迂回制御弁６０（迂回）は、「通常開放」（すなわち、「通常ＯＮ」）であるように構成される。

【0037】

同様に、図２に示されるルータの弁は、フェールセーフデフォルト状態を提供するように構成される。この目的を達成するために、燃料ガス制御弁９０（燃料）、プロセスガス制御弁９０（プロセス）、および制御弁９０（再循環）は、「通常閉鎖」（すなわち、「通常ＯＦＦ」）であるように構成される一方、搬送ガス制御弁９０（搬送）は、「通常開放」（すなわち、「通常ＯＮ」）であるように構成される。ガスルータは、したがって、コア２０を通したガスの非再循環のデフォルトを特徴とする。むしろ、搬送ガスは、搬送ガス入力ポート４０（搬送）から、コアを通して、そこからルータ洗浄ポート４０（洗浄）を通して流動する。前述のように、圧力緩和弁８０は、システムが、安全動作圧力を維持する一方、逆止弁９０（逆止＿２）が、反応格子の汚染を防止することを確実にする。

【0038】

以下に詳細に説明されるように、反応器の動作は、搬送ガスを反応器１５の中に流動させ、遊離酸素を格子から除去させるプロセスから開始し、その後、水素またはプロセスガス（例えば、アンモニア）が、混合物に添加され、酸化物を格子から除去する。この後、燃料ガスが、搬送ガスと混合され、反応を開始し、反応器から流出するガスは、反応器の中に再循環される。反応器がエネルギーを発生させるように動作する時間の間、制御システム９５は、随時、燃料および搬送ガスの混合物が補充（燃料含有量を増加させる）または希釈（燃料含有量を減少させる）される必要があるかを判定するであろう。これらの動作をサポートするために、ルータ３５内のルータ弁９０（…）は、ルータのポート４０（…）間にある接続をもたらすように制御されるであろう。

【0039】

以下の表は、ガスルータ状態を記載する。

【表1-1】

【表1-2】

【0040】

前述のように、図１は、圧力緩和弁８０および８５を示し、圧力緩和弁８５は、第２の再循環経路５５に沿った再循環のために対流を使用するシステム内で使用することが意図される。便宜上、選択的に、再循環経路５０および５５の一方または他方を使用するように構成され得る、システムを提供し得るが、また、一方または他方（但し、両方ではない）をシステムに提供することも検討される。図３および４は、そのようなシステムを示す。

【0041】

図３は、再循環経路５０のみを有する（図１に示される再循環経路５５は、存在しない）、反応器構成のためのガス流制御を示す、概略図である。本構成では、１つのみの圧力緩和弁を使用することが可能であるが、両方が提供されるべきではないという基本理由は、存在しない。これは、一方または他方（または、両方）が使用され得ることを示す凡例とともに、圧力緩和弁８０および８５の周囲の破線ボックスによって、図中に示される。圧力緩和弁８０が、排除される場合、ルータ洗浄ポート４０（洗浄）または逆止弁９０（逆止＿２）を含有する内部ルータ経路の必要性はないであろう。

【0042】

図４は、対流再循環モードにおける動作のために設計される、反応器構成のためのガス流制御を示す、概略図である。本構成は、再循環経路５５のみを含み（図１に示される再循環経路５０は、存在しない）、圧力緩和弁８５（図１に示される圧力緩和弁８０は、存在しない）のみを含む。再循環経路５０の不在を前提として、ルータ３５は、再循環入力ポート４０（再循環）または洗浄ポート４０（洗浄）のいずれも必要としない。さらに、逆止弁９０（逆止＿１）、再循環弁９０（再循環）、および逆止弁９０（逆止＿２）を含有する内部ルータ経路も必要としない。

【0043】

ポンプ６５は、破線によって囲繞されて描かれ、概して、通常動作の間、要求されないことを示す。ガス源およびその関連付けられたインライン要素によって提供される圧力に依拠するのではなく、ポンプを提供することが好ましい、いくつかの状況が存在し得る。そのような状況として、例えば、システムを搬送ガスで高速パージすること、または酸素をコアから除去することが挙げられ得る（以下に詳細に説明されるように）。

【0044】

前述のように、図４の構成は、対流再循環モードにおいて動作するために設計される。これは、上部から底部への経路を提供し、そのループ内において、ガスから熱を抽出することによって遂行される。ガスの冷却は、重力のため、ガスを落下させ得る、ガスの密度の増加を生じさせる。同時に、ガスエンクロージャ２０ＧＥ内のガスは、加熱され、密度を減少させ、システム内で上昇させ、対流セルにシステム内でガスを循環させる。本構成の場合、反応チャンバは、垂直であるべきである。付加的ガスをシステムの中に押勢することは、圧力緩和弁８５に反応器内に存在するガスを解放させ、システム内の搬送ガスまたはプロセスガスに対する燃料の濃度の変化をもたらすであろう。

【0045】

図５は、図１に示されるシステムのガス供給源およびルータ部分の付加的詳細を示す、概略図である。図１に示される要素に加え、図は、図１に示されない要素を示し、制御システム９５を示す。制御システム９５は、矢印によって示され、その一端は、制御システムに接続され、その他端は、他の要素への接続を示す、黒色ドットを有する。図はまた、制御システム９５への種々の要素の接続を示す（接続は、種々の要素に接続される一端と、制御システムへの接続を示す黒色ドットを有する他端とを有する、矢印として示される）。搬送ガス源３０（搬送）、燃料ガス源３０（燃料）、および随意の１つ以上のプロセスガス源３０（プロセス）からルータ３５への導管は、個別のガス圧力調整器１００を具備する。加えて、別個の調整器が、搬送ガス源３０（搬送）から迂回経路４５への経路内に提供される。

【0046】

搬送ガス源３０（搬送）、燃料ガス源３０（燃料）、および随意の１つ以上のプロセスガス源３０（プロセス）からルータ３５への導管は、個別のガス源からのガスの流動を監視および制御するための個別の質量流量コントローラ１０５を具備する。典型的には、質量流量コントローラを迂回経路４５内に提供する必要性はない。弁９０のいずれかは、その閉鎖またはＯＦＦ位置に制御され、その関連付けられたガス供給源をシャットダウンする、例えば、保守動作がその関連付けられた質量流量コントローラ上で行なわれることを可能にすることができる。質量流量コントローラをポンプ６５と加熱器７０との間に提供することが望ましくあり得る。
反応器

【0047】

図６は、図１に示されるシステムのための反応器１５およびその接続される要素の付加的詳細を示す、概略図である。特に、フォノン発生器１１０は、反応を開始するため、および可能性として、付加的フォノンを格子に提供し、格子のフォノン含有量が、フォノン発生器１１０からの付加的フォノンを要求せずに、反応を実行するために十分である温度を下回って反応を制御するために、フォノンを提供し、格子構造２０Ｌを刺激する。

【0048】

フォノン発生器は、熱（例えば、抵抗加熱器を使用して）、超音波（例えば、連続または断続フォノンの音波源を使用して）、電磁（例えば、低から高周波数の範囲）、または電気刺激（例えば、Ｇｏｄｅｓ＿２００７における量子パルスと称される短パルス）の刺激の形態のうちの１つ以上を使用して、格子のフォノン刺激を提供することができる。フィードバックは、Ｇｏｄｅｓ＿２００７に説明される電子および中性子捕捉機構によって生じるガスの熱の増加によって判定される。

【0049】

反応器１５は、さらに詳細に示される。ガスエンクロージャ２０ＧＥは、システムが、格子構造２０Ｌを通して電流を通過させることを要求する場合、石英、アルミナ、または他の好適な誘電材料から作製されることができる。加えて、ガスエンクロージャは、反応性格子を通した電流スパイクの伝送のために、電気伝導性外側層とともに形成され、格子と本外側導体との間に伝送ラインを形成することができる。

【0050】

温度センサ１１５ａおよび１１５ｂは、コア２０およびコアから流出するガスの温度測定値を提供する。温度センサ１１５ａは、格子構造２０Ｌの温度を測定するように示されるが、代替として、または加えて、格子を囲繞するガスの温度またはガスエンクロージャ２０ＧＥの外側表面温度を測定し得る。付加的温度センサ１２０は、反応器の上流に位置し、加熱器７０から流出するガスの温度を最適温度に維持する。酸素センサ１２５は、主に、以下に論じられる起動位相の間、十分な酸化物除去が生じるとき、それを判定するために、再循環経路５０内に位置する。

【0051】

図６はまた、反応器容器２５および冷却器７５に熱的に結合され、過熱を防止するためであるが、より具体的には、実践的商業使用のための熱を提供するためのプロセス熱除去構成要素１３０を示す。プロセス熱除去構成要素は、任意の市販の熱交換器、直接熱変換ユニット、または凝縮ユニットを含むことができる。具体的反応器実装−内向きに面する格子

【0052】

図７Ａは、前述のように、伝送ラインを組み込む、反応器コア２０の一実装の斜視図である。コアは、コアの対向端部から突出する、端管１３５ａおよび１３５ｂを有する。端管は、入力および出力ガス導管ならびに構造支持および密閉を提供し、さらに、同軸伝送ラインの中心電極として作用する。コアおよび端管は、好ましくは、円筒形管状構成を有する。本図に暴露されるコアの部分は、ガスエンクロージャ２０ＧＥの外側表面であって、端管のものより大きい外径を有する。以下に論じられるように、コアは、実際には、円筒形基板の外側表面上に堆積される一連の層として内から外に形成され、格子構造２０Ｌは、管状ガスエンクロージャの内側表面上の円筒形シェルとして形成される。説明は、円形管の観点におけるものであるが、他の断面も、可能性として考えられる。

【0053】

図７Ｂは、図７Ａの反応器コアの側面図であって、反応器の端部に隣接する領域を示す。長さの大部分を構成する、コアの中心部分は、端部がより高い拡大率で提示され得るように、破損として示される。図７Ｃは、図７Ａの反応器コアの端面図である一方、図７Ｄは、図７Ａの反応器コアの端管１３５ｂの斜視図である。図７Ｅは、図７Ｂの線７Ｅ−７Ｅを通して得られた反応器コアの断面図である一方、図７Ｆは、図７Ｅの拡大部分図である。

【0054】

外側から内側に、コアは、３つの同軸層、すなわち、外側金属層１４０、誘電層１４５（その一部が、図７Ａに暴露される）、および格子構造２０Ｌに対応する、金属格子材料（本実施例では、ニッケル）の内側層１５０を備える。端管は、その対面端部において斜角をつけられ、より狭い管ボアとより広いコアボア（端管の外径によって画定される）との間に円錐台状（テーパ状）遷移を提供する。誘電層１４５によって離間される、格子材料の内側層１５０および外側金属層１４０は、同軸伝送ラインの電極を画定する。

【0055】

図８Ａは、図７Ａの反応器コアの製造の間に使用される、犠牲マンドレル１５５の斜視図である。図８Ｂは、図７Ｅの断面図に対応するが、マンドレルを定位置に伴う、反応器コアの断面図である一方、図８Ｃは、図８Ｂの拡大部分図である。本実装では、マンドレル１５５は、アルミニウムであるが、任意の他の所望の選択的にエッチング可能な材料から作製され得る。図から分かるように、マンドレルは、円錐台状端部を有する。

【0056】

最初に、製造の際、マンドレル１５５によって分離される対の離間された管１３５を備える、複合基板構造が、提供される。管１３５の端部は、前述のように斜角をつけられ、マンドレルの端部は、管の斜角をつけられた端部内に入れ子になるように斜角をつけられる。換言すると、マンドレルの端部は、凸面であって、管端部は、凹面である。端管１３５の外径は、マンドレル１５５の外径に合致される。これらの要素のボア直径もまた端管およびマンドレルが、単に、端管およびマンドレル内に摺動嵌合するために定寸された外径を有するロッド上にそれらをともに摺動することによって整合され得るように合致される。

【0057】

次に、格子材料（例えば、ニッケル）の層が、めっきまたはプラズマスプレー等の任意の所望のプロセスによって、基板の上に堆積される。端管は、端管の外側表面と格子材料との間のインピーダンスを低減させるために銅でめっきされていてもよく、または銅は、基板が組み立てられた後に堆積されることもできる。マンドレルの外側表面は、格子材料の表面積を増加させるために、粗面化されることができる。

【0058】

次いで、誘電材料（例えば、セラミック）の層が、プラズマスプレー等の任意の所望のプロセスによって堆積される。これは、層にうわぐすりが塗布される、またはレーザ焼結されてもよい。これは、前述の誘電層１４５を画定するであろう。次いで、金属の層（例えば、ステンレス鋼によって被覆された銅）が、プラズマスプレー等の任意の所望のプロセスによって堆積され、前述の外側金属層１４０を形成する。本外側金属層は、ガスエンクロージャ２０ＧＥの構造外壁を提供するため、他の層より有意に厚い。外側金属層は、多層構造であってもよく、例えば、インピーダンスを低減させるための最初銅の層の後に、より厚いステンレス鋼層が続く。誘電層の一部は、外側金属層を越えて延在し、銅層は、好ましくは、ステンレス鋼下から延在するが、誘電層の端部まで延在しない。

【0059】

犠牲マンドレルは、次いで、マンドレル材料の選択的エッチングと一貫したエッチングプロセスによって除去される。コアの層を形成するためのプロセスステップの前述の説明は、層の接着を向上させ、動作の間の剥離を防止するための研磨または他の処理等、付加的介在ステップが存在することも想定する。具体的寸法は、本発明を実践するために重要ではないが、いくつかの代表的寸法が、ある程度の全体的背景を提供するために与えられる。例えば、コア長（端管を含む）は、約２４〜３０インチであることができ、端管およびマンドレルの外径は、約１／４〜１／２インチであることができる。コアを形成する層の組み合わせられた厚さは、約１／１６〜１／４インチであることができる。

【0060】

したがって、コアの外径が３／８インチおよび端管直径が１／４インチである実施例の場合、層厚さおよび材料は、以下の表に記載の通りとなり得る。

【表2】

これらの寸法は、単に、代表的なものである。前述のように、誘電層の上にあって、ステンレス鋼の下にある、外側金属層の銅構成要素は、好ましくは、ステンレス鋼を越えて延在し、良好な電気接触が、ステンレス鋼の下にある銅と行なわれ、外側電極を構成することを可能にする。

【0061】

電気接続は、出力コネクタをパルス発生器から端管の一方の暴露部分および外側金属層（暴露誘電層の一部を覆う銅）にクランプすることによって行なわれる。伝送ラインは、終端要素をその端部の対応する金属表面にクランプすることによって、他端で終端される。現在、３オームコアが、使用されている。Ｑパルス発生器は、広範囲の電圧および周波数にわたって動作されることができる。例えば、周波数１Ｈｚ〜１００ｋＨｚおよび電圧１ボルト〜６００ボルトが、検討される。
具体的反応器実装−外向きに面する格子

【0062】

図９は、格子が、ステンレス鋼管１６０の外側に面する表面上に配置され、反応ガスが
、管の外側を流動する、反応器コアの断面図である。ここでは、層は、犠牲マンドレルを
使用せずに、逆の順序で形成され、格子は、管類の外側に形成される。最初に、銅層１６
５が、管の全長にわたって堆積される。次いで、１４５’として示される誘電層が、銅層
の端部を暴露させて残して堆積される。次いで、１５０’として示されるニッケル層が、
暴露される誘電層の一部を暴露させて残して堆積される。

【0063】

本アセンブリ全体は、次いで、容器の内側に設置され、燃料混合物は、外側にわたって流動するであろう。これらのタイプのアセンブリの目的は、反応性格子／コアを通したＱパルス信号のクリーンな伝送／伝搬を提供することである。これは、Ｑパルスエネルギーの一部を反射させ、Ｑパルスの有効性を低減させるであろう、システム内の遷移を最小限にする。

【0064】

さらに別の実施形態では、システムは、外側の伝導性層と、内側の粉末としての格子材料とを有し、Ｑパルスのための伝送ラインを形成する、誘電容器とともに構築され得る。これは、着座、流体化、または充填床タイプデバイスとして、あるいはさらに動作の間の３つの状態間のスイッチとして動作され得る。外側クラッディングは、Ｑパルスが、圧電タイプ材料、レーザによって、またはさらに熱源を使用して、開始される変形として供給される場合、省略され得る。
動作および制御
プロセス概要

【0065】

前述のシステム構成要素は、調節可能ガス混合物の温度、圧力、および流動を使用する、制御の方法を提供する。機能動作モードのために、搬送ガス中の水素の割合と、水素および搬送ガスの温度ならびに圧力とが、システムを起動するため、実行モードに制御するため、およびシステムを通常通りまたは迅速にオフにするために変更される。いくつかの動作モードは、高温および／または圧力によって特徴付けられる。本システムは、自律的自己調整式であるように装備される。

【0066】

したがって、前述のように、反応器の通常動作は、典型的には、搬送ガスを反応器１５の中に流動させ、遊離酸素を格子から除去するプロセス、次いで、酸化物を格子から除去するプロセスによって進められる。本プロセスの間、制御弁６０（…）およびルータ３５内のルータ弁９０（…）は、搬送ガスのみコアのガスエンクロージャ２０ＧＥの中に流動させ、ルータ弁９０（再循環）をＯＦＦに保つことによって、ガスエンクロージャ２０ＧＥから流出するガスをルータの洗浄ポート４０（洗浄）に指向するように制御される。その後、制御弁６０（燃料）および９０（燃料）は、開放され（ＯＮにされ）、燃料（水素）が、反応器に流入する搬送ガスと混合することを可能にし、ルータ弁９０（再循環）が、開放され、ガス混合物が、コアのガスエンクロージャ２０ＧＥを通して再循環されることを可能にする。

【0067】

温度センサ１１５ａ、１１５ｂ、および１２０は、搬送／燃料が補充（燃料含有量が増加される）または希釈（燃料含有量が減少される）されるべきかどうか判定するのを支援するために使用され、制御弁６０（搬送、燃料）および９０（搬送、燃料）は、所望の動作条件を確立するために制御されることができる。
酸素除去

【0068】

前述の概要は、幾分、簡略化されているが、事実上、正確である。本システムは、酸化物をシステムから駆動させるための高温において、加熱された搬送ガスを格子２０Ｌを伴うガスエンクロージャ２０ＧＥを通して流動させることによって始動される。例えば、ニッケル格子の場合、温度約６２５Ｃは、搬送ガスだけを使用して、酸化物の破壊を開始させるために十分となるであろう。酸化物の除去は、２ステッププロセスにおいて、より低い温度で遂行されることができる。第１のステップは、遊離酸素ガスが除去されるまで、コアを搬送ガスで洗浄することであって、第２のステップは、酸化物を化学的に還元し、したがって、それらをシステムからパージするように、ガス中に存在する一部の水素で脱酸化動作を実行することである（燃料ガスまたはアンモニア等の水素含有プロセスガスのいずれかを添加する）。

【0069】

図３の実装の場合、これは、ルータ弁９０（再循環）をＯＦＦにして実施される。本酸素除去位相は、圧力緩和弁８０または８５の設定点を超える圧力で実施される（いずれが存在するかに応じて）。換言すると、プロセスは、水素および酸素の爆発比率を防止するために、不活性搬送ガスで開始される。水素またはプロセスガスは、システムから酸素の除去を完了するためだけに使用される。燃料ガスの導入もまた、システムの起動につながる。

【0070】

圧力緩和点は、動的に制御可能であることができ、システムが、通常エネルギー発生条件の間より低い温度で動作し得る、本パージ段階の間、緩和点をより低く設定することが望ましくあり得る。例えば、これは、システムが、２ステップ酸素除去プロセスを使用して、より低い温度で動作する場合に当てはまり得る。特に、２つの手動で設定可能な圧力緩和弁および１つの制御可能調整弁のコストが、単一の動的に制御可能な圧力緩和弁のコストより低い場合、２つの手動で設定可能な圧力緩和弁セットを異なるレベルに保ち、制御可能閉止弁をより低い圧力のために設定されるものの正面に置くことが望ましくあり得る。

【0071】

逆止弁６０（逆止）は、制御弁と置換され得るが、制御弁を逆止弁６０（逆止）に隣接して置き、対流モードで動作するためにその弁をＯＮにし、システムをポンプモードで使用するためにＯＦＦにすることが望ましくあり得る。
システム起動および通常動作

【0072】

本システムは、格子材料が水素を吸収し、中性子および熱を発生させ始め得る点まで、加熱器７０を使用して、ガスを加熱する、および／または直接、フォノン発生器１１０を使用して、格子２０Ｌを加熱することによって始動される。次に、電気、磁気、圧力、またはフォノン発生信号の組み合わせが、電子捕捉を助長する振幅および周波数範囲において、Ｇｏｄｅｓ＿２００７に説明されるように、システムに供給されてもよい。加熱器７０は、反応器の外側に示され、流入ガスを加熱するために使用されているが、加熱器７０は、反応器の内側に移動され、コアを直接加熱することができる、または付加的加熱器が、反応器の内側に提供されることができる。フォノン発生器１１０の実装に応じて、直接加熱機能性を提供することができる。
システム制御

【0073】

通常動作の間、本システムは、質量流量コントローラ１０５、ポンプ９０、加熱器７０、およびフォノン発生器１１０を制御するための温度センサ１１５ａ、１１５ｂ、および１２０からの制御フィードバックを使用して、電力入力が最小限にされ、電力出力が最大限にされる、定常状態モードで動作する。付加的温度センサを有することも望ましくあり得る。

【0074】

ガス圧力調整器１００および圧力緩和弁８５は、コア２０が極限条件下で動作している場合、動作点を動的に調節するために、システム制御下にあることができる。実施例は、コアが、電気の発生のために、ボイラ内に位置し、実質的に、より高い圧力で動作し得る場合である。これは、システムが、反応格子と熱伝達媒体または最終用途との間のより低い温度差を可能にすることによって、最小熱仕事関数を維持することを可能にする。用語「仕事関数」は、システムからある単位のエネルギーを移動させるために、コア２０の内側と反応器容器２５との間に要求される温度差を指す。

【0075】

反応器動作条件は、中性子の産生を助長するために、監視および制御される。格子内を移動する水素イオンは、これらの中性子を優先的に捕捉する。最適条件は、結合エネルギーの解放によって、捕捉およびエネルギー発生のための中性子の適正な供給を発生させるために、システムに対して維持される。熱が、温度センサ１１５ａおよび１１５ｂによって検出されるにつれて、本システムは、その器具類によって、所望の出力を発生させるための条件に「照準が合う」ように統制される。

【0076】

これは、以下のうちの１つ以上によって遂行される。
・フォノン発生器１１０の動作パラメータを調節し、その中で水素が溶解される、格子材料を識別する信号を制御する
・例えば、弁６０、ポンプ６５、圧力緩和弁８０および／または８５のうちの１つ以上を制御することによって、コア２０内のガスの圧力および流動を調節する
・ポンプ６５と加熱器７０との間の質量流量コントローラを制御する
・加熱器７０を制御することによって、温度センサ１２０によって感知される、コアに流入するガスの温度を調節する
・個別の質量流量コントローラ１０５を制御することによって、水素（源３０（燃料））と搬送ガス（源３０（搬送））の比率を調節する。

【0077】

水素の質量流量コントローラおよびポンプ６５もまた、格子材料の変性を最小限にするために、システムを通して水素の適正な流動を確実にするように制御される。したがって、搬送ガスを使用する文脈における前述の感知および制御ならびに水素と搬送ガスの比率の制御は、実践的かつ産業上有用な熱源を作製するために要求される制御を制御する。コアの条件は、検出された熱産生および低仕事関数反応器の完全性を維持するための圧力要件によって、制御システム９５により自律的に調整される。

【0078】

いくつかの動作側面は、以下のように要約されることができる。
不活性搬送ガス中の水素ガスの割合の制御は、中性子形成反応を所望の限界および動作範囲内に保つ（源３０（燃料）、源３０（搬送）、質量流量コントローラ１０５）。
加圧コアに給送するガスの流動を制御する（ガスルータ３５、ポンプ６５）。
システム内の圧力を能動的に制御することは、より経済的に実行可能なコア２０が、ボイラ等の高圧反応器容器２５内に常駐することを可能にする。
これは、反応格子と熱伝達媒体または最終用途との間により低い温度差をもたらすことによって、はるかに低い仕事関数（ある単位のエネルギーをシステムから移動させるために、コア２０の内側と反応器容器２５との間に要求される温度差）と、より高い熱産生品質を伴う、コアを可能にする。
ガスまたは複数のガスが反応格子２０Ｌを含有するガスエンクロージャ２０ＧＥの中に再循環される機構（再循環経路５０およびポンプ６５または再循環経路５５）は、ガスおよび反応格子の保守ならびに交換を最小限にする。
コア内外へのガス流を制御することは、内包格子による中性子捕捉を低減させるために十分な水素の流動を提供し、それによって、変性を介した格子材料の劣化を最小限にする。
参考文献

【0079】

本明細書に参照される以下の文書は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

【表3-1】

【表3-2】

結論

【0080】

結論として、本発明の実施形態は、反応チャンバ内のガス／水素温度、濃度、流率、圧力、およびフォノン条件を統制する入力を制御することによって、反応を制御するための機構および技法を提供することが分かる。反応は、反応を持続させるために利用可能な水素イオンが不十分であるように、フォノン発生器をオフにし、不活性搬送ガス中の水素の濃度をゼロまで低下させ、残りの水素を反応格子面積から流動させることによって、随時、停止されることができる。

【0081】

フォノン制御を伴う、本発明の混合ガス反応器は、制御式電子捕捉反応（ＣＥＣＲ；Ｇｏｄｅｓ＿２００７では量子融合反応として説明される）から、産業上有用な熱を継続的に発生させることができる。選択された格子材料の核および格子水素化物溶液中に溶解された水素イオン間の遷移金属中の効果。所望の効果は、水素化物粒子内およびその周囲の温度、圧力、および水素含有量条件にしたがって変動する、水素装填時点において生じる。反応を実行するための付加的材料を加工することも可能であり得る。

【0082】

本発明の制御システムは、格子材料中に吸収される水素イオンの一部が、格子材料中のイオンの場所に十分なエネルギーが存在するとき、電子捕捉によって中性子に変えられる、量子変性反応を助長する可変条件を提供することによって、格子材料からの熱の産生を最大限にする。周囲エネルギーおよび／またはフォノン発生器１１０は、正しい振幅および周波数の波を発生させ、格子内に閉じ込められた水素による電子捕捉を助長するために印加される熱圧力、電子、または磁気（ＥＭ）入力によって供給されるフォノンの形態において、その主要機能としてエネルギーを格子に転送するステップを有する。

【0083】

いくつかの既存の先行技術システムと比較して、本発明の実施形態によるシステムは、より制御可能であって、保守をほとんど要求せず、有意により高い温度、圧力で、かつより長い時間周期の間、動作可能であることができる。実施形態はまた、真空を必要とせずに、酸化物を除去し、格子システムを活性化するための技法を提供する。大気圧を下回る動作は、ある条件下では有用ではない場合があると言うことを意味するわけではないが、しかしながら、減圧の提供は、費用および複雑性を加え、酸素を周囲空気からシステムの中に引き込むリスクがある。

【0084】

前述は、本発明の具体的実施形態の完全な説明であるが、前述の説明は、請求項によって定義される本発明の範囲を限定するものとして見なされるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】