特表 2024-512243 補助反応チャンバを有するプラズマチャンバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-19

(54)【発明の名称】補助反応チャンバを有するプラズマチャンバ

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/08 20060101AFI20240312BHJP

   H05H 1/24 20060101ALN20240312BHJP

【ＦＩ】

B01J19/08 E

H05H1/24

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023549917

(86)(22)【出願日】2022-03-11

(85)【翻訳文提出日】2023-10-16

(86)【国際出願番号】 US2022071115

(87)【国際公開番号】W WO2022192918

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】63/160,300

(32)【優先日】2021-03-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514014827

【氏名又は名称】リカーボン，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】レオナルド， ジョージ スティーブン， ザ サード

(72)【発明者】

【氏名】マクレランド， ステファン アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】レーハゲン， ジョン ジョセフ

(72)【発明者】

【氏名】クー， ジェ モ

【テーマコード（参考）】

2G084

4G075

【Ｆターム（参考）】

2G084AA18

2G084BB31

2G084CC14

2G084CC32

2G084DD44

2G084FF01

2G084FF33

2G084FF38

4G075AA03

4G075BA05

4G075BA06

4G075BA10

4G075CA47

4G075CA51

4G075DA02

4G075DA13

4G075EA05

4G075EB01

4G075EB41

4G075FB01

4G075FB02

4G075FB03

4G075FB04

4G075FB06

(57)【要約】

プラズマ反応システムは、プラズマチャンバおよび補助反応チャンバを含んでもよい。プラズマチャンバは、反応ガスをプラズマチャンバへ導入するためのプラズマチャンバ入口と、反応ガス間の化学反応が生じる内部空間を形成するプラズマチャンバ壁と、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマと、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマに向けてエネルギーを方向付ける導波路と、プラズマチャンバから第１の出口ガスを搬送するためのプラズマチャンバ出口とを含んでもよい。補助反応チャンバは、プラズマチャンバから第１の出口ガスを得るように構成された補助反応チャンバ入口と、出口ガス間の第２の化学反応が生じる補助反応チャンバの内部空間を形成する補助反応チャンバ壁と、補助反応チャンバから第２の出口ガスを搬送するための補助反応チャンバ出口とを含んでもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマチャンバであって、
１つまたは複数の反応ガスをプラズマチャンバへ導入するための１つまたは複数のプラズマチャンバ入口、
プラズマチャンバの内部空間を形成する１つまたは複数のプラズマチャンバ壁であって、反応ガス間の１つまたは複数の第１の化学反応がプラズマチャンバの内部空間内で生じる、１つまたは複数のプラズマチャンバ壁、
プラズマチャンバ内で生成されたプラズマ、
プラズマチャンバ内で生成されたプラズマに向けてエネルギーを方向付ける導波路、および
プラズマチャンバから１つまたは複数の第１の出口ガスを搬送するためのプラズマチャンバ出口
を含むプラズマチャンバと、
補助反応チャンバであって、
プラズマチャンバから第１の出口ガスを得るように構成された補助反応チャンバ入口、
補助反応チャンバの内部空間を形成する１つまたは複数の補助反応チャンバ壁であって、第１の出口ガス間の１つまたは複数の第２の化学反応が補助反応チャンバの内部空間内で生じる、１つまたは複数の補助反応チャンバ壁、および
補助反応チャンバから１つまたは複数の第２の出口ガスを搬送するための補助反応チャンバ出口と
を含む補助反応チャンバと
を含むプラズマ反応システム。

【請求項2】

プラズマチャンバの容積が補助反応チャンバの容積未満である、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項3】

補助反応チャンバは熱源を含まず、補助反応チャンバの内部空間で生じる第２の化学反応のための熱が第１の出口ガスに対応する余熱によって提供される、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項4】

プラズマチャンバ壁が第１の材料で構成され、
補助反応チャンバ壁が第２の材料で構成されている、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項5】

第１の材料、または第２の材料、または第１の材料と第２の材料との両方は、熱膨張係数または熱抵抗のうちの少なくとも一方に、少なくとも部分的に基づいて選択される、請求項４に記載のプラズマ反応システム。

【請求項6】

第１の材料が、石英、窒化ホウ素、アルミニウム、セラミック、炭化ケイ素、タングステン、およびモリブデンのうちの少なくとも１つを含み、
第２の材料が、炭素鋼、ニッケル合金、航空宇宙グレードのアルミニウム、チタン、セラミック、石英、タングステン、およびモリブデンのうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のプラズマ反応システム。

【請求項7】

補助反応チャンバが、１つまたは複数の補足的なチャンバ入口をさらに含み、補足的なチャンバ入口の各々が、プラズマチャンバ入口に含まれる反応ガスのうちの１つまたは複数と排ガスのうちの少なくとも１つを補助反応チャンバへ導入するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項8】

補助反応チャンバに直列に接続された第２の補助反応チャンバをさらに含み、第２の補助反応チャンバは、補助反応チャンバから第２の出口ガスを得て、１つまたは複数の第３の出口ガスを出力するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項9】

補助反応チャンバと並列にプラズマチャンバに接続された第２の補助反応チャンバをさらに含み、それにより、プラズマチャンバからの第１の出口ガスが、補助反応チャンバに向けて方向付けられた第１の平行な入口ストリームと第２の補助反応チャンバに向けて方向付けられた第２の平行な入口ストリームとに分割される、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項10】

第１の平行な入口ストリームは、第２の平行な入口ストリームよりも大きい流量を含む、請求項９に記載のプラズマ反応システム。

【請求項11】

補助反応チャンバからの第２の出口ガスは、第２の出口ガスの処理のために、１つまたは複数の補助反応器ユニットに向けて方向付けられた、請求項１に記載のプラズマ反応システム。

【請求項12】

プラズマチャンバによって出力される１つまたは複数のガスを得るように構成されている補助反応チャンバ入口と、
１つまたは複数の補足的なチャンバ入口であって、補足的なチャンバ入口のそれぞれが、プラズマチャンバに投入される１つまたは複数の反応ガスと排ガスとのうちの少なくとも１つを補助反応チャンバへ導入するように構成されている、１つまたは複数の補足的なチャンバ入口と、
補助反応チャンバの内部空間を形成する１つまたは複数の補助反応チャンバ壁であって、プラズマチャンバと補足的なチャンバ入口とから得られるガス間の１つまたは複数の化学反応が補助反応チャンバの内部空間内で生じる、１つまたは複数の補助反応チャンバ壁と、
補助反応チャンバから１つまたは複数の出口ガスを搬送するための補助反応チャンバ出口と
を含む、補助反応チャンバ。

【請求項13】

補助反応チャンバに直列に接続された第２の補助反応チャンバをさらに含み、第２の補助反応チャンバは、補助反応チャンバから出口ガスを得て、１つまたは複数の第２の出口ガスを出力するように構成されている、請求項１２に記載の補助反応チャンバ。

【請求項14】

補助反応チャンバと並列にプラズマチャンバに接続された第２の補助反応チャンバをさらに含み、それにより、プラズマチャンバからの出口ガスが補助反応チャンバに向けて方向付けられた第１の平行な入口ストリームと第２の補助反応チャンバに向けて方向付けられた第２の平行な入口ストリームとに分割される、請求項１２に記載の補助反応チャンバ。

【請求項15】

補助反応チャンバが熱源を含まず、補助反応チャンバの内部空間で生じる化学反応のための熱がプラズマチャンバによって出力されたガスに対応する余熱によって提供される、請求項１２に記載の補助反応チャンバ。

【請求項16】

補助反応チャンバによって、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマからの熱を使って１つまたは複数の反応ガス間の第１の化学反応に影響を与えるように構成されたプラズマチャンバによって出力された１つまたは複数のガスを得ることと、
プラズマチャンバ内で生成されたプラズマからの余熱を使ってプラズマチャンバによって出力されたガス間の第２の化学反応に影響を与えることと、
第２の化学反応によって生じた１つまたは複数の生成ガスを出力することと
を含む方法。

【請求項17】

第１の化学反応または第２の化学反応が、天然ガス改質反応、炭化水素生成反応、部分酸化反応、および燃焼反応のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

第２の化学反応によって生じた生成ガスが、生成ガスを処理するために、１つまたは複数の補助反応器ユニットに向けて方向付けられる、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

補助反応チャンバによって、プラズマチャンバによって出力されたガスを得ることが、ガスを１つまたは複数の残留ガスと混合し、プラズマチャンバによって出力されたガスと残留ガスとの混合物を得ることを含み、残留ガスは、プラズマチャンバからの未反応の反応ガス、排ガス、または酸化剤ガスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

補助反応チャンバに接続された第２の補助反応チャンバによって、第２の化学反応によって生じた生成ガスを得ることと、
補助反応チャンバからの余熱およびプラズマチャンバで生成されたプラズマを使って生成ガス間の第３の化学反応に影響を与えることと、
第３の化学反応によって生じた１つまたは複数の第２の生成ガスを出力することと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年３月１２日に出願された米国特許出願第６３／１６０，３００号の優先権を主張するものであり、その開示内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、一般に、プラズマチャンバおよび１つまたは複数の補助反応チャンバを有するプラズマ反応システムに関する。

【背景技術】

【0003】

ガス反応は、ガスの入口および出口の流れのために構成されたガス反応器の反応器チャンバ内で影響を受ける場合がある。ガスの入口の流れは、１つまたは複数のガス反応物を含んでもよく、出口の流れは、入口の流れに含まれるガス反応物に基づいて生成された１つまたは複数のガス生成物を含んでもよい。いくつかの状況では、ガス反応は反応プロセス中に熱を発生する発熱反応であってもよいが、他の状況では、ガス反応は反応プロセスを駆動するために熱の投入を使用する吸熱反応であってもよい。そのため、ガス反応が生じる反応器チャンバは、ガス反応器の動作中に高温に達する場合がある。

【0004】

本開示で特許請求される主題は、いかなる欠点も解決し、または上述のような環境においてのみ動作する実施形態に限定されない。むしろ、この背景は、本開示で説明されるいくつかの実施形態が実施される１つの例示的な技術分野を例示するためにのみ提供される。

【発明の概要】

【0005】

ガスを処理または改質するために使用されるプラズマシステムは、少なくとも１つの導波路と、１つまたは複数のガス入口および出口と、典型的には円筒状で、電磁波に対しては透過性であり、ガスに対しては不透過性である少なくとも１つのプラズマチャンバとを含んでもよい。ガスはプラズマチャンバ内へ注入されてもよく、そこでエネルギー源と相互作用してプラズマを形成する。プラズマチャンバにおいて処理できるガスの量は、エネルギー源の動力によって決めてもよい。具体的には、臨界値を超える高い流量により、プラズマチャンバにおけるプラズマは消滅する、または最適ではないモードで動作する可能性がある。

【0006】

実施形態の一態様によれば、プラズマ反応システムは、プラズマチャンバおよび補助反応チャンバを含んでもよい。プラズマチャンバは、反応ガスをプラズマチャンバへ導入するためのプラズマチャンバ入口と、反応ガス間の化学反応が生じる内部空間を形成するプラズマチャンバ壁と、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマと、プラズマチャンバ内で生成されたプラズマに向けてエネルギーを方向付ける導波路と、プラズマチャンバから第１の出口ガスを搬送するためのプラズマチャンバ出口とを含んでもよい。補助反応チャンバは、プラズマチャンバから第１の出口ガスを得るように構成された補助反応チャンバ入口と、出口ガス間の第２の化学反応が生じる補助反応チャンバの内部空間を形成する補助反応チャンバ壁と、補助反応チャンバから第２の出口ガスを搬送するための補助反応チャンバ出口とを含んでもよい。

【0007】

実施形態の目的および利点は、少なくとも、特許請求において特に指摘された要素、特徴、および組み合わせによって実現且つ達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が説明であり、特許請求されるように本発明を制限するものではないことを理解されたい。

【0008】

例示的な実施形態は、添付の図面によって追加の特異性で且つ詳細に記載および説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の少なくとも１つの実施形態によるプラズマチャンバおよび補助反応チャンバを含むプラズマ反応システムの例示的実施形態の図である。

【図2】本開示の少なくとも１つの実施形態による直列に接続された２つの補助反応チャンバを含むプラズマ反応システムの例示的実施形態の図である。

【図3】本開示の少なくとも１つの実施形態による１つまたは複数の補助反応チャンバが並列に接続された４つの補助反応チャンバを含むプラズマ反応システムの例示的実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示によるプラズマ反応システムは、プラズマ反応システムに含まれるプラズマチャンバの後に未反応ガスを注入することによって、ガスの処理または改質（すなわち、ガスに含まれる炭化水素の分子構造の再配列）を可能にすることができる。プラズマチャンバの後に注入された未反応ガスは、プラズマチャンバからの処理されたストリームに含まれる「廃物」の残留エネルギーと反応する場合がある。これは、追加のガスストリームをプラズマチャンバ後のストリームへ導入し、２つのガスストリーム間の混合を実施するように設計された１つまたは複数の入口で達成される。プラズマチャンバ後のストリームの改質が発熱性である場合、混合ストリームの温度は改質が生じるのに十分高くてもよい。

【0011】

混合後、補助反応チャンバは、混合ガスストリームで改質が生じるのに十分な滞留時間を提供できる。追加または代替として、補助反応チャンバは、回復させ、または外部冷却されてもよい。ガスストリームは補助反応チャンバを出て、ガスをさらに処理または貯蔵するために配管または管類へ流入する。

【0012】

次に、本発明の例示的実施形態の様々な態様を説明するために図面を参照する。図面は、そのような例示的実施形態の図表による、および概略的な表現であり、本発明を限定するものではなく、必ずしも縮尺通りに描かれないことを理解されたい。

【0013】

図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態によるプラズマチャンバ１２０および補助反応チャンバ１３０を含むプラズマ反応システム１００の例示的実施形態の断面図を示す。プラズマチャンバ１２０は、１つまたは複数のガス１０２が通って流れてプラズマチャンバ１２０に入る第１の入口１１０および第２の入口１１２を含む任意の数の入口を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の入口１１０および第２の入口１１２は、プラズマチャンバ１２０の両側または実質的に両側に配置されてもよく、それにより、第１の入口１１０に対応するガス流および第２の入口１１２に対応するガス流が、プラズマチャンバ１２０内でガス１０２の混合および反応を促進する順方向および逆方向の渦配置をプラズマチャンバ１２０内に生成する。いくつかの実施形態では、第１の入口１１０および／または第２の入口１１２は、第１の入口１１０と第２の入口１１２との間の異なる渦配置でプラズマチャンバ１２０内へのガス１０２の流れを促進するように、プラズマチャンバ１２０の任意の表面または他の部分に沿って配置され、任意の方向に配向されてもよい。例えば、第１の入口１１０は、ガス１０２がプラズマチャンバ１２０の上部から入るようにプラズマチャンバ１２０の上面に配置されてもよく、一方で、第２の入口１１５ａは、図１に例示されるように、ガス１０２がプラズマチャンバ１２０の底部から入るように、プラズマチャンバ１２０の底面に配置されてもよい。別の例として、第１の入口１１０および第２の入口１１２は、両方とも、プラズマチャンバ１２０の側面に沿い、第１の入口１１０および第２の入口１１２は互いに反対にまたは実質的に反対に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、プラズマチャンバ１２０は、第１の入口１１０または第２の入口１１２のうちの１つを含む。

【0014】

複数の入口は、順方向の渦配置（すなわち、第１の入口１１０に対応する）および／または逆方向の渦配置（すなわち、第２の入口１１２に対応する）が複数の入口ポートを含むように、特定の方向に配向されてもよい。図１に例示されるように、例えば、逆方向の渦配置は、第２の入口１１２および／または第２の入口１１２と同じもしくは類似の流れ方向に配向された第３の入口１１４を通って流れるガス１０２によって形成されてもよい。追加または代替として、順方向の渦配置は、第１の入口１１０に隣接する１つまたは複数の入口ポートなどの、第１の入口１１０よりも多くの入口ポートを含んでもよい。これらおよび他の実施形態では、順方向および／または逆方向の渦配置に寄与する複数の入口ポートを介してプラズマチャンバ１２０に入るガス１０２は、同じ方向に移動する単一のガスストリームを形成するために一緒に混合してもよいし、しなくてもよい。図１に例示されるように、第２の入口１１２および第３の入口１１４を通って流れるガス１０２は、それぞれ、ガス流ストリーム１０４および１０６を形成してもよく、ガス流ストリーム１０４、１０６は、プラズマチャンバ１２０の上面によって方向転換された後など、プラズマチャンバ１２０内で混合する離散的ストリームとしてプラズマチャンバ１２０に入る。

【0015】

１つまたは複数のチャンバ壁１２５は、プラズマチャンバ１２０を囲み、プラズマチャンバ１２０へ流入するガス間の化学反応が生じるプラズマチャンバ１２０の内部空間の境界を定めてもよい。いくつかの実施形態では、チャンバ壁１２５は、ガスに対して不透明であり、プラズマチャンバ１２０内で生じる化学反応に対して不活性であり、高い溶融温度を有し、および／または低い熱膨張係数を含んでもよい。例えば、チャンバ壁１２５は、石英、窒化ホウ素、アルミニウム、セラミックス、炭化ケイ素、タングステン、モリブデン、任意の他の耐火性材料、またはそれらの混合物で構成されてもよい。追加または代替として、チャンバ壁１２５は、１つまたは複数の導波路１４０によって導かれるエネルギーを、プラズマチャンバ１２０の内側で、プラズマ１５０に供給できる高周波透過性材料で作られてもよい。そのため、マイクロ波、電気、または他の源からのエネルギーは、プラズマ１５０およびプラズマチャンバ１２０にエネルギーを供給するように、導波路１４０によってチャンバ壁１２５を通して導かれてもよい。

【0016】

これらおよび他の実施形態では、プラズマチャンバ１２０の平均温度は、一般に、約１，０００ケルビン（Ｋ）から約３，５００Ｋの範囲であるが、プラズマ１５０のピーク温度は、約５０，０００Ｋ以上に達してもよい。プラズマチャンバ１２０内の特定の場所（例えば、プラズマチャンバ１２０の中心）での温度は、場合によっては、チャンバ壁１２５および／または導波路１４０の融点を超えてもよい。しかしながら、ガス１０２の順方向渦配置および／または逆方向渦配置は絶縁効果をもたらすので、プラズマチャンバ１２０の特定の場所での温度がそれらの融点を超えているにもかかわらず、チャンバ壁１２５および／または導波路１４０はそれらのそれぞれの融点に達しない場合がある。

【0017】

プラズマチャンバ１２０におけるガス１０２は、天然ガス改質、炭化水素生成、反応物燃焼に関連する化学反応、あるいはプラズマ１５０からの熱が分子結合の破壊および／または特定の化学反応の開始に十分なエネルギーを供給できるプラズマチャンバ１２０によって提供される高温反応環境において促進される任意の他の化学反応に関与する反応ガスを含んでもよい。出口ガスストリーム１６０は、プラズマチャンバ１２０において生じる化学反応によって形成された化学生成物、およびプラズマチャンバ１２０に入ったガス１０２に含まれる未反応の反応物質を含んでもよい。

【0018】

出口ガスストリーム１６０は、１つまたは複数の補助反応チャンバガス流１６２、１６４と混合されて補助反応チャンバ入口流１７０を形成してもよい。いくつかの実施形態では、補助反応チャンバガス流１６２、１６４は、プラズマチャンバ１２０へ注入されるガス１０２と同じまたは類似のガスを含んでもよい。追加または代替として、補助反応チャンバガス流１６２、１６４は、ガス１０２に存在しなかった反応物質および／または補助反応チャンバ１３０における１つまたは複数の化学反応の発生を促進する材料を含んでもよい。例えば、関連する化学プロセスまたは他のプラズマ反応器からの排ガスおよび／または液体は、補助反応チャンバガス流１６２、１６４に含まれて排ガスおよび／または液体の廃棄物対生成物改質比を増加できる。さらに、廃棄物からエネルギーへの改質は、補助反応チャンバガス流１６２、１６４に廃棄物を含めることによって改良できる。

【0019】

別の例として、特定の化学反応を駆動し且つ特定の化学生成物の生成を促進するように、空気、酸素、一酸化窒素などの酸化剤ガスが補助反応チャンバガス流１６２、１６４に含まれてもよい。出口ガスストリーム１６０および様々な他のガスを得る補助反応チャンバ１３０を含むことによって、１つまたは複数の化学反応物質の反応度を増加させて、プラズマ反応システム１００の効率を高めることができる。追加または代替として、プラズマ反応システム１００に補助反応チャンバ１３０を含めることにより、補助反応チャンバ１３０が化学反応物質の変換速度を増加させるので、より小さなプラズマチャンバ１２０を可能にすることができる。これらおよび他の実施形態では、補助反応チャンバガスストリーム１６２、１６４は、プラズマチャンバ１２０を出る出口ガスストリーム１６０の流量の約５０％から約５０００％までの範囲の総流量を含み、化学反応が補助反応チャンバ１３０で起こるようにガスおよび／または液体を供給できる。

【0020】

補助反応チャンバガス流１６２、１６４は、プラズマチャンバ１２０の出口ガスストリーム１６０と混合するように、１つまたは複数の補助反応チャンバ入口１３４、１３６を介して導かれてもよい。いくつかの実施形態では、補助反応チャンバ入口１３４、１３６は、補助反応チャンバガス流１６２、１６４が出口ガスストリーム１６０に対してほぼ垂直になるように、出口ガスストリーム１６０に対して約９０°に配向されてもよい。追加または代替として、補助反応チャンバ入口１３４、１３６は、出口ガスストリーム１６０に対して約９０°（すなわち、垂直）から約１８０°（すなわち、対向流）の範囲の角度でほぼ配向されてもよい。追加または代替として、いくつかの補助反応チャンバ入口および／または各補助反応チャンバ入口の配向は、図１に例示されるように、出口ガスストリーム１６０に対して同じまたは類似の配向を目標とした２つの補助反応チャンバ入口１３４、１３６および２つの補助反応チャンバガス流１６２、１６４と異なってもよい。例えば、出口ガスストリーム１６０に対して１８０°を目標とした単一の補助反応チャンバ入口が使用されてもよい。別の例として、出口ガスストリーム１６０に対して様々な角度を目標とした３つの補助反応チャンバ入口が使用されてもよい。これらおよび他の実施形態では、プラズマチャンバ１２０および／または補助反応チャンバ１３０を通る所望の流量に基づいて、補助反応チャンバ入口のサイズおよび／または数が設定されてもよい。

【0021】

補助反応チャンバ入口流１７０は、補助反応チャンバ入口流１７０に含まれるガスのうちの１つまたは複数をさらに処理するために、補助反応チャンバ１３０に向けて導かれてもよい。いくつかの実施形態では、補助反応チャンバ１３０の１つまたは複数の壁１３２は、高い熱抵抗および／または低い熱膨張係数を有する材料で作られてもよい。例えば、壁１３２は、炭素鋼もしくは他の炭素複合物、ニッケル合金、航空宇宙グレードのアルミニウム、チタン、石英、セラミックス、タングステン、モリブデン、または任意の耐火性材料を含む任意の他の材料で作られてもよい。

【0022】

補助反応チャンバ入口流１７０に含まれるガスは、補助反応チャンバ１３０において反応して、１つまたは複数の化学生成物を生じさせてもよい。補助反応チャンバ１３０における化学反応によって生じた化学生成物は、プラズマチャンバ１２０において生じた化学反応によって生じたものと同じ化学生成物を含んでもよい。追加または代替として、補助反応チャンバ１３０において形成された化学生成物は、プラズマチャンバ１２０に入ったガス１０２に存在しなかった補助反応チャンバガス流１６２、１６４に含まれる材料によって促進される異なる化学反応に基づいて、プラズマチャンバ１２０において形成されない様々な化学物質を含んでもよい。

【0023】

これらおよび他の実施形態では、補助反応チャンバ１３０で生じる化学反応は、プラズマチャンバ１２０から持ち越される熱によって促進できる。そのため、補助反応チャンバ１３０はプラズマを全く含まなくてもよく、プラズマ１５０を加熱するためのエネルギー源は補助反応チャンバ１３０へ向けられなくてもよい。プラズマおよび／または向けられたエネルギー源がないことにより、補助反応チャンバ１３０はプラズマチャンバ１２０よりも低い温度で動作し、補助反応チャンバ１３０は、化学反応の発生を促進するように、プラズマチャンバ１２０よりも大きい容積を含み、および／またはプラズマチャンバ１２０と同じまたは異なる（例えば、より高いまたはより低い）圧力で動作してもよい。追加または代替として、補助反応チャンバ１３０は、補助反応チャンバ１３０がプラズマチャンバ１２０よりも低い温度で動作できるので、プラズマチャンバ１２０の耐熱性未満の耐熱性を有する材料で作られてもよい。例えば、プラズマチャンバ１２０は、航空宇宙グレードのアルミニウムで構成されてもよく、一方、補助反応チャンバ１３０は、モリブデン金属で構成されてもよい。

【0024】

いくつかの実施形態では、補助反応チャンバ１３０で生じる化学反応中に形成された化学生成物、任意の未反応の化学反応物質、および補助反応チャンバ１３０に含まれる任意の他のガスは、出口ガス流１８０において補助反応チャンバ１３０から外へ導かれてもよい。出口ガス流１８０は、プラズマ反応システム１００の補助反応器ユニット、例えば、スクラバー、圧力変動吸着ユニット、アミンユニット、および／または圧縮器へ送られてもよい。

【0025】

追加または代替として、出口ガス流１８０は、生成物、未反応化学物質、および／または出口ガス流１８０に含まれる任意の他のガスのさらなる処理のために、第２段の補助反応チャンバに送られてもよい。

【0026】

図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、第１の補助反応チャンバ２３０および第２の補助反応チャンバ２５０などの２つ以上の補助反応チャンバと直列に接続されたプラズマチャンバ２１０を含むプラズマ反応システム２００の例示的実施形態の図である。いくつかの実施形態では、プラズマチャンバ２１０は、図１に関連して説明したプラズマチャンバ１２０と同じまたは類似であってもよい。そのため、プラズマチャンバ２１０は、各入口流が１つまたは複数のガスおよび特定の渦配置を含む１つまたは複数の入口流を得るように構成されてもよい。追加または代替として、プラズマチャンバ２１０は、マイクロ波源または電気源などのエネルギー源によって加熱されるプラズマを含んでもよい。これらおよび他の実施形態では、第１の補助反応チャンバ２３０は、図１に関連して説明した補助反応チャンバ１３０と同じまたは類似であってもよい。そのため、第１の補助反応チャンバ２３０は、プラズマチャンバ２１０のサイズもしくは容積よりも大きいサイズもしくは容積を有してもよく、および／または、プラズマチャンバ２１０の圧力と同じもしくは異なる圧力で動作してもよい。

【0027】

第２の補助反応チャンバ２５０は、第１の補助反応チャンバ２３０の出口流２３４を１つまたは複数の第１の補助反応チャンバガス流２３６と混合し且つ第２の補助反応チャンバ２５０内へ第２の補助反応入口流２５２として供給することによって、第１の補助反応チャンバ２３０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、第２の補助反応チャンバ２５０は、プラズマチャンバ２１０を加熱するために使用されるプラズマ２１２などの熱源に接続されなくてもよい。そのため、第２の補助反応チャンバ入口流２５２に含まれるガス間で第２補助反応チャンバ２５０に生じる化学反応は、第１の補助反応チャンバ２３０からの熱によって促進されてもよく、第１の補助反応チャンバ２３０の出口流２３４におけるガスと共に第２の補助反応チャンバ２５０によって受けてもよい。

【0028】

これらおよび他の実施形態では、第２の補助反応チャンバ２５０の温度は、第１の補助反応チャンバ２３０の温度未満であってもよい。そのため、第２の補助反応チャンバ２５０は、第１の補助反応チャンバ２３０および／またはプラズマチャンバ２１０に使用される材料よりも低い耐熱性および／または大きい熱膨張係数を含む材料で作られてもよい。追加または代替として、第２の補助反応チャンバ２５０は、第２の補助反応チャンバ２５０において生じる化学反応を促進するように、第１の補助反応チャンバ２３０よりも大きい容積を含み、および／または、同じもしくは異なる圧力で動作してもよい。

【0029】

いくつかの実施形態では、第２の補助反応チャンバ２５０の出口流２５４は、出口流２５４に含まれるガスのさらなる処理のために、スクラバー、圧力変動吸着ユニット、アミンユニット、および／または圧縮器などの、プラズマ反応システム１００の補助反応器ユニットへ送られてもよい。出口流２５４は、直列の第３の補助反応チャンバ、直列の第３および第４の補助反応チャンバなど、１つまたは複数の追加の補助反応チャンバに向けて導かれてもよい。これらおよび他の実施形態では、一連の補助反応チャンバにおける各後続の補助反応チャンバの動作温度は、一連の補助反応チャンバにおいて直前の補助反応チャンバの動作温度未満であってもよい。そのため、各後続の補助反応チャンバは、一連の補助反応チャンバにおいて直前の補助反応チャンバよりも大きいサイズおよび／または大きい容積および／または同じもしくは異なる圧力を有してもよい。

【0030】

いくつかの実施形態では、第２の補助反応チャンバの出口流２５４、第１の補助反応チャンバ２３０の出口流２３４、および／またはプラズマチャンバ２１０の出口流２１４は、互いに並列に構成された１つまたは複数の補助反応チャンバに向けて導かれてもよい。

【0031】

図３は、第１の補助反応チャンバ３３０に接続されたプラズマチャンバ３１０を含むプラズマ反応システム３００の例示的実施形態の図であり、第１の補助反応チャンバ３３０は、本開示の少なくとも１つの実施形態により互いに並列にそれぞれが接続される第２の補助反応チャンバ３５０、第３の補助反応チャンバ３５２、および第４の補助反応チャンバ３５４に接続される。プラズマ反応システム３００は、並列である第２の補助反応チャンバ３５０、第３の補助反応チャンバ３５２、および第４の補助反応チャンバ３５４の前に、直列に第１の補助反応チャンバ３３０を有するものとして例示されているが、プラズマチャンバ３１０の出口流は、単一の連続段において並列である第１の補助反応チャンバ３３０、第２の補助反応チャンバ３５０、第３の補助反応チャンバ３５２、および／または第４の補助反応チャンバ３５４によって最初に得られてもよい。追加または代替として、１つまたは複数の補助反応チャンバが、第１の連続段において互いに並列に構成されてもよく、１つまたは複数の補助反応チャンバが第１の連続段の後の第２の連続段において並列に構成され、それにより各連続段において並列に構成される任意の数の補助反応チャンバを有する任意の数の連続段が企図される。追加または代替として、特定の連続段において並列に構成された各補助反応チャンバは、後続の連続段において１つまたは複数の補助反応チャンバに同時に接続され、同じ後続の連続段において１つまたは複数の他の補助反応チャンバから外されてもよい。これらおよび他の実施形態では、様々な補助反応器ユニットが、プラズマ反応システム３００を要する化学プロセスに含まれる１つまたは複数の補助反応チャンバ間に挿入されてもよい。例えば、非プラズマ熱源は、補助反応チャンバのうちの１つまたは複数に補充的な熱エネルギーを供給するように、２つの連続段の間に挿入されてもよい。別の例として、化学プロセスからの材料の追加および／または除去を促進するように、統合改質器、圧力変動吸着ユニット、空気分離ユニット、および／または任意の他の補助反応器ユニットが実装されてもよい。

【0032】

これらおよび他の実施形態では、並列に構成された補助反応チャンバは、同じまたは類似の組成物で同じまたは類似の流量で流れるガスを受けてもよい。その結果、並列に構成された補助反応チャンバは、同じまたは類似の温度で動作し、同じもしくは類似の容積および／または動作圧力を含むことができる。追加または代替として、特定の連続段において並列に構成された補助反応チャンバのうちの１つまたは複数は、同じ特定の連続段において他の補助反応チャンバによって受けたガスとは異なる流量および／または組成物でガスを受けてもよい。例えば、ガスを特定の連続段の第１の補助反応チャンバに方向付ける第１のパイプは、ガスを特定の連続段の第２の補助反応チャンバに方向付ける第２のパイプよりも大きい直径を含んでもよく、それにより、第１の補助反応チャンバは、第２の補助反応チャンバよりも大きい流量のガスを受ける。

【0033】

本開示、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）において使用される用語は、一般に「オープン用語」として意図される（例えば、用語「含む」は、「含むが、これらに限定されない」と解釈されるべきである）。

【0034】

さらに、導入された請求項の列挙の指定の数が意図される場合、そのような意図は請求項に明示的に列挙され、そのような列挙がない場合、そのような意図は存在しない。例えば、理解の助けとして、以下の添付の特許請求の範囲は、請求項の列挙を導入するための導入句「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」の使用を含んでもよい。しかしながら、そのような語句の使用は、同じ請求項が導入句「１つまたは複数」または「少なくとも１つ」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の列挙の導入が、そのような導入された請求項の列挙を含む任意の特定の請求項を、そのような列挙を１つだけ含む実施形態に限定することを暗示するものと解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の列挙を導入するために使用される定冠詞の使用にも当てはまる。

【0035】

加えて、導入された請求項の列挙の指定数が明示的に列挙される場合でも、当業者は、そのような列挙が、少なくとも列挙された数を意味すると解釈されるべきであることを認識する（例えば、他の修飾語のない「２つの列挙」の冠詞のない列挙は、少なくとも２つの列挙、または２つ以上の列挙を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、Ｃ等のうちの少なくとも１つ」または「Ａ、Ｂ、Ｃ等のうちの１つまたは複数」に類似する慣例が使用される例では、一般に、そのような構成は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢを合わせて、ＡとＣを合わせて、ＢとＣを合わせて、またはＡとＢとＣを合わせてなどを含むことが意図される。

【0036】

さらに、２つ以上の代替用語に先行する任意の選言的な単語または句は、説明、特許請求の範囲、または図面のいずれにおいても、用語のうちの１つ、用語のいずれか、または用語の両方を含む可能性を企図すると理解されるべきである。例えば、「ＡまたはＢ」という語句は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解されるべきである。

【0037】

本開示において列挙される全ての例および条件付き言語は、読者が本開示、および本技術分野を促進するために発明者によって貢献された概念を理解するのを助ける教育的対象に対して意図され、そのような具体的に列挙された例および条件に限定されないものとして解釈されるべきである。本開示の実施形態を詳細に説明したが、様々な変化、置換、および変更は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に対して行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】