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技術 汚染廃液リサイクルによる新クリーンエネルギのオーバーユニティ生産

出願人 ハイフューエルズ・インコーポレイテッド
発明者 マリア・サンティッリ・ルッジェロ
出願日 2001年6月5日 (18年6ヶ月経過) 出願番号 2002-501570
公開日 2004年3月4日 (15年9ヶ月経過) 公開番号 2004-506747
状態 特許登録済
技術分野 プラズマの発生及び取扱い 水、廃水又は下水の加熱処理 物理的、化学的プロセスおよび装置 固体物質からの合成ガス等の製造 ガス燃料 炭化水素油の製造、分解及び精製 工業ガス 肥料 石油精製,液体炭化水素混合物の製造
主要キーワード エネルギ単位 自動アーム 上方パイプ 自動制御ユニット 科学反応 本願技術 中間ガスケット 既存特許
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (1)

課題・解決手段

汚染廃液総合リサイクルするための反応炉(108)は、クリーン燃焼する可燃ガスと、利用可能な熱と、固体沈殿物とを生産する。主な特性は、前記可燃ガスと前記生産された熱とを合わせた合計の入手可能なエネルギが、当該装置を稼動するために必要な電気エネルギよりも大きいことにある。この特性はオーバーユニティと呼ばれ、エネルギ保存の法則に完全に符合しており、液体分子からエネルギを取り出す新しい反応炉の可能性を本質的に確立する。他の実施の形態は、自動車用不凍液及び廃油のオーバーユニティのリサイクル、原油から燃料を精製する新たな方法、海水真水化、あるいは都市下水等の生物学的に汚染された廃液を、クリーンに燃焼する可燃ガスと、潅水に適した養分豊富な水と、肥料として利用可能な固体沈殿物とにリサイクルすることを含む。

概要

背景

概要

汚染廃液総合リサイクルするための反応炉(108)は、クリーン燃焼する可燃ガスと、利用可能な熱と、固体沈殿物とを生産する。主な特性は、前記可燃ガスと前記生産された熱とを合わせた合計の入手可能なエネルギが、当該装置を稼動するために必要な電気エネルギよりも大きいことにある。この特性はオーバーユニティと呼ばれ、エネルギ保存の法則に完全に符合しており、液体分子からエネルギを取り出す新しい反応炉の可能性を本質的に確立する。他の実施の形態は、自動車用不凍液及び廃油のオーバーユニティのリサイクル、原油から燃料を精製する新たな方法、海水真水化、あるいは都市下水等の生物学的に汚染された廃液を、クリーンに燃焼する可燃ガスと、潅水に適した養分豊富な水と、肥料として利用可能な固体沈殿物とにリサイクルすることを含む。

目的

本発明の主な目的は、上述したオーバーユニティの係数を少なくとも5ほどに高めることができる新規の装置を明らかにすることにある

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

液体可燃ガス、熱、固体成分にリサイクルするための装置であって:リサイクルされる液体を入れた密閉金属容器と;前記密閉金属容器内に配置された少なくとも一対の電極間に形成される液面下の電気アークを通過させて前記液体を流す手段とから構成され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生し、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能であり、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿し、前記可燃ガスと発生した熱とを合わせた合計の得られるエネルギが、前記装置を稼動するために使用される電気エネルギよりも大きい装置。

請求項2

石炭を環境的にクリーンな可燃ガスに気化して熱と固体成分とを生産するための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される液体を入れた密閉金属容器と;石炭から作られた少なくとも一対の予め定められた数の電極とから構成され、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能であり、前記可燃ガスと発生した熱とを合わせた合計の得られるエネルギが、前記装置を稼動するために使用される電気エネルギよりも大きい装置。

請求項3

原油から環境的に受容可能な気体燃料を生産するための装置であって、少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される原油を含む液体を入れた密閉金属容器を備え、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能であり、前記可燃ガスと発生した熱とを合わせた合計の得られるエネルギが、前記装置を稼動するために使用される電気エネルギよりも大きい装置。

請求項4

熱を生産するための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される液体を入れた密閉金属容器を備え、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、内燃発電機に動力を供給して前記電気アークを発生させる前記電極への動力を維持するに十分な量の可燃ガスが生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能である装置。

請求項5

環境的にクリーンな可燃ガスを生産するための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される液体を入れた密閉金属容器を備え、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、当該発生した熱が、熱交換器を介してスチーム発電機に動力を供給して電気アークを発生させる前記電極への動力を維持するに十分な量である装置。

請求項6

オーバーユニティ水分解をするための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される水からなる液体を入れた密閉金属容器を備え、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能であり、前記可燃ガスと発生した熱とを合わせた合計の得られるエネルギが、前記装置を稼動するために使用される電気エネルギよりも大きい装置。

請求項7

海水真水化するための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される液面下の電気アークを通過して循環される海水からなる液体を収納した密閉金属容器を備え、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、当該発生した熱が、前記容器から生産される当該熱を使用した外部システム中の蒸発手段により、連続的に海水の真水化を行うために十分な量である装置。

請求項8

動物発生源とする濃密汚水をリサイクルするための装置であって:少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成される電気アークを通過して殺菌されるまで循環される汚水からなる液体を入れた密閉金属容器を備え、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、回収可能に前記液体の表面に泡状に発生して生産され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能である装置。

請求項9

高圧下で液体を可燃ガス、熱、固体成分にリサイクルするための装置であって:リサイクルされる液体を入れた密閉金属容器と;前記密閉金属容器内に配置された少なくとも一対の電極間に形成される液面下の電気アークに前記液体を流す手段と前記密閉金属容器内に配置された前記電気アークを立ち上げ、制御する手段とから構成され、可燃ガスが、前記液体の表面から泡状に発生して回収され、発生した熱が、前記液体に吸収され、熱交換器を介してエネルギとして使用可能であり、固体成分が、回収可能に前記密閉金属容器の底に沈殿し、前記可燃ガスと発生した熱とを合わせた合計の得られるエネルギが、前記装置を稼動するために使用される電気エネルギよりも大きい装置。

請求項10

前記液体が化石原油である、請求項1、2、4、5、9のいずれか一にかかる装置。

請求項11

前記液体が化石油の派生物である、請求項1、2、4、5、9のいずれか一にかかる装置。

請求項12

前記液体が汚染廃液である、請求項1、2、4、5、9のいずれか一にかかる装置。

請求項13

前記液体が水道水井戸水湖水、海水、これらの混合物のいずれかである、請求項1、2、4、5、6、9のいずれか一にかかる装置。

請求項14

前記可燃ガスが水素酸素炭素を含むガス状物質原子とこれらの分子とから構成され、前記ガス状成分とこれらの分子とが少なくとも部分的にクラスタに結合され、前記クラスタが、赤外線サイン欠如していることからマススペクトロスコピを使用して検出可能である、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項15

前記可燃ガスが、一般に前記クラスタ中に結合された約40%の水素、約55%の一酸化炭素、約3%の二酸化炭素、約2%の酸素から構成される、請求項14にかかる装置。

請求項16

前記可燃ガスから生産される燃焼排気が、約60%の水蒸気、約15%の酸素、約15%の固体状の炭素、約5%の二酸化炭素、その他一般の大気ガスから構成される、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項17

前記液体が、水素、酸素、炭素を含む液状物質の原子とこれらの分子とから構成される混合物となり、前記液状物質とこれらの分子が、少なくとも部分的にクラスタに結合され、前記クラスタが、紫外線サインを欠如していることからマス・スペクトロスコピを使用して検出可能である、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項18

前記液体がチューブを通って流れ、前記電気アークが、当該チューブの内側に発生し、位置している、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項19

前記電気アークが、当該電気アークによって形成されるプラズマ概略形状に対応する楕円状の断面領域を有するチューブの内部に収められ、これによって前記液体の流れが、前記電気アークを発生させる電極の先端に隣接するプラズマを通過し、その後、前記電極の先端間のギャップを通過することを確実にする、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項20

前記液体が、前記電極の1つの内部を通って流され、これによって前記液体の流れが前記電気アークを通過し、その後、当該電気アークによって形成されるプラズマを通過することを確実にする、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項21

前記電極が、釣り合いを保つ絶縁ローラによって前記電極に向かって圧力をかける、動力支援を受けた歯付きギアにより、前記電気アークに向けてギア駆動される、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項22

前記電極が、電極の1つを保持して前記電極の近傍に配置される釣り合いを保つ導電性ブッシュによって前記電極に向って圧力をかける、液面下の動力支援を受けた歯付きギアにより、前記電気アークに向けてギア駆動される、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項23

前記装置が、相互結合する電極棒を自動的に補充する手段を更に備え、当該手段が、収納マガジンと、前記補充動作の開始を合図するセンサと、補充される電極棒をマガジンから取り出し、前記金属容器充填されて直前に使用中の電極棒に当該電極棒を相互結合する手段とを含む、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項24

前記電極の少なくとも1つが円筒形状である、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項25

前記電極の少なくとも1つが石炭から形成されている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項26

前記装置が、導電性粉末結合剤とから少なくとも1つの電極を連続的に押し出す手段を更に備えている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項27

前記一対の電極及び前記電気アークが、直列に複数配列されている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項28

前記一対の電極及び前記電気アークが、並列に複数配列されている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項29

前記電極間の電気アークが、モータを備えた自動電子手段によって始動され、制御される、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項30

電流極性が、加圧状態アノード上をスライド移動する液面下の接点を介して伝達され、前記接点が前記電気アークに近接して設けられている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項31

前記装置が、前記電気アークを通過させて前記液体を連続的に循環させる少なくとも1つのポンプを更に備えている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項32

前記装置が、前記液体の上限液面の上方に配置された安定化タンクを含む、前記生産された可燃ガスを利用するための手段を更に備えている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項33

前記装置が、前記装置の操業を停止させることなく固体沈殿物を迅速に回収するための手段を更に備えている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項34

前記液体に吸収された熱を、当該液体を圧送して外部のラジェータを通過させることにより利用する、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項35

前記液体に吸収された熱を、前記液体を圧送して外部又は内部のいずれかの熱交換器を通過させることにより利用する、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項36

前記吸収された熱が、蒸発による海水の真水化に使用される、請求項1、2、4、5、6、9のいずれか一にかかる装置。

請求項37

前記金属容器との間に相互連通した開口部を有する前記金属容器の頂部に配置された安定化タンク内に、前記可燃ガスが送り込まれ、前記可燃ガスに捕捉された液体を安定化させて前記金属容器へ戻ることを許容する、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項38

前記装置が、前記可燃ガスを使用するための放出前に当該可燃ガス内の固体及び液体の微粒子を除去するためのガスフィルタを更に備えている、請求項1から9のいずれか一にかかる装置。

請求項39

生物学的に汚染された廃液を、クリーンに燃焼する可燃ガスと、潅水に適した養分豊富な水と、固体沈殿物とにリサイクルする装置であって、少なくとも一対の電極を内部に配置する、前記電極間に形成された液面下の電気アークを通過して流される生物学的に汚染された廃液を入れた密閉金属容器を備え、固体成分が、回収と前記密閉金属容器からの除去が可能な状態で前記密閉容器の底に沈殿して生産され、可燃ガスが、当該可燃ガスを回収してその後に利用をする手段により回収可能な状態で前記液体の表面に泡状に発生して生産され、水を含む殺菌された養分豊富な液体が、潅水として再利用可能に生産される装置。

請求項40

前記装置が、初めの入口位置に配置されたメッシュフィルタ軟化ポンプとを更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項41

前記装置が、前記液体の流れを予め定められた値にプリセットする、入口に配置された圧力ゲージを含むバルブを更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項42

前記一対の電極及び前記電気アークが、直列に複数配列されている、請求項39にかかる装置。

請求項43

前記一対の電極及び前記電気アークが、並列に複数配列されている、請求項39にかかる装置。

請求項44

前記廃液が前記電気アークを内部に収納するチューブ内を通過して流れ、これによって前記廃液の流れが前記電気アークを発生させる電極の先端に近接するプラズマを通過し、その後、前記電気アークを発生させる前記電極の先端の間のギャップを通過することを確実にする、請求項39にかかる装置。

請求項45

前記廃液が前記電極の1つの内部を通って流され、これによって前記廃液の流れが前記電気アークを通過し、その後、当該電気アークによって形成されるプラズマを通過することを確実にする、請求項39にかかる装置。

請求項46

前記電極に伝達される電流がDCである、請求項39にかかる装置。

請求項47

前記電極に伝達される電流がACである、請求項39にかかる装置。

請求項48

前記発生する電気アークが、モータを備える自動電子手段により始動され、制御される、請求項39にかかる装置。

請求項49

前記電極が、スプリングを備えた非導電性アイドルローラにより圧力の釣り合いを保つ、動力を備えた歯付きギアにより、前記電気アークに向けてギア駆動される、請求項39にかかる装置。

請求項50

前記装置が、導電性粉末と結合剤とから少なくとも1つの電極を連続的に押し出す手段を更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項51

前記電極の少なくとも1つが石炭で作られている、請求項39にかかる装置。

請求項52

電流の1つの極性が、スプリングの圧力で前記電極の上をスライド移動する金属接点を介して伝達され、前記接点が前記電気アークに近接して配置されている、請求項39にかかる装置。

請求項53

前記装置が、前記可燃ガスを従来型ガスタンク内に圧縮するためのガスポンプ導通するガス安定化タンクを含む、生産された可燃ガスを利用する手段を更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項54

前記装置が、生産されたガスをフィルタがけする手段を含んでいる、生産された可燃ガスを利用するための手段を更に備え、前記フィルタがけする手段が、前記生産されたガスを利用するための放出前にフィルタがけできるように配置されている、請求項39にかかる装置。

請求項55

前記装置が、前記廃液の分子が前記電気アークを通過する際に当該廃液の分子が帯磁した磁極性を排除するための排磁ステーションを更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項56

前記装置が、前記リサイクルされた廃液中の固体成分を除去するための遠心機を更に備えている、請求項39にかかる装置。

請求項57

前記装置が、前記リサイクルされた廃液のフィルタがけをするためのフィルタステーションを更に備えている、請求項39にかかる装置。

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0001

(関連出願)
本特許出願は、1998年8月13日出願の米国特許出願第09/133,348号の継続出願であり、この原出願は更に、1998年6月26日出願の米国特許出願第09/106,170号の継続出願である。

0002

背景技術
関連する3つの特許出願の相互関係は以下のようである。
1999年8月11日出願の特許出願第09/372,273号は、廃液リサイクルするための新規な効率的方法を開示しており、これは廃液の気化に関する実質上新たな方法を構成し、汚染された液体クリーンに燃える可燃ガス固体沈殿物とに転換することを含む。このプラズマアークフロー(PlasmArcFlow)と呼ばれる新しい方法は、電極間アーク中に廃液を通すことを基本としている。この新しい方法は、例えば H. Eldridge の米国特許第603,058号、W. A. Dammann と D. Wallman の同第5,159,900号、W. H. Richardson, Jr. の同第5,435,274号、W. A. Dammann と D. Wallman の同第5,417,817号、W. H. Richardson, Jr. の同第5,692,459号、W. H. Richardson, Jr. の同第5,792,325号などの従来技術の開示内容に比べて格段に効率的である。

0003

上述した従前特許にかかる方法は、以下の重大な欠点があるため、工業的適用及び消費者への適用を困難にしていた。それらの欠点とは:1)各種測定結果によれば、その排ガスには化石燃料の排ガスよりも4%から8%多い二酸化炭素が含まれているため、発生するガスが環境面から受入れ難いこと;2)同様に各種測定結果によれば、典型的な大きな水中の白熱に見られるように、アークによって水素酸素燃焼して水に戻ることから、その生産率が極めて低く、発生するガスは工業的に受入れ難いこと;3)同様に各種測定結果によれば、燃焼ガスに含まれるエネルギはその生産のために消費される電気エネルギの一部でしかなく、余剰コストがかかることから当該プロセスは商業的効率が低く、したがって発生するガスは採算的に受入れ難いこと、などである。

0004

米国特許出願第09/372,278号に開示された新たな方法は、上述の欠点を全て解消している。事実、繰り返しの測定結果によれば、プラズマアークフローは、発生したCOを発生直後にアークから移動させ、これによって酸化によるCO2の発生を阻止し、排ガス内CO2含有量を化石燃料の排ガスに対して約1/3に、また既存特許にかかる俳ガスに対しては約1/4に低減している。その上、マグネガスが7000°Fの電気アークに曝されるため、その構造中に炭化水素を持つことができない。これは、マグネガスがその排気中に発癌物質を全く含まないことにつながる。最後に、マグネガスは加工された燃焼可能な燃料であり、このことから、例えば正の酸素バランス、すなわち、排ガス中の酸素含有率がその燃焼に必要な酸素よりも多いことなど、予め設定された特性を持つことができる。以上述べた、あるいはこの他の要素により、マグネガスは、現時点入手できる最も環境に適した可燃ガスとなっている。

0005

米国特許出願第09/372,278号の第2の重要な利点は、従来の特許のように廃液を静止させたままとするのではなく、電気アークを通過させて廃液を流動させることにより、例えば50kwh DCの発電機で駆動される装置を使用して1時間当たり800から900立方フィートの生産量となるなど、生産性を大幅に高め、これによってマグネガスを工業的に応用可能としたことである。

0006

米国特許出願第09/372,278号の第3の進歩した点は、独立した自動車研究機関であるフロリダ州Largo の MOTORFUELERS, INC. によって、商業的オーバーユニティ(over−unity)が約2となる当該装置が完成されたことである。商業的オーバーユニティ2とは、計器パネルで測定される電気エネルギ各1単位に対し、当該装置は少なくとも2単位のエネルギを生産することを意味する。

0007

上述のオーバーユニティとは、商業的エネルギバランスを意味しており、これは、生産されるエネルギとその生産のために消費されるエネルギとの比率である点を強調しておく。前記生産のために消費されるエネルギとは、前記計器パネルで測定され検証される電気エネルギである。科学的エネルギバランスはエネルギ保存の法則により常に1よりも小さく、これはエネルギ出力の合計とエネルギ入力の合計との比で与えられる。このうちエネルギ入力の合計は、電気エネルギと液体分子中のエネルギとの和である。商業的エネルギバランスでは、廃液のリサイクルが出費ではなく収益をもたらすものであることから、前記液体分子中のエネルギは考慮されない。エネルギバランスからこの液体の分子エネルギを除くことによって商業的オーバーユニティが算出される。上述した商業的と科学的の両バランスの定義は核反応炉にも適用され、実際、核反応炉で生産されるエネルギは、その操業に使用される電気エネルギよりもはるかに巨大であり、その商業的オーバーユニティの値は莫大なものとなる。

0008

上より、1940年代に Enrico Fermi によって発明された核反応炉が核からエネルギを取り出すものであるのに対し、本願発明者によって見出されたこのプラズマアークフロー反応炉は、分子からエネルギを取り出すものであると言うことができる。核反応炉は、極めて有害な放射能放射性の高い廃棄物を出すため、残念ながら環境的に認め難いものである。これに対してフロリダ州DadeCity のRADATION PROTECTION ASSCIATESによる独立機関検定によれば、本発明の反応炉は有害な放射線を全く放出せず、いかなる形態の放射性廃棄物をも残さず、しかもクリーンに燃焼するガスを生産することができる。

0009

上述した2番目の米国特許出願第09/133,348号では、米国特許出願第09/382,278号の発明により生産されたガスが、全く新しい化学種から構成されていることを開示している。これは科学的に電気マグキュール(electromagnecule)と呼ばれ、電気的効果よりも磁気的効果が主体であることから工業的にはマグネキュール(magnecule)とも呼ばれ、19世紀における分子の特定以降に発見された唯一の新しい化学種である。本質的には、マグネガスを構成する原子と分子はアークの強力な磁場と電場に曝され、これが原子価(valence)の軌道、及び他の電子の軌道を球形の分布からドーナツ形の分布に変化させる磁極化の原因となり、その結果、磁気モーメントを発生させる。マグネガスを構成する個々の原子はこれによって小さな磁石のように作用し、これが原子と分子とを磁気結合させてクラスタ集団)にすることを可能にする。各種の気体クロマトグラフィマス分光測定(Gas Chromatographic Mass Spectrometric measurement)は、この新しいマグネキュールの化学種を検証している。特に、その結果から、マグネキュールは前記マス文光測定装置で容易に検出されることが見出され、赤外線サイン(Infrared Signature)は見られないものの多数のピークを示している。この特徴は、前記結合の原子価性質欠如を示している。したがって、前記結合は、電磁的性質のみによるものである。多くの他の異常な特性は、その結合が電気的な起因よりも磁気的な起因に支配されていることを示している。

0010

したがって、マグネガスを生産するための新しい装置に関する本発明は、廃液内にある電極間のアークによる可燃ガスのオーバーユニティの生産用の新しい方法の開示ばかりでなく、可燃ガス自身の全く新しい化学構造の開示でもある。

0011

上述した3番目の米国特許出願第09/106,170号は、通常は溶解可能な複数の液体、さらには油と水、水と炭素のような混合しない異なる液体同士、あるいは液体と固体とを磁気的に結合させる新しい方法を開示している。この新しいプロセスは、液体クロマトグラフィ・マス分光測定装置(Liquid Chromatographic Mass Spectrographic Equipment)により、多数のピークを有し、但し赤外線サインは有していないことから検出可能なクラスタを生産する。この実験的に検証された現象は、原子価を起因とする結合が欠如していることを明らかにするものであり、その結果としてマグネリキッドとよばれる液状のマグネキュールの新たな化学種の新規性をも明らかにしている。この後者の発明は、廃液をガス化するための全体のプロセスの効率を改善するために非常に重要である。というのは、これは磁気的に結合された廃液や、液体と固体がアークを通過して流れることを許容し、その結果効率と生産されるガスのエネルギ含有量を劇的に高めるからである。

0012

要約すれば、上述の関連する3つの特許出願にかかる環境的に受容可能なマグネガスのオーバーユニティの生産用の装置の発明は:1)廃液から可燃ガスを生産するための基本的に新しい方法であるプラズマアークフロー・プロセスと;2)生産される基本的に新しい化学種のガスであるマグネガスと;3)マグネガスを生産する際に使用される液体の基本的に新しい化学構造であるマグネリキッドとを明らかにしている。

0013

(発明の開示)
以下に述べる本発明は、マグネガスを生産するためのみならず、マグネガスの生産中にマグネリキッドから得られる第2のクリーンエネルギである使用可能な多量の熱をも生産する、プラズマアークフロー反応炉の商業的オーバーユニティを劇的に増加させるための手段からなる。このように大きなオーバーユニティにより、さらには使用可能なエネルギの第2の収入源が得られることにより、本発明の装置は、これまで入手可能であった燃料のコストに比較して初めてコスト競争力があり、どのような燃料としての応用も可能であり、環境的にも受容可能なガスの生産を可能にするものである。

0014

本発明は:電気アークを通過させて廃液を流す新たな方法と;独立機関により証明された、大気圧下の操業で50kwhの発電機により駆動される反応炉に対しては少なくとも合計5の商業的オーバーユニティと、加圧化で操業される反応炉に対しては少なくとも合計30の商業的オーバーユニティと;実験的に証明された、初のオーバーユニティの水分解を行うための新しい反応炉と;周囲の環境に一部たりとも廃棄することができない廃液を、使用可能なクリーンに燃焼するガスと、使用可能な大量の熱と、工業的に利用可能な固体沈殿物とに総合リサイクルするための他の新しい反応炉と;都市、団体、農場工場、消費者の汚水などの生物学的汚染廃液から、利用可能な可燃ガスと、潅水用に使用可能な養分豊富な水と、肥料として使用可能な固形沈殿物とをオーバーユニティ生産するためのリサイクル用の新たな反応炉とを含んでいる。

0015

明確に理解するために再度繰り返すと、科学的エネルギバランスは、エネルギ保存の法則と摩擦による制御できない損失のため、常に1よりも小さい。プラズマアークフローに対して MOTORFUELERS, INC. 社は、生産されたエネルギとその生産に使用された合計の電気エネルギとの比率による商業的エネルギバランスは、オーバーユニティと呼ばれるように1よりも大きいことを検証した。実際、繰り返しの測定結果によれば、絶対最小値600BTUのエネルギを含む1立方フィートのマグネガスは、計器パネルで測定して約90W=307BTUの電気エネルギで生産することができることを明らかにしており、これによれば約2ほどのオーダのオーバーユニティとなる。失われるエネルギは、液体自身の分子、消耗する電極に使用される炭素棒結晶、その他の源から明らかに発生している。

0016

本発明の主な目的は、上述したオーバーユニティの係数を少なくとも5ほどに高めることができる新規の装置を明らかにすることにある。実際、本発明のプラズマアークフロー反応炉は、50Kwhの発電機により大気圧で操業して5のオーバーユニティを有することを独立機関に証明されている。前記反応炉を20psiほどの圧力で操業すると7のオーバーユニティが測定されている。より大きな発電機、より多くの流れ、より高い圧力を使用することにより、より大きなオーバーユニティに到達する。

0017

大きなオーバーユニティの経済的効果は、入手可能な化石燃料に対して競合価格でマグネガスを工業的に生産、販売を可能にすることである。次にこのようなコスト競合力は、地球に対して重要な環境上の意義を有し、加えてアメリカ合衆国もしくはその他の国が、所望するどこにおいても環境的に受容可能な燃料を生産することで燃料の自立を達成することにつながる。

0018

自動車デーラ、自動車整備工場自治体、工場、農場、その他、廃液を排出する如何なる存在も、本発明によれば実質的にほどの大きさの装置によって競合力のある価格のクリーンな燃料の生産業者へと転ずる。

0019

これらの劇的な結果は、レバー、タンクなどを経験的につなぎ合わせる試みなどによるものではなく、ハドロン力学(hadronic mechanics)と名づけられた、量子力学一般化構築を可能とする、本願発明者が1970年代後半から始めたシステム化された科学研究によって可能となるものである。このハドロン力学は、原子軌道内の電子に対して量子力学の適用が可能であるリニアローカルポテンシャルユニタリ相互作用と、加えて、星の中核内の超密度媒体中を通過する際に受ける高い抵抗接触力をこの同じ電子が経験するときのような、量子力学ではとても表わすことができないコンタクト、ノンリニア、ノンローカル、ノンポテンシャル、ノンユニタリの相互作用とによって起こる現象を、実験によって検証し得る数値的表示にすることを可能にするものである。

0020

本発明の基礎となる研究は、化学プラズマ物理学、核物理学粒子物理学、超伝導、その他の領域を含む考え得る全ての科学水準を基に行われた。

0021

実際、液体中でのDC電気アークは、まず液体分子をそれらの原子構造に分解するが、このためにハドロン化学に従った分子結合現実的な化学モデルが必要とされ、これが分子結合エネルギを表示するに至った初めてのもので、他の分子特性も7桁目まで正確である。このほぼ極めて正確な表示は、一重項結合にある原子価電子ペア間をイソエレクトロニウム(isoelectronium)とよばれる擬似粒子にする新たな吸引結合を導入することによって達成された。ここで前記吸引力は、前記電子の波束の強度の重複度によるコンタクト、ノンリニア、ノンローカル、ノンポテンシャル、ノンユニタリの効果により発生する。量子化学による従来の分子モデルでは、約2%の結合エネルギが未だ見落とされている。この見落とし量は、だまされ易い小ささである。というのは、実際に水分子の結合エネルギの2%は約950Kcal/モルにも相当し、一方の水素と酸素が水になる従来の化学反応は約20Kcal/モルだからである。

0022

したがって、量子化学は、水分解に関する研究には誤差を含んでおり、これはその反応によって放出される熱力学的エネルギの約50倍であることから、基本的に如何なる水中電気アークの科学的な研究にも適するものとはいえない。分子結合エネルギをほぼ正確に表示することができるより広範な化学の体系化を達成したことは、本発明の根幹となる明らかに最も重要なものであり、水を水素と酸素に分離する最初のオーバーユニティを達成し、さらにオーバーユニティを越えるものの達成につながる。必要であった事前のハドロン化学の発見は、もしこれがなければ前記表示したオーバーユニティの予想が不可能であったことを意味しており、したがって本発明が他の者によって発見されなかった理由を物語るものといえる。

0023

電気アークによる分子から原子への構造変化の後、この同じ電気アークが前記原子をイオン化する。すなわち、非常に多くの数の電流高エネルギ電子との衝突により、前記原子の周辺電子を剥ぎ取る。この方法により、前記電気アークは、その極く周囲に、当初の液体から構成される原子の核と、加えて陽子及び電子から構成される約7000°Fのプラズマを形成する。従来のプラズマ物理学はこのようなプラズマを表示するのに適していない。というのは、従来のプラズマ物理学は、全ての構成を点として取扱い、その衝突をいわゆる外部条件Cと呼ばれるもので表し、その結果、マトリックス密度Dの動作の反応式
idD/dt=(A、H、C)=AHHA+C
形式で表すからである。ここでHは合計エネルギを示す演算子である。上述の時間展開は、正確には前記外部条件Cのため、重大な物理学的及び数学的な矛盾を抱えることとなる。本願発明者は、本発明以前に、主要な算式
idD/dt=(A、H)=ARH−HSD
を有するハドロン・プラズマ物理学を最初に構築しなければならなかった。ここでRとSは、前記粒子の非球形で変形可能な形状と、そのノンポテンシャルな相互作用を示すマトリックスで、これは上述の矛盾を解消し、上述した科学文献によっても証明されている。これにより、科学の歴史において始めて、小さな相互距離を持つプラズマの構成が、それが実際に存在する、ポテンシャルを有する延長された変形可能な形体で、遠方で作用する状態を表示し、あるいは衝突によるノンポテンシャルな相互作用状態を表示する、矛盾のない有意義な計算を可能にしている。繰り返すと、ハドロン・プラズマ物理学の事前の発見は、本発明の最も重要な要素であり、これが発見されなかったことが、他の発明者によって本発明を見出せなかった理由である。

0024

水は最良電気絶縁体の1つとして知られている。しかしながら電気アークの下では、水の抵抗は取るに足らないほどのオーム値まで減退する。この低い抵抗の値は、Kwhを増加することによって更に低減する。これらの条件から、水中での電気アークは、高温において最良の知られた超伝導条件の1つであることが明らかである。従来の量子超伝導は、このような条件を示すことは構造的にできなかった。というのは、近距離にある同一の電子間において、クーロン反発力に反してこれを電子のペアに結合させ、電位バリア一緒に通過させるほど強力な実験的に確立された吸引力である1つのクーパ対(Cooper pair)の構造をも表示することができない、という良く知られた欠陥による。実際、量子超伝導は、多数のクーパ対の集団を表示することができるだけで、1つの個々のクーパ対の構造を表すことはできない。

0025

ハドロン超伝導は、原子価電子同士が結合してイソエレクトロニウムになることの証明が可能であることにより、上述した更なる難題の解消が可能であり、これはまさに超伝導におけるクーパ対の分子版といえる。ここに報告する研究は、科学の歴史上始めて、水中における電気アークの超伝導特性を、個々の電子ではなくて殆どがペアとなった電子の電流から構成されるものとして定量的に表すことを可能にした。

0026

水中での電気アークの超伝導特性の事前の発見と、ハドロン超伝導によるこれらの定量的な科学的な表示能力は、最初のオーバーユニティの水分解に関する本発明に対して最も重要な要素であり、これは明らかに超伝導条件下での最小のエネルギ吸収によるものである。分子の分解、アークプラズマの形成、水中内の電気アークの超伝導条件に関する定量的数値化を理解したことにより、次の科学的研究は、プラズマアークフローによる冷却の後、前記プラズマの組換えにおける各種反応を制御することである。実際、電気アークを通過させてリサイクルされる廃液の流れは、前記プラズマを連続的にアークから引き離す。電極先端の極く周囲から約1/8インチほどの間隔と見込まれる距離だけ前記プラズマを離すと、周囲の液体が比較的非常な低温であるため、プラズマは瞬時に冷却され、7000°Fから約200°Fにまで推移する。

0027

この冷却過程で、発生する順に、1)安定したアイソトープ、及び陽子と電子とから安定したアイソトープへの幾つかの核反応が起こり、これにより有害な放射能の放出や有害な廃棄物の排出はなく;2)電子捕捉として知られる周囲から電子を捕捉する自然のプロセスにより、全てのイオン化された原子によって原子構造が再構築され;3)その後に従来型科学反応が形成され;4)電気アークの非常に強い磁場の存在による、原子価電子の軌道の磁気分極がされた原子及び分子が形成され、この結果によって先に指摘したマグネキュールが形成され;5)内部原子価電子の磁気分極と、この結果によって従来の分子構造中の新たな磁気結合が形成される。

0028

以上の5つの異なるプロセスは、本発明のプラズマアークフロー反応炉により、クリーンに燃焼する可燃ガスと、反応炉で使用される液体から得られて熱交換器ラジエータ、その他の手段によって容易に利用することができる多量の熱との2つの異なった形態のクリーンで有効利用可能なエネルギが生産されることを意味する。このような熱が存在するということは、前記可燃ガスの生産に加え、基礎となるプロセスによって生ずる余剰のエネルギを示すものであることから、本発明の商業的オーバーユニティの証しとなる点は強調され得る。これにより、工業的に意味のあるオーバーユニティの達成は、熱の生産のための条件を最大化することの問題に絞られ、これは与えられたプラズマアークフロー反応炉に対して、リサイクルされる液体、可能性のある添加物消耗性アノード用に選ばれる導電体を適切に選択することによって与えられる。最後に強調されるべきは、前記可燃ガスは分子プロセスの成果であるが、液体から得られる前記熱は、粒子、核、分子、プラズマ、超伝導レベルを含む全てのレベルにおけるプロセスから発生することである。

0029

炭素アノードを有するプラズマアークフロー反応炉によって水を分解する場合には、冷却されたプラズマは水素、酸素、炭素の原子から形成される。水素−酸素間、もしくは水素−炭素間に比べてはるかに大きな炭素−酸素間の親和力のため、炭素は可燃ガスCOを形成することによって全ての得られる酸素を瞬時に奪ってしまう。このためプラズマアークフローは、COが電気アークで酸化されてCO2になることを阻止する。水及び炭素棒中の不純物が無視できるものであるとき、プラズマアークフローを最大限活用することで、結果として生ずるマグネガスはほぼ50%のH2と50%のCOとから構成される。例えば自動車用不凍液オイルの廃液など、化石燃料を基にした廃液の総合リサイクルに対して、マグネガスの主要構成はやはりH2とCOのままであるが、その比率は、例えば40%のH2、50%のCO、5%のO2、残余不活性ガスなど、異なる組成となり得る。

0030

入手可能な燃料の燃焼は、当該燃料が通常は単一の反応をする単一の分子から作られていることから一段ロケット点火になぞらえることができる。これに対してマグネガスの燃焼は、一連の異なる反応に基づく燃焼であることから多段ロケットになぞらえることができる。実際、マグネガスの大気中での炎としての燃焼、あるいは内燃機関での燃焼では、まず水素が大気の酸素と反応して燃焼し、この燃焼は後に大量の酸素を放出するCO分解の引き金となることから、トリガ燃焼と呼ばれる。

0031

純粋の水から得た50%のH2と50%のO2とから構成されるマグネガスの燃焼排気は、約60%の水蒸気と、20%の固体状態の炭素と、4%から6%のCO2と、残余は窒素や幾分の不純物をふくむ大気ガスとなる。この方法により、マグネガス排気は、発癌性物質や他の有害物質を含んでおらず、化石燃料排気の1/2から1/3のCO2を含み、O2の形態の酸素量に関する酸素バランスは実質的にマイナスであるが、今日、1日当たり約720億バレルに相当する化石燃料の燃焼による危機的な酸素枯渇問題に対しては大幅な低減となる。

0032

汚染廃液のリサイクルによって生ずるマグネガスの排気は、CO2含有が大幅に増加することから水分解によるものよりもはるかに優れている。実際、この排気は、約50%の水蒸気と、20%の固体の炭素と、15%の酸素と、4%から6%のCO2と、残余の大気ガスとにより与えられる。主要な利点は明らかにプラスとなる酸素バランスで、これは地球の酸素を補充するのに極めて重要となる。

0033

結論として、マグネガスは環境的に最良の入手可能な燃料であり、現在化石燃料で行っている全ての適用に使用可能であり、この中には金属切断、加熱、冷却、自動車・トラックへの使用が含まれる。その上、以下に示すような本発明の進展により、マグネガスは現在入手可能な燃料に対して競合的なコストで生産、販売が可能である。

0034

具体的な例として、本発明の明細書に基いて作られた、特に石炭からアノードを連続押し出しする形式を基礎とした明細による廃液の総合リサイクル用の前記プラズマアークフロー反応炉は、廃液のリサイクルによる収益を除いて0.005ドル/cfの合計コストでマグネガスを生産する。汚水リサイクル用の本発明の追加のプラズマアークフロー反応炉では、汚水リサイクルによる収益が電気、購入品償却費サービス人件費配布費などの稼動コストの全てをカバーするのに十分であるため、マグネガスの生産の直接コストは実質発生しないことを意味する。この結果、本発明の総合、及び汚水用ハドロンリサイクル装置は、マグネガスを0.015ドル/cfの価格で販売が可能となり、これは走行マイル当たりベースで比較してガソリンの価格と競合するものである。

0035

上述の驚嘆すべき特性は、燃料の生産、販売を行う現在の工業体制を劇的に変化させることを意味する。実際、現時点で、燃料の生産は幾つかの巨大多国籍企業が独占している。これに比較し、廃液を総合リサイクルするための本発明のプラズマアークフロー反応炉は、自動車整備工場、自動車デーラ、もしくは消費者が、始めて環境的に最良の燃料を競合価格で生産する生産者になることを可能にする。同様に、汚水をリサイクルするための本発明のプラズマアークフロー反応炉は、市町村、自治体、その他廃液を排出する如何なる生産業者も、環境的に最良の燃料を競合価格で生産する生産者となることを可能にする。これらのことから、地球および人類社会に対する本発明の重要度は明らかである。

0036

先にも述べたように、マグネガスはプラズマアークフロー反応炉により生産される内で最も僅かなエネルギを構成しているに過ぎない。前記反応炉により生産される最大のエネルギは熱である。数値的に例示すれば、自動車用不凍液もしくは廃油の総合リサイクル用の本発明の実施の形態に基いて作られたプラズマアークフロー反応炉は、大気圧で操業した場合、マグネガスの生産において2、熱の生産においては3の商業的オーバーユニティとなる。同じ反応炉を20psiの圧力で操業すれば、マグネガスの生産では3、熱の生産では5のオーバーユニティとなる。

0037

同様に先に述べたように、プラズマアークフロー反応炉により生産される熱は、廃液の電気アークを通過する循環流れによって得られ、この廃液を別途外部のラジェータ熱交換機、その他の従来型の熱利用装置に分離して流すことにより使用することができる。このため、本発明にかかるプラズマアークフロー反応炉は通常、1つは電気アークを通過させる廃液を流すため、他の1つは同じ廃液を外部の熱利用システムへ流すための、個々にポンプで動かされる異なる独立した2つの循環ステムを有している。

0038

広範な実験とテストにより、プラズマアークフロー反応炉は、廃液が冷たい時に比べて熱い時のほうがより高い効率を示すことが見出された。したがって、全てのプラズマアークフロー反応炉は、所望される応用に応じた最小の廃液温度で操業される。

0039

大気圧で操業する時には、本発明の廃液の総合リサイクル用のプラズマアークフロー反応炉は、約180°Fの一定の廃液温度で操業され、この温度を越える全ての余剰の熱は、前記の外部システムに利用される。この場合、前記プラズマアークフロー反応炉は、この反応炉に直接取り付けられたファン付きラジェータを使用することにより、もしくは熱交換器を介することにより前記反応炉を使用して水を加熱し、この熱い水を個々の部屋にある従来のヒータに圧送するなどにより、部屋やビルのヒータとして使用することができる。

0040

本発明のプラズマアークフロー反応炉は、スチームの生産にも使用可能である。この適用は、自動車用不凍液もしくはオイルなどの廃液をリサイクルするための前記反応炉を15から20psiで操業することにより行われる。この場合、前記廃液は沸騰することなく400°Fの最小温度に維持され、熱交換機によってこの温度以上の余剰の熱を放出する。この状況下では熱交換器が水の沸点以上で操業されるため、プラズマアークフロー反応炉は実際に連続的にスチームを生産することができる。

0041

このようなスチームの新たな供給源は、極めて重要な新規の適用である。プラズマアークフロー反応炉が:1)廃液をリサイクルすることによる収益;2)マグネガスを販売することによる収益;3)熱を生産することによる収益、の3つの異なる収益源を有することを想起されたい。一般に、このうちの2つだけで、電気エネルギ、購入価格の償却費、人件費、サービス費、配布費、税金等の全ての操業コスト支払うのに十分過ぎるほどである。

0042

結果として、本発明のプラズマアークフロー反応炉は、廃液のリサイクルとマグネガスの販売による売上げにより、高圧で廃液をリサイクルする操業を行うとすると、コストゼロのスチーム供給源を得ることとなる。このコストゼロのスチームの入手可能性は:1)コストゼロのエネルギ源による熱の生産;2)同様に、コストゼロのスチーム源によるスチーム発生機を利用した電気の生産;3)同様に、コストゼロのエネルギ源による従来の蒸発装置を使用した海水真水化など、劇的な新規の適用を可能にする。

0043

代替として、本発明のプラズマアークフロー反応炉は、廃液のリサイクルによる収益と熱の利用による収益とによって稼動が可能であり、この場合には直接コストゼロでマグネガスが生産される。

0044

いずれにせよ、正確なコスト算定によれば、本発明の実施の形態に基いて生産されたプラズマアークフロー反応炉は、特に以下に詳述する石炭から電極を自動押し出しするものをベースにした場合には、マグネガス1立方フィートに含まれる最低600BTUと、廃液により得られる1,000BTUの生産に対して、大気圧での連続使用で0.005ドルの操業コストがかかることが解明された。これは、1,000,000BTUの総量生産に対する操業コストは3.12ドルであることを意味し、これから廃液のリサイクルによる収益を差し引くと、これまで記録された最も低額のエネルギ生産コストとなる。1,000,000BTUの生産コストを3.12ドル以下とする大幅なコスト低減は、以下に詳述するように同じ反応炉を加圧化で操業することによって得ることができる。

0045

以上の全ての結果は、各種研究レベルにおいてハドロン力学を利用することにより、初めて科学的基盤の下に達成されたものである。これらの研究によれば、液体内の電極間の電気アークは、実質的に無限のクリーンエネルギの供給源になり、この実用的使用は、入手できる技術によってのみ制限されることを明らかにしている。本発明の科学的基盤は、以上に開示した主要プロセスの信用し得る、科学的な、数値的表示を達成するものであり、その法則を明らかにし、また最後の段階のみにおいて前記物理的な条件、法則、結合構造を明らかにし、しかもこれらは現在の技術において実行可能である。

0046

着想、予見、及び実際のデザインに対する基盤となるハドロン力学の重要性から、本発明のプラズマアークフロー反応炉はハドロン反応炉とも呼ばれる。ここで、ハドロンの用語は、粒子の波束の強度の重複による原子核内、コンタクト、ノンリニア、ノンローカル、ノンポテンシャル、ノンユニタリの効果に対する前記反応炉の重要な依存度を示すことを意図したものである。前記重複は、反応炉に使用される分子構造内、前記アーク電流の電子による同じ分子構造の分解とイオン化、これによる原子核、陽子、電子のプラズマ、前記アークの外部に流れ出た後における原子核、陽子、電子の組換え、その他のレベルにおいて発生する。

0047

上述したハドロン反応炉の商業的オーバーユニティの無限の特性に対する幾つかの主要な理由は以下のようである。電気放電が一重項結合にある原子価ペアに作用し、既に指摘したようにこれによって原子価電子がペアにはならないとする量子化学による予測よりもイオン化エネルギ極端に低くなることから、前記電気放電は、その他の方法と比較して分子分解には極めて有利である。第2に、一重項の原子価ペアが得られるということは超伝導の条件が存在することを意味しており、アークが発生した後にアークによる電気エネルギの吸収が非常に低くなることがこれによって説明されることである。これらの2つのプロセスのみで、当初の電気エネルギに対して少なくとも10倍に見込まれるエネルギの入手を可能にしている。

0048

実質上、無限のオーバーユニティとなるのに十分な追加のエネルギ源は、リサイクルされる廃液と、可能性のある添加物の選択にかかっており、これによって、例えば炭素、陽子、電子、その他の核合成物から窒素を合成するように光安定アイソトープから光安定アイソトープへの活性化された核変換を可能とする。

0049

更に実質上無限のオーバーユニティとするに十分な第3の追加のエネルギ源は、マグネガス内にエネルギを蓄積する幾つかの新規の手段による。これらのエネルギはその後、燃焼によって放出され、これらには:
1)発熱化学反応により燃焼の間に放出される従来の化学的エネルギと;2)原子価電子軌道の磁気分極化が、球体回転対称を有するその従来の形態に結合するように、原子がより容易に原子価結合となるような組み合わせにすることによる変則的なエネルギの放出と;3)上述したように、従来の分子内の追加のエネルギであって、やはり燃焼の間に放出されるエネルギの蓄積と、が含まれる。

0050

本願発明者は、稼動する装置を使った実際の測定により、商業的オーバーユニティを高めるための多くの方法を明らかにした。最初の方法は、反応炉自身の圧力を高めることによる。本質的に反応炉を大気レベルで操業すれば、液体から気体への状態変化という既存の知識に基づいて1単位容量の液体が1,800容量の気体に変換されることから、マグネガスの生産は爆発的なものとなる。このためガスの生産は液体を追い払うことになり、アークの発生は液体内ではなく、その約60%が気体内となり、よって効率には明確な限界が設けられるものとなる。

0051

反応炉の圧力の増加は、これに伴って生産されるマグネガスの気泡の大きさを減少させ、これに対応して液体内でアークが発生する時間を増加させ、明らかにこれによって効率を増加させる。具体的に示せば、20psiでのハドロン反応炉の操業は、マグネガスの気泡の大きさを少なくとも1/10に縮め、オーバーユニティを約50%増加させる。200psiでの操業では、マグネガスの気泡の大きさを少なくとも約1/100に縮め、オーバーユニティを5倍増加させるものと予想される。

0052

オーバーユニティを高める第2の方法は、電気エネルギを増加させることによる。これは、生産されるマグネガスの量が電極間のギャップに比例するという性質に基いている。空中での電気アークの場合とは異なり、液体中での電気アークのギャップは、Kwhの増加のみでも認知できるよう増加させることができる。各種テストの結果によれば、商業的オーバーユニティの増加は、電気エネルギの増加に対して線形の比例よりは小さい非線形の増加、すなわち、電気エネルギを倍増するとオーバーユニティは当初の値よりは大きくなるものの倍増よりも小さく増加することが判明した。

0053

オーバーユニティを増加させる更に他の方法は、アークを通過する液体の流量を増加させることである。実際、アークを通過する液体の流れは早いほど生産されるマグネガスの容量は大きい。水中でのアークの大きな発光は、発生したばかりの酸素と水素を、アーク自身が引き金となってこれらを燃焼させて水に戻し始める。先に引用した従来の特許による水内の静止アークの場合には、アークによって生産されるガスの約80%が水に戻る。本発明のプラズマアークフローではこのような無駄を低減し、これでアークの白熱を大幅に減少し、更には効率を大幅に引き上げている。したがって、電気アークを通過する液体の流量の増加は与えられる電気エネルギに対して生産されるマグネガスの容量を増加させ、これによってこの反応炉の商業的のオーバーユニティを高める。

0054

幾つかの技術的もしくは実際的な制約のために、本願技術により液体内の電気アークによって生産される全てのエネルギを活用すること、及び商業的オーバーユニティを無限に大きな値にすることは不可能である点は強調されるべきである。第1の制約は、前記水中でのアークによって生成されるガスの全てを利用することは出来ないことで、これは、与えられた各電気エネルギに対する閾値以上の流量の増加はアークそのものを消滅させてしまうことによる。他の不可能となる要因としては、既に知られている電気エネルギの所定の値に対して電極ギャップをそれ以上に増加できないこと、非常に大きな電気エネルギに対して実際に使用できる導電材料を入手できないこと、その他の要因による。

0055

正確性と信頼性のために表示した上述の限界にも拘わらず、本願発明者は、大気圧操業でオーバーユニティが5となり、20psiの圧力で操業すればオーバーユニティが約10となる現在連続で操業中のハドロン反応炉を既に作っており、オーバーユニティが30から50の高圧で操業する反応炉を現在建造中である。

0056

本願明細書に基いて発明者が作ったハドロン反応炉につき、更に以下に詳述する。それは、自動による電気アークの立ち上げ、制御、最適化、消耗する炭素棒の自動補充を含む完全自動の反応炉である。この反応炉の構想及び構造に対して特に注意を払ったのは、例えば炭素電極などの導電性の低い電極中を伝播するときの電気エネルギの損失を最小にすることであった。この増加された効率は、大電気容量銅ケーブルを使用することによって達成され、この銅ケーブルは、電気アークに出来る限り接近させた位置において加圧下で炭素棒上をスライドする銅ブッシュに電流を流している。

0057

自動車用不凍液の廃液をリサイクルすることによって、これらの反応炉は以下のような、独立機関により認定された性能を達成している。
1)68Kwh=233,965BTU/hの100%デューティサイクルDC電力
2)1200Aで40V=48Kwhの3/4インチ直径の電極間の電気アークで、約70%のDCコンバータにおける効率に相当するアーク;
3)大気圧下での操業;
4)絶対最小600BTU/cfのBTU含有を有する不凍液廃液を使用して800cf/hのマグネガスを生産、480,000BTU/hの生産に相当;
5)熱交換により使用されるマグネリキッド中の約700,000BTU/hの熱の生産。以上の測定結果、商業的オーバーユニティが約5.06=(700,000BTU/h+480,000BTU/h)/234,000BTU/hとなり、このように先に概要を示した本発明の基礎となる科学的発見の有用性を証明している。

0058

上と同じハドロン反応炉を使用して、20psiで操業すると、以下の商業的エネルギバランスを生む
1)68Kwh=233,965BTU/hの100%デューティサイクルのDC電力;
2)絶対最小600BTU/cfのBTU含有を有する不凍液廃液を使用して1,200cf/hのマグネガスの生産、720,000BTU/hの生産に匹敵
3)マグネリキッド中の約1,000,000BTU/hの熱の生産。

0059

以上の測定では、商業的オーバーユニティは約7.35=(720,000BTU/h+1,000,000BTU/h)/234,000BTU/hとなる。

0060

上記の測定は、独立機関により較正された累積ワットメータを介して計器パネルから得られる使用電気エネルギに関しては非常に正確であるが、前記反応炉によって生産されるガス及び熱のエネルギ含有量に関しては当該測定は非常に保守的であることは強調されるべきである。実際、従来のカロリーメータは、多くの磁性やその他の偏差などの要因からマグネガスのBTUの信頼できる測定には使用することができない。したがって上の計算で使用した600BTU/cfの値は、低い方の限界の見積り値となる。実際には、不凍液廃液から生産されたマグネガスは、熱含有量2,300BTU/cfを有するアセチレンよりも2倍も早く金属を切断する。さらには、不凍液廃液から生産されたマグネガス用に変換されたホン天然ガス車両によれば、マグネガスによる同車の走行は、天然ガスで走行するときと少なくとも同等の性能を示した。

0061

マグネガスが約1,050BTU/cfに相当する天然ガスと同じエネルギ含有量であるとのより現実的な基準を適用すると、上述した2つのオーバーユニティの値5.06と7.35は、それぞれ6.58と9.96に増加する。

0062

より大きなオーバーユニティは、砂糖廃材物及び/又はその他の有機材料により強化された自動車用オイルなどのより高いエネルギ含有量の廃液を使用するときに発生することは指摘されるべきである。

0063

最後に、水道水により上述した反応炉を操業すると、以下の本発明の主要目標を達成することが判明した点は指摘されるべきである。それらは:プラズマアークフロー・プロセスによる水から水素と酸素へのオーバーユニティの分解と、炭素ベースのアノードを使用した上述の新たな化学種を含む利用可能なマグネガスの生産と、利用可能な熱の生産とである。実際、各種のテストによれば、不凍液廃液を水道水に置き換えることによって、約20ほど効率が低下し、それにもかかわらず大気圧で操業してオーバーユニティは4を維持し、より高い圧力、より大きな電気エネルギ、より多くの流れでの操業ではより大きなオーバーユニティとなることが判明している。

0064

要約すると、本発明は、現状の技術を用い、300Kwhで稼動されるハドロン反応炉を使用し、200psiで操業し、3000g/hのプラズマアークフローを用い、熱交換器によって400°Fに一定に保たれる化石燃料から生じた廃液をリサイクルすることによって、商業的オーバーユニティ30を達成する。この大きさのオーバーユニティは、貯蔵輸送といった流通費用を除けば事実上コストゼロでマグネガスを生産することを可能にする。実際、熱の利用で得られる収益と、加えて廃液のリサイクルから得られる利益とは、電気エネルギ、サービス費、購買品の償却費、人件費、配布費、税金、その他のコストを含む反応炉の合計の稼動コストよりも大きい。代替として、このように大きな商業的オーバーユニティを有するハドロン反応炉は、熱交換器及びそのサービスのための日常コストを除けば、スチームを生産コストゼロで生産する新たな手段を提供する。というのは、マグネガスからの収益と、加えて廃液のリサイクルから得られる収益とは、反応炉の合計の稼動コストよりも大きいからである。生産のためのエネルギコストがゼロであるスチームの入手性は次に、スチームを利用する従来の発電機を使用した電気エネルギの生産や、熱コストゼロでの従来の蒸発手段を利用した海水の真水化など、革新的な新たな適用を可能にする。

0065

とりわけ、液体の分子構造からエネルギを取り出す本発明のハドロン反応炉の究極的な意味合いは、単独で自立できる反応炉、すなわち自身の稼動で燃料を生産し、一方ではこれに加えて有用なエネルギを生産することができる反応炉であると表現される。燃料で稼動する発電機が約30%ほどの低い効率であることを考えれば、自立反応炉はマグネガスを生産するときの商業的オーバーユニティが少なくとも4であるときに成立する。この場合、前記反応炉で生産されるマグネガスがDC発電機動力として使用され、これがさらに反応炉自身を動かす。反応炉から生産される熱は、コストゼロで得られる追加のエネルギとなる。もしマグネガスの生産における前記オーバーユニティが、大容量の高圧ハドロン反応炉の場合などのように4よりも大きければ、オーバーユニティ4を越える全てのマグネガスは、前記生産される熱と共に他の用途に使用することができる。同様の自立反応炉は、スチームを利用して発電機を動かすときに成立する。この場合、熱生産における最小オーバーユニティが4であれば反応炉を操業するのに必要な電気動力を生産するに十分であり、一方で生産される全てのマグネガスはコストゼロのベースで入手可能となる。繰り返すと、熱の生産における4を越えるオーバーユニティは、生産されるコストゼロの全てのマグネガスと、オーバーユニティ4を越える熱との利用を可能にする。

0066

更なる新たな適用は以下のようである。まず、上述したハドロン反応炉は、現在使用されている精油所と比較して環境面でも、輸送面でも、財務面でもより優位となる方法で、原油からクリーンに燃焼する燃料を生産するのに特に適している。前記の環境面の優位さは、上述の分析から明らかである。輸送面では、精油所が良く知られたように大きな場所を必要としているため、その場所へ原油を輸送しなければならないが、本発明のハドロン反応炉は軽くて移動性があり、したがって油井に直接搬送することができるため、その優位さも明らかである。財務面の優位さも同様に、精油所の非常に高い操業コストに比べ、ハドロン反応炉の前記のオーバーユニティと、その結果マイナスの操業コストとなることから明らかである。

0067

更に他の重要な適用は、海水を反応炉内の液体として使用することである。この場合、海水中の各種構成要素のために生産されるガスは高いエネルギ含有量を有しており、したがってその液体から得られる熱も高い。海水で操業するハドロン反応炉は、熱交換器によって得られるスチームにより海水を真水化する新たな方法を含め、多くの適用に活用され得る。

0068

上述のハドロン反応炉の他の適用は、動物発生源とする高密度な廃液のリサイクルである。実際、この廃液は、全てのバクテリアが除去されるまで、あるいは全ての細菌学的汚染物が低くなるまで電気アークを通して循環され、これによってそれらがもはや水中に溶解せず、この時点で汚染物質遠心機もしくはフィルタで除去可能である。この適用では、上質のクリーンに燃焼する燃料が生産され、廃液から熱が得られ、肥料として使用可能な固体の沈殿物が得られ、そして潅水としての使用に適した残余の水が得られる。

0069

上述した反応炉の更に他の適用は、塗料塗料残渣、重工業廃棄物、その他の廃棄物等の総合リサイクルであり、全ての総合リサイクルは、本プロセスの前記オーバーユニティのために従来からあるリサイクル手段に対してコスト競合力を有する。

0070

上述したものは、総合ハドロンリサイクル装置に関するもので、これは環境内に1すら廃棄できない廃液の完全なリサイクルをするための反応炉である。

0071

本発明により可能となる第2のクラスのリサイクル装置は、廃液の部分リサイクルであり、これは、利用可能な最終の液体を生産するために汚染物を除去するものである。幾つかの可能性のある適用の代表的なものは、市町村、農場、工場もしくは消費者の汚水等の生物学的に汚染された水を:1)クリーンに燃焼するマグネガスと;2)肥料として使用可能な固体の沈殿物と;3)潅水として使用可能な養分豊富な水とにリサイクルするものである。この反応炉は線形ハドロンリサイクル装置とも呼ばれ、液体を循環せずに一度アークを通過させることを意味している。

0072

この新たなリサイクル・プロセスの主な態様は以下のようである。以下に詳細説明するような図1Bに示すベンチュリを使用することにより、汚水は白熱する電極先端の直近強制的に通過させられ、このため汚水は、約7,000°Fの温度と、極めて強力な電気アークの光と、1,000Aもしくはそれ以上の電流と、この電流による非常に強い電場・磁場及びその他の要素とに曝される。これらの組み合わされた条件は、元の汚水内の如何なるバクテリアをも完全に除去し、これによって前記液体を無菌状態にする。加えて、元の有機物質は、一部は揮発性物質もしくは固形物質に分解され、一部は水の中に溶融、もしくは懸混する無菌の養分豊富な物質焼成される。潅水用に適した最終的な水の純度は、必要であれば適切なフィルタかけをするなど、環境保全当局の要求を満たすための技術的な特性に帰する。

0073

農家に関して言えば、当初の生物学的な汚染物質を完全に無菌化する絶対最小のフィルタかけを緩和するニーズが明らかに存在する。実際、線形ハドロン反応炉により生産される養分豊富な物質の除去は、農家がその代わりの化学肥料購入することにつながり、これは環境的により好ましくないことであり、加えて費用増ともなる。いずれにせよ、本発明による汚水リサイクルの重要な利点は、有機栽培品質の潅水に適した養分豊富な水を提供することで、これは、当初の生物学的汚染物がヒトもしくは動物から発生するものであるため、より質の高い収穫物を得ることができる。

0074

広範なテストや実験、及び独立した実験所により行われた化学分析は、50Kwhの動力の線形ハドロン反応炉は、5%の生物学的汚染物質を含む無菌化された汚水を約1,000g/hの率で産出可能であることを明らかにした。完全なリサイクルステーションは、最低3つの反応炉が個々のバイパスによって直列につながれたものが想定され、他の2つが操業中に1つを整備することを可能にする。この方法により、線形ハドロンリサイクル装置は、1つが生物学的汚染物質を殺菌する主要反応炉となり、加えて1つが同様な2つ目のステーションとして安全のためのバックアップとなり、3つ目のステーションは最終的に潅水とする更なる清浄化のために使用される。

0075

1,000g/h以上が必要なときには、上述の3つの線形ハドロン反応炉は、所望の数だけを並列につなげることができる。5Kwh以上に電力を増強すれば、リサイクルされる汚水の流量を増加させ得る。この方法により本発明は、1,000g/hほどの少量の汚水の流れも、もしくは1,000,000g/hほどの大量の流れも、線形ハドロン反応炉を最終的な潅水の所望の質を得るために適当に直列に組み合わせることにより、あるいは所望のリサイクルの量を得るために並列に組み合わせることにより、必要な量に応じて制御可能なステーションごとの電力の下でリサイクルすることができる。

0076

都市の汚水に含まれる生物学的汚染物質は一般に、上述した通り約5%ほどである。農場で得られるような非常に濃密な汚水も、2段階方法によって本発明の技術でリサイクルすることができる。第1に、これらを希釈することなく図1A、1B、1C、2A、2B、2C、2D、2E、3、4に示す総合ハドロンリサイクル装置内で処理し、すなわち、全ての生物学的汚染物質がリサイクルされ、液体が無菌化されるまでこれらを循環する。次に、同じ高密度の汚水が水道水によって希釈された後、及び/もしくは汚染物質のパーセントに応じてアークに供給される電力を増加させた後、図5に示す線形ハドロン反応炉でリサイクルされる。

0077

現在、都市や団体で使用されているリサイクルプロセスに対する上述した新しい汚水リサイクルプロセスの利点は劇的である。第1に、以下に詳述するように、多量のマグネガス及び潅水が副産物として生産され、したがってこれらが無料であることから、既存の方法によるものに比べて線形ハドロンリサイクル装置の操業コストは劇的であり、大きな経済的利点がある。2番目に、本リサイクル・プロセスが殺菌されて無臭となった潅水のほかには外部に出るものがなく、完全な内部処理であることから、汚水リサイクル工場の周辺につきものの悪評の高い臭いを無くすという極めて大きな利点がある。3番目に、やはり臭いがないことから、現状の汚水処理施設に必要な、一般に主要な土地に配置される広大な分離地帯を全く無くすことができ、この分離地帯の都市利用を可能とする。4番目に、50Kwhの動力の場合には線形ハドロン反応炉がほぼ机ほどの小型の大きさであることから、全ての都市の汚水を1つの回収場所まで輸送する必要がなくなり、都市全体に幾つかのリサイクル用のステーションを配置できる。これは潅水の局地的な入手性を可能にし、更にやっかいな汚水の補充及び過剰補充の問題をなくす。第5に、通常の都市拡張プロセスの間で新たな街づくりが行われると、都市及び公共団体が果たすべき最初の義務は、この新しい街と主要汚水処理施設とを結ぶための数百万ドルに及ぶ出費である。本発明にかかる線形ハドロン反応炉はどのような場所にも設置可能であることから、このような莫大な出費を完全になくすことができ、これによってこの新たな街は汚水リサイクルと潅水の観点からは完全に独立したものとすることができる。同様に、高地での家や街の建設は、岩盤質の土壌である高地へ汚水結合用パイプ施設することの技術的な困難さとコストが障害となって妨げられている。一方において本願のハドロンリサイクル装置は、実際に如何なる高地にも使用可能であることから、同様な街をはるかに少ない費用で建設することが可能となる。

0078

汚水用プラズマアークフロー・リサイクル装置の操業コストは以下のようである。このリサイクル装置が、各々50KwhのDC動力を有し、外径2インチ、長さ3インチの消耗しないトリア添加タングステンのアノードと、安価な石炭から作られた外径3/4インチの消耗するアノードとから構成される電極を有する3つのプラズマアークフロー・ステーションにより構成されるものとする。この場合、前記反応炉の合計操業コストは、1時間当たり11.50ドルほどで、この内9.00ドルは昼夜平均の電気代、2.5ドルは安価な石炭、15年使用時の購入物価格の償却費、サービス費、1つ以上の反応炉を管理すると想定した人件費、配布費を含む残余の全てのコストである。上述の線形リサイクル装置は、1時間に約3,000ガロンの汚水を処理することができ、汚水1,000ガロンにつき3.83ドルのコストとなり、これは現状の多くの都市、公共団体の汚水リサイクルコストに対して完全に競合力を有する。

0079

合わせて、上述の線形ハドロンリサイクル装置は、各プラズマアークフロー・ステーションごとに800cf/h、合計で2,400cf/hの率のマグネガスと、1時間当たり約100ポンドの肥料として使用可能な固体沈殿物と、1時間当たり2,999ガロンの潅水とを生産する。良く知られた物理法則に従えば、ガス及び固体沈殿物に変換される液体の容積は非常に少ない。汚水をリサイクルするための現状コストは、前記線形ハドロン反応炉を稼動させるコストを十分以上にカバーできるため、マグネガス、固体沈殿物、潅水の生産は直接コストゼロであり、実質的に全ての入手し得る燃料に対して競合できる価格の、環境に受容可能な燃料を得ることができる。

0080

結論として、本発明は、汚染廃液もしくは通常の浄水であろうと、井戸水や海水、あるいは部分的にリサイクルされた汚水であろうと、これらの液体を総合リサイクルする始めての、実際に建造された反応炉を提供するもので、いずれも大きな商業的オーバユニティを有し、これは独立した実験機関により証明されている。液体の総合リサイクルを行うための本発明の反応炉は、環境的に最も受け入れ易い排気となる可燃ガスと、従来の熱交換器を介して利用可能な熱とを、市場で入手可能なあらゆるエネルギよりも格段に競合力のあるコストで生産する。生物学的に汚染された汚水をリサイクルするための本発明の反応炉は、クリーンに燃焼する可燃ガスと、潅水に使用可能な養分豊富な水と、肥料として利用可能な固体沈殿物とを生産する。現状での汚水処理のコストが汚水用ハドロンリサイクル装置の稼動費を十分にカバーするため、前記クリーンに燃焼する可燃ガスと潅水として使用可能な養分豊富な水のいずれもがコストゼロで生産される。このように、本発明は、真に環境に受け入れ可能であり、現在入手可能なエネルギに対して非常に低価格となる燃料及び熱の形態の、初めて知られる無限のエネルギ源を供給する。

0081

(発明の実施の形態)
本発明の本質と目的をより詳しく理解するため、添付図面を参照して以下に詳細する。
これまで記載された全ての特性を工業的に実現するため、本発明の好ましい実施の形態の可能な限り全ての構成の詳細を以下に記す。

0082

図面を参照して、図1Aは、係属中の関連する米国特許出願第09/372,278号のプラズマアークフローの主要原理を示しており、2つの直径約3/4インチの電極1、2から構成され、これらは図2Aに表示した次の実施の形態に示すリサイクルされる液体中に浸漬されている。この液体は、これも図2Aに表示した次の実施の形態に示す金属容器の中に入れられている。DC電気アーク95が、アノード1の先端97とカソード2の先端98の間に発生し、電子が正に帯電した先端98から負に帯電した先端97に向けて移動する。この電気アーク95は、50KwhのDC電源(図1Aには簡略化のため示さず)を動力とし、両電極1、2の先端97、98間の距離によるギャップを有し、このギャップの距離は50Kwhの電源に対しては通常118インチほどである。図1Aは更に、両電極1、2の先端97、98を取り囲むプラズマ96を示しており、これはほぼ、電気アーク95による先端97、98の白熱特性によって形成される約1/2インチ×1/2インチ×1インチの半軸を有する長円状の球体をした自然の幾何学形状の領域からなり、一般に約7,000°Fほどの温度の気体及び液体の成分から構成される。前記廃液のリサイクルは、ポンプ36によって当該廃液をパイプもしくはチューブ4に通し、電極1、2の両先端を取り巻くプラズマ96を通過させ、更にギャップ3の電気アーク95を通過させることによって始まり、その後、排出流5となって終了する。この実施の形態は、リサイクルする液体の分子を気体及び液体の成分に分解するプラズマアークフロー・プロセスを構成する。前記気体成分から可燃ガスへの組換えは、前記の流れ自身によって制御され、一方、固形物は反応炉の底に沈殿して工業用もしくは他の用途のために定期的に回収される。

0083

前述したものに比べて大幅に改善された本発明の好ましい実施の形態が、図1Bに示されている。ここでは、図1Aと同じ電極1、2、その先端97、98、そのギャップ3、前記ギャップ3を通す電気アーク95、プラズマ96、50KwhのDC電源から構成される。主な相違は、ポンプで圧送されたリサイクルされる液体の通過するチューブ4が、セラミック等の絶縁材料のチューブ6につながっていることである。以降、ベンチュリ6と呼ぶこのチューブは、以下の主な特徴を有する。即ち:1)ベンチュリ6は両電極1、2の先端97、98を覆い;2)ベンチュリ6は直径3/4インチの電極に対して内径約1インチ、外径約3インチ、長さ約5インチを有し;3)ベンチュリ6は、電極1、2が自由にベンチュリ6内に出入できるよう1/16インチの間隙7を有し;4)ベンチュリ6はスクリュ8などの固定具によりチューブ4内にロックされ;5)ベンチュリ6は、乱れを最小にするため緩やかなカーブ9で終了する。前記廃液は、このようなベンチュリ6を強制的に通過させられた後、出口5から排出される。

0084

図1Aに示す実施の形態に対して、図1Bに示す本プラズマアークフローの実施の形態の利点は幾つかある。この中には:1)前記液体の全てが電極1、2の先端97、98を取り巻くプラズマ96に曝されることを確実にすることで、これは図1Aの実施の形態では明らかに欠けていたこと;2)リサイクルされる液体が、ベンチュリ6によって形成される明確なバックアップ圧力によって確実にギャップ3を通過することを確実にすることで、これも図1Aにおいては、特に小さい電力による僅かな距離のギャップのときには欠けていたこと;3)上記1、2の特性のみならず、前記液体の動きにおける乱れの低減により、廃液リサイクルの効率が極端に高まること、が含まれる。

0085

これらの利点を考慮すれば、図1Bに示すベンチュリ6を持ったプラズマアークフローは、図1Aに示すプラズマアークフローでは不可能であった実用的な適用を可能にする。そのうちの1つは、廃液をリサイクルすることで、図1Bに示すベンチュリ6の使用により1回の通過で完全な殺菌が得られる。実際、図1Bに示す場合には、汚水全体が、7,000°Fのプラズマ96と、加えて強烈な光と、1,000Aもしくはそれ以上の電流と、大きな電場及び磁場とを強制的に通過させられ、これらの全ての要素が細菌学的活動の全てを瞬時に停止させる。これと比較し、図1Aに示すプラズマアークフローが使用されるときには、一部の廃液のみがこれら全ての要素に曝されるため、本願発明で考慮するような実用的、工業的な適用には至らなかった。言うまでもなく、より大きな電極の径に対してはより大きな内径のベンチュリ6が必要となり; ベンチュリ6の内部形状は、例えば円筒形の断面ではなくて楕円形の断面など、各種の幾何学形状であってもよく; ベンチュリ6の最終端の形状は、乱れを最少化する各種の異なる曲線にすることができる。

0086

図1Cは、アークプラズマフローと呼ばれる代替の実施の形態を示しており、これは、直径3/4インチで長さ12インチ、先端97を有する従来型の炭素棒からなるアノード1と;外径3/4インチで内径1/2インチ、先端98を有する概略円筒状中空のカソード2と、前記両電極1、2の先端97、98の間のギャップ3、両先端97、98の間の電気アーク95、及び両電極の先端97、98を取り巻くプラズマ96とから構成される。リサイクルされる液体はカソード2の内部を通して流れ、これによってまず強制的にアーク95を通過させられ、その後プラズマ96を通過する。この手順のために表示通りのアークプラズマフロー・プロセスとなる。

0087

上述した実施の形態の改善は、カソード2と同じ中空円筒形状のアノード1を使うことによって得られる。しかしながら、このような構成は炭素棒又は石炭棒には必要とされない。というのは、中空の円筒形カソード2に作用する中実の棒として作られたとしても、このアノード1が中実であっても中空の円筒状であっても、中空のカソードの中に浸入しようとする際にこの中実のアノード1は完全に消耗されてしまうからである。

0088

図1Cに示すアークプラズマフローは、廃液をまず電気アークに曝す必要がある幾つかのケース、例えば所定の化学反応と分解をこの廃液がプラズマ96を通過するより前に起こさせる場合などにおいては、図1Bに示すプラズマアークフローよりも有利である。この代替のアークプラズマフローは、以下に考慮される全ての実施の形態において、もし必要であれば適用可能であることは明示されなくても理解されよう。

0089

図1Dは、廃液の流れに対し3つのプラズマアークフローを直列につないだ代表的なケースを示す。この場合、廃液は単一の入口パイプ4から流入し、その後、同一のベンチュリ6に覆われている直列につながれた3つの電気アーク95に対応する一連の3つのプラズマ95を通過する。この実施の形態は明らかに、単一プラズマアークフローのリサイクルプロセスの3倍増を示し、但し流量は単一のプラズマアークフローのときと同じに維持される。複数のテスト・実験によれば、電気アーク95には以下の3つの異なる方法による電力の印加が可能であることが指摘される。すなわち:
1)3つの電気アーク全てが直列につながれ、単一のDC発電機により電力が加えられこと。この場合、第1の負極は発電機に接続され、第1の正極は第2の負極に接続され、第2の正極は第3の負極に接続され、最後の正極は前記DC発電機に接続される;2)3つの電気アークの全てが、単一のDC発電機と並列に接続されること。この場合、全ての3つの負極のそれぞれは発電機に接続され、全ての3つの正極はそれぞれ同じ発電機に接続される;3)前記各電気アークが、個々に3つの異なるDC発電機から1つにつき各電気アークごとの電力を得ること、である。

0090

図1Eは、廃液の流れが並行するようにつながれた3つのプラズマアークフローの代表例を示している。この場合、前記廃液は単一の入口パイプ125から流入し、その後3つの個別のパイプ4に分離され、その各々は個々の電気アーク95とプラズマ96を覆う固有のベンチュリ6を有する。本実施の形態は、単一のプラズマアークフローのリサイクル・プロセスを維持しつつ、単一のプラズマアークフローのリサイクル流量を3倍増にすることを明らかに意味している。テスト・実験によれば、一連の電気アーク95は、以下の3つの異なる方法によって電力を印加することができる。すなわち:1)3つの電気アークの全てが直列につながれ、単一のDC発電機によって電力が加えられること。この場合、第1の負極は発電機に接続され、第1の正極は第2の負極に接続され、第2の正極は第3の負極に接続され、最後の正極は前記DC発電機に接続される;2)3つの電気アークの全てが単一のDC発電機に並列に接続されること。この場合、全ての3つの負極はそれぞれが発電機に接続され、全ての3つの正極はそれぞれが同じ発電機に接続される;3)前記各電気アークが、個々に3つの異なるDC発電機から1つにつき各電気アークごとに電力を得ること、である。

0091

図2A、2B、2C、2D、2Eは、廃液のオーバーユニティの総合リサイクルに使用する、もしくはオーバーユニティの水分解に使用するハドロン反応炉の好ましい実施の形態を示している。これらは、図1Bに示すベンチュリ6を備える改善されたプラズマアークフローをベースとしたもので、以下の主要要素から構成されている。(注:示される全ての寸法は概略であり、本発明の典型的な適用を反映させただけである。同様に、好ましい材料としてステンレス鋼もしくはスチールが言及されているが、他の材料も想定され得る。):

0092

図2Aで集約して符号10で示される−メイン密閉容器アセンブリ−は、厚さ1/2インチ、外径3フィート1インチのステンレス鋼のフランジからなる底板12を備えた、厚さ約1/4インチ、直径約3フィート、高さ約1フィートのステンレス鋼の円筒状側壁11を含む。底板12は、溶接13又はその他の手段によって前記チューブ1に固定されている。前記容器は更に、溶接13又はその他の手段によって前記チューブ1に固定された厚さ1/2インチ、外径3フィート3インチのステンレス鋼のリング14と、厚さ1/2インチ、外径3フィート3インチのステンレス鋼のディスクからなる上板15が加わり、これらによって容器が完成する。上板15はボルト16によってフランジ14上に締結される。ガスケット17が加圧される室内の完全なシール保証する。この主要容器10は、約15gのリサイクルされる廃液18で完全に満たされる。

0093

図2A、2Bに集約して符号19で示される−電極アセンブリ−は、垂直に配置され、静止した非消耗性の、外径約2インチ、長さ約3インチのタングステン棒からなるカソード2と、加えて、連続使用のために相互に連結された3/4の市販されている長さ12インチの炭素棒からなる消耗性のアノード1とから構成されている。この内、カソード2は、前記容器の底板12から下方外部に突出する銅製ホルダ20に収納されており、前記ホルダ20は、フェノール系もしくはその他の非導電性材料で作られた非導電性ブッシュ21によって底板12から絶縁されている。加圧下での完全なシールを得るため、ブッシュ21は中間ガスケット23と共にスクリュ22で底板12に固定されている。ブッシュ21は、カソードホルダ20と金属底板12との間が1インチ以下の距離とならない形状、寸法に形成されている。一方のアノード1は、前記容器内の圧力維持を保証し、かつ廃液18が外部へ洩れるのを防ぐため、組み合わせガスケット26及びシール27と共にスクリュ25で上板15に締め付けられたブッシュ24を介して上板15から垂直にメイン金属容器アセンブリ10の内部に貫通する。この炭素棒は、負極の電流をアノード1に通すために接点アセンブリ28を通過するが、この詳細を、図2Bを参照して説明する。図2Bにおいて、前記の接点アセンブリは、アノード1の軸に沿って測定した長さが約2インチ、厚さ1インチ、幅1インチの2つの銅接点29から構成される。両銅接点29は、これらを取り囲む厚さ約1/4インチの銅ボックス30の内部に向けてスライド移動が可能であり、この銅ボックス30はスプリング31を介して両銅接点29を炭素棒1に押し付けている。両銅接点29は、1/32インチの間隙33を通過して銅ボックス30内部にスライド移動するシャフト32によってそれぞれ定位置に維持されている。負極の電流は、高電流ワイヤ34と関連する固定具を介して、スライド移動する接点29に供給される。

0094

図2Aに集約して符号35で示す−プラズマアークフロー・アセンブリ−は、図1Bに示すようなアセンブリからなり、両電極1、2の先端を覆うベンチュリ6と、廃液18を強制的にベンチュリ6を通過させる循環用の1HPのポンプ36とを含んでいる。ポンプ36は、メイン容器アセンブリ10の内側を起点とする入口37を備えている。このアセンブリは、溶接13もしくはその他の手段によって前記容器10に恒久的に耐圧式に固定された、内径1インチの標準耐圧性スチールパイプ38を配備している。前記プラズマアークフロー・アセンブリは更に、操業を停止することなく固体沈殿物を除去するための、内部フィルタとバイパス(簡略化のため図示せず)とを備えた市販の回収装置39を備えている。

0095

図2Aに集約して符号40で示す−電源アセンブリ−は、Miller Corporation により米国内で生産される市販の Dimension 1000 などの50 DC発電機41を含んでいる。発電機41は、図2Bに示す前記接点アセンブリに負極を供給するため、耐圧固定具43によってメイン容器アセンブリ10内に貫通する高電流の銅ケーブル42と、メイン容器アセンブリ10の底板12の下方外部に突出するカソードホルダ20へ正極を供給するための高電流の銅ケーブル44とを備えている。

0096

図2Aに集約して符号45で示す−自動アーク供給アセンブリ−は、更に詳細を図2C、2Dに示している。両図を参照して、本アセンブリは、アークを立ち上げ、制御し、最適化するため、例えば Tweeco Corporation の1部門である ArcAir によって米国内で生産、販売されているモデルNP6000などの市場で入手可能な電子装置46を含んでいる。この電子装置46は、カソード2に接続されたワイヤ47と、入手可能なモデルに応じて図2Bに示す接点29か、もしくはグラウンドに接続されるワイヤ48とにより、50ミリ秒毎に電気アークの電圧を検出する電子センサを備える。前記電子装置はその後、ワイヤ49を介してインパルス電流を1/2HPの電気モータ50へ送る。モータ50は、3/4インチの炭素棒のために相互に3/8インチの間隙を設けた、一対の厚さ1/8インチ、外径3インチのシャープに歯切りされた焼戻し鋼ギア51を駆動する。外径3インチ、厚さ3/4インチで、円筒状の外周面の凹部に炭素棒のアノード1を収納してその位置を維持するアイドルカウンタローラ52の助けを得て、歯付きギア51は、この炭素棒1を正しく保持するために約1/8インチほど炭素棒に食い込む。このアイドル・ローラ52は、セラミックなどの絶縁性硬質材料から作られ、1/32インチの間隙55によって前記ハウジングを通って貫通するねじ付きシャフト54を端末に備えたU字状のホルダ53に収納されている。このアイドル・ローラ52は、スプリング56によって炭素棒のアノード1と歯付きギア51とに向けて付勢されている。この付勢力は、ねじ付きシャフト54に係合するノブ57を操作することによって解除することができる。歯付きギア51は、円滑な回転のために前記外部ハウジングに配置されたボールベアリング58によって支持されており、同様にアイドル・ローラ52も、やはり円滑な回転のためにU字状保持部53に配置されたボールベアリング59によって支持されている。アセンブリ全体は、メイン容器アセンブリ10の金属上板15に固定されるよう金属脚部60に支持されている。

0097

図2Aに集約して符号61で示される−自動電極補充アセンブリ−は、より詳細を図2Eに示している。同図を参照して、このアセンブリは、3/4インチ×12インチの炭素棒1を、その両端にあるテーパとねじが設けられた雌端末62及び雄端末63を利用して相互に結合する自動手段を含んでいる。この自動手段は、炭素棒1の最上端64を検出するための、送信側65と受信側66とを含む赤外線センサ65、66と、電気モータ68及びこれに関連した市販されている電子制御装置(簡略化のため図2Eには示さず)により駆動される自動アーム67とを含んでいる。自動アーム67は、4時間操業に十分な300本の同一の炭素棒を保管するマガジン69から1本の新たな炭素棒1を掴み取り、この新たな炭素棒1のねじ付き雄端末63を先の炭素棒のねじ付き雌端末62に挿入する。このアセンブリは、脚部71と、ボルト72又は溶接13とによってメイン容器アセンブリ10の金属上板15に固定される、厚さ1/4インチのステンレス鋼製の全体を覆うケース70を被せて完成する。この全体を覆うケース70は、内部マガジン69への迅速な炭素棒の補充、及びサービスのための取外し容易なファスナ73を備えた、厚さ1/4インチのステンレス鋼の上板72を有する。図2Eは更に、前記自動補充アセンブリの上部位置を示すため、自動補充アセンブリ45を破線で示している。

0098

図2Aに集約して符号74で示す、反応炉で生産されたマグネガスを利用するための−マグネガス利用アセンブリ−は、金属容器アセンブリ10の上板15にある直径約4インチの穴75を含んでおり、この穴75を通して反応炉で生産されたマグネガスは自由に排出可能である。更にマグネガス利用アセンブリは、厚さ約1/4インチ、直径2フィート、長さ4フィートのタンクからなる安定化室76を含んでおり、マグネガスを放出した後の廃液が安定化し、前記容器に戻ることを可能にするため、一般にメイン容器アセンブリ10の上部に垂直に配置される。マグネガス利用アセンブリはこの他に、前記反応炉内部を予め定められた圧力に調整するためのバルブ77と、マグネガスから炭素、残余の廃液、その他介在物を除去するフィルタ78と、安定化室76、バルブ77、フィルタ78を溶接13又は他の耐圧手段により相互に接続するステンレス鋼の配管79と、市販のタンクにマグネガスを搬送する市販のポンプなどの従来技術による利用装置(図2Aには簡略化のため示さず)につながるマグネガス出口80とを含んでいる。

0099

図2Aに集約して符号81で示す、前記反応炉で発生した熱と廃液18からえられた熱とを利用するための−熱利用アセンブリ−は、メイン容器アセンブリ10の内部を起点とする入口83を備えた循環用1HPポンプ82を含んでいる。この循環ポンプ82は、ファン付きラジェータや熱交換器などの外部の熱活用装置84に廃液18を圧送し、その後、出口85を介して前記金属容器に廃液18を戻す。熱利用アセンブリ81は、溶接13又はその他の耐圧手段によりメイン容器アセンブリ10に固定される、内径1インチの標準、高圧用ステンレス鋼チューブ86を配備している。

0100

その他、−簡略化のために図2には図示されない安全、付帯装置類−には:マグネガスがメイン容器アセンブリ10から万一洩れたときのための自動停止装置付きゲージ不適切電気分解によりマグネガスで生産される酸素が5%以上となった時のための自動停止装置付きゲージ;炭素棒の破損により供給が停止したときのための、通常は自動供給アセンブリに含まれる自動停止装置付きセンサ;メイン容器内の圧力が25psiになったときのための自動停止装置付き圧力ゲージ;廃液のレベルが上限線から3インチ下回ったときのための自動停止装置付き廃液レベルゲージ;廃液18から不純物を取り除くためにプラズマアークフロー・アセンブリ35と熱利用アセンブリ81とにそれぞれ設けられる独立したフィルタ;全てを収容するカート;メイン容器アセンブリ10を外部の所望容量のタンクにつなぐポンプ駆動の手段;反応炉にヒトが不注意に接触することを防ぐための全体を覆う断熱カバー;その他、が含まれる。

0101

上述した大気圧で操業されるハドロン反応炉の実施の形態の動作は以下の通りである:反応炉容器に、自動車用不凍液の廃液、オイルの廃油などのリサイクルされる廃液18が完全に満たされる;手作業で相互に組み合わされた3本セットの12インチの長い炭素棒1が、自動供給装置アセンブリ45の駆動機構と、図2Aに示す上板のブッシュ24のシール27と、図2Bに示す銅接点29とを通過して上方から差し込まる。この際、前記相互に結合された炭素棒の先端97が、静止したカソード2の先端98から約1インチの距離となるよう配置される;マグネガス回収システムから大気中の酸素を全て排除するため、反応炉にマグネガスを満たす;プラズマアークフローと熱利用の2つのポンプを始動する;図2C、2Dに示す電気アークの自動供給装置が遠隔操作もしくはコンピュータ制御により動かされ、まず図2Dのモータ30に電流が流され、炭素棒1をカソード2に接触するまで押し下げて電気アークを発生させる。その後、自動供給装置45は50ミリ秒ごとに電気アークの電圧を感知し、前記電圧が増加したときには炭素棒1を下方に、低下したときには上方に微細に移動させるよう相応した電気インパルスをモータ50に送り、これによって電気アークの電圧を、50Kwhの電源に対して約40V DCとなる予めセットされた最適な電圧に維持する;電気アーク発生直後にマグネガスが生産され、従来型のタンクにポンプ搬送されるよう出口80から排出される;電気アークの発生直後に廃液18の熱も発生するが、先に指摘したように予め設定された180°Fの温度達成は約3分後となり、その後熱利用アセンブリ81が稼動する。

0102

以上の手順に従う間、オペレータ待機したままの状態で、自動停止装置が働いたときだけ操作する。この場合、備えられた警報灯が停止の原因となった問題を特定するので、その整備が可能である。

0103

言うまでもなく、上述の反応炉は50Kwh以下で駆動されるより小さなサイズのモデルや、50Kwh以上のDC電源のより大きなサイズのモデルなど、あるいはこれに伴って電極を3/4インチ以上もしくは以下とするなどの性能アップもしくはダウンすることを含めた多くの変更を加えて構築することが可能である。

0104

同様に、図1Dに示すように幾つかの電気アークを直列につなぎ、同一のDC電源で直列もしくは並列に電気配線して同一のメイン容器アセンブリ内に設置することが可能であり;又は同様な反応炉を、幾つかの電気アークを並列につないで同一の電源、又は個々の電源でこれらを稼動させるように構築することも可能であることがテスト結果から明らかとなっている。上述した同じ反応炉は、先に述べたようにオーバーユニティの水分解に使用することができ;同じ反応炉は、20psiの最大内部圧力まで同様に稼動させることができる。それ以上の圧力となると、炭素棒1を押し出そうとする前記容器内部からの圧力のために炭素棒1の自動供給機構が動作しなくなる。

0105

以上述べた同じ反応炉は、化石原油を活用する新たな方法に使用することができる。この活用の中には、原油をクリーンに燃焼する可燃ガスと、各種工業分野で有効利用可能な固体沈殿物とにする完全なリサイクルが含まれる。この方法は、生産される燃料の排気が大幅に改善されること、稼動コストが低いこと、巨大な従来の精油所に比べてこの反応炉が小さく、機動性を有しているために輸送上の利点があることにより、現在の精油所による原油処理方法と比較し明らかな利点を有する。

0106

上述した実施の形態は、AC電気アークに対しても同様に適用可能であることは指摘されるべきであるが、AC電気アークにおいては異なる電極を必要とし、生産効率はより低くなる。図2A〜2Eの実施の形態に対する主な差異は、液体中のAC電気アークでは一般に両電極共に消耗することである。このため、電圧を一定に保つだけでなく、ベンチュリ6内で電気アークを一定の位置に保つよう相互に関連した2つの異なる動力に支援された電極自動供給装置が必要となる。これらの両特性を備えた装置は、例えば炭素棒の大手生産業者である Teweeco の1部門の Arc Air 社で生産されるモデルNP600などの市販の自動供給装置が入手可能である。

0107

先に指摘したように、大気圧で操業する際の50Kwh発電機を備えた上述の反応炉では商業的オーバーユニティが約5であり、その内訳は、計器パネルで計測される電気エネルギ1単位に対し、当該反応炉が約2エネルギ単位のマグネガスと約3エネルギ単位の熱とを発生する。具体的に言えば、前記反応炉がフル能力で操業する際には、約1,200cf/hという驚くべき割合でマグネガスを生産する。当該反応炉を2時間操業すると、コンパクトカーで1日中走行するに十分なパワーのマグネガスを生産する。1200A、15〜20psiで操業すると、オーバーユニティは約7ほどになる。同じ反応炉に水道水を満たすと、100A、大気圧で操業する水分子の分解でオーバーユニティは4となり、これは電流と圧力を高めると更に大きなオーバーユニティとなる。

0108

上述のハドロン反応炉の最も大きな操業費用は、3/4インチの炭素棒によるもので、これは一般に、生産されるマグネガス1立方フィート当たり1/2インチの割合で消費される。大量生産したときの直径3/4インチ、長さ12インチの炭素棒のコストが0.50ドルであるとすれば、上述した消費はマグネガス1立方フィート当たりの炭素棒コストでは0.02ドルとなる。その他全ての操業費用は、1/1000ドルのオーダである。実際、前記の装置は少なくとも15年間使用可能であり、その間に数百万立方フィートのマグネガスが生産されるため、得られたマグネガスに対する購入価格の償却費は無視し得るものとなる。整備費、人件費、保険、配布費等を含む他の費用は詳細に算定されたが、合計0.005ドルを越えることはなく、したがって合計の操業コストは0.025ドル/cfとなる。このため、マグネガスの実際のコストは、上述のコストから汚水リサイクルによる収益、加えて前記の熱利用による収益を差し引くことによって得られる。

0109

図3は、新しい石炭のガス化方法の実施の形態を示している。図2A〜2Eに示す実施の形態と比較してこの方法の主な利点は:1)操業コストの大幅低減;2)ハドロン反応炉の連続使用性の改善;3)生産される燃焼ガスのエネルギ含有量の増加である。

0110

図3に示す実施の形態は、本質的に粉末石炭とタールなどの結合剤とからアノードを押し出し成形する方法にある。この方法により、石炭は電気アークによって原子成分に分解される。ハドロン反応炉はその後、これらの成分を、以降に石炭マグネガスと呼ぶ更に新しい形式のマグネガスの形成に使用される揮発成分と、加えて反応炉の底に沈殿し、工業用やその他用途に使用するため定期的に回収される固体成分とに分割する。

0111

上述の方法では、石炭が廉価であることが生産されるガス1立方フィート当たりのコストを実質上無視できるものとするため、図2A〜2Eに示す反応炉に対して大幅な操業コストの低減を可能にする。本システムは、明らかに連続使用に適しており、これによって操業性の改善が見込まれる。最後に、この方法によって生産される可燃ガスは、良く知られた石炭の高エネルギ含有量のため、炭素棒から生産される対応したガスと比べて明らかにより多量のエネルギを含んだものとなる。

0112

代替として、図3の実施の形態は、ハドロン反応炉の有する商業的オーバーユニティにより、はるかに大量の受容可能な燃料が低コストで得られるなど、他の方法に対して明確な優位性を持つ新たな石炭ガス化の方法を提供している。

0113

より具体的に、図3に示す好ましい実施の形態では、集約して符号87で示すアノード押し出しアセンブリを示しており、アノード1は概略寸法が3/4インチであり、これが壁厚さ1/8インチのステンレス鋼で作られた全体を覆う金属容器88から連続的に押し出される。容器88の下部は、内径が炭素棒1の外径と同じ3/4インチの円筒部89で完了する概略漏斗形状をしており、この円筒部は溶接13もしくは他の耐圧手段によりメイン容器アセンブリ10の上板15に固定される。前記容器88の内部は、押し出しを容易にするためにテフロンもしくは他の高温潤滑材コーティングされている。個別タンク90は、市販の定量分配装置(簡略化のため図示せず)を介して容器88に粉末石炭又は他の導電性粉末を供給し、個別タンク91は、やはり市販の定量分配装置(簡略化のため図示せず)を介してタール、エポキシ等の結合材を供給する。容器88の内部には、容器88の壁との間に最大約1/16インチの間隙を設けた約1/2インチの大きなピッチヘリカルギア92が含まれ、これは約1HPの電気モータ93によって駆動される。前記ギア92は、石炭と結合剤とを混合し、これらを下方に押し出す電気ヒータ等の結合手段が石炭とタールとを結合してアノード1として使用できる固形の棒とする。石炭棒は押し出された後、図2Bに示す接点アセンブリ28に入り、負極のDC電流を流す。この石炭棒1は最終的に、接点アセンブリ28の出口で、外径約2インチ、長さ約3インチのタングステン棒で形成される静止した非消耗性のカソード2に曝される。その後、電気アークが発生し、以下、図2C、2Dの実施の形態で示した動作につながる。

0114

この新たな石炭ガス化の動作を以下に説明する。まず、タンク90が石炭により、タンク91が選択された結合剤によってそれぞれ満たされる。安全のために大気中の酸素を除去すべく、押し出し装置全体がマグネガスで満たされる。容器88内が、適切な比率の粉末石炭と前記選択された結合剤により満たされる。電気モータ93が始動し、結合装置94が作動し、この結果石炭棒1が押し出されてこれがメイン容器アセンブリ10の上板15の内部に侵入する。石炭棒が電気接点アセンブリ28に入り、そこから出たことをセンサが検出、これによって図2B、2Cに示す実施の形態の自動供給装置が作動する。図2Aに示すように炭素棒1をカソード2に向けて移動させる代わりに、ここでは同じ自動供給アセンブリ45が、石炭棒1の押し出しスピードを調整するように電気モータ93を制御する。電気ショートによってアークが発生し、その結果、石炭棒1が消耗して電気アークのギャップ3となる。その後、アーク電圧が増加した際にはアークのギャップ3が増加したことを意味し、供給スピードが自動供給アセンブリ45によって早められ、逆にアーク電圧が低下した際にはアークのギャップ3が減少したことを意味し、押し出しが中止される。このようにして、一定の電圧が保たれる。

0115

本発明は更に、プラズマアークフロー反応炉を使って石炭を気化する下記の代替の方法を含んでいる。まず、独自に石炭が、外径3/4、長さ12の図2Eに示すようなテーパねじ付き端末を有する石炭棒として押し出される。この場合、この石炭棒は、図2Eの炭素棒の代わりに自動補充アセンブリ61に使用され、その結果、図3の自動押し出しアセンブリ87と全く同様にして石炭が気化される。

0116

代替として、粉末石炭は、磁気が飽和するに至るまで前記反応炉内で磁気的に液体に結合され得る。この場合、マグネリキッド内に含まれる余剰の炭素により、非消耗性、非炭素ベースの電極の使用が可能となり、この結果、反応炉の寿命が長くなる。この場合、図2B、2Cに示す自動供給装置は、消耗に伴うアノードを補充する必要はなく、単に電気アークを開始させ、その後はこれを維持するだけでよい。

0117

図2A〜2E、3に示すハドロン反応炉の主な特徴の1つは、整備するとき以外に何ら中断させることがなく、24時間の連続操業が可能となることである。これは、炭素棒または石炭棒の相互結合の特性によるもので、これによって電気アークに向けて連続的に供給することが可能となる。具体的には、前記相互結合された棒の線形の特性により、アノードは、図2Aに示すように必要に応じてシール27を介してメイン容器アセンブリ10内に侵入して行かねばならない。

0118

上述した実施の形態の制約は、最大20〜30psiほどの制限された圧力下のみで操業が可能となることである。これは、高圧になると内部の圧力によって炭素棒又は石炭棒を押し上げる力が働き、前記自動供給装置がこれらの棒をもはや反応炉内に押し込むことができなくなる、という事実による。

0119

図4に示す好ましい実施の形態は、200から300psiほどの高い内部圧力下で操業可能であり、その結果、反応炉が50Kwhで駆動されるときの商業的オーバーユニティが30ほどになり、劇的な効率増につながる更に新しい形式のハドロン反応炉を示している。この新たなハドロン反応炉は以下の主要要素から構成される。

0120

集約して符号10で示される、図2Aとほぼ同様な−メイン密閉容器アセンブリ−は、厚さ2インチ、外径3フィート1インチのスチール円板からなる底板12を備える、厚さ約1インチ、外径約3フィート、高さ約7フィートの垂直のスチール円筒状の側壁11を含み、底板12は高耐圧連続溶接13により側壁11に固定されている。前記容器はこれに加え、高耐圧連続溶接13によって側壁14に固定された、厚さ2インチ、外径3フィート3インチのスチールフランジ14と、ボルト16又は他の手段によって前記フランジ14に固定された、厚さ2インチ、外径3フィート3インチのスチール円板からなる上板15とを含み、これによって容器が完成する。前記容器はこの他に、高圧を維持できるように容器内の完全なシールを保証するガスケット17を含む。こうして密閉されたメイン容器には、リサイクルされる汚染廃液18が完全に満たされる。

0121

集約して符号19で示される−電極アセンブリ−は、少なくとも外径2インチ、長さ3インチのタングステン棒からなる静止した非消耗性のカソード2と、炭素、石炭又は他の導電材料からなる肉厚3/4インチ、半径1フィート、高さ3フィートの円筒状の消耗性アノード1とから構成される。この内、カソード2は、前記容器の底板12から下方外部に突出する銅製ホルダ20内に収納され、当該ホルダ20は、スクリュー22で底板12に固定された非導電性のブッシュ21によって底板12から電気的に絶縁されている。ガスケット23が、加圧状態にあるメイン容器の完全なシールを保証している。ブッシュ21は、フェノール系もしくは他の電気絶縁材料で作られ、カソードホルダ20と金属の底板12との間が1インチ以下の距離とならないような寸法、形状とされている。一方、円筒状のアノード1は、ファスナ100に保持されて銅ホルダ99に収納されている。この円筒状アノード1と銅ホルダ99のアセンブリは、その上部で直径3/4インチ、高さがこの円筒アノード1の消耗する長さよりも長い、例えば4フィートの銅棒101につながっている。この銅棒101は、図2Bに示すものと同様に負極の電流を流すために接点アセンブリ28を貫通している。前記負極は高電流ワイヤ102によって伝達され、正極の電流は、図2Aに示すと同様に底板12の下側外部に突出するカソード2の銅ホルダ20に伝達される。

0122

集約して符号35で示す−プラズマアークフロー・アセンブリ−は、図2Aに示すものと同様の循環ポンプを備えた図1Aに示す構造のものから構成されるが、図4では簡略化のため含まれていない。

0123

集約して符号40で示す−電力アセンブリ−も図2Aに示すものと同様で、 Miller Corporation により米国内で生産される市販のモデルDimension 1000 等の50DC発電機を含んでいる。この発電機は、図2Bに示す内部接点アセンブリに負極を伝達する高電流銅ケーブル102と、前記容器の底板12の下側外部に突出するカソードホルダ20に正極を伝達する銅ケーブル44と、図2C、2Dに示すものと同様の、電気アークを立ち上げ、維持し、最適化するための自動供給装置45とを備えている。但しこの場合、前記駆動ヘッドは完全に容器アセンブリ10内に浸漬され、電子部分はその外部にある。前記自動供給装置は、円筒状アノード1の銅棒101をその軸に沿って移動させることに加え、5rpmの速度で回転させる能力を持つよう更に変更される。これによって円筒アノード1を、静止したカサード2に対して前進後退させる動作に加え、カソード2に対向させてこの円筒状アノード1を回転させることができる。

0124

図2Aに示すような−マグネガス利用アセンブリ74−は、ここでは簡略化のために省略している。

0125

図2Aに示すような−熱利用アセンブリ81−は、ここでは簡略化のために省略している。

0126

−簡略化のために図4に表示されないその他の安全・付帯装置−は、基本的に図2A〜2Eに示すものと同様であり、ここではやはり簡略化のために省略している。

0127

図4に示す、高圧ハドロン反応炉の好ましい実施の形態の動作は以下のようである:円筒状の炭素又は石炭アノード1が銅ホルダ99に装填され、アークを開始するに適した位置に配置される;自動車用不凍液廃液、エンジンオイル廃油、原油などのリサイクルされる廃液18が、密閉反応容器内に完全に満たされる;容器にはその後、内部の大気中酸素を完全に排除するためマグネガスが満たされる;プラズマアークフローと熱利用の両ポンプが始動する;電気アークの自動供給装置が、装置の遠隔から又はコンピュータ制御により作動される;円筒状の炭素又は石炭アノード1が、縁でタングステンカソード2と向き合って回転を始め、さらに電気アークが発生するまで前進して接近する;電気アークによって炭素又は石炭アノード1がその端末のいずれかの位置で消耗すると、アノード1の回転と必要に応じた微細な下方への移動によってアークの電圧が一定に保たれることにより、アークのギャップが一定に維持される;電気アークの発生直後にマグネガスが生産され、更に液体中の熱も生ずる;操業は大気圧で開始され、マグネガスの生産によってゲージバルブアセンブリ77で予め設定された圧力まで急激に上昇する;前記予め定められた圧力を越えて余剰に生産されたマグネガスは反応炉から排出され従来型の貯蔵タンクに圧送される。

0128

図2A〜2Eに示す実施の形態の低圧ハドロン反応炉では、整備による唯一の中断以外は24時間の連続操業ができるが、図4に示す実施の形態の高圧ハドロン反応炉では、円筒状の炭素又は石炭アノード1の前記寸法に対しては8時間の操業ごとにアノード1を取り替えるため、停止させる必要がある。この取り替えは、容器10の上板15の迅速な取り外しと新しい円筒アノードの迅速な補充をする手段によって実施することができる。

0129

前記の円筒状アノードの持続時間を理解するには、3/4インチの炭素又は石炭棒は、1立方フィート当たり1/2インチの率で消耗することを想起せねばならない。肉厚3/4インチ、半径1フィート、高さ3フィートの円筒状アノードは、直径3/4インチ、長さ12フィートの線形の棒300本に相当し、これは7,200立方フィートのマグネガスの生産に使用可能であることから、上述したように900cf/hの率で8時間の連続作業時間となる。円筒状アノードの持続時間を長くするには、その半径、高さのいずれか一方もしくは双方を増やすことで容易に対応することができる。このため、十分に大型の容器であれば24時間連続操業とすることもでき、停止して円筒アノードの迅速な補充をし、直後に操業を再開することができる。

0130

図4に示すような高圧ハドロン反応炉は、低圧反応炉に比べて格段に高い効率が見込まれている。というのは、電極のギャップで生産されたマグネガスがリサイクルすべき廃液を追い出し、その結果、電気アークの発生する時間の約60%と想像される殆どの時間が、液体中ではなくてマグネガス中で発生することとなり、これによって比較的低い効率になる。

0131

これに比較し、200又は300psiの圧力で操業されると、電気アークによって生産されるマグネガスの気泡は、その大きさが少なくとも99%ほども極端に縮小される。この結果、電気アークの殆どの時間はリサイクルすべき液体中で発生することとなり、これによってマグネガスの生産が極端に増加し、さらには相応して生産される熱も極端に増加する。

0132

ハドロン力学、ハドロン超伝導、ハドロン化学に基いた詳細計算によれば、図4に示すような実施の形態の高圧ハドロン反応炉のオーバーユニティは、300psiで操業したときには少なくとも30と見込まれ、この内オーバーユニティ10はマグネガスの生産、オーバーユニティ20は利用可能な熱の生産と見込まれる。

0133

発電機の効率が30%であることを想起すると、図4に示す高圧ハドロン反応炉は自立型であることが期待される。というのは、生産されるマグネガスは、このハドロン反応炉自身を稼動させるために必要なDC電流を生み出す発電機を駆動するに十分であり、多量の使用可能な熱の生産に加えて残余のマグネガスが他の用途にも使用可能だからである。

0134

図4の代替の実施の形態では、電流の負極が図2Bに示すものとほぼ同様の銅ブッシュを介して伝達され、この銅ブッシュは電気アークにできるだけ近い位置に配置されてアノード1の円筒表面の外部をその下端から約1インチの距離でスライド移動し、炭素の高い抵抗による電気エネルギの損失を最少にする。この代替の実施の形態では、接点アセンブリは、アノードの外径が2フィートである以外は図2Bに示すものと同様であり、アノード駆動アセンブリは図2C、2Dに示すものと同様だが、唯一の相違は当該アセンブリはアノード1の銅製の棒もしくはシャフト101を駆動すること、およびこれを前進させるのに加えて回転させる手段を有することである。この代替の実施の形態による主な利点は、電気エネルギの大幅な節約である。実際、図4に示す実施の形態では、電流は円筒アノードの全長を通過する必要があり、良く知られた銅の約300倍になる炭素の抵抗のために大きな損失となる。これに比較し、本実施の形態では電流の伝達がアークに非常に接近し、これによって上述した電気エネルギの損失が回避される。

0135

汚水リサイクル用の線形ハドロン反応炉の好ましい実施の形態を図5に示す。これは以下の7つのステーションからなる。
ステーション1:集約して符号103で示す−フィルタ・軟化装置アセンブリ−は、汚水が流入する内径約1インチのステンレス鋼の入口チューブ104と、大きな粒子の装置内への侵入を防ぎ、生物学的な微粒子を装置で処理可能な形態に乳化する、前記入口チューブ104につながるフィルタ・軟化ポンプアセンブリ105とから構成される。

0136

ステーション2:集約して符号106で示される−フローバルブ制御及び測定アセンブリ−は、流れを予め定められた値に制御するバルブと、その測定を行う測定器とから構成され、これによって所望するリサイクル率で装置が操業するようセットする。

0137

ステーション3:集約して符号108で示す−プラズマアークフロー反応炉−は、約1インチの内径のステンレス鋼のチューブ109を含み、これは静止したタングステンのカソード110と消耗性の石炭又は炭素アノード1を覆う図1Bに示すベンチュリ6内につながる。このベンチュリ6は、垂直方向上方に耐圧突出部110を有し、この中にシール111を介してアノード1が侵入し、完全に水密のシールを形成する。前記電極は、50KwhのDC発電機112の電力により高電流銅ケーブル113を介してカソードへ正極を伝達し、負極は、電力の損失を最少にするようベンチュリ6にできる限り接近させて配置された図2Bに示す水中接点アセンブリ内つながる高電流銅ケーブル114を介してアノードに伝達される。図2A〜2Eの反応炉と同様な、図2C、2Eに示す反応炉の外部上端に配置された自動制御ユニットによってアーク95が発生し、維持され、最適化される。

0138

ステーション4:集約して符号115で示される−マグネガス利用ユニット−は、内径約1インチのステンレス鋼のチューブ116を含み、これはこの時点で液体の線状の流れを、厚さ1/4インチ、直径2フィート、高さ6フィートで入口チューブ116に対して中間に配置された円筒状の、垂直配置のステンレス鋼タンクからなる安定化室117へと導く。この安定化室117は、処理された液体から生産されるマグネガスを分離するのが目的で、マグネガスは、内径約1インチのやはりステンレス鋼のチューブで形成された上方パイプ118から排出される。その後、圧力調整器119、フィルタ120につながり、さらにその後、ステンレス鋼のパイプが標準的なポンプにつながれており、マグネガスを圧縮して標準のガスタンクに圧送する。

0139

ステーション5:集約して符号121で示す−排磁装置−は、内部寸法が約6フィート×6フィート×6フィートの約3Kwhを吸収する工業用マイクロ波炉と、内部にある内径約1インチの硝子等の非金属の曲がりくねったチューブとを含み、消費者用マイクロ波オーブンと同様、水の共鳴周波数で操作される。

0140

ステーション6:集約して符号122で示す−遠心機−は、処理された液体から固体沈殿物を除去するため、1,000g/hの流れに適した従来型の市販の遠心機122を含み、操業を停止させることなく前記固体沈殿物を定期的に除去するための手段123を含んでいる。この遠心機は、その操業が所定のものでない場合に使用される図示しないバイパスを備えている。

0141

ステーション7:集約して符号124で示す−最終フィルタ−は、市販されているフィルタからなり、その特性は手許にある特定の適用に対して環境保全当局により要求されるものに適したもので、当該フィルタは簡略化のために図5には示さないバイパスを備える。

0142

−追加となる安全及び制御装置−には、マグネガスが洩れたときの自動停止装置を備えた外部のマグネガス検出装置;圧力が高まったときの自動停止装置を備えた汚水圧力計;全ての必要な停止スイッチを備えた、遠隔からの操業開始を制御をするための計器パネルが含まれる。

0143

上述した線形ハドロンリサイクル装置の好ましい実施の形態の動作は以下のようである。石炭棒又は炭素棒1が挿入される;ステーション2の制御系が、例えば1,000g/h等の所望の流れにプリセットされる;入口ライン104が水道に接続される;軟化ポンプ105が始動する;電気アークが発生し、これによってマグネガスと潅水の生産が開始される。水道水により装置が機能することが検証されたら、汚水がバイパスを通して導入され、水道の使用が閉鎖される。汚水のアークによるリサイクルが始まり、全ての細菌学的活動を消滅させ、一部は生物学的汚染物が気体及び固体の沈殿物に分解され、他は肥料として使用可能な形態に焼成される。このように処理された汚水はその後、軟化ポンプ105によってマグネガス安定化室117に圧送され、ここで液体は圧力バルブ119によってプリセットされた中間位置以上に高まる。この方法により、マグネガスが生産され、フィルタがかけられ、従来型のタンク内に貯蔵されるため従来型のポンプへと導かれる。処理された汚水は線状の流れを維持し、ここで排磁ステーションに至る。このステーションの目的は、10Teslaもしくはそれ以上と推定される電気アークの強力な磁場を通過する際に水の分子によって帯磁された磁性を取り除くことにある。前記排磁ステーションでは、マイクロ波により水の共鳴振動数を帯びるため、単に激しい振動の中に前記水の分子を強制的に通すことのみによって前記の磁性を取り除く。排磁が完了すると、処理された汚水は不要な固体沈殿物を除去するために遠心機に通される。このように処理された汚水はその後、フィルタ124を通過し、出口107から排出されて、環境当局の要求する最終的な潅水の純度に至る。

0144

図5に示す実施の形態に対して、実質上無限の数の変形、追加、改造が可能である。例えば、2つもしくはそれ以上のステーション3と、これに応じたステーション4をすべて直列に配置し、各々がバイパスを備え、この流れのリサイクルを所望の品質に改善すること、あるいは幾つかの完全な線形のハドロンリサイクル装置を並列に配置して処理される汚水の流れを増加させること、などが可能である。

0145

本明細書に記載の発明は、明らかに新規で有用である。その上、従来技術全体を考慮に入れても、本発明に至った時点において当該技術分野における通常の知識を有する者が容易に想起し得るものではなく、法の要求を満たすものである。

0146

したがって、上述した目的、上述の記載で明らかにされたものは有効に得ることができるものであって、これらは本願発明の範囲から逸脱することなく変更が可能であることから、上述した構成、添付の図面の表示に含まれる全ての内容は表示目的であって限定目的ではないと解釈されることが意図されている。

図面の簡単な説明

0147

表示の請求の範囲は、以上述べた本発明の一般的、及び個別の特性と、言語上の問題から、これらの言語の中間に含まれるものとなり得る本発明の範囲の全ての言及とをカバーするものと理解されるべきである。

【図1A】
係属中の関連する米国特許出願第09/372,278号のプラズマアークフロー・プロセスを示す。
【図1B】
本発明の改善されたプラズマアークフローの好ましい実施の形態を示し、ここではリサイクルされる液体がまず電気アークを取り巻くプラズマ中を流れ、その後電気アーク自身を通過する。
【図1C】
アークプラズマフローと呼ばれる代替の実施の形態を示し、ここではリサイクルされる液体がまず電気アークを通過し、その後これを取り巻くプラズマを通って流れる。
【図1D】
直列に接続されたプラズマアークフローのシステムを示す。
【図1E】
並列に接続されたプラズマアークフローのシステムを示す。
【図2A】
汚染廃液の総合リサイクル用の本発明にかかる自動プラズマアークフロー反応炉の好ましい実施の形態を示す。
【図2B】
損失を最少にするため、できるだけ電気アークに接近させた位置で電流の負極をアノードに供給する液面下の銅接点を示す。
【図2C、2D】
前記電気アークの自動制御の異なる方向から見た図を示す。
【図2E】
炭素棒の自動補充装置を示す。
【図3】
石炭と結合剤とを使用して、アノードをプラズマアークフロー反応炉中に直接押し出す装置を示す。
【図4】
廃液の総合リサイクル用の新しいプラズマアークフロー反応炉を示す。
【図5】
生物学的に汚染された水をリサイクルするための自動プラズマアークフロー反応炉の好ましい実施の形態を示す。
【符号の説明】
1.電極(アノード)、 2.電極(カソード)、 3.ギャップ、 6.ベンチュリ(チューブ)、 10.メイン密閉容器アセンブリ、 11.円筒状側壁、 12.底板、 15.上板、 18.廃液、 19.電極アセンブリ、 20.銅製カソードホルダ、 28.接点アセンブリ、 29.銅接点、 35.プラズマアークフロー・アセンブリ、 36.ポンプ、 39.回収装置、 40.電源アセンブリ、 41.DC発電機、 45.自動アーク供給アセンブリ、 46.電子装置、 50.モータ、 51.歯付きギア、 52.アイドル・カウンタローラ、 61.自動電極補充アセンブリ、 67.自動アーム、 68.電気モータ、 69.マガジン、 72.上板、 74.マグネガス利用アセンブリ、 76.安定化室、 77.バルブ、 78.フィルタ、 81.熱利用アセンブリ、 82.ポンプ、 84.熱利用装置、 87.アノード押し出しアセンブリ、 88.金属容器、 90、91.個別タンク、 92.ヘリカルギア、 93.電気モータ、 95.電気アーク、 96.プラズマ、 99.銅ホルダ、 101.シャフト、 103.フィルタ−軟化装置アセンブリ、 105.フィルタ−軟化ポンプアセンブリ、 106.フローバルブ制御及び測定アセンブリ、 108.プラズマアークフロー反応炉、 110.カソード、 115.マグネガス利用ユニット、 117.安定化室、 119.圧力調整器、 121.排磁装置、 122.遠心機、 124.最終フィルタ。

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