JP6574183B2 - 固体、液体、または気体炭化水素（ｈｃ）原材料の熱機関での燃焼のプロセス、炭化水素（ｈｃ）材料からエネルギーを作り出す熱機関およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱機関での炭化水素材料の燃焼プロセスに関する。本発明は、前記のプロセスを実施および操作する熱機関、およびそのような機関を備える炭化水素材料からエネルギーを作り出すシステムにも、関する。

本発明の分野は、固体、液体および／または気体炭化水素材料の処理の分野、特にディーゼルである。本発明は、特にディーゼル燃焼に、および一般に熱機関での炭化水素材料に、関する。

最新のシステムの大多数は、酸化剤としての大気と前記の炭化水素材料の燃焼を行う。

大気が２１％酸素および７８％窒素によって構成されることが知られており、残りは希ガスであり、酸素（Ｏ_２）だけが燃焼の反応性の高い要素である。窒素は中性ガスであり、それは、現在のシステムでバラストガス流、熱流体および／または仕事量膨張としての機能を果たす。前記のシステムは、熱エネルギーの産出（ボイラー胴等）を、または機械的エネルギーへの変換（熱機関、タービン等）を、目的としている。

大気との完全な燃焼を行うために、酸化剤が、反応性酸素の量に対して過剰に供給されるべきである。この差は、完全な燃焼によって有効に生じたガスに比べて不釣り合いな燃焼ガス量の生成をもたらす。さらに、多量の燃焼ガス量は、大きな不都合、相当な大気汚染および影響（熱、有機汚染物質、ＣＯ_２、様々な酸化物、エアロゾル等）を引き起こし、その中和は極めて難しい。

一方、前記の大量の燃焼ガスは、発生する汚染を中和するために実施されるコストのかかる方法になり、特にＣＯ_２の捕捉であり、それは、地球温暖化の主な原因の一つである。

これらの過剰な酸化剤は、システムへの燃料エネルギーのエネルギーの伝達効率を減らしもするが、それらは、通常は完全な燃焼を行わない。

一方、現在のシステムでの炭化水素材料の不完全燃焼は、未燃物質の汚れの付着を引き起こし、従って時間と共に現在のシステムの収率を減らす。

これらの不都合の合計は、現在の熱機関の熱力学的収率を減らし、使用される燃料の火力の５０％をめったに上回らず、従って利用できるエネルギーの半分以上の浪費を意味する。さらに、熱エネルギーの大部分は、機関の冷却システムおよび排出ガスによって放散される。通常、熱機関の「全体的な」収率は、使用される燃料の低火力（ＰＣＩ）の４５％を下回る。

他のプロセスは、純二酸素またはＣＯ_２などの中性ガスと最終的に混ぜられた二酸素との炭化水素材料の燃焼を促進し、例えば特許文献１によって開示されているようなプロセスである。これらの手順は、収率を増やすこと、汚染物質粒子の量を減らすこと、および燃焼によって生成される燃焼ガスからのＣＯ_２の捕捉を容易にすること、を可能にする。

しかしながら、燃焼収率を増やすこと、および燃焼のより丁重な方法を達成するために燃焼状態を高めること、がまだ可能であり、特に燃焼が行われる熱機関である。

欧州特許出願公開第２，３８３，４５０Ａ１号

本発明の目的の１つは、より良い収率を可能にするように、熱機関での炭化水素材料の燃焼プロセスを提供することである。

本発明の別の目的は、現在のプロセスの熱機関よりも丁重である、熱機関での炭化水素材料の燃焼プロセスを提供することである。

本発明は、固体、液体または気体炭化水素材料の、少なくとも１つの燃焼室を備える熱機関での燃焼プロセスの方法によって、すでに説明された目的の少なくとも１つを達成することを可能にし、前記のプロセスは、燃焼サイクルを構成する以下のステップの少なくとも１つの相互作用を含む：
‐多量の炭化水素材料および酸化ガス状混合物の前記の燃焼室への導入；および
‐前記の酸化ガス状混合物との前記の多量の炭化水素材料の燃焼の誘発；前記の酸化剤は、以下を含む：
‐三酸素（Ｏ_３）；および
‐二酸化炭素（ＣＯ_２）および／または三酸化炭素（ＣＯ_３）。

「炭化水素材料」として、石油、石油派生物、天然および合成石油ガス、石炭および／またはバイオマス、同様に炭素および／または炭化水素を含む全ての残余、および前記の炭化水素材料の分解およびガス化による合成ガス、を理解する。

酸素として、今の構築では、二酸素分子（Ｏ_２）、および通常「オゾン」と称される三酸素分子（Ｏ_３）を構成する、酸素原子（Ｏ）を理解する。

「熱機関」として、炭化水素材料の燃焼を行い、機械的または電気的エネルギーを作り出す、あらゆる装置を理解する。

本発明のプロセスは、三酸素（Ｏ_３）およびより具体的には負三酸素（Ｏ_３ ⁻）を含む酸化ガス状混合物との炭化水素材料の燃焼を提供する。

酸化気体での三酸素の使用は、各酸素（Ｏ）要素のより良い使用、および結果的に炭化水素材料のより完全な燃焼、を可能にする。

実際、以下で開示されるように、三酸素の使用は、炭化水素材料の可燃性を、その分子の凝集性を不安定にすることによって、およびその構成の原子の酸化を促進することによって、高める。

さらに、三酸素の使用によって炭化水素材料の可燃性が高まるため、炭化水素材料の燃焼は、温度および／または圧力に関して促進され、熱機関または燃焼を起こす手段を保護する。

本発明のプロセスの第１実施形態によると、酸化気体は、三酸素（Ｏ_３）および二酸化炭素（ＣＯ_２）および／または三酸化炭素（ＣＯ_３）だけを含むことができる。

本発明のプロセスの第２実施形態によると、酸化気体は、二酸素（Ｏ_２）を含むこともできる。

本発明のプロセスのどちらの実施形態でも、三酸素が、燃料有機材料の各原子（ＣおよびＨ）に投与され、化学量論的燃焼に必要である（Ｏ）原子の数を有するようにする。酸化気体に存在している三酸素（単独でまたは二酸素と混ぜられて）は、多様な形の燃料有機材料と熱化学的にと相互作用する：三酸素は、次の反応に従って酸化ガス状混合物のＣＯ_２と最初に反応する：
ＣＯ_２＋Ｏ_３ ⇔ ＣＯ_３＋Ｏ_２・・・（１）
続いて、三酸素は、有機材料と反応し、それは、次の反応に従って触媒と作用する：
Ｏ_３＋触媒 → 触媒＋Ｏ触媒＋Ｏ_２ （２）
前記の相互作用の結合は、不安定であり、燃焼中ミリ秒のオーダーで保たれる。

酸化気体が、反応（１）によって生じた三酸化炭素（ＣＯ_３）を含む場合、三酸化炭素（ＣＯ_３）は、負イオン（Ｏ⁻）の形でその３番目のＯ原子を即時に失い、それは、炭化水素燃料分子によって直ちに捕捉されもする。同じことが三酸素（Ｏ_３）に起こり、それから余剰酸素原子が取り出されて炭化水素分子の有機触媒（ＣまたはＨ）によって直ちに固定され、従ってＯ_２のその親分子の自由経路を作る。

前記の即時で同時の相互作用は、その分子の凝集性を不安定にし、その構成の原子の酸化を促進することによって、触媒燃料の可燃性を高める。

利用できる酸素の完全性は、核心および反応剤である。燃焼は、酸素の適切な測定で最大収率で、完全である。

本発明によるプロセスによって、大気中燃焼と比べて、低可燃限界が５倍（ｆａｃｔｏｒ）に最適化され、爆燃の速度が２倍になる。酸化状態は、可燃性状態が瞬間的になるようにし、熱的生成、熱貫流およびガス量の膨張も同様である。

炭化水素材料の完全燃焼を提供して、本発明によるプロセスから得られる熱収率は、最新のプロセスおよび／または機関の熱収率よりも良い。さらに、熱機関は、未燃物質の汚れの付着にさらされず、従って最新のプロセスと比べてシステムの可使時間を著しく増加させる。

燃焼の結果としての燃焼ガスは、最終的な残余のＯ_２分子を含んで、ＣＯ_２およびＨ_２Ｏによってのみ構成される。ＣＯ_２は、完全燃焼炭素分子であり、８００℃を超える高温で、安定である。Ｈ_２Ｏは、炭化水素材料の分子構成からの水素の完全燃焼に由来する分子であり、前記のＨ_２Ｏは、大気圧および温度でも、凝縮によって容易に回収可能である。前記の２つの分子は、再利用可能であって、燃焼の消散エネルギーの多くを回収できるようにし、環境への生態学的影響を減らし、従って、ガス状汚染物質、特に窒素がないと存在できない窒素酸化物を取り除く。

一方、酸化気体は、あらゆる地理的または大気変動（空気湿度および高度）について一定の特性を有する。従って、量は、線形で永久的に調節される燃焼を提供するように、どのような場合でも、正確で一定であることができる。

本発明によると、燃焼に必要とされる多量の炭化水素材料は、燃焼室に導入される前に酸化気体の少なくとも１つの成分と混ぜられることができ、例えばＣＯ_２および／またはＣＯ_３と、またはさらに純Ｏ_３または最終的にＯ_２とである。

酸化気体は、燃焼室への多量の炭化水素材料の導入、の前、後、またはと同時に、燃焼室に注入されることができる。

ＣＯ_２および／またはＣＯ_３および純Ｏ_３または最終的にＯ_２と混ぜられたＯ_３は、燃焼室に別々に注入されることができる、または、それらの全ては、燃焼室への注入の前に一緒に混ぜられることができる。

本発明によるプロセスでは、燃焼は、
‐燃焼室に圧力を加えること；および／または
‐例えば当該技術の専門家によって知られるスパークプラグで、電気的エネルギーを前記の燃焼室に供給すること；
で行うことができる。

本発明によるプロセスは、酸化気体、の前、後、またはと同時に、燃焼室への液体の水の量の注入も含むことができる。従って、酸化気体に対して水の２０％まで、および好ましくは酸化気体に対して水の５％〜２０％が、予定通りのまたは所望の熱調節および蒸気への水膨張に応じて、燃焼室に導入されることができ、蒸気は、その同等をＣＯ_２および／またはＣＯ_３に置き替える。

水の注入は、燃焼温度の調節を可能にする。それは、燃焼から潜熱への大量のエネルギーを吸収するからであり、従って冷却および燃焼排気回路における消散による熱損失を減らす。注入された液体の水は、当該熱システムの大きさに応じて、２０％を下回る酸化ガス状混合物との無視できるほどの体積比を表す。燃焼媒質に囲まれると、前記の水は、加熱した蒸気に蒸発する。蒸気に変換される液体の水の体積の膨張は、作用する動圧に応じて導入される値の１０倍から何百倍以上である。

従って、蒸発の潜熱は、完全であり、それのかなりの部分を冷却および燃焼排気回路によって消散させずに直ちに有用な熱力学的エネルギーに変換される。注入される水の一部は、その蒸発によってもたらされる温度を下げることによって限定され、それは、当該熱システムの最適な作動温度よりも低くあるべきでない。蒸発した水の一部の体積は、ＣＯ_２／ＣＯ_３の等体積を置き替える。

酸化気体は、純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２との混合物の形で、酸素の１５〜２５％と、ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の８５〜７５％と、を含むことができる。

より具体的には、酸化気体は、純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２との混合物の形で酸素の１８〜２２％、好ましくは２１％、およびＣＯ_２および／またはＣＯ_３の、８２〜７８％、好ましくは７９％、を含むことができる。

酸化気体は、有利には、炭化水素材料の炭素のモルについて、ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の少なくとも１モル、およびＣＯ_２および／またはＣＯ_３の最大１７モル、を含む。

酸化ガス状混合物は、有利には、炭化水素材料の１つの炭素原子について、純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２との混合物の形で、少なくとも２つの酸素原子と同等、および酸素の最大１０２％と同等、を含む。

酸化気体は、有利には、炭化水素材料の水素（Ｈ）原子について、純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２との混合物の形で少なくとも１つの酸素原子、および純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２とのガス混合物の形で酸素の最大１０２％と同等、を含む。

酸化気体が純三酸素を含むとき、純三酸素は、純Ｏ_３リザーバ／タンクから得られる。酸化気体が、二酸素と混ぜられた三酸素を含むとき、混合物は、Ｏ_３およびＯ_２の混合物を含むリザーバ／タンクから、または純Ｏ_３を含むリザーバおよび純Ｏ_２を含むリザーバから、得ることができる。

代替的に、本発明によるプロセスは、酸素分子からの、より具体的には二酸素分子（Ｏ_２）からの、三酸素の生成のステップも含むことができ、例えば、酸素分子に、より具体的には二酸素分子に、与えられる「コロナ」効果によってである。

そのために、本発明によるプロセスは、三酸素（Ｏ_３）の生産手段を導入することができる。

三酸素生成手段は、「コロナ」効果機器を備えることができ、「コロナ」効果機器は、燃焼室への二酸素Ｏ_２の注入管などの、例えば酸素（Ｏ_２）が流れる管に取り付けられ、式に従って電気変換放電を引き起こす：
Ｏ_２＋ｈｖ → Ｏ_２ ^＊（^３Σ_ｕ ⁻）
（１７０から２１０ｎｍ）
Ｏ_２ ^＊＋Ｏ_２ → Ｏ_３＋Ｏ，Ｏ＋Ｏ_２ → Ｏ_３
変換される酸素の比は、引き起こされるコロナ効果の強度によって定められ、Ｏ_３の一部は、ガス状酸化混合物に含まれる酸化気体の１０〜１００％の間で変わることができる。

さらに、本発明によるプロセスは、ＣＯまたはＣＯ_２分子からの、および好ましくはＣＯ_２分子からの、三酸化炭素ＣＯ_３の生成のステップを含むことができ、例えばＯ_３／Ｏ_２の存在下でＣＯ_２に与えられる「コロナ」効果の手段によってである。

好ましい実施形態によると、酸化気体は、Ｏ_２およびＣＯ_２のガス状混合物から得られ、それに対してコロナ効果が与えられてＯ_３およびＣＯ_３分子を生成し、従って得られる酸化気体は、
‐Ｏ_３；および
‐ＣＯ_２またはＣＯ_３またはＣＯ_２およびＣＯ_３の混合物；およびコロナ効果が求められる放電のエネルギーに応じて、最終的にＯ_２、を含む。

上記で開示されたように、燃焼の後に得られる燃焼ガスは、ＣＯ_２およびＨ_２Ｏ_{ｓｔｅａｍ}を本質的に含む。

本発明によるプロセスは、前記の燃焼ガスを冷却することによって、燃焼ガスに含まれるＣＯ_２の回収も含むことができる。

燃焼ガスがＨ_２Ｏ分子を含むとき、蒸気は、凝縮によって燃焼ガスからあらかじめ取り除かれることができ、およびそして、ＣＯ_２および凝縮からの潜熱を回収することができる。

有利には、ＣＯ_２は、当該技術の専門家によって知られる任意の／全てのプロセスによって凝縮することができる。従って、燃料からおよび／または酸化ガス状混合物から生じた全ての非凝縮性材料（金属、半金属、硫黄、酸素）は、ＣＯ_２から分離され、ＣＯ_２は、液体段階で純粋であり、プロセスで保存およびリサイクルできる。ＣＯ_２は、新しいサイクルのために燃焼室に再注入される前に燃焼ガスの冷却プロセスの際に蒸発させることができる。

燃焼ガスの熱エネルギー（熱容量／感熱および潜熱）は、例えばタービンで電気を作り出すことを目的として、１つ以上の熱交換器で熱流体との熱交換によって、回収することもできる。

燃焼サイクルの燃焼ガスから回収されるＣＯ_２の一部は、新しい燃焼サイクルを行うために、酸化気体で有利に使用できる、および／または上記で開示された三酸素を生じさせるように有利に使用できる。

燃焼ガスから回収されるＣＯ_２の一部は、微細藻類培養で、例えば微細藻類反応器で、再利用されることができ、微細藻類培養は、光合成によってＯ_２を提供する。

微細藻類によって提供されるＯ_２の少なくとも一部は、新しい燃焼サイクルのために、酸化気体で使用できる、および／または上記で開示された三酸素を生じさせるように使用できる。

本発明の別の態様によると、炭化水素材料の燃焼を行う熱機関、および特に本発明による燃焼プロセスの全てのステップを操作する特に組織された手段が、提供される。本発明による熱機関は、酸素原子からの、より具体的にはＯ_２のガス流からの、三酸素生成手段を含むことができる。

前記の三酸化炭素生成手段は、酸素原子に、より具体的にはＯ_２のガス流に、コロナ効果を与える手段を備えることができ、例えば、Ｏ_２が流れるダクトに配置されるコロナ効果チューブなどである。

本発明による熱機関は、ＣＯ分子または好ましくはＣＯ_２分子から三酸化炭素を生成する手段を備えることもできる。

前記の三酸化炭素生成手段は、ＣＯ分子または好ましくはＣＯ_２分子にコロナ効果を与える手段を備えることができ、例えば、Ｏ_３／Ｏ_２の存在下でＣＯ_２が流れるダクトに配置されるコロナ効果チューブなどである。

本発明による熱機関は、酸化気体で使用される、
‐ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の量；および／または
‐純Ｏ_３またはＯ_３とＯ_２の混合物の形での酸素の量；
についての少なくとも１つの調整モジュールをさらに備えることができる。

熱機関は、燃焼室に導入される液体の水の量の少なくとも１つの調整モジュールと、最終的には各燃焼サイクルのための炭化水素材料の量の調整モジュールと、を備えることもできる。

本発明の別の態様によると、乗り物であって、その乗り物を動かす本発明による熱機関を含む乗り物が、提供される。前記の乗り物は、例えばボートまたは電車であってよい。

本発明の別の態様によると、炭化水素材料から機械的または電気的エネルギーを作り出すシステムが提供され、そのシステムは以下を備える：
‐ＣＯ_２を含む燃焼ガスを供給する、本発明による熱機関；および
‐光合成によってＯ_２を作り出す少なくとも１つの微細藻類反応器；
‐前記の燃焼ガスに存在しているＣＯ_２の少なくとも一部を含む前記の反応器に送り込む少なくとも１つの手段；および
‐前記の微細藻類反応器によって作り出された前記のＯ_２の少なくとも一部を回収する、および三酸素を発生させるように前記の回収されたＯ_２を再利用する、少なくとも１つの手段。

他の利点および特徴は、非限定的実施形態の詳細な説明および添付図面を検証した後に明らかになる。

本発明による熱機関の第１実施形態の配置図である。 本発明による熱機関の第２実施形態の配置図である。 図２の機関を具体化および操作することによって、本発明による炭化水素材料からエネルギーを作り出すシステムの配置図である。

以下に記載される実施形態が限定的でないことが、理解される。記載された他の特徴から離れて、以下に記載される特徴の選択だけを含む本発明の変形を、特徴のこの選択が、技術的効果をもたらすのに、または従来技術水準との本発明の差を示すのに、十分であるならば、特に想像することができる。この選択は、少なくとも１つの好ましい機能特性を、構造細部なしで、または構造細部の部分だけを、この部分が、技術的効果をもたらすのに、または本発明を先行技術水準に対して十分特有に区別するのに、十分でありさえするならば、有して、含む。

図では、いくつかの図に共通する要素は、同じ符号のままである。

図１は、本発明による機関の第１例の配置図である。

図１で表される機関１００は、現在知られている熱機関と同じように、複数のシリンダー１０２_１，１０２_２，．．．，１０２_ｎを備える。各シリンダー１０２は、ピストンを備え、ピストンは、それぞれ１０４_１，１０４_２，．．．，１０４_ｎで参照され、並進で動くことができ、各シリンダーで燃焼室１０６_１，１０６_２，．．．，１０６_ｎを定める。各ピストン１０４は、燃料製品の燃焼室での燃焼によって並進で押され、現在の熱機関で知られているように、伝達シャフト１０８の回転を可能にする。

機関１００は、各シリンダー１０２におよび各燃焼サイクルに以下を備える：
‐第１モジュールで１１０ｉであって、炭化水素材料のリザーバ１１２から、燃焼室１０６に導入される炭化水素材料ＨＣの量を調整する、第１モジュールで１１０ｉ；
‐第２モジュール１１４_ｉであって、純Ｏ_３またはＯ_３およびＯ_２の混合物の形で、燃焼室１０６に導入される酸素の量を投与する、第２モジュール１１４_ｉ；
‐第３モジュール１１６_ｉであって、燃焼室１０６に導入される、純ＣＯ_２、純ＣＯ_３またはまたＣＯ_３と混ぜられたＣＯ_２の量を投与する、第３モジュール１１６_ｉ；
‐第４モジュール１１８_ｉであって、Ｈ_２Ｏリザーバ１２０から燃焼室１０６に導入される液体Ｈ_２Ｏの量を投与する、第４モジュール１１８_ｉ。

機関１００は、コロナ効果チューブ１２２を備え、コロナ効果チューブ１２２は、Ｏ_２のリザーバ１２４の出口に位置し、リザーバ１２４によって提供されるＯ２から、純Ｏ_３によってまたはＯ_３およびＯ_２の混合物によって構成される気体流を生成することを可能にする。コロナ効果チューブ１２４よりも下流で得られ、（および純Ｏ_３またはＯ_３およびＯ_２の混合物によって構成される）気体流は、酸素の量を調節するようにモジュール１１４_ｉに送り込まれ、そしてそれは燃焼室１０６_ｉに注入される。

機関１００は、コロナ効果チューブ１２６も備え、コロナ効果チューブ１２６は、ＣＯ_２のリザーバ１２８の出口に位置し、リザーバ１２８によって提供されるＣＯ_２の一部から、およびリザーバ１２４によって提供されるＯ_２から、純ＣＯ_３またはＣＯ_３およびＣＯ_２の混合物によって構成される気体流を生成することを可能にする。コロナ効果チューブ１２６よりも下流で得られる気体流は、ＣＯ_３およびＣＯ_２の量を調節するようにモジュール１１６_ｉに送り込まれ、続いてそれは燃焼室１０６ｉに注入される。

多量の材料（炭化水素＋酸化気体）によって形成された混合物の燃焼は、燃焼室１０６によって、またはピストンによって加えられる圧力によって、または燃焼室で電気火花を発生させるスパークプラグ（図示せず）によって、活性化される。

燃焼室１０６に入る酸素との多量の炭化水素材料の完全燃焼から得られる燃焼ガスは、排出チューブ／管１３０によって排出される。燃焼ガスＧＣは、主にＣＯ_２によって構成される。一方では、モジュール１１６を通って燃焼室１０６に入るＣＯ_２、および、他方では、Ｏ_３化合物（および場合によりＯ_２）による炭化水素化合物に存在している炭素要素Ｃの酸化によって形成されるＣＯ_２、およびＨ_２Ｏ、一方の側では、モジュール１１８によって最終的に燃焼室１０６に入るＨ_２Ｏ、および、他方の側では、炭化水素化合物に存在している二水素要素Ｈ_２の酸化によって形成されるＨ_２Ｏ。

燃焼ガスＧＣがＯ_２の残留化合物を含むことが可能であり、例えば、燃焼室１０６での多量の炭化水素材料ＨＣの完全燃焼を確実にするように燃焼室１０６に過剰に入る、燃焼ガスの１または２％の割合である。

図２は、本発明による機関の第２実施形態の配置図である。

図２で表される機関２００は、図１の機関１００の全ての要素および構成を再び取る。

図１の機関１００の他に、機関２００は、燃焼ガス用の排出管１３０に取り付けられる燃焼ガスＧＣの処理モジュール２０２を備える。

処理モジュールは、熱交換器（図示せず）を備え、熱交換器は、燃焼ガスＧＣに含まれるＨ_２Ｏ蒸気を凝縮するように、燃焼ガスＧＣを１００℃未満の温度にするように、燃焼ガスＧＣ間で熱交換を行う。従って、燃焼ガスＧＣに見られる蒸気は、分離され、次の燃焼サイクルで再利用されるように水のリザーバ１２０に送り込まれる。

燃焼ガスＧＣが残留Ｏ_２を含むとき、ＣＯ_２の凝縮温度で凝縮できない、残留Ｏ_２は、ＣＯ_２凝縮の手段によって分離され、次の燃焼サイクルで再利用されるようにＯ_２のリザーバ１２４に送り込まれる。

最後に、Ｏ_２から蒸気を分けた後に、燃焼ガスＧＣは、次の燃焼サイクルで再利用されるＣＯ_２のリザーバ１２８に送り込まれるＣＯ_２だけを含む。

図３は、図２の機関を操作することによって、本発明による炭化水素材料からエネルギーを作り出すシステムの配置図である。

図３のエネルギーを作り出すシステム３００は、図２の熱機関２００を備える。

図２の熱機関の他に、システム３００は、微細藻類反応器３０２を備え、微細藻類反応器３０２は、管３０４を通じて、モジュール２０２によって燃焼ガスＧＣから抽出されたＣＯ_２の一部を受け取る。前記の微細藻類反応器３０２は、光合成によってＯ_２を作り出す。管３０６は、次の燃焼サイクルで用いるようにＯ_２のリザーバ１２４に送り込むように微細藻類反応器３０２によって作り出されたＯ_２を捕捉する。

開示された全ての例では、本発明によってシャフト１０８を回転させることによって機械的エネルギーを作り出すことができる。

前記の機械的エネルギーは、例えば、地面で車両を、空中または水中で、ボートなどを、動かすのに使用できる。この場合、熱機関は、非限定的例として、重油などの石油派生物によって供給されるディーゼル機関であってよい。

機械的エネルギーは、電気エネルギーを生成するのにも使用でき、例えば、機関および／またはガスタービンおよび／または液体炭化水素および蒸気タービンオルタネータとの組み合わせによって動かされる発電機を用いてである。

開示された全ての例では、モジュール１１０，１１４，１１６および１１８は、それぞれ、所定の量の、炭化水素材料ＨＣ、純Ｏ_３またはＯ_２と混ぜられた形の酸素、ＣＯ_２／ＣＯ_３および液体の水を、燃焼室１０６に導入するように構成することができ、前記の量は、一方では、多量の炭化水素材料が完全燃焼（すなわち完全酸化）するように、燃焼室に入る多量の炭化水素材料に存在している炭素Ｃおよび水素Ｈ分子の量、および、他方では、シリンダー１０２およびピストン１０４の寸法およびエンジン出力での所望の力、に従って決定される。

モジュール１１０，１１４‐１１８のそれぞれは、コンピューターによって制御される電子モジュールであってよい。

開示された全ての例では、各燃焼要素は、別々に燃焼室１０６に入る。結果的に、燃焼室１０６に入る前に燃焼の少なくとも２つの要素を混ぜ、それらに熱および／または機械的処理（例えば圧縮）をすることもできる。

全ての開示された場合では、各燃焼要素は、燃焼室に入る前に、熱処理または圧縮を受けることができる。

開示された例では、コロナ効果チューブ１２６は選択的であり、酸化気体はＣＯ_３を含まなくてよい。

代替的に、単一のコロナ効果チューブを、チューブ１２２および１２６の代わりに使用できる。この場合、リザーバ１２４によって提供されたＯ_２は、気体状混合物Ｏ_２＋ＣＯ_２が単一のコロナ効果チューブによって運ばれた後に、リザーバ１２８によって提供されたＣＯ_２と混ぜられる。

大気下の燃焼と比較して、炭化水素材料が化学式Ｃ_１６Ｈ_３４のヘキサデカンだけで構成されるときの、本発明による炭化水素材料の燃焼をこれから記載する。

以下の表は、ヘキサデカンＣ_１６Ｈ_３４の特性を示す：

‐ヘキサデカンの１ｋｇは、１２．７８ｋＷｈの高発熱量（ＰＣＳ）および１１．４８ｋＷｈ≒−９％の低火力（ＰＣＩ）を有する。
‐ＣＯ_２の１モルの炭素の１モルの完全な酸化は、３９４キロジュールの発熱反応を起こすが、ＣＯの１モルへの炭素の１モルの不完全な酸化は、１１１キロジュールの発熱反応を起こすだけである。すなわち、３．５５倍少ない。
‐各粒子は炭素であり、炭素の各グラムは、炭素の１モル＝１２ｇで熱エネルギーの３２．８３キロジュールを生成できる。

調節された着火または圧縮オットーまたはディーゼルで、爆発機関の「熱力学的」収率は、燃焼収率および熱エネルギーから機械的エネルギーへの変換に関連する。

本発明は、燃焼収率を最適化し、結果的に、同一のエネルギー産物について、燃料消費を減らす。

「大気」空気での燃焼は、大気（湿度）および地理的要因（高度、酸素貧化空気）によって決まる。ディーゼル機関では、一定容積で、酸化気体の量は、一定であり、最も良好な燃焼を提供するように特大であるべきである。空気における相互作用する酸素の量は、海面位で、空気に存在している酸素の２１％の６５％以下である。ストイキ燃焼の酸素を達成するために、酸化気体の体積を倍にする必要がある。燃焼用空気の量は、活性酸素をもたらす燃焼と相互作用するが、その一方で、場所を取るので燃焼帯を減らす反対方向に作用する中性ガス（窒素）の量を増加させる。

本発明によるプロセスの利点の１つは、三酸素分子が、その使用の場所に量的質的調節のいくつかの可能性と共に作られることができることである。

本発明によるプロセスの別の利点は、三酸素分子が不安定であり、それが、その媒体と、それが「触媒」有機材料を含むならば、またはその電気極性（正／負）がオゾンに適用されるのと反対であるならば、直ちに相互作用することである。ガス状酸化混合物の二酸化炭素分子との三酸素間の主な相互作用は、燃焼室へのその注入の前に、三酸化炭素（ＣＯ_３）を生成する。３番目の酸素原子とＣＯ_２分子との結合は、非常に不安定である。有機材料との近接は、有機材料に前記の原子を移動させる触媒反応を引き起こす；前記の酸素原子の捕獲は、触媒分子の不安定化を活性する。前記の部分酸化は、有機分子の化合物を、より酸化的におよびより可燃性にする。

気体状酸化混合物（Ｏ_２／Ｏ_３＋ＣＯ_２／ＣＯ_３）は、燃料と直接に相互作用する。

三酸素結合の不安定性および有機触媒による即時の捕獲は、燃焼材料の「自然」予燃焼を引き起こし、酸素は、それから通常の燃焼／酸化よりも好ましい条件の下で燃料と直接相互作用し、ＣＯ_２／ＣＯ_３と混ぜられることが、発熱であるこの反応を妨げない。

本発明によるプロセスの別の利点は、酸化ガス状混合物を含む燃焼室への水の注入が、燃料の前炎の分布に有利に働くことである。極めて発熱性の媒体および１０００℃を超える温度下で、ＣＯ_２／ＣＯ_３およびＨ_２Ｏは、「レドックス」反応によって燃料と直接相互作用もし、それは、分布に役立ち、燃焼を促進する。

大気中燃焼では、多くの炭素粒子が燃えず、従って炭化水素分子は、燃焼用空気の混合物によって酸化されていない。

本発明によるプロセスでは、原子のおよび分子の酸素は、燃料と直接反応し、炭化水素分子を酸化ＣおよびＨに分解する。同時に、「レドックス」反応が混合物のＣＯ_２およびＨ_２Ｏによって活性化され、それは、以下のレドックス反応の分解された分子のＣおよびＨと反応もする。
・Ｃ＋ＣＯ_２ ⇔ ２ＣＯ＋１７２ｋＪ／ｍｏｌ
・Ｈ_２＋ＣＯ_２ ⇔ Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ＋４１ｋＪ／ｍｏｌ
これらの反応は吸熱である；それらは、媒体の温度の調節に加わり、熱散逸を減らす。反応（Ｃ＋ＣＯ_２⇔２ＣＯ）は、Ｏ_２によって直接酸化されない非晶質炭素要素（粒子、煤）および炭素構造を気化する。従って、それらは、気体分子（ＣＯ）に変換され、気体分子（ＣＯ）は、遊離酸素の存在下で完全な酸化に反応性がより高い（その気体状態のために際立ってより可燃性であり、それは、ＣＯ分子を、熱システムの炎の前で、および媒体の熱化学状態によって、より良好な分布を有するようにする）：
・ＣＯ＋Ｏ ⇔ ＣＯ_２−２８３ｋＪ／ｍｏｌ
従って、燃焼の完了は、機関ピストンのスラスト（仕事）期間の間漸進的であり、それは、燃料の同じユニットの熱力学的能力を高め、前記のピストンの経路にわたって熱的効果を分布させることによって線形効率を改善し、および従って示差熱による損耗を減らし、全体的な熱散逸を減らす。

同じことがＨ_２Ｏ分子に起こり、それは、次に従ってＣＯと反応する：
・Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ ⇔ ＣＯ_２−４１ｋＪ／ｍｏｌ；および
・Ｈ_２＋Ｏ ⇔ Ｈ_２Ｏ−２４２ｋＪ／ｍｏｌ

従って、燃焼の完了は、機関ピストンのスラスト（仕事）期間の間漸進的であり、熱力学的効率を、同時発熱反応のこれらの連続による熱的分布の均一化によって、高める。

本発明によるプロセスの別の利点は、ＣＯ_２／酸素の混合物が窒素酸化物による汚染を引き起こさないことである。窒素分子は燃焼に存在しないからである。

この例では、燃料は化学式Ｃ_１６Ｈ_３４のヘキサデカンであり、この燃料の平均密度は≦１である。

表に開示されているように、ヘキサデカンの１リットルのストイキ燃焼を行うのに、酸素（Ｏ_２）（２．４２５Ｎｍ^３）の３．４６ｋｇが必要である。

現在のプロセスおよび機関の特性で５０％効率収率での大気中燃焼について、窒素混合物からのＯ_２の分離、約６０／６５％、の効率係数に応じて空気の量を考えなければならない。

前記の機関の燃焼収率を達成するために、少なくとも１５％の酸素の余剰分が必要である、すなわち；
‐Ｏ_２の３．９８ｋｇまたは２．７９Ｎｍ^３
６５％のＯ_２の分離の効率係数を考える：
‐Ｏ_２の２．７９／６５％＝４．２９Ｎｍ^３
空気のＯ_２／ｍ^３の２１％百分率を考える：
‐ヘキサデカンの空気／リットルの２０．４３Ｎｍ^３。

この燃焼は、効率の５０％しか有しない。

機関は、これらのパラメータの関数において設計される。現在の機関は、酸化混合物における酸素の１／５の割合（空気中と同じ比）で動作する。

本発明によるプロセスは、９３％より高い燃焼収率について２〜５％のＯ_２の余剰分しか必要としない、すなわち：
‐Ｏ_２の３．５７ｋｇまたは２．５０Ｎｍ^３。

ガス状混合物の分離に関連している制約がないので、酸素は完全に活性である。燃焼収率は最大化される。

炭素の完全燃焼は、ＣＯ_２を生成し、ＣＯの不完全燃焼によって作られるのよりも３．６倍多いエネルギーを生成する。
‐Ｃ＋Ｏ ＝ ＣＯ１１１ｋＪ／ｍｏｌ
‐Ｃ＋Ｏ_２ ＝ ＣＯ_２３９４ｋＪ／ｍｏｌ
事実のこの状態は、燃焼ガスのより良好な膨張からのエネルギーを提供する。

ＣＯ_２は、ピストンを押す機械仕事を提供する熱的気相膨張用のバラストガスとしての窒素の代わりになる。

８００℃で、ＣＯ_２は、空気よりも３０％高い膨張係数を有し、従って２３％少ない熱容量（感熱）を要する。

これから、Ｏ_２／ＣＯ_２に移された、「大気」値を比較すると、以下を有する：
‐酸化酸素「Ｏ_２の２．４２５Ｎｍ^３」（表参照）を差し引いたヘキサデカンの空気／リットルの２０．４３Ｎｍ^３＝バラストガス（窒素＋希ガス）の１８Ｎｍ^３：
８００℃で、前記のバラストガスの１８Ｎｍ^３は、９．２８３ｋＷｈの熱容量の４８．０２１ｍ^３を表す。ヘキサデカンの１ｋｇは、１１．４８ｋＷｈの低火力（ＰＣＩ）を有し、従って８０．８６％の燃焼収率を表す。
‐バラストガスＣＯ_２の１８Ｎｍ^３：
８００℃で、ＣＯ_２によって置き換えられた前記の１８Ｎｍ^３は、７．１７４ｋＷｈの熱容量の６２．６５４ｍ^３に膨張する。

超過の「作業」能力の約１５ｍ^３。
‐ヘキサデカンの１ｋｇは、１１．４８ｋＷｈの低火力（ＰＣＩ）を有し、それは、超過の熱エネルギーの４ｋＷｈ以上を残す、すなわち：８００℃でＣＯ_２の約３５ｍ^３を生成する能力、すなわち、８００℃でＣＯ_２の５０ｍ^３の集積した超過の全体。

代替的に：
‐ヘキサデカンの１ｋｇ＋Ｏ_２の２．４２５Ｎｍ^３＋ＣＯ_２の１８Ｎｍ^３は、大気中燃焼でヘキサデカンの１ｋｇよりも２倍多い作業能力を作り出す。
または：
‐ヘキサデカンの１／２ｋｇ＋Ｏ_２の１．２１３Ｎｍ^３＋ＣＯ_２の９Ｎｍ^３は、大気中燃焼でヘキサデカンの１ｋｇと同じ仕事を作り出す。

別の例、ヘキサデカンの１ｋｇは、炭素の７０．６６モルを含む（表参照）。最少ＣＯ_２（燃焼を均一化する理想Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ反応を正当化する）は、ＣＯ_２の７０．６６モルである、すなわち、ＣＯ_２の少なくとも１．６Ｎｍ^３（大体）およびヘキサデカンの１ｋｇの低火力（ＰＣＩ）の９５％を利用するＣＯ_２の最大２７ｍ^３：所与の機関の値は、機関の種類（すなわち、機関容積、ピストンコース等）によって決まり、この値は、これらの２つの数の間である。

また、ＣＯ_２バラストのごく一部は、気体状酸化混合物のＯ_２およびＣＯ_２と同時に注入される「液体の」水によって置き換えられてよい。

この追加は、以下のために生じてよい：
‐潜熱の大量のエネルギーを吸収する燃焼温度を調節して、それを蒸気の体積膨張によって力学的エネルギーに変換する；および
‐蒸気のＨ_２Ｏ分子がＣＯ分子に近い場合に状態の変化（液体／蒸気）の際に起きるレドックス反応によって燃焼を均一化する。前記の発熱反応は、媒体に二水素（Ｈ_２）分子を放出し、それは、何らかの形で前記の媒体の酸素と反応し、自由（Ｏ）原子と、または三酸素分子の（Ｏ）原子と、である。
‐消散による熱損失を減らす。潜熱は、冷熱キャリア（液体および／または気体のＣＯ_２、酸素、液体の水）による蒸気凝縮の際に回収される。

本発明によるプロセスは、装置の損耗、メンテナンスを減らす；生じる全燃焼ガスが、リサイクルできる。
‐Ｈ_２Ｏは、蒸留水に凝縮できる。
‐ＣＯ_２は、本発明によるプロセスでの再利用のために部分的にリサイクルされる。
‐過剰なＣＯ_２およびＨ_２Ｏは、微細藻類培養プラントでリサイクルでき、それはその後炭化水素材料および酸素を作る。

いずれにしても、本発明は、上記で開示された例に限定されない。

Claims (14)

1. 燃焼のプロセスであって、少なくとも１つの燃焼室（１０６）を備える熱機関（１００；２００）での、固体、液体または気体炭化水素（ＨＣ）原材料の燃焼のプロセスであり、前記プロセスは、燃焼サイクルを構成する以下のステップの少なくとも１つの繰り返しを含み、燃焼サイクルは、所定量の炭化水素材料（ＨＣ）および酸化気体の前記燃焼室（１０６）への導入、前記酸化気体との前記所定量の炭化水素材料の燃焼の誘発、により、前記酸化気体は、
   ‐三酸素（Ｏ_３）；および
   ‐少なくとも三酸化炭素（ＣＯ_３）、
   を含むことを特徴とする、プロセス。
2. 請求項１に記載のプロセスであって、酸化気体は、三酸素（Ｏ_３）、三酸化炭素（ＣＯ_３）および二酸化炭素（ＣＯ_２）だけを含むことを特徴とする、プロセス。
3. 請求項１に記載のプロセスであって、酸化気体は、二酸素（Ｏ_２）も含むことを特徴とする、プロセス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセスであって、前記所定量の炭化水素材料（ＨＣ）は、燃焼室（１０６）に導入される前に酸化気体の少なくとも１つの成分と混ぜられることを特徴とする、プロセス。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセスであって、燃焼の燃焼誘発は、
   ‐燃焼室（１０６）に圧力を加えること；および／または
   ‐電気的エネルギーを前記燃焼室（１０６）に供給すること、
   によって行われることを特徴とする、プロセス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセスであって、プロセスは、前記燃焼室への所定量の液体の水（Ｈ_２Ｏ）の注入をさらに含むことを特徴とする、プロセス。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセスであって、酸化気体は、純Ｏ_３の形でまたはＯ_３とＯ_２との混合物の形で、酸素の１５〜２５％と、ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の８５〜７５％と、を含むことを特徴とする、プロセス。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセスであって、酸化気体は、炭化水素材料の炭素の１モルについて、ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の少なくとも１モル、およびＣＯ_２および／またはＣＯ_３の最大１７モル、を含むことを特徴とする、プロセス。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロセスであって、燃焼の後に得られる燃焼ガス（ＧＣ）に存在しているＣＯ_２を、前記燃焼ガス（ＧＣ）の冷却によって、回収することと、新しい燃焼サイクルのために酸化気体で、燃焼ガス（ＧＣ）から回収されたＣＯ_２の少なくとも一部を使用することと、を含むことを特徴とする、プロセス。
10. 請求項９に記載のプロセスであって、燃焼ガス（ＧＣ）で回収されたＣＯ_２の一部を微細藻類培養で使用することを含み、前記微細藻類培養は、光合成によってＯ_２を提供し、前記Ｏ_２の少なくとも一部は、三酸素を得るのに使用され、新しい燃焼サイクルのための酸化気体を含むことを特徴とする、プロセス。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプロセスであって、二酸素（Ｏ_２）の分子におよびそれぞれ二酸化炭素（ＣＯ_２）の分子に与えられるコロナ効果によって、三酸素（Ｏ_３）およびそれぞれ三酸化炭素（ＣＯ_３）を生成するステップを含むことを特徴とする、プロセス。
12. 熱機関（１００，２００）であって、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプロセスを行うことを特徴とする、熱機関。
13. 請求項１２に記載の熱機関（１００，２００）であって、酸化気体で使用される、
    ‐ＣＯ_２および／またはＣＯ_３の量；および／または
    ‐純Ｏ_３の形でのまたはＯ_３とＯ_２の混合物の形での酸素の量；
    についての少なくとも１つの調整モジュール（１１４，１１６）を備えることを特徴とする、熱機関。
14. 炭化水素（ＨＣ）材料からエネルギーを作り出すシステム（３００）であって、
    ‐ＣＯ_２を含む燃焼ガス（ＧＣ）を提供する、請求項１２または１３に記載の熱機関（１００，２００）；および
    ‐光合成によってＯ_２を作り出す少なくとも１つの微細藻類反応器（３０２）；
    ‐前記燃焼ガス（ＧＣ）に存在しているＣＯ_２の少なくとも一部を含む前記反応器（３０２）に送り込む少なくとも１つの手段（２０２，３０４）；および
    ‐前記微細藻類反応器によって作り出された前記Ｏ_２の少なくとも一部を回収する、および酸化気体の一部を発生させるようにそれを再利用する、少なくとも１つの手段（３０６）、
    を備えることを特徴とする、システム。

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