統合型エネルギー供給、貯蔵設備、広域制御システムを用いた5効用発電多サイクルハイブリッド再生可能エネルギーシステム

関連出願の相互参照 本願は、2012年11月15日に提出された米国仮出願第61/727,108号の「ハイブリッド風力/太陽光/水素アンモニア再生システム」、2013年7月29日に提出された米国仮出願第61/859,377号の「分散型ハイブリッドエネルギー生成貯蔵システムと統合型監視/分析/制御システム」、2013年9月13日に提出された米国仮出願第61/877,467号の「分散型ハイブリッドエネルギー生成貯蔵システムと統合型監視/分析/制御システム」、2013年10月3日に提出された米国仮出願第61/886,213号の「監視/分析/制御用統合自動システムを用いて加熱、冷却、発電、エネルギー貯蔵を提供するハイブリッド太陽光トリジェネレーションシステムベースのマイクログリッドCCHP」、2013年10月26日に提出された米国仮出願第61/896,039号の「監視/分析/制御用統合自動システムを用いて加熱、冷却、発電、エネルギー貯蔵を提供するハイブリッドトリジェネレーションシステムベースのマイクログリッドCCHP」に優先権を主張する。米国仮出願第61/727,108号、米国仮出願第61/859,377号、米国仮出願第61/877,467号、米国仮出願第61/886,213号、米国仮出願第61/896,039号の内容は、参照により全文を本願に組み込む。2013年11月15日に提出された米国出願第14/081,271号の「監視/分析/制御用統合自動システムを使用する加熱、冷却、発電、エネルギー貯蔵併給ハイブリッドトリジェネレーションシステムベースのマイクログリッド」、2013年11月15日に提出された特許協力条約出願第PCT/US13/70313号の「監視/分析/制御用統合自動システムを使用する加熱、冷却、発電、エネルギー貯蔵併給ハイブリッドトリジェネレーションシステムベースのマイクログリッド」、2014年1月12日に提出された米国仮特許出願第61/926,372号の「統合型ロボティックス、制御システム、再生可能エネルギーシステムを用いる製品処理および貯蔵設備を含む自動ハイブリッドアクアポニックスおよびバイオリアクターシステム」、2014年3月17日に提出された米国特許仮出願第61/954,178号の「統合型エネルギー供給、貯蔵設備、広域制御システムを使用するULTRAGRID4(商標)効用発電多サイクルハイブリッド再生可能エネルギーシステム」、2014年3月30日に提出された米国特許仮出願第61/972,365号の「統合型エネルギー供給、貯蔵設備、広域制御システムを使用するULTRAGRID4(商標)効用発電多サイクルハイブリッド再生可能エネルギーシステム」、2014年5月1日に提出された米国特許出願第14/267,580号の「統合型ロボティックス、制御システム、再生可能エネルギーシステムを用いる製品処理および貯蔵設備を含む自動ハイブリッドアクアポニックスおよびバイオリアクターシステム」、2014年5月1日に提出された特許協力条約出願第PCT/US14/36410号の「統合型ロボティックス、制御システム、再生可能エネルギーシステムを用いる製品処理および貯蔵設備を含む自動ハイブリッドアクアポニックスおよびバイオリアクターシステム」、2014年6月11日に提出された米国特許仮出願第62/010,784号の「統合型エネルギー供給、貯蔵設備、広域制御システムを使用する5効用発電多サイクルハイブリッド再生可能エネルギーシステム」。米国特許仮出願第61/727,108号、米国特許仮出願第61/859,377号、米国特許仮出願第61/877,467号、米国特許仮出願第61/886,213号、米国特許仮出願第61/896,039号、米国出願第14/081,271号、特許協力条約第PCT/US13/70313号、米国特許仮出願第61/926,372号、米国特許仮出願第61/954,178号、米国特許仮出願第61/972,365号、米国出願第14/267,580号、特許協力条約出願第PCT/US14/36410号、米国特許仮出願第62/010,784号の内容は参照により全文を本願に組み込む。

本発明は、拡張性の高い可動および固定5効用発電再生可能エネルギーシステムおよびエネルギー貯蔵システムに関する。さらに、本発明は、エネルギーを捕捉および変換するプロセスと前記プロセスの監視に関する。より具体的には、本発明は、ハイブリッド風力および太陽エネルギー生成を含む分散型エネルギー生成、エネルギー移送、エネルギー変換、エネルギー貯蔵、エネルギー提供、エネルギーの監視と分析を提供し、自動化/インタフェース化/制御を構築するインテリジェントソフトウェアおよびハードウェアインタフェースを包含する各要素に関する。前記要素は、スターリングエンジン、吸収冷却システム、関連の貯蔵システムを含むがそれらに限定されない。

従来技術の熱エネルギー源は主に、ガスタービン、マイクロタービン、往復エンジン、蒸気タービン、原子力発電所、放射性同位体熱発生機、地熱、スターリングエンジン(stirling engine)、燃料電池、熱電併給(CHP)と併せて動作するその他の熱入力源から成る。本発明の好適な方法は、スターリングエンジンおよび吸収冷却システム、制御システムを共同エネルギーエコシステムに組み込んだ関連貯蔵システムを含む。

従来技術のエネルギーおよび熱源は主に、ガスタービン、マイクロタービン、往復エンジン、蒸気タービン、原子力発電所、放射性同位体熱発生機、地熱、ボイラー、スターリングエンジン、燃料電池、太陽熱システム、その他の熱入力源から成り、それらはすべて普通は単サイクルシステムを使用する。これらの方法は、エネルギー投入を用いて使用可能な作用を生成する制御された、および半制御された方法として従来技術において一般的に認められており、従来技術で十分に文書化されており、通常は関連情報と裏付けの文献が公開され入手可能である。従来技術の単サイクル実施例はいずれも、非最適化設計および開発のために効率が悪く性能も標準以下である。従来技術は通常、熱エネルギーを伝達する主要媒体として蒸気を使用しており、蒸気は低密度であるため、他の直接的な方法と比較して伝熱量および効率が低い。本発明の好適な実施形態は、低電熱用途には熱サイフォンなど、高伝熱用途には熱パイプなどの接続部と、蒸気、水とグリコールの混合物、オイル、または溶融塩などの伝熱媒体を使用する熱交換器とを含む信頼性の高い熱管理システムを提供し、これらのシステムと構成要素の組み合わせを発熱源の温度管理に使用することができる。好適な実施形態は、改良された廃熱の再利用およびエネルギーリサイクルを提供して、効率を向上させる。

従来技術、いわゆる一般的だが誤って複合サイクルシステム(CCS)と称される拡張は、最適化も貨幣化もされていない統合された解決策を備える不完全でトラブルを招きやすい従来技術の方法を含むことにより欠陥設計論理に基づいており、従来技術の実施形態には、多くの非効率な独立型アプリケーションおよびプロセスが含まれ組み込まれて、標準以下の性能と、同様に低い運転効率とその関連特徴をもたらしていた。

従来技術の可動方法は機械的駆動アプリケーションを使用する自動車、トラック、列車、船舶を含み、従来技術の固定方法はポンプ、圧縮器、発電機などの非可動要素を含むが、これらのリストは包括的とみなすべきではない。列挙した上記アイテムは、効果を発揮するためプロセスおよびアプリケーションを生成する従来技術の方法との統合の強化および機能拡張を実証するために、燃料またはエネルギー駆動力の関連アプリケーションの例として提示しているに過ぎない。

好適な実施形態は、一体化分析/監視/制御エネルギー供給システム、スターリングエンジン、吸収冷却、蓄熱、廃熱エネルギーのリサイクルおよび再生プロセスからのシステム効率向上を含み、従来技術およびその実施形態を超える本発明の好適な方法の明確かつ現在の利点を定義する。

実際には、従来技術は単サイクル発電システムを進歩させて二次サイクルを使用しているが、これは複合サイクルシステムと誤って称され、目標とされ、企図されている。この種のシステムは、非効率な蒸気タービンの使用、資本費比率の増大、高額な運転管理費、地域供給源からの水需要および使用量の増大のため、廃熱からの熱伝達から生じる蒸気を利用する二次的生成方法を使用する。この技術は、爆発リスクや関連の運転リスクから従業員が傷害を負う可能性も有する。複合サイクルを使用する従来技術は通常、エネルギー使用効率の減少時、エネルギー使用レベルの入力を全体効率の向上のてこ入れとして使用する。有益なことに、従来技術を超える本発明の好適な方法は、余剰熱エネルギーを温および冷熱エネルギー投入で熱エネルギーとして貯蔵し、使用可能温度帯を拡大するという付加価値を拡大および強化するアプリケーションおよびプロセスを備える。さらに、発電エネルギーは、全体のシステム効率、エネルギー利用、エネルギー貯蔵能力の向上のための媒体として化学エネルギーとして貯蔵することもできる。

通常、熱サイフォン、ヒートパイプ、および溶融塩、水、水/グリコール、蒸気、その他の位相変化物質など伝熱媒体を使用する熱交換器を含む熱伝達方法は、熱エネルギーをある地点から別の地点へ伝達する一般的に認められたアプリケーションおよびプロセスの方法として、押圧用のポンプや圧縮器を使用する必要がある。また、熱サイフォンとヒートパイプを上記の熱エネルギー伝達方法と置き換えることができる。

通常、従来技術は、湿式および乾式冷却用の冷却塔を使用する。ファンが電気エネルギーによって動力を提供される。本発明の好適な方法はスターリングエンジンを使用して、廃熱を利用し冷却ファン用の回転エネルギーを投入し、低温熱入力のスターリングエンジンの高効率のために吸収冷却を提供し、吸収冷却を介した廃熱を利用する冷却塔の冷却能力の向上を促進する。

本発明の好適な方法は、原子力発電所、石炭発電所、天然ガス発電所、地熱発電所、放射性同位体熱発生機、一般的には蒸気タービンを使用して蒸気システムにより熱エネルギーを生成する熱集約用途のその他のアプリケーションなどの既に設置済みの従来技術システムを組み込むことにより効率および性能強化を拡大する。これらのシステムは一般的に乾式および湿式冷却塔を使用し、循環冷却ファン、水ポンピング、蒸気制御システムに動力を提供する追加エネルギーを使用することによって、冷却塔の蒸気の解放またはその他の関連の冷却システムを通じて、使用可能な熱エネルギーを消費してしまう。多くの地域では、循環冷却ファン、冷却剤ポンプ、蒸気制御システムで余剰エネルギーを用いる湿式冷却または乾式冷却において蒸気として解放される水は必ずしも大量には容易に入手できない生活必需品である。また、蒸気システムは蒸気に変換される際に懸濁固体またはpHバランス添加物が除去される水の苛性作用とその高い腐食性により、システム部品やパイプが劣化して、運転管理コストを増大させる。

従来技術の放射性同位体熱電気転換器(RTG)の設計は、原子力技術の規格に準じた簡易なものであり、主要部品は頑丈な放射性物質(燃料)容器である。通常、熱電対は容器の壁に配置され、各熱電対の外端がヒートシンクに接続される。燃料の放射性崩壊は、熱電対を通ってヒートシンクまで流れる熱として熱エネルギーを生成し、プロセス中に発電する。

通常、従来技術のRTG実施形態は、確立された「ゼーベック効果」を利用して熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換するために使用される熱電装置として熱電対を使用する。本願は主に、おそらくは半導体から成る2種類の金属を含み、両金属とも電気を通すことができる。これらの導体は通常、閉ループ配置で相互接続される。導体の2つの接続部が異なる温度であれば、電流はループ内を流れることが分かる。

大抵の場合、従来技術のRTGは「熱電対」を使用して、放射性物質の熱反応から得られる熱エネルギーを電気に変換する。概して、熱電対は非常に信頼性が高く、比較的長い寿命を有するが、効率が非常に悪い。10%を超える効率は滅多に達成されず、ほとんどのRTGの効率は3〜7%であり、継続的な電力出力も大きな制限要因である。使用可能熱エネルギーから発電するその他の技術を用いることによって効率向上に向けた研究が行われてきた。最終目標は、効率向上によって、より少ない放射性燃料で同量の電力を発電して、発電機の全体重量を低減することである。これは、宇宙飛行の打上げ、ドローン、その他の試作品の開発と関連コストにとって極めて重要な要因である。

熱電子変換器−熱電子放出の原理に基づくエネルギー変換装置−は10〜20%の効率を達成することができるが、標準的なRTGが動作する温度よりも高い温度を要する。その他の利用可能な平均から最も外れた放射性同位元素も電力を供給できるが、短い半減期のために現実的ではない。これまでいくつかの宇宙用原子炉が熱電子学を使用してきたが、こうした原子炉は概して大規模すぎて非常に狭い領域では使用できない。

動的発電機は、従来技術のRTGの変換効率よりも数倍高い効率で電力を供給することができる。本発明の好適な方法は、スターリング放射性同位体発電装置(SRG)と呼ばれる次世代放射性同位体燃料電源から成り、SRGは熱エネルギーを電気に変換するために交流発電機または発電機に連結される自由ピストンスターリングエンジンを使用する。SRGの試作品は約20%の効率を実証している。非接触可動部品、非劣化屈曲ベアリング、無注油気密環境を使用した試作品が実証するように、数年の運転期間中、検知できるほどの劣化は生じなかった。過去の実験とその結果によると、SRGはメンテナンスを全くまたはほとんど行わずに動作し続けることができる。動的バランスの実行またはデュアル対向ピストン運動によって、懸念される震動を排除することができる。スターリング放射性同位体発電システムの考えられる適用例は、深海探査機、ドローン、潜水艦、深宇宙、宇宙探査機、着陸船、移動車、月や火星上の基地およびその他の固定基地などの探査および科学的任務を含む。従来技術を超える好適な方法の利点は、使用可能な熱をスターリングエンジンや吸収冷却に投入して、使用可能熱温度帯を拡張し、この温度帯の使用を増大して効率と効果を高めることである。

除湿を実行する液状乾燥剤技術は1930年代から利用されている。液状乾燥剤は水との親和性が高く(自然に空気中の水分を吸収する)、乾燥剤として使用される液体である。乾燥剤は、水との親和性が高く(吸湿性)、乾燥剤として使用される任意の物質を指す。

熱回収換気(HRV)およびエネルギー回収換気(ERV)システムは通常、2つのファン−外部から空気を引き込むファンと、よどんだ内部の空気を除去するファン−から成るダクト換気システムである。冷房シーズンの間、システムは入ってくる外気を冷却し除湿するように機能する。これは主に、システムが排出された熱を取り込み、排気流に送り込んで熱エネルギーをリサイクルすることによって実行される。

次に、この空気は、排出熱が排気流に入らなかったときよりも低い温度で復水器(condenser、凝縮器)を冷却する。暖房シーズンの間、システムは逆の機構で機能する。熱を排気流に排出する代わりに、システムは排気流から熱エネルギーを引き込んで、入ってくる空気を予熱する。この時点で、空気は主ユニットを通過して制御空間へ入る。この種のシステムでは、通常、冷房シーズンの間は換気よりも排気の方が低温であり、暖房シーズンの間は換気よりも排気の方が高温である。このため、システムは非常に効果的かつ効率的に働く。条件が過酷になるほど性能係数(COP)は大幅に上昇し、蓄熱から伝達されるシステム負荷の増大による追加の効果と効率が、全体価値と年間エネルギー節減を一層高める。

エネルギー回収換気(ERV)システムはHRVシステムに類似するが、湿気の形状で水分に含まれる水蒸気と熱エネルギーとを移送することによって、湿度を制御する。夏期には、屋内に入る前に湿気を含んだ外気から水蒸気の一部を除去することができ、冬期には、湿気の形状の水分と熱エネルギーとを屋内の冷たく乾燥した空気中に移送することができる。一般的には屋根空間に設置される熱交換器が、戸外に排出される前の屋内の空気から熱を回収し、屋内に入ってくる空気を回収熱で温める。ERVシステムの効率は、熱交換器を通じて輸送される総エネルギーに対する2つの空気流間で転送されるエネルギーの割合である。熱回収換気システムは暖房システムではないが、戸外に排出される前に排気から65〜95%の熱を回収することができる。

エネルギー回収換気(ERV)は、標準的な管理下のユニットや建物の空気に含まれるエネルギーを交換して、そのエネルギーを使用して密閉ユニット、住宅、商業用HVACシステム内に入ってくる外気を夏期には予め冷却し、冬期には予め加熱するエネルギー回収プロセスである。たとえば、システムは、暖かい季節には予め冷却および除湿し、寒い季節には予め保湿し加熱する。回収エネルギーを利用する利点は、屋内の大気質を改善し、総エネルギー要件と関連のHVAC機器性能要件とを低減させつつ、適切な換気およびエネルギー基準を満たすことができる点である。

脱塩は、脱塩用の制御および半制御環境が従来技術において一般的に認められ、従来技術で十分に文書化されており、関連情報と裏付けの文献が公開され容易に入手可能である。この装置は、本発明の好適な海洋水源からのミネラルや諸成分の蒸発、蒸留、分離、処理方法を用いて、処理すべき塩水を放出することなく、貯水池、地下井戸、または深海帯水層からの汲み上げにより格安価格で超大規模に飲用水を生産することができる。

淡水供給用の塩抽出方法として、何世紀にもわたって様々な種類の方法が多数開発および使用されている。淡水と塩は、人間を含むすべての生き物にとって標準的な生活サイクルに必要な2つの必須要素である。主要な塩源は通常、岩から採掘されるか、あるいは海洋の海水から抽出される。塩は、海洋から生産された、あるいは岩塩から直接採掘された後の天然の形状で最も多く消費される。塩は、体内の流体バランスまたは水分含有量の調節に必要である。塩の使用や乱用に関する意識は時と共に非常に高まっており、ここ数年、精製ヨウ素添加塩の需要が激増している。塩の渇望は、微量ミネラルの不足または塩化ナトリウム自体の不足から発生しているのかもしれない。

塩は生命維持のために重要であるが、高血圧の傾向がある人には特に、誤用や過剰消費が高血圧や炎症などの健康上の問題を引き起こす可能性がある。いくつかの研究で高血圧と心臓病のリスクに関連するとされるナトリウムとも称される塩の豊富な食事は、実験研究が示唆するように異常な免疫反応から生じる病気を悪化させる場合もある。

最近の研究では、高塩分の食事を与えたマウスは、中枢神経系に影響を及ぼす自己免疫疾患である動物版の悪性多発性硬化症を発症した。追加研究によると、細胞が身体と相互作用して炎症を促進させる。また、塩分の過剰摂取は、身体を侵入者から守る神経系が誤って健康な細胞を攻撃する乾癬や喘息などの自己免疫疾患の原因にもなる。

脱塩、塩分除去、または淡水化は、所望量の塩およびその他のミネラルを水、塩水、海水から除去するプロセスの1つを指す。通常、脱塩は土壌からの塩およびミネラルの除去も指す。一般的に、海水が脱塩されて、人間および動物の消費に適する飲用水、あるいは作物の灌漑に使用される淡水を生産する。分離および処理を経て脱塩された海水の副産物としては、塩、石膏、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カリウム、水酸化カリウム、ホウ酸、臭素などがあるが、このリストは包括的ではなく、海洋から回収可能な塩およびミネラルのすべてを反映するものではない。

脱塩は、天然淡水供給量の少ない国々で使用され、船舶および潜水艦が洋上で使用する淡水を入手する方法である。近年、脱塩、地表雨水のリサイクル、廃水処理の試みの大半は、水和と灌漑用の新鮮な飲用水を提供する費用効果の高い方法の開発に重点を置いている。加えて、廃水はほとんど降雨に依存しない水源の1つである。

データセンターの従来技術および過去の設計アプローチは、部屋を最大限にコンポーネントで満たし、部屋を冷却しバックアップ用の緊急電源を提供する最も良く知られた方法を用いる最善の努力を果たすという方針を維持してきた。通常、データセンターは、安全性を重視した空間管理と、床面からデータセンターを通り上方に流れた後、配管を通じて部屋から排出される空気流とに合わせて設計されている。通常、従来技術は大型の空調装置または冷房機を使用していたが、気化冷却システムを使用して成功したより創造的な方法が試みられている。この方法は、施設とデータセンターのコンピュータを冷却する外部からの冷気を引き込むことによって、外部エアサイドエコノマイザーと組み合わされる。このシステムの欠点は超低密度の空気であるために熱エネルギー伝達能力が非常に限定され、迅速に変動する外気が性能と効率に大きな影響を及ぼす点である。

コンクリートは、セメントの堅い基材に埋め込まれる粗い粒状物質である複合および/または充填材、および/または骨材粒子間の空間を埋める結合材および結合粒子を接着する接着剤から成る。コンクリートという文言は、「緊密なまたは凝縮された」を意味するラテン語の「concretus」が語源であり、完了受動分詞「concrescere」の「con」は「一緒に」を、「crescere」は「成長する」を意味する。

現代の構造コンクリートはローマンコンクリートと2つの重要な細部において異なる。第1に、現代のコンクリートは流動的で均質であり、型に流し込むことができる。ローマンコンクリートでは骨材として瓦礫を使うことが多く、手で積み重ねるようにして形成する必要があった。第2に、現代のコンクリートは鉄筋を入れることで引張強度が強化されているが、ローマンコンクリートはコンクリート自体の引張強度のみに依存していた。

コンクリートは、建築構造、土台、レンガ/ブロック壁、歩道、端/陸橋、高速道路、滑走路、駐車場、ダム、プール/貯水池、配管、ゲート用の基礎、フェンス、柱、さらには船舶までも広く使用される。コンクリートは、人間がインフラを必要とするほぼすべての場所で大量に使用される。全世界で使用されるコンクリートのトン量は、鋼鉄、木材、プラスチック、アルミニウムを合わせた量の倍に当たる。材料としてのコンクリートの使用は他のどんな材料よりも多く、唯一の例外が天然の淡水である。

コンクリートは巨大業界の基盤を成す。世界的に、コンクリート市場の最大部門であるレディミックスコンクリート産業は、2015年までに収入1000億ドルを超えると予測される。コンクリート産業の規模と、コンクリートが基本的に現代社会のインフラを成形していることを前提とすると、コンクリートが現代に果たす役割は誇張してもしすぎることはない。

下記の主要成分の割合を変更することによって多くの種類のコンクリートが入手可能である。このようにして、あるいはセメントおよび骨材相の置換により、最終製品は強度、密度、または化学的および熱抵抗特性を変動させて用途に見合うように特別に調整することができる。「骨材」はコンクリートミックス中の大きな塊材料から成り、通常は石灰石や花崗岩などの粗い砂利または砕いた岩であって砂などの細かい材料を伴う。「セメント」は一般的にポルトランドセメント、およびフライアッシュやスラグセメントなどのセメント様材料であって、骨材の結合材またはリガーレの役割を果たす。

その後、水がこの乾燥複合物と混合されて、作業者が(通常は型または金型に流し込むことによって)成形することのできる半液体を生成する。コンクリートは水和と呼ばれる化学プロセスを通じて固化し、岩のような強度にまで硬化する。水はセメントと反応し、他の成分を一体に接着し、頑丈で強靱な石状の物質を生成する。「化学添加物」は様々な特性を発揮するために添加される。これらの原材料は、コンクリートの硬化を加速または減速し、他の多くの有益な特性を付与することができる。「鉄筋」がコンクリートに添加されることが多い。コンクリートは高耐圧強度で構成できるが、常に引張強度が弱い。このため、普通は張力に強い材料(大抵は鋼鉄または最近では複合物)で補強される。

「ミネラル添加物」がこの数十年、一般的になりつつある。コンクリート原材料として リサイクル材料を使用することは、年々厳格化する環境法と、このような材料が補完的かつ貴重な特性をしばしば備えるという発見とから人気を博しつつある。中でも目立つのが、火力発電所の副産物のフライアッシュと産業用電気アーク炉の副産物のシリカフュームである。コンクリート中にこれらの材料を用いると、灰と煙がセメントの代わりを果たすために必要な資源量が低減される。本発明の好適な方法は脱塩からの石膏と灰を使用し、従来技術を超える用途および関連した効率の両方を貨幣化する。この方法は、処理しなければならない産業廃棄物の量を低減しつつ、エネルギー上高額で環境上問題のあるプロセスであるセメント生産の一部に取って代わる。

必要な混合物は、構築される構造または対象、コンクリートの混合および搬送方法、構造を形成する、あるいは対象を成形するための配置方法などに左右される。ポルトランドセメントは、現代建築で今日一般的に使用される最もありふれた種類のセメントである。このセメントは、コンクリート、モルタル、プラスタの基本成分であり、カルシウム、ケイ素、アルミニウムの酸化物の混合物から成る。ポルトランドセメントおよび類似の材料は、石灰石(カルシウム源)と粘土を加熱し、この生成物(クリンカーと称する)を硫酸塩源(最も一般的には石膏)と共に磨砕することによって製造される。

煉瓦は組積構造で使用されるセラミック材料のブロックまたは単独ユニットである。通常、煉瓦は各種モルタルを用いて煉瓦加工物として積載または敷設されて一体的に保持され、永久的な構造を作製する。通常、煉瓦は大量に一般的または標準的なサイズで生産される。煉瓦は記録に残る歴史上で最も耐久性が長く強靱な建造材料の1つであるとみなされてきた。

概して、「煉瓦」は標準的なサイズで、重量を支える建造単位である。煉瓦は乾燥状態で、あるいはモルタルと共に水平に敷設される。この意味で使用される場合、煉瓦はおそらく粘土、石灰−砂、コンクリート、または成形石から作製されてもよい。さほど専門的ではない日常的な言葉で言えば、煉瓦は粘土を含む下層土からの乾いた土壌から作製される。場合によっては、アドービなどの煉瓦は単に乾燥されるだけである。さらに一般的には、煉瓦は何らかの種類のキルンで焼成されて真のセラミックを形成する。従来技術は、エネルギー要件の高い非効率なキルンプロセスを欠点とする。従来技術は、コイルと熱交換器を使用して廃エネルギーを回収し、含まれるすべての熱エネルギー集約アプリケーションおよびプロセスの効率を高める本発明の好適な方法の恩恵を得ることができなかった。従来技術には、熱エネルギー回収および熱エネルギー再利用により効率向上される熱エネルギー貯蔵システムが存在しなかった。

従来技術の煉瓦およびブロック製造アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥により完全または部分的に自動化されなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、煉瓦製造プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

アルミニウム精錬は、ふつうはホール・エループロセスによって酸化物であるアルミナからアルミニウムを抽出するプロセスである。しかしながら、アルミナは、アルミナ精錬所ではバイヤー法によって原鉱のボーキサイトから抽出される。アルミニウム精錬所はこの電解プロセスで大量の電気エネルギーを消費する。精錬所は通常、巨大なエネルギー生成ステーションである水力発電所に近接して配置される傾向がある。また、大半の精錬所が輸入アルミナを使用するために海港近傍に位置する。通常、このプロセスでは大量の炭素が使用されて、主に二酸化炭素と一酸化炭素から成る大量の地球温暖化ガスを放出する。排出物の捕捉、封止、再利用を組み込んだ本発明の好適な方法は、従来技術よりも炭素排出量を低減しつつ、地球に優しい解決策を提供する。

従来技術は、主要プロセスの標準的な生産ルートであり、アルミニウム生産に一般的に使用される方法であるホール・エルー電気分解と呼ばれるプロセスを採用する。このプロセスは、一連の耐火材料の耐熱内張りを備えた鋼鉄製外殻から成る電解槽を使用する。電解槽は煉瓦を内張りにした鋼鉄製外殻を容器および支持構造として備える。外殻内では、陰極ブロックがペーストを突き固めることによってセメントで接合される。電解槽内張りの最上部のベースは、陰極として機能する溶融金属と接触する。溶融電解質は、固化を防ぐために電解槽内に高温で保持される。プリベイク陽極は通常、電解質に懸架される大きな焼結ブロックの形状で炭素から成る。一般的には、単独のソーダベルグ型電極または所定数の既焼成炭素ブロックが陽極として使用されるが、一貫したエネルギー配給および生産のため、主要な配合と表面で発生する基本反応は基準化されている。

アルミニウム精錬所は多数の電解槽から成り、電解槽は通常、電気分解プロセスが行われるポットと称される。標準的な小型精錬所は、小規模施設で使用可能な約40ポットを備えることができ、提案される最も大規模な精錬所は約2500ポットに近い65倍程度の容量を有するが、各ポットの通常のアルミニウム生産量は1日約1トンである。精錬はバッチプロセスとして実行され、アルミニウム金属はポットの底に堆積し、最終処理のために定期的に移送される。エネルギーの供給は一定であり、常に利用可能である。

熱風温度は、ストーブの設計と条件に応じて900℃〜1300℃(1600°F〜2300°F)にすることができる。ストーブが対処できる温度は2000℃〜2300℃(3600°F〜4200°F)とすることができる。オイル、タール、天然ガス、微粉炭、酸素も炉の羽口で炉に投入し、コークスと組み合わせて追加エネルギーを放出させ、生産性向上に必要な還元ガスを増大させることができる。鋼鉄製造として知られる第2の段階では、硫黄、リン、余剰炭素などの不純物が除去され、マンガン、ニッケル、クロム、バナジウムなどの合金成分が追加されて、必要な鋼鉄が生産される。その後、製鋼所は鋳造、熱間圧延、冷間圧延を通じて溶融鋼鉄をブルーム、インゴット、スラブ、シートに変える。

総合製鋼所は以下の主要な鋼鉄生産機能、A)鉄製造(原鉱の液状鉄への変換)、B)鋼鉄製造(銑鉄の液状鋼鉄への変換)、鋳造(液状鋼鉄の固化)、C)粗圧延/分塊圧延(ブロックのサイズ縮小)、D)製品圧延(完成形状)をすべて備える。総合製鋼所の主要原材料は鉄鉱石、石灰石、石炭(またはコークス)、または補充炭素投入である。これらの材料はまとめて高炉に装填され、そこで原鉱内の鉄化合物は余剰酸素を消費して液状鉄に変わる。数時間おいて堆積した液状鉄は高炉から出され、銑鉄に鋳造されるか、あるいはさらなる鋼鉄製造作業のために別の容器に送られる。歴史上、ベッセマープロセスが経済的な鋼鉄生産にとって大きな進歩であったが、現在では基本的な酸素炉などの他のプロセスに完全に置き換えられている。

鋳鉄は、液化するまで加熱され、その後、金型に注入されて固化する鉄または合金鉄である。普通は銑鉄から製造される。合金の構成要素は、破壊されるときに色に影響を及ぼす。白鋳鉄は、亀裂を貫通させる炭化不純物を含む。ねずみ鋳鉄は、走る亀裂を偏向させ、材料が分断する際に無数の新たな亀裂を生じさせるグラファイト片を含む。

炭素(C)とケイ素(Si)が主要な合金成分であり、それぞれ2.1〜4重量%と1〜3重量%を占める。炭素含有量の少ない鉄合金は鋼鉄として知られる。これにより技術的にはベース合金は三成分のFe−C−Si合金となるが、鋳鉄固化の原理は2成分の鉄−炭素状態図から理解される。また、高性能合金を得るためにセラミックスを追加することができる。ほとんどの鋳鉄の成分の融点は鉄−炭素系の共融点辺りであるため、融解温度は通常1150〜1200℃(2100〜2190°F)に近似し、純鉄の融点よりも約300℃(572°F)低い。本発明の好適な方法により、熱集約鋳鉄プロセスの予熱および加熱を目的とした熱エネルギー貯蔵容器からの熱エネルギーの伝達効率が向上する。

鋳鉄は、延性の鋳鉄を除き、脆くなりやすい。比較的低い融点、高い流動性、鋳造性、優れた機械加工性、耐変形性、耐摩耗性のため、鋳鉄は広範な用途で工学材料として採用され、配管、機械、およびシリンダヘッド(使用は衰退化)、シリンダブロック、トランスミッションケース(使用は衰退化)などの自動車部品に利用されている。酸化(錆)による破損や劣化に強い。

酵素は触媒としての役割を果たすタンパク質である。酵素は、反応時に使い果たされずに、反応発生に必要なエネルギーを低下させる。様々な種類の業界が生成物の生成の助けとして酵素を利用する。これらの生成物はたとえば、チーズ、アルコール、パンなどである。発酵は産業目的で酵素を生成する方法である。

発酵は、バクテリアやイーストなどの微生物を使用して酵素を生成することを含む。酵素を生成する発酵には2つの方法がある。つまり、液中発酵と固体発酵である。液中発酵は、液体栄養分媒体中の微生物による酵素の生産を含む。酵素は細胞外酵素の場合は遠心分離、細胞内酵素の場合は細胞溶解などの方法によって回収される。多くの業界は、製品の生産に関して酵素に依存している、あるいは相互依存している。発酵によって生成される酵素を使用する業界は、醸造、ワイン造り、パン焼き、チーズ生産、その他の材料の破壊を必要とする用途である。

トウモロコシ磨砕プロセスは、産業用トウモロコシ処理装置によって現在使用され、甘味料、デンプン、オイル、エタノール、家畜飼料などの様々な製品を生産するトウモロコシの年間収穫量の約20%を占める。残りの大部分は家畜、家禽、魚に供給される。この多用途な穀物は、幅広い産物および副産物の製造を可能にする4つの主成分から成る。トウモロコシの標準的な成分はデンプン(61%)、トウモロコシ油(4%)、タンパク質(8%)、繊維(11%)であり、トウモロコシ穀粒の重量の約16%が水分である。好適な実施形態は主な処理方法としてトウモロコシ湿式磨砕を含み、方法毎に副産物および関連成果物のために異なる製品および供給原料を生産する。

湿式磨砕プロセスは運転コストが高くなる可能性のある資本集約的なプロセスであるが、様々な製品を生産できる能力は変動市場を扱うにあたって貴重な代償となり得る。発酵性デンプンの一部が商品性のある副産物に付随するプロセスへと出ていくため、従来の乾式磨砕プロセスよりもエタノール産出量がわずかに少なくなる。

トウモロコシ湿式磨砕プロセスは、トウモロコシ穀粒の各成分から最大の使用及び価値提案を抽出するように設計される。本発明の好適な方法は、浸漬タンクと呼ばれる大型タンクの希釈二酸化硫黄溶液にトウモロコシ穀粒を浸すプロセスから始まり、好適な実施形態では、蓄熱から熱エネルギーを投入して、トウモロコシ穀粒の軟化を助け、プロセスのその後の段階を汚染し質を低下させる可能性のあるバクテリアを除去する。その後、軟化した穀粒は胚芽を除去するように処理され、価値の高いトウモロコシオイルを取り除くためにさらに処理される。オイルの後に残る胚芽粉は抽出されて、動物用飼料として市場で販売される。

胚芽除去後、残りの穀粒成分は繊維を除去するために分離される。その後、繊維は蒸発、濃縮、乾燥したスティープリカーおよびその他の副産物流と組み合わされて、トウモロコシグルテンフィードを生成する。次いで、デンプンとグルテンタンパク質はふるいを通過して、デンプングルテンスラリーが遠心分離器に送られて、そこで軽量のグルテンタンパク質と重量のデンプンとに分離される。次に、グルテンタンパク質は濃縮乾燥されて、60%タンパク質フィードであるトウモロコシグルテンミールを生成する。動物はトウモロコシグルテンフィード(CGF)とトウモロコシグルテンミール(CGM)を餌にする。実質上、CGF内に限定され、処理されたプランクトン(ランソウ)添加物は、強化穀物飼料(EFG)と称される。本発明の好適な方法は、プランクトン投入のために廃熱エネルギーと廃CO2を使用することで、両者を排除して再生もリサイクルも行わなかった従来技術と対照的に垂直的市場を生み出す。

その後、デンプンの一部は洗浄乾燥されるか、あるいは変形乾燥される。これらのデンプン製品は食品、製紙、織物産業に販売される。残りのデンプンは高フルクトース甘味料またはエタノールなどの製品に処理することができる。通常、1ブッシェルのトウモロコシから平均でデンプン31.5lbs、グルテンフィード12.5lbs、グルテンミール2.5lbs、トウモロコシ油1.6lbsが産出される。

エタノールは、決して枯渇しない資源である日光からエネルギーを部分的に生成する事実により、疑似再生可能エネルギー源とみなされる。しかしながら、種蒔き、施肥、収穫プロセスは、非再生可能源からの膨大なエネルギーを必要とする。

エタノールの生産は、サトウキビ、トウモロコシ(コーン)などの穀物、またはスイッチグラスなどの供給原料を成長させる光合成から始まる。これらの供給原料は磨砕またはセルロースプロセスを経てエタノールに処理される。エタノールは、エチレンと触媒である硫酸との触媒水和作用により石油製品から製造することができる。エタノールは、エチレンまたはアセチレンを用いて炭化カルシウム、石炭、オイルガス、その他の供給源から得ることもできる。非再生可能ベースのエタノール(合成エタノール)から得られる石油はバイオエタノールと化学的に同一であり、放射性炭素年代測定法によってしか区別できない。

普通、バイオエタノールは、炭素系の供給原料の変換から得られる。農業原料は、成長に必要なすべてのミネラル(窒素やリンなど)が大地に戻されることを前提とし、光合成を利用して太陽からエネルギーを得るために再生可能であるとみなされる。エタノールはサトウキビ、バガス、茅、テンサイ、モロコシ、穀物、スイッチグラス、オオムギ、アサ、ケナフ、ジャガイモ、サツマイモ、キャッサバ、ヒマワリ、果物、モラッセ、トウモロコシ、まぐさ、穀物、小麦、藁、綿、その他のバイオマス、ならびに多くの種類のセルロース廃棄物および収穫物などの様々な供給原料から生産することができ、どの原料を使用するにせよ最善の「well−to−wheel(エネルギー採掘から消費まで)」)査定を受ける。

カーボンファイバは織炭素フィラメントの一種である。宇宙空間やその他の用途で使用されるカーボンファイバ製の剛体複合物は、一般的にはカーボンファイバ強化ポリマー基材を導入して形成される複合物である。

従来技術のカーボンファイバ、もしくはグラファイトファイバ、カーボングラファイトまたはCFは、典型的には約5〜10μm径の繊維から成り、炭素原子を主成分とする材料である。カーボンファイバを生産するには、結晶配列により繊維が高強度−体積比を有する(サイズのわりに強固になる)ため、炭素原子は繊維の長軸にほぼ平行に配列される結晶状に接合される。数千本のカーボンファイバが束ねられて、それだけで使用される、あるいは生地状に織られる縄を形成する。

カーボンファイバの特性は高剛性、高引張強度、低重量、高耐化学薬品性、高温度許容度、低熱膨張などである。こうした利点により人気や関心が高まって、航空、宇宙産業、土木工事、軍事、モータースポーツおよびその他多くの競技スポーツといった業界で取組みや投資が急増している。しかしながら、グラスファイバやプラスチックファイバなどの類似の繊維に比べてカーボンファイバは比較的高価である点にも注目すべきである。

通常、カーボンファイバは他の材料と組み合わされて、改良された複合材料を形成する。プラスチック樹脂と組み合わされて、織られる、あるいは成形されると、極めて頑丈な鋼鉄の特徴に匹敵するほど非常に高い強度重量比を有するカーボンファイバ強化ポリマー(カーボンファイバと称することが多い)を形成するが、カーボンファイバはやや脆い。しかし、特に注目すべきは、カーボンファイバはグラファイトやグラフェンなどの他の材料と結合されて炭素−炭素複合物を形成する際、非常に高い耐熱性を発揮する点である。求められる複合物の特徴を強化することのできる添加物は、チタンやその他の接合元素など他にも多数存在する。

6μm径の炭素フィラメントは、人間の髪の径に例えることができる。1本の炭素フィラメント糸は、何千本もの炭素フィラメントを束ねたものである。単独のフィラメントは5〜8マイクロメートル径の薄い管であり、ほぼ炭素から成る。カーボンファイバの原子構造は、正六角形パターンで配列される炭素原子シート(グラフェンシート)から成るグラファイトの原子構造と類似しており、違いはこれらのシートの重なり方にある。グラファイトは、シートが規則的に平行に積層される結晶性材料である。シート間の分子間力は比較的弱いファンデルワールス力であるため、グラファイトは軟らかく脆いという特徴を有する。

繊維を製造する前駆物質に応じて、カーボンファイバは乱層構造またはグラファイトである、あるいはグラファイト部分と乱層構造部分が両方とも存在するハイブリッド構造を有することができる。乱層構造の場合、炭素原子のカーボンファイバシートは共にランダムに折り曲げられたりねじ曲げられたりする。ポリアクリロニトリル(PAN)から得られるカーボンファイバは乱層構造であるが、中間相ピッチから得られるカーボンファイバは、2200℃を超える温度での熱処理でグラファイトとなる。乱層構造のカーボンファイバは高い引張強度を有する傾向にあるが、熱処理された中間相ピッチ由来のカーボンファイバは高ヤング率(すなわち、高剛性または荷重下の高耐伸張性)および高伝熱性を有する傾向にある。

カーボンファイバは複合物材料、特にカーボンファイバまたはグラファイト強化ポリマーとして知られる種類の材料を強化する際に非常によく使用される。非ポリマー材料もカーボンファイバの基材として使用することができる。金属炭化物の形成と腐食が懸念されるため、金属基材複合物での炭素の使用はこれまであまり成功してこなかった。強化カーボン−カーボン(RCC)はカーボンファイバ強化グラファイトから成り、構造上、高温用途で使用される。該ファイバは、広表面積および高耐腐食性を有する電極として、および帯電防止コンポーネントとして高温ガスの濾過にも使用される。カーボンファイバの薄層を成形することで、カーボンファイバの緊密層が効率よく熱を反射するためにポリマーまたは熱硬化複合物の耐火性を大幅に向上させる。カーボンファイバ複合物は、接触腐食のせいで他の金属が好まれる多くの商業用途においてアルミニウムの代わりに一般的に使用される。

カーボンファイバの前駆物質はポリアクリロニトリル(PAN)、レーヨン、ピッチである。カーボンファイバフィラメント糸はいくつかの処理技術を用いて使用される。プリプレッグ、フィラメント巻回、引抜成形、織り、編組などに直接利用される。カーボンファイバ糸は、線密度(単位長当たりの重量、すなわち、1g/1000m=1テックス)または糸当たりの千単位のフィラメントの数で評価される。たとえば、カーボンファイバ3000フィラメントでの200テックスは、1000炭素フィラメント糸よりも3倍強靱であるが、3倍重い。その後、この糸を使用して、カーボンファイバフィラメント織物または布を織ることができる。この織物の外観は通常、糸の線密度と選択した織り方に左右される。一般的に使用される種類の織り方は綾織り、繻子織り、平織りである。炭素フィラメント糸は編んだり、撚り合わせたりすることもできる。

熱分解は、無酸素中でのバイオマスなどの有機物質の加熱である。熱分解は、無酸素下の加熱により有機物質内で誘発される化学分解である。有機物質は、ガス成分と固定炭素および灰を含む固定残留物(コークス)とに変換される。標準的な熱分解プロセスは正式には、無酸素下の加熱により有機物質内で誘発される化学分解と定義される。実質上は完全な無酸素大気を実現することはできない。実際の熱分解システムは、理論量よりも少ない酸素量で実行される。酸素が存在しないため、物質は燃焼しないが、物質を構成する化合物(すなわち、セルロース、ヘミセルロース、リグニン)は可燃性ガスと木炭に熱分解する。

これらの燃焼性ガスの大半は熱分解オイルまたはバイオオイルと呼ばれる可燃性液体に凝縮させることができるが、CO2、CO、H2、軽炭化水素などのいくらかの恒久的なガスが残る。通常、バイオマスの熱分解から液体バイオオイル、固体バイオ炭、気体(合成ガス)の3つの生成物が生じる。これらの生成物の割合は、原料組成と工程パラメータなどのいくつかの要因に依存する。いくらかの酸素がどの熱分解システムにも存在し、わずかな酸化が発生する。揮発性または反揮発性材料が廃棄物内に存在する場合、熱脱離も発生する。熱分解は新興技術である。プロセスの基本概念は立証されているが、新興技術の性能データはまだ完全には分かっていない。

バイオオイルは、含酸素有機化合物の高密度複合混合物である。バイオオイルは石油ベースの燃料の約50〜70%の燃料値を有し、ボイラー燃料として使用する、あるいは再生可能輸送用燃料にグレードアップすることができる。本発明の上記の方法の使用には、従来技術システムによって処理された従来のバイオオイルと比較して、高品質で純度の高い製品の生産を促進するという差異が含まれる。その密度は1kgL−1超で、バイオマス供給原料よりもずっと高く、バイオマスよりも輸送に関して費用効率が高い。

熱分解ベースの原料生産はすべて同じ基本的パターンをたどる。コンセプトおよび化学反応においては石油を生産した画期的プロセスと類似しており、ずっと短い期間で行われる。トウモロコシ茎葉、おがくず、スイッチグラスなどのバイオマスあるいはその他の農業材料またはバイオマス材料は、無酸素大気下で高圧高温にさらされる。材料は燃焼せずに、水と炭素の豊富な気体、固体、液体とに分解する。

ガス部分、主に合成ガスと呼ばれるH2とCOの混合物は、燃料として使用する、あるいは炭化水素にさらに処理することができる。コークスまたは炭として知られる固体は約90%が炭素であり、通常は焼成されて熱を供給する。本発明の好適な方法は再生可能エネルギーの生成投入を利用するが、コークスが、鋼鉄およびアルミニウム生産/リサイクル複合施設において好ましい基本炭素製品として供給されるときにより高い価値の用法となる。熱分解オイルとして知られる液体は、化学的に還元されてガソリン状燃料を生成する含酸素炭化水素の混合物である。

エタノール発酵と熱分解だけが、バイオマスのエネルギー関連の使用ではない。コジェネレーションは材料を燃焼させて蒸気タービン熱を生成することができる。ガス化により合成ガスに変換され、高額だが定評ある産業プロセスであるフィッシャー・トロプシュ法を用いて液体燃料に処理することができる。

通常、熱分解はコジェネレーションよりもバイオマス1ポンド当たり、より高価値の最終生成物を産出し、気化よりも高い費用効果で液体に変換し、ドロップイン燃料および生物由来潤滑油に液化することができる。熱分解用に再生可能熱エネルギーを使用する本発明の好適な方法は、再生可能潤滑油および炭および/またはコークス生産のためのバイオマスの使用や、現代の化学ベースの生産に必要なエネルギーのためのまたは成分原料としての化石燃料の使用の必要性を低減および/または排除するうえで主要なソリューションを提供する。

有機物質が熱分解すると、一酸化炭素、水素、メタン、その他の炭化水素を含む可燃性ガスが発生する。この発生気体が冷却されると、液体が凝縮してオイル/タール残留物と汚染水が生じる。通常、熱分解は430℃(800°F)超の動作温度の圧力下で発生する。熱分解ガスはさらに処理する必要がある。なお、この熱範囲は太陽熱エネルギー生産範囲内に十分収まるため、蓄積した熱エネルギーをエネルギー投入の基本として用いることで外部のエネルギー生成を必要としない。

回転キルン、回転炉、または、流動床炉などの従来の熱処理方法が廃熱分解に使用される。熱分解、おそらくは償却のために使用されるキルンまたは炉は物理的に類似するが、燃焼に必要とされるよりも低温かつ少ない空気量で動作する。溶融塩プロセスは廃熱分解にも使用することができる。これらのプロセスを以下の項で詳細に説明する。

回転キルン

回転キルンは、耐火材で裏打ちされ、わずかに傾斜した回転シリンダであり、加熱チャンバとしての役割を果たす。

流動床炉

循環する流体床炉は、高速空気を用いて廃棄粒子を加熱ループにおいて循環および懸架させ、最高430℃(800°F)の温度で動作する。

溶融塩破壊

溶融塩破壊は別の種類の熱分解である。溶融塩破壊では、溶融塩焼却炉は炭酸ナトリウムなどの溶融塩の乱流層を、有害物質を破壊する伝熱および反応/浄化媒体として使用する。寸断された固体廃棄物は、溶融塩の表面下に空気と共に注入される。主に二酸化炭素から成る高温ガスが流れ、未反応空気成分が溶融塩槽を上昇し、第2の反応区域を通過して、さらに、大気に排出される前に排ガスリサイクル清掃システムを通過する。他の熱分解副産物はアルカリ溶融塩と反応して、溶融物内に保持される無機物質を形成する。灰を含む使用済みの溶融塩はリアクタから出されて、冷却およびリサイクルされる。

農地保有の意味での農業(farming)という用語は、一群の領地の税金、関税、賃料によるか、あるいは「永代借地」の封建的土地保有により単に個々の領地を保有するかにかかわらず収入源からの「取立を請け負う(farm)」という動詞に由来する。この単語は確定した合意や契約を意味する中世ラテン語の名詞firmaに由来し、強い、頑丈な、堅固な、を意味する古典ラテン語の形容詞firmusから来ている。中世には、ほぼすべての領地と大半の地所を有する貴族らは農業に従事し、その多くが主要な収入源である農場経営を支える基盤を提供するために自身の鍛冶屋とその他の副技術職人を抱えていた。そのため領地を保有し、「永代借地(fee farm)」の所有により貴族となることは、農業の実践自体と同義であった。農場管理と土地所有権は、特に中世欧州の農民社会において地位と権力を示す主要な指標だった。

通常、農場とは、一般的に農業に使用される土地あるいは一般的に養殖に使用される水域であり、主に食物を生産および管理する仕事を請け負う(すなわち、穀物や家畜または水生動物などの動物を生産する)様々な構造およびサブ構造を含むことができる。農場とは、食物の生産および/または繁殖に使用される基本生産施設のことである。概して、農場は個人、家族、地域社会、団体、または企業によって所有および運営することができる。標準的な農場の規模は、数分の1エーカーから数千または数万エーカーにわたるまで様々である。

果実、ベリー、シロップ、または木の実を生産する事業は果樹園と呼ばれる。ブドウ園はブドウを生産する。厩舎は、主に馬の訓練に含まれる作業に使用される。養馬場と営利農場は、その他の動物と家畜を繁殖および生産する。主に乳、クリーム、チーズ、その他の乳製品の生産に使用される農場は一般的に酪農場と呼ばれる。その他の特別な農場には、植物の成長または水産養殖のための空中栽培または水耕を含むものであり、囲いやタンク内で食物源として魚を育てる水生農場または養魚場ともいわれるアクアポニックスがあり、また移植用販売、製材、装飾的利用のために木材を育てる樹木農場もある。

脱塩、蒸留、蒸発器、製鋼所、小製鉄所、プラスチック/ポリマー部品生産、カーボンファイバ生産、鋳鉄生産、TARDUS防衛システム、吸収冷却、低温貯蔵、乾式貯蔵、急速冷凍システム、風力タービン、太陽熱発電、太陽熱、光起電太陽熱、化学および熱エネルギー貯蔵、スターリングアプリケーションおよびプロセス、冷却機、冷凍、暖房および空調、水加熱、蒸留、浄水・脱塩システム、各種燃料を使用する発電、エネルギー生成のための様々な設計および構造を有する化学物質および熱源などがエネルギー需要を満たすが、その他のプロセスと分離アプリケーションおよびプロセスも従来技術において十分に既知である。電気配線、液体、半液体、固体材料移送管路は、導管、ダクト、パイプ、ホース、気送管、コンベアベルト、または任意のループおよび回路を接続する手段、固体および/または反固体物質を搬送する手段を含むことができると企図される。

しかしながら、上記システムおよび装置の従来技術は、前記引例の発明が物理的に配備されるとき、完全かつ必須の論理サイクルまたはエネルギーエコシステムと称されるようなサイクルを形成することによって、統合マルチレベル制御システム環境の要素として統合されたコンポーネントとして高効率から恩恵を得るように計画も確立も調整も一般的にはされていなかった。該システムは、標準以下のシステム設計性能を備えた個々の装置としての効率に基づき配備するように計画されていた。

従来技術の配備は、部品数の増加、製造コストの増大、組立コストの増大、輸送コストの増大、副部品数の増加、特注部品の在庫増による部品コストの増大、重複するサブシステム、頻繁に必要となる保全および修理コストを余儀なくし、エネルギーおよび製品生産の基準コストを上昇させて、運転費用とグリッドエネルギー接続および移送ラインの損失の増加を招いていた。

従来技術のスマートグリッド設計および一体化は主に、消費者との接続部のスマートメータを使用して使用を監視する。グリッド安定性の向上を目的とした電力品質とエネルギー可用性の向上のため、本発明により、従来技術のスマートグリッドは、使用の監視、装置データ送信、手動の消費者入力、共通の電気信号指紋を通じたエネルギー使用源の特定、プロファイルデータセットの記憶、抽出された使用プロファイルに基づく適切なエネルギー予測での対応、エネルギー負荷対応の向上に向けた現状使用分析を介して改良される。

風力エネルギー技術は通常、風力からの運動エネルギーを機械エネルギーおよび/または電気に変換するために使用される。風力を抽出するため、風力タービンは、1セットの羽根と羽根に接続される回転翼シャフトとを有する回転翼を含むことができる。羽根に接続される回転翼上を通過する風により、羽根を動かして回転翼シャフトを回転させることができる。また、回転する回転翼軸は、水の汲上げなどの機械作業を実行する機械システムと大気ガス分離圧縮器に連結し、回転エネルギーを提供して発電することができる。もしくは、回転翼シャフトは、回転エネルギーを電気に変換する発電機に接続して、消費者、商業/産業施設、または送電網に電力を供給するために用いることができる。

通常、太陽光エネルギー技術は、太陽からの放射光エネルギーを熱エネルギーおよび/または光起電電気に変換するために使用される。太陽エネルギーを抽出するため、収集面および/または反射体は太陽熱技術と同様に太陽エネルギーを上記の太陽熱収集器面に集束させる。収集面に当たる太陽エネルギーは、直接使用、移送、および/または貯蔵のために光起電電気エネルギーに変換されるか、あるいは熱として生成される。 しかしながら、風の可変的性質と太陽光エネルギーの可用性が、ベース負荷および/またはオンデマンド発電、風力および太陽光エネルギーからの生成物および副産物を妨害する場合がある。たとえば、化学技術と熱技術を利用するエネルギー貯蔵は、風力および太陽光エネルギーから生成される電気、生成物、副産物の変動を補う、および/または民間および公共電力網における確実な電気/熱エネルギー供給サービスを維持する必要がある。

熱エネルギー貯蔵(TES)は、太陽熱および/または電気および/または化学反応収集器システムから生成される熱エネルギー移送流体および媒体を介して供給され、熱変換は、冷却機構、具体的には特別な非圧縮器ベースの吸収冷却機および熱エネルギーを吸収、放散、または低温熱エネルギー貯蔵に移送するその他の装置の作用により実行される。また、熱エネルギーは、電気エネルギーから熱エネルギーへの貯蔵技術の方法として、加熱および/または冷却素子またはその他の用途プロセスからの移送を介して生成し、媒体への熱搬送を開始させることができる。

熱エネルギーオンデマンドは、局所暖房、水ヒータ、またはその他の熱集約用途への熱エネルギー供給などの熱エネルギー生産の直接利用のために伝熱流体を汲み上げる熱エネルギー貯蔵システムから利用可能であり、その他のユニットおよびユニット内の領域、たとえば、養殖ユニットに向けられる水や空中栽培ユニット、低温貯蔵、または急速冷凍貯蔵の大気を冷却するように動作させることができる。このプロセスは、スターリングエンジンおよび/または蒸気タービンなどの熱移送装置への流体、および/または熱集中用途、および/または廃熱エネルギーの貯蔵および再利用のための二次的な熱移送液体を介して実行することができる。

商業電力網規模エネルギー貯蔵とも称される商業用電力網バックアップエネルギー備蓄は、消費者のエネルギー電力網内で消費者電力網規模でエネルギーを貯蔵するために使用される方法を指す。エネルギーは、エネルギー生成要素からの生産量が地域エネルギー消費量を超過するときに貯蔵され、貯蔵されたエネルギーは、消費量が利用可能なベース負荷生成量を超過する、あるいはより高いベースラインエネルギー要件を確立するときに利用される。

このように、エネルギー生産は瞬間的な消費要件を満たすように大幅に増減させる必要はない。生産レベルは、エネルギー品質が高いまま、より一貫して安定したレベルで維持される。これが、エネルギー貯蔵ベースの発電所および/または熱エネルギーを、一定生産レベルで効率的かつ容易に操作できる利点である。

具体的には、光起電太陽光、太陽熱、風力タービンなどの商業電力網に接続された間欠的エネルギー源の使用は、商業電力網のエネルギー蓄熱からの恩恵を得ることができる。太陽および風力源から得られるエネルギーは性質上可変である、つまり、生産される電気エネルギー量は時間、曜日、季節、天気の可変性から発生するランダムな環境要因と共に変動する。

エネルギー貯蔵を有する電力網および/または熱集約システムでは、風や太陽光から生成されるエネルギーに頼るエネルギー源は、商業用電力網規模のエネルギー貯蔵を、間欠的エネルギー源のエネルギー生産量の増減に見合うように拡大および縮小させなければならない。 よって、商業用電力網エネルギー貯蔵は、商業界が、エネルギー生産をエネルギー消費に適合させるために使用する方法の1つである。エネルギー生産とエネルギー消費はどちらも時と共に変動する。これは、エネルギー生産の効率向上とコスト低減、および/または間欠的エネルギー源の使用の統合および促進のために行われる。

最も一般的には、熱エネルギー貯蔵は、太陽熱収集システムによって収集された熱、バイオガス熱投入、または電気的蓄熱投入を貯蔵するために使用される高温移送および貯蔵媒体として溶融塩混合物を採用する。熱エネルギー貯蔵には、一般的に使用可能な物質と貯蔵媒体、たとえば冷温貯蔵媒体としてエネルギー貯蔵用に氷結させた水を使用して行う。

太陽および/または風力エネルギーが十分に入手できないときや極端な天候時には、貯蔵エネルギーを使用して発電、あるいは熱エネルギーの供給ができる。年間にわたって99%の熱効率が予測されている。熱エネルギー貯蔵システムが示すように、改良エネルギー回収システムを用いた貯蔵装置への電気の変換効率(往復効率)は75〜93%である。

従来技術のスターリング放射性同位体発電装置(SRG)は通常、熱エネルギーを電気に変換するために交流機または発電機に接続された自由ピストンスターリングエンジンを使用する。スターリングエンジンは、熱エネルギーを電気に変換できる蒸気ベースのシステムよりも効率が高い既知のヒートエンジンである。RPSプログラムは、未来の宇宙ミッションでの使用に向けてスターリング技術を開発中である。NASAは2つの改良スターリング放射性同位体発電機(ASRG)ユニットの開発を完了させるべく既に計画していたが、残念ながらエネルギー開発に関しては、ASRGシステムの開発中止が2013年後半に決定された。NASAのグレン研究センターは、現在および未来の宇宙探査ミッションによる使用の可能性に向けて自由ピストン型スターリングエンジン技術の開発と試験を続行中である。リニア発電機を備えた自由ピストンスターリングエンジン内では、可動ピストンが燃料源の熱によって駆動される。ピストンは磁気ディスクをリニア発電機としてワイヤ束の内を前後に移動させて、ワイヤ内に電流を発生させる。

スターリングサイクルとして知られる熱エネルギーを電気に変換するプロセスは熱電および光起電太陽光発電システムよりも効率的であるため、スターリング技術を採用する発電機は既存の発電システムよりも宇宙船用の電力を生成するのに効率的な手段を提供することができる。従来技術のASRGの実施例と当初の種類のSRG試作品は、生来の設計上の欠陥のため、本発明の好適な実施形態が成し得るものと比較して効率も発電量もずっと低いことは実証済みである。

環境制御を必要とするすべての建物と目標領域は、制御下の機械的換気、または目的の調節された制御空間への意図的に制御された外気の導入機能を必要とする。建物、住宅、管理される環境領域は、高度な大気質および環境制御のために建物を意図的に封鎖する。しかしながら、大半の大気質規格とガイドラインの定めによると、制御領域の大気空間の約30%は時間毎に再循環させなければならない。通常、効率的なファンを備えたエアハンドラーは、冷暖房の要求を含む33%の最低デューティサイクルで動作する。年平均で、ファンのサイクル制御は、同時の暖房または冷房なしで時間の約15%、ファンを稼働させる。

概して、過去の従来技術と実施例はコンポーネントの組み合わせを誤り、材料とコンポーネントの重複を回避するように計画も一体化もされておらず、効率低下と設置保全コストの増大を招いていた。建物の筐体は、気密に建造され、健康、快適性、環境換気要件に見合うように正しく換気されなければならない。環境制御システムを制御するため、外界と隔離されたシステムとして適切に保全されなければならない。圧力問題を招く漏れ防止に際しては、内部のよどんだ空気と外部の新鮮な空気間の空気流交換を容易に制御できるように行わなければならない。しかしながら、密閉された建物筐体または制御領域は、機械的換気と汚染物質および有機物源の制御の両方を行い、妥当な屋内の大気質を維持すると共に、建物、住宅、または制御領域内から汚染源およびアレルゲンを除去するように確保する必要がある。

熱回収換気(HRV)とエネルギー回収換気(ERV)システムは、一般的には2つのファン−空気を外部から引き込むファンとよどんだ内部の空気を除去するファン−から成るダクト換気システムである。空対空熱エネルギー交換器は通常熱交換器と呼ばれ、大抵は屋根のある空間に設置され、外部に排出される前に屋内空気から熱エネルギーを回収し、回収した熱エネルギーで流入空気と熱交換する。

一般的に、環境制御システムは、制御領域内の大気の温度、湿度、質を変化させる。このような併合システムは加熱、冷却、除湿、加湿、紫外光、空気濾過、換気を含み、概して非効率的であり、環境上の質に劣る。さらに、標準的な空調システムの潜在的な冷却パワーの一部が除湿のために誤って使用されるため、空調装置の冷却能力が相当低下し、搭載性能が大幅に下落する。

機構や支援コンポーネントを備えた各種システムの個別のプロセスおよびアプリケーションを利用する従来技術の方法によると、能力は増強されるものの、システムの全体性能とエネルギー利用効率の向上はかなり不十分である。

通常、液状乾燥剤型の除湿器システムでは、冷却された除湿器サンプから加熱された蒸発器サンプへと水分を移送しなければならない。水分は低濃度乾燥剤の形状であるため、乾燥剤を汲み上げる、またはその他の方法で移送することによって実行される。乾燥剤は乾燥剤として機能する乾燥剤イオンも含むため、冷却された除湿器サンプに戻して、除湿に必要なレベルに乾燥剤イオンを維持しなければならない。これは通常、除湿モードで実行され、除湿モードでは、冷却された除湿器サンプと加熱された蒸発器サンプは2つのサンプ間の共通壁を有するダクトによって相互接続され、この壁はポンプまたはその他の循環手段を必要とせずに2つのサンプ間の熱層を形成しつつ自然に発生し、連通を制限し、厳密に制御された移送と制限された双方向流のみを許容する。

溶融炭酸塩燃料電池(「MCFC」)は、600℃以上の温度で動作する高温燃料電池である。高い動作温度のため、固体酸化物燃料電池(「SOFC」)とMCFCは、スターリングヒートエンジンと吸収冷却で使用される廃エネルギー回収およびリサイクルの用途にとって、または追加のエネルギー回収装置や任意の回転エネルギー出力を伴う冷却、冷凍、熱、電力併合システムとして全体の燃料およびシステム効率を向上させる有力な候補である。

熱力学では、吸熱という用語は、システムが熱の形状で周囲からエネルギーを吸収するプロセスまたは反応を指す。この用語は、マルセラン・ベルテロによって、「内」を意味する単語「endon」を由来とするギリシャ語の語根「endo」と「熱い」を意味する語根「therm」から名付けられた。用途としては、作業に宛てる場合に熱を吸収する、または取り込むことに依存する反応である。吸熱プロセスの反対が放熱プロセスであり、熱の形状でエネルギーを「放射する」プロセスを指す。

SOFCは、燃料の酸化から直接発電する発熱性電気化学変換装置である。燃料電池は電解質材料によって特徴付けられる。すなわちSOFCは固体酸化物またはセラミック電解質を有する。この種の燃料電池の利点は、高効率、長期安定性、燃料の柔軟性、低排出量、比較的低いシステムコスト、廃熱エネルギー回収のための熱エネルギー生成、システム効率ゲインの可能性である。最も大きな欠点は、機械的および化学的互換性の問題と共に、長い起動時間をもたらしかねない高動作温度である。本発明の好適な方法は、効率向上のために追加利用される廃熱エネルギー回収、蓄熱、制御エネルギー伝達を導入することによって、長い起動時間を低減、およびおそらくは回避する。

固体酸化物燃料電池は、電解質として固体酸化物材料を使用することを特徴とする燃料電池の一種である。SOFCは固体酸化物電解質を使用して、負酸素イオンを陰極から陽極に伝達する。酸素イオンと水素または一酸化炭素との電気化学的酸化は陽極側で発生する。通常、SOFCは500〜1000℃の超高温で動作する。最近の進歩により、本発明の好適な実施形態などでは高温範囲を低下させて使用することができる。こうした温度では、SOFCは、PEMFCなどの低温の非常に高価な燃料電池で現在必要とされるように、電気化学反応を開始させるために、適用が限定される白金触媒材料などの高価な貴金属を必要とせず、一酸化炭素触媒汚染に強いが、効率の最適化に苦労する。PEMFCは、氷点への露出、水分制御システムの脆弱性、汚染源による燃料電池へのダメージ、酸素供給のために投入される大気からの不純物を除去する方法に費やすエネルギー使用による費用と効率損失などの難題を抱える。

しかしながら、硫黄汚染に弱いことは広く知られており、電池に入る前に吸収床またはその他の手段を用いて硫黄を除去しなければならない。本発明の好適な方法は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムおよび/または硝酸トリエタノールアンモニウムおよび/またはそれらの混合物を使用することによって、液体燃料としての比較的簡単な貯蔵方法で高密度燃料として水素と酸素を化学基材に有する水を燃料投入ベースとして含むことができる。もしくは、本発明の方法は、蒸留を用いて熱を投入することのできる圧力スイング吸収装置(PSA)または空気分離ユニット(ASU)にエネルギーを提供するため回転エネルギーを利用する。別の方法は、純酸素または略純酸素を燃料電池に供給するために吸収体(absorbent)または特定の多孔フィルタ材を使用する。

固体酸化物燃料電池は、車載補助動力源から出力100W〜20MWの固定電源に至るまで幅広い用途を有し、これまでの理論的指標の60%に達するSOFC装置効率を実現し、好適な実施形態を含めることでその指標を超える。動作温度が高いほど、吸熱装置であり主に吸収冷却システムから成る追加回収装置と組み合わされたスターリングエンジンを含むアプリケーションおよびプロセスを利用して、SOFCは好適な実施形態に適した候補となり、統合型分析/監視/制御/エネルギー供給システムを組み込んだ冷却、冷凍、加熱、電力機能(CCFHP)システムを可能とし、システム全体の効率、冗長性、信頼性をさらに向上させる。

固体酸化物燃料電池は4層から成り、そのうち3層がセラミックスである(よってその名がつく)。これらの4層が積み重なった単電池は通常、数ミリメートル厚である。その後、これらの電池が数百個直列接続されて、大半の人々が「SOFCスタック」と呼ぶものを形成する。通常SOFCで使用されるセラミックスは超高温に達するまで電気的にもイオン的にも活性化しない。その結果、スタックは500〜1000℃の温度で動作しなければならなくなる。酸素の酸素イオンへの還元は陰極で行われ、その後、これらのイオン固体酸化物電解質を通って陽極に拡散し、そこで燃料を電気化学的に酸化させることができる。この反応中、両者の電子と共に水副産物が放出される。これらの電子は外部回路を流れて作用することができる。電子が陰極物質に入る度にこのサイクルが繰り返される。

通常、SOFCのダウンタイムの大半は、プラント、空気予熱器、予改質器、および/またはアンモニアクラッカー、アフターバーナー、水熱交換器、陽極テールガスオキシダイザの機械的バランスと、プラント、パワーエレクトロニクス、硫化水素センサ、ファンの電気的バランスとから生じる。改質および分解のためにSOFCから生じる内部の熱エネルギーは、システム全体を設計建造する際にプラントコストのバランスを大幅に低下させる。板状燃料電池は、大部分の種類の燃料電池で採用される標準的なサンドイッチ型の形状で設計され、電解質が電極間に挟まれる。

セラミックスに関していうと、主にモノリシックセラミックスは、高剛性、高強度、高温での高安定性などの魅力的な特性を有し、生物医学、電子、自動車、産業、防衛、宇宙用途において有益である。しかしながら、モノリシックセラミックスは脆くなりやすく、機械的信頼度が低く、不十分な導体であるために使用が限られる。これらの特性を向上させるため、セラミック基材複合物が開発されている。繊維−セラミック複合物については多くの研究が文献で報告されている。

通常、硝酸ヒドロキシルアミンは、硫酸ヒドロキシルアミンを利用し、それを電気透析または陽イオン交換プロセスなどのプロセスによって最終生成物に変換するいくつかのプロセスのいずれかによって生成される。プロセスの中には、硫酸ヒドロキシルアンモニウムから水性ヒドロキシルアミンを生成するものもある。しかしながら、これまでのところ、濃酸の添加時に自発的分解を生じさせずに、対応する酸の中性化によって水性ヒドロキシルアミン塩を生成する方法を発見した者はいない。逆に、ヒドロキシルアミンを硝酸に添加すると、硝酸が約50重量%未満に希釈されたときですら、生成物HANの自発的分解が発生する。

硝酸ヒドロキシルアミンは、液体燃料の成分または複数成分のうち1成分としていくつかの商業的用途を有する。この用途では、特に硝酸ヒドロキシルアンモニウム(HAN)溶液が水溶液で安定するが、鉄や銅などの遷移金属成分を全く含まない燃料として採用される場合には、極めて純度の高い化合物が要求される。

従来技術の電解プロセスによって生成されるヒドロキシルアミン塩は、低溶液強度および不純状態で硝酸ヒドロキシルアミンに変換することができる。採用される二重置換反応は複数のコンパートメントを有する電気化学電池と、陰イオン交換膜および/または両極膜を必要とする。この設計の欠点は、多額の資本コストと非常に高額なエネルギーコストを要する点である。

海水を脱塩する処理コスト(インフラ、エネルギー、メンテナンス)は一般的に代替手段(河川、貯水池、帯水層または地下水からの淡水、水のリサイクル、節水技術)のコストよりも高いが、代替手段は、低降雨量、低積雪量、および/または渇水の影響を受ける地方には常に適用できるとは限らない。2013年の予測水取得コストは図1中の表に示すように立方メートル当たり50セント〜1米ドルである。海水脱塩のエネルギー消費量はおそらく立方メートル当たり3kWhと低く、長距離輸送される場合の既存の淡水供給のエネルギー消費量と同程度であるが、上記の水が利用可能である場合は立方メートル当たり約0.2kWh未満のエネルギーを使用する現地の飲用水供給よりもずっと高いコストに相当する。

物理法則によると、海水脱塩の最小エネルギー消費量は立方メートル当たり約1kWhであり、これは前濾過と吸入/吐出ポンピング、および通常よりも汚染レベルがひどい場合に必要とされる後濾過とを除いている。立方メートル当たり2kWh未満は既存の逆浸透膜技術で達成されており、さらにエネルギーを削減できる余地は少ない。海水脱塩によって国内の水をすべて供給すると推定すれば、米国内のエネルギー消費量は約10%上昇し、これは一般的に使用される国内の冷蔵庫が消費するエネルギー量にほぼ相当する。

海水の蒸留は、法外なコストで非常に不安定な運用の歴史をたどっており、おそらく環境に優しくないことも判明している。蒸留と逆浸透システムはいずれも処理のために高濃度の塩水を、時には消泡のために添加した化学物質と共に海洋へと戻すことで、スケールを低減し、植物の成長を止め、海洋の塩度と温度を上昇させる。こうした問題は、海洋環境エコシステムにダメージを与える可能性が高いことから大いに懸念されている。従来技術およびその他の飲用水の一般的な製造方法は、その他の脅威やダメージももたらす可能性があり、塩水流出の副産物の処理コストを含める必要がある。脱塩プロセスの環境上の懸念に加えて、蒸留または逆浸透プロセスに必要なエネルギー源の高コストおよび利用可能性の不備のため、広範な利用は実質上制限または排除されている。プロセスおよびアプリケーションを含めた本発明の好適な方法は海水蒸留システムとして具現化され、該システムでは上記の懸念や問題がすべて軽減または解決されており、処理製品の垂直的市場が開放され財政的な実行可能性が高まっている。

これらの作業で使用される従来のプロセスは、基本的に大気圧よりも低い圧力で、そのため通常よりもずっと低い温度で水を沸騰させる真空蒸留である。これは、液体の沸騰に必要な位相変化エネルギーが、蒸気圧が大気圧と等しく、温度と共に上昇する際に生じるからである。よって、温度低下のため、電力からの低温の「廃」熱や、本発明の好適な方法では、スターリングエンジンからの「廃」熱エネルギーや産業プロセスからのその他の「廃」熱エネルギーを再生利用することができる。

主要な競合処理は、主に逆浸透技術を利用して脱塩する膜の利用である。膜プロセスは半透膜と圧力を利用して、水から塩を分離する。通常、逆浸透プラント膜システムは熱蒸留よりも使用エネルギーが少なくて済み、この数十年間にわたり脱塩コストを低減させてきた。しかしながら、脱塩はなおエネルギー集約的であり、エネルギーコストと脱塩技術コストの両方に応じて今後もコストがかかり続ける。

5効用発電は、別のタスクのためにエネルギー生成からの余剰熱を利用するプロセスである。この場合、発電所が脱塩用のエネルギーを供給する総合的または「多目的」施設では、海水または塩気のある地下水から飲用水が生産される。もしくは、エネルギー生産施設を飲用水の生産専用とすることができる(独立型施設)、余剰エネルギーを生産してエネルギー電力網に組み込むことができる(実際の4効用発電施設)、あるいは本発明の好適な方法のように余剰熱エネルギーを後の使用のために熱エネルギー貯蔵施設へ移送することができる。

4効用発電は様々な形態をとり、理論上は任意の形態のエネルギー生産を利用することができる。しかしながら、現在企画されている従来技術および現行のコジェネレーション型の脱塩プラントの大半は、エネルギー源として化石燃料または原子力のいずれかを使用する。多目的施設の利点は、土地活用とエネルギー消費をより効率化することによって、飲用水用の脱塩をさらに現実的な選択肢に変えることである。

また、多目的施設の現在の趨勢は、逆浸透脱塩の透過物と熱脱塩の留出物が混合されるハイブリッド構造設計である。基本的に、2つ以上の脱塩プロセスが発電と組み合わされて、追加ステップおよび段階と関連するプロセスおよびアプリケーションとを融合することで、効率、生産量、収益を一層向上させる本発明の好適な方法を実現することができる。

概して脱塩コストを決定する要因は、施設の容量と種類、場所、供給水、労働力、エネルギー、資金、濃縮処理である。脱塩は効率最適化のために圧力、温度、塩水濃度を制御している。着目すべきことに、コストは低下傾向にあり、海洋に近い塩水の豊富な地域にとってはその技術は有望視されており、水不足の地域にとって脱塩化された水は水不足の解決策となるであろう。

通常、従来技術の脱塩方法およびプロセスは大量の縮合物を生成する結果、温度の上昇を招き、前処理および化学物質、反応副産物、腐食による重金属の清浄後の残留物を含む場合がある。化学前処理と清浄はほとんどの脱塩プラントにとって必須であり、熱プラントでは生物付着、魚の鱗、泡立ち、腐食に対する処理、膜プラントでは生物付着、浮遊固体物、鱗の堆積に対する処理が含まれる。

従来技術は、塩分の高い塩水と上昇した温度とを海洋に戻す環境影響を制限する試みにも、廃水処理場または発電所の排水などの海洋に流れ込む水で縮合物とその温度とを希薄化する試みにも失敗した。海水発電所の冷却水の排水は廃水処理場の排水ほど淡水ではないので、塩度も温度もわずかにしか低減されない。大規模発電所および脱塩プラントの場合、発電所の冷却水流は脱塩プラントよりも少なくとも数倍大きい。塩分の上昇を抑える別の方法は、混合区域に配置する拡散器によって塩水を混合することである。たとえば、いったん塩水を含むパイプラインが海底に到達したら、多くの支流に分割され、放出される各塩水は長手方向に沿った小孔を次第に通過していく。この混合は、発電所または廃水プラントの希釈と組み合わせることができる。

塩水は、溶質濃度が高いために海水よりも濃い。塩度と温度の高い塩水は沈下して、エコシステムにダメージを与えるほど長くとどまるため、海底は最も危険な状態にある。注意深く再投入することでこの問題を最小限に食い止めることができるが、環境へのダメージは排除されない。従来技術では、標準的な沖合での海洋条件下で、高濃度の高温副産物を迅速に希釈して、環境へのダメージを最小限にとどめることしかできない。

いくつかの脱塩方法、とりわけ蒸発池と太陽蒸留器(太陽脱塩)と組み合わせた脱塩方法は、塩水を排出しない。それらの方法はプロセスにおいて化学物質を使用することも、化石燃料を燃焼させることもない。膜や重金属を含む要素などのその他の重要な部分と協働することもないので、有毒廃棄物(高度な管理)を生じない。

この方法の欠点は、塩と汚染物質が残留するために清掃を要することと、廃棄物の堆積および地下水面に染みこむ廃棄物による潜在的ダメージが環境当局の望ましくない関心を引くことである。現在、世界の海塩の生産量の約50%が化石エネルギー源になお依存している。

多段フラッシュ蒸留(MSF)は、水の一部を急速に気化することによって熱エネルギーを用いて海水を蒸留する水脱塩プロセスであり、典型的には実質上対向流の蓄熱式交換器の複数段で実行される。多段フラッシュ蒸留プラントは、世界の脱塩水の約60%を生産している。

プラントは段と呼ばれる一連の効用を有し、各段は熱交換器と縮合物収集器とを備える。この連続は冷端部と温端部を有し、中間段は中間温度を有する。段は、段の温度での水の沸点に対応する様々な圧力を有する。温端部の後には、塩水ヒータと呼ばれる容器が続く。本発明の好適な方法は、多段フラッシュ蒸留のエネルギー投入のために、必要に応じておよびオンデマンドで蓄熱容器から必要な熱エネルギーを伝達する。

プラントが安定状態で動作中であるとき、低温入口での供給水は段の熱交換器を通って流れ、あるいは押し出され、再生を介して加熱される。供給水には塩水ヒータに到達するときにはほぼ最高温度に達する。塩水ヒータでは、熱エネルギーが追加される。塩水ヒータ通過後、水はバルブを通って、さらに低圧低温の段に戻る。その段へと流れて戻ると、水は一般的に塩水と称される縮合物となり、入口の水とは区別される。実際、各段で、塩水が導入されると、段の圧力下で温度は沸点を超え、塩水の一部が蒸気へと沸騰(「フラッシュ」)することによって、平衡状態に達するまで温度を低下させる。結果として生じた蒸気は熱交換器における供給水よりもわずかに高温である。蒸気は熱交換器管に当たって冷えて凝縮し、上述したように再生され、供給水を加熱して動作効率を向上させる。

すべての段での総蒸発量は、使用される温度範囲に応じてシステムを流れる水の約15%である。温度上昇と共に、スケールの形成と腐食という問題が高まっていく。120℃は最大熱エネルギー投入のように思われるが、スケールを回避するには70℃未満の熱入力温度でよい。

供給水は、凝縮した蒸気の過剰な潜熱を運び去り、段の低温を維持する。新たな温かい塩水が段に入ると等量の蒸気が形成され、熱交換器の管で凝結すると蒸気が除去されるため、チャンバ内の圧力は一定である。いくつかの地点でより多くの蒸気が形成されれば、圧力が増加して蒸発を低減し凝縮を増大させるために平衡状態は比較的安定している。

最終段で、塩水と縮合物は、入口温度に近い温度を有する。その後、塩水と縮合物は、段内の低圧領域から大気圧へと押し出される。塩水および縮合物は、再生器を介して排出される際にシステムから回収される少量の熱エネルギーを未だに担持する。熱エネルギーの回収はこの損失を補う助けとなる。

通常、従来技術で塩水ヒータに追加される熱エネルギーは、脱塩プラントと同じ場所を共用する産業プロセスからの高温蒸気の形状をとる。蒸気は塩水を担持する管に接触して凝結させられる。好適な方法は、高密度による損失低減のために流体媒体を使用する。

ヒータを離れる際、蒸発を可能にするエネルギーはすべて塩水内にある。蒸発を最低圧力および温度で単独段ではなく複数段で発生させる理由は、単独段では、供給水が入口温度とヒータ温度の中間温度にまで加熱され、蒸気の多くが凝縮せずに、段が最低圧力および温度を維持しないからである。普通、この種のプラントは立方メートル当たり23〜27kWhで稼働し、蒸留した淡水の立方メートル当たり約90MJである。

再生器とも称される対向流交換プロセスに入る低温の塩水は廃塩水/蒸留水と共に逆流するため、比較的小さな熱エネルギーが流出流に残る。大半の熱はヒータに向かって流れる低温の塩水に捕捉され、エネルギーがリサイクルされる。

また、MSF蒸留プラント、特に大型のものは、コジェネレーション構造において発電所と対を成すことが多い。発電所からの廃熱は海水の加熱に使用されると同時に発電所を冷却する。これにより、必要なエネルギーは2分の1〜3分の2まで低減される。MSFプラントでエネルギーは最も高い運転コストを占めるため、プラントの経済は劇的に変化する。MSF蒸留の主要な競合相手である逆浸透は、さらに多くの海水前処理と頻繁なメンテナンス、ならびに安価な低グレードの廃熱とは対照的に仕事(電気、動力)の形状のエネルギーを必要とする。

多効蒸留(MED)は、海水脱塩のために使用されることの多い蒸留プロセスである。この蒸留は複数の段または「効用」から成る。各段において、供給された水は管内で蒸気によって加熱される。水の一部は蒸発し、この蒸気が次の段の管に流れ込み、さらに多くの水を加熱および蒸発させる。各段は必然的に前段からのエネルギーを再利用する。管は供給水の液中に配置することができるが、より一般的には、供給水が水平管の縁の上部で噴霧され、次いでこの段の最後で回収されるまで管から管へと滴下する。

プラントは管壁によって隔離される閉空間の連続のように見ることができ、一端に熱源、他端にヒートシンクが配置される。各空間は2つの連通する副空間である段(n)の管の外部と段(n+1)の管の内部とから成る。各空間は先の空間よりも低温低圧であり、管壁は両側の流体温度の中間の温度を有する。空間内の圧力は両副空間の壁の温度と平衡にすることはできない。空間は中間圧力を有する。第1の副空間では、圧力が低すぎる、あるいは温度が高すぎて水が蒸発する。第2の副空間では、圧力が高すぎる、あるいは温度が低すぎて水蒸気が凝結する。これにより、蒸発エネルギーは高温の第1の副空間から低温の第2の副空間へと搬送される。第2の副空間では、エネルギーが管壁を伝達して次のより低温の空間へと流れる。

管の金属が薄く、管壁の両側の液体層が薄いほど、空間から空間へのエネルギー輸送効率が高くなる。熱源とシンク間により多くの段を導入すると、空間間の温度差が低減され、管の単位表面当たりの熱輸送が大幅に低減される。供給されるエネルギーはさらに多くの回数再利用され、さらに多くの水を蒸発させるが、プロセスには一層の時間がかかる。段毎に蒸留される水の量はエネルギー輸送量に直接比例する。輸送が減速すれば、段当たりの表面積、すなわち、設置コストの増大を犠牲にして管の数と長を増大させることができる。

逆浸透プラントは、逆浸透プロセスが行われる処理プラントである。平均的な現代の逆浸透プラントは、水1立方メートルを脱塩するのに6キロワット時の電気を必要とする。該プロセスは塩分を含んだ廃棄物ももたらす。こうしたプラントの課題は、エネルギー消費を低減し、持続可能なエネルギー源を使用し、脱塩プロセスを改良し、廃棄物を処理する廃棄物管理を刷新することである。逆浸透浄水ユニットと称される逆浸透を利用した独立型水処理プラントは通常、軍隊で使用される。

逆浸透(RO)は、半透膜を使用する浄水技術である。この膜技術は適切には濾過方法ではない。ROでは、印加される圧力が、化学ポテンシャル熱力学的パラメータによって駆動される浸透圧の束一性を圧倒する。ROは溶液から何種類もの分子とイオンを除去することができ、産業プロセスと飲用水生産の両方で使用される。その結果、溶質は膜の加圧側に保持され、純粋溶媒は他方の側に送られる。「選択的」であるために、この膜は小孔(孔)から大きな分子またはイオンを通過させない一方、溶液の小さな成分(溶媒など)を自由に通過させる。

通常の浸透プロセスでは、溶媒は膜を介して低溶質濃度(高水ポテンシャル)の領域から高溶質濃度(低水ポテンシャル)の領域へと自然に移動する。純粋溶媒の移動は、膜の両側の溶質濃度を均等化して浸透圧を生成することによってシステムの自由エネルギーを低減するように駆動される。よって、純粋溶媒の自然の流れを反転させるように外圧を印加することが逆浸透である。このプロセスは他の膜技術と類似する。しかしながら、逆浸透と濾過の間にはいくつか大きな差異がある。膜濾過における主要な除去機構は、濾過、すなわちサイズ排除である。そのため、プロセスは流入圧力や濃度などの動作パラメータに関係なく、理論上は完全に粒子を排除することができる。さらに、逆浸透は拡散機構を含むため、分離効率は溶質濃度、圧力、水流速度に依存する。逆浸透は海水から飲用水への浄化が最も知られた用途であり、塩とその他の排出物質を水分子から除去する。

浸透は自然のプロセスである。異なる濃度の2つの液体が半透膜によって分離されると、流体は、化学的平衡状態をとるために低溶質濃度領域から高溶質濃度領域へと移動する傾向がある。正式には、逆浸透は、浸透圧を超える圧力を印加することによって、溶媒を高溶質濃度領域から半透膜を介して低溶質濃度領域へと移動させるプロセスである。逆浸透の最も一般的かつ重要な用途は海水および含塩水からの純水の分離である。海水または含塩水を膜の片面に対して押圧すると、脱塩された水が膜を通過して、低圧側から飲用水として出現する。

逆浸透に使用される膜は、ポリマー基材に緻密層−非対称膜または薄複合膜内の界面重合層のいずれか−を有し、ここで分離が生じる。ほとんどの場合、膜は、溶質(たとえば、塩イオン)の通過を防止しつつ、この緻密層に水のみを通過させるように設計される。このプロセスは、膜の高濃度側に、淡水およびやや塩分を含む水の場合は通常2〜17バール(30〜250psi)、克服すべき約27バール(390psi)の天然浸透圧を有する海水の場合は40〜82バール(600〜1200psi)の高圧を印加する必要がある。このプロセスは脱塩(海水から塩およびその他のミネラルを除去して淡水を得る)での使用が最も知られているが、医療、産業、家庭用の淡水浄化にも使用されている。

現代のセメントキルンでは、多くの改良された特徴が活用されて、生産されるクリンカー1トン当たりの燃料消費量が低い。セメントキルンは巨大かつ複雑で、本質的に不潔な産業施設であり、多くの不所望の排出物を有する。コンクリートに使用される各種原材料の中で、セメントはエネルギー的に最も高価である。複雑で効率的なキルンでも、1トンのクリンカーを生産し、それをセメントに磨砕するのに3.3〜3.6ギガジュールのエネルギーを必要とする。多くのキルンは、可燃性廃棄物を燃料とすることができ、最も一般的に使用される燃料源は使用済みタイヤである。長時間の極高温により、セメントキルンは使用し難い燃料でも効率的かつ完全に燃焼させることができる。

近年、セメントに変わる代替物が開発されてきている。目下、材料の混合物に代替材料として石灰石を組み込んだPLC(ポルトランド石灰石セメント)などの製品が試験および評価されている。というのも、セメント生産が全世界の温室効果ガス排出量の最大の要因(約5〜10%)と目されるからである。水とセメント系物質を混合すると、水和プロセスによりセメントペーストが形成される。セメントペーストは骨材混合物同士を接合し、混合物内に含まれる空隙を充填し、混合物をより自由に流動させる。水セメント比が低いほど、強靱で耐久性の高いコンクリートが生成される一方、水の量を増やすと、高いスランプ値の自由流動コンクリートが提供される。凝結の際の接合問題や物体または構造の早すぎる障害の原因を排除するには純水を使用する必要がある。水和は多くの異なる反応を含み、それらの反応は同時に発生することが多い。反応が進行するにつれ、セメント水和プロセスの生成物は次第に個々の砂や砂礫粒子とコンクリートのその他の成分とを結合し、より高温の固形ではあるが軟性の物体または構造を形成する。

珪岩などの装飾用石材、小型の河川石、または砕いたガラスが、造園設計家の間で人気の装飾的な「露出骨材」仕上げとしてとしてコンクリートの表面に追加されることがある。露出骨材はセメント製品を装飾的にする一方で、コンクリートの歩道、車道、壁に頑健性を与える。

骨材が効率的に圧縮加重を吸収するために、コンクリートは圧縮に強い。しかしながら、骨材を適所に保持するセメントが割れて構造を劣化させる可能性があるために、伸張には弱い。強化コンクリートは鋼鉄強化バー、鋼鉄ファイバ、グラスファイバ、カーボンファイバ、複合物ファイバ、またはプラスチックファイバを追加して引張り加重に耐えることができる。注入されるコンクリートにこれらの添加物を永久的に埋め込むことで強化コンクリート構造が形成される。

化学添加物は、純粋なコンクリート混合物では獲得できない特定の特徴を付与するためにコンクリートに追加される粉体または流体状の材料である。通常の使用では、添加物の量はセメントの5重量%未満であり、計量/混合時にコンクリートに追加される。促進剤はコンクリートの水和(硬化)を加速させる。使用される標準的な材料はCa(NO3)2とNaNO3である。緩結剤はコンクリートの水和を減速させ、注入完了前の部分的硬化が望ましくない大量または厄介な注入に使用される。標準的なポリオール緩結剤は、糖、スクロース、グルコン酸ナトリウム、グルコース、クエン酸、酒石酸である。

AE処理はコンクリート内に小さな気泡を追加および同伴して、凍結融解サイクル中のダメージを低減して耐久性を向上させる。しかしながら、同伴される空気は強度を犠牲とし、空気1%毎に耐圧強度が5%低減する場合がある。可塑剤はプラスチックまたは「生(fresh)」コンクリートのワーカビリティ(workability)を向上させて、少ない凝固作用でより容易に敷設することができる。標準的な可塑剤はリグノスルフォン酸塩である。可塑剤は、ワーカビリティを維持しつつコンクリートの水含有量を低減し、その用途のために減水剤と呼ばれることもある。このような処理で強度と耐久性が向上する。高性能減水剤(広域減水剤とも称される)は悪影響が少なく、従来の可塑剤よりも高いワーカビリティを実現するのに使用可能な種類の可塑剤である。高性能減水剤として使用される化合物は、スルホン化ナフタレンホルムアルデヒド縮合物、スルホン化メラミンホルムアルデヒド縮合物、アセトンホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸塩エーテルである。

顔料は、美観のためにコンクリートの色を変更するために使用される。腐食抑制剤を使用して、コンクリート内の鋼鉄および鋼鉄バーの腐食を最小限に抑える。また、結合剤(通常は一種のポリマー)を使用して、旧コンクリートと新コンクリートを結合させる。ポンピング補助は圧送性を向上させて、ペーストを厚くし、分離とブリージングを低減する。

ポゾラン性(pozzolanic)または潜在水硬性を備えた無機物質もある。超微粒子材料は、コンクリートミックスに追加してコンクリート(混和剤)の特性を向上させる、あるいはポルトランドセメントの代わりに使用することができる(混合セメント)。

石炭火力発電所の副産物であるフライアッシュ(fly ash)は、ポルトランドセメントと部分的に置き換えることができる(最大60重量%)。フライアッシュの特性は、燃焼される石炭の種類に左右される。概して、ケイ質のフライアッシュはポゾランであり、石灰質のフライアッシュは潜在水硬性を有する。

コンクリートプラント施設のコンクリートミキサーは原料貯蔵から充填される。コンクリート生産は、様々な原材料−水、骨材、セメント、任意の添加物を混ぜ合わせてコンクリートを生産するプロセスである。コンクリートの生産は時間に敏感である。いったん原材料を混合したら、作業者は硬化する前にコンクリートを適所に配置しなければならない。現代の使用では、大半のコンクリート生産はコンクリートプラントまたはよくバッチプラントと称される大型の産業施設で行われる。

一般的な使用では、コンクリートプラントは2つの主要な種類、レディミックスプラントとセントラルミックスプラントが主流である。レディミックスプラントが水を除くすべての原材料を混合する一方、セントラルミックスプラントは水を含むすべての原材料を混合する。セントラルミックスプラントは、添加する水の量を厳重に測定してコンクリートの品質をより正確に制御するが、水和をプラントで開始させるために、コンクリートを使用現場の近くに配置しなければならない。

コンクリートプラントは、セメントなどの各種原材料用の大型貯蔵ホッパー、骨材や水などの大量原材料の貯蔵、各種添加物および修正剤などの添加機構、原材料の一部または全部を正確に計量、移動、混合する機械、混合コンクリートを大抵はコンクリートミキサー車へと分配する設備から成る。

大抵の場合、現代のコンクリートは粘性流体として作製されるため、コンクリートを所望の形状にするために地面に架設される容器である型に流し込むことができる。スリップ成形や鋼板構造など、コンクリートの型枠の製造方法は多岐にわたる。もしくは、コンクリートは乾燥した非流体状に混合され、工場で使用されてプレキャストコンクリート製品を製造することができる。

手工具から重工業機械まで幅広いコンクリートの処理器具が存在する。しかしながら、建設業者がどの器具を使用しようと、目的は所望の建設材料を生産することである。原材料は、時間の制約内に適切に混合、配置、成型、保持しなければならない。いったん混合物があるべき場所に置かれたら、コンクリートが所望の特性を有するように硬化プロセスを制御しなければならない。コンクリート製造中、様々な技術的細部が製品の品質と性質に影響を及ぼし得る。

最初に混合されると、ポルトランドセメントと水は、ゲル状の絡み合った一連の嵌合結晶を急速に形成し、ゲルの成分は時間をかけて反応し続ける。まず、ゲルはワーカビリティを向上させ、材料の配置を支援する流体であるが、コンクリートが固化するにつれ、一連の結晶は剛体構造へと結合し、ゲルの流動性に対抗して、骨材粒子を適所に固定する。硬化中、セメントは水和プロセスで残りの水と反応し続ける。適切に配合されたコンクリートでは、いったんこの硬化プロセスが終了すれば、生成物は所望の物理的および化学的特性を有する。中でも望まれる特性は機械的強度、低透水性、化学的および体積的安定性である。

完全な混合が、均一な高品質コンクリートの生産にとって必須である。このため、機器および方法は、最大指定骨材を含むコンクリート材料を有効に混合して、作業にとって有用な最小スランプ値を有する均一な混合物を形成することができなければならない。

別個のペースト混合が示すように、セメントと水とを骨材に結合する前にペースト状に混合することによって、結果として生じるコンクリートの耐圧強度を高めることができる。ペーストは0.30〜0.45のw/cm(水とセメント比)で高速剪断型ミキサーを用いて混合される。セメントペーストプレミックスは、促進剤または緩結剤、高性能減水剤、顔料、またはシリカガスなどの添加物を含むことができる。その後、プレミックスペーストは骨材および残りの水と混合され、最終混合が従来のコンクリートミキサーで完了される。

高エネルギー混合(HEM)コンクリートは、混合物1キログラム当たり少なくとも5キロジュールの純比エネルギー消費量でセメント、水、砂を高速混合することによって生産される。その後、可塑剤または高性能減水剤が活性化された混合物に添加され、後に従来のコンクリートミキサー内で骨材と混合することができる。このプロセスでは、砂がエネルギーを消散させ、セメント粒子表面に高剪断状態を生成する。この結果、すべての量の水がセメントと相互作用する。液体活性化された混合物はそれ自体を使用する、あるは軽量コンクリートのために発泡(拡張)させることができる。HEMコンクリートは低い氷点下以下の温度で硬化し、ゲルが増量して、固体および多孔材料内の毛管作用を劇的に低減させる。

ワーカビリティとは、生(プラスチック)コンクリートミックスがコンクリートの品質を低下させずに所望の負荷(振動)により形状/型を適切に満たす能力のことである。ワーカビリティは含水量、骨材(形状とサイズ分布)、セメント含有量、古さ(水和レベル)に左右され、高性能減水剤などの化学添加物の添加によって変更することができる。含水量の増加または化学添加物の添加によって、コンクリートのワーカビリティが向上する。余分な水はブリージング(表面水)の増加および/または骨材の離間(セメントと骨材が分離し始める)を招き、結果としてコンクリートの品質が低下する。不所望に劣化した骨材を使用すると、非常に低いスランプ値の粗悪な混合設計となり、妥当な量の水分を添加しても容易に加工できなくなる。

ワーカビリティは、コンクリート試験基準で生コンの可塑性を簡単に測定するコンクリートスランプ試験によって測ることができる。通常、スランプ値は「エイブラムスコーン」にコンクリートの生コンのサンプルを充填することで測定される。まず、コーンの広い方の端部を水平な非吸収面に配置する。次に、3層を均等な量で充填し、各層に鋼鉄ロッドを詰めて層を補強する。コーンを注意深く持ち上げると、コーンに密封された物質は重力により一定量沈み込む。比較的乾燥したサンプルのスランプ値は非常に小さく、1フィート(305mm)のうち1または2インチ(25または50mm)である。比較的湿ったコンクリートサンプルは8インチものスランプ値を有する場合がある。ワーカビリティはフローテーブル試験でも測定することができる。

スランプ値は、水/セメント比を変更せずに、可塑剤または高性能減水剤などの化学添加物の添加によって向上させることができる。いくつかの他の添加物、特に空気連行添加物は混合物のスランプ値を向上させることができる。自己充填コンクリートなどの高流動性コンクリートは、他の流測定法によって検査される。これらの方法のうちの1つは、狭い端部にコーンを配置して、徐々に上昇させながら混合物がコーンを通ってどのように流れるかを観察することを含む。混合後のコンクリートは流体であり、必要に応じて正確な位置へと押し出すことができる。コンクリートの耐圧強度は比較的高いが、引張強度はかなり低い。このため、通常は伸張に強い材料(大抵は鋼鉄、最近では複合物の使用)で補強される。コンクリートの弾性は低応力では比較的一定であるが、基材分解が進むにつれ高応力がかかると低下し始める。コンクリートは非常に熱膨張係数が低く、完成するにつれ収縮する。すべてのコンクリート構造は収縮および伸張により、ある程度割れる可能性がある。また、長時間力が印加されると、クリープを起こしがちである。

コンクリートの特性を用途に合わせた仕様書に確実に合致させるため、試験を実行することができる。コンクリート原材料の配合を変更すると、psiまたはMPaで測定される強度が変動する。目的に応じて様々な強度のコンクリートが使用される。コンクリートが軽量でなくてはならないとき、超低強度(2000psi以下)コンクリートを使用することができる。軽量コンクリートは空気、発泡剤、または軽量骨材の添加によって達成されることが多いが、副次的作用として強度が低減される。大部分の通常の用途では、3000psi〜4000psiのコンクリートが多用される。5000psiコンクリートはより耐久性が高く容易に入手できるが、高額な選択肢である。5000psiコンクリートは、比較的大型の民間プロジェクトで使用されることが多い。大抵の場合、5000psi超の強度のコンクリートは特別な建設部材に使用される。たとえば、高層コンクリートビルの低層階の柱は、柱を小型に保つために12000psi以上のコンクリートを使用することがある。橋は、必要なスパンを低減させるために10000psiコンクリートの長いビームを使用することがある。時には、他の構造上のニーズから高強度コンクリートが必要とされる場合がある。構造が極めて頑丈でなければならない場合、実働荷重を支えるよりもずっと強固な超高強度のコンクリートを指定することができる。こうした理由から、19000psiもの強度のコンクリートが商業上使用されている。

現代の粘土煉瓦は、軟泥、乾式加圧、または押出しの3つのプロセスのうちの1つにより形成される。通常、煉瓦は以下の原材料:50〜60%重量のシリカ(砂)、20〜30重量%のアルミナ(粘土)、2〜5重量%の石灰、7重量%以下の酸化鉄、1重量%未満のマグネシアを含有する。

軟泥法は最も経済的なため最も一般的である。この方法は、好ましくは収縮を低減するために25〜30%の砂を混合した生の粘土から開始される。粘土はまず粉砕されて、所望の硬度まで水と混合される。次に、粘土は液圧プレスを用いて鋼鉄型へと押し込まれる。成形された粘土は900〜1000℃で焼成(「燃焼」)されて強度を得る。本発明の好適な方法によると、焼成プロセスでキルンを予熱および加熱する熱エネルギーを提供するために蓄熱から熱エネルギーを供給する。

現代の煉瓦工場では、これは連続焼成トンネルキルンで行われ、煉瓦はより均一な煉瓦製品となるようにコンベア、レール、またはキルン車上のキルンをゆっくりと通過しながら焼成される。煉瓦は、燃焼プロセスを促進するために添加される石灰、灰、有機物質を含む場合が多い。

幅6〜9メートル、深さ2〜2.5メートル、外周100〜150メートルの楕円形または円形の溝が掘られる。背の高い排気用煙突を中心として建造される。空気を通すように開放された格子状に積み上げた「未加工」(未焼成)の煉瓦が溝の半分以上を満たす。格子には完成した煉瓦の屋根層を被せる。作業時、新しい未加工の煉瓦を屋根煉瓦と共に煉瓦の山の一端に積み重ねる。冷却された完成煉瓦を、目的地への輸送のために他端から取り外す。途中で煉瓦職人は、溝の上方の屋根の進入孔を通じて燃料(石炭、木、オイル、残骸など)を滴下することによって焼成区域を生成する。

上記設計の利点は、クランプまたはスコーブキルンよりもエネルギー効率がずっと高いことである。シート状金属または板を使用して空気流を煉瓦格子にくぐらせるため、新鮮な空気が新しく焼成された煉瓦を通過し、空気を加熱した後、活発な燃焼区域を通る。空気は未焼成煉瓦区域(煉瓦の予熱と乾燥)を通過し続け、最終的に煙突から出て、そこで上昇したガスが空気をシステムから引き出す吸引力を生成する。加熱空気の再利用は燃料コストの節減となる。

乾式加圧法は軟泥煉瓦法に類似するが、より厚い粘土混合物から始めるために、さらに正確で鋭い縁部の煉瓦が形成される。圧縮力が大きく、燃焼が長いほど、この方法は高額になる。

欧州式押出煉瓦またはブロックは、内側と外側に仕上げが施される単壁構造で使用される。焼成粘土の堅い二重壁よりも空隙の割合が多い。このような煉瓦は15、25、30、42、50cm幅で作製される。モデルによっては非常に高い断熱特性を有するために、ゼロエネルギー建築に適する。

ケイ酸カルシウム煉瓦の原材料は、石英、砕いたフリントまたは砕いた珪質岩をミネラル着色剤と共に石灰に混合したものである。この材料は、石灰が完全に水和されるまで混合される。その後、混合物は圧縮成形されて、2〜3時間オートクレーブ内で硬化され、科学的硬化を加速される。完成した煉瓦は非常に正確で均一であるが、鋭利であるため煉瓦(および煉瓦層)へのダメージを回避するために注意深く取り扱う必要がある。煉瓦は様々な色で作製することができる。白が一般的であるが、パステルカラーも実現できる。この種の煉瓦はスウェーデンで特に1970年代に建設または修繕された住宅でよく見られ、「Mexitegel」(メキシコ煉瓦)としても知られる。インドでは、FaL−G(フライアッシュ、石灰、石膏)プロセスを用いて製造されるフライアッシュ煉瓦と呼ばれる。ケイ酸カルシウム煉瓦はカナダと米国でも製造され、ケイ酸カルシウム煉瓦(砂−石灰煉瓦)のASTMC73−10規格仕様に規定された基準を満たす。セメントベースの人工石および粘土煉瓦よりも内在するエネルギーは低い。

粘土煉瓦の焼成色は、原材料の化学物質およびミネラル含有量、焼成温度、キルン内の大気の影響を受ける。たとえば、ピンク色の煉瓦は鉄含有量が多いためであり、白色または黄色の煉瓦は石灰岩有料が多いためである。ほとんどの煉瓦は様々な赤の色調を帯びるまで焼結される。温度が上昇するほど、色は濃い赤色を経て、紫色に変わり、その後、約1300℃(2372°F)で茶色または灰色となる。ケイ酸カルシウム煉瓦は、使用される着色剤に応じて幅広い明暗と色を有する。煉瓦の名称は、ロンドン系煉瓦やケンブリッジシャーホワイトなど原産と色を反映させることができる。

コンクリート製の「煉瓦」は通常はブロックと呼ばれて、色は淡い灰色である。ブロックは、「卵層」または静止機械上での振動および圧縮により鋼鉄型に形成される乾燥した小型の骨材コンクリートである。完成したブロックは低圧蒸気を用いて焼成ではなく硬化させられる。コンクリートブロックは粘土煉瓦よりも広範な形状とサイズで製造され、広い範囲の表面処理を施すことができ、その多くが粘土煉瓦の外観を模す。

天然石煉瓦は、膨大な重量とそれによる基礎の必要性、製造と敷設に要する時間と技術力のために現代では利用が限られている。この煉瓦は非常に耐久性が高く、粘土煉瓦よりも優れると考える人もいる。ごく数種の石しか煉瓦に適さない。一般的な材料は花崗岩、石灰石、砂岩である。他の石(たとえば、大理石、粘板岩、珪岩など)も使用することができるが、これらは特定の地方に限定される傾向がある。

効率的な取扱と敷設のために、煉瓦は片手で煉瓦層を積み上げられるほど小さく軽量でなければならない(もう片方の手はこて用に空けておく)。一般的に、煉瓦は平らに敷設されるため、有効な煉瓦の幅は、片手の親指と他の指の間の距離である約4インチ(約100mm)程度に設定される。ほとんどの場合、煉瓦の長は幅の約2倍で、約8インチ(約200mm)またはそれよりわずかに長い。これにより、煉瓦を構造内で積み上げて接合し、安定性と強度を高めることができる(たとえば、この文書の最初のイギリス積みで積まれた煉瓦の図を参照)。壁は、長さ方向に並べた煉瓦である長手と幅方向に並べた煉瓦である小口を交互に配置して建造される。小口は幅全体にわたって壁を連結する。実際にはこの壁はイギリス十字積みと呼ばれるイギリス積みの変形で建造されており、長手の連続層が互いに半煉瓦長ずつずらせて水平に配置される。実際のイギリス積みでは、長手の垂直線は相互に一致している。

大きい煉瓦ほど厚い(絶縁性の高い)壁を作る。歴史上、大型の煉瓦は寒冷地域で必要とされ、小型の煉瓦は温暖地域で妥当に経済的に利用されてきた。近年、現代の壁は特殊断熱材を組み込んでいることが多いため、厚さはもはや問題とはならない。煉瓦は、建物、ブロック舗装、舗道に使用される。米国では、煉瓦製の舗道は大型重量車両に耐えられないことが判明しているが、速度抑制手段または歩行者専用道路の装飾面としての使用が盛り返しつつある。冶金およびガラス産業では、煉瓦、特にシリカ、マグネシア、シャモット、中性(クロムマグネシア)などの耐火煉瓦が炉の裏打ちとして使用されることが多い。この種の煉瓦は優れた耐熱性、荷重下での耐衝撃性、高融点、十分な有孔性を備えていなければならない。用途に相応しい煉瓦は、色、表面組織、密度、重量、吸収および孔構造、熱特性、熱および水分移動、耐火性などに基づき選択することができる。

製鋼プロセスでは、エネルギーコストと高炉の加熱および冷却に関連する構造応力のため、これらの主要な鋼鉄製造容器は、数年間連続して生産活動に従事する。鋼鉄の需要が少ない期間でも、高炉を冷やしておくのは現実的ではないが、いくらかの生産速度の調節は可能である。総合製鉄所は、年間2000000トン以上を製造できる経済的な大型施設である。総合プラントによって製造される最終生成物は、普通は大型の構造部分、厚板、細片、線材、鉄道レールであり、ときにはバーやパイプなどの長い製品のこともある。

鋳鉄は、多くの場合、相当量のくず鉄、くず鋼鉄、石灰石、炭素(コークス)と共に銑鉄を再溶融して、不所望の汚染物質を除去する各種ステップを実行することによって製造される。溶融鉄からリンと硫黄を燃焼させることができるが、炭素も燃焼させることができ、置き換えることができる。用途に応じて、炭素とケイ素の含有量は所望のレベルに調節され、それぞれ2〜3.5%と1〜3%とすることができる。その後、鋳造によって最終形状が出来上がる前に他の成分が添加される。鉄は溶銑炉として知られる特殊な種類の高炉で溶融されることがあるが、電気誘導炉または電気アーク炉ではさらに溶融される。

融解の完了後、溶融鉄は保持炉または取鍋に注がれる。本発明の好適な方法は熱エネルギー貯蔵から伝達される熱エネルギーを使用してエネルギー効率を高めることに由来し、熱交換器と炉近傍のコイルを利用して貯蔵用の廃熱エネルギーを回収する本発明の好適な方法による廃熱のリサイクルおよび再生によって効率化される。

鋳鉄の特性は様々な合金元素または合金類の添加によって変化する。炭素に次いで、ケイ素は炭素を溶体から追いやるために最も重要な合金類である。この非常に重要な合金はセラミックを含み、シリンダおよびその他の高性能用途で一般的に使用されるケイ素との組み合わせは超高性能合金を生み出す。その代わり、炭素がグラファイトを形成し、より軟質の鉄となり、収縮、強度、密度を低下させる。硫黄が存在すると硫化鉄を形成し、グラファイトの形成を阻害して硬度を向上させる。硫黄の問題点は溶融鋳鉄の反応を鈍らせて、湯回り不良の欠陥を招くことである。この硫黄の影響に対処するためにマンガンが追加されて、硫化鉄の代わりに硫化マンガンを形成する。硫化マンガンは溶融物よりも軽量であるため、溶融物からスラグへと流れ込む傾向がある。

ねずみ鋳鉄は、灰色の外観を持つように材料を破砕させるグラファイト微細構造を特徴とする。ねずみ鋳鉄は最も一般的に使用される鋳鉄であり、重量に基づき最も広く使用される鋳込材料である。大部分の鋳鉄は炭素2.5〜4.0%、ケイ素1〜3%の化学組成を有し、残りが鉄である。ねずみ鋳鉄は鋼鉄よりも引張強度と耐衝撃性に劣るが、圧縮強度は低〜中炭素鋼鉄に匹敵する。

白鋳鉄は、セメンタイトの存在により白い破砕面を有する種類の鋳鉄である。ケイ素含有量(黒鉛化剤)が低く、冷却速度が速いため、白鋳鉄内の炭素は溶融物から、グラファイトではなく準安定相セメンタイトFe3Cとして沈殿する。溶融物から沈殿するセメンタイトは、通常は共晶混合物内で比較的大きな粒子を形成し、他の相ではオーステナイトである(冷却時にマルテンサイトに変質する可能性がある)。

可鍛鉄は最初は白鋳鉄品であり、その後約900℃(1650°F)で熱処理される。本発明の好適な方法は、熱エネルギー貯蔵から伝達される熱エネルギーを用いてエネルギー効率を向上させることに由来する。この場合、グラファイトはずっと低速で分離するため、表面張力が時間をかけて薄片ではなく球状粒子を形成する。低アスペクト比のため、球形は比較的短く、互いに離れており、広がる亀裂やフォノンと比べて断面が小さい。また、薄片とは対照的に鈍い境界を有し、ねずみ鋳鉄の抱える応力集中問題を緩和する。概して、延性の鋳鉄の特性は軟鋼の特性に類似する。部品は白鋳鉄から作製されるため、どの程度可鍛鉄として鋳造できるかには限界がある。

延性の鋳鉄またはノジュラー鋳鉄はごく最近開発された。これらの合金に添加される微量のマグネシウムまたはセリウムは、グラファイト面の縁部に付着することによってグラファイト沈殿物の成長を減速させる。他の元素とタイミングを入念に制御することで、材料が固化する際に炭素が球状粒子として分離する。特性は可鍛鉄と類似するが、かなり大きな成形断面で鋳造することができる。

捕捉および隔離したCO2を化学物質、プラスチック、燃料、建設材料、その他の商品などの生成物に変換することは、環境に優しい方法であり、経済的にも有利である。既存のポリマー(プラスチック)調合に組み込むことで、引張強度と耐荷重の高い包装用発泡剤や、接着力、凝集力、UVおよび水抵抗などの「耐候性」が向上した接着剤およびコーティングとなる。非化石燃料ポリマーを生産する資本要件と営業コストは従来の生産コストとほぼ同等であり、製品が実証するように、既存のポリマーよりも強度と環境抵抗に優れる。用途は、柔軟かつ強靱で微小細胞から成る包装用発泡材、熱可塑性物質、ポリウレタン接着剤および密封剤、食物および飲料缶用の被覆樹脂など多種多様である。

各炭素フィラメントは、ポリアクリロニトリル(PAN)、レーヨン、または石油ピッチなどの前駆物質ポリマーから生産される。PANやレーヨンなどの合成ポリマーの場合、前駆物質はまず化学的および機械的プロセスを用いてフィラメント糸状に紡がれ、カーボンファイバ完成品の最終物理的特性を向上させるようにポリマー原子が配列される。前駆物質の組成とフィラメント糸の紡糸に使用される機械プロセスは製造業者によって異なる。延伸または紡糸後、ポリマーフィラメント糸は非炭素原子を飛ばすために(炭化)加熱されて、最終カーボンファイバを生成する。

カーボンファイバフィラメント糸は、扱い量を増加させるためにさらに処理されて、ボビンに巻き付けられる。ポリアクリロニトリル(PAN)からのカーボンファイバの合成は、1)アクリロニトリルのPANへの重合、2)低温プロセス中の環化、3)炭化(水素除去)の高温酸化処理から成る。このプロセスに引き続き、窒素が除去されて黒鉛化が開始され、鎖がグラファイト面状に結合される。一般的な製造方法は、空気中で紡糸したPANフィラメントを約300℃で加熱して、水素結合の大半を切断し、材料を酸化させる。

その後、酸化PANは炉内に配置される。本発明の好適な方法では、熱エネルギー貯蔵からの熱エネルギーを利用し、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で炉を約2000℃まで予熱および加熱する。また、本発明の好適な方法は、熱交換器および炉近傍のコイルを使用して廃熱エネルギーをリサイクルおよび再生して熱エネルギー貯蔵へと伝達し、全体のシステム効率を向上させることを含む。この熱エネルギーは材料を黒鉛化して分子結合構造を変化させる。本発明の好適な方法によると、適切な条件で加熱されると、熱エネルギーが炉に伝達されて、これらの鎖が側面結合して(ラダーポリマー)狭いグラフェンシートを形成し、最終的には融合して単独の円柱状フィラメントを形成する。その結果、通常は炭素93〜95%となる。前駆物質としてPANの代わりにピッチまたはレーヨンを使用すると、低品質の繊維が製造される可能性がある。炭素は、熱処理プロセスによって高弾性または高強度炭素としてさらに強化することができる。1500〜2000℃(炭化)の範囲で加熱された炭素が最大引張強度(820000psi、5650MPa、またはN/mm²)を発揮する一方、2500〜3000℃(黒鉛化)の範囲で加熱されたカーボンファイバは高い弾性係数(77000000psi、531GPa、または531kN/mm²)を発揮する。

指向性エネルギー兵器システム(DEWS)は、標的の所定のまたは予測される方向または飛行路において特定標的に照準を合わせてエネルギーまたはエネルギー加速された砲弾を放出する兵器システムである。従来技術のDEWは通常、RF(無線周波数)やレーザなど動作周波数によって分類され、エネルギー放出の種類に基づく兵器である。

概して、現在市販されている酵素は、付加価値化学プロセスおよびそれに関連する垂直製品と同様、投入原価が経済的である。さらに、酵素の生産コストが大幅に低減されたことも、酵素除毛の商業化を促進する。プロテアーゼは重要な産業用酵素群の1つであり、総酵素販売量の約60%を占める。自由プロテアーゼの主要な用途はドライクリーニング、洗剤、肉処理、チーズ製造、消化酵素の生産などである。

酵素を含む広範囲な微生物が市販されており、デンプン処理産業のデンプンの化学的加水分解とほぼ完全に置き換えられる。多くの微生物がこの酵素を生成するが、産業用に最も一般的に利用される微生物はリケニホルミス菌、バチルス・アミロリケファシエンス、黒カビである。アミラーゼは、食品、醸造、織物、洗剤、製薬業界において有用に適用される酵素の1種として傑出している。

一般的なバイオマスは、オーブンや解剖器具内で乾燥させ、直示天秤で計量することによって容易に判定することができる。菌類プロテアーゼは、液体栄養ブイヨンでの微生物の培養である分液中発酵にとって特に重要である。産業用酵素は、このプロセスを用いて生産することができる。このプロセスは、注意深く選ばれた微生物の選択的成長を含む。本発明の好適な方法は、能動的な分析、監視、機械学習制御のために適応メトリクス、バイオメトリクス、熱画像感知を使用する人工知能制御安定化環境制御システムを備え、微小藻類バイオリアクタおよび有機物リアクタ生産システムを組み込みつつ、量産対称発酵成長システムを含む持続可能なエコシステムを提供する。発酵、リアクタ、バイオリアクターシステムの熱分析に基づく人工知能の分析、監視、制御を通じて酵素の健康を監視することで、機械学習アルゴリズムのプロセスを通じて最適な成長および生産のための環境条件が変更される。発酵媒体の微生物細胞およびその他の不溶性物質から酵素を収穫するプロセスは排除しなければならない。

このプロセスは一般的には遠心分離によって実行される。概して、ほとんどの産業用酵素は細胞外酵素であり(細胞から外部環境に漏れ出す)、バイオマスを取り除いた後は発酵混合物に残る。バイオマスは、一旦乾燥させた後に飼料添加物としてリサイクルする、あるいは石灰処理して微生物を不活性化し、貯蔵および適用のために安定化させる場合は肥料として使用することができる。その後、残りのブイヨン内の酵素は、用途に応じて蒸発、膜濾過、または結晶化によって濃縮される。純酵素の製造が必要な場合、通常はゲルまたはイオン交換クロマトグラフィによって隔離される。特定の用途では固体酵素製品を要するため、未精製の粉末酵素を使用しやすいように顆粒化する。扱いやすくその他の液体原料に添加しやすいために、液体調合が好まれるときもある。グルコースからフルクトースへのデンプン変換に使用される酵素は、反応中、不活性顆粒表面に固定されることが多い。

液状媒体の発酵は、動作モードに応じて、A.回分発酵、B.連続発酵の2種類に分類される。回分リアクタはリアクタ動作のうちで最も単純な種類のモードである。このモードでは、リアクタに媒体が充填され、発酵が進められる。発酵が完了すると、下流処理のために中身が空にされる。その後、リアクタは清掃、再充填、再接種されて、発酵プロセスが再開する。連続リアクタでは、新鮮な媒体が添加され続け、バイオリアクタ流体は連続的に除去される。その結果、細胞は連続的に新鮮な媒体と生成物を受け取り、廃棄される生成物と細胞は処理のために絶えず除去される。よって、リアクタは、停止する必要なく長期間稼働し続けることができる。連続リアクタは回分リアクタよりも何倍も生産性が高い。これは一部には、リアクタを定期的に停止する必要がないことと、リアクタ内のバクテリアの成長速度をより容易に制御および最適化できることによる。

また、細胞を連続リアクタに固定することによって除去を防ぎ、リアクタの生産性をさらに高めることができる。連続リアクタは業界ではまだあまり広く使用されていないが、廃水処理ではよく採用されている。送り回分リアクタは業界で最も一般的な種類のリアクタである。このリアクタでは、新鮮な媒体が連続的または時には定期的にバイオリアクタに追加されるが、連続リアクタと異なり、連続的な除去は行われない。発酵槽は、リアクタが満杯になるか、発酵が終了するときに、空にするか部分的に空にする。連続リアクタと同様、リアクタへの投入流速を制御することによって細胞の成長速度を最適化できるために高い生産性が達成可能である。

通常、エタノールの生産プロセスは大規模なエタノール生産の場合、以下の数個の基本ステップを有する。糖の微生物(イースト)発酵、蒸留、脱水、変性(転売節税のため任意)である。発酵前に、作物によっては、セルロースやデンプンなどの炭水化物を糖に糖化または加水分解する必要がある。セルロースの糖化はセルロース分解(セルロースエタノール生成)と称される。酵素はデンプンを糖に変換するために使用される。

一般的には、エタノール発酵は、エタノールが糖の微生物発酵によって生産されるエタノールプロセスで用いられる。微生物発酵は現在のところ直接糖を用いてのみ働く。植物の2つの主成分であるデンプンとセルロースはどちらも糖から成り、原則的には発酵のために糖に変換することができる。主に糖(たとえば、サトウキビ)とデンプン(たとえば、トウモロコシ)を使用する主要な方法は2つあり、そのうち最新の方法は、現在セルロースエタノールの分野で大きな成果を上げている。植物のセルロース部分を糖に分解した後、エタノールに変換するという方法である。本発明の好適な方法は、適切な発酵温度を支援および維持するために、熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを供給する。

エタノールを燃料またはその他の目的に使用可能とするには、水の大半を除去しなければならない。大部分の水は蒸留によって除去されるが、純度は、低沸点の水とエタノールの共沸混合物の形成のため95〜96%に制限され、最大で(95.6%m/m(96.5%v/v)エタノール、4.4%m/m(3.5%v/v)水)である。この混合物は加水エタノールと呼ばれ、単独で燃料として使用できるが、無水エタノールと異なり、加水エタノールはガソリンとどの割合でも混和しないため、燃料またはその他の用途で使用するためには追加の処理で通常は水分を除去する。

共沸エタノール/水混合物から水を除去する脱水プロセスは基本的に3つある。多くの初期の燃料エタノールプラントで使用される第1のプロセスは共沸蒸留と呼ばれ、ベンゼンまたはシクロヘキサンを混合物へ添加することから成る。これらの成分が混合物に添加されると、蒸気−液体−液体の平衡状態で不均一な共沸混合物を形成し、蒸留時に塔の底部に無水エタノールと、水、エタノール、シクロヘキサン/ベンゼンの蒸気混合物を生成する。凝縮されると、2相液体混合物となる。共留剤(ベンゼンまたはシクロヘキサン)内の重い相は共留剤から抽出されて給送口へとリサイクルされる一方、軽い相は抽出からの縮合物と共に第2の塔へとリサイクルされる。抽出蒸留と呼ばれる初期の別の方法は、エタノールの相対的揮発性を増強させる三元性成分の添加を含む。三元性混合物が蒸留されると、塔の最上流に無水エタノールが生じる。

熱分解は、酸素またはハロゲンが存在しない、あるいはほぼ存在しない状態における高温下での有機物質の熱化学的分解のことであり、主として化学組成と物理相の同時変化を含み、不可逆的である。この単語は、ギリシャ語のpyro「火」とlysis「分離」を由来とする。

熱分解は、高温に晒された有機物質で普通に見られる熱解離の一種である。熱分解または熱解離は熱によって生じる化学分解である。物質の分解温度は、物質が化学的に分解する温度のことである。分解する化合物の化学結合を切断するのに熱が必要とされるために通常は吸熱性である。制御されず、分解が十分に放熱する場合、正のフィードバックループが生成されて、熱暴走を引き起こし、爆発に至る可能性がある。熱分解は、木材を200〜300℃(390〜570°F)の温度から炭化させるプロセスの1つである。通常、有機物質が熱分解すると、気体および液体生成物が生じ、炭素含有量の豊富な固定残留物である木炭またはコークスが残る。主要なカーボンファイバ生産方法である極限の熱分解は、熱分解が残留物として大部分の炭素を残すプロセスであり、炭化と呼ばれる。

熱分解プロセスは化学業界で多用され、たとえば、木材から木炭、活性炭、メタノール、その他の化学物質を製造する、ニ塩化エチレンを塩化ビニルに変換してPVCを製造する、石炭からコークスを生産する、バイオマスを合成ガスおよびバイオ炭またはバイオコークスに変換する、廃棄物を安全に処理可能な物質に変換する、中重量の油の炭化水素をガソリンなどの軽量の炭化水素に転換するために使用される。これらの特殊化した熱分解用途は、乾式蒸留、分解蒸留、クラッキングなど様々な名称で呼ぶことができる。

通常、熱分解は、焼き、揚げ、炙り、カラメル化などのいくつかの料理手順でも重要な役割を果たす。また、例えば質量分析や炭素14年代測定における化学分析の手段である。リンや硫酸などの生活に必要な非常に重要な化合物の多くは最初、まさにこのプロセスによって入手された。概して、熱分解は燃焼した有機物質の化石燃料への変換である退行的進化の過程で発生すると推定され、圧力と熱エネルギーを利用する。また、焼画術の基盤でもある。防腐処置プロセスにおいて、古代エジプト人は、木材の熱分解から得たメタノールを含む物質の混合物を使用した。

熱分解は、酸素、水、またはその他の試薬との反応を含まないという点で、燃焼や加水分解などの他の高温プロセスと異なる。実質上、完全に無酸素の大気を達成することはできない。どの熱分解システムでもいくらかの酸素が存在するため、少量の酸化が生じる。

この用語は、たとえば、オイルの蒸気分解において過熱された水または蒸気(含水熱分解)の存在下での有機物質の分解にも適用される。

通常、熱分解は、木材、布、紙、何らかの種類のプラスチックなどの多くの固体有機燃料の燃焼時に発生する第一の化学反応である。森林火災時、可視の炎は木材自体ではなく、熱分解によって放出されるガスの燃焼によるものであり、燻りと呼ばれる固体の無炎燃焼は、熱分解の後に残った固定残留物(炭または木炭)の燃焼である。よって、木材、プラスチック、布などの一般的な材料の熱分解は、防火と消火にとって極めて重要である。

木炭生産、バイオ炭生産、コークス生産、カーボンファイバ生産、熱分解炭素生産、バイオ燃料、廃プラスチック処理、廃タイヤ処理、プロセスなどの多くの産業用熱分解は、430℃(806°F)超の動作温度で加圧下で行われる。農業廃棄物の場合、たとえば、標準的な温度は450〜550℃(840〜1000°F)である。本発明の好適な方法は、オンデマンドでまたは必要に応じて蓄熱からの熱エネルギーを伝達して、再生可能エネルギー投入および処理の持続可能な方法を維持することができる。

従来の空調は、空冷システムの標準的な欠陥である大きな問題をいくつか抱える。第1に、空冷システムは通常、データセンター空気空間の湿度が人為的に低く保たれており、空気密度が極めて低いという事実からあまり効率的ではない。この低密度により、空気流を消散させやすい非効率な空気の大量移動が生成されることで、データセンター熱エネルギーを放出する冷却と排気とを必要とするデータセンター熱源間の熱伝達が非効率となり、極めて高速に動作するプロセッサや複数のグラフィックカードを満載した重厚な装置において問題となる。第2に、強力なコンポーネント冷却機のヒートシンクは比較的大型で、ボードや接続部に制御不能なほどの過剰な圧力を加えることがあり、そのサイズが空気流の遮断をさらに深刻化させ、円滑な空気流のための減少した流体ラインからの空気の流れを一層不十分にし、効率的な熱伝達を妨げる可能性がある。最後に、ファンは通常騒がしく、羽根の不均衡、ベアリング構造の不良、過熱などが原因で落下しがちである。

液体冷却は余剰熱エネルギーを除去する非常に有効な方法であり、デスクトップシステムにおいて最も一般的な伝熱流体は水とグリコールの混合物である。空冷を超える水冷の利点は、高い比熱エネルギー容量と熱伝導率である。電子機器および電機部品の冷却に利用される原理は内燃機関に利用される原理と同一であり、液体冷却剤がダクトを通って、冷却すべき標的に搭載される伝熱ブロックとも称されることのある熱移送ユニットまで冷却剤ポンプによって循環させられ、その後、熱エネルギーが標的から熱転写交換器まで移送されてシステムから消散させられる。液体は空気よりも多くの熱エネルギーを冷却対象の部品から移送して、オーバークロックと高性能コンピュータにとって好適な液体冷却を実現する。空冷と比較して、液体冷却は大気温度の影響をあまり受けず、湿度の影響があったとしてもわずかである。好ましいことに、液体冷却のノイズは、かなり騒がしくなる可能性のある現行の冷却ノイズよりも小さい。

液体冷却の欠点は、複雑さと冷却剤漏れの可能性である。漏れた水は、水が接触する電子部品にダメージを与える可能性があり、漏れを検査および修理する必要性のため、設備がますます複雑化し信頼性が低下する。概して、空冷ヒートシンクは水冷ソリューションよりも建造、設置、保全がずっと簡易であるが、空冷装置と同じくらい簡単に設置できる特定の水冷キットも見つけることができる。これらは記憶ドライブの冷却も可能であるため、CPU、GPU、または短期および長期メモリの冷却に限定されない。

液体冷却は当初はメーンフレームコンピュータに限定されていたが、製造済みキット、または個々に集めた部品を組み立てる自作組立構造のいずれかの形状で、主にオーバークロックと関連して実行されるようになった。この数年間、予め組み立てられた中〜高性能のデスクトップコンピュータにおいて液体冷却が人気を博しつつある。また、通常、封止または「閉ループ」システムは小型の事前充填ラジエータファンを組み込んでおり、水ブロックはわずかなコストで水冷の設置と維持を簡易化し、大きく複雑な装置に匹敵する冷却効果をあげる。

従来の水冷に対して、本発明の好適な方法はハイブリッド空気および閉ループ冷蔵液体冷却剤冷却システムから成る。通常、液体冷却は空冷と組み合わされ、CPU、GPU、短期および長期メモリ、記憶ドライブ、電圧調節モジュール(VRM)などの高熱エネルギーコンポーネントには液体冷却が利用され、電源ですら水冷が可能である。これは、要求の少ないコンポーネントおよびシステムの冷却と、一般的なデータセンター熱エネルギー除去のために、より簡単で安価な空冷を利用することによって実現可能である。

ごく最近では、ますます多くの企業が、コンピュータケース内に収まるほどコンパクトであり、かつ特定のマザーボード、動力装置、各種部品に合った形状の水冷部品を製造している。電力損の大きなCPU、GPU、ドライブメモリ、その他の熱集約素子を使用する一般的な傾向から、水冷の有用性が人気を集めているが、ゲーマーやビデオ編集および特殊効果の専門家などのごく限られたコンピュータユーザ群は液体冷却剤の冷却システムを使用する。

最近の液体冷却システムは、通常は約15psiのわずかなシステム加圧を利用する。概して、このプロセスは冷却剤の沸点を上昇させ、蒸発を低減させる。水冷の利用は、熱暴露による低温蒸発のリスクを抱える。多くの水ベースの液体冷却用途は水と不凍剤の混合物、通常はグリコールの使用を要する。

概して、液状冷却剤は、部品、機械、システム、または領域から熱エネルギーを除去する水とグリコールの混合物である。液状冷却剤は再循環システムを通じて再循環させられる。従来技術の再循環システムは通常、熱エネルギーを除去するのに冷却塔、蒸発器、エコノマイザーに依存し、冷却水のごくわずかな蒸発損失で実現される。熱交換器または復水器(凝縮器)は、非接触液体冷却剤を冷却対象の流体から分離する。不凍剤は異種金属からの腐食を防止し、沸点を上昇させ、気化点を起こり得ないような温度まで上昇させる試みにおいて広範囲の水冷却温度を許容する。また、その独特の香りは、水のみを用いる冷却システムでは通常無視されがちな冷却システムの漏れや問題をオペレータに警告する。

酪農は雌のウシ、ヤギ、その他の哺乳動物を乳のために育てる農業の一種であり、乳はその場で処理する、あるいは処理および最終的な小売りのために搾乳場に輸送することができる。中央酪農施設では、乳とクリーム、バター、ヨーグルト、チーズ、アイスクリームなどの乳製品を処理する。乳牛種は一般的に商業用肉牛としてはふさわしくなく、通常、酪農場は食肉用子ウシとして母ウシから産まれた雄ウシを販売する。多くの酪農場は肥料用の堆肥を使用して、トウモロコシ、アルファルファ、干し草などを通常含む飼料を自ら育てる。

対象種を商業用に収穫するときの特殊な前処理では、次工程に新鮮かつ劣化しない状態で移送するため、まず一部の前処理を安全に準備しておく必要がある。標準的な取扱および工程は、対象種を成長区域から処理区域の保持領域へ移送することである。

さらなる処理および取扱は、冷蔵処理された種の選別および等級付け、皮はぎ、放血、内臓抜き、洗浄、切断、冷却、貯蔵などから開始することができる。これらの作業の数と順番は、様々な対象種および完成品に必要な処理の種類に応じて変動する。

対象種保存技術は、製品の腐敗を防止し、製品のトリミングから出る廃棄物を低減し、貯蔵寿命を延ばすために必要である。製品の品質低下につながる腐敗バクテリアの活動と代謝性変化を回避するように工程が設計される。腐敗バクテリアは、腐敗した製品の不快な匂いや味を生み出す特殊なバクテリアである。通常、対象種は、腐敗バクテリアではない多種多様なバクテリアの宿主であり、腐敗製品に存在するバクテリアの大部分は腐敗の原因ではない。バクテリアが発生し、繁殖するには、適切な温度、十分な湿気と酸素、pHバランスが取れており過剰に酸性ではない環境が必要である。各種保存技術は、これらの要因のうちの1つ以上を阻害することによって働く。

氷を使用する温度制御によって温度を低下することで、処理中の製品を保存し、貯蔵寿命を延ばすことができる。温度を低下させるにつれ、微生物または自己分解プロセスによる生成物の代謝活動を低減または除去することができる。これは、温度を約0℃まで低下させる冷蔵、または温度を−18℃未満に低下させる冷凍によって達成される。

養鶏場は、通常は肉または卵のためにニワトリ(卵層またはブロイラー)、シチメンチョウ、アヒル、その他の家禽を飼育することに専念する。一般的には、卵は、環境パラメータが良好に制御される大型の飼育場で生産される。ニワトリには一年中産卵を刺激するように人工灯が当てられる。また、卵のサイズと生産数を増やすために、光と餌の量を入念に調節することによって換羽を促すことも一般的な方法である。

平均して、1羽のニワトリは1日に1個の卵を産むが、1年を通して毎日産むわけではない。これは品種と年間の時期によってかわる。1900年には、雌鳥が1年に産む卵の平均数は83個だった。2000年には、300個を優に超えた。米国では、雌鳥は第2の産卵期後に解体される。欧州では通常、1期後に解体される。産卵期は雌鳥が(種と季節に応じて)約18〜20週に達したときから始まる。産卵種の雄鳥は何歳でもほとんど商業的価値がなく、繁殖に使用されない雄鳥はすべて(産卵種のニワトリの約50%)孵化直後に始末される。

特定種には商業用捕獲の際に前処理を施すが、新鮮で劣化していない状態で生産プロセスチェーンの次段階に搬送するには、まずいくつかの前処理を安全に準備しておかねばならない。標準的な取扱と工程は、対象種を成長区域から処理区域の保持領域へ移送することである。

さらなる処理および取扱は、冷蔵処理された種の選別および等級付け、皮はぎ、放血、内臓抜き、洗浄、切断、冷却、貯蔵などから開始することができる。これらの作業の数と順番は、様々な対象種および完成品に必要な処理の種類に応じて変動する。

農場の土地建物は「農園」と称される。家畜が放牧場で飼育される大型の動物関連企業は通常、牧場と称される。家畜が別の場所で生産される飼料を食べて制限された場所で飼育される場合、飼育場という用語が一般的に使用され、通常は最終的な成長と仕上げが完了する場所のことである。

集約的な動物飼育または産業的な家畜生産は工場飼育とも呼ばれ、畜舎または水槽などと一般的に称される高家畜密度での舎飼いでウシ類、(「バタリーケージ」内の)家禽、魚類などの家畜を産業生産することを指す現代の集約的飼育の形状であり、農企業による産業飼育の標準的な慣習である。この業界の主要製品は、人間の消費用の肉、乳、卵である。

高家畜密度での舎飼いは、スケールメリット、最新機械、バイオテクノロジー、世界貿易に頼ることによって最小コストで最大出力をもたらす体系的な試みの一部である。工場飼育は、通常は高密度で、大抵は屋内に多数のウシ、ブタ、シチメンチョウ、またはニワトリを保有する。作業の目的は、最低限のコストで大量の肉、卵、または乳を生産することである。食料は適所に供給され、殺菌剤、ビタミンサプリメント、成長ホルモンを使用するなどの広範な人為的方法を採用して動物の健康を維持し、生産量を向上させる。望ましくないとみなされる運動や行動を制御するために物理的な拘束がなされる。拘束状況により適した動物を生産し、一定の食料製品を提供することができるように繁殖プログラムが利用される。多くの日常的な畜産活動には、耳標付け、除角、ローディング、手術、ワクチン接種、蹄のケア、農産物品評会および準備のための訓練などが含まれる。

たとえば、いったんウシが目標体重に達したら、放牧地または飼育地のウシは肥育場に移され、(エタノール生産から得られる)トウモロコシ副産物;オオムギ;その他の穀物;ならびに、アルファルファ;粉末綿実粕;ビタミン、ミネラル、化学防腐剤、抗生物質、発酵製品、商業用に配合した袋詰めでプレミックス会社から購入するその他の必須原材料といった微細原材料からなるプレミックスを含む特殊飼料で飼育する。これらの製品は入手可能であるため、自身の穀物を有する農夫は自分で調合し、自分たちの動物が推奨されるレベルのミネラルとビタミンを取るように確保する。

養殖は、水中の天然産物(魚類、甲殻類、藻類、その他の水生有機物)の育成である。この用語は、野生種の乱獲や、野生種に及ぼす過度な負担、自然のエコシステムのバランスを崩すこととは全く異なり、有機物の数を維持または増加させようとする積極的な人類の試みというコンセプトによって漁業と区別される。養殖の下位セットには、海中養殖(海中での養殖);藻類養殖(ケルプ/海藻およびその他の藻類の生産);魚の養殖(淡水および塩分を含む池でのナマズ、ティラピア、ザリガニや、海洋でのサケの養殖);養殖真珠の栽培などがある。粗放養殖は現地の光合成生産に基づき、集約養殖は外部からの食糧供給に基づく。

拘束と過密の結果、動物は運動と自由な活動が不足して骨と筋肉が弱まる。集約家禽農場はウィルスの発生と伝播にとって最適な条件をもたらし、閉鎖された温かく不潔な環境に押し込まれた何千羽もの鳥は、伝染病を非常に媒介しやすい。成長速度の速さと肉の収穫量の多さに基づき選択された世代の鳥は、免疫系が病原菌に対応しにくく、個体群の遺伝的均一性が高いために病気が蔓延しやすい。屋内での鳥飼育は汚染を免れるという理由付けに基づく鳥インフルエンザの解決策として、業界はこうした飼育をさらに強化している。しかしながら、これは完全確実なバイオセキュリティを当てにしており、このような方策は実行がほぼ不可能である。

人間、材料、車両による農場間の移動は脅威をもたらし、バイオセキュリティの突破を可能にする。集約飼育は非常に伝染性の強い鳥インフルエンザを発生させやすい。国内および国家間で商品が頻繁に移動すれば、病気が広がる可能性が高まる。動物の拘束および過密環境は、ウィルスとバクテリアによる肉の汚染リスクをもたらす。肥育場の動物は密集した状況下におり、自らの排泄物上で時間を過ごすことが多い。

この業界で最も集中化しているのが中央畜殺肉処理場で、わずか7社のウシ、ヒツジ、ブタ、ニワトリの畜殺処理企業が業務を独占している。この畜殺場の集中化は、小規模な畜殺場を建造し、維持し、商売として成り立たせることをほぼ不可能にする財政上および規制上の障壁が主な原因である。工場飼育は価格を下落させる過剰生産に寄与するため、従来の飼育ほど家畜生産業者にとっては利益にならない。「先渡契約」および「市場契約」を通じて、精肉業者は、生産を準備するずっと前から家畜の価格を設定することができる。

国内の家畜生産業者の多くは、家畜を消費者に直接販売したいと考えるが、米国農務省が検疫する食肉処理施設は限られているため、地域で成長した家畜は通常、地域で畜殺し処理することはできない。

本発明の好適な方法の最大限の恩恵は、エネルギー投入、エネルギー使用、廃エネルギーのリサイクルおよび再使用を統合し、最終的には略理論的に達成可能なレベルの最適性能から効率向上を図ることによって実現し、貨幣化することができる。従来技術は問題となっている必要性のごく一部を満たしつつ、典型的には個別の対処法または解決策をもってこの必要性に応えようという誤った試みを実践しているが、本発明の好適な方法は、従来技術の欠陥と非効率性を取り除き、元の必要性または問題を満たす結果生じる問題と課題に対する対処法または解決策を提供しつつ、必要性と問題に対処する解決策を提供する。本発明の好適な方法は元の必要性と問題を検討するだけではなく、その最初の必要性と問題を満たすことから生じる複雑な結果に対しても追加の対処法または解決策を提供しようとすることで、完全かつ堅固な解決策を提供する。

概要 本実施形態は、可動および固定の局地的な分散型エネルギー生成、貯蔵、利用システム用の技術に関する。さらに、本実施形態は、熱エネルギー生成用の太陽熱システムに関し、貯蔵された熱および/または化学および電気エネルギーを用いて、その後、加熱、冷却、熱エネルギー集約用途のためにオンデマンドで電気および熱エネルギーが生成される。また、本実施形態は、シリンダ設計、配置、冷源ループを追加した熱層化により、高効率で設計されたスターリングエンジンを組み込む。また、スターリングエンジンは、スターリングサイクルからの廃熱を利用できる追加熱ループを含むことによって、効率を高め、副産物の化学物質、供給原料、またはその他の各種物質を生産することができる。さらに、該システムによって生産される化学物質は、システムの効率をさらに向上させ、大抵の場合はシステムからの熱エネルギーと併せて、吸収冷却システム、蒸留システム、原料生産システム、脱塩システム、熱分解システム、エタノール生産システム、発酵槽、グラフェン生産システム、カーボンファイバ生産システム、鋳鉄精製システム、アルミニウム精製システム、固体酸化物燃料電池、放射加熱ループ、放射冷却ループ、圧縮器、電解槽等に動力を提供することができる。

本実施形態は、少なくとも1つの駆動シャフト、発電機、ベアリング、圧縮側シリンダ、パワーピストン、再生器、ディスプレーサ側シリンダ(displacer cylinder)、ピストンを利用するスターリングエンジンを含む。本実施形態のスターリングエンジンは、ディスプレーサ側シリンダと整合する特大高熱ループ(over−sized high−heat thermal loop)と圧縮側シリンダと整合する氷水ループも含む。本実施形態のスターリングエンジンによって利用されない廃熱を捕捉して、システム内の別の場所で利用させ、システム全体の効率を向上させる別のループを含むこともできる。さらに、本実施形態には1つ以上の放物面反射体を利用する太陽熱収集器が含まれる。線形レシーバ(linear receivers)は高温吸収体と中間温吸収体、およびラジエータを有する調整反射体(coordinating reflector)を有する。高温熱流体捕捉ループおよび中間温熱流体捕捉ループと、線形放物面反射体(linear parabolic reflectors)の邪魔されない自由な回転運動を許容する三日月状断面支持体(crescent shaped cross supports)も含まれる。1つ以上の実施形態では、1つ以上の光電池が1つ以上の放物面反射体に装着される。本実施形態によって捕捉される熱エネルギーは、サブシステム、または高熱容量流体、中間温熱容量流体、低熱容量流体、作業流体、低温貯蔵のうちの1つ以上を含む1つ以上の蓄熱容器に送られる。さらに、本実施形態は、捕捉エネルギーをインテリジェントに監視、制御、再配分するコンピュータ制御システムと、先のユーザ入力および/または1つ以上の定義されたルールに基づく機械学習を利用するサブシステム変換利用プロセスとを組み込み、利用する。本実施形態のコンピュータ制御システムは、サブシステムプロセスの必要な再配分と使用を決定する1つ以上のバイオメトリックおよび/または熱画像センサも含むことができる。

本発明の目的は以下を含むがそれらに限定されない。

本発明の第1の目的は、オンデマンド利用のために局地再生可能エネルギー生成および局地エネルギー貯蔵を使用して高額な商業用電力網で計量されるエネルギーの使用量を削減することによって、局地エネルギー生成を大幅に強化することである。

本発明の第2の目的は、天然エネルギー生成を最適に模倣してサイクルを利用する共生関係に基づく生産施設を提供することである。

本発明の第3の目的は、複数のコンポーネントが相互にアプリケーションで関連付けられ、接続されて、効率と発電能力を向上させる装置を提供することである。これは、素子プロセスを結合し、材料使用、熱および電気エネルギー需要の装置素子サイクルおよびアプリケーションを結合することによって損失を低減することで実行される。

本発明の第4の目的は、システムコンポーネントの非有益で重複する製造および材料要件を低減することである。

本発明の第5の目的は、ハイブリッド統合および生成の向上により、システムコンポーネントの数と領域使用要件を低減し、システムコンポーネント設置コストを考慮に入れて生成されるエネルギーの割合を今まで以上に大幅に増大させることである。

第6の目的は、個々のコンポーネントアプリケーションおよびプロセスのオンデマンド生成の起動/切断エネルギー要件の増加により使用が非効率的な従来技術に対し、オンデマンド利用を提供する高低温貯蔵のための熱エネルギー蓄熱を可能にすることで、高効率を実現することである。

第7の目的は、エネルギー生成、貯蔵、コンポーネントおよび領域冷却および/または加熱要件を単独のシステムソリューションに含めることであり、その他のプロセスの廃熱からの熱エネルギーをリサイクルして、効率を高め、システムエネルギー投入要件を低減することである。

第8の目的は、閉ループ冷却剤システムにおいて貯蔵された水を利用して再生廃熱エネルギーをリサイクルし、サブシステムの要件およびメンテナンスを低減することである。

第9の目的は、入力エネルギー要件を低減しつつ、地下水および廃水の再利用のために再生廃熱をリサイクルすることである。

第10の目的は、入力エネルギー要件を低減しつつ、脱塩での潜在的な使用のために生成された廃熱をリサイクルすることである。

第11の目的は、入力エネルギー要件を低減しつつ、蒸留のために使用される再生廃熱をリサイクルすることである。

第12の目的は、投入エネルギー要件を低減しつつ、オンデマンドで利用可能な使用および貯蔵用に水を加熱するため、水の熱処理の代替として使用するため再生廃熱をリサイクルすることである。

第13の目的は、地域の未処理水源または汚染された公共水道から飲み水を提供することである。

第14の目的は熱エネルギーを貯蔵して、拡張可能な産業規模のエネルギー貯蔵を可能にすることである。

第15の目的は、より高レベルな製品生産のために局地投入として局地生成された生体材料を使用することである。

第16の目的は、オンデマンド利用のために局地熱用途に変換するため蓄熱エネルギーを使用することである。

第17の目的は、電気および熱エネルギーへの変換のために貯蔵された化学エネルギーを使用することである。

第18の目的は、電気および熱生成のための二酸化炭素排出量を低減することである。

第19の目的は、局地的エネルギー消費のための二酸化炭素排出量を低減することである。

第20の目的は、生成、貯蔵、再生用の局地的再生可能エネルギーエコシステムを可能にすることである。

また、その他の目的は図面と以下の説明から自明になるであろう。

本発明による電気プロセスの一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

図1の実施形態に係る出力を示すフローチャートである。

本発明による層状蓄熱容器の一実施形態の1つ以上の例の概略図である。

本発明による太陽熱プロセスの一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

本発明によるシリンダのスターリングエンジンブロックの一実施形態の1つ以上の例の概略全体図である。

本発明によるデュアルピストンを備えた単独セットのスターリングエンジンシリンダの一実施形態の1つ以上の例の端部断面を示す概略図である。

本発明による単独セットのスターリングエンジンシリンダの一実施形態の1つ以上の例の端部断面を示す概略図である。

本発明によるデュアルピストン付スターリングエンジンの一実施形態の1つ以上の例の断面を示す概略図である。

本発明によるスターリングエンジンピストンの一実施形態の1つ以上の例の断面を示す概略図である。

本発明による吸収体フィールドユニット(「AFU」)、反射体パネル、搬送装置、搬送装置用モータの一実施形態の1つ以上の例の概略図である。

本発明による太陽熱集電器と太陽光起電装置の一実施形態の1つ以上の例の概略図である。

本発明による集電機の超軽量ケーブルトラス橋構造の一実施形態の1つ以上の例の全体および細部を示す概略図である。

本発明による太陽熱収集器、反射体、太陽光起電パネルの一実施形態の1つ以上の例の全体を示す概略図である。

本発明による吸収体フィールドユニット、反射体パネル、搬送装置、さらに追跡装置の移動回転機構の動作の一実施形態の1つ以上の例を示す図である。

本発明による水素エネルギー再生可能型エネルギーステーション(「HEROES」)の一般的接続を示す一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

一実施形態に係る多効冷凍プロセスの一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

本発明による再生可能エネルギーアルミニウムプラント(「REAP」)および再生可能エネルギー鋼鉄プラント(「RESP」)の一般的施設連結の一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

本発明による改良されたスマートグリッド、ULTRAGRID(商標)層の一実施形態の1つ以上の例のブロック図である。

本発明に係る熱システムの一実施形態の1つ以上の例のフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る燃料電池(「FESTE」)システムで利用されるULTRAGRID(商標)層のブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るベース再生可能発電システムプロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る太陽熱スターリングエンジンプロセスシステムを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係るアクアポニックスプロセスシステムを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る太陽熱/蒸気タービンプロセスシステムを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る熱多サイクル蒸気タービン/スターリングエネルギープロセスシステムを示すフローチャートである。

本発明のデータセンターシステムの一実施形態の1つ以上の例のブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るセメントプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る電気および熱エネルギー生成用のベース再生可能発電システムを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る鋳鉄プラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るプラスチック/バイオプラスチックプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るカーボンファイバプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る熱分解プラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−アクアポニックスプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−ブタ/ウシ飼育プロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−酪農プロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−データセンタープロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−TDNSプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−RESPプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−REAPアンモニアプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−REPOプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る熱エンジン−放射性同位体熱電気転換器(「RTG」)システムプロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係るデュアルエネルギークロスオーバ回収システムおよび大気制御システムを備えたRESEERVSプロセスを示す概略図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−RESERVSプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る燃料電池エネルギー−スターリング熱エンジン(「FESTE」)プロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係るRTG FESTEプロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−熱分解プロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−RECIPプロセスの層を示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る原料抽出プロセスを有する液体および気体生産用ベース再生可能システムを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る再生可能エネルギー化学物質生産システムプロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係る脱塩および副産物処理システムを示すブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る煉瓦およびブロックプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係るアルミニウムプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る鋼鉄プラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る再生可能エネルギーエタノール−高度DDGSプラントシステムのブロック図である。

本発明の1つ以上の実施形態に係る燃焼エネルギー−熱スターリングエンジン(「CEREAL」)プロセスを示すフローチャートである。

本発明の1つ以上の実施形態に係るULTRAGRID(商標)−CEREALプロセスの層を示すブロック図である。

詳細な記載

本発明の以下の説明は、太陽熱素子106から成る主要なコア発電素子を含む。ハイブリッド風力および/または光起電太陽エネルギー107生成装置を追加で組み込むことができる。たとえば、本発明の太陽熱素子106の好適な実施形態は、最も上の反射体130の上に光起電ソーラーパネル107を組み込む。捕捉熱エネルギーは、ダイジェスタが提供するビオスガス燃焼熱生成から得られる。これらの装置は、システムの他の素子を実現する分散エネルギー生成源を確立するために一体化される典型的な実施形態である。これにより、電気、化学、電力系統連携のためのエネルギー生成源と、相互接続および相互運用のための双方向性ネットワークデータ通信および制御が提供される。

以下、好適な実施形態の例示のために添付図面を参照して説明する。しかしながら、実施形態は本発明の範囲全体を表すものではない。発明者が自らの発明とみなす主題は、本明細書の請求項に特定して指摘され明確に請求されている。

本発明は、電気、化学、熱エネルギーの生産および貯蔵のための1セットの統合プロセスによって定義されるシステムを形成する。通常、熱エネルギーの生産および処理は、後の使用に備えた熱エネルギー貯蔵と地熱貯蔵100を目的とする。本発明のその他の目的、特徴、利点は、以下の説明および列挙した改良により容易に認識されるであろう。

上記の項の説明および以下の説明は、当業者が実施形態を実行および使用できるように提示されており、特定の用途と要件の下で提供されている。当業者にとっては開示する実施形態の様々な変更は容易に自明となり、本願に定義する一般的原理は本発明の精神と範囲を逸脱せずに他の実施形態および用途に適用することができる。よって、本発明は示される実施形態には限定されず、本願に開示する原理および特徴に一致する最大範囲に従うべきである。

本発明の主要な目的および利点は、エネルギー生成システムとして、電力網に接続される化石燃料および原子力燃料源とは対照的な再生可能エネルギーを最大化することである。再生可能エネルギーとは、再生し得る(つまり再生可能な)非汚染エネルギー源を含む環境に優しいエネルギー源から得られる動力を指す技術用語である(どのエネルギー源もいくらかの汚染を引き起こすエネルギーの投入を必要とし、完全に汚染しないエネルギー源は存在しない)。具体的な種類の再生可能エネルギーとしては、風力、太陽エネルギー、水力、地熱、バイオマス/生物燃料などがある。

図1に示すように、本発明の別の目的および利点は、5効用生成システム設備において非再生可能エネルギー源の代わりに再生可能エネルギー源112を使用して電気エネルギー、加熱、冷却を生成し、統合システムを運転して、エネルギー貯蔵施設へのエネルギーの伝達のために熱交換器およびコイルから熱エネルギーを回収するリサイクルを利用しつつ、上記システムの運営および保全コストを大幅に低減することができる。5効用生成CCFRHP(冷却、冷凍、回転エネルギー、熱、電力併給としても知られる)は電気および熱エネルギーの合同生産および利用を指し、熱エネルギーおよび冷エネルギーが、すべての回転エネルギー集約アプリケーションおよびプロセスの共通エネルギー源として回転エネルギーを生成するスターリングエンジン116の合同エネルギー源として使用される。

この「廃熱」は通常、産業プロセス中に副産物として生成される。この熱を周囲の環境に放出する(およびこの熱エネルギーを廃熱として処理する)代わりに、5効用生成システムは該熱エネルギーをさらなる蓄熱および将来の利用のために活用する。このような利用は冷凍172および低温貯蔵124のための吸収冷却121を含む。5効用生成システムにより、エネルギー源からより多くの割合のエネルギーを取得し利用することができる。つまり、(廃熱を利用しないシステムと比較して)エネルギー源から同量の有用なエネルギーを取得するのに使用されるエネルギー需要が少なくてすむため、エネルギー保存、ひいてはトリジェネレーションシステムのユーザにとっての節約となる。

エネルギー源から得られる加熱または冷却が、加熱または冷却が生成および活用される場所に近接する場合、トリジェネレーションシステムの効率は向上する。さらに、熱エネルギーは、たとえば局所暖房に使用されないときは温水または蒸気の形状を取ることができる。本発明の別の目的および利点は、5効用生成設備においてこのような再生可能エネルギーを利用することであり、再生可能エネルギーを最大限まで活用して、エネルギー使用量を節減し、施設ユーザにその節減を還元することである。

本発明の別の目的および利点は、独立した電力網であり、ほぼどこででも(たとえば、都市の空き地または田舎の野原)動作することができ、顧客に近い電力網への電力供給のための分散エネルギー源として使用することができるULTRAGRID(商標)194に接続されるシステムを提供して、輸送コストを排除し、制御環境下での電力品質を向上し、エネルギー廃棄物をリサイクルし、エネルギー資源の節減に寄与することである。

図10に示すように、本発明は、極めて独特なULTRAGRID(商標)194接続および制御システムの設計と、環境に優しいエネルギー源およびエネルギー貯蔵110とを垂直に組み込む持続可能な産業統合システムおよび方法に関する。本発明は、追加の産業とその関連プロセスおよびアプリケーションを含めて、本願を参照して上述および後述するような本発明の例示の目的のために、上述するように共生システムを形成する特別な用途を有する。これは、製品の汚染検出とすべての方法、アプリケーション、製品の品質保証追跡のための適応バイオメトリクス、熱画像感知、追加センサの能動的インタフェースを備えた人工知能機械学習制御システムによって実現され、それらの情報は迅速かつ容易に特定および分析して、制御システムに追加情報として提供することができる。しかしながら、本発明は甲殻類またはその他の水生種の飼育および/またはその他の任意の適切な植物の生育などの別の用途にも適用することができる。

熱エネルギーの生成は、高エネルギー生成中には生産量を最大化し、低生成中には入力制限に見合うように下方に縮小する、あるいは待機モードに設定することができる固有の設計適応によって、生成入力の変動が許容可能であるという前提に基づく。しかしながら、再生可能エネルギー技術の生成出力は、環境変化や有効動作の変動により変化する場合がある。さらに、このような変動は、再生可能エネルギー生成技術がエネルギー生成とエネルギー需要(たとえば、電力網需要、熱アプリケーションおよびコンポーネント)とのバランスを取るのを阻む場合がある。その結果、該システムは、電力需要の変化または再生可能エネルギー供給量の変動に応じて他の形のエネルギー(たとえば、水素、アンモニア、熱、石炭、天然ガス、水力発電102、原子力)から電力供給を受ける発電機の動作および/または切断にかかるコストを負担する。かかるコストを低減する、および/または再生可能電力の信頼性を高めるため、図1のシステムは再生可能エネルギー生成からのエネルギーを貯蔵し、電力需要に基づき貯蔵エネルギーから電気、熱、水素、アンモニアの形でエネルギーを生成することができる。第1に、エネルギーは、水素、アンモニア、その他の貯蔵ガス(たとえば、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど)として化学物質貯蔵システム183に貯蔵することができる。

第2に、エネルギーは、高熱容量蓄熱システム125(たとえば、溶融塩など)に貯蔵することができる。さらに、低熱容量作業流体を断熱貯蔵容器に入れて、短期間熱を保持する、および/または外部熱入力を使用して、使用可能な低熱容量流体能力を維持することができる。貯蔵エネルギーから発電するため、化学物質伝達機構は貯蔵容器から化学物質を選択的に移送して、オンデマンドでエネルギーを生成することができる。

また、伝熱機構は蓄熱容器から熱を選択的に移送して、オンデマンドでエネルギーを生成することができる。変換なしの熱エネルギーは、スターリングエンジン116の熱エネルギー投入を開始するのに使用することができる。いったん熱が移送されれば、熱は作業流体を沸騰させて(たとえば、作業流体の低沸点のため)、タービンの回転翼羽根を回転させるのに用いられる蒸気および/または水蒸気を生成することができる。タービンおよび/またはスターリングエンジン116は、負荷に電気を供給する発電機を駆動する、ポンプまたは圧縮器に回転および/または線形エネルギーを供給する、および/または熱集約用途に熱エネルギーを供給するなどの作業エネルギーを生成することができる。

このような貯蔵された再生可能エネルギーからのエネルギーのオンデマンド生成は、他の発電所の運転と関連するコストをさらに低減し、再生可能エネルギーからのエネルギー生成の変動を埋め合わせることができる。同一ラインに沿って機械素子(たとえば、回転伝達機構、および/または線形伝達機構、および/または回転翼羽根、および/またはガス/作業流体式ピストン)、低熱容量流体、摩擦を利用してエネルギーを貯蔵することで、バッテリおよび/または揚水式発電所102などの従来のエネルギー貯蔵機構よりもコストを節減することができる。言い換えると、図4のシステムは、再生可能エネルギーの使用によって、有効かつ経済的なおよび/または確実な発電またはその他の熱集約用途を簡易化する。

図4は一実施形態に係る伝熱機構を示す。上述したように、伝熱機構は、低熱容量流体から作業流体への選択的な伝熱を行うことができる。伝熱機構および/または伝熱装置は、断熱パイプなどの伝熱素子と断熱素子を含むことができる。伝熱素子は、金属面、マニホルド、伝熱ロッド、ラジエータ、および/または伝熱機構を簡易化するその他の構造を含むことができる。逆に、断熱素子は、真空断熱パネルおよび/またはその他の断熱材料または断熱構造を含むことができる。

低熱容量流体に熱を保持するため、図4に示すように断熱素子を低熱容量流体と作業流体間に配置することができる(なお、素子の位置は入れ替えることができる)。低熱容量流体は断熱容器に(たとえば、図3の断熱貯蔵容器196)に封入することができるため、断熱素子が低熱容量流体と伝熱素子および/または作業流体との熱接触を防ぐ限り、エネルギーを低熱容量流体内に効果的に貯蔵することができる。

低熱容量流体から作業流体へ熱を移送するため、伝熱素子を通る低熱容量流体と作業流体間の熱接触を可能とするように断熱素子の方向を変えることができる。いったん低熱容量流体と伝熱素子間の熱接触が行われれば、低熱容量流体から作業流体へ熱を伝達することができる。

図2は、回転および/または線形エネルギーを生成して使用可能な作業トルクを提供する、たとえば一実施形態に係るポンプまたは発電機114を始動するプロセスを示すフローチャートである。1つ以上の実施形態では、1つ以上のステップを省略、反復、および/または別の順番で実行することができる。したがって、図2に示すステップの具体的な配置は、実施形態の範囲を限定すると解釈すべきではない。次に、耐圧容器を使用して、低熱容量流体に熱を保持することができる。回転羽根と断熱容器は、再生可能エネルギーからのエネルギーの低熱容量流体への貯蔵を促進することができる。貯蔵されたエネルギーは、エネルギー要件に関連するエネルギー需要に基づき電気および熱エネルギーを生成することができる。

貯蔵エネルギーから発電するため、対応する低熱容量流体の貯蔵から化学物質および/または熱を選択的に低熱容量流体から作業流体へと移送することができる。たとえば、断熱素子を低熱容量流体と作業流体間に配置して、低熱容量流体に熱を保持することができる。太陽光および/または風力が少ない期間、および/または電力需要が大きい期間、断熱素子は金属面、マニホルド、伝熱ロッド、および/またはラジエータなどの伝熱素子を通じて低熱容量流体から作業流体へ熱を転送するように再配置することができる。

最後に、作業流体に伝達された熱が発電に使用される。より具体的には、作業流体は低沸点と関連付けられるため、低熱容量流体から作業流体へと伝達される熱で迅速に沸騰する。沸騰した作業流体からの水蒸気および/または蒸気はタービンの回転翼羽根を回転させるのに使用することができ、このタービンを利用して利用可能な作業のために回転装置を駆動することができる。

ハイブリッドエネルギー生成システムの好適な実施形態は、2つのコア要素から構成され、一つの要素は、関連する熱収集用中央位置吸収体で構成され、もう一方の要素は、典型的な熱及び冷却ストレージ用の熱エネルギーストレージシステムである。

中央太陽熱システムの好適な実施形態はモジュール式設計構造を有し、放物面形状の矩形パネル列と各列の中心軸とから成り、該パネルに太陽を追跡させ、反射光を最も近い吸収体に集束させることができる。

水平に搭載された太陽熱吸収器の好適な実施形態は、水平に搭載されたソーラーパネル部136の上方に平行に搭載され、下方のパネルから集束した太陽エネルギーを吸収するパイプ状構造から成る。吸収器自体は、吸収体の上方に搭載される放物面形状の矩形パネルも有し、吸収器を超えて延在する下方のパネルから反射される太陽光エネルギーを吸収器の上部に反射させて、吸収器の面上で約360度太陽光との接触により効率を向上させる。

図面を再度参照すると、図6aは、懸架ケーブル橋132(図6c)によって上昇させられた2つの隣接するAFUデュアル集電器164間に複数列の反射体130を備える太陽熱フィールドユニット1000(「TSFU」)の概略図であり、図6bは、取付金具と反射体130を有する地上支持体134および/または光起電パネル154の概略図である。

反射体パネル136列と平行に並べられ、対応する高温および高温中間温ループに接続される多数のAFUは、1つのエネルギー生成モジュール(「EGM」)を備える。多数のEGMは太陽熱アレイ変換システム(「STACS」)フィールドを備える。最適化戦略に基づき、反射体130はTSFUの縁部に2つのデュアル集電器164のうちのいずれかに目標を定めることができる。目標としたデュアル集電器164の側に応じて、反射体パネル136は太陽の位置に関して配置される。受動ソーラー129と逆位置のソーラー128が日射反射体130に配置される。受動日射反射体129はデュアル集電器164の太陽と同じ側にある。逆位置の日射反射体128は、太陽に対して集電器164の反対側に位置する。同様に、TSFUの「太陽側」にある集電器164は、受動デュアル集電器164とも称される。太陽と反対側のデュアル集電器164は逆位置太陽光集電器とも称される。逆位置日射反射体128は受動ソーラーデュアル集電器164を目標に定め、その反対もまた可である。

図6eは、回転日射反射体パネル136のアセンブリの一実施形態を示す。同図は、1列に接続された反射体パネル構造内の2つの隣接する反射体パネル136の接合部を示す。反射体パネル面は、支持プラットフォームに装着された、わずかに湾曲した放物面鏡である。支持プラットフォームは、縦ビーム140、横ビーム142、トラス144、三日月型端片146を備えるトラス橋型支持構造138から成る。この円弧状三日月は、反射体130に対称中心の周囲での回転自由度を与える。回転軸147は反射体パネル136の重心と並んで、追跡機構にとって円滑かつバランスの取れた回転を提供する。三日月は支持構造138から成る。また、縦ビーム140は、反射体パネル136用の自動または準自動清掃システムのレールガイドとして使用することができると企図される。このような実施形態では、クリーナは、ULTRAGRID194人工知能システムによって人の介入なしに、または1セットのビーム140から次のビームへと手動で移動させることによって縦ビーム140間を移動させることができる。また、清掃システムは、縦ビーム140に接続され、反射体パネル136の両側で縦ビーム140に沿って自動的に移動する1つ以上の車輪またはローラを備えたアームを有すると企図される。アームは、1つ以上のブラシと布状の房またはその他の清掃部品を備えた清掃機械を昇降させ支持して、縦ビーム140の長に沿って下りながら反射体パネル136を磨きゴミを拭き取る。

2つの隣接する反射体パネル構造136は、屈曲嵌合スリーブ153を介して接続することができる。反射体パネル構造136の一端に装着される反射体パネル構造136は、隣接反射体パネル136の他端に装着されるスリーブ153内で自由に摺動する。屈曲嵌合駆動スリーブの結合により、回転トルクが一方のパネル構造136から他方のパネル構造136に伝達され、長手方向の熱膨張を可能にする。駆動スリーブ153は、反射体パネル136列の位置決めおよび配向システムの一実施形態である。追跡システムのドライブトレーンが支持構造138に搭載される。単機能電気ステップモータ148がトレーンの駆動装置である。該モータが回転駆動を提供する。反射体パネル136の回転追跡運動はギア150、またはパネルギア150とステップモータ148に装着される対応ギアとに固定されるローラチェーンを備えたスプロケット駆動システムを介して実行される。

図6bは、接続される反射体130に支持と駆動を提供する端キャリッジアセンブリを示す。中間キャリッジアセンブリは、2つの接続された反射体128、129に支持と駆動を提供する。レール上のキャリッジの誘導は、熱パネル130または光起電パネル154の基部支持を有するベアリング149によって提供される。サイドレールは安定性と、強風の際の反射体構造の安全性のために三日月状支持体146とを提供する。この風保護システムの一部は、反射体パネル136を接続する駆動スリーブ153であり、風流による浮き上がりの際にベアリングを介してパネルをキャリッジに固定する。また、上記アセンブリは、最も上の太陽熱反射体128、129の上方に搭載される光起電パネル154を利用することによってさらに機能を拡張することができる。

図6cは、超軽量の与圧ケーブル支持された、デュアル集電器164のトラス橋構造の全体側面図である。伸張ケーブル構造156は、大スパン橋に求められる剛性を備えた懸架ケーブル橋132を支持する。懸架ケーブルトラス橋132構造は、柔軟な懸架ケーブル支持体に対する基部の支持を提供する。

太陽光吸収器は、懸架支線ケーブル上に自由に据えられ支持される単独のおよび/または多数の加圧作業流体管、高温吸収管160(high temperature absorber tube)、中間温度吸収管162から成る。ケーブルの支持部は円筒状または楕円状の転動ビーズで覆われ、管に対して転動「ビーズネックレス」型の支持を提供する。吸収器の中心では、転動ピンがそれらの管を支えるため、側面、底面、その他の領域での摩擦またはその他の抵抗力によって熱膨張が妨げられない。

高放射面を有する軽量だが耐久性の高いシート材が第2の反射体130に使用される。放物面反射体の外形は、開口と吸収器の幅との最適比を提供し、反射エネルギーのほとんどではなくても大半を捕捉するように独自の形状を成す。吸収器とコーティングの選択の機能と利点は、放射率、作業流体の流体流摩擦の低減、集電器の対流熱損失、高温への耐性、低コスト、簡単な保全などである。EGM全体を通じた流体の熱力学的特性の流分布および制御は、太陽光106エネルギーの生成の高熱効率にとって重要である。

反射体130および/または光起電パネル154と集熱領域の反射エネルギーの移動フィールドの位置と配向を決定する好適な方法は、最大効率を得るために継続的に最大化および最適化される。熱パネルが回転すると、反射エネルギーは主にデュアル吸収体164、対応する反射体130、および/または高温熱流体および中間温熱流体流ループを有するラジエータから成る高所線形レシーバに固定される。支持レールに沿って間隔をおいて配置される三日月状交差支持体142は、反射体パネルの回転を邪魔することなく、雪や氷の集積のための間隙を設けつつ、安定した反射パネルの支持と風の安定化を提供する。最適な放物面曲率を有する反射体パネル136がフィールドの各列に対して固定されて、最適化された大規模生成と配送、取扱、設置、清掃のし易さとを可能にする。

軽量の中間温集電器−吸収体162が物理的接続を介して上側反射体130に搭載される。懸架ケーブル橋132が吸収体を支持し、支線ケーブルが中央に搭載された高温集電器−吸収体160を支持する。外部接続点を介して各中間温吸収体162に接続される支線ケーブルアレイ交差支持体は、水平反射体エネルギー収集領域への衝撃を低減しつつ、支持と安定を追加することに供する。この設計により、非常に柔軟なシステムのためのレイアウト設計へのモジュール式アプローチが可能になる。もしくは、トラス支持システムが地上から搭載されてAFUを支持することができる。この種の太陽熱集電器126は本文書ではコンパクト線形放物面反射体(「CLPR」)と称することもあり、簡潔さと費用効果のために使用される。それらは、平行列に並べられ、共通デュアル集電器164および/または反射体フィールドの上方の特定高さに位置する共通反射体130を有する吸収体に向けられる放物面または疑似放物面反射体130「ストリップ」(長細パネル)のフィールドである。反射体130パネルは、同様サイズの光起電パネル154と交換して、地域エネルギーニーズのための局地発電を提供することができる。

デュアル集電器164および/または吸収体は、反射体フィールドからのエネルギーを収集するように設計された反射体130の列と並行に並ぶパイプ状の細長構造である。デュアル集電器164および/または吸収体は、それぞれの側で複数の反射体130列からの反射エネルギーを収集する。説明の便宜上、フィールドの基本ユニットは2つの隣接するデュアル集電器164として定義され、第3の上側反射体130と下側反射体130が装着される。理論上、下側反射体130は4つの集電器164のいずれに供することもできる。反射体列と並行に並べられたこれらの多数の吸収体フィールドユニット(「AFU」)は太陽光収集器フィールド領域を構成し、周期的な線形レイアウト対称性を表す。

既知の反射体は、単軸と、長軸に沿った旋回運動である自由度とを有する。追跡システムは反射体を回転させ、太陽の見かけ上の運動を追跡する。鏡の方向は、反射した入射日光が吸収体フィールドユニット(AFU)の縁部で、デュアル集電器164の高熱集電器および/または吸収体160のうち1つに「向け直される」ことによって、各反射体パネルがデュアル集電器164に「固定される」ように設定される。既知な従来技術のいくつかは、反射体列を単独追跡アレイに接続する機械的リンクを有する。

本発明のアプローチは、アレイの各列の回転角度がエネルギー反射の最適放射率を得るように集束され、直線列のすべての鏡が同じデュアル集電器164に集束するように確保する。列の南北配向を選ぶ従来技術もあれば、フィールドの東西配向を選ぶ従来技術もある。集電器に対する反射体列の位置と配向を説明するため、以下の用語を使用する。逆位置ソーラー128の列は、太陽に対して追跡される集電器の反対側(東西に並ぶフィールドでは集電器、または南北に並ぶフィールドでは午前中、西側反射体の反対側)に位置する。逆位置日射反射体128は、太陽光線を浴びるより大きな「共通」表面積を有する。したがって、より高い最適な反射能力を備える。受動ソーラー列129は、追跡される集電器に対して太陽と同じ側(東西に並ぶフィールドでは赤道側、南北に並ぶフィールドでは午前中は東側反射体、午後中は西側反射体)に位置する。受動ソーラー129は通常、露光法線面が小さいために最適ではない。

図6dに示すように、集電器164の目的は、反射体パネル136から最大エネルギーを捕捉し、デュアル集電器システムの放射および対流損失を最小化することによって吸収される太陽光106放射を最大化することである。融解塩、オイル、水/グリコール混合物、および/またはその他の液体媒体などの伝熱媒体と作業流体が、伝熱(または作業)流体として高温吸収体160と中間温吸収体162全体を循環する。収集された太陽光106は高温および低温熱エネルギーの使用および貯蔵110のために直接使用されるので、集電器の吸収体面は事実上、吸収体面である。

よって、本願は拡張されて移動する超小型反射体パネルフィールドについて記載し、第2の中間温吸収体162が第1の高温吸収体160からの放射熱エネルギーからの直接熱反射エネルギー収集を強化しつつ、単独吸収体への反射集束光の拡散を低減するため、反射体パネル136列は新たなデュアル吸収体164と吸収体搭載反射体パネル136とを有する。本願は、放物面反射帯パネル130の直接交換として光電池を組み込んで、追跡モータ148、流バルブ、その他の電動センサコンポーネントおよび/または制御システムを始動するバッテリを充電する局地発電および/またはエネルギーを供給するシームレスな方法も記載する。このオプションは、システム機能への遠隔電力の必要性を排除する。

本願は、遠隔電機部品に、局地エネルギー生成源、バッテリバックアップ、無線インタフェースおよび制御を組み込む別の方法も記載する。本願は、遠隔電気コンポーネントに、局地エネルギー生成源、バッテリバックアップ、有線制御信号接続のみを必要とする有線インタフェースおよび制御を組み込んで、遠隔電力用の電線の設置および保全の必要性を低減または排除する別の方法も記載する。

従来技術は、集電器および/または吸収体に直接当たらず、大気中に放射される残りのエネルギーの損失を許容していた。また、従来技術は、吸収のための集中反射がなくエネルギーの少ない吸収体により20〜35%、温度分布からの損失を被っていた。

吸収体搭載反射体パネル136のもう1つの利点は、下方の反射体フィールドからの拡散された太陽光線の方向を変え、第1の高温吸収体160の上面に反射させることである。表面全体にわたる熱分布を正規化され、従来技術では、吸収体面の底面と側面上部のわずか70%が下方の反射体パネルフィールドからの熱エネルギーしか吸収していなかった。

本発明の回転列は、フィールドからの反射日光が1日中および1年中最大化されるように、2つのデュアル集電器164と上側反射体130間の位置を調節および最適化することができる。本願は、拡張移動反射体パネルの搬送レール装置も記載する。この装置は、反射体パネル構造の線形および回転可動性だけでなく、AFUの反射エネルギーを最大化するのに必要な追跡と位置決めも提供する。さらに、本願は超軽量で高効率の集電器−吸収体構造も記載する。アセンブリは、構造およびフィールド選定にとって有益な大量生産向けの簡易な複製を有する。

集電器の特徴は、広い開口、第2の反射体構造の最適化曲率、懸架ケーブル橋吸収体支持体、吸収体の転動ビーズケーブル懸架、与圧ケーブル橋支持構造である。本願は、反射体130の三日月状交差支持体142レールも記載する。反射体パネル136の重力中心線はパネルレールの回転中心147に位置する。反射体130の放物面曲率は、AFUの各列で正規化される。本願は、高温および中間温生成システムの流分布制御方法も記載する。集電器の各吸収体は単独管を有する。フィールドは多数の吸収体グリッドを備える。熱グリッド全体を通じた熱力学条件(圧力、温度、速度、位相)の最適制御は、局地的監視/分析/制御システムの相互接続性とULTRAGRID(商標)194の互換性のために設けられる。

開示する実施形態は、熱エネルギーの形状で、あるいは冷温ベースの蓄熱のために冷却機および/または冷却プロセス169に伝達される熱エネルギーの生成方法およびシステムを提供する。太陽エネルギーは太陽集熱システムから回収し、風力は風力タービンから回収し、地熱力は地熱発電所100から回収し、水力は水力発電源102から回収し、あるいは電力は電力網に接続して使用可能グリッドエネルギー源から回収することができる。

熱エネルギー貯蔵(「TES」)システムの好適な実施形態は主に、高温貯蔵容器118、中間温貯蔵容器120、低温貯蔵容器122から成る。改良点は、廃熱エネルギー貯蔵容器の2倍の、主に温水貯蔵用の追加の蓄熱容器である。好適な実施形態は、アンモニアベースの冷却プロセス166用のエネルギー入力として高温に貯蔵された熱エネルギーを使用し、低温貯蔵容器122に温度支援エネルギーを入力し供給する。好適な実施形態は、加熱プロセス用のエネルギー入力として貯蔵された高温熱エネルギーを使用して、暖房機器、部屋、領域、地域および建物暖房システム用の温度支援エネルギーを供給する。

好適な実施形態はアクティブ冷却プロセス168用のエネルギー入力として貯蔵された冷温熱エネルギーを使用して、集中空調および冷房用の温度支援エネルギーを供給する。好適な実施形態はアクティブ冷却プロセス168用のエネルギー入力として貯蔵された冷温熱エネルギーを使用して、冷凍機器、大型冷蔵機、ワイン貯蔵室、ボックスおよび水冷却用の温度支援エネルギーを供給する。好適な実施形態はアクティブ冷却プロセス168用のエネルギー入力として貯蔵された冷温熱エネルギーを使用して、冷凍器、大型冷凍器、ボックスフリーザー174用の温度支援エネルギーを供給する。

好適な実施形態は、利用可能な貯蔵された高温熱エネルギーを用いて、回転および/または線形運動の生成のためにガスおよび/または作業流体を膨張させるスターリングサイクルから成る。好適な実施形態は、利用可能な貯蔵された低温熱エネルギーを用いて、回転および/または線形運動の生成のためにガスおよび/または作業流体を収縮させるスターリングサイクルから成る。好適な実施形態は、電気エネルギーの生成のために、生成された回転および/または線形運動を発電機114に印加する。好適な実施形態は、液体、ガス、および/または作業流体の加圧および伝達のために、ポンプまたは圧縮器に印加される回転および/または線形運動を利用する。好適な実施形態は、スターリングサイクルからリサイクルされた廃熱を加熱プロセスへ投入されるエネルギーとして使用して、暖房具、部屋、領域、または建物の加熱システムならびに水加熱用の温度支援エネルギーを供給する。効率が低く最適性能ではない別の実施形態は、スターリングプロセスエンジンの代わりに蒸気エンジンを使用していると思われる。

図8は、4効用段の吸収冷凍システムの概略図である。4効用段吸収冷凍システムでは、溶液は吸収体から並列接続される第1の発電機228、第2の発電機230、第3の発電機232、第4の発電機234へと流れる。第1の発電機228を出る溶液は多吸収体システムに戻る。第2の発電機230を出る溶液は第3の発電機232へ流れ、第2の発電機230と直列接続される発電機234へと流れる。各発電機からの冷却蒸気は対応する復水器236で凝縮される。第4の復水器242は熱エネルギーを第3の発電機232と交換し、第3の復水器240は熱エネルギーを第2の発電機230と交換し、第2の復水器238は熱エネルギーを第1の発電機228と交換する。

好適な本発明の冷却システム125は、特に、利用可能な熱エネルギー入力の量、質、圧力、温度に関連して冷凍効果の効率を高めるように向上された多効および多段式吸収冷凍システムを含む。これは、各温度帯が特定の段およびレベルの冷却に直接関連する関係のステップおよび段に影響を及ぼすため、狭い範囲の熱エネルギー入力温度帯を厳密に観察することによって実行される。これは、従来技術の代表的だが一般的かつ画一的な共通アプローチと比較検討することができる。従来技術は、個別または複数のコンポーネントベースの設計の従来の冷却機または冷凍システムに、バランスを欠いた過剰な熱液体およびガスを充填する非効率な非最適化効用段を使用する。

多効および多段式吸収冷凍システムは、昇圧装置と圧力制御装置を間に備えた、多段式再生器−復水器システム(multi−stage regenerator−condenser system)と多段式蒸発器−吸収体システム(multi−stage evaporator−absorber)とを備えることができる。本発明の好適な実施形態は、4効用段および/または利用可能な熱エネルギー温度に基づき追加の効用段を有する冷却システム125を利用する。この種の冷凍システムは複数の熱交換器、複数の発電機228、230、232、234、複数の凝縮ユニット236、238、240、242、複数の蒸発器244を主に採用し、冷却剤は複数の可変オリフィス拡張バルブ、複数の吸収ユニットによって計量される。

多効吸収冷凍システムは、多効システムの4効用段設計最適化による4効用段冷凍システムの超高、高、中、低温発電機または高、中、低温発電機構造を通じて冷却剤含有吸収性溶液を供給するため、複数の復水器継手と並列回路または直列回路を備える。追加の吸収効用段は、温度、圧力、液体とガスの腐食性の上昇に応答して、対応する耐腐食性を追加した構造によって、より高い入力温度を実現することができる。システム内のコンポーネント間で熱エネルギーを有効に伝達し、システム全体の熱効率を高めることができることを前提とし、コンポーネントの連結はシステム内の熱エネルギーの内部回収を増大させる。

4効用段吸収冷凍システムでは、溶液が、吸収体から並列接続される第1の228、第2の230、第3の232、第4の発電機234へと流れる。第1の発電機228を出る溶液は多吸収体システムに戻る。第2の発電機230を出る溶液は第3の発電機232に流れ、第2の発電機230と直列接続される第4の発電機234に流れる。各発電機からの冷却蒸気は対応する復水器236で凝縮される。第4の復水器242は第3の発電機232と熱エネルギーを交換し、第3の復水器240は第2の発電機230と熱エネルギーを交換し、第2の復水器238は第1の発電機228とエネルギーを交換する。

別の実施形態では、5効用段吸収冷凍システムを使用して、溶液が吸収体から並列接続される第1、第2、第3、第4、第5の発電機へと流れる。第1の発電機を出る溶液は多吸収体システムに戻る。第2の発電機を出る溶液は第3の発電機に流れ、第4の発電機に流れ、第2の発電機に直列接続される第5の発電機に流れる。各発電機からの冷却蒸気は対応する復水器で凝縮される。第5の復水器は第4の発電機と熱エネルギーを交換し、第4の復水器は第3の発電機と熱エネルギーを交換し、第3の復水器は第2の発電機と熱エネルギーを交換し、第2の復水器は第1の発電機と熱エネルギーを交換する。入力温度の上昇と冷却要件の増加に応じて、上記教示を用いて効用段を追加することができる。

人工知能管理システム(「AIMS」)の一体化により、電力網管理188、エネルギー生成システム178、水素生成システム180、アンモニア生成システム182、エネルギー再生システム、性能調整、電力監視184、周波数整合186、制御システム冗長のためのソフトウェアおよびハードウェアベースの統合制御データ取得および処理が提供される。これは稼働時間の可用性を高めるために、自動保全スケジューリング用の機械学習と組み合わされる。該システムは、局地および遠隔概要、監視、制御のためのデータインタフェース用の安全なSCADA統合的な解決策も提供する。さらに該システムは、健全性監視のためにシステムコンポーネントおよびセンサの動作状態を監視し、性能全体を最適化する変更および趨勢を特定し、故障が発生する前に予防的保全スケジューリングアプローチのための未処理問題の警告レベルと接触維持を監視する。

図12に示すように、商業用電力網管理システムの統合により、生成エネルギー利用向上のための負荷整合190のエネルギー生成と負荷生成システムの予測要件のインテリジェント制御、バックアップおよびベース負荷供給を通じたエネルギー生成不足による電圧低下防止のための能動的な監視および制御、スマートグリッドインタフェース192、エネルギー生成の監視とエネルギー使用予測を提供することができる。

図13に示すように、エネルギー生成システムの統合により、生成システムと負荷供給システムとのインテリジェントインタフェース(intelligent interface)が提供される。システム間データの相互作用は、稼働時間を増やしてエネルギー処理貯蔵システムの最大効率を促進しつつ、スパイクを低減させて安定した電力網109の電力制御を可能にする。局地的に統合されたエネルギー貯蔵110は、蓄熱システム125への可変的な投入エネルギーに基づく電力変換のために、エネルギー生成源からイントラグリッド制御109までの通信を橋渡しする。エネルギー貯蔵システム110の統合により、最大効率および安全性にとって業務上必須の反応時間内に最適エネルギー収集および最大エネルギー生成が可能になる。

本発明は、エネルギーの生成、処理、移送のためのコア再生可能エネルギー装置と、共有インテリジェント双方向エネルギー生成システム178およびインテリジェント機械学習システムを備えるエネルギー貯蔵110とから成る。コアエネルギー生成装置は以下太陽熱アレイ変換システム(STACS)106と称するものとする。これは、熱エネルギー貯蔵および/または冷エネルギー貯蔵124に熱伝達されるように回収されるすべての使用可能な熱エネルギーを完全に収容し、その使用を促進することによって実現される。

もう1つの改良点は、商業用電力網規模の蓄熱のために電気的に得られた熱生成を介して、商業用電力網規模の剰余電気エネルギーを利用することである。これにより、数百、もしくは数千キロワット時、さらには需要に応じて数メガワット時の利用可能なエネルギーを貯蔵することができる。

さらなる改良では、余剰の風力および/または光起電太陽電気エネルギー107を商業用電力網規模熱エネルギー貯蔵125として貯蔵することができる。現時点では熱エネルギーとして貯蔵されている余剰電気エネルギーは、商業用電力網ベース負荷用のエネルギー生成のために活動中またはオンデマンドのエネルギー源として使用する、あるいは負荷安定性、電圧安定性、局地品質商業用電力網効率に関する高ピーク需要負荷ニーズを満たすために使用することができる。

本発明のさらなる改良では、局地オンサイト熱および地熱エネルギー貯蔵100の完全な統合により、蓄熱維持熱源、電力網ベース負荷、中間ベース負荷のピーク支援のためのエネルギー生成用のオンデマンドエネルギー源として使用する、あるいは負荷安定性、周波数整合186、電圧安定性、電力網効率のための高ピーク需要負荷ニーズを満たすために使用することができる。

さらなる改良は、ULTRAGRID(商標)システム194を組み込む、および該システムとの互換性を備えることであり、エンドユーザのためのエネルギーの生成、貯蔵、提供を最大化する消費者用ならびに商業用製品およびサービスの完全ラインを備える。地域商業用電力網供給システムを通じた効率およびエネルギー安定性の向上は、ソフトウェアとハードウェア解決策の組み合わせから実現される。また、他の装置電力制御システムと置き換えることができる。

さらなる改良は、ULTRAGRID(商標)194が、エネルギー生成、エネルギー貯蔵110、エネルギー供給、電力網層、消費者層、エンドユーザコンポーネント層から成る層状コンポーネントで設計される点である。この層状化は、簡易な論理統合、柔軟な情報アクセス、適応性と拡張性、迅速な反応、高速で容易な設置、堅調で安定した動作を可能にする。

さらなる改良は、ULTRAGRID(商標)194などの外部ソフトウェアパッケージを組み込む、および該パッケージとの互換性を備えることであり、ソフトウェアおよびハードウェア解決策の組み合わせから企業電力網供給システムを通じて効率およびエネルギー安定性を最大化するための消費者用ならびに商業用製品およびサービスの完全ラインを備える。さらに、他の装置電力制御システムと置き換えることもできる。

消費者用ソフトウェアは、個人のエネルギー利用を分析および制御する局所および遠隔利用を可能にし、ULTRAGRID(商標)ZH1家庭用制御セキュリティシステム194に組み込むことができる。消費者用ハードウェアは、一般的な家電機器に差し込んでスマート機器にすることのできる独立型差込式アダプタ、すなわち、ULTRAGRID(商標)Z1を含む。また、互換性と接続性を備えるため、その他の現在入手可能な制御装置と置き換えることができる。

さらなる改良では、共通データインタフェースおよびネットワークを用いて、テレビ、冷凍機、類似のユーザ所有機器などをスマート装置に変えることができるULTRAGRID(商標)ZA1によって監視および記憶されるULTRAGRID(商標)ユーザセンサデータを含む。

該システムのさななる改良は、名目負荷供給のための電力網エネルギー負荷平均化に関してSTACS電力網接続サイトを監視して、電力品質およびエネルギー可用性向上のための備蓄容量を生成することができるようにする。また、システムは、名目負荷供給のための電力網エネルギー負荷平均化に関してSTACS蓄熱電力網接続サイトを監視して、備蓄容量を生成することができるようにする。

さらなる改良では、エネルギー発電機の電力損失を再分配し、局地貯蔵からオンラインの利用可能な状態に供給することができる。この地域システムとその他の動作中のシステムノードからの支援モードはULTRAGRID(商標)の命令および制御始動に応答して開始されて、地域電力網の崩壊と電力品質の変動を防止する。さらなる改良はULTRAGRID(商標)の互換性を包含し、中央指令制御統合ネットワークオペレーションセンターから全サイトからの通信とサイトの状態の管理を可能にする。相互接続ネットワークデータ制御システムおよびサブシステム108は、必要な場所および時間にエネルギーを振り分け、廃エネルギーおよび廃熱の有益なリサイクルおよび再生利用を提供する。

さらなる改良は、変動および季節バランス要件を有する日中サイクル中、消費者電力品質の向上と電力網の安定化を図ることである。これは、通常は日中に生じるプライムタイムのエネルギー使用中、局地消費者分散型蓄熱貯蔵を利用することで達成される。このような補完によって、オフピーク中の外部電力網エネルギーからの熱変換を通じて最適な可用性と信頼性を維持することができる。

さらなる改良では、重複する冗長なサブシステムを低減または完全に排除して、重複するシステムおよびサブシステム108の排除から部品数と過剰なエネルギー使用を減少させる。従来技術は主に装置効率を設計し、製造コストを節減する努力に頼っていた。こうした方法は有益であるが、この種の開発によくある漸進的強化であるために範囲も効果も限られる。また、従来技術は、徹底的かつ根本的な改革ではなく穏やかな進化的順応に多くを依存していた。

図11に示すように、本発明は、太陽熱106、風力104、光起電ソーラー107を、蓄熱および地熱貯蔵素子100に組み込んだことで他の従来技術と異なる。本発明は、重複するコンポーネントとプロセスを省略してエネルギー投入要件を低減しつつ、発電、熱用途のための温熱、冷熱用途のための冷熱を統合したことで他の従来技術システムと異なる。従来技術は追加のエネルギーを投入して、熱を除去し、消費者の密閉領域を冷却することによってエネルギー利用効率を低下させていたが、本発明は有用な作業のために熱エネルギーを利用する。

欠陥設計によってエネルギー損失と非効率性を生み出す従来技術に対して、本発明は発電プロセスから生成される廃熱をアンモニア冷却165、蒸発冷却プロセス、浄水、脱塩、水加熱用途プロセスのための熱源である投入エネルギーとして使用して、使用済みエネルギーの追加の利点をもたらす。共通の熱および電力網を使用する本発明は、非効率で不要な変換および移送からの損失を低減することによって、効率を高め、冷却アプリケーションおよびプロセスに必要なエネルギーと材料の節減を促進する。地域システムを効率的で主要な商業用電力網エネルギーシステムに結合することとは対照的に、従来技術は複数の電気および熱分配システムと変換の接続部を必要とし、接続部毎にエネルギー損失が嵩み効率が低下する。

図9に示すように、好適な実施形態は、ハイブリッド風力104および太陽エネルギー生成システムの相互接続を通じて、電気、熱、ならびに化学相互作用とエネルギー変換を促進することによって達成される。もしくは、地熱100、水力発電102、その他の電力網エネルギー接続入力源と置き換えることができる。

主な実施形態の効率および費用効果は、包括的な改良ハイブリッドエネルギー生成システムに基づき、再生エネルギーを使用する廃熱回収システムと対を成してすべての利用可能なシステムリソースを利用し、最大限の恩恵を実現する典型的なエネルギー生成から可能になる。インフラの最大限の活用を通じてエネルギーコストの最小化を図ることは、重複する不要で冗長なプロセスを低減しつつ、資本集約型固定資産を貨幣化することによって達成される。投資資本要件は、投資資本金収益率の向上強化を通じて大幅に低減される。

図9に示すように、開示の実施形態は、発電および熱用途のために電気および熱エネルギーを生成するシステムを提供する。動作中、システムは風力104と太陽光とを組み合わせ、日中と夜間の電気熱エネルギー生成を最大化する。内部工業用に、または外部電力網エネルギー供給元としてイントラグリッド109に接続される。また、地熱100と水力発電102または外部源は、電気エネルギーの投入に使用することができる。

太陽集熱システム126は、移送する熱エネルギーを回収して、高温蓄熱システム118に貯蔵するように配備される。夜間や熱回収が不十分な期間、システムはアプリケーションの使用または電気エネルギー生成のために温熱と冷熱の備蓄を利用する。もしくは、地熱100や熱生成のためのその他の電気および化学反応を熱エネルギー回収に利用してもよい。

いくつかの実施形態では、熱の高熱容量流体から作業流体への選択的移送は、高熱容量流体と作業流体間に断熱要素を配置して高熱容量流体に熱を保持することと、断熱要素の場所を変えて伝熱要素を通じて高熱容量流体から作業流体へ熱を移送することとを含む。

高温蓄熱システム118は熱エネルギーをオンデマンドで供給するという第1の目的に供し、この熱エネルギーは熱用途および熱から電気への変換用途に必要である。さらに、高温蓄熱システム118は、作業流体を用いてタービンシャフトを回転させ、回転運動エネルギーおよび/またはスターリングサイクルガスおよび/または作業流体の膨張収縮を引き起こし使用可能な作業をさせる熱交換のために必要な熱エネルギーを供給するという第2の目的にも供する。

また、作業流体は、ガスおよび/または作業流体の膨張収縮を引き起こし、利用可能な作業を行わせるためにピストンに力を印加して運動させることができる。いくつかの実施形態は、プロペラ、インペラ、1つ以上のパドル、およびドラムのうち少なくとも1つを含む回転翼を使用する。いくつかの実施形態は、低沸点の作業流体を使用する。その後、作業流体は、エネルギーリサイクルのために再生利用し、システム再利用のために処理することができる。また、該システムは冷却システムおよび冷却機システム169を配備して、局地冷貯蔵システムおよびさらなる低温適用要件のために適切な圧力と冷却を提供する。

好適な実施形態のスターリングエンジンシリンダ116の下端と上端の内部は、これまでのスターリングエンジン設計と異なる。本発明の好適な実施形態に係るシリンダの下端は、接続ロッドの上部を有しておらず、ピストンに直接装着されない。その代わりに、接続ロッド204の上部は、ガイドチャネルに位置する「クロスヘッド」205に装着される。次いで、長いピストンロッドがクロスヘッド205をピストンに接続する。これにより、接続ロッド204によって生成される力は、ピストンではなくクロスヘッド205に吸収される。

いくつかの実施形態では、該システムは、低熱容量流体に熱を保持するために断熱容器または地熱貯蔵100も使用する。いくつかの実施形態では、伝熱素子は、金属面、マニホルド、導電性ロッド、およびラジエータなどの伝熱率の高い素子である。最後に、該システムは、伝達された回転エネルギーを使用して負荷またはトルクを生成する。

また、いくつかの実施形態では、移送された高熱容量流体が低熱容量作業流体を沸騰させる。その後、圧縮ガスおよび/または作業流体を露出させて、ガスおよび/または作業流体を膨張させ、ピストンに力を印加し、その運動をクランクシャフト202上の回転または線形発電機の線形運動に変えることによってシリンダ内の回転エネルギーを生成することができる。回転エネルギーまたは線形運動は、機械リンク機構、斜板、圧縮器、ポンプ、発電機114などの用途や要素の駆動に使用される。

生成された回転および/または線形作業エネルギーは、シャフトの回転および/または線形運動を移送して、入ってくる水を加圧し、たとえば脱塩、蒸留、逆浸透およびオンデマンド使用のための追加のエネルギー貯蔵方法としてのタンクおよび/または水タンクへのその後の貯蔵から成る浄水システムを通過するのに必要なエネルギーを水ポンプに供給することによって利用される。次に、生成された回転および/または線形作業エネルギーは、圧縮器を駆動し、十分な作動圧力を確立するための回転および/または線形エネルギーを提供するために使用することができる。この結果、圧力スイング吸収123(pressureswing absorption)が適切に機能し、このプロセスにより、ガスおよび/または作業流体を、オンデマンド使用のための追加エネルギー貯蔵方法110として分離、隔離、貯蔵することができる。最後に、生成された回転および/または線形作業エネルギーは、発電機を駆動し、電気エネルギーを生産するように使用することができる。このエネルギーは、電解槽113に電力を供給することによる追加の水素生成用のシステムでの使用のために内部電力網に移送することができる、あるいは電力網供給機として利用可能にすることができる。

図3は、層状熱エネルギー貯蔵容器196を示す。本発明の一実施形態によると、中間温および低温熱エネルギー流体は同じ貯蔵容器110に貯蔵することができる。別個の中間温および低温ループインタフェースと共に温度躍層200(thermocline)を使用することは図示されるように必須である。本発明の一実施形態では、中間温貯蔵部120は約15.56℃(60°F)で流体を保持し、低温蓄熱容器122は約4.44℃(40°F)で流体を保持するときとされる。図3に示す具体的なステップの構成は、実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

図4および図7を見ると、一実施形態の太陽熱プロセスのフローチャートが示されている。図示する断熱容器は、熱容量流体における再生可能エネルギー112からのエネルギーの貯蔵を簡易化する。その後、貯蔵エネルギーは、エネルギー要件に関連付けられるエネルギー需要に基づき電気および熱エネルギーを生成するのに使用することができる。貯蔵されたエネルギーから発電するため、貯蔵装置110内の高熱容量流体の化学物質および/または熱を作業流体に選択的に移動させることができる。たとえば、断熱要素を高熱容量流体と作業流体との間に配置して、高熱容量流体に熱を保持させることができる。太陽光106および/または風力104が少ないとき、および/または電力需要が大きいとき、断熱要素は、金属面、マニホルド、導電性ロッド、および/またはラジエータなどの伝熱要素を介して高熱容量流体から作業流体へ熱を移送するように再配置することができる。

最後に、移送された作業流体の熱は発電に使用される。より具体的には、高熱容量流体から作業流体への熱の移送が作業流体を迅速に沸騰させるように、低沸点の作業流体を使用することができる。その後、沸騰した作業流体からの水蒸気および/または蒸気を使用してタービンの回転翼を回転させることができる、タービン176を使用して利用可能な作業のための回転装置を駆動させることができる、および/または図14および15に示すようにスターリングエンジン116を使用して、熱エネルギーから直接有用な作業を生成することができる。

図5aは、本発明のスターリングエンジン116の好適な実施形態を示す。図5bは、スターリングエンジン116シリンダ構成の全体を示す。さらに、図5cは、2つのシリンダチャンバを備えた単スターリングエンジン116の端断面図である。図5dおよび5eは、本発明の好適な実施形態に係るスターリングエンジン116の1セットのスターリングエンジン116シリンダと単一ピストンの構成を示す端断面図である。クランクシャフト202は接続ロッド204によってリストピン206および拡張ピストン208に装着され、前記拡張ピストン208は拡張シリンダ210内で往復運動する。拡張シリンダ210の周囲では、熱交換器212、再生器214、冷却器216、シースシリンダ218が直列接続される。冷却器216の下方には、前記冷却器216と圧縮シリンダ209を接続するダクト220が設けられる。圧縮シリンダ209内で、転置圧縮ピストンが往復運動する。図5bおよび図5dに示すように、圧縮ピストンは、円筒状外側部、リング222、円錐部224、ヘッドガスケットシール226を備える。

本発明の好適な実施形態は主に、単エンジン2気筒ガンマ型スターリングエンジン116用の転置圧縮ピストンおよびシリンダから成る。これにより、線形「V」、ダブル「V」、「W」および/またはラジアル型ピストン構造のエンジン構成が可能になる。クランクシャフト202の1接続部は1つ以上の接続ロッド204に装着することができ、同様に並べられるシリンダのそれぞれに入る。高温側シリンダ212において、従来の拡張ピストン208はリストピン206によって対応する接続ロッド204に装着される。エンジンの熱交換器212、再生器214、冷却器216はこのシリンダ212の周囲に環状に配置される。

圧縮側シリンダ209において、従来の圧縮ピストンはリストピン206によって対応する接続ロッド204に装着される。エンジンの冷却器216は内部に、および/またはこのシリンダの周囲に環状に配置することができる。拡大縮小中、冷却器216は圧縮シリンダ209と並列して移動させることができる。本発明の目的は、熱チャンバを大量生産品と同一の設計とすることができながらも、低いエネルギー投入要件を維持しつつ材料使用要件と重量を低減するようにシリンダ壁が薄く維持される一般的なスターリングサイクルを開発することである。記載される多気筒スターリングサイクルの熱エンジン116では、シリンダが2列に配置される。一方の列のシリンダは他方の列のシリンダに対してジグザグに配置され、一方の列のシリンダの長手中心軸は他方の列のシリンダの長手中心軸の斜めに位置する。列とレイアウトは、複数列の星形エンジン設計を含むまで追加することができる。

クランクシャフト202の近傍には、圧縮ピストンリング222および/またはシールが乗る大孔を備えたシリンダの内側部が位置する。接続円錐部224は、冷却器216に直接連通する口を組み込む。円錐部224の下方には、実質的にシリンダを拡張させて長い接続ロッド204を収容する圧縮シリンダ209の(前述した大孔に対して)小孔外側部が位置する。このシリンダの外側部は、角張った接続ロッドのためにピストンの側部荷重を吸収する。本願で使用する「内」および「外」は、素子とエンジン116の中心であるクランクシャフト202との近接度を指す。

圧縮ピストンは転置されるため、シールがリストピン206と側部荷重ベアリング部よりもクランクシャフト202から遠ざかる。ピストンは、荷重摩耗領域を有するリング222および/またはシールを担持する大径内側部を備える。円錐部224はピストンの内側部と、封止リストピン206および摩耗領域を含む小径の円筒状外側部とを接続する。十分な間隙またはその他の解放手段がピストンの外側部に設けられて、シリンダの全部品の間で作業ガスの通過を常に制限しつつ潤滑を可能にする。

圧力解放とガス移送は、圧縮側シリンダへの移送のために解放通路熱変換器212と直列型再生器214を通じて実行される。この解放手段は、シリンダピストン内ではなくシリンダの外部に配置することができる。このピストン外側部の径は、自身と解放手段との死容積比を最小限にするため、耐えるべき荷重に一致させてできる限り小さい許容誤差で間隙を小さくされる。良好な動的バランスを促進するため、圧縮ピストンは拡張ディスプレーサピストン208と同じ質量を有するように設計されて、クランクシャフト202上で重量の釣り合いをとる。シリンダ列の相殺するジグザグ配置により、システムは共通クランクシャフト202を使用することができ、シリンダブロックは連続的に挟まれるシリンダブロックとなってすべてのシリンダを収容、支持、および/または包含することができる。

本発明の好適な実施形態は、ヘッドおよび複数のシリンダを単独の製造ピースブロックとして使用してエンジンのシーリングを簡素化し、線形オフセット対角シリンダ列でより高出力のエンジンを可能にし、単クランクシャフト設計を採用しつつ大量生産機能を強化するためにディスプレーサ側シリンダの並列配置を採用する。また、本設計のディスプレーサ側シリンダと圧縮シリンダ209の配置では、シリンダ毎に別のヘッドを実現することができる。さらに、1つ以上のハーモニックバランサ、クランクプーリダンパー、ねじりダンパーなどをスターリングエンジン116のクランクシャフト202に任意で接続してねじり振動とそれに関連するノイズを低減することができる。同様に、1つ以上のバランスシャフトをスターリングエンジン116に使用して、振動および振動ノイズを低減することができる。

追加の方法は、回転ディスクバルブ(モータサイクル2サイクル内燃機関254ではより一般的である)を圧縮シリンダとディスプレーサ側シリンダのガス交換通路間に圧力増強のために設けることができる。これは、ローブまたはカムシャフトを追加して、クランクシャフト202を使用する標準的な燃焼機関型吸気/排気バルブを備えたシリンダ間の通路内で、タイミングを提供しバルブを開ける働きをするために交換が行われるときにも達成することができる。図47は、本発明のプロセスに組み込まれた追加の燃焼機関を示す。同様に、図48は、燃焼機関の組込のために、必要な制御モジュールと、ネットワーク動作および計器動作制御センターとの通信を示す。

シリンダ、ピストン、ピストンリング222、ロッドベアリング、おそらくはバルブ用のエンジン注油システムは、使用される場合、エンジンのあらゆる部品に正確な温度と圧力で清浄なオイルを送達するように設計される。オイルは油受けを出てシステムの中心であるポンプに吸入され、オイルフィルタを通って圧力を主ベアリングとオイル圧ゲージに印加する。オイルは主ベアリングから送り孔を通過してクランクシャフト212の経路に入り、接続ロッド204のビッグエンドベアリングに至る。シリンダ壁およびピストンピンベアリングは、回転クランクシャフト202によって分散されたオイルにより潤滑させられる。余分なオイルはピストンの下側リング222によって掻き取られる。その後、余分なオイルは油受けに排出され、そこで熱が周囲の空気に分散される。クランクシャフトジャーナルが摩耗すると、エンジンは低オイル圧となり、エンジン内部全体にわたってオイルを放出する。余分な飛沫がリング222を覆って、エンジンからオイルがシリンダの圧縮室に漏れ出す可能性がある。摩耗したベアリング面は、単にベアリングインサートを交換することによって再生させることができる。十分なオイルがシステム全体に行き渡ると、流体力学的潤滑が発揮されて、ベアリング摩耗の進行を抑制し、シリンダ壁の摩擦および加熱を低減させる。

ピストンリング222は摺動シールを提供して、圧縮および燃焼中の燃料/空気混合物の漏れと、燃焼室から油受けへの排出を防止する。第2に、オイルが油受けから燃焼領域に漏れ出し、作業流体移送を汚染することも防止する。十分に保守されたエンジンのピストンリング222とシリンダ壁間には流体力学的潤滑が存在する。流体力学的潤滑は最小限の摩擦と摩耗に不可欠である。ピストンが方向転換を止める上死点と下死点では、膜厚が最小となり、混合潤滑が生じうる。

ピストンからシリンダへの良好な伝熱を実現するためには、最適な封止、最小のオイル漏れ、最小の膜厚が望ましい。膜厚はいわゆるオイル制御リングによって最小に保たれる。このリングはピストンリング222の上方に位置するので、余剰オイルは直接油受けへ下方に掻き取られる。このリングの通過によってシリンダ壁に残るオイルは以下のリングを潤滑するのに利用可能である。このプロセスは連続するリング222でも繰り返される。上昇行程では、第1の圧縮リングが、下降行程中にシリンダ壁の後ろに残ったオイルによって潤滑される。圧縮室から油受けへのガス漏れは性能低下を招く。これが、頻繁なオイルの補充にもかかわらず、オイル交換からなるメンテナンスを欠かせない理由である。本発明の多気筒スターリングエンジン116は、複雑化を招いたり機械効率を低下させたりすることなく多気筒多ピストンスターリングエンジン116の性能と寿命を向上させる簡易で実際的な方法を提供する。複動式2ピストンスターリングエンジンは、簡潔さと良好な性能の両方を示す高エネルギー用途向けスターリングエンジンの最も望ましい形状の1つであることが一般的に認められている。このようなスターリングエンジンは、様々な形状で設計することができる。たとえば、シリンダは、単独または複数列の直線的な直列型「V」(inline “V”)、ダブル「V」(double “V”)、「W」、ラジアル型(radial layout)ピストンエンジン設計構成で配列することができる。

最も望ましい構造の1つが、シリンダが標準的なクランクシャフト接続で放射状に位置するダブル「V」型エンジンである。このレイアウトは、簡潔さと強度、スターリングサイクルにとって適切なピストン位相、優れた動的バランスを提供する。接続ロッド204に関してトレードオフが発生する。すなわち、接続ロッド204が比較的長く作製され、シリンダの行程が長くなるとヘッドがより遠くに配置されることによって大きなプレナムと熱交換器212が必要になり、それらの間の空間から生じる、性能の低下をもたらす死容積比が増大する。その他の要因は、最適効率のコンパクトな熱交換器212の選択である。接続プレナムは短い接続ロッド204により性能は最適ではなく、効率的な長い接続ロッド204を有する設計も、熱交換器212とそれに対応するプレナムにおける大きな死容積比により最適な性能を実現しない。

本発明は、エンジン設計者がダブル「V」型スターリングエンジン116にコンパクトな熱交換器212、効率的な再生器214、プレナム、効率的な長い接続ロッド204を組み込むことができる新たな形状のスターリングエンジン圧縮ピストンおよびシリンダ209を開示する。本発明のスターリングエンジン116は、機械的に効率的な長接続ロッド204を使用しつつ、シリンダ209、210をコンパクトな熱交換器212と移送路によって接続することのできるダブル「V」型2ピストンエンジン用の転置圧縮ピストンおよびシリンダ209である。

1例では、クランクシャフト202は、2つのシリンダ209、210を交差させる孔に搭載される。シリンダの一方はクランクシャフト202の孔から垂直に延在し、他方は水平に延在する。クランクシャフト202から延びた各クランクは2つの接続ロッド204のうちの1つに装着され、2つのシリンダ209、210のそれぞれに入る。縦型シリンダでは、従来の拡張ピストン208がリストピン206によって対応する接続ロッド204に装着される。エンジンヒータ212、再生器214、冷却器216はこのシリンダの周りに環状に配置される。スターリングエンジン設計の拡大縮小中、冷却器部216はディスプレーサ側シリンダ210とのインラインから圧縮シリンダ209とのインラインまで移動して、後述するスターリングエンジンの切欠図(図5c)に示されるように余分な死空間比を発生させずに、より多量の接触を可能にする。水平圧縮シリンダ209は共通延長軸に沿って2つの同心孔を有し、円錐部224がそれらの孔を接続する。クランクシャフト202の近傍には、圧縮ピストンリング222および/または封止が乗る大孔を備えたシリンダの内側部が位置する。接続円錐部224は冷却器216に直接連通する口を組み込む。円錐部224の下方には、圧縮シリンダ209の外側の小孔(上述した大孔に対して)があり、実質的にシリンダを拡張して長い接続ロッド204を収容する。このシリンダの外側部は、角張った接続ロッドによりピストンの側壁荷重を吸収する。圧縮ピストンはリング222および/または封止と小さな摩耗領域とを担持する大径内側部を備える。円錐部224はこの内側部と封止されたリストピン206および大きな摩耗領域を含む小径の円筒状外側部とを接続する。適切な動的バランスを促進するため、このピストンは拡張ピストン208と同じ物理的質量を有するように設計され、クランクシャフト202上で平衡をとる。

スターリングサイクルを反転させ、線形または回転入力の形状でエネルギー投入を提供することによって、スターリングサイクル熱エンジン116は冷却プロセスを実行することができる。圧縮側を冷却し、変位側としても知られるディスプレーサ側に熱源を提供する代わりに、熱転写交換器266が、熱交換器212と、機器、貯蔵空間、またはガスおよび/または液体物質を冷却するための熱サイフォンなどの装置やその他の従来技術の熱移動方法などから成る熱入力と交換して使用される。この冷却プロセスは、冷凍172に使用することができる、あるいは氷点以下または超低温レベルの温度を供給してガスを液化し、このような物質またはその他の熱用途を提供するまでに拡張することができる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法を示す。このエネルギーは、発電機114、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、低い温度差動を有するスターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入として、廃エネルギーの第2レベルの再利用に使用され、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に、その熱エネルギー投入の一部を使用することができる。

本実施形態は、拡張性の高い可動および固定5効用発電再生可能エネルギーシステムおよびエネルギー貯蔵システム110に関する。従来技術の熱エネルギー源は主に、ガスタービン、マイクロタービン、往復機関、蒸気タービン176、原子力発電所、放射性同位体熱発生機、地熱100、ボイラー、スターリングエンジン116、燃料電池、太陽熱システム106、熱電併給(CHP)と併せて動作するその他の熱入力源を含む。本発明の好適な方法は、スターリングエンジン116を有する熱エネルギー源、吸収冷却システム121、関連貯蔵システム、広域エネルギーエコシステムに組み込まれた制御システムを含む。

本発明の好適な方法は、QEGとしても知られる5効用生成システムであり、回転エネルギー出力を任意で備えた冷却、冷凍、加熱、電力(CCFHP)併合システムと合体した合同多サイクルエネルギーシステム(CMCS)の恩恵と、それとは別の発見とを統合する利点を提供する。本発明の好適な方法は、孤立したシステムが非最適化設計および構造で適用されることから生じる欠点を排除または大幅に低減しつつ、従来技術の強みに基づき構築することのできる中心的な本発明の実施形態を含む新規な方法、プロセス、アプリケーションから恩恵を得る。

本発明の好適な方法は、往復エンジン、ガスおよび/または蒸気タービン176、マイクロタービン、太陽熱システム106、原子力発電所、放射性同位体熱発生機、地熱100、燃料電池250、スターリングエンジン116などの熱エネルギー源を主要熱エネルギーサイクルとして使用する多サイクル発電システムをからなり、さらなる利益のために、本発明の好適な方法を使用することで、追加の熱集約プロセスおよびアプリケーションのために廃熱エネルギーをリサイクルする。たとえば、スターリングエンジン116、熱エネルギー貯蔵、脱塩、その他の熱集約用途を組み込んだ追加段サイクルを、利益増大と効率向上のために一体化することができる。

本発明は、持続可能な環境保護エネルギーを動力とする生産、生成物処理、熱分解、副産物処理、分離、取扱・貯蔵システム、追加のプロセスおよびアプリケーションを統合できるオープンアーキテクチャを提供する。該システムは、分析、監視、制御用の追加の入力センサを含む適応メトリクス、バイオメトリクス、熱画像官能分析を使用し、統合された自動化と維持された共生人工知能制御システムがバランスの取れた環境に優しい使いやすいエコシステムを提供する。

該システムは、専用の生成物プロセスおよびアプリケーション、副産物処理、分離処理、主に電気分解278、熱分解、摩耗、精錬、焼成、固化、洗浄、噴霧、ドラム乾燥、浄化、包装、バルク貯蔵、乾式貯蔵施設などのアプリケーションおよびプロセスを含む総合可動/固定再生可能エネルギー生産および貯蔵方法を形成する。再生可能環境保護エネルギー源を主要エネルギー成分として投入し、3製法脱塩、セメント生産、ブロックおよび煉瓦生産、屠畜、データセンター、飼育、精錬、熱分解264、潤滑剤合成、プラスチック製造、カーボンファイバ生産、酢酸生産、湿式磨砕、セルロース処理、その他の原料生産、精錬所から成る鋳造施設、電解槽113、炉、電気分解278、蒸留ユニット、蒸発器ユニット、逆浸透、吸収冷却121、再生可能熱エネルギーを使用するスターリングエンジン116、エネルギー貯蔵110、回転および電気の生成のためのエネルギー移送といったアプリケーションおよびプロセスに主にエネルギーを投入する本発明の好適な方法は、環境に優しく拡張可能かつ持続可能な再生可能エネルギー生成およびエネルギー貯蔵システム110をもたらす。

これらの実施形態は、システムのサイズの拡大縮小、機能、複雑さ、使用可能な天然および人工の有機および無機化合物を含む幅広い処理、サブ処理、副産物処理、分離プロセスの許容値に対する基盤を成す。本願における本発明の電子監視、識別、エネルギー生成、最終用途要件の供給補償から電力網の安定性を満たす、ベース負荷エネルギー負荷応答およびエネルギー供給、制御要素は以降、上記から、「ULTRAGRID(商標)」194として知られるシステムとしての特徴および機能を備える素子と称するものとする。より具体的には、本発明の好適な方法は、ULTRAGRID(商標)194を一体化接続し、それによって制御されるエネルギーシステムを備え、持続可能なプロセスおよびアプリケーションを促進し維持する主要な手順、有効エネルギー、効率的な生成物および副産物の大量生産のための環境制御要因とバランスを組み込んだプロセスおよびアプリケーションの拡張可能なハイブリッド方法であり、再生可能エネルギー112と、エネルギー貯蔵素子110からの冗長バックアップ電力262によって電力を供給される。

本方法の好適な方法は5効用発電(QEG)と称され、個々の発見と多サイクルエネルギーシステム(CMCS)とを統合させて、任意で回転エネルギー出力を含む冷却、冷凍、加熱、電力(CCFPH)併給システムを提供する利点をもたらす。本発明の好適な方法は、孤立した従来技術システムが非最適化設計、構造、または実施に適用されるために生じかねない欠陥を排除または大幅に低減しつつ、新たな統合された解決策を導入した従来技術の利点から恩恵を得る。

本発明の好適な方法は、物理的特性である直接または自然対流熱交換からの熱サイフォンエネルギー再生によるエネルギー移送を介した熱管理を含み、機械ポンプを必要とせずに物質(液体または窒素や空気などの気体)を循環させる自然対流に基づく受動的な熱交換を利用するアプリケーションおよびプロセスの方法である。熱サイフォンは通常、ヒートポンプ、水ヒータ170、ボイラー、炉などの加熱および冷却用途において液体および揮発性ガスを循環させるために使用される。熱サイフォンはいくつかの液体ベースの加熱および/または冷却システムで使用されて、液体への上記作用を実行する。

本発明の好適な方法は、蒸気の蒸発と凝縮によってシステム内で移送されるエネルギーを介した熱管理を含み、このようなシステムは熱パイプとして適切に分類される。当該システムが窒素、ヘリウム、または空気などの他の流体も含む場合、熱束密度は実際の熱パイプよりも小さく、追加の恩恵を得るためのエネルギーのみを含むが、それに対して従来技術の熱管理は、熱エネルギー廃棄物の除去に費用がかかるとみなされ、冷却塔246やラジエータなどの装置を使用して過剰な熱を大気に放出する前記熱エネルギーの処理に起因するコストを享受する。

図16および17に示すように、本発明の好適な方法は、略論理上の性能レベルを実現するため、温入力と冷入力の両方の熱エネルギーと、スターリングエンジンおよび吸収冷却システム121の追加レベルまたはサイクルを利用するスターリングエンジン116を使用する。既存の従来技術設備に本発明の好適な方法を適用する1例は天然ガス発電所であり、燃焼ガスから生成される熱によりタービンを回転させて発電機へ送る回転エネルギーを生成する。その後、廃熱が蒸気生成に利用され伝達される。生成された蒸気は加圧され、圧力および熱エネルギーとして蒸気タービン176に供給される。次いで、このエネルギーは回転エネルギーの生成に利用され、電力として発電機に供給される。使用済みの蒸気エネルギーは乾式または湿式冷却システム125に移送され、変換によって、凝縮された蒸気の温度が下げられ、再利用のために液化され水へとリサイクルされる。

本発明の好適な方法は、熱源からの熱エネルギーを熱エネルギー貯蔵に伝達する、あるいはスターリングエンジン116と吸収冷却システム121に直接伝達する。この構成は、システム効率を向上させ、出力増大により追加エネルギー出力推進システムの性能を高めるために使用される。

最小構造の好適な方法は、スターリングエンジン116のみを、または吸収冷却121のみを含み、冷エネルギー生成および熱エネルギーを抽出して熱エネルギー閾値を低下させ、生成された冷入力を逆流させて残りの蒸気エネルギーを冷却することによって冷却塔の性能を向上させる。

SRGの効率向上は、熱力学特性の論理的比較によって実証することができる。本発明の好適な方法はこうした発見に基づき、従来技術比較モデルを進歩および改良する技術統合に戻る。通常、これらの計算は単純化されすぎており、これらの種類の発電機で使用される放射性同位体の長い半減期のため、原子核崩壊と熱出力を低下させる固有の発熱を説明していない。概して、この分析では、高度に管理された実験で観察される条件下で、厳格な基準の下、システムが安定状態で動作していると推定され、現実のアプリケーションおよびプロセスを正確に反映している場合もあれば、していない場合もある。

一次元分析では、これらの種類の発電機114は、論理上の効率を対応するカルノー効率と比較することのできる標準的なヒートエンジンとして単純化させることができる。好適な実施形態は、熱源、冷却システム125、熱交換器212を含む、スターリングエンジン116と加熱素子であると推定されるシステム基盤を有する。効率と生成出力の向上は、温度帯と、好適な実施形態の基盤を成すスターリングエンジン116の温入力と冷入力間の比を増大させることによって達成することができる。

液状乾燥剤を用いて除湿を行うことを目的とする本発明の好適な方法は、湿度を監視し、自動的に所定レベルに制御することのできる水分検出用電気装置である標準的な漏水検出器を組み込む。該システムは任意の形状の加湿器を使用して、所望または必要に応じて適切なレベルに湿度を上昇させることができる。システムは約95%まで換気効率を向上させるために単独の解決策に加熱および冷却ユニットを組み込み、統合加熱、冷却、湿度、大気質制御システム256により、全体のシステム効率を大幅に向上させて、材料要件を低減させ、重複する材料要件を排除する。

エネルギー回収換気装置(ERV)は、よどんだ内気を新鮮な外気と交換する装置であり、流出する排気の熱と湿度を流入する新鮮な空気に転送するプロセスを含む。このように、水分ではなく熱を転送する単純な熱回収換気装置(HRV)と大きく異なる。本発明の好適な方法は、冷暖房システムに次世代のERV設計を含めて持続可能な再生可能エネルギー投入112を促進し、従来技術を超える新たなレベルの制御性、快適性、効率を提供する。

この技術はエネルギーコストおよび加熱/冷却負荷要件を低減する有効な方法を実証しており、小型の換気、熱交換器、復水器など、必要なHVAC機器および関連の材料要件の低減を可能にする。また、このシステムは、非常に魅力的で快適な40%〜50%の範囲の相対湿度を開始および維持する制御された室内環境を可能にする。この範囲は、すべての季節のほぼ全部の状況下で維持させることができる。唯一のエネルギーペナルティは、ブロワがシステム内での空気流の偏向と、流路制限および表面張力から生じる流抵抗による圧力低下を圧倒するのに電力を必要とすることである。

図18に示すように、本発明の好適な方法の主要な目的は、業界の再優良事例にとどまらず、標準的な大企業のデータセンターにおいてコスト未満で運転可能なエネルギー効率の良いデータセンターを実現し、最も効率的な演算インフラと最小限のコストとによって従来技術との差異を図ることである。設計フローの論理は、内蔵のエネルギー貯蔵での冷却およびエネルギーバックアップを備えた特注設計のデータセンターであり、新しい特注のソフトウェア、サーバ、ハードウェアが信頼性の高く持続可能なクラウドコンピューティングへの統合と転換を可能にする。従来技術と本発明との違いは、再生可能エネルギー、好ましくは、再生またはリサイクルされた廃エネルギーの使用および再使用により熱エネルギーを使用することであり、冷却目的で冷エネルギーのために必要に応じてオンデマンドで吸収冷却121と低温貯蔵124媒体を提供することのできる価値を有する。

図19に示すように、本発明の好適な方法は、セメント製造用の材料を投入するためにミネラルを分離し、有用な成分に処理する上記脱塩プロセスによって分離および処理された生成物を使用することができる。この本発明の好適な方法は、セメント製品製造に関して上述したように、一旦処理された材料をわずかな移送エネルギーで垂直市場プロセスに移送することのできるプラントを物理的に接続することで従来技術を超える付加価値を有する上記のプロセスを利用する。

図20に示すように、本発明の好適な方法は、伝達される熱入力から蒸気タービン176またはスターリングエンジン116を介して発電する蓄熱エネルギーを含むことで、従来技術を超える利点を有する。本発明の好適な方法の追加の利点は、電力網の障害、稼働時間の増大、潜在的な損失、電解槽のダメージなどが生じた際に、熱エネルギー貯蔵125から伝達される熱エネルギーをバックアップ熱源として提供することであり、液体金属を固化させる場合に、電解槽は多額のコストで修理して冷却されなければならない。

従来技術のアルミニウム精錬アプリケーションおよびプロセスは、生来の設計および配置上の欠陥により完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、精錬プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

通常、製鋼所、小製鉄所、または製鋼所は、鋼鉄の製造、ならびに鋼鉄および関連製品の処理用の産業プラントである。鋼鉄は鉄と炭素の合金である。概して鋼鉄は2段階のプロセスで生産される。従来技術の第1段階では、高炉において鉄鉱石がコークス(炭素)または炭素代替投入、および石灰石(灰)と共に還元または溶融される。本発明の好適な方法は、炭素投入の代わりに貯蔵された一酸化炭素と二酸化炭素を使用する。本発明の好適な方法は発熱または蓄熱用に再生可能エネルギーを使用して、予熱のための熱エネルギーを投入する。さらに、本発明は、電気高温加熱素子117などの電気熱素子を導入して、従来技術では高炉によって通常生成される必須の温度に達する。このプロセスは、銑鉄に鋳造される、あるいは溶融鉄として次の段階に搬送される溶融鉄の生産に使用される。

本発明の好適な方法は、エネルギー貯蔵110または炉からの廃エネルギーから熱エネルギーを伝達して、スターリングエンジンに回転エネルギーを生成させ、そのエネルギーを圧力スイング吸収または空気分離123に投入して、熱および電気エネルギーの生成および使用の効率化のために炉に酸素を供給する。

本発明の好適な方法は、炉の近傍または周囲に配置される熱交換器を用いて回収される廃熱エネルギーをリサイクルする。本発明によると、次に、このリサイクルされた熱エネルギーを蓄熱に供給する、またはスターリングエンジン用の熱エネルギーに再利用して回転エネルギーを生成し、そのエネルギーを圧力スイング吸収または空気分離ユニット123に投入して、炉に酸素を供給して炉効率を向上させる。

本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術の製鋼所アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化ができなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、鋼鉄製造プロセスの分析、監視、制御を行うメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで、傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、炉の近傍または周囲に配置される熱交換器を用いて回収される廃熱エネルギーをリサイクルする。本発明によると、次に、このリサイクルされた熱エネルギーを蓄熱に供給する、またはスターリングエンジン用の熱エネルギーに再利用して回転エネルギーを生成し、そのエネルギーを圧力スイング吸収または空気分離ユニット123に投入して、炉に酸素を供給して炉効率を向上させる。

本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術の鋳鉄アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥により完全または部分的に自動化できなかった。図21に示すように、本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、鋳鉄プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、脱塩から抽出されるカリウムと組み合わせる際に、窒素投入と燃料供給のためのアンモニア合成を通じて、風力104と太陽熱で生成された水素を使用する。栄養分投入の大半は環境に優しい再生可能エネルギー源112を用いて生成または生産される。

現在、エタノール生産の第1世代のプロセスは、トウモロコシ原料のごく一部のみを使用する。トウモロコシの穀粒がトウモロコシから取得され、乾燥穀粒の約50%を占めるデンプンのみがエタノールに変換される。2種類の第2世代のプロセスが現在開発されつつある。第1の種類は酵素とイースト発酵を利用して植物のセルロースをエタノールに変換し、第2の種類は熱分解を利用して植物全体を液体バイオオイルまたは合成ガスに変換する。第2世代のプロセスは、草、木、または藁などの農業廃棄物などの植物に適用することもできる。本発明の好適な方法は、エタノール生産量増大のために湿式ミルプロセスと、その後のセルロースプロセスを使用し、ランソウ添加物のためプランクトンリアクタを含めて、従来技術よりも価値提案と栄養価値においてはるかに優れたEFG製品の価値を強化する。

従来技術のエタノールアプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥により完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、エタノールおよびEFGプロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

図22に示すように、本発明の好適な方法、プロセス、アプリケーションは、廃二酸化炭素(CO2)を主要原材料として投入してポリプロピレンカーボネート(PPC)ポリマーの効率的で持続可能な大規模生産の基礎を成し、再生可能エネルギー112、熱エネルギー、関連の熱エネルギー貯蔵125から動力を供給され、環境に優しい方法を使用しつつ財政的な実行可能性を実現することができる。ポリエチレンやポリプロピレンなどの標準的なプラスチックの従来の製造方法は、必要な原料投入として化石燃料に多くを依存する。

本発明の好適な方法は予熱または主要熱エネルギー投入のために熱エネルギー貯蔵へ接続し、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび再生された熱エネルギーを伝達するという追加の利点を有する。このため、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成112と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。

本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護エネルギー投入源への依存を低減できることで従来技術を超える利点を有する。本発明の好適な方法は、局地で再生可能に生成される水素および酸素と、隔離されるガスを用いて、エポキシドと呼ばれるCO2と化学物質の共重合を通じてPPCポリマーを生成する。当該プロセスの結果、30重量%超のCO2を含むポリマーが生成される。CO2含有ポリマーは、特定のポリマー鎖のサイズと重量に応じて固体プラスチックから軟質の可撓発泡材に至る広範囲の最終生成物材料特徴に合わせてアプリケーションおよびプロセスを用意することができる。

従来技術のプラスチック製造アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のため完全または部分的に自動化ができなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、プラスチック製造プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

図23に示すように、本発明の好適な方法は、カーボンファイバおよびその関連要素の生産用の予熱および加熱のために、再生可能に生成されたおよび/または蓄熱から引き出した熱エネルギーを使用してエネルギー効率を向上させる。本発明の好適な方法は、熱交換器とカーボンファイバ炉の近傍または周囲のコイルを使用して廃熱エネルギー回収をリサイクルする。次いで、本発明は、このリサイクルされた熱エネルギーを蓄熱に供給する、またはスターリングエンジン用の熱エネルギーに再利用して回転エネルギーを生成し、そのエネルギーを圧力スイング吸収または空気分離ユニット123に投入して、炉に酸素を供給して炉効率を向上させる。

本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術のカーボンファイバ アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のため完全または部分的に自動化ができなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、カーボンファイバ製造プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、各種副産物の温度分離プロセスを通じて、ガスの安定した極低温蒸留、隔離された固体の分離と精製、バイオオイル留分の分離と精製を実行する持続可能かつ再生可能なプロセスを構築することによって従来技術を進歩および向上させる。各副産物は、出力を高度に分離させる固有の非常に独特な留分特性を有し、従来技術の汚染された出力と従来の酸性バイオオイルに比べて優れた純粋な生成物を生成する。本発明によると、液体および低分子量化合物を、付加価値化学物質、燃料、水に格上げする、あるいは抽出するのに適した最終付加価値留分に分離させることができる。プロセスからの最初のバイオオイル留分は化学的に異なる物質であり、含水量と酸度が低いため、分離プロセスが少なく、厳密な処理が低減されて従来のバイオオイル生産に関連する処理コストが節減される。貯蔵された熱エネルギーを利用する好適な方法による動作条件と廃エネルギーのリサイクルは、副次的な投入要件をさらに低減させる。炭素安定化プロセスにより、バイオ炭280を安全に取り扱うことができる。総合急速熱分解プロセス264は、バイオマスの貯蔵、準備、前処理、変換、生成物の回収と処理を含み、隔離されたガス、バイオ炭、その他の固体、液体、燃料、バイオオイル留分を安全に生成し処理することができる。

本発明の好適な方法は、極低温蒸留によりガスと、水、燃料、バイオオイルを含むバイオオイル蒸気とを分流する方法を提供する。第1段は、復水器を備える第1段でガスとバイオオイル蒸気とを分離する。その後、分離されたバイオオイル蒸気は復水器に供給され、次に、貯蔵された冷熱を使用して必要な冷却剤を供給する好適な方法により、伝熱壁によって分離されるバイオオイル用通路で冷却される。

第1段の復水器内の冷却剤は略一定温度で保持されて、第1段の復水器内の液化バイオオイル成分のうち第1の液体留分を凝縮させる。第1段の復水器内の液化バイオオイル成分のうち第1の液体留分は隔離され、濾過され、回収されて、貯蔵容器へ移送される。本発明の方法では、追加プロセスが液状バイオオイル生成物からさらに液体留分を回収することができる。

バイオオイルの産出は、約500℃の熱分解温度と高加熱速度(すなわち1000℃/秒)を使用して、すなわち、迅速な熱分解条件下で最適化される。こうした条件下で、標準的なバイオマス供給原料から60〜70重量%のバイオオイルと、10〜25重量%のバイオ炭とを生産することができる。残りの10〜15重量%は合成ガスである。より遅い加熱速度を使用するプロセスは熱分解と呼ばれ、バイオ炭がこのプロセスの主要な生成物である。合成ガスとバイオオイルまたはバイオ炭の一部が燃焼して反応を駆動するのに必要なエネルギーをすべて提供することができるため、熱分解プロセス264は自続することができる。

熱分解は、潜在的に危険な有機物質および無害な有機物質を、気体成分と、小量の液体と、固定炭素および灰を含むベース生成物(鋼鉄製造プロセスに必要なコークスやアルミニウム生産プロセスに必要な炭素など)として本発明の好適な方法で使用される高い価値を有する固定残留物とに変換する。図24に示すように、本発明の好適な方法は、バイオオイル、コークス、およびその他の原料の生産のため熱分解264によって処理されるバイオマスに再生可能エネルギーを投入するため、熱入力として再生可能熱エネルギーを使用する。

したがって、我々は、多くの小規模な熱分解装置(すなわち、農場規模)がバイオマスをバイオオイルに変換して、精錬のため中心地に輸送する分散処理モデルを企図する。好適な実施形態は中央ガス化(フィッシャー・トロプシュ液体生産)プラントに材料を供給する分散「農場規模」システムを採用し、輸送コストの節減分が高額な運転およびバイオマスコストを相殺することができる。

本発明の好適な方法は、処理および蒸留のためにガスを冷却または加熱する目的で熱エネルギー貯蔵から冷熱および温熱エネルギーを伝達し、ガスを個々の貯蔵タンクへ分離する。

さらに、生成されるが販売されない余剰バイオ炭は、炭素を隔離することのできる優れた土壌改良材として農場で使用することができる。バイオ炭は吸収性が高いため、土壌が水、栄養分、農薬を保持する能力を高めて、水質汚染と土壌浸食を防止する。バイオ炭280を土壌に適用することで、土壌の質を向上させると共に、大量の炭素を隔離する有効手段として炭素封鎖を通じて地球温暖化の緩和に寄与することができる。土壌改良材としてのバイオ炭280の使用は、土壌からの穀物残留物の除去に関わる問題の多くを解決する。

また、排ガスは、二次的な燃焼チャンバで処理し、燃焼させ、部分的に凝縮することができる。本発明の好適な方法では、熱エネルギー貯蔵のためにこの燃焼から熱エネルギーを捕捉する。繊維フィルタまたは湿式スクラバーなどの粒子除去装置も必要である。

従来技術の熱分解アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥により完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、熱分解264プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

テラン自発反応防衛ULTRAGRID(商標)システム(TARDUS)は、統合型エネルギー生成、エネルギー貯蔵、エネルギー分析/監視/制御システムを備えた指向性エネルギー兵器システム(DEWS)である。DEWSは、所定のまたは予定の方向または飛行路において特定の標的に向けてエネルギーを放出する兵器システムである。唯一の任務は、所望の効果を上げるために特定の標的にエネルギーを移送することである。

本発明の好適な方法の従来技術を超える利点は、エネルギーの供給および冷却のために、局地遠隔源からのエネルギー流の分析、監視、制御を実行するULTRAGRID(商標)194を組み込み、相互接続することである。また、DEWSにより、主に単極モータと同様の原理に基づく電動電磁砲弾発射装置から成るレールガンの動作に必要なエネルギーが賄われる。通常、レールガンは一対の平行な伝導レールを備え、レールと共に摺動アーマチュアは、一方のレールをアーマチュアまで下り、他方のレールに沿って戻る電流の電磁効果によって加速される。本発明の好適な方法は、摩耗による高額なレール交換の必要性を低減しながら、発射を向上させる磁気浮上(マグレブ)レールを組み込む。マグレブレールを組み込んだ好適な方法によって、レールガン発射装置の設計内でマグレブ発射装置を使用するための所要電力を抑えつつ砲弾速度を向上させる。

これらのエネルギー移送流は、エネルギーの充電および再充電用のコンデンサバンクに伝達され、一旦完了すれば、発射回路は局地的に接続された指向性エネルギー兵器システムから使用可能な貯蔵されたコンデンサチャージを放出することができる。さらに、システムは追加のエネルギー流を調整して、局所および遠隔コンデンサバンクとDEWS発射ステーションプラットフォームの充電および再充電を行う。本発明の好適な方法の従来技術を超える利点は、たとえば発電やDEWS発射ステーションプラットフォームを冷却する冷熱エネルギーの伝達のために、高温および低温熱エネルギーなどの熱エネルギーをスターリングエンジン116に投入する目的で現地にULTRAGRID(商標)194を組み込むことである。

主要用途以外では、惑星防衛ネットワークシステムや砲弾、航空機、ミサイル防衛システムなどの用途がある。指向性エネルギー兵器の発射は電磁放射線、音声、無線周波数、マイクロ波、レーザ、メーザ、質量を有する粒子などの様々な形状を取ることができ、粒子ビーム兵器は技術的にはマイクロ砲弾兵器の一形状である。

RF(無線周波数=3kHz〜300GHz)などの範囲で使用される放射線は不可視であり、壁を透過するために、DEWは誰にも知られずに目立たず使用することができる。レーザ兵器は、従来の兵器を超えるいくつかの大きな利点を備える。レーザは光速で進むが、他の指向性エネルギー兵器も超高速で進むため、超長距離間の大気混乱とそれに関連する損失を除けば照準の移動を補正する必要がない。したがって、発射された後に、正確に照準を合わせたレーザおよび/または指向性エネルギー兵器を避けることは、照準での発射速度により実質上不可能であり、矯正的な回避行動を可能にする初期の警告を発することもできない。超高速のため、光およびその他の指向性エネルギー兵器はわずかにしか重力の影響を受けないため、標的への長距離発射はほとんどか全く補整を必要としない。吸収物質を通る場合を除き、ほとんどの場合、風速などのその他の側面も無視できる。指向性エネルギー兵器は焦点構造を変更して、砲弾兵器よりもずっと小さいまたは大きい有効領域を提供することができる。

本発明の好適な方法は、エネルギー貯蔵システム110から使用可能エネルギーを伝達し、十分なエネルギーと冷却を提供するエネルギー生成およびエネルギー移送を実現する。レーザおよびその他の指向性エネルギー兵器は、実質上無限の攻撃手段と標的指向能力を有する。指向性エネルギー兵器の動作範囲は、大気の状況と電力レベルに応じて弾道兵器よりもずっと広くなることがある。指向性エネルギー兵器の発射物および/またはビームは、発射前または発射中に人間の感覚で検知されない、あるいは他の手段で容易に感知されない音または光を生成するため、兵器が発射時にシステムの位置を知らせることはなく、衛星やその他の追跡システムの標的に打撃を与える可能性がある。一般的に、現代の弾道兵器は、上述の望ましくない副次的作用の多くに対抗するシステムを特徴とする。しかしながら、本発明の好適な方法はメガワット、おそらくはギガワットの使用可能エネルギーを提供することができ、上記のようなメガワットまたはそれ以上の種類の兵器の使用を可能にし、このようなエネルギーの大量放出に対して有効な防衛はほとんどか全く行われず、あらゆる既知な防衛を圧倒する。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、余剰熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギーの使用のためにエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーが再生されて、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術の指向性エネルギーアプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、指向性エネルギープロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

通常、従来技術は、固有のコストと価格が高騰した電力網から供給される、あるいは主に電力網エネルギーの形状でのエネルギー投入を使用していた。本発明の実施形態は、電気エネルギー生成、熱用途、エネルギー貯蔵110のために主要な電気および熱エネルギーとして再生可能エネルギー112を採用する。

本発明の実施形態は、人工知能インタフェースコンポーネント層を導入および拡張するが、この層は、建造、ロボティックス、アプリケーションおよび装置の自動化システム、性能、効率、電力品質分析、エネルギーコスト追跡、エネルギー需要制御、エネルギー効率自動化の向上のためのハードウェアおよびソフトウェアベースの監視/分析/制御システムの使用を含むがそれらに限定されない。追加の層は、在庫監視、会計、分析、報告、管理を含む。

中央エネルギー実施形態は、素子を監視、分析、制御するインテリジェントインタフェースを包含して、信頼性を向上させ、プロセスフローを管理し、商業的価値の向上、コスト削減、生産ロスの削減、サービスの可用性を可能にする。できる限り最小限のエネルギーコストを達成するためインフラを最大限に活用することは、不要な重複プロセスを低減しつつ資本集約的な固定資産を貨幣化することによって達成される。

図25、26、27、28に示すように、この監視と分析は局地および遠隔でセンサを通じて実行され、監視、分析、制御のために適応メトリクス、バイオメトリクス、熱画像などの映像と熱に基づくセンサを含むことができる。これにより、種類毎にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像センサを組み合わせて、レジュメを監視、分析、制御することができ、その他の環境入力および制御だけでなく、発芽、植付けおよび/または配置、成長、収穫などの成長サイクル全体を含めることができる。同様のプロセスが、孵化、稚魚、成長、収穫などのサイクルを含めてアクアポニックスでも使用される。

投資資本要件の大幅な低減は、投資利益率を大幅に増加させて資本支出の価値を高めることによって実行される。エネルギー貯蔵110と再生エネルギーを使用する廃熱回収システムと対を成す実施形態では、システムが利用可能な全システムリソースを活用して最大限の利益を実現することができる。

現行の電力網は生成源が消費者ニーズにオンデマンドで対応できるように設計開発されるのに対して、図29、30、31、32に示すように、ULTRAGRID(商標)194ベースのスマートグリッド192は、使用量が風力104や太陽熱などの間欠的電力源から入手可能な生産量に伴ってオンデマンドで変動し、電気集約システムおよび/または熱集約システムの両方において商業用発電のために貯蔵されたエネルギーを放出することによって安定化するように設計することができる。ピーク使用期間中、エンドユーザ負荷は協調始動のために前もって計画し、時間を指定することができる。あるいは、エネルギーコストはピーク期間と非ピーク期間とで動的に変動させて、必須でない高エネルギー負荷を切断する、または制御アプリケーションの始動が同時に発生しないように促すことができる。

単サイクルおよび多サイクル発電システムは追加の恩恵を得るため、蒸気またはスターリングを主要な熱エネルギーサイクルとして使用し、追加の利点と効率向上のため、追加のスターリングエンジンステージなどの追加熱集約用途にリサイクル廃熱エネルギーを使用することができる。

オンサイト発電ユニットで生成される電気は、生産および冷貯蔵システムの適切な稼働を確保するのに必要なすべての電気装置を動作させるために使用される、電気は、電気エネルギーを伝達する共通の電気通路および手段を用いて転送される。オンサイト発電ユニットで生成された余剰電気エネルギーは、直接ユーティリティ接続およびモニタを通じて地域公益事業に販売することができる。

したがって、主に風力104、光起電太陽熱107、太陽熱106、その他の再生可能エネルギー源112からのエネルギーの安定した品質での生産、さらに熱エネルギーの可用性に関しては太陽熱エネルギー106にとって十分な太陽エネルギー生成の欠如に関わる変動性および/または間欠性を緩和する機構を形成する必要性が実証されている。

モジュール式高度インテリジェント商業エネルギーシステム(MAICES)として知られるシステムである本発明およびその構成要素の特徴と機能は、分散された電気、化学、熱エネルギー、電気、化学、熱エネルギーを保存する局地的備蓄、供給のセキュリティの基礎を成す。本発明は、エネルギーおよび燃料供給に対する自然および人為的な大事故の発生時、電気、化学、熱エネルギーの備蓄を供給する。

従来技術は、ガスタービン、マイクロタービン、往復エンジン、原子力、ラジオアイソトープ、地熱、太陽熱、蒸気タービン、地熱、ボイラー、燃料電池、太陽熱システム、熱電併給(CHP)と併せて動作するその他の熱入力源から成る。本発明の好適な方法は、スターリングエンジン116および吸収冷却システム121を有する制御システムと、関連する貯蔵システムとを統合エネルギーエコシステムに一体化し、従来技術の熱エネルギープロセス、アプリケーション、またはソースを向上させるように追加または設計することができる。

5効用発電または(QED)と称される本実施形態の好適な方法は、回転エネルギー出力を任意で備えた冷却、冷凍、加熱、電力(CCFHP)併合システムと合体した合同多サイクルエネルギーシステム(CMCS)の恩恵と、それとは別の発見とを統合する利点を提供する。本発明の好適な方法は、孤立したシステムが非最適化設計および構造で適用されることから生じる欠点を排除または大幅に低減しつつ、従来技術の利点に基づき構築することのできる本発明の実施形態を含む新規な方法、プロセス、アプリケーションから恩恵を得る。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、細かい温度制御と高伝導性経路の直接接続を利用するエネルギー制御システムとを用いて高熱負荷に対処することのできる熱管理システムを含む多サイクルシステムを導入し組み込むことである。好適な実施形態は、廃熱再生およびエネルギーリサイクルを向上させることによって効率を高める。好適な実施形態は、低電熱用途には熱サイフォンなど、高伝熱用途には熱パイプなどの接続部と、水とグリコールの混合物、オイル、または溶融塩などの伝熱媒体を使用する熱交換器とを含み、これらのシステムと構成要素の組み合わせを発熱源の温度管理に使用することができる。本発明の利点は、発熱源からの廃熱エネルギーと追加の拡張複合サイクルからの冷熱入力を用いてスターリングエンジン116を結合することによって得られる廃熱エネルギーを利用することである。本発明の別の利点は、スターリングエンジン116から回収された廃熱エネルギーを用いて、従来技術のすべての試みおよび実施例の性能および制御を大幅に向上させる吸収冷却システム121を備えることである。

本発明の好適な実施形態は、天然ガス、石炭、地熱100、太陽熱106、大および中規模原子力発電機、小型モジュール式リアクタ(SMR)、放射性同位体熱発生機(RTG)を含むがそれらに限定されない熱エネルギー源からの熱エネルギー投入を備える。本発明の好適な方法は、エネルギー供給システム、スターリングヒートエンジン116、吸収冷却121、蓄熱125を一体的に分析、監視、制御すると推定できるシステムを含む。図33に示すように、従来技術に対する本発明の好適な方法の追加の利点は、従来技術を拡張して付加価値を与えるアプリケーションおよびプロセスであり、熱エネルギー貯蔵の剰余熱エネルギーと発電エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵し、システム効率、ひいてはエネルギー活用と貨幣化を促進する。

本発明の好適な方法は、スターリング統合ラジオアイソトープ発電エネルギーシステム(SURGES)として知られるラジオアイソトープ燃料電力熱源を利用する次世代高効率および高電力スターリングエンジン116の基盤を成す。

本発明の好適な方法は、従来技術のRTGの変換効率よりも何倍も高い効率で電力を供給することができ、吸収冷却121を含めることで、広範囲の熱エネルギーを使用し、効率を最大化し、エネルギーの使用を貨幣化することができる。概して、一元的分析では、高度に管理された実験で観察される条件下で厳格な基準の下、システムが安定状態で動作していると推定され、損失とエネルギー半減期による生産低下を推定しないという生来の欠点のため、現実のアプリケーションおよびプロセスを正確に反映している場合もあれば、していない場合もある。また、一元的分析では、これらの種類の発電機114は、論理上の効率を対応するカルノー効率と比較することのできる標準的なヒートエンジンとして単純化させることができる。該システムは、エネルギー供給システム、スターリングエンジン116、および熱源、吸収冷却システム121、貯蔵システム、熱交換器212などの生成要素の一体化分析/監視/制御システムであると推定される。

本発明の好適な方法は、SURGESとして知られるスターリング一体化ラジオアイソトープ発電エネルギーシステムである好適な実施形態を導入する。SURGESシステムによって実証される好適な実施形態の優れた効率と高い発電出力は、所与の熱投入に対して最も広い温度帯を利用する本実施形態の貨幣化によって主に実現される。好適な実施形態は、エネルギー供給システム、スターリングエンジン116、吸収冷却121、蓄熱125の総合的な分析、監視、制御を行うことを含め、廃熱エネルギーのリサイクルおよび再生プロセスを通じてシステム効率を高める利点を有し、従来技術およびその実施例を超える本発明の好適な方法を定義する。

海洋ベースの用途における本発明の好適な方法は、余剰廃熱エネルギーの消散のために、伝熱媒体として海水の移動を利用する熱交換装置を使用することができる。燃料源は既知の減衰率で何十年も持つために、燃料交換を前もって予定し、全般的な保全スケジューリングと部品交換のために他のすべての要素を残しておくことができる。本発明の好適な方法は、スターリングエンジン116および吸収冷却システム121を有する制御システムと、関連する貯蔵システムとをエネルギーエコシステムに一体化する統合制御システムを含む。本発明の好適な方法は、孤立したシステムが非最適化設計および構造で適用されることから生じる欠点を排除または大幅に低減するという長所から恩恵を得る。従来技術に対する本発明の好適な方法の追加の利点は、従来技術を拡張して付加価値を与えるアプリケーションおよびプロセスであり、熱エネルギー貯蔵の剰余熱エネルギーと発電エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵し、システム効率およびエネルギー活用化を促進する。

本発明の好適な方法はプラズマおよび/またはイオンエンジンなどの静電および/または電熱および/または電磁推進エンジンと協働して、直接または自然対流熱交換からの再生と廃熱エネルギーのリサイクルおよび再利用によって効率と性能を向上させる好適な実施形態から恩恵を受けることができ、これは、スターリングエンジンに投入する廃熱エネルギーと吸収冷却に投入する廃熱エネルギーを介してスターリングエンジン動作116を向上させることによって達成され、冷却、冷凍、加熱、電力とエネルギー貯蔵とを組み合わせて、好適な実施形態に組み込まれるアプリケーションおよびプロセスに追加の利点を提供する。

空間ベースの用途における本発明の好適な方法は、余剰廃熱エネルギーの消散のために、伝熱媒体として開放外部空間との接触を利用する直接および対流熱交換装置を使用することができる。燃料源は既知の減衰率で何十年も持つために、燃料交換を前もって予定し、全般的な保全スケジューリングと部品交換のために他のすべての要素を残しておくことができる。本発明の好適な方法は、スターリングエンジン116および吸収冷却システム121を有する制御システムと関連する貯蔵システムとをエネルギーエコシステムに一体化する統合制御システムを含む。本発明の好適な方法は、孤立したシステムが非最適化設計および構造で適用されることから生じる欠点を排除または大幅に低減するという長所から恩恵を得る。従来技術に対する本発明の好適な方法の追加の利点は、従来技術を拡張して付加価値を与えるアプリケーションおよびプロセスであり、熱エネルギー貯蔵の剰余熱エネルギーと発電エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵し、システム効率、ひいてはエネルギー活用のための媒体として貯蔵される。

図34に示すように、好適な実施形態において再生可能エネルギー持続可能環境−エネルギー回収換気システム(RESEERVS)とも称されるエネルギーおよび環境制御を提供する本発明の好適な方法は、熱交換器212、伝熱コイル300、エアフィルタ304、紫外線源306、除湿器システム312、加湿器システム310、ダンパー、ファン302から成る。該システムは空気流を目的の環境制御領域内で循環させる1つ以上のファン302と、排気を除去して新鮮な空気を制御調節して吸入する排気ファン308とを含む。また、好適な実施形態は、余分な廃熱および/または湿気の外気への移送および除去に使用可能な外部熱交換器または復水器を含むことができる。

図35に示すように、中央空調システム260を組み込んで補足的な加湿、除湿、外気交換を行う好適な実施形態は、冷却および加熱システムの動作に関係なく1年中、空気の純度と湿度を制御し、統合された環境エコシステムを促進する。加湿器、除湿器、外気交換システムを含む好適な実施形態は、制御領域全体の換気と個々の区域の個別設定を実行する中央ファンサイクルを使用して、制御領域全体にわたって所望の環境要因を直接実現することができる。

1つ以上のダンパーを含めて使用することで、システムは、所望の制御領域全体を通じて電気的および機械的に個別に制御可能な区域を生成し維持することができる。本発明の好適な方法は、中央環境HVAC区域コントローラ258と多区域プログラム可能恒温恒湿大気質モジュールを接続するために使用される。もしくは、本発明の好適な方法は、個々の局所的な環境区域の構造および制御のために、局地環境中央環境HVAC区域コントローラ258と局地のプログラム可能なサーモスタット−ヒューミディスタット−大気質モジュールとを接続するために使用される。環境制御システムは以後、(ACTS)としても知られる自動制御恒温恒湿大気質システムと称する。本発明の好適な方法は、エネルギー使用を最大化し、ピーク効率を貨幣化するためにULTRAGRIDを備えた好適な実施形態を組み込む。

好適な実施形態は主に、ULTRAGRID194インターフェーシングを含む環境制御コンポーネント、中央空調システム、主換気システム、回収換気システム、総合制御システムから成る。点源の排気は個々の浴室ファンとキッチンのレンジフードによって提供される。中央エアハンドラーファン260の定期的運転により、一定の空気分布と大気質が保証される。また、部屋間の温度と湿度の変動も低減される。好適な実施形態は絶縁空間内に全ダクト220を備え、排気管のないカテドラル様のアティックによって許容されるような最適性能を提供する。封止され適切に絶縁されたダクトが次に最善である。良好に換気されるダクトなしの従来のアティックは、同じ絶縁レベルでカテドラル様アティックよりも年間の冷却が約40%少ない。

換気システム設計の1例が、エアハンドラー260の帰還側に接続される外気吸入ダクト220を有する中央ファン統合供給(CFIS)システムであり、ファンサイクルの制御を通じて確実にファンがプログラムされた最小時間運転し、所要の量の空気流を移動させる。このダクトは屋外の新鮮な空気を空気分配システムに引き込み、それを制御領域内の様々な区域に分散させる。吸入ダクトは環境制御システムによって制御される電動ダンパーを有し、ダンパーは最大デューティサイクルを超過してファン/ボイラーシステムの寿命を短縮するおそれがある多大な空調需要時、制御領域の過剰な換気を防止する。好適な実施形態では、20%以下の外気と80%以上の内気とが混合して、温度および湿度のバランスを取る。

本発明の好適な方法の利点は、エネルギー使用量の増加と関連コストの上昇との直接的関係に符合する。本発明の好適な実施形態は、エネルギーを保存し貨幣化して、冷暖房コストを最小限に引き下げるカスタマイズ可能な解決策を提供する。本発明の好適な方法の環境制御システムは、中央コマンド制御システムを用いて加熱、冷却、湿度、大気質換気制御と、浮遊有機物、粒子、埃、アレルゲンに対する空気濾過とを組み込む。本発明の好適な方法は、ピーク効率を貨幣化し、エネルギー使用量を最大化するために好適な実施形態にULTRAGRIDを組み込む。本実施形態はエネルギー要件を低減させ、電子エアダクトダンパーの設置と、効率的な環境区域制御用の共通制御システムの統合とを通じて、個々の区域の快適性を向上させる。

本発明の好適な方法はHVACエアダクトダンパーの環境制御を組み込むことで、未占有または未使用区域でのエネルギーを低減しつつ、占有または予定される使用区域の環境状況の独立した温度自動調節が可能になる。これは、加熱、冷却、湿度、大気質の制御を必要な選択区域のみに設定し、ほとんどか全く需要のない区域へのエネルギーの流出を減少させることが必要になる。これにより、特別に選択された目標区域または区域のセットのエネルギー使用と効率を貨幣化することができる。

好適な実施形態により、環境制御システムは、選択された区域の温度、湿度、大気質を、従来技術のHVACおよびエアダクトを使用する従来の従来技術の加熱および冷却システム設計よりも迅速かつ効率的に調節して、環境制御システムの実行時間を短縮し、標準的な必須エネルギー使用量および関連コストを節減することができる。

統合熱エネルギー回収を備えたACTS環境制御換気システムの好適な実施形態の利点は、以下の通りである。 A.システムは、熱入力要件を低減して、制御領域の温度、湿度、大気質を快適なまたは特定の所望使用レベルに調整し維持するために熱損失低減を提供する。 B.システムは効率と費用効果が高く、環境的に制御するよりも少ないエネルギーで空気を動かすことができる。 C.システムは、開放した窓や出入り口がセキュリティ上のリスクとなる環境や窓のない部屋(たとえば、データセンター、作業場、貯蔵室、押入れ、浴室、トイレなど)を制御する。 D.システムは、夏期には伝熱システム266を迂回して換気システムとして機能し、単に内気と外気を入れ替えることで大気質を改善することができる。また、冷却器の外気は相対湿度が低いため、冬期には屋内の水分を低減することができる。

液状乾燥剤を用いて除湿する本発明の好適な方法は、水分の存在を検知する電気器具である標準的な漏水検出器または湿度計を組み込み、湿度を自動的に監視して所定レベルに制御する。乾燥剤は、一般的に乾燥剤として使用される吸湿性物質である。

液状乾燥剤は、高額なフィルタを必要とせずに、浮遊微生物、バクテリア、ウィルスを除去し、臭いを排除する天然の殺菌剤である。塩水はほぼすべての浮遊バクテリアおよび微生物を1回で除去し、熱エネルギーは汚染物質をほぼゼロにまで低減することができる。実施形態は、滴受けや縮合物ラインなど、藻やバクテリアが蓄積しやすいシステム内の凝縮地点を無くす。従来技術を超える本発明の追加の利点は、紫外線源を組み込んで有害バクテリアを変性させることである。着色ブース、化学的製造、その他の有害粒子を含む可能性のある処理などの汚染環境の制御を含む場合、特殊な濾過および隔離手順とプロセスを使用することができる。

本発明の好適な方法は、大気質が新鮮に保たれて高い酸素レベルを維持すること、交換可能フィルタが埃、カビ、白カビ、花粉などのアレルゲンを除去すること、バクテリアなどの有機物が低減および/または除去されること、区域毎に温度、湿度、大気質レベルを一定に制御して、管理された作業領域、研究室、作業場、台所、浴室、ペットの臭気などの区域に影響を及ぼすことにより、従来技術を超える追加の利点を有する。

本発明の好適な方法は、所望の温度に適合できる能力とは関係なく、持続可能かつ再生可能に生成された熱エネルギーの貯蔵を温および冷入力として区域の制御に使用する。

本発明の好適な方法は、システムとコンポーネントが孤立する従来技術に対して、コンポーネントの一体化を通じて、コンポーネントが相互接続されて協働し、全体として高効率および高性能で選択されたタスクを実行するという共生関係からの恩恵に浴する。

本発明の好適な方法は、加熱、冷却、加湿器、除湿器、紫外光、大気質、環境制御システム、エネルギー制御および供給システムおよび/またはULTRAGRIDを備え、バランスの取れた環境エコシステムを生成する総合システムに関する。

本発明のいくつかの実施形態の1態様は、比較的一体化レベルの低い複合除湿器/空調装置が提供される。本発明のいくつかの実施形態では、復水器によって生成される熱を利用して乾燥剤から液体を除去する。しかしながら、上述の従来技術と異なり、空調装置の復水器は外気によって冷却され続ける。空調装置を出て廃熱を含む加熱空気が、乾燥剤から水分を除去するのに使用される。

本発明の好適な実施形態では、ヒートポンプが、貯蔵された熱エネルギーを比較的低温の乾燥剤へ移送して乾燥剤を加熱することで乾燥と蒸発を促進するために使用され、システムから供給されるリサイクル廃熱エネルギーからエネルギーが伝達される。この結果、該システムでは、冷却システム125は水分除去のための空気の冷却を過度に補償する必要がなく、除湿器は水分除去のための空気の加熱に熱エネルギーを伝達する必要がない。これは、1つ以上の非効率なステップを実行しなければならない従来技術システムとは対照的である。

いくつかの本発明の実施形態は、実質上未処理の空気である「新鮮な大気」のみが冷却システム125による冷却前に除湿プロセスによって処理される広域環境制御システムを提供する。除湿器が湿った「新鮮な大気」に対してのみ動作した後、冷却システム125が比較的乾いた空気を冷却する。この方法により、除湿器と冷却システム125はどちらも非常に高い効率と性能等級で動作する。これは各種素子をバランス良く統合する簡易な方法であり、統合されない旧式のユニットが一体化システムからの恩恵を受けることができない従来技術とは異なって、リサイクル熱エネルギーからの廃熱を利用し、貯蔵された熱エネルギーを使用して全体のシステム効率を向上させるという利点を有する。

能動的な装置の動作によって、除湿部で水分の形状の湿度を吸収し、除湿サンプの水分回収量を増大させると、低濃度乾燥剤が重力で冷却された除湿器サンプから加熱された蒸発器サンプへと流れる。この流は除湿器サンプに戻さなければならない乾燥剤イオンの流も担持する。このプロセスは、加熱された蒸発器サンプから冷却された除湿器サンプへイオンの豊富な溶液を移送するポンピング作用によって達成される。本発明の好適な実施形態はイオン分散を利用し、隣接壁間のダクト220を介した蒸発器サンプから除湿器サンプへの自然流と層状移動と、逆のイオンおよび重力による作用とを開始させ、維持する。

加湿の好適な実施形態は、除湿部に水を投入して、除湿器サンプでの伝熱と協働して、除湿器の動作を反転させ、熱を冷却して熱を除去するシステムを備える。蒸発器は自然の蒸気を除湿器から上昇させて、今度は加湿器としての役割を果たし、適切な空気中の水分レベルを所望または必須の適切な加湿レベルに維持することができる。直列型加湿器の簡潔さと効果、および貫流システムの清潔さから、水効率が良くメンテナンスの少ないシステムが提供される。いくらかのミネラルが装置に付着するが、直列型水フィルタが水源からミネラルの大半を除去する。流水洗浄および清掃を定期的に実行して、加湿システムのメンテナンスと清掃を行い、汚染物質の蓄積、ならびに過剰停滞した水内の汚染物質およびミネラルの沈殿に関する余分な観察を減らすことができる。

本発明の液状乾燥剤ベースの除湿の好適な方法は、実質上高濃度の塩水であり、通常塩水と称される塩化ナトリウム、塩化カリウム、または塩化リチウム溶液(溶液濃度は25〜75%)を使用する。

この天然塩水溶液は、通常の使用では化学的に分解せず、システムの寿命を通じて交換の必要のない濃度レベルで変化する無毒混合物である。しかしながら、溶液は、埃、汚れ、汚染などのために寿命に達する前に交換を必要とする場合がある。

図34を参照すると、本発明の好適な方法は、ある量の液体乾燥剤と、通過する空気を調節する可逆除湿/加湿部とを有する空調装置を備える。除湿モードでは、噴霧器を用いて空気が液体乾燥剤の最初の部分と接触させられて、凹状分離器間で噴霧に対して逆流する。流体はサンプから噴霧器へと押し出され、底部の皿が混合物を捕捉する。サンプ内の熱交換器212は所要のモードに応じて冷却または加熱のために使用することができる。除湿モードにおける蒸発器は溶液から過剰な水分を除去し、加湿の際にサンプが余剰な水を捕捉する受け皿としての役割を果たす。塩水は大部分の有機物を殺し、汚染物質を空気から移送させない。蒸発器は両方のモードで、サンプ内の熱交換器を介して温入力を用いてシステムから過剰な水を除去するために使用され、塩水溶液から余剰水分を除去する蒸発のために蒸発器サンプ内の熱交換器212に熱エネルギーを伝達して濃度を上昇させることで、液体乾燥剤がシステムの除湿器低温側から水分を除去し、湿度の制御と混合物の堆積レベルの制御も行う。加湿部では、噴射機の入力がミストの生成のために水投入に切り換えられて、空気が噴霧に対して逆流し、換気システムにダクトで送られる凹状分離器間の湿度を上昇させる。該システムは、分離器内のダクトを通じたサンプ間の移動のために天然のイオン移動を利用する。もしくは、該装置は、加湿器/除湿器部と蒸発器部間に液状乾燥剤を押し出すポンプを含むことができる。

本発明の好適な実施形態は、持続可能かつ再生可能なエネルギーをベースとする無毒な方法を簡易化し、加熱、冷却、加湿、除湿、大気質、空気濾過を一体化装置によって達成することができる。

図36および37に示すように、本発明の好適な方法は第2の合同サイクルを使用し、SOFCシステム250に関連する熱力学および熱化学性能を実行するのに必要な1つ以上の固体酸化物燃料電池250(「SOFC」と称することもある)から熱エネルギーを引き出す。本発明の好適な方法は、従来技術の水または液体ベースの冷却を排除して、SOFC250の熱エネルギー温度制御を行うことを目的とする。本発明の好適な方法は、直接接続と廃熱再生およびエネルギーリサイクルのために熱サイフォンおよび/または熱パイプおよび/または熱交換器212を使用する多サイクルシステムを利用することによって、SOFCからの廃熱エネルギーを利用するスターリングエンジンと、スターリングエンジン116から廃熱エネルギーを回収する吸収冷却システム121によって提供される拡張合同サイクルからの冷熱入力とを結合する廃熱エネルギーの利用を通じて効率を向上させる。

本発明の好適な方法を使用する追加の利点は多サイクルを導入し、吸収冷却121システムが冷熱入力を提供して投入エネルギーの利用率を高めることである。また、この合同サイクルは、スターリングエンジンと、システム内の素子冷却用の乾式冷却のための冷熱エネルギー投入とによって熱の幅を広げるという利点も有する。

このような高温により、本発明の好適な方法は、熱分解プロセスの廃エネルギーを介して硝酸ヒドロキシルアンモニウムまたはアンモニアを分離することができる。また、メタン、プロパン、ブタンなどの軽炭化水素燃料は、廃熱を介してシステム内で改質することができる。SOFC電力システムは、吸熱性蒸気改質のために燃料電池250内の放熱性電気化学酸化が発する熱を利用して効率を高めることができ、熱エネルギーは、硝酸ヒドロキシルアンモニア179混合物分解、アンモニア分解プロセス167、またはその他の燃料源分離プロセスなどのシステムに伝達される。

熱膨張は、始動時に均一で良好に調節された加熱プロセスを必要とする。板状のSOFスタックは、熱入力を着火温度にまで加熱する必要がある。本発明の好適な方法は蓄熱エネルギーを使用して始動温度または略始動温度を提供することによって、始動回数と過剰な熱温度の変動を低減し、材料のクリープを制御して、急速な温度変動の低減による冶金反応を緩和させる。本発明の好適な方法は、熱エネルギーを熱エネルギー貯蔵に投入するため電気加熱素子117を介した電気から熱への伝達を可能にする。

本発明の好適な方法は、SOFCセラミック板として使用されるセラミック基材に添加物としてグラフェンを導入する。グラフェンは非常に優れた機械的特性を備え、セラミック複合物を強化することができる。また、グラフェンは特有の電気および熱特性を有し、広範な用途で多機能セラミックを生産するための充填材および結合剤として極めて魅力的である。この数年間、ポリマー複合物や金属複合物と比べて、グラフェンセラミック基材複合物(GCMC)はさほど関心を集めてこなかった。本発明の好適な方法は、材料の合成、焼締め、特徴付けを含むGCMCの最新技術を利用する。公開された文献により、GCMCの重要な処理ステップを使用し、合金と複合物の多機能な機械特性に及ぼす影響を特定することができる。

グラフェンナノ複合体の研究の大部分はポリマー基剤に焦点を当ててきた。本発明の好適な方法では、グラフェンを使用してバルクの窒化ケイ素セラミックスの硬度を強化する。セラミックスは理想的には高温用途に適するが、硬度が不十分である。本発明の好適な方法では、放電プラズマ焼結を用いて、窒化ケイ素粒子を均一に分散させ、約1650℃で緻密化したグラフェン小板(GPL)を使用する。焼結パラメータは、GPLが激しい処理と高温動作環境に耐え得るように選択される。本発明の好適な方法によると、グラフェンセラミックを使用することで、分割に対するセラミックの破壊靱性が強化される。本発明の好適な方法はグラフェンの包含による新規な強靱化機構を含み、セラミック基材が、個々のセラミック粒の周囲を包囲し固定するGPLを強化してシートの引き出しに抵抗する。結果として生じる、個々の粒を覆うケージ状のグラフェン構造が二次元だけでなく三次元にまで延在する亀裂を偏向させる様子が観察された。

本発明の好適な方法は、個々のセル間をグラフェンメタリックまたはグラフェンセラミック層のいずれかで相互接続する。セルを直列に接続することを目的とするため、各セルが生成する電気を組み合わせることができる。本発明の好適な方法により、グラフェンセラミック基材に基づく相互接続はセルの酸化側と還元側の両方で高温に晒されるが、非常に安定する。このため、セラミックスは、相互接続材料として金属よりも長期にわたり好結果を納めてきた。本発明の好適な方法は、高温での熱安定性と優れた電導性のため、高温用途には「cermeg」と呼ばれるセラミック−金属−グラフェン複合物基材を採用する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、直接接続および消散を含む熱管理システムを統合した多サイクルシステムを導入することである。よって、SOFCの熱温度管理のために溶融塩などの伝熱媒体を用いる熱サイフォンおよび/または熱パイプおよび/または熱交換器212を使用して、廃熱再生およびエネルギーリサイクルを強化し、廃熱エネルギーの使用を通じて効率を向上させることを含む。システム効率は、投入燃料の分解用のリフォーマまたはクラッカ252のために廃熱エネルギーを投入することによって向上させることができる。好適な実施形態の追加の利得は、SOFCからの廃熱エネルギーを使用するスターリングエンジン116と、廃熱エネルギーの回収と使用を通じて吸収冷却システム121によって提供される合同サイクルの拡張からの冷熱入力とを結合することによって得られる。これらの利得は好適な実施形態とその利用から貨幣化され、従来技術のすべての試みと実施例よりも効率、性能、エネルギー保存、オンデマンド制御を大幅に向上させる。

本発明の好適な方法は、中間熱エネルギー管理のためにヒートパイプおよび/または熱サイフォンおよび/または対流熱エネルギー移送を利用し、移送の制限、故障箇所、大きな効率損失、生来の材料コストを伴う従来技術の水、水/グリコール、または蒸気の使用よりもエネルギー効率と性能共に高い。

さらに、本発明の好適な方法を使用する利点は、多サイクルを導入して、スターリングエンジン116が熱管理を実行しパワーと効率を向上させることである。追加の利点は、冷熱入力を供給する吸収冷却システム121を含めて投入エネルギーの利用率を高めることと、合同サイクルにおいてスターリングエンジンと、システム内の素子冷却用の乾式冷却のための冷熱エネルギー投入とによって熱の幅を広げることである。

本発明の好適な方法では、予熱、加熱、エネルギープロセスからの熱エネルギーのリサイクルのために蓄熱から熱エネルギーを伝達する。

本発明の好適な方法は、熱交換器と燃料電池スタックの近傍または周囲に配置されるコイルから回収した廃熱エネルギーをリサイクルし、対流ベースの熱エネルギー再生を行う。また、本発明は、このリサイクル熱エネルギーを蓄熱125に供給する、あるいはスターリングエンジン投入のために熱エネルギーを再利用して回転エネルギーを生成し、吸収冷却システム121への投入などの追加の作業に使用し、効率を高め、使用可能熱温度帯を拡げる。

本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用とリサイクルエネルギーの再利用の実現および最適化に必須である熱エネルギーバランスを標準化して、個々のアプリケーションおよびプロセスを統合する方法によってすべての対象に対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

電子監視、特定、エネルギー生成、ベース負荷エネルギー負荷応答、エネルギー供給は電力網を安定させ、最終用途要件を補償する。本願の発明の制御要素は、上記の特徴および機能を備え、「ULTRAGRID(商標)」194として既知であるシステムである。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたヒートパイプおよび/または熱サイフォン、プレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。単サイクルおよび多サイクル発電システムは追加の恩恵を得るため、蒸気タービン176またはスターリングエンジン116を主要な熱エネルギーサイクルとして使用し、追加の利点と効率向上のため、追加スターリングエンジンなどの追加熱集約用途にリサイクル廃熱エネルギーを使用することができる。

本発明の好適な方法は、エネルギー生成および超大量エネルギー貯蔵システム110と、最終的にはエネルギー貯蔵に伝達される、および/または冷エネルギーに変換してシステムを冷却する目的で廃熱を補足および回収する機能により、これらの問題を緩和し、おそらくは排除する。図38および39に示すように、ULTRAGRID(商標)は、あらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を実行することができる。

本発明の好適な方法は、予熱および主要熱エネルギー投入のために熱エネルギー貯蔵に接続され、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび回収された熱エネルギーを伝達する能力から追加の恩恵を得る。このため、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成112と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、局地エネルギー貯蔵からエネルギー熱入力をオンデマンドでエネルギー生成に提供することである一方、従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術に付随する故障や効率損失を享受する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー生成のために蓄熱エネルギーを使用する本発明の好適な方法によってのみ可能となる局地エネルギー生成と局地エネルギー貯蔵の期間延長から、オンデマンドおよびエネルギー供給の必要に応じた現在および将来のエネルギー需要の充足を促進することである。

本発明の好適な方法に対して従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術のプロセスおよびアプリケーションに付随する故障や効率損失を享受する。一方、本発明の好適な方法は、オンデマンドまたは必要に応じて、業務上必須の信頼性をもってあらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要を分析、監視、制御することのできるULTRAGRID(商標)を介して、局地的に生成および/または貯蔵されたエネルギーを使用する。

コストを削減する、および/再生可能電力の信頼性を向上させるため、図1のシステムが再生可能エネルギー生成からエネルギーを貯蔵する、および/または使用可能熱エネルギー源が電力需要に応じて貯蔵エネルギーから水素やアンモニアなど、電気、熱、化学物質貯蔵容器183にエネルギーを生成することができる。

本発明は、他の従来技術、具体的には、容器内の水と水酸化カリウム(KOH)の混合物を使用し、混合物に配置した2つの電極に直流を印加して水素と酸素を分離する高圧アルカリ水素電解槽113および類似の装置と異なる。水を取り込むプロセスは、浄水のために逆浸透および/または脱塩および/または蒸留および/またはフラッシュ蒸発法を利用することができる。

図2に示すように、本発明は、再生可能エネルギーが生成する電気、熱、気体、液体とハーバー・ボッシュアンモニア合成プラント181および類似の装置とを統合することで他の従来技術と異なる。再生可能エネルギーが生成する熱エネルギー貯蔵からの投入を使用するシステムプロセスおよびアプリケーションの吸熱反応を含む。本発明の好適な方法は、本発明の好適な方法を用いて先に抽出および貯蔵された過剰な窒素および酸素を用いる硝酸生産と、硝酸生産プロセスのリサイクル発熱反応を組み込む。硝酸発熱リアクタ生産プロセス中に熱エネルギーリサイクルから熱エネルギーを補足することで熱エネルギーをリサイクルおよび再利用することから追加の恩恵が得られる。

図40および41に示すように、本発明の好適な方法は、熱および化学物質貯蔵容器183を含む再生可能エネルギー生成源112からの供給原料の持続可能な生成を備える。主要な投入は水、海水、大気、バイオマスである。本発明の好適な方法は、風力104、太陽光、地熱100、水力発電などの電気および熱入力の再生可能エネルギー投入から成り、水と空気の投入を含む基準素子を含む熱エネルギー貯蔵を備える。本発明の好適な方法は、再生可能エネルギーを供給される高純度水素、酸素、窒素の生成を介した持続可能な生産を促進し、その他の不活性大気ガスの処理、より具体的には高濃度水素、アンモニア、硝酸塩の生産のプロセスセットを含む。さらに、本発明の好適な方法は、アンモニアおよび硝酸塩系化学物質の生産拡大とそれに関連する原料の派生物生産として、水素、窒素、酸素、炭素、エタノール、メタノール、ブタノール、アンモニア、硝酸、硝酸アンモニア(AN)179、硝酸ヒドロキシルアンモニウム(HAN)179、硝酸トリエタノールアンモニウム(TEAN)179の持続可能な生産も促進する。

本発明の好適な方法は、本発明による、局所で生成される、および天然の高純度高品質原料ガス111、液体、固体の独自の使用からのみ得られるその他の目的、特徴、利点を提供する。本発明の好適な方法は、純粋な供給原料を使用して、高度化学プロセスにおける高品質供給原料の使用から実現されるような追加の利点を備える。本発明の好適な方法は、プロセスおよびアプリケーション内でてこ入れすることによって、入手可能な化学的に純粋な供給原料を貨幣化し、上質な製品および副産物の効率的な大量生産および生産速度を促進させる。本発明の好適な方法は電気入力および/または回転入力の形状で再生可能エネルギー生成112を使用するが、この入力は加熱または冷却および熱集約用途のために熱エネルギー貯蔵から伝達されるリサイクル廃エネルギーからの熱入力と組み合わせることができ、さらには化学貯蔵として貯蔵されるエネルギーも使用のために移送することができる。

本発明の好適な方法は、圧力スイング吸収(PSA)および/または空気分離ユニット(ASU)123を使用して、大気ガスを個々の成分に隔離する持続可能な生成および生産を含む。原料から分離されるガスは、熱および化学物質貯蔵容器183を含む再生可能エネルギー生成源112から得られる。

本発明の好適な方法は、再生可能エネルギー、熱および化学エネルギー貯蔵、水、空気を投入するプロセスおよびアプリケーションを提供し、濃縮硝酸ヒドロキシルアンモニウムの生産は、結果として生じる溶液を冷却しつつ、希釈硝酸を水性ヒドロキシルアミン溶液に混合することから成る。

本発明の好適な方法によると、余分に貯蔵された冷熱エネルギーが、廃熱からの吸収冷却121を利用する追加の冷却を実行して全体のシステム効率および生産性を向上させることができる。本発明の好適な方法は、生産を最大化し、材料とエネルギー投入を貨幣化して、高濃度硝酸ヒドロキシルアンモニウム(HAN)の持続可能で化学的に安定した生産を、HANの分解損失を最小限にとどめつつ実行するプロセスを提供することである。

従来技術により生じる問題は、非常に純度の高い高濃度HAN溶液を、硝酸を過剰に使用せずにHAN分解を最小限にとどめ化学的安定性を強化するように生産することができる本発明のプロセスを使用する方法によって解決される。

本発明の好適な方法は、過剰なヒドロキシルアミンを含有する溶液に追加されて、約70重量%未満、好ましくは50重量%未満の濃硝酸を提供し、その溶液は化学的安定性の向上のため、連続的に冷却および混合されて、常時45〜65℃の温度を維持する。

本発明の好適な方法は、予熱または主要熱エネルギー投入のために熱エネルギー貯蔵へ接続し、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび再生された熱エネルギーを伝達するという追加の利点を有する。このため、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

各段の底部で回収される塩水縮合物は、次段の動作温度および圧力に近い、またはわずかに超える適切な温度と圧力を有するために次の段で管に噴霧することができる。この水の一部はその段よりも低い圧力で次段に解放される蒸気に蒸発する。

最初と最後の段は、外部の加熱と冷却をそれぞれ必要とする。本発明の好適な方法は温入力と冷入力の熱エネルギー貯蔵を使用して、必須のエネルギーを投入する。最後の段から除去される熱の量は、最初の段に供給される熱の量とほぼ均等でなければならない。海水脱塩の場合、第1の最も高温の段ですら、スケールの形成を防止するために通常は70℃未満で動作する。本発明の好適な方法は、追加のアプリケーションおよびプロセスでの使用のために、貯蔵に伝達されるおよび/または熱交換器を介して移送される廃熱エネルギーをリサイクルおよび回収する。

最低圧力段は、管壁を横断する同じエネルギー輸送を達成するために比較的大きな表面積を必要とする。この表面積を設置するコストは後の段で超低圧低温を利用する効果を制限する。供給水に溶解したガスは、段に蓄積されると圧力差の低減に寄与する。外部からの供給水は最初の段に供給されなければならない。最初の段の管は、外部蒸気源またはその他の熱エネルギー源を通じて加熱される。すべての段のすべての管からの縮合物(淡水)は各段の圧力から大気圧へと押し出される。最後の段の底部で回収された塩水は、大気圧よりもかなり低い圧力で押し出さなければならない。本発明の好適な方法は、貯蔵のために廃熱エネルギーをリサイクルおよび回収する、および/または追加のアプリケーションおよびプロセスでの使用のために熱交換器を介して移送することができる。

他の熱プロセスに比べてエネルギー消費量(立方メートル当たり1.0kWh未満)が低いことの利点は、低温(<70℃)および低濃度(<1.5)で動作して腐食や剥がれを防止することである。海水の前処理を必要とせず、信頼性が高く、運転させやすく、保全コストが低い。最小限の監督下で1日24時間連続して運転させることができる。また、温水、発電からの廃エネルギー、産業プロセス、または太陽熱暖房などの任意の熱エネルギー源に適合可能である。

本発明は、太陽熱蒸留器のように動作するが、本発明の好適な方法は、産業用蒸発池よりもずっと容量の大きい水およびミネラル再生のための統合5効用発電太陽熱エネルギーシステム106として知られる。

本発明は、取り込んだ塩水のほぼ全量を飲用水に変換するために、環境に優しい「フル脱塩」システムとみなされる。この種の太陽エネルギーの脱塩の独自の利点の1つが、内陸での商業運転が実行可能なことである。また、いくつかの戦略上の利点として、脱塩発電所からの空気汚染が発生しないこと、脱塩プラントからの排水によって危機に瀕した天然水塊の温度が上昇しないこと、最後に、近傍の水塊の塩度が過剰な塩水によって上昇し、周囲海底の天然エコシステムを破壊することがないことなどである。別の重要な利点は、天日塩として知られる海塩の生産と、貴重な副産物と化学原料の産業用、その他の商業および非商業用の分離および処理である。図42に示すように、各種ミネラル生成物を分離するために蒸発器244が段で使用され、洗浄と乾燥で追加の生成物とアンモニアが分離され、追加ステップで酸化マグネシウムが分離される。酸化カリウムは電気分解段278で抽出することができ、その他の電気エネルギー需要はスターリングエンジン発電段から得られて効率を最大化する。従来技術を超える追加の利点により、本発明の好適な実施形態は、再生可能源の投入のみで最大限の脱塩とミネラル抽出を可能にする。

塩は、他の何よりも我々の日常生活と必需品に影響を及ぼす。塩は重化学産業にとって重要な原材料であるが、抽出されるカルシウム、マグネシウムなどの不純物の少ない大量の塩を必要とする。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、新しい潜在的資源を活用することによって、本発明の指数関数的成長の可能性を持続させるために助成金を必要とせずに財政上実現可能な垂直市場のルートを拡大できることである。塩処理技術に基づき多くが達成されたが、本発明が開拓すべく設計された領域はまだ完全には発見され、貨幣化されていない。海洋化学物質の探査は、供給原料の需要を満たすことのできる領域の1つであり、独自の努力を通じて、海洋から提供されるほぼ無尽蔵の資源から大きな恩恵を得ることができる。

化石燃料、天然ガス、原子力エネルギー生成施設を有する大規模な総合化学コンビナートは、非常に高額の投資を必要とし、これから数十年の間に徐々に消えていくであろう。よって、本発明の好適な方法は、主要な化学メーカーとしての実現可能性および能力において従来技術を超える利点を備えることが分かる。また、本発明は、前もって海洋の化学物質を回収する法外に高額なプロセスおよびアプリケーションの厳しいタスクを排除して、科学的機会を開放し、新たな経済市場を拡大する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、経済的に実行可能な垂直市場が大規模脱塩配備を拡張し、淡水を豊富に入手して、ほぼ無尽蔵な淡水、塩、ミネラル源を提供することである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、持続可能なアンモニア生産システム182と共生し、窒素系肥料の農業需要とカリウム系肥料のためのトリジェネレーション脱塩システムに対処する合同システムが必須なことである。本発明の従来技術を超える利点は、肥料のバランスの形成と同様に、産業用の炭酸カリウムを経済的に実行可能かつ持続可能に生産して、環境を保護しつつ再生可能エネルギー源に基づく活発な農業成長を促進させることである。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

単サイクルおよび多サイクル発電システムは追加の恩恵を得るため、蒸気タービン176またはスターリングエンジン116を主要な熱エネルギーサイクルとして使用し、追加の利点と効率向上のため、追加スターリングエンジンなどの追加熱集約用途にリサイクル廃熱エネルギーを使用することができる。

本発明の好適な方法は、エネルギー生成および超大量エネルギー貯蔵システム110と、最終的にはエネルギー貯蔵に伝達される、および/または冷エネルギーに変換してシステムを冷却する目的で廃熱を補足および回収する機能により、これらの問題を緩和し、おそらくは排除する。ULTRAGRID(商標)は、あらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を実行することができる。

本発明の好適な方法は、予熱または主要熱エネルギー投入のために熱エネルギー貯蔵へ接続し、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび再生された熱エネルギーを伝達するという追加の利点を有する。このため、本発明の好適な方法は、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成112と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、局地エネルギー貯蔵からエネルギー熱入力をオンデマンドでエネルギー生成に提供することである一方、従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術に付随する故障や効率損失を享受する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー生成のために蓄熱エネルギーを使用する本発明の好適な方法によってのみ可能となる局地エネルギー生成と局地エネルギー貯蔵の期間延長から、オンデマンドおよびエネルギー供給の必要に応じた現在および将来のエネルギー需要の充足を促進することである。

本発明の好適な方法に対して従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術のプロセスおよびアプリケーションに付随する故障や効率損失を享受する。一方、本発明の好適な方法は、オンデマンドまたは必要に応じて、業務上必須の信頼性をもってあらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要を分析、監視、制御することのできるULTRAGRID(商標)を介して、局地的に生成および/または貯蔵されたエネルギーを使用する。

本発明の好適な方法は、熱エネルギーを貯蔵するため、生成された太陽熱106と熱エネルギー投入をベースとする再生可能エネルギーとを使用することができる。この貯蔵された熱エネルギーは、クリンカー炉を予熱および加熱する熱集約用途のオンデマンドエネルギー源として、あるいはセメント製造プロセスにおいてクリンカーを減らすための粉砕器への投入のような、電気または回転エネルギーを生成するためスターリングエンジン116または蒸気タービン176への投入として使用することができる。本発明のこの好適な方法は、回収システムから伝達される廃エネルギーの貯蔵と、上記クリンカーおよび炉周囲に接続される熱交換器とを使用して、従来技術を超える利点として、効率と生産量を高める。

本発明の好適な方法は、脱塩処理と、煉瓦およびブロック製造から生じた材料を、コンクリート混合物用の目の細かい、および粗い骨材として使用する。目の細かいおよび粗い骨材はコンクリート混合物の大半を占める。砂、天然の砂利、砕いた石などが主にこの目的で使用される。(建設工事、解体、掘削廃棄物から)リサイクル骨材が天然骨材の部分的な代替として使用されるようになってきた一方、空冷高炉のスラグや底部の灰を含む多くの製造骨材も許容される。骨材の存在は、純粋な状態では脆い材料であるセメントに比べてコンクリートの耐久性を大幅に向上させる。よって、コンクリートは真の複合物材料である。圧縮後に骨材を再配分すると、振動の影響による不均質が生じる場合が多い。このため、強度勾配につながる可能性がある。

本発明の好適な方法は、海水から抽出し他のミネラル分から分離した灰を使用する。本発明の好適な方法は、海水から抽出し他のミネラル分から分離した石膏を使用する。本発明の好適な方法は、熱分解中にバイオマスから抽出し他のミネラル分から分離した灰を使用する。これらのプロセスおよびアプリケーションにより、該システムは他のプロセスからの廃棄物を貴重な材料として投入し、エコシステムへのダメージを低減しつつ、従来技術を超える主要な利点を備えた好適な実施形態を持続可能とすることができる。

本発明の好適な方法は、添加物としてMgOを使用して環境保護精神をさらに強化する。MgOが硬化プロセスで大気中のCO2を吸収するのに対して、従来技術は硬化プロセス中に余剰廃棄物を生成する。

コンクリートの製造と使用は、広範な環境および社会的影響を及ぼす。状況に応じて、有害なものもあれば、望ましいものもあり、両方の場合もある。コンクリートの主成分は、同様に環境および社会的影響を及ぼすセメントである。セメント産業は、主要な温室効果ガスである二酸化炭素の3つの主要生成元の1つである。残り2つがエネルギー生産業界と運輸業界である。2011年の時点で、コンクリートは、主に石灰石と粘土の1500℃での焼結のために地球の人為的なCO2排出量の7%に寄与する。本発明の好適な方法は、焼結プロセス中のCO2ガス排出を後の使用のために隔離し、従来技術よりも環境影響を低減する。コンクリートは激しい土壌浸食、水質汚染、洪水などを引き起こす可能性のある表面流出の原因となる硬質面を形成するのに使用されるが、逆に洪水を迂回させ、堰き止め、制御するために使用することもできる。コンクリートは都会のヒートアイランド現象の主原因であるが、アスファルトほどではない。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクルなどの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

単サイクルおよび多サイクル発電システムは追加の恩恵を得るため、蒸気タービン176またはスターリングエンジン116を主要な熱エネルギーサイクルとして使用し、追加の利点と効率向上のため、追加スターリングエンジンなどの追加熱集約用途にリサイクル廃熱エネルギーを使用することができる。

本発明の好適な方法は、エネルギー生成および超大量エネルギー貯蔵システム110と、最終的にはエネルギー貯蔵に伝達される、および/または冷エネルギーに変換してシステムを冷却する目的で廃熱を補足および回収する機能により、これらの問題を緩和し、おそらくは排除する。ULTRAGRID(商標)は、あらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を実行することができる。

本発明の好適な方法によると、予熱または主要熱エネルギー投入のための熱エネルギー貯蔵への接続から追加の恩恵を受け、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび回収された熱エネルギーを伝達することができる。このため、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減できるという従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー熱入力をオンデマンドでエネルギー生成に提供する局地エネルギー貯蔵からのエネルギー投入と理解され、一方で従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術に付随する故障や効率損失を享受していた。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー生成のために蓄熱エネルギーを使用する本発明の好適な方法によってのみ可能となる局地エネルギー生成と局地エネルギー貯蔵の期間延長から、オンデマンドおよびエネルギー供給の必要に応じた現在および将来のエネルギー需要の充足を促進することである。

本発明の好適な方法に対して従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術のプロセスおよびアプリケーションに付随する故障や効率損失を享受していた。一方、本発明の好適な方法は、オンデマンドまたは必要に応じて、業務上必須の信頼性をもってあらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要を分析、監視、制御することのできるULTRAGRID(商標)を介して、局地的に生成および/または貯蔵されたエネルギーを使用する。

図43に示すように、本発明の好適な方法は、貯蔵された熱エネルギーを使用してキルンで煉瓦を焼結するための熱エネルギーを投入するというアプリケーションおよびプロセスにおいて、従来技術を超える主要な利点を提供する新規な方法である。本発明の好適な方法は、ミネラル抽出プロセスと熱分解処理を伴う脱塩または煉瓦およびブロック製造から生じた廃棄物材料を、コンクリート混合物用の目の細かいおよび粗い骨材として使用する。目の細かいおよび粗い骨材は、煉瓦と泥の煉瓦の大半を占める。砂、天然の砂利、砕いた石などが主にこの目的で使用される。(建設工事、解体、掘削廃棄物から)リサイクル骨材が天然骨材の部分的な代替として使用されるようになってきた一方、空冷高炉のスラグや底部の灰を含む多くの製造骨材も許容される。骨材の存在は、純粋な状態では脆い材料であるセメントに比べてコンクリートの耐久性を大幅に向上させる。よって、コンクリートは真の複合物材料である。圧縮後に骨材を再配分すると、振動の影響による不均質が生じる場合が多い。このため、強度勾配につながる可能性がある。

本発明の好適な方法は、高密度流体媒体の移送のための蓄熱125の使用と、使用可能エネルギーの再利用と、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルとにおけるアプリケーションおよびプロセスによって、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を提供する。

押出煉瓦の場合、粘土は水10〜15%(硬押出し)または水20〜25%(軟押出し)と混合させられる。この混合物は、型を通じて所望の幅および奥行きの長いケーブルを形成する。次いで、この塊は、ワイヤ壁によって所望長の煉瓦に切断される。ほとんどの構造煉瓦はこの方法で作製されて、硬い高密度の煉瓦を製造し、好適な型は穴も形成することができる。このような穴を導入することで、必要な粘土の量も、ひいてはコストも低減される。中空の煉瓦は軽量で扱いやすく、中実の煉瓦と異なる熱特性を有する。切断された煉瓦は、焼成前に50〜150℃で20〜40時間乾燥することによって硬化させられる。本発明の好適な方法は、この乾燥のため硬化プロセスでキルンを予熱および加熱する熱エネルギーを供給するために蓄熱から熱エネルギーを伝達する。大抵の場合、乾燥用の熱はキルンからの廃熱である。

細骨材を伴うコンクリート煉瓦は、簡易な機械と基本組立ラインを用いて作製することができる。コンベアベルトが混合物を機械に運び、測定された量のコンクリートを型に流し込む。型を振動させて気泡を取り除いた後、上昇させて湿った煉瓦を合板シート上に広げる。その後、小型エレベータがこれらのパレットを積み重ねた後、フォークリフトのオペレータがそれらを乾燥のために煉瓦ヤードに移動させる。本発明の好適な方法は、搬送システム、振動器、スタッカ、自動フォークリフト用の電気エネルギーを生成するため、熱貯蔵から熱エネルギーを伝達して、スターリングエンジン116に熱エネルギーを供給する。また、熱エネルギーは、乾燥および固化プロセスでキルンを予熱および加熱するためにも伝達される。

燃焼プロセス中に塩が添加されるソルトグレーズ、あるいは煉瓦を浸すグレーズ材料である「スリップ」を使用して、煉瓦に不浸透性の装飾面を塗布することができる。この塩は、ミネラル抽出プロセスを使用する先の脱塩プロセスから供給することができる。その後、キルンで再加熱すると、スリップが溶融してグレーズ面を煉瓦ベースと一体化させる。本発明の好適な方法は、グレーズプロセスでキルンを予熱および加熱する熱エネルギーを供給するため熱貯蔵から熱エネルギーを伝達する。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

単サイクルおよび多サイクル発電システムは追加の恩恵を得るため、蒸気タービン176またはスターリングエンジン116を主要な熱エネルギーサイクルとして使用し、追加の利点と効率向上のため、追加スターリングエンジンなどの追加熱集約用途にリサイクル廃熱エネルギーを使用することができる。

本発明の好適な方法は、エネルギー生成および超大量エネルギー貯蔵システム110と、最終的にはエネルギー貯蔵に伝達される、および/または冷エネルギーに変換してシステムを冷却する目的で廃熱を補足および回収する機能により、これらの問題を緩和し、おそらくは排除する。ULTRAGRID(商標)は、あらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を実行することができる。

本発明の好適な方法によると、予熱または主要熱エネルギー投入のための熱エネルギー貯蔵への接続から追加の恩恵を受け、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび回収された熱エネルギーを伝達することができる。このため、本発明の好適な方法は、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点が提供される。本発明の好適な方法は、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー熱入力をオンデマンドでエネルギー生成に提供する局地エネルギー貯蔵からのエネルギー投入と理解され、一方で従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術に付随する故障や効率損失を享受していた。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、エネルギー生成のために蓄熱エネルギーを使用する本発明の好適な方法によってのみ可能となる局地エネルギー生成と局地エネルギー貯蔵の期間延長から、オンデマンドおよびエネルギー供給の必要に応じた現在および将来のエネルギー需要の充足を促進することである。

本発明の好適な方法に対して従来技術は、普通は数百マイル離れている外部電力網エネルギーの投入を必要とし、あらゆる地点で従来技術のプロセスおよびアプリケーションに付随する故障や効率損失を享受していた。一方、本発明の好適な方法は、オンデマンドまたは必要に応じて、業務上必須の信頼性をもってあらゆる使用可能エネルギーおよび潜在的エネルギー需要を分析、監視、制御することのできるULTRAGRID(商標)を介して、局地的に生成および/または貯蔵されたエネルギーを使用する。

図44に示すように、本発明の好適な方法を使用するアルミニウム精錬所は、再生可能エネルギーによる熱の生成および貯蔵をアルミナの予熱および加熱に直接投入して、システム効率を高め、アルミニウム精錬プロセス全体の電力需要を低減させるという従来技術を超える利点を有する。アルミナは通常960℃で溶融氷晶石に溶解するが、この温度ではCOの形成が熱力学的に促進され、多量の過電圧の存在(可逆的な分極電位間の差)で熱力学平衡が変化し、COとCO2の混合物が生成される。炭素陽極は通常、電気分解中に消費され、従来技術での精錬所における高エネルギー消費と過剰な温室効果ガス排出を招いていた。

従来技術を超える本発明の他の利点は、二酸化炭素および一酸化炭素捕捉隔離技術を組み込み、補足したガスおよびその成分を、本発明の好適なプラスチックおよび鋼鉄製造方法による主要炭素または補足炭素の投入として再利用することである。この従来技術の改良により、再生可能エネルギー112を用いて高エネルギー効率でアルミニウムを精錬する、持続可能な環境に優しい方法が提供される。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

総合製鋼所に関連する環境上重大な危険は、コークス製造の際の汚染であり、コークスは高炉での鉄鉱石の還元における必須の中間生成物である。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、鋼鉄製造プロセスからガスおよびガス成分を補足し隔離することである。このようなガスは再利用され、管理可能なレベルまで隔離または低減される。総合製鋼所276はアーク炉や直接鋳造などの小製鉄所で使用されるプロセスのいくつかを採用して、生産コストを低減する。総合鋼鉄所の生産能力は全世界の需要にほぼ近いため、供給業者間の競合の結果、最も効率的な生産業者のみが生き残ることになる。

本発明の別の利点は、従来二次的な鋼鉄製造業者である小製鉄所270を包入することで実現することができる。再生可能エネルギーによる熱の生成および貯蔵の利点は、従来技術では予熱および熱エネルギー投入に通常使用されるエネルギーを補償することができ、本発明によると、需要が低いときにプラントが生産を停止する能力を維持することができる。通常、小製鉄所はスクラップ鋼鉄、中古の自動車や機器、製造の副産物から大部分の鉄を入手する。鋼鉄の所望の化学的性質を維持するために、直接還元製鉄(DRI)がスクラップと共に使用されることがあるが、通常、DRIは鋼鉄の主原料として使用するには高額すぎる。

図45に示すように、標準的な小製鉄所は、スクラップ熔解用の電気アーク炉、化学反応の精密な制御用のレードル炉または真空炉、溶融鋼鉄を固体状に変換するストリップまたはビレット連続鋳造274、再熱炉115、圧延機を有する。小製鉄所の概念270は、コンクリート補強バー、フラット、アングル、チャネル、パイプ、軽量レールなどのバー製品の生産に採用される。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、鋼鉄製造プロセスからのガスおよびガス成分を補足し隔離することである。このようなガスは、再利用、隔離、または管理可能なレベルまで低減される。直接ストリップ鋳造プロセスを適切に導入することで、小製鉄所270でのストリップの生産が実行可能になる。本発明の好適な方法は、線引き用のロッドのコイルまたはパイプの製造、あるいは輸送および農業の特別な分野などに特化することのできる総合小製鉄所プラント276を導入する。

小製鉄所の標準的な生産能力は様々である。プラントの中には年間5000000トン以上を生産するものもあるが、標準的な生産量は年間200000〜500000トンであり、いくつかの特殊プラントは年間50000トンの完成品しか生産しない。電気アーク炉272は定期的な起動と停止が容易であるため、本発明の好適な方法は、運転と再生可能エネルギーの生成とを調整し、小製鉄所270は生産量を市場需要に容易に追随させることができ、需要が高いときは24時間体制で運転し、販売量が低いときは生産を縮小する。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

ポリマーおよび関連コンポーネントの本発明の好適な生産方法の第1の目的は、再生可能エネルギー生成およびエネルギー貯蔵システム110を含めることで従来技術を超える利点を活用し、石油ベース製品の最大半分を捕捉および隔離したCO2に置き変えることによって燃料の使用を減らしつつ、システム温室効果ガスを低減することである。捕捉隔離したCO2を化学物質、プラスチック、燃料、建設材料、その他の商品などの製品に変換することは、環境に優しく、かつ経済的に有利な方法である。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

エネルギーを貯蔵、伝達、変換、管理する既存の従来技術の方法は、簡便な多列点火兵器を生産するには不十分である。既存の指向性エネルギー兵器システムは大量の熱エネルギーを消費し、過熱によるダメージを回避するために未だに嵩張る冷却機器を必要とする。空冷は、発射間の許容不能な遅延を招くおそれがある。現時点で実質上、指向性エネルギー兵器を大いに制限しているこれらの問題は、兵器を効率化する安価な高温の超伝導体によって解決することができよう。本発明の好適な方法による簡便な大量エネルギー貯蔵とエネルギー生成は、主に冷却問題に関連する従来技術の両問題に対処する。本発明によると、貯蔵エネルギーシステムが直接冷却機能を有し、再利用または吸収冷却システム121を使用する熱エネルギーから冷エネルギーへの変換のため、装置の発射によって生成される廃熱を熱エネルギー貯蔵に伝達して、さらに多くの貯蔵冷却容量を生み出す。

本発明の好適な方法は使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

本発明の好適な方法は、吸収冷却、蒸留、分別蒸留、蓄熱を含むその他の熱集約プロセスなどの追加プロセスへ熱を投入し再生するために蓄熱エネルギーを使用することによってエネルギー効率を高め、垂直市場の収益を貨幣化する。従来技術では低レベルの廃熱エネルギーを冷却塔246に使用していたが、本発明は低レベルの廃熱エネルギーを酵素の予熱、微生物の成長、穀物軟化貯蔵システムの余熱に使用する。

エネルギーを使用および再使用する本発明の好適な方法は上記の全側面に影響を及ぼし、生成、生産、監視、発酵に影響を及ぼすすべての要因の制御を通じて、非効率に設計および開発されてきたあらゆる従来技術を超える統合的な解決策として、エネルギーおよび材料の投入を向上させ貨幣化することができる。機械学習システムの導入により、従来技術の試みと設計をすべて実行し、さらに強化することができる。本発明の好適な方法は、接触時間、温度、pH、媒体の性質と組成、溶解したO2、溶解したCO2、動作システム(たとえば、回分、流加回分、連続)、前駆物質の供給、混合(環境を変動させた循環)、発酵槽での剪断速度などの多数の要因への影響の能動的分析および監視のために適応メトリクス、バイオメトリクス、熱画像感知を用いる人工知能制御の安定化環境制御システムを使用する。これらの要因の変動は、発酵速度、製品の範囲と産出量、製品の官能特性(外観、味、匂い、質感)、毒素の生成、栄養品質、その他の物理化学的特性に影響を及ぼし得る。

エネルギー保存に関する関心と試みの高まりと共に、脱水のための蒸留を回避する多くの方法が提案されている。これらの方法のうち、現代のエタノールプラントの大半で第3の方法が新たに採用されるようになった。この新プロセスはモレキュラーシーブを使用して燃料エタノールから水を除去する。このプロセスでは、エタノール蒸気が加圧下でモレキュラーシーブビーズの床を通過する。ビーズの孔はエタノールを通さない一方で水を吸収させるようなサイズに設定される。一定の時間後、床が真空または不活性雰囲気(たとえば、N2)下で再生されて、吸収した水を除去する。1つの床が水を吸収する間に別の床が再生されるように複数の床が使用される場合が多い。この脱水技術は、初期の共沸蒸留よりも大幅にエネルギーを節減する。

標準的なプラントは、1ブッシェルのトウモロコシから約2.5〜2.8ガロンのエタノールを産出する現在の技術によってトウモロコシの処理からエタノールを生産する。本発明の好適な方法は熱エネルギー貯蔵に再生可能エネルギーを投入して、ベースの電気および熱エネルギーを出力し、必要に応じたエネルギー備蓄としての役割を果たす。本発明の好適な方法は、複数の原料を投入する湿式磨砕プロセスおよびセルロースプロセスと組み合わせて再生可能エネルギーを使用して、エタノールと副産物に基づく開放された貴重な垂直市場をもたらす。

本発明の好適な方法は、乾燥した蒸留穀物EDDGを組み合わせる。可溶性シロップを追加すると、可溶性物質を伴う改良蒸留穀物MDGSが生じる。CO2排出物をリサイクルし、バイオリアクタを使用して当該排出物を消費し、プランクトン成長のために投入した後、乾燥させてDDGSと組み合わせると、従来技術を超える高濃度DDGSが形成される。これにより、プロセスの組み合わせと有効な投入から出力が増大し、プロセス全体の排出物が低減または除去され、環境影響が低減された環境に優しいシステムが確立される。

通常、バイオマスは、受入れ施設内のバイオマス積卸しの検疫および測量地点で鉄道およびトラックに載せられ、貯蔵容器および/または場所に移送される。穀物受領システムでは、粉塵回収システムが粒子の排出を抑制する。トラックと鉄道のスケールが配送されたバイオマスの重量を測定する。バイオマス積卸し貯蔵システムは個々の積卸し脚部とコンクリートおよび鋼鉄貯蔵容器とを含む。トウモロコシは貯蔵位置から回転ふるいへと搬送されて、穀粉または「粗挽き粉」状に砕かれるハンマーミルまたは研磨機へ移される前に残渣が除去される。

ミールは酵素処理のためにスラリータンクに搬送される。ミールは水および酵素と混合され、加熱されて、磨砕された穀物を微細スラリーに分解する。その後、スラリーを圧力容器を通過して送られ、フラッシュ容器で再蒸発される。「マッシュ」と呼ばれるこの液状ミールは約210°Fに達し、バクテリアの蓄積を低減または除去する。本発明の好適な方法は、絶縁容器を所定期間加熱して、マッシュをさらに軟化させ、異質のバクテリアと酵素を殺菌するために、熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを伝達する。

次に、殺菌されたマッシュは液化タンクに圧送され、そこで酵素が追加される。この調理されたマッシュは引き続き液化タンクを通って発酵槽の1つに圧送され、そこで繁殖させたイーストを追加して回分発酵プロセスを開始させる。発酵プロセスは調理されたマッシュを二酸化炭素と、エタノールと最初の供給原料からの固体をすべて含むビールとに変換する。次いで、マッシュを約2日間、発酵タンクに保持する回分発酵プロセスが実行される。本発明の好適な方法は、発酵熱エネルギーを必要とするため必要に応じて熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを伝達する。固体容量が大きく清掃が容易であるように設計された外部板およびフレーム熱交換器を通じて循環させることで、マッシュが適温に保持される。

回分発酵の完了後、ビールはビール容器、次に蒸留塔に圧送されて気化し、マッシュからアルコールが分離される。本発明の好適な方法は、必要に応じて熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを伝達する。蒸留の結果、96%または190プルーフのアルコールが生じる。このアルコールは、精留塔システム、側ストリッパ、モレキュラーシーブシステムを通って輸送され、そこで脱水されて200プルーフの無水エタノールを生成する。200プルーフのアルコールと最大5%の変性剤が販売用のエタノールを構成する。

残りのトウモロコシマッシュは、蒸留廃液と称される蒸留ストリッパから、脱水のためにいくつかのデカンタ型の遠心分離機のうち1つに圧送される。その後、水は逆流して遠心分離機へと戻されるか蒸発器に送られて、厚いシロップ状に乾燥させられる。遠心分離機を出た「ウェットケーキ」として知られる固体は、ウェットケーキ貯蔵パッド、または残りの水分を除去するために加熱回転乾燥器に搬送される。乾燥器に入って水分が飛ばされる際、シロップがウェットケーキに添加される。本発明の好適な方法は、必要に応じて熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを伝達する。プロセスの最終結果が飼料穀物、FGの生産である。

本発明の好適な方法は微小藻類バイオリアクタ282を備える微生物リアクタ生産システムであり、微小藻類および有機物の生産と培養のための、最も効果的な隔離された閉環境として既知であり、一般的に認められた主要な方法である。従来技術では海水と淡水ベースのバイオリアクタを利用し、微小藻類や有機物リアクタを使用する従来技術のシステムもある。概して、こうした水ベースのシステムは、水の投入、移送、流体循環のために周囲の水源から汲み上げられる淡水および/または塩水および/または海水を利用する。

本発明の好適な方法は、プランクトン、好ましくは植物プランクトンの生産強化のために光、適切な栄養分、発酵プロセスからリサイクルされたCO2を投入するフォトバイオリアクタ284を使用する。次に、バクテリアがプランクトン、好ましくは動物プランクトンの生産のために微生物リアクタに投入される。その後、動物プランクトンを採取し、脱水および/または乾燥させ、FGと結合させることで、エタノールプラントのCO2排出量を低下させつつ、従来技術よりも高い価値を有する高品質な栄養強化EFG製品を製造することができる。本発明の好適な方法は、プランクトンの生産および健康に適した温度を支援および維持するために熱エネルギー貯蔵から熱エネルギーを伝達する。

図46に示すように、好適な実施形態は、穀物がイーストによって発酵させられた後に生成される副産物として蒸留穀物を生産するエタノール生産施設を備える。発酵プロセスでは、穀物中のほぼすべてのデンプンがエタノールと二酸化炭素に変換され、残りの栄養分(タンパク質、脂肪、ミネラル、ビタミン)は3倍の濃度に濃縮されて、強化型の改質飼料穀物、すなわちEMFGとなり、その後さらに強化された乾燥飼料穀物、すなわちEFGとなる。可溶性シロップを添加すると可溶性の改質飼料、すなわちEMFGSとなる。1ブッシェルのトウモロコシから、湿式磨砕プロセスで約15ポンドの蒸留穀物が生産される。蒸留穀物は、家畜や家禽の飼料としてトウモロコシ、ダイズ、リン酸二カルシウムに代わる経済的な飼料である。蒸留穀物はトウモロコシから得られ、乳牛、肉牛、家禽、ブタの食糧として有益な特性を有することが証明されている栄養分を含む。ダイズミール、カノーラミール、ビールかす穀物などの飼料原料よりも高い消化性、純エネルギー含有量、脂肪含有量を有するEFGおよびEMFGSを与えると、乳牛の乳生産量が上昇する。肉牛の場合、飼育場の調査で証明されるように、反芻胃の健康、繊維のエネルギー効果、嗜好性の向上が、より迅速で効率的な体重増につながっている。

水分を減少させた強化型FGまたはEFGは貯蔵寿命が長い。プランクトンの成長に必要な二酸化炭素CO2は、湿式磨砕エタノール生産プロセスの副産物であり、炭素排出量を低減して、廃ガスをより貴重な垂直市場の収益に変換することができる。生成されるCO2は通常、回収および販売されるのに十分な品質を有するが、CO2は生産プロセス、強化型EFG濃縮プロセス、垂直市場向けの貯蔵間に浄化される。

本発明の好適な方法は使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

エネルギー変換への関心および努力の高まりと共に、蒸留以外の多くの脱水方法が提案されている。これらの方法の中で、第3の方法が浮上し、現在のエタノールプラントの大半で採用されている。この新たなプロセスは、燃料エタノールから水を除去するのにモレキュラーシーブを使用する。このプロセスでは、加圧下のエタノール蒸気がモレキュラーシーブビーズの層を通過する。ビーズの孔は、エタノールを遮断しつつ水を吸収するようなサイズに設定される。一定時間後、層は吸収した水を除去するため、真空下または不活性雰囲気(たとえば、N2)内で再生される。しばしば複数層が使用され、1つの層が水の吸収に利用可能である間、他の層が再生される。この脱水技術は、以前の共沸蒸留と比べて多くのエネルギーを消費する可能性がある。

標準的なプラントは、1ブッシェルのトウモロコシから約2.5〜2.8ガロンのエタノールが得られる最新技術を用いてトウモロコシを処理することによってエタノールを生産する。本発明の好適な方法は熱エネルギー貯蔵に再生可能エネルギーを投入して、ベースの電気および熱エネルギーを出力し、必要に応じてエネルギーバックアップの役割を果たす。本発明の好適な方法は、複数の原料を投入する湿式磨砕プロセスおよびセルロースプロセスと組み合わせて再生可能エネルギーを使用して、エタノールと副産物に基づく開放された貴重な垂直市場とをもたらす。

本発明の好適な方法は、乾燥した蒸留穀物EDDGを組み合わせる。可溶性シロップを追加すると、可溶性物質を伴う改良蒸留穀物MDGSが生じる。CO2排出物をリサイクルし、バイオリアクタを使用して当該排出物を消費し、プランクトン成長のために投入した後、乾燥させてDDGSと組み合わせると、従来技術を超える高濃度DDGSが形成される。これにより、プロセスの組み合わせと有効な投入から出力が増大し、プロセス全体の排出物が低減または除去され、環境影響が低減された環境に優しいシステムが確立される。

通常、バイオマスは、受入れ施設内のバイオマス積卸しの検疫および測量地点で鉄道およびトラックに載せられ、貯蔵容器および/または場所に移送される。穀物受領システムでは、粉塵回収システムが粒子の排出を抑制する。トラックと鉄道のスケールが配送されたバイオマスの重量を測定する。バイオマス積卸し貯蔵システムは個々の積卸し脚部とコンクリートおよび鋼鉄貯蔵容器とを含む。トウモロコシは貯蔵位置から回転ふるいへと搬送されて、穀粉または「粗挽き粉」状に砕かれるハンマーミルまたは研磨機へ移される前に残渣が除去される。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続されたプレヒータ213、加熱システム素子171、熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーは再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

本発明の好適な方法が冷エネルギー貯蔵124と、エネルギー貯蔵のための追加冷入力を生成する廃熱の有効利用から恩恵を受けるのに対して、従来技術はデータセンター温度と外気温度に大きく左右される冷却塔246、蒸発器244、エコノマイザーを使用して、外気温度が高いときに冷却効率と性能を低下させる。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、床と壁内の受動的冷却を可能にする低温貯蔵からの入力であり、冷熱エネルギーを熱交換器とブロワファンに供給して、データセンター内の空間を冷却し、データセンターの湿度制御を支援する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、A型コイルにエネルギーを投入する冷エネルギー貯蔵124を介して一般的施設データセンターの開放領域と、ラックおよびキャビネット貯蔵システムの列間とを冷却するため、低温貯蔵から冷熱エネルギーを投入することである。もしくは、本発明の好適な方法は、ALECC(空気利用効率的冷却コイル)ファンによる冷気調整を利用する。このプロセスと含まれるアプリケーションとは、床と壁内の受動的冷却も可能にする。

従来技術のデータセンターアプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、カーボンファイバ製造プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続された熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

従来技術に対する本発明の好適な方法の利点は、ULTRAGRID(商標)を含めることで、業務上必須の信頼性をもって、オンデマンドで、または必要に応じてあらゆる使用可能エネルギーと潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を提供できる点である。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

本発明の好適な方法は、バランスの取れた環境に優しい柔軟な生態系を提供するロボットによる自動化の統合と共生人工知能制御システムの維持を備える分析、監視、制御用の追加の入力センサを含む適応メトリクス、バイオメトリクス、熱画像官能分析を使用する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により、特定動物を隔離、監視、追跡することができ、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを利用して特定の動物を一生を通じて監視、記録、追跡することができる。タグやその他の媒体を使用する従来技術とは異なり、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を使用する本発明の好適な方法は、人工知能制御システムによる迅速で簡易な識別と分析を可能にし、確定した個別の動物ケアプランと自動的に応答および変更される規定食とに応じて、健康監視、搾乳プロセス報告と品質管理256に栄養を入力し、人工知能制御システムを最適化する追加入力を行い、分析、監視、追跡、制御を伴うロボット搾乳効率と酪農場生産を促進して、動物の健康と乳生産を向上させるように生産を最適化し実現する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスにより、温、冷、およびその他の温度投入のために貯蔵された熱エネルギーを用いて略閉サイクルの運転を可能にすることであり、特定の種類のバクテリアによる汚染を低減およびおそらくは排除し、外部の非濾過空気とそれに伴う浮遊汚染物質への野放しな暴露を防止することによって追加の恩恵を得る。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスを利用して略閉サイクルの運転を可能にすることであり、従来技術は処理区域間の製品の輸送に懸架フックとコンベアベルトを使用していたが、本発明の好適な方法は再生可能エネルギーを利用し、トレイシステムを用いて氷流での冷却を提供し、スラリー内に懸架される製品は腐敗とバクテリアの暴露から守られる。

本発明の好適な方法は、動物ベースの製品を保存する以下の方法:A)氷、冷蔵172または冷凍による温度制御、B)乾燥および凍結乾燥による水分活性の制御、C)加熱またはイオン照射による微生物負荷の物理的制御、D)必須の酸の追加による微生物負荷の化学的制御、E)真空パックまたは酸素量低減処理などによる酸素除去、のうちの1つ以上を用いる。

本発明の好適な方法は、製品の鮮度を保つ効果的な方法として、好ましくは氷と水から成るスラリー内で氷を製品の周囲に均一に分布することによって製品を冷却する。これは、製品を水分中に浮遊させ、輸送に適した形状で容易に保管する安全で非常に優れた方法である。氷を安価で簡単に製造する吸収機械冷凍の開発のため、この方法は広く利用されている。氷は様々な形状で生産される。砕いた氷や薄片、板、管、ブロック状の氷が製品を冷却するために一般的に使用される。

特に有効なのは、氷がスラリーで使用される際、氷の結晶を水と塩などの凝固点降下剤との溶液中に浮遊させて、通気によって作製されるような微細結晶で形成することである。新たな方法にはポンプ圧送氷技術がある。ポンプ圧送氷は水のように流れ、均一であるために淡水の固体氷よりも急速に養殖魚を冷却し、氷焼けを防止する。この氷技術はHACCPおよびISO食物安全公衆衛生基準などの各種プロトコルにも準拠しており、従来の淡水固体氷技術よりもエネルギー消費が少ない。

さらに、本発明の好適な方法は、害虫および昆虫の汚染および侵入を低減し、おそらくは排除する。

従来技術を超える本発明の好適な方法は、自動化およびロボティックスを採り入れることで、従来技術では適用も発見もされないバイオセキュリティを確立し、従来技術の施設、業務、プロセスおよびアプリケーションに見られる上記の問題を低減または排除する。従来技術を超える本発明の好適な方法は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により従業員と訪問者を隔離、監視、追跡して、従来技術の飼育施設、プロセス、またはアプリケーションには適用も発見もされない施設および食品チェーンへのアクセスに関するセキュリティレベルを確立する。本発明の好適な方法は、施設内のあらゆる活動に対してバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを使用する。本発明の好適な方法は、履歴を残すため、あるいは不適切な進入を警告し、告訴または刑事訴追用に行動を記録するため、人間または動物にかかわらず監視、記録、追跡できるようにすべてのモニタと熱源を走査する。

太陽集熱システム106、吸収冷却121、エネルギー貯蔵110を含む、従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、酪農場が熱エネルギー貯蔵に接続されて、製品処理およびその他の熱集約用途のために予熱または主要熱エネルギーを投入されることで追加の恩恵に浴し、受動的加熱施設となることである。本発明の好適な方法は、乳およびチーズの処理、移送、貯蔵のため施設を冷却する目的で冷エネルギー貯蔵124から冷入力を投入できるという従来技術に対する追加の利点を有する。また、従来技術の飼育施設を超える本発明の好適な方法により、この酪農施設はオンサイトの温および冷熱エネルギー貯蔵を使用してアイスクリームやその他の冷凍乳製品などの食品処理を簡便に行うことができる。

本発明の好適な方法は、オンサイトでの乾式貯蔵と低温貯蔵を含め、処理と梱包の能力を追加して輸送要件を低減する。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、再生可能エネルギー生成および貯蔵を含み、その後、熱エネルギー貯蔵または再利用のためにリサイクルまたは回収された熱エネルギーを伝達することができる。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、廃熱エネルギーを利用して冷エネルギー生成のための吸収冷却を行い、冷熱エネルギー集約アプリケーションおよびプロセスのための冷エネルギーを生成しつつ、使用可能エネルギーを利用して効率向上を図ることである。本発明の好適な方法は、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点を提供する。また、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術の飼育アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、飼育プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続された熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、上記方法を用いてバイオメトリクス、メトリクス、熱分析を自動化し、隔離、監視、追跡、採取した卵のサイズと色別の処理、合格品と不良品の品質保証処理、および/または関連の卵生産および梱包プロセスからの不良または規格外れの卵の除去である。規格外れの卵は不良品として梱包し、不良品の卵はリサイクルに回すことができる。

従来技術を超える本発明の好適な方法は、自動化およびロボティックスを採り入れることで、従来技術では適用も発見もされないバイオセキュリティを確立し、従来技術の施設、業務、プロセスおよびアプリケーションに見られる上記の問題を低減または排除する。従来技術を超える本発明の好適な方法は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により従業員と訪問者を隔離、監視、追跡して、従来技術の飼育施設、プロセス、またはアプリケーションには適用も発見もされない施設および食品チェーンへのアクセスに関するセキュリティレベルを確立する。本発明の好適な方法は、施設内のあらゆる活動に対してバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを使用する。本発明の好適な方法は、履歴を残すため、あるいは不適切な進入を警告し、告訴または刑事訴追用に行動を記録するため、人間または動物にかかわらず監視、記録、追跡できるようにすべてのモニタと熱源を走査する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自律型ロボット屠畜および処理システムを備えることである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自律型ロボット家禽羽むしり器およびクリーナを含むことである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、製品を仕上げる自律型家禽用骨除去具およびナイフを備えることである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、生の家禽製品の処理および梱包を含むことである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、主に家禽製品の味付け、家禽製品の梱包および冷凍または味付け、乾熱または湿熱処理、梱包後の冷凍から成る簡便な処理を含むことである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の使用によって、動物の誕生から成長、畜殺、解体、梱包までを追跡できることである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により、特定動物を隔離、監視、追跡することができ、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを利用して特定の動物を一生を通じて監視、記録、追跡できることである。タグやその他の媒体を使用する従来技術とは異なり、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を使用する本発明の好適な方法は、人工知能制御システムによる迅速で簡易な識別と分析を可能にし、確定した個別の動物ケアプランと自動的に応答および変更される規定食とに応じて、成長および健康報告と品質管理256に栄養分補充と搾乳を入力し、産卵報告と品質管理256に追加入力し、自動卵収穫効率に追加入力し、より高度な飼育、分析、監視、追跡、制御を促進して、肉生産、動物の健康、肉および卵の収穫を最適化および実現する。

従来技術を超える本発明の好適な方法は、自動化およびロボティックスを採り入れることで、従来技術では適用も発見もされないバイオセキュリティを確立し、従来技術の施設、業務、プロセスおよびアプリケーションに見られる上記の問題を低減または排除する。従来技術を超える本発明の好適な方法は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により従業員と訪問者を隔離、監視、追跡して、従来技術の飼育施設、プロセス、またはアプリケーションには適用も発見もされない施設および食品チェーンへのアクセスに関するセキュリティレベルを確立する。本発明の好適な方法は、施設内のあらゆる活動に対してバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを使用する。本発明の好適な方法は、履歴を残すため、あるいは不適切な進入を警告し、告訴または刑事訴追用に行動を記録するため、人間または動物にかかわらず監視、記録、追跡できるようにすべてのモニタと熱源を走査する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、太陽集熱システム106、吸収冷却121、エネルギー貯蔵110を含み、動物農場は、製品処理熱集約用途のために予熱または主要熱エネルギーを家禽施設に投入する目的で接続された熱エネルギー貯蔵から追加の恩恵を受け、施設の受動的暖房も可能にする。従来技術に対する本発明の好適な方法の追加の利点は、施設を冷却する、および処理、処理済み肉の移送および貯蔵、処理済み卵の貯蔵用に冷エネルギーを投入するため、冷エネルギー貯蔵124からの冷入力を適用できることである。本発明の好適な方法は、オンサイトでの乾燥および低温貯蔵を含む処理梱包機能によって輸送要件を低減する。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、再生可能エネルギーの生成および貯蔵を含み、その後、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび回収された熱エネルギーを伝達できることである。本発明の好適な方法は、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点を提供する。また、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスにより、温、冷、およびその他の温度投入のために貯蔵された熱エネルギーを用いて略閉サイクルの運転を可能にすることであり、特定の種類のバクテリアによる汚染を低減およびおそらくは排除し、外部の非濾過空気とそれに伴う浮遊汚染物質への野放しな暴露を防止することによって追加の恩恵を得る。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスを利用して略閉サイクルの運転を可能にすることであり、従来技術は処理区域間の製品の輸送に懸架フックとコンベアベルトを使用していたが、本発明の好適な方法は再生可能エネルギーを利用し、トレイシステムを用いて氷流での冷却を提供し、スラリー内に懸架される製品は腐敗とバクテリアの暴露から守られる。

従来技術の飼育アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、飼育プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続された熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

従来技術に対する本発明の好適な方法の利点は、ULTRAGRID(商標)を含めることで、業務上必須の信頼性をもって、オンデマンドで、または必要に応じてあらゆる使用可能エネルギーと潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を提供できる点である。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により、特定動物を隔離、監視、追跡することができ、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを利用して特定の動物を一生を通じて監視、記録、追跡することができる。タグやその他の媒体を使用する従来技術とは異なり、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を使用する本発明の好適な方法は、人工知能制御システムによる迅速で簡易な識別と分析を可能にし、確定した個別の動物ケアプランと自動的に応答および変更される規定食とに応じて、成長および健康報告と品質管理256に栄養を入力し、繁殖および分娩報告と品質管理256に追加入力し、自動畜殺および肉処理効率に追加入力して、より高度な飼育、分析、監視、追跡、制御を促進して、肉生産、動物の健康、肉処理を最適化および実現する。

従来技術を超える本発明の好適な方法は、自動化およびロボティックスを採り入れることで、従来技術では適用も発見もされないバイオセキュリティを確立し、従来技術の施設、業務、プロセスおよびアプリケーションに見られる上記の問題を低減または排除する。従来技術を超える本発明の好適な方法は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により従業員と訪問者を隔離、監視、追跡して、従来技術の飼育施設、プロセス、またはアプリケーションには適用も発見もされない施設および食品チェーンへのアクセスに関するセキュリティレベルを確立する。本発明の好適な方法は、施設内のあらゆる活動に対してバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを使用する。本発明の好適な方法は、履歴を残すため、あるいは不適切な進入を警告し、告訴または刑事訴追用に行動を記録するため、人間または動物にかかわらず監視、記録、追跡できるようにすべてのモニタと熱源を走査する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、さらなる問題および潜在的な汚染を回避するため、上記の方法を用いて、健康な動物の品質保証処理と病気の動物の廃棄および/または排除を目的に、ウシとブタを隔離、監視、追跡するバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化を可能にすることである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自律型ロボット屠畜および処理システムを備えることである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自律型ロボットウシまたはブタ畜殺処理および清掃を含むことである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、製品を仕上げる自律型ロボットウシまたはブタ屠畜ナイフを備えることである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、生の牛肉または豚肉製品の処理および梱包を含むことである。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、主に牛肉または豚肉製品の味付け、牛肉または豚肉製品の梱包および冷凍または味付け、乾熱または湿熱処理、梱包後の冷凍から成る簡便な処理を含むことである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を利用して、誕生から成長、畜殺、屠畜、梱包まで動物を追跡できることである。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により、特定動物を隔離、監視、追跡することができ、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを利用して特定の動物を一生を通じて監視、記録、追跡することができる。タグやその他の媒体を使用する従来技術とは異なり、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を使用する本発明の好適な方法は、人工知能制御システムによる迅速で簡易な識別と分析を可能にし、確定した個別の動物ケアプランと自動的に応答および変更される規定食とに応じて、成長および健康報告と品質管理256に栄養分補充と搾乳を入力し、産卵報告と品質管理256に追加入力し、自動卵収穫効率に追加入力し、より高度な飼育、分析、監視、追跡、制御を促進して、肉生産、動物の健康、肉および卵の収穫を最適化および実現する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、太陽集熱システム106、吸収冷却121、エネルギー貯蔵110を含み、動物農場は、製品処理熱集約用途のために予熱または主要熱エネルギーを家禽施設に投入する目的で接続された熱エネルギー貯蔵から追加の恩恵を受け、施設の受動的暖房も可能にする。従来技術に対する本発明の好適な方法の追加の利点は、施設を冷却する、および処理、処理済み肉の移送および貯蔵、処理済み卵の貯蔵用に冷エネルギーを投入するため、冷エネルギー貯蔵124からの冷入力を適用できることである。本発明の好適な方法は、オンサイトでの乾燥および低温貯蔵を含む処理梱包機能によって輸送要件を低減する。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、再生可能エネルギーの生成および貯蔵を含み、その後、熱エネルギーの貯蔵または再利用のためにリサイクルおよび回収された熱エネルギーを伝達できることである。本発明の好適な方法は、システム効率を向上させ、再生可能エネルギー生成と、それに関連する熱およびガス排出物の処理および貯蔵によりエネルギー投入要件を低減するという従来技術を超える利点を提供する。また、化石燃料および非環境保護のエネルギー投入源への依存を低減するという点で、従来技術を超える追加の利点を有する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスにより、温、冷、およびその他の温度投入のために貯蔵された熱エネルギーを用いて略閉サイクルの運転を可能にすることであり、特定の種類のバクテリアによる汚染を低減およびおそらくは排除し、外部の非濾過空気とそれに伴う浮遊汚染物質への野放しな暴露を防止することによって追加の恩恵を得る。従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、自動化およびロボティックスを利用して略閉サイクルの運転を可能にすることであり、従来技術は処理区域間の製品の輸送に懸架フックとコンベアベルトを使用していたが、本発明の好適な方法は再生可能エネルギーを利用し、トレイシステムを用いて氷流での冷却を提供し、スラリー内に懸架される製品は腐敗とバクテリアの暴露から守られる。

大抵の場合、従来技術の飼育アプリケーションおよびプロセスは生来の設計および配置上の欠陥のために完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、飼育プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続された熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

従来技術に対する本発明の好適な方法の利点は、ULTRAGRID(商標)を含めることで、業務上必須の信頼性をもって、オンデマンドで、または必要に応じてあらゆる使用可能エネルギーと潜在的エネルギー需要の分析、監視、制御を提供できる点である。

本発明は、残りの熱エネルギーおよび貯蔵からの追加アプリケーションおよびプロセスサイクルにより、使用可能投入温度および投資利益率に対する許容可能な費用便益比に基づき追加可能なアプリケーションおよびプロセス用エネルギー使用のために使用可能なエネルギーの使用とリサイクルをさらに奨励することで、従来技術を超える利点を有する。その後、すべての残りのリサイクル可能な熱エネルギーを再生して、該当する温度の蓄熱システム125に伝達することができる。また、熱エネルギーを吸収冷却121に伝達して、温ベースの熱エネルギーを冷ベースの熱エネルギーに変換し、使用可能な蓄熱エネルギーの局地エネルギーバランスを維持することができる。本発明の好適な方法は、従来技術を超える主要な利点および新規な方法を定めたものであり、システム全体での利用と再利用効率の実現および最適化に必須である標準化された熱エネルギーバランスを提供して、すべての対象アプリケーションおよびプロセスに対するすべてのエネルギー投入を同時に貨幣化する。

従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により、特定動物を隔離、監視、追跡することができ、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを利用して特定の動物を一生を通じて監視、記録、追跡することができる。タグやその他の媒体を使用する従来技術とは異なり、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析を使用する本発明の好適な方法は、人工知能制御システムによる迅速で簡易な識別と分析を可能にし、確定した個別の動物ケアプランと自動的に応答および変更される規定食とに応じて、成長および健康報告と品質管理256に栄養を入力し、繁殖および分娩報告と品質管理256に追加入力し、自動畜殺および肉処理効率に追加入力して、より高度な飼育、分析、監視、追跡、制御を促進して、肉生産、動物の健康、肉処理を最適化および実現する。

従来技術を超える本発明の好適な方法は、自動化およびロボティックスを採り入れることで、従来技術では適用も発見もされないバイオセキュリティを確立し、従来技術の施設、業務、プロセスおよびアプリケーションに見られる上記の問題を低減または排除する。従来技術を超える本発明の好適な方法は、バイオメトリクス、メトリクス、熱分析の自動化により従業員と訪問者を隔離、監視、追跡して、従来技術の飼育施設、プロセス、またはアプリケーションには適用も発見もされない施設および食品チェーンへのアクセスに関するセキュリティレベルを確立する。本発明の好適な方法は、施設内のあらゆる活動に対してバイオメトリクス、メトリクス、熱分析の組み合わせを使用する。本発明の好適な方法は、履歴を残すため、あるいは不適切な進入を警告し、告訴または刑事訴追用に行動を記録するため、人間または動物にかかわらず監視、記録、追跡できるようにすべてのモニタと熱源を走査する。

本発明の好適な方法は、施設内での人間の暴露と接触を最小限に抑えることができるため、施設内でのすべての処理および副産物処理、梱包、貯蔵に対する潜在的なバクテリアおよびウィルス汚染を低減することができる。

上記の問題を抱える従来技術を超える本発明の好適な方法の利点は、局地再生可能エネルギー、エネルギー貯蔵110、エネルギー回収、廃エネルギーのリサイクルを含む局地解体施設および処理を確立することである。自動化およびロボティックスにより、上記の問題と、従来技術の施設、業務、プロセス、アプリケーションで一般的に見られるその他の問題を低減または防止することができる。本発明の好適な方法の利点は、オンサイトの自動化およびロボティックスを含み、簡便な料理、乾熱または湿熱での製品仕上げ、冷凍、梱包を提供し、新たな垂直市場と製品ラインを開放することである。さらに、バクテリアと汚染物質への暴露を低減する。自動化されたロボット労働力により、施設温度を冷凍温度近くまで下げて、バクテリアの成長を遅延および低減することができる。それに対して、従来技術による人間の労働力は、反復作業から生じる傷害、ナイフや滑りやすい切断面や床などとの危険な相互作用、人間の接触および人間による汚染物質の運搬などを招きやすい。

本発明の好適な方法は、施設内での人間の暴露と個人的接触を最小限にすることによって、施設内のすべての処理および副産物処理、便宜的処理、包装および貯蔵におけるバクテリアおよびウィルスの潜在的汚染を低減する。これにより、財政上の実行可能性を高めつつ規制上の負担を軽減することができる。

従来技術の飼育アプリケーションおよびプロセスは通常、生来の設計および配置の欠点により完全または部分的に自動化できなかった。本発明の好適な方法は、人工知能およびロボティックスを含む自動化と併せて、飼育プロセスの分析、監視、制御にメトリクス、バイオメトリクス、熱画像技術を使用することで傷害を低減または排除し、稼働時間、生産性、生産量を向上させる。

本発明の好適な方法は、使用、再利用、貯蔵および/または変換と貯蔵のための廃熱エネルギーの再生およびリサイクルにおいて物理的に接続された熱交換器および再生器214を用いることで、従来技術のアプリケーションおよびプロセスを超える有益で新規な方法である。このエネルギーは、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に熱エネルギーの一部を使用するスターリングサイクルエンジンなどの熱集約用途によって使用される。このプロセスからリサイクルされる廃熱は、第2のレベルの利用可能な廃エネルギーを、スターリングエンジンサイクル116などの第2の低熱閾値熱集約用途への熱エネルギー投入に利用して、換算温度差で、その後、発電機、ポンプ、または圧縮器への投入に必要な回転運動などの用途に使用するため、回転エネルギーの生成に使用することができる。

本発明は、追加の産業とその関連プロセスおよびアプリケーションを1組のULTRAGRID(商標)194機能に組み込むことができ、ハイブリッドなソリューションと合同で共生の持続可能なシステムを形成し、ロボットベースの自動化ソリューションとの組み合わせでプロセスおよびアプリケーションの監視、分析、制御の人工知能および機械学習ベースの自動化を行い、再生可能エネルギーを供給される。

ユニットの動作は極めて費用効果が高い。本願に記載の各種素子、ステップ、手順の性質、構成、動作、配置は、添付の請求項で定義される本発明の精神と範囲を逸脱せずに変更することができる。本発明は、エネルギー生成およびエネルギー貯蔵システム110にエネルギーを供給する上述の方法において課題および/または欠点が生じ得ると理解している。関連する潜在的な問題の1つが地球の気候温暖化に対する脅威である。本発明の各種実施形態は、上述の起こり得る課題および/または欠点のうち1つ以上を完全に、あるいはある程度まで解決できるという点で有益であろう。

熱集約用途のために電気および熱エネルギーに熱エネルギーをオンデマンドで統合することにより、スマートグリッド通信192に基づき厳しい基本負荷要件および需要に対処するタイムリーで敏感なエネルギー生成が可能になる。ULTRAGRID(商標)194システムの一体化により、すべてのシステムニーズとエネルギー要件に対応する最大電力可用性および柔軟性を得るためのエネルギーシステムの迅速な相互作用が可能になる。この統合は互換性および有用性をエンドユーザ用製品の設計製造にまで拡張する。よって、本発明は例示的に説明したものである。使用される用語は、限定ではなく説明のために使用される性質の言葉であると理解すべきである。したがって、ある項で明示される特徴は、他の項で明示される特徴と適宜組み合わせることができる。上記教示に鑑み本発明の多くの変更および変形が可能である。

上記の各種実施形態は、例示と説明のためにのみ提示した。それらの実施形態は包括的である、あるいは本発明を開示する形式に限定することを意図していない。したがって、上記教示を考慮に入れて可能になる本発明の様々な変更および変形が、当業者にとって自明になるであろう。また、上記の開示は本発明を限定することを目的としていない。明細書および請求項において、「備える」という文言は「含む」という文言と同様に広範な意味を有すると理解すべきであり、明示される整数またはステップあるいは整数群またはステップ群の包含を示唆するが、他の整数またはステップあるいは整数群またはステップ群の除外を示唆するものではないと理解される。この定義は、「備えて」などの「備える」という文言の変形にも適用される。

本発明の代表的な各種実施形態をある程度具体的に上述したが、当業者であれば、明細書および請求項に記載される開示する実施形態に、発明の主題の精神および範囲を逸脱せずに、様々な変更を加えることができる。結合という文言(たとえば、装着、付着、結合)は広く解釈されるべきであり、素子の接続間に中間部材を含めたり、素子間に相対運動を含めたりすることができる。よって、結合という文言は、2つの素子が必ずしも直接接続され、相互の関係が固定されることを示唆するものではない。さらに、ネットワーク接続という文言は広く解釈されるべきであり、素子のネットワーク接続間に中間部材または装置を含むことができる。よって、ネットワーク接続という文言は、必ずしも2つの素子が相互に直接接続されることを示唆するものではない。いくつかの例では、本願に直接または間接的に記載される方法において、各種ステップおよび動作は実行可能な順番で説明したが、当業者であれば、ステップおよび動作は本発明の精神と範囲を必ずしも逸脱せずに再配置、置換、省略することができると認識するであろう。なお、上述の説明に含まれる、あるいは添付図面に含まれるすべての事柄は限定ではなく例示と解釈すべきである。細部または構造は、添付の請求項に定義される本発明の精神を逸脱せずに変更することができる。

概説した実施形態を参照しつつ本発明を説明したが、様々な変更、修正、変形、改良および/または既知である、あるいは現在予測可能な実質的等価物は、少なくとも当業者にとっては自明になるであろう。特定の順序で方法ステップを列挙することは、当該方法ステップの順序を限定するものではない。したがって、上述の本発明の実施形態は、限定ではなく例示を目的とする。当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱せずに形状および細部に変更を加えることができると認識するであろう。したがって、本発明は、既知である、あるいはこれまでに開発されたすべての変更、修正、変形、改良および/または実質的等価物を包含することを意図する。