JP4799415B2 - 改良型燃焼装置とその製造及び使用方法 - Google Patents
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Description
さらに特には、上昇される温度は約800℃乃至約1300℃である。本発明の燃焼装置は、大気圧で、10水銀柱ミリメートルまでの低減された圧力で、または大気圧を超える1000絶対psi以上までの高い圧力で運転されることが可能である。
(適切な材料)
本発明の燃焼室、燃焼管または燃焼炉を製造することのできる適切な材料としては、燃焼温度を許容し得る任意の耐久性のある材料が含まれるが、これらに限定されない。好適な材料には、金属、ガラス、石英等の結晶質、成形可能な珪酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩、チタン酸塩または混合型金属酸化物等のセラミック、複合材料、高温ポリマ、または熱膨張係数の差を処理できる任意の材料の混合物または組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。特に好適な材料には、鋼、石英、アルミナ、シリカ、ジルコニアまたはこれらの混合物または組み合わせが含まれる。特に好適な金属には、ステンレス鋼及び他の錆びない鉄、コバルトまたはニッケル合金が含まれる。
(燃焼ゾーンにインライン・ミキサを含む燃焼装置)
次に、図1A乃至Dを参照すると、概して100で示される先行技術による4つの燃焼装置は、可燃材料及び酸化剤が導入される入口ゾーン102と、燃焼ゾーン104と、酸化材料の出口ゾーン106とを含んでいる。図1Aを見ると、先行技術によるこの燃焼装置100は、燃焼ゾーンを上昇された温度まで加熱するための加熱手段またはヒータを除いて他の部分は保有しない。他の装置100は全て、インラインまたは静的ミキサ108を含む。図1Bを見ると、先行技術によるこの燃焼装置100は、上流にインライン・ミキサ108を含んでいる。図1Cの先行技術による燃焼装置100は、下流にインライン・ミキサ108を含んでいる。さらに、図1Dの先行技術による燃焼装置100は、上流及び下流双方にインライン・ミキサ108を含んでいる。
(インライン・ミキサの設計)
次に図4A乃至図4Gを参照すると、幾つかの異なるインラインまたは静的ミキサが概して400で示されている。図4A及びBを見ると、ミキサ400は、ハウジング402と、上記ハウジング402の内面406に嵌め込まれ、付着され、結合され、または一体化される複数の捻れたプレート404とを含み、上記ハウジングは燃焼装置または燃焼管であってもよい。図4Aは単一のプレート404を示し、図4Bは右回りの構造になるように配向された4つのプレート404を示している。明らかに、これらのプレートは右回り構造、左回り構造または両者の組み合わせの何れに配置されてもよい。
(エネルギー抽出装置)
次に図5を参照すると、概して500で示される本発明のエネルギー抽出システムの好適な一実施形態は、燃料及び酸化剤供給ユニット502と、炉または燃焼室504と、エネルギー発生ユニット506とを含み、上記燃焼室504は少なくとも1つの静的混合ゾーン510を有する燃焼ゾーン508を含む。供給ユニット502は燃料及び酸化剤のための別々の供給ユニット502a及びbを含んでもよく、また炉504の上流に混合または噴霧化ユニット512を含んでもよい。供給ユニット502は燃料及び酸化剤を炉504へ供給し、炉504は燃料を燃焼してエネルギー発生ユニット506への熱源として使用される熱を発生させる。エネルギー発生ユニット506は、カリーナ型サイクル等の任意タイプのエネルギー発生器であってもよい。例えば、本参照により開示に含まれる米国特許第5,953,918号、第5,950,433号、第5,822,990号、第5,649,426号、第5,588,298号、第5,572,871号、第5,450,821号、第5,440,882号、第5,095,708号、第5,029,444号、第4,982,568号、第4,899,545号、第4,763,480号、第4,732,005号、第4,604,867号、第4,586,340号、第4,548,043号、第4,489,563号、第4,346,561号、及び第4,289,429号を参照されたい。
(分析機器)
次に図6を参照すると、概して600で示される本発明の機器の好適な一実施形態は、試料供給システム602と、酸化剤供給システム604と、燃焼室606と、検出/分析器システム608とを含み、上記燃焼室606は少なくとも1つの静的混合ゾーン612を有する燃焼ゾーン610を含む。本機器600はまた、燃焼室606の上流に、完全に混合された試料と酸化剤との混合物を燃焼室606へ、または霧状にされた試料と酸化剤との混合物を燃焼室606へ供給するように適合化された混合または霧状化ユニット614を含んでもよい。試料供給システム602は、オートサンプラ、直接注入用セプタム、連続サンプリング用のサンプリング・ループ、GC、LC、MPLC、HPLC、LPLCまたは分析機器燃焼室への試料供給に現在または将来使用されるあらゆる試料供給システム等の分析用分離システム、またはこれらの混合または組み合わせを含むいずれの試料供給システムであってもよい。検出器/分析器システム608は、IR分光計、FTIR分光計、MS分光計、UV分光計、UV蛍光分光計、化学発光分光計、ICR分光計、他の任意の分光写真法による検出/分析システムまたはこれらの混合または組み合わせを含む、現在知られているまたは未だ開発中であるいずれの酸化物検出/分析システムであってもよいが、これらに限定されない。好適な機器としては、UV蛍光分光計、化学発光分光計またはこれらの混合または組み合わせが含まれる。
(触媒コンバータ)
次に図7を参照すると、概して700で示される本発明の触媒コンバータを装備した内燃機関の好適な一実施形態は、内燃機関702と、触媒コンバータ装置704とを含み、上記触媒コンバータ装置704は内部に少なくとも1つの静的混合ゾーン708を有する燃焼ゾーン706を含む。コンバータ704は、ヘッダ710を介してエンジン702へ、及び排気管712を介して排気出口へ接続されている。
Claims (27)
- 試料供給システムと、
酸化剤供給システムと、
入口、出口、燃焼ゾーン、及びヒータを有し、上記燃焼ゾーンは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの半分以下の長さに沿って配置される静的ミキサを含む混合ゾーンを備える燃焼または炉装置と、
検出器/分析器ユニットと、を備え、
上記供給システムは、試料及び酸化剤を上記燃焼装置の入口へ供給し、
上記ヒータは、上記混合ゾーンを含む上記燃焼ゾーンを、上記試料を実質上完全に酸化して酸化物にするのに十分な上昇された温度で維持し、
上記静的ミキサは、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有し、
上記検出器/分析器は、少なくとも1つの酸化物の濃度を決定して上記酸化物濃度を上記試料内の1元素の元の濃度に関連づける分析機器装置。 - 上記上昇された温度は、約300℃を超える請求項1に記載の装置。
- 上記上昇された温度は、約300℃乃至約2000℃である請求項1に記載の装置。
- 上記上昇された温度は、約600℃乃至約1500℃である請求項1に記載の装置。
- 上記上昇された温度は、約800℃乃至約1300℃である請求項1に記載の装置。
- 上記燃焼装置はさらに、上記入口と上記燃焼ゾーンとの間に配置されるネブライザを備える請求項1に記載の装置。
- 上記試料供給システムは、オートサンプラ、直接注入用セプタム、連続サンプリング用のサンプリング・ループ、分析用分離システム及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項1に記載の装置。
- 上記分析用分離システムは、GC、LC、MPLC、HPLC、LPLC及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項7に記載の装置。
- 上記検出器/分析器は、IR分光計、FTIR分光計、MS分光計、UV分光計、UV蛍光分光計、化学発光分光計、ICR分光計及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項1に記載の装置。
- 上記検出器/分析器は、UV蛍光分光計、化学発光分光計及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項1に記載の装置。
- 上記燃焼ゾーンは、複数の混合ゾーンを含み、
各混合ゾーンは、静的ミキサを含み、
全ての上記静的ミキサは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの長さに沿って配置され、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有する請求項1に記載の装置。 - 可燃材料を酸化するための方法であって、
入口、出口、燃焼ゾーン、及び上記燃焼ゾーンを加熱するためのヒータを備え、上記燃焼ゾーンは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの半分以下の長さに沿って配置される静的ミキサを含む混合ゾーンを備える燃焼装置へ、上記可燃材料及び酸化剤を供給するステップと、
上記混合ゾーンを含む上記燃焼ゾーンを、上記可燃材料内の全ての、または実質的に全ての酸化可能成分をそれらの対応する酸化物に変換するに足る温度まで加熱するステップと、を含み、
上記静的ミキサは、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有し、
上記混合ゾーンは、上記燃焼ゾーンの燃焼効率を上げる、方法。 - 上記温度は、約300℃を超える請求項12に記載の方法。
- 上記温度は、約300℃乃至約2000℃である請求項12に記載の方法。
- 上記温度は、約600℃乃至約1500℃である請求項12に記載の方法。
- 上記温度は約800℃乃至約1300℃である請求項12に記載の方法。
- 上記燃焼装置は、さらに上記入口と上記燃焼ゾーンとの間に配置されるネブライザを備える請求項12に記載の方法。
- 上記燃焼ゾーンは、複数の混合ゾーンを含み、
各混合ゾーンは、静的ミキサを含み、
全ての上記静的ミキサは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの長さに沿って配置され、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有する請求項17に記載の方法。 - 試料を分析するための方法であって、
入口、出口、燃焼ゾーン、及び上記燃焼ゾーンを加熱するためのヒータを備え、上記燃焼ゾーンは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの半分以下の長さに沿って配置される混合ゾーンを備える燃焼装置へ、上記試料及び酸化剤を供給するステップと、
上記混合ゾーンを含む上記燃焼ゾーンを、上記可燃材料内の全ての、または実質的に全ての酸化可能成分をそれらの対応する酸化物に変換するに足る温度まで加熱するステップと、
上記酸化物を検出器/分析器へ転送するステップと、
少なくとも1つの酸化物の濃度を検出するステップと、を含み、
上記混合ゾーン内の静的ミキサは、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有し、
上記静的ミキサは、上記燃焼ゾーンの燃焼効率を上げ、
上記検出器/分析器は、上記酸化物濃度を上記試料内の1元素の元の濃度に関連づける、方法。 - 上記温度は、約300℃を超える請求項19に記載の方法。
- 上記温度は、約300℃乃至約2000℃である請求項19に記載の方法。
- 上記温度は、約600℃乃至約1500℃である請求項19に記載の方法。
- 上記温度は、約800℃乃至約1300℃である請求項19に記載の方法。
- 上記燃焼装置はさらに、上記入口と上記燃焼ゾーンとの間に配置されるネブライザを備える請求項19に記載の方法。
- 上記検出器/分析器は、IR分光計、FTIR分光計、MS分光計、UV分光計、UV蛍光分光計、化学発光分光計、ICR分光計及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項19に記載の方法。
- 上記検出器/分析器は、UV蛍光分光計、化学発光分光計及びこれらの混合または組み合わせより成るグループから選択される請求項19に記載の方法。
- 上記燃焼ゾーンは、複数の混合ゾーンを含み、
各混合ゾーンは、静的ミキサを含み、
全ての上記静的ミキサは、上記入口の下流で上記燃焼ゾーンの長さに沿って配置され、燃焼温度にさらされ、上記燃焼ゾーンを横切る際に酸化混合物の一部のチャネリングを低減するために、上記燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長している突起を有する請求項19に記載の方法。
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