JP5453114B2 - 僅かなエネルギー必要量および改善されたエネルギー収量を有するシステムの概念 - Google Patents

Description

本発明は、可燃性のガス状、蒸気状または液状の廃棄物からなる空気／溶剤混合物を、燃焼ユニット中で発生する環境相容性の排気（２）および発生された廃熱を導出させながら該空気／溶剤混合物を燃焼させるための燃焼ユニットで環境保護的に（umweltgerechten）除去するための方法に関する。

公知技術水準（図１および２参照）によれば、例えば空気／溶剤混合物は、有害物質を環境中に到達させないために、熱的後方燃焼部（ＴＮＶ）に供給されなければならない。前記の安全性の理由から、例えば空気／溶剤混合物は、発火性混合物が生じないように空気で希釈されるとすれば、使用工程から離れなければならない。この貧弱な空気は、熱的後方燃焼部に供給される。そのために、部分的に混合物空気は、引続く燃焼工程の廃熱で予熱され、その後に、この予熱は、熱的後方燃焼部の燃焼室に到達する。

予熱されたかまたは前記の空気／溶剤混合物が燃焼室中に達しなかった場合には、この燃焼室は、通常、燃料、例えば燃料ガスまたは電気エネルギーで焚かれる。触媒による後方燃焼も考えることができる。

熱的後方燃焼部の変わりに燃料電池（ＢＳＺ）を使用する場合には、空気／溶剤混合物は、例えば運転温度の維持のために一緒に燃焼させることができる。電流は、別の循環路を経て燃料ガスまたは可燃性物質によって発生される。

公知技術水準による概念は、可燃性物質を燃焼させるために燃料ガスを必要とする。

本発明は、請求項１記載の上位概念による空気／溶剤混合物を環境保護的に除去するための方法を、空気／溶剤混合物が可燃性物質の不断の供給なしに添加されうるように改善するという課題に基づくものである。

本発明によれば、この課題は、空気／溶剤混合物を部分的または完全に回収ユニットに供給し、そこで利用可能なエネルギー形に変換し、このエネルギー形を部分的または完全に燃焼のために燃焼ユニットに供給し、それによって運転中に燃焼ユニットに部分的または完全に自動的に燃料を供給することによって解決される。空気／溶剤混合物とは、空気および／または不活性ガスおよび／またはこれらと燃焼可能または可燃性の物質との混合物（以下、混合物としても呼称する）であるものと理解される。

利用可能なエネルギー形は、本発明によれば、有利に流れ、ガス、蒸気または可燃性または燃焼可能な凝縮物である。更に、以下、凝縮物について詳細に説明する。

１つの本発明による実施態様において、空気／溶剤混合物は、回収ユニット中でスターリングエンジンに供給され、例えば発電機と組み合わせて電流が発生される。空気／溶剤混合物は、スターリングエンジンを駆動させ、このスターリングエンジンは、発電機を作動させる。

本発明による別の実施態様において、空気／溶剤混合物は、水蒸気変換システムにおける回収ユニット中で水蒸気に変換され、この水蒸気は、用途に供給される。

１つの使用形において、水蒸気は、電流を発生させるために発電機に供給される。

別の使用形において、空気／溶剤混合物は、凝縮装置における回収ユニット中で凝縮除去され、生じる可燃性凝縮物は、燃焼ユニット中で燃焼される。

燃焼ユニット中で発生された廃熱および／または流れは、本発明によれば、空気／溶剤混合物の凝縮除去のために回収ユニットに供給される。

本発明による方法またはシステムの概念は、運転中に十分に利用されるか、または先に空気／溶剤混合物から凝縮除去された可燃性物質の状態にあるエネルギーだけが使用される。運転開始は、単に場合によっては従来の燃料、例えば燃料ガスを用いて行なうことができる。

本発明による実施態様において、回収ユニット中で形成された凝縮物または一般に回収ユニット中で発生された利用可能なエネルギー形は、タンク中に導入され、そこから必要に応じて燃焼ユニットに供給される。このタンクは、緩衝器としても使用され、システムの運転開始時に必要とされる量の可燃性物質（燃料）で充填されることができる。別のタンクは、可燃性物質および／または燃焼可能な物質またはこれらの混合物の中間貯蔵のために使用されてもよい。

更に、本発明の実施態様において、燃焼ユニットは、従来の熱的後方燃焼システムおよび／または燃料電池システムであるかまたは一般に物質から熱および／または冷気または電気エネルギーを発生させるエネルギー変換システムである。

更に、本発明の実施態様において、回収ユニットは、吸収システム、凝縮システム、逆転冷気システム（Inversionskaelteanlage）または吸着システムである。

好ましくは、燃焼ユニットは、凝縮物をタンクから不断に取り出すことによって運転される。

タンク中の凝縮物は、１つの実施態様において、化石に由来するものではなく、例えばバイオエタノールまたはバイオブタノールである。

更に、本発明の実施態様において、回収ユニット中で燃焼可能または可燃性の物質の純粋な物質、または少なくとも２つの異なる燃焼可能または可燃性の物質の混合物が加工され、前記物質または前記混合物は、燃焼不可能または不燃性の物質、例えば水と混合されてもよい。

燃焼ユニットは、部分的運転で駆動されてもよく、この場合には、凝縮物と共にタンクから燃料ガス／燃料および／または電流および／または燃焼ユニット中への燃焼のための供給空気が導入されてもよい。

更に、本発明の実施態様において、前記混合物または空気／溶剤混合物から、可燃性物質または燃焼可能な物質は、完全または殆んど完全に除去され、前記供給空気の混合物からの残留ガス分は、燃焼ユニットに供給される。

１つの本発明による実施態様において、燃焼ユニット中で発生する熱量または廃熱は、部分的または完全に利用され、スターリングエンジンを駆動させる。

スターリングエンジン中で変換されたエネルギーは、有利に原動力の目的のために利用される。スターリングエンジンは、電気エネルギーを発生させる発電機を駆動することもできる。即ち、空気／溶剤混合物は、回収ユニット中で利用可能なエネルギー形としての流れに変換されている。更に、この流れは、空気／溶剤混合物を燃焼させるために燃焼ユニット中に導入されることができる。

別の使用において、燃焼ユニット中で生じる熱量は、部分的または完全に利用され、水蒸気が発生される。

更に、生じた水蒸気は、再び原動力の目的のために利用されることができる。

本発明による実施態様において、水蒸気は、発電機を駆動させ、この発電機は、電気エネルギー、即ち電流を発生させる。

生じた水蒸気は、滅菌の目的のために使用されてもよい。

１つの好ましい本発明による実施態様において、燃焼ユニットから回収ユニットに供給された熱エネルギーは、回収ユニット中で種々の利用に分配される。これは、回収ユニット中で種々に利用可能なエネルギー形が形成されることを意味する。

回収ユニット中で使用形の点で異なる種類の利用にカスケード接続されるかまたは組み合わされて運転される。

本発明による方法またはシステムの概念は、運転中に十分に利用されるか、または先に例えば、空気／溶剤混合物から凝縮除去された可燃性物質の状態にあるエネルギーだけが使用される。運転開始は、単に場合によっては従来の燃料ガスを用いて行なうことができるか、またはシステム中に緩衝器として設けられたタンクは、システムの運転開始に必要とされる量の可燃性物質で充填させることができる。

更に、燃焼ユニット中で燃焼中に発生される廃熱を用いて、例えば逆転冷気システムを運転させることもできるし、吸着システムを運転させることもでき、これらのシステムは、方法の構成成分またはシステム概念の構成成分として固有の運転に必要とされる燃料を空気／溶剤混合物から凝縮させる。それによって、環境の視点から化石燃料ガスの需要は消滅するであろう。

前記方法または装置概念を熱的後方燃焼部を用いて運転した場合には、可燃性の液状物質は、タンクから取り出され、空気を用いて燃焼ユニット中で発火能を有する混合物に処理される。発火後、可燃性物質は、燃焼することができ、二酸化炭素と水に変換され、遊離するエネルギーは、上記の回収ユニット中で利用され、物質の抽出または凝縮を実施することができる。

熱的後方燃焼部の代わりに燃料電池を使用する場合には、物質から廃熱と共に電気エネルギーを取得することもできる。

次に、本発明を図面につき記載する。

公知技術水準により、可燃性の蒸気状または液状の廃棄物からなる空気／溶剤混合物を環境保護的に除去するための方法を示す略図。 図１と同様に公知技術水準による方法を示すが、しかし、この場合には、燃焼ユニット１として燃料電池システム１０だけが使用される略図。 燃焼ユニット１と回収ユニット６との本発明によるカップリングを示す略図。 燃焼ユニット１、この場合燃料電池システム１０、と回収ユニット６との本発明によるカップリングを示す略図。 回収ユニット６が示されており、或いは導入された空気／溶剤混合物５は、利用可能なエネルギー形のどのようなものにも変換される方法を示す略図。

図１は、公知技術水準、即ち略示的に可燃性の蒸気状または液状の廃棄物からなる空気／溶剤混合物を、燃焼ユニット中で発生する環境相容性の排気２および発生された廃熱３および／または流れ４を導出させながら燃焼ユニット１で環境保護的に除去するための方法を示す。

この場合、燃焼ユニット１は、熱的後方燃焼システム９であり、この熱的後方燃焼システム中に空気／溶剤混合物５が導入される。空気／溶剤混合物５は、発火能を有する混合物が存在しない限り、空気で希釈されている。この貧弱な空気は、熱的後方燃焼部に供給される。燃焼のために、後方燃焼システム９中に燃料／燃料ガス１１および／または電気エネルギー、即ち電流が導入される。後方燃焼システム９から排気２（ＣＯ₂／Ｈ₂Ｏ）および廃熱３は導出される。廃熱３を空気／溶剤混合物１の予熱前に使用することも公知である。

図２も同様に公知技術水準を示すが、しかし、この場合には、燃焼ユニット１として燃料電池システム１０だけが使用され、この燃料電池システム中には、空気／溶剤混合物５が導入される。この場合も、空気／溶剤混合物５は、発火能を有する混合物が存在しない限り、空気で希釈されている。この貧弱な空気は、燃料電池システム１０に供給される。燃料電池システム１０中には、燃料／燃料ガス１１、水素１３および／または電気エネルギー１２、即ち電流が導入される。燃料電池システム１０から排気２、廃熱３および電流４が導出される。

図３には、燃焼ユニット１と回収ユニット６との本発明によるカップリングが記載されており、この場合燃焼ユニット１は、熱エネルギーおよび排気または廃ガスへの空気／溶剤混合物５の変換を行なう。燃焼ユニット１は、回収ユニット６に燃焼可能または可燃性の物質から取得された廃熱を供給する。

空気／溶剤混合物５の一部分は、こうして直接に燃焼ユニット１中に導入され、別の部分または残分は、回収ユニット中に導入され、そこで利用可能なエネルギー形に変換され、このエネルギー形は、さらに燃焼ユニット中に導入され、燃焼、即ち燃焼プロセスが維持される。

回収ユニット６は、空気／溶剤混合物５を分離する。燃焼可能または可燃性の物質（例えば、凝縮物７）は、タンク８中に移送され、このタンクから再び燃焼ユニット１は、運転に必要な燃料を取り出すことができる。

即ち、空気／溶剤混合物５は、回収ユニット６中に導入され、そこで凝縮除去される。凝縮物７は、タンク８中に導入される。空気／溶剤混合物５と共に、排気２および／または廃熱３は、回収ユニット６中に導入され、これら排気２および／または廃熱３は、燃焼ユニット１中で付随的に生じる。これら排気２および／または廃熱３は、場合によってはなお電気エネルギー１２によって補充され、電流変換または凝縮に使用される。回収ユニット６中で生じる排気１７は、例えば回収ユニット６から導出され、燃焼ユニット中に導入される。

凝縮物７は、液状の可燃性物質１５として燃焼ユニット１中に導入されるかまたは別の利用１４に供給されるまで、凝縮物７は、タンク８中で貯蔵される。場合によっては、相応する変換器中でもう１つの電流変換１６を実施することもでき、この場合この電流変換器１６には、電気エネルギーまたは処理熱が供給されてもよい。

燃焼ユニット１は、この実施態様において熱的後方燃焼システム９であり、この熱的後方燃焼システム中で可燃性物質１５は、燃焼される。燃焼ユニット１中には、付加的に燃焼過程を支持するために、燃料／燃料ガス１１および／または電気エネルギー１２が導入されてよい。燃焼プロセスの排気２および廃熱３は、回収ユニット６中に移送され、そこでこれら排気２および廃熱３は、空気／溶剤混合物５の凝縮に使用される。廃ガス１８（Ｃ₂Ｏ／Ｈ₂Ｏ）は、導出される。

図４には、燃焼ユニット１、この場合燃料電池システム１０、と回収ユニット６との本発明によるカップリングが記載されており、この場合この燃焼ユニット１は、電気エネルギー１２または熱エネルギー３または排気２または廃ガス１８への物質または液状可燃性物質１５の変換を行なう。燃焼ユニット１は、回収ユニット６に燃料可能または可燃性の物質１５から取得された廃熱３または排気２を供給する。更に、燃焼システム１は、システムの運転のため、または別の消費装置のために電気エネルギー１２を準備することができる。

回収ユニット６は、空気／溶剤混合物５を分離する。燃焼可能または可燃性の物質または凝縮物７は、タンク８中に移送され、このタンクから再び燃焼ユニット１は、運転に必要な燃料を取り出すことができる。

即ち、空気／溶剤混合物５は、回収ユニット６中に導入され、そこで凝縮除去される。凝縮物７は、タンク８中に導入される。空気／溶剤混合物５と共に、排気２および／または廃熱３は、回収ユニット６中に導入され、これら排気２および／または廃熱３は、燃焼ユニット１中で付随的に生じる。これら排気２および／または廃熱３は、場合によってはなお電気エネルギー１２によって補充され、電流変換または凝縮に使用される。場合によっては空気／溶剤混合物５の残分を含む、回収ユニット６中で生じる排気１７は、回収ユニット６から導出され、場合によっては燃料電池システム１０に供給されることができる。

凝縮物７は、液状の可燃性物質１５として燃焼ユニット１中に導入されるかまたは別の利用１４に供給されるまで、凝縮物７は、タンク８中で貯蔵される。

燃焼ユニット１は、この実施態様において燃料電池システム１０であり、この燃料電池システム１０中で液状の可燃性物質１５は、燃焼される。燃焼ユニット１中には、付加的に燃焼過程を支持するために、燃料／燃料ガス１１および／または電気エネルギー１２および／または供給空気１９が導入されてよい。燃焼プロセスの排気２および廃熱３は、回収ユニット６中に移送され、そこでこれら排気２および廃熱３は、空気／溶剤混合物５の凝縮に使用される。廃ガス１８（Ｃ₂Ｏ／Ｈ₂Ｏ）は、導出される。

図５には、略示的に回収ユニット６が示されており、或いは導入された空気／溶剤混合物５は、利用可能なエネルギー形のどのようなものにも変換される。投入量として空気／溶剤混合物５、選択的に電気エネルギー１２および／または燃焼ユニットからの排気２および廃熱３は、回収ユニット６中に導入される。

更に、回収ユニット６中で空気／溶剤混合物５は、例えばスターリングエンジン２０を駆動させるために変換され、このスターリングエンジンは、再び発電機２１を駆動させ、電流２２を発生させる。別の使用形または付加的な使用形において、空気／溶剤混合物５は、水蒸気変換システム２３中で水蒸気２４に変換され、水蒸気２４は、用途に供給される。別の使用形または付加的な使用形において、空気／溶剤混合物５は、凝縮装置２６中で凝縮除去され、生じる可燃性凝縮物７は、例えば燃焼ユニット１中に導入され、そこで燃焼されるかまたは一部分が別の使用形に供給される。

次に、本発明による方法の特徴が記載され、装置の概念も述べられている。

１．装置の概念は、空気と燃焼可能または可燃性の物質との混合物の環境保護的な除去に使用され、燃焼可能または可燃性の物質の燃焼のために付加的な燃料ガスの利用を回避させる。

２．装置の概念は、燃焼ユニットと回収ユニットとのカップリングを行なうことによって特徴付けられる。燃焼ユニットは、例えば多種多様の従来の熱的後方燃焼システムまたは燃料電池システムであることができるか、或いは一般に物質から熱または冷気または電気エネルギーを発生させるエネルギー変換システムであることができる。回収ユニットは、例えば吸収システム、凝縮システム、逆転冷気システム、吸着システムであってよい。

３．燃焼ユニットは、空気混合物中での可燃性物質の一定の濃度を指示するのではなく、タンクからの可燃性物質の不断の取出しによって均一に駆動されることができる。

４．タンクからの可燃性物質の不断の取出しによって、空気／溶剤混合物、または凝縮物または可燃性の液状物質の供給が中断される場合もシステムは、運転させることができる。

５．燃料電池システムを利用することによって、廃熱と共に電流も可燃性物質から取得することができる。

６．タンクからの可燃性物質は、完全にシステムの概念により利用される必要はなく、場合によっては一部分は別の用途に供給されることができる。

７．回収ユニットによってタンク中に貯蔵される物質は、化石に由来するものでなくともよい。例示的にバイオエタノールを挙げることができる。

８．燃焼ユニットと回収ユニットとのカップリングの本質的な特性は、排気中または廃ガス中の廃熱の転用にある。使用される燃焼ユニットに応じて、電流も一緒にカップリングに取り入れることができる。

９．回収ユニットと燃焼ユニットとのカップリングの特性は、可燃性物質または燃焼可能な物質の転用にある。

１０．本方法を用いると、燃焼可能または可燃性の物質の純粋な物質、または少なくとも２つの異なる燃焼可能または可燃性の物質の混合物も処理することができる。

１１．本方法を用いると、燃焼可能または可燃性の物質の純粋な物質、または少なくとも２つの異なる燃焼可能または可燃性の物質の混合物も処理することができ、前記物質または前記混合物は、燃焼不可能または不燃性の物質、例えば水と混合されてもよい。

１ 燃焼ユニット、 ２ 排気、 ３ 廃熱、 ５ 空気／溶剤混合物、 ６ 回収ユニット、 ７ 可燃性凝縮物、 ８ タンク、 ９ 熱的後方燃焼プラント、 １０ 燃料電池プラントシステム、 １１ 燃料／燃料ガス、 １２、２２ 電流、 １９ 供給空気、 ２０ スターリングエンジン、 ２１ 発電機、 ２３ 水蒸気変換システム、 ２４ 水蒸気、 ２６ 凝縮装置

Claims (6)

1. 可燃性のガス状、蒸気状または液状の廃棄物からなる空気／溶剤混合物（５）を、燃焼ユニット（１）中で発生する環境相容性の排気（２）および発生された廃熱（３）を導出させながら該空気／溶剤混合物（５）を燃焼させるための燃焼ユニット（１）で環境保護的に除去する際に、
   空気／溶剤混合物（５）を部分的または完全に回収ユニット（６）に供給し、そこで利用可能なエネルギー形として電流（２２）または蒸気（２４）に変換し、このエネルギー形を部分的または完全に燃焼のために燃焼ユニット（１）に供給し、それによって運転中に燃焼ユニット（１）に部分的または完全に自動的に燃料を供給する、空気／溶剤混合物（５）を環境保護的に除去するための方法において、回収ユニット（６）中の空気／溶剤混合物（５）をスターリングエンジン（２０）に供給し、発電機（２１）と組み合わせて電流（２２）を発生させることを特徴とする、空気／溶剤混合物（５）を環境保護的に除去するための方法。
2. 燃焼ユニット（１）中で生じる熱量を部分的または完全に利用し、スターリングエンジン（２０）を駆動させる、請求項１記載の方法。
3. スターリングエンジン（２０）中で変換されたエネルギーを原動力の目的のために利用する、請求項２記載の方法。
4. スターリングエンジン（２０）は、電流（２２）を発生させる発電機（２１）を駆動する、請求項２または３記載の方法。
5. 回収ユニット（６）の燃焼ユニット（１）から供給された熱エネルギーを回収ユニット（６）中で種々の利用に分配する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 回収ユニット（６）中で異なる種類の利用にカスケード接続するかまたは組み合わされて運転する、請求項５記載の方法。

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