JP5569917B2 - 横移動システム - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は横移動システムに関するもので、特にガス化装置、焼却炉などの高温プロセスチャンバーと共に使用するための横移動システムに関するものである。

発明の背景

ガス化装置、焼却炉、加熱炉などの高温プロセスチャンバーの横移動システムは大きな熱応力を受ける。横移動システムの一部が局所的に過熱すると、腐食と変形が進み、部品の過度な摩耗や劣化を引き起こし、横移動システムの大掛かりなメンテナンスが必要となる。システムによっては、運転中に可燃物が酸化される時に発せられる火焔と過剰な熱に横移動システムの部品が晒され、過熱が起こる事もある。吸気口が詰まると流量が減少し、背圧が増大し、酸素の循環を妨げるので、プロセス効率の低下につながる可能性がある。さらに、空気が横移動システムの冷却に使われている場合、吸気口が詰まると熱応力の増大につながる。システムの冷却に使われる空気が予熱された場合も熱応力は増大する。横移動システムが腐食したり吸気口が詰まったことにより必要となるメンテナンスは、運用コストを増大させる上、稼働時間を減少させる。

この背景情報は、申請者の見解により本発明に関係がある可能性があると判断する情報を開示する目的で提供する。上記の何れの情報も本発明に対する先行技術であると認める事は必ずしも意図しておらず、認めていると解釈されるべきものでもない。

本発明の目的の一つは横移動システムの提供である。本発明の一側面に関連し、プロセスチャンバーの横移動システムと共に使用するためのモジュールと、1つまたは複数個のモジュールプロセスガス供給システムが提供される。そのモジュールは、反応物を第１の位置から第２の位置まで移動させるためのモジュール型横移動システムを備え、モジュールプロセスガス供給システムは1種類または複数種類のプロセスガスを反応物に作用させるために供給するものである。

添付の図を参照しながら、本発明の実施形態を例を通し説明する。ただし、示した例は単なる1例で、他の例も可能である。図については、以下の通りである。
図1は、汎用の独立した多機能の横移動・プロセス添加物カートリッジ（1000）を示す。カートリッジは、カートリッジの構造を与え内部のコンポーネントを支えるカートリッジフレームワーク（1010）、横移動システム（1015）、1つまたは複数のプロセス添加物システム（1020）より成る。 図2は、複数のカートリッジ（2000）が重なり合い、ステップ状フロアの移動グレートを成している様子を示す。 図3は、図2の移動グレートを別の方向から見たものである。 図4は多数のカートリッジ（1000）が平らなグレートを成している様子を示す。 図5は、カートリッジの1つの実施形態として、図2および図3に示す移動グレート中の1つのカートリッジ（2000）を示す。複数部品からなるカートリッジフレームワーク（2010）がカートリッジの構造を与え内部のコンポーネントを支える。カートリッジは、接続プレート（2005）により主プロセスユニットの壁に取り付けられる。カートリッジには、チャンバー壁にカートリッジを正しく挿入するための位置決めガイド（2015）があり、カートリッジの挿入・取り外しを助けるツールを挿入できるインストレーション・ノッチ（2020）がある。カートリッジのエアボックスは、厚手の炭素鋼製の小型のエアボックス（2025）を複数個組み合わせたもので、各エアボックス上面には空気孔（2030）が設けてある。空気は単一のエアマニフォールド（2035）から各エアボックスに供給され、そのマニフォールドは接続プレート内の熱風取り付けフランジ（2045）につながるエアパイプ（2040）に接続されている。カートリッジの横移動コンポーネントには多指型のキャリアラム（2050）がある。ラムの各指には溝があり、これらの溝は、各エアボックスと外部エアボックスの間にIバー型（2075）の、またエアボックスとカートリッジ枠組みの間にC型（2078）の噛合要素をはめ込む。 図6は、図5のカートリッジ個体の別の投影図で、エアパイプ（2040）に接続した単一のエアマニフォールド（2035）から各エアボックスに空気が供給されている様子を示す。 図7は、図5のカートリッジ個体の別の投影図を示す。 図8は、図5のカートリッジ個体の別の投影図を示す。 図9は、図5のカートリッジ個体の別の投影図を示す。 図10は、図5のカートリッジ個体の別の投影図を示す。 図11は、図5のカートリッジ個体の別の投影図を示す。 図12は、ステップ状フロア式のプロセスユニットのカートリッジ（の一部）について、その実施形態の詳細を図解したものである。カートリッジ内には厚い金属（1019）とセラミック・ブランク（1020）の層が交互に配置され、ステップを成す。空気および／または蒸気を取り入れるためのプレナムを破線（A、B、C）で示す。空気はヘッダー空間（図には非表示）からプレナムに供給される。各プレナムにはノズル（1021）がある。ステップは耐火層（1018）で被覆されている。図には往復ラム（1022）も描かれており、カートリッジの駆動要素は描かれていない。 図13は横移動システムおよび空気注入カートリッジのひとつの実施形態を示す。この実施形態では空気注入口（1052）がカートリッジ面から少し高い位置にある。ラム（1048）は耐火層（1018）の上に乗せてあり、注気される熱風に対して断熱されている。そのほかに空気注入ヘッダー（1055）と固形残渣の最上層（1056）も描かれている。カートリッジの駆動要素は描かれていない。カートリッジフレームワーク（1010）も描かれている。一部の実施形態では、空気注入が気体プロセス添加物の注入に置き換えられる。 図14は、横移動システムおよび空気注入カートリッジのひとつの実施形態を示す。この実施形態では、反りを減らすためエアボックス（1030）は独立した頑丈かつ一体の鉄鋼製で、途切れ／妨げのない気流が発生する箇所にだけ熱風を注気するものとなっている。空気注入は、カートリッジ面から少し高い位置にあるエアボックス孔（1060）を経由して、利用可能スペースによりひとつまたは複数の噴射口より行われる。ラム（1048）は耐火層（1018）の上に乗せてある。エアボックスと耐火層の間にはパッキング断熱材（1062）がある。エアボックスにはさらに断熱材（1059）がある。そのほかに空気注入ヘッダー（1055）とシール（1064）も描かれている。カートリッジの駆動要素は描かれていない。カートリッジフレームワーク（1010）も描かれている。一部の実施形態では、空気注入が気体プロセス添加物の注入に置き換えられる。 図15は、空気注入システムのトップの様々な設計オプションを示す。反りを減らすためエアボックスは独立した頑丈かつ一体の鉄鋼製で、途切れ／妨げのない気流が発生する箇所にだけ熱風を注気するものとなっている。空気注入は、カートリッジ面から少し高い位置にある隆起したトップを経由して、利用可能スペースによりひとつまたは複数の噴射口より行われる。ラム（1048）は耐火層（1018）の上に乗せてある。エアボックスと耐火層の間にはパッキング断熱材（1062）がある。エアボックスにはさらに断熱材（1059）がある。そのほかに空気注入ヘッダー（1055）とシール（1064）とスペーシング（1066）も描かれている。反応物の上面は線（1056）で示されている。カートリッジの駆動要素は描かれていない。カートリッジフレームワーク（1010）も描かれている。一部の実施形態では、空気注入が気体プロセス添加物の注入に置き換えられる。 図16は、横移動システムおよびプロセス添加物注入カートリッジのひとつの実施形態を、空気（1502）および水蒸気（1067）の注入、空気注入ヘッダー（1055）のそれぞれの詳細を含めて示す。この実施形態では、水蒸気が予め空気と混合されてからベッドに注入される。反応物の上面は線（1056）で示されている。カートリッジの駆動要素は描かれていない。カートリッジフレームワーク（1010）も描かれている。一部の実施形態では、空気または水蒸気またはその両方の注入が気体プロセス添加物の注入に置き換えられる。 図17は、横移動システムおよびプロセス添加物注入カートリッジのひとつの実施形態を、空気（1502）および水蒸気（1067）の注入の詳細を含めて示す。この実施形態では、ラムと高温ゾーンとの間を緩衝するため水蒸気が空気の下から注入される。反応物の上面は線（1056）で示されている。カートリッジの駆動要素は描かれていない。カートリッジフレームワーク（1010）も描かれている。一部の実施形態では、空気または水蒸気またはその両方の注入が気体プロセス添加物の注入に置き換えられる。 図18は、カートリッジのひとつの実施形態の横移動システムの側面図で、時計回りの動作を示す。カートリッジの上面が描かれている（1029）。 図19は、カートリッジのひとつの実施形態の横移動システムの側面図で、反時計回りの動作を示す。駆動系のひとつの実施形態（1031）の詳細が描かれている。 図20は、図18および図19で示した横移動システムを持つカートリッジの上面図である。 図21は、水平置きのプロセスユニットを横から見た図で、カートリッジのひとつの実施形態を複数使って形成した下部グレートの詳細を描いたものである。下部グレートにおける各カートリッジ（2000）の配置を詳しく示している。 図22は、図21の水平置きプロセスユニットの等角図である。 図23は、図21の水平置きプロセスユニットの側面図で、投影面に沿った切断により内容物、例えば移動グレートシステムなど、が見えるようになっている。 図24は、図21の水平置き主プロセスユニットの正面図で、切断によりチャンバー内部が見えるようになっている。 図25Aと図25Bは、カートリッジ内のクリンカー堆積に対応するためのスクレイパーシステム（1037）のひとつの実施形態を表す。図25Aはプロセス添加物入力口A、B、Cのほかスクレイプ・ギロチン（1036）、側壁のスクレイパー・スリット（1038）、液圧式往復運動器（1034）の詳細を示す側面図である。図25Bは添加物マニフォールド（1032）、往復ラム（1035）、スクレイパーの軌跡（1039）の詳細を示す上面図である。オプションとして、スクレイパー（1037）は加熱できる。 図26は、カートリッジのひとつの実施形態を複数据え付けた焼却炉の概略図である。 図27Aと図27Bは、図26におけるカートリッジの個体を表す。 図28は、カートリッジのひとつの実施形態を複数据え付けた、階段状で連続的な乾燥機を表しており、エアボックス・フェイスプレートよりプロセス添加物注入の様子の詳細を表す。 図29は、カートリッジのひとつの実施形態の複数個により構成された平板フロア式移動グレートを示す。 図30は、カートリッジのひとつの実施形態を複数据え付けたガス化装置の概略図である。合成ガス（1501）がカートリッジを経由してガス化装置に戻されて再循環される。原材料のインプット（1002）と灰のアウトプット（1202）も描かれている。 図31は、カートリッジのひとつの実施形態を複数据え付けたガス化装置の概略図である。合成ガス（1501）が一部のカートリッジに戻されて再循環され、その他のカートリッジより空気（1502）が供給される。原材料のインプット（1002）と灰のアウトプット（1202）も描かれている。 図32は、複数のカートリッジが移動グレートを構成している様子を示す。

発明の詳細

システムの概要
本発明は、横置プロセスチャンパー内（ガス化装置、乾燥装置、焼却炉、加熱炉、熱分解炉、高温コンベヤ様システム、乾留装置、反応物を状態変化させるためのその他のシステムなど）で使用するモジュール型の横移動システムを提供する。モジュール型横移動システムは一つまたは複数のモジュールから構成されており、各モジュールには、横置プロセスチャンバー内で反応物を移送するほか、プロセスガスも供給する機能が備わっている。モジュール型の設計により操作者が個々のモジュールを取り外し、交換することができるため、整備中のプロセスチャンバーのダウンタイムを大幅に削減できる。

各モジュールは横置プロセスチャンバー内で入れ替え可能な形態である。従ってプロセスチャンバーにはモジュールを設置できる挿入箇所が一つまたは複数あり、それぞれの挿入箇所には運転接続システムが付随している。同接続システムはモジュールが所望の機能を果たすために必要なシステムや供給源への接続をモジュールに対し提供する。例えば、運転接続システムは電源、プロセス添加物の供給源、空気源、蒸気源、制御システム、合成ガス供給系などへの接続のうち一つまたは複数の組み合わせを含むことができる。実施形態によっては、横置プロセスチャンバー内の各挿入箇所は特定の接続を組み合わせて提供するように設定する事ができるが、その接続の組み合わせはプロセスチャンバーの動作、または同挿入箇所に挿入されるモジュール、もしくはその両方に依存するかも知れない。また、挿入箇所に接続が全て揃っており、各接続を使用するか否かはその特定の挿入箇所に挿入されるモジュールの構成によって決まるような実施形態も可能である。

上記の通り、各モジュールには横置プロセスチャンバー内で反応物を移送するほか、プロセスガスを供給する機能も備わっている。従って、各モジュールにはモジュールの横移動システムが備わっており、反応物を最初の位置から別の位置、またはその方向に移動させるように設計されている。さらに、各モジュールにはプロセスガス供給システムが1つまたは複数個備わっており、そのプロセスガス供給システムは少なくとも部分的にプロセスガスを反応物に供給するように設定してある。プロセスガスの例として、空気、プロセス添加ガス、蒸気、合成ガスなどがある。

実施形態ではモジュールにモジュールの補助システムも備わっており、それはモジュールの横移動システムとプロセスガス供給システムの両方を補助する。補助システムはさらに、モジュールが運転接続される横置プロセスチャンバーとの相互接続のメカニズムをも備えることができる。相互接続のメカニズムは、例えば構造形状に基づき、メカニズムと横置プロセスシステムの挿入箇所が物理的にはまり合うように設計できる。一部の実施形態では、モジュールの補助システムも同様である。別の例では、相互接続のメカニズムにモジュールを固定・保持するシステムを作り込むことができ、その場合、モジュールが挿入箇所に挿入されると、同固定システムがモジュールを挿入箇所の位置に固定する。

一部の実施形態では、横置プロセスチャンパーの挿入箇所にモジュールが挿入されると、モジュールは自動的かつ物理的にチャンバーの運転接続システムに相互接続される。例えば、モジュールが挿入されると、動力源、プロセスガス供給源やその他の供給源と物理的に自動位置合わせが行われるように運転接続システムを設計できる。一部の実施形態では、チャンバーの運転接続システムとモジュールとの相互接続には、それらの間での能動的な接続が必要になる。能動的な接続は例えば、はまり合うパイプまたは電気コネクタを接続する事で行う。一部の実施形態では、チャンバー内の運転接続システムとモジュールとの相互接続は自動的接続と能動的接続の組み合わせである。

実施形態では、モジュールはチャンバー内の反応物の横移動を行うほか、空気などのプロセス添加物も供給するように設計されている。実施形態では、モジュールはチャンバーの壁に挿入するために特別に設計された多機能カートリッジとして構成されている。オプションとして、同カートリッジは速やかに交換できるように設計することもでき、そのときカートリッジのコンポーネントとチャンバーまたはシステムのコンポーネント（例えば、熱気供給源、プロセス添加物供給源、電源、制御システムなど）を速やかに接続するシステムを内蔵する。

一部の実施形態では、モジュールの横移動システムと空気を供給するプロセスガス供給システムが1つまたは複数、モジュールに備わっている。この実施形態では、プロセスガス供給システムは1つまたは複数のエアボックスとして構成されている。一部の実施形態では、モジュールにはモジュールの横移動システムと、１つまたは複数のプロセス添加物を供給するプロセスガス供給システムが含まれる。一部の実施形態では、モジュールにはモジュールの横移動システムと、１つまたは複数のプロセス添加物と空気を供給するプロセスガス供給システムが含まれる。

実施形態では、横置プロセスチャンバーの壁はスロットまたは穴の形をした挿入箇所に各モジュールを受け入れるように設計されており、スロットまたは穴は、モジュールの挿入のためにチャンバー壁内に形成されている。実施形態では、チャンバーに複数のモジュールを挿入する場合には複数のスロットまたは穴を含むことができる。オプションとして、チャンバーの壁のスロットまたは穴は、複数のモジュールを受け入れるように個々に設計できる。実施形態では、隣接しているカートリッジがそれぞれチャンバーの反対側から挿入されるようにチャンバーが設計されている。一部の実施形態では、チャンバーの内壁のスロットまたは穴がモジュールの挿入を必要としない場合、そのスロットに栓その他の封孔処理が提供されるかも知れない。

実施形態では、設置済みのモジュールはプロセスチャンバーのフロアの少なくとも一部を構成する。実施形態では、プロセスチャンバーのフロアはだいたい平らなフロア、傾斜フロア、ステップ状フロア、傾斜したステップ状フロアなどに設計できる。床がステップ状フロアとして設計された一部の実施形態では、各モジュールはステップ状フロアに１ステップずつ提供するように設計され、向きがつけられる。

一部の実施形態では、カートリッジとして構成された各モジュールが全て設置されると、各カートリッジの一部はその上にあるカートリッジに覆われ、チャンバー内部には一部しか露出しない。一番上のカートリッジが挿入されるスロットはチャンバー内部にカートリッジの一部しか露出しないように特別に設計されている。設置済みのカートリッジはステップ状フロアまたは、オプションとして傾斜したステップフロアも構成でき、反応物の移動を促進するほか、未処理物の転がりを少なくとも部分的に制限する。

実施形態では、モジュール同士、またはモジュールとチャンバーの間にシーリングが提供される可能性があり、それはチャンバー内またはチャンバー外、もしくはモジュールの間から物質・ガスの放出・混入を防ぐために構成されている。一部の実施形態では、耐高温シリコーン、耐温ガスケット、などの耐高温シール材を使用してモジュールを特定の位置でシーリングができる。一部の実施形態では、１つまたは複数のモジュールをシーリングする際、モジュールを容易に取り出し、新品または修理済みのモジュールを挿入できるように適したシーリング方法が選択される。

一部の実施形態では、モジュールはボルト、ねじなどの止め具のうち１つまたは複数の組み合わせを用いて定位置に取り外し可能な形で固定される。オプションとして、モジュールを摩擦力でチャンバー壁内の所望の位置に固定できる。一部の実施形態では、プロセスチャンバーの壁に付随している挿入箇所は、挿入・設置の位置決めをする手段、接合プレート、シール材を１つまたは複数含むことができる。

一部の実施形態では、プロセスチャンバーは１種類または複数種類のモジュールを受け入れるように設計できる。モジュールの大きさと設計は幅広く異なる可能性もあり、プロセスチャンバー内での使用法・位置、またはプロセスチャンバー自体の設計に従って特別に適応されるかもしれない。

実施形態では、モジュールはチャンバー内の反応物の横移動と空気または別のプロセス添加物を１つまたは複数提供するように設計されている。同実施形態では、モジュールにはさらに補助フレームワークまたは補助システムが備わっており、それはモジュールの構造を与えるほか、横移動システムと空気・添加物の供給システムの両方を補助するように設計されている。さらに、モジュールにはチャンバーの壁内へのカートリッジ設置と位置固定を容易にするシーリングシステム、接続システム、断熱材も備えているかもしれない。

実施形態では、モジュールの補助フレームワークは軟鋼、高炭素鋼、調質鋼、合金など、稼働環境に少なくとも部分的に耐性のある建材から構築されているかもしれない。さらに、補助フレームワークは設置と取り外しを容易にするように、設置と取り外しに使用されるツールの取り付け場所、または隙間を含む設計にされているかもしれない。

一部の実施形態では、モジュールに付随する横移動システムはモジュールの基部上を移動するように設計されている。この実施形態では、空気またはプロセス添加物は、プロセスガス供給システムの一部を形成するモジュールの基部または反応物の堆積の底から入ることができる。つまりプロセスガス供給システムは、プロセスガス供給システムとして機能するだけでなく、反応物の堆積を支えるか、チャンバーフロアとしての機能もあり、反応物は横移動システムによって、チャンバー内部に露出しているプロセスガス供給システムの表面上（供給面）を移送される。実施形態では、プロセスガス供給面はプロセスガス供給システムの上面である。プロセスガスの供給面は側面、端面、傾斜端面などあるかもしれない。実施形態では、プロセスガス供給システムの設計はモジュールの横移動システムの設計に従って少なくとも部分的に変化する。

一部の実施形態では、カートリッジ個体が補助・接続要素と機能要素を備えている。補助・接続要素はモジュールの構造とプロセスチャンバーの外部への接続を密封する接続プレートを１つまたは複数個含む。熱損失と接続プレートのへの伝熱を防ぐために、モジュールの構造と接続プレートの間に耐火物が提供されるかもしれない。挿入後、適した接合部品を使用してモジュールを固定することができる。モジュール構造は、チャンバー壁内への正しい挿入を容易にするために、位置決めガイドも含んでおり、またモジュールの挿入・取り外しを容易にするために、ツールを挿入できる隙間も含む。

モジュールの横移動システム
各モジュールにはモジュールの横移動システムが備わっており、反応物を最初の位置から別の位置、またはその方向に移動させるように設計されている。実施形態では、モジュールの横移動システムには移動要素と駆動要素がそれぞれ１つまたは複数備わっている。横移動システムはオプションとしてガイドまたは位置決めの要素も含んでおり、これは１つまたは複数の移動要素の移動を案内することができる。一部の実施形態では、モジュールの横移動システムはさらにガイド噛合要素を２つまたはそれ以上含んでおり、それらはガイド要素と噛み合うように設計されており、物理的に動かすことのできる相互接続を提供する。よってこれらは、１つまたは複数の移動要素を所望の姿勢に容易に保持できる上に、所望の可動性も確保することもできる。

一部の実施形態では、横移動システムとプロセスガス供給システムは、横移動システムの１つまたは複数の移動要素がプロセスガス供給システムの供給面の上を横切って移動するように設計されている。同実施形態では、１つまたは複数の移動要素は棚・台、プッシャーラム、キャリアラム、すきなどを含むが、これらに限定されない。一部の実施形態では、１つまたは複数の移動要素は単独ラム、または多指型ラムとして設計できる。

一部の実施形態では、移動要素はラムとして設計されており、また１行程ごとに完全に格納されるような短いラムとして設計されている。１つまたは複数の移動要素を含み、それが多指型ラムとして設計されている一部の実施形態では、多指型ラムはユニタリー構造またはラムの本体にラムフィンガーが取り付けてある構造であるかもしれない。後者の場合は、オプションとして各ラムフィンガーの幅を位置に従って異ならせることができる。

多指型ラムとして設計されている移動要素を含む一部の実施形態では、各フィンガーの間に間隔がある。この間隔は、プロセスチャンバーの作動中、各フィンガーが拡張できるように設計できる。例えば、間隔の広さは、プロセスチャンバーの最大作動温度に少なくとも部分的に基づいて決まるかもしれない。

一部の実施形態では、移動要素は「T字型」に設計されている。

一部の実施形態では、モジュールの横移動システムとプロセスガス供給システムは移動要素がプロセスガス供給システムの供給面に挿入されるか、埋め込まれるように設計されている。同実施形態では、１つまたは複数の移動要素はねじ、１つまたは複数の車輪、コンベヤなどとして設計できるが、その限りではない。

実施形態では、１つまたは複数の移動要素は高温での使用に適している材料から構成されている。これらの材料はこの分野の技術者には周知であり、ステンレス鋼、軟鋼、耐火物によって全体または部分的に耐熱加工のしてある軟鋼などがある。１つまたは複数の移動要素はオプションとして鋳型または固形の構造かもしれない。また、１つまたは複数の移動要素は、オプションとしてどのような大きさまたは形状の集塊も効果的に移送するように設計および／または大きさが調整されている。例えば、反応物の形または性質が変化しても、１つまたは複数の移動要素はそれに関係なく反応物を移送するように設計されている。

実施形態では、モジュールの横移動システムはチャンバー内部に露出するように設置された１つまたは複数のガイド要素を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のガイド要素はプロセスチャンバー内部から少なくとも部分的に隔離されるように設置されている。

チャンバー内部にガイド要素が露出している実施形態では、横移動システムは詰まりまたは破片の封入を防ぐように設計できる。一部の実施形態では、ガイド要素はカートリッジの側壁にある１つまたは複数のガイドチャネル、ガイドトラック、レール、ガイドトラフ、ガイドチェーンなどとして設計できる。

一部の実施形態では、モジュールの横移動システムはガイド噛合要素を１つまたは複数個含んでおり、これらは１つまたは複数のガイド要素と噛み合うと同時に移動するように設計されている。１つまたは複数のガイド噛合要素は、オプションとして、ガイド要素と可動の噛み合いが可能な大きさとされた車輪またはローラーを含むことができる。一部の実施形態では、ガイド噛合要素は滑走式であり、ガイドトラックに沿って滑れるように滑走部が備わっている。

一部の実施形態では、１つまたは複数のガイド噛合要素は移動要素と一体であるか、移動要素と統合されているかもしれない。例えば、移動要素の表面は１つまたは複数のガイド要素と噛みあうように特別に適応させることができる。一部の実施形態では、プロセスガス供給システムの供給面はトラックを含んでおり、供給面と接触している１つまたは複数の移動要素はトラックと噛みあうように特別に形成されている。

実施形態では、モジュールの横移動システムは多指のキャリアラム、噛合要素と駆動システムを含む。各ラムフィンガーはラムの本体にピンまたは段付きボルトで取り付けてあり、これらは各フィンガーをあまりきつく締めないように設計されている。ラムの本体は駆動噛み合いプレートに接続されており、同プレートはピニオンと運転的に噛み合い移動するために平行なラックを含んでいる。一部の実施形態では、各ラムフィンガーはT字、C字、またはI字型（棒型）の運転部品と噛み合うように設計されている。同噛合要素はラムフィンガーをエアボックスの表面の近くに固定する。よって、ラムが移動で行き来する際にはフィンガーがエアボックスの表面を擦り、クリンカーの堆積防止を補助する。

一部の実施形態では、ラムとエアボックスの相対位置が１つまたは複数の部品の熱膨張・熱収縮などの原因によって変化した際に、先端がエアボックスの上面と接触するように、ラムフィンガーの端が下向きに折り曲げられている。このラムフィンガーの設計では、ラムとエアボックスの間に空気が持続して流れるので、ラムによって空気孔が塞がれることはなく、プロセスへの支障を緩和させるかもしれない。

実施形態では、各モジュールは、モジュール横移動システムの１つまたは複数の移動要素の移動に必要な駆動コンポーネントを含んでいる。例えば、駆動コンポーネントは、容易に理解されるように、チェーン駆動、スプロケット駆動、ラック・ピニオン駆動、あるいは他の駆動コンポーネント構成であってもよい。一部の実施形態では、駆動コンポーネントは、さらに、駆動コンポーネントを操作するアクチュエータ、ポンプ、電気モーター、またはその他のメカニズムを１つまたは複数個備える。一部の実施形態では、それぞれの駆動コンポーネントの動力はプロセスチャンバー自体によって供給され、これはモジュールとプロセスチャンバーの運転的な相互接続によって可能にできる。オプションとして、複数のモジュールを含む設計では、各モジュールの横移動システムの動力を１つまたは複数の選ばれたモジュールが供給できる。このように、運転部品はモジュールと統合されていなくてもいいため、一部のモジュールに付随する費用が削減されるかもしれない。

実施形態では、１つまたは複数の移動要素の動力は油圧ピストンによって供給される。例えば、１つまたは複数の移動要素を推進させる動力は油圧ピストンによって供給され、同ピストンは回転型アクチュエータを通して１つまたは複数のピニオンをシャフト上に駆動する。同回転型アクチュエータの移動方向は前進と後進から選択でき、１つまたは複数の移動要素を所望の速度で伸長・後退させられる。一部の実施形態では、１つまたは複数の移動要素と運転的に接続している平行なラックに、２枚のピニオンが噛み合う。一部の実施形態では、位置センサーを設置することができ、同センサーは１つまたは複数の移動要素を感知し、運転接続された制御システムに位置情報を送信する。

モジュールのプロセスガス供給システム
各モジュールにはさらにモジュールのプロセスガス供給システムが１つまたは複数個備わっており、プロセスガス供給システムは、反応物にプロセスガスを少なくとも部分的に供給するように設計されている。例えば、プロセスガスには空気、プロセス添加ガス、蒸気、合成ガスなどがある。

実施形態では、プロセスガスはモジュールの供給面から、またはそれを通してプロセスチャンバー内部に供給される。プロセスガス供給システムは共用または個別の注入口を通して空気のみ、または空気とプロセス添加物の組み合わせを供給するように設計されている。

実施形態では、プロセスガス供給システムに配送システムが備わっており、それは空気や１つまたは複数のプロセス添加物を分散的または集中的に供給するように設計されているかもしれない。例えば、分散型の供給設計は孔の空いた供給面あるいは一連の穴を含むかもしれない。集中的に空気・プロセス添加物を供給するには、１つまたは複数のノズルが使用されるかもしれない。一部の実施形態では、空気・プロセス添加物は供給面より少し上の位置から注入されている。この位置は空気・プロセス添加物の注入口の位置を上げることによって提供できる。

一部の実施形態では、プロセスガス供給システムの供給面は多数の孔が空いている。一部の実施形態では、孔の数を最適化することによって、添加物の供給と熱循環が反応物の全体に行き渡るようにできる。

一部の実施形態では、各モジュールへの空気源が個別に操作されているか、または２つ以上へのモジュールのエアパイプが１つのマニホールドに接続されることによって、２つ以上のモジュールへの空気源が従属的に制御されるかもしれない。

プロセスガス供給システムが１つまたは複数のノズルを含む一部の実施形態では、ノズルを少・中・高流量に設計できる。ノズルの直径を調整することによって、供給されるプロセスガスの通過量を少・中・高に設定できる。このプロセスガス供給システムは反応物のある位置を均等的に覆うように設計できる。

一部の実施形態では、プロセスガス供給システムの孔は横移動ユニットの作動中、孔を通るプロセスガスと干渉しないようなパターンに並べられてある。一部の実施形態では、孔のパターンは広い面積において１つまたは複数のプロセス添加物または空気を均等に分散し、材料の横移動に対する乱れや抵抗を最小限に抑える。

移動要素に多指型ラムを使用している実施形態では、加熱時に孔がフィンガーの間（隙間）に来るように孔のパターンが設計されている。一部の実施形態では、孔を相互にずらして矢印模様にすることができる。一部の実施形態では、覆われている孔と覆われていない孔が組み合わさったハイブリッドの孔パターンにすることもでき、プロセスガスの均等な分散は実質的に最大化される。（フロア上で実質的にプロセスガスの注入がない箇所は実質的に最小限に減らされる。）

一部の実施形態では、プロセスガス注入口はプロセスガスの拡散した低速な注入を提供する。一部の実施形態では、プロセス添加物の低速な拡散も提供される。

一部の実施形態では、プロセスガス供給システムは必要に応じてエアボックス、マニホールド、配管などをさらに備える。一部の実施形態では、エアボックスを通して熱気が供給される。オプションとして、エアボックスは一体に鋳造された挿入物である。機能部分はエアボックスのコンポーネントが１つまたは複数個と、横移動コンポーネントが１つまたは複数個含まれる。

一部の実施形態では、エアボックスのコンポーネントは複数の小型エアボックス、または１つの大型エアボックスを含むことができる。オプションとして、エアボックスの特別な設計は歪みを制御し、圧力による機能停止またはエアボックスの変形のリスクを削減する。一部の実施形態では、各エアボックスは厚い炭素鋼で構成されている。一部の実施形態では、エアボックスは通気が妨げられない場所にだけ熱気を注入し、反りを防ぐために頑丈な鋼鉄から個別に構築されるかもしれない。

一部の実施形態では、エアボックスの孔の空いた上部プレートはシステム全体の腐食防止の必要条件を満たす合金から構成されている。孔の空いた上部板が比較的薄い場合、曲がりや反りを防ぐために例として板を強化する裏羽根、構造補助の部材が提供されるかもしれない。

一部の実施形態では、空気は各エアボックスの上部の孔を通して反応物の堆積の底からプロセスチャンバーに入る。各モジュールに複数のエアボックスがある場合、接続プレートにある熱風取り付けフランジとそれに接続されたエアパイプ、エアパイプに接続された１つのマニホールドによって各エアボックスに空気が供給されるかもしれない。熱風取り付けフランジはオプションとして熱気供給源へ速やかに接続するように適応される。

一部の実施形態では、プロセス中、通気孔の詰まりを防ぐためにエアボックスの上部にある孔の直径は狭くしてあり、孔の上は圧力が低下する。圧力の低下は小片の混入を防ぐ。孔を上面に向けて広がる形にすることで、小片による詰まりを防ぐことができる。また、横移動ユニットの動きが詰まった物体を孔から取り除くかもしれない。

用途
カートリッジは物体の横移動を必要とする加熱炉、ガス化装置、焼却炉、乾燥装置、熱分解炉、高温コンベヤ様システムなどの高温チャンバーで使用できるように設計できる。

一般的には、オプションとして耐火物のライニングのあるチャンバー内に多数のカートリッジが設置され、移動グレートを形成する。チャンバーには物質を注入する注入口が１つまたは複数個あり、排気口またはガスの排出口、加工済み材料の排出口または除去システムが含まれる。

１つの実施形態では、カートリッジはガス化装置での使用に向けて設計されている。炭素質の供給原料を合成ガスと固形残渣に変換するガス化装置はほぼ水平であるかもしれない。

１つの実施形態では、カートリッジは多種燃料総合ガス化装置での使用に向けて設計されており、公開されている例として欧州特許出願第1 696 177号がある。このような実施形態では、カートリッジは乾燥用合成ガスとプッシャ、再循環した合成ガスとプッシャ、そして空気とプッシャの代わりになる。

１つの実施形態では、カートリッジは焼却炉での使用に向けて設計されている。

１つの実施形態では、カートリッジは低酸素焼却炉での使用に向けて設計されている。

１つの実施形態では、カートリッジはステップ状のストーカ式焼却炉での使用に向けて設計されている。

１つの実施形態では、カートリッジは乾留装置での使用に向けて設計されている。

１つの実施形態では、カートリッジはKR20050025190にて公開された半連続的乾留装置での使用に向けて設計されている。

１つの実施形態では、カートリッジは米国特許第4,172,425号にて公開された焼却炉での使用に向けて設計されている。詳しくは、カートリッジが同焼却炉のラムと空気源の代わりになる。

１つの実施形態では、カートリッジは米国特許第5,944,034号にて公開された油にまみれた廃棄物のリサイクル装置での使用に向けて設計されている。詳しくは、カートリッジは油の粘度を低下させるチャンバーでの使用に設計されており、粘度の低下した油は廃棄物から流れ、燃焼せずに揮発し蒸気になり、凝縮・再利用チャンバーに移送される。オプションとして、カートリッジには回収溝が設計されており、油の流れを収集点・排水口に誘導する。

１つの実施形態では、カートリッジは乾燥装置での使用に向けて設計されている。

用例
カートリッジを横置ガス化装置で使用する場合
１つの実施形態では、カートリッジは横置ガス化装置に挿入するために設計されている。多数のカートリッジが全て設置されると、それらはガス化装置のステップ状の移動グレートを形成する。フロアの各段は横移動機能と空気の注入を複合したカートリッジに相当し、多数のカートリッジ(2000)は移動グレートを形成する。

図21と24では、横置ガス化装置(4000)の一部が示されており、それは耐火物のライニングのある横置チャンバーとそれの原料注入口、ガスの排出口、固形残留物の排出口、整備・接続用ポートから成る。ガス化チャンバーにはステップ状のフロアがあり、多数の段差がある。各カートリッジ(2000)は１つの段差に相当し、傾斜面になるようにチャンバー内で向きがつけられたフロアはガス化装置内で未処理の供給原料を転がらせずに、反応物の移動を促進する。

ガス化装置の側壁には各カートリッジを挿入できる穴が提供されている。隣接するカートリッジはそれぞれユニットの反対側から挿入される（図24）。カートリッジが全て設置されると、各カートリッジの一部はその上にあるカートリッジに覆われ、ユニット内部には一部しか露出しない。

図2、3、21〜24では、各カートリッジが連なって設置されると移動グレートを形成する(4002)。各カートリッジ(2000)には補助・接続要素と機能要素が備わっている。図5〜11では、補助・接続要素はカートリッジのフレームワーク(2010)と接続プレート(2005)を含んでおり、これらは一次プロセスユニット構造への接続を密封するために特別に設計されている。図示されていないが、熱損失と接続プレートへの伝熱を防ぐためにカートリッジ構造と接続プレート(2005)の間に耐火物が提供されている。挿入後、カートリッジは適した接合部品によって固定される。チャンバー壁への正しい挿入を容易にするために、カートリッジは位置決めガイド(2015)も含んでおり、また一次プロセスユニットからカートリッジを容易に挿入・取り外しできるように、ツールを挿入できるインストレーション・ノッチ(2020)も含む。

カートリッジの機能部品はエアボックスのコンポーネントと横移動のコンポーネントを含む。カートリッジのエアボックスは厚い炭素鋼で構成された複数の小型のエアボックス(2025)を複合したものである。

空気は各エアボックス(2025)の上部にある通気孔(2030)又は貫通孔を通して、反応物の堆積の底からガス化装置内に入る。空気は接続プレートにある熱風取り付けフランジ(2045)に接続したエアパイプ(2040)に接続された１つのマニホールド(2035)によって各エアボックスに供給される。

接続プレートはさらに熱電対(2046)用の接続箇所も含む。

カートリッジの横移動コンポーネントは多指型のキャリアラム(2050)、噛合要素と駆動システムを含む。各ラムフィンガー(2051)はラムの本体(2055)にピンまたは段付きボルト(2060)で取り付けてあり、これらは各フィンガーにきつく締まらない。ラムの本体は駆動噛み合いプレート(2065)に接続されており、同プレートは平行なラック(2070)を２つ含んでいる。

各ラムフィンガー(2051)には溝があり、各エアボックスの間にあるI字型（棒型）(2075)の噛合要素、または外のエアボックスとカートリッジ構造の間にあるC字型の噛合要素(2078)と噛み合うように設計されている。噛合要素はラムフィンガーをエアボックスの表面の近くに固定する。よって、ラムが行き来する際にはフィンガーがエアボックスの表面を擦り、クリンカーの堆積を防止する。

多指型ラムの動力は油圧ピストン(2080)によって供給される。図に示してある実施形態を要約すると、ラムを推進させる動力は油圧ピストン(2080)によって供給され、同ピストンは回転型アクチュエータ(2090)を通してシャフト上(2086)の２つのピニオン(2085)を駆動する。回転型アクチュエータの移動方向は前進と後進から選択でき、ラムを所望の速度で伸長・後退させられる。位置センサーはラムの位置情報を制御システムに送信する。２枚のピニオン(2085)が駆動噛合プレート(2065)上の平行なラック(2070)と噛み合う。

カートリッジをストーカ式焼却炉で使用する場合
１つの実施形態では、カートリッジは焼却炉に挿入されることによって市営、工業、民間での使用に適した往復式ストーカを提供し、廃棄物がストーカ内の全長を移動する際に積み重なった廃棄物を落下させることで燃焼を促進する。

１つの実施形態では、焼却炉にはほぼ水平に設置してある燃焼室とその輪郭である横長のケーシングが含まれている。各カートリッジの挿入のためにケーシングの両側にスロットが提供されている。カートリッジが全て設置されると、各カートリッジの一部はその上にあるカートリッジに覆われ、ユニット内部にはカートリッジの一部しか露出しない。

図26では、燃焼室には廃棄物を吸い込む入り口(1002)、灰出口(1206)、オプションとして灰の抽出スクリュー、排気口(1501)、オプションとして炎孔(1273)が含まれる。設置済みの各カートリッジはステップ状のフロアを形成し、オプションとして各ステップは個別の燃焼場を形成し、異なる高度で廃棄物を焼却する。

各カートリッジは往復ラム(1035)を含んでおり、そのプッシャー壁部は格納時、蹴り上げの一部を形成する。ラムはチャンバー内部に露出したカートリッジの表面上を移動し伸びることができ、燃焼室の出口に向かって焼却中の廃棄物を移送できる。空気はノズルまたはカートリッジのフェイスプレート(2207)の空気孔を通して注入される。

カートリッジの構造はほぼ上記の通りである。図27を要約すると、各カートリッジにはカートリッジフレームワーク(2010)と接続プレート(2005)が含まれており、焼却炉の構造との接続を密封するために特別に設計されている。空気は空気孔(2030)または各エアボックス(2025)のフェイスプレート(2207)にあるノズルを通して焼却炉に注入される。各エアボックスへの空気の供給は上記の通りである。

カートリッジの横移動コンポーネントは多指型のキャリアラム(2050)、噛合要素と駆動システムを含んでおり、詳細については上記の通りである。

Claims (20)

1. プロセスチャンバーに挿入するためのカートリッジであって、
   反応物を、プロセスチャンバーに前記カートリッジが挿入されるべき方向に対して横となる方向に移動させるように設計された横移動システムと、
   前記反応物と相互作用する１つまたは複数のプロセスガスを供給するように構成された１つまたは複数のプロセスガス供給システムとを備え
   さらに、前記カートリッジは、プロセスチャンバー内に取り付けられた場合に、複数の前記カートリッジが、前記プロセスチャンバー内でモジュール型の横移動システムを形成して、前記プロセスチャンバーを通るように前記反応物を移動させるように構成されているカートリッジ。
2. 前記カートリッジは、横置きのプロセスチャンバーに挿入されるようになっており、
   前記カートリッジは、前記横移動システムとプロセスガス供給システムとを支持するように構成されたカートリッジのフレームワークと、前記カートリッジのフレームワークに操作可能なように接続されかつ前記プロセスチャンバーの構造への接続を密封するように構成された接続プレートとをさらに備えており、
   さらに、前記カートリッジは、前記横置きのプロセスチャンバー内において、複数の前記カートリッジが前記プロセスチャンバー内に設置された場合に、移動グレートを形成するように構成されている
   請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記プロセスチャンバーは、加熱炉、ガス化装置、焼却炉、乾燥装置、熱分解炉、高温コンベヤ様システムまたは乾留装置である、請求項１又は２に記載のカートリッジ。
4. 前記１つまたは複数のプロセスガスが空気、酸素、蒸気、合成ガス、炭化水素または酸素富化空気である請求項１〜３のいずれか１項に記載のカートリッジ。
5. 前記横移動システムに備わっている横移動ユニットに棚、台、ラム、すき、スクリュー、キャリアラム、コンベヤ、ベルトまたは歯車が備わった、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
6. 前記ラムが多指型ラムである請求項５に記載のカートリッジ。
7. 前記１つまたは複数のプロセスガス供給システムが前記カートリッジの上面プレートおよび／または前記カートリッジのフェイスプレートを通して１つまたは複数のプロセスガスを供給するように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
8. 前記横移動システムは少なくとも１つの液圧ピストンを備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
9. カートリッジがプロセスチャンバーの壁内に挿入されるために構成された、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカートリッジ。
10. 前記カートリッジ及びプロセスチャンバーは、前記カートリッジを前記チャンバーに挿入した際に、１つ又は複数の動力およびプロセスガスの供給の実質的に自動の位置合わせが存在するように構成されている、請求項９に記載のカートリッジ。
11. 前記カートリッジは、前記プロセスチャンバーからの物質及び／又はガスの放出又は混入を防ぐためのシール材を備えている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカートリッジ。
12. 前記カートリッジは、カートリッジのフレームワークを備えている、請求項１に記載のカートリッジ。
13. 前記カートリッジは、前記プロセスチャンバーの構造への密封接続のために構成された接続プレートを備えている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
14. 前記モジュール構造と前記接続プレートとの間に耐火物が提供されている、請求項１３に記載のカートリッジ。
15. 前記カートリッジは、位置決めガイドをさらに備えている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
16. チェーン駆動、スプロケット駆動、及びラック・ピニオン駆動から構成されるグループから選択された駆動コンポーネントを備えている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のカートリッジ。
17. 前記１つ又は複数のプロセスガスは、熱風である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
18. 前記プロセスガス供給システムは、１つまたは複数のエアボックスを備える、請求項１７に記載のカートリッジ。
19. 前記１つ又は複数のエアボックスは、反りが抑制されるように構成されている、請求項１８に記載のカートリッジ。
20. 前記１つ又は複数のエアボックスは、鋳造された挿入物である、請求項１８に記載のカートリッジ。

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