JP6776353B2 - ガス状ストリームを処理するための装置及びシステム - Google Patents

Description

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、引用によって本明細書にその全体が組み込まれている２０１５年１２月３０日出願の「ガス状ストリームを処理するための装置及びシステム（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＧＡＳＥＯＵＳ ＳＴＲＥＡＭＳ）」という名称の米国仮特許出願第６２／２７３，０７１号の利益を主張するものである。

本発明の技術は、ガス状ストリームを処理することに関連付けられたシステム及び方法に関する。特に、本発明の技術は、強化された方式で排気ストリームのようなガス状ストリームから汚染物質を除去することを管理する方法及びシステムに関する。

ストリーム内の成分の分離は、多くの業界で有用であり、かつ典型的に物理的分離及び／又は吸着的分離によって達成することができる。物理的分離は、気相を液相から及び／又は固相から分離するようなストリーム内の異なる状態の成分を分離する技術を伴う場合がある。例えば、フラッシュ分離は、ストリームの圧力を降下させる段階と、ストリームを主として液体ストリーム及び主としてガスストリームに分離する段階とを伴う。吸着的分離は、様々なガス成分の平衡親和性の差に基づくか（例えば、平衡分離）又はガス成分の吸着動力学の差に基づく（例えば、動力学的分離）場合がある。一例として、溶媒又は吸着剤を使用してある一定の成分を吸着し、一方で他の成分を残存ストリームと共に離すように誘導することを可能にすることができる。ガス分離に関して、分離技術は、典型的に吸着剤、溶媒、膜、及び／又は低温学による分離を伴う。

一例として、炭化水素燃料は、燃焼させて様々な化合物を生成することができ、これは、排気ガスと共に大気に排出することができる。特に、ある一定の参考文献は、燃焼機関内の排気ストリームの取り扱いを説明している。例えば、米国特許第８，９３１，４６１号明細書は、自動車内の排気ガス再循環システムに結合されたセンサを有するエンジンシステムの作動を説明している。この参考文献は、２つの作動条件を有する方法を説明している。第１の作動条件中に、エンジンの排気からの少なくとも一部の排気ガスは、排気ガス再循環システムを通り、センサを通過してエンジンの吸気口まで誘導され、第２の作動条件中に、少なくとも一部の新鮮な空気が、排気ガス再循環システムを通ってセンサを通過するように誘導される。これに加えて、米国特許第８，６６１，７９９号明細書は、排気ラインに配置された処理デバイスと処理デバイスの上流の排気ラインの別々の分岐路に配置されたヒートソース及びヒートシンクとに排気ストリームを通過させる内燃機関からの排気ストリームのための構成を説明している。これは、下流システム内への流れを調整するためにデバイスを使用して排気ストリームを複数の経路に分割する構成である。更に、国際特許出願公開第２０１２／０２１０６１号明細書は、燃焼サイクル周波数を有して排気ガス後処理デバイスが設けられた内燃機関の排気ガス温度を制御するためのシステムを説明している。このシステムでは、排気ガスの温度を制御するのに使用される空気が、燃焼チャンバの上流に与えられる。これらの参考文献は、燃焼機関だけに関するものであるが、これらの参考文献は、燃焼の下流の空気の誘導により排気ガス温度を管理すること、又は更に排気ストリームからガス成分を除去することに対処するようには見えない。

大気に与えられるガス成分を制限するために、様々な排気処理技術及びシステムを利用して大気への排出の前に排気ストリームから特定の成分が除去される。例えば、エンジン及び／又はガスタービンは、排気ストリームからある一定のガス成分を除去するための排気処理構成要素又はシステムを利用することができる。しかし、これらの排気処理技術は、典型的には、ある一定の温度及び／又は圧力で又はそれよりも上では十分な性能を発揮しない。例えば、排気処理技術は、排気ストリームがある一定の閾値温度を超える場合に性能が低下すると考えられる。残念ながら、燃焼工程のようなある一定の工程では、閾値温度は、排気ストリームの通常温度よりも低い場合がある。

排気ストリームの温度を調節するために、排気処理システムと共に空気緩和システムが利用され、排気処理システムへの入口の前で排気ストリーム内の排気ガスの温度を閾値温度よりも低い温度まで低減する。空気緩和システムは、典型的には、空気を排気システム内に押し込むためにファン又は送風機を利用する。押し込まれる空気は、排気ストリーム内の排気ガスよりも冷たく、かつ排気ガスを希釈して得られるストリームの温度を下げるために使用される。ファン及び送風機の使用は、全体システムに複雑さを加え、作動させるのに比較的複雑であり、かつ設置して維持するのに高価である。

例えば、ある一定の参考文献は、燃焼工程での排気ストリームの取り扱いを説明している。特に、米国特許第８，７２８，４１２号明細書は、燃焼工程中に生成される燃焼ガスからエミッションを低減する方法を説明している。この方法は、窒素の酸化物を含む燃焼ストリームの中に炭化水素ベースの還元剤を注入する段階を含む。次いで、燃焼又は排気ストリームは、燃焼ストリームから窒素の酸化物を除去するために選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを通して誘導される。この方法は、燃焼ストリームの温度を下げるための１つの手法としてファン、ポンプ、又は流れ制御機器を使用することを説明しているが、これらの参考文献は、好ましい手法が、還元剤滞留時間を短縮するために急速混合技術を使用することであることを示している。これに加えて、米国特許出願公開第２０１３／０７４４８２号明細書は、水性反応試薬を蒸発させるのに又は加熱空気処理ガス混合物を提供するのに後で使用される高温排気ガスを排気ストリームから抽出する方法を説明している。この方法では、この参考文献は、温度を低減するのに排気システム内に空気を押し込まないが、排気ガスは、処理に向けて排気ストリームから除去される。

米国特許第８，９３１，４６１号明細書 米国特許第８，６６１，７９９号明細書 国際特許出願公開第２０１２／０２１０６１号明細書 米国特許第８，７２８，４１２号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０７４４８２号明細書

従って、排気ストリームの管理を強化する装置、方法、及びシステムに対する必要性がこの業界に残っている。本発明の技術は、ファン及び送風機を使用することなく（例えば、冷却ストリームを提供するのに圧力差だけに依存して）排気ストリーム内の排気ガスを冷却することにより従来の空気緩和手法の欠点を解消する。この本発明の技術は、従来手法と比較して低い資本投資、遙かに小さい機器フットプリント、及び空気緩和システムの低い複雑度を提供する。

一実施形態では、本発明の技術は、排気ストリームのようなガス状ストリームから汚染物質を除去することを管理するためのシステムを説明する。システムは、燃焼システムと、空気緩和システムと、排気処理システムとを含む。燃焼システムは、排気ストリームを生成する。空気緩和システムは、内部領域を形成するハウジングと、内部領域内に配置された１又は２以上の冷却構成要素とを含み、１又は２以上の冷却構成要素の各々は、排気ストリームの少なくとも一部分を受け入れ、排気ストリームの少なくとも一部分の速度に基づくベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理に依存して排気ストリームの少なくとも一部分に基づいて冷却ストリームを引き込み、冷却ストリームを排気ストリームの少なくとも一部分と混合して混合ストリームを形成するように構成され、混合ストリームの温度は、排気ストリームの少なくとも一部分の温度よりも低い。吸着材料を有することができる排気処理システムは、混合ストリームを受け入れて混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を除去するように構成される。

更に別の実施形態では、本発明の技術は、排気ストリームから汚染物質を除去する方法を説明する。本方法は、ａ）排気ストリームの少なくとも一部分に冷却構成要素を通過させる段階、ｂ）排気ストリームの少なくとも一部分の速度に基づくベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理に依存して、冷却構成要素の少なくとも一部分を通過する排気ストリームの少なくとも一部分に基づいて冷却ストリームを冷却構成要素内に引き込む段階、ｃ）冷却ストリームを排気ストリームの少なくとも一部分と混合して排気ストリームの少なくとも一部分の温度よりもその温度が低い混合ストリームを形成する段階、及びｄ）混合ストリームを排気処理システムに渡して混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を除去する段階を含む。

本発明の開示の上記及び他の利点は、以下の詳細説明及び実施形態の非制限的に例の図面を精査すると明らかになるであろう。

本発明の技術の例示的実施形態によるガス状ストリームを管理する例示的方法のフローチャートである。 本発明の技術の例示的実施形態による様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせるガス処理システムの図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図である。 本発明の技術の例示的実施形態による様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせるガス処理システムの別の図である。 本発明の技術の例示的実施形態により様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせ、かつ制御構成要素を使用して作動を管理するガス処理システムの別の図である。

別途説明しない限り、本明細書に使用する全ての科学技術用語は、本発明の開示が関係する当業技術の当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。複数形でない用語は、状況が別途指定しない限り、単数及び複数の指示語を含む。同様に、「又は」という言葉は、状況が別途指定しない限り、「及び」を含むように意図したものである。「含む」という用語は、「備えている」を意味する。本明細書に説明する全ての特許及び文献は、別途示さない限り、その全内容が引用によって組み込まれている。用語又は表現が意味に関して相反する場合に、用語説明を含む本明細書が優先する。本明細書では、「上側」、「下側」、「上部」、「下部」、「前面」、「背面」、「垂直」、及び「水平」のような方向用語を様々な要素間の関係を表し、かつ明らかにするために使用する。そのような用語は、絶対的な向きを表さないことは理解されたい（例えば、「垂直」構成要素は、デバイスを回転させることによって水平になる可能性がある）。本明細書で列挙する材料、方法、及び例は、単に例示的ものであり、制限的であるように意図したものではない。

本明細書に使用する場合に、「ストリーム」は、様々な機器を通して誘導されている流体（例えば、固体、液体、及び／又はガス）を指す。機器は、導管、容器、マニホルド、ユニット、又は他の適切なデバイスを含むことができる。

本明細書に使用する場合に、「導管」は、何かがそれを通して誘導されるチャネルを形成する管状部材を指す。導管は、パイプ、マニホルド、又はチューブなどのうちの１又は２以上を含むことができる。

「直接流れ連通」又は「直接流体連通」という用語は、流れを阻害するための弁又は他の閉鎖手段を介在させない直接流れ連通を意味する。認めることができるように、本発明の技術の範囲内で他の変形が想定される場合もある。

本発明の技術は、燃焼作動又は他の炭化水素処理作動からである場合があるガス状ストリームを処理することに関連付けられたシステム及び方法に関する。特に、本発明の技術は、ガス状ストリームからの汚染物質の除去を管理することを伴う場合があるガス状ストリーム処理に関連付けられた強化されたシステム及び方法に関する。本発明の技術は、システムに冷却ストリームを提供するのにファン及び送風機のような能動機械機器を利用することなく（例えば、冷却ストリームを提供するのに圧力差だけに依存して）吸着材料の上流のガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）の温度を下げることができる。従って、本発明の技術は、工程中にガス状ストリームの温度を管理するために排気処理システム又は他のガス状ストリーム処理システムと共に利用される強化された空気緩和システムを提供する。

一例として、本発明の技術は、ファン及び送風機のような能動機械機器を利用することなく排気処理システム内の吸着材料の上流の排気ストリームの温度を下げるために排気処理システムと共に利用される強化された空気緩和システムを提供することができる。この構成では、本発明の技術は、冷却ストリームを空気緩和システム内に引き込むために１又は２以上の排出器のような冷却構成要素を利用する。冷却構成要素は、冷却ストリーム（例えば、外気）を空気緩和システム内に引き込んでガス状ストリームと混合するために、流れ通路（例えば、導管又はダクト）の内側の排気ストリームの高い速度からもたらされるベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理に基づくことによって冷却ストリームを提供する。ベンチュリ効果は流れに対する制限（例えば、狭窄セクション）を意味し、ベルヌーイの原理は、真っ直ぐなダクト内を高い速度で流れるガスに適用される。ガス状ストリームの高い速度は、局在性の低圧領域を生じる。冷却ストリームは、排気ストリームの温度を排気処理システムに流入する前に下げる。高速排気ストリームは、冷却構成要素のノズルの出口で排気ストリーム内に局在性の低圧区域（例えば、大気圧よりも低い）を生成するので、本発明の技術は、冷却ストリームを空気緩和システム内に引き込む上でファン又は送風機を利用しない。その結果、冷却ストリームは、冷却構成要素の外部の場所から引き込まれるか又は空気緩和システム内に押し込まれる。排気ストリーム内の排気ガスは、大気温度（例えば、排気ストリームと比較して低温である）にある大気とすることができる冷却ストリームよりも１００度又はそれよりも高い可能性がある温度にある。有益なことに、この構成においてベンチュリ効果を使用することにより、ガス状ストリーム内に押し込まれる高圧空気ストリームを生成するためにファン又は送風機を必要としない。

追加の強化として、本発明の技術は、混合構成要素と、温度センサと、制御システムとを含むことができる。混合構成要素は、冷却ストリームと排気ストリームの混合を容易にするように構成された板、バッフル、又は他の構造要素を含むことができる。更に、本発明の技術は、空気緩和システムに流入する冷却ストリームの容積を調整するために温度センサと制御ユニット又は制御システムとを含むことができる。例えば、制御システムは、プロセッサと、プロセッサによってアクセス可能なメモリと、空気緩和システムに流入する冷却ストリームの容積を調整するように構成されたメモリ上に格納された命令セットとを含むことができる。制御システムは、冷却構成要素内の１又は２以上の開口部のサイズ（例えば、可変サイズの開口部）、開口部の個数、ブレードの向き、空気緩和システムに流入する冷却ストリームの容積を調整するための緩衝器及び／又はバッフルを調節することができる。更に、様々な場所（例えば、空気緩和システムの上流又は内部）での排気ストリームの温度を測定して取得するためのセンサを使用することができる。センサは、制御システムに信号を送信することができ、制御システムは、空気緩和システムに流入する冷却ストリームの量を増加又は減少するように構成することができる。

有益なことに、本発明の技術は様々な強化を与える。例えば、この構成は、ファン及び送風機への依存を取り除くことによって機器の複雑度を下げる。更に、本発明の技術は、冷却構成要素に関する保守コスト、資本コスト、及び他の運用コストを下げることによってシステムのコストを軽減する。特に、本発明の技術は、空気緩和システムに冷却ストリームを提供するのにファン、電気モータ、高電圧ケーブル、及び開閉装置を必要としない構成を利用する。

１又は２以上の実施形態では、空気緩和システムは、排気ガス又は煙道ガスを含む排気ストリーム内の１又は２以上の成分を低減又は除去するために排気処理システムに使用することができる。排気ストリームは、ガスタービン、ピストンエンジン、ロータリーエンジン、燃焼加熱器、又はボイラーを必要とする燃焼工程からの副産物とすることができる。低減又は除去される成分は、あらゆる望ましくない成分とすることができるが、特に、炭化水素、揮発性有機化合物、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン、二酸化炭素、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、有害空気汚染物質、又は粒子状物質を含む。

排気処理システムは、１又は２以上の汚染物質を除去するための様々な吸着材料を含むことができる。一例として、排気処理システムは、窒素酸化物を二原子窒素と水とに変換する選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムとすることができる。このシステムでは、無水アンモニア、アンモニア水、又は尿素のようなガス還元剤を排気ストリームと混合することができ、触媒上に吸着させることができる。ＳＣＲ触媒は、担体として使用される酸化チタンのような様々なセラミック材料と、卑金属（例えば、バナジウム、モリブデン、及びタングステン）の酸化物、ゼオライト、又は様々な貴金属とすることができる活性触媒成分とで達成される。ＳＣＲシステムでは、好ましい反応は、セ氏３５６．８５度（℃）（６３０ケルビン（Ｋ））と４２６．８５℃（７００Ｋ）の間に最適温度範囲を有するが、長めの滞留時間では、ＳＣＲシステムは、２２６．８５℃（５００）から４４６．８５℃（７２０Ｋ）まで作動させることができる。別の例として、排気処理システムは、炭化水素と一酸化炭素とを水と二酸化炭素とに変換するように構成された酸化触媒システム（例えば、二元触媒コンバータ）とすることができる。更に、排気処理システムの更に別の例は、非選択的触媒還元（ＮＳＣＲ）システム（例えば、二元触媒コンバータ）とすることができる。ＮＳＣＲシステムは、亜酸化窒素と炭化水素と一酸化炭素とを窒素と水と二酸化炭素とに変換するように構成される。ＮＳＣＲシステムでは、好ましい反応は、３９６．８５℃（６７０Ｋ）と６７６．８５℃（９５０Ｋ）の間に最適温度範囲を有するが、酸化触媒は、１９６．８５℃（４７０Ｋ）から４４９．８５℃（７２３Ｋ）まで作動させることができる。

１又は２以上の実施形態では、本発明の技術の方法又はシステムは、排気処理システムの上流で排気ストリームを冷却するように構成された空気緩和システムを含むことができる。排気ストリームから汚染物質を除去する方法は、排気ストリームに冷却構成要素を通過させる段階と、冷却構成要素の少なくとも一部分を通過する排気ストリームに基づいて（例えば、能動機械機器を利用することなく）冷却ストリームを冷却構成要素内に引き込む段階と、冷却ストリームを排気ストリームと混合して、その温度が排気ストリームの温度よりも低い混合ストリームを形成する段階と、混合ストリームを排気処理システム内の吸着材料に渡す段階とを含むことができる。

更に別の実施形態では、システムは、ハウジングに結合されて排気処理システム内の吸着材料の上流に位置決めされた排出器のような冷却構成要素を含むことができる。冷却構成要素は、排気ストリームの少なくとも一部分を受け入れる段階と、冷却構成要素を通過する排気ストリームの少なくとも一部分に基づいて（例えば、能動機械機器を利用することなく）冷却ストリームを冷却構成要素内に引き込む段階と、冷却ストリームを排気ストリームと混合して、その温度が排気ストリームの温度よりも低い混合ストリームを形成する段階と、混合ストリームを排気処理システム内の吸着材料に渡す段階とを行うように構成することができる。

ある一定の実施形態では、システム及び方法は、様々な強化を含むことができる。例えば、混合ストリームの排気ストリーム、冷却ストリームのうちの１つに関する測定値をそれぞれのストリームの流路に沿った様々な場所で取得するために、１又は２以上のセンサ（例えば、温度センサ及び／又は圧力センサ）を利用することができる。得られた測定値を管理し、それに基づいて冷却構成要素を調節するために、センサと共に制御ユニットを使用することができる。有益なことに、センサの使用は、必要以上に冷却ストリームを追加することによって最低温度よりも低くまで達することを回避するように混合ストリーム温度を管理するための機構を与えることができる。更に、冷却ストリームを制限することにより、システム内の不要な圧力低下を低減するように圧力降下を管理することができる。

作動条件（例えば、圧力、温度、及び／又は流量）を調節するために、本発明の技術は、様々な機器及び構成要素を含むことができる。例えば、本発明の技術は、冷却構成要素に対する２次入口（例えば、排出器への吸気入口）の上流に設置することができて冷却構成要素に流入する冷却ストリームを低減するか又は制限する１又は２以上の調節可能な緩衝器又は弁、及び／又は緩衝器を移動又は調節するアクチュエータ、センサ測定値（例えば、温度及び／又は圧力）に少なくとも部分的に基づいて緩衝器を自動的に移動するためにセンサ（例えば、温度センサ）及び緩衝器アクチュエータに接続された制御システムを含むことができ、冷却構成要素に対する１次入口（例えば、１次入口のためのノズル）は調節可能な性能を有し、ノズルを調節するアクチュエータ、及び／又はセンサ測定値（例えば、温度及び／又は圧力）に少なくとも部分的に基づいてノズルを調節するためにセンサ及びノズルアクチュエータに接続された制御システムを更に含むことができる。緩衝器又は弁は、共通の起動機構によって作動させることができる。

他の実施形態では、システム及び方法は、追加の強化を含むことができる。例えば、排気処理システムは、ＳＣＲ、酸化触媒、ＮＳＣＲ、又はこれらのあらゆる組合せのうちの１又は２以上を含む。特に、排気処理システムはＳＣＲを含むことができ、ＳＣＲ反応剤は、冷却構成要素（例えば、排出器）に流入する前に冷却ストリームと混合される。排気ストリームは、ガスタービンのような燃焼工程からとすることができ、ＳＣＲに流入するガス状ストリームは、４８２．２２℃（カ氏９００°（Ｆ））よりも低い。更に、本発明の技術は、排気ストリームと冷却ストリームとの混合を促進するために冷却構成要素（例えば、排出器）と排気処理システムとの間に使用することができる混合器又は混合構成要素（例えば、静的混合器）を含むことができ、冷却構成要素に対する２次入口の上流に設置された有孔シート、スクリーン、フィルタ、及び／又は他の構造要素を含むことができる。

１又は２以上の実施形態では、冷却構成要素は、ベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理を利用する１又は２以上のガス排出器とすることができる。特に、排出器は、吸引部分に結合された注入部分を含むことができる。注入部分は、収束−発散ノズルである１次入口と、吸引部分と直接流体連通している１次出口とを有することができる。吸引部分は、２次入口と、２次出口と、注入部分の１次出口の周りに形成された混合領域とを含む。１次入口及び１次出口は、冷却ストリームを吸引部分内の２次入口（例えば、吸入入口）を通して引き込むためにガス状ストリームを受け入れ、かつ通過するガス状ストリームの圧力エネルギを速度エネルギに変換する（例えば、吸引部分の混合領域内に低圧領域を生成する）ように構成することができる。１次出口の狭路を通った後に、ガス状ストリームと冷却ストリームは混合し、混合ストリームは、２次出口を通過する時に拡大してその速度が低減される。その結果、混合ストリームは、２次出口から流出した後に速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって再圧縮される。

更に、他の実施形態では、システムを管理するのに使用される温度及び圧力に基づいて本発明の技術を調節することができる。例えば、冷却構成要素の有効性は、排気システム内に引き込まれる冷却ストリーム（例えば、空気）の周囲温度を利用することができる。それによって低い周囲部温度の場所でより最適で費用効果的な適用をもたらすことができる。中温の周囲温度で排気ストリーム内に導入される前に周囲空気を冷却するための補助システムを利用するという最適化の可能性がある場合がある。周囲空気を冷却するための補助システムの使用は、熱交換器又は他の類似のシステムを使用する段階を伴う場合がある。

同じく本発明の技術は、ガス状ストリーム及び冷却ストリームに関して様々な圧力を含むことができる。特に、システムのハウジングは、周囲圧力とすることができるハウジングの外部の外圧とは異なる可能性があるガス状ストリーム及び混合ストリームの圧力を上流システムと下流システムとの間で管理することができる。一例として、空気緩和システムは、０ポンド毎平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）と４ｐｓｉｇの間の圧力範囲で作動することができる。例えば、この圧力は、０．０３ｐｓｉｇと１ｐｓｉｇの間の範囲、又は０．１４ｐｓｉｇと０．６ｐｓｉｇの間の範囲にある場合がある好ましいガス状ストリーム圧力に基づくことができる。同じく冷却圧力は、０ｐｓｉｇから０．３ｐｓｉｇの範囲にある場合がある好ましい冷却ストリーム圧力に基づくことができ、システムの上流で測定することができる。しかし、このシステムは、他の圧力で作動することができる。例えば、ハウジングは、ガス状ストリームに関する作動圧力を管理するように構成することができ、冷却構成要素は、冷却ストリームを冷却圧力で取得することができる。

本発明の技術は、様々な構成に統合することができる。例えば、空気緩和システムは、ハウジングと冷却構成要素を含むことができる。ハウジングは、内部領域とハウジングの外部の場所との間に実質的にガス不透過性の仕切りを形成する１又は２以上の本体部分を含むことができる。冷却構成要素は、ハウジング内への流体の流れ、ハウジング外への流体の流れ、及びハウジングを通る流体の流れを管理する様々な構造要素を含むことができる。例えば、冷却構成要素は、ハウジングの内部領域とその外部の場所の間にハウジング内の開口部を通る流体流路を設けるための構造要素を使用することができる。構造要素の構成は、ハウジング内の流体の流れ及びハウジングを通る流体の流れを管理するためのあらゆるタイプのパターン又は構成を含むことができる。

上述した空気緩和工程、装置、及びシステムは、ガス及び石油の処理のような炭化水素の開発及び生産に有利である。特に、提供する工程、装置、及びシステムは、燃焼システムのような様々なソースからの様々なガス状ストリームの高速で大規模な効率的管理に有利である。特に、これらの工程、装置、及びシステムは、ガス状ストリームから汚染物質を除去することのような更に別の処理に向けてガス状ストリームの温度を調節するために使用することができる。提供する工程、装置、及びシステムは、分離用途を含むユーティリティでの使用に向けてガス状ストリームを与えるのに有利である。分離用途は、露点制御、加糖及び／又は解毒、腐食防御及び／又は制御、脱水、発熱量、調整、及び／又は精製を含むことができる。１又は２以上の分離用途を利用するユーティリティの例は、燃料ガス、シールガス、非飲用水、ブランケットガス、機器及び制御のためのガス、冷却剤、不活性ガスの生成、及び／又は炭化水素回収を含む。下記で図１から図１０を参照することによって本発明の技術を更に詳しく理解することができるであろう。

図１は、本発明の技術の例示的実施形態によるガス状ストリームを管理する例示的方法のフローチャート１００である。このフローチャート１００での方法は、ガス状ストリームの温度を調節する（例えば、下げる）ために能動機械機器を利用することなく使用することができる。特に、排気ストリームとすることができるガス状ストリームを冷却構成要素に通すことができ、この冷却構成要素は、それ自体の少なくとも一部分を通過するガス状ストリームに基づいてそれ自体内に冷却ストリームを引き込む。この冷却ストリームは、更に別の処理に向けてガス状ストリームの温度を調節するのに利用することができる。

本方法は、ブロック１０２で始まる。ブロック１０２では、ガス状ストリームが得られる。ガス状ストリームは、排気ストリーム又は他の処理ストリームとすることができる。排気ストリームは、タービン、炉、ボイラーのような燃焼システム、又は他の燃焼システムから生成することができる。ブロック１０４では、ガス状ストリームは、冷却構成要素を有する空気緩和システム内に通される。冷却構成要素は、ガス状ストリームを受け入れてその流量及び／又は圧力を調節するように構成することができる。この調節は、冷却構成要素の流れ方向に沿って様々な断面積を有する流体流路を通してガス状ストリームを誘導する段階を伴う場合がある。ブロック１０６では、ガス状ストリームに基づいて冷却ストリームが冷却構成要素内に引き込まれる。冷却ストリームは、主として大気とすることができる。冷却ストリームは、能動機械機器を利用することなく圧力差によって冷却構成要素内に引き込むことができる。例えば、冷却ストリームは、冷却構成要素の少なくとも一部分を通るガス状ストリームの通過によって冷却構成要素内に引き込むことができる。冷却ストリームを冷却構成要素内に引き込む圧力差を形成する冷却構成要素の構成を利用することができる（例えば、ベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理を使用する）。ブロック１０８では、冷却ストリームはガス状ストリームと混合されて混合ストリームが形成される。混合ストリームの温度はガス状ストリームの温度とは異なる。例えば、冷却ストリームの温度は、ガス状ストリームの温度よりも低いとすることができ、それによってガス状ストリームよりも低い温度を有する混合ストリームがもたらされる。次いで、ブロック１１０では、混合ストリームは下流処理システムに渡される。下流処理システムは、排気処理システム、廃熱回収システム、フィルタリングシステム、又は他の適切な処理システムを含むことができる。排気処理システムは、混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を除去するのに利用される吸着材料を含むことができる。

図２は、本発明の技術の例示的実施形態による様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせるガス処理システム２００の図である。このガス処理システム２００は、ガスタービン２０２と、空気緩和システム２０６と、排気処理システム２１０とを含む。空気緩和システム２０６は、排気処理システム２１０に提供される排気ストリームの温度を管理するようにガスタービン２０２からの排気ストリームを処理するのに使用される。この構成は１つの構成の特定の例であるが、この特定の構成は例示目的のためのものである。

この図では、ガスタービン２０２は、導管２０４を通じて排気ストリームを空気緩和システム２０６に提供する。空気緩和システム２０６は、ハウジング２１１と、冷却構成要素２１２のような１又は２以上の冷却構成要素とを含むことができる。冷却構成要素２１２は、排気ストリームを受け入れて冷却ストリームを導管２１４から冷却構成要素２１２内に引き込むように構成される。排気ストリームと冷却ストリームは、冷却構成要素２１２内で又は冷却構成要素の下流の空気緩和システム２０６のハウジング２１１内で混合することができる。例えば、冷却ストリームは排気ストリームよりも低い温度にあるので、混合ストリームの温度は、排気ストリームの温度よりも低いとすることができる。排気ストリームと組み合わされる冷却ストリームの量は、混合ストリームの温度を更に管理するように調節することができる。次いで、混合ストリームは、空気緩和システムから離れるように誘導され、導管２０４を通じて排気処理システム２１０に渡される。排気処理システム２１０は吸着材料を含むことができ、導管２２０内の浄化ストリームを導管２２２内のパージストリームから分離するために混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を吸着するように構成することができる。例えば、排気処理システム２１０は、窒素酸化物を二原子窒素と水とに変換する選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムとすることができる。

一例として、空気緩和システム２０６はハウジング２１１を含み、ハウジング２１１は、実質的にガス不透過性仕切りと、ハウジング２１１内に配置された冷却構成要素のような様々な構成要素と、ハウジングの内部領域とその外部にある場所の間の流体流路を与える複数の開口部とを形成する様々な本体部分を含むことができる。更に、ハウジングは、空気緩和システム２０６に強度を与えて空気緩和システム２０６内の流体の流れを管理するように構成された様々な構造要素を含むことができる。

これに加えて、空気緩和システム２０６は、システム内の構成要素内を通る、そこまでの、その中の、又はそこからの流体の流れを管理するための他の構成要素を含むことができる。例えば、空気緩和システム２０６は、流れ迂回（方向付け）構成要素２１６のような１又は２以上の流れ迂回（方向付け）構成要素を含むことができる。流れ迂回構成要素は、排気ストリームを冷却構成要素のうちの１つの中に方向付けるように構成することができる。別の例として、空気緩和システム２０６は、混合構成要素２１８のような１又は２以上の混合構成要素を含むことができる。混合構成要素は、排気ストリームが冷却ストリームと相互作用するように排気ストリームの流れを方向付け、冷却ストリームが排気ストリームと相互作用するように冷却ストリームの流れを方向付け、混合ストリームがそれ自体と相互作用するか又は半径方向混合を利用するように混合ストリームの流れを方向付けるか、又はこれらのあらゆる組合せを行うように構成することができる。

本発明の技術は、空気緩和システムに対して冷却ストリームを提供するのに能動機械機器に頼ることの限界を打破するための実施形態を提供する。本発明の技術は、上流端から中間点への流れ通路を制限し、次いで、中間点から下流端への流れ通路を拡大するために異なる流れプロファイルを含むことができる様々な実施形態を提供する。空気緩和システム内では、それぞれの構成要素を通過するストリームの方向に沿って測定した時の断面積を円形、矩形、正方形、又は他の適切な形状とすることができ、これらの形状は、提供されるガス状ストリームの容積と上流及び下流のシステムの構成とに基づくことができる。それとは無関係に、空気緩和システムの冷却構成要素は、そこを通過するストリームの方向に沿った断面積を調節することにより、冷却ストリームを引き込むための流れ通路を調節することができる。一例として、冷却構成要素を通過するストリームの方向に沿って測定した時に、上流端での流れ通路の断面積は、中間点での流れ通路の断面積よりも大きい。同様に、冷却構成要素を通過するストリームの方向に沿って測定した時に、中間点及び／又は上流領域での流れ通路の断面積は、下流端での流れ通路の断面積よりも小さい。従って、異なる流れプロファイルを与えるためにハウジングの本体部分を調節することができる。

更に、冷却ストリームを提供するために冷却構成要素内に１又は２以上の弁を位置決めすることができる（例えば、中間点又は下流端に向けて中間点の下流の場所に）。弁は、開口部を通る流体の流れを管理するように構成されたバタフライ弁、ボール弁、ゲート弁、緩衝器、又は他の適切な流れ制御機構を含むことができる。これらの流れ制御機構の配置は、異なる流れプロファイルに対して調節することができる。１又は２以上の流れ制御機構は、流れ通路の内側のガス状ストリームの高い速度に基づく圧力差に基づくことによって冷却ストリームを提供することができる。

一例として、図３は、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の例示的断面図３００である。この構成では、この断面図は流路の長さに沿って示したものであり、冷却構成要素を通る流体の流れを収縮させる矩形領域を含むハウジングを形成する本体部分３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、及び３１２を含む。本体部分３０２、３０４、３０８、及び３１０は、冷却構成要素の上流端の近くの上流領域３１４に対するものである。上流領域３１４は、上流端から中間点への矢印３１６に示す方向に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる内部領域である。上流領域３１４に続いて、本体部分３０４及び３１０によって形成され、中間点を含む収縮領域３１８が形成される。ガス状ストリームは、上流領域３１４から収縮領域３１８に流れる。収縮領域３１８に続いて、本体部分３０４、３０６、３１０、及び３１２によって下流領域３２０が形成され、下流領域３２０は冷却構成要素の下流端を含む。この領域は、ストリームが出る冷却構成要素の部分である。

更に、収縮領域３１８及び出口領域３２０内への冷却ストリームを制御するために弁３２２、３２４、３２６、及び３２８のような様々な弁を使用することができる。冷却ストリームは、弁３２２及び３２４に対する導管３３０から、かつ弁３２６及び３２８に対する導管３３２から提供することができる。弁３２２及び３２６は、冷却構成要素の中間点に位置決めすることができ、それに対して弁３２６及び３２８は、下流端に向けて中間点の下流に位置決めすることができる。

別の例として、図４は、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の代替例示的断面図４００である。この構成では、この断面図は流路の長さに沿って示したものであり、冷却構成要素を通る流体の流れを収縮させる半円形領域を含むハウジングを形成する本体部分４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、及び４１２を含む。本体部分４０２、４０４、４０８、及び４１０は、上流領域４１４に対するものである。上流領域４１４は、矢印４１６に示す方向に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる内部領域である。上流領域４１４に続いて、本体部分４０４及び４１０によって形成される収縮領域４１８が形成される。ガス状ストリームは、上流領域４１４から収縮領域４１８に流れる。収縮領域４１８に続いて、本体部分４０４、４０６、４１０、及び４１２によって下流領域４２０が形成される。

更に、収縮領域４１８及び出口領域４２０内に冷却ストリームを提供するために弁４２２、４２４、４２６、及び４２８のような様々な弁を使用することができる。冷却ストリームは、弁４２２及び４２４に対する導管４３０から、かつ弁４２６及び４２８に対する導管４３２から提供することができる。弁４２２及び４２６は、冷却構成要素の中間点に位置決めすることができ、それに対して弁４２６及び４２８は、下流端に向けて中間点の下流に位置決めすることができる。

図５Ａから図５Ｆは、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の追加の代替例示的断面図５００、５１０、５２０、５３０、５４０、及び５５０である。これらの追加の断面図５００、５１０、５２０、５３０、及び５４０は、流路の長さに沿って示したものである。例えば、図５Ａは、冷却構成要素内のストリームに関して乱流度の低い遷移を与える実施形態の断面図５００である。この図５００では、様々な本体部分５０１、５０２、及び５０３が、冷却構成要素を通る流体の流れを収縮させる収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分５０１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５０２は、中間点を含む収縮領域を形成し、本体部分５０３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印５０４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５００は、中間点に位置決めされて導管５０６から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５０７を更に含む。

別の例として、図５Ｂは、冷却構成要素に関する別の実施形態の断面図５１０である。この図５００では、様々な本体部分５１１、５１２、及び５１３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分５１１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５１２は、中間点を含む収縮領域を形成し、本体部分５１３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印５１４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５１０は、中間点の近くに位置決めされてそれぞれの導管５１６及び５１９から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５１７及び５１８を更に含む。この構成では、弁５１７及び５１８は、下流端に向けて中間点の若干下流に配置される。

更に、図５Ｃは、冷却構成要素に関する実施形態の更に別の断面図５２０である。この図５２０では、様々な本体部分５２１、５２２、及び５２３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分５２１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５２２は、中間点を含む収縮領域を形成し、本体部分５２３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印５２４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５２０は、中間点近くに位置決めされて導管５２６から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５２７を更に含む。この構成では、弁５２７は中間点の若干下流にある。

更に、図５Ｄは、冷却構成要素に関する実施形態の更に別の断面図５３０である。この図５３０では、様々な本体部分５３１、５３２、及び５３３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分５３１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５３２は、中間点を含む収縮領域を形成し、本体部分５３３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印５３４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５３０は、中間点に位置決めされて導管５３６から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５３７を更に含む。この構成では、弁５３７は中間点の若干下流にある。

更に別の例として、図５Ｅは、冷却構成要素に関する別の実施形態の断面図５４０である。この図５４０では、様々な本体部分５４１、５４２、及び５４３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分５４１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５４２は、中間点を含む収縮領域を形成し、本体部分５４３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印５４４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５４０は、中間点の近くに（例えば、中間点の若干下流の場所に）位置決めされてそれぞれの導管５４６及び５４９から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５４７及び５４８を更に含む。この構成では、弁５４７及び５４８は中間点の若干下流にある。

更に、図５Ｆは、冷却構成要素に関する別の実施形態の断面図５５０である。この図５５０では、様々な本体部分５５１及び５５３が、冷却構成要素内に上流領域よりも大きい下流領域を含むハウジングを形成する。本体部分５５１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分５５３は、下流端の近くに下流領域を形成する。上流領域は、矢印５５４に示す方向に上流端から下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図５５０は、中間点に（例えば、下流領域と上流領域の間に）位置決めされて導管５５６及び５５９それぞれから下流領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる弁５５７及び５５８を更に含む。この構成では、弁５５７及び５５８は中間点の若干下流にある。

図６Ａから図６Ｆは、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図６００、６１０、６２０、６３０、６４０、及び６５０である。これらの追加の断面図６００、６１０、６２０、６３０、６４０、及び６５０は、流路の長さに沿って示したものである。例えば、図６Ａは、冷却構成要素内の冷却ストリームを管理するために回転緩衝器又はピボット緩衝器を利用する実施形態の断面図６００である。この図６００では、様々な本体部分６０１、６０２、及び６０３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６０１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６０２は収縮領域を形成し、本体部分６０３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６０４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６００は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６０７及び６０８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６０５及び第２の緩衝器６０６を更に含む。緩衝器６０５及び６０６は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

別の例として、図６Ｂは、代替回転緩衝器構成を提供する実施形態の断面図６１０である。この図６１０では、様々な本体部分６１１及び６１３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６１１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６１３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６１４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６１０は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６１７及び６１８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６１５及び第２の緩衝器６１６を更に含む。緩衝器６１５及び６１６は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

更に別の例として、図６Ｃは、代替回転緩衝器構成を提供する実施形態の断面図６２０である。この図６２０では、様々な本体部分６２１、６２２、及び６２３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６２１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６２２は収縮領域を形成し、本体部分６２３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６２４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６２０は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６２７及び６２８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６２５及び第２の緩衝器６２６を更に含む。緩衝器６２５及び６２６は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

更に、図６Ｄは、更に別の代替回転緩衝器構成を提供する実施形態の断面図６３０である。この図６３０では、様々な本体部分６３１、６３２、及び６３３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６３１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６３２は収縮領域を形成し、本体部分６３３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６３４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６３０は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６３７及び６３８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６３５及び第２の緩衝器６３６を更に含む。緩衝器６３５及び６３６は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

更に、図６Ｅは、追加の代替回転緩衝器構成を提供する実施形態の断面図６４０である。この図６４０では、様々な本体部分６４１、６４２、及び６４３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６４１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６４２は収縮領域を形成し、本体部分６４３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６４４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６４０は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６４７及び６４８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６４５及び第２の緩衝器６４６を更に含む。緩衝器６４５及び６４６は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

更に、図６Ｆは、代替回転緩衝器構成を提供する実施形態の断面図６５０である。この図６５０では、様々な本体部分６５１、６５２、及び６５３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分６５１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分６５２は収縮領域を形成し、本体部分６５３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印６５４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図６５０は、中間点に位置決めされてそれぞれの導管６５７及び６５８から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の緩衝器６５５及び第２の緩衝器６５６を更に含む。第１の緩衝器６５５は第１のアクチュエータ６５９によって制御することができ、第２の緩衝器６５６は第２のアクチュエータ６６０によって制御することができる。他の実施形態では、緩衝器６５５及び６５６は、複数のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができる。

図７Ａから図７Ｄは、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図７００、７１０、７２０、及び７３０である。これらの追加の断面図７００、７１０、７２０、及び７３０は、流路の長さに沿って示したものである。例えば、図７Ａは、冷却構成要素内の冷却ストリームを管理するために摺動緩衝器を利用する実施形態の断面図７００である。この図７００では、様々な本体部分７０１、７０２、及び７０３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分７０１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分７０２は収縮領域を形成し、本体部分７０３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印７０４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図７００は、収縮領域内の中間点に位置決めすることができ、それぞれの導管７０７及び７０９から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の摺動緩衝器７０５及び第２の摺動緩衝器７０８を更に含む。緩衝器７０５及び７０８は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができ、矢印７０６に示すように移動することができる。

別の例として、図７Ｂは、冷却構成要素内の冷却ストリームを管理するために摺動緩衝器を利用する実施形態の断面図７１０である。この図７１０では、様々な本体部分７１１、７１２、及び７１３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分７１１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分７１２は収縮領域を形成し、本体部分７１３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印７１４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図７１０は、収縮領域内の中間点に位置決めすることができ、それぞれの導管７１７及び７１９から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の摺動緩衝器７１５及び第２の摺動緩衝器７１８を更に含む。緩衝器７１５及び７１８は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができ、矢印７１６に示すように移動することができる。

更に別の例として、図７Ｃは、冷却構成要素内の冷却ストリームを管理するために摺動緩衝器を利用する実施形態の断面図７２０である。この図７２０では、様々な本体部分７２１、７２２、及び７２３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分７２１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分７２２は収縮領域を形成し、本体部分７２３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印７２４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図７２０は、収縮領域内の中間点に位置決めすることができ、それぞれの導管７２７及び７２９から収縮領域内への冷却ストリームを制御するために使用することができる２つの緩衝器である第１の摺動緩衝器７２５及び第２の摺動緩衝器７２８を更に含む。緩衝器７２５及び７２８は、個々のアクチュエータ又は単一アクチュエータ（図示せず）によって制御することができ、矢印７２６に示すように移動することができる。

更に別の例として、図７Ｄは、冷却構成要素内の冷却ストリームを管理するために摺動緩衝器を利用する実施形態の断面図７３０である。この図７３０では、様々な本体部分７３１、７３２、及び７３３が、冷却構成要素を通る流体の流れを抑制する収縮領域を含むハウジングを形成する。本体部分７３１は、冷却構成要素の上流端の近くに上流領域を形成し、それに対して本体部分７３２は収縮領域を形成し、本体部分７３３は下流領域を形成する。上流領域は、矢印７３４に示す方向に上流端から収縮領域を通って下流端に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる。この図７３０では、本体部分７３３は、流れを抑制又は拡大するために矢印７３５に示すように摺動する。それぞれの冷却ストリーム７３８及び７３９に対して設けられた開口部は、収縮領域内の中間点に位置決めすることができ、かつ収縮領域の下流にある場合がある。本体部分７３３は、アクチュエータ（図示せず）によって移動することができる。

更に別の例として、図８は、本発明の技術の実施形態による冷却構成要素の更に別の代替例示的断面図８００である。この構成では、本体部分８０２、８０４、８０６、及び８０８がハウジングを形成する。本体部分８０２は、ガス状ストリームを受け入れる初期領域８１０を形成する。本体部分８０４は、本体部分８０２と共に混合領域８１２を形成する。本体部分８０６は出口領域８１４を形成する。最後に、本体部分８０８は、冷却ストリームに対する混合領域８１２内への通路を形成する。初期領域８１０は、矢印８１８に示す方向に流れるガス状ストリーム（例えば、排気ストリーム）を受け入れる内部領域である。初期領域８１０に続けて、ガス状ストリームは混合領域８１２内に通され、この領域内で冷却ストリームと組み合わされる。冷却ストリームは、矢印８２０に示す方向に流れる。得られる混合ストリームは、矢印８２２に示す方向の流れに沿って出口領域８１４を通過する。

更に別の構成では、図９は、本発明の技術の例示的実施形態による様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせるガス処理システム９００の別の図である。このガス処理システム９００は、ガスタービン２０２と、空気緩和システム９０２と、排気処理システム２１０とを含む。ガスタービン２０２、空気緩和システム９０２、及び排気処理システム２１０は、図２において上記で解説したように作動させることができるが、この構成での空気緩和システム９０２は、互いに直列に結合された２又は３以上の冷却構成要素を含むことができる。この構成は１つの構成の特定の例であるが、この特定の構成は例証目的のためのものである。

この図では、ガスタービン２０２は、導管２０４を通じて排気ストリームを空気緩和システム２０６に提供する。空気緩和システム９０２は、ハウジング２１１と、冷却構成要素９０４、９０６、及び９０８のような３又は４以上の冷却構成要素とを含むことができる。冷却構成要素９０４、９０６、及び９０８は、互いに直列に流体連通することができ、入力ストリームを受け入れ、かつ冷却ストリームをそれぞれの導管９１０、９１２、及び９１４からそれぞれの冷却構成要素９０４、９０６、及び９０８内に引き込むように構成することができる。それぞれの入力ストリームは、冷却構成要素９０４、９０６、及び９０８の各々内で又はハウジング９１１内のそれぞれの冷却構成要素の下流で異なる冷却ストリームと混合される。例えば、冷却ストリームは、入力ストリームよりも低い温度にあるので、得られる混合ストリームの温度は、入力ストリームの温度よりも低いとすることができる。望ましい冷却量に基づいて、冷却構成要素のうちの１又は２以上は迂回することができ、又は混合ストリームの温度を更に管理するために冷却ストリームを遮断することができる。次いで、混合ストリームは、空気緩和システム９０２から離れるように誘導され、導管２０８を通じて排気処理システム２１０に渡される。

更に別の実施形態では、冷却構成要素のうちの１又は２以上は、並列に作動させることができる。例えば、ガス状ストリームは、空気緩和システム内に渡され、ストリームの温度調節を管理するために２又は３以上の冷却構成要素内に並列に分配することができる。２又は３以上の冷却構成要素の各々は、それぞれの冷却構成要素をガス状ストリームの一部分に通過させることができる。更に、更に別の例として、並列で作動する冷却構成要素のうちの２又は３以上は、直列に構成された他の冷却構成要素と併用することもできる。

更に別の強化として、冷却構成要素を管理するのに空気緩和システムを制御ユニット及び１又は２以上のセンサと併用することができる。１又は２以上のセンサは、流路に沿って分散させることができ、冷却構成要素に関する制御デバイスと通信することができる制御ユニットと通信することができる。制御デバイスは、冷却構成要素を通過するガス状ストリームと組み合わされた冷却ストリームを抑制又は制限するために使用することができる。

例えば、図１０は、本発明の技術の例示的実施形態により様々なシステム及び相互接続配管を組み合わせ、かつ制御構成要素を使用して作動を管理するガス処理システムの別の図１０００である。このガス処理システム１０００は、ガスタービン２０２と、空気緩和システム２０６と、排気処理システム２１０とを含む。ガスタービン２０２、空気緩和システム２０６、及び排気処理システム２１０は、図２において上記で解説したように作動させることができるが、システムの作動を管理するために制御ユニット１００２のような制御構成要素、センサ１００４、１００６、１００８、及び１０１０、及びレギュレータ１０１２を使用することができる。この構成は１つの構成の特定の例であるが、この特定の構成は例証目的のためのものである。

この図では、制御ユニット１００２は、破線に示すようにセンサ１００４、１００６、１００８、及び１０１０、並びにレギュレータ１０１２と通信することができる。センサ１００４、１００６、１００８、及び１０１０は、工程に沿った様々な場所で温度測定値を取得することができる。様々な測定値は、レギュレータ１０１２への調節を決定するために制御ユニット１００２によって使用することができる。レギュレータは、冷却構成要素に提供される冷却ストリームの量を調節するために使用することができる。

一例として、作動モード中に、制御ユニット１００２は、センサ１０１０と通信することができる。温度データに基づいて、制御ユニット１００２は、レギュレータ１０１２に通知を送信することができ、レギュレータ１０１２は、ストリームの測定温度を第１のユーザ定義式閾値セット（例えば、低い及び高い温度設定値）の間に維持するように冷却ストリームの容積を調節する。更に、制御ユニット１００２は、作動モード中にセンサ１００４と通信することができる。温度データに基づいて、制御ユニット１００２は、レギュレータ１０１２に通知を送信することができ、レギュレータ１０１２は、ストリームの測定温度を第２のユーザ定義式閾値セット（例えば、低い及び高い温度設定値）の間に維持するように冷却ストリームの容積を調節する。これに加えて、始動又は停止モード中に、ストリームの温度を更に管理するためにセンサ１００６及び１００８も利用することができる。

別の例として、作動モード中に、制御ユニット１００２のような制御ユニットは、センサ１０１０のようなセンサと通信することができる。この構成では、システムは、温度を測定するように構成された１又は２以上のセンサと、制御信号を受け入れ、その値に基づいて１又は２以上の冷却構成要素のうちの１つの中に引き込まれる冷却ストリームの流量を調節するように構成されたアクチュエータと、１又は２以上のセンサ及びアクチュエータと通信する制御ユニットとを含むことができ、制御ユニットは、１又は２以上のセンサから温度測定値を取得し、温度を所望範囲に維持するための制御信号をアクチュエータに送信するように構成される。

当業者は、本発明の開示の方法の実際の適用では、それが部分的にコンピュータ、一般的には適切にプログラムされたデジタルコンピュータ上で行われることを即座に認識するであろう。更に、以下の詳細説明の一部の部分は、手順、段階、論理ブロック、処理、及びコンピュータメモリ内のデータビットに対する演算の他の記号表現によって提示される。これらの説明及び表現は、当業者が彼らの成果の要旨を他の当業者に最も有効に伝達するために使用する手段である。この出願では、手順、段階、論理ブロック、又は処理などは、望ましい結果を導出する段階又は命令の自己整合シーケンスであると考えなければならない。段階は、物理量の物理的操作を必要とするものである。必ずしもそうではないが通常は、これらの量は、コンピュータシステムに格納され、転送され、組み合わせられ、比較され、又は他に操作することができる電気又は磁気信号の形態を取る。

しかし、これら及び類似の用語の全てが適切な物理量に関連付けられるものであり、これらの量に適用される便利なラベルに過ぎないことに注意しなければならない。以下の解説から明らかであるように、別途具体的に示さない限り、この出願を通じて「処理」、又は「演算」、「計算」、「比較」、「決定」、「表示」、「複写」、「生成」、「格納」、「追加」「適用」、「実行」、「維持」、「更新」、「作成」、「構成」、又は「発生」するなどのような用語を利用する解説は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理（電子）量として表されるデータをコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信デバイス、又は表示デバイス内で物理量として同じく表される他のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を参照する。

本発明の技術の実施形態はまた、本明細書での作動を行うための装置にも関連する。この装置は、必要とされる目的に対して特別に構成されたものとすることができ、又は内部に格納されたコンピュータプログラム（例えば、１又は２以上の命令セット）によって選択的に起動又は再設定される汎用コンピュータを含むことができる。そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）が可読な形態で情報を格納又は送信するためのあらゆる機構を含む。例えば、コンピュータ可読（例えば、機械可読）媒体は、以下に限定されるものではないが、機械（例えば、コンピュータ）可読ストレージ媒体（例えば、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスのような）、及び機械（例えば、コンピュータ）可読送信媒体（電気、光、音響、又は他の形態の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号のような））を含む。

更に、当業者には明らかであろうように、本発明の技術のモジュール、特徴、属性、方法、及び他の態様は、ソフトウエア、ハードウエア、ファームウエア、又はこれら３つのあらゆる組合せに実施することができる。当然ながら、本発明の構成要素がソフトウエアとして実施される限り、この構成要素は、独立型プログラムとして、大きいプログラムの一部として、複数の別個のプログラムとして、静的又は動的にリンクされたライブラリとして、カーネルロード可能モジュールとして、デバイスドライバとして、及び／又はコンピュータプログラミングの技術者に現時点で公知の又は将来公知になる全てのあらゆる他の方法に実施することができる。更に、本発明は、いかなる特定のオペレーティングシステム又は環境での実施にも決して制限されない。

更に、１又は２以上の実施形態は、工程の様々な段において温度のモニタを実施するための１又は２以上の命令セットを実行することによって行われる方法を含むことができる。例えば、本方法は、閾値、現在のステータス、又は表示間の比較を行うための１又は２以上の命令セットを実行する段階をモジュール、構成要素、及び／又はセンサ間でデータを送信する段階と共に含む場合がある。

一例として、制御ユニットは、本発明の開示の態様のうちの１又は２以上を実施するのに利用されてそのように構成することができるコンピュータシステムとすることができる。コンピュータシステムは、プロセッサと、プロセッサと通信するメモリと、メモリ上に格納されてプロセッサによってアクセス可能な命令セットとを含むことができ、命令セットは、実行された時にセンサ及びレギュレータから送信された信号を受信し、送信信号から温度を決定し、温度変化が発生した場合に温度に関連付けられた視覚表示及び可聴通知のうちの１又は２以上を提供し、かつ更新ステータスをメモリに格納するように構成される。

以上の説明は、本発明を例示する目的でその特定の実施形態に向けられたものである。しかし、本明細書に説明した実施形態に対する多くの修正及び変形が可能であることは当業者に明らかであろう。全てのそのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲によって定められるような本発明の範囲内であるように意図している。

Claims (24)

1. 排気ストリームから汚染物質を除去することを管理するためのシステムであって、
   排気ストリームを生成する燃焼システムと、
   空気緩和システムと、を備え、
   前記空気緩和システムが、
   内部領域を形成するハウジングと、
   前記内部領域内に配置された１又は２以上の冷却構成要素を有し、
   前記１又は２以上の冷却構成要素の各々が、
   前記排気ストリームの少なくとも一部分を受け入れ、
   前記排気ストリームの少なくとも一部分に基づいて、前記排気ストリームの少なくとも一部分の速度に基づくベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理に依存して冷却ストリームを引き込み、
   前記冷却ストリームを前記排気ストリームの少なくとも一部分と混合し、その温度が前記排気ストリームの少なくとも一部分の温度よりも低い混合ストリームを形成するように構成され、前記システムが、さらに、
   前記混合ストリームを受け入れ、該混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を除去するように構成された排気処理システムと、
   前記１又は２以上の冷却構成要素の上流の排気ストリームの温度測定値を得るように位置決めされた第１の温度センサと、
   前記冷却構成要素の下流且つ前記排気処理システムの上流に配置された第２の温度センサと、
   前記１又は２以上の冷却構成要素のうちの１つの中に引き込まれる冷却ストリームの容積を調節するように構成されたレギュレータと、
   前記第１および第２の温度センサ及び前記レギュレータと通信する制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットが、
   前記第１の温度センサから第１の温度測定値を取得し、
   前記第２の温度センサから第２の温度測定値を取得し、
   前記第１の温度測定値が閾値内であるか否かを決定し、
   前記第１の温度測定値及び前記第２の温度測定値に基づき、前記１又は２以上の冷却構成要素のうちの１つの中に引き込まれる冷却ストリームの容積を調節する通知を前記レギュレータに送信するように構成されている、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記冷却ストリームは、大気である、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記１又は２以上の冷却構成要素は、互いに並列に作動するように構成された２又は３以上の冷却構成要素を備えている、
   請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記１又は２以上の冷却構成要素は、互いに直列に作動するように構成された第１の冷却構成要素と第２の冷却構成要素とを備え、
   前記第１の冷却構成要素は、
   前記排気ストリームの前記少なくとも一部分を受け入れ、
   前記排気ストリームの前記少なくとも一部分に基づいて第１の冷却ストリームを引き込み、
   前記第１の冷却ストリームを前記排気ストリームの少なくとも一部分と混合し、その温度が前記排気ストリームの少なくとも一部分の温度よりも低い第１の混合ストリームを形成するように構成され、
   前記第２の冷却構成要素は、
   前記第１の混合ストリームの少なくとも一部分を受け入れ、
   前記第１の混合ストリームの前記少なくとも一部分に基づいて第２の冷却ストリームを引き込み、
   前記第２の冷却ストリームを前記第１の混合ストリームの少なくとも一部分と混合し、その温度が前記第１の混合ストリームの少なくとも一部分の温度よりも低い第２の混合ストリームを形成するように構成されている、
   請求項１または２に記載のシステム。
5. 前記１又は２以上の冷却構成要素は、排出器を備えている、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記１又は２以上の冷却構成要素は、
   前記排気ストリームの前記少なくとも一部分が通過するための通路を形成する１又は２以上の本体部分と、
   閉鎖位置で前記冷却ストリームを遮断し、かつ
   開放位置で前記冷却ストリームを通す、
   ように構成された１又は２以上の弁とを備えている、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記１又は２以上の冷却構成要素は、
   前記排気ストリームの前記少なくとも一部分が通過するための通路を形成する１又は２以上の本体部分と、
   閉鎖位置で前記冷却ストリームを遮断し、開放位置で前記冷却ストリームを通すように構成された１又は２以上の緩衝器と、を備えている、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記空気緩和システムは、前記内部領域内にかつ前記１又は２以上の冷却構成要素の上流に配置された１又は２以上の流れ方向付け構成要素を更に備え、前記１又は２以上の流れ方向付け構成要素の各々が、前記排気ストリームの少なくとも一部分の流路を前記１又は２以上の冷却構成要素の中に方向付けるように構成されている、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記空気緩和システムは、前記内部領域内にかつ前記１又は２以上の冷却構成要素の下流に配置された１又は２以上の混合構成要素を更に含み、該１又は２以上の混合構成要素の各々が、前記排気ストリームの前記少なくとも一部分の流路を方向付け前記冷却ストリームと相互作用させるように構成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記混合構成要素は、有孔シート、スクリーン、フィルタ、及びそのいずれかの組合せのうちの１又は２以上を備えている、
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記排気処理システムは、触媒、ＳＣＲ、酸化触媒、ＮＳＣＲ、又はいずれかの組合せから構成されている、
    請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記排気処理システムに提供される前記ストリームの前記温度は、３５６．８５℃と４２６．８５℃の間の範囲にある、
    請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記１又は２以上の冷却構成要素の前記各々は、前記冷却ストリームを引き込むのに圧力差だけに依存する、
    請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 前記１又は２以上の冷却構成要素の各々が、前記冷却構成要素を通過する前記排気ストリームの方向に沿って測定した時に前記冷却構成要素を通る流れ通路の前記流れ通路の下流断面積よりも小さい上流断面積を有する、
    請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 排気ストリームから汚染物質を除去する方法であって、
    ａ）排気ストリームの少なくとも一部分に冷却構成要素を通過させる段階と、
    ｂ）前記冷却構成要素の少なくとも一部分を通過する前記排気ストリームの前記少なくとも一部分に基づいて、該排気ストリームの該少なくとも一部分の速度に基づくベンチュリ効果及び／又はベルヌーイの原理に依存して冷却ストリームを該冷却構成要素内に引き込む段階と、
    ｃ）前記冷却ストリームを前記排気ストリームの前記少なくとも一部分と混合し、その温度が該排気ストリームの該少なくとも一部分の温度よりも低い混合ストリームを形成する段階と、
    ｄ）前記混合ストリームを排気処理システムに渡して該混合ストリームから１又は２以上の汚染物質を除去する段階と、
    前記冷却構成要素の上流に配置された第１の温度センサから第１の温度測定値を取得し、前記冷却構成要素の下流且つ前記排気処理システムの上流に配置された第２の温度センサから第２の温度測定値を取得する段階と、
    前記第１の温度測定値が閾値内であるか否かを決定する段階と、
    前記第１の温度測定値が前記閾値内ではない場合に、前記第１の温度測定値及び前記第２の温度測定値に基づき前記冷却構成要素内に引き込まれる冷却ストリームの容積を調節する段階と、を含み、
    前記温度測定値を取得する段階が、
    前記第１の温度センサを使用して、前記冷却構成要素の上流の温度を測定する段階と、
    前記第２の温度センサを使用して、前記排気処理システムの上流の混合ストリームの温度を測定する段階とを有している、
    ことを特徴とする方法。
16. タービン内で供給ストリームを燃焼させて前記排気ストリームを生成する段階を更に含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記冷却ストリームは、大気である、
    請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記冷却ストリームを引き込む段階は、前記冷却構成要素に関連付けられた弁を、前記冷却ストリームに通過させる段階を含む、
    請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記冷却ストリームを引き込む段階は、前記冷却構成要素に関連付けられた緩衝器を該冷却ストリームに通過させる段階を含む、
    請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記排気ストリームの前記少なくとも一部分の流路を前記冷却構成要素の中に方向付ける段階を更に含む、
    請求項１５ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記排気ストリームの前記少なくとも一部分の流路を前記冷却ストリームと相互作用するように方向付ける段階を更に含む、
    請求項１５ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記排気処理システムに提供される混合ストリームの温度は、３５６．８５℃と４２６．８５℃の間の範囲にある、
    請求項１５ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記冷却ストリームを引き込む段階は、圧力差だけに依存する、
    請求項１５ないし２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記排気ストリームの前記少なくとも一部分に前記冷却構成要素を通過させる段階は、上流断面積を有する上流流れ通路を前記排気ストリームの少なくとも一部分に通過させる段階と、下流断面積を有する下流流れ通路を前記排気ストリームの少なくとも一部分に通過させる段階とを含み、
    前記上流断面積は、前記冷却構成要素を通過する排気ストリームの方向に沿って測定した時に下流断面積よりも小さい、
    請求項１５ないし２３のいずれか１項に記載の方法。

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