JPH03245034A

JPH03245034A - 燃焼システム

Info

Publication number: JPH03245034A
Application number: JP2313792A
Authority: JP
Inventors: Larry S O'brien; ラリ　エス　オブライアン; Robert G Warren; ロバート　ジイ　ワーレン; Keith J Adani; キース　ジエイ　アダーニ
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1991-10-31
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: US5064617A; DE4101429C2; DE4101429A1; JPH0792424B2; FR2658595A1; FR2658595B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は燃焼システムに関し、より詳細には固体状或い
は液体状の試料を溶融させてガス状の試料として分析す
る改良システムに関する。

（従来の技術）従来より分析用試料を燃焼させ、例えば石炭、コークス
或いは他の物質の硫黄含有量を決定する多種の燃焼シス
テムが有る。誘導電気炉に固体状或いは液体状の試料が
位置決めされて燃焼され、ガス状の試料から硫黄レベル
が決定されている。

このガス状の試料は続いて燃焼室から吸引され、赤外線
或いは他の検出器によって分析され、この試料の二酸化
硫黄濃度が検出され、次いで試料の硫黄含有量がデジタ
ルで表示されている。かかる分析機に用いられる従来の
燃焼システムには、米国特許第３，９２３，４６４号で
開示されていて、５ｉｔｅｋ（シテック）等に１９７５
年２１１１．２日に発行され、本譲受人に譲受け入れら
れたシステムもある。

かかるシステムでは、端部は開放され、キャリヤーカス
か誘導電気炉の燃焼室に導入され、試料が酸化され、生
じたガスがその燃焼室の相対する端部からこのキャリヤ
ーガスによって検出のため、赤外線セルに送られている
。この種−殻壁の閉ルブ燃焼ンステムは米国特許第３，
９８５，５０５号で開示されていて、Ｒ，Ｌ、　Ｂｒｅ
ｄｅｗｅｇ　　（アール、エル。

ブリーテウエソグ）に１９７６年１２月１０日に発行さ
れ、本譲受人に譲受け入れられている。

（発明か解決しようとする課題）一定の試料を分析する際には、これらのシステムによっ
て最適な結果が提供されるが、石炭は不導体なので前記
システムに用いられる高周波エネルギーで直接加熱され
ない。その結果１例えば鉄屑、鉄粉或いはタングステン
が試料に添加される必要がある。更にほかかるシステム
の燃焼室は比較的小さく、かつ石炭は自然可燃性物質な
ので燃焼中に発熱反応を生じる。石炭はスパッターし易
く、試料の中には燃焼室の熱誠から容易に逃がれて粉砕
されない試料もあるため、正確な分析が提供されていな
い。

米国特許第４，２８２，１８３号で開示されていて、Ｒ
ｏＬ、　Ｂｒｅｄｅｗｅｇ　　（アール、エル、ブリー
デウエッグ）等に１９８１年４月８日に発行され、本譲
受人に譲受け入れられており、また米国特許第４，３５
２，７８１号で開示されていて、０’　Ｂｒ１ｅｎ　（
オブライエン）　に１９８２年５月１０日に発行され、
本譲受人に譲受け入れられている改良燃焼室は、相対的
に大きな熱誠と開放端部と閉鎖された相対する端部とを
有している。この開放端部には、分析される試料を有す
る燃焼ボートが収容されている。試料ガスは、燃焼室内
を伸長している排気管によってこの燃焼室の閉鎖端部の
近傍から吸引されている。燃焼室の開放端部は、ガスの
カーテンによって効果的に封止され、オペレータによっ
て燃焼室内部が燃焼用試料を容易に挿入し、かつ取り除
くために用いられるようになる。これらの特許によって
示された燃焼システムでは、改善された結果が得られる
が、かなりの数のセラミック及びクォーツ部品が用いら
れ、最適の操作のため、部品の相互関係を維持するよう
に、注意を払って心合せをされ、取り付けられなければ
ならない。従って、いくつかの部品は、耐火セメントを
用いて接合されている。このセメントは、使用中に熱膨
張及び収縮によっても破砕される。これらの燃焼システ
ムでは、ガスは相対的に高速度で燃焼域を通過し、外方
へ指向され、燃焼室に吸引されるか、この燃焼室内で相
対的に小半径を有する排気管を通過して吸引されている
。その結果、燃焼室が大きすぎると不完全燃焼が起こり
、試料中の元素の含有量が不正確に測定されている。

（課題を解決するための手段）本発明の燃焼システムでは、内側シリンダー状部材が外
側シリンダー状部材中に同心的に取り付けられ、シリン
ダー状間隔の燃焼室が形成されることによって従来技術
の難点が克服されている。

この外側シリンダー状部材がその一端部で閉鎖され、両
シリンダー状部材がその相対する端部で開放され、燃焼
域にアクセスされている。外側シリンダー状部材の両端
部に内側シリンダー状部材の開放シリンダー状端部を支
持する手段が提供されている。燃焼副産物を、その指向
を逆方向にし、シリンダー状間隔の燃焼炉熱域を循環さ
せるため、外側シリンダー状部材の閉鎖端部近傍の内側
シリンダー状部材からこの燃焼副産物が吸収されている
。このシリンダー状間隔は相対的に大きな容量を有し、
従って、ガス流量が減少され、燃焼材料がその熱誠に十
分とどまり、ＳＯ２或いはＣＯ２に完全に転換されてい
る。本発明の実施例では、内側シリンダー状部材は、管
状であり、外側シリンダー状管の閉鎖端部でセラミック
製綱孔栓によって支持されている。このセラミック製綱
孔栓では、かかる閉鎖端部で燃焼管が同心的に離間され
て支持されていて、かつ燃焼物の特定の副産物が補足さ
れ、この副産物が十分に燃焼されるように焦域にとどま
らされている。同心燃焼管の相対する端部は、シールを
含む機械的手段によって支持され、燃焼室構成部品の接
合が避けられている。

従って、改良燃焼システムは相対的に廉価であり、その
組み立てが容易であり、使用中に破砕か起こりに＜＜、
長い耐久性を有している。

実施例第１図は本発明の実施例による燃焼システムの分析機の
要部概略図である。

同図において１０は分析機であり１石炭及びコークスの
硫黄含有パーセントを決定するため、用いられる。本実
施例では、このような固体材料が、燃焼用に粉体状にさ
れるが、本発明の燃焼装置は、他の固体あるいは液体材
料を用いて、任意の試料の上記の構成成分以外の成分を
決定することができる。

本分析機１０は第１図に部分切欠平面図で示された燃焼
炉Ｉ２から成り、この燃焼炉Ｉ２は、燃焼室１４を有し
ている。燃焼炉１２は抵抗式の炉をしており。

その燃焼室１４には３個のロット状抵抗加熱要素１６が
同心状に配されている。この加熱要素及び燃焼室は耐火
容器に収容されており、この耐火容器は管状の側壁１８
、後壁１９、前壁２０を備え、この前壁２０は、検査孔
２２を有しており、この検査孔２２に燃焼室の一端部を
伸長させ装置の正面壁２５に位置する検査口２４に通じ
せしめている。燃焼室１４は僅かに突設されており、第
１図に示すようにその一端部を後壁１９により支持され
ている。従って、燃焼室１４は抵抗炉に十分に密閉され
ている。抵抗加熱要素１６は好ましくは炭化けい素抵抗
要素であり、燃焼室１４の内部に加熱温度を供しており
、その温度は、分析温度が１．３５０℃のため、通常の
操作温度で１０００度Ｃ以上、最高温度で１５００度Ｃ
付近である。燃焼室１４内で試料が燃焼され、その試料
から得られたガスは、下記の排気管３０により排気され
ている。排気管３０は燃焼システムのシリンダー状の長
尺の排気管と連通され、この排気管３０の一端部は燃焼
室の出口取付け部内に接続されている。

排気管３０は無水ドライヤー３２と接続されており、試
料ガスから水分が除去されている。この排気管３０は更
にフィルター３４とポンプ３６とに接続している。ポン
プ３６は燃焼室１４から試料ガスを吸引している。ポン
プ３６は流量調節器３８と接続されており、このポンプ
３６は１分間に約３リツトルの流量を出力し、ＩＲセル
４０に入力している。ＩＲセル４０の出力は気圧修正バ
ルブ４１を経て大気中に排気され、これにより、ガス流
路に一定の背圧を提供している。

ＩＲセル４０は検出器４２を有しており、検出器４２は
電気的に決定要素４４に連結されている。要素４４は電
気回路を有しており、この電気回路により。

検出器４２からの電気信号が処理され、燃焼された試料
の硫黄含有量（パーセント）がデジタルで読み取られる
。決定要素４４及び要素３２〜４４は、市販のＬｅｃｏ
　５Ｃ−３２硫黄決定要素に用いられる構造を有してい
る。特定の電気回路を修正することにより、特定の試料
ガスを分析するシステムを収容できるように造られてい
る。

好ましい実施例のシステムには、硫黄と、酸化ガスと、
酸素とを結合させた二酸化硫黄を検出するフィルターが
Ｉ　Ｒセル４０に具備されている。

この分析機は更に酸素圧力ｇ４６を有しており。

この圧力ｇ４６は、一対のロトメータ４７及び４８に接
続しており、これらのロトメータにより、酸化ガスが各
供給路４５及び４９を経て燃焼室に供給されている。従
って、試料は酸素の存在下で燃焼炉１２によって燃焼さ
れ、この試料に含有された硫黄は二酸化硫黄に転換され
、かっこの試料に含有された炭素は二酸化炭素に転換さ
れ、その後、分析される。本発明の燃焼システムにより
、試料の十分な燃焼が行なわれ、その後、決定要素４４
により、この試料の分析が行なわれる。本発明の燃焼シ
ステムの総環境を簡潔に記したが、更に燃焼室１４の詳
細な説明及びその改良を第２〜４図に記している。

先づ第２図には、本発明の実施例の燃焼システム１４が
示されており、このシステム１４はムライト製の外側シ
リンダー状燃焼管５０を有しており、燃焼管５０の一端
部にはシリンダー状の開放端部５２、他方の端部にはこ
の図に示されているように円弧状の閉鎖端部５４が配さ
れている。管５０の全長は１４．６２インチ、外径は２
．２５インチ、内径は２インチである。この管５０では
、その開放端部５２がステンレススチール製の略長方形
の取付けブロック６０によって支持されている。端部５
２が緩く収容され、次いで弾性シリコンオーリングシー
ル６１によって耐密されている。オーリングシール６１
は、ブロック６０の前方に向いて形成された環状溝６３
に取イ寸けられている。リング６Ｉは環状の圧縮リング
６４によって圧縮され、例えばボルト等の好適な取付け
手段によってブロック６０の前端面にボルト締められて
いる。又、ブロック６０は小口径の環状凹部６５を有し
ており、この凹部は、ねし付き吐き出し管接続口６６′
　と連通しており、この接続口６６′　には排気管３０
が取り付けられていて、下記に詳細に説明されているよ
うに燃焼システム１４からの燃焼ガスを排気している。

内側燃焼管７０はムライト製であり、外側燃焼管５０に
同心的に取り付けられている。燃焼管の全長は約１３．
６２インチ、その外径は１．７５インチ、その内径は１
．５インチである。内側管７０は、その第１端部７２及
び他方の端部７４で開口されており、その端部７２はブ
ロック６０の孔６６に取り付けられている。

このブロック６０には、同心的に孔６５及び６２が形成
されており、正面取付け板８０に弾性シリコンオリング
８２を介して耐密されている。このオーリング８２は、
前板８０に形成された環状溝８３に取り付けられており
、内側管７０は、その第１端部７２で管５０に同心的に
離間して取り付けられている。ムライト製の開放シリン
ダー状管７０の対向する端部７４は細孔栓９０を介して
管５０の端部５４に同心的に離間して固定されている。

この細孔栓９０の全長は３．８８インチ、その断面９２
は外径１．３４インチを有しており、管７０の端部７４
内に約２．８８インチ嵌挿されている。プラグ９０は拡
張されたシリンダー状の端部９４を有しており、肩部９
５は管７０の端部７４に保持されている。端部９４の径
は約１．８２であり、この端部９４は管５０の内部に入
り、管７０の端部７４を管５０に同心的に離間して支持
させている。

セラミック製線孔栓９０は網状のアルミナあるいはジル
コニアの材料から造られており、この細孔栓９０の多孔
率は１インチあたり約ｌＯの細孔を有する率である。こ
の材料は例えばＨｉ　−Ｔｅｃｈｃｅｒａｍｉｃｓ、　
Ｉｎｃ　　（ハイテク、セラミック）社を含むいくつか
の供給源から直販されている。この材料によって、燃焼
副産物は、管を通過し、管７０の外径と管５０の内径と
の間に位置するシリンダー状の間隔１００に入る。間隔
１００の円形断面積は約０．７４平方インチをしており
、従来の排気管の断面積よりもかなり大きい。従って、
燃焼室の焦域を再循環する燃焼ガスの速度は緩慢になる
。燃焼室の中心には、燃焼ボート１１０が位置決めされ
ている。

燃焼システム１４は、更に端部取付け部１２０（第２図
）を有しており、この取付部１２０には、ねじ付き吸込
み孔１２２が形成されており、吸込み孔１２２はやり形
管１３０の端部１３２と連通している。このやり形管１
３０は、弾性シリコンオーリング１３３を介して部材１
２０に耐密に取り付けられている。このオーリング１３
３は、やり形取付けブロック１３６の環状溝１３４に取
り付けられている。ブロック１２０，１３６及び８０は
、第３図に詳細に示されている好適な取付ボルトを介し
て１次取付けブロック６０に固定されている。やり形管
１３０は、アルミ製であり、全長駒１０．４５インチ、
内径約０．１２インチである。このやり形管は、端部１
３２の相対する閉鎖端部１３６に孔１３５を有している
。孔１３５は燃焼ボート１１０の上方の中心に位置し、
　この孔１３５より、燃焼ボートに酸素が供給され、酸
化キャリヤーガスがシステムに供給されている。パージ
管１４０（第１図に要部を示す。）は燃焼管７０の開放
端部７２に取り付けられており、第１図に示されている
ように、入力ラインから酸素供給を受けていて、分析中
、このパージ管により、燃焼管に開放端部が十分に封止
される。

この構造はアメリカ合衆国特許第４，２８２，１８３号
に詳細に開示されており、参照のため、記している。

操作にあたって例えば石炭片あるいはコークス片１７（
第２図）のような試料は燃焼ボート１１０に位置決めさ
れる。この燃焼ボートは好適な押し棒によって燃焼室１
４の開放端部７２から移動され、細孔栓９０の端部９１
に当接される。従って、燃焼ホトはやり形１３０の下方
の燃焼熱域の中心に位置決めされる。燃焼炉１２か試料
を燃焼している間、キャリアーガスは、第２図の矢印Ａ
に示されたように、やり形に供給されている。その後、
第１図に示されたように、このキャリアーガスはパージ
管１４０に導かれて燃焼システムの開放端部が十分に封
止される。やり形とパージ管とを結合させた流量は毎分
約３１７４リツトルである。燃焼炉１２が操作温度約１
３５０°Ｃに加熱されると、この試料が燃焼される。燃
焼ボートより、小粒状の材料がはねられることもあり、
この小粒状材料が細孔栓９０に付着し、十分に燃焼され
るまで燃焼域の端部内に保持される。

シリンダー状の排気室１００は燃焼管７０の外径を囲ん
でおり、　ガス状の燃焼副産物は、ポンプ３６（第１図
）よってこの排気室１００より吸い出される。すなわち
矢印Ｂによって示されているように、ガス状の試料が燃
焼システムから吸い出される。

燃焼ガスは細孔栓９０を通過し、管７０の端部の周囲で
その指向が逆方向となり、このガスは混合され均質化さ
れる。シリンダー状の燃焼管７０の端部７２の周囲でこ
の燃焼ガスが再循環され、燃焼炉の熱誠で循環されるこ
とにより、この燃焼ガスは相対的に低速度で十分にＳＯ
２あるいはＣＯ２に転換される。従って燃焼副産物の排
気路の断面積により、熱域内でその転換時間が確実に増
大される。

やり形管は十分に小さく、第２図に示されたように、取
付けブロック６０及びその構成部品により片持ち式で十
分に支持されている。本発明の燃焼システムでは、一方
で取付けシステムが燃焼管の端部管の端部５２及び７２
を正確に位置決めし、耐密にし、他方で細孔栓９０が燃
焼管の相対する端部を心合わせして同心的に離間させて
いるため、部品が接合される必要もなく、かつ正確な位
置決め目も必要とされない。

従って、本発明のシステムによれば、相対的に廉価で容
易に分離できる燃焼システムか提供され、更にガス流路
が設けられたことにより、改良された燃焼分析ができる
燃焼システムが提供される。

この明細書に記した本発明の実施例に添付請求の範囲内
で種々の変更が威されるのは当業者にとって明白であろ
う。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と、特色と５
利益とは添付図面を照合し下記の説明を読めば一層明確
になるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼システムの分析機の要部概略図、第２図は本発明の燃焼システムの拡大垂直断面図、第３図は本発明の燃焼システムの左端部の側面図、第４図は本発明の第２図の線ＩＶ−ＩＶについての燃焼
システムの断面図である。図中１０は分析機、１２は燃焼炉、工４は燃焼室、１６
はロンド状抵抗加熱要素、３０は排気管、５０は外側シ
リンダー状燃焼管、５２は外側シリンダー状燃焼管開放
端部、５４は外側シリンダー状燃焼管閉鎖端部、６０は
取付けブロック、７０は内側シリンダー状燃焼管、７２
は内側シリンダ状燃焼管開放端部、７４は内側シリンダ
ー状燃焼管閉鎖端部、９０は細孔栓、である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）第１開放端部と第２閉鎖端部とを有する第１略シ
リンダー状の長尺の燃焼管と、（ｂ）前記第１燃焼管の内径よりも小さい外径を有し、
かつ第１及び第２開放端部を有する第２略シリンダー状
の燃焼管と、（ｃ）前記第２燃焼管の前記第１端部を前記第１燃焼管
の前記第１端部に略同心的に離間させて支持する手段と
、（ｄ）前記第１燃焼管の外径と前記第２燃焼管の内径と
の間に略シリンダー状の間隔を形成し、前記第１燃焼管
内に位置決めされた試料を加熱燃焼させて生成させたガ
ス状の燃焼副産物が前記間隔を通過するため、前記第２
燃焼管の前記第２端部を前記第１燃焼管の第２端部に略
同心的に離間させて取り付けている細孔栓手段とから成
り、試料に含有された１種以上の構成元素の量を決定す
るため、固体状或いは液体状の試料を燃焼させてガス状
にするのに用いられるようにしたことを特徴とする燃焼
室。
（２）前記燃焼室と接続され、前記第１燃焼管の第１端
部と前記第２燃焼管の第１端部との近傍の前記シリンダ
ー状の間隔と連通する排気管であって、ガス状の燃焼副
産物を前記第２燃焼管の前記第２端部と前記細孔栓を経
て、前記略シリンダー状間隔に指向させ、前記第１燃焼
管の前記第１端部と前記第２燃焼管の前記第１端部方向
に吸引させる排気管を更に有していることを特徴とする
請求項１記載の装置。
（３）前記燃焼管の前記第１端部を支持する前記手段で
あって、前記燃焼管の前記第１端部が受け入れられる孔
を有している取り付けブロック手段から成ることを特徴
とする請求項２記載の装置。
（４）前記燃焼管の前記第１端部と前記取り付けブロッ
ク手段とを耐密に接続する弾性耐密手段を、前記支持手
段が更に有していることを特徴とする請求項３記載の装
置。
（５）前記取り付けブロックの手段が複数の断面を有し
ていて、その１つの断面が前記シリンダー状間隔に連通
している孔を有していることを特徴とする請求項４記載
の装置。
（６）前記第２燃焼管が前記第１燃焼管より短かいこと
を特徴とする請求項５記載の装置。
（７）前記細孔栓がセラミック栓であることを特徴とす
る請求項６記載の装置。
（８）前記セラミック栓が網状セラミック栓であること
を特徴とする請求項７記載の装置。
（９）前記第１燃焼管及び第２燃焼管を収容する抵抗炉
を更に有していることを特徴とする請求項８記載の装置
。
（１０）（ａ）第１開放端部と第２閉鎖端部とを有する第１略シ
リンダー状の長尺の燃焼管と、（ｂ）前記第１燃焼管の内径よりも小さい外径を有して
いて、かつ第１及び第２開放端部を有していて燃焼用試
料を収容する第２略シリンダー状の燃焼管と、（ｃ）前記第２燃焼管の前記第１端部を前記第１燃焼管
の前記第１端部に略同心的に離間させて支持する手段と
、（ｄ）前記第１燃焼管の外径と前記第２燃焼管の内径と
の間に略シリンダー状の間隔を形成し、前記第１燃焼管
内に位置決めされた試料を加熱燃焼させて生成させたガ
ス状の燃焼副産物が前記間隔を通過するため、前記第２
燃焼管の前記第２端部を前記第１燃焼管の第２端部に略
同心的に離間させて取り付けて前記間隔を形成した手段
と、（ｅ）前記燃焼副産物が前記第２燃焼管から前記略
シリンダー状間隔に指向されるように、前記燃焼副産物
を前記燃焼管の前記第１端部近傍の前記略シリンダー状
の間隔の一端部から前記流体を吸引する手段とから成り
、前記試料に含有された１種以上の構成元素の量を決定す
るため、固体状或いは液体状の試料を燃焼させて、ガス
状にするのに用いられる燃焼室を有するようにしたこと
を特徴とする分析機器用燃焼炉。
（１１）前記第２燃焼管の前記第２端部を取り付ける手
段が細孔栓であることを特徴とする請求項１０記載の装
置。
（１２）前記細孔栓が網状セラミック物質であることを
特徴とする請求項１１記載の装置。
（１３）前記燃焼室に接続され、前記シリンダー状間隔
に連通されている排気管を前記排気手段が有しているこ
とを特徴とする請求項１２記載の装置。
（１４）前記燃焼管の前記第１端部を支持する前記手段
が前記燃焼管の第１端部を受け入れる孔を有している取
り付けブロック手段から成ることを特徴とする請求項１
３記載の装置。
（１５）前記燃焼管の前記第１端部を前記取り付けブロ
ック手段に耐密に接続させる弾性耐密手段を前記支持手
段が更に有していることを特徴とする請求項１４記載の
装置。
（１６）前記取り付けブロック手段が複数の断面を有し
ていて、その１つの断面が前記シリンダー状間隔に連通
している孔を有していることを特徴とする請求項１５記
載の装置。
（１７）前記第２燃焼管が前記第１燃焼管よりも短い請
求項１６記載の装置。
（１８）前記第１及び第２燃焼管を収容する抵抗炉を更
に有していることを特徴とする請求項１７記載の装置。