(57)【要約】  燃焼装置のサイズまたは滞留時間の何れをも増大させることなく酸化効率を向上させる燃焼装置（２００）を開示する。本装置は、その長さに沿って静的混合ゾーン（２０８）を有する燃焼ゾーン（２０４）を含む。
2007509310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と、
出口と、
少なくとも１つの静的混合ゾーンを、その長さに沿って含む燃焼ゾーンと
を備える燃焼装置。
【請求項２】
上記入口は、試料の入口と、酸化剤の入口とを含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記燃焼ゾーンは、さらに、上記燃焼ゾーンの長さに沿って複数の離隔された静的混合ゾーンを含む請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記燃焼ゾーンを上昇された温度に維持するように適合化されたヒータをさらに含み、上記上昇された温度は上記試料内の全ての酸化可能成分をそれらの対応する酸化物に実質上完全に変換するに足るものである請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記上昇された温度は約３００℃を超える請求項４記載の装置。
【請求項６】
上記上昇された温度は約３００℃乃至約２０００℃である請求項４記載の装置。
【請求項７】
上記上昇された温度は約６００℃乃至約１５００℃である請求項４記載の装置。
【請求項８】
上記上昇された温度は約８００℃乃至約１３００℃である請求項４記載の装置。
【請求項９】
上記入口は、ネブライザを備える請求項１記載の装置。
【請求項１０】
試料の入口と、
酸化剤の入口と、
出口と、
少なくとも１つの静的混合ゾーンを、その長さに沿って含む燃焼ゾーンと
を備える燃焼装置。
【請求項１１】
上記燃焼ゾーンはさらに、上記燃焼ゾーンの長さに沿って配置される複数の離隔された静的混合ゾーンを含む請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
上記燃焼ゾーンは大気圧、大気圧より低い、または大気圧より高い請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
上記燃焼ゾーンを上昇された温度に維持するように適合化されたヒータをさらに含み、上記上昇された温度は上記試料内の酸化可能成分をそれらの対応する酸化物に実質上完全に変換するに足るものである請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
上記上昇された温度は約３００℃を超える請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
上記上昇された温度は約３００℃乃至約２０００℃である請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
上記上昇された温度は約６００℃乃至約１５００℃である請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
上記上昇された温度は約８００℃乃至約１３００℃である請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
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さらに備える請求項１０記載の装置。
【請求項１９】
入口と、
出口と、
その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーンと、
ヒータとを備え、
上記入口は可燃材料及び酸化剤を上記燃焼ゾーンへ供給するように適合化され、上記ヒータは上記混合ゾーンを含む燃焼ゾーンを上昇された温度に維持するように設計される燃焼装置。
【請求項２０】
上記上昇された温度は約３００℃を超える請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
上記上昇された温度は約３００℃乃至約２０００℃である請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
上記上昇された温度は約６００℃乃至約１５００℃である請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
上記上昇された温度は約８００℃乃至約１３００℃である請求項１９記載の装置。
【請求項２４】
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さらに備える請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
試料供給システムと、
酸化剤供給システムと、
入口、出口、その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーン、及びヒータを有す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するように適合化され、上記燃焼装置は上記試料を実質上完全に酸化して酸化物にするように適合化され、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ように適合化される分析機器装置。
【請求項２６】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約３００℃を超える上昇された温度に維持する請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約３００℃乃至約２０００℃の上昇された温度に維持する請求項２５記載の装置。
【請求項２８】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約６００℃乃至約１５００℃の上昇された温度に維持する請求項２５記載の装置。
【請求項２９】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約８００℃乃至約１３００℃の上昇された温度に維持する請求項２５記載の装置。
【請求項３０】
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２５記載の装置。
【請求項３１】
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２５記載の装置。
【請求項３２】
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２５記載の装置。
【請求項３３】
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２５記載の装置。
【請求項３４】
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２５記載の装置。
【請求項３５】
可燃材料を酸化するための方法であって、
上記可燃材料及び酸化剤を、入口、出口、その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーン、及びヒータを備える燃焼装置へ供給するステップと、
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、
上記混合ゾーンは上記燃焼ゾーンの燃焼効率を上げる、方法。
【請求項３６】
上記温度は約３００℃を超える請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
上記温度は約３００℃乃至約２０００℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
上記温度は約６００℃乃至約１５００℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
上記温度は約８００℃乃至約１３００℃である請求項３４記載の方法。
【請求項４０】
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３４記載の方法。
【請求項４１】
試料を分析するための方法であって、
上記試料及び酸化剤を、入口、出口、その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーン、及びヒータを備える燃焼装置へ供給するステップと、
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。
【請求項４２】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約３００℃を超える上昇された温度に維持する請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約３００℃乃至約２０００℃の上昇された温度に維持する請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約６００℃乃至約１５００℃の上昇された温度に維持する請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
上記ヒータは上記燃焼ゾーンを約８００℃乃至約１３００℃の上昇された温度に維持する請求項４１記載の方法。
【請求項４６】
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４１記載の方法。
【請求項４７】
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４１記載の方法。
【請求項４８】
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４１記載の方法。
【請求項４９】
燃料及び酸化剤供給ユニットと、
入口、出口、その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーン、及びヒータを備える燃焼または炉装置と、
酸化燃料の熱エネルギーの一部をより有益なエネルギー形式に変換するためのエネルギー変換ユニットと、
を備えるエネルギー抽出装置。
【請求項５０】
内燃機関と触媒コンバータとを備え、
前記触媒コンバータは、入口、出口、その長さに沿って配置される混合ゾーンを含む燃焼ゾーン、及びヒータを備える燃焼または炉装置を含む内燃装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良型燃焼装置とその製造及び使用方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は、可燃材料の入口と、酸化剤の入口と、燃焼ガスの出口と、少なくとも１つのインラインまたは静的混合ゾーンを有する燃焼ゾーンとを含む改良型燃焼装置とその製造及び使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
可燃材料の燃焼は、特にその目的が完全な酸化または燃焼である場合、必ず問題の多い困難な作業となっている。このような完全燃焼は、試料中の窒素及び／または硫黄濃度を決定する分析検出器では特に重要である。
【０００４】
燃焼室は長年に渡り多くが設計されているが、その大部分は未だ完全燃焼を時宜を得た費用効果的な方法で助長する能力を欠いている。ある種の燃焼室は静的ミキサを使用して燃焼を追加しているが、このミキサは、炎、燃焼管または炉へ入る材料が均質であることを保証するために、または流出ガスが均質であることを保証するために燃焼ゾーンの上流または下流の何れかで使用される。静的ミキサを含むこのような燃焼システムは、米国特許第６，５７５，６１７号、第６，４９７，０９８号、第６，４１８，７２４号、第６，３０２，６８３号、第５，８９０，８８６号、第５，８２９，９６７号、第５，５５８，５１５号、第５，５１３，９８２号、第５，４２５，６３２号、第５，０００，７５７号、第４，７５５，１３６号及び第４，２１３，４０３号に開示されている。
【０００５】
従って技術上、１つまたは複数の燃焼ゾーン内部に強化されたインライン混合を供給することにより燃焼効率を向上させる改良された燃焼室に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、可燃材料の入口と、酸化剤の入口と、燃焼ガスの出口と、少なくとも１つのインラインまたは静的ミキサもしくは混合ゾーンを含む燃焼ゾーンを有する燃焼室とを含む改良された燃焼装置を提供し、上記ミキサまたは混合ゾーンは、同じ容積の燃焼ゾーンで同じ時間期間により多い量の可燃材料が燃焼され得るように、滞留時間を増大することなく燃焼効率を向上させる。
【０００７】
また本発明は、可燃材料の入口と、酸化剤の入口と、燃焼ガスの出口と、複数のインラインまたは静的ミキサもしくは混合ゾーンを含む燃焼ゾーンを有する燃焼室とを含む改良された燃焼装置も提供し、上記ミキサまたは混合ゾーンは、同じ容積の燃焼ゾーンで同じ時間期間により多い量の可燃材料が燃焼され得るように、滞留時間を増大することなく燃焼効率を向上させる。
【０００８】
また本発明は、可燃材料の入口と、酸化剤の入口と、燃焼ガスの出口と、複数の離隔されたインラインまたは静的ミキサもしくは混合ゾーンを含む燃焼ゾーンを有する燃焼室とを含む改良された燃焼装置も提供し、上記ミキサまたは混合ゾーンは、同じ容積の燃焼ゾーンで同じ時間期間により多い量の可燃材料が燃焼され得るように、滞留時間を増大することなく燃焼効率を向上させる。
【０００９】
また本発明は、本発明の燃焼装置と、上記燃焼装置の燃焼ゾーンを、全ての、または実質上全ての酸化可能成分をその対応する酸化物に変換するに足る温度に維持するように適合化されたヒータとを含む改良された炉装置も提供する。
【００１０】
本発明は、本発明の改良型燃焼装置と、試料を上記燃焼装置へ供給するように適合化された試料供給ユニットと、酸化剤を上記燃焼装置へ供給するように適合化された酸化剤供給ユニットと、上記酸化試料を受け入れて検出可能な酸化種を検出するように適合化された上記燃焼装置の下流の検出器／分析器ユニットとを含む分析機器を提供する。
【００１１】
本発明は、本発明の改良型燃焼装置と、試料を上記燃焼装置へ供給するように適合化された試料供給ユニットと、酸化剤を上記燃焼装置へ供給するように適合化された酸化剤供給ユニットと、上記酸化試料を受け入れて検出可能な硫黄及び／または窒素種を検出するように適合化された上記燃焼装置の下流の検出器／分析器ユニットとを含む分析機器を提供する。
【００１２】
本発明は、本発明の改良型燃焼装置と、燃料を上記燃焼装置へ供給するように適合化された燃料供給ユニットと、酸化剤を上記燃焼装置へ供給するように適合化された酸化剤供給ユニットと、上記酸化燃料を受け入れて処理するように適合化された上記燃焼装置の下流の排出ユニットとを含む燃焼システムを提供する。
【００１３】
本発明は、本発明の改良型燃焼装置と、燃料を上記燃焼装置へ供給するように適合化された燃料供給ユニットと、酸化剤を上記燃焼装置へ供給するように適合化された酸化剤供給ユニットと、上記酸化燃料を受け入れてエネルギーを抽出するように適合化された上記燃焼装置の下流のエネルギー抽出ユニットとを含む燃焼システムを提供する。
【００１４】
本発明は、可燃材料及び酸化剤を本発明の燃焼装置へ供給するステップと、上記可燃材料を上記燃焼装置の燃焼ゾーン内で燃焼または酸化させるステップと、を含む燃焼効率を向上させるための方法であって、上記燃焼装置のミキサまたは混合ゾーンが燃焼されている材料の燃焼効率を向上させかつスループットを増加させる方法を提供する。
【００１５】
添付の例示的な図面と共に下記の詳細な説明を参照すれば、本発明をより良く理解することができる。諸図面を通して、類似する要素は同じ番号で示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本件発明者は、燃焼容量または滞留時間の何れをも増大させることなくより大きいスループット、より大きい試料サイズ及び卓越した燃焼プロファイル及び効率を可能にする改良された燃焼室を構築できることを発見している。本発明の酸化プロセスは、分離プロセスがピーク形状を広げる傾向のあるクロマトグラフィ・プロセスのそれのように目で見ることができる。同様に、燃焼効率を上げるためには、燃焼材料のピーク形状またはプロファイルを広げるべきであることを本件発明者は確信している。本件発明者は、従来型の燃焼または酸化ゾーンもしくは酸化管等の装置内に少なくとも１つのインラインまたは静的ミキサもしくは混合ゾーンを挿入することにより、酸化効率を大幅に向上させ得ることを発見している。このような燃焼装置が分析化学において使用されると、燃焼容量または滞留時間の何れかを増大させることなく検出感度を上げ、検出範囲を縮小しかつより大きい機器スループットを供給することができる。本発明の燃焼装置は、理想的には、分析計装、触媒コンバータ、熱分解管、従来型の燃焼管、エネルギー抽出プラント、発電所または燃焼効率の向上が燃焼室のサイズを増大する、または燃焼滞留時間を増大することなく向上した経済性、スループット、感度またはこれらに類するものを生み出すことのできる他の任意のアプリケーション等のアプリケーションに適している。
【００１７】
本発明は、広義には、燃焼材料（燃料または試料）の入口と、酸化剤の入口と（当然ながら、上記２つの入口を合わせて単一の入口にすることもできる）、上昇された温度に維持される燃焼ゾーンを含む、但し上記ゾーンはその内部に少なくとも１つのインラインまたは静的ミキサもしくは混合ゾーンを含む、燃焼室と、酸化材料の出口と、を含む改良された燃焼装置に関し、上記装置は上記混合ゾーンがない場合の本同一装置に比べて燃焼効率を向上させる。分析計装の場合、本発明の燃焼装置は燃焼効率を向上させるだけでなく、機器スループットを増大させ、機器の検出範囲を縮小しかつ機器の感度を上げる。上昇される温度は、概して約３００℃を上回る。好適には、上昇される温度は約３００℃乃至約２０００℃である。さらに特には、上昇される温度は約６００℃乃至約１５００℃である。
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。
【００１８】
本発明は、広義には、材料内の全ての酸化可能成分の酸化物を含む酸化物質を形成するために、可燃材料及び酸化剤を本発明装置へ供給するステップを含む方法に関し、本方法は、混合ゾーンがない場合の本同一装置に比べて酸化効率を向上させる。
（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。
【００１９】
次に図２Ａを参照すると、概して２００で示される本発明の燃焼装置の好適な一実施形態は、入口ゾーン２０２と、燃焼ゾーン２０４と、酸化材料の出口ゾーン２０６とを含み、上記燃焼ゾーン２０４は上記燃焼ゾーン２０４の中央２１０にインラインまたは静的混合ゾーン２０８を含み、上記混合ゾーン２０８の前後に一般的な燃焼サブゾーン２１０を有する。入口ゾーン２０２は、可燃材料及び酸化剤を燃焼ゾーン２０４内へ導入するように適合化されている。混合ゾーン２０８は、これらをインラインで混合し、酸化混合物プロファイルを燃焼ゾーン２０４内へ広げて燃焼効率を向上させるように適合化され、上記酸化混合物は温度によって非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。混合ゾーン２０８の性質は、正確な構成に関わらず任意の一般的なインラインまたは静的ミキサであってもよいが、上記ミキサは、酸化混合物の流路を増大しかつ酸化混合物の任意の一部が燃焼ゾーン２０４を介して不変の真っ直ぐな流路を進むことを防止する、または排除するものでなければならない。
【００２０】
次に図２Ｂを参照すると、概して２００で示される本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態は、入口ゾーン２０２と、燃焼ゾーン２０４と、酸化材料の出口ゾーン２０６とを含み、上記燃焼ゾーン２０４は上記燃焼ゾーン２０４の中央部２１０に離隔された２つの混合ゾーン２０８を含み、これらの前後と間に一般的な燃焼サブゾーン２１２を有する。入口ゾーン２０２は、可燃材料及び酸化剤を燃焼ゾーン２０４内へ導入するように適合化されている。非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む酸化混合物は、混合ゾーン２０８内の酸化混合物の混合に起因して燃焼ゾーン２０４内で燃焼効率を向上させる温度でインライン式に混合される。
【００２１】
次に図２Ｃを参照すると、概して２００で示される本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態は、入口ゾーン２０２と、燃焼ゾーン２０４と、酸化材料の出口ゾーン２０６とを含み、上記燃焼ゾーン２０４は離隔された３つの混合ゾーン２０８を含み、これらの混合ゾーン２０８のうちの１つは上記燃焼ゾーン２０４の中央２１０に位置決めされかつこれらの混合ゾーン２０８のうちの２つは上記燃焼ゾーン２０４の第１の端２１４及び第２の端２１６に位置決めされ、これらの間に一般的な燃焼サブゾーン２１２が存在する。入口ゾーン２０２は、可燃材料及び酸化剤を燃焼ゾーン２０４内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン２０８は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン２０４を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン２０４の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン２０６における排気は完全に酸化された混合物または実質上完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上完全に酸化された、という言い回しは可燃材料内の全酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の全酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の全酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の全酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
【００２２】
次に図２Ｄを参照すると、概して２００で示される本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態は、入口ゾーン２０２と、燃焼ゾーン２０４と、酸化材料の出口ゾーン２０６とを含み、上記燃焼ゾーン２０４は上記燃焼ゾーン２０４の中央２１０に離隔されて位置決めされた３つの混合ゾーン２０８を含み、これらの前後と間に一般的な燃焼サブゾーン２１２を有する。入口ゾーン２０２は、可燃材料及び酸化剤を燃焼ゾーン２０４内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン２０８は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン２０４を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン２０４の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン２０６は実質上または完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上という言い回しは、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
【００２３】
次に図３Ａを参照すると、概して３００で示される本発明の燃焼管装置の別の好適な実施形態は、試料の入口３０２と、酸化剤の入口３０４と、燃焼ゾーン３０６と、酸化材料の出口３０８とを含み、上記燃焼ゾーン３０６は上記燃焼ゾーン３０６の中央３１２に混合ゾーン３１０を含み、上記混合ゾーン３１０の両側に一般的な燃焼サブゾーン３１４を有する。試料の入口３０２は可燃材料を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化され、酸化剤の入口３０４は酸化剤を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン３１０は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン３０６を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン３０６の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン３０８は実質上または完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上という言い回しは、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
【００２４】
次に図３Ｂを参照すると、概して３００で示される本発明の燃焼管装置の別の好適な実施形態は、試料の入口３０２と、酸化剤の入口３０４と、燃焼ゾーン３０６と、酸化材料の出口３０８とを含み、上記燃焼ゾーン３０６は上記燃焼ゾーン３０６内に２つの混合ゾーン３１０を含み、その前後と間に一般的な燃焼サブゾーン３１４を有する。試料の入口３０２は可燃材料を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化され、酸化剤の入口３０４は酸化剤を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン３１０は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン３０６を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン３０６の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン３０８は実質上または完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上という言い回しは、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
【００２５】
次に図３Ｃを参照すると、概して３００で示される本発明の燃焼管装置の別の好適な実施形態は、試料の入口３０２と、酸化剤の入口３０４と、燃焼ゾーン３０６と、酸化材料の出口３０８とを含み、上記燃焼ゾーン３０６は上記燃焼ゾーン３０６内に３つの混合ゾーン３１０を含み、その間に一般的な燃焼サブゾーン３１４を有する。試料の入口３０２は可燃材料を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化され、酸化剤の入口３０４は酸化剤を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン３１０は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン３０６を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン３０６の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン３０８は実質上または完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上という言い回しは、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
【００２６】
次に図３Ｄを参照すると、概して３００で示される本発明の燃焼管装置の別の好適な実施形態は、試料の入口３０２と、酸化剤の入口３０４と、燃焼ゾーン３０６と、酸化材料の出口３０８とを含み、上記燃焼ゾーン３０６は上記燃焼ゾーン３０６内に４つの混合ゾーン３１０を含み、その前後と間に一般的な燃焼サブゾーン３１４を有する。試料の入口３０２は可燃材料を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化され、酸化剤の入口３０４は酸化剤を燃焼ゾーン３０６内へ導入するように適合化されている。インライン混合ゾーン３１０は、酸化混合物の経路が真っ直ぐな経路でないことを保証する、または燃焼ゾーン３０６を横断する際の酸化混合物の一部のチャネリングを低減させる温度で酸化混合物を混合することにより、燃焼ゾーン３０６の燃焼効率を向上させるように設計される。酸化混合物は、非酸化の可燃材料成分と、部分的に酸化された可燃材料成分と、完全に酸化された可燃材料成分と、消費されない酸化剤とを含む。当然ながら、出口ゾーン３０８は実質上または完全に酸化された混合物を含む。但し、実質上という言い回しは、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９５％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、好適には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９８％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、特には可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９％がそれらの対応する酸化物に変換されていること、とりわけ、可燃材料内の酸化可能成分の少なくとも９９．９％がそれらの対応する酸化物に変換されていることを意味する。
（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。
【００２７】
図４Ｃ乃至図４Ｅ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（押し込まれる）複数の曲がった突起４０８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。これらの突起４０８は、右回り構造４０８ａ、左回り構造４０８ｂまたは図４Ｅに示すように両構造の組み合わせで配向されてもよい。
【００２８】
図４Ｆ及び図４Ｇ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２つの螺旋状突起４１０ａ及びｂ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。上記螺旋状突起４１０ａは右回り構造であり、螺旋状突起４１０ｂは左回り構造であって、これら２つの突起は図４Ｆ及び図４Ｇに示すように、連続して位置決めされている。当然ながら、右回りのミキサ４１０ａ及び左回りのミキサ４１０ｂは発生順に逆転されてもよい。
【００２９】
上述の全てのミキサにおいて、突起または混合エレメントは全て燃焼ゾーンの断面の半ば以上先まで伸長して酸化混合物が入口から出口へと進む直路が存在しないことを保証する。即ち、混合エレメントは、燃焼ゾーンの容量または燃焼ゾーンにおける滞留時間を増大することなく酸化混合物が燃焼プロセスの間に混合されて酸化効率を向上させることを保証する。
（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。
【００３０】
また本発明の改良された混合燃焼室は、試料スループットを増大し、機器サイクル時間を短縮し、検出感度を上げ、検出可能な異なる酸化物の検出範囲を縮小する。
（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。
【００３１】
次に図８Ａ及びＢを参照すると、概して８００で示される触媒コンバータ・モノリスの好適な一実施形態は複数のチャネル８０２を含み、各チャネル８０２は少なくとも１つの静的ミキサ８０４を含む。
【００３２】
本明細書に記載されている引例は全て、参照により開示に含まれる。本発明は十分かつ完全に説明されているが、添付のクレームの範囲内で本発明は特定的に説明されているもの以外にも実施される場合があることは理解されるべきである。本発明はその好適な実施形態を参照して開示されているが、その説明を読めば、当業者は、本明細書で説明されかつ添付のクレームに記載された本発明の範囲及び精神を逸脱することのない変更及び修正を行い得ることを認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】先行技術による燃焼装置を示すブロック図である。
【図１Ｂ】先行技術による別の燃焼装置を示すブロック図である。
【図１Ｃ】先行技術による別の燃焼装置を示すブロック図である。
【図１Ｄ】先行技術による別の燃焼装置を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の燃焼装置の好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２Ｃ】本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２Ｄ】本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２Ｅ】本発明の燃焼装置の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明の燃焼管の好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の燃焼管の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図３Ｃ】本発明の燃焼管の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図３Ｄ】本発明の燃焼管の別の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図４】Ａ乃至Ｇは、静的ミキサの好適な一実施形態を示す。
【図５】本発明のエネルギー抽出ユニットの好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の分析機器の好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の接触コンバータを有する内燃機関の好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図８】Ａ及びＢは、本発明の触媒コンバータ・モノリスの好適な一実施形態を示すブロック図である。
【図１Ａ】
2007509310.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
2007509310.tif 000011
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2007509310.tif 000014
【図４Ａ】
2007509310.tif 000015
【図４Ｂ】
2007509310.tif 000016
【図４Ｃ】
2007509310.tif 000017
【図４Ｄ】
2007509310.tif 000018
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
2007509310.tif 000021
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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2007509310.tif 000028
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