【手続補正書】
【提出日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部スペース、側壁、及び排気ガス出口を持った炉；燃料及びオキシダントが少なくとも一つのバーナへ供給されたとき、炉の内部スペース内に炎を向けるように位置決めされた少なくとも一つのバーナ；少なくとも一つのバーナと液の流通がある少なくとも一つの弁であって、前記少なくとも一つの弁は開放状態及び閉止状態を持っており、前記少なくとも一つの弁は、少なくとも一つの弁が開放状態にあるときには前記少なくとも一つのバーナに燃料を通し、また燃料のソースに流動的に接続されたときには前記少なくとも一つの弁は開放と閉止の状態の間で可動であるもの；及び少なくとも一つの弁に作動可能に接続されて少なくとも一つの弁を開放及び閉止するようになった、自動化ロジック制御装置で、自動化ロジック制御装置は、少なくとも一つの弁が開放及び閉止する少なくとも一つの周波数、少なくとも一つの弁のデューティサイクル、及び前記少なくとも一つの弁の流量振幅を制御するように形造られたロジックを含むもの；から成る、熱を用いた材料を処理するのに有用なシステム。
【請求項２】
前記少なくとも一つのバーナは第１のバーナと第２のバーナとから成り、また少なくとも一つの弁は夫々前記第１のバーナ及び前記第２のバーナと流体連通している第１の弁と第２の弁とから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
炉は炉内部スペースと流体連通している排気煙突を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
自動化ロジック制御装置がメモリを有する汎用コンピュータで、ロジックがメモリ内にあるもの；コンピュータと連通しているマルチチャンネルのデジタル／アナログ変換器；デジタル／アナログ変換器と連通している少なくとも一つの増幅器；及び少なくとも一つの弁コントローラの各々が少なくとも一つの弁の一つと連通している、少なくとも一つの弁コントローラから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
コンピュータが入力部を含み、そしてロジックが入力部からデータを受け入れてデータを少なくとも一つの弁の各々の一つに対する波形のデジタル化表示に変換するように構成された、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
コンピュータとロジックとは波形の各々のデジタル化表示をデジタル／アナログ変換器と連通するように構成されており、デジタル／アナログ変換器は各波形をデジタルからアナログへの形に変換する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
デジタル／アナログ変換器は各々のアナログ波形を別の増幅器へ連通する、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
ロジックが、波形のデジタル化表示が所定の値からの相差を制御するように構成された、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
自動化ロジック制御装置がプログラム可能なロジックコントローラから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
炉の側壁が互いに対面した第１と第２の長さ方向に延びる部分から成り、前記少なくとも一つのバーナが第１のバーナアレイと第２のバーナアレイとから成り、前記第１のバーナアレイは炉の側壁の第１の長手方向に延びた部分に沿って位置決めされ、前記第２のバーナアレイは炉の側壁の第２の長手方向に延びた部分に沿って位置決めされた、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
第１のバーナアレイは第１の中心軸を持ったバーナを含み、前記第２のバーナアレイは第２の中心軸を持ったバーナを含み、前記第１の中心軸と前記第２の中心軸とは長手方向にオフセットされている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
第１のバーナアレイは複数の等間隔をおいて離れたバーナを含み、前記第２のバーナアレイは複数の等間隔をおいて離れたバーナを含む、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
更に炉の内部スペースと連通し、かつ排気ガス出口に隣接して位置した、少なくとも一つのオキシダントから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
炉内で少なくとも一つのバーナを制御する方法であって、前記少なくとも一つのバーナは少なくとも一つの弁から燃料を受け入れ、またオキシダントのソースからオキシダントを受け入れるようになったもので、弁デューティサイクル、弁振動周波数、及び弁を通る燃料の流れ振幅を測定し、そしてデューティサイクル、振動周波数、及び燃料流れ振幅に従って弁を通ってバーナへの燃料の流れを振動させる工程、から成る方法。
【請求項１５】
更に所定の値からの弁振動の相移動を測定することから成り、そして少なくとも一つの弁を通る燃料の流れを振動させる工程が更に弁振動の相移動に従って振動させることから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記測定工程が弁デューティサイクル、弁振動周波数、及び燃料流れ振幅から波形のデジタル表示を形成することから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記形成工程が更に波形相移動から波形のデジタル表示を形成することから成る、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
更に波形のデジタル表示をアナログ波形に変換することから成る、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
更に、アナログ波形を増幅すること，及び増幅したアナログ波形で弁を制御することから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つのバーナは炉の第１の長手方向に延びる部分に位置する第１のバーナアレイと、第１の部分に面する炉の第２の長手方向に延びる部分に位置する第２のバーナアレイとから成り、各バーナアレイは少なくとも一つのバーナを含み、各アレイの各バーナは燃料流れ弁と連通しており、また測定工程が、各弁に対して、弁デューティサイクル、弁振動周波数、及び弁を通る燃料流れ振幅を測定することから成り、また振動工程が、前記バーナに対するデューティサイクル、振動周波数、及び燃料流れ振幅に従って各バーナに対して各弁を通って燃料の流れを振動させることから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
更に、各弁に対して所定の値からの弁振動相移動を測定することから成り、各弁を通る燃料の流れを振動させる工程が、更に各弁の弁振動相移動に従って振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
振動工程が、第１のバーナアレイのバーナに対して同一の相移動で各弁を振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
振動工程が、第２のバーナアレイのバーナに対して同一の相移動で各弁を振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
振動工程が、第１のバーナアレイのバーナに対して同一の相移動で各弁を振動させ、第２のバーナアレイのバーナに対して同一の相移動で各弁を振動させることから成り、また第１の相移動と第２の相移動とは異なる、請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
振動工程が、第１のバーナアレイのバーナに対する各弁を、第２のバーナアレイのバーナに対する各弁から１８０度の相移動で振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
バーナの第１のアレイがバーナの第１と第２のサブセットを含み、バーナの第２のアレイがバーナの第３と第４のサブセットを含み、そして振動工程が相の第１と第３のサブ工程を振動させ、また相の第２と第４のサブ工程を振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２７】
振動工程が、第２と第４のサブ工程とは相が外れた第１と第３のサブ工程を振動させることから成る、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
更に、少なくとも一つのバーナから離れた炉の内部へオキシダントを注入することから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項２９】
振動工程が、燃料豊富な化学量論比で燃料の流れを振動させることから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項３０】
炉から出るより前に炉内の過剰の一酸化炭素を燃焼し尽くすことから更に成る、請求項１４記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも一つのバーナが第１と第２のバーナから成り、また振動工程が、第１のバーナへの燃料の流れを５０％より大きいデューティサイクルで振動させ、第２のバーナへの燃料の流れを５０％未満のデューティサイクルで振動させる、請求項１４記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも一つのバーナが第１と第２のバーナから成り、また振動工程が、第１のバーナへの燃料の流れを燃料豊富な化学量論比で振動させ、第２のバーナへの燃料の流れを燃料希薄な化学量論比で振動させる、請求項１４記載の方法。
【請求項３３】
第１と第２のバーナが炉の長さに沿って反れて位置した、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
振動工程が、炉の一部に還元雰囲気を作り出すように燃料の流れを振動させることから成る、請求項１４記載の方法。
【請求項３５】
振動工程が、炉の一部に酸化雰囲気を作り出すように燃料の流れを振動させることから成る、請求項３４記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
過去においてＮＯｘの放出を減少させるための振動燃焼（ＯＣ）が提案された。参照文献：Ｓｈａｍｐ，Ｄ．ら，“Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｏｘｙ−ｆｕｅｌＦｕｒｎａｃｅ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：Ａｎ Ｏｐｅｒａｔｏｒ’ｓ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ”，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ５９ｔｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｇｌａｓｓ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｏｈｉｏ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２７−２８，２９９８；Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．ら，“Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｉｎｃｒｅａｓｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ＮＯｘ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆｕｒｎａｃｅｓ”，１９９８ Ａｍｅｒｉｃａｎ−Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｆｌａｍｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｍａｕｉ，Ｈａｗａｉｉ，Ｏｃｔｏｂｅｒ １１−１５，１９９８；Ｃｈａｒｏｎ，Ｏ．ら，“ＰｕｌｓａｔｅｄＯ１／Ｆｕｅｌ ｆｌａｍｅ ａｓ ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｌｏｗ ＮＯｘ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ”，Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ．，Ｖｏｌ．９０，ｐｐ．１−１（１９９３）；および米国特許第４，８４６，６６５号及び第５，３０２，１１１号．
振動燃焼理論（例えば、米国特許第４，８４６，６６５号の図１及び図２を参照）は、炎のある長さの中及びそれに沿って連続した、一酸化窒素の遅延、燃料豊富かつ燃料希薄のゾーンの生成を含んでいる。この技術はバーナへの燃料の流量の強制振動を含むものである。ゾーンが混合して炎温度の全体のピークを減少させる前にゾーンから熱を除去し、従って、ＮＯｘの形成を減少させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の例示的実施形態によれば、熱を用いる材料を処理するのに有用なシステムは、内部スペース、側壁、及び排ガス出口を持った炉、燃料及びオキシダントが少なくとも一つのバーナへ供給されたとき、炉の内部スペース内に炎を向けるように位置決めされた、少なくとも一つのバーナ、少なくとも一つのバーナと流体連通がある少なくとも一つの弁を備え、該少なくとも一つの弁は開放状態及び閉止状態を有しており、該少なくとも一つの弁は、該少なくとも一つの弁が開放状態にあるとき、及び燃料のソースに流動的に接続されたときには該少なくとも一つのバーナに燃料を通し、該少なくとも一つの弁は開放と閉止の状態の間で可動であるもの、及び該少なくとも一つの弁に作動的に接続されて少なくとも一つの弁を開放及び閉止するようになった、自動化ロジック制御装置であり、該自動化ロジック制御装置は、少なくとも一つの弁が開放及び閉止する少なくとも一つの周波数、少なくとも一つの弁のデューティサイクル、及び該少なくとも一つの弁の流量振幅を制御するように構成されたロジックを含んでいる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
こうして、自動化ロジック制御装置１１８は燃料２０の炉１００内への流量を制御する。自動化ロジック制御装置１１８はまた、同時に又は択一的に、オキシダント２２、例えば産業用酸素、酸素富化空気、酸素富化（非空気）ガス、又は空気の、本発明の精神及び範囲内でのバーナ１１２の各々への流れを制御することができる。自動化ロジック制御装置１１８はそれゆえバーナ１１２の各々に対する、また全体として炉１００に対する、ＳＲを制御する。デフラグレーション及び最小放出に対する好ましいＳＲは約１．８５と約２．０５の間で変化する。より好ましくは、ＳＲは約１０００Ｂｔｕ／ｃｆＨＨＶの天然ガス及び１００％純酸素に対して約１．９５である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
システム１３０の一つの例示的な実行は、システムへの入力ポート、例えばＲＳ−２３２シリアル・ポートを含むものである。コンピュータ１３２は、燃料流量波形のデジタル表示に対する振動周波数、増幅度、デューティサイクル、及び相のような、各バーナの振動変数の関数をマップする、例えばソフトウエア・アプリケーションのような、指示のロジックセット組を含む。次に、コンピュータ１３２は、デジタル波形信号をＤＡＣ１３４へ通信する。ＤＡＣ１３４は、入力振動パラメータを具体化する、デジタル波形信号を同等のアナログ（電圧又は電流）波形信号に変換する。ＤＡＣ１３４は好ましくは炉内のバーナの各々につき一つの、複数の出力チャンネルを含むので、各バーナに対するアナログ燃料流れ波形は夫々の増幅器へ出力される。代わりに、増幅器１３６、１３８はデジタル型のコンピュータ１３２に従って高電圧又は電流の波形を発生させる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図３はバーナを通る燃料の流量（Ｒ）対時間（ｔ）のグラフ又はチャートを示す。両変数とも、本発明に従うバーナ制御の理解を助ける、任意の単位を持っている。本発明によれば、自動化ロジック制御装置１１８は炉１１０の少なくとも一つのバーナ、好ましくは全てのバーナを制御して、バーナを通る燃料の流量が時間と共に変化するように、例えば振動するようにする。図３は、純粋に正弦波ではない燃料流量と時間との振動関数関係を示すが、それもまた、燃料流量の純粋に正弦波の、方形波の、そして鋸歯振動を与える本発明の範囲内のものである。より好ましくは、方形波振動が本発明において利用される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３に示したように、Ｒとｔとの関係は幾つかの変数をもって部分的に以下のように特徴づけられる：
ＲＡＶＥ＝サイクル当たりの平均燃料流量
Ｄ＝デューティサイクル、全サイクルと比較して、Ｒ＞ＲＡＶＥであるサイクル当たりのパーセント時間
Ｔ＝１サイクルの時間＝１／ｆ
ｆ＝サイクル周波数＝１／ＴＡ＝ＲＡＶＥ超の、パーセントでの、最大流量振幅
θ＝何れか特定のバーナのサイクルの他のバーナからの相移動Ｄは下記によって合計時間Ｔのパーセンテージとして表すことができる：
（Ｄ／Ｔ）・１００
θは度か半径かで表すか、又は秒単位の時間に変換するかする。そして、先ずマスターバーナとして全てのバーナから一つのバーナを選択し、次に各バーナに対するＲ対ｔグラフ又は関数上の対応する点の間で時間の差を測定することによって、定められる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上に簡単に論じたように、図３の例示グラフのＤは５０％より大きく、燃料豊富なバーナ・サイクルを示している。異なった記述をすれば、バーナが作動しているサイクル当たりの時間の５０％以上に亘って、バーナは燃料豊富な、オキシダントの少ないモードで作動するが、サイクル当たりの時間の５０％未満に対しては、バーナは燃料の少ない、オキシダントの豊富なモードで作動する。それゆえ、Ｄ＞５０％はまた、バーナは局部還元雰囲気を作り出すことを意味し、そしてＤ＜５０％は、バーナは局部酸化雰囲気を作り出すことを意味する。デューティサイクルＤ、流量振幅Ａ、及び周波数ｆ（又は特徴時間Ｔ）を調整することによって、どの特定のバーナでも広い範囲の化学量論的比に亘って作動させることができ、そして過剰の燃料、オキシダントの存在、及び炉１００内の両者も制御することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、例示のために、限定のためではなく、コンピュータ１３２のロジックへの簡単な入力には、その操作が変更されるチャンネル／バーナ；最大燃料流量；最小燃料流量；デューティサイクル；周波数；特定のバーナが別のバーナと同期されるべきかどうか；特定のバーナが同期されるべきバーナの数又はチャンネル；及び特定のバーナがマスターバーナに対してどれだけ相が入り又は出ているかの値を含めることができる。通常の当業者にとって容易に明白となるように、追加の作動パラメータは、「全てオフ」及び「全てオン」命令、構成部品の機能不良に対する不良コードの発生などのように、コンピュータ１３２に存在しているロジックの日常の形態によるユーザ入力によって制御することができる。一つの好ましい実施形態によれば、コンピュータ１３２は、標準のキーボードと、上記の機能を実行するようにコードされたコンピュータのメモリに含まれる、ソフトウエア説明書のロジックセットを含むモニターとを含む、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）に基づくＡＴ−プラットフォームパーソナルコンピュータである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図４と図５とは、炉が、より詳細には、炉のバーナアレイが、本発明の一つの実施形態に従ってどのように操作できるかを示している。図４と図５とに示したように、バーナの全てはθ＝０で操作される、即ち、夫々のバーナの燃料流量サイクルの全てはイン・フェイズであって、各々は他のバーナと同時にその最大ＲＭＡＸに達し（図４参照）、また同時にその最小ＲＭＩＮに達する（図５参照）。更に選択的には、バーナの燃料流量サイクルは同一である、即ち、それらは全て同一の波形を持つことができるのである。それゆえ、炉内の材料の負荷は周期的に異なった熱伝送率に曝されることができて、それが恩恵的に向上した炉の性能をもたらす結果となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図４に示したように、オキシダント注入ランス３００を炉の排気口の近くに位置させて燃料豊富なオキシバーナ燃焼中に生成したＣＯ、不燃の燃料、又は他の炭化水素を燃焼させる。炉内への適当なオキシダント流量を保つことは本発明の範囲内のことであるが、オキシ炉の大きさにより、オキシダント流量は約２０００ｓｃｆｈから約３０，０００ｓｃｆｈまでの間であってよい。全体の炉の化学量論のパーセントとして、ランス３００を通って注入される酸素の量は２％から１５％までの間であってよい。全体の化学量論の５％に近い量はオキシダント注入には最適である。非振動の酸素／燃料燃焼用の全体のＳＲは典型的に約２．１０と約２．１５の間、典型的には煙突内で約５％から約７％過剰の酸素になるようにする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
デューティサイクルの変化による耐火温度の制御、デューティサイクルの変化による種々の炎状態（還元、酸化）の発生、燃料流れ振幅、デューティサイクル、及び周波数制御による炎の長さの制御、周波数変化による対流加熱制御、周波数制御による高められた炎の安定化はまた本発明の態様である。自動化された、又は自動化可能な、効率的な炉操作のため種々のパラメータを変えるロジック基礎のコントローラ及び人間マシンインターフェース、並びにバーナ対の間で択一的に周波数、振幅、相設定、及びデューティサイクルを変えて炉負荷についての局在炉雰囲気を還元から酸化へと制御すること、もまた本発明の様相である。更に、バーナの対向した対の化学量論的比も、開始及び終了の燃料流量を制御し、次に流量を反対にすることによって定期的に交互に変えることができ、それによって全体に均衡のとれた炉の化学量論を持った酸化か還元かの条件の局在するゾーンを設定することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う炉の第１の実施形態の概略上面図を示す。
【図２】本発明に従うコントローラの第１の実施形態を概略的に示す。
【図３】本発明に従う流量対時間の波形を概略的に示す。
【図４】本発明に従う炉の別の実施形態の概略上平面図を示す。
【図５】本発明に従って操作したときの図４に示した炉の概略上平面図を示す。
【図６】本発明に従う炉の更に別の実施形態の概略上平面図を示す。
【図７】本発明に従って操作したときの図６に示した炉の概略上平面図を示す。
【図８】本発明に従う炉の更に別の実施形態の概略上平面図を示す。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2001311505.tif 000001