(57)【要約】本発明は、無窒素雰囲気中での炭素含有燃料の燃焼のための装置、および該装置を運転する方法に関する。この装置は、発電プラント（すなわちガスタービン（複数可））と一体化されて、大気への二酸化炭素およびＮＯxの放出が低減した、エネルギー効率の良い発電プロセスを得ることができる。さらに、この装置は、吸熱反応を行う化学プラントと一体化され得る。
2004533594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無窒素雰囲気中での炭素含有燃料の燃焼のための装置であって、
前記燃料のための入口、圧縮酸素含有ガス流のための入口、無酸素ガス流（酸素減損ガス流）を排出するための出口、および流出流（抽気流）を排出するための出口を有する、エンクロージャを画定する中空シェルと、
流入する前記圧縮酸素含有ガス流を加熱するように構成された１つまたは複数の熱交換モジュールと、
前記酸素含有ガス流から酸素を分離し、その結果、酸素富化ガス流と前記無酸素ガス流とをもたらすように構成された１つまたは複数の混合伝導膜モジュールと、
前記燃料の燃焼のための第１および可能である場合の第２の燃焼室であって、前記燃焼室に前記燃料を送るために前記燃料のための入口に接続される入口パイプ、前記燃焼室に高温の酸素富化ガスを送るために前記熱交換モジュール（複数可）に接続される入口パイプ、および前記燃焼室から前記膜モジュール（複数可）に排ガスを送るために前記膜モジュールに接続される出口パイプを有する、第１および可能である場合の第２の燃焼室と、
前記第１の燃焼室に先立って設置される増圧器と、
前記熱交換モジュール（複数可）と膜モジュール（複数可）を接続する手段（１１、１２）と、
前記熱交換モジュール（複数可）および膜モジュール（複数可）を、前記圧縮酸素含有ガス流のための前記入口および前記無酸素ガス流のための前記出口に接続する手段（７、２３）と、
前記排ガス流の一部を前記熱交換モジュール（複数可）に直接送り、前記燃焼室からの前記出口パイプに戻すパイプと
を備える装置。
【請求項２】
前記中空シェルは、前記熱交換モジュール（複数可）、前記膜モジュール（複数可）、前記手段（７、１１、２１、２３）、前記高温の酸素富化ガス流のための出口パイプ、前記無酸素ガス流の排出のための前記出口、前記排ガスのための入口パイプ、および圧縮酸素含有ガス流のための前記入口を有する１つまたは複数の反応器（複数可）をさらに備える、請求項１の記載の装置。
【請求項３】
前記中空シェルは、前記熱交換モジュール（複数可）、前記膜モジュール（複数可）、前記第２の燃焼室、前記手段（７、１１、２１、２３）、前記高温の酸素富化ガス流のための出口パイプ、前記無酸素ガス流の排出のための前記出口、前記排ガスのための入口パイプ、および圧縮酸素含有ガス流のための前記入口を有する１つまたは複数の反応器（複数可）をさらに備える、請求項１の記載の装置。
【請求項４】
前記モジュールおよび前記第２の燃焼室は、一方が他方の上に垂直に相互接続される、請求項１の記載の装置。
【請求項５】
前記モジュールは、一方が他方の上に垂直に相互接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記膜モジュールは、２つの熱交換モジュール間に設置される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の燃焼室は、前記熱交換モジュールのうちの一方と前記膜モジュールとの間に設置される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記高温の酸素富化ガス流のための前記出口パイプは、前記第１の燃焼室への前記入口パイプに接続され、前記排ガスのための前記入口パイプは、前記第１の燃焼室からの前記出口パイプに接続される、請求項２および３に記載の装置。
【請求項９】
前記増圧器は、ファンまたはコンプレッサである、請求項１の記載の装置。
【請求項１０】
前記熱交換モジュール（複数可）および前記膜モジュール（複数可）は、複数チャネルのモノリス構造を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
圧縮酸素含有ガス流が第１の熱交換モジュールに給送されるステップであって、前記第１の熱交換モジュールでは、前記圧縮酸素含有ガス流は、燃焼室での燃料の燃焼により発生した熱によって加熱される、第１の熱交換モジュールに給送されるステップと、
前記加熱されたガス流が混合伝導膜モジュール（複数可）に給送されるステップであって、前記混合伝導膜モジュールでは、前記酸素の大部分が前記ガス流から分離され、無酸素ガス流が得られる、混合伝導膜モジュール（複数可）に給送されるステップと、
掃引ガスが前記膜モジュールに給送されて酸素を取り込み、該酸素富化掃引ガスがさらに増圧器に給送されるステップと、
前記加圧された掃引ガス流が前記燃焼室に入るステップであって、前記燃焼室では、前記加圧された掃引ガス流は燃料と混合されて燃焼する、前記燃焼室に入るステップと、
前記無酸素ガス流がもう一方の熱交換モジュールに給送されるステップであって、それによりさらに加熱されてから前記装置を出る、もう一方の熱交換モジュールに給送されるステップと
を含む、請求項１ないし１０に記載の装置を運転する方法。
【請求項１２】
燃焼生成物、すなわち排ガスは、掃引ガスとして利用される、請求項１１に記載の装置を運転する方法。
【請求項１３】
前記排ガスの一部は、流出流として取り出されて、前記装置内の大量蓄積を防止する、請求項１１に記載の装置を運転する方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１０に記載の装置は、１つまたは複数のガスタービンと一体化されることを特徴とする、大気への二酸化炭素およびＮＯxの放出の低減を伴う発電プラント。
【請求項１５】
請求項１ないし１０に記載の装置は、吸熱反応を行うプラントと一体化されることを特徴とする、吸熱化学反応を行うプラント。
【請求項１６】
請求項１ないし１０に記載の装置を出る高温の無酸素空気流および／または流出ガス流は、１つまたは複数のガスタービンに給送されることを特徴とする、大気への二酸化炭素およびＮＯxの放出の低減を伴う発電プロセス。
【請求項１７】
請求項１ないし１０に記載の装置を出る高温の無酸素空気流および／または流出ガス流は、吸熱反応を行うプラントに給送されることを特徴とする、吸熱反応に熱を供給するプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無窒素雰囲気中での炭素含有燃料の燃焼のための装置と該装置を運転する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
本装置は、発電プラント（すなわちガスタービン（複数可））と一体化されて、大気への二酸化炭素およびＮＯxの放出が低減した、エネルギー効率の良い発電プロセスを得ることができる。さらに、本装置は、吸熱反応を行う化学プラントと一体化され得る。
【０００３】
炭素含有燃料に用いられる従来の燃焼プロセスは、主要な最終生成物である二酸化炭素と水（蒸気）を生成することのほかに、かなりの量の熱（燃焼熱）を発生する。従来の燃焼反応（たとえばメタンと酸素との燃焼反応）、すなわち、
ＣＨ4＋２Ｏ2−−＞ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ
は、メタン１ｍｏｌあたり約８０４ＫＪを発生する。
【０００４】
この燃焼プロセスが、たとえば発電プラント（すなわちガスタービン）、または吸熱反応を行う化学プラントと一体化される場合、燃焼プロセスによる総エネルギー損失が可能な限り低いことが重要である。
【０００５】
さらに、ＣＯ2とＮＯxの環境側面により、大気へのこれらの成分の放出が従来のプロセスに比してかなり低減されることが重要である。従来の燃焼プロセスは、燃料ならびに適用される燃焼および熱回収のプロセスに応じて３％〜１５％の濃度のＣＯ2を有する排ガスを生成する。濃度がこのように低い理由は、空気が約７８容積％の窒素を含んでいるからである。空気中での高温燃焼プロセスでは、窒素は、酸素と反応して環境有害ガス汚染物質ＮＯxを生成する。
【０００６】
大気への二酸化炭素の放出を減らすには、排ガスから二酸化炭素を分離するか、あるいは、種々の化学プロセスでの使用に適した、またはたとえば長期間堆積の地質学的形成物（geological formation）での噴射に適した、またはオイル貯蔵槽からのオイルの回収を高めるのに適したレベルに排ガスの濃度を上げることが必要となる。
【０００７】
ＣＯ2は、いくつかの分離プロセス、たとえば化学的活性分離プロセス、物理吸着プロセス、分子ふるいによる吸着、膜分離、および極低温技法によって、冷却排ガスから除去され、通常は、気圧に近い圧力で排出され得る。化学吸着（たとえばアルカノールアミンによる）が、排ガスからＣＯ2を分離するのに最も実用的で経済的な方法であると見なされている。これらの分離プロセスは、エネルギーを消費し、重くてかさばる装置を必要とする。これらの分離プロセスは、発電プロセスとともに適用されるため、電力出力が１０％またはそれ以上減ることになる。
【０００８】
種々の化学プロセスでの使用に適した、またはたとえば長期間堆積の地質学的形成物での噴射に適した、またはオイル貯蔵槽からのオイルの回収を高めるのに適したレベルに燃焼反応からの排ガス中のＣＯ2の濃度を上げることは、空気の代わりに純酸素で炭素含有燃料を燃焼させることによって可能である。
【０００９】
純酸素を生成するために適用される商業的空気分離方法（たとえば極低温分離または圧力スイング吸着（ＰＳＡ：圧力変動吸着））は、２５０〜３００ＫＷｈ／トンの生成酸素が必要である。これらの方法は、酸素を燃焼プロセスにガスタービンサイクルで供給するのに用いられる場合、ガスタービンサイクルによる正味電力出力が少なくとも２０％低減するであろう。極低温ユニットでの酸素生成の費用は、生成される電力の価格を実質的に上げることになり、電力コストの５０％ほどの総額となる。
【００１０】
しかしながら、これらの分離方法よりも要求されるエネルギーが少ない方法が、欧州特許出願６５８  ３６７−Ａ２から知られている。この特許出願は、ガスタービンシステムと一体化される混合伝導膜（ＭＣＭ：mixed conducting membrane）の適用例を記載しており、ここでは膜が加熱空気流から酸素を分離する。
【００１１】
混合伝導膜（ＭＣＭ）は、イオン伝導率および電子伝導率の双方を有する材料からなる膜として定義される。この膜は、酸素を選択的に輸送（transport：移送）する。膜による駆動力は、酸素分圧間の対数関係、すなわちｌｏｇ（ｐＯ2（Ｉ）／ｐＯ2（ＩＩ））に比例する。ここで、（Ｉ）は膜の酸素送出側（空気）を表し、（ＩＩ）は膜の酸素受取側を表す。酸素の高輸送率（流束）を保つために、酸素受取側に低い分圧がかかっている状態に保つことが重要である。
【００１２】
したがって、たとえばＵＳ５５６２７５４およびＮＯ−Ａ−９７２６３２において記載されているように、この膜プロセスの効率をさらに高めるために、掃引ガスを適用して、膜の酸素受取側にかかる酸素分圧を減らすことによって、膜を通る酸素流束を増加させる。
【００１３】
燃焼プロセスにおいて酸素供給側として適用される場合の混合伝導膜（ＭＣＭ）を実際に利用する場合、以下の判定基準が不可欠である：
ａ）  酸素分圧間の対数関係、すなわちｌｏｇ（ｐＯ2（Ｉ）／ｐＯ2（ＩＩ））として表される、膜による酸素輸送の駆動力は、高レベルで保たれる必要がある。
ｂ）  膜は、高い温度レベル（＞６００°Ｃ）で動作して、十分な酸素流束が膜を通るようにする必要がある。したがって、膜と接触している空気または任意の他のガスは高温でなくてはならない。
【００１４】
膜による駆動力が膜の酸素受取側で高レベルの酸素に保たれるよう保証するには、以下のようにされる必要がある：
ｉ）  掃引ガスを適用することにより膜表面から離して輸送される、または
ｉｉ）  酸素受取側での直接の化学反応（たとえば燃焼プロセス）により消費される。
【００１５】
このことは、無窒素雰囲気中でエネルギー効率の良い燃焼を行うべき装置は、上述したように、プロセス条件下で動作するように設計されなければならないことを示唆している。したがって、このような装置、および、従来技術には記載されていない、該装置を運転する方法が依然として必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の主要な目的は、無窒素雰囲気中での炭素含有燃料の燃焼を達成するのに有効な装置を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、高濃度のＣＯ2および低濃度のＮＯxを有する排ガスを結果としてもたらす燃焼プロセスを達成するのに有効な装置を提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的はさらに、上記装置を運転するための方法を提供することである。
【００１９】
本発明のさらなる別の目的は、エネルギー効率の良い発電のためのプラントおよび方法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる別の目的はさらに、大気への二酸化炭素およびＮＯxの放出が低減した、発電のためのプラントおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、上記の目的は、１つまたは複数の混合伝導膜モジュール、１つまたは複数の熱交換モジュール、および１つまたは複数の燃焼室がエンクロージャを画定する中空シェル（圧力容器）内に収納されている装置を用いることで果たされることを見出した。この装置はさらに、発電プラント内のガスタービン（複数可）と一体化され得る。この装置はまた、吸熱反応を行う化学プラントと一体化されたり、それにより吸熱反応に必要な熱を供給することができる。
【００２２】
本発明による装置において用いられる混合伝導膜（複数可）（ＭＣＭ）は、上述した条件（ａ）および（ｂ）で、酸素送出ガス（たとえば空気）から酸素受取ガスに酸素を輸送する。酸素受取ガスは、酸素送出ガスよりも低い酸素分圧を有する。酸素受取ガスに炭素富化燃料（たとえば天然ガス）を加えると、酸素と加えられた燃料との間に、熱が発生する燃焼反応が起こる。
【００２３】
純酸素での天然ガスの燃焼は、２つの主要な生成物である二酸化炭素と水（蒸気）を含有する排ガスを生成する。本発明によれば、排ガスは、酸素受取ガスとして用いられる。酸素が豊富なガス流（すなわち酸素富化排ガス）は、燃焼室に給送されて、燃焼反応の際に酸化剤として利用される。したがって、環境的に有害なＮＯxガスの生成が回避される。
【００２４】
燃焼反応により生成される熱エネルギーは、熱交換器（複数可）によって、ＭＣＭモジュール（複数可）に供給される空気を加熱するとともに、ＭＣＭモジュール（複数可）を出てゆく無酸素空気を加熱するのに用いられてから、発電タービン、または吸熱反応を行う化学プラントに入ることができる。
【００２５】
したがって、膜に給送される空気流は中にＣＯ2またはＮＯxを生成することなく加熱される。燃焼反応では、ほぼ全ての酸素が消費され、したがって、その時点で非常に低い酸素分圧を有する排ガスは、酸素を取り込む掃引ガスとしてＭＣＭへ再循環させられてから、燃焼室に再度入ることができる。このようにして、連続燃焼が得られる。排ガスから、流出流を引き出して、加えられた燃料と受け取った酸素との平衡を保ち、大量蓄積を防止する。上昇した圧力および温度で装置を出てゆくこの流出ガスはまた、発電システム（タービン）に給送され得る。タービンでは、流出ガスの圧力は減少し、さらに冷却されて、ほぼ全ての蒸気を凝縮して水にする。したがって、ガス流は主として二酸化炭素から構成される。この二酸化炭素ガス流は、地下槽、帯水層とすることもできる槽、あるいはガスまたはオイル貯蔵槽内への噴射を可能にさせる圧力にまで圧縮される必要がある。これらの槽は、長期間堆積を保証するよう適したものとなっている。
【００２６】
上述したように、排ガスは、掃引ガスとして用いられて、膜モジュール（複数可）において酸素を取り込み、燃料が加えられた１つまたは複数の燃焼室に酸素を輸送する。排ガス中に発生した熱は、効率的な方法で、および掃引ガスと空気との間の漏れが防止されるかあるいは許容可能なレベルにまで最小にとどめられるようにして、空気流に輸送される。
【００２７】
さらに、本発明者らは、ＭＣＭモジュールおよび／または熱交換モジュールとして複数プレートまたは複数チャネルの構造を用いることによって、非常に効率的な装置が得られることを見出した。複数チャネル構造は、それらが１つの部品（すなわちモノリス（monolith：一体部材））に押出成形され得るため、１つの部品で大きな表面積が得られるということにより、最も有利であることが見出されている。最も好ましくは、熱交換モジュール（複数可）およびＭＣＭモジュールはいずれも、本プロセスの条件（大気、温度、および圧力）に耐えることが可能なセラミック材料からなる。
【００２８】
このような構造（特に、１０ｍｍより小さいチャネル直径を有する構造）は、非常に大きな表面積／単位体積を呈する。米国特許第４２７１１１０号に記載されているように、入口スロットのそばにチャネルを１列（row）置きに作製する（prepare）ことによって、チャネルの１列置きに簡素化されたマニホールドシステムが得られるため、空気側と酸素受取側との間の漏れ率の確率が低くなる。
【００２９】
熱交換および／または酸素移動（transfer）（ＭＣＭモジュールを用いた場合）について考えられ得る最大の表面積を得るために、チャネルは非常に小さいものとし、すべての空気チャネルは、他方のガス（すなわち掃引／排ガス）により包囲されている（すなわち共通の壁を有する）ものとする。そのような構成は、各隣接のチャネルに２つのガスを導く（マニホールディング）ための非常に複雑なシステムを必要とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、このような複数チャネルのモノリス構造は、ＭＣＭモジュールが２つの熱交換モジュール間に設置されるようにして、ともに接続または連結される。さらに、これらのモジュールは、圧力容器（以下に反応器として定義される）内に設置される。このようなシステムは、ＭＣＭが、システムに給送された空気流の温度よりも高く、かつ燃焼温度（すなわち、燃焼室からの排ガス温度）を下回る規定温度で動作することができるよう保証する。
【００３１】
本発明の別の重要な特徴は、２つのガス流のフローパターンである。第１のガス流（空気流）は、モノリス構造のチャネル（すなわち熱交換器およびＭＣＭ）の方向に対し長手方向に従う、反応器の入口から出口への流れを有する。このことは、このガスが短い端部から開チャネルに出入りし、開空間またはそれらの端を接続している閉構造を介して流れることを意味する。第２のガス流は、モノリスの側部スロットに出入りする流れ方向を有し、バイパス空間またはコネクタを通って、隣接するモノリス構造の側部スロットに流れる。これらのバイパス空間は、第１のガスの内部開空間を包囲している。
【００３２】
このようなガスフローシステムでは、ガスのうちの１つ（ここでは第２のガス）が漏れて、反応器の全ての利用可能な空間または「空の」空間を塞ぐことになる。したがって、第１のガスのみが、モノリス構造の間の内部結合コネクタに配置された第２のガスに対して（反応器の「空の」空間に対してではない）密閉されることで、ガス密閉の要件が低くなる。
【００３３】
この特徴は、制御されるガス漏れが反応器室の内部の圧力を増加し、かつ均一にするのに必要であり、ガスのうち１つのみを漏れさせて混合を阻止するので、非常に重要である。この制御される必要な漏れ（controlled and necessary leakage）は、第２のガスのバイパスコネクタに対して規定された漏れ率の柔軟な密閉を可能にする。接続部品／モノリス構造において熱応力を回避する柔軟性は、致命的な亀裂を防止するのに非常に重要である。
【００３４】
モノリスチャネルの内部のガスとほぼ同じ圧力のガスを反応器に充填することにより、反応器の外部圧力シェルのみがプロセスの絶対圧力または全圧力に耐えればよい。したがって、モノリス壁にかかる圧力は、２つのガス（図３のガス１およびガス２）間の差圧に耐えるように低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の範囲および本発明の特定の特徴は、併記の特許請求の範囲によって定義される。
【００３６】
本発明は、以下の図面においてさらに説明され考察される。
【００３７】
図１は、プロセス流および重要なプロセスユニット（Ｈ−０１）、（Ｘ−０１）、（Ｈ−０２）、（Ｆ−０１）、および（Ｉ−０１）が示されている、本発明による装置の主要な略図を示している。ユニットはすべて反応器圧力シェル（この例では装置のシェルと同一である）の内部に設置されている。この図は、酸素含有ガス流（ここでは空気）が、コンプレッサを介して導かれることを示している。圧縮空気流（ＡＮ−０３０）は、さらに熱交換モジュール（Ｈ−０１）に給送され、この熱交換モジュールにおいて加熱され（ＡＮ−０５０）てから、混合伝導膜モジュール（Ｘ−０１）（mixed conducting membrane modules）に入り、この混合伝導膜モジュールにて酸素が空気流から分離される結果、無酸素空気流（ＡＬ−０１０）がもたらされる。無酸素空気流（ＡＬ−０１０）は、熱交換器（Ｈ−０２）に入り、さらに加熱されてから、装置を出る（ＡＬ−０２０）。無酸素空気流（ＡＬ−０２０）は、発電タービンまたは吸熱反応を行う化学プラントに給送され得る。掃引ガス（ＥＧ−０２０）は、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）に供給され、膜の酸素受取側で酸素を取り込み、熱交換モジュール（Ｈ−０１）を介してさらに輸送される。次に、酸素富化ガス流（oxygen rich gas stream）（ＥＧＯ−０３０）が増圧器（Ｉ−０１）内で加圧されてから燃焼室（Ｆ−０１）に入る。燃料（ＮＧ−０１０）が加えられて燃焼させる燃焼室（Ｆ−０１）は、この例では反応器圧力シェルの内部に設置されている。燃焼ガスすなわち排気（ＥＧ−０１０）は、燃焼室（Ｆ−０１）での燃焼によりその時点でほとんど酸素がなくなっている。
【００３８】
高温の燃焼生成物すなわち排ガス（ＥＧ−０１０）の一部は、流出流（ＥＧ−０４０）として取り出されて、反応器内での大量蓄積を防止し、生成ガスの残りは、熱交換モジュール（Ｈ−０２）に給送され、膜の動作温度まで加熱される。膜モジュールでは、ガス流（ＥＧ−０２０）は、掃引ガスとして作用している。高温の酸素富化掃引ガス流（ＥＧＯ−０２０）は、熱交換モジュール（Ｈ−０１）に給送されて、流入するガス流（ＡＮ−０３０）を加熱する。加熱された空気流（ＡＮ−０５０）は、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）の動作温度でＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）に入る。増圧器（Ｉ−０１）は、掃引ガスループでの循環を促進させ、連続燃焼を保証するように設置される必要がある。図１では、この増圧器は、高圧（ＨＰ）蒸気の噴射により駆動されるジェットポンプである。ジェットポンプは、動く部品がないという利点があり、非常に高い温度に耐えることのできる材料（すなわちセラミック）で形成され得る。発電について、無酸素ガス流（ＡＬ−０２０）および流出ガス流（ＥＧ−０４０）がガスタービンに給送されて発電し得る。主要な燃焼生成物（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）を含有する流出ガス（ＥＧ−０４０）は、高温（すなわち燃焼ガス温度）を有する。流出ガス流から直接発電させるには、ＣＯ2とＨ2Ｏの混合物を処理することが可能なガスタービンが必要とされる。このような流出流についての代替的な別の発電は、従来の蒸気タービンが用いることができる温度（＜５５０°）にガスを冷却することである。これは、水を流出流（ＥＧ−０４０）に噴射することによって、あるいは流入する「低温の」空気流（ＡＮ−０３０）との熱交換によってなされ得る。
【００３９】
図２は、増圧器（Ｉ−０１）および燃焼室（Ｆ−０１）が反応器圧力シェルの外部であるが装置のシェルの内部に取り付けられている、本発明による装置の別の実施形態を示している。この特徴は、装置の構造を単純化するのに寄与している。反応器の外側に増圧器（Ｉ−０１）および燃焼室（Ｆ−０１）を設置することの利点は、メンテナンス作業を容易にし、冷却装置を利用することを可能にさせることである。したがって、この図で想定されるように、回転圧力が増す機械を増圧器（Ｉ−０１）として用いることができる。この実施形態における流路は、図１に示す実施形態におけるものと同じである。唯一の違いは、高圧（ＨＰ）蒸気が噴射されない（ジェットポンプが使用されないため）ことであるが、このことが主要なフローパターンを修正することはない。図１に示すように、高圧（ＨＰ）蒸気を噴射することにより、プロセスの正味発電効率が低下するため、効率に関して、図２に示すような回転機械がより有益である。
【００４０】
燃焼室が外部にあることはまた、燃料（ＮＧ−０１０）噴射システムを単純化し、図８に示すように装置をスケールアップすることを容易にさせる。
【００４１】
図３は、好ましくは熱交換モジュールおよび膜モジュールの双方として用いられる、本発明による複数チャネルのモノリス構造を示している。上述したように、そのような構造は、主として製造方法が単純であるため有利である。しかしながら、本発明は、かかる構造の適用例のみに限定されず、他の構成（たとえばプレート）を代替形態とすることができる。
【００４２】
図３によれば、図１および図９におけるように流れの表記（stream notation）を用いて、ガス１は、モノリス構造がモジュール（Ｈ−０１）である場合にはガス流（ＡＮ−０３０）および（ＡＮ−０５０）を表し、モノリス構造がモジュール（Ｘ−０１）である場合にはガス流（ＡＮ−０５０）および（ＡＬ−０１０）を表す。モノリス構造がモジュール（Ｈ−０２）である場合、ガス１はガス流（ＡＬ−０１０）および（ＡＬ−０２０）である。
【００４３】
ガス２は、モジュールが（Ｈ−０１）である場合にはガス流（ＥＧＯ−０２０）および（ＥＧＯ−０３０）を表し、モジュールが（Ｘ−０１）である場合にはガス流（ＥＧＯ−０３０）および（ＥＧＯ−０１０／０２０）を表し、モジュールが（Ｈ−０２）である場合にはガス流（ＥＧ−０２０）および（ＥＧ−０３０）を表す。
【００４４】
ガス１は、チャネルを通って直線路に沿い、したがって常時、開チャネル行（row）に給送され、またモノリス端での開チャネル行から出される。ガス２（通常は掃引ガス）は常時、モノリス構造の側壁の開口スロットに供給され、そこから出される。これらのモノリス構造は、好ましくは押出成形により形成されるので、全てのチャネルが同じ長さを有する。ガス２の入口スロットおよび出口スロットは、図３に可視化したようにチャネルを１列置きに機械加工することによる押出成形後に形成されなければならない。好適な深さまで機械加工した後、開チャネル行（機械加工により形成される）は、側部スロットに対し十分な開口領域（ガス２のための入口および出口）が保たれるように密閉により閉じられる必要がある。
【００４５】
複数チャネルのモノリス構造の内外に２つの異なるガスを導くマニホールドシステムにおいて漏れを防止する問題は、記載され図３に示したようにこれらの入口および出口スロットを形成することによって最小にとどめられる。
【００４６】
本発明によれば、１０ｍｍよりも小さいチャネル直径を用いる。１ｍｍ〜８ｍｍの直径が好ましい。
【００４７】
図４は、燃焼室および増圧器が反応器シェルの外側に取り付けられている図２に記載の反応器の一実施形態を示している。この図では、掃引ガス流の入口（ＥＧ）および出口（ＥＧＯ）のための、ならびに空気流（ＡＮ）の入口および無酸素空気流（ＡＬ）の出口のための接続フランジが示されている。反応器の内部に、これらの空気流の流路が点線で可視化されている。熱交換器（Ｈ−０１）、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）、および出口熱交換器（Ｈ−０２）は、熱交換器（Ｈ−０１）、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）、および出口熱交換器（Ｈ−０２）間のコネクタによってともに固定されている。これらのコネクタは、好ましくはガラス密閉されてから反応器に取り付けられて、漏れがないように保証し、したがって、全部品が１つになる（すなわち合わせて密閉される）。加熱の間、この部品全体は膨張可能となる必要がある。このことは図７にさらに記載する。
【００４８】
図５は、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）と熱交換器（Ｈ−０１／Ｈ−０２）の間のコネクタについての代替的な形状を示している。このようにして、図示のように各種構成部品により、熱交換器（Ｈ−０１）とＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）ならびにＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）と熱交換器（Ｈ−０２）は、互いに接続かつ密閉され得る。最も重要な点は、内部ガス（すなわち、図３において説明したガス１（好ましくは空気））と外部ガス（すなわち、図３において説明したガス２（好ましくは掃引ガス））との間に漏れのない密閉を有することである。
【００４９】
図６は、燃焼室（Ｆ−０１）ならびに増圧器（Ｉ−０１）が反応器の外部に設置されている図２における例示による装置の一実施形態を示している。燃料（ＮＧ）は、増圧器（Ｉ−０１）に先立って低温ゾーンに噴射され、酸素富化掃引ガス（ＥＧＯ）との良好な混合を確実にしてから、燃焼室（Ｆ−０１）に入る。温度が低過ぎるため、燃焼は少なくとも部分的に触媒によって促進され得る。熱交換器（Ｈ−０１）を出る掃引ガス流（ＥＧＯ）は、空気流（ＡＮ）によって冷却され、増圧器（Ｉ−０１）に入る前に温度が最低となる。掃引ガス流（ＥＧＯ）の圧力は、増圧器（Ｉ−０１）によって増加してから、反応器の外部の燃焼室（Ｆ−０１）に入る。燃焼室（Ｆ−０１）では、掃引ガス流（ＥＧＯ）中の酸素が、加えられた燃料と反応し、燃焼が得られる。この燃焼の際、ほぼすべての酸素が消費される。したがって、主として反応生成物（ＣＯ2およびＨ2Ｏ）を含有する排ガス（ＥＧ）は、低濃度の酸素を有する。排ガス（ＥＧ）は、反応器を出た無酸素空気流（ＡＬ）を加熱している第２の熱交換器（Ｈ−０２）に入る。
【００５０】
次に、排ガス（ＥＧ）は、第２の熱交換器（Ｈ−０２）において無酸素空気流（ＡＬ）により幾分冷却されてから、膜モジュール（複数可）（Ｘ−０１）に入る。膜モジュール（Ｘ−０１）では、排ガス（ＥＧ）は、空気側から膜壁を介して輸送される酸素を取り込む掃引ガスとして作用する。次に、膜モジュール（Ｘ−０１）を出た酸素富化掃引ガス（その時点では掃引ガス流（ＥＧＯ）と呼ばれる）が、第１の熱交換器（Ｈ−０１）に入り、この第１の熱交換において空気流（ＡＮ）が加熱され、掃引ガス流（ＥＧＯ）が冷却される。このようにして冷却された酸素含有掃引ガス（ＥＧＯ）は次に、増圧器（Ｉ−０１）を介して燃焼室（Ｆ−０１）に戻り、それにより排気／掃引ガスループが得られる結果、連続燃焼が促進される。
【００５１】
酸素富化掃引ガス（ＥＧＯ）または排ガス（ＥＧ）のいずれかから、流出ガスを取り出して、空気からの酸素移動および燃料の添加に起因する、掃引ガスループ内の大量蓄積を防止する。流出ガス出口の例は、図８−１および図９−１に示す。
【００５２】
図６には、反応器の個々の構成部品の一部も示されている。
【００５３】
図７は、本発明による装置のさらに詳細な実施形態を示している。
【００５４】
反応器圧力容器（reactor pressure vessel）１は、低温熱交換器９、高温熱交換器１９、およびＭＣＭモジュール１５を含む。したがって、すべての他の部品は、これらのユニット９、１５、および１９の周囲に組み立てられており、これらによって、良好な熱輸送（掃引ガス／排ガスから空気への）および酸素輸送（空気から掃引ガスへの）を保証する。部品８、１４、および１８を用いて、熱交換器およびＭＣＭモジュールの外壁において円形状にして、密閉の複雑さを減らすよう保証する。これらの部品はまた、熱交換器８および１８またはＭＣＭモジュール１４として使用され得るようにして、チャネルを有して形成され得る。個々の部品１０、１１、１２、および１３はともに嵌合し、図５−３に示すように低温熱交換器９とＭＣＭモジュール１５との間に接続を形成する。同じようにして、個々の部品１６、１７、２０、および２１は、ＭＣＭモジュール１５と高温熱交換器１９との間に接続を形成する。連結部品１１は、好ましくはユニット９および１５と両端でガラス密閉され、部品２１は１５および１９と密閉される。したがって、連結部品１１の材料は、ユニット９および１５の双方の熱膨張に適さなければならず、部品２１の材料は、ユニット１５および１９の熱膨張に適さなければならない。一オプションは、これらの連結部品１１および２１を、ユニット９と接続される連結部品１１の端部の材料がその熱膨張に適し、連結部品１１の他端が部品１４の熱膨張に適するように、材料の組合せの漸次的な変化により押出成形することである。同じようにして、部品２１もまた、熱膨張がユニット１５および１９の双方の材料に合い、亀裂を防止するようになされ得る。空気のための入口プレナム空間と同様に、ユニット７は、低温熱交換器９とガラス密閉されて、漏れを最小にとどめるよう保証し得る。したがって、ユニット７の材料もまた、低温交換器９の熱膨張に適する必要がある。同じように、無酸素空気のための出口プレナム２３は、ユニット１８および１９とガラス密閉されるため、熱膨張の際にユニット１８および１９と適合する材料からなる必要がある。部品７は、可撓性シーリング５に嵌合することをより容易にさせるように円形状（パイプ）からなる入口端部（空気が流入する）にある。このことは、それぞれ出口プレナム２３（無酸素高温空気の）に対してもなされる。ここでもまた、入口と同じように、リングシーリング２４が図示されている。図７に示すように垂直配向の場合、下方の可撓性シーリングは必要とされ得ない。この端部は固定されたり、熱膨張がシール５の可撓性により上端に生じることが可能である。したがって、少なくとも１つの端部において、長手方向の膨張を可能にするシーリングを有する必要がある。本発明では、このことは、入口および／または出口コネクタ４および２５を円形状（パイプ端）にデザインすることで解決される。このようにして、可撓性シーリングを有することが容易になる。可撓性シーリングリング５および２４は、耐熱材料（セラミックまたは金属）からなる必要がある。他の可撓性「パイプ」シーリング系も可能である。
【００５５】
入口パイプ４および出口パイプ２５は、製造を単純化するために同じ形状を有し得る。入口パイプ４は、ユニット７によって形成されるとともに可撓性シーリング５を取り付けることができるように形成される入口プレナムに空気流を導く。入口パイプ４は、最も好ましくは、高温の入口空気と、圧力容器シェルに接続された外側金属パイプとの間の熱障壁またはライニングとして作用もする材料からなる。このことは、高温端における出口パイプ２５に対し特に重要である。排気／掃引ガスと、圧力容器のフランジ付き入口／出口金属パイプとの間の熱障壁またはライニングとして作用する部品６および２２も示されている。
【００５６】
高温の内部部品と、圧力容器の外部金属壁またはシェルとの間に熱障壁および断熱材３も示されている。外部圧力シェル内を低温（＜５００°Ｃ）に保つことにより、熱損失を低減させ、一般によく用いられる工業材料（すなわち炭素鋼）から圧力シェルを形成することが可能となる。温度を低くすることにより、壁厚、ひいては装置の総重量も減る。このことは、沿岸での設置にとって重要である。
【００５７】
部品３は、内部部品のための支持体として作用することができる形状およびそのような材料で形成される。２は、内壁（圧力シェル）および部品３との間の可撓性材料層であり、熱膨張により引き起こされる何らかの動きを許容する。
【００５８】
図８−１は、装置がガスタービンと一体化された、本発明による装置の一実施形態を示している。
【００５９】
図８−２は、複数の反応器が共通の燃焼室を有する、反応器をガスタービンと一体化させた別の実施形態を示している。
【００６０】
本発明によれば、図８−１に示すように、１つまたは複数の反応器ユニットがともに連結され、共通の燃焼室を共有する。これにより、図８−２に示すように、標準サイズの反応器をともに一体化または連結することで総電力出力を増大（スケールアップ）することによって、費用効率的な生産が可能になる。たとえば、図８−１に示すようにプラント内の単一の装置が１０ＭＷの電力を生産している場合、図８−２に示す、単一の標準反応器と同じサイズの６つの反応器を有するプラントは、約６０ＭＷの電力を生産することになる。
【００６１】
図８−１には、流出流を排出するための２つの異なる代替形態が示されている。１つの代替形態（代替１）は、掃引ガスループの低温部品から流出流を排出することである。流出流は、蒸気タービンに直接送られることを可能にする温度を有する。代替１で示したように取り出される流出流は酸素を含有しているため、このプロセス流は、無窒素雰囲気中でのさらなる熱発生のために、吸熱プロセスの熱源として用いることができる。代替形態２（代替２）では、流出流は燃焼後に排出されるためほとんど酸素がなく、高い温度レベルである。蒸気タービンを使用して、蒸気からの発電を高める場合、温度を下げなくてはならない、すなわち水を噴射することによって下げなくてはならない。流出流は、掃引ガス流のループのいずれかのところで排出され得る。図８−１には、入口空気パイプ（コンプレッサから反応器への）が、出口リーンエアパイプ（反応器からタービンへの）よりも長く示されている。このことは、入口空気流に比して出口酸素リーンエア流の温度の方が高いために有利であると分かった。
【００６２】
図９−１は、各種ガス流の流れ方向を有する本発明による装置を示している。この図は、酸素含有ガス流（ＡＮ−０３０）（好ましくは圧縮空気流）が、熱交換モジュール（Ｈ−０１）に給送され、この熱交換モジュールにおいてガス流が加熱されてから、混合伝導膜モジュール（Ｘ−０１）に入ることを示している。酸素は、膜壁を通して輸送され、掃引ガス流（ＥＧ−０３０）によって取り込まれる。酸素富化掃引ガス流は、混合伝導膜モジュール（Ｘ−０１）を出た時点で、（ＥＧＯ−０１０）と呼ばれる。
【００６３】
総燃料（ＮＧ−０３０）の一部は、混合伝導膜モジュール（Ｘ−０１）と熱交換モジュール（Ｈ−０１）との間に配置された追加の燃焼室（Ｆ−０２）における流れ（ＥＧＯ−０１０）と混合し、この燃焼室での燃焼から発生した熱が流入する空気を加熱するために熱交換器（Ｈ−０１）に供給される。本発明は、図６において説明されるように、この燃焼室（Ｆ−０２）なしで作用することを重要視する必要がある。この実施形態の場合、熱交換器（Ｈ−０１）に入る掃引ガス流（ＥＧＯ−０２０）は、蒸気（ＥＧＯ−０１０）よりも温度が幾分高く、酸素濃度が幾分低い。したがって、掃引ガス流（ＥＧＯ−０２０）が熱交換器（Ｈ−０１）に供給されて、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）へ流入する空気を加熱するようにする。熱交換器（Ｈ−０１）を出た掃引ガス流（ＥＧＯ−０３０）はその時点で温度が最低であり、反応器の外部にある、燃料（ＮＧ−０２０）の大半が燃焼される主燃焼室（Ｆ−０１）に供給される。増圧器（Ｉ−０１）は、主燃焼室（Ｆ−０１）の入口近くに設置される。増圧器（Ｉ−０１）によって高められた、掃引ガス流（ＥＧＯ−０３０）から（ＥＧＯ−０４０）への圧力増加は、掃引／排ガスループ内の循環を保証するものである。
【００６４】
高温の排ガス（ＥＧ−０４０）の一部は、流出流として排出されて、排気／掃引ガスループ内の大量蓄積を防止する。原理上、流出ガス流（ＥＧ−０４０）は、掃引ガスの循環ループのいずれのところでも排出され得る。たとえば、流出ガス流は、低温端に排出され、掃引ガス流（ＥＧＯ−０３０）から、蒸気タービンに直接送られる。排ガス（ＥＧ−０２０）は、高温熱交換器（Ｈ−０２）を介して膜モジュール（Ｘ−０１）に給送される。ガス流（ＥＧ−０３０）は、掃引ガスとして作用する際に、空気側から膜を介して輸送された酸素を受け取り、その酸素を燃焼室へさらに輸送する。したがって、ＣＯ2およびＨ2Ｏが豊富な大気中のＯ2との炭素富化燃料の連続燃焼を有する閉ループが得られる。
【００６５】
図９−２は、プレナム入口７およびプレナム出口２３、熱交換器（Ｈ−０１）および（Ｈ−０２）、ならびにＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）が１つの密閉ユニットにどのように内蔵され得るかを示している。これは、空気流と掃引ガス流との間の漏れを最小にとどめるのに寄与する、２つの主流である空気流と掃引ガスの流れ方向または流路である、本発明の重要な一特徴を示すものである。空気流は、直線の流れを有し、熱交換器（Ｈ−０１）および（Ｈ−０２）とＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）との間の内部の閉空間を介して直接流れ、掃引ガス流は、熱交換器（Ｈ−０１）、ＭＣＭモジュール（Ｘ−０１）、および熱交換器（Ｈ−０２）の開口した側部スロットに流出入する。反応器の内部に圧力の増加を確保するために、掃引ガスは、反応器のオープンスペースに充填されることが可能であるものとする。これにより、外部反応器シェルのみがプロセスの全圧に耐えるように設計されればよいことが保証される。
【００６６】
さらなる利点は、空気側と掃引ガス側との差圧が低い（＜５バール）ことであり、好ましくは、掃引ガス側にかかる圧力が幾分高くなっている。このことは、空気流と掃引ガス流との間に漏れがある場合、漏れの方向が掃引ガス側（ＣＯ2およびＨ2Ｏ）から空気側への方向であることを保証する。この漏れの方向は、特に環境的観点から、空気が燃焼ループ（掃引ガス）内へ漏れる場合よりも害が少ない。燃焼ループ（掃引ガスループ）内への窒素（空気）の漏れの場合にはＮＯxガスが生成され得るからである。
【００６７】
さらに、空気側と掃引ガス側との差圧が低いことにより、より薄い壁をモノリスにデザインすることが可能となり、したがって、より良好な熱および酸素（Ｘ−０１のみ）の移動が可能となる。また、これにより、重量がより少なくなる。
【００６８】
下記の表１及び２は、図９−１による番号を有するプロセス流についてのデータの例を示している。空気流についての入口条件は、２０バール、４５０°Ｃ、７９ｋｇ／ｓである。膜を通る酸素輸送は、６．１２ｋｇ／ｓである（膜領域は、これに従って設けられる）。燃料は、燃焼反応の化学量論に合うように加えられる。
【００６９】
【表１】
2004533594.tif 000003
【００７０】
【表２】
2004533594.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】熱交換モジュール、ＭＣＭモジュール、および燃焼室として機能部品を含む本発明による装置の一実施形態の略図である。ここでは、高圧（ＨＰ）蒸気により駆動されるジェット噴射器（jet ejector）として示されている、増圧器も含まれる。この実施形態では、モジュールはすべて反応器内に設置される。
【図２】熱交換モジュール、ＭＣＭモジュール、および燃焼室ならびに増圧器として同じ機能部品を含む本発明による装置の別の実施形態の略図であるが、この実施形態では、燃焼は反応器に接続された分離容器内で起こる。増圧器は、好ましくは掃引ガスの温度が最低である燃焼室に先立って、接続パイプ内に設置される。
【図３】ＭＣＭモジュールおよび／または熱交換モジュールとして用いられる複数チャネルのモノリス構造の略図である。
【図４】内部に各種モジュールならびに他の機能構成部品を有する反応器の一実施形態を示す図である。
【図５−１】ＭＣＭモジュールと熱交換モジュールとの間に各種形状のコネクタ、ならびに両モジュール間のコネクタの密閉に適用される各種方法を示す図である。
【図５−２】ＭＣＭモジュールと熱交換モジュールとの間に各種形状のコネクタ、ならびに両モジュール間のコネクタの密閉に適用される各種方法を示す図である。
【図５−３】ＭＣＭモジュールと熱交換モジュールとの間に各種形状のコネクタ、ならびに両モジュール間のコネクタの密閉に適用される各種方法を示す図である。
【図５−４】ＭＣＭモジュールと熱交換モジュールとの間に各種形状のコネクタ、ならびに両モジュール間のコネクタの密閉に適用される各種方法を示す図である。
【図６】燃焼室が反応器の外部に設置されている本発明による装置の一実施形態、ならびに内部の個々の構成部品をより良く示すために反応器から取り出された内部構成部品の一部を示す図である。
【図７】本発明による装置全体、ならびに反応器の個々の構成部品をさらに詳細に示す図である。
【図８−１】本発明による装置がガスタービンと一体化されている発電プラントの一実施形態を示す図である。
【図８−２】本発明による装置がガスタービンと一体化されており、複数の反応器が共通の燃焼室を有している発電プラントの別の実施形態を示す図である。
【図９−１】各プロセス流が表１及び２によりタグ番号を与えられている本発明による装置の一実施形態である。
【図９−２】反応器内の空気の内部流路を示す図である。
【図１】
2004533594.tif 000005
【図２】
2004533594.tif 000006
【図３】
2004533594.tif 000007
【図４】
2004533594.tif 000008
【図５−１】
2004533594.tif 000009
【図５−２】
2004533594.tif 000010
【図５−３】
2004533594.tif 000011
【図５−４】
2004533594.tif 000012
【図６】
2004533594.tif 000013
【図７】
2004533594.tif 000014
【図８−１】
2004533594.tif 000015
【図８−２】
2004533594.tif 000016
【図９−１】
2004533594.tif 000017
【図９−２】
2004533594.tif 000018
【国際公開パンフレット】
2004533594.tif 000019
2004533594.tif 000020
2004533594.tif 000021
2004533594.tif 000022
2004533594.tif 000023
2004533594.tif 000024
2004533594.tif 000025
2004533594.tif 000026
2004533594.tif 000027
2004533594.tif 000028
2004533594.tif 000029
2004533594.tif 000030
2004533594.tif 000031
2004533594.tif 000032
2004533594.tif 000033
2004533594.tif 000034
2004533594.tif 000035
2004533594.tif 000036
2004533594.tif 000037
2004533594.tif 000038
2004533594.tif 000039
2004533594.tif 000040
2004533594.tif 000041
2004533594.tif 000042
2004533594.tif 000043
2004533594.tif 000044
2004533594.tif 000045
2004533594.tif 000046
2004533594.tif 000047
2004533594.tif 000048
2004533594.tif 000049
2004533594.tif 000050
2004533594.tif 000051
2004533594.tif 000052
2004533594.tif 000053
2004533594.tif 000054
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月4日(2002.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無窒素雰囲気中での炭素含有燃料の燃焼のための装置であって、
前記燃料を送るための入口、圧縮酸素含有ガス流を送るための入口、無酸素ガス流（酸減損ガス流）を排出するための出口、および流出流を排出するための出口を有する中空シェルであって、流入する前記圧縮酸素含有ガス流を加熱するように構成された１つまたは複数の熱交換モジュールを収納する、中空シェルと、
前記酸素含有ガス流から酸素を分離し、その結果、酸素富化ガス流と前記無酸素ガス流とをもたらすように構成された１つまたは複数の混合伝導膜モジュールと、
前記燃料の燃焼のための第１および可能である場合の第２の燃焼室であって、前記燃焼室に前記燃料を送るために前記燃料のための前記入口に接続される入口、前記燃焼室に高温の酸素富化ガスを送るために前記熱交換モジュール（複数可）に接続される入口、および前記燃焼室から前記膜モジュール（複数可）に排ガスを送るために前記膜モジュールに接続される出口を有する、第１および可能である場合の第２の燃焼室と、
前記第１の燃焼室に先立って設置される増圧器と、
前記熱交換モジュール（複数可）と膜モジュール（複数可）を接続する手段（１１、１２）と、
前記熱交換モジュール（複数可）と前記膜モジュール（複数可）を、前記圧縮酸素含有ガス流のための前記入口と前記無酸素ガス流のための前記出口に接続する手段（７、２３）と、
前記排ガス流の一部を前記熱交換モジュール（複数可）に直接送って前記燃焼室から前記入口に戻す手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記熱交換モジュール（複数可）、前記膜モジュール（複数可）、前記手段（７、１１、２１、２３）、前記高温の酸素富化ガス流のための出口、前記無酸素ガス流の排出のための前記出口、前記排ガスのための入口、および圧縮酸素含有ガス流のための前記入口はすべて、圧力容器（反応器）内に設置されることを特徴とする、請求項１の記載の装置。
【請求項３】
前記熱交換モジュール（複数可）、前記膜モジュール（複数可）、前記第２の燃焼室、前記手段（７、１１、２１、２３）、前記高温の酸素富化ガス流のための出口、前記無酸素ガス流の排出のための前記出口、前記排ガスのための入口、および圧縮酸素含有ガス流のための前記入口はすべて、圧力容器内に設置されることを特徴とする、請求項１の記載の装置。
【請求項４】
前記モジュールおよび前記第２の燃焼室は、一方が他方の上に垂直に相互接続されることを特徴とする、請求項１の記載の装置。
【請求項５】
前記モジュールは、一方が他方の上に垂直に相互接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記膜モジュールは、２つの熱交換モジュール間に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の燃焼室は、前記熱交換モジュールのうちの一方と前記膜モジュールとの間に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記高温の酸素富化ガス流のための前記出口は、前記第１の燃焼室への前記入口に接続され、前記排ガスのための前記入口は、前記第１の燃焼室からの前記出口に接続されることを特徴とする、請求項２および３に記載の装置。
【請求項９】
前記増圧器は、ファンまたはコンプレッサであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱交換モジュール（複数可）および前記膜モジュール（複数可）は、複数チャネルのモノリス構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
圧縮酸素含有ガス流が第１の熱交換モジュールに給送されるステップであって、該第１の熱交換モジュールでは、前記圧縮酸素含有ガス流は、燃焼室での燃料の燃焼により発生した熱によって加熱される、第１の熱交換モジュールに給送されるステップと、
前記加熱されたガス流が混合伝導膜モジュール（複数可）に給送されるステップであって、該混合伝導膜モジュールでは、前記酸素の大部分が前記ガス流から分離され、無酸素ガス流が得られる、混合伝導膜モジュール（複数可）に給送されるステップと、
掃引ガスが前記膜モジュールに給送されて酸素を取り込み、該酸素富化掃引ガスがさらに増圧器に給送されるステップと、
前記加圧された掃引ガス流が前記燃焼室に入るステップであって、前記燃焼室では、前記加圧された掃引ガス流は燃料と混合されて燃焼する、前記燃焼室に入るステップと、
前記無酸素ガスがもう１つの熱交換モジュールに給送されるステップであって、それによりさらに加熱されてから前記装置を出る、もう１つの熱交換モジュールに給送されるステップと
を含むことを特徴とする、請求項１ないし１０に記載の装置を運転する方法。
【請求項１２】
前記燃焼生成物、すなわち排ガスは、掃引ガスとして利用されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置を運転する方法。
【請求項１３】
前記排ガスの一部は、流出流として取り出されて、前記装置内での大量蓄積を防止することを特徴とする、請求項１１に記載の装置を運転する方法。
【請求項１４】
発電プラントにおける請求項１ないし１３に記載の装置および方法の使用。
【請求項１５】
吸熱反応を行う化学プラントにおける請求項１ないし１３に記載の装置および方法の使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004533594.tif 000055
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５−１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５−１】
2004533594.tif 000056
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５−２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５−２】
2004533594.tif 000057
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５−３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５−３】
2004533594.tif 000058
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５−４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５−４】
2004533594.tif 000059
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004533594.tif 000060
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004533594.tif 000061
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９−１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９−１】
2004533594.tif 000062
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９−２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９−２】
2004533594.tif 000063
【国際調査報告】
2004533594.tif 000064
2004533594.tif 000065