(57)【要約】  技術分野は、燃焼後有害排出物の低減である。燃焼後装置１００は、有害なガスを、ガスを混合するチャンバ３３０内で、空気中において少なくとも１９５０℃で、より好ましくは２，０００℃を超える温度で燃焼する燃焼後ガス燃料と混合し、次いで、より大きい断面積を持つ燃焼膨張チャンバ３６０内に入ると混合物に点火し、プロセスにおけるその時点からの排気システムの収縮が確実にないようにして、背圧を回避する。典型的には、磁石及び水トラップを使用する収集容器４６０もまた提供され、排気流から微粒子並びに他の磁気及び可溶性物質を収集する。
2020505580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼後装置であって、
ａ）（使用中に）炉に連結し、炉の排気ガスが前記燃焼後装置内に進入することを可能にし、それにより（使用中に）前記装置に入る炉の排気ガスの最上流位置を画定する、炉の煙道入口と、
ｂ）入口及び出口を有し、前記出口は、（使用中に）前記装置を出る、処理された炉の排気ガスの最下流位置を画定し、それによりガスは（使用中に）前記最上流位置と前記最下流位置との間を流れる、燃焼後排気チャンバと、
ｃ）前記炉の煙道入口に連結された入口、出口、及び冷却要素を有する冷却器と、
ｄ）前記冷却器の前記出口に連結された入口、出口、及び燃焼後ガス燃料噴射ポートを有する混合チャンバであって、前記燃焼後ガス燃料噴射ポートは、前記混合チャンバ入口の下流に配置され、且つ使用中に燃焼後ガス燃料を導入して炉の排気ガスと混合する、混合チャンバと、
ｅ）前記冷却器の出口と前記混合チャンバの入口との間に挿置され、前記冷却器から前記混合チャンバへの前記ガスの流れを実質的に一方向にのみ可能にするよう構成される逆止弁と、
ｆ）前記混合チャンバの出口に連結された入口、及び前記燃焼排気の入口に連結された出口を有する燃焼膨張チャンバと、
ｇ）前記混合チャンバ内の前記燃料噴射ポート又は前記燃焼膨張チャンバの下流に配置された点火器と、
ｈ）使用中に、炉の排気ガス及び微粒子を、前記炉の煙道入口から前記燃焼後装置を通して下流へ、そして前記燃焼後排気の出口へ運ぶよう構成された、前記燃焼後装置に連結されたガス動力システムと
を有する燃焼後装置において、
ｉ）前記ガスの流れに垂直な前記燃焼膨張チャンバの内壁によって境界を画定された燃焼膨張チャンバの断面積のモードは、前記ガスの流れに垂直な前記混合チャンバの内壁及び排気によって画定された混合チャンバの断面積のモードよりも大きく、
ｊ）前記ガスの流れに垂直な前記燃焼排気チャンバの内壁によって境界を画定された燃焼排気チャンバの断面積のモードは、前記混合チャンバの断面積のモードよりも大きい
燃焼後装置。
【請求項２】
前記燃焼膨張チャンバの前記断面積のモードの比率は、前記混合チャンバの前記断面積のモードの比率よりも大きい、請求項１に記載の燃焼後装置。
【請求項３】
前記混合チャンバの前記断面積のモードの比率の少なくとも２倍である、請求項１又は２に記載の燃焼後装置。
【請求項４】
前記燃焼排気チャンバの断面積のモードは、前記混合チャンバの前記面積のモードの比率の少なくとも２倍である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項５】
前記燃焼後排気チャンバの出口は、排気煙道煙突に連結される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項６】
システム内にさらなる酸素が導入され得ないように、前記炉と前記排気煙突との間の排気経路が空気から密閉される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項７】
前記冷却要素は、蒸気管熱交換器である、請求項１から６までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項８】
前記混合チャンバの長さは、０．３ｍから１．５ｍの間である、請求項１から７までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項９】
前記混合チャンバの長さは、０．８ｍから１．５ｍの間である、請求項１から８までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１０】
前記燃焼後ガス燃料噴射ポートは、前記チャンバ内に少なくとも１つのノズルを備える、請求項１から９までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのノズルは、使用中に、前記炉の排気ガスの流れ方向に対して少なくとも部分的に径方向に垂直に、燃焼後ガス燃料を旋回させるよう角度づけされる、請求項１０に記載の燃焼後装置。
【請求項１２】
ノズルを備えた３つの燃焼後ガス燃料噴射ポートがある、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１３】
前記燃料噴射ポートは、０．１〜０．３ｍの間隔をあけて配置され、前記炉の排気ガスの伝播方向に延出する、請求項１２に記載の燃焼後装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのノズルは、ほぼ下流方向に、前記燃焼後ガス燃料を旋回させるよう角度づけされる、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１５】
前記ノズルの１つは、乱流を与えるために他のノズルに対して斜め方向に向けられる、請求項１２又は１３に記載の燃焼後装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのノズルの角度は、変えることができる、請求項１０から１５までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１７】
前記燃焼膨張チャンバは、内部がセラミックで裏打ちされる、請求項１から１６までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項１８】
前記燃焼膨張チャンバは、内部が鋳造セラミックで裏打ちされる、請求項１７に記載の燃焼後装置。
【請求項１９】
前記燃焼膨張チャンバは、内部がカオリン・セラミック粘土を使って裏打ちされる、請求項１７又は１８に記載の燃焼後装置。
【請求項２０】
前記点火器は、前記燃焼膨張チャンバの前記入口の近傍に配置される、請求項１から１９までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項２１】
前記点火器は、種火、スパーク・プラグ、一連のスパーク・プラグ、又はこれらの組合せである、請求項１から２０までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項２２】
前記点火器は、白金スパーク・プラグである、請求項２１に記載の燃焼後装置。
【請求項２３】
前記点火器は、３つのスパーク・プラグである、請求項２１に記載の燃焼後装置。
【請求項２４】
物質収集チャンバが前記燃焼膨張チャンバと前記燃焼後排気チャンバとの間に設置され、前記物質収集チャンバは、ガス通路と物質収集容器とを有する、請求項１から２３までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項２５】
前記物質収集容器は、それと密接に関連する少なくとも１つの磁石を有する、請求項２４に記載の燃焼後装置。
【請求項２６】
前記磁石は、少なくとも１つの電磁石である、請求項２５に記載の燃焼後装置。
【請求項２７】
前記物質収集容器は、前記排気の流れと前記少なくとも１つの電磁石との間に水トレイを有する、請求項２６に記載の燃焼後装置。
【請求項２８】
Ｕ字型ベンド・パイプが、前記装置内に設置される、請求項１から２７までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項２９】
前記Ｕ字型ベンド・パイプは、前記物質収集チャンバの前に配置される、請求項２８に記載の燃焼後装置。
【請求項３０】
水套が、前記燃焼膨張チャンバと前記最下流位置との間に設置される、請求項１から２９までのいずれか一項に記載の燃焼後装置。
【請求項３１】
燃焼後のプロセスであって、
ａ）炉の排気ガスが燃焼後装置内へ進入することを可能にする、炉から炉の煙道入口を通して炉の排気ガスを供給するステップであって、それにより前記装置に入る炉の排気ガスの最上流位置を画定しているステップと、
ｂ）処理された炉の排気ガスを、燃焼後排気チャンバの出口から排出するステップであって、前記燃焼後排気チャンバは入口及び前記出口を有し、前記出口は、前記装置を出る処理された炉の排気ガスの最下流位置を画定し、それによりガスは、前記最上流位置と前記最下流位置との間を流れるステップと、
ｃ）炉の排気ガスを、前記炉の煙道入口である入口、出口、及び冷却要素を有する冷却器であって、前記炉の排気ガスを冷却する冷却器に供給するステップと、
ｄ）冷却された炉の排気ガスを混合チャンバ内に供給するステップであって、前記混合チャンバは、前記冷却器の前記出口に連結された入口、出口、及び前記混合チャンバ入口の下流に配置された燃焼後ガス燃料噴射ポートを有し、且つ冷却された炉の排気ガスを燃焼後ガス燃料と混合する、ステップと、
ｅ）ガスに逆止弁を通過させることによってガスの逆流を防ぐステップであって、前記逆止弁は、前記冷却器の出口と前記混合チャンバの入口との間に挿置され、前記冷却器から前記混合チャンバへの前記ガスの流れを実質的に一方向にのみ可能にするよう構成されている、ステップと、
ｆ）前記混合され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料を、燃焼膨張チャンバ内に送るステップであって、前記燃焼膨張チャンバは、前記混合チャンバ出口に連結された入口、及び前記燃焼排気入口に連結された出口を有している、ステップと、
ｇ）前記混合チャンバ内の前記燃料噴射ポート又は前記燃焼膨張チャンバの下流に配置された点火器を使用して、前記混合され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料に点火するステップと、
ｈ）ガスを前記炉の煙道入口から前記燃焼後装置を通して下流へ、そして前記燃焼後排気出口へ運ぶ、前記燃焼後装置に連結されたガス動力システムを使用することにより、前記燃焼後プロセスにおいて前記ガスを運ぶステップと
を含む燃焼後のプロセスにおいて、
ｉ）前記燃焼する冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物は、前記ガスの流れに垂直な前記混合チャンバの内壁及び排気によって画定された混合チャンバの断面積のモードよりも大きい、前記ガスの流れに垂直な前記燃焼膨張チャンバの内壁によって境界を画定された燃焼膨張チャンバの断面積のモードを有する前記燃焼膨張チャンバによって、前記燃焼膨張チャンバにわたって自由に膨張でき、
ｊ）前記燃焼され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物は、前記混合チャンバの断面積のモードよりも大きい、前記ガスの流れに垂直な前記燃焼排気チャンバの内壁によって境界を画定された燃焼排気チャンバの断面積のモードを有する前記燃焼膨張チャンバによって、前記燃焼膨張チャンバを自由に出ることができる
燃焼後のプロセス。
【請求項３２】
前記燃焼排気チャンバ出口は、少なくとも一部の処理された炉の排気ガスが前記炉の中へリサイクルされるように、前記炉の入口と流体連結する排気煙道煙突に連結される、請求項３１に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３３】
前記混合チャンバ内の酸素レベルは、大気レベル未満である、請求項３１又は３２に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３４】
前記炉と前記排気煙突との間の排気経路は空気から密閉され、システム内にはさらなる酸素が取り込まれない、請求項３３に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３５】
前記排気経路は、少なくとも前記膨張チャンバと同じ断面積であることによって、背圧を最小限に抑える、請求項３１から３４までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３６】
少なくとも一部の処理された炉の排気ガスが、発電機の熱源として使用される、請求項３１から３５までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３７】
炉の排気ガスは、前記冷却器によって３６０Ｋから３９５Ｋの間に冷却される、請求項３１から３５までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３８】
前記燃焼後ガス燃料を、前記混合チャンバ内で、前記炉の排気ガスの流れ方向に対して少なくとも部分的に径方向に垂直に旋回させる、請求項３１から３７までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項３９】
前記燃焼後ガス燃料は、ＳＴＰで少なくとも１，９５０℃の空気中での火炎温度を持つ、空気中で燃焼できるガスである、請求項３１から３８までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４０】
前記燃焼後ガス燃料は、プロパン、ブタン、メタン、及びプロパン−ブタン混合物からなる群から選択される、請求項３９に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４１】
前記燃焼後ガス燃料は、ＳＴＰで少なくとも２，０００℃の空気中での火炎温度を持つ、空気中で燃焼できるガスである、請求項３１から３８までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４２】
前記燃焼後ガス燃料は、ＣＯ／Ｈ２混合物（水素５５〜６５％及び一酸化炭素３０〜３５％）、水素、アセチレン、プロパン、シアン、及びジシアノアセチレンからなる群から選択される、請求項４１に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４３】
前記燃焼後ガス燃料は、ＳＴＰで４８０℃を超える空気中の点火温度を持つ、請求項３１から４２までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４４】
前記燃焼後ガス燃料は、ＣＯ／Ｈ２混合物（水素５５〜６５％及び一酸化炭素３０〜３５％）又は水素である、請求項４３に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４５】
前記炉の排気ガスは、ノズルの近傍における炉の排気ガスが前記燃焼後ガス点火温度を上回らないように十分に冷却され混合される、請求項３１から４４までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４６】
前記炉の排気ガスは、前記ノズルの近傍における炉の排気ガスが３９５Ｋを上回らないように十分に冷却され混合される、請求項４５に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４７】
前記ノズルの角度は変えることができ、前記ノズルは、燃焼後の反応から発せられる高まる轟音に基づいて、最適な燃焼を実現させるために調整される、請求項３１から４６までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４８】
物質収集容器が、前記燃焼膨張チャンバの下流で微粒子を収集し、前記微粒子は、電磁場によって前記容器に抜き取られ、水槽に取り込まれる、請求項３１から４７までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項４９】
前記物質収集容器の前で、前記燃焼する冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物の乱流が増大される、請求項４８に記載の燃焼後のプロセス。
【請求項５０】
前記燃焼する冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物は、前記燃焼され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物が２秒以内に冷却されるように、前記燃焼膨張チャンバと前記最下流位置との間にある水套と接触することによって冷却され、それにより前記ガスは、５００℃未満の温度で前記装置の前記出口を出る、請求項３１から４９までのいずれか一項に記載の燃焼後のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼後（ｐｏｓｔ−ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）処理に関し、より詳細には、可燃性ガス混合物を使用した燃焼後処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーを生成するため、又は廃物を処分するために、物質を燃焼させる多くの産業がある。燃焼プロセスで、許容できない濃度の有毒化学物質及び温室効果ガスが含まれ得る炉の排気ガスが生成され、そのどちらも環境に有害である。
【０００３】
この問題に部分的に対処する方法として、燃焼後の技術が登場してきた。たとえば、Ｏｂｅｒｍｕｌｌｅｒによる米国特許第４，８２０，５００号（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）は、空気の存在下で可燃性ガスを炉の排気ガスを使って燃焼させることを説明している。このプロセスは、比較的低い温度で行われ、これはＣＯ及びＮＯｘガスの生成が望ましくないことを教示している。このプロセスは、ガスの、より完全な燃焼をもたらすが、有毒ガスの放出もまた引き起こす（炉の排気ガスの性質による）。
【０００４】
Ｆｕｔｕｒｅｎｅｒｇｙ  Ｐｔｙ  Ｌｔｄ（Ｆｕｔｕｒｅｎｅｒｇｙ）による国際公開第ＷＯ２０１５／０１５４４７号（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）は、米国特許第６，６６３，７５２号に記載されているような、マグネガスを使用する燃焼システムを説明している。残念ながら、Ｆｕｔｕｒｅｎｅｒｇｙのデバイスは、あらゆる連続した炉の運転で必要となるはずである長期連続使用には適していない。Ｆｕｔｕｒｅｎｅｒｇｙの明細書で説明されているデバイスの短期使用を超えたものはどれも、燃焼後の断続的な故障、及び燃焼プロセスを停止する効率低下という結果をもたらす。これは爆発的に危険であり、機器に損傷を与える可能性がある。断続的な故障はまた、未処理の燃焼ガスの、環境への望ましからざる放出をもたらす。
【０００５】
上記の内容は、必ずしも共通した一般知識の範囲内にあると読むべきではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，８２０，５００号
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２０１５／０１５４４７号
【特許文献３】米国特許第６，６６３，７５２号
【特許文献４】米国特許第２８４０８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の欠点を少なくとも部分的に克服するか、少なくとも有用な選択肢を一般の人々に提供するデバイスを製造することが望ましいはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（定義）
本明細書では、文脈が特に指示しない限り、
ａ）「ＡＳ」はオーストラリア規格を意味する。
ｂ）「炉の排気ガス」とは、炉で生成される排気ガス（あらゆる微粒子を含む）である。典型的には、炉の排気ガスは従来通り、煙突の煙道を通って大気又は後処理機器に排出される。
ｃ）「連結された」とは、直接連結されたものはもちろん、間接的に連結されたものも意味する。
ｄ）面積に関する「断面」又は「断面の」のような変形例は、通常のガスの流れの方向に直角に物体を貫く、断面の内部空間で画定される領域を指す。
ｅ）「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（有する）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（有する）」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（有する）」などの変形例は、記載された要素、完全体、若しくはステップ、又は要素、完全体、若しくはステップの群を含むことを意味するが、他のどんな要素、完全体、若しくはステップ、又は要素、完全体、若しくはステップの群も除外するものではないことを理解されよう。
ｆ）「チャンバ」とは、任意選択で他のチャンバ、ダクト、又は通路に連結される、密閉された空間又は空洞を意味する。この定義には、使用中に単一のユニットとして機能する複数のチャンバもまた含まれる。
ｇ）「冷却器」とは、熱交換器などの冷却用の入れ物、容器、又は装置を意味する。
ｈ）統計的な意味での「モード」とは、１組の数値内で検出される、最も頻繁に発生する数値を指す。モードは、各結果の頻度をカウントするために、データを収集及び整理することにより検出される。本明細書では、測定値は、最も近い５ミリメートルに丸められる。
ｉ）「Ｋ」は、ケルビンで表示される温度の記号である。
ｊ）「ｇ」は、グラムである。
ｋ）「ｍｇ」は、ミリグラム（１０−３グラム）である。
ｌ）「ｍｉｎ」は、文脈に応じて１分又は複数分である。
ｍ）「遠心圧縮機」は、エネルギーが１組の回転羽根車の羽根からガスに伝達される圧縮機である。ガスの流れは放射状であり、エネルギーは、ガスに作用する遠心力の変化によって伝達される。
ｎ）「Ｔ３０４Ｌ」は、１７〜２０％のクロム、８〜１０．５％のニッケル、最大０．０３％以下の炭素、２％以下のマグネシウム、０．７５％以下のシリコン、０．０４５％以下のリン、及び０．０３％以下の硫黄の、非鉄成分を含む、製造業でよく知られたステンレス鋼材料の１種類である。
ｏ）「ＳＣＨ１０」は、ＡＳＭＥ／ＡＮＳＩ  Ｂ  ３６．１０「溶接及びシームレス鍛造鋼管」による、標準パイプ寸法である。
ｐ）「ＮＢ」は、ｍｍで表された定格の孔（内径）である。
ｑ）「Ｎｍ３」は、標準温度及び標準圧力（０℃及び１０１．３ｋＰａ）での、乾量立方メートルにおけるガスの容積である。
ｒ）「ＣＯ」は、一酸化炭素である。
ｓ）「ＣＯ２」は、二酸化炭素である。
ｔ）「ＮＯＸ」とは、ＮＯやＮＯ２など、１つの窒素原子及び１つ又は複数の酸素原子を含む分子の総称である。
ｕ）「ＰＭ」は、粒子状物質である。
ｖ）「Ｈ２Ｓ」は、硫化水素である。
ｗ）「ＳＴＰ」は、標準の温度及び圧力（０℃及び１０１．３ｋＰａ）を意味する。
ｘ）「ＶＯＣ」とは、２９３．１５Ｋ（すなわち２０℃）で０．０１ｋＰａを超える蒸気圧を持つ、大気中の光化学反応に関与する炭素鎖又は炭素環に基づく化学化合物である。以下の化合物は、定義から除外される。一酸化炭素、メタン、アクリルアミド、ベンゼンヘキサクロロ、ビフェニル、クロロフェノール、フタル酸ｎ  −  ジブチル、エチレングリコール、フタル酸ジ  −  （２  −  エチルヘキシル）（ＤＥＨＰ：ｄｉ  −  （２  −  ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、４，４  −  メチレンビス２，４アニリン（ＭＯＣＡ：４，４  −  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｂｉｓ２，４ａｎｉｌｉｎｅ）、メチレンビス、フェノール、及びトルエン  −  ２，４  −  ジイソシアネート。
ｙ）「ＴＶＯＣ」は、ＶＯＣが周囲の空気又は排出物中に存在するとき、レポートを簡素化するために、種々のＶＯＣをグループ化したものである。本発明におけるＴＶＯＣの測定において、かかる物質は、汚染された空気、すなわち液相ではなく化合物によって放出されるガスの蒸気中に存在しているはずである。
ｚ）「ＴＶＯＣ（プロパン）」とは、プロパンを使用して較正されたセンサを使用して測定されたＴＶＯＣを意味する。
ａａ）「径違い継手」は、パイプの寸法を、より大きな孔（内径）からより小さな孔に縮小する配管系の部品である。この縮小する長さは、通常、パイプの直径より大きい径と、より小さい径との平均に等しい。径違い継手には、同心の径違い継手と、偏心した径違い継手との、主な２種類がある。本明細書では、主に同心の径違い継手が使用される。径違い継手は、流体の流れる方向に依存しないため、上流で直径が小さく、下流で直径が大きい径違い継手を使用することができる。
ｂｂ）ＵＳＥＰＡは、米国環境保護局を意味する。
【０００９】
当業者には、上記の定義が、文脈を好適に考慮して、単数形及び複数形に、また上記の用語から派生した動詞、名詞、形容詞、及び副詞の時制にも適用可能で、且つ適用すべきであることを理解されよう。
【００１０】
第１の態様では、本発明は、以下を有する燃焼後装置を提供する。
ａ）（使用中に）炉に連結し、炉の排気ガスが燃焼後装置内に進入することを可能にし、これにより、（使用中に）装置に入る炉の排気ガスの最上流位置を画定する、炉の煙道入口。
ｂ）入口及び出口を有し、出口は、（使用中に）装置を出る処理された炉の排気ガスの最下流位置を画定し、その結果ガスは、（使用中に）前記最上流位置と前記最下流位置との間を流れる、燃焼後排気チャンバ。
ｃ）炉の煙道入口に連結された入口と、出口と、冷却要素とを有する冷却器。
ｄ）冷却器の出口に連結された入口と、出口と、使用中に燃焼後ガス燃料を炉の排気ガスに取り込んで混合する、混合チャンバ入口の下流に配置された燃焼後ガス燃料噴射ポートとを有する混合チャンバ。
ｅ）冷却器の出口と混合チャンバの入口との間に挿置され、冷却器から混合チャンバへのガスの流れを実質的に一方向にのみ可能にするよう構成される逆止弁。
ｆ）混合チャンバの出口に連結された入口と、燃焼排気入口に連結された出口とを有する燃焼膨張チャンバ。
ｇ）混合チャンバ又は燃焼膨張チャンバ内の燃料噴射ポートの下流に配置された点火器。
ｈ）使用中に、炉の排気ガス及び微粒子を、炉の煙道入口から燃焼後装置を介して下流へ、そして燃焼後排気出口へ運ぶよう構成された、燃焼後装置に連結されたガス動力システム。
ｉ）ここで、ガスの流れに垂直な燃焼膨張チャンバの内壁によって境界を画された燃焼膨張チャンバの断面積のモードは、ガスの流れに垂直な混合チャンバの内壁及び排気によって画定された混合チャンバの断面積のモードよりも大きい。
ｊ）ここで、ガスの流れに垂直な燃焼排気チャンバの内壁によって境界を画された燃焼排気チャンバの断面積のモードは、混合チャンバの断面積のモードよりも大きい。
【００１１】
さらなる態様では、本発明は、以下のステップを有する燃焼後のプロセスを提供する。
ａ）炉の排気ガスが燃焼後装置内へ進入することを可能にする、炉から炉の煙道入口を通して炉の排気ガスを供給するステップであって、それにより装置に入る炉の排気ガスの最上流位置を画定するステップ。
ｂ）処理された炉の排気ガスを、燃焼後排気チャンバの出力から排出するステップであって、燃焼後排気チャンバは入口及び出口を有し、出口は、装置を出る処理された炉の排気ガスの最下流位置を画定し、その結果ガスは、前記最上流位置と前記最下流位置との間を流れるステップ。
ｃ）炉の排気ガスを、炉の煙道入口である入口、出口、及び冷却要素を有する冷却器内に供給するステップ、及び炉の排気ガスを冷却するステップ。
ｄ）冷却された炉の排気ガスを混合チャンバ内に供給するステップであって、混合チャンバは、冷却器の出口に連結された入口、出口、及び混合チャンバ入口の下流に配置された燃焼後ガス燃料噴射ポートを有するステップ、及び冷却された炉の排気ガスを燃焼後ガス燃料と混合するステップ。
ｅ）ガスに逆止弁を通過させることによってガスの逆流を防ぐステップであって、逆止弁は、冷却器の出口と混合チャンバの入口との間に挿置され、冷却器から混合チャンバへのガスの流れを実質的に一方向にのみ可能にするよう構成されるステップ。
ｆ）混合され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料を、燃焼膨張チャンバ内に送るステップであって、燃焼膨張チャンバは、混合チャンバ出口に連結された入口と、燃焼排気入口に連結された出口とを有するステップ。
ｇ）混合チャンバ又は燃焼膨張チャンバ内の燃料噴射ポートの下流に配置された点火器を使用して、混合され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料に点火するステップ。
ｈ）ガスを炉の煙道入口から燃焼後装置を介して下流へ、そして燃焼後排気出口へ運ぶ、燃焼後装置に連結されたガス動力システムを使用することにより、燃焼後プロセスにおいてガスを運ぶステップ。
ｉ）ここで、燃焼する冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物は、燃焼膨張チャンバが、ガスの流れに垂直な混合チャンバの内壁及び排気によって画定された混合チャンバの断面積のモードよりも大きい、ガスの流れに垂直な燃焼膨張チャンバの内壁によって境界を画された燃焼膨張チャンバの断面積のモードを持つために、燃焼膨張チャンバにわたって自由に膨張できる。
ｊ）ここで、燃焼され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後ガス燃料の混合物は、燃焼膨張チャンバが、混合チャンバの断面積のモードよりも大きい、ガスの流れに垂直な燃焼排気チャンバの内壁によって境界を画された燃焼排気チャンバの断面積のモードを持つために、燃焼膨張チャンバを自由に出ることができる。
【００１２】
上記の両方の態様に関しては、以下の通り。
【００１３】
好ましくは、燃焼膨張チャンバの断面積のモードの比率は、混合チャンバの断面積のモードの比率よりも大きく、より好ましくは、混合チャンバの断面積のモードの少なくとも２倍の比率である。
【００１４】
また、燃焼排気チャンバの断面積のモードが、混合チャンバの面積のモードの少なくとも２倍であることも好適である。
【００１５】
燃焼排気チャンバの出口を、煙突の排気煙道に連結することができる。現在の好ましい実施例では、燃焼排気チャンバは、使用中に少なくとも一部の処理された炉の排気ガスが炉内にリサイクルされるように、炉の入口に連結される。好ましくは、炉に入る処理された炉の排気ガスの量は、弁によって制御される。
【００１６】
燃焼膨張チャンバに沿って装置の出口までわたるどこかでの最小断面積が、混合チャンバの平均断面積より大きいことが特に好ましい。
【００１７】
混合チャンバ内の酸素レベルは、大気レベル未満でなければならない。本発明者らは、混合チャンバ内の高レベルの酸素がしばしば、燃焼後ガス燃料に、酸素との望ましからざる反応を優先的に引き起こすことを発見した。燃焼後のガス燃料が、炉の排出物と反応できることが好ましい。炉と排気煙突との間の排気経路は、好ましくは、空気から密閉されるべきであり、システム内にさらなる酸素が取り込まれるべきではない。
【００１８】
排気経路は、好ましくは、背圧を最小限に抑えるために、少なくとも膨張チャンバと同じ断面積であるべきである。背圧は、燃焼後装置及び燃焼後プロセスの性能を低下させることがわかった。
【００１９】
さらに好ましい実施例では、少なくとも一部の処理された炉の排気ガスが、好ましくは蒸気管熱交換器を介して、発電機の熱源として使用される。
【００２０】
最良の結果を得るには、炉の排気ガスを冷却器で３６０Ｋから３９５Ｋの間に冷却することが望ましい。現在の好ましい実施例では、冷却器は、好ましくは、冷却媒体として水が圧縮機ポンプによって供給される燃焼前水套を有する。場合によっては、冷却プロセス中に加熱された水が、蒸気発生器に供給される。より好ましくは、蒸気は、流体の水に冷却され、リサイクルされる。
【００２１】
好ましくは、混合チャンバの長さは０．３ｍから１．５ｍの間、より好ましくは０．８ｍから１．５ｍの長さである。好ましくは、燃焼後ガス燃料噴射ポートは、チャンバ内に少なくとも１つのノズルを備え、より好ましくは、炉の排気ガスの流れる方向に対して少なくとも部分的に径方向に垂直に、燃焼後ガス燃料を旋回させるよう角度づけされる。現在の好ましい実施例では、好ましくは０．１〜０．３ｍ間隔で、より好ましくは０．２ｍ間隔で配置され、炉の排気ガスの伝播方向に延出する３つの燃焼後ガス燃料噴射ポートがある。
【００２２】
燃焼炉に最も近いノズルからの距離は、確実に炉の排気ガスのすべてが十分に冷却及び混合され、ノズル近傍の炉の排気ガスが燃焼後ガスの点火温度を超えない、より好ましくは３９５Ｋ以下となるように、冷却器から十分遠くに配置されるべきである。
【００２３】
燃焼膨張チャンバに最も近いノズルからの距離は、燃焼が起こる前に燃焼後ガス燃料と冷却された炉の排気ガスとを効率的に混合するために、燃焼膨張チャンバから十分に離れた距離とするべきである。
【００２４】
燃焼後ガス燃料の流入を最適化し、ガスの混合を最大化するために、さらにノズルを与えることができる。ノズルは、ほぼ下流方向に燃焼後ガス燃料を旋回させるように角度づけされていることが好ましい。一実施例では、複数のノズルのうちの少数（ただ１つのノズルでもよい）が、乱流を与えるために他のノズルに対して斜め方向に向けられる。
【００２５】
好ましくは、ノズルの角度は、燃焼後ガスと混合されている、冷却された炉の排気ガスの容積、密度、及び組成に応じて変更され得る。最適な燃焼は、燃焼後の反応から発せられる高まる轟音、及び最適な燃焼を実現させるために手動で調整されたノズルによって判断されることが、現在好適である。
【００２６】
適切な燃焼後ガス燃料は、炉の中で燃やされている、くべる物からの排出物の性質に大きく依存することになる。適切な燃焼後ガス燃料は、炉自体及び炉の中で燃やされている、くべる物の種類の関数である。最も実用的な目的では、燃焼後ガス燃料は、ＳＴＰで少なくとも１，９５０℃の空気中での火炎温度を持つ、空気中で燃焼できるガスである。この低温の群の中の非限定的なガスには、プロパン、ブタン、メタン、及びプロパン  −  ブタン混合物が含まれる。
【００２７】
しかし、より良い反応のために、燃焼後ガス燃料は、ＳＴＰで少なくとも２，０００℃の空気中での火炎温度を持つ、空気中で燃焼できるガスであることがより好ましい。非限定的な実例では、ＣＯ／Ｈ２混合物（水素５５〜６５％及び一酸化炭素３０〜３５％）、水素、アセチレン、プロパン、シアン、及びジシアノアセチレンである。
【００２８】
本発明者らは、炉の排気ガスがＴＶＯＣ、微粒子、及び一酸化炭素排出物に富んでいるとき、燃焼後プロセスが最も効率的であることを発見した。従って、一連の複数の燃焼チャンバの代わりに、炉と直列である単一の燃焼後チャンバだけを備えることが極めて好ましい。しかし、より大きな炉用の複数の出口を備えるマニホルドによって処理される並列構成の可能性が考えられる。
【００２９】
さらに、炉の排気ガスを冷却し過ぎる必要が生じることを防ぎ、安全性を高めるために、燃焼後ガス燃料のＳＴＰで空気中での点火温度は、４８０℃を超えることが好ましいはずである。最も好ましくは、燃焼後ガス燃料はＣＯ／Ｈ２混合物（水素５５〜６５％及び一酸化炭素３０〜３５％）又は水素である。
【００３０】
逆止弁は、スイング・ゲート逆流防止弁であることが好ましいが、当業界では好適な他の弁が知られている。選択されるどんな弁も、開くことに対する抵抗が最小限で、背圧に非常に敏感に反応して可能な限り迅速に弁を閉じさせるべきである。
【００３１】
好ましくは、主流制御弁は、炉の煙道入口と冷却器との間、又は冷却器と混合チャンバとの間に挿置され、ガス燃焼後装置を通る炉排気ガスの流量を制御する。現在の実施例では、これは手動操作弁である。
【００３２】
燃焼膨張チャンバは、高温に耐える必要がある。従って、好ましくは、内部がセラミックで裏打ちされ、より好ましくは鋳造セラミックで裏打ちされる。現在の好ましい実施例では、カオリン・セラミック粘土が使用される。
【００３３】
チャンバを保護することができる他の方法及び材料が利用可能であり、当業者、特に航空宇宙及び炉産業の人々に知られているので、本発明は、この実施例に限定されない。特に好ましいのは、非常に高い温度に耐えることができる高電圧セラミック電柱絶縁体に使用されるセラミックである。
【００３４】
点火器は、ガスの混合物の温度を点火点まで上げるものであれば何でもよい。現在好適なものは、種火、スパーク・プラグ、一連のスパーク・プラグ、又はこの組合せである。
【００３５】
点火器は、好ましくは、燃焼膨張チャンバの入口近傍に配置される。現在の好ましい実施例では、点火器は、スパーク・プラグ、より好ましくは、連続でスパークを生成する点火コイルを介して、１２Ｖ変圧器に接続された白金スパーク・プラグである。当業者は、自動車産業からのこの技術を知っているであろう。一実施例では、連続点火を得る最良の機会を確保するために、複数の点火器、好ましくは複数のスパーク・プラグ、最も好ましくは３つのスパーク・プラグを使用することができる。さらに、種火と組み合わせたスパーク・プラグなど、複数種類の点火を使用することができる。
【００３６】
ガス動力システムは、冷却器と混合チャンバとの間に連結されることが好ましい。これにより、冷却される前の高温の炉の排気ガスに耐える必要のない材料を使用することができる。それでも、選択された材料は、５８０Ｋを超える温度に現実的に耐える必要があるため、当業者は概ね、ガスタービン業界で通常使用される材料を選択するであろう。現在の好ましい実施例では、ガス動力システムは、羽根車を組み込んだ遠心圧縮機にベルトで連結された電動モータである。
【００３７】
一実施例では、物質収集チャンバが燃焼膨張チャンバと燃焼後排気チャンバとの間に設置され、物質収集チャンバは、ガス通路と物質収集容器とを有する。より好ましくは、物質収集容器は、それと密接に関連する少なくとも１つの磁石を備え、使用中に、ガス通路を通って物質収集容器内に、流れるガスから磁化材料を抜き取る。少なくとも１つの磁石は、好ましくは少なくとも１つの電磁石、より好ましくは一連の電磁石である。一連の電磁石は、好ましくは、軟鋼プレートの下に配置されたブラケットに取り付けられる。一連の電磁石は、２４０Ｖ  Ａ／Ｃ主電源で給電される。
【００３８】
便利なことに、物質収集容器は、使用中に、ガス通路の下に配置される。使用中に、主に、物質収集容器は、好ましくは固体物質、より好ましくは活性炭を収集する。磁石を比較的低温に保つべきであり、さもなければ磁石は、効率的に機能することを停止する、又は動作しなくなる可能性がある。水トレイとの組合せの使用は、磁石が機能するのに十分な冷たさを維持するのに役立つ。
【００３９】
一実施例では、現在の好ましい実施例での物質収集容器はまた、排気流と電磁石との間に、電磁石がオフにされた後でさえも水中に活性炭などの微粒子を保持する水トレイも有する。これにより、微粒子の収集が可能になり、水はまた電磁石を冷却する働きをする。
【００４０】
現在の好ましい実施例では、流れの方向を変更するために、より好ましくは物質収集チャンバの前に配置されたＵ字型ベンド・パイプが装置内に設置される。流れの方向の変化は、ガスの乱流を増加させる。代替の選択肢は、羽根を設置して、物質収集チャンバの前に乱流を引き起こすことである。
【００４１】
水套は、好ましくは、燃焼され冷却された炉の排気ガス及び燃焼後のガス燃料混合物が２秒以内に冷却されるように、燃焼膨張チャンバと最下流の位置との間に設置され、その結果ガスは、５００℃未満の温度で装置の出口を出る。これは、ダイオキシン及びフラン族の有害化合物の形成を防ぐのに役立つ。
【００４２】
本発明は、以下の図面によって示される非限定的な実例を参照して、以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の燃焼後装置の斜視図である。
【図２】炉と組み合わせた本発明の燃焼後装置の斜視図である。
【図３】図１の燃焼後装置の一部の側断面図である。
【図４】図１に示す燃焼後装置内の混合チャンバの側断面図である。
【図５】図４においてＡ  −  Ａで見分けられるノズルの拡大図である。
【図６】図３に示す混合チャンバと羽根車との間に配置された弁を通る側断面図である。
【図７】供給パイプの一部が取り外されて弁の要素が露出している、図１に示される燃焼後装置内の逆止弁の斜視図である。
【図８】図１に示す燃焼後装置内の物質収集チャンバの斜視図である。
【図９】図７に示す物質収集チャンバの側断面図である。
【図１０】燃焼後プロセスを経なかった、炉からの様々な排出物の基準測定値のグラフである。
【図１１】燃焼後プロセスと組み合わされた、炉からの様々な排出物の測定値のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明を、以下で、実例を参照して説明する。実例は、本発明を実行することができる１つ又は複数のやり方の好ましい実施例にすぎず、特許請求される本発明の範囲を限定するものとして読まれるべきではない。
【００４５】
図１を参照して、全体として１００で示される燃焼後装置は、炉の煙道のフランジ１２０によって炉の煙道（図１には図示せず）に連結された、炉の煙道の入口１１０を備える。炉の煙道入口１１０は、燃焼後装置１００に入る炉の排気ガスの最上流の位置である。
【００４６】
燃焼後装置１００の反対側には、入口１４０及び出口１５０を備える燃焼後排気チャンバ１３０があり、出口１５０は、装置を出る処理された炉排気ガスの最下流位置である。ガスは（使用中に）、炉の煙道入口１１０から出口１５０に流れる。
【００４７】
さらなる代替の排気出口もある。３つの発電機連結部１６０、１７０、１８０は、使用中に、発電機（図示せず）に連結する。
【００４８】
別の代替の排気は、使用中に高温ガスを供給炉に戻して炉の効率を補助する、炉戻り部１９０を通る。この連結は、フランジ２００によって影響を受け、挿置された手動制御弁１９５によって制御される。
【００４９】
冷却器２１０は、炉の煙道入口１１０である入口及び出口２２０を備える。水套２３０は、水入口２４０を介して水套２３０の中へ、また水出口２５０から水圧縮機ポンプ２６０へ水を汲み出すことにより、使用中に冷却要素として機能する。
【００５０】
圧縮機ポンプ２６０は、給水管２７０で給水入口２８０に連結されている。電動給水ポンプ２９０は、給水管２７０と給水入口２８０との間に連結されている。手動操作される弁３００は、電動給水ポンプ２９０と給水管２７０との間に挿置入されている。
【００５１】
全体的に３１０で示されるガス動力システムは、出口２２０を介して冷却器２１０に連結された遠心羽根車圧縮器ポンプである。出口３２０は、全体的に３２５として示される逆止弁に連結し、次に混合チャンバ３３０に連結される。
【００５２】
混合チャンバ３３０は、３つの燃焼後ガス燃料噴射ポート３４０及び出口３５０を備える。混合チャンバ３３０の長さは、１．３ｍである。
【００５３】
出口３５０は、燃焼膨張チャンバ３６０に連結され、次に、排気ガス入口３８０を介して管状熱交換器３７０に連結される。熱交換器３７０は、排気ガス出口３９０、蒸気管入口４００、及び排気蒸気管４１１に連結された蒸気管出口４１０を備える。蒸気発生器連結フランジ４１２、４１５及び４１７は、排気蒸気管４１１を、蒸気駆動発電機（図示せず）に連結することを可能にする。
【００５４】
蒸気管入口４００は、蒸気供給管４２０を介して水圧縮機ポンプ２６０に連結される。蒸気管入口４００は、水供給管４３０を介して、電動給水ポンプ２９０を介して給水部２８０に連結された手動操作弁４４０にも連結される。
【００５５】
Ｕ字型ベンド・パイプ４５０が、一端で排気ガス出口３９０に連結され、他端で物質収集チャンバ４６０に連結される。
【００５６】
図面全体を通して、要素間の連結は、典型的には通常のやり方で、ナット、ボルト、及びワッシャで一体に連結された相補型のフランジによって実現される。こうしたフランジでの連結は、図面に描かれているが、図面を整理するために本明細書では必ずしも番号づけされていない。
【００５７】
図２を参照して、図１に示す燃焼後装置１００は、全体的に５００として示される炉に連結され、示される。簡潔にするために、読者は、図１の燃焼後装置１００に関連する参照番号の説明を参照のこと。これらは、図２におけるものと同じ意味を持つ。図２を整理するために、図１に示すすべての参照番号を、図２に示しているわけではない。
【００５８】
炉５００は、市販の焼却チャンバの炉であり、モデルは、Ｐｒｏｂｕｒｎ  Ｗａｓｔｅ  Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒｓ社のＭｉｄｉ  Ｗａｓｔｅ  Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒである。このモデルは、コンベヤ５１０から炉の燃焼チャンバ５３０内へ燃焼用の廃棄物（図示せず）を入れることを可能にする、ドア５２０に連結されたコンベヤ５１０を備え、次に炉の排気チャンバ５４０に連結され、次に炉の煙道５５０に連結される。
【００５９】
炉の煙道５５０は、炉の煙道フランジ１２０に連結されている。
【００６０】
炉戻りパイプ５６０及び５７０は、その一端が炉の燃焼チャンバ５３０の下端部に連結されている。炉戻りパイプ５６０及び５７０は、その他端がフランジ２００で炉戻り部１９０に連結されている。
【００６１】
図３を参照して、燃焼後装置１００の一部を示す。以前の図にあるのと同じ番号の要素は、同一であり、ここでは再度説明されない。読者は、これらの参照番号に関する以前の説明を参照のこと。
【００６２】
ガス動力システム３１０は、ベルト６１０を介して電動モータ６２０に連結された滑車（図示せず）によって駆動される羽根車６００を備える。羽根車の定格は、少なくとも５８０Ｋである。羽根車６００は、ＡｅｒｏｔｅｃｈブランドのモデルＨＰ１８４鋼収容型５００ｍｍ羽根車で、直径１２０ｍｍの出口と直径１５０ｍｍの入口とを備え、４１５ボルト４ｋＷの電動モータ６２０に連結され、直接駆動で連結されている。
【００６３】
出口３２０は、パイプの内径を１００ｍｍに縮小する径違い継手６３０に連結し、逆止弁３２５に連結されている。逆止弁３２５は、緊急遮断のために手動で操作されるボール・バルブ６５０と連動するスイング・ゲート逆流防止弁６４０からなる。
【００６４】
ボール・バルブ６５０は、混合チャンバ３３０に連結されている。混合チャンバ３３０は、１００ｍｍのＮＢ  ＳＣＨ１０溶接パイプＴ３０４Ｌから作られる。噴射ポートは、全体的に３４０で示され、３つの噴射部６６０、６７０、及び６８０からなる。
【００６５】
混合チャンバ３３０の下流端には、内径を１００ｍｍから２００ｍｍに拡大する径違い継手６９０がある。径違い継手６９０には、連続スパークを生成する点火コイル（図示せず）を介して１２Ｖ変圧器に接続された、白金スパーク・プラグ７００点火器がある。
【００６６】
径違い継手６９０は、耐火性セラミックのセラミック製内層７１０を備える燃焼膨張チャンバ３６０に通じている。セラミック製内層７１０は、２００ｍｍのＮＢ、及び４０から４８ｍｍの間の内層の厚みを持つ。
【００６７】
セラミック製内層７１０は、燃焼膨張チャンバ３６０の両端にある３００×２００ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０  Ｔ３０４Ｌ径違い継手７３０、７４０に連結された、３００ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０  Ｔ３０４Ｌ溶接パイプ７２０内に収容される。
【００６８】
セラミック製内層７１０は、２００ｍｍの外径を持つプラスチック・パイプ（図示せず）を溶接パイプ７２０内に挿入し、それによって型充填用の空洞を形成することで、金型を形成することにより作成される。プラスチック・パイプ（図示せず）の一端に、ポンプ移送用穴が形成されている。キャスタブル高アルミナ低セメント耐火性粉末（重量比：Ａｌ２Ｏ３  ８４％、ＳｉＯ２  ７．５％、ＣａＯ  ３．３％、Ｆｅ２Ｏ３  １．３％、アルカリ  ０．２３％、及びＴｉＯ２  １．５％）は、水重量比最大４．４〜５．５％までのものを作るために、電動ミキサを使用して水と混合される。これにより、型（図示せず）を充填するためにポンプ移送用穴（図示せず）を通してポンプ移送される、ポンプ移送可能な懸濁液が形成される。型が充填されると、ポンプ移送用穴は封止される。セラミックが固まるまで、型を攪拌する。乾燥したら、プラスチック・パイプ（図示せず）を取り外し、セラミック製内層７１０の間隙及び亀裂を、以下の重量比のものを有する空気硬化性耐火湿式モルタル（別個には図示せず）を使用して埋める。Ａｌ２Ｏ３  ４２％、Ｆｅ２Ｏ３  ０．７％、ＣａＯ（＋ＭｇＯ）  ０．４％、ＳｉＯ２  ４５％、アルカリ３．５％、ＴｉＯ２  １．５％。セラミック製内層７１０を、乾燥させることが可能であり、運用温度まで徐々に加熱し、運用使用前に数時間その温度に維持する。
【００６９】
燃焼膨張チャンバ３６０は、排気ガス入口３８０を介して熱交換器３７０に連結される。
【００７０】
熱交換器３７０は、２００ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０溶接パイプＴ３０４Ｌによって囲まれた排気ガス通路７５０を備える。先細にされた３００ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０溶接パイプＴ３０４Ｌの水套７６０が、排気ガス通路７５０を囲んでいる。水套７６０は、蒸気管入口４００及び蒸気管出口４１０を収容し、次に、それぞれ蒸気供給管４２０及び排気蒸気管４１１に連結される。
【００７１】
燃焼後装置の様々な部品は、使用中に、ほぼ水平面で排気ガスの流れを維持する、パイプ支持体７８０、７９０、８００、８１０、及び８２０で支持される。これらは他の図面に示されているが、混乱を減らすために、必ずしも番号がつけられているわけではない。
【００７２】
図３及び図４を参照して、混合チャンバ３３０は、図４のボール・バルブ６５０及び径違い継手６９０に隣接して示されている（その両方が、この切断図に部分的にのみ示されている）。
【００７３】
全体的に３４０として示す噴射ポートは、それぞれ角度つきノズル９００、９１０及び９２０をそれぞれに備える噴射器６６０、６７０及び６８０からなる。角度つきノズル９００、９１０、及び９２０は、混合チャンバ３３０内で終端をなし、各々の調整ナット９３０、９４０、９５０を（それぞれに）、耐ガス継手９６０、９７０、９８０（それぞれ）を中心にして使用することにより、混合チャンバ３３０内で旋回させることができる。角度つきノズル９００及び９１０は、視点から離れる方向を向いて描かれているが、ノズル１０００は、横向きに描かれている。角度つきノズル９００及び９１０は、使用時に混合チャンバ３３０内でガスが同心円状に渦巻くように構成され、一方ノズル１０００は、混合チャンバ３３０内のガスに乱流をもたらすように構成される。
【００７４】
噴射器６６０、６７０、及び６８０は、２５ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０溶接パイプＴ３０４Ｌで構成される。噴射器６６０、６７０、及び６８０は、２００ｍｍの間隔をあけて配置され、チャンバ３３０の中心線に対して４５°の角度がついている。混合する長さ９９０は、角度つきノズル９００と混合チャンバ３３０の端部との間で画定され、長さは約０．４８ｍである。
【００７５】
ノズル９００、９１０、及び９２０は、金属からなり、それぞれが、その終端で１０ｍｍの減少した内径を持つ（ノズル９２０について、終端１０００だけが示されているが、他も同様に構成される）。
【００７６】
図６及び図７を参照して、全体的に３２５として示す逆止弁が図示されており、ガス動力システム出口３２０と混合チャンバ３３０との間に連結されたスイング・ゲート逆流防止弁６４０及びボール・バルブ６５０を備える。スイング・ゲート逆流防止弁６４０及びボール・バルブ６５０は、独立して操作可能である。
【００７７】
ボール・バルブ６５０は、ガスがボール・バルブ６５０を通過することを可能にする開放構成で図示される貫通孔１１２０を持つ、シート１１２５内のボール１１１０に連結されたハンドル１１００を備える。ハンドル１１００が図示の状態から９０度回転すると、貫通孔１１２０は、シート１１２５によって閉塞され、ボール・バルブ６５０は、その閉じられた構成（図示せず）になるであろう。
【００７８】
スイング・ゲート逆流防止弁６４０は、封止蓋１１４０を封止プレート１１５０にヒンジ結合するヒンジ１１３０を備える。封止プレート１１５０は、開口部１１６０を持つ。連結パイプ１１７０（図７に部分的にのみ示されている）は、スイング・ゲート逆流防止弁６４０をボール・バルブ６５０に連結する。
【００７９】
封止蓋１１４０は、９１ｍｍの直径を持つほぼ円形であるのに対して、開口部１１６０は、９２ｍｍの直径を持つ。封止蓋１１４０は、使用中に封止プレート１１５０に押しつけられて封止するように設計されているので、排出物の流れの通常方向の上流側の位置に振り戻すことができない。
【００８０】
ヒンジ１１３０は、ガスの動きがない状況で蓋１１４０を自重で閉じさせる、非常にわずかに、斜めに切断されている。これはＨＩＣＫＥＹの米国特許第２８４０８４号で説明されているものと同じ原理であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００８１】
蓋１１４０は、流れが始まるとすぐに開き、流れによって開いたままにされることになる。背圧がある場合、蓋１１４０は閉じることになる。蓋１１４０は、封止プレート１１５０に押しつけられて封止している（開口部１１６０よりも直径が小さいフランジとして作用する）ので、蓋１４０は、連結パイプ１１７０の直径よりもわずかに小さい。
【００８２】
図８及び図９を参照して、物質収集チャンバ４６０は、Ｕ字型ベンド・パイプ４５０と燃焼排気チャンバ入口１４０との間に設置される。ガス通路１２００は、Ｕ字型ベンド・パイプ４５０と燃焼排気チャンバ入口１４０との間のガスの通過を可能にする。
【００８３】
Ｔｅｃｈｓｔｙｌｅｇｒｏｕｐ社の２４０Ｖ  Ａ／Ｃ業務用電磁気ベース動力１３５００Ｎ磁力である３つの電磁石１２１０、１２２０、１２３０は、材料厚６ｍｍのステンレス鋼密閉筐体１２４０内に配置される。水トレイ１２５０は、ガス通路１２００の下に配置され、運用中に蒸発する水を置き換えるために、一定の水が供給される。
【００８４】
（使用中）
図面を参照して、使用中に、炉５００には、コンベヤ５１０によって焼却されるべき廃棄物（図示せず）が供給される。廃棄物（図示せず）は、ドア５２０を介して炉の燃焼チャンバ５３０に入り、そこで燃焼される。
【００８５】
燃焼によって生成された炉の排気ガス（図示せず）及び微粒子は、炉の排気チャンバ５４０を通過して、炉の煙道５５０の中に至る。炉の排気ガス（図示せず）は、炉の煙道入口１１０を介して燃焼後装置１００の中に入る。炉の煙道入口１１０は、燃焼後装置１００に入る炉の排気ガス（図示せず）の最上流の位置である。
【００８６】
炉の排気ガスは冷却器２１０内に入り、そこで水圧縮機ポンプ２６０によって水入口２４０に汲み上げられる水によって、冷却水套２３０で冷却され、水は炉の排気ガスと熱を交換し、水出口２５０を介して冷却水套２３０を出る。
【００８７】
圧縮機ポンプ２６０は、水管間の圧力及びレベルを均等にする。水は、温水出口２５０を介して、圧縮機ポンプ２６０によって、蒸気供給管４２０を通して、熱交換器３７０の蒸気管入口４００まで送られる。
【００８８】
最良の結果では、炉の排気ガスは、冷却器２１０で３４０Ｋから３９５Ｋの間に冷却される。冷却された炉の排気ガスは、出口２２０を介してガス動力システム３１０に引き込まれる。
【００８９】
電動モータ６２０は、羽根車６００を駆動して、冷却された炉の排気ガスを冷却器２１０からガス動力システムを通して引き込み、出口３２０を介して排気ガスを前方に推進する。
【００９０】
推進された、冷却された炉の排気ガスは、径違い継手６３０を通過し、逆止弁３２５を通過する。
【００９１】
燃焼後装置１００内で吹き戻しがある場合、スイング・ゲート逆流防止弁６４０は、封止蓋１１４０をヒンジで閉じ、封止プレート１１５０に押しつけて封止させる、吹き戻しの上流の力によって閉じ、炉の排気ガスが開口部１１６０を介して炉に戻るのを防止する。吹き戻し圧力がガス動力システム３１０によって生成される圧力よりも低くなると、封止蓋１１４０は、上流の炉の排気ガスにより及ぼされる圧力によって、再びヒンジで開く。封止蓋１１４０は、吹き戻しに対する十分な保護を可能にしながらもなお、可能な限り軽量になるように設計される。
【００９２】
緊急の遮断は、ハンドル１１００を、図６に示すハンドルの開位置からハンドルの閉位置まで９０°回転させ、その結果逆止弁３２５の下流の燃焼後装置を隔離することによってもまた果たされ得る。
【００９３】
推進された、冷却された炉の排気ガスは、混合チャンバ３３０に入り、噴射ポート３４０を通過する、３つの噴射器６６０、６７０、及び６８０を通ってノズル９００、９１０、及び９２０（それぞれ）から供給される燃焼後ガスと混合される。ノズルは、燃焼後ガスに旋回運動を与えるように角度づけされており、燃焼後ガスの、炉の排気ガスとの混合を補助する。
【００９４】
この実例のために使用された燃焼後ガスは、水素又は以下の重量パーセントを持つＣＯ／Ｈ２混合物であった。水素５５〜６５％及び一酸化炭素３０〜３５％。
【００９５】
ノズル９００、９１０、及び９２０は、混合チャンバ３３０内で使用する前に、調整ナット９３０、９４０、及び９５０を使用することにより、燃焼後ガスと混合されている冷却された炉の排気ガスの容積、密度、及び組成に応じて、角度づけされる。最適な燃焼は、燃焼後の反応から発せられる轟音の強度によって判断される。轟音の強度が増すにつれて、燃焼プロセスの効率が向上する。
【００９６】
ノズル９００、９１０、及び９２０のいずれかに近接する炉の排気ガスが、燃焼後ガスの点火温度を超えないように、且つ３９５Ｋ以下の安全マージンを持つように、炉の排気ガスを確実に冷却するために、ノズル及び炉の排気ガス流量を調整するよう注意する必要がある。
【００９７】
混合チャンバへの燃焼後ガス及び炉の排気ガスの混合比及び流量は、固定されておらず、燃焼されている廃棄品の種類に依存する。比率及び流量は、最も強い聞き取れる「轟音」を実現するように増減されることになる。
【００９８】
混合されたガスは、混合チャンバを出て出口３５０を通過し、径違い継手６９０に入る。白金スパーク・プラグ７００は連続的に点火しており、混合されたガスに対する点火源を提供する。
【００９９】
混合されたガスは、点火して燃焼膨張チャンバ３６０の中へ膨張する。この発火反応は発熱性であり、かなりの熱を発生する。セラミック製内層７１０は、熱障壁として機能し、３００ｍｍ  ＮＢのＳＣＨ１０  Ｔ３０４Ｌ溶接パイプ７２０への重大な損傷を防ぐ。燃焼され混合されたガスは、排気ガスとなる。
【０１００】
排気ガスは、管状熱交換器３７０に送られ、排気ガス入口３８０を介して排気ガス通路７５０に入る。
【０１０１】
水は、水圧縮機ポンプ２６０及び電動給水ポンプ２９０によってそれぞれ送られ、蒸気供給管４２０及び水供給管４３０から、蒸気管入口４００を介して水套７６０に入る。
【０１０２】
ガス通路７５０内の排気ガスは、水套７６０内の水により冷却される。水套７６０内の水は、この冷却プロセスを通じて蒸気まで加熱される。
【０１０３】
蒸気は、管出口４１０を介して水套７６０から出て、排気蒸気管４１１を通って移動する。排気蒸気管４１１に連結された蒸気発生器連結フランジ４１２、４１５及び４１７は、電気を発生させる連結された蒸気駆動発電機（図示せず）に蒸気を供給する。
【０１０４】
冷却された排気ガスは、排気ガス出口３９０を通って熱交換器３７０から出て、Ｕ字型ベンド・パイプ４５０を通過して物質収集チャンバ４６０に入り、ガス通路１２００に沿って燃焼排気チャンバ入口１４０に向かって流れる。
【０１０５】
ガス通路１２００内の排気ガス中のイオン化及び／又は磁化された物質は、印加される２４０Ｖ  Ａ／Ｃ電源を備える３つの電磁石１２１０、１２２０、１２３０に磁気的に引きつけられる。イオン化及び／又は磁化された物質は、その中に水を備える水トレイ１２５０に入り、これにより、２４０Ｖ  Ａ／Ｃ電源がオフに切り替えられると、イオン化及び／又は磁化された物質の漏出が防止される。
【０１０６】
排気ガスは、物質収集チャンバ４６０を出て、燃焼排気チャンバ入口１４０を介して燃焼排気チャンバ１３０内に入る。一部のガスは、発電機連結部１６０、１７０、及び１８０を介して発電機に供給される。入口１４０を介して燃焼排気チャンバ１３０に入る残りの排気ガスの別の量が、炉戻り部１９０並びに炉戻りパイプ５６０及び５７０を通過して、炉燃焼チャンバ５３０の下端部に入り、炉の効率を補助するよう加熱された燃焼ガスとして作用する。
【０１０７】
入口１４０を介して燃焼排気チャンバ１３０に入る残りの排気ガスのまた別の量が、出口１５０を介して大気に排出される。
【０１０８】
（Ｈ２／ＣＯでの実験結果）
燃焼後装置及び燃焼後プロセスの有効性テストは、独立したテスト機関であるＳＩＭＴＡＲＳ（ＡＢＮ５９  ０２０  ８４７  ５５１、オーストラリアのクイーンズランドに本拠を置く）により実施された。この機関では、混合廃棄物を燃焼する際の一般的なガス（ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯｘ、総ＶＯＣ、及びＨ２Ｓ）並びに粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ）を含む空気排出量の削減における、可燃性ガスシステムの効率を評価した。
【０１０９】
燃焼後装置は、低温から始動するとき、炉の排出物にさらされない場合に、最も容易に始動することがわかった。燃焼後装置が既に作動を始めた後に追加された排出物は、スパーク・プラグ７００の汚れを防ぐのに役立った。スパーク・プラグ７００が汚れた場合、酸素アセチレンの種火を使用して燃焼後装置を始動することができる。スパーク・プラグ７００は、気温度にあるとき、燃焼後プロセスにより汚染される。
【０１１０】
テスト中の炉５００の上流にある混合された廃棄物は、タイヤ及びその他のゴム物質、プラスチック、小型鉛電池、ポリスチレン／包装フォーム、石炭、油だめに浸したぼろきれ、並びに他の一般廃棄品であった。
【０１１１】
除去効率は、燃焼後ガスと共に燃焼後装置を通って自由に流れる未処理の基準排出物を、燃焼後ガスと共に燃焼後装置が使用されたときに得られた排出物と比較することにより計算され、燃焼後ガスは、水素５５〜６５％、及び一酸化炭素３０〜３５％のガスのＣＯ／Ｈ２混合物であった。テスト結果を、表２に示す。
【０１１２】
このテストでは、羽根車６００を５０Ｈｚで駆動した。
【０１１３】
テストのパラメータを、表１に示す様々な基準に従って実施した。
【０１１４】
【表１】
2020505580.tif 000003
【０１１５】
【表２】
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【０１１６】
テスト終了時に、炉５００に残っていたものは、いくらかの白灰／炭素質物質、バッテリからの鉛、及びタイヤから残った金属線であった。
【０１１７】
図１０は、ある期間にわたった、表２のいくつかのパラメータについての基準排出量を示す。図１１は、ある期間にわたった、表２のいくつかのパラメータについての燃焼後排出量を示す。
【０１１８】
図１０と図１１との両方で示される排出量の変動は、炉５００内で燃焼された物質の不均一性によるものである。図１０及び図１１における百万分率（ｐｐｍ）測定のスケールは異なることに留意されたい。
【０１１９】
（Ｈ２での実験結果）
別の燃焼後ガスである水素を使用した燃焼後装置の有効性を実証するために、別のテストを行った。
【０１２０】
以下のテストでは、Ｔｅｓｔｏ  ３３０ｉ  ＬＸ  Ａｄｖａｎｃｅｄ煙道ガス分析キットを使用して、排気煙突から結果を取得した。センサの汚れによる問題のため、基準の数値は取得できなかったが、これは表２における先のテスト中に取得した数値と同様であると予測される。
【０１２１】
表３は、このテストの結果を示す。結果を、その結果が安定したときに取得した。
【０１２２】
【表３】
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【０１２３】
直感に反して、燃焼後プロセスは、炉５００から放出された排出物がより多くなるほど、次第により良く機能した。完全なプラスチック・ボトルが炉５００に追加されると、ＣＯ値は低下した。同様に、車両のタイヤの片部は、炉により多く追加されるほど、より良い結果をもたらした。
【０１２４】
煙突から基準の定量的排出量データを取得することはできなかったが、炉５００がゴム・タイヤを燃やしている間に燃焼後プロセスをやめたとき、テストが実施されていた工場は、数メートル以上離れた場所で視覚的な詳細を見分けることが不可能な程度まで、有害な黒煙ですぐに満たされた。これには、建物から避難する必要があった。対照的に、燃焼後プロセスが実行されていたとき、排出物はクリアであり、テスト担当者は快適に工場に留まることができた。
【０１２５】
５０Ｈｚでは、燃焼膨張チャンバ３６０内ではなく混合チャンバ３３０内で燃焼後が起こっていた。水素ガスは、先のテストで使用された比較的重いＣＯ／Ｈ２ガスよりも慣性力が小さいので、これは予期された挙動であった。
【０１２６】
このテストでは、羽根車６００を６０Ｈｚで駆動し、表２のＣＯ／Ｈ２テストよりも高い流量になるという結果をもたらした。このより高い流量では、燃焼が燃焼膨張チャンバ３６０で正しく行われた。
【０１２７】
煙突での排気の流量は３．３６Ｎｍ３／分で、羽根車６００の速度が増加した結果として、表２のテスト結果における流量よりわずかに大きくなった。表３における最終テストでは、０．５４Ｎｍ３／分の水素ガスが混合チャンバ３３０内に取り込まれていた。
【０１２８】
水トレイ１２５０を乾燥させ、電磁石１２１０、１２２０、１２３０を動作不能にすることにより、物質収集チャンバ４６０が動作不能となる場合の、追加のテストを実施した。結果は、一酸化炭素の排出量が約８００ｐｐｍ〜１，０００ｐｐｍに増加することを示した。これは、先のテストから予測された１００ｐｐｍ未満をかなり上回るが、表２で見られた２，２５０ｐｐｍの基準読取値よりもはるかに低い。
【０１２９】
物質収集チャンバ４６０が動作不能になったときの炉５００からの煙の放出は、先のテストと比較して炉にくべる物のほとんどが燃焼されたため比較的少なく、排出物の濃度がより高いほど燃焼後プロセスの効率が高まることを示す先の結果に基づいて、これもまたより高い排出に貢献した。
【０１３０】
（テスト目的で行われた追加の定性的テスト及び修正）
一酸化炭素出力値を監視するさらなる定性的なテストを実施し、ノズル圧力を上げるがノズルの開口を小さくすることが、効率を高めることを示した。ノズルの数を減らすと、燃焼後プロセスの効率が、より低下した。
【０１３１】
燃焼後プロセスを、スパーク・プラグ７００の代わりに酸素アセチレンの種火を使用して実行し、得られた結果に大きな変化はなかった。
【０１３２】
径違い継手６９０の周りに、円周方向に間隔をあけて配置された２つ又は３つのスパーク・プラグ７００を使用し、特に冷間始動段階における燃焼後プロセスの効率もまたわずかに高まった。
【０１３３】
羽根車を、燃焼後が開始されて、その動作温度に達すると、自走させることができた。ＣＯ／Ｈ２の場合、燃焼後プロセスでは、適切に機能するのに十分な物質が利用された。水素ガスを使用するときには、羽根車の自走は禁忌である。
【０１３４】
当業者は、依然として本発明の範囲内に入ることになる上記の実例に対する修正を行うことができることを理解されよう。
【０１３５】
本発明は、本明細書に記載されている部品、要素、及び特徴に広く存し、それらは、この分野に関する先行技術と比較した場合、本明細書に記載された本発明の新規性を例示するように働くべきであることが理解されよう。
【０１３６】
（産業上の利用可能性）
本発明は、産業、特に環境に放出する前に有害性がより低い形態に処理する必要があるガス状排出物を生成する産業に適用可能である。かかるガスを生成する多くの産業があり、有毒又は環境に有害なガス状排出物を減らすための規制要件があることが多い。さらに、産業のプロセスでは、水素、又は一酸化炭素及び水素などの燃焼後ガス燃料に好適なガスを生成し、産業間の相乗効果を潜在的に可能にする。本発明は、環境へのガス状排出物の放出に関する少なくともいくつかの規制要件を満たすのに役立つ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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