JPH06506765A - 反応マトリックスにおける制御反応のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御発熱反応のための方法と装置、特に、例えばＮＯ！のような好まし くない放出生成物及び、例えばＣＯと炭化水素のような、不完全反応の生成物を 最少又は排除するように反応波の安定性と進行とを制御するように、効果的な熱 回収系によって、燃焼の前にガス又は蒸気を加熱することから成る、床マトリッ クス内のガス又は蒸気の燃焼のための方法と装置に関する。本発明はまた、作用 流体を上記系のマトリックスと熱接触させて管に通すことによる作用流体の加熱 のための方法と装置に関する。

発明の背景 例えば化学加ニブラント、製油所等からの流出物のような、蒸気の多くのプロセ ス流は、プロセスガス又は蒸気の有害なもしくは反応性の成分を大気へ放出する 前に分解するために燃焼を用いる。例えばメタンのような燃料の酸化によってエ ネルギーを発生させるために、燃焼装置も用いられる。しかし、放出物の環境制 御に対する要望が増大するにつれて、このような流出物を燃焼させるための自由 炎げｒｅｅ　ｆｌａｍｅ）の使用は多くの場合に不充分である。自由炎はまた、 場合によっては、不完全な燃焼と、好ましくない副生成物の制御不能な生成とを 生ずる。

それ故、ＮＯ８放出物と不完全燃焼の生成物とを最少にする又は減するためにガ ス又は蒸気の無炎酸化反応の方法と装置を提供することが、本発明の目的である 。

また、触媒物質を用いずに、マトリックス内に安定で、しかも制御可能に進行可 能な（ｍｏｖａｂｌｅ）反応（燃焼）波を生ずる装置を提供することが、本発明 の他の目的である。

反応マトリックス中に発生する熱をマトリックスに導かれる燃料−空気混合物の 予熱に用いるための方法と装置を提供することが、本発明の他の目的である。

軌ガス流から１種以上の冷流体への熱伝達の非常に効果的な方法を提供すること が、本発明の他の目的である。

伝導的とは対照的に、放射的に熱交換管に結合したフィンの使用によって、通常 のガス−ガス熱交換方法を強化することが、本発明の他の目的である。

大きいターンダウン（ｔｕｒｎｄｏｖｒｎ）性能係数を有する燃焼系を提供する ことが、本発明の他の目的である。

流入反応物質を加熱するための回収熱交換系を用いて、反応マトリックス中での 発熱反応によって発生する熱によって作用流体又はガスを加熱することが、本発 明の他の目的である。

供給ガス混合物が成分の１発限界外であるように、ガス及び蒸気を分解させる又 は、例えば天然ガスもしくは有機蒸気のような燃料を燃焼させるための方法と装 置を提供することが、本発明の他の目的である。具体的な化合物には、炭化水素 、酸素化炭化水素、アミン化炭化水素、ハロゲン化化合物及び硫黄含有化合物が ある。

また、熱−及び燃料−ＮＯ，ｆｆｉ焼副主副生成物えば予混合、ノズル混合もし くは段階的バーナーのような通常の燃焼テクノロジーによって、又は例えば熱膜 ＮＯｘ　（Ｅｘｘｏｎ　Ｃｏｒｐ、に譲渡されたＲ、に、Ｌｙｏｎ　（１９７５ ）米国特許第３．９００，５５４号）、選択的接触還元、及びＲａｐ−Ｒｅ−Ｎ ｏ、（Ｔｅｃｈｎｏｒ、Ｉｎｃ、（カルフォルニア州リバーモア）に譲渡された Ｒ、Ｐｅｔｒｙ　（ｃ、１９８５）特許）のような、Ｎｏ８除去方法によって達 せられるレベルより実質的に低いレベルに最少化するための方法と装置を提供す ることが、本発明のさらに他の目的である。さらに、本発明は、しばしばＮＯｘ 除去方法の副生成物である酸化二窒素（Ｎ２０）とアンモニア（ＮＨｓ）の最少 化又は除去を可能にする。

上記その他の目的は以下の説明、添付図面から及び本発明の実施がら明らかにな るであろう。以下の説明は例えば天然ガスの燃焼のような燃焼を表す反応に関連 して行うが、本発明は不完全燃焼のＮＯ８その他の生成物を最少にするという目 的でのガスの燃焼に限定されない。本発明による方法と装置の制御可能性と多様 性は、必要に応じて、Ｎｏ５Ｃｏ、炭化水素又は特定の不完全燃焼生成物を例え ば反応器の排出温度、流れの供給組成、反応器内の流れの滞留時間、流れの加熱 値等を変えることによって合成する可能性をも提供する。

この方法と装置は、ＮＯ８と不完全燃焼生成物の最少化が（ａ）特定のガスもし くは蒸気の分解、又は（ｂ）熱を発生させるための燃料の燃焼のいずれかに関連 して望ましいプロセスに機能的に適用可能である。

本発明の詳細な説明では、“プロセスガス”、“プロセス蒸気”、”燃料”、“ 燃料混合物”、“反応物質”等の用語は、反応することができる化学的混合物を 表すために相互交換可能に用いられる。

発明の概要 本発明はガス又は蒸気の反応の無炎である反応波の安定性と進行を確立し、維持 し、制御する方法において、ガス又は蒸気と空気及び／又は酸素との混合物を固 体耐熱性材料の床中に、床の少なくとも一部が最初は混合物の自己発火温度（典 型的には、１４００°Ｆ（７６０℃）の範囲内）を越えるときに導入し、それに よって混合物を発火させ、発熱的に床内で反応させ、反応波を形成する工程を含 む方法を提供する。供給混合物の組成の適当な範囲内で、反応は自続式であり： プロセス温度を維持するために外部熱は不要である。床内での反応混合物の反応 波の位置と安定性は、床を通しての混合物の流動路に沿っての温度を監視し、ガ ス又は蒸気及び空気又は酸素の流れを調節して、反応波を維持し、安定化するこ とによって制御される。本発明によって与えられる反応波の均一性と、本発明に よるマトリックスによって与えられる混合と熱処理との増強とが反応物質から生 成物への高い転化率を可能にする。

本発明のプロセスと装置とは、効果的な回収熱交換系によって予熱されたガスの 反応マトリックス中での無炎燃焼方法をも提供する。これは、ガス又は蒸気と空 気及び／又は酸素との混合物を、固体耐熱性材料中に埋封され、管の出口が固体 材料の床の内部に配置された熱伝導性供給管中に、床の少な（とも一部が最初は 約１４００’　Ｆ　（７６０℃）を越えるときに導き、それによって混合物を発 火させ、発熱的に床において“充分に撹拌された反応器”形態で反応させ、高温 排出ガスを生成し、マトリックスを加熱する工程を含む、燃焼に必要な燃料濃度 を減する方法を提供する。供給管を囲むマトリックスは排出ガスからの強制対流 並びに内部体熱放射とマトリックス中の伝導によって加熱される。供給管は周囲 マトリックスからの熱放射並びにマトリックスからの伝導と排出ガスからの対流 によって加熱される。供給管は熱放射、並びに熱伝導と介在ガスによる対流によ って供給管内部のマトリックスを加熱する。供給管内の燃料混合物は供給管と供 給管内のマトリックスとによって、対流並びに熱放射によって加熱される。供給 混合物の組成の適当な範囲内では、反応は自続式である、すなわちプロセス温度 の維持に外部熱は不要である。

本発明による回収熱系によって与えられるガス加熱は反応物質から生成物への高 い転化率を可能にする。さらに、この転化率は通常の焼却炉において必要とされ るよりも低い温度及び短い滞留時間で得られる。裸火が存在せず、マトリックス 中に導入されるガス混合物が比較的低温であり、成分の引火限界外であり、その ため周囲条件下で爆発性でないプロセスの使用には特有の安全性も存在する。

本発明はまた、この方法を利用するための装置において、外部環境から遮断可能 な固体耐熱性材料の床と：空気又は酸素を燃料ガスと混合する手段と：床中に導 入するガスの流量及び／又は量を調節する手段と；マトリックス中への燃料混合 物の量及び／又は流量を制御する手段と：床中に埋封された供給管を通して床中 ヘガス又は蒸気を導入する手段と：反応によって発生した熱を供給管を通して反 応マトリックスに入る燃料混合物の加熱に利用するための手段と；床から燃焼生 成物を排出させるための手段とを含む装置をも提供する。

本発明はまた、ガスから管へ、及びこの逆への熱の伝達を強化するために放射的 に結合したフィンとして作用するマトリックス中に埋封された熱交換管の使用に よって高温におけるガス−ガス熱交換の効率を改良する方法をも提供する。

図面の簡単な説明 図１は４モデルの熱伝達系の伝達される熱対質量流量（ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ）を プロットする。

図２は４モデルの熱伝達系の摩擦力低下対質量流量をプロットする。

図３は４モデルの熱伝達系の伝達された熱対摩擦力低下対質量流量の比をプロ・ ソ卜する。

図４は４モデルの熱伝達系の伝達された熱と摩擦力低下の差対質量流量をプロ・ ソトする。

図５は強化された回収態様を用いない、本発明によって用いる装置の概略図であ る。

図６は操作中の図５の装置における高温帯と低温帯を示す。

図７は強化された回収態様を用いない、本発明によって用いる第２装置である。

図８は本発明によって用いるためのさらに他の装置である。

図９は本発明による装置の他の形態である。

図１０は図９の装置の変形である。

図１１は強化された回収態様を用いる、本発明によって用いるための好ましい装 置の概略図である。

図１２は本発明の温度プロフィルを、排出ガスが供給管近くのマトリックスを通 して導かれない実施態様の温度プロフィルと比較するグラフである。

図１３は反応によって発生する熱を作用流体の加熱に利用する好ましい第２装置 である。

好ましい実施態様の説明 本発明による装置は耐熱性材料の床と、耐熱性材料を通してのガスの流路に沿っ て温度を監視する手段とを含む。床マトリックス内の反応波の温度を監視し、マ トリックスに出入りするガスの流量及び／又は量並びにマトリックスの温度を制 御することによって、反応波を半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）に比較的均一な 温度にかつ床内の一定の位置に維持することができる。マトリックス流横断面、 高さ、材料、空隙率（ｖｏｉｄ　ｆｒａｃｔｉｏｎ）、排出温度及び補充熱又は 燃料値追加を変えることによって、反応マトリックス床を必要に応じて、好まし い流動の流れに合わせた大きさに定めることができる。好ましいセラミック材料 はセラミック球であるが、限定する訳でなく、例えばサドルもしくポールリング （ｐａｉｌ　ｒｉｎｇ）のような他のランダムなセラミックバッキング、構造セ ラミックバッキング、セラミックもしくは金属フオーム、金属もしくはセラミッ クウール等を含めた、他の床材料と形態も使用可能である。

マトリックス内の温度の安全性と均一性を維持することによって、かつ強制対流 と内部マトリックス固体熱伝導とに放射的に結合した内部体表面の基本的に強化 された反応波伝播機構の結果として、マトリックス内でのマトリックス燃焼速度 は系の圧力とは無関係である、又は通常の焼却による同じ混合物の燃焼速度より も系の圧力に無関係であると考えられる。これは、空気中での燃料混合物の層状 燃焼速度が系の圧力の増加につれて有意に低下する通常の燃焼装置に比べて改良 である。Ｅｇｏ　ｌ　ｆｏｐｏｕ　ｌｏｓ等の“低温及び高温下でのメタン−空 気混合物の層状燃焼速度”Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＦＩａｍｅ３６巻、 ３７５　（１９８９）参照のこと。本発明によると、ガスの質量流量は圧力によ って直接増加し、マトリックス燃焼速度は圧力によって低下するとは思われない ので、単位断面積を通る反応ガスの燃焼強度は圧力によって直接増加する。マト リックス燃焼速度の圧力への負でない依存性は熱のマトリックス内、後方伝播、 内部体表面放射と固体マトリックスから流入ガスへの熱の強制対流との一方又は 両方の結果であると考えられる。

このプロセスの層状及びプラグ流特徴と、表面対流と結合したマトリックス内表 面放射から生ずる熱の良好な分布との結果として、燃料の燃焼は火炎燃焼よりも 完全である。本発明によると、燃料混合物は反応から生ずる熱によって加熱され 、反応の完成度をさらに高める。

本発明の熱回収の効果は一部は、（ａ）マトリックス内の温度プロフィルへの排 出ガスの強制対流の影響と、（ｂ）排出ガスからの熱を抽出し、その熱を供給管 へ伝達することにおけるマトリックスの役割、及び（Ｃ）供給管から熱を得て、 その熱を流入プロセスガスへ伝達することにおける供給管内のマトリックスの役 割によるものである。

対流によってガスから熱を抽出し、その熱を放射によって伝達する手段は“放射 結合フィン”と呼ぶことにする。通常のフィンは対流のために付加的な表面積を 与え、管に付加的な熱を導くことによって、流体から管への熱転移を強化する。

マトリックスはガスによる対流を強化し、この熱を放射によって管に伝達するこ とによって、局部的に放射結合フィンとして作用する。放射結合フィンは、Ｓｉ ｅｇｅｌとＨｏｗｅ　Ｉ　Ｉの“熱放射による熱交換ｇ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｒａ ｄｉａｔｉｏｎ　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）”第２版、３９０〜４０５頁に 例示されているような、フィンから外部環境への放射熱交換とは区別すべきであ る。

この文献では、フィンは主要熱伝達面（管）と伝導によって結合するが、本発明 ではこの結合は主として放射による。

反応からの熱を流入燃料混合物に伝達するために高い回収効率を有することが望 ましい。そのため、排出ガスと反応マトリックス材料とから供給管への熱交換が 本発明の装置と方法の作用の重要な特徴である。ガスからの熱による熱放射は比 較的小さいので、排出ガスからマトリックスへの主な熱伝達源は強制対流による 。単位表面積あたりの熱による熱放射量は温度の四乗として作用するが、伝導に よる熱伝達は温度の空間的導関数として、それ故、大ざっばには温度の一乗とし て作用するので、マトリックスから供給管へ、及び供給管から内部マトリックス への熱伝達の主な形式は燃焼に伴う高温における放射による。流入プロセスガス は熱放射のために“光学的に薄い′ので、供給管の内部と管マトリックスとから プロセスガスへの熱伝達の主な形式は強制対流による。マトリックスの高温領域 近くの温度プロフィルは強制対流の不存在下では距離と共に指数関数的に減衰す るので、供給管を取り巻くマトリックスを通しての排出ガスの対流は燃焼領域か ら離れたマトリックス領域の温度を実質的に高めることができる。それ故、供給 管近くのマトリックスを通しての排出ガスの強制対流は燃焼領域から離れた点で の供給管への鳩伝達を実質的に高める。さらに、米国特許第４．　５９３．　７ ５４号（Ｈｏｌｄ）によって教示されるように、マトリックスの存在は管に隣接 する境界層を破壊して、熱の運搬を改良することによって対流を局部的に強化す る。

それ故、供給管の内外のマトリックスと、供給管を取り巻（マトリックス領域中 への排出ガスの導入（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）は本発明の効果的な熱回収に重要 な役割を果たす。主要な熱伝達形式が上記形式による実施態様に本発明のプロセ ッサーを限定すべきであることを、これらの観察が決して意味するものではない ことを理解すべきである。

従って、供給管の内側と外側に使用する材料の種類は放射、対流、伝導による高 い熱伝導度を有するべきである。系の熱伝達性は放射熱伝導／対流熱伝導比、供 給管内の温度プロフィル、管の数、サイズ及び間隔にも依存する。これらの性質 は好ましい効果を得るために、同時に又は別々に変化することができる。最適の 設計選択は、通常のガス対流熱交換係数（一般に２３〜４５Ｗ／ｍ”　Ｋ　（Ｐ ｅｒｒｙ’　ｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ’　ｓ　Ｈａｎｄ ｂ。

Ｏｋ：第６版、１０〜４５頁（１９８４）の範囲内）よりも実質的に高い、４３ 〜６７Ｗ／ｍ２°にの範囲内である排出ガスから供給管への熱伝達係数を可能に する。　床内の放射熱伝達、床を含む燃焼装置の壁、反応器内のガス分子自体も 本発明の装置と方法の作用の重要な特徴である。それ故、内部体熱伝達の特徴、 放射特徴、強制対流特徴及び内部マトリックス固体熱伝導特徴が床内で制御され るように、床内の材料の種類を変えることができる。これは、種々なサイズの床 材料を用いて平均自由放射路を変えるもしくは床材料の輻射率を変化させること によって、単位体積あたりのマトリックスの表面積すなわち形状を変えてマトリ ックスの強制対流熱伝達特徴を変えることによって、熱伝導度の異なる床材料を 用いてマトリックスの内部マトリックス固体熱伝導熱伝達特徴を変えることによ って、又は床内の材料の点対点の面接触面積を変えることによって実施すること ができる。これらの性質は好ましい効果を得るために、同時に又は別々に変化す ることができる。

反応マトリックス自体の性質を変えることの他に、床内に１個又は数個のインタ ーフェースを導入して、床の１種以上の熱伝達特性をインターフェースのいずれ かの側で別々に又は同時に変えることができ、この場合にこの変化はその位置で の波の安定化を助けるために役立ち、“反応波アンカー”として作用する。これ は、例えばインターフェースを導入して、床内でインターフェースを横切る空隙 率を変化させることによって実施することができる。このインターフェースは空 隙率に関係なく、インターフェースを横切る平均自由放射路を変えることができ る。材料を変えることによって、輻射率は床内のインターフェースを横切って変 化することができる。インターフェースを横切る床媒質の単位体積あたりの面積 を変えると、ガスがこのインターフェースを通過するにつれて、強制対流熱伝達 特性は変化する。

流動軸に垂直なマトリックス断面は円形、方形、長方形、その他の形状で形成す ることができる。各一定マトリックス燃焼速度における反応物質の安定した広範 囲の容積流量を得るために、この断面の面積を故意に（すなわち、切頭円錐形又 は切頭ピラミッドとして）変えることができる。

床７トリックスの好ましい材料は好ましくはセラミック球又はその他の種類のラ ンダムな耐熱性バッキングである。流入ガスを一様に分布させるために、典型的 に、必ずしも必要でないとしても、好ましくはレンガ又はセラミック球から製造 されたブレナムが存在し、この内部では流入ガスが床に入る前に好ましく分布し 、さらに混合される。レンガ又はセラミック球から製造されたブレナムを用いる 場合には、ブレナムは半径方向の圧力低下が非常に低く、断面ガス分布が最大化 される区分を典型的に含み、床に入るガスをより一様に分布させるために床前に ブレナムインターフェースを横切って僅かに圧力を低下させる（約１／４インチ 〜１０インチ（０，６３５〜２５．４ｃｍ）Ｗ、Ｃ，）、さらに、ブレナムはイ ンターフェースを与え、インターフェースのどちらの側でもブレナムと床との間 の接合部において熱伝達特性を変化させる。

反応器の外側壁は操作中にプロセス流を含み、好ましくは炭素鋼から製造される 。この外部壁は不透性で耐食性の被膜と、例えば耐火レンガのような、耐火性断 熱物質で裏打ちすることができ、この断熱物質を多孔度減少コンパウンドで被覆 することができる。例えばセラミック繊維ボード及びセラミック繊維ブランケッ トのような、断熱性耐火材で裏打ちされた、緻密なキャスタブル（ｃａｓｔａｂ ｌｅ）耐火材も好ましいライニング材料である。他の好ましい材料はノ１イネス 合金（ＨａｙｎｅｓＡｌｌｏｙ）Ｎｏ、２１４、インコネル合金（Ｉｎｃｏｎｅ ｌ　Ａ１１ｏｙ）Ｎｏ、６００、インコネル合金Ｎｏ、６０１、ステンレス鋼Ｎ ｏ、３１０及びステンレス鋼Ｎｏ、３０９である。

ガス及び／又はマトリックスを反応器の始動の前に好ましい温度にまで温度上昇 させるために、好ましくは予熱器を用いて、充填床マトリックスを予熱すること ができる。

床に入る前のガス及び／又は酸素を混合するために、例えばベンチュリ型又は捩 れ式インサート静的ガスー空気ミキサーのような、便利な手段を用いることがで きる。予熱及び／又は処理中に、ガスを漏出させるために出口を備えなければな らない。例えば熱電対のような温度感知手段を床中に挿入したサーモウェル中に 通常配置する。サーモウェルは典型的に床中の入口部と出口部、及び空隙スペー ス内に配置される。

床内の反応波の安定性と位置とを維持するために、熱電対からの出力を利用して 希釈空気及び／又は補充燃料を自動的に調節する、プログラム可能な制御系を用 いることができる。マトリックスの熱量の特有な安定化のために、反応物質ガス は連続式にも不連続式にも導入することができる。

例えば塩素、塩化水素、二酸化硫黄、その他のような腐食性ガスを処理する反応 器では、露点腐食を最少にするために、鋼シェル（ｓｈｅｌｌ）を適度な高温、 好ましくは３００°Ｆ〜４００°Ｆ　（１５０〜２０５℃）に維持する。さらに 、炭素鋼シェルを例えばＦｏｒｔｒｅｓｓ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 　５ｔａｌａｓｔｉｃビチユーマステイツク（ｂｉｔｕ＋＊ａｓｔｉｃ）被膜（ Ｗｉｔｃｏ）のような、露点耐食性物質で裏打ちすることができる。耐火性表面 上の例えばＡｌｕｎｄｕｍ　Ｐａｔｃｈ　Ｐｒｉｍｅｒ　（Ｎｏｒｔｏｎ）のよ うな多孔度減少被膜もプロセッサーの内部から炭素鋼シェルへの腐食剤浸透を減 することができる。反応器の内部温度は、プロセス必要条件に依存して、１４０ ０°Ｆ〜３５００°Ｆ（７６０〜１９２５℃）の間に典型的に維持される。

典型的なプロセスでは、用いるガスの自己発火点より高温に床温度を高めるため に、予熱器を用いて、例えば天然ガスによって熱して、存在する場合のブレナム と床とを加熱する。予熱器は、床の温度を直接高める装置、又は法自体を予熱す るために床に通すことができるガスを予熱するための装置であることができる。

予熱装置には、ガスバーナー、マトリックスの外部に又は内部に取り付けた電気 ヒーター、誘導ヒーター、放射管ヒーター等がある。プロセッサーの入口部分を 通して、又は他の実施態様では、供給管の出口端部において、充分な温度に達し たならば、予熱を停止する。

１実施態様では、周囲空気を用いる場合のブレナム中に加圧して押し入れ、ブレ ナムが導入すべきプロセスガスの自己発火より低い温度に冷却されるまで、床中 に押し入れる。周囲空気をプレナムに通して導入することによって、プレナムは 最も迅速に冷却され、マトリックス温度は大抵は自己発火温度よりも高い温度に 留まるが、ブレナムに直接隣接するマトリックスは自己発火温度より低温に冷却 される。

プロセスガスは用いる場合のブレナムと床とに導入する。マトリックス中に燃焼 波が確立され、それによって化合物類は点火され、例えば水とＣｏ２のような、 安定な生成物に酸化される。燃焼波は波の入口側での周囲温度から波の出口側の 混合物のほぼ断熱的な火炎温度にまでの床温度の急激な上昇として観察される。

典型的なパイロットプロセッサーでは、この急激な変化は通常数インチの距離に わたって行われるが、実際の距離は供給濃度、供給速度、ガス速度分布、床材料 、床の物理的性質、特定の供給材料の種類等に依存する。流動方向における熱損 失は燃焼波の長さにも影響を及ぼす。この波は供給ガス濃度又は流量を変えるこ とによって、入口供給方向で、入口供給方向に反して進行する、又は入口供給方 向に対して静止する。必要に応じて、波をさらに安定化するために、流入ガスに 熱を加える又は流入ガスから熱を除去することができる。望ましい場合には、例 えば水を含む管のような冷却面をマトリックス中に又は周囲に挿入して、反応ガ スから熱を除去して、反応波をさらに安定化する。

燃焼温度は供給濃度、供給速度、ガス速度分布、供給管材料、供給管のサイズ、 数及び配！、床の物理的性質、特定の供給材料の種類、熱損失等に依存する。望 ましい場合には、例えば水を含む管のような冷却面をマトリックス中に又は周囲 に挿入して、反応ガスから熱を除去して、反応領域をさらに安定化する。マトリ ックス内の温度情報を監視し、利用して、供給速度、供給濃度、冷却系等を制御 することができる。

本発明の主な利点は、反応（燃焼）波のガス状反応物質がマトリックス中への導 入時にガス状混合物の爆発下限（ＬＥＬ）以下に維持されると言う点で本発明に よるプロセスが非常に安全であることである。これは偶発的又は早期の燃焼又は 爆発の機会を減する。さらに、流入反応物質の濃度はガス混合物の引火上限以上 に維持され、本発明の安全性特徴をさらに高める、又は流入反応物質の濃度をガ ス混合物の引火上限と下限との間に維持する。

パイロット装置ではＬＥＬ以下の条件において１　、　６　ｘ　１０　’Ｗ／ｍ ”〜８ｘ１０１°Ｗ／ｍ３の燃焼強度に達したが、この方法によると０．　１〜 １０気圧の圧力において１．　６　ｘ　１０　’Ｗ／ｍ’　〜４　ｘ　１０　” Ｗ／ｍ”の燃焼強度が得られる、又は大気圧用途では、１．　６　ｘ　１０’Ｗ ／ｍ”　〜４　ｘ　１０’Ｗ／ｍ”の燃焼強度が得られると考えられる。例えば 家庭用ボイラー、海軍用ボイラー、工業用ガスタービン、航空機ガスタービン、 撹拌式（ｗｅｌｌ−ｓｔｉｒｒｅｄ）反応器、及びブレミックスト（ｐｒｅｍｉ ｘｅｄ）層状燃焼帯のような、通常のテクノロジーはそれぞれ、１０’、２ｘ１ ０６．１０７．１０８．２ｘｌＯ’及び３　ｘ　１０　’Ｗ／ｍ３の大気圧にお ける最大エネルギー出力を発する。（Ｒ，Ａ、Ｓｔｒｅｈｌｏｗ、Ｃｏｍｂｕｓ ｔｉｏｎＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｃｏ、、ニュー ヨーク州ニューヨーク（１９８４）、２００頁を参照のこと）。本発明の燃焼の 高い容積熱放出速度は、非常にコンパクトな装置が構築可能であることを示唆す る。

本発明の供給管の強化回収態様を用いない１実施態様では、流入ガスの混合、断 面速度プロフィル及び温度の均一性のために、床の入口にブレナムを用いること が好ましい。これは床を通してのガス流の方向に垂直な燃焼波の比較的平らな断 面プロフィルを得ることを助けると考えられる。ある場合には、マトリックスの 形態に依存して、波の断面を平らにするために、プレナムが望ましい。

他の実施態様では、本発明の強化回収態様を用いて、複数の供給管によってマト リックスに反応物質を導入する。管出口の均一な分布が床中に比較的均一な燃焼 領域を得ることを助けると考えられる。平均速度零で（局部速度が大きいとして も）かつ化学濃度勾配のない（反応物質が反応領域に定常に入り、反応領域から 出るとしても）燃焼領域は良好に撹拌された反応帯と呼ばれる。供給管上方の領 域のサイズと形状、反応物質の流量、管のサイズと間隔は反応帯の撹拌量に影響 を与える設計基準である。最初の２つの要素は反応帯内の反応物質の滞留時間に も影響を与える。

ある場合には、比較的平たい断面プロフィル、又は良好に撹拌されたもしくは比 較的均一な燃焼帯が望ましいが、この均一性は装置の作用のために必ずしも必要 ではなく、またある場合には、不均一な、球状又はビューレット形状のプロフィ ルが望ましい。ある場合には、例えば耐熱性スクリーン又は有孔プレートのよう なガス透過性バリヤーが高いガス速度もしくは過度の振動が生ずる操作中のマト リックスの機械的集結度の維持を助けるために有利である。

供給混合物中の燃料の割合を増減することによって、反応波は供給流方向に対し て進行する又は静止して留まる。ガス混合物をそれらのそれぞれの引火限界未満 で用いることが望ましい用途では、この方法は例えば空気中天然ガスの１．３〜 ４．８容量％のような、比較的低い燃料濃度で機能する。化学量論に近い又は化 学量論を越える割合での燃料と酸素との反応が望ましい、他の用途では、耐火性 材料を装置に用いる場合に、この方法は例えば空気中天然ガスの５〜２５容量％ のような、非常に高い燃料濃度で機能することができる。

燃焼波を移動させるために供給流の流量と組成との変更を用いることができるが 、この移動は典型的なマトリックスの大きい熱量のために緩慢である。例えば、 供給管の内側、上方又は周囲での燃焼を妨げる又は促進するために、流量を制御 することができる。同様に、供給流の流量及び／又は組成の計画されない変動が 波の移動を生ずることもある。しかし、この効果は床に沿って感知される温度の 変化に応じて、補充燃料及び希釈空気を支配する弁を制御するためのプログラム 可能な制御装置が発する１種以上の妨害プロセス変化によって逆転されることが できる。燃焼不感帯を最小にするように系を設計することができる。

燃料ガスとしてメタンを用いる、以下でさらに詳述するような典型的なプロセッ サーでは、メタンの分解除去効率（ＤＲＥ）は９９．９９％より大きいことが判 明している。同じ燃焼装置における熱−ＮＯｌの放出レベルは１００万ＢＴＵあ たりＮＯ，（ＮＯ２として）０．００５　ｌｂ、（２，３ｇ）未満であったが、 ＣＯレベルはＣＯ分析装置の検出下限（１０ｐｐｍ）未満であると観察されてい る。

典型的に、酸化二窒素レベルは０．　３容量ｐｐｍを越えない。

自由空気中でのメタンの通常の引火限界未満の条件において測定する場合にも、 以下でさらに詳述するようにマトリックス中の反応物質ガスの燃焼速度は、自由 空気中のメタンの公知の最も迅速な層状燃焼速度の２〜１０倍程大きいことが観 察されている。

本発明の系のターンダウン性能、すなわち最大熱出力対最小熱出力の比は少なく とも５対１である。この種の系のターンダウン性能は１００対１以上でありうる と推定される。

上記情報が観察されているが、このテクノロジーを用いる場合に限界はない、す なわち最小流量又は最大流量は存在しないと考えられる。プレナムを用いる場合 に、添付図面に示したちの以外に、種々な形態のブレナムをガス分布のために用 いることができる。流動方向も決定的であるとは考えられないので、系を予熱す ることができる、又は底部から、頂部から、横からもしくは他の点からプロセッ サーに供給することができる、あるいは供給方向を変えることもできる。例えば 、ガス流をプロセッサーに通して逆転させて、プロセッサーがらの排出ガスを供 給管（用いる場合に）に通すことも可能である。

予熱手段は電気的又は他の種類の加熱手段であり、プロセスガスの補充加熱を用 いることができる。燃焼波を再生熱回収に関連して、又は熱回収系に通常利用可 能な要素と同じもしくは類似した、内部熱回収要素によって用いることもできる 。本発明は触媒を含まない床材料を考慮するが、不活性な床と触媒との組合せを 用いて、例えば反応速度のようなプロセス特徴を必要に応じて強化することがで きる。しかし、本発明の主な特徴は反応マトリックスの作用機能に触媒が不要で あることである。

典型的に、本発明によるマトリックスはセラミックを含み、セラミックはランダ ムに充填される又は構造的に充填される。好ましいランダムな充填は層状にされ るセラミック球を含む。一般に、炭化水素ガスの燃焼のために、セラミック球は 約０．０６２５〜３インチ（０，１５９〜７．６２ｃｍ）の直径、好ましくは約 ３／４インチ（１，９ｃｍ）の直径を有するならば、有用である。他の有用な形 態は典型的には約０．０６２５〜３インチ（０，１５９〜７．６２ｃｍ）の公称 サイズ、好ましくは約１／２〜１．５インチ（１，２７〜３．８１ｃｍ）の公称 サイズのランダムなセラミックサドルの使用である。他の有用なバッキング材料 は約０．０６２５〜３インチ（０，１５９〜７．６２ｃｍ）、好ましくは約１／ ２〜１．５インチ（１，２７〜３．８１ｃｍ）の直径を有するポールリングとラ ブシピリングとである。

セラミックフオーム材料も使用可能である。１０〜９９％、好ましくは７５〜９ ５に、最も好ましくは約９０％の空隙率を有する、典型的なフオーム材料を用い ることができる。好ましいセラミックフオーム材料中の孔度は約０．１〜１゜０ ００孔／インチ（０，０４〜４００孔／ｃｍＬ好ましくは約１〜１００孔／イン チ（０，４〜４０孔／ｃｍＬ最も好ましくは約１０〜３０孔／インチ（４〜１２ 孔／ｃｍ）である。

例えばハネカム形状セラミックのような、他の形状のセラミック材料も使用可能 である。セラミックの代わりに、床の形成に用いられる耐熱性材料は金属でもあ り、これはランダムに充填されるか、又は構造的に充填される。

回収態様を用いない、好ましい実施態様では、炭化水素ガスの燃焼波をセラミッ クマトリックス中で安定化し、維持することができ、この場合に燃焼波は０．１ ｃｍより大きい、好ましくは約２〜１６インチ（５〜４０Ｃｍ）、最も好ましく は約８インチ（２０ｃｍ）の長さ規模を特徴とする。一般に、本発明による燃焼 波はマトリックスが存在しない、同じ条件下で燃焼する同じ混合物の燃焼波長さ 規模の１〜１０９倍の長さ規模を特徴とする。典型的に、本発明による燃焼波は マトリックスが存在しない、同じ条件下で燃焼する同じ混合物の燃焼波長さ規模 の１〜１０６倍の長さ規模、最も好ましくは１〜１．０００倍の長さ規模を特徴 とする。本発明による燃焼波は少なくとも、マトリックスが存在しない、同じ条 件下で燃焼する同じ混合物の燃焼波長さ規模の１〜１００倍の長さ規模を特徴と する。

本発明の装置は、孤立式処理装置としてのその使用の他に、例えば変動緩衝能力 等のような、本発明の利点を組み入れるために通常のテクノロジーへの付属装置 として用いられる。マトリックスはプロセス変動の処理に付加的な安全性限界を 与えるために、例えば通常の焼却装置の出口に追加される。

本発明の利点には、耐熱性マトリックス内の燃焼波の安定性を制御することによ って、又は本発明によって燃料混合物を予熱することによって、典型的な燃料の 燃焼の好ましくない副生成物を制御し、減少する能力が含まれる。例えば、炭化 水素ガスの燃焼のＮＯ１含量は、３％酸素に調節して、乾量基準で約０．　１〜 ４０容量ｐｐｍの範囲内に低下される。同様に、炭化水素ガスの燃焼の一酸化炭 素含量は、３％酸素に調節して、乾量基準で約１１〜ｂであるように調節される 。他の不完全燃焼生成物は３％酸素に調節して、乾量基準で約５容量ｐｐｍ未渦 の総ガス状生成物を含むように調節される。

本発明による燃焼又は反応波が、室内もしくは開放雰囲気内の裸火でなく、マト リックス内に維持されるので、燃焼の特性値により多くの制御を加えることがで きる。上記目的は、床内の耐熱体（ｈｅａｔ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｍａｔｔｅ ｒ）をマトリックス中に所定の平均−自由放射路を得るようにサイズと形状とに よって選択することを含む。さらに、耐熱体の材料は、適当な輻射率を有する粒 子を床内に入れて、粒子から燃焼もしくは反応領域中に所定の逆熱伝達を得て、 それによって波と燃焼との好ましい特性と安定性とを改良するように、選択する ことができる。

本発明によって得られる特徴の一つは、波に入るガス混合物の速度が、常温及び 常圧の条件に算出し、調節したときに、マトリックスが存在しない同じ条件下で の混合物の層状燃焼速度より大きいような、供給流量における燃焼もしくは反応 波の安定化である。この算出速度は、速度が層状燃焼速度の約１〜１．　０００ 倍、好ましくは層状燃焼速度の約１〜１０倍であり、それによって通常の燃焼の スループットよりも大きい反応ガスのスループットを可能にするように、本発明 によって得られる。

本発明によって得られる改良をさらに説明するものとして、波に入るガス混合物 の算出速度が、常温かつ常圧の条件に調節して、マトリックスが存在しない同じ 条件下での混合物の撹流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）燃焼速度より大きいように、本 発明を用いた燃焼波を供給流量において安定化することができる。この算出速度 は撹流燃焼速度の約１〜１．０００倍、好ましくは撹流燃焼速度の約１〜５０倍 になることができる。

本発明によって得られる改良をさらに説明するものとして、本発明によって維持 され、安定化される燃焼波は典型的に、本発明のマトリックスが存在しない、同 じ条件下での同じガス混合物の層状又は撹流火炎の単位断面積あたりの熱放出量 よりも大きい、単位断面積あたりの熱放出量を特徴とする。典型的な炭化水素ガ スの燃焼での単位断面積あたりの熱放出量は好ましくは、本発明によるマトリッ クスが存在しない、同じ条件下での同じガス混合物の層状又は撹流火炎中で観察 される単位断面積あたりの熱放出量よりも１〜５０倍大きい。本発明の系は、本 発明の回収態様と共に用いる場合に、回収熱伝達なしの同様な系と同じ燃焼速度 と燃焼温度とを生ずるために燃料の１／４程度を必要とするにすぎない。

熱伝達系を通しての液体のポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）からの機械的パワーの 損失は一般に小さいが、ガスでは摩擦による機械的エネルギーの損失は伝達され る熱エネルギーの大きさに近い。親指の法則として、ガスを用いる熱伝達系では 、機械的エネルギーは熱エネルギーよりも４〜１０倍大きい価値があると考えら れる（ＷＭ、ＫａｙｓとＡ、Ｌ、Ｌｏｎｄｏｎ、Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｈｅａｔ　Ｅ ｘｃｈａｎｇｅｒｓ、第３版、ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉ　ｌ　ｌ、　ニューヨーク州 −１−ニーヨーク（１９８４）１頁を委照のこと）。以下での分析によって、本 発明の回収態様を用いた、仮定的な、マトリックスに基づく３熱交換器とマトリ ックスを用いない熱交換器とを比較して、本発明の実際の利点を説明する。

高温排出ガスから種々な種類のマトリックス材料を有するプロセッサー及びマト リックスを有さないプロセッサーの入口管への熱伝達量の算出はマトリックス材 料に関する（Ｗ、　Ｍ、　Ｋ　ａ　ｙ　ｓとＡ、Ｌ、Ｌｏｎｄｏｎ、Ｃｏｍｐａ ｃｔ　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ、第３版、ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉ　Ｉ　１ ．　ニューヨーク州ニューヨーク（１９８４））及びシェルと管に関する（Ｗ、 Ｍ、ＫａｙｓとＭ、Ｅ、Ｃｒａｗｆｏｒｄ、Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ　Ｈｅａｔ　 ａｎｄ　Ｍａｓｓ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ、第２版、ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉ　Ｉ　１． ニーニーヨーク州ニューヨーク（１９８０）を参照のこと）周知の摩擦特性と熱 伝達特性とを用いて実施することができる。

下記分析は６６インチ（１６’８ｃｍ）長さ、４１インチ（１０４ｃｍ）直径の 円筒形プロセッサーを想定する。外壁は熱伝達又は摩擦に関与しないものとする 。

３インチ（７，６ｃｍ）管３１個を三角形−ピッチパターンでシェルに縦に通す 。

高温排出ガスが２０００°Ｆ　（１０９０℃）でマトリックスに入り、マトリッ クス全体が１６００°Ｆ（８７０℃）に維持されると想定される。この分析は排 出ガスから管への放射熱伝達かないと想定し、マトリックスから管への抵抗のな い放射を想定する。以下に示す結果がプロセッサーの構造とマトリックス及び、 算出に用いた選択された温度に依存することに注目すべきである。この結果は教 育的であるが、ある範囲の操作条件にわたって完全な回収熱伝達モデルを用いて 比較を行うことが最適である。

図１．２．３．４は３種のマトリックス材料を含むプロセッサーとマトリックス を含まない（バッキングを含まない）プロセッサーとの熱交換特性をプロットす る。下記表は各場合のマトリックスの比表面積（単位体積あたりのマトリックス 材料表面積の比）と空隙率とをリストする。

材料　比表面積　空隙率 （ｍ”／ｍ’） ０．７５インチ（１，９ｃｍ）球　１９６　０．　４６１インチ（２，５ｃｍ） サドル　２３２　０．　７１０．１２５インチ（０，３２ｃａ＋）球　１０４７ 　０．　４６パツキングなし　８．８　１．０ 図１は４系の伝達される熱パワー（ワット）対質量流量（１分あたりの標準立法 フィート）（ｓｃｆｍ）をプロットする。０．１２５インチ（０，３２ｃｍ）球 は最高の熱伝達量を有し、次は１インチ（２，５ｃｍ）サドルであり、次は０゜ ７５インチ（１，９ｃｍ）球であり、最後はマトリックスを含まない系である。

０．１２５インチ（１３２ｃｍ）球の優秀性はそれらの大きい比表面積、それ故 大きい総表面積によるものであり、これが大きい対流熱伝達を生ずる。マトリッ クスを含まない系とマトリックスを含む系との比較は、マトリックス材料が殆ど １桁の大きさで対流熱伝達を改良することを示す。

図２は４系の摩擦力低下対質量流量をプロットする。ここでは、図１に示した傾 向と同じ傾向が存在し、最小の球が最高の摩擦力低下を示し、マトリックスを含 まない系は相対的に殆ど摩擦力低下を示さない。興味ある差は、熱伝達では大き い球と等しく効果的であるサドルが、摩擦によるエネルギーを大きい球の１層２ 未満損失することである。この分析は放射熱伝達を理憇化するので、この分析は バッキングサイズの変化に起因する放射平均自由路の変化の影響を含まない。

この放射平均自由路の変化は対流熱伝達の改良による紛然伝達量の増加を、ある 程度、相殺する。

図３は４系に関する図１と２からの熱伝達量／摩擦力低下の地対質量流量をプロ ットする。マトリックスを含まない系が最高の値を有し、０．１２５インチ（０ ３２ｃｍ）球がこの比の最低値を有する。しかし、全ての場合に、この比は３０ を越える。機械的エネルギーが熱エネルギーよりも４〜１０倍価値が高いことを 思い起こすと、これらの各県は正味の増加を有する。

図４は対数目盛り上に熱伝達量と摩擦力低下との差対質量流量をプロットする。

これに関して、マトリックスを有する系はマトリックスを含まない系よりも明ら かに優れている。伝達された熱は燃料の節約を意味し、摩擦力低下は特別な馬力 をブロワ−（ｂｌｏｗｅｒ）によって供給しなければならないことを意味するの で、このグラフはマトリックス材料の小さい特徴的な長さ規模が好ましいことを 実証する。

回収加軌用供給管を用いない実施態様 同じ数字が同じ要素を意味する図面を参照すると、図５は本発明による方法の実 施に用いる装置の断面の概略図である。この装置はプロセッサー（１０）を含み 、プロセッサー（１０）はガスがマトリックス（１１）に入るときにガスを分配 するためのプレナム（１２）によって底部を支えられた耐熱性バッキング材料の マトリックス（１１）を含む。マトリックス（１１）の頂部上の空隙（１３）が 緻密なキャスタブル耐火材製の端部壁（１４）を貫通する出口（２５）の前に存 在し、端部壁の後方には断熱層（１５）が存在する。生成物ガスは耐火壁（１４ ）と耐熱層を（１５）を通って出口（２５）から出る。緻密なキャスタブル耐火 材（１６）はプロセッサー（１０）の底部をも密封する。プロセッサー（１０） の側面は、好ましくは鋼製で、例えば耐火レンガのような、他の断熱耐熱性材料 によって裏打ちされた適当な耐食性材料で保護される。プロセッサー（１０）の 底部を通して入口手段（１８）が存在し、これを通って制御された空気、燃料及 び／又はプロセスガスがプロセッサー（１０）中に導入される。必要な場合には 、混合プロセスガスに、ライン（１８）を通ってプロセッサー（１ｏ）に入る前 に、外部熱を与えることによって、燃料又はプロセスガスをプロセッサー（１０ ）への導入前に加熱することができる。プレナムとマトリックス（１１）の下部 とは、例えば強制加熱空気をプロセッサー（１０）中に通す、適当な予熱器によ って加熱することができる。マトリックス（１１）中の種々な点には、例えば熱 電対（２０）のような温度感知手段を配置し、これらからの出力はマイクロプロ セッサ−又はプログラム可能なロジック制御装置（ＰＬＣ）（２１）に供給され 、制御装置（２１）が次に燃料及び／又はプロセスガスの入力を制御し、空気又 は熱供給を制御して、ライン（１８）からプロセッサー（１０）に入る供給ガス の割合、流量及び温度を調節する。

図６に関しては、図５に示したプロセッサーの内部温度帯と燃焼波との概略図を 示す。操作中に、典型的に、燃焼波向に維持される均一な酸化又は燃焼温度より 低い低温帯（２４）が存在する。燃焼波自体（２２）はマトリックス内の位置に 安定な形状かつ均一な温度で維持され、燃焼波（２２）の上方には、高温領域（ ２３）が存在する。温度センサー（２０）の使用によって、燃焼波（２２）はマ トリックス内に配置され、プロセッサー（１０）の入力端部を制御することによ って所望の高さを有するように維持されることができる。

図７に関しては、本発明によって使用可能である他の形態のプロセッサーを示す 。このプロセッサー（３０）はプロパンガスと空気とを導入するための入口（３ １）を含む。アイテム（３２）は、図５に（１９）として示したものと同様な、 プロセッサーを予熱するためのプレバーナーの入口である。この場合のマトリッ クスは６種類の領域を含む。空隙（３３）の直下には、床の高さの主要部分に及 ぶセラミックサドル（３４）のスタックが存在する。サドル（３４）の下には、 サイズが徐々に増大するセラミック球の一連の層が存在する。例えば１層（３５ ）は１層８インチ（０，３２ｃｍ）直径セラミック球を含み、層（３６）は３層 ８インチ（０，９５ｃｍ）直径セラミック球を含み、層（３７）は３層４インチ （１９０ｃｍ）直径セラミック球を含み、層（３８）は１と１層２インチ（３８ ｃｍ）直径セラミック球を含む。底部層（３９）は例えば３インチ（７，６２ｃ ｍ）直径セラミック球を含み、これは有孔セラミックプラグ（４３）と（４４） によってプロセッサー（３０）内に保留される。床の底部では、ガスは出口（４ ０）及び／又は（４１）（用いる場合には）通って出る。プロセッサー（３０） の底部に示すように、この底部はレンガ層（４２）によって断熱される。　図８ に関しては、図７に示す形態と同様な床形態を有するプロセッサー（３０）を示 す。図７と同様に、床の頂部はセラミックサドル（３４）を含み、セラミックサ ドル（３４）の前にはそれぞれの層（３５）から（３９）までである、直径が増 大する、一連のセラミック球の層が存在する。底部層（３９）は有孔セラミック プラグ（４３）と（４４）によってプロセッサー（３０）内に保留される。しか し、図８に示す形態では。プロセスガスと空気はプロセッサー（３０）の底部の 入口（５７）を通って導入され、プロセッサー（３０）を予熱するための予熱空 気はプロセッサー（３０）の底部に配置された入口（５８）を通って導入される 。

それ故、ガスはプロセッサー（３０）の頂部の出口（５９）及び／又は（６０） （用いる場合の）を通って出る。

図９に関しては、さらに他の形態のプロセッサー（６２）を示す。このプロセッ サーはレンガプレナム（６３）を有し、ガスはこれを通過して、出口（７２）又 は（５２）（用いる場合の）を出る。レンガ層（６３）の上方には、セラミック 球の層（６４）と層（６４）とは異なるサイズの球の第２層（６５）とが存在す る。最後に、サドル又はセラミック球を含む、床の重要部分（６６）が存在する 。

供給ガスは入口（６７）を通り、マトリックス層（６６）に入る前に空隙（６８ ）を通過する。プロセッサー（６２）を予熱するための予熱された空気は入口（ ６９）を通って入る。

図１０に関しては、図９にプロセッサー（６２）として示したものと同じ形態を 示すがこの場合にはプロセスガスは反対方向に床を通過する。従って、プロセス ガスと酸素とは入口（７１）から、レンガ層（７２）で裏打ちされたプレナム中 に入る。予熱されたガスはプレバーナー（図示せず）から入口（７３）を通って 入る。予熱された空気は燃料室（７４）上に配置されたプレバーナー内での燃焼 によって任意に形成される、この燃焼室は予熱されたガスを、床又はプレナムに 入る前に、さらに均一に混合するために役立つ。セラミック球及び／又はサドル の層（６４）、（６５）及び（６６）は図９に関連して述べた通りである。排出 ガスは出口（７８）及び／又は（７９）（用いる場合の）を通って出る。

回収加熱用の供給管を用いる実施態様 図１１は、本発明の回収態様を用いる、本発明による方法の実施に用いられるプ ロセッサー（８０）の概略断面図である。プロセッサー（８０）の壁（８２）と ルーフ（８４）は例えば耐火レンガ、キャスタブル耐火材、断熱性繊維モジュー ル又は耐熱性鋼合金のような、断熱耐熱性材料から製造される。プロセッサー（ ８０）は鋼で覆われる。鋼の内面は例えばエラストマー又はタール様コーチング のような、適当な耐食性材料によって保護される。緻密なキャスタブル耐火材が プロセッサーの底部（８６）をも密封する。

プロセッサー（８０）は供給口（８８）、排出口（９０）、加熱口（９２）を有 する。供給口（８８）はプロセッサー（８０）の底部の入口ブレナム（９４）に 通ずる。幾つかの供給管（９６）がプレナム（９４）のルーフにおける好ましく は鋼製又は金属合金製の不透明の硬質管状シート（ｔｕｂｅ　５ｈｅｅｔ）（９ ８）と、耐熱性セラミック断熱バリヤー（１００）とを通って伸びる。管状シー ト（９８）は管（９６）を機械的に支える。供給管（９６）の下端には、マトリ ックス材料（１０４）を管（９６）内に保留するためにキャップ（１０２）を備 える。キャップ（１０２）には、入口ブレナム（９４）から管（９６）へのガス 流を可能にするために、オリフィス（１０６）を備える。管（９６）内のマトリ ックスバッキング（１０４）の最下部の２〜３層は、小さいマトリックス材料が オリフィス（１０６）を閉塞しうる可能性を減するために、上方の他のマトリッ クス層よりも大きいことが好ましい。供給管（９６）の上端は相互と壁（８２） とを固定して、特別な機械的強度を与えるが、このことは好ましい実施態様に必 ずしも必要でないと判断した。

好ましい実施態様では、供給管（９６）直径は０．２５〜３０インチ（０，６４ 〜７６．２ｃｍ）の範囲内、好ましくは０．７５〜１２インチ（１，９〜３０゜ ５ｃｍ）の範囲内、最も好ましくは１．５〜６インチ（３，８〜１５．２ｃｍ、 ）の範囲内である。これらは規則的な間隔をおいて、好ましくは１〜１０．より 好ましくは１．５〜５．最も好ましくは２〜４の間隔対直径比で、設置される。

管（９６）の長さは好ましくはプロセッサー（８０）の内径の１〜１００倍、よ り好ましくはプロセッサー（８０）の内径の１〜１０倍、最も好ましくはプロセ ッサー（８０）の内径の１〜４倍である。管（９６）は好ましくは管状シート（ ９８）に溶接又は加圧ロールされる。管材料の熱伝導度は好ましくはＩＯＷ／ｍ ’により大きく、最も好ましくは３０Ｗ／ｍ’により大きい。好ましい管サイズ と間隔は、熱伝導性を強化する他に、通常の熱交換器に典型的であるよりも、良 好な管機械的集結度と、より費用のかからない溶接、取付は作業とを可能にする 。

バリヤー（１００）は耐熱性バッキング材料のマトリックス（１０４）を支える 。マトリックス材料（１，０４）は、上述したように、セラミック球又はセラミ ・ツクフオームから構成することができる。マトリックス（１０４）の耐熱性バ ッキング材料は、供給管（９６）の内部を含めて、バリヤー（１００）とプロセ ・ソサー（８０）の頂部の空隙（１０８）との間の領域を充填する。排出口（９ ０）はマトリックス材料（１０４）をプロセッサーの内側に保留するために耐熱 性スクリーン（図示せず）を有する。ガスによって横断される単位距離あたりの 圧力低下がマトリックス内よりも低い、出口ブレナムを用いて、マトリックスを 通してのガス分布の均一性を強化することができる。好ましいプレナム材料はセ ラミ・ツク又は金属合金の硬質グリッドを含み、サイズが徐々に増加又は減少す る水平層状又は斜めに層状のバッキングを含む。

マトリックス（１０４）は、例えば空気のような加熱されたガスを加熱口（９２ ）に通して押し入れ、加熱されたガスを排出口（９０）から取り出すことによっ て加熱することができる。或いは、マトリックス（１０４）は電気ヒーター、そ の他の手段によって加熱することができる。予熱中に、低い周囲空気流を供給口 （８８）から取り入れ、熱交換器／供給管（９６）を通して上昇させて、管材料 が通過されないことを保証する。

マトリックス（１０４）がプロセスガスを燃焼させるために充分な温度に加熱さ れたならば、予熱を停止し、ガスを供給口（８８）からプロセッサー（８０）に 導入する。本発明の装置はプロセスガスの流量と組成を制御する手段（図示せず ）をも含む。プロセスガスに例えば外部熱交換器によって、プロセッサー（８０ ）に入る前に外部熱を与えることによって、プロセスガスをプロセッサー（８０ ）への導入前に加熱することができる。排出ガスはプロセッサー（８０）から排 出口（９０）を通して取り出される。

供給管（９６）の上端に良好に撹拌される反応帯を維持することが望ましい。

これはこの領域におけるマトリックス（１０４）の温度を測定し、反応マトリッ クスパラメーターを温度情報によって制御することによって達成される。例えば 、温度が低下するならば、補充燃料を加えることができ、又は供給管（９６）の 外側に沿って下方への燃焼帯の移動を防止するためには補充空気を減することが できる。温度が上昇するならば、補充燃料を減することができる、又は燃焼帯が 管（９６）の内側を下方に移動するのを防止するためには補充空気を加えること ができる。

操作中に、典型的に、良好に撹拌された燃焼領域が供給管（９６）の端部近くの 領域に、安定な形態で維持される。排出ガスは供給管（９６）を過ぎて流れるに つれて、供給管（９６）とマＩ・リックス（１０４）とを強制対流によって加熱 する。放射加熱も排出ガスからマトリックス（１０４）と供給管（９６）とへの 燃伝達に寄与するが、この寄与は対流燃伝達に比べると一般に小さい。

高温排出ガスは燃焼領域より下方のマトリックス（１０４）中を流れるので、マ トリックス（１０４）は強制対流が存在しない場合に生ずるよりも非常に低い温 度勾配を有する。図１２の実線曲線は好ましい実施態様のプロセッサー（８０） の高さの関数として温度プロフィルを示す。プロセッサー（８０）の頂部近（の 燃焼領域は最高温度、この場合には約１９００’　Ｆ　（１０４０°Ｃ）を有す る。

この温度は高さの減少と共に低下し、マトリックスの底部近くでは約５００°Ｆ （２６０°Ｃ）の値に達する。マトリックス材料（１０４）の熱は供給管（９６ ）に放射的に伝達される。供給管（９６）の温度プロフィルは、マトリックス（ １０４）の温度プロフィルにほぼ等しい、すなわちマトリックス（１０４）と管 （９６）との放射結合が管（９６）の長袖と直交する方向で主として生ずると考 えることができる。

図１２のドット−ダッンユ線曲線は、排出ガスが例えばプロセッサー（８０）の 頂部から、方向の逆転なく、管（９６）の外部マトリックス（１０４）を通って 流れずに漏出するような、系の温度プロフィルを示す。マトリックス（１，０４ ）を通しての熱伝達は、この場合には単に伝導とマトリックス内表面放射とによ るものであり、温度プロフィルは燃焼領域下方の領域内で距離によって指数関数 的に減衰する。供給管への回収熱伝達は明らかに、実質的に低下する。好ましい 実施態様の強制対流は供給管（９６）と供給管（９６）の付近のマトリックス材 料（１０４）との加熱に寄与する。燃焼熱に伴う高温においては、表面放射は温 度として四乗になるが、伝導と対流のエネルギー伝達は温度の空間導関数として 進行し、それ故人ざっばには温度の一乗として作用するので、エネルギーはマト リックス（１０４）から供給管へ主としてマトリックス内表面放射によって伝達 される。同様に、供給管から内部マトリックス（１０４）への熱伝達は主として 熱放射機構によって行われる。

プロセスガスは一般に“光学的に薄い″ので、供給管（９６）と供給管（９６） 内マトリックス（１０４）とからガスへの熱伝達は熱放射ではなく対流によって 主として行われる。内部マトリックス（１０４）は反応物質ガスに暴露される表 面積量を大きく高め、それ故、反応物質ガスへの熱伝達量を増大させる。

供給管（９６）の周囲及び内部のマトリックス（１０４）は明らかに、排出ガス から流入反応物質ガスへの効果的な熱伝達に重要な役割を果たす。マトリックス （１０４）なしでは、放射と伝導とによる熱伝達機構は最小になり、熱伝達は対 流によらなければならない。

次に図１３に関しては、本発明によってボイラーとして用いられる、他の形態の プロセッサー（８０）を示す。この実施態様の構造は、ボイラー管（１１０）を 加えた以外は、図１１に説明したプロセッサーとして本質的に同じである。ボイ ラー管（１１０）は側壁（８２）を通してプロセッサー（８０）に入り、プロセ ッサー（８０）から出る。代替え実施態様では、ボイラー管（１１０）はルーフ （８４）から又はバリヤー（１００）を通ってプロセッサー（８０）に入る、及 び／又はプロセッサー（８０）から出る、ボイラー管（１１０）は入る側とは異 なる側からプロセッサー（８０）を出る、又はボイラー管（１１，０）は出口を 有さないようにキャップを施される。管（１１０）への熱交換量はマトリックス （１０４）を通る路の長さと共に増加するので、ボイラー管（１１０）はマトリ ックス（１０４）を通る屈曲の多い路を形成する。ボイラー管（１１０）は水（ スチームへの転化用）又は他の種類の作用ガスもしくは流体を含む。

プロセスガスの発熱反応からの高温排出ガスはマトリックス（１０４）を通り、 供給管（９６）とボイラー管（１１０）とを通り過ぎて流れて、排出口（９０） から出る。上述したように、高温排出ガスから供給管（９６）とボイラー管（１ １０）とへの熱伝達の主な機構はマトリックス（１０４）への対流熱伝達と、マ トリックスからボイラー管（１１０）と供給管（９６）への放射熱伝達とである 。

ボイラー管（１１０）は作用液体又はガスを含むことができ、ボイラー管（１１ ０）は熱伝達を促進するために内部にマトリックス（１０４）を含むこともでき る。

要約すると、反応マトリックス（１０４）に導入されるガスを効果的な回収熱交 換系を用いて予熱するための装置（８０）と方法を説明した。この系が反応物質 ガスを良好に撹拌された燃焼領域の温度に近い温度にまで加熱することは知るこ とができる。本発明の燃焼装置における燃焼温度と滞留時間は通常の焼却装置に おけるよりも低いので、それによって、例えばＮＯ８のような好ましくない副生 成物を最少にして、反応物質から生成物への高い転化率を生ずる。熱伝導性供給 管（９６）の周囲のマトリックス（１０４）に高温排出ガスを通し、流入反応物 質ガスを供給管（９６）内部のマトリックス（１０４）に通すことによって効果 的な熱伝達が得られる。

本発明を幾つかの好ましい実施態様に関して説明した。しかし、本発明はここに 示し、説明した実施態様に限定されず、本発明の要旨内で多（の変化を有するこ とができる。例えば、供給管（９６）は如何なる角度にも配向することができ： 供給管（９６）は平行に配向する必要がない；供給管（９６）はＪ管、Ｕ管、差 し込み閉鎮端部（ｂａｙｏｎｅｔ　ｃｌｏｓｅｄ−ｅｎｄｅｄ）管、らせん管又 は管状シートとして形成することができる：作用流体を含む補助管をマトリック スに通すことができる；マトリックス材料（１０４）は特徴的な長さ規模の分布 を有することができる、マトリックス材料（１０４）の特徴的な長さ規模は底部 から頂部へ又は右から左へ変化することができる：複数の供給管（９６）の代わ りに単独の、或いは屈曲の多い、供給管（９６）を用いることができる；排出ガ スが供給管（９６）を−って系に入るのではなく、系から出るように、系を通る 流れを逆転することができる：マトリックス（１０４）内の温度を監視するマイ クロプロセッサ−によって、反応マトリックス（１０４）への反応物質の流れを 制御することができる：燃焼領域から供給管（９６）下部への熱伝達を促進する ために、マトリックス（１０４）はその中に埋封された熱伝導性ロッドを含むこ とができる；マトリックス（１０４）は反応のための触媒を含むことができる。

又は複数の排出口が存在することができる。

従って、本発明の範囲はここに説明した実施態様によって判断すべきではなく、 むしろ添付請求の範囲とその合法的な同等物によって判断すべきである。本発明 をこのように説明したが、特許証によって保護されることが望ましいものは、下 記添付請求の範囲によって表示する。

（Ｍ）（壬）−、ｊ−１／ｌｒＷ？ｕ２誉吾（Ｍ）生年￥！Ｉ麿 ！１１１１／鴫 （ＡＡ）　（＋）￥！Ｉｉ富−−左１ｒす：鴫浄書（内容に変もし） 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし〕 底部　頂部 手　続　補　正　書 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　９２１０５５８５ 乎成５年特許＠第５０２３３０号 ２、発明の名称 反応マトリックスにおける制御反応のための方法と事件との関係　特詐出願人 住所 名　称　サーマトリックス・インコーポレーテンド４、代　理　人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正の対象 請求の範囲 １、無炎燃焼装置の耐熱性材料マトリックス床内でのプロセスガスの発熱燃焼方 法において、 （ａ）マトリックス床の一部をプロセスガスの自己引火温度より高温に加熱する 工程と； （ｂ）プロセスガスを燃焼装置内のプレナム中に供給する工程と：（Ｃ）プロセ スガスをプレナムから耐熱性材料マトリックス床中に導き、それによってプロセ スガスをマトリックス床内の燃焼波向で酸化する工程と；　（ｄ）マトリックス 床内の燃焼波の位置を制御する工程と２、無炎燃焼装置の耐熱性材料マトリック ス床内でのプロセスガスの発熱燃焼方法において、 （ａ）マトリックス床の一部をプロセスガスの自己引火温度より高温に加熱する 工程と： （ｂ）プロセスガスを燃焼装置のプロセッサー人口を通して、燃焼装置内のプレ ナム中に供給する工程と； （Ｃ）それぞれが内側部分と、入口端部と、出口端部とを有する供給管であって 、供給管の入口端部がプレナム内に配置され、供給管の出口端部がガス不透性バ リヤーから離れた位置にあるプロセッサー内のマトリックス床内に配置されるよ うに１個以上の供給管がガス不透性バリヤーを通して伸び、供給管の内側部分が 耐熱性材料を含むことから成る１個以上の供給管を通して、プロセスガスをプレ ナムから導く工程と； （ｄ）１個以上の供給管の出口端部からマトリックス床を通してプロセッサー出 口にプロセスガスを導き、これによってプロセスガスをマトリックス床内の燃焼 （ｅ）プロセスガス流路に沿ってマトリックス床の温度を監視又は測定し、それ に応じてマトリックス床内の燃焼波の位置を制御する工程を含む方法。

３、マトリックス床内の燃焼波の位置を制御する工程がマトリックス床への空気 又は酸素の供給量を調節することによって、又はマド１ルツクス床への補充燃料 の供給量を調節することによって、又はマトリ・ツクス床を冷却もしくは加熱す る調節することによって達成される請求項１又は２に記載の方法。

５、プロセスガスをマトリックス床に供給する前に、空気、酸素もしくは補充燃 料、又は両者をプロセスガスと混合する工程をさらに含む請求項１又は２１こ記 載の方法。

６、燃焼波に入るガス混合物の算出速度が、標準温圧の条件に調整して、マトリ ックス床が存在しない同じ条件におけるガス混合物の層状又は撹流燃焼速度より も大きいように、燃焼波をプロセスガス供給流量において制御する請求頂上呂に 記載の方法。

９　マトリックス床の温度が燃焼波中で約１４００°Ｆ（７６０℃）〜約３５０ ０°Ｆ　（１９２５℃）の間に維持される請求項よ又はλに記載の方法。

１０、酸化されたガスが約４０容量ｐｐｍ未満のＮＯ，含量を有し、−酸イし炭 素含量が、乾量基準で、３％酸素に調節して、約１０容量ｐｐｍ未膚である請求 項化する組成、プロセッサーの入口における間欠的に変化する温度、又１よ間欠 的（こ変化する流量を有する請求項よ又はλに記載の方法。

１２　さらに次の工程。

（ｉ）プロセッサーとマトリックス床の一部とを通過する熱交換管を設置する工 程と；　。

（ｎ）流体が該層を通過する際にマトリックス床からの熱伝達によって熱エネル ギーを得るように、流体を該層を通して循環させる工程とを含む請求項１又はｌ に記載の方法。

１１３、燃焼生成物がプロセッサー出口から燃焼装置を出る前に、１個以上の供 給管の外側部分に沿って向流式に流れるように、プロセッサー出口がマトリック ス床からの出口として配置される請求項２記載の方法。

１４、ガスをマトリックス床中に導入する前にガスを混合する工程をさらに含む 請求頂上又はｌに記載の方法。

１５、耐熱性材料がセラミック球、セラミックサドル、セラミックボールリング 、セラミラクララシピリング、セラミックフオーム、セラミックウール、金属フ ォ用、マトリックス床が種々なサイズの耐熱性材料を含む請求項２記載の方法。

（ａ）流入プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するプロセッ サー： （ｅ）プロセッサー人口とプロセッサー内のマトリックス床との間に配置された ブレナム： （ｄ）マトリックス床の温度を感知する熱電対；（ｅ）コントロール空気、酸素 又は補充燃料のための前記プロセッサーへの１個以上の入口； （ｆ）コントロール空気、酸素又は補充燃料の流量を調節するための手段；及び （ｇ）プロセスガスの流量を調節するための手段を含む無炎燃焼装置。

（ａ）プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するブロモ・ソサ ー；（Ｃ）プロセッサー人口とプロセッサー内のマトリックス床との間に配置さ れたブレナム。

（ｄ）マトリックス床をブレナムから分離するガス不透性バリヤー；（ｅ）１個 以上の供給管の入口端部がマトリックス床内に位置され、１個以上の供給管の内 側部分が耐熱性材料を含むように、バリヤーを通って伸びる、内側部分と入口端 部と出口端部とを有する１層以上の供給管；を含む無炎燃焼装置。

コントロール空気、酸素又は補充燃料の流量を調節するための手段；を含む無炎 燃焼装置。

２１、熱電対からの入力を受容して、それに応じて、コントロール空気、酸素も しくは補充燃料の流量調節手段又はプロセスガスの流量調節手段を制御するため ２３　マトリックス床を加熱するための予熱器をさらに含む請求項１旦又はλ旦 に記載の燃焼装置。

２４、燃焼生成物がプロセッサー出口から燃焼装置を出る前に、１個以上の供給 管の外側部分に沿って向流式に流れるように、プロセッサー出口がマトリックス （ａ）プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するブロモ・ソサ ーー（ｂ）充填された耐熱性材料のマトリックス床と空隙スペースとを含むプロ セッサ一部分； （Ｃ）プロセスガスがマトリックス床を通って流れる前にプロセスガスを混合し 、分配するための手段； （ｄ）マトリックス床の温度を感知する手段；（ｅ）空気、酸素又は補充燃料を プロセスガスと混合するための手段；（ｆ）マトリックス床を加熱又は冷却する ための手段：及び（ｇ）温度感知手段からの入力を受容して、それに応じて、空 気、酸素もしくは補充燃料の混合手段又はマトリックス床の加熱もしくは冷却手 段を制御するためのプロセス制御手段 を含む無炎燃焼装置。

セラミラクララシピリング、セラミックフオーム、セラミ・ツクウール、金属フ オーム又は金属ウールを含む請求頂上旦、赳又はλ旦に記載の燃焼装置。

２９、マトリックス床が少なくとも２層の耐熱性材料を含み、該層が異なるサイ ズの耐熱性材料から構成される請求頂上旦、λ旦又はλ互に記載の燃焼装置。

手続補正書 平成　６年　３月／＾

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．無炎燃焼装置の耐熱性材料マトリックス床内でのプロセスガスの発熱燃焼方 法において、 （ａ）マトリックス床の一部をプロセスガスの自己引火温度より高温に加熱する 工程と； （ｂ）プロセスガスを燃焼装置内のプレナム中に供給する工程と；（ｃ）プロセ スガスをプレナムから耐熱性材料マトリックス床中に導き、それによってプロセ スガスをマトリックス床内の燃焼波内で酸化する工程と；（ｄ）マトリックス床 内の燃焼波の位置を制御する工程とを含む方法。
2. ２．無炎燃焼装置の耐熱性材料マトリックス床内でのプロセスガスの発熱燃焼方 法において、 （ａ）マトリックス床の一部をプロセスガスの自己引火温度より高温に加熱する 工程と； （ｂ）プロセスガスを燃焼装置のプロセッサー入口を通して、燃焼装置内のプレ ナム中に供給する工程と； （ｃ）それぞれが内側部分と、入口端部と、出口端部とを有する供給管であって 、供給管の入口端部がプレナム内に配置され、供給管の出口端部がマトリックス 床内に配置されるように１個以上の供給管がガス不透性バリヤーを通して伸び、 供給管の内側部分が耐熱性材料を含むことから成る１個以上の供給管を通して、 プロセスガスをプレナムから導く工程と；（ｄ）１個以上の供給管の出口端部か らマトリックス床を通してプロセッサー出口にプロセスガスを導き、これによっ てプロセスガスをマトリックス床内の燃焼波内で酸化し、プロセスガスを１個以 上の供給管内でその燃焼前にマトリックス床内での燃焼プロセス中に生ずる熱エ ネルギーによって回収的に加熱する工程と（ｅ）マトリックス床内の燃焼波の位 置を制御する工程とを含む方法。
3. ３．プロセスガス流路に沿ってマトリックス床の温度を監視し、それに応じてマ トリックス床内の燃焼波の位置を制御する工程をさらに含む請求項１又は２に記 載の方法。
4. ４．マトリックス床内の燃焼波の位置を制御する工程がマトリックス床への空気 又は酸素の供給量を調節することによって、又はマトリックス床への補充燃料の 供給量を調節することによって、又はマトリックス床を冷却もしくは加熱するこ とによって達成される請求項３記載の方法。
5. ５．マトリックス床内の燃焼波の位置を制御する工程がプロセスガスの流量を調 節することによって達成される請求項３記載の方法。
6. ６．プロセスガスをマトリックス床に供給する前に、空気、酸素もしくは補充燃 料、又は両者をプロセスガスと混合する工程をさらに含む請求項３記載の方法。
7. ７．燃焼波に入るガス混合物の算出速度が、標準温圧の条件に調整して、マトリ ックス床が存在しない同じ条件におけるガス混合物の層状又は撹流燃焼速度より も大きいように、燃焼波をプロセスガス供給流量において制御する請求項３又は ６に記載の方法。
8. ８．マトリックス床に入るガス混合物の組成がガスの爆発限界外である請求項３ 又は６に記載の方法。
9. ９．燃焼波の長さが約２〜約１６インチ（５〜１４ｃｍ）である請求項３又は６ に記載の方法。
10. １０．マトリックス床の温度が燃焼波中で約１４００°Ｆ（７６０℃）〜約３５ ００°Ｆ（１９２５℃）の間に維持される請求項３又は６に記載の方法。
11. １１．酸化されたガスが約４０容量ｐｐｍ未満のＮＯｘ含量を有し、一酸化炭素 含量が、乾量基準で、３％酸素に調節して、約１０容量ｐｐｍ未満である請求項 ３又は６に記載の方法。
12. １２．マトリックス床中に導入されるガス混合物が１種以上の成分の間欠的に変 化する組成、プロセッサーの入口における間欠的に変化する温度、又は間欠的に 変化する流量を有する請求項３又は６に記載の方法。
13. １３．さらに次の工程： （ｉ）プロセッサーとマトリックス床の一部とを通過する熱交換管を設ける工程 と： （ｉｉ）流体が該管を通過する際にマトリックス床からの熱伝達によって熱エネ ルギーを得るように、流体を該管を通して循環させる工程とを含む請求項３又は ６に記載の方法。
14. １４．燃焼生成物がプロセッサー出口から燃焼装置を出る前に、１個以上の供給 管の外側部分に沿って向流式に流れるように、プロセッサー出口がマトリックス 床からの出口として配置される請求項２記載の方法。
15. １５．ガスをマトリックス床中に導入する前にガスを混合する工程をさらに含む 請求項３又は６に記載の方法。
16. １６．耐熱性材料がセラミック球、セラミックサドル、セラミックポールリング 、セラミックラッシヒリング、セラミックフォーム、セラミックウール、金属フ ォーム又は金属ウールを含む請求項３又は６に記載の方法。
17. １７．マトリックス床が種々なサイズの耐熱性材料を含む請求項１６記載の方法 。
18. １８．マトリックス床が少なくとも２層の耐熱性材料を含み、該層が異なるサイ ズの耐熱性材料から構成される請求項１６記載の方法。
19. １９．下記要素： （ａ）流入プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するプロセッ サー； （ｂ）耐熱性材料のマトリックス床と空隙スペースとを含むプロセッサー部分； （ｃ）プロセッサー入口とプロセッサー内のマトリックス床との間に配置された プレナム； （ｄ）マトリックス床の温度を感知する熱電対；（ｅ）コントロール空気、酸素 又は補充燃料のための前記プロセッサーへの１個以上の入口； （ｆ）コントロール空気、酸素又は補充燃料の流量を調節するための手段；及び （ｇ）プロセスガスの流量を調節するための手段を含む無炎燃焼装置。
20. ２０．下記要素： （ａ）プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するプロセッサー （ｂ）耐熱性材料を含むマトリックス床と空隙スペースとを含むプロセッサー部 分； （ｃ）プロセッサー入口とプロセッサー内のマトリックス床との間に配置された プレナム； （ｄ）マトリックス床をプレナムから分離するガス不透性バリヤー；及び（ｅ） １個以上の供給管の入口端部がプレナム中に配置され、１個以上の供給管の出口 端部がマトリックス床内に配置され、１個以上の供給管の内側部分が耐熱性材料 を含むように、バリヤーを通って伸びる、内側部分と入口端部と出口端部とを有 する１個以上の供給管 を含む無炎燃焼装置。
21. ２１．さらに下記要素： （ｉ）マトリックス床の温度を感知するための熱電対；（ｉｉ）コントロール空 気、酸素又は補充燃料のための１個以上の入口；（ｉｉｉ）コントロール空気、 酸素又は補充燃料の流量を調節するための手段；及び（ｉｖ）プロセスガスの流 量を調節するための手段を含む無炎燃焼装置。
22. ２２．熱電対からの入力を受容して、それに応じて、コントロール空気、酸素も しくは補充燃料の流量調節手段又はプロセスガスの流量調節手段を制御するため の制御系をさらに含む請求項１９又は２１に記載の燃焼装置。
23. ２３．供給管の間隔対直径比が１．５〜５である請求項２１記載の燃焼装置。
24. ２４．マトリックス床を加熱するための予熱器をさらに含む請求項１９又は２１ に記載の燃焼装置。
25. ２５．燃焼生成物がプロセッサー出口から燃焼装置を出る前に、１個以上の供給 管の外側部分に沿って向流式に流れるように、プロセッサー出口がマトリックス 床からの出口として配置される請求項２１又は２３に記載の燃焼装置。
26. ２６．下記要素： （ａ）プロセスガスの入口と、反応ガス状生成物の出口とを有するプロセッサー （ｂ）耐熱性材料を含むマトリックス床と空隙スペースとを含むプロセッサー部 分； （ｃ）プロセスガスがマトリックス床を通って流れる前にプロセスガスを混合し 、分配するための手段； （ｄ）マトリックス床の温度を感知する手段；（ｅ）空気、酸素又は補充燃料を プロセスガスと混合するための手段；（ｆ）マトリックス床を加熱又は冷却する ための手段；及び（ｇ）温度感知手段からの入力を受容して、それに応じて、空 気、酸素もしくは補充燃料の混合手段又はマトリックス床の加熱もしくは冷却手 段を制御するためのプロセス制御手段 を含む無炎燃焼装置。
27. ２７．プロセスガスの流量を制御する手段をさらに含み、プロセス制御手段がこ のプロセスガス流量制御手段をも制御する請求項２６記載の燃焼装置。
28. ２８．マトリックス床を予熱するための手段をさらに含む請求項２６記載の装置 。
29. ２９．耐熱性材料がセラミック球、セラミックサドル、セラミックポールリング 、セラミックラッシヒリング、セラミックフォーム、セラミックウール、金属フ ォーム又は金属ウールを含む請求項１９、２１、２５又は２６のいずれかに記載 の燃焼装置。
30. ３０．マトリックス床が少なくとも２層の耐熱性材料を含み、該層が異なるサイ ズの耐熱性材料から構成される請求項１９、２１、２５又は２６のいずれかに記 載の燃焼装置。
31. ３１．プロセッサーと、マトリックス床の一部とを通って伸びる熱交換管をさら に含む請求項１９、 ２１、２５又は２６のいずれかに記載の燃焼装置。