特許 5923505 高圧および高温で燃料を燃焼するための装置ならびに関連システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5923505

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月24日

(54)【発明の名称】高圧および高温で燃料を燃焼するための装置ならびに関連システム

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/30 20060101AFI20160510BHJP

   F02C 3/22 20060101ALI20160510BHJP

   F02C 3/24 20060101ALI20160510BHJP

   F02C 3/26 20060101ALI20160510BHJP

   F02C 3/28 20060101ALI20160510BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20160510BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20160510BHJP

【ＦＩ】

   F02C3/30 D

   F02C3/22

   F02C3/24

   F02C3/26

   F02C3/28

   F02C3/30 Z

   F02C6/00 B

   F02C7/22 A

【請求項の数】25

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2013-527190(P2013-527190)

(86)(22)【出願日】2011年8月30日

(65)【公表番号】特表2013-536917(P2013-536917A)

(43)【公表日】2013年9月26日

(86)【国際出願番号】US2011049727

(87)【国際公開番号】WO2012030820

(87)【国際公開日】20120308

【審査請求日】2014年8月27日

(31)【優先権主張番号】13/220,439

(32)【優先日】2011年8月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/510,356

(32)【優先日】2011年7月21日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】12/872,364

(32)【優先日】2010年8月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511204522

【氏名又は名称】パルマー ラボ，エルエルシー

(73)【特許権者】

【識別番号】312000387

【氏名又は名称】８ リバーズ キャピタル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(72)【発明者】

【氏名】パルマー，マイルズ アール

(72)【発明者】

【氏名】アラム，ロドニー ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ブラウン，グレン，ウィリアム，ジュニア．

(72)【発明者】

【氏名】フェットベット，ジェレミー エロン

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５１９９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３６５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０７６４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０９６１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９０８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１９８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５４５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４４８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１７８２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４１６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０７３００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１１１０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ１／００−１１／２４

Ｆ０２Ｃ１／００−９／５８

Ｆ０２Ｋ１／００−９９／００

Ｆ２３Ｃ９／０８

１３／００−１３／０８

９９／００

Ｆ２３Ｄ１／００−１／０６

１４／００−１４／１８

１４／２６−９９／００

Ｆ２３Ｇ５／０２

５／０３３−５／１８

５／４４−５／４８

７／０６−７／０８

Ｆ２３Ｊ７／００

Ｆ２３Ｋ１／００−３／２２

Ｆ２３Ｌ７／００

Ｆ２３Ｒ３／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料混合物を形成するために炭素質燃料を濃縮酸素および作動流体と混合するように構成される混合装置と、
対向する出口部分から長手方向に相隔たる入口部分を有する燃焼室を画定する燃焼器装置であって、前記入口部分が、燃焼生成物を形成するために燃焼温度で前記燃焼室内部での燃焼のために前記燃料混合物を受け取るように構成され、前記燃焼室が前記出口部分に向かって長手方向に前記燃焼生成物を導くようにさらに構成され、前記燃焼器装置が、
圧力抑制部材と、
前記燃焼室を少なくとも部分的に画定し、前記圧力抑制部材によって少なくとも部分的に取り囲まれる多孔性の蒸散部材であって、前記多孔性蒸散部材は、そこを通ってその周縁の周りでらせん状におよび前記入口部分と前記出口部分との間で長手方向に、蒸散物質を前記燃焼室の中に流れ込むように一様に導くように構成され、前記蒸散物質は、二酸化炭素を備えかつ前記燃焼室内部で前記多孔性蒸散部材にすぐ隣接してバッファ層を形成し、前記多孔性蒸散部材と液化不燃性汚染物質との間の相互作用、および前記燃焼生成物と関連する熱を緩衝し、前記蒸散物質は、前記燃焼生成物との流出混合物を形成して、前記燃焼室の出口部分の周りの温度を調整する、蒸散部材と、
を備える燃焼器装置と、
を備える、装置。

【請求項2】

前記混合装置が、固形炭素質燃料、液状炭素質燃料、および気体炭素質燃料の内の１つを、前記濃縮酸素および前記作動流体と混合するようにさらに構成され、前記作動流体が、二酸化炭素および水の内の１つを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記混合装置が、粒子状固体炭素質燃料を備える前記炭素質燃料を、水および液体ＣＯ_２の内の１つを備える流動化物質と混合して、スラリーを形成するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記燃焼室が、前記燃焼室の入口部分で約４０バールと約５００バールとの間の圧力で前記燃料混合物を受け取るようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記混合装置から前記燃料混合物を受け取り、前記燃料混合物を前記燃焼室の入口部分の中に導くように構成されるバーナー装置であって、前記バーナー装置が前記燃焼室の中に導かれる前記燃料混合物の渦巻きを誘発するようにさらに構成される、バーナー装置、をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記バーナー装置が、それから前記燃焼室の中への前記燃料混合物の流出時に前記燃料混合物の渦巻きを誘発するように構成される、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記混合装置から前記燃料混合物を受け取り、前記燃料混合物の一様な線形流れを、前記燃焼室の入口部分の中に導くように構成されるバーナー装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記多孔性蒸散部材が、それを通して前記燃焼室の中にその周縁の周りで一様におよび前記入口部分と前記出口部分との間で長手方向に蒸散物質を導くように構成され、したがって前記蒸散物質は、前記多孔性蒸散部材の周縁に接線方向に、およびその周りでらせん状に流れるように導かれる、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記多孔性蒸散部材が、前記多孔性蒸散部材の周縁に接線方向に流れるように前記蒸散物質を導くために、それを通って前記燃焼室の中に導かれる前記蒸散物質に対してコアンダ効果を与えるように構成される、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記混合装置から前記燃料混合物を受け取り、前記蒸散物質のらせん状の流れに対向する方向で、または前記蒸散物質のらせん状の流れに一致する方向で、前記燃焼室の入口部分の中に前記燃料混合物を導くように構成されるバーナー装置をさらに備える、請求項８に記載の装置。

【請求項11】

前記混合装置から前記燃料混合物を受け取り、前記燃焼室の入口部分の中に前記燃料混合物の一様な線形流れを導くように構成されるバーナー装置であって、前記蒸散物質のらせん状の流れが、前記燃焼室内部で前記燃料混合物の渦巻きを誘発するように構成される、バーナー装置、をさらに備える、請求項８に記載の装置。

【請求項12】

前記燃焼室が、前記入口部分に向かって配置される燃焼部、および前記出口部分に向かって配置される事後燃焼部を含み、前記燃焼部内で前記燃料混合物の誘発された渦巻きに関して前記事後燃焼部内での前記燃焼生成物の誘発された渦巻きを逆転するために、前記事後燃焼部上での前記蒸散物質のらせん状の流れが前記燃焼部上の前記蒸散物質のらせん状の流れに対向するように、前記多孔性蒸散部材が構成される、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記入口部分と前記出口部分との間での前記燃料混合物および前記燃焼生成物の内の１つの誘発された渦巻きを交互に逆転するために、前記蒸散物質のらせん状の流れが少なくともその部分に沿って交互に逆転されるように前記多孔性蒸散部材が構成される、請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

前記多孔性蒸散部材が、それを通って延在する少なくとも１つの蒸散ポートをさらに含み、前記少なくとも１つの蒸散ポートが、その流量特性に影響を与えるために、前記燃料混合物および前記燃焼生成物の内の１つの中へ前記蒸散物質の補足的な線形流れを導くように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項15】

前記圧力抑制部材と関連付けられ、その温度を制御するように構成される除熱装置であって、前記除熱装置がその中で液体を循環させる伝熱ジャケットを備える、除熱装置、をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項16】

前記多孔性蒸散部材が孔を画定するようにさらに構成され、前記多孔性蒸散部材が前記孔を画定する前記多孔性蒸散部材の表面積に等しい累積孔面積をさらに有し、前記孔が相隔てられ、前記多孔性蒸散部材の回りでおよびその入口部分と前記出口部分との間で一様に分散される、請求項１に記載の装置。

【請求項17】

前記燃焼室から前記燃焼生成物を受け取るように構成される変換装置をさらに備え、前記変換装置が前記燃焼生成物に反応して、それと関連付けられるエネルギーを運動エネルギーに変換する、請求項１に記載の装置。

【請求項18】

前記炭素質燃料が固体であり、前記システムが、前記燃焼器装置と前記変換装置との間に配置される分離器装置をさらに備え、前記分離器装置が、前記燃焼生成物が前記変換装置に誘導される前に、それによって受け取られる前記燃焼生成物から液化不燃性汚染物質を除去するように構成される、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記蒸散物質は、前記多孔性蒸散部材を介して前記燃焼室の中に導入されるように構成され、前記燃焼室の中に前記蒸散物質を導いて、前記分離器装置に進入する前記燃焼生成物との混合物を形成し、前記不燃性汚染物質の液化温度を超える温度で前記混合物を調整するように構成される、請求項１８に記載の装置。

【請求項20】

前記分離装置に続いて配置され、前記変換装置に進入する前記蒸散物質および前記燃焼生成物の混合物の温度を調整するために、前記液化不燃性汚染物質をそこから除去させた前記燃焼生成物に、前記蒸散物質を送達するように構成される蒸散物質送達装置をさらに備える、請求項１９に記載の装置。

【請求項21】

前記分離器装置が、複数の直列に配列される遠心分離器装置をさらに備え、各遠心分離器装置が並列で動作可能に配列される複数の遠心分離器要素を有し、前記分離器装置によって前記燃焼生成物から除去される前記液化不燃性汚染物質が、前記分離器装置と関連付けられるサンプ内に除去可能に収集される、請求項１８に記載の装置。

【請求項22】

前記変換装置が、それと関連付けられる前記エネルギーを運動エネルギーに変換するために前記燃焼生成物に反応するように構成されるタービン装置、および前記運動エネルギーを電気に変換するように構成されるジェネレータ装置の内の１つを備える、請求項１７に記載の装置。

【請求項23】

前記多孔性蒸散部材が、それに関して直角に前記燃焼室の中に前記蒸散流体を導くように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項24】

前記混合装置が、前記燃焼室内に導かれ、かつ前記炭素質燃料および前記濃縮酸素を有する前記燃料混合物を形成する前記作動流体として、前記蒸散物質を受け取るように構成され、同様に、前記多孔性蒸散部材を介して導かれるよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項25】

前記作動流体として、前記混合装置、および前記蒸散物質として、前記蒸散部材の内の少なくとも１つに前記蒸散物質を供給するように構成される少なくとも１つの蒸散物質源をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、酸素の余剰分で酸化されるか、または還元成分を含有し、酸素含有量がゼロであるかのどちらかの燃焼生成物を生成するために、高圧および高温での酸素を用いて炭素質燃料を燃焼するための装置および方法を対象とする。１つの特定の用途は、作動流体を使用して電気等のエネルギーを生成して、燃料の高効率燃焼によって生成されるエネルギーを伝達することになるだろう。特に、かかる装置およびシステムは作動流体として二酸化炭素または蒸気を使用できる。別の態様では、装置およびシステムは水素および／または一酸化炭素を含有するガスを生成するために使用され得る。

【背景技術】

【0002】

化石燃料は次の１００年に渡って世界の所要電力の大半を提供し続けるだろう。一方、非炭素電源が開発され、配備されることが推定される。ただし、化石燃料または適切なバイオマスの燃焼による既知の発電方法は、上昇するエネルギー費および二酸化炭素（ＣＯ_２)および他の放出物の増加する生成によって苦難を強いられている。地球温暖化が、先進国および発展途上国による炭素放出物の増加による破滅的な結果をもたらす可能性があるという見方はますます強くなっている。太陽エネルギーおよび風力は近い時期に化石燃料に代わることができるとは考えられず、原子力は拡散と核廃棄物処理の両方に関連する危険を有している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

化石燃料または適切なバイオマスからの電力生産のための従来の装置は、隔離場所への送達のための高圧でのＣＯ_２回収の要件でますます負担をかけられている。ところが、現在の技術ではＣＯ_２回収のための最善の設計に対してさえ非常に低い熱効率しか実現されないので、この要件は達成するのが困難であることが判明してきている。さらに、ＣＯ_２回収を達成するための資本費用は高く、したがって大気中にＣＯ_２を放出するシステムに比較してはるかに高価な発電コストを生じさせることがある。その結果、ＣO_２排出量が削減される、および／または生成されたＣＯ_２の回収および隔離の容易さが改善される高効率発電用の装置および方法に対するニーズは、技術においてたえず高まりつつある

【0004】

炭素質燃料のオキシ燃料燃焼は、空気から実質的な純酸素を分離すること（またはそれ以外の場合、かかる実質的な純酸素を燃焼プロセスでの使用のために提供すること）および燃焼媒質として酸素を使用して実質的に窒素を含まず、二酸化炭素および水蒸気を含む燃焼生成物を生成することを必要とする。現在の技術の空気およびオキシ燃料の燃焼器は、限られた温度および圧力で動作して、燃焼器壁に対する、および／またはタービン翼等の他のシステム構成要素に対する過剰温度損傷を妨げる。いくつかの例では、運転温度および運転圧力を制限することが、望ましくなく燃焼プロセスを延長させる、および／または相対的に大きな燃焼量を必要とすることがある。さらに、燃焼プロセス、燃焼設計、および／または下流排ガス処理供給も、プロセスに活用される燃料のタイプに望ましくなく依存することがある。さらに、現在の技術での従来のボイラーシステムに適用される大量の燃焼ガス、およびこれらのガスの大気中への排出のため、汚染物質を排気煙突ガスから除去する現在の方法、および提案されているオキシ燃料燃焼システムは、プラントの詳細な設計、およびプラント内で燃焼される燃料の正確なタイプに高く依存している。各種燃料は、汚染物質の対照的な化学成分および化学量を有する。したがって、望ましくないことに、現在の技術は、特に特定の化学成分の特定のタイプの燃料に対処するためにプラントごとの排出ガススクラバーシステムまたはオキシ燃料燃焼改造が特注されることを必要とする。

【0005】

例として、石炭のための現在の技術は、一般に、高圧の蒸気が別の過熱器部分で生成され、過熱される垂直管状壁または螺旋状に構成された管状壁を装備した非常に大型の単一の燃焼器を活用する。大型燃焼器は多大な熱損失を経験することがあり、一般に、使用されている特定の石炭に応じて、石炭灰、スラグ、および燃焼ガス中のSO_ｘ、HCｌ、NO_ｘ等の腐食性成分から、バーナー、放射伝熱表面、および対流熱伝達表面、ならびにの他の成分の汚れだけではなく損傷にもさらされる。かかる例示的な欠点は、損傷を受けたパーツまたは腐食したパーツ、および／または他の構成要素を定期的な間隔で修理するまたは交換するために、プラント全体が停止されることを必要とする可能性があり、したがってプラントの可用性を下げ、ダウンタイムの間のプラントの生産高の損失を補償する上での望ましくない障害を生じさせる可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記のニーズおよび他のニーズは、１つの特定の態様に従って、燃料混合物を形成するために炭素質燃料を濃縮酸素および作動流体と混合するように構成される混合装置を含む、燃焼装置等の装置を提供する本開示の態様によって対処される。燃焼器装置は、対向する出口部分から長手方向に相隔たる入口部分を有する燃焼室を画定し、入口部分は、燃焼温度での燃焼室内部での燃焼のための燃焼混合物を受け入れて、燃焼生成物を形成するように構成される。燃焼室は、さらに出口方向に向かって長手方向に燃焼生成物を導くように構成される。燃焼器装置は、圧力抑制部材、および少なくとも部分的に燃焼室を画定し、少なくとも部分的に圧力抑制部材によって囲まれている多孔性の周界蒸散部材を含む。多孔性蒸散部材は、そこを通って燃焼室に向かって蒸散物質を実質的に均一に導くように構成され、したがって蒸散物質は、その周縁の回りでらせん状にかつ入口部分と出口部分との間で長手方向に流れるように導かれて、燃焼生成物と多孔性蒸散部材との間の相互作用を和らげる。いくつかの例では、蒸散物質の流れは、その周縁の回りで実質的に均一にかつ入口部分と出口部分との間で長手方向に多孔性蒸散部材によって燃焼室の中に導かれてよく、したがって蒸散物質は、多孔性蒸散部材の周縁に実質的に接線方向に、およびその回りでらせん状に流れるように導かれる。さらに、蒸散物質は燃焼室の中に導入されて、燃焼生成物の所望される出口温度を達成してよい。変換装置は、燃焼生成物を受け入れるように構成されてよく、変換装置は燃焼生成物に反応して、それと関連付けられる熱エネルギーを運動エネルギーに変換する。

【0007】

また、別の態様では、炭素質燃料（および／または炭化水素性燃料）のオキシ燃料燃焼が、空気から実質的な純酸素を分離すること（またはそれ以外の場合、かかる実質的な純酸素を提供すること）、および実質的に窒素を含まず、二酸化炭素および水蒸気を含む燃焼生成物を生成するために燃焼プロセスでそれを使用することを必要とすることもある。（冷却および水濃縮の後の）二酸化炭素が豊富な燃焼生成物は、次いで強化された石油回収または強化された天然ガス生産または（圧縮および精製に続く）適切な地理的な隔離場所での処理等の以後の商業的な使用に利用可能であってよい。オキシ燃料電力生産システムの高圧での運用は、燃料から導出される二酸化炭素を高圧で生産できるようにし、二酸化炭素を加圧する必要性を削減する、または排除することによって省力化につながる。さらに、高圧運用は、ＣＯ_２または蒸気等の適切な加熱された作動流体と混合されるときに、精製された燃焼生成物を直接的に動力サイクルで使用できるようにし得る。高圧での電力システムの動作は、動力サイクルでの容積測定流体の流量を削減させ、より小型の装置およびより低い資本費用につながる可能性もある。温度制御のための備えのある高圧オキシ燃料燃焼器は、別の重要な態様である。また、燃焼室／空間の、蒸散によって冷却され、保護された壁を通した燃焼生成物ガスまたは二酸化炭素または液体水または（リサイクル蒸気からの）蒸気等の適切な流体の循環は、燃焼温度を制御するために役立つこともある。蒸散物質の燃焼室壁を通る流れも、熱起因するチャンバ壁に対する損傷および／またはチャンバ壁上での蓄積、または灰もしくは液体スラグの衝突影響にを排除するために役立つことがある。したがって、さまざまな気体燃料、液体燃料、もしくは固形燃料または燃料混合物を燃焼して、現在の技術よりも著しくより高い効率および低い資本費用で動作できる電力システムの一部として多様な要件を満たすように適応できる効率的な高圧、高温燃焼器が提供される。いくつかの例では、燃焼器は、電力生産以外に、下流の要件に利用可能になる水素および一酸化炭素を含む燃焼生成物を生成するために動作されてよい。

【0008】

さらに追加の態様では、本開示は、たとえば作動流体としてＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏのどちらかを使用する発電サイクルと組み合わせてのように、発電で使用するための高圧、高温、高効率の、蒸散流体が保護されたオキシ燃料燃焼器と関連付けられる方法および装置を概して提供する。かかる用途では、燃焼器は、それによって生成される燃焼生成物が約５００
ｐｐｍと約３％モルの間の範囲の酸素濃度、および約５０ ｐｐｍ未満、好ましくは約１０ ｐｐｍモル未満の一酸化炭素濃度を含む酸化モードで動作することができる。別の態様では、燃焼器は、それによって生成される燃焼生成物がほぼゼロの酸素濃度を有し、燃焼生成物がＣＯおよびＨ_２の濃度を含む還元モードで動作できる。還元モードでの動作は、Ｈ_２およびＣＯの生成を最大限にし、Ｏ_２の消費を最小限にするように構成できる。還元動作モードは、電力生産にとってだけではなく、Ｈ_２またはＨ_２＋ＣＯ合成ガスの生成にも有益である場合がある。特定の態様では、動作圧力は約４０バールと約５００バールとの間の範囲内にあってよく、好ましくは少なくとも８０バールであってよく、燃焼生成物温度は、一般に約４００℃と約３５００℃との間の範囲内にあってよい。

【0009】

電力生産を必要とする態様では、作動流体の一部が、燃焼のために燃料およびオキシダント（つまり、濃縮酸素）とともに燃焼器の内部に導入され、したがって作動流体および燃焼生成物を含む高圧、高温の流体流れ（燃焼生成物）が生成される。作動流体は、燃焼室の蒸散で保護された壁を通して、および／または燃焼室の回りの追加の噴射点を通して導入できる。燃焼プロセスに続き、蒸散を通して燃焼生成物と混合する作動流体は、タービン等の発電装置の中に直接的に導入するために適した（つまり十分に低い）範囲の温度を有することがある。かかる事例では、燃焼生成物に対する希釈剤として燃焼器の中に導入される作動流体の総量は、運転入口温度および出力タービンの圧力に適した燃焼器を離れる総作動流体流れの流出温度を提供するために調整されてよい。有利なことに、流体流れは、タービン全体での圧力比（つまり、タービンの入口での圧力対出口での圧力の比）が約１２未満になるように、タービン内での膨張の間に相対的に高圧で維持されてよい。また、流体流れは流体流れの構成要素を分離するためにさらに処理することもでき、かかる処理は、流体流れに熱交換器を通過させることを含むことがある。特に、（少なくとも一部が流体の流れからリサイクルされ得る）膨張した作動流体は、燃焼器の中に同を導入する前に高圧作動流体を加熱するために同じ熱交換器を通過させることができる。一定の態様では、開示は、低い資本費用で高効率で電力を生産することができ、商業用途または隔離用のパイプライン圧力で実質的に純粋なＣＯ_２を生産することもできる電力生産システムに高圧オキシ燃料燃焼器を提供する。ＣＯ_２は、電力生産システムにリサイクルされてもよい。

【0010】

他の態様では、開示されている燃焼システムおよび方法は、さまざまな燃料源を使用するように構成されてよい。たとえば、本開示にかかる高効率燃焼器は、気体（たとえば、天然ガスまたは石炭由来ガス）燃料、液体（たとえば、炭化水素、瀝青）燃料、および／または固形（たとえば、石炭、褐炭、石油コークス）燃料を使用してよい。藻類、バイオマス、または他の任意の適切な可燃性有機物等の別段に本書に説明される他の燃料も使用できるだろう。

【0011】

他の態様では、本開示の方法およびシステムは、パイプライン圧力でのＣＯ_２回収を行う電力システムと組み合わせられるときに、ＣＯ_２の回収に備えない現在の石炭燃焼蒸気サイクル発電所の最良効率を超えることがあるという点で有用である場合がある。かかる現在の発電所は、瀝青炭を使用して１．７インチ水銀濃縮器圧力で、たとえばせいぜい約４５％の効率（Ｌ．Ｈ．Ｖ．）を提供できる。本システムの態様は、たとえば２００バール圧力でＣＯ_２を送達している間に、かかる効率を超えることがある。

【0012】

さらに別の態様では、本開示は、類似する燃料を使用する現在の技術に比較して、発電システムの物理的な規模および資本費用を削減する能力を提供し得る。したがって、本開示の方法およびシステムは、電力生産システムに関連する建設費の大幅な削減に貢献、またはそれ以外の場合促進することができ、一定のシステム組合せの相対的に高い効率は、化石燃料の使用削減だけではなく、電気またはエネルギーの生産費用削減にもつながることがある。

【0013】

１つの特定の態様では、本開示は、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏ等の作動流体の使用を組み込む発電方法を対象にしている。いくつかの態様では、方法は、加熱され、圧縮されたＣＯ_２および／または過熱された蒸気を燃料燃焼器の中に導入することを含んでよい。好ましくは、ＣＯ_２および／または蒸気は、少なくとも約８０バールの圧力で動作する燃焼器の中に導入できる。ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏは、２箇所以上の別々の場所にある燃焼器の中に導入できる。ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏの部分は、燃焼室内部の燃焼温度が燃焼器にとって所望される設計値に基づいて決定できるように、Ｏ_２、および固形燃料、液体燃料、気体燃料、または超臨界燃料と混合できる。加熱されたＣＯ_２および／または過熱された蒸気の残りは、次いで燃焼室の中に導入されて、それとの直接的な混合によって燃焼生成物を冷却し、電力生産システムによって必要とされることがある約４００℃と約３５００℃との間の所望される総流出流体流れ温度を達成する。かかる条件下では、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏは、燃料の燃焼から生じる燃焼ガスと、つまり８５％モルを超える純度での酸素等のオキシダントと混合し、所望される温度でＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏを含む流体流れを生成できる。特定の態様では、流出流体蒸気温度は、約４００℃と約３５００℃との間の範囲内にあってよい。他の態様では、流出流体流れは、発電する（つまり、タービンに与えられるエネルギーを介して電気を発生させる）ためにタービン全体で膨張してよい。

【0014】

一定の態様では、燃焼器の中への導入以前になおさらに高い温度に作動流体を加熱することが有用なことがある。たとえば、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏは、燃焼器の内部への導入前に少なくとも約２００℃から約７００℃の間の温度に加熱されてよい。他の態様では、たとえば、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏは、燃焼器の中への導入前に約７００℃と約１０００℃との間の温度に加熱されてよい。いくつかの態様では、かかる加熱は、熱交換器装置を使用して実施できる。さらに本書で開示されるように、発電タービンを出る流体流れを冷却するために同じ熱交換器が使用されてよい。

【0015】

同様に、燃焼器は、電力生産サイクルにおいて非常に高い効率を達成できる作動流体を生成するためにより高圧で有用に動作されてよい。たとえば、燃焼器および作動流体ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏの導入された部分は、少なくとも約２００バールに加圧されてよい。他の態様では、圧力は約２００バールと約５００バールとの間であってよい。

【0016】

一定の態様では、燃焼器の中に導入される作動流体の部分は、作動流体内のどのような含水量も燃料から生じるように実質的に純粋なＣＯ_２のリサイクルされた流れであることがある。言うまでもなく、外部源からのＣＯ_２は作動流体として使用できるだろう。

【0017】

燃焼器から出る流体流れは、燃料または燃焼プロセスに由来する燃焼の生成物等の１つまたは複数の他の構成要素だけではなく、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏ作動流体も含んでよい。流出する流体の流れは、約３００
ｐｐｍと約３％モルとの間の範囲内の余分な酸素を加えた、Ｈ_２Ｏ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｈｇ、ＨＣｌ等の構成要素を含むことがある。他の態様では、流出する流体流れは、Ｈ_２およびＣＯの少なくとも変化する部分を含有し、実質的にゼロのＯ_２含有量を有することがある。

【0018】

燃焼器は、作動流体の一部が加えられた酸素が加えられた燃料がそれを通して燃焼器の中に導入され、燃焼が開始され、通常設計容量の約５０％と約１００％との間である所望される燃料流量範囲で酸化モードまたは還元モードのどちらかで燃焼が安定的に行われる入口ノズル装置を含んでよい。一定の態様では、運転圧力は約１５０バールを超えてよく、この圧力で、酸素はＣＯ_２、および天然ガスのような燃料、または炭化水素蒸留液等の液体との単相混合物として導入され、必要とされる断熱火炎温度を達成できる。この高圧でのＣＯ_２が約１００℃未満の温度である場合、ＣＯ_２の密度は、微粉炭のかなりの部分をサポートして、スラリーを形成するために使用されるほど十分に高く、スラリーは、次いで管内の必要とされる燃焼圧力および流量まで、ならびにＣＯ_２および酸素の超臨界混合物が添加されて、燃焼器内の必須断熱火炎温度を達成する混合点まで高圧ポンプによって注入できる。望ましくは、事前に混合された燃料、希釈剤ＣＯ_２、および酸素は、システムの自動点火温度未満である結合温度であるべきである。ＣＯ_２流れの温度は、この基準を満たすために調整されてよい。入口ノズルは、噴射器プレート内に一列の穴を含むことがあり、穴のそれぞれは、急激な伝熱および燃焼を生じさせる流体の細かい噴流を作り出し、それによって安定した燃焼ゾーンを作り出す。穴のサイズは、直径約０．５ｍｍと約３ｍｍの間の範囲となることがある。

【0019】

燃焼室の壁は多孔材の層で裏打ちされてよく、ＣＯ_２および／またはH_２O希釈剤流れの第２の部分が層を通して導かれ、流れる。この多孔性の蒸散層を通り、任意選択で追加の設備を通る流体の流れは、約４００℃と約３５００℃との間の必須総流出流体流れ出口温度を達成するように構成される。この流れは、蒸散部材を形成する材料の最大許容操作温度未満の温度に蒸散部材を冷却する働きをしてもよい。ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏ希釈液流れ等の蒸散物質は、あらゆる液状灰物質もしくは固形灰物質、または壁を腐食する、汚す、またはそれ以外の場合損傷を与える可能性がある燃料中の他の汚染物質の衝突を防止する働きをしてもよい。かかる事例では、入射放射熱が、多孔性蒸散部材を通って外向きに放射状に伝導され、次いで多孔層構造の表面から、蒸散層を通って内向きに放射状に通る流体への対流熱伝達によって遮断されるように、妥当な（低い）熱伝導性の蒸散部材のための材料を使用することが望ましいことがある。かかる構成は、同時に多孔性蒸散部材の温度をそのために使用される材料の設計範囲内に維持しながら、蒸散部材を通して導かれる希釈剤流れの以後の部分を、約５００℃と約１０００℃との間の範囲内の温度まで加熱できるようにする。多孔性蒸散部材の適切な材料は、たとえば多孔質セラミックス、耐火金属繊維マット、穴あけ円筒部、および／または焼結金属層もしくは焼結金属粉末を含んでよい。蒸散部材の第２の機能は、燃焼器に沿って長手方向にだけではなく、希釈剤蒸散部材の実質的にさらに放射状に内向きの流れも保証して、燃焼室の長さに沿ったさらに軸に沿った流れを促進しつつ、希釈剤流れの第２の部分と燃焼生成物との間の優れた混合を達成することであってよい。蒸散部材の第３の機能は、蒸散層の表面に対するバッファを提供すること、またはそれ以外の場合、燃焼生成物の中の灰または他の汚染物質の固体粒子および／または液体粒子が、蒸散層の表面に衝突して、閉塞または他の損傷を引き起こすのを妨害するように、放射状に内向きの希釈剤流体の速度を達成することである。かかる要因は、残留する不活性で不燃性の残渣を有する、たとえば石炭等の燃料を燃焼するときだけに重要である場合がある。蒸散部材を取り囲む燃焼圧力容器の内側壁も断熱されて、燃焼器内部で高温の第２の希釈液の流れを隔離してもよい。

【0020】

不燃性残差のある石炭または他の燃料は、水に入れられたスラリー、つまり好ましくは液状ＣＯ_２に入れられたスラリーとして燃焼器の中に導入されてよい。スラリーの液状部分は、発電サイクルでほぼ周囲温度かつ最低圧力でパワーシステムを離れる。スラリー入口状態とガス出口状態との間のモル毎のエンタルピーの差は、かかる事例では、Ｈ_２Ｏの場合には約１０ｋｃａｌ／ｇｍ−ｍｏｌ、およびＣＯ_２の場合には約２．７８ｋｃａｌ／ｇｍ−ｍｏｌであってよく、ＣＯ_２スラリー化流体のための著しく高い効率を提供する。ＣＯ_２を作動流体として用いる高圧発電サイクルでは、約‐３０℃と約１０℃との間の範囲の温度で液状ＣＯ_２を生成するためにほとんど追加エネルギーは必要とされない。

【0021】

不燃性残差を生じさせる燃料、一般に石炭のような固体の燃焼温度は、好ましくは約１８００℃と約３０００℃の間の範囲にある。かかる状態では、灰または他の汚染物質は、スラリー燃料供給内の燃料粒子から生じる液状スラグ液滴の形をとる。これらの液状スラグ液滴は、出力タービンまたは他の下流プロセスの汚染を妨げるために効率よく除去されなければならない。除去は、たとえばサイクロン分離器、衝突分離装置、もしくは環状構成内に配列される勾配耐火粒状ろ材の台、またはその組合せを使用して達成されてよい。特定の態様では、液滴は、一連のサイクロン分離機によって高温作動流体流れから取り除かれてよい。効率的な除去を達成するために、直列の好ましくは少なくとも２台、および好ましくは３台のサイクロン分離器がある。除去効率は多くの要因によって強化され得る。たとえば、除去温度は、スラグ粘度が分離器から自由に流れ出る液状スラグを取り除くほど十分に低いことを保証するために調整できる。燃焼温度と最終流出流体流れ温度との間の中間温度でスラグ除去を実施することが必要な場合もある。かかる場合、最終流出流体流れ出口温度は、スラグ除去システムを離れる流体流れとリサイクルされた作動流体（蒸散物質）の一部を直接的に混合することによって達成されてよい。サイクロン分離器の直径は、望ましくは相対的に低く（つまり、直径約２０ｃｍと約５０ｃｍとの間の範囲内に）なるべきである。一方、スラグ液滴の直径は、良好な分離効率を提供するほど十分に高くあるべきである。かかる状態は、たとえば石炭燃料を研削して、＞５０ミクロンの粒径の高部分を達成することによって達成されてよい。石炭は、好ましくは、平均粒子直径が約５０ミクロンと約１００ミクロンとの間に粒子化され、その結果、流出作動流体の流れの中に直径１０ミクロン未満のスラグ粒子の最小部分が存在することになる場合がある。いくつかの事例では、サイクロン分離器の後に、タービンのすぐ上流に配置される環状フィルタが続くことがある。

【0022】

特定の態様では、システム内の燃焼生成物の残留時間は、天然ガスの場合０．２秒から２秒、瀝青炭の場合０．４秒から４秒の範囲となることがある。

【0023】

燃焼器を出る流体流れは、さまざまな異なる特性を示す。たとえば、流体流れは、酸化流体を含んでよい。したがって、流体流れは、オキシダント（たとえば、Ｏ_２）の添加によって急激に酸化（たとえば、燃焼）されてよい。いくつかの態様では、流体流れは、Ｈ_２、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２Ｓおよびその組合せから成るグループから選択される１つまたは複数の成分を含む還元流体であってよい。還元モードでのシステムの動作は、一般に、二次希釈剤の割合が、Ｈ_２｜ＣＯに変換される燃料の部分が増加するにつれて漸次的に還元される点を除き、酸化モードに類似する。Ｈ_２＋ＣＯへの変換が最大まで増加するにつれて、天然ガス燃料の場合約２．５秒と約４．５秒との間の範囲まで、および瀝青炭の場合約６秒と約１０秒との間の範囲まで燃焼生成物のための平均滞留時間を増加することが必要となることもある。

【0024】

上記の態様および他の態様は、したがって識別されたニーズに対応し、それ以外に本書に詳説される優位点を提供する。

【0025】

本開示は、一般的な言葉でこのようにして説明されてきたが、ここで、必ずしも原寸に比例して描かれていない添付図面が参照される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本開示の一定の態様にかかる、蒸散冷却式燃焼器装置の概略図である。

【図1A】本開示の一定の態様にかかる、燃焼室の長さに沿った燃焼器温度プロファイルの概略図である。

【図2】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置内の蒸散部材の壁の例示的な断面の概略図である。

【図2A】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置内の蒸散部材の壁の、その長手方向軸に垂直にとられ、蒸散流体のらせん状の流れを提供するための孔／送り孔の構成を示す例示的な断面の概略図である。

【図2B】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置内の蒸散部材の壁の例示的な断面の概略図であり、蒸散流体のらせん状の流れを容易にするための斜めの孔／送り孔の構成を示す図である。

【図2C】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置内の蒸散部材の壁の例示的な断面の概略図であり、蒸散流体のらせん状の流れを容易にするための蒸散部材の結合した長手方向のストリップを示す図である。

【図2D】本開示の一定の態様にかかる、蒸散流体のらせん状の流れを容易にするための、図２Ｃに示される蒸散部材に関して配置される／挿入されるように構成されるシールド構造の概略図である。

【図2E】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置の燃焼室内の蒸散部材のらせん状の流れの概略図である。

【図2F】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置の燃焼室内の蒸散部材のらせん状の流れを容易にするために実現されてよいコアンダ効果の概略図である。

【図2G】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置の燃焼室内の蒸散部材の直列配置される対向するらせん状の流れの概略図である。

【図3A】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置の蒸散部材アセンブリの加熱取付けプロセスを概略で示す図である。

【図3B】本開示の一定の態様にかかる、燃焼器装置の蒸散部材アセンブリの加熱取付けプロセスを概略で示す図である。

【図4】本開示の一定の態様にかかる燃焼生成物抑制除去装置を概略で示す図である。

【図5】本開示の一定の態様にかかる、平均粒径および蒸散物質流量の関数として灰粒子の軌跡を示す概略図である。

【図6】開示の一定の態様にかかる、適応可能な発電システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本開示は、ここで添付の図面を参照して以下により完全に説明される。図には、本開示のすべての態様ではないがいくつかが示されている。実際に、本開示は多くの異なる形式で具体化されてよく、本書に述べられる態様に制限されるとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が適用可能な法的な要件を満たすように提供されている。類似する番号が、全体を通して類似する要素を参照する。

【0028】

本開示にかかる固形燃料で動作できる燃焼器装置の一態様が、図１に概略で示され、燃焼器装置は概して数字２２０で示されている。他のどのような適切な可燃性の有機物も、本書に開示されるように燃料として使用され得るが、この例では、燃焼器装置２２０は、石炭等の粒状の固体を燃焼して、燃焼生成物を形成するように構成されてよい。燃焼室２２２は、蒸散流体等の蒸散物質を、それを通して燃焼室２２２の中に導く（つまり、蒸散冷却を容易にする、および／または燃焼生成物と蒸散部材２３０との間の相互作用を緩衝する）ように構成される蒸散部材２３０によって画定されてよい。当業者は、蒸散部材２３０が、入口部分２２２Ａおよび対向する出口部分２２２Ｂを有する実質的に円筒形の燃焼部材２２２を画定するために、実質的に円筒形でであってよいことを理解する。蒸散部材２３０は、圧力抑制部材３３８によって少なくとも部分的に取り囲まれてよい。燃焼室２２２の入口部分２２２Ａは、一般的に数字２５０で示される混合装置から燃料混合物を受け取るように構成されてよい。特定の実施形態に従って、燃料混合物はある特定の燃焼温度で燃焼室内部で燃焼されて、燃焼生成物を形成し、燃焼室２２２は、出口部分２２２Ｂに向けて燃焼生成物を導くようにさらに構成される。除熱装置３５０（たとえば、図２を参照）は、圧力抑制部材３３８と関連付けられ、その温度を制御するように構成されてよい。特定の事例では、除熱装置３５０は、圧力抑制部材３３８に対向する壁３３６によって少なくとも部分的に画定される伝熱ジャケットを含んでよく、液体はその間に画定される水循環ジャケット３３７内で循環されてよい。一態様では、循環される液体は水であってよい。

【0029】

混合装置２５０は、濃縮酸素２４２および作動流体２３６と炭素質燃料２５４を混合して、燃料混合物２００を形成するように構成される。炭素質燃料２５４は、固形炭素質燃料、液体炭素質燃料、および／または気体炭素質燃料の形で提供されてよい。濃縮酸素２４２は、約８５％より大きいモル純度を有する酸素であってよい。濃縮酸素２４２は、たとえば極低温空気分離プロセス等の技術で既知の任意の空気分離システム／技法によって供給されるか、または（空気からの）高温イオン輸送膜酸素分離プロセスが実現できるだろう。作動流体２３６は、二酸化炭素および／または水であってよい。炭素質燃料２５４が、微粉炭２５４Ａ等の粒子状固体である事例では、混合装置２５０は、粒子状固体炭素質燃料２５４Ａを流体化物質２５５と混合するようにさらに構成されてよい。一態様に従って、粒子状固体炭素燃料２５４Ａは、約５０ミクロンと約２００ミクロンとの間の平均粒径を有することがある。さらに別の態様に従って、流体化物質２５５は、約４５０ｋｇ／ｍ^３と約１１００ｋｇ／ｍ^３との間の密度を有する水および／または液状ＣＯ_２を含んでよい。さらに詳細には、流体化物質２５５は粒子状固体炭素質燃料２５４Ａと協調して、粒子状固体炭素質燃料２５４Ａの、たとえば約２５重量％と約９５重量％との間、または他の例では、粒子状固体炭素質燃料２５４Ａの約２５重量％と約６０重量％との間を有するスラリー２５０Ａを形成してよい。図２には、燃焼室２２２への導入の前に燃料２５４および作動流体２３６と混合されるとして酸素２４２が示されているが、当業者は、いくつかの事例では、酸素２４２が、必要に応じてまたは所望されるように、燃焼室２２２の中に別個に導入されてよいことを理解する。

【0030】

混合装置２５０は、いくつかの態様では、たとえば、円筒形の燃焼室２２２の入口部分２２２Ａと関連付けられる蒸散部材２３０の端壁２２３の回りに配列される一列の相隔たる噴射ノズル（不図示）を含んでよい。燃料／燃料混合物をこのようにして燃焼室２２２の中に噴射すると、同様に放射によって噴射された燃料混合物入口蒸気への迅速な伝熱を容易にすることがある、たとえば噴射された燃料混合物入口蒸気の大きな表面積が提供されてよい。噴射された燃料混合物の温度は、このようにして急激に燃料（つまり、石炭粒子）の点火温度に高められてよく、よってコンパクトな燃焼を生じさせてよい。燃料混合物の噴射速度は、たとえば毎秒約１０ｍと毎秒約４０ｍとの間の範囲であってよい。ただし、これらの値は、特定の噴射ノズルの構成等の多くの要因に依存することがある。かかる噴射装置は、多くの異なる形をとってよい。たとえば、噴射装置は、たとえば直径約０．５ｍｍと約３ｍｍとの間の範囲内の一列の穴を含んでよく、噴射される燃料は、毎秒約１０ｍと毎秒約４０ｍとの間の速度でそこを通って噴射されるだろう。

【0031】

一般的に直線通路、線形通路、および／または遮るものがない通路を通ってじかに燃焼室２２２に入る燃料／燃料混合物のかかる「直接的な噴射」は、特に燃料が固体構成要素（つまり、部分酸化（ＰＯＸ）燃焼器の石炭スラリー）を含む場合に、たとえば摩耗、腐食、およびまたは微粒子の蓄積を削減してよい。ただし、いくつかの事例では、燃料／燃料混合物が燃焼室２２２の内部でいったんまっすぐな均一な流れから逸脱することが有利である場合がある。たとえば、いくつかの態様では、たとえば燃料／燃料混合物の混合を促進させ、よってより効率的な燃焼プロセスを生じさせるために、燃料／燃料混合物に渦を巻かせる、またはそれ以外の場合、まっすぐな一様な流れから分断させることが有利な場合がある。

【0032】

他の態様では、混合装置２５０は、燃焼室２２２に対して離れて、またはそれ以外の場合、燃焼室２２２とは別であってよい。たとえば、いくつかの態様では、混合装置２５０は、圧力抑制部材３３８および蒸散部材２３０を通して燃焼室２２２の中に延在するバーナー装置３００に、燃料混合物２００を導くように構成されてよい。バーナー装置３００は、「直接噴射」配置と同様に、まっすぐな、実質的に一様な流れで燃焼室２２２の中に燃料／燃料混合物を導入するように構成されてよい。すなわち、バーナー装置３００は、混合装置２５０から燃料／燃料混合物を受け取り、燃料／燃料混合物の実質的に一様な線形流れを燃焼室２２２の入口部分２２２Ａの中に導くように構成されてよい。しかしながら、いくつかの事例（つまり、固形微粒子を含まない燃料を使用する）では、バーナー装置３００は、当業者によって理解されるように、燃焼室２２２の中に導かれるときに、燃料／燃料混合物に渦を巻かせる、またはそれ以外の場合、燃料／燃料混合物が渦巻くようにもしくは渦を巻かせるように仕向けるための適切な設備を含んでよい。すなわち、バーナー装置３００は、燃焼室２２２の中への燃料／燃料混合物の導入時に、燃料／燃料混合物のまっすぐで一様な流れに渦を巻かせるように構成されてよい、またはそれ以外の場合、燃料／燃料混合物のまっすぐで一様な流れから分断されてよい。いくつかの態様では、バーナー装置３００は、燃焼室２２２の中に導かれる燃料／燃料混合物の渦巻きを誘発する一方で、混合装置２５０から燃料／燃料混合物を受け取り、燃焼室２２２の入口部分２２２Ａの中に燃料／燃料混合物を導くように構成されてよい。さらに詳細には、バーナー装置３００は、そこから燃焼室２２２の中への燃料／燃料混合物の流出時に、燃料／燃料混合物の渦巻きを誘発するように構成されてよい。

【0033】

より詳細に図２に示されるように、燃焼室２２２は、少なくとも部分的に圧力抑制部材３３８によって取り囲まれてよい、蒸散部材２３０によって画定される。いくつかの事例では、圧力抑制部材３３８は、さらに伝熱ジャケット３３６によって少なくとも部分的に取り囲まれてよく、伝熱ジャケット３３６は圧力抑制部材３３８と協調して、その間の１つまたは複数のチャネル３３７を画定し、チャネル３３７を通して低圧水蒸気が循環されてよい。蒸発機構を通して、循環された水はこのようにして使用されて、たとえば約１００℃と約２５０℃との間の範囲内で圧力抑制部材３３８の選択された温度を制御する、および／または維持してよい。いくつかの態様では、断熱層３３９が、蒸散部材２３０と圧力抑制部材３３８との間に配置されてよい。

【0034】

いくつかの例では、蒸散部材２３０は、たとえば外側蒸散部材３３１および内側蒸散部材３３２を含んでよく、内側蒸散部材３３２は、圧力抑制部材３３８から外側蒸散部材３３１に対向して配置され、圧縮室２２２を画定する。外側蒸散部材３３１は、たとえばステンレス鋼およびニッケル合金を含む鋼および鋼合金等の任意の適切な高温抵抗材料から構成されてよい。いくつかの事例では、外側蒸散部材３３１は、そこを通って、断熱層３３９に隣接するその表面から内側蒸散部材３３２に隣接するその表面に伸長する第１の蒸散流体供給通路３３３Ａを画定するように構成されてよい。第１の蒸散流体供給通路３３３Ａは、いくつかの事例では、圧力抑制部材３３８、伝熱ジャケット３３６、および／または断熱層３３９によって画定される第２の蒸散流体供給通路３３３Ｂに相当してよい。第１の蒸散流体供給通路および第２の蒸散流体供給通路３３３Ａ、３３３Ｂは、したがって協調して、そこを通って内側蒸散部材３３２へ蒸散流体２１０等の蒸散物質を導くように構成されてよい。いくつかの事例では、たとえば、図１に示されるように、蒸散流体２１０は作動流体２３６を含んでよく、それと関連付けられる同じソースから得られてよい。第１の蒸散流体供給通路および第２の蒸散流体供給通路３３３Ａ、３３３Ｂは、蒸散流体２１０が内側蒸散部材３３２を通って燃焼室２２２の中に導かれるように、十分な供給で、および十分な圧力で蒸散流体２１０（つまりＣＯ_２）を送達するために、必要に応じて断熱されてよい。本書に開示されるように、蒸散部材２３０および関連付けられた蒸散流体２１０を必要とするかかる処置は、燃焼器装置２２０が、それ以外の場合本書に開示される相対的に高圧で、および相対的に高温で動作できるようにする。

【0035】

この点において、内側蒸散部材３３２は、たとえば多孔質セラミック材料、穴のあいた材料、積層材料、二次元で無作為に配向され、三次元で並べられる繊維から構成される多孔性マット、または本書に開示されるようにその必要とされる特性を示す任意の他の適切な材料もしくはその組合せ、つまり内側蒸散部材３３２を通して蒸散流体を受け取り、導くための複数の流路または他の適切な開口部３３５から構成されてよい。かかる蒸散冷却システムに適切な多孔質セラミック材料および他の材料の非制限例は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、蒸散によって強化されたジルコニウム、銅、モリブデン、タングステン、銅が浸潤したタングステン、タングステンでコーティングされたモリブデン、タングステンでコーティングされた銅、多様な高温ニッケル合金、およびレニウム被覆またはコーティング材料を含む。適切な材料の出処は、たとえばＣｏｏｒｓＴｅｋ, Ｉｎｃ.（ゴールデン、コネチカット州）（ジルコニウム）、ＵｌｔｒａＭｅｔ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（カリフォルニア州、パコイマ）（耐火金属コーティング）、Ｏｓｒａｍ
Ｓｙｌｖａｎｉａ（マサチューセッツ州、デンバー）（タングステン／銅）、およびＭａｒｋｅＴｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｉｎｃ．（ワシントン州、ポートタウンゼンド）（タングステン）を含む。かかる蒸散冷却システムに適切な穴のあいた材料の例は、上記の材料および供給業者のすべてを含む（穴のあいた端部構造は、製造技術で既知の方法を使用して、たとえば初期に多孔性ではない構造に穴をあけることによって得られてよい）。適切な積層材料の例は、上記の材料および供給業者のすべてを含む（積層端部構造は、たとえば、製造技術で既知の方法を使用して所望される端部多孔性を達成する方法で無孔構造または部分的に多孔性の構造を積層することによって得られてよい）。

【0036】

さらに追加の態様では、内側蒸散部材３３２は、蒸散部材２３０の入口部分２２２Ａから出口部分２２２Ｂに伸長してよい。いくつかの事例では、内側蒸散部材３３２の穴のあいた／多孔質構造は、蒸散流体２１０が燃焼室２２２の実質的に長さ全体の中に導かれるように、入口部分２２２Ａから出口部分２２２Ｂに実質的に完全に（軸に沿って）伸長してよい。すなわち、内側蒸散部材３３２の実質的に全体は、燃焼室２２２の実質的に全体的な長さが蒸散冷却されるように、穴のあいた／多孔質の構造で構成されてよい。より詳細には、いくつかの態様では、累積送り孔／多孔面積は、内側蒸散部材３３２の表面積に実質的に等しくてよい。つまり、孔面積対総壁面積の比（％多孔率）は、たとえば約５０％であってよい。さらに他の態様では、送り孔／孔は、内側蒸散部材３３２から燃焼室２２２の中への蒸散物質の実質的に一様な分散が達成される（つまり、蒸散物質２１０の流れまたは存在が欠けている「デッドスポット」がない）ように適切な密度で相隔たってよい。一例では、内側蒸散部材３３２は、ｉｎ^２あたり約６２，５００孔を提供するために１平方インチあたり約２５０ｘ２５０の一列の送り孔／孔を含んでよく、かかる送り孔／孔は約０．００４インチ（約０．１ｍｍ）相隔たっている。しかしながら、当業者は、孔アレイの構成が、他のシステム構成パラメータに適応可能となるため、またはたとえば蒸散部材２３０全体での所望される圧力低下対流量等の所望される結果を達成するために、適宜に変えられてよいことを理解する。追加の例では、孔の列は、１平方インチあたり約１０ｘ１０から１平方インチあたり１０，０００ｘ１０，０００にサイズが変化してよく、多孔率は約１０％から約８０％まで変化する。

【0037】

図３Ａおよび図３Ｂは、燃焼器装置２２０の一態様では、燃焼室２２２を画定する構造が、蒸散部材２３０と、圧力抑制部材３３８または蒸散部材２３０と圧力抑制部材３３８との間に置かれる断熱層３３９等の取り囲む構造との間の「加熱」締りばめを通して形成されてよいことを示している。たとえば、相対的に「寒い」とき、蒸散部材２３０は、取り囲む圧力抑制部材３３８に関して放射状におよび／または軸状に、より小さくなるような寸法に作られてよい。したがって、圧力抑制部材３３８の中に差し込まれるとき、放射状および／または軸に沿った隙間がその間に存在してよい（たとえば、図３Ａを参照）。言うまでもなく、かかる寸法差は、蒸散部材２３０の圧力抑制部材３３８への挿入を容易にしてよい。ただし、たとえば操作温度に向かって加熱されるとき、蒸散部材２３０は、放射状におよび／または軸に沿って拡大して、留意された隙間（たとえば、図３Ｂを参照）を削減するまたは排除するように構成されてよい。（たとえば、図３Ｂを参照）。こうする際には、軸に沿った、および／または放射状の締りばめが、蒸散部材２３０と圧力抑制部材３３８との間に形成されてよい。外側蒸散部材３３１および内側蒸散部材３３２とともに蒸散部材２３０を必要とする事例では、かかる締りばめが、内側蒸散部材３３２を圧縮下に設置してよい。したがって、多孔質セラミックス等の適切な高温抵抗の脆い材料が使用されて、内側蒸散部材３３２を形成してよい。

【0038】

内側蒸散部材３３２がこのようにして構成された状態で、蒸散物質２１０は、蒸散物質２１０が燃焼室２２２内部の内側蒸散部材３３２にすぐに隣接するバッファ層２３１（つまり「蒸気の壁」）を形成するように、たとえば内側蒸散部材３３２を通して導かれる二酸化炭素（つまり作動流体２３６と同じ出処からの）を含んでよく、バッファ層２３１は内側蒸散部材３３２と液化不燃性要素との間の相互作用、および燃焼生成物と関連する熱を緩衝するように構成されてよい。つまり、いくつかの事例では、蒸散流体２１０は、たとえば、少なくとも燃焼室２２２内部の圧力で内側蒸散部材３３２を通って送達することができ、燃焼室２２２の中への蒸散流体２１０（つまり、ＣＯ_２流れ）の流量は、蒸散流体２１０が燃焼生成物と混合し、燃焼生成物を冷却して、以後の下流プロセスの入口要件に関して十分な温度で流出流体混合物を形成するために十分である（つまり、タービンは、たとえば約１２２５℃の入口温度を必要とすることがある）が、流出流体混合物温度は、流体状態または液体状態で燃料中のスラグ液滴または他の汚染物質を維持するほど十分に高いままとなる。燃料の不燃性要素の液体状態は、たとえば、液体形式の、好ましくは閉塞する可能性が低い、またはそれ以外の場合かかる動作のために実現されるどのような除去システムにも損傷を与える、自由に流れる低粘度形式の燃焼生成物からかかる汚染物質の分離を容易にしてよい。実際には、かかる要件は、利用される固体炭素質燃料（つまり、石炭）のタイプ、および燃焼プロセスで形成されるスラグの特定の特性等の多様な要因に依存してよい。すなわち、燃焼室２２２内部の燃焼温度は、好ましくは炭素質燃料のどのような不燃性要素も燃焼生成物の内部で液化されるほどである。

【0039】

特定の態様では、多孔性内側蒸散部材３３２は、このようにして、燃焼室２２２を画定する（たとえば、図２を参照）内側蒸散部材３３２の表面の回りに流体バリア壁またはバッファ層２３１を形成するために、放射状に内向きに蒸散流体／物質を燃焼室２２２の中に導くように構成される。１つの特定の態様では、多孔性内側蒸散部材３３２は、このようにして燃焼室２２２の中に蒸散流体を導くように構成されており、したがって蒸散物質２１０は、内側蒸散部材３３２の内側表面に関して実質的に直角（９０°）で燃焼室２２２に入る。他の優位点の中で、内側蒸散部材３３２に対して実質的に直角で蒸散物質２１０を導入すると、内側蒸散部材３２２の内面から離れてスラグ液状または固形液滴または他の汚染物質または過熱燃焼流体渦を導く効果を容易にしてよい、またはそれ以外の場合強化してよい。スラグ液状または固形液滴と内側蒸散部材３３２との間での接触を削減する、最小限に抑える、またはそれ以外の場合防止することは、たとえば、かかる汚染物質のより大きな液滴または質量への凝固を妨げてよく、それは液滴／粒子と固体壁との間の接触時に発生することが既知であることがあり、内側蒸散部材３３２に対する損傷を引き起こすことがある。内側蒸散部材３３２に対して実質的に直角で蒸散物質２１０を導入することは、このようにして内側蒸散部材３２に衝突し、潜在的に損傷を与えるほど十分な速度または勢いで、内側蒸散部材３３２に近接した燃焼流体渦巻きが形成されるのを防止することを容易にする、またはそれ以外の場合強化してよい。

【0040】

前に開示されたように、他の事例では、燃料／燃料混合物が燃焼室２２２の中に導かれると、渦巻き、つまりまっすぐな均一な流れの他の分断を燃料／燃料混合物の中に誘発することが有利であることがある。燃料／燃料混合物が燃焼室２２２の中に送達された後にかかる流れの分断を達成することによって、燃焼室２２２の中への燃料／燃料混合物の送達の前にかかる流れの分断を引き起こすために使用されノズルまたは他のバーナー装置または送達装置にまつわる欠点は、回避され得るまたは最小限の抑えられ得る。ただし、当業者は、いくつかの事例では、燃料／燃料混合物のかかる事後導入がその事前導入の分断を与えるかかる燃料／燃料混合物送達装置と連動して必要となる、およびまたは所望されることがあることを理解する。

【0041】

したがって、本開示のいくつかの態様では、少なくとも内側蒸散部材３３２はそれを通って燃焼室２２２に向けて蒸散流体２１０を実質的に一様に導くように構成されてよく、したがって蒸散流体２１０はその周縁２２１（たとえば、図２Ａを参照）の回りでらせん状に（たとえば、図２Ｅを参照）、入口部分２２２Ａと出口部分２２２Ｂとの間で長手方向に流れるように導かれ、内側蒸散部材３３２の表面の回りにバリア壁またはバッファ層２３１を形成して、蒸散部材３３２と燃焼生成物および／または燃料混合物との間の相互作用を緩衝する。さらに詳細には、いくつかの態様では、少なくとも内側蒸散部材３３２は、その周縁２２１の回りで実質的に一様に、および入口部分２２２Ａと出口部分２２２Ｂとの間で長手方向にそれを通して燃焼室２２２の中に蒸散流体２１０を導くように構成され、したがって蒸散流体２１０は、たとえば図２Ａおよび図２Ｅに示されるように、蒸散部材３３２の周縁２２１に実質的に接線方向に、およびその回りでらせん状に（つまり、渦巻き形式またはコイル形状で）流れるように導かれる。たとえば、内側蒸散部材３３２によって画定される送り孔／穴３３５は、燃焼室２２２の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿ってそれを通って流れる蒸散流体２１０を導くために、その外側面と内側面（たとえば、図２Ａを参照）との間に伸びるときにアーチ形であるか、または角があってよい。

【0042】

別の例では、内側蒸散部材３３２の長手方向ストリップに沿った孔が、それを通って燃焼室２２２（たとえば、図２Ｃを参照）の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿って流れる燃焼流体２１０を容易にするために結合／閉鎖されてよい。他の例では、内側蒸散部材３３２の長手方向ストリップを結合することに加え、または結合することの代わりに、シールド構造２２４（つまり、金属またはセラミックのシールド装置）が、燃焼室２２２（たとえば、図２Ｃおよび図２Ｄを参照）の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿って蒸散流体２１０の流れを容易にする他の表面を遮ることなく、特定の多孔性壁表面を遮り、それを通る放射状の流れを妨げるために、たとえば図２Ｃに示されるように内側蒸散部材３３２に関して並列／挿入できるだろう。構造２２４または結合プロセスは燃焼室２２２の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿って蒸散流体２１０を導くように構成されてよいが、いったんその流体が長手方向燃焼流れを相互作用すると、ベクトル和流れは実質的にらせん状になる。しかしながら、当業者は、燃焼室２２２の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿って蒸散流体２１０の流れを達成するために内側蒸散部材３３２を構成する多くの他の方法がある可能性があることを理解する。

【0043】

さらに別の例では、送り孔／穴３３５は、それを通って燃焼室２２２の周縁２２１に実質的に接線方向に、またはそれ以外の場合周縁２２１に沿って流れる蒸散流体２１０を導くために、それを通って導かれる蒸散流体（たとえば、図２Ｆを参照）に対してコアンダ効果を与えるように構成されてよい。かかる事例では、燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の入口部分２２２Ａから出口部分２２２Ｂに向かう流れは、蒸散流体２１０の流れを同様に出口部分２２２Ｂに向かって長手方向に導かせ、それによって燃焼室２２２に沿った蒸散流体２１０のらせん状の流れまたは渦巻き流れを達成させてよい。かかる事例では、内側蒸散部材３３２によって画定される孔／送り孔３３５は、それを通って、たとえば図２に示されるような燃焼室２２２の長手方向に実質的に垂直に延在してよい。ただし、他の事例では、穴／送り孔３３５は、出口部分２２２Ｂ（たとえば、図２Ｂを参照）に向かって曲げられて、蒸散流体２１０のらせん状／渦巻きの流れ、および／または燃料混合物／燃焼生成物との混合を促進してよい、または孔／送り孔３３５は入口部分２２２Ａ（不図示）に向かって曲げられて、それ以外の場合蒸散流体２１０と燃料混合物および／または燃焼生成物との間の相互作用に影響を及ぼし（つまり、混合つまり制御燃焼率を促進し）てよい。したがって、燃料混合物／燃焼生成物の燃焼室２２２に沿った流れのかかる操作は、それ以外の場合燃焼室２２２の中への燃料／燃料混合物の実質的にまっすぐかつ一様な流れに影響を及ぼす物理的な装置なしで、いくつかの事例では、燃焼プロセスの間の燃焼特性および／またはキネティックスでの所望される影響および燃焼特性および／またはキネティックスの制御を実現してよい。かかる装置、つまり燃料混合物／燃焼生成物の流れに影響を及ぼす物理装置が存在しないことは、当業者によって理解されるように、それ以外の場合、たとえば、燃料混合物および／または燃焼生成物に含まれる微粒子の蓄積場所を排除する上で有利となることがある。

【0044】

燃料混合物／燃焼生成物の流れを、燃焼室２２２の内部でその渦巻きを与えるまたはそれ以外の場合渦巻きを誘発するためにこのように操作する上で、バーナー装置３００および／または蒸散部材２３０は、異なる配列で構成されてよい。たとえば、一態様では、バーナー装置３００は、混合装置２５０から燃料／燃料混合物を受け取り、燃焼室２２２の入口部分２２２Ａの中に燃料／燃料混合物を、蒸散流体２１０のらせん状の流れに一般に対向する流れ方向で導くように構成されてよい。別の態様では、バーナー装置３００は、混合装置２５０から燃料／燃料混合物を受け取り、燃焼室２２２の入口部分２２２Ａの中に燃料／燃料混合物を、蒸散流体２１０のらせん状の流れに一致する流れ方向で（つまり、らせん状の流れと同じ方向で）導くように構成されてよい。さらに別の態様では、バーナー装置３００は、混合装置２５０から燃料／燃料混合物を受け取り、燃焼室２２２の入口部分２２２Ａの中に燃料／燃料混合物の実質的に一様な線形流れを導くように構成されてよく、蒸散流体２１０のらせん状の流れは、燃焼室２２２内部で燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の渦巻きを誘発するように構成される。

【0045】

それぞれのかかる構成は別々の目的および／または効果を有する。たとえば、蒸散流体２１０のらせん状の流れに対向する方向で燃料／燃料混合物の流れを導くことは、対向する流れの間の摩擦のため、燃料／燃料混合物で誘発される渦巻きを減速または停止することがある。したがって、燃料／燃料混合物の燃焼も減速されてよい。逆に、燃料／燃料混合物が蒸散流体２１０のらせん状の流れと同じ方向で導かれる場合、燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の渦巻きが強化され、おそらく燃料／燃料混合物の実質的に完全な燃焼に必要とされる時間を短縮する、またはそれ以外の場合、プロセスの間に燃焼される燃料／燃料混合物の割合を増加する（つまり、燃料のバーンアウト率を高める）ことがある。流れは機械装置によって妨げられないので、実質的に一様な線形流れで燃料／燃料混合物を導くことは、上記に開示されるように、たとえば、燃料／燃料混合物が固体または他の微粒子を含むときに有利であってよく、その所望される渦巻きは、次いで蒸散流体２１０のらせん状の流れによって誘発され、その燃焼を強化できる。

【0046】

したがって、いくつかの態様では、燃焼器装置２２０の有効性を強化するために、かかる効果を組み合わせることができる。たとえば、図２Ｅに示されるように、燃焼室２２２は、入口部分２２２Ａに向かって配置される燃焼部２４４Ａ、および出口部分２２２Ｂに向かって配置される事後燃焼部２４４Ｂを含んでよく、蒸散部材２３０は、事後燃焼部２４４Ｂでの燃焼生成物の誘発された渦巻きを燃焼部２４４Ａ内での燃料／燃料混合物の誘発された渦巻きに関して逆転するために、事後燃焼部２４４Ｂ上での蒸散流体２１０のらせん状の流れが、燃焼部２４４Ａ上での蒸散２１０のらせん状の流れに対向するように構成されてよい。かかる事例では、燃料／燃料混合物は、上述されたように、その燃焼を強化するために、蒸散流体２１０のらせん状の流れと同じ方向で燃焼室２２２の燃焼部２４４Ａの中に導かれてよい。事後燃焼部２４４Ｂ内での蒸散流体２１０のらせん状の流れの方向を逆転することは、たとえば、局所的なずれを増し、それによって燃焼生成物の混合を強化することによって燃焼生成物の「逆の渦巻き」を達成してよい。このように行う上で、燃焼生成物は、燃焼器装置２２０からより均質な流出流量流れを提供するために、出口部分２２２Ｂからより迅速にかつ完全に流出流体流れの中に混合されてよい。

【0047】

追加の態様では、蒸散部材２３０は、蒸散流体２１０のらせん状の流れが、入口部分２２２Ａと出口部分２２２Ｂとの間での燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の誘発された渦巻きを交互に逆転するために、少なくともその部分に沿って交互に逆転されるように構成されてよい。蒸散流体２１０の対向するらせん状の流れのかかる交互の部分は、たとえば、局所的な乱流を増し、よって燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の混合を増大してよい。いくつかの事例では、たとえばかかる局所的な乱流をさらに増して、燃焼室２２２の内部のまたは燃焼室２２２を通る流路での燃焼原動力、キネティックス、および／または他の変化を誘発するために、蒸散部材２３０は、それを通って延在する少なくとも１つの蒸散ポート２４６（たとえば、図２Ｃを参照）をさらに含んでよく、その少なくとも１つの蒸散ポート２４６は、燃焼原動力およびキネティックスだけではなく、その流量特性にもおそらく影響を与えるように燃料／燃料混合物および／または燃焼生成物の中へ蒸散流体２１０の補足的な線形流れを導くように構成されてよい。いくつかの態様では、燃焼室２２２内部の流れを二又に分ける、またはそれ以外の場合流れを蒸散流体の噴流の回りで「曲げ」させ、それによって流れを燃焼室２２２の長さに沿って形成できるようにするには、その少なくとも１つの側面方向に延在する蒸散ポート２４６を通って導かれる蒸散流体の適切に構成される噴流で十分であってよい。かかる蒸散ポート２４６の内の２つ以上が使用される場合、蒸散ポート２４６は、たとえばより高温の燃焼領域を燃焼室２２２内部の他のセクタに移動する（つまり、燃焼室２２２の特定のセクタの局所化された加熱または過熱を妨げる）、または異なる温度を有する異なる燃焼領域間で混合を誘発するために、混合室２２２に関して角張っておよび／または長手方向に相隔てられてよい。

【0048】

いくつかの事例では、外側蒸散部材３３１、圧力抑制部材３３８、伝熱ジャケット３３６、および／または断熱層３３９が、蒸散物質／流体２１０の、内側蒸散部材３３２に対するおよび内側蒸散部材３３２を通る、燃焼室２２２の中への送達に関して、「マニホールド」効果を提供する（つまり、実質的に一様に分散される供給を提供する）ように、個別に、または組み合わせて構成されてよい。すなわち、蒸散物質２１０の燃焼室２２２の中への（流量、圧力、または他の任意の適当かつ適切な処置という点で）実質的に一様な供給は、外側蒸散部材３３１、圧力抑制部材３３８、伝熱ジャケット３３６、および／または断熱層３３９を、蒸散物質２１０の内側蒸散部材３３２への一様な供給を提供するように構成することによって達成されてよい、または、内側蒸散部材３３２の外面の回りでの蒸散物質２１０の供給は、燃焼室２２２の内部、燃焼室２２２の回り、または燃焼室２２２に沿った蒸散物質２１０の実質的に一様な分散が達成されるように特にカスタマイズされ、構成されてよい。加熱燃焼流体渦は、それ以外の場合、一様ではない蒸散流体流れと燃焼流体流れとの間の相互作用を通して形成され、かかる渦は、同様に内側蒸散部材３３２に衝突し、おそらく内側蒸散部材３３２に損傷を与えることがあるので、蒸散物質２１０の燃焼室２２２の中へのかかる実質的に一様な分散および供給は、かかる加熱燃焼流体の渦の形成を最小限に抑えてよい、または妨げてよい。いくつかの態様では、燃焼室２２２内部での蒸散物質２１０の分散の一様性は、少なくとも局所的な方法または基準枠で望ましい。すなわち、燃焼室２２２に沿った相対的に大きな距離では、蒸散物質／流体２１０の流れの一様性は変わることがあるが、流れが円滑に変わり、潜在的に損傷を与える渦を形成することにつながることがある流れプロファイルの不連続性を妨げることが望ましい、および／または必要な場合がある。

【0049】

また、内側蒸散部材３３２の表面は、燃焼生成生物によって加熱される。したがって、多孔性内側蒸散部材３３２は、内側蒸散部材３３２を通過する蒸散流体２１０が、多孔性内側蒸散部材３３２が同時に冷却される間に加熱されるように適切な熱伝導率を有するように構成されてよく、その結果、燃焼室２２２を画定する内側蒸散部材３３２の温度は、最高燃焼温度の領域内で、たとえば約２００℃と約７００℃との間（および、いくつかの事例では最高約１０００℃）になる。内側蒸散部材３３２と協調する蒸散流体２１０によって形成される流体バリア壁またはバッファ層２３１は、このようにして内側蒸散部材３３２と高温燃焼生成物とスラグまたは他の汚染物質粒子との間の相互作用を緩衝し、したがって内側蒸散部材３３２を接触、汚れ、または他の損傷から緩衝する。さらに、約４００℃と約３５００℃との間の温度で、燃焼室２２２の出口部分２２２Ｂの回りで蒸散流体２１０および燃焼生成物の流出混合物を調整するように、内側蒸散部材３３２を介して燃焼室２２２の中に導入される蒸散流体２１０。

【0050】

当業者は、約４００℃と約３５００℃との間の温度での燃焼室２２２の蒸散流体２１０および燃焼生成物の流出混合物に対する参照が、必ずしも流出混合物の温度が燃焼室２２２の出口部分２２２Ｂの出口でピークに達することを示していないことを理解する。実際に、燃焼器温度は、つねに、たとえば（相対温度がｙ軸に沿って描かれ、入口部分と出口部分との間の燃焼室に沿った相対位置がｘ軸に沿って描かれる）図１Ａに概略で示されるように、燃焼室２２２の入口部分２２２Ａと出口部分２２２Ｂの間の、その長さに沿ったどこかではるかに高い温度に達する。一般に、流出混合物が燃焼室２２２を出る前に反応が完了するように十分に迅速に燃焼室２２２での燃焼プロセスを完了するために十分に高温を達成することが望ましいことがある。燃焼室２２２内部でピーク温度が達成された後、流出混合物の温度は、いくつかの事例では、蒸散物質／流体２１０からの希釈のために下がる。

【0051】

一定の態様に従って、本書に開示されるように燃焼器装置２２０内での実現に適した蒸散流体２１０は、バリア壁／バッファ層２３１を形成するのに十分な、内側蒸散部材３３２を通る量のおよび圧力の流れで提供でき、作動流体／燃焼生成物流出流れの適切な最終出口温度を生じさせるために燃焼生成物を希釈できる任意の適切な流体を含んでよい。いくつかの態様では、ＣＯ_２はそれによって形成される流体バリア壁／バッファ層が、望ましい可視光およびＵＶ光の吸収特性だけではなく、良好な断熱特性も示すことがあるという点で、適切な蒸散流体２１０であってよい。実現される場合、ＣＯ_２は超臨界流体として使用される。適切な蒸散流体の他の例は、たとえばＨ_２Ｏ、または下流プロセスからリサイクルされる冷却された燃焼生成物ガスを含む。いくつかの燃料は、動作中に使用される燃料源の噴射前に、燃焼室２２２内の適切な運転温度および運転圧力を達成するために、燃焼器装置の起動中の蒸散流体として使用されてよい。いくつかの燃料は、燃料源として石炭からバイオマスに切り替えるとき等、燃料源間の切り替えの間に燃焼器装置２２０の運転温度および運転圧力を調整または維持してもよい。いくつかの態様では、２つ以上の蒸散流体が使用できる。蒸散流体２１０は、蒸散流体２１０が流体バリア壁／バッファ層２３１を形成する燃焼室２２２の温度条件および圧力条件のために最適化できる。

【0052】

したがって、本開示の態様は、高効率燃料燃焼器装置２２０および関連付けられた作動流体２３６を使用することによって、電力等の動力を生産するための装置および方法を提供する。作動流体２３６は、適切な燃料２５４およびオキシダント２４２、および効率的な燃焼のためにも有用であってよいあらゆる関連付けられた材料とともに燃焼器装置２２０の中に導入される。特定の態様では、相対的に高温（たとえば、約１３００℃と約５，０００℃との間の範囲内）で動作するように構成される燃焼器装置２２０を実現すると、作動流体２３６は、電力生産のためにそこからエネルギーを抽出することによって流体の流れを活用できるように、燃焼器装置２２０を出る流体流れの温度の緩和を促進できる。

【0053】

一定の態様では、蒸散冷却式の燃焼器装置２２０は、たとえばおもにＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏを含む、循環された作動流体２３６を使用する発電システムでも実現できる。１つの特定の態様では、燃焼器装置２２０に進入する作動流体２３６は、好ましくは実質的にＣＯ_２だけを含む。燃焼器装置２２０では、酸化条件下で動作すると、ＣＯ_２作動流体２３６は、燃料２５４、オキシダント２４２、および燃料燃焼プロセスのあらゆる生成物の内の１つまたは複数の構成要素と混じり合うことができる。したがって、本書で流出流体流れとも参照されることがある、燃焼器装置２２０の出口部分２２０Ｂに向かって導かれ、燃焼器装置２２０を出る作動流体２３６は、図１に示されるように、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｎ_２、アルゴン、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＯ、ＮＯ_２、ＨＣｌ、Ｈｇ、および燃焼プロセスの生成物（たとえば、灰または液化灰等の微粒子または汚染物質）であってよい微量の他の成分等のより少量の他の物質とともに、おもにＣＯ_２（作動流体がおもにＣＯ_２である事例では）を含んでよい。図１の要素１５０を参照すること。還元条件下での燃焼器装置２２０の動作は、図１の要素１７５に示されるように、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２、ＣＯ、ＮＨ_３、Ｈ_２Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣｌ、Ｎ_２およびアルゴンを含む考えられる成分の異なるリストがある流出流体流れを生じさせることがある。本書にさらに詳しく説明されるように、燃焼器装置２２０と関連付けられる燃焼プロセスは、流出流体流れの性質が、還元または酸化のどちらかとなり、どちらの事例も特定の利点を提供できるように制御されてよい。

【0054】

特定の態様では、燃焼器装置２２０は、たとえば約１３００℃と約５０００℃との間の範囲で、相対的に高い運転温度で燃料２５４の相対的に完全な燃焼を提供できる、高効率の蒸散冷却式燃焼器装置として構成されてよい。かかる燃焼器装置２２０は、いくつかの事例では、１つまたは複数の冷却流体、および／または１つまたは複数の蒸散流体２１０を実現してよい。燃焼器装置２２０との関連で、追加の構成要素も実現されてよい。たとえば、空気分離装置はＮ_２およびＯ_２を分離するために設けられてよく、燃料噴射器装置は、空気分離装置からＯ_２を受け取り、そのＯ_２を、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏ、およびガス、液体、超臨界流体、または高密度ＣＯ_２流体中でスラリー化される固形粒状燃料と結合させるために設けられてよい。

【0055】

別の態様では、蒸散冷却式燃焼器装置２２０は、燃焼器装置２２０の燃焼室２２２の中に加圧された燃料流れを噴射するための燃料噴射器を含んでよく、燃料流れは、処理された炭素質燃料２５４、流体化媒体２５５（本書に説明されるように、作動流体２３６を含んでよい）、および酸素２４２を含んでよい。酸素（濃縮済み）２４２およびＣＯ_２作動流体２３６は、均質超臨界混合物として結合できる。存在する酸素の量は、燃料を燃焼し、所望される組成を有する燃焼生成物を生成するために十分であってよい。燃焼器装置２２０は、燃焼室２２２を画定する多孔性蒸散部材２３０の壁を通して燃焼容積に進入する蒸散流体２１０だけではなく、燃料流れを受け取るための高圧高温燃焼容積としても構成される燃焼室２２２も含んでよい。蒸散流体２１０の送り速度は、燃焼器装置出口部分／タービン入口部分の温度を所望される値に制御する、および／または蒸散部材２３０を、蒸散部材２３０を形成する材料と互換性がある温度まで冷却するために使用されてよい。蒸散部材２３０を通して導かれる蒸散流体２１０は、燃焼室２２２を画定する蒸散部材２３０の表面に流体／バッファ層を提供し、流体／バッファ層は、一定の燃料燃焼から生じる灰または液体スラグの粒子が蒸散部材２３０の露呈されている壁と相互作用するのを妨げてよい。

【0056】

高効率燃焼器態様は、たとえば多様なグレードおよびタイプの石炭、木材、油、燃料油、天然ガス、石炭ベースの燃料ガス、タールサンドからのタール、瀝青、バイオ燃料、バイオマス、藻類、および等級別可燃性固形廃棄物を含むさまざまな燃料源で動作するように構成されてもよい。特に、石炭粉または粒子状固体が使用できる。例示的な石炭燃焼式燃焼器装置２２０が本書に開示されているが、当業者は、燃焼器装置２２０で使用される燃料は特定の等級の石炭に制限されないことを理解する。さらに、本書に開示される酸素燃料式の燃焼器装置によって維持される高圧および高温のため、石炭、（タールサンドに由来する瀝青を含む）瀝青、タール、アスファルト、使用済みタイヤ、燃料油、ディーゼル油、ガソリン、ジェット燃料（ＪＰ−５、ＪＰ−４）、天然ガス、炭化水素性物質のガス化または熱分解に由来するガス、エタノール、固形バイオ燃料および液状バイオ燃料、バイオマス、藻類、ならびに処理済みの固形のごみまたは廃棄物を含むさまざまな燃料タイプが実現されてよい。すべてのかかる燃料は適切に処理されて、十分な速度で、および燃焼室２２２内部の圧力を超える圧力で燃焼室２２２の中への噴射を可能にする。かかる燃料は、周囲温度で、または昇温（たとえば、約３８℃と約４２５℃の間）で適切な流動性および粘性のある液体、スラリー、ゲル、またはペーストの形をとってよい。あらゆる固形燃料物質は研削されるまたは細かく切断されるまたはそれ以外の場合処理されて、適宜に、粒径を削減する。適当な形を達成して、高圧ポンピングのための流量要件を満たすために、必要に応じて流体化媒体またはスラリー化媒体を添加することができる。言うまでもなく、流体化媒体は、燃料の形（つまり、液体または気体）に応じて必要とされないことがある。同様に、循環される作動流体が、いくつかの態様で流体化媒体として使用されることもある。

【0057】

いくつかの態様では、燃焼室２２２は、約１，３００℃と約５，０００℃との間の燃焼温度を持続するように構成される。燃焼室２２２は、燃料流れ（および作動流体２３６）が、燃焼が発生する圧力よりも大きい圧力で燃焼室２２２の中に噴射、またはそれ以外の場合、導入できるようにさらに構成されてよい。石炭微粒子が炭素質燃料である場合、石炭粒子は、注入可能なスラリーを形成するために液状ＣＯ_２または水を、研削した固形燃料と混合することによって形成される、超臨界のＣＯ_２流体または水の中でスラリー化できる。かかる事例では、液体ＣＯ_２は、たとえば約４５０ｋｇ／ｍ^３と約１１００ｋｇ／ｍ^３との間の範囲の密度を有することがあり、固形燃料の質量部分は約２５％と約９５％との間（たとえば、約２５重量％と約５５重量％との間）の範囲となることがある。任意選択で、石炭を燃焼して燃焼生成物の所望される組成を生じさせるほど十分に、多量のＯ_２を石炭／ＣＯ_２スラリーと混合することができる。任意選択で、そのＯ_２は燃焼室２２２の中に別に噴射できる。燃焼器装置２２０は、燃焼室２３０を画定する蒸散部材２３０を少なくとも部分的に取り囲む圧力抑制部材３３８を含んでよく、断熱部材３３９が圧力抑制部材３３８と蒸散部材２３０との間に配置できる。いくつかの事例では、水循環ジャケット３３７を画定するジャケット付き水冷システム等の除熱装置３５０が、圧力抑制部材３３８と（つまり、燃焼器装置２２０の「外郭」を形成する圧力抑制部材３３８の外部に）係合してよい。燃焼器装置２２０の蒸散部材２３０に関連して実現される蒸散流体２１０は、たとえば、少量のＨ_２Ｏおよび／またはＮ_２もしくはアルゴン等の不活性ガスと混合されるＣＯ_２である場合がある。蒸散部材２３０は、たとえば、多孔性金属、セラミック、複合材料マトリックス、層状マニホールド、任意の他の適当な構造、またはその組合せを含んでよい。いくつかの態様では、燃焼室２２２内部の燃焼は、後にそれに関する膨張のためにタービン等の電力生産装置に導かれてよい高圧、高温の流出流体流れを生じさせることがある。

【0058】

図１に示されている装置態様に関して、燃焼器装置２２０は、約３５５バールの圧力で酸素２４２を受け取るように構成されてよい。さらに、粒子状固体燃料（たとえば、微粉炭）２５４、および流動化流体（たとえば、液体ＣＯ_２）２５５も約３５５バールの圧力で受け取られてよい。同様に、作動流体（例えば、加熱され、高圧で、おそらくリサイクルされたＣＯ_２流体）２３６も約３５５バールの圧力、および約８３５℃の温度で提供されてよい。ただし、本開示の態様に従って、燃料混合物（燃料、流動化流体、酸素、および作動流体）は、約４０バールと約５００バールとの間の圧力で燃焼室２２２の入口部分２２２Ａで受け取られてよい。本書に開示されるように、燃焼器装置２２０の態様によって実現される相対的に高い圧力は、それによって生じるエネルギーを、最小容積で相対的に高強度に集中させ、基本的に相対的に高いエネルギー密度を生じさせる機能を果たしてよい。相対的に高いエネルギー密度は、より低い圧力でよりもさらに効率的にこのエネルギーの下流処理を実行できるようにし、よって技術に実行可能性の要因を与える。したがって、本開示の態様は、既存の発電所よりも大きな桁で（つまり、１０倍から１００倍で）エネルギー密度を提供してよい。より高いエネルギー密度はプロセスの効率を高めるが、設備の規模および質量、ひいては設備のコストを削減することによって、熱エネルギーから電気へのエネルギー変換を実現するために必要とされる設備のコストも削減する。

【0059】

実現時、ＣＯ_２三重点圧力とＣＯ_２臨界圧力との間の任意の圧力で液体であるＣＯ_２流動化流体２５５は、微粉炭燃料２５４と混合され、質量または他の質量分率で、約５５％のＣＯ_２および約４５％の微粉炭の割合の混合物を形成し、したがって結果として生じるスラリーは適当なポンプによって（流体スラリーとして）約３５５バールの有名な圧力で燃焼室２２２に注入できる。いくつかの態様では、ＣＯ_２および微粉炭は、ポンピングの前に、約１３バールの圧力で混合されてよい。Ｏ_２流れ２４２はリサイクルＣＯ_２作動流体流れ２３６と混合され、その組合せは次いで微粉炭／ＣＯ_２スラリーと混合され、単一の流体混合物を形成する。Ｏ_２対石炭の割合は、余分なＯ_２の追加１％で石炭を完全に燃焼するほど十分になるように選択されてよい。別の態様では、Ｏ_２の量は、石炭の一部が実質的に完全に酸化でき、一方、別の部分は部分的にだけ酸化され、還元中であり、なんらかのＨ_２＋ＣＯ＋ＣＨ_４を含む流体混合物を生じさせるように選択することができる。かかるようにして、燃焼生成物の二段階膨張が、必要に応じてまたは所望されるように、第１段階と第２段階との間のなんらかのＯ_２注入および再加熱で実現されてよい。さらに、燃料（石炭）は第１の段階（つまり、約４００℃と約１０００℃の間の温度での第１燃焼室）で部分的にのみ酸化されるので、第１の段階を出る炭素質燃料内のあらゆる不燃性要素は燃焼生成物内部で固形微粒子として形成される。たとえば、渦フィルタおよび／またはキャンドルフィルタによる固形微粒子の濾過時、炭素質燃料は、次いで、約１３００℃と約３５００℃との間の最終燃焼生成物温度を生じさせるために第２の段階（つまり、第２の燃焼室）で実質的に完全に酸化されてよい。

【0060】

追加の態様で、燃焼温度は約１３００℃と約５０００℃の間の範囲となることがあるが、燃料混合物を介して燃焼室２２２内に存在するＣＯ_２の量は、約２４００℃の燃焼温度（断熱またはそれ以外）を達成するために十分となるように選択される。Ｏ_２＋石炭スラリー＋加熱されたリサイクルＣＯ_２の燃料混合物は、一態様では、その燃料混合物の自動点火温度未満の結果として生じる温度で提供される。示されている条件を達成するために、たとえば固体石炭を微粉炭機で研削することによって、固形炭素質燃料（たとえば、石炭）は、好ましくは約５０ミクロンと約２００ミクロンとの間の平均粒径で提供される。かかる研削プロセスは、約５０ミクロン未満の粒子の最小質量分量を提供するように構成されるミルで実行されてよい。このようにして、液化されて、燃焼プロセスで液体スラグ液滴を形成するどのような不燃性要素も、直径が約１０ミクロンを超えてよい。いくつかの態様では、約４００℃の温度のＣＯ_２＋Ｏ_２＋微粉炭スラリーを含む燃料混合物は、約３５５バールの圧力で燃焼室２２２に導かれてよく、燃焼室２２２内部での燃焼時の正味圧力は約３５４バールであってよい。燃焼室２２２内部の温度は、約１３００℃と約５０００℃との間となり、いくつかの好ましい態様では、単一の燃焼段階だけが実現される。

【0061】

燃焼器装置２２０の一例では、本書に開示されるように、正味５００ＭＷの電力システムが、以下の条件で、約５８％の効率（低位発熱量ベース）でＣＨ_４燃料で動作するように構成されてよい。
燃焼圧力：３５０ａｔｍ
燃料入力：８６２ＭＷ
燃料流量：毎秒１７．２ｋｇ
酸素流量：毎秒６９．５ｋｇ

【0062】

ＣＨ_４およびＯ_２は、毎秒１５５ｋｇのＣＯ_２作動流体と混合され、燃焼されて、２４００℃の断熱温度でＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、およびいくらかの過剰なＯ_２を含む流出流体流れを生じさせる。燃焼室は、約１ｍの内径および約５ｍの長さを有してよい。約６００℃の温度での毎秒３９５ｋｇのＣＯ_２の流れは、厚さ約２．５ｃｍであってよい蒸散部材に向かって導かれ、蒸散部材を通って導かれる。このＣＯ_２は、蒸散部材に対する燃焼室内部の燃焼の放射から生じ、蒸散部材を通って伝導される熱で対流によって加熱される。

【0063】

燃焼室を画定するその内面の回りで、蒸散部材表面温度は約１０００℃であってよい。一方、毎秒６３６．７ｋｇの流出流体流れは約１３５０℃の温度であってよい。かかる事例では、燃焼生成物の燃焼および希釈のための平均滞留時間は約１．２５秒である。さらに、蒸散部材を通って燃焼室に進入する蒸散流体の放射状に内向きの平均速度は、毎秒約０．１５ｍである。

【0064】

石炭燃料式の燃焼器装置の例を補正すると、燃焼室内での燃焼生成物の燃焼および希釈のための平均滞留時間が約２．０秒であり、燃焼室長さが約８ｍ、内径が１ｍである構成が生じる。したがって、希釈（蒸散）流体としてＣＯ_２を用いるシステムの正味効率は、約５４％（低位発熱量ベース）である。かかる事例では、蒸散流体の放射状に内向きの速度は、毎秒約０．０７ｍであってよい。かかる条件下で、図５は、そこから１ｍｍの距離から蒸散部材に向かって毎秒約５０ｍで放射状に外向きに突出する直径５０ミクロンの液体スラグ粒子の概略軌跡を示す。示されるように、粒子は蒸散部材を通る蒸散流体流れによって流出流体流量流れの中に戻される前に蒸散部材から最小０．１９ｍｍに到達するだろう。かかる事例では、蒸散部材を通る蒸散流体流量は、蒸散部材と、燃焼プロセスから生じる液体スラグ粒子との間の相互作用を効果的に緩衝する。

【0065】

開示された燃焼器装置の態様は、当業者によって理解されるように、関連付けられた方法を使用して適当な電力生産システムで実現されてよい。たとえば、かかる電力生産システムは、燃料（および任意選択で流動化媒体）、オキシダント、およびＣＯ_２作動流体を提供するための１つまたは複数の噴射器、燃料混合物を燃焼するための少なくとも１つの燃焼段階を有する本書に開示されるような蒸散冷却式燃焼器装置を含んでよく、流出流体流れを提供する。蒸散装置（たとえば、図６の要素５００を参照）は、流出流体流れ（燃焼生成物および作動流体）を受け取り、流出流体流れに反応して、それに関連するエネルギーを運動エネルギーに変換するように構成されてよく、変換装置は、たとえば入口および出口を有する電力生産タービンであってよく、電力は、流出流体流れが膨張するにつれて生産される。さらに詳細には、タービンは、入口と出口との間の所望される圧力比で流出流体流れを維持するように構成されてよい。ジェネレータ装置（たとえば、図６の要素５５０を参照）も、タービンの運動エネルギーを電気に変換するために設けられてよい。つまり、流出流体流れは、高圧からより低い圧力に膨張されてよく、次いで電力に変換できる軸動力を生じさせる。熱交換器は、タービン出口からの流出流体流れを冷却するため、および燃焼器装置に進入するＣＯ_２作動流体を加熱するために設けられてよい。１つまたは複数の装置が、回収または処分のために、熱交換器を離れる流出流体流れを純粋なＣＯ_２および１つまたは複数の追加の成分に分離するために設けられてもよい。かかるシステムも、精製されたＣＯ_２を圧縮するための、および残りの部分が熱交換器によって加熱される作動流体としてリサイクルされる一方、流出流体流れから分離されたＣＯ_２の少なくとも一部を加圧パイプラインの中に送達するための１つまたは複数の装置を含んでよい。ただし、当業者は、本開示が流出流体流れの直接的な実現を含むが、いくつかの事例では、相対的に高温の流出流体流れが間接的に実現されてよいことを理解する。すなわち、流出流体流れは熱交換器に導かれてよく、それに関連付けられる熱エネルギーは、第２の作動流体流れを加熱するために使用され、加熱された第２の流体作動流れは、次いで変換装置（たとえば、タービン）に導かれて発電する。さらに、当業者は、他の多くのかかる装置が本開示の範囲内にあってよいことを理解する。

【0066】

本開示の特定の態様では、炭素質燃料の組成は、不燃性要素（つまり、汚染物質）がその中に含まれ、燃焼プロセスに続く燃焼生成物／流出流体流れに存在したままになるほどである。上述は、炭素質燃料が石炭等の固体である場合であってよい。それらの態様では、流出流体流れがそこに直接的に送られる場合、流出流体流れの直接的な実現は、以後の変換装置（タービン）上でのかかる不燃性要素の蓄積、または以後の変換装置（タービン）に対する他の損傷を生じさせることがある。当業者は、液体またはガス（つまり、天然ガス）等の炭素質燃料の他の形を実現するときにかかる不燃性要素が必ずしも存在しないことがあることも理解する。したがって、固体炭素質燃料源および流出流量流れと変換装置との間の直接的な相互作用を実現する態様では、パワーシステム（燃焼器装置および変換装置）は、燃焼器装置と変換装置との間に置かれる分離機装置をさらに含んでよい。かかる事例では、分離機装置は、燃焼生成物／流出流体流れが変換装置に導かれる前に、それによって受け取られた燃焼生成物／流出流体流れから液化不燃性要素を実質的に除去するように構成されてよい。さらに、分離機装置を実現する態様では、開示される蒸散物質は、分離機装置の上流と下流の両方で導入されてよい。さらに詳細には、蒸散物質は、最初に、不燃性要素の液化温度を超えて分離機装置に進入する蒸散物質および燃焼生成物の混合物を調整するために、蒸散部材を介して、および分離機装置の上流で燃焼室の中に導入されてよい。分離機装置の後で、蒸散物質送達装置（たとえば、図６の要素４７５を参照）は、約４００℃と約３５００℃との間の温度で変換装置に進入する、蒸散物質および燃焼生成物の混合物を調整するために、分離機装置を出て、実質的に液化不燃性要素がそこから除去された燃焼生成物に蒸散物質を送達するように構成される。

【0067】

上述されたように、燃焼器装置の態様は、固体炭素質燃料中の不燃性要素を燃焼プロセスの間に液化させる燃焼温度を達成する能力を含んでよい。かかる事例では、たとえば、図４に示されるサイクロン分離器のような分離機装置３４０等の不燃性要素を除去するための設備が適用されてよい。一般に、本開示によって実現されるかかるサイクロン分離器の態様は、燃焼生成物／流出流体流れ、およびそれと関連付けられた液化不燃性要素を受け取るように構成される入口遠心分離器装置１００Ａ、および液化不燃性要素がそこから実質的に除去された燃焼生成物／流出流体流れを排出するように構成される出口遠心分離機装置１００Ｂを含む、複数の直列に配列される遠心分離器装置１００を含んでよい。各遠心分離機装置１００は、複数の遠心分離器要素、つまり中心コレクタパイプ２の回りで並列に動作可能に配列されるサイクロン１を含み、それぞれの遠心分離要素／サイクロン２は、燃焼生成物／流出流体流れから液化不燃性要素の少なくとも一部を除去し、液化不燃性要素の除去された部分をサンプ２０に導くように構成される。かかる分離機装置３４０は、昇温で動作するように構成されてよく、したがって遠心分離機装置およびサンプを収容するように構成される圧力抑制ハウジング１２５をさらに含んでよい。かかる態様に従って、圧力抑制ハウジング１２５は、やはり燃焼装置２２０を取り囲む圧力抑制部材３３８の延長部であってよい、または圧力抑制ハウジング１２５は、燃焼器装置２２０と関連付けられる圧力抑制部材３３８を係合できる別個の部材であってよい。どちらの事例でも、流出流体流れを介して分離機装置３４０によって経験される昇温温度のため、圧力抑制ハウジング１２５は、それから熱を除去するためにそれと動作可能に係合される、その上に循環される液体を有する（不図示）伝熱ジャケット等の熱分散システムを含んでもよい。いくつかの態様では、熱回収装置（不図示）は、伝熱ジャケットと動作可能に係合してよく、熱回収装置は、伝熱ジャケット内で循環される液体を受け取り、その液体から熱エネルギーを回収するように構成されてよい。

【0068】

さらに詳細には、図４に示される（スラグ除去）分離機装置３４０は、そこから流出流体流れ／燃焼生成物を受け入れるためにその出口部分２２２Ｂの回りに燃焼器装置２２０と直列で配置されるように構成される。液体スラグ（不燃性要素）液滴がその中にある燃焼器装置２２０からの蒸散冷却式流出流体流れは、円錐レデューサー１０を介して入口遠心分離器装置１００Ａの中心コレクタ設備２Ａに進入するように導かれる。一態様では、（当業者は、かかる分離器装置が、必要に応じてまたは所望されるように、１つ、２つ、３つまたは４つ以上の遠心分離器装置を含んでよいことを理解するが）分離器装置３４０は、３つの遠心分離器装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを含んでよい。この事例では、直列で動作可能に配列される３つの遠心分離器装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、３段階サイクロン分離装置を提供する。各遠心分離器装置は、たとえば、対応する中心コレクタパイプ２の外周の回りに配列される複数の遠心分離器要素（サイクロン１）を含む。入口遠心分離器装置１００Ａおよび中間遠心分離機装置１００Ｃの中心コレクタ設備２Ａおよび中心コレクタパイプ２は、それぞれその出口端部で密封される。それらの事例では、流出流体流れは、それぞれの遠心分離器装置１００の遠心分離器要素（サイクロン１）のそれぞれに対応する分岐チャネル１１の中に導かれる。分岐チャネル１１は、それぞれのサイクロン１の入口端部を係合して、（たとえば、サイクロン１に進入する流出流体流に、渦巻き流れでサイクロン１の壁と相互作用させる）その接線方向入口を形成するように構成される。各サイクロン１からの出口チャネル３は、次いでそれぞれの遠心分離器装置１００の中心コレクタパイプ２の入口部分の中に経路を定められる。出口遠心分離器装置１００Ｂで、（実質的にそこから分離された不燃性要素を有する）出口流体流れは、出口遠心分離機装置１００Ｂの中心コレクタパイプから、コレクタパイプ１２および出口ノズル５を介して導かれ、したがって「清潔な」流出流体流れは、次いで、蒸散装置と関連付けられるプロセス等の以後のプロセスに導くことができる。したがって、例示的な３段階サイクロン分離装置は、流出流体流れ中で、質量でたとえば５ｐｐｍまでのスラグの除去を可能にする。

【0069】

分離器装置３４０の各段階で、分離された液体スラグは、サンプ２０に向かって伸長する出口管４を介してサイクロン１のそれぞれから導かれる。分離された液体スラグは、次いで、そこからの成分の除去および／または回収のために、サンプ２０および圧力抑制ハウジング１２５から伸長する出口ノズルまたは管１４の中に導かれる。スラグの除去を達成する上で、液体スラグは、水冷部６を通して、またはそれ以外の場合高圧の冷水接続を有する部分を通して導かれてよく、水との相互作用が液体スラグを凝固させる、および／または粒状化させる。凝固したスラグおよび水の混合物は、次いで、容器（収集設備）７内で、適当な弁９を通して除去できるスラグ／水流体混合物に分離されてよい。一方、任意の残りのガスは、別個の線路８を介して除去されてよい。

【0070】

分離器装置３４０は、相対的に高温の流出流体流れとともに（つまり、不燃性要素を相対的に低い粘度の液体の形で維持するために十分な温度で）実現されるので、いくつかの事例では、燃焼生成物／流出流体流れおよびそれと関連付けられる液化不燃性要素の内の１つに露呈される分離機装置３４０の表面が、高温抵抗、高耐食性、および低熱伝導率の内の少なくとも１つを有するように構成される材料から成ることが望ましいことがある。かかる例はいかなる形でも制限的であることが意図されていないが、かかる材料の例は、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムを含んでよい。したがって、一定の態様では、分離器装置３４０は、燃焼生成物／流出流体流れから液化不燃性要素を実質的に除去し、少なくともサンプ２０からのその除去まで低粘性液体の形で不燃性要素を維持するように構成される。

【0071】

したがって、本書に開示されるように、固体炭素質燃料の事例でのスラグ分離は、いくつかの事例では、保守および検査のためにシステムから容易に抽出され得る単一の装置（分離器装置３４０）内で達成されてよい。ただし、かかる態様は、図６に示されるような追加の優位点を提供してよく、それによってシステムは特定の燃料源の可用性に関して、動作中の「フレックス燃料」手法を実現するように容易に構成され得る。たとえば、単一装置の分離機装置３４０は、燃焼器装置２２０が燃料源として固体炭素質燃料を使用したときに、燃焼器装置２２０と変換装置（タービン）５００との間でシステムに設置されてよい。万一液体または気体の炭素質燃料源に変更することが望ましい場合、分離機装置３４０は、燃焼器装置２２０からの流出流体流れが、変換装置５００に直接的に誘導できるように、システムから取り外されてよい（つまり、上述されたように必要でない場合がある）。したがって、万一燃料可溶性が後に固体炭素質燃料源を決定づける場合には、システムも分離器装置３４０を実現するために容易に戻されてよい。

【0072】

前記説明および関連図面に教示の利点が提示されている本書に述べられる本開示の多くの変更形態および他の態様が、本開示が関する当業者に思い浮かぶだろう。たとえば、いくつかの態様では、燃焼室２２２内部で蒸散流体のらせん状の流れを提供するためには、内側蒸散部材３３２へのおよび内側蒸散部材３３２を通る燃焼室２２２の中への蒸散物質／流体２１０の総流量の一部しか必要ではないことがある。１つの事例では、たとえば、燃焼室２２２に進入する蒸散流体２１０の総質量流量の最高約９０％が、固形または液状の粒子または汚染物質が燃焼室２２２を画定する内側蒸散部材３３２の壁に衝突するのを妨げるために十分な燃焼室２２２の中への蒸散流体２１０の放射状の流れを維持しつつ、らせん状の流れを提供するまたは誘発するために実現されてよい。

【0073】

さらに、いくつかの態様では、燃焼器装置２２０は、たとえば固形燃料（つまり、石炭）スラリーを使用する部分的な酸化装置として構成、配置されてよい。かかる事例では、部分酸化燃焼器装置２００は、たとえば約１６００℃までの運転温度、または他の事例では、約１４００℃と約１５００℃との間の範囲内の運転温度を有するように構成されてよく、燃料中の炭素バーンアウトは約２％未満、および好ましくは１％未満でなければならない。これらの事例では、相対的により低い運転温度が、相対的に高い炭素変換率および使用可能熱を促進しながら、その燃焼を最小限に抑えることによってＨ_２およびＣＯの生成を容易にする。

【0074】

他の態様では、燃焼器装置２２０は、たとえば生成物ガスの解離を容易にするのに十分な断熱火炎温度または他の温度と関連付けられてよい、約５０００℃以上の相対的に高い流出温度で動作するように構成されてよい。たとえば、ＣＯ_２は約１６００℃を著しく上回って解離する。

【0075】

さらに他の態様では、バーナー装置３００は、炭素質燃料、およびその上流の拡散ＣＯ_２成分の事前混合がないように構成され、配置されてよい。さらに、Ｏ_２も、たとえばノズルの別のセットを通して、または噴射ノズル（複数の場合がある）を取り囲む同心環状リングを用いてバーナー先端で導入されてよい。かかる事例では、拡散火炎は、高Ｈ_２含有率の炭素質燃料の場合に達成可能である場合がある。バーナー装置３００で非常に高温を達成するために、燃料、酸素および／またはあらゆる希釈剤の予熱が必要とされることもある。

【0076】

したがって、本開示が、開示されている特定の態様に制限されていないこと、および変形形態および他の態様が添付特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されることが理解されるべきである。本書では特定の用語が利用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味だけで使用されており、制限のために使用されていない。

【図1】

【図1A】

【図2】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図3A-3B】

【図4】

【図5】

【図6】