(57)【要約】  本発明は、冷却ジャケットにより囲まれた回転対称を有するチャンバ（１３）を含む少なくとも１つの熱交換器（４）を備える、ダストおよび／または凝縮性物質を含有するガス、特に燃焼ガスから熱を抽出し、凝縮物を回収するための装置に関する。本発明は、前記チャンバの内表面の表面処理剤を通すための開口（９）を備え、チャンバ（１３）が、チューブ（１４）内に同軸に配置された少なくとも１つの螺旋スクリューを備えることを特徴とする。
2008531959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダストおよび／または凝縮性物質を含有するガス、特に燃焼ガスから熱を抽出し、凝縮物を回収するための装置であって、冷却ジャケットにより囲まれた、回転対称を有するシェル（１３）を備えた少なくとも１つの熱交換器（４）を具備し、前記シェルの内表面を処理するための表面処理剤の最適な混合物を通すための開口（９）を有し、前記シェル（１３）が、チューブ（１４）内に同軸的に配置された少なくとも１つの螺旋スクリューをさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置が、実質的に円柱状、円錐状、または円錐台状である形状、または少なくとも１つの円柱と少なくとも１つの円錐または円錐台との組み合わせから生じる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
チューブ（１４）のそれぞれの内表面の表面処理が、回転するガス流中に固体表面処理剤を運び入れるための手段により該装置の操作中に連続するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記表面処理剤が、チューブ（１４）の壁に付着する付着物を擦り取るために選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記表面処理剤が、炉において初めに使用されるガラスバッチ組成物の成分から、それを該組成物に再循環させるために、選ばれることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
回転するガス流を収容する装置部分の上流および下流それぞれに前記表面処理剤を運び、収集するための手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
該処理装置およびその冷却ジャケットが、複数のチューブ（１４）により貫通され、熱交換チャンバを形成する隔壁（１６、１７）によって確定される内部ボリュームを境界付ける外側ジャケットからなり、前記チャンバのそれぞれは、螺旋スクリュー（１８）を収容していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記螺旋スクリュー（１８）のピッチが、可変であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記螺旋スクリュー（１８）が、それぞれ異なる材料から、特にステンレス鋼および炭素鋼から作られた２つの部分からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
炉、特にガラスまたは類似の無機物質を溶融させるための炉（１）であって、ダストおよび／または凝縮性物質を含有する温熱ガスのための出口ゾーンを具備し、該出口ゾーンは前記ガスを冷却するためのユニット（４）を備え、前記冷却ユニット（４）が、請求項１〜９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの熱抽出装置を備えることを特徴とする炉。
【請求項１１】
前記冷却ユニットにおいて冷却されたガスを、ろ過されたガスを大気に放出するフィルタ（１２）に移送するための手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の炉。
【請求項１２】
前記冷却ユニットが、請求項８に記載の熱交換器（４）を備え、該炉が、収集された固体を、炉で処理されるバッチ材料中に、または直接該路中に、再導入するための手段を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の炉。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、温熱ガス、特に燃焼ガスを、一方ではこれらのガスにより運ばれる熱を、他方ではその中に存在する凝縮性物質を、回収するために、処理する分野に関する。より具体的には、本発明は、特に、ガラスまたは類似の無機物質を溶融させるための炉のような炉で生成し得る、ダストおよび／または凝縮性物質を含有するガスの処理に関する。ガラス炉において、ガラスバッチ材料は、特にガスバーナーにより提供される熱エネルギーを用いて約１２００〜１３００℃の温度の溶融状態に加熱される。燃焼ガスは、１０００〜１２００℃の温度で、炉から出、ガラスバッチの揮発性成分、例えばホウ素から誘導されるガス状物質のある量を連行する。
【０００２】
炉のガス出口ゾーンは、一般に、主燃焼空気を加熱するため目的で、また揮発性物質を、分離し、冷却されたガスを大気に排出する目的で再使用するために、燃焼ガスの熱の一部を回収するための冷却塔を備えている。
【０００３】
冷却塔は、一般に、寒冷流体が大気空気であり、大気空気が、約６００℃の温度で熱交換器を出、酸化性空気としてバーナーに再循環され得るところの第１のステージ、処理された燃焼ガスが約７００℃の温度で発するステージ、および寒冷流体が処理された燃焼ガス中に直接噴霧された水であり、凝縮性物質のダストとしての固化を生じさせるところの第２のステージを含む。ついで、冷却されたガス、スチームおよびダストの混合物は、ダストを捕捉し、ガスを約４００℃の温度で放出する静電気フィルタにより分離される。
【０００４】
この大気への放出は、工業的ガラス製造設備の操作の数メガワット・時にも達し得るエネルギーの実質的な損失を意味する。
【０００５】
しかしながら、温熱ガスの立法メートルあたり数グラムの物質を意味する凝集性物質の存在は、従来の熱交換器におけるこのガスの処理を不可能にする。熱交換器が、凝縮したダストによりきわめて急速に閉塞されるからである。熱交換器は、クリーニングサイクルにより中断される短いサイクルでのみ操作が可能であり、これは、現実的な固有の技術的困難さを提起し、またガラスの製造を妨害しやすいものである。
【０００６】
事実、凝縮性物質の大気への放出は、環境法規により近いうちに禁止される予定となっている。従って、放出前に、煙道ガスから凝縮性物質を除去することが必要となってきている。
【０００７】
本発明の目的は、この排気煙による汚染防除の問題を解決すること、および前記ガスの製造を通じて永続的に、製造を妨害することなく、それら温熱ガスから熱を抽出し得る装置を提供することである。
【０００８】
この点において、本発明の主題は、ダストおよび／または凝縮性物質を含有するガス、特に燃焼ガスから熱を抽出し、凝縮物を回収するための装置であって、冷却ジャケットにより囲まれた、回転対称を有するシェル（１３）を備えた少なくとも１つの熱交換器（４）を具備し、前記シェルの内表面を処理するための表面処理剤の最適な混合物を通すための開口（９）を有し、前記シェル（１３）が、チューブ（１４）内に同軸的に配置された少なくとも１つの螺旋スクリューをさらに備えることを特徴とする装置である。
【０００９】
このガス流の回転流れにより、ダストおよび／または物質は、処理チャンバの寒冷壁に衝突し、寒冷壁上に凝縮し、寒冷壁に付着し、そして蓄積した固形物は、チャンバ中の表面処理剤の通過に従う擦り取り（abrasion）により破壊される。
【００１０】
冷却ジャケット内を流れる流体は、いずれもの普通に用いられているタイプのものであってよく、特に油または水であり得る。
【００１１】
他の有利な特徴によると、本装置は、実質的に円柱状、円錐状、または円錐台状である形状、または少なくとも１つの円柱と少なくとも１つの円錐または円錐台との組み合わせから生じる形状を有する。
【００１２】
本装置は好ましくは水平に配置される。
【００１３】
本装置の寸法および本装置に組み込まれるチャンバの数は、ガスを産出する設備により処理されるガスの体積に適合される。
【００１４】
実質的に螺旋回転ガス流を収容する部分は、好ましくは、該ガス流が少なくとも２回の螺旋回転、少なくとも４回の螺旋回転、特に少なくとも５回の螺旋回転を行うに十分に長いものである。
【００１５】
回転するガス流を生み出すための手段は、チューブ内に同軸的に配置された少なくとも１つの螺旋スクリューを含む。
【００１６】
有利な態様において、回転するガス流を生み出すための手段は、一方で、温熱ガスを本処理装置に対して接線方向に運ぶための手段と、他方で、螺旋スクリューを備える。螺旋回転運動は、ガスの入口速度と、任意に、スクリューの全長にわたって一定でなくともよいスクリューピッチを選択することにより所望長さに沿って容易に得ることができる。
【００１７】
本発明の有利な特徴によれば、固体表面処理剤を回転するガス流中に運び入れる手段のおかげで、各チャンバの内表面の表面処理、より正確にはクリーニングは、本装置の操作中連続的であり得る。
【００１８】
ダストのように、表面処理剤は、遠心力の効果の下で、チャンバの寒冷壁に衝突し、そこで、固体表面処理剤粒子の運動エネルギーはその寒冷壁に付着していたダスト付着物を擦り取るに十分である。
【００１９】
本装置の材料の種類、および付着物の種類により、表面処理剤は、チャンバの壁に付着している付着物を擦り取るように選択される。
【００２０】
有利には、表面処理剤は、これをガラスバッチ組成物に再循環させるために、炉において初めに使用されるガラスバッチ組成物の成分の中から選らばれる。
【００２１】
すなわち、本装置は、ダストまたは凝縮した固形物を回収し、および／または表面処理剤を再循環させるための、回転するガス流を収容する装置部分の上流および下流のそれぞれに表面処理剤を運び、収集するための手段を備える。ガスは、既知の様態で発出し得、特に円筒状シェルについては特にシェルの軸に対して接線方向に、または軸方向に発出し得る。
【００２２】
有利な態様によれば、本処理装置とその冷却ジャケットは、複数のチューブにより貫通され、熱交換チャンバを形成する隔壁によって確定される内部ボリュームを境界付ける外側ジャケットからなり、それらのチャンバのそれぞれは、螺旋スクリューを収容している。
【００２３】
一方では、これは、非常に高い内部圧力に耐える二重壁を構成する。他方で、円形断面のチューブの並置は、平面によって与えられる面積よりも大きな熱交換面積を提供する。
【００２４】
記述した装置の応用の中で、とりわけ、本発明の１つの主題は、ダストおよび／または凝縮性物質を含有する温熱ガスのための出口ゾーンを具備し、該出口ゾーンは該温熱ガスを冷却するためのユニットを備え、前記冷却ユニットは、上に述べた、熱を抽出し、凝縮性物質を凝縮させるための少なくとも１つの装置を備えることを特徴とする炉、特にガラスまたは類似の無機物質を溶融させるための炉である。
【００２５】
この応用において、ダストの一部が微細すぎて処理チャンバの内壁に続けて付着し得ないことがある。その場合、炉は、冷却ユニット中で冷却されたガスを、ダストを捕捉し、ろ過したガスを大気に放出するフィルタに移行させるための手段をさらに備えることができる。
【００２６】
ダストおよび燃焼ガスに連行された凝縮性物質を回収するために設計された本発明による熱交換器装置により、プロセス、特に溶融プロセスの収率が、該熱交換器により収集されたダストと物質を、炉で処理されるバッチ材料中にまたは炉内に直接、再導入することによって向上され得る。
【００２７】
ダストと凝縮性物質が表面処理剤を用いた擦り取りにより回収されるならば、ガラスバッチ材料の成分、特に、表面処理剤として用いられる砂を用いることは、ガラス炉において特に有利である。それは、ダストとともに、ガラスバッチのための原料として再利用できるからである。
【００２８】
熱交換器は、スチームを産生するために十分な量の熱を抽出するような大きさとされ得る。この目的のために、本発明の装置のジャケット中の冷却流体として水を直接用いることができる。この場合、チャンバとジャケットの形状および構造は、ジャケット中のスチームの圧力により掛けられる負荷に耐えるように選択される。
【００２９】
本発明の他の特徴および利点は、ここに添付した図面の記述を読むことにより明らかとなるであろう。
【００３０】
明瞭さのために、図に示す要素は、必ずしも一定の縮尺で再現したものではなく、ある寸法は拡大されまたは縮小されており、いくつかの構造の詳細は、本発明の理解には必須のものではないので省略していることを述べておかなければならない。
【００３１】
図１に示す設備は、本質的に、普通の適切な手段２によりガラスバッチを供給されるガラス炉１を備え、そこでは溶融のエネルギーは複数のガスバーナー３により提供される。
【００３２】
炉で製造されるガラスは、様々な、特にガラスウールもしくは繊維に基づく製品、例えば、詰物（padding）、ネットおよび他の製品であり得る製品に成形されるべく、図示しない手段により取り出される。あるいは種々の有機もしくは無機物質をガラスに添加することができる。炉の一端において、特にガラスバッチ中の揮発性要素から誘導されたガス状化合物を担持した燃焼ガスが、冷却ユニット４に送られ、そこで、約１０００℃の温度から約２００℃の温度まで冷却される。
【００３３】
このユニットは、寒冷流体として大気空気を用いる第１の熱交換器５を備えている。
【００３４】
この熱交換器は、空気６により抽出された熱が、バーナー３中に再導入７される温熱酸化剤として有利に使用され得るように空気の温度を約６００℃まで高めるような大きさとされる。
【００３５】
第１の熱交換器を出る燃焼ガスの温度は、約７００℃である。この温度において、ガラスバッチの揮発性要素から誘導された凝縮性物質は、なおガス状態にあり、熱交換器５は、いかなる固体物質にもさらされていない。
【００３６】
ユニット４は、ガスの温度を凝縮性物質の固化点未満に低下させることにより、７００℃に冷却されたガスから追加の熱部分を抽出するための、第１の熱交換器５と直列の第２の熱交換器８を備えている。
【００３７】
熱交換器８（図２に詳細に示す）は、本発明による装置からなり、本質的に長い円筒体の形状を有し、その中に熱交換手段が配置されている。これは、チューブ状本体の軸に対して接線方向のガス入口９と、供給側とは反対側に配置された軸方向ガス出口１０を備える。
【００３８】
これは、本装置を出る処理されたガスが約２００℃まで冷却されるような大きさとされる。
【００３９】
ガスは、さらに、少なくとも部分的にダストを除去され、ダストは収集器１１に集められる。本装置を出るガスは、大気に排出する前に、いずれかの既知のタイプであり得るフィルタ１２、有利には単純な布フィルタ、または、水噴霧冷却塔を出る温熱ガスを処理するために一般的に用いられているもののような静電気フィルタを用いて、処理することができる。
【００４０】
本装置の内部構造は、斜視図で図２に示されている。
【００４１】
本装置のチャンバ１３の円筒状部分は、外側チューブから形成されるシェル１３と、処理チャンバを境界付ける複数の内側チューブ１４からなり、チューブ１４の間を、ラインを介して導入され、排出される水のような冷却流体１５が流れる。
【００４２】
上記チューブは、複数のフランジ１６、１７（図２には２つを見ることができる）を用いてシェルの内部において所定の位置に保持されており、これらのフランジ１６、１７は、実質的に、チャンバの主軸に対して放射状に配置されている。
【００４３】
チューブ１４のそれぞれは、冷却流体との、熱交換表面におけるより良好な熱伝達係数を得るために、チューブ内のガス流の乱流を増大させるための装置を組み込んでいる。
【００４４】
図は、任意に全長に沿って可変のスクリューピッチを有する螺旋スクリュー１８を示している。
【００４５】
さらに、スクリュー１８の上流側部分と下流側部分との間に存在する高い温度勾配のために、スクリュー１８は、その上流側部分においてステンレス鋼（高勾配）から作られ、下流側部分において炭素鋼から作られている。上流／下流の方向は、第１の熱交換器５から出るガスの流れ方向により規定される。
【００４６】
処理されるガスは、フランジ１６の近傍で円筒状部分の一方の側に配置された接線方向入口９と連通するラインを介して運ばれる。各チューブの外周において接線方向に導入されたガスは、各チューブ内で回転運動を始める。
【００４７】
図に示されていない変形例として、各チューブおよびそのスクリューは、処理されるガスのそれ自身の入口ラインにより供給され、各チューブは、また、それ自身の、各チューブの寒冷壁上に凝縮したダストを除去するために好適な表面処理剤を注入するための装置を備えている。
【００４８】
この回転運動は、各チューブの外周における接線方向の入口の位置と、チューブ１４内のプロペラまたはスクリュー１８の存在により課されるものであり、この構成は、実質的に全円柱状部分において回転するガス流を確立することを確保する。
【００４９】
この構造は、各チューブ内の表面処理剤の最適な分配もしくは混合を確保する。
【００５０】
本装置は、ガスを装置中に押し込むために、装置の上流側に、例えばライン上に、あるいは処理されたガスを外部に向けて吸引するために出口の下流側に、ブロワを設置することにより、加圧下で、または真空下で操作することができる。本装置内のガスの速度は、有利には高いものであり、特に、温熱ガス入口で約１０〜４０ｍ／ｓであり、これは冷却されたガスの出口での約１０〜３０ｍ／ｓに相当する。
【００５１】
運転中、ホウ素のような凝縮性物質（６００℃以下、好ましくは６００〜２００℃の温度で凝縮する）を担持するガスは、チューブ１４内のガスに課されたルートに従い、冷却水により冷却された壁に沿って流れる。そうする際、特に遠心力の効果の下で、ガス温度は低下し、凝縮性物質はダストとして固化し、これが寒冷壁に、それと接触すると、付着し、チューブの長さ方向の少なくとも一部上に付着物を形成する。
【００５２】
この付着物は、厚くなることにより、壁を熱絶縁し、熱伝達効率を低下させ、最終的にガスの通過を阻害しうるという点において問題を提起し得る。
【００５３】
しかしながら、本装置の形状は、以下の手段を用いて、非常に簡単な壁のクリーニングを可能とする。
【００５４】
本装置は、表面処理剤貯槽１９（図１に見られる）、特に、砂のような、研磨性粒状物質の貯槽を備え、これは、該物質を、ライン中のブランチを介して、処理されるガス流中に、またはチャンバ中に直接、送給し得るものである。研磨性物質の供給は、弁または同様の供給手段２０によって制御することができる。
【００５５】
壁上に形成した付着物を除去するために、非常に低くてもよいところの研磨性物質の流れを、処理されるガスに送給するだけで十分である。
【００５６】
研磨性物質の粒子は、回転するガス流に連行され、遠心力により壁に衝突し、その結果それらは付着物を取り去り、チューブの内壁の表面をクリーニングする。
【００５７】
研磨性物質および表面から取り去られた付着物は、装置の下流でガス流に連行され、いずれかの適切な装置により収集される。
【００５８】
使用する研磨性物質が砂であるなら、本設備は、分離した固体を収集器から、炉にガラスバッチを供給するための手段へ運ぶための手段を備えることができる。砂と付着物質が該組成物に入るからである。
【００５９】
ガス流を中断することなく、従って本装置の上流でプロセスを妨害することなく、表面から付着物を除去し、再び最適な熱伝達効率を達するためには、非常に短時間の処理時間で十分である。情報として、先に示した熱交換条件（温熱および寒冷ガス温度、ガス速度）において、熱交換器は、連続８時間十分に動作し得、その後の、３リットルの砂を用いた１０分間のクリーニングサイクルが、表面を完全にクリーニングすることができる。
【００６０】
フィルタ１２を、砂および任意にダストを該フィルタに達する前に完全に分離するために、ガス出口ラインに設けることができる。
【００６１】
本発明を、円筒状部分を有する装置の場合について説明したが、本発明はこの具体的な態様に限定されるものではなく、先に述べた他のすべての形状も可能である。
【００６２】
同様に、本発明を好ましくはガラス溶融設備の場合について説明したが、本発明は、他の工業的煙道ガスの処理にも適用される。特に、本発明の装置がその一部を構成するところの冷却ユニットは、他の熱交換器を有しまたは有さずして、異なって設計することができ、図１に示すタイプに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る装置を備えたガラス炉を概略的に示す図。
【図２】本装置の斜視図。
【図１】
2008531959.tif 000003
【図２】
2008531959.tif 000004
【国際調査報告】
2008531959.tif 000005
2008531959.tif 000006
2008531959.tif 000007
2008531959.tif 000008
2008531959.tif 000009
2008531959.tif 000010