(57)【要約】加熱ガスがバーナー２２から離れるような望ましい方向の流れＳｖにおいて中央部分１４の中を通り、リターン部分１６，１８のうちの少なくとも１つに方向付けられ、また、好ましくは、少なくとも部分的に中央部分１４に戻るように、加熱ガスを導くように設計された、放射加熱管１０を提供することができる。これにより、放射加熱管１０内を通過する再循環流れが全体として生み出される。中央部分１４においてバーナー２２に近接したほうの領域２４におけるガス用の最小流れ横断面積ＤＡは、バーナー２２から離れたほうの領域２６における最小流れ横断面積ＤＥより小さい。好ましくは、本発明に従った放射加熱管１０は、バーナー２２に近接した分岐部分１３から中央部分１４への移行部において、くびれを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナー連結部（１２）と、
分岐部分（１３）と、
中央部分（１４），及び，該中央部分（１４）に隣接し、前記中央部分（１４）とともにループを形成する少なくとも１つのリターン部分（１６，１８）と、
を含む放射加熱管（１０）であって、
前記中央部分（１４）は、前記バーナー連結部（１２）に近接し、前記分岐部分（１３）に隣接した領域（２４），及び，前記バーナー連結部（１２）から離れたほうの領域（２６）を含み、
前記バーナー連結部（１２）に近接したほうの前記領域（２４）は、前記バーナー連結部（１２）から離れたほうの前記領域（２６）における最小径（ＤＥ）より小さい最小径（ＤＡ）を有する、ことを特徴とする放射加熱管。
【請求項２】
前記中央部分（１４）の横断面は、望ましい方向の流れ（Ｓｖ）の方向に向かって大きくなることを特徴とする請求項１に記載の放射加熱管。
【請求項３】
前記中央部分（１４）は、円錐形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射加熱管。
【請求項４】
前記バーナー連結部（１２）から離れたほうの前記領域（２６）における前記最小径（ＤＥ）に対する、前記バーナー連結部（１２）に近接したほうの前記領域（２４）における前記最小径（ＤＡ）の比率は、３分の２未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項５】
前記バーナー連結部（１２）の開口部（２１）の径は、前記バーナー連結部（１２）に近接したほうの前記領域（２４）における前記最小径（ＤＡ）より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項６】
前記中央部分（１４）とともに各々がループを形成する合計２つの前記リターン部分（１６，１８）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項７】
前記中央部分（１４）は、縦軸（Ｌ）を有し、前記リターン部分（１６，１８）は、前記中央部分（１４）における前記縦軸（Ｌ）と平行に延びることを特徴とする請求項６に記載の放射加熱管。
【請求項８】
前記中央部分（１４），及び，存在する前記リターン部分（１６，１８）は、一平面上に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項９】
前記中央部分（１４），及び，前記リターン部分（１６，１８）は、金属板，または，鋳鋼から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項１０】
バーナー（２２）は、前記バーナー連結部（１２）に連結されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射加熱管。
【請求項１１】
前記バーナー（２２）は、無炎酸化に適応したバーナー（２２）であることを特徴とする請求項１０に記載の放射加熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された燃料ガスの再循環を示す放射加熱管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射加熱管は、燃料を用いて工業用炉の間接加熱に利用されている。燃焼は、放射加熱管内で起き、また、結果として得られる熱エネルギは、工業用炉の素材に伝達される。すなわち、工業用炉の素材は、放射熱によって加熱される。このような放射加熱管は、例えば、独国実用新案第202008009065号公報において説明されている。ここで、本発明における特有の放射加熱管は、いわゆる二重Ｐ構造形状に形成される。
【０００３】
放射加熱管は、概して、バーナーが配置されるバーナー連結部を有する。バーナー連結部に隣接するのは、分岐部分であり、また、分岐部分に隣接するのは、中央部分である。バーナーに供給される燃料ガス、及び、供給される空気は、放射加熱管内で酸化する。この酸化のための領域は、放射加熱管内においてより大きな空間を必要とする。燃焼に関与するガスは、中央部分の中を通って、少なくとも１つのリターン部分に移動する。このリターン部分は、少なくとも１つのベンド管部分を含んで、中間部分を介して中央部分に連結されている。中央部分，及び，リターン部分は、最終的に燃焼排ガスを分岐部分に戻すループを形成する。
【０００４】
燃焼排ガスの一部は、燃焼排ガス出口を通して排気されることができる。そうすることで、例えば、燃焼排ガスの一部は、供給される空気を加熱することができ、さらに、燃焼排ガスの一部が、中央部分に戻されて、燃焼排ガスの少なくとも一部が再循環されるようにしてもよい。二重Ｐ構造形状を示す放射加熱管は、中央部分のような概ね円筒形状を有する２つのリターン部分を含む。その際、中央部分の径は、概して、２つのリターン部分の其々の径より大きい。
【０００５】
図２は、従来型の放射加熱管１０を示している。この従来型放射加熱管１０は、円筒形状を有する中央部分１４を含む。これにより、中央部分１４は、中央部分１４の全長に沿って一定の径を有する。このような放射加熱管では、放射加熱管１０の壁、例えば、中央部分１４において不均一な温度分布、並びに、好ましくない一酸化炭素の数値，及び，窒素酸化物の数値が見られる。
【０００６】
上述した従来型の二重Ｐ構造形状を有する放射加熱管は、良好に用いられることができる。しかしながら、従来型の放射加熱管の其々において、温度分布の温度ピークが、例えば、中央部分１４の基部に見られた。これは望ましくないであろう。さらに、放射加熱管内の燃焼過程から生じる一酸化炭素，及び，窒素酸化物の排気を減らす可能性のあるものの探索が行われている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術における不利益を最小化し、また、削減された一酸化炭素，及び，窒素酸化物の排気を示す、改善された放射加熱管を提供することである。
【０００８】
本発明の目的は、本発明に従った請求項１の特徴を有する放射加熱管によって達成される。
【０００９】
本発明に関する放射加熱管は、バーナー連結部を含む。このバーナー連結部は、中空であり、その中にバーナーが配置されることができる。バーナー連結部は、バーナー連結部の開口部を有する。バーナー連結部に隣接するのは、分岐部分である。バーナーは、バーナー連結部の開口部を通って分岐部まで延びることができ、すなわち、バーナー連結部の端部に装着することができる。中央部分は、バーナー連結部に近接したほうに中央部分の一領域を備える。さらに、中央部分は、バーナー連結部から離れたほうに一領域を含み、中央部分は、バーナー連結部に近接したほうの領域の下流にある。
【００１０】
バーナー連結部に近接したほうの領域とバーナー連結部から離れたほうの領域との間に、中央部分の追加領域がさらに提供される。バーナー連結部に近接したほうの領域とバーナー連結部から離れたほうの領域は、其々、中央部分に沿った任意の長さで延びることができ、または、長さゼロであってもよい。少なくとも１つのリターン部分が、中央部分に隣接して配置される。この少なくとも１つのリターン部分は、中間部分及び分岐部分を介して中央部分に連結される。中央部分とリターン部分は、中間部分及び分岐部分とともに、循環流が生じるループを形成する。
【００１１】
中央部分における、バーナー連結部に近接したほうの領域とバーナー連結部から離れたほうの領域は、各々、中央部分に沿って（軸方向に沿って）異なる径を有することができ、其々の領域の少なくとも一箇所に、最小径が定められる。バーナー連結部に近接したほうの領域における最小径は、バーナー連結部から離れたほうの領域における最小径より小さい。循環する燃焼排ガスは、中央部分の中を通って、少なくとも１つのリターン部分の中に入り、そして、分岐部分に戻るように移動する。燃焼排ガスの一部は、例えばバーナー近くの燃焼排ガス出口を通って放射加熱管から出て、これにより、例えば、供給される空気を加熱することができる。燃焼排ガスの一部は、中央部分に戻されることができ、また、リターン部分を経由して再循環する。
【００１２】
本発明に従ったこのような放射加熱管を用いることによって、従来技術とは対照的に、削減された一酸化炭素，及び，窒素酸化物の値と、より均一な壁の温度分布とを実現することが可能となる。
【００１３】
好ましくは、放射加熱管の横断面は、いずれの場合も中央部分において円形である。しかしながら、中央部分と少なくとも１つのリターン部分は、異なる横断面形状を有してもよい。中央部分が非円形横断面である場合、バーナー連結部に近接したほうの領域とバーナー連結部から離れたほうの領域の双方は、最小領域を示す横断面積を有し、バーナー連結部に近接したほうの領域における最小横断面積は、バーナー連結部から離れたほうの領域における最小横断面積より小さい。
【００１４】
中央部分において、燃焼排ガスは、中央部分におけるバーナー連結部に近接したほうの領域からバーナー連結部から離れたほうの領域への望ましい方向で流れる。好ましくは、管体における中央部分の径または横断面積は、燃焼排ガスの望ましい方向の流れの方向に向かって大きくなる。好ましくは、管体における中央部分の径または横断面積は、再度狭まることなく（単調に）、望ましい方向の流れの方向に向かって大きくなる。中央部分は、ディフューザーとして機能することができ、また、動圧を静圧に変換することができる。
【００１５】
好ましくは、管体における中央部分は、望ましい流れの方向に向かって円錐状に広がるように構成される。
【００１６】
好ましくは、バーナー連結部から離れたほうの領域における最小径に対する、バーナー連結部に近接したほうの領域における最小径の比率は、３分の２未満である。中央部分が非円形横断面である場合、バーナー連結部に近接したほうの領域における最小横断面積は、好適には、バーナー連結部から離れたほうの領域における最小横断面積の最大でも３分の２である。
【００１７】
バーナーは、バーナー連結部内に装着され、これにより、バーナーは、放射加熱管に連結されることができる。通常、バーナーは、概ね円筒形状を有する。好ましくは、バーナー連結部は、バーナーの基本形状に適合される。
バーナー連結部の特に開口部における径または横断面積は、好ましくは、バーナー連結部に近接したほうの領域における最小径または横断面積より大きい。
【００１８】
好ましくは、本発明における放射加熱管は、中央部分とともに各々がループを形成する合計２つのリターン部分を含む。このように、本発明における放射加熱管において比較的大きな表面積を形成することが可能である。
好ましくは、中央部分は、縦軸を有し、また、１つのリターン部分は、中央部分の一側において縦軸と平行に延びる。もう１つのリターン部分は、中央部分における他側において縦軸と平行な方向に延びる。
【００１９】
存在するリターン部分，及び，中央部分は、好ましくは、全体としてコンパクトな設計を実現するために、一平面上に配置される。
【００２０】
好ましくは、２つのリターン部分を含んだ本発明における放射加熱管は、いわゆる二重Ｐ構造の形状を有する。
【００２１】
中央部分及びリターン部分，並びに，本発明における放射加熱管の追加部分は、金属板，鋳鋼，または，他の材質から成る。また、本発明における放射加熱管は、セラミックから作られてもよい。
【００２２】
例えば、分離式熱交換型バーナーのようなレキュペレータ，または，蓄熱式バーナーのようなバーナーが、本発明における放射加熱管に連結されることができる。バーナーは、無炎酸化に適応されたものが特に好ましい。
【００２３】
本発明における有利な実施形態は、従属クレーム，及び，発明を実施するための形態の記述から推測されることができる。本発明における有利な進歩性は、１つ以上の独立クレームの特徴を示す独立クレームの少なくとも１つを、従属クレームと組み合わせることによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図面の図１は、発明を実施するための形態の記述を補足することが意図されている。図２は、本願を対象としていない。図１及び２は、略図である。
【図１】本発明における二重Ｐ構造形状の放射加熱管である。
【図２】従来技術における放射加熱管であり、この実施形態は、本願を対象としていない。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、バーナー連結部１２、分岐部分１３、中央部分１４、第１リターン部分１６、及び、第２リターン部分１８を含んだ、本発明における放射加熱管１０の断面図を示している。中央部分１４は、分岐部分１３に接合している。中央部分１４に向かう望ましい方向の流れＳｖにおいて、２つの弓形管部を有し、また、中央部分１４に連結された中間部分２０が備えられている。
【００２６】
第１リターン部分１６及び第２リターン部分１８は、中間部分２０の２つの弓形管部を介して、バーナー連結部１２から離れたほうの側の放射加熱管１０の中央部分１４に連結されている。さらに、第１リターン部分１６及び第２リターン部分１８は、分岐部分１３に連結されているので、リターン部分１６，１８の其々にループを１つずつ含んで、全体で２つのループが存在することになる。また、１つのみのループであってもよく（つまり、リターン部分１６，１８のうちいずれかを含む）、または、２つのリターン部分１６，１８より多くのリターン部分が備えられた場合、適切により多くのループが存在してもよい。
【００２７】
バーナー２２は、バーナー連結部１２内に配置されている。そうすることで、例えば、分離式熱交換型バーナーを用いることができる。中央部分１４は、バーナー２２に近接したほうに領域２４，及び，バーナー２２から離れたほうに領域２６を有する。中央部分１４におけるバーナー２２に近接したほうの領域２４は、分岐部分１３に隣接している。バーナー２２に近接したほうの領域２４は、最小径ＤＡを有する。中央部分１４は、バーナー２２から離れたほうの領域２６を介して、中間部分２０に連結されている。
【００２８】
バーナー２２から離れたほうの領域２６は、（またこれはバーナー２２に近接したほうの領域２４にも適用可能であるが）中央部分１４に沿った長さで延びることができ、または、長さがゼロであってもよい。バーナー２２から離れたほうの領域２６は、最小径ＤＥを有する。このバーナー２２から離れたほうの領域２６における最小径ＤＥは、バーナー２２に近接したほうの領域２４における最小径ＤＡより大きい。
【００２９】
図１のような放射加熱管１０は、分岐部分１３と中央部分１４との間の移行部において、くびれを有する。好ましくは、バーナー２２から離れたほうの領域２６における最小径ＤＥに対する、バーナー２２に近接したほうの領域２４における最小径ＤＡの比率は、３分の２未満である。バーナー連結部１２の開口部２１は、好適には、バーナー２２に近接したほうの領域２４における最小径ＤＡより大きい。
望ましい方向の流れＳｖは、中央部分１４において事前に定められており、この望ましい方向の流れＳｖは、分岐部分１３から中間部分２０へ向く方向である。
【００３０】
中央部分１４の径は、望ましい方向の流れＳｖに向かって、大きくなり、また、円錐形である。その下部も円錐形状になるように、例えば、中央部分１４を、バーナー２２に近接したほうの領域２４において、分岐部分１３の下流を当初から先細にすることも可能である。
例示的な実施形態として、第１リターン部分１６及び第２リターン部分１８は、其々、同一の横断面積を有する一定の円径を有する直管部品である。これら直管部品の各々は、中央部分１４における縦軸Ｌと平行に延びている。
【００３１】
中央部分１４，第１リターン部分１６，及び，第２リターン部分１８は、一平面上に配置され、また、放射加熱管の二重Ｐ構造形状を形成する。その代わりに、例えば、単一のリターン部分１６または１８のみが存在してもよく、この場合、放射加熱管１０は、放射加熱管のＰ形状を形成することができる。
【００３２】
放射加熱管１０は、全体として、耐熱性金属板，管状の金属，または，鋳鋼で作られるが、セラミックから作られてもよい。バーナー２２は、少なくとも１つのガス用連結部２８，及び，１つの空気用連結部３０を有する。また、バーナー２２は、１つ以上のガス出口３２を有する。
【００３３】
上述の放射加熱管１０は、以下のように機能する。
ガス及び空気が、適切な連結部を経由してバーナー２２に供給される。バーナー２２において、ガスは、少なくとも１つのガス出口３２を通って出て、また、空気は、高速で空気出口３４を通って出る。ガス及び空気中の酸素が、放射加熱管１０内で化学反応を起こす。加熱ガスが、望ましい方向の流れＳｖにおいて、中央部分１４を通過する。
【００３４】
中央部分１４の横断面を大きくしたため、ガスの流速の減少，及び，静圧の増加が生じる。ガスの流れは、中間部分２０において分配される。このガスの一部分は、第１リターン部分１６を通過し、残り部分は、第２リターン部分１８を通過する。ガスの流れは、分岐部分１３の容量に入る。ここで、ガスの流れは、燃焼排ガス出口を介して部分的に排出され、また、例えば、供給される空気を加熱するために用いられることができる。ガスの流れは、新気ガス及び空気と部分的に混合される。
【００３５】
このように、無炎酸化の有益な機能が実現される。放射加熱管１０を通過するガスは、放射加熱管１０を加熱し、放射加熱管１０は、例えば、工業用炉に放射熱エネルギを放出する。本発明に従った例示的な実施形態は、放射加熱管の壁において均一となる温度分布を示す。
【００３６】
加熱ガスがバーナー２２から離れるような望ましい方向の流れＳｖにおいて中央部分１４の中を通り、リターン部分１６，１８のうちの少なくとも１つに方向付けられ、また、好ましくは、少なくとも部分的に中央部分１４に戻るように、加熱ガスを導くように設計された、放射加熱管１０を提供することができる。これにより、放射加熱管１０内を通過する再循環流れが全体として生み出される。
【００３７】
中央部分１４においてバーナー２２に近接したほうの領域２４におけるガス用の最小流れ横断面積ＤＡは、バーナー２２から離れたほうの領域２６における最小流れ横断面積ＤＥより小さい。好ましくは、本発明に従った放射加熱管１０は、バーナー２２に近接した分岐部分１３から中央部分１４への移行部において、くびれを有する。
【符号の説明】
【００３８】
１０…放射加熱管、  １２…バーナー連結部、  １３…分岐部分、  １４…中央部分、
１６…第１リターン部分、  １８…第２リターン部分、  ２０…中間部分、  
２１…開口部、  ２２…バーナー、  ２４…バーナー２２に近接したほうの領域、
２６…バーナー２２から離れたほうの領域、  ２８…ガス用連結部、  
３０…空気用連結部、  ３２…ガス出口、  ３４…空気出口、  
ＤＡ…バーナー２２に近接したほうの領域２４における最小流れ断面積、
ＤＥ…バーナー２２から離れたほうの領域２６における最小流れ断面積、
Ｓｖ…望ましい方向の流れ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2015531467.tif 000006
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