(57)【要約】  本発明は、少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱のための、焼結炉で用いる多管式レキュペレータに関する。この多管式レキュペレータは、第一流体を誘導するための第一管束入口、第一管及び第一管束出口を有する少なくとも１つの第一管束と、第二流体を誘導するための第二管束入口、第二管及び第二管束出口を有する少なくとも１つの第二管束と、第三流体を誘導するための外管と、更に、少なくともいくつかの領域でらせん状コースに沿った第三流体の強制誘導のための、外管の内部領域に配置されている流体案内機構とを備え、第一管束及び第二管束は少なくとも部分的に外管内に配置されており、流体案内機構は少なくとも１つの第一流体案内部材を有する。本発明はさらに、焼結炉及び多管式レキュペレータが関与する伝熱方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱、好ましくは第三流体から第一流体及び第二流体への熱エネルギーの移動により少なくとも上記第一流体及び上記第二流体を加熱するための少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱のための多管式レキュペレータ（１）であって、上記多管式レキュペレータ（１）が焼結炉に配置されており、この多管式レキュペレータ（１）が、
上記第一流体を誘導するための第一管束入口（３）、第一管（４）及び第一管束出口（５）を有する少なくとも１つの第一管束（２）と、
上記第二流体を誘導するための第二管束入口（７）、第二管（８）及び第二管束出口（９）を有する少なくとも１つの第二管束（６）と、
上記第三流体を誘導するための外管（１０）と、
更に、少なくとも部分的にらせんコースに沿った上記第三流体の強制誘導のための、上記外管（１０）の内部領域に配置されている流体案内機構と
を備え、
上記第一管束（２）及び上記第二管束（６）が少なくとも部分的に上記外管（１０）内に配置されており、
上記流体案内機構が少なくとも１つの第一流体案内部材（１１）を有し、
上記第三流体が焼結炉排ガス流である多管式レキュペレータ（１）。
【請求項２】
少なくとも上記第一流体案内部材（１１）が、少なくとも上記第一管（４）のための管貫通部として形成されている少なくとも１つの凹部（１２）を含む請求項１に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項３】
上記第一管（４）及び上記第二管（８）が互いに平行に配向していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項４】
上記第一流体案内部材（１１）が好ましくは平面状の板を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項５】
上記第一流体案内部材（１１）が上記外管（１０）内に、少なくとも１つの内壁上に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項６】
上記流体案内機構が少なくとも１つの更なる第二流体案内部材（１３）を含み、上記多管式レキュペレータが、好ましくは板として形成されている少なくとも１つの流体セパレータ（１４）を含み、上記流体セパレータが、
上記第一管（４）と上記第二管（８）との間に配置されており、かつ／又は
上記第一流体案内部材（１１）と上記第二流体案内部材（１３）との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項７】
上記流体セパレータ（１４）が上記第一管束（２）と上記第二管束（６）との間に存在する領域に配置されており、上記第一管束（２）の区画から上記第二管束（６）の区画へ逆向きの流れが生じることを特徴とする請求項６に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項８】
上記第一管束入口（３）及び上記第二管束入口（７）が上記外管（１０）の同一端に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項９】
上記第一管束入口（３）及び上記第二管束入口（７）が上記外管（１０）の対向する端に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項１０】
上記外管（１０）が矩形、略矩形、楕円形又は円形の断面を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）。
【請求項１１】
焼結炉及び多管式レキュペレータ（１）、特に請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の多管式レキュペレータ（１）が関与する伝熱方法であって、少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱、好ましくは第三流体から第一流体及び第二流体への熱エネルギーの移動により少なくとも上記第一流体及び上記第二流体を加熱するための少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱を含み、上記第一流体及び上記第二流体が互いに別個に、かつ１つの区画に少なくとも沿って互いに平行に案内され、上記第三流体が、上記多管式レキュペレータの長軸方向の広がりに沿って流れる間、流体案内機構によってらせんコースにほぼ沿って強制的に誘導される伝熱方法。
【請求項１２】
上記第三流体が上記第一流体及び上記第二流体の流れの方向と反対の方向の成分を有することを特徴とする請求項１１に記載の伝熱方法。
【請求項１３】
上記第三流体が上記第一流体を案内する少なくとも１つの管（４）及び／又は上記第二流体を案内する少なくとも１つの管（８）の周囲を流れるようにされていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の伝熱方法。
【請求項１４】
上記第一流体及び／又は上記第二流体を案内する上記管（４、８）の周囲の、好ましくは上記多管式レキュペレータ内に配置されているすべての管の周囲のほぼ均一な流れのために、上記第一流体及び／又は上記第二流体を案内する上記管（４、８）の周囲の流れが上記第三流体の流れの乱れの増大を引き起こすのに効果的であることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の伝熱方法。
【請求項１５】
好ましくは請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の伝熱方法の適用によって少なくとも第一流体及び第二流体を、第三流体として上記多管式レキュペレータを流れる焼結炉排ガスによって加熱するための、焼結炉での多管式レキュペレータの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焼結炉で用いる多管式レキュペレータに関する。更に、焼結炉及び多管式レキュペレータが関与する伝熱方法が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明は、焼結プロセスをエネルギー的により好ましいものにするために、焼結プロセスを改良することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
上記の目的は、請求項１に規定される特徴を含む焼結炉で用いる多管式レキュペレータ、並びに請求項１１に規定される特徴を含む焼結炉及び多管式レキュペレータが関与する伝熱方法によって成し遂げられる。更なる有利な実施形態及び変更形態は以下の記載から明らかになる。請求項、明細書又は図面に記載の１以上の特徴をそれらに記載の１以上の特徴と組み合わせて、本発明の更なる実施形態とすることができる。特に、独立請求項に記載の１以上の特徴は、明細書及び／又は図面に記載の１以上の他の特徴によって置き換えられてもよい。提示した請求項は主題の草案にすぎないと考えられるべきであり、主題を限定することはない。
【０００４】
少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱のための、焼結炉で用いる多管式レキュペレータが提供される。好ましくは、焼結炉由来の熱が、第三流体から少なくとも第一流体及び／又は第二流体への熱エネルギーの移動により、少なくとも第一流体及び／又は第二流体を加熱するために使用される。この多管式レキュペレータは、
上記第一流体を誘導するための第一管束入口、第一管及び第一管束出口を有する少なくとも１つの第一管束と、
上記第二流体を誘導するための第二管束入口、第二管及び第二管束出口を有する少なくとも１つの第二管束と、
上記第三流体を誘導するための外管と、
更に、少なくとも部分的にらせんコースに沿った上記第三流体の強制誘導のための、外管（１０）の内部領域に配置されている流体案内機構と
を備え、
上記第一管束及び上記第二管束は少なくとも部分的に上記外管内に配置されており、
上記流体案内機構は少なくとも１つの第一流体案内部材を有する。
【０００５】
本明細書で使用する用語「流体」は、気体、液体、気体及び／若しくは液体、若しくは気体及び／若しくは液体の混合物、又は懸濁物を更に含むそれら気体、液体、若しくは気体及び／若しくは液体の混合物を含む。
【０００６】
上記第一流体、上記第二流体及び上記第三流体が同じ凝集状態を有するということが想定できる。例えば、この多管式レキュペレータの使用の際、第一流体、第二流体及び第三流体のすべてが気体状であるということが想定できる。しかしながら、例えば、第一流体及び第二流体が液状であるのに対して、第三流体が気体状であるということも想定できる。この焼結炉で用いる多管式レキュペレータの使用の際、第一流体及び／又は第二流体が、加熱される過程でそれらの凝集状態を変えるということも想定できる。特に、そのような凝集状態の変化は、液状凝集状態と気体状凝集状態との間で起こりうる。更に、第三流体が、第三流体から第一流体への熱エネルギーの移動の過程でその凝集状態を変えるということ、及び／又は第二流体がその凝集状態を、特に気体状態から液体状態へと変えるということが想定できる。しかしながら、上記の凝集状態の組み合わせ又はあらゆる他の凝集状態の混合形態、例えば気相と１以上の液相及び／又は固相との不均一な混合形態としての気相なども想定できる。
【０００７】
好ましい実施形態によれば、この少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱のための多管式レキュペレータは、第三流体から第一流体及び第二流体への熱エネルギーの移動により少なくとも第一流体及び第二流体を加熱するために使用される。
【０００８】
この第三流体を、例えば焼結炉からの熱、好ましくは焼結炉の廃熱によって加熱することができる。第一流体及び第二流体は、例えば焼結対象の物を予熱するために使用することができる。この目的のために、焼結炉は、例えば予熱域を備えて、２つの流体のうちの少なくとも１つがこの予熱域に流れて熱をその物に移すようにできる。更なる実施形態によれば、２つの流体、すなわち第一流体及び／又は第二流体、のうちの少なくとも１つが、焼結炉とは独立して少なくとも１つの更なる区画を加熱するために使用されるということが想定される。
【０００９】
更なる実施形態によれば、この少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱のための多管式レキュペレータが、第一流体及び／又は第二流体から第三流体への熱エネルギーの移動によって少なくとも第一流体及び／又は第二流体を冷却するために使用されるということが想定できる。
【００１０】
用語「管」は、狭義には、細長い中空体の形態にある管を表すことができる。管は、例えば、円筒形の中空体であると理解することができる。特に、用語「管」は円形の断面を有する管を表すことができるが、円形ではない断面を有する実施形態も想定できる。従って、例えば楕円形、矩形又はあらゆる他の所望の断面を有する管を使用することができる。更に、円筒形の構成とは異なる他の構成の管を用いることも可能である。特に簡単な構成を有する一実施形態によれば、少なくとも一部が直線状の管として形成されている円筒形の管が使用されるが、他の実施形態によれば、曲線状の管及び／又は巻き管及び／又は他の形状の管を用いるということが想定できる。特に、用語「管」は、広義には、１本以上の管とは別に、例えばチューブ継手、延長用エレメント、パッキン類、フランジ、ねじ込み式接合部分、ブッシングなどの更なる構成要素も含む管路も含むということも想定できる。
【００１１】
用語「多管」及び「管束」は、一単位を形成するようにまとめて組み合わされたひとまとまりの管を表す。管は、脱着可能に又は脱着不可能に互いに接続されていてよい。
【００１２】
用語「流体案内部材」は、流体と接触するときに、その流体の動きに少なくとも影響を及ぼす構成要素を表す。特に流体案内部材は、流体案内部材のそばを流れる流体の動きに対して、その流れ方向が流体案内部材の形状に対応して変わるように影響を及ぼす。流体案内部材は、例えば平面状の板又は湾曲した板であってもよい。用語「流体案内機構」は流体案内部材全体を表し、流体案内機構は少なくとも１つの第一流体案内部材を含む。流体案内機構が２以上の流体案内部材を含み、それらの流体案内部材が例えばその構成上の設計、材質及び／又はその表面に関して互いに異なってもよいということも想定できる。第一管、第二管及び外管から区切られたものとして、それぞれの１以上の流体案内部材及び／又は流体案内機構は、各々、外管の内部領域内に配置されている構成要素及び構成要素全体である。管とは対照的に、流体案内部材は、独立に流体を案内するために設けられてはおらずそのように合わせて作られてもいないが、それぞれの１以上の流体案内部材の周囲を流れる流体の強制誘導をもたらす目的のために構成されている。
【００１３】
外管は、例えば上記の意味の管として形成することができる。特に、例えば、外管が２つの端面及び４つの側面を含むカセット（箱）として形成されているということが想定できる。このカセットは、例えば平行六面体の形状を有することができる。第三流体が多管式レキュペレータに流入するための入口が２つの端面のうちの一方に配置されており、多管式レキュペレータから第三流体が流出するための出口が２つの端面のうちの他方に配置されているということが想定できる。しかしながら、第三流体のための入口及び第三流体のための出口を多管式レキュペレータの同じ側面又は異なる側面に配置することも可能である。更に、第三流体のための複数の入口及び／又は複数の出口を設けることが可能である。
【００１４】
平行六面体のカセットとしての外管の例示的な構成では、外管が、例えば４つの側面を表す４つの平面状の板を含み、その各々が外管の長軸方向の広がりに平行であるということが可能である。しかしながら、別の実施形態によれば、平行六面体のカセットとしての例示的な構成にある外管が、各々が平面状である４つの側面を形成するために継ぎ目が設けられている板を含むということが想定できる。しかしながら、平行六面体のカセットとして構成されている外管の側面を形成するために、異なる数の継ぎ目あり板又は継ぎ目なし板が対応して配置されることも想定することができる。
【００１５】
更に、複数のカセットを互いに隣接して、好ましくは互いに当接して配置することができる。
【００１６】
第三流体の強制誘導がらせんコースに沿って生じるということが想定される。用語「らせんコース」は、第三流体の強制誘導が流体案内機構によってもたらされる領域において、このコースに沿った動きが、ある直線に沿った方向付けられた動きとこの直線の周りを一定方向に回る動きとの重ね合わせとして少なくとも部分的に記述することができるという意味で理解されたい。直線の周りを回る動きの成分は、例えば、法平面への投影図において、その成分が円、渦巻き、楕円、長方形又は不定形に対応する動きとして表されるように構成することができる。特別の実施形態によれば、このらせんコースはらせんに沿ったコースとして構成されるということが想定できる。少なくとも管束の一部分において及び／又は流体案内機構の１つの区画において、上記強制誘導のコースはらせんコースとして与えられる。用語「らせんコース」は、第三流体の流れの際に一般に生じる追加的な動きの経路の線及び／又は軌跡が上記の定義によるらせんコースに重なり合うという場合も含みうる。
【００１７】
当該多管式レキュペレータの上記の構成の長所は、例えば並列接続で配置されている向流式熱交換器が一般に到達する伝熱と比較して、伝熱の最適化が広範囲で行えるということにある。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも第一流体案内部材が、少なくとも第一管及び第二管のための管貫通部として形成されている少なくとも１つの凹部を含むということが想定される。更に、第一管及び／又は第二管がその管貫通部を通して誘導されるということが想定できる。更に、第一管及び／又は第二管が管貫通部によって拘束されている、すなわち第一管及び／又は第二管が管貫通部によって面一に取り囲まれているということが想定できる。上記凹部は、例えば、第一管及び／又は第二管が導入される孔として形成されていてもよい。第一管及び／又は第二管を第一流体案内部材の管貫通部に導入することの長所は、例えば、流体案内部材によって第三流体を案内することが、同時に少なくとも第一管の周囲の流れをも引き起こすことになるということにある。第一管及び／又は第二管を第一流体案内部材及び／又は第二流体案内部材の管貫通部の中に配置することの更なる長所は、少なくとも第一管及び／又は第二管のそばの第三流体の有利なバイパス輸送に加えて、凹部に導入されて、その結果として多管式レキュペレータにも導入されることにもなりうる管が、その全体で安定化されることになるということにある。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、第一管及び／又は第二管が互いに平行に配向しているということが想定される。更に、少なくとも第一管を含む第一管束及び少なくとも第二管を含む第二管束が同様に互いに平行に配向しており、第一管束の複数の管又は第一管束のすべての管及び第二管束の複数の管又は第二管束のすべての管が互いに平行に配向しているということが想定できる。多管式レキュペレータのできるだけ多くの数の管を互いに対して平行に配置することは、簡単でかつ同時にコンパクトな構成が可能になるという長所を有する。これに関し、また明細書全体及び請求項において、用語「平行」は、２つの直線の互いに対する相対的位置の数学的記述と同様に理解されたい。他方で、本明細書で使用する用語「平行」は方向を表すものではない。
【００２０】
上記多管式レキュペレータの一実施形態によれば、第一流体案内部材が少なくとも１つの板を含むということが想定できる。第一流体案内部材を板として構成することで、とりわけ、その構成原理のためこの多管式レキュペレータの製造プロセスがより簡単になるという長所が生じる。本発明における意味での板は単純な平面状の板に限られない。例えば、板は湾曲した板であってもよい。更に、この板は一層構成であってもよいし、多層構成であってもよい。特に、この板が金属材料のシートであるということが想定できる。特に、この板が鋼板として形成されていてもよい。更に、あるいは、又はこれに加えて、この板は別の材料を含んでいてもよい。例えばこの板が、例えばセラミック材料でコーティングされていてもよい。
【００２１】
上記多管式レキュペレータの一実施形態によれば、第一流体案内部材が外管内に、少なくとも１つの内壁上に配置されているということが想定できる。
【００２２】
例えば、第一流体案内部材は、外管内に、内壁上に脱着可能に又は脱着不可能に配置することができる。
【００２３】
上記多管式レキュペレータの一実施形態によれば、例えば、外管内の内壁に及び／又は流体セパレータに装着されている支持手段上に１以上の誘導板が配置されているということが想定できる。この支持手段は、例えば、外管内の内壁に及び／又は外管内の内壁に配置されている角度が付いた部材として形成されていてもよい。従って、例えば、この誘導板が上記支持手段上に支持されており、かつ固定されていないか、又は脱着可能に若しくは脱着不可能に支持手段に固定されているということが想定できる。
【００２４】
第一流体案内部材が外管内に内壁上に配置されているが脱着不可能に固定されていない場合には、有利なことに、例えば洗浄の目的で第一流体案内部材をこの多管式レキュペレータから取り外すことが可能である。
【００２５】
上記多管式レキュペレータの更なる実施形態によれば、上記流体案内機構が少なくとも更なる第二流体案内部材を含むということが想定される。更に、上記多管式レキュペレータは、好ましくは板として形成されている流体セパレータを含む。例えば、この流体セパレータが湾曲した板として形成されているということが想定できる。これにより、例えば流体セパレータが個々の管の周囲で曲がっているということを成し遂げることができる。
【００２６】
しかしながら、流体セパレータが平面シート状の板として形成されているということも想定できる。特に、これにより多管式レキュペレータの構成が非常に簡単になるという長所がもたらされることになり、結果として簡単で従って安価な製造プロセス、及びおそらくは同様に簡単な維持管理という利点がもたらされることになる。
【００２７】
更に、例えば、流体セパレータが第一管と第二管との間に配置されているということが想定できる。
【００２８】
特別の実施形態によれば、流体セパレータが第一管束と第二管束との間に配置されているということが想定できる。
【００２９】
更に、流体セパレータが第一流体案内部材と第二流体案内部材との間に配置されているということが想定できる。流体セパレータを第一流体案内部材と第二流体案内部材との間に配置することにより、少なくとも第一管及び第二管、又はこれらの管以外の管を含む配置においてはすべての管、がそれらの周囲で少なくとも略均一に流動を得ることになるように第三流体をらせんコースに沿って強制的に誘導することができ、その結果、第三流体から第一流体及び第二流体、並びに更なる管の中に存在しうる他の流体への伝熱がより均一的かつ効率的に起こりうるということが有利にも成し遂げられる。
【００３０】
流体セパレータが第一管と第二管との間に配置されており、かつ流体セパレータが第一流体案内部材と第二流体案内部材との間に更に配置されているということも想定できる。
【００３１】
更なる実施形態によれば、流体セパレータが第一管束と第二管束との間に存在する領域に配置されており、第一管束の区画から第二管束の区画への第一流体の逆向きの流れが生じることになるということが想定できる。第一管束と第二管束との間に存在する領域に流体セパレータを配置することで、まず流体が第一管束の管のそばを、次いで第二管束の管のそばを、又はまず第二管束の管のそばを、次いで第一管束の管のそばを案内されることになるという効果が得られる。第一管束及び第二管束並びに流体セパレータを外管の内部領域に配置し、同時に流体セパレータを第一管束と第二管束との間に存在する領域に配置することで、第一管束のそばを案内された後に外管の中に含まれる流体は、後の第二管束の近くの流れの目的で逆向きの流れとして強制的に動かされることになるということがもたらされる。
【００３２】
上記の構成は、取り扱いの点で特に有利であることが判明している。これは、必要になる可能性がある分解及びその後の再組立の場合にとりわけ好ましい可能性がある。流体セパレータによる管束のグループ毎の分離によって、管束入口及び管束出口のレベルまでの全行路、又は更にこれらを過ぎた後の全行路にもらせんコースを延長することも可能になる。
【００３３】
更に、第一管束入口及び第二管束入口が外管の同一端に配置されているということが想定できる。第一管束入口及び第二管束入口を外管の同一端に配置する場合には、第一管束に含まれる第一流体及び第二管束に含まれる第二流体が同方向に、又は少なくとも略同方向に流れることになるということがもたらされる。第一流体及び第二流体が同方向に、又は少なくとも略同方向に流れることは、熱平衡に向かう特に効率的な熱エネルギーの移動が可能になるという長所を有する。十分に遅い輸送の場合には、第一流体及び第二流体がそれぞれ第一管束出口及び第二管束出口に到達するとき、第一流体及び第二流体が同じ又は実質的に同じ温度を有するということが成し遂げられるか又はほぼ成し遂げられることになろう。このような構成の多管式レキュペレータは、例えば、すでに多管式レキュペレータの非常に簡単な構成によって、異なる物質フローを同じ所望の温度へと加熱又は冷却することが可能であるという点で有利である。
【００３４】
更なる実施形態によれば、外管が矩形又は略矩形の断面を有するということが想定できる。矩形の断面を少なくとも実質的に有するという特徴は、外管の長軸方向の次元に沿って見たときに、外管が少なくともいくつかの箇所で矩形断面又はほぼ矩形の断面を有するという意味で理解されたい。外管の略矩形の断面という特徴はさらに、外管の長軸方向の広がりに垂直な外管の断面視で略矩形の断面が少なくとも存在するという意味で理解されたい。丸いか又は楕円形の隅部が、略矩形の断面を有するという特徴に反するわけではない。外管の略矩形の断面によって、この多管式レキュペレータの構成を簡素化できるということがもたらされる。従って、例えば、多管式レキュペレータの構成を、多管式レキュペレータの外管が外管という覆いを形成する４枚の平面状の板からなるように構成することができる。
【００３５】
上記の多管式レキュペレータに関連して、又は上記の多管式レキュペレータとは独立に適用することができる本発明の更なる態様は、焼結炉及び多管式レキュペレータが関与する伝熱方法に関する。
【００３６】
上記伝熱方法は、少なくとも第一流体、第二流体及び第三流体の間の伝熱を含む、焼結炉及び多管式レキュペレータが関与する伝熱方法である。例えば、第一流体及び第二流体は、少なくとも多管式レキュペレータの１つの区画に沿って互いに平行に案内されることが可能であり、第三流体は、多管式レキュペレータの長軸方向の区画に沿って流れる間、流体案内機構によってらせんコースに沿って強制的に誘導される。
【００３７】
これに関して、用語「らせんコース」は上記の意味と理解されたい。
【００３８】
好ましい実施形態によれば、上記の伝熱方法は、第一流体及び第二流体の温度が外管に供給される第三流体の温度よりも低い場合において、第一流体を第一管束に供給し、第二流体を第二管束に供給することによって、第三流体から第一流体及び第二流体への熱エネルギーの移動により少なくとも第一流体及び第二流体を加熱するために使用することができる。
【００３９】
更に、第三流体が少なくとも第一流体を案内する管及び／又は少なくとも第二流体を案内する管の周囲を流れるようにされているということが想定できる。
【００４０】
更に、第一流体及び／又は第二流体を案内する管の周囲の流れが第三流体の流れの乱れの増大を引き起こすことになるということが想定できる。特に、単位空間あたりの第一流体を案内する管の数及び／又は第二流体を案内する管の数は、第三流体の流れを乱流にするのに十分なほど大きいということが想定できる。第三流体の流れの乱れの増大は、第三流体から第一流体及び／又は第二流体への伝熱をより効率よく成し遂げることができるという長所を有する。これにより、特に上記伝熱の効率も高めることができる。これは、特に、流れの乱れの増大が第一流体及び／又は第二流体を案内する管の周囲でほぼ均一な流れをもたらすことになるので、当てはまる。
【００４１】
好ましくは、多管式レキュペレータ内に配置されているすべての管、好ましくはこの多管式レキュペレータの外管内に少なくとも部分的に配置されているすべての管が、それらの周囲で均一に第三流体の流れを有するということがもたらされる。
【００４２】
上記多管式レキュペレータの更なる実施形態によれば、第一流体及び第二流体が略同方向に誘導されるということが想定できる。
【００４３】
上記多管式レキュペレータの更なる実施形態によれば、第三流体が第一流体及び第二流体の流れの方向と反対の方向の成分を有するということが想定できる。これにより、向流式伝熱方法の原理が上記の伝熱方法と組み合わせられる。このような配置は、伝熱の効率が上昇するという長所をもたらすことができる。
【００４４】
当該伝熱方法は第一流体及び／又は第二流体を加熱するために用いられることが好ましい。これは、第三流体の熱交換器への入口部分における第三流体の温度が第一管束入口における第一流体の温度及び第二管束入口における第二流体の温度よりも高いことで成し遂げることができる。本発明の更なる態様によれば、例えば第三流体として多管式レキュペレータを流れる焼結炉排ガスによって少なくとも第一流体及び第二流体が加熱されるということが想定される。
【００４５】
例えば、当該伝熱方法がコンベア式焼結炉の形態の焼結炉に関連して用いられ、第三流体が予熱域と焼結域との間に存在する移行域の一領域においてコンベア式焼結炉から取り出されるということが想定できる。この場合、第三流体は、例えば焼結域の一領域においてコンベア式焼結炉へと導入されて予熱域の方向に流れ加熱されることになる保護ガスであることができる。加熱されることとは別に、保護されたガスには、例えば焼結対象部品の焼結の間に揮発する粒子も混入することになろう。
【００４６】
特に、上記伝熱方法が予熱方法として構成されるということが想定できる。予熱方法としての上記伝熱方法の提供は、特に、第一流体及び／又は第二流体が気体であり、これらが焼結炉プロセスにおけるその後の使用のため、例えばコンベア式焼結炉における部品の焼結のために予熱されるということを含む。
【００４７】
しかしながら、他の所定の温度の流体とともにこの多管式レキュペレータを使用するということも想定できる。例えば、第三流体を第一流体及び／又は第二流体によって加熱するということが想定できる。例えば、第一管束を通って輸送される第一流体及び／又は第二管束を通って輸送される第二流体の温度が各々、それぞれの管束への入口の位置において、多管式レキュペレータへ入る際の第三流体の温度よりも高いということが想定できる。従って、そのように提供される場合、例えば、上記多管式レキュペレータを冷蔵装置の構成要素として用いることが想定できる。
【００４８】
更なる有利な実施形態及び変更形態は以下の図面から明らかとなる。しかしながら、それらの図面から明らかになる細部及び特徴はそれらに限定されない。むしろ、１以上の特徴を上記の記載による１以上の特徴と組み合わせて、新しい実施形態を提供することができる。特に、以下の説明はそれぞれの保護範囲を限定することは意図しておらず、個々の特徴及びそれらの起こりうる相互作用を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】例示的な実施形態に係る多管式レキュペレータの斜視図である。
【図２】多管式レキュペレータの側面図である。
【図３】多管式レキュペレータの更なる実施形態の側面図である。
【図４】多管式レキュペレータの更なる実施形態の側面図である。
【図５】多管式レキュペレータの更なる実施形態の側面図である。
【図６】多管式レキュペレータの更なる実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１には、合計４つの管束を含む一実施形態に係る多管式レキュペレータ１が示されている。この多管式レキュペレータは、図示された実施形態では互いに垂直に配向した４枚の板からなるカセットとして形成されている外管１０によって区切られており、この図では、これらの板のうちの２枚だけが示されている。多管式レキュペレータ１のこの図における外管の高さｈは、寸法ｂ１及びｂ２よりも大きい。
【００５１】
例えば、高さｈが２００ｍｍ〜１０，０００ｍｍ、好ましくは５００ｍｍ〜２，５００ｍｍ、特に好ましくは１，９００〜２，１００ｍｍの範囲の値を有するということが想定できる。一実施形態によれば、高さｈが２，０００ｍｍの値を有するということが想定できる。
【００５２】
更に、寸法ｂ１が１００ｍｍ〜２，０００ｍｍ、好ましくは５００ｍｍ〜１，５００ｍｍ、特に好ましくは７００〜９００ｍｍの範囲の値を有するということが想定できる。特別の実施形態によれば、寸法ｂ１が８００ｍｍの値を有するということが想定できる。
【００５３】
更に、寸法ｂ２が約５０ｍｍ〜約１，０００ｍｍ、好ましくは約１００ｍｍ〜約５００ｍｍ、特に好ましくは１５０〜２５０ｍｍの範囲の値を有するということが想定できる。特別の実施形態によれば、寸法ｂ２が２００ｍｍの値を有するということが想定できる。
【００５４】
第一管束２及び第二管束６は平面状の板として及び中央隔壁として形成されている流体セパレータ１４によって互いに隔てられており、多管式レキュペレータ１の長軸方向の広がりに沿った流体セパレータ１４は、少なくとも上記長軸方向の広がりと同じ長さであるか、又は上記長軸方向の広がりよりも長い。流体セパレータ１４の幅寸法は外管１０の幅寸法ｂ１よりも小さく、そのため、流体セパレータ１４は外管１０の側壁で終わらない。流体セパレータ１４の両面に、第一流体案内部材１１及び第二流体案内部材１３が配置されている。第一流体案内部材１１及び第二流体案内部材１３は、例えば、第一流体案内部材１１及び第二流体案内部材１３がともに流体セパレータ１４に垂直に配向しているようにして多管式レキュペレータ１上に配置されている。
【００５５】
流れの向き１７を時計回りに取り囲む回転の向きで、第一流体案内部材１１及び第二流体案内部材１３は流体セパレータ１４と協働してらせんコースを形成する。このらせんコースに沿って、多管式レキュペレータ１内でかつ管束の外に存在し、かつ外管開口部１９を通って多管式レキュペレータ１に導入された各流体の流れが強制的に誘導されることになる。多管式レキュペレータ１の外管１０の幅寸法に沿った流体セパレータ１４の寸法が多管式レキュペレータ１の外管１０の寸法よりも小さいため、そのような強制誘導が生じる。この寸法の違いによって、複数の開口部が流体セパレータの側稜と外管の内面との間に発生し、それらの開口部は、図示された実施形態では流体セパレータ１４に垂直に配向している多管式レキュペレータの側壁の近くで、例えば軌跡２０をも含む少なくとも１つの通路内に第三流体の逆方向の動きを発生させるのに効果的である。しかしながら、一般には、軌跡２０は第三流体の流れのコースと同一ではない。そうではなく、軌跡２０を含みかつ多管式レキュペレータ１の内壁及び流体案内部材、並びに流体セパレータ１４によって区切られる通路内で第三流体の流れが可能である。軌跡２０によって表される第三流体の重なる流れの向き以外にも、他の方向の流れが可能であり、特に、外管１０内に配置されている管束によって高められる乱流が可能である。
【００５６】
第一管束２は、第一流体の流入に合った第一管束入口３を含む。
【００５７】
上記第一管束入口が約８ｍｍ〜約３００ｍｍ、好ましくは約１０ｍｍ〜約１００ｍｍ、特に好ましくは２０〜５０ｍｍの範囲の直径を有するということが想定できる。
【００５８】
第一管束入口の直径の上記の値は、更なる第一管束入口及び／又は第一管束出口に対して想定される代表的な値でもあることができる。
【００５９】
更に、第一管束２は１２本の管を含み、それらのすべてが第一管束出口５につながるマニホルドの方向に、最初から互いに平行にかつ同時に多管式レキュペレータ１のすべての外壁に平行に延びる。上記１２本の管は第一管４を構成する。
【００６０】
例えば、上記第一管が約８ｍｍ〜約３００ｍｍ、好ましくは約１０ｍｍ〜約１００ｍｍ、特に好ましくは２０〜５０ｍｍの範囲の値の直径を有するということが想定できる。
【００６１】
第一管４は、孔として形成されている凹部１２によって完全に取り囲まれ、かつ図示された実施形態では、その凹部によって拘束さえされることにより、第一流体案内部材１１を通り抜ける。図示された実施形態では第一管及びすべての更なる管が流体案内部材の凹部によって拘束されていることによって、例えば、流体案内部材の凹部を通る流体の流れがほぼ回避されるということが成し遂げられる。更に、多管式レキュペレータ１の図示された実施形態では、流体案内部材は、それらの４つの縁の各々において、流体案内部材がその終端で外管１０の内面に当接するような寸法にされる。この流体案内部材がその終端で外管１０の内面と当接することによって、及び第一管４及びすべての更なる管が流体案内部材の凹部によって拘束されていることによって、らせんコースでの第三流体の強制誘導が最大効率で生じるということが成し遂げられる。更に、当該多管式レキュペレータ１の他の実施形態によれば、１以上の流体案内部材が外管１０内の１以上の内壁と面一で終端せず、かつ／又は１以上の凹部がそれら凹部に通されることになるそれぞれの管を拘束しないが、その代わりに、この凹部の位置の管の断面よりも大きい表面積を凹部が有するということが想定できる。第一流体の放出は、図１では示されていない管束出口５を介して行われる。
【００６２】
カセットとして形成されている外管１０を含む多管式レキュペレータ１の中の流体案内部材が、端面に対して５°〜６０°、好ましくは１０°〜３０°、特に好ましくは１５°〜２５°の範囲の角度をなすということが想定できる。
【００６３】
一実施形態によれば、この角度は１７．５°〜２０°の範囲であることができる。
【００６４】
特に、流体案内部材の傾き、すなわち流体案内部材及び端面によって挟まれた角度、がレキュペレータのすべての流体案内部材について同一であるということが想定できる。
【００６５】
図示された実施形態では、第二管束６、第二管束入口７、第二管８及び第二管束出口９は第一管束２、第一管束入口３、第一管４及び第一管束出口５と同様に設けられており、従って同じ構成を有する。第二管束６の第二管８及び他の１１本の管は第二流体案内部材１３に形成される凹部によって取り囲まれている。更なる流体案内部材１５、１６と一緒に、第一流体案内部材１１及び第二流体案内部材１３は、流体セパレータ１４及び外管１０と協働して、図示された例示的な実施形態では矢印１７に沿って多管式レキュペレータ１に入ることになる第三流体の強制誘導のための機構を形成する。第二流体は第二管束入口７を介して矢印１８に沿って第二管束６に入ることになるのに対し、第一流体は第一管束入口３を介して第一管束２に入ることになる。
【００６６】
図２には、図１と同様の多管式レキュペレータ１が側面図で示されている。図２において側面図で表されていることによって、特にらせんコースの構成の一例である軌跡２０のコースもはっきりと見える。
【００６７】
図３には、多管式レキュペレータ１の更なる実施形態が側面図で示されている。図１及び図２に示される多管式レキュペレータの実施形態の場合のように、図３に示される多管式レキュペレータの実施形態は、外管１０以外に、第一管束の第一管４、第二管束の第二管８、及び更なる管束の第三管を含む。更に、多管式レキュペレータは流体案内機構を含み、流体案内部材１１と他の流体案内部材とが平面状の板として設けられており、それらは多管式レキュペレータ１の長軸方向の広がりに沿ってそれぞれ互いにずれており、かつ外管１０の壁に垂直に形成されている。図示された実施形態の多管式レキュペレータ１は、図示された流体案内部材の背後に平面状に配置されているが第一管束と第二管束とを隔てない流体セパレータ（図３には示さず）を含む。３本の図示された管は３つの異なる管束に属し、それらに、図示された矢印２１、２２及び２３に沿って物質フローとしてのそれぞれの流体が導入される。多管式レキュペレータの下端で、矢印２１、２２及び２３に沿って延びる方向とは逆の動き成分を有する第三流体が矢印２４に沿って導入される。外管内では、第三流体は図示された矢印２１、２２及び２３に沿って流れる流体が入っている３本の管の周囲をらせんコースで流れることになり、こうして、第三流体と管の中に入っている上記流体との間の最適の伝熱がもたらされる。
【００６８】
図４は、図３に係る多管式レキュペレータ１の更なる実施形態を示す。図４に示される多管式レキュペレータの図は、矢印２５、２６、２７及び２８のうちのそれぞれ１つに沿って流れる４つの異なる物質フローが、軌跡２９が描かれている通路に沿って流れる第三流体との熱交換を行うように、外管１０内に４本の平行な管が異なる管束の構成要素として配置されている点で特に図３に示される実施形態とは異なる。
【００６９】
図５は多管式レキュペレータ１の更なる実施形態を示す。図５に示される多管式レキュペレータは、一例として、外管１０内に配置されている４本の管、とりわけ示された図では４つの異なる管束に属する第一管８及び第二管４を含む。外管内に配置されているこれら４本の管の中へ、物質フローとして与えられる４つの異なる流体が、矢印３０、３１、３２及び３３に沿って導入されることになる。物質フローとして与えられる更なる第三流体は、軌跡３４が描かれているガイドに沿って、反対の向きに多管式レキュペレータの中へ導入されることになる。外管１０内には、略４分の３円の形態の平面状の板として構成されている流体案内部材として外管内に配置されている流体案内部材を含む流体案内機構が更に配置されている。この流体案内部材内には、流体案内部材１１からも明らかなように、第二管８が中に配置されている凹部１２が設けられている。流体案内部材全体で流体案内機構を形成する。図５に示される多管式レキュペレータの実施形態では、見えるすべての流体案内部材は同じ形状を有し、かつ各流体案内部材の中心を通る線が外管の境界と平行である直線を形成するように、互いに対して平行な配向で配置されている。各流体案内部材は、それぞれ次の流体案内部材に対して９０°の角度だけ角度がずれているが、角度がずれる方向は多管式レキュペレータの長軸に沿って同じままである。この構成によって、第三流体の強制誘導がらせんコースに沿って引き起こされる。その結果、これは、外管内に配置されているすべての管のそばを最も均一的に第三流体が誘導されることになり、これにより第三流体と管内の流体との間の非常に良好な熱の移動が可能になることになるという効果を奏する。
【００７０】
図６に示される多管式レキュペレータ１の実施形態は、図６に示される多管式レキュペレータ１の実施形態も円形の断面を有する外管１０を含むという点では、図５に示される実施形態と同様である。しかしながら、第一管４及び第二管８以外に、図６に示される多管式レキュペレータはただ１つの更なる管を含む。図５に示される多管式レキュペレータと共通の特徴として、外管内に配置されている各管は別の管束に属するということが、図６に示される多管式レキュペレータでも想定される。流体案内部材１１の構成でもある各流体案内部材の構成は、図５に示される多管式レキュペレータの流体案内部材の構成と同様である。図６に示される多管式レキュペレータ１では、図５に示される多管式レキュペレータ１とは異なる点として、流体案内機構を形成する流体案内部材は互いに対して９０°ではなく１８０°だけ角度がずれている。特に管との協働においても、流体案内機構のこの実施形態でも、外管内で、外管内に配置されている管の周囲を案内される流体が強制誘導を受けるということが想定される。例として、下側開口部へと導入される第三流体の強制誘導は矢印３８及び３９によって表される輪郭線に沿って生じる。この実施形態も、結果として、外管１０内に配置されている管の周囲に非常に均一な流れをもたらし、これにより、第三流体から、外管１０内の管のうちのそれぞれ１つにおいて矢印３５、３６及び３７に沿って案内される第一流体、第二流体及び第四流体への良好な熱の移動が生じることになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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