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特表2024-537191回転装置で生成された熱エネルギーを使用してセメントを製造する方法及び装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-10
(54)【発明の名称】回転装置で生成された熱エネルギーを使用してセメントを製造する方法及び装置
(51)【国際特許分類】
C04B 7/36 20060101AFI20241003BHJP
B01F 23/60 20220101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
C04B7/36
B01F23/60
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024520918
(86)(22)【出願日】2022-10-13
(85)【翻訳文提出日】2024-05-16
(86)【国際出願番号】 FI2022050683
(87)【国際公開番号】W WO2023062279
(87)【国際公開日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】63/255,433
(32)【優先日】2021-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521148164
【氏名又は名称】クールブルック オーワイ
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100108903
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 和広
(74)【代理人】
【識別番号】100123593
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 宣夫
(74)【代理人】
【識別番号】100208225
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 修二郎
(74)【代理人】
【識別番号】100217179
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 智史
(72)【発明者】
【氏名】ベリ マッティ プロラ
(72)【発明者】
【氏名】トゥオマス オウニ
【テーマコード（参考）】
4G035
【Ｆターム（参考）】
4G035AB48
4G035AE13
(57)【要約】
少なくとも１つの回転装置によって、セメント製造プロセスにおいて流体媒体中へ熱エネルギーを投入する方法であって、回転装置が少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、前記少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に固定ベーン集成体として形成されたステータと、を含む、方法が提供される。この方法では、当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与される。この方法は、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメント生産プロセス、例えばセメントクリンカの燃焼又は原材料のか焼を実施するように形成されたセメント生産設備内へ前記少なくとも１つの回転装置を組み込み、そして熱消費プロセス設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置内へ投入エネルギー量を導き、投入エネルギーが電気エネルギーを含む、ことをさらに含む。回転装置及び関連する使用がさらに提供される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントを生産する方法であって、前記方法が、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、
ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、
前記少なくとも１つのロータブレード列の上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、
を含み、
当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成され、
前記方法が、
－ 前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ、投入エネルギー量を導くこと、ここで、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、
－ 前記セメント生産設備内へ、少なくとも１つの回転装置によって生成された、加熱された流体媒体の流れを供給すること、及び
－ 約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメント生産を実施するように、前記少なくとも１つの回転装置及び前記セメント生産設備を操作すること、
をさらに含む、
セメントを生産する方法。
【請求項2】
前記セメント生産設備内で、前記少なくとも１つの回転装置が、セメント生産に関連するプロセスを実施するように形成された少なくとも１つの熱消費ユニットに接続され且つ／又は前記熱消費ユニット内へ組み込まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記セメント生産設備内で、前記少なくとも１つの回転装置が接続され且つ／又は組み込まれた前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、（ｉ） セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ） セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ化後処理ユニット、（ｖ） 固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ） これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記セメント生産設備内で、前記少なくとも１つの回転装置が接続された前記熱消費ユニットが、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成された少なくとも１つのキルンである、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度、好ましくは約１２００℃に本質的に等しい、又は約１２００℃を超える温度、さらに好ましくは約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に加熱された前記流体媒体を生成することを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記加熱された流体媒体が生成される際の条件を作り出すために、前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流の速度及び／又は圧力を調節することを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記加熱された流体媒体が、前記ロータ軸に沿って連続的に配置された２つ又は３つ以上のロータブレード列を含む少なくとも１つの回転装置によって生成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記加熱された流体媒体が、少なくとも１つのロータブレード列の下流側に配置されたディフューザ領域をさらに含む少なくとも１つの回転装置によって生成され、前記方法が、当該流体媒体流が前記固定ベーンと、前記ロータブレードと、前記ディフューザ領域とを連続的にそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作することを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記回転装置内で、前記ディフューザ領域が、固定ディフューザベーンを有する又は有しない状態で形成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流に加えられる前記熱エネルギー量が、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ導かれる前記投入エネルギー量を調節することにより制御される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記少なくとも１つの回転装置の下流側に付加的な加熱装置を配置し、そして前記付加的な加熱装置を通って伝搬する流体媒体流に、反応性化合物又は反応性化合物の混合物を導入すると、すぐに前記熱エネルギー量が発熱反応を通して前記流体媒体流に加えられることをさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物が、所定の温度に予熱された前記流体媒体流に導入される、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物が、約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に予熱された前記流体媒体流に導入される、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記所定の温度への前記流体媒体の予熱が、前記回転装置内で実施される、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
前記セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも２つの回転装置によって前記加熱された流体媒体を生成し、前記少なくとも２つの回転装置が並列又は直列に接続されている、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
連続的に接続された少なくとも２つの回転装置によって、前記加熱された流体媒体を生成し、前記流体媒体流が連続内の少なくとも第１の回転装置内で所定の温度に予熱され、そして当該第２の回転装置を通って伝搬する前記予熱された流体媒体流中へ付加的な量の熱エネルギーを投入することにより、前記流体媒体流が、前記連続内の少なくとも第２の回転装置内でさらに加熱される、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記連続内の少なくとも前記第１の回転装置内で、前記流体媒体流が約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に予熱される、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物を前記流れ中へ導入することにより、前記付加的な熱エネルギー量が、前記連続内の前記少なくとも第２の回転装置を通って伝搬する流体媒体流に付加される、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項19】
セメントの生産に関連するプロセス中へ、前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物を導入することを含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
前記回転装置に入る前記流体媒体が、本質的にガス状の媒体である、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
前記加熱された流体媒体を前記回転装置内で生成することを含む、請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項22】
前記回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体が、空気、蒸気（Ｈ２Ｏ）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記回転装置内で生成された、前記加熱された流体媒体が、セメントの生産に関連するプロセス中に生成された排ガスからリサイクルされたリサイクルガスである、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
前記回転装置の外部で、前記加熱された流体媒体、例えばガス、蒸気、液体、及びこれらの混合物、及び／又は加熱された固体材料を生成することを、前記回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体と、前記回転装置を迂回する上述の物質のいずれか１つとの間の熱伝達プロセスを通して行うことをさらに含む、請求項１から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項25】
前記少なくとも１つの回転装置によって生成された前記加熱された流体媒体が、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へ供給され、前記熱消費ユニットが、（ｉ）セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ）セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ）セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ）セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ後処理ユニット、（ｖ）固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ）これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つとして提供される、請求項１から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項26】
前記少なくとも１つの回転装置によって生成された前記加熱された流体媒体が、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へさらに供給され、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、バーナ、炉、オーブン、反応器、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、コンベア装置、又はこれらの組み合わせのうちのいずれか１つとして提供されている、請求項１から２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項27】
前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流中の圧力を高めることをさらに含む、請求項１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項28】
セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内への投入エネルギーとして導かれたエネルギー量が、約５パーセント～１００パーセントの範囲内にある、請求項１から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項29】
前記セメント生産設備内に組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内への投入エネルギーとして導かれた電気エネルギー量が、再生可能エネルギー源、又は種々異なるエネルギー源、任意には再生可能エネルギー源の組み合わせから得ることができる、請求項１から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項30】
前記少なくとも１つの回転装置が、非電気エネルギーで動作可能な少なくとも１つの加熱器装置と一緒に前記セメント生産設備内へ組み込まれることにより、前記電気エネルギー量、任意には再生可能電気エネルギー量の変動、例えば供給過剰及び不足のバランスをとるために利用される、請求項１から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項31】
前記セメント生産設備のエネルギー効率が改善され、且つ／又は前記セメント生産設備内の温室効果ガス排出量及び粒子排出量が低減される、請求項１から３０のいずれか１項に記載のセメント生産設備。
【請求項32】
セメント生産設備であって、加熱された流体媒体を生成するように形成された少なくとも１つの回転装置と、セメント生産に関連するプロセスを実施するように形成された少なくとも１つの熱消費ユニットとを含み、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、
ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、
前記少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、
を含み、
当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように動作するように、前記少なくとも１つの回転装置が形成されており、そして
前記少なくとも１つの回転装置が、電気エネルギーを含む投入エネルギーの量を受容するように、そして少なくとも１つの熱消費ユニット内へ熱エネルギーを投入するための加熱された流体媒体を生成するように形成されており、前記熱消費ユニットが、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメント生産に関連するプロセスを実施するように形成されている
、セメント生産設備。
【請求項33】
前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、（ｉ） セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ） セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ化後処理ユニット、（ｖ） 固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ） これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が、（ｉ）～（ｖｉ）のいずれか１つに接続され且つ／又は組み込まれている、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項34】
前記少なくとも１つの回転装置が接続された前記熱消費ユニットが、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成された少なくとも１つのキルンである、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項35】
前記少なくとも１つの回転装置が、バーナ、炉、オーブン、反応器、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、コンベア装置、又はこれらの組み合わせのうちのいずれか１つとして形成された熱消費ユニットにさらに接続されている、請求項３２から３４のいずれか１項に記載のセメント生産設備。
【請求項36】
前記少なくとも１つの回転装置が、前記ロータ軸に沿って連続的に配置された２つ又は３つ以上のロータブレード列を含む、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項37】
前記少なくとも１つの回転装置が、前記少なくとも１つのロータブレード列の下流側に配置されたディフューザ領域をさらに含む、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項38】
前記回転装置が、固定ディフューザベーンを有する又は有しない状態で形成された前記ディフューザ領域を含む、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項39】
前記少なくとも１つの回転装置がさらに、前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流中の圧力を高めるように形成されている、請求項３２に記載のセメント生産設備。
【請求項40】
少なくとも２つの回転装置が集成体を成すように配置され、そして並列又は直列に接続されている、請求項３２から３９のいずれか１項に記載のセメント生産設備。
【請求項41】
請求項１から３１のいずれか１項に記載の方法を通してセメントを生産することに関連するプロセスを実施するように形成された、セメント生産設備。
【請求項42】
セメント生産設備内でセメントを生産することに関連するプロセス中へ熱エネルギーを投入する方法であって、前記方法が、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、
ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、
前記少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、
を含み、
前記方法が、
－ 約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメントを生産することに関連するプロセスを実施するように形成されたセメント生産設備内へ前記少なくとも１つの回転装置を組み込むこと、
－ 前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ、投入エネルギー量を導くこと、ここで、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、及び
－ 当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作すること、
をさらに含む、
熱エネルギーを投入する方法。
【請求項43】
前記セメント生産設備内でセメントを生産することに関連するプロセスが、（ｉ） クリンカ化ユニット内で実施される、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するためのプロセス、（ｉｉ） 加熱器及び／又は乾燥器内で実施される、セメント原材料、セメントクリンカ及び／又はセメント製品を加熱且つ／又は乾燥させるプロセス、（ｉｉｉ） 混合器及び／又はホモジナイザ内で実施される、セメント原材料、セメントクリンカ及び／又はセメント製品を混合し且つ／又は均質化するプロセス、（ｉｖ） クリンカ化後処理ユニット内で実施される、セメントクリンカの冷却、及び／又はセメント製品の形成のためのプロセス、（ｖ） ミル内で実施される、固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するプロセス、又は（ｉｖ） これらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つである、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は大まかに言えば、流体中へ熱エネルギー（熱）を投入するためのシステム及び方法に関する。具体的には、本発明は、高い温度及び極めて高い温度で実施される、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスにおいて、エネルギー効率を最適化し、そして温室効果ガス排出量及び粒子排出量を低減するツール及びプロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
業界及び政府は、温室効果ガス（ＧＨＧ）排出量を著しく低減するための技術を見出そうと闘っている。セメント生産のような重工業プロセスは、企業、政府、及び国際機関によって設定された低排出量目標を達成するための重要な役割を担っている。とはいえ、石灰石をセメントクリンカへ転換するための中核プロセスは熱消費性であり、極めて高い温度、例えば約８５０～１６００℃の範囲内で進行し、このような温度は現在のところ、化石由来燃料を燃焼させることによって到達できる。
【0003】
セメント製造プロセスは一般に下記段に沿って進行する。先ず、セメント生産のために必要とされる生セメント成分、例えば石灰石（ＣａＣＯ３）、砂及び粘土（ケイ素、アルミニウム、鉄）は、原鉱石をクラッシュし、さらに破砕することにより得られる。クラッシュされた生成分を添加剤と合体させ、さらに粉砕することにより、微細な均質混合物を生産する。一般に、石灰石が８０～８５％であり、残りは粘土である。セメントプラントにおいて、生混合物を乾燥させ（湿分含有率を１％未満に低減する）、そしてブレンドして微粉末にすることにより、サイロ内に貯蔵する。キルン内へ送られる前に、原材料には、例えば一連のサイクロンから成る予熱器内で予熱が施される。予熱器は典型的には、石油、天然ガス、石炭、又は石油コークスで燃焼される予か焼炉を備えている。種々の廃棄流及びバイオマス材料を燃料として使用することができる。
【0004】
キルン段階は、セメント生産プロセスの主要段である。ここでは、カルシウムと二酸化炭素化合物との間の一連の化学反応を通して、生混合物から「セメントクリンカ」、又は単にクリンカが生産される。クリンカは典型的には１４５０～１５００℃のチャージ温度、及び約２０００℃のガス温度で、キルンシステム内で生産される。こうして、セメントの生産に特徴的な高温プロセスはしばしば「クリンカ燃焼」と呼ばれる。クリンカ燃焼に際しては、キルンシステム内へ供給された原材料を乾燥させ、予熱し、か焼し、そして焼結することにより、セメントクリンカを生産する。セメントクリンカは、直径２～３０ｍｍの複数の塊又は結節として現れる。
【0005】
キルンから出た後、クリンカを約１００～２００℃に迅速に冷却し、そして種々異なる添加剤、例えば石膏、何らかの有機物質などをクリンカに添加する。（添加剤を有する）クリンカをさらに（セメント）ミルへ移し、そして粉砕して微粉末にし、これにより一般に「セメント」と呼ばれる完成済みセメント粉末製品を形成する。
【0006】
セメント生産のすべての段は二酸化炭素排出を伴い、キルン段階及び先行の予か焼炉段階が、排出量が最も多い。実際には、排出の大部分は予か焼炉から生じる。ここでは、燃料のほとんどが燃焼させられ、二酸化炭素（ＣＯ２）が炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３、石灰石）から放出される。加えて、コンベンショナルな回転キルンは、高温に起因してＮＯｘ排出源である。ＣＯ２排出は回避するのが難しい。すなわち６０％は、生産プロセス化学の回避できない結果であり、残りは高温プロセス要件から生じる。セメント産業は様々な燃料を使用するが、燃料の大部分（約５４％）が石炭又はペットコークであり、これらは、極めて高い温度に適して入るものの、排出量が高い。加えて、これらの燃料は有害・毒性化学物質源であり、大気へのこれらの放出を回避するために、種の測定に着手しなければならない。セメント産業において排出量を低減するために、いくつかの方法、例えば予か焼炉、予熱、廃熱回収、及び他の技術を通してエネルギー効率を高めることが提案されている。
【0007】
産業プロセスの電化が、排出量を低減するための解決手段と見られている。しかしながら、セメント生産のために必要とされる高い温度が、これらのプロセスの電化を制限する主な理由となる。ＧＨＧ排出量を低減するのに適した解決手段と考えられてはいるものの、産業プロセスの電化は、現在の技術及び既存の設備インフラストラクチャが、十分に高い温度を達成することの必要性を満たせないことに基づき、妨げられたままである。
【0008】
加熱を目的として、いくつかの回転解決手段が提案されている。米国特許第１１，０９８，７２５号明細書（Ｓａｎｇｅｒ他）に開示された液体力学的加熱器ポンプ装置は、加熱された流体及び／又は加圧された流体の流れを選択的に生成するために動作可能である。前述の液体動圧加熱器ポンプは、自動車車両の乗客コンパートメントを暖める熱を提供するために、そして他の能力、例えばウィンドウの除氷及びエンジンの冷却を可能にするために、自動車車両の冷却システム内に組み付けられるように設計されている。開示された装置は、エンジンを冷却するための加圧流体流を提供することもできる。開示された技術は摩擦に基づくものであり、また加熱されるべき流体は液体なので、提示されたデザインは、ガス空気力学の極端な乱流を伴う条件には適していない。
【0009】
米国特許第７，６１４，３６７号明細書（Ｆｒｉｃｋ）には、回転運動エネルギーを熱に変換することにより、流体を無炎加熱し、濃縮し、又は蒸発させるシステム及び方法が開示されている。流体加熱のために形成されたシステムは、回転運動エネルギー発生器と、回転加熱装置と、一次熱交換器とを、すべて閉ループ流体連通した形で含んでよい。回転加熱装置は水ブレーキ動力計であってよい。前記明細書は海洋掘削又は採油プラットフォームにおいて水を加熱するためのシステムの使用を開示している。しかしながら、提示されたシステムは、ガス状の媒体を加熱するのには適しておらず、また、高い温度及び極めて高い温度との使用には（液体安定性、蒸気圧などに基づき）実現し得ない。
【0010】
加えて、いくつかの回転ターボ機械型装置も、炭化水素（蒸気）クラッキングのプロセスを実施することで知られており、目標製品、例えばエチレン及びプロピレンの収率を最大化することを目的としている。
【0011】
これに関して、効率的な加熱システム、具体的には高い温度及び極めて高い温度に関連する技術分野のアップデートが、流体物質の上昇する温度に伴う難題に効率的かつ環境に優しい方法で対処することに鑑みて、なおも望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、関連技術の制約及び欠点から生じる問題の少なくともいくつかを解決し、又は少なくとも軽減することである。１つ又は２つ以上の目的は、本明細書中に記載された、加熱された流体媒体を生成するための方法、回転装置、及び本明細書中に定義された関連の使用の種々の実施態様によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【0013】
１態様では、セメントを生産する方法が、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含む。
【発明の効果】
【0014】
１つの実施態様によれば、セメントを生産する方法であって、前記セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含む方法は、エネルギー効率を改善するか、又は温室効果ガス排出量及び粒子排出量を低減し、あるいはこれら両方をもたらす。
【0015】
実施態様では、セメントを生産する方法は、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、前記少なくとも１つのロータブレード列の上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、を含み、当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成され、前記方法が、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ、投入エネルギー量を導くこと、ここで、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、前記セメント生産設備内へ、少なくとも１つの回転装置によって生成された、加熱された流体媒体の流れを供給すること、及び約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメント生産を実施するように、前記少なくとも１つの回転装置及び前記セメント生産設備を操作すること、をさらに含む。
【0016】
別の態様では、セメント生産中に流体媒体中に熱エネルギーを投入する方法が提供される。
【0017】
１実施態様では、方法が、セメント生産設備内でセメントを生産することに関連するプロセス中へ熱エネルギーを投入することを含み、前記方法が、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、前記少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、を含み、前記方法が、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメントを生産することに関連するプロセスを実施するように形成されたセメント生産設備内へ前記少なくとも１つの回転装置を組み込むこと、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ、投入エネルギー量を導くこと、ここで、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、及び当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作すること、をさらに含む。
【0018】
実施態様では、前記方法は、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニットに動作接続され且つ／又は前記熱消費ユニット内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作することを含む。１実施態様では、前記少なくとも１つの熱消費ユニットは、セメント生産に関連するプロセスを実施するように形成されている。
【0019】
いくつかの実施態様では、前記方法が、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニットに動作接続され且つ／又は前記熱消費ユニット内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作することを含み、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、（ｉ） セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ） セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ化後処理ユニット、（ｖ） 固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ） これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つとして形成されている。
【0020】
１実施態様では、前記方法は、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成された少なくとも１つのキルンに動作接続された前記少なくとも１つの回転装置を操作することを含む。実施態様では、前記方法は、バーナ、加熱器、炉、オーブン、ミル、乾燥器、反応器、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、コンベア装置、又はこれらの組み合わせのうちのいずれか１つに動作接続された少なくとも１つの回転装置を操作することを含む。
【0021】
実施態様では、約５００℃に本質的に等しい、又は約５００℃を超える温度、又は約１２００℃に本質的に等しい、又は約１２００℃を超える温度、又は約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に加熱された前記流体媒体を生成することを含む。
【0022】
実施態様では、前記加熱された流体媒体が生成される際の条件を作り出すために、前記回転装置を通って伝搬する流体媒体流の速度及び／又は圧力を調節することを含む。
【0023】
実施態様では、前記方法において、前記加熱された流体媒体が、前記ロータ軸に沿って連続的に配置された２つ又は３つ以上のロータブレード列を含む前記少なくとも１つの回転装置によって生成される。
【0024】
実施態様では、前記方法において、前記加熱された流体媒体が、少なくとも１つのロータブレード列の下流側に配置されたディフューザ領域をさらに含む前記少なくとも１つの回転装置によって生成され、前記方法が、当該流体媒体流が前記固定ベーンと、前記少なくとも１つのロータブレード列と、前記ディフューザ領域とを連続的にそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置を操作することを含む。前記ディフューザ領域は、固定ベーンを有する又は有しない状態で形成されていてよい。
【0025】
実施態様では、前記方法において、前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流に加えられる前記熱エネルギー量が、前記セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内へ導かれる前記投入エネルギー量を調節することにより制御される。
【0026】
実施態様では、前記方法は、前記少なくとも１つの回転装置の下流側に付加的な加熱装置を配置し、そして前記付加的な加熱装置を通って伝搬する流体媒体流に、反応性化合物又は反応性化合物の混合物を導入すると、すぐに前記熱エネルギー量が発熱反応を通して前記流体媒体流に加えられることをさらに含む。実施態様では、前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物が、所定の温度に予熱された前記流体媒体流に導入される。実施態様では、前記反応性化合物又は前記反応性化合物の混合物が、約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に予熱された前記流体媒体流に導入される。実施態様では、前記所定の温度への前記流体媒体の予熱が、回転装置内で実施される。
【0027】
１実施態様では、前記方法が、セメント生産設備内へ組み込まれた少なくとも２つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記少なくとも２つの回転装置が、並列又は直列に接続されている。１実施態様では、前記方法が、連続的に接続された少なくとも２つの回転装置によって、加熱された流体媒体を生成することを含み、前記流体媒体流が連続内の少なくとも第１の回転装置内で所定の温度に予熱され、そして当該第２の回転装置を通って伝搬する前記予熱された流体媒体流中へ付加的な量の熱エネルギーを投入することにより、前記流体媒体流が、該連続内の少なくとも第２の回転装置内でさらに加熱される。１実施態様では、前記方法において、該連続内の少なくとも前記第１の回転装置内で、前記流体媒体流が約１７００℃に本質的に等しい、又は約１７００℃を超える温度に予熱される。１実施態様では、前記方法において、前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物を前記流れ中へ導入することにより、前記付加的な熱エネルギー量が、該連続内の前記少なくとも第２の回転装置を通って伝搬する流体媒体流に付加される。１実施態様では、前記方法が、セメントの生産に関連するプロセス中へ、前記反応性化合物又は反応性化合物の混合物を導入することを含む。
【0028】
１実施態様では、前記方法において、前記回転装置に入る前記流体媒体が、本質的にガス状の媒体である。
【0029】
１実施態様では、前記方法は、前記加熱された流体媒体を前記回転装置内で生成することを含む。実施態様では、前記方法において、前記回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体が、空気、蒸気（Ｈ２Ｏ）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つを含む。適切な場合には、任意の他のガスを利用することができる。１実施態様では、前記回転装置内で生成された、前記加熱された流体媒体が、セメントの生産に関連するプロセス中に生成された排ガスからリサイクルされたリサイクルガスである。
【0030】
１実施態様では、前記方法は、前記回転装置の外部で、前記加熱された流体媒体、例えばガス、蒸気、液体、及びこれらの混合物、及び／又は加熱された固体材料を生成することを、前記回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体と、前記回転装置を迂回する上述の物質のいずれか１つとの間の熱伝達プロセスを通して行うことをさらに含む。
【0031】
実施態様では、前記方法において、前記少なくとも１つの回転装置によって、又は前記少なくとも１つの回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体が、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へ供給され、前記熱消費ユニットが、（ｉ）セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ）セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ）セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ）セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ後処理ユニット、（ｖ）固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ）これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つとして提供される。
【0032】
実施態様では、前記方法において、前記少なくとも１つの回転装置によって、又は前記少なくとも１つの回転装置内で生成された前記加熱された流体媒体が、前記セメント生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へさらに供給され、少なくとも１つの熱消費ユニットは、バーナ、加熱器、炉、オーブン、ミル、乾燥器、反応器、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、コンベア装置又はこれらの組み合わせのうちのいずれか１つとして提供されている。
【0033】
１実施態様では、前記方法は、前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流中の圧力を高めることをさらに含む。
【0034】
１実施態様では、前記方法において、セメント生産設備内へ組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内への投入エネルギーとして導かれたエネルギー量が、約５パーセント～１００パーセントの範囲内にある。
【0035】
１実施態様では、前記方法において、前記セメント生産設備内に組み込まれた前記少なくとも１つの回転装置内への投入エネルギーとして導かれた電気エネルギー量が、再生可能エネルギー源、又は種々異なるエネルギー源、任意には再生可能エネルギー源の組み合わせから得ることができる。
【0036】
１実施態様では、前記方法において、前記少なくとも１つの回転装置が、非電気エネルギーで動作可能な少なくとも１つの加熱器装置と一緒に前記セメント生産設備内へ組み込まれることにより、（例えば供給及び／又は生産を通して得られる）前記電気エネルギー量、任意には再生可能電気エネルギー量の変動、例えば供給過剰及び不足のバランスをとるために利用される。
【0037】
別の態様では、セメント生産設備が提供され、前記セメント生産設備が、加熱された流体媒体を生成するように形成された少なくとも１つの回転装置と、セメント生産に関連するプロセスを実施するように形成された少なくとも１つの熱消費ユニットとを含む。
【0038】
１実施態様では、前記セメント生産設備内で、前記少なくとも１つの回転装置が、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、ロータ軸上に取り付けられたロータハブの周囲にわたって配置された少なくとも１つのロータブレード列を含むロータと、前記少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に集成体を成すように配置された複数の固定ベーンと、を含み、当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように動作するように、前記少なくとも１つの回転装置が形成されており、そして前記少なくとも１つの回転装置が、電気エネルギーを含む投入エネルギーの量を受容するように、そして少なくとも１つの熱消費ユニット内へ熱エネルギーを投入するための加熱された流体媒体を生成するように形成されており、前記熱消費ユニットが、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度でセメント生産に関連するプロセスを実施するように形成されている。
【0039】
実施態様では、セメント製造設備内で提供される前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、（ｉ） セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化ユニット、（ｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品を加熱し且つ／又は乾燥させるように形成された加熱器及び／又は乾燥器、（ｉｉｉ） セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のうちのいずれか１つに作用するように形成された混合器及び／又はホモジナイザ、（ｉｖ） セメントクリンカを冷却するように、且つ／又はセメント製品を形成するように形成されたクリンカ化後処理ユニット、（ｖ） 固体燃料、例えば石油コークス及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するように形成されたミル、又は（ｖｉ） これらの任意の組み合わせ、のうちのいずれか１つであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が、（ｉ）～（ｖｉ）のいずれか１つに接続され且つ／又は組み込まれている。
【0040】
１実施態様では、前記少なくとも１つの回転装置が、前記セメント生産設備内部で、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成された少なくとも１つのキルンに接続されている。実施態様では、前記少なくとも１つの回転装置が、前記セメント生産設備内部で、バーナ、加熱器、炉、オーブン、ミル、乾燥器、反応器、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、コンベア装置、又はこれらの組み合わせのうちのいずれか１つにさらに接続されている。
【0041】
実施態様では、前記セメント生産設備において、前記少なくとも１つの回転装置が、前記ロータ軸に沿って連続的に配置された２つ又は３つ以上のロータブレード列を含む。１つの実施態様では、前記少なくとも１つのロータブレード列の上流側で集成体を成すように配置された固定ベーンが、固定ガイドベーンとして形成されている。１つの実施態様では、前記少なくとも１つの回転装置が、前記少なくとも１つのロータブレード列の下流側に配置されたディフューザ領域をさらに含む。前記ディフューザ領域は、固定ディフューザベーンを有する又は有しない状態で形成されていてよい。いくつかの形態では、ベーン付きディフューザは、前記少なくとも１つのロータブレード列の下流側で集成体を成すように配置された複数の固定ベーンとして実現されていてよい。
【0042】
１つの実施態様では、前記セメント生産設備内部に設けられた前記少なくとも１つの回転装置が、前記回転装置を通って伝搬する前記流体媒体流中の圧力を高めるようにさらに形成されている。
【0043】
いくつかの形態では、前記セメント生産設備内部に設けられた少なくとも１つの回転装置は、本質的にトロイダル形状のケーシング内部に形成された本質的に螺旋状の軌道、本質的に管状のケーシング内部に形成された本質的に螺旋状の軌道、本質的に半径方向の軌道、及び左右方向のボルテックスリングとして巻き上げられた２つのスパイラルの形態を成す流体媒体流によって確立された流路のうちのいずれか１つに基づいて確立された流路に沿って入口と出口との間で流体流を実現するように形成される。
【0044】
１実施態様では、前記セメント生産設備が少なくとも２つの回転装置を含み、前記回転装置が集成体を成すように配置され、そして並列又は直列に接続されている。
【0045】
さらなる態様では、集成体が設けられており、そして前記集成体が、何らかの前の態様に基づく少なくとも２つの回転装置を含み、前記回転装置が並列又は直列に接続されている。
【0046】
さらなる態様では、配列が提供され、そして前記配列は、何らかの前の態様に基づく少なくとも１つの回転装置を含み、前記少なくとも１つの回転装置は、少なくとも１つの熱消費ユニットに接続されている。
【0047】
さらなる態様では、セメント生産設備が提供されており、前記セメント生産設備は、前に定義されたいくつかの態様及び実施態様に基づく方法を通して、セメント生産プロセスを実施するように形成されており、そして前記セメント生産設備は何らかの前の態様に基づく少なくとも１つの回転装置を含む。
【0048】
本発明の有用性は、本発明のそれぞれの具体的な実施態様に応じた種々の理由から生じる。
【0049】
全体的に見て、実施態様は、燃料燃焼型加熱器の代わりに、セメントの生産に使用されるべき、高温の流体、例えばガスを提供するための電化された回転流体加熱器を提供する。提示された方法は、セメント生産に関与する種々のプロセスユニット内へ熱エネルギーを投入し、そして高い温度及び極めて高い温度、例えば概ね５００℃を超える温度で動作することを可能にする。本発明は、約５００℃～約２０００℃の範囲内の温度、すなわちセメント生産設備内に使用される温度まで流体物質を加熱するための装置及び方法を提供する。
【0050】
セメント生産設備は、熱エネルギーに対して、ひいては熱消費に対して高い需要を有するユーティリティ、例えば燃焼型加熱器を典型的には採用する。前記熱消費ユーティリティを使用して、セメント生産プロセスのために必要とされる温度に流体を加熱する。ここに提示された本発明は、コンベンショナルな熱消費ユーティリティ、例えば燃料燃焼型加熱器の代わりに回転装置を使用することを可能にする。方法において、燃焼型加熱器の代わりに回転装置を使用することに伴う利点は、少なくとも、
－ 電化加熱を支援すること、
－ 温室効果ガス（例えばＮＯ、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯＸ）、燃料に由来する他の有害成分（例えばＨＣｌ、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、及び重金属）、粒子排出量及び煤煙排出量を排除するか、又は少なくとも著しく低減すること、
－ 加熱器の体積が低減され、すなわち回転装置の体積が、コンベンショナルな処理加熱器又は熱交換器と比較して少なくとも１桁小さくなること、
－ 引火性の有害な流体／ガスを使用する場合の安全性が改善されること、
－ 大量のガスの取り扱いが実現可能であること、
－ 圧力降下が存在しないこと、
－ ガスの圧縮（ブロワ機能）のためにも回転（加熱器）装置を使用することが可能であること、
－ ガスの直接加熱に際しての温度差に依存していないこと。回転装置内の温度上昇は、約１０～１７００℃以上であり得ること、
－ 任意には熱交換器内の温度差を最適化することにより、流体の間接加熱に際して回転装置を使用することが可能であること、
－ 高温プロセスガスの少なくとも部分的なリサイクルが可能であり、ひいては熱回収を改善してよりシンプルにし、そしてエネルギー効率を改善すること、
－ 発熱反応によりガス温度を例えば２０００℃以上までさらに高める反応性化学物質を添加することによって、加熱されるべきガスの温度をさらに上昇させることが可能である、
ことを含む。
－ 電化加熱を支援すること、
－ 温室効果ガス（例えばＮＯ、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯＸ）、燃料に由来する他の有害成分（例えばＨＣｌ、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、及び重金属）、粒子排出量及び煤煙排出量を排除するか、又は少なくとも著しく低減すること、
－ 加熱器の体積が低減され、すなわち回転装置の体積が、コンベンショナルな処理加熱器又は熱交換器と比較して少なくとも１桁小さくなること、
－ 引火性の有害な流体／ガスを使用する場合の安全性が改善されること、
－ 大量のガスの取り扱いが実現可能であること、
－ 圧力降下が存在しないこと、
－ ガスの圧縮（ブロワ機能）のためにも回転（加熱器）装置を使用することが可能であること、
－ ガスの直接加熱に際しての温度差に依存していないこと。回転装置内の温度上昇は、約１０～１７００℃以上であり得ること、
－ 任意には熱交換器内の温度差を最適化することにより、流体の間接加熱に際して回転装置を使用することが可能であること、
－ 高温プロセスガスの少なくとも部分的なリサイクルが可能であり、ひいては熱回収を改善してよりシンプルにし、そしてエネルギー効率を改善すること、
－ 発熱反応によりガス温度を例えば２０００℃以上までさらに高める反応性化学物質を添加することによって、加熱されるべきガスの温度をさらに上昇させることが可能である、
ことを含む。
【0051】
実施態様では、回転装置は、セメント生産に際して直接又は間接に加熱するためのコンベンショナルな燃焼型加熱器又はプロセス炉の代わりに使用することができる。伝統的には、このような熱は主として、顕著なＣＯ２排出量を招く化石燃料の燃焼を通して生産されている。化石燃料の代わりに、木材又は他のバイオベースの材料を使用することには、顕著な資源限界があり、また環境への他の顕著な影響、例えば持続可能な土地利用と関連する影響がある。再生可能電気のコスト効率が高められるのにともなって、つまり風力圧電及び太陽光発電の急速な開発にともなって、化石燃料燃焼の代わりに、再生可能電気によって給電される回転装置を使用することが可能である。これは温室効果ガス排出を著しく低減することになる。回転装置は、流体を最大１７００℃以上の温度に電化加熱することを可能にする。このような温度は、現行の電気加熱を用いることによって到達するのは困難又は不可能である。
【0052】
回転装置は、プロセスガス、不活性ガス、空気、又は任意のその他のガスを直接加熱するために、又はプロセス流体（液体、蒸気、ガス、蒸気／液体混合物など）を間接加熱するために使用することができる。回転装置で生産された熱は、ガス、蒸気、液体、及び固体材料の何れかを加熱するために用いることができる。具体的には回転装置は、セメントクリンカの燃焼から発生した排ガスからリサイクルされたリサイクルガスを直接加熱するために使用することができる。回転装置は、セメント生産に際して使用される回転キルンを含む、固形、液状、又はガス状の化石燃料、いくつかの事例ではバイオベースの燃料で伝統的に燃焼又は加熱される（例えば予熱器としての）多数のタイプの炉、加熱器、キルン、ガス化器、及び反応器と少なくとも部分的に置き換えることができ、あるいはこれらと組み合わせることもできる。いくつかの他の例としては、溶鉱炉、キューポラ炉、ポット・アンド・タンク炉、シャフト炉、回転キルン、多重炉床炉、再生炉、蒸気ボイラ、触媒反応器、及び流動床キルン／反応器が挙げられる。加熱されたガスは引火性、反応性、又は不活性であってよく、そしてリサイクルして回転装置へ戻すことができる。加熱に加えて、回転装置は複合ブロワ－加熱器として作用してよく、圧力を高め、そしてガスをリサイクルするのを可能にする。
【0053】
加熱された流体、例えばガスを種々の用途に使用することができる。加熱された物体は、固形材料、液体又はガスであり得る。ガスは数多くの反応にさらに参加し、又は加熱媒体として使用される。したがって、セメント生産設備において固形材料を加熱するために、高温ガスを使用することができる。
【0054】
本発明は温室効果ガス排出量（ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯｘ）及び粒子排出量の低減を可能にする。回転装置を使用することにより、プロセスのための閉加熱ループ又は準閉加熱ループを形成すること、そして煙道ガスを通した熱損失を低減することにより、これらのプロセスのエネルギー効率をさらに改善することもできる。コンベンショナルな加熱器内では、煙道ガスを部分的にしかリサイクルすることができない。
【0055】
加えて、本解決手段は、間接加熱に際して熱交換器内の温度差の改善された最適化を可能にする。
【0056】
本発明は、電気エネルギー、例えば再生可能源から得られる電気エネルギーをフレキシブルに使用することをさらに可能にする。再生可能エネルギーの生産量は日を単位として、そしてさらに時間を単位として変化する。本発明は、セメント生産プロセス、例えばセメントクリンカ燃焼プロセスに熱を提供するために、ここに開示された回転装置をコンベンショナルな燃料動作型（燃料燃焼型）加熱器と一体化することにより、再生可能電気生産量のバランスをとることを可能にする。
【0057】
本発明はさらに、伝統的な化石燃焼炉と比較して、現場投資コストの低減を可能にする。
【0058】
「いくつかの（ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ）」という表現は、本明細書中では１から出発して例えば１、２、又は３までの任意の正の整数を意味する。「複数の（ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ）」という用語は、本明細書中では２から出発して例えば２、３、又は４までの任意の正の整数を意味する。「第１」及び「第２」という用語は、別段の明示がない限り、いかなる順番又は重要性をも示すことなしに、１つのエレメントを別のエレメントから区別するだけのために使用される。
【0059】
「ガス化」という用語は、ここでは、物質が任意の可能な手段によってガス状形態へ変換されることを示すために利用される。
【0060】
詳細な説明及び添付の図面を考察することにより、本発明の種々異なる実施態様が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【発明を実施するための形態】
【0062】
本発明の詳細な実施態様が、添付の図面に関連してここに開示される。
【0063】
図１Ａ及び１Ｂは、実施態様に基づく方法を実施するように形成された高温セメント製造プロセス設備のレイアウトを、符号１０００で示すブロックダイアグラムである。図２Ｂ及び図４Ａ～４Ｄは、実施態様に基づく装置及び方法を記載している。図３は、高温セメント製造プロセス設備１０００内へ、実施態様に基づく装置を組み込むことを大まかに示している。図面及び関連する実施例は、例示を目的としたものであり、本発明の概念の適用可能性を、本開示において明示されたレイアウトに限定しようと意図するものではない。破線で示されたブロックダイアグラム区分は任意である。
【0064】
セメントの製造は、コンベンショナルな解決手段（つまりここで提示された熱組み込みスキーム１０００の範囲外）においては、熱エネルギーの需要及び消費量が高く、大量の産業排出物、例えば二酸化炭素を大気中へ生み出している。本開示は、セメント製造プロセス中へ熱エネルギーを投入するための装置及び方法を提供する。これにより前記プロセスのエネルギー効率を著しく改善することができ、且つ／又は大気中へ放出される空気汚染物質の量を低減することができる。レイアウト１０００（図１Ａ及び１Ｂ）は、改善されたこれらの設備及び方法を概略的に示している。
【0065】
熱消費プロセス設備１０００は、５００℃に本質的に等しい温度、又は５００℃を超える温度でセメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成された設備である。設備１０００は、産業プラント、工場、又はセメント生産に関連する上述の熱消費産業プロセスを実施するように設計された機器を含む任意の産業システムで代表することができる。
【0066】
実施態様では、設備１０００は、５００～１７００℃の範囲内の温度で熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備１０００は、本質的に約８００～９００℃以上の範囲内の温度で開始する、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備１０００は、本質的に１０００℃に等しい、又は１０００℃を超える温度で、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備１０００は、本質的に約１１００～１２００℃以上の範囲内の温度で開始する、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備は、本質的に１２００℃に等しい、又は１２００℃を超える温度で、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備は、本質的に約１３００～１７００℃以上の範囲内の温度で、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備は、本質的に１５００℃に等しい、又は１５００℃を超える温度で、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備は、本質的に１７００℃に等しい、又は１７００℃を超える温度で、セメント生産に関連する熱消費産業プロセスを実施するように形成されている。実施態様では、設備は、１７００℃を超える温度、例えば２０００℃以上、例えば約１７００℃～約２５００℃の範囲内の温度で、セメント生産に関連する産業プロセスを実施するように形成することができる。設備は、１７００℃、１８００℃、約１９００℃、約２０００℃、約２１００℃、約２２００℃、約２３００℃、約２４００℃、約２５００℃で、そして上述の温度点の間に含まれる任意の温度値で、セメント生産に関連する産業プロセスを実施するように形成することができる。なお指摘しておくが、設備１０００は、５００℃未満の温度で産業プロセスの少なくとも一部を実施することから排除されない。
【0067】
産業において、「セメント」は、「コンクリート」を形成するために水及び凝集体、例えば砂又は石と合体される。セメントの生産は、エネルギー需要の高い、高温のプロセスである一方、コンクリートを形成するためにセメントを水及び凝集体と合体させることは、典型的には単純な混合によって実施される。しかしながら、「コンクリート」の生産が、「セメント」の生産を含むものと考えられる場合には、その生産プロセスは本明細書中に記載された高温プロセスを含み得る。さらに、セメント生産は、セメントクリンカの生産に必要な原材料又はセメントクリンカ前駆体の生産を含むこともある。
【0068】
本開示において、「セメント」という用語は、建築に際して使用される結合剤であって、固化及び硬化により、構造単位、例えば石、煉瓦、タイルなどに付着するものを一般に意味するために使用される。他方において、「クリンカ」という用語は、セメントの生産に際して使用されるバインダを意味するために使用される。セメントは、例えばクリンカを（セメントの所期特性を得るために種々異なる活性成分と一緒に添加された状態で）セメントミル内で粉砕して微粉末にすることにより生産される。
【0069】
セメントクリンカ生産のための化合物は、１種又は２種以上のセメントクリンカ前駆体材料、例えば石灰石、石灰、及び一例としてアルミノケイ酸塩を含むケイ酸アルカリ源、及びケイ酸塩鉱物、例えば粘土、頁岩、不純石灰石、又は別の材料を含む。金属ケイ酸塩、例えばケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ナトリウムなどを利用することができる。原材料中又は反応性セメント前駆体中に含まれる他の材料は、石灰石及びケイ酸塩の焼結を促進するように設計されたフラックスを含んでよい。セメント生産に際して使用される１つの一般的なフラックスは酸化マグネシウムではあるものの、酸化アルミニウム又は酸化鉄も使用される。換言すれば、セメント生産は、石灰石から石灰を形成すること、又は炭酸マグネシウムから酸化マグネシウムを形成することをさらに含んでよい。
【0070】
石灰は典型的には、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３、石灰石）をか焼して酸化カルシウム（ＣａＯ、石灰）とＣＯ２とにすることにより生産される。石灰石のか焼は約９００～１２００℃で進行する。同様に、典型的には１０００℃を上回る温度で炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）をか焼することにより、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とＣＯ２とが産出される。石灰及び酸化マグネシウムの生産はしたがって高温プロセスであり、この高温プロセスは、セメント生産の結果としての副生成物ＣＯ２の生産全体に関与する。
【0071】
特に明記しない限り、さらなる説明では、図１Ａ及び１Ｂに示された符号を利用する。熱消費産業プロセスは、典型的には図１Ａに示されたボックス内に言語により示されており、一例として、セメント原材料／クリンカ前駆体のクリンカ化前処理、例えばクリンカ前駆体材料のクラッシュ、粉砕、均質化、及びミリング処理（図１Ａ、ボックス「前処理」参照）、クリンカ化システム、例えばキルンシステム内での、クリンカ前駆体材料の（予）加熱及び（予）か焼、セメント材料のセメントクリンカへの変換（クリンカ燃焼と呼ばれるプロセス）であって、キルンシステム内へ供給された原材料の乾燥、予熱、か焼、及び焼結のいずれか１つを含むもの、セメント製品を生産するためのクリンカのクリンカ化後処理（図１Ａ、ボックス「後処理」参照）、及び／又はキルン及びか焼炉システムのための燃料として使用される石炭及び／又はペットコークの乾燥及び粉砕、のうちのいずれか１つを含む。プロセスは、符号１０１で図１Ｂに集合的に示されている。上記プロセスのような、セメント生産に関連する熱消費プロセスのうちのいずれか１つを実施するように形成された熱消費プロセスユニット／ユーティリティも、相応に同じ符号（１０１）で示されている。
【0072】
セメント生産設備１０００は、同じ又は異なる熱消費プロセスを実施するように形成された数多くの動作ユニット１０１を含む。種々異なる熱消費プロセスを実施するように形成された動作ユニット１０１は、符号１１０～１２６（図１Ｂ）で付加的に示されている。実施態様では、各動作ユニット１０１は、熱消費プロセスを実施するように形成された少なくとも１つの熱消費装置又はシステムを含み、又はこれから成っている。
【0073】
実施態様では、熱消費ユニット１０１は、セメント原材料をセメントクリンカへ熱変換するように形成されたクリンカ化システムである。いくつかの実施態様では、クリンカ化ユニット１１８は、「キルン」（図１Ｂ、１１８）とさらに呼ばれるキルンシステムである。セメント製造プロセスにおいて、２つの重要な化学反応、すなわち、約９００℃～１０５０℃におけるセメント原材料（調合原料（ｒａｗ ｍｅａｌ））のか焼、及びこれに続く、約１４５０℃～１５００℃におけるセメントクリンカを生産するための焼結、がある。これら両プロセスは、クリンカ化ユニット１１８内で実施されてよい。あるいは、クリンカ化ユニット（キルン）１１８は、焼結段階のために形成されてよく、これに対してか焼プロセスは、下記反応（等式１）：
にしたがって（予）か焼炉１１６内で行われてよい。
【化1】
【0074】
セメントの生産に特徴的な高温プロセスは、原材料及び／又は１種又は２種以上のセメントクリンカ前駆体材料の混合物を熱消費クリンカ化ユニット内で加熱することを含む。セメント生産設備内で、クリンカ化ユニットは、焼結システム、典型的には（予）か焼炉及び／又は予熱器を備えた（主）キルンシステムを含む。クリンカ化ユニット内では、セメント原材料／クリンカ前駆体は、セメントクリンカを形成するために熱処理される。セメント生産に関与する高温プロセスはさらに、クリンカ化段階前のセメント原材料／クリンカ前駆体の前処理、クリンカ化段階から出たクリンカの後処理（例えばキルンから出たクリンカの冷却、これに続く、セメントミル内でのセメント製品の粉砕／ミリング）、及び／又はセメント生産中に利用される任意の他のタイプの高温プロセス、例えば石炭のコークス化によるコークスの生成を含み、コークスはクリンカ化システム１１８及びか焼炉システム１１６のための燃料を生産するために使用される。
【0075】
実施態様では、方法は、少なくとも１つの回転装置（以後、装置１００）を含む又はこれから成る回転加熱器ユニット１００によって、加熱された流体媒体、例えば空気、蒸気、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、又は任意の他の（煙道）ガスを生成することを含む。明確にするために、回転加熱器ユニットは、回転装置と同じ符号１００によって、本開示において示されている。回転加熱器ユニットは好ましくは、プロセス設備１０００内へ組み込まれている。実施態様では、加熱された流体媒体は、少なくとも１つの回転装置によって生産される。
【0076】
回転装置１００は独立型の装置として、又は直列に（連続して）又は並列に配置されたいくつかの装置として提供することができる。１つ又は２つ以上の装置が、共通の熱消費ユニット１０１、例えばクリンカ化ユニット／キルン１１８又はか焼炉１１６に接続されてよい。接続は直接に、又はいくつかの熱交換器を通して行われてよい。
【0077】
セメント製造のための熱消費ユニット／ユーティリティ１０１は種々のキルン、炉、加熱器、乾燥器、混合器などを含む。いくつかの形態では、いくつかの回転装置ユニット１００をいくつかの熱消費ユーティリティ１０１に接続することができる。異なる形態、例えばｎ＋ｘ個の回転装置をｎ個のユーティリティ（例えば炉）に接続してもよい。ｎはゼロ以上であり、そしてｘは１以上である。こうして、いくつかの形態では、設備１０００、及び具体的には回転加熱器１００は、共通の熱消費ユニット、例えば炉に接続された１、２、３又は４つの並列の回転装置ユニットを含んでよい。４を超える回転装置の数も排除されない。いくつかの回転装置を共通の熱消費ユニットに並列接続するときには、前記装置１００の１つ又は２つ以上は、異なるタイプの駆動エンジンを有してよく、例えば電動モータ駆動型装置を、蒸気タービン、ガスタービン、及び／又はガスエンジンによって駆動される装置と組み合わせることができる。
【0078】
実施態様において、投入エネルギー量Ｅ１は、プロセス設備１０００内へ（回転）加熱器ユニットとして組み込まれた少なくとも１つの回転装置１００内へ導かれる。投入エネルギーＥ１は好ましくは電気エネルギーを含む。いくつかの実施態様では、熱消費プロセス設備内に組み込まれた少なくとも１つの回転装置内へ投入エネルギーとして導かれる電気エネルギー量は、約５～約１００パーセントの範囲内、好ましくは約５０～約１００パーセントの範囲内で提供される。このように、熱消費プロセス設備内に組み込まれた少なくとも１つの回転装置内へ投入エネルギーとして導かれる電気エネルギー量は、（総投入エネルギーから）５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、及び１００パーセントのうちのいずれか１つ、又は上記点の間に含まれる任意の中間値を占めてよい。
【0079】
電気エネルギーは外部源又は内部源から供給することができる。実際には、装置内へ供給される電気投入エネルギーＥ１は、電力の観点で定義することができる。後者は単位時間あたりのエネルギー転移速度（ワットで測定される）として定義される。
【0080】
いくつかの実施態様では、回転装置１００内で生成された加熱された流体媒体は、セメント生産設備１０００内でのセメント生産に関連し且つセメント生産設備内部の熱消費ユニット内で実施されるプロセス中に供給される。実施態様では、熱消費プロセス／ユニット１０１は、一例としては、クリンカ化ユニット／キルン（１１８）内で実施される、セメント原材料のセメントクリンカへの熱変換プロセス、（予）か焼炉（１１６）内及び／又はキルン（１１８）内で実施される、セメント原材料（クリンカ前駆体）の（予）か焼プロセス、加熱器及び／又は乾燥器（１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１２４）内で実施される、セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品の加熱及び／又は乾燥プロセス、混合器及び／又はホモジナイザ（１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１２４）内で実施される、セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品の混合及び／又は均質化プロセス、クリンカ化後処理ユニット（１２０、１２２、１２４）内で実施される、セメントクリンカの冷却プロセス、及び／又はセメント製品の形成プロセス、ミル／乾燥器（１２６）内で実施される、石炭及び／又はペットコークの乾燥及び粉砕プロセス、又はこれらの任意の組み合わせ、を含む。
【0081】
セメント生産設備１０００内部の種々の熱消費プロセス／ユニット１０１内へ、回転装置１００内で生成された加熱された流体媒体によって投入された熱エネルギーが、図１Ａに破線で示されている（図１Ｂの符号２も参照）。
【0082】
全体的に見て、熱消費ユニット１０１を１つ又は２つ以上のキルン、バーナ、加熱器、乾燥器、輸送装置及び／又はコンベア装置、機械処理装置（クラッシャ、粉砕器、ミル）、混合及び／又は均質化装置、炉、オーブン、焼却炉、燃焼チャンバ、ボイラ、反応器、及び／又は適合された他のユーティリティとして単独又は組み合わせで提供することにより、セメントクリンカの製造に関与するプロセスを含む、セメント製造に関連するプロセスを実施する。図１Ａ及び１Ｂのレイアウトにおいて、符号１００で加熱された流体１（図１Ｂ参照）はその熱エネルギーを、熱消費ユニット／プロセス１０１内で使用されるプロセス流体へ転移することにより、反応熱を前記プロセスへ提供し、且つ／又は、加熱された流体媒体を生成する。このような場合には、符号１００で加熱された流体１は、熱消費ユニット／プロセス１０１内で使用されるプロセス流体とは異なる。本発明の目的上、「プロセス流体」、「プロセス流」、又は「プロセス流体流」という用語は、ガス、液体、蒸気、ペレット状、顆粒状、又は粉末状材料を含む固体、又はこれらの混合物のうちのいずれか１つを示すために使用される。セメント製造施設１０００において、回転装置１００内で生成（加熱）されるガス状流体媒体２を使用して、熱消費プロセスユニット１０１を通って搬送される主として固形の物質（１１０～１２４）、及び／又はセメント生産に間接的に関与する物質（石炭／ペットコークミル及び乾燥器１２６参照）を加熱する。
【0083】
クリンカを燃焼させることによるセメント生産における回転装置加熱の１実施態様が、いわゆる乾式プロセスに関して図１Ａ及び１Ｂに示されている。同様に、回転装置は他のタイプのセメントプロセス、例えば湿式セメント生産において使用することもできる。図１Ａ及び１Ｂに示された典型的なセメント生産施設１０００は、熱消費クリンカ化ユニット１１８を含む。熱消費クリンカ化ユニットは、セメント原材料のクリンカ化を目的とし、集合的に「キルン」と呼ばれる。なお、キルンシステム１１８は、一例として回転キルンシステム、静的キルンシステム、並びに流動床キルン又は反応器システムを含む、任意の適宜の形態を採用してよい。任意の他の適宜の焼結装置が利用されてもよい。か焼炉１１６及び原材料予熱器１１４は別個のプロセスユニット１０１（図１Ａ及び１Ｂに示されている）として提供されるか、又はキルンシステム１１８内へ含まれてよい。
【0084】
図１Ａ及び１Ｂは、セメント生産設備１０００内部において、回転装置１００内で生成された加熱された流体媒体を熱消費プロセス１０１中へ投入するいくつかの主なアプローチを示している。同様に、装置１００内で生成された加熱された流体流は、本明細書中では下に明示することはしないが、プロセス１０１（１１０～１２６）のいずれか１つへ導かれてもよい。
【0085】
１実施態様では、回転装置１００は、キルンシステム１１８の外部で、すなわち原材料の（前）処理、クリンカの（後）処理／セメント製品のハンドリング、及び／又は他のプロセス、例えば燃料／コークスの生産に際して、原材料及び／又は製品を乾燥させるために使用されるコンベンショナルな高温ガス発生器に取って代わるように使用される。この実施態様では、回転装置１００は適宜のユニット１０１内へ組み付けられ、高温流体媒体２、例えば空気、二酸化炭素、又は他の煙道ガス、又はこれらの混合物を生産するために利用される。高温流体媒体は熱消費プロセス中へさらに供給される。模範的プロセスは、クリンカ化前及びクリンカ化後の期間中の任意のセメント生産プロセス段（１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１３４、１２６）で実施される、セメント原材料、セメントクリンカ、及び／又はセメント製品のいずれか１つの加熱及び乾燥を含む。例えば、セメント生産プロセスに関与する物質の加熱及び／又は乾燥は、生ミル（１１０）内及び／又はセメントミル（１２４）内で粉砕又はミリング中に実施されてよく、混合、均質化、及び貯蔵（１１２）、混合は添加剤混合器（１２２）内で実施されてよく、原材料の乾燥は、別個のコークスプラントの一部として任意に設けられた石炭／ペットコークミル（１２６）内で実施されてよく、クリンカ前駆体の加熱は予熱器（１１４）内で実施されてよく、且つ／又はクリンカの乾燥は冷却ユニット（１２０）内で実施されてよい。
【0086】
図２Ａ及び２Ｂ、並びに下記表１Ａ及び１Ｂは、コンベンショナルな高温ガス発生器装置の代わりに、回転装置１００をプロセスユニット内へ組み付けることの利点を示している。図２Ａは、化石燃料で動作するコンベンショナルなガス燃焼チャンバを概略的に示しており、このガス燃焼チャンバは、空気２ａの存在において燃料ガス１を燃焼させることにより高温煙道ガス３ａを生産するために使用される。煙道ガスの温度は、さらなる使用（流れ４）のために、希釈空気２ｂによって所期レベルに調節される。表１Ａは、図２Ａのコンベンショナルな高温ガス発生器に対応する流量及びプロセスに関連するパラメータを示している。
【0087】
図２Ｂは、高温ガス発生装置を、実施態様に基づく回転装置１００と置き換えることを示している。供給物２ａはここでは不活性ガス、例えば空気、窒素、又は水蒸気である。化石燃料が利用されないので、図２Ｂの配置はＧＨＧ排出物を本質的に生産しない。例えば、表１Ｂは、二酸化炭素が形成されないことを示している。同様に、ＮＯｘ排出物の形成も回避するか又は著しく低減することができる（図示せず）。装置１００内で加熱されたガスは、流れ４として、図１Ａ及び１Ｂに示された任意の熱消費プロセス１０１中へさらに導かれてよい。
【0088】
【表1】
【0089】
【表2】
【0090】
回転装置１００は、（予）か焼炉１１６への熱投入を可能にするように形成することができる。回転装置は、（予）か焼炉ユニット内の化石燃料燃焼型バーナに取って代わることができる。（予）か焼は、クリンカ化１１８の前に行われ、クリンカ生産のために必要とされるエネルギーの約６０％がここで消費される。原材料を予熱するためにエネルギーが使用され、エネルギーは上記等式１に従って分解された石灰石から二酸化炭素を除去する。コンベンショナルな（予）か焼ユニットは、燃料に加えて、クリンカ冷却からそこへリサイクルされた高温空気（約９００℃）をも利用する（図１Ｂ、符号１２０参照）。回転装置１００は、（予）か焼における空気流の温度を上昇させ、ひいては（予）か焼のために必要とされる化石燃料量を低減するように形成されてよい。
【0091】
回転装置１００はさらに、クリンカ化ユニット１１８内への、したがってキルンへの熱投入を可能にするように構成されていてよい。装置１００は、燃焼空気を加熱するために既存のキルン構成に追加導入されてよい。装置１００によって生産された、加熱された空気（図１Ｂ、流れ２）は、キルンシステムの主バーナ内へ供給することができる。このようにして、キルンに動力を与えるために使用される化石燃料量を低減することができる。いくつかの形態では、回転装置１００は、燃焼空気を約１５００～１７００℃まで加熱するように形成されていてよく、そしてプロセス温度をさらに高めるために、付加的な反応性化学物質又は反応性化学物質混合物が焼結プロセス（１１８）中へ直接に添加されてよい。こうして、キルンバーナから放出された煙道ガスの温度を、２２００～２４００℃まで高めることができる。例えば、前記付加的な反応性化学物質として水素を利用すると、クリンカ化ユニット１１８内の二酸化炭素排出量を著しく低減することができる。クリンカ化ユニット１１８は、伝統的な回転キルンシステム、例えば流動床キルンシステムに代わるものとして形成されてよい。
【0092】
セメントキルンは、石灰石と粘土との混合物を１４５０℃を上回る温度まで加熱することによりセメントを生産する。この間、石灰石はＣＯ２を放出し、そして反応して酸化カルシウムとなる。酸化カルシウムが形成される石灰石の化学反応は、セメント製造プロセスからの主要なＣＯ２排出源である一方、所要の高い温度に達するために化石燃料を焼却することから大きな割合の排出物が生じる。原材料を加熱するために高温空気、窒素、蒸気、又はＣＯ２を提供することにより、化石燃料焼却に部分的又は完全に取って代わるために、回転装置を適用することもできる。
【0093】
セメントクリンカの燃焼に際しては、所要の焼結反応が発生するのを保証するために、１４５０℃までのチャージ温度を維持することが必要である。コンベンショナルな加熱プロセスにおいては、これは燃焼ガスを約２０００℃に加熱することにより達成される。回転装置１００によって、クリンカ化プロセス１１８内で使用されるように付加的なエネルギー量を生成することができるので、所要ガス温度、所要最大温度に達するために必要となる化石燃料が少なくなる。クリンカ化プロセス１１８は、燃焼ガス中の酸素が過剰（典型的には２～３％）である条件で進行する。それというのもクリンカは酸化条件下で燃焼されることを必要とするからである。
【0094】
粘土は、セメント製造に際して使用される一般的な原料である。熱的又は化学的に活性化された粘土は、セメント製品の反応性を改善する。しかしながら、粘土をセメント原材料（例えば石灰石）と混合すると、キルンシステム１１８内のその熱活性化により産出される粘土の反応性はあまり高くならないことがある。このような場合には、か焼条件を最適化するために、そして改善された（再）活性を有する粘土を産出するために、別個の活性化キルン（図示せず）を使用することができる。約２０％を超える湿分含量を有する粘土を、例えば回転キルンとして形成されたキルンシステム１１８内へ直接に供給することができる。ここでは、燃料の燃焼に由来する高温煙道ガス、又はガス発生器装置によって生成された高温ガスを使用して、最大９００℃の温度で、粘土を乾燥させ、加熱し、そして活性化する。回転装置１００を使用して、高温ガス発生器及び／又はキルンシステムのバーナに完全又は部分的に取って代わることにより、例えばキルンシステム１１８内へ、又は上述の粘土活性化キルンへ熱を投入することができる。
【0095】
回転装置１００は、石炭ミル／ペットコークミルとして形成されたミル１２６内で、固体燃料、例えば石油コークス（ペットコーク）及び／又は石炭を乾燥させ粉砕するプロセス中への熱投入を可能にするようにさらに構成されてよい。ペットコークは油精製産業の副生成物である。乾燥させた形態で、ペットコークはセメントキルンシステム１１８内及び（予）か焼炉１１６内の高エネルギー燃料として使用される。ミル１２６内では、より良好な粉末化のために粉砕済み材料を乾燥させるための高温ガスを生産するために、高温ガス発生器が使用される。実施態様では、回転装置１００は、ミル１２６内へさらに供給され得る加熱された流体媒体を生成するために使用され、ひいては上記のように、高温ガス発生器に取って代わる。回転装置１００内で加熱された流体媒体１、例えば空気、窒素、蒸気などが流れ２として、ミル１２６へ供給される。ミル１２６からの排ガス３は熱交換器（図示せず）内で冷却し、そして最適な熱統合のために、並びに熱及びエネルギーのリサイクルのために、回転装置へ戻るようにリサイクルすることができる。ミル１２６から回転装置１００へリサイクルされた排ガス３の量に応じて、最適な流量及びエネルギー容量を維持するために必要なガス２の量は相応に低減されてよい。排ガス３のリサイクルを通して、大気へ放出される排ガスの量を最小化することができる。ミル１２６内で生産された微細に粉砕／粉末化されたペットコーク４は、キルン１１８内で実施されるクリンカ化／焼結プロセス、か焼１１６、及び／又はセメント生産設備（図示せず）内部の任意の他のプロセスにおいて、燃料として使用される。
【0096】
ミル１２６は、セメント製造設備１０００の一部を形成してよい。これに加えて又はこの代わりに、石炭をコークス化してコークスを形成するための別個のコークス化プラントが、セメント製造設備１０００の外部に設けられていてもよい（図示せず）。これに加えて又はこの代わりに、キルン１１８及びか焼炉１１６のための燃料（図１Ｂ、流れ４）が、乾燥済み廃棄物、例えば地方自治体の固形廃棄物、乾燥済みバイオマスから、並びに化石由来の燃料、例えばディーゼル又は重質ガス油から、適宜のプロセスユニット及び／又はプラントにおいて生産されてもよい（図示せず）。
【0097】
同様に、回転装置１００は、セメント原材料（反応性セメントクリンカ前駆体）を予熱するための予熱器１１４内への熱投入、高温燃焼済みクリンカから熱を回収し、そして中間貯蔵部へ向かうクリンカを冷却するための熱回収ユニット／冷却器１２０内への熱投入を可能にするように構成されていてよい。本発明において、回転装置１００は、リサイクルガスを加熱し、そしてまたリサイクルのために必要に応じて圧力を上昇させるので、ブロワの必要性を少なくする。
【0098】
装置１００内で生産された高温ガス２は、ユニット／プロセス１０１のいずれか１つへ送達され、リサイクルされることにより流れ３として装置１００へ戻されてよい。一例としては、予熱器１１４内の原材料（リサイクル経路は示されていない）を、約８１０℃～約８３０℃の範囲内の温度まで加熱するために、キリン１１８からの高温ガスが使用されてよい。約１２００～１２５０℃の範囲内の温度でキルン１１８から去るクリンカは熱回収ユニット／クリンカ冷却器１２０内で急速に冷却され、そして冷却時に回収された高温ガスはリサイクルすることにより、回転装置１００へ戻すことができる（リサイクル経路は示されていない）。目標は、ガスを高温で回収し、そしてリサイクルによって回転装置へ戻すことである。約３００～３６０℃の温度で予熱器１１４を去る排ガスを、クリンカ冷却器１２０内で使用することもできる（リサイクル経路は示されていない）。ユニット１０１内で放出された、二酸化炭素に富んだ廃ガスをさらに浄化することができ、且つ／又は炭素をこれらの廃ガスから捕捉し、そして再使用し、又は例えば地下の地層（図示せず）内に永久に貯蔵することができる。
【0099】
開示された設備内では、熱消費プロセス１０１から放出された廃ガスの少なくとも一部をリサイクルにより、回転装置内へ（直接又は間接に、すなわちいくつかの浄化ユニット／熱回収ユニットを通して）戻すことがさらに可能である。このような場合、回転装置は、リサイクルガスを加熱するように設定することができる。リサイクルガスは多量のＣＯ２を含有する。
【0100】
【0101】
実施態様に基づく、セメント生産設備内へ供給されるべき加熱された流体媒体を生成するように形成された回転装置１００は、ロータ軸上に取り付けられたロータハブ又はロータディスクの周囲にわたって少なくとも１つの列を成すように配置された複数のロータブレードを含むロータと、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを備えたケーシングと、を含み、ロータがケーシング内部に閉じ込められている。装置１００では、当該流体媒体流が前記回転装置のケーシング内部の、入口と出口との間で伝搬するときに、前記少なくとも１つのロータブレード列を通過したときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成される。
【0102】
回転装置１００の実施形態は、米国特許第７，２３２，９３７号明細書（Ｂｕｓｈｕｅｖ）、米国特許第９，４９４，０３８号明細書（Ｂｕｓｈｕｅｖ）、及び米国特許第９，２３４，１４０号明細書（Ｓｅｐｐａｌａ他）に基づく回転反応器装置、並びに米国特許第１０，７４４，４８０号明細書（Ｘｕ及びＲｏｓｉｃ）に基づくラジアル反応器装置の開示内容に概ね従う。前記明細書の内容全体はここに参照することにより援用される。実施態様に基づく方法を採用するように形成され得る、任意の他の実施形態を利用することもできる。
【0103】
上で参照した特許文献において、回転ターボ機械タイプの装置は、炭化水素を処理するための、具体的にはスチームクラッキングするための反応器として設計されている。これらの用途に対する大まかな要件は、ガスの急速加熱、高い温度、短い滞留時間、及び栓流（軸方向の混合を暗示しない流動モデル）である。これらの要件は、ターボ機械タイプの反応器が、比較的小さな容積内に収容されるいくつかの加熱段を有するデザインをもたらす。
【0104】
本開示は、回転装置（限定はしないが上で参照したものを含む）を電化し、そして熱消費プロセス１０１、例えばセメントの生産に関連するプロセスにおいてさらに供給される、加熱された流体媒体を生成するための加熱器として使用することができる。回転装置加熱器ユニットを熱消費プロセス中へ組み込むことにより、温室効果ガス及び粒子の排出量を著しく低減することができる。一例としては、回転装置は上記の多様な適用において、燃料燃焼型加熱器に取って代わることができる。温度範囲は、（上で参照した反応器装置で概ね達成可能な）約１０００℃から少なくとも約１７００℃まで、そしてさらに２５００℃まで広げることができる。これらの高い温度を達成し得る回転装置の構成は、空気力学的ハードルが存在しないことにより可能である。
【0105】
実施態様に基づいてセメント生産設備内へ組み込まれ、且つ実施態様に基づく方法のために、加熱された流体媒体を生成するように形成された回転装置１００は、こうして、少なくとも１つのロータユニットがロータ軸上に取り付けられた状態で、水平方向（長手方向）軸線に沿って位置決めされたロータ軸を含む。ロータユニットは、ロータハブ又はロータディスクの周囲にわたって配置された複数のロータ（作業）ブレードを含む。ロータブレードは一緒に、ロータブレード・カスケードを形成する。回転装置１００はこのように、ロータ軸上に取り付けられたロータハブ又はロータディスクの周囲にわたって少なくとも１つの列を成すように配置された複数のロータ（作業）ブレードを含み、これらのロータブレードは、本質的に環状のロータブレード集成体又はロータブレード・カスケードを形成している。
【0106】
実施態様では、装置は、少なくとも１つのロータブレード列の少なくとも上流側に位置する集成体を成すように配置された複数の固定ベーンをさらに含む。この形態では、当該流体媒体流が前記固定ベーンと前記少なくとも１つのロータブレード列とをそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、回転装置は操作される。
【0107】
いくつかの実施態様では、複数の固定ベーンは固定ベーン・カスケード（ステータ）を成すように配置することができる。固定ベーン・カスケードは、少なくとも１つのロータブレード列の上流側に位置する、本質的に環状の集成体として提供される。少なくとも１つのロータブレード列の上流側に位置する集成体を成すように配置された固定ベーンは、固定ガイドベーン、例えば（入口）ガイドベーン（ＩＧＶ）として提供されてよく、そして流体流をロータ内へ所定の方向に導くように、例えばロータ固有の作業投入能力を制御し、そしていくつかの事例ではこれを最大化するように、固定ベーンは中心軸の周りにプロフィール、寸法、及び配置関係に関して形成されていてよい。
【0108】
回転装置は、２つ又は３つ以上の本質的に環状のロータブレード列（ブレード・カスケード）がロータ軸に／ロータ軸に沿って連続的に配置された状態で形成されている。このような場合には、固定ガイドベーンは、第１ロータブレード列の上流側に、各ロータブレード列の上流側に順番に、又はロータブレード列の連続的な配置における任意の選択されたロータブレード列の上流側に設けられていてよい。
【0109】
実施態様では、回転装置１００は、少なくとも１つのロータブレード列（ロータブレード・カスケード）の下流側に配置されたディフューザ領域をさらに含む。このような場合、当該流体媒体流が前記固定ガイドベーンと、前記少なくとも１つのロータブレード列と、前記ディフューザ領域とを連続的にそれぞれ通過するときに発生する一連のエネルギー転換によって、前記入口と前記出口との間で前記ケーシング内部に形成された流路に沿って導かれる流体媒体流に熱エネルギー量が付与され、これにより加熱された流体媒体の流れが生成されるように、回転装置は操作される。ディフューザ領域は、固定ディフューザベーンを有する又は有しない状態で形成することができる。いくつかの形態では、ベーン付き又はベーン無しのディフューザが、少なくとも１つのロータブレード・カスケードの下流側の前記ディフューザ領域内に配置されている。いくつかの形態では、ディフューザは、複数の固定（ステータ）ベーンとして実現することができる。これらの固定ベーンは、ロータの下流側の本質的に環状の集成体として提供されるディフューザベーン・カスケードを成すように配置される。
【0110】
ロータ、固定ガイドベーン、及びディフューザ領域は、ケーシング内に形成された内部通路（ダクト）内部に閉じ込められている。
【0111】
例えば米国特許第１０，７４４，４８０号明細書（Ｘｕ及びＲｏｓｉｃ）に記載されたようないくつかの形態では、ディフューザ（装置）を設けることが省かれ、そしてディフューザ領域は、ロータの下流側に配置されたダクトの本質的にベーン無しの部分（いわゆるベーンレス・スペース）によって形成されてよく、そしてロータから到着する高速流体流を拡散するように、そのジオメトリ及び／又は寸法パラメータに関して形成されてよい。
【0112】
ダクトのベーン無し部分を設けることは、上記回転装置１００のすべての形態に共通している。形態に応じて、ベーン無し部分（ベーンレス・スペース）はロータブレードの下流側（Ｘｕ及びＲｏｓｉｃの米国特許第１０，７４４，４８０号明細書参照）、又はディフューザベーン・カスケードの下流側（Ｂｕｓｈｕｅｖの米国特許第９，４９４，０３８号明細書及びＳｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書参照）に配置されている。例えばＳｅｐｐａｌａ他によって記載されたいくつかの形態では、ケーシング内部の内部通路内の回転ブレード列及び固定ブレード列は、ベーン無し部分がロータブレードの下流側に配置された固定ディフューザベーンからの出口と、後続のロータブレード・カスケードユニットのロータブレードの上流側に配置された固定ガイドブレードへの入口との間に形成されるように配置されている。
【0113】
「上流側」及び「下流側」という用語はここでは、装置全体を通した流体流の方向（入口から出口へ）における、所定の部分又は構成部分、ここではロータに対する構造的な部分又は構成部分の空間的且つ／又は機能的な配置を意味する。
【0114】
全体的に見ると、作業ブレード・カスケードを備えたロータは、作業ブレード列の一方又は両方の側に本質的に環状の集成体（カスケードと呼ばれる）を成すように配置された固定（ステータ）ベーン列の間に位置決めすることができる。ロータ軸に／ロータ軸に沿って連続的（順番に）配置された２つ又は３つ以上のロータブレード／ロータブレード・カスケード列を含む形態が、これらの間に固定ブレードを有する又は有しない状態で考えられる。ロータブレード列の間に固定ベーンが存在しない場合には、ダクトを通って伝搬する流体媒体の速度はそれぞれ後続の列において増大する。このような場合には、複数の定置ベーンが第１ロータブレード・カスケードの上流側に前記順番で（固定ガイドベーンとして）、そして最後のロータブレード・カスケードの下流側に（固定ディフューザベーンとして）、集成体を成すように配置されてよい。
【0115】
任意には固定ディフューザベーン集成体（ディフューザ領域）を備えたケーシング内部に閉じ込められた、ロータブレード列（ロータブレード・カスケード）と、前記ロータブレードの下流側に位置するダクトの一部とは、完全なエネルギー転換サイクルを媒介するように形成された最小限のプロセス段（以後、段）とみなすことができる。したがって、少なくとも１つの回転ブレード列によって流体媒体流に加えられた運動エネルギー量は、前記流体媒体流がロータブレードから出てダクト内を後続のロータブレード列へ向かって伝搬するか、又は本質的にトロイド形状のケーシング内部に形成された本質的に螺旋状の軌道に続く同じロータブレード列に入ったときに、流体媒体の温度を所定の値まで上昇させるのに十分である。（ロータの周囲を閉じ込める）ダクトは好ましくは、流体流がダクト内で伝搬すると、流体が減速し、流体媒体の内部エネルギー中へ運動エネルギーを散逸させ、そして熱エネルギー量が流体媒体流へ加えられるように成形されている。
【0116】
少なくとも１つのロータブレード列の上流側に位置する固定ガイドブレード列は、エネルギー変換サイクル中の回転ブレード列（カスケード）の進入時の所要の流動条件を準備する。
【0117】
いくつかの形態では、プロセス段は、（ロータブレードの上流側の）固定ガイドベーンと、ロータブレード列と、前記ロータブレードの下流側に配置されたディフューザ領域とから成る集成体によって確立される。ディフューザ領域は、任意にはディフューザベーンが設けられたタクトの本質的にはベーン無しの部分として提供される。固定ガイドベーン、少なくとも１つのロータブレード列、及びディフューザ領域をそれぞれ通して制御された状態で、流体媒体流が連続的に伝搬することにより可能になるエネルギー変換サイクル中、ロータ軸の機械エネルギーが運動エネルギーへ変換され、そしてさらに流体の内部エネルギーへ変換され、続いて流体温度が高められる。回転ブレード列によって流体媒体流に加えられた運動エネルギー量は、前記流体媒体流がロータブレードを出てディフューザ領域を通ってダクト内を通過して、流体が減速し、流体媒体の内部エネルギー中へ運動エネルギーを散逸させ、そして熱エネルギー量が流体媒体流へ加えられたときに、流体媒体の温度を所定の値まで上昇させるのに十分である。ロータブレード列内で、流れは加速し、そして軸及び回転ブレードの機械エネルギーは流体流へ転移される。各ロータブレード列の少なくとも一部では、流れは超音速流状態へ達し得る。ディフューザ領域内では、ロータから到着した高速流体流は、顕著なエントロピー増大を伴って拡散される。これにより流れは運動エネルギーを流体物質の内部エネルギー内へ散逸し、ひいては熱エネルギーを流体中へ提供する。ディフューザの上流側の流れが超音速である場合、流体流の運動エネルギーは、多重ショック及び粘性混合及び散逸のシステムを通して流体の内部エネルギーへ変換される。流体の内部エネルギーが増大する結果、流体温度が上昇する。エネルギー変換機能は、例えばロータブレードの下流側に配置されたダクトのベーン無しの部分によって（Ｘｕ及びＲｏｓｉｃの米国特許第１０，７４４，４８０号明細書参照）、且つ／又は拡散ベーン集成体によって（Ｓｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書参照）果たすことができる。
【0118】
回転装置１００は、多段又は単一段解決手段として形成することができる。多段形態は、共通のディフューザ領域（ベーン無し又はベーン付き）と交互に配置されたいくつかのロータユニット（例えばロータ軸上／ロータ軸に沿って連続的に配置された１～５つのロータブレード列）を含むと考えることができる。
【0119】
Ｓｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書において概要を示された模範的形態において、回転装置１００は実質的にリングトーラスの形状で実現することができる。ここでは子午面におけるダクトの断面はリング状プロフィールを形成する。装置は、固定ガイドベーン（ノズルベーン）と固定拡散ベーンとの間に配置されたロータユニットを含む。段は、固定ノズルベーン、ロータブレード、及び拡散ベーンの列を有する状態で形成されている。これらを通って流体流は、本質的に螺旋状の軌道に基づいて確立された流路にしたがって、連続的に伝搬する。この形態において、流体流は、装置内部の入口と出口との間を伝搬しながら、数回にわたって回転ロータブレード・カスケードを通って循環する。同様のリング形状の形態がＢｕｓｈｕｅｖの米国特許第９，４９４，０３８号明細書に記載されている。
【0120】
Ｓｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書において概要を示された別の模範的形態では、回転装置１００は、本質的に管状の軸方向タイプのターボ機械として形成することができる。このような形態では、装置は延長された（細長い）ロータハブを含む。このロータハブに沿って、複数のロータブレードがいくつかの連続的な列を成すように配置されている。ロータはケーシング内部に閉じ込められている。ケーシングの内面は固定（ステータ）ベーンとディフューザベーンとを備えている。固定ベーン及びディフューザベーンは、ステータ、ロータ・カスケード、及びディフューザ・カスケードのブレード／ベーンが、ロータハブに沿って長手方向に（ロータシャフトの長さに沿って入口から出口まで）交互に位置している。長手方向においてロータに沿った特定の位置におけるロータ・カスケードのブレードは、それぞれ固定ガイド（ノズル）ベーン及び拡散ベーンの隣接する対と一緒に段を形成する。
【0121】
記載された形態において、後続の段は、段の間にブレード／ベーンのないスペースを有する。
【0122】
Ｘｕ及びＲｏｓｉｃの米国特許第１０，７４４，４８０号明細書に概要を示されたさらに別の模範的形態では、回転装置１００は、ラジアル・ターボ機械として形成することができる。ラジアル・ターボ機械は概ね遠心圧縮機又は遠心ポンプのための設計に従う。「遠心」という用語は、装置内部の流体流が半径方向であることを暗示し、したがって、装置は本開示では「ラジアルフロー装置」と呼ばれることがある。装置は細長い軸上に取り付けられたいくつかのロータユニットを含む。各ロータユニットには固定ガイドベーンが先行する。エネルギー変換を可能にする方式で成形されたダクトのベーン無し部分（例えばＵ字ベンド又はＳ字ベンド）が、ロータユニットの後に配置されている。加えて形態は、ロータの下流側に配置された別個のディフューザ装置（ベーン付き又はベーン無し）を含んでもよい。
【0123】
上記すべての形態において、回転装置１００は、本明細書中に開示された方法において同様に機能する。動作中、熱消費プロセス設備内へ組み込まれた少なくとも１つの回転装置内へ導かれる投入エネルギー量は、ロータの機械エネルギーへ変換される。回転装置内の状態は、流量状態を作り出すように調節される。この流量状態にあるときには、ロータの回転ブレードによって流体媒体流に加えられた運動エネルギー量は、前記流体媒体流が少なくとも１つのロータブレード列から出て、ダクト及び／又はディフューザ領域を通過することにより後続のロータブレード列又は同じロータブレード列に入ったときに、流体媒体の温度を所定の値まで上昇させるのに十分である。ロータブレード列には、固定ガイドベーンが先行してよい。したがって調節し得る状態は、少なくとも回転装置のケーシング内部の、入口と出口との間で伝搬する流体媒体流を調節することを含む。流れの調節は、このような装置の動作関連パラメータ、例えば温度、質量流量、圧力などを調節することを含んでよい。これに加えて又はこの代わりに、流れの状態は、ケーシング内部に形成されたダクトの形状を変更することにより調節することができる。
【0124】
いくつかの模範的な形態では、回転装置は、Ｂｕｓｈｕｅｖの米国特許第９，４９４，０３８号明細書及びＳｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書のいずれか一方において論じられた、本質的にトロイダル形状のケーシング内部に形成された本質的に螺旋状の軌道、Ｓｅｐｐａｌａ他の米国特許第９，２３４，１４０号明細書において論じられた、本質的に管状のケーシング内部に形成された本質的に螺旋状の軌道、Ｘｕ及びＲｏｓｉｃの米国特許第１０，７４４，４８０号明細書において論じられた本質的に半径方向の軌道、及びＢｕｓｈｕｅｖの米国特許第７，２３２，９３７号明細書において論じられているような、左右方向のボルテックスリングとして巻き上げられた２つのスパイラルの形態を成す流体媒体流によって確立された流路のうちのいずれか１つに基づいて確立された流路に沿って入口と出口との間で流体流を実現するように形成することができる。回転装置の空気力学的設計は様々であり得る。
【0125】
回転装置は駆動エンジンを利用する。好ましい実施態様では、装置は電気エネルギーを投入エネルギーとして利用し、したがって装置は電動モータ駆動型である。本開示の目的上、任意の適宜のタイプの電動モータ（すなわち、電源から機械的負荷へエネルギーを転移し得る装置）を利用することができる。モータ駆動軸とロータ軸との間に配置された好適なカップリング、並びに種々のアプライアンス、例えば出力コンバータ、コントローラ、及びこれに類するものは、ここでは説明しない。加えて、装置は例えばガスタービン又は蒸気タービン、又は任意の他の適宜の駆動装置によって直接に駆動することができる。いくつかの回転装置１００を共通の熱消費ユニット１０１、例えば溶鉱炉などに並列接続することを伴うレイアウトにおいて、前記装置の１つ又は２つ以上は、異なるタイプの駆動エンジンを利用してよく、例えば電動モータ駆動型装置を、蒸気タービン、ガスタービン、及び／又はガスエンジンによって駆動される装置と組み合わせることができる。
【0126】
電力（単位時間当たりのエネルギー転移速度と定義される）を、装置の回転軸を推進するために使用される電動モータに電流を供給することを通して、回転装置内へ供給することができる。回転装置内への電力の供給は（回転加熱器ユニット／装置１００及び／又は熱消費プロセス設備１０００に対して）外部源から実現することができる。これに加えて又はこの代わりに、電気エネルギーを設備１０００の内部で生産することもできる。
【0127】
外部源は、持続可能なエネルギー生産のために提供された種々の支援設備を含む。こうして、電力は少なくとも１つの再生可能エネルギー源を活用する発電システム、又は異なる再生可能エネルギー源を活用する発電システムの組み合わせから供給することができる。再生可能エネルギーの外部源は太陽光発電、風力発電、及び／又は水力発電として提供することができる。こうして、電力は以下のユニット、すなわち、太陽光発電システム、風力発電システム、及び水力発電システムのうちの少なくとも１つからプロセス中へ受容されてよい。いくつかの模範的な例では、外部電力源として原子力発電所が提供されてよい。原子力発電所は一般にエミッションフリーとみなされる。「原子力発電所」は、伝統的な原子力、そしてこれに加えて又はこの代わりに、核融合電力を使用するものと解釈されるべきである。
【0128】
電気は、発電機を駆動するための運動エネルギー源としてタービンを利用する発電所から供給することができる。いくつかの事例では、少なくとも１つの装置１００を駆動するための電力は、例えば別個の設備として、又はコジェネレーション設備内部、及び／又は複合サイクル発電所内部で提供される少なくとも１つのガスタービン（ＧＴ）から供給することができる。電力はこうして、以下のユニット、すなわち複合サイクルガスタービンプラント（ＣＣＧＴ）、及び／又は熱回収と組み合わされた電気生産、及び熱電併給（ＣＨＰ）を通した利用のために形成されたコジェネレーション設備、のうちの少なくとも１つから供給することができる。いくつかの例では、ＣＨＰプラントは、記載のプロセスにおける再生可能エネルギーのシェアを大きくするためのバイオマス燃焼プラントであり得る。これに加えて又はこの代わりに、電力の供給は、任意にはエンジン発電所の一部として提供された、火花点火エンジン、例えばガスエンジン、及び／又は圧縮エンジン、例えばディーゼルエンジンから実現することができる。さらに、典型的には蒸気タービンの使用によって媒介される形で、化石原料、例えば石炭、油、天然ガス、ガソリン、及びこれに類するものから電気エネルギーを生産するように形成された任意のコンベンショナルな発電所を使用して、回転装置１００のための投入エネルギーとして電気エネルギーを生成することもできる。また、再生可能エネルギー源として水素を利用して、燃料電池を使用して例えば電気へ再変換することもできる。
【0129】
外部源及び内部源として実現された上述の電力源のいかなる組み合わせも考えられる。低排出量の電力を別の（外部の）源から取り込むことは、熱消費プロセス設備のエネルギー効率を改善する。
【0130】
回転装置の駆動エンジン内への電力を含む投入エネルギーの導入にはさらに、任意には設備１０００内の他の場所、又は前記設備の外部で生成された熱エネルギーを利用して、出力タービンから機械軸出力を駆動エンジンへ導くことが付随し得る。軸出力は、１つの回転エレメントから別の回転エレメントへ伝達された機械出力と定義され、軸のトルクと回転速度との合計として計算される。機械出力は、単位時間あたりの作業量又はエネルギー量（ワットで測定）と定義される。実際には、例えば電動モータ及び出力タービンからの軸出力は、これらのうちのいずれか一方が全軸出力又はその一部を提供し得るように分割することができる。
【0131】
実際には、例えば電動モータ及び出力タービンからの軸出力は、これらのうちのいずれか一方が全軸出力又はその一部を提供し得るように分割することができる。
【0132】
図３は、実施態様に基づく方法を実施するように形成された高温熱消費プロセス設備のレイアウトを符号１０００で示すブロックダイアグラムである。熱消費プロセス１０１は、セメント製造に関連する、図１Ａ及び１Ｂに関連して説明された任意のプロセスであってよい。破線で示されたブロックダイアグラム区分は任意である。図３に示されたレイアウトはこうして、その全体において、図１Ａ及び１Ｂに示されたプロセスユニット１０１のうちのいずれか１つに適用されてよい。熱消費プロセス１０１の性質に応じて、必要な変更を導入してよい。
【0133】
回転装置１００は、供給流１、以後、供給物１を受容するように形成されている。全体的に見ると、供給物１は、純粋な成分又は成分混合物として提供された任意の適宜の流体、例えば液体又はガス又はこれらの組み合わせを含み、又はこれから成ることができる。供給物は原料ガス、プロセスガス、メイクアップガス（いわゆる置換／補充ガス（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ／ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｇａｓ））、及びこれに類するものであり得る。ガス状供給物は不活性ガス（空気、窒素ガス、及びこれに類するもの）、又は反応性ガス、例えば酸素、引火性ガス、例えば炭化水素、又は水素及びアンモニアのような任意の他のガスを含むことができる。供給物はプロセスに応じて選択される。すなわち、熱消費プロセス１０１の性質（及び実際には前記熱消費プロセス１０１が配属する具体的な産業／産業の分野）が、供給物質の選択に対する特定の要件及び／又は制限を暗示する。したがって、セメントの製造において、供給物１は典型的には空気、又は空気との付加的な酸素の組み合わせ、及び／又は燃焼燃料である。いくつかの事例では、（水）蒸気を利用することができる。他の無酸素ガス、例えば窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及びメタン（ＣＨ４）を利用することができる。供給ガス中の濃度が（予）か焼炉１１６内のか焼反応に影響を及ぼさない範囲で、酸化炭素を使用することができる。
【0134】
供給物１が本質的にガス状の形態で装置１００内へ入ることが好ましい。供給物の予熱、又は液状及び本質的に液状の供給物のガス状形態への変換は、任意の予熱器ユニット１０２内で実施することができる。予熱器ユニットは、（予）加熱器装置又は装置群として形成されている。予熱器ユニット１０２内では、最初はガス状形態（例えばプロセスガス）で提供された供給物流をさらに加熱（例えば過熱）することができる。予熱器ユニット１０２内では、供給物１が既にガス形態になっていなければこれを蒸発させ、そして任意には過熱することができる。
【0135】
予熱器ユニット１０２は、流体物質に熱を提供するように形成された任意のコンベンショナルな装置／システムであってよい。いくつかの形態では、予熱器ユニット１０２は燃焼型加熱器（すなわち、加熱器内部に配置されたコイルを通って流れる流体供給物、例えばプロセス流体の温度を上昇させるために高温燃焼ガス（煙道ガス）を使用する直接燃焼型熱交換器）であってよい。これに加えて又はこの代わりに、予熱器ユニット１０２は、（例えば熱回収部から到着した高温流１３から熱エネルギーを抽出することによって）熱消費設備内の他のユニットによって利用可能となるエネルギーを活用するように形成することもできる。予熱器ユニット１０２はこのように、他の蒸気流、並びに電気、及び／又は廃熱流を利用するように形成することができる（図示せず）。
【0136】
本実施態様ではセメント生産である熱消費プロセス及び関連の機器に応じて、回転加熱器ユニット（装置１００）によって、加熱された流体媒体、例えば空気を生産するために使用される供給物流１は、未使用の供給物（新鮮な供給物）及び／又はリサイクル流を含む。したがって、供給物１は、新鮮な供給物、リサイクル（流体）流、及びこれらの混合物のうちのいずれか１種から成ることができる。（予）熱された供給物を表す流れ２は、供給物１に加えて、すべてのリサイクル流、例えば浄化区分１０５及び／又は熱回収区分１０４から到着したものを含んでよい。
【0137】
回転加熱器ユニット／回転装置１００内では、温度は、熱消費プロセス１０１によって必要とされるレベルまで、又は回転装置によって達成される最大レベルまで高められる。回転装置１００によって達成された温度上昇が熱消費プロセスにとって十分ではない場合、且つ／又は例えば流体の温度を、流体がその熱を熱消費プロセスへ転移したあとで再び上昇させる必要がある場合には、回転加熱器ユニット１００（１００Ａ）の下流側に、「ブースタ」加熱器とさらに呼ばれる付加的な加熱器ユニット（１００Ｂ、１０３）を配置することによって、温度をさらに高めることができる。図４Ｂに関する説明参照。それぞれの付加的な加熱器ユニットは、下記に基づいて実現された付加的な加熱装置を含み、又はこれから成る。
【0138】
【0139】
熱回収は、プロセスユニット１０１から出たガスを収集し、これらのガスを予熱器ユニット１０２及び／又は回転装置１００へリサイクルすることを通して準備されてよい。熱回収装置１０４は、少なくとも１つの熱交換装置（図示せず）で代表することができる。任意の適宜の技術に基づく熱交換器を利用することができる。熱回収は、熱がどこか他の場所で消費される場合、又は安全性又はその他の理由により熱を回収することができない場合、供給ガスを加熱するのに際して任意であってよい。
【0140】
設備レイアウト１０００では、熱回収ユニット１０４は、予熱器１０２の前及び／又は後に配置することができる。後者の形態では、熱回収ユニット１０４は、セメント製造プロセス１０１から流れる高温流体媒体（流れ５）から熱を回収するように配置されている。この熱は、供給物流１及びリサイクル流１１を加熱するようにさらに利用されてよい。他方において、熱回収ユニット１０４が予熱器１０２の前に配置されている場合には、供給物１はまずユニット１０４へ（流れ１２として）導かれ、そして次いで予熱部１０２へ流れ１３として戻される。このような場合には、ユニット１０４は第１予熱器として作用する。
【0141】
いくつかの事例において、ガスは熱回収部へ導かれる前に、例えばダスト及び微粒子からの浄化を必要とする。浄化は、例えば熱回収区分１０４の前に配置された一連のフィルタによって行うことができる（図示せず）。これに加えて又はこの代わりに、プロセスユニット１０１から出たガスは、浄化ユニット１０５（熱回収部１０４を迂回する）へ導かれ、そして浄化後に熱回収部へ戻されてもよい（図示せず）。
【0142】
プロセスガスは、価値生成物に加えて、望まれない不純物及び副生成物をも含有し得る。不純物及び副生成物は蓄積し、且つ／又は、加熱器装置１００、１０３及び／又はプロセスユニット１０１にとって有害であり得る。熱消費プロセス１０１から放出された流れの浄化及び分離は、浄化ユニット１０５内で実施される。ユニット１０５は、ダスト及び固形粒子を機械的に除去するように構成されたいくつかのアプライアンス、例えばフィルタ、サイクロンなどを含むことができる。任意のコンベンショナルな浄化／分離法及び装置が利用されてよい。模範的な浄化／分離法の一例としては、極低温分離法、膜処理、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、蒸留、吸収、及びこれらの方法の任意の組み合わせが挙げられる。ユニット１０５は、例えば圧縮によってガス圧を高めるように形成された装置を含んでもよい。典型的には、浄化ユニット１０５は、プロセスユニット１０１よりも低い温度で動作する。したがって浄化ユニットに入る前には、製品ガス流が（例えば熱回収部１０４内で）冷却される。符号１０１における反応器床の劣化範囲を最小限に抑えるために、リサイクルガス１１の組成を制御することも重要である。
【0143】
浄化ユニット１０５は、廃ガス、例えば二酸化炭素をさらなる炭素捕捉のために浄化するようにさらに構成することができる。セメント生産設備から流れ７（図３）として放出された廃ガスは、炭素捕捉部へさらに導くことができる（図示せず）。好適な廃ガス浄化法の一例としては、例えばＰＳＡ、蒸留、吸収などが挙げられる。
【0144】
熱消費プロセス１０１を実施するために必要とされる、加熱された流体媒体が、少なくとも１つの回転装置１００によって生成される。
【0145】
１実施態様では、加熱された流体媒体は回転装置１００内で生成される。ここでは前記装置を通して伝搬された流体媒体中へ、熱エネルギー量が直接に加えられる。このような場合には、回転装置内で生成された、加熱された流体媒体は例えばプロセスガス、例えば炭化水素含有ガスであってよい。
【0146】
セメント製造において、回転装置内で生成された、加熱された流体媒体は、熱消費ユニット１０１へ熱エネルギーを転移するためのキャリアとしてさらに使用される。キャリアは、熱消費プロセス（１０１）を実施又は媒介するように形成されている。例えば、不活性ガス、例えば空気、窒素、又は蒸気（Ｈ２Ｏ）を回転装置１００内で加熱し、そしてこの不活性ガスをさらに使用して、回転装置によって生成された熱を、セメントの製造に関連するプロセス１０１を実施するように構成された炉へ搬送する。これに関連して、加熱された媒体（例えばプロセス１０１によって活用された流体流又は固体流）の生成は、回転装置内で生成された、加熱された流体媒体と、プロセス１０１によって活用されひいては回転装置を迂回する適宜の媒体との間の熱転移プロセスを通して、回転装置外部で実施することができる。図３はこのように、回転装置１００を迂回し、この文脈において供給物／プロセス流（例えばセメント原材料、例えば石灰石、セメントクリンカ、セメント製品、及び／又はコークス）を意味する流れ９（プロセス流）を示し、これに対して回転加熱器１００を介してプロセスユニット１０１に到着する流れ１～４は、「低温」プロセス流９を加熱するためにプロセスユニット１０１へ導かれた流体媒体（例えば空気、窒素、蒸気、二酸化炭素含有ガス、又は他の加熱媒体）を意味する。加熱されるべきプロセス流体が高温又は真空下にあるときに、間接加熱用途において加熱媒体として不活性高温ガスが使用されることが好ましい場合がある。流れ１０はそれぞれ「高温」プロセス流及び／又は製品流を表す。ユニット１０１がクリンカ化キルン（図１Ａ、１Ｂ、符号１１８）である場合には、流れ１０はセメントクリンカ（図１Ｂにおいて、冷却のためにユニット１２０へ導かれる）を表し、これに対して流れ５は、ユニット／プロセス１０１から出る（不活性）流体媒体流（１～４と同じ）を表す。間接加熱において、流れ９及び１０は、作業流体又はプロセス流体に関連するのに対して、流れ１～５は熱転移媒体を表す。したがって、間接加熱において、ユニット１０１は「熱交換器」タイプの装置として作用する。この装置は、当該流体間の直接的な接触なしに、装置を通って流れる２種の流体間で熱エネルギーを転移するのを可能にする。
【0147】
図４Ａ～４Ｄは、熱消費ユニット／プロセス１０１に関連する回転装置１００の模範的レイアウトを示す。
【0148】
図４Ａは、図２Ａに示される実装の設定に従う。図４Ａでは、回転装置を通して導かれた流体媒体流（供給物流１）中に熱を投入するように形成された回転装置１００の基本実施形態を概略的に示している。装置１００から出た加熱された流れが、それぞれ符号２で示されている。基本実施形態において、流体の体積が、装置１００のケーシング内の入口と出口との間に形成された流路に沿って伝搬している間に、所定の温度まで加熱されるように、回転装置１００のロータシステムは空気力学的に形成されている（いわゆる「ワンパス」実施形態）。装置１００は１つの段において、約１０℃～約１２０℃の範囲内の、いくつかの形態では約５００℃までの温度上昇（デルタＴ、ΔＴ）を可能にする。したがって、多段実施形態の場合には流体は「ワンパス」の実施に際して１０００℃まで加熱することができる（１０段装置の場合には１段あたり１００℃の温度上昇）。流体媒体が装置段を通過するのに費やす滞留時間は数秒に満たない規模、例えば約０．０１～１．０ミリ秒の規模なので、基本形態において既に、高速の効率的な加熱を達成することができる。温度上昇は必要に応じて最適化することができる。
【0149】
図４Ｂは、いわゆるブースタ加熱に関与する基本概念を示している。ブースタ加熱は、独立型の加熱装置１００の能力を超えて流体媒体、例えばプロセスガスを加熱する任意の方法である。
【0150】
温度ブーストは、熱的、化学的、又はその両方のものとみなすことができる。「熱的ブースト」とも呼ばれる第１形態の場合、付加的な回転加熱器装置（図４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄに符号１００Ｂとして示されている）が、「一次」回転加熱器装置（図４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄに符号１００Ａとして示されている）の下流側に配置されている。装置１００Ａ、１００Ｂは、本開示の範囲内では回転加熱器ユニット１００として概ね認識される。加熱された流体媒体の生成はこのように、連続して接続された少なくとも２つの回転装置１００Ａ、１００Ｂを設けることによって達成し得る。流体媒体流（供給物流１）は、ここでは一次加熱器と呼ばれる、連続内の少なくとも第１の回転装置（１００Ａ）内で所定の温度に加熱される。そして第１の回転装置１００Ａ内で「予熱された」、当該第２の回転装置１００Ｂを通って伝搬する流体媒体流（流れ３参照）中へ付加的な量の熱エネルギーを投入することにより、前記流体媒体流（流れ２参照）は、該連続内の少なくとも第２の回転装置（１００Ｂ）内でさらに加熱される。装置１００Ｂはしたがってブースタ加熱器と呼ばれる。装置１００Ａ、１００Ｂは同一であってよく、またサイズ又は内部設計に関して変化していてもよい。例えば符号１００Ｂのような２つ又は３つ以上のブースタ装置の列を、一次加熱器１００Ａの後に配置することができる。ブースタ装置は並列又は直列に、あるいはその回転速度及び空気力学特性の最適化を可能にする任意の組み合わせで配置することができる。
【0151】
第２の付加的又は代替的な形態（さらに「化学的ブースト」とも呼ばれる）では、符号１０３（図３、４Ｂ）で示された付加的な加熱装置は、これを通って伝搬する流体媒体流中へ反応性成分５、例えば可燃燃料を受容し、これにより、セメント生産の熱消費プロセス１０１へ前記流体媒体流を導く前に発熱反応によって熱を提供するように構成されている。この形態では、付加的な加熱器ユニット／加熱装置１０３を通して導かれた流体媒体流中に反応性化学物質５を導入（例えば注入）することにより、温度ブーストを達成することができる。なお、図４Ｂの流れ５は、図３に示された流れ８に相当する。
【0152】
反応性化学物質に基づくブースタ加熱器ユニット１０３は、熱的ブースタ加熱器ユニット１００、１００Ｂ（図４Ｂ）の後、又は一次加熱器１００、１００Ａ（図３）のすぐ後に配置されてよい。反応性化学物質（反応物質）５は燃焼ガス、例えば水素ガス、炭化水素、アンモニア、酸素、空気、他のガス及び／又は任意の他の適宜の反応性化合物、任意には触媒を含んでよい。ユニット１０３において、発熱反応によって、流体流は、化学物質媒介加熱に関与しない単一の回転装置によっては典型的には達成し得ないレベルまで加熱することができる（流れ４参照）。例えば、燃料ガス、例えば水素は、酸素含有プロセスガス、例えば空気中に導入することができる。高温において、水素と酸素とは発熱反応に入ることによって、水分子を生産する（水素燃焼）。
【0153】
燃料ガスを空気（又は富化酸素）とともにバーナを通してブースタ加熱器ユニット１０３内へ注入することにより、ガスの温度を上昇させ得る。加熱されたガスが引火性ガスを含有し、これらのガスを加熱のためだけに消費し得るならば、空気／又は酸素を添加することができる。プロセスガスは、Ｈ２、ＮＨ３、ＣＯ、燃焼させて熱を生成し得る燃料ガス（メタン、プロパンなど）を含有することができる。実現し得るならば、他の反応性ガスを注入することにより熱を生成することもできる。
【0154】
化学的ブーストのために構成された付加的な加熱器１０３は、パイプ片として、又は発熱反応が行われるチャンバとして形成されてよく、且つ／又は付加的な熱エネルギーを生産するための発熱反応に対応するために反応性化合物を受容するように配置された少なくとも１つの回転装置１００を含むことができる。ブースタ区分１０３はこのように、少なくとも１つの回転装置１００を含むことができる。任意には、反応性化学物質は、熱消費プロセス１０１に直接に注入することができる（図示せず）。これに加えて又はこの代わりに、反応性化学物質媒介ブーストは、相応に変更された単一の装置１００、１０３内で実施することもできる。
【0155】
ブースタ加熱に関与する配置関係において、第１の回転装置（１００Ａ）内で所定の温度まで予熱された流体媒体流の温度を、後続の加熱器ユニット（１００Ｂ、１０３）内で最大限度までさらに上昇させることができる。一例としては、一次加熱器（１００Ａ）内で約１７００℃まで予熱された流体媒体流の温度を、後続の加熱器ユニット（１００Ｂ、１０３）内で２５００℃以上までさらに上昇させることができる。
【0156】
上述の概念を別々に又は組み合わせて用いることにより、並列又は直列に（連続に）接続された装置１００のいずれか１つに、反応性化学物質５を導入することができる。ブースタ加熱器を設けることは任意である。
【0157】
付加的又は代替的な形態において、予熱及び付加的な加熱を同じ装置１００内で実施することもできる（図示せず）。このことは、多段形態において達成することができる。多段形態は、共通のディフューザ領域（ベーン無し又はベーン付き）と交互に位置するいくつかのロータユニット（例えばロータ軸上／ロータ軸に沿って１～５つのロータブレード列が連続的に配置されている）を含む。
【0158】
これに加えて又はこの代わりに、例えば回転装置１００内で一度加熱された流体の温度を、流体がその熱を熱消費プロセス１０１へ転移した後で再び上昇させる必要がある場合に、ブースタ加熱を用いることができる（図示せず）。
【0159】
少なくとも２つの回転装置、例えば１００Ａ、１００Ｂ、及び任意には１０３（１０３が回転装置１００として実施される場合）を並列又は直列に接続すると、回転装置集成帯を確立することができる（例えば図４Ｂ～４Ｄ参照）。「一次」加熱器１００Ａ又は「ブースタ」加熱器１００Ｂ、１０３として実現された回転装置１００間の接続は、機械的且つ／又は機能的であり得る。少なくとも２つの個々の、物理的に一体化された又は一体化されていない個々の装置ユニット間が連携されると、機能的（例えば達成可能な熱投入に関して）な接続を確立することができる。後者の場合、いくつかの補助装置を介して、少なくとも２つの回転装置間の連携を確立することができる（図示せず）。いくつかの形態では、集成体は、互いにミラー状に反映するように接続された少なくとも２つの装置を含む。これにより、前記少なくとも２つの装置はこれらの中心（ロータ）軸を介して少なくとも機能的に接続される。このようなミラー状の形態は、直列に（連続に）機械的に接続された少なくとも２つの回転装置１００を有するものとさらに定義し得るのに対して、機能的接続は並列（アレイ状）の接続とみなすことができる。いくつかの事例では、前記「ミラー状」の配列はさらに変更を加えることにより、少なくとも２つの入口と、配列の本質的に中心に配置された共通の排出（放出）モジュールとを含むことができる。
【0160】
回転装置（図４Ｂの１００Ａ、１００Ｂ、１０３参照）を同じ（ロータ）軸上で集成することができる。各回転装置は任意には、装置の独立した最適化を可能にする別々の駆動装置（モータ）を備えることができる。２つ又は３つ以上の別々の回転装置が使用されると、動作温度及び圧力の観点から、建築費（材料など）を最適化することができる。
【0161】
これに加えて又はこの代わりに、集成体内部の少なくとも１つの回転装置は、流体流の圧力を高めるように設計することができる。したがって、集成体内の少なくとも１つの回転装置には、加熱器機能とブロワ機能との組み合わせを割り当てることができる。
【0162】
これに加えて又はこの代わりに、反応性ガス又は不活性ガス（例えば図３の流れ８）を含有する流れを回転装置１００へ（図示せず）、又は前記装置の下流側に位置する（例えば熱消費プロセス区分１０１内の）任意の機器へ供給することができる。このように、後者がこのような化学物質を受け取るように形成されている場合には、反応性ガス（例えば図３の流れ８）は熱消費プロセスユニットへ直接に注入されてよい。
【0163】
図４Ｃは、間接プロセス加熱とともに回転加熱器装置１００Ａ、選択的に１００Ｂを使用する様子を示している（図３Ａ～３Ｃに関する説明も参照）。回転装置１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、熱消費ユニット１０１内の流体を間接加熱するために使用することができる。熱は、熱交換器タイプの形態を成す２つの非混合流体間で転移される。したがって、流体、例えばガス又は液体を、回転装置１００内で加熱された流体に対して実現可能な熱交換器装置１０１内で蒸発（気化）させるか又は過熱することができる。熱消費プロセスに対応するように形成された熱消費ユニット１０１は、任意の（既存の）燃焼型加熱器、反応器、又は炉、又は任意のコンベンショナルな熱交換器装置によって代表することができる。前記「熱交換器」形態（１０１）は、最適な熱転移のために必要に応じて選択することができる。加熱用ガス（流れ１～３参照）は、加熱及び安全性にとって最適であるように選択することができる（例えば蒸気、Ｎ２、空気）。回転装置１００Ａ、１００Ｂ内で加熱されたガスは大気圧に近くてよく、あるいは圧力を上昇させることにより、熱転移を改善することもできる。装置１００内で加熱された熱転移媒体３（１００Ｂから出た流れ３）は、熱消費プロセス１０１へ導かれる。ここで熱は流れ３から「低温」プロセス流６へ転移され、これにより「高温」プロセス流７が生産される。流れ４は（不活性）熱転移媒体流出物をそれぞれ表す。
【0164】
【0165】
図４Ｄは回転加熱器装置１００Ａを、予熱器１０２と、熱消費プロセス（図示せず）からリサイクルされたリサイクルプロセス流体（流れ４）と一緒に示している。予熱器は、電気式、燃焼型、燃焼エンジン、ガスタービンなどであってよく、これはプロセスにおける任意の高温流から余剰の熱を回収するための熱交換器であり得る。予熱器１０２を設けることは任意である。この概念は、装置１００Ａの下流側に位置する任意のブースタ加熱器１００Ｂを含むことができる。熱的又は化学的ブースタ加熱が活用されうる。流れ１’は、予熱器１０２へ送られる（供給物）流体を表す。前記流体は回転装置１００Ａ、１００Ｂを通ってさらに伝搬され、そこで供給物は加熱され、そして流れ３において熱消費プロセスへ送られる。
【0166】
回転装置１００Ａ、１００Ｂのいずれか１つは、流体リサイクル装置（図４Ｄの流れ４参照）を備えることができる。回転装置と流体リサイクル装置とのいかなる組み合わせも考えられる。少なくとも１つの回転装置による流体媒体流の再循環を通して、リサイクルが可能になる。
【0167】
いくつかの形態において、回転装置１００はコンベンショナルな燃焼型加熱器から排出された低酸素含量の煙道ガスを利用することができる。このような場合には、燃焼型加熱器から排出された高温煙道ガスはリサイクルガス（図４Ｄの流れ４）と混合されることにより、回転加熱器１００、１００Ａ内での加熱のために使用される。記載の事例において使用される煙道ガス中の酸素含量は好ましくは、安全な加熱を可能にするための引火性限界を下回る。
【0168】
当業者には明らかなように、技術の発展とともに、本発明の基本的な考えを種々の方法で実現し組み合わせることができる。本発明及びその実施態様はこのように上記実施例に限定されることはなく、これらは添付の特許請求の範囲内で広く変化し得る。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【国際調査報告】