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特表2024-545842回転装置で生成された熱エネルギーを使用して高温材料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】2024-12-13
(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高温材料を製造する方法及び装置
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20241206BHJP
F24V 30/00 20180101ALI20241206BHJP
F27B 17/00 20060101ALI20241206BHJP
C03B 5/235 20060101ALI20241206BHJP
C04B 33/32 20060101ALI20241206BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 301A
F24V30/00
F27B17/00 Z
C03B5/235
C04B33/32 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024520914
(86)(22)【出願日】2022-10-13
(85)【翻訳文提出日】2024-05-17
(86)【国際出願番号】 FI2022050686
(87)【国際公開番号】W WO2023062282
(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）】
4G014
4G075
【Ｆターム（参考）】
4G014AF00
4G075AA02
4G075AA42
4G075AA45
4G075BD16
4G075CA02
4G075DA01
4G075EB01
4G075ED02
(57)【要約】
少なくとも１つの回転装置によって、高温材料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配置された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℃を超える温度で高温材料生産、例えばガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、及び粘土系材料の生産を実施するように形成された高温材料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】
高温材料生産の方法であって、前記方法が、高温材料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、
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、
－ 前記高温材料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き、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、
－ 前記高温材料生産設備内へ、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し、そして
－ 約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度で高温材料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高温材料生産設備を操作する
ことをさらに含む、高温材料生産の方法。
【請求項2】
前記高温材料生産設備内で、前記少なくとも１つの回転装置が、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度で高温材料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ている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記高温材料がガラスであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、ガラス生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、ガラスを生産するために、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを加熱するように形成された少なくとも１つの炉である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記高温材料がグラスウールであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、グラスウール生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、溶融ガラスを生産するためにガラスを溶融するように、且つ／又はグラスウールを生産するためにガラス繊維を硬化させるように形成された少なくとも１つの炉である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項5】
前記高温材料が炭素繊維であり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、炭素繊維生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、炭素繊維を形成するためにポリアクリロニトリル繊維を炭化するように形成された少なくとも１つの炉である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項6】
前記高温材料がカーボンナノチューブであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、カーボンナノチューブ生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、カーボンナノチューブを形成するために高圧一酸化炭素の不均化を生じさせるように形成された少なくとも１つの炉である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項7】
前記高温材料が煉瓦であり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、煉瓦生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、煉瓦を燃焼させ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又は２に記載の方法。
【請求項8】
前記高温材料が粘土系材料であり、そして前記少なくとも１つの回転装置が接続されている前記熱消費ユニットが、粘土系材料生産設備として形成された前記高温材料生産設備内で、前記粘土系材料を熱処理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又は２に記載の方法。
【請求項9】
前記高温粘土系材料がセラミック又はポーセリンであり、そして前記高温材料生産設備が、セラミック生産設備として、且つ／又はポーセリン生産設備として形成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
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９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
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１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
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１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
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、前記高温材料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１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
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１３に記載の方法。
【請求項15】
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、前記高温材料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１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
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１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項17】
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１７に記載の方法。
【請求項19】
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１６から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
前記高温材料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１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
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することを含み、前記流体媒体流が順番に少なくとも第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、順番に少なくとも第２の回転装置内でさらに加熱される、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
順番に少なくとも前記第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２１に記載の方法。
【請求項23】
前記反応性化合物又は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、順番で前記少なくとも第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２１又は２２に記載の方法。
【請求項24】
前記炉又はキルン内で実施された高温材料の生産に関連するプロセス中へ、前記反応性化合物又は化合物の混合物を導入することを含む、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、供給ガス、リサイクルガス、メイクアップガス、及びプロセス流体から成る群から選択される、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２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項27】
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２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項28】
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２７に記載の方法。
【請求項29】
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、高温材料の生産中に生成されたオフ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２７に記載の方法。
【請求項30】
前記回転装置の外部で、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／又は加熱された固形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２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項31】
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３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項32】
前記高温材料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電気エネルギー量が、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３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項33】
前記高温材料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３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項34】
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高温材料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３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項35】
前記高温材料生産設備のエネルギー効率が改善され、且つ／又は前記高温材料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３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項36】
高温材料生産設備であって、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、高温材料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℃を超える温度で高温材料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
、高温材料生産設備。
【請求項37】
前記少なくとも１つの熱消費ユニットが炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項38】
ガラス生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記ガラス生産設備内でガラスを生産するために、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを加熱するように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項39】
炭素繊維生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、グラスウール生産設備内で溶融ガラスを生産するためにガラスを溶融するように、且つ／又はガラス繊維を硬化させるように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項40】
炭素繊維生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記炭素繊維生産設備内で炭素繊維を生産するためにポリアクリロニトリル繊維を炭化するように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項41】
カーボンナノチューブ生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記カーボンナノチューブ生産設備内でカーボンナノチューブを形成するために高圧一酸化炭素の不均化を生じさせるように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項42】
煉瓦生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記煉瓦生産設備内で炉又は煉瓦を燃焼するように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項43】
粘土系製品を製造するための設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記粘土系製品を製造するための設備内で粘土系材料を熱処理するように形成された炉又はキルンである、請求項３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項44】
セラミック生産設備として且つ／又はポーセリン生産設備として形成されており、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、前記セラミック及び／又はポーセリン生産設備内でセラミック又はポーセリンを熱処理するように形成された炉又はキルンである、請求項４３に記載の高温材料生産設備。
【請求項45】
前記少なくとも１つの回転装置が、オーブン、反応器、加熱器、バーナ、乾燥器、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３６から４４のいずれか１項に記載の高温材料生産設備。
【請求項46】
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３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項47】
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３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項48】
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４７に記載の高温材料生産設備。
【請求項49】
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３６に記載の高温材料生産設備。
【請求項50】
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３６から４９のいずれか１項に記載の高温材料生産設備。
【請求項51】
請求項１から３５のいずれか１項に記載の方法を通して高温材料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、高温材料生産設備。
【請求項52】
高温材料生産設備内で高温材料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、高温材料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℃を超える温度で高温材料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高温材料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、
－ 前記高温材料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き、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、そして
－ 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、前記高温材料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53】
前記高温材料生産設備内で高温材料を生産することに関連するプロセスが、（ｉ）ガラスの生産、（ｉｉ）グラスウールの生産、（ｉｉｉ）炭素繊維及びカーボンナノチューブの生産、（ｉｖ）煉瓦及び／又はタイルの生産、（ｖ）粘土系材料、例えばセラミック及び／又はポーセリンの生産、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５２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高温材料生産において、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。高温材料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。これらのプロセスの電化は排出量を低減するための解決手段と見られている。電化の障害の１つは、高温材料生産において必要とされる高い温度への到達であった。一例としては、高温材料、例えばガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、及び種々の粘土系材料（煉瓦、セラミックス、ポーセリンなど）の生産に関与する中核プロセスは、極めて高い温度、例えば約８５０～１６００℃の範囲内の温度を必要とする。一例としては、ガラス製造に際して使用される前駆体、例えば砂及びリサイクルガラスを加熱し溶融するプロセスは、約１４００℃～１５００℃の温度で進行し、そして炭素繊維の生産に関与するいくつかの炭化プロセスは、約１３００～１５００℃の温度で進行する。このことはエネルギー源及び利用される技術に対する厳しい要件を課す。具体的には電気はいくつかの高温プロセスのために既に使用されてはいるものの、大抵の場合には、技術も経済的側面もまだそのようにする位置にはない。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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用途に適したシステムを設計し製造すること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に且つ環境に優しく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】
【0007】
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】
【0008】
１つの態様では、高温材料生産のための方法が、高温材料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】
【0009】
本明細書中に使用される「高温材料」は、高温を伴う１つ又は２つ以上の製造工程を必要とする材料を意味する。本明細書中に記載された方法によって生産され得る、又は本明細書中に記載された方法から利益を得る高温材料の例は、例えばガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、煉瓦、セラミックス、ポーセリン、及びセラミックス又はポーセリンから形成されたタイルを含む。実施態様では、「高温」とは、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℃を超える温度を意味する。
【0010】
１つの実施態様によれば、高温材料を生産する方法であって、高温材料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。
【0011】
実施態様では、高温材料を生産する方法は、高温材料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、前記高温材料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き、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、前記高温材料生産設備内へ、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し、そして約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度で高温材料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高温材料生産設備を操作することをさらに含む。
【0012】
別の態様では、高温材料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。
【0013】
一実施態様では、方法が、高温材料生産設備内で高温材料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、高温材料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℃を超える温度で高温材料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高温材料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、前記高温材料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き、前記投入エネルギーが電気エネルギーを含み、そして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、前記高温材料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。
【0014】
実施態様では、前記方法が、約５００℃に本質的に等しい温度、又は約５００℃を超える温度で高温材料を生産することに関連する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つの熱消費ユニットへ動作的に接続され且つ／又は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。熱消費ユニットは、高温材料生産設備内で高温材料を形成するために、溶融及び／又は反応を通して、生原料／前駆体材料を処理するように形成することができる。付加的又は代替的な形態では、熱消費ユニットは、原料／前駆体材料を、これらの組成を変えずに、例えば加熱及び／又は乾燥を通して熱処理するように構成されている。実施態様では、熱消費ユニットは、高炉、回転キルン、多段焼却炉、及びこれに類するもののうちのいずれか１つを含む、炉又はキルンである。実施態様では、前記方法が、ガラス生産設備内でガラスを生産するために、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを加熱するように形成された少なくとも１つの炉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、前記方法が、グラスウールの高温生産に際してグラスウール生産設備内で、溶融ガラスを生産するためにガラスを溶融するように、又はガラスを硬化させるように形成された少なくとも１つの炉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、前記方法が、炭素繊維の高温生産に際して炭素繊維生産設備内で、炭素繊維を形成するためにポリアクリロニトリル繊維を炭化するように形成された少なくとも１つの炉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、前記方法が、カーボンナノチューブの高温生産に際してカーボンナノチューブ生産設備内で、カーボンナノチューブを形成するために高圧一酸化炭素の不均化を生じさせるように形成された形成された少なくとも１つの炉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、前記方法が、煉瓦の高温生産に際して煉瓦生産設備内で、煉瓦を熱処理する、例えば燃焼させ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、前記方法が、粘土系材料の製造のための設備内で、高温粘土系材料を熱処理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。前記粘土系材料がセラミック又はポーセリンであり、そして前記粘土系製品を製造するための設備が、セラミック生産設備として、且つ／又はポーセリン生産設備として形成されている。
【0015】
高温材料の製造に際しては、原料／前駆体は砂、石灰石、ソーダ灰、又はリサイクルガラス、又はこれらの組み合わせであってよいので、前記方法はこれらの前駆体からグラスウールを生産するのに効果的である。原料／前駆体はポリアクリロニトリル繊維又は別の炭素繊維前駆体であってよいので、前記方法はこれらの前駆体から炭素繊維を生産するのに効果的である。原料／前駆体はアセチレン又は他のカーボンナノチューブ前駆体であってよいので、前記方法はこれらの前駆体からカーボンナノチューブを生産するのに効果的である。原料／前駆体は粘土であってよいので、前記方法は粘土系材料、例えば煉瓦、セラミック、又はポーセリンのうちのいずれか１つを生産するのに効果的である。原料／前駆体は粘土、頁岩、石灰、砂、コンクリート、又は他の前駆体であってよいので、前記方法はこれらの前駆体から煉瓦を生産するのに効果的である。原料／前駆体は粘土、又は他のセラミック前駆体であってよいので、前記方法はこれらの前駆体からセラミックを生産するのに効果的である。原料／前駆体は粘土、又は他のポーセリン前駆体であってよいので、前記方法はこれらの前駆体からポーセリンを生産するのに効果的である。
【0016】
いくつかの他の実施態様では、前記熱消費ユニットが、オーブン、反応器、加熱器、バーナ、乾燥器、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つとして形成されている。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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少なくとも１つの回転装置によって生成される。
【0020】
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、前記高温材料生産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。
【0021】
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、前記高温材料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。
【0022】
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、そして前記回転装置を通って、且つ／又は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。
【0023】
実施態様では、前記方法が、高温材料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。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、前記流体媒体流が順番に少なくとも第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、順番に少なくとも第２の回転装置内でさらに加熱される。実施態様では、前記方法において、順番に少なくとも前記第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。実施態様では、前記方法において、前記反応性化合物又は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、順番で前記少なくとも第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。実施態様では、前記方法が、高温材料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。
【0024】
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生成された前記流体媒体が、供給ガス、リサイクルガス、メイクアップガス、及びプロセス流体から成る群から選択される。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。
【0025】
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。実施態様では、前記方法において、前記回転装置内で加熱されるべき流体媒体は、高温材料の生産中に生成されたオフガス、例えば排ガスからリサイクルされたリサイクルガスである。
【0026】
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／又は加熱された固形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含む。
【0027】
実施態様では、前記高温材料生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へ、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、加熱された流体媒体を供給することをさらに含み、前記熱消費ユニットが、炉又はキルンのいずれか一方として提供される。前記高温材料生産設備内部の少なくとも１つの熱消費ユニット内へ、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、加熱された流体媒体を供給することをさらに含み、前記熱消費ユニットが、オーブン、反応器、加熱器、バーナ、乾燥器、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つとして提供される。
【0028】
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。
【0029】
実施態様では、前記方法において、高温材料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電気エネルギー量が、約５パーセント～１００パーセントの範囲内にある。
【0030】
実施態様では、前記方法において、前記高温材料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。
【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高温材料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。
【0032】
別の態様では、本開示によれば、高温材料生産設備が提供され、前記高温材料生産設備が、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、高温材料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。
【0033】
一実施態様では、前記高温材料生産設備が、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、高温材料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、前記高温材料生産装置内へ組み込まれ、そして少なくとも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、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℃を超える温度で高温材料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。
【0034】
実施態様では、前記高温材料生産設備内部に設けられた前記少なくとも１つの熱消費ユニットが炉又はキルンであり、そして前記少なくとも１つの回転装置が前記炉又はキルンに接続されている。
【0035】
実施態様では、前記少なくとも１つの熱消費ユニットが、オーブン、反応器、加熱器、バーナ、乾燥器、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つとして形成されており、そして前記少なくとも１つの回転装置が、高温材料生産設備内部でこれらの熱消費ユニットのいずれか１つ、又はこれらの任意の組み合わせに接続されている。
【0036】
実施態様では、前記高温材料生産設備において、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。
【0037】
実施態様では、前記高温材料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。
【0038】
いくつかの形態では、前記高温材料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。
【0039】
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。
【0040】
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、炉又はキルンとして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ている。
【0041】
さらなる態様では、高温材料生産設備が提供されており、前記高温材料生産設備は、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、高温材料生産プロセスを実施するように形成されており、そして前記高温材料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。
【0042】
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。
【0043】
全体的に見て、実施態様は、燃料燃焼型加熱器の代わりに、高温材料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、高温材料の生産に際して使用される炉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、すなわち高温材料生産に際して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。ここに開示された回転装置は、流体を所定の温度まで加熱するのを可能にする（例えば１７００℃まで）。これらの温度はいわゆるブースタ加熱の概念を通して、さらに上昇させることができる（２０００℃及びこれを超える温度まで）。
【0044】
高温材料生産は、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、高温材料生産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。
【0045】
実施態様では、回転装置は、高温材料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。
【0046】
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。前記回転装置内で生成された加熱された流体は、ガス、蒸気、液体、固体物質のいずれか１つを加熱するために使用することができる。具体的には回転装置は、高温材料の生産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、高温材料生産に際して使用される炉を含む、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。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。
【0047】
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、触媒的又は熱的な反応器内への供給物を加熱するときのように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。触媒反応の一例は、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素との逆水性ガスシフト反応により合成ガスにすることであり、これは炭素捕捉により有用化学物質を生じさせるのをさらに可能にする。一実施態様は、ガス又は液体を熱処理するための、又は蒸発器として使用するための熱交換器内で、加熱媒体として高温ガスを使用することである。プロセス流体が高圧又は真空にある場合には、加熱媒体として不活性高温ガスを使用することが好ましい手段である。
【0048】
さらに、回転装置１００は、一例としては固形物の乾燥、ガス－固体加熱プロセス／反応、及びガス状反応物質を含む固体触媒型反応器を含む、流動床用途における熱提供及び流動化のための高温材料生産プロセス／設備内部で適用することができる。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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、例えば高温材料生産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。
【0052】
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。
【0053】
「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。
【0054】
「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。
【0055】
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】
【0056】
【発明を実施するための形態】
【0057】
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。
【0058】
図１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材料生産設備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２Ａ～２Ｄは、実施態様に基づく装置及び方法を記載している。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。
【0059】
高温材料、例えばガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、及び粘土系材料、例えば煉瓦、セラミックス、ポーセリン、及びタイルを非限定的に含み、タイルはセラミックス又はポーセリンから形成されてよい粘土系材料の製造は、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、高温材料製造プロセス１０１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１）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。
【0060】
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℃を超える温度で高温材料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、又は高温材料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。
【0061】
熱消費産業プロセス１０１は、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを加熱することにより、ガラス及び／又はグラスウールを形成すること、酸素化されたポリアクリロニトリルを嫌気性炭化することにより、炭素繊維を形成すること、高圧一酸化炭素の不均化により、カーボンナノチューブを形成すること、炭素触媒及び鉄触媒上にアセチレンを触媒化学蒸着することにより、カーボンナノチューブを形成すること、又は当該粘土の形状及び正確な組成に応じて、例えば加熱、乾燥、又は燃焼を通して粘土系材料を熱処理することにより、煉瓦、セラミック、又はポーセリンを形成すること、のうちのいずれか１つとして提供される。
【0062】
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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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、高温材料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。
【0063】
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、酸素、燃料で富化された空気、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、高温材料生産設備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。しかしながら、いくつかの実施態様では、複数の回転装置が並列又は直列の状態で使用されてよい。
【0064】
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、例えば炉又はキルンに接続されてよい。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。
【0065】
高温材料の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。
【0066】
実施態様において、投入エネルギー量Ｅ１は、熱消費プロセス設備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。
【0067】
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。
【0068】
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、高温材料生産設備１０００内での高温材料生産に関連し且つ高温材料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、ここでは高温ガラス生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内でガラスを生産するために砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを加熱するプロセス、ここでは高温グラスウール生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内で、溶融ガラスを生産するためにガラスを溶融するプロセス、又はガラスを硬化するプロセス、ここでは高温炭素繊維生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内で炭素繊維を形成するために、ポリアクリロニトリル繊維を炭化するプロセス、ここでは高温カーボンナノチューブ生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内でカーボンナノチューブを形成するために、高圧一酸化炭素の不均化を生じさせるプロセス、ここでは高温カーボンナノチューブ生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内で煉瓦を燃焼させるプロセス、ここでは高温セラミック生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内でセラミックを燃焼させるプロセス、ここでは高温ポーセリン生産設備として形成された高温材料生産設備１０００内でポーセリンを燃焼させるプロセス、又はこれらの組み合わせ、が挙げられる。
【0069】
実施態様に基づく方法は、一例としてはガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、煉瓦、セラミック、ポーセリン、及びセラミック又はポーセリンから形成されたタイルを含む種々の材料を生産する目的で、いくつかのプロセス１０１中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ことに関する。上述の高温材料は典型的には高温で動作する炉内で生産され、そして任意には後処理される。このように、これらの高温材料の生産は、多大なエネルギー需要のあるプロセスである。
【0070】
回転装置１００内で生成された加熱された流体媒体を活用するように形成されたいくつかの熱消費プロセス１０１は、少なくとも下記のものを含む。
【0071】
ガラス及びグラスウールの生産
ガラス及びグラスウールの生産のための原料材料は、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを含む。砂及びリサイクルガラスを約１４００℃～１５００℃に加熱することにより、ガラスを生産する。いくつかの実施態様では、ガラスを続いて炉内で約１１００℃に加熱することにより、溶融ガラスを生産する。溶融ガラスを続いて紡糸することにより繊維にする。他の実施態様では、ガラスの初期生産物を、冷却工程を介在させずに、直接に紡糸することによりガラス繊維にする。ガラス繊維を次いで約２５０℃のオーブン内で硬化することによりグラスウールを生産する。実施態様では、この方法は、ガラスを生産し、溶融ガラスを生産し、そしてガラス繊維を硬化する中間工程を含めて、砂及びリサイクルガラスからグラスウールを生産するために効果的である。実施態様では、この方法は、砂及びリサイクルガラスからガラスを生産するために効果的である。実施態様では、この方法は、ガラスから溶融ガラスを生産するために効果的である。グラスウールの生産はいくつかの高温工程を含むため、高温工程間の熱及び／又はエネルギーをリサイクルするために、複数の回転装置が使用されてよい。
ガラス及びグラスウールの生産のための原料材料は、砂、石灰石、ソーダ灰、及びリサイクルガラスを含む。砂及びリサイクルガラスを約１４００℃～１５００℃に加熱することにより、ガラスを生産する。いくつかの実施態様では、ガラスを続いて炉内で約１１００℃に加熱することにより、溶融ガラスを生産する。溶融ガラスを続いて紡糸することにより繊維にする。他の実施態様では、ガラスの初期生産物を、冷却工程を介在させずに、直接に紡糸することによりガラス繊維にする。ガラス繊維を次いで約２５０℃のオーブン内で硬化することによりグラスウールを生産する。実施態様では、この方法は、ガラスを生産し、溶融ガラスを生産し、そしてガラス繊維を硬化する中間工程を含めて、砂及びリサイクルガラスからグラスウールを生産するために効果的である。実施態様では、この方法は、砂及びリサイクルガラスからガラスを生産するために効果的である。実施態様では、この方法は、ガラスから溶融ガラスを生産するために効果的である。グラスウールの生産はいくつかの高温工程を含むため、高温工程間の熱及び／又はエネルギーをリサイクルするために、複数の回転装置が使用されてよい。
【0072】
炭素繊維及びカーボンナノチューブの製造
炭素繊維の製造は化学的プロセス及び機械的プロセスの両方を伴う。生産された炭素繊維の約９０％がポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）から形成される。前駆体とも呼ばれる原材料を延伸することにより長いストランド又は繊維にし、次いでいわゆる炭化プロセスにおいて酸素との接触を許すことなしに、極めて高い温度まで加熱する。
炭素繊維の製造は化学的プロセス及び機械的プロセスの両方を伴う。生産された炭素繊維の約９０％がポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）から形成される。前駆体とも呼ばれる原材料を延伸することにより長いストランド又は繊維にし、次いでいわゆる炭化プロセスにおいて酸素との接触を許すことなしに、極めて高い温度まで加熱する。
【0073】
繊維が炭化される前に、これらは、線状原子結合からより熱的に安定したラダー結合へ変換するように化学的に安定化させる必要がある。このことは、繊維を空気中で３０～１２０分間にわたって、約２００～３００℃まで加熱することにより達成される。これにより、繊維は空気から酸素分子を拾い上げ、そしてこれらの原子結合パターンを再配置することになる。炭化工程において、原材料を無酸素環境内で高い温度（１０００～３０００℃）まで加熱する。燃焼ではなく、極端な熱は繊維原子を振動させるので、ほとんどすべての非炭素原子が駆逐される。
【0074】
炉内部のガス圧は、外気圧よりも高いまま保たれ、繊維が炉を出入りする箇所は酸素が侵入できないようにシールされる。繊維が加熱されるのに伴い、繊維はこれらの非炭素原子、及びいくつかの炭素原子を、水蒸気、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、及びその他のものを含む種々のガスの形態で失い始める。非炭素原子が駆逐されるのに伴って、残りの炭素原子は密に結合された炭素結晶を形成する。これらの炭素結晶は、繊維の長軸に対して多かれ少なかれ平行に整列させられる。炭化は、温度及び炭化プロセスをより良好に制御するために２つの炉を伴ってよい。一方の炉は、約７００～９００℃の温度のためにあり、そして他方の炉は典型的には約１３００～１５００℃の温度を有する。
【0075】
炭化プロセスが完了した後、残りの繊維は、非炭素原子がほとんど又は全く残っていない、長い、密に絡み合う炭素原子鎖から形成されている。これらの繊維を続いて製織することによりファブリックにし、あるいは所期の形状及び形態に成形し得る他の材料と合体させる。
【0076】
回転装置１００は、炭素繊維製造に必要とされる高い温度とプロセス条件とを提供するには理想的である。回転装置内で加熱された流体は無酸素であってよく、炭化プロセスにおいて直接に使用することができ、あるいは熱交換器を使用することもできる。回転装置は、製造プロセスの安定化部分において所要の熱を供給するために使用することもできる。
【0077】
カーボンナノチューブは高圧一酸化炭素不均化（ＨｉＰＣＯ）を用いて製造することができる。高圧一酸化炭素不均化は、９００～１１００℃の温度で行われる。一酸化炭素をこのような高い反応温度まで加熱するという用途は、回転装置にとって理想的となる。
【0078】
また、５００～１４００℃の温度を必要とするカーボンナノチューブ製造のためのいくつかの他の技術が開発されている。これらは、化学蒸着（ＣＶＤ）を通したカーボンナノチューブの生産を伴う。ここではカーボンナノチューブは、シリカ又はゼオライト上に支持されたコバルト触媒及び鉄触媒の上にアセチレンを触媒ＣＶＤすることにより形成することができる。回転装置は、ＣＶＤに基づくカーボンナノチューブ製造プロセスのための所要の熱及びプロセス条件を提供することができる。
【0079】
カーボンナノチューブを生産するための別のプロセスは、いわゆるボールミリングプロセスである。ここでは約１４００℃の温度が、粉砕されたグラファイト粉末のアニーリングに必要となる。回転装置は、カーボンナノチューブを生産するためのグラファイト粉末のアニーリングに必要な熱を形成するために利用することができる。
【0080】
粘土系材料の製造
粘土系材料は、一例としてはセラミック、ポーセリン（技術的にはセラミックのタイプである）、及び関連製品、並びに煉瓦及びタイルを含む多種多様な材料及び製品を含む。
粘土系材料は、一例としてはセラミック、ポーセリン（技術的にはセラミックのタイプである）、及び関連製品、並びに煉瓦及びタイルを含む多種多様な材料及び製品を含む。
【0081】
粘土は、煉瓦を生産するための主要な前駆体材料であり、典型的には他の前駆体（例えば頁岩、石灰、コンクリート、フライアッシュなど）と混合される。粘土から煉瓦を製造するプロセスは、粘土の調製、モールディング、及び液圧圧密、及び煉瓦の熱処理、例えば乾燥及び燃焼を伴う。
【0082】
プロセスの燃焼段階において、乾燥済み煉瓦をクランプ内（小規模）、又はキルン内（大規模）で燃焼させることにより、最終製品のための所要の硬度及び強度を達成する。煉瓦の強度を最適化し、そして大気から湿分吸収の機会を回避するために必要な最大温度はほぼ１０００～１２００℃である。伝統的には、キルンは大部分が固形化石燃料、つまり石炭で、そして最近は天然ガス、及び他のガス状又は液状の化石燃料でも燃焼させられている。キルンは、種々異なる温度レベルを有するいくつかの段から成っていてよい。回転装置は、煉瓦の燃焼に際して使用されるキルンに対する熱源として作用することができる。
【0083】
セラミックタイルは、タイルの形状及び形態は別として煉瓦の製造プロセスに、かなり密接に従う。しかしながら、施釉タイルの製造は、燃焼段階の前にタイル上へ釉薬液を注ぐ又は噴霧することを必要とする。燃焼は次いで普通の煉瓦と同様の温度で行われる。ポーセリン煉瓦は約５０％の長石を含有し、そしてセラミックタイル又は煉瓦よりも高い温度を燃焼段階において必要とする。ポーセリンの場合、１３００～１４００℃の製造温度が必要となる。回転装置は、使用される炉又はキルンの形状とは無関係に、セラミックタイル及びポーセリンの製造に必要な熱を生産するために直接に適用することができる。
【0084】
他の粘土系材料は膨張粘土骨材、例えばＬＥＣＡ（ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｃｌａｙ ａｇｇｒｅｇａｔｅ：軽量膨張粘土骨材）を含む。ＬＥＣＡは、粘土と添加剤との混合物を高温で、典型的には約１１５０℃で膨張させることにより、製造される。製造は通常は回転キルン（１０１）内で実施される。ここでは、化石燃料はバーナ内で燃焼させられ、こうして生成された高温煙道ガスが、固形材料に対して対向方向に流れる。わずかに傾斜したキルンの回転は、ガス－液体の接触を改善し、対向する固形材料の流れを可能にする。ＬＥＣＡ製品は、焼結された、膨張させられ顆粒化された材料である。この材料は軽量であり且つ耐久性を有し、そして材料効率的な建設材料として使用することができる。
【0085】
石灰、セメント、及び／又は酸化アルミニウムの製造
上述のような粘土系材料の製造を目的とした生産プロセスに加えて、ガス－固体加熱プロセスを実施するために高い温度と、中度から高度の滞留時間とを必要とする他のプロセスは、一例として石灰の製造及び回収、セメントの製造、及び／又は酸化アルミニウムの製造を含む。これらのプロセスは、キルン又は炉として形成された相応の熱消費ユニット１０１内で行われる。
上述のような粘土系材料の製造を目的とした生産プロセスに加えて、ガス－固体加熱プロセスを実施するために高い温度と、中度から高度の滞留時間とを必要とする他のプロセスは、一例として石灰の製造及び回収、セメントの製造、及び／又は酸化アルミニウムの製造を含む。これらのプロセスは、キルン又は炉として形成された相応の熱消費ユニット１０１内で行われる。
【0086】
キルン、例えば回転キルンは、典型的にはか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）プロセスを通して、高温材料を産業的に生産するために一般に使用されるプロセスユニットである。か焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）は、揮発性物質を除去し、質量の一部を酸化し、又は固体を砕けやすくする（微粉化状態にする）ことを目的として、固体を高温に加熱するものと定義することができる。キルンは典型的には、燃料燃焼を起源とする高温ガスと対向するように動作する。高温ガスは、加熱される固形材料に対向して流れる。固形材料の流れを可能にするために、キルンは典型的には高温ガス源へ向かってわずかに傾斜しており、キルンの軸線に沿って回転する。回転は固体の混合を可能にし、そして高温ガスと、加熱された固体との接触を改善する。キルンは特別に設計されたリフタを備えることにより、キルン内での熱と質量との交換を改善することができる。
【0087】
石灰の製造プロセス及び回収プロセスは、新鮮な石灰石（炭酸カルシウムＣａＣＯ３）、又は石灰石から石灰へのか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）又は再か焼（ｒｅ－ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）を伴う化学プロセス、例えばパルプ製造から回収された石灰石を利用する。二酸化炭素が炭酸カルシウムから吸熱反応に際して放出されると、石灰（酸化カルシウムＣａＯ）が形成される。吸熱反応は、約５５０℃～約１１５０℃の温度、好ましくは約８５０～９５０℃の範囲内で行われる。石灰燃焼と呼ばれることがある石灰か焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）が、又は高炉、回転キルン、多段焼却炉、及び流動床反応器を含む種々の設計のキルン又はか焼炉（ｃａｌｃｉｎｅｒ）内で実施される。プロセスのタイプとは無関係に、燃料燃焼からの高温ガスは典型的にはか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）のための熱源として使用される。
【0088】
石灰石から石灰へのか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）はまた、セメント製造における中核プロセスである。
【0089】
酸化アルミニウム（アルミナＡｌ２Ｏ３）は、電気絶縁から触媒担体材料までの範囲の種々様々な用途を有するセラミック材料である。酸化アルミニウムは水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）から生産される。水酸化アルミニウムは典型的にはボーキサイトから精製される（ボーキサイトは最も重要なアルミニウム含有鉱物である）。水酸化アルミニウムは高温で、典型的には１１００℃を超える温度で、キルンタイプのか焼炉（ｃａｌｃｉｎｅｒ）内でか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）されることにより、酸化アルミニウムになる。
【0090】
セメントの製造において、セメント製品を熱的又は化学的に活性化された粘土と混合することにより、セメント製品の反応性を改善することができる。粘土をセメント原材料（例えば石灰石）と混合し、そしてクリンカキルン内で熱的に活性化することができ、あるいは別個の粘土活性化キルンが利用されてもよい。キルン内で、燃焼する燃料を起源とする高温煙道ガスを使用して、粘土を約９００℃までの温度で乾燥させ、加熱し、そして活性化する。本明細書に開示された方法は、高温材料の製造に使用されるキルン、炉、又は他の熱消費ユニット内へ熱エネルギーを供給するために、少なくとも１つの回転装置１００を上述のプロセスのいずれか１つに接続且つ／又は一体化することを可能にする。実際に、すべての上述の例は、化石由来の燃料、例えば天然ガス、原油由来の燃料又は石炭を伴う。これらを炉又はキルン内で燃焼させることにより、前記炉又はキルン内の固形材料を所要温度に加熱するために必要な高温煙道ガスを生産する。前記炉又はキルンに接続された回転装置１００は、燃料燃焼型バーナに効果的に取って代わることができ、ひいては前記装置１００内で生成された加熱された流体媒体を、炉／キルン内で生産された高温煙道ガスの代わりに使用することができる。例えば固体を所要温度に加熱する際に、上記例に基づく高温材料の生産に用いられるのに十分な温度まで、不活性ガス、例えば空気、（水）蒸気、又は窒素を加熱することにより、（したがって炉又はキルン内の燃料燃焼型バーナに取って代わる）回転装置はこれに相応して、製造プロセスに必要とされる化石由来の燃料の量を低減し、そして前記プロセスにおいて生産される温室効果ガス排出量を著しく減少させることを可能にする。キルン／炉の煙道ガスのリサイクルが実施される場合には、製造プロセスのエネルギー効率を高めることができる（図２Ｄの説明を参照のこと）。
【0091】
図１の設備レイアウトで実施される本発明のいくつかの実施態様の詳細を、下記ラインに沿って説明する。図１に関して、以下の符号は部材のために使用される。流れ：１．供給物、２．予熱された供給物又は供給混合物、３．回転装置１００によって加熱された供給物、４．例えば（発熱）化学反応を通して温度を上昇／促進するように形成された付加的な（ブースタ）加熱器ユニット内でさらに加熱された供給物、５．熱消費プロセス１０１から出る高温流体媒体、６．浄化部へ導かれた流体媒体、７．製品流及び／又は排ガス、８．反応性化合物又は化合物の混合物、例えば反応性化学物質、又は付加的な加熱器ユニット１０３内で流体／ガスの温度を高めるために使用される支援燃料、９．熱消費プロセス１０１中に高温流体媒体によって加熱されるべきプロセス流（固体、液体、ガス、蒸気、又はこれらの混合物）（間接加熱器用途）、１０．さらなる処理及び／又は貯蔵のために送られる、加熱されたプロセス流（固体、液体、ガス、蒸気、又はこれらの混合物）（間接加熱器用途）、１１．浄化部から出たリサイクル流、１２．熱回収部への供給流、１３．熱回収部からの高温流体流。区分（ユニット）：１００．回転加熱器ユニット（回転装置）、１０１．熱消費動作（プロセス）ユニット、例えば生産される具体的な高温材料に応じて炉又はキルン、１０２．予熱器ユニット、１０３．付加的な加熱装置（ブースタ加熱器ユニット）、１０４．熱回収ユニット、１０５．浄化ユニット。
【0092】
熱消費プロセスは符号１０１によって示されており、この実施態様では、ガラス、グラスウール、炭素繊維、カーボンナノチューブ、煉瓦、セラミック、又はポーセリンのいずれか１つを製造するための炉又はキルンである。これらのそれぞれは１つ又は２つ以上の高温処理工程を含む。ここでは典型的には燃料ガス又は石炭を焼却することにより高い温度に達する。このような動作工程は、ガスが炉又はキルンに入る前にガスを予熱することを含む。
【0093】
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、任意の流体、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（及び実際に熱消費プロセス１０１が配属する具体的な産業／産業の分野）の性質が、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、ガラス、グラスウール、カーボンナノチューブ、及び粘土系材料の製造に際しては、供給物１は典型的には空気、又は空気と付加的な酸素との組み合わせ、又は燃焼燃料である。炭素繊維の製造に際しては、供給物１は典型的には無酸素ガス、例えば予熱された二酸化炭素又は不活性ガスである。これに加えて又はこの代わりに、供給物１は、（水）蒸気、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及びメタン（ＣＨ４）のうちのいずれか１種を含んでよい。
【0094】
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、又は液状又は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。
【0095】
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（図示せず）を利用するように形成することができる。
【0096】
この実施態様では高温材料を生産す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種から成っていてよい。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。
【0097】
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）によって、温度をさらに高めることができる。図２Ｂ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。
【0098】
本明細書中に記載された高温材料の生産のような熱消費プロセスにおいて、主な熱消費源は、作業流体及び／又は関連する機器の加熱、及び吸熱反応（進行するのに外部エネルギーを必要とする反応）である。いくつかの用途では、熱消費プロセス１０１から熱を回収することができる。熱回収区分が図１において符号１０４で示されている。回収された熱は、供給物流１及び／又はリサイクル流（分離したリサイクル流が図１に符号１１で示されている）を加熱するためにさらに使用することができる。
【0099】
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。
【0100】
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、高温材料製造プロセス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。
【0101】
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（ユニット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）。
【0102】
プロセスガスは、有用生成物に加えて、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、又は／且つ腐食を引き起こして触媒床に毒をもたらすことにより加熱器装置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。
【0103】
浄化ユニット１０５は、排ガス、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。高温材料生産設備から流れ７（図１）として放出された排ガスは、炭素捕捉部へさらに導くことができる（図示せず）。好適な排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。
【0104】
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。
【0105】
一実施態様では、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（図１、流れ１～４、具体的には流れ２参照）であってよく、これに対して、熱消費ユニット１０１から出る高温流体媒体５は、製品含有流であってよい。直接加熱の場合、流れ１～５は作業流体又はプロセス流体と関連する。
【0106】
回転装置内で生成された、加熱された流体媒体は、熱消費プロセス１０１へ熱エネルギーを転移するためにキャリアとしてさらに使用することができる。キャリアは、高温材料の製造に関連する熱消費プロセス（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、高温材料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１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（例えば砂、石灰石、コンクリート、灰、リサイクルガラス、及び高温材料製造に使用される他の前駆体材料）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、又はその他の不活性加熱媒体）を意味する。加熱されるべきプロセス流が高温又は真空下にあるときに、間接加熱用途における加熱媒体として、任意には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。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。間接加熱の場合には、符号１００内で加熱された流体は、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同じであるか又はこれとは異なっていてよい。しかしながら典型的には、これは異なっている。
【0107】
実施態様に基づく、高温材料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内では、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、前記固定ベーンと前記少なくとも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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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、例えば高温材料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（下記の）種々の用途において、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。
【0111】
実施態様に基づいて高温材料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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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（ロータブレード・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。
【0115】
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。この形態では、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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
「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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
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、例えば炉のような共通の熱消費ユニット１０１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。
【0132】
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。
【0133】
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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【0138】
図２Ａ～２Ｄは、設備１０００内部の回転加熱器ユニットを形成する回転装置１００の、予熱器ユニット１０２、温度ブースタ区分１０３、及び熱回収ユニット１０４の関する模範的レイアウトを示している。以下の符号は部材のために使用される。すなわち１００、１００Ａ、１００Ｂ－回転加熱器ユニット（回転装置）、１０１－熱消費ユニット／プロセス、１０２－予熱器ユニット、１０３－付加的な加熱装置（ブースタ加熱器）。
【0139】
図２Ａ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。
【0140】
図２Ｂ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。
【0141】
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２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄに符号１００Ｂとして示されている）が、「一次」回転加熱器装置（図２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄ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。
【0142】
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１、２Ｂ）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、高温材料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２Ｂの流れ５は、図１に示された流れ８に相当する。
【0143】
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２Ｂ）の後、又は一次加熱器１００、１００Ａ（図１）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）。
【0144】
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。
【0145】
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。
【0146】
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。
【0147】
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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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２Ｂ～２Ｄ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。
【0151】
回転装置（図２Ｂ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。
【0152】
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。ブロワとして作用するように構成された装置１００は、流体が炉１０１内で循環するのに必要な圧力増大を可能にする。装置１００はこうして、さもなければコンベンショナルな燃料燃焼型炉内で必要となる別個の空気ブロア／システムファンに取って代わることができる。
【0153】
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１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任意の機器へ（例えば熱消費プロセス区分１０１内へ）供給することができる。このように、熱消費プロセスユニット１０１がこのような化学物質を受容するように形成されている場合には、反応性ガス（例えば図１の流れ８）は熱消費プロセスユニット１０１へ直接に注入されてよい。高温材料の製造に際しては、熱を生成し、且つ／又は反応に関与するために、可燃燃料（８）がプロセスユニット１０１、例えば炉へ直接に注入されてよい。
【0154】
図２Ｃは、間接プロセス加熱とともに回転加熱器装置１００Ａ、任意には１００Ｂを使用する様子を示している。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は熱転移媒体流出物をそれぞれ表す。
【0155】
【0156】
図２Ｄ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。熱的又は化学的なブースタ加熱が利用されてよい。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。
【0157】
回転装置１００Ａ、１００Ｂのいずれか１つは、流体リサイクル装置（図２Ｄ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。
【0158】
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２Ｄ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。
【0159】
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1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【国際調査報告】