JP7735546B2 - ラジアントチューブに使用するように構成された本体 - Google Patents

Description

本開示は、ラジアントチューブにおいて又はラジアントチューブと共に使用するための本体に関する。化石燃料の燃焼は、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの排出物を大気中にもたらす。ＮＯｘ排出物は、燃焼空気中に存在する窒素から、及び例えば石炭又は燃料油中の燃料に結合した窒素から生じる。燃料に結合した窒素のＮＯｘへの変換は、燃料中の窒素化合物の量及び反応性並びに燃焼領域中の酸素の量に依存する。燃焼空気中に存在する空中窒素Ｎ_２のＮＯｘへの変換は温度依存性であり、燃焼領域における火炎温度が高いほど、排出物中のＮＯｘ含有量が多くなる。環境への関心が高まるにつれて、ＮＯｘ排出物の規制が更に厳しくなっている。

汚染物質を低減し、熱交換の効率を改善するために炉システムを改善する必要性が存在する。

本開示は、添付の図面を参照することによって、より良く理解され、その多数の特徴及び利点が当業者に明らかにされ得る。
図１は、一実施形態による本体及び交換器本体を含むシステムの図を含む。 図２Ａは、一実施形態による本体の図を含む。 図２Ｂは、一実施形態による本体の図を含む。 図２Ｃは、一実施形態による本体の図を含む。 図２Ｄは、一実施形態による本体の図を含む。 図２Ｅは、一実施形態による本体の図を含む。 図３Ａは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図３Ｂは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図３Ｃは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図３Ｄは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図３Ｅは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図３Ｆは、一実施形態による位置決め装置の図を含む。 図４Ａは、一実施形態による交換体の図を含む。 図４Ｂは、一実施形態による交換体の図を含む。 図４Ｃは、一実施形態による交換体の図を含む。 図４Ｄは、一実施形態による交換体の図を含む。 図４Ｅは、一実施形態による交換体の図を含む。

本明細書で使用される場合、「備える（comprises）」、「備える（comprising）」、「含む（includes）」、「含む（including）」、「有する（has）」、「有する（having）」という用語、又はそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含を網羅することが意図される。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されず、明示的に列挙されていないか、又はそのようなプロセス、方法、物品、若しくは装置に固有の他の特徴を含み得る。

本明細書で使用される場合、明らかに矛盾する記載がない限り、「又は」は、包含的な又はを指し、排他的な又はを指すものではない。例えば、条件Ａ又はＢは、以下のいずれか１つによって満たされる：Ａが真であり（又は存在し）、Ｂが偽である（又は存在しない）、Ａが偽であり（又は存在せず）、Ｂが真である（又は存在する）、及び、ＡとＢとの両方が真である（又は存在する）。

また、「１つの（a）」又は「１つの（an）」の使用は、本明細書に記載の要素及び構成成分を説明するために用いられる。これは、単に便宜上、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われる。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、単数はまた、そうでないことを意味することが明らかでない限り、複数も含む。

本開示は、ラジアントチューブ及び／又は熱交換器などの炉で使用され得る構成要素を対象とする。本明細書の構成要素は、例えば、鋼焼鈍、コーティング、又は熱処理炉を含む、Ｕ又はＷ字管等のラジアントチューブの任意のサイズ又は形状での使用に適合されることができる。本開示の熱交換器インサートの特定の用途は、廃棄エネルギーを回収するための大径熱交換器であり得る。

システムの非限定的な実施形態が図１に提供される。図１は、ラジアントチューブ１０１と、ラジアントチューブ内に少なくとも部分的に配置されたバーナ１０３とを含むシステム１００を含む。一実施形態では、システム１００は、ラジアントチューブ内に配置され、汚染物質の含有量を低減するように構成された任意の本体１０５を含むことができる。別の実施形態では、システム１００は、交換体１０７を通って流れる流体（例えば、ガス）の２つ以上の異なる流れの間の熱交換のための複数の流路を有する交換体１０７を含むことができる。

図２Ａは、バーナ１０３に近接してラジアントチューブ内に配置されるように構成され、燃焼中に形成される汚染物質の含有量を低減するように構成された本体１０５の側面図を含む。図２Ｂは、一実施形態による本体１０５の断面図を含む。図２Ｃは、一実施形態による本体１０５及びバーナ１０３の図を含む。一実施形態によれば、本体１０５は、そのような本体１０５を使用しないか、あるいは金属メッシュ材料から作製された本体を使用するか、又は他のあまり望ましくない構成を有する最先端のシステムと比較して、汚染物質（例えば、ＮＯｘ）の含有量を少なくとも１２％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも１８％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％などの少なくとも１０％だけ低減することができる。非限定的な一実施形態では、本体１０５は、汚染物質の含有量を１００％以下、又は８０％以下、又は６０％以下だけ低減することができる。汚染物質の含有量の低減は、上記の最小及び最大パーセンテージのうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。

一実施形態では、本体１０５は、概ね管状の形状を有することができる。本体１０５は、長さ（Ｌ）、外径（ＯＤ）、及び内径（ＩＤ）を有してもよい。外径は、最大直径値によって画定することができ、これは、本体１０５からの半径方向部材の延長を含むことができる。内径は、内側環状面２０９によって画定され得る、中心軸方向開口部２０７内の最小寸法によって画定され得る。内径は、中心軸方向開口部２０７内の任意の半径方向部材間の最小寸法であり得る。一実施形態では、本体１０５は、近位面２０１と、末端面２０３と、近位面２０１と末端面２０３との間に延在する円周面２０５とを含むことができる。別の実施形態では、本体１０５は、本体１０５の全長（Ｌ）にわたって延在し得る中心軸方向開口部を含むことができる。

一実施形態によれば、本体１０５は一体構造本体とすることができる。特定の一実施形態では、本体１０５は、中心軸方向開口部を取り囲む中実側壁を有することができる。そのような構成は、中心軸方向開口部２０７と、外周面２０５に沿った管形状の外側に沿った流路との間の２つの別個の流れを画定し区別するのに好適であり得る。

１つの非限定的な実施形態では、本体１０５はセラミック材料を含むことができる。１つの特定の例では、本体は、酸化物、炭化物、窒化物、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。一実施形態では、本体は、炭化ケイ素などの炭化物を含むことができる。特定の一実施形態では、本体は、本質的に炭化物からなるなど、本質的にセラミックからなり、より具体的には、本質的に炭化ケイ素からなってもよい。

更なる実施形態では、本体１０５の材料は、改善された製造及び／又は動作を容易にすることができる特定の密度を有することができる。例えば、本体１０５の材料は、少なくとも２．５５ｇ／ｃｍ^３、又は少なくとも２．５７ｇ／ｃｍ^３、又は少なくとも２．６０ｇ／ｃｍ^３、又は少なくとも２．７０ｇ／ｃｍ^３など、少なくとも２．５０ｇ／ｃｍ^３の平均密度を有することができる。更なる実施形態では、本体１０５の材料の平均密度は、２．９ｇ／ｃｍ^３以下、又は２．８ｇ／ｃｍ^３以下、又は２．７５ｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。更に、本体の材料の平均密度は、上記の最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内とすることができる。

特定の実施形態では、熱交換器構成要素の本体は、例えば、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第８１６２０４０号に記載されているような粉末プレスプロセスによって製造することができる。別の実施形態では、本体は、例えば、限定されないが、混合、鋳造、成形、プレス、乾燥、焼結、又はそれらの任意の組合せを含む、従来の粉末又はスラリー製造方法を通して形成されることができる。

一実施形態によれば、本体１０５は、バーナに対して特定の場所に配置されるように構成することができる。より具体的には、図２Ｃに示すように、本体１０５の近位端部２０１は、バーナの末端部２１１から特定の軸方向距離（ＡＤ）に配置することができ、これにより汚染物質の低減の改善を促進することができる。より特定の実施形態では、経験的研究を通して、本体１０５の長さ（Ｌ）に対する軸方向距離（ＡＤ）の間の関係を制御することが、汚染物質を低減するために好適であり得ることが見出されている。一実施形態では、別の構造（例えば、メッシュ管）とは対照的に中実壁を有する本体１０５の使用は、本体１０５の長さに対する軸方向距離の間の特定の間隔から利益を得ることができ、これは汚染物質を低減するのに好適であり得る。例えば、非限定的な一実施形態では、軸方向距離（ＡＤ）は、本体１０５の長さ（Ｌ）の少なくとも０．１％［（ＡＤ／Ｌ）×１００％］、例えば、少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３％、又は少なくとも４％、又は少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも１００％であってもよい。更に別の非限定的な実施形態では、軸方向距離は、本体の長さの９００％以下、例えば、５００％以下、又は２００％以下、又は１００％以下、又は９０％以下、又は８５％以下、又は８０％以下、又は７５％以下、又は７０％以下、又は６５％以下、又は６０％以下、又は５５％以下、又は５０％以下、又は４５％以下、又は４０％以下、又は３５％以下であってもよい。別の非限定的な実施形態では、軸方向距離は、本体１０５の長さの少なくとも０．１％かつ９００％以下の範囲内であってもよい。別の実施形態では、軸方向距離は、本体１０５の長さの少なくとも０．１％かつ９００％以下の間の任意のパーセンテージの範囲内であってもよいことが理解されるであろう。

別の非限定的実施形態では、いくつかの研究を通して、本体の壁厚に対して軸方向距離を制御することが好適であり得ることが見出されている。壁厚は、壁厚（Ｔ）＝ＯＤ－ＩＤなど、本体１０５の外径と内径との間の差として定義することができる。一実施形態によれば、軸方向距離（ＡＤ）は、本体１０５の壁厚（Ｔ）の少なくとも０．１％［（ＡＤ／Ｔ）×１００％］、例えば、少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３％、又は少なくとも４％、又は少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも１００％であってもよい。更に別の非限定的な実施形態では、軸方向距離は、本体１０５の壁厚（Ｔ）の９００％以下、例えば５００％以下、又は２００％以下、又は１００％以下、又は９０％以下、又は８５％以下、又は８０％以下、又は７５％以下、又は７０％以下、又は６５％以下、又は６０％以下、又は５５％以下、又は５０％以下、又は４５％以下、又は４０％以下、又は３５％以下であってもよい。別の実施形態では、軸方向距離は、本体１０５の壁厚の少なくとも０．１％かつ９００％以下の間の任意のパーセンテージの範囲内であってもよいことが理解されるであろう。

一実施形態によれば、本体１０５は、外周面２０５から半径方向外向きに延びる１つ以上の任意選択の半径方向部材を含むことができる。図２Ａの非限定的な実施形態を参照すると、本体１０５は、本体１０５の外周面２０５に沿って延びる半径方向部材２２１、２２２、及び２２３（２２１～２２３）を含む。半径方向部材２２１～２２３は、外周面２０５に沿って非直線経路において延在することができ、これは、経路を画定する軸方向成分と円周方向成分の両方を有する。１つの特定の実施形態によれば、半径方向部材２２１～２２３のうちの１つ以上は、円周面２０５に沿って螺旋経路で延びることができる。更に別の非限定的な実施形態では、１つ以上の半径方向部材２２１～２２３は、ねじれの角度が本体１０５の長さに沿って変化し得るように、可変ねじれを有する螺旋経路で延在してもよい。

図示されていないが、別の実施形態では、１つ以上の任意選択の半径方向部材は、１つ以上の半径方向部材が中心軸方向開口部２０７内に延びるように、内側環状面２０９から半径方向内向きに延びることができる。１つ以上の半径方向部材は、本体１０５を通る及びその周りの流体の流れの制御を支援することができ、それによって汚染物質の低減を促進することができる。

一実施形態では、本体１０５は、本体１０５の内径（ＩＤ）の少なくとも０．１％［（ＲＤ／ＩＤ）×１００％］、例えば少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３％、又は少なくとも４％、又は少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも１００％の半径方向距離（ＲＤ）にわたって延在する、外周面２０５から半径方向外向きに延在する少なくとも１つの半径方向部材を有することができる。更に別の非限定的な実施形態では、半径方向距離は、本体１０５の内径（ＩＤ）の９００％以下、例えば５００％以下、又は２００％以下、又は１００％以下、又は９０％以下、又は８５％以下、又は８０％以下、又は７５％以下、又は７０％以下、又は６５％以下、又は６０％以下、又は５５％以下、又は５０％以下、又は４５％以下、又は４０％以下、又は３５％以下であってもよい。別の実施形態では、半径方向距離は、本体１０５の内径の少なくとも０．１％かつ９００％以下の間の任意のパーセンテージの範囲内であってもよいことが理解されるであろう。

更に別の非限定的な実施形態では、本体１０５は、本体１０５の内径（ＩＤ）の少なくとも０．１％［（ＲＤ／ＩＤ）×１００％］、例えば少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３％、又は少なくとも４％、又は少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも１００％の半径方向距離（ＲＤ）にわたって延在し得る、内側環状面２０９から半径方向内向きに延在する少なくとも１つの半径方向部材を有することができる。更に別の非限定的な実施形態では、半径方向距離は、本体１０５の内径（ＩＤ）の９００％以下、例えば５００％以下、又は２００％以下、又は１００％以下、又は９０％以下、又は８５％以下、又は８０％以下、又は７５％以下、又は７０％以下、又は６５％以下、又は６０％以下、又は５５％以下、又は５０％以下、又は４５％以下、又は４０％以下、又は３５％以下であってもよい。別の実施形態では、半径方向距離は、本体１０５の内径の少なくとも０．１％かつ９００％以下の間の任意のパーセンテージの範囲内であってもよいことが理解されるであろう。

特定の非限定的な例では、少なくとも１つの半径方向部材は、本体１０５の外周面２０５及び／又は内側環状面２０９の周りに、少なくとも１つの半径方向部材が半径方向部材の近位端部と半径方向部材の末端部との間に延在する角度によって測定される所与の距離にわたって延在してもよい。例えば、本体の全周の周りの半径方向部材の完全な１回転は、３６０度の角度として測定される。一実施形態によれば、少なくとも１つの半径方向部材は、本体１０５の内側環状面又は外周面上で少なくとも１度の円周方向距離にわたって延びる。他の非限定的な例では、円周方向距離は、少なくとも１０度、又は少なくとも３０度、又は少なくとも６０度、又は少なくとも９０度、又は少なくとも１８０度、又は少なくとも２７０度、又は少なくとも３６０度など、より大きくすることができる。１つの非限定的な例では、本体１０５は、少なくとも１度かつ３６００度以下の範囲内の距離にわたって延在する１つ以上の半径方向部材を有することができる。

１つの非限定的な実施形態では、１つ以上の半径方向部材は中実部材であってもよい。すなわち、１つ以上の半径方向部材は、それを通る流体（例えば、ガス）の流れのために構成された内部空洞を必ずしも含まない。

特定の理論に束縛されるものではないが、バーナ１０３に対する本体１０５の位置は、火炎をバーナから分離するのに適したものとすることができ、これは、燃焼ゾーン内の温度及び汚染物質の形成を制御するのを助けることができることに留意されたい。図２Ｄ及び図２Ｅは、バーナ１０３に対する本体１０５の異なる位置を示しており、図２Ｅにおける本体１０５の位置は、本体を取り囲む色によって示されるように火炎を分離しているのに対して、図２Ｄでは、バーナ１０３に対する本体１０５の位置は、バーナ１０３からの火炎の全てを本体１０５を通って効果的に通過させる。

別の実施形態では、バーナ１０３と本体１０５との間の軸方向距離の位置を制御することは、位置決め装置の使用によって容易にすることができる。図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態による位置決め装置３０１の図を含む。図３Ｃ及び図３Ｄは、位置決め装置３３１の図を含む。図３Ｅ及び図３Ｆは、位置決め装置３３１に係合するように構成されたノッチ３３７を含む本体１０５の図を含む。一例では、位置決め装置は、本体１０５に係合し、ラジアントチューブ１０１内の本体１０５の位置を固定するように、より具体的には、バーナ１０３に対する本体１０５の位置を固定するように構成されてもよい。

一実施形態によれば、位置決め装置３０１は、位置決め装置３０１の寸法を変更するように構成された位置決め要素３０２を含むことができる。一実施形態では、位置決め装置３０２は、第１の位置決め要素３０３及び第２の位置決め要素３０４を含むことができ、第１の位置決め要素３０３は、本体１０５に係合するように構成された係合構造３１２を含む末端部３１１を備え、第２の位置決め要素３０４は、本体１０５に係合するように構成された係合構造３１３を含む末端部３１２を備える。第１及び第２の位置決め要素３０３及び３０４は、互いに対して摺動するなど、互いに対して移動することができる。特定の実施形態では、位置決め要素３０３と３０４との間の相対移動は、本体１０５の近位端部２０１及び末端部２０３において、係合構造３１２と３１３との間に本体１０５を収容することを容易にすることができる。一実施形態では、本体１０５は、係合構造３１２及び３１３に直接又は間接的に係合するように構成することができる。

図３Ａ及び図３Ｂに更に示すように、位置決め装置は、ラジアントチューブに結合され、ラジアントチューブ１０１に対して位置決め装置３０１を固定するように構成された固定要素を含むことができる。一実施形態では、第１の位置決め要素３０３は、半円の形状であり、ラジアントチューブ１０１の一部に結合されるように構成され得る第１の固定要素３２１を有する。第１の固定要素３２１は、位置決め装置３０２と本体１０５とを結合するための他の結合機構を含んでもよく、例えば、取り外し可能な結合要素又は永久的な結合要素を含むが、これらに限定されないことが理解されるであろう。取り外し可能な結合要素は、位置決め装置３０２及び／又は本体１０５の一方又は両方から選択的に取り外し可能な取り付け機構を含んでもよい。取り外し可能な結合要素は、本体１０５と位置決め装置３０２との間の結合を選択的に解放し、結合解除中の本体１０５及び位置決め装置３０２への損傷を回避するように構成することができる結合要素を含んでもよい。非限定的な一実施形態では、取り外し可能な結合要素は、相補的係合構造、本体１０５の一部と位置決め装置３０２との間の締まり嵌め接続、締結具などを含むことができるが、これらに限定されない。任意の実施形態において、異なる結合要素のうちの２つ以上又はそれらの組合せが利用されてもよいことが理解されるであろう。更に別の実施形態では、永久的結合要素は、位置決め装置３０２と本体１０５との間の結合解除をもたらすことを意図しない取り付け技法を含むことができる。永久的結合要素の一例は、本体１０５と位置決め装置３０２との間のセメント、溶接などを含むことができる。

別の実施形態では、第２の位置決め要素３０４は、半円の形状であり、ラジアントチューブ１０１のフランジ３４１などのラジアントチューブ１０１の一部に結合されるように構成することができる第２の固定要素３２２を含むことができる。第１及び第２の固定要素３２１及び３２２の他の形状が使用されてもよいことが理解されるであろう。非限定的な一実施形態では、第１及び第２の固定要素３２１及び３２２は、それぞれ、１つ以上の開口部３５１及び３５２を含むことができる。１つ以上の開口部３５１及び３５２は、１つ以上の締結具を介してフランジ３４１への第１の固定要素３２１及び第２の固定要素３２２の結合を容易にすることができる。

別の実施形態によれば、位置決め装置３３１は、末端部３３３及び近位端部３３２を含むことができ、近位端部３３２は、バーナ１０３の最も近くで終端する。特定の実施形態では、末端部３３３は、ラジアントチューブ１０１内で終端する。更に別の実施形態では、末端部３３３は、外部ユーザが容易にアクセスできるように、ラジアントチューブ１０１の外側で終端する。更に別の実施形態では、末端部３３３は、燃焼源（すなわち、バーナ１０３）から安全な距離で外部ユーザが容易にアクセスできるように、ラジアントチューブ１０１の外側で終端する。非限定的な一実施形態では、位置決め装置３３１は、末端部３３３と近位端部３３２との間に、第１のクロスバー３３４、第２のクロスバー３３５、及び第３のクロスバー３３６を含むことができる。更に他の実施形態では、位置決め装置は、末端部３３３と近位端部３３２との間に延在する複数のクロスバー、例えば、少なくとも２つのクロスバー、例えば、少なくとも３つのクロスバー、又は少なくとも４つのクロスバー、又は少なくとも５つのクロスバー、又は更に少なくとも６つのクロスバーを含んでもよい。特定の実施形態では、クロスバー（３３４、３３５、３３６）は、本体１０５の半径方向部材２２２内のノッチ３３７に係合するように構成される。非限定的な実施形態では、本体１０５のノッチ３３７は、第１のクロスバー３３４に係合するように構成される。任意の実施形態において、本体１０５は、位置決め装置３３１の複数のクロスバーに係合するために、本体１０５全体にわたって複数のノッチ、例えば、少なくとも２つのノッチ、又は少なくとも３つのノッチ、又は少なくとも４つのノッチ、少なくとも５つのノッチ、又は更には少なくとも６つのノッチを有し得ることが理解されよう。図示されていないが、位置決め装置３３１は、クロスバー（３３４、３３５、３３６）の位置を本体１０５にロックするように構成されたロック機構を含むことができる。ロック機構は、本体１０５のノッチへの位置決め装置３３１の結合解除を回避するように構成される。

別の実施形態によれば、位置決め装置３０１、３３１は、本体と燃焼源（すなわちバーナ）との間の軸方向距離を調整するように構成される。特定の実施形態では、位置決め装置３０１、３３１は、ラジアントチューブ１０１の軸方向長さに沿って第１の位置と第２の位置との間で本体を調整するように構成される。１つの非限定的な実施形態では、第１の位置は、燃焼源から少なくとも０．０１ｃｍ、又は少なくとも０．１ｃｍ、又は少なくとも０．２ｃｍ、又は少なくとも０．５ｃｍ、又は少なくとも１．０ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍである。更に別の実施形態では、第１の位置は、燃焼源から１００ｃｍ以下、又は９０ｃｍ以下、又は８０ｃｍ以下、又は７０ｃｍ以下、又は６０ｃｍ以下、又は５０ｃｍ以下、又は４０ｃｍ以下、又は３０ｃｍ以下である。距離は、上記の最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内とすることができることが理解されよう。更に別の実施形態では、第２の位置は、燃焼源から少なくとも０．０２ｃｍ、又は少なくとも０．１ｃｍ、又は少なくとも０．２ｃｍ、又は少なくとも０．５ｃｍ、又は少なくとも１．０ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍである。更に別の実施形態では、第２の位置は、燃焼源から１００ｃｍ以下、又は９０ｃｍ以下、又は８０ｃｍ以下、又は７０ｃｍ以下、又は６０ｃｍ以下、又は５０ｃｍ以下、又は４０ｃｍ以下、又は３０ｃｍ以下である。距離は、上記の最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内とすることができることが理解されよう。

更に別の実施形態では、第１の位置及び第２の位置は、互いから少なくとも０．０１ｃｍ、又は少なくとも０．０２ｃｍ、又は少なくとも０．０５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍ、又は少なくとも１１ｃｍ、又は少なくとも１２ｃｍ、又は少なくとも１３ｃｍ、又は少なくとも１４ｃｍ、又は少なくとも１５ｃｍ、又は少なくとも１６ｃｍ、又は少なくとも１７ｃｍ、又は少なくとも１８ｃｍ、又は少なくとも１９ｃｍ、又は少なくとも２０ｃｍ離間している。更に別の実施形態では、第１の位置及び第２の位置は、互いに１００ｃｍ以下、又は９０ｃｍ以下、又は８０ｃｍ以下、又は７０ｃｍ以下、又は６０ｃｍ以下、又は５０ｃｍ以下、又は４０ｃｍ以下、又は３０ｃｍ以下離間している。距離は、上述の最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。非限定的な一実施形態では、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部分は、燃焼源の状態を変化させることなく第１の位置と第２の位置との間で適合されるように構成することができ、燃焼源の状態は、熱源の温度を含むことができる。特定の実施形態では、熱源は火炎を含む。

図示されていないが、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部は、燃焼源（すなわちバーナ）から安全な距離でユーザによってアクセス可能であるように構成される。安全距離は、燃焼源からの過度の高熱に起因してユーザの健康に影響を与えないように十分に離れた距離として定義することができる。更に別の実施形態では、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部分は、燃焼源の背後の位置からユーザによってアクセス可能であるように構成される。更に別の実施形態では、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部分は、燃焼源の背後の外壁からユーザによってアクセス可能であるように構成される。

一実施形態によれば、位置決め装置３０１、３３１は、金属、金属合金、セラミック、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。特定の一実施形態では、位置決め装置３０１、３３１は、本体１０５で使用されるものと同じ材料のいずれかを含むか、又はそれから作製することができる。特定の実施形態は、位置決め装置３０１、３３１は、本体１０５とは別個の物体であることが理解されるであろう。更に、いくつかのシステムは、ラジアントチューブ１０１内の本体１０５の位置を制御するために本体１０５を取り囲む固体材料を使用することができるが、位置決め装置は別個の物体であり、必ずしもラジアントチューブ１０１内の本体１０５を取り囲むわけではなく、したがって、本体１０５の外部の周りの流体のいくらかの流れを可能にし、これは、本体１０５及び／又はシステム１００の動作及び性能の改善を容易にすることができる。

燃焼アセンブリの汚染物質を低減するための方法の非限定的な実施形態が本明細書に開示される。特定の実施形態では、本方法は、ラジアントチューブ１０１内に収容された少なくとも１つの燃焼源１０３を含む燃焼アセンブリ内の燃焼反応から汚染物質を測定することと、燃焼源１０３が燃焼している間に、燃焼源１０３に対するラジアントチューブ１０１内の本体１０５の位置を変更することとを含む。更に別の実施形態では、本体１０５は、長さ（Ｌ）、外径（ＯＤ）、及び内径（ＩＤ）、近位面２０１、末端面２０３、並びに近位面２０１と末端面２０３との間に延在する円周面２０５を備える。更に別の実施形態では、本体１０５の位置を変更することは、燃焼源を中断することなく位置を調整することを含む。特定の実施形態では、燃焼源１０３はバーナを含むことができる。更に別の実施形態では、バーナは完全に組み立てられた状態のままである。更に別の実施形態では、燃焼源１０３は、ガスを燃焼させてラジアントチューブ内に火炎を形成するように構成された末端部２１１を含むことができる。

別の実施形態では、本体１０５は、燃焼源１０３の末端部２１１から軸方向に離れて配置されるように構成される。例えば、非限定的な一実施形態では、軸方向距離（ＡＤ）は、本体１０５の長さ（Ｌ）の少なくとも０．１％［（ＡＤ／Ｌ）×１００％］、例えば、少なくとも１％、又は少なくとも２％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも１０４％、又は少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも７％、又は少なくとも８％、又は少なくとも９％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも１００％であってもよい。更に別の非限定的な実施形態では、軸方向距離は、本体の長さの９００％以下、例えば５００％以下、又は２００％以下、又は１００％以下、又は９０％以下、又は８５％以下、又は８０％以下、又は７５％以下、又は７０％以下、又は６５％以下、又は６０％以下、又は５５％以下、又は５０％以下、又は４５％以下、又は４０％以下、又は３５％以下であってもよい。別の実施形態では、軸方向距離は、本体１０５の長さの少なくとも０．１％かつ９００％以下の間の任意のパーセンテージの範囲内であってもよいことが理解されるであろう。

更に他の実施形態では、本体１０５の位置を変更することは、ラジアントチューブ１０１の軸方向長さに沿って第１の位置と第２の位置との間で本体を調整することを含むことができる。１つの非限定的な実施形態では、第１の位置は、燃焼源１０３から少なくとも０．０１ｃｍ、又は少なくとも０．１ｃｍ、又は少なくとも０．２ｃｍ、又は少なくとも０．５ｃｍ、又は少なくとも１．０ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍである。更に別の実施形態では、第２の位置は、燃焼源１０３から少なくとも０．０２ｃｍ、又は少なくとも０．１ｃｍ、又は少なくとも０．２ｃｍ、又は少なくとも０．５ｃｍ、又は少なくとも１．０ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍである。更に別の実施形態では、第１の位置及び第２の位置は、互いから少なくとも０．０１ｃｍ、又は少なくとも０．０２ｃｍ、又は少なくとも０．０５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍ、又は少なくとも１１ｃｍ、又は少なくとも１２ｃｍ、又は少なくとも１３ｃｍ、又は少なくとも１４ｃｍ、又は少なくとも１５ｃｍ、又は少なくとも１６ｃｍ、又は少なくとも１７ｃｍ、又は少なくとも１８ｃｍ、又は少なくとも１９ｃｍ、又は少なくとも２０ｃｍ離間している。更に別の実施形態では、第１の位置及び第２の位置は、互いに１００ｃｍ以下、又は９０ｃｍ以下、又は８０ｃｍ以下、又は７０ｃｍ以下、又は６０ｃｍ以下、又は５０ｃｍ以下、又は４０ｃｍ以下、又は３０ｃｍ以下離間している。距離は、上述の最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。

非限定的な一実施形態では、本体１０５の位置を変更することは、位置決め装置３０１、３３１を使用することを含むことができる。位置決め装置３０１、３３１は、本明細書に開示される特徴のいずれかを含んでもよい。更に別の実施形態では、位置装置３０１、３３１は、燃焼源（すなわち、バーナ）から安全な距離でユーザによってアクセス可能であるように構成される。安全距離は、燃焼源からの過度の高熱に起因してユーザの健康に影響を与えないように十分に離れた距離として定義することができる。更に別の実施形態では、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部分は、燃焼源の背後の位置からユーザによってアクセス可能であるように構成される。更に別の実施形態では、位置決め装置３０１、３３１の少なくとも一部分は、燃焼源の背後の外壁からユーザによってアクセス可能であるように構成される。

更に他の実施形態では、汚染物質を測定することは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量を測定することを含んでもよい。窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量は、当業者に公知の方法を使用して測定され得ることが理解されるであろう。別の非限定的な実施形態では、燃焼アセンブリの汚染物質を低減するための方法は、窒素酸化物（ＮＯｘ）含有量を少なくとも１０％、例えば少なくとも１２％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも１８％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％低減することを更に含んでもよい。

図４Ａ～図４Ｃは、一実施形態による交換体の図を含む。図４Ａは、実施形態による交換体の側面図を含む。図４Ｂは、図４Ａの交換体の断面図を含む。図４Ｃは、図４Ａの交換体についての図４Ｂの図に垂直な平面における交換体の断面図を含む。一実施形態によれば、交換体１０７は、ラジアントチューブ１０１内に収容することができ、交換体１０７の中及び周囲を流れる流体の複数の流路間の熱交換を容易にするように構成することができる。

一実施形態において、交換体１０７は、交換体１０７の長さ（Ｌ）に沿って延在する中心空洞４０１と、中心空洞４０１の周りに延在する複数のスパイラル４０３と、複数のスパイラル４０３の間に配置された複数のスパイラル間チャネル４０５とを含んでもよい。図示のように、複数のスパイラル４０３及び複数のスパイラル間チャネル４０５は、交換体１０７の長さ（Ｌ）に沿って非直線経路で延在してもよい。特定の一実施形態によれば、複数のスパイラル４０３は、交換体１０７及び中心空洞４０１の周りに螺旋経路で延在してもよい。更に別の非限定的な実施形態では、複数のスパイラル４０３は、ねじれの角度が交換体１０７の長さに沿って変化し得るように、可変ねじれを有する螺旋経路内に延在し得る。

別の実施形態では、交換体１０７はまた、スパイラル４０３内に延在するスパイラル内チャネル４０７を含むことができる。スパイラル内空洞４０７は、側壁４０９によってスパイラル間チャネルから完全に隔離することができ、これにより、スパイラル間チャネル４０５及びスパイラル内空洞４０７によって画定される別個の流路に沿った流体の分離が可能になる。

図示されるように、スパイラル内チャネル４０７は、交換体１０７の長さ（Ｌ）に沿って非直線経路で延在してもよい。特定の一実施形態によれば、スパイラル内チャネル４０７は、交換体１０７及び中心空洞４０１の周りに螺旋経路で延在してもよい。更に別の非限定的な実施形態では、スパイラル内チャネル４０７は、ねじれの角度が交換体１０７の長さに沿って変化し得るように、可変ねじれを有する螺旋経路内に延在し得る。

一実施形態によれば、交換体１０７は、交換体１０７を通って流れる流体間の改善された熱交換を容易にする表面積（ｍｍ^２）／体積（ｍｍ^３）によって定義される特定の交換比を有することができる。例えば、一実施形態では、交換比は、少なくとも０．０９ｍｍ^－１、例えば、少なくとも０．１０ｍｍ^－１又は少なくとも０．１１ｍｍ^－１又は少なくとも０．１２ｍｍ^－１又は少なくとも０．１３ｍｍ^－１であり得る。更に、非限定的な実施形態において、交換比は、０．５ｍｍ^－１以下、又は０．４ｍｍ^－１以下、又は０．３ｍｍ^－１以下であり得る。交換比は、上記の最小値及び最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。

別の実施形態では、交換体１０７は、交換体１０７を通って流れる流体間の改善された熱交換を容易にすることができる特定の高温／低温流路面積（ＨＣＦＡ）比を有することができる。例えば、一実施形態において、ＨＣＦＡ比は、少なくとも１、例えば、少なくとも１．０５、又は少なくとも１．１０、又は少なくとも１．１５、又は少なくとも１．２、又は少なくとも１．２５であり得る。更に、別の実施形態では、ＨＣＦＡ比は５以下、例えば、４以下、又は３以下、又は２．８以下、又は２．５以下であり得る。ＨＣＦＡ比は、上記の最小値及び最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。

ＨＣＦＡ比は、断面で見た交換体中の高温経路及び低温経路の断面積を評価することによって測定される。例えば、図４Ｃに示すように、交換体１０７は、中心空洞４０１及びスパイラル間チャネル４０５によって画定されるような高温流路を有することができる。低温流路は、スパイラル内空洞４０７によって画定することができる。交換体１０７の中点（すなわち、長さに沿った二等分軸）における断面で見たときのチャネル及び／又は空洞の全ての断面積が、比率の計算のために使用される。より具体的には、（断面で見たときの）高温流体の流れのためのチャネル及び／又は空洞の全ての断面積を、低温流体の流れのためのチャネル及び／又は空洞の表面積で除算して、ＨＣＦＡ比を計算する。本明細書の実施形態のＨＣＦＡ比は、交換体１０７による圧力降下を制御することによって、高温流体経路と低温流体経路との間の熱交換の改善を促進することができる。

別の非限定的な実施形態では、交換体１０７の中心空洞４０１は、中心空洞４０１を画定する内側環状面４３２に沿った螺旋経路など、内側環状面４３２に沿った非直線経路に延在する少なくとも１つの溝４３１を含むことができる。１つの非限定的な実施形態では、少なくとも１つの溝４３１は、交換体１０７の円周方向距離を通って延びる角度によって測定したときに、少なくとも１度の距離にわたって円周方向に延びることができる。他の非限定的な例では、円周方向距離は、少なくとも１０度、又は少なくとも３０度、又は少なくとも６０度、又は少なくとも９０度、又は少なくとも１８０度、又は少なくとも２７０度、又は少なくとも３６０度など、より大きくすることができる。１つの非限定的な例では、円周方向距離は、少なくとも１度かつ３６００度以下の範囲内であり得る（すなわち、交換体１０７の円周の周りに１０回転）。例えば、交換体１０７の全周にわたる少なくとも１つの溝４３１の１つの完全な回転は、３６０度の角度として測定される。

一実施形態によれば、少なくとも１つの溝４３１は、交換体１０７の内径（ＩＤ）の少なくとも０．１％かつ４９％以下の半径方向深さ４３５にわたって本体内に延びることができる。別の実施形態では、半径方向深さ４３５は、ＩＤの少なくとも０．１％かつ４９％以下の間の任意のパーセンテージを含む範囲内であり得る。

一実施形態によれば、少なくとも１つの溝４３１は、交換体１０７の長さの少なくとも０．１％かつ１００％以下の半径方向深さ４３５にわたって本体内に延びることができる。別の実施形態では、半径方向深さ４３５は、交換体１０７の長さの少なくとも０．１％かつ１００％以下の間の任意のパーセンテージを含む範囲内とすることができる。

図４Ｄは、ラジアントチューブ１０１内の交換体１０７の断面図を含む。図示のように、ラジアントチューブ１０１の内面と、スパイラル４０３の外面によって画定される交換体１０７の外周面との間に半径方向間隙４４１が存在してもよい。一実施形態では、半径方向間隙４４１は、物体間で半径方向に測定される間隙距離４４２を画定することができ、間隙距離４４２は、スパイラル間チャネル幅４４３の少なくとも０．１％かつ１０００％以下の範囲内とすることができる。スパイラル間チャネル幅４４３は、断面で見たとき、直接隣接するスパイラル間の最大間隙として測定される。更に別の実施形態では、間隙距離４４２は、スパイラル間チャネル幅４４３の少なくとも０．１％かつ４００％以下の範囲内であってもよい。

１つの非限定的な実施形態では、間隙距離４４２を画定する半径方向間隙４４１は、いかなる固体材料も含まないことが好適であり得、これは、より多くの流体流を可能にし得、流路間の熱交換の改善を促進し得る。特定の一実施形態では、半径方向間隙４４１は、固体材料を含まなくてもよい。別の実施形態では、半径方向間隙４４１は、遮られず、ラジアントチューブ１０１と交換体１０７との間に開口又は開放空間を画定することができる。

一実施形態によれば、交換体は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はそれらの任意の組合せなどのセラミック材料から作製することができる。特定の一実施形態では、交換体１０７は炭化ケイ素を含むことができ、本質的に炭化ケイ素からなることができる。交換体１０７は、本体１０５を作製するために本明細書に記載される同じ技術のいずれかを使用して作製され得る。

交換体１０７は、ラジアントチューブ１０１と交換体１０７との間の相対位置を固定するためにラジアントチューブ１０１に締結又は結合されるフランジ４５１を有することができる。場合によっては、１つ以上のガスケットをフランジ４５１の表面に結合することができる。ガスケットは、システムを密封し、流体の漏れを回避する圧縮性部材であり得る。一実施形態では、ガスケットは、その元の厚さの少なくとも１０％、例えば、元の厚さの少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％の最大圧縮（すなわち、元の厚さと比較した厚さの減少）を有することができる。

前述の明細書では、特定の実施形態を参照して概念を記載してきた。しかしながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に掲げる本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることを理解する。そのため、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例解的な意味で考慮されるべきであり、全てのそのような修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (10)

1. 汚染物質を低減するためにラジアントチューブ内に設置されるように構成されたシステムであって、前記システムは、
   長さ、外径、及び内径を含む管形状を有する本体であって、前記本体は、近位面と、末端面と、前記近位面と前記末端面との間に延在する円周面とを更に備える、本体と、
   前記本体に係合するように構成された位置決め装置であって、前記位置決め装置は、前記本体と燃焼源との間の軸方向距離を調整するように構成されている、位置決め装置と、
   を備え、
   前記位置決め装置は、近位端部と、末端部と、前記近位端部と前記末端部との間にあり、前記本体に係合するように構成された第１のクロスバーと、を備え、
   前記本体は、前記位置決め装置の前記第１のクロスバーに係合するように構成されたノッチを備える、システム。
2. 前記位置決め装置は、第１の位置決め要素及び第２の位置決め要素を備え、前記第１の位置決め要素は、前記本体に係合するように構成された係合構造を含む末端部を備え、前記第２の位置決め要素は、前記本体に係合するように構成された係合構造を含む末端部を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記位置決め装置の前記末端部は、前記ラジアントチューブの外側で終端する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記位置決め装置の前記末端部は、外部ユーザにアクセス可能である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記位置決め装置は、前記ラジアントチューブの軸方向長さに沿って、第１の位置と第２の位置との間で前記本体を調整するように構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の位置及び前記第２の位置は、互いに少なくとも１ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍ、又は少なくとも１１ｃｍ、又は少なくとも１２ｃｍ、又は少なくとも１３ｃｍ、又は少なくとも１４ｃｍ、又は少なくとも１５ｃｍ、又は少なくとも１６ｃｍ、又は少なくとも１７ｃｍ、又は少なくとも１８ｃｍ、又は少なくとも１９ｃｍ、又は少なくとも２０ｃｍ離れている、請求項５に記載のシステム。
7. 燃焼アセンブリの汚染物質を低減するための方法であって、
   ラジアントチューブ内に収容された少なくとも１つの燃焼源を含む燃焼アセンブリ内の燃焼反応から汚染物質を測定することと、
   前記燃焼源が燃焼している間に、前記燃焼源に対する前記ラジアントチューブ内の本体の位置を変化させることと、を含み、前記本体は、長さ、外径、及び内径を備え、前記本体は、近位面、末端面、及び前記近位面と前記末端面との間に延在する円周面を更に備える、方法。
8. 前記本体の位置を変更することは、前記燃焼源を中断することなく、前記位置を調整することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記本体の位置を変更することは、前記ラジアントチューブの軸方向長さに沿って、第１の位置と第２の位置との間で前記本体を調整することを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記本体の位置を変更することは、位置決め装置を使用することを含む、請求項７に記載の方法。