氣體-顆粒處理器的制造方法
【專利摘要】氣體-顆粒處理器包括：具有氣體入口、氣體出口以及一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室;氣體流動(dòng)裝置，氣體流動(dòng)裝置可操作用于使氣體以第一受控質(zhì)量流率從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流至氣體出口;顆粒流動(dòng)裝置，顆粒流動(dòng)裝置可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流以第二受控質(zhì)量流率引入到腔室中，每個(gè)顆粒流流動(dòng)經(jīng)過(guò)腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域，其中，處理器可操作用于控制所述第一和/或第二受控的質(zhì)量流率，從而將每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵侍峁?.900-0.995。
【專利說(shuō)明】氣體-顆粒處理器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體-顆粒處理過(guò)程以及氣體-顆粒處理器，包括涉及氣體-固體間的熱量和質(zhì)量傳遞、氣體-催化劑的反應(yīng)、氣體吸收(在液滴中)以及冷卻塔的處理過(guò)程和處理器。
【背景技術(shù)】
[0002]有許多系統(tǒng)用于實(shí)施諸如氣體-顆粒的能量回收和再生、氣體-固體的化學(xué)反應(yīng)、氣化、吸附、干燥、氣體吸收和蒸餾等氣體-固體的過(guò)程。
[0003]旋轉(zhuǎn)式干燥機(jī)和旋轉(zhuǎn)窯是這些系統(tǒng)的示例，但它們不是有效的氣體-固體接觸器。已使用諸如流化床和循環(huán)流化床的其它系統(tǒng)來(lái)代替它們。然而，這些系統(tǒng)也有其自己的不足，諸如增加的壓降以及低的接觸效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在第一實(shí)施方式中，提供了氣體-顆粒處理器，其包括:
[0005]具有氣體入口、氣體出口以及一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室；
[0006]氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于將氣體以第一受控質(zhì)量流率從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流至氣體出口；
[0007]顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流以第二受控質(zhì)量流率引入到腔室中，每個(gè)顆粒流流經(jīng)腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域。
[0008]其中，處理器可操作用于控制第一和/或第二受控的質(zhì)量流率，從而將經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵侍峁?.900-0.995。
[0009]處理器可操作用于控制第一和/或第二質(zhì)量流率，從而將經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域的大部分氣體-顆?；旌衔锏目紫堵侍峁閮?yōu)選地不小于0.955甚至更優(yōu)選地不小于0.980，最優(yōu)選地接近0.990。這使得顆粒流內(nèi)的大部分顆粒是不受妨礙的，即顆?；旧喜皇茴w粒流內(nèi)相鄰的顆粒的阻礙。其結(jié)果是，可實(shí)現(xiàn)增加氣體到達(dá)顆粒表面的機(jī)會(huì)，并且可實(shí)現(xiàn)基本恒定的顆粒流速度。
[0010]在一種形式中，處理器可操作為使得每個(gè)處理區(qū)域的大部分與其相應(yīng)的顆粒入口是相鄰的。在此實(shí)施方式中，在每個(gè)處理區(qū)域的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵士赡軙?huì)隨著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口而增加。
[0011]該處理器可操作為使得經(jīng)過(guò)每個(gè)相應(yīng)處理區(qū)域的大部分氣體-顆?；旌衔锏目紫堵驶旧鲜呛愣ǖ摹?br> [0012]該處理器可以可操作為使得每個(gè)處理區(qū)域的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵孰S著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口而增加。
[0013]顆?？梢允枪腆w顆粒，或可以是例如液滴以及薄層形式的液體顆粒。
[0014]顆粒與氣體移動(dòng)經(jīng)過(guò)腔室時(shí)，它們之間會(huì)發(fā)生熱量和/或質(zhì)量傳遞和/或化學(xué)反應(yīng)。[0015]在一種形式中，處理器可以是水平構(gòu)造的。在另一種形式中，處理器可以是豎直構(gòu)造的。
[0016]腔室包括至少一個(gè)顆粒出口，顆粒經(jīng)過(guò)該至少一個(gè)顆粒出口從腔室中離開(kāi)。
[0017]腔室對(duì)每個(gè)顆粒入口可包括一個(gè)顆粒出口，顆粒入口和出口構(gòu)造為使得每個(gè)顆粒流經(jīng)過(guò)顆粒入口進(jìn)入腔室并且經(jīng)過(guò)特定的顆粒出口離開(kāi)腔室。每個(gè)顆粒入口和其特定的出口形成處理級(jí)，此處理級(jí)還包括該處理級(jí)中入口和出口之間的顆粒流所占用的腔室內(nèi)的處理區(qū)域。
[0018]每個(gè)顆粒入口和其特定的出口可位于腔室的相應(yīng)對(duì)置的區(qū)域。
[0019]每個(gè)顆粒入口可包括多個(gè)入口部分，每個(gè)顆粒出口包括多個(gè)出口部分。
[0020]每個(gè)顆粒入口可延伸經(jīng)過(guò)腔室寬度的大部分，優(yōu)選經(jīng)過(guò)整個(gè)寬度。
[0021]為了使處理器在操作過(guò)程中能夠達(dá)到所需的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵剩灰湫枰?，每個(gè)顆粒入口也可沿腔室長(zhǎng)度延伸。
[0022]腔室可包括單個(gè)顆粒出口，從所有顆粒入口進(jìn)入的顆粒經(jīng)過(guò)該單個(gè)顆粒出口離開(kāi)腔室。單個(gè)顆粒出口可能在腔室底部包括網(wǎng)格、格柵等。
[0023]顆粒入口可構(gòu)造為沿腔室區(qū)域的入口組，顆粒出口可構(gòu)造為沿腔室上入口形成的區(qū)域的對(duì)置區(qū)域的出口組。
[0024]顆粒入口組可包括沿腔室長(zhǎng)度分布的初始入口以及多個(gè)后續(xù)入口，顆粒出口組包括沿腔室長(zhǎng)度分布的多個(gè)中間出口以及最終出口，其中每個(gè)中間出口與相應(yīng)后續(xù)入口連通，使得處理器可操作為將來(lái)自每個(gè)中間出口的顆粒再循環(huán)到其相應(yīng)的后續(xù)入口。
[0025]處理器可操作為使得引入到腔室的每個(gè)顆粒流與其他顆粒流是分離的。
[0026]在實(shí)施方式中，氣體出口也可起顆粒從腔室離開(kāi)的出口的作用(顆粒然后與氣體一起離開(kāi)腔室)或者，部分顆粒經(jīng)過(guò)在腔室壁處的顆粒出口離開(kāi)腔室，部分顆粒經(jīng)過(guò)氣體出口，氣體和顆粒在氣體出口聚集并且在其他地方分離。
[0027]因此，顆粒穿過(guò)腔室再循環(huán)的每個(gè)實(shí)施方式提供了以“多級(jí)”過(guò)程工作的氣體-顆粒處理器，由此，每個(gè)顆粒在處理器內(nèi)多次經(jīng)過(guò)氣體。與具有多個(gè)處理器用于對(duì)單個(gè)顆粒流執(zhí)行重復(fù)處理的情況相比，此處理器提供了減少空間和成本需求的優(yōu)勢(shì)。
[0028]在其它實(shí)施方式中，氣體-顆粒處理器以“多級(jí)”過(guò)程工作，由此多個(gè)顆粒流在腔室內(nèi)同一時(shí)間被共同處理。這與具有同樣數(shù)量的獨(dú)立處理器相比，也提供了減少空間和成本需求的優(yōu)勢(shì)。
[0029]腔室可包括第一端和對(duì)置的第二端，腔室在第一和第二端在之間延伸，氣體入口位于第一端附近而氣體出口位于第二端附近。
[0030]腔室可由壁部圍封，由此腔室限定了處理區(qū)域所位于的圍封空間。
[0031]腔室可包括在第一端和第二端之間延伸的第一和第二對(duì)置壁部。
[0032]腔室可定向?yàn)?氣體出口所位于的第二端處于氣體入口所位于的第一端的上方，并且壁部大致豎直地延伸。在此實(shí)施方式中，氣體大致豎直地從氣體入口向上經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口，顆?？上鄬?duì)于壁部大致徑向地流動(dòng)。
[0033]腔室可定向?yàn)?氣體出口所位于的第二端處于氣體入口所位于的第一端的側(cè)面，并且壁部大致水平地延伸。在此實(shí)施方式中，氣體流大致水平地從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口，顆?？纱笾仑Q直地在對(duì)置的壁部之間流動(dòng)。[0034]腔室可大致為圓柱形(其中氣體布置為基本豎直地流動(dòng))或矩形形狀(其中氣體布置為基本水平地流動(dòng))。
[0035]至少一個(gè)顆粒入口可在第一壁部中形成，并且至少一個(gè)顆粒入口可在第二壁部中形成。
[0036]腔室可包括內(nèi)部構(gòu)件，至少一個(gè)顆粒入口在內(nèi)部構(gòu)件中形成并且至少一個(gè)顆粒出
口在腔室的第一和/或第二壁部中形成。
[0037]氣體流動(dòng)裝置可包括用于致使氣體以螺旋流徑流經(jīng)腔室的氣體旋轉(zhuǎn)器。
[0038]在此實(shí)施方式中，將每個(gè)顆粒流在徑向方向引入腔室，然后在每個(gè)流的相應(yīng)顆粒入口位置處受到由旋轉(zhuǎn)氣體施加在顆粒上的旋轉(zhuǎn)加速度的離心力，從而給予顆粒流徑向速度。以此方式引入顆粒，顆粒相對(duì)于腔室發(fā)生徑向以及切向的移動(dòng)，顆粒隨終端速度下降，但隨向上的氣體速度而上升。
[0039]氣體旋轉(zhuǎn)器可包括一個(gè)或多個(gè)葉輪、槳板、葉片、或任何其它可用來(lái)使氣體以螺旋流徑流經(jīng)腔室的合適的構(gòu)件、設(shè)備或裝置。
[0040]氣體旋轉(zhuǎn)器可包括布置在多個(gè)儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)的多個(gè)葉輪、槳板等。
[0041]儲(chǔ)庫(kù)可在氣體入口和氣體出口之間被隔開(kāi)。
[0042]儲(chǔ)庫(kù)可位于每個(gè)處理區(qū)域之間。
[0043]每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)可定位有至少一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)。
[0044]葉輪、槳板等的儲(chǔ)庫(kù)可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)安裝在內(nèi)部構(gòu)件上，以使得儲(chǔ)庫(kù)關(guān)于內(nèi)部構(gòu)件的軸旋轉(zhuǎn)。
[0045]氣體流動(dòng)裝置可操作用于將氣體從氣體入口以第一速度經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)到氣體出口，并且顆粒流動(dòng)裝置可操作用于將顆粒流以第二速度引入腔室，第二速度包括第一方向分量和第二方向分量。處理器可操作為使得將顆粒被引入腔室的顆粒第二速度的第一方向分量控制為大致相等于相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的氣體的第一流線速度減去在引入到腔室時(shí)由已知的將會(huì)在流線速度相反的方向上作用在顆粒上的力引起的任何速度。
[0046]以此方式，由將顆粒饋送進(jìn)入腔室的機(jī)構(gòu)提供加速顆粒所需的能量，使得流中每個(gè)未受妨礙的顆粒具有氣流作用于顆粒上最小的力，因此，最小化了處理器兩端(即在腔室的氣體入口和氣體出口之間)的壓降。
[0047]氣體的“流線速度”可理解為氣體在與氣體流的速度矢量相切的方向上的速度。
[0048]“在相反方向?qū)⒆饔糜陬w粒的已知的力”可包括重力和氣體阻力。
[0049]處理器工作過(guò)程中，由于腔室內(nèi)發(fā)生熱量和/或質(zhì)量傳遞過(guò)程，整個(gè)腔室的氣體速度會(huì)不同。因此，第一(氣體)速度以及在每個(gè)相應(yīng)的處理區(qū)域的任何此速度分量可視為腔室內(nèi)相關(guān)位置處的局部氣體速度(或相應(yīng)分量)，其中相關(guān)位置可諸如為相應(yīng)處理區(qū)域的顆粒入口附近，但優(yōu)選地，可根據(jù)穿過(guò)整個(gè)處理區(qū)域的局部速度(或速度的相應(yīng)分量)的平均值確定。
[0050]每個(gè)顆粒流的第二速度的第一和第二方向分量可包括第二速度的分解的水平和
豎直分量。
[0051]在另一實(shí)施方式中，每個(gè)顆粒流的第二速度的第二方向分量可包括徑向速度。
[0052]處理器可操作用于以此方式引入顆粒，其中第二速度的第二方向分量基本等于或大于顆粒的終端速度。[0053]處理器可操作位在重力加速度作用下引入顆粒來(lái)使得第二方向分量達(dá)到終端速度。
[0054]處理器可構(gòu)造為使得從腔室的氣體入口到氣體出口基本上是線性的，由此在腔室的氣體入口和氣體出口之間的氣體流線速度是線速度。
[0055]處理器可構(gòu)造為使得氣體從腔室的氣體入口沿螺旋形流徑流至氣體出口，由此氣體的流線速度與此螺旋形流徑一致。在此實(shí)施方式中，氣體的第一速度(流線速度)包括角速度分量和氣體入口和出口之間的線速度分量。
[0056]處理器可操作用于將每個(gè)顆粒流相對(duì)于第一(氣體)速度方向以一饋送角引入到腔室，饋送角以及每個(gè)顆粒流的第二速度確定為使得將顆粒引入腔室的第二速度的第一方向分量基本等于相應(yīng)處理區(qū)域中氣體的流線速度。
[0057]這些處理器的實(shí)施方式至少部分地為氣體-顆粒的相互作用提供高熱量及質(zhì)量傳遞速率、短的氣體-顆粒接觸時(shí)間以及穿過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的低壓降。
[0058]顆粒流動(dòng)裝置可包括用于將顆粒饋送到顆粒入口(多個(gè)入口)的一個(gè)或多個(gè)顆粒饋送器。
[0059]在一個(gè)實(shí)施方式中，顆粒流動(dòng)裝置包括向多個(gè)顆粒入口中每一個(gè)饋送的單個(gè)饋送器。
[0060]在另一實(shí)施方式中，處理器包括用于饋送顆粒到每個(gè)顆粒入口的顆粒饋送器。
[0061 ] 在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)饋送器的出口可形成腔室的顆粒入口之一。
[0062]每個(gè)顆粒饋送器可從一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)容器饋送顆粒，每個(gè)存儲(chǔ)容器可是加料斗、儲(chǔ)藏箱或類似單元的形式。
[0063]在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體流動(dòng)裝置可包括用于將氣體經(jīng)過(guò)氣體入口饋送到腔室的氣體饋送器。
[0064]氣體饋送器可是壓縮機(jī)、泵、鼓風(fēng)機(jī)或類似單元的形式。
[0065]在第二實(shí)施方式中，提供了一種氣體-顆粒處理方法，包括:
[0066]經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中；
[0067]使氣體以第一受控質(zhì)量流率從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流至氣體出口 ；
[0068]將至少一個(gè)顆粒流以第二受控質(zhì)量流率經(jīng)過(guò)腔室的一個(gè)或多個(gè)氣體入口引入到
腔室；
[0069]使每個(gè)顆粒流經(jīng)腔室內(nèi)的相應(yīng)的處理區(qū)域；
[0070]控制第一和/或第二質(zhì)量流率，使得各個(gè)處理區(qū)域的大部分中的氣體-顆粒混合物的孔隙率為0.900-0.995。
[0071]經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵蕛?yōu)選地控制在不小于0.955，甚至更優(yōu)選不小于0.980，最優(yōu)選地接近0.990。
[0072]經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵士煽刂茷榛竞愣ǖ?。
[0073]每個(gè)處理區(qū)域的氣體-顆粒混合物的孔隙率隨著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口而增加。
[0074]氣體可從氣體入口到氣體出口基本上線性地流動(dòng)。
[0075]在另一結(jié)構(gòu)中，氣體可從腔室的氣體入口沿螺旋流徑流至氣體出口。
[0076]可將每個(gè)顆粒流經(jīng)過(guò)腔室的壁部弓I入到腔室。
[0077]在另一個(gè)實(shí)施方式中，將每個(gè)顆粒流從位于腔室內(nèi)的內(nèi)部構(gòu)件弓丨入到腔室。[0078]該方法可包括使每個(gè)顆粒流從相應(yīng)的顆粒入口流動(dòng)至腔室的壁部。
[0079]該方法還可包括:經(jīng)過(guò)相應(yīng)的顆粒出口從腔室輸出每個(gè)顆粒流。
[0080]氣體以第一速度從氣體入口流動(dòng)經(jīng)過(guò)腔室至氣體出口，第一速度為氣體速度經(jīng)過(guò)腔室的流線型速度，并且每個(gè)顆粒流可以以第二速度流入腔室，第二速度包括第一方向分量和第二方向分量。在此實(shí)施方式中，方法還包括:將顆粒被引入腔室時(shí)顆粒的第二速度的第一方向分量控制為大致相等于相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的氣體的第一流線速度減去在引入到腔室時(shí)由已知的在流線速度相反的方向上將會(huì)作用在顆粒上的力引起的任何速度。
[0081]第二速度的第一和第二方向的分量可包括第二速度的分解的水平和豎直分量。
[0082]在另一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)顆粒流的第二速度的第二方向分量可包括徑向速度。
[0083]可將每個(gè)顆粒流以基本等于或大于顆粒終端速度的第二速度的第二方向分量引入。
[0084]每個(gè)顆粒流可在重力加速度下引入，從而使第二方向分量達(dá)到終端速度。
[0085]方法還可包括使氣體從腔室的氣體入口基本線性地流動(dòng)到腔室的氣體出口，由此在腔室的氣體入口和氣體出口之間的氣體流線速度是線速度。
[0086]在另一個(gè)實(shí)施方式中，方法可包括，使氣體從腔室的氣體入口沿螺旋形流徑流至氣體出口，由此氣體的流線速度與此螺旋形流徑一致。在此實(shí)施方式中，氣體的第一速度(流線速度)包括角速度分量和氣體入口和出口之間的線速度分量。
[0087]方法可包括將每個(gè)顆粒流相對(duì)于氣體流線(第一)速度方向以一饋送角引入到腔室。
[0088]方法還包括將每個(gè)顆粒流的饋送角確定為使得第二 (顆粒)速度的第一方向分量基本等于氣體的流線速度。
[0089]可使用直徑小于300微米的顆粒，更優(yōu)選地使用直徑在200微米和100微米之間的顆粒。顆粒的小粒徑為大部分顆粒(在處理區(qū)域內(nèi)具有高孔隙率)提供了相對(duì)于質(zhì)量流量的非常高的表面。顆粒的高表面積增強(qiáng)了顆粒和氣流之間的交換過(guò)程。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，顆粒也具有窄的粒徑分布，這使得腔室內(nèi)的每個(gè)處理區(qū)域能夠保持小的(尺寸)并且維持期望的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵省４送?，使用具有小的直徑和窄的粒徑分布的顆粒是合意的，使得可將每個(gè)顆粒流以不需要為實(shí)現(xiàn)基本勻速而過(guò)度使用能源或成本的速度引入到處理器，此速度包括每個(gè)顆粒流(第二速度)的所有方向分量。然而，在其它實(shí)施方式中，可使用具有寬的粒徑分布的顆粒，盡管在此情況下，可能會(huì)導(dǎo)致某些來(lái)自不同處理區(qū)域的顆?；旌希?或某些顆粒經(jīng)過(guò)氣體出口離開(kāi)腔室。
[0090]在第三實(shí)施方式中，提供了氣體-顆粒處理器，其包括:
[0091]具有氣體入口、氣體出口以及一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室；
[0092]氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于使氣體以第一速度從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口，第一速度是氣體經(jīng)過(guò)腔室的流線速度；
[0093]顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流以第二速度引入到腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)腔室內(nèi)的相應(yīng)處理區(qū)域，第二速度包括第一方向分量和第二方向分量，其中，處理器可操作用于將顆粒被引入腔室時(shí)顆粒的第一方向分量控制為大致等于相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的氣體的流線速度減去在引入到腔室時(shí)由已知的在初始方向分量相反的方向上將會(huì)作用在顆粒上的力弓I起的任何速度。[0094]第四實(shí)施方式中，提供了氣體-顆粒處理方法，包括:
[0095]經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中；
[0096]使氣體以第一速度從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口，第一速度是氣體經(jīng)過(guò)腔室的流線速度；并且
[0097]將至少一個(gè)顆粒流以第二速度引入腔室，第二速度包括第一方向分量和第二方向分量，其中，方法還包括，將顆粒被引入腔室時(shí)顆粒的第二速度的第一方向分量控制為大致相等于相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的氣體的流線速度減去在引入到腔室時(shí)由已知的氣體流線速度相反的方向上將會(huì)作用在顆粒上的力引起的任何速度。
[0098]在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種氣體-顆粒處理器，其包括:
[0099]具有氣體入口、氣體出口和一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室；
[0100]氣體從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口，使得氣體在氣體腔室內(nèi)具有角分量速度和在氣體入口與氣體出口之間的線性分量速度；以及
[0101]顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流引入到腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)腔室相應(yīng)的處理區(qū)域。
[0102]在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種氣體-顆粒處理方法，其包括:
[0103]經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中；
[0104]使所述氣體從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，從而氣體在腔室內(nèi)具有角速度分量和氣體入口和出口之間的線速度分量；
[0105]將至少一個(gè)顆粒流引入到所述腔室；以及
[0106]使每個(gè)顆粒流經(jīng)所述腔室內(nèi)的相應(yīng)的處理區(qū)域。
[0107]在另一實(shí)施方式中，提供了氣體-顆粒處理器，包括:
[0108]具有氣體入口和氣體出口的腔室，氣體入口以及出口之間限定腔室長(zhǎng)度，腔室還具有至少兩個(gè)顆粒入口；
[0109]氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于將氣體從氣體入口經(jīng)過(guò)腔室流動(dòng)至氣體出口 ；以及
[0110]顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流引入到腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)腔室內(nèi)的相應(yīng)處理區(qū)域，其中腔室的長(zhǎng)度小于與腔室的顆粒入口同樣個(gè)數(shù)的基本相同的腔室的聯(lián)合最小長(zhǎng)度，但是這些腔室每個(gè)僅可操作單個(gè)顆粒流和單個(gè)相應(yīng)處理區(qū)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0111]參考附圖，僅通過(guò)示例，在下文描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中:
[0112]圖1是水平構(gòu)造的氣體-顆粒處理器橫截面示圖；以及
[0113]圖2是豎直構(gòu)造的氣體-顆粒處理器橫截面示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0114]圖1是示出了水平的氣體-顆粒處理器2的一種形式。處理器2包括腔室3，腔室3具有第一端20、相對(duì)的第二端21以及在第一端和第二端之間延伸的頂壁部22和底壁部
23。第二端位于第一端的一側(cè)，并且側(cè)壁部大致水平延伸，從而限定了水平朝向的腔室。
[0115]腔室3具有顆粒入口組4，顆粒入口組4相應(yīng)地包括第一入口 4A、第二入口 4B以及第三入口 4C，經(jīng)過(guò)這些入口將顆粒引入到腔室。固體顆粒由顆粒流動(dòng)裝置饋送到每個(gè)入口，顆粒流動(dòng)裝置包括具有相關(guān)顆粒加速器5A、5B及5C的相應(yīng)顆粒饋送器，饋送器從一個(gè)或多個(gè)加料斗、儲(chǔ)藏箱等形式的儲(chǔ)存容器饋送顆粒。然而，在其它實(shí)施方式中，顆?？蔀榻?jīng)過(guò)噴霧噴嘴、噴霧器等饋送的液滴或薄液層。顆粒入口 4形成在腔室的頂壁部22的表面6處。饋送器的出口與顆粒入口4連通和/或共同存在。處理器構(gòu)造和操作為使得經(jīng)過(guò)每個(gè)顆粒入口饋送的顆粒產(chǎn)生從頂壁部到底壁部的顆粒流，顆粒流與其他各個(gè)顆粒流彼此是分離并且離散的。入口 4也具有穿過(guò)腔室的大部分延伸的寬度，優(yōu)選地具有穿過(guò)腔室的整個(gè)寬度延伸的寬度，使得相應(yīng)的顆粒流也基本穿過(guò)腔室的寬度延伸。
[0116]腔室3也具有顆粒出口組8，顆粒出口組8相應(yīng)地包括第一出口 8A、第二出口 8B、第三出口 8C，顆粒經(jīng)過(guò)這些出口從腔室離開(kāi)。顆粒出口形成在底壁部23中與形成有入口的表面相對(duì)的表面10上。第一出口 8A、第二出口 8B、第三出口 8C與相應(yīng)的第一入口 4A、第二入口 4B以及第三入口 4C相對(duì)并且從相應(yīng)的第一入口 4A、第二入口 4B以及第三入口 4C偏置。每個(gè)出口位于其相應(yīng)入口的下游，原因在于當(dāng)顆粒經(jīng)過(guò)腔室移動(dòng)時(shí)會(huì)形成一些水平的移動(dòng)。離散的顆粒流從相應(yīng)的顆粒入口 4A-C開(kāi)始流動(dòng)，經(jīng)過(guò)特定的顆粒出口離開(kāi)腔室。例如，顆粒從第一顆粒入口 4A入口開(kāi)始流動(dòng)，僅經(jīng)過(guò)第一顆粒出口 8A離開(kāi)腔室。處理級(jí)18A-C由每個(gè)顆粒入口和其特定的顆粒出口限定，并包括當(dāng)顆粒流從其入口流至其特定出口時(shí)顆粒流占據(jù)的腔室內(nèi)的處理區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，處理級(jí)18A由顆粒入口 4A和顆粒出口 8A限定，并包括顆粒入口 4A與顆粒出口 8A之間的由顆粒流占據(jù)的腔室內(nèi)的處理區(qū)域。在18A-C的處理級(jí)中，由于顆粒在處理器2內(nèi)經(jīng)過(guò)氣體流下降，氣體流與顆粒流之間發(fā)生熱量和/或質(zhì)量交換和/或化學(xué)反應(yīng)。在腔室3內(nèi)時(shí)的任意時(shí)刻，處于處理級(jí)中的顆粒流基本不混合。
[0117]由于處理器操作多個(gè)離散的顆粒流的能力，它可起“多級(jí)”處理器作用。與具有多個(gè)處理器用以執(zhí)行同樣數(shù)量的單個(gè)顆粒流過(guò)程相比，這提供了減少空間和成本需求的優(yōu)勢(shì)。
[0118]顆粒入口組以及顆粒出口組可構(gòu)造為經(jīng)過(guò)腔室3使顆粒再循環(huán)。在一種形式中，此再循環(huán)可從每個(gè)出口至其相應(yīng)的入口。在另一實(shí)施方式中，第一顆粒出口 8A經(jīng)過(guò)導(dǎo)管12A連接到第二顆粒入口 4B，并且第二顆粒出口 8B經(jīng)過(guò)導(dǎo)管12B連接到第三顆粒入口 4C，使得顆粒在連接的出口與入口之間流動(dòng)。在此實(shí)施方式中，第一顆粒入口 4A限定了初始至腔室3的顆粒饋送，而第三顆粒出口 SC限定了顆粒最終離開(kāi)腔室3并且離開(kāi)處理器的出口。在變體中，系統(tǒng)可是半-封閉的，使得某些顆粒在第三出口離開(kāi)處理器，而某些顆粒再循環(huán)至第一顆粒入口，同時(shí)添加的補(bǔ)償顆粒補(bǔ)償已離開(kāi)系統(tǒng)的顆粒。
[0119]顯然應(yīng)當(dāng)理解，處理器可包括更多或更少個(gè)顆粒入口以及顆粒出口。在變體中，處理器可包括形成在腔室底部中的單個(gè)顆粒出口，該單個(gè)顆粒出口接收所有經(jīng)過(guò)顆粒入口進(jìn)入腔室的顆粒。
[0120]在另一變體中，每個(gè)入口和出口可分別包括多個(gè)由網(wǎng)格或格柵限定的入口部分或出口部分。特別地，在一些實(shí)施方式中，腔室的底板可是格柵或網(wǎng)格的形式，這使顆粒能夠經(jīng)過(guò)底板下降，并且在腔室下方聚集。
[0121]腔室3還包括位于第一端20的氣體入口 25以及位于腔室3第二端21處的氣體出口 26，由此在處理器2操作過(guò)程中，氣體沿入口與出口之間的腔室長(zhǎng)度流動(dòng)。為了提供并引導(dǎo)此氣體流，處理器2包括含有氣體饋送器14的氣體流動(dòng)裝置，其中氣體饋送器將氣體饋送至腔室的氣體入口 25，處理器可能還包括一個(gè)或多個(gè)氣體直流器。氣體饋送器的形式為泵、壓縮機(jī)以及鼓風(fēng)機(jī)等。
[0122]氣體流以及每個(gè)顆粒流分別具有經(jīng)過(guò)腔室的第一以及第二質(zhì)量流率。優(yōu)選地，在處理器操作過(guò)程中，此質(zhì)量流率中的一個(gè)或兩個(gè)都被控制為使得在每個(gè)處理區(qū)域的大部分中的氣體-顆?；旌衔锘蛘邇?yōu)選地經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域各處的氣體-顆粒混合物的孔隙率為0.900-0.995 (優(yōu)選地接近0.990)。這使顆粒流大部分的顆粒不會(huì)受到顆粒流內(nèi)相鄰顆粒的妨礙。結(jié)果是，增加了氣體到達(dá)顆粒表面機(jī)會(huì)，并且可實(shí)現(xiàn)顆粒流基本恒定的速度。同時(shí)，氣體-顆?；旌衔锏目紫堵适鞘芟薜模沟脷怏w的第一質(zhì)量流率不會(huì)不可行地低，因此，使得腔室不需要過(guò)長(zhǎng)。為了使處理器在操作過(guò)程中達(dá)到所需的氣粒混合物的孔隙率，只要需要，顆粒進(jìn)氣口 4沿該腔室的長(zhǎng)度延伸。
[0123]圖1中所示的處理器2，操作處理器使得，經(jīng)過(guò)每一個(gè)處理區(qū)域的氣體-顆粒混合物的孔隙率是大體恒定的，特別地，如果將顆粒以終端速度引入腔室時(shí)，此孔隙率是大體恒定的。然而，如果將顆粒以大于終端速度的速度引入，每個(gè)處理區(qū)域相鄰于其相應(yīng)顆粒入口部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵矢哂谔幚韰^(qū)域的剩余部分的孔隙率。
[0124]控制氣體以及顆粒的質(zhì)量流率中任一個(gè)，優(yōu)選地，兩個(gè)都控制，可根據(jù)氣體-顆粒處理器用于的實(shí)際應(yīng)用選擇不同的控制。例如，在氣體催化過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)由控制催化劑顆粒流來(lái)提供所需的化學(xué)轉(zhuǎn)化，由于此化學(xué)反應(yīng)，該過(guò)程可控制氣體相以及顆粒相。在使用處理器作為冷卻塔的示例中(具有液滴形式的顆粒)，處理器的操作可是控制的氣體相。在此應(yīng)用中，以將為冷卻塔工作過(guò)程提供表面面積的質(zhì)量流率注入液體顆粒。
[0125]操作處理器2，使得氣體以流線(第一)速度流經(jīng)腔室3，此速度在水平方向上大體是線性的。為協(xié)助其實(shí)現(xiàn)，可在氣體入口 25附近設(shè)置有諸如隔板的流動(dòng)校直器。應(yīng)當(dāng)注意，在操作過(guò)程中，由于在腔室內(nèi)會(huì)發(fā)生熱量和/或質(zhì)量傳遞，在腔室各處的氣體速度可呈現(xiàn)不同。
[0126]將每個(gè)顆粒流以第二速度以及相對(duì)于氣體流線速度以一饋送角引入腔室。這為第二速度提供了第一方向分量以及第二方向分量。第二方向分量是垂直于氣體流方向的顆粒速度，即豎直速度。第一方向分量是平行于氣體流線速度方向的顆粒速度，即水平速度。
[0127]控制顆粒的第二速度(顆粒的速度)以及饋送角，以使得將顆粒引入到腔室時(shí)，顆粒速度的第一方向分量大致等于(大小以及方向)氣體速度的流線速度。應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)檠厍皇议L(zhǎng)度各處的氣體速度呈現(xiàn)不同(由于腔室內(nèi)發(fā)生熱量和/或質(zhì)量傳遞過(guò)程)，第一(氣體)速度以及其在每個(gè)相應(yīng)處理區(qū)域的任何此速度分量可視為腔室內(nèi)相關(guān)位置處的局部氣體速度(或相應(yīng)分量)，其中相關(guān)位置可是諸如相應(yīng)處理區(qū)域的顆粒入口附近，或者優(yōu)選地可根據(jù)整個(gè)處理區(qū)域的局部速度(或速度的各分量)的平均值確定。
[0128]第二速度(顆粒的速度)還被控制為使得第二 (豎直)方向分量基本上等于氣體中顆粒的終端速度。
[0129]因此，將顆粒引入腔室的第二速度以及顆粒的饋送角根據(jù)第一以及第二方向分量的知識(shí)確定。
[0130]通過(guò)利用以上述速度以及質(zhì)量流率操作處理器，在顆粒進(jìn)入腔室時(shí)，由其相應(yīng)的顆粒饋送器提供加速顆粒所需的能量，使得每個(gè)流中的每個(gè)未受阻礙的顆粒具有氣流作用于顆粒上最小的力，從而，最小化整個(gè)處理器的(即在腔室的氣體入口和氣體出口之間)壓降。[0131]在變體中，顆?？蓛H豎直下落進(jìn)入腔室，使得其在重力加速度下降落。這樣的過(guò)程將不會(huì)具有與顆粒以上述水平和豎直分量進(jìn)入(腔室)的情況同樣低的整個(gè)腔室的壓降，并且因此不能如上述情況同樣有效。然而，此變體可操作用于控制氣體以及顆粒的質(zhì)量流率，使得每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵适?.900-0.995，優(yōu)選地接近
0.990 ο
[0132]在處理器中使用具有小直徑以及狹窄的粒徑分布的顆粒也是期望的。典型地，使用直徑小于300微米的顆粒，更優(yōu)選地使用直徑在200和IOOym之間的顆粒。當(dāng)顆粒與腔室中處理區(qū)域的氣體在參考上文的氣體-顆粒的混合物孔隙率下混合時(shí),這樣的小顆粒的使用提供了非常高的顆粒表面積。這樣的高表面積增強(qiáng)了顆粒與氣體之間的交換過(guò)程，使處理器能夠以高效工作。使用具有狹窄的粒徑分布的顆粒也能夠使腔室的處理區(qū)域保持狹窄，并且更易于獲得期望的氣體-顆粒混合物的孔隙率。顆粒這些屬性的組合，使得能夠?qū)⒚總€(gè)顆粒流以一定速度引入處理器，在此速度下不需要過(guò)度使用能量或成本來(lái)實(shí)現(xiàn)大致相同的顆粒速度。
[0133]在一些應(yīng)用中，使用如在氣體催化劑處理器中具有高孔隙率顆粒也是期望的。然而，在一些實(shí)施方式中，情況可能不是這樣，諸如在熱量傳遞處理器中，高孔隙率可能會(huì)降低顆粒間的熱傳導(dǎo)性。
[0134]現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的豎直的氣體-顆粒處理器102。處理器102與圖1所示的處理器2相似的特征，已用同樣的參考號(hào)碼但帶有數(shù)字I或10的前綴標(biāo)記出來(lái)。
[0135]處理器102包括腔室103，腔室103大體為圓筒形、豎直取向，使得位于第二端121處的氣體出口 126處于位于的第一端120處的氣體入口 125的上方。相對(duì)的側(cè)壁部122、123在端部120、121之間沿豎直方向延伸。因此，在操作過(guò)程中，氣體從底部到頂部豎直流動(dòng)通過(guò)腔室。居中的內(nèi)部構(gòu)件或柱180設(shè)置在腔室內(nèi)，顆粒入口 104A-C位于居中的內(nèi)部構(gòu)件或柱180上。因此顆粒從腔室的中心進(jìn)入腔室。顆粒饋送器110A-C饋送至位于內(nèi)部構(gòu)件180上的入口 104A-C。
[0136]當(dāng)進(jìn)入腔室時(shí)，在氣體旋轉(zhuǎn)器(下述)的影響下形成螺旋形的氣體流，顆粒由螺旋形氣體流攜帶，沿螺旋形流動(dòng)路徑朝向腔室內(nèi)表面外部移動(dòng)，在氣體旋轉(zhuǎn)器處經(jīng)過(guò)顆粒出口 108A-C離開(kāi)腔室。在顆粒移動(dòng)經(jīng)過(guò)腔室時(shí)由于顆粒多少會(huì)被氣體(克服重力)向上搬移，每個(gè)顆粒出口 108A-C位于其相應(yīng)入口 104A-C的上游。
[0137]盡管氣體以大體豎直經(jīng)過(guò)腔室103的方向移動(dòng)，圖2中處理器102的氣體流動(dòng)裝置還包括用于在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣體的氣體旋轉(zhuǎn)器130。這導(dǎo)致氣體在操作過(guò)程中旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)腔室。氣體旋轉(zhuǎn)器130包括位于處理區(qū)域118A-C內(nèi)以及之間的板類槳板130A-F的儲(chǔ)庫(kù)，其幫助保持經(jīng)過(guò)腔室3的氣體速度方向和大小。氣體旋轉(zhuǎn)器還包括固定于腔室底部氣體入口附近的附加的葉片或者代替槳板包括葉片。槳板130A-F安裝在腔室內(nèi)的內(nèi)部組件180上，經(jīng)過(guò)可旋轉(zhuǎn)的環(huán)等使儲(chǔ)庫(kù)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠關(guān)于柱的軸線旋轉(zhuǎn)。由于氣體是螺旋形運(yùn)動(dòng)的，這導(dǎo)致顆粒經(jīng)過(guò)氣體旋轉(zhuǎn)器在腔室內(nèi)具有相似的螺旋運(yùn)動(dòng)。槳板130AU30C以及130Ε分別位于處理級(jí)118Α、118Β以及118C之間，而槳板130B、130D以及130F分別位于處理級(jí)118A、118B以及118C之內(nèi)。
[0138]在圖2所示的實(shí)施方式中，氣體的流線速度(第一速度)包括在氣體入口與氣體出口之間的線性速度分量，線性速度分量在與重力相反的豎直方向上，氣體的流線速度(第一速度)還包括由氣體旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)施加的角速度分量。在操作中，氣體在腔室的各處可具有角速度分布。
[0139]當(dāng)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的顆粒入口引入顆粒時(shí)，其中入口位于居中的柱上,腔室內(nèi)的氣體旋轉(zhuǎn)會(huì)切向地拖拉顆粒。相關(guān)的離心力造成顆粒在腔室內(nèi)的徑向加速度。因此顆粒朝腔室側(cè)面向外螺旋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)其相應(yīng)的顆粒出口離開(kāi)腔室。還將顆粒在入口與出口之間沿氣體流方向，克服重力向上被搬運(yùn)(由于豎直的氣體速度大于顆粒在重力下降落的終端速度)。
[0140]將顆粒流引入腔室，其中顆粒流受到在每個(gè)顆粒流的各自顆粒入口位置的旋轉(zhuǎn)氣體施加在顆粒上的旋轉(zhuǎn)加速度的離心力。當(dāng)以此方式引入時(shí)，由于顆粒相對(duì)于腔室徑向并且切向地移動(dòng)，顆粒在豎直系統(tǒng)中相對(duì)于氣體隨終端速度下降，但隨著向上的氣體速度上升。
[0141]將顆粒以第二速度引入，第二速度分解為:基本等于氣體流線速度的第一方向分量減去引入到腔室時(shí)由已知的將會(huì)與流線速度方向相反地作用在顆粒上的力引起的任何速度，力包括例如在此豎直布置的處理器102中的重力；以及徑向方向上的第二方向分量，此分量基本等于或大于顆粒的終端速度。
[0142]與上述的水平的系統(tǒng)類似，通過(guò)以此方式操作豎直布置的處理器102，當(dāng)顆粒進(jìn)入腔室時(shí)，加速顆粒所需的能量由其相應(yīng)的顆粒饋送器提供，使得每個(gè)顆粒流中每個(gè)不受妨礙的顆粒具有最小的氣體流在顆粒上的作用力。因此，最小化經(jīng)過(guò)整個(gè)處理器的壓降(即，在腔室的氣體入口與氣體出口之間)。
[0143]另外，通過(guò)操作處理器使得每個(gè)流的各顆粒入口位置處的顆粒的徑向速度不小于顆粒的終端速度，在顆粒入口臨近處保持同樣的氣體-顆?；旌衔锟紫堵释瑫r(shí)，縮短了饋送器的長(zhǎng)度。在腔室內(nèi)保持顆粒在短半徑處的徑向速度較高也是期望的，使得經(jīng)過(guò)腔室半徑的氣體-顆粒的混合物孔隙率差異不會(huì)過(guò)大。
[0144]氣體以及每個(gè)顆粒流分別具有經(jīng)過(guò)腔室的第一以及第二質(zhì)量流率。在處理器操作過(guò)程中，控制它們中一個(gè)或者優(yōu)選地兩個(gè)都控制，使得每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锟紫堵蕿?.900-0.995 (優(yōu)選地接近0.990)。這使得大部分的顆粒能夠不受顆粒流中臨近顆粒的妨礙。結(jié)果是，增加了氣體到達(dá)顆粒表面的機(jī)會(huì)并且可實(shí)現(xiàn)基本恒定的顆粒流速度。同時(shí)限制氣體-顆粒的孔隙率使得氣體的第一質(zhì)量流率將不會(huì)不可行地低，從而使得腔室不需要過(guò)度長(zhǎng)。
[0145]圖2中所示的處理器102，每個(gè)處理區(qū)域的氣體-顆粒的混合物孔隙率隨著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口增加。這可能意味著各個(gè)處理區(qū)域的距其顆粒入口最遠(yuǎn)的部分，即在側(cè)壁部122、123處相鄰于顆粒出口 108A-C處，其氣體-顆?；旌衔锏目紫堵首兊酶哂?.995。
[0146]顯然應(yīng)當(dāng)理解，處理器可包括更多個(gè)或更少個(gè)顆粒入口以及出口。在其他變體中，氣體出口也可起顆粒從腔室的出口的作用(即，顆粒隨氣體離開(kāi))，或者顆粒部分經(jīng)過(guò)在腔室壁處的顆粒出口離開(kāi)腔室，部分經(jīng)過(guò)氣體出口，因此從氣體出口聚集的氣體以及顆粒隨后在其他地方分離。
[0147]上文描述以及示出的關(guān)于圖1以及圖2的實(shí)施方式可使用在多種應(yīng)用中。例如它們可應(yīng)用在氣體交換器或者吸收器中。
[0148]處理器也適合于從氣體-固體過(guò)程能量回收。一個(gè)示例涉及包括兩個(gè)交換器的冰箱，由此，向外的熱氣體流在一個(gè)交換器中與顆粒流交換熱量，加熱的顆粒用于在第二交換器中加熱其他氣體流。另一個(gè)示例涉及包括兩個(gè)交換器的氣體預(yù)加熱單元，其中第一交換器使用顆粒流冷卻從煮沸器來(lái)的暖氣氣體流，從暖氣-氣體流傳遞至顆粒流的熱量在第二交換器中傳遞至未加熱的、饋送至煮沸器的氣體流。
[0149]在另一應(yīng)用中，處理器特別是圖2中示出的豎直的實(shí)施方式，可作為冷卻塔應(yīng)用，其中顆粒是液滴形式。在這樣的應(yīng)用中，控制液體顆粒質(zhì)量流率至某數(shù)值，使得對(duì)給定的氣體質(zhì)量流率能夠產(chǎn)生最大程度的冷卻，但施加有高速的氣體速度。
[0150]示例
[0151]圖1是示出了水平的氣體-顆粒處理器，圖2是示出了豎直的氣體-顆粒處理器，分別用于執(zhí)行下面的示例I和2。示例提供理想的或理論條件下的計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)考慮效率的一定程度減小。
[0152]示例 I
[0153]氣體饋送器14以218公噸/小時(shí)的質(zhì)量流率、4m/s的速度以及在100°C的溫度下將氣體流引入到4m*4m的腔室。氣體流從氣體出口 26離開(kāi)腔室。
[0154]將直徑為200 μ m的鋁顆粒流，以244公噸/小時(shí)的質(zhì)量流率在200°C的溫度下從顆粒饋送器5A引入到腔室。
[0155]當(dāng)顆粒經(jīng)過(guò)氣體流下降時(shí),在級(jí)18A處發(fā)生顆粒流與氣體流之間的熱量交換。在理想條件下這將導(dǎo)致鋁流冷卻至169°C。當(dāng)顆粒流經(jīng)過(guò)顆粒出口 8A離開(kāi)并且經(jīng)過(guò)導(dǎo)管12A饋送至顆粒入口 4B時(shí)，發(fā)生此顆粒流的再循環(huán)。為了此計(jì)算，假設(shè)在任何連接的導(dǎo)管中的流動(dòng)沒(méi)有或幾乎沒(méi)有熱量交換。顆粒流在級(jí)18B處再次進(jìn)入處理器2。在理想條件下，顆粒流的溫度從169°C下降至137°C時(shí)，顆粒流與氣體流之間發(fā)生進(jìn)一步熱量交換。此過(guò)程在級(jí)18C處又一次重復(fù)，其中顆粒冷卻至最終溫度106°C (在理想條件下)經(jīng)過(guò)顆粒出口 SC離開(kāi)。
[0156]因此，在接觸到級(jí)18C時(shí)，氣體流(在理想條件下)從100°C加熱到132°C ;并且接觸到級(jí)18A時(shí)，達(dá)到最終溫度106°C。
[0157]示例2:
[0158]氣體饋送器114將氣體流以1370公噸/小時(shí)的質(zhì)量流率、4m/s的速度以及在100°C的溫度下將氣體流引入到腔室，腔室具有12m外徑并且居中的直徑為4m的顆粒饋送器構(gòu)件。氣體流從氣體出口 126氣體出口離開(kāi)離開(kāi)腔室。槳板130A、130C以及130E分別位于處理級(jí)118AU18B以及118C之間，以提供氣體旋轉(zhuǎn)裝置。另外的槳板130B、130D以及130F分別位于處理級(jí)118AU18B以及118C之內(nèi)，這也可用于控制氣體的旋轉(zhuǎn)速度。這些槳板將是固定于旋轉(zhuǎn)框架的多個(gè)小槳板的形式的。
[0159]將直徑為150 μ m的鋁顆粒流、以1535公噸/小時(shí)的質(zhì)量流率在200°C的溫度下從顆粒饋送器IlOA引入到腔室。
[0160]當(dāng)顆粒經(jīng)過(guò)顆粒入口 104A引入到腔室時(shí)，由螺旋運(yùn)動(dòng)的氣體流施加的離心力導(dǎo)致顆粒流朝向腔室表面螺旋運(yùn)動(dòng)，使得在級(jí)118C處的氣體-顆粒由顆粒出口 108A接收。因此，顆粒流經(jīng)過(guò)導(dǎo)管132A移動(dòng)至顆粒入口 104B。當(dāng)在級(jí)118B中的顆粒流由顆粒出口 108B接收并且經(jīng)過(guò)導(dǎo)管134B傳遞至顆粒入口 104C時(shí)，此過(guò)程自身重復(fù)。顆粒流經(jīng)過(guò)顆粒出口108C最終離開(kāi)處理器102。在處理級(jí)118AU18B以及118C處顆粒流與氣體流之間發(fā)生的熱量傳遞，導(dǎo)致顆粒流的最終溫度105°C以及氣體流的最終溫度195°C (在理想條件下)。
[0161]應(yīng)當(dāng)理解，如果在此參考任何現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】的公開(kāi)，則這些參考不構(gòu)成承認(rèn)公開(kāi)是在澳大利亞或其他任何國(guó)家的該領(lǐng)域的公常知識(shí)的部分。
[0162]在本發(fā)明的所附權(quán)利要求中以及上述說(shuō)明書(shū)求中，除了由于語(yǔ)言表達(dá)或必要的暗示而需要語(yǔ)境以別的方式特別說(shuō)明的，詞語(yǔ)“包括”以及例如“包括…的”等變體用作開(kāi)放性意義，即，用以明確所述特征的存在但不排除在發(fā)明的各種實(shí)施方式中，存在或添加另外的特征。
[0163]所述的裝置已經(jīng)通過(guò)可在不背離發(fā)明的精神和范圍情況下做出的解釋和修改方案被改進(jìn)，本發(fā)明的精神和范圍包括在此公開(kāi)的每個(gè)新穎的特征以及特征的新穎組合。
[0164]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此描述的本發(fā)明容易做出除了那些具體描述的以外的變型和修改。 應(yīng)當(dāng)理解發(fā)明包括所有在其精神以及范圍內(nèi)的變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.氣體-顆粒處理器，包括: 具有氣體入口、氣體出口以及一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室； 氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于將氣體以第一受控質(zhì)量流率從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口； 顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流以第二受控質(zhì)量流率引入到所述腔室中，每個(gè)顆粒流流動(dòng)經(jīng)過(guò)所述腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域， 其中，所述處理器可操作用于控制所述第一和/或第二受控質(zhì)量流率，以將每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵侍峁?.900-0.995。
2.如權(quán)利要求1所述的處理器，其中所述處理器可操作用于控制所述第一和/或第二質(zhì)量流率，以將經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域的大部分的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵侍峁榻咏?.990 ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的處理器，其中所述處理器可操作為使得經(jīng)過(guò)每個(gè)相應(yīng)處理區(qū)域的大部分的所述氣體-顆粒混合物的孔隙率是基本恒定的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的處理器，其中所述處理器可操作為使得每個(gè)處理區(qū)域的所述氣體-顆?；旌衔锏目紫堵孰S著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口增長(zhǎng)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理器，所述腔室包括至少一個(gè)顆粒出口，顆?？山?jīng)過(guò)所述至少一個(gè)顆粒出 口離開(kāi)所述腔室。
6.如權(quán)利要求5所述的處理器，其中所述腔室對(duì)于每個(gè)顆粒入口包括一個(gè)顆粒出口，所述顆粒入口和出口構(gòu)造為使得每個(gè)所述顆粒流經(jīng)過(guò)所述顆粒入口進(jìn)入所述腔室并且經(jīng)過(guò)特定的顆粒出口離開(kāi)所述腔室。
7.如權(quán)利要求6所述的處理器，其中每個(gè)顆粒入口和其特定的出口分別位于所述腔室內(nèi)對(duì)置的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的處理器，其中每個(gè)顆粒入口包括多個(gè)入口部分，每個(gè)顆粒出口包括多個(gè)出口部分。
9.如權(quán)利要求5所述的處理器，其中所述腔室包括單個(gè)顆粒出口，來(lái)自所有所述顆粒入口的所述顆粒經(jīng)過(guò)所述單個(gè)顆粒出口離開(kāi)所述腔室。
10.如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述顆粒入口構(gòu)造為沿所述腔室的區(qū)域的入口組，所述顆粒出口構(gòu)造為沿所述腔室上與所述入口形成的區(qū)域?qū)χ玫膮^(qū)域的出口組。
11.如權(quán)利要求10所述的處理器，其中所述顆粒的入口組包括沿所述腔室的所述長(zhǎng)度分布的初始入口以及多個(gè)后續(xù)入口，所述顆粒的出口組包括沿所述腔室的所述長(zhǎng)度分布的多個(gè)中間出口以及最終出口，其中每個(gè)中間出口與相應(yīng)的后續(xù)入口連通，使得所述處理器可操作用于將來(lái)自每個(gè)中間出口的顆粒再循環(huán)到其相應(yīng)的后續(xù)入口。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述處理器可操作為使得引入到所述腔室的每個(gè)顆粒流與其他顆粒流是分離的。
13.如權(quán)利要求5-12中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述腔室包括第一端和對(duì)置的第二端，所述腔室在所述第一端和所述第二端之間延伸，所述氣體入口位于所述第一端附近，而所述氣體出口位于所述第二端附近。
14.如權(quán)利要求13所述的處理器，其中所述腔室包括在所述第一端和所述第二端之間延伸的對(duì)置的第一壁部和第二壁部。
15.如權(quán)利要求14所述的處理器，其中所述腔室定向?yàn)?所述氣體出口所位于的所述第二端處于所述氣體入口所位于的所述第一端的上方，并且所述壁部大致豎直地延伸。
16.如權(quán)利要求14所述的處理器，其中所述腔室定向?yàn)?所述氣體出口所位于的所述第二端處于所述氣體入口所位于的所述第一端的側(cè)面，并且所述壁部大致水平地延伸。
17.如權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的處理器，其中至少一個(gè)所述顆粒入口在所述第一壁部中形成，并且至少一個(gè)所述顆粒入口在所述第二壁部中形成。
18.如權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述腔室包括內(nèi)部構(gòu)件，至少一個(gè)所述顆粒入口在所述內(nèi)部構(gòu)件內(nèi)形成并且至少一個(gè)所述顆粒出口在所述腔室的所述第一和/或第二壁部中形成。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述氣體流動(dòng)裝置包括用于致使所述氣體以螺旋流徑流經(jīng)所述腔室的氣體旋轉(zhuǎn)器。
20.如權(quán)利要求19所述的處理器，其中所述氣體旋轉(zhuǎn)器包括一個(gè)或多個(gè)葉輪、槳板、葉片、或任何其它可用于使氣體以螺旋流徑流經(jīng)所述腔室的合適的構(gòu)件、設(shè)備或裝置。
21.如權(quán)利要求 19或20所述的處理器，其中所述氣體旋轉(zhuǎn)器包括布置在多個(gè)儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)多個(gè)的葉輪、槳板等。
22.如權(quán)利要求21所述的處理器，其中所述儲(chǔ)庫(kù)在所述氣體入口和氣體出口之間被隔開(kāi)。
23.如權(quán)利要求21或22所述的處理器，其中所述儲(chǔ)庫(kù)處于每個(gè)處理區(qū)域之間。
24.如權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)所述的處理器，其中至少一個(gè)所述儲(chǔ)庫(kù)位于每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)。
25.如從屬于權(quán)利要求18的權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)所述的處理器，其中葉輪、槳板等的所述儲(chǔ)庫(kù)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)安裝在所述內(nèi)部構(gòu)件上，以便能夠?qū)⑺鰞?chǔ)庫(kù)關(guān)于所述內(nèi)部構(gòu)件的軸線旋轉(zhuǎn)。
26.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述氣體流動(dòng)裝置可操作用于將氣體以第一速度從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，所述第一速度為所述氣體經(jīng)過(guò)所述腔室的流線速度，并且所述顆粒流動(dòng)裝置可用于操作將顆粒流以第二速度引入腔室，所述第二速度包括第一方向分量和第二方向分量， 其中所述處理器可操作為使得將當(dāng)所述顆粒被引入所述腔室時(shí)所述顆粒的所述第二速度的所述第一方向分量控制為大致相等于相應(yīng)的所述處理區(qū)域內(nèi)的所述氣體的所述第一流線速度減去在引入到腔室時(shí)由已知的將會(huì)在所述流線速度的相反的方向上作用在所述顆粒上的力引起的任何速度。
27.如權(quán)利要求26所述的處理器，其中每個(gè)顆粒流的所述第二速度的所述第一方向分量和第二方向分量包括所述第二速度的分解的水平和豎直分量。
28.如權(quán)利要求26或27所述的處理器，其中所述處理器可操作用于以此方式引入所述顆粒:所述第二速度的所述第二方向分量基本等于或大于所述顆粒的所述終端速度。
29.如權(quán)利要求26或27所述的處理器，其中所述處理器可操作用于在重力加速度作用下引入所述顆粒，以使所述第二方向分量達(dá)到終端速度。
30.如權(quán)利要求26-29中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述處理器構(gòu)造為使得從所述腔室的所述氣體入口到所述氣體出口的氣體流動(dòng)基本上是線性的，由此在所述腔室的所述氣體入口和所述氣體出口之間的所述氣體流線速度是線速度。
31.如權(quán)利要求26-29中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述處理器構(gòu)造為使得氣體從所述腔室的所述氣體入口到所述氣體出口沿螺旋形流徑流動(dòng)，由此所述氣體的所述流線速度與此螺旋形流徑一致。
32.如權(quán)利要求31所述的處理器，其中每個(gè)顆粒流的所述第二速度的所述第二方向分量包括徑向速度。
33.如權(quán)利要求26-32中任一項(xiàng)所述的處理器，其中所述處理器可操作用于將每個(gè)顆粒流相對(duì)于所述第一(氣體)速度的所述方向以一饋送角引入到所述腔室，每個(gè)顆粒流的所述饋送角以及所述第二速度被確定為使得將所述顆粒被引入所述腔室時(shí)所述第二速度的所述第一方向分量基本等于在相應(yīng)的所述處理區(qū)域中所述氣體的所述流線速度。
34.氣體-顆粒處理方法，包括: 經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中； 使所述氣體以第一受控質(zhì)量流率從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至氣體出口 ；以及 將至少一個(gè)顆粒流以第二受控質(zhì)量流率經(jīng)過(guò)所述腔室的一個(gè)或多個(gè)氣體入口引入到所述腔室； 使每個(gè)顆粒流經(jīng)所述腔室內(nèi)的相應(yīng)的處理區(qū)域；以及 控制所述第一和/或第 二質(zhì)量流率，使得在每個(gè)處理區(qū)域的大部分中的氣體-顆?；旌衔锏目紫堵蕿?.900-0.995。
35.如權(quán)利要求34所述 的處理方法，其中經(jīng)過(guò)每個(gè)處理區(qū)域的大部分的所述氣體-顆?；旌衔锏目紫堵蕛?yōu)選地控制在接近0.990。
36.如權(quán)利要求34或35所述的處理方法，其中經(jīng)過(guò)每個(gè)相應(yīng)的處理區(qū)域的大部分的所述氣體-顆?；旌衔锏目紫堵士刂茷榛竞愣ǖ?。
37.如權(quán)利要求34或35所述的處理方法，其中所述每個(gè)處理區(qū)域的所述氣體-顆粒混合物的孔隙率隨著遠(yuǎn)離其相應(yīng)的顆粒入口增加。
38.如權(quán)利要求34-37中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中氣體從所述氣體入口到所述氣體出口基本線性地流動(dòng)。
39.如權(quán)利要求34-37中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述氣體從所述氣體入口到所述氣體出口沿螺旋流徑流動(dòng)。
40.如權(quán)利要求34-39中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中將每個(gè)顆粒流經(jīng)過(guò)所述腔室的壁部引入到所述腔室。
41.如權(quán)利要求34-39中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中將每個(gè)顆粒流從位于所述腔室內(nèi)的內(nèi)部構(gòu)件引入到所述腔室。
42.如權(quán)利要求34-41中任一項(xiàng)所述的處理方法，所述方法包括使每個(gè)顆粒流從其相應(yīng)的顆粒入口流動(dòng)至所述腔室的壁部。
43.如權(quán)利要求34-42中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述方法還包括經(jīng)過(guò)相應(yīng)的顆粒出口從所述腔室輸出每個(gè)顆粒流。
44.如權(quán)利要求34-43中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述氣體以第一速度從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，所述第一速度為所述氣體經(jīng)過(guò)所述腔室的流線速度，并且每個(gè)顆粒流以第二速度引入所述腔室，所述第二速度包括第一方向分量和第二方向分量， 其中所述方法還包括:將當(dāng)所述顆粒被引入所述腔室時(shí)所述顆粒的所述第二速度的所述第一方向分量控制為大致相等于在相應(yīng)的處理區(qū)域內(nèi)的所述氣體的第一流線速度減去在引入到所述腔室時(shí)由已知的將會(huì)與氣體的流線速度相反的方向上作用在所述顆粒上的力引起的任何速度。
45.如權(quán)利要求44所述的處理方法，其中所述第二速度的所述第一和第二方向的分量包括所述第二速度的分解的水平和豎直分量。
46.如權(quán)利要求44或445所述的處理方法，其中將每個(gè)顆粒流以基本等于或大于所述顆粒的所述終端速度的所述第二速度的所述第二方向分量引入。
47.如權(quán)利要求44或45所述的處理方法，其中將每個(gè)顆粒流在重力加速度下引入，從而使所述第二方向分量達(dá)到終端速度。
48.如權(quán)利要求44-47中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述方法包括使所述氣體從所述腔室的所述氣體入口基本線性地流動(dòng)到所述腔室的所述氣體出口，由此在所述腔室的所述氣體入口和所述氣體出口之間，所述氣體的所述流線速度是線速度。
49.如權(quán)利要求44-47中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述方法包括使所述氣體從所述腔室的所述氣體入口到所述氣體出口沿螺旋形流徑流動(dòng)，由此所述氣體的所述流線速度與此螺旋形流徑一致。
50.如權(quán)利要求29所述的處理方法，其中每個(gè)顆粒流的所述第二速度的所述第二方向分量是徑向速度。`
51.如權(quán)利要求44-50中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中所述方法包括將每個(gè)顆粒流相對(duì)于所述氣體的流線(第一)速度的所述方向以一饋送角引入到所述腔室。
52.如權(quán)利要求51所述的處理方法，還包括確定每個(gè)顆粒流的所述饋送角，以導(dǎo)致將顆粒引入所述腔室的所述第二(顆粒)速度的所述第一方向分量基本等于所述氣體的所述流線速度。
53.如權(quán)利要求34-52中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中使用的所述顆粒具有小于300 μ m的直徑。
54.如權(quán)利要求34-52中任一項(xiàng)所述的處理方法，其中使用的所述顆粒具有200 μ m-100 μ m之間的直徑。
55.氣體-顆粒處理器，包括: 具有氣體入口、氣體出口以及一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室； 氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于使所述氣體以第一速度從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，所述第一速度是所述氣體經(jīng)過(guò)所述腔室的流線速度；以及 顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流以第二速度引入到所述腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)所述腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域，所述第二速度包括第一方向分量和第二方向分量，其中，所述處理器可操作用于將當(dāng)所述顆粒被引入所述腔室時(shí)顆粒的所述第一方向分量控制為大致相等于在相應(yīng)的所述處理區(qū)域內(nèi)的所述氣體的所述流線速度減去在引入到所述腔室時(shí)由已知的將會(huì)在初始方向分量相反的方向上作用在所述顆粒上的力引起的任何速度。
56.氣體-顆粒處理方法，包括: 經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中； 使所述氣體以第一速度從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，所述第一速度是所述氣體的流線速度；以及 將至少一個(gè)顆粒流以第二速度引入所述腔室，所述第二速度包括第一方向分量和第二方向分量，其中，所述方法還包括將當(dāng)所述顆粒被引入所述腔室時(shí)所述顆粒的第二速度的所述第一方向分量控制為大致相等于在相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的所述氣體的所述流線速度減去在引入到所述腔室時(shí)由已知的將會(huì)在所述氣體的流線速度相反的方向上作用在所述顆粒上的力引起的任何速度。
57.氣體-顆粒處理器，包括: 具有氣體入口、氣體出口和一個(gè)或多個(gè)顆粒入口的腔室； 氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于使氣體從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口，使得所述氣體在所述腔室內(nèi)具有角分量速度和在所述氣體入口與所述氣體出口之間的線性速度分量；以及 顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流引入到所述腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)所述腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域。
58.氣體-顆粒處理方法，包括: 經(jīng)過(guò)氣體入口將氣體引入到腔室中； 使所述氣體從所述氣體入口經(jīng) 過(guò)所述腔室流至氣體出口，使得所述氣體在所述氣體腔室內(nèi)具有角分量速度和在所述氣體入口與所述氣體出口之間的線性分量速度； 將至少一個(gè)顆粒流以第二速度引入所述腔室；以及 使每個(gè)顆粒流流經(jīng)所述腔室內(nèi)的相應(yīng)處理區(qū)域。
59.氣體-顆粒處理器，包括: 具有氣體入口和氣體出口的腔室，氣體入口以及氣體出口之間限定腔室長(zhǎng)度，所述腔室還具有至少兩個(gè)顆粒入口； 氣體流動(dòng)裝置，其可操作用于使所述氣體從所述氣體入口經(jīng)過(guò)所述腔室流至所述氣體出口；以及 顆粒流動(dòng)裝置，其可操作用于將一個(gè)或多個(gè)顆粒流引入到所述腔室，每個(gè)顆粒流流經(jīng)所述腔室內(nèi)相應(yīng)的處理區(qū)域，其中，所述腔室長(zhǎng)度小于與所述腔室的顆粒入口同樣個(gè)數(shù)的基本相同的腔室的聯(lián)合最小長(zhǎng)度，但這些腔室僅操作單個(gè)顆粒流和單個(gè)相應(yīng)的處理區(qū)域。
【文檔編號(hào)】F26B17/00GK103459958SQ201180065919
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月26日
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