JP2014100703A - 一体化されたサイクロン分離装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 膜分離装置に入る前に高密度流体成分と低密度流体成分とを分離する。
【解決手段】 サイクロン分離装置１００は、外側円筒状部分およびその外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分を有する外側ハウジングと、内側円筒状部分およびその内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分を有する内側ハウジングとを含むことができる。内側ハウジングは、循環チャンバを形成するために外側ハウジングに対して位置決めされる。サイクロン分離装置１００はまた、外側ハウジングに結合された流体入口１１０を含む。流体入口１１０は、外側ハウジングおよび内側ハウジングの円筒状部分に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされる。サイクロン分離装置１００は、外側円錐状部分または内側円錐状部分の少なくとも一方に結合された低密度出口を含む。
【選択図】図１
【解決手段】 サイクロン分離装置１００は、外側円筒状部分およびその外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分を有する外側ハウジングと、内側円筒状部分およびその内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分を有する内側ハウジングとを含むことができる。内側ハウジングは、循環チャンバを形成するために外側ハウジングに対して位置決めされる。サイクロン分離装置１００はまた、外側ハウジングに結合された流体入口１１０を含む。流体入口１１０は、外側ハウジングおよび内側ハウジングの円筒状部分に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされる。サイクロン分離装置１００は、外側円錐状部分または内側円錐状部分の少なくとも一方に結合された低密度出口を含む。
【選択図】図１
Description
本明細書は、一般に、サイクロン分離装置に関し、より具体的には、高密度流体成分と低密度流体成分とを分離するために使用されるサイクロン分離装置に関する。
膜分離装置は流体流を残留部分と透過部分とに分離する。膜分離装置が流体流の透過部分と残留部分とを分離する割合は、膜分離装置の使用の増加と共に低下する場合がある。例えば、同時係属中の特許文献１には、混合された蒸気−液体フィードを用いた改善された膜分離プロセスが開示されており、それによって、ガソリンフィードの最高沸点液体画分が飽和蒸気フィードから浸透気化膜に分離され、これによって、膜の耐用年数を延ばす。この例では、混合された蒸気−液体フィードのより高密度の液体画分がフィードの低密度蒸気画分から分離される。
フィード流体流のより高密度の液体部分は膜分離装置を「劣化させる」傾向があり、これによって、膜分離装置の分離の有効性を低下させるので、残りの低密度蒸気流体流を膜分離装置に導入する前に流体流のより高密度の液体部分の量を低減することにより、膜分離装置の耐用年数を延ばすことができる。
したがって、膜分離装置に入る前に高密度流体成分と低密度流体成分とを分離するための方法および装置が必要である。
種々の実施形態によれば、流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置は、外側円筒状部分およびその外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分を有する外側ハウジングと、内側円筒状部分およびその内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分を有する内側ハウジングとを含む。内側ハウジングは、循環チャンバを形成するために外側ハウジングに対して位置決めされる。サイクロン分離装置はまた、外側ハウジングに結合された流体入口であって、流体入口が、外側ハウジングおよび内側ハウジングの円筒状部分に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされる流体入口を含む。サイクロン分離装置は、さらに、外側円錐状部分または内側円錐状部分の少なくとも一方に結合された低密度出口であって、低密度出口が低密度成分を循環チャンバから抽出するように適合される低密度出口を含む。
別の実施形態によれば、流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置は、循環チャンバを画定する内壁および外壁を有するハウジングであって、内壁が最大直径Ｄを有し、内壁と外壁との間の間隔が約０．２＊Ｄ未満であるハウジングを含む。サイクロン分離装置はまた、ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置でハウジングの内壁および外壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口を含む。サイクロン分離装置は、さらに、ハウジングに結合されかつ流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口を含む。ハウジングの内壁および外壁は流体流を流体入口から低密度出口に向かって導く。
さらに別の実施形態によれば、流体流を複数の成分に分離するための流体流分離装置はセラミックモノリスおよびサイクロン分離装置を含む。セラミックモノリスは、セラミックモノリスの軸方向長さに沿って延びる多孔質のチャネル壁によって分離された平行チャネルのアレイと、セラミックモノリスの多孔質のチャネル壁の複数を被覆する機能膜とを含む。機能膜は流体流を残留部分と透過部分とに分離するように機能し、ここで、残留部分は、平行チャネルのアレイを通って相当の部分のセラミックモノリスから出て、透過部分は多孔質のセラミックモノリスの表皮を通ってセラミックモノリスから半径方向外側に出る。サイクロン分離装置は流体流を高密度成分と低密度成分とに分離する。サイクロン分離装置は、セラミックモノリスと流体連通し、循環チャンバを画定する内壁および外壁と、ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置でハウジングの壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、ハウジングに結合されかつ流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口とを備えるハウジングを含む。ハウジングの内壁および外壁は流体流を流体入口から低密度出口に向かって導く。
本明細書に記載される実施形態の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的に、当該説明から当業者に容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が、種々の実施形態を記載し、請求された主題の特性および特徴を理解するための概要または枠組を提供するために意図されることを理解されたい。添付図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は、本明細書に記載される種々の実施形態を示しており、説明と共に、請求された主題の原理および実施を説明するのに役立つ。
次に、流体流を低密度成分と高密度成分とに分離するサイクロン分離装置の実施形態について詳細に説明する。可能な場合は常に、同じまたは同様の部分を指すために、図面全体を通して同じ参照符号が使用される。機能膜を有するセラミックモノリスと、セラミックモノリスと流体連通するサイクロン分離装置とを含む流体流分離装置の一例が図１〜図５に示されている。サイクロン分離装置は、これに導入された流体流を高密度成分と低密度成分とに分離する。サイクロン分離装置は、循環チャンバを画定する内壁および外壁を有するハウジングを含む。流体流は、ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置でハウジングの壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体を循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口を通して、循環チャンバに導入される。サイクロン分離装置はまた、ハウジングに結合されかつ流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口を含む。ハウジングの内壁および外壁は流体流を流体入口から低密度出口に向かって導く。特に添付図面を参照して、流体流分離装置およびサイクロン分離装置について本明細書でより詳細に説明する。
次に、図１〜図５を参照すると、流体流分離装置８０の一実施形態が示されている。流体流分離装置８０は、セラミックモノリス９０、およびそのセラミックモノリス９０と流体連通するサイクロン分離装置１００を含む。流体流は流体入口１１０を通してサイクロン分離装置１００に導入される。サイクロン分離装置１００は流体流を高密度成分と低密度成分とに分離する。流体流の高密度成分は高密度出口１２０においてサイクロン分離装置１００から出る。流体流の低密度成分は低密度出口１３０においてサイクロン分離装置１００から出る。
次に、図２を参照すると、流体流分離装置８０の断面図が示されている。図２に示した実施形態では、流体流分離装置８０は、セラミックモノリス９０の少なくとも一部分を囲むように位置決めされたサイクロン分離装置１００を含む。サイクロン分離装置１００は、外側円筒状部分１４２と、その外側円筒状部分１４２から延びる外側円錐状部分１４４とを含む外側ハウジング１４０を含む。外側円筒状部分１４２および外側円錐状部分１４４はサイクロン分離装置１００の外壁１４６を画定する。サイクロン分離装置１００はまた、内側円筒状部分１５２と内側円錐状部分１５４とを含む内側ハウジング１５０を含む。内側円筒状部分１５２および内側円錐状部分１５４はサイクロン分離装置１００の内壁１５６を画定する。
内側ハウジング１５０および外側ハウジング１４０が循環チャンバ１０４を形成するように、内側ハウジング１５０が外側ハウジング１４０の内部に位置決めされる。図２に示した実施形態では、内側円筒状部分１５２は、外側円筒状部分１４２から直径方向に挿入され、外側円筒状部分１４２とほぼ同心に位置決めされる。さらに、内側円錐状部分１５４は外側円錐状部分１４４から挿入される。図２に示した実施形態では、内側円錐状部分１５４は外側円錐状部分１４４に対してほぼ平行である。
サイクロン分離装置１００は、さらに、外側ハウジング１４０または内側ハウジング１５０の一方に結合された低密度出口１３０を含む。図２に示したサイクロン分離装置１００の実施形態では、低密度出口１３０は、内側ハウジング１５０に結合され、セラミックモノリス９０に向かって下方に延びる。低密度出口１３０は、セラミックモノリス９０と流体連通するようにサイクロン分離装置１００の循環チャンバ１０４を配置する。図２に示した実施形態では、低密度出口１３０は、外側ハウジング１４０の外側円筒状部分１４２の内部の半径方向位置に、および内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２の内部の半径方向位置に位置決めされる。低密度出口１３０は内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２から離間する。サイクロン分離装置１００はまた、循環チャンバ１０４と流体連通する高密度出口１２０を含む。外側ハウジング１４０および内側ハウジング１５０に沿って収集される高密度成分が循環チャンバ１０４から流れることができるように、高密度出口１２０が循環チャンバ１０４の底部の近くに位置決めされる。
内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２は外径Ｄを有する。いくつかの実施形態では、外径Ｄは、内側ハウジング１５０がセラミックモノリス９０の少なくとも一部分を囲むように寸法決めされる。さらに、サイクロン分離装置１００は、内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８を含む。いくつかの実施形態では、内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８は約０．２＊Ｄ未満であり得る。一実施形態では、外径Ｄは約２．３インチ（約５．８４２センチメートル）であってもよく、そして内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔が約０．１５＊Ｄであるように、内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８が約０．３５インチ（約０．８８９センチメートル）であってもよい。さらに他の実施形態では、内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８は約０．７５＊Ｄ未満であり得る。さらに他の実施形態では、外径Ｄは約２．３インチ（約５．８４２センチメートル）であってもよく、そして内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８が約０．０４３＊Ｄであるように、内側円筒状部分１５２と外側円筒状部分１４２との間の間隔１４８が約０．１インチ（約０．２５４センチメートル）であってもよい。
図１および図２ならびに図４および図５に示したサイクロン分離装置１００の実施形態が、単一の流体入口１１０、単一の低密度出口１３０、および単一の高密度出口１２０を有する一方で、本開示によるサイクロン分離装置１００が、必要ならば特定のエンドユーザ用途によって、複数の流体入口１１０、複数の低密度出口１３０、および複数の高密度出口１２０を含んでもよいことを理解されたい。
次に、図３を参照すると、流体流分離装置８０用のセラミックモノリス９０が詳細に示されている。セラミックモノリス９０は、多孔質のチャネル壁３２４によって分離された複数の平行流れチャネル３２２を含むハニカム状の構造である。複数の多孔質のチャネル壁３２４は、セラミックモノリス９０の軸方向長さ３１３に沿って機能膜で被覆される。セラミックモノリス９０は、セラミックモノリス９０の最外側面である多孔質の表皮３１５を有する。セラミックモノリス９０は、流体流を、セラミックモノリス９０の長さに沿って平行流れチャネル３２２内の相当の部分に流入する残留部分と、多孔質のチャネル壁３２４を通って相当の部分に流入し、かつ残留部分とは独立して収集される透過部分とに分離する。機能膜は、浸透気化プロセスにより、セラミックモノリス９０を通って流れる流体を、残留部分と透過部分とに分離する。このような浸透気化部材の例は米国特許公開第２００８／００３５５５７号明細書および米国特許第８，１１９，００６号明細書に記載されている。
「浸透気化」という用語は、目標流体が多孔質のチャネル壁３２４の機能膜を通って流れる能力を指す。この現象は、膜へのフィード成分の吸着（所定の成分の溶解性に関して、Ｓｉによって特徴付けられる）、膜を通した拡散（所定の成分の拡散性に関して、Ｄｉによって特徴付けられる）、および膜の裏面からモノリスの本体内への成分の脱離によって特徴付けられる溶液拡散プロセスである。ＳおよびＤは、アセンブリへのフィードにおける各種毎に異なる。このことは所定の材料の透過性または透過率ＰｉをＤｉｘＳｉとして提供する。さらに、他の種に対する比率における種の選択□ｉ／ｊはＰｉ／Ｐｊによって与えられる。機能膜を使用して、種々の成分を有する流体流を分離することが可能である。一実施形態では、例えばおよび限定なしに、機能膜は、中間リサーチオクタン価（ＲＯＮ）を有する液体燃料および／または蒸気燃料である流体流の分離を可能にする。流体流は、透過部分（すなわち、高ＲＯＮ成分を有する燃料）と、残留部分（すなわち、低ＲＯＮ成分を有する燃料）とに分離されてもよい。燃料流体流を、高ＲＯＮ成分を有する燃料と、低ＲＯＮ成分を有する燃料とに分離することにより、例えば米国特許第８，０５１，８２８Ｂ２号明細書に記載されているように、比較的低い中間ＲＯＮを有する燃料を用いるときのエンジンノックの可能性の低減に関する要求に応じて、高ＲＯＮ成分がエンジンシリンダに導入されることが可能になり得る。
中間ＲＯＮを有する燃料は、分離部材入口３４２を通して流体分離部材３２１に導入される。燃料はセラミックモノリス９０の流れチャネル３２２内に通過される。燃料は入口側３３０に入り、出口側３３２に向かって流れる。燃料がセラミックモノリス９０の流れチャネル３２２に沿って流れたとき、燃料の高ＲＯＮ成分は、多孔質のチャネル壁３２４に被覆された機能膜を通って透過する。高ＲＯＮ成分は、セラミックモノリス９０の外側に、表皮３１５の外側の位置に透過し、ここで、高ＲＯＮ成分がハウジング３４０に収集される。燃料の高ＲＯＮ成分は透過出口３４６においてハウジング３４０から出る。
燃料の低ＲＯＮ成分はセラミックモノリス９０の流れチャネル３２２に沿って流れる。多孔質のチャネル壁３２４を被覆する機能膜は、低ＲＯＮ成分が多孔質のチャネル壁３２４を通って透過することを防止する。燃料の低ＲＯＮ成分は、セラミックモノリス９０の軸方向長さ３２３に沿って流れ、残留出口３４４においてハウジング３４０から出る。
本明細書に記載した実施形態では、セラミックモノリス９０は、１平方インチ（６．４５２平方センチ）当たり最大約５００個のチャネル（ｃｐｓｉ：ｃｈａｎｎｅｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）のチャネル密度によって形成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、セラミックモノリス９０は、約７０ｃｐｓｉ〜約４００ｃｐｓｉの範囲のチャネル密度を有してもよい。いくつかの他の実施形態では、セラミックモノリス９０は、約２００ｃｐｓｉ〜約２５０ｃｐｓｉ、さらには約７０ｃｐｓｉ〜約１５０ｃｐｓｉの範囲のチャネル密度を有することが可能である。
本明細書に記載した実施形態では、セラミックモノリス９０の多孔質のチャネル壁３２４は、約１０ミル（２５４マイクロメートル）よりも大きい厚さを有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、多孔質のチャネル壁３２４の厚さは、約１０ミル（２５４マイクロメートル）〜約３０ミル（７６２マイクロメートル）の範囲にあってもよい。いくつかの他の実施形態では、多孔質のチャネル壁３２４の厚さは、約１５ミル（３８１マイクロメートル）〜約２６ミル（６６０マイクロメートル）の範囲にあるか、またはそれよりも大きくてもよい。壁厚は外径において時に１ｍｍよりも大きい場合がある。
本明細書に記載した流体分離部材３２１の実施形態では、セラミックモノリス９０の多孔質のチャネル壁３２４は、任意のコーティングをセラミックモノリス９０に適用する前に、≧３５％のありのままの開放気孔率％Ｐ（すなわち、任意のコーティングがセラミックモノリス９０に適用される前の気孔率）を有することができる。いくつかの実施形態では、多孔質のチャネル壁３２４のありのままの開放気孔率は２０％≦％Ｐ≦６０％であり得る。他の実施形態では、多孔質のチャネル壁３２４のありのままの開放気孔率は２５％≦％Ｐ≦４０％であってもよい。
一般に、約１マイクロメートルよりも大きい平均孔径で製造されたセラミックモノリス９０は、実現可能な膜コーティングを基板に生成することを困難にする。したがって、多孔質のチャネル壁３２４の平均孔径を約０．０１マイクロメートル〜約０．８０マイクロメートルに維持することが一般に望ましい。
本明細書に記載した実施形態では、セラミックモノリス９０のハニカム体は、例えば、コーディエライト、ムライト、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム等のセラミック材料、または高温微粒子濾過用途に使用するのに適切な他の任意の多孔質材料から形成される。
セラミックモノリス９０は、多孔質のチャネル壁３２４によって分離される流れチャネルのアレイを含む。多孔質のチャネル壁３２４はセラミックモノリス９０の軸方向長さ３２３に沿って延びる。多孔質のチャネル壁３２４は、流体が、隣接する流れチャネル３２２の間の多孔質のチャネル壁３２４を通って透過することを可能にする。複数の多孔質のチャネル壁３２４は機能膜で被覆される。機能膜は、流体流のいくつかの部分に対して透過性であり、他の流体流に対してそれほど透過性ではないかまたは不透過性である。流体が流体分離部材３２１を通過することによって、機能膜が、流体を、複数の流れチャネル３２２を通って流れる残留部分と、被覆された多孔質のチャネル壁３２４を通過する透過部分とに分離する。
いくつかの実施形態では、多孔質のチャネル壁３２４は、多孔質のチャネル壁３２４に対する機能膜の接着性能を向上させる適用された中間層である無機コーティング層で被覆される。
機能膜の例は、ジエポキシオクタン−ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテル）（ＭＷ４００）、またはＤＥＮＯ−Ｄ４００の架橋された有機ポリマー材料を含む。一実施例では、多孔質媒体に被覆されたときに、ＤＥＮＯ Ｄ４００は、低ＲＯＮを有する液体燃料および／または蒸発燃料が、ポリマーフィルムおよび多孔質媒体を通過することを防止しつつ、高ＲＯＮを有する液体燃料および／または蒸発燃料等の流体流（例えば、約１００よりも大きいＲＯＮを有する燃料の部分）が、ポリマーフィルムおよび多孔質媒体を通過することを可能にする。ポリマーフィルムは、多孔質媒体に被覆されたときに固定された液体のように振る舞う。このようにして、機能膜は、燃料流を、低ＲＯＮを有する残留部分と、高ＲＯＮを有する透過部分とに分離する。機能膜ポリマーの一例はＤＥＮＯ−Ｄ４００であるが、ポリエステルポリイミドおよび他のポリエーテルエポキシアミン等の他の機能膜を使用してもよいことを理解されたい。機能膜の例は、米国特許第７，７０８，１５１号明細書および米国特許第８，１１９，００６号明細書、および米国特許出願公開第２００８／００３５５５７号明細書、および米国特許出願公開２０１０／００５９４４１号明細書に記載されている例を含む。
機能膜は流体流と接触し続けて「劣化する」ので、セラミックモノリス９０に被覆された機能膜によって行われる浸透気化プロセスの性能は、時間の経過と共に低下する場合がある。フィード流体流のいくつかの成分と接触し続けることによって、機能膜の劣化を悪化させる場合がある。一般に、このような成分は、透過部分の主成分よりも低い揮発性であり、透過部分の成分よりも高い沸点および分子量を有する。流体流がセラミックモノリス９０に達する前に、これらの成分の少なくとも一部分をフィード流体流から除去することにより、機能膜の劣化の効果を減少させることができ、セラミックモノリス９０の機能寿命を延ばすことができる。
図４および図５を参照して、サイクロン分離装置１００の動作について説明する。図４に示したサイクロン分離装置１００の断面は流体入口１１０の上方の垂直位置に位置決めされる。加熱された液体−蒸気燃料混合気を含み得る流体流は、流体入口１１０を通して循環チャンバ１０４に注入されることによってサイクロン分離装置１００に導入される。上で説明したように、循環チャンバ１０４に導入された流体流が、外側ハウジング１４０の外側円筒状部分１４２および内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２に対してほぼ接線方向の向きにそれぞれ注入されるように、流体入口１１０が位置決めされる。
流体流は、循環チャンバ１０４を通って、流体入口１１０の注入の向きに対応する方向に流れる。図４および図５に示した実施形態では、流体流は、上から下を見て評価したときにほぼ時計回り方向に流れる。さらに、流体流７０は螺旋状の向きに流れ、流体入口１１０から低密度出口１３０に向かって上に流れる。サイクロン分離装置１００の定常動作に関して、流体流７０が一定の流量でサイクロン分離装置１００に入ることが推定される。しかし、多くの用途で、流れが変化し得ることが認識される。
図４に示したように、サイクロン分離装置１００は、流体流を高密度成分７４と低密度成分７２とに分離し始め得る。流体流７０がサイクロン分離装置１００に導入されたとき、流体流７０は、種々の状態の、例えば、混合相蒸気−液体流様式の流体成分を含み得る。例えば、流体流７０は、ガス流領域（すなわち、低密度成分）に飛沫同伴された液体粒子（すなわち、高密度成分）を含んでもよい。流体流７０が循環チャンバ１０４に入ったときに、高密度成分７４が低密度成分７２によって搬送される。流体流７０が循環チャンバに流入し続けるとき、外側円筒状部分１４２および内側円筒状部分１５２によって引き起こされる流体流７０の方向の変化により、流体流７０の高密度成分７４が低密度成分７２から分離することが引き起こされ得る。
理論にとらわれることなく、高密度成分７４がそれら自体を外側ハウジング１４０の外側円筒状部分１４２に向かって導くように、高密度成分７４の増加した密度は、外側円筒状部分１４２および内側円筒状部分１５２によって生じる旋回が、高密度成分７４の線形運動量を克服することを防止し得る。高密度成分７４が外側円筒状部分１４２に接触したときに、高密度成分７４は流体流７０から取り除かれ、重力により下方に流れる。さらに、高密度成分７４は、内側円筒状部分１５２に集まり、重力により下方に流れる。高密度成分７４は循環チャンバ１０４に集まり、高密度出口１２０において循環チャンバ１０４から取り除かれ得る。流体流７０の低密度成分７２は循環チャンバ１０４を通って流れ続け、流体入口１１０から低密度出口１３０に向かってほぼ螺旋状の向きに進む。
次に、図５を参照すると、サイクロン分離装置１００は、外側ハウジング１４０の外側円錐状部分１４４を横切る断面で示されている。再び、理論にとらわれることなく、外側円筒状部分１４２および内側円筒状部分１５２の半径と比較した外側円錐状部分１４４および内側円錐状部分１５４の半径の減少が、流体流７０を加速する。さらに、流体流７０の回転速度の増加は、高密度成分７４が低密度成分７２から分離することを引き起こし得る。高密度成分７４は、外側円錐状部分１４４または内側円錐状部分１５４の１つまたは複数に接触し、重力により下方に流れる。高い割合の低密度成分７２を含有する流体流７０は、循環チャンバ１０４の周りに、内側ハウジング１５０にわたっておよび低密度出口１３０に向かって接線方向に流れ続ける。
次に、図６および図７を参照すると、流体流分離装置３８０用のサイクロン分離装置４００の他の実施形態が示されている。この実施形態では、サイクロン分離装置４００は、セラミックモノリス９０の底部に近接して位置決めされる。図７に示したように、サイクロン分離装置４００は、外側円筒状部分１４２と、その外側円筒状部分１４２から延びる外側円錐状部分１４４とを含む外側ハウジング１４０を含む。外側円筒状部分１４２および外側円錐状部分１４４はサイクロン分離装置４００の外壁１４６を画定する。サイクロン分離装置４００はまた、内側円筒状部分１５２および内側円錐状部分１５４を含む内側ハウジング１５０を含む。内側円筒状部分１５２および内側円錐状部分１５４はサイクロン分離装置４００の内壁１５６を画定する。
内側ハウジング１５０および外側ハウジング１４０が循環チャンバ１０４を形成するように、内側ハウジング１５０が外側ハウジング１４０の内部に位置決めされる（図４参照）。図６および図７に示した実施形態では、内側円筒状部分１５２は、外側円筒状部分１４２から直径方向に挿入され、外側円筒状部分１４２とほぼ同心に位置決めされる。さらに、内側円錐状部分１５４は外側円錐状部分１４４から挿入される。図６および図７に示した実施形態では、内側円錐状部分１５４は外側円錐状部分１４４に対してほぼ平行である。
サイクロン分離装置４００は、さらに、外側ハウジング１４０または内側ハウジング１５０の一方に結合された低密度出口１３０を含む。図６および図７に示したサイクロン分離装置４００の実施形態では、低密度出口１３０は、内側ハウジング１５０に結合され、セラミックモノリス９０に向かって上方に延びる（図６参照）。低密度出口１３０は、セラミックモノリス９０と流体連通するようにサイクロン分離装置４００の循環チャンバ１０４を配置する。図６および図７に示した実施形態では、低密度出口１３０は、外側ハウジング１４０の外側円筒状部分１４２の内部の半径方向位置に、および内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２の内部の半径方向位置に位置決めされる。低密度出口１３０は内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２から離間する。サイクロン分離装置４００はまた、循環チャンバ１０４と流体連通する高密度出口１２０を含む。流体流の低密度成分が低密度出口１３０を通って流れ、高密度出口１２０を通って流れないように、高密度出口１２０が、フローレストリクタ、例えばおよび限定なしに、低減された断面積を有する流れ面積を含み得る。代わりに、質量流量制御装置を使用してもよい。
次に、図８〜図１０を参照すると、流体流分離装置４８０用のサイクロン分離装置５００の他の実施形態が示されている。この実施形態では、サイクロン分離装置５００はセラミックモノリス９０の頂部に近接して位置決めされる。次に、図９および図１０を参照すると、サイクロン分離装置５００は、螺旋状部分５１２を有するハウジング５１０を含む。サイクロン分離装置５００のハウジング５１０は、螺旋状部分５１２に沿って互いに離間する外壁１４６および内壁１５６を含む。ハウジング５１０は、さらに、外壁１４６および内壁１５６に結合されかつ循環チャンバ１０４を画定する上壁５２０および下壁５２２を含む。
サイクロン分離装置５００は、さらに、ハウジング５１０に結合された流体入口１１０を含む。流体入口１１０は、流体入口１１０に近接した位置でハウジング５１０の外壁１４６および内壁１５６に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバ１０４に注入するように位置決めおよび配向される。
サイクロン分離装置５００は、さらに、ハウジング５１０に結合された低密度出口１３０を含む。図８〜図１０に示したサイクロン分離装置５００の実施形態では、低密度出口１３０はハウジング５１０の螺旋状部分５１２の中心に近接して位置決めされ、低密度出口１３０はセラミックモノリス９０に向かって下方に延びる。低密度出口１３０は、セラミックモノリス９０と流体連通するようにサイクロン分離装置５００の循環チャンバ１０４を配置する。サイクロン分離装置５００はまた、循環チャンバ１０４と流体連通する高密度出口１２０を含む。流体流の低密度成分が低密度出口１３０を通って流れ、高密度出口１２０を通って流れないように、高密度出口１２０が、フローレストリクタ、例えばおよび限定なしに、低減された断面積を有する流れ面積を含み得る。
ハウジング５１０の内壁１５６は最大外径Ｄを有する。さらに、サイクロン分離装置５００のハウジングは外壁１４６と内壁１５６との間に間隔を含む。いくつかの実施形態では、内壁１５６と外壁１４６との間の間隔は約０．２＊Ｄ未満であり得る。一実施形態では、外径Ｄは約２．３インチ（約５．８４２センチメートル）であってもよく、そして内壁１５６と外壁１４６との間の間隔が約０．１５＊Ｄであるように、内壁１５６と外壁１４６との間の間隔が約０．３５インチ（約０．８８９センチメートル）であってもよい。さらに他の実施形態では、内壁１５６と外壁１４６との間の間隔が約０．７５＊Ｄ未満であり得る。さらに他の実施形態では、外径Ｄは約２．３インチ（約５．８４２センチメートル）であってもよく、そして内壁１５６と外壁１４６との間の間隔が約０．０４３＊Ｄであるように、内壁１５６と外壁１４６との間の間隔が約０．１インチ（約０．２５４センチメートル）であってもよい。
いくつかの実施形態では、上壁５２０および下壁５２２は螺旋状部分５１２に沿ってハウジング５１０で互いに均等に離間し得る。図８および図９に示した実施形態では、上壁と下壁との間の間隔距離５２４が、一般に、低密度出口１３０に近い位置で減少するように、上壁５２０と下壁５２２との間の間隔が螺旋状部分５１２に沿って均等でない。
図８〜図１０に示したサイクロン分離装置５００の動作は、図１および図２ならびに図４および図５を参照して上で説明した実施形態と同様である。流体流がハウジング５１０の螺旋状部分５１２に沿ってさらに流れたとき、ハウジング５１０の螺旋状部分５１２は流体流の加速を引き起こす。流体流の加速は、流体流の低密度成分と高密度成分とのさらなる分離をもたらし得る。高密度成分は、外壁１４６、内壁１５６、上壁５２０、および／または下壁５２２の少なくとも１つに沿って集まり、循環チャンバ１０４から流出することができる。
次に、図１１および図１２を参照すると、流体流分離装置５８０用のサイクロン分離装置６００の他の実施形態が示されている。この実施形態では、サイクロン分離装置６００はセラミックモノリス９０の頂部に近接して位置決めされる。図１２に示したように、サイクロン分離装置６００は、外側円筒状部分１４２と、その外側円筒状部分１４２から延びる外側円錐状部分１４４とを含む外側ハウジング１４０を含む。外側円筒状部分１４２および外側円錐状部分１４４はサイクロン分離装置６００の外壁１４６を画定する。サイクロン分離装置６００はまた、内側円筒状部分１５２および内側円錐状部分１５４を含む内側ハウジング１５０を含む。内側円筒状部分１５２および内側円錐状部分１５４はサイクロン分離装置６００の内壁１５６を画定する。
内側ハウジング１５０および外側ハウジング１４０が循環チャンバ１０４を形成するように、内側ハウジング１５０が外側ハウジング１４０の内部に位置決めされる（図４参照）。図１１および図１２に示した実施形態では、内側円筒状部分１５２は、外側円筒状部分１４２から直径方向に挿入され、外側円筒状部分１４２とほぼ同心に位置決めされる。さらに、内側円錐状部分１５４は外側円錐状部分１４４から挿入され、それに対して角度が付けられる。内側円錐状部分１５４および外側円錐状部分１４４の位置決めにより、内側円筒状部分１５２と、内側円錐状部分１５４と、外側円錐状部分１４４との間の挟み点６１０が画定される。この挟み点６１０は流量制限部として作用してもよく、流体流が循環チャンバ１０４に流入するときに流体流の加速を引き起こす。さらに、挟み点６１０に近接した位置における流体流の圧力および速度の変化は、流体流の高密度成分の蓄積の増加を引き起こし得る。流体流の高密度成分は捕捉容積部６１４に集まってもよい。
サイクロン分離装置６００は、さらに、外側ハウジング１４０または内側ハウジング１５０の一方に結合された低密度出口１３０を含む。図１１および図１２に示したサイクロン分離装置６００の実施形態では、低密度出口１３０は、外側ハウジング１４０に結合され、セラミックモノリス９０に向かって下方に延びる。低密度出口１３０は、セラミックモノリス９０と流体連通するようにサイクロン分離装置６００の循環チャンバ１０４を配置する。低密度出口１３０は、外側ハウジング１４０を通って延び、低密度出口１３０と内側円錐状部分１５４との間の出口挟み点６２０を画定する。この挟み点６２０は流量制限部として作用してもよく、流体流が循環チャンバ１０４に流入するときに流体流の加速を引き起こす。さらに、挟み点６２０に近接した位置における流体流の圧力および速度の変化は、流体流の高密度成分の蓄積の増加を引き起こし得る。
図１１および図１２に示した実施形態では、低密度出口１３０は、外側ハウジング１４０の外側円筒状部分１４２の内部の半径方向位置に、および内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２の内部の半径方向位置に位置決めされる。低密度出口１３０は内側ハウジング１５０の内側円筒状部分１５２から離間する。
サイクロン分離装置６００はまた、循環チャンバ１０４と流体連通する高密度出口１２０を含む。流体流の高密度成分は、循環チャンバ１０４から取り除くために、高密度出口１２０に近接した位置に集まってもよい。図示した実施形態では、高密度出口１２０は、捕捉容積部６１４に集まる流体流の高密度成分を排出するように位置決めされる。流体流の低密度成分の大部分が低密度出口１３０を通って流れ、高密度出口１２０を通って流れないように、高密度出口１２０が、フローレストリクタ、例えばおよび限定なしに、低減された断面積を有する流れ面積を含んでもよい。
モデリング結果
サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の各々の性能を定量化するために、設計の各々の計算流体力学（ＣＦＤ：ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃ）モデルが構築された。一般に、ＣＦＤモデルは、画定された幾何学的形状の周りの流体の流れを決定するナビエストークス方程式を反復して解くために使用される。商業的に入手可能なＣＦＤソフトウェアツール（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡから入手可能なＦｌｕｅｎｔ（商標））が、上に開示した設計を評価するために使用された。設計が、他の基準の中でも、サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００を通って流れる流体の圧力低下と、液滴の捕捉効率とに基づいて評価された。捕捉効率は、捕捉された液滴の量と注入された液滴の量との比率として規定される。設計に関する捕捉効率の増加は、設計が捕捉液滴により効率的であることを反映し、これによって、液滴がサイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の循環チャンバ１０４よりも遠くに移動することを防止する。
サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の各々の性能を定量化するために、設計の各々の計算流体力学（ＣＦＤ：ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃ）モデルが構築された。一般に、ＣＦＤモデルは、画定された幾何学的形状の周りの流体の流れを決定するナビエストークス方程式を反復して解くために使用される。商業的に入手可能なＣＦＤソフトウェアツール（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡから入手可能なＦｌｕｅｎｔ（商標））が、上に開示した設計を評価するために使用された。設計が、他の基準の中でも、サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００を通って流れる流体の圧力低下と、液滴の捕捉効率とに基づいて評価された。捕捉効率は、捕捉された液滴の量と注入された液滴の量との比率として規定される。設計に関する捕捉効率の増加は、設計が捕捉液滴により効率的であることを反映し、これによって、液滴がサイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の循環チャンバ１０４よりも遠くに移動することを防止する。
サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の設計の各々のＣＦＤモデルが３次元モデル化された。１マイクロメートルの直径を有するトルエン液の液滴を有する作動流体としてのトルエン蒸気を伴う５バールの動作圧力の入口境界条件が、ＣＦＤモデルの各々に適用された。ＣＦＤモデルが、サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００内で流れ速度パターンを展開するために定常状態に収束された。定常状態の結果が、ラグランジュモデルを用いて展開された液滴伝播の一時計算によってオーバーレイされた。液滴がサイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の壁に接触すると、液滴が壁によって捕捉され、さらに循環チャンバ１０４に沿って伝播しないことが想定された。
設計の各々の性能を定量化するために、基準モデル９００も、図１３に示したようにモデル化された。基準モデル９００は、約０．８７５インチ（約２．２２２５センチメートル）の内径９１０を有する循環チャンバ１０４、約２インチ（約５．０８センチメートル）の内側長さ９１２、循環チャンバ１０４に対してほぼ接線方向に流体を注入するように配置された約０．２５０インチ（約０．６３５センチメートル）の直径を有する流体入口管９１４を含む。基準モデル９００は、さらに、循環チャンバ１０４から上方に延びる低密度出口管９１６を含む。低密度出口管９１６は約０．３７５インチ（約０．９５２５センチメートル）の直径を有する。基準モデル９００の性能が、サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００に関連して上に説明した同じ方法を用いて評価された。モデルの各々の捕捉効率および圧力低下の概要について以下の表１に示す。
上の表１で強調したように、サイクロン分離装置１００、４００、５００、６００の各々は、基準モデル９００に対して捕捉効率が増加していることを示している。エンドユーザ用途の捕捉効率および圧力低下の要求に基づいて、適切なサイクロン分離装置１００、４００、５００、６００を選択してもよい。
ここで、本開示によるサイクロン分離装置が流体流の高密度成分と低密度成分とを分離することを理解されたい。サイクロン分離装置は、サイクロン分離装置に入る流体流の最小圧力低下を維持しつつ、液滴を捕捉するのに非常に効率的である。サイクロン分離装置は、流体流が循環チャンバを通って流れるときに流体流を加速する特徴を含み、これによって、循環チャンバを越えて通過する液滴の量を減少させる。サイクロン分離装置は、機能膜で被覆されたセラミックモノリスを有する流体流分離装置に組み込まれ得る。サイクロン分離装置の使用により、セラミックモノリスの耐用年数を延ばすことができる。さらに、サイクロン分離装置のいくつかの実施形態は、セラミックモノリスの少なくとも一部分がサイクロン分離装置の内部に位置決めされることを可能にし、このことは、制約された環境で流体流分離装置を包装する能力を向上させ得る。
一実施形態では、分離された低密度流体流がモノリス膜チャネルの大部分に導かれ、分離された高密度流体流がモノリス膜チャネルの小部分に迂回されるかまたは導かれるように、サイクロン分離装置が、機能膜で被覆されたセラミックモノリスを有する流体流分離装置に組み込まれる。例えば、図１４に示しかつ基準分離器（９００）と同様の寸法の装置（７００）が、部分的に蒸発したレギュラーガソリン（１１０）を２つの流れに分離するために構成および使用された。図１４Ａおよび図１４Ｂは、本明細書に図示または記載した１つまたは複数の実施形態によるサイクロン分離装置の側面断面図、および図１４Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図（図１４Ｂに図示）を概略的に示している。低密度飽和蒸気流が、同時係属中の米国特許出願第６１／４７６，９８８号明細書に記載されているような浸透気化膜に導かれた（１３０）。より高い密度の液体流が、液体の全ておよび非常に少量の蒸気を抽出するように設置された質量流制御装置を通して得られ（１２０）、収集された。膜分離からの透過流および残留流が収集された。その結果が表２に示される。
サイクロン分離器（７００）への０．４９ｇ／ｓの流れを維持しつつ、５ｂａｒｇに加圧し、１６０℃に加熱することによって、淡黄色９２．６ＲＯＮ Ｅ１０ガソリンが約７０％蒸発した。分離された低密度飽和蒸気がサンプリングされ、無色であること、送られたエタノールの大部分を含有したことおよび９１．７ＲＯＮのオクタン価を有したことが見出された。収集された高密度液体分離生成物が９２．７ＲＯＮのオクタン価を有する暗黄色であった。低密度飽和蒸気の膜分離が、エタノールの濃縮された高オクタン１０１ＲＯＮ透過物、およびエタノールの減少された低オクタン８８．３残留物の元のＥ１０ガソリンフィードに、２５％の収率を与えた。サイクロン分離が膜フィードから高沸点着色体（ｈｉｇｈ ｂｏｉｌｉｎｇ ｃｏｌｏｒ ｂｏｄｉｅｓ）を効果的に除去し、これによって、膜分離を達成した。
態様（１）では、本説明は、流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置において、サイクロン分離装置が、外側円錐状部分を備える外側ハウジングと、内側円錐状部分を備える内側ハウジングであって、循環チャンバを形成するために外側ハウジングに対して位置決めされた内側ハウジングと、外側ハウジングに結合された流体入口であって、循環チャンバに対してほぼ接線方向の向きに流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされる流体入口と、外側円錐状部分または内側円錐状部分の少なくとも一方に結合された低密度出口であって、低密度成分を循環チャンバから抽出するように適合された低密度出口と、高密度成分を循環チャンバから抽出するように適合された高密度出口とを備えるサイクロン分離装置を提供する。
態様（２）では、本開示は、態様１のサイクロン分離装置であって、外側ハウジングがさらに外側円筒状部分を備え、内側ハウジングがさらに内側円筒状部分を備えるサイクロン分離装置を提供する。
態様（３）では、本開示は、態様１または２のサイクロン分離装置であって、低密度出口が外側ハウジングの外側円筒状部分の内部の半径方向位置に位置決めされるサイクロン分離装置を提供する。
態様（４）では、本開示は、態様１または２のサイクロン分離装置であって、低密度出口が内側ハウジングの内側円筒状部分の内部の半径方向位置に位置決めされるサイクロン分離装置を提供する。
態様（５）では、本開示は、態様２のサイクロン分離装置であって、内側円筒状部分が外径Ｄを有し、内側円筒状部分と外側円筒状部分との間の間隔が約０．２＊Ｄ未満であるサイクロン分離装置を提供する。
態様（６）では、本開示は、態様２のサイクロン分離装置であって、内側円筒状部分が外径Ｄを有し、内側円筒状部分と外側円筒状部分との間の間隔が約０．０７５＊Ｄ未満であるサイクロン分離装置を提供する。
態様（７）では、本開示は、態様１〜６のいずれか１つのサイクロン分離装置であって、内側円錐状部分が外側円錐状部分から挿入され、それに対してほぼ平行であるサイクロン分離装置を提供する。
態様（８）では、本開示は、態様１〜６のいずれか１つのサイクロン分離装置であって、内側円錐状部分が外側円錐状部分から挿入され、それに対して角度が付けられ、内側円錐状部分および内側円筒状部分が外側円錐状部分との挟み点を画定するサイクロン分離装置を提供する。
態様（９）では、本開示は、態様８のサイクロン分離装置であって、挟み点で評価された循環チャンバの流れ面積が、流体入口の外側円筒状部分と内側円筒状部分との間で評価された循環チャンバの流れ面積よりも小さいサイクロン分離装置を提供する。
態様（１０）では、本開示は、態様１〜９のいずれか１つのサイクロン分離装置であって、低密度出口が、循環チャンバ内に延び、低密度出口と外側円錐状部分または内側円錐状部分の一方との間の捕捉容積部を画定するサイクロン分離装置を提供する。
態様（１１）では、本開示は、態様１のサイクロン分離装置であって、高密度出口が外側円錐状部分または内側円錐状部分の少なくとも一方に結合されるサイクロン分離装置を提供する。
態様（１２）では、本開示は、流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置において、サイクロン分離装置が、循環チャンバを画定する内壁および外壁を備えるハウジングであって、内壁が外径Ｄを有し、内壁と外壁との間の間隔が約０．２＊Ｄ未満であるハウジングと、ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置でハウジングの内壁および外壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、ハウジングに結合されかつ流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口とを備え、ハウジングの内壁および外壁が流体流を流体入口から低密度出口に向かって導く、サイクロン分離装置を提供する。
態様（１３）では、本開示は、態様１２のサイクロン分離装置であって、内壁と外壁との間の間隔が約０．０７５＊Ｄ未満であるサイクロン分離装置を提供する。
態様（１４）では、本開示は、態様１２または１３のサイクロン分離装置であって、内壁が、内側円筒状部分と、その内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分とを備え、外壁が、外側円筒状部分と、その外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分とを備えるサイクロン分離装置を提供する。
態様（１５）では、本開示は、態様１２〜１４のいずれか１つのサイクロン分離装置であって、内壁および外壁が、低密度出口から半径方向外側に延びる螺旋状部分を備えるサイクロン分離装置を提供する。
態様（１６）では、本開示は、態様１５のサイクロン分離装置であって、ハウジングが、さらに、外壁および内壁に結合された上壁および下壁を備え、上壁と下壁との間の間隔が、一般に、低密度出口に近い位置で減少するサイクロン分離装置を提供する。
態様（１７）では、本開示は、流体流を複数の成分に分離する流体流分離装置であって、流体流分離装置が、セラミックモノリスであって、セラミックモノリスの軸方向長さに沿って延びる多孔質のチャネル壁によって分離された平行チャネルのアレイと、セラミックモノリスの多孔質のチャネル壁の複数を被覆する機能膜であって、機能膜が流体流を残留部分と透過部分とに分離するように機能し、残留部分が、平行チャネルのアレイを通って相当の部分のセラミックモノリスから出て、透過部分がセラミックモノリスの表皮を通ってセラミックモノリスから半径方向外側に出る機能膜とを備えるセラミックモノリスと、セラミックモノリスと流体連通して、流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置であって、サイクロン分離装置が、循環チャンバを画定する円錐状内壁および円錐状外壁を備えるハウジングと、ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置でハウジングの内壁および外壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、ハウジングに結合されかつ流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口であって、低密度出口が円錐状外壁または円錐状内壁の少なくとも一方に結合され、低密度出口が低密度成分を循環チャンバから抽出するように適合された低密度出口と、高密度成分を循環チャンバから抽出するように適合された高密度出口とを備えるサイクロン分離装置とを備え、ハウジングの内壁および外壁が、低密度流体流を流体入口から低密度出口に向かって導き、高密度流体流を高密度出口に導く流体流分離装置を提供する。
態様（１８）では、本開示は、態様１７のサイクロン分離装置であって、内壁が、さらに、内側円筒状部分と、その内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分とを備え、外壁が、さらに、外側円筒状部分と、その外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分とを備えるサイクロン分離装置を提供する。
態様（１９）では、本開示は、態様１７のサイクロン分離装置であって、セラミックモノリスの少なくとも一部分がハウジングの内側円筒状部分の内部に位置決めされるサイクロン分離装置を提供する。
態様（２０）では、本開示は、態様１９のサイクロン分離装置であって、低密度出口が内壁の内側円筒状部分の内部の半径方向位置に位置決めされるサイクロン分離装置を提供する。
請求された主題の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正および変更を、本明細書に記載した実施形態になし得ることが当業者には明らかであろう。したがって、このような修正形態および変更形態が、添付された特許請求の範囲とそれらの均等物の範囲内に含まれる場合、明細書が、本明細書に記載した種々の実施形態の修正形態および変更形態を網羅することが意図される。
７０ 流体流
７２ 低密度成分
７４ 高密度成分
８０ 流体流分離装置
９０ セラミックモノリス
１００ サイクロン分離装置
１０４ 循環チャンバ
１１０ 流体入口
１２０ 高密度出口
１３０ 低密度出口
１４０ 外側ハウジング
１４２ 外側円筒状部分
１４４ 外側円錐状部分
１４６ 外壁
１４８ 間隔
１５０ 内側ハウジング
１５２ 内側円筒状部分
１５４ 内側円錐状部分
１５６ 内壁
３１３ 軸方向長さ
３１５ 多孔質の表皮
３２１ 流体分離部材
３２２ 平行流れチャネル
３２３ 軸方向長さ
３２４ 多孔質のチャネル壁
３３０ 入口側
３３２ 出口側
３４０ ハウジング
３４２ 分離部材入口
３４４ 残留出口
３４６ 透過出口
３８０ 流体流分離装置
４００ サイクロン分離装置
４８０ 流体流分離装置
５００ サイクロン分離装置
５１０ ハウジング
５１２ 螺旋状部分
５２０ 上壁
５２２ 下壁
５２４ 間隔距離
５８０ 流体流分離装置
６００ サイクロン分離装置
６１０ 挟み点
６１４ 捕捉容積部
６２０ 出口挟み点
７００ サイクロン分離器
９００ 基準モデル
９１０ 内径
９１２ 内側長さ
９１４ 流体入口管
９１６ 低密度出口管
Ｄ 外径
７２ 低密度成分
７４ 高密度成分
８０ 流体流分離装置
９０ セラミックモノリス
１００ サイクロン分離装置
１０４ 循環チャンバ
１１０ 流体入口
１２０ 高密度出口
１３０ 低密度出口
１４０ 外側ハウジング
１４２ 外側円筒状部分
１４４ 外側円錐状部分
１４６ 外壁
１４８ 間隔
１５０ 内側ハウジング
１５２ 内側円筒状部分
１５４ 内側円錐状部分
１５６ 内壁
３１３ 軸方向長さ
３１５ 多孔質の表皮
３２１ 流体分離部材
３２２ 平行流れチャネル
３２３ 軸方向長さ
３２４ 多孔質のチャネル壁
３３０ 入口側
３３２ 出口側
３４０ ハウジング
３４２ 分離部材入口
３４４ 残留出口
３４６ 透過出口
３８０ 流体流分離装置
４００ サイクロン分離装置
４８０ 流体流分離装置
５００ サイクロン分離装置
５１０ ハウジング
５１２ 螺旋状部分
５２０ 上壁
５２２ 下壁
５２４ 間隔距離
５８０ 流体流分離装置
６００ サイクロン分離装置
６１０ 挟み点
６１４ 捕捉容積部
６２０ 出口挟み点
７００ サイクロン分離器
９００ 基準モデル
９１０ 内径
９１２ 内側長さ
９１４ 流体入口管
９１６ 低密度出口管
Ｄ 外径
Claims (5)
- 流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置において、前記サイクロン分離装置が、
外側円筒状部分と、前記外側円筒状部分から延びる外側円錐状部分とを備える外側ハウジングと、
内側円筒状部分と、前記内側円筒状部分から延びる内側円錐状部分とを備える内側ハウジングであって、循環チャンバを形成するために前記外側ハウジングに対して位置決めされた内側ハウジングと、
前記外側ハウジングに結合された流体入口であって、前記外側ハウジングおよび前記内側ハウジングの前記円筒状部分に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を前記循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、
前記外側円錐状部分または前記内側円錐状部分の少なくとも一方に結合された低密度出口であって、前記低密度成分を前記循環チャンバから抽出するように適合された低密度出口と、
を備えることを特徴とするサイクロン分離装置。 - 流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置において、前記サイクロン分離装置が、
循環チャンバを画定する内壁および外壁を備えるハウジングであって、前記内壁が外径Ｄを有し、前記内壁と前記外壁との間の間隔が約０．２＊Ｄ未満であるハウジングと、
前記ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置で前記ハウジングの前記内壁および前記外壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を前記循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、
前記ハウジングに結合されかつ前記流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口と、
を備え、
前記ハウジングの前記内壁および前記外壁が前記流体流を前記流体入口から前記低密度出口に向かって導くことを特徴とするサイクロン分離装置。 - 流体流を複数の成分に分離する流体流分離装置において、前記流体流分離装置が、
セラミックモノリスであって、
前記セラミックモノリスの軸方向長さに沿って延びる多孔質のチャネル壁によって分離された平行チャネルのアレイと、
前記セラミックモノリスの前記多孔質のチャネル壁の複数を被覆する機能膜であって、前記機能膜が前記流体流を残留部分と透過部分とに分離するように機能し、前記残留部分が前記平行チャネルのアレイを通って相当の部分の前記セラミックモノリスから出て、前記透過部分が前記セラミックモノリスの表皮を通って前記セラミックモノリスから半径方向外側に出る機能膜と、
を備えるセラミックモノリスと、
前記セラミックモノリスと流体連通して、前記流体流を高密度成分と低密度成分とに分離するためのサイクロン分離装置であって、
循環チャンバを画定する内壁および外壁を備えるハウジングと、
前記ハウジングに結合され、かつ流体入口に近接した位置で前記ハウジングの前記内壁および前記外壁に対してほぼ接線方向の向きに、流体流を前記循環チャンバに注入するように位置決めされた流体入口と、
前記ハウジングに結合されかつ前記流体入口の内部の半径方向位置に配置された低密度出口と、
を備えるサイクロン分離装置と、
を備え、
前記ハウジングの前記内壁および前記外壁が前記流体流を前記流体入口から前記低密度出口に向かって導くことを特徴とする流体流分離装置。 - 前記低密度出口が前記内側ハウジングの前記内側円筒状部分の内部の半径方向位置に位置決めされることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離装置。
- 前記内側円筒状部分が外径Ｄを有し、前記内側円筒状部分と前記外側円筒状部分との間の間隔が約０．２＊Ｄ未満であることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離装置。
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