JP6153871B2 - ガス−粒子プロセッサー - Google Patents
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Description
ガスインレット、ガスアウトレット及び一つ以上の粒子インレットを有するチャンバーと、
第1の制御された質量流量でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すように動作可能なガスの流れの装置と、
第2の制御された質量流量でチャンバーの中に一つ以上の流れの粒子を導入するように動作可能な粒子の流れの装置であって、各粒子の流れはチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流れる、粒子の流れの装置と、を備え、
プロセッサーは、0.900−0.995の各プロセス領域の実質的な部分のガス−粒子混合物の空隙率を提供するために第1及び/又は第2の制御された質量流量を制御するために動作可能である、ガス−粒子プロセッサーが提供される。
プロセッサーは、各プロセス領域のガス−粒子混合物の空隙率がそれぞれの粒子インレットから離れる方向に増加するように動作可能である。
熱及び/又は物質移動及び/又は化学反応は、粒子及びガスがチャンバーを通じて移動するときに粒子とガスとの間で生じる。
チャンバーは、そこを通って粒子がチャンバーを出る少なくとも一つの粒子アウトレットを備える。
各粒子インレットは、複数のインレット部分を備え、各粒子アウトレットは、複数のアウトレット部分を備える。
各粒子インレットは、プロセッサーが、必要とされるガス−粒子混合物の空隙率を達成することを可能とするために必要とされる限り、チャンバーの長さに沿って延びる。
一実施形態では、ガスアウトレットは、チャンバーからの粒子アウトレットとして作用し、(その粒子はガスと共にチャンバーを出る)又は粒子は、チャンバー壁にある粒子アウトレットを通じて部分的にチャンバーを出ると共にガスアウトレットを通じて部分的にチャンバーを出ることができ、ガス及び粒子は、ガスアウトレットから収集され、続いて別の場所で分離される。
サーにおいてガスを通じた多数の通路を形成する。これは、単一の粒子の流れでの繰り返しのプロセスを実施する多数のプロセッサーを有すること以上に空間及びコストの要件を低減する利点を提供する。
チャンバーは、第1端部と第2端部との間で延びる第1及び第2の対向する壁部分を備える。
少なくとも一つの粒子インレットが第1壁部分に形成され、少なくとも一つの粒子アウトレットが第2壁部分に形成される。
この実施形態では、各粒子の流れは、半径方向にチャンバーの中に導入され、そして、各流れのそれぞれの粒子インレット位置でガスを回転させることにより、粒子に付与された回転加速度の遠心力に粒子がさらされ、粒子の流れに半径方向の速度を与える。このような導入により、粒子は、終端速度で落下するが、チャンバーに対して半径方向及び接線方向に移動するように上向きのガス速度で上昇する。
バンクは、ガスインレットとガスアウトレットとの間で離間配置される。
バンクは、各プロセス領域の間に配置される。
インペラー、パドルなどのバンクは、内部部材の軸線を中心としたバンクの回転を可能するために回転可能なリングによって内部部材に取り付けられる。
粒子の流れの装置は、第1方向の成分及び第2方向の成分を備える第2速度で、粒子の流れをチャンバーの中に導入するように動作可能である。プロセッサーは、粒子がチャンバーに導入されるときに粒子の第2速度の第1方向の成分が、チャンバーへの導入によって流線速度に対して反対方向に粒子に作用する周知の力に起因して速度が減じられて、それぞれのプロセス領域のガスの第1の流線速度に実質的に等しいように制御されるように動作可能である。
“反対方向に粒子に作用する周知の力”は、重力やガス抵抗を含む。
他の実施形態では、各粒子の流れの第2速度の第2方向の成分は、半径方向の速度からなる。
プロセッサーは、第2方向の成分に対する終端速度を達成するために重力加速度の下で粒子を導入するように動作可能である。
一実施形態では、粒子の流れの装置は、複数の粒子インレットの各々に供給する単一の粒子フィーダーからなる。
実施形態では、各フィーダーのアウトレットは、チャンバーの粒子インレットの一つを形成する。
実施形態では、ガスの流れの装置は、ガスインレットを通じてチャンバーにガスを供給するためのガスフィーダーからなる。
第2実施形態では、ガス−粒子プロセス方法であって、
ガスをチャンバーの中にガスインレットを通じて導入するステップと、
第1の制御された質量流量でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すステップと、
第2の制御された質量流量でチャンバーの一つ以上の粒子インレットを通じてチャンバーの中に少なくとも一つ以上の粒子の流れを導入するステップと、
各粒子の流れをチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流すステップと、
各プロセス領域の実質的な部分のガス−粒子混合物の空隙率が0.900−0.995であるように第1及び/又は第2の制御された質量流量を制御するステップと、を備える、方法が提供される。
各プロセス領域のガス−粒子混合物の空隙率がそれぞれの粒子インレットから離れる方向に増加する。
代替的な構成では、ガスは、ガスインレットからガスアウトレットに螺旋状の流路で流れる。
他の実施形態では、各粒子の流れは、チャンバー内に配置された内部部材からチャンバーの中に導入される。
また、上記方法は、それぞれの粒子アウトレットを通じてチャンバーから各粒子の流れを出すステップを備える。
他の実施形態では、各粒子の流れの第2速度の第2方向の成分は、半径方向の速度である。
各粒子の流れは、第2方向の成分に対する終端速度を達成するために重力加速度の下で導入される。
方法は、第2(粒子)速度の第1方向の成分がガスの流線速度に実質的に等しくなるように各粒子の流れの供給角度を決定するステップを更に備える。
な支出を必要としない速度でプロセッサーの中に導入されるので、そのような小さな直径及び狭いサイズ分布を有する粒子を使用することが望ましい。しかしながら、他の実施形態では、広いサイズ分布を有する粒子を使用することができるが、そのような場合において、これは、様々なプロセス領域からの粒子及び/又はガスアウトレットを通じてチャンバーを出るいくつかの粒子のいくらかの混合を生じる。
ガスインレット、ガスアウトレット及び一つ以上の粒子インレットを有するチャンバーと、
チャンバーを通じたガスの流線速度である第1速度でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すように動作可能なガスの流れの装置と、
第1方向の成分及び第2方向の成分を備える第2速度で、一つ以上の粒子の流れをチャンバーの中に導入するように動作可能な粒子の流れの装置であって、各粒子の流れはチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流れる、粒子の流れの装置と、を備え、
プロセッサーは、チャンバーへの導入によって第1方向の成分に対して反対方向に粒子に作用する周知の力のせいで任意の速度以下のそれぞれのプロセス領域のガスの第1の流線速度に実質的に等しくするために、粒子がチャンバーに導入されるときに第1方向の成分を制御するように動作可能である、ガス−粒子プロセッサーが提供される。
ガスをチャンバーの中にガスインレットを通じて導入するステップと、
ガスの流線速度である第1速度でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すステップと、
第1方向の成分及び第2方向の成分を備える第2速度で一つ以上の粒子の流れをチャンバーの中に導入するステップと、
チャンバーへの導入によって第1方向の成分に対して反対方向に粒子に作用する周知の力のせいで任意の速度以下のそれぞれのプロセス領域のガスの第1の流線速度に実質的に等しくするために、粒子がチャンバーに導入されるときに粒子の第2速度の第1方向の成分を制御するステップと、を備える、方法が提供される。
ガスインレット、ガスアウトレット及び一つ以上の粒子インレットを有するチャンバーと、
ガスが、ガスインレットとガスアウトレットとの間で直線状の速度の成分と、チャンバー内の角速度成分とを有するように、ガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すように動作可能なガスの流れの装置と、
一つ以上の粒子の流れをチャンバーの中に導入するように動作可能な粒子の流れの装置であって、各粒子の流れはチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流れる、粒子の流れの装置と、を備える、ガス−粒子プロセッサーが提供される。
ガスをチャンバーの中にガスインレットを通じて導入するステップと、
ガスが、ガスインレットとガスアウトレットとの間で直線状の速度の成分と、チャンバー内の角速度成分とを有するように、ガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すステップと、
少なくとも一つの粒子の流れをチャンバーの中に導入するステップと、
チャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて各粒子の流れを流すステップと、を備える、方法が提供される。
ガスインレットとガスアウトレットとを有し、ガスインレットとガスアウトレットとの間にチャンバーの長さを画定すると共に、少なくとも二つの粒子インレットを有するチャンバーと、
ガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すように動作可能なガスの流れの装置と、
一つ以上の粒子の流れをチャンバーの中に導入するように動作可能な粒子の流れの装置であって、各粒子の流れはチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流れる、粒子の流れの装置と、を備え、
チャンバーの長さは、各々が単一の粒子の流れ及び単一のそれぞれのプロセス領域で動作するだけである実質的に同一のチャンバーの、チャンバーの粒子インレットと同じ数の組み合わされた最小の長さよりも短い、ガス−粒子プロセッサーが提供される。
は、各粒子インレット及びその特定の粒子アウトレットによって画定されると共に、そのインレットからアウトレットに流れる粒子の流れによって占有されるチャンバーのプロセス領域を含む。例えば、プロセスステージ18Aは、粒子インレット4A及び粒子アウトレット8Aによって画定されると共に、粒子インレット4Aと粒子アウトレット8Aとの間の粒子の流れによって占有されるチャンバーのプロセス領域を含む。粒子が、プロセッサー2のガスの流れを通じて落下すると、熱及び/又は質量の交換及び/又は化学反応が、プロセスステージ18A−Cにおける粒子の流れとガスの流れとの間で発生する。チャンバー3内の時間の任意の時点において、プロセスステージの粒子の流れは、実質的に混在しない。
れる。これは、粒子の流れを有する粒子の実質的な部分が、粒子の流れの隣接する粒子によって妨げられないことを可能にする。その結果、ガスによる粒子の表面への増加したアクセス及び粒子の流れの実質的に一定の速度が達成される。同時に、ガス−粒子混合物の空隙率は、ガスの第1質量流量が実行できない低さにならないように制限され、従って、チャンバーは、過度に長くなることを必要とされない。粒子インレット4は、プロセッサーが動作中に必要とされるガス−粒子混合物の空隙率を達成することを可能とするために必要とされる限り、チャンバーの長さに沿って延びる。
従って、粒子がチャンバーの中に導入される第2速度及び粒子の供給角度は、第1及び第2の方向の成分の知識から決定される。
用する最小の力を有する。従って、プロセッサーにわたる(すなわち、チャンバーのガスインレットとガスアウトレットとの間の)圧力降下は最小限に抑えられる。
130は、プロセス領域118A−Cに配置されると共にプロセス領域118A−C間に配置されるプレート状パドル130A−Fのバンクを備え、それは、チャンバー3を通じたガス速度の方向及び大きさを維持するのに役立つ。また、ガスローターは、パドルに加えてあるいはパドルに替えて、ガスインレット近くのチャンバーの下部に固定されたベーンを備えることができる。パドル130A−Fは、モーターによって柱の軸線を中心にしてバンクの回転を許容するために回転可能なリングなどによってチャンバー内の内部部材180上に取り付けられる。ガスは螺旋状に上昇するため、ガスローターによってチャンバー内に粒子の同様な螺旋状の上昇を生じる。パドル130A、130C及び130Eは、プロセスステージ118A、118B及び118Cの間にそれぞれ配置され、パドル130B、130D及び130Fは、プロセスステージ118A、118B及び118Cの間にそれぞれ配置される。
る。好ましくは、プロセッサーの動作中、これらの質量流量の一つ又は双方は、各プロセス領域の実質的な部分の、好ましくは実質的に各プロセス領域を通る、ガス−粒子混合物の空隙率は、0.900−0.995(好ましくは0.990に近い値)であるように制御される。これは、粒子の流れを有する粒子の実質的な部分が、粒子の流れの隣接する粒子によって妨げられないことを可能にする。その結果、ガスによる粒子の表面への増加したアクセス及び粒子の流れの実質的に一定の速度が達成される。同時に、ガス−粒子混合物の空隙率は、ガスの第1質量流量が実行できない低さにならないように制限され、従って、チャンバーは、過度に長くなることを必要とされない。
以下の実施例1及び2をそれぞれ実施するために使用される、図1は、水平型ガス−粒子プロセッサーを示し、図2は、垂直型ガス−粒子プロセッサーを示す。実施例は、理想的または理論的な条件の下で計算を提供する。実際のアプリケーションでは、いくらかの効率の低下が考慮される。
ガスフィーダー14は、218トン/時間の質量流量、4m/秒の速度及び100度の温度のガスの流れを4m×4mのチャンバーの中に導入する。ガスの流れは、ガスアウトレット26からチャンバーを出る。
粒子がガスの流れを通じて落ちると、熱交換がステージ18Aで粒子の流れとガスの流れとの間で生じる。これは、理想的な条件下で169度までアルミナの流れを冷却する。この粒子の流れの循環は、粒子が粒子アウトレット8Aを出て導管12Aを介して粒子インレット4Bに供給されるように生じる。この計算の目的のため、全くないあるいは少しの熱交換が、任意の接続導管内の流れに対して仮定される。粒子の流れは、ステージ18Bでプロセッサー2を再度入る。さらに、粒子の流れとガスの流れとの間の熱交換は、粒子の流れが理想的な条件下で169度から137度まで下がるように生じる。このプロセスは、(理想的な条件下で)106度の最終的な温度まで冷却された粒子が粒子アウトレット8Cを出るステージ18Cで繰り返される。
ガスフィーダー114は、1370トン/時間の質量流量、4m/秒の速度及び100度の温度のガスの流れを、12mの外径を有すると共に直径が4mである中央粒子供給部材を有するチャンバーの中に導入する。ガスの流れは、ガスアウトレット126からプロセッサー102を出る。パドル130A、130B及び130Cは、プロセスステージ118A、118B及び118C間で配置され、ガスの回転のための手段を提供する。付加的なパドル130B、130D及び130Fが、それぞれ、ステージ118A、118B及び118C内に配置され、ガスの回転速度を調節するために使用されることができる。これらのパドルは、回転フレームワークに固定された多くの小さなパドルの形態である。
粒子の流れに対する螺旋状の上昇するガスの流れによって与えられる遠心力は、ステージ118Cの粒子の流れが粒子アウトレット108Aによって収容されるように、粒子の流れをチャンバーの表面に向かって外方に螺旋状に上昇させる。粒子の流れは、その後、導管132Aを介して粒子インレット104Bに移動する。このプロセスは、ステージ118Bの粒子の流れが粒子アウトレット108Bによって収容され、導管134Bを介して粒子インレット104Cに伝達されるように繰り返される。粒子の流れは、粒子アウトレット108Cを通じてプロセッサー102を最終的に出る。熱伝達は、プロセスステージ118A、118B及び118Cでの粒子の流れとガスの流れとの間で生じ、(理想的な条件下で)105度の最終的な粒子の流れの温度及び195度の最終的なガスの流れを生じる。
新規な特徴及び新規な特徴の組み合わせを含む本発明の精神及び範囲から逸脱しないで行われることができる。
Claims (17)
- ガス−粒子プロセッサーであって、
ガスインレット、ガスアウトレット、一つ以上の粒子インレット及び各インレットに関連する粒子加速器を有するチャンバーと、
ガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流す、ガスの流れの装置と、
制御された粒子質量流量でチャンバーの中に一つ以上の流れの粒子を導入する、粒子の流れの装置であって、各粒子の流れはチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流れることによってガス−粒子混合物を形成する、粒子の流れの装置と、を備え、
粒子加速器は、0.900−0.995の各プロセス領域の一部分におけるガス−粒子混合物の空隙率を提供するために、各粒子の流れが粒子の終端速度以上である方向成分を有する速度で導入されるように、粒子質量流量を制御する、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項1記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、そこを通じて粒子がチャンバーを出る少なくとも一つの粒子アウトレットを備える、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項2記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、各粒子インレットに対して一つの粒子アウトレットを備え、
粒子インレット及び粒子アウトレットは、各粒子の流れが粒子インレットを通じてチャンバーに入り特定の粒子アウトレットを通じてチャンバーを出るように構成され、
各粒子インレット及びその特定のアウトレットは、それぞれ、チャンバーの対向する領域に配置される、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項2記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、そこを通じて全ての粒子インレットからの粒子がチャンバーを出る単一の粒子アウトレットを備える、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項2乃至4のうちのいずれか一つに記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、第1端部と、対向する第2端部とを備え、
チャンバーは、第1端部と第2端部との間で延び、
ガスインレットは第1端部近傍に配置され、
ガスアウトレットは第2端部近傍に配置され、
チャンバーは、第1端部と第2端部との間で延びる第1及び第2の対向する壁部分を備える、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項5記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、ガスアウトレットが配置される第2端部がガスインレットが配置される第1端部の上方に配置されて壁部分が垂直方向に延びた状態で配置されるか、
あるいは、
チャンバーは、ガスアウトレットが配置される第2端部がガスインレットが配置される第1端部の側方に配置されて壁部分が水平方向に延びた状態で配置される、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項5又は6に記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
少なくとも一つの粒子インレットが第1壁部分に形成され、少なくとも一つの粒子アウトレットが第2壁部分に形成され、
あるいは、
チャンバーは、内部部材を備え、
少なくとも一つの粒子インレットが内部部材に形成され、
少なくとも一つの粒子アウトレットがチャンバーの第1及び/又は第2の壁部分に形成される、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項1乃至7のうちのいずれか一つに記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
ガスの流れの装置は、ガスをチャンバーを通じて螺旋状の流路で流すためのガスローターを備え、
ガスローターは、ガスをチャンバーを通じて螺旋状の流路で流すために使用されることができる、一つ以上のインペラー、パドル、ベーンあるいは他の適当な部材、デバイス又は装置からなる、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項8に記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
ガスローターは、複数のバンクの形態に配列された複数のインペラー又はパドルからなり、
バンクは、ガスインレットとガスアウトレットとの間で離間配置され、
バンクは、各プロセス領域の間に配置される、及び/又は、バンクの少なくとも一つは、各プロセス領域の間に配置される、ガス−粒子プロセッサー。 - 請求項9記載のガス−粒子プロセッサーにおいて、
チャンバーは、内部部材を備え、少なくとも一つの粒子インレットが内部部材に形成され、
インペラー又はパドルのバンクは、内部部材の軸線を中心としたバンクの回転を可能するために回転可能なリングによって内部部材に取り付けられる、ガス−粒子プロセッサー。 - ガス−粒子プロセス方法であって、
ガスをチャンバーの中にガスインレットを通じて導入するステップと、
制御された第1の質量流量でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じてガスを流すステップと、
制御された第2の質量流量でチャンバーの一つ以上の粒子加速器を通じてチャンバーの中に少なくとも一つ以上の粒子の流れを導入するステップと、
各粒子の流れをチャンバーのそれぞれのプロセス領域を通じて流すステップと、
0.900−0.995の各プロセス領域の一部分におけるガス−粒子混合物の空隙率を提供するために、各粒子の流れが粒子の終端速度以上である方向成分を有する第2の速度で導入されるように、第2の質量流量を制御するステップと、を備える、方法。 - 請求項11記載の方法において、
ガスは、ガスインレットからガスアウトレットに直線状に流れる、
あるいは、
ガスは、ガスインレットからガスアウトレットに螺旋状の流路で流れる、方法。 - 請求項11又は12に記載の方法において、
各粒子の流れは、チャンバーの壁部分を通じてチャンバーの中に導入される、
あるいは、
各粒子の流れは、チャンバー内に配置された内部部材からチャンバーの中に導入される、方法。 - 請求項11乃至13のうちのいずれか一つに記載の方法において、
ガスは、第1速度でガスインレットからガスアウトレットにチャンバーを通じて流れ、
第1速度は、チャンバーを通るガスの流線速度であり、
前記方法は、
粒子がチャンバーに導入されるときに、粒子の第2速度の第1方向の成分が、重力及びガス抵抗に起因して速度が減じられて、それぞれのプロセス領域のガスの流線速度に等しくなるように、粒子の第2速度を制御するステップをさらに備える、方法。 - 請求項14記載の方法において、
各粒子の流れは、半径方向において粒子の終端速度に等しい又は粒子の終端速度よりも高い、第2速度の第2方向の成分で導入され、
あるいは、
各粒子の流れは、第2方向の成分に対する終端速度を達成するために重力加速度の下で導入される、方法。 - 請求項14又は15に記載の方法において、
第2速度の第1方向の成分がガスの流線速度に等しくなるように各粒子の流れの供給角度を決定するステップと、
ガスの流線速度の方向に対して前記供給角度をなすようにチャンバーの中に各粒子の流れを導入するステップと、を更に備える、方法。 - 請求項11乃至16のうちのいずれか一つに記載の方法において、
使用される粒子は、300μm未満の直径を有する、方法。
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