特許 6153871 ガス−粒子プロセッサー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6153871

(24)【登録日】2017年6月9日

(45)【発行日】2017年6月28日

(54)【発明の名称】ガス−粒子プロセッサー

(51)【国際特許分類】

   B01J 8/12 20060101AFI20170619BHJP

   F26B 17/00 20060101ALI20170619BHJP

   F28C 3/12 20060101ALI20170619BHJP

【ＦＩ】

   B01J8/12 321

   F26B17/00 Z

   F28C3/12

【請求項の数】17

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-540178(P2013-540178)

(86)(22)【出願日】2011年11月25日

(65)【公表番号】特表2014-503343(P2014-503343A)

(43)【公表日】2014年2月13日

(86)【国際出願番号】AU2011001524

(87)【国際公開番号】WO2012068631

(87)【国際公開日】20120531

【審査請求日】2014年10月8日

(31)【優先権主張番号】2010905233

(32)【優先日】2010年11月26日

(33)【優先権主張国】AU

(73)【特許権者】

【識別番号】513132944

【氏名又は名称】オーウェン・ポッター

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(72)【発明者】

【氏名】オーウェン・ポッター

【審査官】 中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】 実公昭３６−０３１３９５（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開昭５１−０６８０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第００８２６０２０（ＧＢ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２３７６３６５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／

Ｂ０１Ｊ ８／１２、１０／００

Ｆ２６Ｂ １７／００

Ｆ２８Ｃ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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2】

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3】

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4】

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5】

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6】

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7】

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8】

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9】

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10】

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。

【請求項11】

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12】

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13】

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14】

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15】

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16】

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17】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体−固体の熱及び物質移動、ガス触媒反応、（液滴の）ガス吸収、及び冷却塔に関するプロセス及びプロセッサーを含む、ガス−粒子プロセス及びガス−粒子プロセッサーに関する。

【背景技術】

【0002】

ガス−粒子エネルギー回収及び再生、気体−固体の化学反応、ガス化、吸着、乾燥、ガス吸収及び蒸留などの気体−固体プロセスを実施するために使用される多くのシステムが存在する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

これらのシステムの例は、ロータリードライヤー及びロータリー炉であるが、効率の良い気体−固体コンタクターではない。流動床、循環流動床などの他のシステムが代わりに使用される。しかしながら、これらのシステムは、増加した圧力降下及び接触する非効率性などの欠点を有する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１実施形態では、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。

【0005】

プロセッサーは、好ましくは０．９５５未満ではなく、より好ましくは０．９８０未満ではなく、最も好ましくは０．９００に近い値の各プロセス領域の実質的な部分を通じたガス−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。これは、粒子の流れ内の粒子のかなりの割合が邪魔されないことを可能にし、それは、粒子の流れ内の隣接する粒子によって実質的に邪魔されない粒子である。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。

【0006】

一形態では、プロセッサーは、各プロセス領域の実質的な部分がそのそれぞれの粒子インレットに隣接するように動作可能である。この実施形態では、各プロセス領域のガス−粒子混合物の空隙率は、それぞれの粒子インレットから離れる方向に増加する。

【0007】

プロセッサーは、ガス−粒子混合物の空隙率が各プロセス領域の実質的な部分を通じて実質的に一定であるように動作可能である。
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。

【0008】

粒子は、固体粒子あるいは、例えば液滴又は薄いシートの形態の液体粒子にすることができる。
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。

【0009】

一形態では、プロセッサーは、水平構成にすることができる。他の形態では、プロセッサーは、垂直構成にすることができる。
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。

【0010】

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る。各粒子インレット及びその特定のアウトレットは、そのステージのインレットとアウトレットとの間の粒子の流れによって生じたチャンバーのプロセス領域を含むプロセスステージを形成する。

【0011】

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。
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。

【0012】

各粒子インレットは、チャンバーの幅の実質的な部分をわたって、好ましくはその幅全体をわたって延びる。
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。

【0013】

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。単一の粒子アウトレットは、チャンバーの床に格子あるいはふるいなどを備えることができる。

【0014】

粒子インレットは、チャンバーの領域に沿ったインレットの配列として構成され、粒子アウトレットは、インレットが形成されるチャンバーの対向する領域に沿ったアウトレットの配列として構成される。

【0015】

粒子インレットの配列は、チャンバーの長さに沿って分配された最初のインレット及びそれに続く複数のインレットからなり、粒子アウトレットの配列は、チャンバーの長さに沿って分配された複数の中間アウトレット及び最後のアウトレットからなり、各中間アウトレットは、プロセッサーが各中間アウトレットからそれぞれの続くインレットまで粒子を循環するように動作可能であるように、それぞれの続くインレットと連通する。

【0016】

プロセッサーは、チャンバーに導入される各粒子の流れが他の粒子の流れから分離するように動作可能である。
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。

【0017】

従って、粒子がチャンバーをわたって循環される各実施形態は、“マルチステージ”プロセスで動作するガス−粒子プロセッサーを提供し、それによって、各粒子は、プロセッ
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。

【0018】

他の実施形態では、ガス−粒子プロセッサーは、“マルチステージ”プロセスで動作し、それによって、多くの粒子の流れは、同時にチャンバー内で同時処理される。これは、同じ数の個々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。

【0019】

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る。

【0020】

チャンバーは、壁部分によって囲まれ、それによって、チャンバーは、プロセス領域が配置される囲まれた空間を画定する。
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。

【0021】

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。この実施形態では、ガスは、ガスインレットからガスアウトレットまでチャンバーを通じて概ね垂直方向に上向きに流れ、粒子は、壁部分に対して概ね半径方向に流れる。

【0022】

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。この実施形態では、ガスは、ガスインレットからガスアウトレットまでチャンバーを通じて概ね水平方向に流れ、粒子は、対向する壁部分間で概ね垂直方向に流れる。

【0023】

チャンバーは、（ガスが実質的に垂直方向に流れるように配置される）概ね円筒形又は（ガスが実質的に水平方向に流れるように配置される）概ね長方形にすることができる。
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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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、パドルなどからなる。
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。

【0028】

それらは、各プロセス領域の間に配置されたバンクの少なくとも一つにすることができる。
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。

【0029】

ガスの流れの装置は、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までガスをチャンバーを通して流すように動作可能であり、
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。

【0030】

このように、粒子を加速するのに必要なエネルギーは、流れの中の妨げられない各粒子がガスストリームによる粒子に作用する最小の力を有するようにチャンバーの中に粒子を供給する機構によって提供され、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。

【0031】

ガスの“流線速度”は、ガスの流れの速度ベクトルに対して接線方向である方向のガスの速度であると理解される。
“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。

【0032】

プロセッサーの動作中、ガスの速度は、チャンバー内に生じる熱及び／又は物質移動のためにチャンバーにわたって変化する。従って、第１の（ガス）速度及び各プロセス領域のその成分は、それぞれのプロセス領域に対する粒子インレット近傍などのチャンバー内の関連位置での局部のガス速度として取られるが、プロセス領域にわたる局部の速度の手段（あるいはそれぞれの速度の成分）から決定されるのが好ましい。

【0033】

各粒子の流れの第２速度の第１方向の成分及び第２方向の成分は、第２速度の分解した水平成分及び垂直成分からなる。
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、半径方向の速度からなる。

【0034】

プロセッサーは、第２速度の第２方向の成分が粒子の終端速度に実質的に等しい又は粒子の終端速度よりも高いように、粒子を導入するように動作可能である。
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。

【0035】

プロセッサーは、チャンバーのガスインレットからガスアウトレットまでガスが実質的に直線的に流れるように構成され、それによって、ガスの流線速度は、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で直線状の速度である。

【0036】

プロセッサーは、チャンバーのガスインレットからガスアウトレットまでガスが螺旋状の流路に沿って流れるように構成され、それによって、ガスの流線速度は、この螺旋状の流路と整合される。この実施形態では、ガスの第１速度（流線速度）は、ガスインレットとガスアウトレットとの間の直線状の速度の成分と角速度の成分とを組み入れる。

【0037】

プロセッサーは、第１（ガス）速度の方向に対する供給角度でチャンバーの中に各粒子の流れを導入するように動作可能であり、供給角度及び各粒子の流れの第２速度は、粒子がチャンバーの中に導入されるように粒子の第２速度の第１方向の成分がそれぞれのプロセス領域のガスの流線速度に実質的に等しいように、決定される。

【0038】

これらのプロセッサーの実施形態は、高い熱及び物質移動速度、短いガス−粒子接触時間及びシステムにわたる低圧力降下を有するガス−粒子相互作用を、少なくとも部分的に提供する。

【0039】

粒子の流れの装置は、一つ又は複数の粒子インレットに粒子を供給するための一つ以上の粒子フィーダーからなる。
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。

【0040】

別の実施形態では、プロセッサーは、各粒子インレットに粒子を供給するため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。

【0041】

各粒子フィーダーは、ホッパー、ビン又は同様なユニットの形態の一つ以上の貯蔵容器から粒子を供給する。
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。

【0042】

ガスフィーダーは、圧縮機、ポンプ、送風機又は類似の装置の形態にすることができる。
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。

【0043】

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は、好ましくは０．９５５未満ではなく、より好ましくは０．９８０未満ではなく、最も好ましくは０．９００に近い値になるように制御される。

【0044】

ガス−粒子混合物の空隙率は、各プロセス領域の実質的な部分を通じて実質的に一定であるように制御される。
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。

【0045】

ガスは、ガスインレットからガスアウトレットに実質的に直線状に流れる。
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。

【0046】

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。
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。

【0047】

上記方法は、それぞれの粒子のインレットからチャンバーの壁部分まで各粒子の流れを流すステップを備える。
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。

【0048】

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、各粒子の流れは、第２速度でチャンバーの中に流れ、第２速度は、第１方向の成分及び第２方向の成分を備える。この実施形態では、方法は、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粒子の第２速度の第１方向の成分を制御する。

【0049】

第２速度の第１方向の成分及び第２方向の成分は、第２速度の分解した水平成分及び垂直成分からなる。
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。

【0050】

各粒子の流れは、粒子の終端速度に実質的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方向の成分と共に導入される。
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。

【0051】

方法は、チャンバーのガスインレットからガスアウトレットまでガスを実質的に直線的に流すステップを備え、それによって、ガスの流線速度は、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で直線状の速度である。

【0052】

他の実施形態では、方法は、チャンバーのガスインレットからガスアウトレットまでガスを螺旋状の流路に沿って流すステップを備え、それによって、ガスの流線速度は、この螺旋状の流路と整合される。この実施形態では、ガスの第１速度（流線速度）は、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組み入れる。

【0053】

方法は、ガスの流線（第１）速度の方向に対する供給角度でチャンバーの中に各粒子の流れを導入するステップを備える。
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。

【0054】

３００μｍ未満の直径を有する粒子が使用され、好ましくは、２００μｍ乃至１００μｍの直径を有する。小さな粒子の大きさは、質量流量に対して非常に高い表面を有する（プロセス領域における高い空隙率での）粒子の大部分を提供する。粒子の大きな表面領域は、粒子とガスの流れとの間の交換プロセスを向上させる。好適な実施形態では、粒子は、チャンバーの各プロセス領域が小さく保たれると共に所望のガス−粒子混合物の空隙率が維持されるのを可能にする狭いサイズ分布を有する。さらに、各粒子の流れ（第２速度）の全ての方向の成分に含む実質的に均一な速度を達成するためにエネルギーやコストの過度
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。

【0055】

第３の実施形態では、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。

【0056】

第４の実施形態では、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、
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。

【0057】

別の実施形態では、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。

【0058】

さらに別の実施形態では、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、
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。

【0059】

さらに別の実施形態では、ガス−粒子プロセッサーであって、
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。

【0060】

本発明の実施の形態が、添付の図面を参照しながら、単なる例として以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0061】

【図1】図１は、水平に構成されたガス−粒子プロセッサーの断面図である。

【図2】図２は、垂直に構成されたガス−粒子プロセッサーの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0062】

水平なガス−粒子プロセッサー２の一形態が図１に示される。プロセッサー２は、第１端部２０と、対向する第２端部２１と、第１端部２０と第２端部２１との間で延びる上壁部分２２及び下壁部分２３とを有するチャンバー３を備える。水平に配向されたチャンバーを画定するように、第２端部が第１端部の一方側に配置されると共に、側壁部分が概ね水平に延びる。

【0063】

チャンバー３は、そこを通じて粒子がチャンバーの中に導入される、第１インレット４Ａ、第２インレット４Ｂ及び第３インレット４Ｃから構成される粒子インレットの配列４を有する。固体粒子は、粒子流出装置によって各インレットに供給され、粒子流出装置は、それぞれ関連した粒子加速器５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを有する粒子フィーダーから構成され、粒子フィーダーは、ホッパー、ビンなどの形態の一つ以上の貯蔵容器から粒子を供給する。しかしながら、他の実施形態では、粒子は、スプレーノズル、噴霧器等により供給される液滴又は液体の薄いシートにすることができる。粒子インレット４は、チャンバーの上壁部分２２の表面６に形成される。フィーダーのアウトレットは、粒子インレット４と連通すると共に粒子インレット４と共存する。プロセッサーは、各粒子インレットを通って供給された粒子が、上壁部分から下壁部分に流れる、互いに分離して別個である粒子の流れを生じるように構成されかつ動作される。また、インレット４は、チャンバーの実質的な部分にわたって、好ましくはチャンバーの幅全体にわたって延びる幅であり、それぞれの粒子の流れは、チャンバーの幅をわたって実質的に延びる。

【0064】

また、チャンバー３は、そこを通じて粒子がチャンバーを出る、第１アウトレット８Ａ、第２アウトレット８Ｂ及び第３アウトレット８Ｃから構成される粒子アウトレットの配列８を有する。粒子アウトレットは、インレットが形成されている壁部分とは反対側の下壁部分２３の表面１０に形成される。第１、第２及び第３のアウトレット８Ａ−Ｃは、それぞれ、第１、第２及び第３のインレット４Ａ−４Ｃと対向するが、第１、第２及び第３のインレット４Ａ−４Ｃからオフセットされる。各アウトレットは、チャンバーを通って移動するときに粒子のいくらかの水平移動のために、そのインレットから下流側に配置される。それぞれの粒子インレット４Ａ−Ｃから流れる別個の粒子の流れは、特定の粒子アウトレットを通ってチャンバーを出る。例えば、第１粒子インレット４Ａから流れる粒子は、第１アウトレット８Ａだけを通ってチャンバーを出る。プロセスステージ１８Ａ−Ｃ
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。

【0065】

多くの分離した粒子の流れで動作するプロセッサーの能力のため、それは、“マルチステージ”プロセッサーとして機能することができる。これは、同じ数の単一の粒子の流れのプロセスを実施するために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。

【0066】

粒子インレット及び粒子アウトレットの配列は、チャンバー３を通じて粒子を再循環（リサイクル）するように構成される。一形態では、この再循環は、各アウトレットからそのそれぞれのインレットにすることができる。他の実施形態では、第１粒子アウトレット８Ａは、導管１２Ａを介して第２粒子インレット４Ｂに接続され、第２粒子アウトレット８Ｂは、導管１２Ｂを介して第３粒子インレット４Ｃに接続され、その結果、粒子は、接続されたインレット及びアウトレットの間で流れる。この実施形態では、第１粒子インレット４Ａは、チャンバー３への最初の供給を画定し、第３粒子アウトレット８Ｃは、チャンバー３を出てプロセッサーを出るための最後の粒子アウトレットを画定する。変形例では、システムは、いくらかの粒子が第３粒子アウトレットでプロセッサーを出るが、いくらかの粒子がシステムを出た粒子を補うために付加された補充粒子と共に第１粒子インレットに再循環されるように、半閉鎖されることができる。

【0067】

当然ながら、プロセッサーは粒子インレット及び粒子アウトレットを多くあるいは少なく備えることができることを理解されるべきである。一変形例では、プロセッサーは、チャンバーの下部に形成された単一の粒子アウトレットを備えることができ、その粒子アウトレットは、インレットを通じてチャンバーに入る全ての粒子を受け入れる。

【0068】

さらなる変形例では、各々のインレット及びアウトレットは、それぞれ、例えば格子あるいはふるいによって画定された複数のインレット部分又はアウトレット部分を備えることができる。具体的には、いくつかの実施形態において、チャンバーの床は、粒子が床を通じて落下してチャンバーの下部に収集されるのを許容する格子あるいはふるいの形態にすることができる。

【0069】

また、チャンバー３は、チャンバー３の第１端部２０に配置されたガスインレット２５と、チャンバー３の第２端部２１に配置されたガスアウトレット２６とを備え、それによって、ガスは、プロセッサー２の動作中インレットとアウトレットとの間でチャンバーの長さに沿って流れる。このガスの流れを提供して導くために、プロセッサー２は、チャンバーのガスインレット２５にガスを供給するガスフィーダー１４と、場合によっては一つ以上の整流装置とを組み込んだガス流装置を備える。ガスフィーダーは、ポンプ、圧縮機、送風機等の形態である。

【0070】

ガス及び各粒子の流れは、それぞれ、チャンバーを通る第１及び第２の質量流量を有する。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。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。

【0071】

図１に示されたプロセッサー２に対し、そのプロセッサーは、ガス−粒子混合物の空隙率が、特に粒子が終端速度でチャンバーに導入される場合に、各プロセス領域を通じて概ね一定となるように動作される。しかしながら、ガス−粒子混合物の空隙率は、粒子が終端速度よりも高い速度で導入される場合に、そのそれぞれの粒子インレットに隣接する各プロセス領域の部分の方が、そのプロセス領域の残りの部分よりも高くすることができる。

【0072】

ガスの質量流量及び粒子の質量流量の一方、好ましくはその両方は、制御され、その選択は、ガス−粒子プロセッサーが使用されるアプリケーションに基づく。例えば、ガス触媒プロセスにおいて、プロセスは、必要な化学変換を提供するように触媒粒子の流れが制御されて、その反応のために制御されたガス−粒子位相にすることができる。プロセッサーが、例えば、（液滴の形態の粒子を有する）冷却塔として使用される場合、プロセッサーの動作は、制御されたガス位相にすることができる。このアプリケーションでは、液体粒子は、冷却塔プロセスに対する表面領域を提供する質量流量率で注入される。

【0073】

プロセッサー２は、ガスが、水平方向において概ね直線状である流線の（第１の）速度でチャンバー３を流れるように動作される。これを達成することを支援するため、バッフルなどの整流装置がガスインレット２５の近傍に提供される。動作中、ガス速度は、チャンバー内に生じる熱及び／又は物質移動のためにチャンバーにわたって変化することに留意される。

【0074】

各々の粒子の流れは、第２速度及びガスの流線の方向に対する供給角度でチャンバーの中に導入される。これは、第２速度に第１方向の成分及び第２方向の成分を与える。第２方向の成分は、ガスの流れの方向に垂直方向な粒子の速度、すなわち垂直方向の速度である。第１方向の成分は、ガスの流線の方向に平行方向な粒子の速度、すなわち水平方向の速度である。

【0075】

第２速度（粒子の速度）及び粒子の供給角度は、粒子がチャンバーに導入されるときに粒子の速度の第１方向の成分がガス速度の流線速度に対して（大きさ及び方向が）実質的に等しいように制御される。（チャンバー内に生じる熱及び／又は物質移動のために）ガスの速度がチャンバーの長さにわたって変化するので、第１の（ガス）速度及び各プロセス領域のその成分は、それぞれのプロセス領域に対する粒子インレット近傍などのチャンバー内の関連位置での局部のガス速度として取られ、あるいは、プロセス領域にわたる局部の速度の手段（あるいはそれぞれの速度の成分）から決定されるのが好ましい。

【0076】

また、第２速度（粒子の速度）は、第２の（垂直）方向の成分が、ガスの粒子の終端速度に実質的に等しいように制御される。
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。

【0077】

上述の速度及び質量流量率を有するプロセッサーを動作することにより、粒子がチャンバーに入るときに粒子を加速するのに必要なエネルギーが、それぞれの粒子フィーダーによって提供され、各ストリームの各妨げられない粒子は、ガスストリームによる粒子に作
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。

【0078】

変形例では、粒子は、重力加速度で落下するようにチャンバーの中に垂直に単に落下する。そのようなプロセスは、チャンバーにわたって圧力損失が低くなく、上述の水平方向及び垂直方向の成分で粒子が入る場合であり、従って効率的ではない。しかしながら、この変形例は、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、好ましくは０．９９０に近い値であるように制御されたガス及び粒子の質量流量率で動作されることができる。

【0079】

また、小さい直径の粒子及びプロセッサーの狭い寸法の分布を使用することが望ましい。通常、３００μｍ未満の直径、より好ましくは２００乃至１００μｍの直径を有する粒子が使用される。そのような小さな粒子の使用は、上述のガス−粒子混合物の空隙率でチャンバーのプロセス領域のガスと混合されるときに粒子の非常に高い表面領域を提供する。そのような高い表面領域は、粒子とガスとの間の交換プロセスを高め、プロセッサーが高効率で動作することを可能とする。狭い寸法の分布を有する粒子の使用は、チャンバーのプロセス領域が狭く保たれるのを可能にし、所望のガス−粒子混合物の空隙率を容易に維持することができる。粒子のこれらの属性の組み合わせは、各粒子の流れが、実質的に均一な粒子速度を達成するためにエネルギーやコストの過度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ことを可能にする。

【0080】

いくつかのアプリケーションでは、ガス触媒プロセッサーなどの高い空隙率を有する粒子を使用することが望ましい。しかしながら、これは、高い空隙率が粒子内の熱伝導率を下げることができる熱伝達プロセッサーなどのいくつかの実施形態における場合ではない。

【0081】

図２を参照すると、別の実施形態にかかる垂直なガス−粒子プロセッサー１０２が示される。図１に示されたプロセッサー２と同様なプロセッサー１０２の特徴は、同じ参照符号で示されるが、符号１又は１０が前に付いている。

【0082】

プロセッサー１０２は、ガスインレット１２５が配置される第１端部１２０上に、ガスアウトレット１２６が配置される第２端部１２１が配置されるように、垂直方向に配向された、概ね円筒形のチャンバー１０３を備える。対向する側壁部分１２２、１２３は、端部１２０、１２１の間を垂直方向に延びる。従って、ガスは、プロセッサー１０２の動作中上部から下部にチャンバー１０３を通って垂直方向に流れる。中央内部部材又は柱１８０は、チャンバー内に提供され、中央内部部材又は柱１８０上に粒子インレット１０４Ａ−Ｃが配置される。従って、粒子はチャンバーの中心からチャンバーに入る。粒子フィーダー１１０Ａ−Ｃは、内部部材１８０上に配置されたインレット１０４Ａ−Ｃに供給される。

【0083】

チャンバーに入ると、粒子は、螺旋流路に沿ってチャンバーの内表面に向かって外方に移動し、ガスが粒子アウトレット１０８Ａ−Ｃを通ってチャンバーを出る場合にガスローター（後述）の影響を受ける螺旋ガス流によって運ばれる。各粒子アウトレット１０８Ａ−Ｃは、粒子がチャンバーを通じて移動するときに粒子が（重力に対抗して）ガスによって若干上方に運ばれるように、そのそれぞれのインレット１０４Ａ−Ｃの上流側に配置される。

【0084】

ガスは、チャンバー１０３を通じて垂直である方向に概ね移動するが、図２のプロセッサー１０２のガス流装置は、チャンバー内のガスを回転させるためのガスローター１３０を備える。これは、ガスを動作中チャンバーを通じて螺旋状に上昇させる。ガスローター
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。

【0085】

図２に示されたこの実施形態では、ガスの流線速度（第１速度）は、重力に対する垂直方向にある、ガスインレットとガスアウトレットとの間にある線形速度成分と、ガスローターの回転によって与えられる角速度成分とを組み込む。動作では、ガスは、チャンバーにわたって角速度分布を有する。

【0086】

チャンバー内のガスの回転は、粒子が柱に中心的に配置された粒子インレットを通じて導入されるように接線方向に粒子を引き入れる。関連した遠心力は、チャンバー内の粒子の半径方向の加速を生じる。従って、粒子は、チャンバーの側面に向かって外方に螺旋状の上昇をし、ガスが粒子アウトレットを通って出る。また、粒子は、重力に逆らって上方にインレットとアウトレットとの間でガスの流れの方向に沿って運ばれる（重力で落下する粒子の終端速度よりも高い垂直方向のガス速度が提供される）。

【0087】

粒子の流れは、チャンバーの中に導入され、各粒子の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る。このような導入により、粒子は、ガスに対して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垂直システムで上向きのガス速度で上昇する。

【0088】

粒子は、例えばこの垂直に配置されたプロセッサー１０２を含むチャンバーへの導入により流線速度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ガスの流線速度に実質的に等しい第１方向の成分、及び、粒子の終端速度に実質的に等しい又は粒子の終端速度より高い半径方向の第２方向の成分に分解する、第２速度で導入される。

【0089】

上述の水平方向のシステムと同様に、このように垂直方向に配置されたプロセッサー１０２を動作することにより、粒子がチャンバーに入るときに粒子を加速させるのに必要なエネルギーは、それぞれの粒子フィーダーによって提供され、各流れの妨げられない粒子は、ガス流によって粒子に作用する最小限の力を有する。従って、プロセッサーにわたる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。

【0090】

さらに、各流れのそれぞれの粒子インレットの位置での粒子の半径方向の速度は粒子の終端速度以下であるようにプロセッサーを動作することにより、フィーダーの長さは、粒子インレットに隣接するガス−粒子混合物の空隙率を同じに維持しながら減少される。また、チャンバーの半径を横切るガス−粒子混合物の空隙率の差が大きすぎないように、チャンバーのより短い半径でより高い粒子の半径方向の速度を維持することが望ましい。

【0091】

ガス及び各粒子の流れは、それぞれ、チャンバーを通る第１及び第２の質量流量を有す
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。

【0092】

図２に示されたプロセッサー１０２に対し、各プロセス領域のガス−粒子混合物の空隙率は、そのそれぞれの粒子インレットから離れる方向に増加する。これは、ガス−粒子混合物の空隙率がそのそれぞれの粒子インレットから最も遠い各プロセス領域の一部分、すなわち、側壁部分１２２、１２３で隣接する粒子アウトレット１０８Ａ−Ｃで、０．９９５よりも大きくなることを意味する。

【0093】

当然ながら、プロセッサーは粒子インレット及び粒子アウトレットを多くあるいは少なく備えることができることを理解されるべきである。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（すなわち、粒子はガスと共に出る）、あるいは、粒子は、チャンバーの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て、ガスアウトレットを通じて部分的にチャンバーを出て、ガスアウトレットから収集されたガス及び粒子は、続いて別の場所で分離される。

【0094】

図１及び図２に関して上述のように説明され示された実施形態は、多数の用途に使用されることができる。例えば、それらは、熱交換器又は吸収器／脱着器に適用されることができる。

【0095】

またプロセッサーは、ガス−固体プロセスからのエネルギー回収のために適切である。一例は、二つの交換器を備える再生器を含み、それによって、出ていく熱いガス流は、一方の交換器で粒子の流れで熱を交換し、加熱された粒子は、他方の交換器の別のガスの流れを加熱するのに使用される。別の例は、二つの交換器を備える空気予熱器ユニットに関し、第１交換器は、粒子の流れを使用してボイラーからの煙道ガス流を冷却し、煙道ガス流から粒子の流れに伝達された熱は、第２の交換器のボイラーに供給された加熱されていない空気流に伝達される。

【0096】

他のアプリケーションでは、プロセッサー、特に図２に示される垂直型の実施形態は、粒子が液滴の形態である冷却塔として用いることができる。このようなアプリケーションでは、液体粒子の質量流量は、所与のガス質量流量の冷却効果を最大に生成する値に制御されるが、高いガス速度が課される。

【0097】

実施例
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。

【0098】

実施例１：
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。

【0099】

直径が２００μｍ、２４４トン／時間の質量流量２００度の温度のアルミナ粒子の流れが、粒子フィーダー５Ａからチャンバーの中に導入される。
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。

【0100】

同時に、ガスの流れは、（理想的な条件下で）ステージ１８Ｃに接するときに１００度から１３２度まで加熱され、ステージ１８Ａに接するときに１９４度の最終的な温度まで加熱される。

【0101】

実施例２：
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。

【0102】

１５３５トン／時間の質量流量及び２００度の温度の、直径が１５０μｍのアルミナの粒子の流れが、粒子フィーダー１１０Ａからチャンバーの中に導入される。
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。

【0103】

任意の従来技術の刊行物が本明細書で言及される場合、そのような参照は、公報がオーストラリアあるいは他の国において当該技術分野における一般的知識の一部を形成することを容認するものではないことが理解されるべきである。

【0104】

特許請求の範囲及び本発明の前述の説明において、文脈が他の言語又は必要な含意を表現することを必要とする場合を除いて、用語“備える”及び“備える”又は“備えている”などの変形用語は、包括的な意味で使用され、すなわち、述べられた特徴の存在を特定するために使用され、本発明の様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在又は追加を排除するために使用されるものではない。

【0105】

記載の構成は、説明によって前進され、多くの変更例が、本明細書に開示された全ての
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。

【0106】

当業者は、本明細書に記載された発明は、具体的に説明されたもの以外の変形および修正の余地があることを理解されるであろう。本発明は精神および範囲内に入るすべての変形及び変更を含むことを理解されたい。

【図1】

【図2】