Enhanced heat transfer system

申请号 JP54754298 申请日 1998-05-06 公开(公告)号 JP2001524149A 公开(公告)日 2001-11-27
申请人 ケイエフエクス,インコーポレイテッド; 发明人 コノシェ,デビッド,スチュワート; デービス,マーク,ハワード; ハウィズン,キャサリーン,フィオナ;
摘要 (57)【要約】 処理容器(80)内の固体材料(93)を加熱または冷却するための方法および装置が開示されている。 この方法は、固体材料の充填層(93)を保持する容器に対する作用 流体 の供給を含む。 この方法は、作用流体の流れを反転させることによって、熱交換流体と固体材料の間の熱伝導を強化することを特徴とする。
权利要求
  • 【特許請求の範囲】 1. 処理容器内で固体材料を加熱または冷却する方法において: (a) 前記容器内に固体材料のチャージを供給し、充填層を形成するステップ; (b) 前記容器内に作用流体を供給するステップ; (c) 熱交換流体を用いた、前記充填層内の内部熱伝導表面を介する熱交換により前記固体材料の加熱または冷却を行うステップであり、それによって前記熱伝導流体と前記チャージの間、および前記熱伝導流体と前記作用流体の間において間接的な熱交換が生じ、かつ前記作用流体と前記チャージの間において直接的な熱交換が生じるステップ:および、 (d) 作用流体の反転流によって、加熱もしくは冷却ステップ(c)の間の熱交換を強化するステップであって: (i) 第1の時間にわたって第1の方向に向かう前記作用流体の流れを発生させるステップ; (ii) 第2の時間にわたって第2の方向に向かう前記作用流体の流れを発生させるステップ;および、 (iii) 前記ステップ(i)および前記ステップ(ii)の繰り返し; によって前記作用流体の反転流を発生させるステップ; を含む方法。 2. 前記第2の方向は、前記第1の方向の逆方向とする前記請求項1記載の方法。 3. さらに、前記加熱もしくは冷却ステップ(c)の前またはその間に、外部から供給した気体もしくは内部で生成した蒸気、またはその両方によって前記充填層の加圧を行うステップを含む前記請求項1または2記載の方法。 4. 前記作用流体が気体である前記請求項1、2または3記載の方法。 5. 前記反転流の頻度(frequcncy)が10Hz未満である前記請求項1、 2、3または4記載の方法。 6. 前記反転流の頻度(frequency)が3Hz未満である前記請求項5記載の方法。 7. 前記反転流の前記第1の時間および前記第2の時間の持続時間は等しく、前記容器を通る前記作用流体の正味の流れがない前記請求項1、2、3、4、 5または6記載の方法。 8. 前記反転流の前記第1の時間および前記第2の時間の持続時間は異なり、前記容器内に作用流体の正味の循環流を生じさせる前記容器を通る作用流体の正味の流れが存在する前記請求項1、2、3、4、5または6記載の方法。 9. 前記作用流体の反転流は、前記第1の方向の流れの直後に続いて前記第2の方向の流れを発生させる一連のステップにおいて生成され、これらが間を置かずに繰り返される前記請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の方法。 10. 前記第1の方向の流れと前記第2の方向の流れの間に休止を伴うことを特徴とする前記請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の方法。 11. 一方の方向の流れの後に休止を設定し、その後同一の方向の流れを続けた後、逆方向の流れを発生させることを特徴とする前記請求項1、2、3、4 、5、6、7または8記載の方法。 12. 固体材料のチャージを加熱または冷却する装置において: (a) 内部容積を形成する容器であって、 (i) 前記固体材料のための注入口を備えるインレット端部;および、 (ii) 前記固体材料のための排出口を備えるアウトレット端部;を備える容器; (b) 前記容器内に備わる複数の熱伝導表面; (c) 前記熱伝導表面を介した間接的な熱交換によって前記容器内の前記固体材料を加熱または冷却する熱交換流体を前記容器に供給するための手段; (d) 作用流体の反転流を生じさせることによって加熱または冷却の間の熱交換を強化する手段であって、 (i) 前記容器内の前記固体材料と接触する前記作用流体の流れを第1 の時間にわたって第1の方向に向けて発生させ、 (ii) 前記容器内の前記固体材料と接触する前記作用流体の流れを第2の時間にわたって第2の方向に向けて発生させ、かつ、 (iii) 前記第1の時間および前記第2の時間に流れの発生を繰り返し、前記作用流体の流れを連続的に反転させる手段; を備える装置。 13. さらに、前記容器を加圧するための流体を供給する手段を備える前記請求項12記載の装置。 14. 前記作用流体の反転流を生じさせる手段は、ポンプ・アッセンブリを備える前記請求項12または13記載の装置。 15. 前記ポンプ・アッセンブリは、 (a) ポンプ・ハウジング; (b) 前記ポンプ・ハウジング内に摺動自在に備わり、前記ポンプ・ハウジングを、それぞれが前記作用流体の流入および流出のための開口を備える第1 のチャンバと第2のチャンバに分割するピストン; (c) 前記ポンプ・ハウジング内において前記ピストンを、軸に沿って逆を向く2つ方向に駆動する手段であり、前記チャンバの一方の容積を増加させ、 前記チャンバの他方の容積を減少させる手段;および、 (d) 前記チャンバのそれぞれの開口に接続される導管であり、それぞれ前記容器内にインレット/アウトレットを有し、前記第1のチャンバからの導管のインレット/アウトレットは、前記第2のチャンバからの導管のインレット/ アウトレットと離隔される導管; を備える前記請求項14記載の装置。 16. 前記ポンプ・アッセンブリは、前記容器の外側に備えられる前記請求項15記載の装置。 17. 前記ポンプ・アッセンブリは、前記容器の内側に備えられる前記請求項15記載の装置。 18. 前記第1および第2のチャンバのインレット/アウトレットは、前記容器内において軸方向に離隔され、前記充填層内の前記反転流が包括的な意味において軸に沿ったものとなる前記請求項17記載の装置。 19. 前記第1および第2のチャンバのインレット/アウトレットは、一方が前記容器の上側部分に、他方が前記容器の下側部分にそれぞれ配置される前記請求項18記載の装置。 20. 前記充填層の長さ方向に沿って間隔が設けられたインレット/アウトレットと直列に接続される構成の複数のポンプ・アッセンブリを備え、それぞれのポンプ・アッセンブリが、前記充填層内の軸に沿った異なる部分において反転流を生じさせる前記請求項18記載の装置。 21. 隣り合うポンプ・アッセンブリは、互いに位相差をもって動作し、前記作用流体の反転流を提供する前記請求項20記載の装置。 22. 並列に配列された複数のポンプ・アッセンブリを備える前記請求項1 8記載の装置。
  • 说明书全文

    【発明の詳細な説明】 強化熱伝導システム 本発明は、固体材料のチャージ(charge)を加熱もしくは冷却し、当該固体材料のチャージを処理する技術に関する。 本発明は特に、限定するわけではないが、高温高圧条件を含む条件下において、低い熱伝導率を有する固体材料のチャージを処理する技術に関する。 本発明は、さらに詳しくは、 (i) 一般的には石炭とする炭素質材料(carbonaceous materials)を、 高温高圧を含む条件下において質を向上させ、当該炭素質材料から分を除去することによって当該炭素質材料のBTU値を上昇させ、さらに、 (ii) 加熱した前記炭素質材料を冷却する技術に関する。 コッペルマン(Koppelman)に付与された米国特許第5,290,5 23号には、熱ならびに圧の同時印加による石炭の質の向上(upgrading)に関する技術が開示されている。 コッペルマンは、高温高圧を含む条件下において石炭を加熱し、石炭内に物理的変化を生じさせ、その結果「搾り出し」反応によって石炭から水分を除去する、石炭からの加熱水分除去が開示されている。 またコッペルマンは、副産物の水分が蒸気としてではなく、主に液体として生成されるように改質プロセスの間の圧力を充分に高く維持する技術も開示している。 さらにコッペルマンは、改質プロセスを実施するための各種装置の選択肢を開示している。 概略を述べれば、これらの選択肢は圧力容器の使用を基礎にしており、圧力容器は、逆円錐形状のインレット、円筒状ボディ、円錐形のアウトレット、およびボディ内に垂直または水平に配置された熱交換チューブのアッセンブリからなる。 コッペルマン・タイプの装置を使用する提案の1つにおいては、垂直に配置されたチューブおよびアウトレットの端部に石炭が詰め込まれ、チューブおよびアウトレットの端部を加圧するために窒素が噴射される。 石炭は、円筒状ボディの外側に供給される熱交換流体を用いた間接熱交換によって加熱される。 さらに、 チューブに水を供給することによって熱伝導が促進され、供給された水は蒸気となり、それが熱交換流体として作用する。 高圧ならびに高温が組み合わされた条件は、石炭から一部の水分を蒸発させ、その後一部の水分を凝縮させて液体にする。 水の添加に続いて生成された蒸気の一部もまた、高圧によって凝縮され液体となる。 凝縮されなかった蒸気、および充填層の最適加圧に必要な量を超えた蒸気については、ガス抜きを行わなければならない。 加えて、凝結しないガス(例:CO、CO2)が放出され、そのガス抜きも必要になる。 液体は、定期的にアウトレットの端部から排出する。 最後に、所定の滞留時間が経過すると、容器を減圧し、アウトレットの端部から改質済みの石炭を取り出した後、それを冷却する。 本件出願人の名の下に出願された「リアクタ(A Reactor)」という発明の名称の国際特許出願PCT/AU98/00005、「処理容器および材料のチャージの処理方法(Process Vessel and Metho d of Treating a Charge of Material)」 と題された国際特許出願PCT/AU98/00142、および「液体/気体/ 固体の分離(Liquid/Gas/Solid Separation)」と題された国際特許出願PCT/AU98/00204においては、熱および圧力を同時に印加することによって石炭の改質を行うための、特にコッペルマンによって開示されたプロセスを改良したプロセスが開示されている。 これらの国際特許出願に開示された技術は、本件においてもクロス・リファレンスとして採り入れている。 国際特許出願PCT/AU98/00142は、特に本発明の内容と関連を有する。 この国際特許出願において出願人は、圧力が印加されることにより、インレットの端部からアウトレットの端部に向かう容器内を通る流れを強制され、さらにそれをインレットの端部に再循環する作用流体を使用することにより、圧力容器内の石炭またはその他の熱伝導率が低い固体材料のチャージの加熱または冷却における強化熱伝導が達成されることを明らかにしている。 当該国際特許出願の図7には、作用流体の流れを作り出すために必要な圧力印加手段として、容器の外部に備えられる遠心ファンを利用する好適な実施例が示されている。 本発明の目的は、熱および圧力を同時に印加することによって石炭の質の向上を行うための、コッペルマンによって開示された技術ならびに前記各国際特許出願に開示された技術を改良したプロセスならびに装置を提供することにある。 本発明によって提供される処理容器内の固体材料のチャージを加熱もしくは冷却する方法は、 (a) 前記容器内に固体材料のチャージを供給し、充填層を形成するステップ; (b) 前記容器内に作用流体を供給するステップ; (c) 熱交換流体を用いた、前記充填層内の内部熱伝導表面を介する熱交換により前記固体材料の加熱または冷却を行うステップであり、それによって前記熱伝導流体と前記チャージの間、および前記熱伝導流体と前記作用流体の間において間接的な熱交換が生じ、かつ前記作用流体と前記チャージの間において直接的な熱交換が生じるステップ;および、 (d) 作用流体の反転流によって加熱もしくは冷却ステップ(c)の間の熱交換を強化するステップであって: (i) 第1の時間にわたって第1の方向に向かう前記作用流体の流れを発生させるステップ; (ii) 第2の時間にわたって第2の方向に向かう前記作用流体の流れを発生させるステップ;および、 (iii) 前記ステップ(i)および前記ステップ(ii)の繰り返し; によって前記作用流体の反転流を発生させるステップ;を含む。 以下においては、上記の熱交換強化ステップ(d)の操作を作用流体の「反転流」の生成と呼ぶ。 前記第2の方向は、好ましくは前記第1の方向の逆方向とする。 本発明は、作用流体の反転流によって熱交換流体と固体材料の間の間接的な熱交換を著しく強化できるという事実、および作用流体の反転流に必要なエネルギが比較的低いという事実を基礎にしている。 この方法は、好適には、さらに前記加熱もしくは冷却ステップ(c)の前またはその間に、外部から供給した気体もしくは内部で生成した蒸気、またはその両方によって前記充填層の加圧を行うステップを含む。 特に、好ましくは前記加熱もしくは冷却ステップ(c)の前またはその間に、 800psig以下の動作圧力で前記充填層の加圧を行うものとする。 また、前記作用流体は、好ましくは気体とする。 作用流体が気体の場合は、当該作用流体の圧縮が可能であること、および充填層が流体抵抗を有することから、気体の一部が容器内(および関連する配管の中)に圧縮気体として蓄積される。 この容量効果(capacitance effect)が及ぶ範囲は、充填層内における粒子サイズ、動作圧力、マスフロー(mass flow)、頻度(frequency)、および圧縮可能な容積等のファクタの範囲に依存する。 システムの設計においては、容量効果によって作用流体のマスフローの10%未満が補償されるようにすることが好ましい。 この方法の動作条件においては、作用気体が相変化を受けないことが好ましい。 ただし、場合によっては、凝結する成分を含む作用気体を使用すると利点が得られることもある。 作用気体として利用可能な気体には、酸素、窒素、蒸気、SO2、CO2、炭化水素、希ガス、冷媒(refrigerants)、およびこれらの混合気体が含まれる。 作用流体は、充填層に対して不活性であることが好ましい。 反転流の頻度(frequency)は10Hz未満とすることが好ましく、より好ましくは、3Hz未満とする。 特に好ましくは、反転流の頻度(frequency)を2 Hz未満とする。 反転流の前記第1の時間および前記第2の時間の持続時間を等しくすれば、前記容器を通る作用流体の正味の流れをなくすことができる。 これに代えて、反転流の前記第1の時間および前記第2の時間の持続時間を異なるものとすれば、容器を通る作用流体の正味の流れが生じ、容器内に作用流体の正味の循環流を生じさせることができる。 作用流体の反転流は、前記第1の方向の流れの直後に続いて前記第2の方向の流れを発生させる一連のステップにおいて生成し、かつこれらを間を置かずに繰り返すことによって生成することができる。 作用流体の反転流の生成には、各種の変形も考えられる。 たとえば、第1の方向の流れと前記第2の方向の流れの間に休止を伴わせることもできる。 別の例を挙げれば、一方の方向の流れの後に休止を伴わせ、その後同一の方向の流れを続けた後、逆方向の流れを発生させることもできる。 さらに別の例を挙げれば、一方の方向の流れの後に休止を設け、その後同一の方向の流れを続ける方法もある。 この変形は、容器内の作用流体に正味の循環流を生じさせる。 すでに述べたように、本発明は、一般的には石炭の炭素質材料の加熱および冷却に特に関する。 この目的のための方法の使用に際しては、加熱ステップが、好ましくは (a) 作用流体の反転流による熱交換の強化を伴わない熱交換流体を用いた間接熱交換によって炭素質材料を温度T1まで加熱するステップ;および、 (b) 作用流体の反転流による熱交換の強化を伴う、熱交換流体を用いた間接熱交換によって炭素質材料をそれより高い温度T2まで加熱するステップ; を含む。 特に好ましくは、加熱ステップが、 (a) 作用流体の反転流による熱交換の強化を伴う、熱交換流体を用いた間接熱交換によって炭素質材料をTOまで加熱するステップ; (b) 作用流体の反転流による熱交換の強化を伴わない熱交換流体を用いた間接熱交換によって炭素質材料をそれより高い温度T1まで加熱するステップ;および、 (c) 作用流体の反転流による熱交換の強化を伴う、熱交換流体を用いた間接熱交換によって炭素質材料をそれよりさらに高い温度T2まで加熱するステップ;を含む。 温度TOは、炭素質材料からの水分の滲出が開始する温度もしくはそれに近い温度とすることが好ましい。 温度T1は、容器内の処理圧力において水が沸騰する温度もしくはそれに近い温度とすることが好ましい。 前記作用流体の反転流は、好ましくはポンプ・アッセンブリによって生成される。 このポンプ・アッセンブリは、好ましくは、 (a) ポンプ・ハウジング; (b) 前記ポンプ・ハウジング内に摺動自在に備わり、当該ポンプ・ハウジングを、それぞれが前記作用流体の流入および流出のための開口を備える第1 のチャンバと第2のチャンバに分割するピストン; (c) 前記ポンプ・ハウジング内において前記ピストンを、軸に沿って逆を向く2つ方向に,駆動する手段であり、前記チャンバの一方の容積を増加させ、前記チャンバの他方の容積を減少させる手段;および、 (d) 前記チャンバのそれぞれの開口に接続される導管であり、それぞれ前記容器内にインレット/アウトレットを有し、前記第1のチャンバからの導管のインレット/アウトレットは、前記第2のチャンバからの導管のインレット/ アウトレットと離隔されるものとする導管;を備える。 上記の装置においては、軸に沿って一方の方向にピストンが移動することによって、第1のチャンバからそれに関連付けられているインレット/アウトレットを経由して容器内に作用流体が送り込まれ、容器から第2のチャンバに、それに関連付けられているインレット/アウトレットを経由して作用流体が吸引されることは容易に理解されよう。 さらにそれに続いて、軸に沿って逆方向にピストンを移動させれば、第2のチャンバからそれに関連付けられているインレット/アウトレットを経由して容器内に作用流体が送り込まれ、容器から第1のチャンバに、それに関連付けられているインレット/アウトレットを経由して作用流体が吸引される。 このように、軸に沿ったピストンの往復動は、容器内に作用流体の反転流を生じさせる。 出願人によって行われたコンピュータ・モデリングの結果によれば、充填層の単位断面積当たりの作用流体のマスフロー・レート(mass flow rate)は、熱伝導レートの主要決定因子となる。 上記の(a)〜(d)項に述べたポンプ・アッセンブリにより作用流体の反転流が発生される状況においては、作用流体のマスフロー・レートに影響を与えるファクタとして、限定する意図ではないが、反転流の頻度(frequency)、チャンバの掃引容積(swept volume)、ピストンの速度、 および作用流体の濃度(density)が挙げられる。 これらのファクタが、与えられた容器における熱伝導比率(transfer rate)を最適化すべく、当該容器構成上の必要に応じて選択され得ることは容易に理解できよう。 ポンプ・アッセンブリは、容器の外側または内側に備えることができる。 ポンプ・アッセンブリを容器の内側に備える場合は、容器内の適切な場所にポンプ・ハウジングを備えることが可能である。 たとえば、ポンプ・ハウジングを容器の上側部分に備えることができる。 別の例としては、この方法による操作間に固体材料から滲出した水の中にその一部あるいは全部が沈むように、ポンプ・ ハウジングを容器の下側部分に備えることもできる。 ポンプ・アッセンブリを容器の外側に備える場合は、任意の適切な場所にポンプ・ハウジングを備えればよい。 たとえば、ポンプ・アッセンブリの一方のチャンバの一部あるいは全部に、この方法による動作間に固体材料から滲出した水が満たされるように構成することができる。 前記第1および第2のチャンバのインレット/アウトレットを、好ましくは、 前記容器内において軸方向に離隔し、充填層内の反転流を、包括的な意味において(かつ、局部的には充填層内の固体材料まわりに曲がりくねった作用流体の流れがあることを念頭に置き)軸に沿わせる。 また、第1および第2のチャンバのインレット/アウトレットは、好ましくは一方を前記容器の上側部分に、他方を前記容器の下側部分にそれぞれ配置する。 さらに好ましくは、前記充填層の長さ方向に沿って間隔が設けられたインレット/アウトレットと直列に接続される構成のポンプ・アッセンブリを複数備え、 それぞれのポンプ・アッセンブリによって充填層内の軸に沿った異なる部分において反転流を生じさせる。 この構成を用いる場合、隣り合うポンプ・アッセンブリを互いに位相差をもって動作させて、前記作用流体の反転流を提供することが好ましい。 別の態様においては、好ましくは並列構成により複数のポンプ・アッセンブリを備える。 前記ポンプ・アッセンブリの変形例においては、ピストン作動手段がポンプ・ ハウジング内のピストンを逆方向に交互に駆動する代りに、単方向のみにピストンを駆動する構成のピストン作動手段を備えてもよい。 単方向のみにピストンを駆動する構成は、容器内(または容器との間に流体の連絡がある関連チャンバ内)の作用流体が圧縮可能性であることに基づいており、作用流体を高圧で蓄積してピストンを逆方向に駆動する。 単方向のみに駆動する構成においては、ポンプ・アッセンブリが、好ましくは (a) ポンプ・ハウジング; (b) 前記ポンプ・ハウジング内に摺動自在に配置され、当該ポンプ・ハウジングとともに、作用流体の流入および流出のための開口を有するポンプ室を形成するピストン; (c) 前記ポンプ・ハウジング内において前記ピストンを軸に沿った方向に駆動し、前記ポンプ室の容積を減少させて作用流体を前記ポンプ室から排出させる手段;および、 (d) 前記容器内にインレット/アウトレットを有し、前記ポンプ室の開口に接続される導管;を備える また、本発明によれば、固体材料のチャージを加熱または冷却する装置も提供され、この装置は、 (a) 内部容積を形成する容器であって、 (i) 固体材料のための注入口を備えるインレット端部;および、 (ii) 前記固体材料のための排出口を備えるアウトレット端部;を備える容器; (b) 前記容器内に備わる複数の熱伝導表面; (c) 前記熱伝導表面を介した間接的な熱交換によって前記容器内の前記固体材料を加熱または冷却する熱交換流体を前記容器に供給するための手段; (d) 作用流体の反転流を生じさせることによって加熱または冷却の間の熱交換を強化する手段であって、 (i) 前記容器内の前記固体材料と接触する前記作用流体の流れを第1 の時間にわたって第1の方向に向けて発生させ、 (ii) 前記容器内の前記固体材料と接触する前記作用流体の流れを第2の時間にわたって前記第1の方向と逆向きの第2の方向に向けて発生させ、かつ、 (iii) 前記第1の時間および前記第2の時間に流れの発生を繰り返し、前記作用流体の流れを連続的に反転させる手段;を備える。 この装置は、好ましくは、容器を加圧するための流体を供給する手段を備える。 また、前記作用流体の反転流を生じさせる手段は、好ましくは前述したポンプ・アッセンブリを備える。 以下、添付の概要図を参照し、本発明に従った固体材料の加熱を行うための装置の好ましい実施例を示しつつ、本発明の説明を行う。 以下の説明は、石炭の改質に関する。 ただし、本発明がここに示す応用に限られることなく適切な固体材料の処理に及ぶことに注意する必要がある。 図面から明らかなように、この装置は、逆円錐形インレット62、円筒状ボディ64、円錐形アウトレット66、およびボディ64内ならびに円錐形アウトレット66内に垂直に配置される熱交換プレート83を有する圧力容器80を備えている。 プレート83は、国際特許出願PCT/AU98/00005に開示されたタイプのものであり、オイル等の熱交換流体用のチャンネルおよびマニホールド(図示せず)を備える。 円錐形インレット62は、 (i) 容器80に石炭を供給し、当該容器内での充填層93の形成を可能にするバルブ・アッセンブリ88; (ii) 容器80に熱交換を高める作用気体を供給し、また当該容器を加圧する気体/液体を供給するための気体/液体注入手段91;および、 (iii) 容器80内の圧力が所定レベルに達したとき、当該容器80からのガス抜きを可能にする気体排出口90;を備える。 円錐形アウトレット66は、処理済みの石炭を容器80から取り出すためのバルブ85、容器80から気体ならびに液体を排出させるための気体/液体排出口92を備える。 気体/液体/固体の分離に関する円錐形アウトレット66の構成の1つは、国際特許出願PCT/AU98/00204に開示されているとおりとする。 この装置は、バッチ・ベース(batch basis)の石炭の処理に適用されている。 しかしながら、本発明は、それに限定されることなく、石炭(またはその他の固体材料)の連続処理に拡張されることに注意されたい。 この装置はさらに、容器80内において作用流体の反転流を生じさせることによって、プレート83内のチャンネル(図示せず)を通って流れる熱交換流体と、充填層93内の石炭の間の熱交換を高める手段を備える。 この反転流は、好ましい実施例においては、比較的短時間に行われる充填層93内の作用気体の連続した上下移動になる。 ここで、作用気体の「上方」移動および「下方」移動という言葉が包括的な意味において用いられていることを理解すべきであり、局部的なレベルから見れば、作用気体は充填層93内の石炭の配置によって曲がりくねった流路を移動することに注意が必要である。 いずれにおいても、前述したとおり、出願人はコンピュータ・モデリング作業により、容器80内の作用気体の反転流が、国際特許出願PCT/AU98/00142において提案されている作用流体の循環流によって達成されるレベルに匹敵するレベルまで、熱伝導を著しく強化することを確認した。 特に、コンピュータ・モデリング作業により、比較的低い頻度(frequency)の反転流(好ましくは10Hz未満、より好ましくは3Hz未満、通常は2Hz)が石炭の処理においてもっとも適した熱伝導の強化をもたらすことが明らかにされた。 熱交換強化手段は、ポンプ・ハウジング100内に収められる複動式ピストン101を含むポンプ・アッセンブリを備える。 ピストン101は、ポンプ・ハウジング100を2つのチャンバ72および74に分割する。 このピストン101 は、連結ロッド103を介して、流体圧ボンプ107によって駆動されるストロークの長い油圧ピストン/シリンダ・アッセンブリ102に結合される。 流体圧ポンプ107は、適当な手段によって駆動することができる。 一例を挙げれば、 気体排出口90を経由して容器80から排出される気体の圧力を、少なくとも流体圧ポンプ107の駆動力の一部とすることができる。 圧力媒体は、ライン10 6を経由してピストン/シリンダ・アッセンブリ102に供給される。 この装置は、流体圧ポンプ107によってポンプ・ハウジング100内においてピストン101を上下動させて、チャンバ72および74の容積を交互に増加、減少させる。 チャンバ72は、導管104を介して容器80の円錐形インレット62に連通されており、チャンバ74は、導管95を介して容器80の円錐形アウトレット66に連通されている。 この装置は、ピストン101の移動により、 (i) チャンバ72が収縮するとき、作用気体をチャンバ72から容器8 0の円錐形インレット62に強制し(force)、 (ii) チャンバ74が拡張するとき、作用気体を容器80の円錐形アウトレット66からチャンバ74に吸引するために用いられる。 同様にピストン101の下方移動が持続する間においては、チャンバ74の収縮によってチャンバ74から円錐形アウトレット66に作用気体が押し出され、 チャンバ72の拡張によって容器80の円錐形インレット66からチャンバ72 に作用気体が吸引される。 ピストン101の交互上下動による包括的な効果は、容器80内において上方移動及び下方移動の方向が交代する作用気体の流れ(つまり反転流)を発生させることである。 作用気体の反転流の使用は、多くの利点をもたらす。 たとえば、反転流を得るために必要な装置は、国際特許出願PCT/AU98/00142において提案されている遠心ファンにより作用気体の循環流を得る構成に比較すると、極めて単純である。 一例を挙げれば、図示したポンピング・アッセンブリは、必要な高圧の気密を最小限に抑えらることができる、バルブのない容量型ポンプとすることが可能であり、これによって比較的メンテナンス・フリーの装置が期待できる。 図示した装置を使用して石炭の加熱を行う本発明方法の好ましい実施例においては、注入バルブ88を経由して石炭のチャージを供給することにより、かつ気体/液体注入口91を経由して作用気体を供給することにより容器80内に石炭の充填層93が形成される。 その後、気体/液体注入口91を介して適切な気体を供給することによって容器80を加圧し、またプレート83内のチャンネル( 図示せず)に高温の熱交換流体を流す。 この結果、石炭が加熱され、コッペルマンならびに上記の国際特許出願において述べられているメカニズムによって石炭から水分が「搾り出される」。 第1段階は、石炭から水分が滲出する前の段階出あり、それにおいてはポンプ・アッセンブリを動作させて容器内に作用気体の反転流を生じさせ、熱伝導を強化する。 「搾り出し」メカニズムによって石炭から水分が滲出する第2段階においては、 作用気体の反転流が必要なく、したがってポンプ・アッセンブリも動作させない。 石炭から充分な水分が除去された後の第3段階においては、石炭を最終処理温度まで加熱するため、ポンプ・アッセンブリを動作させて、作用気体の反転流によって熱伝導を強化する。 本発明の真意ならびに範囲から逸脱することなく、上記の好ましい実施例には多くの変形が考えられる。 一例を挙げれば、上記の好ましい実施例においては、複動ピストン101を収めたポンプ・ハウジング100が容器80外に備わり、容器80の上側および下側の部分と接続されているが、本発明がこれに限定されないことなく、作用流体に反転流を生じさせる任意の適当な装置まで拡張し得ることは容易に理解できよう。 適切な代替手段には、 (i) 複数の反転流装置を並列に接続し、同期して動作させる方法; (ii) 作用流体を排出させてピストンを駆動する自動式反転流装置; (iii) 充填層内および層の遠端のチャンバ内に作用流体を蓄積することによって、単一の接続を用いて容器内に反転流を生じさせる方法; (iv) ポンプ・アッセンブリ内にバルブを備えて単方向性にする方法; (v) 作用流体の流れとともに充填層からの排出の強化に使用できるように、反転流のクリープ流(creaping riversing flow)を見込んでピストン内に逆止弁(non-return valve)を組み込む方法;および、 (vi) ポンプに反転流を生成する個別のバルブ手段を備える方法;等が含まれる。さらに別の例を挙げれば、上記のポンプをベースにした選択肢以外の他の手段によって反転流を生じさせる変形も本発明の範囲に含まれる。 1つの変形例は、 容器80内への水の噴射およびそこからの適切なガス抜きを行うことによって、 容器の加圧および/または減圧を行う方法である。さらにまた、上述した熱交換強化手段の好ましい実施例においては、単一の容器80に関連して説明したが、本発明がそれに限定されることなく、一連の容器80に熱交換強化手段が接続される構成に拡張し得ることは容易に理解されよう。

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