技术领域
[0001] 本
发明一般关于气体/液体热交换的领域。本发明直接感兴趣的是避免二
氧化
碳气体在多个低温交换器中的多个气体分配器上的凝华作用，但此过程具有更广泛的应用。
背景技术
[0002] 随着冷加工技术变得越来越普遍，在低温系统中需要多个新方法来实行
热能及材料的交换。
[0003] 自古以来，已经存在将气体分配至容器中的技术。较为近期的发展是通过低温的液体及其他低温应用来分配气体，其现在也很常见。然而，被使用的气体，例如氮气，在
大气压力下的性质于其他气体不同，例如二氧化碳、二氧化硫及二氧化氮。当后述的这些气体处于接近环境压力及低温的条件下时，所述多个气体可容易地直接从一气体变为一固体(凝华作用)。在所述气体直接地凝华至一
起泡器的表面上或在所述被凝华的固体材料沉积至一分配器上时，传统的所述气体分配器可能结
冰以至于多个开口被阻塞。这包括传统使用于多个容器的各种类型的板子、盘子、
喷嘴及分布器，所述多个容器是例如直接接触式热交换器、直接接触式物质交换器、喷淋塔、反应器、
燃烧器、蒸馏塔、闪蒸容器及容器槽。一般而言，一气体分配器为任何在一气体与另一腔室或容器之间提供一分界面的设备。所述气体分配器允许所述气体通过进入一液体、一悬浮固体或一不同的气体中。
[0004] 这些系统存在的极端寒冷的条件也倾向于使所述分配器的多个供应品偏向于多种金属，因为它们相较于大多数的常见材料更能抵抗
温度循环。在环境压力及低温的条件下的多个标准的技术造成了凝华作用，进而阻塞了所述多个系统。在这些压力及温度条件下，由金属或其他多孔材料制成的一气体分配器将结冰，且分配所述气体的一过程将被停止。目前的技术皆无法防止气体凝华至低温分配器上，也无法解决将所述气体分配至一容器中的议题。
[0005] 美国
专利公开第2010/0018248号的Northrop等人教学了一种低温蒸馏塔。本公开为相关的且可受益于本文所公开的多个气体分配方法，并且通过引用将其所有教学的完整内容并入本文中。
[0006] 美国专利公开第2012/0079852号的Northrop等人教学了用于从一
烃类气体中移除多个烃类及
酸性气体的多个系统及多个方法。本公开为相关的且可受益于本文所公开的多个气体分配方法，并且通过引用将其所有教学的完整内容并入本文中。
[0007] 美国专利公开第2012/0031144号及第2012/0079852号的Northrop等人教学了用于从一烃类气体中移除多个烃类及酸性气体的多个系统及多个方法。本公开为相关的且可受益于本文所公开的多个气体分配方法，并且通过引用将其所有教学的完整内容并入本文中。
[0008] 美国专利公开第2012/0125043号的Cullinane等人教学了一种用于从一烃类气体流中移除酸性气体的低温系统。本公开为相关的且可受益于本文所公开的多个气体分配方法，并且通过引用将其所有教学的完整内容并入本文中。
[0009] 美国专利公开第2012/0204599号的Northrop等人教学了一种用于从一烃类气体流中移除酸性气体的低温系统，其同时去除
硫化氢。本公开为相关的且可受益于本文所公开的多个气体分配方法，并且通过引用将其所有教学的完整内容并入本文中。
发明内容
[0010] 本文公开一种用于将一气体分配至一容器中的方法及设备。根据本发明的一方法方面，提供一种气体分配装置。所述气体分配装置具有一暴露的表面，所述暴露的表面包括一对于所述气体及所述气体的固体形式有化学排斥性的材料，以便抑制所述气体的
吸附及所述气体的固体形式的沉积。所述气体分配装置包含多个具有一非圆柱形状的孔洞。因此，抑制了在所述暴露的表面上的所述气体的凝华及所述气体的固体形式的沉积。
[0011] 根据所述装置方面，提供了一气体分配装置。所述气体分配装置具有一暴露的表面，所述暴露的表面包括一对于所述气体及所述气体的固体形式有化学排斥性的材料，以便抑制所述气体的吸附及所述气体的固体形式的沉积。所述气体分配装置包含多个具有一非圆柱形状的孔洞。因此，抑制了在所述暴露的表面上的所述气体的凝华及所述气体的固体形式的沉积。
[0012] 在一
实施例中，所述多个孔洞呈锥形，如此所述多个孔洞的孔径在一流动的方向上扩大。
[0013] 在另一实施例中，所述多个孔洞为多个埋头孔，所述埋头孔具有本身带有一孔洞的一插入件，所述孔洞成形以合适于所述插入件。
[0014] 在所公开的发明的其他实施例中，所述容器为一直接接触式热交换器、一直接接触式物质交换器、一喷淋塔、一反应器、一燃烧器、一蒸馏塔、一闪蒸容器或一容器槽。
[0015] 在所公开的发明的其他实施例中，所述容器含有一液体、多个固体粒子或与被分配的原始气体不同的一气体。
[0016] 在所公开的发明的其他实施例中，所述气体分配装置为一气泡板、一气泡盘、一喷嘴或一分布器。
[0017] 在所公开的发明的其他实施例中，所述抑制吸附的材料为聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、一光滑表面的陶瓷、天然金刚石、人造金刚石、
化学气相沉积金刚石或多晶体金刚石。
[0018] 在其他实施例中，所述气体为二氧化碳、二氧化硫或二氧化氮。
[0019] 通过此设备或此方法，在所述气体被分配至所述容器中时，所述气体可能发生凝华，但其受到抑制而无法沉积至所述气体分配器上，因此降低所述气体分配器被所述气体的固体形式阻塞。
附图说明
[0020] 以下通过参考多个具体实施例来对上文所简要描述的本发明进行更具体的描述。多个实施例于本
申请所包括的多个附图中进行描绘，其中：
[0021] 图1A至图1F描绘了根据所要求保护的发明的各种类型的气体分配器的多个视图；
[0022] 图2描绘了防止一气体向上通过具有一金属表面的一气体分配器的一截面图；
[0023] 图3描绘了根据所要求保护的发明的一气体分配器的多个实施例的一截面图，其中一气体向上通过一气泡盘；
[0024] 图4描绘了根据所要求保护的发明的在一典型的直接接触式热交换器中的一气体分配器的一实施例；及
[0025] 图5描绘了根据所要求保护的发明的一气体分配器的一使用方法。
具体实施方式
[0026] 下面通过参考多个附图中的多个实施例的示例来提供对所要求保护的发明的详细描述。本领域技术人员将理解如同下面所述多个附图中的示例所描述的本发明的多个组件能以各种不同的配置来进行布置及设计。因此，所述多个附图中的所述多个实施例的详细描述仅代表本发明的多个实施例，并且不旨在限制所要求保护的本发明的范围。
[0027] 在一些例子中，各种实施例的描述包括参考相对于其他实施例所描述的多个元件。提供这样的参考是为了方便读者，以及为了提供每个实施例的有效描述及实现，并且不旨在将从其他实施例合并的所述多个元件仅限制于相对于其他实施例所描述的多个特征。当然，每个实施例与其他实施例的每一个不同。尽管如此，所描述的多个实施例并未形成所要求保护的发明的所有可能实施例的一详尽列表；所描述的多个实施例的各种组合也被设想到，且所述各种组合对以下多个实施例的描述是固有的。另外，如同本领域技术人员所理解，还设想了下面未描述的多个满足于所要求保护的发明的多个限制的实施例。
[0028] 在整个详细描述中，各种元件被描述为“现成的”。如本文所使用，“现成的”意味着“预先制造”及/或“预先组装”。
[0029] 图1A至图1F描绘了根据所要求保护的发明的各种类型的气体分配器的多个视图。这些并非代表所有类型的气体分配器，而是作为多个示例被包括在内。参考图1，一气泡板
10包括多个气泡孔12及一下
导管14。一液体将存在于所述板子10上方，且通过所述下导管
14向下流动，同时多个气泡通过所述多个气泡孔12上升。在一些实施例中，所述
流体形成大于6英吋的一管柱。所述多个孔洞12沿着所述板子10的一中央轴线的方向形成多个菱形状分组。所述下导管14在一垂直轴线上是对称的，且偏离于含有所述多个孔洞的一
水平轴线。
由于产生的多个混乱的流动模式允许更好的交换，这种布置可能为有利的。所显示的多个孔洞12包括一中央孔及一埋头孔，所述中央孔延伸穿过整个所述板子10，所述埋头孔延伸几毫米进入所述板子10的表面中。在一些实施例中，所述埋头孔较所述中央孔大30％。在此例子中，所述孔洞具有放置于所述孔洞中的一插入件20，所述插入件由一材料制成，所述材料例如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、光滑陶瓷、天然金刚石、人造金刚石、化学气相沉积金刚石及多晶体金刚石。所述插入件20具有一穿过它的孔洞，所述孔洞允许气体通过它，但所述气体及所述气体的固体形式无法沉积或凝华至所述表面上，因此不会阻塞所述气体流。所述插入件20可通过使一外部孔的下部具有
螺纹，同时使所述插入件具有螺纹且相应地附接以进行附着。可替代地，所述插入件能以一适当的粘着剂来附着于一低温系统。在一些实施例中，所述多个孔洞12为多个沉孔(counter-bore holes)。
[0030] 参考图1B，一气泡板16包括一典型图案的多个气泡孔12，但不具有一下导管。在此例子中，一向下流动的液体围绕所述板子，所述板子并非为一管子的全孔径。所述多个孔洞12绕着多个
主轴上的中心以一对称的菱形图案排列。在一些实施例中，所述流体可形成大于6英吋的一管柱。由于在所述液体穿过并向下流动时，多个混乱的流动模式与所述板子的多个边缘效应进行交互作用，这种布置可能为有利的。
[0031] 参考图1C，一气泡板18包括一均匀间隔开的网格图案的多个气泡孔12。在一些实施例中，一流体可形成大于6英吋的一管柱。在此例子中，向下流动的所述液体围绕所述板子，所述板子并非为一管子的全孔径。所述孔洞样式可能为有利的，因为其允许用于使整个流体的横截面进行通气的一均匀的图案。所述多个孔洞12为相同的埋头孔，插入件20包含在图1A及图1B中所显示的种类，但为清楚起见未显示出多个所述插入件20。在一些实施例中，所述多个孔洞12为多个沉孔。
[0032] 参考图1D显示所述气泡板10的一截面图，其显示出所述多个气泡孔12。在此例子中，一液体向下流动并围绕所述板子10，同时多个气泡向上通过所述多个孔洞12。如同上述的多个孔洞12为埋头孔，且所述插入件20被放置于一无粘性材料的内部并具有一跨越中心的孔洞。所述插入件可通过使所述外部孔的下部具有螺纹，同时使所述插入件的下部26具有螺纹且相应地附接以进行附着。可替代地，所述插入件能以一适当的粘着剂来附着于一低温系统。在此例子中，向下流动的所述液体围绕所述板子10，所述板子并非为一管子的全孔径。这种布置可能为有利的，因为组成所述插入件20的材料为一无粘性材料，以允许所述多个孔洞12不会被多个固体阻塞，同时为了更大的跨度及更大的负载允许所述板子10由一更坚固的材料组成，例如金属。所述无粘性的材料将存在于最可能发生凝华及阻塞的地方，意即，所述多个孔洞，以防止阻塞并允许持续的流动。在一些实施例中，所述多个孔洞12为多个沉孔。
[0033] 图1E显示一实施例中的所述气泡板10的一横截面，其中所述气泡板10包括多个孔洞12a。如同所见，所述多个孔洞的多个壁为不平行的，且优选地形成一锥形，如此所述多个孔洞的孔径在一通过所述多个孔洞的流动方向上扩大。优选地，所述多个孔洞的所述多个壁涂布有一材料20a，最优选的是聚四氟乙烯(PTFE)。
[0034] 图1F显示具有多个气泡孔22的一分布器24的一等轴视图。在此例子中，所述分布器24将被放置于一容器槽的底部，且一流体将在其周围持续地被搅拌，以使被形成的任何固体从所述多个孔洞22流走。一般而言，受到所建构的材料的多个结构限制，所述多个气泡孔12仅限于一较小的尺寸。所述多个孔洞22将包含如上面所讨论的相同的插入件20。所述多个气泡孔12的孔径在本发明的一实施例中为1/16英吋。在其他实施例中，它们的孔径范围是从1/32英吋至1/4英吋。在一些实施例中，所述多个气泡板10、16及18可具有少至1个孔洞，或多达数千个孔洞。
[0035] 图2描绘防止一气体向上通过如在
现有技术中的具有多个直
角孔及一金属表面的一气体分配器的一截面图。在一气泡盘10中的一气泡孔12被多个固体堵塞，所述多个固体是由气体凝华及沉积至所述金属表面上所产生。
[0036] 图3描绘根据所要求保护的发明的所述气体分配器的一实施例的一截面图，其中一气体向上通过一气泡盘。在两个附图中，在所述气泡板10中的所述气泡孔12未受到限制，因为抑制了所述气体吸附或
升华至放置于所述多个孔洞12中的所述插入件20的表面材料上，并且抑制了所述气体的固体形式沉积至相同的表面材料上。所述表面材料可由聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、光滑陶瓷、天然金刚石、人造金刚石、化学气相沉积金刚石及多晶体金刚石所组成。在此例子中，所述多个孔洞12由一埋头孔所组成，所述埋头孔具有由所需求的表面材料制成的所述插入件20，所述插入件20具有用以使所述气体通过的一孔洞，如同上面所讨论。所述板子10的平衡由一结构上较坚固的材料制成。在本发明的一实施例中，在一容器中的材料的温度低于所述气体的升华温度。在一些实施例中，所述多个孔洞12为多个沉孔。
[0037] 图4描绘根据所要求保护的发明的在一典型的直接接触式热交换器中的一气体分布器的一实施例的一截面图。一管柱32具有通过一入口38进入的一液体。这种进行下降的液体通过一气泡板34，所述气泡板34放置于一气体供给室36的上方。多个气泡40进入所述液体流，并从所述板子与所述气体供给室36的周围被引出。所述气体可能依然在所述液体中升华，如同一种
雪的类型42，但此物质不会粘附或阻塞所述气泡板，而是被引入至所述气体供给室36的下方区域及所述管柱出口40的外面。在一些例子中，所述气体供给室的一主体的底部高于所述管柱32的底部3英吋以上。在一些例子中，所述液体的高度可能低至所述气泡板34的上方6英寸。将所述气体供给室36布置在所述管柱底部的上方可能为有益的，因为其将已经与所述气体接触的所述液体下拉，并从所述板子朝向所述出口44引出。进一步地，因为所述板子不会粘附所述气体及所述气体的固体形式，故所述物质的引出防止了在所述气泡板的上方形成任何停滞区。进一步地，所述搅动使得所述管柱的下部不会发展出在所述停滞区中累积多个固体。
[0038] 图5描绘根据所要求保护的发明的一实施例的一气体分配器的一使用方法。所述方法500包含：提供用于将一气体分配至一容器中的一气体分配器501，其中暴露给所述气体的所述气体分配器的一部份的表面包含一材料，所述材料抑制了通过凝华作用的所述气体的吸附或所述气体的固体形式的沉积。所述抑制吸附的材料是由一对于被分配的所述气体及所述气体的固体形式有化学排斥性的物质所组成，例如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、光滑陶瓷、天然金刚石、人造金刚石、化学气相沉积金刚石及多晶体金刚石。穿过所述气体分配器的多个孔洞包括一中央孔及一埋头孔，所述中央孔延伸穿过整个所述气体分配器，所述埋头孔延伸几毫米进入所述气体分配器的表面中。在此例子中，所述孔洞具有放置于所述孔洞中的一插入件，所述插入件由所述抑制吸附的材料制成。此插入件具有一穿过它的孔洞，所述孔洞允许气体通过它，但所述气体及所述气体的固体形式无法沉积或凝华至所述表面上，因此不会阻塞所述气体流。所述插入件为用以抑制阻塞的所述表面的一部份。因此，在所述气体被分配至所述容器中时502，防止了所述气体凝华至所述气体分配器上，且所述气体分配器未被多个固体阻塞503。在一些实施例中，所述多个孔洞为多个沉孔。
[0039] 虽然具体提到一表面材料，但这并不限于包含了所述装置的结构的材料。所述装置的内部可能与表面相同，或者其可能为不同的材料，例如一金属。进一步地，所述材料可能涂布于所述装置的整个表面，或者仅涂布于所述表面直接暴露给所述气体的多个部份，意即所述多个孔洞及直接围绕于所述多个孔洞的区域。
[0040] 在所要求保护的发明的一些实施例中，所述气体为二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮或其他可在低温下凝华的气体。
[0041] 所述起泡装置可为一气泡盘、一板子、一喷嘴、一分布器或用于将气体起泡至一液体中的多个相似的装置。
[0042] 在所要求保护的发明的一些实施例中，所述气体分配器位于一直接接触式热交换器、一直接接触式物质交换器、一喷淋塔、一反应器、一燃烧器、一蒸馏塔、一闪蒸容器或一容器槽中。
[0043] 在所要求保护的发明的一些实施例中，所述容器含有一液体。
[0044] 在所要求保护的发明的一些实施例中，在所述容器中的所述液体为一典型的低温热交换流体。
[0045] 在所要求保护的发明的一些实施例中，所述容器含有一悬浮的固体。
[0046] 在所要求保护的发明的一些实施例中，所述容器含有与所述分配器所供给的气体不同的一气体。
