具有内部气体混合的离心鼓风机系统和包括其的气相化学反应器技术方案

一种离心鼓风机系统，其具有内部气体混合能力。

Centrifugal blower system with internal gas mixing and gas phase chemical reactor including the same

A centrifugal blower system with internal gas mixing capacity.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有内部气体混合的离心鼓风机系统和包括其的气相化学反应器
技术介绍
本专利技术涉及离心鼓风机并且涉及包括其的化学反应器。离心鼓风机或离心风扇是用于提供气态介质的流动或运动的公知类型的装置。常规类型的离心鼓风机包括具有轴向气体进口和径向气体出口的外壳、布置在外壳内的用于将气体以第一压力抽吸到进口中并且将气体以较高的第二压力通过出口排出的叶轮、和用于驱动(即旋转(快速旋转，spin))叶轮的马达。该常见类型的离心鼓风机的变型公开于例如美国专利No.4,917,572；5,839,879；6,877,954；7,061,758；7,351,031；7,887,290；7,891,942以及U.S.2006/0051203中，其全部内容通过引用并入本文。以上述及的常见类型的离心鼓风机作为多种类型的气相化学反应器的组件已经被公开，所述气相化学反应器包括重整器(用于将液体和气态能重整的燃料转化为富氢产物的装置)、燃料电池(用于将重整器的可电化学氧化的燃料例如富氢产物电化学转化为电和潜在有用的可回收热的装置)、集成的重整器-燃料电池系统、用于气相烯烃聚合的流化床反应器、催化燃烧室、气-液循环气体水合反应器、气相氧化反应器和水煤气变换反应器，在所述反应器中鼓风机实施对于它们的运转极其重要的气体驱动操作。例如，在部分氧化重整器的情形中，通常采用离心鼓风机将含氧气体例如空气的流体供应到混合区，在该混合区中所述气体和气态或气化的能重整的液体燃料组合以形成气态部分氧化的反应混合物。相同的离心鼓风机还驱动气态反应混合物进入到其中所述混合物经历转化为富氢的重整产物的气相部分氧化反应区中，并且由其得到重整产物产品。DeWald等人的us2012/0328969(其全部内容通过引用并入本文)描述了一种鼓风机系统，其包括一系列互连的、可独立控制的离心鼓风机单元，其中来自所述系列中的鼓风机的径向出口的气态排放物经由连接两个鼓风机单元的管道引入到所述系列中的另一鼓风机单元的轴向进口中。相比于常规且以其它方式已知的单离心鼓风机例如以上提到的那些，US2012/0328969的离心鼓风机系统拥有若干优势，特别是在响应于连接该鼓风机的气相化学反应器频繁地改变气体流量的需要而作出快速且准确的气体流量调整的能力方面，例如，如在Finnerty等人的美国专利申请No.14/533702和14/533803(两者均于2014年11月5日提交)以及No.14/534345和14/534409(两者均于2014年6月11日提交)中公开的重整器和集成的重整器和燃料电池组装体中，这些专利的全部内容通过引用并入本文。在用于驱动气态反应物混合物进入化学反应器的气相反应区中、在化学反应器的气相反应区内驱动气态反应物混合物和从化学反应器的气相反应区驱动气态反应物混合物的已知且常规的离心鼓风机中，鼓风机提供第一反应物气体流，其与鼓风机外部的第二反应物气体流组合以提供气态反应混合物，然后将其引入到反应区。为了比简单地通过在两股气体物流(气流，gasstream)汇合时出现的湍流混合可预期发生的更加充分地混合第一和第二气体，可采用混合装置例如静态或电力驱动的混合器实现该目的。然而，用这样的混合装置可实现的混合度尽管相比于湍流混合得到改善，但是可能仍然远不足于最佳(特别是在静态混合器的情形中)、引入进一步的结构上的复杂度(特别是在电力驱动的混合器的情形中)和不管怎样可导致不期望的背压水平。因此，对于这样的用于驱动气态混合物的离心鼓风机或离心鼓风机系统存在需求：其避免使用外部混合装置而提供比通过单独的湍流混合可实现的更均匀的两种或更多种气体的混合物。
技术实现思路
按照本专利技术，提供了用于驱动气态流动物(气流，gaseousflow)的离心鼓风机系统，该离心鼓风机系统包括：a)一系列鼓风机单元，在所述系列中的各鼓风机单元包括具有轴向进口和径向出口的壳体、布置在所述壳体内的用于将气态介质以第一压力抽吸到轴向进口中并且将气态介质以较高的第二压力通过所述径向出口排出的叶轮、和用于驱动叶轮的马达；b)管道，其具有连接至所述系列中的鼓风机单元的径向出口的第一端部、连接至所述系列中的另一鼓风机单元的轴向进口的第二端部和限定内部气体流动通道的气体流动约束壁；和，c)用于允许气态介质进入到管道(b)的气体流动通道的气体流动进口，所述气体流动进口被限定在管道(b)的气体流动约束壁中或连接至管道(b)的气体流动约束壁。气体流动进口(c)的设置容许在本文的离心鼓风机系统内基本均匀地混合单独的(分开的，separate)气体物流，相比于类似的但是缺少气体流动进口(c)的离心鼓风机系统，配置(装置，arrangement)呈现若干个重要的优势。在前者的情形中并且相比于后者，单独的气体物流在本教导的鼓风机系统内的混合成为在鼓风机出口下游的冗余气体的混合手段，从而简化了可连接鼓风机出口的结构体。另外，本文中的离心鼓风机系统在省去(dispend)外部气体混合手段(其可产生不期望的在气体流动利用装置例如气相化学反应器内的背压增加)的情况下消除了可妨碍自由气态流动物的气流障碍的来源。从以下的详细描述和附图中，本文中具有其内部混合单独的气体物流的能力的离心鼓风机系统的和本文中包括这样的驱动气态流动物的离心鼓风机系统的气相化学反应器的这些和其它新颖的特征和优势将变得更明显。附图说明应理解，下述的图只是用于说明的意图。所述图不一定是成比例的，其中重点通常放在说明本教导的原理上。所述图不旨在以任何方式限制本教导的范围。相同的数字通常是指相同的部件。图1A为根据本教导的离心鼓风机系统的双鼓风机实施方式的透视图，所述鼓风机以0°气体流动构造显示，其中切开其互连管道组件的截面(部分，section)以揭示其管道进口的部分和其第二鼓风机单元的叶轮。图1B为1A的离心鼓风机系统的平面图。图1C和1D分别是图1A和1B的离心鼓风机系统的透视截面图和纵视截面图。图2为用于控制根据本教导的离心鼓风机系统、例如图1A-1D中说明的离心鼓风机系统的运转的鼓风机控制系统的示意性图示。图3为图2的鼓风机控制系统的逻辑流程图。图4为根据本教导的化学反应器、特别是其中包括用于在其中引入和驱动气流的多鼓风机-型离心鼓风机系统的集成的气态燃料催化部分氧化重整器和固体氧化物燃料电池组装体的示意性图示。具体实施方式应理解，本文中现有教导不受限于所描述的特定的步骤、材料和变型，并且因此可变化。还应理解，所使用的术语只是为了描述特定实施方式的意图，并且不旨在限制本教导的范围，该范围将仅由所附的权利要求书限定。在整个说明书和权利要求书中，在将结构体、装置、设备、组合物等描述成具有、包括或包含具体组件的情况下，或者在将方法描述成具有、包括或包含具体方法步骤的情况下，预期到这样的结构体、装置、设备、组合物等还基本上由述及的组件组成或由述及的组件组成，并且这样的方法还基本上由述及的方法步骤组成或由述及的方法步骤组成。在说明书和权利要求书中，在元件或组件说成是包括于和/或选自述及的元件或组件的列表，应理解该元件或组件可为述及的元件或组件的任一个，或该元件或组件可选自述及的元件或组件的两个或更多个。此外，应理解，本文描述的结构体、装置、设备或组合物或方法的元件和/或特征可本文档来自技高网...

【技术保护点】
离心鼓风机系统，其包括：a)一系列鼓风机单元，在所述系列中的各鼓风机单元包括具有轴向进口和径向出口的壳体、布置在壳体内用于将气态介质以第一压力抽吸到轴向进口中并且将气态介质以较高的第二压力通过径向出口排出的叶轮、和用于驱动叶轮的马达；b)管道，其具有连接至所述系列中的鼓风机单元的径向出口的第一端部、连接至所述系列中的另一鼓风机单元的轴向进口的第二端部、和限定内部气体流动通道的气体流动约束壁；和，c)允许气态介质进入到管道(b)的气体流动通道的气体流动进口，该气体流动进口被限定在管道(b)的气体流动约束壁中或连接到管道(b)的气体流动约束壁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.离心鼓风机系统，其包括：a)一系列鼓风机单元，在所述系列中的各鼓风机单元包括具有轴向进口和径向出口的壳体、布置在壳体内用于将气态介质以第一压力抽吸到轴向进口中并且将气态介质以较高的第二压力通过径向出口排出的叶轮、和用于驱动叶轮的马达；b)管道，其具有连接至所述系列中的鼓风机单元的径向出口的第一端部、连接至所述系列中的另一鼓风机单元的轴向进口的第二端部、和限定内部气体流动通道的气体流动约束壁；和，c)允许气态介质进入到管道(b)的气体流动通道的气体流动进口，该气体流动进口被限定在管道(b)的气体流动约束壁中或连接到管道(b)的气体流动约束壁。2.权利要求1的离心鼓风机系统，其中进口(c)连接至第二气态介质源，第二气态介质和从其径向出口连接至管道(b)的第一端部的鼓风机单元中排出的第一气态介质组合能够形成反应性和/或爆炸性混合物，驱动其轴向进口连接至管道(b)的第二端部的鼓风机单元的叶轮的马达为防爆或气密的电动马达或布置到鼓风机单元的外壳的外部并且通过轴与其叶轮连接的电动马达。3.权利要求1的离心鼓风机系统，其还包括：d)用于控制鼓风机系统的运转的控制器。4.权利要求1的离心鼓风机系统，其还包括：e)气态介质引导结构体，其为以下的至少一种：(i)管道(b)的气体流动约束壁的内表面，其配置成与从连接至管道(b)的鼓风机单元的径向出口排出的气态介质的流动基本平行，和(ii)气体物流外壳，其用于接收从所述系列中相继的鼓风机单元的出口排出的气态介质，所述气体物流外壳的壁配置成与从该相继的鼓风机单元的出口排出的气态介质的流动基本平行。5.权利要求3的离心鼓风机系统，其还包括：e)气态介质引导结构体，其为以下的至少一种：(i)管道(b)的气体流动约束壁的内表面，其配置成与从连接至管道(b)的鼓风机单元的出口排出的气态介质的流动基本平行，和(ii)气体物流外壳，其用于接收从所述系列中相继的鼓风机单元的出口排出的气态介质，所述气体物流外壳的壁配置成与从该相继的鼓风机单元的出口排出的气态介质的流动基本平行。6.权利要求3的离心鼓风机系统，其中控制器(d)控制所述系列中的至少一个鼓风机单元的运转以提供鼓风机系统的目标流量的50-90％并且控制所述系列中的至少一个另外的鼓风机单元的运转以提供鼓风机系统的目标流量的余量。7.权利要求3的离心鼓风机系统，其还包括：f)用于测量从离心鼓风机系统排出的气体的流速的气流计，所述气流计在运转中产生输入到控制器(d)的气体流动数据。8.权利要求1的离心鼓风机系统，其中进口(c)包括延伸超出管道(b)的壁且进入气体流动通道内部之中的部分。9.权利要求8的离心鼓风机系统，其中对延伸到管道(b)的气体流动通道内部中的进口(c)的部分进行定向以便在所述通道内提供较少的气体物流的湍流汇合。10.化学反应器，其包括具有反应区的至少一个反应器单元和用于驱动气态流动物的至少一个离心鼓风机系统，所述离心鼓风机系统包括：a)一系列鼓风机单元，在所述系列中的各鼓风机单元包括具有轴向进口和径向出口的壳体、布置在壳体内的用于将第一气态介质以第一压力抽吸到轴向进口中并且将气态介质以较高的第二压力通过轴向出口排出的叶轮、和用于驱动叶轮的马达；b)管道，其具有连接至所述系列中的鼓风机单元的径向出口的第一端部、连接至所述系列中的另一鼓风机单元的轴向进口的第二端部、和限定内部气体流动通道的气体流动约束壁；和，c)允许气态介质进入到管道(b)的气体流动通道的气体流动进口，该气体流动进口被限定在管道(b)的气体流动约束壁中或连接到管道(b)的气体流动约束壁，所述离心鼓风机系统驱动气态流动物去往所述至少一个反应器单元的反应区、在所述至少一个反应器单元的反应区内驱动气态流动物和/或来自所述至少一个反...

【专利技术属性】
技术研发人员：CM芬纳蒂，P德瓦尔德，
申请(专利权)人：瓦特燃料电池公司，
类型：发明
国别省市：美国,US