[发明专利]流动分配系统

说明书

一种用于分配和分开至少两股单独的流体的流动的流动分配系统，该分配系统包括：至少两个流体输送分形的三维嵌套结构，包括至少第一流体输送分形和第二流体输送分形，每个流体输送分形具有相应的分叉至多个流体出口的流体入口，每个流体输送分形被配置成促进穿过其中的独立于另一个流体输送分形中的流动的流动，每个流体输送分形沿着并围绕流体入口和多个流体出口之间的中心轴线延伸；其中每个流体输送分形包括一系列以选定数量的级组装的递归分叉单元，每个分叉单元包括流体地连接至两个连续分叉单元的Y形分叉元件，每个连续分叉单元相对于中心轴线旋转相对于前一级60度和120度之间的角度；每个流体输送分形与另一个流体输送分形交织在一起；每个流体输送分形围绕中心轴线与另一个流体输送分形偏移定位，并且被布置成使得来自流体输送分形中的一个的每个流体出口被定位成与另一个流体输送分形的流体出口邻接，并且每个流体输送分形以流动轴线为中心，该流动轴线从中心轴线横向倾斜从大于0度至20度，并且从中心轴线纵向倾斜从大于0度至20度。

交叉引用

本申请要求于2017年4月21提交的澳大利亚临时专利申请第2017901465号的优先权，该澳大利亚临时专利申请的内容应被理解为通过本引用并入本说明书中。

技术领域

本发明涉及用于将流体流动路径分流成多股平行流动流的流体流动分配系统。该流动分配系统(flow distribution system)特别适于作为用于整体式反应器、包括所述流动分配系统的反应器、流体混合器、流体掺混器、泰勒流动混合器、催化反应器和转化器、燃料混合器和/或燃烧器或类似物的流动分配系统，并且在下文中结合这些示例性的应用公开本发明将是方便的。然而，应理解，本发明的流动分配系统可以用于任何数量的其他流体流动分流和/或分配应用。

发明背景

本发明的背景的以下讨论意图有助于对本发明的理解。然而，应理解的是，该讨论不是确认或承认所提到的任何材料是如在本申请的优先权日公布的、已知的或公知常识的一部分。

实现入口流体流动到多个出口中的均匀分配的流动分配系统在跨各种行业的一系列流体处理应用中是常见的功能要求。例如，在使用整体催化剂载体装置的化学反应器中，系统效率取决于在由涂覆有催化活性物质的薄壁分隔开的许多紧密堆积的平行通道上实现均匀流动分配的能力。对于需要以小规模量流体混合的应用，通常还需要实现非常接近的两股入口流体流的分流(flow division)和均匀分配的能力。

满足均匀流动分配应用要求的分配系统设计通常分为两大类分流方案：

A.平行：其中通过沿着流体腔室具有多个端口的歧管，在单个级中发生分流(例如，如图1(A)中所示)；或者

B.顺序：其中通过顺序分叉的结构化阵列，在多个级中发生分流(例如，如图1(B)中所示)。

平行方案具有固有的几何简单性和制造简单性。然而，该方案通常也具有产生不均匀或分配不均匀的流动的趋势。

顺序方案通常用分形分叉方法(fractal bifurcation approach)来实施，该分形分叉方法在顺序级中连接多个通道分叉，产生进料流的分支级联。在流动分配系统上下文中使用的术语分形(fractal)指的是在不同尺度(scale)上显示出重复结构模式的几何体。由于对流动路径的高水平控制，分形流动分配方案与普通平行歧管方法相比，可以表现出更高的流动均匀性和降低的压力损失。因此，分形状的空间填充结构也经常以天然流体运输系统演化，所述天然流体输送系统诸如植物分枝和血管。然而，由于相对较高的几何复杂性，分形流动分配系统实施方案提出了增加的设计和制造挑战。此外，在实践中，实现跨过许多密集堆积的出口和多股流动流的高的流动均匀性的能力已经受到限制，这通常是由于满足传统制造工艺限制所需的设计折衷。

例如，制造限制可以导致使用垂直接合部(junction)，特别是垂直分叉接合部，这可以由于流动转向损失而增大压降。垂直流动接合部的实例包括：