DE102015205547A1 - Shaped body for tempering a fluid and constructed with such moldings heat exchanger - Google Patents

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Abstract

Ein Formkörper zum Temperieren eines Fluids, der zum Beispiel zum Bilden eines Wärmebetts (24) eines Regenerators (14) eingesetzt werden kann, weist einen Block (27) aus einem wärmeleitenden Material auf, der durch eine Grundfläche (X-Y) und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block (27) im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche (X-Y) eine Vielzahl von Zellen (28) aufweist und diese Zellen (28) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks haben. In dem Block (27) ist ferner eine Vielzahl von Kanälen (30, 32, 38) ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung (Z) des Blocks verlaufen, wobei jeder der Kanäle (30, 32, 38) in einer Zelle (28) derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen (30, 32, 38) in benachbarten Zellen (28) eine Innenwand (34) vorhanden ist.A shaped body for tempering a fluid, which can be used, for example, to form a heat bed (24) of a regenerator (14), comprises a block (27) of a thermally conductive material passing through a base (XY) and perpendicular to the base extending height is defined, wherein the block (27) in cross-section parallel to its base (XY) has a plurality of cells (28) and these cells (28) each have a cross-sectional shape parallel to the base (XY) of the block in the form of a regular polygon to have. In the block (27) is further formed a plurality of channels (30, 32, 38) which are substantially parallel to each other and to the height direction (Z) of the block, each of the channels (30, 32, 38) in a cell (28) is provided such that between the channels (30, 32, 38) in adjacent cells (28) an inner wall (34) is present.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper zum Temperieren eines Fluids und einen Wärmetauscher mit wenigstens einem Wärmebett, das wenigstens einen solchen Formkörper aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Thermoreaktor, insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, der wenigstens einen solchen Wärmetauscher als Regenerator aufweist.The present invention relates to a shaped body for tempering a fluid and a heat exchanger having at least one heat bed, which has at least one such shaped body. The present invention further relates to a thermoreactor, in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in an exhaust air or exhaust gas stream having at least one such heat exchanger as a regenerator.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Thermoreaktoren, insbesondere solche in Anlagen zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, weisen typischerweise eine mit einem thermisch umzusetzenden Gasstrom beaufschlagte Brennkammer und wenigstens zwei Regeneratoren zum Beispiel unterhalb der Brennkammer auf. Bevorzugt wird dabei einer der Regeneratoren in einem bestimmten Betriebszustand des Thermoreaktors mit einem (ersten) Gasstrom beaufschlagt, welcher der Brennkammer zugeführt wird, während der andere Regenerator mit einem (zweiten) Gasstrom beaufschlagt wird, der aus der Brennkammer austritt. Üblicherweise erhält der erste Gasstrom aus dem durchströmten Regenerator eine gewisse Menge an Wärmeenergie, während der zweite Gasstrom seinerseits Wärmeenergie an den zugeordneten Regenerator abgibt. Zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie werden in Regeneratoren neben wärmespeichernden Schüttungen (z. B. Kugeln, Sattelkörper, etc.) alternativ oder zusätzlich Wärmebetten mit zum Beispiel keramischen Formkörpern eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine vorhersagbare und homogene Druckdifferenz bei einer gewissen Durchströmung des jeweiligen Wärmebetts aus, da sich in den Kanälen der Formsteine in der Regel eine laminare Strömung des durch den Regenerator hindurch geleiteten Fluids (Gas oder Flüssigkeit) ausbildet.Thermoreactors, in particular those in plants for regenerative thermal oxidation (RTO) of combustible substances in a waste air or exhaust gas flow, typically have a combustion chamber acted upon by a gas stream to be thermally reacted and at least two regenerators, for example below the combustion chamber. Preferably, one of the regenerators in a certain operating state of the thermoreactor with a (first) gas flow is applied, which is supplied to the combustion chamber, while the other regenerator is acted upon with a (second) gas stream, which exits from the combustion chamber. Usually, the first gas stream receives from the flow-through regenerator a certain amount of heat energy, while the second gas stream in turn emits heat energy to the associated regenerator. For temporary storage of thermal energy, in addition to heat-storing fillings (eg balls, caliper bodies, etc.), heat generators with ceramic bodies, for example or alternatively, are used in regenerators. These are characterized by a predictable and homogeneous pressure difference at a certain flow through the respective heat bed, since in the channels of the blocks usually a laminar flow of the passed through the regenerator fluid (gas or liquid) is formed.

Die thermische Effizienz und die Standzeit der Regeneratoren sind wichtige Parameter für die effiziente Nutzung solcher Regeneratoren. Die thermische Effizienz und die Standzeit werden dabei jedoch durch die Bildung von Ablagerungen innerhalb der Regeneratoren mit nachfolgendem abschnittweisen Verstopfen einzelner Strömungskanäle oder ganzer Formsteine in den Wärmebetten beeinflusst (so genanntes ”Verblocken”). Dieses ”Verblocken” entsteht insbesondere durch Ausfällen von Feststoffen aus dem durchgeleiteten Fluid, wobei sich gewisse Feststoffe an den Kanalwänden absetzen und dort ansammeln. So kommt es beispielsweise bei der Reinigung von siloxanhaltigen Ablüften zum Ausfall von Si-Oxiden an den Kanalwänden.The thermal efficiency and service life of the regenerators are important parameters for the efficient use of such regenerators. However, the thermal efficiency and the service life are influenced by the formation of deposits within the regenerators with subsequent blockage of individual flow channels or entire blocks in the heated beds (so-called "blocking"). This "blocking" arises in particular by precipitation of solids from the fluid passed through, with certain solids settle on the channel walls and accumulate there. For example, in the purification of siloxane-containing flashings, the failure of Si oxides on the channel walls occurs.

Die Verblockung der Regeneratoren hat zur Folge, dass die Wärmebetten von betroffenen RTO-Anlagen in regelmäßigen Abständen von den Ablagerungen befreit bzw. die betroffenen Formkörper der Wärmebetten ausgetauscht werden müssen. Für diese Wartungsarbeiten muss die RTO-Anlage abgeschaltet und heruntergekühlt werden, bevor die Formkörper der Wärmebetten gereinigt bzw. ausgetauscht werden können. Bis die RTO-Anlage wieder betriebsbereit ist, vergehen typischerweise 2 bis 3 Arbeitstage. Während dieser Zeit kann der an die RTO-Anlage angeschlossene Produktionsbereich in der Regel nicht in vollem Umfang arbeiten, sodass die Standzeit, d. h. die Zeit bis zu einem Verblocken der Wärmebetten, eines Regenerators einer RTO-Anlage ein entscheidender Faktor für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlage sein kann.The blocking of the regenerators has the consequence that the heat beds of affected RTO plants have to be freed from the deposits at regular intervals or the affected moldings of the heat beds must be replaced. For this maintenance work, the RTO system must be shut down and cooled down before the heatsinks can be cleaned or replaced. It usually takes 2 to 3 working days for the RTO system to become operational again. During this time, the production area connected to the RTO plant will generally not be able to fully operate, so that the service life, ie. H. The time it takes to lock the heated beds, a regenerator of an RTO system, can be a decisive factor for the efficiency and economy of the system.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher zu schaffen, der die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik vermeidet oder zumindest vermindert.It is an object of the invention to provide an improved heat exchanger which avoids or at least reduces the above described disadvantages of the prior art.

Es soll insbesondere ein Wärmetauscher mit einer guten thermischen Effizienz und einer guten Widerstandsfähigkeit gegen ein Verblocken seiner Strömungskanäle geschaffen werden.In particular, a heat exchanger with a good thermal efficiency and a good resistance to blocking of its flow channels should be created.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Formkörper zum Temperieren einer Fluidströmung bereitzustellen, der ein günstiges Verhältnis erreicht zwischen einer möglichst geringen Masse des Formkörpers einerseits und einem größtmöglichen dynamischen Wärmeaufnahmevermögen andererseits.Another object of the invention is to provide a shaped body for tempering a fluid flow, which achieves a favorable ratio between the lowest possible mass of the shaped body on the one hand and the greatest possible dynamic heat capacity on the other.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the teaching of the independent claims. Particularly preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Formkörper zum Temperieren eines Fluids einen Block aus einem wärmeleitenden Material, der durch eine Grundfläche und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, auf. Der Block weist im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche eine Vielzahl von Zellen auf, wobei diese Zellen jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks haben. In dem Block ist ferner eine Vielzahl von Kanälen ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung des Blocks verlaufen, wobei jeder dieser Kanäle in einer Zelle derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen in benachbarten Zellen eine Innenwand vorhanden ist. According to a first aspect of the invention, a shaped body for tempering a fluid comprises a block of a thermally conductive material which is defined by a base surface and a height perpendicular to the base surface. The block has in cross-section parallel to its base a plurality of cells, these cells each having a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a regular polygon. Also formed in the block are a plurality of channels that are substantially parallel to each other and to the height direction of the block, each of these channels being provided in a cell such that there is an interior wall between the channels in adjacent cells.

Die Querschnittsform der Zellen in Form regelmäßiger Vielecke hat den Vorteil, dass die Zellen mit geringem Abstand zueinander nebeneinander angeordnet werden können, um zum Beispiel ein Wärmebett eines Regenerators aufzubauen. Außerdem können die Kanäle in den Zellen bei dieser Querschnittsform der Zellen sicher voneinander getrennt werden.The cross-sectional shape of the cells in the form of regular polygons has the advantage that the cells can be arranged side by side with a small distance from each other, for example to build a thermal bed of a regenerator. In addition, the channels in the cells can be safely separated from one another in this cross-sectional shape of the cells.

Der Block des Formkörpers ist aus einem wärmeleitenden Material gebildet. Das wärmeleitende Material hat vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 1,5 W/mK, bevorzugt von wenigstens etwa 2,0 W/mK oder mehr. Außerdem hat das wärmeleitende Material vorzugsweise einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens etwa 1·10–4 K–1, bevorzugt von höchstens etwa 1·10–5 K–1, 8·10–6 K–1 oder weniger (jeweils bei 800°C). Ferner hat das wärmeleitende Material vorzugsweise eine hohe spezifische Wärmekapazität von wenigstens etwa 500 J/kgK, bevorzugt von wenigstens etwa 800 J/kgK oder mehr. Darüber hinaus hat ein bevorzugtes wärmeleitendes Material eine Erweichungstemperatur von wenigstens etwa 1.000°C, bevorzugter von wenigstens etwa 1.200°C, noch bevorzugter von wenigstens etwa 1.400°C. Das wärmeleitende Material für den Formkörper ist vorzugsweise ausgewählt aus Keramiken, Ziegel, Ton, Metallen, Edelmetallen, Kieselerde, Karbiden, Graphit oder dergleichen hochtemperaturstabilen Materialien. Besonders bevorzugt werden Keramiken mit einem Anteil von mehr als 50% an Siliziumoxid und/oder Aluminiumoxid.The block of the shaped body is formed of a thermally conductive material. The thermally conductive material preferably has a thermal conductivity of at least about 1.5 W / mK, preferably at least about 2.0 W / mK or more. In addition, the heat-conductive material preferably has a low coefficient of thermal expansion of at most about 1 × 10 -4 K -1 , preferably at most about 1 × 10 -5 K -1 , 8 × 10 -6 K -1 or less (each at 800 ° C) C). Further, the heat conductive material preferably has a high specific heat capacity of at least about 500 J / kgK, preferably at least about 800 J / kgK or more. Moreover, a preferred thermally conductive material has a softening temperature of at least about 1,000 ° C, more preferably at least about 1,200 ° C, even more preferably at least about 1,400 ° C. The thermally conductive material for the molded article is preferably selected from ceramics, brick, clay, metals, precious metals, silica, carbides, graphite or the like high-temperature-stable materials. Particularly preferred are ceramics with a proportion of more than 50% of silica and / or alumina.

Die Querschnittsform der Zellen parallel zur Grundfläche des Blocks hat vorzugsweise die Form eines Dreiecks, Quadrats, Pentagons, Hexagons oder Oktagons, wobei die hexagonale Querschnittsform besonders bevorzugt ist.The cross-sectional shape of the cells parallel to the base of the block is preferably in the shape of a triangle, square, pentagon, hexagon or octagon, with the hexagonal cross-sectional shape being particularly preferred.

Der Block weist gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Zellen mit einer Querschnittsform in der Form eines regelmäßigen Vielecks auf. Die Zellen sind bevorzugt Einheitszellen, d. h. im Wesentlichen identisch ausgestaltete und dimensionierte Zellen. Darüber hinaus kann der Block – insbesondere je nach Grundflächenform des Blocks und Querschnittsform dieser Zellen – aber auch weitere Zellen mit anderen Querschnittsformen aufweisen. Solche Zellen mit anderen Querschnittsformen können bevorzugt im Randbereich des Blocks vorhanden sein.The block according to the invention comprises a plurality of cells having a cross-sectional shape in the form of a regular polygon. The cells are preferably unit cells, i. H. essentially identically designed and dimensioned cells. In addition, the block - in particular depending on the base surface shape of the block and cross-sectional shape of these cells - but also have other cells with different cross-sectional shapes. Such cells with other cross-sectional shapes may preferably be present in the edge region of the block.

Die Kanäle sind vorzugsweise im Wesentlichen mittig in den einzelnen Zellen positioniert.The channels are preferably positioned substantially centrally in the individual cells.

Der Block des Formkörpers ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Entsprechend sind die Zellen des Blocks nicht durch separate Bauteile gebildet, sondern innerhalb des Blocks geometrisch definiert.The block of the shaped body is preferably formed in one piece. Accordingly, the cells of the block are not formed by separate components, but are defined geometrically within the block.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Kanäle jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines Kreises. Der kreisförmige Querschnitt der Kanäle ist im Hinblick auf die Wärmeübertragung zwischen dem durch die Kanäle hindurch geleiteten Fluid und dem Formkörper besonders effizient, sodass durch diese Ausgestaltung auch die thermische Effizienz eines Gesamtsystems (zum Beispiel eines entsprechend ausgerüsteten Thermoreaktors) verbessert werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the channels each have a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a circle. The circular cross-section of the channels is particularly efficient in terms of heat transfer between the fluid passed through the channels and the molded body, so that this embodiment can also improve the thermal efficiency of an overall system (for example a suitably equipped thermal reactor).

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Kanäle jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks. Die Querschnittsform der Kanäle hat vorzugsweise die Form eines Dreiecks, Quadrats, Pentagons, Hexagons oder Oktagons, wobei die hexagonale Querschnittsform besonders bevorzugt ist. Vorzugsweise haben die Kanäle dabei jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines dem regelmäßigen Vieleck der Zellen entsprechenden Vielecks, sodass eine Wandstärke der Innenwände zwischen benachbarten Kanälen im Wesentlichen konstant ist.In another preferred embodiment of the invention, the channels each have a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a regular polygon. The cross-sectional shape of the channels is preferably in the shape of a triangle, square, pentagon, hexagon or octagon, with the hexagonal cross-sectional shape being particularly preferred. Preferably, the channels each have a cross-sectional shape parallel to the base surface of the block in the form of a polygon corresponding to the regular polygon of the cells, so that a wall thickness of the inner walls between adjacent channels is substantially constant.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein hydraulischer Durchmesser eines Kanals wenigstens etwa 2,30 mm und/oder höchstens etwa 5,00 mm. Bevorzugt ist der hydraulische Durchmesser der Kanäle ausgewählt aus den Werten 2,34 mm, 2,61 mm, 2,81 mm, 2,90 mm, 4,85 mm und 4,87 mm. Im Fall von Kanälen mit einer kreisförmigen Querschnittsform entspricht der hydraulische Durchmesser im Wesentlichen dem Kreisdurchmesser der Querschnittsform. Im Fall von anderen Kanalgeometrien entspricht der hydraulische Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser eines innen an die Querschnittsform anliegenden Kreises (Inkreis-Durchmesser).In a further preferred embodiment of the invention, a hydraulic diameter of a channel is at least about 2.30 mm and / or at most about 5.00 mm. The hydraulic diameter of the channels is preferably selected from the values 2.34 mm, 2.61 mm, 2.81 mm, 2.90 mm, 4.85 mm and 4.87 mm. In the case of channels with a circular cross-sectional shape corresponds to the hydraulic Diameter substantially the circle diameter of the cross-sectional shape. In the case of other channel geometries, the hydraulic diameter substantially corresponds to the diameter of a circle inside the cross-sectional shape (in-circle diameter).

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine minimale Wandstärke einer Innenwand zwischen benachbarten Kanälen wenigstens etwa 0,20 mm und/oder höchstens etwa 1,00 mm. Bevorzugt ist die Wandstärke ausgestaltet in einem Wertebereich zwischen 0,25 mm und 0,89 mm. Besonders bevorzugte Einzelwerte für eine im Wesentlichen einheitliche Wandstärke aller Kanäle sind 0,23 mm, 0,25 mm, 0,48 mm, 0,56 mm und 0,81 mm. Es wurde herausgefunden, dass bei einer solchen (vorzugsweise einheitlichen) Festlegung der Wandstärke aller Kanäle bei einem erfindungsgemäßen Formkörper ein Optimum erreicht werden kann zwischen möglichst geringer Masse des Blocks einerseits und größtmöglichem Wärmeaufnahmevermögen andererseits. Dies gilt besonders bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen Leitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s.In a further preferred embodiment of the invention, a minimum wall thickness of an inner wall between adjacent channels is at least about 0.20 mm and / or at most about 1.00 mm. Preferably, the wall thickness is configured in a value range between 0.25 mm and 0.89 mm. Particularly preferred individual values for a substantially uniform wall thickness of all channels are 0.23 mm, 0.25 mm, 0.48 mm, 0.56 mm and 0.81 mm. It has been found that in such a (preferably uniform) definition of the wall thickness of all channels in a molded body according to the invention an optimum can be achieved between the lowest possible mass of the block on the one hand and the greatest possible heat capacity on the other. This is especially true when using a material having a thermal conductivity of between about 1.5 W / mK and 8.0 W / mK and a (mean) flow velocity of a gaseous fluid flow passing through the channels between 1 m / s and 6.5 m / s ,

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Quotient aus einem hydraulischen Durchmesser eines Kanals zu einer minimalen Wandstärke der Innenwand zwischen benachbarten Kanälen höchstens etwa 6,0, bevorzugt höchstens etwa 5,5. Im Speziellen liegt der genannte Quotient zwischen 4,1 und 5,9 bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen Leitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 20 μPa·s und 40 μPa·s liegen. Es wurde herausgefunden, dass bei einer solchen (vorzugsweise einheitlichen) Festlegung des Verhältnisses zwischen hydraulischem Durchmesser der Kanäle und Wandstärke der Kanäle bei einem erfindungsgemäßen Formkörper ein Optimum erreicht werden kann zwischen möglichst geringer Masse des Blocks einerseits und größtmöglichem Wärmeaufnahmevermögen andererseits.In a further preferred embodiment of the invention, a quotient of a hydraulic diameter of a channel to a minimum wall thickness of the inner wall between adjacent channels is at most about 6.0, preferably at most about 5.5. Specifically, said quotient ranges between 4.1 and 5.9 using a material having a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and 8.0 W / mK and an (average) flow velocity of a gaseous fluid flow passing the channels 1 m / s and 6.5 m / s. The viscosity of the gaseous fluid flow can be between 20 μPa s and 40 μPa s. It has been found that in such a (preferably uniform) determination of the ratio between the hydraulic diameter of the channels and wall thickness of the channels in a molded body according to the invention an optimum can be achieved between the lowest possible mass of the block on the one hand and the greatest possible heat capacity.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche eines Kanals wenigstens etwa 50% und/oder höchstens etwa 65% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle. Auch eine solche Auslegung trägt zu einer Optimierung des Verhältnisses zwischen möglichst kleiner Masse des Blocks und möglichst großem Wärmeaufnahmevermögen bei. Im Speziellen liegt der genannte Wert zwischen 51% und 63% bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen Leitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s liegen.In a further preferred embodiment of the invention, a hydraulic flow cross-sectional area of a channel is at least about 50% and / or at most about 65% with respect to a cross-sectional area of the cell. Such an interpretation also contributes to an optimization of the ratio between the smallest possible mass of the block and the largest possible heat absorption capacity. Specifically, said value is between 51% and 63% using a material having a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and 8.0 W / mK and a (mean) flow velocity of a gaseous fluid flow passing the channels between 1 m / s and 6.5 m / s. The viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 μPa s and 40 μPa s.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine offene Querschnittsfläche eines Kanals wenigstens etwa 50% und/oder höchstens etwa 75% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle.In another preferred embodiment of the invention, an open cross-sectional area of a channel is at least about 50% and / or at most about 75% with respect to a cross-sectional area of the cell.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Nußelt-Zahl eines Kanals für eine laminare Strömung wenigstens etwa 3,5, bevorzugt wenigstens etwa 4,0, und/oder höchstens etwa 4,5. Die Nußelt-Zahl ist dabei als dimensionslose Größe definiert als ein Produkt des hydraulischen Durchmessers mit dem Quotienten aus dem Wärmeübergangskoeffizienten zum Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung des Blocks aus einem keramischen Material mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung des Blocks aus einem Material zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blocks, welches eine thermische Leitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8 W/mK aufweist. Optional kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend gestalteter Formkörper von einer gasförmigen Fluidströmung mit einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s passiert wird. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s liegen.In a further preferred embodiment of the invention, a Nusselt number of a laminar flow channel is at least about 3.5, preferably at least about 4.0, and / or at most about 4.5. The Nusselt number is defined as a dimensionless quantity as a product of the hydraulic diameter with the quotient of the heat transfer coefficient to the coefficient of thermal conductivity. Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of the block of a ceramic material with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides. Such a design choice is particularly preferred in the simultaneous execution of the block of a material for producing a block according to the invention, which has a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and 8 W / mK. Optionally, it can be provided that a correspondingly shaped molding is passed by a gaseous fluid flow with a (mean) flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s. The viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 μPa s and 40 μPa s.

In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die die Kanäle begrenzenden Wände mit einer Schutzschicht zum Beispiel in Form einer Schutzschicht aus Nanopartikeln versehen. Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Schutzschicht werden insbesondere Partikel aus Siliziumoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Siliziumcarbid, Eisencarbid, Wolframcarbid, Titannitrid, Bornitrid sowie Borcarbid vorgeschlagen, deren größte Ausdehnung jeweils kleiner sei als 100 nm. Eine derartige ”Nano-Schutzschicht” erzeugt erfindungsgemäß eine im Nano-Maßstab raue Oberfläche an den Innenwandungen der Kanäle, so dass sich mikroskopisch kleine Wirbel an der Kanaloberfläche bilden. Ein Ablagern von (aus dem durch den Formkörper hindurch strömenden Fluid ausgefällten oder aus anderen Gründen im Fluid mitgeführten) Feststoffpartikeln wird so verhindert bzw. verlangsamt. Auf diese Weise kann einem ”Verblocken” der Kanäle wirksam vorgebeugt werden. In bevorzugten Ausbildungen weist die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Ra von weniger als 25 μm, insbesondere weniger als 10 μm, besonders bevorzugt von weniger als 2,5 μm auf. Bevorzugt kann die Schutzschicht als eine hydrophobe Schicht ausgebildet sein. In anderen Anwendungen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Schutzschicht hydrophil auszubilden.In yet another preferred embodiment of the invention, the walls delimiting the channels are provided with a protective layer, for example in the form of a protective layer of nanoparticles. For the realization of a protective layer according to the invention, particles of silicon oxide, titanium dioxide, aluminum oxide, iron oxide, zinc oxide, silicon carbide, iron carbide, tungsten carbide, titanium nitride, boron nitride and boron carbide are proposed, the largest dimension of each being less than 100 nm. Such a "nano-protective layer" is produced According to the invention, a nano-scale rough surface on the inner walls of the channels, so that form microscopic vortexes on the channel surface. A deposition of (from the fluid flowing through the shaped body through or for other reasons carried in the fluid) solid particles is prevented or slowed down. In this way, a "blocking" the channels are effectively prevented. In preferred embodiments, the protective layer has a surface roughness Ra of less than 25 μm, in particular less than 10 μm, particularly preferably less than 2.5 μm. Preferably, the protective layer may be formed as a hydrophobic layer. In other applications, however, it may also be advantageous to make the protective layer hydrophilic.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Strukturlänge der Querschnittsform eines Kanals auf etwa 3,5 mm, bevorzugt auf etwa 3,0 mm begrenzt. Als Strukturlänge der Querschnittsform eines Kanals wird bei einem n-eckigen Kanal eine Kantenlänge des relevanten n-Ecks verstanden. Es wurde herausgefunden, dass eine Neigung zur Bildung von Ablagerungen von bei Temperaturen zwischen 400°C und 1.100°C aus einer gasförmigen Fluidströmung ausgefällten Feststoffen ab einer ”kritischen Strukturlänge” stark zunimmt. Konkret beträgt für einen Kanal mit hexagonaler Querschnittsform die kritische Strukturlänge in Bezug auf eine Ablagerung von Siliziumoxiden etwa 2,82 mm, wenn der Kanal mit einem siloxanhaltigen Abgas bei einer Geschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s durchströmt wird. Die Viskosität des Abgases kann dabei zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s liegen. Durch eine Begrenzung der Strukturlänge des Kanalquerschnitts kann allgemein ein Ablagern von (aus der Fluidströmung bei höheren Temperaturen ausgefällten oder aus anderen Gründen in der Fluidströmung mitgeführten) Feststoffen an einer Kanalwand reduziert werden. Für gasförmige Fluide mit einem Stickstoffanteil von mehr als 60 Vol.-% wird daher eine Begrenzung der Strukturlänge der Querschnittsform eines n-eckigen Kanals auf 3,5 mm vorgeschlagen.In a further preferred embodiment of the invention, a structure length of the cross-sectional shape of a channel is limited to about 3.5 mm, preferably to about 3.0 mm. The structure length of the cross-sectional shape of a channel is understood to be an edge length of the relevant n-edge in the case of an n-cornered channel. It has been found that a tendency to form deposits of solids precipitated from gaseous fluid flow at temperatures between 400 ° C and 1100 ° C, greatly increases from a "critical structure length". Concretely, for a channel of hexagonal cross-sectional shape, the critical structure length with respect to deposition of silicon oxides is about 2.82 mm when the channel is traversed with a siloxane-containing exhaust gas at a speed between 1 m / s and 6.5 m / s. The viscosity of the exhaust gas can be between 15 μPa s and 40 μPa s. By limiting the structure length of the channel cross section, it is generally possible to reduce deposition of solids (precipitated from the fluid flow at relatively high temperatures or entrained in the fluid flow for other reasons) on a channel wall. For gaseous fluids with a nitrogen content of more than 60% by volume, therefore, a limitation of the structure length of the cross-sectional shape of an n-cornered channel to 3.5 mm is proposed.

In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Querschnittsform der Kanäle wenigstens einen konkaven (d. h. nach innen gewölbten) Abschnitt auf. Vorzugsweise weist die Querschnittsform der Kanäle alternierend mehrere konkave Abschnitte und mehrere konvexe Abschnitte auf. Diese spezielle Struktur der Querschnittsfläche der Kanäle kann vorzugsweise ein Ablagern von (aus dem durch den Formkörper hindurch strömenden Fluid ausgefällten oder aus anderen Gründen im Fluid mitgeführten) Feststoffpartikeln und damit ein Verblocken der Kanäle verhindern bzw. verlangsamen.In yet another preferred embodiment of the invention, the cross-sectional shape of the channels has at least one concave (i.e., inwardly curved) portion. Preferably, the cross-sectional shape of the channels alternately has a plurality of concave portions and a plurality of convex portions. This special structure of the cross-sectional area of the channels can preferably prevent or slow down the deposition of solid particles (precipitated from the fluid flowing through the shaped body or otherwise entrained in the fluid) and thus blockage of the channels.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Wärmetauscher wenigstens ein Wärmebett auf, das wenigstens einen oben beschriebenen Formkörper der Erfindung aufweist.According to a further aspect of the invention, a heat exchanger has at least one heat-bed, which has at least one shaped body of the invention described above.

In einer Ausgestaltung weist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher wenigstens ein Wärmebett auf, das wenigstens einen Formkörper zum Temperieren eines Fluids aufweist, wobei der Formkörper einen Block aus einem wärmeleitenden Material aufweist, der durch eine Grundfläche und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche eine Vielzahl von Zellen aufweist, wobei die Zellen jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks haben, wobei in dem Block eine Vielzahl von Kanälen ausgebildet ist, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung des Blocks verlaufen, und wobei jeder der Kanäle in einer Zelle derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen in benachbarten Zellen eine Innenwand vorhanden ist.In one embodiment, a heat exchanger according to the invention has at least one heat bed, which has at least one shaped body for tempering a fluid, wherein the shaped body has a block of a thermally conductive material which is defined by a base surface and a height perpendicular to the base surface, wherein the block in cross-section parallel to its base a plurality of cells, the cells each having a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a regular polygon, wherein in the block a plurality of channels is formed, which are substantially parallel to each other and the height direction of the Blocks, and wherein each of the channels is provided in a cell such that between the channels in adjacent cells, an inner wall is present.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Wärmebett mehrere Formkörper auf, die parallel zur Grundfläche der Formkörper nebeneinander und bevorzugt ohne Abstand zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich ein hindurch zu leitender Fluidstrom auf eine beliebig erweiterbare Anzahl von Formkörpern aufteilen und so der Volumenstrom pro Formkörper und die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit einstellen. Als bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit hat sich ein Wert zwischen 1 m/s und 6,5 m/s ergeben.In a preferred embodiment of the invention, the heat bed has a plurality of shaped bodies, which are arranged parallel to the base surface of the molded bodies next to one another and preferably without spacing from one another. In this way, it is possible to divide a fluid flow to be passed through to an arbitrarily expandable number of shaped bodies and thus to set the volume flow per shaped body and the corresponding flow rate. The preferred flow velocity is between 1 m / s and 6.5 m / s.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmetauscher wenigstens zwei Wärmebetten auf, die in der Höhenrichtung der Formkörper übereinander angeordnet sind. Die Kanäle der übereinander angeordneten Formkörper sind vorzugsweise im Wesentlichen koaxial oder parallel zueinander ausgerichtet, haben vorzugsweise gleiche Querschnittsformen und/oder haben vorzugsweise gleiche Abmessungen. Durch ein Übereinanderschichten von Wärmebetten kann die Wärmeaufnahmekapazität des Wärmetauschers eingestellt werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass bei einer Anzahl von 5 bis 9 Schichten gleichartiger Wärmebetten eine Gesamthöhe des Wärmetauschers von 1,2 m bis 3,5 m und eine entsprechende gesamte Länge an durchströmbaren Kanälen erreichbar ist. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung einer Vielzahl von Wärmetauscher-Blöcken aus einem keramischen Material mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung der Wärmetauscher-Blöcke aus einem Material zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blocks, welches eine thermische Leitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8 W/mK aufweist. Optional kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend gestalteter Wärmetauscher von einer gasförmigen Fluidströmung mit einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s passiert wird. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s liegen.In a further preferred embodiment of the invention, the heat exchanger has at least two heat beds, which are arranged one above the other in the height direction of the molded bodies. The channels of the superimposed moldings are preferably substantially coaxially or parallel to each other, preferably have the same cross-sectional shapes and / or preferably have the same dimensions. By superimposing heat beds, the heat absorption capacity of the heat exchanger can be adjusted. It has been found that in the case of a number of 5 to 9 layers of similar heat beds, an overall height of the heat exchanger of 1.2 m to 3.5 m and a corresponding total length of through-flow channels can be achieved. Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of a plurality of heat exchanger blocks of a ceramic material with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides. Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of the heat exchanger blocks of a material for producing a block according to the invention, which has a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and 8 W / mK. Optionally it can be provided that a suitably designed heat exchanger of a gaseous fluid flow with a (mean) flow rate between 1 m / s and 6.5 m / s is happening. The viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 μPa s and 40 μPa s.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Höhe des Wärmebetts in der Höhenrichtung der Formkörper wenigstens etwa 20 cm, bevorzugt wenigstens etwa 25 cm, und/oder höchstens etwa 50 cm, bevorzugt höchstens etwa 40 cm.In a further preferred embodiment of the invention, a height of the heat bed in the height direction of the shaped body is at least about 20 cm, preferably at least about 25 cm, and / or at most about 50 cm, preferably at most about 40 cm.

In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Höhe des Wärmetauschers in der Höhenrichtung der Formkörper wenigstens etwa 100 cm, bevorzugt wenigstens etwa 150 cm, und/oder höchstens etwa 300 cm, bevorzugt höchstens etwa 200 cm.In a still further preferred embodiment of the invention, a height of the heat exchanger in the height direction of the shaped body is at least about 100 cm, preferably at least about 150 cm, and / or at most about 300 cm, preferably at most about 200 cm.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Thermoreaktor eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator als ein oben beschriebener Wärmetauscher der Erfindung ausgestaltet ist. Der erfindungsgemäße Thermoreaktor ist insbesondere in Anlagen zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom in vorteilhafter Weise einsetzbar. Die Kanäle der Formkörper sind vorzugsweise zur Brennkammer hin offen, sodass das Fluid durch die Regeneratoren in die Brennkammer bzw. aus der Brennkammer strömen kann.According to another aspect of the invention, a thermoreactor comprises a combustion chamber and a regenerator, the regenerator being configured as a heat exchanger of the invention described above. The thermoreactor according to the invention can be used in particular in plants for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in a waste air or exhaust gas flow in an advantageous manner. The channels of the moldings are preferably open towards the combustion chamber, so that the fluid can flow through the regenerators into the combustion chamber or out of the combustion chamber.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Thermoreaktor, insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator wenigstens ein Wärmebett mit wenigstens einem Formkörper zum Temperieren eines Fluids aufweist, wobei der Formkörper einen Block aus einem wärmeleitenden Material aufweist, der durch eine Grundfläche und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche eine Vielzahl von Zellen aufweist, wobei die Zellen jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks haben, wobei in dem Block eine Vielzahl von Kanälen ausgebildet ist, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung des Blocks verlaufen, und wobei jeder der Kanäle in einer Zelle derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen in benachbarten Zellen eine Innenwand vorhanden ist.In a preferred embodiment of the invention, a thermal reactor, in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in a waste air or exhaust gas flow, a combustion chamber and a regenerator, wherein the regenerator has at least one heat bed with at least one shaped body for tempering a fluid, wherein the Shaped body has a block of a thermally conductive material, which is defined by a base and a height perpendicular to the base height, wherein the block in cross-section parallel to its base a plurality of cells, wherein the cells each have a cross-sectional shape parallel to the base surface of the block in Form a regular polygon, wherein in the block a plurality of channels are formed, which are substantially parallel to each other and to the height direction of the block, and wherein each of the channels is provided in a cell such that between the channels in benac Cells have an inner wall.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Thermoreaktor eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator einen oder mehrere erfindungsgemäße Formkörper enthält, die insbesondere zu einem Wärmebett zusammengesetzt sind und von einer insbesondere im Wesentlichen gasförmigen Fluidströmung durchströmt werden, wobei die Fluidströmung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:

  • – mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s,
  • – Viskosität zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s
  • – Temperatur zwischen 400°C und 1100°C
  • – Stickstoffanteil größer als 60 Vol.-%.
According to a further aspect of the invention, a thermoreactor has a combustion chamber and a regenerator, wherein the regenerator contains one or more shaped bodies according to the invention, which are in particular composed to a heat bed and flowed through by a particular substantially gaseous fluid flow, wherein the fluid flow of one or more having the following features:
  • Mean flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s,
  • Viscosity between 15 μPa s and 40 μPa s
  • - Temperature between 400 ° C and 1100 ° C
  • - Nitrogen content greater than 60 vol .-%.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obige sowie weitere relevante Merkmale der erfindungsgemäßen Lösungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener konkreter Ausführungsbeispiele, für welche die oben genannten Ausführungen umgekehrt ebenfalls anzuwenden sind, anhand der beiliegenden Zeichnung. Darin zeigen, größtenteils schematisch:The above and other relevant features of the solutions according to the invention will become apparent from the following description of various concrete embodiments, for which the above-mentioned embodiments are also applied vice versa, with reference to the accompanying drawings. In it show, mostly schematically:

1 eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a representation of a thermal reactor according to a first embodiment;

2 eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform; 2 a representation of a thermal reactor according to a second embodiment;

2A eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform; 2A a representation of a thermal reactor according to a variant of the second embodiment;

2B eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform; 2 B a representation of a thermal reactor according to another variant of the second embodiment;

3 eine Draufsicht eines Wärmebetts für einen Thermoreaktor von 1 oder 2; 3 a top view of a heat bed for a thermal reactor of 1 or 2 ;

4 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von 3 gemäß einer ersten Ausführungsform; 4 an enlarged partial plan view of a shaped body of a heat bed of 3 according to a first embodiment;

5 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform; 5 an enlarged partial plan view of a shaped body of a heat bed of 3 according to a second embodiment;

6 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von 3 gemäß einer dritten Ausführungsform; 6 an enlarged partial plan view of a shaped body of a heat bed of 3 according to a third embodiment;

7 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle eines Formkörpers eines Wärmebetts von 3 gemäß einer vierten Ausführungsform; und 7 an enlarged plan view of a cell of a shaped body of a heat bed of 3 according to a fourth embodiment; and

8 eine Schnittansicht eines Regenerators mit mehreren Lagen von Wärmebetten für einen Thermoreaktor von 1 oder 2. 8th a sectional view of a regenerator with multiple layers of thermal beds for a thermal reactor of 1 or 2 ,

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt einen Thermoreaktor 10, der zum Beispiel in einer Anlage zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) eines brennbare Stoffe, insbesondere flüchtige organische Bestandteile (VOC) enthaltenden Abluft- oder Abgasstroms eingesetzt werden kann, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 shows a thermoreactor 10 , which can be used, for example, in a plant for regenerative thermal oxidation (RTO) of a combustible substances, in particular volatile organic constituents (VOC) containing exhaust air or exhaust gas stream, according to a first embodiment.

Der Thermoreaktor 10 weist eine Brennkammer 12 und zwei unterhalb der Brennkammer 12 angeordnete Regeneratoren 14 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Thermoreaktor 10 zwei Regeneratoren 14 auf, denen jeweils eine Vorkammer 16 zugeordnet ist. In anderen Ausführungsformen können aber auch drei, vier oder mehr Regeneratoren 14 vorgesehen sein. In die Brennkammer 12 ragt ein Brenner (nicht dargestellt), über den flüssiger oder gasförmiger Brennstoff und optional auch Verbrennungsluft in die Brennkammer 12 eingeleitet werden. Der Brenner dient zur Erzeugung einer Flamme in der Brennkammer, über die wiederum ein Zünden und Verbrennen der in dem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffe ermöglicht wird. Die Temperatur in der Brennkammer 12 kann im Betrieb – u. a. abhängig vom Energieinhalt der im Rohgas enthaltenen brennbaren Stoffe – bis zu etwa 1.250°C betragen.The thermoreactor 10 has a combustion chamber 12 and two below the combustion chamber 12 arranged regenerators 14 on. In the embodiment shown, the thermoreactor 10 two regenerators 14 on each of which an atrium 16 assigned. In other embodiments, however, can also be three, four or more regenerators 14 be provided. In the combustion chamber 12 a burner (not shown) projects beyond the liquid or gaseous fuel and optionally also combustion air into the combustion chamber 12 be initiated. The burner is used to generate a flame in the combustion chamber, which in turn allows ignition and combustion of the pollutants contained in the raw gas to be purified. The temperature in the combustion chamber 12 may be up to about 1,250 ° C during operation - depending on the energy content of the flammable substances contained in the raw gas.

Die Vorkammern 16 der Regeneratoren 14 sind jeweils mit einer Rohgaszuführung 18 und mit einer Reingasabführung 20 verbunden. Das über die Rohgaszuführung 18 in eine Vorkammer 16 eingeleitete Rohgas wird im jeweiligen Regenerator 14 erwärmt, bevor es in die Brennkammer 12 geleitet wird. Nach einer thermischen Umsetzung des Rohgases in der Brennkammer 12 entsteht heißes Reingas, welches im anderen Regenerator 14 abgekühlt wird, bevor es über die andere Vorkammer 16 und die Reingasabführung 20 in ein Abluftsystem abgeleitet wird. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann der gekühlte Reingasstrom weiteren Wäremaustausch- und/oder Reinigungsstufen zugeführt werden, bevor das Reingas in die Umgebung oder zur weiteren Verwendung entlassen wird.The antechambers 16 the regenerators 14 are each with a raw gas supply 18 and with a clean gas discharge 20 connected. The about the raw gas feed 18 in an antechamber 16 Raw gas introduced is in the respective regenerator 14 warmed up before it enters the combustion chamber 12 is directed. After a thermal conversion of the raw gas in the combustion chamber 12 hot clean gas is created, which in the other regenerator 14 is cooled before passing over the other antechamber 16 and the clean gas discharge 20 is derived in an exhaust air system. In a modified embodiment, the cooled clean gas stream may be fed to further heat exchange and / or purification stages before the clean gas is discharged into the environment or for further use.

In dem Ausführungsbeispiel von 1 werden der Thermoreaktor 10 und seine Regeneratoren 14 durch ein Umschalten der Regelventile 22a, 22b in der Rohgaszuführung 18 und der Reingasabführung 29 in gewissen vorgebbaren Zeitintervallen wechselweise in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt. Zur genaueren Funktionsweise eines solchen Thermoreaktors wird an dieser Stelle beispielhaft auf die EP 1 312 861 B1 verwiesen.In the embodiment of 1 become the thermoreactor 10 and its regenerators 14 by switching the control valves 22a . 22b in the raw gas feed 18 and the clean gas discharge 29 alternately flows through in opposite predetermined flow directions in certain predetermined time intervals. For more detailed operation of such a thermoreactor is exemplified at the point EP 1 312 861 B1 directed.

2 zeigt einen Thermoreaktor 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, der ebenfalls zum Beispiel in einer Anlage zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) eines brennbare Stoffe enthaltenden Abluft- oder Abgasstroms eingesetzt werden kann. 2 shows a thermoreactor 10 according to a second embodiment, which can also be used, for example, in a plant for regenerative thermal oxidation (RTO) of a combustible substances-containing waste air or exhaust gas flow.

Der Thermoreaktor 10 von 2 unterscheidet sich von dem Thermoreaktor 10 von 1 durch eine andere Art der Strömungsregelung. Wie in 2 dargestellt, sind die Rohgaszuführung 18 und die Reingasabführung 20 jeweils mit einem gemeinsamen Rotationsventil 23 verbunden, welches seinerseits mit den Vorkammern 16 beider Regeneratoren 14 verbunden ist. Durch eine Rotation des Rotationsventils 23 werden der Thermoreaktor 10 und seine Regeneratoren 14 auch in diesem Fall in gewissen vorgebbaren Zeitintervallen wechselweise in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt.The thermoreactor 10 from 2 is different from the thermoreactor 10 from 1 through a different kind of flow control. As in 2 shown, are the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 20 each with a common rotary valve 23 connected, which in turn with the antechambers 16 both regenerators 14 connected is. By a rotation of the rotary valve 23 become the thermoreactor 10 and its regenerators 14 also flows through in opposite directions alternately in certain predeterminable time intervals.

2A zeigt eine erfindungsgemäße Variante des Ausführungsbeispiels von 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Thermoreaktor 10 eine gemeinsame Regeneratorkonstruktion 14 auf, die strömungstechnisch in zwei Bereiche getrennt ist, so dass sich die gleiche Funktionsweise wie bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ergibt. 2A shows a variant of the embodiment of the invention 2 , In this embodiment, the thermoreactor 10 a common regenerator construction 14 on, which is fluidically separated into two areas, so that the same operation as in the embodiment of 2 results.

2B zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante des Ausführungsbeispiels von 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Thermoreaktor 10' mit seinen Regeneratoren 14 drehbar ausgestaltet und über ein gemeinsames Verteilerventil 23' mit der Rohgaszuführung 18 und der Reingasabführung 20 verbunden. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere bei kleinen Thermoreaktoren 10' vorsehbar. 2 B shows a further variant of the embodiment of the invention 2 , In this embodiment, the thermoreactor 10 ' with his regenerators 14 rotatably designed and via a common distribution valve 23 ' with the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 20 connected. Such a configuration is especially for small thermoreactors 10 ' be provided.

In weiteren Varianten der Erfindung können die Ausführungsformen von 2A und 2B auch mit dem Ausführungsbeispiel von 1 kombiniert werden.In further variants of the invention, the embodiments of 2A and 2 B also with the embodiment of 1 be combined.

Für Ausführungsformen mit einem rotierenden Thermoreaktor 10' werden für die Reingasströmung vorzugsweise eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,6 m/s und 2,5 m/s sowie eine brennerseitige Temperatur zwischen 700°C und 900°C sowie eine auslassseitige Temperatur zwischen 40° und 150°C eingestellt. Die Viskosität der Reingasströmung kann dabei zwischen 15 μPa·s und 35 μPa·s liegen.For embodiments with a rotating thermoreactor 10 ' For the clean gas flow, preferably an average flow velocity between 0.6 m / s and 2.5 m / s and a burner-side temperature between 700 ° C and 900 ° C and an outlet-side temperature between 40 ° and 150 ° C are set. The viscosity of the clean gas flow can be between 15 μPa s and 35 μPa s.

Für Ausführungsformen mit einem feststehenden bzw. unbeweglichen Thermoreaktor 10 werden für die Reingasströmung vorzugsweise eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s sowie eine brennerseitige Temperatur zwischen 800°C und 1100°C sowie eine auslassseitige Temperatur zwischen 60° und 250°C eingestellt. Die Viskosität der Reingasströmung kann dabei zwischen 20 μPa·s und 40 μPa·s liegen. Die genannten Werte können besondere Bedeutung erlangen im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Geometrie gewisser Formkörper.For embodiments with a fixed or stationary thermoreactor 10 For the clean gas flow, preferably an average flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s and a burner-side temperature between 800 ° C and 1100 ° C and an outlet-side temperature between 60 ° and 250 ° C are set. The viscosity of the clean gas flow can be between 20 μPa · s and 40 μPa · s. The values mentioned can acquire particular significance in connection with the geometry of certain shaped bodies described below.

Wie in 1 und 2 angedeutet, weisen die Regeneratoren 14 des Thermoreaktors 10 jeweils mehrere übereinander angeordnete Wärmebetten 24 auf. Diese Wärmebetten 24 sind jeweils aus einer Vielzahl von Formkörpern 26 zusammengesetzt, welche senkrecht zur Stapelrichtung der Wärmebetten (= Höhenrichtung Z der Wärmebetten und der Formkörper) im Wesentlichen ohne Abstand zueinander nebeneinander angeordnet sind, wie in 3 dargestellt. Vorzugsweise sind die Formkörper 26 eines Wärmebetts 24 im Wesentlichen identisch zueinander ausgestaltet und dimensioniert.As in 1 and 2 indicated, point the regenerators 14 of the thermoreactor 10 in each case several superimposed heat beds 24 on. These warmth beds 24 are each made of a variety of moldings 26 composed, which are arranged perpendicular to the stacking direction of the heat beds (= height direction Z of the heat beds and the molded body) substantially without a distance from each other next to each other, as in 3 shown. Preferably, the shaped bodies 26 a warm bed 24 designed and dimensioned essentially identical to one another.

Der bevorzugte Aufbau der Formkörper 26 für die Wärmebetten 24 wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele Bezug nehmend auf 4 bis 7 in mehr Einzelheiten erläutert.The preferred structure of the moldings 26 for the warming beds 24 will be referred to hereinafter with reference to several embodiments 4 to 7 explained in more detail.

Der Formkörper 26 gemäß dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist einen Block 27 aus einem keramischen Material auf. Vorzugsweise kann eine Hartkeramik mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden verwendet werden. Bevorzugt werden außerdem Keramikwerkstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 1,5 W/mK und 8 W/mK (bevorzugt z. B. etwa 2,1 W/mK), einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens etwa 1·10–5 K–1 (bevorzugt z. B. etwa 6,5·10–6 K–1) bei 800°C, einer hohen spezifischen Wärmekapazität von wenigstens etwa 800 J/kgK (bevorzugt z. B. etwa 910 J/kgK) und einer hohen Erweichungstemperatur von wenigstens etwa 1.000°C für den Block 27 verwendet. Wahlweise können auch andere hochtemperaturstabile Materialien für den Block 27 verwendet werden.The molded body 26 according to the in 4 illustrated first embodiment has a block 27 made of a ceramic material. Preferably, a hard ceramic with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides can be used. Also preferred are ceramic materials having a thermal conductivity of between about 1.5 W / mK and 8 W / mK (preferably, for example, about 2.1 W / mK), a low thermal expansion coefficient of at most about 1.10 -5 K -1 (preferably, for example, about 6.5 · 10 -6 K -1 ) at 800 ° C, a high specific heat capacity of at least about 800 J / kgK (preferably, for example, about 910 J / kgK), and a high softening temperature of at least about 1,000 ° C for the block 27 used. Optionally, other high temperature stable materials can be used for the block 27 be used.

Der Block 27 hat zum Beispiel eine im Wesentlichen rechteckige oder quadratische Grundfläche parallel zur X-Y-Ebene. Wie in 4 veranschaulicht, ist der Block 27 parallel zu dieser Grundfläche X-Y in eine Vielzahl von Einheitszellen 28 unterteilt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine quadratische Querschnittsform haben. Die Einheitszellen 28 grenzen direkt aneinander.The block 27 For example, it has a substantially rectangular or square footprint parallel to the XY plane. As in 4 illustrates is the block 27 parallel to this base XY into a plurality of unit cells 28 divided, which have a square cross-sectional shape in this embodiment. The unit cells 28 border directly on each other.

In jeder der Einheitszellen 28 ist ein Kanal 30, 32 ausgebildet. Die Kanäle 30, 32 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu einer Höhenrichtung Z (senkrecht zur Zeichenebene von 4) des Blocks 27. Die Kanäle haben vorzugsweise eine quadratische Querschnittsform (Kanäle 30) oder eine kreisförmige Querschnittsform (Kanäle 32) und sind jeweils im Wesentlichen mittig in den Zellen 28 angeordnet.In each of the unit cells 28 is a channel 30 . 32 educated. The channels 30 . 32 extend substantially parallel to each other and substantially parallel to a height direction Z (perpendicular to the plane of 4 ) of the block 27 , The channels preferably have a square cross-sectional shape (channels 30 ) or a circular cross-sectional shape (channels 32 ) and are each substantially centered in the cells 28 arranged.

Wie in 4 erkennbar, ist zwischen den Kanälen 30, 32 benachbarter Zellen 28 jeweils eine Innenwand 34 vorhanden. Außerdem ist der Block 27 von einer Außenwand 36 umschlossen.As in 4 recognizable, is between the channels 30 . 32 adjacent cells 28 each an inner wall 34 available. Besides, the block is 27 from an exterior wall 36 enclosed.

Die Kanäle 30, 32 definieren jeweils einen hydraulischen Durchmesser Dh, der bei den quadratischen Kanälen 30 einer Seitenlänge des Quadrats entspricht und bei den kreisförmigen Kanälen 32 einem Durchmesser des Kreises entspricht, und eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche Ah. Im Fall der kreisförmigen Kanäle 32 stimmt die hydraulische Strömungsquerschnittsfläche Ah mit der offenen Strömungsquerschnittsfläche Ao überein, im Fall der quadratischen Kanäle 30 ist die hydraulische Strömungsquerschnittsfläche Ah kleiner als die offene Strömungsquerschnittsfläche Ao der Kanäle.The channels 30 . 32 each define a hydraulic diameter dh, that of the square channels 30 one side of the square and the circular channels 32 corresponds to a diameter of the circle, and a hydraulic flow cross-sectional area Ah. In the case of circular channels 32 For example, the hydraulic flow sectional area Ah coincides with the open flow area Ao in the case of the square channels 30 the hydraulic flow cross-sectional area Ah is smaller than the open flow cross-sectional area Ao of the channels.

Die Innenwände 34 zwischen den Kanälen 30, 32 benachbarter Zellen 28 haben eine minimale Wandstärke t. Die Wandstärke t' der Außenwand 36 ist größer bemessen als die minimale Wandstärke t der Innenwand. The interior walls 34 between the channels 30 . 32 adjacent cells 28 have a minimum wall thickness t. The wall thickness t 'of the outer wall 36 is greater than the minimum wall thickness t of the inner wall.

5 zeigt einen Formkörper 26 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 26 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels durch die Querschnittsformen der Einheitszellen 28 und der Kanäle 30. 5 shows a shaped body 26 according to a second embodiment. The molded body 26 of the second embodiment differs from that of the first embodiment by the cross-sectional shapes of the unit cells 28 and the channels 30 ,

Im zweiten Ausführungsbeispiel von 5 haben die Einheitszellen 28 eine hexagonale Querschnittsform. Ebenso haben die Kanäle 30 eine hexagonale Querschnittsform. Im Randbereich des Formkörpers 26 können wahlweise auch Zellen 28' und Kanäle 30' mit anderen Querschnittsformen vorhanden sein.In the second embodiment of 5 have the unit cells 28 a hexagonal cross-sectional shape. Likewise, the channels have 30 a hexagonal cross-sectional shape. In the edge region of the molding 26 Optionally, cells can also be used 28 ' and channels 30 ' be present with other cross-sectional shapes.

6 zeigt einen Formkörper 26 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 26 von 6 unterscheidet sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels durch die Querschnittsform der Kanäle 32. 6 shows a shaped body 26 according to a third embodiment. The molded body 26 from 6 differs from that of the second embodiment by the cross-sectional shape of the channels 32 ,

Im dritten Ausführungsbeispiel von 6 haben die Einheitszellen 28 eine hexagonale Querschnittsform. Die Kanäle 32 haben hingegen eine kreisförmige Querschnittsform. Im Randbereich des Formkörpers 26 können auch hier wahlweise Zellen 28' und Kanäle 32' mit abweichenden Querschnittsformen vorhanden sein.In the third embodiment of 6 have the unit cells 28 a hexagonal cross-sectional shape. The channels 32 on the other hand have a circular cross-sectional shape. In the edge region of the molding 26 can also cells here optionally 28 ' and channels 32 ' be present with different cross-sectional shapes.

Die nachfolgende Übersicht vergleicht einige Parameter der Formkörper 26 gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen miteinander. Dh in mm t in mm DH/t Ah Ao Q1 3,02 0,71 4,25 50,3% 64,0% Q2 2,41 0,56 4,30 49,5% 63,0% H1 4,85 0,89 5,45 60,8% 67,0% H2 2,90 0,56 5,18 62,0% 68,3% Y1 4,87 0,81 6,01 63,3% 63,35 Y2 2,81 0,48 5,85 62,6% 62,6% Y3 2,34 0,56 4,18 56,0% 56,0% The following overview compares some parameters of the moldings 26 according to the various embodiments with each other. Ie in mm t in mm DH / t Ah Ao Q1 3.02 0.71 4.25 50.3% 64.0% Q2 2.41 0.56 4.30 49.5% 63.0% H1 4.85 0.89 5.45 60.8% 67.0% H2 2.90 0.56 5.18 62.0% 68.3% Y1 4.87 0.81 6.01 63.3% 63.35 Y2 2.81 0.48 5.85 62.6% 62.6% Y3 2.34 0.56 4.18 56.0% 56.0%

Q1 und Q2 sind Formkörper 26 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von 4 mit quadratischen Kanälen 30, H1 und H2 sind Formkörper 26 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von 5, und Y1 und Y2 und Y3 sind Formkörper 26 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel von 6, jeweils in unterschiedlichen Varianten (insbesondere hinsichtlich der Dimensionierung der Kanäle).Q1 and Q2 are shaped bodies 26 according to the first embodiment of 4 with square channels 30 , H1 and H2 are shaped bodies 26 according to the second embodiment of 5 , and Y1 and Y2 and Y3 are molded bodies 26 according to the third embodiment of 6 , each in different variants (in particular with regard to the dimensioning of the channels).

Aufgrund theoretischer Modellrechnungen und praktischer Versuche hat sich herausgestellt, dass eine kreisförmige Querschnittsform (Y1, Y2, Y3) für die thermische Effizienz des Formkörpers von Vorteil ist, und andererseits dünnen Innenwände und große hydraulische Durchmesser (Q2, H2, Y2, Y3) gegen ein Verblocken der Kanäle von Vorteil sind. Außerdem sind die Querschnittsflächen der Zellen 28 in Form regelmäßiger Vielecke (z. B. Quadrat, Hexagon) vorteilhaft für die kompakte und im Wesentlichen abstandslose Anordnung der Zellen 28.From theoretical model calculations and practical experiments, it has been found that a circular cross-sectional shape (Y1, Y2, Y3) is beneficial for the thermal efficiency of the molded article, and thin inner walls and large hydraulic diameters (Q2, H2, Y2, Y3) are against Blocking the channels are beneficial. In addition, the cross-sectional areas of the cells 28 in the form of regular polygons (eg square, hexagon) advantageous for the compact and substantially gapless arrangement of the cells 28 ,

Die dimensionslose Nußelt-Zahl Nu für eine laminare Strömung, die definiert als das Produkt des hydraulischen Durchmessers Dh mit dem Quotienten aus dem Wärmeübergangskoeffizienten k1 zum Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten k2, d. h. Nu = Dh·k1/k2, beträgt für die Formkörper Q1 und Q2 mit Kanälen mit quadratischer Querschnittsform zum Beispiel etwa Nu = 3,61, für die Formkörper H1 und H2 mit Kanälen mit hexagonaler Querschnittsform zum Beispiel etwa Nu = 4,00, und für die Formkörper Y1, Y2 und Y3 mit Kanälen mit kreisförmiger Querschnittsform zum Beispiel etwa Nu = 4,36.The dimensionless Nusselt number Nu for a laminar flow, defined as the product of the hydraulic diameter Dh with the quotient of the heat transfer coefficient k1 to the coefficient of thermal conductivity k2, d. H. For example, for the molded bodies Q1 and Q2 having channels having a square cross-sectional shape, Nu = Dh · k1 / k2 is about Nu = 3.61, for the molded bodies H1 and H2 having channels having a hexagonal cross-sectional shape, for example, about Nu = 4.00, and for the moldings Y1, Y2 and Y3 having channels with a circular cross-sectional shape, for example, about Nu = 4.36.

7 zeigt eine Zelle 28 eines Formkörpers 26 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 26 von 7 unterscheidet sich von dem der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele durch die Querschnittsform der Kanäle. 7 shows a cell 28 a shaped body 26 according to a fourth embodiment. The molded body 26 from 7 differs from that of the second and third embodiments by the cross-sectional shape of the channels.

Der Kanal 38 der Zelle 28 des Formkörpers 26 dieses Ausführungsbeispiels hat eine sternartige Querschnittsform. Die sternartige Querschnittsform zeichnet sich dadurch aus, dass abwechselnd mehrere konvexe (d. h. nach außen gewölbte) Abschnitte 38a und mehrere konkave (d. h. nach innen gewölbte) Abschnitte 38b vorgesehen sind. Diese konvexen und konkaven Abschnitte 28a, 38b sind ausgehend von einer kreisförmigen Grundform 38' durch sinus- und/oder kosinusförmige Schwingungen erzielbar. Die Anzahl N der Schwingungen beträgt vorzugsweise N = 6 (wie im Beispiel von 7), kann aber zum Beispiel auch N = 8 oder N = 12 betragen. Die Abschnitte mit gleichbleibendem Krümmungsvorzeichen (d. h. konvex, konkav oder geradlinig) des Kurvenzugs sind dabei vorzugsweise kleiner als etwa 2,85 mm. Neben der in 7 gezeigten Querschnittsform des Kanals 38 sind zahlreiche weitere Varianten denkbar, insbesondere mit sternartigen oder blütenartigen Querschnittsformen.The channel 38 the cell 28 of the molding 26 This embodiment has a star-like cross-sectional shape. The star-like cross-sectional shape is characterized in that alternately several convex (ie curved outward) sections 38a and a plurality of concave (ie, inwardly curved) sections 38b are provided. These convex and concave sections 28a . 38b are starting from a circular basic shape 38 ' achievable by sinusoidal and / or cosinusoidal oscillations. The number N of vibrations is preferably N = 6 (as in the example of FIG 7 ), but may also be N = 8 or N = 12, for example. The sections with constant curvature sign (ie convex, concave or rectilinear) of the curve are preferably less than about 2.85 mm. In addition to the in 7 shown cross-sectional shape of the channel 38 Numerous other variants are conceivable, in particular with star-like or flower-like cross-sectional shapes.

Bezug nehmend auf 8 wird nun der Aufbau eines Regenerators 14 mit mehreren Lagen a–g von Wärmebetten 24 näher beschrieben.Referring to 8th is now the structure of a regenerator 14 with several layers of a-g of heated beds 24 described in more detail.

Der Regenerator 14 ist einem Reaktorgehäuse 40 des Thermoreaktors 10 unterhalb der Brennkammer 12 angeordnet. Die untere Basis des Regenerators 14 bildet ein Gitterrost 42 (z. B. aus Metall oder Edelmetall), auf dem optional ein Streckmetall oder Streckgitter 44 liegt.The regenerator 14 is a reactor housing 40 of the thermoreactor 10 below the combustion chamber 12 arranged. The lower base of the regenerator 14 forms a grate 42 (eg of metal or precious metal), on which optionally an expanded metal or expanded metal mesh 44 lies.

Auf dem Gitterrost 42 und dem Streckmetall 44 sind die mehreren Lagen a–g von Wärmebetten 24 angeordnet. Jedes Wärmebett 24 ist aus einer Vielzahl von Formkörpern 26 zusammengesetzt. Die Wärmebetten 24 bzw. Formkörper 26 der Lagen a–f haben jeweils eine Höhe h von zum Beispiel etwa 30 cm, während das Wärmebett 24 bzw. die Formkörper 26 der optionalen obersten Lage eine Höhe h von zum Beispiel nur etwa 15 cm haben, sodass sich für den Regenerator 14 insgesamt eine Höhe H von etwa 195 cm in diesem Ausführungsbeispiel ergibt. Zwischen den Wärmebetten 24 und dem Reaktorgehäuse 40 ist optional zudem ein sogenannter Sattelkörper 46 aus wärmespeicherndem Schüttgut vorgesehen.On the grate 42 and the expanded metal 44 are the several layers a-g of warming beds 24 arranged. Every heat bed 24 is made of a variety of moldings 26 composed. The warming beds 24 or shaped body 26 the layers a-f each have a height h of, for example, about 30 cm, while the heat bed 24 or the shaped body 26 The optional top layer will have a height h of, for example, only about 15 inches, allowing for the regenerator 14 Overall, a height H of about 195 cm results in this embodiment. Between the warming beds 24 and the reactor housing 40 is optional also a so-called caliper body 46 provided from heat-storing bulk material.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärmebett 24 der untersten Lage a zum Beispiel aus 23 × 29 Formkörpern 26 des obigen Typs H2 gebildet, sind die Wärmebetten 24 der Lagen b–e zum Beispiel aus 23 × 29 Formkörpern 26 des obigen Typs Y2 gebildet, ist das Wärmebett 24 der Lage f zum Beispiel aus 21 × 27 Formkörpern 26 des obigen Typs Y2 gebildet, und ist das Wärmebett 24 der obersten Lage g zum Beispiel aus 21 × 27 Formkörpern 26 des obigen Typs H2 gebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Formkörper 26 der Wärmebetten der äußeren Lagen a und g zum Beispiel vom obigen Typ H2 oder Y2 und sind die Wärmebetten der inneren Lagen b–f zum Beispiel vom obigen Typ Y2 in der sternförmigen Modifikation gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel von 7.In this embodiment, the thermal bed is 24 the lowest layer a, for example, from 23 × 29 moldings 26 of the above type H2, are the heat beds 24 the layers b-e, for example, from 23 × 29 moldings 26 of the above type Y2 is the thermal bed 24 the position f, for example, 21 × 27 moldings 26 of the above type Y2, and is the thermal bed 24 the uppermost layer g, for example, from 21 × 27 moldings 26 of the above type H2. In another embodiment, the moldings 26 the heat chains of the outer layers a and g, for example, of the above type H2 or Y2, and are the heat chains of the inner layers b-f, for example, of the above type Y2 in the star-shaped modification according to the fourth embodiment of FIG 7 ,

Selbstverständlich sind auch noch zahlreiche andere Ausführungsformen für die Lagen a–g der Wärmebetten 24, einschließlich anderer Anzahlen an Wärmebetten und anderer Anzahlen an Formkörpern je Wärmebett möglich. Typische Varianten von Regeneratoren 14 enthalten beispielhaft die folgenden Anzahlen an Formkörpern 26 in X- bzw. Y-Richtung und an Lagen von Wärmebetten 24: Anzahl Formkörper X Y Lagen 8 13 5–7 10 13 5–7 14 13 5–7 16 13 5–7 15 16 5–7 17 16 5–7 15 23 5–7 19 23 5–7 22 23 5–7 29 23 5–7 29 26 5–7 Of course, there are also numerous other embodiments for the layers a-g of the heat beds 24 , including other numbers of heated beds and other numbers of moldings per heat bed possible. Typical variants of regenerators 14 contain by way of example the following numbers of moldings 26 in the X or Y direction and on layers of heat beds 24 : Number of moldings X Y documents 8th 13 5-7 10 13 5-7 14 13 5-7 16 13 5-7 15 16 5-7 17 16 5-7 15 23 5-7 19 23 5-7 22 23 5-7 29 23 5-7 29 26 5-7

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Thermoreaktorthermoreactor
10'10 '
Thermoreaktorthermoreactor
1212
Brennkammercombustion chamber
1414
Regeneratorregenerator
1616
Vorkammerantechamber
1818
RohgaszuführungRohgaszuführung
2020
ReingasabführungClean gas outlet
22a22a
Regelventilcontrol valve
22b22b
Regelventilcontrol valve
2323
Rotationsventilrotary valve
23'23 '
Verteilerventildistribution valve
2424
WärmebettWarmer
2626
Formkörpermoldings
2727
Blockblock
2828
Zelle, EinheitszelleCell, unit cell
28'28 '
abgewandelte Zelle, Randzellemodified cell, border cell
3030
Kanal (polygonale Querschnittsform)Channel (polygonal cross-sectional shape)
3232
Kanal (kreisförmige Querschnittsform)Channel (circular cross-sectional shape)
3434
Innenwandinner wall
3636
Außenwandouter wall
3838
Kanal (sternförmige Querschnittsform)Channel (star-shaped cross-sectional shape)
38'38 '
kreisförmige Grundform von 38 circular basic form of 38
38a38a
konvexer Abschnittconvex section
38b38b
konkaver Abschnittconcave section
4040
Reaktorgehäusereactor housing
4242
Gitterrostgrating
4444
Streckmetallexpanded metal
4646
Sattelkörpersaddles
AhAh
hydraulische Strömungsquerschnittsflächehydraulic flow cross-sectional area
AoAo
offene Strömungsquerschnittsflächeopen flow cross-sectional area
Dhie
hydraulischer Durchmesserhydraulic diameter
hH
Höhe von 24 bzw. 26 Height of 24 respectively. 26
HH
Höhe von 14 Height of 14
tt
minimale Wandstärke der Innenwandminimum wall thickness of the inner wall
t't '
Wandstärke der AußenwandWall thickness of the outer wall
X-YX-Y
GrundflächeFloor space
ZZ
Höhenrichtungheight direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1312861 B1 [0050] EP 1312861 B1 [0050]

Claims (20)

Formkörper zum Temperieren eines Fluids, aufweisend: einen Block (27) aus einem wärmeleitenden Material, der durch eine Grundfläche (X-Y) und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block (27) im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche (X-Y) eine Vielzahl von Zellen (28) aufweist, die Zellen (28) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks haben, in dem Block (27) eine Vielzahl von Kanälen (30, 32, 38) ausgebildet ist, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung (Z) des Blocks verlaufen, und jeder der Kanäle (30, 32, 38) in einer Zelle (28) derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen (30, 32) in benachbarten Zellen (28) eine Innenwand (34) vorhanden ist.Shaped body for tempering a fluid, comprising: a block ( 27 ) of a thermally conductive material defined by a base (XY) and a height perpendicular to the base, the block ( 27 ) in cross-section parallel to its base (XY) a plurality of cells ( 28 ), the cells ( 28 ) each have a cross-sectional shape parallel to the base surface (XY) of the block in the form of a regular polygon, in the block ( 27 ) a plurality of channels ( 30 . 32 . 38 ) which are substantially parallel to one another and to the height direction (Z) of the block, and each of the channels ( 30 . 32 . 38 ) in a cell ( 28 ) is provided such that between the channels ( 30 . 32 ) in adjacent cells ( 28 ) an inner wall ( 34 ) is available. Formkörper nach Anspruch 1, bei welchem die Kanäle (32) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) in Form eines Kreises haben.Shaped body according to claim 1, wherein the channels ( 32 ) each have a cross-sectional shape parallel to the base surface (XY) of the block ( 27 ) in the form of a circle. Formkörper nach Anspruch 1, bei welchem die Kanäle (30) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) in Form eines regelmäßigen Vielecks haben.Shaped body according to claim 1, wherein the channels ( 30 ) each have a cross-sectional shape parallel to the base surface (XY) of the block ( 27 ) in the form of a regular polygon. Formkörper nach Anspruch 3, bei welchem die Kanäle (30) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) in Form eines dem regelmäßigen Vieleck der Zellen (28) entsprechenden Vielecks haben, sodass eine Wandstärke der Innenwände (34) zwischen benachbarten Kanälen (30) im Wesentlichen konstant ist.Shaped body according to claim 3, wherein the channels ( 30 ) each have a cross-sectional shape parallel to the base surface (XY) of the block ( 27 ) in the form of a regular polygon of cells ( 28 ) have corresponding polygons, so that a wall thickness of the inner walls ( 34 ) between adjacent channels ( 30 ) is substantially constant. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein hydraulischer Durchmesser (Dh) eines Kanals (30, 32, 38) wenigstens etwa 2,30 mm oder höchstens etwa 5,00 mm beträgt, und bevorzugt ausgewählt ist aus den Werten 2,34 mm, 2,61 mm, 2,81 mm, 2,90 mm, 4,85 mm und 4,87 mm.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein a hydraulic diameter (Dh) of a channel ( 30 . 32 . 38 ) is at least about 2.30 mm or at most about 5.00 mm, and is preferably selected from the values 2.34 mm, 2.61 mm, 2.81 mm, 2.90 mm, 4.85 mm and 4, 87 mm. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine minimale Wandstärke (t) der Innenwand (34) zwischen benachbarten Kanälen (30, 32, 38) wenigstens etwa 0,20 mm oder höchstens etwa 1,00 mm beträgt, und bevorzugt ausgewählt ist in einem Wertebereich zwischen 0,25 mm und 0,89 mm.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein a minimum wall thickness (t) of the inner wall ( 34 ) between adjacent channels ( 30 . 32 . 38 ) is at least about 0.20 mm or at most about 1.00 mm, and is preferably selected in a value range between 0.25 mm and 0.89 mm. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Quotient (Dh/t) aus einem hydraulischen Durchmesser (Dh) eines Kanals (30, 32, 38) zu einer minimalen Wandstärke (t) der Innenwand (34) zwischen benachbarten Kanälen (30, 32) höchstens etwa 6,0, bevorzugt höchstens etwa 5,5 beträgt.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein a quotient (Dh / t) of a hydraulic diameter (Dh) of a channel ( 30 . 32 . 38 ) to a minimum wall thickness (t) of the inner wall ( 34 ) between adjacent channels ( 30 . 32 ) is at most about 6.0, preferably at most about 5.5. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche (Ah) eines Kanals (30, 32, 38) wenigstens etwa 50% oder höchstens etwa 65% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle (28) beträgt.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein a hydraulic flow cross-sectional area (Ah) of a channel ( 30 . 32 . 38 ) at least about 50% or at most about 65% with respect to a cross-sectional area of the cell ( 28 ) is. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine offene Querschnittsfläche (Ao) eines Kanals (30, 32, 38) wenigstens etwa 50% oder höchstens etwa 75% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle (28) beträgt.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein an open cross-sectional area (Ao) of a channel (Ao) 30 . 32 . 38 ) at least about 50% or at most about 75% with respect to a cross-sectional area of the cell ( 28 ) is. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Nußelt-Zahl (Nu) eines Kanals (30, 32, 38) wenigstens etwa 3,5, bevorzugt wenigstens etwa 4,0, oder höchstens etwa 4,5 beträgt.Shaped body according to one of the preceding claims, in which a Nusselt number (Nu) of a channel ( 30 . 32 . 38 ) is at least about 3.5, preferably at least about 4.0, or at most about 4.5. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die die Kanäle (30, 32, 38) begrenzenden Wände (34, 36) mit einer Schutzschicht versehen sind.Shaped body according to one of the preceding claims, in which the channels ( 30 . 32 . 38 ) bounding walls ( 34 . 36 ) are provided with a protective layer. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Strukturlänge der Querschnittsform des Kanals (30, 32, 38) auf etwa 3,5 mm, bevorzugt auf etwa 3,0 mm begrenzt ist.Shaped body according to one of the preceding claims, wherein a structure length of the cross-sectional shape of the channel ( 30 . 32 . 38 ) is limited to about 3.5 mm, preferably about 3.0 mm. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Querschnittsform der Kanäle (38) wenigstens einen konkaven Abschnitt (38b) aufweist.Shaped body according to one of the preceding claims, in which the cross-sectional shape of the channels ( 38 ) at least one concave section ( 38b ) having. Wärmetauscher (14), aufweisend wenigstens ein Wärmebett (24), das wenigstens einen Formkörper (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.Heat exchanger ( 14 ), comprising at least one thermal bed ( 24 ), the at least one shaped body ( 26 ) according to one of claims 1 to 13. Wärmetauscher nach Anspruch 14, bei welchem das Wärmebett (24) mehrere Formkörper (26) aufweist, die parallel zur Grundfläche (X-Y) der Formkörper nebeneinander, bevorzugt ohne Abstand zueinander, angeordnet sind. Heat exchanger according to claim 14, in which the heat bed ( 24 ) several moldings ( 26 ), which are arranged parallel to the base surface (XY) of the shaped bodies next to one another, preferably without spacing from one another. Wärmetauscher nach Anspruch 14 oder 15, welcher wenigstens zwei Wärmebetten (24) aufweist, die in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) übereinander angeordnet sind.Heat exchanger according to claim 14 or 15, which comprises at least two heat sinks ( 24 ), which in the height direction (Z) of the shaped body ( 26 ) are arranged one above the other. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welchem eine Höhe (h) des Wärmebetts (24) in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) wenigstens etwa 20 cm, bevorzugt wenigstens etwa 25 cm, oder höchstens etwa 50 cm, bevorzugt höchstens etwa 40 cm beträgt.Heat exchanger according to one of claims 14 to 16, wherein a height (h) of the heat bed ( 24 ) in the height direction (Z) of the shaped bodies ( 26 ) is at least about 20 cm, preferably at least about 25 cm, or at most about 50 cm, preferably at most about 40 cm. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei welchem eine Höhe (H) des Wärmetauschers (14) in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) wenigstens etwa 100 cm, bevorzugt wenigstens etwa 150 cm, oder höchstens etwa 300 cm, bevorzugt höchstens etwa 200 cm beträgt.Heat exchanger according to one of claims 14 to 17, wherein a height (H) of the heat exchanger ( 14 ) in the height direction (Z) of the shaped bodies ( 26 ) is at least about 100 cm, preferably at least about 150 cm, or at most about 300 cm, preferably at most about 200 cm. Thermoreaktor (10), insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, aufweisend eine Brennkammer (12) und einen Regenerator (14), wobei der Regenerator (14) als ein Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 18 ausgestaltet ist.Thermoreactor ( 10 ), in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in an exhaust air or exhaust gas stream, comprising a combustion chamber ( 12 ) and a regenerator ( 14 ), wherein the regenerator ( 14 ) is configured as a heat exchanger according to one of claims 14 to 18. Thermoreaktor (10), insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgas-strom, aufweisend eine Brennkammer (12) und einen Regenerator (14), wobei der Regenerator (14) einen oder mehrere Formkörper (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 enthält, die insbesondere zu einem Wärmebett (24) zusammengesetzt sind und von einer insbesondere im Wesentlichen gasförmigen Fluidströmung durchströmt werden, wobei die Fluidströmung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: – mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s, – Viskosität zwischen 15 μPa·s und 40 μPa·s, – Temperatur zwischen 400°C und 1.100°C, – Stickstoffanteil größer als 60 Vol.-%.Thermoreactor ( 10 ), in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in an exhaust air or exhaust gas stream, comprising a combustion chamber ( 12 ) and a regenerator ( 14 ), wherein the regenerator ( 14 ) one or more moldings ( 26 ) according to one of claims 1 to 13, in particular to a heat bed ( 24 ) are flowed through and flowed through by a particular substantially gaseous fluid flow, the fluid flow having one or more of the following characteristics: average flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s, viscosity between 15 μPa s and 40 μPa · s, - temperature between 400 ° C and 1100 ° C, - nitrogen content greater than 60 vol .-%.
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