DE2313287C2 - Füllkörper - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Füllkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Füllkörper dienen zum Füllen von Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen, Gaswaschtürmen, zur Bildung von Tropfkörpern und was dergleichen mehr ist.

Füllkörper sollen den über sie hinweg rieselnden ochr fließenden Flüssigkeitsstrom nicht nur fein verteilen, sondern auch das Innere der Vielzahl der feinen Flüssigkeitsströme, -Fäden und -Tropfen, die die Füllkörperansammlung durchwandern, an die Oberfläche bringen, so daß die Flüssigkeit ständig durchwirbelt wird. Werden die Füllkörper beispielsweise zum Abscheiden von festen oder flüssigen Phasen aus Gasströmen verwendet, so kommt es ebenfalls darauf an, daß in den Gasstrom möglichst viele Schikanen ragen, auf welche die Verunreinigungen aufprallen können, und daß dennoch der Gesamtdurchflußwiderstand der Füllkörperanordnung gering ist.

Ferner soll die Schüttung gleichmäßig sein und es sollen keine und relativ großen Hohlräume in der Wirrschüttung von Füllkörpern auftreten. Insoweit ist die Kugelform für Füllkörper optimal, insbesondere dann, wenn der Füllkörper aus einem Stabwerk besteht. Ein Füllkörper mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 Ist aus der DE-OS 15 1.9 989 bekannt. Die Gitterstäbe sind bei diesem Füllkörper als Viefteikfeisbögen ausgebildet, die sich alle am Punkt größten Abstand von der Trennebene vereinigen- Der FüllköP pet ist mittels eines einfachen Formgebungswerkzeuges herstellbar, das lediglich ein Ober* und ein Unterteil lufweist, dessen Trennebene mitdem Ringstab zusammenfällt. In das Innere der Gitterwerkkugel ragende Formteile müssen dabei abwechselnd aus der halbkugelförmigen Formhöhlung der einen und der anderen Formhälfte heraus und in die Formhöhlung der anderen bzw. einen FormhäliFte hineinragen, um dort von innen an den Gitterstäben anliegen zu können.

Mit einem derartigen zweiteiligen Formaufbau entsteht bei der Erzeugung des Füllkörpers eine Strebe durch das Innere des Füllkörpers, welche die erwähnten Punkte größten Abstands miteinander verbindet

Der bekannte Formkörper besteht also im Prinzip aus einem Äquatorstab, von welchem zu den Polen hin Meridianstäbe verlaufen, die an den durch einen Axialstab miteinander verbundenen Polen vereinigt sind. Diese Ausbildung ist für einen Füllkörper nachteilig. Wie oben dargelegt, kommt es bei Füllkörpern wesentlich darauf an, daß die entstehenden Stromfäden, die sich vollständig nicht vermeiden lassen, so oft wie möglich scharf umgelenkt oder zum Abtropfen gezwungen werden, um dadurch neue Bereiche der flüssigen Phase an die Oberfläche derselben zu bringen.

Bei dem bekannten Füllkörper können aber alle an Gitterstäben entlangrinnenden Stromfäden im Bereich der Pole von einem Querstab auf den nächsten Querstab übergehen. Darüber hinaus können die Stromfäden auch längs der die beiden Pole verbindenden Achse entlanglaufen, was ebenfalls unerwünscht ist

Die Erfindung löst die Aufgabe, den bekannten Füllkörper dahingehend weiterzubilden, daß bei einfacherem Aufbai! der Form zur Herstellung des Füllkörpers eine wesentliche strömungstechnische Verbesserung des Füllkörpers erreicht wird, indem das Übertreten der Stromfäden von einem Gitterstab auf den anderen im Bereich der Pole ebenso unterbunden wird wie das Entlanglaufen von Stromfäden längs der Achsenstrebe. Das wird durch die Weiterbildung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs I erreicht. Diese erhöhen die mit dem Füllkörper erreichbare Austauschleistv.ng ii. hohem Maße. Die Füllkörper nach der Erfindung weisen freie Pole auf, so daß dort die Flüssigkeit, die an den Querstäben entlangrinnt, abtropfen muß. Dennoch sind die Füllkörper steif.

Trotz der zunächst kompliziert erscheinenden Form sind die Füllkörper nach der Erfindung leicht entformbar. Durch die Zusammenfassung der Querstäbe zu in Umfangsrichtung des Ringstabes aufeinanderfolgenden Stabpaare, die jeweils von verschiedenen Seiten an einer gemeinsamen Normalebene zur Trennebene anliegen, läßt sich die Form aus zwei vollständig gleichen Formhälften aufbauen. Trotz der freien Pole haben die Füllkörper nach der Erfindung eine überraschend hohe Druckfestigkeit in allen Richtungen, da eine Kraft, die einen der Querstäbe zu verbiegen bestrebt ist, zugleich auch den anderen Querstab des Stabpaares mit verbiegen muß. Darüber hinaus bleibt selbst bei Verformungen der Querstäbe die Verformung an der Krafteinleitungsstelle verhältnismäßig gering, da bei der gewählten Konstruktion die Verformung über sehr große Teile der ganzen Kugeloberfläche verteilt wird.

Bevorzugt erfolgt die Herstellung im Druckguß- oder Spritzgußverfahren je nach dem, ob der Füllkörper aus Metall oder Künststoff bestehen soll. Die Größe der Füllkörper gemäß der Erfindung kann je nach dem Bedarf gewählt sein. Durchmesser von 2,5 bis 75 cm insbesondere von 4,5 cm haben sich bewährt.

Vorteilhaft ragen von den Vereinigungspunkten nebeneinanderliegender Gitierstäbe Stäbe senkrecht auf die Trennebene zu. Diese Stäbe können sich im Bereich der Trennebene von beiden Seiten her treffen und dort beispielsweise einen Ring bilden. Läßt man diese Stäbe schon im Abstand von der erwähnten Trennebene enden, so hat das den Vorteil, daß der Stromfaden längs eines solchen Stabes abreißen muß. Vorzugsweise ist jedes Stabpaar mittels eines senkrecht zur Trennebene verlaufenden Stabes auf ein jenseits der Trennebene liegendes Stabpaar abgestützt. Ferner können auch Stäbe in der Kugeloberfläche verlaufen, weiche sich quer zu den Stäben erstrecken, die längs Großkreisen von dem Ringstab abragen.

Nachfolgend ist die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Ansicht von oben auf die bevorzugte Ausführungsform eines kugelförmigen Füllkörpers gemäß der Erfindung, der sich mit der erwähnten Trennebene in der Zeichenebene erstreckt.

Fig. 2 zeigt den Schnitt II-Il aus Fig. 1.

F i g. 3 zeigt den gleichen Füllkörper in perspektivischer Darstellung.

Die den Füllkörper 1 bildenden Stäbe sind von Rechteckquerschnitt oder quadratischem Querschnitt. Sie sind so geführt, daß ein an einem Stab entlang rinnender Tropfen möglichst bald an eine Querkante gelangt, wo er entweder abtropft oder sich verteilen muß. Zu diesem Zweck verläuft ein Teil der Stäbe unterbrochen oder spitzwinklig abgeknickt. Bei der nachfolgenden Beschreibung des in F i g. 1 bis 3 gezeigten Füllkörpers 1 sei angenommen, daß die oben erwähnte gedachte Trennebene zwischen den beiden Halbkugeln mit der Zeichenebene zusammenfällt. Diese Trennebene ist in F i g. 2 angedeutet und mit T bezeichnet. Sie erstreckt sich durch die Mitte des Ringstabes 2, der ebenso wie die meisten übrigen Stäbe Rechteckprofil aufweist.

Vom Ringstab 2 erheben sich vier Stabpaare 3, 4, 5 und 6 nach oben, während vier weitere Stabpaare 7,8,9 und 10 sich nach unten, also in Fig. 1 hinter die Zeichenebene erstrecken. Die beiden Stäbe 3a, 3b, 4a, 4b und so weiter jedes Stabpaares ragen an ihrer Anschlußstelle an den Ringstab 2 wie aus den Figuren ersichtlich soweit über die Trennebene hinaus, daß sie mit der jenseits der Trennebene liegenden zu dieser parallelen Oberfläche des Ringstabes 2 abschneiden. Die beiden Stäbe a und b jedes Stabpaares verlaufen in Form eines Kreisbogens mit einer Länge von etwas weniger als einem Viertelkreis längs senkrecht auf der Ebene T stehender Groi3kreis einer Kugel, deren Oberfläche die in Fig. 1 dem Beschauer zugekehrten Oberflächen der Stabpaare 3, 4, 5 und 6 wenigsiens angenähert angehören.

Der Ringstab 2 liegt außerhalb der Kugelfläche, in welche die übrigen Stäbe eingeschrieben sind. Da? erleichtert die Fertigung und bildet zusätzliche Umlenkssellen für die Flüssigkeit.

An ihrem dem von außen an der erwähnten Kugelfläche anliegenden Ringstab 2 abgewandten Enden laufen die Stäbe a, b jeweils zu emem Knotenpunkt 3c, 4c Und so fort zusammen. Dieser Knotenpunkt liegt in einem solchen Abstand vom Scheitelpunkt der Kugel in bezug auf die Trennebene T, daß die einander gegenüberliegenden Knotenpunkte c dürt einen zylindris'Ohen Durchgang durch die Kugel frei lassen, der senkrecht auf der Zeichenebene in Fig. 1 sieht und dessen Durchmesser vorteilhaft etwa gleich einem Viertel bis einem Fünftel des Kugeldurchmessers ist.

Von jedem Knotenpunkt c erstreckt sich senkrecht zur Ebene Tin das Kugelinnere hinein ein Finger 3d, 4d und so fort, welcher in einem Abstand von der Ebene T endet, der vorteilhaft etwa gleich einer doppelten Kantenlänge des vorzugsweise rechteckigen Profils der Stäbe ist.

Wenn gewünscht, können beispielsweise die in F i g. 1 dem Beschauer zugekehrten Oberflächen der Stäbe und auch die dem Beschauer abliegenden Oberflächen der Stäbe gewölbt verlaufen. Vorzugsweise liegen sie jedoch in der erwähnten Kugelfläche. Sie können jedoch auch durch an diese Kugelfläche angenäherte Zylinderfläche begrenzt sein, wobei der Zylinderdurchmesser dann gleich dem Kugeldurchmesser ist. Diese Flächen sollten jedoch mit den senkrecht zum Beschauer in F i g. 1 verlaufenden B^grenzungsflächen der Stäbe immer einigermaßen scharfe Kanten bilden, damit ein Abreißen von strömenden Flüssigkeitstropfer, bzw. eine Verwirbelung des Gas?' jmes begünstigt wird.

Wesentlich ist daß die in Fig. 1 zur Zeichenebene senkrechten Flächen tatsächlich senkrecht sind, da längs dieser Flächen die in den beiden Formhälften beies:igten Fo-mkerne zum Gießen oder Spritzen des Füllkörpers beim Öffnen der Form an den entsprechenden Flächen des Füllkörpers senkrecht zur Zeichenebene in F i g. 2 gleiten müssen. Dementsprechend haben auch die Finger d ein Profil, welches überall von in Fig. 1 zur Zeichenebene senkrecht stehenden Flächen begrenzt ist und nirgends über die Projektion der zugehörigen Stäbe auf die Zeichenebene in Fig. J hinausragt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegen jeweils in Umfangsrichtung in bezug auf eine auf der Mitte von Fig. 1 senkrecht stehende Achse nebeneioanderliegende Stäbe b und a verschiedener Stabpaare jeweils an einer gemeinsamen Ebene 37, 74, 48, 85, 59, 96, 103 und 610 an. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Ebenen 37, 74 und so fort völlig frei von Stäben die imm.r nur an diese Ebenen angrenzen, mit Ausnahme der Stellen, an welchen die Stäbe a und b einander überlappend an den Ringstab 2 anschließen, die am besten in Fig. 2 ersichtlich sind und der Stellen, an welchen die später zu erläuternden Stütz.->täbe an Stäbe a und feder Stabpaare anschließen.

Wie die Zeichnung zeigt, besitzt der Füllkörper eine Vielzahl von in ausreichendem Abstand voneinander verlaufenden Kanten und Ecken, welcher einer Turbulenz und einem Abreißen von Flüssigkeitsströmungen und Gii-strömungen entgegenkommen. In das Innere ragen die Finger d. die auch in diesem Raum Schikanen darste!^l;n.

Der Körper ist auch leicht zu entformen. Für die Herstellung des bisher beschriebenen FüHko'pers (die Stützstäbe werden später erläutert) kann eine Form verwendet werden, deren Trennebene mit der Zeichenebene von Fig.¹ zusammenfällt. Diese Form besitzt zwei halbkugelförrr.ige Aussparungen, von deren Grund jeweils in dei Mitte ein Zylinder bis zur Trennebene der Form abragt, die auch mit der Ebene T'zusammsnfällt. Dieser Zylinder begrenzt die Finger dvori innen, Ferner ragen vom Grunde einer halbkugelförmigen Höhlung im in Fig. 1 der Zeichenebene liegenden Formteil im wesentlichen kugelseittOrförrnige Teile nach oben bis in die über der Zeichenebene in F i g< 1 liegende Formhälf-Je hinein. Diese in F i g. 1 Voii Unten nach oben ragenden

Formteile erstrecken sich jeweils zwischen den Ebenen 103 und 37, 74 und 48, 85 und 96 und 610. Die Kugelsektorteile weisen Aussparungen auf. welche der Bildung der Finger c dienen. Ferner weisen sie längs ihrer Kreisbogenkanten über der Zeichenebene in Fig. 1 Aussparungen zur Bildung der Stäbe 3a. 3b, 4a, 4b. 5a. 5b sowie 6a und 6b auf.

Analog ausgebildete. Kugelsektorteile ragen vorti in Fig. I über der Zeichenebene liegenden Formteil nach unten in die Höhlung des hinter der Zeichenebene liegenden Formteils. Eine derart ausgebildete Form ist nicht nur einfach in der Herstellung. Sie hat den großen Vorteil, daß sie ohne bewegliche Kerne auskommt.

Die erwähnten kugelsektorförmigen Formvorsprünge ragen natürlich nicht ganz bis zur auf der Zeichenebene senkrecht stehenden Mittellinie von F i g. 1 durch. Sie lassen vielmehr dort den erforderlichen Platz für den erwähnten Zylinder zur Bildung des

ZciufHicn DurErigaiigS ii"Gi.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß anstelle eines zylindrischen Durchgangs in der Mitte des Kugelkörpers dort auch Querbalken oder eine Kreuzanordnung vorgesehen sein können, die dann von den Fingern d getragen werden.

Die bisher beschriebene Füllkörperkonstruktion ist nicht sehr biegesteif, so daß eine gewisse Schütthöhe der Füllkörper nicht überschritten werden kann. Um den entgegenzuwirken, können Stützstäbe etwa nach Art der in den Zeichnungen dargestellten Stützstäbe 8e, 7e. 9eund 1Oe vorgesehen sein.

Diese Stützstäbe stehen in F i g. 1 wiederum senkrecht auf der Zeichenebene. Der Stützstab 7e erhebt sich von der in F i g. 1 dem Beschauer zugekehrten inneren Oberfläche des Stabes Tb und ragt nach oben, wo er in der Kugelfläche endet, der die Außenoberflächen der Stäbe a und b und die Innenoberfläche des Ringstabes 2 angehören. Die übrigen Stützstäbe sind analog aufgebaut. Bei der gezeigten Konstruktion sind insgesamt vier Slützstäbe vorgesehen. Wenn gewünscht, können jedoch bei insgesamt acht Stabpaaren auch acht derartige Stützsläbe vorgesehen werden. Es können auch zwischen zwei benachbarten Stabpaaren mehrere Stützstäbe radial nebeneinander angeordnet werden. Bevorzugt vvird jedoch die in der Zeichnung dargestellte Anordnung von vier oder allenfalls acht Stützstäben. Dadurch, daß die Stützstäbe e senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 verlaufen, genügt es, zur Bildung derselben entsprechende Nuten in den Kugelsektorteilen der Form vorzusehen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ragt jeder Stützstab e von einer nach innen gekehrten Fläche eines Stabes a oder b ab und ist mit einer Seitenfläche des in bezug auf die Ebene T gegenüberliegenden Stabes b bzw. a verbunden. In Fig.2 erkennt man die SehniMfläche. mit welcher der in Fig.2 vor der Zeichenebene liegenden Stützstab 1Oe an den Stab 3a anschließt sowie die Schnittfläche, mit welcher der in F i g. 2 von hinten an die Zeichenebene grenzende Stützstab 8e an den dort von der Zeichenebene liegenden Stab 5a anschließt.

Ergänzend können die nach außen in bezug auf die Kugel weisenden Oberflächen der Stäbe a und b und/oder des Ringstabes 2 gezackt oder gerippt verlaufen. Das gleiche gilt für die nach innen in die Kugel ragenden Oberflächen der Stäbe a und b, in deren in größerem Abstand vom Ringstab 2 verlaufenden Teilen. Auch können parallel zum Ringstab 2 verlaufende Bogenstäbc im Abstand vsm Anfang und Ende der Stäbe a und b eines Paares diese verbinden. Die gekrümmt verlaufenden Kanten können auch durch an einer oder mehreren Stellen geknickt verlaufende gerade Kanten ersetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kugelförmiger Füllkörper für Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen, mit einem« in einer die Kugel in zwei Halbkugeln trennenden Ebene die Kugel des Füllkörpers umlaufenden Ringstab und von diesem nach beiden Seiten längs der Kugeloberfläche verlaufenden Gitterstäben, die jeweils zu zweit versetzt nebeneinander vom Ringstab in entgegengesetzte Richtungen abragen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nebeneinanderliegende Gitterstäbe einer Halbkugel sich im Abstand vor dem Punkt größten Abstandes von der Trennebene zu einem Stabpaar (3, 4, 5,6, 7, 8, 9,10) vereinigen, und daß diese Stabpaare sich abwech- is selnd auf der einen und der anderen Seite der Trennebene (T) derart erstrecken, daß in Umfangsrichtung in bezug auf die Mittelnormale der Trennebene nebeneinanderliegende Stabpaare (3 und 7,7 und 4,4 und 8,...) von verschiedenen Seiten an einer gemeinsamen Normalebene (37, 74,48,...) zur Trennebene (T)anliegen.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Vereinigungspunkten (3c, 4c 5c, ...) nebeneinanderliegende Gitterstäbe (3j und 36, 7a und 7b, ...) Stäbe (3d, 4d, 5d, ...) aui die Mitteleber.e fTJzuragen.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stabpaar (3, 4, 5, ...) mittels mindestens eines senkrecht zur Trennebene (T) verlaufenden Stabes (7e, 8e, 9e. 1OeJ auf ein jenseits dt Trennebene (T) liegendes Stabpaar abgestützt ist.