DE3934032A1 - Waermeuebertragungs- oder fuellkoerperelement - Google Patents

Description

Füllkörperelemente und Wärmeübertragungselemente sind bekannt. Was die Wärmeübertragungselemente angeht, so werden diese häufig in großer Anzahl verwendet, um Wärmeübertragungsbetten zu bilden. Beispielsweise werden einige Wärmeübertragungselemente aus Keramik oder Steingut hergestellt und so verwendet, daß Rauchgase oder Gerüche in eine Verbrennungskammer abgegeben werden, worin diese bei einer ausreichend hohen Temperatur verbrannt werden, so daß im wesentlichen alles, was in die Atmosphäre abgegeben wird, zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt wird. Beim Durchgang derartiger Gase in die Verbrennungskammer treten diese im allgemeinen vorläufig durch Steingutbetten hindurch, welche vorgeheizt sind, so daß sie ihrerseits die eintretenden Gase vorheizen, so daß die Verbrennung sicherge­ stellt ist, sobald die eintretenden Gase in die Verbrennungskam­ mer gelangen. Bei derartigen Verwendungen von Wärmeübertragungs­ elementen wird der Gasstrom periodisch umgekehrt, so daß Gase aus der Verbrennungskammer auch nach außen durch die Steingut­ kammer hindurchtreten, um die Steine oder Elemente in der Kammer vorzuheizen, während die Verbrennungsprodukte auf ihrem Weg in die Atmospähre nach außen hindurchtreten. Bei derartigen Vorrichtungen wechseln die Verbrennungsverfahren die Strömung durch die Rückgewinnungskammern, in welchen die Elemente sind, so daß die Elemente abwechselnd die eintretenden Gase vorheizen oder selbst durch die austretenden Gase geheizt werden. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist das in dem US Patent Nr. 38 95 918 dargestellte, welches für James H. Mueller am 22. Juli 1975 ausgegeben wurde.

Weiterhin ist es auch bekannt, Elemente als Füllkörper zu benutzen, wie zum Beispiel für Gaswäscher oder andere Industrie­ anlagen, bei welchen die Elemente im allgemeinen zufällig aufgeschüttet oder in geordneter Weise gestapelt sind, um das Strömen von Fluids dahindurch zu erlauben, und oft um allgemein die Strömung von Fluids in entgegengesetzten Richtungen gleich­ zeitig dahindurch zu erlauben, sowie in Systemen mit Gas- Flüssigkeitskontakt, Kontaktsystemen für Flüssigkeiten und Fluid-Fluidkontaktsystemen. Oft werden derartige Systeme verwendet, um Verunreinigungen von Schornsteinabgasen oder dgl. zu sammeln, anstatt diese in die Atmosphäre abzugeben. Ein Beispiel eines Füllkörperelementes mit Sattelgestalt ist in dem US Patent Nr. 41 55 960 dargestellt. Andere Beispiele von Füllkörperelementen sind in den US Patenten 43 33 892; 43 03 599 und 43 16 863 dargestellt.

Gleich ob die Elemente als Füllkörper oder für die Wärmespeiche­ rung/Übertragung verwendet werden, gibt es Aspekte, welche für jede Art der Verwendung der Elemente gleichermaßen von Bedeutung sind. Beispielsweise liegt ein interessierender Faktor bei beiden Verwendungssystemen in dem Betrag des Oberflächenberei­ ches, welchen die Elemente bieten; ein weiterer Faktor wäre der Betrag der Masse der Elemente; die geometrischen Formen bilden noch einen weiteren Faktor; zusätzliche Faktoren sind der Druckabfall über die Kammer oder den Turm, in welchem die Elemente aufgeschüttet oder angeordnet sind, die den Elementen innewohnende Festigkeit, um einander in einer gepackten Turm- oder Kammeranordnung zu halten, die Fähigkeit der Elemente ohne Bruch heil zu bleiben, wenn sie von oben eingeschüttet werden, um eine Kammer oder eine Füllkörperkolonne zu füllen, sowie die Wirtschaftlichkeit der Herstellung. Diese und andere Faktoren oder Eigenschaften derartiger Elemente haben, wie noch zu sehen ist, einen gemeinsamen Bezug für die Anwendung der Elemente zur Wärmeübertragung oder als Füllkörper.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf das Bereitstellen von Elemen­ ten für die Verwendung als Wärmeübertragungs- oder chemisches Füllkörpermaterial gerichtet, vorzugsweise für die Verwendung in einer aufgeschütteten Turm- oder Kammeranordnung.

Dementsprechend ist es eine vorherrschende Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, eine neue Gestaltung für ein Wärmeübertra­ gungs- oder Füllkörperelement bereitzustellen.

Es ist weiterhin Ziel der vorliegenden Erfindung, die obige Aufgabe zu lösen, wobei eine dreidimensionale, feste Form aus einer geeigneten Materialzusammensetzung bereitgestellt wird, wobei die Gestalt des Elementes im wesentlichen zylindrisch ist, radiale Abschnitte aufweist, welche von einem Kern ausgehen und nach außen in einem aufgeweiteten Abschnitt münden, um eine Mehrzahl von T-förmigen Querschnitten bereitzustellen, welche in ihrer Zusammensetzung bzw. Zusammenstellung eine zylindrische Gestalt definieren.

Weiterhin soll die obige Aufgabe gelöst werden, wobei in Längsrichtung verlaufende Kanäle zwischen den T-förmigen Abschnitten angeordnet sind.

Außerdem soll das Obige erreicht werden, wobei das Herstellungs­ material ein Mineral ist, welches zumindest teilweise aus Metall, Ton, Keramik, gegossenem Kunststoff mit Fieberglasein­ bettungen, oder einem anderen synthetischen Material besteht.

Weiterhin sollen mit der vorliegenden Erfindung die obigen Ziele erreicht werden, wobei die Elemente Verhältnisse von Oberfläche zu Gewicht haben, die, ausgedrückt in Quadratfuß pro Pfund, im Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,56 liegen (0,25 bis 0,32 m²/kg).

Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung angestrebt, die obigen Ziele zu erreichen, wobei die Elemente im Querschnitt zu etwa 65% offen sind, um so eine Fluidströmung dahindurch zu erlauben.

Schließlich sollen mit der vorliegenden Erfindung die obigen Ziele erreicht werden, wobei die Elemente unterschiedliche Durchmesser-zu-Länge-Verhältnisse haben, je nach ihrer gewünsch­ ten endgültigen Verwendung. Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute leicht deutlich beim Lesen der folgenden Kurzbeschreibungen der Figuren, der ausführ­ lichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der zugehörigen Ansprüche.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine stirnseitige Ansicht des Elementes nach Fig. 1.

Fig. 3 eine längsseitige Draufsicht auf das Element nach Fig. 2.

Die Fig. 4 bis 8 sind vergrößerte, abgebrochene stirnseiti­ ge Draufsichten auf unterschiedliche Ausführungsformen der T-förmigen Abschnitte wahlweise verschiedener Elementgestaltun­ gen.

Fig. 9 ist eine schematische perspektivische, teilweise weggebrochene Ansicht einer Verbrennungsvorrichtung, bei welcher die Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung als Wärmeübertragungsmedium verwendet werden.

Fig. 10 ist eine Grafik, welche die Oberfläche-zu-Gewichts- Verhältnisse von Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Bereich von Durchmesser-zu-Länge- Verhältnissen darstellt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Vor der Beschreibung des Aufbaus der Elemente an sich soll zunächst auf Fig. 9 Bezug genommen werden, in welcher eine Verbrennungsvorrichtung allgemein mit der Nummer 10 gekennzeich­ net ist, welche eine Hochtemperaturverbrennungskammer 11 aufweist, die eine Mehrzahl von Energierückgewinnungskammern 12 hat, die daherum angeordnet und durch eine Wand 13 davon abgetrennt sind. Die Wand 13 ist in Fig. 9 so dargestellt, daß sie konvexe Seiten oder Flächen 15 und konkave Seiten oder Flächen 16 hat. Die Elemente 17 in den Kammern 12 üben Gewichts- oder Gravitationskräfte gegen die konvexen Flächen 15 der Wand 13 aus, welche die einzelnen Blöcke 18 unter Druck halten. Die Blöcke 18 haben (nicht dargestellte) Durchbohrungen für den Durchtritt von Gasen dahindurch von den konkaven Flächen 16 zu den konvexen Flächen 15 und umgekehrt, wie im folgenden erklärt werden wird, und sind im allgemeinen aus feuerfestem Material aufgebaut und in im wesentlichen horizontalen Reihen ausgelegt bzw. geschichtet, wobei jede Reihe eine Vielzahl von Blöcken enthält und wobei benachbarte Reihen relativ zueinander versetzt sind.

Die Verbrennungskammer 11 hat in ihrem Inneren einen oder mehrere Brenner 22, welche durch den Boden hervorkommen, wie in Fig. 9 dargestellt. Derartige Brenner ermöglichen es, daß die Verbrennung in den Verbrennungskammern bei Temperaturen bis zu 2000°F (ca. 1100°C) oder mehr stattfindet, je nach den Bestand­ teilen der Gase.

Üblicherweise treten die von einer geeigneten Produktionsstätte, Anlage oder dgl. ankommenden Gase in den Einlaß 23 ein, und zwar in die toroidale Einlaßverteilungseinrichtung 24, durch welche sie über vertikale Leitungen 19 in bestimmte, schon vorgeheizte Energierückgewinnungskammern 12 eintreten, um über die vorge­ heizten Elemente hinwegzustreichen, welche darin aufgestapelt sind, so daß dann, wenn derartige Gase in die Verbrennungskammer eintreten, indem sie durch die porösen Wandabschnitte 14 derselben in die Verbrennungskammer 11 hindurchtreten, sie sofort darin verbrannt werden können, wobei die Gase dann nach außen durch andere durchlässige Wandabschnitte 13 hindurchtre­ ten, weiterhin noch durch andere Elementbetten in Rückgewin­ nungskammern 12 hindurchtreten, um dazu zu dienen, die Elemente in derartigen Kammern aufzuheizen, während sie auf ihrem Weg zu einer Ausgabeleitung 27 nach außen dahindurch treten, um über einen Lüfter oder eine Pumpenleitung 28, wie dargestellt, an die Atmosphäre abgegeben zu werden, vorzugsweise in Form von Kohlendioxid und Feuchtigkeit.

Man kann sehen, daß verschiedene Ventilanordnungen 30 verwendet werden können, um den Gasstrom entweder nach Innen auf seinem Weg zu der Verbrennungskammer 11 durch die Rückgewinnungskammern oder nach Außen von der Verbrennungskammer 11 durch die Rückge­ winnungskammern 12 ganz wie gewünscht zu steuern, daß jedoch bei einer gegebenen Vorrichtung 10 einige der Rückgewinnungskammern 12 zu einem gegebenen Zeitpunkt Gase nach Innen hindurchlassen und andere Gase nach Außen hindurchlassen, wie man aus der obigen Diskussion des Standes der Technik ersehen kann.

Vorzugsweise sind die Blöcke 18, welche die Wandabschnitte 13 bilden, in dem Sinne porös oder durchlässig, daß sie Bohrungen bzw. Perforierungen aufweisen, welche etwa 30 bis 40% und in Einzelfällen etwa 50 bis 70% des Volumens jedes Blockes ausmachen.

So, wie die Vorrichtung aufgebaut ist und gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet sie derart, daß verunreinigte Rauchgase oder Gerüche durch den verteilerartigen Einlaßring 24 in die Vorrich­ tung eintreten. Die Ventile 30 lenken also derartige Gase, welche Rauchgase oder dgl. enthalten, in die Kammern 12, wobei jene über die Elemente hinwegstreichen, und leiten die Gase in Richtung auf die Verbrennungskammer. Die Gase verlassen die Elementbetten 12 bei Temperaturen, die der Verbrennungstempera­ tur sehr naheliegen. Die Oxidation wird in der Verbrennungskam­ mer mit Hilfe eines Gas- (oder Öl) Brenners vervollständigt, welcher eine vorgewählte Verbrennungstemperatur aufrechterhält. Nachdem die Verbrennung in der Kammer 11 bewirkt worden ist, werden die gereinigten Gase dann aus dieser Kammer durch die Elementbetten abgezogen, welche zu diesem Zeitpunkt in einem "Auslaß"-Zustand sind, wobei sie Wärme auf die Elemente übertra­ gen, welche von den Elementen aufgenommen wird.

Es versteht sich, daß sich die Verhältnisse umgekehren, so daß ein gegebenes Elementbett abwechselnd so arbeitet, daß es Wärme von austretenden Gasen aufnimmt oder daß es Gase vorheizt, je nach der Stellung des Ventils 30.

Unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erkennt man, daß das Bett 12 aus Elementen 17 eines ist, in welchem die Elemente 17 - in der Sprache des Handels - zufällig "ausgeschüttet" sind, was bedeutet, daß sie nicht exakt geometrisch ausgerichtet sind, sondern daß sie in die Kammer gebracht wurden durch Fallen im Schwerefeld, so daß die Elemente unterschiedliche Orientierungs­ positionen in ihren Betten annehmen.

Wahlweise können auch die Elemente (wenn auch weniger üblich) genau in einem vorgegebenen Muster angeordnet werden, falls gewünscht, insbesondere, wenn sie sehr klein sind.

Jedes Element 17 ist, vorzugsweise durch ein Extrudierverfahren, geometrisch so aufgebaut, daß es einen länglichen Kernbereich 50 aufweist, welcher sich von einer Stirnfläche 51 zu der gegen­ überliegenden Stirnfläche 52 erstreckt, wobei eine Mehrzahl von radialen Abschnitten 52 in radialer Richtung nach außen von dem Kernbereich 50 abstehen. In der dargestellten Ausführungsform sind sechs radiale Abschnitte dargestellt, obwohl, falls gewünscht, auch eine größere oder kleinere Anzahl verwendet werden könnte. Man kann auch sehen, daß die radialen Abschnitte 52 so dargestellt sind, daß sie relativ zueinander um gleiche Winkel, etwa um 60° versetzt, angeordnet sind, auch wenn nicht gleichförmige Abstände ebenso verwendet werden können, falls gewünscht. Jeder radiale Abschnitt 52 ist mit einem zugehörigen Umfangsabschnitt 53 versehen, derart, daß bei der Betrachtung von der Stirnseite her, wie in Fig. 2 dargestellt, ein gegebe­ ner Radialabschnitt 52 mit dem zugehörigen Umfangsabschnitt 53 zusammen einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt hat. In der Zusammensetzung beschreiben derartige T-förmige Querschnit­ te, wie in Fig. 2 dargestellt, einen in etwa kreisförmigen Aufbau, wie durch die in Fig. 2 gezeichnete gestrichelte Linie 54 angedeutet. Festzuhalten ist auch, daß die äußeren Oberflä­ chen 55 der Umfangsabschnitte in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform bogenförmig gekrümmt dargestellt sind, in Übereinstimmung mit einem tatsächlichen Querschnitt. Es versteht sich weiterhin, daß eine derartige äußere Oberfläche 55 jedes Umfangsabschnittes nicht wirklich gekrümmt sein muß, sondern im allgemeinen in verschiedenen Formen gestaltet sein kann, so daß die äußere Gestaltung der Elemente nach wie vor im wesentlichen zylindrisch ist.

Weiterhin versteht es sich, daß die benachbarten "T"-Gestaltun­ gen für das Element 17 Umfangsabschnitte haben, die in Längs­ richtung verlaufende Kanäle dazwischen definieren, um den Oberflächenbereich für den Fluidströmungskontakt damit zu vergrößern, wenn Gase oder andere Fluids durch ein Bett von Elementen fließen.

Zusätzlich ist festzuhalten, daß in der speziellen Gestaltung für ein Element, welches in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, die Elemente im Querschnitt als "Wagenrad"-Gestaltungen erschei­ nen.

Unter besonderem Bezug auf die Fig. 4 ist zu bemerken, daß ein Kernbereich 58 mit einem sich mit dem Bereich in Längsrichtung erstreckenden Durchgangsloch 60 versehen ist, welches in etwa zentral durch den Bereich hindurch angeordnet ist, um das Vorsehen eines zusätzlichen Flächenbereiches und den Durchtritt von Fluid zu erleichtern.

In Fig. 5 ist ein anderer Umfangsabschnitt 61 für eine andere Ausführungsform des Elementes mit einer gekrümmten Umfangsober­ fläche 62 vorgesehen, welche einen sanften Übergang mit gekrümm­ ten Eckbereichen 63 hat, wie dargestellt, anstelle der abrupten sich schneidenden Ebenen, die in der Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt sind.

In Fig. 6 erkennt man, daß der Umfangsabschnitt 64 eine in Längsrichtung gerillte äußere Oberfläche 65 für einen zusätzli­ chen Berührungsbereich des Elements hat.

In Fig. 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Elementes mit einem Umfangsabschnitt 66 versehen, welcher im Querschnitt im wesentlichen dreieckig ist, während er mit seinem radialen Abschnitt 67 immer noch eine "T"-Gestalt bildet, und mit einer gerillten äußeren Umfangsoberfläche 68, um eine größere Festigkeit zwischen dem Umfangsabschnitt und dem radialen Abschnitt zu erhalten, jedoch immer noch mit vergrößer­ tem Oberflächenbereich an der äußeren Oberfläche des Umfangsab­ schnittes.

In Fig. 8 ist ein weiterer Gestaltungsquerschnitt für die radialen und Umfangsabschnitte eines Elementes dargestellt, wobei der Umfangsabschnitt 70 im wesentlichen dem Abschnitt 61 nach Fig. 5 ähnlich ist, wobei jedoch der radiale Abschnitt bei 71, wie dargestellt, sinusförmig gekrümmt ist, um einen gestei­ gerten Flächenbereichskontakt in der Zone der Oberflächen des radialen Abschnittes zu erhalten.

Man erkennt also, daß verschiedene Modifikationen an den Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, wobei man dennoch die Mehrzahl von "T"-förmigen Quer­ schnitten erhält, wie dargestellt.

Es hat sich herausgestellt, daß in einigen Ausführungsformen des Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei solchen mit einem Durchmesser und einer Länge von jeweils einem Zoll, die Fläche bis zu 0,053 Fuß² pro Zoll betragen kann, um, in einer Stirnansicht wie in Fig. 2 gesehen, einen offenen Bereich von 65% zu haben. Ein solches Element kann in einer Füllkörperkolonne oder einer Wärmerückgewinnungskammer bei Verwendung einer großen Zahl derartiger Elemente bis zu 92 Fuß² (ca. 8,55/m²) Oberflächenbereich pro Kubikfuß von Elementen haben, durch welche die Fluide hindurchtreten (ein Kubikfuß 28,3 dm³.

Man erkennt, daß die Fähigkeit, vergrößerte Oberflächenbereiche vorzusehen, im Falle der chemischen Füllkörper bzw. Füllkörper­ kolonnen größere Aufbereitungsmöglichkeiten aufgrund des größeren Oberflächenbereiches gewährleistet und im Falle von Wärmerückgewinnungselementen eine größere Wärmerückgewinnung. Die Gestaltungen für die hier beschriebenen Elemente gewährlei­ sten eine gesteigerte Aufbereitung (bzw. Reinigung) oder Wärmeübertragung, wie es bei Verwendung kleinerer Durchgangswege möglich ist, welche den Bereich von Grenzflächenschichten vergrößern, die Turbulenz des hindurchtretenden Fluids steigern und einen verstärkten Kontakt mit den Oberflächenbereichen erlauben. Im Falle von Wärmeübertragungselementen ermöglicht dies eine gesteigerte Wärmeübertragung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, daß ein Bett aus derartigen Elementen dieselbe Wärmeübertragung bei etwa 37% des Volumens von Elementen nach dem Stand der Technik bereitstellen kann, wobei der Druckabfall über den Elementen bzw. entlang der Elemente um 10 bis 15% reduziert ist. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß gemäß den Elementen der vorliegenden Erfindung für näherungsweise denselben Druckabfall über einem Bett von Elementen und mit den gleichen Wärmeübertra­ gungsfähigkeiten nur etwa die Hälfte des Volumens von Elementen erforderlich ist. Dies ermöglicht beträchtlich geringere Ausgaben beim Bereitstellen von Elementen, wobei die vorhandenen Parameter annehmbar sind.

Während man außerdem erkennt, daß in den radialen Abschnitten der "T"-Aufbauten Unterschiede sein können und daß in Abhängig­ keit von der gewünschten Festigkeit der Elemente allgemein annehmbare Gestaltungskriterien erfüllt werden können. Bei­ spielsweise ist ein Gestaltungskriterium, daß die Elemente, wenn sie sich in einem Bett befinden, in der Lage sein sollten, eine Säulenhöhe von bis zum fünfzig Fuß zu tragen, ohne daß die Elemente am Grund der Kolonne durch das Gewicht der Elemente zerdrückt werden, ein weiteres Gestaltungskriterium liegt darin, daß Überlegungen in Bezug auf die Wandstärke einbeziehen sollten, daß Elemente irgendwo in einem Bett in der Lage sein sollten, bis zum 2000 Pfund pro Fuß² Bodenfläche des Bettes zu tragen. Man erkennt, daß innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung Flexibilität geboten wird, um unterschiedliche Festigkeiten der Elemente, in Abhängigkeit von den gewünschten Konstruktionsparametern zu erlauben.

Die Materialien des Elementaufbaus können verschiedene Metalle und Nichtmetalle enthalten, einschließlich von Keramik, Alumini­ um, Silicium, sogar Kunststoff, mit oder ohne Fieberglaseinbet­ tungen oder dgl. Im allgemeinen beruht die Materialzusammenset­ zung auf der gewünschten Endverwendung. Beispielsweise kann es bei Hochtemperaturbedingungen, wie zum Beispiel bei den Wärme­ rückgewinnungsbedingungen gemäß der in Fig. 9 dargestellten Verwendungsform der Elemente, wünschenswert sein, daß die Elemente aus Keramik, einem Tonaufbau oder dgl. bestehen und in der Lage sind, Temperaturen von bis zum 2200°F (ca. 1200°C) oder mehr zu widerstehen. In solchen Fällen können die Elemente aus einem steingutartigen Aufbau bestehen. Bei anderen Verwen­ dungen, wie zum Beispiel bei Füllkörperkolonnen, können Elemente aus einem Metallaufbau, wie zum Beispiel Stahl, wünschenswert sein, wobei Temperaturen von der Größenordnung von 500°F (260° C) auftreten können. Es ist also offensichtlich, daß jede der verschiedenen Zusammensetzungen, die hier beschrieben sind und andere, die hier nicht besonders erwähnt sind, verwendet werden können und alle unter den Begriff "Mineralzusammensetzung" bzw. mineralische Zusammensetzung fallen, wie er in den Ansprüchen dargestellt ist. Derartige Materialien können weiterhin Porzel­ an, chemisches Steingut, verschiedene Stähle, Legierungen, gehärtete Metalle, wie zum Beispiel Titan, Nickel; Teflons, Polypropyle oder dgl. einschließen. Die speziellen Zusammenset­ zungen und/oder Formulierungen hängen von der gewünschten Endverwendung ab. Beispiele derartiger Verwendungen könnten in der Destillierung, der Gasabsorbtion, der Wärmerückgewinnung und in vielen verwandten Betätigungen liegen. In Verbindung mit der Wärmerückgewinnung, insbesondere vom regenerierenden oder Rück­ kopplungstyp, stellen die Elemente Skelette bereit, um die Wärmerückgewinnung zu erleichtern, wenn Gase durch die Zwischen­ räume zwischen den einzelnen Elementen hindurchtreten, derart, daß Gasströme schließlich geteilt werden, während die Gase über die Elemente hinwegstreichen und Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Element erlauben.

Die vorliegende Erfindung versucht die physikalischen Eigen­ schaften der Elemente zu optimieren, um ein maximales Oberflä­ chenbereich-zu-Masse-Verhältnis bereitzustellen, um die Wärme­ übergangsraten zu optimieren. Sie erreicht dies durch Einführen eines hochturbulenten Zustandes mit einem minimalen Druckabfall über dem Bett aus Elementen, um die gesteigerte Wärmeübertra­ gungsfunktion zu bewerkstelligen.

Die vorliegende Erfindung sieht auch die Fähigkeiten vor, das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Elemente zu gestalten, um eine gewünschte Orientierung während des zufälligen Ausschüttens bereitzustellen. Danach wird also ein größeres Länge-zu-Durch­ messermaß die Tendenz haben, das Element, wenn es ausgeschüttet ist, in eine horizontale Stellung zu bringen, um die maximale Ausrichtung in horizontaler Richtung zu erlauben. Der entgegen­ gesetzte Zustand tritt auf, wenn der Durchmesser größer ist als die Länge, so daß dann das Element dazu neigt, sich in vertika­ ler Richtung auszurichten, wodurch der Fluß in vertikaler Richtung maximal wird. Auf dieser Art und Weise können Elemente speziell mit gewünschten Länge-zu-Durchmesserverhältnissen bereitgestellt werden, welche davon abhängen, ob die Strömung entweder horizontal oder vertikal durch das Elementbett sein wird, um dadurch die Wärmeübertragungseffizienz maximal zu machen und Druckabfälle während des Fließens durch das Bett minimal zu machen.

In Fig. 10 erkennt man, daß dort eine Grafik dargestellt ist, welche die relativen Oberflächen zu Gewicht-Verhältnisse für verschiedene Längen und Durchmesser anzeigt. Beispielsweise sind, wenn man vertikal nach oben geht, die verschiedenen Eingänge für ein Element mit einem Durchmesser von 0,75 Zoll (1.9 cm) verschiedene Oberfläche/Gewicht-Verhältnisse darge­ stellt, die im Bereich von etwa 1,22 bis 1,33 liegen, während die Länge des Elementes von 2 Zoll auf 1,75 Zoll, auf 1,5 Zoll, auf 1,25 Zoll auf 1 Zoll bis zu 0,75 Zoll abnimmt. Damit kann also die relative Wirkung des Elementdurchmessers zur Element­ länge festgestellt werden, während man erkennt, daß der Quer­ schnittsaufbau große Oberfläche-zu-Gewicht-Verhältnisse erzeugt, unabhängig vom relativen Durchmesser-zu-Länge-Verhältnisse, wobei derartige Oberfläche-zu-Gewicht-Verhältnisse in allen der dargestellten Vorgänge zwischen 1,20 und 1,56 liegt, gemessen in Quadratfuß pro Pfund.

Aus dem Vorstehenden ist offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen in den Einzelheiten des Aufbaus vorgenommen werden können, ebenso wie bei der Verwendung der Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung, die alle innerhalb des Gedankens und des Gegenstandes der Erfindung liegen, wie sie in den zugehöri­ gen Ansprüchen definiert ist.

Claims (13)

1. Element für die Verwendung als Wärmeübertragungs- oder chemisches Füllkörpermaterial, wobei eine Mehrzahl der Elemente in einer Kammer angeordnet werden sollen, um ein Fluid in Kontakt mit den Elementen durch die Kammer hin­ durchtreten zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß,
das Element eine einstückige, dreidimensionale feste Gestalt aus einer mineralischen Zusammensetzung aufweist, wobei die Gestalt aus einem sich in Längs­ richtung erstreckenden Kernbereich besteht, welcher eine Mehrzahl von ähnlich gestalteten radialen Ab­ schnitten hat, welche sich im wesentlichen radial auswärts von jenem erstrecken und in zugehörigen Umfangsabschnitten enden;
wobei jeder radiale Abschnitt mit seinem zugehörigen Umfangsabschnitt im großen und ganzen einen T-förmigen Querschnitt hat und sich in Längsrichtung gemeinsam mit dem Kernbereich erstreckt und wobei die radial am weitesten außen liegenden Oberflächen aller Umfangsab­ schnitte zusammen eine in etwa zylindrische Gestalt definieren.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Umfangsabschnitte voneinander beabstandet sind und so in Längsrichtung angeordnete Kanäle dazwischen definieren.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsabschnitte einen in etwa bogenförmigen Quer­ schnitt haben.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kernbereich ein in etwa zentrales Durch­ gangsloch hat, welches sich gemeinsam mit dem Kernbereich in dessen Längsrichtung erstreckt.

5. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Umfangsabschnitte voneinander beabstandet sind und so in Längsrichtung verlaufende Kanäle dazwischen definieren, wobei die Umfangsabschnitte einen im wesentli­ chen bogenförmigen Querschnitt haben und wobei der Kernbe­ reich ein in etwa zentrales Durchgangsloch aufweist, welches sich mit diesen in Längsrichtung erstreckt.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mineralische Zusammensetzung Material einschließt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ton, Tonerde, Zink und anderen Metallen besteht.

7. Element für die Verwendung als Wärmeübertragungs- oder chemisches Füllkörpermaterial, bei welchem eine Mehrzahl von Elementen in einer Kammer angeordnet werden, um ein Fluid in Kontakt mit den Elementen durch die Kammer hindurchtreten zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine einstückige, dreidimensionale Festkörpergestalt aus einer Mineralzusammensetzung aufweist und aus einem im wesentli­ chen zylindrischen Aufbau aufgebaut ist, welcher Öffnungen hat, die sich in seiner Längsrichtung erstrecken, wobei das Element ein Oberflächen/Gewicht-Verhältnis, ausgedrückt in Quadratfuß pro Pfund (US Pfund), im Bereich von etwa 1,20 bis etwa 1,56 hat (etwa 0,25 bis 0,32 m²/kg).

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fläche/Gewicht-Verhältnis im Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,5 liegt (etwa 0,29 bis 0,31 m²/kg).

9. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt im wesentlichen zylindrische Gestalt des Elementes zu etwa 65% offen ist.

10. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberfläche/Gewicht-Verhältnis im Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,5 liegt und daß im Querschnitt der wesentliche Aufbau des Elementes zu etwa 65% offen ist.

11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Element ein Oberfläche/Gewicht Verhältnis, ausgedrückt in Quadratfuß/Pfund, im Bereich von etwa 1,20 bis etwa 1,56 liegt (etwa 0,25 bis 0,32 m²/kg).

12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberfläche/Gewicht-Verhältnis im Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,5 liegt (ca. 0,29 bis 0,31 m² kg).

13. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Aufbau des Elementes im Quer­ schnitt zu etwa 65% offen ist.