DE69508324T2

DE69508324T2 - Füllkörper

Info

Publication number: DE69508324T2
Application number: DE69508324T
Authority: DE
Inventors: John P. Spring Tx 77388 Halbirt; Alexander Min Seah
Original assignee: Jaeger Products Inc
Current assignee: Jaeger Products Inc (ndgesd Staates Dela Us
Priority date: 1994-08-16
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2015-01-28
Also published as: EP0697246A2; ATE177662T1; GR3029976T3; EP0697246A3; JPH0857301A; JP3687922B2; DK0697246T3; ES2128657T3; DE69508324D1; EP0697246B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Verbesserung von Austauschprozessen zwischen zwei Fluids. Insbesondere betrifft die Erfindung Packungselemente zur Verwendung in Kammern für Austauschverfahren, wie sie z. B. in Stoffaustausch- oder Wärmetauschverfahren zum Einsatz kommen.
Viele kommerzielle und chemische Verfahren, die Stoffaustausch oder Wärmeaustausch umfassen, verwenden gepackte Säulen oder Kammern, um die Schritte durchzuführen. Dazu zählen Destillation, Absorption und Desorption, Gasreinigung und -trocknung, Schrubben und verschiedene biologische Prozesse, wie z. B. Filtrationen. Zwei Fluids, üblicherweise ein Gas und eine Flüssigkeit, obwohl auch zwei Flüssigkeiten verwendet werden können, werden in einer Kammer miteinander vermischt, üblicherweise als Gegenstromflüsse, in denen sich die zwei Fluids in entgegengesetzten Richtungen entlang der gleichen Strömungsachse bewegen. In einem Gleichströmungssystem bewegen sich die zwei Fluids im allgemeinen in der gleichen Richtung entlang einer einzigen Strömungsachse; ein Kreuzstromsystem sieht zwei Fluids vor, die sich entlang getrennter, einander schneidender Strömungsachsen bewegen.
Die Stoffaustauschraten und/oder Reaktionsraten der Prozesse erhöhen sich, je größer die wirksame Fläche wird, die innerhalb der Kammer mit Flüssigkeit benetzt werden kann und über die die zwei Fluids dann miteinander in Wechselwirkung treten können. Packungselemente, die üblicherweise auch als Füllkörper bezeichnet werden, sind in der Kammer angeordnet, um die für eine solche Wechselwirkung zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern. Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Packungssystemen, wobei dies von den Packungselementen und ihrer Anordnung in der Austauschkammer abhängt. Strukturierte Packungssysteme enthalten im Allgemeinen längliche, strukturierte Packungselemente, die innerhalb der Kammer angeordnet sind. Regellose Packungssysteme umfassen im Allgemeinen kleine, einzelne Packungselemente, die in regelloser Anordnung in die Austauschkammer gefüllt werden können.
Die Packung ist üblicherweise Teil von Austauschprozess-Säulen, um die Wechselwirkung zwischen zwei Fluids in der Säule zu erhöhen, wodurch der Wirkungsgrad des Verfahrens erhöht wird. Wenn zumindest eines der Fluids eine Flüssigkeit ist, kann die Wechselwirkung zwischen den Fluids gesteigert werden, indem die Flüssigkeit eine ausreichende Fläche benetzen kann und indem Tropfpunkte bereitgestellt werden, von denen die Flüssigkeit von einer Oberfläche zur anderen gelangen kann, während sie dem Gas, dem anderen zwischen den Oberflächen strömenden Fluid, ausgesetzt wird. Wenn die Oberflächen der Packung zu nahe beieinander angeordnet sind, kann das Gas einen ausreichenden Strömungswiderstand erfahren, der die Bewegung des Gases durch die Packung hindurch beeinträchtigt, wodurch die Möglichkeit des Kontakts der Flüssigkeit mit dem Gas eingeschränkt wird. Schlecht konstruierte regellose Packungselemente können große zueinander komplementäre Strukturen aufweisen, sodass ein solches Element relativ eng an ein anderes angepasst sein oder sich sogar über die seitliche Ausdehnung des zweiten Elements hinaus erstrecken kann. Eine solche Verschachtelung von Packungselementen kann zu einer relativ dicht gepackten Anordnung von Oberflächen führen, wodurch ein beträchtlicher Gasströmungswiderstand entsteht. Wenn die Oberflächen für die Flüssigkeitsströmung zu dicht gepackt sind, kann Flüssigkeit ohne Tropfen von einer Oberfläche zur anderen überlaufen. Ein solches Überlaufen verkleinert nicht nur den Querschnitt der Wechselwirkung mit dem Gas, sondern kann auch den Gasfluss durch die Packung hindurch beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung bietet regellose Packungselemente, die keine der obigen Nachteile von Packungselementen nach dem Stand der Technik aufweisen.
Konkret stellt die vorliegende Erfindung ein Packungselement zur Verwendung in einer Austauschvorrichtung bereit, in der mehrere solcher Packungselemente vorgesehen sein können und innerhalb der ein erstes und ein zweites Fluid in Wechselwirkung treten können, wobei das Packungselement Folgendes umfasst: Material, das mehrere, sich längsseitig erstreckende Streifen bildet, wobei jeder Streifen an beiden seiner Enden befestigt ist; im Allgemeinen parallele, sich seitlich erstreckende Endbefestigungsberei che, einen an jedem der beiden gegenüberliegenden Enden des Materials, die eine Ebene definieren; zumindest einen, sich seitlich erstreckenden Zwischenbefestigungsbereich, der zwischen den Endbefestigungsbereichen entlang der Länge des Packungselements angeordnet ist, wobei sich Streifen in im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen von einem Zwischenbefestigungsbereich zum Endbefestigungsbereich erstrecken; wobei zumindest zwei derartige Streifen am gleichen Zwischenbefestigungsbereich befestigt sind und sich im Allgemeinen jeweils in fluchtender Ausrichtung mit jedem Endbefestigungsbereich entlang einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die normal zur Ebene steht, die von den beiden Endbefestigungsbereichen definiert wird; und wobei zumindest einige der Streifen in Bezug auf die von den Endbefestigungsbereichen definierte Ebene im Allgemeinen gekrümmt sind; weiters umfassend zumindest einen Vorsprung, der nur an einem seiner Enden am Befestigungsbereich befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Austauschvorrichtung bereit, die eine Vielzahl an Packungselementen gemäß der Erfindung umfasst.
Die Erfindung bietet ein regelloses Packungselement, das die Möglichkeit der Wechselwirkung zwischen zwei Fluids z. B. in einer Austauschprozesskammer steigert. Die Wechselwirkung des Austauschprozesses kann durch ein Packungselement der Erfindung erhöht werden, indem eine Anordnung an Strömungsoberflächen bereitgestellt wird, die durch zumindest eines der Fluids als Flüssigkeit benetzbar sind, wobei die Oberflächen zweckmäßigerweise getrennt sind, um den Strömungswiderstand durch ein anderes Fluid als Gas zu verringern. Ein Packungselement der Erfindung bietet eine Vielzahl an Tropfpunkten von den Strömungsoberflächen, wobei die Tropfpunkte ausreichend voneinander getrennt sind, um das Überlaufen von Flüssigkeit von einem Tropfpunkt zu einer anderen Strömungsoberfläche zu minimieren. Die Erfindung minimiert die Verschachtelung mehrerer solcher Packungselemente in einem gepackten Bett in einer Austauschprozesskammer.
Das bevorzugte regellosen Packungselement der Erfindung besteht im Allgemeinen aus einer planaren Materialbahn, die in eine Vielzahl an Streifen und Vorsprüngen unterteilt ist, wobei sich Befestigungsbereiche an beiden gegenüberliegenden Enden des Materials befinden, an denen die Streifen und Vorsprünge befestigt sind. Zumindest ein Befestigungsbereich ist zwischen den Enden des Materials vorgesehen, wobei Streifen an einem oder mehreren solchen Zwischenbefestigungsbereichen befestigt sind; Vorsprünge können ebenfalls an einem oder mehreren solchen Zwischenbefestigungsbereichen befestigt sein. Die Vorsprünge bzw. Finger bieten Tropfpunkte. Zusätzlich können die Ränder der Vorsprünge und/oder Streifen gezahnt sein, um Tropfpunkte zu bieten. Die gezahnten Ränder dienen auch dazu, das Verschachteln mehrerer solcher Packungselemente zu verhindern.
In einem Packungselement der Erfindung können zwei Streifen, die sich zwischen den gleichen beiden Befestigungsbereichen erstrecken, zusammenarbeiten, um eine geschlossene Schleife zu bilden. Insbesondere die Vorsprünge können unterschiedliche Längen aufweisen. Die Streifen können im Allgemeinen unterschiedliche Formen und/oder Positionen relativ zur ursprünglichen Ebene der Materialbahn aufweisen. Die Streifen und Vorsprünge könnten sich somit beispielsweise zu gegenüberliegenden Seiten des Materials hin erstrecken, um den Mangel an Rotationssymmetrie des Packungselements um eine Achse sicherzustellen, die normal zur Ebene steht, die durch die getrennten, zueinander parallelen Enden des Materials definiert ist. Außerdem kann das Muster der Vorsprünge und Streifen und möglicherweise der Vorsprünge solcherart sein, dass die seitliche Ausdehnung des Packungselements normal zur Ebene der Materialbahn insgesamt einen Abschrägungseffekt bzw. eine Neigung bietet, sodass die Packungselemente vor allem in geneigten Positionen in einem gepackten Bett in einer Austauschprozesskammer zu liegen kommen.
Das Packungselement kann einige Streifen umfassen, die in Bezug auf die von den zwei Endbefestigungsbereichen definierte Ebene gekrümmt ist, wobei zumindest ein Streifen im Allgemeinen gerade ist. Ein solcher gerader Streifen kann durch zwei verbundene Vorsprünge gebildet werden oder eine Falte im Material aufweisen, um die Länge des im Allgemeinen geraden Streifens zu verkürzen. Auch können zwei Streifen, die sich in im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen von einem Zwischenbefestigungsbereich zu jedem der zwei Endbefestigungsbereiche hin und im Allgemeinen entlang einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die zu der von den zwei Endbefestigungsbereichen definierten Ebene normal steht, in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch von den zwei Endbefestigungsbereichen definierten Ebene gekrümmt sein.
Ferner kann zumindest einer der Befestigungsbereiche der Streifen oder der Vorsprünge eine Rippe enthalten, die sich im Allgemeinen längsseitig entlang zumindest eines Teils der Länge des jeweiligen Befestigungsbereichs, Streifens oder der Rippe erstreckt.
Das Packungselement kann aus Metall oder jedem anderen geeigneten Material, wie z. B. Kunststoff, bestehen, das in einer bestimmten Austauschprozessanwendung zum Einsatz kommen kann. Eine Metallbahn kann z. B. geschlitzt und dann ausgehend von ihrer ursprünglichen planaren Form verformt werden, um z. B. die resultierenden Streifen zu krümmen und die resultierenden Vorsprünge zu verlängern. Das ursprüngliche Schlitzen des Materials kann mit Sägezahnschnitten erfolgen, um gezahnte Ränder entlang der Streifen und Vorsprünge zu bilden. Alternativ dazu können Zahnungen in einem getrennten Schritt erfolgen, z. B. während des Verlängerns der Krümmungen und Streifen.
Die Erfindung bietet ein regelloses Packungselement, das Flüssigkeitsströmungsoberflächen umfasst, die in geeigneter Weise voneinander getrennt sind, um minimalen Gasströmungswiderstand durch das regellose Packungselement zu bieten. Tropfpunkte können auch vorhanden sein, um die Möglichkeit der Wechselwirkung zwischen den Fluids in der Austauschprozessanwendung zu verbessern. Ein regelloses Packungselement der Erfindung minimiert auch die Verschachtelung unter solchen Packungselementen, um minimalen Strömungswiderstand gegenüber dem Gas durch ein Bett aus Packungselementen gemäß der Erfindung sowie eine Vielzahl an Tropfpunkten von geeigneterweise getrennten Strömungsoberflächen sicherzustellen.
Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Packungselements unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen, worin:
Fig. 1 eine Draufsicht einer planaren Materialbahn ist, die geschlitzt ist, um eine Vielzahl an Streifen und Vorsprüngen zu definieren;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines regellosen Packungselements der Erfindung ist, das aus der geschlitzten Materialbahn aus Fig. 1 gebildet ist;
Fig. 3 eine Endansicht des Packungselements aus Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Packungselements aus den Fig. 2 und 3 ist;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines regellosen Packungselements der Erfindung mit gekürzten Streifen ist, das aus verbundenen Vorsprüngen und strukturierten Endbefestigungsbereichen besteht;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Packungselements aus Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine Draufsicht einer planaren Materialbahn ist, die geschlitzt ist, um eine Vielzahl an Streifen und Vorsprüngen zu definieren, umfassend zwei mittig angeordnete Vorsprünge in fluchtender Ausrichtung, die sich von den zwei Endbefestigungsbereichen weg erstrecken;
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Packungselements aus der Materialbahn aus Fig. 7 ist, wobei die mittigen Vorsprünge verbunden sind, um einen Streifen zu bilden, der das Packungselement daran hindert, sich längsseitig zu erstrecken, und das ferner strukturierte Endbefestigungsbereiche gemäß der Erfindung umfasst;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Packungselements aus Fig. 8 ist;
Fig. 10 eine Endansicht des Packungselements aus den Fig. 8 und 9 ist;
Fig. 11 eine Seitenansicht eines regellosen Packungselements ist, umfassend Streifen in fluchtender Ausrichtung, die in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche definierte Ebene gekrümmt sind, und strukturierte Endbefestigungsbereiche der Erfindung;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Packungselements aus Fig. 11 ist;
Fig. 13 eine Endansicht des Packungselements aus den Fig. 11 und 12 ist;
Fig. 14 eine Fig. 5 ähnelnde Seitenansicht ist, jedoch mit Streifen in fluchtender Ausrichtung, die in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche der Erfindung definierte Ebene gekrümmt sind;
Fig. 15 eine Fig. 8 ähnelnde Seitenansicht ist, jedoch mit Streifen in fluchtender Ausrichtung, die in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche der Erfindung definierte Ebene gekrümmt sind;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht des Packungselements aus Fig. 15 ist;
Fig. 17 eine Endansicht des Packungselements aus den Fig. 15 und 16 ist;
Fig. 18 eine Draufsicht einer planaren Materialbahn ist, die geschlitzt ist, um eine Vielzahl an Streifen und Vorsprüngen zu definieren, umfassend einen Zwischenbefestigungsbereich, der sich entlang der Breite der Bahn erstreckt;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines Packungselements aus der Materialbahn aus Fig. 18 ist, wobei Streifen in fluchtender Ausrichtung in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die zwei Endbefestigungsbereiche definierte Ebene gekrümmt sind und sich Vorsprünge entlang des Mittelpunkts der Bahn befinden, die verbunden sind, um gekürzte Streifen zu bilden, sodass die eine Ausdehnung des Packungselements der Erfindung verhindert wird;
Fig. 20 eine Seitenansicht des Packungselements aus Fig. 19 ist, das verbundene mittige Vorsprünge aufweist, wobei die Vorsprünge und gekrümmten Streifen in der vorderen Hälfte des Packungselements angeordnet sind;
Fig. 21 eine Endansicht des Packungselements aus den Fig. 19 und 20 ist;
Fig. 22 eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Streifens ist, der gefaltet und somit verkürzt ist, um die Ausdehnung des Packungselements der Erfindung zu verhindern;
Fig. 23 eine fragmentarische perspektivische Ansicht des Endes eines Elements wie z. B. eines Streifens oder Vorsprungs in einem Befestigungsbereich ist, wobei die Ansicht einen entlang des Elements ausgebildeten Grat veranschaulicht;
Fig. 24 eine Querschnittsansicht entlang Linie 24-24 aus Fig. 23 des in Fig. 23 gezeigten Packungselements mit Grat ist; und
Fig. 25 eine Querschnittsansicht eines Packungselements wie z. B. eines Streifens oder Vorsprungs ist, die ein anderes Profil für einen Grat entlang des Elements zeigt.
Eine üblicherweise rechteckige planare Materialbahn ist in Fig. 1 allgemein mit 10 dargestellt; das Material 10 ist - wie aus den Fig. 2-4 ersichtlich - zu einem regellosen Packungselement der Erfindung ausgestaltet. Das Material 10 kann Metall oder ein anderes Material wie etwa Kunststoff sein. Im Allgemeinen ist das Material 10 mit Schlitzen versehen, die eine Vielzahl an Streifen und Vorsprüngen definieren und geformt sind, um das planare Material (siehe Fig. 1) zu einer dreidimensionalen Konstruktion zu verformen, wie in den Fig. 2-4 gezeigt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, welche die Materialbahn 10 in ihrer planaren Form darstellt, besteht diese Ausführungsform des Packungselements der Fig. 1-4 aus einer Materialbahn, deren Länge etwa 2½ mal so groß wie die Breite der Bahn ist. Die Schlitze erstrecken sich im Allgemeinen längsseitig in Bezug auf die Dimensionen der Bahn 10, um die Streifen und Vorsprünge zu bilden. Alle längsseitigen Schlitze im Material 10 sind sägezahnartig, um gezahnte Ränder bereitzustellen. Ein Streifen ist ein im Allgemeinen länglicher Abschnitt der Materialbahn, der an beiden Enden befestigt ist; ein Vorsprung oder Finger gilt als im Allgemeinen länglicher Abschnitt der Materialbahn, der nur an einem Ende befestigt ist. Man beachte jedoch, dass in jedem beliebigen Fall die Ausdehnung des Vorsprungs weg von seinem befestigten Ende größer, kleiner oder gleich groß wie die Ausdehnung des Vorsprungs sein kann (gemessen entlang des befestigten Endes des Vorsprungs). Der Bereich, in dem ein oder mehrere Streifen und/oder ein oder mehrere Vorsprünge an der Materialbahn befestigt sein können, kann als Befestigungsbereich bezeichnet werden. Demzufolge erstreckt sich ein Streifen zwischen zwei Befestigungsbereichen und ein Vorsprung von einem Befestigungsbereich weg.
In der speziellen Ausführungsform des Packungselements der Fig. 1-4 erstreckt sich keiner der Schlitze durch ein Ende des Materials 10. Daher ist ein sich seitlich erstreckender Endbefestigungsbereich 12 an einem Ende des Materials vorgesehen und ein sich seitlich erstreckender Endbefestigungsbereich 14 am gegenüberliegenden Ende des Materials. Wenn sich ein Schlitz durch das Ende des Materials erstreckte, könnte der Endbereich des Materials in zumindest zwei Befestigungsbereiche zerfallen.
Ein einziger Sägezahnschlitz 16 erstreckt sich entlang der Mittellinie des Materials 10 von einem Endbefestigungsbereich 12 zum anderen Endbefestigungsbereich 14. Der Schlitz 16 teilt das Material im Allgemeinen in zwei Abschnitte, was insbesondere aus den Fig. 1, 2 und 4 hervorgeht.
Am Mittelpunkt der oberen Hälfte der Materialbahn 10 (siehe Fig. 1) ist ein sich seitlich erstreckender Zwischenbefestigungsbereich dargestellt, der allgemein mit 18 bezeichnet wird und durch keine Schlitze durchbrochen ist. In ähnlicher Weise ist ein sich seitlich erstreckender Zwischenbefestigungsbereich (allgemein mit 20 bezeichnet) um den Mittelpunkt der unteren Hälfte der Materialbahn 10 aus Fig. 1 herum angeordnet.
In der oberen Hälfte des Materials aus Fig. 1 erstrecken sich zwei parallele Sägezahnschlitze 22 und 24 vom Endbefestigungbereich 12 zum Zwischenbefestigungsbereich 18, und zwei parallel Sägezahnschlitze 26 und 28 erstrecken sich zwischen dem Zwischenbefestigungsbereich 18 und dem Endbefestigungsbereich 14. Ein seitlich verlaufender Schlitz 30 erstreckt sich zwischen den zwei Schlitzen 22 und 24, und ein seitlich verlaufender Schlitz 32 erstreckt sich zwischen den zwei Schlitzen 26 und 28.
Der Schlitz 22 wirkt mit dem Außenrand der Materialbahn 10 zusammen, um teilweise einen Streifen 34 zu definieren, der sich zwischen dem Endbefestigungsbereich 12 und dem Zwischenbefestigungsbereich 18 erstreckt. Der Schlitz 24 wirkt mit einem Teil des Schlitzes 16 zusammen, um teilweise einen Streifen 36 zu definieren, der sich ebenfalls zwischen den Befestigungsbereichen 12 und 18 erstreckt. Die zwei Schlitze 22 und 24 bieten einen Vorsprung 38, der am Schlitz 30 endet und zwischen den Streifen 34 und 36 am Endbefestigungsbereich 12 befestigt ist. Ebenso ist ein Vorsprung 40 ausgebildet, um sich vom Zwischenbefestigungsbereich 18 zum Schlitz 30 zu erstrecken, begrenzt auch durch die Schlitze 22 und 24. Die Streifen 34 und 36 sind in der Konfiguration aus Fig. 1 zueinander parallel.
Der Schlitz 26 wirkt mit dem Außenrand der Materialbahn 10 zusammen, um teilweise einen Streifen 42 zu definieren, der üblicherweise mit dem Streifen 34 aus Fig. 1 ausgerichtet ist. Der Schlitz 28 wirkt mit einem Teil des Schlitzes 16 zusammen, um teilweise einen Streifen 44 zu definieren, der mit dem Streifen 42 parallel und im Allgemeinen mit dem Streifen 36 aus Fig. 1 ausgerichtet ist. Die beiden Streifen 42 und 44 erstrecken sich zwischen den Befestigungsbereichen 14 und 18. Die Schlitze 26 und 28 sowie der Schlitz 32 wirken zusammen, um einen Vorsprung 46 zu bilden, der sich vom Endbefestigungsbereich 14 weg erstreckt. Die Schlitze 26 und 28 sowie der Schlitz 32 wirken auch zusammen, um einen Vorsprung 48 zu bilden, der sich vom Zwischenbefestigungsbereich 18 weg erstreckt. Die Vorsprünge 38, 40, 46 und 48 sind in Fig. 1 im Allgemeinen ausgerichtet.
Eine ähnliche Konstruktion von Streifen und Vorsprüngen ist in der unteren Hälfte der Materialbahn 10 aus Fig. 1 vorgesehen, wiederum umfassend eine Anordnung von Schlitzen, von denen die meisten im Profil als Sägezähne dargestellt sind. Die Schlitze 50 und 52 sind im Allgemeinen zueinander parallel und im Allgemeinen mit den Schlitzen 54 bzw. 56 ausgerichtet. Die seitlich verlaufenden geraden Schlitze 60 und 62 tragen zur Definition der Vorsprünge bei. Der Schlitz 50 wirkt mit dem Außenrand der Materialbahn 10 zusammen, um teilweise einen Streifen 64 zu definieren, der sich zwischen den Befestigungsbereichen 12 und 20 erstreckt. Der Schlitz 52 wirkt mit einem Teil des Schlitzes 16 zusammen, um einen Streifen 68 zu definieren, der sich ebenfalls zwischen den Befestigungsbereichen 12 und 20 erstreckt und mit dem Streifen 64 parallel ist. Zwischen den Streifen 64 und 68 befinden sich die Vorsprünge 70 und 72, die teilweise durch die Schlitze 52, 50 und 60 definiert sind. Der Vorsprung 70 erstreckt sich vom Endbefestigungsbereich 12 weg, während sich der Vorsprung 72 vom Zwischenbefestigungsbereich 20 weg erstreckt.
Der Schlitz 54 wirkt mit dem Außenrand der Materialbahn 10 zusammen, um teilweise einen Streifen 74 zu definieren, während der Schlitz 56 mit einem Teil des Schlitzes 16 zusammenwirkt, um einen Streifen 76 zu definieren. Die Streifen 74 und 76 sind in Fig. 1 parallel zueinander und erstrecken sich zwischen den Befestigungsbereichen 14 und 20, wobei der Streifen 74 im Allgemeinen mit dem Streifen 64 und der Streifen 76 im Allgemeinen mit dem Streifen 68 ausgerichtet ist. Die Schlitze 54, 56 und 62 definieren auch teilweise die Vorsprünge 78 und 80, die sich zwischen den Streifen 74 und 76 befinden und sich von den Befestigungsbereichen 14 bzw. 20 erstrecken. In Fig. 1 sind die Vorsprünge 70, 72, 78 und 80 im Allgemeinen parallel zueinander.
Mit den verschiedenen in der Materialbahn 10 aus Fig. 1 vorgesehenen Schlitzen können die resultierenden Streifen und Vorsprünge gekrümmt oder in anderer Weise verformt werden, um das Packungselement der Fig. 2-4 zu liefern. Wenn beispielsweise die Positionen der Endbefestigungsbereiche 12 und 14 herangezogen werden, um die ursprüngliche Ebene der Materialbahn 10 aus Fig. 1 zu definieren, ist der Zwischenbefestigungsbereich 18 zu einer Seite dieser Ebene hin positioniert, während der andere Zwischenbefestigungsbereich 20 zur gegenüberliegenden Seite dieser Ebene hin positioniert ist. Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich, sind die zwei Streifen 64 und 74 nach oben gekrümmt, während die zwei Streifen 68 und 76 nach unten gekrümmt sind (in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 12 und 14 definierte Ebene). Man beachte, dass die Streifen 64 und 68 beide zwischen den gleichen zwei Befestigungsbereichen 12 und 20 verlaufen und - in ihrem voneinander getrennten Zustand in der Papierebene aus Fig. 2 - eine verlängerte, jedoch geschlossene Schleife bilden. In ähnlicher Weise wird eine geschlossene, jedoch verlängerte Schleife durch Trennen der Streifen 74 und 76 gebildet, die sich zwischen den gleichen zwei Befestigungsbereichen 14 und 20 erstrecken.
Die zwei Streifen 34 und 42 sind in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 12 und 14 definierte Ebene nach unten gekrümmt (Fig. 2 und 4), während die zwei Streifen 36 und 44 in Bezug auf diese Ebene nach oben gekrümmt sind. Somit wird durch die zwei Streifen 34 und 36, die sich zwischen den gleichen zwei Befestigungsbereichen 12 und 18 erstrecken, eine verlängerte, jedoch geschlossene Schleife gebildet. Eine verlängerte, jedoch geschlossene Schleife wird auch durch die zwei Streifen 42 und 44 gebildet, die sich zwischen den gleichen zwei Befestigungsbereichen 14 und 18 erstrecken.
Die vier geschlossenen Schleifen, die durch die sich zwischen korrespondierenden Befestigungsbereichen erstreckenden Streifen gebildet werden, sind in der Papierebene aus Fig. 2 zueinander verschoben und - wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich - seitlich verschoben.
Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich, sind die Vorsprünge 40 und 48 positioniert, um sich vom Zwischenbefestigungsbereich 18 nach oben zu erstrecken, während die Vorsprünge 38 und 46 positioniert sind, sich von ihren jeweiligen Endbefestigungsbereichen 12 und 14 nach unten zu erstrecken. Die Vorsprünge 72 und 80 sind ausgebildet, sich vom Zwischenbefestigungsbereich 20 nach unten zu erstrecken, während die Vorsprünge 70 und 78 positioniert sind, sich von ihren jeweiligen Endbefestigungsbereichen 12 und 14 nach oben zu erstrecken. Man beachte, dass die Winkel, in denen die Vorsprünge in den Fig. 2 und 4 positioniert sind, variieren können. Ferner ist zu beachten, dass die Längen der Vorsprünge variieren können, wie dies in den Abbildungen auch der Fall ist. Außerdem ist anzumerken, dass die freien Enden der Vorsprünge gezahnt sein können, indem z. B. sägezahnartige Schlitze 30, 32, 60 und 62 vorgesehen sind.
Die Größe des Packungselements kann je nach Anwendung unterschiedlich sein; das Gleiche gilt auch z. B. für die Dimensionen der Vorsprünge und Streifen. Man beachte jedoch, dass ungeachtet der Gesamtdimensionen des in den Fig. 1-4 dargestellten Packungselements das Element große Strömungsoberflächen kombiniert mit ausreichend großen Öffnungen zwischen den Strömungsoberflächen bietet, um den Gasströmungswiderstand durch das Packungselement zu minimieren. Die Enden der Vorsprün ge und die Zahnungen entlang der Kanten der Vorsprünge und Streifen bieten Tropfpunkte. Die Befestigungsbereiche stellen zusätzliche Strömungswege bereit - verbundene Streifen und Vorsprünge beispielsweise. Außerdem tragen die Befestigungsbereiche zur strukturellen Steifheit des fertigen Packungselements bei. Im Allgemeinen kann jeder Streifen eine unterschiedliche Form und/oder horizontale Position aufweisen, was insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Wenn die Zwischenbefestigungsbereiche 18 und 20 hin zu gegenüberliegenden Seiten der durch die Endbefestigungsbereiche 12 und 14 definierten Ebene hin positioniert sind, ist das Endansichtsprofil des Packungselements im Allgemeinen in einem Winkel A geneigt (siehe Fig. 3). Wenn daher ein Packungselement in eine Prozesskammer fallen gelassen wird, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es so fällt, dass es in einer geneigten Position zu liegen kommt; in der alle Streifen- und Vorsprungsflächen in Bezug auf die Horizontale z. B. geneigt sind. Weitere Packungselemente, die auf das erste Packungselement fallen, nehmen zufällige Ausrichtungen ein. Die gezahnten Ränder - vor allem der Streifen - jedoch verhindern das Verschachteln der Streifen, d. h. ein Verschachteln benachbarter Packungselemente mit Streifen zweier Packungselemente, was Strömungswege durch die Packungselemente im Allgemeinen blockiert.
Man beachte, dass die Form des in den Fig. 2-4 dargestellten Packungselements die Enden des Materials festhält, aus dem das Packungselement besteht, dass die Endbefestigungsbereiche 12 und 14 parallel und voneinander getrennt angeordnet sind, um eine Ebene zu definieren, und dass es an keiner Position in der Ebene und in keinem Winkel zu dieser Ebene eine Rotationssymmetrieachse des Packungselements gibt, welche durch die durch die Positionen der Endbefestigungsbereiche 12 und 14 definierte Ebene verläuft.
Die in den Fig. 5-25 dargestellte Erfindung sorgt für eine Verbesserung der Festigkeit und Steifheit von Packungselementen und bietet auch Packungselemente unterschiedlicher Form, sodass sich die Packungselemente, wenn sie in eine Verfahrenskolonne fallen, unterschiedlich ausrichten. In den Ausführungsformen der Fig. 5-25 sind Packungs merkmale, die (im wesentlichen) die gleichen wie die Merkmale aus den Fig. 1-4 sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet; in einigen Fällen dienen Apostrophe und/oder ein Buchstabensuffix dazu, gegenüber den Merkmalen des in den Fig. 1-4 dargestellten Packungselements modifizierte oder in anderer Weise typische Merkmale zu kennzeichnen.
Eine Modifikation des Packungselements 10 der Fig. 1-4 ist in den Fig. 5 und 6 allgemein mit 10' gekennzeichnet. Das Packungselement 10' kann aus dem gleichen Material 10 wie in Fig. 1 bestehen und die gleichen Schlitze 16, 22-28, 32, 50-56 und 60 aufweisen, doch die Positionen der Schlitze 30 und 62 sind aus dem unten angeführten Grund verschoben. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, können die Zwischenbefestigungsbereiche 18 und 20 verschoben sein, die Streifen 34, 36, 42, 44, 64, 68, 74 und 76 können gekrümmt sein (siehe Fig. 2-4), und die Vorsprünge 46, 48, 70 und 72 erstrecken sich in verschiedenen Winkeln von ihren jeweiligen Befestigungsbereichen 12', 14', 18 oder 20 weg. Die Vorsprünge 38' und 40' sind jedoch ebenso wie die Vorsprünge 78' und 80' verbunden. Das Verbinden der Vorsprünge erfolgt in jedem Fall durch Überlappen des Endes eines Vorsprungs über das Ende des anderen Vorsprungs und durch Verbinden der überlappten Abschnitte nach einem geeigneten Verfahren, wie z. B. unter Verwendung von Zement, Punktschweißen usw. Die Positionen der Schlitze 30 und 62 werden in der Konstruktion des Elements 10' so gewählt, dass das Verbinden der jeweiligen Vorsprungpaare erleichtert wird.
Eine weitere Verbesserung des Packungselements 10' ist die zu den Endbefestigungsbereichen 12' und 14' hinzugefügte Struktur. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, weist jeder der Endbefestigungsbereiche 12' und 14' eine längliche Rippe bzw. einen länglichen Grat auf, versehen mit einer rechtwinkeligen Krümmung entlang der Länge des Befestigungsbereichs. Die Materialbahn, aus der das verbesserte Packungselement 10' besteht, kann z. B. länger als die Materialbahn sein, aus der das Packungselement 10 der Fig. 1-4 besteht, um ein Material zu liefern, das die richtige rechtwinkelige Krümmung in jedem der Endbefestigungsbereiche 12' und 14' ausführt.
Trotz dieser Verbesserungen des Packungselements 10' kann das Element so konstruiert sein, dass es das abgeschrägte Profil des Packungselements 10 aus Fig. 3 aufweist und in keinem Winkel zu und an keiner Position in der durch die im Allgemeinen parallelen Endbefestigungsbereiche 12' und 14' definierten Ebene eine Rotationssymmetrieachse aufweist, die durch diese Ebene verläuft.
Die Verbesserungen des Packungselements 10' in den Fig. 5 und 6 sorgen für mehr Stabilität und Festigkeit. Das Verbinden der Vorsprungpaare führt dazu, dass ein Packungselement 10' mit einem konstruierten Steifen 38', 40', der sich zwischen dem Zwischenbefestigungsbereich 18 und dem Endbefestigungsbereich 12' erstreckt, und einem konstruierten Streifen 78', 80', der sich zwischen dem Zwischenbefestigungsbereich 20 und dem Endbefestigungsbereich 14' erstreckt, bereitgestellt wird. Diese konstruierten Streifen 38', 40' und 78', 80' sind kürzer als die Streifen 34 und 36 und die Streifen 74 und 76; sie verlaufen zwischen den Befestigungsbereichen 18 und 12' bzw. den Befestigungsbereichen 20 und 14'. Die relativ kurzen Streifen 38', 40' und 78', 80' verhindern daher, dass das Packungselement 10' durch Geradebiegen oder Entkrümmen der längeren Streifen 34, 36, 42, 44, 64, 68, 74 und 76 zusammenbricht. Wenn daher mehrere Packungselemente 10' in eine Verfahrenskolonne fallen und aufeinandergestapelt werden, wird jeder Neigung der unteren Packungselemente, aufgrund des Gewichts der Last darüberliegender Packungselemente zusammenzubrechen, durch die kürzeren Streifen 38', 40' und 78', 80' entgegengewirkt, wobei die Strecke eingeschränkt wird, welche die Endbefestigungsbereiche 12' und 14' weg von den Zwischenbefestigungsbereichen 18 und 20 verschoben werden können. Die längeren Streifen 34, 36, 42, 44, 64, 68, 74 und 76 bleiben gekrümmt, um die allgemeine Form des Packungselements 10' zu bewahren. Die gekrümmte Struktur der Endbefestigungsbereiche 12' und 14', die entlang dieser Befestigungsbereiche Rippen definiert, widersteht jeder Verformungsneigung dieser Befestigungsbereiche durch Verdrehen, Falten oder dergleichen aufgrund des Gewichts der Last anderer Packungselemente, die in einer Verfahrenskolonne auf den unteren Packungselementen ruhen. Infolge der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Verbesserungen ist das Packungselement 10' stabiler und kann seine allgemeine Form z. B. bei der Handhabung und Verwendung besser bewahren.
Eine weitere Ausführungsform des verbesserten regellosen Packungselements der Erfindung ist allgemein an 10" in den Fig. 7-10 dargestellt. Die in Fig. 7 gezeigte Materialbahn 10" wurde wie in Fig. 1 mit Sägezahnschlitzen versehen, doch anstelle eines einzigen mittigen Schnitts 16, der sich wie in Fig. 1 von einem Endbefestigungsbereich 12 zum anderen Endbefestigungsbereich 14 erstreckt, weist die Bahn 10" zwei gezahnte Schlitze 16a und 16b sowie einen mittigen Seitenschlitz 81 auf, um zwei mittige Vorsprünge 82 und 84 zu bilden, die sich - wie aus den Fig. 7-10 ersichtlich - von den strukturellen Endbefestigungsbereichen 12" bzw. 14" weg erstrecken. Zusätzliche Vorsprünge und Streifen können gemeinsam mit Zwischenbefestigungsbereichen vorgesehen sein, wobei die Streifen so wie im Packungselement 10 der Fig. 1-4 gekrümmt sind. Die Zwischenbefestigungsbereiche 18 und 20 sind demnach getrennt, die Streifen 36, 44, 64 und 74 sind in einer Richtung gekrümmt, während die Streifen 34, 42, 68 und 76 in entgegengesetzter Richtung gekrümmt sind (in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definierte Ebene), und die Vorsprünge 38, 40, 46, 48, 70, 72, 78 und 80 sind in verschiedenen Ausrichtungen angeordnet, um das in den Fig. 8- 10 dargestellte Packungselement 10" zu bilden.
Die zwei mittigen Vorsprünge 82 und 84 sind überlappt und miteinander verbunden, um einen konstruierten Streifen 82, 84 zu bilden, der sich zwischen den zwei Endbefestigungsbereichen 12" und 14" erstreckt. Dieser Streifen 82, 84 hindert die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" daran, sich voneinander zu trennen, und hindert somit das Packungselement 10" daran, sich auszudehnen und ein Geradebiegen der gekrümmten Streifen zu ermöglichen; auf diese Weise wird ein Zusammenbrechen des Packungselements unter dem Gewicht anderer Packungselemente in einer Verfahrenskolonne verhindert. Ferner weisen die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" jeweils eine Rippe oder einen Grat auf, gebildet durch Krümmung des Bereichs um einen Bogen von etwa 90º (siehe Fig. 8 und 9), um für eine relativ starre Endstruktur zu sorgen, die einem Falten oder Krümmen des Packungselements 10" widersteht.
Durch Trennen der Zwischenbefestigungsbereiche 18 und 20 in der Papierebene von Fig. 8 kann das Packungselement 10" in einem Winkel B abgeschrägt ausgebildet sein (siehe Fig. 10), welcher Winkel der gleiche Winkel wie A in Fig. 4 oder ein anderer Winkel sein kann. Außerdem ist es möglich, dass das Packungselement 10" an keiner Position und in keinem Winkel in der durch die im Allgemeinen parallelen Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definierten Ebene eine Rotationssymmetrieachse aufweist, die durch diese Ebene verläuft.
Es ist zu beachten, dass jedes der hierin geoffenbarten Packungselemente eine Anordnung von Streifen umfasst, die so positioniert sind, dass jeder Streifen im gekrümmten Zustand im Allgemeinen entlang einer Ebene liegt und diese definiert, wobei die Ebene normal zur Ebene steht, die durch die Endbefestigungsbereiche des Packungselements definiert wird. In der Folge liegt ein gekrümmter Streifen, der sich zwischen einem Endbefestigungsbereich und einem Zwischenbefestigungsbereich erstreckt, auch entlang der gleichen Ebene wie ein anderer gekrümmter Streifen, der sich vom gleichen Zwischenbefestigungsbereich im Allgemeinen in der entgegengesetzten Richtung zum anderen Endbefestigungsbereich erstreckt. Beim Formen eines Packungselements werden die Streifen in einer oder der anderen Richtung in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche des Packungselements definierte Ebene gekrümmt. In der in den Fig. 2-4 dargestellten Ausführungsform sind die Streifen des Packungselements 10 so angeordnet, dass beliebige zwei Streifen, die sich vom gleichen Zwischenbefestigungsbereich im Allgemeinen entlang einer bestimmten Ebene erstrecken, die normal zu der durch die Endbefestigungsbereiche 12 und 14 definierten Ebene steht, in gleicher Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt sind. Diese gleiche Eigenschaft des Krümmens der sich entlang einer bestimmten Ebene erstreckenden Streifen in gleicher Richtung in Bezug auf die Ebene, die durch die Endbefestigungsbereiche des Packungselements definiert wird, ist auch in der in den Fig. 5 und 6 sowie den Fig. 8 und 10 dargestellten Ausführungsform zu sehen.
Die Fig. 11-13 zeigen ein allgemein mit 10a bezeichnetes Packungselement, das aus einer Materialbahn mit den gleichen Schlitzen wie in Fig. 1 besteht und die gleiche Anzahl an Schlitzen und Vorsprüngen aufweist wie das Packungselement 10, wobei aber die Streifen in einem anderen Muster gekrümmt sind. Die Endbefestigungsbereiche 12' und 14' des Packungselements 10a sind in einem Bogen von etwa 90º gekrümmt, wie dies beim Packungselement 10" der Fig. 7-10 der Fall ist, um eine Rippenstruktur für die Endbefestigungsbereiche, die dem Krümmen oder Falten der Endbefestigungsbereiche standhält, und somit das Packungselement 10a zu bilden.
Das in den Fig. 11-13 veranschaulichte Packungselement 10a umfasst Streifen, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der gleichen Ebene vom gleichen Zwischenbefestigungsbereich zu den zwei Endbefestigungsbereichen 12' und 14' erstrecken und in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche definierte Ebene gekrümmt sind. Die gekrümmten Streifen 64 und 74a erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen vom Zwischenbefestigungsbereich 20 in fluchtender Ausrichtung entlang einer Ebene, die normal zur Ebene steht, die durch die im Allgemeinen parallelen Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definiert wird, und sind in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt. In ähnlicher Weise erstrecken sich die gekrümmten Streifen 68 und 76a in entgegengesetzten Richtungen vom Zwischenbefestigungsbereich 20 in fluchtender Ausrichtung entlang einer anderen Ebene, die parallel zur Ebene der Streifen 64 und 74a verläuft und normal zur Ebene steht, die durch die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definiert wird, und sind ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt. Ferner erstrecken sich die Streifen 36 und 44a in entgegengesetzten Richtungen vom Zwischenbefestigungsbereich 18 in fluchtender Ausrichtung entlang einer Ebene, die normal zur Ebene steht, die durch die im Allgemeinen parallelen Endbefestigungsflächen 12" und 14" definiert ist, und sind in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Streifen 34 und 42a in entgegengesetzten Richtungen vom Zwischenbefestigungsbereich 18 in fluchtender Ausrichtung entlang einer anderen. Ebene, die parallel zur Ebene der Streifen 36 und 44a verläuft und normal zur Ebene steht, die durch die Endbefestigungsflächen 12" und 14" definiert wird, und sind ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsflächen gekrümmt. Außerdem sind die Ebenen, die durch die Streifenpaare 36, 44a und 34, 42a definiert werden, parallel zu den Ebenen, die durch die Streifenpaare 64, 74a und 68, 76a definiert werden, wobei alle diese Ebenen normal zur Ebene stehen, die durch die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definiert wird. Die Vorsprünge 38, 40, 46, 48, 70, 72, 78 und 80 des Packungselements 10a erstrecken sich in unterschiedlichen Richtungen, wie dies bei den Vorsprüngen im Packungselement 10 der Fig. 2-4 der Fall ist.
Der Streifen 64 ist in einer Richtung in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definierte Ebene gekrümmt, während der Streifen 74a in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt ist; der Streifen 74 des Packungselements 10 der Fig. 2-4 hingegen ist in der gleichen Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche 12 und 14 gekrümmt wie der Streifen 64, der in der gleichen Ebene wie der Streifen 74 liegt. Ebenso ist in den Fig. 1 l-13 der Streifen 68 in einer Richtung in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 12" und 14" definierte Ebene gekrümmt, und der Streifen 76a (in der gleichen Ebene wie der Streifen 68) ist in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt, wiederum im Gegensatz zur Krümmung des Streifens 76 in der gleichen Richtung wie die Krümmung des Streifens 68, in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche 12 und 14 im Fall des Packungselements 10 der Fig. 2-4. Die Streifen 36 und 44a des Packungselements 10a sind in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche 12" und 14" gekrümmt, und die Streifen 34 und 42a sind in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt. Wiederum im Gegensatz dazu sind im Fall des Packungselements 10 aus den Fig. 2-4 die Streifen 36 und 44 in der gleichen Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche 12 und 14 gekrümmt, und die Streifen 34 und 42 sind auch in der gleichen Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt.
Die Krümmung von Streifen, die sich in fluchtender Ausrichtung entlang der gleichen Ebene erstrecken, in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsflächen eines erfindungsgemäßen Elements definierte Ebene liefert andere Formen des Packungselements als jene, die entstehen, wenn in der gleichen Ebene verlaufende Streifen nur in der gleichen Richtung gekrümmt werden, wie dies z. B. im Packungselement 10 der Fig. 2-4 der Fall ist. Diese Variation von Formen ist insbesondere aus einem Vergleich der Fig. 12 und 13 mit den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Durch Trennen der Zwischenbefestigungsbereiche in der Papierebene von Fig. 11 kann das Packungselement 10a nach wie vor abgeschrägt ausgestaltet sein, wie z. B. aus Fig. 13 ersichtlich, worin die Abschrägung durch den Winkel C gemessen wird, welcher der gleiche Winkel wie A oder B aus den Fig. 4 bzw. 10 oder ein anderer Winkel sein kann.
Die Formvariation für Packungselemente der Erfindung, die durch Krümmen von Streifen in entgegengesetzten Richtungen in der gleichen Ebene erhalten wird, kann mit gekürzten Streifen kombiniert werden, um ein Ausdehnen und Zusammenbrechen des Packungselements zu verhindern. Fig. 14 zeigt ein allgemein mit 10'a bezeichnetes Packungselement, das gekürzte, konstruierte Streifen 38', 40 und 78', 80', wie sie im Packungselement 10' der Fig. 5 und 6 vorgesehen sind, sowie ein Streifenmuster aufweist, das sich in gemeinsamen Ebenen erstreckt, jedoch in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt ist, wie dies im Packungselement 10a der Fig. 11-13 der Fall ist. Das Packungselement 10'a enthält auch eine Rippe, die entlang jedes der Endbefestigungsbereiche 12' und 14' verläuft, gebildet durch eine rechtwinkelige Krümmung wie im Fall des Packungselements 10' der Fig. 5 und 6. Die Fig. 15-17 zeigen ein allgemein mit 10"a bezeichnetes Packungselement, das einen gekürzten, konstruierten Streifen 82, 84, wie er im Packungselement 10" der Fig. 8-10 vorhanden ist, sowie ein Streifenmus ter enthält, das sich in gemeinsamen Ebenen erstreckt, jedoch in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt ist, wie es im Packungselement 10a in den Fig. 11-13 vorgesehen ist. Das Packungselement 10" umfasst auch eine Rippe, die entlang jedes der Endbefestigungsbereiche 12" und 14" verläuft und durch einen Bogen von etwa 90º gebildet wird, so wie dies im Packungselement 10" der Fig. 8-10 der Fall ist. Die Vorsprünge, die nicht miteinander verbunden sind, um gekürzte Streifen in den Packungselementen 10'a und 10"a zu bilden, sind in verschiedenen Richtungen ausgerichtet. Durch Trennen der Zwischenbefestigungsbereiche der Packungselemente 10'a und 10"a in entgegengesetzten Richtungen weg von der jeweiligen durch die entsprechenden Endbefestigungsbereiche definierten Ebene können diese Packungselement auch in abgeschrägter Form konfiguriert sein (siehe Fig. 17), so wie dies im Packungselement 10"a der Fall ist, worin der Abschrägungswinkel D der gleiche Winkel wie A, B oder C oder ein anderer Winkel sein kann.
Ein weiteres Verfahren zum Variieren der Form eines Packungselements der Erfindung besteht darin, die Zwischenbefestigungsbereiche zu variieren. Fig. 18 zeigt eine Materialbahn 100, die im Allgemeinen wie das Material 10 in Fig. 1 geschlitzt ist, jedoch versehen mit Schlitzen, die einen einzigen Zwischenbefestigungsbereich 110 bilden, der sich über die Breite des Materials und des resultierenden Packungselements erstreckt (siehe die Fig. 19-21). Zusätzlich enthält das Packungselement 100 strukturierte Endbefestigungsbereiche 112 und 114, von denen jeder eine als V-förmiger Kanal ausgebildete Rippe aufweist, um zusätzliche Festigkeit und Steifheit und somit Widerstand gegen Verbiegen oder Knicken des Packungselements zu bieten.
Insbesondere erstrecken sich gezahnte Schlitze 116 und 118 zwischen dem Endbefestigungsbereich 112 und dem Zwischenbefestigungsbereich 110, und ein Schlitz 120 teilt das Material zwischen den Schlitzen 116 und 118 in zwei Vorsprünge 122 und 124. Gezahnte Schlitze 126 und 128 erstrecken sich zwischen dem Endbefestigungsbereich 114 und dem Zwischenbefestigungsbereich 110, und ein Schlitz 130 teilt das Material zwischen den Schlitzen 126 und 128 in zwei Vorsprünge 132 und 134. Es gibt keine Schlitze, die sich vollständig von einem der Endbefestigungsbereiche 112 und 114 zum anderen erstrecken. Wenn die verschiedenen Streifen gekrümmt sind, um das in den Fig. 19-21 dargestellte geformte Packungselement 100 zu bilden, sind die Vorsprünge 122 und 124 miteinander verbunden, wie dargestellt, um einen konstruierten Streifen 122, 124 bereitzustellen, der die Trennung des Endbefestigungsbereichs 112 vom Zwischenbefestigungsbereich 110 verhindert; die Vorsprünge 132 und 134 sind miteinander verbunden, um den konstruierten Streifen 132, 134 zu bilden, der die Trennung des Endbefestigungsbereichs 114 vom Zwischenbefestigungsbereich 110 verhindert. Die konstruierten Streifen 122, 124 sowie 132, 134 leisten somit Widerstand gegen das Zusammenbrechen des Packungselements 100, beispielsweise aufgrund des Gewichts anderer Packungselemente oder bei der Handhabung des Packungselements.
Wie dargestellt, besitzt das Packungselement 100 Streifen, die in der gleichen Ebene liegen und in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 112 und 114 definierte Ebene gekrümmt sind, wie dies für die Streifen des in den Fig. 15-17 gezeigten Packungselements 10"a gilt. Das Packungselement 100 kann jedoch auch mit Streifen versehen sein, die in der gleichen Ebene liegen und in der gleichen Richtung in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 112 und 114 definierte Ebene gekrümmt sind, wie dies für die Streifen des in den Fig. 8-10 gezeigten Packungselements 10" gilt. Eine Kombination von Streifen, die sich in der gleichen Ebene erstrecken und in der gleichen Richtung in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche 112 und 114 definierte Ebene gekrümmt sind, und von Streifen, die sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken und in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt sind, könnte zum Formen des Packungselements herangezogen werden. In jedem Fall weist das Packungselement 100 eine Form auf, die nicht abgeschrägt ist (siehe Fig. 21).
Die Bildung der konstruierten Streifen, um das Zusammenbrechen von Packungselementen der Erfindung zu vermeiden, kann unter Anwendung eines beliebigen Verfahrens erzielt werden, z. B. durch beliebiges zweckmäßiges Verbinden von Vorsprüngen, wie oben veranschaulicht. Ein weiteres in Frage kommendes Verfahren der Erfindung ist die Verkürzung eines Streifens durch Falten. Fig. 22 zeigt einen Abschnitt eines Streifens 180, der in jedem der Packungselemente der Fig. 5-10 und 14-21 oder in jedem anderen Packungselement der Erfindung enthalten sein kann. Der Streifen 180 ist mit einer Falte 182 versehen, die den Streifen wirksam verkürzt. Die Falte 182, die sogar noch stärker als dargestellt verschmälert werden kann, kann gebildet werden, wenn andere Streifen, die sich zwischen den gleichen zwei Befestigungsbereichen erstrecken, wie der Streifen 180, gekrümmt werden. Der verkürzte Streifen 180 verhindert, dass sich die zwei Befestigungsbereiche voneinander trennen und die gekrümmten Streifen dazwischen gestrafft werden.
Ein weiteres Verfahren zum Verstärken eines Packungselements ist das Hinzufügen einer geeigneten Struktur zu den Streifen und Vorsprüngen. Fig. 23 zeigt ein Packungselementglied 200, das ein Streifen oder ein Vorsprung sein kann und sich von einem Befestigungsbereich 212 zwischen zwei anderen Elementen 222 und 224 erstrecken kann. Das Glied 220 enthält eine längliche Rippe bzw. einen länglichen Grat 226, die bzw. der entlang des Glieds 220 verläuft und im Allgemeinen seitlich in Bezug auf dieses Glied zentriert ist. Das Seitenprofil des Grats 226 ist aus Fig. 24 ersichtlich, aus der hervorgeht, dass der Grat V-förmig ist. Der Grat bzw. die Falte 226 leistet Widerstand gegen das Verbiegen des Glieds 220 in jedem zum Grat seitlichen Winkel. Sobald das Glied 220 mit dem Grat 226 ausgebildet und - im Fall eines Streifens - gekrümmt ist, wird das Glied relativ starr und behält zumeist seine Form bei. Fig. 25 zeigt einen Packungselementglied 230, wie z. B. einen Streifen oder einen Vorsprung, umfassend eine Rippe 232 in Form eines gekrümmten Profilkanals mit einem Seitenprofil in Form eines Bogens als weitere Ausführungsform eines strukturierten Glieds eines Packungselements der Erfindung.
Man beachte, dass ein Packungselement der Erfindung Befestigungsbereiche aufweisen kann, zwischen denen einer oder mehrere Streifen gekrümmt sind, wobei sich zumindest ein gekürzter Streifen solcherart erstreckt, um die Trennung der Befestigungsbe reiche und das Zusammenbrechen der gekrümmten Streifen zu verhindern. Ferner kann ein Packungselement der Erfindung strukturierte Endbefestigungsbereiche einschließlich einer Rippe aufweisen, um Widerstand gegen das Verbiegen der Befestigungsbereiche und des Packungselements zu leisten. Die Streifen eines Packungselements der Erfindung können in entgegengesetzten Richtungen in der gleichen Ebene in Bezug auf die durch die Endbefestigungsbereiche definierte Ebene gekrümmt sein, wobei ein derartiges Packungselement auch Streifen enthalten kann, die sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken und in der gleichen Richtung in Bezug auf die Ebene der Endbefestigungsbereiche gekrümmt sind. Überdies kann ein Packungselement der Erfindung Streifen und Vorsprünge aufweisen, die gerippt sind, um Widerstand gegen unerwünschte Verformung solcher Elemente zu leisten.
Die Erfindung bietet ein Packungselement, das - bei Verwendung in einem Packungsbett gleicher Packungselemente in einer Austauschprozesskammer - eine Vielzahl an Flüssigkeitsströmungsflächen, Tropfpunkten und Durchflussdurchgängen für Gas bietet, um die Wechselwirkung zweier Fluids in der Austauschprozessvorrichtung zu verbessern, und gleichzeitig Packungselemente aufweist, die relativ fest sind und Widerstand gegen Zusammenbrechen oder Verformen aufgrund des Gewichts anderer Packungselemente, die in der Verfahrenskolonne darüberliegen, oder aufgrund der Handhabung leisten können.

Claims

1. Packungselement zur Verwendung in einer Austauschvorrichtung, in der mehrere solcher Packungselemente vorgesehen sein können und innerhalb der ein erstes und ein zweites Fluid in Wechselwirkung treten können, wobei das Packungselement Folgendes umfasst: Material, das mehrere, sich längsseitig erstreckende Streifen bildet, wobei jeder Streifen an beiden seiner Enden befestigt ist; im Allgemeinen parallele, sich seitlich erstreckende Endbefestigungsbereiche, einen an jedem der beiden gegenüberliegenden Enden des Materials, die eine Ebene definieren; zumindest einen, sich seitlich erstreckenden Zwischenbefestigungsbereich, der zwischen den Endbefestigungsbereichen entlang der Länge des Packungselements angeordnet ist, wobei sich Streifen in im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen von einem Zwischenbefestigungsbereich zum Endbefestigungsbereich erstrecken; wobei zumindest zwei derartige Streifen am gleichen Zwischenbefestigungsbereich befestigt sind und sich im Allgemeinen jeweils in fluchtender Ausrichtung mit jedem Endbefestigungsbereich entlang einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die normal zur Ebene steht, die von den beiden Endbefestigungsbereichen definiert wird; und wobei zumindest einige der Streifen in Bezug auf die von den Endbefestigungsbereichen definierte Ebene im Allgemeinen gekrümmt sind; weiters umfassend zumindest einen Vorsprung, der nur an einem seiner Enden am Befestigungsbereich befestigt ist.

2. Packungselement nach Anspruch 1, worin zumindest ein Streifen im Allgemeinen gerade ist.

3. Packungselement nach Anspruch 2, worin sich ein solcher im Allgemeinen gerader Streifen zwischen den beiden Befestigungsbereichen erstreckt.

4. Packungselement nach Anspruch 2, worin sich ein solcher im Allgemeinen gerader Streifen zwischen einem Zwischenbefestigungsabschnitt und einem Endbefestigungsabschnitt erstreckt.

5. Packungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, worin ein solcher im Allgemeinen gerader Streifen eine Falte des Materials umfasst, um die Länge des Streifens zu verkürzen.

6. Packungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, worin zumindest ein solcher im Allgemeinen gerader Streifen durch Verbinden zweier Vorsprünge gebildet ist.

7. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zwei Streifen, die sich zwischen den gleichen beiden Befestigungsbereichen des Materials erstrecken, zu gegenüberliegenden Seiten des Materials hin gekrümmt sind, um eine geschlossene Schleife zu bilden.

8. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters umfassend zwei sich seitlich erstreckende Zwischenbefestigungsbereiche, wobei sich jeweils ein Streifen zwischen diesen Befestigungsbereichen und jedem Endbefestigungsbereich erstreckt und an jedem davon befestigt ist.

9. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest zwei derartige Streifen, die am gleichen Befestigungsbereich befestigt sind und sich im Allgemeinen in im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen entlang einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die normal zur Ebene steht, die von den beiden Endbefestigungsbereichen definiert wird, in entgegengesetzten Richtungen relativ zur von den beiden Endbefestigungsbereichen definierten Ebene gekrümmt sind.

10. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einige der Streifenränder gezahnt sind.

11. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einige der Vorsprungsränder gezahnt sind.

12. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einer der Befestigungsbereiche eine Rippe umfasst, die sich im Allgemeinen längsseitig entlang zumindest eines Teils der Länge des Befestigungsbereichs erstreckt.

13. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einer der Streifen eine Rippe aufweist, die sich im Allgmeinen längsseitig entlang zumindest eines Teils der Länge des Streifens erstreckt.

14. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einer der Vorsprünge eine Rippe umfasst, die sich im Allgemeinen längsseitig entlang zumindest eines Teils der Länge des Vorsprungs erstreckt.

15. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Packungselement keine Rotationssymmetrieachse besitzt, die normal zu der von den Endbefestigungsbereichen definierte Ebene steht.

16. Packungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Streifen im Allgemeinen so gekrümmt sind, dass das Packungselement in einem spitzen Winkel abgeschrägt ist.

17. Austauschvorrichtung, umfassend mehrere Packungselemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche.