JP2008520420A - 熱及び／または物質交換のための配列された充填構造体 - Google Patents

熱及び／または物質交換のための配列された充填構造体 Download PDF

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Abstract

本発明は熱及び/または物質を交換するための充填構造体に係わる。本充填構造体は、個別の、特に水平な層を有し、塔の少なくとも1つの層(1)がこの層の上方に位置する層(2)の密度よりも高い密度を有し、塔を液で満たすダム作用を惹き起こす。この密度は、上方に位置する層(2)の表面密度よりも1.5〜10倍、好ましくは2〜3倍高い。高密度層(1)の上方に位置する層(2)が斜行する流路を形成し、これらの流路がその下方の、高密度層(1)と境を接する領域において、その上方に位置する領域よりも垂直に近く配向される。流路はその下方領域においてその上方に位置する領域よりも大きい断面積を有し、この大きい断面積で下方の層(1)に向かって開口する。

Description

本発明は個別の、特に水平な層を有し、塔の少なくとも1つの層(1)がこの層の上方に位置する層(2)の密度よりも1.5〜10倍、好ましくは2〜3倍高い密度を有し、それによって堰き止め、特にフラッディングを惹き起こす、熱及び/または物質交換のための配列された充填構造体に係わる。本発明は、充填塔のための液体配分装置としても利用できる。
欧州特許第1 074 296号明細書にはそれぞれの充填層が形状の異なる2つの個別充填層を組み合わせて成る、配列された充填構造体が開示されている。この充填構造体では、比較的目の詰まった形状の下側充填層と比較的嵩張った形状の上側充填層とが組み合わされている。この充填構造体は、下側の充填層がそれぞれフラッディング状態において高度の物質交換作用を果し、上側の嵩高な充填層が液滴分離手段として作用し、液膜で溢れるのに好適な充填物の機能をも果す。
独国特許第100 10 810号明細書には、目の詰まった形状の充填層と嵩高名形状の充填層とを組み合わせた充填構造体が開示されている。この充填構造体では、目の詰まった形状の充填層をフラッディング状態にすることによって塔の断面積に液体を均等に配分させる。
いずれの充填層の組み合わせにおいても、充填層がそれぞれの目的を満たすべく作用範囲をできるだけ広くしようとしている。この目的は嵩高な形状の充填層と目の詰まった形状の充填層との間の充填比表面積を選択する際に、少なくとも3倍を維持することによって達成された。実際に最も必要とされる、特に広い1:2以上の作用範囲を達成するには充填層表面積の差を4倍以上にしなければならない。しかし、このように差が大きくなると、充填比表面積が1,000 m2/m3以上となり、その場合、充填構造体の水力学的直径が3 mm以下となる。経験に照らして、このような充填構造体は汚染に対する耐性が極めて弱い。
このような比表面積が高い場合、液体に高い表面張力が発生するという問題がある。充填層の比表面積が1,000 m2/m3以上の場合、運転中に充填層の流路が液体によって一部持続的に閉塞する。この現象は充填層の断面積に均等に配分されるのではなく、充填層の広い関連部位に発生する。その結果、充填複合構造の動作挙動に変化が生じ、充填構造体が予想を超えた態様で早期に液流の詰まりを生じ、充填塔が予定よりも早くフラッディング状態となることで、作用範囲が縮小される。
本発明の目的は、高密度の充填層と低密度の充填層との比を３倍以上に高めることなく簡単な構成で広い作用範囲を提供できる充填複合構造体を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、高い作用効率で熱及び/物質交換が行われるように頭書に記載の充填構造体を改善することにある。特に、本発明の目的は、密度が上下いずれかに位置する充填層よりも高い充填層の液体送入量を高めることにある。
本発明によれば、高密度層の上方に位置する層が斜行する流路を形成し、それらの流路がその下方の高密度層と境を接する領域においてそれよりも上方に位置する領域よりも垂直に近い配向を有し、流路がその下方領域においてそれよりも上方に位置する領域よりも広い断面積を有し、この大きい断面積で下方に位置する層に向かって開口するように構成することによって上記目的を達成することができる。
上下方向に流路角度に変化を設けたこれらの充填層を目の詰まった形状の充填層と組み合わせることによって、作用範囲を著しく広げることになる。比較的低い充填構造体で高い効率、最適の散水層、及び比較的軽微な圧力損失が達成される。
本発明の好ましい構成を従属請求項において記載する。
本発明の実施例を図示し、その詳細を以下に説明する。なお、図面において：
図1aは、高密度の層を、その上に重なる低密度の層と共に示し、
図1bは、高密度の1つの層の上に重なる複数の低密度の層を示し、
図2aは、高密度の層を、その上に重なり、それぞれがその流路/リブが互いに割線状に移行する2つの層から成る低密度の層と共に示し、
図2bは、高密度の上に重なり、それぞれがその流路/リブが互いに割線状に移行する2つの層から成る複数の低密度の層を示し、そして
図3は、公知構造形式(6)と本発明の構造形式(7)における圧力損失経過を示す。試験系は空気/水、散水密度は10 m3/m2h,密度比は3である。
構造例を図1a及び図1bに示す。比較的嵩張った形状と種々の傾斜を有する流路を有する充填層として、公知の充填層を利用することができる。その例として、ヒルデン市に所在するユリウス・モンツGmbH社製の充填構造体であるMタイプ、または弧状に湾曲した流路を有するビンテトゥール市所在のズルツァー・ケミテック社のBXPlusが挙げられる。しかし、ビヒタ市に所在のコッホ-グリッチュ社製の充填構造体であるHCタイプを使用することもできる。充填層の下方領域にだけ変化のある流路角度を有する充填構造体が好ましい。充填層総高の1/3の高さ部分にまで達する充填層の下方領域に目立つ湾曲を有する充填構造体を使用することが特に好ましい。
図1aは、高密度の充填層1と低密度の層2とが交互に配置され、層2がその下方の高密度の層１と境を接する領域においてその上方の領域よりも垂直に近い配向を有し、比較的大きい断面がその下に位置する層1に向かって開口するものを示す。その結果、高密度の層１の上に位置する散水層は、その上方に位置する低密度層2の流路内に達する。従って、流路の下端3または下方領域は広い空間を形成し、散水層がこの空間内に達し、層1の上方に位置する。
このため、孔及び/またはスリットのある薄板から成るリブの間に低密度層の流路を形成することが好ましい。その場合、リブに定常的な湾曲を持たせることができる。あるいは、図2a及び図2bに示すように、斜めに配列されたリブが湾曲なしに延び、上下に重なり合う2つ以上のリブが割線状の屈曲を形成する場合も考えられる。
層を交互に配置するのではなく、図1b及び図2bに示すように、2つ以上の低密度層2を高密度層１の上に重ねても良い。
高密度充填層１の面に好ましくは均等に、図示しないが、その表面が完全にまたは部分的に開口した貯水容器を配分し、その底面及びまたは側面に排出口を設ける(DE 102004013381.6)。すべての排出口の開口面積を総計すると、上方の流入口の総流入面積よりも小さい総排出面積となる。
液体を供給する装置の好ましい実施態様は、垂直な側壁を有する丸い小さい鍋型容器である。このような容器の底に孔を設ける。個々の容器における孔の大きさ及び個数は用途に応じて調整され、個々に算出される。流出孔/排出口の計算上の寸法は、従来の液配分装置における流出口の寸法設定と同じであり、当業者には周知の作業である。
できるだけ小さい口径と多数の排出口を有する丸い小鍋型容器が特に好ましい。小鍋型容器の寸法は、液体の総量と塔の充填様式に依存している。
特定の実施態様において、貯水容器は、下方に向けてテーパーする形状、特に円錐形または尖頭形である。側壁には排出口を設ける。
高密度の層を、その上に重なる低密度の層と共に示した断面図である。 高密度の1つの層の上に重なる複数の低密度の層を示した断面図である。 高密度の層を、その上に重なり、それぞれがその流路/リブが互いに割線状に移行する2つの層から成る低密度の層と共に示した断面図である。 高密度の上に重なり、それぞれがその流路/リブが互いに割線状に移行する2つの層から成る複数の低密度の層を示した断面図である。 公知構造形式(6)と本発明の構造形式(7)における圧力損失経過を示すたグラフである。

Claims (10)

  1. 個別の、特に水平な層を有し、塔の少なくとも1つの層(1)がこの層の上方に位置する層(2)の密度よりも1.5〜10倍、好ましくは2〜3倍高い密度を有し、それによって堰き止め、特にフラッディングを惹き起こす、熱及び/または物質交換のための配列された充填構造体において、
    高密度層(1)の上方に位置する層(2)が斜行する流路を形成し、これらの流路が、その下方の、高密度層(1)と境を接する領域において、その上方に位置する領域よりも垂直に近く配向され、流路がその下方領域においてその上方に位置する領域よりも大きい断面積を有し、この大きい断面積で下方の層(1)に向かって開口していることを特徴とする配列された充填構造体。
  2. 充填構造体を液体分装置をしても利用することができ、塔の層(1)が液体を配分するための堰き止め、特にフラッディングを可能にすることを特徴とする請求項1に記載の充填構造体。
  3. 高密度層(1)の上方に位置する散水層が、その上方に位置する低密度層(2)の流路内に達していることを特徴とする請求項1または2に記載の充填構造体。
  4. 低密度層(2)の流路が、孔及び/またはスリットを有するリブの間に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の充填構造体。
  5. リブが定常的な湾曲を有していることを特徴とする請求項4に記載の充填構造体。
  6. 斜行するリブが湾曲なしであり、上下に重なり合う2層以上のリブが共通の割線状曲折を形成していることを特徴とする請求項4に記載の充填構造体。
  7. 充填層(1)内に個別の貯水容器を設け、これらの貯水容器の上面が完全にまたは部分的に開口しており、その底面及び/または側面が排出口を有していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の充填構造体。
  8. すべての排出口の開口面積を総計すると、上面の流入口の総流入面積よりも小さい総流出面積となることを特徴とする請求項7に記載の充填構造体。
  9. 貯水容器が、上方及び/又は下方に位置する少なくとも1つの充填層よりも高い密度及び/または目の詰まった形状を有する充填層(1)に設けられていることを特徴とする請求項7または8に記載の充填構造体。
  10. 貯水容器を有する充填層(1)が貯水容器のない充填層(2、3)よりも小さい高さを有することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の充填構造体。
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