JP2731102B2 - 充填材エレメント - Google Patents

充填材エレメント

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学プロセス装置に使
用するための充填エレメントに関する。具体的には、物
質移動の用途に有用な新規で有益なデザインのランダム
充填エレメントに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】物質移動は１つの不混
和相から他の相への１種以上の成分の移動として定義さ
れている。この成分は化学物質であることができ、或い
は熱であることもある。成分が熱の場合、成分は次の処
理の前に反応系の流れから除去される、或いは回収又は
使用できる前に流体の高温の流れから除去される必要の
ある燃焼熱又は反応熱であることがある。また成分は、
ガスの流れから吸収によって除去すべきガス成分、或い
は蒸留又は分離プロセスによって処理すべき流体混合物
の成分のような化学物質であることができる。このよう
な用途及び物質移動を含む多数の他の適用のために、ラ
ンダムに配置した充填材エレメントを含む塔に処理すべ
き流体を通過させることが一般的である。これらのエレ
メントは、実際にデザインされて使用される実プロセス
とは無関係に、以降では簡単のため物質移動エレメント
と称する。
【０００３】最も効率的な物質移動エレメントは、接触
する流体に対して最も大きい表面積を呈するエレメント
であることは明らかである。このため、この最大限にし
た表面積を特徴とするランダム充填エレメントをデザイ
ンするために多数の試みがなされてきた。ここで実際に
は、その他の特性もまた極めて望まれることが知られて
いる。例えば、塔の中でエレメントが一緒にピッタリ重
ならないことも、有効な表面積を減少させないために大
事である。また、エレメントが流体の流れを制約し、塔
の入口と出口との間で大きな圧力損失を発生させるよう
にきつく充填されないことも重要である。
【０００４】効率のよい物質移動エレメントを製造する
ためにしばしば競合するこれらの要請をバランスさせる
ことは相当な技術問題であり、特性の最適な組み合わせ
を得るためには妥協が含まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】望ましい特
性の極めて有益なバランスを提供するランダム充填物質
移動エレメントに関する新規なデザインを新しく見出す
ことができている。本発明の物質移動エレメントは、一
般に、相互に直角な２つの直径の向かい合った端部でチ
ューブの壁が内側に変形し、４つの外部の丸い突出部(l
obe)のある横断面を提供するチューブ状の構造を含んで
なる。
【０００６】各々の直径の向かい合った端部における内
側の変形は、好ましくは、各々の変形の内壁面の凸面が
同じ曲率半径を有するように均一な量である。また、直
角な直径の向かい合った端部における内側の変形は内壁
面の曲率半径が同じであるが、１つの好ましい態様にお
いて、４つの外の丸い突出部がエレメントにちょうネク
タイの形状の横断面を与えるように、他方の直径の端部
におけるくぼみの曲率半径とは異なる曲率半径を有す
る。この好ましい態様における２つの曲率半径の比は広
い範囲で変わることができるが、好ましくは約１：１〜
約４：１であり、最も頻繁には約２：１〜約３：１であ
る。もう１つの形態において、内側凸面の２つの組の曲
率半径は同じであるが、凸面の円弧が両端でなす角度が
一方より他方が大きい。言い換えれば、このことはエレ
メントの内面への凸面の貫入が凸面の大きい方が他方よ
りも多いことを意味する。この態様の極端な形態は、向
かい合った内面が接触し、エレメントを通る軸方向の流
路が事実上２つに分けられるような大きい方の２つの向
かい合った凸面の貫入である。
【０００７】２番目の好ましい態様において、４つの変
形の全ての内面の曲率半径は等しく、４つの全ての内側
への貫入は同じであり、本質的に十字形の横断面の内部
の軸方向の流路を形成する。エレメントの軸方向の長さ
は任意の使いやすい長さでよいが、通常は約０．５ｃｍ
〜約３ｃｍであり、好ましくは約１ｃｍ〜約２ｃｍであ
る。
【０００８】最長横断面寸法は通常は軸方向の長さより
も大きく、しばしば約２〜約６倍大きい。最も頻繁に
は、最長横断面寸法は軸方向の長さの約２〜約４倍であ
る。エレメントの外面は４つの凸面の丸い突出部を含
み、これらは内面の凸面に対応する凹面か、或いはどの
方向にも曲率がないか殆どない連結面で分けることがで
きる。一般に、後者のタイプの連結面は同じサイズの４
つの丸い突出部を有するエレメントに好都合である。
【０００９】丸い突出部が凹面で分けられた場合、これ
らの凹面にエレメントの長さに沿って軸方向に延びるリ
ブを提供することができる。好ましい構造において、約
２〜約６、より好ましくは３〜４のリブが各々の凹面に
有り、最も好ましくは大きい曲率半径の凹面のみに有
る。本発明のエレメントの形状は円筒状として記載され
ているが、横断面の形状は本発明の本質的な概念から離
れることなく、円筒の長さに沿って変化できると考えら
れる。従って、円筒は若干テーパーを有することがで
き、或いは最長横断面寸法が長さの約中央で最小値を有
するようなウェストを備えて成形することもできる。こ
こで、このような離脱は床の１つの端から他方の端まで
の圧力損失を増加させることがあり、また恐らく床の中
のエレメントの充填を変化させることがあることを再考
すべきである。従って、このような変化はその本来の目
的についてのエレメントの効率を実質的に減少しない範
囲でのみ許容できる。
【００１０】軸に沿うエレメントの端部は、壁の端を凸
又はより好ましくは凹の理論的曲面に一致する形状に成
形することができる。このように、好ましい態様におい
て、エレメントの端部は軸方向の長さが周囲の長さより
も短いように凹んでいる。凹みの程度は、軸に沿う軸方
向の長さが周囲における軸方向の長さの約６０〜約９０
％、より一般には約７５％であることができる。
【００１１】円筒状物を作成する材料はこのような目的
に典型的に使用する任意の材料でよい。従って、好まし
い材料はセラミック又は焼成クレー材料であり、或いは
特定の用途にはガラス又は金属のような他の材料も使用
できる。一般に材料は接触するであろう流体に不活性で
あるべきである。熱伝達の使用が含まれる場合、更にプ
ロセスに必要な量の熱の吸収が可能であるべきである。
また、充填と使用の際の熱衝撃、物理的衝撃の両方に耐
えることができるべきである。
【００１２】
【実施例】次に添付の図面を参照して本発明を説明する
が、例示のためのみの説明であり、本発明の特許請求の
範囲、特に寸法についての範囲が本質的に制限されるこ
とを意図するものではない。図面の図１において、円筒
状のエレメントが４つの同じ大きさの外側の丸い突出部
を有する。内面は４つの等間隔の凸面を有する。エレメ
ントの横断面の最大外径は３．３３ｃｍで、最大長さは
２．５４ｃｍである。円筒の各々の端部において、エレ
メントの表面は、エレメントの軸上の最も近い距離で
１．９１ｃｍほど向かい合った理論面が離れているよう
な理論的な凹面の一部を形成した形状である。外部の丸
い突出部の曲率半径は０．６４ｃｍで、内側凸面の曲率
半径は０．６０ｃｍである。外側の丸い突出部は曲率半
径１．０３ｃｍの凸面で連結されており、内側の丸い突
出部は曲率半径０．９５ｃｍの凹面で連結されている。
【００１３】図２は円筒状エレメントの肉厚が基本的に
一定であり、その内面は、同じ凸面を有する１番目の直
径の向かい合った端部において他方の向かい合った対と
は異なる曲率半径の大きい凸面と、１番目とは直角な２
番目の直径の端部において向かい合った小さい曲率を有
する対によって形成されている。大きい内側凸面の外面
には、４つの等間隔の軸方向に延びるリブがそれぞれあ
る。
【００１４】内側凸面の大きい方の曲率半径は２．３１
ｃｍであり、小さい方の凸面の曲率半径は１．１７ｃｍ
である。エレメントの軸方向の長さは１．４２ｃｍで、
肉厚は０．２８ｃｍであり、隣接した丸い突出部の外面
の最長距離は５．３１ｃｍである。図３は図２と類似で
あるが、よりはっきりした外側の丸い突出部があり、あ
まり相違のない内側凸面を有する構造を示す。また、こ
の構造は外の軸方向のリブがない。
【００１５】２つの大きい向かい合った内側凸面は１．
２５ｃｍの曲率半径を有し（向かい合った凹面の曲率半
径は０．８９ｃｍ）、小さい方は０．８９ｃｍの曲率半
径（向かい合った凹面の曲率半径は０．５３ｃｍ）を有
する。肉厚は０．３６ｃｍであり、軸方向の長さは１．
４２ｃｍである。隣接した丸い突出部の外面の最長距離
は４．３７ｃｍである。
【００１６】図４は大きい方の内側凸面が大きく、内側
凸面がエレメントの軸で接触していることを除いて図３
の態様と類似である。この態様において、内側凸面に一
致する全ての外面の曲率半径は１．９１ｃｍであり、１
つの向かい合った対のははっきりと内面が接触してい
る。エレメントの軸方向の長さは１．９１ｃｍで、肉厚
は０．９５ｃｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１番目のエレメントの斜視図であ
る。
【図２】２番目の態様の斜視図である。
【図３】３番目の態様の斜視図である。
【図４】４番目の態様の斜視図である。
フロントページの続き (56)参考文献 西独国特許出願公開1945048（ＤＥ, Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに垂直な径方向の向かい合った端部
    においてチューブ壁が内側に変形し、横断面に４つの外
    部の丸い突出部があり、概ねチューブ状の構造を有する
    物質移動エレメント。
  2. 【請求項２】 同じ径方向の向かい合った端部における
    変形の程度が同等である請求項１記載のエレメント。
  3. 【請求項３】 ４つの外部の丸い突出部が本質的に同じ
    寸法である請求項１記載のエレメント。
  4. 【請求項４】 互いに垂直な径方向の長さの比が約１：
    １〜約４：１である請求項１記載のエレメント。
  5. 【請求項５】 円筒状エレメントの外面上に形成された
    軸方向に延びる複数のリブを有する請求項１記載のエレ
    メント。
  6. 【請求項６】 円筒状エレメントの端部が理論的凹面で
    あり、円筒状エレメントの軸の長さが軸方向の最小長さ
    である請求項１記載のエレメント。
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