JP3618364B2 - 物質交換塔に使用される冠状要素 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、充填材と管状部材との間に形成された環状間隙を広範囲に覆う複数の小片に管状部材と接触するための端縁を設けるとともに、これら小片を管状部材の内側に設けられた、放射状の傾斜した誘導面を有する冠状部材を備える物質交換塔に関する。
【０００２】
充填材から形成される物質交換塔の交換部内では、特に上昇流ガス（蒸気）と下方流として流れる液体が接触させられる。充填材は塔の環状間隙まで塔の横断面に充填される。充填材を取り巻いている冠状要素はこの物質の流れのコントロールに利用される。冠状要素によりガス流は充填材の中へ閉じ込められる。即ち冠状要素によりガスは液体と接触することなく、部分的に周縁部において塔を流れていくことを妨げられる。充填材とは特に配列されたものであり、塔の横断面を介して両方の物質の流れの配分に影響を与える。
【０００３】
【従来の技術】
充填材は例えば波形状に或いはジグザグ形状に襞を付けられた薄い層から構成されている。この薄い層は薄片状の金属材料から形成されている。襞の稜、即ち稜線は塔の軸に対して傾斜するように延びている。前記稜線と軸との間の角度は例えば４５゜または３０゜に達する。薄片により形成される層は前記軸に対して平行になるように延びている。前記層は傾斜した襞を間に挟んで交互に配置され、斜状で広く、かつ互いに交差した複数の溝が形成される。各充填材は延伸方向が異なる複数の面を区分する。互いに隣接する面の延伸方向は約９０゜異なるように設定されている。
【０００４】
充填材の斜めに伸びる溝により液体の一部分は周辺域を流れる。この液体が塔に接触しないように、周縁間隙、即ち上記した環状間隙が設けられている。仮にこの周縁間隙を省略したとすると、液体のかなりの部分が塔の壁に沿って上流側へ流される虞がある。周縁間隙により、充填材の周縁に接近して来る液体を他の溝を経て充填材内に帰還させることが可能になる。しかし、実際にはある程度の量の液体は塔からあふれ出て、物質交換プロセスが損なわれるのが回避不能なことは確かである。冠状要素は液体を塔から充填材へ戻す追加機能がある。その際、複数の溝の１つにより液体は充填材内に再び導入される。
【０００５】
塔の断面における二つの物質の流れを配分するように作用する列設充填材群の更なる例は、欧州特許第０ ０７０ ９１７号及び欧州特許第０ ０６９２４１号に開示されている。
【０００６】
米国特許第４ １８６ １５９号、またはスイス特許第６１８ ００６号には、「カラー（Ｋｒａｇｅｎ）」と表現された充填材のための冠状要素が公知である。これら図８に関する記載は以下のような内容である（引用文）。組み付け要素（ここでは充填片（Ｐａｃｋｕｎｇｓａｂｓｃｈｎｉｔｔｅ）と名付られている）の下部にカラーとしてつくられた導出要素（Ａｂｌｅｉｔｅｌｅｍｅｎｔｅ）が固定されている。導出要素は充填材本体と塔の壁との間の環状間隙を埋めるとともに、内壁に流れる液体を各組み付け要素の下流において内部へ導くように機能する。このようなカラーはこれら組み付け要素の様々な高さに配置可能である。
【０００７】
物質交換塔の個々の充填材の面は、互いに関連する組み付け要素から構成され得る。それは、特に塔の直径が大きな場合には、より多くの片から形成され得る。塔を簡単に組立てるためには、充填材の組み付けに先立ってカラーが組み付け要素および片に対して固定されていることが必要である。充填材は薄手の材料にて形成されているため、特に溶接により（しかしネジまたはナットにても可能）カラーを固定することは製造コストの高騰を招来する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、冠状要素を低コストで組み付けることが可能な物質交換塔の充填材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記した目的を達するために、物質交換塔の管状部材と充填材との間に形成される環状間隙に複数の小片で広範囲に屋根を付けることができ、その際に管状部材の内壁との接触を仲介する端縁を備えるこの屋根付け部材が中心に向かって傾斜するように放射状に配置した誘導面として形成されている冠状要素を備えている。冠状要素は独立した構造部材である。充填材の接触領域を備えた屋根付け部材はバネの反発力で密着させられる。冠状要素の横断面は反発力及び摩擦力による環状間隙内での冠状要素の固定を可能にする放射状の寸法を備える。
【００１０】
【作用】
冠状要素は冠状間隙内において屋根付けの小片により弾性力及び摩擦力により固定されるので、低コストで組み付けられる。
【００１１】
【実施例】
以下、この発明を図１〜８に従って詳述する。
図１は物質変換塔１の管状部材１０と充填材２との間に設けられた環状間隙、即ち周縁間隙１２の一部分を示している。ジグザグ状に曲折する薄片２０、２１にて形成される充填材２の層は、矢印２５で示すように、液体を充填材内部から薄片の端縁２００、２１０よりなる側縁へ案内し、さらに矢印２６に示すように液体を反対方向へ案内する。充填材周縁の状態は図２により具体的に説明されている。
【００１２】
断面にて示される薄片２０、２１は点Ｃ、Ｃ′にて互いに接触し、薄片２０、２１上には液体の薄い層が流れている。薄片２０上を外部へ案内される液体（矢印２５）により、端縁２００には矢印２７にて示すように増強された液体の流れが形成される。矢印２７にて示す流れの一部は、張り出し部Ａ，Ａ′，Ａ″に沿って隣接する薄片２１の端縁２１０上へ（点Ｂ，Ｂ′へ）移動する（矢印２８，２８′）。薄片２１の端縁２１０上においても、液体は引き続き充填材内部へ案内される（矢印２６，２６′）。充填材２と管状部材１０との接触を維持すれば、側縁に案内される液体は、更に内壁１１に沿って流れる傾向を有すると推察される。
【００１３】
気体の流れに対する障害物を周縁間隙に設けるべきであることは既に上記されている。そのような障害物は充填材の縁部に固定されているカラーの形状に形成される。図３は、公知のカラー１３を示す一部破断斜視図である。カラー１３は管状部材１０において、その取付位置に設けられているが、充填材に対して離脱した状態にある。充填材とカラーの連続が解かれた状態で、両者が連続されていた位置４０は破線にて示す円により強調されている。カラー１３は帯状の金属フィルムの側縁を切り込むことによって非常に簡単に形成される。それにより切り込み３０１の間に裂片状の部分３０が形成される。そして、裂片状の部分３０を線３０２に沿って曲折させることにより裂片状の部分３０にて周縁間隙１２の広範囲にわたる屋根付けが可能になる。帯状金属フィルムの非切り込み部分３０ａに（公知の塔では）カラー１３は充填材に対して溶接（またはネジ付け、ナット付け）される。管状部材上に入り込む液体は外方へ指向する裂片状の部分３０の端部３００において、管状部材１０と接触している屋根付け部分３０にて案内されて、再び充填材へ戻される。
【００１４】
公知のカラー１３と比較すると、本発明の冠状要素３は充填材の側縁に固定されることなく、バネ力及び摩擦力により管状部材１０及び充填材２間の周縁間隙１２に配置されている１個の独立した構成部品である。冠状要素３の４つの実施例は図４〜７（斜視図）及び図８（ａ）〜８（ｄ）（図４〜７に対応する断面図）にて示されている。
【００１５】
図４は本発明の第１の実施例を示すものである。この実施例においては、冠状要素３は２つの部材、即ち部材１３′及び部材３１から形成されている。部材１３′は基本的に公知のカラー１３と同一の形状をなす。部材３１は帯状金属フィルムの一切片であり、延伸部としての節状突起（noppenartige Erhebung) ３２と貫通孔３５とを備えている。貫通孔３５は屋根付け部分３０を通過して、管状部材１０から導出される液体の充填材への通過路として使用される。冠状要素３の上部領域における管状部材１０と冠状要素３との間に配置された部分３０を介して力が伝達されるので、傾斜した方向へ働く力(Kippmoment)が発生し、部材３１により同部材３１の下部領域において充填材は液体と接触することがなく、液体が充填材へ帰還されることは防止される。節状突起３２の作用により冠状要素３の下端縁３３３が管状部材１０に対して接触することが阻止される。これにより、液体がこの下端縁３３３から管状部材に向かって流れることが妨げられ、これに代わって滴下する液体が再度充填材内へ入り込み得る。本発明の冠状要素３を公知のカラー１３と比較すると、本発明の冠状要素３においては屋根付け部分３０は冠状要素３の上部とバネ力を用いて密着する必要がある。冠状要素３は周縁間隙１２内で張りつめた状態にあり、これによって冠状要素３は正確な位置に固定される。
【００１６】
図５に示す第２の実施例においては、冠状要素３は１つの部材のみによって形成されている。管状部材１０への力の伝達は、内壁１１上に示す仮想線１３０、１３３上において、一方では屋根付け部分３０の端縁３００を介し、また他方では折曲線３３０を介して行われる。この折曲線３３０は延伸部としての折曲部３３により冠状要素３の下部領域に形成されている。折曲部３３は上部に折曲段部３３２及び側部に切り込み３３１を備え、他の隣接箇所との境界をなしている。切り込み３３１は下端縁３３３にまで達することなく、下端縁３３３では切り込み３３１は非切り込み部分３３４に開口が阻止されている。切り込み３３１が下端縁３３３まで達すると冠状要素３の安定性を失うことにはなるが、この構成は可能である。屋根付け部分３０の間にある切り込み３０１の楔形状開口部を通って液体は移動することができる。即ち、液体は折曲線３３０にて受承され、貫通孔３６を経て充填材へ案内される。屋根付け部分３０と折曲部３３との間に、充填材に接触している領域３１がある。その領域を介して冠状要素３と充填材の間にて力が部分的に伝達される。（下端縁３３３を介して力の一部が別の方向に伝達される可能性がある。）
充填材の組立は片から次の片へと実行される。その際、例えば先に組み込まれた充填材の片の上へその都度次に冠状要素３が塔の横断面の円周に沿って割り当てられる。冠状要素３の輪の中に、次に来る充填材の片が一部分によってか、または一片によって挿入される。その際、冠状要素３は管状部材１０へ押圧される。第２実施例に示す冠状要素３においては、充填材の片の挿入位置にくる下端縁３３３が周縁間隙１２内へ十分には押し出されない可能性がある。それにより妨げになる影響を与える可能性のある小さな隙間が挿入位置に形成される。充填材の片の間にそのような隙間が形成されることは図６、７の実施例により防ぎ得る。図６に従った実施例は第２実施例の変更例である。図６では冠状要素３の下部領域内に少なくとも１個の部材３１ａが延設されている（その際ここでは切り込み３３１′は下端縁３３３、３１０にわたって延びている）。充填材接触領域３１の一部をなす部分３１ａの下端縁部３１０により、冠状要素３の最下点が形成されている。充填材の組立の際、部分３１ａにより下端縁３３３は既に組み込まれた充填材の片に対して間隔を保つので、第２実施例における問題はもはや起こらない。この問題の第二の解決法は図７の冠状要素３により与えられる。ここに、下端縁３３３の下に達する充填材の片からの下端縁３３３の必要とされる間隔は、少なくとも１つの溶接された帯状部材３１ｂ（溶接点４２）に起因する。この帯状部材３１ｂは同様に充填材との接触領域３１の一部であり、帯状部材の下端縁３１０は冠状要素３の最下点を形成する。
【００１７】
図８（ａ）は図４において示されている冠状要素３の横断面を示している。管状部材に固定されない冠状要素３は長さａだけ延長され、径方向に延びている。周縁間隙１２内へ冠状要素３が嵌め込まれると、間隙領域ｓの径方向の寸法は小さくなる。冠状要素３の嵌め込みの後、冠状要素３は管状部材と下端縁３００を介する他にまた節状突起３２の頂点を介しても接触する。部材１３′及び３１の双方は溶接位置４１を介して互いに連結されている。図８（ｂ）〜８（ｄ）の横断面図は図５〜７の実施例にそれぞれ対応し、補足する説明は全く必要でない。
【００１８】
図８（ｅ）、８（ｆ）は第２実施例（図５、図８（ｂ））の変更例をそれぞれ示すものである。それらは下端縁３３３のバンド状の延長部分３１ｃ、３１ｄによりそれぞれ成立する。図８（ｆ）の場合、上方へ向けられた延長部分３１ｄに貫通孔３７が設けられている。折曲部３３には貫通孔３６は全く示されていない。しかし、それにより単に可能性が挙げられているのみで、これはそのような貫通孔は省略する必要があると解すべきではない。延長部分３１ｃ、３１ｄは充填材との接触領域３１に属する。
【００１９】
図８（ｇ）の冠状要素３は第１実施例（図４、図８（ａ））の変更例である。主な相違を挙げると、部材１３′の下部周縁に延伸部としての耳状の延長部３４が節３２の代わりに設けられている。図８（ｈ）の冠状要素３の管状部材との接触は屋根付け部分３０を介してのみ起こる。第１実施例の場合と近似した構造が再度提案されている。しかし、この冠状要素は貫通孔３５の下の線３５０に沿った畳折りによるバンド部分から形成することができる。端縁３００は冠状要素の中心領域に配置される。その結果、実際には傾斜方向には力は全く発生せず、節状突起は第１実施例の場合と同様に必要ではない。
【００２０】
発明に従った冠状要素３の備わった物質交換塔１は、充填材の片毎に少なくとも、塔１の円周上に冠状要素が閉塞した輪を１つ備えている。前記輪はまた単に冠状要素から形成され得る。冠状要素は有利な方法で基本的に充填材と同じ材料から形成される。好適には充填材及び冠状要素の材料は合金から形成される。図１及び図２において示された充填材は単に例として理解されるべきである。充填材は任意の構造をとることができる。その構造は、方向を示す線を横断する方向に向けられた物質の配分に影響する。冠状要素は好ましくは充填材と同様に金属の薄片状の材料から形成される。その薄片の厚みは０．０５〜１ｍｍの間の範囲で、好適には約０．２ｍｍである。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、冠状要素を低コストで組み付けることができる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填材の或段の一部を備えた塔の断面図である。
【図２】遠近図での充填材の一部断面図である。
【図３】充填材から切り離された公知のカラーの一部断面図である。
【図４】図３に対応する、冠状要素の第１実施例を示す一部断面図である。
【図５】冠状要素の第２実施例を示す一部断面図である。
【図６】冠状要素の第３実施例を示す一部断面図である。
【図７】冠状要素の第４実施例を示す一部断面図である。
【図８】（ａ）は図４に描写された冠状要素の横断面図、（ｂ）は図５に描写された冠状要素の横断面図、（ｃ）は図６に描写された冠状要素の横断面図、（ｄ）は図７に描写された冠状要素の横断面図、（ｅ）は発明に従った他の冠状要素の断面図、（ｆ）は発明に従った他の冠状要素の断面図、（ｇ）は発明に従った他の冠状要素の断面図、（ｈ）は発明に従った他の冠状要素の断面図である。
【符号の説明】
１…塔、２…充填材、３…冠状要素、１０…管状部材、１２…環状間隙、３０…小片、３１…領域、３００…端縁。

Claims (14)

1. 長手軸を有する物質交換塔（１）に使用され、管状部材（１０）と充填材（２）との間に形成された環状間隙（１２）を覆うための冠状要素（３）において、
   前記管状部材の内側において当該管状部材から離間するように配置され、前記充填材と接触する表面を提供する一部分（３１）と、
   前記一部分に対して傾斜するように当該一部分から延びる架橋部（３０）であって、当該架橋部の自由端縁（３００）によって規定される横断面寸法が前記管状部材の内壁（１１）によって規定される横断面寸法よりも大きい前記架橋部と、
   前記一部分と連結され、前記架橋部から軸方向に離間し、前記管状部材に向かって前記一部分から離れるように設けられた延伸部とを備え、前記延伸部は前記管状部材の内壁によって規定される横断面寸法よりも大きい横断面寸法を規定する複数の接触点を前記管状部材に沿って提供し、前記架橋部と前記延伸部は、前記管状部材の内側に当該冠状要素を配置する際に、前記架橋部と前記延伸部によって、当該冠状要素と前記管状部材との摩擦となる、前記管状部材に向かう外向きの力が、軸方向に離間した複数の位置において前記内壁に作用するように、前記長手軸に対する当該架橋部と当該延伸部の横方向弾性移動を可能とする弾性材料から構成されていることを特徴とする冠状要素。
2. 前記一部分が管状部分であることを特徴とする請求項１に記載の冠状要素。
3. 前記管状部材及び前記一部分が筒状であることを特徴とする請求項２に記載の冠状要素。
4. 前記架橋部は前記自由端から前記一部分に向かって延び、互いに離間した複数の小片を区画する複数の切り欠きを含む請求項３に記載の冠状要素。
5. 前記一部分、前記架橋部及び前記延伸部が０．０５〜１ｍｍ の厚みを有する材料から形成されている請求項１に記載の冠状要素。
6. 前記厚みが０．２ｍｍである請求項５に記載の冠状要素。
7. 前記延伸部は前記一部分に取り付けられた複数の節状突起により形成されている請求項１に記載の冠状要素。
8. 前記一部分及び前記延伸部は当該一部分と当該延伸部との間において両者を接続する折り線を有する薄片状の材料から形成されている請求項１に記載の冠状要素。
9. 前記一部分は前記長手軸に沿った所定の長さを有し、前記架橋部は前記一部分の軸方向における端に配置され、前記一部分は前記架橋部に沿って当該一部分に向かって流れる液体が当該一部分の一側から他側に通過して前記充填材上に流れるのを許容する貫通孔を有する請求項１に記載の冠状要素。
10. 前記一部分は前記延伸部の軸方向長さを超えて延びる端部を有し、当該冠状要素が垂直に配置された物質交換塔に装着されたとき、前記端部が当該冠状要素の下端縁となる請求項１に記載の冠状要素。
11. 物質交換塔（１）において、
    長手軸と所定の横断面内側寸法を有する垂直に設けられた管状部材（１０）と、
    前記管状部材の内側に配置される少なくとも一つの冠状要素（３）であって、前記管状部材から離間して配置され、前記充填材と接触する表面を提供する一部分と、前記一部分に対して傾斜するように当該一部分から延びる架橋部（３０）であって、当該架橋部の自由端縁（３００）によって規定される横断面寸法が前記管状部材によって規定される横断面寸法よりも大きい前記架橋部と、前記一部分と連結され、前記架橋部から軸方向に離間し、前記管状部材に向かって前記一部分から離れるように設けられた延伸部とを含む前記冠状要素とを備え、前記延伸部は前記管状部材によって規定される横断面寸法よりも大きい横断面寸法を規定する複数の接触点を前記管状部材に沿って提供し、前記架橋部と前記延伸部は、前記管状部材の内側に冠状要素を配置する際に、前記架橋部と前記延伸部によって、当該冠状要素と前記管状部材との摩擦となる前記管状部材に向かう外向きの力が、軸方向に離間した複数の位置において前記内壁に作用するように、前記長手軸に対する当該架橋部と当該延伸部の横方向弾性移動を可能とする弾性材料から構成されていることを特徴とする物質交換塔。
12. 前記冠状要素が一つである請求項１１に記載の物質交換塔。
13. 前記少なくとも一つの冠状要素と前記充填材は同じ材料から形成されている請求項１１に記載の物質交換塔。
14. 前記冠状要素と前記充填材の材料は金属合金である請求項１３に記載の物質交換塔。

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