WO2016135026A1 - Formkörper zum behandeln eines fluids - Google Patents

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WO2016135026A1
WO2016135026A1 PCT/EP2016/053402 EP2016053402W WO2016135026A1 WO 2016135026 A1 WO2016135026 A1 WO 2016135026A1 EP 2016053402 W EP2016053402 W EP 2016053402W WO 2016135026 A1 WO2016135026 A1 WO 2016135026A1
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cross
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block
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Daniel WIDHALM
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Duerr Systems AG
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    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
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    • F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
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    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a molding for treating, in particular
  • the present invention further relates to a heat exchanger with at least one heat bed, which has at least one such shaped body, a thermoreactor, in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in an exhaust or exhaust gas stream having at least one such heat exchanger as a regenerator, and also the use of the shaped bodies according to the invention in catalysts and filters.
  • Thermoreactors in particular those in plants for regenerative thermal
  • Oxidation (RTO) of combustible substances in a waste air or exhaust gas stream typically have a combustion chamber acted upon by a gas stream to be thermally reacted and at least two regenerators, for example below the combustion chamber.
  • one of the regenerators is preferably acted upon in a specific operating state of the thermoreactor with a (first) gas flow, which is supplied to the combustion chamber, while the other regenerator is acted upon by a (second) gas flow emerging from the combustion chamber.
  • the first gas stream receives from the flow-through regenerator a certain amount of heat energy, while the second gas stream in turn receives heat energy to the associated
  • Regenerators in addition to heat-storing beds (such as balls, calipers, etc.) alternatively or additionally used thermal beds with, for example, ceramic moldings. These are characterized by a predictable and homogeneous pressure difference at a certain flow through the respective heat bed, as in the
  • Channels of the bricks usually forms a laminar flow of the passed through the regenerator fluid (gas or liquid) is formed.
  • the thermal efficiency and service life of the regenerators are important parameters for the efficient use of such regenerators. However, the thermal efficiency and the life are thereby by the formation of deposits within the regenerators with subsequent blockwise clogging of individual flow channels or entire blocks in the heat beds influenced (so-called "blocking"). This
  • Blocking occurs in particular by precipitation of solids from the fluid passed through, with certain solids settle on the channel walls and accumulate there. For example, in the purification of siloxane-containing flashings, the failure of Si oxides on the channel walls occurs.
  • the RTO system must be shut down and cooled down before the shaped bodies of the heated beds can be cleaned or replaced. It usually takes 2 to 3 working days for the RTO system to become operational again.
  • thermoreactors or their regenerators The problem of blocking does not only exist with thermoreactors or their regenerators.
  • the blocking of the flow channels can equally occur in other heat exchangers, filters, catalysts, etc. in a wide variety of applications and have corresponding disadvantages.
  • a shaped body for treating a fluid comprises a block of thermally conductive material defined by a base and a height perpendicular to the base, the block having a plurality of cells in cross-section parallel to its base. Also formed in the block are a plurality of channels substantially parallel to each other and to the height direction of the block, each of these channels being provided in a cell such that there is an interior wall between the channels in adjacent rows.
  • a cross-sectional shape of the channels or the inner walls parallel to the base of the block has a structure length of a portion of a constant curvature sign of at most 3.5 mm, preferably at most 2.85 mm, and / or at most 20%, preferably at most 15 %, of the total circumference of the cross-sectional shape of the channels.
  • the curvature sign in this context includes the values convex, concave and rectilinear.
  • the structure length of the cross-sectional shape of a channel is understood to be an edge length of the relevant n-edge in the case of an n-cornered channel.
  • the critical structure length with respect to deposition of silicon oxides is about 2.82 mm when the channel is traversed with a siloxane-containing exhaust gas at a speed between 1 m / s and 6.5 m / s.
  • the viscosity of the exhaust gas can be between 15 pPa-s and 40 pPa-s.
  • the block of the shaped body is formed of a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material preferably has a thermal conductivity of at least about 1.5 W / mK, preferably at least about 2.0 W / mK or more.
  • that has thermally conductive material preferably has a low coefficient of thermal expansion of at most about 1 -10 ⁇ 4 K ⁇ 1 , preferably of at most about 1 -10 ⁇ 5 K -1 , 8-10 '6 K -1 or less (each at 800 ° C).
  • the heat-conductive material preferably has a high specific heat capacity of at least about 500 J / kgK, preferably at least about 800 J / kgK or more.
  • a preferred thermally conductive material has a softening temperature of at least about 1,000 ° C, more preferably at least about 1,200 ° C, even more preferably at least about 1,400 ° C.
  • the thermally conductive material for the molded article is preferably selected from ceramics, brick, clay, metals, precious metals, silica, carbides, graphite or the like high-temperature-stable materials. Particularly preferred are ceramics with a proportion of more than 50% of silica and / or alumina.
  • a base area of the block is to be understood as meaning, in particular, a surface of the block that runs perpendicular to the height direction of the block, but also a flat projection surface, perpendicular to the height direction of the block, of a surface of the block. In this case, this surface of the block itself at least partially or partially cut, stepped and / or curved trained or executed.
  • the block comprises a plurality of cells according to the invention.
  • the cells are preferably unit cells, i. essentially identically designed and dimensioned cells.
  • the block - in particular depending on the base surface shape of the block and cross-sectional shape of these cells - but also have other cells with different cross-sectional shapes.
  • Such cells with other cross-sectional shapes may preferably be present in the edge region of the block.
  • the cells of the block may also be advantageous if the cells of the block have at least two unit cells of different configuration and / or dimensioning.
  • the different cells are each arranged in a "supercell" in a cell pattern, wherein the block may preferably be formed from a plurality of such supercells.
  • the channels are preferably positioned substantially centrally in the individual cells.
  • the block of the shaped body is preferably formed in one piece. Accordingly, the cells of the block are not formed by separate components, but are defined within the block as fictitious geometric shapes. In other embodiments of the invention, the cells may also be formed by individual cell bodies joined to the block.
  • the cross-sectional shape of the channels or of the inner walls has at least one convex section and at least one concave section.
  • the cross-sectional shape of the channels or of the inner walls has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions, which are provided alternately along the cross-sectional shape.
  • the cross-sectional shape of the channels is preferably formed star-like or flower-like.
  • the cross-sectional shape of a channel is preferably formed substantially point-symmetrical to the longitudinal axis of the channel.
  • the flow channels of the moldings of conventional heat exchangers have, for example, square, rectangular or circular cross-sectional shapes.
  • These cross-sectional shapes have in common that they have a purely convex geometry in which direction changes between adjacent sections of the cross-sectional shape are always directed towards the center of the cross-sectional shape. It has been found that deposits of (from the fluid passing through the shaped body through or otherwise entrained in the fluid) solid particles on the channel walls of the moldings by providing concave
  • Cross-sectional shape of the inner walls can be effectively delayed or even suppressed.
  • the concave and convex portions are preferably provided distributed over the entire circumference of the channels. In the context of the invention, however, the concave and convex portions may also be provided only in partial areas of the cross-sectional shapes.
  • the cross-sectional shape of the channels starting from a basic shape alternately on several sections within the basic shape and a plurality of sections outside the basic form.
  • the basic shape is preferably circular, but in the context of the invention may also be square, rectangular, hexagonal and the like regularly shaped.
  • the basic form is in this
  • the cross-sectional shape of the channels is formed starting from the basic shape by periodic oscillations around the basic shape. At the periodic period
  • Vibrations are preferably sinusoidal and / or cosinusoidal
  • rectilinear vibrations e.g., sawtooth patterns, double sawtooth patterns, etc.
  • the combinations may be formed at least in sections sequentially or overlapping / interfering from the respective base oscillations.
  • an amplitude of the deviations in particular the
  • Vibrations of the basic shape of at least about 5% and / or at most about 20%, preferably about 7.5% or about 10% with respect to the basic size of the basic shape (e.g., circle radius, edge length or half diagonal).
  • a number of the vibrations around the basic shape are selected from 4, 6, 8 or 12.
  • a distance between the basic shapes of adjacent channels is at least about 0.25 mm, preferably at least about 0.35 mm, and / or at most about 1.00 mm, preferably at most about 0.70 mm.
  • the channels each have a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a regular polygon.
  • the cross-sectional shape of these channels is preferably in the shape of a triangle, Squares, pentagons, hexagons or octagons, with the hexagonal cross-sectional shape being particularly preferred.
  • the cells each have a cross-sectional shape parallel to the base of the block in the form of a regular polygon.
  • the cross-sectional shape of the cells in the form of regular polygons has the advantage that the cells can be arranged side by side with a small distance from each other, for example to build a thermal bed of a regenerator.
  • the channels in the cells can be safely separated from one another in this cross-sectional shape of the cells.
  • a hydraulic diameter of a channel is at least about 2.3 mm and / or at most about 5.0 mm.
  • the hydraulic diameter is essentially defined by the circular diameter of the cross-sectional shape, while in other channel geometries the hydraulic diameter is essentially defined by the diameter of a circle (in-circle diameter) inside the cross-sectional shape.
  • a quotient of a hydraulic diameter of a channel to a minimum wall thickness of the inner wall between adjacent channels is at most about 6.0, preferably at most about 5.5. Specifically, said ratio is between 4.1 and 5.9 using a material having a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and
  • a hydraulic flow area of a channel is at least about 50% and / or at most about 65% with respect to a cross-sectional area of the cell.
  • Such an interpretation also contributes to an optimization of the ratio between the smallest possible mass of the block and the largest possible heat absorption capacity.
  • said value is between 51% and 63% using a material having a thermal conductivity between about 1.5 W / mK and 8.0 W / mK and a (mean) flow velocity of one gaseous fluid flow passing through the channels between 1 m / s and 6.5 m / s.
  • the viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 pPa s and 40 pPa s.
  • an open cross-sectional area of a channel is at least about 50% and / or at most about 75% with respect to a cross-sectional area of the cell.
  • a minimum wall thickness of an inner wall between adjacent channels is at least about 0.20 mm and / or at most about 1.00 mm.
  • the wall thickness is configured in a value range between 0.25 mm and 0.89 mm.
  • Particularly preferred individual values for a substantially uniform wall thickness of all channels are 0.23 mm, 0.25 mm, 0.48 mm, 0.56 mm and 0.81 mm. It has been found that with such a (preferably uniform) determination of the wall thickness of all channels at a
  • a Nusselt number of a laminar flow channel is dependent on that in the respective one
  • Use case through the channel flowing fluid is chosen so that it is at least about 3.5, preferably at least about 4.0, and / or at most about 4.5.
  • the Nusselt number is defined as dimensionless size as a product of hydraulic diameter with the quotient of the heat transfer coefficient to the thermal conductivity coefficient.
  • Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of the block of a ceramic material with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides.
  • Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of the block of a material for producing a block according to the invention, which has a thermal conductivity between about 1, 5 W / mK and 8 W / mK.
  • a correspondingly shaped molding is passed by a gaseous fluid flow with a (mean) flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s.
  • the viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 pPa s and 40 pPa s.
  • the inner walls of the molding are at least partially porous.
  • Shaped bodies of this type can be used in particular in filters, catalysts and the like in an advantageous manner.
  • a protective layer for example in the form of a protective layer of nanoparticles.
  • particles of silicon oxide, titanium dioxide, aluminum oxide, iron oxide, zinc oxide, silicon carbide, iron carbide, tungsten carbide, titanium nitride, boron nitride and boron carbide are proposed, the largest dimension of each being less than 100 nm.
  • Such a “nano-protective layer” is produced according to the invention, a nano-scale rough surface on the inner walls of the channels, so that form microscopic vortexes on the channel surface. A deposition of (from the fluid flowing through the shaped body through or for other reasons carried in the fluid) solid particles is prevented or slowed down.
  • the protective layer has a surface roughness Ra of less than 25 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m, particularly preferably less than 2.5 ⁇ m.
  • the protective layer may be formed as a hydrophobic layer. In other applications, however, it may also be advantageous to make the protective layer hydrophilic. In another preferred embodiment of the invention, these are the channels
  • delimiting walls provided with a protective layer against damage by the flowing through the molding body fluid.
  • a protective layer against damage by the flowing through the molding body fluid.
  • Such shaped bodies can be used in particular in filters, catalysts and the like in an advantageous manner.
  • These protective layers contain, for example, noble metals such as platinum, rhodium or palladium or non-noble metals such as copper, titanium, vanadium, zeolites.
  • a protective layer may alternatively or additionally also be introduced into the interior spaces of the inner walls.
  • the walls bounding the channels are coated with a catalytically active material.
  • the catalytically active material is alternatively or additionally introduced into the interior spaces of the inner walls.
  • a heat exchanger has at least one heat-bed, which has at least one shaped body of the invention described above.
  • the heat bed has a plurality of shaped bodies, which are arranged parallel to the base surface of the molded bodies next to one another and preferably without spacing from one another. In this way, it is possible to divide a fluid flow to be passed through to an arbitrarily expandable number of shaped bodies and thus to set the volume flow per shaped body and the corresponding flow rate.
  • the preferred flow velocity is between 1 m / s and 6.5 m / s.
  • the heat exchanger has at least two heat beds, which are arranged one above the other in the height direction of the molded bodies.
  • the channels of the superimposed moldings are preferably substantially coaxial or aligned parallel to each other preferably identical cross-sectional shapes and / or preferably have the same
  • the heat absorption capacity of the heat exchanger can be adjusted. It has been found that with a number of 5 to 9 layers of similar heat beds an overall height of the heat exchanger from 1, 2 m to 3.5 m and a corresponding total length of through-flow channels can be achieved.
  • Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of a plurality of heat exchanger blocks of a ceramic material with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides.
  • Such a design choice is particularly preferred with simultaneous execution of the heat exchanger blocks of a material for producing a block according to the invention, which has a thermal conductivity between about 1, 5 W / mK and 8 W / mK.
  • a correspondingly shaped heat exchanger is passed by a gaseous fluid flow with a (mean) flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s.
  • the viscosity of the gaseous fluid flow can be between 15 pPa s and 40 ⁇ - ⁇ .
  • Heat beds in the height direction of the moldings at least about 20 cm, preferably at least about 25 cm, and / or at most about 50 cm, preferably at most about 40 cm.
  • a height of the heat exchanger in the height direction of the shaped body is at least about 100 cm, preferably at least about 150 cm, and / or at most about 300 cm, preferably at most about 200 cm.
  • thermoreactor comprises a combustion chamber and a regenerator, the regenerator being configured as a heat exchanger of the invention described above.
  • the thermoreactor according to the invention can be used in particular in plants for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in an exhaust air or exhaust gas flow in an advantageous manner.
  • the channels of the moldings are preferably open to the combustion chamber, so that the fluid through the
  • Regenerators can flow into the combustion chamber or from the combustion chamber.
  • a thermoreactor in particular for the regenerative thermal oxidation of combustible substances in a waste air or exhaust gas flow, a combustion chamber and a regenerator, wherein the regenerator has at least one heat bed with at least one shaped body for tempering a fluid, the molded body a block of thermally conductive material defined by a base and a height perpendicular to the base, the block having in cross-section parallel to its base a plurality of cells, in which block a plurality of channels are formed which are substantially parallel extend to each other and to the height direction of the block, each of the channels is provided in a cell such that between the channels in adjacent cells, an inner wall is present, and a cross-sectional shape of the channels or the inner walls parallel to the base surface of the block a Strukturlä has a portion of a constant curvature sign of at most 3.5 mm, preferably of at most 2.85 mm, or of at most
  • thermoreactor has a combustion chamber and a regenerator, wherein the regenerator contains one or more shaped bodies according to the invention, which are in particular composed to a heat bed and flowed through by a particular substantially gaseous fluid flow, wherein the fluid flow of one or more having the following features:
  • the molding of the invention described above can be used advantageously in a filter, in particular a wall-flow filter, or a catalyst, in particular a honeycomb catalyst.
  • a filter in particular a wall-flow filter, or a catalyst, in particular a honeycomb catalyst.
  • the resistance of the shaped body according to the invention to blocking of its flow channels is also advantageous in these applications.
  • the filter or catalyst preferably has one or more such shaped bodies.
  • Fig. 1 is an illustration of a thermal reactor according to a first embodiment
  • FIG. 2 is an illustration of a thermoreactor according to a second embodiment
  • 2A is an illustration of a thermal reactor according to a variant of the second
  • FIG. 2B shows an illustration of a thermoreactor according to a further variant of the second embodiment
  • Fig. 3 is a plan view of a thermal bed for a thermal reactor of Fig. 1 or 2;
  • FIG. 4 is an enlarged partial plan view of a shaped body of a heat bed of
  • FIG. 3 according to a first embodiment
  • Fig. 5 is an enlarged partial plan view of a shaped body of a heat bed of
  • Fig. 3 is a plan view of several channels of a shaped body of Fig. 5 according to a
  • FIG. 7 is an enlarged plan view of a cell and a channel of Fig. 6;
  • FIG. 8 is a plan view of a plurality of channels of a molded article of FIG. 5 according to another embodiment;
  • FIG. 8 is a plan view of a plurality of channels of a molded article of FIG. 5 according to another embodiment;
  • FIG. 9 is an enlarged plan view of a cell and a channel of Fig. 8;
  • FIG. 10 is a plan view of a plurality of channels of a molded article of FIG. 5 according to another embodiment;
  • FIG. 10 is a plan view of a plurality of channels of a molded article of FIG. 5 according to another embodiment;
  • Fig. 11 is an enlarged plan view of a cell and a channel of Fig. 10;
  • Fig. 12 is a plan view of a plurality of channels of a shaped article of Fig. 5 according to yet another embodiment
  • Fig. 13 is an enlarged plan view of a cell and a channel of Fig. 12;
  • FIG. 14 is a plan view of a plurality of channels of a molded article of FIG. 5 according to yet another embodiment
  • Fig. 15 is an enlarged plan view of a cell and a channel of Fig. 14;
  • FIG. 16 shows various further embodiments of possible cross-sectional shapes of channels of a molding of FIG. 5;
  • FIG. 17 is an enlarged partial plan view of a molded article of a heat bed of FIG.
  • FIG. 18 is a sectional view of a multiple layer regenerator of thermal beds for a thermal reactor of FIG. 1 or 2.
  • FIG. 18 is a sectional view of a multiple layer regenerator of thermal beds for a thermal reactor of FIG. 1 or 2.
  • thermoreactor 10 which can be used, for example, in a system for regenerative thermal oxidation (RTO) of a combustible material, in particular exhaust-gas or exhaust-gas stream containing volatile organic components (VOC), according to a first exemplary embodiment.
  • RTO regenerative thermal oxidation
  • VOC volatile organic components
  • the thermoreactor 10 has a combustion chamber 12 and two regenerators 14 arranged below the combustion chamber 12.
  • the thermoreactor 10 has two regenerators 14, to each of which an antechamber 16 is assigned. In other embodiments, however, three, four or more may be used Regenerators 14 may be provided.
  • a burner (not shown), are introduced via the liquid or gaseous fuel and optionally also combustion air into the combustion chamber 12. The burner is used for
  • the temperature in the combustion chamber 12 may in operation - u.a. depending on the energy content of the flammable substances contained in the raw gas - up to about 1,250 ° C.
  • the atria 16 of the regenerators 14 are each connected to a raw gas supply 18 and a clean gas discharge 20.
  • the raw gas introduced via the raw gas feed 18 into an antechamber 16 is heated in the respective regenerator 14 before it is conducted into the combustion chamber 12.
  • the cooled clean gas stream may be fed to further heat exchange and / or purification stages before the clean gas is discharged into the environment or for further use.
  • Regenerators 14 flows alternately in opposite flow directions by switching the control valves 22a, 22b in the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 29 at certain predetermined time intervals.
  • control valves 22a, 22b for more detailed operation of such a thermoreactor, reference is made at this point by way of example to EP 1 312 861 B1.
  • thermoreactor 10 shows a thermoreactor 10 according to a second exemplary embodiment, which can also be used, for example, in a system for the regenerative thermal oxidation (RTO) of a waste gas or exhaust gas stream containing combustible substances.
  • RTO regenerative thermal oxidation
  • thermoreactor 10 of FIG. 2 differs from the thermoreactor 10 of FIG. 1 by another type of flow control.
  • the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 20 are each connected to a common rotary valve 23, which in turn with the antechambers 16 of both regenerators 14 is connected.
  • a rotation of the Rotationsventiis 23 of the thermoreactor 10 and its regenerators 14 are also flowed through in this case in certain predetermined time intervals alternately in opposite flow directions.
  • FIG. 2A shows a variant of the embodiment of FIG. 2 according to the invention.
  • the thermoreactor 10 has a common regenerator construction 14, which is fluidically separated into two regions, so that the same functioning as in the exemplary embodiment of FIG.
  • FIG. 2B shows a further variant of the exemplary embodiment of FIG
  • thermoreactor 10 ' with its regenerators 14 is designed to be rotatable and connected via a common distribution valve 23' with the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 20.
  • a common distribution valve 23' with the raw gas supply 18 and the clean gas discharge 20.
  • FIGS. 2A and 2B can also be combined with the embodiment of FIG.
  • the clean gas flow preferably an average flow rate between 0.6 m / s and 2.5 m / s and a burner side temperature between 700 ° C and 900 ° C and an outlet temperature between 40 ° and 150 ° C set.
  • the viscosity of the clean gas flow can be between 15 pPa-s and 35 MPa s.
  • the clean gas flow preferably has an average flow velocity between 1 m / s and 6.5 m / s and a burner-side temperature between 800 ° C. and 1 .100 ° C. and an outlet-side temperature between 60 ° ° and 250 ° C set.
  • the viscosity of the clean gas flow can be between 20 pPa s and 40 pPa s. The values mentioned can acquire particular significance in connection with the geometry of certain shaped bodies described below.
  • the regenerators 14 of the thermoreactor 10 each have a plurality of heat beds 24 arranged one above the other.
  • the shaped bodies 26 of a heat bed 24 are designed and dimensioned substantially identical to one another.
  • the molded body 26 according to the first embodiment shown in Fig. 4 comprises a block 27 made of a ceramic material.
  • a hard ceramic with a proportion of more than 50% aluminum and / or silicon oxides can be used.
  • ceramic materials having a thermal conductivity between about 1, 5 W / mK and 8 W / mK (preferably, for example about 2.1 W / mK), low thermal expansion coefficient of at most about 1 -10 ⁇ 5 ⁇ K (preferably eg, about 6.5-10 " 6K _1 ) at 800 ° C, a high specific heat capacity of at least about 800 J / kgK (preferably, for example, about 910 J / kgK), and a high
  • Softening temperature of at least about 1, 000 ° C used for the block 27 is at least about 1, 000 ° C used for the block 27.
  • a channel 30 is formed in each of the unit cells 28, a channel 30 is formed.
  • the channels 30 extend substantially parallel to each other and substantially parallel to a height direction Z (perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 4) of the block 27.
  • the channels in this embodiment have a hexagonal cross-sectional shape and are each substantially one arranged centrally in the cells 28.
  • an inner wall 34 is present in each case between the channels 30 of adjacent cells 28.
  • the block 27 is enclosed by an outer wall 36.
  • cells 28 'and channels 30' with other cross-sectional shapes can also be present in the edge area of the shaped body 26.
  • the edge length of the hexagon of the cross-sectional shape of the channels 30, which forms the structure length s in the sense of the invention, is preferably at most about 2.82 mm. At RTO-typical flow velocities of, for example, about 2.5 m / s, this limited structure length s is advantageous for slowing down or suppressing deposits on the channel walls.
  • the channels 30 each define a hydraulic diameter Dh corresponding to the diameter of a circle inscribed in the hexagon in the hexagonal channels 30, and a hydraulic flow cross-sectional area Ah.
  • the hydraulic diameter Dh is about 2.90 mm or 4.85 mm
  • the hydraulic flow sectional area Ah is about 60.8% or about 62.0% of the cross-sectional area of the cell 28.
  • the inner walls 34 between the channels 30 adjacent cells 28 have a wall thickness t.
  • the wall thickness t 'of the outer wall 36 is dimensioned larger than the wall thickness t of the inner wall.
  • the wall thickness t of the inner walls 34 is for example about 0.56 mm or about 0.89 mm.
  • Fig. 5 shows a shaped body 26 according to a second embodiment.
  • the molded body 26 of the second embodiment differs from that of the first embodiment in the cross-sectional shapes of the channels 32.
  • the unit cells 28 also have a hexagonal cross-sectional shape.
  • the channels 32 have a cross-sectional shape based on a circular basic shape. That is, the cross-sectional shape of the channels 32 is not circular, but based only on this illustrated in Fig. 5, fictitious circular basic shape. It has been found that a resistance of the channels 32 against deposits from the exhaust air passed through it can be increased if the cross-sectional shape of the channels 32 is not formed solely convex, but has convex and concave portions.
  • the cross-sectional shape of the channels 32 starting from the circular base 38, has a total of six convex portions 38a and six concave portions 38b arranged alternately along the circumference.
  • the inner walls 34 between the adjacent channels 32 have cross-sectional shapes with alternating concave and convex portions.
  • N number of oscillations
  • the radius r of the cross-sectional shape oscillates with six times the frequency and with an amplitude P of 10% of the nominal radius Rl, which is preferably selected between 1, 2 mm and 2.5 mm. Due to the sixfold oscillation frequency, the channels 32 can preferably be arranged analogously to a densest packing of circles in a hexagonal grid, wherein in this arrangement additionally the distance Dsep flows, which determines the minimum wall thickness t of the inner walls 34 between adjacent channels 32. As can be seen in Fig. 7, the hydraulic diameter Dh of the channels 32 is reduced compared to the circular cross-sectional shape. It is about 2.61 mm in this embodiment.
  • this disadvantage can be at least partially compensated for by reducing the parameter Dsep by increasing the nominal radius RI so that the radius oscillation has as a minimum the base circle 38 of FIG. 7 and thus the hydraulic diameter is about 2.90 mm.
  • the above-described radius oscillation can also be superimposed by one or more further oscillations.
  • the structure lengths s of the portions having a constant curvature sign, i. each of the convex portions 38a and the concave portions 38b of the cross-sectional shapes of the channels 32 is smaller than 2.85 mm.
  • FIG. 16 shows, by way of example, some further exemplary embodiments for star-like or flower-like cross-sectional shapes of the channels 32.
  • other cross sections of unit cells 28 enveloping the respective channel 32 for example polygons [eg triangles, quadrilaterals , Pentagons, octagons, etc.], polygon-like geometries, etc., be advantageous, in particular if a preferably dense tiling of a base surface of the block 27 can be achieved by a corresponding cross-section of the unit cell 28.
  • An enveloping cross-section of the unit cell 28 is understood to mean, in particular, an embodiment of the unit cell 28 with respect to the respective channel 32, in which one is located between the respective channels 32 of two adjacent ones Unit cell 27 resulting wall thickness does not fall below a value of 0.2 mm and / or of 1, 0 mm does not exceed.
  • a preferred dense tiling is in particular a tiling of the base of the block 27 understood, in which the sum of the cross-sectional areas of all channels 27 in the base min. 50%, preferably min. 60%, more preferably min. 65% of the floor area of the block.
  • FIG. 17 shows a shaped body 26 with a block 27, in which cells 28 having a square cross-sectional shape are defined.
  • the cross-sectional shapes of the channels 32 are based on a circular basic shape 38 and correspond, for example, to the above embodiments of FIGS. 6 to 16.
  • the regenerator 14 is arranged in a reactor housing 40 of the thermoreactor 10 below the combustion chamber 12.
  • the lower base of the regenerator 14 forms a grid 42 (e.g., metal or precious metal) on which optionally an expanded metal or expanded metal 44 is located.
  • each thermal bed 24 is composed of a plurality of moldings 26.
  • the heat beds 24 or shaped bodies 26 of the layers af each have a height h of, for example, about 30 cm, while the thermal bed 24 or the molded bodies 26 of the optional uppermost layer have a height h of, for example, only about 15 cm, so
  • a total height H of about 195 cm results in this embodiment.
  • a so-called caliper body 46 of heat-storing bulk material is optionally also provided.
  • the heat chains 24 of the layers ae are formed, for example, from 23 ⁇ 29 shaped bodies 26, and the heat beds 24 of the layers fg are formed, for example, from 21 ⁇ 27 shaped bodies 26.
  • the thermal beds 24 of the different layers ag either identical or different moldings 26, ie In particular moldings with cells 28 of the same or different cross-sectional shapes and / or channels 30, 32 of the same or different cross-sectional shapes are used.
  • the heat chains 24 can also be partly formed from shaped bodies which do not correspond to the embodiments according to the invention. The advantages of the invention can also be achieved even if at least a part of the heat chains 24 of the regenerator 24 is configured according to the invention described above.
  • regenerators 14 contain, by way of example, the following numbers of shaped bodies 26 in the X or Y direction and at layers of heat beds 24:
  • the molded article was used as an example of a regenerator of a thermal reactor.
  • the invention is not limited to this application.
  • molding can be used in an advantageous manner, for example, in a wall-flow filter or a honeycomb catalyst.
  • a wall-flow filter or a honeycomb catalyst can be used, for example, as diesel or soot particle filters in motor vehicles or other industrial applications (eg exhaust air purification, chemical process technology) are used.
  • industrial applications it is preferable to arrange a plurality of moldings side by side and / or stacked on one another to provide larger fluid treatment units.
  • the inner walls of the block forming the shaped body between the channels are preferably made porous, so that the fluid can flow through them and serve the inner walls as a filter.
  • a part of the channels is closed at the one end of the block, while the other part of the channels is closed at the other end of the block.
  • the inner walls can be covered with a protective layer, as well as fluids with aggressive ones
  • the inner walls are preferably coated and / or filled with a catalytically active material.

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Abstract

Ein Formkörper zum Behandeln, insbesondere Temperieren eines Fluids, der zum Beispiel zum Bilden eines Wärmebetts (24) eines Regenerators (14) oder in einem Wall-Flow-Filter oder Katalysator eingesetzt werden kann, weist einen Block (27) aus einem wärmeleitenden Material auf, der durch eine Grundfläche (X-Y) und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block (27) im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche (X-Y) eine Vielzahl von Zellen (28) aufweist. In dem Block (27) ist eine Vielzahl von Kanälen (30, 32) ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung (Z) des Blocks verlaufen, wobei jeder dieser Kanäle (30, 32) in einer Zelle (28) derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen (30, 32) in benachbarten Zellen (28) eine Innenwand (34) vorhanden ist. Ferner hat eine Querschnittsform der Kanäle (30, 32) oder der Innenwände (34) parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) eine Strukturlänge (s) eines Abschnitts eines gleichbleibenden Krümmungsvorzeichens von höchstens 3,5 mm oder von höchstens 20% des Gesamtumfangs der Querschnittsform der Kanäle.

Description

FORMKÖRPER ZUM BEHANDELN EINES FLUIDS
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper zum Behandeln, insbesondere
Temperieren eines Fluids. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Wärmetauscher mit wenigstens einem Wärmebett, das wenigstens einen solchen Formkörper aufweist, einen Thermoreaktor, insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgastrom, der wenigstens einen solchen Wärme- tauscher als Regenerator aufweist, und auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Formkörper in Katalysatoren und Filtern.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Thermoreaktoren, insbesondere solche in Anlagen zur regenerativen thermischen
Oxidation (RTO) von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, weisen typischerweise eine mit einem thermisch umzusetzenden Gasstrom beaufschlagte Brennkammer und wenigstens zwei Regeneratoren zum Beispiel unterhalb der Brennkammer auf. Bevorzugt wird dabei einer der Regeneratoren in einem bestimmten Betriebszustand des Thermoreaktors mit einem (ersten) Gasstrom beaufschlagt, welcher der Brenn- kammer zugeführt wird, während der andere Regenerator mit einem (zweiten) Gasstrom beaufschlagt wird, der aus der Brennkammer austritt. Üblicherweise erhält der erste Gasstrom aus dem durchströmten Regenerator eine gewisse Menge an Wärmeenergie, während der zweite Gasstrom seinerseits Wärmeenergie an den zugeordneten
Regenerator abgibt. Zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie werden in
Regeneratoren neben wärmespeichernden Schüttungen (z.B. Kugeln, Sattelkörper, etc.) alternativ oder zusätzlich Wärmebetten mit zum Beispiel keramischen Formkörpern eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine vorhersagbare und homogene Druckdifferenz bei einer gewissen Durchströmung des jeweiligen Wärmebetts aus, da sich in den
Kanälen der Formsteine in der Regel eine laminare Strömung des durch den Regenerator hindurch geleiteten Fluids (Gas oder Flüssigkeit) ausbildet.
Die thermische Effizienz und die Standzeit der Regeneratoren sind wichtige Parameter für die effiziente Nutzung solcher Regeneratoren. Die thermische Effizienz und die Standzeit werden dabei jedoch durch die Bildung von Ablagerungen innerhalb der Regeneratoren mit nachfolgendem abschnittweisen Verstopfen einzelner Strömungskanäle oder ganzer Formsteine in den Wärmebetten beeinflusst (so genanntes "Verblocken"). Dieses
"Verblocken" entsteht insbesondere durch Ausfällen von Feststoffen aus dem durchgeleiteten Fluid, wobei sich gewisse Feststoffe an den Kanalwänden absetzen und dort ansammeln. So kommt es beispielsweise bei der Reinigung von siloxanhaltigen Ablüften zum Ausfall von Si-Oxiden an den Kanalwänden.
Die Verbiockung der Regeneratoren hat zur Folge, dass die Wärmebetten von betroffenen RTO-Anlagen in regelmäßigen Abständen von den Ablagerungen befreit bzw. die betroffenen Formkörper der Wärmebetten ausgetauscht werden müssen. Für diese
Wartungsarbeiten muss die RTO-Anlage abgeschaltet und heruntergekühlt werden, bevor die Formkörper der Wärmebetten gereinigt bzw. ausgetauscht werden können. Bis die RTO-Anlage wieder betriebsbereit ist, vergehen typischerweise 2 bis 3 Arbeitstage.
Während dieser Zeit kann der an die RTO-Anlage angeschlossene Produktionsbereich in der Regel nicht in vollem Umfang arbeiten, sodass die Standzeit, d.h. die Zeit bis zu einem Verblocken der Wärmebetten, eines Regenerators einer RTO-Anlage ein entscheidender Faktor für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlage sein kann.
Die Problematik des Verblockens existiert nicht nur bei Thermoreaktoren bzw. deren Regeneratoren. Das Verblocken der Strömungskanäle kann gleichermaßen in anderen Wärmetauschern, Filtern, Katalysatoren, etc. in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten auftreten und entsprechende Nachteile zur Folge haben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Formkörper zu schaffen, der die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik vermeidet oder zumindest vermindert.
Es soll insbesondere ein Formkörper mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen ein Verblocken seiner Strömungskanäle geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Formkörper zum Behandeln eines Fluids einen Block aus einem wärmeleitenden Material auf, der durch eine Grundfläche und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche eine Vielzahl von Zellen aufweist. In dem Block ist ferner eine Vielzahl von Kanälen ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung des Blocks verlaufen, wobei jeder dieser Kanäle in einer Zelle derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen in benachbarten Zeilen eine Innenwand vorhanden ist. Außerdem weist eine Querschnittsform der Kanäle oder der Innen- wände parallel zur Grundfläche des Blocks eine Strukturlänge eines Abschnitts eines gleichbleibenden Krümmungsvorzeichens von höchstens 3,5 mm, bevorzugt von höchstens 2,85 mm, und/oder von höchstens 20%, bevorzugt von höchstens 15%, des Gesamtumfangs der Querschnittsform der Kanäle auf. Das Krümmungsvorzeichen umfasst in diesem Zusammenhang die Werte konvex, konkav und geradlinig. Als Strukturlänge der Querschnittsform eines Kanals wird bei einem n-eckigen Kanal eine Kantenlänge des relevanten n-Ecks verstanden. Es wurde herausgefunden, dass eine Neigung zur Bildung von Ablagerungen von bei Temperaturen zwischen 400°C und 1 .100°C aus einer gasförmigen Fluidströmung ausgefällten Fest- Stoffen ab einer "kritischen Strukturlänge" stark zunimmt. Konkret beträgt für einen Kanal mit hexagonaler Querschnittsform die kritische Strukturlänge in Bezug auf eine Ablagerung von Siliziumoxiden etwa 2,82 mm, wenn der Kanal mit einem siloxanhaltigen Abgas bei einer Geschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s durchströmt wird. Die Viskosität des Abgases kann dabei zwischen 15 pPa-s und 40 pPa-s liegen. Durch eine Begrenzung der Strukturlänge des Kanalquerschnitts kann allgemein ein Ablagern von
(aus der Fluidströmung bei höheren Temperaturen ausgefällten oder aus anderen Gründen in der Fluidströmung mitgeführten) Feststoffen an einer Kanalwand reduziert werden. Für gasförmige Fluide mit einem Stickstoffanteil von mehr als 60 Vol.-% kann daher eine Begrenzung der Strukturlänge der Querschnittsform eines n-eckigen Kanals auf 3,5 mm vorgeschlagen werden.
Der Block des Formkörpers ist aus einem wärmeleitenden Material gebildet. Das wärmeleitende Material hat vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 1 ,5 W/mK, bevorzugt von wenigstens etwa 2,0 W/mK oder mehr. Außerdem hat das wärmeleitende Material vorzugsweise einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens etwa 1 -10~4 K~1, bevorzugt von höchstens etwa 1 -10~5 K"1 , 8-10'6 K"1 oder weniger (jeweils bei 800°C). Femer hat das wärmeleitende Material vorzugsweise eine hohe spezifische Wärmekapazität von wenigstens etwa 500 J/kgK, bevorzugt von wenigstens etwa 800 J/kgK oder mehr. Darüber hinaus hat ein bevorzugtes wärmeleitendes Material eine Erweichungstemperatur von wenigstens etwa 1 .000°C, bevorzugter von wenigstens etwa 1.200°C, noch bevorzugter von wenigstens etwa 1.400°C. Das wärmeleitende Material für den Formkörper ist vorzugsweise ausgewählt aus Keramiken, Ziegel, Ton, Metallen, Edelmetallen, Kieselerde, Karbiden, Graphit oder dergleichen hochtemperaturstabilen Materialien. Besonders bevorzugt werden Keramiken mit einem Anteil von mehr als 50% an Siliziumoxid und/oder Aluminiumoxid.
Unter einer Grundfläche des Blocks soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine senkrecht zur Höhenrichtung des Blocks verlaufende Oberfläche des Blocks verstanden werden, aber auch eine ebene, zur Höhenrichtung des Blocks senkrechte Projektionsfläche einer Oberfläche des Blocks. Dabei kann diese Oberfläche des Blocks selbst zumindest abschnitt- oder ausschnittweise eben, gestuft und/oder gewölbt ausgebildet oder ausgeführt sein. Der Block weist gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Zellen auf. Die Zellen sind bevorzugt Einheitszellen, d.h. im Wesentlichen identisch ausgestaltete und dimensionierte Zellen. Darüber hinaus kann der Block - insbesondere je nach Grundflächenform des Blocks und Querschnittsform dieser Zellen - aber auch weitere Zellen mit anderen Querschnittsformen aufweisen. Solche Zellen mit anderen Querschnittsformen können bevorzugt im Randbereich des Blocks vorhanden sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Zellen des Blocks mindestens zwei Einheitszellen unterschiedlicher Ausgestaltung und/oder Dimensionierung aufweisen. Vorzugsweise sind die unterschiedlichen Zellen dabei jeweils in einer "Superzelle" in einem Zellmuster angeordnet, wobei der Block bevorzugt aus einer Mehrzahl solcher Superzellen gebildet werden kann. Unter einem Zellmuster soll dabei insbesondere eine sich wiederholende Anordnung von
Zellen in einer Superzelle oder einem Block verstanden werden.
Die Kanäle sind vorzugsweise im Wesentlichen mittig in den einzelnen Zellen positioniert. Der Block des Formkörpers ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Entsprechend sind die Zellen des Blocks nicht durch separate Bauteile gebildet, sondern innerhalb des Blocks als fiktive geometrische Formen definiert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Zellen auch durch einzelne Zellenkörper ausgebildet sein, die zu dem Block zusammengefügt sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Querschnittsform der Kanäle bzw. der Innenwände wenigstens einen konvexen Abschnitt und wenigstens einen konkaven Abschnitt auf. Besonders bevorzugt weist die Querschnittsform der Kanäle bzw. der der Innenwände mehrere konvexe Abschnitte und mehrere konkave Abschnitte auf, die entlang der Querschnittsform alternierend vorgesehen sind. Die Querschnittsform der Kanäle ist vorzugsweise sternartig oder blütenartig ausgebildet. Die Querschnittsform eines Kanals ist vorzugsweise im Wesentlichen punktsymmetrisch zur Längsachse des Kanals ausgebildet.
Bei herkömmlichen Wärmespeichern sind bereits Formkörper mit verschiedenen Kanalgeometrien bekannt. So weisen die Strömungskanäle der Formkörper herkömmlicher Wärmetauscher zum Beispiel quadratische, rechteckige oder kreisförmige Querschnittsformen auf. Diesen Querschnittsformen ist gemeinsam, dass sie eine rein konvexe Geometrie haben, bei der Richtungsänderungen zwischen benachbarten Abschnitten der Querschnittsform immer auf den Mittelpunkt der Querschnittsform hin gerichtet sind. Es hat sich gezeigt, dass Ablagerungen von (aus dem durch den Formkörper hindurch strömenden Fluid ausgefällten oder aus anderen Gründen im Fluid mitgeführten) Feststoffpartikeln an den Kanalwänden der Formkörper durch Vorsehen von konkaven
Abschnitten in der Querschnittsform der Kanäle bzw. von konvexen Abschnitten in der
Querschnittsform der Innenwände wirksam verzögert oder sogar unterdrückt werden können.
Die konkaven und konvexen Abschnitten sind vorzugsweise über den gesamten Umfang der Kanäle hinweg verteilt vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung können die konkaven und konvexen Abschnitte aber auch nur in Teilbereichen der Querschnittsformen vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Querschnittsform der Kanäle ausgehend von einer Grundform alternierend mehrere Abschnitte innerhalb der Grundform und mehrere Abschnitte außerhalb der Grundform auf. Die Grundform ist vorzugsweise kreisförmig, kann im Rahmen der Erfindung aber auch quadratisch, rechteckig, hexagonal und dergleichen regelmäßig geformt sein. Die Grundform ist in diesem
Zusammenhang eine fiktive zweidimensionale geometrische Form, die zum Definieren der Querschnittsform der Kanäle senkrecht zur Höhenrichtung der Kanäle verwendet wird.
Vorzugsweise ist die Querschnittsform der Kanäle ausgehend von der Grundform durch periodische Schwingungen um die Grundform gebildet. Bei den periodischen
Schwingungen handelt es sich bevorzugt um sinus- und/oder kosinusförmige
Schwingungen. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch andere bogenförmige
Schwingungen, geradlinige Schwingungen (z.B. Sägezahnmuster, Doppelsägezahnmuster, etc.) als Basisschwingungen oder Kombinationen aus bogenförmigen und geradlinigen Basisschwingungen möglich. Die Kombinationen können dabei zumindest abschnittweise sequenziell oder überlappend/interferierend aus den jeweiligen Basisschwingungen gebildet sein.
Vorzugsweise beträgt eine Amplitude der Abweichungen, insbesondere der
Schwingungen von der Grundform wenigstens etwa 5% und/oder höchstens etwa 20%, bevorzugt etwa 7,5% oder etwa 10%, in Bezug auf die Basisgröße der Grundform (z.B. Kreisradius, Kantenlänge oder halbe Diagonale).
Vorzugsweise ist eine Anzahl der Schwingungen um die Grundform ausgewählt aus 4, 6, 8 oder 12.
Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen den Grundformen benachbarter Kanäle wenigstens etwa 0,25 mm, bevorzugt wenigstens etwa 0,35 mm, und/oder höchstens etwa 1 ,00 mm, bevorzugt höchstens etwa 0,70 mm.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Kanäle jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks. Die Querschnittsform dieser Kanäle hat vorzugsweise die Form eines Dreiecks, Quadrats, Pentagons, Hexagons oder Oktagons, wobei die hexagonale Querschnittsform besonders bevorzugt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Zellen jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche des Blocks in Form eines regelmäßigen Vielecks. Die Querschnittsform der Zellen in Form regelmäßiger Vielecke hat den Vorteil, dass die Zellen mit geringem Abstand zueinander nebeneinander angeordnet werden können, um zum Beispiel ein Wärmebett eines Regenerators aufzubauen. Außerdem können die Kanäle in den Zellen bei dieser Querschnittsform der Zellen sicher von- einander getrennt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein hydraulischer Durchmesser eines Kanals wenigstens etwa 2,3 mm und/oder höchstens etwa 5,0 mm. Im Fall von Kanälen mit einer kreisförmigen Querschnittsform ist der hydraulische Durch- messer im Wesentlichen durch den Kreisdurchmesser der Querschnittsform definiert, bei anderen Kanalgeometrien ist der hydraulische Durchmesser im Wesentlichen durch den Durchmesser eines innen an die Querschnittsform anliegenden Kreises (Inkreis-Durchmesser) definiert. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Quotient aus einem hydraulischen Durchmesser eines Kanals zu einer minimalen Wandstärke der Innenwand zwischen benachbarten Kanälen höchstens etwa 6,0, bevorzugt höchstens etwa 5,5. Im Speziellen liegt der genannte Quotient zwischen 4,1 und 5,9 bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen Leitfähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und
8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 20 pPa-s und 40 Pa-s liegen. Es wurde herausgefunden, dass bei einer solchen (vorzugsweise einheitlichen) Festlegung des Verhältnisses zwischen hydraulischem Durchmesser der Kanäle und Wandstärke der Kanäle bei einem erfindungsgemäßen Formkörper ein Optimum erreicht werden kann zwischen möglichst geringer Masse des Blocks einerseits und größtmöglichem Wärmeaufnahmevermögen andererseits. In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche eines Kanals wenigstens etwa 50% und/oder höchstens etwa 65% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle. Auch eine solche Auslegung trägt zu einer Optimierung des Verhältnisses zwischen möglichst kleiner Masse des Blocks und möglichst großem Wärmeaufnahmevermögen bei. Im Speziellen liegt der genannte Wert zwischen 51 % und 63% bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen Leitfähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und 8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 pPa s und 40 pPa s liegen.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine offene Querschnittsfläche eines Kanals wenigstens etwa 50% und/oder höchstens etwa 75% in Bezug auf eine Querschnittsfläche der Zelle.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine minimale Wandstärke einer Innenwand zwischen benachbarten Kanälen wenigstens etwa 0,20 mm und/oder höchstens etwa 1 ,00 mm. Bevorzugt ist die Wandstärke ausgestaltet in einem Wertebereich zwischen 0,25 mm und 0,89 mm. Besonders bevorzugte Einzelwerte für eine im Wesentlichen einheitliche Wandstärke aller Kanäle sind 0,23 mm, 0,25 mm, 0,48 mm, 0,56 mm und 0,81 mm. Es wurde herausgefunden, dass bei einer solchen (vorzugsweise einheitlichen) Festlegung der Wandstärke aller Kanäle bei einem
erfindungsgemäßen Formkörper ein Optimum erreicht werden kann zwischen möglichst geringer Masse des Blocks einerseits und größtmöglichem Wärmeaufnahmevermögen andererseits. Dies gilt besonders bei Verwendung eines Materials mit einer thermischen
Leitfähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und 8,0 W/mK und einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit einer die Kanäle passierenden gasförmigen Fluidströmung zwischen 1 m/s und 6,5 m/s. In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Nußelt-Zahl eines Kanals für eine laminare Strömung in Abhängigkeit von dem im jeweiligen
Anwendungsfall durch den Kanal hindurch strömenden Fluid so gewählt, dass sie wenigstens etwa 3,5, bevorzugt wenigstens etwa 4,0, und/oder höchstens etwa 4,5 beträgt. Die Nußelt-Zahl ist dabei als dimensionslose Größe definiert als ein Produkt des hydraulischen Durchmessers mit dem Quotienten aus dem Wärmeübergangskoeffizienten zum Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung des Blocks aus einem keramischen Material mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung des Blocks aus einem Material zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blocks, welches eine thermische Leitfähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und 8 W/mK aufweist. Optional kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend gestalteter Formkörper von einer gasförmigen Fluidströmung mit einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s passiert wird. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 pPa s und 40 pPa s liegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Innenwände des Formkörpers zumindest teilweise porös ausgestaltet. Derart ausgestaltete Formkörper können ins- besondere in Filtern, Katalysatoren und dergleichen in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die die Kanäle
begrenzenden Wände mit einer Schutzschicht zum Beispiel in Form einer Schutzschicht aus Nanopartikeln versehen. Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Schutzschicht werden insbesondere Partikel aus Siliziumoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Siliziumcarbid, Eisencarbid, Wolframcarbid, Titannitrid, Bornitrid sowie Borcarbid vorgeschlagen, deren größte Ausdehnung jeweils kleiner sei als 100 nm. Eine derartige "Nano-Schutzschicht" erzeugt erfindungsgemäß eine im Nano-Maßstab raue Oberfläche an den Innenwandungen der Kanäle, sodass sich mikroskopisch kleine Wirbel an der Kanaloberfläche bilden. Ein Ablagern von (aus dem durch den Formkörper hindurch strömenden Fluid ausgefällten oder aus anderen Gründen im Fluid mitgeführten) Feststoffpartikeln wird so verhindert bzw. verlangsamt. Auf diese Weise kann einem "Verblocken" der Kanäle wirksam vorgebeugt werden. In bevorzugten Ausbildungen weist die Schutzschicht eine Oberflächenrauheit Ra von weniger als 25 pm, insbesondere weniger als 10 pm, besonders bevorzugt von weniger als 2,5 pm auf. Bevorzugt kann die Schutzschicht als eine hydrophobe Schicht ausgebildet sein. In anderen Anwendungen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Schutzschicht hydrophil auszubilden. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die die Kanäle
begrenzenden Wände mit einer Schutzschicht gegen eine Beschädigung durch das durch den Formkörper hindurch strömende Fluid versehen. Insbesondere bei Fluiden, die aggressive Inhaltsstoffe, Komponenten, etc. enthalten können, ist ein solcher Schutz der die Kanäle begrenzenden Wände von Vorteil. Derart ausgestaltete Formkörper können insbesondere in Filtern, Katalysatoren und dergleichen in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen. Diese Schutzschichten enthalten zum Beispiel Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder Palladium oder nicht-edle Metalle wie zum Beispiel Kupfer, Titan, Vanadium, Zeolithe. Im Fall von porös ausgestalteten Innenwänden kann eine solche Schutzschicht alternativ oder zusätzlich auch in die Innenräume der Innenwände eingebracht sein.
In einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die die Kanäle begrenzenden Wände mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet. Im Fall von porös ausgestalteten Innenwänden ist das katalytisch aktive Material alternativ oder zusätzlich auch in die Innenräume der Innenwände eingebracht. Derart ausgestaltete Formkörper können insbesondere in Katalysatoren in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Wärmetauscher wenigstens ein Wärmebett auf, das wenigstens einen oben beschriebenen Formkörper der Erfindung aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Wärmebett mehrere Formkörper auf, die parallel zur Grundfläche der Formkörper nebeneinander und bevorzugt ohne Abstand zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich ein hindurch zu leitender Fluidstrom auf eine beliebig erweiterbare Anzahl von Formkörpern aufteilen und so der Volumenstrom pro Formkörper und die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit einstellen. Als bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit hat sich ein Wert zwischen 1 m/s und 6,5 m/s ergeben.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmetauscher wenigstens zwei Wärmebetten auf, die in der Höhenrichtung der Formkörper übereinander angeordnet sind. Die Kanäle der übereinander angeordneten Formkörper sind vorzugsweise im Wesentlichen koaxial oder parallel zueinander ausgerichtet, haben vorzugsweise gleiche Querschnittsformen und/ oder haben vorzugsweise gleiche
Abmessungen. Durch ein Übereinanderschichten von Wärmebetten kann die Wärmeaufnahmekapazität des Wärmetauschers eingestellt werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass bei einer Anzahl von 5 bis 9 Schichten gleichartiger Wärmebetten eine Gesamthöhe des Wärmetauschers von 1 ,2 m bis 3,5 m und eine entsprechende gesamte Länge an durchströmbaren Kanälen erreichbar ist. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung einer Vielzahl von Wärmetauscher- Blöcken aus einem keramischen Material mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden. Eine derartige Gestaltungswahl wird besonders bevorzugt bei gleichzeitiger Ausführung der Wärmetauscher-Blöcke aus einem Material zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blocks, welches eine thermische Leitfähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und 8 W/mK aufweist. Optional kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend gestalteter Wärmetauscher von einer gasförmigen Fluidströmung mit einer (mittleren) Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s passiert wird. Die Viskosität der gasförmigen Fluidströmung kann dabei zwischen 15 pPa s und 40 Ρθ-ε liegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Höhe des
Wärmebetts in der Höhenrichtung der Formkörper wenigstens etwa 20 cm, bevorzugt wenigstens etwa 25 cm, und/oder höchstens etwa 50 cm, bevorzugt höchstens etwa 40 cm.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Höhe des Wärmetauschers in der Höhenrichtung der Formkörper wenigstens etwa 100 cm, bevorzugt wenigstens etwa 150 cm, und/oder höchstens etwa 300 cm, bevorzugt höchstens etwa 200 cm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Thermoreaktor eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator als ein oben beschriebener Wärmetauscher der Erfindung ausgestaltet ist. Der erfindungsgemäße Thermoreaktor ist ins- besondere in Anlagen zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom in vorteilhafter Weise einsetzbar. Die Kanäle der Formkörper sind vorzugsweise zur Brennkammer hin offen, sodass das Fluid durch die
Regeneratoren in die Brennkammer bzw. aus der Brennkammer strömen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein Thermoreaktor, insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator wenigstens ein Wärmebett mit wenigstens einem Formkörper zum Temperieren eines Fluids aufweist, der Formkörper einen Block aus einem wärmeleitenden Material aufweist, der durch eine Grundfläche und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, der Block im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche eine Vielzahl von Zellen aufweist, in dem Block eine Vielzahl von Kanälen ausgebildet ist, die im Wesentlichen parallel zueinander und zur Höhenrichtung des Blocks verlaufen, jeder der Kanäle in einer Zelle derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen in benachbarten Zellen eine Innenwand vorhanden ist, und eine Querschnittsform der Kanäle oder der Innenwände parallel zur Grundfläche des Blocks eine Strukturlänge eines Abschnitts eines gleichbleibenden Krümmungsvorzeichens von höchstens 3,5 mm, bevorzugt von höchstens 2,85 mm, oder von höchstens 20%, bevorzugt von höchstens 15%, des Gesamtumfangs der Querschnittsform der Kanäle aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Thermoreaktor eine Brennkammer und einen Regenerator auf, wobei der Regenerator einen oder mehrere erfindungsgemäße Formkörper enthält, die insbesondere zu einem Wärmebett zusammengesetzt sind und von einer insbesondere im Wesentlichen gasförmigen Fluidströmung durchströmt werden, wobei die Fluidströmung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s,
Viskosität zwischen 15 pPa-s und 40 Pa-s
- Temperatur zwischen 400°C und 1 .100°C
- Stickstoffanteil größer als 60 Vol.-%.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung kann der oben beschriebene Formkörper der Erfindung in vorteilhafter Weise auch in einem Filter, insbesondere einem Wall- Flow-Filter, oder einem Katalysator, insbesondere einem Waben-Katalysator, eingesetzt werden. Die Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäßen Formkörpers gegen ein Verblocken seiner Strömungskanäle ist auch bei diesen Verwendungen von Vorteil. Der Filter oder Katalysator weist bevorzugt einen oder mehrere solcher Formkörper auf. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Obige sowie weitere relevante Merkmale der erfindungsgemäßen Lösungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener konkreter Ausführungsbeispiele, für welche die oben genannten Ausführungen umgekehrt ebenfalls anzuwenden sind, anhand der beiliegenden Zeichnung. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
Fig. 1 eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 2A eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer Variante der zweiten
Ausführungsform;
Fig. 2B eine Darstellung eines Thermoreaktors gemäß einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Draufsicht eines Wärmebetts für einen Thermoreaktor von Fig. 1 oder 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von
Fig. 3 gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 5 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von
Fig. 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform; Fig. 6 eine Draufsicht mehrerer Kanäle eines Formkörpers von Fig. 5 gemäß einer
Ausführungsform;
Fig. 7 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle und eines Kanals von Fig. 6; Fig. 8 eine Draufsicht mehrerer Kanäle eines Formkörpers von Fig. 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 9 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle und eines Kanals von Fig. 8; Fig. 10 eine Draufsicht mehrerer Kanäle eines Formkörpers von Fig. 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 1 1 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle und eines Kanals von Fig. 10;
Fig. 12 eine Draufsicht mehrerer Kanäle eines Formkörpers von Fig. 5 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
Fig. 13 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle und eines Kanals von Fig. 12;
Fig. 14 eine Draufsicht mehrerer Kanäle eines Formkörpers von Fig. 5 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
Fig. 15 eine vergrößerte Draufsicht einer Zelle und eines Kanals von Fig. 14;
Fig. 16 verschiedene weitere Ausführungsformen von möglichen Querschnittsformen von Kanälen eines Formkörpers von Fig. 5;
Fig. 17 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Formkörpers eines Wärmebetts von Fig.
3 gemäß einer dritten Ausführungsform; und
Fig. 18 eine Schnittansicht eines Regenerators mit mehreren Lagen von Wärmebetten für einen Thermoreaktor von Fig. 1 oder 2.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFOR EN
Fig. 1 zeigt einen Thermoreaktor 10, der zum Beispiel in einer Anlage zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) eines brennbare Stoffe, insbesondere flüchtige organische Bestandteile (VOC) enthaltenden Abluft- oder Abgasstroms eingesetzt werden kann, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Thermoreaktor 10 weist eine Brennkammer 12 und zwei unterhalb der Brennkammer 12 angeordnete Regeneratoren 14 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Thermoreaktor 10 zwei Regeneratoren 14 auf, denen jeweils eine Vorkammer 16 zugeordnet ist. In anderen Ausführungsformen können aber auch drei, vier oder mehr Regeneratoren 14 vorgesehen sein. In die Brennkammer 12 ragt ein Brenner (nicht dargestellt), über den flüssiger oder gasförmiger Brennstoff und optional auch Verbrennungsluft in die Brennkammer 12 eingeleitet werden. Der Brenner dient zur
Erzeugung einer Flamme in der Brennkammer, über die wiederum ein Zünden und Verbrennen der in dem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffe ermöglicht wird. Die Temperatur in der Brennkammer 12 kann im Betrieb - u.a. abhängig vom Energieinhalt der im Rohgas enthaltenen brennbaren Stoffe - bis zu etwa 1 .250°C betragen.
Die Vorkammern 16 der Regeneratoren 14 sind jeweils mit einer Rohgaszuführung 18 und mit einer Reingasabführung 20 verbunden. Das über die Rohgaszuführung 18 in eine Vorkammer 16 eingeleitete Rohgas wird im jeweiligen Regenerator 14 erwärmt, bevor es in die Brennkammer 12 geleitet wird. Nach einer thermischen Umsetzung des Rohgases in der Brennkammer 12 entsteht heißes Reingas, welches im anderen Regenerator 14 abgekühlt wird, bevor es über die andere Vorkammer 16 und die Reingasabführung 20 in ein Abluftsystem abgeleitet wird. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann der gekühlte Reingasstrom weiteren Wäremaustausch- und/oder Reinigungsstufen zugeführt werden, bevor das Reingas in die Umgebung oder zur weiteren Verwendung entlassen wird. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 werden der Thermoreaktor 10 und seine
Regeneratoren 14 durch ein Umschalten der Regelventile 22a, 22b in der Rohgaszuführung 18 und der Reingasabführung 29 in gewissen vorgebbaren Zeitintervallen wechselweise in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt. Zur genaueren Funktionsweise eines solchen Thermoreaktors wird an dieser Stelle beispielhaft auf die EP 1 312 861 B1 verwiesen.
Fig. 2 zeigt einen Thermoreaktor 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, der ebenfalls zum Beispiel in einer Anlage zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) eines brennbare Stoffe enthaltenden Abluft- oder Abgasstroms eingesetzt werden kann.
Der Thermoreaktor 10 von Fig. 2 unterscheidet sich von dem Thermoreaktor 10 von Fig. 1 durch eine andere Art der Strömungsregelung. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Rohgaszuführung 18 und die Reingasabführung 20 jeweils mit einem gemeinsamen Rotationsventil 23 verbunden, welches seinerseits mit den Vorkammern 16 beider Regeneratoren 14 verbunden ist. Durch eine Rotation des Rotationsventiis 23 werden der Thermoreaktor 10 und seine Regeneratoren 14 auch in diesem Fall in gewissen vorgebbaren Zeitintervallen wechselweise in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durchströmt. Fig. 2A zeigt eine erfindungsgemäße Variante des Ausführungsbeispiels von Fig. 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Thermoreaktor 10 eine gemeinsame Regeneratorkonstruktion 14 auf, die strömungstechnisch in zwei Bereiche getrennt ist, sodass sich die gleiche Funktionsweise wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ergibt. Fig. 2B zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante des Ausführungsbeispiels von
Fig. 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Thermoreaktor 10' mit seinen Regeneratoren 14 drehbar ausgestaltet und über ein gemeinsames Verteilerventil 23' mit der Rohgaszuführung 18 und der Reingasabführung 20 verbunden. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere bei kleinen Thermoreaktoren 10' vorsehbar.
In weiteren Varianten der Erfindung können die Ausführungsformen von Fig. 2A und 2B auch mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 kombiniert werden.
Für Ausführungsformen mit einem rotierenden Thermoreaktor 10' werden für die Reingas- Strömung vorzugsweise eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,6 m/s und 2,5 m/s sowie eine brennerseitige Temperatur zwischen 700°C und 900°C sowie eine auslassseitige Temperatur zwischen 40° und 150°C eingestellt. Die Viskosität der Reingasströmung kann dabei zwischen 15 pPa-s und 35 MPa s liegen. Für Ausführungsformen mit einem feststehenden bzw. unbeweglichen Thermoreaktor 10 werden für die Reingasströmung vorzugsweise eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s sowie eine brennerseitige Temperatur zwischen 800°C und 1 .100°C sowie eine auslassseitige Temperatur zwischen 60° und 250°C eingestellt. Die Viskosität der Reingasströmung kann dabei zwischen 20 pPa s und 40 pPa s liegen. Die genannten Werte können besondere Bedeutung erlangen im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Geometrie gewisser Formkörper.
Wie in Fig. 1 und 2 angedeutet, weisen die Regeneratoren 14 des Thermoreaktors 10 jeweils mehrere übereinander angeordnete Wärmebetten 24 auf. Diese Wärmebetten 24 sind jeweils aus einer Vielzahl von Formkörpern 26 zusammengesetzt, welche senkrecht zur Stapelrichtung der Wärmebetten (= Höhenrichtung Z der Wärmebetten und der Formkörper) im Wesentlichen ohne Abstand zueinander nebeneinander angeordnet sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Vorzugsweise sind die Formkörper 26 eines Wärmebetts 24 im Wesentlichen identisch zueinander ausgestaltet und dimensioniert.
Es werden nun Bezug nehmend auf Fig. 4 bis 17 verschiedene bevorzugte Ausführungsformen eines Formkörpers 26 in mehr Einzelheiten beschrieben, die zum Beispiel für die Wärmebetten 24 der Thermoreaktoren 10 von Fig. 1 und 2 eingesetzt werden können.
Der Formkörper 26 gemäß dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist einen Block 27 aus einem keramischen Material auf. Vorzugsweise kann eine Hartkeramik mit einem Anteil von mehr als 50% Aluminium- und/oder Silizium-Oxiden verwendet werden. Bevorzugt werden außerdem Keramikwerkstoffe mit einer Wärmeleit- fähigkeit zwischen etwa 1 ,5 W/mK und 8 W/mK (bevorzugt z.B. etwa 2,1 W/mK), einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens etwa 1 -10~5 K~ (bevorzugt z.B. etwa 6,5-10"6 K_1) bei 800°C, einer hohen spezifischen Wärmekapazität von wenigstens etwa 800 J/kgK (bevorzugt z.B. etwa 910 J/kgK) und einer hohen
Erweichungstemperatur von wenigstens etwa 1 .000°C für den Block 27 verwendet.
Wahlweise können auch andere hochtemperaturstabile Materialien für den Block 27 verwendet werden.
Der Block 27 hat zum Beispiel eine im Wesentlichen rechteckige oder quadratische Grundfläche parallel zur X- Y-Ebene (= Zeichenebene). Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist der Block 27 parallel zu dieser Grundfläche X-Y in eine Vielzahl von Einheitszellen 28 unterteilt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine hexagonale Querschnittsform haben. Die Einheitszellen 28 grenzen direkt aneinander. Die Querschnittsformen der Zellen 28 in Form regelmäßiger Vielecke sind insbesondere vorteilhaft für die kompakte und im Wesentlichen abstandslose Anordnung der Zellen 28.
In jeder der Einheitszellen 28 ist ein Kanal 30 ausgebildet. Die Kanäle 30 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu einer Höhenrichtung Z (senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 4) des Blocks 27. Die Kanäle haben in diesem Ausführungsbeispiel eine hexagonale Querschnittsform und sind jeweils im Wesentlichen mittig in den Zellen 28 angeordnet. Wie in Fig. 4 erkennbar, ist zwischen den Kanälen 30 benachbarter Zellen 28 jeweils eine Innenwand 34 vorhanden. Außerdem ist der Block 27 von einer Außenwand 36 umschlossen. Im Randbereich des Formkörpers 26 können wahlweise auch Zellen 28' und Kanäle 30' mit anderen Querschnittsformen vorhanden sein.
Die Kantenlänge des Hexagons der Querschnittsform der Kanäle 30, welche die Strukturlänge s im Sinne der Erfindung bildet, beträgt vorzugsweise maximal etwa 2,82 mm. Bei RTO-typischen Strömungsgeschwindigkeiten von zum Beispiel etwa 2,5 m/s ist diese begrenzte Strukturlänge s von Vorteil, um Ablagerungen an den Kanalwänden zu verlangsamen oder zu unterdrücken.
Ferner definieren die Kanäle 30 jeweils einen hydraulischen Durchmesser Dh, der bei den hexagonalen Kanälen 30 dem Durchmesser eines in das Hexagon eingeschriebenen Kreises entspricht, und eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche Ah. Der hydraulische Durchmesser Dh beträgt zum Beispiel etwa 2,90 mm oder 4,85 mm, und die hydraulische Strömungsquerschnittsfläche Ah beträgt zum Beispiel etwa 60,8% oder etwa 62,0% der Querschnittsfläche der Zelle 28. Die Innenwände 34 zwischen den Kanälen 30 benachbarter Zellen 28 haben eine Wandstärke t. Die Wandstärke t' der Außenwand 36 ist größer bemessen als die Wandstärke t der Innenwand. Die Wandstärke t der Innenwände 34 beträgt zum Beispiel etwa 0,56 mm oder etwa 0,89 mm. Fig. 5 zeigt einen Formkörper 26 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 26 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels durch die Querschnittsformen der Kanäle 32.
Im zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 5 haben die Einheitszellen 28 ebenfalls eine hexagonale Querschnittsform. Die Kanäle 32 haben jedoch eine Querschnittsform, die auf einer kreisförmigen Grundform basiert. D.h. die Querschnittsform der Kanäle 32 ist nicht kreisförmig, sondern basiert nur auf dieser in Fig. 5 veranschaulichten, fiktiven kreisförmigen Grundform. Es hat sich gezeigt, dass eine Widerstandsfähigkeit der Kanäle 32 gegen Ablagerungen aus der hindurch geleiteten Abluft erhöht werden kann, wenn die Querschnittsform der Kanäle 32 nicht allein konvex ausgebildet ist, sondern konvexe und konkave Abschnitte aufweist.
Bezug nehmend auf Fig. 6 bis 16 wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, wie die Kanalgeometrien basierend auf der kreisförmigen Grundform von Fig. 5 gebildet werden können. In der Ausführungsform von Fig. 6 und 7 weist die Querschnittsform der Kanäle 32 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 insgesamt sechs konvexe Abschnitte 38a und sechs konkave Abschnitte 38b auf, die alternierend entlang des Umfangs angeordnet sind. Bei einer anderen Betrachtungsweise haben die Innenwände 34 zwischen den benachbarten Kanälen 32 Querschnittsformen mit alternierend konkaven und konvexen Abschnitten.
Die Querschnittsform der Kanäle 32 ist in der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 nach der folgenden Gleichung (1) gebildet: η (φ) = ΚΙ * (ΐ + Ρ - 8Ϊη(Ν - φ - π/2)) (1 ) mit: Rl = Radius des Grundkreises, 1 ,45 mm
P = Schwingungsamplitude in Bezug auf Rl, 10%
N = Anzahl der Schwingungen, 6
Dsep = Abstand zwischen benachbarten Grundkreisen, 0,55 mm
Der Radius r der Querschnittsform schwingt dabei mit der sechsfachen Frequenz und mit einer Amplitude P von 10% des Nennradius Rl, der bevorzugt zwischen 1 ,2 mm und 2,5 mm gewählt ist. Durch die sechsfache Schwingungsfrequenz können die Kanäle 32 bevorzugt analog zu einer dichtesten Packung von Kreisen in einem hexagonalen Gitter angeordnet werden, wobei in diese Anordnung zusätzlich der Abstand Dsep einfließt, der die minimale Wandstärke t der Innenwände 34 zwischen benachbarten Kanälen 32 bestimmt. Wie in Fig. 7 erkennbar, ist der hydraulische Durchmesser Dh der Kanäle 32 im Vergleich zur kreisförmigen Querschnittsform reduziert. Er beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2,61 mm. Dieser Nachteil kann in einer Abwandlung (nicht dargestellt) dieses Ausführungsbeispiels zum Beispiel dadurch zumindest teilweise kompensiert werden, dass der Parameter Dsep reduziert wird, indem der Nennradius RI so vergrößert wird, dass die Radiusschwingung als Minimum den Grundkreis 38 von Fig. 7 hat und damit der hydraulische Durchmesser etwa 2,90 mm beträgt.
Die oben beispielhaft beschriebene Radiusschwingung kann zudem durch ein oder mehrere weitere Schwingungen überlagert werden.
So ist die Querschnittsform der Kanäle 32 in der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 nach der folgenden Gleichung (2) gebildet: ri (<p) = RI * (l + P - sm(N - <p - K/2)+ P2 - sm(F - N - <p - DPHI - n/2)) (2) mit: RI = 1 ,45 mm, P = 10%, N = 6, Dsep = 0,55 mm, P2 = 25% (sekundäre
Schwingungsamplitude), F = 0,5 und DPHI = 3. Die Ausführungsform der Fig. 10 und 1 1 geht aus jener der Fig. 8 und 9 durch eine
Veränderung der Parameter hervor.
So ist die Querschnittsform der Kanäle 32 in der Ausführungsform der Fig. 10 und 1 1 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 ebenfalls nach der obigen Gleichung (2), aber mit RI = 1 ,45 mm, P = 10%, N = 6, Dsep = 0,4 mm, P2 = 25%, F = 2 und DPHI = 3 gebildet.
Neben den obigen Ausführungsbeispielen der Fig. 6 bis 1 1 mit N=6 können auch andere Vielfache der Kreisfrequenz (z.B. N=4, N=8 oder N=12) zum Erzielen einer verringerten Ablagerungsneigung an den Kanalwänden verwendet werden.
So ist die Querschnittsform der Kanäle 32 in der Ausführungsform der Fig. 12 und 13 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 ebenfalls nach der obigen Gleichung (2), aber mit Rl = 1 ,45 mm, P = 10%, N = 8, Dsep = 0,4 mm, P2 = 15%, F = 2 und DPHI = 3 gebildet.
Weiter ist die Querschnittsform der Kanäle 32 in der Ausführungsform der Fig. 14 und 15 ausgehend von der kreisförmigen Grundform 38 nach der obigen Gleichung (1 ), aber mit Rl = 1 ,45 mm, P = 7,5%, N = 12 und Dsep = 0,55 mm gebildet.
Alle obigen Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung dadurch modifiziert werden, dass anstelle der Sinus-Terme entsprechende oder ähnliche Kosinus-Terme verwendet werden. Entsprechende oder ähnliche Kosinus-Terme verwendet werden. So ist beispielsweise auch eine Entwicklung in einer Mehrzahl von Sinus- und/oder Kosinus- Termen gemäß folgender Gleichung (3) denkbar:
r, {<p) = ■ COS( , · φ - Δ φ j (3)
Figure imgf000023_0001
e N: PJ ,QJ e [-l;l]; ΛΓ , ; e δφ^ Δ φ} e [- π;π]
In allen obigen Ausführungsformen sind die Strukturlängen s der Abschnitte mit gleichbleibendem Krümmungsvorzeichen, d.h. der konvexen Abschnitte 38a und der konkaven Abschnitte 38b der Querschnittsformen der Kanäle 32 jeweils kleiner als 2,85 mm bemessen.
Neben den oben beschriebenen Querschnittsformen der Kanäle 32 sind selbstverständlich zahlreiche weitere Varianten im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. So zeigt Fig. 16 beispielhaft einige weitere Ausführungsbeispiele für sternartige oder blütenartige Querschnittsformen der Kanäle 32. Neben den in Fig. 16 angedeuteten hexagonalen Querschnitten der Einheitszellen 28 können auch andere den jeweiligen Kanal 32 umhüllende Querschnitte von Einheitszellen 28, beispielswiese Polygone [z.B. Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, Oktagons, etc.], polygonähnliche Geometrien, etc., von Vorteil sein, insbesondere wenn durch einen entsprechenden Querschnitt der Einheitszelle 28 eine bevorzugt dichte Parkettierung einer Grundfläche des Blocks 27 erreicht werden kann. Unter einem umhüllenden Querschnitt der Einheitszelle 28 wird dabei insbesondere eine Ausgestaltung der Einheitszelle 28 bezüglich des jeweiligen Kanals 32 verstanden, bei der eine sich zwischen den jeweiligen Kanälen 32 von zwei benachbarten Einheitszellen 27 ergebende Wandstärke eine Wert von 0,2 mm nicht unterschreitet und/oder von 1 ,0 mm nicht überschreitet. Unter einer bevorzugt dichten Parkettierung wird dabei insbesondere eine Parkettierung der Grundfläche des Blocks 27 verstanden, bei der die Summe der Querschnittsflächen aller Kanäle 27 in der Grundfläche min. 50%, vor- zugsweise min. 60%, besonders bevorzugt min. 65% der Grundfläche des Blocks ausmacht.
In einer weiteren Modifikation der Erfindung zeigt Fig. 17 einen Formkörper 26 mit einem Block 27, in dem Zellen 28 mit einer quadratischen Querschnittsform definiert sind. Die Querschnittsformen der Kanäle 32 basieren auf einer kreisförmigen Grundform 38 und entsprechen zum Beispiel den obigen Ausführungsformen der Fig. 6 bis 16.
Bezug nehmend auf Fig. 18 wird schließlich der Aufbau eines Regenerators 14 mit mehreren Lagen a-g von Wärmebetten 24 näher beschrieben.
Der Regenerator 14 ist in einem Reaktorgehäuse 40 des Thermoreaktors 10 unterhalb der Brennkammer 12 angeordnet. Die untere Basis des Regenerators 14 bildet ein Gitterrost 42 (z.B. aus Metall oder Edelmetall), auf dem optional ein Streckmetall oder Streckgitter 44 liegt.
Auf dem Gitterrost 42 und dem Streckmetall 44 sind die mehreren Lagen a-g von Wärmebetten 24 angeordnet. Jedes Wärmebett 24 ist aus einer Vielzahl von Formkörpern 26 zusammengesetzt. Die Wärmebetten 24 bzw. Formkörper 26 der Lagen a-f haben jeweils eine Höhe h von zum Beispiel etwa 30 cm, während das Wärmebett 24 bzw. die Form- körper 26 der optionalen obersten Lage eine Höhe h von zum Beispiel nur etwa 15 cm haben, sodass sich für den Regenerator 14 insgesamt eine Höhe H von etwa 195 cm in diesem Ausführungsbeispiel ergibt. Zwischen den Wärmebetten 24 und dem Reaktorgehäuse 40 ist optional zudem ein sogenannter Sattelkörper 46 aus wärmespeicherndem Schüttgut vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wärmebetten 24 der Lagen a-e zum Beispiel aus 23x29 Formkörpern 26 gebildet, und sind die Wärmebetten 24 der Lagen f-g zum Beispiel aus 21 x27 Formkörpern 26 gebildet. Dabei können in den Wärmebetten 24 der verschiedenen Lagen a-g wahlweise gleiche oder unterschiedliche Formkörper 26, d.h. insbesondere Formkörper mit Zellen 28 gleicher oder unterschiedlicher Querschnittsformen und/oder Kanälen 30, 32 gleicher oder unterschiedlicher Querschnittsformen verwendet werden. Ferner können die Wärmebetten 24 zum Teil auch aus Formkörpern gebildet sein, die nicht den erfindungsgemäßen Ausführungsformen entsprechen. Die Vorteile der Erfindung können auch schon erzielt werden, wenn zumindest ein Teil der Wärmebetten 24 des Regenerators 24 gemäß der oben beschriebenen Erfindung ausgestaltet ist.
Weitere typische Varianten von Regeneratoren 14 enthalten beispielhaft die folgenden Anzahlen an Formkörpern 26 in X- bzw. Y-Richtung und an Lagen von Wärmebetten 24:
Figure imgf000025_0001
In den obigen Ausführungsbeispielen wurde der Formkörper beispielhaft für einen Regenerator eines Thermoreaktors eingesetzt. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.
So kann der oben anhand der Fig. 4 bis 17 erläuterte Formkörper in vorteilhafter Weise zum Beispiel auch in einem Wall-Flow-Filter oder einem Waben-Katalysator eingesetzt werden. Diese können zum Beispiel als Diesel- oder Rußpartikelfilter in Kraftfahrzeugen oder anderen industriellen Anwendungen (z.B. Abluftreinigung, chemische Prozess- technik) verwendet werden. Insbesondere in industriellen Anwendungen werden vorzugsweise mehrere Formkörper nebeneinander und/oder aufeinander gestapelt angeordnet, um größere Fluidbehandlungseinheiten zu schaffen. In diesem Fall sind die Innenwände des den Formkörper bildenden Blocks zwischen den Kanälen vorzugsweise porös ausgestaltet, sodass das Fluid durch sie hindurch strömen kann und die Innenwände dabei als Filter dienen. Dabei ist zum Beispiel der eine Teil der Kanäle an dem einen Stirnende des Blocks geschlossen, während der andere Teil der Kanäle an dem anderen Ende des Blocks geschlossen ist. Optional können die Innen- wände mit einer Schutzschicht überzogen sein, um auch Fluide mit aggressiven
Komponenten durch den Formkörper hindurch leiten zu können. Falls der Formkörper in einem Katalysator eingesetzt werden soll, sind die Innenwände vorzugsweise mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet und/oder gefüllt.
BEZUGSZIFFERNLISTE
10 Thermoreaktor
10' Thermoreaktor
12 Brennkammer
14 Regenerator
16 Vorkammer
18 Rohgaszuführung
20 Reingasabführung
22a Regelventil
22b Regelventil
23 Rotationsventil
23' Verteilerventil
24 Wärmebett
26 Formkörper
27 Block
28 Zelle, Einheitszelle
28' abgewandelte Zelle, Randzelle
30 Kanal (polygonale Querschnittsform)
32 Kanal (kreisförmige Querschnittsgrundform) 34 Innenwand
36 Außenwand
38 Grundform, bevorzugt kreisförmig
38a konvexer Abschnitt
38b konkaver Abschnitt
40 Reaktorgehäuse
42 Gitterrost
44 Streckmetall
46 Sattelkörper
Ah hydraulische Strömungsquerschnittsfläche
Ao offene Strömungsquerschnittsfläche
Dh hydraulischer Durchmesser
Dsep Abstand der Grundkreise
h Höhe von 24 bzw. 26
H Höhe von 14
N Anzahl der Schwingungen
P Amplitude
Rl Radius des Grundkreises
s Strukturlänge
t minimale Wandstärke der Innenwand t' Wandstärke der Außenwand
X-Y Grundfläche
Z Höhenrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Formkörper zum Behandeln, insbesondere Temperieren eines Fluids, aufweisend: einen Block (27) aus einem wärmeleitenden Material, der durch eine Grundfläche (X-Y) und eine senkrecht zur Grundfläche verlaufende Höhe definiert ist, wobei der Block (27) im Querschnitt parallel zu seiner Grundfläche (X-Y) eine Vielzahl von Zellen (28) aufweist,
in dem Block (27) eine Vielzahl von Kanälen (30, 32) ausgebildet ist, die parallel zueinander und zur Höhenrichtung (Z) des Blocks verlaufen,
jeder der Kanäle (30, 32) in einer Zelle (28) derart vorgesehen ist, dass zwischen den Kanälen (30, 32) in benachbarten Zellen (28) eine Innenwand (34) vorhanden ist, und
eine Querschnittsform der Kanäle (30, 32) oder der Innenwände (34) parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) eine Strukturlänge (s) eines Abschnitts eines gleichbleibenden Krümmungsvorzeichens von höchstens 3,5 mm, bevorzugt von höchstens 2,85 mm, oder von höchstens 20%, bevorzugt von höchstens 15%, des Gesamtumfangs der Querschnittsform der Kanäle aufweist.
2. Formkörper nach Anspruch 1 , bei welchem
die Querschnittsform der Kanäle (32) oder der Innenwände (34) wenigstens einen konvexen Abschnitt (38a) und wenigstens einen konkaven Abschnitt (38b) aufweist.
3. Formkörper nach Anspruch 1 , bei welchem
die Querschnittsform der Kanäle (32) oder der Innenwände (34) mehrere konvexe Abschnitte (38a) und mehrere konkave Abschnitte (38b) aufweist, die entlang der Querschnittsform alternierend vorgesehen sind.
4. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
die Querschnittsform der Kanäle (32) ausgehend von einer Grundform (38), bevorzugt einer kreisförmigen Grundform, alternierend mehrere Abschnitte innerhalb der Grundform und mehrere Abschnitte außerhalb der Grundform aufweist.
5. Formkörper nach Anspruch 4, bei welchem
die Querschnittsform der Kanäle (32) ausgehend von der Grundform (38), bevorzugt einer kreisförmigen Grundform, durch periodische Schwingungen um die Grundform (38) gebildet ist.
6. Formkörper nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem
eine Amplitude (P) der Abweichungen von der Grundform (38) wenigstens etwa 5% oder höchstens etwa 20% beträgt.
7. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem
eine Anzahl (N) der Schwingungen um die Grundform (38) ausgewählt ist aus 4, 6, 8 oder 12.
Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem
ein Abstand (Dsep) zwischen den Grundformen (38) benachbarter Kanäle (32) wenigstens etwa 0,25 mm, bevorzugt wenigstens etwa 0,35 mm, oder höchstens etwa 1 ,00 mm, bevorzugt höchstens etwa 0,70 mm beträgt.
Formkörper nach Anspruch 1 , bei welchem
die Kanäle (30) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des Blocks (27) in Form eines regelmäßigen Vielecks haben.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
die Zellen (28) jeweils eine Querschnittsform parallel zur Grundfläche (X-Y) des
Blocks (27) in Form eines regelmäßigen Vielecks haben.
Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
ein hydraulischer Durchmesser (Dh) eines Kanals (30, 32) wenigstens etwa 2,3 mm oder höchstens etwa 5,0 mm beträgt.
12. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine hydraulische Strömungsquerschnittsfläche (Ah) eines Kanals (30, 32) wenigstens etwa 50% oder höchstens etwa 65% in Bezug auf eine Querschnitts- fläche der Zelle (28) beträgt.
13. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
die die Kanäle (30, 32) begrenzenden Wände (34, 36) mit einer Schutzschicht versehen sind.
14. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
die Innenwände (34) zumindest teilweise porös ausgestaltet sind,
15. Formkörper nach Anspruch 14, bei welchem
die Innenwände (34) und/oder Innenräume der Innenwände (34) mit einem katalytisch aktiven Material versehen sind.
16. Wärmetauscher (14), aufweisend wenigstens ein Wärmebett (24), das wenigstens einen Formkörper (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, bei welchem
das Wärmebett (24) mehrere Formkörper (26) aufweist, die parallel zur Grundfläche (X-Y) der Formkörper nebeneinander, bevorzugt ohne Abstand zueinander, angeordnet sind.
18. Wärmetauscher nach Anspruch 16 oder 17, welchem
wenigstens zwei Wärmebetten (24) aufweist, die in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) übereinander angeordnet sind. 19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welchem
eine Höhe (h) des Wärmebetts (24) in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) wenigstens etwa 20 cm, bevorzugt wenigstens etwa 25 cm, oder höchstens etwa 50 cm, bevorzugt höchstens etwa 40 cm beträgt.
20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem eine Höhe (H) des Wärmetauschers (14) in der Höhenrichtung (Z) der Formkörper (26) wenigstens etwa 100 cm, bevorzugt wenigstens etwa 150 cm, oder höchstens etwa 300 cm, bevorzugt höchstens etwa 200 cm beträgt.
21. Thermoreaktor (10), insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, aufweisend eine Brennkammer (12) und einen Regenerator (14), wobei der Regenerator (14) als ein Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 20 ausgestaltet ist.
22. Thermoreaktor (10), insbesondere zur regenerativen thermischen Oxidation von brennbaren Stoffen in einem Abluft- oder Abgasstrom, aufweisend eine Brennkammer (12) und einen Regenerator (14), wobei der Regenerator (14) einen oder mehrere Formkörper (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 enthält, die insbesondere zu einem Wärmebett (24) zusammengesetzt sind und von einer insbesondere im Wesentlichen gasförmigen Fluidströmung durchströmt werden, wobei die Fluidströmung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: mittlere Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 6,5 m/s, Viskosität zwischen 15 pPa s und 40 MPa-s,
- Temperatur zwischen 400°C und 1.100°C,
- Stickstoffanteil größer als 60 Vol.-%.
23. Verwendung eines Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Filter oder Katalysator,
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