JPH02157038A - 熱伝導用又は化学塔に使用する充填要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱伝導用又は化学塔の充填材料として使用する
充填要素に関する。

〔従来の技術〕

化学塔充填要素及び熱伝導用充填要素は従来から公知で
ある。熱伝導用充填要素の場合は、熱伝導用充填要素層
を構成するために非常に多くの充填要素が用いられる。

例えばある種の熱伝導用充填要素はセラミック又は石造
物で作られ、蒸気又は臭気を燃焼室に送りこむ場合に使
用される。蒸気や臭気は燃焼室内において高温で燃焼さ
れ、その殆んど大部分が二酸化炭素と水滴に変えられた
上で大気中に排出される。このようなガス体が燃焼室に
送りこまれる途中で通常先ず石造物の層を通過する。こ
の層は予備加熱されていて、送られてきたガスを予備加
熱し、該ガスが燃焼室に入ると直ちに燃焼が行なわれる
ようにもくろまれている。上記のような熱伝導用充填要
素の使用時にガスの流れ方向は周期的に逆転される。即
ちガスは、燃焼成品が大気に向けて排出される途上にお
いて石造物即ち室内の充填要素を予備加熱するために、
燃焼室から石造物の室を外方に向けて通過する。

このような装置では充填要素を収容した熱回収室を通る
ガス流は交互に向きが変る。従って充填要素は流入して
来るガスの予備加熱と流出して行くガスによる充填要素
自体の加熱とを交互に行なう。

上記の装置は例えば１９７５年７月２２日にＪａｍｅｓ
　Ｈ。

Ｍｕｅｌｌｅｒ　に付与されたアメリカ特許箱３．８９
５．９１８号に開示されている。

又ガスの清浄化或いは他の産業的設備等の化学塔充填に
充填要素を使用することが知られている。

例えば液体−ガス接触装置、液体接触装置及び流体−流
体接触装置において、充填要素は通常無作為に投込まれ
、充填要素層を通して流体が流れ、通常これと同時に流
体が逆方向に流れるように構成されている。しばしば上
記の装置は大気に排出するよりも煤塵状放出物等の不純
物の集収用に使用される。鞍形化学塔用充填要素の例は
アメリカ特許箱４．１５５．９６０号に、他の化学塔用
充填要素の例はアメリカ特許箱４．３３３．８９２号、
４．３０３．５９９号及び４．３１６．８６３号に開示
されている。

充填要素を化学塔の充填に用いる場合も、或は熱保持・
熱伝導に用いる場合も以下に列記するように両型式に共
通な幾つかの配慮すべき事項がある。

・充填要素によって与えられる表面積の大きさ、・充填
要素の体積の大きさ、 ・充填要素の幾何学的形状、 ・充填要素を配列した室又は塔を通しての圧力降下、 ・室内又は塔内に充填された充填要素が相互に支えるた
めの固有の強度、 ・室又は塔に充填するために充填要素を上方から投下し
た時にも無傷のままで残る性質、・製造費が低価である
こと、 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は熱伝導用又は化学塔、好ましくは投下型充填を
する塔又は室の充填材料として使用する充填要素を供給
するものである。

本発明の主たる目的は熱伝導用又は化学塔の充填要素に
適した新規の充填要素の形状を提供することである。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記の目的は本発明によれば、熱伝導用又は化学塔の充
填材料として使用する充填要素であって、多数の充填要
素を室内に配設し、該充填要素と接触状に酸室に流体を
通過させたものにおいて、上記充填要素は、長手方向に
延びた芯部分と、該芯部分から略半径方向外方に延びた
複数同形の放射状部分と、夫々の放射状部分の末端部と
して接続した複数の縁部分とからなる一体物の三次元体
の無機質成分からなり、夫々の上記放射状部分とそれに
接続する縁部分とは、上記芯部分の拡がり部として長手
方向に延びて略Ｔ形断面形に形成され、すべての上記縁
部分の半径方向外周面は協働して略円筒状輪郭を画定し
た充填要素によって解決される。

本発明によればＴ形断面形部分に長手方向の溝が設けら
れている。又充填要素の材料は少なくとも金属、磁器、
セラミック等の鉱物質であり、場合によってはグラスフ
ァイバーで強化したプラスチック又は他の合成材料で成
形してもよい。又、ｆｔ２／１ｂｓで測った充填要素の
表面積／重量比は約１．２０から１．５６の範囲である
。又、円柱状部の断面積の約６５％を開口して、該開口
部を流体が通過するようにしている。

又、使用目的に応じて充填要素の直径／長さの比を変化
させている。

本発明の他の目的と利益とは、特許請求の範囲、実施例
の詳細な説明及び図面の簡単な説明を読めば明らかにな
るであろう。

〔実施例〕

本発明の充填要素の構成の説明に先立ち、第９図を参照
して全体的に符号１０で表した焼却装置について説明す
る。焼却装置１０は高温の燃焼室１１を備え、該燃焼室
の周囲には炉壁１３で燃焼室から隔てられた複数の熱エ
ネルギ回収室１２が配設されている。第９図に示ず炉壁
１３は中高の表面１５と中低の表面１６とを有する。回
収室１２内の充填要素１７は炉壁１３の中高面１５に重
力を働かせて個々の煉瓦１８を圧縮下に維持する。煉瓦
１８は図示せぬパーホレーションを有し、後述するよう
に中低面１６から中高面１５の方向に及びこれと反対の
方向にガスを通過させる。又煉瓦は熱反射性の材料から
なり、複数の煉瓦を含んだ水平の列に配設されると共に
上下に隣接する列は互に喰違い状になっている。

燃焼室１１の内部には第９図に示すように、その下部を
通して一つ以上のバーナー２２が立上っている。上記の
バーナーは燃焼室内でガスの成分によって１０９３℃（
２０００’Ｆ　）　　までの燃焼を行なうことが可能で
ある。

通常適宜の工場、設備等から入口２３に送られて来たガ
スは多岐管の分配装置２４に入り、垂直ダクト１９を介
して、既に予備加熱されたエネルギ回収室１２のあるも
のに入り、該エネルギ回収室内に積重ねられた充填要素
を通過する。従って該ガスが多孔性の炉壁部分を通して
燃焼室１１内に入ると該燃焼室内で直ちに燃焼する。次
いてガスは多孔性の炉壁１３を外方に向けて通過し、エ
ネルギ回収室１２内の他の充填要素層を通過し、排出ダ
クト２７に向けて外方に通過移動中に該エネルギ回収室
中の充填要素を加熱する。排出ダクト２７に送られたガ
スはファン又はポンプで作動するダクト２８を介して好
ましくは二酸化炭素及び水滴にして大気中に排出される
。

図示のように種々の弁装置３０を使用してガスの流れを
、必要に応じである時は内方に向けてエネルギ回収室１
２を通して燃焼室１１に送り込み、又ある時は外方に向
けてエネルギ回収室１２を通して燃焼室１１から送り出
す。即ち上述の従来技術から判るようにある特定の時間
には、エネルギ回収室１２のあるものはガスが内方に向
けて通過し、父性のあるものはガスが外方に向けて通過
する。

炉壁１３を構成する煉瓦１８は通過孔を有する意味で多
孔性であることが好ましく、該孔率は各煉瓦（ｑ） の体積の３０〜４０％でまたある場合には５０〜７０％
に達する。

このように構成した本発明の装置は、多枝管分配装置２
４の人口２３から汚染した蒸気や臭気が侵入するような
場所で作動される。従って弁装置３０は蒸気等を含んだ
ガスを熱エネルギ回収室１２に振向け、充填要素１７を
通過させて該ガスを燃焼室１１に送る。この際ガスは燃
焼温度に極めて近い温度になった充填要素層を通過する
。予め定められた燃焼温度を維持したガスバーナー又は
オイルバーナーによって酸化作用は完全に行なわれる。

燃焼室１１内での燃焼が終ると清浄化されたガスは、こ
の際には取出しモードとなったある充填要素層を通して
エネルギ回収室から引抜かれて、該ガスが含んでいた熱
を充填要素に引渡し、該充填要素はこの熱を吸収する。

このように作動条件がその都度逆転するので、弁装置３
０の作動設定に応じて充填要素層は交互に作動して、排
出されて行くガスから熱を吸収し或はガスを予備加熱す
る。

第１〜３図について説明すると、充填要素１７は運搬の
慣習上無作為にどさっと置かれているものである。即ち
充填要素１７はエネルギ回収室内に正確に幾何学的に配
列されるのではなくて重力落下を利用してエネルギ回収
室に供給される。従って充填要素は層内において不規則
な向きをとる。しかし−船釣にではないが、充填要素の
寸法が小さい場合には必要があれば正確に配列ずろこと
がある。

充填要素１７は好ましくは押出し工程によって幾何学的
形状に製作されていて、一端面５１から他端面５２に向
けて延びた長い芯部分５０と、該芯部分５０から半径方
向外方に突出した複数の放射状部分５２とを備える。こ
の実施例には６個の放射状部分が示されているが、必要
があれば６個より多く或は６個より少なくすることがで
きる。また放射状部分５２は約６０°の角度的間隔をお
いて等間隔に示されているが必要があれば不等間隔にす
ることができる。

各放射状部分５２は縁部分５３に接続していて、第２図
の端面図に示すように、放射状部分５２と縁部分５３は
協働してＴ形断面形を形成する。第２図に示す上記Ｔ形
断面形群は第２図の破線５４で示されるように全体とし
て略円形の輪郭を画く。第１〜３図に示す実施例の縁部
分５３で形成される外周面５５は実際の断面形が円形で
ある。しかし夫々の縁部分の外周面５５は必ずしも円で
なくてもよく、通常種々の輪郭に形成することができる
が充填要素の外形はほぼ円柱形である。また充填要素１
７のＴ形断面形の隣接縁部分５３間には長手方向に延び
た流路が画定されていて、ガス又は其他の流体が充填要
素を通して流れる時に流体との接触面積を増大するよう
に形成される。

第１〜３図に示す充填要素の輪郭はワゴン車の断面輪郭
に似ている。

第４図に示す別の実施態様では、芯部分５８の略中心部
において該芯部分を通って長手方向に延びた貫通孔６０
を設けて、接触面積と通過流体量の増大を計っている。

第５図に示す別の実施態様では第２図の実施例に示す急
激な交差面とは異なり、図示のように充填要素の縁部分
６１には、弯曲したコーナ一部分６３に緩かに溶は込ん
だ弯曲外周面６２が設けられている。

第６図に示す別の実施態様では、充填要素１７の接触面
積を増大するために、縁部分６４の外周面６５には長手
方向の溝が形成されている。

第７図に示す別の実施態様は、依然としてその放射状部
分６７と協働してＴ形断面形に形成されているが、縁部
分と放射状部分間の強度を増ししかも縁部分の外面積を
増すために溝付きの外周面６８を備えた略三角形断面形
を備えている。

第８図には放射状部分と縁部分との別の形状が示されて
いる。この実施態様では縁部分７０は第５図の縁部分と
略類似であるが、放射状部分は７１の場所で波状に弯曲
していて放射状部分の領域における接触面積を増してい
る。

上述した種々のＴ形断面形を維持しながら本発明の充填
要素の種々の変形が可能である。

本発明の充填要素のある実施態様において、より詳しく
は直径２５．４ｍｍ　（１ｉｎ）長さ２５．４ｍｍ　（
１ｉｎ）の充填要素の表面積は一充填要素当り１０．７
ｃｕｔ（０，０５３ｆｔ２）になる。この場合第２図に
示す端面図における開口面積は円柱状部の断面積の約６
５％である。このような充填要素は充填塔又は熱回収室
に供給することができ、多数の充填要素を使用すると流
体が通過する充填要素の２８３１７ｃｎ（（ｆｔ’）当
り８５０００ｃｎ（（９２ｆｔ２）にも達する表面積カ
得うレル。

化学塔の充填の場合、本発明の表面積増大能力によって
大きな表面積から大きな清浄効果が得られ、また熱回収
用充填要素として使用した場合大量の熱回収が得られる
。

上述した充填要素の形状は、境界層の面積を増大する小
さな流路と、該流路を通過する流体の乱流増加と、接触
表面積を増大することによって、清浄、熱伝導のいずれ
の能力も増大させる。

本発明によれば、従来の充填要素の約３７％の体積でか
つ充填要素を通過する流体の圧力降下が従来の充填要素
のよりも１０〜１５％減少させて同一の熱伝導が得られ
た。また本発明の充填要素によれば、充填要素層に亘っ
た圧力降下を路間−にし、又熱伝導性を同一にするには
従来の約半分の充填要素の体積があれば足りることが判
明している。

このため設備費を大幅に節減することができる。

またＴ形状の放射状部分を充填要素の要求強度に応じて
種々変形することができる。充填要素を柱状に積重ねた
場合に基部にある充填要素がつぶれることなく１５ｍ　
（５０ｆｔ）の柱状体を支えることができる。また基部
にある充填要素は２８４４ｋｇ／ｃｕｔ（２０００］ｂ
Ｓ／１ｎ２）までの圧力を支持することができる。

充填要素を構成する材料は、金属、非金属（セラミック
、アルミニウム、シリコン、プラスチック、ガラス繊維
補強のプラスチック等）を含む。

通常上記の材料は使用目的によって選ばれる。例えば第
９図に示すような熱回収等の高温条件で使用する場合に
は１２０４℃（２２００’Ｆ　）以上の高温に堪えるセ
ラミック、陶土等で出来た充填要素が望ましい。この場
合充填要素は石造物状の構造にすることができる。例え
ば充填塔には鋼等の金属製充填要素の使用が望ましい。

この場合充填要素は２６０℃（５００’Ｆ）程度の高温
を受ける。上述した成分及び本文に開示しなかった成分
も、無機質成分のものであれば使用することができる。

上記の無機質成分はさらに磁器、化学的石造物、各種の
鋼、合金、チタン、ニッケル等の硬質金属を含み、場合
によってはテフロン、ポリプロピレン等で成形してもよ
い。細部の成分・構成は使用目的によって定まる。上記
の使用目的は例えば蒸溜、ガス吸収、熱回収及び関連し
た作動である。特に再生型の熱回収においては、充填要
素をスケルトン状に形成して個々の充填要素間の隙間を
ガスが通過する際の熱回収を容易にする。即ち各充填要
素をガスが通過する際にガスの流れが細分されてガスと
充填要素間の熱伝導が行なわれる。

本発明は熱伝導比を向上するために最大の表面積／体積
比が得られる充填要素の物性を向上させることを目的と
する。この目的は熱伝導性を向上するために、充填要素
層を通しての圧力降下を最小に保って高度の乱流を導く
ことにより達成される。

又本発明は充填要素の長さ／直径比を限定して、無作為
投下時に該充填要素を所望の方向に向けることができる
。長さ／直径比を大きくすると、該充填要素は水平にな
る傾向を有して、無作為落下すると大部分の充填要素が
水平方向を向くようになる。これと反対の条件即ち直径
を長さよりも大きくすると、該充填要素は垂直になる傾
向を有して、無作為落下すると大部分の充填要素が垂直
方向を向くようになる。このようにして充填要素層を通
る流体の流れの方向が水平か垂直かによって、それに応
じた所望の長さ／直径比を付与して、流体の流れが充填
要素層を通過中における熱伝導効率を最大にすると共に
圧力降下を最小にすることができる。

第１０図は充填要素の種々の長さ及び直径に対する相対
的な表面積／重量比を示す表である。例えば上方に向け
て垂直方向に１９＋ｎｍ　（０，７５ｉｎ）径の充填要
素の表面積／重量比は、充填要素の長さが５０、８ｍｍ
　　（２ｉｎ）　　から３８．１ｍ＋＋＋　　（１，５
ｉｎ）　　、　３１．７５ｍｍ（１，２５ｉｎ）　、２
５．４ｍｍ　（１ｉｎ）　、１９ｍｍ　（０，７５ｉｎ
）に減少すると、約１．２２から１．３３の範囲で変化
することを表している。従って充填要素の長さに対する
直径の効果がわかる。他方断面形状は、直径／長さ比に
無関係に大きな表面積／重量比を生ずる。

この表内にある表面積／重量比はｆｔ２／ＬＢで測定す
ると１．２０から１．５６までの範囲内にある。

上記の説明から本発明の充填要素の細部構造の種々の変
形及び該充填要素の使用法が明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充填要素の斜視図、第２図は第１図の
充填要素の端面図、第３図は第２図の充填要素の左側断
面図、第４〜８図は充填要素のＴ形部分の夫々別の実施
態様を部分破断して示した拡大断面図、第９図は本発明
の充填要素を熱伝導媒体として用いた焼却装置を部分破
断して示した概略斜視図、第１０図は直径／長さの比に
対する本発明の充填要素の表面積／重量の比を示した表
である。 １７・・・充填要素、　　　５０・・・芯部分、５２・
・・放射状部分、　　５３・・・縁部分、５６・・・流
路、　　　　　６０・・・貫通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱伝導用又は化学塔の充填材料として使用する充填
   要素であって、多数の充填要素を室内に配設し、該充填
   要素と接触状に該室に流体を通過させたものにおいて、 上記充填要素（１７）は、長手方向に延びた芯部分（５
   ０）と、該芯部分から略半径方向外方に延びた複数同形
   の放射状部分（５２）と、夫々の放射状部分の末端部と
   して接続した複数の縁部分（５３）とからなる一体物の
   三次元体の無機質成分からなり、 夫々の上記放射状部分とそれに接続する縁部分とは、上
   記芯部分の拡がり部として長手方向に延びて略Ｔ形断面
   形に形成され、すべての上記縁部分の半径方向外周面は
   協働して略円筒状輪郭を画定したことを特徴とする熱伝
   導用又は化学塔に使用する充填要素。 ２、隣接した上記縁部分は互に離隔されていて、該縁部
   分間に長手方向に延びる流路（５６）が画定された請求
   項１に記載の充填要素。 ３、上記縁部分の断面形が略弓形である請求項１に記載
   の充填要素。 ４、上記芯部分はその略中心部に、長手方向に延びる貫
   通孔（６０）を備えた請求項１に記載の充填要素。 ５、隣接した上記縁部分は互に離隔されていて、該縁部
   分間に長手方向に延びる流路が画定され、又上記縁部分
   の断面形は略弓形に形成され、さらに上記芯部分はその
   中心部に、長手方向に延びる貫通孔を備えた請求項１に
   記載の充填要素。 ６、無機質成分は磁器、アルミナ、亜鉛及び其他の材料
   群から選択された材料を含む請求項１に記載の充填要素
   。 ７、熱伝導用又は化学塔の充填材料として使用する充填
   要素であって、多数の充填要素を室内に配設し、該室に
   流体を通過させて該充填要素に接触させたものにおいて
   、 上記充填要素は一体物の三次元体の無機質成分からなり
   、又長手方向に延びる複数の開口部を有して略円柱状輪
   郭に形成され、ｆｔ＾２／１ｂｓで測った該充填要素の
   表面積／重量比は約１．２から１．５６の範囲であるこ
   とを特徴とする充填要素。 ８、上記の表面積／重量比が約１．４から１．５の範囲
   である請求項７に記載の充填要素。 ９、上記開口部の断面積が円柱状部の断面積の約６５％
   である請求項７に記載の充填要素。 １０、ｆｔ＾２／１ｂｓで測った表面積／重量比が約１
   ．４から１．５の範囲で、又円柱状部の断面積の約６５
   ％が開口した請求項７に記載の充填要素。 １１、ｆｔ＾２／１ｂｓで測った表面積／重量比が約１
   ．２０から１．５６の範囲である請求項１から５までの
   いずれか１項に記載の充填要素。 １２、ｆｔ＾２／ＬＢで測った表面積／重量比が約１．
   ４から１．５である請求項１１に記載の充填要素。 １３、円柱状部の断面積の約６５％が開口した請求項１
   １に記載の充填要素。