(57)【要約】本発明は、基本形状が筒状であって長さに対する直径として定義されるアスペクト比が２．７〜４．５である改良されたセラミック製パッキング要素を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製パッキング要素（１）において、
当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と、当該セラミック製パッキング要素の直径を画成する上記長さに垂直な最も大きな寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記直径の比率が２．７〜４．５であることを特徴とするセラミック製パッキング要素。
【請求項２】
上記長さに対する直径の比率が３．０〜４．４であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項３】
上記長さに対する直径の比率が３．５〜４．０であることを特徴とする請求項２に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項４】
上記筒状の構造体は、当該セラミック製パッキング要素を通り且つそれぞれほぼ同一の長さである複数の通路を画成する複数の隔壁（３）を囲うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項５】
少なくとも２０の通路（４）が設けられることを特徴とする請求項４に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項６】
少なくとも５０の通路（４）が設けられることを特徴とする請求項５に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項７】
上記複数の隔壁はそれぞれ該隔壁の長さに沿って離間された位置で少なくとも二つの別の隔壁と交差することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項８】
上記筒状の構造体は少なくとも５つの側部を有する多角形断面を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項９】
上記多角形断面は六つの側部を有し、当該セラミック製パッキング要素にはそれぞれ三角形断面を有し且つ当該セラミック製パッキング要素を通る複数の同一の通路（４）を画成する複数の内部隔壁（３）が設けられる請求項８に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１０】
上記対称軸線周りの隔壁によって形成される複数の通路を結合することによって軸線方向の大きな通路（５）が設けられることを特徴とする請求項９に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１１】
上記軸線方向の大きな通路は他の通路の体積の少なくとも二倍の体積を有することを特徴とする請求項１０に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１２】
上記軸線方向の大きな通路は他の通路の体積の少なくとも四倍の体積を有することを特徴とする請求項１１に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１３】
上記セラミックは、自然粘土、人工粘土、アルミナ、ゼオライト、コーディエライト、ジルコニア、シリカおよびこれらの混合物から成るグループから選択された材料によって形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１４】
当該セラミック製パッキング要素の全ての隔壁は第一端部および第二端部を有し、上記隔壁は少なくとも第一端部に近接して上記本質的に筒状の構造体と連結されることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１５】
流体流れから熱を取り除く方法において、
複数のセラミック製パッキング要素を介して流体を流し且つ上記セラミック製パッキング要素が流体流れから熱を吸収し、
各セラミック製パッキング要素は、当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と当該セラミック製パッキング要素の直径を画成する上記長さに垂直な最も大きな寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記寸法の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備することを特徴とする方法。
【請求項１６】
物質移動の方法であって、
複数のセラミック製パッキング要素を介して流体を流し且つ上記セラミック製パッキング要素が流体流れから一つまたはそれ以上の成分を吸収し、
各セラミック製パッキング要素は、当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と当該セラミック製パッキング要素の直径を画成する上記長さに垂直な最も大きな寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記寸法の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備することを特徴とする物質移動方法。
【請求項１７】
上記成分は二酸化硫黄を含む請求項１６に記載の物質移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は「ランダム」パッキング（"random" packing）または「ダンプド」パッキング（"dumped" packing）と呼ばれるタイプのパッキング要素に関する。このようなパッキングは物質移動過程または熱伝達過程の起こるタワーユニットを満たすのに用いられる。特に重要な応用例は、熱回収作業におけるセラミック製要素の使用であり、この場合触媒を介して通過する高温流体と最大限効果的に接触する必要がある。効率を最大限にする別の主要なファクターはタワーの上下間での圧力差をできるだけ小さくすることである。このことを確実にするために、パッキング要素は流れに対して最小限の抵抗を実現すべきである。このことは、広く開いた構成によって促進されるが、一つのパッキング要素の部分が第二のパッキング要素の空間内に貫通するようにタワーの要素が重なり合った場合に開いた構成だけでは使用が制限される。したがって、要素の設計は要素が重なり合う傾向を最小限にすることが重要である。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、押出成形または乾式成形によって製造され且つセラミック製パッキング要素の対称軸線を提供する軸線方向に沿ってほぼ均一な断面を有するセラミック製パッキング要素に関する。このような形状の幾つかは非常に簡単なものから複雑なものまで当該技術において説明されている。全ての形状は本質的に筒形状に基づいており、基本的に筒形状内の内部構造において異なる。最も単純な構造は内部構造の全くない基本的な筒状である。このタイプの構造は大抵ラシッヒリング（Raschig ring）と呼ばれており、何年もの間知られている。複雑なものとしては、特許文献１および特許文献２に記載された構造がある。これらの間の複雑さのものとしては、特許文献３および特許文献４に記載されているような単純な荷馬車の車輪形状（wagon-whell shape）がある。
【０００３】
これら形状の寸法は適切な性能を達成するのに重要であることが発見され、このような最適な性能を得るための寸法の範囲については従来技術では説明されていない。特許文献４はＬ：Ｄ比率が０．５〜５であることを説明しているが、適切な比率が０．５〜２であると説明している。特許文献３では、アスペクト比（aspect ratio）について説明していないが、実施例では上記比率が１である要素を使用している。特許文献５は触媒の支持体として筒状セラミック要素を説明しているが、特定の好ましいアスペクト比について説明しておらず、実施例ではアスペクト比が２．１１の要素を用いている。
【０００４】
【特許文献１】米国意匠特許第４５５０２９号
【特許文献２】米国特許第６００７９１５号明細書
【特許文献３】米国特許第３９０７７１０号明細書
【特許文献４】米国特許第４５１０２６３号明細書
【特許文献５】米国特許第４３３７１７８号明細書
【発明の開示】
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、セラミック製パッキング要素が提供される。パッキング要素は該要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と該要素の直径を画成する上記長さに垂直な最も大きな寸法（Ｄ）とを備えた本質的に筒状の構造体を有し、上記長さに対する上記直径の比率は２．７〜４．５である。
【０００６】
一つの実施形態では、長さに対する直径の比率は３．０〜４．４である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図示された実施形態を参照して本発明について詳細に説明する。これは本発明の範囲について必要な如何なる限定を意味するものではなく、本発明の本質的精神を逸脱することなく多くの小さな変更を成し得ることが容易に理解されるであろう。
【０００８】
セラミック製パッキング要素は、本質的に筒形状の収容構造体を有するように画成され、この筒形状には丸形筒形状が楕円断面および少なくとも五つの側面を備える多角形を形成するように幾分平坦にされた形状が含まれる。収容構造体内の空間には複数の隔壁が設けられるかまたは何も設けられない。しかし、第一の用途は熱伝達の分野におけるものであって表面積が非常に重要であるため、かなりの内部構造体が設けられることが好ましい。本発明の状況において、「隔壁」という用語は、筒状収容構造体の一つの内側部分を別の内側部分に連結する構造部材を説明するのに用いられる。したがって、この隔壁は、直径までの長さの構造体を含む。
【０００９】
本発明のセラミック製要素は、天然粘土または人工粘土、ゼオライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、シリカおよびこれらの混合物等、適切なセラミック材料から形成される。製剤は、押出工程を補助するためおよび／または意図した用途に適するように所望の多孔率および表面積とするために、接着剤、押出補助剤（extrusion aid）、細孔形成剤、潤滑剤およびその均等物と混合して行われてもよい。
【００１０】
上記要素は、熱伝達および物質移動の用途にまたは触媒成分が付着せしめられる基礎として使用され得る。上記要素は、高温ガス流れからの熱回収を含む熱伝達の用途に特に適している。このような用途は、例えば、プラントに取付けられて排出ガス流れから任意の可燃材料を燃焼させる機能を有する熱再生機で見られる。このような再生機では、可燃物質を燃焼させるのに必要な燃料コストを最小限にするために排気ガス流れからの熱量が処理すべき流入排出ガスを昇温するのに用いられることが効率的な作用に不可欠である。本発明は、この目的を達成するように上記要素の設計を最適化する方法について説明するものである。
【００１１】
物質移動の用途は、流体とセラミック製要素との間で一つまたはそれ以上の成分の物質移動、例えば二酸化硫黄等のガス成分を流れているガス流れから除去することを含む。セラミック製要素の物質移動の重要な用途は硫酸プラントの吸収装置におけるものである。
【００１２】
しかしながら、この要素は、この要素が課された作業を行う効率を決定するのに表面積が重要なファクターである用途において有利に使用される。
【００１３】
上記要素が該要素内の空間を複数のチャネルに分割する内部隔壁を有する場合には、上記要素が軸線方向に配置された開口を有することが有利である。これは所望の形状であるが、隔壁構造体の過度の破損を避けるため、チャネルの幾つかを分離している隔壁を取り除いて、複数のチャネルが結合された大きなチャネルを形成するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の特に好ましい構造体は、六角形の収容構造体であって対面する角の各対が隔壁で連結され且つ側方の平行な隔壁がこれら対面する角で交わる側部を連結している収容構造体を具備する。全体的な効果は、上記要素を通過し且つそれぞれほぼ同一の寸法である複数の三角通路が提供されることにある。この設計の上記要素は図１および図２に示されている。
【００１５】
同様に好ましいのが、図５に示されたように軸線方向に配置された大きい通路を備えた要素である。この要素は図１および図２の設計に基づいており、軸線周りの六つの三角通路が軸線方向に配置された大きい通路５を形成するように結合される。図は、六角収容構造体２を備えたパッキング要素１を示している。複数の隔壁３が内部空間を同一の複数の三角通路４に分割する。要素は対称軸線に沿って長さＬを有し、対称軸線に垂直に最も大きな寸法Ｄを有する。図では、Ｄ：Ｌの比率は約４である。対称軸線は構造体の押出方向を向いている。
【００１６】
Ｄ：Ｌの比率の意味について説明するために、Ｄが同じだがＬが三つの異なる値となるセラミック製要素を用意した。これら要素は、８１５．６℃（１５００°Ｆ)のガス流れが７４．８ｍ／ｓｅｃ（２０７ｆｔ／ｓｅｃ）の流速で通過するチューブ内に配置され、媒体との接触により回収された流れの熱エネルギの割合が計測され、アスペクト比に対してプロットされる。その結果が図３に示される。
【００１７】
熱エネルギの回収の割合は三つの要素それぞれについてガス速度の関数として決定される。この結果は、図４に示されている。これらグラフから、アスペクト比が約２．７〜４．５にあるとき、特に３．０〜４．４にあるときに熱エネルギの回収のピークが存在すること、およびこの利点が検査された全てのガスの流量において維持されることは明らかである。
【００１８】
この方向で上記点を説明する従来技術がなく、この結果は、完全に予期し得ないものである。また、できるだけ大きな熱エネルギが上記要素を通る各通路によって回収されることは明らかに非常に有利である。
【００１９】
このＤ：Ｌ比率の利点は物質移動の用途においても見つけられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】下方の地点から一つの側部までの本発明のパッキング要素の斜視図であり、角の一つを直接見ているものである。
【図２】図１に示されたものと同一の要素の頂面図である。
【図３】要素のアスペクト比に対する熱回収割合のグラフである。
【図４】ガス流量に対する熱回収割合のグラフである。
【図５】軸線方向に配置された大きなチャネルを備えた要素の頂面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月2日(2004.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製パッキング要素（１）において、
当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と、当該セラミック製パッキング要素の直径を画成し且つ上記長さに垂直であって上記長さよりも長い寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記直径の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備し、該本質的に筒状の構造体は六つの側部を有する多角形断面を有し、当該セラミック製パッキング要素にはそれぞれ三角形断面を有し且つ当該セラミック製パッキング要素を通る複数の同一の通路（４）を画成する複数の内部隔壁（３）が設けられることを特徴とするセラミック製パッキング要素。
【請求項２】
上記長さに対する直径の比率が３．０〜４．４であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項３】
上記長さに対する直径の比率が３．５〜４．０であることを特徴とする請求項２に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項４】
上記本質的に筒状の構造体は、当該セラミック製パッキング要素を通り且つそれぞれほぼ同一の長さである複数の通路（４）を画成する複数の隔壁（３）を囲うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項５】
少なくとも２０の通路（４）が設けられることを特徴とする請求項４に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項６】
少なくとも５０の通路（４）が設けられることを特徴とする請求項５に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項７】
上記複数の隔壁は離間された位置で該隔壁の長さに沿って少なくとも二つの別の隔壁とそれぞれ交差することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項８】
上記対称軸線周りの隔壁によって形成される複数の通路を結合することによって他の通路よりも大きな軸線方向の通路（５）が設けられることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項９】
上記軸線方向の大きな通路は他の通路の体積の少なくとも二倍の体積を有することを特徴とする請求項８に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１０】
上記軸線方向の大きな通路は他の通路の体積の少なくとも四倍の体積を有することを特徴とする請求項９に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１１】
上記セラミックは、自然粘土、人工粘土、アルミナ、ゼオライト、コーディエライト、ジルコニア、シリカおよびこれらの混合物から成るグループから選択された材料によって形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１２】
当該セラミック製パッキング要素の全ての隔壁は第一端部および第二端部を有し、上記隔壁は少なくとも第一端部に近接して上記本質的に筒状の構造体と連結されることを特徴とする請求項４〜１１のいずれか１項に記載のセラミック製パッキング要素。
【請求項１３】
流体流れから熱を取り除く方法において、
複数のセラミック製パッキング要素を介して流体を流し且つ上記セラミック製パッキング要素が流体流れから熱を吸収し、
各セラミック製パッキング要素は、当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と当該セラミック製パッキング要素の直径を画成且つ上記長さに垂直であって上記長さよりも長い寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記寸法の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備し、上記本質的に筒状の構造体は六つの側部を有する多角形断面を有し、当該セラミック製パッキング要素にはそれぞれ三角形断面を有し且つ当該セラミック製パッキング要素を通る複数の同一の通路（４）を画成する複数の内部隔壁（３）が設けられることを特徴とする方法。
【請求項１４】
物質移動の方法であって、
複数のセラミック製パッキング要素を介して流体を流し且つ上記セラミック製パッキング要素が流体流れから一つまたはそれ以上の成分を吸収し、
各セラミック製パッキング要素は、当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と当該セラミック製パッキング要素の直径を画成且つ上記長さに垂直であって上記長さよりも長い寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記寸法の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備し、上記本質的に筒状の構造体は六つの側部を有する多角形断面を有し、当該セラミック製パッキング要素にはそれぞれ三角形断面を有し且つ当該セラミック製パッキング要素を通る複数の同一の通路（４）を画成する複数の内部隔壁（３）が設けられることを特徴とする物質移動方法。
【請求項１５】
上記成分は二酸化硫黄を含む請求項１４に記載の物質移動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、セラミック製パッキング要素が提供される。セラミック製パッキング要素は当該セラミック製パッキング要素の長さ（Ｌ）を画成する方向の対称軸線と、当該セラミック製パッキング要素の直径を画成し且つ上記長さに垂直であって上記長さよりも長い寸法（Ｄ）とを備える本質的に筒状の構造体（２）であって、上記長さに対する上記直径の比率が２．７〜４．５である本質的に筒状の構造体を具備し、該本質的に筒状の構造体は六つの側部を有する多角形断面を有し、当該セラミック製パッキング要素にはそれぞれ三角形断面を有し且つ当該セラミック製パッキング要素を通る複数の同一の通路（４）を画成する複数の内部隔壁（３）が設けられる。
【国際調査報告】
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