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Patent Searching and Data


Title:
MOLDED PART FOR TREATING A FLUID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/135026
Kind Code:
A1
Abstract:
A molded part for treating a fluid, in particular for controlling the temperature of a fluid, which can, for example, be used to form a heated bed (24) of a regenerator (14) or in a wall-flow filter or catalytic converter, comprises a block (27) made of a heat-conducting material, defined by a base (X-Y) and a height extending perpendicular to the base, said block (27), when seen in the cross-section, having a plurality of cells (28) parallel to its base (X-Y). The block (27) has a plurality of channels (30, 32) extending substantially parallel to each other and to the direction of height (Z) of the block, each of said channels (30, 32) being provided in a cell (28) in such a manner that an inner wall (34) is present between the channels (30, 32) in adjacent cells (28). Furthermore, a cross-sectional shape of the channels (30, 32) or of the inner walls (34), parallel to the base (X-Y) of the block (27), has a structural length (s) of a section having a constant curvature sign of not more than 3.5 mm, or of not more than 20% of the total circumference of the cross-sectional shape of the channels.

Inventors:
WIDHALM, Daniel (17468 Lake View Circle, Northville, MI, 46168, US)
Application Number:
EP2016/053402
Publication Date:
September 01, 2016
Filing Date:
February 18, 2016
Export Citation:
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Assignee:
DÜRR SYSTEMS GMBH (Carl-Benz-Str. 34, Bietigheim-Bissingen, 74321, DE)
International Classes:
F23G7/06; B01D53/74; B01D53/88; F23G7/07; F23L15/02; F28D17/02; F28D17/04
Foreign References:
GB121536A1918-12-24
JP2015010237A2015-01-19
US4346753A1982-08-31
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PRÜFER & PARTNER MBB (Patentanwälte Rechtsanwälte, Sohnckestr. 12, München, 81479, DE)
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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,

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: r i (<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)

e N: P J ,Q J 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:

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