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発明の名称 物質および熱交換装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−244148
公開日 平成10年(1998)9月14日
出願番号 特願平9−326772
出願日 平成9年(1997)11月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外4名)
発明者 ジャン − イブ・レーマン / エティエンヌ・ベルラン
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ガスの混合を促進するために、固定されたベンチレーターの積み重ねからなり、各ベンチレーターは4つの反らせ板からなり、反らせ板の中心の垂線は、傾斜しており、垂直な軸のまわりに回転させることによって互いからほぼ得られ、4つの回転角度の合計は360°であり、ベンチレーターは連続した水平な層をなして積み重なり、層の中で、各反らせ板は、2つの隣接した反らせ板をガスが通過するようそれらの間に十分な空間があるようにかつ反対方向に回転している、2つの隣接したベンチレーターの一部を形成することを特徴とする熱および物質交換装置。
【請求項2】 ベンチレーターの反らせ板が、1つの対角線が水平である菱形ではなく底辺が水平である三角形でもなく、または、反らせ板の回転角度が90°ではなく、または、回転軸が、菱形の反らせ板の水平な対角線の両端を通過せず、または、回転軸が、三角形の反らせ板の水平な底辺の両端を通過せず、または、1つの層の三角形のまたは菱形の上部の頂点が、すぐ上の層の三角形のまたは菱形の上部の頂点と一致しないことを特徴とする請求項1記載の装置。
【請求項3】 反らせ板の一部または全部について、その下方部が非対称であることを特徴とする請求項1または2記載の装置。
【請求項4】 反らせ板の一部または全部について、その上方部が、最大傾斜の線に対して対称であり、かつ液体の散布を促進するために実質的に逆Vの字の形をなしていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の装置。
【請求項5】 液体が反らせ板の下を通過することを促進するために、反らせ板の一部または全部に、垂直軸の対称性を有してまたは有さずに、1または複数の孔が開けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の装置。
【請求項6】 反らせ板の間で液体を横方向に分割するために、反らせ板の一部または全部が、丸い、または平坦な、またはへこんだ共通の端の線分によって、同じ水平面内でそれらに隣接する1または複数の反らせ板に連接されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記載の装置。
【請求項7】 反らせ板を全体として固定するために、反らせ板の一部または全部が、丸い、または平坦な、またはへこんだ共通の端の線分によって、それらに隣接する1または複数の反らせ板に連接されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の装置。
【請求項8】 反らせ板の一部または全部が、隣接する反らせ板の垂直面内にある空間に侵入していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項記載の装置。
【請求項9】 一般に先端部を使って他の反らせ板に液体を供給するように、または他の反らせ板から液体を収集するように、反らせ板の一部または全部が設計されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項記載の装置。
【請求項10】 反らせ板を全体として固定するために、隣同志の反らせ板からなる対の一部または全部が、相互の噛み合いを可能にする突起部および/または切欠きを有していることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項記載の装置。
【請求項11】 液体の滴り表面積をできる限り大きくするために、反らせ板の一部または全部について、その下方部の少なくとも一部が広くなっていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項記載の装置。
【請求項12】 少なくとも2つの反らせ板の1つの端が突起部を形成していることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項記載の装置。
【請求項13】 ベンチレーターの層を固定するために、1またはそれぞれの突起部が、他の反らせ板または切欠きと噛み合っていることを特徴とする請求項12記載の装置。
【請求項14】 突起部を有するまたは有していないコンサーティーナのように折畳んだシートを形成するために、金属または他の材料からなる平坦なシートを切断、および折畳み、および/または曲げ、またはねじり、または型押しして、固体の表面が平坦な、または折畳まれた、または曲げられた、またはねじられた反らせ板を形成することを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項記載の装置の製造方法。
【請求項15】 コンサーティーナのように折畳んだシートを、垂直面に平行に、並んで配置することを特徴とする請求項14記載の製造方法。
【請求項16】 コンサーティーナのように折畳んだシートを、折畳む前に、その少なくとも45%に孔を開けることを特徴とする請求項14または15記載の製造方法。
【請求項17】 ほぼ同一のコンサーティーナのように折畳んだシートから構造がなり、かつ、奇数の列のコンサーティーナのように折畳んだシートは偶数の列のコンサーティーナのように折畳んだシートに対して、コンサーティーナのように折畳んだシートの中央の面内にある、垂直なまたは水平な軸のまわりに上下反対になっていることを特徴とする請求項14ないし16のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項18】 シートが噛み合うことを可能にし、またひとたびそれらが互いに噛み合えばコンサーティーナのように折畳んだシートが安定することを保証する支持領域によって、コンサーティーナのように折畳んだシートを位置付けていることを特徴とする請求項14ないし17のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項19】 局部的にへこませることによって支持領域を形成していることを特徴とする請求項18記載の製造方法。
【請求項20】 切断、および折曲げ、および/または曲げ、またはねじりによって、支持領域を形成していることを特徴とする請求項18または19記載の製造方法。
【請求項21】 隣接する反らせ板の間で液体の交換を可能にする湾曲したまたはしていない折り目の線によって、固体の表面を連接するために、コンサーティーナのように折畳んだシートに孔を開け折畳んでいることを特徴とする、請求項6と組み合わせた、請求項14ないし20のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項22】 折り目を含む2つの平面の間にある領域の外側に先端部を生じさせるために、折り目の線が連続していないことを特徴とする請求項14ないし21のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項23】 先端部および/または切欠きの噛み合いによってコンサーティーナのように折畳んだシートを位置付けることを、先端部によって可能にしていることを特徴とする請求項14ないし22のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項24】 隣接する層の反らせ板に対して分配器または収集器を生じさせることを、先端部によって可能にしていることを特徴とする請求項14ないし23のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項25】 広い滴り表面を生じさせることを、コンサーティーナのように折畳んだシートの少なくとも45%の穿孔によって可能にしていることを特徴とする、請求項11と組み合わせた、請求項14ないし24のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項26】 請求項1ないし13のいずれか1項記載の少なくとも1つの装置を含む蒸留塔内で空気からガスを、または炭化水素を、または一酸化炭素を、または同位体を分離する方法。
【請求項27】 請求項1ないし13のいずれか1項記載の少なくとも1つの装置を含む蒸留塔内で空気からガスを、または炭化水素を、または一酸化炭素を、または同位体を分離するプラント。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質(mass)および熱交換装置、特に、複数の理論段を有する蒸留塔内の、特に空気、または、一酸化炭素、窒素、水素もしくは炭化水素の混合物を蒸留するための塔内の、または同位体分離塔内の、充てん物の役をするための物質および熱交換装置に関する。さらに、それは同位体蒸留塔用にも役立ち得る。特に、それは複数の理論段を有する蒸留塔内に設置される。
【0002】
【従来の技術】通常、用いられる充てん物には、互いに平行に交互に配置された波を有する波形のストリップが含まれており、それぞれは一般的な垂直面内に位置し、波は傾斜しているとともに、あるストリップから次へと反対の方向に降下している。これらのいわゆる交差波形(crossed−corrugated)の充てん物に対して、穿孔度は約10%である。
【0003】GB-A-1,004,046によって、交差波形充てん物が開示されている。
【0004】CA-A-1,095,827によって、液体が交差波形のストリップを真っ直ぐに通過することが可能となるように、小さい直径の密度の高い穿孔を付け加えることによって、このタイプの充てん物を改善することが提案されている。
【0005】WO-A-94/12258 によって、噛み合いシステムによってストリップを垂直面内にお互いに精密に位置付けることに基づいて、このタイプの充てん物を改善することが提案されている。この装置の目的は、噛み合いによってストリップの相互侵入(interpenetration)が可能となるため、同じ容量の中でより大きな充てん表面積を収容することである。
【0006】WO-A-86/06296 およびWO-A-90/10497 によって、水平でかつ重ね合わせられた層を含み、それぞれの層は角錐の列を含んでいる充てん物が開示されている。
【0007】WO-A-86/06296 においては、ガスを回転させてガスと液体との間の接触を増加させるベンチレーターブレードを多数構成するために、それらの先端部によって連接された交互に開閉する側面を有する解放的な(open−based)角錐を構造に含んでいる。この構造の基本的な特徴は、穿孔され折畳まれた金属シートを組み立てることによって、それを得ることができるということである。ここでは、もはや液体の流れを最適化するためだけではなく、交差して折畳まれたストリップをガスが通過できるように、穿孔は設計されており、穿孔度は約50%である。
【0008】逆説的ながら、このときに交差波形の充てん物について基本的な議論がされ始め、このタイプの充てん物を空気中のガスを分離することに用い始めている。この比較的遅くなされた適用は、低温(cryogenic)段の、市場の他の段と比べて高い性能によって部分的に説明することができる(約10cmで、かつ小さな圧力低下である、HETP、または理論段に相当する高さ)。
【0009】WO-A-90/10497 においては、2つの連続する層の角錐の面を一致させる、すなわちストリップを横断するチャンネルを生じさせ、そして横断する混合を促進することによって、上で得られた構造を改善している。この中で、二重の穿孔:ガス用のチェッカー盤タイプの穿孔(すなわち、表面積の50%が穿孔されている)、および液体が滴ることを系統立てるための「密閉された面」内での第2の穿孔による利点について、はっきりと述べられている。
【0010】後者の特許出願は、今や古典的である交差波形の充てん物の性能特性よりも特に優れている性能特性(一定の蒸気の速度に対して約25%ないし30%低減されたHETP、または一定のHETPに対して約25%ないし30%増加されたあふれ出る速度)を実現することを可能にしている、新製品世代の最初の構成を表すサルザー(Sulzer)の製品「オプティフロー(Optiflow)TM」の元となっている。
【0011】この特許およびこれらの特許出願により、研究の2つの主要な系統を特定することが可能となっている。研究の最初の系統の目的は、濡れた表面積ができる限り大きくなり、また液体をすべての方向に分配して、充てん物内で滴る際に再混合するように、液体の流れを最適化することである。研究の2番目の系統の目的は、ガスの流れを最適化する、すなわち、循環が低い優先的な流れのチャンネルまたは領域なしに、できる限り乱れた垂直な流れを得ることである。
【0012】今までのところ、交差波形のタイプの構造について、液体相の流れが研究されている。小さい直径の穿孔(約10%)によって、ストリップの両側を液体が通過することが促進されることが分かっている。いくつかの改善が提案されている:CA-A-1,095,827によって、折り目に対して精密に孔を位置付けることが請求されている、またWO-A-94/12258 によって、ストリップの相互侵入によりストリップを相対的に位置付けることが請求されている。孔の主な機能は、ストリップの一方の側から他方の側へと液体が通過することを可能にすることであるため、実際は、孔を位置付けることによって充てん物の有効性がそれと分かるほどには増加するわけではない。つまり、穿孔の程度および孔の直径のみが、効率に影響する。
【0013】WO-A-86/06296 およびWO-A-90/10497 の中で紹介されている角錐の考えによって、新しいタイプの穿孔−ガスを通過させるための穿孔(表面積の約50%を表す)が導入されている。これらの穿孔によって、圧力低下を減少させることが、そしてガスの攪拌を促進するベンチレーターをもたらすことが可能となっている。これらの文献は、液体の流れに関しては言及していない。
【0014】先端部(「頂点」および「かど」−「かど」によって底辺にある点を意味する)によって角錐を接合するという事実は、重要な不利益を有している:これらの点においては原料がほとんど残らないという事実のために、組み立てることの機械的な結合性というのは、ステープルで留める、束ねる、縫合する、溶接するまたはハンダ付けするタイプの機械的なプロセスを用いて、これらの「先端部」を物理的に結合しなければならないということを意味し、その結果、複雑で高価な道具を必要とし、従って非常に高いコストをもたらすことになる。また、これらの締結具の数は角錐の数に、すなわちそれらのサイズの3乗の逆数に比例して変化し、その結果、このタイプの充てん物の、経済的に手の届く具体的な表面積を制限していることにも注意されたい。さらに、チェッカー盤の穿孔の原理は、約50%のスクラップ率につながる;これは、充てん物の材料が非常に高価で、例えば織物であるときには、特に有害となる。
【0015】また、この構造は著しく空気にさらされているように見え、またガスの乱れまたは表面の濡れ具合を低下させることなしにスクラップの一部を構造内に留めることになったときには、HETPがさらに減少することさえあり得るように見える。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガスの流れに対して良好な特性を有し、液体の散布、分配および混合に関する一連の改善を取りいれ、従来技術の装置よりも製造することが容易であり、その結果、非常に精細な充てん物を作製することを、従ってHETPをより小さくすることを実際上可能とする、熱および物質交換装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の対象とするところは、ガスの混合を促進するために、固定されたベンチレーターの積み重ねからなり、各ベンチレーターは4つの反らせ板からなり、反らせ板の中心の垂線は、傾斜しており、垂直な軸のまわりに回転させることによって互いからほぼ得られ、4つの回転角度の合計は360°であり、ベンチレーターは連続した水平な層をなして積み重なり、層の中で、各反らせ板は、2つの隣接した反らせ板をガスが通過するようそれらの間に十分な空間があるようにかつ反対方向に回転している、2つの隣接したベンチレーターの一部を形成することを特徴とする熱および物質交換装置である。
【0018】ベンチレーターの反らせ板は、平面または非平面、対称または非対称であり得て、さらに垂直または垂直でない軸の回りに回転させることによって得ることができる。
【0019】上述した構造によって、反らせ板上に滴る液体の被膜とガスとの間の接触を改善する、ガスの渦の流れをもたらすことが可能となる。これには、反らせ板の形状および反らせ板の間の連接を定めるための、設計上の大きな自由をもたらすという利点がある。この自由度は、製造物の他の機能をさらにもたらす、およびそのコストをさらに下げるために使用される。
【0020】特許出願WO-A-86/06296 およびWO-A-90/10497 での解放した角錐の構造は、以下の条件を同時に満たすときに説明される、一般的な構造の非常に特別なケースであることに注意されたい:1.ベンチレーターの反らせ板が、1つの対角線が水平である菱形であるか、または底辺が水平である三角形である;
2.反らせ板の回転角度が90°である;
3.回転軸が、菱形の反らせ板の水平な対角線の両端を通過する、または三角形の反らせ板の水平な底辺の両端を通過する;
4.1つの層の三角形のまたは菱形の上部の頂点が、すぐ上の層の三角形のまたは菱形の上部の頂点と一致する。
【0021】本発明の別の側面によれば:−ベンチレーターの反らせ板が、1つの対角線が水平である菱形ではなく底辺が水平である三角形でもなく、または、−反らせ板の回転角度が90°ではなく、または、−回転軸が、菱形の反らせ板の水平な対角線の両端を通過せず、または、−回転軸が、三角形の反らせ板の水平な底辺の両端を通過せず、または、−1つの層の三角形のまたは菱形の上部の頂点が、すぐ上の層の三角形のまたは菱形の上部の頂点と一致しない。
【0022】本発明の他の側面によれば、装置は以下のようにして提供される:−反らせ板の一部または全部について、その下方部が非対称である;
−反らせ板の一部または全部について、その上方部が、最大傾斜の線に対して対称であり、かつ液体の散布を促進するために実質的に逆Vの字の形をなしている;
−液体が反らせ板の下を通過することを促進するために、反らせ板の一部または全部に、垂直軸の対称性を有してまたは有さずに、1または複数の孔が開けられている;
−反らせ板の間で液体を横方向に分割するために、反らせ板の一部または全部が、丸い、または平坦な(flattened)、またはへこんだ(depressed)共通の端の線分によって、同じ水平面内でそれらに隣接する1または複数の反らせ板に連接している;
−反らせ板の一部または全部が、隣接する反らせ板の垂直面内にある空間内に浸入している;
−一般に先端部を使って他の反らせ板に液体を供給するように、または他の反らせ板から液体を収集するように、反らせ板の一部または全部が設計されている;
−液体の滴り表面積をできる限り大きくするために、反らせ板の一部または全部について、その下方部の少なくとも一部が広くなっている;
−少なくとも2つの反らせ板の1つの端が突起部を形成している;
−ベンチレーターの層を固定するために、1またはそれぞれの突起部が、他の反らせ板、または切欠きと噛み合っている、また、それぞれの相互侵入点が、回転することではお互いから得られない4つの反らせ板の中心となっている構造が、特許出願WO-A-94/12258 によって説明されていることに注意されたい。しかし、垂直に重ね合わせられたベンチレーターの2つの反らせ板の間を、もはやガスが通過できないように、反らせ板が締結されている。ガス用の穿孔が無いために、想像できるように、ベンチレーターの概念は消滅している。
【0023】本明細書において提案している装置においては、ストリップのお互いに対する位置付けを、互いに対して精密に位置付けなければならないガス穿孔によって調節している。
【0024】本発明の別の対象とするところは、ガスの混合を促進するために、固定されたベンチレーターの積み重ねからなり、各ベンチレーターは4つの反らせ板からなり、反らせ板の中心の垂線は、傾斜しており、垂直な軸のまわりに回転させることによって互いからほぼ得られ、4つの回転角度の合計は360°であり、ベンチレーターは連続した水平な層をなして積み重なり、層の中で、各反らせ板は、2つの隣接した反らせ板をガスが通過するようそれらの間に十分な空間があるようにかつ反対方向に回転している、2つの隣接したベンチレーターの一部を形成する熱および物質交換装置を製造する方法であって、突起部を有するまたは有していないコンサーティーナのように折畳んだ(concertinaed)シートを形成するために、金属または他の材料からなる平坦なシートを切断、および折畳み、および/または曲げ、またはねじり、または型押しして、固体の表面が平坦な、または折畳まれた、または曲げられた、またはねじられた反らせ板を形成することを特徴とする方法である。
【0025】平坦な製造物は、圧延されている、または織られている、または編まれていることができる。
【0026】本発明の別の側面によれば、製造方法は以下のようにして提供される:−コンサーティーナのように折畳んだシートを、垂直面に平行に、並んで配置する;
−コンサーティーナのように折畳んだシートを、折り畳む前に、その少なくとも45%に孔を開ける;
−ほぼ同一のコンサーティーナのように折畳んだシートから構造がなり、かつ、奇数の列のコンサーティーナのように折畳んだシートは偶数の列のコンサーティーナのように折畳んだシートに対して、コンサーティーナのように折畳んだシートの中央の面内にある、垂直または水平な軸のまわりに上下反対になっている;
−シートが噛み合うことを可能にし、またひとたびそれらが互いに噛み合えばコンサーティーナのように折畳んだシートが安定することを保証する支持領域によって、コンサーティーナのように折畳んだシートを位置付けている。噛み合いは、接触のある点またはそれらのすべてにおいて、並進の2つの自由度を防げるように設計することができる。そうでなければ、接触のある点での並進の1つの自由度を、そして接触の他の点での他の自由度を防げるように、それを設計することができる;
−隣接する反らせ板の間で液体の交換を可能にする湾曲したまたはしていない折り目の線によって、固体の表面を連接するために、コンサーティーナのように折畳んだシートに孔を開け折畳んでいる;
−折り目を含む2つの平面の間にある領域の外側に先端部を生じさせるために、折り目の線が連続していない;
−局部的にへこませることによって支持領域を形成している;
−切断、および折曲げ、および/または曲げ、またはねじりによって、支持領域を形成している;
−先端部および/または切欠きの噛み合いによってコンサーティーナのように折畳んだシートが位置付けることを、先端部によって可能にしている;
−隣接する層の反らせ板に対して分配器または収集器を生じさせることを、先端部によって可能にしている;および−広い滴り表面を生じさせることを、コンサーティーナのように折畳んだシートの穿孔の程度によって可能にしている。
【0027】本発明の別の対象とするところは、ガスの混合を促進するために、固定されたベンチレーターの積み重ねからなり、各ベンチレーターは4つの反らせ板からなり、反らせ板の中心の垂線は、傾斜しており、垂直な軸のまわりに回転させることによって互いからほぼ得られ、4つの回転角度の合計は360°であり、ベンチレーターは連続した水平な層をなして積み重なり、層の中で、各反らせ板は、2つの隣接した反らせ板をガスが通過するようそれらの間に十分な空間があるようにかつ反対方向に回転している、2つの隣接したベンチレーターの一部を形成する熱および物質交換装置の少なくとも1つを含む蒸留塔内で空気からガスを、または炭化水素を、または一酸化炭素を、または同位体を分離する方法である。
【0028】本発明の他の対象とするところは、ガスの混合を促進するために、固定されたベンチレーターの積み重ねからなり、各ベンチレーターは4つの反らせ板からなり、反らせ板の中心の垂線は、傾斜しており、垂直な軸のまわりに回転させることによって互いからほぼ得られ、4つの回転角度の合計は360°であり、ベンチレーターは連続した水平な層をなして積み重なり、層の中で、各反らせ板は、2つの隣接した反らせ板をガスが通過するようそれらの間に十分な空間があるようにかつ反対方向に回転している、2つの隣接したベンチレーターの一部を形成する熱および物質交換装置の少なくとも1つを含む蒸留塔内で空気からガスを、または炭化水素を、または一酸化炭素を、または同位体を分離するプラントである。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の他の側面を図を参照して説明する。
【0030】図1は、水平な層内の2つの隣接した固定されたベンチレーター(1Aおよび1B)を示す。反らせ板は、必ずしも回転によってお互いから得られるわけではない。これらの2つのベンチレーターによって、ガスの流れが反対方向に攪拌され(渦1Dおよび1E)、その結果、最大の乱れを生じさせる。反らせ板1Cは、2つのベンチレーターに共通であることに注意されたい。反らせ板の形状寸法を変えながらまたは変えずに、このパターンを3方向に繰り返すことによって、完全な構造が得られる。上述した文献においては、構造内での液体の流れについて言及していない。
【0031】図2は、反らせ板上での液体の広がりを示す。2つの水平な層の間で反らせ板を全体として連接する仕方については、後で述べる。それぞれの反らせ板に、その頂点(2C)を経由して滴る液体を供給することを仮定してみる。もちろん、表面の最大限の量が濡れなければならない。この見解は、反らせ板に与える最高の形状をスケッチするのに十分である。
【0032】上方部(2A)は、その供給点からの液体の広がりをたどるために、「とがって」いなければならない。一方で、ひとたびこの広がりが達成されれば、滴り表面積(2B)増加させるために、ある距離に渡って反らせ板の最大幅を保つことができる。従って、収集はより容易となり、わずかに傾斜した輪郭を有する低傾斜の端において収集することが可能となる。このことは、「ふくらんだ」形状となる。
【0033】反らせ板の両側において液体を最適に分配することは、頂点(2C)に近い所に開けた孔(2D)に帰着し、これにより液体の一部が他の面へと通過することが可能となる。
【0034】液体の優先的な通り道がそこにできないようにするためには、いくつかの方向に同じ液体の流れが分配して、絶えず再混合することを確実にすることが当を得ている。つまり、2つの反らせ板に共通する端の線分(2E)によって、反らせ板上を流れる液体を2つに分割し、混合領域(2F)を生じさせる。
【0035】コスト上の理由により、反らせ板をシート材料から製造することが可能でなければならない。残念ながら、構造(structured)充てん物を製造するためにこれまで用いている孔開け−折畳みおよび/または孔開け−湾曲の技術によっては、上述した構造が要求するレベルまでの種類の豊富な形状を得ることは可能ではない。
【0036】しかし、平坦な製品から非常に種類の豊富な形状を得ることが可能となる方法がある:切断−折畳みである。このことを納得するためには、ある種の「飛び出す本」、または板で作られたある種の包装容器を見なければならないだけである。折畳みは多面体を製造する上で良く知られている。我々の知る限り、これは構造充てん物を製造するために用いられたことはない。また、開いて平坦にすることができない表面を得るために、これを型押しと組み合わせることも可能である。非常に多くの選択が可能であるが、切断、折り畳み、さらに型押しをまとめて同じプレス機ですることが可能であるため、この方法が特に経済的であり得る。
【0037】図3は、折畳む前のシートの切断を示す概略図であり、ここで、反らせ板は「中空でない(solid)」四角形(quadrilaterals)(3E)である。このように切断したシートを、次に、折畳んで、点線に沿うコンサーティーナ(concertina)にする。太字の点線(3A)は「谷」の折り目であり、細い点(3B)は「山(peak)」の折り目を示している。濃い灰色の部分(3C)は残りとともに折畳まれはせず、従って折畳んだ後に、山と谷の折り目を含む2つの平面から突き出る突起部を形成するために、これらの折り目の線は不連続となることにはっきりと留意されたい。実際、黒い点(3D)の記号によって示された領域に沿ってのみ折畳みを行い、この黒い点は、コンサーティーナのように折畳んだシートを積み重ねるときに、反らせ板間の連接、および支持、および/または積重ねと位置付けに役立つ噛合わせ点の両方を形成する。これらの領域を形成するために装置を使用できることを、後に示す。
【0038】図4は、折畳んでコンサーティーナにした図3のシートを示す2つの概略図である。図4.1は折畳んだシートの斜視図である。図4.2は折り目の軸に沿ったシートの上面図であり、ここでシート(4G)によって形成されたコンサーティーナをはっきりと見ることができる。折畳むことによって、反らせ板の異なる灰色の領域(4Aおよび4B)で特徴づけられる2つの平面配向が生じる。折り目を含む2つの平面の間にある領域から突き出ている突起部(4Cおよび4D)を見ることができる。従って、反らせ板によって、それらを一度折畳んでしまえば、最大傾斜の線に対して対称である「とがった」広がり面(4E)を、そして広くなっている滴り表面(4F)を、液体に提供することが分かる。
【0039】図5は、図4のように折畳んだ2つのストリップを全体として接続することによって得られる構造を示す2つの概略図である。図5.1は構造の斜視図を示す。図5.2は、前面のシートの折り目の軸に沿って上から見た図であり、ここで2つの積み重ねたストリップ5Fおよび5Gを見ることができる。図4のコンサーティーナのように折畳んだシートを、5.1の前面および5F内に再び見ることができる。5.1の背面内および5Gには、垂直軸に対して180°ひっくり返した同一のシートがある。この構造によって、重ね合わせた2つのベンチレーターがもたらされる(5Aおよび5B)。次のことに注意されたい。これらのベンチレーターは2つの異なるタイプからなる:5Aは回転中心に対して「閉じている」ベンチレーターである;つまり、滴り表面の広がりが回転中心の側に収容されており、その結果、ガスの通過がより狭い。一方、5Bは「開いている」ベンチレーターである。同じ垂直に沿って、2つのタイプのベンチレーターが交互にある。反対方向に回転するベンチレーターを得るためには、コンサーティーナのように折畳んだシートをさらに追加する必要がある。5Cにおいて得られている構造によって、反らせ板の底部が対称的な滴り表面を有さない理由が示される。それは、もし、反らせ板の底辺が矩形対称であったならば、おそらくより大きな滴り表面積を有したであろうが、しかし、ある種の水平な溝を形成する2つの反らせ板の端の接合部が、5Cにおいて得られたであろうからである。このような構造は、ガスの流れおよび液体の流れの両方に対して、非常に不都合なことである。最後に、第1の面(5D)内にあるコンサーティーナのように折畳んだシートの突起部は、第2の面内にあるシートの2つの連続する折り目の間に正確に収まることに注意されたい。同様に、背面(5E)内にあるシートの突起部は、前面内にあるシートの折り目の間に収まる。以上のようにして、シートはすべての方向においてお互いに対して位置付けられており、それらを全体として固定するだけで、構造が安定となることを保証できる。
【0040】意図的に概略的にしたこれまでのすべての図において、その目的は構造の主要な特徴を示すことである。図5に示した構造は、反らせ板の間の連接点に材料が何もないので、機械的な結合性を何ら有していないことはまったく明らかである。切断−折畳みの原理は、場合によって型押しと組み合わせるが、構造を改善するために、その性能特性および製造容易性の両方に対して引き出すことが必要となり得る、非常に広い種類の形状を得ることを可能にしている。以下の図によって、良好な機械的結合性を有し、液体の流れおよび製造に対するいくつかの改善を取り入れている、工業的規模で確認されている構造を説明する。
【0041】図6は、折畳んでいないシートの切断を示す。折り目の線(6A)を点線で示す;それらが不連続であることが明らかに見られる。良好な機械的結合性を得るために、連接点において、もし切断がなかったら折畳まれたであろう材料の3分の1が残っている。構造を理想的なものにできるだけ近く維持するために、この材料を、様々な連接点に不規則に分配している。6Bにおいて、垂直な端を付加することは、長い折り目を得る上では良い方法であるが、最低限の量の露出する表面が失われる。一方、液体が蓄積する水平な端を導入することは避ける必要がある;従って、液体を横方向に分割することを可能にする端の線分(6C)を構成するように、折り目の線を設計する。点6Dにおける突起部は、液体を分配すること、およびストリップを全体として固定することの両方に役立つ。最後に、シートの一方の側から他方へ液体を通過させる孔(6E)を、各反らせ板内に開けることができる。
【0042】図7は、折畳んで全体として接続した図6の2つのシートを示す。積み重ねたベンチレーター(7A)の列を見ることができる。図5において、突起部によってストリップが正確に位置付けられたことを示した。折り目の線によって、折り目の線の長さに等しい不正確さが、この位置付け中に持ち込まれる。これを補償するために、折畳むときに、折り目の線を局所的にへこますことが可能であり、その結果、最も遠くに挿入した点は支持点を中心とすることになる。このようにして、構造を組み立てるときに、単に互いに対して固定されたストリップによって、後者は正しい位置に保持される。ストリップを固定するためのある種の付属品および再混合するための液体分配器の両方を構成する先端部を、背面内にあるストリップの突起部が備えている支持点を、7Bにおいて見ることができる。
【0043】図8は、いくつかの図7の拡大を示す。図8.1は、支持領域7Bの拡大を示す。図8.2は、隠れた面のない図8.1の上面図を示しており、ここで、広い滴り面(8.2A)および他の反らせ板からの液体の送り(8.2B)を生じさせるために、隣接する反らせ板の垂直に沿って横たわる空間に、反らせ板が浸入していることが分かる。図8.3は、構造によってもたらされる積み重ねたベンチレーターの2つのタイプを示す:「開いている」ベンチレーター(8.3A)および「閉じている」ベンチレーター(8.3B)である。
【0044】図9は、図7での7Bの回りの詳細を示す。反らせ板9Dおよび9Fは背面内のコンサーティーナのように折畳んだシートに属し、9Cおよび9Eは前面内のシートに属する。黒い矢によって、反らせ板上の液体の流れを示す。構造は、支持点(9A)に対して対称である。先端部(9B)およびその対称が、構造を安定化させる付属品を形成している仕方を見ることができる。コンサーティーナのように折畳んだ2つのシートを互いに向き合わせて配置すると、構造が少し変形し、先端部がその最終的な位置を受け入れたときに弾性によってその位置を再び占める。9Cには、液体の横方向の分割を引き起こす領域があり、その後に再混合が続く。背面内にある反らせ板上を流れる液体は、2つの部分に分割される。液体の一部は、自由落下(9G)をした後に、先端部(9B)の突起部によって形成された分配器を経由して、前面(9E)内にある反らせ板を濡らし、その結果、隣接するコンサーティーナのように折畳んだシート上を流れる液体と混ざる。液体の他の部分は、コンサーティーナのように折畳んだ同じシート上に残り、反らせ板9Fの下面を濡らす。
【0045】図10は、共通点6C、すなわちベンチレーターの中心を局部的にへこますことに取って代わることが可能な、支持点においてシートを噛合わせる1つの可能な方法を示している。図をもっと理解しやすいようにするために、上から下への方向がシートの背後へと向かうように、それらを投影している。図10.1は、支持点における切断の詳細を示している。切断する線は10.1Aである。次に、シートを10.1Cおよび10.1Bにおいて折畳む。図10.2は、噛合わせる前の、互いに向き合っている2つの折畳んだシートを示し、図10.3は、それらが噛み合っているところを示す。噛合わせることでベンチレーターの中心が生じ、また、図をまっすぐにすれば、図10.3における反らせ板の4つの方向を見ることができる。
【0046】噛合わせは、接触のある点またはそれらのすべてにおいて、並進の2つの自由度を妨げるように、設計することができる。その代わりに、接触のある点での並進の1つの自由度を、そして接触の他の点での他の自由度を防げるように、それを設計することができる。
【0047】図11は、本発明に係るシート11を示しており、ここで支持面は平坦で、かつ2つの折り目によって結び付けられているか(図11.2)、または湾曲させられているか(図11.3)、または2つよりも多い折り目を含んでいる(図11.4)。これらの3つの場合において、切断することによって、反らせ板の端が突起部を形成することが可能になる。図11.1は、単純なコンサーティーナの折畳みを示す。図11.2は、図10に示したように、1組の折り目の中にある面が平坦である場合を示す。図11.3においては、折り目の代わりに湾曲した表面(11C)がある。最後に、図11.4においては、付加的な折り目(11D)がある。
【0048】図12は、本発明に係る熱および/または物質交換装置を含んでいる構造充てん物ユニット200を含む蒸留塔の殻100を示している。
【0049】折畳まれたシート300は、殻100の軸に対して斜めに、全体として接続されている。
【0050】本発明に係る熱および物質交換装置を、空気分離機器のどんな塔、例えば、中圧の塔、低圧の塔、アルゴンの塔または窒素除去の塔の中に設置することができる。
【0051】それぞれの塔には、本発明に係る熱および物質交換装置だけでなく、(例えば、交差波形タイプの)通常の構造充てん物および/または疎の(loose)充てん物および/または段を含ませることができる。
【0052】本発明に係る熱および物質交換装置の具体的な表面積は、塔のセクションごとに変えることが可能である。




 

 


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