(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部工具要素（４０）及び上部工具要素（５０）を有し、前記上部工具要素及び前記下部工具要素のそれぞれが前側（２３、３３、４１）及び後側（２５、３５、４２）を有する、波形シートを製造するためのシート成形工具（１）であって、前記波形シートは、物質移動装置内の設置物として使用される規則充填物のための層として使用される薄肉の金属シート又はファブリックである、シート成形工具（１）において、
前記下部工具要素（４０）が、第１の基部要素（２、４、６、８）と、前記第１の基部要素（２、４、６、８）から突出している第１の指要素（３、５、７、９）とを含み、前記第１の指要素（３、５、７、９）が、前記シートに波形頂部を形成するための第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）を形成し、
前記上部工具要素（５０）が、第２の基部要素（１２、１４）と、前記第２の基部要素（１２、１４）から突出している第２の指要素（１３、１５）とを含み、前記第２の指要素（１３、１５）が、前記シートに波形谷部を形成するための第２のリッジ部（３２、３４）を形成し、
前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）が、前記第２のリッジ部（３２、３４）に対向して配置され、また前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）が、前記第２のリッジ部（３２、３４）からオフセットされ、それによって、係合位置での前記第１の指要素（３、５、７、９）と前記第２の指要素（１３、１５）の係合が可能とされ、また前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）及び第２のリッジ部（３２、３４）のそれぞれが、主要部分（２０）及び端部（１１、２１）を含み、また前記主要部分（２０）における前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）及び第２のリッジ部（３２、３４）のそれぞれと、対応する前記前側（２３、３３、４１）との間の角度β（３６）が、前記端部（１１、２１）における前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）及び第２のリッジ部（３２、３４）のそれぞれと、対応する前記前側との間の角度とは、少なくとも部分的に異なっており、また前記係合位置における前記第１の指要素（３、５、７、９）と、隣接した前記第２の指要素（１３、１５）との間にスペースが設けられ、前記スペースは３ｍｍよりも大きく、
前記波形シート（１００）が、主要セクション（９１）、第１の端部セクション（９２）及び第２の端部セクション（９３）を含み、前記第１の指要素（３、５、７、９）及び前記第２の指要素（１３、１５）の高さが、前記主要セクション（９１）並びに前記第１及び第２の端部セクション（９２、９３）にわたって実質的に一定であり続け、また
前記第１の指要素又は前記第２の指要素が、丸みを帯びた先端部分を有し、前記端部（１１、２１）における前記丸みを帯びた先端部分が、前記主要部分（２０）の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する、シート成形工具（１）。
【請求項２】
前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）が、前記第２のリッジ部（３２，３４）に対して鏡面対称配置で配置される、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）及び第２のリッジ部（３２、３４）のうちの少なくとも一方が複数設けられる、請求項１又は２に記載の工具。
【請求項４】
前記第１及び第２のリッジ部のそれぞれが、第１の端部（１１）及び第２の端部（２１）を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の工具。
【請求項５】
前記前側（２３、３３）と前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）又は前記第２のリッジ部（３２、３４）との間の前記角度が、前記第１及び第２の端部（１１、２１）の少なくとも一方において漸進的に変化している、請求項４に記載の工具。
【請求項６】
前記主要部分（２０）における前記前側（２３、３３）と前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）又は前記第２のリッジ部（３２、３４）との間の前記角度β（３６）が一定である、請求項４に記載の工具。
【請求項７】
前記丸みを帯びた先端部分の前記曲率半径が、前記端部（１１、２１）から前記主要部分（２０）へ連続的に減少している、請求項１に記載の工具。
【請求項８】
前記丸みを帯びた先端部分に続いて、前記丸みを帯びた先端部分を前記基部要素に接続している直線状部分がある、請求項１に記載の工具。
【請求項９】
前記直線状部分が、前記基部要素の厚さよりも薄い厚さを有する、請求項８に記載の工具。
【請求項１０】
請求項１に記載のシート成形工具（１）を使用して波形シート（１００）を製造するための方法であって、
シート（９０）がシート成形工具（１）内へ前進させられ、前記シート成形工具（１）が、第１の指要素（３、５、７、９）を第２の指要素（１３、１５）の方へ、係合位置へと移動させることにより閉じられ、それにより前記シート（９０）が、対応する前記第１の指要素（３、５、７、９）及び第２の指要素（１３、１５）の前記第１のリッジ部（２２、２４、２６、２８）及び前記第２のリッジ部（３２、３４）上で折り畳まれ、次いで前記シート成形工具（１）が、前記第１の指要素（３、５、７、９）を前記第２の指要素（１３、１５）から離れるように移動させることにより開かれて、前記波形シート（１００）が前記シート成形工具から排出される、波形シート製造方法。
【請求項１１】
前記波形シート（１００）の前記第１及び第２の端部セクション（９２、９３）が、前記係合位置にある前記第１及び第２のリッジ部（２２、２４、２６、２８、３２、３４）により、前記主要セクション（９１）と一緒に形成される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波形シートを製造するためのシート成形工具及び方法に関する。本工具によって製造される波形シートは、規則充填物（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｐａｃｋｉｎｇ）のための層として使用することができる。そのような規則充填物は、物質移動装置（ｍａｓｓ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）を通って流れる少なくとも２つの流体相間の物質又は熱の移動を向上するための、物質移動装置内の設置物として使用することができる。流体相は、気相及び液相を含むことができる。物質移動装置は、そのような物質移動を伴うユニット操作を行うための物質移動カラム、例えば精留カラム又は吸収カラムとして構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
規則充填物の一実例が、国際公開第９７／１６２４７号に示されている。国際公開第９７／１６２４７号の規則充填物は、計画された流体の流れの方向に連続して配置された複数の充填物要素で構成される。したがって、規則充填物は、カラム内に互いに積み重ねられた複数の充填物要素のうちの１つを形成する。各充填物要素は、対面した関係で配置された材料のひだ付きシートとして構成された、複数の充填物層を含む。充填物層のそれぞれは、シートの両端部間で波形が流体の流れの方向に対して斜めに延在した状態で、配置される。圧力降下を軽減するための手段が、連続する充填物要素間の各境界面における連続相内に与えられる。この圧力を下げるための手段は、境界面に又は境界面の付近に配置され、また、この手段は、境界面に直接隣接した波形の構造における局所変化によって構成される。各充填物要素のひだ付きシートのうちの少なくとも幾つかは、境界面まで延ばされた、或るクリンプ角度（ｃｒｉｍｐ  ａｎｇｌｅ））を持つ少なくとも幾つかの波形を有する。充填物層は、波形端部から波形の残りの部分まで実質的に連続して曲がっている波形端部セクションで終わっている波形端部セクションを有し、その結果、クリンプ角度は、境界面のうちの少なくとも１つの付近において漸進的に変化する。さらに、境界面において接触する波形端部のクリンプ角度は平行であり、その結果、１つのシートの波形端部のうちの所与の１つから離れる或る角度の流体の流れは、隣接した充填物要素の境を接する波形シートに、同じ角度で進入する。中間部分における充填物要素の本体の範囲内のクリンプ角度は、実質的に一定であり、また、漸進的に変化するクリンプ角度は、この一定の角度よりも大きい。
【０００３】
この波形の局所変化が加えられる各充填物層の部分は、従来の解決手法と比較して驚くほどの圧力降下の軽減をもたらした。
【０００４】
しかし、第１及び第２の端部の採用は、より複雑な製造工程を必要とする。したがって、国際公開第９７／１６２４７による充填物層の製造は、複数の成形ステップを含む段階的方法を必要とする。利用可能な製造方法が、米国特許第６，４６１，５５９号に開示されている。この方法は、ストリップ様フィルム上に波形パターンを成形する第１のステップと、少なくとも、この波形パターンのための第１及び第２の端部が成形される第２のステップとを伴う。第１及び第２の端部は、前もって波形が付けられたシート上に各端部のための波形パターンを加えるローラによって形成される。波形パターンは、波形角度の漸進的な変化を伴う。複数のローラをシートに対して連続的な関係で配置することができ、したがって、シートは複数のローラを通り越し、その結果、波形パターンが成形される。
【０００５】
したがって、米国特許第６，４６１，５５９号の教示によれば、主要部分の波形を成形するためのシート成形工具と、第１及び第２の端部の漸進的に変化する波形パターンを加えるためのローラ工具とを予見することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９７／１６２４７号
【特許文献２】米国特許第６，４６１，５５９号
【特許文献３】欧州特許第１２３１０５１Ｂ１号
【特許文献４】米国特許第６，５００，０４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の目的は、主要部分と少なくとも１つの端部とを有する波形シートの製造を単一のステップで完了させることを可能にする、改良されたシート成形工具を提案することである。したがって本発明の１つの目的は、製造工程を簡略化することである。
【０００８】
欧州特許第１２３１０５１Ｂ１号には、パンチング工具が開示されており、このパンチング工具は、それを通過する金属のストリップに折り畳み及び加圧の作用を加えることを可能にする。
【０００９】
この工具は、互いに向かい合って配置された２つのダイを含む。ダイのそれぞれは、規則充填物層の形状に実質的に一致した形状を有する。欧州特許第１２３１０５１Ｂ１号の充填物層は、国際公開第９７／１６２４７号に開示されているような波形シートである。
【００１０】
運転にあたっては、パンチング工具のダイが閉じられる。それにより、２つのダイの間にシートが捕捉されて、ダイの間隔がシートの厚さに実質的に一致する。２つのダイが閉じられると、圧力による力がシートに加えられる。それにより、ダイの構造がシート上に与えられて、シートを波形シートに成形する。パンチング操作中、シートはダイの間に捕捉されるので、シートは特にその端部において高い局部応力にさらされる。この応力は、端部のそれぞれにおけるシートの部分的な弾性変形をもたらす可能性がある。したがって、ダイが開かれた後で、波形の形状は、その元の形状への部分的な戻りのために、変形する可能性がある。この影響は、波形シートの主要部分と比較して端部における波形の高さを劣らせることになる。欧州特許第１２３１０５１Ｂ１号に開示されているようなパンチング工具は、波形の高さが変動した規則充填物シートを作り出す。この工具は、波形高さを端部においてより低くすることを故意に可能にする。
【００１１】
規則充填物を形成するために波形シートがステープル留めされると、隣接した波形シートが互いに接触する。端部と主要部分とで波形の高さが変化している場合、隣接したシートは主要部分でのみ接触する。このことは、複数のそのような波形シートによって形成された規則充填物の安定性に悪影響をもたらす。したがって、規則充填物層の位置合わせが、より難しくなる。さらに、位置のずれが原因で、不均整が生じる可能性がある。そのような不均整は、操作中に規則充填物を通過する流体の不均等配分をもたらす可能性があり、それにより、物質移動装置の性能が低下する。
【００１２】
したがって、本発明の１つの目的は、主要部分と少なくとも１つの端部とを有する波形シートの製造精度を高めて、一定高さの波形シートを提供することである。
【００１３】
波形シートの波形の高さは、波形谷部と波形頂部との間の垂直距離として定義される。習慣的に、波形の高さは、５ｍｍから５０ｍｍの間の範囲内である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、下部工具要素及び上部工具要素を有する、波形シートを製造するためのシート成形工具によって達成される。上部工具要素及び下部工具要素は、前側及び後側を有する。シートが、下部工具要素と上部工具要素との間に配置される。シートは、前側から後側へ移動する。下部工具要素は、第１の基部要素と、この第１の基部要素から突出している第１の指要素とを含む。第１の指要素は、シートに波形頂部を形成するための第１のリッジ部を形成する。上部工具要素は、第２の基部要素と、この第２の基部要素から突出している第２の指要素とを含み、第２の指要素は、前述のシートに波形谷部を形成するための第２のリッジ部を形成する。第１のリッジ部は、第２のリッジ部に対向して配置され、また、第１のリッジ部は、第２のリッジ部からオフセットされ、それにより係合位置での第１の指要素と第２の指要素の係合が可能となる。第１のリッジ部及び第２のリッジ部のそれぞれは、主要部分及び端部を含む。主要部分における第１及び第２のリッジ部のそれぞれと、対応する前側との間の角度βは、端部における第１のリッジ部及び第２のリッジ部のそれぞれと、対応する前側との間の角度とは、少なくとも部分的には異なる。係合位置における第１の指要素と隣接した第２の指要素との間に、スペースが設けられる。このスペースは、シートが成形工具に進入する平面において測定される。したがって、このスペースはオープン・スペースである。このオープン・スペースは、上部及び下部の工具要素がそれらの係合位置にあるときに、主要部分だけでなく端部の間にも存在する。したがって、シートは、指要素の上端部分、したがって波の頂部を形成する、指要素のリッジ部においてのみ、上部及び下部の工具要素と接触する。第１の指要素のリッジ部と第２の指要素のリッジ部との間では、シートは、どちらの指要素とも接触しないが、隣接する２つの上端部分の間のスペースでの自由な成形が可能とされる。
【００１５】
したがって、成形工具によって成形される充填物層は、波形シートである。波形は、物質移動装置の軸と共に傾斜角δを形成する。そのような波形のこの傾斜角δは、通常１０°から７０°の間である。波形シートは、主要セクション及び端部セクションを有する。主要セクション及び端部セクションのそれぞれは、１つの波形又は多くの場合複数の波形と共に配置される。端部セクションの波形の傾斜角は、主要セクションの傾斜角δとは異なる。一実施例では、第１及び第２の端部セクションが設けられうる。主要セクションは、第１の端部セクションと第２の端部セクションとの間に配置されうる。第１及び第２の端部セクションの波形の傾斜角は、漸進的に変化させることができ、一方で、主要セクションにおける波形の傾斜角δは、一定とすることができる。第１及び第２の端部セクションにおける角度の漸進的な変化により、波形と習慣的に物質移動装置の主軸に一致する流体の流れの主方向とが形成する角度が減少する。シートの縁部において、この角度は０°まで減少されうる。この場合、波形は、物質移動装置の軸に対して平行に配向される。
【００１６】
シートは、具体的には、薄肉の金属シート又はファブリックとすることができる。係合位置において、第１のリッジ部と第２のリッジ部の係合に起因するシートの変形により、シートに波形が形成される。シートは、第１及び第２のリッジ部上で折り曲げられる。それにより、シートに波様構造が与えられる。リッジ部のそれぞれは、指要素の上端部分を形成する。指要素は、基部要素よりも薄い厚さを有する。基部要素から指要素への厚さの移行は、段を伴う。指要素は、第１の面及び第２の面を有する。第１の面は、工具の前端部に向けられる。第２の面は、工具の後端部に向けられる。工具の前端部は、波形にすべきシートを受け入れる。波形シートは、工具の後端部上で工具から離れる。第１の面は、第２の面が位置する平面に対して平行な平面内に少なくとも部分的に延在することができる。
【００１７】
第１の指要素と第２の指要素との間に設けられたスペースは、波形シートの厚さよりも大きい。有利には、スペースは、波形シートの厚さの２倍よりも大きい。波形シートは、一般に２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ以下の厚さのものである。特に好ましい実施例では、波形シートの厚さは、０．１ｍｍから最大で０．２ｍｍを含む範囲内である。スペースは、２ｍｍよりも大きく、特には３ｍｍよりも大きく、特に好ましくは４ｍｍよりも大きい。
【００１８】
シートは、最も簡単な様式では、鋼鉄で作られうる。物質移動装置の作動時に波形シート上を通過する流体の化学成分に応じて、シートは、チタン、アルミニウム、銅、又はそれらの合金で作るか、或いは、セラミック・コーティングなどのコーティングで被覆することもできる。シートは、ガーゼを含むことができ、具体的には金属線のガーゼを含むことができる。一代替例として複合ガーゼを適用することができ、そのような複合ガーゼは、金属線と非金属材料の線とを含む。非金属材料に対しては、任意のタイプの炭素系材料を用いることができる。代替的な一実施例によれば、ガラス又は玄武岩が用いられうる。したがって、具体的には、ポリマーなどの有機組成物を用いることができる。そのようなポリマーは、幾つか例を挙げると、テキスタイル材料に用いられるようなポリエステル、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテレフタレート（ｐｏｌｙｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ポリカーボネート、ポリラクチドを含むことができる。
【００１９】
第１のリッジ部の形状と第２のリッジ部の形状は、同じである。しかし、第２のリッジ部が第１のリッジ部に対向して工具に配置されることから、第２のリッジ部は、隣接する２つの第１のリッジ部間の距離の半分だけずらされて、鏡面対称配置で配置される。一実施例では、複数の第１のリッジ部、及び／又は複数の第２のリッジ部を予見することができ、したがって第１及び第２のリッジ部のうちの少なくとも一方を複数予見することができる。
【００２０】
第１及び第２のリッジ部のそれぞれは、第１の端部及び第２の端部を有することができる。第１及び第２の端部は、主要部分から延在する。前側と第１又は第２のリッジ部との間の角度は、第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方において漸進的に変化することができる。具体的には、前側と第１のリッジ部又は第２のリッジ部との間の角度は、主要部分において一定とすることができる。したがって、主要部分の付近における第１又は第２の端部の角度は、主要部分の角度と一致するが、前側と第１及び第２のリッジ部との間の、第１又は第２の端部の縁部における角度は、０°まで減少しうる。それにより、端部に隣接するシートの縁部における波形の角度は、側方シート縁部に対してほぼ９０°になるか、又は９０°に達する場合もある。第１及び／又は第２の側方シート辺は、シート成形工具を通るシートの前進方向に対して平行である。物質移動装置内に配置される規則充填物のための層としてシートが使用される場合、シートの第１及び／又は第２の側辺は、カラム主軸に対して平行に、したがって多くの場合垂直方向に延在している。
【００２１】
第１又は第２のリッジ部は、丸みを帯びた上端部分を有することができる。それにより、上端部分が鋭角な頂部として形成されている場合よりも、上端部分における局所曲げ応力を良好に分散することができる。丸みを帯びた上端部分が少なくとも第１及び第２の端部で予見される場合、シートは上端部分の周囲に滑らかにフィットすることができ、それにより上端部分の正確な形状が取り入れられる。一実施例では、端部における丸みを帯びた上端部分は、主要部分の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する。曲率半径の段階的又は連続的な変化は、波形を得るための折り畳みと波形角度の漸進的な変化を得るための曲げとによりシートに加えられる組合せ応力をより良く分散することができることから、特に好都合な輪郭をもたらす。したがって、主要部分の一定角度の波形から、端部又は両端部の可変角度の波形への移行が、円滑である。それにより、一定高さの波形が得られる。そのような波形が規則充填物の層として用いられると、そのような層は、波形の頂部に沿った層の全表面にわたって、隣接した層と接触する。使用に際して、規則充填物の層は、波形シートの全表面にわたって、隣接した層のそれぞれと接触する。そのような規則充填物に対する物質移動は、制御された状態の下で行うことができる。規則充填物の層を形成する波形シートの表面上を通過するいかなる流体のいかなる不均等配分も回避することができる。
【００２２】
一実施例では、丸みを帯びた上端部分の曲率半径は、第１又は第２のリッジ部の端部から主要部分へ、連続的に減少している。
【００２３】
第１又は第２のリッジ部は、丸みを帯びた上端部分を基部要素に接続している直線状部分を有する。
【００２４】
直線状部分は、基部要素の厚さよりも薄い厚さを有する。第１の指要素と第２の指要素の係合位置において、それらの間に間隔が予見される。第１の指要素及び第２の指要素の高さは、主要セクション並びに第１及び第２の端部セクションにわたって実質的に一定であり続ける。指要素の主要セクション並びに第１及び第２の端部セクションの高さは、違いが１％以下である。
【００２５】
波形シートを製造するための方法は、前述の各実施例のうちのいずれか１つによるシート成形工具内にシートを漸進させるステップを伴う。次いで、第１の指要素を第２の指要素の方へ、係合位置へと移動させることにより、シート成形工具は閉じられる。それにより、シートは、第１の指要素及び第２の指要素の対応する第１のリッジ部及び第２のリッジ部上で折り畳まれる。続いて、第１の指要素を第２の指要素から離れるように移動させることにより、シート成形工具が開かれて、波形シートがシート成形工具から排出される。次いで、再度シートが前進され、上記に示した方法ステップが繰り返される。シート成形工具の第１のリッジ部及び第２のリッジ部のそれぞれは、主要部分及び端部を含み、また、主要部分における第１のリッジ部及び第２のリッジ部のそれぞれと、対応する前側との間の角度βは、端部における第１のリッジ部及び第２のリッジ部のそれぞれと、対応する前側との間の角度とは、少なくとも部分的には異なる。係合位置における第１の指要素と隣接した第２の指要素との間に、スペースが設けられる。
【００２６】
一実施例による波形シートは、主要セクション、第１の端部セクション、及び第２の端部セクションを含み、また、第１及び第２の端部セクションは、係合位置に置かれる第１及び第２のリッジ部により、主要セクションと一緒に形成される。
【００２７】
成形工具の指要素の第１及び第２の端部は、シートの高さ、したがってシート又は波形シートの第１の側辺と第２の側辺との間の距離のうちの、わずかな部分しか構成しない。一実施例によれば、主要部分は、シートの高さのうちの少なくとも４０％、好ましくはシートの高さのうちの少なくとも６０％を構成する。言い換えれば、この実施例によれば、主要セクションは、波形シート１００の高さのうちの少なくとも４０％、好ましくは波形シート１００の高さのうちの少なくとも６０％を構成する。
【００２８】
この方法によって製造される主要セクションにおける波形の高さは、端部セクションにおける波形の高さとの違いが５％以下、好ましくは３％以下、特に好ましくは１％以下、また特には０．１％以下であるが、このことは、シート成形工具を用いた単一ステップの製造方法が従来技術の方法よりも制御のほとんどない実現性を提供するので、予期されないことである。従来技術の方法は、シート全体に対するパンチング工具による主要セクションの波形のパンチングと、次の分離ステップでの、第１及び第２の端部セクションの修正構造を提供することとを必要とする。この次のステップの間、波形シートはローラにかけられ、このローラは、波形がシートの側辺のそれぞれに対して実質的に垂直に配向されるほどにまでシートを曲げることにより、波形に修正を加える。
【００２９】
以下、例示的な実施例の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】工具の下部の斜視図である。
【図２】開位置における工具の下部及び上部を示す図である。
【図３】図２の断面Ｐ−Ｐを示す図である。
【図４】図２の断面Ｑ−Ｑを示す図である。
【図５ａ】シートを示す図である。
【図５ｂ】工具の下部を示す図である。
【図５ｃ】波形シートを示す図である。
【図６】工具の上部を示す図である。
【図７】物質移動装置、及びその中に配置された規則充填物を示す図である。
【図８】図１の工具の下部を示す図である。
【図９】第２の実施例による工具の下部及び上部の断面を示す図である。
【図１０】第３の実施例による工具の下部及び上部の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１によるシート成形工具は、分かりやすくするために、また、通常は隠れている工具の要素を示せるようにするために、その上部が省略された斜視図で示されている。下部工具要素４０は、複数の第１の基部要素２、４、６、８及び第１の指要素３、５、７、９、並びに支持構造体１０を有する。第１の基部要素及び第１の指要素のそれぞれは、単一物である。第１の基部要素及び第１の指要素は、実質的に並列配置で配置される。これらは、支持構造体１０によって支持される。さらに、第３の基部要素１６、１８に接続された、複数の第３の指要素１７、１９が備えられる。第３の指要素１７、１９は、主要部分の波形を成形するために備えることができるが、決して必須ではない。
【００３２】
第１の指要素３、５、７、９は、シート９０に波形頂部を形成するための第１のリッジ部２２、２４、２６、２８を形成し、シート９０は、シート成形工具の作動時には、第１のリッジ部上に置かれる。このことは、図３、図４、及び図８に示されている。
【００３３】
図１又は図８による実施例では、シート９０は、主要部分２０の前側に対して角度αで成形工具に送り込まれる。シート９０は、一般に長方形のものであり、また、前縁部９７、第１の側辺９４、及び第２の側辺９５を有する。シートは習慣的に、継ぎ目の無い帯の一部を形成する。シート９０は、成形工具により波形シート１００に変形される。波形シート１００は、所望の幅で切断され、その結果、前縁部９７に加えて後縁部９８を有する。前縁部９７と後縁部９８との間の最短距離は、充填物層の幅である。この距離は、波形頂部と波形谷部との中間距離に位置する平面において測定される。第１の側辺９４と第２の側辺９５との間の距離は、通常、充填物層の高さとして見なされる。波形の頂部と隣接した波形の谷部との間の距離は、波形の高さ９６である。
【００３４】
したがって、成形工具１によって形成された充填物層は、波形シート１００である。図７に示されているように、波形は、物質移動装置の主軸に対して傾いた波形角度δを形成する。図１又は図８による充填物層の場合、第１の側辺９４又は第２の側辺９５において充填物の縁部におけるリッジ部を形成するカーブの接線は、物質移動装置の主軸に対して実質的に平行である。そのような波形の傾斜を表す波形角度δは、通常、１０°から７０°の間である。波形シート１００は、主要セクション９１、第１の端部セクション９２、及び第２の端部セクション９３を有する。主要セクション９１並びに第１及び第２の端部セクション９２、９３のそれぞれは、複数の波形と共に配置される。第１及び第２の端部セクション９２、９３のそれぞれの波形の傾斜角は、主要セクション９１の傾斜角δとは異なる。主要セクション９１は、第１の端部セクション９２と第２の端部セクション９３との間に配置される。第１及び第２の端部セクション９２、９３の波形の傾斜角が漸進的に変化するのに対して、主要セクション９１における波形の傾斜角δは、実質的に一定である。第１及び第２の端部セクション９２、９３における角度の漸進的な変化により、波形と流体の流れの主方向に対して平行な充填物シートの軸とが形成する角度が減少する。規則充填物が物質移動装置内に隣り合って配置された複数のレンガで構成される場合もあるので、流体の流れの主方向は、習慣的に、図７の物質移動装置の主軸の方向に一致するが、主軸の位置には必ずしも一致しない。物質移動装置の主軸は、波形シート１００の第１の側辺９４及び第２の側辺９５に対して垂直である。シートの第１の側辺９４において、又は、シートの第２の側辺９５において、角度は０°まで減少される場合がある。この場合、波形は、第１の側辺９４及び第２の側辺９５において、物質移動装置の軸に対して平行に配向される。
【００３５】
図２は、開位置における上部工具要素５０及び下部工具要素４０の両方を示す。上部工具要素５０は、２つの第２の基部要素１２、１４と、この第２の基部要素１２、１４から突出している２つの第２の指要素１３、１５とを有する。第２の指要素１３、１５は、シートに波形谷部を形成するための第２のリッジ部３２、３４を形成するが、シートはこの図２には示されていない。第１のリッジ部２２が第２のリッジ部３２、３４に対向して配置され、また、第１のリッジ部は、第２のリッジ部３２、３４からオフセットされ、その結果、係合位置での第１の指要素３と第２の指要素１３、１５の係合が可能になる。第１のリッジ部２２及び第２のリッジ部３２、３４のそれぞれは、主要部分２０、第１の端部１１、及び第２の端部２１を含む。
【００３６】
この実施例によれば、主要部分２０は、高さのうちの少なくとも６０％、好ましくは高さのうちの少なくとも７５％を構成する。言い換えれば、この実施例によれば、主要セクション９１は、波形シート１００の高さのうちの少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７５％を構成する。
【００３７】
図３は、図２のＰ−Ｐの位置における断面を示す。断面Ｐ−Ｐは、主要部分２０の範囲内に位置する。第１のリッジ部２２は、第２のリッジ部３２、３４との係合位置で示されている。波形シート１００の主要セクション９１は、係合位置において成形される。
【００３８】
丸みを帯びた上端部分に続いて、丸みを帯びた上端部分を基部要素に接続している直線状部分がある。第１のリッジ部は、頂部と、この頂部から延在し且つ前述の第１の指要素３の先端を形成する、第１及び第２の側面とを有する。前述の第１の指要素３の先端に続いて本体があり、この本体は、有利には直線状部分として成形される。このことは、第１及び第２の側面が互いに平行に配置されることを意味する。直線状部分は、基部要素の厚さよりも薄い厚さを有する。
【００３９】
第２の指要素１３、１５は、第１の指要素３と同じ構造を有する。隣接した第２の指要素の対向する側面間の距離は、第１の指要素の直線状部分の厚さよりも大きい。したがって、第１の指要素は、隣接した第２の指要素の対向する側面間に設けられたスペース内に突出することができる。突出の深さは、実質的に係合位置に対応し、また、波形の高さ９６にほぼ相当する。突出の深さは、波形の高さからシートの厚さの２倍を引いた値である。しかし、突出の深さは、何らかの形で一致する、すなわち波形高さに依存するか、又は、突出の深さは、波形高さの関数である。これは、第１のリッジ部２２及び第２のリッジ部３２、３４の頂部間で、波形がその形状を自由にとることができることを意味する。
【００４０】
第２の基部要素１２、１４は、対応する第２の指要素１３、１５の厚さよりも大きい厚さを有する。第２の基部要素１２、１４がその共通の側面に沿って接触した関係にある場合、それらの厚さは第１の指要素３の厚さの２倍を上回る。図３の実施例によれば、第１の指要素３、及び第２の指要素１３、１５は、同じ厚さを有する。第１の基部要素２、及び第２の基部要素１２、１４もまた、同じ厚さを有する。
【００４１】
一実施例によれば、指要素間の距離は、可変とすることができる。さらなる代替例として、隣接する指要素間の距離は、例えば図９又は図１０に示されているように、スペーシング要素によって得られる。
【００４２】
図４は、図２の断面Ｑ−Ｑを示す。断面Ｑ−Ｑは、第２のリッジ部３２、３４との係合位置で示された、第１のリッジ部２２の第１又は第２の端部１１、２１の範囲内に位置する。図４において、波形シート１００の第１の端部セクション９２は、第１のリッジ部２２と第２のリッジ部３２、３４の係合位置において成形される。基部要素及び指要素の構成は、図３に関連して説明された構成に一致する。しかし、第１の指要素３及び第２の指要素は、丸みを帯びた上端部分を有する。したがって、第１のリッジ部２２及び第２のリッジ部３２、３４の頂部は、図３による頂部よりも大きい曲率半径を有する。したがって、第１及び第２の端部１１、２１のそれぞれにおける丸みを帯びた上端部分は、主要部分２０の曲率半径よりも大きい曲率半径を有することができる。例えば図３に示されているような上端部分から例えば図４に示されているような上端部分への形状の移行は、徐々に変化させることができる。或いは、移行は、段階的なものにすることができる。図２では、第１及び第２の端部１１、２１のそれぞれは、２つの小セクションに細分されている。図２の最外部の小セクションにおける上端部分の曲率半径は、第１及び第２の端部１１、２１の最内部の小セクションにおける上端部分の曲率半径よりも大きい。第１及び第２の端部１１、２１の最外部の小セクションにおける上端部分の曲率半径は、主要部分２０の上端部分の曲率半径よりも大きい。
【００４３】
図５ａは、シート９０の一部分を示す。シート９０は、前縁部９７及び第１の側辺９４、並びに第２の側辺９５を有する。第１の側辺９４及び第２の側辺９５は、前縁部９７に対して９０°の角度で配置されている。シートはまた、図示されていない後縁部を有する。シートは、やはり図示されていなロールから供給することが可能な帯とすることができる。
【００４４】
図５ｂは、さらなる実施例による工具の下部を示す。下部工具要素は、前側２３及び後側２５を有する支持構造体１０と、第１の指要素３、５、７と、第１の基部要素２、４、６とを有する。第１の指要素３、５、７は、単線で表されている。これらの指要素は、図３又は図４に示されている指要素３と同じ形状のものとすることができる。
【００４５】
上部並びに下部の工具要素のリッジ部、指要素、及び基部要素のそれぞれが、主要部分２０と、第１の端部１１と、第２の端部２１とを形成する。
【００４６】
主要部分２０における第１のリッジ部２２、２４、２６又は第２のリッジ部３２、３４のそれぞれと、対応する前側２３、３３との間の角度β，３６は、第１及び第２の端部１１、２１内の第１のリッジ部２２、２４、２６又は第２のリッジ部３２、３４のそれぞれと、対応する前側２３、３３との間の角度とは、少なくとも部分的には異なり、また、係合位置における第１の指要素３、５、７、９と対応する隣接した第２の指要素１３、１５との間には、スペースが設けられる。
【００４７】
第１の指要素３、５、７、９の第１のリッジ部２２、２４、２６、２８を含む平面におけるシート９０の前縁部９７と主要部分２０との間の角度は、この実施例によれば０°である。この実施例は、第１及び第２の端部１１、２１が、シートの高さ、したがって第１の側辺９４と第２の側辺９５との間の距離のうちのかなりの部分を形成する場合に、特に好まれる可能性がある。この実施例によれば、主要部分２０は、波形シートの高さのうちの最大で６０％、好ましくは波形シートの高さのうちの最大で５０％、特に好ましくは波形シートの高さのうちの最大で３０％を形成する。
【００４８】
図５ｃは、波形シート１００を示す。波形シート１００は、前縁部９７及び第１の側辺９４、並びに第２の側辺９５を有する。第１の側辺９４及び第２の側辺９５は、前縁部９７に対して９０°の角度で配置されている。シートはまた、後縁部９８を有する。この後縁部９８は、波形シート１００を所望の幅に切断することによって得られる。この目的のための切断工具が、米国特許第６，５００，０４８号に開示されている。
【００４９】
図６は、図５ｃに示されているような波形シートを得るための工具の上部を示す。図６は、裏返した表現で示されている。この配置をひっくり返して図２の位置における成形工具の上部を形成すると、その外側が上方から見られるはずである。上部工具要素５０は、第２の基部要素１２、１４に接続された第２の指要素１３、１５によって形成されている第２のリッジ部３２、３４を含む。第２の指要素１３、１４は、簡略化のために線としてのみ示されているが、これらは図３又は図４に示されているようにある厚さを有する。第２の指要素１３、１４のそれぞれは、対応する第２の基部要素１２、１４と共にユニットを形成する。上部工具要素５０は、支持構造体３０をさらに有する。さらに、シート成形工具は、工具に送られるシート９０の方へ向けられた前側３３と、後側３５とを有し、この後側３５において、図５ｃの波形シート１００はシート成形工具から離れる。
【００５０】
主要部分２０内の第２のリッジ部３２、３４のそれぞれと、対応する前側３３との間の角度β，３６は、第１及び第２の端部１１、２１内の第２のリッジ部３２、３４のそれぞれと、対応する前側３３との間の角度とは、少なくとも部分的には異なる。
【００５１】
図７は、より高密度の下降流体１１１と、このより高密度の流体１１１に対して反対の流れ方向に流れる、したがって物質移動装置内を上昇するより低密度の流体１１２との間の物質移動を行うための、カラム又は塔などの物質移動装置１１０を示す。両方の流体の流れの主方向は、それぞれ矢印で示されている。流体のそれぞれは、気相又は液相の流体とすることができる。
【００５２】
物質移動装置は、ヘッドとも名付けられる上端部１１３と、サンプとも名付けられる下端部１１４とを有する。上端部と下端部との間には、円筒セクション１１５が予見される。円筒セクションは、少なくとも１つの規則充填物、多くの場合複数の規則充填物を収容することができる。図７では、第１の規則充填物１１６、第２の規則充填物１１７、及び第３の規則充填物１１８が予見される。隣接した充填物は、通常それらの軸まわりで９０°回転されるが、この特徴は図７では簡略化のために省略されている。規則充填物のそれぞれは、波形シート１００によって形成された複数の層で構成される。隣接した波形シートは、互いに交差するように位置決めされる。図７では、第１の波形シート１００の背後に配置された第２の波形シート１２０が、点線で視覚化されており、この第２の波形シート１２０は、物質移動装置をその中心軸１１９を含む平面において切開すると、見ることができる。波形シート１００、１２０は、ここでは垂直方向である中心軸に対して平行に配置される。波形シート１００は、主要セクション９１、第１の端部セクション９２、及び第２の端部セクション９３を有する。波形シート１００の主要セクション９１の波形は、一定の傾きを有し、また、中心軸１１９に対して波形角度δで配置される。第２の波形シート１２０の主要部分９１の波形は、一定の傾きを有し、また、中心軸１１９に対して波形角度γで配置される。規則充填物の断面全域で流体の均一な分布を得るために、角度γは、−δ（マイナス・デルタ）に等しい。断面は、中心軸１１９に対して垂直な平面における充填物の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）である。
【００５３】
物質移動装置１１０は、流体の入口又は供給口１２１を有し、流体は、物質移動装置内で行われる物質移動により、ヘッド側生成物１２２及びサンプ側生成物１２５に分離される。蒸留装置の場合、供給口は、カラムの底部と上部との間のどこかに位置決めされる。より低密度の気化流体１１２は、ヘッド側放出物１２４として物質移動装置の上端部１１３から放出される。ヘッド側放出物１２４は、凝縮器１２８において少なくとも部分的に凝縮される。蒸留装置を参照すると、凝縮されたヘッド側放出物は、ヘッド側環流１２３として部分的に物質移動装置内に戻される。蒸留以外の物質移動操作を参照すると、このヘッド側環流は、より高密度の流体を直接供給することによって生み出される。流体を供給して第１の規則充填物１１６の波形シートを下降させることにより物質移動装置の連続運転を保つことが必要とされる。より高密度の流体は、物質移動装置の下端部１１４内に集められる。サンプ側放出物１２７は、下端部１１４から離れ、また、蒸留装置の場合、第３の規則充填物１１８での物質移動を行うためのより低密度の流体を提供するために、気化したサンプ側環流１２６として少なくとも部分的に物質移動装置内に戻される。サンプ側環流１２６は、再沸器１２９でのサンプ側放出物１２７の部分的な気化によって得られる。
【００５４】
蒸留以外の物質移動操作を参照すると、より低密度の流体は、底部供給流から直接得られる。サンプ側放出物１２７の残りの部分は、サンプ側生成物として物質移動装置から離れる。再沸器及び凝縮器は、熱交換器である。物質移動装置内でのより低密度の流体及びより高密度の流体の分配は、分配器で行うことができるが、これは図７には示されていない。規則充填物のそれぞれは、ルーズ・カラー又は支持梁などの、いずれにせよ１０ｃｍから５ｍまでの範囲内とされうる物質移動装置の直径に適した適切な手段により、円筒セクションの壁の内側に支持される。物質移動装置が蒸留装置である場合、より低密度の流体は気相であり、より高密度の流体は液相である。物質移動装置が抽出装置である場合、より低密度の流体は軽い液体であり、より高密度の流体は重い液体である。
【００５５】
図８は、予見されるリッジ部の数のみが図１とは異なる一実施例の図であり、この実施例では、単一の第３の指要素のみが予見される。この実施例は、成形工具１の下部工具要素４０を示す。この下部工具要素は、第１のリッジ部２２、２４、２６を有する第１の指要素３、５、７を含む。第１の指要素は、第１の基部要素２、４、６に接続されている。指要素は、リッジ部で終わっている突出部を形成する。指要素のそれぞれの間に形成された間隙内に、上部工具要素の指要素を少なくとも部分的に導入することができる。上部工具要素及び下部工具要素は、シートに波形を形成するために少なくとも部分的に係合して、シートに波形パターンを与える。下部工具要素は、主要部分２０を有し、この主要部分２０は、前端部４１及び後端部４２を有する。前端部４１は、後端部４２に対して平行に配置されている。
【００５６】
シート９０の第１又は第２の側辺９４、９５、及び、下部工具要素の主要部分２０の前端部４１を含む平面に対して垂直な線は、互いに対する角度αを含む。この角度は、第１の指要素３、５、７の第１のリッジ部２２、２４、２６を含む平面において測定される。角度αは、０°から最大８０°までの範囲内にすることができる。波形シートは、角度ζで成形工具から離れ、この角度ζは、この場合、シート９０が成形工具１を通過するときにその前進方向を変えるので、波形角度δとほぼ同じである。角度αは、角度ζよりも大きい。
【００５７】
この実施例により、図５ａ〜図５ｃ又は図６による実施例と比較して成形工具の寸法をかなりの程度減少することが可能になる。したがって、成形工具の製造に必要とされる材料の量が減少する。成形工具は、上部工具要素４０及び下部工具要素５０を開閉するための駆動手段を含むパンチ・プレスに内蔵される。一方では、成形工具の寸法が減少されることから、パンチ・プレス及び成形工具のための材料及び製造費用が引き下げられる。成形工具は、重量も減少される。したがって、他方では、上部及び下部の工具要素４０、５０の重量が減少されることから、運転費用が削減される。上部及び下部の工具要素４０、５０の重量が減少されることにより、上部及び／又は下部の工具要素を移動させて係合位置を行き来させるための力が減少され、このことが、かなりのエネルギー節約と、成形工具の寿命の増大とをもたらす。加えて、力の減少に起因して、より小型のパンチ・プレスを設計することができ、このことは、投資費用の削減、並びに必要とされる製造スペースの減少を追加的にもたらす。
【００５８】
シート９０の幅は、矢印９９によって示されている。この幅は、第１の側辺９４と第２の側辺９５との間の垂直距離である。波形シート１００の幅は、矢印１０１によって示されている。したがって、シートの幅９９は、波形シートの幅１０１よりも大きい。好ましい一実施例によれば、シートの幅９９は２４０ｍｍであり、次いで、波形シートの幅１０１は、波形のタイプ、したがって、波形角度δ、波形の高さ、及び波形のピッチ、したがって２つの隣接した波形の頂点間の距離に応じて、１９５ｍｍから２２０ｍｍの値の間で変化しうる。
【００５９】
図９は、主要部分２０の範囲内の位置に置かれた、図２と類似した指要素の断面を示す。第１のリッジ部２２は、第２のリッジ部３２、３４との係合位置で示されている。波形シート１００の主要セクション９１は、係合位置において成形される。指要素の丸みを帯びた上端部分に続いて、丸みを帯びた上端部分を基部要素に接続している直線状部分がある。さらに、指要素３、１３、１５及び対応する基部要素２、１２、１４の厚さは、同じである。隣接した基部要素間に、スペーシング要素６０が設けられている。図に示されていない変形例によれば、指間の距離は可変とすることができる。
【００６０】
図１０は、図２と類似した指要素の断面を示す。この断面は、第２のリッジ部３２、３４との係合位置で示された、第１のリッジ部２２の第１又は第２の端部１１、２１の範囲内に置かれている。図１０では、波形シート１００の第１の端部セクション９２は、第１のリッジ部２２と第２のリッジ部３２、３４の係合位置において成形される。基部要素及び指要素の構成は、図３に関連して説明された構成に対応する。しかし、第１の指要素３及び第２の指要素は、丸みを帯びた上端部分を有する。したがって、第１のリッジ部２２及び第２のリッジ部３２、３４の頂部は、図３による頂部よりも大きい曲率半径を有する。したがって、第１及び第２の端部１１、２１のそれぞれにおける丸みを帯びた上端部分は、主要部分２０の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する。さらに、指要素３、１３、１５と対応する基部要素２、１２、１４との間に、段階的な移行部を設けることができる。上部及び下部の工具要素のうちの少なくとも一方の隣接した基部要素間に、複数のスペーシング要素７０が設けられる。或いは、図９に示されているように単一のスペーシング要素を設けることができる。スペーシング要素は、可変幅のものとすることができ、それにより、複数の様々な波形を成形することができる。スペーシング要素の幅が小さい場合、波形シート上の隣接した頂部間の距離は減少することになり、波形の急な傾きを得ることができる。
【００６１】
これらの例示的な実施例に基づいて、多くの変形が可能である。したがって、工具は、任意の所望の長さを有することができる。上部又は下部の工具のそれぞれにおける指要素の数は、変えることができ、また、図１から図６に示されている実施例とは異なっていてもよい。さらに、工具は、モジュール式設計を有することができる。したがって、複数の支持構造体を予見することができる。指要素及び基部要素のそれぞれは、単体として形成するか、又は、複数の部品で構成することができる。或いは、指要素及び基部要素のそれぞれは、それら自体の支持構造体と共に一体部品を形成することができる。この構成は、単純な組立又は分解ステップにより個々の指要素を容易に追加又は取り外しすることができるという利点を有する。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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