(57)【要約】【課題】減少した頭損失を示す、２つの流路により規定された流体を処理するための波形充填材モジュールを提供すること。【解決手段】この波形充填材モジュールは、流路が、流体の周長（Ｄｆ）の一般的方向に対し全体的方向（Ｄｉ）を有するリッジライン（２６）を定義する走行ゾーン（４）を備える。充填材モジュールを構成するストリップは、走行ゾーン（４）に隣接して遷移ゾーン（６，８）を備える。遷移ゾーン（６，８）のそれぞれのリッジライン（２６）は、走行ゾーン（４）のリッジライン（２６）に対し接線方向に延びる曲線（Ａ）に中心がある特定のゾーン内において延びる。半径方向の幅（Ｌｒ）は、曲線（Ａ）の対応する曲率半径の１０％である。
2005511284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路（１８）を定義し、スパン領域を含む型の、流体を処理するための充填材モジュールのための、シート材、特に塑性変形したシート金属からなる波形ストリップであって、その流路（１８）が、側面図において、前記流体の一般的流れの方向（Ｄｆ）に対し傾斜した一般的方向（Ｄｉ）を有するピーク（２６）／トラフ（２８）ラインを定義し、前記ストリップは、更に、スパン領域（４）に隣接する少なくとも１つの遷移領域（６，８）を備え、その遷移領域（６，８）のピーク（２６）／トラフ（２８）ラインの方向は、前記流体の一般的流れの方向（Ｄｆ）に次第に接近している、波形ストリップにおいて、前記遷移領域（６，８）のそれぞれのピーク（２６）／トラフ（２８）ラインが、側面図において、スパン領域（４）のピーク／トラフラインを接線方向に延長する曲線（Ａ）に中心がある定義された領域（４２）内にあり、その領域の半径方向の幅（Ｌｒ）が曲線（Ａ）の対応する曲率半径の１０％であり、曲線（Ａ）の曲率半径が流路（１８）の水力直径（Ｄｈ）の１．５倍を越える、好ましくは１．６倍を越える任意の点にあることを特徴とする波形ストリップ。
【請求項２】
前記曲線（Ａ）の曲率半径（Ｒｃ）は、流路（１８）の水力直径（Ｄｈ）の３倍を越えることを特徴とする請求項１に記載のストリップ。
【請求項３】
前記曲線（Ａ）の曲率半径（Ｒｃ）は、流路（１８）の水力直径（Ｄｈ）の５倍未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のストリップ。
【請求項４】
前記曲線は円弧（Ａ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のストリップ。
【請求項５】
前記円弧（Ａ）の中心（Ｃ）は、ストリップのエッジ（１０，１２）又はこのエッジの延長部にあることを特徴とする請求項４に記載のストリップ。
【請求項６】
前記曲線は、異なる曲率半径の少なくとも２つの円弧を含み、これらの円弧は、ストリップのエッジから出発するそれらの曲率半径の増加する値の順に連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のストリップ。
【請求項７】
ストリップのエッジ（１０，１２）との交点におけるピーク（２６）／トラフ（２８）のエッジの方向（Ｄｂ）は、前記流体の一般的流れの方向（Ｄｆ）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のストリップ。
【請求項８】
遷移領域（６，８）のピーク（２６）／トラフ（２８）ラインは、特に等しい長さ（ｌ）の少なくとも２つの真っ直ぐなセグメント（３６，３８，４０）からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のストリップ。
【請求項９】
遷移領域（６，８）のピーク（２６）／トラフ（２８）ラインは、前記曲線（Ａ）と一致することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のストリップ。
【請求項１０】
ある材料及び／又は熱交換塔のための充填材モジュールであって、請求項１〜９のいずれかに記載のストリップ（２）の積層を含み、それらのスパン領域のピーク（２６）／トラフ（２８）ラインの一般的方向（Ｄｉ）は、あるストリップと他のストリップとで逆であることを特徴とする充填材モジュール。
【請求項１１】
充填密度が、３００ｍ２／ｍ３を越え、好ましくは４００ｍ２／ｍ３を越えることを特徴とする請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
請求項１０又は１１のいずれかに記載の少なくとも１つの充填材モジュールを含む、特に空気の蒸留のための極低温蒸留塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流路を定義し、スパン領域を含む型の、流体を処理するための充填材モジュール用の、シート材、特に塑性変形したシート金属からなる波形ストリップに関する。その流路は、側面図において、前記流体の一般的流れの方向に対し傾斜した一般的方向を有するピーク／トラフラインを定義する。ストリップは、更に、スパン領域に隣接する少なくとも１つの遷移領域を備え、その遷移領域のピーク／トラフラインの方向は、前記流体の一般的流れの方向に次第に接近している。
【背景技術】
【０００２】
「充填材」なる語は、相を混合するため及び／又は並流で又は向流で流れる幾つかの相を相互に接触させるために意図されたデバイスを意味するものと理解される。熱及び／物質交換及び／又は化学反応は、特に、充填材において生ずる。本発明の１つの特定の用途は、ガス混合物を分離するための塔、特に空気蒸留塔である。
【０００３】
パックとも呼ばれる交差波形充填材モジュールを含む空気蒸留装置が従来技術に示されている。このモジュールは、平行状に垂直に配置された波形ストリップ又は金属シートを備える。このシートの波形は、装置内の流体の流れの一般的方向に関し斜めであり、また、１つのシートから他のシートに対し、交互に、一般に９０°で交差している。
【０００４】
充填材モジュールは、１つのモジュールのシートが塔の軸周辺の隣接するモジュールのシートと、一般に９０°の角度をもってオフセットするように、蒸留塔内に滑り込まされる。
【０００５】
使用中、ガスは、この位置において対応する頭損失をもって、１つのモジュールから他方のモジュールに流れるように、そのような角度で方向を変化させられる。そのような頭損失は、上部モジュールの下部領域に液体を蓄積させ、この位置において塔をフラッディング状態とする。一方、モジュールの中央部は、そのフラッディングにはまだ到達していない。この現象は、塔の処理容量を減少させる。
【０００６】
この効果を減少させるために、従来技術では、構造化された界面領域を有する充填材モジュールを用いることが提案されている。
【０００７】
そのような充填材モジュールは、例えば、ＷＯ−Ａ−９７／１６２４７に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このモジュールでは、充填材ストリップは、その周辺領域において、隣接するモジュールに面するエッジに沿って流体の一般的流れ方向に平行に延びる、湾曲したピークを有する波形を備える。
【０００９】
これらの湾曲した波形は、ストリップのこのエッジを、モジュールのスパン領域にある波形に接続する。このスパン領域は、流体の一般的流れ方向に対し、斜めにある。
【００１０】
しかし、上述のＷＯ−Ａ−９７／１６２４７に開示されている充填材ストリップは、やはりモジュールの界面領域において、実質的に頭損失を発生する。
【００１１】
本発明の目的は、その頭損失が更に減少する充填材モジュールを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的に対し、本発明の主題は、上述の型の波形ストリップであって、遷移領域のそれぞれのピーク／トラフラインが、側面図において、スパン領域のピーク／トラフラインを接線方向に延長する曲線に中心がある定義された領域内にあり、その領域の半径方向の幅が曲線の対応する曲率半径の１０％であり、曲線の曲率半径が流路の水力直径の１．５倍を越える、好ましくは１．６倍を越える任意の点にあることを特徴とする。
【００１３】
特定の態様によると、本発明のストリップは、以下の特徴の１つ又はそれ以上を含む。
【００１４】
−曲線の曲率半径は、流路の水力直径の３倍を越える；
−曲線の曲率半径は、流路の水力直径の５倍未満である；
−曲線は円弧である；
−円弧の中心は、ストリップのエッジ又はこのエッジの延長部にある；
−曲線は、異なる曲率半径の少なくとも２つの円弧を含み、これらの円弧は、ストリップのエッジから出発するそれらの曲率半径の増加する値の順に連結される；
−ストリップのエッジとの交点におけるピーク／トラフラインのエッジの方向は、前記流体の一般的流れの方向である；
−遷移領域のピーク／トラフラインは、特に等しい長さの少なくとも２つの真っ直ぐなセグメントからなる；及び
−遷移領域のピーク／トラフラインは、前記曲線と一致する。
【００１５】
本発明の主題は、ある材料及び／又は熱交換塔のための充填材モジュールでもあって、それは上述のストリップの積層を含み、それらのスパン領域のピーク／トラフラインの一般的方向は、あるストリップと他のストリップとで逆であることを特徴とする。
【００１６】
本発明のモジュールの１つの特定の実施形態によると、その充填密度は、３００ｍ２／ｍ３を越え、好ましくは４００ｍ２／ｍ３を越える。
【００１７】
本発明の主題は、上述の少なくとも１つの充填材モジュールを含む、特に空気の蒸留のための極低温蒸留塔でもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の充填材モジュールを示す側面図である。この充填材モジュール２は、垂直中央軸（図示せず）を有する流体処理塔に塔載されるように意図されている。塔の動作中、流体は、ストリップ２の表面を、この場合は垂直である、一般的流体流れ方向Ｄｆに流れる。充填材ストリップ２は、平滑なシート金属ストリップから製造され、曲げることにより塑性変形される。充填材ストリップ２は、波形上部６及び下部８遷移領域が方向Ｄｆに沿って連結する、波形スパン領域４を有している。それぞれの遷移領域６，８は、水平エッジ１０，１２で終わる。ストリップ２の装着された状態では、遷移領域６，８は隣接する充填材モジュールに接し、その隣接する充填材モジュールは、類似ではあるが塔の中央軸の回りに角度をもってオフセットするストリップからなる。
【００１９】
図２は、図１のラインＩＩ−ＩＩにおけるスパン部の断面図である。ストリップ２は、表及び裏に交互に、図１の面に対し傾斜している表面１４，１６の連続からなる。２つの隣接する表面１４，１６は、それらの間に流体の流路１８を形成する。それぞれの流路１８は、略三角形の断面を有し、２つの辺で閉ざされ、第３の辺で開いている。流路１４，１６の表面は、この場合６０°である曲げ角度γをなす。流路１８、即ちストリップは、厚さＥを有する。平らな表面１４，１６は、２つの隣接する表面１４，１６をリンクする、湾曲したリンク領域２２，２４を有する。これらのリンク領域は、曲率半径ｒを有する。リンク領域２２，２４は、側面図（図１）では、ピーク２６及びトラフ２８ラインを形成する。側面図では、２つの隣接するピークライン２６又は２つの隣接するトラフライン２８は、相互に平行に存在し、波形のピッチである距離Ｂだけ分離されている。スパン領域４のピーク２６／トラフ２８ラインは、真っ直ぐであり、距離Ｄｆに沿って存在する。この方向は、ストリップのエッジに対し、かつ方向Ｄｆに対し、角度δ＝４５°をなす。
【００２０】
スパン領域とは異なり、遷移領域６，８の流路１８は、湾曲している。特に、流路１８のピーク２６／トラフ２８ラインは、スパン領域４に連結する領域においてほぼ方向Ｄｉの方向にあり、ストリップのエッジ１０，１２の位置におけるエッジの傾斜方向Ｄｂに向かってそれらの傾斜を次第に変化させている。本実施形態では、それぞれのピーク２６／トラフ２８ラインは、繊維領域において、側面図で、半径Ｒｃの円弧Ａの形状を有する。それぞれの円弧Ａの中心Ｃは、方向Ｄｂが方向Ｄｆに等しいように、ストリップのエッジ１０，１２上に、又は前記エッジの延長上に位置する。それぞれの円弧Ａは、スパン領域４のピーク２６／トラフ２８ラインと接線方向に連結する。上部６び下部８の遷移領域のそれぞれは、方向Ｄｆに沿って測定された高さＨｃを有する。δの関数としての高さＨｃは、Ｈｃ＝Ｒｃ×ｃｏｓδである。
【００２１】
スパン領域４のそれぞれの流路１８の水力直径は、Ｄｈ＝４×流路断面積／流路周長である。
【００２２】
それぞれの流路が２つのＶ型表面１４，１６により定義されると、即ち、半径ｒを無視すると、流路（１８）の水力直径は、Ｄｈ＝Ｂ×ｃｏｓ（γ／２）である。
【００２３】
円弧Ａの半径Ｒｃは、水力直径Ｄｈの１．５倍より大きい。実際には、それは１．６Ｄｈと５Ｄｈの間であり、好ましくは約３Ｄｈである。
【００２４】
図３は、従来技術の２つの充填材と本発明の１つの充填材の能力を比較する曲線を示す。それぞれの充填材は、５００ｍ２／ｍ３の密度を有する。スパン領域における流路の傾斜角δは、４５°である。ｘ軸に単位面積当りのガスの最大スループットが、ｙ軸に単位長さ当りの頭損失がプロットされている。
【００２５】
曲線Ｃ１は、遷移領域のない、即ち、スパン領域によってのみ形成されている波形ストリップからなる第１の従来の充填材の能力を示す。曲線Ｃ２は、Ｒｃ／Ｄｈ比が１である、下部及び上部の２つの遷移領域を有する第２の充填材の能力を示す。１０ｍバール／ｍの頭損失の場合、従来の充填材よりも２５％の能力の増加が観察される。
【００２６】
曲線Ｃ３は、Ｒｃ／Ｄｈ比が３である本発明の充填材の能力を示す。１０ｍバール／ｍの頭損失の場合、第２の充填材よりも更に１２％能力が増加する。
【００２７】
図４は、上述の充填材の挙動を比較する曲線を示す。ｘ軸には充填材のフラッディングの程度が、ｙ軸には単位長さ当りの頭損失がプロットされている。
【００２８】
曲線４は、従来の第１の充填材の挙動を示す。曲線５は、第２の充填材の挙動を示し、曲線６は、第３の充填材の挙動を示す。６ｍバール／ｍの頭損失の場合、Ｒｃ／Ｄｈ＝３の充填材の能力は、Ｒｃ／Ｄｈ＝１の充填材に比較して８％増加する。
【００２９】
図５は、本発明による充填材ストリップの別の実施形態の遷移領域の一部を示す。
【００３０】
第１の実施形態とは異なり、スパン領域４のピーク２６／トラフ２８ラインの傾斜角δは３０°である。その結果、それらはＤｆに対し傾斜している。加えて、遷移領域８におけるピーク２６／トラフ２８ラインは、同一の長さｌの３つの真っ直ぐなセグメント３６，３８，４０から構成されている。連続するセグメント３６，３８，４０は、スパン領域からエッジまで、δ１＝３９°、δ２＝５８、δ３＝７７°傾斜している。
【００３１】
ストリップ２のそれぞれのピーク２６／トラフ２８ラインは、遷移領域８における、以下のように定義される領域４２内にある。
【００３２】
円弧Ａの形の曲線は、問題のスパン領域内のピーク２６／トラフ２８ラインの終点Ｔ１と接線方向に連結する。
【００３３】
この円弧Ａは、ストリップ４の流路１８の水力直径Ｄｈの、少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも１．６倍の半径Ｒｃを有する。
【００３４】
円弧Ａのエッジ１２との交点Ｔ２では、この円弧は、スパン領域４のピーク２６／トラフ２８ラインよりも流体の一般的流れ方向Ｄｆにより傾斜している接線方向Ｄｔを有する。
【００３５】
領域４２は、半径Ｒｃの１０％である半径方向の幅Ｌｒを有する。領域４２は、円弧Ａのいずれかの側に、それが５％×Ｒｃだけ延びるように、円弧Ａ上に中心がある。
【００３６】
円弧Ａは、領域４２内にあるピーク２６／トラフ２８ラインについての理想的な曲線であることに注目すべきである。
【００３７】
本発明による充填材から製造された充填材モジュールは、増加した能力を示すことが観察された。
【００３８】
本発明によるストリップから製造された充填材モジュールは、３００ｍ２／ｍ３を越え、好ましくは４００ｍ２／ｍ３を越える充填密度を有する。
【００３９】
水力直径Ｄｈは、式Ｄｈ＝４／ａによる充填密度ａの関数として、ほぼ計算され得ることもまた、注目すべきである。
【００４０】
本発明による充填材ストリップの積層体を含むモジュールは、例えば、特に空気の蒸留のための極低温蒸留に使用される。
【００４１】
変形例として、領域４２を定義する曲線は、可変の曲率半径、特にストリップのスパン領域から減少する曲率半径を有してもよい。特に、それは異なる曲率半径の複数の円弧からなるものでもよい。例えば、それは、１．５Ｄｈ及び２Ｄｈの曲率半径Ｒｃを有する２つの円弧からなるものでもよい。好ましくは、円弧は、曲率半径の増加する順にエッジから延びている（Ｍｒ Ｍｅｒｌｅｎにより確認）。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の充填材ストリップの模式的側面図。
【図２】図１のII−IIの拡大断面図。
【図３】従来の充填材モジュールと比較した本発明の充填材モジュールの一例の挙動をを示すグラフ。
【図４】従来の充填材モジュールと比較した本発明の充填材モジュールの一例の挙動をを示すグラフ。
【図５】本発明の充填材ストリップの別の実施形態の一部の拡大側面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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