(57)【要約】【課題】  シート側縁領域で変形加工された波皺を有する金属充填材シート或いはこのタイプの金属充填材シートを有する充填材を従来の金属充填材シート又は充填材と同等の速度で実質的な改変なく製造することのできる方法及び装置を提供する。【解決手段】  シート側縁に対して実質的に一定の傾斜角で斜めに延在する波皺を有し、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺が変形加工されている成形シートを製造する。シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機（６）によりシート側縁領域を変形加工する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート側縁に対してほぼ一定の傾斜角で斜めに延在する波皺を有し、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺が変形加工されている成形シートを製造する方法であって、前記シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機（６）により前記シート側縁領域を変形加工することを特徴とする成形シートの製造方法。
【請求項２】
素材シート（１）に別のラム式変形加工機（２）によって波皺（３）を設けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
素材シート（１）に一つ以上の型ロールによって波皺（３）を設けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シート側縁領域側のシート側縁（４）に対する波皺の傾斜角が変形加工前の波皺（３）の一定傾斜角よりも大なる角度となるように波皺を変形加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記シート側縁領域における波皺の傾斜角を８０°以上の９０°に近い角度にすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
両側のシート側縁領域を変形加工することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
一方のシート側縁領域のみを変形加工することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
シート側縁領域の変形加工前にシートに多数の孔及び／又は微細凹凸外形を成形することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
シート側縁領域の変形加工後にシートを定尺材に切断し、この定尺材の切り出しをシート側縁領域の変形加工と同時に実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一方のシート側縁領域で予め変形加工した波皺を有する成形シートの複数枚を互いに平行に配置して規則充填材を製造する方法であって、前記シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機（６）により前記シート側縁領域で波皺を変形加工することを特徴とする規則充填材の製造方法。
【請求項１１】
先にシート側縁領域で波皺（３）を変形加工し、次いでシートを複数枚の定尺材（９）に切断し、その後、定尺材同士を互いに平行に配置することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
素材シートに波皺を設けるための第１変形装置と、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺を変形加工するための第２変形装置とを有する成形シート製造装置であって、第２変形装置が前記シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機（６）からなることを特徴とする成形シート製造装置。
【請求項１３】
第２変形装置を用いて変形加工されたシート側縁領域とは反対側のシート側縁領域で波皺を変形加工するためにラム式変形加工機からなる第３変形装置が更に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート側縁に対して実質的に一定の傾斜角で斜めに延在する波皺を有し、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺が変形加工されている成形シートを製造する方法に関する。本発明はまた、少なくとも一方のシート側縁領域で予め変形加工した波皺を有する成形シートの複数枚を互いに平行に配置して規則充填材を製造する方法に関する。更に本発明は、素材シートに波皺を設けるための第１変形装置と、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺を変形加工するための第２変形装置とを有する成形シート製造装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
規則充填材（パッキング）は、分離塔内における二流体間の質量及び／又は熱の交換に屡々用いられている。このタイプの充填材は複数枚の直交配置された金属充填材シートを有し、これらシートは頂部から下方へ向かって斜めに延在する波皺を少なくとも部分的に有している。この明細書において、波皺とは、金属充填材シートに付与されて該充填材に適用される流体の流路を形成するあらゆる構造を意味するものである。このタイプの流路は、金属シートの折り加工、皺付け加工、曲げ加工、或いはその他の成形加工で形成可能である。充填材としては、隣接する金属充填材シートの斜めに延在する流路（波皺）同士が互いに交差するように各金属充填材シートが交互に重ねられる。
【０００３】
このタイプの規則充填材におけるスループットは、金属充填材シートの下部領域における液体の排出を改善することによって顕著に増加できることが知られている。
【０００４】
複数の充填材を上下に重ねて配置する場合、各充填材は、塔内における液体の分布をなるべく均一にする観点から、各充填材毎に流路が互いに９０°ずつ向きを変えるように配列されるのが通常である。しかしながら、この場合、上下の充填材が互いに当接する部分において充填材内を貫流するガスに対する流路抵抗が高くなる欠点があり、これは、下方の充填材から上向きに流出してくるガスが上方の充填材の流路へ流入すべく新たな向きへ屈曲状に向きを変えなければならないからである。
【０００５】
同時に、充填材が互いに当接する部分では流路断面積が著しく減少する。下方へ流下する液体との干渉を考慮すると、上部充填材の下縁部に滞留する液体が流路断面積を狭くしてしまう。
【０００６】
これらの問題点を多少とも解決して規則充填材の処理容量を増加させる方法は幾つか知られている。例えば、特許文献１には金属充填材シートの上縁又は下縁部に直角な流路を設けることが提案されている。これにより、上下の充填材が互いに当接する部分において上向きに流れるガスが向きを変える必要はなくなり、或いはほんの僅かに向きを変えるだけでよくなり、以て流路抵抗を大幅に低減可能である。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０７０７８８５号明細書
【０００７】
また特許文献２には、充填材境界部で直角に延在する流路を有するこのタイプの充填材を製造する方法が述べられている。この場合、平らな帯状シートを成形装置に送り込んで皺付け加工し、帯状シートの境界部に対してシート両側縁が一定の角度で傾斜するように成形する。更に次の成形装置において帯状シートの境界部のシート両側縁が一対のロールによる塑性変形加工で除去されるとともに、帯状シートの中央部から境界部へ向けて傾斜角が連続的に増加する曲がり縁部で置き換えられる。
【特許文献２】欧州特許第１０４４７８７号明細書
【０００８】
しかしながら、この方法では、１回の変形加工ステップでは２つの直接隣接する側縁部を変形加工することが可能であるに過ぎない。即ち、変形加工で形成された一つの側縁部が素材帯状シートの隣接縁部と交差したら直ちに追加の変形加工ステップを行う必要がある。境界部に対する多重変形加工を考えると、製造ラインの本来の加工サイクル速度を維持することは困難である。
【０００９】
特許文献３にも、同様にシート上下縁部では流路が直角に延在し、それらの間の部分では上下縁部に対して流路が斜めに延在している流路構造の金属充填材シートを製造する方法が述べられている。この方法では、平らな金属充填材シートは、該金属充填材シートにそれぞれ所要の変形を与える２つの互いに周期的に動作するラムによって２ステップで変形加工される。
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／０１１２８１１号明細書
【００１０】
この方法では、金属充填材シートを全幅に亘って一度に変形加工するので、１回の変形加工ステップでは金属充填材シートに僅かな数の流路しか形成することができず、さもなければ金属充填材シートが過大な変形を受けることになる。従って、金属シート全体に流路構造を設けるには多数回の変形加工ステップが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明の課題は、シート側縁領域で変形加工された波皺を有する金属充填材シート或いはこのタイプの金属充填材シートを有する充填材を従来の金属充填材シート又は充填材と同等の速度で実質的な改変なく製造することのできる方法を提供することであり、更には係る課題に適合する装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この課題は、シート側縁に対して実質的に一定の傾斜角で斜めに延在する波皺を有し、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺が変形加工されている成形シートを製造するに際し、シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機によりシート側縁領域を変形加工することによって解決される。
【００１３】
本発明によれば、規則充填材を製造するには、波皺を有する成形シートの少なくとも一方のシート側縁領域を該シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機により変形加工し、このようにして予め変形加工した波皺を有する成形シートの複数枚を互いに平行に配置して規則充填材を製造する。この場合、本発明に従って先にシート側縁領域で波皺を変形加工し、次いでシートを所要の充填材エレメントの寸法に対応した複数枚の定尺材に切断することが好ましい。
【００１４】
この定尺材の切り出しは、好ましくは切り出し部分とは別の部分に対するシート側縁領域の変形加工と同時に実行する。即ち、ラム式変形加工機がシートの或る側縁領域に対して変形加工を行っている間にラインの下流端では切断機によって定尺材の切り出しが同時進行的に実行されるようにする。側縁領域の変形加工をいずれにせよ必要な定尺材の切り出しと同時進行的に実行することにより、本発明による成形シートの製造に要する時間はシート側縁領域の変形加工を伴わない成形シートの製造に要する時間に比べてさほど長くなることはなく、長くなるにしてもせいぜいほんの僅かな時間だけである。
【００１５】
本発明による成形シートの製造に好適な装置は、素材シートに波皺を設けるための第１変形装置と、少なくとも一方のシート側縁領域で波皺を変形加工するための第２変形装置とを備えている。本発明によれば、第２変形装置は前記シート側縁領域に対して交互に接触離反するラム式変形加工機で構成されている。
【００１６】
この明細書において、側縁領域とは、シート側縁と平行に延在する帯状のシート領域を意味する。側縁領域の寸法は任意であるが、好ましくはシート幅寸法の１０％まで、更に好適には５％までとする。以下、これら両側の側縁領域の間のシート領域、或いは片側の側縁領域のみ変形加工する場合は変形加工側の側縁領域と反対側のシート側縁との間のシート領域を、主領域と呼ぶことにする。
【００１７】
以下の説明において、「上向き」及び「下向き」という用語は、例えば質量交換塔内に適正に装填された充填材を貫流する液体流れの方向に関して用いられる。従って、上縁領域とは、金属充填材シート間に形成された流路の液体流入側となるシート縁部に沿って延在する領域であり、また下縁領域とは同様に流路の液体排出側となるシート縁部に沿って延在する領域である。
【００１８】
本発明は金属成形シートの製造に特に好適である。このため、以下の説明においては、「シート」及び「金属充填材シート」という用語を場合によっては同義語として使用しているが、これは本発明を金属シートの成形に限定する意図を意味するものではない。本発明による方法は、例えばプラスチック材などの金属以外の材料からなるシートの変形加工にも同様に好適である。
【００１９】
本発明によれば、成形シート、特に規則充填材用の金属充填材シートには、シート側縁に対して実質的に一定の傾斜角で斜めに延在する波皺が設けられる。波皺はシート側縁領域まで連続していることが好ましいが、このプロセス段階ではシートの主領域のみに波皺を設け、側縁領域には形成しておかなくても良い。
【００２０】
波皺を有する成形シートの少なくとも一方のシート側縁領域はラム式変形加工機により変形加工される。この変形加工機は、ラム形式のプレス機として構成されており、シート側縁領域に所要形状の変形を付与する。ラム式変形加工機はその加工具でシートを加圧プレスし、その結果、機械的な力の作用により側縁領域におけるシートの構造が変化する。その後、ラム式変形加工機の加工具がシートから離反して待機位置へ復帰し、加工具とシートがシート平面と平行に相対移動して、シートの次の部分が変形加工機で変形加工可能な状態となる。
【００２１】
規則充填材を製造するには、本発明に従ってシート側縁領域に予め変形加工された波皺を有する成形シートの複数枚を互いに平行に配置し、一般的には更にこれら成形シートを相互に接合する。この場合、個々の成形シート、即ち金属充填材シートは、付与された波皺によって形成された複数の流路を有する主領域と片側又は両側のシート側縁領域とを備えており、このシート側縁領域ではシート構造が主領域のシート構造から反れていることになる。
【００２２】
実質的に一定の傾斜角を有する主領域の波皺もラム式の変形加工機で成形することが好ましいが、ラム式変形加工機に代えて、先に述べた特許文献２に記載されている方法と同様に一基以上の型ロールを用い、素材シートを圧延してロール型に応じた波皺を主領域に付与してもよい。
【００２３】
充填材層へ流入するガスに対する流路抵抗を低減するためのシート側縁領域に対する種々の変形加工形態のうち、波皺の傾斜角に対する変形加工が特に好適であることが確認された。シート側縁領域の変形加工は、シート側縁領域内において、該側縁領域の外縁を形成するシート側縁に対する波皺の傾斜角を変形加工前の波皺の一定傾斜角よりも大きな値とするように行うことが好ましい。具体的には、シート側縁領域における波皺の傾斜角は８０°以上とすることが好ましく、特に極力９０°に近づけることが好ましい。
【００２４】
先に述べたように、複数の充填材層を上下に配列することは空気精留塔において一般的なことであり、この場合、隣接する２つの充填材層が互いに当接する部位ではガスに対する流路抵抗の増加が生じる。従って、流体力学の観点では、この２つの充填材層を形成する各金属充填材シートの隣接側縁領域をともに本発明に従って変形加工することが特に好適である。シート側縁領域を適切に変形加工することにより、下部充填材層の波皺で形成される流路から出てくるガス及び上部充填材層の流路へ流入するガスに対する流路抵抗を著しく低減することができる。
【００２５】
一方、製造技術の観点では、片側のみのシート側縁領域を本発明に従って変形加工することが有利である場合が多い。２つの充填材層で互いに当接するシート側縁領域のうちの一方、特にシート下部側に位置するほうのシート側縁領域のみを本発明に従って変形加工すれば流体力学的な利点も実質的に達成できることが確認されている。
【００２６】
シートには、側縁領域の変形加工に先立ち、該シートで形成される充填材の効率を増加させるために多数の孔及び／又は微細凹凸外形を成形しておくと有利である。
【００２７】
本発明によれば、シート又は金属充填材シートは２段階で成形される。先ず第１段階ではシート側縁に対して斜めに延在する溝を有する波皺がシートの全幅又は少なくとも主領域に亘って形成される。第２段階では、両側の内の少なくとも一方の側縁領域、即ち上部及び／又は下部のシート側縁領域がラム式変形加工機によって変形加工される。
【００２８】
本発明は、シートの大部分を一度に変形加工するのにラム式変形加工機を使用できることを利用している。理論的には、いかなる長さの側縁領域でも単一のラム・スタンプ動作で変形加工することができる。実際には、０．５〜１．５ｍの長さに亘って側縁領域を変形加工可能な複数のラム式加工具を用いることが好ましい。
【００２９】
プロセス中にシートが不所望の様式で過剰変形される危険については、シートを全幅に亘って変形加工せずに側縁領域のみを変形加工することによって対処可能である。従って本発明は、シートの或る特定化された構造の成形、特にシートの少なくとも一方の側縁領域に対する限定された変形加工を高いサイクル速度で可能とするものである。
【００３０】
シートは先に第１変形装置に通してシートに波皺を整形し、その後に本発明に従って伊方側又は両側のシート側縁領域を変形加工することが好ましい。この場合、側縁領域を変形加工しない充填材を製造する場合に比べて製造速度は殆ど低下せず、低下するとしても無視できる程度でしかない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の特徴とその詳細を図示の好適な実施形態に基づいて詳しく説明する。
【００３２】
図１は本発明による金属充填材シートの製造ラインを模式的に示している。この製造ラインで得られる成形済みの金属充填材シートの複数枚が互いに平行に重ねられて規則充填材となる。
【００３３】
出発素材として本実施例で使用されているのは予め多数の微細貫通孔を設けたアルミニウムシート１である。アルミニウムシート１は図示しないコイルから巻き出されて第１変形装置２に導入される。第１変形装置２内において、アルミニウムシートには例えば三角波又はサイン波状の断面形状の波皺が成形される。この場合、金属シート１はラム式の変形加工具又は圧延によって波板状に成形すればよい。
【００３４】
ラム式変形加工具の場合、金属シート１は変形装置２へステップ状に送り込まれ、各ステップ毎にラム式変形加工具でシートに波皺をスタンプしたら或る一定距離だけシートを送り出す操作を繰り返す。これにより、各ステップ毎に波皺が形成された分だけのシートが変形装置２の出側に現れ、対応する長さ分だけの素材シート１が変形装置２の入側に送り込まれることになる。
【００３５】
変形装置２で波皺を付与された金属シート３には、シート側縁４に対して例えば４５°又は６０°の一定傾斜角で斜めに延在する複数の平行溝が形成されている。この波皺は、金属シート３の全幅、即ち下部のシート側縁４から上部のシート側縁５に亘って延在している。
【００３６】
本発明に従って、アルミニウムシート１は２段階で変形加工される。従って、第１変形装置２の下流には第２変形装置６が設けられており、既に波皺が付与された金属シート３の構造をこの第２変形装置によって変形するようになっている。このため、波皺が付与された金属シート３は、そのシート側縁４に沿った狭い側縁領域、例えばもとの金属シート１又は３の全幅の約５％に相当する側縁領域に第２変形装置による処理を受けることになる。
【００３７】
第２変形装置６は、金属シート３を加圧成形して金属シートの既存構造を変形するラム式の変形加工機として構成されている。この第２変形装置６は、ほぼ４５°又は６０°の平行溝の傾斜角が、徐々に、即ち技術的に実現可能な曲率半径でシート側縁４に対してほぼ９０°の角度に移行するようにシート側縁４に沿った側縁領域に変形加工を施す。
【００３８】
第２変形装置６の出側に現れるのは、側縁領域が変形加工された金属成形シート７であり、この金属シート７には、その全幅のうちの主領域に亘りシート側縁４に対して４５°又は６０°の一定傾斜角で延在する波皺が形成されているが、シート側縁４に沿った帯状の側縁領域では平行溝の傾斜角が徐々に直角に移行するように変形加工が施されている。
【００３９】
その後、切断機８によって金属シート７から定尺材９が切り出され、これにより定尺材は金属充填材シートの所要寸法に揃えられることになる。この場合、切断機による定尺材９の切り出し中に第２変形装置６のラムが金属シート３を加圧成形してしまうように両工程を同時進行的に実行するのが好ましく、これは、本発明による付加的な変形加工処理によって金属充填材シートの製造サイクル速度が影響されないようにするためである。これにより、本発明に従って２段階で変形加工しても、従来の１段階の変形加工処理で成形するのと同等の速さで金属充填材シートを製造することが可能である。
【００４０】
シート側縁４に沿った片側の帯状側縁領域だけでなく、シート側縁４及び５に沿った両側の帯状側縁領域を変形加工することも可能である。この場合、追加の変形装置を第２変形装置の下流側又は平行位置に配置してシート側縁５に沿った側縁領域に対する変形加工を同様に実行すればよい。またこの場合、第２変形装置６及び追加の変形装置はシートに対して同時に変形加工処理を行っても良く、それにより製造サイクル速度の低下が回避される。一般的に言えば、連続的な動作を行わない全ての装置は、シート、一般にはシートの異なる部分又は区画に対して可能な限り同時に処理を行うようにすることが有利であることは述べるまでもない。
【００４１】
規則充填材を製造するには、複数枚の定尺材９を互いに平行に重ね、隣接する充填材シート９の側縁領域以外の平行溝同士が互いに交差するように配置する。このタイプの充填材は例えば低温空気分離設備の精留塔内における質量交換及び熱交換に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による金属充填材シートの製造ラインを示す模式平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：アルミニウム素材シート
２：第１変形装置
３：波皺が付与されたシート
４：下部のシート側縁
５：上部のシート側縁
６：第２変形装置
７：側縁領域が変形されたシート
８：切断機
９：定尺材
【図１】
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