JP2020523183A - 物質移動カラムの構造化された充填材モジュール - Google Patents

物質移動カラムの構造化された充填材モジュール Download PDF

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Abstract

波形の構造化された充填材シートは、陥凹構造及び隆起構造のグリッドの形態であってもよい表面テクスチャ加工を有する。各陥凹構造は、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されている。隆起構造は、山部及び相互接続サドルの列を形成する。マイクロチャネルは、陥凹構造のうちの隣接する構造及び相互接続サドルに沿って延在し、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する。表面テクスチャ加工は、上縁部に隣接する上縁部領域及び下縁部に隣接する下縁部領域内の波状の平行な溝であってもよく、又はそれらを含んでもよく、構造化された充填材シートの上縁部及び下縁部に対して斜めに配向されたバルク領域内の平行な溝区間であってもよく、又はそれらを含んでもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年６月９日に出願された、米国仮特許出願第６２／５１７，３６８号に対する優先権を主張し、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、全般的に物質移動カラムに関し、特にこのようなカラム内の流体間の物質及び熱の移動を促進するために使用される構造化された充填材に関する。
物質移動カラムは、特定の組成物及び／又は温度の製品流を提供するために、少なくとも２つの流体流に接触するように構成される。本明細書で使用するとき、用語「物質移動カラム」は、物質及び／又は熱の移動が主目的であるカラムを包含することを意図する。多成分蒸留及び吸収用途で利用されるものなど、気相流を液相流に接触させる物質移動カラムがあるが、抽出カラムなど、異なる密度の２つの液相間の接触を促進するように設計される他の物質移動カラムもあり得る。多くの場合、物質移動カラムは、通常、カラム内に配置された複数の物質移動表面に沿って、上昇蒸気流又は上昇液体流を下降液体流に接触させるように構成される。一般に、これらの移動表面は、２つの流体相間の密接な接触を促進するように構成されたカラムの内部容積内に配設された構造によって画定される。これらの移動表面の結果として、２つの相間で移動する物質及び熱の速度及び／又は程度が向上する。
構造化された充填材は、熱及び／又は物質移動表面を提供するためにカラムで使用される。構造化された充填材の１つのタイプは、交互の山部及び谷部からなる波形を形成する複数のクリンプシートを使用する。波形の構造化された充填材シートは、互いに直立した平行関係に位置決めされ、各シートの波形は、カラムの長手方向軸に対してある角度で、かつ交差関係で各隣接シートの波形に対してある角度で延在するように配列されている。構造化された充填材シートは、共に接合されて構造化された充填材モジュールを形成し、流体通路は交差波形の谷部に形成される。構造化された充填材モジュールは、カラムの水平内部断面を充填する構造化された充填材層を形成してもよく、又は構造化された充填材モジュールは、構造化された充填材層を形成するために、端から端まで並列に位置決めされた個々のブリックの形態であってもよい。複数の構造化された充填材層は、通常、隣接する構造化された充填材層内のシートに対して、１つの層のシートの向きを回転させて互いの上に積み重ねられる。
構造化された充填材シートの表面全体に液相が拡散するのを促進し、それによって、蒸気相及び液相が構造化された充填材層を通過する際に蒸気相と液相間の物質及びエネルギー移動を最大限にするために、構造化された充填材シートには様々なタイプの表面テクスチャ加工が適用されている。単一のタイプの表面テクスチャ加工は、通常、構造化された充填材シートの表面積全体に適用される。表面テクスチャ加工の１つのタイプは、構造化された充填材シートの上縁部及び底縁部に平行な横方向に延在する溝を使用する。構造化された充填材シートが水平でない場合、溝は水平位置から傾斜し、溝に沿って移動する液体は、優先的に一方向に流れ、液体の不均等分配及び物質移動効率の低下をもたらす。
通常、溝よりも物質移動効率が高い別のタイプの表面テクスチャ加工は、陥凹構造及び隆起構造の均一なグリッドを含み、各陥凹構造は、隆起構造によって隣接する陥凹構造から分離されている。構造化された充填材シートの１つの面上の陥凹構造が、構造化された充填材シートの対向する面上の隆起構造を形成し、逆もまた同様である。
陥凹構造を囲む隆起構造は、山部及び相互接続サドルを含む列を形成し、サドル及び陥凹構造は、マイクロチャネルの列を形成し、それに沿って液体が優先的に流れる。列及びマイクロチャネルは傾斜しており、４５度の角度などの角度で構造化された充填材シートの上縁部及び底縁部と交差する。液体の拡散パターンは、これらのマイクロチャネルによって影響されることが見出されている。それらが波形谷部とほぼ整列しているとき、液体が波形谷部に入ると、マイクロチャネルをたどり、波形谷部内に留まる傾向がある。理想的には、液体は、波形山部を越えて流れ、他の波形谷部に入ることによって波形谷部を出ることができ、液体の横方向の拡散を促進することができる。
したがって、液体が、構造化された充填材の表面全体により均一に広がり、液体と蒸気の相互作用が発生している有効かつ効果的な表面積を増加させ、それにより物質移動効率を向上させることができる構造化された充填材が必要である。
一態様では、本発明は、互いに直立した平行関係に位置決めされた複数の構造化された充填材シートを備え、各構造化された充填材シートが、対向する面、上縁部、下縁部、上縁部と下縁部との間のバルク領域、及び波形側壁によって相互接続され、構造化された充填材シートの上縁部及び／又は下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形を有し、構造化された充填材シートは、構造化された充填材シートのうちの隣接するシートの波形が互いに斜めに延在するように構築され、かつ配列されている、構造化された充填材モジュールを対象とする。構造化された充填材モジュールは、バルク領域内の陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造は、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成している、グリッドと、陥凹構造のうちの隣接する構造、及び陥凹構造のうちの隣接する構造の各々間に位置決めされている相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工を更に備える。マイクロチャネルは、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する。
別の態様では、本発明は、上の構造化された充填材モジュールに記載される構造化された充填材シートを対象とする。
更なる態様では、本発明は、対向する面と、上縁部と、下縁部と、上縁部と下縁部との間のバルク領域と、波形側壁によって相互接続され、上縁部及び／又は下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形と、開口部と、を備える、構造化された充填材シートを対象とする。構造化された充填材シートは、上縁部に隣接する上縁部領域及び下縁部に隣接する下縁部領域内の平行な溝と、上縁部及び下縁部に対して斜めに配向されたバルク領域内の平行な溝区間と、バルク領域内、かつ構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５パーセントにわたる、陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成し、陥凹構造が平行な列に配列され、隆起構造の相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、グリッドと、陥凹構造のうちの隣接する構造、及び陥凹構造のうちの隣接する構造の各々間に位置決めされている相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工を更に備える。
添付の図面は、明細書の一部を形成し、種々の図において同一の構成要素を示すために同一の番号が使用される。
本発明の構造化された充填材層がカラム内に積み重ねられた配列で位置決めされていることを示すために、カラムのシェルを垂直断面でとった物質移動カラムの断片的な側面立面図である。 構造化された充填材モジュールの一部分を形成し、開口部を有し、陥凹構造及び隆起構造のグリッドを含む表面テクスチャ加工の一実施形態を有する、４つの波形の構造化された充填材シートの側面斜視図であり、表面テクスチャ加工は、見やすくて、かつ理解しやすいようにシートの特定の部分のみにわたるように代表的に示されているが、実際にはシート全体にわたることができる。 波形を形成するためにクリンプ操作を受ける前の材料の平坦なシートの正面斜視図であり、材料のシートは、開口部、並びに陥凹構造及び隆起構造のグリッドを含む表面テクスチャ加工の一実施形態を有する。 構造化された充填材モジュールの一部分を形成し、開口部を有し、溝及び溝区間を含む表面テクスチャ加工の一実施形態を有する、４つの波形の構造化された充填材シートの側面斜視図である。 波形を形成するためにクリンプ操作を受ける前の平坦な材料シートの正面斜視図であり、材料のシートは、開口部、並びに溝と、溝区間と、陥凹構造及び隆起構造のグリッドとを含む表面テクスチャ加工の一実施形態を有する。 円錐形状の山部及び谷部を含む陥凹構造及び隆起構造のグリッドの一実施形態の拡大断片図である。 図６の線６ａ−６ａに沿った断面図である。 図６の線６ｂ−６ｂに沿った断面図である。 細長い隆線形状の山部及び谷部を含む陥凹構造及び隆起構造のグリッドの一実施形態の拡大断片図である。 図７の線７ａ−７ａに沿った断面図である。 図７の線７ｂ−７ｂに沿った断面図である。 円錐形状の山部及び谷部を含み、山部の横列間のサドルがより高く、山部の縦列間のサドルがより低い、陥凹構造及び隆起構造のグリッドの一実施形態の拡大断片図である。 図８の線８ａ−８ａに沿った断面図である。 図８の線８ｂ−８ｂに沿った断面図である。
ここで図面をより詳しく参照するが、最初に図１を参照すると、物質移動及び熱交換プロセスに使用するために好適な物質移動カラムは、全体にわたって番号１０で示す。物質移動カラム１０は、多角形を含む他の形状が可能であり、本発明の範囲内であるが、概ね円筒形の形状である直立の外部シェル１２を含む。シェル１２は、任意の好適な直径及び高さを有し、物質移動カラム１０の動作中に存在する流体及び条件と不活性であることが望ましいが、又はそうでなければそれらと適合性がある１つ以上の硬質材料で構築される。
物質移動カラム１０のシェル１２は、流体流間で望ましい物質移動及び／又は熱交換が発生する開放内部領域１４を画定する。通常は、流体流は１つ以上の上昇蒸気流及び１つ以上の下降液体流を含む。あるいは、流体流は、上昇及び下降の両方の液体流を含んでもよい。流体流は、物質移動カラム１０の高さに沿って適切な場所に位置決めされた任意の数のフィードライン（図示せず）を通って物質移動カラム１０へ移動する。１つ以上の蒸気流はまた、フィードラインを通ってカラム１０に取り入れられるのではなく物質移動カラム１０内で生成され得る。物質移動カラム１０はまた、典型的に、蒸気産物又は副産物を除去するための架空ライン（図示せず）、及び液体産物又は副産物を物質移動カラム１０から除去するための底流分岐ライン（図示せず）を含む。例えば、フィードポイント、サイドドロー、還流ライン、リボイラ、コンデンサ、蒸気ホーン、及び液体分配器などの典型的に存在する他のカラム構成要素は、これらの構成要素の図が本発明の理解のために必要であるとは考えられないため、図面に例示されていない。
本発明によれば、個々の構造化された充填材シート１８を含む１つ以上の構造化された充填材層１６は、開放内部領域１４内に位置決めされ、物質移動カラム１０の水平内部断面にわたって延在する。例示された実施形態では、４つの構造化された充填材層１６が、互いに垂直に積み重ねられた関係で配設されているが、より多くの又はより少ない構造化された充填材層１６が提供されてもよいことを理解されたい。一実施形態では、構造化された充填材層１６の各層は、カラム１０の水平内部断面にわたって完全に延在する単一の構造化された充填材モジュールとして形成される。別の実施形態では、各構造化された充填材層１６は、ブリックと呼ばれる複数の個々に構造化された充填材モジュール（図示せず）として形成され、端から端まで並列の関係に位置決めされて、物質移動カラム１０の水平内部断面を充填する。
構造化された充填材層１６は、シェル１２に固定された支持リング（図示せず）上、構造化された充填材層１６の下層上、あるいはグリッド又は他の好適な支持構造体によってなど、物質移動カラム１０内で各々好適に支持されている。一実施形態では、最下部の構造化された充填材層１６は、支持構造体上に支持され、上部の構造化された充填材層１６は、他方の上に積み重ねられ、最下部の構造化された充填材層１６によって支持される。連続する構造化された充填材層１６は、典型的には、互いに対して回転しているため、充填材層１６のうちの１層内の個々の構造化された充填材シート１８が、充填材層１６のうちの隣接する層（複数可）内の個々の構造化された充填材シート１８によって画定された垂直平面に対してある角度で延在する垂直平面内に位置決めされる。この回転角度は、典型的には４５度又は９０度であるが、所望であれば他の角度であってもよい。各構造化された充填材要素１６の高さは、特定の用途に応じて変化してもよい。一実施形態では、高さは、約５０〜約４００ｍｍの範囲内である。
各構造化された充填材層１６の構造化された充填材シート１８は、互いに直立した平行関係で位置決めされる。構造化された充填材シート１８の各々は、物質移動カラム１０内で経験された処理条件に耐えるのに十分な強度及び厚さを有する、様々な金属、プラスチック、又はセラミックのいずれかのような好適な硬質材料で構築される。
更に図２を参照すると、構造化された充填材シート１８の各々は、対向する前面２０及び背面２２、対向する上縁部２４及び下縁部２６、並びに対向する側縁部２８及び３０を呈する。構造化された充填材シート１８の各々は、関連する構造化された充填材シート１８の一部又は全てに沿って延在する複数の平行な波形３２を有する。波形３２は、交互の山部３４及び谷部３６と、山部３４及び谷部３６のうちの隣接するものとの間に延在する波形側壁３８とで形成される。各構造化された充填材シート１８の前面２０上の山部３４は、構造化された充填材シート１８の反対側又は背面２２上に谷部３６を形成する。同様に、各構造化された充填材シート１８の前面２０上の谷部３６は、構造化された充填材シート１８の背面２２上に山部３４を形成する。
例示の実施形態では、構造化された充填材シート１８の各シートの波形３２は、構造化された充填材シート１８の高さ及び幅全体に沿って延在し、ほぼ三角形又は正弦波断面である。各構造化された充填材層１６内の構造化された充填材シート１８のうちの隣接するシートは、構造化された充填材シート１８のうちの１つの前面２０が、隣接する構造化された充填材シート１８の背面２２に面するように、対面関係に位置決めされる。隣接する構造化された充填材シート１８は、構造化された充填材シート１８の各シートの波形３２が、構造化された充填材シート１８のうちの隣接するシート（複数可）内のそれらの波形３２に交差して、又は交差波形の様式で延在するように、更に配列されている。この配列の結果として、構造化された充填材シート１８の各シート内の波形３２は、構造化された充填材シート１８のうちの各隣接するシートの波形に対して斜めの角度で延在する。構造化された充填材シート１８の各シートの前面２０の波形３２の山部３４の一部又は全ては、構造化された充填材シート１８のうちの隣接するシートの背面２２上の山部３４と接触するか、あるいは１つも接触しなくてもよい。
波形３２は、構造化された充填材シート１８の上縁部２４及び／又は下縁部２６に対して傾斜角度を形成する方向に傾斜している。構造化された充填材シート１８が使用される特定の用途の要件に対して選択され得る傾斜角度である。一実施形態では、傾斜角は、２５〜７５度の範囲であってもよい。傾斜角の具体例は、約３０°、約４５°、及び約６０°である。構造化された充填材シート１８の上縁部２４及び下縁部２６は、物質移動カラム１０の垂直軸に対して垂直に位置決めされるため、波形３２も物質移動カラム１０の垂直軸に対して傾斜している。
波形３２の山部３４、谷部３６、及び波形側壁３８は、通常、図３に示すように、平坦なシート３９をクリンププレスに供給することにより自動クリンププロセスで形成される。山部３４及び谷部３６は、概して、頂点半径によって画定され得る湾曲した弧として形成される。一般に、頂点半径が増加するにつれて、山部３４及び谷部３６の曲率の弧が増加し、所定の比表面積の場合、山部３４と谷部３６との間の波形側壁３８の長さが逆に減少する。各波形３２の２つの波形側壁３８は、頂角を形成する。頂点半径、頂角、充填材のクリンプ高さ、及び山部３４から山部３４の長さは相互に関連しており、所望の形状及び比表面積を達成するように変えることができる。一般に、クリンプ高さが低くなると、各構造化された充填材層１６（又はモジュール）内に収容されている構造化された充填材シート１８の数、及び関連する比表面積は増加する。
構造化された充填材シート１８の一部又は全てには、構造化された充填材層１６内の蒸気及び液体分配を容易にするために、構造化された充填材シート１８を通って延在する複数の開口部４０が設けられてもよい。各開口部４０は、関連する充填材シート１８を通る流体の通過を可能にするための開放領域を提供する。開口部４０は、通常、構造化された充填材シート１８上に均一に分布している。
構造化された充填材シート１８の前面２０及び／又は背面２２は、１つ以上の異なるタイプの表面テクスチャ加工を含み、拡散を促進し、それによって、上昇流体流と下降流体流との間の接触を最大化する。図２に示す一実施形態では、表面テクスチャ加工は、構造化された充填材シート１８の前面２０及び背面２２のバルク領域内の陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッドを含む。波形３２が見やすいように、陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッドのいくつかの代表的な領域のみが図２に示されているが、グリッドは、所望の物質移動効率を達成するために構造化された充填材シート１８の表面積全体又はその十分な部分にわたることができることを理解されたい。一実施形態におけるバルク領域は、構造化された充填材シート１８の上縁部２４と下縁部２６との間に位置付けられている。
各陥凹構造４４は、隆起構造４６によって陥凹構造４４のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されている。陥凹構造４４は、平行な列に配列されており、正方形、菱形、三角形又は他のパターンで位置付けられてもよい。隆起構造４６は、山部４８及び相互接続サドル５０を含む。山部４８は、図６、図６ａ、及び図６ｂ並びに図８、図８ａ、及び図８ｂに示すようにほぼ円錐形状であってもよく、又は山部は図７、図７ａ、図７ｂに示すように隆線形状を形成するために細長くてもよい。他の形状及び／又は構成が可能であり、本発明の範囲内である。通常、前面２０上の隆起構造４６の少なくとも一部分は、背面２２上の陥凹構造４４の少なくとも一部分によって形成され、逆もまた同様である。したがって、円錐形状の山部４８の各々は、構造化された充填材シート１８の対向する面２０又は２２上の陥凹構造４４のうちの１つの円錐形状の終端によって形成されてもよい。同様に、隆線形状の山部４８の各々は、構造化された充填材シート１８の対向する面２０又は２２上の陥凹構造４４のうちの１つの隆線形状の終端によって形成されてもよい。
表面テクスチャ加工は、陥凹構造４４のうちの隣接する構造、及び陥凹構造４４のうちの隣接する構造間に位置決めされている隆起構造４６の相互接続サドル５０に沿って延在する、矢印５２によって指定されたマイクロチャネルを含む。これらのマイクロチャネル５２は、波形谷部３６に平行又はほぼ平行に延在するのではなく交差して、構造化された充填材シート１８の前面２０及び背面２２にわたる液体の拡散を促進する。構造化された充填材シート１８の上縁部２４及び／又は下縁部２６に対するマイクロチャネル５２の交差角、したがって波形谷部３６に対するマイクロチャネル５２の配向は、前面２０及び背面２２での液体の拡散を最適化するように選択される。
一実施形態では、マイクロチャネル５２は、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部３６と交差し、交差角は、波形谷部３６とマイクロチャネル５２との間に形成された可能性のある交差角の最小であると理解される。他の実施形態では、角度は、２５〜７０度又は３０〜６５度の範囲であってもよい。図３に示す実施形態に見られるように、交差マイクロチャネル５２は、波形の構造化された充填材シート１８のうちの１シートを形成するために、クリンプ操作を受ける前の材料の平坦なシート５４において、上縁部２４及び下縁部２６並びに側縁部２８及び３０にほぼ平行にそれぞれ配向され得る。
マイクロチャネル５２のうちの２つは、ある交差角で各陥凹構造４４において互いに斜めに延在している。一実施形態における交差角は、５０〜１４０度の範囲であり得る。他の実施形態では、交差角は、７０〜１３０度又は８５〜９５度の範囲であってもよい。マイクロチャネル５２は、図６に示すように直線的に延在してもよく、図７に示すように千鳥状に延在してもよく、又は図８に示すように他の様式で延在してもよい。例えば、図８の実施形態では、隆起構造４６の相互接続サドル５０は、流体流動に対する障壁をより多く形成する山部４８の横列間でより高く、流体流動に対する障壁をより少なく形成する山部４８の縦列間でより低くなり、その結果、より多くの流体が山部４８の横列間のマイクロチャネル５２内を流れる。
別の実施形態では、表面テクスチャ加工は、構造化された充填材シート２６の上縁部２４に隣接する上縁部領域及び下縁部２６に隣接する下縁部領域の一方又は両方において、図４に示すように、１つ以上の平行な溝５６の列を含む。溝５６は、液体が上の構造化された充填材層１６から受け入れられ、液体が下の構造化された充填材層１６に送達されるときに、液体を横方向に分配する役割を果たす。溝５６の列は、上縁部２４及び下縁部２６と整列され、側縁部２８と３０．との間で連続的に延在してもよい。溝５６は、構造化された充填材層１６の製造誤差又は不完全な設置のために、上縁部２４及び下縁部２６が正確に水平に延在していない状況でも液体の横方向の分配を促進するために波状、又はそうでなければ非線形であってもよい。溝５６を上縁部領域に位置決めすることにより、１つの構造化された充填材層１６から別の構造化された充填材層に移送される液体の任意の不均等分配を部分的又は完全に整流することができる。同様に、溝５６を下縁部領域に位置決めすることにより、液体が１つの構造化された充填材層１６から別の構造化された充填材層に下降する前に、液体の任意の不均等分配を整流する役割を果たす。
溝５６の一実施形態では、それらは、低振幅正弦波に近似する。上縁部領域の溝５６の数は、下縁部領域の数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態では、溝５６の列の数は、上縁部領域及び下縁部領域の各々において、１〜１０の範囲である。
表面テクスチャ加工の別の実施形態では、溝５６は、陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッドと組み合わせて、又は任意の他のタイプの従来の若しくは非従来の構造若しくは他の表面テクスチャ加工と組み合わせて使用されてもよい。陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッドは、一般に、溝５６よりも高い物質移動効率を有し、構造化された充填材シート１８の表面積の大部分は、陥凹構造４４及び隆起構造４６を含んでもよい。一実施形態では、陥凹構造４４及び隆起構造４６は、構造化された充填材シート１８の全表面積の７０〜９５％にわたりし、溝は全表面積の５〜３０％にわたる。
表面テクスチャ加工の更なる実施形態では、平行な溝区間５８の列の１つ以上の領域は、バルク領域を通って流れるときの液体の任意の不均等分配の補正を促進するために、バルク領域内に位置決めされてもよい。一実施形態では、これらの溝区間５８は、構造化された充填材シート１８の上縁部２４及び／又は下縁部２６を基準にして斜めに延在するように配向される。溝区間５８は、上縁部２４及び／又は下縁部２６を基準にして配向される。一実施形態では、溝区間５８は、上縁部２４及び／又は下縁部２６に対して０〜２５度、５〜１５度、又は７〜１０度の角度で配向される。平行な溝区間の列の数は１〜１０の範囲であり、平行な溝区間５８の列を含む領域の数は１〜５の範囲である。溝区間５８は、陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッド、並びに溝５６の両方と組み合わせて、一部の用途で使用されてもよい。他の用途では、溝区間５８は、陥凹構造４４及び隆起構造４６のグリッドのみに使用されてもよい。これらの用途では、溝区間５８の領域は、別の方法で陥凹構造４４及び隆起構造４６によって占有されているバルク領域の表面積の５〜３０パーセントを占有してもよい。
一実施形態では、構造化された充填材シート１８の下縁部２６はまた、液体分配を促進するためのスカラップ形状を含んでもよい。
以上により、本発明は、その構造に固有である他の利点と共に上記の本明細書の目的及び目標を全て実現するようによく適合された発明であることがわかるであろう。
特定の機能及び部分的組み合わせは有用なものであり、他の機能及び部分的組み合わせと関係なく使用され得ることが理解されるだろう。これは本発明の範囲によって想到されるものであり、本発明の範囲内である。
本発明の範囲から逸脱することなく多くの考えられる実施形態が本発明から作られてよいため、本明細書に記載された又は添付図面に示された全ての事項は例示として解釈されるべきで、限定する趣旨ではないことが理解されるべきである。
１．構造化された充填材モジュールであって、互いに直立した平行関係に位置決めされた複数の構造化された充填材シートであって、各構造化された充填材シートが、対向する面、上縁部、下縁部、上縁部と下縁部との間のバルク領域、及び波形側壁によって相互接続され、構造化された充填材シートの上縁部及び／又は下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形を有し、構造化された充填材シートは、構造化された充填材シートのうちの隣接するシートの波形が互いに斜めに延在するように構築され、かつ配列されている、複数の構造化された充填材シートと、構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、表面テクスチャ加工が、バルク領域内の陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成している、グリッドと、陥凹構造のうちの隣接する構造、及び陥凹構造のうちの隣接する構造の各々間に位置決めされている相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルであって、マイクロチャネルが、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する、マイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材モジュール。
２．表面テクスチャ加工が、上縁部に隣接する上縁部領域及び下縁部に隣接する下縁部領域の一方又は両方に平行な溝を含む、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
３．平行な溝が波状であり、上縁部領域及び下縁部領域の両方に存在する、請求項２に記載の構造化された充填材モジュール。
４．陥凹構造が平行な列に配列され、隆起構造の相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、請求項３に記載の構造化された充填材モジュール。
５．隆起構造の山部の各々が円錐形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
６．隆起構造の山部の各々が隆線形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
７．マイクロチャネルが、２５〜７０度の範囲の角度で波形谷部と交差する、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
８．マイクロチャネルのうちの２つが、５０〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
９．交差角が７０〜１３０度の範囲である、請求項８に記載の構造化された充填材モジュール。
１０．マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
１１．マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項４に記載の構造化された充填材モジュール。
１２．表面テクスチャ加工が、上縁部及び下縁部に対して斜めに配向されたバルク領域内の平行な溝区間を含む、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
１３．下縁部がスカラップ状である、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
１４．構造化された充填材シート内に開口部を含む、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
１５．各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の全てから分離されている、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
１６．陥凹構造及び隆起構造のグリッドが、各構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５％にわたる、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
１７．構造化された充填材シートであって、対向する面と、上縁部と、下縁部と、上縁部と下縁部との間のバルク領域と、波形側壁によって相互接続され、上縁部及び／又は下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形と、構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、表面テクスチャ加工が、バルク領域内の陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成している、グリッドと、陥凹構造のうちの隣接する構造、及び陥凹構造のうちの隣接する構造の各々間に位置決めされている相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルであって、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する、マイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート。
１８．表面テクスチャ加工が、上縁部に隣接する上縁部領域及び下縁部に隣接する下縁部領域の一方又は両方に平行な溝を含む、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
１９．平行な溝が波状であり、上縁部領域及び下縁部領域の両方に存在する、請求項１８に記載の構造化された充填材シート。
２０．陥凹構造が平行な列に配列され、隆起構造の相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
２１．隆起構造の山部の各々が円錐形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２２．隆起構造の山部の各々が隆線形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２３．マイクロチャネルが、２５〜７０度の範囲の角度で波形谷部と交差する、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２４．マイクロチャネルのうちの２つが、５０〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２５．マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２６．マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項２０に記載の構造化された充填材シート。
２７．表面テクスチャ加工が、上縁部及び下縁部に対して斜めに配向されたバルク領域内の平行な溝区間を含む、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
２８．下縁部がスカラップ状である、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
２９．構造化された充填材シート内に開口部を含む、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
３０．各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の全てから分離されている、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
３１．陥凹構造及び隆起構造のグリッドが、構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５％にわたる、請求項１７に記載の構造化された充填材モジュール。
３２．構造化された充填材シートであって、対向する面と、上縁部と、下縁部と、上縁部と下縁部との間のバルク領域と、波形側壁によって相互接続され、上縁部及び／又は下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形と、開口部と、構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、表面テクスチャ加工が、上縁部に隣接する上縁部領域及び下縁部に隣接する下縁部領域内の平行な溝と、上縁部及び下縁部に対して斜めに配向されたバルク領域内の平行な溝区間と、バルク領域内、かつ構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５パーセントにわたる陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、隆起構造によって陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成し、陥凹構造が平行な列に配列され、隆起構造の相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、グリッドと、陥凹構造のうちの隣接する構造、及び陥凹構造のうちの隣接する構造の各々間に位置決めされている相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート。
３３．平行な溝が波状であり、上縁部及び下縁部と整列されている、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３４．隆起構造の山部の各々が円錐形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３５．隆起構造の山部の各々が隆線形状であり、構造化された充填材シートの対向する面上の陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３６．マイクロチャネルのうちの２つが、１５〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３７．マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３８．マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
３９．下縁部がスカラップ状である、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
４０．マイクロチャネルが、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。

Claims (40)

  1. 構造化された充填材モジュールであって、
    互いに直立した平行関係に位置決めされた複数の構造化された充填材シートであって、各構造化された充填材シートが、対向する面、上縁部、下縁部、前記上縁部と前記下縁部との間のバルク領域、及び波形側壁によって相互接続され、前記構造化された充填材シートの前記上縁部及び／又は前記下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形を有し、前記構造化された充填材シートは、前記構造化された充填材シートのうちの隣接するシートの前記波形が互いに斜めに延在するように構築され、かつ配列されている、複数の構造化された充填材シートと、
    前記構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、前記表面テクスチャ加工が、
    前記バルク領域内の陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、前記隆起構造によって前記陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、前記隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成している、グリッドと、
    前記陥凹構造のうちの隣接する構造及び前記陥凹構造のうちの前記隣接する構造の各々間に位置決めされている前記相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルであって、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する、マイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材モジュール。
  2. 前記表面テクスチャ加工が、前記上縁部に隣接する上縁部領域及び前記下縁部に隣接する下縁部領域の一方又は両方に平行な溝を含む、請求項１に記載の構造化された充填材モジュール。
  3. 前記平行な溝が波状であり、前記上縁部領域及び前記下縁部領域の両方に存在する、請求項２に記載の構造化された充填材モジュール。
  4. 前記陥凹構造が平行な列に配列され、前記隆起構造の前記相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  5. 前記隆起構造の前記山部の各々が円錐形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  6. 前記隆起構造の前記山部の各々が隆線形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  7. 前記マイクロチャネルが、２５〜７０度の範囲の角度で前記波形谷部と交差する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  8. 前記マイクロチャネルのうちの２つが、５０〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  9. 前記交差角が７０〜１３０度の範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  10. 前記マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  11. 前記マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  12. 前記表面テクスチャ加工が、前記上縁部及び下縁部に対して斜めに配向された前記バルク領域内の平行な溝区間を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  13. 前記下縁部がスカラップ状である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  14. 前記構造化された充填材シート内に開口部を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  15. 各陥凹構造が、前記隆起構造によって前記陥凹構造のうちの前記隣接する構造の全てから分離されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  16. 前記陥凹構造及び隆起構造のグリッドが、各構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５％にわたる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  17. 構造化された充填材シートであって、
    対向する面と、上縁部と、下縁部と、前記上縁部と前記下縁部との間のバルク領域と、波形側壁によって相互接続され、前記上縁部及び／又は前記下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形と、
    前記構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、前記表面テクスチャ加工が、
    前記バルク領域内の陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、前記隆起構造によって前記陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、前記隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成している、グリッドと、
    前記陥凹構造のうちの隣接する構造及び前記陥凹構造のうちの前記隣接する構造の各々間に位置決めされている前記相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルであって、２０〜７５度の範囲の角度で波形谷部と交差する、マイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート。
  18. 前記表面テクスチャ加工が、前記上縁部に隣接する上縁部領域及び前記下縁部に隣接する下縁部領域の一方又は両方に平行な溝を含む、請求項１７に記載の構造化された充填材シート。
  19. 前記平行な溝が波状であり、前記上縁部領域及び前記下縁部領域の両方に存在する、請求項１８に記載の構造化された充填材シート。
  20. 前記陥凹構造が平行な列に配列され、前記隆起構造の前記相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  21. 前記隆起構造の前記山部の各々が円錐形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  22. 前記隆起構造の前記山部の各々が隆線形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  23. 前記マイクロチャネルが、２５〜７０度の範囲の角度で前記波形谷部と交差する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  24. 前記マイクロチャネルのうちの２つが、５０〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  25. 前記マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  26. 前記マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  27. 前記表面テクスチャ加工が、前記上縁部及び下縁部に対して斜めに配向された前記バルク領域内の平行な溝区間を含む、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  28. 前記下縁部がスカラップ状である、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  29. 前記構造化された充填材シート内に開口部を含む、請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  30. 各陥凹構造が、前記隆起構造によって前記陥凹構造のうちの前記隣接する構造の全てから分離されている、請求項１７〜２９のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  31. 前記陥凹構造及び隆起構造のグリッドが、前記構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５％にわたる、請求項１７〜３０のいずれか一項に記載の構造化された充填材モジュール。
  32. 構造化された充填材シートであって、
    対向する面と、上縁部と、下縁部と、前記上縁部と前記下縁部との間のバルク領域と、波形側壁によって相互接続され、前記上縁部及び／又は前記下縁部に対して斜めの傾斜角を形成する傾斜方向に延在する、交互の山部及び谷部で形成された波形と、開口部と、
    前記構造化された充填材シート上の表面テクスチャ加工と、を備え、前記表面テクスチャ加工が、
    前記上縁部に隣接する上縁部領域及び前記下縁部に隣接する下縁部領域内の平行な溝と、
    前記上縁部及び下縁部に対して斜めに配向された前記バルク領域内の平行な溝区間と、
    前記バルク領域内、かつ前記構造化された充填材シートの全表面積の７０〜９５パーセントにわたる、陥凹構造及び隆起構造のグリッドであって、各陥凹構造が、前記隆起構造によって前記陥凹構造のうちの隣接する構造の一部又は全てから分離されており、前記隆起構造が山部及び相互接続サドルの列を形成し、前記陥凹構造が平行な列に配列され、前記隆起構造の前記相互接続サドルが各列内の隣接する陥凹構造を接続している、グリッドと、
    前記陥凹構造のうちの隣接する構造、及び前記陥凹構造のうちの前記隣接する構造の各々間に位置決めされている前記相互接続サドルに沿って延在するマイクロチャネルと、を含む、構造化された充填材シート。
  33. 前記平行な溝が波状であり、前記上縁部及び前記下縁部と整列されている、請求項３２に記載の構造化された充填材シート。
  34. 前記隆起構造の前記山部の各々が円錐形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの円錐形状の終端によって形成される、請求項３２又は３３に記載の構造化された充填材シート。
  35. 前記隆起構造の前記山部の各々が隆線形状であり、前記構造化された充填材シートの前記対向する面上の前記陥凹構造のうちの１つの隆線形状の終端によって形成される、請求項３２又は３３に記載の構造化された充填材シート。
  36. 前記マイクロチャネルのうちの２つが、１５〜１４０度の範囲の交差角で、各陥凹構造において互いに斜めに延在する、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  37. 前記マイクロチャネルが直線的に延在する、請求項３２〜３６のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  38. 前記マイクロチャネルが千鳥状に延在する、請求項３２〜３６のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  39. 前記下縁部がスカラップ状である、請求項３２〜３８のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
  40. 前記マイクロチャネルが、２０〜７５度の範囲の角度で前記波形谷部と交差する、請求項３２〜３９のいずれか一項に記載の構造化された充填材シート。
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