JP2023501300A - 格子状の対称な分配要素または収集要素 - Google Patents

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Abstract

本発明は、断面平面上に第１の流体を均一に分配するための分配要素、または断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための収集要素に関し、第２の主流体は、分配要素を通って第１の流体に関して並流および／または向流で流れ、分配要素は、各々に対して少なくとも実質的に平行に配置された少なくとも３枚のプレートを含み、レベルは、２枚の隣接するプレートの各々の間に画定され、プレートの各々は、いくつかの開口部を含み、レベルの各々には、壁が配置され、これら壁の各々は、プレートの一方の側から隣接するプレートの隣接する側に延在し、したがって、各壁は第２の主流体が流れるチャネルを画定し、チャネルは、隣接するプレートの間のすべての開口部を流体密に接続し、チャネルを画定する壁の間のレベルの各々には、１つまたは複数の中空空間が形成され、その中を第１の流体が流れることができ、プレートの各々は、チャネルによって隣接するプレートの１つまたは複数の開口部と流体密に接続されておらず、隣接するレベルの１つまたは複数の中空空間のうちの１つに隣接して配置され、その結果、隣接するプレートの開口の間の各レベルでは少なくとも２つの流体経路がレベルの１つまたは複数の中空空間内に延在する、少なくとも１個の開口を含み、各レベルの少なくとも２つの流体経路のすべてが実質的に同じ長さを有し、流体経路の数は、一方の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向で見て、プレートの少なくとも７５％についてレベルからレベルへと増加する。

Description

本発明は、第１の流体を断面平面上に均一に分配するための分配要素、または物質移動カラム、混合器、分散器、発泡装置、化学反応器などの断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための収集要素に関し、第２の主流体は、分配要素を通して、第１の流体に対して並流および／または向流で流れる。さらに、本発明は、そのような分配要素および／または収集要素のうちの１つまたは複数を含む物質移動カラムなどの装置に関する。
多くの技術的処理では、流体は装置の断面平面上に均一に分配されなければならず、第２の流体はこの平面を通って流れる。両方の流体が液体または気体であってもよく、あるいは流体の一方が気体であり、もう一方が液体であってもよい。そのような処理の例としては、精留や吸収などの物質移動処理、混合処理、分散処理、発泡処理などが挙げられ、それぞれの装置の例としては、化学反応器、精留カラム、吸収カラム、ガススクラバー、流下膜蒸発器、膜晶析装置、ガス乾燥装置、混合装置などが挙げられる。
典型的には、分配要素が別の装置と共に使用され、分配要素は、第１の流体をもう一方の装置の断面平面上または断面平面にわたってそれぞれ均一に分配する。もう一方の装置は、例えば、物質移動処理においては、構造化充填物などの任意の種類の充填物であるが、装置は、化学反応器においては、異なる種類の不均一または均一な触媒で操作される反応器であり、流下膜蒸発器または膜晶析装置においては、管束であり、ガススクラバーおよびガス乾燥装置においては、液体中のガスを吸収するための装置において１つまたは複数の静的混合器を分散または発泡するための充填物または混合器である。
液体用の従来の分配要素は、開口チャネルを含み、この開口チャネルを通って、液体が開口部を通って直接的に、またはシートを介して間接的に、物質移動カラム内の構造化充填物の表面などの平面上に規則的な距離で移送される。そのような分配要素は、例えば、米国特許第４８５５０８９号明細書、米国特許第３１５８１７１号明細書、および欧州特許第０１１２９７８号明細書に記載されている。しかしながら、これらの分配要素は高価である。これらの分配要素のさらなる欠点は、液面がチャネル開口部を通る体積流量を決定するので、それらの動作中、液面がすべてのチャネルにおいて同じであることを保証しなければならないことである。さらに、これらの分配要素の少なくともいくつかは、同等の高い圧力損失を有し、第２の主流の流れを妨げる。各収集要素についても同様である。
ガスを分配するために、分配ランスが適用されることが多い。これらの分配ランスはノズルを含み、ノズルは、動作中にノズルを通る体積流量が同じになるように具現化されなければならない。液体を分配するために同様の分配ランスが使用されてもよい。複数のこのような分配ランスを組み合わせて、ランス格子を構成してもよい。しかしながら、これらの分配要素も高価であり、操作が複雑であり、同等の高い圧力損失を有し、第２の主流の流れを妨げる。各収集要素についても同様である。
それに鑑みて、本発明の根底にある目的は、断面平面上に第１の流体を高い分布密度で均一に分配する分配要素、または、断面平面上、特に物質移動カラムの断面平面上に分配されている第１の流体を均一に収集する収集要素を提供することであって、平面を通る第２の流体の流れを本質的に妨げず、製造が容易でコスト効率がよい分配要素または収集要素を提供することである。
本発明によれば、この目的は、断面平面上に第１の流体を均一に分配するための分配要素、または断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための収集要素を提供することによって満たされ、第２の主流体は、分配要素を通して、第１の流体に対して並流および／または向流で流れ、分配要素は、各々に対して少なくとも実質的に平行に配置された少なくとも３枚のプレートを含み、レベルは、２枚の隣接するプレートの各々の間に画定され、プレートの各々は、いくつかの開口部を含み、レベルの各々には、壁が配置され、これら壁の各々は、プレートの一方の側から隣接するプレートの隣接する側に延在し、したがって、各壁は第２の主流体が流れるチャネルを画定し、チャネルは、隣接するプレートの間のすべての開口部を流体密に接続し、チャネルを画定する壁の間のレベルの各々には、１つまたは複数の中空空間が形成され、その中を第１の流体が流れることができ、プレートの各々は、チャネルによって隣接するプレートの１つまたは複数の開口部と流体密に接続されておらず、隣接するレベルの１つまたは複数の中空空間のうちの１つに隣接して配置され、その結果、隣接するプレートの開口の間の各レベルでは少なくとも２つの流体経路がレベルの１つまたは複数の中空空間内に延在する、少なくとも１個の開口を含み、各レベルの少なくとも２つの流体経路のすべてが実質的に同じ長さを有し、流体経路の数は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向で見て、プレートの少なくとも７５％についてレベルからレベルへと増加する。
本発明による収集要素は、本発明による分配要素と同じである。しかしながら、その使用中、収集要素は、分配要素に関して反転される。すなわち、分配要素の最上部のプレートは、収集要素の最下部のプレートに対応し、逆もまた同様である。
チャネルは、気体などの第２の主流体が分配要素または収集要素を通って本質的に干渉することなく上昇などして流れることを可能にする一方で、各レベルのチャネルを画定する壁の間の中空空間に画定された流体経路は、液体などの第１の流体が分配要素の断面平面にわたって分配されるか、または収集要素の断面平面にわたって収集されることをそれぞれ可能にする。分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、流体経路の数がレベルからレベルへと増加するので、第１の流体の分布密度は同じ方向に増加し、分配要素または収集要素の最外レベルにおいて、分配要素の断面平面にわたって第１の流体の非常に均一な分配を保証する。または、分配要素または収集要素のもう一方の方向に見て、流体経路の数の変化は、収集要素の最外プレートの断面平面にわたって第１の流体の効率的な収集、および収集要素の反対側の最外プレートの１枚の点における第１の流体の効率的な濃縮を保証する。各レベルの流体経路のすべてが実質的に同じ長さおよび流れ抵抗を有するという事実によって、分配要素の断面平面にわたる第１の流体の均一な分配が効率的に高められる。この理由により、第１の液体は、利用可能なすべての流体経路を均一に流れ、それらのうちの一部を他よりも多く選択的に流れることはない。したがって、実質的に同じ長さ（したがって、同じ流れ抵抗）を有する流体経路を設けることと、第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て流体経路の数をレベルからレベルへと増加させることは、相乗的に、共に、分配要素の使用中にそのレベルからレベルへの非常に均一な分配をもたらす。全体として、本発明による分配要素は、例えば物質移動カラムの断面平面上に液体などの第１の流体を非常に均一に分配することを可能にするが、これは平面を通る第２の流体の流れを本質的に妨げず、その結果、動作中に低い圧力損失を有する。同様に、本発明による収集要素は、例えば物質移動カラムの断面平面上に分配されている液体などの第１の流体を均一に収集することを可能にするが、これは平面を通る第２の流体の流れを本質的に妨げず、その結果、動作中に低い圧力損失を有する。特に、本発明による分配要素は、特定の高い分布密度を得ることを可能にし、本発明による収集要素は、特定の高い分布密度で断面平面上に分配されている流体を収集することを可能にする。特に、本発明は、その底部に１平方メートル当たり最大２０万個、さらには最大１５０万個の流体出口を有する分配要素を容易にかつコスト効率よく得ることを可能にする。市販の分配要素は、１平方メートル当たり１００～２００個の流体出口しか有していない。本発明のさらなる特定の利点は、分配要素または収集要素が、以下でさらに詳細に説明するように、特にスクリーン印刷などの生成的な製造方法によって容易にかつコスト効率よく製造され得ることである。
「開口部」および「開口」という用語はそれぞれ、本発明に従って同じ意味、すなわち、プレートの凹部または孔としてそれぞれ使用される。しかしながら、明確さを改善するために、「開口部」という用語は、チャネルによって隣接するプレートの１つまたは複数の開口部と流体密に接続されているプレートの凹部または孔にのみ使用され、「開口」という用語は、チャネルによって隣接するプレートの１つまたは複数の開口部と流体密に接続されていないプレートの凹部または孔にのみ使用される。反対に、任意の「開口」は、開口が隣接するレベルの１つまたは複数の中空空間に隣接する。
また、チャネルが「隣接するプレート間のすべての開口部を流体密に接続する」とは、隣接するプレートの開口部をチャネルが取り囲んで互いに接続し、したがって、一方のプレートの開口部を流れる第２の流体がチャネルの内壁によって隣接するプレートの開口部に導かれ、チャネルの外側にある（第２の流体が流れる）中空空間に入ることができないようにすることを意味する。これは、各チャネルがプレートのちょうど１個の開口部と隣接するプレートのちょうど１個の開口部とを流体密に接続することを必ずしも意味しない。反対に、１個のチャネルがプレートのちょうど１個の開口部を隣接するプレートの２個以上の開口部と接続すること、または１個のチャネルがプレートの２個以上の開口部を隣接するプレートの２個以上の開口部と接続することさえ可能である。しかしながら、プレートの任意の開口部は、隣接するプレートの少なくとも１個の開口部と接続され、隣接するプレートの任意の開口部は、プレートの少なくとも１個の開口部と接続される。したがって、チャネルは、「隣接するプレート間のすべての開口部を流体密に接続し」、同時にチャネルの内部をレベルの中空空間から流体密に分離する。これを達成するために、チャネル壁は、典型的には、それぞれ開口部を完全に取り囲むかまたは覆うかまたは包み込むようにプレートの側面に取り付けられるが、チャネル壁は、プレートのこの側面から隣接するレベルを通って隣接するプレートの反対側に延在し、隣接するプレートの１つまたは複数の開口部をそれぞれ完全に取り囲むかまたは覆う。
さらに、「互いに少なくとも実質的に平行」という用語は、本発明によれば、２枚の隣接するプレートが、互いに対して１０°を超えて、好ましくは５°を超えて、より好ましくは２°を超えて、さらにより好ましくは１°を超えて傾斜していないことを意味する。最も好ましくは、２枚の隣接するプレートは、互いに平行に配置され、すなわち、それらは互いに対して傾斜していない。
さらに、「レベル」という用語は、本発明によれば、上部プレートと下部プレートとの間の空間を意味し、この空間には、第２の主流体が流れるチャネルと、流体経路を画定する中空空間とが配置される。各「レベル」は、中空空間によって互いに分離されたチャネルを含む。したがって、各レベルの総体積は、チャネルの体積の合計＋中空空間の体積の合計である。
したがって、「中空空間」という用語は、レベルの総体積から、チャネルの体積の合計を差し引き、そのレベルに設けられた隔壁などの任意のさらなる構成要素を差し引いたものを意味し、すなわち、「中空空間」は３次元空間である。２個以上のチャネル壁の外側の一部を互いに接続する隔壁などがレベルに設けられていない場合、レベルは１つの中空空間のみを含む。しかしながら、残りの中空空間をいくつかの中空空間に細分するために、例えば１つまたは複数の隔壁によって、２個以上のチャネル壁の一部の外側を互いに接続することが可能である。
「中空空間」という用語とは対照的に、「レベルの流体経路」という用語は、本発明によれば、あるレベルの中空空間に隣接するプレートの開口から中空空間を通って、同じレベルの中空空間の反対側の場所にある隣接するプレートの開口までの線を意味する。プレートの理論的に可能な設計のみを除いて、レベルが１つの中空空間のみを含む場合であっても、任意のレベルは実際には２つ以上の流体経路を含む。これは、特に、両方のプレートの少なくとも一方が２個以上の開口を有する場合に当てはまる。言い換えれば、「レベルの流体経路」は、液体が１枚のプレートの開口を介してレベルの中空空間に入り、隣接するプレートの開口のうちの１つを介して同じレベルの反対側の中空空間を出るときに、液体が取り得る線（またはそれぞれ道）である。全体として、「中空空間」は体積（すなわち、レベルの総体積からチャネルの体積の合計を引いたもの）であるが、「流体経路」は、プレートの開口を隣接するプレートの開口と中空空間を通って接続する線（またはそれぞれ道）である。したがって、「レベルの流体経路」の長さは、レベルの中空空間を通る流体経路を辿るプレートの開口から隣接するプレートの開口までの距離であり、一方、「分配要素または収集要素の流体経路」の長さは、すべてのレベルの中空空間を通る流体経路を辿る第１の最外プレートの開口から分配要素または収集要素の反対側の最外プレートの開口までの距離である。
「実質的に同じ長さ」を有する「各レベルの流体経路」は、本発明によれば、レベルの流体経路の各々が、同じレベルの他の流体経路の長さと比較して、２０％を超えて、好ましくは１０％を超えて、より好ましくは５％を超えて、さらにより好ましくは２％を超えて、さらにより好ましくは１％を超えて長さが変化しないことを意味する。最も好ましくは、当然ながら、各レベルのすべての流体経路は、全く同じ長さを有する。
さらに、「第２の主流体が、分配要素または収集要素を通して、第１の流体に対して並流および／または向流で流れる」とは、第２の流体が要素の最下端から要素の最上端まで、またはその逆に流れ、また第１の流体が要素の最下端から要素の最上端まで、またはその逆に流れることを意味する。
最後に、「流体経路の数は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、プレートの少なくとも７５％についてレベルからレベルへと増加する」という用語は、分配要素または収集要素のすべてのプレートの少なくとも７５％が、第１の最外プレートから反対側の最外プレートに見える方向に隣接する、すなわちプレートの背後に隣接するプレートより少ない数の流体経路を有することを意味する。したがって、分配要素または収集要素が３枚のプレートを含む場合、すべてのプレートがこの基準を満たさなければならない。分配要素または収集要素が４～７枚のプレートを含む場合、１つを除くすべてのプレートがこの基準を満たさなければならず、分配要素または収集要素が８～１１枚のプレートを含む場合、２つを除くすべてのプレートがこの基準を満たさなければならないなどとなる。
第２の主流体が流れるチャネルが、第１の流体が流れることができる流体経路を画定する１つまたは複数の中空空間のすべてから壁によって流体密に分離されることが特に好ましい。
当然のことながら、上述の基準を満たすプレートが多いほど、本発明の効果がより高度に得られる。したがって、流体経路の数が、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％、さらにより好ましくは少なくとも９５％、さらにより好ましくは少なくとも９８％、最も好ましくはすべてのプレートについて、レベルからレベルへと増加することが好ましい。
本発明の第１の特定の好ましい実施形態によれば、レベルからレベルへの流体経路の数の増加は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見てチャネルの数をレベルからレベルへと増加させることによって達成される。チャネルの数、チャネル壁の数、したがってレベルの中空空間内の偏向点の数を増加させることによって、流体経路の数が増加する。
本発明の第２の特定の好ましい実施形態によれば、レベルからレベルへの流体経路の数の増加は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見てレベルからレベルへとプレートの開口の数を増加させることによって達成される。開口の数を増やすことにより、レベルの中空空間内における第１の流体が辿る可能性のあるラインの数が増加し、流体経路の数が増加する。
本発明の第３の特定の好ましい実施形態によれば、第１および第２の特定の好ましい実施形態が組み合わされる、すなわち、流体経路の数のレベルからレベルへの増加が、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、チャネルの数をレベルからレベルへと増加させることによって、またプレートの開口の数を同じ方向でレベルからレベルへと増加させることによって、達成される。
本発明の着想のさらなる発展において、分配要素または収集要素の第１の最外プレートの開口から反対側の最外プレートの開口まで延在する流体経路の少なくとも８０％の長さは、少なくとも実質的に同じであることが提案される。この実施形態では、同じレベルの流体経路だけではなく、分配要素または収集要素全体を通って延在する流体経路も、実質的に同じ長さを有する。また、この実施形態において、「少なくとも実質的に同じ長さ」とは、流体経路の各々が、他の流体経路の長さと比較して、２０％を超えて、好ましくは１０％を超えて、より好ましくは５％を超えて、さらにより好ましくは２％を超えて、さらにより好ましくは１％を超えて長さが変化しないことを意味する。最も好ましくは、もちろん、各レベルの分配要素または収集要素全体を通って延在するすべての流体経路は、全く同じ長さを有する。
制御された方法で第１の流体を第１のレベルに供給するために、本特許出願の着想のさらなる発展形態では、３枚のプレートのうちの第１の最外プレートは、第１のレベルの流体経路を含む中空空間に第１の流体が移送される入口を含むことが提案される。入口は、第１の流体がパイプを通り、開口を通って、第１のレベルの流体経路を含む中空空間に流れることができるように、第１の最外プレートの開口を覆うパイプの形状を有することができる。好ましくは、開口、したがって入口もそれぞれプレートの中央に配置される。
より好ましくは、分配要素または収集要素の第１の最外プレートの開口から反対側の最外プレートの開口まで延在する流体経路の少なくとも９０％、さらにより好ましくは少なくとも９５％、さらにより好ましくは少なくとも９８％、最も好ましくはすべての長さは、少なくとも実質的に同じである。
本発明のさらに特に好ましい実施形態によれば、分配要素または収集要素の少なくとも３枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレートの開口部のすべてが、少なくとも１枚のプレートにおいて少なくとも実質的に規則的に配置されることが提案される。より好ましくは、少なくとも３枚のプレートそれぞれの開口部のすべては、少なくとも３枚のプレートの各々において少なくとも実質的に規則的に配置される。これにより、レベルのすべての流体経路が実質的に同じ長さを有することを容易かつ正確に保証することができる。この実施形態では、少なくとも３枚のプレートそれぞれのチャネルのすべてもまた、少なくとも３枚のプレートの各隣接する２枚の間の各レベルに少なくとも実質的に規則的に配置されることがさらに好ましく、これは、隣接するプレートの表面に向かって、プレートの表面に対して、チャネルが垂直に延在することを意味する。
少なくとも３枚のプレートの各々におけるチャネルの少なくとも実質的に規則的な配置は、少なくとも３枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレート、好ましくはそれぞれのプレートの、１個の開口部の中心点と最も近い隣接する開口部の中心点との間の好ましくはそれぞれの距離が、それぞれのプレートのすべての開口部の中心点とそれらの最も近い隣接する開口部の中心点の平均距離の８０～１２０％であることを意味する。それぞれのプレートのすべての開口部の中心点とそれらの最も近い隣接する開口部の中心点の平均距離は、各開口部の中心点とプレートの最も近い開口部の中心点との間の距離を測定し、プレートのこれらすべての測定された距離を合計し、さらに、合計をプレートの開口部の数で除することによって決定される。
このような規則的な配置は、少なくとも３枚のプレートそれぞれの開口部が、少なくとも１枚、好ましくは少なくとも３枚のプレートそれぞれに少なくとも実質的に格子状に配置されている場合に、容易に達成することができる。この場合、プレートは、開口部および開口を取り囲む枠組みであり、すなわち、プレートの枠組みは、開口部および開口、すなわちすべての孔、凹部などを除くプレートのすべての部分によって形成される。
例えば、少なくとも３枚のプレートそれぞれの枠組みは、少なくとも実質的に平行で交差したバーを含み、好ましくは少なくとも実質的に平行で交差したバーからなり、バーの第１の半体はプレートの長さ方向に配置され、バーの第２の半体はプレートの幅方向に配置される。第１の半体の各々のバーと第２の半体の各々のバーとの間の角度は、７０～１１０°、好ましくは８０～１００°、より好ましくは８５～９５°、最も好ましくは約９０°であり、第１の半体の各バーと第１の半体のその隣接する各バーとの角度は、１６０～２００°であり、好ましくは１７０～１９０°であり、より好ましくは１７５～１８５°であり、最も好ましくは約１８０°であり、第２の半体の各バーと第２の半体のその隣接する各バーとの角度は、１６０～２００°であり、好ましくは１７０～１９０°であり、より好ましくは１７５～１８５°であり、最も好ましくは約１８０°である。
本発明は、少なくとも３枚のプレートの開口部の形状に関して特に限定されない。例えば、開口部は、円形、長円形、楕円形、矩形、または方形の断面形状を有することができる。好ましくは、すべての開口部は同じ形状を有し、各プレートのすべての開口部は同じ寸法を有する。各プレートの開口部が少なくとも実質的に矩形または方形の断面形状を有する場合、良好な結果が特に得られ、矩形または方形の開口部の縁部はそれぞれ丸みを帯びていてもよい。実質的に矩形または方形とは、各開口部がプレートの枠組みの４つの直線状縁部によって境界付けられていることを意味し、４つの直線状縁部のうちの任意の２つの間の各角度は、７０～１１０°、好ましくは８０～１００°、より好ましくは８５～９５°、最も好ましくは約９０°である。
隣接するレベルで開口部の規則的なパターンおよび少なくとも実質的に同じ長さの流体経路を容易に達成するために、本発明の着想のさらなる発展形態では、少なくとも３枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレート、好ましくはそれぞれのプレートの開口部が、（２）ｍ行（２）ｍ列でそれぞれのプレートに配置され、ｍは１から１０の整数、好ましくは１から８の整数、より好ましくは２から６の整数であることが提案される。
少なくとも３枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレートの開口のすべても少なくとも１枚のプレートに少なくとも実質的に規則的に配置され、好ましくは少なくとも３枚のプレートのそれぞれの開口のすべてが少なくとも３枚のプレートのそれぞれに少なくとも実質的に規則的に配置される場合、良好な結果が特に達成される。また、この実施形態は、隣接するレベルのすべての流体経路の長さが少なくとも実質的に同じであることを容易に保証することを可能にする。開口の少なくとも実質的に規則的な配置は、これに関連して、少なくとも１枚のプレート、好ましくは少なくとも３枚のプレートのそれぞれの、１個の開口の中心点と最も近い隣接する開口の中心点との間の距離のそれぞれが、それぞれのプレートのすべての開口の中心点およびそれらの最も近い隣接する開口の中心点の平均距離の８０～１２０％であることを意味する。それぞれのプレートのすべての開口の中心点とそれらの最も近い隣接する開口の中心点の平均距離は、各開口の中心点とプレートの最も近い開口の中心点との間の距離を測定し、プレートのこれらすべての測定された距離を合計し、さらに、合計をプレートの開口の数で除することによって決定される。
本発明は、少なくとも３枚のプレートの開口の形状に関して特に限定されない。例えば、少なくとも３枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレート、好ましくはそれぞれのプレートの開口は、少なくとも実質的に円形、十字形、矩形または方形、好ましくは少なくとも実質的に円形または十字形、最も好ましくは円形または十字形である。
本発明による分配要素または収集要素のプレートの数は、特定の用途に依存する。しかしながら、一般に、分配要素または収集要素は、３～１５枚、より好ましくは３～１２枚、さらにより好ましくは３～１０枚、最も好ましくは３～５枚のプレートを含むことが好ましく、これらのプレートは、互いに少なくとも実質的に平行に配置され、各２枚の隣接するプレート間のレベルを画定する。
分配要素または収集要素のすべてのプレートは、少なくとも実質的に水平に配置されてもよい。実質的に水平とは、各プレートが水平面に対して１０°を超えて、好ましくは５°を超えて、より好ましくは２°を超えて、さらにより好ましくは１°を超えて変化しないことを意味する。最も好ましくは、各プレートは水平に配置され、すなわち水平面に対して傾斜していない。
上述のように、本発明の第１の特定の好ましい実施形態によれば、レベルからレベルへの流体経路の数の増加は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見てチャネルの数をレベルからレベルへと増加させることによって達成される。これは、フラクタルプレートを使用することによって達成され得る。フラクタルプレートは、本発明によれば、別のプレートの背後に（第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て）配置される場合、もう一方のプレートより多くの数の開口部を有し、それが分配要素または収集要素の第１の最外プレートである場合、隣接するプレートより少ない数の開口部を有するプレートとして定義される。
本発明による分配要素または収集要素のフラクタルプレートの数は、特定の用途に依存する。しかしながら、一般に、分配要素または収集要素は、少なくとも２枚、好ましくは少なくとも３枚、より好ましくは２～１５枚、さらにより好ましくは３～１２枚、さらにより好ましくは３～１０枚、最も好ましくは３～５枚のフラクタルプレートを含み、フラクタルプレートの各々は、フラクタルプレートの背後に隣接する（すなわち、分配要素または収集要素の第１の最外のフラクタルプレートから反対側の最外フラクタルプレートへの方向に隣接する）フラクタルプレートより少ない数の開口部を含むことが好ましい。好ましくは、すべてのフラクタルプレートは、それらの間にいかなる非フラクタルプレートも有することなく、互いに隣接している。
すべてのフラクタルプレートが、それらの間にいかなる非フラクタルプレートも有さずに互いに隣接しており、第１のフラクタルプレートが分配要素または収集要素の最外プレートである場合、良好な結果が特に達成される。
あるレベルの流体経路の少なくとも実質的に同じ長さを容易かつ確実に達成するために、各フラクタルプレートの開口部は、それぞれのプレート内に少なくとも実質的に格子状に配置されることがさらに提案される。これは、各フラクタルプレートの開口部が少なくとも実質的に矩形または方形である場合に容易に達成可能である。
本実施形態によれば、各フラクタルプレート（またはそれぞれ前方フラクタルプレート）の開口部の数は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に隣接するフラクタルプレート（またはそれぞれ後方フラクタルプレート）の開口部の数より少ない。単一のプレートの相対的な配置に関連する「前方」、「後方」、「前」、「背後」などのすべての用語は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に関して理解されるべきである。分配要素または収集要素の第１の最外プレートは、分配要素または収集要素の２枚の最外プレートのものであり、隣接するレベルは、分配要素または収集要素の２枚の最外プレートのもう一方に隣接するレベルより流体経路が少ない。断面平面にわたって第１の流体の非常に均一な分配を達成するために、各後方フラクタルプレートの開口部の数は、それぞれの隣接する前方フラクタルプレートの開口部の数の倍数であることが好ましい。各後方フラクタルプレートが隣接する前方フラクタルプレートより４倍多い開口部を含む場合、分配要素または収集要素内のフラクタルプレートの総数を最小にしたいという要望と、非常に高い分布密度を達成したいという要望との間の妥協点として、特定の良好な結果が得られる。したがって、各フラクタルプレートの開口部の数は４×（４）ｎであることが特に好ましく、ここでｎは、第１の最外フラクタルプレートに対するそれぞれのフラクタルプレートの数であり、第１の最外フラクタルプレートはフラクタルプレート１である。
上述のように、各後方フラクタルプレートの開口部の数は、それぞれの隣接する前方フラクタルプレートの開口部の数より多い。同様に、各後方フラクタルプレートの開口の数は、それぞれの隣接する前方フラクタルプレートの開口の数より多いことが好ましい。より具体的には、各フラクタルプレートは複数の開口を含むことが好ましく、開口の数は、同じフラクタルプレートの開口部の数の０．１～２００％の間、好ましくは０．５～５０％の間、より好ましくは１～２０％の間、さらにより好ましくは３～１０％の間、最も好ましくは約６．２５％である。
上述のように、本発明の第２の特定の好ましい実施形態によれば、レベルからレベルへの流体経路の数の増加は、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見てレベルからレベルへとプレートの開口の数を増加させることによって達成される。これは、少なくとも１枚の分配プレートを使用することによって達成され得る。分配プレートは、本発明によれば、（第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て）別のプレートの背後（すなわち、後方）に配置される場合、もう一方のプレート（すなわち、前すなわち前方に配置されるプレート）と同数の開口部を有し、それが分配要素または収集要素の第１の最外プレートである場合、隣接するプレートと同数の開口部を有するプレートとして、定義される。
本発明による分配要素または収集要素の分配プレートの数は、特定の用途に依存する。しかしながら、一般に、分配要素または収集要素は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、より好ましくは３から１５、さらにより好ましくは３から１２、さらにより好ましくは３から１０、最も好ましくは３から５の分配プレートを含み、分配プレートの各々は、存在する場合、隣接する前方プレートより多くの数の開口を有することが好ましい。
好ましくは、少なくとも１枚の分配プレートの各々は、隣接する前方プレートと同じ形状を有し、隣接する前方プレートが存在しない場合には、隣接する後方プレートと同じ形状を有し、開口部は、少なくとも１枚の分配プレートの各々において、隣接する前方プレートにおける位置と同じ位置に形成され、隣接する上部プレートが存在しない場合には、隣接する後方プレートにおける位置と同じ位置に形成される。
特に、すべての分配プレートが、それらの間にいかなる非分配プレートも有さずに互いに隣接している場合に、良好な結果が達成される。分配要素または収集要素が少なくとも１枚のフラクタルプレートを含む場合、すべての分配プレートが、それらの間にいかなる非分配プレートも有さずに互いに隣接し、第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、少なくとも１枚のフラクタルプレートのすべての背後に配置されることが好ましい。
あるレベルの流体経路の少なくとも実質的に同じ長さを容易かつ確実に達成するために、各分配プレートの開口部は、それぞれのプレート内に少なくとも実質的に格子状に配置されることがさらに提案される。これは、各分配プレートの開口部が少なくとも実質的に矩形または方形である場合に容易に達成可能である。
上述のように、本発明の第３の特定の好ましい実施形態によれば、流体経路の数のレベルからレベルへの増加が、分配要素または収集要素の第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、チャネルの数をレベルからレベルへと増加させることによって、またプレートの開口の数を同じ方向でレベルからレベルへと増加させることによって、達成される。この実施形態では、分配要素または収集要素は、好ましくは少なくとも２枚、好ましくは少なくとも３枚、より好ましくは２～１５枚、さらにより好ましくは３～１２枚、さらにより好ましくは３～１０枚、最も好ましくは３～５枚のフラクタルプレートと、１～３枚、好ましくは２枚または３枚の分配プレートとを含む。好ましくは、すべてのフラクタルプレートは、それらの間にいかなる非フラクタルプレートも有さずに互いに隣接し、すべての分配プレートは、それらの間にいかなる非分配プレートも有さずに互いに隣接する。さらにより好ましくは、すべての分配プレートは、第１の最外プレートから反対側の最外プレートへの方向に見て、少なくとも１枚のフラクタルプレートのすべての背後に配置される。
本発明の第４の特定の好ましい実施形態によれば、分配要素または収集要素は、フラクタルプレートのみを含み、好ましくは２～１５枚、より好ましくは３～１２枚、さらにより好ましくは３～１０枚、最も好ましくは３～５枚のフラクタルプレートを含む。
本発明の第５の特定の好ましい実施形態によれば、分配要素または収集要素は、分配プレートのみを含み、好ましくは３～１５枚、より好ましくは３～１２枚、さらにより好ましくは３～１０枚、最も好ましくは３～５枚の分配プレートを含む。
本発明の第３の特定の好ましい実施形態のさらなる変形例では、本発明による分配要素または収集要素は、第１の最外フラクタルプレートおよび隣接する第２のフラクタルプレートを含む少なくとも２枚のフラクタルプレートを含み、第１の最外フラクタルプレートは、少なくとも実質的に矩形または方形の形状を有し、それぞれが少なくとも実質的に同じサイズおよび形状を有する１６個の格子状に配置された少なくとも実質的に矩形または方形の開口部を含み、１６個の開口部は、第１の最外フラクタルプレート内に、４行４列の開口部で等距離に配置されることが提案される。好ましくは、第１の最外フラクタルプレートの１６個の開口部の各々は、第１の最外フラクタルプレートの下面から隣接する第２のフラクタルプレートの上面まで少なくとも実質的に垂直に延在する壁によって取り囲まれ、したがって、第１のプレートおよび第２のプレート１６の間の第１のレベルにおいて、第２の主流体が流れる閉鎖チャネルを形成する。
同じサイズを有する開口部とは、これらの開口部の１つの面積が、これらの各開口部の面積から２０％を超えて、好ましくは１０％を超えて、より好ましくは５％を超えて、最も好ましくは２％を超えて変化しないことを意味する。
この変形例では、第１の最外フラクタルプレートに隣接して配置されている第２のフラクタルプレートが、少なくとも実質的に矩形または方形の形状を有し、６４個の格子状に配置された、少なくとも実質的に矩形または方形の開口部を含み、これらの開口部の各々が、少なくとも実質的に同じサイズおよび形状を有し、６４個の開口部が、第２のフラクタルプレート内に、８行８列の開口部で等距離に配置され、第２のフラクタルプレートの６４個の開口部の各々が、第２のフラクタルプレートの下面から背後の第３のプレートの上面まで少なくとも実質的に垂直に延在する壁によって取り囲まれ、したがって、（第２のプレートと隣接する背後の第３のプレートとの間に画定される）第２のレベルにおいて、第２の主流体が流れる６４個の閉鎖チャネルが形成される場合に、良好な結果が達成される。好ましくは、第２のフラクタルプレートは、第１のレベルの流体経路を含む中空空間を第２のレベルの流体経路と接続する４個の開口を含み、１個の開口は、第１および第２の行の第１および第２の列の４個のチャネル間の交点に形成され、１個の開口は、第１および第２の行の第３および第４の列の４個のチャネル間の交点に形成され、１個の開口は、第３および第４の行の第１および第２の列の４個のチャネル間の交点に形成され、１個の開口は、第３および第４の行の第３および第４の列の４個のチャネル間の交点に形成される。
任意選択的に、１つまたは複数の流体経路は、チャネル壁の間の中空空間に適切に配置された隔壁によって画定されてもよい。あるいは、単一の流体経路は、第２の主流体が流れるチャネル間に形成されたギャップの一部を充填することによって形成されてもよく、第２の主流体が流れるチャネル間に形成された他のギャップは開いたままであり、したがって、流体経路を形成する。
さらに、本発明のこの変形例では、分配要素または収集要素は、第２のフラクタルプレートの背後に配置された少なくとも１枚の第３のフラクタルプレートを含み、第３のフラクタルプレートは、少なくとも実質的に矩形または方形の形状を有し、また各々が少なくとも実質的に同じサイズおよび形状を有する２５６個の格子状に配置された少なくとも実質的に矩形または方形の開口部を含み、２５６個の開口部は、第３のフラクタルプレート内に、１６行１６列の開口部で等距離に配置されることが好ましい。第３のフラクタルプレートの２５６個の開口部の各々は、第３のフラクタルプレートの下面から背後のプレートの上面まで少なくとも実質的に垂直に延在する壁によって取り囲まれており、したがって、（第３のプレートと隣接する背後の第４のプレートとの間に画定される）第３のレベルに、第２の主流体が流れる２５６個の閉鎖チャネルを形成する。第２のフラクタルプレートの各開口部の下方には、第３のフラクタルプレートの４個の開口部が配置されている。
本発明の着想のさらなる発展において、この変形例では、第３のフラクタルプレートは、第２のレベルの流体経路を含む中空空間を第３のレベルの流体経路と接続する１６個の開口を含み、開口は、行１、３、５、７、９、１１、１３、１５の列１、３、５、７、９、１１、１３、１５のチャネル間の交点で流体経路に形成されることが提案される。好ましくは、この変形例の分配要素または収集要素は、第３のフラクタルプレートの背後に、少なくとも実質的に矩形または方形の形状を有し、また各々が少なくとも実質的に同じサイズおよび形状を有する１，０２４個の格子状に配置された少なくとも実質的に矩形または方形の開口部を含む、第４のフラクタルプレートを含み、１，０２４個の開口部は、第４のフラクタルプレート内に、３２行３２列の開口部で等距離に配置される。
上記の変形例において、最後のフラクタルプレートの背後に、最後のフラクタルプレートと同じ形状、同じ数、同じ寸法の開口部を有する分配プレートが配置され、分配プレートは、流体経路において、最後のフラクタルプレートの開口が位置するものより下の交点に開口を有さないが、分配プレートは、最後のフラクタルプレートの開口が位置するものに隣接する任意の交点に開口を有する場合、良好な結果が特に達成される。好ましくは、分配プレートの背後には、１～５枚、好ましくは１～４枚、より好ましくは２、３枚または４枚のさらなる分配プレートが配置され、これは、最後のフラクタルプレートおよび分配プレートと同じ形状および同じ数および寸法の開口部を有し、さらなる分配プレートの各々は、その隣接する前方プレートより多くの数の開口を有する。
本発明の着想のさらなる発展において、この変形例の分配要素または収集要素は、１～６枚、好ましくは１～５枚、より好ましくは２枚、３枚、４枚または５枚の分配プレートを含み、これらはすべて同じ形状、同じ数、同じ寸法の開口部を有し、分配プレートの各々は、その隣接する上部の分配プレートより多くの数の開口を有することが提案される。
上述のように、各２枚のプレートの間には、チャネルが延在し、流体経路が配置されるレベルが画定される。各レベルの高さ、すなわちその上部プレートと下部プレートとの間の距離は一定であってもよい。しかしながら、本発明のさらなる特定の好ましい実施形態によれば、レベルの距離は変化するが、より好ましくは、各レベルの高さは、分配要素または収集要素の第１の最外プレートに隣接するレベルから、反対側の最外プレートに隣接するレベルまで減少する。これは、各レベル内の流れ抵抗が高すぎないという利点を有する。各レベルまたは少なくとも第１のレベルの高さは、０．２ｍｍから２５０ｍｍの間、より好ましくは１ｍｍから１００ｍｍの間、最も好ましくは２ｍｍから５０ｍｍの間であってもよい。
各プレートの開口部は、１ｍｍから５００ｍｍ、より好ましくは１．５ｍｍから１００ｍｍ、最も好ましくは２ｍｍから５０ｍｍの直径を有することができる。上記のように、フラクタルプレートが存在する場合、開口部のサイズまたは直径はそれぞれ、第１のフラクタルプレートから最後のフラクタルプレートまで減少することが好ましい。各プレートのすべての開口部は、それぞれ少なくとも実質的に同じサイズまたは直径を有することが好ましい。
各プレートの開口は、それぞれ０．１ｍｍから１００ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍから５０ｍｍ、最も好ましくは０．４ｍｍから２０ｍｍのサイズまたは直径を有することができる。各プレートのすべての開口は、直径など、少なくとも実質的に同じサイズを有することが好ましい。
好ましくは少なくとも実質的に同じサイズを有する開口の各々とは、これらの開口の１つの面積が、これらの各開口の面積から２０％を超えて、好ましくは１０％を超えて、より好ましくは５％を超えて、最も好ましくは２％を超えて変化しないことを意味する。
好ましくは、分配要素の最下部のプレートまたは収集要素の最上部のプレートは、１平方メートル当たり１，０００から１５０万個、より好ましくは２万から２０万個の流体出口を有する。
分配要素または収集要素、すなわちプレート、チャネル壁、および存在する場合には隔壁の各々は、セラミック材料、プラスチック、金属、合金、複合材料などの任意の適切な材料で形成することができる。特に好ましい材料は、限定はしないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ムライトおよびコージェライトなどの工業用セラミック、または限定はしないが、アルミニウム合金もしくはステンレス鋼などの金属材料、または広範囲のプラスチック材料である。
本発明による分配要素の特定の利点は、国際公開第２０１６／０９５０５９号パンフレットに記載されている方法などのスクリーン印刷などの生成方法によって容易に製造できることである。
別の態様によれば、本発明は、前述の分配要素のうちの１つまたは複数、および／または前述の収集要素のうちの１つまたは複数を含む装置に関する。
例えば、装置は、物質移動カラム、混合器、分散器、発泡装置、化学反応器、晶析装置または蒸発器であってもよい。
本発明の好ましい実施形態によれば、装置は物質移動カラムであり、１つまたは複数の分配要素の下および／または１つまたは複数の収集要素の上に、接触トレイ、ランダムパッキングおよび構造化充填物からなる群から選択される物質移動構造を含む。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、装置は、物質移動カラムであり、１つまたは複数の分配要素の下および／または１つまたは複数の収集要素の上に、毛細管を含むハニカム形状を有する物質移動構造を含み、チャネルを画定する壁は、階段形状であるか、または組織から作製されるか、または任意に形成された連続気泡フォームである。そのような物質移動構造は、国際公開第２０１４／０４３８２３号パンフレットおよび国際公開第２０１７／１６７５９１号パンフレットにさらに詳細に記載されている。
本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、装置は、１つまたは複数の分配要素の下および／または１つまたは複数の収集要素の上に、第２の流体を導くように設計された接触領域を含む物質移動構造を含み、それによって、接触領域において、第１の流体を第２の流体と接触させることができ、接触領域において、第２の流体の流れを遮断するための少なくとも１つのフロー遮断器が設けられる。
本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、装置は、１つまたは複数の分配要素の下および／または１つまたは複数の収集要素の上に、組織、開気孔材料、毛細管、ステップ構造、および前述の構造のうちの２つ以上の任意の組み合わせからなる群から選択される物質移動構造を含む。
本発明の別の態様は、断面平面上に第１の流体を均一に分配するための前述の分配要素の使用、および／または前述の請求項のいずれか一項に記載の、断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための前述の収集要素の使用であって、流体経路を画定する１つまたは複数の中空空間のうちの少なくとも１つに第１の流体を流入させるステップと、分配要素および／要素のチャネルを通って第２の流体を流すステップとを含み、好ましくは、分配要素および／要素は、物質移動カラム、混合器、分散器、発泡装置または化学反応器で使用される。
続いて、本発明を、例示的であるが限定的ではない図によって説明する。
本発明の一実施形態による分配要素の斜視側面図である。 図１に示す分配要素の上面図である。 図１に示す分配要素の第１のフラクタルプレートの下の第１のレベルの断面図である。 図３ａの概略図である。 図１に示す分配要素の第２のフラクタルプレートの下の第２のレベルの断面図である。 図４ａの概略図である。 図１に示す分配要素の第３のフラクタルプレートの下の第３のレベルの断面図である。 図５ａの概略図である。 図１に示す分配要素の第１の分配プレートの下の第４のレベルの断面図である。 図６ａの概略図である。 図６ｂの概略部分を拡大して示す。 図１に示す分配要素の第２の分配プレートの下の第５のレベルの概略図である。 図７ａの概略部分を拡大して示す。 図１に示す分配要素の第３の分配プレートの下の第６のレベルの概略図である。 図７ｃの概略部分を拡大して示す。 図１に示す分配要素の第４の分配プレートの下の第７のレベルの概略図である。 図７ｅの概略部分を拡大して示す。 本発明の一実施形態による分配要素、構造化充填物、および収集要素を含む物質移動カラムの内部の斜視側面図である。 本発明の別の実施形態による、複数の分配要素、複数の構造化充填物、および複数の収集要素を含む物質移動カラムの内部の斜視側面図である。 本発明の別の実施形態によるフラクタルプレートを示す。 本発明の別の実施形態による第１のフラクタルプレートを含む分配要素を示す。 本発明の別の実施形態による分配要素の斜視側面図である。 図１２に示す分配要素の上面図である。 図１２に示す分配要素の第１の分配プレートの下の第１のレベルの断面図である。 図１４ａの概略図である。 図１２に示す分配要素の第２の分配プレートの下の第２のレベルの断面図である。 図１５ａの概略図である。 図１２に示す分配要素の第３のフラクタルプレートの下の第３のレベルの断面図である。 図１６ａの概略図である。 図１２に示す分配要素の第４の分配プレートの下の第４のレベルの断面図である。 図１７ａの概略図である。
図１は、本発明の一実施形態による分配要素１０の斜視側面図を示す。分配要素１０は、３枚のフラクタルプレート１２、１２’、１２’’および第３のフラクタルプレート１２’’の下に５枚の分配プレート１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖを含む。各２枚の隣接するプレート１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖの間には、レベル１８が画定される。各プレート１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖは、開口部２０を含み、各開口部２０は、丸みを帯びた縁部を有する方形の断面を有する。各開口部２０は、各プレート１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’１６ｉｖの下の各レベル１８において、第２の主流体が流れるチャネル２４を画定する壁２２によって囲まれている。第１のフラクタルプレート１２の中心の上には、実質的に十字形の断面を有するパイプの形状の入口２６が配置されている。
図２は、図１に示す分配要素１０の上面図を示す。最上部のフラクタルプレート１２は、１６個の格子状に配置された、丸みを帯びた縁部を有する少なくとも実質的に方形の開口部２０を含む。開口部２０の各々は、同じサイズおよび形状を有し、１６個の開口部は、第１の最上部のフラクタルプレート１２内に４行４列の開口部２０で等距離に配置される。本質的に十字形の開口２８は、第１のフラクタルプレート１２の中心に配置され、対応する形状を有する入口２６によって囲まれている。
図３ａは、図１に示す分配要素１０の第１のフラクタルプレート１２の下および第２のフラクタルプレート１２’の上の第１のレベル１８の断面図を示し、図３ｂは、図３ａの概略図を示す。１６個のチャネル２４が、最上部のフラクタルプレート１２の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、最上部の第１のフラクタルプレート１２の下面から第２のフラクタルプレート１２’の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。図３ｂの円２８は、最上部のフラクタルプレート１２に形成された開口２８の位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第１のレベル１８に入る。最上部のフラクタルプレート１２に形成された開口２８が、図２に示すように本質的に十字形である場合でも、図３ｂに示されるレベル１８の上に配置されているプレート１２の開口は、それが「流入開口」、すなわち液体がレベル１８に流入する開口であることを示すために、図３ｂおよびその後のさらなる概略図４ｂおよび５ｂにおいて、円形として示される。これとは対照的に、図３ｂに示すレベル１８の下に配置されているプレート１２’の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖは、それらが「流出開口」、すなわち液体が次の下位レベルに流入する開口であることを示すために、図３ｂおよび後続のさらなる概略図４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ａ、７ｃおよび７ｅにおいて矩形として示されている。チャネル壁２２のいくつかの間には、隔壁３２が配置されており、隔壁は、第１のレベル１８の４つの中央のチャネル２０の間および周囲に８つの流体経路３３を画定する中空空間を画定する。第１のレベル１８の８つの流体経路３３の各々は、少なくとも実質的に同じ長さを有する。中空空間内に画定された８つの流体経路３３内の分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。隔壁３２に起因して第１の流体が通過することができないチャネル２４の部分は、図３ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている。したがって、分配要素１０の動作中、第１の最上部のフラクタルプレート１２の入口２６および中央の開口２８を通って第１のレベル１８の中空空間に入る第１の流体は、４個の中央のチャネル２４の間の中空空間に画定された８つの流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は隔壁３２で偏向され、第２のフラクタルプレート１２’の４個の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖに向けられ、そこから第２のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第１のレベルにおいて、チャネル２４によって形成された８つの流体経路３３および隔壁３２を介して１つの中心点２８から分配され、４個の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖに収集される。
図４ａは、図１に示す分配要素１０の第２のフラクタルプレート１２’の下および第３のフラクタルプレート１２’’の上の第２のレベルの断面図を示し、図４ｂは、図４ａの概略図を示す。６４個のチャネル２４が、第２のフラクタルプレート１２’の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、第２のフラクタルプレート１２’の下面から第３のフラクタルプレート１２’’の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。４つの円２８は、第２のフラクタルプレート１２’に形成された開口２８の位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第２のレベル１８に入る。やはり、図４ｂに示すレベルの上に配置されたプレート１２’の開口２８は、図３ａに示すように上部のフラクタルプレート１２’に形成された開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖが本質的に十字形であっても、それらが「流入開口」２８、すなわち液体がレベルに流入する開口２８であることを示すために、図４ｂにおいて円形として示される。これとは対照的に、図４ｂに示すレベルの下に配置されているプレート１２’’の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖは、それらが「流出開口」２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖ、すなわち液体が次の下位レベルに流入する開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖであることを示すために、図４ｂにおいて矩形として示されている。チャネル壁２２のいくつかの間には、隔壁３２が配置されており、これは３２個の流体経路３３を画定し、各流体経路は、第２のフラクタルプレート１２’の開口２８’を取り囲む４個のチャネル２０の間および周囲の中空空間内または中空空間によってそれぞれ画定される。分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。やはり、隔壁３２に起因して第１の流体が通過することができないチャネル２４の部分は、図４ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている。したがって、分配要素１０の動作中、開口２８を通って第２のレベルに入る第１の流体は、各チャネル２４の間の中空空間に画定された３２個の流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は隔壁３２で偏向され、第３のフラクタルプレート１２’’の１６個の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖに向けられ、そこから第３のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第２のレベルにおいて、４個の開口２８から１６個の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖまで分配される。
図５ａは、図１に示す分配要素１０の第３のフラクタルプレート１２’’の下および第１の分配プレート１６の上の第３のレベル１８の断面図を示し、図５ｂは、図５ａの概略図を示す。２５６個のチャネル２４が、第３のフラクタルプレート１２’’の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、第３のフラクタルプレート１２’’の下面から第１の分配プレート１６の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。１６個の円２８は、第３のフラクタルプレート１２’’に形成された開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖの位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第３のレベルに入る。やはり、図５ｂに示すレベルの上に配置されたプレート１２’’の開口２８は、図４ａに示すように上部のフラクタルプレート１２’’に形成された開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖが本質的に十字形であっても、それらが「流入開口」２８、すなわち液体がレベルに流入する開口２８であることを示すために、図５ｂにおいて円形として示される。これとは対照的に、図５ｂに示すレベルの下に配置されている分配プレート１６の開口３８は、それらが「流出開口」３８、すなわち液体が次の下位レベルに流入する開口３８であることを示すために、図５ｂにおいて矩形として示されている。しかしながら、実際には、図５ａに示すように、分配プレート１６の開口３８ならびにすべての下部分配プレート１６’、１６’’、１６’’’、１６’ｖの開口は円形であり、上部フラクタルプレート１２、１２’、１２’’’のように本質的に十字形ではない。チャネル壁２２のいくつかの間には、（図５ａおよび図５ｂには示されていない）隔壁が配置され、隔壁は、１２８個の流体経路３３を画定し、各流体経路３３は、第３のレベルの中空空間内にそれぞれ画定または形成される。分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。やはり、隔壁３２に起因して第１の流体が通過することができないチャネル２４の部分は、図５ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている。したがって、分配要素１０の動作中、開口２８を通って第３のレベルに入る第１の流体は、各チャネル２４の間の中空空間に画定された１２８個の流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は隔壁で偏向され、第１の分配プレート１６の６４個の開口３８に向けられ、そこから第４のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第３のレベルにおいて、１６個の開口２８から６４個の開口３８まで分配される。
図６ａは、図１に示す分配要素１０の第１の分配プレート１６の下および第２の分配プレート１６’の上の第４のレベルの断面図を示す。図６ｂは、図６ａの概略図を示し、図６ｃは、図６ｂの一部を拡大した図である。第１の分配プレート１６は、第３のフラクタルプレート１２’’と同じ形状、同じ数、同じ寸法の開口部２０を有し、第１の分配プレート１６は、第３のフラクタルプレート１２’’の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖが位置するものより下の交点に開口３８を有さないが、第１の分配プレート１６は、第３のフラクタルプレート１２’’の開口２８’、２８’’、２８’’’、２８’ｖが位置するものに隣接する任意の交点に開口３８を有する。これにより、分配要素１０の動作中、図６ｂおよび図６ｃに示すように、中空空間によって画定された流体経路３３において第１の流体のさらなる分配が達成される。
図７ａから図７ｅに示すように、４枚のさらなる分配プレート１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖのそれぞれ隣接する間には、レベルが画定される。４枚のさらなる分配プレート１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖの各々は、第３のフラクタルプレート１２’’および第１の分配プレート１６と同じ形状、同じ数、同じ寸法の開口部２０を有する。しかしながら、さらなる分配プレート１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖの各々は、その隣接する上部プレート１６、１６’、１６’’、１６’’’より多くの数の開口３８、３８’、３８’’を有する。これにより、流体経路３３を画定する中空空間の任意の部分が、分配要素の動作中に第１の流体で充填され、したがって分配プレート１６ｉｖの最下部の多数の開口３８、３８’、３８’’を介して特定の高い分配密度が達成されることが可能になる。
図８は、分配要素１０、構造化充填物４２、および収集要素４４を含む物質移動カラム８の内部４０の斜視側面図を示す。物質移動カラム８は、精留カラム８であってもよい。分配要素１０は、上述のように、かつ図１から図７に示すように構成される。収集要素４４は、分配要素１０として構成されているが、第１のフラクタルプレートが最下部のプレートであり、第５の分配プレートが最上部のプレートであるように単純に反転されている。物質移動カラム８の動作中、液体は、入口１６を介して分配要素１０に入り、図１から図７を参照して上述したように断面平面にわたって分配される。次いで、分配された液体は、構造化充填物４２の表面上を下方に流れ、さらに下方に流れる。ガスは、反対方向に、すなわち物質移動カラム８の底部から上方に、連続的に流れる。構造化充填物では、液体と気体が構造化充填物４２の大きな比表面積にわたって分配されるので、液体と気体との間で集中的な質量およびエネルギーの伝達が生じる。次いで、液体は収集要素４４の表面上に流れ、そこで収集されて一点に濃縮され、そこから出口４６を介して内部を出る。
図９は、複数の分配要素１０と、複数の構造化充填物４２と、複数の収集要素４４とを含む物質移動カラム８の内部の斜視側面図を示し、これらの各々は、上述のように、かつ図８に示すように構成される。第１の流体を複数の分配要素１０のすべてに分配するために、分配マニホールド４８が複数の分配要素１０の上に配置される。同様に、収集マニホールド５０が、複数の収集要素４４の下に配置される。
図１０は、本発明の別の実施形態によるフラクタルプレート１２’’を示す。フラクタルプレート１２’’は、本質的に十字形の断面を有する開口２８の寸法がわずかに異なることを除いて、図１、図２、および図４に示す実施形態の第３のフラクタルプレート１２’’と同様である。
図１１は、本発明の別の実施形態による第１のフラクタルプレート１２を含む分配要素を示す。第１のフラクタルプレート１２は、図１および図２に示す実施形態の第１のフラクタルプレート１２と同様であるが、チャネル２４内に、分配要素１０の動作中にそこを通って流れる第２の主流体を混合するための静的混合器５２が配置されている点が異なる。
図１２は、本発明の別の実施形態による分配要素１０の斜視側面図を示す。分配要素１０は、５枚の分配プレート１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖを含む。各２枚の隣接するプレート１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖの間には、レベル１８が画定される。各プレート１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖは、開口部２０を含み、各開口部２０は、丸みを帯びた縁部を有する方形の断面を有する。各開口部２０は、各プレート１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖの下の各レベル１８において、第２の主流体が流れるチャネル２４を画定する壁２２によって囲まれている。分配プレート１６の中心の上には、実質的に十字形の断面を有するパイプの形状の入口２６が配置されている。
図１３は、図１２に示す分配要素１０の上面図を示す。最上部の分配プレート１６は、１６個の格子状に配置された、丸みを帯びた縁部を有する少なくとも実質的に方形の開口部２０を含む。開口部２０の各々は、同じサイズおよび形状を有し、１６個の開口部は、第１の最上部の分配プレート１６内に４行４列の開口部２０で等距離に配置される。本質的に十字形の開口３８は、第１の分配プレート１６の中心に配置され、対応する形状を有する入口２６によって囲まれている。
図１４ａは、図１２に示す分配要素１０の第１の分配プレート１６の下および第２の分配プレート１６’の上の第１のレベル１８の断面図を示し、図１４ｂは、図１４ａの概略図を示す。１６個のチャネル２４が、最上部の分配プレート１６の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、最上部の第１の分配プレート１６の下面から第２の分配プレート１６’の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。図１４ｂの円２８は、最上部の分配プレート１６に形成された開口３８の位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第１のレベル１８に入る。最上部の分配プレート１６に形成された開口３８が、図１３に示すように本質的に十字形である場合でも、図１４ｂに示されるレベル１８の上に配置されているプレート１６の開口は、それが「流入開口」、すなわち液体がレベル１８に流入する開口であることを示すために、図１４ｂにおいて、円形として示される。これとは対照的に、図１４ｂに示すレベル１８の下に配置されているプレート１６’の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖは、それらが「流出開口」、すなわち液体が次の下位レベルに流入する開口であることを示すために、図１４ｂにおいて矩形として示されている。実際には、プレート１６’の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖは、実質的に十字形の断面を有する。図１４ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている、チャネル壁２２の間に形成された中空空間５４の一部は、充填されており、したがって第１の流体が流れることができない。これにより、第１のレベル１８の４個の中央のチャネル２０の間および周囲の８つの流体経路３３が、残りの中空空間内に画定される。第１のレベル１８の８つの流体経路３３の各々は、少なくとも実質的に同じ長さを有する。中空空間内に画定された８つの流体経路３３内の分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。したがって、分配要素１０の動作中、第１の最上部の分配プレート１６の入口２６および中央の開口３８を通って第１のレベル１８の中空空間に入る第１の流体は、４個の中央のチャネル２４の間の中空空間に画定された８つの流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は、充填中空空間５４の壁で偏向され、第２の分配プレート１６’の４個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８ｉｖに向けられ、そこから第２のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第１のレベル１８において、チャネル２４によって形成された８つの流体経路３３および充填中空空間５４の壁を介して１つの中心点３８から分配され、４個の開口３８’、３８’’、３８’’’、４８ｉｖに収集される。
図１５ａは、図１２に示す分配要素１０の第２の分配プレート１６’の下および第３の分配プレート１６’’の上の第２のレベルの断面図を示し、図１５ｂは、図１５ａの概略図を示す。第２の分配プレート１６’の開口部２０およびチャネル２４は、第１の分配プレート１６のものと同じ位置に配置され、同じ寸法を有する。したがって、１６個のチャネル２４が、第２の分配プレート１６’の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、第２の分配プレート１６’の下面から第３の分配プレート１６’’の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。４つの円３８は、第２の分配プレート１６’に形成された開口３８の位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第２のレベルに入る。第２の分配プレート１６’に形成された開口３８が、図１４ａに示すように本質的に十字形である場合でも、図１５ｂに示すレベルの上に配置されているプレート１６’の開口は、それらが「流入開口」、すなわち液体が第２のレベルに流入する開口であることを示すために、図１５ｂに円形として示されている。第２のレベルの下に配置された第３の分配プレート１６’’は、１２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖを含み、これらは、「出口開口」３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであること、すなわちそこを通って液体が次の下位レベルに流入する開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであることを示すために、図１５ｂに矩形として示されている。実際には、図１５ａに示すように、第３の分配プレート１６’’の１２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖは円形断面を有する。図１５ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている、チャネル壁２２の間に形成された中空空間５４の一部は、充填されており、したがって第１の流体が流れることができない。これにより、第２のレベルのチャネル２０の間および周囲の１６個の流体経路３３が、残りの中空空間内に画定される。分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。したがって、分配要素１０の動作中、開口３８を通って第２のレベルに入る第１の流体は、各チャネル２４の間の中空空間に画定された１６個の流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は、充填中空空間５４の壁３２で偏向され、第３の分配プレート１６’’の１２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖに向けられ、そこから第３のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第２のレベルにおいて、４個の開口３８から１２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖまで分配される。
図１６ａは、図１２に示す分配要素１０の第３の分配プレート１６’’の下および第４の分配プレート１６’’’の上の第３のレベルの断面図を示し、図１６ｂは、図１６ａの概略図を示す。第４の分配プレート１６’’’の開口部２０およびチャネル２４は、第１の分配プレート１６、第２の分配プレート１６’、および第３の分配プレート１６’’のものと同じ位置に配置され、同じ寸法を有する。したがって、１６個のチャネル２４が、第３の分配プレート１６’’の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、第３の分配プレート１６’’の下面から第４の分配プレート１６’’’の上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。１２個の円２８は、第３の分配プレート１６’’に形成された開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖの位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第３のレベルに入る。第３のレベルの下に配置された第４の分配プレート１６’’’は、４０個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖを含み、これらは、「出口開口」３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであること、すなわちそこを通って液体が次の下位レベルに流入する開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであることを示すために、図１６ｂに矩形として示されている。実際には、第４の分配プレート１６’’’の４０個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖは、図１６ａに示すように、長い矩形の形状を有する。図１６ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている、チャネル壁２２の間に形成された中空空間５４の一部は、充填されており、したがって第１の流体が流れることができない。これにより、第３のレベルのチャネル２０の間および周囲の４０個の流体経路３３が、残りの中空空間内に画定される。分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。したがって、分配要素１０の動作中、開口３８を通って第３のレベルに入る第１の流体は、各チャネル２４の間の中空空間に画定された４０個の流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は、充填中空空間５４の壁３２で偏向され、第４の分配プレート１６’’’の４０個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖに向けられ、そこから第４のレベルに下方に流れる。したがって、第１の流体は、第３のレベルにおいて、１２個の開口３８から４０個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖまで分配される。
図１７ａは、図１２に示す分配要素１０の第４の分配プレート１６’’’の下および第５の分配プレート１６’ｖの上の第４のレベルの断面図を示し、図１７ｂは、図１７ａの概略図を示す。第５の分配プレート１６’ｖの開口部２０およびチャネル２４は、第１の分配プレート１６、第２の分配プレート１６’、第３の分配プレート１６’’、および第４の分配プレート１６’’’のものと同じ位置に配置され、同じ寸法を有する。したがって、１６個のチャネル２４が、第４の分配プレート１６’’’の開口部２０の下に位置しており、各チャネル２４は、第４の分配プレート１６’’’の下面から第５の分配プレート１６’ｖの上面まで延在するチャネル壁２２によって囲まれている。４０個の円２８は、第４の分配プレート１６’’’に形成された開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖの位置を概略的に示しており、これを通って、分配要素１０の動作中に第１の流体が第４のレベルに入る。第４の分配プレート１６’’’に形成された開口３８が、図１６ａに示すように長い矩形の形状を有する場合でも、図１７ｂに示すレベルの上に配置されているプレート１６’’’の開口は、それらが「流入開口」、すなわち液体が第２のレベルに流入する開口であることを示すために、図１７ｂに円形として示されている。第４のレベルの下に配置された第５の分配プレート１６’ｖは、８２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖを含み、これらは、「出口開口」３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであること、すなわちそこを通って液体が次の下位レベルに流入する開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖであることを示すために、図１７ｂに矩形として示されている。実際には、第５の分配プレート１６’ｖの８２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖは、図１７ａに示すように、長い矩形の形状を有する。図１７ｂにそれぞれ斜線またはハッチングで示されている、チャネル壁２２の間に形成された中空空間５４の一部は、充填されており、したがって第１の流体が流れることができない。これにより、第４のレベルのチャネル２０の間および周囲の８２個の流体経路３３が、残りの中空空間内に画定される。分配要素１０の動作中の第１の流体の流れ方向が、矢印３４によって概略的に示されている。したがって、分配要素１０の動作中、開口３８を通って第４のレベルに入る第１の流体は、各チャネル２４の間の中空空間に画定された８２個の流体経路３３に沿って流れ、その間、第１の流体は、充填中空空間５４の壁３２で偏向され、第５の分配プレート１６’ｖの８２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖに向けられ、そこから下方に流れる。したがって、第１の流体は、第４のレベルにおいて、４０個の開口３８から８２個の開口３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖまで分配される。
８ 物質移動カラム
１０ 分配要素
１２、１２’、１２’’ フラクタルプレート
１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ 分配プレート
１８ レベル
２０ 開口部
２２ チャネル壁
２４ チャネル
２６ 入口
２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ フラクタルプレートの開口
３２ 隔壁
３３ 流体経路
３４ 流体経路内の第１の流体の流れ方向
３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ 分配プレートの開口
４０ 物質移動カラムの内部
４２ 構造化充填物
４４ 収集要素
４６ 出口
４８ 分配マニホールド
５０ 収集マニホールド
５２ 静的混合器
５４ 充填中空空間

Claims (17)

  1. 断面平面上に第１の流体を均一に分配するための分配要素（１０）、または断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための収集要素（１０）であって、第２の主流体が、前記分配要素（１０）を通して、前記第１の流体に対して並流および／または向流で流れ、前記分配要素（１０）が、各々に対して少なくとも実質的に平行に配置された少なくとも３枚のプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）を含み、レベル（１８）が、２枚の隣接するプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々の間に画定され、前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々が、いくつかの開口部（２０）を含み、前記レベル（１８）の各々には、壁（２２）が配置され、これら壁の各々は、プレート（１２、１２’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）の一方の側から隣接するプレート（１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の前記隣接する側に延在し、したがって、各壁（２２）は前記第２の主流体が流れるチャネル（２４）を画定し、前記チャネル（２４）が、隣接するプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の間のすべての開口部（２０）を流体密に接続し、前記チャネル（２４）を画定する前記壁（２２）の間の前記レベル（１８、１８）の各々には、１つまたは複数の中空空間（３３）が形成され、その中を前記第１の流体が流れることができ、前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々が、チャネル（２４）によって隣接するプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の１つまたは複数の開口部（２０）と流体密に接続されておらず、前記隣接するレベル（１８）の前記１つまたは複数の中空空間（３３）に隣接して配置され、その結果、前記隣接するプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の間の各レベル（１８）では少なくとも２つの流体経路（３３）が前記レベル（１８）の前記１つまたは複数の中空空間（３３）内に延在する、少なくとも１個の開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）を含み、各レベル（１８）の前記少なくとも２つの流体経路（３３）のすべてが実質的に同じ長さを有し、流体経路（３３）の数が、前記分配要素または収集要素（１０）の一方の最外プレート（１２、１６）から反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向で見て、前記プレート（１２、１２’、１２’’）の少なくとも７５％についてレベルからレベルへと増加する、分配要素（１０）または収集要素（１０）。
  2. 前記第２の主流体が流れる前記チャネル（２４）が、前記第１の流体が流れることができる前記流体経路（３３）を画定する前記１つまたは複数の中空空間（３３）のすべてから前記壁（２２）によって流体密に分離される、請求項１に記載の分配要素または収集要素。
  3. 前記流体経路（３３）の数が、前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２、１６）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に見て、少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％、さらにより好ましくは少なくとも９５％、さらにより好ましくは少なくとも９８％、最も好ましくはすべてのプレートについて、レベル（１８）からレベルへと増加する、請求項１または２に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  4. 前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２、１６）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に見て、チャネル（２４）の数がレベル（１８）からレベルへと増加し、かつ／または、前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２、１６）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に見て、プレート（１２’）の開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の数がレベル（１８）からレベルへと増加する、請求項１から３のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  5. 前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２、１６）の開口から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）の開口まで延在するすべての流体経路（３３）の長さが、少なくとも実質的に同じである、請求項１から４のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  6. 前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の前記開口部（２０）のすべてが、前記少なくとも３枚のプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々に少なくとも実質的に規則的に配置され、前記少なくとも３枚のプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のうちの少なくとも１枚のプレート、好ましくはそれぞれのプレートに関して、１個の開口部（２０）の前記中心点と、前記最も近い隣接する開口部（２０）の前記中心点との間の距離のそれぞれが、前記それぞれのプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のすべての開口部（２０）およびそれらの最も近い隣接する開口部（２０）の前記中心点の前記平均距離の８０～１２０％であり、前記それぞれのプレート（１２、１２’、１２’’）に関してすべての開口部（２０）の前記中心点とそれらの最も近い隣接する開口部（２０）との前記平均距離が、各開口部（２０）の前記中心点と前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のその最も近い開口部（２０）の前記中心点との間の前記距離を測定し、前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のこれらすべての測定された距離を合計し、さらに、前記合計を前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の開口部（２０）の数で除することによって決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  7. 前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の前記開口部（２０）が、前記少なくとも３枚のプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々に配置された少なくとも実質的に格子状であり、前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の前記開口部（２０）が、（２）ｍ行（２）ｍ列で前記それぞれのプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）に配置され、ｍは１から１０の整数、好ましくは１から８の整数、より好ましくは２から６の整数である、請求項１から６のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  8. 前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の前記開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）のすべてが、前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）に少なくとも実質的に規則的に配置され、前記少なくとも３枚のプレートそれぞれ（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）に関して１個の開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点と、前記最も近い隣接する開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点との間の前記距離のそれぞれが、前記それぞれのプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のすべての開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点とそれらの最も近い隣接する開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点の前記平均距離の８０～１２０％であり、前記それぞれのプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）に関してすべての開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点と、最も近い隣接する開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記平均距離が、各開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点と前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のその最も近い開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の前記中心点との間の前記距離を測定し、前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のこれらすべての測定された距離を合計し、さらに、前記合計を前記プレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の開口（２８、２８’、２８’’、２８’’’、２８ｉｖ、３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８’ｖ）の数で除することによって決定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  9. ２～１５枚のフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）を含み、前記フラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）の各々が、前記分配要素または収集要素（１０）の第１の最外フラクタルプレート（１２）から反対側の最外フラクタルプレート（１２ｉｉ）への方向に隣接するフラクタルプレート（１２’、１２’’）より少ない数の開口部（２０）を含み、すべてのフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）が互いに隣接しており、前記第１のフラクタルプレート（１２）は前記分配要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２）であり、各フラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）の前記開口部（２０）の数が４ｘ（４）ｎであり、ｎは前記第１の最外フラクタルプレート（１２）に対する前記それぞれのフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）の数であり、前記第１の最外フラクタルプレート（１２）はフラクタルプレート１である、請求項１から８のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  10. 前記少なくとも３枚のプレート（１２、１２’、１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のうちの少なくとも１枚は分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）であり、前記少なくとも１枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々は、前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向とは反対の方向に隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）と同じ数の開口部（２０）を含み、そのような隣接するプレートが存在しない場合、前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に隣接するプレート（１６ｉｖ）と同じ数の開口部（２０）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  11. 前記少なくとも１枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々は、前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向とは反対の方向に隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）と同じ形状を有し、そのような隣接するプレートが存在しない場合、前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に隣接するプレート（１６ｉｖ）と同じ形状を有し、前記開口部（２０）は、前記少なくとも１枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々において、前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向とは反対の方向に隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）における位置と同じ位置に形成され、そのような隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）が存在しない場合、前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）における位置と同じ位置に形成される、請求項１０に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  12. １～３枚、好ましくは２枚または３枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）を含み、前記分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）の各々は、存在する場合には前記第１の最外プレート（１２）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向とは反対の方向に隣接するプレート（１２’’、１６、１６’、１６’’、１６’’’）より多くの数の開口（３８、３８’、３８’’、３８’’’、３８ｉｖ）を有する、請求項１０または１１に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  13. フラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）のみ、すなわち３～１５枚のフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  14. 分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のみ、すなわち３～１０枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）を含む、請求項１から８および請求項１０から１３のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  15. 少なくとも１枚のフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）および少なくとも１枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）を含み、前記少なくとも１枚の分配プレート（１６、１６’、１６’’、１６’’’、１６ｉｖ）のすべてが、前記分配要素または収集要素（１０）の前記第１の最外プレート（１２、１６）から前記反対側の最外プレート（１６ｉｖ）への方向に見て、前記少なくとも１枚のフラクタルプレート（１２、１２’、１２’’）のすべての背後に配置されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の分配要素または収集要素（１０）。
  16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の１つまたは複数の分配要素および／または収集要素（１０）および／または請求項１から１５のいずれか一項に記載の１つまたは複数の収集要素（１０）を含む装置であって、
    ｉ）装置が、物質移動カラム（８）、混合器、分散器、発泡装置、化学反応器、晶析装置もしくは蒸発器である、または
    ｉｉ）前記装置が、物質移動カラム（８）であり、前記１つまたは複数の分配要素（１０）の下および／または前記１つまたは複数の収集要素（１０）の上に、接触トレイ、ランダムパッキング、および構造化充填物（４２）からなる群から選択される物質移動構造を含む、または
    ｉｉｉ）前記装置が、物質移動カラム（８）であり、前記１つまたは複数の分配要素（１０）の下および／または前記１つまたは複数の収集要素（１０）の上に、毛細管を含むハニカム形状を有する物質移動構造を含み、前記チャネル（２４）を画定する前記壁（２２）は、階段形状であるか、もしくは組織から作製されるか、もしくは任意に形成された連続気泡フォームである、または、
    ｉｖ）前記装置が、前記１つまたは複数の分配要素（１０）の下および／または前記１つまたは複数の収集要素（１０）の上に、第２の流体を導くように設計された接触領域を含む物質移動構造を含み、それによって、前記接触領域において、前記第１の流体を前記第２の流体と接触させることができ、前記接触領域において、前記第２の流体の流れを遮断するための少なくとも１つのフロー遮断器が設けられる、または、
    ｖ）前記装置が、前記１つまたは複数の分配要素（１０）の下および／または前記１つまたは複数の収集要素（１０）の上に、組織、開気孔材料、毛細管、ステップ構造、および前述の構造のうちの２つ以上の任意の組み合わせからなる群から選択される物質移動構造を含む、装置。
  17. 断面平面上に第１の流体を均一に分配するための、請求項１から１６のいずれか一項に記載の分配要素（１０）の使用、および／または断面平面上に分配されている第１の流体を収集するための、請求項１から１６のいずれか一項に記載の収集要素（１０）の使用であって、前記流体経路を画定する前記１つまたは複数の中空空間のうちの少なくとも１つに第１の流体を流すステップと、前記分配要素および／要素の前記チャネルを通って第２の流体を流すステップとを含み、好ましくは、前記分配要素および／要素は、物質移動カラム（８）、混合器、分散器、発泡装置、または化学反応器内で使用される、使用。
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