JP2977128B2 - 双方向性表面テクスチャを有する特殊構造パッキングエレメント及び該パッキングエレメントを使用した質量・熱移転方法 - Google Patents

双方向性表面テクスチャを有する特殊構造パッキングエレメント及び該パッキングエレメントを使用した質量・熱移転方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特殊構造パッキン
グに関する。特殊構造パッキングは、特に低温空気分離
工程における交換用コラムに利用されているが、熱交換
器にも使用可能である。
【０００２】
【従来の技術】蒸留や直接接触式冷却等の多くの工程
で、コラム内を互いに反対方向に流れる液体と蒸気流と
の間での熱や質量の移転を促進するのに特殊構造パッキ
ングを使用することが望ましい。特殊構造パッキング
は、投入されたランダムなパッキングや蒸留トレイに比
して小さい圧力低下で熱と質量を高い効率で移転するこ
とができる。最も一般的に使用されている特殊構造パッ
キングは、垂直方向に積層された波型の金属シートやプ
ラスチックフィルム、又は波型のメッシュ布帛等で構成
されている。これらのシートは、熱・質量移転効率を改
善することを目的とした種々の形状の孔や表面の荒れ特
性を有している。従来技術には多くのタイプの特殊構造
パッキングが記載されており、その中の或るものは以下
に検討されているが、これらは種々の応用から発展した
もので、その殆どは空気の成分の分離等に使用される低
温分離工程に適するように特に開発されたものである。
【０００３】米国特許公報US-A-4296050 (Meier)には、
特殊構造パッキングの孔と溝との組み合わせの利用が述
べられている。この溝は、垂直方向に対して１５〜６０
度の角度で延在している波型の方向とほぼ反対方向に、
垂直方向に対して１５〜９０度の角度で延在している。
この溝の波長は０．３〜３．０mmの範囲内にある。この
パッキングは種々の熱・質量移転工程に広く利用されて
いる。
【０００４】米国特許公報US-A-4186159 (Huber)には、
コラム内の意図する配向方向に見た場合、水平方向にパ
ッキングと交叉している溝領域と非溝（平面）領域の帯
域が交互に存在する特殊構造パッキングが開示されてい
る。これらの帯域の幅は少なくとも５mmである。開放領
域は５〜２０％に特定されている。米国特許公報US-A-4
455339 (Meier)には、特殊構造パッキングの各シート内
の交互の波型部分と非波型部分の利用について述べられ
ている。質量移転性能を改善するために、非波型部分で
行われる液体加速がクレームされている。
【０００５】米国特許公報US-A-4597916とUS-A-4604247
(Chen et al.)には、エキスパンドメタルによって得ら
れた十文字交叉パターンの利用が述べられている。これ
らの公報には、十文字交叉パターンや水平スリットと孔
との組み合わせについても示されている。種々の孔と特
色を有する孔あきシートと波型シートとを交互に使用す
ることも開示されている。
【０００６】ヨーロッパ特許公報EP-A-337150 (Lockett
et al.)には、特に深い溝を使用して、液体の滞留性と
拡がり性をよくすることによって、質量移転性能を改善
することが記載されている。米国特許公報US-A-4597916
(Pluss)には、孔のあいていない十文字交叉の表面文様
を使用して液体の拡がり性を改善することが記載されて
いる。
【０００７】米国特許公報US-A-5132056 (Lockett et a
l.) には、縁を変形させて、特に折り返し状態での濡れ
性を改善することが記載されている。米国特許公報US-A
-5454988 (Maeda)には、孔のあいていない波型パッキン
グに特殊な溝をつけることが開示されている。この溝は
ほぼ水平方向に延在し、断面形状は正弦波よりも方形波
に近似している。この溝は液体を横方向に拡げるための
蛇行した流路も具えている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】メッシュ型のパッキン
グが液体を効率的に拡げて良好な質量移転性能を与える
ことも従来から周知であるが、メッシュ型のパッキング
は前述のフィルム型パッキングよりもはるかに高価であ
る。本発明の目的は、空気分離等に使用される低温での
利用に対して高い性能特性を示す特殊な構造を提供する
ことにある。
【０００９】本発明の別の目的は、この特殊構造を一般
化して、他のすべての熱及び質量の移転のための用途に
おいても高い性能を発揮させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば特殊構造パッキングエレメントが提供され、該エレ
メントはこれを横切って延在する交互の山と谷とを形成
する波型を有し、該波型は長手方向の軸を有し、前記エ
レメントは、前記波型の長手方向軸に対して０〜１８０
度の範囲の角度をなす第１の溝の少なくとも一つの帯域
と、前記波型の長手方向軸に対して０〜１８０度の範囲
の角度をなす第２の溝の少なくとも一つの帯域とを有
し、前記第１溝は前記第２溝に対して０より大きい角度
をなしている。
【００１１】前記エレメントは、これを貫通する複数の
孔を有することが望ましい。該エレメントの開放領域
は、エレメントの全領域の５〜２０％、好ましくは８〜
１２％の範囲にある。前記エレメントは第１溝の複数の
帯域と第２溝の複数の帯域を有することが好ましい。前
記第１溝は実質的に連続して前記エレメントを横切り、
前記第２溝と交叉していることが好ましい。
【００１２】第１溝の帯域は、２〜２０mm、好ましくは
５〜１０mmの範囲の幅を有する。第２溝の帯域は、２〜
２０mm、好ましくは５〜１０mmの幅を有する。第１及び
第２溝は、それぞれ、０．５〜５mm、好ましくは１〜３
mmの範囲の波長を有する細溝で構成されている。正面よ
り見て、このエレメントの第１溝と第２溝の間の角度
（α）は、３０〜１５０度、好ましくは８０〜１００度
の範囲、最も好ましくは９０度である。
【００１３】本発明の第２の態様によれば、第１相と第
２相との間で熱及び／又は質量を交換するための交換コ
ラムが提供され、該交換コラムは複数のパッキングエレ
メントからなり、各エレメントは該エレメントを横切る
交互の山と谷を形成する波型を有し、該波型は長手方向
の軸を有し、前記各エレメントは波型の長手方向軸に対
して０〜１８０度の範囲の角度をなす第１溝の少なくと
も一つの帯域と、波型の長手方向軸に対して０〜１８０
度の範囲の角度をなす第２溝の少なくとも一つの帯域と
を有し、前記第１溝は前記第２溝に対して０より大きい
角度をなしている。
【００１４】前記エレメントは、前記第１溝が水平方向
に対して０〜４５度、好ましくは０〜３０度、更に好ま
しくは０〜１０度の範囲の角度をなすように、実質的に
垂直に充填される。第２溝は、垂直方向に対して実質的
に０〜４５°、好ましくは０〜３０°、更に好ましくは
０〜１０°の角度を形成している。前記エレメントは、
第１溝が実質的に水平になり、第２溝が実質的に垂直に
なるように実質的に垂直に充填されることが最も好まし
い。
【００１５】波型の長手方向軸は、水平方向に対して実
質的に２０〜７０度、好ましくは３０〜６０度の範囲、
最も好ましくは実質的に４５度の角度をなしている。交
換器内の各エレメントは、該エレメントを貫通する複数
の孔を有する。別の態様によれば、本発明は特殊構造パ
ッキングエレメントも提供し、該エレメントはこれを横
切って延在する交互の山と谷を形成する波型を有し、該
波型は長手方向軸を有し、前記エレメントは波型の該長
手方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす第１
溝の複数の帯域と、波型の該長手方向軸に対して０〜１
８０度の範囲の角度をなす第２溝の複数の帯域とを有
し、前記第１溝は前記第２溝に対して０より大きい角度
をなし、前記第１溝は実質的に連続して前記エレメント
を横切って第２溝と交叉し、且つ前記エレメントを貫通
する複数の孔を具えている。
【００１６】更に別の態様によれば、少なくとも一つの
特殊構造パッキングエレメントによって液体と蒸気との
接触が行われる少なくとも一つの質量移転ゾーンを含む
少なくとも一つの蒸留コラム内で、蒸気と液体とを対抗
流的に接触させる低温空気分離方法が提供され、前記エ
レメントはこれを横切って延在する交互の山と谷を形成
する波型を有し、該波型は長手方向軸を有し、前記エレ
メントは波型の該長手方向軸に対して０〜１８０度の範
囲の角度をなす第１溝の複数の帯域と、波型の該長手方
向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす第２溝の
複数の帯域とを有し、前記第１溝は、前記第２溝に対し
て０より大きい角度をなしている。
【００１７】本発明は、熱及び質量の移転に対して高い
性能特性を示す波型構造のパッキングエレメントを提供
する。好ましい実施例においては、使用の際に、パッキ
ングエレメントの隣接するシート同士は垂直方向に積層
され、波型は十文字をなして反対方向に交叉し、該パッ
キングエレメントのシートは充填塔の円筒部を被覆する
層を形成し、それ自体で背の高い縦型シリンダの形状を
なし、所与のコラム又は塔の充填部分を構成する多数の
前記層は、ほぼ垂直方向のコラムの軸を中心に相互に回
転し、蒸気と液体が分配器を通じて供給され、互いにほ
ぼ逆方向に流れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１〜３には、パッキングエレメント
１の第１実施例が示されている。ここにはパッキングエ
レメント１の代表的な部分のみが示されている。エレメ
ント１はシート状構造体であり、規則的に間隔をおいて
配置された比較的深い波型２を具え、該波型はエレメン
ト１に山３と谷４を形成している。エレメント１の一方
の面から見た山はエレメント１の他方の面から見た谷に
なり、その逆もまた真であることは理解されるであろ
う。例えば低温空気分離塔に使用する場合、前記エレメ
ント１は図１と２に示し且つ以下に説明するように、垂
直方向に充填される。波型２は実質的に平行であり、水
平方向に対して角度θをなす長手方向軸線２１を有す
る。図２の(b) に最も明瞭に示されているように、この
波型２はほぼ正弦波を描いている。しかし、別の形状も
可能であり、例えば、ひだ付きの方形波、三角波、鋸波
等でもよく、又はこの波型は楕円状又は放物線状の外形
を有するセグメントで構成されてもよい。
【００１９】このエレメント１は特別な表面テクスチャ
を具え、公知のパッキングエレメントに比べてエレメン
トの性能が大幅に改善されている。特に、エレメント１
は、本明細書中で「溝(fluting) 」と称される帯域を有
し、この溝は、垂直方向に充填された波型エレメント１
にほぼ水平方向の溝５の帯域とほぼ垂直方向の溝６の帯
域のある双方向性の表面テクスチャを与える。これらの
溝５，６は、公知の方法、例えば適宜なダイを使用して
型打ちやローリングによる表面の比較的細い細溝、波型
又は筋７，８によって形成される。図１と４（後者は波
型を付与されていないパッキングエレメント、以後「未
処理エレメント」と称する、を示している）から明らか
なように、水平方向の溝５は実質的に連続し、波型２の
折り畳み線においてのみ破断されている。一方、垂直方
向の溝６は、水平溝５によって規則的な間隔で分断され
ている。これらの図、特に図４から明らかなように、こ
の好適実施例においては、水平溝５の細溝７は波型の折
り畳み線に隣接して相互にジグザグ状に配置されてい
る。同様に、この好適実施例においては、垂直溝６の細
溝８は波型の折り畳み線に隣接して相互にジグザグ状に
配置されている。
【００２０】水平及び垂直溝５，６のそれぞれの帯域の
幅Ｂh とＢv は等しいことが望ましい。水平溝５と垂直
溝６との間の角度、即ち水平溝５と垂直溝６の細溝同士
の間の角度α’は、未処理エレメント１では９０度未満
であり、該エレメント１が折り畳まれて波型２が付与さ
れると、図２に示されるように水平及び垂直溝５，６が
前記α’よりも大きく好ましくは９０度である角度αを
形成する。αとα’との関係は、波型２の山３と谷４の
なす角度（別の表現をすれば、波型２の深さと波長）に
よって、波型２が形成されるときに所望のαの値が得ら
れるように決められる。これについては図１３を参照し
て後で述べる。
【００２１】エレメント１は、該エレメントを横切って
列状に並んだ複数の貫通孔９を具えている。これらの貫
通孔９はエレメント１を横切る規則的な列状に配列され
たり、又は不規則に分布していてもよい。次に示す結果
は、前述の本発明のパッキングエレメント１の性能特性
の例示として挙げたものである。このエレメント１は、
公知のやり方で、例えば４０個のこのようなエレメント
１からなる「ブリック」(brick) として充填される。隣
り合うエレメント１の向きは、両者の波型２同士が互い
に交叉し、その山３同士が接触するように、逆向きにな
っている。約８インチ（２００mm）の直径と８インチ
（２００mm）の高さを有する８個のそのようなブリック
が、全内部還流の下で作動する低温蒸留コラムの内側に
互いに積み重ねられる。アルゴン／酸素の二種混合物
（１８，３０及び４５ｐｓｉ（１２４，２０７及び３１
０ｋＰａ））及び窒素／酸素の二種混合物（３０，７０
及び１３０ｐｓｉ（２０７，４８３及び８９６ｋＰ
ａ））の分離がテストされ、質量移転効率と圧力低下が
求められた。比較のために、Sulzer Brothers Ltd から
市販されてSulzer 500Y の商品名で知られている、米国
特許公報US-A-4296050に開示されたパッキングエレメン
トを使用した８個のブリックを用いて、同じ条件下で実
験が行われた。これら二つのタイプのパッキングエレメ
ントの間には、機械的仕様と特色、例えば波型の形状、
孔のサイズと位置、双方向の表面テクスチャと単方向の
表面テクスチャ等の差があるが、実質的には同等であ
る。溝の深さと波長は同じである。サンプルの作製され
たシートの、全開放領域の割合に対する表面積の密度と
空隙率は、殆ど同じである。これら二つのエレメントの
組はアルミで作られた。更に、蒸気と液体との分配に関
するプロトコール、並びにデータを得たり減らしたりす
るやり方は同じである。
【００２２】その結果は図５〜１０に示され、本発明は
ＡＰ５００として記されている。図５〜１０のそれぞれ
の対(a),(b) において、(a) はＨＥＴＰ（理論的プレー
トに等しい高さ; Height Equivalent to a Theoretical
Plate) に関する質量移転効率を示し、(b) はパッキン
グの単位高さ当たりの圧力低下を示している。ＨＥＴＰ
は異なるタイプのパッキングを比較するのに当業界では
周知の方法であり、理論的プレートによって得られる組
成変化に等しい組成変化が得られる高さを意味する。両
方の量は次に規定される関数Ｋとして表現される。
【００２３】k v = U [(ρv / ρ1 −ρv )]0.5 ここで、U はコラム内の蒸気相の表面速度、ρv は蒸気
総の密度、ρl は液相の密度を表す。図５〜１０から次
のことが判る。ＡＰ５００は、図の左端の高いK v で示
された高い荷重即ち典型的な作動条件におけるＨＥＴＰ
の１０〜１５％の減少から判るように、質量移転の１０
〜１５％の改善が見られる。典型的には、ＨＥＴＰは図
の右端の低いK v で示された低い荷重即ち折り返し状態
においてもはるかに低くなる。ＡＰ５００がSulzer 500
Y に対して両タイプのパッキングの間の圧力低下は、洪
水点（flood point)の非常に近くを除いて同じである。
【００２４】図１〜３に示された実施例の変形が図１１
に示されている。表面テクスチャの二つのタイプの溝
５，６は、図２に示すようには正確には水平及び垂直で
はない。その代わり、このほぼ水平及び垂直方向の溝
５，６は、図１１に示すように水平及び垂直方向に対し
てそれぞれβとγの角度をなしている。包括角度(inclu
ded angle)αは増加・減少してもよく、又は９０度に維
持されていてもよい。図１〜３に示された第１実施例
は、図１１の一般的な実施例においてβとγと共に９０
度にした特別な場合と考えることができる。
【００２５】波型２、孔９及び溝５，６によって形成さ
れる双方向表面テクスチャの寸法、位置、サイズは、パ
ッキングエレメント１上に不規則な組み合わせパターン
が展開され、三つの特徴部分の繰返パターンが規則的に
現れないように選ばれることが望ましい。以下、エレメ
ント１の可能な寸法範囲とその要素的特徴について検討
する。
【００２６】エレメント１の表面積密度は２５０〜１５
００m2/m3 が好ましく、５００〜１０００m2/m3 が最も
好ましい。これによって図３に示すＰ，Ｈ，ｒの種々の
異なる組み合わせを実現することが可能となる。ここで
Ｐは波型２の「波長」即ち隣接する山の頂上から頂上ま
での距離であり、Ｈは山３の頂上から頂上までの高さで
あり、ｒは山３の曲率半径である。
【００２７】波型２はほぼ正弦波パターンに沿って延在
している。波型は湾曲した山３と、山３同士の間の直線
部分とで構成されている。波型の曲率半径に対する波型
波長の比率（図３のＰ／ｒ）は、５〜３０の範囲にあ
り、好ましくは１０〜２５の範囲にある。シートの厚さ
（図３のｔ）は、０．０５〜１．０mmの範囲にあること
が好ましく、最も好ましくは０．１０〜０．２５mmの範
囲である。
【００２８】エレメント１の開放面積は好ましくはエレ
メント１の全面積の５〜２０％の範囲にあり、最も好ま
しくは８〜１２％の範囲である。パッキングの孔９は１
〜５mmの範囲の直径を有する円であり、好ましい範囲は
２〜４mmである。別の例として、このパッキングの孔は
円形でなく、面積の４倍を周囲の長さで割って求めたそ
の等価直径が円形の場合の上述の範囲に入っているもの
でもよい。
【００２９】水平及び垂直方向の溝５，６で形成された
双方向構造体の帯域の幅（図４にＢ h とＢv で示されて
いる）は、それぞれ、２〜２０mmの範囲内にあり、好ま
しくは５〜１０mmの範囲にある。帯域の幅は均等ではな
く、即ち、Ｂh ≒Ｂv である。水平及び垂直溝５，６の
帯域を構成している表面テクチチャの細溝７，８の波長
（図１２のｐ）は、０．５〜５mmの範囲、好ましくは１
〜３mmの範囲にある。水平及び垂直溝５，６のピッチ即
ち波長は互いに異なっていてもよい。
【００３０】表面テクスチャの頂上から頂上までの高さ
（図１２のｈ）は、０．２５〜１．２０mmの範囲、好ま
しくは０．２５〜０．５０mmの範囲にある。頂上から頂
上までの高さは水平方向の溝５と垂直方向の溝６とで異
なっていてもよい。水平方向となす波型の角度（図２の
θ）は、２０〜７０度の範囲、好ましくは３０〜６０度
の範囲にあり、最も好ましくは４５度である。
【００３１】処理済のエレメント１の表面テクスチャの
包括角度α（図２に示されている）は好ましくは３０〜
１５０度の範囲、更に好ましくは８０〜１００度の範
囲、最も好ましくは９０度である。「水平方向」の表面
テクスチャ角度β（図１１に示されている）は−４５〜
＋４５度の範囲、好ましくは−３０〜＋３０度の範囲、
更に好ましくは−１０〜＋１０度の範囲、最も好ましく
は０度である。
【００３２】「垂直方向」の表面テクスチャ角度γ（図
１１に示されている）は−４５〜＋４５度の範囲、好ま
しくは−３０〜＋３０度の範囲、更に好ましくは−１０
〜＋１０度の範囲、最も好ましくは０度である。波型、
孔及び表面テクスチャの三つの特徴部分は、パターンの
繰り返しが生じないように配置される。順次の波型は異
なって見え、組み合わせは不規則になる。これが好まし
い。別の例では波型、孔及び表面テクスチャの三つの特
徴部分が繰り返しパターンとなるように配置されてい
る。順次の波型は同じように見え、一つ又はそれ以上の
波型の後に同じパターンが繰り返される。
【００３３】パッキングエレメント１の材料は、ステン
レス、モネル、真鍮、アルミ、銅、又はそれらの合金、
又はプラスチック、又はその他の適宜な材料である。波
型２と表面テクスチャ即ち溝５，６，７，８は、一般的
に、ロール加工やプレス加工等の工程によって製造さ
れ、各特徴部分を有する波形の正確な性質が決められ
る。これらの波形は普通は正弦波であるが、正確な正弦
波でなくてもよい。
【００３４】これとは別に、表面テクスチャは、ミーリ
ング、切削、研削等の周知の製造技術で作ることもでき
る。本発明の特殊構造パッキングエレメント１は、蒸留
や直接接触型冷却等の質量及び／又は熱の移転に利用可
能である。垂直方向に積層された前記エレメントのセグ
メントが、液体を上から均一に供給し、蒸気やガスを下
から均一に供給する手段と共に、処理塔のコラムの一部
に充填される。この液体と蒸気又はガスは、重力の影響
を受けて、互いにほぼ反対方向に流れる。多くの場合、
軸を垂直方向に向けたコラムを使用することが好ましい
が、本発明のパッキングエレメント１はコラムの軸が垂
直でなく、水平方向又はその他の中間的方向を向いてい
る場合にも使用可能である。しかし、充填層同士、液体
流と蒸気流及び分配器同士の間の関係は、前述のように
維持されていなければならない。
【００３５】詳しくは、本発明のパッキングエレメント
１は、パッキングを濡らし液体を拡散させ再混合する厳
しい能力が必要なガス−液体又は蒸気−液体接触装置に
使用するのに適している。更に詳しくは、本発明のパッ
キングエレメント１は、低温蒸留を採用している分離工
程に使用するのに適している。低温蒸留の例としては、
コラム等の接触装置を１台以上使用して空気の成分を分
離するものが挙げられる。このパッキングエレメント１
は、これらの接触装置の１ヵ所以上で使用可能である。
【００３６】本発明のパッキングエレメント１は、直接
接触型冷却に適している。この工程の一例は、高温空気
を冷却水で冷やす冷却塔であり、相間で直接接触によっ
て熱と質量の移転が行われる。このエレメント１は貫通
孔９を具えていないが、熱交換器にも使用可能であり、
高温相と低温相の相互接触なしに、両相の間で熱交換が
行われる。
【００３７】特別な理論に拘束されるものではないが、
本発明の利点は次の通りであると考えられる。一般に、
本発明のエレメント１を組み込んだコラムを通過するガ
スの流れは、従来技術に比べて基本的に変化しない。し
かし、液流特性は、非常に異なるものと考えられる。細
溝８によって提供された垂直方向の溝６は液体を孔９を
通じて流通させ、該液体はエレメント１を組み込んだコ
ラムを流下しながら該エレメント１をあちらこちらと通
過する。液体は、重力と毛管現象の組み合わせによって
貫通孔を通過するものと考えられる。これによってコラ
ム内の液相と気相の間の熱及び質量の移転が促進され
る。更に、隣り合うエレメント１の山３の間の接触点に
おいて、垂直方向の細溝８が複数の通路を提供し、隣接
するエレメント１同士の間の液体の移転を更に容易にす
る。水平方向の細溝７によって提供される水平溝３はコ
ラムを流下する液体の横への拡がりを可能にし、液流の
滞留量を増加させて熱及び質量の移転を促進し、且つ液
体がコラムを急速に流下しないようにしている。こうし
て、本発明のエレメント１は、液体を広い領域に拡げる
と共に、繰り返し再混合するので、質量及び熱の移転が
大幅に改善される。
【００３８】図１３には、未処理状態即ち波型２が形成
される以前の状態のエレメント１が示されている。線Ｍ
Ｍ−ＭＭは山３又は谷４を示し、これに沿って処理済の
エレメント１に代表的な波型が延在する。線Ｃ’Ａは代
表的な「垂直方向」の溝８を表し、線Ｃ’Ｂは代表的な
「水平方向」の溝７を表している。従って、未処理エレ
メント上には三角形Ｃ’ＡＢを見出すことができる。未
処理シートにおける角度α’，β’，γ’は、上述の処
理シートの角度α，β，γに対応する角度であり、即ち
α，β，γは紙面の平面へのα’，β’，γ’の投影で
ある。
【００３９】エレメント１が折り畳まれて波型２が形成
されるときに、点Ａ，Ｐ，Ｂはそのままの位置に残り、
点Ｃ’はＰの方に移動する紙面上の投影Ｃ’と共に角度
ωだけ移動する。従って、波型２を三角形とみなしうる
（一波長当たり二つの三角形を有する）単純な場合には
次のことが成り立つ。平らな未処理エレメントにおいて
は、 ａ＝ｃ／ｔａｎ（９０°−θ＋γ’） ｂ＝ｃ／ｔａｎ（θ＋β’） 処理済エレメントにおいては、 ａ＝ｃｃｏｓω／ｔａｎ（９０°−θ＋γ） ｂ＝ｃｃｏｓω／ｔａｎ（θ＋β） 従って、 ｔａｎ（９０°−θ＋γ’）＝ｔａｎ（９０°−θ＋
γ）／ｃｏｓω となって、γとγ’の関係が与えられ、 ｔａｎ（θ＋β’）＝ｔａｎ（θ＋β）／ｃｏｓω となって、βとβ’の関係が与えられる。更に、 α’＝１８０°−（９０°−θ）−θ−β’−γ’ α’＝９０°−β’−γ’ α＝９０°−β−γ である。
【００４０】本発明のエレメントは二つの液体間の質量
及び／又は熱交換方法にも使用可能であり、該方法は、
少なくとも一つの特殊構造エレメントによって液─液接
触が行われる少なくとも一つの交換コラム内で両液体を
接触させるステップを含み、該エレメントはこれを横切
って延在する交互の山と谷を形成する波型を有し、該波
型は長手方向の軸を有し、前記エレメントは、前記波型
の長手方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす
第１の溝の少なくとも一つの帯域と、前記波型の長手方
向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす第２の溝
の少なくとも一つの帯域とを有し、前記第１溝は前記第
２溝に対して０より大きい角度をなし、前記液体の一方
が優先的に前記パッキングエレメントを濡らす。前記両
液体は交換コラム内を同方向又は逆方向に流れてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、パッキングエレメントの第１実施例の
斜視図である。
【図２】図２は第１実施例のパッキンにおいて、(a) は
平面図、(b) は側面図、(c) は端面図である。
【図３】図３は図１の実施例の断面図である。
【図４】図４は、波型を付与される以前の、平面的なシ
ート状の図１の実施例の正面図である。
【図５】図５は、従来のパッキングエレメントと比べた
本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフであ
る。
【図６】図６は、従来のパッキングエレメントと比べた
本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフであ
る。
【図７】図７は、従来のパッキングエレメントと比べた
本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフであ
る。
【図８】図８は、従来のパッキングエレメントと比べた
本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフであ
る。
【図９】図９は、従来のパッキングエレメントと比べた
本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフであ
る。
【図１０】図１０は、従来のパッキングエレメントと比
べた本発明のパッキングエレメントの性能を示すグラフ
である。
【図１１】図１１の(a) 〜(d) は、図１の実施例の各変
形の正面図である。
【図１２】図１２は、エレメントの溝を通る断面図であ
る。
【図１３】図１３は、波型と溝との角度関係を説明する
ための図である。
【符号の説明】
１…エレメント ２…波型 ３…山 ４…谷 ５…水平方向の溝 ６…垂直方向の溝 ７，８…細溝、波型又は筋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ロバート ピラレラ アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18062，マカンギー，ビレッジ ウォー ク ドライブ 238 (72)発明者 フランク ジュード リスカ アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18071，パルマートン，フォレスト イ ン ロード 3320 (56)参考文献 特開 平２−9443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−88581（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01J 19/32 B01J 19/00

Claims (44)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特殊構造パッキングエレメントであっ
    て、該エレメントはこれを横切って延在する交互の山と
    谷とを形成する波型を有し、該波型は長手方向の軸を有
    し、前記エレメントは、前記波型の長手方向軸に対して
    ０〜１８０度の範囲の角度をなす第１の溝の少なくとも
    一つの帯域と、前記波型の長手方向軸に対して０〜１８
    ０度の範囲の角度をなす第２の溝の少なくとも一つの帯
    域とを有し、前記第１溝は前記第２溝に対して０より大
    きい角度をなしている特殊構造パッキングエレメント。
  2. 【請求項２】 更に前記エレメントを貫通する複数の孔
    を具えている請求項１に記載のエレメント。
  3. 【請求項３】 第１溝の複数の帯域と第２溝の複数の帯
    域を具えている請求項１に記載のエレメント。
  4. 【請求項４】 前記第１溝が実質的に連続して前記エレ
    メントを横断し、前記第２溝と交叉している請求項３に
    記載のエレメント。
  5. 【請求項５】 エレメントの開放領域がエレメントの全
    領域の５〜２０％の範囲にある請求項２に記載のエレメ
    ント。
  6. 【請求項６】 エレメントの開放領域がエレメントの全
    領域の８〜１２％の範囲にある請求項２に記載のエレメ
    ント。
  7. 【請求項７】 前記第１溝の帯域が２〜２０mmの範囲の
    幅を有する請求項１に記載のエレメント。
  8. 【請求項８】 前記第１溝の帯域が５〜１０mmの範囲の
    幅を有する請求項１に記載のエレメント。
  9. 【請求項９】 前記第２溝の帯域が２〜２０mmの範囲の
    幅を有する請求項１に記載のエレメント。
  10. 【請求項１０】 前記第２溝の帯域が５〜１０mmの範囲
    の幅を有する請求項１に記載のエレメント。
  11. 【請求項１１】 前記第１溝が、０．５〜５mmの範囲の
    波長を有する細溝によって形成されている請求項１に記
    載のエレメント。
  12. 【請求項１２】 前記第１溝が、１〜３mmの範囲の波長
    を有する細溝によって形成されている請求項１に記載の
    エレメント。
  13. 【請求項１３】 前記第２溝が、０．５〜５mmの範囲の
    波長を有する細溝によって形成されている請求項１に記
    載のエレメント。
  14. 【請求項１４】 前記第２溝が、１〜３mmの範囲の波長
    を有する細溝によって形成されている請求項１に記載の
    エレメント。
  15. 【請求項１５】 正面図で見た場合に処理済エレメント
    の第１溝と第２溝との間の角度（α）が３０〜１５０度
    の範囲にある請求項１に記載のエレメント。
  16. 【請求項１６】 正面図で見た場合に処理済エレメント
    の第１溝と第２溝との間の角度（α）が８０〜１００度
    の範囲にある請求項１に記載のエレメント。
  17. 【請求項１７】 正面図で見た場合に処理済エレメント
    の第１溝と第２溝との間の角度（α）が実質的に９０度
    である請求項１に記載のエレメント。
  18. 【請求項１８】 第１相と第２相との間で熱及び／又は
    質量を交換するための交換コラムであって、該交換コラ
    ムは複数のパッキングエレメントからなり、各エレメン
    トは該エレメントを横切る交互の山と谷を形成する波型
    を有し、該波型は長手方向の軸を有し、前記各エレメン
    トは波型の長手方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角
    度をなす第１溝の少なくとも一つの帯域と、波型の長手
    方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす第２溝
    の少なくとも一つの帯域とを有し、前記第１溝は前記第
    ２溝に対して０より大きい角度をなしている交換コラ
    ム。
  19. 【請求項１９】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第１溝が水平方向に対して０〜４５度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  20. 【請求項２０】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第１溝が水平方向に対して０〜３０度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  21. 【請求項２１】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第１溝が水平方向に対して０〜１０度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  22. 【請求項２２】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第１溝が実質的に水平である請求項１８
    に記載のコラム。
  23. 【請求項２３】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第２溝が垂直方向に対して０〜４５度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  24. 【請求項２４】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第２溝が垂直方向に対して０〜３０度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  25. 【請求項２５】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第２溝が垂直方向に対して０〜１０度の
    角度をなしている請求項１８に記載のコラム。
  26. 【請求項２６】 前記エレメントが実質的に垂直方向に
    充填され、前記第２溝が実質的に垂直である請求項１８
    に記載のコラム。
  27. 【請求項２７】 パッキングエレメントが実質的に垂直
    方向に充填され、波型の長手方向軸が水平方向に対して
    実質的に２０〜７０度の範囲の角度をなしている請求項
    １８に記載のコラム。
  28. 【請求項２８】 パッキングエレメントが実質的に垂直
    方向に充填され、波型の長手方向軸が水平方向に対して
    実質的に３０〜６０度の範囲の角度をなしている請求項
    １８に記載のコラム。
  29. 【請求項２９】 パッキングエレメントが実質的に垂直
    方向に充填され、波型の長手方向軸が水平方向に対して
    実質的に４５度の角度をなしている請求項１８に記載の
    コラム。
  30. 【請求項３０】 正面図で見た場合に各処理済エレメン
    トの第１溝と第２溝との間の角度（α）が実質的に３０
    〜１５０度の範囲にある請求項１８に記載のコラム。
  31. 【請求項３１】 正面図で見た場合に各処理済エレメン
    トの第１溝と第２溝との間の角度（α）が実質的に８０
    〜１００度の範囲にある請求項１８に記載のコラム。
  32. 【請求項３２】 正面図で見た場合に各処理済エレメン
    トの第１溝と第２溝との間の角度（α）が実質的に９０
    度である請求項１８に記載のコラム。
  33. 【請求項３３】 各エレメントが第１溝の複数の帯域と
    第２溝の複数の帯域とを具えている請求項１８に記載の
    コラム。
  34. 【請求項３４】 前記第１溝が実質的に連続して前記エ
    レメントを横断し、前記第２溝と交叉している請求項３
    ３に記載のコラム。
  35. 【請求項３５】 各エレメントがこれを貫通する複数の
    孔を有する請求項３３に記載のコラム。
  36. 【請求項３６】 特殊構造パッキングエレメントであっ
    て、該エレメントはこれを横切って延在する交互の山と
    谷とを形成する波型を有し、該波型は長手方向の軸を有
    し、前記エレメントは、前記波型の長手方向軸に対して
    ０〜１８０度の範囲の角度をなす第１の溝の複数の帯域
    と、前記波型の長手方向軸に対して０〜１８０度の範囲
    の角度をなす第２の溝の複数の帯域とを有し、前記第１
    溝は前記第２溝に対して０より大きい角度をなし、前記
    第１溝は実質的に連続してエレメントを横切って前記第
    ２溝と交叉し、該エレメントを貫通して複数の孔を具え
    ている特殊構造パッキングエレメント。
  37. 【請求項３７】 少なくとも一つの特殊構造パッキング
    エレメントによって液体と蒸気との接触が行われる少な
    くとも一つの質量移転ゾーンを含む少なくとも一つの蒸
    留コラム内で、蒸気と液体とを対抗流的に接触させる低
    温空気分離方法であって、前記エレメントはこれを横切
    って延在する交互の山と谷を形成する波型を有し、該波
    型は長手方向軸を有し、前記エレメントは波型の該長手
    方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度をなす第１溝
    の複数の帯域と、波型の該長手方向軸に対して０〜１８
    ０度の範囲の角度をなす第２溝の複数の帯域とを有し、
    前記第１溝は、前記第２溝に対して０より大きい角度を
    なしている低温空気分離方法。
  38. 【請求項３８】 前記第１溝の複数の帯域と前記第２溝
    の複数の帯域とを具えた請求項３７に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記第１溝が実質的に連続してエレメ
    ントを横切って前記第２溝と交叉している請求項３８に
    記載の方法。
  40. 【請求項４０】 更に、前記エレメントを貫通する複数
    の孔を具えている請求項３７に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 二つの液体間の質量及び／又は熱交換
    方法であって、少なくとも一つの特殊構造エレメントに
    よって液─液接触が行われる少なくとも一つの交換コラ
    ム内で両液体を接触させるステップを含み、該エレメン
    トはこれを横切って延在する交互の山と谷を形成する波
    型を有し、該波型は長手方向の軸を有し、前記エレメン
    トは、前記波型の長手方向軸に対して０〜１８０度の範
    囲の角度をなす第１の溝の少なくとも一つの帯域と、前
    記波型の長手方向軸に対して０〜１８０度の範囲の角度
    をなす第２の溝の少なくとも一つの帯域とを有し、前記
    第１溝は前記第２溝に対して０より大きい角度をなし、
    前記液体の一方が優先的に前記パッキングエレメントを
    濡らす方法。
  42. 【請求項４２】 更に、前記エレメントを貫通する複数
    の孔を具えている請求項４１に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記液体が交換コラム内を同方向に流
    れる請求項４２に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記液体が交換コラム内を逆方向に流
    れる請求項４２に記載の方法。
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