JP3742138B2 - 球面化双曲放物面の流体接触板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は球面化双曲放物線面の流体接触板に関するもので、下記のごとき各種用途に使用できるものである。
【０００２】
（１）接触触媒反応装置用として、
燃料電池用電解質板、セパレーター、電極板、排ガス浄化用触媒装置、改質器。
【０００３】
（２）熱交換器用として、
プレート式熱交換器、排ガス熱交換器等。
【０００４】
（３）水処理用として、
接触曝気用、散水ろ床用、自然流下型接触酸化用等。
【０００５】
（４）ガス吸収用として、
ガス吸収塔、排ガス洗浄塔、空気浄化装置等。
【０００６】
（５）その他の用途として、
フィルター、油水分離、混練り、補強板等。
【０００７】
【従来の技術】
従来、例えば実公昭５９−９６８１号、同９６８２号、実公昭６１−８８１号、実公昭６２−５２０１号のごとき気液接触用充填板等が提案されているが、これらは何れも板状体を屈曲成形して、平面部分を多く含んだ面内に直線部分が多い板材の上下に連続して、截頭錐形の凸部と凹部とを交互に形成したものを基本形としており、該凸部及び凹部の形状は正方截頭角錐の外、長方截頭角錐形、截頭円錐形、截頭楕円錐形等諸種の形状が可能であるが、何れも面内に直線部分が多い板状基板を適宜間隔で接合したもので、強度上及び気液等との接触効率において改善の余地が多い。
【０００８】
本発明は流体接触板としての双曲放物線面の有効性につき多年研究の結果、双曲放物線面の形成方法と該双曲放物線面の組み合わせにより形成された流体接触板につき解明して、特願昭６２−３２３８１４号「流体接触板」及び特願平２−２９０２４７号「交差流に適した流体接触板」の出願を行った。
【０００９】
本発明は前記発明を更に発展させて、球面化双曲放物線面とし極端に面内に直線部分が少なくなり強度を向上した為、大面積化を可能とし接触させる流体をなだらかな曲線にして接触効率を向上させたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記各種公知の気液接触用充填板はいずれも截頭角錐形の外各種截頭錐体を使用しているが、これらの流体接触板は平面部分を多く含む基板であり、面内に直線部分が多く強度上の問題もあり、流体の進行方向に対し流体の断面積に部分、部分に変化（増減）があり、接触面と流体物の接触に無効な面が多く接触効率をもっと向上させる余地がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の球面化双曲放物線面の流体接触板は上記課題を解決するための手段として下記の構成を備えている。
【００１２】
（１）球面化双曲放物線面の組合わせにより山形の凸部と谷形の凹部を球面化されたものを交互に形成した板材を設け、該板材においては前記凸部と凹部とを交互に縦方向一列に配置したものを横方向に複数列配列したこと。
【００１３】
（２）該板材においては前記凸部同志および前記凹部同志が横方向に相並んで配置されるようにしたこと。
【００１４】
（３）該板材においては前記凸部と凹部とが交互に相並んで横方向に配置されるようにしたこと。
【００１５】
（４）球面化双曲放物線面の組合わせにより上下対称の球面化された山形の凸部と谷形の凹部とを交互に形成した板材を複数枚設け、該板材を交互に反転して順次上下に配置して上段における前記凹部が次段における前記凸部と各接続するようにしたこと。
【００１６】
（５）球面化双曲放物線面の組合わせにより球面化された山形の凸部と谷形の凹部とを交互に形成した板材を複数枚設け、該板材をそれぞれ上下に適宜間隔を置いて配置したこと。
【００１７】
（６）該球面化双曲放物線面の流体接触板において、前項に記載の流体接触板の配置の場合に、流体の流れを面内の放物線の位置と平行に流れるようにしたこと。
【００１８】
【実施例】
本発明は従来公知の截頭錐体の形状に代えて球面化双曲放物線面の組合わせにより形成される形状を採用したことに特徴を有する。該球面化双曲放物線面は以下に述べるような手法で作られる。
【００１９】
図１は本発明の球面化双曲放物線面作成の基礎となる双曲放物線面の基本形Ｌと基本形Ｒの説明用斜視図で、断面正方形の直方体１，２，３，４，５，６，７，８の頂面１，２，３，４を直線１，３で二等分しながら中心軸９より１０に向かって導線１−６および３−８に添って直線１−３から６−８に到るまで旋回角度約９０°比例左旋回して生じた双曲放物線面１−３−８−６の基本形（Ｌ）が出来、また上記の対称の右旋回した双曲放物線面１３−１５−１８−１６よりなる基本形（Ｒ）ができる。
【００２０】
本発明はさらに上記の双曲放物線面基本形（Ｌ）と（Ｒ）を図２に示すように各双曲放物線面の截頭部に当る部分と截底部に当る部分を球面化し、この球面化された双曲放物線面（Ｌ）と（Ｒ）を組合わせて生じる各種形状の面の形を流体の接触板として使用し、金属、プラスチック、セラミック等用途に応じて材料及び製作方法を選択して製作するものである。
【００２１】
図３は各種形状の直方体による基本形（Ｌ），（Ｒ）の説明図で、（Ａ）は断面正方形のものを４５°の斜直線から約９０°旋回角度で二等分したもの。（Ｂ）は断面正方形のものを９０°旋回して二等分したもの。（Ｃ）は（Ｂ）と同じ方法で１８０°旋回したもの、（Ｄ）は断面正方形のものを９０°より小さい旋回角度で二等分したものである。
【００２２】
図４は図３の（Ａ）に示す基本形（Ｌ）と（Ｒ）とを隣り合わせに並べて配置してできた双曲放物線面の連続面で、３１，３２，３３，３４を線で結んだ形が双曲放物線面の１単位面で、３５，３６は２本の放物線の位置を表わしている。図５は図２に示した球面化双曲放物線面の（Ｌ）と（Ｒ）を隣り合わせに並べて配置した球面化双曲放物線面の連続面で頂部Ｓおよび底部Ｓ′ができる。
【００２３】
本発明は上記のようにして形成された球面化双曲放物線面の組み合わせからなる図５のごとき板材を流体接触板として利用するものであって、その形状は、図６、図７に示したような、少なくとも一枚以上を一定の間隔で積み重ねる（図７）か、図５に示す頂部Ｓを接面として上下反対方向（反転）にして積み重ね（図６）て多重構造の流体接触装置とすることができる。
【００２４】
［球面化双曲放物線面についての説明］図８は図４の双曲放物線面の連続面の斜視図の平面図で、白抜丸の印部分は山形の凸部の頂部Ｔであり、黒丸印の部分は谷形の凹部の底部Ｔ’である。点線（４７）は放物線のある位置を表わしている。第８図のＥ，Ｅ’・Ｆ，Ｆ’・Ｇ，Ｇ’の該接触板の断面図を重ね合わせてみると、図９に示すようにＥ，Ｅ’は直線となり、Ｆ，Ｆ’はゆるやかな波形となり、Ｆ，Ｆ’は山形の頂部と谷形の底部を結ぶ最も振幅の大きい波形となる。従って該接触板を一定の間隔で図７のように重ねた場合、流体の流線は図９のＥ，Ｅ’・Ｆ，Ｆ’・Ｇ，Ｇ’の断面図の線のように面上の場所によって流線の差違があり接触効果にも差違が生じ、接触効率の低下する場所も生じる。故に、全面的に接触効果を向上させるために、この流線の差違を少なくする方法として、流体の流れる方向を放物線に平行に（図８４９の矢印）すると、図８のＨ，Ｈ’・Ｉ，Ｉ’・Ｊ，Ｊ’の断面図を重ね合わせると、図１０のように図９のような直線部分が無くなり、Ｉ，Ｉ’のようなゆるやかな曲線波形とＨ，Ｈ’及びＪ，Ｊ’も曲線の波形となり、波形の振幅の誤差は図９の場合よりも少なくなる。
【００２５】
この図１０の波形の誤差を更に小さくするために図１０のＩ，Ｉ’の曲線に近づけるように、図２に示した球面化双曲放物線面にし、図２の（Ｌ）と（Ｒ）を隣り合わせに並べて配置し、図５のように球面化双曲放物線面の連続面とした。図１２は図５の平面図であって、白抜丸印の部分は山形の凸部の頂部Ｓであり、黒丸印の部分は球面化された谷形の凹部の谷部Ｓ’である。点線５０は放物線のある位置を表わす。図１２の該接触板のＫ，Ｋ’・Ｌ，Ｌ’・Ｍ，Ｍ’の断面図を重ね合わせると、図１１に示すように、Ｌ，Ｌ’のおだやかな曲線に、Ｋ，Ｋ’・Ｍ，Ｍ’の断面図も波形、振幅ともに同じような曲線となる。従って該球面化双曲放物線面の流体接触板を図７のように一定の間隔で重ねた場合その間隙を流れる流体は図１１に示したＫ，Ｋ’・Ｌ，Ｌ’・Ｍ，Ｍ’の断面曲線と同じような曲線波形となり接触板の面上を流れる流線はどの部分も全面的におだやかな曲線となり、接触効果の向上とともに熱変形や強度の強い接触板となる。
【００２６】
図１２の球面化双曲放物線面の流体接触板で×印の位置には面内に直線部分が多くなるので、×印の位置に部分的に厚みを厚くしたり、凸面や凹面で補強することにより面全体の強度を更に向上することができる。
【００２７】
なお前記（図１）の基本形については下記のごとき変形があり得る。
【００２８】
（１）線１，３・６，８・１３，１５・１６，１８は曲線、折線もある。
【００２９】
（２）点１は点４へ、点３は点２へ、点８は点５へ、点６は点７へ向って動くこともある。
【００３０】
（３）点線で表わす柱状のりょう線の長さはそれぞれ変動する。
【００３１】
（４）線１，３から線６，８及び線１３，１５から線１６，１８への旋回角度は０°から１８０°まである。
【００３２】
（５）線１，４は線２，３より短かく又線５，８も線６，７より短かくなることもある。
【００３３】
（６）中心点６，１０，２０，２１の移動もあり得る。
【００３４】
（７）面１，２，３，４及び面５，６，７，８は面２，３，７，６に対して、垂直に限らず内側へ少し斜角になることもある。面１２，１３，１４，１５及び面１６，１７，１８，１９も面１３，１４，１８，１７に対して同じである。
【００３５】
実施例については図５、図６、図７を参照して第１例を説明する。図５は球面化双曲放物線面の連続面で、山形の頂部Ｓと谷形の底部Ｓ’を縦方向に交互に配置され、また横方向にも、頂部Ｓと底部Ｓ’を交互に配置されている。
【００３６】
また前記球面化双曲放物線面４２の上に該流体接触板と同じ形状のものを上下反転して頂部Ｓ同志を接面として順次重ねると、多重構造の流体接触ブロックが形成され、上下２枚を接面Ｓで接続された空間は球体構造に近い構造となり、高圧に耐える熱交換器や反応装置等に用途を広げることができる。第６図は３枚を使用した上記実施第１例の多重構造の部分図で（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【００３７】
図７は本発明の実施例第２例を示す部分図で、３枚の同形の板を反転することなく、そのまま上下に適宜間隔を置いて配置した多重構造で流体をなだらかな曲面で接触面上のどの部分でも流線を平均化し、熱変形や強度の強いものとなる。
【００３８】
【発明の効果】
（１）外力が主として面内力で伝達される為、面の強度が強く、熱変形等もしにくいので大面積化も可能となる。
【００３９】
（２）流体の旋回運動、乱流、混合効果による接触板への接触効果が良く、流体の滞留時間も長い。
【００４０】
（３）なだらかな曲線はスケール等の付着もしにくく、長期使用の利点もあり、成型し易い形状なので製作の面でも経済性は高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の双曲放物線面形成の基本形の１例を示す斜視図である。
【図２】 球面化双曲放物線面の斜視図である。
【図３】 Ａ〜Ｄは各種基本形の斜視図である。
【図４】 双曲放物線面の連続面の斜視図である。
【図５】 球面化双曲放物線面の連続面の実施例のスケッチ図である。
【図６】 Ａ，Ｂ，Ｃは実施例の１例を示すスケッチ図である。
【図７】 実施第２例を示すスケッチ図である。
【図８】 図４の双曲放物線面の平面図である。
【図９】 双曲放物線面の部分的断面図の比較図である。
【図１０】 双曲放物線面の連続面で放物線に平行な部分断面図の比較図である。
【図１１】 図１２に示す球面化双曲放物線面の放物線に平行な部分断面図の比較図である。
【図１２】 球面化双曲放物線面の連続面の平面図である。
【符号の説明】
Ｔ 球面化された山形の凸部の頂部（図８）
Ｔ’ 球面化された谷形の凹部の底部（図８）
Ｓ 球面化された山形の凸部の頂部（図１２）
Ｓ’ 球面化された谷形の凹部の底部（図１２）
Ｅ−Ｅ’ 図８の矢印４８方向断面図（図９）
Ｆ−Ｆ’ 図８の矢印４８方向断面図（図９）
Ｇ−Ｇ’ 図８の矢印４８方向断面図（図９）
Ｈ−Ｈ’ 図８の矢印４９方向断面図（図１０）
Ｉ−Ｉ’ 図８の矢印４９方向断面図（図１０）
Ｊ−Ｊ’ 図８の矢印４９方向断面図（図１０）
Ｋ−Ｋ’ 図１２の矢印５１方向断面図（図１１）
Ｌ−Ｌ’ 図１２の矢印５１方向断面図（図１１）
Ｍ−Ｍ’ 図１２の矢印５１方向断面図（図１１）

Claims (6)

1. 球面化双曲放物線面の組合わせにより山形の凸部と谷形の凹部を球面化したものを交互に形成した板材を設け、該板材においては前記凸部と凹部とを交互に縦方向一列に配置したものを横方向に複数列配列したことを特徴とする球面化双曲放物線面の流体接触板。
2. 該板材においては前記凸部同志および前記凹部同志が横方向に相並んで配置されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の球面化双曲放物線面の流体接触板。
3. 該板材においては前記凸部と凹部とが交互に相並んで横方向に配置されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の球面化双曲放物線面の流体接触板。
4. 請求項１記載の流体接触板を複数枚設け、該流体接触板を交互に反転して順次上下に配置して上段における前記凹部が次段における前記凸部と各接続するようにしたことを特徴とする流体接触板装置。
5. 請求項１記載の流体接触板を複数枚設け、該流体接触板をそれぞれ上下に適宜間隔を置いて配置したことを特徴とする流体接触板装置。
6. 請求項５において、流体の流れを面内の放物線の位置と平行に流れるようにしたことを特徴とする流体接触板装置。

Images