JP5410956B2 - マトリクス構造 - Google Patents

Description

本発明は、マトリクス構造に関し、詳しくは、これに限定しないが、伝熱及び又は清浄化アセンブリ用のマトリクス構造に関する。伝熱及び又は清浄化アセンブリに関わる本発明の各実施例には、マトリクス構造が組み込まれる。

海洋及び化学の技術産業界ではしばしば高温ガスを冷却し、また時には浄化する必要があり、そのために使用する装置としては、水を噴霧するだけか又は、充填カラムを使用するものが知られている。ガスは、水のような液体と密着されることで冷却され及び又は浄化され得、こうした操作はクエンチングあるいはスクラビングとしても知られている。しかしながら、既知の装置は、占有空間が大き過ぎたり、温度変化が少ない場合がある。

従来装置の上述した欠点を解消するマトリクス構造を提供することである。

本発明の一様相によれば、マトリクス構造であって、第１流体の流れを貫通させる複数の孔を画定するシートを含み、該シート上に第２流体を流動させて第１流体及び第２流体を相互に交差させることで伝熱及び又は浄化を行わせるようにしたマトリクス構造が提供される。
マトリクス構造は複数のシートを含み得、使用時に第２流体を流動させ得る少なくとも１つのチャンネルが各シート間に沿って画定され得る。

各シートはメッシュを含み得、各メッシュはワイヤのような複数の細長部材を含み得る。細長部材は隣り合う細長部材と不連続的に係合して前記孔を画定する。各細長部材は全体に正弦曲線形態を有し得る。各メッシュは、エキスパンデッドメッシュを含み得、また、隆起させた（ｒａｉｓｅｄ）エキスパンデッドメッシュを含み得る。メッシュは金属製であり得、ステンレス鋼のような耐腐蝕性金属製でもあり得る。
メッシュ内の各孔はダイヤモンド型のものであり得る。

各細長部材は、使用時に第２流体と接触する流体接触面を含み得る。ある細長部材の流体接触面は、隣り合う細長部材の流体接触面と実質的に連続する表面を形成し得る。
各流体接触面は、当該流体接触面を構成部分とするシートに対して第１の角度を成すように配向される。各シートは実質的に平坦であり且つ、第１の角度は流体接触面とシート平面との間の角度であり得る。
第１の角度は５〜８５°の間であり得、最も恐らくは３０〜５０°の間である。

各シートは垂直に対して第２の角度としてのある角度を成すように配向される。第２の角度は０〜４５°の間の角度であり得、５〜１６°の間の角度であり得、恐らくは実質的に１１°である。
各シートは、各チャンネルがダイヤモンド型の輪郭を成すように配置され得る。
各チャンネルは細長いものであり得、全体的に直立され得、垂直に対して実質的に第２の角度で配置され得る。

ある実施例では、各シートは複数のチャンネルを画定し得、各チャンネルは他のチャンネルに対して実質的に平行なものであり得る。
各シートは十字交差又は相互交差することで各チャンネルを提供し得る。
本構成は伝熱及び又は浄化用のものであり得る。本構成は第１流体を浄化するためのものであり得、及び又は第１流体を冷却するためのものであり得る。第２流体は液体であり得、また、水であり得る。

本発明の他の様相によれば、伝熱又は浄化用のアセンブリが提供される。アセンブリは、流体交差部位置で相互に交差する第１流体用の第１流路及び第２流体用の第２流路と、第１流体及び第２流体を相互に接触させて伝熱及び又は浄化を行わせるための、流体交差部位置に配置した流体接触構造部と、を含む。
好ましい実施例では、流体接触構造部は先に説明したようなマトリクス構造を含む。
第１流路は被冷却又は浄化ガス用のものであり得、第２流路は、水のような、被冷却又は浄化液体用のものであり得る。

マトリクス構造は、その第１流路が複数のシートを全体に横断する状態下に伸延するように配置され得る。マトリクス構造の第２流路は、各チャンネルを通して第２流体流れを提供するように伸延され得る。かくして、第２流体は各チャンネルに沿って各シートの流体接触面上を流動し得る。
アセンブリは、第１流体をアセンブリから排出するための流体排出手段を含むことが好ましい。流体排出手段は、第２流体を第１流体から分離させる分離器を含むことが好ましい。第２流体は液滴形態のものであり得る。
流体排出手段は、第１流体に同伴する第２流体を分離できるよう、第１流体の速度を低下させるベーン部材を含むことが好ましい。流体排出手段は、分離チャンバをも含み得、ベーン部材はこの分離チャンバ内の内部導管内に設け得る。内部導管は分離チャンバ内で、この内部導管の開放端位置で終端することが好ましい。この開放端はフレア状とされ得る。

アセンブリは第１流体及び第２流体を案内する流体ガイド手段を含み得る。流体ガイド手段は全体に円筒状で、流体接触構造部の周囲に伸延し得るガイド部材を含むことが好ましい。
円筒状の流体ガイド手段は内側表皮部分と外側表皮部分とを含み得、これらの内側表皮部分及び外側表皮部分間には第２流体流路が伸延され得る。第２流体流路は流体接触構造部の上方に位置付けられることが好ましい。
円筒状の流体ガイド手段は流体接触構造部に第２流体を供給するための供給手段を含み得、供給手段は実質的に平行状態に離間する一対の壁と、ベース部材とを含み得、ベース部材は、第２流体を流体接触構造部に供給する複数の穴を画定し得る。前記複数の穴は長孔であり得る。

アセンブリは、第２流体をアセンブリから取り除けるようにする流体出口を含み得、流体出口はガイド部材の下方に設けることが好ましい。
流体接触構造部を出る第１流体に更に第２流体を噴霧するための噴霧手段を設け得る。噴霧手段から噴霧される第２流体は第１流体を更に冷却及び又は浄化する。

伝熱及び又は浄化用アセンブリで使用するための、従来装置の上述した欠点を解消するマトリクス構造であって、第１流体を貫流させるための複数の孔を画定するシートを含み、シート上に第２流体を流動させて該第２流体を第１流体と交差させることにより伝熱及び又は浄化を行わせるように配置したマトリクス構造が提供される。

図面を参照するに、伝熱アセンブリ（以下、アセンブリとも称する）１０が示され、円筒形状の外側又は主ハウジング１２と、外側ハウジングと同中心の内側又は副ハウジング１４とを含んでいる。
伝熱アセンブリ１０は被冷却及び又はスクラビング用のガス流れのための第１流路１６と、冷却及びスクラビング用の水流れのための第２流路１８とを画定する。

アセンブリ１０には、図２により明瞭に示されるマトリクス構造２０も含まれる。マトリクス構造２０は夫々がダイヤモンド型の輪郭を有する複数のチャンネル２４を画定するように配置したメッシュ材料からなる複数のシート２２を含む。チャンネル２４はマトリクス構造２０を貫く水流れを収受するべく、全体に垂直方向に伸延する。図示されるように、複数列のチャンネル２４がマトリクス構造２０を横断して伸延する。

内側ハウジング１４は、該ハウジングと同中心で且つ上方部分を有する第１表皮部分２６と第２表皮部分２８とを含み、前記上方部分は、第２流路１８の一部を提供する、導管３０の形態のガイド部材を画定する。
マトリクス構造２０の上方には、水分与チャンバ部分３２を構成する供給手段が設けられる。供給手段は、第１表皮部分２６から垂下する第１壁３６によって画定される前面と、第２表皮部分２８から垂下する第２壁３８によって画定される後面とを含む。水分与チャンバ部分３２は第１表皮部分２６の、マトリクス構造２０の周囲に伸延する部分によっても画定される。

伝熱アセンブリは、外側ハウジング１２の下方部分から伸延する流体出口導管４０をも含む。流体出口導管４０は、マトリクス構造２０を横断して流動するガスによって加熱された冷却用水を伝熱アセンブリ１０から排出させる。
伝熱アセンブリ１０は、内側導管４４を含む流体排出構造４２をも含む。流体排出構造は、内側導管の出口に隣り合って導管４４の内部にこの導管４４と同中心に配置したベーン部材４６を含む。流体排出構造４２は、排出されるガス中の水滴をガスから分離させる分離チャンバ４８をも含む。

ベーン部材４６は、流体排出構造４２を通して流動するガス内の水滴を捕捉してガスから分離させるために設けられるものである。図１Ａにはベーン部材の１つが示され、主部分４６Ａと、この主部分４６Ａの縁部４７に沿って伸延するフック部分４６Ｂとを含んでいる。フック部分４６Ｂは流体排出構造４２を貫流するガス中の水滴を捕捉してガスから分離させるために設けられるものである。

流体排出構造４２は、ガスを貫流させて排出するための、分離チャンバ４８の上部位置に設けた排出導管５０をも含む。図１に示すように、内側導管４４の出口は外側がフレア状になっている。
伝熱アセンブリ１０は、水源に取り付けた供給導管５４と、マトリクス構造２０を出るガスに水を噴霧する噴霧ノズル５６とを有する噴霧手段５２をも含んでいる。

噴霧手段５２は第１流路１６に沿って流れるガスを一段と冷却させる。
外側ハウジング１２の一端には、伝熱アセンブリ１０の保守のためのアクセスを許容する保守用アクセスドア６０が設けられる。

図２Ａを参照するに、メッシュ材料のシート２２の断面が示される。図示されるように、シート２２を構成するメッシュ材料は、平ワイヤ６２の形態の複数の細長部材を含み、各細長部材は正弦波のような形態下に配置され、１つの波の各頂部６４が、隣り合う波の各谷部６６に取り付けられ、前記１つの波の各谷部が前記隣り合う波の各頂部に取り付けられる。かくして、全体にダイヤモンド型の形態の孔６８がメッシュ内に形成される。平ワイヤ６２はその高さが幅よりも小さい、全体に平坦な形態を有する。各シート２２は、耐腐蝕性の金属であって、ステンレス鋼であり得る金属から形成され得る。

図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂには、シート２２の製造方法の代表的ダイヤグラム図が示される。
図３Ａにはメッシュに形成する以前のシート２２の１つにおける平面図が示され、図３Ｂには、同側面図が示される。シート２２には、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、幅７３部分を横断して伸延するスリット７１が複数列７０状に設けられる。

図４Ａ及び図４Ｂでは、シート２２の対向する各端部７２Ｘ及び７２Ｙに夫々矢印Ｘ及びＹで示す力が付加されている。これらの力により、シート２２は長手方向に引張されるが幅７３を横断する方向には狭幅化され、かくして各スリット７１が横断方向に伸延してダイヤモンド型の複数の孔６８を形成する。
図５Ｂには、図５Ａに示すシート２２の側面図が示され、シート２２の材料がその主平面から外側に伸延されている。シート２２が引張されるに従い、平ワイヤ６２がシート２２の平面の外側に少しねじれ、かくしてシート２２には前面８６及び後面８８が創出される。

図６及び図７には使用時におけるシート２２が示される。前面８６の側から見た場合、各平ワイヤ６２は流体接触面８０を含み、各流体接触面８０は、隣り合う平ワイヤの隣り合う流体接触面８０と実質的に連続する表面を形成する。シート２２の平面は実質的に垂直であるので、流体接触面８０は全体的に上方に配向される。

図７に示されるように、各流体接触面８０はシート２２に対して、５〜８５°の間の角度である第１の角度８２を成すように配向される。１実施例では第１の角度は３０〜５０°の間の角度である。
各シート２２は垂直に対して、０〜４５°の間の角度である第２の角度８４を成すように配向される。１実施例では第２の角度８４は実質的に１１°であり得る。

使用に際し、ガスは孔６８を通して第１流路１６に沿って流動する。１実施例では海水であり得る水のような流体が、連続する流体接触面８０上で第２流路１８に沿って流動してガスと接触する。液体は流体接触面８０を覆って薄く広がり、表面張力と重力とによって流体接触面８０を濡らす。流体接触面８０が、第１の角度８２及び第２の角度８４によって画定される方向を有し且つ連続性を有することで、比較的小さい空間で比較的高い冷却／浄化効果が得られることが分かった。

図７から明らかなように、第２流路１８に関して考慮した場合、前面８６と後面８８とには相違がある。図２Ａには後面８８が示される。後面８８を流動する液体はシート２２を貫いて前面８６側に流れ、又は、後面８８から落下する。本件出願人は、シート２２を注意深く方向付けすることによって、従来品よりも相当勝るマトリクス構造２０が提供され得ることを見出した。シート２２は経済的に製造可能であり、ガス流れの圧力降下度は比較的小さく、伝熱及び又は浄化効率は比較的高い。マトリクス構造は様々なガスを冷却及び又は浄化するために使用可能であり、その設計形状は簡単でしかも丈夫である。

以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。例えば、チャンネル２４の列数は変更可能である。メッシュの寸法、厚さ及び材料はマトリクス構造の使用に適するように変更可能である。形成する孔は任意の形状寸法のものとすることができる。マトリクス構造には、任意の好適な形態で配置した任意の好適数のシートが含まれ得る。

内部の構成部品を示すように部分破除して示す伝熱及び又は浄化用アセンブリの斜視図である。 ベーン部材の拡大図である。 図１のIIで示す部分の拡大図である。 図２の部分Ａの拡大図である。 メッシュ形成用のシートの平面図である。 メッシュ形成用のシートの側面図である。 引張時のシートの平面図である。 引張時のシートの側面図である。 シートを引張してメッシュ化した状態を示す平面図である。 シートを引張してメッシュ化した状態を示す側面図である。 使用時における、メッシュ化したシートの詳細部分拡大正面図である。 使用時におけるメッシュ化したシートの、図６の線VII−VIIに沿って切断した詳細断面図である。

符号の説明

１０ 伝熱アセンブリ
１２ 外側ハウジング
１４ 内側ハウジング
１６ 第１流路
１８ 第２流路
２０ マトリクス構造
２２ シート
２４ チャンネル
２６ 第１表皮部分
２８ 第２表皮部分
３０ 導管
３２ 水分与チャンバ部分
３６ 第１壁
３８ 第２壁
４０ 流体出口導管
４２ 流体排出構造
４４ 内側導管
４６Ａ 主部分
４６Ｂ フック部分
４６ ベーン部材
４７ 縁部
４８ 分離チャンバ
５０ 排出導管
５６ 噴霧ノズル
６０ 保守用アクセスドア
６２ 平ワイヤ
６４ 頂部
６６ 谷部
６８ 孔
７１ スリット
８２ 第１の角度
８４ 第２の角度
８６ 前面
８８ 後面

Claims (16)

1. 伝熱又は浄化用のアセンブリ（１０）であって、
   第１流体のための第１流路（１６）と、
   第２流体のための第２流路（１８）と、
   を含み、
   前記第１及び第２の各流路が流体交差部位置で相互に交差し、
   アセンブリが、第１流体及び第２流体を相互に接触させて伝熱及び又は浄化を行わせるための、流体交差部位置に配置した流体接触構造部を含み、該流体接触構造部がマトリクス構造（２０）を含み、該マトリクス構造がシート（２２）を含み、該シートが、第１流体を貫流させる複数の孔（６８）を画定し、前記マトリクス構造が、前記シート上に第２流体を流動させて第１流体及び第２流体を相互に交差させることによる伝熱及び又は浄化を行わせ、第１流体がガスであり、第２流体が液体であり、前記第２流路が前記シートの流体接触面上を流動する前記第２流体流れを提供し、前記第１流路が前記シートを全体に横断して伸延し、
   前記アセンブリが、第１流体及び第２流体を案内するための流体ガイド手段（１４）を含み、流体ガイド手段が、全体に円筒状を有し且つ流体接触構造部の周囲に伸延され得るガイド部材（１４）を含み、当該ガイド部材は、内側表皮部分（２６）及び外側表皮部分（２８）を含み、当該内側表皮部分と外側表皮部分との間には第２流体流路が伸延されるアセンブリ。
2. アセンブリが、当該アセンブリから第１流体を排出するための流体排出手段（４２）を
   含む請求項１のアセンブリ。
3. 流体排出手段が、第１流体の速度を低下させて第１流体に同伴される第２流体が分離され得るようにするベーン部材（４６）を含んでいる請求項２のアセンブリ。
4. 前記流体排出手段が分離チャンバ（４８）を含む請求項２又は３のアセンブリ。
5. 前記流体接触構造部を出る第１流体上に更に第２流体を噴霧するための噴霧手段（５２）を設けた請求項１〜４の何れかのアセンブリ。
6. 前記マトリクス構造が、使用時に第２流体を流動させる少なくとも１つのチャンネル（２４）を画定する複数のシートを含み、各シートがメッシュを含み、各メッシュが複数の細長部材を含み、各細長部材（６２）が、隣り合う細長部材と不連続的に係合して前記孔（６８）を画定する請求項１〜５の何れかのアセンブリ。
7. 前記細長部材が流体接触面（８０）を含み、使用時に該流体接触面が第２流体と接触し、１つの細長部材における流体接触面が、隣接する細長部材の流体接触面と連続する表面を形成し、各流体接触面が、当該流体接触面をその一部に形成するシートに対して第１の角度（８２）を成すように配向され、第１の角度が３０°〜５０°の間の角度であり、各シートが垂直に対して第２の角度（８４）を成すように配向され、第２の角度が５°〜１６°である請求項６のアセンブリ。
8. 前記各シートが、各チャンネルがダイヤモンド型の輪郭を成すように配置される請求項６又は７のアセンブリ。
9. 前記各チャンネルが細長形状を有し且つ、垂直に対して５°〜１６°の間の角度である第２の角度（８４）を成すように配置される請求項６〜８の何れかのアセンブリ。
10. 前記各シートが相互に交差してチャンネルを提供する請求項６〜９の何れかのアセンブリ。
11. 伝熱又は浄化用方法であって、
    第１流体を第１流路（１６）に沿って流動させること、
    第２流体を第２流路（１８）に沿って流動させること、
    を含み、
    前記第１及び第２の各流路が、流体接触構造部を配置した流体交差部位置で相互に交差し、
    前記第１流体及び第２流体を前記流体交差部で相互に交差させて伝熱及び又は浄化を行わせることを更に含み、
    前記流体接触構造部がマトリクス構造（２０）を含み、該マトリクス構造がシート（２２）を含み、該シートが、第１流体を貫流させる複数の孔（６８）を画定し、
    前記シート（２２）上に前記第２流体を流動させて第１流体及び第２流体を相互に交差させることによる伝熱及び又は浄化を行わせることを更に含み、
    前記第１流体がガスであり、前記第２流体が液体であり、
    前記第１流体を、前記シートを全体に横断する前記第１流路に沿って流動させることを更に含み、
    前記第１流体及び第２流体を流体ガイド手段（１４）により案内することを更に含み、前記流体ガイド手段が、全体に円筒状を有し且つ流体接触構造部の周囲に伸延され得るガイド部材（１４）を含み、当該ガイド部材は、内側表皮部分（２６）及び外側表皮部分（２８）を含み、当該内側表皮部分と外側表皮部分との間に伸延される流路に前記第２流体を通すことを更に含む方法。
12. 前記マトリクス構造が複数のシート（２２）を含み、各シート間に沿って少なくとも１つのチャンネル（２４）が画定され、該チャンネルに沿って第２流体が流動する請求項１１の方法。
13. 流体排出手段を通して第１流体を排出させる請求項１１又は１２の方法。
14. 流体排出手段を通して第１流体を排出させることが、前記第１流体の速度を低下させて第１流体に同伴される第２流体を分離させ得る、前記流体排出手段のベーン部材（４６）に前記第１流体を通すことを含む請求項１３の方法。
15. 流体排出手段を通して第１流体を排出させることが、前記第１流体を流体排出手段の分離チャンバ（４８）に通すことを含む請求項１３又は１４の方法。
16. 噴霧手段（５２）を使用して、前記流体接触構造部を出る第１流体上に更に第２流体を噴霧することを更に含む請求項１２〜１５の何れかの方法。

Images