KR20220091588A - 격자형 대칭 분배기 또는 수집기 소자 - Google Patents

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KR20220091588A
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세바스티안 힐슈버그
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힐슈버그 엔지니어링 에이지
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Abstract

본 발명은 제1 유체를 횡단면에 균일하게 분배하기 위한 분배기 소자 또는 횡단면에 분배되는 제1 유체를 수집하기 위한 수집기 소자에 관한 것으로, 여기서 제2 메인 유체는 상기 분배기 소자를 통해 제1 유체에 대해 병류 및/또는 역류 흐름으로 흐르며, 여기서 상기 분배기 소자는 서로에 대해 적어도 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 적어도 3개의 프랙탈 플레이트를 포함하며, 여기서 레벨은 각각의 2개의 인접한 플레이트 사이로 정의되고, 여기서 상기 플레이트의 각각은 개구부의 수를 포함하고, 여기서 각각의 상기 레벨에서 벽은 배열되고, 각 벽이 제2 메인 유체로 이동되는 채널을 정의하도록 각각의 플레이트의 한 측면에서 인접한 플레이트의 상기 인접한 측면으로 연장되며, 여기서 상기 채널은 인접한 플레이트 사이의 모든 개구부를 유체-긴밀하게 연결하고, 여기서 각각의 상기 레벨에서 하나 이상의 빈 공간을 정의하는 상기 벽 사이가 형성되고, 이를 통해 제1 유체는 흐를 수 있고, 여기서 상기 플레이트의 각각은 상기 인접한 플레이트의 상기 개구부 사이의 각 레벨에서 적어도 2개의 유체 경로가 상기 레벨의 상기 하나 이상의 빈 공간에서 연장되도록 채널에 의해 인접한 플레이트의 하나 이상의 개구부와 유체-기밀하게 연결되지 않고 상기 레벨(들)의 상기 하나 이상의 빈 공간들 중 하나에 대해 인접하게 배열되어 있는 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 여기서 각 레벨의 상기 적어도 2개의 유체 경로의 전체는 실질적으로 동일한 길이를 가지고, 그리고 여기서 유체 경로의 수는 하나의 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 상기 플레이트의 적어도 75%에 대해 레벨에서 레벨로 증가한다.

Description

격자형 대칭 분배기 또는 수집기 소자
본 발명은, 물질 전달 컬럼, 혼합기, 분산기, 발포 장치, 화학 반응기 등의 횡단면(cross-sectional plane)과 같은, 횡단면에 제1 유체(first fluid)를 균일하게 분배하기 위한 분배기 소자 또는 횡단면에 분포된 제1 유체를 수집하기 위한 수집기 소자에 관한 것이며, 여기서 제2 메인 유체(second main fluid)는 분배기 소자를 통해 상기 제1 유체에 대해 병류(co-current flow) 및/또는 역류(counter-current flow)로 흐른다. 또한, 본 발명은 이러한 분배기 소자 및/또는 수집기 소자 중 하나 이상을 포함하는, 물질 전달 컬럼과 같은, 장치에 관한 것이다.
많은 기술 프로세스에서, 유체가 장치의 횡단면에 균일하게 분포되어야, 제2 유체가 이 평면을 통해 흐른다. 두 유체 모두가 액체 또는 기체이거나, 상기 유체들 중 하나는 기체이고, 반면 다른 하나는 액체일 수 있다. 이러한 공정의 예는 정류, 흡수 등의 물질-전달 공정, 혼합 공정, 분산 공정, 발포 공정 등이며, 각 장치에 대한 예는 화학 반응기, 정류탑(rectification column), 흡수탑(absorption column), 가스 스크러버(gas scrubber), 강하막 증발기(falling film evaporator), 막 결정화기(film crystallizer), 가스 건조 장치(gas drying apparatus), 혼합 장치(mixing device) 등이다.
일반적으로, 분배기 소자는 다른 장치와 함께 사용되며, 여기서 상기 분배기 소자는 각각 제1 유체를 다른 장치의 횡단면 상(on)에 또는 걸쳐(across) 균일하게 분배한다. 상기 다른 장치는, 예를 들어, 물질 전달 공정에서 구조화된 패킹과 같이, 패킹의 임의의 유형인 반면, 상기 장치는 화학 반응기에서, 떨어지는 필름 증발기 또는 필름 결정화기에서 파이프 번들, 가스 스크러버 및 가스 건조 장치에서 패킹 또는 믹서, 액체에서 기체의 흡수를 위한, 분산을 위한 또는 하나 이상의 정적 혼합기(들)을 발포하기 위한 장치에서, 다른 유형의 불균일 또는 균일 촉매로 작동되는 반응기다.
액체를 위한 기존의 분배기 소자는 개방 채널을 포함하며, 이를 통해 액체는 개구부(opening)를 통해 일정한 거리로 직접 또는 시트를 통해 물질 전달 컬럼의 구조화된 패킹의 표면과 같은, 상기 평면으로 간접적으로 전달된다. 이러한 분배기 소자는 예를 들어 US 4,855,089, US 3,158,171 및 EP 0 112 978 B1에 설명된다. 그러나, 이러한 분배기 소자는 고가이다. 이러한 분배기 소자의 다른 단점은 액체 레벨이 상기 채널 개구부를 통한 체적 흐름을 결정하기 때문에, 그들의 작동 중에 상기 액체 레벨이 모든 채널에서 동일하다는 것을 보장해야 한다는 것이다. 게다가, 이러한 분배기 소자들 중 적어도 일부는 비교할 만한 높은 압력 손실을 가지며 상기 제2 주요 흐름의 흐름을 방해한다. 각 수집기 소자에 대해 동일하게 적용된다.
가스를 분배하기 위해, 종종 분배 랜스(lance)가 적용된다. 이러한 분배 랜스는, 작동 중에 이를 통한 체적 흐름이 동일하도록 구현되어야 하는, 노즐을 포함한다. 유사한 분배 랜스는 액체 분배를 위해 사용될 수 있다. 다수의 이러한 분배 랜스는 랜스 격자에 결합될 수 있다. 그러나, 이러한 분배기 소자는 또한 비싸고 작동이 복잡하고, 비교할 만한 높은 압력 손실을 가지며 상기 제2 주요 흐름의 흐름을 방해한다. 각 수집기 소자를 위해 동일하게 적용된다.
이러한 관점에서, 본 발명의 근본적인 목적은 본질적으로 상기 평면을 통한 제2 유체의 흐름을 방해하지 않으면서, 횡단면 상에서 제1 유체를 높은 분포 밀도로 균일하게 분배시키는, 분배기 소자, 또는 횡단면 상에서 특히 물질 전달 컬럼의 횡단면에서, 분포되는 제1 유체를 균일하게 수집하는, 수집기 소자를 제공하는 것이며, 여기서 상기 분배기 또는 수집기 소자는 생산하기 쉽고 비용-효율적이다.
본 발명에 따르면, 본 목적은 제1 유체를 횡단면에 균일하게 분배하기 위한 분배기 소자 또는 횡단면에 분배되는 제1 유체를 수집하기 위한 수집기 소자를 제공함으로써 충족되고, 여기서 제2 메인 유체는 상기 분배기 소자를 통해 제1 유체에 대해 병류 및/또는 역류 흐름으로 흐르며, 여기서 상기 분배기 소자는 서로에 대해 적어도 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 적어도 3개의 프랙탈 플레이트를 포함하며, 여기서 레벨은 각각의 2개의 인접한 플레이트 사이로 정의되고, 여기서 상기 플레이트의 각각은 개구부의 수를 포함하고, 여기서 각각의 상기 레벨에서 벽은 배열되고, 각 벽이 제2 메인 유체로 이동되는 채널을 정의하도록 각각의 플레이트의 한 측면에서 인접한 플레이트의 상기 인접한 측면으로 연장되며, 여기서 상기 채널은 인접한 플레이트 사이의 모든 개구부를 유체-긴밀하게 연결하고, 여기서 각각의 상기 레벨에서 하나 이상의 빈 공간을 정의하는 상기 벽 사이가 형성되고, 이를 통해 제1 유체는 흐를 수 있고, 여기서 상기 플레이트의 각각은 상기 인접한 플레이트의 상기 개구부 사이의 각 레벨에서 적어도 2개의 유체 경로가 상기 레벨의 상기 하나 이상의 빈 공간에서 연장되도록 채널에 의해 인접한 플레이트의 하나 이상의 개구부와 유체-기밀하게 연결되지 않고 상기 레벨(들)의 상기 하나 이상의 빈 공간들 중 하나에 대해 인접하게 배열되어 있는 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 여기서 각 레벨의 상기 적어도 2개의 유체 경로의 전체는 실질적으로 동일한 길이를 가지고, 그리고 여기서 유체 경로의 수는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트(first outermost plate)에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 상기 플레이트의 적어도 75%에 대해 레벨에서 레벨로 증가한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분배기 소자의 투시 측면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 상면도를 나타낸다.
도 3a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제1 프랙탈 플레이트(first fractal plate) 아래의 첫 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 3b는 도 3a의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 4a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제2 프랙탈 플레이트(second fractal plate) 아래의 두 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 4b는 도 4a의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 5a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제3 프랙탈 플레이트(third fractal plate) 아래의 세 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 5b는 도 5a의 개략적인 도면이다.
도 6a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제1 분배 플레이트(first distribution plate) 아래의 네 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 6b는 도 6a의 개략적인 도면이다.
도 6c는 도 6b의 개략적인 부분을 확대하여 나타낸다.
도 7a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제2 분배 플레이트(second distribution plate) 아래의 다섯 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 개략적인 부분을 확대하여 나타낸다.
도 7c는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제3 분배 플레이트(third distribution plate) 아래의 여섯 번째 레벨의 단면도를 나타낸다.
도 7d는 도 7c의 개략적인 부분을 확대하여 나타낸다.
도 7e는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자의 제4 분배 플레이트(fourth distribution plate) 아래의 일곱 번째 레벨의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 7f는 도 7e의 개략적인 부분을 확대하여 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분배기 소자, 구조화된 패킹 및 수집기 소자를 포함하는 물질 전달 컬럼의 내부의 측면 투시도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 분배기 소자, 다수의 구조화된 패킹 및 다수의 수집기 소자를 포함하는 물질 전달 컬럼의 내부의 측면 투시도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 플레이트를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 프랙탈 플레이트를 포함하는 분배기 소자를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분배기 소자의 투시 측면도를 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 분배기 소자의 상면도를 도시한다.
도 14a는 도 12에 도시된 분배기 소자의 제1 분배 플레이트 아래의 첫 번째 레벨의 단면도를 도시한다.
도 14b는 도 14a의 개략적인 도면을 도시한다.
도 15a는 도 12에 도시된 분배기 소자의 제2 분배 플레이트 아래의 두 번째 레벨의 단면도를 도시한다.
도 15b는 도 15a의 개략적인 도면을 도시한다.
도 16a는 도 12에 도시된 분배기 소자의 제3 프랙탈 분배(third fractal distribution) 아래의 세 번째 레벨의 단면도를 도시한다.
도 16b는 도 16a의 개략적인 도면을 도시한다.
도 17a는 도 12에 도시된 분배기 소자의 제4 분배 플레이트 아래의 네 번째 레벨의 단면도를 도시한다.
도 17b는 도 17a의 개략적인 도면을 도시한다.
본 발명에 따른 상기 수집기 소자는 본 발명에 따른 분배기 소자와 동일하다. 그러나, 그 사용 동안 상기 수집기 소자는 상기 분배기 소자에 대해 반대되며, 즉, 상기 분배기 소자의 최상위 플레이트는 상기 수집기 소자의 최하위 플레이트에 해당하고 그 반대의 경우도 마찬가지다.
상기 채널은 가스와 같은, 상기 제2 메인 유체가 본질적으로 간섭 없이 상기 분배기 또는 수집기 소자를 통해, 상승하는 것과 같은 흐름을 허용하는 반면, 각 레벨의 상기 채널을 정의하는 상기 벽 사이의 상기 빈 공간에서 정의된 상기 유체 경로는 제1 유체, 상기 분배기 소자의 상기 횡단면에 걸쳐 분배 또는 상기 수집기 소자의 상기 횡단면에 걸쳐 수집되는, 액체와 같은, 제1 유체를 허용한다. 유체 경로의 수가 증가하기 때문에, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서, 레벨에서 레벨로 볼 때, 제1 유체의 상기 분포 밀도는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 최외측 레벨에서 상기 분배기 소자의 상기 횡단면에 걸쳐 제1 유체의 매우 균일한 분포를 보장하는 동일한 방향으로 증가한다. 또는, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 상기 다른 방향에서 볼 때, 유체 경로의 수의 변경은 상기 수집기 소자의 최외각 플레이트의 상기 횡단면에 걸쳐 제1 유체의 효율적인 수집과 상기 수집기 소자의 반대 최외각 플레이트의 한 지점에서 제1 유체의 효율적인 집중을 보장한다. 상기 분배기 소자의 상기 횡단면에 걸쳐 제1 유체의 균일한 분배는 각 레벨의 상기 유체 경로의 전체가 실질적으로 동일한 길이와 흐름 저항을 갖는다는 사실에 의해 효율적으로 향상된다. 이러한 이유 때문에, 첫 번째 액체는 이용가능한 모든 유체 경로를 통해 균일하게 흐르고 그들의 다른 것보다 선택적으로 더 많이 흐르지 않는다. 그러므로, 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서, 레벨에서 레벨로 상기 방향에서 볼 때, 실질적으로 동일한 길이(그리고 따라서 동일한 흐름 저항)를 갖는 유체 경로의 제공과 유체 경로의 수의 증가는 그것의 사용 동안 상기 분배기 소자의 레벨에서 레벨로 우수한 균일 분배로 함께 상승 작용에 의해 이어진다. 대체로, 본질적으로 상기 평면을 통해 제2 유체의 흐름을 방해하지 않으며 결과적으로 작동 중에 낮은 압력 손실을 갖는 동안, 본 발명에 따른 상기 분배기 소자는 예를 들어 물질 전달 컬럼의 횡단면 상에, 액체와 같은, 제1 유체를 탁월하게 균일하게 분배하도록 허용된다. 마찬가지로, 본질적으로 상기 평면을 통해 제2 유체의 흐름을 방해하지 않으며 결과적으로 작동 중에 낮은 압력 손실을 갖는 동안, 본 발명에 따른 상기 수집가 소자는 예를 들어 물질 전달 컬럼의 횡단면 상에 분배되어 있는, 액체와 같은, 제1 유체를 균일하게 수집하도록 허용된다. 특히, 본 발명에 따른 상기 분배기 소자는 특히 높은 분포 밀도를 얻도록 허용되고 본 발명에 따른 상기 수집기 소자는 특히 높은 분포 밀도에서 횡단면 상에 분배되어 있는 유체를 수집하도록 허용된다. 특히, 본 발명은 제곱미터 당 최대 200,000 및 심지어 최대 1,500,000의 유체 배출구 바닥에 갖는 분배기 소자를 쉽고 비용 효율적으로 얻을 수 있다. 상업적으로 사용 가능한 분배기 소자는 단지 제곱미터 당 100 내지 200의 유체 배출구를 갖는다. 본 발명의 추가 특별한 이점은 상기 분배기 또는 수집기 소자는, 하기에 추가로 상세히 기재된 바와 같이, 스크린 프린팅과 같은, 생성적(generative) 생산 방법에 특히 용이하고 비용-효율적으로 생산될 수 있다는 것이다.
용어 "개구부(opening)" 및 "개구부(aperture)"는 각각 플레이트에서 동일한 의미, 즉 각각 리세스(recess) 또는 구멍으로 본 발명에 따라 사용된다. 그러나, 명료성을 향상시키기 위해 용어 “개구부(opening)”는 채널에 의해 인접한 플레이트의 하나 이상의 개구부(들)와 유체-기밀하게 연결되는, 플레이트의 리세스 또는 구멍에 대해 독점적으로 사용되는 반면, 용어 "개구부(aperture)"는 채널에 의해 인접한 플레이트의 하나 이상의 개구부와 유체-기밀하게 연결되지 않는 플레이트의 리세스 또는 구멍에 대해 독점적으로 사용된다. 반대로, 임의의 “개구부(aperture)"는 상기 개구부가 인접한, 상기 레벨(들)의 하나 이상의 빈 공간에 인접하다.
또한, 용어인 상기 채널 “인접한 판 사이의 모든 개구부를 유체-기밀하게 연결한다(lluid-tightly connect all openings between adjacent plates)”는 하나의 플레이트의 상기 개구부를 통해 흐르는 제2 유체가 상기 채널의 내부 벽에 의해 상기 인접한 플레이트의 개구부로 안내되고 상기 채널 외부에 있는 상기 빈 공간(제2 유체가 흐르는)에 들어갈 수 없도록 상기 채널이 인접한 플레이트의 상기 개구부를 둘러싸고 서로 그들을 연결하는 것을 의미한다. 이것은 각 채널이 상기 인접한 플레이트의 정확하게 하나의 개구부와 함께 상기 플레이트의 정확하게 하나의 개구부를 유체-기밀하게 연결하는 것을 반드시 의미하지 않는다. 반대로, 하나의 채널은 상기 플레이트의 정확하게 하나의 개구부와 상기 인접한 플레이트의 둘 이상의 개구부를 연결하거나 심지어 하나의 채널은 상기 플레이트의 둘 이상의 개구부와 둘 이상의 상기 인접한 플레이트의 개구부를 연결하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 플레이트의 임의의 개구부는 상기 인접한 플레이트의 적어도 하나의 개구부와 연결되고 상기 인접한 플레이트의 임의의 개구부는 상기 플레이트의 적어도 하나의 개구부와 연결된다. 따라서, 상기 채널”인접한 플레이트 사이의 모든 개구부를 유체-기밀하게 연결한다”및 동시에 상기 채널의 내부를 상기 레벨의 상기 빈 공간(들)로부터 유체-기밀하게 분리한다. 이를 달성하기 위해, 상기 채널 벽은 전형적으로 상기 개구부를 각각, 완전히 둘러싸거나 덮거나 감싸도록 상기 플레이트의 측면에 부착되는 반면, 상기 채널 벽은 상기 인접한 레벨을 통해 상기 플레이트의 이 측면에서 상기 인접한 플레이트의 반대쪽 측면으로 연장되며, 이는, 상기 개구부를 각각, 완전하게 둘러싸거나 덮거나 감싼다.
또한, 용어“서로에 대해 적어도 실질적으로 평행한(at least substantially parallel to each other)”은 본 발명에 따라 2개의 인접한 플레이트가 서로에 대해 10°초과, 바람직하게 5°이하, 더욱 바람직하게 2°이하 및 더욱 더 바람직하게 1°이하만큼 기울어지지 않는 것을 의미한다. 가장 바람직하게, 2개의 인접한 플레이트는 서로에 대해 평행하게 배열되는, 즉 그들은 서로에 대해 기울어지지 않는다.
또한, 용어 "레벨(level)"은 본 발명에 따라 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 공간을 의미하며, 여기서 이 공간에서 제2 메인 유체가 이동하는 채널과 상기 유체 경로를 정의하는 상기 빈 공간(들)은 배열된다. 각 "레벨"은 상기 빈 공간에 의해 서로 분리된, 상기 채널을 포함한다. 따라서, 각 레벨의 총 체적은 상기 채널 체적의 합과 상기 빈 공간(들)의 체적(들) 합이다.
따라서, 용어 "빈 공간(hollow space)"은 레벨의 총 체적에서 상기 채널의 체적의 합에 칸막이 벽 등과 같이, 상기 레벨에 제공된 선택적 추가 구성요소를 뺀 값, 즉, 상기 "빈 공간"은 3-차원 공간을 의미한다. 상기 레벨에서 2개 이상의 상기 채널 벽의 외부 중 일부를 서로 연결하는 칸막이 벽(들) 등이 제공되지 않으면, 상기 레벨은 하나의 빈 공간만 포함한다. 그러나, 예를 들어 나머지 빈 공간을 여러 빈 공간으로 세분화하기 위해 하나 이상의 칸막이 벽에 의해 둘 이상의 상기 채널 벽의 일부 외부를 서로 연결하는 것이 가능하다.
상기 용어 "빈 공간"과 대조적으로, 용어 "레벨의 유체 경로(fluid path of a level)"는 본 발명에 따라 상기 빈 공간을 통해 레벨의 상기 빈 공간에 인접한 플레이트의 개구부에서 상기 동일한 레벨의 상기 빈 공간의 반대 위치에 있는 인접한 플레이트의 개구부까지의 선을 의미한다. 상기 플레이트의 단지 이론상 가능한 설계를 제외하고, 상기 레벨이 오직 하나의 빈 공간을 포함하더라도, 실제로 임의의 레벨은 둘 이상의 유체 경로를 포함할 수 있다. 이것은 특히 양쪽 플레이트 중 적어도 하나가 하나 이상의 개구부를 가질 때 해당한다. 다시 말해, 하나의 플레이트의 상기 개구부를 통해 상기 레벨의 상기 빈 공간에 들어가고 상기 인접한 플레이트의 상기 개구부들 중 하나를 통해 상기 동일한 레벨의 반대 측에서 상기 빈 공간을 떠날 때, "레벨의 유체 경로"는 액체가 취할 수 있는 선(또는 각각의 경로)이다. 대체로, 상기 "빈 공간"이 체적(즉, 레벨의 총 체적에서 상기 채널의 체적의 합을 뺀 것)인 반면, 상기 "유체 경로"는 인접한 플레이트의 개구부에 있는 상기 빈 공간을 통해 플레이트의 개구부를 연결하는 선(또는 각각의 경로)이다. 따라서, "레벨의 유체 경로"의 길이는 상기 레벨의 빈 공간을 통해 상기 유체 경로를 따라 플레이트의 개구부에서 상기 인접한 플레이트의 개구부까지의 거리인 반면, “분배기 또는 수집기 소자의 유체 경로"의 길이는 상기 레벨의 전체의 빈 공간을 통해 상기 유체 경로를 따라 제1 최외각 플레이트의 개구부에서 상기 분배기 또는 수집기 소자의 반대 최외각 플레이트의 개구부까지의 거리이다.
“실질적으로 동일한 길이(substantially the same length)”를 갖는 “각 레벨의 유체 경로(Fluid paths of each level)”는 본 발명에 따라 상기 레벨의 상기 유체 경로의 각각이 동일한 레벨의 임의의 다른 유체 경로의 길이에 대해 상기 길이에서 20% 초과, 바람직하게 10% 이하, 더 바람직하게 5% 이하, 더욱 더 바람직하게 2% 이하 및 더욱 더 바람직하게 1% 이하만큼 더 변하지 않는 것을 의미한다. 물론 가장 바람직하게, 각 레벨의 모든 유체 경로는 정확하게 동일한 길이를 갖는다.
또한, "제2 메인 유체는 상기 분배기 또는 수집기 소자를 통해 제1 유체에 대해 병류 및/또는 역류로 흐른다"는 상기 제2 유체가 상기 소자의 최하부 가장자리에서 상기 소자의 가장 최상부 가장자리 또는 그 반대로 흐르고 또한 제1 유체는 상기 소자의 최하부 가장자리에서 상기 소자의 최상부 가장자리 또는 그 반대로 흐르는 것을 의미한다.
마지막으로, “상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 유체 경로의 수는 레벨에서 레벨로 상기 플레이트의 적어도 75%에 대해 증가한다(the number of fluid paths increases, seen in the direction from the first outermost plate to the opposite outermost plate of the distributor or collector element, at least for 75% of the plates from level to level)”에 따른 용어는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 모든 플레이트의 적어도 75%는 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트에 보이는 상기 방향에서 인접해 있는, 즉 상기 플레이트 뒤에 인접해 있는 플레이트보다 유체 경로의 낮은 수를 갖는 것을 의미한다. 따라서, 상기 분배기 또는 수집기 소자가 3개의 플레이트를 갖는 경우, 모든 플레이트는 이 기준을 충족해야 한다. 상기 분배기 또는 수집기 소자가 4 내지 7개의 플레이트를 포함하는 경우, 하나의 플레이트를 제외한 전체는 이 기준을 충족해야 하고, 상기 분배기 또는 수집기 소자가 8 내지 11개의 플레이트를 포함하는 경우, 2개의 플레이트를 제외한 전체는 이 기준 등을 충족해야 한다.
제2 메인 유체로 이동되는 상기 채널은 상기 유체 경로를 정의하는 상기 하나 이상의 빈 공간의 전체로부터 상기 벽에 의해 유체-기밀하게 분리되고, 이를 통해 제1 유체는 이동하게 되는 것이 특히 바람직하다.
물론 본 발명의 효과가 보다 높은 수준으로 얻어질수록, 앞서 전술한 기준을 충족하는 플레이트가 더 많아지는 것은 당연하다. 따라서, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 유체 경로의 수는 적어도 80%에 대해, 더 바람직하게 적어도 90%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 98%에 대해 및 가장 바람직하게 상기 플레이트의 전체에 대해 레벨에서 레벨로 증가한다.
본 발명의 첫 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 레벨에서 레벨로, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 채널의 수를 증가함으로써 달성된다. 채널의 수가 증가함에 따라, 유체 경로의 수가 증가하므로, 채널 벽의 수와 따라서 상기 레벨의 빈 공간에서 편향 지점의 수는 증가한다.
본 발명의 두 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 플레이트의 개구부의 수가 증가함에 따라 달성된다. 개구부의 수가 증가함에 따라, 상기 레벨의 빈 공간에서 제1 유체에 의해 따라갈 수 있는 선의 수는 유체 경로의 수가 증가하므로 증가된다.
본 발명의 세 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 첫 번째 및 두 번째 특정 실시예는 결합되는, 즉 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 레벨에서 레벨로 채널의 수가 증가함에 따라 및 레벨에서 레벨로, 동일한 방향에서, 플레이트의 개구부의 수가 증가함에 따라 달성된다.
본 발명의 아이디어의 추가 발전에서, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트의 개구부에서 반대 최외각 플레이트의 개구부로 연장되는 상기 유체 경로의 적어도 80%의 길이는 적어도 실질적으로 동일한 것을 제안한다. 이 실시예에서 동일한 레벨의 상기 유체 경로가 실질적으로 동일한 길이를 가질 뿐만 아니라, 상기 전체 분배기 또는 수집기 소자를 통해 연장되는 상기 유체 경로도 있다. 또한, 이 실시예에서, “적어도 실질적으로 동일한 길이”는 상기 유체 경로의 각각이 임의의 다른 유체 경로의 길이에 대해 상기 길이에서 20% 초과, 바람직하게 10% 이하, 더 바람직하게 5% 이하, 더욱 더 바람직하게 2% 이하 및 더욱 더 바람직하게 1% 이하만큼 더 변하지 않는 것을 의미한다. 물론 가장 바람직하게, 각 레벨의 전체 분배기 또는 수집기 소자를 통해 연장되는 모든 유체 경로는 정확하게 동일한 길이를 가진다.
제어된 방식으로 제1 유체를 첫 번째 레벨로 공급하기 위해, 본 발명 출원의 아이디어의 추가 발전에서 상기 3개의 플레이트 중 제1 최외각 플레이트는 제1 유체가 첫 번째 레벨의 유체 경로를 포함하는 빈 공간에 전달되는 입구를 포함하는 것을 제안된다. 상기 입구는 상기 파이프를 통해 및 상기 개구부를 통해 첫 번째 레벨의 상기 유체 경로를 포함하는 상기 빈 공간으로 흐를 수 있도록 제1 최외각 플레이트의 개구부를 덮는, 파이프의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 개구부 및 따라서 또한 상기 입구는 플레이트 안에 및 상에 각각, 중앙에 배열된다.
더 바람직하게, 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 98%의 및 가장 바람직하게 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트의 개구부에서 반대 최외각 플레이트의 개구부로 연장되는 모든 유체 경로의 길이는 적어도 실질적으로 동일하다.
본 발명의 다른 특히 바람직한 실시예에 따라, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 적어도 3개의 플레이트 중 적어도 하나의 상기 개구부의 전체는 적어도 하나의 플레이트에서 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열되는 것이 제안된다. 보다 바람직하게, 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 개구부의 전체는 적어도 3개의 플레이트의 각각에서 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열된다. 이것은 상기 레벨의 모든 유체 경로가 실질적으로 동일한 길이를 갖도록 쉽고 정확하게 보장되도록 허용한다. 이 실시예에서, 또한 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 채널의 전체는 상기 채널이 상기 인접한 플레이트의 그것을 향한 상기 플레이트의 표면에 대해 수직으로 연장되는 것을 의미하는, 상기 적어도 3개의 플레이트 중 각 인접한 2개 사이의 각 레벨에 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열되는 것이 더욱 바람직하다.
상기로부터 특히 바람직하게 상기 제2 메인 유체에 의해 이동되는 상기 채널은 상기 제1 유체가 통과할 수 있는, 상기 유체 경로를 정의하는 하나 이상의 빈 공간의 전체로부터 상기 벽에 의해 유체-기밀하게 각 레벨에서 분리된다.
상기 적어도 3개의 플레이트의 각각에서 상기 채널의 적어도 실질적으로 규칙적인 배열은 바람직하게 하나의 개구부의 중심점과 적어도 하나 및 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 가장 가까운 인접한 개구부의 중심점 사이의 상기 거리의 각각은 모든 개구부와 상기 각각의 플레이트의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부의 중심점의 평균 거리의 80 내지 120%이다. 상기 각각의 플레이트의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부를 갖는 모든 개구부의 중심점의 평균 거리는 각 개구부의 중심점과 상기 플레이트의 그 가장 가까운 개구부의 중심점 사이의 거리를 측정하고, 모든 이들의 측정된 상기 플레이트의 거리를 합하고 그리고 상기 합계를 상기 플레이트의 개구부의 수로 나눔으로써 결정된다.
상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 개구부가 적어도 하나 및 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각에 적어도 실질적으로 격자형으로 배열될 때, 이러한 규칙적인 배열은 쉽게 달성될 수 있다. 이 경우, 상기 플레이트는 상기 개구부(opening)와 개구부(aperture)로 둘러싸는 프레임 워크, 즉 플레이트의 상기 프레임워크는 상기 개구부와 개구부를 제외한, 즉 모든 구멍, 리세스 등을 제외한 상기 플레이트의 모든 부분에 의해 형성된다.
예를 들어, 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 프레임워크는 포함되고, 바람직하게 적어도 실질적으로 평행하고 십자형 바로 구성되며, 여기서 상기 바의 전반부(first half)는 상기 길이 방향으로 배열되고 상기 바의 후반부(second half)는 상기 플레이트의 폭 방향으로 배열된다. 전반부의 상기 바의 각각과 후반부의 상기 바의 각각 사이의 각도는 70 내지 110°, 바람직하게 80 내지 100°, 더 바람직하게 85 내지 95° 및 가장 바람직하게 약 90°이고, 여기서 전반부의 각 바와 전반부의 그 인접한 바의 각각의 각도는 160 내지 200°, 바람직하게 170 내지 190°, 더 바람직하게 175 내지 185° 및 가장 바람직하게 약 180°이고, 그리고 여기서 후반부의 각 바와 후반부의 그 인접한 바의 각각의 각도는 160 내지 200°, 바람직하게 170 내지 190°, 더 바람직하게 175 내지 185° 및 가장 바람직하게 약 180°이다.
본 발명은 상기 적어도 3개의 플레이트의 상기 개구부의 형태에 관하여 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 프랙탈 플레이트는 원형, 타원형(elliptic), 타원형(oval), 직사각형 또는 정사각형 단면의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게, 모든 개구부는 동일한 형태를 가지고 각 플레이트의 모든 개구부는 동일한 치수를 가진다. 각 플레이트의 상기 개구부는 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 형태를 가질 때, 특히 좋은 결과가 얻어지며, 여기서 상기 직사각형 또는 정사각형의 상기 개구부의 가장자리는 각각 둥글게 될 수 있다. 실질적으로 직사각형 또는 정사각형은 각 개구부가 상기 플레이트의 프레임워크의 4개의 선형 가장자리로 경계를 이루어지는 것을 의미하고, 여기서 상기 4개의 선형 가장자리의 임의의 2개 사이의 각도는 70 내지 110°, 바람직하게 80 내지 100°, 더 바람직하게 85 내지 95° 및 가장 바람직하게 약 90°이다.
상기 인접한 레벨에서 상기 개구부의 규칙적인 패턴과 유체 경로의 적어도 실질적으로 동일한 길이를 쉽게 달성하기 위해, 본 발명의 아이디어의 추가 발전에서 적어도 하나의 및 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 개구부는 (2)m 행과 (2)m 열로 상기 각각의 플레이트에 배열되며, 여기서 m은 1 내지 10의, 바람직하게 1 내지 8의 및 더 바람직하게 2 내지 6의 정수이다.
상기 적어도 3개의 플레이트의 적어도 하나의 상기 개구부의 전체는 또한 적어도 하나의 플레이트에 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열되며, 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 상기 개구부의 전체는 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각에 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열될 때, 특히 좋은 결과가 얻어진다. 또한, 이 실시예는 상기 인접한 레벨에서 상기 유체 경로의 전체의 길이가 적어도 실질적으로 동일하는 것을 쉽게 보장하도록 허용한다. 개구부의 적어도 실질적으로 규칙절인 배열은 이와 관련하여 하나의 개구부의 중심점과 적어도 하나 및 가장 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 각각의 가장 가까운 인접한 개구부의 중심점 사이의 거리의 각각은 모든 개구부와 상기 각각의 플레이트의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부의 중심점의 평균 거리의 80 내지 120%이다. 상기 각각의 플레이트의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부를 갖는 모든 개구부의 중심점의 평균 거리는 각 개구부의 중심점과 상기 플레이트의 그 가장 가까운 개구부의 중심점 사이의 거리를 측정하고, 모든 이들의 측정된 상기 플레이트의 거리를 합하고 그리고 상기 합계를 상기 플레이트의 개구부의 수로 나눔으로써 결정된다.
본 발명은 상기 적어도 3개의 플레이트의 상기 개구부의 형태와 관련하여 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 적어도 하나의 그리고 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트의 상기 개구부는 적어도 실질적으로 원형, 십자형, 직사각형 또는 정사각형이고, 바람직하게 실질적으로 원형 또는 십자형이고 가장 바람직하게 원형 또는 십자형이다.
본 발명에 따른 상기 분배기 또는 수집기 소자의 플레이트의 수는 특정 응용 분야에 의존한다. 그러나, 일반적으로 상기 분배기 또는 수집기 소자는 각 2개의 인접한 플레이트 사이의 레벨을 정의하는 서로에 대해 적어도 실질적으로 평행하게 배열되는, 3 내지 15, 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10, 가장 바람직하게 3 내지 5개의 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분배기 또는 수집기 소자의 모든 플레이트는 적어도 실질적으로 수형으로 배열될 수 있다. 실질적으로 수평이라는 것은 각 플레이트가 상기 수평면에 대해 10° 초과, 바람직하게 5° 이하, 더 바람직하게 2° 이하 및 더욱 더 바람직하게 1° 이하만큼 변하지 않는 것을 의미한다. 가장 바람직하게, 각 플레이트는 수평으로 배열, 즉 상기 수평면에 대해 기울어지지 않는다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 첫 번째 특정 바람직한 실시예에 따라 레벨에서 레벨로, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 채널의 수가 증가함으로써 달성된다. 이것은 프랙탈 플레이트를 사용함으로써 달성될 수 있다. 프랙탈 플레이트는 본 발명에 따라 다른 플레이트 뒤에 배열되는 경우(제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때), 상기 다른 플레이트보다 더 높은 개구부의 수를 갖고, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트인 경우, 상기 인접한 플레이트보다 더 낮은 개수부의 수를 갖는 플레이트로서 정의된다.
본 발명에 따른 상기 분배기 또는 수집기 소자의 프랙탈 플레이트의 수는 상기 특정 분야에 의존한다. 그러나, 일반적으로 상기 분배기 또는 수집기 소자는 적어도 2개, 바람직하게 적어도 3개, 더 바람직하게 2 내지 15, 더욱 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10 및 가장 바람직하게 3 내지 5개의 프랙탈 플레이트를 포함하는 것이 바람직하고, 여기서 상기 프랙탈 플레이트 각각은 상기 프랙탈 플레이트의 뒤에 인접해 있는(즉, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각에서 반대 최외각 프랙탈 플레이트 방향에 인접한) 프랙탈 플레이트 보다 더 낮은 수의 개구부를 포함한다. 바람직하게, 모든 프랙탈 플레이트는 그 사이에 임의의 비-프랙탈 플레이트를 갖지 않고, 서로 인접한다.
모든 프랙탈 플레이트가 상기 분배기 또는 수집기 소자의 최외각 플레이트에 있는 첫 번재 프랙탈 플레이트를 갖고, 그 사이에 임의의 비-프랙탈 플레이트를 갖지 않고 서로 인접할 때, 특히 좋은 결과가 얻어진다.
레벨의 상기 유체 경로의 적어도 실질적으로 동일한 길이를 쉽고 안정적으로 달성하기 위하여, 상기 프랙탈 플레이트의 각각의 개구부는 상기 각각의 플레이트에 적어도 실질적으로 격자형으로 배열된다. 이것은 상기 프랙탈 플레이트의 각각의 개구부가 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형일 때, 쉽게 달성할 수 있다.
본 실시예에 따라, 각 프랙탈 플레이트(또는 전방 프랙탈 플레이트, 각각)에서 개구부의 수는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각에서 반대 최외각 플레이트 방향에서 그것에 인접해 있는 프랙탈 플레이트(또는 후방 프랙탈 플레이트, 각각)의 개구부의 수보다 더 낮다. 상기 단일 플레이트의 상대적인 배열과 관련하여, 모든 용어, “전방(forward)”, “후방(backward)”, “앞에(before)”, “뒤에(behind)”등은 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각에서 반대 최외각 플레이트 방향에 대해 이해되어야 한다. 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트는, 인접한 레벨이 상기 분배기 또는 수집기 소자의 상기 2개의 최외각 플레이트의 다른 쪽에 인접해 있는 상기 레벨보다 더 적은 유체 경로를 갖는, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 상기 2개의 최외각 플레이트의 그것이다. 상기 횡단면에 걸쳐 제1 유체의 탁월하게 균일한 분배를 달성하기 위해, 각 후방 프랙탈 플레이트에서 개구부의 수는 상기 각각의 인접한 전방 프랙탈 플레이트에서 개구부의 수의 배수인 것이 바람직하다. 각 후방 프랙탈 플레이트가 상기 인접한 전방 프랙탈 플레이트보다 4배 이상의 개구부를 포함할 때, 상기 분배기 또는 수집기 소자에서 프랙탈 플레이트의 총 수를 최소화하려는 욕구와 매우 높은 분포 밀도를 달성하려는 욕구 사이의 절충으로 특히 좋은 결과가 얻어진다. 따라서, 각 프랙탈 플레이트의 개구부에서 개구부의 수는 4 x(4)n인 것이 특히 바람직하며, 여기서 n은 프랙탈 플레이트 1인 제1 최외각 프랙탈 플레이트를 갖는, 제1 최외각 프랙탈 플레이트에 대한 상기 각각의 프랙탈 플레이트의 수이다.
위에서 설명한 바와 같이, 각 후방 프랙탈 플레이트에서 개구부(opening)의 수는 상기 각각의 인접한 전방 프랙탈 플레이트에서 개구부의 수보다 더 높다. 이와 유사하게, 각 후방 프랙탈 플레이트에서 개구부(aperture)의 수는 상기 각각의 인접한 전방 프랙탈 플레이트에서 개구부의 수보다 더 높다. 더 구체적으로, 각 프랙탈 플레이트는 다수의 개구부를 포함하는 것이 바람직하고, 여기서 개구부의 수는 동일한 프랙탈 플레이트에서 개구부의 수의 0,1과 200% 사이, 바람직하게 0,5와 50% 사이, 더 바람직하게 1과 20% 사이, 더욱 더 바람직하게 3과 10% 사이 및 가장 바람직하게 약 6,25%이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 두 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 레벨에서 레벨로, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 플레이트의 개구부의 수가 증가함에 따라 달성된다. 이것은 적어도 하나의 분배 플레이트를 사용함으로써 달성될 수 있다. 분배 플레이트는 본 발명에 따라 다른 플레이트 뒤에(즉, 후방) 배열되는 경우(제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때), 다른 플레이트(즉, 앞에 즉, 전방에 배열되어 있는)보다 동일한 개구부의 수와 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트인 경우, 상기 인접한 플레이트보다 동일한 개구부의 수를 갖는 플레이트로 정의된다.
본 발명에 따른 상기 분배기 또는 수집기 소자의 분배 플레이트의 수는 상기 특정 분야에 의존한다. 그러나, 일반적으로 상기 분배기 또는 수집기 소자는 적어도 2개, 바람직하게 적어도 3개, 더 바람직하게 3 내지 15, 더욱 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10 및 가장 바람직하게 3 내지 5의 분배 플레이트를 포함하는 것이 바람직하고, 여기서 상기 분배 플레이트의 각각은 존재하는 경우, 상기 인접한 전방 플레이트보다 더 높은 개구부의 수를 가진다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 분배 플레이트의 각각은 상기 인접한 전방 플레이트로서 동일한 형태와 인접한 전방 플레이가 존재하지 않는 경우, 상기 인접한 후방 플레이로서 동일한 형태를 가지며, 그리고 여기서 상기 개구부는 상기 인접한 전방 플레이트와 같이 동일한 위치에서 그리고 인접한 상부 플레이트가 존재하지 않는 경우, 상기 인접한 후방 플레이트와 같이 동일한 위치에서 상기 적어도 하나의 분배 플레이트의 각각에 형성된다.
모든 분배 플레이트는 그 사이에 임의의 비-분배 플레이트 없이, 서로 인접할 때, 특히 좋은 결과가 달성된다. 상기 분배기 또는 수집기 소자가 적어도 하나의 프랙탈 플레이트를 포함하는 경우, 모든 분배 플레이트는 그 사이에 임의의 비-분배 플레이트 없이, 서로 인접하고 -제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때- 상기 적어도 하나의 프랙탈 플레이트의 전체 뒤에 배열되는 것이 바람직하다.
레벨의 상기 유체 경로의 적어도 실질적으로 동일한 길이를 쉽고 안정적으로 달성하기 위해, 상기 분배 플레이트의 각각의 상기 개구부는 상기 각각의 플레이트에 적어도 실질적으로 격자형으로 배열되는 것이 추가로 제안된다. 상기 분배 플레이트의 각각의 상기 개구부는 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형일 때, 이것은 쉽게 달성할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 세 번째 특정 바람직한 실시예에 따라 레벨에서 레벨로, 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에서 반대 최외각 플레이트로 상기 방향에서 볼 때, 레벨에서 레벨로 유체 경로의 수의 증가는 채널의 수를 증가함으로써 그리고 레벨에서 레벨로, 동일한 방향에서, 플레이트의 개구부의 수를 증가함으로써 달성된다. 이 실시예에서, 상기 분배기 또는 수집기 소자는 바람직하게 적어도 2개, 바람직하게 적어도 3개, 더 바람직하게 2 내지 15, 더욱 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10 및 가장 바람직하게 3 내지 5의 프랙탈 플레이트와 1 내지 3 및 바람직하게 2 또는 3의 분배 플레이트를 포함한다. 바람직하게 모든 프랙탈 플레이트는 그 사이에 임의의 비-프랙탈 플레이트 없이, 서로 인접하고, 모든 분배 플레이트는 그 사이에 임의의 비-분배 플레이트 없이, 서로 인접한다. 더욱 더 바람직하게 모든 분배 플레이트는 -제1 최외각 플레이트에서 반대 바깥쪽 플레이트로 상기 방향에서 볼 때- 상기 적어도 하나의 프랙탈 플레이트의 전체 뒤에 배열된다.
본 발명의 네 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 상기 분배기 또는 수집기 소자는 오직 프랙탈 플레이트와 바람직하게 2 내지 15, 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10 및 가장 바람직하게 3 내지 5의 프랙탈 플레이트를 포함한다.
본 발명의 다섯 번째 특정 바람직한 실시예에 따라, 상기 분배기 또는 수집기 소자는 오직 분배 플레이트와 바람직하게 3 내지 15, 더 바람직하게 3 내지 12, 더욱 더 바람직하게 3 내지 10 및 가장 바람직하게 3 내지 5의 분배 플레이트를 포함한다.
본 발명의 세 번째 특정 바람직한 실시예의 추가 변형에서 본 발명에 따른 상기 분배기 또는 수집기 소자는 제1 최외각 프랙탈 플레이트와 인접한 제2 프랙탈 플레이트를 포함하는 적어도 2개의 프랙탈 플레이트를 포함하는 것이 제안되고, 여기서 제1 최외각 프랙탈 플레이트는 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 형태를 갖고 각각의 적어도 실질적으로 동일한 크기와 형태를 갖는, 16개의 격자형 배열된, 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 개구부를 포함하고, 여기서 상기 16개의 개구부는 개구부의 4행 및 4열에 등거리로 제1 최외각 프랙탈 플레이트에 배열된다. 바람직하게, 상기 제1 최외각 프랙탈 플레이트의 상기 16개의 개구부의 각각은 제1과 제2 플레이트 사이의 첫 번째 레벨에서 제2 메인 유체로 이동되는 16개의 닫힌 채널을 형성하므로, 제1 최외각 프랙탈 플레이트로부터 가장 낮은 표면에서 상기 인접한 제2 프랙탈 플레이트의 상부 표면으로 적어도 실질적으로 수직으로 연장하는 벽으로 둘러싸여 있다.
동일한 크기를 갖는 개구부는 이들의 개구부들 중 하나의 영역이 이들의 개구부의 각각의 영역으로부터 20% 초과, 바람직하게 10% 이하, 더 바람직하게 5% 이하 및 가장 바람직하게 2% 이하만큼 변하지 않는 것을 의미한다.
제1 최외각 프랙탈 플레이트에 인접해 배열되어 있는 제2 프랙탈 플레이트는 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 형태를 갖고 각각의 적어도 실질적으로 동일한 크기와 형태를 갖는, 64개의 격자형으로 배열된, 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 개구부를 포함하며, 여기서 상기 64개의 개구부는 개구부의 8행 및 8열에 등거리로 제2 프랙탈 플레이트에 배열되고, 여기서 두 번째 레벨에서(제2와 인접한 제3 플레이트 뒤의 사이에 정의되는) 제2 메인 유체로 이동되는 64개의 닫힌 채널을 정의하므로, 제2 프랙탈 플레이트의 상기 64개의 개구부의 각각은 제2 프랙탈 플레이트로부터 더 낮은 표면에서 제3 플레이트의 뒤의 상부 표면으로 적어도 실질적으로 수직으로 연장하는 벽으로 둘러싸여 있다. 특히, 제2 프랙탈 플레이트는 첫 번째 레벨의 유체 경로를 포함하는 빈 공간을 두 번째 레벨의 그것들과 연결하는 4개의 개구부를 포함할 수 있고, 여기서 하나의 개구부는 첫 번째와 두 번째 행의 첫 번째 및 두 번째 열의 상기 4개의 채널 사이의 교차점에서 형성되고, 하나의 개구부는 첫 번째와 두 번째 행의 세 번째 및 네 번째 열의 상기 4개의 채널 사이의 교차점에서 형성되고, 하나의 개구부는 세 번째와 네 번째 행의 첫 번째 및 두 번째 열의 상기 4개의 채널 사이의 교차점에서 형성되고, 그리고 하나의 개구부는 세 번째와 네 번째 행의 세 번째 및 네 번째 열의 상기 4개의 채널 사이의 교차점에서 형성된다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 유체 경로(들)는 채널 벽 사이의 상기 빈 공간(들)에 적절하게 배치되는, 격벽에 의해 정의될 수 있다. 대안적으로, 상기 단일 유체 경로(들)는 제2 유체로 이동되는 상기 채널 사이에 형성된 상기 갭의 일부를 채움으로써 형성될 수 있는 반면, 상기 유체 경로(들)를 형성하므로, 제2 메인 유체로 이동되는 상기 채널 사이에 형성된 기타 갭은 열린 상태로 유지된다.
게다가, 본 발명의 이러한 변형에서 상기 분배기 또는 수집기 소자는 제2 프랙탈 플레이트 뒤에 배열되어 있는 적어도 제3 프랙탈 플레이트를 포함하고, 여기서 제3 프랙탈 플레이트는 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 형태를 갖고 각각의 적어도 실질적으로 동일한 크기 및 형태를 갖는, 256개의 격자형 배열된, 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 개구부를 포함하고, 여기서 상기 256개의 개구부는 개구부의 16행 및 16열에 등거리로 제3 프랙탈 플레이트에 배열된다. 제3 프랙탈 플레이트의 상기 256개의 개구부의 각각은 세 번째 레벨(제3과 제4 플레이트 뒤에 인접한 사이에 정의되는)에서 제2 메인 유체로 이동되는 256개의 닫힌 채널을 형성하므로, 제3 프랙탈 플레이트로부터 더 낮은 표면에서 플레이트 뒤의 상부 표면으로 적어도 실질적으로 수직으로 연장되는 벽으로 둘러싸여 있다. 제2 프랙탈 플레이트의 개구부의 각각의 아래에 제3 프랙탈 플레이트의 4개의 개구부는 배치된다.
본 발명의 아이디어의 추가 발전에서 이 변형에서 제3 프랙탈 프레이트는 두 번째 레벨의 상기 유체 경로를 포함하는 상기 빈 공간을 세 번째 레벨의 그것과 연결하는 16개의 개구부를 포함하는 것이 제안되고, 여기서 상기 개구부는 행 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 및 15의 열 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 및 15의 상기 채널 사이의 상기 교차점에서 유체 경로에 형성된다. 바람직하게, 이 변형의 상기 분배기 또는 수집기 소자는 제3 프랙탈 플레이트 뒤에 적어도 실질적으로 직사각형 도는 정사각형 형태를 갖고 각각의 적어도 실질적으로 동일한 크기와 형태를 갖는, 1.024개의 격자형으로 배열된, 적어도 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 개구부를 포함하는 제4 프랙탈 플레이트(fourth fractal plate)를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 1.024개의 개구부는 개구부의 32행 및 32열에 등거리로 제4 프랙탈 플레이트에 배열된다.
상기 변형에서 마지막 프랙탈 플레이트 뒤에 상기 마지막 플레이트와 같은 개구부의 동일한 형태와 동일한 수 및 치수를 갖는, 분배 플레이트는 배열되고, 여기서 상기 분배 플레이트는 마지막 프랙탈 플레이트의 개구부가 위치되는, 상기 교차점 아래에 그것에서 상기 유체 경로에 개구부가 없으며, 그러나 여기서 상기 분배 플레이트는 마지막 프랙탈 플레이트의 상기 개구부가 위치되는, 그것들에 인접해 있는 임의의 교차점에 개구부를 갖는다. 바람직하게 상기 분배 플레이트 뒤에 마지막 프랙탈 플레이트와 상기 분배 플레이트와 같은 개구부의 동일한 형태와 동일한 수 및 치수를 갖는, 1 내지 5, 바람직하게 1 내지 4 및 더 바람직하게 2, 3, 또는 4개의 추가 분배 플레이트가 배열되고, 여기서 상기 추가 분배 플레이트의 각각은 그 인접한 전방 플레이트보다 더 높은 수의 개구부를 갖는다.
이 발명의 아이디어의 추가 발전에서 이 변형의 상기 분배기 또는 수집기 소자는 1 내지 6, 바람직하게 1 내지 5 및 더 바람직하게 2, 3, 4 또는 5개의 분배 플레이트를 포함하고, 이는 전체가 개구부의 동일한 형태와 동일한 수 및 치수를 가지며, 여기서 상기 분배 플레이트의 각각은 그 인접한 상부 분배 플레이트보다 더 높은 수의 개구부를 가진다.
위에서 설명한 바와 같이, 각 2개의 플레이트 사이에 채널이 연장되고, 이를 통해 상기 채널이 연장되고 상기 빈 공간(들)에 의해 정의된 유체 경로가 배열된다. 그러나, 본 발명의 추가 특정 바람직한 실시예에 따르면, 상기 레벨의 거리는 변화하는 반면, 보다 바람직하게 각 레벨의 높이는 상기 분배기 또는 수집기 소자의 제1 최외각 플레이트에 인접해 있는 상기 레벨에서 반대 최외각에 인접해 있는 상기 레벨로 감소한다. 이것은 각 레벨 내의 상기 흐름 저항이 너무 높지 않은 장점이 있다. 각 레벨 또는 적어도 첫 번째 레벨의 높이는 0.2와 250mm 사이, 보다 바람직하게 1과 100mm 사이 및 가장 바람직하게 2와 50mm 사이일 수 있다.
상기 플레이트의 각각의 개구부는 1 내지 500 mm, 보다 바람직하게 1.5 내지 100 mm 및 가장 바람직하게 2 내지 50 mm의 직경을 가질 수 있다. 위에서 지적한 바와 같이, 임의의 프랙탈 플레이트가 존재하는 경우, 상기 개구부의 크기 또는 직경은 제1 프랙탈 플레이트에서 가장 낮은 프랙탈 플레이트로 감소하는 것이 바람직하다. 각 플레이트의 모든 개구부는 적어도 실질적으로 동일한 직경을 각각 갖는 것이 바람직하다.
상기 플레이트의 각각의 개구부는 0.1 내지 100 mm, 보다 바람직하게 0.2 내지 50 mm 및 가장 바람직하게 0.4 내지 20 mm의 크기 또는 직경을 각각 가질 수 있다. 각 플레이트의 모든 개구부는 직경과 같이, 적어도 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게 적어도 실질적으로 동일한 크기를 갖는 각각의 개구부는 이들 개구부 중 하나의 면적이 각각의 개구부의 면적으로부터 20% 이하, 바람직하게 10% 이하, 보다 바람직하게 5% 이하 및 가장 바람직하게 2% 이하로 변하는 것을 의미한다.
바람직하게, 상기 분배기 소자의 가장 낮은 플레이트 또는 상기 수집기 소자의 최상부 플레이트는 평방 미터 당 1,000 내지 1,500,000 및 더욱 바람직하게 20,000 내지 200,000의 유체 출구를 갖는다.
상기 분배기 또는 수집기 소자, 즉, 각각의 플레이트, 채널 벽 및 존재하는 경우, 격벽은, 세라믹 재료, 플라스틱, 금속, 합금, 복합 재료 등과 같은, 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 특히 바람직한 재료는 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 산화알루미늄(aluminum oxide), 멀라이트(mullite) 및 근청석(cordierite)과 같이 국한되지 않은 공업용 세라믹 또는 알루미늄 합금(aluminum alloys) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 광범위한 플라스틱 재료와 같이 국한되지 않은 금속 재료이다.
본 발명에 따른 상기 분배기 소자의 특별한 이점은 WO 2016/095059 A1에 기재된 방법과 같이, 스크린 인쇄와 같은, 생성 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다는 것이다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 앞서 전술한 분배기 소자 중 하나 이상 및/또는 앞서 전술한 수집기 소자 중 하나 이상을 포함하는, 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 상기 장치는 물질 전달 컬럼, 혼합기, 분산기, 발포 장치, 화학 반응기, 결정화기 또는 증발기일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치는 물질 전달 컬럼이고 상기하나 이상의 분배기 소자 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자 위에 접촉 트레이, 랜덤 패킹 및 구조화된 패킹으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질 전달 구조를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치는 물질 전달 컬럼이고 상기 하나 이상의 분배기 소자 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자 위에 모세혈관을 포함한 벌집 모양을 갖는, 물질 전달 구조를 포함하며, 여기서 상기 채널을 정의하는 상기 벽은 계단 모양이거나 조직(tissue)으로 만들어지거나 임의로 형성된 개방-셀 발포체이다. 이러한 물질 전달 구조는 WO 2014/043823 A1 및 WO 2017/167591 A1에 더 자세히 설명되어 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 하나 이상의 분배기 소자 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자 위에 제2 유체를 전도하도록 설계된 접촉 영역인, 접촉 영역을 포함하는, 물질 전달 구조를 포함하며, 여기서 상기 접촉 영역에서 적어도 하나의 흐름 차단기(flow breaker)는 제2 유체의 흐름을 차단하기 위해 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 하나 이상의 분배기 소자 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자 위에 조직, 개방 기공 재료, 모세관, 계단 구조 및 앞서 전술한 구조 중 둘 이상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질 전달 구조를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 횡단면 상에 제1 유체를 균일하게 분배하기 위한 앞서 전술한 분배기 소자 및/또는 횡단면 상에 분배되어 있는 제1 유체를 수집하기 위한 선행 청구항 중 어느 한 항에 따른 앞서 전술한 수집기 소자의 사용은 상기 유체 경로를 정의하고 상기 분배기 및/ 소자의 채널을 통해 제2 유체를 흐르게 하는 상기 하나 이상의 빈 공간들 중 적어도 하나에 제1 유체를 흐르게 하는 단계를 포함하고, 여기서 바람직하게 상기 분배기 및/ 소자는 물질 전달 컬럼, 혼합기, 분산기, 발포 장치 또는 화학 반응기에 사용된다.
이어서, 본 발명은 예시적이지만 제한적이지 않은 도면에 의해 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분배기 소자 10의 측면 사시도를 보여준다. 상기 분배기 소자 10는 3개의 프랙탈 플레이트 12, 12', 12'' 및 제3 프랙탈 플레이트 12''' 아래에 5개의 분배 플레이트 16, 16', 16'', 16''', 16iv를 포함한다. 각 2개의 인접한 플레이트 12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv 사이에 레벨 18이 정의된다. 각 플레이트 12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv는 개구부 20를 포함하고, 여기서 각 개구부 20는 둥근 가장자리를 갖는 정사각형 단면을 갖는다. 각 개구부 20는 각 플레이트 12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16'''16iv 아래의 각 레벨 18에서 제2 메인 유체로 이동되는 채널 24을 정의하는 벽 22으로 둘러싸여 있다. 제1 프랙탈 플레이트 12의 중심 위에, 실질적으로 십자형 단면을 갖는 파이프의 형태에서 입구 26가 배열된다.
도 2는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자 10의 평면도를 보여준다. 최상부 프랙탈 플레이트 12는 16개의 격자형으로 배열된, 둥근 가장자리를 갖는 적어도 실질적으로 정사각형인 개구부 20를 포함한다. 각각의 상기 개구부 20는 동일한 크기 및 형태를 가지며, 여기서 상기 16개의 개구부는 개구부 20의 4행 및 4열에 등거리로 제1 최상부 프랙탈 플레이트(first uppermost fractal plate) 12에 배열된다. 본질적으로 십자형 개구부 28는 제1 프랙탈 플레이트 12의 중앙에 배열되고 상응하는 형태를 갖는 입구 26로 둘러싸여 있다.
도 3a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제1 프랙탈 플레이트 12 아래 및 제2 프랙탈 플레이트 12' 위의 첫 번째 레벨 18의 단면도를 보여주고, 도 3b는 도 3a의 개략적인 도면을 보여준다. 16개의 채널 24은 최상부 프랙탈 플레이트 12의 상기 개구부 20 아래에 위치되며, 여기서 각 채널 24은 최상부 제1 프랙탈 플레이트 12의 하부 표면에서 제2 프랙탈 플레이트 12'의 상부 표면 상으로 연장하는, 채널 벽 22으로 둘러싸여 있다. 도 3b의 원 28은 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체가 첫 번째 레벨 18로 들어가는, 최상부 프랙탈 플레이트 12에 형성된 상기 개구부 28의 위치를 개략적으로 보여준다. 최상부 프랙탈 플레이트 12에 형성된 상기 개구부 28가, 도 2에 도시된 바와 같이, 본질적으로 십자형일지라도, 도 3b에 도시된 상기 레벨 18 위에 배열되는 상기 플레이트 12의 상기 개구부가 도 3b 및 "들어오는 개구부(incoming aperture)", 즉 액체가 상기 레벨 18로 흘러 이동되는, 개구부인 것을 보여주기 위해, 원형으로써 다음의 추가 개략도 도 4b 및 5b에 도시된다. 이에 반해, 도 3b에 도시된 상기 레벨 18 아래에 배열된 상기 플레이트 12'의 상기 개구부 28', 28'', 28''', 28'v는 도 3b 및 그들이 “나가는 개구부(outcoming aperture), 즉, 액체가 상기 다음 낮은 레벨로 흐르는, 개구부인 것을 보여주기 위해, 직사각형으로써 다음의 추가 개략도 도 4b, 5b, 6b, 7a, 7c 및 7e에 도시된다. 상기 채널 벽 22 중 일부 사이에, 첫 번째 레벨 18의 4개의 중앙 채널 20 사이 및 주위에 8개의 유체 경로 33를 정의하는 빈 공간을 정의하는, 격벽 32이 배열된다. 첫 번째 레벨 18의 상기 8개의 유체 경로 33의 각각은 적어도 실질적으로 동일한 길이를 갖는다. 상기 빈 공간에 정의된 8개의 유체 경로 33에서 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 상기 격벽 32으로 인해 제1 유체가 통과할 수 없는, 상기 채널 24의 그 부분은 도 3b에서 각각 음영 처리되거나 해칭(hatched)으로 도시되어 있다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 입구 26 및 제1 최상부 프랙탈 플레이트 12의 상기 중앙 개구부 28를 통해 첫 번째 레벨 18의 상기 빈 공간으로 들어가는 제1 유체는, 제1 유체가 상기 격벽 32에서 편향되고 제2 프랙탈 플레이트 12'의 4개의 개구부 28', 28'', 28''', 28iv로 향하는 동안, 상기 4개의 중앙 채널 24 사이의 상기 빈 공간에서 정의된 상기 8개의 유체 경로 33를 따라 흐른다. 따라서, 제1 유체는 상기 채널 24과 상기 격벽 32에 의해 형성되고 상기 4개의 개구부 28', 28'', 28'', 28iv에 수집되는 상기 8개의 유체 경로 33를 통해 하나의 중심점 28으로부터 첫 번째 레벨로 분배된다.
도 4a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제2 프랙탈 플레이트 12' 아래 및 제3 프랙탈 플레이트 12'' 위의 두 번째 레벨의 단면도를 도시하고, 도 4b는 도 4의 개략적인 도면을 도시한다. 64개의 채널 24은 제2 프랙탈 플레이트 12'의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 제2 프랙탈 플레이트 12'의 하부 표면에서 제3 프랙탈 플레이트 12''의 상부 표면 상으로 연장하는, 채널 벽 22으로 둘러싸여 있다. 상기 4개의 원 28은 제2 프랙탈 플레이트 12'에 형성된 상기 개구부 28의 위치를 개략적으로 도시하며, 이를 통해 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체는 두 번째 레벨 18로 들어간다. 다시, 그들이 “들어오는 개구부” 28 즉, 액체가 상기 레벨로 흐르는, 개구부 28인 것을 보여주기 위해, 상부 프랙탈 플레이트 12'에 형성된 개구부 28', 28'', 28''', 28'v 가, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본질적으로 십자형일지라도, 도 4b에 도시된 상기 레벨 위에 배열된 상기 플레이트 12'의 개구부 28는 원형으로써 도 4b에 도시된다. 이와는 대조적으로, 도 4b에 도시된 상기 레벨 아래에 배열되는 상기 플레이트 12''의 개구부 28', 28'', 28''', 28'v는 그들이 "나가는 개구부" 28', 28'', 28''', 28'v, 즉 액체가 다음 아래 레벨로 흐르는, 개구부 28', 28'', 28''', 28'v인 것을 보여주기 위하여, 직사각형으로써 도 4b에 도시된다. 상기 채널 벽 22 중 일부 사이에, 32개의 유체 경로 33를 정의하는, 격벽 32은 제2 프랙탈 플레이트 12'의 개구부 28'를 둘러싸는 4개의 채널 20 사이 및 주위의 상기 빈 공간에 또는 의해 정의되는 각 유체 경로에 배열된다. 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 다시, 상기 격벽 32으로 인해 제1 유체로 이동될 수 없는, 상기 채널 24의 그 부분은 도 4b에 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 개구부 28를 통해 두 번째 레벨로 들어가는 제1 유체는, 상기 격벽 32에 편향되고 제3 프랙탈 플레이트 12''의 상기 16개의 개구부 28', 28'', 28''', 28'v로 향하는 동안, 상기 각각의 채널 24 사이의 상기 빈 공간에서 정의되며, 이는 세 번째 레벨로 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 4개의 개구부 28에서 16개의 개구부 28', 28'', 28''', 28'v로 두 번째 레벨에 분배된다.
도 5a는 도 1에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제3 프랙탈 플레이트 12'' 아래 및 제1 분배 플레이트 16 위의 세 번째 레벨 18의 단면도를 도시하고, 도 5b는 도 5a의 개략적인 도면을 도시한다. 256개의 채널 24은 제3 프랙탈 플레이트 12''의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 제3 프랙탈 플레이트 12''의 하부 표면에서 제1 분배 플레이트 16의 상부 표면상으로 연장되는, 채널 벽 22으로 둘러싸여 있다. 상기 16개의 원 28은 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체는 세 번째 레벨로 들어가는, 제3 프랙탈 플레이트 12''에 형성된 상기 개구부 28', 28'', 28''', 28'v의 위치를 개략적으로 보여준다. 다시, 그들이 “들어가는 개구부”28, 즉 액체가 상기 레벨로 흐르는, 개구부 28인 것을 보여주기 위해, 비록 상부 프랙탈 플레이트 12''에 형성된 상기 개구부 28', 28'', 28''', 28'v가 도 4a에 도시된 바와 같이, 본질적으로 십자형일지라도, 도 5b에 도시된 상기 레벨 위에 배열된 상기 플레이트 12''의 상기 개구부 28는, 원형으로써 도 5b에 도시된다. 이와는 대조적으로, 도 5b에 도시된 상기 레벨 아래에 배열된 상기 분배 플레이트 16의 상기 개구부 38는, 그들이 “나가는 개구부”38 즉, 액체가 다음 아래 레벨로 흐르는, 개구부 38인 것을 보여주기 위하여, 직사각형으로써 도 5b에 도시된다. 그러나, 도 5a에 도시된 바와 같이, 사실, 상기 분배 플레이트 16의 개구부 38뿐만 아니라 모든 하부 분배 플레이트 16', 16'', 16''', 16'v의 그것은 원형이며 상부 프랙탈 플레이트 12, 12', 12'''에서와 같이 본질적으로 십자형이 아니다. 상기 채널 벽 22의 일부 사이에, 128개의 유체 경로 33를 정의하는, 격벽(도 5a 및 도 5b에 도시되지 않음)은 세 번째 레벨의 상기 빈 공간에서 각각 정의되거나 형성된 각 유체 경로 33에 배열된다. 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 다시, 상기 격벽 32으로 인해 제1 유체로 이동될 수 없는, 상기 채널 24의 그 부분은 도 5b에 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 개구부 28를 통해 세 번째 레벨로 들어가는 제1 유체는, 제1 유체가 상기 격벽에 편향되고 제1 분배 플레이트 16의 상기 64개의 개구부 38로 향하는 동안, 상기 각각의 채널 24 사이의 상기 빈 공간에서 정의된 상기 128개의 유체 경로 33를 따라서 흐르며, 이는 네 번째 레벨로 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 16개의 개구부 28에서 64개의 개구부 38로 세 번째 레벨에 분배된다.
도 6a는 도 1에 도시된 상기 분배기 요소 10의 제1 분배 플레이트 16 아래 및 제2 분배 플레이트 16' 위의 네 번째 레벨의 단면도를 도시한다. 도 6b는 도 6a의 개략적인 도면을 나타내고, 도 6c는 도 6b의 일부를 확대하여 나타낸다. 제1 분배 플레이트 16는 제3 프랙탈 플레이트 12''로써 동일한 형태 및 동일한 개수 및 치수의 개구부 20를 가지며, 여기서 제1 분배 플레이트 16는 제3 프랙탈 플레이트 12''의 개구부 28', 28'', 28''', 28'v가 위치되는, 상기 교차점 아래의 그것에 개구부 38를 갖지 않으나, 여기서 제1 분배 플레이트 16는 제3 프랙탈 플레이트 12''의 개구부 28', 28'', 28''', 28'v가 위치되는, 임의의 교차점에 인접한 그것에서 개구부 38를 갖는다. 이에 의해, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 추가 분배는 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같이 상기 빈 공간(들)에 의해 정의된 상기 유체 경로 33에서 달성된다.
도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같이, 4개의 추가 분배 플레이트 16', 16'', 16''', 16iv의 각각의 인접한 사이에 레벨이 정의된다. 상기 4개의 추가 분배 플레이트 16', 16'', 16''', 16iv의 각각은 제3 프랙탈 플레이트 12'' 및 제1 분배 플레이트 16와 같이 동일한 형태 및 동일한 개수 및 치수의 개구부 20를 갖는다. 그러나, 추가 분배 플레이트 16', 16'', 16''', 16iv의 각각은 그 인접한 상부 플레이트 16, 16', 16'', 16'''보다 더 높은 수의 개구부 38, 38', 38''를 갖는다. 이것은 상기 유체 경로 33를 정의하는 상기 빈 공간(들)의 임의의 부분이 상기 분배기 소자의 작동 동안 제1 유체로 채워지는 것을 허용하고 따라서 다수의 개구부 38, 38', 38''를 통해 가장 낮은 분배 플레이트 16iv에서 특정한 높은 분배 밀도가 달성된다.
도 8은 분배기 소자 10, 구조화된 패킹 42 및 수집기 소자 44를 포함하는 물질 전달 컬럼 8의 내부 40의 측면 사시도를 도시한다. 상기 물질 전달 컬럼 8은 정류 컬럼 8일 수 있다. 상기 분배기 소자 10는 위에 기재된 바와 같이 그리고 도 1 내지 7에 도시된 바와 같이 구성된다. 상기 수집기 소자 44는 상기 분배기 소자 10로 구성되지만, 제1 프랙탈 플레이트가 가장 낮은 플레이트이고 제5 분배 플레이트(fifth distribution plate)가 가장 높은 플레이트가 되도록 단순히 반전된다. 상기 물질 전달 컬럼 8의 작동 동안, 액체는 상기 입구 16를 통해 상기 분배기 소자 10로 들어가고 도 1 내지 7을 참조하여 위에 기재된 바와 같이 횡단면에 걸쳐 분배된다. 그 다음 분배된 액체는 상기 구조화된 패킹 42의 표면 상으로 아래쪽으로 그리고 더 아래쪽으로 흐른다. 가스는 반대 방향, 즉 상기 물질 전달 컬럼 8의 바닥에서 위쪽으로 연속적으로 흐른다. 상기 구조화된 패킹에서, 둘 다 모두는 상기 구조화된 패킹 42의 큰 특정한 표면에 걸쳐 분배되므로, 상기 액체와 가스 사이에 집중적인 질량과 에너지 전달이 발생한다. 그런 다음 상기 액체는 상기 수집기 요소 44의 표면 위로 흐르고, 이는 한 지점에서 수집되고 집중되며, 이는 상기 출구 46를 통해 내부를 떠난다.
도 9는 위에 기재된 바와 같이 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 구성되는 각각의, 다수의 분배기 소자 10, 다수의 구조화된 패킹 42 및 다수의 수집기 소자 44를 포함하는 물질 전달 컬럼 8의 내부의 측면 사시도를 도시한다. 상기 다수의 분배기 소자 10의 전체에 제1 유체를 분배하기 위해, 분배 매니폴드(distribution manifold) 48는 다수의 분배기 소자10 위에 배열된다. 유사하게, 수집기 매니폴드 50는 다수의 수집기 소자 44 아래에 배열된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 프랙탈 플레이트 12''를 도시한다. 상기 프랙탈 플레이트 12''는 본질적으로 십자형 단면을 갖는 상기 개구부 28의 직경이 약간 다르다는 것을 제외하고 도 1, 2 및 4에 도시된 실시예의 제3 프랙탈 플레이트 12''와 유사하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제1 프랙탈 플레이트 12를 포함하는 분배기 소자를 도시한다. 제1 프랙탈 플레이트 12는 상기 채널 24 내에 정적 혼합기 52가 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 이를 통해 흐르는 제2 메인 유체를 혼합하기 위해 배열되는 것을 제외하고 도 1 및 2에 도시된 실시예의 제1 프랙탈 플레이트 12와 유사하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 분배기 소자 10의 개략적인 측면도를 도시한다. 상기 분배기 소자 10는 5개의 분배 플레이트 16, 16', 16'', 16''', 16iv를 포함한다. 각 2개의 인접한 플레이트 16, 16', 16'', 16''', 16iv 사이에, 레벨 18은 정의된다. 각 플레이트 16, 16', 16'', 16''', 16iv는 개구부 20를 포함하며, 여기서 각 개구부 20는 둥근 가장자리를 갖는 정사각형 단면을 가진다. 각 개구부 20는 각 플레이트 16, 16', 16'', 16''', 16iv 아래의 각 레벨 18에서 제2 메인 유체로 이동하는 채널 24을 정의하는 벽 22으로 둘러싸여 있다. 상기 분배 플레이트 16의 중심 위에, 실질적으로 십자형 단면을 갖는 파이프의 형태에서 입구 26가 배열된다.
도 13은 도 12에 도시된 상기 분배기 소자 10의 상면도를 도시한다. 상기 최상부 분배 플레이트 16는 16개의 격자형 배열된, 둥근 가장자리를 갖는 적어도 실질적으로 정사각형 개구부 20를 포함한다. 상기 개구부 20의 각각은 동일한 크기와 형태를 갖고, 여기서 상기 16개의 개구부는 개구부 20의 4행 및 4열에 등거리로 제1 최상부 분배 플레이트 16에 배열된다. 본질적으로 십자형 개구부 38는 제1 분배 플레이트 16의 중심에 배열되고 상응하는 형태를 갖는 입구 26에 의해 둘러싸여 있다.
도 14a는 도 12에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제1 분배 플레이트 16 아래와 제2 분배 플레이트 16' 위의 첫 번째 레벨 18의 단면도를 도시하고 도 14b는 도 14a의 개략적인 도면을 도시한다. 16개의 채널 24은 최상부 분배 플레이트 16의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 최상위 제1 분배 플레이트 16의 더 낮은 표면에서 제2 분배 플레이트 16'의 상부 표면으로 연장되는, 채널 벽 22에 의해 둘러싸여 있다. 도 14b에서 원형 28은 최상부 분배 플레이트 16에 형성된 상기 개구부 38의 위치를 도시하고 이를 통해 제1 유체는 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 첫 번째 레벨 18로 들어간다. 도 13에 도시된 바와 같이, 최상부 분배 플레이트 16에 형성된 상기 개구부 38가 본질적으로 십자형인 경우에도, 도 14b에 도시된 상기 레벨 18 위에 배열되어 있는 상기 플레이트 16의 개구부는 “들어오는 개구부(incoming aperture)” 즉, 액체가 상기 레벨 18로 흐르는, 개구부를 보여주기 위해, 원형으로 도 14b에 도시된다. 이와 대조적으로, 도 14b에 도시된 상기 레벨 18 아래에 배열되어 있는 상기 플레이트 16'의 상기 개구부 38', 38'', 38''', 38'v는 그들이“나가는 개구부(outcoming aperture)”, 즉, 액체가 다음 낮은 레벨로 흐르는, 개구부를 보여주기 위하여, 직사각형으로 도 14b에 도시된다. 실제로, 상기 플레이트 16'의 상기 개구부 38', 38'', 38''', 38'v는 실질적으로 십자형 단면을 가진다. 도 14b에서 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된, 상기 채널 벽 22 사이에 형성된 상기 빈 공간 54의 일부는 채워져 있고 따라서 제1 유체에 의해 이동될 수 없다. 이에 의해, 첫 번째 레벨 18의 상기 4개의 중심 채널 20 사이와 주변의 8개의 유체 경로 33는 나머지 빈 공간에 규정된다. 첫 번째 레벨 18의 상기 8개의 각각의 유체 경로 33는 적어도 실질적으로 동일한 길이를 가진다. 상기 빈 공간에 의해 정의되는 상기 8개의 유체 경로 33에서 작동 동안 상기 분배기 소자 10의 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 입구 26를 통해 첫 번째 레벨 18의 상기 빈 공간과 제1 최상부 분배 플레이트 16의 중심 개구부 38로 들어가는 제1 유체는 상기 4개의 중심 채널 24 사이의 상기 빈 공간에 규정되는 상기 8개의 유체 경로 33를 따라 흐르고, 그 동안 제1 유체는 채워진 54 빈 공간 54의 상기 벽에 편향되고 제2 분배 플레이트 16'의 상기 4개의 개구부 38', 38'', 38''', 38iv로 향하게 되며, 이를 통해 두 번째 레벨로 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 첫 번째 레벨 18에서 채널 24에 의해 형성된 상기 8개의 유체 경로 33와 채워진 빈 공간 54의 상기 벽을 통해 하나의 중심점 38으로부터 분배되고 상기 4개의 개구부 38', 38'', 38''', 48iv에 수집된다.
도 15a는 도 12에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제2 분배 플레이트 16' 아래와 제3 분배 플레이트 16'' 위의 두 번째 레벨의 단면도를 도시하고 도 15b는 도 15a의 개략적인 도면을 도시한다. 제2 분배 플레이트 16'의 상기 개구부 20와 채널 24은 동일한 위칭 위치되고 제1 분배 플레이트 16의 그것과 같은 동일한 치수를 가진다. 따라서, 16개의 채널 24은 제2 분배 플레이트 16'의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 제2 분배 플레이트 16'의 더 낮은 표면에서 제3 분배 플레이트 16''의 상부 표면으로 연장되는, 채널 벽 22에 의해 둘러싸여 있다. 상기 4개의 원 38은 제2 분배 플레이트 16'에 형성된 상기 개구부 38의 위치를 개략적으로 도시하고 이를 통해 제1 유체는 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 두 번째 레벨로 들어간다. 제2 분배 플레이트 16'에 형성된 상기 개구부 38가 도 14a에 도시된 바와 같이, 본질적으로 십자형인 경우에도 15b에 도시된 상기 레벨 위에 배열되어 있는 상기 플레이트 16'의 상기 개구부는 그들이 “들어오는 개구부”, 즉 액체가 두 번째 레벨로 흐르는, 개구부인 것을 보여주기 위해, 원으로 도 15b에 도시된다. 두 번째 레벨 아래에 배열된 제3 분배 플레이트 16''는 그들이 “나가는 개구부” 38', 38'', 38''', 38'v, 즉, 액체가 다음 낮은 레벨로 흐르는, 개구부 38', 38'', 38''', 38'v 인 것을 보여주기 위해, 직사각형으로 도 15b에 도시되는, 12개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v를 포함한다. 실제로, 제3 분배 플레이트 16''의 상기 12개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v는 도 15a에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 가진다. 도 15b에서 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된, 상기 채널 22 사이에 형성된 상기 빈 공간 54의 일부는 채워지고 따라서 제1 유체에 의해 이동될 수 없다. 이에 의해, 두 번째 레벨의 상기 채널 20 사이와 주변에 16개의 유체 경로 33는 나머지 빈 공간에서 규정된다. 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 개구부 38를 통해 두 번째 레벨로 들어가는 제1 유체는 상기 각각의 채널 24 사이의 상기 빈 공간에 규정된 상기 16개의 유체 경로 33에 따라 흐르고, 그 동안 제1 유체는 상기 채워진 빈 공간 54의 벽 32에 편향되고 제3 분배 플레이트 16''의 상기 12개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 향하게 되며, 이를 통해 세 번째 레벨로 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 두 번째 레벨에서 4개의 개구부 38에서 상기 12개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 분배된다.
도 16a는 도 12에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제3 분배 플레이트 16'' 아래 및 제4 분배 플레이트 16''' 위의 세 번째 레벨의 단면도를 도시하고 도 16b는 도 16a의 개략적인 도면을 도시한다. 제4 분배 플레이트 16'''의 상기 개구부 20와 채널 24은 동일한 위치에 위치되고 제1, 제2 및 제3 분배 플레이트 16, 16', 16''의 그것과 같은 동일한 치수를 가진다. 따라서, 16개의 채널 24은 제3 분배 플레이트 16''의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 제3 분배 플레이트 16''의 더 낮은 표면에서 제4 분배 플레이트 16'''의 상부 표면으로 연장되는, 채널 벽 22에 의해 둘러싸여 있다. 상기 12개의 원 28은 제3 분배 플레이트 16''에 형성된 상기 개구부 38', 38'', 38''', 38'v의 위치를 개략적으로 도시하고, 이를 통해 제1 유체가 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 세 번째 레벨로 들어간다. 세 번째 레벨 아래에 배열된 제4 분배 플레이트 16'''는 그들이 “나가는 개구부” 38', 38'', 38''', 38'v, 즉 액체가 다음 낮은 레벨로 흐르는, 개구부 38', 38'', 38''', 38'v인 것을 보여주기 위하여, 직사각형으로 도 16b에 도시되는, 40개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v를 포함한다. 실제로 제4 분배 플레이트 16'''의 상기 40개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v는 도 16a에 도시된 바와 같이, 긴 직사각형의 형태를 가진다. 도 16b에서 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된, 상기 채널 벽 22 사이에 형성된 상기 빈 공간 54의 일부는 채워져 있고 따라서 제1 유체에 의해 이동될 수 없다. 이로써, 세 번째 레벨의 상기 채널 20 사이 및 주변에 40개의 유체 경로 33는 나머지 빈 공간에서 규정된다. 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 개구부 38를 통해 세 번째 레벨로 들어가는 제1 유체는 상기 각각의 채널 24 사이에 상기 빈 공간에서 규정되는 상기 40개의 유체 경로 33를 따라 흐르고, 그 동안 제1 유체는 상기 채워진 빈 공간 54의 상기 벽 32에서 편향되고 제4 분배 플레이트 16'''의 상기 40개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 향하며, 이를 통해 네 번째 레벨로 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 세 번째 레벨에서 12개의 개구부 38에서 상기 40개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 배열된다.
도 17a는 도 12에 도시된 상기 분배기 소자 10의 제4 분배 플레이트 16''' 아래와 제5 분배 플레이트 16'v 위의 네 번째 레벨의 단면도를 도시하고 도 17b는 도 17a의 개략적인 도면을 도시한다. 제5 분배 플레이트 16'v의 상기 개구부 20와 채널 24은 동일한 위치에서 위치되고 제1, 제2, 제3 및 제4 플레이트 16, 16', 16'', 16'''의 그것과 같이 동일한 치수를 가진다. 따라서, 16개의 채널 24은 제4 분배 플레이트 16'''의 상기 개구부 20 아래에 위치되고, 여기서 각 채널 24은 제4 분배 플레이트 16'''의 하부 표면에서 제5 플레이트 16'v의 상부 표면으로 연장되는, 채널 벽 22에 의해 둘러싸여 있다. 상기 40개의 원 28은 제4 분배 플레이트 16'''에 형성된 상기 개구부 38', 38'', 38''', 38'v의 위치를 도시하고 이를 통해 제1 유체는 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 네 번째 레벨로 들어간다. 제4 분배 플레이트 16'''에 형성된 상기 개구부 38가 도 16a에 도시된 바와 같이, 긴 직사각형의 형태를 가지더라도, 도 17b에 도시된 상기 레벨 위에 배열되어 있는 상기 플레이트 16'''의 상기 개구부는 그들이 “들어오는 개구부” 즉, 액체가 두 번째 레벨로 흐르는, 개구부인 것을 보여주기 위해, 원으로 도 17b에 도시된다. 네 번째 레벨 아래에 배열된 제5 플레이트 16'v는 그들이 “나가는 개구부” 38', 38'', 38''', 38'v, 즉, 액체가 다음 하부 레벨로 흐르는, 개구부 38', 38'', 38''', 38'v인 것을 보여주기 위해, 직사각형으로 도 17b에 도시된, 개구부 38', 38'', 38''', 38'v를 포함한다. 실제로, 제5 분배 플레이트 16'v의 상기 82개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v는 도 17a에 도시된 바와 같이, 긴 직사각형의 형태를 가진다. 도 17b에서 각각 음영 처리되거나 해칭으로 도시된, 상기 채널 벽 22 사이에 형성된 상기 빈 공간 54의 일부는 채워지고 따라서 제1 유체에 의해 이동될 수 없다. 이로써, 네 번째 레벨의 상기 채널 20 사이 및 주변에 82개의 유체 경로 33는 나머지 빈 공간에서 규정된다. 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 제1 유체의 흐름 방향은 화살표 34로 개략적으로 도시된다. 따라서, 상기 분배기 소자 10의 작동 동안 상기 개구부 38를 통해 네 번째 레벨로 들어가는 제1 유체는 상기 각각의 채널 24 사이의 상기 빈 공간에서 규정되는 상기 82개의 유체 경로 33를 따라 흐르고, 그 동안 제1 유체는 상기 채워진 빈 공간 54의 상기 벽 32에서 편향되고 제5 플레이트 16'v의 상기 82개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 향하며, 이를 통해 아래쪽으로 흐른다. 따라서, 제1 유체는 네 번째 레벨에서 40개의 개구부 38에서 상기 82개의 개구부 38', 38'', 38''', 38'v로 분배된다.
참조 번호(Reference Numerals)
8 물질 전달 컬럼(Mass transfer column)
10 분배기 소자(Distributor element)
12, 12', 12'' 프랙탈 플레이트(Fractal plate)
16, 16', 16'', 16''', 16iv분배 플레이트(Distribution plate)
18 레벨(Level)
20 개구부(Opening)
22 채널 벽(Channel wall)
24 채널(Channel)
26 입구(Inlet)
28, 28', 28'', 28''', 28iv프랙탈 플레이트의 개구부(Aperture of fractal plate)
32 격벽(Partition wall)
33 유체 경로(Fluid path)
34 상기 유체 경로에서 제1 유체의 흐름 방향(Flow direction of the first fluid in the fluid path)
38, 38', 38''분배 플레이트의 개구부(Aperture of distribution plate)
40 물질 전달 컬럼의 내부(Internal of a mass transfer column)
42 구조화된 패킹(Structured packing)
44 수집기 소자(Collector element)
46 출구(Outlet)
48 분배 매니포드(Distribution manifold)
50 수집기 매니포드(Collector manifold)
52 정적 혼합기(Static mixer)
54 채워진 빈 공간(Filled hollow space)

Claims (17)

  1. 횡단면에 제1 유체를 균일하게 분배하기 위한 분배기 소자(10) 또는 횡단면에서 분배되어 있는 제1 유체를 수집하기 위한 수집기 소자(10)로, 여기서 제2 메인 유체는 상기 분배기 소자(10)를 통해 상기 제1 유체에 대해 병류 및/또는 역류로 흐르고, 여기서 상기 분배기 소자(10)는 서로에 대해 적어도 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)를 포함하고, 여기서 레벨(18)은 2개의 인접한 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 사이에서 정의되고, 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각은 개구부(20)의 수를 포함하고, 여기서 각각의 상기 레벨(18)에서 각 벽(22)은 제2 메인 유체에 의해 이동되는 채널(24)을 정의하도록 벽(22)은, 플레이트(12, 12', 16, 16', 16'', 16''')의 한 측면에서 인접한 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 인접한 측면으로 연장되는 각각으로, 배열되며, 여기서 상기 채널(24)은 인접한 플레이트 (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv) 사이의 모든 개구부(20)와 연결되고, 여기서 상기 채널(24)을 정의하는 상기 벽(22)사이의 각각의 상기 레벨(18, 18)에서 하나 이상의 빈 공간(33)은 형성되고, 이를 통해 제1 유체는 흐를 수 있으며, 여기서 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각은 각 레벨(18)에서 상기 인접한 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 상기 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v) 사이에 적어도 2개의 유체 경로(33)가 상기 레벨(18)의 상기 하나 이상의 빈 공간(33)에서 연장되도록 채널(24)에 의해 인접한 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 하나 이상의 개구부(20)와 유체-기밀하게 연결되지 않고 상기 인접한 레벨(들)(18)의 상기 하나 이상의 빈 공간(33)에 인접하게 배열되어 있는 적어도 하나의 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)를 포함하며, 여기서 각 레벨(18)의 상기 적어도 2개의 유체 경로(33)의 전체는 실질적으로 동일한 길이를 가지고, 그리고 여기서 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 하나의 최외각 플레이트(12, 16)에서 반대 최외각 플레이트(16iv)로 상기 방향에서 볼 때, 유체 경로(33)의 수는 레벨에서 레벨로 상기 플레이트(12, 12', 12'')의 적어도 75%에 대해 증가하는 분배기 소자(10) 또는 수집기 소자(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 메인 유체가 흐르는 상기 채널(24)은 상기 유체 경로(33)를 정의하는 상기 하나 이상의 빈 공간(33)의 전체로부터 상기 벽(22)에 의해 유체-기밀하게 분리되고, 이를 통해 제1 유체가 흐를 수 있는 것인, 분배기 또는 수집기 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각 플레이트(12, 16)에서 반대 최외각 플레이트(16iv)로 상기 방향에서 볼 때, 유체 경로(33)의 수는 레벨(18)에서 레벨로 적어도 80%에 대해, 더 바람직하게 적어도 90%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 98%에 대해 및 가장 바람직하게 상기 플레이트의 전체에 대해 증가하는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  4. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각 플레이트(12, 16)에서 반대 최외각 플레이트(16iv)로 상기 방향에서 볼 때, 채널(24)의 수는 레벨(18)에서 레벨로 증가하고/또는 여기서, 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각 플레이트(12, 16)에서 반대 최외각 플레이트(16iv)로 상기 방향에서 볼 때, 플레이트(12')의 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 수는 레벨(18)에서 레벨로 증가하는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  5. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각 플레이트(12, 16)의 개구부에서 반대 최외각 플레이트(16iv)의 개구부로 연장되는 모든 유체 경로(33)의 길이는 적어도 실질적으로 동일한 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  6. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 상기 개구부(20)의 전체는 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각에 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열되고, 여기서 하나의 개구부(20)의 중심점과 적어도 하나 및 바람직하게 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 가장 가까운 인접한 개구부(20)의 중심점 사이의 거리의 각각은 모든 개구부(20)와 상기 각각의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부(20)의 중심점의 평균 거리의 80 내지 120%이며, 여기서 상기 각각의 플레이트(12, 12', 12'')의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부(20)를 가진 모든 개구부(20)의 중심점의 평균 거리는 각 개구부(20)의 중심점과 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 가장 가까운 개구부(20)의 중심점 사이의 거리를 측정하고, 모든 이들의 측정된 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 거리를 합하고 상기 합을 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 개구부(20)의 수로 나눔으로써 결정되는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  7. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 플레이트 (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 상기 개구부(20)는 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각에 적어도 실질적으로 격자형으로 배열되고, 여기서 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 상기 개구부(20)는 (2)m 행과 (2)m 열로 상기 각각의 플레이트 (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)에 배열되며, 여기서 m은 1 내지 10의, 바람직하게 1 내지 8의 및 더 바람직하게 2 내지 6의 정수인 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  8. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 상기 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 전체는 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각에 적어도 실질적으로 규칙적으로 배열되고, 여기서 하나의 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 중심점과 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각의 가장 가까운 인접한 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 중심점 사이의 상기 거리의 각각은 모든 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)와 상기 각각의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 중심점의 평균 거리의 80 내지 120%이며, 여기서 상기 각각의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 그들의 가장 가까운 인접한 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)를 가진 모든 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 중심점의 평균 거리는 각 개구부의 중심점과 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 가장 가까운 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 중심점 사이의 거리를 측정하고, 모든 이들의 측정된 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 거리를 합하고 상기 합을 상기 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 개구부(28, 28', 28'', 28''', 28iv, 38, 38', 38'', 38''', 38'v)의 수로 나눔으로써 결정되는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  9. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 내지 15개의 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')를 포함하고, 여기서 상기 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')의 각각은 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 프랙탈 플레이트(12ii) 방향에 인접해 있는 프랙탈 플레이트(12', 12'')보다 더 낮은 수의 개구부(20)를 포함하고, 여기서 모든 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')는 상기 분배기 소자(10)의 제1 최외각 플레이트(12)인 제1 프랙탈 플레이트(12)를 가진, 서로에 대해 인접하며, 여기서 각 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')에서 개구부(20)의 수는 4x(4)n이고, 여기서 n은 프랙탈 플레이트 1인 제1 최외각 프랙탈 플레이트(12)를 가진, 제1 최외각 프랙탈 플레이트(12)에 대해 상기 각각의 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')의 수인 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  10. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 플레이트(12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16iv) 중 적어도 하나는 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)이고, 여기서 상기 적어도 하나의 분배 플레이트 (16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각은 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향과 반대인 방향에 인접해 있는 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')와 같은 개구부(20)의 동일한 수와, 이러한 인접한 플레이트가 존재하지 않는 경우, 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향에 인접해 있는 플레이트(16iv)와 같은 개구부의 동일한 수를 포함하는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각은 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향과 반대에 있는 상기 방향에 인접하는 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')와 같이 동일한 형태와, 이러한 인접한 플레이트가 존재하지 않는 경우, 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향에 인접해 있는 플레이트(16iv)와 같이 동일한 형태를 가지고, 그리고 여기서 상기 개구부(20)는 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향과 반대에 있는 상기 방향에 인접해 있는 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')와 같이 동일한 위치와, 이러한 인접한 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')가 존재하지 않는 경우, 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향에 인접해 있는 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')와 같이 동일한 위치에 상기 적어도 하나의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각에 형성되는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 1 내지 3 및 바람직하게 2 또는 3개의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)를 포함하고, 여기서 상기 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 각각은 존재하는 경우, 제1 최외각(12)에서 반대 최외각 플레이트(16iv) 방향과 반대에 있는 상기 방향에 인접해 있는 플레이트(12'', 16, 16', 16'', 16''')보다 더 높은 수의 개구부(38, 38', 38'', 38''', 38iv)를 가지는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 오직 프랙탈 플레이트(12, 12', 12''), 즉 3 내지 15개의 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')를 포함하는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  14. 제1항 내지 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 오직 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv), 즉 3 내지 10개의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)를 포함하는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')와 적어도 하나의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)를 포함하고, 여기서 상기 적어도 하나의 분배 플레이트(16, 16', 16'', 16''', 16iv)의 전체는 상기 분배기 또는 수집기 소자(10)의 제1 최외각(12, 16)에서 반대 최외각 플레이트(16iv)로 상기 방향에서 볼 때, 상기 적어도 하나의 프랙탈 플레이트(12, 12', 12'')의 전체 뒤에서 배열되는 것인, 분배기 또는 수집기 소자(10).
  16. 앞선 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 분배기 및/또는 수집기 소자(10) 및/또는 앞선 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 수집기 소자(10)를 포함하는 장치로서, 여기서:
    i) 상기 장치는 물질 전달 컬럼(8), 혼합기, 분산기, 발포 장치, 화학 반응기, 결정화기 또는 증발기이거나,
    ii) 상기 장치는 물질 전달 컬럼(8)이고 상기 하나 이상의 분배기 소자(10)의 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자(10) 위에 접촉 트레이, 랜덤 패킹 및 구조화된 패킹(42)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질 전달 구조를 포함하거나,
    iii) 상기 장치는 물질 전달 컬럼(8)이고 상기 하나 이상의 분배기 소자(10) 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자(10) 위에 모세관을 포함하는 벌집 모양을 갖는, 물질 전달 구조를 포함하고, 여기서 상기 채널(24)을 정의하는 상기 벽(22)은 계단 모양이거나 조직으로 만들어지거나 임의로 형성된 개방-셀 발포체이거나,
    iv) 상기 장치는 상기 하나 이상의 분배기 소자(10) 아래 및/또는 상기 하나 이상의 수집기 소자(10) 위에 접촉 영역은 제2 유체와 접촉하도록 설계된, 접촉 영역을 포함하고, 상기 접촉 영역에서 제1 유체가 제2 유체와 접촉할 수 있는, 물질 전달 구조를 포함하고, 여기서 상기 접촉 영역에서 적어도 하나의 흐름 차단기는 제2 유체의 흐름을 차단하기 위해 제공되거나,
    v) 상기 장치는 상기 하나의 분배기 소자(10) 및/또는 상기 하나의 수집기 소자(10) 위에 조직, 개방 기공 재료, 모세관, 계단 구조 및 앞서 언급한 구조 중 둘 이상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질 전달 구조를 포함하는 것인, 장치.
  17. 횡단면에 제1 유체를 균일하게 분배하기 위한 앞선 항 중 어느 한 항에 따른 분배기 소자(10) 및/또는 횡단면에 분배되어 있는 제1 유체를 수집하기 위한 앞선 항 중 어느 한 항에 따른 수집기 소자(10)의 용도로서,
    상기 유체 경로를 정의하는 상기 하나 이상의 빈 공간의 적어도 하나로 제1 유체를 흐르게 하고, 상기 분배기 및/또는 수집기 소자의 상기 채널을 통해 제2 유체를 흐르게 하는 단계를 포함하며, 여기서 바람직하게 상기 분배기 및/ 소자는 물질 전달 컬럼(8), 혼합기, 분산기, 발포 장치 또는 화학 반응기에 사용되는 것인, 용도.
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