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KR100717104B1 - 용량이 증가된 구조화 패킹 - Google Patents

용량이 증가된 구조화 패킹 Download PDF

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KR100717104B1
KR100717104B1 KR1020040021486A KR20040021486A KR100717104B1 KR 100717104 B1 KR100717104 B1 KR 100717104B1 KR 1020040021486 A KR1020040021486 A KR 1020040021486A KR 20040021486 A KR20040021486 A KR 20040021486A KR 100717104 B1 KR100717104 B1 KR 100717104B1
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corrugated
packing
packing layer
layer
packing element
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KR1020040021486A
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메스키조지아미르
선더스워미나탄
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

구조화 패킹 요소(structured packing element)는 구조화된 패킹 요소의 하나 이상의 엣지를 다른 구조화된 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리게 하는 수단을 포함한다. 상기 구조화된 패킹 요소는 교환탑 내의 패킹된 섹션에 사용될 수 있으고, 상기 패킹된 섹션은, 구조화된 패킹의 제1층과, 상기 구조화된 패킹의 제1층 위에 배치된 구조화된 패킹의 제2층을 포함하며, 상기 구조화된 패킹의 제1층은 제2 구조화된 패킹 요소의 대개 수직하게 인접하는 하부 엣지와 교차하도록 되어 있는 상부 엣지가 마련된 제1 구조화된 패킹 요소를 포함하며, 상기 구조화된 패킹의 제2층은 상기 제1 구조화된 패킹 요소의 대개 수직하게 인접하는 상부 엣지와 교차하도록 되어 있는 하부 엣지가 마련된 제2 구조화된 패킹 요소를 포함한다. 상기 제1 구조화된 패킹 요소의 상부 엣지는 상기 제2 구조화된 패킹 요소의 하부 엣지와 교차한다.

Description

용량이 증가된 구조화 패킹{STRUCTURED PACKING WITH INCREASED CAPACITY}
도 1은 교환탑에 있는 주름진 구조화 패킹의 여러 층들을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 2는 주름진 구조화 패킹의 인접한 층들 간의 통상적인 부정합을 개략적으로 예시한 도면이고,
도 3은 주름진 구조화 패킹의 인접한 층들이 서로 교차하도록 한 본 발명에 따른 패킹 시트의 상부 및 하부 엣지의 변형을 예시하는 도면이며,
도 4는 교차하는 패킹 시트의 하부 및 상부 엣지에서 슬롯을 이용하는 본 발명의 한 가지 실시예를 개략적으로 예시한 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 도 5a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 5b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에 톱니 모양부를 상기 시트의 양측 엣지(예컨대, 상부 및 하부 엣지)에 컷팅한, 본 발명의 한 가지 실시예를 개략적으로 예시한 도면이며,
도 6a 및 도 6b는 도 6a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 6b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에 무딘 톱니 모양부를 상기 시트의 상부 및 하부 양자의 엣지에 컷팅한, 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 예시한 도면이고,
도 7a 및 도 7b는 도 7a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 7b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에, 완만한 파형부를 상기 시트의 상부 및 하부의 엣지에 컷팅 한, 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 예시한 도면이며,
도 8a 및 도 8b는 도 8a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 8b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에 작은 톱니 모양부가 내부에 마련된 큰 슬롯을 상기 시트의 상부 및 하부의 엣지에 컷팅한, 본 발명의 추가적인 실시예를 개략적으로 예시한 도면이고,
도 9a 및 도 9b는 도 9a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 9b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에 작은 톱니 모양부가 내부에 마련된 큰 슬롯을 상기 시트의 상부 및 하부의 엣지에 컷팅한, 본 발명의 추가적인 실시예를 개략적으로 예시한 도면이며,
도 10a 및 도 10b는 도 10a에 도시된 평평한 패킹 시트가 도 10b에 도시된 바와 같이 주름잡히기 전에 수직한 결이 상기 시트의 변형된 하부 및 상부 엣지에 적용된, 본 발명에 따른 패킹 시트의 다른 실시예를 개략적으로 예시한 도면이고,
도 11은 본 발명의 주름진 구조화 패킹의 성능과, 변형된 하부를 구비하고 구비하지 않는 시판중인 주름진 구조화 패킹의 성능 관계를, 정규화된 dP/ft 대 정규화된 증기 속도(Kv)로 환산하여 도식적으로 나타낸 그래프이며,
도 12는 본 발명의 주름진 구조화 패킹의 성능과, 변형된 하부를 구비하고 구비하지 않는 시판중인 주름진 구조화 패킹의 성능의 관계를, 정규화된 이론단 상당 높이(HETP) 대 정규화된 증기 속도(Kv)로 환산하여 도식적으로 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2, 2', 2" : 층
4 : 패킹 시트
5 : 슬롯
6, 6' : 간극
8 : 상부 엣지
10 : 하부 엣지
12 : 슬롯
14 : 톱니 모양부
15 : 구멍
16 : 파형부
18 : 결이 형성된 표면(surface texture)
본 발명은 구조화 패킹과, 용량을 증가시키기 위해 이러한 패킹을 교환탑(exchange column) 내에 설치하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 구조화 패킹의 특별한 용례로는 극저온 공기 분리 공정(cryogenic air separation process)이 있지만, 구조화 패킹을 이용할 수 있는 다른 열 및/또는 질량 이동(mass transfer) 프로세스에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "탑(column)"(혹은 "교환탑")은 증류(蒸溜) 혹은 분별증류(分別蒸溜) 탑 혹은 영역을 의미하는데, 다시 말해서 패킹 요소 상에 혹은 상기 탑 내부에 장착된 일련의 수직하게 이격된 트레이나 플레이트 상에 기상 및 액상을 접촉시키는 것 등에 의해 액상과 기상을 향류(counter current)로 접촉시켜 유체 혼합물의 분류를 행하는 탑 혹은 영역을 의미한다.
용어 "탑 섹션(column section)"(혹은 "섹션")은 탑경(column diameter)을 차지하는 탑 내의 영역을 의미한다. 특정의 섹션 혹은 영역의 상부나 하부는 액체 및 증기 분배기에서 각각 종결된다.
용어 "패킹(packing)"은 액체를 위한 표면적을 제공하여 두 가지 상의 향류 흐름 중에 액체-증기 계면(interface)에서의 질량 이동을 허용하기 위해 탑 내용물로서 사용되는 예정된 크기, 형상 및 구조를 갖는 중실체(solid body) 혹은 중공체(hollow body)를 의미한다. 패킹은 크게 "무작위 패킹(ramdom packing)"과 구조화 패킹(structured packing)"으로 분류된다.
용어 "무작위 패킹"은 개개의 부재들이 서로에 대해 혹은 탑의 축에 대해 소정의 특정한 배향을 갖지 않는 패킹을 의미한다. 무작위 패킹은 단위 체적당 큰 표면적을 갖는 동시에 무작위로 탑 내에 장입(裝入)되는 소형의 중공 구조체이다.
용어 "구조화 패킹"은 개개의 부재들이 서로에 대해 혹은 탑의 축에 대해 특정한 배향을 갖는 패킹을 의미한다. 구조화된 패킹은 대개 얇은 금속 호일, 익스펜디드 메탈(expanded metal), 혹은 층이나 나선형의 권선(spiral winding)으로 적층된 직조 스크린(woven wire screen)으로 제조된다.
증류 혹은 직접 접촉식 냉각 등의 프로세스에 있어서, 향류하는 액체 및 증기 흐름 간의 열 및 질량 이동을 증진시키기 위해 구조화된 패킹을 사용하는 것이 바람직하다. 구조화된 패킹은, 무작위 패킹 혹은 트레이에 비교해 보면, 낮은 압력 강하 상태에서 열 및 질량 이동의 효율성이 높다는 장점이 있다. 또한, 상기 구조화된 패킹은 무작위 패킹보다 더 예측 가능한 성능을 갖는다.
극저온 공기 분리는 액체와 증기를 향류 접촉 상태로 증류탑을 통과시킴으로써 수행된다. 혼합물의 기상은 휘발성이 더 높은 성분(예컨대, 질소)의 농도가 계속 증가함에 따라 높아지는 반면에, 혼합물의 액상은 휘발성이 더 낮은 성분(예컨대, 산소)의 농도가 계속 증가함에 따라 낮아진다. 다양한 패킹 혹은 트레이는 혼합물의 액상과 기상을 접촉시켜 이들 상 사이에서 질량 이동을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
가장 널리 사용되는 구조화 패킹은 수직하게 쌓아 놓은 금속 혹은 플라스틱 호일의 주름진 시트(corrugated sheet)(혹은 주름진 그물천)로 구성된다. 이들 호일은 열 및 질량 이동의 효율을 증대시킬 목적으로 다양한 형태의 구멍 및/또는 결이 형성된 표면을 지닐 수 있다. 이러한 타입의 구조화된 패킹의 예로는 미국 특허 제4,296,050호(Meier 명의)를 들 수 있다. 또한, 그물 타입의 패킹은 액체의 효율적 살포를 돕고 양호한 질량 이동 성능을 제공한다는 것이 종래 기술에 잘 알려져 있지만, 그물 타입의 패킹은 대부분의 호일 타입의 패킹보다 훨씬 더 비싸다.
구조화 패킹의 용량을 증대시키는 것은 매우 바람직한 것이다. 이는 덜 구조화된 패킹을 소정의 분류에 대하여 사용할 수 있게 해 주며, 이에 따라 분류 실시 비용을 저감시킬 수 있게 해준다.
구조화 패킹의 용량은 대개 범람(flooding)에 의해 한정된다. 수력학적 범람의 개시 이전에 질량 이동 성능에 너무 이른 저하를 가져오는 질량 이동 범람은, 탑의 질량 이동 효율이 탑 내에서 증기 및/또는 액체 흐름의 증가에 따라 급격히 악화되기 시작할 때 발생한다. 수력학적 범람은 패킹 베드(packing bed)를 가로지르는 압력 강하가 증기 및/또는 액체 흐름의 증가에 따라 급격히 증가할 때 발생한다.
구조화 패킹의 용량은 개개의 패킹 시트의 엣지를 변형시킴으로써 증가될 수 있다는 것이 종래 기술로서 잘 알려져 있다. 통상적인 변형으로는 주름(crimp) 높이를 감소시키는 것, 주름 각도, 톱니 모양 부분 등을 변화시키는 것 등이 있으며, 이러한 변형은 대개 모든 시트의 하부에서 또는 교번하는 시트의 상부 및 하부에 실시된다. 이러한 변형의 예가 미국 특허 제5,632,934호(Billingham 등의 명의), 제6,101,841호(Billingham 등의 명의)에 개시되어 있다. 다른 변형으로는 EP 0 858 366 B1호와 국제 출원 WO 97/16247호에 개시된 것과 같이 모든 시트의 양단부에 S자 형상의 주름을 형성하는 것 등이 있다. 전술한 모든 변형은 작동 중에 천이부(transition)에서의 압력 강하를 감소시키는 방식으로 행해진다. 1피트 당 0.7인치 수두 이상의 압력 강하에서 패킹된 탑의 작동은 미국 특허 제 5,921,109호(Billingham 등의 명의) 및 제6,212,907 B1호(Billingham 등의 명의)에 교시되어 있다. 이들 특허는 단지 패킹 시트의 하부만이 변형되는 경우와, 패킹 시트의 상부 및 하부 양자가 변형되는 경우를 포함한다.
비록 이러한 종래 기술의 변형들은 구조화 패킹의 용량을 증대시킬 수 있지만, 이들 구조는 여전히 구조화 패킹의 인접한 층들 간의 간극이 통제되지 않고 일정하지 않다는 문제가 있는데, 이 간극은 종래의 구조화된 패킹 시트에 사용된 제조 방법에 기인한 것이다. 상기 인접한 층들 간의 통제되지 않은 간극은 이들 층 내부에서 개개의 구조화 패킹 요소 혹은 시트들이 덜 완전하게 정렬된 것에 비롯된 것이다. 이는 특히 높은 유속에서 질량 이동과 압력 강하 모두의 성능 저하로 이어질 수 있다.
구조화 패킹의 용량을 현저하게 증대시킬 수 있도록 개량된 구조화된 패킹 시트 혹은 요소를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 종래의 구조화 패킹의 성능보다 성능을 향상시킬 수 있는 구조화 패킹을 구비하는 것이 더 바람직하다.
또한, 용량을 증대시켜 범람 조건에 도달하기 이전의 처리량을 증대시킬 수 있는 교환탑에 사용하기 위한 구조화된 패킹을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 공기 분리에 사용되는 것과 같은 극저온 용례와, 그 밖의 열 및/또는 질량 이동 용례에 대하여, 높은 성능 특성을 보여주는 구조화된 패킹을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 보다 양호하고 유리한 결과를 제공하기 위해 많은 종래 기술의 곤란성과 단점을 극복한 주름진 구조화 패킹을 구비하는 것이 더 바람직하다.
또한, 종래 기술의 구조화 패킹보다 큰 용량을 갖는 구조화 패킹을 이용하는 극저온 공기 분리 공정을 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 범람을 피하는 동시에 증가된 용량으로 실시할 수 있는 극저온 공기 분리 공정을 제공하는 것이 더 바람직하다.
또한, 종래 기술보다 양호한 성능을 부여하는 동시에, 종래의 많은 문제점과 단점을 극복하여 더욱 양호하고 유리한 결과를 제공하도록, 구조화 패킹의 섹션을 교환탑에 조립 및 설치하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 주름진 구조화 패킹 요소에 관한 것이며, 또한 이러한 주름진 구조화 패킹 요소의 조립체를 포함한다. 본 발명의 구조화된 패킹 요소를 이용하는 구조화된 패킹은 극저온 공기 분리 공정과, 2개의 유체 사이에서 질량 및/또는 열을 교환하는 공정, 그리고 제1의 상과 제2의 상 사이에서 열 및/또는 질량을 교환하기 위한 교환탑에 사용할 수 있다. 본 발명은 또한 교환탑에 패킹된 섹션을 조립하는 방법과, 주름진 구조화 패킹 요소를 제조하는 방법, 그리고 액체와 증기 사이의 열 및/또는 질량 교환을 위해 교환탑의 용량을 증가시키기 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 한 가지 실시예에 있어서, 주름진 구조화 패킹 요소는 하나 이상의 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 엣지와 맞물리도록(intermeshing) 되어 있는 하나 이상의 엣지를 구비한다. 상기 실시예의 변형례에서, 하나 이상의 상기 에지의 적어도 일부는 결이 형성된 표면을 구비한다. 또 다른 변형례에서, 상기 주름진 구조화 패킹 요소의 적어도 일부는 주름진 구조화 패킹 요소의 적어도 일부를 가로질러 정점(peak)과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 주름진 구조화 패킹 요소는 주름진 구조화 패킹 요소의 하나 이상의 엣지를 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리도록 하기 위한 수단을 포함한다. 상기 실시예의 여러 가지의 변형례들이 존재한다. 그 중의 하나의 변형례로서, 상기 교차시키기 위한 수단은 하나 이상의 엣지에 있는 하나 이상의 톱니 모양부를 포함한다. 이 변형례의 대안으로, 상기 하나 이상의 톱니 모양부는 무딜 수 있다. 다른 대안으로, 상기 하나 이상의 톱니 모양부는 파형이다. 상기 실시예의 또 다른 변형례에 있어서, 상기 맞물리도록 하기 위한 수단은 하나 이상의 엣지에 있는 하나 이상의 슬롯을 포함한다. 이 실시예의 대안으로, 상기 맞물리도록 하기 위한 수단은 상기 슬롯 내에 있는 하나 이상의 톱니 모양부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 주름진 구조화 패킹 요소의 조립체에 관한 것으로, 이 주름진 구조화 패킹 요소의 조립체는 2개 이상의 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하며, 상기 주름진 구조화 패킹 각각은 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 주름진 구조화 패킹 요소의 조립체에 관한 것으로, 이 주름진 구조화 패킹 요소의 조립체는 상부 엣지를 구비하는 제1 주름진 구조화 패킹 요소와, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 상부 엣지에 인접한 하부 엣지를 구비하는 제2 구조화된 패킹 요소를 포함하며, 상기 하부 및 상부 엣지는 각각 하부 및 상부 엣지들 서로와 맞물리도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 교환탑 내의 패킹된 섹션에 관한 것으로, 이 교환탑 내의 패킹된 섹션은 제1 주름진 구조화 패킹 층과, 상기 제2 주름진 구조화 패킹 위에 배치된 제2 주름진 구조화 패킹 층을 포함하고, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 층은 제2 주름진 구조화 패킹 요소의 대개 수직하게 인접하는 하부 엣지와 교차하도록 되어 있는 상부 엣지가 마련된 제1 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하며, 상기 제2층은 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 대개 수직하게 인접하는 상부 엣지와 교차하도록 되어 있는 하부 엣지가 마련된 제2 주름진 구조화 패킹 요소를 포함한다. 상기 실시예의 변형례에서, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 상부 엣지는 상기 제2 주름진 구조화 패킹 요소의 하부 엣지와 맞물린다.
본 발명의 다른 양태는 제1 상(相)과 제2 상 사이에서 열 및/또는 질량을 교환하기 위한 교환탑에 관한 것이다. 상기 교환탑은 하나 이상의 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지가 마련된 하나 이상의 구조화된 패킹 요소를 포함하는 하나 이상의 주름진 구조화 패킹을 구비한다.
본 발명의 또 다른 양태는 극저온 공기 분리 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하나 이상의 질량 이동 영역을 수용하는 하나 이상의 증류탑에서 증기와 액체를 향류로 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 액체-증기 접촉은 하나 이상의 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지가 마련된 하나 이상의 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하는 하나 이상의 주름진 구조화 패킹에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 2가지의 유체 사이에서 질량 및/또는 열을 교환하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하나 이상의 교환탑에서 상기 유체를 접촉시키는 단계를 포함하며, 이러한 유체 대 유체 접촉은 하나 이상의 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지가 마련된 하나 이상의 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하는 하나 이상의 주름진 구조화 패킹에 의해 달성된다. 이러한 방법의 변형례에서, 상기 유체는 교환탑에서 향류로 흐른다.
또한, 본 발명은 패킹된 섹션을 교환탑 내에 조립하는 방법을 포함한다. 이 방법은 여러 단계를 포함한다. 제1 단계는 종축을 갖는 교환탑을 제공하는 단계이다. 제2 단계는 제2 주름진 구조화 패킹 요소의 대개 수직하게 인접하는 하부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 상부 엣지가 마련된 제1 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하는 제1 주름진 구조화 패킹 층을 상기 교환탑 내에 설치하는 단계이다. 제3 단계는 상기 제1 주름진 구조화 패킹 층 위에 배치되는 동시에, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소에 통상적으로 수직하게 인접하는 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하부 엣지가 마련된 제2 주름진 구조화 패킹 요소를 포함하는 제2 주름진 구조화 패킹 층을 상기 교환탑 내에 설치하는 단계이다. 제4 단계는 종축을 따라 상기 제1 및 제2 주름진 구조화 패킹 층들을 서로를 향해 이동시키는 단계로서, 상기 제1 및 제2 주름진 구조화 패킹 층들은 교환탑의 종축에 대해 실질적으로 평행한 종축을 구비하여, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 상부 엣지는 상기 제2 주름진 구조화 패킹 요소의 하부 엣지와 맞물린다.
또한, 본 발명은 주름진 구조화 패킹 요소를 제조하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 여러 단계를 포함한다. 제1 단계는 하나 이상의 엣지를 구비하는 플레이트를 제공하는 단계이다. 제2 단계는 주름진 구조화 패킹 요소의 하나 이상의 엣지를 다른 주름진 구조화 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리게 하기 위한 수단을 상기 플레이트 내에 형성하는 단계이다. 제3 단계는 거의 규칙적인 간격을 두고 실질적으로 평행한 관계로 되어 있는 주름들을 상기 플레이트 내에 형성하는 단계이다.
또한, 본 발명은 액체와 증기 사이의 열 및/또는 질량을 교환하는 동시에, 상부 엣지가 마련된 제1 주름진 구조화 패킹 요소와, 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 상부 엣지에 인접하는 하부 엣지가 마련된 제2 주름진 구조화 패킹 요소를 수용하도록 되어 있는 교환탑의 용량을 증가시키기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 여러 단계를 포함한다. 제1 단계는 상기 상부 엣지와 상기 하부 엣지가 서로 맞물리도록 상부 엣지와 하부 엣지를 변형시키는 단계이다. 제2 단계는 상기 제1 주름진 구조화 패킹 요소의 변형된 상부 엣지를 상기 제2 주름진 구조화 패킹 요소의 변형된 하부 엣지와 맞물리는 단계이다.
본 발명은 이하에서 첨부 도면을 참조한 예를 통해 구체적으로 설명될 것이다.
본 출원인은 구조화된 패킹의 인접한 층들을 교차시킴으로써 주름진 구조화 패킹의 압력 강하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 질량 이동 범람의 개시를 지연시킬 수 있어, 주름진 구조화 패킹의 용량을 증대시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 상기 층들 사이에서 액체의 배수가 증대되고, 패킹 채널로의 액적(液滴)의 비말(飛沫) 동반이 감소하기 때문에 일어난다.
도 1 및 도 2에는 층들이 교환 탑(도시 생략)에 있을 때와 마찬가지로 배열되어 있는 복수 개의 주름진 구조화 패킹 층들(2, 2', 2")이 예시되어 있다. 주름진 구조화 패킹의 개개의 시트(4)가 패킹의 층으로 조립될 때, 이들 시트는 제조 공정의 불완전성으로 인해 대개 수직 방향으로 약간 부정합하게 된다. 이러한 부정합은 도 2에 이해를 돕기 위해 과장되게 도시하였다. 이러한 부정합으로 인해, 증류탑 등의 교환탑 내에서 패킹의 인접한 층들 사이의 간극(6, 6')이 통제되지 않고 무작위 방식으로 나타난다. 이러한 현상은 증기와 액체의 유속에 국부적인 변화를 일으킬 수 있고, 특히 높은 유속에서의 질량 이동의 성능을 악화시킬 수 있다.
주름진 구조화 패킹의 범람 특성은 이러한 간극의 존재 여부에 따라 현저하게 좌우된다는 것이 실험을 통해 밝혀졌다. 원칙적으로, 각 층에서 개개의 시트를 주의 깊게 정렬시켜 통제되지 않은 간극을 제거함으로써 범람의 개시를 지연시키는 것이 가능하다. 그러나, 큰 직경의 산업용 탑의 제조 중에 개개의 시트를 그토록 정교하게 정렬시키는 것을 불가능하다.
본 발명은 2개의 인접한 층의 시트 사이의 접촉을 더욱 밀접하게 만든다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이는 패킹의 2개의 인접한 층(예컨대, 2 와 2' ; 혹은 2'와 2")이 교차하도록 하는 방식으로 각 시트(4)의 상부 엣지(8) 및 하부 엣지(10) 양자를 변형시킴으로써 행해진다. 이는 패킹의 인접한 층들 간의 접촉을 향상시키고, 나아가 액체의 배수를 향상시키며, 증기 채널 내에서의 액적의 비말 동반을 감소시켜서, 질량 이동 범람을 지연시킨다.
본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 슬롯(12)은 도 4에 도시된 바와 같이 패킹의 각 시트(4)의 하부 엣지(10)와 상부 엣지(8)에 형성되어 있다. 그 다음 상기 층들은 그 층의 대응하는 시트들이 위와 아래에서 서로 연결되거나 맞물리도록 하는 방식으로 조립된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 다른 실시예에서, 톱니 모양부(14)는 도 5a에 도시된 바와 같은 개개의 평평한 패킹 시트(4)의 상부 엣지(8) 및 하부 엣지(10) 양자에 컷팅되어 있다. 선택적으로 평평한 패킹 시트에 구멍(15)이 천공될 수도 있다. 그 다음 톱니 모양부가 마련된 패킹 시트는 도 5b에 도시된 바와 같이 주름져 패킹의 층들에 조립되고, 이들 층은 교차를 개량하기 위한 특별한 정렬없이도 각각의 상부에 적층된다. 패킹의 조립된 층들은 인접한 층들의 상부 및 하부 엣지 양자에 있는 톱니 모양부 때문에 무리 없이 맞물린다. 이러한 맞물름은 슬롯의 경우(도 4 참조)와 마찬가지로 두드러지진 않지만, 질량 이동 범람의 개시를 현저하게 지연시키고 압력 강하를 줄이기 위해 작동 중에 물리적인 접촉 및 액체 배수를 향상시키기에 충분하다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서는 무딘 톱니 모양부(14)가 패킹 시트(4)의 상부 엣지(8) 및 하부 엣지(10) 양자에 컷팅되어 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 또 다른 실시예에서는, 완만한 파형부(16)가 상기 시트(4)의 하부 엣지(10)와 상부 엣지(8)에 형성되어 있다. 도 8a 및 도 8b와 도 9a 및 도 9b에 도시된 실시예에 있어서, 작은 톱니 모양부(14')가 내부에 마련되어 있는 큰 슬롯(5)이 사용된다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 실시예들 중 임의의 것에 적용할 수 있는 하나의 변형례는 패킹 시트(4)의 하부 엣지(10) 및/또는 상부 엣지(8) 상에 결이 형성된 표면(18)을 구비하는 것이다. 양호하게는, 결이 형성된 표면을 갖는 엣지의 영역은 패킹 시트의 변형된 영역의 위 아래에서 패킹 시트의 변형된 면적의 약 +30% 면적을 차지한다. 상기 결이 형성된 표면은 변형된 부분의 견고성을 향상시키고, 패킹 시트의 엣지로부터의 유체 유동을 보다 안정화시킨다.
주름진 구조화 패킹의 분류 성능은 대개 이론단 상당 높이(HETP)로 환산하여 주어진다. 전술한 용어 "HETP"는 이론단에 의해 얻어지는 조성 변화에 상당하는 조성 변화가 얻어지는 패킹의 높이를 의미한다. 상기 용어 "이론단"은 기존의 증기 및 액체 흐름이 평형을 이루게 하기 위한 증기와 액체 사이의 접촉 공정을 의미한다. 특정의 분류를 위한 특별한 패킹의 HETP가 작을수록, 패킹은 더욱 효율적으로 되는데, 그 이유는 이용되는 패킹의 높이가 HETP에 따라 감소하기 때문이다.
성능과 관련이 있는 두 가지의 다른 파라미터로는 증기 속도(Kv)와 dP/dt가 있으며, dP/dt는 수직 방향으로 패킹의 1피트당 발생하는 압력 강하를 의미한다. 증기 속도(Kv)는 아래와 같이 정의된다.
Kv = Uv [ρv /(ρl - ρv]0.5
여기서, Uv = 패킹된 섹션에서 기상의 공탑 속도(superficial velocity)
ρv = 기상의 밀도
ρl = 액상의 밀도
도 11 및 도 12에서는 본 발명의 주름진 구조화 패킹의 성능과, 변형된 하부를 구비하고 구비하지 않은 시판중인 주름진 구조화 패킹의 성능 관계를 비교한 것을 보여준다. 도 11은 정규화된 dP/ft 대 정규화된 증기 속도(Kv)로 환산하여 나타낸 압력 강하 데이터의 그래프이다. 도 12에는 정규화된 HETP 대 정규화된 증기 속도(Kv)로 환산하여 나타낸 질량 이동 데이터가 플롯되어 있다.
도 11 및 도 12에는 L/V=1 조건에서 Ar/O2 2성분(binary)을 이용한 증류 실험의 결과가 도시되어 있으며, 여기서 L/V는 액체 대 증기 비율이다. 패킹 시트의 하부가 변형되어 있는 패킹과 교차하는 패킹 양자는, 동일한 기본 구조를 갖는 변형되지 않은 패킹에서보다 압력 강하가 더 낮다. 교차하는 패킹의 질량 이동 성능은 변형되지 않은 패킹과 하부만이 변형된 패킹 양자의 경우보다 명백히 우수하다. 하부가 변형되어 있는 패킹은 변형이 없는 패킹에 비해 질량 이동 범람에서 약 10%의 지연를 보여주지만, 층들 간에 교차가 증대되어 있는 패킹은 증기 흐름의 조사된 범위에서 질량 이동 범람의 조짐을 보이지 않는다.
비록 본 발명은 특정의 실시예를 참조하여 본 명세서에서 예시 및 설명하였지만, 이렇게 도시된 세부 사항에 한정되도록 의도되어 있지 않다. 오히려, 특허 청구 범위의 등가물의 영역 및 범위 내에서 그리고 본 발명의 정신에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 세부적으로 실시될 수 있다.
본 발명의 주름진 구조화 패킹은 용량이 현저하게 증대되고, 이러한 패킹을 교환탑 내에 설치하기 위한 방법에 의해 종래 기술보다 더 양호한 성능을 부여하는 동시에, 종래의 많은 문제점과 단점을 해소하였다. 또한, 본 발명의 주름진 구조화 패킹은 종래의 주름진 구조화 패킹보다 더 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 처리량을 증가시킬 수 있을뿐만 아니라 공기 분리에 사용되는 것과 같은 극저온 용례와 다른 열 및/또는 질량 이동 용례에 적용할 수 있다.

Claims (28)

  1. 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 주름 구조 패킹 요소(corrugated structured packing element)로서,
    상기 주름 구조 패킹 요소는 하나 이상의 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 구비하며, 상기 다른 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치되는 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극(uncontrolled gap)이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 상기 주름 구조 패킹 요소의 복수 개의 주름들은 실질적으로 균일한 간격으로 평행하게 배열되는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 엣지의 적어도 일부는 결이 형성된 표면을 가지는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  4. 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 주름 구조 패킹 요소로서,
    상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지를 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리도록 하기 위한 수단을 포함하며, 상기 다른 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치되는 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  5. 제4항에 있어서, 상기 맞물리도록 하기 위한 수단은 상기 하나 이상의 엣지에 있는 하나 이상의 톱니 모양부를 포함하는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 톱니 모양부는 무딘 것인 주름 구조 패킹 요소.
  7. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 톱니 모양부는 파형인 것인 주름 구조 패킹 요소.
  8. 제4항에 있어서, 상기 맞물리도록 하기 위한 수단은 상기 하나 이상의 엣지 내에 있는 하나 이상의 슬롯을 포함하는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  9. 제8항에 있어서, 상기 맞물리도록 하기 위한 수단은 하나 이상의 상기 슬롯 내에 하나 이상의 톱니 모양부를 더 포함하는 것인 주름 구조 패킹 요소.
  10. 수직인 방향으로 인접한 2개의 주름 구조 패킹 층내에 있는 복수 개의 주름 구조 패킹 요소의 조립체로서,
    대략 수직인 방향으로 인접하는 2개 이상의 주름 구조 패킹 요소를 포함하며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 구비하고,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 2개의 주름 구조 패킹 층 중 어느 하나의 주름 구조 패킹 층 내의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 다른 하나의 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 수직인 방향으로 인접한 2개의 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 요소의 조립체.
  11. 상부 엣지를 가지는 제1 주름 구조 패킹 요소와, 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지와 인접하는 하부 엣지를 가지는 제2 주름 구조 패킹 요소를 포함하는, 복수 개의 주름 구조 패킹 요소의 조립체로서,
    상기 제1 주름 구조 패킹 요소는 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이고, 상기 제2 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치되는 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    상기 하부 및 상부 엣지 각각은 서로 맞물리도록 되어 있고,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 요소의 조립체.
  12. 수직인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 층들을 포함하는 교환탑 내의 패킹 섹션으로서,
    제1 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 제1 주름 구조 패킹 층; 및
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 위에 배치되어 수직인 방향으로 인접하며, 제2 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 제2 주름 구조 패킹 층을 포함하는데,
    상기 제1 주름 구조 패킹 요소는, 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 인접하는 하부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 상부 엣지를 가지고 있으며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 인접하는 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하부 엣지를 가지고 있으며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 상기 상부 엣지는 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 상기 하부 엣지와 맞물림으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층의 하단과 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 상단 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극을 감소시키는 것인 교환탑 내의 패킹 섹션
  13. 삭제
  14. 제1 상(相)과 제2 상 사이에서 열과 질량 중 하나 이상을 교환하기 위한 교환탑으로서,
    대략 수직인 방향으로 인접한 하나 이상의 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접하는 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 가지는 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소를 구비하는 하나 이상의 주름 구조 패킹 섹션을 포함하며,
    상기 주름 구조 패킹 요소는 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이고, 상기 다른 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치되는 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 교환탑.
  15. 극저온 공기 분리 방법으로서,
    하나 이상의 질량 이동 영역을 수용하는 하나 이상의 증류탑에서 증기와 액체를 향류(counter-current)로 접촉시키는 단계를 포함하는데,
    상기 액체-증기 접촉은, 대략 수직 방향으로 인접한 하나 이상의 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 가지는 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 하나 이상의 주름 구조 패킹 섹션에 의해 달성되고,
    상기 주름 구조 패킹 요소는 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이고, 상기 다른 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직 방향으로 인접한 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 극저온 공기 분리 방법.
  16. 2가지의 유체 사이에서 질량 및 열 중 하나 이상을 교환하기 위한 방법으로서, 하나 이상의 교환탑에서 상기 유체를 접촉시키는 단계를 포함하는데,
    유체 대 유체 접촉은, 대략 수직 방향으로 인접한 하나 이상의 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하나 이상의 엣지를 가지는 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 하나 이상의 주름 구조된 패킹 섹션에 의해 달성되고,
    상기 주름 구조 패킹 요소는 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이고, 상기 다른 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직 방향으로 인접한 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지며,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층이 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 교환 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유체는 교환탑에서 향류로 흐르는 것인 교환 방법.
  18. 교환탑 내에 패킹 섹션을 조립하는 방법으로서,
    종축을 갖춘 교환탑을 제공하는 단계;
    제1 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 제1 주름 구조 패킹 층을 상기 교환탑 내에 설치하는 단계로서, 상기 제1 주름 구조 패킹 요소는 제2 주름 구조 패킹 요소의 인접하는 하부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 상부 엣지를 가지는 것인 단계;
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 위에 수직인 방향으로 인접하도록, 제2 주름 구조 패킹 요소를 포함하는 제2 주름 구조 패킹 층을 설치하는 단계로서, 상기 제2 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 인접하는 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 하부 엣지를 가지는 것인 단계; 및
    교환탑의 종축을 따라 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층을 서로를 향해 이동시키는 단계를 포함하는데,
    상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 각각은 상기 교환탑의 종축에 대해 실질적으로 평행한 종축을 가지고 있고, 이로써 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 상부 에지가 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 하부 에지와 맞물리게 되고, 이에 따라 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되며,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는, 상기 주름 구조 패킹 요소의 적어도 한 쪽 표면의 적어도 일부를 가로지르며 정점과 골을 교대로 형성하는 복수 개의 주름을 가지는 것인 교환탑 내에 패킹된 섹션을 조립하는 방법.
  19. 주름 구조 패킹 요소의 제조 방법으로서, 상기 주름 구조 패킹 요소는 수직 방향으로 인접한 2개의 주름 구조 패킹 층을 포함하는 복수 개의 주름 구조 패킹 요소의 조립체에 사용되는 것이고,
    하나 이상의 엣지를 구비하는 플레이트를 제공하는 단계;
    주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지를, 통상적으로 수직 방향으로 인접한 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접한 엣지와 맞물리도록 하기 위한 수단을 상기 플레이트 내에 형성하는 단계; 및
    거의 일정한 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치된 주름들을 상기 플레이트 내에 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 2개의 주름 구조 패킹 층이 서로 수직인 방향으로 인접하여 배치될 때, 상기 2개의 주름 구조 패킹 층 중 어느 하나의 주름 구조 패킹 층 내의 상기 주름 구조 패킹 요소의 하나 이상의 엣지와, 다른 하나의 주름 구조 패킹 층 내의 상기 다른 주름 구조 패킹 요소의 인접한 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 수직인 방향으로 인접한 2개의 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 요소의 제조 방법.
  20. 액체와 증기 사이에서 열과 질량 중 적어도 하나를 교환하는 것으로, 상부 엣지가 마련된 제1 주름 구조 패킹 요소와, 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지에 인접하는 하부 엣지가 마련된 제2 주름 구조 패킹 요소를 포함하도록 되어 있는 교환탑의 용량 증대 방법으로서, 상기 제1 주름 구조 패킹 요소는 제1 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것이고, 상기 제2 주름 구조 패킹 요소는 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 수직 방향으로 인접한 제2 주름 구조 패킹 층에 사용되는 것인 방법에 있어서,
    상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지와 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지가 서로 맞물릴 수 있도록, 상기 상부 엣지와 상기 하부 엣지를 각각 변형하는 단계와,
    상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상부 엣지를 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 변형된 하부 엣지와 맞물리게 하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 상기 제1 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상기 상부 엣지와, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 상기 제2 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상기 하부 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 용량 증대 방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 제2 주름 구조 패킹 층은 상기 제1 주름 구조 패킹 층에 대해 각을 가지도록 회전하는 것인 패킹 섹션.
  22. 제21항에 있어서, 상기 각은 0~90°인 것인 패킹 섹션.
  23. 수직인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 층들의 조립체로서,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 수평인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 요소들을 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는 상부 엣지 및 상기 상부 엣지의 반대편에 있는 하부 엣지를 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 복수 개의 상기 상부 엣지들로 이루어진 상단 및 복수 개의 상기 하부 엣지들로 이루어진 하단을 포함하고,
    상기 주름 구조 패킹 층들의 조립체는 제1 주름 구조 패킹 층; 및 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 위에 통상적으로 수직인 방향으로 인접하여 배치되는 제2 주름 구조 패킹 층을 포함하는데,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지는, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있어,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지와 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층의 하단과 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 상단 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 층들의 조립체.
  24. 수직인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 층들을 교환탑 내에 조립하는 방법으로서,
    각각의 상기 주름 구조 패킹 층들은 수평인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 요소들을 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는 상부 엣지 및 상기 상부 엣지의 반대편에 있는 하부 엣지를 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 복수 개의 상기 상부 엣지들로 이루어진 상단 및 복수 개의 상기 하부 엣지들로 이루어진 하단을 포함하는데,
    상기 조립 방법은, 종축을 가지는 교환탑을 제공하는 단계;
    상기 교환탑 내에 제1 주름 구조 패킹 층을 설치하는 단계;
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 위에 통상적으로 수직인 방향으로 인접하도록, 제2 주름 구조 패킹 층을 설치하는 단계로서, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지는 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 것인 단계; 및
    교환탑의 종축을 따라 상기 제1 주름 구조 패킹 층과 상기 제2 주름 구조 패킹 층을 서로를 향해 이동시키는 단계로서, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 및 상기 제2 주름 구조 패킹 층 각각은 상기 교환탑의 종축과 사실상 평행한 종축을 가지는 것인 단계를 포함하는데,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지와 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층의 하단과 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 상단 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 주름 구조 패킹 층들을 교환탑 내에 조립하는 방법.
  25. 액체와 증기 사이에서 열과 질량 중 적어도 하나를 교환하는데 사용되는 교환탑 내에서의 용량을 증대시키는 방법으로서,
    상기 교환탑은 수직인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 층들을 포함하도록 되어 있고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 수평인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 요소들을 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는 상부 엣지 및 상기 상부 엣지의 반대편에 있는 하부 엣지를 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 복수 개의 상기 상부 엣지들로 이루어진 상단 및 복수 개의 상기 하부 엣지들로 이루어진 하단을 포함하는데,
    상기 교환탑 내에서의 용량을 증대시키는 방법은,
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지를 변형하는 단계;
    상기 제1 주름 구조 패킹 층과는 통상적으로 수직인 방향으로 인접하도록, 상부에 배치된 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지를 변형함으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 상기 주름 구조 패킹 요소의 변형된 하부 엣지가, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상부 엣지와 맞물리도록 하는 단계; 및
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상부 엣지를, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 변형된 하부 엣지와 맞물리게 하는 단계를 포함하는데,
    상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 변형된 하부 엣지와, 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 변형된 상부 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층의 하단과 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 상단 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극이 감소되는 것인 교환탑 내에서의 용량을 증대시키는 방법.
  26. 질량 이동 범람이 발생하는 시점을 늦추고, 액체와 증기 사이에서 열과 질량 중 적어도 하나를 교환하는데 사용되는 교환탑 내에서의 압력 강하를 감소시키기 위한 방법으로서,
    상기 교환탑은 통상적으로 수직인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 층들을 포함하도록 되어 있고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 수평인 방향으로 인접한 복수 개의 주름 구조 패킹 요소들을 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 요소는 상부 엣지 및 상기 상부 엣지의 반대편에 있는 하부 엣지를 포함하고, 각각의 상기 주름 구조 패킹 층은 복수 개의 상기 상부 엣지들로 이루어진 상단 및 복수 개의 상기 하부 엣지들로 이루어진 하단을 포함하는데,
    상기 질량 이동 범람 발생 시점을 늦추고 교환탑 내에서의 압력 강하를 감소시키기 위한 방법은,
    상기 교환탑을 제공하는 단계;
    제1 주름 구조 패킹 요소를 상기 교환탑 내에 설치하는 단계;
    상기 제1 주름 구조 패킹 층 위에 통상적으로 수직인 방향으로 인접하도록, 제2 주름 구조 패킹 층을 설치하는 단계로서, 상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지는 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지와 맞물리도록 되어 있는 것인 단계; 및
    상기 제2 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 하부 엣지와 상기 제1 주름 구조 패킹 층 내의 하나 이상의 주름 구조 패킹 요소의 상부 엣지를 맞물리게 함으로써, 상기 제2 주름 구조 패킹 층의 하단과 상기 제1 주름 구조 패킹 층의 상단 사이에 있는 하나 이상의 통제되지 않은 간극을 감소시키는 단계를 포함하는 것인 질량 이동 범람 발생 시점을 늦추고 교환탑 내에서의 압력 강하를 감소시키기 위한 방법.
  27. 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 엣지의 적어도 일부는 결이 형성된 표면을 가지는 것인 패킹 섹션을 교환탑 내에 조립하는 방법.
  28. 제18항에 있어서, 상기 상부 엣지 및 하부 엣지 중 하나 이상은 변형되는 것인 패킹 섹션을 교환탑 내에 조립하는 방법.
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