專利名稱：帶限位特征的填充體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在填充塔中使用的與流體接觸的結(jié)構(gòu)。
填充塔用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移處理，例如吸收、解吸、萃取和洗滌等。填充物的功能是促進(jìn)兩種液流(通常兩者是反方向流動的)之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。提高質(zhì)量轉(zhuǎn)移的效率和速度的方法是提供大表面積的填充物促進(jìn)流體的接觸和將液體破碎成非常細(xì)小的液滴增強(qiáng)向氣相的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。
美國專利第4,724,593號介紹了一種制造高性能、大開口的對稱填充體的改進(jìn)方法。這種高性能填充體已經(jīng)完成并且已經(jīng)捕捉到相當(dāng)大的市場份額。開放的無障礙結(jié)構(gòu)在縱向和橫向兩個方向上分散和分配流體時提供低壓降。
盡管該填充體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空隙體積小于以前的高性能填充體，但是垂直于縱軸分結(jié)構(gòu)仍然很難提供，并且為了使片材形成填充體制造過程需要若干彎曲和輥壓處理。
在1996年3月12日授權(quán)的美國專利第5,498,376號中揭示了一種改進(jìn)的填充體，在此將其揭示的內(nèi)容通過引證并入。條形的沖孔材料被卷成螺帶結(jié)構(gòu)或同心圓筒結(jié)構(gòu)。改進(jìn)的填充體具有高度開放的空間，從30％至98％。人們出乎意料地發(fā)現(xiàn)這種卷制的填充體提供較好的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，而且效率高于以前的填充體結(jié)構(gòu)。
在1995年10月17日授權(quán)的美國專利第5,458,817號中揭示了一些本質(zhì)上具有開放結(jié)構(gòu)的填充體，這些填充體具有良好的阻擋作用，它們的成形方法是使毗連的沖孔面板沿著彎折線彎折以形成面板基本上彼此平行的填充體。
形狀復(fù)雜的填充體是以簡化的方式由按平行關(guān)系疊放的獨(dú)立的沖孔板生產(chǎn)的。它們借助限位裝置(例如該部分表面突起)或側(cè)面零件(例如彎折部分或附著在堆垛段側(cè)面上的獨(dú)立的沖孔側(cè)板)按照那種關(guān)系固定。這些板還包括阻擋裝置，以增強(qiáng)將流體破碎成液滴的作用。
表面的突起也可以作為阻擋器使用，以便打碎大液滴、建立局部的紊流、增加氣體和液體之間的接觸和促進(jìn)質(zhì)量轉(zhuǎn)移。這些突起可以是高于表面的多角凸臺。這些阻擋凸臺可以是菱形的、矩形的或圓形的。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，細(xì)圓柱形的表面突起在促進(jìn)質(zhì)量轉(zhuǎn)移中是非常有效的，同時提供30％以上的開放體積而且壓降非常低。
最近人們已經(jīng)研制了一些高效的填充體，這些填充體利用更長的棒狀突起將毗鄰的板隔開和/或鎖定在一起。所有的阻擋零件都是棒狀突起并且基本上是彼此平行的。所有的棒狀零件都可以從模具中脫出。這些面板可以由單一模具制造，然后將它們鎖定在一起，以便形成堆垛填充體。優(yōu)選的鎖定裝置是在毗鄰面板的底表面上提供的插孔。鎖定桿可以是逐漸變細(xì)的并且可以借助摩擦鎖定在對面的插孔中。為了保證這些面板不散開，可以使用粘接劑。
為了通過簡單地模塑成形大量的不同形狀和尺寸的面板制作接近球形的復(fù)雜的多角形填充體，面板尺寸依次縮小。這些面板可以是正方形的、長方形的、圓形的或橢圓形的。通過切割正方體的數(shù)塊面板形成切割成形的零件也可以不同形狀的填充體。
這些填充體具有由沖孔提供的高度開放的空間，至少30％的填充體是開放空間，優(yōu)選50％至98％的填充體是開放空間。這些桿增大流體的接觸表面。
這些板可以由金屬、熱固樹脂、熱塑樹脂或諸如分散在有機(jī)粘接劑樹脂中的金屬氧化物之類的陶瓷母體制成。沖孔板是借助有機(jī)樹脂材料模塑成形制成的。在這些板呈現(xiàn)其最終的構(gòu)型之后，可以提供升溫使樹脂固化或使母體轉(zhuǎn)化成最終的陶瓷狀態(tài)。
這些填充體可以用簡單得多的原材料生產(chǎn)。即使用模具完成板的成形，這些模具也可以比制作早期高性能填充體所用的模具便宜得多、簡單得多。這些填充體可以被制成其它技術(shù)不可能實(shí)際制作的復(fù)雜的形狀，而且可以以低得多的成本進(jìn)行生產(chǎn)。


圖1所示的堆垛填充體10(現(xiàn)有技術(shù))由于從底板14突起的開口棒12而傾向于纏結(jié)，該開口棒可以插入頂板上的開口并與毗鄰堆垛填充體的側(cè)面或底部中的棒纏結(jié)。
依據(jù)本發(fā)明提供一種改進(jìn)的堆垛填充體，該填充體減少了一個堆垛填充體對另一個的束縛。這種改進(jìn)的填充體的第一特征是倒置最后一塊板，以便封閉和覆蓋那些桿的末端。進(jìn)一步的特征是將限位零件加到填充物的外表面上，優(yōu)選在最外面的板上提供的局部限位器和另一些從填充體的周界朝向中心的徑向限位器。
這些板的厚度可以從0.1mm至15mm。在采用金屬的情況下，該厚度通常是從0.2mm至0.4mm；在采用塑料的情況下，該厚度通常是從0.5mm至3mm，優(yōu)選1mm至2mm，在采用陶瓷的情況下，陶瓷條的厚度優(yōu)選2mm至8mm。
本發(fā)明的填充體適合廢水處理，特別適合用在生物濾膜反應(yīng)器中?，F(xiàn)在使用的波紋形梳狀填充物的高表面區(qū)已變成被一層細(xì)菌覆蓋。借助空缺的剪切作用定期清理該儲罐，以便剝除和處理細(xì)菌。已經(jīng)采用本發(fā)明的正方形堆垛填充物進(jìn)行了初步試驗(yàn)。本發(fā)明的堆垛填充物的性能在大多數(shù)情況下是大體相同的，而在某些情況下更好(取決于水中的污染物類型)。但是，本發(fā)明的堆垛填充物與梳狀填充物相比更便宜、更容易安裝。所以，基于性能價(jià)格比，這種堆垛填充物顯然是優(yōu)越的。
本發(fā)明的這些以及許多其它特征和優(yōu)點(diǎn)就變得顯而易見，因?yàn)榻Y(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)說明本發(fā)明將變得更好理解。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)堆垛填充物的透視圖，該填充物包含眾多棒狀突起并且有一塊板被拆開。
圖2是堆垛填充物的改進(jìn)實(shí)施方案的俯視圖。
圖3是沿著圖2的B-B線剖開的剖視圖。
現(xiàn)在參照圖2和圖3，改進(jìn)的堆垛填充體20是由至少兩個獨(dú)立的板22、24構(gòu)成的。將來自第一板22的較長的桿28的錐形端27插入對面毗鄰板24上的插孔30，借此將這些板結(jié)合成堆垛26。這些板優(yōu)先選用對塔中的液體和氣體介質(zhì)呈惰性的柔韌的塑料(如聚丙烯)或各種可注塑成形的柔韌的含氟聚合物(如Teflon PFA(全氟烷基乙烯醚-四氟乙烯共聚物)和Teflon FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物))構(gòu)成。塑料是柔韌的并且可以略有變形。在被迫插入插孔30時它可以形成牢固的結(jié)合點(diǎn)34。結(jié)合點(diǎn)34的可靠性可以借助使用粘接劑而得到增強(qiáng)。液體粘接劑可以在形成結(jié)合點(diǎn)之前注入插孔。圖2所示的多角板具有大約9.5英寸的直徑。每段的長度是大約4英寸。阻擋桿40是大約1/2英寸長。
每塊板22可以有由尺寸相等的邊緣段零件44形成的邊框42。至少在邊緣段零件44的拐角交點(diǎn)46處放置較長的桿28。插孔30可以在每個較長的桿28的頂部形成。
板22、24還包含十字零件50和60的柵格。十字零件50、60在長方形填充物的情況下可以平行于側(cè)邊零件44，或者在多角形(如八角形)情況下與側(cè)邊零件形成一個角度。有插孔30的附加的鎖定桿28可以模塑在十字零件50、60的內(nèi)交點(diǎn)上和在交點(diǎn)中間的一些地方。通常，隨機(jī)的填充物將至少具有兩個鎖定結(jié)合點(diǎn)，一般有4至12個結(jié)合點(diǎn)，對于有4至6塊板的填充物通常有6至8個結(jié)合點(diǎn)。堆垛填充物將具有10至50個鎖定點(diǎn)。眾多阻擋桿28垂掛在十字零件50、60的下表面72上。阻擋桿28是細(xì)桿并且可以逐漸變細(xì)。通常，這些桿從1/32英寸至1/4英寸，典型的是根部大約1/8英寸。這些阻擋桿28通常安裝在十字零件的每個交點(diǎn)74處以及在毗鄰交點(diǎn)之間的中點(diǎn)處。
板22、24可以被切割或模壓成成形板(如圓形、橢圓形或多角形)，然后碼成垛。但是，這樣將削弱堆垛填充體，因?yàn)殡S著一些或全部提供鎖定結(jié)合點(diǎn)的長桿和插孔被切除，一部分邊框也將被切除。如圖2所示，優(yōu)選的是分開模塑有邊框42、帶插孔30的較長的空心桿28和安裝在邊框42上或附近的結(jié)合點(diǎn)34的每塊板。多角頂板22、24的邊框42可以是連續(xù)的。較長的桿28可以對著較長的桿28上的孔30或?qū)χ诿鎸U28的零件上形成的空穴成形。
現(xiàn)在參照圖2和圖3，本發(fā)明的一個方面是為堆垛26的最后一塊板提供最終的蓋板100。蓋板100可以有與堆垛相同的或不同的形狀。蓋板100優(yōu)選不大于堆垛板，以避免束縛其它的填充體和在堆垛塔中形成空隙。
蓋板100還包含由跨板延伸的柵格零件108和與零件108相交的十字形補(bǔ)強(qiáng)零件110形成的開口柵106。棒狀的阻擋零件112從零件108和110的邊緣114向下突起。類似于阻斷零件112的小限位零件125可以附著板110的頂面127上，優(yōu)選在側(cè)面127的交點(diǎn)129處。限位零件125只需占側(cè)邊127長度的10％至50％。限位零件127從側(cè)邊127垂直延伸大約0.05英寸至0.5英寸的距離，通常大約是0.1英寸。
插孔零件116也以包含空穴120的短桿118的形式從蓋板110向下突起。插孔零件116的位置與毗鄰板24上較長的鎖定桿28的位置相關(guān)。當(dāng)桿28插進(jìn)蓋板100上的插孔116時，蓋板100借助壓配合和/或粘接劑粘接被鎖定到毗鄰板24上。在阻斷零件112和對置板24之間的間隔小于堆垛的高度。
本發(fā)明的另一個特征是在堆垛的外表面上提供限位結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步阻止填充體的不符合要求的碼放。這些限位器可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。局部的限位器125可以象前面討論的那樣安裝在最后兩塊板的周界的外表面上。徑向限位器84可以從周界段127朝頂板100的中心延伸。徑向肋與突起的正方形限位器88連接，這個正方形限位器是模具的一個方面并且就限位功能而言是不必要的。安裝在周界上的局部限位器125還可以連接到第一板22的外表面90上并且用同一零件編號識別。
堆垛填充體可以有從1英寸至20英寸的寬度和高度，通常是3英寸至10英寸。通常，寬度與高度之比是大約1/8至1/4。限位和鎖定桿通常至少1/8英寸至3/4英寸長，通常是大約3/8英寸長。板的數(shù)量是由阻擋桿的長度和板間間隔決定的。板的間隔與填充系數(shù)有關(guān)。板的厚度從0.1mm至15mm。在采用金屬的情況下該厚度通常從0.2mm至0.4mm。在采用塑料的情況下該厚度通常從0.5mm至3mm，優(yōu)選從1mm至2mm。在采用陶瓷的情況下陶瓷條優(yōu)選具有2mm至8mm的厚度。填充體通常具有每英尺3至65的填充系數(shù)和每立方英尺大約10至200平方英尺的表面積。桿的直徑從1/16至1/4英寸，通常大約3/8英寸長。桿可以不是圓柱形的。它們可以有正方形或多角形的橫截面。填充體有多角形的形狀，例如圓柱形的、長方形的、六角形的或八角形的。通常，每個可堆垛的填充體的直徑是從3英寸至15英寸，通常是10英寸。3層的堆垛填充體的高度可以從1英寸至10英寸，通常大約是3英寸。
板間的間隔取決于阻擋桿的高度。通常，阻擋桿具有1/16至2.0英寸的高度并且具有錐形末端。這些桿可以向上突起、或向下突起，或者一些向上突起、另一些向下突起。填充體將具有至少兩塊板，優(yōu)選具有2至30塊板。隨機(jī)填充體通常具有從1英寸至5英寸的名義直徑，從1英寸至4英寸的高度和1/16至3/4英寸的阻擋桿。本發(fā)明的方法還可以用于生產(chǎn)制成標(biāo)準(zhǔn)組件的大型結(jié)構(gòu)填充體，例如1英尺×1英尺×1英尺、2英尺×1英尺×1英尺、或3英尺×1英尺×1英尺的正方形或長方形的模件。結(jié)構(gòu)模件被一次一塊地放到塔中，直至填滿塔為止。
填充體可以呈多角形，例如側(cè)壁平行的長方形、六角形或八角形。面板可以在不連續(xù)的步驟中減小寬度。將較長的桿插進(jìn)在下一塊板上相對的插孔，借此可以將制成標(biāo)準(zhǔn)組件的板相互連接成堆垛。這些板可以通過碼放變更這些桿的取向，從正對塔的軸線至垂直于塔的軸線。在填充體堆垛和塔的外壁之間的外部體積可以用隨機(jī)填充體填充。
這些板不需要具有同一尺寸。在板的尺寸變化時它們可以碼放成接近橢球或球形的多角形形狀。
待實(shí)現(xiàn)的只有已經(jīng)介紹過的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案和那些在權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)許可的眾多替代實(shí)施方案、修改方案和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于與流體接觸的填充體，在組合體中包括眾多包含開孔圖案的獨(dú)立的面板；從面板的頂面和/或底面豎起的流體阻擋裝置，該裝置包括眾多從所述表面突起的棒狀零件；將眾多面板隔成具有頂面板和底面板的堆垛的裝置；將面板鎖定在一起的裝置，該裝置包括眾多比所述的從所述表面突起的棒狀零件長的鎖定桿和容納在毗鄰面板表面上形成的所述桿的末端的插孔；以及至少一個具有外表面和內(nèi)表面的蓋板，所述蓋板包含開孔圖案、包括眾多僅僅從所述內(nèi)表面突起的棒狀零件的流體阻擋裝置以及眾多用于容納從所述堆垛的頂面板和/或底面板突起的鎖定桿末端的插孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，其中所述鎖定桿末端是逐漸變細(xì)的并且所述末端是帶摩擦地插在所述插孔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，其中開放空間是大約30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的填充體，其中開放空間從50％至98％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，該填充體是由有機(jī)合成樹脂制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，其中面板是矩形的并且形成長方形的堆垛。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的填充體，其中長方形堆垛削掉至少一個角，以便在所述填充體上形成一切割平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，該填充體包含2至30個面板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的填充體，其中該填充體具有每英尺3至65的填充系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的填充體，其中該填充體具有每立方英尺70至200平方英尺的表面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，其中在蓋板的外表面上沒有桿和阻擋突起。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充體，其中蓋板安裝在堆垛頂部和底部的面板上。
全文摘要
高效填充體是借助具有至少30%開放空間的堆垛板構(gòu)成的,其中所述開放空間是由孔和從板表面突起的棒狀阻擋零件提供的。面板借助眾多鎖定桿鎖定在一起形成堆垛,其中比阻擋桿長的所述鎖定桿帶摩擦地插入在毗鄰板的表面上形成的對置插孔。有向下懸垂桿和為容納對置板的鎖定桿而配置的鎖定插孔的蓋板被用于阻止暴露的桿與其它板的桿對接以便避免在填充塔中出現(xiàn)空隙。
文檔編號C02F3/10GK1243766SQ9910977
公開日2000年2月9日 申請日期1999年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
發(fā)明者凱恩·C·朗 申請人:嵐特克產(chǎn)品有限公司