專利名稱：具有交叉通道結(jié)構(gòu)的填料體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于權(quán)利要求1前序部分的具有一交叉(cross)通道結(jié)構(gòu)的填料體，本發(fā)明還涉及一種具有上述類型之填料體的柱塔，在該柱塔中，填料體用于裝填，本發(fā)明還涉及一種具有上述類型之填料體的混合設(shè)備，該填料體被用作靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)。
瑞士專利CH-A547120(＝P.4566)介紹了一種用于流體的混合器設(shè)備，在該專利中，靜態(tài)混合件被裝入一根管件中。這種類型的裝配件包括相互接觸的層件，其形成了具有部分敞開流動(dòng)通道的一種交叉通道結(jié)構(gòu)。德國專利DE-A2601890(＝P.4988)介紹了一種用于柱塔的裝填體，它同樣具有一種交叉通道結(jié)構(gòu)?？梢杂眠@種類型的柱塔式裝填結(jié)構(gòu)進(jìn)行物質(zhì)和/或熱交換，所述的交換實(shí)際上發(fā)生在a)一裝填表面上的介質(zhì)，特別是在一波紋狀薄膜和/或一催化活性涂層上的介質(zhì)，和b)一氣體流之間，所述的氣體流通過由裝填表面形成的通道流動(dòng)。
如果流體流過相互開通的交叉通道，則在相鄰層件之間的邊界面上，發(fā)生動(dòng)量交換的流體之間引起相互作用。作為動(dòng)量交換的結(jié)果，在通道中，并在所有情況下，導(dǎo)致以渦流帶(具有疊加轉(zhuǎn)動(dòng)的直線流體流)形式的渦流，其渦流中心沿通道方向延伸。這些渦流帶還引起二次渦流。由動(dòng)量交換形成的渦流帶之驅(qū)動(dòng)力以下述方式出現(xiàn)(setin)，即克服摩擦力的作用，渦流保持在穩(wěn)態(tài)。一方面，通過相鄰?fù)ǖ乐g的材料交換，另一方面，通過邊界層件和通道的內(nèi)腔之間的材料交換，渦流進(jìn)一步促進(jìn)流體的完全混合。由于通道是偏斜的，流體的溫度和濃度在填料體的橫截面上被均勻化，然而這只在層方向上。上述的均勻作用和混合效果是在消耗能量的基礎(chǔ)上獲得的，其作為一種額外流動(dòng)阻力(或壓力降)應(yīng)值得注意。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種具有交叉通道結(jié)構(gòu)的填料體，使用該填料體，用減少的能量消耗，可以獲得所期望的均勻和混合效果。與眾所周知的具有交叉通道結(jié)構(gòu)的填料體相比，在被創(chuàng)造的本填料體中，流動(dòng)阻力應(yīng)該較低，而且，材料交換柱塔的分離性能或靜態(tài)混合器的混合作用都基本上保持在同樣好的水平。具有本發(fā)明權(quán)利要求1的特征方案的填料體可以實(shí)現(xiàn)上述目的。
具有交叉通道的填料體被用于一裝填柱塔或一靜態(tài)混合器設(shè)備。上述填料體由相互鄰接的層件組成，其中在所有情況下，都配置了相互平行的通道。在相鄰層件之間的分界面上，延伸有彼此相通的側(cè)向通道。這些側(cè)向通道形成以交叉方式(cross-wise)排列的結(jié)構(gòu)。在所有情況下，至少層件的一部分除了側(cè)向通道之外，還包括中央通道。在中央和側(cè)向通道之間的分界處，在大約一半的區(qū)域中通過規(guī)則配置的壁部分產(chǎn)生一材料分隔結(jié)構(gòu)；在另一半?yún)^(qū)域，通道邊界敞開。
除了側(cè)向通道之外，本發(fā)明中填料體的層件還包括中央通道，中央通道只是利用墻壁與側(cè)向通道部分隔開。側(cè)向通道與已知技術(shù)中交叉通道結(jié)構(gòu)的通道一致，其中(已知技術(shù))在所有情況下，同一層件上的平行的通道在整個(gè)長度上用墻壁彼此隔開。在側(cè)向通道中，如已知的交叉通道結(jié)構(gòu)那樣，所述的相鄰層件之間的相互作用引發(fā)了初級(jí)渦流帶(braids)。這些初級(jí)渦流帶在中央通道中導(dǎo)致二次渦流帶。由于中央通道，用基本上相同能量消耗就可以在一個(gè)大體積內(nèi)獲得混合作用。由于單個(gè)層件與已知的交叉通道結(jié)構(gòu)不同而在兩側(cè)的側(cè)向通道之間具有很大的滲透性，故在與層件方向相垂直的方向上，導(dǎo)致一額外的均勻作用。
從屬權(quán)利要求2～7涉及本發(fā)明之填料體的優(yōu)選實(shí)施例。權(quán)利要求8～10涉及具有所述類型填料體的柱塔和混合器設(shè)備。
下文將結(jié)合附圖解釋本發(fā)明。


圖1是顯示符合本發(fā)明填料體的一層件平面視圖；圖2和圖3是通過圖1所示層件的兩個(gè)橫截面視圖；圖4是同一層件的斜視圖；圖5示意性說明在本發(fā)明填料體內(nèi)的流動(dòng)關(guān)系；圖6是填料體層件的特別優(yōu)異的幾何形狀；圖7和圖8顯示的是與圖1和圖2對(duì)應(yīng)的另一實(shí)施例；圖9顯示了一種從圖8所示層件的改型；圖10是對(duì)圖6所示類型層件的詳盡說明；圖11示意性說明一具有本發(fā)明填料體的柱塔或靜態(tài)混合器。
從圖1、圖4和圖11可以看到，一本發(fā)明填料體1的層件10是由片狀金屬薄板構(gòu)成的，所述的金屬薄板被切割成柵格形式，然后再被變形。也可以提供一薄片或一金屬絲網(wǎng)替代金屬薄板。切口11(slits)具有切口邊緣11a和11b，它們橫跨一敞開表面22或22’(圖4)。切口11具有端點(diǎn)A、B和A’，B’，所述端點(diǎn)組成了三角形ABA′和BA′B′//的柵格?！饘?、陶瓷材料和/或塑料都可以被選作片狀金屬薄板(或，分別選用的薄片或絲網(wǎng))的材料使用。
由多個(gè)相互鄰接的層件10組成該填料體1，其中，在所有情況下，配置得通道2彼此平行。該通道2相對(duì)于主流動(dòng)方向傾斜，在圖4中，所述的主流動(dòng)方向平行于Z軸。通道2，亦即側(cè)向通道在相鄰層件10之間的分界面3(圖2，11)上延伸，在位于x-y平面中的橫截面的基礎(chǔ)上，通道2在圖4中可以被識(shí)別。用符號(hào)20表示這些側(cè)向通道，其在任何情況下都具有一三角形橫截面。這些側(cè)向通道20彼此敞開。它們形成一交叉形式(cross-wise)的配置。除了這些側(cè)向通道20，層件10還包括中央通道21，在所有情況下，通道21都具有一矩形橫截面。在大約一半的情況下，一位于中央和側(cè)向通道2之間邊界上的材料分隔結(jié)構(gòu)由規(guī)則配置的壁部分形成，在另一半?yún)^(qū)域，通道邊界是敞開的。
通道2的邊界面由壁部分形成，所述的壁部分被折彎成梳齒形。這些壁部分的彎折邊緣或梳齒12和14以行(row-wise)的形式交變地配置在層件10的中央平面4的兩側(cè)。所述的中央平面就是圖4中的x-z平面。折彎邊緣或梳齒12和14與這個(gè)平面平行。在圖1的平面視圖中，相對(duì)于附圖平面，梳齒12和14分別位于該平面的前方和后方。12和14與所述的附圖平面平行。另外折彎的邊緣13和15位于中央平面4內(nèi)。通道2的方向5與z軸的夾角為W(圖4)，當(dāng)沿y方向看，方向5實(shí)際上處于z軸的左側(cè)。在本實(shí)施例中，相鄰層件10的通道方向5′同樣與z軸的夾角為W，但在z軸的右側(cè)。該傾斜角W的度數(shù)大于10°并小于70°。在圖4中，分別用箭頭50和50′表示通道方向5和5′向x-y平面的投影。
圖2和圖3是通過層件10的兩個(gè)平行的橫截面視圖，它們分別對(duì)應(yīng)于圖1的II-II線和III-III線所剖取的橫截面視圖。用點(diǎn)劃線30和40表示邊界面3和中央平面4的位置。在圖2中，位于邊界面3中的折彎邊緣12和14是可視的。在圖2中，折彎邊緣13和15也在中央平面4內(nèi)。圖3的橫截面在a，b，c和d位置處橫切于切口11(邊緣11a，11b)。
圖5說明在側(cè)向通道20和中央通道21中的流動(dòng)關(guān)系。圖5顯示了通過兩個(gè)相鄰層件10在x-y平面內(nèi)的橫截面。通過相鄰相互交錯(cuò)通道2之間的相互作用，在側(cè)向通道20內(nèi)，產(chǎn)生渦流51a和51b。這些初級(jí)渦流51a和51b導(dǎo)致在中央通道21內(nèi)的二次渦流52a和52b。
通道2的有規(guī)律配置的壁部分具有自由邊緣，就是切口邊緣11a和11b。這些邊緣11a和11b可以是彎曲的或齒形的(圖中未示)。然而，它們最好是直線型，并至少近似處于瀑布線，也就是說該(瀑布)線處于一垂直平面內(nèi)(平行于z軸)，并它們相對(duì)于層件10的該表面以下述方式定位，即它們垂直于上述表面內(nèi)的一水平線。圖6顯示了這個(gè)優(yōu)異的實(shí)施例，在該圖中，用箭頭19表示瀑布線的方向。
在圖7所示的實(shí)施例中，呈現(xiàn)一個(gè)與圖1相同的三角形的柵格。然而，切口11的端點(diǎn)分別距拐角(corner)點(diǎn)A(或A′)和B或(B′)的距離是δA和δB。由于上述距離的結(jié)果，從圖8的橫截面視圖可以看到，通過拐角點(diǎn)的“水平帶”16代替了圖1中的折彎邊緣13和15。如圖9中所示，例如也可設(shè)置傾斜帶16’和16”替代“水平帶”16。
可以用傾斜角W、折彎邊緣12，14的角度和切口11的配置來表示層件10的幾何形狀特征。通過拐角點(diǎn)A和B之間的距離，距離δA和δB和例如兩個(gè)三角形角度α，β(圖7)可限定切口11的結(jié)構(gòu)配置。
圖10顯示層件10的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其是在圖6中用十字220表示的敞開表面22的鄰域上的特征通道2的材料邊界，或通道墻壁被加工出槽，也就是說，設(shè)有微小的槽結(jié)構(gòu)，該槽17橫向于瀑布線(邊緣11a，11b)。此外，通道墻壁可以被穿孔，例如圓孔18。替代多個(gè)平行槽形式的槽17，也可優(yōu)先設(shè)置例如公開號(hào)為EP-A0190435(＝P.5928)的歐洲專利中所介紹的槽，在該專利中，換句話說，一表面結(jié)構(gòu)由橫切槽組成。
本發(fā)明所述的填料體不必都用相同類形的層件構(gòu)成，單個(gè)的層件也可用沒有被切口的片狀金屬薄板構(gòu)成(或者，分別用薄片或網(wǎng)狀物)，在所有情況下，它們都具有波紋形，更具體地說，它們被折彎成鋸齒形。在這種類形的結(jié)構(gòu)中，如果不同種類的層件按有規(guī)律的順序配置，則這種結(jié)構(gòu)是優(yōu)異的，所述的有規(guī)律的順序是指，例如一個(gè)a和b交替配置，所述的a是指圖1～圖10所示的片狀金屬薄板所形成的層件，所述的b是指波紋形、沒有被切口的片狀金屬薄板形成的層件。
作為規(guī)則，本發(fā)明填料體由多個(gè)組裝部件構(gòu)成，所述的組裝部件被一個(gè)壓著一個(gè)配置，每個(gè)部件形成一個(gè)組裝區(qū)域，在該區(qū)域中，所有的層件具有相同的定位方向，相鄰部件的層件之水平方向彼此交叉。在圖11中，換句話說，用兩個(gè)組裝部件1a和1b的分界面3顯示了這種類形填料體1的結(jié)構(gòu)，組裝部件被安置在一柱塔或靜態(tài)混合器的圓筒形的壁100內(nèi)。點(diǎn)劃線30表示沒有顯示的分界面3的上部邊緣。箭頭5和5′表示相鄰層件10(圖中未示)的通道方向。箭頭6和7表示流體的主流動(dòng)方向，所述的流體通過填料體1導(dǎo)入，用以混合和/或物質(zhì)交換。
通過額外的切割成形和變形，層件10的片狀金屬薄板(或，分別為薄片或網(wǎng)狀物)或?qū)蛹?0的只有個(gè)別壁部分可以被進(jìn)一步構(gòu)型，所以，就形成例如被折彎成梳齒狀的小墻壁部分，上述的小墻壁部分與通道2的墻壁部分(圖4)相似，但與后者相比，它很小。美國專利US-A4,710,326介紹了具有這種精細(xì)結(jié)構(gòu)配置的交叉通道結(jié)構(gòu)。
在所有實(shí)施例中，通道2都是直線型通道。然而，它們可以改變方向，特別是在圖11所示的組裝部件1a和1b的上端和/或下端的邊界區(qū)域。在一個(gè)特殊的組裝部件實(shí)施例中，在組裝部件的下部區(qū)域、中間區(qū)域和上部區(qū)域可以是不同的。由于適合的構(gòu)形，相對(duì)于中間區(qū)域，在組裝部件的邊緣區(qū)域中，流動(dòng)阻力可以被減少。從申請?zhí)枮閃O97/16247(＝P.6765)的國際專利申請中，可以知道上述類形的優(yōu)良實(shí)施例。
在本發(fā)明填料體的表面上，可以有一層由催化活性物質(zhì)組成的涂層。這種類形的填料體可以被用于柱塔中，所述的柱塔可以用于活性蒸餾，或這種填料體作為催化器設(shè)置在排氣催化結(jié)構(gòu)中。
權(quán)利要求
1.具有一交叉通道的用于裝填柱塔或靜態(tài)混合器設(shè)備的填料體(1)，所述的填料體由彼此鄰接的層件(10)構(gòu)成，其中在所有情況下，通道(2)被彼此平行地配置，在相鄰層件之間的分界面(3)上，彼此相通的側(cè)向通道(20)作延伸設(shè)置，這些側(cè)向通道形成交叉方式地配置，其特征在于在所有情況下，除了包括側(cè)向通道(20)之外，至少層件(10)的一部分還包括中央通道(21)，在中央通道和側(cè)向通道之間的邊界處，在大約一半的區(qū)域中通過規(guī)則配置的壁部分制成一材料分隔結(jié)構(gòu)，在另一半?yún)^(qū)域內(nèi)，該通道邊界是敞開的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填料體，其特征在于在所有情況下，由被切割成柵網(wǎng)形式并再被變形的片狀金屬薄板構(gòu)成層件(10)，由墻壁部分構(gòu)成通道邊界，所述的墻壁部分以梳齒的方式被折彎，這些墻壁部分的梳齒(12，14)以行的形式交變地配置在層件之中央平面(4)的兩側(cè)，并與該平面平行，可以用一薄片或金屬絲網(wǎng)替代片狀金屬薄板，可以選擇金屬、陶瓷材料和/或塑料用于制造片狀金屬薄板或，薄片或絲網(wǎng)的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的填料體，其特征在于通過額外切割成形和變形，單個(gè)墻壁部分被進(jìn)一步構(gòu)型，特別是它具有一微小結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3之一所述的填料體，其特征在于所有通道都相對(duì)于主流動(dòng)方向(6，7)傾斜；與主流動(dòng)方向的傾斜夾角(W)大于10°而小于70°，更具體地說，相鄰層件(10)的相互交錯(cuò)通道(2)是相對(duì)于主流動(dòng)方向作相反傾斜的，并具有基本上數(shù)值相同的傾斜夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之一所述的填料體，其特征在于有規(guī)律配置的墻壁部分具有自由邊緣(11a，11b)，它們是直線型的，并基本上位于瀑布線上，也就是說，它們位于一垂直平面內(nèi)，它們的方向與該平面上的一水平線垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5之一所述的填料體，其特征在于通道墻壁被加工有槽或具有另外的結(jié)構(gòu)；和/或通道壁上被額外穿孔，例如圓孔(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6之一所述的填料體，其特征在于用沒有被切口的片狀金屬薄板，或分別用薄片或柵網(wǎng)構(gòu)成單個(gè)的有規(guī)律配置的層件，在所有情況下，所述的沒有被切口的片狀金屬薄板、薄片和柵網(wǎng)都具有一波紋形狀，特別是被折彎成鋸齒形。
8.具有權(quán)利要求1～7中任一種權(quán)利要求所述的填料體(1)的柱塔，所述的填料體被用作裝填結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行材料和/或熱交換，在一方面，即一在裝填表面上的波紋形薄片和另一方面，一氣體流之間進(jìn)行上述的交換，所述的氣體流通過多個(gè)由裝填表面形成的通道(2)，并且，所述的裝填表面上可以有一層由活性催化物質(zhì)形成的涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柱塔，其特征在于由多個(gè)組裝部件(1a，1b)構(gòu)成填料體(1)，所述的組裝部件以一個(gè)壓著一個(gè)的方式配置；每個(gè)部件用具有相同方向定位的層件(10)形成一個(gè)裝填區(qū)域；而且相鄰部件之層件的水平方向彼此交叉。
10.混合器設(shè)備包括一根管件(100)和一個(gè)靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)(1)，其為權(quán)利要求1～7中任一所述的填料體結(jié)構(gòu)，將填料體安置在所述的管件內(nèi)，用于可流動(dòng)物質(zhì)的完全混合，所述的物質(zhì)沿相同的方向(6或7)流過管件，并且混合器結(jié)構(gòu)的表面可以有一層由催化活性物質(zhì)構(gòu)成的涂層。
全文摘要
具有交叉通道結(jié)構(gòu)的填料體(1)用于裝填塔或靜態(tài)混合設(shè)備。填料體由彼此鄰接的層件(10)構(gòu)成,在所有情況下,通道(2)彼此平行配置,在相鄰層件之間的分界面(3)上,彼此相通的側(cè)向通道(20)延伸設(shè)置。側(cè)向通道形成一交叉形式的配置。至少層件(10)的一部分除了側(cè)向通道(20)之外,還包括中央通道(21)。在中央通道和側(cè)向通道之間的分界處,在大約一半?yún)^(qū)域中通過規(guī)則的壁部分構(gòu)成一材料分隔;在另一半?yún)^(qū)域內(nèi),通道分界是敞開的。
文檔編號(hào)B01J19/32GK1264616SQ0010231
公開日2000年8月30日 申請日期2000年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月12日
發(fā)明者A·科斯勒 申請人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司