專利名稱：熱質(zhì)交換裝置及制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在下降液體和上升氣體之間進行熱質(zhì)逆流交換的裝置，這種形式的交換裝置含有一組波紋板，各波紋板互相靠在一起地設(shè)置在基本垂直的平面中，板的槽紋是斜式的，并且相鄰板的傾斜方向相反，每塊板的槽紋均確定了第一槽紋凹部和第二槽紋凹部，這二種凹部在板的側(cè)面分別向下和向上張開。
這些通常稱為“交叉波紋堆積物”的裝置，在將它們用于蒸餾時，就會出現(xiàn)這樣的難題如何使下降液體在裝有這類堆積物的蒸餾塔的整個區(qū)域高度中保證有良好的分布，的確，液體有流向把堆積物圍起來的壁的趨向，由此就會引起液體在該壁上流動，或者沿著板的邊緣流動，這就降低了分餾塔的工作性能。
本發(fā)明的目的在于提供一種用一種較為經(jīng)濟的方法防止“壁效應(yīng)”的裝置。
所以本發(fā)明提供一種上述類型的用于進行熱質(zhì)交換的裝置，其中所述每塊板的第一槽紋凹部在其下部附近構(gòu)成對液體流的阻礙。
為了形成這樣的阻礙，最好使每一個第一槽紋凹部的最大斜面在其下端附近通過板的變形得到明顯改善。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，將形成所述第一槽紋凹部的槽紋的下端部位擠壓成板的中央平面，以便形成基本為等腰三角形的沖壓區(qū)域。等腰三角形交替地位于所述平面的二邊，并且從頂視圖看時，等腰三角形的底位于相互之間底的延長線上。
特別是對于較小口徑的塔(約為1到2米的直徑)，直接把板組放在塔的套筒中而不與塔直接接觸是比較好的配置，通過插入一系列的短小隔離部件進行相對密封，這些隔離部件主要由環(huán)形密封部件或卡環(huán)構(gòu)成。
尤其是對于較大口徑的塔，板組可以用插入一系列短小隔離部件進行固定，這些隔離部件主要是由可以任意穿入板組的環(huán)形凸緣組成。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造與上述優(yōu)選實施例相符的，用于進行熱質(zhì)交換的裝置的方法。按照該方法，采用一塊波紋帶材，并用剪切器從該波紋帶材上切割下板材來。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一些實施例進行描述，附圖中

圖1為裝有交叉波紋堆積物的蒸餾塔的一般布局的示意透視圖;
圖2為圖1中具有已知結(jié)構(gòu)板的堆積物部件結(jié)構(gòu)的局部分解透視圖;
圖3為本發(fā)明堆積板的示意端視圖;
圖4為圖3中沿Ⅳ-Ⅳ線取的剖面圖;
圖5為圖3板的平面圖;
圖6為上述板的透視圖;
圖7和圖8為本發(fā)明另外二種實施例的透視圖;
圖9至圖11為本發(fā)明的具有周邊缺口的堆積物的示意圖;
圖12為將本發(fā)明的堆積物安裝到蒸餾塔套筒中去的方法示意圖;
圖13為沿圖12ⅩⅢ-ⅩⅢ線取的局部剖視圖;
圖14為圖12的另一種裝配形式的部份組件的視圖;
圖15為圖12的另一種裝配形式的示意圖;
圖16為另一種方法示意圖，在該方法中，可以根據(jù)本發(fā)明將堆積物安裝到蒸餾塔的套筒中去;
圖17為圖16的另一種裝配形式的示意圖;
圖18和圖19為加工痙⒚靼宀牡募羥釁韉淖萜拭媸疽饌 圖20為沿圖18的ⅩⅩ-ⅩⅩ線取的剖視圖。
圖1示出了蒸餾塔主要部分，例如空氣蒸餾塔的總體布置。該主要部分主要有套筒1，具有大體為圓柱形的堆積組件2被堆積在該套筒中。
通常所說的“交叉一波紋”式的每個組件2含有一組板3，這種板基本為矩形并呈斜向波紋狀，槽紋最好為三角形的截面。一塊板的波紋的傾斜方向與相鄰另一塊板的波紋的傾斜方向是顛倒的。
將給出的組件的所有板均在平行垂直的平面上放置，并且具有相同的高度。另外，它們的長度或橫向尺寸由端板的最小值增加到中央板的最大值，然后再減小到另一端板的同一最小值。所以，當(dāng)將所有的板互相疊壓在一起時，也就得到基本為圓柱形的組件2，其形狀如圖1所示。在每一邊，每塊板均有槽紋的凸部4和槽紋的凹部5，它們形成了一組傾斜通道。每個凸部4均有一個下端4A和上端4B，每個凹部5均有下端5A和上端5B。正如在后面將要看到的那樣，本發(fā)明只涉及側(cè)向展開的通道，即通向板的垂直側(cè)邊6A的下方或向板的垂直側(cè)邊6B的上方展開，板的一個邊上的槽紋凸部與其鄰板相對邊的槽紋凸部接觸，并形成許多交叉點，這些交叉點促進了流體的分配和接觸。而且，為了相同的目的，每個組件2相對于下一個組件角度偏離90°，這正如圖1所示，每一塊板還含有一組孔眼(圖中未畫出)。
圖1和2所示的是常用的交叉波紋堆積物，在該波紋堆積物中，在頂視時，顯然板已切除了形成鋸齒形的垂直邊緣。用這些已知的堆積物，實驗表明，壁效應(yīng)，即液體聚集在套筒壁上或液體沿著板的邊緣聚集是十分明顯的，下面具有本發(fā)明堆積物的圖表示出可以通過形成“鏡象效應(yīng)”來有效地克服這個問題，這些將從下文中清楚地了解。
圖3至圖6示出了在使用中用圖1和圖2相同的方法安裝，但有外形改進了的垂直邊緣的、更準(zhǔn)確地說有側(cè)邊緣6A的板3，其傾斜通道在該邊緣上向下張開。
事實上，為了制造板3，采用了一塊很長的金屬帶材，并將其開斜式波紋，然后用與帶材長度邊緣相垂直的剪切器剪切成所需長度的板，這在后面將結(jié)合附圖18至20進行比較詳細的描述。
這就導(dǎo)致把每塊板的前部邊緣壓扁(相對于帶材的行進方向)，使槽紋凸部4和槽紋凹部5形成了板的中界面P，而且在圖3、5和6中，槽紋凸部和凹部交替地在平面區(qū)域7的每一側(cè)部形成，平面區(qū)域中用細線表示的等腰三角形為槽紋凸部，而用點表示的為槽紋凹部。
當(dāng)從頂部看時(圖3)，各等腰三角形的底相互間在中界面P上延長。
事實上，由于波紋金屬的剛性和在板上具有的孔眼，材料的沖壓并不十分平滑而且區(qū)域7并不是呈準(zhǔn)確的三角形。該區(qū)域可能或多或少與這種形狀不相一致并有局部扯裂，所以，圖3至圖6應(yīng)該被認為是理想示意圖。但是，由剪切器引起的擠壓會沿著板的邊緣6A產(chǎn)生小的壓扁邊緣部8(圖4至圖6)。
在運轉(zhuǎn)中可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)域7的存在使接近邊緣6A的每個通道中阻礙流體往上流到該邊緣，并且在各板槽紋凸部的交叉點的共同作用下，區(qū)域7的存在就可以保證流體有效地返流到堆積物的內(nèi)部。因此，壁效應(yīng)幾乎完全被消除并由“鏡象效應(yīng)”代替，而且塔的效率明顯得到改善。
圖7示出了另一種可以在靠近邊緣6A處產(chǎn)生阻礙的形成通過將平行于邊緣6A的二個拉桿(未示出)相對移動，則可同時在槽紋凸部和槽紋凹部中形成與該邊緣相距不遠的空穴9，最好能夠保證在空穴9和對應(yīng)的槽紋凸部5的下端之間至少有一個交叉點9a。
在圖8所示的不同實施例中，槽紋凹部在相距不遠的板的兩側(cè)用合適的填料10堵住，該填料可被注入，壓入、插入、焊入等等。所選的填充深度應(yīng)足以保證使每個槽紋中的液體用一定的方式返回到堆積物的內(nèi)部。進行這種堵塞的簡便方法在于將所有槽紋都加工好了的波紋板組整個進行封閉。這些槽紋通到該組波紋板的周邊，在這種情況下，將邊緣6B上的槽紋的上端也進行封閉，這并無什么特別的不便。
圖9至圖11示出了另一種防止液體到達板邊緣6A的方法，該方法在于沿著該切割槽紋的邊緣開些槽口11。例如這些槽口可以是條狀的，而且沿與下斜槽紋相反的方向向下傾斜(圖9)，槽口可以是水平條狀(圖10)或是具有水平底邊的三角形，該三角形的上斜邊沿著與下斜槽紋相反的方向朝下傾斜(圖11)。如前所述，這些槽口可以用鋸床在板組上開出。
圖12至圖17示出了幾種安裝本發(fā)明的堆積物的方法，這些堆積物可以防止仍然到達板邊緣6A的液體沿著套筒的壁流動。
圖12至圖15主要應(yīng)用于較小口徑的塔，塔的口徑最多約為1米和2米，而圖16和圖17主要應(yīng)用于較大口徑的塔。
圖12和圖13中，通過插入許多間隔開的高度不高的環(huán)形密封部件12來把堆積組件2直接安裝在套筒1中。這些密封部件是具有柔性的，以致板邊緣可以稍許穿入到這些密封部件中，這正如圖13中所示的那樣，而且這些密封部件與套筒保持了一個給定的距離。
密封部件12可以用單個的密封部件13代替，如圖14所示，密封部件13在其內(nèi)側(cè)有一些槽紋。
在圖15所示的實施例中，通過插入一系列分隔部件14將組件2裝在套筒中，部件14是由多個卡環(huán)組成，并用螺釘15將其內(nèi)側(cè)固定到堆積物上，并且把這些分隔部件支撐在套筒的外邊上，因而也就有了相對密封，與堆積物接觸的卡環(huán)部分高度不高，而且與套筒隔開一定的距離。如圖所示，下面的卡環(huán)可以有一個根部16，它起支撐組件2的作用，并起將液體朝塔軸線方向返回的部件的作用。螺釘15的頭部，或其它固定裝置的頭部，可以用來保證組件12和套筒1之間具有最小的自由空間。
對于大口徑的塔(圖16和17)，最好能有一個將板組固定、并容易扶持板組的中間裝置，用合適的方法(未示出)將該中間裝置依次裝在塔的套筒中。用一個具有幾個環(huán)形肋條18和一個下根部19的環(huán)形套板17。肋條18可以穿進板組中(圖16)或者只緊靠在板的邊緣上(圖17)。在這種情況下，當(dāng)然也就在套筒和板之間有了相對密封，以保證上升氣體不從堆積物旁邊流過。例如，套板17的外面可以有一個象圖12的密封部件12或圖15的卡環(huán)14那樣的密封件。這種密封的方法是將該密封部件緊貼在塔的套筒上，而通過肋條18實現(xiàn)套板17和板間密封。
在圖12至圖17的各個裝置中，堆積組件2和將其圍住的圓柱壁(套筒1或套筒17)之間產(chǎn)生的環(huán)形空間就會將可能給上升氣體提供具有一定高度的液體旁流的可能性，在這種情況下，尤其是在塔頂部，當(dāng)需要高純度產(chǎn)品時，這就可能是不利的。為了避免這種不利，在這些環(huán)形空間中可以填裝比組件2的結(jié)構(gòu)更為精細的堆積物2A，例如毛氈或金屬纖維。堆積物2A可以全部填滿每隔一個或每隔二個環(huán)形空間(圖16)，也可以裝一部分，最好是裝在液體可以聚積的整個環(huán)形空間的下部(圖17)，或只裝在環(huán)形空間某個部分中。
圖18至圖20示出了實現(xiàn)上文提到的剪切的方法。
工具或剪切器20相對于垂直平面Q來講是對稱的，而平面Q又與原材料的波紋帶21的水平運動方向f相垂直。它包括-二個固定的下刀體22，其上刀刃23呈水平直線，且與平面Q相平行，二個下刀體22的相對的邊24相互之間在朝下的方向上有些偏斜，而且刀刃23外側(cè)與外表面23A相接，該外表面與垂直方向之間的夾角約為30°。
-二個可垂直運動的上部壓帶器部件25，該壓帶器部件具有也呈水平直線并與平面Q相平行的下刀刃26，每個刀刃26正好位于對應(yīng)刀刃23的上方，而且其外側(cè)與外表面26A相接，該外表面與垂直方向之間的夾角約為30°，每一個上部壓帶器部件與另一個相對的壓帶器部件均有一個與平面Q平行的表面27。
-一個在表面27之間垂直滑動導(dǎo)向的上雙刃刀體28，當(dāng)沿著垂直于f方向(圖18和圖19)看時，其下端為倒V字形截面，該截面形成了二個與表面27靠近的刀刃29。如圖20中可以看到，當(dāng)沿f方向看時，每一個刀刃均有一個張開很大的倒V字形截面。
在工作中，對于處于上升位置的壓帶器部件25和刀體28(圖18)，把帶材21支撐在二個刀刃23上，沿著下游方向(相對于箭頭f方向)使其一直運動到預(yù)定的超過下游刀刃23的帶材行程為止。
然后將壓帶器部件25降下并把帶材21在每個刀刃26和端面刀刃23之間進行二面夾緊，以及對形成上述區(qū)域7的金屬和窄的邊部8進行沖壓，邊部8的寬度與刀刃23和26的寬度一致。在該操作期間，區(qū)域7呈現(xiàn)出斜面23A和26A的形狀。
在這之后再把刀體28降下并把二個刀體之間的切料30剪切下(圖19)，由此取下預(yù)定長度的板3。
由于剪切器的對稱性，尚未被剪成預(yù)定長度的帶材21的前緣形狀與剛被取下的板3后緣的形狀類似甚至相同。所以每一塊板的前后緣類似，實際使用時，這對于液體的分配并無實質(zhì)性的影響，但是，利用構(gòu)成組件2的互相靠緊的板更容易滑動的特點，可以使板的定位得到簡化。然而，由于這種方法剪切出的邊不太鋒利，這還可增加人們在拆裝板和/或堆積物時的安全度。
權(quán)利要求
1.一種在下降液體和上升氣體間進行熱質(zhì)逆流交換的裝置，這種形式的裝置有一組波紋板，每塊波紋板處在基本垂直的平面中，并且彼此緊靠著地設(shè)置，波紋板的槽紋為斜式的，相鄰板的傾斜方向相反，每塊板的槽紋均確定了第一和第二槽紋凹部，這二種凹部在板的側(cè)面分別向上和向下張開，其中所述每塊板的第一槽紋凹部在其下端部附近構(gòu)成對液體流的阻礙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的每個第一槽紋凹部的最大斜面在其下部附近通過板的變形得到顯著改善。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是將形成第一槽紋凹部的槽紋下端部位擠壓成板的中界面，以形成基本為等腰三角形的沖壓區(qū)域，等腰三角形交替地位于所述平面的兩邊并且從頂部看時，等腰三角形的底位于彼此間的底的延長線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是阻礙是由將所有形成第一槽紋凹部的槽紋進行局部擠壓構(gòu)成的，所述擠壓導(dǎo)致在距所述下部不遠處形成空穴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在所述下部插入填料構(gòu)成阻礙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征是板組在其周邊具有一些槽口，這些槽口至少要與下斜槽紋相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征是每個所述第二槽紋凹部的上端附近具有與所述第一槽紋凹部在其下底附近的形狀相類似的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征是板組直接置于套筒中而不與套筒直接接觸，通過插入幾個高度不高的分隔部件進行密封，這些分隔部件主要由環(huán)形密封件或卡環(huán)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征是板組固定在套板中，并且處于插有幾個高度不高的分隔部件的中間，這些部件主要由可任意穿入板組的環(huán)形肋條組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征是在分隔部件之間存在的環(huán)形空間的一部分填有多孔填料，尤其是這種多孔填料有比板組更為精細的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征是在板組底部含有突出于所述板組下部的根部。
12.上述的在下降液體和上升氣體之間進行熱質(zhì)逆流交換的裝置，參照并如附圖中的圖1至圖6、或圖7、或圖9、或圖10、或圖11、或圖12和圖13、或圖14、或圖15、或圖16、或圖17所示的裝置。
13.制造權(quán)利要求3所確定的用于進行熱式換壞淖爸玫姆椒?，其特蒸|歉梅椒ɑ拱ù硬ㄎ拼淖攀鄭⒂眉羥釁鞔鈾霾ㄎ拼納锨邢擄謇礎(chǔ)
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是該方法還包括在切成所需長度的板以前，將波紋帶材夾在二個線性組件中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征是該方法還包括把波紋帶材夾在兩個沿帶材運行方向隔開的位置中，并進行雙切割，即所述每個位置作一切割。
16.制造所述進行熱質(zhì)交換的裝置的方法，該方法參照并參見附圖中圖18至20所示。
全文摘要
含有一組波紋板(3)的裝置，每塊板置于基本垂直的平面中、板的槽紋是斜式的，并且相鄰板的傾斜方向相反，每一個有側(cè)向開口底部的槽紋凹部(5)在該底部附近含有突起的阻礙物(7)，該裝置應(yīng)用于空氣蒸餾塔中。
文檔編號B22D27/02GK1037854SQ8910225
公開日1989年12月13日 申請日期1989年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月18日
發(fā)明者莫里斯·伯斯奎恩, 簡·伊維斯·利曼, 弗朗西斯·巴奇斯, 布魯諾·利普里斯·倫古特 申請人:液體空氣公司