專利名稱：波紋板交替排列的蒸發(fā)冷卻器的制作方法
本項發(fā)明涉及一種用在液體、氣體接觸裝置中的經(jīng)改進的接觸體，尤其涉及由交替排列的兩組波紋板材料形成的接觸體，該接觸體相鄰薄板的波紋以一定角度交叉。
以前已經(jīng)提出過，氣體和液體接觸裝置中的接觸體(或稱之為填充箱)由毗鄰的波紋薄板材料組成。各波紋薄板貼靠排放，并在其波紋的凸出處即波峰處相接觸，以使之在波紋板間形成寬度連續(xù)變化的通路，以使氣體和液體穿過該通路流過接觸體時，其流動方向反復(fù)變化?？梢园l(fā)現(xiàn)，這種型式的接觸體的工作效率很高，它曾經(jīng)在第3，262，682號美國專利中予以說明。
第3，792，841號美國專利發(fā)展并公開了一種布來德博格(Bredberg)的第3，262，682號美國專利中的基本接觸體的改進型。根據(jù)這一專利制造的用于交叉流動式冷卻塔中或類似結(jié)構(gòu)中的交叉波紋式接觸體，可以通過改變相鄰波紋板的波紋之間的相互傾斜角，尤其是將一組薄紋的波紋與相鄰第二組薄板的波紋以20°-80°間的銳角交叉布置，可使流體之間達到最佳的交換效果。蒙特(Munter)的專利中的第一組波紋板的波紋與接觸體水平面的傾斜角大于第二組波紋板波紋與水平面的傾斜角，且第一組波紋板的波紋向上傾斜于氣體流動方向。這種設(shè)計使得相應(yīng)相鄰波紋板波紋間夾角的角平分線向下傾斜而與氣體流動的方向相反，從而抵消了由于氣體流動產(chǎn)生的不希望存在的液體橫向位移，使得液體能均勻地分布在各波紋板上。這種蒙特式的疊板式接觸體在使用中獲得很大成功，并被廣泛用作冷卻塔的介質(zhì)和應(yīng)用于蒸發(fā)空氣冷卻技術(shù)中。
如蒙特的專利所述，相鄰波紋板采用不同的波紋角度，可引導(dǎo)更多的水進入接觸體的空氣入口一側(cè)。這種方法有兩個優(yōu)點第一，它可使更多的水流入介質(zhì)的入口側(cè)，并在此產(chǎn)生污物和沉淀物。第二，在氣體的流速低于800每分鐘英尺。接觸體上表面每平方英尺水負荷低于1.5加倫/分鐘，這種方法可阻止液體被拖動。
蒙特類型的接觸體經(jīng)常用于蒸發(fā)冷卻器和加濕器中。在蒸發(fā)冷卻器和加濕器中，還提供了一個典型的水再循環(huán)系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，當(dāng)由于蒸發(fā)作用，水中污物濃度變大時，一定量的水則從系統(tǒng)中正常地滲出，然后水被給源提供清潔的水以補足蒸發(fā)和滲出的水用量。然而由于水源的限制和缺少供給，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使用蒙特的結(jié)構(gòu)，水的滲出量不足以保持接觸體介質(zhì)的清潔。為此，接觸體內(nèi)的通道，特別是空氣入口一側(cè)的通道，將慢慢堵塞至足以嚴(yán)重影響空氣的流入。解決這一問題的方法之一是在接觸體中相對加大波紋的波幅高度，以便增加通道的尺寸，然而這將導(dǎo)致蒸發(fā)面的減少和大大降低冷卻效果。
本項發(fā)明的目的是提供一種改進的接觸體，該接觸體可提高工作效率，增強保持接觸體內(nèi)通道清潔的能力。
本項發(fā)明的另一個目的是提供一種能減少氣體通過時的氣壓損失，以節(jié)省能源同時提高其冷卻效率的接觸體。
本項發(fā)明還有一個目的是在上述提及的布萊德博格和蒙特的專利中描述的那類接觸體的基礎(chǔ)上，提供一種進一步改進的接觸體。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，提供了一個用于液體、氣體接觸裝置中的接觸體，該接觸體由第一、第二組波紋薄板構(gòu)成，波紋板與接觸體的水平面橫向交叉地放置，氣體和液體在其內(nèi)部相互交叉流動。第一組薄板與第一組薄板交替放置，且第一組薄板的波紋與第二組薄板的波紋相交叉。這些交叉的波紋決定了從接觸體一邊向另一邊貫穿的通道。波紋薄板互相抵靠，在它們各自的交叉波紋的波峰處相接觸。第一組薄板的波紋向上傾斜于氣流方向，第二組薄板上的波紋向下傾斜于氣流方向。兩組交叉波紋相對于流入接觸體的氣流方向正交的堅直平面的傾斜度是非對稱的。第一組薄板上的波紋相對于水平面的傾斜度大于第二組的傾斜度，并使兩組薄板波紋夾角的平分線向下傾斜于氣流的相反方向。因此抵消了在氣流作用下波紋板上液體空氣流的橫向位移。
本項發(fā)明的改進措施包括使第一組薄板的波紋幅值小于第二薄板的波紋幅值。本發(fā)明所提出的接觸體使得在壓降沒有任何增加的條件下，提高了接觸箱的效率。因此，這種接觸體達到了第3，792，841號美國專利中蒙特式接觸箱的期望結(jié)果，而同時提高了工作效率。
也就是說，本發(fā)明提出一種用于氣體和液體接觸裝置中的接觸體，在接觸體內(nèi)部氣體和液體兩者的流動方向相互交叉，該接觸體由第一、第二兩組波紋板組成，波紋板上的波紋限定在與該接觸體水平面橫交的方向上，所述第一組波紋板與第二組波紋板交替排放，第一組和第二組板上的波紋相互交叉，所述交叉波紋限定了從機體一邊向另一邊貫通的路徑;所述波紋板上的波紋互相抵靠，波紋板在其相應(yīng)的交叉波紋的波峰處相接觸，第一組波紋板上的波紋向上傾斜于氣流方向，第二組波紋板上的波紋向下傾斜于氣流方向;相對于與流入接觸體內(nèi)氣流方向正交的豎直平面而言，所述交叉波紋的傾斜度是非對稱的，所述第一組薄板上的波紋與第二組薄板上的波紋相比，第一組薄板上的波紋與水平面的傾斜度更大一些，且決定了上述兩薄板上波紋間的夾角的平分線向下傾斜于氣流的反向，因此，在氣流作用下抵消了由于氣體流動在薄板上產(chǎn)生的液體空氣流動的橫向位移，其特征是，所述第一組波紋板上的波紋的波幅值比第二組薄板的波紋的波幅值要小。
而且，所述毗鄰薄板的交叉波紋之間的角度，在氣流方向上該夾角范圍是20°-80°。
而且，所述第一薄板的波紋與水平線夾角在30°-60°之間，上述第二薄板的波紋與水平線夾角在10°-45°之間。
而且，第一組波紋板上的波紋幅值近似為0.2-0.25英寸。
而且，第二組波紋板上的波紋幅值近似為0.25-0.6英寸。
也可以是，第二組波紋板上的波紋幅值為0.46英寸。
也可以是，所述毗鄰薄板的交叉波紋之間的角度在氣流方向該夾角范圍為15°-80°。
也可以是，所述第一組薄板的波紋與水平線成30°-60°角，上述第二組薄板與水平線的夾角為10°-45°之間。
也可以是，第一組波紋板上的波紋幅值近似為0.20-0.30英寸。
也可以是，第二組波紋板上的波紋幅值在0.25-0.5英寸之間。
也可以是，第二組波紋板上的波紋幅值在0.46英寸。
以上所述及這一發(fā)明的其它目的，特性和優(yōu)點，將在下面結(jié)合附圖具體描述，


如下圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的接觸體的局部透視示意圖;
圖2是圖1中的接觸體的一組波紋板中一塊波紋板的側(cè)視示意圖;
圖3是圖1中的接觸體中另一組波紋板中的一塊波紋板的側(cè)視示意圖，與圖2相似。
圖4是應(yīng)用有本發(fā)明接觸體的冷卻塔的垂直縱向剖面示意圖。
圖5是按以往工藝組合在一起的兩塊交替排列的等波幅波紋板的側(cè)視圖。
圖6是按本發(fā)明組合在一起的兩塊交替排列的不等波幅波紋板的側(cè)視圖。
現(xiàn)在請參看給出的附圖，首先看圖1和圖4。圖中所示的冷卻塔T與第3，792，841號美國專利中的冷卻塔結(jié)構(gòu)類似。冷卻塔T包括兩個填充體或接觸體10，該接觸體10外邊由底部有一個集水區(qū)14的機殼12所包圍，水通過位于上部的分配器24或類似裝置供給到接觸體中去，為圖示簡便，分配器24被標(biāo)示為一個靜止的裝置即在其下部有泄出孔26的管子。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在冷卻塔和加濕器內(nèi)可用各種各樣的不同類型的液體分配裝置。
接觸體由多層波紋板或薄板組成，在本實施例中，該波紋板或薄板是被折有瓦楞狀或波紋狀，并且被豎直地放置的。折皺或波紋在相鄰層之間相互交叉，彼此之間的交叉角在一定的角度范圍內(nèi)。波紋板互相挨靠在一起，并通過適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑在它們的接觸點將它們粘合在一起。圖4中線28表示每一第二層薄板29上的波紋，虛線30表示第一層薄板31的波紋。(在圖4的左側(cè)部分上，為圖示方便只畫出了波紋的橫線的簡圖)。如圖1中所示，波紋板31為最外層的波紋板，為圖示清晰，將它的左側(cè)底部折起，從而可圖示出下一層有波紋28的波紋板29。
這些波紋板形成了由接觸體一邊向另一邊貫通的通道/管路，并同時具有水平方向和垂直方向的兩分量。這個通道的寬度連續(xù)變化，從層與層間的接觸點(如圖中的接觸點50)處的零寬度，變化到波紋波幅之和的寬度最大值。在蒙特的第3，792，841號的專利中，各波紋有相同的波幅或者說高度，通道的最大寬度為波紋幅值的二倍，圖5是依據(jù)這項專利設(shè)計的兩相鄰波紋板的側(cè)視圖。
在本實施例中，構(gòu)成接觸體的波紋板29、31由本領(lǐng)域所公知的植物纖維物質(zhì)或塑料材料構(gòu)成。
來自接觸體頂部的水，沿構(gòu)成層狀接觸體的波紋的兩側(cè)向下流。蜿蜓曲折的路徑使各層中每單位表面上的流體間產(chǎn)現(xiàn)很高的相互作用速率。當(dāng)水沿著各層以實際上堅直地流動方向?qū)訝盍飨聲r，氣體，例如空氣，以實際上水平的流動方向通過在機殼12上的開口40流進來(如箭頭42，44所示)，并進入接觸體內(nèi)形成的通道中，空氣通過排氣出口18泄出，出口處有一臺帶有驅(qū)動電機22的風(fēng)扇20。水從集水區(qū)14通過由閥門36控制的導(dǎo)管34被回收，用眾所熟知的方式再循環(huán)到分配器24中去。
正如本領(lǐng)域中所熟知的那樣，由于部分水因被污染而被放出，故需向水循環(huán)內(nèi)加入被給水。另外，集水區(qū)中的水位，由一個浮漂機械裝置38控制，該裝置用于控制供給清潔水以補充由于蒸發(fā)作用引起的接觸體內(nèi)水的減少。
在所示實施例中，接觸體安裝成其邊緣分別與水平面和垂直面相一致。第一組波紋板31的波紋或折皺30的走向與水平面的夾角設(shè)置成大于與其交叉擺放的波紋板29的波紋28的走向與水平面的夾角，在本實施例中波紋30相對于水平面的傾角范圍為20°-45°，第二組波紋板的波紋28的角度大約為15°。因此，兩組不同板的波紋間的角度小于90°，且典型的角度范圍是15°和80°之間。因此，相關(guān)波紋間的角平分線向下傾斜于空氣流進接觸體的一側(cè)。
如蒙特專利中所述，通過采用此方式設(shè)計的接觸體內(nèi)的波紋板，流過波紋板的水膜層得到一個橫向的流動分量，該分量對于在波紋30中比在波紋28中的大。當(dāng)水層沿著一塊波紋板以傾斜的方向向下流動遇到該塊波紋板與相鄰板的接觸點時，水層流入毗鄰板的交叉波紋中而改變成相反的流動方向，其影響是水層仍沿這塊波紋板流動，而水平方向的風(fēng)氣流由于傾斜的角平分線，在橫向分量的相反的一側(cè)施加于水層上一個橫向力。同接觸體波紋與水平面有相同傾角的以往裝置相比，在更高的水荷載和氣流速度下，水層的流動將不受干擾。
作用在接觸體內(nèi)的流動液體的主要作用力是重力，因此，水沿著與水平面有較大傾角的波紋板流動。相反的，水平流過接觸體的空氣或氣體，仍將選擇阻力最小的路徑，因此它們將沿著與水平面傾角最小的波紋板流動。不同的角度關(guān)系被用于交叉的波紋水層板上，例如60°與30°，45°與30°，75°與15°，然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，取波紋30的傾角為45°，波紋28的傾角為15°，兩者結(jié)合，將得到冷卻效率，液體向低處流動的趨勢和低空氣阻力三者最佳的綜合效果。
根據(jù)本項發(fā)明，申請人已發(fā)現(xiàn)，通過采用使具有較大傾角的波紋(例如，波紋30)具有比較小傾角的波紋更小的波紋幅度的方法，以往的接觸體的效率可以得到顯著提高。因此，如圖3所示，波紋30的波幅值A(chǔ)近似等于圖2所示波紋28波幅值A(chǔ)的一半。一般來說，這些波紋的波幅值可以在1/8英寸和3/4英寸之間，這種結(jié)構(gòu)提供給液體一個表面區(qū)域，液體將由于重力的影響沿著這些角度較大波紋流動到空氣入口一側(cè)，與先前提出的結(jié)構(gòu)相比，更能幫助保持接觸體該側(cè)的清潔，這是由于它有較少的、可以積累沉淀物的分叉處(見圖6)，然而，盡管這種結(jié)構(gòu)減小了通道尺寸，由此產(chǎn)生的介質(zhì)的氣流阻力值與以往技術(shù)的、波紋的幅度均相同的接觸體所產(chǎn)生的阻力值很接近，而本發(fā)明的接觸體的冷卻效率卻大大增加。另外，由于水的沖刷作用和分叉處的減少，較小的水流通路卻能保持更清潔。
為了說明，申請人已進行了大量的試驗來比較現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)的接觸體和本發(fā)明中的接觸體。這些試驗得到如下結(jié)論。
現(xiàn)有技術(shù)本項發(fā)明試驗1試驗2試驗3試驗4(橫溝1/2")(橫溝1/4")(1/2"+1/4"(試驗3橫溝)顛倒)
第一波紋板0.46"0.25"0.46"0.25"波幅值與水15°15°15°15°平面夾角第二波紋板0.46"0.25"0.25"0.46"波幅值與水45°45°45°45°平面夾角氣流速度0.022"WG0.050"WG0.023"WG0.043"WG300英尺/分時的壓降效率40.5%68.4%48.8%52.3%氣流速度0.058"WG0.120"WG0.061"WG0.109"WG500英尺/分時的壓降效率36.2%64.8%45.5%53.5%氣流速度0.145"WG0.233"WG750英尺/分時的壓降效率32.6%61.8%
這些試驗表明，根據(jù)本發(fā)明制造的接觸體內(nèi)的壓力降或氣流阻力變化是非常小的(試驗3)，這是與波紋幅值相同的標(biāo)準(zhǔn)接觸體(試驗1)比較而言。然而，相鄰的波紋板間采用了不同的波幅值的本發(fā)明的接觸體的效率卻得以較大提高。相反的，如試驗4所示，由于有較大波幅的波紋30的傾斜度較大，而傾斜度較小的波紋28的幅值較小，在效率稍有增加的同時，伴隨著很大的和不希望存在的壓降。另外，在試驗4的結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)，水分配是不均衡的，在接觸體內(nèi)部有無水部位。
通過本發(fā)明可以看出，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為一種提高效率或者說提高交叉流動的液體、氣體的接觸單元，它使得接觸體體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，且大大改善了熱因素和氣壓降因素。
雖然在此對本發(fā)明做了詳細描述，且給出相關(guān)草圖，但提請注意，在此之外對這種裝置做出的各種改變和修改都是生效的，均未超出本發(fā)明的范圍和技術(shù)實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體和液體接觸裝置中的接觸體，在接觸體內(nèi)部氣體和液體兩者的流動方向相互交叉，該接觸體由第一、第二兩組波紋板組成，波紋板上的波紋限定在與該接觸體水平面橫交的方向上，所述第一組波紋板與第二組波紋板交替排放，第一組和第二組板上的波紋相互交叉，所述交叉波紋限定了從機體一邊向另一邊貫通的路徑；所述波紋板上的波紋互相抵靠，波紋板在其相應(yīng)的交叉波紋的波峰處相接觸，第一組波紋板上的波紋向上傾斜于氣流方向，第二組波紋板上的波紋向下傾斜于氣流方向；相對于與流入接觸體內(nèi)氣流方向正交的豎直平面而言主，所述交叉波紋的傾斜度是非對稱的，所述第一組薄板上的波紋與第二組薄板上的波紋相比，第一組薄板上的波紋與水平面的傾斜度更大一些，且決定了上述兩薄板上波紋間的夾角的平分線向下傾斜于氣流的反向，因此，在氣流作用下抵消了由于氣體流動在薄板上產(chǎn)生的液體空氣流動的橫向位移，其特征是所述第一組波紋板上的波紋的波幅值比第二組薄板的波紋的波幅值要小。
2.如權(quán)利要求1所描述的接觸體，其特征是，所述毗鄰薄板的交叉波紋之間的角度，在氣流方向上該夾角范圍是20°-80°。
3.如權(quán)利要求2所述的接觸體，其特征是，所述第一薄板的波紋與水平線夾角在30°-60°之間，上述第二薄板的波紋與水平線夾角在10°-45°之間。
4.如權(quán)利要求3所述的接觸體，其特征是，第一組波紋板上的波紋幅值近似為0.2-0.25英寸。
5.如權(quán)利要求4所述的接觸體，其特征是，第二組波紋板上的波紋幅值近似為0.25-0.6英寸。
6.如權(quán)利要求5所描述的接觸體，其特征是，第二組波紋板上的波紋幅值為0.46英寸。
7.一種用于氣體和液體接觸裝置中的接觸體，在該接觸體內(nèi)部氣體和液體兩者的流動方向相交叉，接觸體由第一、第二兩組波紋板組成，波紋板上的波紋限定在與該接觸體水平面橫交的方向。所述第一組波紋板與第二組波紋板交替排放，兩板上的波紋相互交叉，所述交叉波紋限定了從接觸體一邊向另一邊貫通的路徑，所述波紋板上的波紋互相抵靠，波紋板在其相應(yīng)的交叉波紋的波峰處相接觸，第一組波紋板上的波紋向上傾斜于氣流方向，第二組波紋板上的波紋向下傾斜于氣流方向;相對于與流入接觸體內(nèi)氣流方向正交的豎直平面而言，所述交叉波紋的傾斜度是非對稱的，所述第一組薄板上波紋與第二組薄板上的波紋相比，第一組薄板的波紋與水平面的傾斜度更大一些，且決定了所述兩薄板上波紋間的夾角的平分線向下傾斜于氣流的反向，因此，抵消了由于氣體流的作用在薄板上產(chǎn)生的液體流的橫向位移，其特征是，所述第一組波紋板上波紋的幅值比第二組波紋薄板的波紋的幅值要小。
8.如權(quán)利要求7所述的接觸體，其特征是，所述毗鄰薄板的交叉波紋之間的角度在氣流方向該夾角范圍為15°-80°。
9.如權(quán)利要求8所述的接觸體，其特征是，所述第一組薄板的波紋與水平線成30°-60°角，上述第二組薄板與水平線的夾角為10°-45°之間。
10.如權(quán)利要求9所述的接觸體，其特征是，第一組波紋板上的波紋幅值近似為0.20-0.30英寸。
11.如權(quán)利要求10所述的接觸體，其特征是，第二組波紋板上的波紋幅值在0.25-0.5英寸之間。
12.如權(quán)利要求11所述的接觸體，其特征是，第二組波紋板上的波紋幅值為0.46英寸。
全文摘要
一種用于液體、氣體接觸裝置中的接觸體，其由兩組波紋板材組成，兩組波紋板交替排放波紋交叉。第一組薄板的波紋與接觸體水平面的傾角比第二組波紋傾角大，而其波幅值比第二組波幅值小，且第一、二組薄板的波紋分別向上、向下傾斜于氣流方向，因此，由氣體流動所不希望有的液體流動的水平位移可被抵消，且液體可得以均勻和平滑地分配到各薄板上。這種接觸體效率提高了，同時氣壓降沒有增大或增大很少。
文檔編號F28F3/04GK1071002SQ92110690
公開日1993年4月14日 申請日期1992年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月23日
發(fā)明者帕特里夏·T·托馬斯 申請人:蒙特斯股份有限公司