CN102302921B - 三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件 - Google Patents
三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件 Download PDFInfo
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Abstract
三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，属于填料技术领域，其特征在于：包括多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元和多个连接套，是三维阵列排布的多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套连接而成；所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，包括阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件、单元外围框架和多个单元组装连接插头，且相互连接为一体。该填料单元组合件的结构可使在填料中进行热质交换的液体从多个开孔处向下形成液幕和滴溅，气体在螺旋开孔扭曲叶片之间的螺旋通道中反复多次与螺旋扭曲通道间的液幕和滴溅进行气液热质交换，具有强化传热传质效果好，气体流动阻力小，使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于填料技术领域，具体涉及三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件。
背景技术
填料被广泛应用于电力、空调制冷、石油化工等行业，如电厂的水冷塔使用大量的填料进行热湿交换达到降低循环冷却水温度的目的，其性能的好坏直接影响着冷却效果，对发电机组的发电能耗有比较大影响。按填料的表面形式，通常分为点滴式、薄膜式和点滴薄膜式。电厂冷却塔填料目前使用最为广泛的PVC波纹薄膜式填料，其结构简单，体表面积大，成本低。但目前的电厂冷却塔填料普遍存在换热效果差、气阻大，以及容易被杂物、污垢、泥沙堵塞等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件。
本发明的技术方案为：
三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：包括多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元和多个连接套，是三维阵列排布的多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套连接而成；所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，包括阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件、单元外围框架和多个单元组装连接插头，且相互连接为一体，其中：
所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件，包括多个阵列排布的开孔螺旋扭曲片单元，且相邻所述开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向相反，不同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元相邻阵列排布，多个阵列排布的开孔螺旋扭曲片单元在边界处相互连接为一体；
所述开孔螺旋扭曲片单元，包括多个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片且相互连接在一起；
所述单元外围框架位于所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外围，所述单元外围框架与所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外边缘连接为一体；
所述单元组装连接插头具有多个，设置在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的外围和上下表面，且与所述填料单元外围框架和阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件连接为一体，三维阵列的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过在所述单元组装连接插头外套接所述连接套而方便地连接在一起成为三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件；
在所述三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件内，相邻的开孔螺旋扭曲片单元的螺旋通道中的气体的螺旋向上流动的旋向相反，形成流动阻力只有波纹填料间的流动阻力的50％左右的多纵向涡流的流动，与所述气体进行热质交换的液体从所述开孔螺旋扭曲片单元的开孔处湿润开孔螺旋扭曲叶片的下扭曲表面的同时，还在所述开孔处向下形成液幕并在滴落至下面的开孔螺旋扭曲叶片上后形成滴溅，单位体积的热质交换表面积是波纹填料的2倍以上，从而形成气体流动的换热和传质过程。
其特征在于：所述三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件为多层结构，每层为多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的所述多个单元组装连接插头上而连接在一起，多层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元垂直堆放，层与层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的所述多个单元组装连接插头上而连接在一起。
其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片是连续螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片，或者百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片。
其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片的表面设置有凸起、凹坑和/或微细孔的凹凸结构，以强化传热和传质过程。
其特征在于：所述开孔螺旋扭曲片单元为4个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的十字形开孔螺旋扭曲片单元，或者6个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的星字形开孔螺旋扭曲片单元，或者3个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的叉字形开孔螺旋扭曲片单元，或者1个开孔螺旋扭曲叶片的一字形开孔螺旋扭曲片单元。
其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片上设置有多个开孔，孔的结构为条形孔、圆形孔、椭圆形孔、方形孔和三角形孔中的任何一种或者几种的组合。
其特征在于：所述单元外围框架为近似四边形，或者近似六边形，或者近似三角形，或者是四边形、六边形和三角形的任意组合，所述单元外围框架与所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外边界连接为一体。
其特征在于：所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上，各个阵列排布的开孔螺旋扭曲片单元采用相邻开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向为不同旋向的结构，或者采用全部为左螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元阵列布置的结构，或者采用全部为右螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元阵列布置的结构。
本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，具有如下优点：三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，可使在该填料中进行热质交换的液体从多个开孔处向下形成液幕和滴溅，气体在螺旋开孔扭曲叶片之间的螺旋通道中反复多次与螺旋扭曲通道间的液幕和滴溅进行气液热质交换，单位体积的热质交换表面积是波纹填料的2倍以上，气体流动阻力相对波纹填料要明显减小，一般为目前普遍使用的波纹填料的流动阻力的50％左右，以及不存在类似于波纹填料间的低速区，不容易被污垢、泥沙等堵塞，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明的实施例一的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的三维结构图(3x2x2填料单元阵列组装)。
图2是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的三维结构图。
图3是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件的结构图(2x2阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元)。
图4是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的左螺旋十字形开孔螺旋扭曲片单元的结构图。
图5是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的右螺旋十字形开孔螺旋扭曲片单元的结构图。
图6是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意图(条形开孔)。
图7是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意图(圆形开孔)。
图8是本发明的实施例一的在开孔螺旋扭曲叶片表面设置条形凸起的局部截面结构示意图。
图9是本发明的实施例一的在开孔螺旋扭曲叶片表面设置圆包形凸起的局部截面结构示意图。
图10是本发明的实施例一的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的结构图(4x5x5填料单元阵列组装)。
图11是本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件在电厂冷端中的应用原理图。
图12是图11中的本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的三维阵列堆放的示意简图。
图13是本发明的实施例二的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的开孔螺旋扭曲叶片截面结构示意图(百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片)。
图14是本发明的实施例三的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布)。
图15是本发明的实施例四的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布)。
图16是本发明的实施例五的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(星字形开孔螺旋扭曲片单元)。
图17是本发明的实施例五的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(叉字形开孔螺旋扭曲片单元)。
图18是本发明的实施例五的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(一字形开孔螺旋扭曲片单元)。
图19是本发明的实施例六的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图。
具体实施方式
本发明提供了三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例一
图1是本发明的实施例一的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的三维结构图(3x2x2填料单元阵列组装)。在图1中，1是阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元(简称“填料单元”)，同样的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元共有3x2x2＝12个，分3层布置，每层有2x2＝4个阵列布置，12个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元呈有3x2x2阵列布置，阵列布置的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元之间是通过多个连接套2连接在一起。
图2是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的三维结构图。在图2中，3是阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件，301是左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元，302是右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元，303是扭曲片上的条形开孔，4是单元外围框架，5是单元组装连接插头。
在图2中，共有2个左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301和2个右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302，与左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301相邻的为2个右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302且在边界处连接在一起，与右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302相邻的为2个左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301且在边界处连接在一起，4个十字形开孔螺旋扭曲片单元连接为一体组成一个2x2阵列的十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3。在每个十字形开孔螺旋扭曲片单元上开有多个条形开孔303(本实施例的图2中的每个十字形开孔螺旋扭曲片单元上为5x4＝20个条形开孔)，可以使得液体在重力、表面张力和气体流动的作用下，通过开孔处湿润螺旋扭曲叶片的下扭曲表面的同时，还可以使得液体(如电厂冷却塔中的待冷却的循环冷却水)从开孔处向下形成液幕和滴溅，单位体积的热质交换表面积是目前普遍使用的波纹填料的2倍以上，从而显著强化换热和传质过程。与此同时，与液体进行热质交换的气体(如电厂冷却塔中用作冷却循环冷却水的空气)在扭曲片的螺旋通道中做螺旋旋转流动，而且相邻的扭曲片的螺旋通道中的气体的螺旋旋转流动的旋向相反，形成多纵向涡流的流动，而这种多纵向涡流的流动阻力与波纹填料间的流动阻力要小的多，一般只有50％左右。而且，气液热质交换在这种多纵向涡流流动过程中，不存在类似于波纹填料间的低速区，因而不容易被污垢、泥沙等堵塞的问题。
在图2中，填料单元外围框架4位于阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3的外围，其主要作用是将阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件外围的扭曲叶片边缘连接为一体，以增强其刚性。在图2中，设置有4个单元组装连接插头5，单元组装连接插头设置在填料单元外围，以便于三维阵列的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的相互连接。单元组装连接插头5与填料单元外围框架4和阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3连接为一体，其上下两端可以分别套接连接套2使得三维阵列的该阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元连接起来成为三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件(简称为“填料单元组合件”)，为了连接牢固还可以在连接处用胶粘接。
图3是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件的结构图(2x2阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件)，也就是图2中的阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3，该阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3为2x2阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元的组合，即2个左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301和2个右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302连接在一起，且与左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301相邻的为2个右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302且在边界处连接在一起，与右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302相邻的为2个左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301且在边界处连接在一起，每个十字形开孔螺旋扭曲片单元的外边界为近似正方形，4个十字形开孔螺旋扭曲片单元连接为一体组成一个2x2阵列的十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件3。
图4是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的左螺旋十字形开孔螺旋扭曲片单元的结构图，即图2和图3中的301。图5是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的右螺旋十字形开孔螺旋扭曲片单元的结构图，即图2和图3中的302。在图4和图5中，在每个十字形开孔螺旋扭曲片单元上开有多个条形开孔303，左螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元301是由4个左螺旋旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的，右螺旋的十字形开孔螺旋扭曲片单元302是由4个右螺旋旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的右螺旋的，每个十字形开孔螺旋扭曲片单元的外边界为正方形。所述的十字形开孔螺旋扭曲片单元类似于一个具有4个叶片的风扇，所述的开孔螺旋扭曲叶片类似于风扇的叶片。本实施例的图4和图5中的，每个开孔螺旋扭曲叶片开有5个条形开孔，每个十字形开孔螺旋扭曲片单元上有5x4＝20个条形开孔。
图6是本发明的实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意图(条形开孔)，是本发明的实施例一的图2的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面简化表示，简化表示的目的是便于后续专利实施图例的描述。本实施例一的开孔螺旋扭曲叶片上的开孔为条形开孔，也可以为圆形开孔，如图7所示，还可以是椭圆形开孔、方形开孔、三角形开孔等各种形式的开孔，可以使液体从开孔处向下流过而形成液幕(象瀑布一样的向下流淌的液体)、液线(象线一样的向下流淌的液体)、液雨(象下雨一样的向下滴落的液体)和滴溅(向下流淌和滴落的液体在落到下部的物体上时形成液体的滴溅)，单位体积的热质交换表面积是波纹填料的2倍以上，从而显著强化换热和传质过程。为了简化文字表示，后续描述液体从开孔处流淌和滴落所形成的液幕、液线和液雨，简化统称为“液幕”。在图6和图7中，A、B、①、②是图中位置标号，将图分为4个区域，分别是A①、B①、A②和B②，每个区域对应一个开孔十字形开孔螺旋扭曲片单元，其中，A①和B②为一种螺旋扭曲旋向，如左螺旋，B①和A②为另一种螺旋扭曲旋向，如右螺旋。
在开孔螺旋扭曲叶片上还可以设置凹凸结构以增强其传热和传质过程，如在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起、凹坑和/或微细孔，在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起的结构形式有：在开孔螺旋扭曲叶片表面上设置横条形凸起、斜条形凸起、交叉条形凸起和/或正反倾斜条形组合凸起、圆包形凸起，等。在图8和图9中，列举了两种在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起的结构实例，在其它的实施图中为了清晰表示本发明的实施例的重要结构特征进行了简化，没有在实施图例中画出在开孔螺旋扭曲叶片表面设置的凸起、凹坑和/或微细孔的结构。
图8是本发明的实施例一的在开孔螺旋扭曲叶片表面设置条形凸起的局部截面结构示意图。在图8中，3是阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件，303是开孔螺旋扭曲叶片的条形开孔，304是开孔螺旋扭曲叶片表面设置的条形凸起，6是液体沿开孔螺旋扭曲叶片表面向下流动的示意箭头，7是液体从扭曲叶片开孔处向下流淌的示意箭头，即液体从开孔螺旋扭曲叶片开孔处向下流淌而润湿开孔螺旋扭曲叶片下表面的同时还在开孔处形成液幕并在滴落至下面的开孔螺旋扭曲叶片上后形成滴溅，8是气体在开孔螺旋扭曲叶片之间向上流动的示意箭头。由于开孔螺旋扭曲叶片表面设置条形凸起，延长了液体在扭曲片的停留时间，同时对气液流动产生扰流，强化了气液流动的热质交换过程。在开孔螺旋扭曲叶片通道之间的气体，在与开孔螺旋扭曲叶片上下表面的液体进行热质交换的同时，还多次与液幕和滴溅的液体进行热质交换，单位体积的热质交换表面积是波纹填料的2倍以上，从而显著强化了气液流动的热质交换过程。图9是本发明的实施例一的在开孔螺旋扭曲叶片表面设置圆包形凸起的局部截面结构示意图。在图9中，3是阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件，303是开孔螺旋扭曲叶片的条形开孔，305是开孔螺旋扭曲叶片表面设置的圆包形凸起，6是液体沿开孔螺旋扭曲叶片表面向下流动的示意箭头，7是液体从开孔螺旋扭曲叶片开孔处向下流淌的示意箭头，8是气体在扭曲叶片之间向上流动的示意箭头。在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起的目的，是延长了液体在扭曲片的停留时间，同时还可对气液流动产生扰流，强化了气液流动的热质交换过程。
图10是本发明的实施例一的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的结构图(4x5x5填料单元阵列组装)。在图10中的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件中，有4层阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组成，每层为5x5个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，共100个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，100个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元相互之间通过套在单元组装连接插头的连接套连接为一体。实际在应用中，一般有许多个三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件堆放而成，多个三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件堆放时一般可以预留一定的间隙，以避免在热胀冷缩过程中造成填料的破坏，以及便于安装和维修。
图11是本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件在电厂冷端中的应用原理图。在图11中，9是填料堆，10是冷却塔下部雨区，11是水冷塔下部的水池，12是水池中的循环冷却水，13是循环冷却水泵，14是冷凝器，15是主循环冷却水管，16是进入冷却塔下部的空气，17是冷却塔下部的人字形进风口，18是冷却塔壳，19是出冷却塔的湿热空气，20是收水器，21是配水系统，22是进入冷凝器壳侧的蒸汽，23是冷凝水。水冷塔下部的水池11中的循环冷却水12被循环冷却水泵13泵送至冷凝器14的管程，被冷凝器壳侧的蒸汽加热后循环冷却水的水温升高，然后被送至水冷塔内由配水系统22按一定要求分配，淋入填料堆9中，在填料堆9内与上升空气进行热质交换而使得水温降低，然后再流经雨区10与由水冷塔进入的新空气16进行热质交换而使得水温进一步降低，最后落入水冷塔下部的水池中完成一个循环。在循环冷却水的加热和冷却的过程中，进入水冷塔的空气16分别在雨区10和填料堆9中进行热质交换而被加热和加湿，然后流经收水器20和水冷塔中部和上部，被加热和加湿的空气由于密度差而产生升力，最后被送出水冷塔。一般在填料堆中交换的热量占总交换的热量的70-80％，而且填料堆对空气流动的流阻为其主要流动阻力，因此填料堆的热质交换特性和流阻特性是水冷塔的性能的决定因素，其性能的优劣也对机组有着显著的影响。
图12是图11中的本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件的三维阵列堆放的示意简图。24是三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件(简称为“填料单元组合件”，或者称为“填料单元块”)，三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件24是由多个图2所示的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过连接套连接而成，如图1或者图10所示的填料单元组合件。许多个三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件24按一定的几何构形排列，整齐堆砌成为填料堆9。由于填料堆中空气的焓值、含湿量存在比较大的差别，填料的非均匀优化布置可以进一步提高水冷塔的性能。由于本发明的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元便于组装，与现有波纹填料相比更容易实现非均匀优化布置。图12中的填料即为非均匀优化布置，由此可以进一步增强其冷却性能。
实施例二
图13是本发明的实施例二的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的开孔螺旋扭曲叶片截面结构示意图(百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片)。在图13中，3是阵列十字形开孔螺旋扭曲片单元集合件，开孔螺旋扭曲叶片是百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片，类似于螺旋楼梯且楼梯台阶为倾斜，303是开孔螺旋扭曲叶片的条形开孔，百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片在开孔处有一定的错位，6是液体沿开孔螺旋扭曲叶片表面向下流动的示意箭头，7是液体从开孔螺旋扭曲叶片的开孔处向下流淌的示意箭头，即液体从开孔螺旋扭曲叶片的开孔处向下流淌而润湿开孔螺旋扭曲叶片的下表面的同时还在开孔处形成液幕并在滴落至下面的开孔螺旋扭曲叶片上后形成滴溅，8是气体在开孔螺旋扭曲叶片之间向上流动的示意箭头。该百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片结构，条形开孔可以设置更大一些，使得条形开孔处不容易被堵塞，同时当气体向上流动的过程中，增强流体扰动的同时带动液体在扭曲叶片上下表面反流，强化了传质传热过程。
本实施例二与实施例一的主要不同之处是：实施例一的填料单元的开孔螺旋扭曲叶片为连续螺旋扭曲叶片，而实施例二的填料单元的开孔螺旋扭曲叶片为百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片。实施例一结构简单，而实施例二具有更优良的传质传热性能，防堵塞性能更佳。
实施例三
图14是本发明的实施例三的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布)。在图14中，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩是图中位置标号，将图10分为10x10＝100个区域，每个区域对应一个十字形开孔螺旋扭曲片单元，其中，每一个十字形开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向与其相邻的十字形开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向为反向，如D⑤区域的十字形开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向为右螺旋，则与其相邻区域D④、D⑥、C⑤、E⑤的4个十字形开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向为左螺旋。本实施例三为10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布，每个十字形开孔螺旋扭曲片单元的外边界为正方形，相临的十字形开孔螺旋扭曲片单元在边界处连接为一体，100个十字形开孔螺旋扭曲片单元连接为一个整体。每个十字形开孔螺旋扭曲片单元开有5x4＝20个条形孔。在100个相互连接为一体的十字形开孔螺旋扭曲片单元的外周还设置有单元外围框架和12处单元组装连接插头，为了加强多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的连接强度，在阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的中部的上下表面还各设置了1处单元组装连接插头(填料单元中心的黑点)。
本实施例三与实施例一的主要不同之处是：实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元为2x2十字形开孔螺旋扭曲片单元阵列布置，而实施例三的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元为10x10十字形开孔螺旋扭曲片单元阵列排布布置，实施例三的一个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元相当于5x5＝25个实施例一的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元。实施例一的填料和实施例三的填料的热质交换性能和流动阻力性能相当。实施例三的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元材料成本和加工成本相对低一些，但其加工难度相对大一些，组装灵活性要差一些。
实施例四
图15是本发明的实施例三的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图(10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布)。在图15中，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩是图中位置标号，将图12分为10x10＝100个区域，每个区域对应一个十字形开孔螺旋扭曲片单元，所有十字形开孔螺旋扭曲片单元为同一螺旋扭曲旋向。本实施例四为10x10开孔螺旋扭曲片单元阵列排布，每个开孔螺旋扭曲片单元的外边界为正方形，相临的开孔螺旋扭曲叶片在边界交接处连接为一体，100个开孔螺旋扭曲片单元连接为一个整体。在100个相互连接为一体的开孔螺旋扭曲片单元的外周还设置有单元外围框架和单元组装连接插头。
本实施例四与实施例三的主要不同之处是：实施例三的填料单元的相邻的开孔螺旋扭曲片单元为相反螺旋旋向，而实施例三填料单元的全部开孔螺旋扭曲片单元为相同螺旋旋向；实施例三的填料单元的开孔螺旋扭曲叶片的上下边为与边框平行方向，而实施例三填料单元扭曲叶片的上下边为与边框对角45度方向。实施例三的填料的热质交换性能要优于实施例四的填料的热质交换性能，而且实施例三的填料的气体流动阻力更小。
实施例五
图16是本发明的实施例五的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图。该实施例的外围框架为近似六边形，开孔螺旋扭曲片单元为星字形(*)扭曲片，即每个开孔螺旋扭曲片单元是由6个相同螺旋旋向的螺旋扭曲叶片连接在一起而成。采用矩形阵列和/环形阵列还可以组成多种填料单元结构。在图16中没有画出扭曲叶片的开孔和单元组装连接插头。图16所示的为组装填料件的最基本开孔螺旋扭曲片单元，可以进行三维阵列组合。图16所示的实施例的扭曲片为星字形开孔螺旋扭曲片单元，还可以为叉字形开孔螺旋扭曲片单元(如图17，3个相同螺旋旋向的螺旋扭曲叶片连接在一起而成)或者一字形开孔螺旋扭曲片单元(如图18，1个螺旋扭曲叶片)。
本实施例五与实施例一的主要不同之处是：实施例一的单元外围框架为近似四边形，而实施例五单元外围框架为近似六边形。实施例五的填料单元三维阵列组装的适应性更好，而实施例一的填料的热质交换性能更优。
实施例六
图19是本发明的实施例六的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的平面结构示意简图。该实施例的外围框架为近似三角形，开孔螺旋扭曲片单元为叉字形开孔螺旋扭曲片单元，采用矩形阵列和/或环形阵列可以组成多种填料单元结构。在图19中没有画出扭曲片的开孔和单元组装连接插头。图19所示的为组装填料件的最基本开孔螺旋扭曲片单元，可以进行三维阵列组合。
本实施例六与实施例五的主要不同之处是：实施例五的单元外围框架为近似六边形，而实施例六的单元外围框架为近似三角形。
综上所述，本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，是由多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元和多个连接套组成，是三维阵列堆砌的多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个连接套连接而成。也就是，三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件为多层结构，每层为多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的多个单元组装连接插头上而连接在一起，多层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元垂直堆放，层与层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的多个单元组装连接插头上而连接在一起。
所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，包括阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件、单元外围框架和多个单元组装连接插头，且相互连接为一体。阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上设置的所述单元组装连接插头具有多个，设置在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的外围和上下表面，且与所述填料单元外围框架和阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件连接为一体。阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上设置的所述单元外围框架位于所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外围，所述单元外围框架与所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外边缘连接为一体。
开孔螺旋扭曲片单元为十字形开孔螺旋扭曲片单元，或者星字形开孔螺旋扭曲片单元，或者叉字形开孔螺旋扭曲片单元，或者一字形开孔螺旋扭曲片单元，相邻的开孔螺旋扭曲片单元的螺旋旋向可以为不同旋向或者为相同旋向，但实施例一的相邻开孔螺旋扭曲片单元的螺旋旋向为不同旋向的十字形开孔螺旋扭曲片单元的结构形式为优选结构，其热质交换性能和流阻性能最优。
开孔螺旋扭曲叶片上设置有多个开孔，孔的结构为条形开孔、圆形开孔、椭圆形开孔、方形开孔、和/或三角形开孔，其中条形开孔为优选结构。
单元外围框架为近似四边形、近似六边形，或者近似三角形，或者是四边形、六边形和三角形的组合，但近似四边形和近似六边形的外围框架的结构最为简单实用。
所述开孔螺旋扭曲叶片是连续螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片或者百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片。具有百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的结构相对复杂但性能更优。
为了强化传热和传质过程，在螺旋扭曲叶片上设置凹凸结构，如在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起、凹坑和/或微细孔。在开孔螺旋扭曲叶片表面设置凸起的结构形式有：条形凸起、圆包形凸起。
本发明的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件用于气液两相进行热质交换。本发明的基本工作原理和特点是：液体在重力、表面张力和气体流动的作用下，通过开孔螺旋扭曲叶片上多个开孔处湿润螺旋扭曲叶片的下扭曲面的同时，还使得液体从多个开孔处向下形成液幕和滴溅；而气体在螺旋开孔扭曲叶片之间的螺旋通道中做多纵向涡流流动，在与开孔螺旋扭曲叶片表面进行气液热质交换的同时，反复多次与螺旋扭曲通道间的液幕和滴溅进行气液热质交换，单位体积的热质交换表面积是目前普遍使用的波纹填料的2倍以上，同时气体流动阻力相对波纹填料要明显减小，一般流动阻力只有目前普遍使用的波纹填料的50％左右。
Claims (7)
1.三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：包括多个阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元和多个连接套，是三维阵列排布的多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套连接而成；所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元，包括阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件、单元外围框架和多个单元组装连接插头，且相互连接为一体，其中：
所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件，包括多个阵列排布的开孔螺旋扭曲片单元，且相邻所述开孔螺旋扭曲片单元的螺旋扭曲旋向相反，不同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元相邻阵列排布，或者采用全部为左螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元阵列布置的结构，或者采用全部为右螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲片单元阵列布置的结构，多个阵列排布的开孔螺旋扭曲片单元在边界处相互连接为一体；
所述开孔螺旋扭曲片单元，包括多个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片且相互连接在一起；
所述单元外围框架位于所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外围，所述单元外围框架与所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外边缘连接为一体；
所述单元组装连接插头具有多个，设置在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元的外围和上下表面，且与所述填料单元外围框架和阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件连接为一体，三维阵列的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过在所述单元组装连接插头外套接所述连接套而方便地连接在一起成为三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件；
在所述三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件内，相邻的开孔螺旋扭曲片单元的螺旋通道中的气体的螺旋向上流动的旋向相反，形成流动阻力只有波纹填料间的流动阻力的50%的多纵向涡流的流动，与所述气体进行热质交换的液体从所述开孔螺旋扭曲片单元的开孔处湿润开孔螺旋扭曲叶片的下扭曲表面的同时，还在所述开孔处向下形成液幕并在滴落至下面的开孔螺旋扭曲叶片上后形成滴溅，单位体积的热质交换表面积是波纹填料的2倍以上，从而形成气体流动的换热和传质过程。
2.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件为多层结构，每层为多个所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的所述多个单元组装连接插头上而连接在一起，多层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元垂直堆放，层与层之间的阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元通过多个所述连接套分别套接在所述阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元上的所述多个单元组装连接插头上而连接在一起。
3.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片是连续螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片，或者百叶窗式螺旋扭曲的开孔螺旋扭曲叶片。
4.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片的表面设置有凸起、凹坑和/或微细孔的凹凸结构，以强化传热和传质过程。
5.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述开孔螺旋扭曲片单元为4个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的十字形开孔螺旋扭曲片单元，或者6个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的星字形开孔螺旋扭曲片单元，或者3个相同螺旋扭曲旋向的开孔螺旋扭曲叶片连接而成的叉字形开孔螺旋扭曲片单元，或者1个开孔螺旋扭曲叶片的一字形开孔螺旋扭曲片单元。
6.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述开孔螺旋扭曲叶片上设置有多个开孔，孔的结构为条形孔、圆形孔、椭圆形孔、方形孔和三角形孔中的任何一种或者几种的组合。
7.根据权利要求1所述的三维阵列开孔扭曲片式旋流液幕滴溅填料单元组合件，其特征在于：所述单元外围框架为近似四边形，或者近似六边形，或者近似三角形，或者是四边形、六边形和三角形的任意组合，所述单元外围框架与所述阵列开孔螺旋扭曲片单元集合件的外边界连接为一体。
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