CN108159840A - 具有较佳结构强度的转轮结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有较佳结构强度的转轮结构，其包括一可绕轴转动的转轴组、一转轮基材支架、若干处理块体及若干板材，转轮基材支架与处理块体之间分别设有肋条及凹槽，两者彼此嵌设。藉此，肋条可在轴向上提供支撑力，进而提高处理块体的结构强度。此外，处理块体可包括两层结构强度有别的纤维基材，藉由调整纤维基材的结构强度，让转轮结构可在强度与处理效率之间取得平衡。又，为了在轴向上支撑处理块体，转轮基材支架一侧还可设有网板，而可供处理块体承靠。藉此，转轮结构可具有较好的结构强度。
Description
技术领域
本发明关于一种流体处理领域的处理设备及其转轮，特别系关于具有较佳强度的转轮结构。
背景技术
转轮是一种常见的流体处理设备，其主体包括纤维基材及黏附于纤维基材表面的处理剂粉末，这些处理剂粉末具有可使待处理的流体中的部分物质加以去除、改质或使其物理状态产生变化的能力，而纤维基材则作为结构主体，提供支撑性能。
以蜂巢状沸石转轮为例，其通常经由下列程序制作：首先，将纤维纸涂上黏着剂后，透过特殊成型辊轮模具成型为蜂巢状结构，并依所需形式将蜂巢状结构卷绕成圆盘状或堆栈为长方块状；接着，在400-500℃环境下烧结数小时，使蜂巢状结构中的有机物几近完全逸散，仅剩纤维无机基材，烧结后的无机基材并加以含浸(Impregnation&washcoating)沸石处理剂粉末，而后在70-250℃环境下烘干，即完成制备。
目前，转轮常用的纤维基材为陶瓷纤维，其具有较佳的结构强度，但因其重量较重，以致于其处理剂粉末承载效率(每单位重量的纤维基材所能承载的处理剂粉末重量)较低，从而，为了满足所需的流体处理能力，转轮的重量势必较重，其中大部分重量由陶瓷纤维所贡献，而这衍生了几个缺点。首先，转轮箱承载结构必须支撑较大荷重，除此之外，由于较重的陶瓷纤维会吸收较多热能，因此在脱附作业时，脱附出口温度较低，使得处理剂的脱附效果较差。
另一种常用的纤维基材为玻璃纤维，与陶瓷纤维不同的是，玻璃纤维的重量较轻，因此其处理剂粉末承载效率显著高于陶瓷纤维，且玻璃纤维基材在脱附作业仅吸收较少热能，脱附出口可维持较高温度，从而使脱附效率得以提升。但另一方面，玻璃纤维的结构强度却低于陶瓷纤维，实务上曾碰到玻璃纤维基材的转轮在高风压的使用环境下，紧贴转轮框体处的玻璃纤维基材出现裂痕的情况。
因此，如何在提高处理剂粉末承载效率的前提下，又能兼顾转轮强度，实是值得本领域技术人员思考的。
发明内容
本发明之主要目的在于提供一种具有较佳结构强度的转轮结构。
为了达成上述目的，本发明提供一种转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧并供流体在其入口侧及出口侧之间流动，该转轮结构包括一可绕轴转动的转轴组、一转轮基材支架、若干处理块体及若干板材。转轮基材支架设于转轴组，且转轮基材支架围构若干轴向的处理通道，各该处理通道由若干壁面所围构，至少一所述壁面具有至少一径向突出至处理通道中的肋条；各该处理块体包括纤维基材及黏附于纤维基材上的处理剂粉末，各该处理块体填设于其中一所述处理通道，各该处理块体具有若干分别对应于该些壁面的块体表面，至少一所述块体表面具有至少一径向凹陷的凹槽而将该块体表面分隔为若干区块，凹槽与处理通道内的肋条实质互补并供肋条嵌设其内；该些板材分别设于被所述凹槽分隔的区块上，且该些板材位于所述块体表面与所述壁面之间。藉此，肋条可在轴向上提供支撑力，进而提高处理块体的结构强度。
为了达成上述目的，本发明的转轮结构，该嵌设于该处理块体凹槽内之肋条系可进一步为多孔性网板或蜂巢状结构所构成。藉此，可以维持处理块体轴流体有效处理面积。
为了达成上述目的，本发明还提供一种转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧，该转轮结构系供流体在其入口侧及出口侧之间流动，该转轮结构包括一可绕轴转动的转轴组、一转轮基材支架、若干处理块体及至少一网板。转轮基材支架设于转轴组，且转轮基材支架围构若干轴向的处理通道；处理块体包括纤维基材及黏附于纤维基材上的处理剂粉末，各处理块体填设于其中一所述处理通道；网板设于转轮基材支架并分别对应于处理通道，各网板分别位于各处理块体的入口侧或出口侧而供处理块体承靠。藉此，网板可以在轴向上支撑处理块体，从而提高结构强度。
为了达成上述目的，本发明还提供一种转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧，转轮结构系供流体在其入口侧及出口侧之间流动，且转轮结构包括一可绕轴转动的转轴组、一转轮基材支架及若干处理块体。转轮基材支架设于转轴组，且转轮基材支架围构若干轴向的处理通道；各处理块体包括一第一纤维基材、一第二纤维基材及黏附于第一、第二纤维基材上的处理剂粉末，第一纤维基材较第二纤维基材更靠近入口侧，且第一、第二纤维基材其中一者的结构强度大于两者中的另一者，各该处理块体填设于其中一所述通道。藉由调整纤维基材的结构强度，让转轮结构可在强度与处理效率之间取得平衡。
为了达成前述及其他目的，本发明还提供一种流体处理设备，其包括一卡匣箱、一如前所述的转轮结构、一驱动手段、一入口箱及一出口箱，该转轮结构系可转动地设于该卡匣箱，该驱动手段系用以驱动该转轮结构相对该卡匣箱转动，该入口箱系设于该转轮结构的入口侧，该出口箱则系设于该转轮结构的出口侧，该流体处理设备系供至少一部份流体由该入口箱导入该转轮结构并自该出口箱排出。
附图说明
图1为流体处理设备的第一实施例的立体示意图。
图2为转轮结构及卡匣箱的第一实施例的立体图。
图3是转轮结构的第一实施例局部组件的组合图，图中仅表现其中一组处理块体及围绕其围绕其周围的其他组件。
图4是转轮结构的第一实施例局部组件的分解图，图中仅表现其中一组处理块体及围绕其围绕其周围的其他组件。
图5是转轮结构的第一实施例局部组件的剖面图，图中仅表现一组处理块体、处理基材支架及板材。
图6是转轮结构的第二实施例局部组件的分解图，图中仅表现其中一组处理块体及围绕其围绕其周围的其他组件。
图7是转轮结构的第三实施例局部组件的分解图，图中仅表现其中一组处理块体及围绕其围绕其周围的其他组件。
图8是流体处理设备的第二实施例的立体示意图。
符号说明
流体处理设备1 后端处理装置1’
转轮结构2 入口侧2a
出口侧2b 入口箱3
出口箱4 卡匣箱5
马达6 减速机7
链条7a 吸附区8
脱附区9 脱附气体出口9a
脱附再生热交换区10 脱附气体入口10a
转轴组20 转轮基材支架30
处理通道31 壁面32
肋条33 处理块体40
第一纤维基材41 第二纤维基材42
块体表面43 凹槽44
板材50 网板60
具体实施方式
请参考图1，所绘示者为流体处理设备1的第一实施例，流体处理设备1系用以对气体或液体等流体进行处理，包括但不限于将气体或液体中的部分物质加以去除、改质或使其物理状态产生变化。该流体处理设备1具有一转轮结构2、一入口箱3、一出口箱4、一卡匣箱5及一驱动手段，转轮结构2具有一入口侧2a及一出口侧2b，且转轮结构2是可转动地设于该卡匣箱5内，入口箱3是设于转轮结构2的入口侧2a，出口箱4是设于转轮结构2的出口侧2b，入口箱3及出口箱4内部视使用需求定义有若干流道。流体处理设备1可供至少一部份流体由入口箱3导入转轮结构2并自出口箱4排出；在其他可能的实施例中，流体处理设备1也可供部分流体由出口箱4导入转轮结构2并由入口箱3排出；在其他可能实施例中，流体处理设备1也可供部分流体由入口箱3/出口箱4依序流经转轮结构2及出口箱4/入口箱3，而后再由出口箱4/入口箱3回流经转轮结构2并自入口箱3/出口箱4排出。
驱动手段是用以驱动转轮结构2相对卡匣箱5转动，所述转动可为但不限于连续转动、间歇转动或步进转动，转轮结构2转动所需的动力来源可为但不限于马达6，马达6与转轮结构2之间可设有传动机构，藉以传递动力、改变动力方向及/或改变转速，所述传动机构可为但不限于减速机、齿轮、链条、皮带、曲柄、摇臂或其任意组合。本实施例中，传动机构包括一减速机7及一绕设于减速机7输出齿轮与该转轮结构2的链条7a。
在本实施例中，流体处理设备1为一用于气体净化处理的蜂巢状沸石转轮浓缩器，其为一种吸脱附浓缩单元，且其包括一吸附区8、一脱附区9及一脱附再生热交换区10(亦称purge隔离区或cooling冷却区)，其中「沸石」为流体处理设备1中具有处理活性的主要处理材料，「蜂巢状」系指转轮结构2之流道的造型，「浓缩」是指其所欲实现的技术效果，以含挥发性有机化合物(VOC)的废气为例，废气被导入吸附区8，VOC被转轮结构2内的吸附区8的沸石吸附，处理后的废气随后经由出口箱4排出；脱附气体经由入口箱3的脱附气体入口10a进入，同时在转轮结构2内的脱附再生热交换区10进行热交换而先行预热同时冷却转轮，并具有隔离吸附区8及脱附区9间之高低浓度气流的效果，而后可依需求利用一加热单元，例如一含有热交换单元的焚化炉或锅炉，并以其热交换单元提供热源将脱附气体进一步升温至合适的脱附温度后，另行导入转轮结构2内的脱附区9，将沸石所吸附的VOC加以脱出，最后吸附气体可由入口箱3的脱附气体出口9a排出，此时脱附气体所含的VOC浓度通常明显高于VOC在待处理废气中的浓度，即达成所述「浓缩」效果。必须说明的是，适用于本发明的流体处理设备并不以蜂巢状沸石转轮浓缩器为限，其他可适用于本发明的流体处理设备包括但不限于转轮式吸/脱附处理器、转轮式触媒处理器、转轮式交换器(例如热交换器或离子交换器)等流体处理设备，其他适用于本发明的处理材料包括但不限于沸石、活性碳、高分子树酯、碳分子筛、多孔性吸附材或其组合。
请参考图2，所绘示者为转轮的第一实施例，转轮结构2可供气体或液体等流体在其入口侧及出口侧间流动，所述「在入口侧及出口侧间流动」包括但不限于流体由转轮入口侧进入内部并直接自出口侧排出、流体由转轮出口侧进入内部并直接自入口侧排出、流体由转轮入口侧进入内部再由位于入口侧的其他出口排出、流体由转轮出口侧进入内部再由位于出口侧的其他出口排出。流体在转轮结构2内通常会进行轴向流动，惟并不排除流体在转轮结构2内进行径向流动或不规则流动的可能。
请参考图2至5，在本实施例中，转轮结构2包括一可绕轴转动的转轴组20、一转轮基材支架30、若干处理块体40及若干板材50。
转轴组20可具有一转轴及固设于转轴且同步转动的轮鼓，惟并不以此为限，例如在其他可能的实施例中，转轴组也可能是一轴管并可转动地套设于一轴心。所述「绕轴转动」包括绕一虚拟轴线转动或绕一实体轴心转动。
转轮基材支架30设于转轴组20。本实施例中，转轴组20位于转轮基材支架30的几何中心，且转轮基材支架30受转轴组2支撑。本实施例中，转轮基材支架30具有概呈轮形的轮廓，且转轮基材支架30围构若干轴向的处理通道31，其中内层的处理通道31具有扇形轮廓而紧邻转轴组20，围构内层处理通道31的壁面32也具有扇形轮廓；外层的处理通道31具有概呈梯形的轮廓而位于扇形处理通道31的外缘，这些梯形处理通道31也是由壁面32所围构。从而，处理通道31在入口侧及出口侧呈开放状。如图4所示，本实施例中，位于扇形轮廓两侧的壁面32具有二径向突入处理通道31中的肋条33。需说明的是，处理通道的轮廓视设计需求而定，并不以本实施例所示者为限。
处理块体40包括纤维基材及黏附于纤维基材上的处理剂粉末，纤维基材可为但不限于陶瓷纤维或玻璃纤维，处理剂粉末是对待处理的目标流体成分具有处理活性的处理材料，这些处理材料可将目标流体成分部分或全部去除、改质或变更其物理状态，例如温度，所使用的处理材料视目标流体成分及所欲达成的效果而定，可选用但不限于触媒、沸石、活性碳、高分子树酯、碳分子筛、多孔性吸附材或其组合。以多孔性吸附材为例，第一处理材24可为亲水性或殊水性的沸石、活性碳、活性氧化铝、硅胶或其组合，其中亲水性沸石例如为A型、13X型或低硅铝比Y型沸石，殊水性沸石则例如为ZSM-5型、MCM型(Mobil composite ofmatter)或高硅铝比Y型沸石，所述MCM型沸石例如可为具六角晶状结构(hexagonal)的MCM-41、具立方结构(cubic)的MCM-48、具层状结构(lamellar)的MCM-50等M41S族沸石，这些沸石材料例如可自天津南化催化剂有限公司购得。
本实施例中，处理块体40包括两层纤维基材，亦即第一纤维基材41及第二纤维基材42，其中第一纤维基材41紧邻入口侧，第二纤维基材42紧邻出口侧。第一、第二纤维基材41、42可具有不同结构强度，例如，第一纤维基材41可实质由玻璃纤维制成，第二纤维基材42可实质由陶瓷纤维制成，此时第二纤维基材42的强度即大于第一纤维基材41。在风压较大的工作场合，位于下风处(出口侧)的第二纤维基材42因具有较好的结构强度，能够较好地支撑处理块体40整体，使其不易脆裂。
本实施例中，各处理块体40具有六个块体表面43，其中四者分别对应于转轮基材支架30的壁面32，另外两个块体表面43则分别面向入口侧及出口侧，且位于梯形两侧的块体表面43更具有二径向凹陷的凹槽44而将块体表面43分隔为三个区块，其中一凹槽44形成于第一纤维基材41，另一凹槽44则形成于第二纤维基材42，这些凹槽44形成于入口侧与出口侧之间，但凹槽44并不紧邻入口侧及出口侧。突入处理通道31内的肋条33与凹槽44实质互补，因此当处理块体40完成安装后，肋条33恰可嵌设于凹槽44内，从而在轴向上对处理块体40提供支撑力。
由于肋条33嵌设于凹槽44中，为了避免肋条33阻隔处理块体40内部流道，维持处理块体内轴流体的有效处理面积，前述肋条33可为多孔性网板或具有蜂巢状结构，从而可接续其前、后侧的流道。
由于纤维基材的质地通常较为硬脆，为了避免处理块体40在安装过程中碰撞受损，前述板材50可被安装于块体表面43与壁面32之间，这些板材50可与块体表面43的若干区块具有相近的轮廓而一一对应，惟板材50的外型并不以此为限。在可能的实施方式中，板材50可藉由硅胶或其他黏胶而黏固于块体表面43的区块上，相邻板材50之间被所述凹槽44间隔开来，使肋条33可经由相邻板材50之间的间隙嵌入凹槽44。
前述实施例中，处理块体具有两层纤维基材，惟纤维基材的数量并不以此为限。例如，在图6所示的实施例中，处理块体40仅具有一层纤维基材，且在本实施例中，处理块体40左右两侧未形成有凹槽，而是在其扇形轮廓的顶底两面形成凹槽44，且分别有两块板材50安设于凹槽44两侧，与其相对的处理基材支架30的壁面32上则形成有肋条33，肋条33嵌设于凹槽44中以提供支撑力，并将板材50夹置于处理基材支架30与处理块体40之间。在其他可能的实施例中，处理块体可在其扇形轮廓的顶、底、左、右四个块体表面均形成前述凹槽，环绕处理块体周缘的壁面同样也均形成有前述肋条，使得处理块体在四个块体表面均有肋条嵌设其中，藉以进一步提高支撑力。除此之外，本实施例的转轮结构更包括一网板60设于转轮基材支架30，且网板60位于处理块体40的出口侧而可供处理块体40承靠，进而在轴向上提供处理块体40支撑力以抵抗工作风压；所述网板同样可设于图面所未绘示的其他转轮基材支架上，供其他处理块体承靠。在其他可能的实施方式中，网板也可以改位于处理块体的入口侧而抵挡来自另一个方向的风压或其他受力。在其他可能的实施方式中，转轮基材支架一侧可设有单一面网板，该网板可同时供复数处理块体承靠并提供支撑力。
请参考图7所示的实施例，本实施例的处理块体40也仅具有单一层纤维基材，并藉由肋条33与凹槽44彼此嵌设而提高结构强度。
请参考图8，在本发明流体处理设备的第二实施例中，更包括一后端处理装置1’，后端处理装置1’用以进一步处理自出口箱4所排出的流体，可适用于本发明的后端处理装置1’包括但不限于焚化炉(例如燃料式或触媒式焚化炉)、冷凝器或流体化浮动床吸脱附设备，其中焚化炉所产生之燃烧热可提供作为转轮脱附再生所需之热能。
最后，必须再次说明的是，本发明于前揭实施例中所揭露的构成组件仅为举例说明，并非用来限制本案之范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本案之申请专利范围所涵盖。
Claims (18)
1.一种具有较佳结构强度的转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧，该转轮结构供流体在其入口侧及出口侧之间流动，该转轮结构包括：
一可绕轴转动的转轴组；
一转轮基材支架，设于该转轴组，该转轮基材支架围构若干轴向的处理通道，各该处理通道由若干壁面所围构，至少一所述壁面具有至少一径向突入至该处理通道中的肋条；
若干处理块体，包括纤维基材及黏附于纤维基材上的处理剂粉末，各该处理块体填设于其中一所述处理通道，各该处理块体具有若干分别对应于该些壁面的块体表面，至少一所述块体表面具有至少一径向凹陷的凹槽而将该块体表面分隔为若干区块，该凹槽与突入该处理通道内的肋条实质互补并供该肋条嵌设其内；以及
若干板材，分别设于被所述凹槽分隔之区块上，且该些板材位于所述块体表面与所述壁面之间。
2.如权利要求1所述的转轮结构，更包括至少一网板，设于该转轮基材支架并分别对应于该处理通道，该网板位于各该处理块体的出口侧而供该处理块体承靠。
3.如权利要求1所述的转轮结构，其中各该处理块体包括一第一纤维基材、一第二纤维基材及黏附于第一、第二纤维基材上的处理剂粉末，其中该第一纤维基材较第二纤维基材更靠近该入口侧，且该第一、第二纤维基材其中一者的结构强度大于两者中的另一者。
4.如权利要求3所述的转轮结构，其中至少一所述块体表面具有二径向凹陷的凹槽而将该块体表面分隔为三个区块，其中一所述凹槽形成于该第一纤维基材，另一所述凹槽形成于该第二纤维基材。
5.如权利要求3所述的转轮结构，其中该第一纤维基材实质由玻璃纤维制成，该第二纤维基材实质由陶瓷纤维制成，该第一纤维基材紧邻该入口侧，该第二纤维基材紧邻该出口侧。
6.如权利要求1所述的转轮结构，其中所述肋条为一多孔性网板或具有蜂巢状结构。
7.一种具有较佳结构强度的转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧，该转轮结构供流体在其入口侧及出口侧之间流动，该转轮结构包括：
一可绕轴转动的转轴组；
一转轮基材支架，设于该转轴组，该转轮基材支架围构若干轴向的处理通道；
若干处理块体，包括纤维基材及黏附于纤维基材上的处理剂粉末，各该处理块体填设于其中一所述处理通道；以及
至少一网板，设于该转轮基材支架并分别对应于该处理通道，该网板位于各该处理块体的入口侧或出口侧而供该处理块体承靠。
8.如权利要求7所述的转轮结构，其中各该处理块体包括一第一纤维基材、一第二纤维基材及黏附于第一、第二纤维基材上的处理剂粉末，其中该第一纤维基材较第二纤维基材更靠近该入口侧，且该第一、第二纤维基材其中一者的结构强度大于两者中的另一者。
9.如权利要求8所述的转轮结构，其中至少一所述块体表面具有二径向凹陷的凹槽而将该块体表面分隔为三个区块，其中一所述凹槽形成于该第一纤维基材，另一所述凹槽形成于该第二纤维基材。
10.如权利要求8所述的转轮结构，其中该第一纤维基材实质由玻璃纤维制成，该第二纤维基材实质由陶瓷纤维制成，该第一纤维基材紧邻该入口侧，该第二纤维基材紧邻该出口侧。
11.一种具有较佳结构强度的转轮结构，其在轴向上具有一入口侧及一出口侧，该转轮结构供流体在其入口侧及出口侧之间流动，该转轮结构包括：
一可绕轴转动的转轴组；
一转轮基材支架，设于该转轴组，该转轮基材支架围构若干轴向的处理通道；以及
若干处理块体，包括一第一纤维基材、一第二纤维基材及黏附于第一、第二纤维基材上的处理剂粉末，该第一纤维基材较第二纤维基材更靠近该入口侧，且该第一、第二纤维基材其中一者的结构强度大于两者中的另一者，各该处理块体填设于其中一所述处理通道。
12.如权利要求11所述的转轮结构，其中至少一所述块体表面具有二径向凹陷的凹槽而将该块体表面分隔为三个区块，其中一所述凹槽形成于该第一纤维基材，另一所述凹槽形成于该第二纤维基材。
13.如权利要求11所述的转轮结构，其中该第一纤维基材实质由玻璃纤维制成，该第二纤维基材实质由陶瓷纤维制成，该第一纤维基材紧邻该入口侧，该第二纤维基材紧邻该出口侧。
14.一种流体处理设备，包括：
一卡匣箱；
一如权利要求1至13中任一项所述的转轮结构，该转轮结构可转动地设于该卡匣箱；
一驱动手段，用以驱动该转轮结构相对该卡匣箱转动；
一入口箱，设于该转轮结构的入口侧；以及
一出口箱，设于该转轮结构的出口侧，该流体处理设备供至少一部份流体由该入口箱导入该转轮结构并自该出口箱排出。
15.如权利要求14所述的流体处理设备，其系一用于气体净化处理的吸脱附浓缩单元，该流体处理设备包括一吸附区、一脱附区及一脱附再生热交换区。
16.如权利要求15所述的流体处理设备，更包括一加热单元，用以提供该脱附区进行脱附所需的热源。
17.如权利要求16所述的流体处理设备，其中该加热单元系一含有热交换单元的焚化炉或锅炉，并以其热交换单元提供所述热源。
18.如权利要求14所述的流体处理设备，其中该驱动手段包括一马达、一减速机及一绕设于该减速机之一输出齿轮与该转轮结构的链条。
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