CN116829895A - 科技清洁直接热交换填料 - Google Patents

Abstract

一种填料片和由多个填料片制成的填料包，该填料包用于对冷却塔中的冷却介质进行冷却，每个填料片具有多个凹槽，多个凹槽从填料片的顶部到底部斜向延伸，凹槽的斜向定向由多个交替的较长的斜向凹槽段和较短的垂直凹槽段产生，多个凹槽中的每个凹槽具有微结构，微结构包括多个交替的圆形凸起和圆形凹陷，圆形凸起和圆形凹陷在所述凹槽的平脊边缘和平谷边缘之间延伸。

Description

科技清洁直接热交换填料

技术领域

本发明涉及一种直接热交换填料和填料包(fill pack)。

背景技术

直接热交换填料和填料包的实例在美国专利NO.8,985,559中进行了描述，该专利的公开内容通过引用并入本文。

热交换器在工业中是众所周知的，并且设计用于将热量从一种介质有效传递到另一种介质。热交换器有许多种类型和尺寸，通常可以根据用途来选择特定类型的热交换器，例如用于制冷、空调、化工厂、炼油厂或者发电厂。

对于发电厂而言，常使用水冷却塔来将废热转移到大气中。这些冷却塔使水蒸发将废热带走，并使热水冷却至与湿球温度接近。一种可用于发电厂的冷却塔是如图1所示的现场架设的双曲面冷却塔10。热水12h流过双曲面冷却塔10落下到填料包组件14。如图1所示，环境空气AA从双曲面冷却塔10的底部进入，并上升流过填料包组件14，成加热空气HA离开双曲面冷却塔10；热水12h则往下流过(即滴落或滴下)填料包组件14，并成冷却水12c流出填料包组件14。这种布置方式在业内通常被称为“逆流”。

常规的填料包组件14包括多个常规的填料包13。填料包13在双曲面冷却塔10的内部彼此并排地设置。如图2和3所示，每个填料包13包括多个热交换器片16。填料包13被称作VertiClean^TM Film Fill，是位于堪萨斯州爱德华兹维尔的EvapTech的商标。每个热交换器片16是聚氯乙烯PVC材料的波纹片，波纹片配置有一系列重复的沿垂直方向延伸的波纹15，在垂直延伸的波纹15之间限定出沿垂直方向延伸的凹槽17。这些热交换器片16可通过在真空环境中对PVC片进行热成形而制造得到。

如图4所示，以部分俯视图示出的三个热交换器片16，其通过设置在面相对的胶点20之间的粘合剂18彼此固定。值得注意的是，胶点20与波纹15的相应脊线RL齐平。所有构成填料包13的热交换器片16都是彼此相同的。如本领域已知的，为了在相同的热交换器片16之间形成空气-水流动通道19，可以令两个面相对的热交换器片16中的一个相对于中心垂直轴旋转180°，使得只有两个面相对的热交换器片16的前侧彼此固定，同时只有两个面相对的热交换器片16的后侧彼此固定。这是本领域制造填料包13的公知制造技术。

另一种常规的填料包组件24类似于上述的填料包组件14，不同的是，如图5-7所示，填料包组件24包括多个填料包23，这些填料包由不同构造的热交换器片26制成。填料包23被称作TechClean^TMFilm Fill，是位于堪萨斯州爱德华兹维尔的EvapTech的商标。热交换器片26是PVC材料的波纹片，波纹片配置有两系列重复的缩短的、偏移的、沿垂直方向延伸的波纹25a和波纹25b。

热交换器片26包括顶边28、与顶边28分离且相平行的底边30和一对侧边32。侧边32被设置成彼此分离并且相互平行，并且该对侧边32连接在顶边28和底边30之间，形成如图7所示的大致接近矩形的结构。一系列重复的、缩短的、垂直延伸的上波纹25a从靠近顶边28开始向下延伸到图7中的热交换器片26的至少大约水平中点线HMPL的位置。另一系列重复的、缩短的、垂直延伸的下波纹25b从靠近底边30开始向上延伸到热交换器片26的至少大约水平中点线HMPL的位置。值得注意的是，上波纹25a和下波纹25b在宽度方向上彼此水平偏移，如图7所示。图8是现有技术中两个填料片顶部与底部相连的示例，其中凹槽在其顶部和底部具有短的斜向段，并在其上具有微结构。

发明内容

本发明是对上述填料结构和设计的改进(但包含了基本结构、制造和组装)，其中减少了片的数量，通过更高的凹槽增加了片之间的间距，但通过额外的连接点保持填料包的强度和刚性，并且由于新颖的表面几何形状改善了传热，但大大降低了成本。

因此，本发明提供了一种用于组装成填料包的填料片，所述填料包用于冷却蒸发冷却塔中的冷却介质，所述填料片包括：第一端部；第二端部，所述第二端部基本平行于所述第一端部延伸，并且大致垂直于纵向轴(相对于空气和水的行进方向)，所述第一端部和所述第二端部基本平行于所述填料片的横向轴延伸；多个凹槽，所述凹槽以大于17度的第一凹槽角朝向所述第二端部延伸；以及，限定在所述多个凹槽上的微结构；所述多个凹槽包括多个交替的具有斜向凹槽段长度的斜向凹槽段和具有垂直凹槽段长度的垂直凹槽段，所述斜向凹槽段具有平行于所述第一凹槽角的斜向凹槽段长度，所述垂直凹槽段平行于所述纵向轴，所述斜向凹槽段长度是所述垂直凹槽段长度的6.1倍；其中所述微结构包括多个交替的圆形凸起和圆形凹陷，所述圆形凸起和圆形凹陷在所述凹槽的平脊边缘和平谷边缘之间延伸。

根据本发明的优选实施例，微结构基本平行于横向轴延伸，和/或第一凹槽角约为12至22度，和/或所述多个凹槽限定凹槽高度，和/或所述凹槽高度约为1.44英寸，和/或所述圆形凸起微结构具有0.05英寸的高度和沿所述凹槽0.11至0.12英寸的间隔。

本发明的另一个实施例提供了一种交叉波纹填料包组件，用于通过延基本相反方向流过填料包的气体来冷却流过该填料包的流体，所述填料包组件包括多个相同的如上所述且在下文更详细描述的填料片，其中所述多个填料片布置为使得相邻的填料片相对于彼此呈180度定向，并且在位于相邻填料片的平脊上的相应连接凹口处彼此连接。

附图说明

图1是现有技术双曲面水冷却塔的部分剖开的透视图，其中设置有常规的填料包组件；

图2是图1所示的现有技术填料包组件的一种类型的部分透视图；

图3是图2所示的现有技术填料包组件的分解透视图；

图4是图2和图3所示的现有技术填料包组件的部分俯视图；

图5是现有技术的另一种填料包组件的部分透视图；

图6是图5所示的现有技术填料包组件的分解透视图；

图7是图5和图6所示的常规填料包组件的正视图；

图8是上下连接的两个现有技术波纹填料片的正视图，其中凹槽主要是垂直定向的，具有短的斜向部分和微结构；

图9是本发明的实施例提供的高为2英尺(2’)、宽为1英尺(1’)的填料片的透视图；

图10是由图9所示的填料片组组装形成的高为2英尺(2’)、宽为1英尺(1’)深为1英尺(1’)的填料包的透视图；

图11是本发明的实施例提供的填料片的凹槽的横向截面示意图；

图12是本发明的实施例提供的填料片的凹槽的12英寸(12”)长的纵向截面图，其移除了微结构以更清楚地显示凹槽形状的细节；

图13是本发明的实施例提供的填料片的凹槽的三维示意图，其未示出微结构以更清楚地显示凹槽形状的细节；

图14是本发明实施例的填料片的单个凹槽的局部示意图，其示出了某些微结构的相对位置和尺寸；

图15是本发明实施例的具有肋形微结构的填料片凹槽的三维示意图；

图16是本发明实施例的具有肋形微结构的填料片的顶部透视图；

图17是本发明实施例提供的具有菱形微结构的填料片的顶部透视图；

图18是根据本发明实施例提供的具有肋形微结构的填料片附接到具有菱形微结构的填料片上的顶部透视图；

图19是图18所示实施例的局部细节示意图；

图20是图1所示实施例的端部透视图；

图21是图18-20所示实施例的局部细节示意图；

图22是图16所示实施例的局部细节透视图；

图23是图9所示实施例的顶视图；

图24是图9所示实施例的左侧视图；

图25是图9所示实施例的右侧视图；

图26是图9所示实施例的正视图；

图27是图9所示实施例的后视图；

图28是图10所示实施例的顶视图；

图29是图10所示实施例的仰视图；

图30示出了图10所示实施例的前视图和后视图；

图31示出了图10所示实施例的左侧视图和右侧视图。

附图中的特征用以下附图标记编号：

200填料包208d第二侧

202填料片 210凹槽

204纵向轴 212平脊

206横向轴 214平侧

208a第一端部 216平谷

208b第二端部218较长的斜向凹槽段

208c第一侧220较短的垂直凹槽段

222连接凹口(notch)230圆形凹陷微结构

224凸起高台(plateau)232平坦的凹槽侧面段

226连接点形成的行234菱形高台微结构

228圆形凸起微结构236菱形凹陷微结构

具体实施方式

请参照例如图9和图10，本发明涉及一种交叉波纹介质、填料包或组件200，其包括多个相同的堆叠并接合的填料片202。在最优选的实施例中，宽度为一英尺(1’)的交叉波纹介质或填料包200包括十(10)个堆叠并接合的填料片202，其中填料包200的宽度是从填料包的最前的填料片到最后的填料片进行测量的。交叉波纹介质或填料200和每个填料片202限定了大致垂直(沿空气流动方向)延伸的纵向轴204和相对于填料片202大致横向延伸的横向轴206。经过填料包200的空气和水流通常沿着填料片202的第一端部208a和第二端部208b之间的纵向轴204的方向流动。填料片202的端部208a和第二端部208b通过第一侧208c和第二侧208d连接。第一端部208a基本上平行于第二端部208b并相对于纵向轴204大致垂直地延伸。第一端部208a和第二端部208b基本上平行于横向轴206延伸。每个填料片优选由聚氯乙烯(PVC)制造，并且优选具有0.010至0.025英寸(10至20密耳)的厚度，更优选0.015至0.020英寸(15至20密耳)的厚度。

填料包200中的每个连续的填料片202相对于相邻填料片202旋转180度(180°)以限定出填料包200的横向波纹。因此，优选的填料包200包括贯穿其厚度的交替的第一端部208a和第二端部208b以限定出填料包200的交叉波纹。

每个填料片202的特征在于波纹或“凹槽”210的集合，这些波纹或“凹槽”210从第一端部208a以相对于纵向轴204的大致斜线方向延伸，并且引导空气和水流过填料片。如图11所示，每个凹槽210的横截面形状为梯形，其顶部具有平脊212，并且具有倾斜侧面214。平谷216分隔相邻的凹槽210。每个填料片202的相对面是彼此的镜像，填料片202的一个面的平脊212构成填料片的相对面的平谷216，反之亦然。

填料片202的每个凹槽210的凹槽高度Hf优选为大约1.44英寸，但是可以在大约1.72到1.15英寸的范围内。优选的凹槽宽度(平谷到平谷，平脊到相邻平脊)是2.0英寸，但是可以在2.4到1.6英寸的范围内。每个平脊212(和相应的谷)的宽度优选为0.19英寸，但是可以在0.23到0.15英寸的范围内。

凹槽210相对于纵向轴204的角度(凹槽角度Δf)优选为大约17度，但是可以在12到22度的范围内。由于凹槽210沿斜线方向，所以只有较居中位置的凹槽会贯穿填料片202的整个长度延伸。参见例如图9和图10，位于填料片202外侧的凹槽210可以在第一侧208c或第二侧208d处开始或终止。

如图12和13所示，更具体地，每个凹槽210沿大致斜线方向的全长度由一系列长的斜向凹槽段218限定，这些长的斜向凹槽段218之间穿插着短的垂直凹槽段220。在不被填料片侧208c或208d中断的情况下，较长的斜向凹槽段218优选为3.42英寸的长度。较短的垂直凹槽段220优选为0.56英寸的长度，较长的斜向凹槽段与较短的垂直凹槽段的比例优选为6.1。

在单个填料片202上的每个凹槽平脊212，在与相邻填料片的连接处具有沿着平脊212以规则间隔分布的连接凹口222。根据最优选的实施例，每个凹槽平脊212在顶部208、底部208b、填料片202的顶部208a和底部208b之间的中途点处设有连接凹口222，并且在填料片的顶部208a和底部208b之间额外设有四个等间隔分布的连接凹口222，即每个平脊212上共有八个连接凹口222(跨越2英尺(2’)，如图9和图10所示)。如上所述，填料片202的相对面是彼此的镜像；因此，填料片202一侧的平脊212上的每个连接凹口222对应于填料片背面的平谷216中的相同形状的凸起高台224。因此，由于每个平脊212具有一系列连接凹口222，每个平谷216具有一系列凸起高台224。如图9和图10所示，填料片202的每个凹槽210上的连接凹口222和高台224优选地在填料片202的两侧208c和208d之间横跨填料片202并排列成行226，其中在第一端部208a有一行226a，在第二端部208b一行226b，在第一端部208a和第二端部208b之间的中点处有两个相邻的行226e和226f(合并在一起)，以及在第一端部208a和第二端部208b之间均匀间隔的四个附加行226c和226d，共八个行226横跨填料片202。

连接凹口222被设计和构造成与相邻填料片202上的相应凹口对齐并嵌套到相邻填料片202上的相应凹口中，并将填料片202连接到填料包200中，例如通过挤压锁定、紧固、夹紧、粘接或其它连接机构或方法。

每个填料片202的每个凹槽210包括微结构，以在使用过程中迫使水在填料片202的宽度上或横向轴206上扩散，从而改善水通过填料包200时的分散程度和与空气充分混合。根据第一“肋”形微结构的实施例，一系列均匀间隔分布的细长且圆形的凸起228和凹陷230横贯每个凹槽210的倾斜侧面214，由未变形或平坦的凹槽侧面部分232隔开。参见图14，其示出了微结构相对于每个凹槽210以及相对于彼此的相对位置和间隔，参见图15，其示出了单个(倒置的)凹槽的三维示意图，其示出了在两个倾斜侧面214上的优选微结构。每个细长且圆形的凸起228(和每个细长且圆形的凹陷230)的最优选高度是0.05英寸。相邻凸起228和凹陷230之间的最优选间隔(未改变的/平坦的凹槽侧面232)为0.11至0.12英寸。对于每个细长且圆形的凸起228和凹陷230，最优选的曲率半径是0.12英寸。如图15所示，除了存在连接凹口222或高台224之外，细长且圆形的凸起和凹陷在相邻的平谷216和平脊212的相邻边缘之间一直延伸，在这种情况下，圆形的凸起和凹陷存在于相邻的连接凹口和凸起高台之间，但是不在它们之间延伸整个长度。如图9、图10和图22所示，细长且圆形的凸起228和凹陷230存在于填料片202的每个凹槽210上，并覆盖每个凹槽210的整个长度。图16是具有肋形微结构实施例的填料片的顶部透视图。

图17示出了第二微结构，其具有压印到凹槽210的侧面中的菱形高台234和菱形凹陷236。与肋形微结构的实施例一样，菱形微结构实施例不存在于凹槽210的平脊212或平谷216上。

图18示出了本发明提供的一种填料片，该填料片在填料片202的一半具有肋形微结构实施例，并且根据本发明，该填料片在填料片202的另一半具有菱形微结构实施例。图19是图18所示实施例的局部细节示意图。

图20和图21示出了图18所示类型的两个填料片202连接在一起的示意图，其中第一填料片的平脊212上的连接凹口222与第二填料片的平脊212上的连接凹口222配合并嵌套在第二填料片的平脊212上的连接凹口222内。

本发明最优选的填料包，每立方英尺填充有10个填料片，其具有所公开的凹槽结构(通过由较短的垂直段分开的较长的斜向段实现的总体斜线取向)，结合上所公开的微结构实施例和八行连接凹口/高台，出乎意料地导致了比现有技术的填料包更好的性价比。

出于这些原因，该优选的交叉波纹介质或填料片202以及所组装的填料包200的设计是具有新颖性和创造性的，并且相对于市场上提供的现有商品产品具有显著的商业价值。

本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明构思的情况下，可以对上述优选实施例进行改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是意欲覆盖在本公开中概述的并根据本说明书阅读的以下权利要求的最广泛合理的解释来定义的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (6)

1.一种用于组装成填料包的填料片，所述填料包用于冷却蒸发冷却塔中的冷却介质，所述填料片包括：

第一端部；

第二端部，所述第二端部基本平行于所述第一端部延伸，并且大致垂直于纵向轴(相对于空气和水的行进方向)，所述第一端部和所述第二端部基本平行于所述填料片的横向轴延伸；

多个凹槽，所述凹槽以大于17度的第一凹槽角朝向所述第二端部延伸；以及

限定在所述多个凹槽上的微结构；

所述多个凹槽包括多个交替的具有斜向凹槽段长度的斜向凹槽段和具有垂直凹槽段长度的垂直凹槽段，所述斜向凹槽段具有平行于所述第一凹槽角的斜向凹槽段长度，所述垂直凹槽段平行于所述纵向轴，所述斜向凹槽段长度是所述垂直凹槽段长度的6.1倍；

所述微结构包括多个交替的圆形凸起和圆形凹陷，所述圆形凸起和圆形凹陷在所述凹槽的平脊边缘和平谷边缘之间延伸。

2.根据权利要求1所述的填料片，其中，所述微结构基本上平行于横向轴延伸。

3.根据权利要求1所述的填料片，其中，所述第一凹槽角约为12至22度。

4.根据权利要求1所述的填料片，其中，所述多个凹槽限定凹槽高度，所述凹槽高度约为1.44英寸。

5.根据权利要求1所述的填料片，其中，所述圆形凸起微结构具有0.05英寸的高度，并且沿所述凹槽的间隔为0.11至0.12英寸。

6.一种交叉波纹填料包组件，用于通过延基本相反方向流过填料包的气体来冷却流过所述填料包的流体，所述填料包组件包括多个相同的根据权利要求1-5任一项所述的填料片，其中所述多个填料片布置为使得相邻的填料片相对于彼此呈180度定向，并且在位于相邻填料片的平脊上的相应连接凹口处彼此连接。