TW202114767A - 用於高效生產結構化交叉通道填料元件之設備及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於生產一結構化交叉通道填料元件之設備，該結構化交叉通道填料元件用於一重流體相與一輕流體相之間的質傳及/或熱交換之一塔，其中該結構化交叉通道填料元件包括由膨脹金屬薄片製成的至少兩個相鄰層，每一膨脹金屬薄片包括開口，該等開口由分離元件包圍且彼此分離，且包括週期性變形，其中該等至少兩個層中之至少兩者在該填料元件之縱向方向上彼此平行且觸摸接觸地配置，使得在其之間提供自該等至少兩個層之一端延伸至相對端之一開放空間，使得該重流體相及該輕流體相中之至少一者可流過該開放空間，其中該設備包括：
a)一拉伸機，其用於將一金屬薄片切割及拉伸為一膨脹金屬薄片，
b)視情況，一校準機，其用於將在該拉伸機(a)中生產之該膨脹金屬薄片軋製為一所要厚度，
c)一薄片儲存單元，
d)一成型機，其用於將在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之一膨脹金屬薄片，及
e)一堆疊機，其用於將包括週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為一結構化交叉通道填料元件，
其中該薄片儲存單元經體現使得其直接接收在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片，且將該膨脹金屬薄片直接釋放至該成型機。

Description

用於高效生產結構化交叉通道填料元件之設備及方法
本發明係關於一種用於高效生產結構化交叉通道填料元件之設備及方法，該結構化交叉通道填料元件用於重流體相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔。
結構化填料元件用於質傳塔中，諸如例如分餾塔、蒸餾塔、吸收塔、萃取塔或煙氣洗滌器中。結構化填料元件用於不同密度之至少兩個流體相之間的質傳及/或熱傳遞之改良，其中結構化填料元件典型地以對流流動方式操作。儘管在蒸餾及吸收應用中，輕相為氣體或蒸氣且重相為冷凝物或液體，但在萃取製程中，兩種相為具有不同密度之液體。結構化填料元件包括複數個不同層，其中之每一者提供用於較重相之表面積，該較重相沿層之表面向下滴流且擴散。此外，在結構化填料元件之不同層之間提供開放空間，其填充有輕相(例如蒸餾中之蒸氣或氣體)且在輕相由壓力梯度驅動時為輕相上升提供路徑。壓力梯度為克服流動阻力所必需的。在對流質傳之典型情況中，輕相之平均流動方向為自結構化填料元件之底部至頂部且因此與重相之平均流動方向相反。藉由允許一個重相在結構化填料元件之表面上擴散，在至少兩個相之間創造界面，使得在該界面處建立相之間的高效熱傳遞及質傳。亦可存在利用超過一個重相之應用。一實例為萃取蒸餾。
質傳塔通常包括結構化填料元件之若干床。典型地，分佈器經配 置於每一床之頂部上以將重相均勻地分佈在床之橫截面之上，同時保留足夠空間以用於輕相上升通過該床。此外，通常柵格狀固持裝置及採集器經配置於每一床下方，其中柵格狀結構將床保持在其位置處且採集器收集自床向下滴流之重相，同時在採集器中保留足夠開放空間以用於輕相上升。
常見類型之結構化填料元件為所謂的交叉通道波紋狀薄片填料，其由複數個例如波紋狀薄片組裝，該等波紋狀薄片彼此平行且觸摸接觸地配置。典型地，波紋狀金屬薄片藉助於垂直於波紋狀薄片之縱向截面的穿透波紋狀薄片之若干棒彼此固定，其中該等棒藉助於墊圈及螺母或藉由使棒彎曲來與第一及最末波紋狀薄片固定。每一波紋狀薄片包括複數個週期性變形，諸如交替定向之峰及谷，其中相鄰波紋狀薄片經定向以使得相鄰波紋狀薄片之波紋以十字方式與關於豎直或縱向方向斜向地延伸之波紋狀薄片的波紋相交，由此形成彼此連續交叉之傾斜通道。此等通道正面地影響填料內之氣相及液相之流動且促進相之間的質傳。亦即，氣相及液相在結構化填料元件之通道中進行接觸且由此促進相之間的質傳以及熱傳遞。更具體而言，當存在於形成通道之薄片之表面上的液體朝下流過質傳塔時，上升氣體與該液體接觸。在此接觸期間，氣體中富含之組分可傳遞至液體中且反之亦然；此意謂高效質傳可發生。此類填料描述於例如DE 1 253 673中、CA 1270751中及US 6,206,349 B1中。
每單位時間之質傳的量與氣體與液體之間的界面之面積成正比，其中界面之面積隨著由液體潤濕的填料元件之層之表面的部分增大而變得更大。歸功於由於金屬紗網之毛細管力引起的波紋狀薄片之表面上之重相的良好擴散，由金屬紗網製成之交叉通道波紋狀薄片填料已知具有極佳可濕性，且因此(由於極佳可濕性)具有高質傳效率。然而，金屬線紗網為昂貴材料。促進重相在層之表面上之擴散的替代建議(而非使用金屬紗網或波紋狀之極精細膨脹金屬薄片作為用於結構化填料元件之材料)為提供具有穿孔及另一表面紋 理的層，諸如US 4,296,050中、GB 1,569,828中、US 4,981,621中及EP 3 003 550 A1中所描述。此外，在CN 882 00252 U中提出提供由膨脹金屬薄片製成之交叉通道波紋狀薄片填料，亦即具有高空隙分數(亦即層中之開口之總面積除以層之薄片面積之高比率)之穿孔層。由膨脹金屬薄片製成之此類交叉通道波紋狀薄片填料之特定另外優勢為其相當成本高效。
通常，由膨脹金屬薄片製成之交叉通道波紋狀薄片填料藉由將自供應商獲得之膨脹金屬薄片成型為波紋狀薄片、將此等波紋狀薄片切割為所要大小及將其堆疊為結構化填料元件來生產。膨脹金屬薄片自身典型地由供應商藉由切割及幾乎同時拉伸金屬薄片來生產。然而，用自供應商獲得之膨脹金屬薄片生產交叉通道波紋狀薄片填料需要運輸費用。此外，為了運輸及進一步處理，膨脹金屬薄片必須在張力下捲繞至例如由卡紙板製成之套筒上。然而，由於膨脹金屬薄片各自具有結構化表面，故膨脹金屬薄片無法準確地「邊對邊(edge-on-edge)」捲繞。實情為，配置於彼此頂部上之單一膨脹金屬薄片關於彼此移位，導致線圈中之張力，其負面地影響進一步處理。此外，由於單一薄片之未對準，單一薄片之至少一些部分自套筒突出，此容易導致突出部分在運輸期間變形。
鑒於上文，本發明之下的目標為提供一種用於快速且成本高效地生產結構化交叉通道填料元件之設備及方法，該結構化交叉通道填料元件用於重流體相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔，該設備及方法進一步克服前述缺點。
根據本發明，藉由以下來滿足此目標：提供一種用於生產結構化交叉通道填料元件之設備，該結構化交叉通道填料元件用於重流體相與輕流體 相之間的質傳及/或熱交換之塔，其中結構化交叉通道填料元件包括由膨脹金屬薄片製成的至少兩個相鄰層，每一膨脹金屬薄片包括開口，該等開口由分離元件包圍且彼此分離，且包括週期性變形，其中該等至少兩個層中之至少兩者在該填料元件之縱向方向上彼此平行且觸摸接觸地配置，使得在其之間提供自該等至少兩個層之一端延伸至相對端之開放空間，使得該重流體相及該輕流體相中之至少一者可流過該開放空間，其中該設備包括：
a)拉伸機，其用於將金屬薄片切割及拉伸為膨脹金屬薄片，
b)視情況，校準機，其用於將在該拉伸機(a)中生產之該膨脹金屬薄片軋製為所要厚度，
c)一薄片儲存單元，
d)成型機，其用於將在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之膨脹金屬薄片，及
e)堆疊機，其用於將包括週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件，
其中該薄片儲存單元經體現使得其直接接收在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片，且將該膨脹金屬薄片直接釋放至該成型機。
藉由在拉伸機與成型機之間提供薄片儲存單元，可分別補償或緩衝拉伸機及成型機之不同速度，使得仍可在半連續製程中生產結構化交叉通道填料元件。更具體而言，拉伸機以及成型機分別衝程狀或輪轂狀地工作，其中在拉伸機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為分離元件之寬度與拉伸係數之乘積，金屬薄片在拉伸機中拉伸該拉伸係數，而在成型機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為薄片之兩個相鄰週期性變形之間的距離與角度α之餘弦的商，波紋相對於縱向方向傾斜該角度α。舉例而言，對於兩個相鄰週期性變形之間的距 離為20mm、角度α為45°且拉伸係數為1.25之膨脹金屬薄片，在拉伸機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為2.5mm，而在成型機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為28.3mm。因此，在拉伸機中製備且視情況在視情況選用之校準機中軋製的膨脹金屬薄片無法直接輸送至成型機中。
本發明之另外特定優勢為，本發明允許在將膨脹金屬薄片進給至成型機中之前保持在拉伸機中生產膨脹金屬薄片且自拉伸機釋放膨脹金屬薄片之方向。換言之，本發明之設備允許在拉伸方向上將膨脹金屬薄片輸送至成型機中。由於以下原因，此為特定優勢：在生產(亦即金屬板之切割及拉伸)之後，所得膨脹金屬薄片不再平坦，而是具有結構化表面。此為個別分離元件之變形、扭曲、彎曲或拱起及分離元件相較於其他者(例如藉由傾斜)之相對變形之結果。膨脹金屬薄片在拉伸方向上包括平坦側面，但在相反方向上包括相當陡峭之側面，如圖7中所展示。因此，藉由在拉伸方向上將膨脹金屬薄片輸送至成型機中，膨脹金屬薄片以其平坦側接之側輸送至成型機中。然而，在先前技術中，在隨後自套筒展開膨脹金屬薄片之前，首先將該膨脹金屬薄片捲繞至套筒上，此強制導致膨脹金屬薄片之運送方向反轉。因此，在先前技術中，膨脹金屬薄片以其陡峭側接之側輸送至成型機中，此阻礙膨脹金屬薄片之運送。此外，此具有以下缺點：膨脹金屬薄片可能卡住，此可能導致成型誤差，亦即非所要變形，且陡峭側面將比平坦側面更強且更快地磨損成型工具。
薄片儲存單元經體現使得其直接接收在拉伸機中生產且視情況在視情況選用之校準機中軋製之膨脹金屬薄片且將膨脹金屬薄片直接釋放至成型機之特徵意謂，若設備不包括校準機，則薄片儲存單元經體現使得其自拉伸機直接接收在拉伸機中生產之膨脹金屬薄片，且若設備的確包括校準機，則薄片儲存單元經體現使得其自校準機直接接收在拉伸機中生產且在校準中軋製之經軋製膨脹金屬薄片。
結構化填料元件之縱向方向為結構化填料元件之平均方向，在該結構化填料元件之操作(諸如其在用於質傳及/或熱交換之塔中(諸如精餾塔中)的操作)期間，在該平均方向上，輕相上升且重相下降。儘管輕相可由於與結構化填料元件之形狀的相互作用而分成具有完全不同取向之若干流，但輕相之平均方向與通常接近豎直方向之縱向方向一致。
典型地，拉伸機以第一衝程頻率衝程狀地工作(亦即其可經操作以以第一衝程頻率衝程狀地工作)，且成型機以第二衝程頻率衝程狀地工作(亦即其可經操作以以第二衝程頻率衝程狀地工作)，其中第一衝程頻率大於第二衝程頻率。
如上文所闡述，拉伸機可經操作以在每一衝程期間釋放第一長度之膨脹金屬薄片，且成型機可經操作以在每一衝程期間釋放包括週期性變形之第二長度之膨脹金屬薄片，其中典型地第一長度小於第二長度。
更具體而言，拉伸機通常具有比成型機更高之衝程頻率，但在一衝程期間輸送比成型機更小長度之膨脹金屬薄片。因此，當成型機之衝程開始時，成型機每給定時間間隔需要比由拉伸機輸送之更多的薄片長度，而在成型機之衝程終止之後，拉伸機仍釋放薄片長度(其為成型機在此時間段中不需要的)，直至成型機之下一衝程開始。根據本發明，由薄片儲存單元分別補償或緩衝拉伸機及成型機在兩個機器之不同衝程循環內之不同材料要求。
關於薄片儲存單元之種類，本發明不受特定限制，只要薄片儲存單元能夠在短時間段(即小於1分鐘之時間段)內儲存在拉伸機中生產且視情況在視情況選用之校準機中軋製的膨脹金屬薄片而不對膨脹金屬薄片施加張力及/或壓力(諸如其在將膨脹金屬薄片捲繞至例如由卡紙板製成的套筒上期間發生)，且因此不使膨脹金屬薄片變形。換言之，根據本發明之薄片儲存單元意謂允許在拉伸機及視情況選用之校準機中生產之膨脹金屬薄片輸送至成型機中 之前暫時儲存該膨脹金屬薄片的任何單元，以便使拉伸機與成型機解耦，從而使得可分別平衡拉伸機及成型機之釋放速度或進給速度的差，而不需要停止拉伸機及成型機中之任一者或兩者。
較佳地，薄片儲存單元包括至少兩個偏轉構件，其經設計以便使在拉伸機中生產之膨脹金屬薄片偏轉，使得將其暫時儲存於薄片儲存單元中。
根據此實施例之一個變型，至少兩個偏轉構件中之至少一者且較佳地所有者為可移動的，使得至少兩個偏轉構件之間的距離可改變。此允許在成型機之兩個衝程之間的時間間隔期間藉由簡單地與分別自拉伸機或校準機接收到之過量薄片長度成比例地增大至少兩個偏轉構件之間的距離來用由拉伸機生產且視情況在視情況選用之校準機中軋製的膨脹金屬薄片裝載薄片儲存單元，且在此時間點不需要成型機。此外，此允許藉由簡單地將至少兩個偏轉構件之間的距離與成型機所需的過量薄片長度成比例地減小超過在此時間點期間分別自拉伸機或校準機接收到之薄片長度，來在成型機之衝程之時間間隔期間自儲存於其中的膨脹金屬薄片卸載薄片儲存單元。
較佳地，薄片儲存單元包括至少兩個偏轉輥，其中之至少一者且較佳地所有者為可移動的，使得至少兩個偏轉輥之間的距離可改變。同樣，此允許在成型機之兩個衝程之間的時間間隔期間藉由簡單地分別與自拉伸機或校準機接收到之過量薄片長度成比例地增大輥之間的距離來用由拉伸機生產且視情況在視情況選用之校準機中軋製的膨脹金屬薄片裝載薄片儲存單元，且在此時間點不需要成型機。此外，此允許藉由簡單地將輥之間的距離與成型機所需的過量薄片長度成比例地減小超過在此時間點期間分別自拉伸機或校準機接收到之薄片長度，來在成型機之衝程之時間間隔期間自儲存於其中的膨脹金屬薄片卸載薄片儲存單元。
當薄片儲存單元包括至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八 個偏轉輥時，尤其獲得良好結果。獨立於偏轉輥之數目，偏轉輥中之一或多者且較佳地所有者較佳地在豎直方向上、在水平方向上及/或在任何其他方向上為可移動的，使得輥中之至少兩者之間且較佳地輥中之每兩者之間的距離可在豎直方向上、在水平方向上及/或在任何其他方向上改變。此使得各別薄片儲存單元具有相當高的膨脹金屬薄片容量，但其僅需要相當少量面積。
根據本發明之此實施例之另一變型，並非所有偏轉輥為可移動的，而是僅一個或超過一個，但少於所有偏轉輥。
根據本發明之此實施例之又一變型，薄片儲存單元包括至少一個偏轉輥及至少一個偏轉板作為至少兩個偏轉構件，其中至少一個偏轉輥為可移動的且較佳地至少一個偏轉板為彎曲的。若儲存單元包括兩個或更多個偏轉輥，則僅一個偏轉輥、偏轉輥中之一些或偏轉輥中之所有者可為可移動的。此外，至少一個偏轉板中無一者、一或多者或甚至所有者可為可移動的。此實施例之薄片儲存單元可包括至少兩個或至少四個或至少六個偏轉輥及至少兩個或至少四個或至少六個偏轉板。偏轉板經體現使得其使膨脹金屬薄片自上游偏轉構件偏轉至下游偏轉構件，或在最下游偏轉構件之情況下使膨脹金屬薄片自上游偏轉構件偏轉至成型機，或在最上游偏轉構件之情況下使膨脹金屬薄片自上游拉伸機或視情況選用之校準機偏轉至下游偏轉構件。此較佳地藉由偏轉板之各別曲率達成。接著藉由至少一個可移動偏轉輥及/或至少一個可移動偏轉構件(若存在)調整薄片儲存單元中之膨脹金屬薄片之總距離。
根據本發明之此實施例之又一變型，薄片儲存單元不包括偏轉輥而是包括至少兩個、較佳地至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八個偏轉板作為至少兩個偏轉構件。偏轉板中之至少一者或超過一者或所有者可為可移動的，使得至少兩個偏轉板之間的距離可改變。較佳地，至少一個偏轉板為彎曲的。工作原理與包括可移動偏轉輥之實施例相同。
根據本發明之此實施例之又一變型，薄片儲存單元不包括偏轉輥而是包括至少兩個且較佳地至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八個偏轉板作為至少兩個偏轉構件，其中至少兩個偏轉構件中無一者為可移動的，亦即偏轉構件中之所有者為固定的。較佳地，至少一個偏轉板為彎曲的。在此情況下，實現膨脹金屬薄片之儲存，使得藉由在上游偏轉板之上推動膨脹金屬薄片比在下游偏轉板之上抽出膨脹金屬薄片更快，膨脹金屬薄片經推動以儲存在薄片儲存單元中進入偏轉構件之間的空間，使得更多長度之膨脹金屬薄片存在於儲存單元中。為了卸載儲存單元，膨脹金屬薄片在下游偏轉板之上比其在上游偏轉板之上推動更快地抽出，使得在儲存單元中存在較少長度之膨脹金屬薄片。
任何習知拉伸機均可用於本發明中，只要其適合於自金屬薄片生產膨脹金屬薄片。典型地，拉伸機包括至少一個刀，其用於當使用加壓裁切及拉伸製程將金屬薄片進給通過拉伸機時在拉伸機之相同衝程內切割及拉伸金屬薄片。更具體而言，由刀產生之狹縫允許金屬拉伸，此產生均一開口。為確保一致模式，當金屬進給通過時，膨脹機基於程式化經手動或自動地程式化及操作。
如上文所闡述，校準機可包含或不包含於設備中。然而，較佳的為設備包括校準機。任何習知校準機均可用於本發明中，只要其適合於將膨脹金屬薄片軋製為所要厚度。若存在，則校準機配置於拉伸機與薄片儲存單元之間。較佳地，其包括至少兩個輥，經由該等輥，膨脹金屬薄片經進給且提供有壓力，以便將膨脹金屬薄片軋製為所要厚度。
此外，任何習知成型機均可用於本發明中，只要其適合於使包括週期性變形之膨脹金屬薄片成型。較佳的為，成型機包括用於對膨脹金屬薄片進行打褶之一或多個第一塑形單元、用於將膨脹金屬薄片連續地轉發至一或多個第一塑形單元之裝置，及用於拉出經打褶之膨脹金屬薄片之至少一個裝置。
在本發明之思想之進一步發展中，提出成型機進一步包括一或多個第二塑形單元，其用於藉助於輥對使經打褶之膨脹金屬薄片重新塑形，所述輥對在中間區中不具有重新塑形輪廓，而是在末端區中具有重新塑形輪廓。此允許關於配置於末端部分之間的中心部分之週期性變形來彎曲結構化填料元件之膨脹金屬薄片之末端部分中的週期性變形。因此，此實施例之膨脹金屬薄片之峰及谷未線性地延伸。較佳地，週期性變形在膨脹金屬薄片之末端部分中彎曲以便至少基本上豎直地延伸。基本上豎直意謂峰及谷在膨脹金屬薄片之下部邊緣及上部邊緣處相對於豎直方向傾斜不超過10°、較佳地不超過5°且更佳地不超過2°。因此，結構化填料元件之末端區中之流動阻力相對於配置於結構化填料元件之壓力損失減小的末端區之間的區之流動阻力減小。
替代地，成型機可具有下部工具元件及上部工具元件，其中上部工具元件及下部工具元件中之每一者具有前側及後側。下部工具元件包括第一基底元件及自第一基底元件突出之第一指狀元件，其中第一指狀元件形成用於在薄片中形成波紋峰之第一脊，而上部工具元件包括第二基底元件及自第二基底元件突出之第二指狀元件，其中第二指狀元件形成用於在薄片中形成波紋槽之第二脊。第一脊與第二脊相對配置且第一脊自第二脊偏移，以便允許第一指狀元件及第二指狀元件在接合位置中接合。第一脊及第二脊中之每一者包括主部分及端部部分，且主部分中之第一脊及第二脊中之每一者與對應前側之間的角度至少部分地不同於端部部分中之第一脊及第二脊中之每一者與對應前側之間的角度。此外，可在接合位置中之第一指狀元件與相鄰第二指狀元件之間提供一空間。在平面中量測該空間，其中薄片進入形狀成型工具。因此該空間為開放空間。當上部及下部工具元件在其接合位置中時此開放空間存在於主部分以及端部部分之間。因此，薄片僅在形成其頂部部分之指狀元件之脊處與上部及下部工具元件接觸，因此與冠部(crest)接觸。在第一指狀元件之脊與第二指 狀元件之脊之間，薄片未與任一指狀元件接觸，而是允許在兩個相鄰頂部部分之間的空間中自由形成。
此外，任何習知堆疊機均可用於本發明中，只要其適合於將包括彼此上方之週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件。較佳地，堆疊機具有用於將包括週期性變形之膨脹金屬薄片切割為所要大小的一或多個旋轉切割輪，及用於將經切割之包括週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件之堆疊單元。
本發明之另一態樣為一種用於生產結構化交叉通道填料元件之方法，該結構化交叉通道填料元件用於重流體相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔，其中該結構化交叉通道填料元件包括由膨脹金屬薄片製成的至少兩個相鄰層，每一膨脹金屬薄片包括開口，該等開口由分離元件包圍且彼此分離，且包括週期性變形，其中該等至少兩個層中之至少兩者在該填料元件之縱向方向上彼此平行且觸摸接觸地配置，使得在其之間提供自該等至少兩個層之一端延伸至相對端之開放空間，使得該重流體相及該輕流體相中之至少一者可流過該開放空間，其中該方法包括以下步驟：
a)將金屬薄片切割及拉伸為膨脹金屬薄片，
b)視情況，將在步驟(a)中生產之該膨脹金屬薄片軋製為所要厚度，
c)將在步驟(a)中或視情況在視情況選用之步驟(b)中生產之該膨脹金屬薄片直接進給至薄片儲存單元，
d)將該膨脹金屬薄片自該薄片儲存單元直接輸送至成型機，
e)在該成型機中將該膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之膨脹金屬薄片，及
f)將在步驟(e)中成型之包括週期性變形之該膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件。
根據本發明之尤其較佳實施例，該方法在前述設備中進行。
當在步驟(a)中將該金屬薄片拉伸大於1.0至1.5、較佳地在1.1與1.5之間且更佳地在1.2與1.35之間之拉伸係數時，尤其獲得良好結果。
較佳地，在步驟(a)中使用具有0.05至0.50mm、較佳地0.08至0.2mm且最佳地0.09至0.15mm之薄片材料厚度的金屬薄片。薄片材料厚度意謂分別根據材料(其構成或形成層)之厚度。由於根據本發明，層由膨脹金屬薄片製成，故薄片材料厚度為薄片厚度。若薄片厚度在層之面積之上改變，則薄片材料厚度為藉助於例如測微螺旋在薄片材料厚度之外邊緣中之一者處量測的薄片之厚度。
關於結構化填料元件之膨脹金屬薄片之材料，本發明不受特定限制。舉例而言，膨脹金屬薄片可由不鏽鋼或選自由以下組成之群組的化合物製成：鋁、銅、鈦、鋯及合金。
如上文所闡述，在生產(亦即金屬板之切割及拉伸)之後，所得膨脹金屬薄片不再平坦。此為個別分離元件之變形、扭曲、彎曲或拱起及分離元件相較於其他者(例如藉由傾斜)之相對變形之結果。如毛刺之其他特徵可能係由衝壓製程引起且因此有助於厚度。膨脹金屬薄片之所得尺寸稱為柵格厚度且可比層材料厚度大高達若干倍。較佳地，進行視情況選用之步驟(b)，且在步驟(b)中將膨脹金屬薄片軋製為1.0至1.4mm、較佳地1.1至1.3mm且更佳地1.15至1.25mm之柵格厚度。
如上文所闡述，薄片儲存單元之任務為暫時儲存膨脹金屬薄片以補償拉伸機及成型機之不同衝程循環。更具體而言，在成型機之兩個衝程之間的時間間隔期間，薄片儲存單元應裝載有由拉伸機及視情況選用之校準機生產之膨脹金屬薄片，而在成型機之衝程之時間間隔期間，薄片儲存單元應自儲存於其中之膨脹金屬薄片卸載。在實踐中，薄片儲存單元在短時間段內(即小於1 分鐘之時間段內)儲存膨脹金屬薄片係足夠的。因此，較佳的為薄片儲存單元包括至少兩個、更佳地至少四個、再更佳地至少六個且最佳地至少八個偏轉輥，其均為可移動的，使得至少兩個偏轉輥之間的距離可改變。尤其較佳的為，偏轉輥均可在豎直方向上移動，使得輥中之每兩者之間的距離可在豎直方向上改變。舉例而言，薄片儲存單元包括固定於某一高度處之上部輥及下部輥，其設置有配重，使得由上部及下部輥交替引導之膨脹金屬薄片保持緊密。因此，較佳的為在拉伸機之衝程期間，薄片儲存單元之輥移動以便增大輥之間的距離，而在成型機之衝程期間，薄片儲存單元之輥移動以便減小輥之間的距離。
關於膨脹金屬薄片之週期性變形之種類，本發明不受特定限制，只要其允許藉由將彼此上方之若干薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件(其用於重流體相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔)來形成。根據本發明，最終結構化填料元件包括在縱向方向上彼此平行配置之膨脹金屬薄片之至少兩個層。兩個層之平行配置意謂根據本發明，層中之一者關於另一層傾斜至多+/- 20°、較佳地至多+/- 10°、更佳地至多+/- 5°、再更佳地至多+/- 2°之角度，且最佳地關於另一層根本不傾斜。
根據本發明之尤其較佳實施例，膨脹金屬薄片在步驟(e)期間成型為一膨脹金屬薄片，其包括波紋(其包括複數個交替定向之峰及谷)作為週期性變形，其中峰中之每一者與谷中之每一者之間相對於縱向方向之角度為10°至60°、較佳地20°至50°且更佳地25°至47°。
較佳地，峰及谷在膨脹金屬薄片之末端部分中關於配置於末端部分之間的中心部分之峰及谷彎曲，使得結構化填料元件之末端區中之流動阻力相對於配置於末端區之間的區之流動阻力減小。此類彎曲或不同高度可僅存在於末端區中之一者中，而非在兩個末端區中提供此類彎曲或不同高度。如上文所闡述，此允許減小結構化交叉通道填料元件(其用於由各別層形成之重流體 相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔)之壓力損失。
根據本發明之另一尤其較佳實施例，膨脹金屬薄片在步驟(e)期間成型為一膨脹金屬薄片，其包括具有方形、三角形或正弦橫截面之波(其包括峰及谷)作為週期性變形，其中峰中之每一者與谷中之每一者之間相對於縱向方向之角度為10°至60°、較佳地20°至50°且最佳地25°至47°。
獨立於週期性變形之形式，膨脹金屬薄片之兩個相鄰週期性變形之間的距離較佳地為5至50mm、更佳地為10至30mm、甚至更佳地為15至25mm且最佳地為28至22mm，諸如約20mm。一個膨脹金屬薄片之兩個相鄰週期性變形之最上部點之間的距離取決於表面積較佳地在5mm與12.5mm之間且更佳地在6.5mm與11.5mm之間。
在本發明之進一步發展中，提出在步驟(f)中切割在步驟(e)中形成之包括週期性變形之膨脹金屬薄片且將其堆疊為結構化交叉通道填料元件，其中結構化交叉通道填料元件之層經定向，使得相鄰層之週期性變形以十字方式與關於縱向方向斜向地延伸之層之週期性變形波紋相交，其中層中之至少50%、較佳地至少75%且最佳地所有者在層之週期性變形與相鄰層之週期性變形之間的相交點處接觸相鄰層中之每一者，且其中至少兩個層之間的開放空間由週期性變形限定。當結構化交叉通道填料元件併入於質傳及/或熱交換塔中時，該結構化交叉通道填料元件之縱向方向為自結構化交叉通道填料元件之頂部區域至底部區域的方向，亦即縱向方向為自質傳及/或熱交換塔之頂部至底部之方向。換言之，其為分別在結構化交叉通道填料元件及質傳及/或熱交換塔之操作期間的較重相之預期重力驅動流動方向。更具體而言，結構化交叉通道填料元件之縱向方向可經判定如下：結構化交叉通道填料元件置放於水平區域上，使得彼此平行且觸摸接觸地配置的結構化交叉通道填料元件之層在豎直方向上延伸，且因此自層之一端延伸至相對端的開放空間(或通道，其分別由層 之週期性變形包圍且因此由層之週期性變形界定)自結構化交叉通道填料元件之頂部延伸至底部。縱向方向則為自如此配置之結構化交叉通道填料元件之頂部至底部之方向，或換言之：下降至如此配置之結構化交叉通道填料元件之頂部上的重相(例如水)沿開放空間朝下重力驅動流動，其中縱向方向為重相之平均流動方向。
較佳地，週期性變形中之每一者之間相對於縱向方向之角度為10°至60°、較佳地為20°至50°且更佳地為25°至47°，其中相鄰膨脹金屬薄片之週期性變形較佳地在相反方向上定向。
若在結構化交叉通道填料元件之至少兩個層中之至少50%之間、較佳地在至少75%之間、更佳地在至少80%之間、再更佳地在至少90%之間、又更佳地在至少95%之間且最佳地在所有者之間的在垂直於縱向方向之平面中量測之最大距離為8至80mm、較佳地為12至51mm且最佳地為16至30mm，則尤其獲得良好結果。
與其一致，較佳為層寬度為4至40mm、更佳地為6至25.5mm且最佳地為8至15mm。
另外，較佳的為在步驟(f)中生產之填料元件具有100至300mm且較佳地150至250mm之高度。
當在步驟(f)中生產之結構化填料元件之比表面積為60至750m2/m3、較佳地為120至500m2/m3且最佳地為200至450m2/m3時，尤其獲得良好結果。
如上文所闡述，形成結構化交叉通道填料元件之膨脹金屬薄片各自包括開口，其由分離元件包圍且彼此分離。換言之，膨脹金屬薄片為柵格。較佳地，進行步驟(a)中之拉伸，使得最終結構化交叉通道填料元件之膨脹金屬薄片之層具有以下特性：較佳地，相鄰開口之間的至少一個分離元件之平均 寬度與薄片材料厚度之間的比率為至少15且更佳地為至少18。開口較佳地具有透鏡狀或梯形形狀且因此具有較短及較長特性長度，其中開口之較短特性長度為在膨脹金屬薄片之拉伸方向上的開口之最大尺寸，且開口之較長特性長度為在垂直於膨脹金屬薄片之拉伸方向之方向上的開口之最大尺寸。膨脹金屬薄片之拉伸方向為在膨脹金屬薄片之生產期間已沿其拉伸薄片金屬之方向。較佳地，開口中之至少50%、較佳地至少75%、更佳地至少80%、再更佳地至少90%、又更佳地至少95%且最佳地所有者具有1.0至4.0mm且較佳地2.0至3.0mm之較短特性長度，及2.0至8.0mm、較佳地2.5至7.0mm且最佳地3.0至6.0mm之較長特性長度。
在膨脹金屬薄片之拉伸方向上相鄰之開口之間的距離不同於在垂直於膨脹金屬薄片之拉伸方向之方向上相鄰之開口之間的距離。隨後，彼此相鄰之第一開口與第二開口之間在膨脹金屬薄片之拉伸方向上的距離亦稱為或縮寫為u2，而第一開口與鄰近於第一開口之第三開口之間在垂直於膨脹金屬薄片之拉伸方向之方向上的距離亦稱為或縮寫為u1。較佳地，距離u2與距離u1之間的比率對於至少50%開口、較佳地對於至少75%開口、更佳地對於至少80%開口、再更佳地對於至少90%開口、又更佳地對於至少95%開口且最佳地對於所有開口為0.4至0.7、更佳地為0.45至0.70且最佳地為0.49至0.55。此外，較佳的為距離u2對於至少50%開口、較佳地對於至少75%開口、更佳地對於至少80%開口、再更佳地對於至少90%開口、又更佳地對於至少95%開口且最佳地對於所有開口為2至8mm、更佳地為3至7mm且最佳地為4至6mm，而距離u1較佳地對於至少50%開口、更佳地對於至少75%開口、甚至更佳地對於至少80%開口、再更佳地對於至少90%開口、又更佳地對於至少95%開口且最佳地對於所有開口為7.5至15mm且最佳地為9至11mm。
根據本發明之另外特定實施例，相鄰開口之間的分離元件中之至 少50%、較佳地至少75%、更佳地至少80%、再更佳地至少90%、又更佳地至少95%且最佳地所有者之平均寬度在相鄰開口之平均水力直徑之70%與125%之間。更佳地，相鄰開口之間的分離元件中之至少50%、較佳地至少75%、更佳地至少80%、再更佳地至少90%、又更佳地至少95%且最佳地所有者之平均寬度在相鄰開口之平均水力直徑之75%與100%之間。更佳地，相鄰開口之間的分離元件中之至少50%、較佳地至少75%、更佳地至少80%、再更佳地至少90%、又更佳地至少95%且最佳地所有者之平均寬度為1.5至4.0mm、甚至更佳地為1.6至3.5mm且最佳地為1.8至3.0mm。此外，較佳的為至少兩個層中之每一者之開口中之至少50%、較佳地至少75%、更佳地至少80%、再更佳地至少90%、又更佳地至少95%且最佳地所有者之水力直徑為1.25至5.0mm、更佳地為2.0至4.0mm最佳地為2.2至3.5mm。
此外，較佳的為在垂直於縱向方向之平面中量測之至少兩個層中之至少50%之間、較佳地至少75%之間、更佳地至少80%之間、再更佳地至少90%之間、又更佳地至少95%之間且最佳地所有者之間的最大距離D與分離元件之平均寬度b之間的比率為至少5且更佳地為至少8。
可使用參數u2(彼此相鄰之第一開口與第二開口之間在膨脹金屬薄片之拉伸方向上的距離)及b(分離元件之平均寬度)來計算膨脹金屬薄片之拉伸係數。更具體而言，膨脹金屬薄片之拉伸係數經定義為u2/2b。相較於固體金屬薄片，拉伸之倒數為可實現之材料節省的良好指示。
根據本發明之尤其較佳實施例，結構化交叉通道填料元件之所有層之空隙分數(亦即層中之開口之總面積除以層之薄片面積之比率)在20%與38%之間。
10:用於生產結構化交叉通道填料元件之設備
12:開卷機
14:拉伸機
16:對準機
18:薄片儲存單元
20:成型機
22:堆疊機
23,23',23",23''':薄片儲存單元之不可移動輥
24,24',24",24''':薄片儲存單元之偏轉構件/可移動輥
25,25':薄片儲存單元之偏轉構件/偏轉板
26:質傳塔/蒸餾塔
27:地板
28:結構化交叉通道填料元件
30,30':結構化填料元件之床
32,32':分佈器
34:固持裝置
36:採集器
38:管道
40,40':波紋狀薄片
42:一層之峰
42':相鄰層之峰
44:谷
46:通道/開放空間
48,48':波紋狀薄片之末端部分
50,50':層
56:柵格
58:柵格之開口
60:柵格之分離元件
a1:開口之邊長
a2:開口之第二邊長
b:分離元件之平均寬度
d:開口之平均水力直徑
A:開口之橫截面積
D:至少兩個層/波紋狀薄片之至少相鄰者之間的最大距離
P:開口之周長
SD:膨脹金屬薄片之拉伸方向
V:縱向方向，其通常為豎直方向
α:峰中之每一者與谷中之每一者之間相對於縱向方向的角度
隨後參考隨附圖式及藉由實例來描述根據本發明之具體實施例。
圖1為根據本發明之一個實施例的設備之示意圖。
圖2a為根據本發明之一個實施例的設備之薄片儲存單元之示意圖。
圖2b為根據本發明之另一實施例的設備之薄片儲存單元之示意圖。
圖2c為根據本發明之另一實施例的設備之薄片儲存單元之示意圖。
圖2d及e為在兩個不同階段中之根據本發明之另一實施例的設備之薄片儲存單元之示意圖。
圖3為包含用根據本發明之一個實施例的方法生產之若干結構化交叉通道填料元件之質傳塔之示意性側視圖。
圖4a為用根據本發明之一個實施例的方法生產之結構化交叉通道填料元件之薄片之一部分之爆炸視圖。
圖4b為圖4a中所展示之結構化交叉通道填料元件之示意性側視圖。
圖4c展示圖4a中所展示之結構化交叉通道填料元件之兩個層。
圖5為用根據本發明之另一實施例的方法生產之結構化交叉通道填料元件之波紋狀薄片之局部視圖。
圖6a-f為用根據本發明之方法生產之結構化交叉通道填料元件之層之膨脹金屬薄片的柵格結構之不同實施例之示意圖。
圖7a展示用根據本發明之方法生產之結構化交叉通道填料元件之層之膨脹金屬薄片的柵格結構之另一實施例之示意圖。
圖7b展示沿圖7a之線A-A的切口。
圖1示意性地展示根據本發明之一個實施例的用於生產用於重流體相與輕流體相之間的質傳及/或熱交換之塔的結構化交叉通道填料元件之設備 10。設備10自其上游端至其下游端包括：開卷機12；拉伸機14，其用於將金屬薄片切割及拉伸為膨脹金屬薄片；校準機16，其用於將在拉伸機中生產之膨脹金屬薄片軋製為所要厚度；薄片儲存單元18；成型機20，其用於將在校準機中生產之經軋製膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之膨脹金屬薄片；及堆疊機22，其用於將包括週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件。開卷機12為套筒，金屬薄片捲繞於其上。在設備10之操作期間，金屬薄片自開卷機12開卷且經進給至拉伸機14中，該拉伸機14包括至少一個刀，其用於當使用加壓裁切及拉伸製程將金屬薄片進給通過拉伸機時在拉伸機之相同衝程內切割(或分別裁切)及拉伸金屬薄片，以便生產膨脹金屬薄片。更具體而言，由刀產生之狹縫允許金屬拉伸，此產生均一開口。為確保一致模式，當金屬進給通過時，拉伸機14經手動地程式化或操作。拉伸機14衝程狀地工作，其中在拉伸機14之一個衝程期間輸送之膨脹金屬薄片之長度為分離元件之寬度與拉伸係數之乘積。將在拉伸機14中生產之膨脹金屬薄片引導至校準機16中，該校準機16包括至少兩個輥，經由該等輥，膨脹金屬薄片經進給且提供有壓力，以便將膨脹金屬薄片分別軋製為所要厚度或柵格厚度。
將生產之經軋製膨脹金屬薄片自校準機16直接引導至薄片儲存單元18中，其自該薄片儲存單元18直接轉移至成型機20中。較佳地，薄片儲存單元18包括至少兩個、更佳地至少四個、再更佳地至少六個且最佳地至少八個偏轉輥，其均為可移動的，使得此等偏轉輥之間的距離可改變。此薄片儲存單元18之具體實施例展示於圖2中。
成型機20較佳地包括用於將經軋製膨脹金屬薄片連續地轉發至用於對經軋製膨脹金屬薄片進行打褶之一或多個第一塑形單元之裝置，及用於拉出經打褶之膨脹金屬薄片之至少一個裝置，以便生產包括週期性變形之膨脹金屬薄片。其後，將包括週期性變形之膨脹金屬薄片引導至堆疊機22中，其較 佳地包括用於將包括週期性變形之經軋製膨脹金屬薄片切割為所要大小的一或多個旋轉切割輪，及用於將經切割之包括週期性變形之經軋製膨脹金屬薄片堆疊為結構化交叉通道填料元件之堆疊單元。歸因於切割及堆疊，堆疊機22不連續地工作。在堆疊機22中之切割及堆疊期間，成型機20必須停止。因此，成型機20亦衝程狀地工作，其中在成型機之一個衝程期間輸送之膨脹金屬薄片之長度為薄片之兩個相鄰週期性變形之間的距離與角度α之餘弦的商，波紋相對於縱向方向傾斜該角度α。舉例而言，對於兩個相鄰週期性變形之間的距離為20mm、角度α為45°且拉伸係數為1.25之膨脹金屬薄片，在拉伸機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為2.5mm，而在成型機之一個衝程期間輸送之薄片之長度為28.3mm。因此，在拉伸機中製備且在校準機中軋製的膨脹金屬薄片無法直接輸送至成型機中。
更具體而言，拉伸機14通常具有比成型機20更高之衝程頻率，但在一衝程期間輸送比成型機20更小長度之膨脹金屬薄片。因此，當成型機20之衝程開始時，成型機20每給定時間間隔需要比由拉伸機14在此時間間隔期間輸送之更多的薄片長度，而在成型機20之衝程終止之後，拉伸機14仍輸送薄片長度(其為成型機20不需要的)，直至成型機20之下一衝程開始。根據本發明，由薄片儲存單元18分別補償或緩衝拉伸機14及成型機20在兩個機器14、20之不同衝程循環內之不同材料要求。薄片儲存單元18之可移動輥允許在成型機20之兩個衝程之間的時間間隔期間藉由簡單地與自校準機16接收到之過量薄片長度成比例地增大輥之間的距離來用由拉伸機14及校準機16生產的經軋製膨脹金屬薄片裝載薄片儲存單元18，且在此時間點不需要成型機20。此外，可移動輥允許藉由簡單地將輥之間的距離與成型機20所需的過量薄片長度成比例地減小超過在此時間點期間自校準機16接收到之彼薄片長度，來在成型機20之衝程之時間間隔期間自儲存於其中的經軋製膨脹金屬薄片卸載薄片儲存單元18。
如圖1中所展示，薄片儲存單元18經體現使得其直接接收在拉伸機16中生產之經軋製膨脹金屬薄片，且將經軋製膨脹金屬薄片直接釋放至成型機20。
圖2a為根據本發明之一個實施例的設備10之薄片儲存單元18之示意圖。薄片儲存單元18包括六個不可移動輥23、23'、23"、23'''及可在豎直方向上移動之14個可移動輥24、24'、24"、24'''。因此，可根據需要調整單一可移動輥24、24'、24"、24'''之間的距離，且因此且可根據需要調整最上游可移動輥24與最下游可移動輥24'''之間的總距離。最上游可移動輥24與最下游可移動輥24'''之間的總距離限定經軋製膨脹金屬薄片之長度，該經軋製膨脹金屬薄片在某一時間點儲存於儲存單元18中。若需要儲存更多經軋製膨脹金屬薄片，則最上游可移動輥24與最下游可移動輥24'''之間的總距離增大，而當成型機20進行衝程時，最上游可移動輥24與最下游可移動輥24'''之間的總距離減小。
圖2b為根據本發明之另一實施例的設備10之薄片儲存單元18之示意圖。薄片儲存單元18包括六個不可移動輥23、23'、23"、23'''及可在水平方向上移動之兩個可移動輥24、24'。因此，可根據需要調整單一可移動輥24、24'之間的距離，且因此且可根據需要調整最上游可移動輥24與最下游可移動輥24'之間的總距離，且因此調整儲存單元18中之膨脹金屬薄片之總長度。
圖2c為根據本發明之另一實施例的設備10之薄片儲存單元18之示意圖。薄片儲存單元18包括四個不可移動輥23、23'、23"、23'''、兩個不可移動彎曲偏轉板25、25'及可在豎直方向上移動之一個可移動輥24。因此，可根據需要調整經由可移動輥24自第一偏轉板25至第二偏轉板25的總距離，且因此調整儲存單元18中之膨脹金屬薄片之總長度。
圖2d及2e為在兩個不同階段中之根據本發明之另一實施例的設備10之薄片儲存單元18之示意圖。薄片儲存單元18包括四個不可移動輥23、 23'、23"、23'''及兩個不可移動彎曲偏轉板25、25'。因此，兩個偏轉板25、25'之間的膨脹金屬薄片之總長度可改變。更具體而言，實現膨脹金屬薄片之儲存，使得藉由在上游偏轉板25之上推動膨脹金屬薄片比在下游偏轉板25'之上抽出膨脹金屬薄片更快，膨脹金屬薄片18經推動以儲存在薄片儲存單元18中進入偏轉構件25、25'之間的空間，使得更多長度之膨脹金屬薄片存在於儲存單元18中，且如圖2d中所展示，置放於地板27上。為了卸載儲存單元18，膨脹金屬薄片在下游偏轉板52'之上比其在上游偏轉板52之上推動更快地抽出，使得在儲存單元18中存在較少長度之膨脹金屬薄片，如圖2e中所展示。
圖3展示質傳塔26且更具體而言包括根據本發明之方法生產之結構填料元件的蒸餾塔26之示意性側視圖(圖式之透明內部僅出於說明性目的)。亦出於說明性目的，層之柵格結構未展示於圖3中，而是僅展示於圖6及7中。蒸餾塔26包括以兩個床30、30'之形式配置之複數個結構化交叉通道填料元件28。分佈器32、32'經配置於兩個床30、30'中之每一者上方以將液體均勻地分佈在床之橫截面之上，同時保留使蒸氣上升通過之足夠空間。柵格狀固持裝置34及採集器36經配置於每一床30、30'下方，其中柵格狀固持裝置34將床30保持在其位置處且採集器36收集自床30向下滴流之液體，同時在採集器中保留足夠開放空間以用於蒸氣上升。
在蒸餾塔26之操作期間，氣體作為輕相自蒸餾塔26之底部上升至頂部，而液體作為重相在對流中自頂部下降至底部。更具體而言，液體藉由分佈器32基本上均質地分佈在床30之橫截面之上且沿結構化交叉通道填料元件28之層的表面向下滴流。在結構化交叉通道填料元件28之不同層之間提供開放空間，其填充有氣體且在該氣體由壓力梯度驅動時為氣體上升提供路徑。藉由允許液體在結構化交叉通道填料元件28之層之表面上擴散，在兩個相之間創造大界面，使得在該界面處建立液體與氣體之間的高效熱傳遞及質傳。在床30 之底部處，液體經收集在採集器36中且經由管道38向下引導至第二床30'上方之分佈器32'。
圖4a至4c展示所謂的交叉通道波紋狀薄片填料類型之結構化交叉通道填料元件28。出於說明性目的，層之柵格結構未展示於圖4中，而是僅展示於圖6及7中。結構化交叉通道填料元件28由複數個波紋狀薄片40、40'組裝，該等波紋狀薄片40、40'彼此平行且觸摸接觸。波紋狀薄片40、40'中之每一者為如上文所描述及如在下文根據圖7更詳細地描述之柵格。在圖4c之右下角處，示意性地指示波紋狀薄片40之一部分的柵格結構。如自以上說明書所理解，實際上波紋狀薄片40、40'中之所有者均由此類柵格組成，該等柵格僅出於說明性原因而未展示於圖4a至4c中。在本實施例中，波紋狀薄片40、40'由膨脹薄片材料製成，亦即其藉由切割及拉伸薄金屬板且接著使膨脹薄片金屬變形為波紋狀薄片40、40'來製備。
波紋狀金屬薄片40、40'藉助於垂直於波紋狀薄片40、40'之縱向截面的穿透波紋狀薄片40、40'之若干棒(未展示)彼此固定，其中該等棒藉助於墊圈及螺母或藉由使棒彎曲或藉由任何其他方式(未展示)來與第一及最末波紋狀薄片固定。每一波紋狀40、40'包括複數個交替定向之峰42及谷44，其中相鄰波紋狀薄片40、40'經定向以使得相鄰波紋狀薄片40、40'之波紋42、44以十字方式與關於縱向方向斜向地延伸之波紋狀薄片40、40'的波紋42、44相交，由此形成彼此連續交叉之傾斜通道46。更具體而言，峰42中之每一者與谷44中之每一者之間相對於縱向方向的角度α為10°至60°、較佳地為20°至50°且最佳地為25°至47°，其中相鄰層40、40'之峰42及谷44在相反方向上定向。通道46限定相鄰波紋狀薄片40、40'之間的最大距離D，諸如例如20mm。此等通道46正面地影響結構化填料交叉通道元件28內之氣相及液相之流動且促進相之間的質傳。亦即，氣相及液相在結構化交叉通道填料元件28之通道46中進 行接觸且由此促進相之間的質傳以及熱傳遞。更具體而言，當存在於限定通道46之波紋狀薄片40、40'之表面上的液體朝下流過質傳塔時，上升氣體與該液體接觸。總之，輕相分別流過開放空間或通道46，而未旁路流過結構化交叉通道填料元件28之波紋狀薄片40、40'之柵格之開口。此引起輕相與重相之間的尤其高效質傳及能量傳遞。此外，通道46之十字方式引起相自左至右之理想分佈。
圖5展示根據替代實施例之結構化交叉通道填料元件之波紋狀薄片40之局部視圖。圖5之結構化交叉通道填料元件之波紋狀薄片40類似於展示於圖4a至4c中之波紋狀薄片40、40'。然而，圖5之結構化交叉通道填料元件之波紋狀薄片40不包括線性延伸之峰及谷，而是波紋狀薄片40、40'之峰42、42'及谷在末端部分48、48'中彎曲，以便基本上在豎直反向上延伸於波紋狀薄片40、40'之末端部分48、48'中。在圖5中，實線描繪呈現給觀察者之波紋狀薄片40之一面中的波紋之峰42，而虛線42'描繪在觀察中之一面背後之波紋狀薄片40'之對應面中的波紋之峰。藉由使末端部分48、48'彎曲以便基本上在豎直方向上延伸於波紋狀薄片40、40'之末端部分48、48'中，波紋狀薄片40、40'之末端部分48、48'之流動阻力相較於位於波紋狀薄片40、40'之末端部分48、48'之間的部分之流動阻力減小。此引起結構化交叉通道填料元件之壓力損失減小。
圖6a至6f為形成根據本發明之結構化交叉通道填料元件之層50的柵格56之不同實施例之示意圖，其例如適合用於如圖4a至4c及5中之任一者中所展示之結構化交叉通道填料元件中。圖6a中所展示之結構化交叉通道填料元件之層50的柵格56包括具有四邊形橫截面之開口58，其中開口58由分離元件60包圍且彼此分離。分離元件60為具有例如2mm之平均寬度b之細條，其中分離元件60完全地包圍開口58。開口58之兩個邊長a1、a2經選擇以便得到具有例如3mm之適合水力直徑d的開口58。如領域中已知，可根據式4 A/P來計算出水力直徑d，其中A為開口40之橫截面積且P為開口58之周長。具有 開口58之不同幾何形狀及分離元件60之不同幾何形狀的柵格56展示於圖6b至6f中。圖6b及6c之柵格56之開口58為四邊形，而圖6d之柵格56之開口58為不規則的，且圖6e及6f之柵格56之開口58為橢圓形。
圖7a展示用根據本發明之方法生產之結構化交叉通道填料元件之層之膨脹金屬薄片的柵格結構之另一實施例之示意圖。膨脹金屬薄片為包括具有基本上梯形形式之開口58的柵格56，該等開口58藉由分離元件60彼此分離。因此，開口具有較短特性長度及較長特性長度，其中開口58之較短特性長度為在膨脹金屬薄片之拉伸方向SD上的開口58之最大尺寸，且開口58之較長特性長度為在垂直於膨脹金屬薄片之拉伸方向SD之方向上的開口58之最大尺寸。如圖7b(其為沿圖7a之線A-A的切口)中所展示，膨脹金屬薄片不再平坦，而是具有結構化表面。此為個別分離元件之變形、扭曲、彎曲或拱起及分離元件相較於其他者(例如藉由傾斜)之相對變形之結果。更具體而言，膨脹金屬薄片在拉伸方向SD上包括平坦側面，但在相反方向上包括相當陡峭之側面。本發明允許在拉伸方向SD上(亦即以膨脹金屬薄片之平坦側接之側)將該膨脹金屬薄片輸送至成型機20中。
10:用於生產結構化交叉通道填料元件之設備
12:開卷機
14:拉伸機
16:對準機
18:薄片儲存單元
20:成型機
22:堆疊機

Claims (15)

  1. 一種用於生產一結構化交叉通道填料元件之設備，該結構化交叉通道填料元件用於一重流體相與一輕流體相之間的質傳及/或熱交換之一塔，其中該結構化交叉通道填料元件包括由膨脹金屬薄片製成的至少兩個相鄰層，每一膨脹金屬薄片包括開口，該等開口由分離元件包圍且彼此分離，且包括週期性變形，其中該等至少兩個層中之至少兩者在該填料元件之縱向方向(V)上彼此平行且觸摸接觸地配置，使得在其之間提供自該等至少兩個層之一端延伸至相對端之一開放空間，使得該重流體相及該輕流體相中之至少一者可流過該開放空間，其中該設備包括：
    a)一拉伸機，其用於將一金屬薄片切割及拉伸為一膨脹金屬薄片，
    b)視情況，一校準機，其用於將在該拉伸機中生產之該膨脹金屬薄片軋製為一所要厚度，
    c)一薄片儲存單元，
    d)一成型機，其用於將在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之一膨脹金屬薄片，及
    e)一堆疊機，其用於將包括週期性變形之膨脹金屬薄片堆疊為一結構化交叉通道填料元件，
    其中該薄片儲存單元經體現使得其直接接收在該拉伸機中生產且視情況在該視情況選用之校準機中軋製之該膨脹金屬薄片，且將該膨脹金屬薄片直接釋放至該成型機。
  2. 如請求項1之設備，其中該拉伸機可經操作以以一第一衝程頻率衝程狀地工作，且該成型機可經操作以以一第二衝程頻率衝程狀地工作，其中該第一衝程頻率大於該第二衝程頻率。
  3. 如請求項1或2之設備，其中該拉伸機可經操作以在每一衝程期間 釋放一第一長度之膨脹金屬薄片，且該成型機可經操作以在每一衝程期間釋放包括週期性變形之一第二長度之膨脹金屬薄片，其中該第一長度小於該第二長度。
  4. 如前述請求項中任一項之設備，其中該薄片儲存單元包括至少兩個偏轉構件。
  5. 如請求項4之設備，其中該薄片儲存單元包括不可移動之至少兩個、較佳地至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八個彎曲偏轉板作為偏轉構件。
  6. 如請求項4之設備，其中該薄片儲存單元包括至少兩個、較佳地至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八個彎曲偏轉板作為偏轉構件，該等彎曲偏轉板中之至少一者且較佳地所有者為可移動的，使得該等偏轉構件中之至少兩者之間的距離可改變。
  7. 如請求項4至6中任一項之設備，其中該薄片儲存單元包括至少兩個、較佳地至少四個、更佳地至少六個且最佳地至少八個偏轉輥作為偏轉構件，該等偏轉輥中之至少一者且較佳地所有者為可移動的，使得至少兩個偏轉構件之間的距離可改變。
  8. 如前述請求項中任一項之設備，其中該拉伸機包括至少一個刀，該至少一個刀用於當該金屬薄片經由該拉伸機進給時在該拉伸機之相同衝程內切割及拉伸該金屬薄片。
  9. 如前述請求項中任一項之設備，其中該成型機包括用於對該膨脹金屬薄片進行打褶之一或多個第一塑形單元、用於將該膨脹金屬薄片連續地轉發至該一或多個第一塑形單元之一裝置，及用於拉出經打褶之膨脹金屬薄片之至少一個裝置。
  10. 一種用於生產一結構化交叉通道填料元件之方法，該結構化交叉 通道填料元件用於一重流體相與一輕流體相之間的質傳及/或熱交換之一塔，其中該結構化交叉通道填料元件包括由膨脹金屬薄片製成的至少兩個相鄰層，每一膨脹金屬薄片包括開口，該等開口由分離元件包圍且彼此分離，且包括週期性變形，其中該等至少兩個層中之至少兩者在該填料元件之縱向方向(V)上彼此平行且觸摸接觸地配置，使得在其之間提供自該等至少兩個層之一端延伸至相對端之一開放空間，使得該重流體相及該輕流體相中之至少一者可流過該開放空間，其中該方法包括以下步驟：
    a)將一金屬薄片切割及拉伸為一膨脹金屬薄片，
    b)視情況，將在步驟(a)中生產之該膨脹金屬薄片軋製為一所要厚度，
    c)將在步驟a)中或視情況在視情況選用之步驟(b)中生產之該膨脹金屬薄片直接進給至一薄片儲存單元，
    d)將該膨脹金屬薄片自該薄片儲存單元直接輸送至一成型機，
    e)在該成型機中將該膨脹金屬薄片成型為包括週期性變形之一膨脹金屬薄片，及
    f)將在步驟(e)中成型之包括週期性變形之該膨脹金屬薄片堆疊為一結構化交叉通道填料元件。
  11. 如請求項10之方法，其中該方法在如請求項1至9中任一項之設備中進行。
  12. 如請求項10或11之方法，其中在步驟(a)中將該金屬薄片拉伸大於1.0至1.5、較佳地在1.1與1.5之間且更佳地在1.2與1.35之間之一拉伸係數。
  13. 如請求項10至12中任一項之方法，其中進行該步驟(b)，其中在步驟(b)中將該膨脹金屬薄片軋製為1.0至1.4mm、較佳地1.1至1.3mm且更佳地1.15至1.25mm之一柵格厚度。
  14. 如請求項10至13中任一項之方法，其中在該拉伸機之一衝程期間，該薄片儲存單元之輥移動，以便增大該等輥之間的距離，而在該成型機之一衝程期間，該薄片儲存單元之該等輥移動，以便減小該等輥之間的該距離。
  15. 如請求項10至14中任一項之方法，其中在步驟(e)期間將該膨脹金屬薄片成型為包括波紋作為週期性變形之一膨脹金屬薄片，該等波紋包括複數個交替定向之峰及谷，其中該等峰中之每一者與該等谷中之每一者之間的相對於該縱向方向(V)之角度(α)為10°至60°、較佳地20°至50°且更佳地25°至47°。
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