TW443941B - Filler body with a cross channel structure - Google Patents

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4 3 ；： ^ 1 A7 _____B7_____ 五、發明說明（1 ) 根據申請專利範圍第1項的前言，本發明係關於一種 具有交錯通道結構之塡充體，一種具有此類塡充體作爲塡 充物的管柱，及一種具有此類塡充體作爲靜態混合器結構 的混合器設備。 一種見於CH—A 547120 (=P.4566 )的流體混合器設備，其靜態混合器的元件架設在管中， 此類裝置元件含有互相接觸層，而以部份開口流通道形成 交錯通道結構。一種見於DE — A 2 6 0 1 8 9 0 ( =P . 4 9 8 8 )的管柱塡充體，其亦相同具有交錯通道 結構。物質及/或熱交換可在此類管柱塡充物中進行，及 在a )塡充物表面上的介質，特別是漣波膜及/或催化活 性塗膜，與b )流經塡充物表面所形成的通道的氣流之間 進行》 若流體流經相互開口的交錯通道，流體內發生動量交 換，流體之間會在相鄰層間的邊界表面起作用。因爲此動 量交換的結果，通道內以紊流帶形式引起紊流（平移流以 重疊旋轉方式流動），其紊流核心沿通道方向延展，而這 些紊流帶會進一步引導出二次紊流。紊流帶的驅動力係來 自於動量轉換，因對抗摩擦力作用，紊流在靜止狀態呈現 撐起的方式。紊流透過流體助長混合，一方面透過相鄰通 道間的物質交換，另一方面則透過邊界層與通道的內部空 間之間行物質交換。因爲通道是傾斜的，流體在塡充體整 個剖面對於溫度與濃度而言爲均勻的，然而，此僅在順著 層的方向才發生。均勻與混合效應是以能量加以分散作爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1111111 ·1111111 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_____ 五、發明說明（2 ) 代價，當成爲額外的流體阻力（或壓降）時’此代價便顯 著。 所以，本發明的目的爲創造一種具有交錯通道結構之 塡充體，在更少的能量分散下獲得所欲的均勻與混合效應 。在此塡充體內所產生的流體阻力應該比已知的具有交錯 通道結構之塡充體更低，但是二者對於物質交換管柱的分 離成效或靜態混合器的混合作用則仍大體維持同等良好的 效果。根據本發明的塡充體可滿足此目標’其特徵述於申 請專利範圍第1項。 具有交錯通道結構之塡充體供給塡充管柱或靜態混合 器設備所用，其架構方式爲在相互爲邊的層中，通道皆安 排成互相平行。側向通道在相鄰層間的邊界表面延展，此 通道可互通。這些側向通道以交錯方式排列，至少一部份 層皆含有中心通道，及外加的側向通道。物質是在中心與 側向通道間的邊界產生交換，大約有一半的情況發生在規 則排列的牆壁部份，另一半則在通道邊界是開通的區域。 根據本發明的塡充體的層除了側向通道，另外還包括 中心通道，其僅以牆壁與側向通道作部份隔開。與已知的 交錯通道結構通道相應的側向通道，其相同層的平行通道 在全長皆以牆壁隔開。在側向通道內，一如在已知的交錯 通道結構中一主要紊流帶受相鄰層間的作用所驅動，這些 主要紊流帶在中心通道內引導出次要紊流帶。有賴於中心 通道，大體上仍以一樣大的能量分散，便可達到較大體積 的混合作用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --^---.-------^----I!訂 ---；-----線' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 443 94 1 A7 _B7_ 五、發明說明（3 ) 附屬的申請專利範圍第2項至第7項係關於本發明塡 充體的有益具體實例，申請專利範圍第8項至第1 0項的 主題爲具有此類塡充體的管柱與混合器設備。 參照圖形解釋本發明如下： 圖1爲根據本發明的塡充體層的平面圖， 圖2、3爲穿過圖1層的二個剖面， 圖4爲此相同層的斜視圖， 圖5爲根據本發明的塡充體內的流體關係示意圖， 圖6爲塡充體層特別有利的幾何圖， 圖7、圖8爲相對應於圖1及圖2的進一步具體實例 示意圖， 圖9爲圖8中的層的一種變形， 圖1 0爲圖6形式的層的詳細示意圖，及 圖11爲具有根據本發明塡充體的一種管柱或一種靜 態混合器示意圖。 主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 农--------訂·----— II . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 塡 充 體 la 塡 充 元 件 lb 塡 充 元 件 2 通 道 3 邊 界 表 面 4 中 心 平 面 5 方 向 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -6- 443941 A7 B7 五、發明說明（4) 5 ^ 方向 6 主要流向 7 主要流向 0 1 b 4 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 0 2 1 2 2 2 2 4 層 狹縫 狹縫邊緣 狹縫邊緣 梳狀物 摺邊 梳狀物 摺邊 水平帶 傾斜帶 傾斜帶 溝槽 圓形洞 箭號 側向通道 中心通道 開放表面 開放表面 鍵點線 鏈點線 鏈點線 --：---^-------^1---訂---------線， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 443941 A7 B7 五、發明說明（5 ) 5 0 箭號 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 0 則 Ocfe Wl 5 1 a 主 要 紊流 5 1 b 主 要 紊流 5 2 a 次 要 紊流 5 2 b 次 要 紊流 1 0 0 圓 柱 urn m 2 2 0 十 字 記號 根 據 本 發明 的 塡 充體 1 [ 的層 10 - 一見圖1 、 4 及1 1 係 以 板狀 金 屬薄 層 製 成， 此 薄 層 以格 子 狀 方 式 開 狹縫 及 作 變 形 1 除 了 板狀 金 屬 薄層 外 ，也可用薄膜或線網。 狹縫 1 1 具 有 狹 縫邊 緣 1 1 a 及 1 1 b ， 其 展 開 一 個 開放 表 面 2 2 或 2 2 一( 圖 4 )， 狹 縫 1 1具 有 終 點 A 、 B及 A - 、 B - ， 與 二角 形 A BA - 及 B A B 形 成 — 個格 子 〇 金 屬 、 陶 瓷 材料 及 / 或塑 膠 皆 可 選用 作 爲 板 狀 金 屬薄 層 ( 或分別 爲 膜】 狀或 網 狀 )的; 时質 0 塡 充 體 1以 大 量 的互 爲 邊 界 的層 1 0 所 架 構 ，通 道 2 皆 以 彼 此 平 行的 方 式 排列 0 對 於 主要 流 體 方 向 而 言， 通 道 2 是 傾 斜 的 ，此 方 向 平行 於 圖 4 的z 軸 〇 通 道 2 即爲 側 向 通 道 > 以 圖 4的 X y面 的 剖 面 爲基 礎 可 辨 m 之 ，在 邊 界 表 面 3 ( 圖 2 ' 1 1 )及 相 鄰 的 層1 0 之 間 延 伸 。具 有 二 角剖面的側向通道皆指定爲參考符號2 0 ，側向通道2 0 彼此互通，且爲交錯排列。除了側向通道2 0以外’層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 443

G A7 B7 五、發明說明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〉 1 0含有皆具矩形剖面的中心通道2 1 。中心與側向通道 2之間的邊界產生物質分離，大約有一半的情況發生在規 則排列的牆壁部份，另一半則在通道邊界是開通的區域。 通道2的邊界表面由牆壁所劃定，其摺成梳子形狀， 牆壁部份的摺邊或梳狀物12及14在層10的中心平面 4的二側作交替列狀排列，中心平面4即圖4的X _ z平 面，梳狀物1 2及1 4皆平行於此平面。圖1的平面圖中 ，梳狀物1 2及1 4分別位於此圖平面的一前、一後，此 平面以平行於梳狀物1 2及1 4方向仲展。此外，摺邊 1 3及1 5位於中心平面4之中，通道2的方向5向著角 W至z軸（圖4 )，當從y方向看過去時，其在z軸左側 ;實例中所示的相鄰層1 0的通道方向5 /同樣以z軸向 著角W，但位於其右側。傾斜角W大於1 0 °且小於 7 0 ° ，通道方向5及5 /在X - y平面上的投影如圖4 所示，分別如箭號5 0及5 0 >。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2及3顯示二個通過層1 0的平行剖面，與圖1的 線Π — Π及線m - m相應，邊界表面3與中心平面4的位 置由鏈點線3 0及4 0所劃定。圖2中僅位於邊界表面3 的摺邊1 2及1 4可辨識，此圖中尙有位於中心平面4的 摺邊1 3及1 5。圖3的剖面與狹縫1 1 (邊1 1 a及 1 lb)於a、t>、c及d處交叉。 流體在側向通道2 0及中心通道2 1中的關係可參考 圖5所示，其顯示通過位於X - y平面的二個相鄰層1 〇 的剖面（與圖4比較）。因相鄰的、互相橫通的通道2的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9-

44394 I A7 B7 五、發明說明（7 ) 流體間的作用，在側向通道2 〇內引導出紊流5 1 a及 5 1 b。主要紊流5 1 a及5 1 b在中心通道2 1中’引 導出次要紊流對5 2 a及5 2 b < 通道2規則排列的牆壁部份具有自由的邊緣’即狹縫 邊緣1 1 a及1 lb。邊緣1 1 a及1 lb可以是曲線狀 或齒狀（未示出），然較有利的是直線，且至少大約位於 落線（fall line )上，即位在一垂直平面（平行於z軸） 內的線上，且對於層1 〇的平面而言，此線所指的方向與 此平面的水平線垂直。此有益的具體實例如圖6所示，落 線的方向如箭號1 9所示。 圖7具體實例表示一個三角形格子，如圖1的具體實 例，狹縫11分別自角點A (或A>)及B (或B<)延 伸距離且其長爲（5 a及<5b，、水平〃帶1 6因爲這些距離 而經過角點（見圖8的剖面圖），而不是經過圖1的摺邊 1 3及1 5。不設''水平〃帶1 6的話，也可以設例如圖 9所示的傾斜帶1 6 >及1 6 "。 層1 0幾何形狀之特徵爲傾斜W的角度、摺邊1 2及 1 4的角度、及狹縫1 1的安排。狹縫i 1的安排可經由 角點A及B之間的距離、距離（5 a及<5 b及例如二個三角形 的角度α及万所定義（圖7 )。 層1 0進一步的細節爲在圖6中的開放表面2 2的附 近、如圖1 0中的十字記號2 2 0處，其通道2的材料邊 界、通道牆壁皆爲溝槽狀，即具有細溝槽構造，溝槽1 7 橫向於落線（邊緣1 1 a及1 1 b )。通道牆壁可被例如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3C--------訂----- 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10· 443 9 A7 B7 五、發明說明（8 )

圓形洞1 8所貫穿。一種溝槽如見於E p _ A 0190435 (=P5928)者，可有利地代替平 行溝槽的溝槽1 7 ’其表面構造爲交錯的溝槽所組成。 根據本發明的塡充體不需要以相同的層作均句架設， 個別層可用非被縫、皆具有波浪形的板狀金屬薄層（或分 別爲膜狀或網狀）所製造’特別是摺成鋸齒形。建構此類 的層，較佳的是用不同種類的層以規則順序排列，則例如 以a )及b )交互排列，其中a )爲圖1至1 〇所示的板 狀金屬薄層’ b )爲波浪形、非狹縫板狀金屬薄層。 根據本發明的塡充體1通常以多數個、一個疊一個的 塡充元件架設，每一元件所形成的塡充區域其層具有相同 方向，且相鄰元件的層的水平方向互相交錯。圖1 1表示 此類塡充體1的架設構造，即具有邊界表面3的二組塡充 元件1 a及1 b，其安排於管柱或靜態混合器內的圓柱牆 1 0 0中。鏈點線3 0 <係指未示出的邊界表面3的上邊 緣；箭號5及5 —係指相鄰層1 0的通道方向（未示出） :箭號6及7係指流體主要流向，其經由塡充體1所引導 ，目的爲混合及/或物質交換。 層1 0的板狀金屬薄層（或分別爲膜狀或網狀）或僅 爲層1 0的個別的牆壁部份可進一步以外加的狹縫物體及 其變形體所架構，如此會形成摺進梳狀物的較小的牆壁部 份，其與通道2的牆壁部份類似（與圖4比較），但比後 者小許多。具有此類細微構造的交錯通道結構可見於 US-A 4710326。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 农--------訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 44 A7 B7 五、發明說明（9 ) 在所舉的具體實例中，通道2皆爲直線形通道，然而 亦可改變其方向，特別是在圖1 1中的塡充元件1 a及 1 b上端及/或下端處的邊界區域。塡充物的特殊具體實 例中，可分辨出塡充元件的下方、中間、及上方區域，對 於中間區域而言，塡充元件的邊緣因有適當的形狀，可使 流體阻力降低。此類的有益具體實例可見於 W 0 97/16247(二 P.6765)。 根據本發明的塡充體的表面可具有催化活性物質的塗 膜，此類的塡充體可用在管柱中，以進行反應性蒸餾或作 爲廢氣觸媒的觸媒載體。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 农---I I---灯· I I I I I _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中關家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 4 4 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 二二· A8 ,t B8 本_§_ 、申請專利範圍 1 .—種具有交錯通道結構之塡充體（1 )，用於塡 充管柱或靜態混合器設備；該塡充體架構方式爲：在相互 爲邊的層（1 0 )中之通道（2 )皆排列成互相平行，側 向通道（2 0 )可互通且在相鄰層間的邊界表面（3 )延 展：側向通道係以交錯方式排列，其特徵爲至少一部份層 (1 0 )皆含有中心通道（2 1 )，及外加的側向通道（ 2 0) ’物質是在中心與側向通道間的邊界產生交換，大 約有一半的情況發生在規則排列的牆壁部份，另一半則在 通道邊界是開通的區域。 2 .如申請專利範圍第1項之塡充體，其中層（1 〇 )皆以板狀金屬薄層製成’此薄層以格子狀方式開狹縫及 作變形，通道的邊界表面由牆壁所劃定，其摺成梳子形狀 ’牆壁部份梳狀物（1 2、1 4)在層的中心平面（4) 的二側作交替列狀排列’且平行於此平面；除了板狀金屬 薄層外’也可用薄膜或線網，金屬、陶瓷材料及/或塑膠 皆可選用作爲板狀金屬薄層（或分別爲膜狀或網狀）的材 質。 3 .如申請專利範圍第2項之塡充體，其中個別牆部 份可進一步以外加狹縫物體及其變形體所構成，特別是使 具有微細構造。 4 .如申請專利範圍第1項之塡充體，其中所有通道: 皆傾斜於主要流向（6、7 )，其傾斜角W大於1 〇。且 小於7 0 ° ，特別是相鄰層（1 0 )的互相橫通的通道（ 2 ) ’其相對著傾斜於主要流向，此二傾斜角角度大體相 (请先閲讀背面之注意事項再瑱寫本頁) -------—訂-----I ί I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "13- 443 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 同。 5 如申請專利範圍第1項之塡充體，其中規則排列 的牆壁部份具有自由的邊緣（1 1 a 、1 1 b )，其爲直 線’且至少大約位於落線上，即位在一垂直平面，且其方 向與此平面的水平線垂直。 6 ·如申請專利範圍第1項之塡充體，其中通道牆壁 具有溝槽或其他構造，及/或通道牆壁可另外以例如圓形 洞（18)貫穿。 7 .如申請專利範圍第1項之塡充體，其中個別的、 規則排列的層可用非狹縫、皆具有波浪形的板狀金屬薄層 、或分別爲膜狀或網狀層所製造，特別是摺成鋸齒形。 8 . —種管柱，具有如申請專利範圍第1項至第7項 之塡充體（1)，一方面在塡充物表面的漣波膜、另一方 面在流經大量通道（2 )因塡充物表面所形成的氣流之間 ，作爲物質及/或熱交換的塡充物，塡充物的^表面可能可 具有催化活性物質的塗膜。 謂 9 如申請專利範圍第8項之管柱，其特Μ在於_·塡 :.'Ί 充體（1 )係以多個、且一個疊一個的塡充( 1 a、 1 b )架設，每一元件與方向相似的層（1 〇 )形成一塡 充區域，且相鄰元件的層的水平方向互爲交錯。 1 0 .—種混合器設備，具有管（1 0 0 )及靜態混 合器構造（1)，靜態混合器構造（1)是擺設於管中且 做成如申請專利範圍第1至7項任意一項之塡充體之形式 ;透過可流動物質以相同方向（6或7 )流經管中而混合 II---^-------- 裝------1訂-- — — — -故 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ 297公釐） -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作，杜印製 A8 BS C8 D8 、申請專利柏圍 混合器構造的表面也可能可具有催化活性物質的塗膜。 ——---，--------I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公1 )