TWI736917B - 交叉波紋形介質及相關方法 - Google Patents
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Abstract
一種填充包包含一第一片及一第二片。該第一片具有一第一端、一第二端及第一複數個凹槽。一第一微結構包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側。複數個第一半徑將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側。該第二片具有第二複數個凹槽。一第二微結構包含第二頂部扁平條帶、第二底部扁平條帶及將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二底部扁平條帶之第二導管側。複數個第二半徑將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二導管側且將該等第二底部扁平條帶連接至該等第二導管側。
Description
本發明係關於交叉波紋形介質及相關方法。
交叉波紋形介質或填充物幾十年來一直係冷卻塔及滴濾器市場中之一標準產品且亦可用於油/水分離、生物塔、硝化塔、除霧器及相關系統及市場中。自其最早構形以來,交叉波紋形介質產品對一般構形幾乎無變化且已變成此等市場之一商品。基本變化(諸如受限微結構特徵及專用膠黏劑)係相對較近,對交叉波紋形介質產品變化很微小。交叉波紋形介質產品在此等市場中不由製造商區分,其設計通常亦不經修改用於此等不同應用,諸如油/水分離、生物塔、硝化塔、除霧器。
特定於冷卻塔產業,基於改裝滿足應用要求、改良現有塔效能能力及基於經改良之塔效能減小新冷卻塔設計之大小的一新產品之能力,區分交叉波紋形介質產品將係有利的。一冷卻塔效能可經特徵化之方式之一者係藉由比較滿足其預期運行條件所需之風扇馬力的量。藉由用改良效能之替換交叉波紋形介質替換原始,傳統交叉波紋形介質對冷卻塔之整體效能之一改良將對填充物製造商及塔擁有者係有利的。另外,藉由設計及安裝更小且與現有塔相比具有相同或經改良效能之一塔來改良冷卻塔之整體效能將對填充物製造商及塔擁有者係有利的。
一交叉波紋形填充物之典型設計包含一簡單交叉波紋形梯形凹槽幾何形狀,其在梯形中具有直線側壁。此等填充產品具有特徵或「微結構」,其等經設計以增加填充物之表面積且混合在填充物中流動通過微結構之表面的水膜。經增加之表面積使更大量之水膜暴露於膜中之氣流。由於填充熱效能取決於已增加水進入空氣流中之質量轉移速率,因此微結構之變化可提供一益處;然而,對導致跨經組裝填充產品之壓降之微結構的任何變化可降低整體塔效能。
一交叉波紋形填充物之設計效能中之一態樣係促進填充片之表面上之水之完全分佈。水在表面上之完全分佈增加與空氣接觸之水之有效表面積且實現更高質量轉移效率。完全水分佈之折衷通常係由表面變化產生之壓降,且實際上,整體效能不顯著變化,因為較高熱效能由經增加馬力抵消以克服壓降之變化或實現相同馬力之一經減小氣流。
冷卻塔之容量取決於穿過填充物之空氣量。進一步減小一特定填充物之壓降將係有利的,使得現有馬力風扇提供更多質量流速之空氣通過填充物。通過塔之此經增加空氣流量通常使得該單元能夠達成較冷出口水溫或針對一給定組操作條件冷卻一較大質量之水。
設計、建構及部署一交叉波紋形介質或填充物將係有利的,該交叉波紋形介質或填充物與已知填充產品相比維持一較低壓降,同時熱效能之一增加。交叉波紋形介質及填充包之較佳實施例藉由平衡壓降與微結構之經增加表面積來解決先前技術介質之缺點用於特定操作條件及應用。
簡要陳述,較佳發明係關於一種交叉波紋形填充包總成,
用於冷卻流動通過該包之一流體,其中一氣體在一實質上相對方向上流動通過該包。該交叉波紋形填充包總成包含一第一片及一第二片。該第一片界定一縱向軸且具有一第一端、一第二端及自該第一端朝向該第二端延伸之第一複數個凹槽。一第一微結構界定於該第一片上,其包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側。複數個第一半徑將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側。該第一複數個凹槽相對於該縱向軸以一第一凹槽角度延伸。該第一凹槽角度大致為零度至四十五度。該第二片具有第二複數個凹槽。一第二微結構界定於該第二片上,其包含第二頂部扁平條帶、第二底部扁平條帶及將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二底部扁平條帶之第二導管側。該第一微結構及該第二微結構在該填充包總成之縱向方向及橫向方向兩者上通常係弧形的或波浪形的或較佳地沿該微結構之幾乎任何橫截面形成正弦狀波。另外,運載微結構12之宏觀結構或凹槽在其等橫截面上亦較佳地成角度成形,其界定沿實質上垂直於凹槽之縱向反向之一線取得之一實質上正弦狀波,如圖5中所展示,其與已知片中之典型梯形凹槽相反。複數個第二半徑將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二導管側且將該等第二底部扁平條帶連接至該等第二導管側。該第一片在一組裝構形中連接至該第二片,且在該組裝構形中該第一複數個凹槽延伸至相對於該第二複數個凹槽的該縱向軸之一相對側。
在另一態樣中,較佳發明係關於一種交叉波紋形填充包總成,用於冷卻流動通過該包之一流體,其中一氣體在一實質上相對方向上流動通過該包。該交叉波紋形填充包總成包含一第一片及一第二片。該第
一片界定一縱向軸且具有一第一端、一第二端及自該第一端朝向該第二端延伸之第一複數個凹槽。一第一微結構界定於該第一片上,其包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側。複數個第一半徑將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側。該第一複數個凹槽相對於該縱向軸以一第一凹槽角度延伸。該第一凹槽角度大約為零度至四十五度。該第二片具有第二複數個凹槽。一第二微結構界定於該第二片上,其包含第二頂部扁平條帶、第二底部扁平條帶及將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二底部扁平條帶之第二導管側。複數個第二半徑將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二導管側且將該等第二底部扁平條帶連接至該等第二導管側。該第一片在一組裝構形中連接至該第二片材,且在該組裝構形中該第一複數個凹槽延伸至相對於該第二複數個凹槽的該縱向軸之一相對側。
在另一態樣中,較佳發明係關於一種填充片,其用於組裝成用於冷卻一冷卻塔中之一冷卻介質的一填充包。該填充片包含:一第一端;及一第二端,其實質上平行於該第一端延伸且大體上相對於一縱向軸垂直。該第一端及該第二端實質上平行於該填充片之一橫向軸延伸。複數個凹槽以一第一凹槽角度自該第一端朝向該第二端延伸。微結構界定於該複數個凹槽上。該微結構包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側。複數個第一半徑將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側。
10a:第一填充片
10b:第二填充片
10c:第三填充片
10d:第四填充片
10e:第五填充片
10f:第六填充片
10g:第七填充片
10h:第八填充片
10i:第九填充片
10j:第十填充片
10k:第十一填充片
10l:第十二填充片
10m:第十三填充片
10n:第十四填充片
10o:第十五填充片
10p:第十六填充片
11a:第一端
11b:第二端
12:第一微結構
12a:圓角/第一半徑/第二半徑
12b:扁平條帶
12bb:第一底部扁平條帶
12bt:第一頂部扁平條帶
12c:導管側
14:縱向軸
16:橫向軸
18:連接器
18a:第一端列連接器
18b:第二端列連接器
18c:中心列連接器
18d:中間列連接器
20:第一微結構/凹槽或波紋
22:第一部分
24:第二部分
26:水流方向
28:氣流方向
100:交叉波紋形介質/填充物或包
A:微結構深度
B:微結構高度
C:微結構間距
D:微結構半徑
E:微結構半徑
G:凹槽間距
Hf1:凹槽高度
Hf2:凹槽高度
△f:凹槽角度
△f1:第一凹槽角度
△f2:第二凹槽角度
當結合附圖閱讀時,將更好地理解前述[發明內容]以及較佳發明之以下詳細描述。出於繪示本發明之目的,在附圖中展示當前較佳之實施例。然而,應理解,本發明不限於所展示之精確配置及手段。在附圖中:圖1係根據本發明之一較佳實施例之一交叉波紋形介質或填充包或總成之一俯視透視圖;圖2係圖1之交叉波紋形包之一第一片之一俯視平面圖;圖3係沿圖2之線3-3取得之圖2之第一片之一橫截面圖;圖4係自圖3之形狀4內取得之圖2之第一片之一放大橫截面圖;圖5A係沿圖2之線5-5取得之圖2之第一片之凹槽或宏觀結構之一橫截面圖;及圖5B係沿圖2之線5-5取得之圖2之第一片之凹槽或宏觀結構之一橫截面圖,其具有經增加尺寸。
本申請案主張2018年9月25日申請且題為「Cross Corrugated Media and Related Method」之美國臨時專利申請案第62/736,135號之權益,該案之全部內容以全文引用的方式併入本文中。
為方便起見,在以下描述中使用某些術語而非限制。除非本文中明確闡述,否則術語「一」、「一個」及「該」不限於一個元件,而是應理解為意謂「至少一個」。字詞「右」、「左」、「下」及「上」表示所做參考之附圖中之方向。字詞「向內」或「向遠側」及「向外」或「向近
側」分別係指朝向及遠離填充包之幾何中心及其相關部分之方向。術語包含上面所列之字詞、其衍生詞及類似含義之字詞。
亦應理解,當係指本發明之一組件之一尺寸或特性時,本文中所使用之術語「約」、「大致」,「大體上」,「實質上」及類似術語指示所描述之尺寸/特性並非為一嚴格邊界或參數且不排除在功能上相同或相似之微小變化,如將一般技術者所理解。至少,包含一數字參數之此等參考將包含使用本技術中接受之數學及工業原理(例如,捨入、量測或其他系統性誤差、製造公差等)之變化將不改變最低有效數位。
參見圖1至圖4,較佳發明係關於大體上標註為100之一交叉波紋形介質、填充包或總成。交叉波紋形介質、填充包或總成10較佳地包括複數個堆疊及接合填充片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p。在第一較佳實施例中,交叉波紋形介質或填充包100包含十六個(16)堆疊及接合填充片,其等包含第一填充片10a、第二填充片10b、第三填充片10c、第四填充片10d、第五填充片10e、第六填充片10f、第七填充片10g、第八填充片10h、第九填充片10i、第十填充片10j、第十一填充片10k、第十二填充片10l、第十三填充片10m、第十四填充片10n、第十五填充片10o及第十六填充片10p,但不限於此且可包括經堆疊且經接合以界定交叉波紋形介質或填充物100之兩個(2)或兩個以上10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p。交叉波紋形介質或填充物100及片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p之各者界定大體上縱向延伸之一縱向軸14及大體上相對於片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、
10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p橫向延伸之一橫向軸16。通過填充包100之空氣及水流係大體上沿縱向軸14在片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p之第一端11a與第二端11b之間。本文中使用元件符號10大體上描述填充片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p。
在較佳實施例中,片10之各者具有大致十九毫米(19mm)之一凹槽高度Hf1,但不限於此且可取決於設計參數及偏好具有更小或更大凹槽高度Hf1。對於各種構形及應用,凹槽高度Hf1可(例如)在大致五毫米至三十毫米(5mm至30mm)之一範圍中。片10之一第一片10a經展示為圖2至圖4中之片10之一代表性實例,但可包括定位於波紋形介質或填充物100內之幾乎位置任何處之複數個片10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p之任何者,如將由一般技術者在檢視本發明時所理解。片10之各者包含空氣及水在操作期間在一空氣流動方向28上在其間流動通過填充包100的第一端11a及第二端11b,其中包100中之各連續片10相對於一相鄰片10旋轉一百八十度(180°)以界定包100之交叉波紋。第一端11a實質上平行於第二端11b延伸且大體上相對於縱向軸14垂直。第一端11a及第二端11b延伸實質上平行於橫向軸16延伸。據此,較佳填充包100包含通過其厚度交替之第一端11a及第二端11b以界定填充包100之交叉波紋。填充物或包100不限於此等構形,其中各片10相對於填充包100中之一相鄰片10實質上旋轉一百八十度(180°)且可依其他方式構形,諸如取決於各種設計考量及設計者及效能偏好各片10不相對於一相鄰片10旋轉或使得各片10相對於相鄰片10以
另一角度旋轉。
較佳交叉波紋形介質或填充物100之各片10包含一第一部分22及一第二部分24。第一部分22在一中心列連接器18c與第一端11a之間延伸且下部分24在中心列連接器18c與第二端11b之間延伸。片10不限於包含第一部分22及第二部分24且可包括一單一部分(諸如第一部分22,其係第一片10a之上部,或第二部分24,其係第一片10a上之下部)或可包含與第一部分22及第二部分24連接或整體形成之額外部分,其取決於設計者偏好、較佳功能、大小限制或其他因數。在較佳實施例中,複數個凹槽20包含在第一部分22上之第一複數個凹槽20及在第二部分24上之第二複數個凹槽20,其中第一複數個凹槽20以一第一凹槽角度△f1延伸且第二複數個凹槽20以一第二凹槽角度△f2延伸。第一部分22較佳地由大體上平行於橫向軸16延伸之中心列連接器18c與第二部分24分離。凹槽角度△f大體上由參考字元△f指示,然在較佳實施例中,凹槽20實質上以凹槽角度△f延伸,其中第二部分24之凹槽20在相對於第一部分22之凹槽20的縱向軸14之一相對側處延伸,藉此界定較佳填充包100之交叉波紋形構形,如本文進一步詳細描述。
在較佳實施例中,片10包含凹槽或波紋20,其等在一氣流方向28上引導氣流通過第一部分22及第二部分24且在第一端11a與第二端11b之間。凹槽20界定第一部分22中之一第一凹槽角度△f1及第二部分24中之一第二凹槽角度△f2。與先前技術交叉波紋形介質或填充物之一典型三十度(30°)凹槽角度相比,第一凹槽角度△f1及第二凹槽角度△f2在較佳實施例中大致為相同二十度(20°)以減小當空氣在氣流方向28上在第一端11a與第二端11b之間流動時由凹槽宏觀幾何形狀產生之填充壓降。此經減小第
一凹槽角度△f1及第二凹槽角度△f2以及微結構12之弧形及波浪形狀減小來自宏觀結構凹槽幾何形狀之壓降且使得更多壓降能夠歸因於交叉波紋形介質或填充包100之微結構12以改良填充包100在典型介質或填充物(例如,一Brentwood Industries CF1900交叉凹槽膜填充物)上之熱效能。CF1900填充物具有有限微結構,其由物理切割至一模具中以產生CF1900之特徵界定。使用一球磨機將特徵切割至模具中至一相對淺深度且CF1900填充包之片在生產期間採用銑削至模具中之形狀。CF1900之微結構亦為離散的且在CF1900波紋形填充片之表面上相對較寬地間隔開。片10之第一部分22中之凹槽20較佳地相對於縱向軸14在一第一方向上延伸且第二部分24中之凹槽20較佳地在相對於縱向軸14之一第二相對方向上延伸,但不如此受限制且可包括不同角度且相對於縱向軸14在實質上相同方向上延伸或可基於設計者偏好、功能目的或基於其他因數而另外構形。第一片10a之第一微結構20及片10之各者之剩餘微結構20在第一頂部扁平條帶12bt與第一底部扁平條帶12bb之間界定流體在第一端11a與第二端11b之間的操作期間在水流方向26上沿其等流動之大體上弧形表面。
片10較佳地沿連接器18列彼此連接以界定經組裝之填充物10。大體上由元件符號18指示之連接器18列較佳地包含接近第一端11a之一第一端列18a、接近第二端11b之一第二端列18b、較佳地中心定位於第一端11a與第二端11b之間的中心列18c及分別定位於第一端11a與中心列18c之間及第二端11b與中心列18c之間的兩個中間列18d。包含第一端列18a、第二端列18b、中心列18c及中間列18d之連接器18不限於定位於所描述之位置處或具有附圖中所展示之構形,而是較佳地經設計及經構形以將片10對準且連接至填充包100中,諸如藉由擠壓鎖定、緊固、夾緊、黏
合劑黏合或其他連接機構或方法。在較佳實施例中,第一片10a在一組裝構形中連接至第二片10b,且在組裝構形中第一片10a之第一複數個凹槽20相對於第二片10b之第二複數個凹槽20延伸至縱向軸14之一相對側且第一片10a之第一端11a定位成接近第二片10b之第二端11b。另外,第三片10c較佳地連接至第二片10b,其中第三片10c之第三複數個凹槽20相對於第二片10b之第二複數個凹槽20延伸至縱向軸14之一相對側。同樣地,剩餘第四片10d、第五片10e、第六片10f、第七片10g、第八片10h、第九片10i、第十片10j、第十一片10k、第十二片10l、第十三片10m、第十四片10n、第十五片10o及第十六片10p較佳地連接至其等相鄰片10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n、10o、10p,使得凹槽20分別延伸至縱向軸14之一相對側。填充包100不限於此等配置,例如,凹槽20可大體上平行於縱向軸14延伸,可利用偏移(未展示)或可利用其他方法來構形相鄰片10。該等偏移(特定言之)若經設計成波紋或凹槽20在沿其等之長度之間在組裝構形中以凹槽角度△f自第一端11a朝向第二端11b延伸時無接觸,則亦藉由消除對當填充包100中之相鄰片10之凹槽20之部分沿其等長度彼此接觸時所產生之氣流的一完全阻塞來減小壓降。
較佳交叉波紋形介質或填充物100之各片10之微結構12包含相對較深、波浪形及連續結構。微結構12較佳地實質上平行於橫向軸16及第一端11a及第二端11b延伸,但不限於此且可相對於橫向軸16以一角度延伸或可經構形成一山形形狀。較佳微結構12允許水在使用期間跨寬度或跨橫向軸16且沿片10之長度或沿片10之縱向軸14散佈用於填充片10上之水之經改良分佈。相對較深、弧形及連續水平微結構12促進使用片10之實質上所有表面區域作為填充包100內之熱轉移表面。當水沿經組裝
填充片10向下流動時,若發生溝流或匯集,則微結構12不斷地重新引導水以促進跨片10之寬度的一一致水膜。微結構12基本上包括填充片10之整個表面,除實質上平行於橫向軸16延伸之連接器18列,18a、18b、18c、18d外。片10不限於包含第一端、第二端、中心及中間列連接器18a、18b、18c、18d之各者,但較佳地包含沿第一端11a及第二端11b延伸之第一端列18a及第二端列18b。連接器18較佳地經構形以將片10一起牢固於填充包100中且可在片10上之幾乎任何期望位置處包含任何數目個連接器18以促進將片10連接至填充包100中。連接器18取決於特定應用及設計者偏好較佳地經設計以促進將片10牢固接合於包100中。對於較佳實施例之弧形波浪形微結構12,對大體上沿縱向軸14自第一端11a至第二端11b之垂直水流的阻礙可在水平微結構12之頂部上產生一較厚膜且促進水膜橫向完全跨填充包100中之片10之寬度分佈,藉此實現一致水膜分佈及一水流方向26上之水流。
在1991年8月17日申請且題為「Heat Exchanger for Cooling Tower-has Elements with Zigzag Grooved for Flow of Water in Opposite Direction to Flow of Gat」之德國專利申請案DE 4127245號(「245-APP」)中所描述之交叉波紋形填充物之效能經測試且與CF1900比較。根據245-APP建構之填充片在導管側與表面元件或片1之微結構之扁平條帶之間具有銳邊過渡。245-APP聲明,「此精細輪廓以一角度延伸至通道輪廓之方向,該角度大致對應於通道相對於氣體及液體之主流動方向之傾斜角度。在安裝狀態下之精細輪廓化之大致水平運行致使液體固持於各自流動通道內之通道之邊緣上且儘管傾斜通道路線不離開該通道邊緣。」由於尖銳過渡之一結果,在自一輪廓峰至一輪廓槽或自一輪廓槽至
一輪廓峰之一過渡處的液體膜中產生湍流,其促進熱交換及質量轉移。根據245-APP建構之一包片之壓降高於CF1900之壓降,即使凹槽角度減小,然熱效能亦增加。歸因於壓降之顯著增加(其不由經增加之熱效能抵消),根據245-APP建構之填充物之整體效能低於現有CF1900。
在較佳交叉波紋形填充包100中,填充片10包含添加至微結構12之圓角或半徑12a以提供弧形結構,其中相反,根據245-APP所建構之片之水平微結構上存在尖角在。如圖4中所展示,明確言之,半徑12a形成於頂部扁平條帶12bt與底部扁平條帶12bb之間的較佳微結構12之峰及谷處之過渡及扁平條帶12b之間延伸之導管側12c處。較佳微結構12之導管側12c實質上係在相鄰扁平條帶12b或頂部扁平條帶12bt與底部扁平條帶12bb之間過渡的半徑12a之間的一拐折線12c,但不限於此且可包括一扁平或其他成形部分,取決於設計者偏好、微結構12之大小、功能考量或其他因數。第一片10a之第一導管側或拐折線12c較佳地定位於將第一扁平頂部條帶12bt連接至第一底部扁平條帶12bb的複數個第一半徑12a之一第一半徑12a與一第二半徑12a之間。亦測試較佳交叉波紋形填充包100,且結果展示,不僅在操作期間壓降降低,而且在至少一個情況下熱效能保持相同或增加超過根據245-APP建構之交叉波紋形包,在微結構中具有急劇轉變。此係出乎意料的,因為壓降之一降低通常伴隨熱效能之一降低。因此,與根據245-APP建構之標準CF1900產品及包相比,由較佳片10建構之所得較佳填充包100具有顯著較低壓降用於至少相同或更高熱效能及一顯著較高整體塔效能,如下表1中所見。
第一片10a包含一第一微結構12,其包含第一頂部扁平條帶12bt、第一底部扁平條帶12bb及將第一頂部扁平條帶12bt連接至第一底
部扁平條帶12bb之第一導管側12c。第一片10a亦包含複數個第一半徑12a,其等將第一頂部扁平條帶12bt連接至第一導管側12c且將第一底部扁平條帶12bb連接至第一導管側12c。第一複數個凹槽20相對於縱向軸14以第一凹槽角度△f1延伸。第一凹槽角度△f1大致為零度至四十五度,但不限於此且可為十五度至三十度(15°至30°)且在較佳實施例中為二十度(20°)。
第二片10b具有第二複數個凹槽20及界定於第二片10b上之一第二微結構12。額外片10亦包含凹槽20及微結構12且經設計及經構形為實質上相同於第一片10a及第二片10b。第二片10b之微結構12包含第二頂部扁平條帶12bt、第二底部扁平條帶12bb及將第二頂部扁平條帶12bt連接至第二底部扁平條帶12bb之第二導管側12c。複數個第二半徑12a將第二頂部扁平條帶12bt連接至第二導管側12c且將第二底部扁平條帶12bb連接至第二導管側12c。第一片10a在一組裝構形中連接至第二片10b,且在組裝構形中第一複數個凹槽20相對於第二複數個凹槽20延伸至縱向軸14之一相對側。第一片10a較佳地連接至填充包100中之第二片10b,使得第一片10a之第一端11a定位成接近第二片10b之第二端11b,使得凹槽20係在一交叉波紋形構形中,其中第二片10b相對於第一片10a旋轉大致一百八十度。在較佳實施例中,第一片10a包含沿第一端11a延伸之一第一端列連接器18a及沿第二端11b延伸之一第二列連接器18b。第二片10b亦包含在第一端處之一第一端列連接器18a及沿第二端延伸之一第二端列連接器18b,使得第一片10a之第一端列連接器18a連接至第二片10b之第二端列連接器18b且在填充包100之組裝構形中,第一片10a之第二端列連接器18b連接至第二片10b之第一端列連接器18a。第一片10a及第二片10b之中心列連接器18c及第一片10a及第二片10b之對準中間列連接器18d亦附接
於填充包100中。在較佳實施例中,第一端列連接器18a及第二端列連接器18b、中心列連接器18c及中間列連接器18d包括複數個連接器突片。
參考表1,在測試CF1900交叉波紋形填充物、根據245-APP建構之交叉波紋形填充物及較佳交叉波紋形填充包100之各者期間判定風扇馬力達到相同冷水溫度。微結構之密度及高度在基線CF1900及根據具有尖銳微結構之245-APP建構之包上增加,但較佳填充包100之產品構形實質上相同,除包含於扁平條帶12b與導管側12c之間的圓角12a(其等實質上包括較佳片10之相鄰圓角12a之間的一拐折線)外。由於較佳交叉波紋形填充包100之更高熱效能或效率,所需氣流減少,亦有助於降低所需風扇馬力及更高整體塔效能。如下文表1中所展示,在該等情況之各者中,較佳交叉波紋形填充包100以比CF-1900填充包及245-APP填充包更低之一風扇功率百分比起作用以達成相同冷水溫度,其以低於根據245-APP之教示建構之填充包百分之七又十分之七與百分之三十五又十分之八(7.7%至35.8%)之間的風扇功率起作用。
當根據245-APP建構之包及較佳交叉波紋形填充包10兩者與CF1900填充物比較時,必須注意,針對根據245-APP建構之包及較佳交叉波紋形填充包100,凹槽角度自三十度(30°)減小至二十度(20°)。基於表1中之結果,當與根據245-APP建構之包相比時,CF1900具有相同熱效能之較低壓降。
較佳交叉波紋形包100之片10之微結構12之形狀在操作期間影響空氣-水介面處之水表面之形狀。根據245-APP建構之包之尖銳微結構自水膜流動之上游產生一堰效應。此效應顯著增加水膜之厚度(亦稱為水滯留)。根據245-APP建構之填充物之「堰」處之此流體膜之厚度有時可遠大於微結構之實際高度,其取決於水施加速率。流體膜厚度之此增加藉由減小允許空氣在經組裝填充片之間流動通過其之橫截面積來阻止根據245-APP建構之填充物中之空氣流動。軟微結構在其黏著至表面時不阻擋水,且因此,空氣-水介面更緊密地遵循微結構之形狀。此現象之假像係,在填充包100內之較佳片10上之較薄更多分佈水層不產生在根據245-APP建構之填充包之片之表面上所見之厚水袋形成,藉此產生水滯留。因此,隨著填充包100內之較佳片10之較軟及弧形微結構12,氣流阻抗減小,藉此減小在氣流方向28上流動通過填充包100之空氣之壓降。
在較佳交叉波紋形填充包100上以及根據245-APP建構之包上之水施加速率影響填充包100及根據245-APP建構之填充包之表面上之水之厚度及構造且有助於在不同水負載下之熱效能及壓降差。相鄰微結構表面之接近(即,連續水平肋或頂肋之間的空間)驅動水橋接或黏著至兩個表面(設計中固有)且在微結構上填充(非設計中固有)之能力。較大距離破壞水之表面張力且允許微結構12之表面主導有效表面區域,其驅動一更薄更多分佈膜且基於與空氣及填充表面之介面摩擦改良膜內之混合。較佳片10之微結構12之圓角形設計或相對光滑及弧形半徑12a不支持水跨包含半徑12a、扁平條帶12b及導管側12c之微結構12之表面之橋接。
包含較佳交叉波紋形填充包100之結構化片填充產品經構形以處理在安裝期間及在操作時施加之結構負載。通常,基於凹槽20及微
結構12之幾何形狀之構形,在經選定用於應用之規格中填充包100之抗壓強度係充分的。在片10中添加結構肋(未展示)可為較佳,其取決於產品設計之結構效能,而關注熱效能及壓降受制於產品之應用。此等結構肋基本上切穿微結構12,其中其等亦可提供一排洩用於水直接流動通過填充包100,藉此限制水暴露於氣流。若將結構肋併入至較佳片10中用於不同填充物規格之結構完整性,則預期熱效能之一小變化。
較佳波紋形填充片10之第一凹槽角度△f1及第二凹槽角度△f2自一垂直位置或相對於縱向軸14之範圍自零度至四十五度(0°至45°)。微結構12之一微結構深度A之範圍自大致百分之八英寸至百分之十二英寸(0.08"至0.12")或二毫米至三毫米(2mm至3mm)。微結構12之一微結構高度B之範圍自大致十分之二英寸至十分之三英寸(0.2"至0.3")或五毫米至七又十分之六毫米(5mm至7.6mm)。作為微結構深度A之一百分比的圓角或半徑12a之一微結構半徑D、E之範圍自百分之七十至百分之一百(70%至100%)且通常貫穿片10並不一定一致。因此,在較佳實施例中,微結構半徑D、E大致為千分之五十六英寸至百分之十二英寸(0.056"至0.12")或為一又十分之四毫米至三毫米(1.4mm至3mm)。另外,在較佳實施例中,微結構12之峰之間的一微結構間距C大致為微結構高度B之兩倍或大致為十分之四英寸至十分之六英寸(0.4"至0.6")或十毫米至十五毫米(10mm至15mm)。微結構深度A、微結構高度B,微結構間距C及微結構半徑D、E不限於上文所列之尺寸及範圍且可基於設計要求、設計者偏好及設計特性來設計及構形以具有不同大小及尺寸,只要片10能夠採用一般較佳構形、承受正常操作條件且執行本文中所描述之較佳功能即可。
參考圖2、圖5A及圖5B,較佳實施例之凹槽20較佳地為波
浪形或具有沿相對於凹槽20實質上垂直之一線取得之一正弦狀形狀。如上文所描述,凹槽20具有凹槽高度Hf2及一凹槽間距G。對於較佳片10,凹槽間距G大致為半英寸至三英寸(0.5"至3")或十二又十分之七毫米至七十六毫米(12.7mm至76mm)且對於片10之一特別較佳構形大致為2英寸(2")或五十一毫米(51mm)。
由於此等原因,較佳交叉波紋形介質或填充片10及經組裝填充包100之設計係新穎的、創造性的,且相對於市場上所提供之現有商品具有顯著商業價值。
熟悉此項技術者將理解,在不脫離其廣泛發明概念之情況下,可對上文所描述之較佳實施例做改變。因此,應理解,本發明不限於所揭示之特定實施例,而是意欲覆蓋由本發明所界定之本發明之精神及範疇內之修改。
10a:第一填充片
10b:第二填充片
10c:第三填充片
10d:第四填充片
10e:第五填充片
10f:第六填充片
10g:第七填充片
10h:第八填充片
10i:第九填充片
10j:第十填充片
10k:第十一填充片
10l:第十二填充片
10m:第十三填充片
10n:第十四填充片
10o:第十五填充片
10p:第十六填充片
11a:第一端
11b:第二端
12:第一微結構
14:縱向軸
16:橫向軸
18:連接器
18a:第一端列連接器
18b:第二端列連接器
18c:中心列連接器
18d:中間列連接器
20:第一微結構/凹槽或波紋
22:第一部分
24:第二部分
26:水流方向
28:氣流方向
100:交叉波紋形介質/填充物或包
Claims (20)
- 一種交叉波紋形填充包總成,用於冷卻流動通過該包之一流體,其中一氣體在一實質上相對方向上流動通過該包,該填充包總成包括: 一第一片,其界定一縱向軸且具有一第一端、一第二端及自該第一端朝向該第二端延伸之第一複數個凹槽,界定於該第一片上之一第一微結構,其包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側,複數個第一半徑,其等將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側,該第一複數個凹槽相對於該縱向軸以一第一凹槽角度延伸,該第一凹槽角度大致為零度至四十五度;及 一第二片,其具有第二複數個凹槽,界定於該第二片上之一第二微結構,其包含第二頂部扁平條帶、第二底部扁平條帶及將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二底部扁平條帶之第二導管側,複數個第二半徑,其等將該等第二頂部扁平條帶連接至該等第二導管側且將該等第二底部扁平條帶連接至該等第二導管側,該第一片在一組裝構形中連接至該第二片,且在該組裝構形中該第一複數個凹槽延伸至相對於該第二複數個凹槽的該縱向軸之一相對側。
- 如請求項1之填充包總成,其進一步包括: 一第一列連接器,其沿該第一端延伸;及 一第二列連接器,其沿該第二端延伸。
- 如請求項1之填充包總成,其中該第一凹槽角度大致為十五度至三十度。
- 如請求項3之填充包總成,其中該第一凹槽角度大約為二十度。
- 如請求項1之填充包總成,其中該等第一導管側包括第一拐折線,該等第一拐折線定位於將該等各自第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之該複數個第一半徑之間。
- 如請求項1之填充包總成,其中該第一複數個凹槽界定一凹槽高度。
- 如請求項6之填充包總成,其中該凹槽高度大致為十九毫米。
- 如請求項1之填充包總成,其進一步包括: 一第三片、一第四片及一第五片,該第三片、該第四片及該第五片在該組裝構形中連接至該第一及該第二片,該第三片、該第四片及該第五片分別在其上包含第三微結構、第四微結構及第五微結構。
- 如請求項1之填充包總成,其中該第一微結構及該第二微結構係弧形的及波浪形的。
- 如請求項1之填充包總成,其進一步包括: 一第一列連接器,其沿該第一端延伸,該第一列連接器包括複數個連接器突片。
- 如請求項1之填充包總成,其中該第一微結構在該等第一頂部扁平條帶與該等第一底部扁平條帶之間界定該流體在該第一端與該第二端之間之操作期間沿其等流動之大致弧形表面,該等弧形表面包括該複數個第一半徑。
- 一種填充片,其用於組裝成用於冷卻一冷卻塔中之一冷卻介質的一填充包,該填充片包括: 一第一端; 一第二端,其實質上平行於該第一端延伸且大體上相對於一縱向軸垂直,該第一端及該第二端實質上平行於該填充片之一橫向軸延伸; 複數個凹槽,其等以一第一凹槽角度自該第一端朝向該第二端延伸;及 微結構,其界定於該複數個凹槽上,該微結構包含第一頂部扁平條帶、第一底部扁平條帶及將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一底部扁平條帶之第一導管側,複數個第一半徑將該等第一頂部扁平條帶連接至該等第一導管側且將該等第一底部扁平條帶連接至該等第一導管側。
- 如請求項12之填充片,其中該微結構實質上平行於該橫向軸延伸,該等第一導管側包括連接在相鄰第一頂部扁平條帶與第一底部扁平條帶之間的該複數個第一半徑之第一拐折線。
- 如請求項12之填充片,其中該第一凹槽角度大約為零度至四十五度。
- 如請求項12之填充片,其進一步包括: 一第一部分及一第二部分,該複數個凹槽包含第一複數個凹槽及第二複數個凹槽,該第一複數個凹槽以該第一凹槽角度延伸且該第二複數個凹槽以一第二凹槽角度延伸。
- 如請求項15之填充片,其中該第一部分由大體上平行於該橫向軸延伸之一中心列連接器與該第二部分分離。
- 如請求項12之填充片,其中該複數個凹槽界定一凹槽高度,該凹槽高度大約為十九毫米。
- 如請求項12之填充片,其中該微結構界定一微結構深度及一微結構高度,該微結構深度大約為二毫米至三毫米且該微結構高度大約為五毫米至七又十分之六毫米。
- 如請求項12之填充片,其中該微結構界定一微結構間距及一微結構高度,該微結構間距大致為該微結構高度之兩倍。
- 如請求項12之填充片,其中該微結構界定微結構半徑及一微結構深度,該等微結構半徑大致為該微結構深度之百分之七十至百分之一百。
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