專利名稱：結構化波紋式填料的制造方法和裝置及該類波紋式填料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由穿孔或未穿孔的條帶狀薄板材料制造結構化波紋填料的方法， 該波紋填料的總體表面(surface generale)用機械方法形成紋路結構(織構，textuWe)， 和基本上通過沿著具有主取向的線平行于帶材的邊緣移動一重復的(仿形)輪廓而形成， 該線相對于帶材的邊緣傾斜并在其長度的至少一部分上可以是或者可以不是直線。本發明還涉及用這種方法制造的波紋式填料。
背景技術：
交叉波紋式填料用于不同設備——包括僅用于單相的混合器和用于在兩種流體之間熱交換和/或質量傳遞的裝置。特殊的應用是蒸餾，特別是常壓蒸餾。填料由若干模塊或“疊片”組成，其中每個模塊或疊片由一垛在兩個交替的方向上傾斜地形成波紋的帶材形成。這些帶材可穿孔或者未穿孔，并由光滑或有紋路結構的薄板制成，通常是用金屬制成。一些例子在GB-A-I 004 046和CA-A-I 095 827中已說明。在蒸餾塔的情況下，帶材位于豎直的任意平面中，各模塊相對于下一個模塊繞塔的軸線大體轉動90°。在FR-A-28206M中說明的制造方法利用若干模具塊來將金屬條彎折和沖壓成用于結構化波紋式填料的穿孔或未穿孔的薄板。該方法的變型目前被用于制造一種填料——該填料的表面用機械方法形成紋路結構以例如形成壓花表面。用機械方法形成有紋路結構的填料在US-A-4740334，US-A-4981621， EP-A-0190435, US-A-4604247，US-A-2004135270, EP-A-0807462 和 US-A-4296050 中公開。

發明內容
本發明的目的是使得可以以特別經濟的方式工業生產這些波紋(板)，更一般地， 允許生產具有不同形狀母線的、以機械方法形成有紋路結構的波紋(板)。填料成本的大部分可歸因于原材料的價格。所使用的基體材料是鋁、銅和不銹鋼。 這些金屬材料隨著時間推移變得越來越貴。簡單的解決方案是減少填料的厚度。為了保持足夠剛性的結構而同時減小厚度，將帶材的表面通過例如壓花進行織構化，因此改善其在彎折之后的慣性。織構化是使平帶材變形而包含大量可以具有不同形狀(包括金字塔形、 錐形、半球形和筒形)的凸起部和凹陷部。這種解決方案還使得可以生產具有很低密度的填料(具有較高的波紋高度)而保持同樣的帶材厚度。可以兩種不同方式應用壓花方法。為此，提供一種方法用于由穿孔或未穿孔的條帶狀薄板材料制造具有若干峰和谷的結構化波紋式填料，該填料的總體表面基本上通過沿著該表面平行于帶材的邊緣遵循一導向線綿延一重復的輪廓而形成，該導向線的主取向相對于帶材的邊緣傾斜，并且該導向線在其長度的至少一部分上可以是或可以不是直線，在該方法中通過兩個交替地朝向彼此和遠離彼此移動的對置的模具塊以連貫的步伐彎折和沖壓帶材，這些模具塊具有帶有大致正弦形橫斷面的表面，該表面包括彎曲的有效表面，其特征在于該彎曲的有效表面通過凹形表面以這種方式聯接，使得當模具塊朝向彼此移動時，它們僅與帶材的某些部分—— 優選地與待形成波紋的峰和谷的部分——接觸；帶材的表面在實施彎折和沖壓之前被織構化。優選地-有效表面是凹形的；-模具塊中的至少一個包括至少一個有紋路結構的表面，該表面用于賦予帶材紋路結構；-在實施彎折和沖壓之前，優選地在表面被織構化之前(如果穿孔不是與彎折和沖壓同時實施)，對帶材進行穿孔；-所述波紋(板)是交叉波紋式填料。本發明還提出一種用于使用這種方法的裝置，該裝置包括兩個對置的彎折和沖壓用的模具塊，它們的母線可以具有或可以不具有至少一個非直線部分；用于使這些模具塊產生朝向彼此和遠離彼此的交替相對運動的機構；和用于當模具塊處于打開位置時使條帶狀薄板材料在模具塊之間以連貫的步伐前進的機構；及用于給帶材穿孔的機構和/或位于模具塊的上游的表面織構化機構。按照本發明的另一方面，提供一種交叉波紋式填料，該交叉波紋式填料具有多個堆垛的波紋薄板，各板基本上相同，但以這種方式定向使得相鄰板的波紋相互交叉，而所述板中的至少一些具有紋路結構，其特征在于，具有紋路結構的板在每個峰線和/或每個谷線的內側和/或外側上基本上是光滑的，并在每個板的位于峰線和谷線之間的側邊的至少一部分中具有紋路結構，所述板通過如權利要求1-5之一所述的方法制造。一般，各峰如果事先已被織構化的話，則它們不是完全光滑的，這是因為保留了某些壓花標記。優選地，板的具有光滑表面(或基本上是光滑的，例如具有弄平的紋路結構)的一部分占板的20% -50%，板的其余50% -80%是有紋路結構的。優選地，光滑部分在波紋的峰線和谷線周圍由帶材形成。


下面將參照

本發明的實施例，其中圖1示出從側面觀察的根據本發明所形成的波紋(板)；圖2是根據本發明所形成的波紋(板)的透視圖；圖3示出用于制造這種波紋(板)的兩個彎折和沖壓用的模具塊的橫斷面；圖4是波紋(板)在制造期間的剖視圖；圖5是本發明的方法的另一個不同方案的示意圖；圖6更詳細地示出圖5的方法步驟；和圖7是根據本發明的常壓蒸餾塔的一部分的示意圖。
具體實施方式
圖1中以側視圖示出的波紋(板)1是彎折形成規則波紋的薄金屬板。波紋(板)1 的重復的輪廓為帶彎曲邊9的鋸齒形，具有帶最小可能半徑的上峰6和下峰7。凸起部3和凹陷部5至少在波紋的斜面中形成。凸起部和凹陷部的形狀相同，使得從帶材的一側(面)看的凸起部3當從帶材的另一側(面)看時變成凹陷部。波紋(板)1由薄的平(坦)金屬條用裝置A通過簡單的彎折和沖壓制成，該裝置 A包括兩個對置的模具塊亦即下模具塊11和上模具塊12，所述下模具塊11和上模具塊12 交替地朝向彼此和遠離彼此移動。每個模具塊都具有兩個伸向另一個模具塊的齒，它們分別用標號13-14和15-16 表示，所有齒都具有相同的高度。各齒通過凹形表面聯接并布置成相互穿插。填料可在其整個表面上具有紋路結構或者僅在表面的某些部分上例如僅在波紋的斜面上具有紋路結構。在該第二種情況下，最初地進行織構化，例如在帶材的整個表面上壓花，此后，用下部和上部成形模具塊將平帶材彎折和沖壓。在各峰和谷處，該紋路結構減少或甚至消除例如，在壓花的情況下，尖端或凹陷部在波紋的彎折和沖壓期間被弄平。其中波峰未被織構化的這種織構化形式允許在各帶材之間提供規則的恒定接觸。這使得液體分布更規則、更均勻。如果在峰部折痕中這種“粗糙度”消除，則在交叉波紋式填料的峰部處液體不會過度受擾這限制了液滴被填料上方逆流流動的氣體分離或夾帶的風險。在凹陷部分中這種結構化的消除還防止液體在“死”區——也就是在與氣體很少有接觸的地方過量積聚(毛細管現象)。本發明的可能的改進涉及這種織構化在板上的取向和排列。已知液體在板上的自然流動遵循具有最大梯度的線路(在W0-A-0304148中已說明)。如果希望形成在板上流動的液體膜的擾動，則能以如下合適的方式排列或調整所述板的這些局部變形是有益的-在開槽的情況下，線路應垂直于具有最大梯度的線路；-在局部變形如凸起部及類似物的情況下，這些局部變形應這樣排列，使得存在一與具有最大梯度的線路垂直的排列。 織構化密度是平帶材的總表面的5% -30%。對具有高度為3_12mm的波紋來說，壓花的凸起部或凹陷部的高度的變化范圍為從 0. 3mm 至Ij 1. 5mm。圖3示出彎折和沖壓設備的模具塊11、12的橫斷面。與現有技術相比，這些模具塊沒有直邊緣，但每個模具塊都具有其橫斷面至少基本上是正弦形的邊緣，這些邊緣的齒相互穿插。如圖4中示意性地示出的，事先已被壓花的初始帶材17通過前進機構平行于這些邊緣朝箭頭F的方向逐步地前進，而模具塊相互間隔開，前進的步伐等于波紋的節距。在每次前進之后，使各模具塊朝向彼此推進并使金屬變形，該變形不充滿模具塊之間的整個空間，因為待形成波紋斜面的金屬通過凹處49與齒分開。僅波紋的峰部與齒接觸。因此，峰部的紋路結構被齒弄平。可選地，可安排以這樣的方式進行壓花，使得金屬的待形成峰部的區域未被壓花。如所已知的，帶材17可在被彎折之前在位于裝置A的上游的分開的穿孔工位中或是在該裝置的位置處被穿孔。
波紋1因而可在其邊緣附近具有一稍微減小的高度，這并不會導致在最終填料模塊中形成任何特定的缺點。按照本發明，在沖孔之后，彎折、成形和沖壓用一個工具進行。見圖5，在這種情況下，用于彎折、成形和沖壓的工具在型面側上有凸起部和凹陷部。因此，通過這種類型的模具塊快速、經濟和可靠地制造波紋。圖5的變型方案示出其中在彎折的上游實施結構的織構化的情況。為此，在彎折和沖壓工位A的上游設一工位B用于使金屬帶材的表面織構化。更具體地，該變型方案可適用于穿孔波紋。在這種情況下，如所示，工位B設在穿孔工位C與彎折和沖壓工位A之間，金屬退火工位(未示出)可設在工位B和C之間或在工位A和B 之間。顯然，本發明使得可以用壓花薄板制造帶有不同形式波紋的波紋填料，且這樣能改善所形成的交叉波紋式填料的性能。圖6示出具有用于形成穿孔的針的穿孔工位C、壓花工位B及彎折和沖壓工位。如圖6中示意性地示出的，有形成壓花波紋的第二種方法。在這種情況下，不具有壓花的初始帶材17通過一前進機構平行于這些邊緣朝箭頭F的方向逐步地前進，而模具塊 11、12相互間隔開，前進的步伐等于波紋的節距。在每次前進之后，使各模具塊朝向彼此移動并使金屬變形。第一齒包括開口(未示出)，壓機的運動迫使金屬進入所述開口，以便形成壓花的凸起部和凹陷部。模具塊的至少一個上齒或下齒必須具有開口，但優選地上下齒都包括開口。第二齒以圖4所示方法相同的方式形成而具有凹處49。因此帶材的金屬并未充滿模具塊之間的整個空間，這是因為待形成波紋斜面的金屬通過凹處49與齒分開。僅是波紋的峰部與齒接觸。本發明的可能的改進涉及板上這種紋路結構的取向和排列。已知，液體在板上的流動遵循具有最大梯度的線路(在W0-A-0304148中已說明)。如果希望形成在板上流動的液體膜的擾動，則能用如下合適的方式安排或調整所述板的這些局部變形是有益的-在開槽的情況下，線路應垂直于具有最大梯度的線路；-在局部變形(例如凸起部)的情況下，這些局部變形應以這樣的方式布置，使得存在有一與具有最大梯度的線路垂直的排列。圖7示出常壓蒸餾塔20的一部分，包括放置在塔的筒形外殼22中的蒸餾區段21。 蒸餾區段21由交叉波紋式填料形成，該交叉波紋式填料本身由一垛填料模塊23形成。每個模塊23由一垛波紋(板)1形成，每個波紋(板)1都位于大體豎直的平面中，由彎折的帶材17定尺剪切并且波紋的大體方向在一個波紋和下一個波紋之間倒轉，各邊緣水平地定位。每個模塊23都相對于下一個模塊繞塔的豎直軸線X-X轉動90°。
權利要求
1.一種由穿孔或未穿孔的薄板材料帶材(17)制造結構化波紋式填料(1)的方法，該結構化波紋式填料(1)具有峰和波紋，該波紋的總體表面基本上由沿著該總體表面平行于帶材的邊緣遵循一導向線綿延一重復的輪廓而產生，該導向線具有相對于帶材的邊緣傾斜的主取向，并在其長度的至少一部分上可以是直線或者可以不是直線，其中通過兩個交替地朝向彼此和遠離彼此移動的對置的模具塊(11、12)以連貫的步伐彎折和沖壓帶材，這些模具塊具有帶大致正弦形橫斷面的表面，該表面包括彎曲的有效表面，其特征在于，該彎曲的有效表面通過凹形表面G9)以這種方式聯接，使得當所述模具塊朝向彼此移動時，所述模具塊僅與帶材的某些部分接觸，優選地是與帶材的待形成波紋的峰和谷的那部分接觸，在實施彎折和沖壓之前對帶材(17)的表面進行織構化。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效表面是凹形的。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模具塊(11、12)中的至少一個包括至少一個有紋路結構的用來賦予帶材(17)紋路結構的表面。
4.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在實施彎折和沖壓之前對帶材(17) 進行穿孔，優選地在表面進行織構化之前對帶材(17)進行穿孔——如果該織構化不與彎折和沖壓同時進行的話。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述波紋(1)是交叉波紋式填料。
6.一種用于使用如權利要求1-5之一所述方法的裝置，包括兩個對置的彎折和沖壓用的模具塊(11、12)，該模具塊的母線具有或不具有至少一個非直線部分，用于使這些模具塊朝向彼此和遠離彼此交替地相對運動的機構和用于當模具塊處于打開位置時使薄板材料的帶材在模具塊之間以連貫的步伐前進的機構，其特征在于，該裝置包括用于給帶材穿孔的機構(C)和位于模具塊(11、12)上游的表面織構化機構(B)。
7.一種交叉波紋式類型的波紋式填料，包括多個堆垛的波紋板，各板基本上相同，但以這種方式取向，使得相鄰板的波紋相互交叉，所述板中的至少一些具有紋路結構，其特征在于具有紋路結構的板在每個峰線和/或每個谷線的內側和/或外側上基本上是光滑的，在板的位于峰線和谷線之間的斜面的至少一部分上具有紋路結構；所述波紋通過如權利要求 1-5之一所述方法制造。
全文摘要
按照本發明的方法，通過交替地朝向彼此和遠離彼此移動的兩個對置的模具塊體(11、12)以連貫的步伐彎折和沖壓帶材，這些模具塊體具有不與波紋的兩個表面配合的有紋路結構的有效表面(11、12)，且帶材(17)的表面在實施彎折和沖壓之前被織構化。本發明可用于常壓蒸餾塔。
文檔編號B21D35/00GK102227271SQ200980147605
公開日2011年10月26日 申請日期2009年12月1日 優先權日2008年12月4日
發明者S·H·江 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司