用于结构化填料的填料层的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的用于结构化填料的填料层。
【背景技术】
[0002]用于结构化填料的填料层是商业实现形式的箔状、折叠材料，在结构化填料中，多个填料层被布置成一个在另一个后面。在这一方面，填料层的褶皱图案具有相对于柱体轴线倾斜的流动通道。这些倾斜的流动通道切实地影响结构化填料内的气相和液相流，即，气相和液相在结构化填料的流动通道中被引至接触并因此促进这些相之间的质量传递。相邻层的倾斜沿相反方向，从而形成交叉通道结构。
[0003]为了提高结构化填料或填料层的性能，例如分离性能，通常增加填料层或结构化填料的表面。具体地，凹槽和/或穿孔产生了填料层的性能的改进。根据教科书的看法，凹槽用于液体在表面上更好的分布，并且孔或穿孔用于容许液体从填料层的一侧传送到另一侦k例如，由于对箔状材料的加工，通常通过冲压形成孔；但这造成了大量材料损失。更好的液体分布，因而更好的填料层浸润，容许更好地利用现有的几何表面进行质量传递。在结构化填料中，通常实现的改进是，最佳化结构化填料的每边缘长度的渗透密度，就是说，使此比率尽可能大，以浸润现有表面。
[0004]US 4，296，050中描述了包括箔状材料的填料层。填料层包括作为第一微结构的沟槽、作为第二微结构的穿孔以及作为褶皱图案的折叠外观，例如翅片。此外，对齐填料层，从而使得折叠外观朝向柱体轴线以一角度对齐。
[0005]EP 0 190 435 A1描述了由薄的箔状材料制成的填料层，其表面通过压印被结构化。在这一方面，第一微结构的升高部分或凹陷的高度大于箔状材料的厚度。第一微结构形成为贯穿的交叉沟道，其在箔状材料的前侧和后侧上相同。形成沟道的第一微结构的升高部分或凹陷可具有不同的形状；例如，它们可被成形为角锥、截头角锥、圆锥、截头圆锥或被成形为部分球形。
[0006]DE 26 01 890 A1公开了一种具有填料层的结构化填料，填料层垂直地布置并且具有褶皱图案，并且具有以间隔开的方式与柱体轴线横向地布置的多行固定的孔。在这一方面，填料层被布置在柱体中，从而使得填料层与柱体轴线平行地布置。褶皱图案相对于柱体轴线倾斜，并且相邻的填料层被布置成使得它们的褶皱图案交叉。在填料层处于平坦状态的情况下，即，不具有褶皱图案，一个位于另一个上方的相邻孔行的孔互相偏置，从而使得设置在最顶上的孔行的两个相应孔之间的下降路径入射在位于其下方的孔行的孔上。
[0007]EP 1 145 761 B1描述了一种有序的柱体填料，其包括箔状材料的填料层，具有第一微结构和第二微结构以及褶皱图案。填料层被切成或压印成具有交替布置的凹结构元件和凸结构元件，并且具有包括孔口的第二微结构，孔口被布置成规则的形式并且例如借助于塑料成型来生产。在这一方面，平均间隔a存在于相邻的凹和凸结构元件的中心之间，并且平均间隔b存在于相邻孔口的中心之间，其中平均间隔b小于平均间隔a。
[0008]通过例如切割或压印进行EP 1 145 761 B1中描述的用于生产填料层的孔口的塑料成型，使得生产孔口是非常复杂和/或昂贵的。此外，所使用的箔状材料是延展的金属，其加工非常复杂和昂贵。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的是提出一种其生产非常廉价的填料层。
[0010]此目的由根据本发明的具有权利要求1的特征的填料层来达到，S卩，通过用于结构化填料的填料层来实现，其中，所述填料层包括多个结构元件，并且所述结构元件被设计和布置为使得它们形成第一微结构，并且其中，相邻的结构元件具有第一间隔，其中，所述填料层包括多个坑，所述多个坑被设计和布置为使得它们形成第二微结构，并且其中，相邻的坑具有第二间隔，其中，所述结构元件和坑被设计成无孔的。
[0011]第一微结构和第二微结构优选位于相同位置处。
[0012]从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。填料层、由填料层形成的结构化填料以及柱体的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0013]本发明涉及用于结构化填料的填料层，其中，填料层包括多个结构元件，并且所述结构元件被设计和布置为使得它们形成第一微结构，并且其中，相邻的结构元件具有第一间隔。填料层还包括多个坑，所述多个坑被设计和布置为使得它们形成第二微结构，并且其中，相邻的坑具有第二间隔。根据本发明，所述结构元件和坑被设计成无孔的。
[0014]有利的是，根据本发明的具有无孔的结构元件和坑的填料层不存在任何冲压损失，并且具有大了大约10%的传递表面。对具有无孔的结构元件和坑(S卩，具有无孔的第一微结构和第二微结构)的填料层的测量产生了有利的结果，即，它们具有在相同压力损失的情况下与具有结构元件和孔的填料层相同的分离能力(效率)。该对比的惊人结论是，虽然不再存在穿孔的基本功能(即，液体不可能穿过箔状材料传送，并且也不可能改进气体交换)，但是作为穿孔的替代的无孔的结构元件和坑实现了至少与有孔的填料层一样好的效率。根据本发明的方案因此将无孔的结构元件和坑的优点与不存在冲压损失结合起来，由此可不那么昂贵地制造填料层。
[0015]填料层包括被设计和布置为使得它们形成第一微结构的多个结构元件。填料层可以是箔状材料，例如，金属片或箔，并且所述材料可以例如是金属或金属合金、不锈钢、陶瓷材料或塑料。箔状材料有利地包括金属合金。箔状材料的厚度可处于例如0.05_和0.5mm之间的范围内，尤其是0.1mm和0.3mm之间。
[0016]第一微结构可以是小尺度的基础纹理或小尺度的沟槽，其由结构元件形成。因此，第一微结构被理解为通过粗糙化填料层的表面(例如，通过对结构元件进行挖槽或压印)而产生的小尺度基础纹理或小尺度沟槽。
[0017]例如，可通过压印箔状材料来形成结构元件。在这一方面，结构元件可具有凸或凹的几何形状。结构元件可优选被成形成角锥、截头角锥、圆锥、截头圆锥或被成形成部分球形，其中，相邻结构元件的顶端或峰优选形成箔状材料中面向相反方向的升高部分或凹陷。但是，结构元件也可仅形成沿箔状材料的一个方向的升高部分或凹陷。在这一方面，结构元件的升高部分或凹陷可按规则或不规则方式交替；尤其地，五个结构元件可布置成W形。在这一方面，W形被理解成使得结构元件被布置在W的全部转角处。
[0018]由于升高部分或凹陷，结构元件可被配置成沟道，并且可以例如具有可相对于柱体轴线对称地布置的交叉沟道。在这一方面，例如，结构元件的高度，即，升高部分的高度或凹陷的深度，可大于箔的厚度。由结构元件形成的第一微结构例如可在前侧和后侧上相同。在这一方面，例如，形成为箔状材料一侧上的凹陷的结构元件可对应于相反放置的侧上的升高部分。此外，有利的是，选择结构元件的纵向尺寸，使得其处于例如0.5mm和5mm之间，并且相应地选择结构元件(即，升高部分或凹陷)的高度或深度，使得其处于0.1mm至2mm之间。在这一方面，长度尺寸被理解为描绘了结构元件或坑的与填料层的交换表面平行的几何形状的特征的参数，例如，圆形外周的直径、正方形外周的边长、或者凹槽或具有凹槽形状的翅片或翅片形状的波长或宽度。
[0019]但是，结构元件也可被设计成凹槽或翅片，并且第一微结构可因此被设计成微沟槽。微沟槽可包括齿状或波状部段或者凹槽或翅片的压印结构。具有作为结构元件的凹槽或翅片的第一微结构可例如被配置为具有10-80度的夹角、具有0.5mm至5mm之间的波长或宽度并且具有分别为0.1_至2_的深度或高度。第一微结构还可以被配置成贯穿的交叉凹槽或翅片。凹槽或翅片可相对于柱体轴线z对称地形成，并且可与柱体轴线成0至90度角。第一微结构，即，结构元件，无论它们是否是例如升高部分、凹陷或凹槽，都有利地提供了无残留的小尺度流体散布，尤其是用于现有液体膜的进一步散布。
[0020]填料层还包括多个坑，所述多个坑被设计和布置为使得它们形成第二微结构，并且其中，相邻的坑具有第二间隔。第二微结构可以是粗尺度的叠加纹理或粗尺度的沟槽，其由坑形成。因此，第二微结构被理解成通过粗糙化填料层的表面(例如，通过压印坑)产生的粗尺度的叠加纹理或粗尺度的沟槽。
[0021]例如，可通过压印填料层的箔状材料来形成坑。在这一方面，坑可具有凸或凹的几何形状。坑可优选被成形成角锥、截头角锥、圆锥、截头圆锥或被成形成部分球形，其中，相邻坑的顶端或峰优选形成箔状材料中面向相反方向的升高部分或凹陷。但是，坑也可仅形成沿箔状材料的一个方向的升高部分或凹陷。坑也可具体被压印成环形坑，其中，内环可包括例如结构元件的变型或不包括结构元件，优选包括结构元件。但是，区域同样可以不具有第二微结构，即，填料层上没有坑，