本发明涉及蜂窝状载体领域，特别涉及蜂窝状载体及其成型设备、流体催化反应装置。
背景技术：
在流体反应系统中，催化剂载体是流体反应装置的关键部件。通常使用的催化剂载体为蜂窝结构体，根据流体的流动远离，流体在直流道中流动时，中间流体的流动速度大于靠近流道壁的流体的速度，容易形成层流，流道壁处的流体速度慢，蜂窝体结构作为催化剂载体使用时，催化剂和待反应的流体的接触机会少，目前常用的蜂窝状载体通常在壳体内设置波形板，相邻的波形板形成流体直孔。为了提高流体的净化效果，也有采用弯孔的催化剂载体，例如授权公告号为cn205925723u、授权公告日为2017.02.08的中国专利公开的一种蜂窝状催化剂，包括圆柱形的外壳体，外壳体内具有三段芯体，其中每段芯体上贯穿开设有呈波浪形延伸的通气孔道，通气孔道即流体通孔，通气孔道的孔壁上设有催化剂涂层，蜂窝状催化剂即是一种催化剂载体。该芯体能够增加气流的紊乱程度，从而提高对气流的净化效果。但是，这种蜂窝状载体的扰流能力仍然较差，造成气体净化效率低且气体中的杂质容易在流体通孔内堆积造成通孔堵塞的问题。另外，这种催化剂载体多块同时使用时无法实现无缝拼接。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种蜂窝状载体，以解决目前的蜂窝状载体的扰流能力差造成流体净化效率低且气体中的杂质容易在流体通孔内堆积造成通孔堵塞的问题，另外，本发明的目的还在于提供一种制造上述蜂窝状载体的载体成型设备以及使用上述蜂窝状载体的流体催化反应装置。
为实现上述目的，本发明的蜂窝状载体的第一种技术方案为：蜂窝状载体包括本体，本体上设有弯曲状的流体通孔，所述流体通孔为以圆柱螺旋线为中心线的圆柱螺旋型流体通孔，所述本体由其蜂窝状端面以圆柱螺旋线为基准平移后所经过的轨迹形成。
本发明的蜂窝状载体的第二种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体的第一种技术方案的基础上，所述本体的截面为多边形。
本发明的蜂窝状载体的第三种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体的第一种或第二种技术方案的基础上，所述流体通孔的中心线所对应的圆柱螺旋线的导程大小为p、导圆柱面半径大小为r，所述流体通孔为正方形孔，相邻正方形孔的间距为a，其中为r=0.5a~2a，p=10a~100a。
本发明的蜂窝状载体的第四种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体的第一种或第二种技术方案的基础上，所述流体通孔中至少一个为多边形孔；或者所述流体通孔的截面为两个余弦曲线围成的余弦波形。
本发明的蜂窝状载体的第五种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体的第一种或第二种技术方案的基础上，所述本体由膏体材料挤塑成型。
本发明的蜂窝状载体的第六种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体的第一种或第二种技术方案的基础上，所述蜂窝状载体为催化剂载体或者蓄热载体。
为实现上述目的，制造如上所述的蜂窝状载体的蜂窝状载体成型设备的第一种技术方案为：包括机架和活动装配在机架上的膏体挤出模具，膏体挤出模具具有用于与蜂窝状载体的截面形状适配的模具出口，蜂窝状载体成型设备还包括处于膏体挤出模具出口前侧的蜂窝状胚体输送机构，膏体挤出模具能够相对于机架沿圆周平移以使膏体基础模具挤出的蜂窝状载体由其蜂窝状端面以圆柱螺旋线为基准平移后所经过的轨迹形成。
本发明的蜂窝状载体成型设备的第二种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体成型设备的第一种技术方案的基础上，所述机架上转动装配有驱动膏体挤出模具沿圆周平移的曲柄驱动轮，机架上还设有与膏体挤出模具铰接的摇杆，曲柄驱动轮、摇杆、膏体挤出模具与机架构成以膏体挤出模具为连杆的平行四边形机构。
本发明的蜂窝状载体成型设备的第三种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体成型设备的第二种技术方案的基础上，蜂窝状载体成型设备还包括驱动曲柄驱动轮转动的驱动电机。
本发明的蜂窝状载体成型设备的第四种技术方案为：在本发明的蜂窝状载体成型设备的第一种或第二种技术方案的基础上，所述机架上设有将膏体挤出模具压装在机架上的压紧弹性件。
为实现上述目的，本发明的流体催化反应装置的第一种技术方案为：流体催化反应装置，包括壳体和设置在壳体内的蜂窝状载体，蜂窝状载体包括本体，本体上设有弯曲状的流体通孔，所述流体通孔为以圆柱螺旋线为中心线的圆柱螺旋型流体通孔，所述本体由其蜂窝状端面以圆柱螺旋线为基准平移后所经过的轨迹形成。
本发明的流体催化反应装置的第二种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第一种技术方案的基础上，所述本体的截面为多边形。
本发明的流体催化反应装置的第三种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第一种或第二种技术方案的基础上，所述流体通孔的中心线所对应的圆柱螺旋线的导程大小为p、导圆柱面半径大小为r，所述流体通孔为正方形孔，相邻正方形孔的间距为a，其中为r=0.5a~2a，p=10a~100a。。
本发明的流体催化反应装置的第四种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第一种或第二种技术方案的基础上，所述流体通孔中至少一个为多边形孔；或者所述流体通孔的截面为两个余弦曲线围成的余弦波形。
本发明的流体催化反应装置的第五种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第四种技术方案的基础上，所述本体由膏体材料挤塑成型。
本发明的流体催化反应装置的第六种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第一种或第二种技术方案的基础上，所述蜂窝状载体为催化剂载体或者蓄热载体。
本发明的流体催化反应装置的第十种技术方案为：在本发明的流体催化反应装置的第一种或第二种技术方案的基础上，所述蜂窝状载体并列设置至少两个。
本发明的有益效果为：本发明的蜂窝状载体的本体上的流体通孔呈弯曲状。本体是由其蜂窝状端面沿设定的曲线平移后所经过的轨迹形成，本体的流体通孔为以圆柱螺旋线为中心线的圆柱螺旋型流体通孔，能够提高流体通孔对流体的扰流能力，流体通孔内不容易形成层流，作为催化剂载体使用时，增加催化剂与流体的接触机会，解决了目前的蜂窝状载体的扰流能力差造成气体净化效率低且气体中的杂质容易在流体通孔内堆积造成通孔堵塞的问题。
进一步的，本体截面为多边形，方便多个蜂窝状载体之间拼接。
进一步的，所述本体截面为多边形，方便加工，且节省材料。
附图说明
图1是本发明的蜂窝状载体的具体实施例1的结构示意图；
图2是本发明的蜂窝状载体的具体实施例1的基准圆柱螺旋线的示意图；
图3是本发明的蜂窝状载体的具体实施例1的两个蜂窝状载体的组合示意图；
图4是本发明的蜂窝状载体的具体实施例1的所使用的成型设备的结构示意图；
图5是图4中所示的成型设备的右视图；
图6是图4中成型设备的原理示意图；
图7是本发明的蜂窝状载体的具体实施例2的结构示意图；
图8是本发明的蜂窝状载体的具体实施例3的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的蜂窝状载体的具体实施例1，如图1所示，蜂窝状载体1包括弯曲的本体，本体上设有弯曲状的流体通孔11，流体通孔11为圆柱螺旋型流体通孔，圆柱螺旋型流体通孔是以圆柱螺旋线为中心线的孔。如图2所示，本体由其蜂窝状端面以圆柱螺旋线为基准平移后所经过的轨迹形成，该圆柱螺旋线定义为基准圆柱螺旋线10。
本实施例中的蜂窝状载体为催化剂载体，其他实施例中，蜂窝状载体也可以用作蓄热载体。
本实施例中，本体的截面为正方形，流体通孔的中心线所对应的圆柱螺旋线的参数与基准圆柱螺旋线的参数相同，其导程大小为p、导圆柱面半径大小为r，正方形的截面方便并列布置的蜂窝状载体能够无缝拼接。本实施例中，流体通孔为正方形孔，正方形孔的截面边长的长度为a，a=2r，相邻正方形孔的间距也为a。其他实施例中，本体的截面形状也可以是圆形、六方形等其他形状；流体通孔也可以是圆形孔，或者是五边形等其他多边形孔。
蜂窝状端面上的孔间距一般都比较小，在满足流体合适的螺旋流动的基础上，为减小圆柱螺旋线流道的压力损失，避免流体对于流道壁面的过分磨损冲蚀，设定的圆柱螺旋线轨迹函数的半径r不宜过大，通常和孔间距接近，p远大于半径r，本实施例中，其中r=2a，p=10a~100a。其他实施例中，p与a之间的比例可以根据需要调整。
本实施例中的蜂窝状载体的任一处截面的形状均与其端面形状相同，蜂窝状载体的四条角边均为设定的圆柱螺旋线，每个正方形孔的四个角边也是设定的圆柱螺旋线。
如图3所示，多个蜂窝状载体1可以无缝组合成一个模块。本实施例中的蜂窝状载体是由含有催化剂的膏体材料制成，加工时，将含催化剂成分的塑性膏体通过模具挤压成型，分段后再经过干燥、煅烧等工艺过程制成成品。其他实施例中，蜂窝状载体也可以是由板材拼接而成，此时催化剂可以涂在板材的表面。
制造本发明的蜂窝状载体的成型设备结构如下：
如图4至图6所示，成型设备2包括机架21，机架21上设有挤压装置29和膏体挤出模具22，其中膏体挤出模具22活动装配在机架上，膏体挤出模具具有用于与蜂窝状载体的截面形状适配的模具出口222。本实施例中，本实施例中，挤压装置29固定在机架21上，膏体挤出模具22与挤压装置29滑动配合，其他实施例中，膏体挤出模具可以与挤压装置29固定连接，此时膏体挤出模具与挤压装置29均滑动装配在机架上。成型设备还包括用于处于膏体挤出模具出口前侧的蜂窝胚体输送机构23，蜂窝胚体输送机构23包括输送带231，输送带231的高度与膏体挤出模具22的模具出口的底部平齐，蜂窝状载体从膏体挤出模具22的出口中被挤出后直接通过输送带231输送走。
为了保证膏体挤出模具22的稳定性，本实施例中，膏体挤出模具22设有模具法兰221，机架21上设有用于与模具法兰221滑动配合的机架法兰211。在机架法兰211设置左右布置的两个支撑件24，每个支撑件24的上下端分别经螺栓固定连接于机架法兰211上。支撑件24和膏体挤出模具22间隔设置，在膏体挤出模具22沿圆周平移过程中，支撑件24不影响胚体的挤出。支撑件24和模具法兰221间布置平行于挤压方向的至少一个压紧弹簧25，压紧弹簧25保持模具法兰221和机架法兰211之间的良好接触，同时，压紧弹簧的压力不能过大，不能影响模具沿圆周平移。在膏体挤出模具22沿圆周平移过程中，压紧弹簧同时能够承受一定的横向形变。膏体挤出模具22与挤压装置29之间设有柔性密封件26，保证膏体挤出模具22与挤压装置29密封对接，防止塑性膏体从接触面处挤出。
机架21上转动装配有驱动膏体挤出模具22圆周平移的曲柄驱动轮212，机架21上还设有与膏体挤出模具22铰接的摇杆213，本实施例中曲柄驱动轮212、摇杆213、膏体挤出模具22与机架21构成平行四边形机构，其中膏体挤出模具22相当于平行四边形机构的连杆，以膏体挤出模具22作连杆，模具法兰221上布置两个连杆铰接轴，连杆铰接轴的轴线平行于挤压方向，以曲柄驱动轮212作曲柄，曲柄驱动轮212轴心铰接于支撑件24上。曲柄驱动轮212偏心处铰接于连杆的铰接轴上，偏心半径等于圆柱螺旋线半径，摇杆分别铰接于机架21、连杆上。图5中，为描述清支撑件24之下的曲柄驱动轮、摇杆机构，支撑件24以虚线表示。曲柄驱动轮、摇杆位于支撑件24和膏体挤出模具22之间。机架21上还设有驱动曲柄驱动轮212转动的驱动电机214。
蜂窝状载体1除了挤压成型环节，其它环节和常规的蜂窝状载体1制造工艺没有区别。蜂窝状载体1挤压成型过程中，膏体挤出模具22和挤压装置29在垂直于挤出方向的平面内存在相对运动。膏体挤出模具22沿垂直于挤压方向的平面的圆周上匀速平移，而膏体挤出模具22本身不旋转，膏体挤出模具22平移的圆周半径等于基准圆柱螺旋线导圆柱面半径r，模具平移的角速度ω为：ω=2π/（p/v）=2πv/p，式中v是挤出胚体速度，p为基准圆柱螺旋线的导程。胚体挤出长度为p时，所用的时间为p/v，在该时间段内，膏体挤出模具22围绕圆周平移运动一周。挤出的胚体经传送带传送，传送带线速度和挤出胚体的速度相同。
本实施例中的膏体挤出模具22匀速平移的圆周的半径比较小，圆周匀速平移的周期比较长，膏体挤出模具22平移的线速度非常小，通常远远低于挤出胚体速度v，这样，膏体挤出模具22沿圆周平移过程中，膏体挤出模具22对胚体产生的横向剪切力影响非常微小，有助于保证胚体挤压成型质量。考虑到圆柱螺旋型流体通孔中的流体对于孔壁有较强的冲刷作用，特别是质量较大的颗粒物因离心力较大的原因，和孔壁间产生较强的冲刷作用，孔壁表面应具有较强的耐磨性能。由于蜂窝状载体1的胚体的下表面不是平面，而是余弦波形的曲面形状，支持胚体的传送带表面应具有一定的柔韧性，以保护成品表面。
本发明的蜂窝状载体1在加工时，首先配制所需要用的膏体，然后将配制完成的膏体在挤压装置29的作用下通过膏体挤出模具22挤出成型，在挤出的同时，通过驱动电机214驱动曲柄驱动轮212转动，进而带动膏体挤出模具22做圆周运动，被挤出的蜂窝状载体1通过输送带231被运送走，通过输送带231和膏体挤出模具22的共同作用，由于膏体本身的特性和输送带231对膏体的支撑作用，膏体置于输送带231上时本身不会变形，通过膏体挤出模具22的运动使被挤出的蜂窝状载体1整体呈圆柱螺旋状，从而实现蜂窝状载体1的成型。
本发明的蜂窝状载体的具体实施例2，本实施例中的蜂窝状载体的结构与上述具体实施例1中的区别仅在于：如图7所示，蜂窝状载体1的本体的截面呈六边形，流体通孔11为六边形孔，由于流道为圆柱螺旋线形，在流道内通过流体时，六边形孔较四边形孔更接近于圆形，旋流流体在流道内的阻力更小，在流道内转角处更不易积灰；六边形孔较圆形孔流道壁更薄，更节省材料。
本发明的蜂窝状载体的具体实施例3，本实施例中的蜂窝状载体的结构与上述具体实施例1中的区别仅在于：如图8所示，蜂窝状载体31的流体通孔311为余弦形孔，流体通孔311的截面为两个余弦曲线围成的余弦波形。相同两截面呈余弦波形的凹槽对合形成的余弦形孔，在凹槽对合处有明显的转折，其它部分均为平滑曲线，旋流流道更为平滑，优选地，余弦波的波长等于4倍振幅，余弦形孔更接近于圆形。如图8所示，外框312内布置余弦形孔，其中，外框相邻的孔分别为横向分割、竖向分割的半个余弦形孔。
本发明的蜂窝状载体的具体实施例4，本实施例中的蜂窝状载体的结构与上述具体实施例1中的区别仅在于：本实施例中的成型设备的机架上设有圆形导轨，膏体挤出模具导向装配在圆形导轨上，膏体基础模具能够沿圆形导轨做圆周平移运动。
本发明的蜂窝状载体成型设备的实施例，本实施例中的蜂窝状载体成型设备与上述蜂窝状载体的具体实施例1或2或3或4中所述的成型设备的结构相同，不再赘述。
本发明的流体催化反应装置的实施例，流体催化反应装置包括壳体和设置在壳体内的蜂窝状载体，本实施例中的蜂窝状载体与上述蜂窝状载体的具体实施例1或2或3或4中所述的结构相同，不再赘述。