专利名称：填料元件和填料组件及制作填料组件和将其总成件安装在蒸发冷却器内的方法
技术领域：
本发明有关填料元件(Packing element)、一种填料组件(Pack)、一种制作填料组件的方法以及一种将填料总成件安装在蒸发冷却器中的方法。蒸发冷却器可用于使用一种液体(如水)作致冷剂，对气体(如空气)进行冷却，或使用气体作致冷剂，对液体进行冷却，和(或者)对气体进行湿润。
引风的和自然拔风的湿式冷却塔(有交叉式和逆流式两种结构)是本发明涉及的蒸发冷却器(装置)的两种例子，它们用空气作致冷剂对水进行冷却。本发明尤其涉及到它们所用的填料总成件。然而，应该理解到尽管本发明仅用冷却塔为例进行具体说明，但是申请人的意图(就蒸发冷却装置本身或它们所用的填料组件或填料总成件的范围而言)并不限于冷却塔。
申请人知道有不同型式的用于湿式冷却塔和蒸发冷却装置的填料总成件，所述的蒸发冷却装置的工作原理与冷却塔是相同的。这些填料总成件就申请人所知分别有“层状填料组件”、“滴淌式填料组件”以及“飞溅式填料组件”。在湿式冷却塔中，层状式的和滴淌式的填料组件提供水流经其上的增大的表面积，由此增大水的暴露表面积以促进其冷却;而飞溅式填料组件给水提供被它冲击的表面，水与这些表面撞击时便分裂成相当小的水滴，由此增大了水的暴露表面积以促进其冷却。
在纯飞溅式填料组件的结构中，提供有水平的飞溅表面。飞溅式填料组件为了得到与层状式填料组件同样的冷却效果就需要非常大的体积。层状式填料组件含有大量的薄板，这些薄板可在各种结构中被制成波纹形以增大其表面积，使在给定的单位体积内获得尽可能大的表面积。要冷却的水流过这些板的表面成薄膜形式扩散，使在单位体积内产生最大的空气和水的接触面积。
滴淌式填料组件类似于层状填料组件(但并不提供水可扩散流过的连续表面)，它设有相互靠得很近的基本上垂直的带孔薄板或栅板。水滴顺着穿孔间狭长条向下淌滴，该狭长条的形状要可使水滴移动的距离获得延长。在一个淌滴式组件中的栅板可以与层状填料组件上的薄板相类似方式制成波纹状。
根据本发明提供了一种用于蒸发冷却器的填料组件，这种填料组件具有宽度、深度和长度的尺寸，包含一些用穿孔材料制成的、在使用中于冷却器内排列得形成一叠堆的填料元件，填料元件的数量确定了填料组件的长度，而这些填料元件具有确定填料组件的宽度和深度的实际宽度和长度，所述的组件的特点是，它是一种具有飞溅和淌滴组合作用的填料组件，其多个填料元件的每一个均有一个倾斜表面，其倾斜角可在元件的宽度或长度方向上予以变化，使得元件具有比其实际宽度或实际长度大的一个外形宽度或外形长度，以及在使用中使该倾斜表面的第一区域和水平面足够地倾斜以用作滴淌表面，并使该倾斜表面的第二区域足够地靠近水平面，并与在该叠堆中于它上面的另一填料元件足够地分开，以用作一个飞溅表面。
以下还可以看到该填料组件的长度在使用中就是其高度尺寸。
根据本发明还提供了一种用于蒸发冷却器的填料总成件，这种填料总成件具有宽度、深度和高度尺寸，包括由一种穿孔材料制成的若干填料元件的叠层，其层数确定了这种总成件的高度，这些填料元件具有实际的宽度和长度尺寸，和排列成使在每一层内的填料元件的实际宽度、实际长度和数目确定该填料总成件的宽度和深度，并且在多层中的每一层上的填料元件，其每个都有一倾斜表面，其倾斜角可在元件的宽度或长度方向予以变化。以使元件具有比其实际宽度或实际长度大的外形宽度或外形长度。这种填料总成件的特点是，它是一种带有所述的填料元件的具有飞溅和滴淌组合作用的填料总成件，这些填料元件的形状要能在所述多层的每一层中提供一个相对水平面足够倾斜的第一表面，以用作滴淌表面，和一个足够地靠近水平面并与在它上面的一层的另一填料元件足够分开的第二表面，以用作一个飞溅表面。
该多个填料元件中的第一个倾斜表面可以是一个在一个方向上弯曲的曲面，而该多个填料元件的第二个的倾斜表面可以是一个在另一方向上弯曲的曲面，而第一个和第二个填料元件可以排列成使在应用中的液体流经该填料组件进可促进液体连续地分散和阻止液体集中的方式。
所谓“集中”，它意味着液体向着填料组件的一个或一个以上的特定区域会聚，从那里流向该填料组件中的下面的填料元件的表面上的液体就不容易再分散了。
这些填料元件可以是在填料组件或填料总成件的长度方向上成一直线或者错开。
填料元件可以基本呈矩形，并且可在填料组件内排列成使至少这些填料元件之一与其余的约成90°，即它的倾斜面具有一倾角可在相应其宽度方向上变化，而在填料组件中的其余元件的倾斜表面具有它们各自的倾角可在相应于这些元件的长度方向上变化。
这种填料总成件可包含多个的如上所述的填料组件，至少这些填料组件之一与别的填料组件约成90°，即在填料组件中的至少一个内的填料元件的倾斜面具有一个倾角，它在相应于这些元件的各宽度或长度的第一方向上变化，而在其余的填料组件中的元件的倾斜面是在基本上与第一方向成90°的第二方向上变化的。
多数填料元件可以含有由一种穿孔材料制成的弯曲板片，它们相互连接或与填料组件中的别的板片相连接以便这些多个板片保持其弯曲的形状。
该第二填料元件可包含一个颠倒的第一填料元件。
第一填料元件和第二填料元件的每一个都包含一由穿孔材料制成的板片，它弯曲成一定角度的弓形以限定一个曲面，并且第一和第二填料元件的角度弯曲可以是错开的。
本发明的填料组件组件有滴淌式和飞溅式两种填料组件所具有的特点。这些填料组件具有足够大的孔的尺寸使在使用中阻止在这些孔之上的液体生成薄膜。此外，这些穿孔的空隙率和尺寸大小要取决于该填料组件空间是要用于横流环境还是用于逆流环境。在横流环境中穿孔的尺寸需要足以允许液体能通过它们。在逆流环境中，穿孔的尺寸需要足以使液体克服同时地被向上引导通过穿孔的气体的压力而通过它们。由于类似的原因，要想用于横流状态时的本发明的填料组件中的填料元件的空隙率一般比要想用在逆流状态时的填料元件的空隙率小。穿孔的尺寸也将取决于特定液体的性质和液体的状态(例如它的清洁度)。而相当小的穿孔可适用于相当清洁的水，相当大的穿孔和相当宽的穿孔间狭长条可较好地适用于具有高杂质比例的相当脏的水。
此外，填料元件孔间狭长条的宽度尺寸要足够大，以提供在其飞溅区域内的有效冲击面或飞溅面，并有效地增大在组合元件的滴淌组件区域的表面上流经的液体的暴露表面积。然而，每个填料元件的上表面面积(取决于其空隙率和孔间狭长条宽度)被限制在可阻止形成液膜(在薄膜式填料组件应用中是需要的)和能促进液体在填料元件的滴淌区域的表面上流动或滴淌的范围之内。
因而对具有飞溅和滴淌组合作用的填料组件的填料元件来说，其穿孔尺寸、孔间狭长条尺寸和空隙率就存在优化值。
本发明的这种具有飞溅和滴淌组合作用的填料组件，如上所述，包括具有变化倾角的斜面的填料元件。因此在填料组件中相邻的(即一个在另一个之上)填料元件之间的距离是变化的。相邻的填料元件的各区域可以相互接触或靠近，而其余的区域垂直地隔开一个距离，该距离大到足以可使冷却液在元件之间降落，与邻近处或更远处的填料元件撞击时飞溅开来以形成足够小的液滴。这样在直接相邻的填料元件间的最大间距要小于降落的液体为积聚撞击时飞溅足够能量所需的距离，这是因为填料元件的穿孔尺寸和空隙率常会使降落的液体错过相邻的填料元件而在下面的填料元件上撞击。
在本发明的一个较佳的具有飞溅和滴淌组件作用的填料组合件中，填料元件的空隙率范围为约0.6至0.95;其穿孔的尺寸基本一致，宽度和长度分别大约为10毫米和30毫米至60毫米和120毫米;其孔间长狭条的宽度尺寸约为2毫米至10毫米;以及相邻的第一和第二填料元件在它们最远处分开相距约为75mm至600mm，较理想地在100至400毫米的范围内，甚至更理想在200至300毫米的范围内。
本发明提供了一种制作用于一种蒸发冷却器的具有飞溅和滴淌组合作用的填料组件的方法，该方法包括下列步骤提供第一填料元件和第二填料元件，其每个都是由一种柔性穿孔材料板弯曲成角度而制备成的;以及把这两个填料元件以下述方式连接在一起在使用中使第一和第二填料元件的一个置于另一个之上，至少每个填料元件的一部分具有限定一个曲面的弓形弯曲部，该曲面区域分别用作飞溅和滴淌的区域。
在本发明的另一种方法中，填料元件是以使第一和第二填料元件的角度弯曲部错开的方式连接在一起。
第一填料元件可有两个角度弯曲部和一个弓形部，该角度弯曲部是由弓形部相互分开，而第二填料元件可有两个弓形弯曲部和一个角度弯曲部，该弓形弯曲部是由角度弯曲部相互分开。
这些组合元件可通过把第一填料元件系结于第二填料元件的角度弯曲部上而连接一起。最好第一填料元件的弓形弯曲部被系结于第二填料元件的角度弯曲部上。不然或者此外，该填料元件还可通过使填料元件的一个沿着其周边与其它填料元件系结而连接一体。
在构成第一和第二填料元件的板上的弯曲部可以这样形成(例如就它们的相关的结构和位置来说)当填料元件按它们各自的弯曲部被错开安置时，至少是该第一填料元件的周边的一个主要部分将和第二填料元件相接触或邻接。最好是，在一个横穿弯曲第一填料元件的相对的周边之间的在横过弯曲方向上的距离与第二垫料元件的相应的相对周边之间的距离要基本相同，此外，这些填料元件中的弯曲部以这样方式形成当填料元件按各自的弯曲部被错开安置时，所述第一填料元件的周边将与所述的第二填料元件的周边相接触或邻接。
这些弯曲部最好是沿着柔性的穿孔材料板形成，但如果确实需要的话也可横对着板材料弯形。
可以明了，填料组件的密度可通过在板上的弯曲部的弯曲角度变化而变化，由此使在相邻的填料元件之间的距离变化。
根据本发明方法制成的填料组件是一种具有飞溅和滴淌组合作用的填料组件。每个填料元件成波浪形，以使液滴趋向沿着填料元件表面的倾斜部分流动(即滴淌)，而液滴的大小增大，直到它们在重力作用下通过穿孔降落到下面的另一个填料元件上。在撞击时(即在下面的填料元件的表面上“飞溅”时)，这些大的液滴就分裂成相当小的飞沫，而上述的滴淌和飞溅过程重复进行。同时，那些撞击到填料元件的基本上水平的部分的液滴积聚在那里，直到它们不能再容纳并在重力作用下降落到下面的一个填料元件上，在那里滴淌和飞溅的过程重复进行。
由于本发明的填料元件的滴淌表面区域是渐渐倾斜的，顺着该填料组件滴淌的液滴为完成一定的垂直位移而需要的移动距离，比在传统的滴淌式填料组件中需要的距离更大。在这种传统的滴淌式填料组件中，其填料元件通常是垂直地排列的。本发明的这种填料组件便为滴淌的液体提供了较长的空气接触时间并由此加强了该填料组件的传热效率。
比起飞溅式和滴淌式两种填料组件来，本发明是一个改进。在飞溅式填料组件装置中，这些飞溅元件必需是水平的或尽可能接近水平的以免水滴积聚。在滴淌式填料组件结构中，为了保证液体保持与填料元件密切接触，这些填料元件就必需尽可能接近垂直。本发明是对飞溅式和滴淌式填料组件进行组合，在这种组合中，不但是这两种型式的填料结构相组合，而且这种组合与单纯飞溅式填料组件结构和单纯滴淌式组件结构这两种结构相比在传热效率方面得到了改善，这种传热效率是就组成该填料装置的材料用量而言的。
填料总成件的传热特性通常由以下条件式确定KaV/L＝λ(L/G)-n其中K是根据绝对温度的差异所确定的质量传递系数;
a是单位填料体积的有效传递表面的面积;
V是单位平面面积的有效充填体积;
L是单位平面面积的液体流动的质量;
G是单位平面面积的气体流动的质量;
λ和n是取决于充填件型式的常数;
A为单位体积充填材料的实际传递表面面积。
如果假定V等于1，那么填料组件每单位深度的Ka/L就可对任何填料装置进行说明。同时，将填料组件材料的每单位面积的Ka/L/A加以比较就可用以说明该填料装置的效率。据此，就会发现，如果飞溅式和滴淌式两种装置用同样型式的材料，那么就所用材料用量而言，飞溅式装置事实上非常有效。而滴淌式充填组件装置实际上效果较差。
这一点可很容易通过下面事实得到解释飞溅式填料组件利用降落液体的能量把液体分裂成小液滴，由此提供为热量传递所需的扩展的表面面积，而滴淌式填料组件整个地依靠由填料件材料所提供的表面面积。
然而，尽管与飞溅式填料组件相比滴淌式组件看起来似乎效果差，但滴淌式填料组件有一个超过飞溅式填料组件的主要优点对相同的单位体积，它们可实现高得多的热传导率，即对同样的冷却性能来说，滴淌式填料组件要远为紧凑，并因其中空间非常宝贵，具有超过飞溅式填料装置的明显优点。
本发明的目的是通过两种形式装置的飞溅和滴淌的特点的组合来利用这两种填料装置的优点。这就产生了一种具有滴淌式填料装置的紧凑的优点和飞溅式装置的材料效果的独特的填料装置。此外，这两种形式的装置的组合就形成一种具有比两个原有装置更高的热传导材料效率的填料装置。这一点可从下面得到说明。
请考虑作为本发明较佳实施方式的两种不同的结构(如图21和图22所示)(a)是一种很扁平的结构，它在此例中可以比值F(即外形长度l∶实际长度r)为1∶1.1来表征;(b)另一种是深的结构，如果弯曲件是半圆的，则其比值F可为1∶1.57。
实际上，在(a)中的结构越扁平(其结果使填料元件几乎成为水平)，则这种结构排列的特性越接近单纯飞溅式填料装置。相反地，结构越深，即元件如(b)所示那样越是垂直地设置，则其性能就越是接近一种滴淌式填料组件装置。
对一给定的L值，并设定等于L，对各种较佳填料结构可得到各Ka/L值，在这些结构中，其形状从形式(a)变到(b)，即其比值F从1∶1.1变到1∶1.57。从每个F值可推导出Ka/L和A的一个具体值。表示每单位的填料传导表面面积的填料传导特性的各种Ka/L/A值已经从一个冷却塔试验装置中得出。从下面的Ka/L/A对F的曲线图(图23所示)可看得更明显。
上面的曲线图清楚地示出，在F从一个较小值如1.1开始增大，则Ka/L/A也增大到一个最佳值并随后再减小到较小值F＝1.57。这清楚地表明，F的最佳值是在1.2至1.35的范围内，而在此范围内就可获得相对所用材料的最佳传热效率。此外，由于这个效率大于两个极端值，即在单纯飞溅结构中F＝1或在单纯滴淌结构中F超1.57时的效率，因此很清楚，本发明体现了比单纯的飞溅式填料组件和单纯的滴淌式组件装置具有显著的改进。
这样，根据本发明比值F较理想是在约1∶1.1至1∶1.57的范围内，更理想是在1∶1.14至1∶1.42甚至在约1∶1.18至1∶1.36之间，而最理想是在约1∶1.2至1∶1.35之间。
制备填料元件的板材可以是由一种耐腐蚀的延展金属或塑料材料制成。形成板材主要表面的金属或塑料的孔间狭长条，视具体情况提供了滴淌或飞溅的表面。这种延展的金属或塑料板可以被隆起或展平。最好这类板材具有一个平的主表面，使液滴在上面碰撞时所产生的飞溅扩大到最大。
在此各处所用的“延展金属”和“延展塑料”的术语，它们应理解为是指一种用合适的冲压成形或切割成的板金属或塑料并把它伸展形成多孔的网格而制成的金属或塑料网。
本发明的方法可包括在一基本上水平的支承面上制作填料组件。其步骤是，排列填料元件使它们的主要表面安置于垂直平面内，使每个填料元件自身支承在它的一个周边上，而弯曲部从所述周边在一基本垂直的方向上延伸。这样，该填料组件可在地平面上构制成。
例如可用金属线间隔地把填料元件扎结一起使它们相互连接。此外，也可用一种刚性连接件穿过两个填料元件的孔使填料元件连接一起。另外，还可通过将填料元件各自周边上的孔间狭长条扭结一起来使填料元件相互连接起来。
采用横向穿过弧形部分延伸的在纵向上间隔开的刚性保持件可使弓形弯曲部的形状得到保持。所述的保持件的两端可被弯成钩形以有助于它们与填料元件的连结。
另外，在第一和第二填料元件之间的距离(即间距)可以通过一个跨于该间距并被固定于第一和第二填料元件上的刚性隔离件得到保持。或者，该距离可采用别的能横向穿过第二填料元件上的弓形弯曲部的保持件予以保持。
本发明还提供了一种把填料件安装于蒸发冷却装置中的方法，该方法包括把按上述本发明的方法制得的填料组件挂置在冷却装置内的步骤。
这种安装方法可包括转动和吊挂该填料组件的步骤以提供在冷却装置内的一堆相互连结的填料元件。在填料组件安装在冷却塔内的场合，例如最上面的填料元件可以被固定在该冷却塔内的一个结构件上，此后，由于各个填料元件是如上述那样相互地支撑着，因此该填料组件便能自撑起来。
该安装方法还可包括并排地吊挂多个根据本发明方法制得的填料组件。随后，这些填料元件的尺寸，从而在用的这些填料组件的长度和宽度尺寸可由在冷却塔内的供悬挂填料组合部件的结构件的具体结构确定。
对逆向流动式蒸发冷却装置来说，相互连接的填料元件组件或填料元件堆最好是基本上垂直地吊挂在该蒸发冷却装置内。然而对横向流动式的蒸发冷却装置来说，该填料元件的组合件或填料元件堆可以方便地倾斜，例如可与垂直方向约成45°或更大。以补偿被横向流过蒸发冷却装置的空气吹向旁侧上的水的位移角度。
本发明扩大到这样一种填料元件，这种填料元件是由一种穿孔的板材制成，并具有实际的宽度和长度尺寸，还有一个倾斜表面，该倾斜表面具有一个在相应于该板的宽度或长度的方式(D)上变化的倾斜角以使该板具有比其实际宽度或实际长度大的一个外形宽度或外形长度;这种填料元件适用于本发明的具有飞溅和滴淌组合作用的填料组件中，其表面的第一区域与水平面足够地倾斜以用作一个滴淌面，而其表面的第二区域与水平面足够地接近以用作一个飞溅面。
实际长度对外形长度之比(F)可约处在1∶1.1至1∶1.57的范围内，最好是约1∶1.2至1∶1.35，而相邻的填料元件在它们的最远点相互隔开一个约为75毫米至600毫米的距离(d)，较理想是约100毫米至400毫米，而最理想的是200毫米至300毫米。
本发明还涉及到一种备用于本发明的方法中的填料元件。
据申请人看来，在美国专利4，762，650的说明书和/或权利要求中所述的这种填料元件尤其适合于用作柔性的穿孔材料板。本发明的填料元件可在上述的板上形成弯曲部来制得。因而，该所述的美国专利的整篇说明书在此作为参考援引。
用于按上述本发明的方法制成的填料组件中的第一和第二穿孔的填料元件扎结在一起的扣结一般可成V形或S形，在扣的一端带有钩，它具有特定的尺寸和形状。在填料组件中在第一填料元件和第二填料元件相接触或靠近的区域，就可将扣带钩的一端钩上其中之一，并将扣的另一端插入第二填料元件的一个孔中。
在使用中，在把扣结推过和或转过穿孔和/或将它们的钩形端钩到元件上的同时把这些填料元件之一个或另一个弯曲，该结就可安置在通过第一和第二填料元件的穿孔的一个工作位置上。
该扣结的另一端则可被弯成钩形或曲线形。
本发明还进一步涉及到一种用于把根据上述的本发明方法制成的填料组件中的第一和第二穿孔元件连接一起的连接元件，这种连接元件是细长的，在其一端上带一个钩，而它的另一端略微弯曲，以使它能够在第一和第二填料元件相接触或相互邻接的一个区域上都穿过第一和第二填料元件的穿孔。
在使用中，该弯曲的另一端，通过在所需的穿孔方向上对它推进，同时使它转动，便都能容易地穿过第一和第二填料元件。它的钩形端则钩到填料元件的一个或两个的孔间狭条上。
现通过下述的非限制的实施例并参照附图来具体说明本发明，这些附图是
图1是根据本发明在成形一填料元件的过程上已被弯曲延展的金属板的端视图;
图2是另一个根据本发明在制取另一个实施例的填料元件过程中已被弯曲的、与图1的板相似的延展的金属板;
图3是分别从图1和2的板制取，并根据本发明的方法连接一起的两个填料元件的端视图;
图4是图3中所示的相互连接的填料元件的一部分的立体图;
图5是根据本发明的方法连接一起的另两个实施例的填料元件的剖面图;
图6是图5中所示的相互连接的填料元件的一部分的立体图;
图7是用如图3和图4所示的填料元件，根据本发明的方法制成的一个填料组件的示意图;
图8是用如图5和图6所示的填料元件，根据本发明的方法制成的一个填料组件的示意图;
图9至图11分别是用于本发明的方法中的一个扣结、一个连接件和另一个连接件的立体图;
图12至图16是根据本发明的不同填料件的实施例的一部分的示意图;以及图17至20表示出一种使相邻的填料元件沿着它们各自周边连接起来的方法;
图21和22分别表示具有扁平结构和深结构的填料组件示意图;
图23是表示热传导特性的Ka/L/A与F比值的关系曲线图。
在这些附图中，标号10和12都表示本发明的填料元件，这些填料元件用在一种制成用在冷却塔或其它蒸发冷却装置应用填料总成件的方法中。
填料元件10是在一延展金属板18上形成两个角度弯部14和16(图1所示)而制成的。弯部14和16是沿着板18形成，使弯部14、16每个都位于离开板18的邻边相同的距离a，而弯曲部14、16之间的距离b是距离a的两倍。然后一个弓形部沿着板18在角度弯部14、16之间形成(图3)，并借助保持件22使该弯部20的弓形形状得到保持，该保持件是两端各带一钩的2mm直径的金属线。将保持件22的两端绕着孔间狭长条，钩在角度弯部14、16的各附近处，金属线扣结可横穿弓形弯曲部20和着沿板18的长度方向以一定间距设置。
填料元件10置于一个支撑表面上(最好是在它被使用地点的下面或附近的地平面上)。它带有基本上是从该支撑面垂直地延伸的角度和弓形弯部14、16、20自支撑在其端边26上。
填料元件12是通过沿着在各方面都与上述板材18相同的延展金属板材18.1的长度方向形成角度弯部28而制得的。该角度弯部28是在离板18.1的相对侧边等距离(即在距离b处)处形成。弓形弯部30、32随后沿着在角度弯部28的各侧上的板材部18.1形成，并向相邻侧边延伸。填料元件12置于与填料元件10邻接一个支撑表面上，以使填料元件10和12的各个弯部14、16、20和30、28、32如图3所示那样错开，并使填料元件12的角度弯部28沿着两元件10、12的各自长度方向与填料元件10的弓形弯部20接触。借助3毫米金属线扣结34(图9)穿过两个填料元件10、12的穿孔并钩挂在元件10、12之一的孔间狭长条上，元件10、12便沿着该接触区连接一起。此外，还将3毫米金属线连接元件35(图11)穿过填料元件10、12在该接触区域上的相互对准的穿孔。连接件35的一端呈钩形，用于与填料元件10、12的相互对准的孔间狭长条相连接，而其另一端略弯以便帮助穿过如上所述的相互对准的穿孔。
填料元件12的侧边便与填料元件10的侧边相结合，而元件10和12的这些相互结合的侧边是借助如图3所示的穿设于两元件10和12的穿孔上的金属线扣结34而连接的。这些扣结是以一定间距沿着元件10和12的相对边设置的。或另外如图17至图20所示那样，填料元件10和12还可通过将孔间狭长条(以任意间距)沿着填料元件10、12的各边扭合一起而被连接起来。
图17至图20图示出元件12的孔间条12.1穿过由元件10的孔间条10.1所限定的孔10.2，以及孔间条12.1和孔间条10.1借用螺丝起子或类似的工具84被扭合一起的情况。
一类似于填料元件10的一个填料元件10.1按上述方法制得并通过其与垫料元件12的两弓形弯部30、32相接触的两个角弯部14.1、16.1与填料元件12相邻地设置，在接触处借助另外的扣结34，以一定的间距沿着长度方向使填料元件10.1与填料元件12相连接。
此外，填料元件12.1、12.2是按上述方法为填料元件12配制的，而填料元件10.2等是按上述方法为填料元件10配制的，最后按上述方法连接一起作为填料元件10、12和10.1。
用于单个填料组件的相互连接的元件10、12的数目将要由为建造特定的冷却塔所需要的填料总成件深度所决定。在该数目达到时，该填料组件被转过90°装备成一堆填料元件38，把填料元件10作为最顶层，然后这堆填料元件38被吊进冷却塔内所需要的位置。填料元件以任何便当方式固定在该冷却塔的结构梁之一上。在所有其它方面，该填料组件38都是自支撑的。
相邻填料元件10、12之间的间隔C可在75至600mm之间变化，如果需要的话间距C可借助定位件(未图示)来保持(例如保持在约250毫米上)，该定位件可以是一根3mm的线材，分别固着在填料元件10、12上，并设计成跨置于填料元件10的角度弯部14、16和填料元件12的弓形弯部30、32的最远点之间的所需的距离上。另外，在相邻元件之间的间距还可用另外的保持件22来保持，以一种将保持件用于保持填料元件10的角弯部20的形状的相似方式使填料元件12的角弯部30、32的所需形状得到保持。
可以清楚看到，填料元件10和12的每个的外形宽度(在图3中表示为r)为2b(是延展金属板18的宽度)，以及填料元件10和12的每个的外形宽度要比在图3中表示为l的实际宽度要大。实际宽度与外形宽度之比F(l∶r)可从约1∶1.1变化至约1∶1.57，但最好是保持在约1∶1.2至1∶1.35范围内。
若干个相似的填料组件按上述的方式制成，并作为38.1、38.2等叠堆被吊装定位于与第一叠堆38并排的位置上，(见图7)，直到冷却塔所需的填料总成件装好为止。
如果在冷却塔中供填料组件/叠堆38、38.1、38.2等悬挂的结构梁的间隔距离约为1米，则填料元件10、12的合宜的宽度约为2米，这样，角度弯部14、16之间的距离约为1米。填料元件10就可容易地沿着其角弯部14、16固定于两个相邻的梁上。申请人还考虑1.2米是用于该填料元件14、16的一个适宜的长度。
这些填料组件可任选地以同样的相互定位的方式(如图7和8所示)安装;或者它们可以采用这些填料组件的一个或一个以上绕一纵向轴线转过约90°，即使组成填料组件之一或一个以上的填料元件的倾斜表面具有各自的倾角，这些倾角是在一个与组成别的填料组件的填料元件基本成90°的一个方向上变化的。
图5和图6示出与填料元件10和12相似的填料元件50和52。它们与填料元件10和12的不同点在于，角度弯部14、16、20和弓形弯部28、30、32是沿着延展金属板形成，而填料元件50和52，其角度和弓形弯部54、56、58及60、62、64是横着延展金属板形成，和填料元件上用的18，18.1板相似。这样，元件50和52便有比它们的实际长度l大的外形长度r。
填料元件50和52是以填料元件10和12相似的方式连接在一起。填料元件52的角度弯部60沿宽度与填料元件50的弓形弯部58的最低点接触，借助于3毫米的细长金属线连接件66，元件50和52在这个接触的区域上以一定间距连接一起。连接件66可沿着填料元件设置并和角度弯部、弓形弯部54，56，58，60的方向成90°。该连接件66穿过两个填料元件50和56的穿孔并钩挂到填料元件50、56之一的一个孔间条上。弯曲端部68和填料元件50的弓形弯部58相对应的连接件66的弓形弯部70有助于连接件66穿进其工作位置。
此外，填料元件50和52的端边以一种元件10和12的侧边相互结合的相似方式相互结合。元件50和52的相互结合的端边如图5所示那样用3毫米金属线扣结72连接一起，这些扣结72通过两个填料元件50和52的穿孔并钩挂到两个元件的孔间条上。另外，填料元件50和52还可参照图17至图20，以用于填料元件10、12的相似方式使孔间条在填料元件50、52的各边上或沿着它们的边上扭结一起而连接起来。
填料元件50和52在它们相互间离开的最远两点上的间距d约为150毫米，但可以从75毫米变化至600毫米。比值F(l∶r)约在1∶1.2至1∶1.35的范围内，但可以从约1∶1.1变化至1∶1.57。
图12至图16示出根据本发明的填料件的不同实施例的一部分，这些部分都含有填料元件12或80。在图12、13、14、15和16中所示的实施例中的相邻(即一个在另一个之上)的元件在它们相互离开的最远点上分开的间距e约为200毫米，但这个间距可从约75毫米变化至600毫米。比值F(l∶r)是在约1∶1.1至1∶1.35的范围内，但可从约1∶1.1变化至1∶1.57。箭头表示沿着图示填料件的滴淌表面滴淌的水流方向。
在图12中，示出三层本发明的填料元件，在每层中带有两个填料元件12。沿着元件12的各边以一定间距把孔间条扭结一起，在各层中的元件12便连接起来。这种连接方法在图12中未表示出但在图17至图20中可看出。这些填料元件12在填料组件的长度方向上是错开的。
还可理解到，在图12中所示的结构还可用填料元件80实现，每个这种填料元件包括一张带单个弓形弯曲部的穿孔材料板，该弓形弯曲部横跨该张板的整个宽度或长度。那时，在三层中的每层上要用四个填料元件80才可获得在每层中用两个元件12所能实现的结构(在图12中所示)。
在图13中本发明的四层填料元件80，每层各有四个元件80。显而易见，在第二和第四层内的填料元件80相对于第一和第三层内的填料元80是倒置的。在每层中的四个元件80是通过沿着它们各边以一定间距将孔间条扭合一起而连接起来。这些填料元件80沿着该填料组件的长度方向排成直线。
在图14中，示出六层的组合元件80。该填料总成件(在图14中仅示出其一部分)极大部分是与图13的填料件相似的，而仅仅不同的是在于，图14的填料件的各层是和相邻一层的(一个在另一个之上)元件80成对地排列，每一对相互成直线对准，而相邻的(即一对是在另一对之上)二层一对是在该组件的长度方向上错开的。
在图15中，表示有三层的填料元件80，其每一层带4个元件80。这些元件是在该填料组件的长度方向上错开的。
在图16中，标号82表示这种填料元件包含有与供制取填料元件10、12和80的板材相似的柔软的穿孔材料板。从图中显然看到，这些填料元件在整个填料件上都形成在垂直方向上相互间隔开的中间层。这些基本呈水平的层还用于增加该组合部件的反溅表面的面积。组合元件82还用于保持组合元件80的弓形形状。因此，保持件(例如在图2至6中所示的金属线元件22)就不再需要。
在图12至图16中部分地示出的填料中的各层填料元件是用上述和图示的金属线扣结34、36、72或连接件35、66连接一起。此外，如在不同层中的填料元件12、80、82的各自周边是相互邻接的话，则这样的填料元件(因而不同层)就可通过将其周边上的孔间条扭结一体而被连接起来。
在本发明的这些填料组件和填料总成件中，传统的飞溅式填料组件和滴淌式填料组件的所有各自分散的优点被组合起来，并且这样的填料组件和填料总成件可有利地应用于逆流和横流冷却中而不会丧失任何优点。本发明的进一步优点(至少如所例举的)包括填料元件的结构简单和制作填料元件的方法简易。为了支撑冷却塔及其同类设备内部的填料总成件而需用的传统的复杂的支撑系统现在可以省却。所需要的只是要使每个填料组件的顶部的填料元件固定在冷却塔内的结构梁之一上。或用另种方法，即用合适的支撑梁设在填料总成件的下面，从下面给予支撑，填料元件可以一个叠一个简单地叠堆起来。在所有别的方面，根据本发明方法制得的填料组件都可自支撑的。此外，这些填料组件能够在地面上制作，因此可不需搭脚手架，从而减小事故风险和降低劳动成本。再则，由于这种填料组件的自支撑的特点，只需要相当轻的连接件和扣结，因而节省了材料成本。
本发明，至少如所例举的那样，在若干重要方面对传统的填料组件作出了改进。这些填料元件的穿孔的耐腐蚀材料(最好是如不锈钢那样的延展金属)就不需要水平设置的支撑件，因为它基本上是自支撑的。用于制作填料元件的穿孔板有特定的结构要求，例如板的尺寸、滴淌区域的倾斜角、孔间条宽度、空隙率和穿孔的尺寸，都经优化以促进在该倾斜表面的滴淌区域内形成液滴而不形成液膜，防止在整个填料组件内各层填料元件的最低点上积聚液体。特别是由于提供了比在层状式填料组件中可得到的更小的表面面积而限制了在填料元件上的液膜的形成，因此不仅可显著地节省材料而可使用不锈钢，而且遍及填料组件产生的增大的扩散均匀性可取得飞溅和滴淌两种冷却效果的更大的优点。
本发明的填料组件一般呈菱形结构，增加了滴淌液体在垂力作用下沿着填料元件的滴淌区移动的实际距离。因此液体与空气接触的总的时间便增加，因而填料组件的冷却效率明显得到改善。
如上所述，这些填料元件能够相互连接和自身支撑，而通过上顶部的填料元件使填料组件从冷却塔中的一个支承件上悬挂下来。这就能使该填料组件倾斜或摆动以使填料元件倾离水平面。这在横流式填料结构中是一个相当大的优点，因为这些填料元件能够向着空气流动的方向倾斜以使液体引向空气流动的方向，由此使逆向流动可叠加到所有的横向流动上。因此这种填料组件的冷却效果得到明显加强。
本发明的另一优点是填料元件，尤其是延展金属的填料元件的固有的柔性。由于该柔性它们在使用中受液体冲击时，趋向于在一个非常有限的范围内振动。这个振动趋向于促使水在受冲击时分解为水滴和水滴的扩散。
本发明的延展金属的填料元件的一个优点是它们的高热传导性。
权利要求
1.一种用于蒸发冷却装置的填料组件，这种填料组件具有宽度、深度和长度的尺寸，包括由一种穿孔材料制成的填料元件，这些填料元件排列得使它们在使用时在冷却装置内形成一堆填料元件，这些填料元件的数量决定了该填料组件的长度，这些填料元件具有的实际宽度和长度尺寸决定了填料组件的宽度和深度。其特征在于，所述的填料组件是一种飞溅和滴淌的组合式填料组件，其多个填料元件的每个都具有一个倾斜表面，它带有一个在相应于元件的宽度或长度的方向(D)上可以变化的倾角，以使该元件具有比其实际宽度或实际长度大的一个外形宽度或外形长度，以及在使用时，该表面的第一区域相对水平而有足够倾斜，作为一个滴淌表面，而该表面的第二区域足够靠近水平面，并与在其上的另一个填料元件隔有足够的距离，而作为一个飞溅表面。
2.如权利要求1所述的填料组件，其特征在于，所述的实际长度与外形长度之比(F)是在约1∶1.1至1∶1.57的范围内，而相邻的填料元件在它们的最远点上间隔开约75毫米至600毫米的一个距离(d)。
3.如权利要求2所述的填料组件，其特征在于，所述的比值(F)是在约1∶1.2至1∶1.35的范围内，而所述的距离(d)约为100毫米至400毫米。
4.如权利要求1所述的填料组件，其特征在于，所述的多个填料元件中的第一个填料元件的倾斜表面是在一个方向上弯曲的曲面，而所述的多个填料元件中的第二个填料元件的倾斜表面是在另一方向上弯曲的曲面，所述的第一和第二填料元件排列方式足以在使用中当液体通过填料组件时，可促进液体的连续扩散和阻止液体的聚集。
5.如权利要求4所述的填料组件，其特征在于，所述的第二填料元件包括一个倒置的第一填料元件。
6.如权利要求4所述的填料组件，其特征在于，所述的第一填料元件和第二填料元件，其每个都包含一块具有一个角度弯部和一个限定所述曲面的弓形弯部的穿孔材料的板。
7.如权利要求6所述的填料组件，其特征在于，所述的第一填料元件具有两个角度弯部和一个弓形弯部，所述的角度弯部由弓形弯部相互分开，而第二填料元件具有两个弓形弯部和一个角度弯部，所述的弓形弯部由角度弯部相互分开，而第一和第二填料元件的角度弯部位置错开。
8.如权利要求1所述的填料组件，其特征在于，所述的多个填料元件包含穿孔材料的弯板，这些弯板在该填料组件中相互连接或与别的板相连接，以使多块板保持它们的弯曲的结构。
9.一种填料元件，它由穿孔板材制成，并具有实际的宽度和长度尺寸以及具有带倾角的一个倾斜表面，该倾角在相应于该板的宽度或长度的方向(D)上变化，以使该板具有比其实际的宽度或实际的长度大的一个外形宽度或外形长度，该填料元件适合使用于权利要求1所述的飞溅和滴淌组合式的填料组件，该倾斜表面的第一区域与水平面足够倾斜以用作滴淌表面，而该倾斜表面的第二区域足够地靠近水平面以用作飞溅表面。
10.如权利要求9所述的填料元件，其特征在于，所述的实际长度与外形长度之比值(F)是在约1∶1.1至1∶1.57的范围内。
11.如权利要求10所述的填料元件，其特征在于，所述的比值(F)是在约1∶1.2至1∶1.35的范围内。
12.一种用于蒸发冷却塔的填料总成件，它具有宽度、深度和高度尺寸和包含有重叠的数层由一种穿孔材料制成的填料元件，其层数确定填料总成件的高度，这些填料元件具有实际的宽度和长度尺寸，并排列成使在各层中的填料元件的实际的宽度、实际长度和数目确定该填料总成件的宽度和深度，而在多层中的每层的填料元件每个都有带倾角的倾斜面，该倾角在相应于填料元件的宽度或长度的方向(D)上是变化的，以使该元件具有比其实际宽度或实际长度大的一个外形宽度或外形长度，其特征在于，所述的填料总成件是带有所述填料元件的一个飞溅和滴淌的组合式填料总成件，这些填料元件制成可在所述的多层的每层中提供有与水平面足够倾斜以用作一个滴淌表面的第一表面以及与水平面足够靠近的与在它之上的一层中的另一填料元件足够分开以用作一个飞溅表面的第二表面。
13.一种用于蒸发冷却装置的填料，它包括多个如权利要求1所述的飞溅和滴淌的组合式填料组件，并被并排地排列。
14.一种制作填料组件的方法，这种方法包括下列步骤提供一个第一填料元件和一个第二填料元件，其每个都包含一块柔性的穿孔材料的板;以及以提供如权利要求1所述的一种飞溅和滴淌的组合式填料组件的方式将所述的填料元件连接一起，所述的第一和第二填料元件是一个置于另一个之上并设置成使每个填料元件的至少一部分具有一个弓形的弯曲部，该弓形弯曲部限定一个弯曲的表面，该弯曲表面区域分别用作飞溅和滴淌的表面。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的第一和第二填料元件是由在该板上形成角度弯部的方式制取，而这些填料元件在连接时要使第一和第二填料元件的角度弯部错开。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的第一填料元件具有两个角弯部和一个弓形弯部，该角弯部由弓形弯部相互分开，而所述的第二填料元件具有两个弓形弯部和一个角弯部，所述的弓形弯部被角弯部相互分开。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，它包括在一基本水平的支撑表面上通过使这些填料元件排列成以下方式来制取填料组件的步骤使它们的主表面置于垂直平面上，而每个填料元件都可自身支撑在它们的一个周边上，从所述周边开始所述的弯曲部在一个基本垂直的方向上延伸。
18.一种将含有多个填料组件的一个填料总成件安装进一个蒸发冷却装置的方法，它包括把这填料组件并排地支承在该冷却装置之前，先在一个基本水平的支撑表面上制取多个如权利要求1所述的飞溅和滴淌组合式的填料组件的步骤。
全文摘要
用于蒸发冷却器的具有组合飞溅和滴淌作用的填料组件，它包括由延展的金属片或塑料片制成的填料元件10、12。填料元件10、12在冷却器中的使用排列方式是它们叠堆得使其宽度和长度分别为填料组件的宽度和深度。多个元件10、12中的每个都有一个倾斜表面，其倾斜角度在使用中变化，使该表面的第一区域相对水平面足够地倾斜以用作一个滴淌表面，使表面的第二区域对水平面足够的靠近，以作为一个飞溅表面。
文档编号B01J19/32GK1101120SQ9410683
公开日1995年4月5日 申请日期1994年6月23日 优先权日1993年6月23日
发明者彼得·巴里, 博斯门 申请人:T.C沃脱梅厄集团股份有限公司