陶瓷结构填充元件及陶瓷填充组件的制作方法

专利名称:陶瓷结构填充元件及陶瓷填充组件的制作方法
技术领域：
本实用新型大体涉及用于热量和/或质量传递应用中的陶瓷结构(或独石)填充件，例如再生热交换器中的散热片介质和质量传递塔中的质量传递元件。
背景技术：
相关技术描述
本申请人目前已制造陶瓷结构填充件并且已将该陶瓷结构填充件成功地推向市场，该陶瓷结构填充件由多个单个的板组装。这些板中的每个具有肋，该肋与邻接板上的肋相互交错，以产生蛇形横截面的流动通道。以商品名MLM 被销售的构造的填充件的细节可在本申请人的网站WWW, lantecp. com上找到。本申请人的可商购的构造的陶瓷填充件的其他细节在美国专利5，851，636和6，071, 593中给出，这两份专利都通过引用并入本文。
已证明MLM 的操作性能极大地优于传统构造的填充件的操作性能，传统构造的填充件通常具有正方形流动通道(具有等于一的高宽比)或矩形流动通道或三角形流动通道。这种传统构造的填充件的细节可从制造商的网站得到,例如WWW, rauschert. com、www. ceram. fraunthel. com以及其他。假定MLM 比传统构造的填充件的更优性能是由于MLM 中流动通道的蛇形横截面。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种改进的陶瓷结构填充件。
在本文描述的一个实施方式中，陶瓷结构填充元件包括单个陶瓷板的堆叠。该堆叠包括第一板，第一板具有第一表面，第一表面带有多个平行的连续高肋，以在肋之间形成多个平行凹槽。每个肋具有连接到第一表面的内端和连续的外端表面。第一板的第一表面还包括至少一个平行的连续短肋，该短肋位于一对高肋之间。短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的凹槽的宽度，且短肋的高度小于相邻的高肋的高度。填充元件还包括第二陶瓷板，第二陶瓷板具有与第一板上的高肋的外端表面紧密接触的表面，以在高肋之间形成平行的基本上密闭的通道。
另外，陶瓷填充元件还可包括用于将第一板和第二板粘合到一起以形成构造的填充元件的机构。在一种变体中，板通过在未处理状态被固化来结合，由此接触的表面形成粘性结合。在另一种变体中，粘合机构包括用于保持表面接触的机械设备。在又一种变体中，粘合机构包括粘合剂。
如上述的多个填充元件被组装成具有使其通道对准的陶瓷结构填充组件和用于将元件固定在一起的机构。固定机构可包括金属带。
本文还公开了一种形成陶瓷填充元件的方法，该方法包括以下步骤(I)在陶瓷板的第一表面上形成多个平行的连续短肋和高肋；(2)堆叠板，使得板上的高肋与相邻板的第二表面接触以形成通道；以及(3)将高肋的外端表面粘合到相邻板的第二表面。在该方法的一种变体中，板的陶瓷为未处理状态，且表面通过固化陶瓷而粘合以在表面之间形成结合。在该方法的另一种变体中，陶瓷元件为固化状态，且通过将粘合剂应用到接触表面之间来粘合板。在该方法的又一种变体中，陶瓷元件为固化状态，且通过围绕元件将包装材料放置在与通道平行的方向来粘合板。
在本文描述的一个实施方式中，提供了一种陶瓷结构填充元件，包括第一板和相对的板，所述第一板和所述相对的板中的每一个具有第一端和第二端以及第一表面和第二表面，所述第一板的所述第一表面包括多个平行的连续高肋，所述高肋具有第一端表面，所述第一端表面从所述第一板的所述第一表面延伸，在所述高肋之间形成平行的凹槽，所述高肋的连续端表面与所述相对的板的所述第二表面接触，所述第二表面基本上密闭所述凹槽以形成通道，所述第一板的所述第一表面还包含至少一个平行的连续短肋，所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度，且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度。
板中的至少一个可以是平的。
相邻的高肋之间的间隔可以大于所述高肋的宽度。
陶瓷可为未处理状态。
陶瓷可为固化状态。
表面可包含催化剂。
板可以具有从2至12英寸的宽度和深度以及从O. 04至O. 2英寸的厚度。
至少一个短肋可位于交替成对的高肋之间。
第一板的第一表面可包含多个高肋和短肋，并且第二板的第二表面也可包含多个平行的高肋和短肋。
第一板的第一表面上的短肋可与第二板的第二表面上的短肋交错。
在本文描述的另一个实施方式中，提供了一种陶瓷结构填充元件，包括
单个陶瓷板的堆叠，所述堆叠包括
第一板，所述第一板具有第一表面，所述第一表面包括多个平行的连续高肋，在所述肋之间形成多个平行的凹槽，每个所述肋具有连接到所述第一表面的内端和连续的外端表面并且凹槽具有连续底表面，所述第一板的所述第一表面还包括至少一个平行的连续短肋，所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度，且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度；以及
第二陶瓷板，所述第二陶瓷板具有与所述高肋的所述外端表面紧密接触的表面，以在所述高肋之间形成基本上密闭的通道。
陶瓷结构填充元件还可包括用于将第一板和第二板粘合到一起以形成构造的填充元件的陶瓷粘合机构。
陶瓷粘合机构可包括处于未处理状态的固化板，由此接触的表面形成粘性结合。
陶瓷粘合机构可包括用于保持所述表面接触的机械设备。
陶瓷粘合机构可包括粘合剂。
至少一个短肋可位于可选择对的高肋之间。
其中肋之间的间隔可比肋之间的宽度宽。
在本文描述的又一个实施方式中，提供了一种陶瓷填充组件，包括多个填充元件和将所述元件固定在一起的机构，所述填充元件包括单个陶瓷板的堆叠，所述堆叠包括第一板，所述第一板具有第一表面，所述第一表面包括多个平行的连续高肋，在所述肋之间形成多个平行的凹槽，每个所述肋具有连接到所述第一表面的内端和连续的外端表面并且凹槽具有连续底表面，所述第一板的所述第一表面还包括至少一个平行的连续短肋，所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度，且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度；第二陶瓷板，所述第二陶瓷板具有与所述高肋的所述外端表面紧密接触的表面，以在所述高肋之间形成基本上密闭的通道；以及用于将所述第一板和所述第二板粘合到一起以形成构造的填充元件的陶瓷粘合机构，所述填充元件放置到具有使其通道对准的组件中。
所述固定机构可包括金属带。
本实用新型所提供的改进的陶瓷结构填充件具有优异的热量和质量传递能力，伴有较低的压降，从而具有较低的操作成本。


图1a是板IOOp的等距视图，其用于图1f构造的填充件IOOm中。
图1b是图1a的单个板IOOp的平面图。
图1c是图1a的单个板IOOp的平面图，其中在肋的顶部上具有粘合剂100a。
图1d是通过堆叠图1c的单个板产生的构造的填充子模块IOOsm的平面图。
图1e是图1d的构造的填充子模块IOOsm的等距视图。
图1f是根据本实用新型的构造的填充模块IOOm的平面图，其是通过接合图1d中示出的四个子模块IOOsm而装配的。
图2a是板200a的可选择构造的平面图。
图2b是通过堆叠图2a的多个板200a产生的构造的填充子模块200m的平面图。
图3a是板300a的可选择构造的平面图。
图3b是通过堆叠图3a的多个板300a产生的构造的填充子模块300m的平面图。
图4a是板400a的可选择构造的平面图。
图4b是通过堆叠多个板400a产生的构造的填充子模块400sm的平面图。
图5a是板500a的可选择构造的平面图，其中长肋500ph和短肋500ps分别位于板500a的第一平面和第二平面上。
图5b是通过堆叠图5a的多个板产生的构造的填充子模块500sm的平面图。
图6a是板600a的可选择构造的平面图，其中多个短肋600ps位于相邻的长肋600ph之间。
图6b是通过堆叠图6a的多个板产生的构造的填充子模块600sm的平面图。
具体实施方式
如本文定义的，“填充元件”包括配合以在其间形成流动通道的两个板。另外，如本文定义的，“子-模块”包括并排布置的多个填充元件，以用于更大的流动能力。另外，如本文定义的，“构造的填充件”包括并排布置的多个子模块，以用于甚至更大的流动能力。
本文描述的改进构造的填充件IOOm在图1f中示出且由在图1d和Ie中示出的四个子模块IOOsm组装。子模块IOOsm由在图la、Ib和Ic中不出的板IOOp制造。
通过借助于模具来挤出未加工的或复合的粘土或其他这样的原材料以提供图1a示出的横截面构造来制造板100p。挤出的材料被切割成大约2至12英寸的长度。因此如可从图1a中看见，板IOOp被构造为具有O. 04至O. 2英寸的厚度和约4至8英寸的宽度和约2至12英寸的长度的平坦元件。可选择地，可通过在压力机或冲压机中压制或冲压未加工的或复合的粘土或其他这样的原材料来制造板ΙΟΟρ。
在板IOOp的第一平坦表面上纵向地提供多个平行的高肋lOOph。如在热量传递和质量传递中公知的，提供肋以增大板的表面积。该肋还产生紊流以增强板的热量和质量传递特性。高肋IOOph为约O. 04至O. 2英寸厚和约O. 01至O. 5英寸高。相邻的高肋IOOph之间的距离为约0.5至8英寸。因此，高肋IOOph在板IOOp的表面上形成凹槽。此外，在可选择对的高肋IOOph之间纵向地提供多个短肋lOOps。短肋为约0. 04至0.1英寸厚和约0. 03到0. 18英寸高。相邻的低肋IOOps之间的距离为约0.04至0.5英寸。图1a示出板IOOp的一个实施方式，其中短肋IOOps位于两个相邻的高肋IOOph的中心。然而，将明显的是，短肋可位于两个相邻的高肋之间的任何位置。
为组装子模块lOOsm，通过将合适的粘合剂IOOa应用到如在图1c中示出的第一板IOOp上高肋IOOph的平坦顶部上的连续外端表面来制造填充元件。粘合剂IOOp可以是娃酸钠溶液或其他合适的粘合剂材料。然后将第一板IOOp粘合地附接到第二板IOOp的第二平坦无肋的面。第一板IOOp上的高肋IOOph到第二板IOOp的粘合密闭凹槽且产生纵向的流动通道，用于处理气体流过填充元件。由于短肋IOOps未被附接，其产生分离通过流动通道的流体流的切割边缘。流体的分离产生增强热量和质量传递的紊流。
以类似的方式，如在图1d和Ie中示出的，将粘合剂IOOa应用到第二板IOOp上高肋IOOph的平坦顶部。然后将第二板IOOp粘合地附接到第三板IOOp的第二平坦无肋的面。继续将粘合剂应用到板的高肋的平坦顶部并将板附接到另外的板的平坦无肋的面的过程，直至子模块被制造成所需要的尺寸。
图1f示出本文公开的构造的填充件100m,其是通过并排接合四个子模块IOOsm而被组装为整块。通过将粘合剂应用到每个子模块IOOsm的外部垂直表面来将四个子模块保持在一起。可选择地，可在四个子模块周围提供机械设备例如塑料带或金属带或丝网外壳以将其保持在一起，形成构造的填充件100m。虽然构造的填充件IOOm被示出为由四个子模块IOOsm组装，但将明显的是，可按照上面描述将任何合适数目的子模块接合在一起来形成构造的填充件100m。组装构造的填充模块IOOm的所有这些变体对本领域具有普通技能的人员来说将是明显的。
由于交替的高肋和短肋， 构造的填充件IOOm预期比现有技术的MLM 具有更好的热量和质量传递以及压降的性能。通过在制造过程的任何阶段将催化剂层应用到板IOOp的表面，构造的填充件IOOm还可用于催化应用中。在本文中未描述将催化剂应用到陶瓷表面的过程，因为该过程对于本领域具有普通技能的人员来说是公知的。
图1a的板IOOp构造成在末端对的高肋之间无短肋。然而，高肋和短肋的其他布置是可能的。例如，图2a示出板200p的可选择构造的平面图，板200p在一个末端对的长肋200ph之间具有短肋200ps，而在另一末端对的长肋200ph之间无短肋200ps。图2b示出子模块200sm的平面图，其使用图2a的可选择构造的板来制造。[0058]类似地，图3a示出板300p的可选择构造的平面图，板300p在两个末端对的长肋300ph之间都具有短肋300ps。图3b示出子模块300m的平面图，其使用图3a的可选择构造的板来制造。
作为另一个实例，图4a示出可选择构造的平面图，其中根据图1a的板IOOp用粘合剂400a接合到根据图3a的板300p。图4b示出子模块500sm的平面图，其分别使用根据图1a和图3a的可选择模式的板来制造。
作为另一个实例，图5a示出板500p的可选择构造，板500p在其第一平面上具有长肋500ph且在其第二平面上具有短肋500ps。第一板500p的短肋500ps定位成与相邻的板500p上的长肋交错。
对于突出到相邻的板500p上的长肋500ph之间的相对凹槽中的第一板500p上的短肋500ps来说将明显的是，短肋500ps的宽度小于凹槽的宽度。类似地，对于突出到由第一板500p上的短肋形成的相对凹槽中的相邻板500p上的长肋500ph来说将明显的是，长肋500ph的宽度小于凹槽的宽度。
图5b示出子模块500m的平面图，其使用图5a的可选择构造的板500p来制造。通过将粘合剂应用到子模块 500sm的垂直侧并且如上文关于图1f所描述的并排填充合适数量的子模块，子模块500sm能被组装成构造的填充件500m。
将明显的是，可在一对高肋之间提供多于一个的短肋。此外，短肋不一定提供在可选择对的高肋之间。作为另一个实例，图6a示出板600p的可选择构造的平面图，板600p在相邻对的长肋300ph之间具有多个短肋600ps。图6b示出子模块600m的平面图，其使用图6a的可选择构造的板来制造。
图6a的板600p上的短肋600ps和高肋600ph可设置在板的两个平坦表面上，类似于显示用于图5a板500p的。另外，第一平坦表面上的短肋600ps可相对于第二平坦表面上的短肋600ps错开。从而当具有错开的肋的两个板600p粘合以产生填充元件时，第一板上的短肋将与第二板上的短肋交错。
将明显的是，肋可具有其他的横截面构造，这对本领域普通技术人员将是明显的。还将明显的是，在上述的板上可使用不同横截面的肋的任何组合。
此外，上述尺寸仅是使用本文公开的方法可被制造的构造的填充件的典型尺寸的实例。其他尺寸和规格对本领域技术人员将是明显的且仅将被制造工艺和处理约束条件限制。
然而，如上描述的构造的填充件的其他改进和修改对本领域普通技术人员将是明显的。
为了制造在上面图1f中描述的构造的填充件，通过具有图1a示出的横截面轮廓的模具挤出被处理的粘土。如对本领域普通技术人员将明显的，模具的横截面轮廓为图1a的板IOOp的横截面轮廓的负像。迫使被处理的粘土通过模具，以挤出具有图1a示出的横截面轮廓的连续板。将连续板切割成适当的长度，以制造未被处理的构造的填充件。未被处理的构造的填充件首先被空气干燥，且稍后在炉中烧制，以制造图1a的精加工的板ΙΟΟρ。使用如上述的粘合剂IOOa将精加工的板IOOp组装成子模块lOOsm。然后使用如先前描述的粘合剂IOOa或机械设备将单个的子模块IOOsm组装成构造的填充件100m。
类似地，将明显的是，为制造在上面图2a、3a、4a、5a和6a中描述的可选择的板，通过具有为相关板的横截面轮廓负像的横截面轮廓的模具挤出被处理的粘土。为了制造构造的填充件200m、300m、400m、500m和600m，烧制未被处理的板，并且使用如先前描述的粘合剂或机械设备组装成子模块并组装成构造的填充件。可选择地，可在不使用任何粘合剂下将未被处理的板在未处理状态下组装成填充元件和子模块，然后在组装状态下烧制以形成将板粘合到一起的陶瓷结合。然后使用如先前描述的粘合剂或机械设备将精加工的子模块200sm>300sm>400sm>500sm和600sm组装成构造的填充件。
用于制备本文中描述的板的制造工艺与实际用于现有技术的其他填充件的制造工艺类似。被处理的粘土的组分和冶金性质被选择，以在炉中烧制未被处理的板并且后续将其组装成子模块和构造的填充件之后，提供精加工构造的填充件所需要的物理特性和热特性。因此，如何制造本文描述的构造的填充件被认为在本领域技术人员的知识基底内，且因此本文中不再详述。
所有这些其他实施方式和变体被认为落入在本文中描述的实施方式的范围内且应仅由下面的权利要求
的范围限制。
权利要求
1.一种陶瓷结构填充元件，包括第一板和相对的板，所述第一板和所述相对的板中的每一个具有第一端和第二端以及第一表面和第二表面，所述第一板的所述第一表面包括多个平行的连续高肋，所述高肋具有第一端表面，所述第一端表面从所述第一板的所述第一表面延伸，在所述高肋之间形成平行的凹槽，所述高肋的连续端表面与所述相对的板的所述第二表面接触，所述第二表面基本上密闭所述凹槽以形成通道，所述第一板的所述第一表面还包含至少一个平行的连续短肋，所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度，且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度。
2.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述板中的至少一个是平的。
3.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中相邻的高肋之间的间隔大于所述高肋的宽度。
4.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述陶瓷为未处理状态。
5.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述陶瓷为固化状态。
6.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述表面包含催化剂。
7.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述板具有从2至12英寸的宽度和深度以及从O. 04至O. 2英寸的厚度。
8.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件,其中至少一个短肋位于交替成对的高肋之间。
9.根据权利要求
1所述的陶瓷结构填充元件，其中所述第一板的所述第一表面包含多个高肋和短肋，并且所述第二板的所述第二表面也包含多个平行的高肋和短肋。
10.根据权利要求
9所述的陶瓷结构填充元件，其中所述第一板的所述第一表面上的所述短肋与所述第二板的所述第二表面上的所述短肋交错。
11.一种陶瓷结构填充元件,包括单个陶瓷板的堆叠，所述堆叠包括第一板，所述第一板具有第一表面，所述第一表面包括多个平行的连续高肋，在所述肋之间形成多个平行的凹槽，每个所述肋具有连接到所述第一表面的内端和连续的外端表面并且凹槽具有连续底表面，所述第一板的所述第一表面还包括至少一个平行的连续短肋， 所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度， 且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度；以及第二陶瓷板，所述第二陶瓷板具有与所述高肋的所述外端表面紧密接触的表面，以在所述高肋之间形成基本上密闭的通道。
12.根据权利要求
11所述的陶瓷结构填充元件，还包括用于将所述第一板和所述第二板粘合到一起以形成陶瓷构造的填充元件的陶瓷粘合机构。
13.根据权利要求
12所述的陶瓷结构填充元件，其中所述陶瓷粘合机构包括处于未处理状态的固化板，由此接触的表面形成粘性结合。
14.根据权利要求
12所述的陶瓷结构填充元件，其中所述陶瓷粘合机构包括用于保持所述表面接触的机械设备。
15.根据权利要求
12所述的陶瓷结构填充元件，其中所述陶瓷粘合机构包括粘合剂。
16.根据权利要求
11所述的陶瓷结构填充元件，其中至少一个短肋位于可选择对的高肋之间。
17.根据权利要求
12所述的陶瓷结构填充元件，其中肋之间的间隔比所述肋之间的宽度览。
18.—种陶瓷填充组件，包括如权利要求
12中定义的多个填充元件和将所述元件固定在一起的机构，所述填充元件放置到具有使其通道对准的组件中。
19.根据权利要求
18所述的陶瓷填充组件，其中所述固定机构包括金属带。
专利摘要
一种陶瓷结构填充元件，包括第一板和相对的板，所述第一板和所述相对的板中的每一个具有第一端和第二端以及第一表面和第二表面，所述第一板的所述第一表面包括多个平行的连续高肋，所述高肋具有第一端表面，所述第一端表面从所述第一板的所述第一表面延伸，在所述高肋之间形成平行的凹槽，所述高肋的连续端表面与所述相对的板的所述第二表面接触，所述第二表面基本上密闭所述凹槽以形成通道，所述第一板的所述第一表面还包含至少一个平行的连续短肋，所述短肋位于一对高肋之间，所述短肋的宽度小于由相邻的高肋形成的所述凹槽的宽度，且所述短肋的高度小于所述相邻的高肋的高度。
文档编号F16S1/10GKCN202868277SQ201220178200
公开日2013年4月10日 申请日期2012年4月24日
发明者郎果杰 申请人:蓝太克环保科技(上海)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan