[发明专利]用于制造波纹片的片材成形工具和方法

说明书

本发明涉及用于制造波纹片的片材成形工具和方法。由该工具制成的波纹片可以被用作用于结构化填料(structured packing)的层。这种结构化填料可以被用作质量传递设备中的设施，用于改善流动穿过质量传递设备的至少两种流体相之间的质量或者热传递。流体相可以包括气相和液相。质量传递设备可以被构造成用以进行涉及这种质量传递的单元操作的质量传递柱，比如精馏柱或者吸收柱。

用于结构化填料的示例在WO97/16247中示出。WO97/16247的结构化填料由沿所设计的流体流动方向接连布置的多个填料元件构成。结构化填料因此形成在柱中层叠于彼此之上的多个填料元件中的一个。每个填料元件包括构造成以面对面关系布置的卷曲材料片的多个填料层。填料层中的每个设置有波纹，所述波纹在片材的相对端之间相对于流体流动的方向倾斜地延伸。在连续的填料元件之间的每个界面处以连续相施加有用于使压力下降减小的器件。用于使压力减小的该器件被布置在界面处或者附近，并且该器件由紧邻界面的波纹的构造上的局部变化构成。每个填料元件的卷曲（crimped）片材的至少一部分具有卷曲角度延伸至界面的至少一部分波纹。填料层具有波纹端部部段，其终止于从波纹端部向波纹的其余部分基本上连续地弯曲的波纹端部部段，从而使得卷曲角度在界面中的至少一个的附近逐渐地变化。此外，抵接在界面处的波纹端部的卷曲角度是平行的，使得离开一个片材的波纹端部中的给定一个的流体流动的角度以相同角度进入邻接填料元件的抵接波纹片材。在中间部分中的填料元件的本体内的卷曲角度基本上是常数，并且逐渐变化的卷曲角度大于该常数。

与先有解决方案相比，构造的该局部变化所适用的每个填料层的部分已意外地导致降低的压力下降。

然而，第一和第二端部部分的引入需要更复杂的制造工艺。因此，依据WO97/16247的填料层的制造需要逐步的方法，其包括多个形成步骤。一种可能的制造方法在美国6,461,559中公开。该方法涉及将波纹图案成形到条状膜上的第一步骤以及至少第二步骤，其中用于该波纹图案的第一和第二端部部分被成形。第一和第二端部部分由辊形成，所述辊将用于端部部分中的每个的波纹图案施加到在先的波纹片上。波纹图案涉及波纹角度的逐渐变化。多个辊可以相对于片材以顺次关系被布置，因此片材通过辊，以便成形波纹图案。

根据US 6,461,559的教导，因此有必要预知用于形成主要部分的波纹的片材成形工具和用于施加第一和第二端部部分的逐渐变化的波纹图案的辊工具。

因此，本发明的目的是提出一种改善的片材成形工具，其允许在单个步骤中完成具有主要部分和至少一个端部部分的波纹片的制造。因此，本发明的一个目的是简化制造工艺。

在文献EP 1 231 051 B1中，已经公开了一种冲压工具，其允许在从其中穿过的金属条上施加折叠和按压操作。该工具包括彼此相对地布置的两个模具。模具中的每个具有基本上对应于结构化的填料层的形状的形状。EP 1 231 051 B1的填料层是如WO97/16247中公开的波纹片。

操作中，冲压工具的模具是闭合的。由此，片材被俘获在模具之间，并且模具之间的距离基本上对应于片材的厚度。当两个模具被闭合时，压力被施加到片材上。由此，模具的结构被施加到片材上，用以将它成形为波纹片。由于片材在冲压操作期间被俘获在模具之间这个事实，片材受到高的局部应力，特别是在其端部部分。该应力可能导致片材在端部部分的每个中发生局部的弹性变形。因此，在模具已经被打开之后，波纹的形状可能受到变化，原因是由于其部分地恢复为原始形状。与波纹片的主要部分相比，该影响在端部部分处导致次等高度的波纹。如EP 1 231 051 B1公开的冲压工具生成具有变化高度的波纹的结构化填料片材。该工具特意允许波纹高度在端部部分更低。

当波纹片被钉在一起以形成结构化填料时，相邻波纹片彼此接触。如果波纹的高度在端部部分和在主要部分不同，则相邻片材只在主要部分接触。这对由多个这种波纹片形成的结构化填料的稳定性具有负面影响。因此，结构化填料层的对齐变得更困难。此外，可能由于偏移而发生不对称性。这类不对称性可能导致在操作期间经过结构化填料的流体的分布不均，并由此降低质量传递设备的性能。

因此，本发明的一个目的是增加具有主要部分和至少一个端部部分的波纹片的制造精度，以便提供具有恒定高度的波纹片。

波纹片的波纹的高度被定义为波谷与波峰之间的垂直距离（normal distance）。惯常地，波纹的高度在5mm～50mm之间的范围内。