AT295479B

AT295479B - Multigegenstromaustauscher

Info

Publication number: AT295479B
Application number: AT501269A
Authority: AT
Original assignee: Geigy Ag J R
Priority date: 1968-06-08
Filing date: 1969-05-27
Publication date: 1972-01-10

Description

Multigegenstromaustauscher
Die Erfindung betrifft einen Multigegenstromaustauscher, bei dem in einem Gefäss vorzugsweise zueinander parallel angeordnete Kapillarröhrchen in im Abstand von den Gefässstirnwänden angeordneten Querwänden münden und die Räume zwischen den Gefässstirnwänden und den Querwänden zum Zu- und Abführen eines ersten durch die Röhrchen fliessenden Mediums dienen und Zu-und Ableitungen für ein zweites die Röhrchen umspülendes Medium vorgesehen sind und ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung des die Röhrchen umspülenden zweiten Mediums mindestens je ein Röhrchen umschliessende Kanäle vorgesehen sind, deren Länge kleiner als die der Röhrchen ist und die in im Abstand von den Querwänden der Röhrchen angeordneten Querwänden münden,

und dass die Räume zwischen den Querwänden der Röhrchen und der Kanäle zum Zu- und Abführen des durch die Kanäle fliessenden zweiten Mediums dienen.

Der erfindungsgemässe Austauscher kann beispielsweise als Dialysator, z. B. zur Stofftrennung, Abtrennung niedermolekularer Anteile aus Eiweisslösungen oder Blutdialyse, sowie zur Wassergewinnung nach den Prinzipien der umgekehrten Osmose oder zur Kälteerzeugung verwendet werden. Er ist aber auch zur Sterilisation von Substanzen, wie z. B. von Milch, geeignet, die durch den intrakapillaren Raum geleitet, dort in genauer Dosierung kurzzeitig erhitzt und gegebenenfalls abgekühlt werden, wobei dem interkappilaren Raum entsprechende Heiz-und Kühlmittel zugeführt werden.

Weiterhin ist es möglich, den Austauscher für Destillationsprozesse, z. B. für das
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intrakapillar geleitet und die Kondensation des Wasserdampfes im interkapillaren Vakuum erfolgt.

Die beiden Querwände der Kapillarröhrchen können erfindungsgemäss eben ausgebildet und zueinander geneigt angeordnet oder es kann mindestens eine der Querwände gekrümmt sein, wodurch die Kapillarröhrchen verschiedene Längen besitzen. Gemäss der Erfindung kann der Querschnitt jedes Kanals im Bereich mindestens eines seiner Enden verringert sein. Bevorzugt wird diese Querschnittsverengung an jenen Enden der Kanäle angeordnet, die in der Nähe des Zuführungsraumes des zweiten Mediums liegen, wobei die Querschnitte so bemssen sind, dass sich das in den Austauscher eingeleitete zweite Medium auf alle Kanäle annähernd gleichmässig verteilt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Austauschers sind die Kanäle aus Röhren gebildet, deren Wände in mindestens einer Zone miteinander verbunden sind, wobei diese Verbindung aus mindestens einem Abstandhalter gebildet sein kann. Bei einer reihenweisen Anordnung der Kapillarröhren können die Kanäle einer Röhrchenreihe nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch aus zwei, zwischen den Röhrchen miteinander verbundenen Folien gebildet sein, von denen mindestens ein Teil gerillt oder gewellt ist, wobei die Röhrchen in den Rillen bzw. Wellennuten untergebracht sind. Es ist aber auch möglich, die Kanäle durch im wesentlichen parallele Bohrungen in einem Vollkörper zu bilden.

Die Kapillarröhrchen sind erfindungsgemäss mindestens an einem ihrer Enden verdickt, wobei die Verdickungen sich durch den Zu-bzw. Abführungsraum des zweiten Mediums bis in das Innere der die Röhrchen umgebenden Kanäle erstrecken. In vorteilhafter Weise erstreckt sich das verdickte Ende der Kapillarröhrchen durch den Zuführungsraum des zweiten Mediums bis in das Innere von die Röhrchen

umgebenden Kanälen, deren Querschnitt, wie bereits beschrieben, zur gleichmässigen Verteilung des zweiten Mediums auf alle Kanäle in der Umgebung des Röhrchendurchganges verengt ist. Die Kanäle können aber auch mehrere Einschnürungen aufweisen, um eine Turbulenz des durchströmenden zweiten Mediums zu bewirken.

Ebenso können die Kapillarröhrchen mit Einschnürungen zur Erzeugung einer Turbulenz des ersten Mediums versehen sein.

Die Wände der Kapillarröhrchen können ein-oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die die Wand bildenden Membranschichten können anorganischer, organischer oder metallischer Natur sein.

Organische Membranschichten bestehen beispielsweise aus Hydratzellulose. Die Durchmesser der Kapillarröhrchen liegen vorzugsweise im Bereich von 0, 1 bis 5 mm, ihre gegenseitigen Abstände sind etwa ebenso gross.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind, näher erläutert. Die gezeigten, aus Deutlichkeitsgründen massstäblich verzerrt dargestellten Austauscher weisen wesentlich weniger Einzelelemente auf als die in der Praxis verwendeten Austauscher. So können mehrere Hunderttausend Kapillarröhrchen in einem Austauscher angeordnet sein, wobei die Röhrchen in Reihen zu mehreren Tausend zusammengefasst sind.
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1Fig. 1 im vergrösserten Massstab ; die Fig. 34 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen des Austauschers und Fig. 6 eine besondere Ausgestaltung der die Kapillarröhrchen des Austauschers umschliessenden Kanäle.
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3--sindQuerwänden --239, 240-- ausmünden, die im Abstand von den Gefässstirnwänden vorgesehen sind.

Die Röhrchen durchsetzen Kanäle --206--, die kürzer als die Röhrchen sind und in Querwänden - 237, 238-- ausmünden, die im wesentlichen parallel zu den Querwänden --239,240-- der Röhrchen angeordnet sind. Die Querwände--237, 239--sind eben ausgebildet, wogegen die
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als die der Querwand-240--. Durch die gekrümmten Querwände der Röhrchen nimmt die Länge der Röhrchen von innen zur Gefässwand ab.

Die Querwand--239-und die Stirnwand --2-- sowie die Querwand --240-- und die Stirnwand--3--begrenzen mit der Gefässwand zwei Räume --247 und 249--. Von diesen ist der erste der Verteilerraum des durch den an der Stirnwand--2--vorgesehenen Rohrstutzen--248-einströmenden ersten Mediums--Fi--und der zweite der Sammelraum des durch den mit einem Absperrventil versehenen, an der Stirnwand-3-angeordneten Ablassstutzen-250- abfliessenden ersten Mediums--Fi'--. Ebenso werden durch die Querwände --239 und 237-und
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untereinander und mit der Gefässwand durch eine Gie#schicht --218-- verbunden, wodurch die Querwand --240-- gebildet wird.

Die Kanäle --206-- weisen im Bereich ihrer Enden bei--206a und 206b--Einschnürungen zur örtlichen Verringerung ihres Querschnittes auf, die zur gleichmässigen Verteilung des Mediums --F-- beitragen und durch die Stauung des Mediums dessen Durchströmgeschwindigkeit durch die Kanäle verlangsamen.
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die des Austauschers nach Fig. l und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Röhrchen-401-des Austauschers nach Fig. 3 münden in Querwänden-439, 440--, die eben ausgebildet und zueinander geneigt sind ; desgleichen schliessen auch die ebenen Querwände --437,438-- der Kanäle --406-- einen Winkel ein, so dass die Länge der Röhrchen und der Kanäle von der Gefässseitenwand-402-zur gegenüberliegenden Seitenwand --403-- abnimmt. Aber auch die Höhe der Räume-447, 449 und 442 und 445-nimmt in gleicher Richtung stetig ab.

Auch die ebenen Querwände-539, 540 und 538, 537-des bogenförmigen Austauschers gemäss Fig. 4 sind zueinander geneigt, doch münden in diese gekrümmten Kapillarröhrchen --501-- bzw. Kanäle-506-ein.

Fig. 5 zeigt in schaubildlicher Darstellung rein schematisch den Zusammenbau von Kapillarröhrchen --601-- mit zweifach gekrümmten Querwänden-639, 640-. Die Länge der Röhrchen nimmt in beiden Krümmungsrichtungen der Wände gegen die Scheitel der Querwände zu. Die die Röhrchen umschliessenden Kanäle sind aus Deutlichkeitsgründen nicht dargestellt.

Die Kanäle einer Röhrchenreihe können auch, wie Fig. 6 zeigt, durch eine ebene Wand-IM-- und eine gewellte Wand --115-- gebildet sein, die so aneinanderliegen, dass sie Kanäle-116- bilden, in denen die Röhrchen-101-angeordnet sind.

Als Werkstoff für die Lamellen --234-- und die Zwischenstreifen-218-eignen sich giessfähige oder pastenförmige Substanzen, die durch thermische, trocknende und/oder chemische Prozesse ausgehärtet oder vernetzt werden, also z. B. Acetylzellulose, Epoxyharze, Polyesterharze, Polymethacrylate, Ein-und Mehrkomponenten-Silikongummi, Metall/Kunststoffpasten usw.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Multigegenstromaustauscher, bei dem in einem Gefäss vorzugsweise zueinander parallel angeordnete Kapillarröhrchen in im Abstand von den Gefässstirnwänden angeordneten Querwänden münden und die Räume zwischen den Gefässstirnwänden und den Querwänden zum Zu-und Abführen eines ersten durch die Röhrchen fliessenden Mediums dienen und Zu-und Ableitungen für ein zweites
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Führung des die Röhrchen umspülenden zweiten Mediums mindestens je ein Röhrchen (101,201, 301, 401,501, 601) umschliessende Kanäle (206,306, 406,506) vorgesehen sind, deren Länge kleiner als die der Röhrchen ist und die in im Abstand von den Querwänden (239, 240 ; 439, 440 ; 539, 540 ;

639,640) der Röhrchen angeordneten Querwänden (237,238) münden, und dass die Räume (242,245) zwischen den Querwänden der Röhrchen und der Kanäle zum Zu-und Abführen des durch die Kanäle fliessenden zweiten Mediums dienen.
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Claims

dass der Querschnitt jedes Kanals (206,406, 506) im Bereich mindestens eines seiner Enden (wie bei 206a, 206b) verringert ist. EMI3.3 dass zur annähernd gleichmässigen Verteilung des zweiten Mediums auf alle Kanäle der Querschnitt jedes Kanals in der Nähe des Zufuhrraumes (242) des zweiten Mediums (bei 206a) verengt ist.

5. Multigegenstromaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kanäle (506) aus Röhrchen gebildet sind, deren Wände in mindestens einer Zone miteinander verbunden sind.

6. Multigegenstromaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass bei reihenweiser Anordnung der Röhrchen (101) die Kanäle einer Röhrchenreihe aus zwei, zwischen den Röhrchen miteinander verbundenen Folien (114, 115) gebildet sind, von denen mindestens ein Teil (115) gerillt oder gewellt ist, wobei die Röhrchen (101) in den Rillen bzw.

Wellennuten (116) untergebracht sind.

7. Multigegenstromaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Kanäle Bohrungen in einem Vollkörper angeordnet sind.

8. Multigegenstromaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, da dur c h ge k e n n - zeichnet, dass die Kapillarröhrchen (201,301, 401,501) mindestens an einem ihrer Enden verdickt <Desc/Clms Page number 4> sind, wobei die Verdickungen (220) sich durch den Zu-bzw. Abführungsraum des zweiten Mediums bis in das Innere der die Röhrchen umgebenden Kanäle (206,306, 406,506) erstrecken. EMI4.1 das verdickte Ende (220) der Kapillarröhrchen (201,301, 401,501) durch den Zuführungsraum (242) des zweiten Mediums bis in das Innere von die Röhrchen umgebenden Kanälen (206,306, 406,506) erstreckt, deren Querschnitt zur gleichmässigen Verteilung des zweiten Mediums auf alle Kanäle in der Umgebung (306a, 306e) des Röhrchendurchganges verengt ist.

10. Multigegenstromaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass zur Erzeugung einer Turbulenz des zweiten Mediums die Kanäle (306) mit Einschnürungen (301a bis 301e) versehen sind.

Druckschriften, die das Patentamt zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik in Betracht gezogen hat : EMI4.2 <tb> <tb> DT-AS <SEP> 1226988 <tb>