Vorrichtung, in welcher strömende Medien zur Durchführung einer isobaren thermo dynamischen Zustandsänderung in Berührung mit Wänden gebracht werden. Die Aufgabe, strömende Medien über grosse Oberflächen zu verteilen, tritt häufig auf, wenn es darauf ankommt, Wärme zwi schen Gasen oder Flüssigkeiten auszutauschen; ferner auch dann, wenn ihnen irgend welche Stoffe entzogen oder zugeführt werden sol len. Bei Klimaanlagen zum Beispiel soll die atmosphärische Luft erwärmt oder gekühlt und häufig ausserdem auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt gebracht werden.
In den meisten Fällen hängt die praktische An wendbarkeit solcher Einrichtungen, seien es Klimaanlagen oder andere, von der Möglich keit ab, sie billig und leicht genug herzustel len. Die Erfindung bringt nach dieser Rich tung hin wesentliche Fortschritte und er- möglieht überdies, die Wirksamkeit noch zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, in welcher strömende Medien zur Durchführung einer isobaren thermo dynamischen Zustandsänderung (Änderung der Temperatur oder der Zusammensetzung der Medien) in Berührung mit Wänden ge bracht werden, welche zur Herbeiführung dieser Zustandsänderung geeignet sind.
Diese Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass diese Wände zu einem Paket vereinigt sind, das durch abwechselnde Stapelung von glat ten und mit Erhöhungen bezw. Vertiefungen versehenen Blättern gebildet ist, die sich durch gegenseitige Berührung abstützen und fixieren, so dass das Material für alle oder einen Teil der Blätter lediglich nach Mass gabe seiner Eignung für den Austausch ge wählt werden kann, ohne Rücksicht auf seine. mechanische Festigkeit.
Die Blätter können Bleche, Folien, @Schei- ben, Platten, Membrane oder dergl. aus metallischen oder nichtmetallischen Stoffen (z. B. aus getränktem Filz zur Abgabe von Dämpfen in das durchströmende Medium, oder aus Zellulose zur Absorption von Was ser aus dem durchströmenden Medium, oder Pergament zur Dialyse bezw. Osmose) sein, die geeignet sind, entweder irgend welche Stoffe aufzunehmen, abzugeben oder weiter zu leiten, oder Wärme zu übertragen, oder beide Wirkungen gleichzeitig auszuüben.
Durch derartig aufeinander geschichtete Blätter werden die hindurchströmenden Me dien in zahlreiche Einzelströme aufgeteilt, die an allen Seiten mit dem Stoff, mit dem sie in Wechselwirkung treten sollen, in Be rührung kommen. Durch einen auf den Stapel ausgeübten Druck legen sich die Rän der der Blätter, die noch besonders verstärkt: sein können, gegeneinander, so dass die ein zelnen flachen Kanäle, in denen das Medium strömt, gegen die Umgebung abgedichtet wer den.
Die der einen Gruppe zugehörigen Blät ter können innerhalb des Stapels in gegen seitigem Abstand :gehalten werden :durch an den Rändern entlang laufende Rahmen gebilde, welche aus dichten Teilen und für Medium durchlässigen Teilen bestehen und mit je zwei einanderfolgenden Blättern einer Gruppe Strömungskammern bilden, deren Randabdichtung durch einen auf den Stapel ausgeübten Druck bewirkt wird. Die Rahmen gebilde können wenigstens teilweise mit den in den Kammern eingeschlossenen Blättern der zweiten Gruppe zu einem Stück vereinigt sein. In dieser Weise erspart man besondere Abdichtungsmassnahmen wie Schweissen usw.
und braucht bei der Wahl des Werkstoffes und der Dicke der Blätter auf eine zusätz liche und nachträgliche Bearbeitung der Rän der keine Rücksicht zu nehmen. Beispiels weise kann man metallische Blätter so dünn machen, wie sie nur irgendwie verarbeitet werden können; denn infolge der vielfachen innern Unterstützung jedes Blattes im Paket werden an die Festigkeit des Materials nur sehr geringe Anforderungen gestellt. Die Möglichkeit der Verwendung so dünner Blät ter ist von entscheidendem Vorteil, beispiels weise dann, wenn es auf Material- oder Ge wichtsersparnis wesentlich ankommt, und vor allem dann, wenn Wärme zwischen zwei strömenden Medien ausgetauscht werden soll.
Denn der Wärmeaustausch ist um so voll- kommener, je dünner die Trennwände zwi schen ihnen sind. Die Trennwände können sogar so dünn gemacht werden, dass es auf eine gute Wärmeleitfähigkeit des Materials gar nicht mehr ankommt. Durch Verwendung von Klebestreifen oder Kitt kann die Ab dichtung auch bei dünnen Folien noch ver bessert werden.
Es ist zwar bekannt, strömende Medien zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen parallelen Wänden, die in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, hindurchströ- men zu lassen. Diese Wände müssen aber dick genug sein, damit sie genügende Steifig- keit haben, um die geringen Abstände von einander auch einzuhalten. Denn nicht nur ihr eigenes Gewicht, sondern besonders auch die Wirkungen des Wärme- oder Feuchtig keitswechsels führen die Gefahr des Krumm ziehens herbei.
Bei Anlagen, in denen sowohl Wärme als auch Stoff ausgetauscht werden s,011, können diese beiden Funktionen auf die glatten und gewellten oder geprägten Blätter verteilt werden. Will man zum Beispiel atmosphä rische Luft mit Hilfe absorbierender Stoffe trocknen, so muss neben der Aufnahme des 'Wasserdampfes auch für die Abführung der Absorptionswärme gesorgt werden. Man kann zu diesem Zweck die gewellten oder gepräg ten Blätter aus absorbierendem Stoff herstel len und die entstehende Absorptionswärme mit Hilfe der glatten Blätter ableiten.
Man kann aber auch die beiden Funktionen den gewellten oder geprägten Blättern allein oder den glatten Blättern allein übertragen, oder die Funktionen in irgend einer andern Art auf beide Gruppen der Blätter beliebig ver teilen.
Die Erfindung ist ebenso brauchbar, wenn zwischen strömenden Medien ein Stoff austausch stattfinden soll durch Diffusion (z. B. Osmose). Die Blätter oder wenigstens eine Gruppe von Blättern wird hierzu aus durchlässigem oder semipermeablem Material gemacht.
Anhand der Zeichnung werden im folgen den einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Fig. 1 und 2 zeigen einfache Apparate gemäss der Erfindung zur Behandlung eines Mediums, das mit Wänden in Stoffaustausch treten muss; Fig. 3, 10, 11, 12 zeigen Apparate für zwei gleichzeitig hindurchströmende Medien, die dann wechselseitig in Wärmeaustauseb oder durch Diffusion in Stoffaustausch treten; Fig. 4 ist ein Kreuzstromapparat mit Wärme- und Stoffaustausch; Fig. 5 und 6 zeigen aufeinander folgende glatte Blätter, die in dem Apparat nach Fig. 4 verwendet werden;
Fig. 13 und 14 zeigen ähnliche Form gebungen in Verbindung mit gewellten Blättern; Fig. 7 zeigt ein Blatt mit eingeprägten Erhöhungen und Vertiefungen, das zur Aus führung der Erfindung verwendbar ist; Fig. 8 gibt an, wie eine typische Aus führungsform der Erfindung, und zwar als Gegenstromapparat für Wärmeaustausch aus glatten Blättern, gewellten Blättern und Blättern nach Fig. 7 aufgebaut werden kann; Fig. 9 zeigt eine von Fig. 8 etwas ab weichende Konstruktion;
Fig. 15 zeigt, wie durch Zusammenbau mehrerer Kreuzstromapparate Gleichstrom oder Gegenstrom gebildet werden kann.
Das Material, aus dem die Vorrichtung nach Fig. 1 aufgebaut ist, ist saugfähig, weich und schlapp. Es besteht zum Beispiel aus imprägnierten Filzblättern. Abwechs lungsweise sind glatte Blätter 1 und gewellte Blätter 2 über- oder nebeneinander gestapelt, wobei die Wellen stets in derselben Richtung laufen. Von der Vorderseite der Zeichnung gesehen, kann das Medium in der Richtung nach hinten frei durchströmen (oder um gekehrt). In der Richtung quer hierzu ist der Durchgang jedoch geschlossen.
Von die ser Eigenschaft wird Gebrauch gemacht, und zwar insofern, dass an den Rändern des Ap parates, die mit der Strömungsrichtung parallel verlaufen, keine besonderen Abdich tungsmassnahmen getroffen zu werden brau- chen, insofern natürlich keine allzuhohen Drücke im Medium auftreten.
Wenn das Paket von Blättern unter einem leichten Druck zusammengepresst wird, so entsteht die erforderliche Abdichtung automatisch in aus reichendem Masse infolge des Zusammenwir- kens von gewellten und glatten Blättern.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann zum Beispiel verwendet werden, um aus einem durch den Apparat geführten Ölstrom das Wasser zu entfernen (.durch Aufsaugen in den imprägnierten Filzblättern).
Je nach dem Verwendungszweck wird statt des Filzes Karton oder Papier verwen det. Kommt es auf gute Wärmeleitung an, so kann auch Blech von jeder gewünschten Steifigkeit verwendet werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrich tung, wie diese zum Beispiel zur Befeuch tung von Luft in Klimaanlagen verwendet werden kann. Sie besteht aus vertikalen glatten Blättern 3 aus saugfähigem Papier, die abwechselnd mit gewellten Zwischenlagen 4 gestapelt sind, welche aus einem andern Material hergestellt sein können, z. B. aus Folie o. ä., und dessen Wellen horizontal ver laufen. Das ganze Paket ist in die Schale 5 gestellt, die mit Wasser gefüllt gehalten werden kann. Dieses Wasser wird durch die Blätter 3 aufgesaugt.
Wird dann in der Richtung der Wellen der Blätter 4, also in der Zeichnung von vorne nach hinten oder umgekehrt ein Luftstrom durchgeblasen, dann kommt dieser in ausgiebige Berührung mit den Wänden 3 und nimmt aus diesen Wasser auf. Auf diese Weise kann in einem sehr kleinen Raum eine sehr grosse Befeuch- tungsoberfläche untergebracht-werden, und ausserdem ist diese Vorrichtung mit sehr ge ringen Kosten aus sehr billigem Material her zustellen, und der Widerstand, den der Luft strom erfährt, ist gering.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 kann unter Umständen zum Beispiel auch zum Trocknen von Luft gebraucht werden, nämlich wenn das Material 3 nicht durch Wasser in der Schale 5 feucht gehalten wird, sondern in der Lage ist, Feuchtigkeit aus der Luft zu absorbieren.
Fig. 3 zeigt eine gewisse Ähnlichkeit mit Fig. 2, indem nämlich auch hierbei vertikale Wände 3 aus saugfähigem Material vorhan den" sind. Diese Wände 3 sind an beiden Sei ten durch gewellte Zwischenlagen 6 umhüllt. Um zu verhindern, dass diese gewellten Um hüllungen 6 der verschiedenen Blätter 3 in einander haken, werden jeweils noch ebene Blätter 7 dazwischen gestellt .
Man hat also auch hierbei wieder eine abwechselnde Stape lung von ebenen und gewellten Blättern, und zwar derart, dass die glatten Blätter abwech selnd aus absorbierendem Material (3) und anderem Material (7) bestehen.
Mit der Vorrichtung nach Fig. 3 kann man auch wieder, genau wie bei Fig. 2, eine Befeuchtung bezw. Trocknung z. B. eines Luftstromes erzielen, jedoch braucht man dazu den Luftstrom nur durch die Wellen der Blätter 6 an der Seite der Blätter 3 zu führen.
Man hält :dann noch die Wellen zwi- schen sden Blättern 6 und Blättern 7 frei, und :dadurch könnte ein anderes Medium geleitet werden, Idas dann mit :dem ersten Medium durchs die Wände 6 hindurch in Wärmeaus tausch (oder Stoffaustausch .durch Diffusion) treten. kann.
Auf diese Weisse kann man zum Beispiel Nutzen ziehen aus der bei der Be feuchtung von Luft auftretenden Tempera- turermedriggung.
In der Vorrichtung nach Fig. 4 bestehen die gewellten Blätter 8 der einen Strömungs- richtung aus absorbierendem Material.
Die gewellten Blätter 9 der andern Strömungs- richtung, deren Wellen die ersten also kreu zen, können dsabei aus einem neutralen Ma terial bestehen. Die ebenen Blätter 10 zwi schen :den sgewelslten Blättern 8 und 9 können aus wärmeleitendem Material, z.
B. aus Me tallfolie, hergestellt sein. Auf diese Weise hat man die Möglichkeit, in der einen Rioh- tung einen IStrom. zu führen, der Feuchtig- keit aufnimmt oder abgibt aus oder an die betreffenden absorbierenden gewellten Blät ter 8, während in der andern Richtung,
die die erstere kreuzt, ein Strom durchzieht, ..der kühlend oder heizend (eventuell durch oder mit Diffusion) auf den erstgenannten Prozess einwirkt. Der Wärmeaustausch, sder hier für nötig ist, vollzieht sich dabei durch die ebenen Blätter 10 hindurch. Aus der Zeich nung ist zu sehen,
wie die Abdichtung des einen Mediums gegenüber sdein andern auto- matisch durch den Verlauf der Wellen er zielt wird.
Ein leichter Druck auf das ganze Paket ist ausreichend, um den Abschluss, so fern kein zu grosser Druckunterschied zwi schen den Medien auftritt, wirksam zu machen, wobei im besonderen ein Druck auf die Ecken sdes Stapels ausgeübt wird, wo durah sdie Seitenwände :des Stapels vollkom men für die Zu- und Abfuhr der Medien zur Verfügung stehen.
Fig. 5 und 6 zeigen die Ausführung der ebenen Blätter 10 mit umgefaltetem Rand 11, welche Ränder jeweils die Enden dergewell ten Blätter @8, 9 umschliessen. Auf :
diese Weise wird sehr einfach eine noch zweck mässigere Abdichtung serzielt. Die Ränder können auch rund um die gewellten Blätter herumgseslegt werden, wie die Fig. 13 und 14 zeigen. Durch Klebestreifen oder Kitt zwi schen :
dem umgefalteten Rand und dem darüberliegenden Blatt lässt sich die Abdich- tung weiter verbessern. Eine Ausführungs- form ähnlicher Bauart zeigt Fig. 10.
Sie unterscheidet sich von Fig. 4 in der Ausbil- dung der verstärkten Ränder. Überdies ist sie aus Metallfolie, z. B. aus Aluminiumfolie, hergestellt, wenn sie nur zum Wärmeaus- tausch dienen soll, oder aus porösem oder s blem. Stoff, wenn sie zur Diffu- em-ipermea eion, z. B. Osmose, dienen soll.
Das unterste Blatt 41 ist an den Rändern 42 dadurch ver stärkt, dsass der Rand zu einem Saum um geschlagen ist. Zur weiteren Verstärkung kann noch ein dünner Metallstreifen in die --en Saum, eingelegt werden. An :
den beiden andern Seiten des Blattes 41, die gegen sdas darüberliegende Blatt 41' abdichten sollen, sind Rahmenleisten 43 angebracht. Diese werden durch Streifen 44 gebildet, z. B. aus Karton oder Holz, die eine genau bemessene Dicke haben und in die umgeschlagenen Rän- der des Blattes 41 e#inb wickelt sind.
Auf diese Weise erhält das Blatt 41 eine so gute Randversteifung, dass es sich wie in einem Rahmen eingespannt verhält.
Auf :dieses Blatt 41 wird ein Blatt ge- \vellter Folie 45 gelegt, dessen Wellen in der @;ezeichneteri Richtung verlaufen. Es soll ge rade zwischen die Rendstreifen 43 hinein passen.
Es .ist mit einer kräftigen Randver stärkung 4:6 versehen, die :da:dureh gebildet wird, da.ss in die Ränder des Blattes 45 Streifen eingelegt sind, die dann mit dem Blatt 45 zusammen Wellenform er- halten haben.
Die Ränder 46 kommen auf die Ränder 42 :des Blattes 41 zu liegen, so dass sie zusammen mit den Rändern 43 einen vollständigen Rahmen von überall gleicher Dicke bilden, zwischen .dem das Blatt 41 ausgespannt ist.
Kommt nun wieder ein Blatt 41' darauf, das, wie in Fig. 1,0 @da.r- (;estellt, genau so wie das Blatt 41 ausgebil det ist, so kommen dessen Ränder 42' auf die Leisten 43 des Blattes 41 zu liegen, wo durch längs dieses Randes :durch den Druck heim Zusammenbau ein genügend dichter Abschluss erzielt wird.
Die Leisten 43' legen sieh über die gewellten Randleisten 46, deren Wellen sie überbrücken, so dass hier Off nungen für das in Richtung der Pfeile 47 strömende Medium bleiben.
Auf das Blatt 41' wird wieder ein gewelltes Blatt 45' von genau derselben Form wie .das Blatt 45 :ge legt. Blatt 45' passt wieder zwischen die Leisten 43', und seine Ränder 46' geben dem Rahmen d ie nötige 8teifigkeit und halten die Ein- und Ausströmschlitze für das in Rich tung der Pfeile 48 :strömende Medium offen.
<B>In</B> dieser Weise werden glatte und ge wellte Folien aufeinander gestapelt, so dass ein Wärmeaustauseher (oder Diffusions- apparat) nach Art,der Fig. 11 entsteht. Dieser gewährt eine grosse wirksame Oberfläche auf beschränktem Raum, wobei noch zu beachten ist,
da.ss bei der Berechnung der Wärmeaus- tauschfläche zu ,der ebenen Trennwand 41,41' usw. auch noch ein Teil der Oberfläche der gewellten Blätter 45, 45' hinzuzurechnen ist.
1)ernn diese werden von dem strömenden Me- dium beiderseitig .gut umspült und stehen daher mit diesem in gutem Wämmeaustameh, anderseits stehen sie in inniger Berührung mit den ebenen <B><U>7</U></B> Jwis0chenvTänden 41, 41',
so dass sie die aufgenommene Wärme an diese gut weiterleiten können. Die ebenen Zwi- schenvTä.nde 41, 41' werden durch die Zwi- schenla;ge .der gewellten Folie 45, 45' gewis- scrmassen zu ,gerippten Oberflächen.
Der ganze Stapel wird dann, wie Fig. 11 zeigt, mit Hilfe einer Deckplatte 49 zusam- mengedrüekt, wodurch die erforderliche Dich tung erielt wird, ohne dass @die Zwischen- räume zwischen den Blättern 41, 41' usw. verloren gehen.
Der Druck wird von :den Leisten am Rande aufgenommen, das Mate rial der Blätter selbst wird nicht ,durch Druck beansprucht. Jede der Seiten,des Stapels bietet nur je einem der strömenden Medien Zugang, wobei einander gegenüberliegende Seiten paarweise zusammengehören.
Der ganze Stapel wird zweckmässiger weise zwischen Randwinkeln 5 zusammen gebaut, wie Fig. <B>11</B> zeigt, so dass ein starres, gegebenenfalls transportables Ganzes entsteht. Die Pfeile 51 und 51' bezw. 52, 52' deuten an, wie die Anschlussleitungen für die strö menden Medien mit dem Wärmeaustauscher zu verbinden sind. Bei der Herstellung die ser Verbindungen wird natürlich vorzugs weise von den Randwinkeln 50 Gebrauch gemacht.
- Fig. 12, in der die Randwinkel 50 ab gebrochen dargestellt sind, zeigt in ver grössertem Massstab, wie die Eckkonstruktion. des Stapels aussieht, insbesondere wie die kreuzweise aufeinander ruhenden Enden der mit den Streifen 44, 44' aufgefüllten Ränder 43, 43' in den Ecken eine durchgehende Säule bilden. Die Randverstärkungen 42, 42' laufen über die Streifen 44, 44' hinweg.
Bei Austauschvorrichtungen gemäss der Erfindung ist man nicht an die rechteckige Form der Blätter gebunden, auch nicht an eine Anzahl von nur zwei Medien. Verwendet man zum Beispiel sechseckige Blätter, so kann man drei strömende Medien beteiligen. In Fig. 15 ist gezeigt, @vie aus recht eckigen Vorrichtungen gemäss Fig. 4 oder 11, deren jede die Medien im Kreuzstrom führt, ein vollkommener Gleichstrom- oder Gegen strombetrieb gebildet werden kann. Der Strö mungsweg des einen Mediums ist durch die gestrichelte Linie 53 und der des andern Mediums durch die strichpunktierte Linie 54 angedeutet.
Fig. 7 zeigt, durch welche Art von Mate rial man die gewellten Blätter ersetzen kann. In ein ebenes Blatt sind abwechselnd Erhö hungen 12 und Vertiefungen 13 gepresst. Auch diese Blätter können sehr gut als Ab standhalter zwischen ebenen Blättern dienen. Die Strömung eines Mediums an solchen Blättern entlang ist weniger geordnet als bei gewellten Blättern, was den Kontakt mit den Wänden intensiver macht und beispiels weise den Wärmeaustausch bedeutend ver- stiirken kann.
Der grössere Widerstand, den diese Blätter für die Strömung bieten, kann verringert werden, wenn man den Erhöhun gen 12, 13 eine zweckmässige Form gibt, z. B. ein Tropfen- oder Stromlinienprofil.
Fig. 8 zeigt die Anwendung des Mate rials nach Fig. 7 in einem Gegenstrom Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung. Abwechselnd sind geprägte Blätter 15, ebene Blätter 16, gewellte Blätter 17 und wiederum ebene Blätter 18 zu einem Paket gestapelt.
Die geprägten Blätter 15 sind jeweils mit zwei Randleisten (Dichtungen, umgefalteten Rän dern, usw.) 19, 20 ausgerüstet, die einander diagonal gegenüber Öffnungen 21, 22 freilas- -s.en. Beim Einbau des Paketes muss man sorgen, dass, die Öffnungen 21, 22 freibleiben, ausserdem hält man die Vor- und Rückseite (in der Zeichnung) des Paketes, wo die Ränder -)3, \?4 des Blattes 1 7 liegen, frei.
Es können dann durch das Paket gleichzeitig zwei ver schiedene Medien strömen, das eine nach den Pfeilen 25 durch die geprägten Blätter 1 5 und das andere nach den Pfeilen 26, 27 durch die gewellten Blätter 17. Dieses letz tere Medium kann auf den Seiten nicht ent weichen, da die Wellen in den Blättern 17 nur vorne und hinten offen sind. Die Dicke der Randleisten 19 und 20 tritt an beiden Seiten über die Ebene des Blattes 15 heraus, so dass das nach den Pfeilen 25 strömende Medium beiderseits der Blätter 15 strömt. Der Wärmeaustausch (bezw. Diffusion) der Medien, die im Gegenstrom strömen, voll zieht sich also durch die ebenen Blätter 16 und 18 hindurch.
Fig. 9 zeigt einen Gegenstromapparat, wobei das Paket gebildet wird durch ab wechselnde Stapelung geprägter Blätter 30, 3,1 und .ebenen Blätter .32. Auch hierbei sind die erstgenannten mit verdickten Randleisten versehen, die beiderseits so weit aus der Ebene des Blattes hervortreten als die Ein pfgungen hoch oder tief sind.
Diese Rand leisten isirnd jeweils in der Form eines Win kels 33 und eines geraden Stückes 34derart augebracht, dass das Medium abwechselnd an der Vor- und Rückseite (in der Zeichnung) des Paketes ein- und ausströmen kann nach den Pfeilen 35 und 36.
Die betreffende Aus oder Einströmung geschieht seitlich (genau wie in Fig. 8), wie aus den genannten Pfeilen 35, 36 hervorgeht. Der Austausch vollzieht sich wieder, genau -wie, bei Fig. B. durch die glatten Blätter 32 hindurch, und bei der Paketierung muss man v=ied-er Vor- und Rück seite sowie .die vertikalen Streifen an den Seitenwä nden freihalten.
Während in Fig. 8 die Strömung, wenig stens des einen Mediums, Z-förmig verläuft, so verläuft sie. in Figo. 9 L-förmig. Dies könnt auch T-förmig sein, das heisst mit. doppelter, seitlicher Ein- bezw. Ausströmung.
Um Gleichstrom zu erhalten, braucht man in Fig. 8 und '9 nur eine der Gruppen von Pfeilen (25, 35 oder 26, 36) umzukehren.
Bei den dargestellten Ausführungsbei spielen liegen die aufeinander gelegten Blät ter je in einer Ebern-. Main kann die Blätter aber auch in gekrümmten Flächen anordnen, sie insbesondere zu einer Trommel auf wickeln. Man kann eine solche Trommel aus einem ei.nz-igen Pa-a.r von Bändern wickeln, wobei dos eine Band glatt, das andere ge- wellt oder geprägt ist.
Das gewellte Band braucht nicht über die ganze Breite :der Trommel hinweg zu reichen: es genügt, wenn schmale gewellte Streifen mit dem glatten breiten Band zusammen aufgewickelt werden, z. B. je ein schmales gewelltes Band an bei den Rändern. Der Abstand wird auch in .der gewünschten Weise aufrecht erhalten, wenn das :gewellte oder geprägte Band über die ganze Breite reicht und zwei oder mehrere schmale glatte Bänder mit eingewickelt wer den.
Auch bei Iden Ausführung formen nach Fig. 1 biss 6 kann man die :gev-ellten Blätter in .der Mitte aussparen, so dass nur der Rand ringsherum stehen bleibt, der dann die Form eines Rahmens hat und .den Abstand der glatten Blätter aufrecht erhält.
Unter Um ständen kann man die Aussparungen statt an den gewellten oder geprägten Blättern auch an den glatten Blättern anbringen.
Device in which flowing media are brought into contact with walls to carry out an isobaric thermodynamic change of state. The task of distributing flowing media over large surfaces often occurs when it comes to exchanging heat between gases or liquids; also if any substances are to be withdrawn or added to them. In air conditioning systems, for example, the atmospheric air should be heated or cooled and often also brought to a certain moisture content.
In most cases, the practical applicability of such equipment, be it air conditioning or other, depends on the ability to manufacture them cheaply and easily enough. The invention brings substantial advances in this direction and, moreover, enables the effectiveness to be increased.
The present invention relates to a device in which flowing media for performing an isobaric thermodynamic change in state (change in temperature or the composition of the media) are brought into contact with walls which are suitable for bringing about this change in state.
This device is characterized in that these walls are combined into a package, which bezw by alternating stacking of smooth and elevations. Wells provided sheets is formed, which support and fix by mutual contact, so that the material for all or part of the sheets can only be selected according to its suitability for exchange ge, regardless of his. Mechanic solidity.
The sheets can be metal sheets, foils, @ disks, plates, membranes or the like. Made of metallic or non-metallic substances (e.g. from soaked felt to emit vapors into the medium flowing through, or from cellulose to absorb water from the medium flowing through, or parchment for dialysis or osmosis) that are suitable for either absorbing, releasing or forwarding any substances, or transferring heat, or exercising both effects at the same time.
With sheets stacked in this way, the media flowing through are divided into numerous individual streams that come into contact on all sides with the substance with which they are to interact. The pressure exerted on the stack causes the edges of the leaves, which can be particularly reinforced, to lie against one another, so that the individual flat channels in which the medium flows are sealed against the environment.
The sheets belonging to one group can be kept at mutual distance within the stack: formed by frames running along the edges, which consist of dense parts and parts permeable to the medium and form flow chambers with two consecutive sheets of a group Edge sealing is effected by a pressure exerted on the stack. The frame structures can be at least partially united with the sheets of the second group enclosed in the chambers to form one piece. This saves special sealing measures such as welding, etc.
and when choosing the material and the thickness of the sheets, additional and subsequent processing of the edges does not need to be taken into account. For example, you can make metallic sheets as thin as they can be processed; because as a result of the multiple internal support of each sheet in the package, only very low demands are made on the strength of the material. The possibility of using such thin sheets is a crucial advantage, for example when it comes down to material or weight savings, and especially when heat is to be exchanged between two flowing media.
After all, the thinner the partition walls between them, the more perfect the heat exchange. The partition walls can even be made so thin that good thermal conductivity of the material is no longer important. By using adhesive tape or putty, the seal can be improved even with thin foils.
It is known to allow flowing media to flow through between parallel walls which are arranged at a small distance from one another for the purpose of heat exchange. However, these walls must be thick enough so that they have sufficient rigidity to keep the small distances from one another. Because not only their own weight, but also the effects of the change in heat or humidity in particular lead to the risk of being bent.
In systems in which both heat and material are exchanged s, 011, these two functions can be distributed over the smooth and corrugated or embossed sheets. If, for example, you want to dry atmospheric air with the help of absorbent substances, you have to take care not to absorb the water vapor but also to remove the heat of absorption. For this purpose, the corrugated or embossed sheets of absorbent material can herstel len and the resulting heat of absorption dissipate with the help of the smooth sheets.
But you can also transfer the two functions to the corrugated or embossed sheets alone or the smooth sheets alone, or distribute the functions in any other way to both groups of sheets.
The invention can also be used when a substance exchange is to take place between flowing media by diffusion (e.g. osmosis). For this purpose, the leaves or at least a group of leaves is made of permeable or semi-permeable material.
Based on the drawings, some embodiments are described in the following. 1 and 2 show simple apparatus according to the invention for treating a medium which has to enter into a mass transfer with walls; 3, 10, 11, 12 show apparatus for two media flowing through at the same time, which then alternately enter into heat exchange or through diffusion in mass exchange; 4 is a cross-flow apparatus with heat and mass transfer; Figures 5 and 6 show successive smooth sheets used in the apparatus of Figure 4;
Figures 13 and 14 show similar shapes associated with corrugated sheets; Fig. 7 shows a sheet with embossed elevations and depressions, which can be used to implement the invention; Fig. 8 indicates how a typical imple mentation of the invention, namely as a countercurrent apparatus for heat exchange from smooth sheets, corrugated sheets and sheets of Fig. 7 can be constructed; Fig. 9 shows a construction slightly different from Fig. 8;
15 shows how co-current or counter-current flow can be formed by assembling several cross-flow devices.
The material from which the device according to FIG. 1 is constructed is absorbent, soft and slack. It consists, for example, of impregnated felt sheets. Alternately smooth sheets 1 and corrugated sheets 2 are stacked on top of or next to one another, the waves always running in the same direction. Seen from the front of the drawing, the medium can flow freely in the direction to the rear (or vice versa). In the direction transverse to this, however, the passage is closed.
Use is made of this property to the extent that no special sealing measures need to be taken at the edges of the device that run parallel to the direction of flow, provided that the pressures in the medium are of course not too high.
When the package of sheets is pressed together under slight pressure, the necessary seal is automatically created to a sufficient extent as a result of the interaction of the corrugated and smooth sheets.
The device according to FIG. 1 can be used, for example, to remove the water from a flow of oil passed through the apparatus (by sucking it up in the impregnated felt sheets).
Depending on the intended use, cardboard or paper is used instead of the felt. If good heat conduction is important, sheet metal of any desired rigidity can be used.
Fig. 2 shows schematically a device Vorrich how it can be used, for example, for humidification of air in air conditioning systems. It consists of vertical smooth sheets 3 made of absorbent paper, which are stacked alternately with corrugated intermediate layers 4, which can be made of another material, e.g. B. made of film o. Ä., And its waves run horizontally ver. The whole package is placed in the tray 5, which can be kept filled with water. This water is absorbed by the leaves 3.
If an air stream is then blown through in the direction of the waves of the leaves 4, i.e. from front to back in the drawing or vice versa, it comes into extensive contact with the walls 3 and absorbs water from them. In this way, a very large humidification surface can be accommodated in a very small space, and furthermore this device can be produced at very low cost from very cheap material, and the resistance that the air flow experiences is low.
The device according to FIG. 2 can under certain circumstances, for example, also be used for drying air, namely when the material 3 is not kept moist by water in the tray 5, but is able to absorb moisture from the air.
FIG. 3 shows a certain similarity to FIG. 2 in that vertical walls 3 made of absorbent material are also present. These walls 3 are encased on both sides by corrugated intermediate layers 6. To prevent these corrugated envelopes 6 of the different sheets 3 hook into each other, flat sheets 7 are placed between them.
Here, too, there is an alternating stacking of flat and corrugated sheets in such a way that the smooth sheets consist alternately of absorbent material (3) and other material (7).
With the device according to FIG. 3, you can again, just as in FIG. Drying z. B. achieve an air flow, but you only need to guide the air flow through the waves of the leaves 6 on the side of the leaves 3.
One keeps: then still the waves between the leaves 6 and leaves 7 free, and: this could lead to another medium, Idas then with: the first medium through the walls 6 in heat exchange (or mass transfer by diffusion) to step. can.
In this way, one can, for example, benefit from the temperature stimulation that occurs when air is humidified.
In the device according to FIG. 4, the corrugated sheets 8 of one flow direction consist of absorbent material.
The corrugated leaves 9 of the other direction of flow, the waves of which therefore cross the first, can consist of a neutral material. The flat sheets 10 between rule: the sgewelslten sheets 8 and 9 can be made of thermally conductive material such.
B. from Me tall foil, be made. In this way one has the possibility of having an IStrom. to lead, which absorbs or releases moisture from or to the relevant absorbent corrugated sheets 8, while in the other direction,
which crosses the former, a current runs through it, ... which has a cooling or heating effect (possibly through or with diffusion) on the former process. The heat exchange, which is necessary here, takes place through the flat blades 10. From the drawing it can be seen
how the sealing of one medium from the other is automatically achieved through the course of the waves.
A slight pressure on the entire package is sufficient to make the closure effective, provided that there is no too great pressure difference between the media, in particular pressure is exerted on the corners of the stack through which the side walls: of the stack are fully available for the supply and removal of the media.
5 and 6 show the execution of the flat sheets 10 with folded edge 11, which edges enclose the ends of the corrugated sheets @ 8, 9, respectively. On :
this way, an even more useful seal is achieved very easily. The margins can also be wrapped around the corrugated sheets as shown in FIGS. 13 and 14. With adhesive tape or putty between:
The seal can be further improved with the folded edge and the sheet above. FIG. 10 shows an embodiment of a similar type.
It differs from FIG. 4 in the design of the reinforced edges. It is also made of metal foil, e.g. B. made of aluminum foil, if it should only be used for heat exchange, or made of porous or s blem. Substance, if they belong to the Diffu- em-ipermea eion, z. B. Osmosis, should serve.
The lowermost sheet 41 is thereby strengthened ver at the edges 42 that the edge is turned into a hem. For further reinforcement, a thin metal strip can be inserted into the hem. On :
Frame strips 43 are attached to the two other sides of the sheet 41, which are intended to seal against the sheet 41 'lying above. These are formed by strips 44, e.g. B. made of cardboard or wood, which have a precisely measured thickness and are wrapped in the folded edges of the sheet 41 e # inb.
In this way, the edge stiffening of the blade 41 is so good that it behaves as if it were clamped in a frame.
A sheet of corrugated foil 45 is placed on this sheet 41, the waves of which run in the direction shown. It should just fit between the rendering strips 43.
It is provided with a strong edge reinforcement 4: 6, which is formed by the fact that strips are inserted into the edges of the sheet 45, which together with the sheet 45 have received a wave shape.
The edges 46 come to rest on the edges 42 of the sheet 41, so that together with the edges 43 they form a complete frame of the same thickness everywhere, between which the sheet 41 is stretched.
If a sheet 41 'comes on again, which, as shown in Fig. 1,0 @ da.r- (; estells, exactly as sheet 41 is designed, its edges 42' come onto strips 43 of sheet 41 to lie, where by along this edge: by the pressure after assembly a sufficiently tight seal is achieved.
The strips 43 'are placed over the corrugated edge strips 46, the waves of which they bridge, so that openings for the medium flowing in the direction of the arrows 47 remain here.
A corrugated sheet 45 'of exactly the same shape as .das sheet 45: ge is again placed on sheet 41'. Leaf 45 'fits again between the strips 43', and its edges 46 'give the frame the necessary rigidity and keep the inflow and outflow slots open for the medium flowing in the direction of the arrows 48 :.
In this way, smooth and corrugated foils are stacked on top of one another, so that a heat exchanger (or diffusion apparatus) of the type shown in FIG. 11 is created. This grants a large effective surface in a limited space, whereby it should be noted
that when calculating the heat exchange area, the flat partition 41, 41 'etc. also have to be added to a part of the surface of the corrugated sheets 45, 45'.
1) These are well-washed on both sides by the flowing medium and are therefore in good warmth with it, on the other hand they are in close contact with the flat <B><U>7</U> </B> Jwis0chenvTände 41 , 41 ',
so that they can transfer the absorbed heat to them. The flat intermediate ends 41, 41 'are to a certain extent become ribbed surfaces due to the intermediate layer of the corrugated foil 45, 45'.
The entire stack is then, as FIG. 11 shows, compressed with the aid of a cover plate 49, whereby the required seal is obtained without the gaps between the sheets 41, 41 'etc. being lost.
The pressure is absorbed by: the strips at the edge, the material of the leaves itself is not stressed by pressure. Each of the sides of the stack offers access to only one of the flowing media, whereby opposite sides belong together in pairs.
The entire stack is expediently assembled between edge angles 5, as FIG. 11 shows, so that a rigid, possibly transportable whole is created. The arrows 51 and 51 'respectively. 52, 52 'indicate how the connection lines for the flowing media are to be connected to the heat exchanger. In the preparation of these water connections, of course, preference is given to the edge angles 50 use.
- Fig. 12, in which the edge angles 50 are shown broken off, shows on a larger scale, how the corner construction. of the stack looks, in particular how the ends of the edges 43, 43 'filled with the strips 44, 44', which rest crosswise on one another, form a continuous column in the corners. The edge reinforcements 42, 42 'run over the strips 44, 44'.
In the case of exchange devices according to the invention one is not bound to the rectangular shape of the sheets, not even to a number of only two media. For example, if you use hexagonal leaves, you can involve three flowing media. In Fig. 15 it is shown @vie from rectangular devices according to Fig. 4 or 11, each of which guides the media in a cross flow, a perfect cocurrent or countercurrent operation can be formed. The flow path of one medium is indicated by the dashed line 53 and that of the other medium by the dash-dotted line 54.
Fig. 7 shows what kind of mate rial you can replace the corrugated sheets. In a flat sheet Elevations 12 and depressions 13 are pressed alternately. These sheets can also serve as a spacer between flat sheets. The flow of a medium along such sheets is less ordered than with corrugated sheets, which makes the contact with the walls more intensive and, for example, can significantly increase the heat exchange.
The greater resistance that these sheets offer for the flow can be reduced if you give the Elevations 12, 13 an appropriate shape, for. B. a teardrop or streamline profile.
Fig. 8 shows the application of the mate rials of FIG. 7 in a countercurrent heat exchanger according to the invention. Embossed sheets 15, flat sheets 16, corrugated sheets 17 and again flat sheets 18 are alternately stacked to form a package.
The embossed sheets 15 are each equipped with two edge strips (seals, folded edges, etc.) 19, 20, which open diagonally opposite openings 21, 22 -s.en. When installing the package, care must be taken to ensure that the openings 21, 22 remain free, and the front and back (in the drawing) of the package, where the edges -) 3, \? 4 of sheet 1 7 are, are kept free .
Two different media can then flow through the package at the same time, one according to the arrows 25 through the embossed sheets 1 5 and the other according to the arrows 26, 27 through the corrugated sheets 17. This latter medium cannot ent on the pages give way, since the waves in the leaves 17 are only open at the front and back. The thickness of the edge strips 19 and 20 protrudes beyond the plane of the sheet 15 on both sides, so that the medium flowing according to the arrows 25 flows on both sides of the sheets 15. The heat exchange (or diffusion) of the media, which flow in countercurrent, is therefore fully carried out through the flat blades 16 and 18.
Fig. 9 shows a countercurrent apparatus, the package is formed by alternating stacking of embossed sheets 30, 3.1 and .ebenen sheets .32. Here, too, the former are provided with thickened marginal ridges that protrude from the plane of the sheet on both sides as far as the Ein pfgungen are high or deep.
This edge is provided in the form of an angle 33 and a straight piece 34 in such a way that the medium can alternately flow in and out of the front and back (in the drawing) of the package according to arrows 35 and 36.
The relevant outflow or inflow occurs laterally (exactly as in FIG. 8), as can be seen from the arrows 35, 36 mentioned. The exchange takes place again, exactly - as in Fig. B. through the smooth sheets 32, and when packing you have to keep v = ied-er front and rear sides and the vertical strips on the side walls free.
While in Fig. 8 the flow, little least of one medium, runs in a Z-shape, it runs. in Figo. 9 L-shaped. This can also be T-shaped, that is, with. double, lateral one or Outflow.
To obtain direct current, one need only reverse one of the groups of arrows (25, 35 or 26, 36) in FIGS. 8 and 9.
In the illustrated Ausführungsbei play the superimposed sheets are ever in a boar. Main can also arrange the sheets in curved surfaces, especially winding them up to form a drum. Such a drum can be wound from a single pair of ribbons, with one ribbon being smooth and the other corrugated or embossed.
The corrugated tape does not need to extend over the entire width of the drum: it is sufficient if narrow corrugated strips are wound up together with the smooth, wide tape, e.g. B. a narrow wavy band at the edges. The distance is also maintained in the desired manner if the: corrugated or embossed tape extends over the entire width and two or more narrow, smooth tapes are also wrapped.
1 to 6 you can also cut out the shaped sheets in the middle so that only the edge remains around, which then has the shape of a frame and maintains the distance between the smooth sheets .
Under certain circumstances you can attach the recesses to the smooth sheets instead of the corrugated or embossed sheets.