CH524122A - Kapillaren-Stoffaustauscher - Google Patents

Kapillaren-Stoffaustauscher

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CH524122A
CH524122A CH749470A CH749470A CH524122A CH 524122 A CH524122 A CH 524122A CH 749470 A CH749470 A CH 749470A CH 749470 A CH749470 A CH 749470A CH 524122 A CH524122 A CH 524122A
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CH
Switzerland
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capillaries
bundle
walls
tubes
transverse walls
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CH749470A
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English (en)
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Dietzsch Hans-Joachim
Dietzsch Otto
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Ciba Geigy Ag
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Description


  Kapillaren-Stoffaustauscher    Die Erfindung betrifft einen nach dem im belgischen Patent  No. 734 206 beschriebenen Verfahren herstellbaren     Kapilla-          ren-Stoffaustauscher    umfassend:  a) ein Gehäuse mit Seitenwänden     und    Endwänden sowie  zwei im Abstand von den     Endwänden    sich im Gehäuseinneren  erstreckenden Querwänden,  b) ein Bündel aus sich parallel zueinander erstreckenden  Kapillaren, dessen eines Ende in der einen     und    dessen anderes  Ende in der zweiten Querwand befestigt ist und wobei die  Kapillaren des Bündels auf der Aussenseite jeder der beiden  Querwände Öffnungen besitzen,  c)

   eine Einrichtung zum Beschicken der Kapillaren am einen  Ende des Bündels mit einem ersten Medium und zur Ent  nahme des letzteren aus den Kapillaren am anderen Bündel  ende,  d) ein Einsatz bestehend aus mehreren, eine Mehrzahl von  beidseitig offenen Mantelrohren bildenden Wandungen, der im  Gehäuseinneren zwischen den beiden Querwänden befestigt  ist, wobei je eine der Kapillaren durch das     Innere    eines ent  sprechenden Mantelrohrs hindurchnagt und im Gehäuseinne  ren in den an den Querwänden nach innen angrenzenden  Bereichen Vorkammern verbleiben, in welche die Mantelrohre  einmünden, und  e) ein Einlassorgan und ein Auslassorgan für das Durchlei  ten eines zweiten Mediums durch die Mantelrohre, wobei das  Einlassorgan an der einen und das Auslassorgan an der ande  ren der beiden Vorkammern angeschlossen ist,

   welcher     Kapil-          laren-Stoffaustauscher    dadurch gekennzeichnet ist, dass eine  jede der Kapillaren an jedem ihrer Endbereiche, in denen sie  in eine der Querwände eingebettet ist, mit einem Hilfsbelag  versehen ist, während der gesamte Bereich der Kapillaren  zwischen den Endbereichen freibleibt, und dass jede der bei  den Querwände aus einer zwischengegossenen und ausgehärte  ten Giesschicht besteht, die die Ränder der Hilfsbeläge mitein  ander verbindet, ohne die Kapillaren selber zu berühren.  



  Im erfindungsgemässen Kapillaren-Stoffaustauscher     erstrek-          ken    sich die beiden Querwände vorzugsweise in zwei miteinan  der nicht parallelen ebenen oder gekrümmten     Flächen,     wodurch die Längen der Kapillaren des Bündels voneinander  örtlich variieren.    Der Durchströmquerschnitt eines jeden der Mantelrohre des  Einsatzes ist vorzugsweise nach mindestens einem seiner bei  den Enden zu verringert, insbesondere in der Nähe desjenigen  Einsatzendes, welches der mit dem Einlassorgan verbundenen  Vorkammer zugewandt ist, wobei der Querschnitt so verengt  ist, dass das in diese Vorkammer eingeleitete zweite Medium  auf alle Mantelrohre des Einsatzes annähernd gleichmässig  verteilt wird.  



  Der Einsatz kann aus einem Block mit als Einzelkanäle  ausgebildeten, zueinander im wesentlichen parallel verlaufen  den Durchlässen bestehen.  



  Die Hilfsbeläge der Kapillaren erstrecken sich vorzugsweise  durch die an dem betreffenden Kapillarenende angreifende  Querwand und vorteilhafterweise bis in das Innere der die  Kapillaren umgebenden Mantelrohre des Einsatzes.  



  Dies ist bevorzugt auf der Einlasseite für das zweite Medium  der Fall, wobei die Hilfsbeläge bis dort in das Innere der die  Kapillaren umgebenden Mantelrohre hineinreichen; dabei ist  mit Vorteil der Durchstrom-Querschnitt eines jeden Mantel  rohres nach der genannten Einlasseite zu verringert, so dass  das in die auf der Einlasseite gelegene Vorkammer eingeleitete  zweite Medium auf alle Mantelrohre gleichmässig verteilt wird.  



  Die Mantelrohre sind dabei vorzugsweise mit weiteren  Einschnürungen versehen, durch welche unter anderem in dem  durch sie strömenden zweiten Medium Turbulenz erzeugt wird.  Auch können die Kapillaren in ihrem Bereich Einschnürungen  aufweisen, durch welche in dem durch sie     fliessenden    ersten  Medium Turbulenz erzeugt wird.  



  Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an Ausführungs  beispielen näher erläutert. Die Zeichnung weist der besseren  Verständlichkeit wegen     masstäbliche    Verzerrungen auf; sie  enthält auch wesentlich weniger Elemente als in der Praxis. So  kann die Anzahl der Kapillaren in jeder Lage mehrere Tau  send betragen, die Anzahl der Kapillaren pro Austauschbündel  mehrere Hunderttausend.  



  In der Zeichnung zeigt:       Fig.    1 in schematischer Darstellung und     im    Längsschnitt eine  bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen     Kapilla-          ren-Stoff        austauschers;          Fig.    2 eine besondere Ausbildung des Einsatzes von Mantel-      rohren für einen solchen Austauscher, in grösserem Masstab,  Fig. 3, 4 und 5 weitere abgewandelte Ausführungsformen  eines solchen Austauschers.  



  Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen     Kapillaren-          Stoffaustauscher    gemäss der Erfindung, welcher ein Gehäuse  221 und sechs darin befestigte Lagen 210a bis 210f von Kapil  laren 201     umfasst,    die von Lage zu Lage von     innen    nach aus  sen abnehmende Länge haben. Jede Lage liegt senkrecht zur  Zeichenebene und weist eine Schar von Kapillaren 201 auf,  welche an ihren Enden 201a und 201b in gegebenenfalls zu  Lamellen     verschmolzenen    bzw. vereinigten Hilfsbelägen 234  dicht eingebettet sind.

   Diese Hilfsbeläge 234 erstrecken sich in  Form von dünnen     Überzügen    220, über     kurze    Zonen jeder  Kapillare, welche den eingebetteten Enden derselben benach  bart sind; sie werden z. B. durch nachträgliches Lackieren auf  die Kapillaren 201 aufgebracht und sind vorzugsweise aus  Substanzen oder Substanzmischungen ausgewählt, welche die  Aussenwandungen der Kapillaren 201 anläsen.  



  Dem jeweiligen Kapillarenende zu besitzt jeder Hilfsbelag  234 eine Verdickung. Zwischen die verdickten Enden der  Hilfsbeläge 234 am einen Ende der Kapillaren ist eine sich bis  zur Seitenwandung des Gehäuses 221 erstreckende erste,  ebene Giesschicht 218 zwischengegossen, welche zusammen  mit den verdickten Enden der Hilfsbeläge 234 eine erste,  ebene Querwand 239 im Gehäuse 221 bildet. Am anderen  Ende der Kapillaren ist zwischen die verdickten Enden der  Hilfsbeläge 234 eine weitere sich bis     zur    Seitenwandung des  Gehäuses 221 erstreckende Giesschicht 218a zwischengegos  sen, die zusammen mit den in ihr eingebetteten verdickten  Enden der     Hilfsbeläge    234 eine konvexe Querwand 240 im  Gehäuse 221 bildet. Die Kapillaren 201 besitzen auf der Aus  senseite jeder der beiden Querwände Öffnungen.  



  Zwischen den äusseren Querwänden 239 und 240 ist im  Innern des Gehäuses 221 ein Einsatz 236 untergebracht, der  aus einer Mehrzahl von Mantelrohren 206 besteht und seiner  seits durch     Verschmelzung    der Ränder an beiden Enden der  Mantelrohre zwei innere Querwände bildet, deren eine, 237, in  Fig. 1 eben und deren andere, 238, konvex ausgebildet ist.  



  Die     Krümmung    der die Kapillaren eingebettet enthaltenden  Querwand 240 ist dabei vorzugsweise geringer als diejenige  der ihr benachbarten,     durch    Verschmelzen der Enden der       Mantelrohre    gebildeten inneren Querwand 238.  



  Die     hierdurch    zwischen der inneren Querwand 238 und der  äusseren Querwand 240 sich erstreckende Vorkammer 242  besitzt in     ihrem    mittleren Bereich eine geringere Höhe als in  ihren Randzonen. Bei Speisung der Vorkammer 242 mit Flüs  sigkeit F2 durch die     Einlässe    243, 244 bildet sich so     im    Kam  merinnern eine Ringströmung aus, welche zu einer gleichmäs  sigen Verteilung der Flüssigkeit in die Mantelrohre 206  wesentlich beiträgt.  



  Die zwischen der oberen     inneren    Querwand 237 und der  oberen äusseren Querwand 239 gebildete Vorkammer 245 ist  mit Auslässen 246     für    die aus den     Mantelrohren    206 nach  oben austretende Flüssigkeit F2 versehen, von denen in Fig. 1  zwei gezeigt sind.  



  Oberhalb der Querwand 239 befindet sich im Gehäuse 221  eine     Einlasskammer    247 mit zentraler Einlassöffnung 248 für  die durch die Kapillaren 201 zu leitende Flüssigkeit F1.  



  Die Mantelrohre 206 sind in der Nähe ihrer offenen Enden  bei 206a und 206b mit Einschnürungen versehen, welche zur  gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit     F2    beitragen und  durch Stauung eine Verlangsamung der Durchströmungsge  schwindigkeit der Flüssigkeit F2 durch die Mantelrohre 206  bewirken.  



  Die am     unteren    offenen Ende jeder Kapillare 201 aus der  Querwand 240 austretende Flüssigkeit F1 wird in einem den  Austauscherboden bildenden Bassin 249 aufgefangen und  kann aus demselben durch einen vorzugsweise mit Ablasshahn    versehenen Ausflusstutzen 250 abgelassen werden.  



  In der Fig. 2 sind die Mantelrohre 314 nicht nur im Bereich  ihrer offenen Enden, sondern auch noch in mehreren Zwi  schenbereichen mit Einschnürungen 314a bis 314e versehen.  Neben einer weiteren Verlangsamung der Durchströmungsge  schwindigkeit der Flüssigkeit F2 durch die Mantelrohre 206  dienen diese Einschnürungen vor allem der Zentrierung der       Kapillaren    301.  



  In den Fig. 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele eines  Kapillaren-Stoffaustauschers gezeigt, wobei in Fig. 3 die Kapil  laren 401 von der Seitenwand 402 zur gegenüberliegenden  Seitenwand 403 hin von Lage zu Lage an Länge abnehmen,       und    wobei die     Querwände    439 und 440 gegen die Seitenwand  403 hin konvergieren, während in Fig. 4 die Querwände 539       und    540 ebenfalls einen Winkel miteinander     bilden,    aber die  Kapillaren 501 im Gegensatz zu der     Ausführungsform    nach  Fig. 3 nicht geradlinig sondern gekrümmt sind.  



  Schliesslich zeigt Fig. 5 in perspektivischer Ansicht rein  schematisch den Zusammenbau mehrerer Lagen von Kapilla  ren 601 zu einem Bündel, in welchem einerseits jede einzelne  Lage aus Kapillaren von aussen nach innen     zunehmender     Länge besteht, und andererseits die     Kapillaren    von Lage zu  Lage von der Endseite 602 bzw. 603 nach der Paketmitte zu an  Länge zunehmen.  



  Die Wandungen der Kapillaren des erfindungsgemäss herge  stellten Austauschers können ein- oder mehrschichtig ausgebil  det sein. Diese Schichten können anorganischer, organischer  oder metallischer     Natur    sein. Organische Schichten bestehen  beispielsweise aus Hydratzellulose. Sie können z. B. mittels des  im Schweizer Patent Nr. 480 080 beschriebenen Verfahrens  erzeugt werden.  



  Die     Durchmesser    der Kapillaren liegen vorzugsweise im  Bereich von 0,1 bis 5 mm,     und    der Abstand benachbarter  Kapillaren in einer und derselben Lage liegt in einer ähnlichen  Grössenordnung.  



  Der Werkstoff der ausgehärteten Giesschicht besteht aus  durch thermische, trocknende und/oder chemische Prozesse  ausgehärteten oder vernetzten Substanzen, die vor der Einwir  kung dieser Prozesse giessfähig oder auch pastenförmig waren,  also z. B. Azetylzellulose, Epoxyharze, Polyesterharze,     Poly-          methacrylate,    Ein- und Mehrkomponenten-Silikongummi,  Metall/Kunststoffpasten usw.  



  Der Austauscher nach der Erfindung dient z. B. als Dialysa  tor (z. B. zur Stofftrennung, wie Abtrennung niedermolekula  rer Anteile aus Eiweisslösungen oder Blutdialyse), zur Wasser  gewinnung nach den     Prinzipien    der umgekehrten Osmose,     zur          Kälteerzeugung    oder zur Sterilisation, z. B. für     Substanzen        wie     Milch, die durch die Kapillaren geleitet werden     und    dort in  genauer Dosierung kurzzeitig erhitzt und gegebenenfalls abge  kühlt werden können, indem man den Mantelrohren entspre  chende     Heiz-    bzw. Kühlmittel     zuführt.     



  Weiterhin ist es möglich, einen solchen Austauscher für  Destillationsprozesse, z. B. für das     Vakuum-Multiflash-Ver-          fahren    zur     Meerwasserentsalzung    einzusetzen, wobei das See  wasser durch die Kapillaren geleitet und die Kondensation des  Wasserdampfes unter     Vakuum    in den     Mantelrohren    erfolgt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Kapillaren-Stoffaustauscher umfassend a) ein Gehäuse (221) mit Seitenwänden und Endwänden sowie zwei im Abstand von den Endwänden sich im Gehäu seinneren (251) erstreckenden Querwänden (239, 240), b) ein Bündel aus sich parallel zueinander erstreckenden Kapillaren (201), dessen eines Ende in der einen und dessen anderes Ende in der zweiten Querwand befestigt ist und wobei die Kapillaren des Bündels auf der Aussenseite jeder der bei den Querwände Öffnungen besitzen, c) eine Einrichtung (248, 250) zum Beschicken der Kapilla- ren am einen Ende des Bündels mit einem ersten Medium und zur Entnahme des letzteren aus den Kapillaren am anderen Bündelende, d) ein Einsatz (236) bestehend aus mehreren, eine Mehrzahl von beidseitig offenen Mantelrohren (206)
    bildenden Wandun gen, der im Gehäuseinneren (251) zwischen den beiden Quer wänden (239, 240) befestigt ist, wobei je eine der Kapillaren (201) durch das Innere eines entsprechenden Mantelrohrs (206) hindurchragt, und im Gehäuseinneren in den an den Querwänden (239, 240) nach innen angrenzenden Bereichen Vorkammern (242, 245) verbleiben, in welche die Mantelrohre (206) einmünden, und e) ein Einlassorgan (243) und ein Auslassorgan (246) für das Durchleiten eines zweiten Mediums durch die Mantelrohre (206), wobei das Einlassorgan (243, 244) an der einen (242) und das Auslassorgan (246) an der anderen (245) der beiden Vorkammern angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede der Kapillaren (201) an jedem ihrer Endbereiche, in denen sie in eine der Querwände eingebettet ist,
    mit einem Hilfsbelag (234) versehen ist, während der gesamte Bereich der Kapillaren zwischen den Endbereichen freibleibt, und dass jede der beiden Querwände (239, 240) aus einer zwischenge gossenen und ausgehärteten Giesschicht (218) besteht, die die Ränder der Hilfsbeläge (234) miteinander verbindet, ohne die Kapillaren selber zu berühren. UNTERANSPRÜCHE 1. Kapillaren-Stoffaustauscher gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Querwände (239, 240) sich in zwei miteinander nicht parallelen ebenen oder gekrümmten Flächen erstrecken, wodurch die Längen der Kapillaren (201) des Bündels voneinander örtlich variieren. 2.
    Kapillaren-Stoffaustauscher gemäss Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch- strömquerschnitt eines jeden der Mantelrohre (206) des Ein satzes (236) nach mindestens einem seiner beiden Enden zu verringert ist. 3. Kapillaren-Stoffaustauscher gemäss Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer schnitt eines jeden der Mantelrohre (206) in der Nähe desjeni gen Einsatzendes, welches der mit dem Einlassorgan (243, 244) verbundenen Vorkammer (242) zugewandt ist, so verengt ist, dass das in dieser Vorkammer (242) eingeleitete zweite Medium auf alle Mantelrohre (206) des Einsatzes (236) annähernd gleichmässig verteilt wird. 4.
    Kapillaren-Stoffaustauscher gemäss Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantel rohre (206) mit Einschnürungen (206a und 206b) versehen sind, durch welche in dem durch sie strömenden zweiten Medium Turbulenz erzeugt wird. 5. Kapillaren-Stoffaustauscher gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (201) aus Hydrat zellulose, die Hilfsbeläge (234) aus Substanzen oder Substanz mischungen, die durch Lackieren auf die Kapillarenaussenwan dungen aufgebracht werden können, wobei sie diese leicht anlösen, und die zwischen die Hilfsbeläge (234) zwischenge gossenen Giesschichten (218) aus ausgehärteten oder vernetz ten Substanzen bestehen. 6.
    Kapillaren-Stoffaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesschichten (218) aus ausgehärteter Azetylzellulose, Epoxyharz, Polyesterharz, Poly- methacrylat oder Ein- oder Mehrkomponenten-Silikongummi bestehen.
CH749470A 1969-05-27 1970-05-21 Kapillaren-Stoffaustauscher CH524122A (de)

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ZA (1) ZA703575B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2468396A1 (fr) * 1979-11-02 1981-05-08 Akzo Nv Dialyseur a fibres creuses
EP3757499A1 (de) * 2019-06-26 2020-12-30 KRONES Aktiengesellschaft Röhrenwärmetauscher

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