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Die Erfindung betrifft eine Stoff- und
Wärmeaustauscherfläche, die die Erzeugung und Aufrechterhaltung
eines sehr dünnen Flüssigkeitsfilms ermöglicht gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Beschichtung von stoffaustauschenden Oberflächen
von Stoff- und Wärmeaustauschreaktoren (Gas-/Flüssig-
Kontaktapparaten) zur Entfeuchtung von Luft hat die
Aufgabe, eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge, die auf die
Austauschfläche aufgebracht wird, zu einem geschlossenen
Flüssigkeitsfilm auf einer sehr großen Oberfläche zu
verteilen, die Verteilung aufrechtzuerhalten und auf
diese Weise den Stoff- und Wärmeübergang zu verbessern.
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Bei dem kontrollierten Stoffaustausch zwischen Gasen
und Flüssigkeiten kommen Austauschapparate zum Einsatz,
in denen ein Gasstrom (z. B. Luft) mit einer Flüssigkeit
(z. B. wässrige Salzlösung) in Kontakt gebracht wird. Es
finden dabei Kontaktapparate Verwendung, bei denen die
Flüssigkeit zur Vergrößerung der stoff- und ggfs.
wärmeübertragenden Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche auf
Kontaktoberflächen von Austauschkörpern, bzw. Austauschflächen
verteilt werden. Wenn die verwendeten Flüssigkeiten die
Kontaktoberflächen dieser Austauschkörper nur sehr
schlecht benetzen, ist die Erzeugung und
Aufrechterhaltung eines dünnen geschlossenen Films, wie er für einen
optimalen Stoff- und Wärmeaustausch benötigt wird, nur
mit zusätzlichen diese Filmbildung verbessernden
Maßnahmen zu erreichen. Es ist die Verwendung von
Oberflächenbeschichtungen der einzelnen Platten in Form von
technischen Fliesen bekannt.
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Auch chemische bzw. physikalische Behandlung von
Oberflächen mit den Ziel der Hydrophilierung
(Plasmabehandlung, Anätzen der Oberflächen, Ein- bzw. Anlagern
chemischer Substanzen usw.) sind bekannt. All diese
Maßnahmen versagen bei der Erzeugung und
Aufrechterhaltung eines extrem dünnen, geschlossenen Flüssigkeitsfilm
aus einem extrem kleinen Flüssigkeitsstrom. Insbesondere
in jenen Fällen, in denen eine stark polare Flüssigkeit,
wässrige Salzlösung, Wasser etc. auf einer
Kunststoffoberfläche aus überwiegend unpolarem Material mit dem
Ziel des Be- oder Entfeuchtens von Luft verwendet wird,
ist die Ausbildung eines ausreichend dünnen
kontinuierlichen Films unzureichend.
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Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind in
den Druckschriften DE 34 39 526, DE 36 27 266, DE
29 18 932, DT 26 05 753 und DE 35 11 126 beschrieben.
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Die bekannten Vorrichtung und Verfahren weisen
folgende Nachteile auf. Der Sinn und Zweck zusätzlicher
Maßnahmen ist eine Verteilung der verwendeten Flüssigkeit
auf der Oberfläche einer Wärme- und Stoffaustauschfläche
mit dem Ziel den Wärme- und Stoffaustausch entscheidend
zu verbessern. Dabei treten im Falle der Beschichtung von
Einzelplatten eines Plattenpakets eines Plattenwärme- und
Stoffaustauschers folgende Probleme verschärft auf:
- - Vliese aus Kunststoffen sind nicht genügend
hydrophil, und besitzen somit, im Vergleich zu der
Grenzfläche Plattenmaterial/Sorbens, kaum grenzflächen-
spannungsverringernde Eigenschaften, die eine Benetzung
entscheidend verbessern. Ihre, die Benetzung verbessernde
Wirkung, ist in der sogenanten "Kapillarwirkung"
begründet. Zum Teil sind diese Vliese daher mit
oberflächenaktiven Substanzen beschichtet, die eine
vorübergehende Hydrophilität bewirken, sich aber im
Betrieb auswaschen und somit wirkungslos werden. Diese
oberflächenaktiven Substanzen reichern sich zusätzlich in
dem wiederverwendeten Sorbens an und verändern dessen
Stoffeigenschaften nachteilig.
- - Vliese aus Naturfasern sind, unter den angestrebten
Prozeßbedingungen in Verbindung mit den verwendeten
Flüssigkeiten, nicht chemisch stabil. Sie werden von diesen
Flüssigkeiten zersetzt.
- - Viele Vliese sind der gleichzeitigen thermischen
Belastung (5°C-100°C) und chemischen Belastung während
der Regeneration der verdünnten Sorbentien nicht
gewachsen, und werden in diesen Fällen zerstört.
- - Vliese sind, als benetzungsverbessernde Maßnahme in
Luftentfeuchtern, relativ teuer. Technische Fliese werden
daher zumeist nicht flächig an der Austauschfläche
befestigt, sondern zwischen den Platten des
Austauscherpaketes durch entsprechende Vorrichtungen angepreßt,
eingeklemmt oder auf andere Weise gehalten. Solche
Vorrichtungen befinden sich im freien Strömungsquerschnitt des
Apparates und führen daher zu unnötigem, zusätzlichem
Druckverlust in dar Gasströmung. Weiterhin fließt ein
großer Teil des Fluidfilms zwischen Vlies und
Austauschplatte ab, kommt nicht direkt mit dem Prozeßgas in
Kontakt, und nimmt deshalb nicht im vollen Umfang am
Stoffaustausch teil. Ein weiteres Problem bei der nur
teilweisen Befestigung der Vliese an der Austauschfläche stellt
die "Taschenbildung" dar, bei der sich Flüssigkeit in
Falten oder Ausbeulungen des Vlieses sammelt, und das
Vlies durch die Gasströmung zu Flattern beginnt. Dies
führt ebenfalls zu unnötigen Druckverlusten und kann
sogar zum teilweisen Verstopfen des freien Querschnitts
führen, sowie den Stoffaustausch negativ beeinflussen.
Ist das Vlies lose oder nur teilweise an der Platte
befestigt, ist zudem die faltenfreie Montage schwierig.
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Auch chemische bzw. physikalische Behandlungen von
Oberflächen mit dem Ziel der Hydrophilierung
(Plasmabehandlungen, anätzen der Oberflächen, Ein- bzw. Anlagern
chemischer Substanzen usw.) und/oder die Veränderung der
Oberflächenstruktur mit dem Ziel einen stabilen extrem
dünnen Film zu erzeugen sind bekannt, werden aber, bei
stark polaren Flüssigkeiten in Verbindung mit
Trägermaterialien aus Kunststoff (verketteten
Kohlenwasserstoffen z. B. PP, PE, PA. usw.), der Aufgabe des Erzeugens und
Aufrechterhaltens eines geschlossenen Films mit kleinsten
Flüssigkeitsmengen nicht ausreichend gerecht. Es fehlt
die, zur Überwindung der entnetzenden Kräfte
(Grenzflächenspannungen) benötigte, ausreichend starke
Kapillarwirkung. Chemische oder physikalische
Behandlungen, wie z. B. Plasma oder Coronabehandlungen, wie sie in
der Automobilindustrie zur Vorbehandlung zu lackierender
Kunststoffstoßfänger verwendet werden, sind darüber
hinaus nicht ausreichend dauerhaft. Das gleiche gilt für
mechanisch bearbeitete oder strukturierte Oberflächen,
auch in der Kombination mit chemischen Behandlungen. Eine
starke Variation der zu verteilenden Flüssigkeitsmenge
während des Betriebes, ohne das bereits benetzte Flächen
wieder trocken fallen, ist ebenfalls nicht möglich.
Änderungen des Gas/Flüssigkeitsmassenverhältnisses
während des Betriebes von 10 auf 80 und mehr ohne
Verringerung der benetzten Fläche, d. h. Aufreißen des
geschlossenen Films, sind mit den bekannten Lösungsansätzen nicht
möglich.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Stoff- und Wärmeaustauscherfläche anzugeben, die die
dauerhafte Aufrechterhaltung eines extrem dünnen und
kontinuierlichen Flüssigkeitsfilms gewährleistet.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale
des Anspruchs 1.
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Auf einer Grundfläche wird eine
Oberflächenbeschichtung, gebildet aus einer dünnen Schicht beliebig
geformter Festkörperpartikel, die dauerhaft mit der
Oberfläche eines Trägermaterials verbunden sind, so daß
sich die einzelnen Festkörperpartikel der Beschichtung
berühren oder zumindest direkt nebeneinander zu liegen
kommen, aufgebracht. Die Gestalt der Festkörperpartikel
ist so gewählt, daß zwischen den einzelnen benachbarten
Partikeln, sowie zwischen den Partikeln und dem
Trägermaterial, die Bildung von Hohl- und Freiräume
gewährleistet ist. Sie müssen also im wesentlichen
bauchiger oder körniger, bzw. kugelförmiger Gestalt sein.
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Diese Festkörperpartikel bilden durch ihre äußere
Gestalt in Verbindung mit dieser unmittelbar benachbarten
Anordnung, eine Zone starker Kapillarwirkung, die groß
genug ist, die entnetzenden Kräfte, welche die Bildung
eines geschlossenen Film verhindern, zu überwinden und
einen geschlossenen Film zu erzeugen.
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Gleichzeitig besitzt die Kontaktfläche
Beschichtungskörper/Flüssigkeit, abhängig von den verwendeten
Trägermaterialien, eine niedrigere Grenzflächenspannung
als die unbeschichtete Kontaktfläche
Trägermaterial/Flüssigkeit, was sich benetzungsfördernd und damit
filmbildungsfördernd auswirkt.
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Ist der Dampfdruck der benetzenden Flüssigkeit oder
einer ihrer Komponenten, gegenüber dem umgebenden,
gasförmigen Medium verschwindend klein, wird bei
Betriebsstillstand des Apparates auf der Beschichtung
befindliche Flüssigkeit, durch die starken kapillaren
Kräfte, in den Hohl- und Freiräume zwischen den die
Beschichtung bildenden Körpern, und der Trägerfläche
festgehalten. Dadurch wird, bei erneutem Anfahren des
Prozesses, eine sofortige Koaleszenz der frisch auf die
Fläche aufgebrachten Flüssigkeit mit der in der
Beschichtung verbliebenen Flüssigkeit zu einem flächigen,
geschlossenen Dünnfilm erreicht.
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Dadurch ist zusätzlich die Möglichkeit geschaffen das
Verhältnis zwischen Gas und Flüssigkeitsmassenstrom,
durch Variation der Flüssigkeitsmenge während des
Betriebes, massiv zu verändern, ohne den geschlossenen
Film zu zerstören.
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Durch die Variation der Größen der verwendeten
Beschichtungskörper kann die Beschichtung, in ihren
filmerzeugenden Eigenschaften, auf Flüssigkeiten mit
verschiedenen Stoffeigenschaften und auf verschiedene
Prozeßführungen angepaßt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 2 sind die einzelnen Festkörperpartikel in
etwa gleich groß. Dies führt zu einer filigranen Struktur
der Frei- und Hohlräume und verbessert die
Kapillarwirkung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 3 ist die Beschichtung einlagig. Hierdurch
wird die Erzeugung eines sehr dünnen Flüssigkeitsfilms
mit einer Dicke ermöglicht, die in etwa dem Durchmesser
der einlagig aufgebrachten Festkörperpartikel entspricht.
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Wird, als Ausgangsmaterial für die
Oberflächenbeschichtung, Sand (Silikate, Aluminiumsilikate,
Siliziumoxide) verwendet (Ansprüche 5 und 6), ist diese
Oberflächenbeschichtung, im Vergleich zu anderen
Oberflächenbeschichtungen und anderen filmfördernden
Maßnahmen, extrem preisgünstig und dazu sehr leicht und
in unbegrenzter Menge verfügbar.
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Darüber hinaus ist dieses Material sowohl durch
extrem hohen Schmelzpunkt thermisch, als auch aufgrund
starker atomarer Bindungseigenschaften, chemisch stabil.
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Eine Entsorgung sowohl auf der Mülldeponie als auch
in Müllverbrennungsanlagen oder auf sonstigem Weg ist
unkritisch. Das Material ist Aufgrund seiner extremen
Stabilität absolut unbedenklich.
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Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Hinsichtlich der Ausgestaltung des Stoff- und
Wärmeaustauschreaktors in dem die erfindungsgemäße Stoff- und
Wärmeaustauscherfläche vorzugsweise eingesetzt wird, wir
auf die am gleichen Tag hinterlegte Anmeldung mit dem
Titel "Stoff- und Wärmeaustauschreaktor",
Anwaltsaktenzeichen P/11ZA0720/DE vollinhaltlich bezug genommen.
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Hinsichtlich der Ausgestaltung des
Flüssigkeitsverteilers wird auf die am gleichen Tag hinterlegte
Anmeldung mit dem Titel
"Kleinstflüssigkeitsmengenverteiler", Anwaltsaktenzeichen P/11ZA0721/DE vollinhaltlich
bezug genommen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch
eine der Stoff- und Wärmeaustauscheroberflächen,
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Fig. 3 eine Aufsicht auf den
Flüssigkeitsverteilen von vorne,
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Fig. 4a ein Detail der Rückansicht des
Flüssigkeitsverteilers,
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Fig. 4b ein Schnitt durch die Darstellung in Fig.
4a entlang der Linie D-D;
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Fig. 5a, b und c Schnittdarstellungen entlang der
Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 3;
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Fig. 6 und 7 eine Alternative Ausgestaltung des
Flüssigkeitsverteilers; und
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Fig. 8 ein Detail aus Fig. 3.
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Die in Fig. 1 dargestellte beispielhafte
Ausführungsform det Erfindung weist eine Mehrzahl von
senkrecht, im Abstand nebeneinander angeordneten
Reaktordoppelplatten 2 auf. Jede der Reaktordoppelplatten 2
weist ein oberes Ende 4, ein unteres Ende 6, eine erste
und eine zweite Hauptoberfläche 8 bzw. 10 und einen
Zwischenraum 12 zwischen der ersten und zweiten
Hauptoberfläche 8 und 10 auf. Der Zwischenraum 12 ist als
Wärmeaustauschkanalsystem 14 ausgebildet, daß
beispielsweise von Wasser als Heiz- oder Kühlmedium HKM
durchflossen wird. Zwischen den einzelnen Reaktordoppelplatten
2 ist ein Stoffkanalaustauschsystem 16 ausgebildet. Die
ersten und zweiten Hauptoberflächen 8 und 10 der
Reaktordoppelplatten 2 sind als Stoff- und
Wärmeaustauscherflächen 18 ausgebildet. Die Stoff- und
Wärmeaustauscherflächen 18 werden von oben her mit einem
flüssigen Medium FM oder Sorbens ganzflächig benetzt. Von
unten her strömt im Gegenstrom zwischen den
Reaktordoppelplatten 2 ein gasförmiges Medium GM, daß im Falle
der Absorption eine gasförmige Komponente an das Sorbens
FM abgibt und im Falle der Desorption diese gasförmige
Komponente von dem Sorbens FM wieder aufnimmt.
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Am oberen Ende 4 der Reaktordoppelplatten 2 ist
jeweils ein Flüssigkeitsverteiler 20 angeordnet, der das
Sorbens FM über die gesamte Breite der
Reaktordoppelplatten 2 auf allen Stoff- und Wärmetauscherflächen 18
zur Bildung eines dünnen Flüssigkeitsfilm bereitstellt.
Details des Flüssigkeitsverteilers 20 werden in den Fig.
3, 4 und 5 beschrieben.
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Die Stoff- und Wärmeaustauscherflächen 18 weisen eine
Oberflächenbeschichtung 21 mit kleinen
Festkörperpartikeln 22, z. B. Sandkörnern auf, wie dies schematisch
in Fig. 2 dargestellt ist. Die Stoff- und
Wärmeaustauscherflächen 18 weisen damit die Struktur bzw.
Oberfläche von Sandpapier auf. Zwischen den einzelnen
Festkörperpartikeln bzw. Sandkörnern 22 sind aufgrund der
Form und der Nebeneinanderanordnung der Sandkörner 22
Frei- und Hohlräume 24 ausgebildet. Diese kleinen Frei-
und Hohlräume 24 bedingen durch ihre Kapillarwirkung die
gleichmäßige Verteilung des Sorbens FM in Form eines
kontinuierlichen dünnen Flüssigkeitsfilms 26 auf den
Stoff- und Wärmeaustauscherflächen 18. Wie in Fig. 2
dargestellt ist, sind die Sandkörner 22 einzeln
nebeneinander auf den Stoff- und Wärmeaustauscherflächen
18 angeordnet. Durch diese einlagige Anordnung wird ein
sehr dünner Flüssigkeitsfilm ermöglicht.
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Die Beschichtung 21 bzw. die Sandkörner 22 werden
mittels eines Klebers dauerhaft auf der Stoff- und
Wärmeaustauscherfläche 18 fixiert. Alternativ kann die
Beschichtung 21 auf auf einem nicht näher dargestellten
Zwischenträger aufgebracht sein, der dann auf die Stoff-
und Wärmeaustauscherflächen 18 aufgeklebt wird.
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Das Ausgangsmaterial Sand wird gespült, von
Fremdstoffen gereinigt und auf die gewünschte Korngröße
gesiebt. Seine Zusammensetzung wird entweder naturbelassen,
oder es werden ein oder mehrere Bestandteile abgetrennt
oder hinzugefügt. Dabei müssen sich die verbleibenden
bzw. hinzugefügten, für die Beschichtung verwendeten
Fraktionen des Sandes, gegenüber dem Austauschprozeß, für
den die Beschichtung verwendet werden soll, innert
verhalten, d. h. die Stoffeigenschaften der am
Austauschprozeß beteiligten Medien nicht nachteilig verändern. Die zu
beschichtende Oberfläche wird mit einem geeigneten
Kontaktmittel (Klebstoff, Klebefolie) beaufschlagt, so daß,
bei dem anschließenden Auftragen der Bestandteile der
Beschichtung, diese teilweise (nicht vollständig) in das
Trägermaterial eingebettet werden und fest haften
bleiben. Dabei wird eine Schicht aufgebracht, so daß sich die
einzelnen Körper berühren oder zumindest direkt
nebeneinander zu liegen kommen und sich zwischen ihnen Hohl- bzw.
Freiräume bilden. Es entsteht eine einlagige
Beschichtung, überschüssiges Beschichtungsmaterial bleibt nicht
haften und wird entfernt. Die Beschichtung kann nach dem
Auftragen zusätzlich mechanisch an das Trägermaterial
angepreßt werden, dadurch betten die sich die
Beschichtungsbestandteile besser in das Haftmaterial ein und es
wird eine zusätzliche Haftfähigkeit erreicht. Ist das
Ausgangsmaterial der zu beschichtenden Körper oder
Austauschflächen ein thermoplastisches Material, kann das
Beschichtungsmaterial auch direkt mechanisch, durch
anpreßen, aufwalzen, mechanischen Impuls (bewerfen,
beschießen) oder andere geeignete Maßnahmen, in die
thermisch weiche Oberfläche eingedrückt werden. Nach
anschließendem Erkalten bleiben die
Beschichtungsbestandteile in dem Material dauerhaft fest teileingebettet.
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Der gleiche Vorgang ist auch bei Materialien möglich,
deren Oberfläche chemisch reversibel weich ist, wobei die
Körper nach dem partiellen Eindringen und anschließendem
Verfestigen der Oberfläche ebenfalls dauerhaft fest
teileingebettet sind.
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Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine beispielhafte
Ausgestaltung des Flüssigkeitsverteilers 20 mit dem das
flüssige Sorbens FM vom oberen Ende 4 der
Reaktordoppelplatten 2 auf die Stoff- und
Wärmeaustauscherflächen 18 aufgebracht wird. Der Flüssigkeitsverteiler 20
weist eine rechteckigen und plattenförmigen Grundkörper
27 mit einer Vorderseite 28 und einer Rückseite 29 auf.
Die Breite und Dicke des Flüssigkeitsverteilers
entspricht der Breite und Dicke der Reaktordoppelplatten
2. An der Oberkante des Flüssigkeitsverteilers 20 sind
in regelmäßigen Abständen vordere und hintere
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30 und 32 in gleichem Abstand
nebeneinander angeordnet, wobei sich vordere und hintere
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30, 32 in ihrer Abfolge
abwechseln. Die vorderen Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
30 benetzen daher die Vorderseite 28 des
Flüssigkeitsverteilers 20 und die erste Hauptoberfläche 8 einer
Reaktordoppelplatte 2 und die hinteren
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 32 benetzen die Rückseite 29 und die
zweite Hauptoberfläche 10.
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Den Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30 und 32 werden
über ein Flüssigkeitszuleitungssystem 34 Flüssigkeit bzw.
Sorbens FM zugeführt. Das Flüssigkeitszuleitungssystem
34, das auf der Vorderseite 28 zu sehen ist, umfaßt eine
gemeinsame Flüssigkeitshauptzuleitung 36 und eine
Vielzahl von Flüssigkeitsunterzuleitungen 38. Hierbei spaltet
sich die Flüssigkeitshauptzuleitung 38 durch wiederholte
Bisektion an Gabelungsstellen 40 in die
Flüssigkeitsunterzuleitungen 38 auf, bis schließlich für jede der
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30 und 32 eine eigene
Flüssigkeitsunterzuleitung 38 vorliegt. In der in Fig. 3
gezeigten Ausführungsform weist 64 Austrittsöffnungen 30
zur ersten Hauptoberfläche 8 hin auf und 64
Austrittsöffnungen 32 zur zweiten Hauptoberfläche 10 hin auf. Die
Flüssigkeitshauptzuleitung 36 spaltet sich an der ersten
Gabelungsstelle 40 in zwei Flüssigkeitsunterzuleitungen
38 auf, die sich noch fünf mal jeweils in zwei
Flüssigkeitsunterzuleitungen 38 aufspalten bis für jede
der 128 Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30 und 32 eine
Flüssigkeitsunterzuleitung 38 vorliegt.
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Die Flüssigkeitshauptzuleitung 36 weist eine über den
oberen Kannte des Flüssigkeitsverteilers 20 liegendes
Anschlußstück 42 auf, über das das flüssige Sorbens FM
eingespeist wird. Die Flüssigkeitshauptzuleitung 36 endet
am tiefsten Punkt des Flüssigkeitszuleitungssystems 34
und die Flüssigkeitsunterzuleitungen 38 erstrecken sich
ausschließlich in horizontaler oder in vertikaler
Richtung nach oben entgegen der Schwerkraft. Durch diese
Anordnung der Flüssigkeitsunterzuleitungen 38 wird eine
Blasenbildung in dem Flüssigkeitszuleitungssystem 34
vermieden, was zu diskontinuierlicher Filmbildung führen
könnte.
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Wie aus den Detaildarstellungen in Fig. 5a und Fig.
5c zu ersehen ist, sind die Austrittsöffnungen 30 bzw. 32
nach außen hin konisch ausgebildet. Durch diese
Formgebung wird Tropfenbildung beim Austreten des
flüssigen Sorbens FM aus den
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30, 32 vermieden und die gleichmäßige Benetzung
der Stoff- und Wärmetauscherflächen 18 gewährleistet.
Sowohl die Vorderseite 28 als auch die Rückseite 29 des
Flüssigkeitsverteilers 20 sind in dem Bereich unter den
Austrittsöffnungen 30 bzw. 32 mit der gleichen
Beschichtung 21 versehen, wie die Wärmetauscherflächen 18.
Hierdurch wird eine kontinuierliche Filmbildung beginnend
an den Austrittsöffnungen bis zum unteren Ende 6 der
Wärmetauscherflächen 18 gewährleistet.
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Der Flüssigkeitsverteiler 20 wird mittels eines
Steckmechanismus 44 auf der jeweiligen
Reaktordoppelplatte 2 aufgesteckt. Der Steckmechanismus 44 ist im
Querschnitt betrachtet M-förmig - siehe Figuren a, 5b und
5c - und weist einen mittleren nach unten vorstehenden
Steckstreifen 46 und links und rechts bzw. vorne und
hinten einen vorderen Abdeckstreifen 48 und einen
hinteren Abdeckstreifen 50 auf. Der vordere
Abdeckstreifen 48 überlappt dabei die erste Hauptoberfläche 8
und der hintere Abdeckstreifen 50 überlappt die zweite
Hauptoberfläche 10.
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Fig. 6 und 7 zeigen Schnittdarstellungen alternativer
Ausführungsformen des Flüssigkeitsverteilers 20. Die
Ausführungsformen gemäß den Fig. 6 und 7 unterscheiden
sich von der Ausführungsform nach Fig. 5 durch die
Ausbildung der Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30 und 32.
Die vorderen und die hinteren
Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 30, 32 liegen auf gleicher Höhe und sind nicht,
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5, seitlich
zueinander versetzt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6
führen die unmittelbar mit den Austrittsöffnungen 30, 32
verbundenen Flüssigkeitsunterzuleitungen schräg nach oben
und außen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 führen
diese letzten Flüssigkeitsunterzuleitungen 38 waagrecht
nach außen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die
Gabelungsstelle 40 gerundet ausgebildet um Wirbel und
Unregelmäßigeiten in der Strömungsgeschwindigkeit zu
vermeiden.
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Fig. 8 zeigt eine Detaildarstellung aus Fig. 3 mit
gerundeten Ausbildung der Gabelungsstellen 40. Die
Flüssigeitsunterzuleitungen 38 weisen an den
Gabelungstellen keilförmige Einbuchtungen 52 auf, wodurch
sich die gerundete Form der Gabelungsstellen ergibt.
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Um ein Verstopfen der kleinsten
Flüssigkeitsunterzuleitungen zu verhindern, wird der
Mindestquerschnitt der kleinsten Flüssigkeitsunterzuleitung doppelt
so groß wie die größten zu erwartenden
Schmutzpartikelabmessungen gewählt (typischerweise 1 mm2).
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Der vorstehend beschriebene Stoff- und
Wärmeaustauschreaktor ist insbesondere zur Entfeuchtung und
Kühlung von Luft geeignet. Hierbei wird die Luft auf
sorptivem Weg entfeuchtet und dabei gleichzeitig eine
sorptive Flüssigkeit, zumeist eine wässrige Lösung eines
oder mehrer Salze, stark verdünnt (Absorption) oder Luft
befeuchtet und das verwendete Sorbens dabei stark
aufkonzentriert (Desorption). Die Heiz- und
Kühlflüssigkeit, welche in dem Wärmeaustauschkanalsystem 14
von dem flüssigen Sorbens FM und der Luft GM stofflich
getrennt strömt, führt dem Sorptionsprozeß dabei Wärme zu
(Desorption oder Absorption). Die Kühlflüssigkeit HKM
wird zur Erreichung der maximalen
Kühltemperaturspreizung, bei der Absorption im Gegenstrom oder
Kreuzgegenstrom zu der Luft GM geführt. Bei der
Desorption wird es im Gegenstrom oder Kreuzgegenstrom zum
Sorbens FM geführt. Im Fall der Absorption wird dabei das
konzentrierteste Sorbens am stärksten gekühlt, wodurch
der Gleichgewichtsdampfdruck des Sorbens so niedrig wie
möglich wird. Bei der Desorption wird dagegen das
konzentrierteste Sorbens mit dem heißesten Heizmedium HKM
in Kontakt gebracht, was die größte mögliche
Gleichgewichtswasserdampfdruckerhöhung in dem Sorbens bewirkt.
Beide Maßnahmen stellen jeweils das größtmögliche
Stoffaustauschpotential des jeweiligen Prozesses (Absorption
oder Desorption) zur Verfügung.
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Die Stoff- und Wärmeaustauscherflächen 18, die
gleichzeitig das Sorbens FM und die Luft GM von der
Kühlflüssigkeit HKM stofflich trennen, stehen zum
Zwischenraum 12 zwischen den Reaktordoppelplatten 2 hin
vollständig mit dem Kühl- bzw. Heizmedium HKM in Kontakt
und die andere Seite, d. h. die Stoff- und
Wärmetauscherflächen 18, sind mit dem flüssigen Sorbens FM
benetzt. Das flüssige Sorbens FH bildet auf den Stoff-
und Wärmeaustauscherflächen 18 einen extrem dünnen,
geschlossenen Film 26, der der Schwerkraft folgend an den
Stoff- und Wärmeaustauscherflächen 18 herunterläuft.
Durch diesen reinen Flüssigkeitskontakt sowohl auf der
Innenseite als auch auf der Außenseite der
Reaktordoppelplatten 2 wird ein hoher Wärmeübergangskoeffizient
erzielt und damit ein hoher Wärmedurchgang von der Kühl-
bzw. Heizflüssigkeit HKM durch die trennende Wand auf das
Sorbens FM und auf die an dem Sorbensfilm 26 entlang
streichende Luft GM erreicht. Dadurch wird gleichzeitig
auch ein optimaler Stoffübergang erreicht. Der
geschlossene Sorbensfilm 26 wird durch die spezielle
Beschichtung 21 mit kleinen Festkörperpartikeln 22
erreicht, die bewirkt, daß eine extrem kleine
Sorbensmenge FM die Wärmetauscherflächen 18 benetzt und
gleichmäßig und kontinuierlich nach unten läuft. Die
extrem kleine Sorbensmenge wird von dem
Flüssigkeitsverteiler 20 von der Oberkante der
Wärmetauscherflächen 18 her über die gesamte Breite der
Reaktordoppelplatten 2 verteilt, ohne dabei Tropfen zu
bilden, die von der Luftströmung mitgerissen werden
könnten. Der Flüssigkeitsverteiler 20 ragt hierbei nicht
oder nur minimal in den freien Luftströmungsquerschnitt
zwischen den Reaktordoppelplatten 2 hinein, so daß keine
nennenswerte Beeinträchtigung der Strömung auftritt, die
zu einer Erhöhung des Strömungsdruckverlustes führen
würde.
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Der gesamte Stoff- und Wärmeaustauschreaktor läßt
sich aus Kunststoff herstellen und sehr dünn ausführen.
Die Dicke der einzelnen Reaktordoppelplatten 2 beträgt
beispielsweise 3 mm. In dem Zwischenraum 12 der
Reaktordoppelplatten 2 sind in regelmäßigen Abständen Stege -
nicht dargestellt - vorgesehen, der von der
Kühlflüssigkeit HKM meanderförmig durchströmt wird. Das zwischen den
Reaktordoppelplatten 2 ausgebildete
Stoffaustauschkanalsystem 16 wird von der Luft GM entgegen der Schwerkraft
und von dem flüssigen Sorbens FM mit der Schwerkraft in
direktem, kontinuierlichen Gegenstrom durchströmt.
Bezugszeichenliste
2 Reaktordoppelplatte
4 oberes Ende von 2
6 unteres Ende von 2
8 erste Hauptoberfläche von 2
10 zweite Hauptoberfläche von 2
12 Zwischenraum in 2
14 Wärmeaustausch-Kanalsystem
16 Stoffaustausch-Kanalsystem
18 Stoff- und Wärmeaustauscherflächen
20 Flüssigkeitsverteiler
21 Beschichtung von 18, 2
22 kleine Festkörperpartikel, Sandkörner
24 Frei- und Hohlräume
26 Flüssigkeitsfilm aus Sorbens FM
27 Grundkörper von 20
28 Vorderseite
29 Rückseite
30 vordere Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
32 hintere Flüssigkeitsaustrittsöffnungen
34 Flüssigkeitszuleitungssystem
36 Flüssigkeitshauptzuleitung
38 Flüssigkeitsunterzuleitungen
40 Gabelungsstellen
42 Anschlußstück von 36
44 Steckmechanismus
46 mittlerer Steckstreifen
48 vorderer Abdeckstreifen
50 hinterer Abdeckstreifen
52 keilförmige Einbuchtung