DE10141524C2

DE10141524C2 - Stoff- und Wärmeaustauscherfläche

Info

Publication number: DE10141524C2
Application number: DE10141524A
Authority: DE
Inventors: Matthias Peltzer; Eberhard Laevemann
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2021-08-25
Also published as: DE10141524A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stoff- und Wärmeaus tauscherfläche, die die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines sehr dünnen Flüssigkeitsfilms ermöglicht.

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.

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. wärme übertragenden Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche auf Kontakt oberflächen von Austauschkörpern, bzw. Austauschflächen verteilt werden. Wenn die verwendeten Flüssigkeiten die Kontaktoberflächen dieser Austauschkörper nur sehr schlecht benetzen, ist die Erzeugung und Aufrechterhal tung eines dünnen geschlossenen Films, wie er für einen optimalen Stoff- und Wärmeaustausch benötigt wird, nur mit zusätzlichen diese Filmbildung verbessernden Maßnah men zu erreichen. Es ist die Verwendung von Oberflächen beschichtungen der einzelnen Platten in Form von techni schen Vliesen bekannt.

Auch chemische bzw. physikalische Behandlung von Oberflächen mit dem Ziel der Hydrophilierung (Plasma behandlung, Anätzen der Oberflächen, Ein- bzw. Anlagern chemischer Substanzen usw.) sind bekannt. All diese Maßnahmen versagen bei der Erzeugung und Aufrechterhal tung 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 Kunststoff oberfläche aus überwiegend unpolarem Material mit dem Ziel des Be- oder Entfeuchtens von Luft verwendet wird, ist die Ausbildung eines ausreichend dünnen kontinuierli chen Films unzureichend.

Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind in den Druckschriften DE 34 39 526 A1, DE 36 27 266 A1, DE 29 18 932 A1, DE 26 05 753 A1 und DE 35 11 126 A1 beschrieben.

Die bekannten Vorrichtung und Verfahren weisen fol gende Nachteile auf. Der Sinn und Zweck zusätzlicher Maß nahmen 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 Grenz fläche 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 Flüs sigkeiten, 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 gewach sen, 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 befe stigt, sondern zwischen den Platten des Austauscherpake tes durch entsprechende Vorrichtungen angepreßt, einge klemmt oder auf andere Weise gehalten. Solche Vorrichtun gen befinden sich im freien Strömungsquerschnitt des Apparates und führen daher zu unnötigem, zusätzlichem Druckverlust in der Gasströmung. Weiterhin fließt ein großer Teil des Fluidfilms zwischen Vlies und Austausch platte ab, kommt nicht direkt mit dem Prozeßgas in Kon takt, und nimmt deshalb nicht im vollen Umfang am Stoff austausch teil. Ein weiteres Problem bei der nur teilwei sen 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 Stoffäustausch negativ beeinflussen.

Ist das Vlies lose oder nur teilweise an der Platte befestigt, ist zudem die faltenfreie Montage schwierig.

Auch chemische bzw. physikalische Behandlungen von Oberflächen mit dem Ziel der Hydrophilierung (Plasma behandlungen, anätzen der Oberflächen, Ein- bzw. Anlagen 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 Träger materialien aus Kunststoff (verketteten Kohlenwasserstof fen 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 (Grenz flächenspannungen) benötigte, ausreichend starke Kapillarwirkung. Chemische oder physikalische Behandlun gen, 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 Verrin gerung der benetzten Fläche, d. h. Aufreißen des geschlos senen Films, sind mit den bekannten Lösungsansätzen nicht möglich.

Aus den Druckschriften DE 694 18 915 T2, DE 692 01 860 T2, DE 691 01 298 T2, DE 199 49 437 A1 und DE 40 36 932 A1 sind ferner Wärmeübertragungselemente bekannt, de ren Wirkungsmechanismus nicht auf der Ausbildung eines dünnen und kontinuierlichen Films auf einer Grundfläche basiert.

So wird zum Beispiel in der DE 40 36 932 A1 ein Ver fahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsfläche mit einem hohen Wirkungsgrad beschrieben. Diese Wärmeübertra gungsfläche besteht aus einer mit kleinen Festkörperpar tikeln beschichteten Grundfläche, wobei die Festkörper partikel fest mit der Grundfläche verbunden sind und zwi schen sich Freiräume aufweisen. Die dadurch gebildete po röse Schicht dient dazu, eine große Flüssigkeitsmenge aufzunehmen und diese zum Verdampfen zu bringen. Die Dicke der durch das Aufsaugen der Flüssigkeit entstehen den Flüssigkeitsschicht entspricht der Dicke der porösen Schicht.

In der DE 692 01 860 T2 ist ein Verfahren beschrie ben, bei dem gleichzeitig der Übergang eines Gases zu ei ner Wand und eine Wärmeübertragung auf die Wand erreicht wird. Der für die thermischen Prozesse verantwortliche Stoff bildet hierbei eine poröse Phase.

Die DE 691 01 298 T2 und die DE 694 18 915 T2 lehren ein Wärmeübertragungsrohr mit einer Wärmeübertragungsflä che zum Kochen einer Flüssigkeit. Die darin gelehrte Aus gestaltung der Wärmeübertragungsfläche ermöglicht eine gute Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsrohr auf eine dieses umgebende flüssige Medium.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stoff- und Wärmeaustauscherfläche anzugeben, die die dauerhafte Aufrechterhaltung eines extrem dünner und kontinuierlichen Flüssigkeitsfilms gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Auf einer Grundfläche wird eine Oberflächen beschichtung, 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.

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.

Gleichzeitig besitzt die Kontaktfläche Beschich tungskörper/Flüssigkeit, abhängig von den verwendeten Trägermaterialien, eine niedrigere Grenzflächenspannung als die unbeschichtete Kontaktfläche Trägermateri al/Flüssigkeit, was sich benetzungsfördernd und damit filmbildungsfördemd auswirkt.

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.

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.

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.

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 Kapillar wirkung.

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.

Wird, als Ausgangsmaterial für die Oberflächenbe schichtung, Sand (Silikate, Aluminiumsilikate, Siliziu moxide) 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.

Darüber hinaus ist dieses Material sowohl durch ex trem hohen Schmelzpunkt thermisch, als auch aufgrund starker atomarer Bindungseigenschaften, chemisch stabil.

Eine Entsorgung sowohl auf der Mülldeponie als auch in Müllverbrennungsanlagen oder auf sonstigem Weg ist un kritisch. Das Material ist Aufgrund seiner extremen Sta bilität absolut unbedenklich.

Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine der Stoff- und Wärmeaustauscheroberflächen,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Flüssigkeits verteilen von vorne,

Fig. 4a ein Detail der Rückansicht des Flüssig keitsverteilers,

Fig. 4b ein Schnitt durch die Darstellung in Fig. 4a entlang der Linie D-D;

Fig. 5a, b und c Schnittdarstellungen entlang der Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 3;

Fig. 6 und 7 eine Alternative Ausgestaltung des Flüssigkeitsverteilers; und

Fig. 8 ein Detail aus Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung weist eine Mehrzahl von senkrecht, im Abstand nebeneinander angeordneten Reaktor doppelplatten 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 Haupt oberfläche 8 und 10 auf. Der Zwischenraum 12 ist als Wärmeaustauschkanalsystem 14 ausgebildet, daß beispiels weise von Wasser als Heiz- oder Kühlmedium HKM durch flossen 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 Wärme austauscherflächen 18 ausgebildet. Die Stoff- und Wärme austauscherflächen 18 werden von oben her mit einem flüssigen Medium FM oder Sorbens ganzflächig benetzt. Von unten her strömt im Gegenstrom zwischen den Reaktor doppelplatten 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.

Am oberen Ende 4 der Reaktordoppelplatten 2 ist jeweils ein Flüssigkeitsverteiler 20 angeordnet, der das Sorbens FM über die gesammte Breite der Reaktordoppel platten 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.

Die Stoff- und Wärmeaustauscherflächen 18 weisen eine Oberflächenbeschichtung 21 mit kleinen Festkörper partikeln 22, z. B. Sandkörnern auf, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Die Stoff- und Wärmeaus tauscherflächen 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 Wärmaustauscherflächen 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.

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.

Das Ausgangsmaterial Sand wird gespült, von Fremd stoffen gereinigt und auf die gewünschte Korngröße ge siebt. 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 ver halten, d. h. die Stoffeigenschaften der am Austauschpro zeß beteiligten Medien nicht nachteilig verändern. Die zu beschichtende Oberfläche wird mit einem geeigneten Kon taktmittel (Klebstoff, Klebefolie) beaufschlagt, so daß, bei dem anschließenden Auftragen der Bestandteile der Be schichtung, diese teilweise (nicht vollständig) in das Trägermaterial eingebettet werden und fest haften blei ben. Dabei wird eine Schicht aufgebracht, so daß sich die einzelnen Körper berühren oder zumindest direkt nebenein ander zu liegen kommen und sich zwischen ihnen Hohl- bzw. Freiräume bilden. Es entsteht eine einlagige Beschich tung, überschüssiges Beschichtungsmaterial bleibt nicht haften und wird entfernt. Die Beschichtung kann nach dem Auftragen zusätzlich mechanisch an das Trägermaterial an gepreßt werden, dadurch betten die sich die Beschich tungsbestandteile besser in das Haftmaterial ein und es wird eine zusätzliche Haftfähigkeit erreicht. Ist das Ausgangsmaterial der zu beschichtenden Körper oder Aus tauschflächen ein thermoplastisches Material, kann das Beschichtungsmaterial auch direkt mechanisch, durch an preßen, aufwalzen, mechanischen Impuls (bewerfen, be schießen) oder andere geeignete Maßnahmen, in die ther misch weiche Oberfläche eingedrückt werden. Nach an schließedem Erkalten bleiben die Beschichtungsbestand teile in dem Material dauerhaft fest teileingebettet.

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 tei leingebettet sind.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung des Flüssigkeitsverteilers 20 mit dem das flüssige Sorbens FM vom oberen Ende 4 der Reaktor doppelplatten 2 auf die Stoff- und Wärmeaustauscher flächen 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 Oberkannte des Flüssigkeitsverteilers 20 sind in regelmäßigen Abständen vordere und hintere Flüssig keitsaustrittsöffnungen 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 Flüssig keitsverteilers 20 und die erste Hauptoberfläche 8 einer Reaktordoppelplatte 2 und die hinteren Flüssigkeits austrittsöffnungen 32 benetzen die Rückseite 29 und die zweite Hauptoberfläche 10.

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 Viel zahl von Flüssigkeitsunterzuleitungen 38. Hierbei spaltet sich die Flüssigkeitshauptzuleitung 38 durch wiederholte Bisektion an Gabelungsstellen 40 in die Flüssigkeits unterzuleitungen 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 Austritts öffnungen 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.

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.

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 Flüssigkeitsaustritts öffnungen 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 Beschich tung 21 versehen, wie die Wärmetauscherflächen 18. Hierdurch wird eine kontinuierliche Filmbildung beginnend an den Austrittsöffnungen bis zum unteren Ende 6 der Wärmetauscherflächen 18 gewährleistet.

Der Flüssigkeitsverteiler 20 wird mittels eines Steckmechanismus 44 auf der jewieligen Reaktordoppel platte 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 Abdeck streifen 48 überlappt dabei die erste Hauptoberfläche 8 und der hintere Abdeckstreifen 50 überlappt die zweite Hauptoberfläche 10.

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 Flüssigkeitsaustritts öffnungen 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 Strömmungsgeschwindigkeit zu vermeiden.

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.

Um ein Verstopfen der kleinsten Flüssigkeits unterzuleitungen zu verhindern, wird der Mindestquer schnitt der kleinsten Flüssigkeitsunterzuleitung doppelt so groß wie die größten zu erwartenden Schmutzpartikel abmessungen gewählt (typischerweise 1 mm²).

Der vorstehend beschriebene Stoff- und Wärmeaus tauschreaktor 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 Kühl flüssigkeit, 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 Kühltemperatur spreizung, 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 Gleich gewichtswasserdampfdruckerhöhung in dem Sorbens bewirkt. Beide Maßnahmen stellen jeweils das größtmögliche Stoff austauschpotential des jeweiligen Prozesses (Absorption oder Desorption) zur Verfügung.

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 Wärmeauscherflächen 18, sind mit dem flüssigen Sorbens FM benetzt. Das flüssige Sorbens FM 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 Reaktor doppelplatten 2 wird ein hoher Wärmeübergangskoeffizient erzielt und damit ein hoher Wärmedurchgang von der Kühl- bzw. Heiflüssigkeit 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.

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 Reaktor doppelplatten 2 sind in regelmäßigen Abständen Stege - nicht dargestellt - vorgesehen, der von der Kühlflüssig keit HKM meanderförmig durchströmt wird. Das zwischen den Reaktordoppelplatten 2 ausgebildete Stoffaustauschkanal system 16 wird von der Luft GM entgegen der Schwerkraft und von dem flüssigekn 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

Claims

1. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche zur Ausbildung eines dünnen und kontinuierlichen Flüssigkeitsfilms auf einer Grundfläche und einer auf der Grundfläche aufgebrachten Beschichtung (21) zur Reduzierung der Wirkung der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms, wobei die Beschichtung (21) eine dünne Schicht aus kleinen Festkörperpartikeln (22) aufweist, wobei die Festkörperpartikel (22) fest mit der Grundfläche verbunden sind, und wobei zwischen den einzelnen Festkörperpartikeln (22) aufgrund von deren Form und deren Anordnung auf der Grundfläche Frei- und Hohlräume verbleiben.

2. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Festkörper partikel (22) in etwa gleich, groß sind.

3. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) aus Festkörperpartikeln (22) einlagig ist.

4. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel (22) Sandkörner sind.

5. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel (22) aus Komponenten von natürlichem Sand, insbesondere aus Silikat, Aluminium silikat und/oder Siliziumdioxid bestehen.

6. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel (22) mittels eines Haftmittels auf der Grundfläche befestigt sind.

7. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel ein Klebstoff ist.

8. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel eine Zwischenträgerfolie ist, in die die Festkörperpartikel (22) aus dieser hervorstehend eingebettet sind, und dass die Zwischenträgerfolie auf der Grundfläche befestigt ist.

9. Stoff- und Wärmeaustauscherfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Grundfläche eine reversibel thermisch weiche oder reversibel chemisch weiche Ober fläche ist, in die die Festkörperpartikel (22) aus der Grundfläche hervorstehend eingebettet sind.