DE102017116263A1

DE102017116263A1 - Profilierte Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane

Info

Publication number: DE102017116263A1
Application number: DE102017116263.1A
Authority: DE
Inventors: Herbert Schlensker
Original assignee: Beko Technologies GmbH
Current assignee: Beko Technologies GmbH
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-01-24
Also published as: WO2019016186A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (60) für einen Druckluftmembrantrockner (20) mit einem Gehäuse (22), in dem als Membranfilter (24) Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) mit einer Hohlfaserinnenfläche (62) und einer Hohlfaseraußenfläche (64) angeordnet sind. Die Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (60) weisen zumindest abschnittsweise eine Profilierung (70) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Druckluftmembrantrockner (20), dessen Hohlfasermembrane (60) zumindest abschnittsweise eine Profilierung (70) aufweisen. Weiterhin beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von profilierten Hohlfasermembranen (60).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hohlfasermembrane für einen Druckluftmembrantrockner mit einem Gehäuse, in dem als Membranfilter Hohlfasermembrane mit einer Hohlfaserinnenfläche und einer Hohlfaseraußenfläche angeordnet sind.
Beim Einsatz von Druckluft, beispielsweise in der Industrietechnik oder der Medizintechnik, ist Feuchtigkeit im Leitungsnetz und an den Verbrauchsstellen ein Qualitätsproblem. Eine wichtige Aufgabe ist daher immer die Trocknung der Druckluft. Hierzu werden Membranfilter eingesetzt, die selektiv durchlässig sind für Wasserdampf. In dem Filtergehäuse ist ein Bündel hochselektiver Hohlfasermembranen angeordnet (Membranfasern), durch die feuchte Druckluft strömt. Die feuchte Druckluft ist vorzugsweise gefiltert, damit noch in ihr enthaltene Schmutzpartikel, Ölnebel und Kondensat zurückgehalten werden, also die Hohlfasermembranen nicht verstopfen.
Durch die Hohlfasermembranen diffundiert Wasserdampf nach aussen. Am Auslass für getrocknete Druckluft wird ein geringer Teilstrom der Druckluft abgezweigt und nach Expansion als Spülluft benutzt. Die Spülluft wird im Gegenstrom zur Druckluft über die Aussenseite der Hohlfasern geführt. Aufgrund des Unterschiedes in der Wasserdampfkonzentration wird eine ständige Wanderung der Wassermoleküle aus der Druckluft in die Spülluft erreicht. Somit ist der üblicherweise gebräuchliche Begriff Membranfilter zumindest missverständlich, da ein Membranfilter nicht mechanisch, sondern durch Diffusion trennt. Der Einfachheit halber wird dieser Begriff dennoch im Rahmen der Erfindung verwendet.
Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab. Die Spülluft trocknet ständig die eintretende, feuchte Druckluft. Nur Wassermoleküle können die Membranen der Hohlfasern durchdringen. Die Zusammensetzung der getrockneten Druckluft bleibt unverändert. Als Ergebnis hat man reine, trockene Druckluft.
Ein gattungsgemäßer Druckluftfilter ist beispielsweise in der DE 10 2014 104 386 A1 beschrieben.
In Abhängigkeit vom gewünschten Trocknungsgrad ist eine entsprechende Membranfläche erforderlich. Die Membranfläche ergibt sich im Wesentlichen aus der Anzahl und Länge der Hohlfasermembrane.
Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den maximal möglichen Trocknungsgrad von Drucklufttrockner-Hohlfasermembranen zu verbessern. Die Verbesserung soll dabei möglichst ohne Änderung der Gehäuseabmessungen des Druckluftmembrantrockners erfolgen. Die Herstellung der Hohlfasermembrane soll dabei nicht oder nur unwesentlich teurer als die Herstellung von Hohlfasermembranen nach dem Stand der Technik sein. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, einen verbesserten Druckluftmembrantrockner mit erhöhtem Trocknungsgrad vorzuschlagen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung verbesserter Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane gelöst, die zumindest abschnittsweise eine Profilierung aufweisen.
Weiterhin wird die Erfindung durch Druckluftmembrantrockner mit einem Gehäuse gelöst, in dem als Membranfilter ein Bündel Hohlfasermembrane, jeweils mit einer Hohlfaserinnenfläche und einer Hohlfaseraußenfläche, angeordnet ist, und einem Gehäusekopf mit einem Eingangskanal, durch den ein feuchter Gesamtdruckluftstrom einströmt, und einem Ausgangskanal, der in einen Auslass mündet, durch den getrocknete Nutzluft ausströmt, wobei die Hohlfasermembrane zumindest abschnittsweise eine Profilierung aufweisen.
Schließlich gibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane mit einem Spinnkopf an, das gekennzeichnet ist durch die Verfahrensschritte

- Einleiten von flüssiger Polymerlösung in einen ersten Einlass des Spinnkopfes,
- Einleiten eines Zuschlagmittels über einen zweiten Einlass des Spinnkopfs in eine Hohlnadel,
- Ausleiten der Polymerlösung und des Zuschlagmittels durch eine Austrittsöffnung, wobei die Austrittsöffnung im Querschnitt teilweise durch die Hohlnadel verschlossen ist, so dass sich ein Ringraum ergibt, durch den die Polymerlösung austritt und eine Holfasermembran ausbildet, wobei gleichzeitig Zuschlagmittel durch die Hohlnadel in die sich ausformende Hohlfasermembran eingeleitet wird,

Die Erfindung basiert auf der Idee, durch Profilierung der Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (im Folgenden Hohlfasermembrane) die Membranfläche im Umfang zu erhöhen und gleichzeitig eine für den Stoffaustausch günstige Turbulenz ohne Energieverlust zu erzeugen. Bei gleicher Länge bzw. Geometrie des Drucklufttrockners erhöht sich durch Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlfasermembranen somit der Trocknungsgrad.
Üblicherweise sind die Hohlfasermembranen in einem Hohlfasermodul als Bündel zusammengefasst, wobei das Hohlfasermodul einen oberen oder unteren Deckel aufweist, der die Hohlfasermembranen in ihrer Position hält. Es hat sich gezeigt, dass die Hohlfasermembranen erfindungsgemäß bevorzugt parallel zu einer Längsachse des Hohlfasermoduls nebeneinander verlaufen. Alternativ ist aber auch eine sogenannte Kreuzwicklung möglich.
Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, dass die benötigte Hohlfasermembranlänge deutlich reduziert werden kann. Dadurch ist der Einsatz eines Membranfilters bzw. eines Hohlfasermoduls mit geringerem Durchmesser mit weniger Hohlfasern oder reduzierter Länge möglich. Die Hohlfasermodule können dadurch besser passend zu entsprechenden Druckluftfiltern ausgelegt werden. Sie sind vorteilhafterweise einfach in einem Baukastensystem adaptierbar. Aufgrund der Vorteile kann dabei auch in Kauf genommen werden, dass aufgrund der größeren Wandfläche der Widerstand bzw. Druckverlust der durchgeleiteten Luft im Druckluftmembrantrockner geringfügig höher ist.
Letztendlich kann jeweils ein Optimum gebildet werden unter den Voraussetzungen, dass der Volumenstrom, die Modulgeometrie oder der Druck-Taupunkt unverändert bleiben sollen. Auch ist es möglich die Spülluft zu reduzieren. Dadurch werden nicht nur Herstellungskosten eingespart, auch ergeben sich Vorteile bei der Installation des Druckluftmembrantrockners vor Ort bzw. in einer Maschine.
Erfindungsgemäß können entweder die Hohlfaserinnenfläche, die Hohlfaseraußenfläche oder beide die Profilierung aufweisen. In jedem Fall bewirkt die Profilierung eine Querbewegung von Wasserdampfmolekülen an der Hohlfasermembranwand, wodurch günstige Turbulenzen erzeugt oder verstärkt werden.
Die Hohlfaserinnenfläche ist für eine Profilierung deshalb besonders geeignet, weil sich dadurch eine um eine Längsachse der Hohlfasermembran gedrehte Strömung, ähnlich wie bei einem Gewehrlauf, ausbildet.
Die Profilierung kann sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Hohlfasermembranen erstrecken, sie kann aber auch nur abschnittsweise vorgesehen sein.
Als besonders geeignet hat sich eine gewellte Profilierung erwiesen, sie kann aber auch gezackt ausgeführt oder durch anderweitige Erhöhungen oder Vertiefungen gebildet sein.
Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Hohlfasermembranen jeweils in Längsrichtung um ihre Längsachse tordiert ausgeführt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Hohlfasermembranen basiert darauf, dass bereits bei der Herstellung die gewünschte Profilierung erzeugt wird. Hohlfasermembranen werden üblicherweise nach dem sogenannten Needle-in-orifice-Verfahren hergestellt. Dabei wird ein Spinnkopf verwendet, aus dem Polymer gleichzeitig mit einem Zuschlagsstoff, der über eine Hohlnadel in die sich ausbildende Hohlfasermembran eingeleitet wird, durch eine Austrittsöffnung ausgeleitet wird. Die Nadel verschließt die Austrittsöffnung teilweise, sodass sich ein Ringraum ausgebildet, durch den das Polymer hindurchgeleitet wird. Die Hohlnadel weist eine Nadelöffnung auf, durch die das Zuschlagmittel in die Hohlfasermembran eingeleitet wird.
Die Profilierung wird erfindungsgemäß nun dadurch ausgebildet, dass eine dem Ringraum zugewandte Innenkontur der Austrittsöffnung eine Profilierung aufweist, die somit auf die Hohlfaseraußenfläche übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Nadel auf ihrer Außenfläche entsprechende Profilierung aufweisen, wodurch eine Profilierung auf der Innenfläche der Hohlfaser erzeugt wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sollen nicht einschränkend zu verstehen sein, sondern zeigen lediglich Prinzipdarstellungen der Erfindung. Es zeigen:

1: einen erfindungsgemäßen Druckluftmembrantrockner im Schnitt,
2: verschiedene Querschnitte erfindungsgemäßer Hohlfasermembranen,
3: verschiedene Profilierungen erfindungsgemäßer Hohlfasermembranen
4: zwei Ausführungen von Hohlfasermodulen mit unterschiedlichen Wicklungen,
5: einen Spinnkopf zur Herstellung der Hohlfasermembrane im Querschnitt.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Druckluftmembrantrockner 20 im Schnitt. Dieser weist ein Gehäuse 22, in dem als Membranfilter ein Bündel Hohlfasermembrane 60 angeordnet ist, sowie einen Gehäusekopf 26 auf.
Der Gesamtdruckluftstrom (F) wird durch den Einlass 28 in den Druckluftmembrantrockner 20 geleitet, gelangt durch ein Innenrohr 30 in einen den Austrittsraum 36 und strömt von dort durch den Gehäuseringraum durch die Hohlfasermembrane 60 zurück zum Gehäusekopf 26 und durch einen Ausgangskanal 32 mit Auslass 34 aus diesem als getrocknete Nutzluft (N) wieder hinaus. Beim Durchströmen der Hohlfasermembrane 60 diffundiert die Feuchtigkeit der Druckluft durch die Hohlfaserwandungen nach außen. Die Pfeile verdeutlichen den Strömungsverlauf der verschiedenen Teilströme der Druckluft innerhalb des Druckluftmembrantrockners 20.
Ein Teilstrom der getrockneten Druckluft wird relativ kurz vor dem Auslass 34 umgeleitet und als Spülluft S in den Außenraum der Hohlfasermembrane 60 geleitet, nimmt dort den diffundierten Wasserdampf auf und leitet diesen dann durch einen Spülluftausgang 46 in die Umgebung ab.
Die Hohlfasermembrane 60 werden durch einen oberen Deckel 82 und ein unteren Deckel 84 zusammengehalten, wobei die Deckel 82, 84 derart konstruiert sind, dass die Druckluft ausschließlich durch das Innere der Hohlfasern 36 strömen kann. Somit befindet sich im Außenraum zwischen den Hohlfasern 36 lediglich Spülluft S.
2 zeigt verschiedene Hohlfasermembranen 60 im Querschnitt. Erkennbar ist eine erste Variante A, die dem Stand der Technik entspricht. Die Varianten B, C und D weisen dagegen erfindungsgemäße Profilierungen 70 auf. Bei der Variante B befindet sich die Profilierung 70 auf einer Hohlfaseraußenfläche 64, bei der Variante C auf einer Hohlfaserinnenfläche 62 und bei der Variante D auf der Hohlfaserinnenfläche 62 und auf der Hohlfaseraußenfläche 64. Die Profilierung 70 ist beispielhaft gezackt dargestellt. Aus 3 wird jedoch deutlich, dass die Profilierung 70 auch gewellt oder gestuft ausgeführt sein kann. In allen Fällen führt die Profilierung 70 zu einer Erhöhung der spezifischen Oberfläche.
4 zeigt zwei Ausführungen von Hohlfasermodulen 86, die jeweils zwei Deckel 82, 84 und dazwischen angeordnete Hohlfasermembrane 60 aufweisen. Erkennbar ist, dass im linken Ausführungsbeispiel die beispielhaft hervorgehobene Hohlfasermembrane 60 im Wesentlichen gerade, also parallel zu einer Längsachse X-X des Hohlfasermoduls 86 verläuft, bei der rechten Ausführungsvariante ist diese schräg bzw. umlaufend zu dieser gewickelt.
5 zeigt einen Spinnkopf 72 zur Herstellung der Hohlfasermembrane 60 im Querschnitt. Flüssige Polymerlösung wird durch einen ersten Einlass 74 in den Spinnkopf 72 eingeleitet, ein Zuschlagmittel durch in einen zweiten Einlass 76 in eine Hohlnadel 78.
Die Polymerlösung und das Zuschlagmittel werden durch eine Austrittsöffnung 80 ausgeleitet, wobei die Austrittsöffnung 80 im Querschnitt teilweise durch die Hohlnadel 78 verschlossen ist, so dass sich ein Ringraum 82 ergibt, durch den die Polymerlösung austritt und eine Holfasermembran 60 ausbildet. Gleichzeitig gelangt Zuschlagmittel durch die Nadel 78 in die sich ausformende Hohlfasermembran 60.
Erfindungsgemäß ist eine Aussenoberfläche der Hohlnadel 78 und/oder eine Innenfläche der Austrittsöffnung 80 profiliert ausgebildet, wodurch die sich ausformende Hohlfasermembran 60 mit einer Profilierung 70 versehen wird.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch weitere Varianten, die auf Basis der erläuternden Erfindung realisierbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014104386 A1 [0005]

Claims

Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (60) für einen Drucklufttrockner (20) mit einem Gehäuse (22), in dem als Membranfilter ein Bündel Hohlfasermembrane (6) jeweils mit einer Hohlfaserinnenfläche (62) und einer Hohlfaseraußenfläche (64) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (60) zumindest abschnittsweise eine Profilierung (70) aufweisen.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Hohlfaserinnenfläche (62) die Profilierung (70) aufweist.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Hohlfaseraußenfläche (64) die Profilierung (70) aufweist.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfaserinnenfläche (62) und die Hohlfaseraußenfläche (64) die Profilierung (70) aufweisen.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (70) der Hohlfaserinnenfläche (62) und der Hohlfaseraußenfläche (64) identisch ausgeführt sind.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (70) der Hohlfaserinnenfläche (62) und der Hohlfaseraußenfläche (64) unterschiedlich ausgeführt sind.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (70) im Querschnitt eine gezackte Form aufweist.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (70) im Querschnitt eine gewellte Form aufweist.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (70) im Querschnitt eine gestufte Form aufweist.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Profilierung (70) über die gesamte Länge der Hohlfasermembrane (60) erstreckt.
Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (64) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembrane (60) entlang ihrer Längserstreckung zumindest bereichsweise tordiert ausgeführt sind.
Druckluftmembrantrockner (20) mit einem Gehäuse (22), in dem als Membranfilter ein Bündel Hohlfasermembrane (60) jeweils mit einer Hohlfaserinnenfläche (62) und einer Hohlfaseraußenfläche (64) angeordnet ist, und einem Gehäusekopf (26) mit einem Eingangskanal (30), durch den ein feuchter Gesamtdruckluftstrom (F) einströmt, und einem Ausgangskanal (32), der in einen Auslass (34) mündet, durch den getrocknete Nutzluft (N) ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembrane (60) zumindest abschnittsweise eine Profilierung (70) aufweisen.
Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasermembrane (60) entsprechend der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt sind.
Verfahren zur Herstellung von Drucklufttrockner-Hohlfasermembrane (60) mit einem Spinnkopf (72), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte - Einleiten von flüssiger Polymerlösung in einen ersten Einlass (74) des Spinnkopfes (72), - Einleiten eines Zuschlagmittels über einen zweiten Einlass (76) des Spinnkopfs (72) in eine Hohlnadel (78), - Ausleiten der Polymerlösung und des Zuschlagmittels durch eine Austrittsöffnung (80), wobei die Austrittsöffnung (80) im Querschnitt teilweise durch die Hohlnadel (78) verschlossen ist, so dass sich ein Ringraum (82) ergibt, durch den die Polymerlösung austritt und eine Holfasermembran (60) ausbildet, wobei gleichzeitig Zuschlagmittel durch die Nadel (78) in die sich ausformende Hohlfasermembran (60) eingeleitet wird, wobei eine Aussenoberfläche der Hohlnadel (78) und/oder eine Innenfläche der Austrittsöffnung (80) profiliert ausgebildet sind, so dass die sich ausformende Hohlfasermembran (60) mit einer Profilierung (70) versehen wird.