DE1299665B

DE1299665B - Kontaktkoerper fuer den unmittelbaren Waerme- und/oder Stoffaustausch zwischen einem fluessigen und einem gasfoermigen Medium

Info

Publication number: DE1299665B
Application number: DEM57191A
Authority: DE
Inventors: Bredberg Sven Josef Henry
Original assignee: MUNTERS CARL GEORG
Current assignee: MUNTERS CARL GEORG
Priority date: 1962-06-27
Filing date: 1963-06-14
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1055798A; US3262682A; GB1055796A; GB1055797A; SE307963B

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktkörper für den unmittelbaren Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium.
Bekannt ist ein Kontaktkörper, der aus dünnen, mit Falten oder Wellungen versehenen, lotrecht angeordneten Rieselplatten so zusammengesetzt ist, daß die einander berührenden Falten oder Wellungen von zwei benachbarten Rieselplatten einander kreuzen.
Derartige Kontaktkörper können sowohl im Gegenstrom oder Gleichstrom als auch im Querstrom betrieben werden. Der im Querstrom betriebene Kontaktkörper weist den für viele Bedarfsfälle besonders bedeutsamen Vorteil auf, daß die Bauhöhe besonders niedrig ist; .da die. Luftzufuhröffnungen nicht unter dem Kontaktkörper, sondern seitlich neben ihm liegen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Verteilung der Flüssigkeit über die Flächen der Rieselplatten zu verbessern und insbesondere eine möglichst weitgehende seitliche Ausbreitung des Flüssigkeitsfilms auf dem Kontaktkörper zu erreichen. Von dieser möglichst gleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsfilms auf der Oberfläche der Rieselplatten hängt entscheidend der Wirkungsgrad des Kontaktkörpers ab.
Bekannt sind außerdem Kontaktkörper, bei denen die Falten oder Wellungen benachbarter Schichten einen spitzen Winkel (kleiner als 90°) miteinander einschließen. Diese bekannten Kontaktkörper bestehen jedoch aus spiralförmig gewundenen Bändern, deren Einprägungen,@Falten oder Wellungen schräg und gegenläufig zur Wickelebene gerichtet sind und sich gegenseitig berühren. Ein derartiger Kontaktkörper kann jedoch nur aus verhältnismäßig schmalen Bändern gewickelt werden, da die Wicklung in einer Ebene, die nicht senkrecht zu den Falten oder Wellungen steht, zu Verformungen des Bandes führt, die um so größer sind, je breiter und höher das Band ist. Hinzu tritt, daß ein derartiger aus einem Riffelband gewickelter Kontaktkörper auf die Verwendung in Gegenstrdm= oder Gleichstromapparaten beschränkt ist, also nicht für Querstromapparate benutzt werden kann.
Diese sich bei der- Wicklung ergebenden Deformierungen wirken sich naturgemäß um so nachteiliger aus, je weniger fest das Riffelband in mechanischer Hinsicht ist, so daß derartige Kontaktkörper; selbst wenn die Bänder nur verhältnismäßig schmal sind, praktisch nur aus Metall angefertigt werden können, das einerseits verhältnismäßig kostspielig ist und andererseits als nicht saugfähig angesprochen werden muß.
Es sind ferner Kontaktkörper bekannt, die aus Schichten aus saugfähigem Material bestehen, beispielsweise aus Pappe; also aus verfilzten Cellulosefasern, die durch Imprägnierung feuchtigkeitsfest gemacht sind. Diese bekannten Kontaktkörper weisen jedoch senkrechte Kanäle auf, die insbesondere durch Wellpappschichten gebildet sind, die entweder planparallel nebeneinander liegen oder gewickelt sind. Diese aus Wellpappe aufgebauten Schichten weisen trotz der Imprägnierung, der sie zur Erhöhung ihrer Feuchtigkeitsbeständigkeit unterworfen sind, eine gewisse Saugfähigkeit auf. Diese Saugfähigkeit führt dazu, daß ein Flüssigkeitstropfen, der auf die Oberfläche dieser saugfähigen Schicht trifft, sich schnell über einen großen Bereich dieser Schicht ausbreitet. Die Saugfähigkeit der Schicht unterstützt also eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die Flächen des Kontaktkörpers. Bei den bekannten aus derartigen saugfähigen Schichten aufgebauten Kontaktkörpern, bei denen die Kanäle in lotrechter Richtung verlaufen, hängt die Gleichmäßigkeit des Flüssigkeitsfilms auf dem Kontaktkörper aber doch entscheidend davon ab, daß von vornherein die Flüssigkeit gleichmäßig bei dem Eintritt in den Kontaktkörper verteilt wird. Innerhalb der lotrecht verlaufenden Kanäle ist eine Vergleichmäßigung der Flüssigkeitsverteilung auf die benachbarten Kanäle nicht mehr möglich.
Die obengenannte Erfindungsaufgabe wird bei einem Kontaktkörper der beschriebenen Art, der aus dünnen, mit Falten oder Wellungen versehenen, lotrecht angeordneten Rieselplatten so zusammengesetzt ist, daß die einander berührenden Falten oder Wellungen von zwei benachbarten Rieselplatten einander kreuzen, dadurch gelöst, daß die Falten oder Wellungen mit der Lotrechten in an sich bekannter Weise einen spitzen Winkel (kleiner als 90°) einschließen und die Rieselplatten in ebenfalls bekannter Weise aus saugfähigem Material bestehen.
Durch die Kombination dieser an sich bekannten Maßnahmen werden die beschriebenen Kontaktkörper wesentlich verbessert. Der spitze Winkel, den die einzelnen einander kreuzenden Falten oder Wellungen der Rieselplatten mit der Lotrechten bilden, führt dazu, daß die oben eintretende Flüssigkeit auch nach den Seiten zu strömt, so daß sich selbst bei ungleichmäßiger Flüssigkeitsbeaufschlagung des Kontaktkörpers nach sehr kurzer Zeit eine gleichmäßige Ausbreitung der Flüssigkeit auf seiner gesamten Kontaktfläche ergibt. Nachdem so durch Schrägstellung der einander kreuzenden Falten oder Wellungen eine gleichmäßige Verteilung der rieselnden Flüssigkeit über den Kontaktkörper erreicht worden ist, sorgt zusätzlich noch die Saugfähigkeit des Materials, aus dem die Schichten des Kontaktkörpers bestehen, dafür, daß sich die rieselfähige, tropfbare Flüssigkeit gleichmäßig über die Kontaktfläche selbst verteilt und hier ein Höchstmaß an Fläche zum Austausch mit dem jeweils benutzten Gas zur Verfügung stellt.
Durch die Kombination der schräggestellten gegenläufigen Falten oder Wellungen mit der Maßnahme, die Rieselplatten aus saugfähigem Material herzustellen, wird verhindert, @daß das Wasser in Form von dünnen Fäden oder Adern strömt, wobei es - ohne Verwendung von saugfähigem Material -eintreten könnte, daß das Wasser seitlich aus dem hier offenen Kontaktkörper heraustritt.
Der dünne Wasserfilm, der über die ganze Fläche als Folge davon ausgebreitet wird, daß das Material saugfähige Eigenschaften hat, verhindert außerdem das Entstehen von mehr oder minder trockenen Stellen. An dem Übergang zwischen den benetzten und den trockenen Stellen von Rieselplattenflächen ergeben sich aber leicht Ablagerungen von in der Flüssigkeit gelösten Salzen, und zwar dadurch, daß hier eine Verdunstung der Flüssigkeit auftritt, ohne daß im gleichen Maße die auf diese Weise ausgeschiedenen Salze weggespült werden.
Der Aufbau des Kontaktkörpers aus in an sich bekannter Weise durch Imprägnierung feuchtigkeitsfest gemachter Pappe, .die aus verfilzten Cellulosefasern besteht, liefert zwar schon einen Kontaktkörper, der die Erfindungsaufgabe besonders vorteilhaft löst. Der Aufbau des Kontaktkörpers aus durch Imprägnierung feuchtigkeitsfest gemachten Schichten aus anorganischen Fasern, insbesondere Asbestfasern, bietet darüber hinaus den Vorteil, daß diese Schichten weitgehend flamm- bzw. feuerfest sind.
Schließlich empfiehlt es sich, die Rieselplatten an den Kreuzungsstellen der Falten oder Wellungen miteinander zu verbinden. Das führt dazu, daß der gesamte Kontaktkörper, obwohl er aus verhältnismäßig dünnen Schichten aufgebaut ist, über eine genügende Eigenfestigkeit verfügt.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen lotrechten Längsschnitt nach der Linie 1-I der F i g. 2 durch einen Apparat zur Befeuchtung von Luft, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-11 der Fig.1. F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Teils eines Kontaktkörpers, F i g. 4 einen lotrechten Schnitt durch einen Kühlturm, F i g. 5 eine abgewandelte Ausführung eines solchen Kühlturms, ebenfalls in lotrechtem Schnitt.
Bei der Ausführungsform nach den F i g.1 bis 3 ist ein Kontaktkörper 10 von einem Gehäuse 12 umschlossen, das unten einen Wassersammler 14 bildet. Das Gehäuse hat einen Einlaß 16 und einen Auslaß 18 für die zu befeuchtende bzw. die zu kühlende Luft.
Der Kontaktkörper 10 besteht aus dünnen Schichten, die sämtlich gefaltet oder gewellt und lotrecht gestellt sind. Die Wellungen verlaufen unter schrägem Winkel, beispielsweise mit 45°' zur Horizontalebene. Jede zweite Schicht hat ihre Wellungen 20 in der einen Richtung schräggestellt und jede andere zweite Schicht ihre Wellungen 22 in der anderen Richtung. Durch den Kontaktkörper hindurch werden auf diese Weise über seine gesamte Vorderfläche durchlaufende Kanäle in der Strömungsrichtung 24 der Luft erhalten. Die Kanäle weisen in der Strömungsrichtung 24 eine ständig wechselnde Breite von Null an den Berührungsstellen zwischen den Schichten bis zur doppelten Höhe der Wellung auf. Die Höhe der Wellung kann. von 1-7 mm und mehr betragen. Auch in der lotrechten Richtung zwischen einem oberen Wasserverteiler 26 und dem unteren Wassersammler 14 sind über den ganzen Kontaktkörper verteilte, durchlaufende Kanäle vorhanden, die in derselben Weise eine ständig wechselnde Breite haben. Die Kanäle haben sowohl in waagerechter wie in lotrechter Richtung eine Art Serpentinenform. Jeder Wassertropfen, der von dem Verteiler 26 herabfällt, wird somit eine Schicht im Oberteil des Körpers treffen. Die Schichten sind fiüssigkeits- bzw. wasseraufsaugend. Sie können mit besonderem Vorteil aus Cellulosefasern ausgeführt sein. Papierschichten organischer und anorganischer Art erhalten die erforderliche Feuchtigkeitsbeständigkeit durch Imprägnierung mit einem hierfür geeigneten Stoff, z. B. einem Harz, wie Phenolharz. Die Schichten oder Platten sind an den Berührungsstellen z. B. mittels eines solchen Harzes miteinander verbunden.
Das Wasser wird zum Umlauf zwischen dem Verteiler 26 und dem Sammler 14 mit Hilfe einer in einer Leitung 28 angeordneten Pumpe 30 gebracht. Neues Wasser wird durch eine Leitung 32 zugeführt, wobei die Mengenregelung dieses Ersatzwassers durch ein von dem Schwimmer 34 gesteuertes Ventil 36 erfolgt. Durch eine Leitung 38, in der ein Ventil 40 sitzt, kann aus dem Sammler 14 Wasser abgelassen werden, um den Salzgehalt des Umlaufwassers niedrig zu halten, der mit fortschreitender Verdampfung der umgewälzten Wassermasse unzulässig hohe Werte annehmen könnte.
Beim Betrieb der Einrichtung gehen die beiden Mittel durch den Kontaktkörper 10 im Quer- oder Kreuzstrom hindurch, d. h., die hauptsächliche Strömungsrichtung 24 der Luft ist waagerecht und die Hauptströmungsrichtung 38 des Wassers lotrecht. Die Luft erfährt eine ständige Änderung ihrer Bewegungsrichtung infolge der Ausformung der Kanäle, und die hiermit zusammenhängende Wirbelung hat einen günstigen Einfluß auf den angestrebten Kontakt zwischen der Luft und dem Wasser. Das Wasser wird von den Schichten aufgesaugt und breitet sich über die gesamte Schichtoberfläche des Kontaktkörpers aus. Hierzu trägt bei, daß die Wellen 20, 22 in zueinander verschiedener Richtung verlaufen. Gleichzeitig mit seinem Abwärtsrinnen folgt das Wasser den schräggestellten Rücken der Wellungen und verteilt sich damit nach außen und zu den Seiten des Kontaktkörpers hin.
Die Ausführungsform nach der F i g. 4 betrifft einen Kühlturm, dessen Gehäuse 62 doppelte Einlässe für die Luft gemäß den Pfeilen 64, 66 haben kann. In einem Abstand voneinander sind zwei Kontaktkörper 68 der beschriebenen Ausführung angeordnet, denen Wasser an ihrer Oberseite durch die Verteilervorrichtungen 26 zugeführt wird. Das Gehäuse 62 bildet unten ein Sammelbecken 14, dessen Wasserstand durch die Zufuhr von Frischwasser mit Hilfe des Schwimmers 34 wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform geregelt wird. Die Luft kann durch beide Kontaktkörper 68 mittels eines gemeinsamen, durch einen Motor 72 in Umlauf versetzten Ventilators 70 gesaugt werden. Die feuchte, verbrauchte Luft entweicht durch einen Auslaß 74. Das gekühlte Wasser wird durch eine mit einer Pumpe 78 versehene Leitung 76 zur Verwendungsstelle geführt, um dann in bekannter Weise zu den Verteilern 26 zurückzukehren.
Der Kühlturm nach F i g. 5 hat doppelte Kontaktkörper 80, 82 in Serienschaltung. Das Wasser wird durch eine Leitung 88 und einen Verteiler 92 zunächst dem Kontaktkörper 82 zugeführt, durch den die gemäß dem Pfeil 24 strömende Luft zuletzt hindurchgeht. Das Wasser wird in dem Kontaktkörper 82 während seines Abwärtsströmens durch diesen gekühlt und in einem Sammelbehälter 94 gesammelt. Von dort wird das Wasser durch eine Leitung 91 und eine Pumpe 90 zu einem Verteiler 84 an der Oberseite des zweiten Kontaktkörpers 80 geführt. Während seines Durchgangs nach unten durch diesen Kontaktkörper erfährt das Wasser eine weitere Abkühlung und wird schließlich aus einem unteren Sammelbehälter 86 durch die Leitung 76 und die Pumpe 78 weggeleitet.
Die Flüssigkeit bzw. das Wasser kann somit durch Serienschaltung mehrerer Kontaktkörper mehr als einmal mit dem gasförmigen Mittel bzw. der Luft in Berühung gebracht werden, wodurch die Ausbeute in Richtung zu reingezüchtetem Gegenstrom verbessert wird. Die Verteiler 26 bzw. 84, 92 sind einfachheitshalber in den Figuren ortsfest mit Ausströmlöchern gezeichnet, die das Wasser über die ganze obere Endfläche der Kontaktkörper verteilen. Es ist wünschenswert, reichlich Wasser zuzuführen, um eine gute Reinspülung der Schichten des Kontaktkörpers sicherzustellen, obgleich es dann eintreten kann, daß die Kanäle im Körper mehr oder weniger von dem Wasser blockiert werden. Deswegen ist es zweckmäßig, eine intermittierende Zufuhr vorzusehen, so daß die Reinspülanforderung aufrechterhalten wird, die Blockierung jedoch nicht dauernd wirkt und der Körper auch nicht zum Austrocknen kommt. Bei Ausführung in der Praxis kann die Pumpe des Verteilers intermittierend arbeiten oder auch so, daß sie verschiedenen Abschnitten des Verteilers abwechselnd Wasser zuführt. Eine andere Arbeitsweise ist dadurch bedingt, daß mehrere Kontaktkörper nebeneinander angebracht werden, denen Wasser intermittierend und zu verschiedenen Zeitpunkten zugeführt wird. Umlaufende oder auf andere Weise bewegliche Verteiler erfüllen dieselbe Aufgabe.
Wenn auch das Gas und die Flüssigkeit den erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktkörper in derselben Richtung, z. B. lotrecht, im Gleich- oder Gegenstrom durchströmen können, ist die Erfindung mit besonderem Vorteil bei Querstromapparaten anwendbar, weil bei diesen die Strömung der Luft weniger zu Störungen in der Wasserverteilung führt.

Claims

Patentansprüche: 1. Kontaktkörper für den unmittelbaren Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium, der aus dünnen, mit Falten oder Wellungen versehenen, lotrecht angeordneten Rieselplatten so zusammengesetzt ist, daß die einander berührenden Falten oder Wellungen von zwei benachbarten Rieselplatten einander kreuzen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Falten oder Wellungen mit der Lotrechten in an sich bekannter Weise einen spitzen Winkel (kleiner als 90°) einschließen und die Rieselplatten in ebenfalls bekannter Weise aus saugfähigem Material bestehen.
2. Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rieselplatten aus durch Imprägnierung feuchtigkeitsfest gemachten Schichten aus organischen Fasern (insbesondere Cellulosefasern) oder anorganischen Fasern (insbesondere Asbestfasern) hergestellt sind.
3. Kontaktkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rieselplatten an den Kreuzungsstellen der Falten oder Wellungen miteinander verbunden sind.