DE1419253A1

DE1419253A1 - Umlaufender Feuchtigkeitsaustauscher

Info

Publication number: DE1419253A1
Application number: DE19541419253
Authority: DE
Inventors: Munters Carl Georg
Original assignee: MUNTERS CARL GEORG
Current assignee: MUNTERS CARL GEORG
Priority date: 1953-07-13
Filing date: 1954-07-09
Publication date: 1968-10-10
Also published as: DE1419253B2

Description

Umlaufender Feuctikeitsaustaus cher Priorität der schwedischen Patentanmeldung Nr. 6613/53 vom 13. Juli 1953 Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Feuchtigkeitsaustauscher, insbesondere eine Vorrichtung zum Überführen von Was@erdampf aus einem Luftstrom mit höherem an einen Luftstrom mit niedrigem Dampfgehalt, mit einem Austauschkörper, der von den Luft strömen an zwei voneinander getrennten Stellen durchströmt wird, während Ein- bzw. Auslässe für die beiden Luftströme und der Austauschkörper eine Relativbewegung zueinander ausführen.
Für einen solchen Feuchtigkeitsaustausch oder Trocknung des einen Luftstromes bedient man sich in der Praxis bettartiger Schichten aus z.B. Körnern aus Kieselsäuregel, die in hohem Aüsmass feuchtigkeitsadsorbierend sind. Der zu trocknende Luftstrom gibt seinen Dampfgehalt an das Kieselsäuregelbatt ab, das hierdurch mehr und mehr mit Feuchtigkeit angereichert wird. Es muss daher in gleickmässigen Zeitabständen regeneriert werden, was mit Hilfe eines anderen Luftstromes geschieht, der infolge Erwärmung einen genügend niedrigen relativen Feuchtigkeitsgehalt laut, um die adsorbierte Feuchtigkeit aus dem Bett austreiben zu können. Feuchtigkeitsaustauscher dieser Art haben den Nachteil, daß sie für eine bestimmte Trocknungsleistung einen großen Rauminhalt bzw. hohes Gewicht bekommen.
Ferner ist der Widerstand gegen den Durchgang der Luftströme groß, weswegen die Anwendung der mit Kieselsäuregel arbeitenden Apparate auf solche Fälle beschränkt ist, wo der große Rauminhalt des Apparates und das hohe Druckgefälle in ihm keine allzu wesentlichen Nachteil mit sich bringt.
Der Peuchtigkeitsübergang zwischen Luft und einem festen Körper und umgekehrt geschieht nach anderen Bedingungen als der Wärmeübergang. Im ersteren Palle muss sich das Wasserdampfmolekül seinen Weg durch die Luft bahnen und dann in das feste Material eindringen. Bei Wärmeübertragung dagegen springt sozusagen die Wärme von Molekül zu Molekül sowohl in die Luft als in dem festen Material über. Der Widerstand im festen Material ist bei der Wärmeübertragung nur ein Bruchteil des Widerstandes in der Luft. Bei Feuchtigkeitsübertragung verhält es sich gerade umgekehrt, indem das feste Material dem Wasserdampfmolekül einen vielfach grösseren Widerstand edgegensetzt als die Luft. In einem Bettvon Kieselsäure gel sind zwischen den/einander liegenden Körnern enge unregelmässigen Durchlässe ausgebildet, die eine Menge von Drossel- und Umlenkstellen aufweisen. Die Ubergangszhhl für den Dampf wird daher. in der Luft sehr gross. Man könnte hiernach erwarten, daß das Kieselsäuregelbett in der Richtung der Luftströme nur geringe Tiefe zu erhalten brauchte. Jedoch hat, wie erwähnt, das Kieselsäuregelbett einen sehr grossen Rauminhalt und damit eine beträchtliche Tiefe, weil der Widerstand gegen das Eindringen der Wasserdampfmoleküle in die Körner sehr hoch ist. Die Körner sind verhältnismässig gross, damit nicht die unregelmässigen Durchlässe zwischen ihnen und damit der Widerstand gegen die strömende Luft oder das Druckgefälle in dem Bett untragbar hohe Werte erreichen. Der grosse Widerstand gegen das Eindringen in die inneren Teile der Körner hat zur Folge, daß das Bett tief werden muss, damit das Körnermaterial für die beabsichtigte Feuchtigkeitsübertragung wirtschaitlich ausgenutzt werden kann.
Die Erfindung geht einen anderen Weg und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Austauschkörpers aus sehr dünnen zueinander parallelen Schichten ton höchstens einem oder einigen Zehntelmilllimetern Dicke aus einem nichtmetallischen, die Wärme schlecht leitenden Werkstoff besteht, die in einem gegenseitigen Abstand angebracht sind, der höchstens 1,5 mm, vorzugsweise aber kleiner als 1 mm ist.
Dabei ist auf den Schichten ein hygroskopischer Stoff angepracht, der Dampf aus dem einen Luftstrom aufnimmt und an den anderen Luftstrom abgibt. Vorzugsweise ist der Mittelabstand zwischen den Schichten keiner als 1 mm.
Durch die Kombination dieser Merkmale wird der außerordentliche Vorteil erzielt, daß der Austauschkörper für eine bestimmte Leistung, d. h. Feuchtigkeitsübertragungsvermögen in der Zeiteinheit, ein Gewicht erhält, das ein Bruchteil des Gewichts des Kieselsäuregelbettes ist. Dies hängt damit zusammen, daß der hygroskopische Stoff in einer sehr dünnen Lage auf den tragenden Schichten ausgebreitet wird und damit dem Eindringen der Feuchtigkeit einen sehr kleinen Widerstand entgegensetzt. Durch die Ausbildung des Austauschkörpers aus dünnen, in kleinem Abstand voneinander angeordneten Schichten werden durchlauf ende, im großen ganzen gleichförmige Durchlässe erhalten, die einen Querschnitt von derselben GröBenordnung wie im Kieselsäuregelbett erhalten, aber dessen ungeachtet ein Druckgefälle hervorrufen, das nur einen Bruchteil des Druckefälles in dem Kieselsäuregelbett ausmacht. Der Austauschkörpe'r erhält in der Längsrichtung der Durchlässe eine geringe Länge und bei demselben Querschnitt wie dem das Kieselsäuregelbettes eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit.
Wenn das tragende Schichtmaterial aus Papier besteht, ist dieses an sich hydroskopisch, aber nicht in selchem Grad, daß es ein ausreichendes Feuchtigkeitsaufnahmevermögen hätte, wenn Trocknungsvorgänge derselben Art in Betracht kommen,wie sie sich in den mit Kieselsäuregel arbeitenden Apparaten abspielen.
Ein besondera geeignetes Material für die Schichten ist Asbest, der zwar nicht hygros@opisch ist, sich aber wegen seiner faserigen Struktur besonders gut als Träger für den hygroskopischen Stoff eignet und außerdem hohe Temperaturen aushält. Die gemäss der Erfindung in Betracht kommenden Tragschichten haben selbst nur unbedeutende Festigkeit, und des wegen ist es von wesentlicher Bedeutung, daß sie sich gegen seitig abstützen, weil sie sonst in Vibration bzw. Relativbewegung zueinander geraten könnten, wodurch die Gefahr eines Ablösen@ des hydroskopischen Belages schaffen würde.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen dargestellt. Eszeigen@ Fig. 1 einen Feuchtigkeitsaustauscher zur Übertragung von Feuchtigkeit zwischen zwei Lufströmen; die Figur ist ein Schnitt nach der Linie I-I dor Fig. 2, die ihrerseits einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 ist.
Fig. 3 ist eine Ansicht des Feuchtigkeitsaustauschers, teilweise im Schnitt nach der Linie III der Fig. 2 und teilweise unmittelbar vor dem in Feuchtigkeitsaustauscher enthaltenen Rotor.
Fig. 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausführungsformen für die Schichten, aus denen der Rotor aufgebaut ist.
Sig. 6 ist eine teilweise im Schnitt nach der Linio VI-VI der Fig. 7 dargestellte Stirnansicht einer anderen Ausführungsform des Feuchtigkeitsaustauschere.
Fig. 7 ist ein waagerechter Schnitt nach der Linie VIl-VIl der Fig. 6.
Gleichwertige Teile in den verschiedenen Figuren haben dieselben Bezugszeichen erhalten.
10 In den Figuren 1 - 3 bezeichnet/das Gehäuse des Peuchtigkeitsaustauschers, das mittels eines Flansches 12 unmittelbar auf z.B. einer waagerechten Unterlage befestigt zu werden bestimmt ist. Ein Motor 14, der unmittelbar am Gehäuse befestigt ist, hat eine Welle 16, die an ihrem inneren Ende in einer vom Gehäuse 10 ausgehenden Hülse 18 gelagert is-t und einen mit 20 bezeichneten Rotor trägt.
Der Rotor 20 hat eine Nabe 22 und einen äusseren Mantel 24, und zwischen diesen Teilen ist; dann ein spiralförmig gewickeltes Band 26 untergebracht.
Dieses Band hat eine geringe Dicke, die höchstens ein oder einige Zehntel mm beträgt. Zwischen den Wicklungen sind eine schmale Spalte offen gehal-ten, und zwar gemäss der Fig. 4 mittels kleiner Ausbuchtungen 28 und in der Fig. 5 dadurch, daß das Band wellpappartig ausgebildet, d.h. aus einem glatt;en Teil 30 und einem gewellten Teil 32, die zweckmässig vor der WLckelung miteinander verleimt wurden, zusammengesetzt ist. Die Spaltweite liegt vor zugsweise in der Grössenordnung zwischen 0w1 und 1,0 mm und am besten um 0,6 mm. Damit die beabsichtigte Wirkung zu ihrem Recht kommt, darf die Spaltweite oder der Mittelabstand zwischen den Bandschichten 1,5 mm nicht über@eigen. Bei der Ausführungsform gemäss der Figur 5 kann infolge des Vorhandanseins der gewellten Schicht 32 der Abstand zwischen den glatten Schichten 30 um die Dicke der gewellten Schicht gegenüber der Ausführungeform nach Fig. 4 vergrössert werden.
Die Schichten, im vorliegenden Fall das Band 26, sind aus einem nichtmetallischen, die Wärme schlecht leitenden Werkstoff gefertigt. Gemäss der Erfindung wird ein feuchtigkeitsadsorbierender bzw. hygroskopischer S-toff, wie feinvermalener Kieselsäuregel, in die Masse, aus der die Schichten gefertigt werden, eingemischt oder auf den fertigen Schichten angebracht und befestigt. Vorzugsweise bestehen die Schichten aus Asbest, einem faserigen anorganischen Material ohne hygroskopische Eigenschaf-ten, das sich jedoch in einer günstigen Weise denwenigen Anforderungen zu genügen erwieden hat, die an einen Träger für den hygroskopischen Stoff ges-tellt werden1 Andere geeignete Werkstoffe sind Papier, Textilgewebe, z. B aus Wolle oder Kunstharze. Diese Werkstoffe können selbst in gewissem Ausmass hygroskopisch sein, sind es jedoch niemals in einem mit Kieselsäuregel oder ähnlichen Stoffen vergleichbaren @usmass.
Der gewünschte uebergang von dem einen Lufetrom zu dem hygroskopischen Stoff erfolgt bei relativen Feuchtigkeitswarten erheblich unter 100 %, weil die relative Feuchtigkeite des Luftstromes grösser ist als die entspreohende Gleichgewichtsfeuchte des Stoffes. Andererseits ist die relative Feuchtigkeit in dem anderen Luftstrom niederiger als diese Gleichgewichtsfeuchte, weswegen Feuchtigkeit an den letzteren Lufstrom abgegeben wird.
Je grösser die Spaltweite, desto länger werden für denselben Druckabfall die Spalten in der Strömungsrichtung der Luft. Die Ubertragung des Dampfes zum bzwO vom Band erfolgt wegen der Form der Durchlässe zwischen den Bändern in-der laminar strömenden Luft mit einer sehr hohen Diffusionsübergangszahl. Ferner ist der Widerstand gegen das Eindringen des Dampfes in den Schichten niedrig, weil der hygroskopische Stoff in dünnen Lagern oder Teilchen vorhanden ist0 Der Stoff nimmt daher schnell die vorgesehene Feuchtigkeitsmenge aus dem zu trocknenden Luftstrom auf und gibt sie eben falls in kurzer Zeit an den anderen Luftstrom ab. Wie aus der Figur 2 hervorgeht, erhält der Rotor eine kleine axiale Länge im Verhältnis zu seinem Durchmesser.Diese Länge, die mit dem Strömungsweg der Luft in den Spalten gleich ist, kann so klein wie 50 mm sein, Bei der Ausführungsform gemäss den Figuren 1-3 wird der eine Luftstrom durch eine Leitung 34 mit Hilfe eines Gebläses 36 in eine Kammer 35 hineingedrückt. Diese Luft strömt danach durch die feinen Spalten des Rotors 20, wenn diese Spalten während des Umlaufs des Rotors 20 die linke Hälfte desselben gemäss den Figuren 1-3 passieren Die Luft verlässt den Feuchtigkeitsaustauscher durch eine Kammer 37 und eine Leitung 38. Der andere Luftstrom kommt in eine Kammer 39 durch eine Leitung 40 hinein und passiert die rechte Halfte des Rotors 20 in einem Gegenstrom zu dem ersten Luftstrom, woraufhin sie durch eine Kammer 41, eine Leitung 42 und mit Hilfe eines Gebläses 44 in den vorerwähnten Raum hineingeblasen wird. Die Kammern 35 und 41 sind durch eine Zwischenwand 46 und die Kammern 37 und 39 durch eine Zwischenwand 48 voneinander getronnt. Letztere Zwischenwand kann an einem Deckel 50 befestigt sein, und nach dessen Abnehmen lässt sich der Rotor 20 aus dem Apparatgehäuse lo herausnehmen, nachdem ein Befestigungsglied, vije z.B. eine Mutter 52, von der Welle 16 entfernt worden ist. Hierdurch lässt sich ein Austausch des Rotors 20 bequem durcjf@hren. Der Rotor 20 ist nillig in der Herstellung, so dass er mit geringem Kostenaufwand durch einen neuen ersetzt werden kann. Um einem Lecken von Gas an den Trennwänden 46,48 vorzubeugen, können beidseitig neben dem Rotor 20 umlauffeste Pakete 54, 56 aus z.B. Wellpappe angebracht sein, welche im Vergleich zu dem Rotorpaket große Durchströmdurchlässe aufweisen. Diese setzen den Luftströmen sehr keinen Widerstand entgegen und dienen gleichzeitig als eine Art Labyrinthdichtungen.
Die Ausführungsform gemäß den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen hauptsächlich dadurch, daß die beiden Luftströme den Rotor 20 in radialer Richtung durchstreichen. Dieser Rotor 20 ist daher aus radial gestellten Schichten 58 zusammengesetzt, die hierbei zu Paketen zusammengeführt sein können, welche zwischen radialen Stützwänden 60 eingesetzt sind. Der Rotor ist auf der einen Stirnseite von einem auf der Welle 16 befestigten Stirnblech 62 und auf der anderen von einem mit einer Zentralöffnung für den Durchgang der Buftströme durch die Schichten 58 versehenen Stirnblech 64 begrenzt. Das Stirnblech 64 ist mittels einer Anzahl Speichen 65 mit einer Nabenscheibe 67 verbunden. Die Stirnbleche 62, 64 können an ihrem Außenumfang in Richtung zueinander umgebogen sein, wie bei 68 angedeutet ist, und bilden dann Anschlagränder, welche die Schichten 58 in ihrer Lage in der Richtung radial nach außen festhalten.
Im übrigen können di chichten 58 mit Abstandsgliedern z. B. der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Art, ausgebildet sein, und die Spaltweite zwischen ihnen stimmt ebenfalls mit den weiter vorne angegebenen Massen überein. Ihre radiale Erstreckung, d. h. im Wege der Luftströme, ist klein und beträgt z. B. zwischen 15 und 50 mmo Wegen der radialen Strömung durch den Rotor 20 sind zwei Anschlußleitungen und -stutzen 34 und 2 an dem Außenumfang des Feuchtigkeitsaustauschers angebracht, während zwei derartige Leitungen und Stutzen 38 und 40 an die eine Stirnfläche des Apparates verlegt sind.
Letztere können an einen Deckel 70 angeschlossen sein, nach dessen Abnahme das Innere des Apparates zugänglich wird. Die Kammern 95 und 41, die beide je um den halben Umfang außerhalb des Rotors 20 verlaufen, sind voneinander durch eine obere und eine untere Trennwand 72 geschieden. Jede Wand 72 trägt eine Packung 74 aus beispielsweise Fils, die am Rotor 20 anliegt bzw. sich mit geringem Spielraum außen vor ihm befindet. Ähnliche Trennwände 76 und Packungen 78 Können innerhalb des Rotors vorgesehen sein Voit der Länge der Spalten des Rotors in der Strömungerichtung der Luft hängt der Wirkungsgrad des Feuchtigkeitsaustauschers wie auch der Widerstand beim Durch gang der Luft durch die Spalten ab. Da der Wirkungsgrad bereits bei einer Spaltenlänge von 30 mm über 90 % sein kann, lohnt es sich in den meisten Fällen nicht, die Länge über das Doppelte b:w. Drei- bis Vierfache dieses Wertes zu vergrößern. Ein Feuchtigkeitsaustauscher wird für eine Luftgeschwindigkeit in den Spalten des Rotors von vorzugsweise 1 - 2,5 m/sek. ausgebildet0 Unter 5 m/sek. liegende Luftgeschwindigkeiten erzeugen keine Geräusche störender Art.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, So kann z.B. der Rotorkörper nichtumlaufend und das Gehäuse oder das Gestell umlaufend ausgebildet sein.