DE2551034A1

DE2551034A1 - Zellulares material und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2551034A1
Application number: DE19752551034
Authority: DE
Inventors: Edward Butterfield Talbot
Original assignee: COOLING DEV Ltd
Current assignee: COOLING DEV Ltd
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1976-05-26
Also published as: FR2291014B1; AU8623275A; JPS5171268A; ZA756467B; IT1043488B; GB1470196A; US4105724A; CA1060623A; AU497042B2; FR2291014A1

Description

DR. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F. MEYER

DIPL-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING.

8000 MÖNCHEN 80

LUCILE-GRAHN-STRASSE 22

TELEFON: (089) 472947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: LEDERERPATENT

13. November 1975

M/Ra

8687

Cooling Developments Limited, Burgerstraße 17, 6002 Luzern / SCHWEIZ

Zellulares Material und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein zellulares Material und insbesondere ein zellulares Material, das für eine Kontaktpackung geeignet ist und im folgenden als Packungsmaterial bezeichnet wird und Gas/Flüssigkeits-Kontaktflachen besitzt, wie sie bei Kühltürmen, Absorptionstürmen, Gaswaschanlagen, chemischen Reaktoren und biologischen Oxydationsanlagen Verwendung finden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des zellularen Materials, insbesondere des Packungsmaterial^

Packungsmaterial zur Verwendung in Gas/Flüssigkeits-Kontaktapparaten und/oder Gaswaschanlagen besteht im allgemeinen aus einer Masse eines geeigneten inerten Materials in einer Ausbildung, daß eine möglichst große Kontaktoberfläche dem entlangströmenden Gas und der entlangströmenden Flüssigkeit dargeboten wird. Dieses Packungsmaterial kann beispielsweise aus einer getragenen Masse ungleichmäßig oder gleichmäßig gestalteter Stücke bestehen, die ein großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis besitzt und über und durch die das Gas und die Flüssigkeit im Gegenstrom zu strömen veranlaßt werden. Im Fall von Kühltürmen kann die Packung insbesondere die Form einer Anzahl steifer, gitterSrmiger

■ , 609822/0681

— 2 —

Gebilde besitzen, die im Abstand übereinander angeordnet sind, welche Anordnung in Hinblick auf eine Abspaltung und Verteilung der durch den Türm frei nach unten fallenden Flüssigkeit gestaltet ist, so daß ein maximaler Kontakt mit dem durch den Turm nach oben strömenden Gas und eine optimale Kühlung erreicht werden.

Bekanntlich wird ein bedeutender Faktor für den Kühlungswirkungsgrad eines gegebenen Packungsmaterials durch die Art gebildet, in der dessen Flächen eine Abspaltung von Tropfen der hindurchströmenden'Flüssigkeit ohne beachtenswerte Beeinträchtigung des im Gegenstrom geführten Gasstromes erreichen. Eine geeignete Form einer Kontaktpackung bestehend aus einem zusammengesetzten Gebilde mit einer Vielzahl gestreckter Teile ist in der GB-PS 1 241 324 beschrieben. Es wurde jetzt jedoch festgestellt, daß eine verbesserte Abspaltung von Flüssigkeitströpfchen mit einem zellularen Material erreicht werden kann, das unter Verwendung eines einfachen und preiswerten Verfahrens herstellbar ist und das eine große Oberfläche pro Volumeneinheit in Kombination mit Eigenschaften besitzt, die für einen ausgezeichneten Wiederverteilungseffekt in der Packung und zwischen den Komponentenschichten sorgen.

Es sind zwar bereits verschiedene Arten eines zellularen Materials, insbesondere eines Materials, das als expandierte Metall- oder expandierte Kunststofftafel bekannt ist, bekannt, jedoch wird dieses Material im allgemeinen aus einer Tafel hergestellt, die zur selben Zeit gestreckt wird, wie sie hergestellt wird, und infolgedessen ist die Erreichung eines Streckungsgrades und einer vertikalen Dicke nicht möglich, die ausgehend von einer gegebenen Tafeldicke mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird und ohne die das Material zur Verwendung in Kühltürmen nicht geeignet ist.

Die Erfindung sieht vor ein Verfahren zur Herstellung eines zellularen Materials aus einer ebenen Tafel eines Materials, das eine gewünschte Konfiguration nötigenfalls nach einer Zwischenerweichung anzunehmen in der Lage ist, bei welchem Verfahren vorge-

609822/0601

sehen ist, daß voneinander getrennt gehaltene, geradlinige

Schlitze in einer Serie von/wesentliehen parallelen, geradlinigen Reihen in die Tafel derart eingeschnitten werden, daß ein Bereich gebildet wird, innerhalb dessen alle Schlitze einer gegebenen Reihe gegenüber den Schlitzen der benachbarten Reihe versetzt sind, daß im Anschluß hieran die Tafel einem Zug in einer Richtung senkrecht zu den geradlinigen Reihen der Schlitze nötigenfalls unter Erweichung des Materials ausgesetzt wird, daß dieser Zug aufrechterhalten wird, bis sich die Schlitze zur Bildung von Zellen mit in Draufsicht im wesentlichen rechteckiger Gestalt geöffnet haben, und daß das sich dabei ergebende zellulare Material in der gewünschten zellularen Gestalt aushärten gelassen wird.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die mit den voneinander getrennt gehaltenen, eingeschnittenen Schlitzen versehene Materialtafel einem Zug zum öffnen der Schlitze erst im Anschluß an die Herstellung der Schlitze und nicht gleichzeitig mit dieser ausgesetzt wird. Hierdurch wird der Effekt erreicht, daß die Tafel von einem im wesentlichen zweidimensionalen Gegenstand in einen dreidimensionalen Gegenstand umgewandelt wird, bei dem die Wände der Zellen oder Öffnungen für den Hindurchtritt des Gases in einer Ebene liegen, die zur Hauptebene des Materials in seiner Gesamtheit geneigt ist. So liegen bei einer Betrachtung der Ebene des Materials als horizontale Ebene alle Wände der Zellen in einer im wesentlichen vertikalen Ebene.

Das mittels des eben beschriebenen Verfahrens hergestellte zellulare Material kann als fortlaufende Tafel oder fortlaufendes Band hergestellt werden, die bzw. das anschließend in separate Teile jeder gewünschten Gestalt zugeschnitten werden kann.

Die Erfindung sieht des weiteren vor ein zellulares Material, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vielzahl von in einem dreidimensionalen, zusammenhängenden Bereich gebildetenen Zellen +) im

" ⁴ " G09822/0SÖ1

vorgesehen ist, wobei die Seitenwände der Zellen in parallelen Ebenen liegen, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene des Gebildes verlaufen,wobei die in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Seitenwände jeder Zelle einen mittleren Verwölbungspunkt besitzen und die in Querrichtung einander gegenüberliegenden Seitenwände jeder Zelle eine Dicke besitzen, die gleich der Summe der Dicke jedes Teils der Längsseitenwände etwa an der Stelle des Verwölbungspunktes ist. In dem hier verwendeten Sinn ist unter der Längsrichtung des Bereichs die Richtung zu verstehen, entlang der der Zug zur Öffnung der Schlitze zwecks Bildung der Zellen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeübt wird. Die durch das Verfahren hergestellten Zellen besitzen in Draufsicht im wesentlichen rechteckige Gestalt.

Das zellulare Material der Erfindung ist insbesondere für die Herstellung auschemisch inerten Materialien bestimmt, beispielsweise aus Kunststoffmaterialien und imprägniertem Papier. Das bevorzugte Material ist Polyvinylchlorid, das durch Wärme erweicht werden kann und beim Abkühlen zu einer vorbestimmten Gestalt aushärtet. Dieses bevorzugte Material bildet ein zellulares Material gemäß der Erfindung, das eine Dimensionsstabilität und einen erheblichen Widerstand gegen Druck besitzt, der entlang der im wesentlichen vertikalen Zellenwände ausgeübt wird. Diese letzte Eigenschaft bedeutet, daß die Tafeln des zellularen Materials übereinander in Schichten gestapelt werden können, um ein Kontaktpackungsgebilde erheblicher mechanischer Stärke bzw. Widerstandsfähigkeit zu schaffen, während weiter für den notwendigen Abstand bzw. Raum und das für eine wirkungsvolle Kühlung notwendige Oberflächen/Volumen-Verhältnis gesorgt wird.

Als Beispiel eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten zellularen Materials sorgt eine Tafel aus PVC mit einer Dicke von 0,254mm und mit parallelen Schlitzen von 50,8 mm Länge in Reihen mit einem Abstand von 6,43 mm bei erfindungsgemäß vorgesehen nachfolgendem Zug für ein zellulares Material, das insgesamt 50 mal so viel Volumen in Anspruch nimmt wie die ursprüngliche Tafel. Wie vorstehend bereits angegeben wurde, ist ein nachfolgender und nicht gleichzeitiger Zug nach

. ₅ _ 6 0 9 8 2 2/0631

der Bildung der Schlitze erforderlich, da die Tafel in ihrer Breite bis zu 30 % während der Durchführung des Verfahrens schmaler wird. Infolge des Verfahrens unterscheidet sich das zellulare Material der vorliegenden Erfindung deutlich von vorbekannten expandierten Kunststofftafeln, bei denen es infolge ihrer Herstellungsart nicht möglich ist, einen Streckungsgrad und eine vertikale Dicke zu erreichen, wie dies im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei Ausgang von einer gegebenen Tafeldicke erreicht wird.

So kann ein im Wege des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einer Tafel aus PVC mit 0,254-mm Dicke hergestelltes zellulares Material eine Gesamtdicke von 12,7 mm besitzen und auf 2,5fache Länge gestreckt bzw. verlängert werden, d. h. es wird ein Tafeldicken/ Produktdicken-Verhältnis von 0,01/0,5, also von 1 : 50 erreicht. Eine typische expandierte Kunststofftafel, die in vorbekannter Weise hergestellt worden ist, besitzt ein entsprechendes Verhältnis von etwa 1:4. Dieses kleine Verhältnis ist einer der Hauptgründe, warum diese vorbekannten Tafeln nicht als Packung verwendet werden durften, da keine Stärke bzw. Widerstandskraft in Längs- und Breitenrichtung der Tafel gegeben ist und eine Tafel mit 0,25 mm Dicke bei Flachlegen nicht in der Lage ist, ihr eigenes Gewicht bei einem Stützabstand von mehr als einigen 25 mm zu tragen. Darüber hinaus schließt die bekannte Art der Herstellung expandierter Metall- oder Kunststofftafeln die Möglichkeit jeglicher wesentlichen VerschmäIerung der Tafel aus, wenn diese geschlitzt wird, so daß die im wesentlichen rechteckige Gestalt der Zellen bei dem erfindungsgemäßen zellularen Material mittels der bekannten Technologien nicht erreicht werden könnte.

Bekannte Formen maschenförmiger und expandierter Tafeln sind auf ein Tafeldicken/Produktdicken-Verhältnis von etwa 1 : 4 maximal beschränkt und führen zu einer anderen expandierten Form ohne Möglichkeit einer Stützung. Des weiteren wurde festgestellt, daß dann, wenn diese Tafeln flach aufeinandergelegt werden, die für den Luftstrom offenen Räume im wesentliehen vcnbereits sehr wenigen Schichten blockiert werden, so daß diese Packung

809822/0 691

einen sehr hohen Luftströmungswiderstand besitzt. Die Vergrößerung des Tafeldicken/Produktdicken-Verhältnisses durch das erfindungsgemäße zellulare Material schaltet diesen Blockierungseffekt aus, so daß eine Kontaktpackungseinheit, die aus Schichten des erfindungsgemäßen zellularen Materials hergestellt ist, einen geringen Luftströmungswiderstand besitzt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen zellularen Materials basiert auf den vielen Berührungsecken und -punkten, die von dem offenen Gebilde gebildet sind, so daß dann, wenn dieses Material in biologischen Oxydationsanlagen in Einheiten aus aufeinanderfolgenden Schichten verwendet wird, diese Beruhrungsecken und -punkte unzählbare Stellen zur Bildung des biologisch aktiven Films bilden.

Zur Bildung einer wirkungsvollen Kontaktpackung werden Einheitsschichten des erfindungsgemäßen zellularen Materials übereinander abgesetzt, vorzugsweise unter rechten Winkeln, bis die gewünschte Füllhöhe erreicht ist. Alternativ hierzu kann jede Materialtafel Tafel für Tafel in derselben Richtung liegen oder in entgegengesetzten Richtungen, was einen Spiegelbildeffekt Schicht für Schicht bildet. Darüber hinaus ist es möglich, daß das Material in schmale Quadrate oder Rechtecke oder Scheiben zerschnitten und in einen Kühlturm zur Bildung einer Packungsfüllung eingeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine flache Tafel mit einer Serie von Schlitzen vor

dem Strecken,
Figur 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen zellularen

Materials und
Figur 3 eine Draufsicht auf das zellulare Material.

Figur 1 zeigt einen Teil einer Tafel mit einer Vielzahl von in der Tafel in im wesentlichen parallelen Reihen vorgesehenen Schlitzen, wobei jeder Schlitz durch seine Enden 4 und 5 begrenzt ist. Wenn die Tafel anschließend einem Zug entlang der

_₇_ 609822/0 891

— "7 _

Linie des Pfeils A ausgesetzt wird, - erforderlichenfalls nach einem Erweichungsschritt -, bewirkt dieser Zug eine öffnung der von den Enden 4 und 5 begrenzten Schlitze und eine Bildung im wesentlichen rechteckiger Zellen, wie diese in Figur 3 dargestellt sind, und dies bewirkt dann auch eine Verwindung der Tafel zu einer dreidimensionalen Gestalt, bei der die Zellenwände in im wesentlichen vertikalen Ebenen 1 und 2 gemäß Figur 2 liegen. Der Winkel zwischen diesen Wänden und der Hauptebene des Materials nach der Formung ist nicht kritisch, liegt jedoch in bevorzugter Weise zwischen 30° und 90 , wie durch 7 in Figur 2 angezeigt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung einer Tafel mit einer Dicke 6 im Bereich von 0,076 bis 5,08 mm kann die Tiefe der Wände bei 1 zwischen 1,587 bis 50,8 mm liegen, wobei von einer Länge der von den Enden 4 und 5 begrenzten Schlitze von zwischen 25,4 und 152,4 mm ausgegangen wird. Die Tafel des zellularen Materials kann sich bei 3 und 9 (Figur 3) für jede gewünschte Länge weitererstrecken, sie wird jedoch im allgemeinen wahrscheinlich in der Richtung 9 länger sein als in der Richtung 3.

Gemäß Figur 2 kann bei der Verwendung von Schichten des zellularen Materials als Kontaktpackung in einem Kühlturm die Flüssigkeit in der Richtung des Pfeils 10 und das Gas in den beiden vom Pfeil 11 angezeigten Richtungen strömen.

Des weiteren ist es auch möglich, die Tafel vertikal aufzuhängen und das Gas horizontal durch die Tafel hindurchzuführen, während die Flüssigkeit an der Tafel herunterrieselt. Die Tafeln müssen einander nicht notwendigerweise berühren, sondern können durch einen Luftspalt voneinander getrennt sein.

Der Winkel des zellularen Materials bei 6 in Bezug auf die Fläche 8 kann zwischen 20° und 90 liegen, und zwar in Abhängigkeit davon, wie stark die ursprüngliche Tafel gestreckt worden ist.

Bei der Herstellung des zellularen Materials im Wege des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einer Tafel aus Kunststoff, beispielsweise aus PVC, wird eine Serie paralleler Schlitze in der Tafel geschnitten, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, und

809822/0691

— 8 —

wird die Tafel dann anschließend durch eine geheizte Kammer hindurchgeführt, wo der Kunststoff erweicht wird. Die ¹SsEeI wird dann mit einer Geschwindigkeit aus der Kammer herausgezogen, die größer als die Einführungsgeschwindigkeit ist, so daß die Schlitze zur Bildung eines Bereichs von Zellen geöffnet werden. Das sich dabei ergebende zellulare Material-wird anschließend zur Aushärtung des Kunststoffs und zur Fixierung der Position der Zelfen gekühlt.

Als Alternative zu Kunststoff kann das zellulare Material auch aus Papier oder anderen ähnlichen Materialien hergestellt werden, die mit einem Fixativ zur Aushärtung in der korrekten Position besprüht werden können. Alternativ kann die Tafel zuvor mit einer Chemikalie imprägniert werden, die nach der Schlitzbildung und dem Strecken unter Wärme aushärtet.

Die ursprüngliche Tafel, aus der das zellulare Material hergestellt wird, kann aus einer expandierten oder Maschentafel als Alternative zu einer vollen Tafel bestehen.

609822/0691

Claims

Patentansprüche

1· !Verfahren zur Herstellung eines zellularen Materials V /aus einer ebenen Tafel eines Materials, das eine gewünschte Konfiguration nötigenfalls nach einer Zwischenerweichung anzunehmen in der Lage ist, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander getrennt gehaltene, geradlinige Schlitze in einer Serie von im wesentlichen parallelen, geradlinigen Reihen in die Tafel derart eingeschnitten werden, daß ein Bereich gebildet wird, innerhalb dessen alle Schlitze einer gegebenen Reihe gegenüber den Schlitzen der benachbarten Reihe versetzt sind, daß im Anschluß hieran die Tafel einem Zug in einer Richtung senkrecht zu den geradlinigen Reihen der Schlitze gegebenenfalls unter Erweichung des Materials ausgesetzt wird, daß dieser Zug aufrecht erhalten wird, bis sich die Schlitze zur Bildung von Zellen mit in Draufsicht im wesentlichen rechteckiger Gestalt geöffnet haben, und daß das sich hierbei ergebende zellulare Material in der gewünschten Zellgestalt aushärten gelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als tafelförraiges Ausgangsmaterial Polyvinylchlorid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly.viny!^,chlorid durch Erwärmen erweicht wird und daß das sich ergebende zellulare Material durch Kühlen ausgehärtet wird.
4. Zellulares Material hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von in einem dreidimensionalen, zusammenhängenden Bereich gebildeten Zellen vorgesehen ist, wobei die Seitenwände der Zellen in parallelen Ebenen liegen, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene des Bereichs verlaufen wobei die in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Seitenwände jeder Zelle einen mittleren Verwölbungspunkt

609822/0691

- ίο -

besitzen und die in Querrichtung einander gegenüberliegenden Seitenwände jeder Zelle eine Dicke besitzen, die gleich der Summe der Dicke jedes Teils der Längsseitenwände etwa an der Stelle des Verwölbungspunktes ist.
5. Zellulares Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tafelmaterial aus dem die Zellen gebildet sind, Polyvinylchlorid ist.
6. Zellulares Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Ausgangstafel 0,25A-mm und die Gesamtdicke des Produktes 12,7 mm beträgt, wodurch ein Dickenverhältnis zwischen Tafel und Produkt 1 : 50 gebildet wird.
7. Kontaktpackung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Einheitsschichten des zellularen Materials nach Anspruch 4, wobei diese Schichten übereinander angeordnet sind.

609822/06Θ1