DE2558005A1 - Oberflaeche schaffende vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Oberfläche schaffenden Vorrichtungen zur Behandlung strömender Medien.

Es sind bereits verschiedenste Arten von Oberfläche schaffende Vorrichtungen bekannt. Ein besonderes Beispiel einer solchen Vorrichtung ist beispielsweise ein Wärmeaustauscher,Plattenwäscher oder Berieselungstürme, Gasauflöser und Füllkörpersäulen. Hauptziel des Entwurfs einer solchen Vorrichtung ist die Erzielung einer maximalen physikalischen und/oder chemischen Wirkung und/oder Wechselwirkung von diese Vorrichtung durchströmenden Medien. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung gewöhnlich so ausgelegt, daß ein maximaler Oberflächenbereich von den strömenden Medien für ein minimales Vorrichtungsvolumen und vorzugsweise mit minimalem Druckabfall berührt wird.

In der US-PS 3 870 882 wird eine neue Form einer Oberfläche schaffenden Vorrichtung beschrieben, in der man eine Strömung in Art der Strömung in einer Venturi-Düse erhält. In dieser neuen Vorrichtung

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werden die Änderungen im Strömungsquerschnitt der Vorrichtung, die zur Schaffung der Venturi-düsenartigen Strömung erforderlich sind, durch Einsetzen einer Vielzahl paralleler Flächen unterschiedlicher Länge in den Strömungskanal erzeugt. Gemäß einer besonderen Ausführungsform dieser Vorrichtung, die zur Naßwäsche von Gasen, Rauchen und fein zerkleinertem Festkörpermaterial aus einem strömenden Medium bestimmt ist, bestehen diese Flächen aus einer großen Anzahl dünner, eng benachbarter paralleler flachen Platten. In einer Vorrichtung dieser Art liegen die Abstände zwischen den parallelen Platten beispielsweise in der Größenordnung von 0,05 bis 0,10 mm. Es hat sich herausgestellt, daß auf vielen Anwendungsgebieten diese Platten aus Netzen oder Gittern hergestellt werden können, da bei ausreichender Feinheit des Netzes oder Gitters dieses ebenso wirksam wie eine durchgehende Fläche ist und außerdem eine wesentliche Reduktion in der Menge und im Gewicht des verwendeten Materials erzielt werden kann. Probleme haben sich jedoch bei solchen Vorrichtungen dadurch ergeben, daß es schwierig ist, die Lagen aus Netzen oder Gittern in einem genauen Abstand voneinander zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen Oberfläche schaffenden Vorrichtung unter Verwendung von Netz- oder Gittermaterial als wenigstens ein Teil der Oberfläche schaffenden Elemente, wobei die Oberflächen in genauem Abstand wenigstens einige der Netze oder Gitter gehalten werden können.

Durch die Erfindung wird eine Oberfläche schaffende Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Hauptteil mit einem Strömungskanal für den Durchtritt strömender Medien einschließlich wenigstens einer Flüssigkeit durch den Hauptteil umfaßt, wobei der Strömungskanal ein Gitter oder Netz zwischen zwei unmittelbar benachbarten Oberflächen und in Berührung damit aufweist und das Netz aus einem Material besteht, in welchem in einer Gruppe von η parallelen Kettfäden oder ihren Äquivalenten, wobei η eine ganze Zahl zwischen Ziffer 2 und Ziffer 10 ist, ein Kettfaden größere Dickenabmessungen als die anderen wenigstens in einer Richtung quer zur Dicke der Oberfläche aufweist, wobei die dickeren Fäden der Oberfläch·, die unmittelbar benachbarten Oberflächen zur Festlegung des Ab-

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Standes zwischen sich und diesen Oberflächen berühren und die Schußfäden des zuerst erwähnten Netzes oder Gitters alle dünner quer zur Dicke der Oberfläche als die dicken Kettfäden sind.

Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Oberfläche schaffende

Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, in welcher der Strömungsweg, in der die den Oberfläche schaffeade Teil bildende Einheit nach dem Prinzip der Venturi-Düse arbeitet;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Oberfläche schaffende

Einheit einer zweiten Ausführungsform, in der der Strömungsweg von im wesentlichen konstanter Querschnittsströmungsfläche ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Satzes von

Oberflächen, wie sie in der Oberfläche schaffenden Einheit der Vorrichtung nach Fig. 1 Verwendung finden, jedoch ohne das sie umgebende Gehäuse, wobei jeder fünfte Kettfaden verstärkt ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines anderen Satzes

von Oberflächen bei Verwendung in der Oberfläche schaffenden Einheit nach Fig. 2, wobei jeder zehnte Kettfaden verstärkt ist;

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung, bei der

jedoch die Oberflächen abwechselnd gitter-oder netzartig und fest ausgebildet sind und jeder zweite Kettfaden jedes Gitters oder Netzes verstärkt ist;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung, gemäß der

alle Oberflächen aus Gittern oder Netzen bestehen;

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Fig. 7 eine Endansicht der Oberfläche schaffenden Einheit nach Fig. 5 im wesentlichen längs der Linie 7-7 der Fig. 5;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7;

Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche Darstellung längs der Linie 9-9 der Fig. 6;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Querstromwärmeaustauschers mit einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 11 einen Querschnitt längs der Ebene 11-11 der Fig. 10;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Gegenstrom-Parallelstrom-Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung;

Fig. 13A,

13 B, 13 C entsprechende Schnitte durch den Wärmeaustauscher nach Fig. 12 entsprechend den Ebenen 13A-13A, 13B-13B, 13C-13C der Fig. 14;

Fig. 14 einen Schnitt in der Ebene 14-14 der Fig. 12;

Fig. 15 eine Endansicht in Richtung des Pfeiles 15 nach Fig. 12; und in

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines anderen Satzes von Oberflächen bestehend aus einer Kombination von festen Flächen, gleichmäßigen Netzen oder Gittern und Netzen oder Gittern mit verdickten Drähten.

In allen Fig. der Zeichnungen entsprechen die Dicke der in der Vorrichtung verwendeten Flächen, die Breite der Abstände zwischen ihnen, die Dicke der verwendeten Drähte und die Breite der Abstände zwischen ihnen keinem irgendwie geartetem Maßstab, sondern sind lediglich zum Zwecke der Vereinfachung und Verdeutlichung der Darstellung gewählt.

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Fig. 1 zeigt ein besonderes Beispiel für eine Vorrichtung mit eimer Oberfläche schaffenden Einheit, in welcher eine oder mehrere strömende Medien oder Mischungen davon in innigen Kontakt mit einer großen Oberfläche gebracht werden und/oder Mischungen aus strömenden Medium in innigen Kontakt miteinander im Bereich dieser Fläche gebracht werden können. Eines dieser strömenden Medien muß in flüssigem Zustand vorliegen. Das andere Medium oder die anderen Medien können ein Gas, ein Dampf, eine Flüssigkeit oder jede Mischung davon sein und jedes strömende Medium kann aus dem gleichen Material in einem verschiedenen Aggregatzustand bestehen. Die Funktion der Oberfläche kann beispielsweise darin bestehen, ein flüssiges Medium oder Flüssigkeiten aufzunehmen und es über die Oberfläche zu verteilen, um einen maxil möglichen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche für den Wärmeaustausch oder zwischen der Flüssigkeit und irgendeinem anderen darüberströmenden Medium oder flüssige Flüssigkeitsfilme in enger Nachbarschaft zueinander zu schaffen oder kann nur darin bestehen, in der Vorrichtung eine große Vielzahl enger Durchlässe zu erzeugen, durch welche ein oder mehrere strömende Medien hindurchgehen. Bei einigen Ausführungsformen können die Oberflächen mit reaktionsfähigem oder Katalysatormaterial überzogen sein.

Bei dieser besonderen Ausführungsform ist eine Oberfläche schaffende Zelleneinheit 10 durch einen quadratischen Qerschnitt aufweisendes Rohr 11 mit einem Einlaß 12 geschaffen, das auf einem Behälter 14 mit seinem Auslaß 16 so montiert ist, daß dieser Auslaß mit dem Einlaß des Behälters fluchtet. Ein auf dem Behälter in Flucht mit dem Behälterauslaß 20 montiertes Luftgebläse 18 zieht Luft durch den Einlaß 22 des Rohres 24, damit durch die Zelleneinheit 10 und das Innere des Behälters und gibt sie vom Auslaß in die umgebende Atmosphäre zurück ab. Der Behälter enthält einen Flüssigkeitskörper 26, der aus dem Behälter von einer Pumpe 28 über ein Filter 30 und ein Rohr 32 abgezogen und einer Sprühdüse 34 zugeführt werden kann, die in einem Teil des Rohres 24 angeordnet ist. Eine weitere Düse 34a wird vorgesehen, wenn eine andere Flüssigkeit oder ein Dampf oder Gas usw. dem Luftstrom zugesetzt werden soll. Der Inhalt des Behälters 14 kann erfor-

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derlichenfalls über das Ventil oder den Schieber 35 Abgezogen werden.

Die Oberfläche schaffende Vorrichtungszelle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine "oberflächenintensive¹¹ Vorrichtung nach der US-PS 3 870 082 und kann in bekannter Weise leicht aus der Vorrichtung ausgebaut werden. Diese Zelle enthält eine große Anzahl sehr dünner, flacher, eng gepackter, aber im Abstand befindlicher Oberflächen 36 aus einem einander gegenüberliegendem Material. Gemäß einer besonderen Ausführungsform für die Niederdrucknaßreinigung von fein zerteiltem Material aus Luft enthält eine Zelle mit einer Seitenlänge von 15 cm 224 Material oberflächen mit einem durchschnittlichen Abstand von 0,05 mm. Diese Vorrichtung arbeitet nach dem Gegenstromprinzip jedoch können diese und andere Oberfläche schaffenden Vorrichtungen gemäß der Erfindung auch im Gleichstromprinzip arbeiten, beispielsweise wenn man eine Füllkörper säule zur Absorption und Destillation herstellen will.

Die gewünschte Venturi-düsenartige Strömung durch die Zelle 10 erhält man dadurch, daß man Oberflächen 36 vorbestimmter unterschiedlicher Längen in einer besonderen Anordnung stapelt. Darauf braucht im einzelnen hier nicht eingegangen zu werden. Es darf auf die Erläuterungen in der US-PS 3 870 082 verwiesen werden. Lediglich zur Erläuterung ist dargestellt, daß die Zelle zwei längste Oberflächen 36a, drei mittellange Oberflächen 36b und sechs kürzeste Oberflächen 36c enthält.

Es hat sich herausgestellt, daß in einer Oberfläche schaffenden Vorrichtung die Oberflächen nicht aus kontinuierlich durchgehenden Oberflächen zu bestehen brauchen, sondern stattdessen perforierte Oberflächen mit einer Vielzahl von Perforationen Verwendung finden können, vorausgesetzt, daß die Größe der Perforationen so gewählt ist, daß die Oberfläche mit d?r einen Flüssigkeit so zusammenwirkt, als wäre sie eine kontinuierliche Oberfläche, wobei bei richtiger Wahl des Oberflächenmaterials die Oberflächenenergie sicherstellt, daß die Flüssigkeit einen kontinuierlichen Film bildet. Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, daß sich

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positive Vorteile bei Verwendung von perforierten Oberflächen gegenüber festen Oberflächen ergeben, die im folgenden näher erläutert werden sollen.

Die Oberflächen können somit aus Draht- oder Kunststoffnetzen oder -gittern hergestellt sein, was zu den oben angesprochenen Vorteilen zu einer praktisch wertvollen Herabsetzung im Materialgewicht führt. Zweckmäßig wird hinsichtlich der Terminologie im folgenden dieses perforierte Material als "Netzmaterial¹¹ bezeichnet. Ein übliches gewebtes Netz mit Kett- und Schußfäden, die wellenförmig wechselseitig übereinander verlaufen, hat darüber hinaus den zusätzlichen Vorteil, daß es wirksam eine gewellte oder gerippte Oberfläche quer zur Richtung der strömenden Medien bildet, was offenbar die Wirksamkeit der Gesamtvorrichtung im Betrieb verbessert.

Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Paaren von Oberflächen hängt von der Funktion der Vorrichtung ab und liegt typisch zwischen 0,050 und 0,20 mm. Beispielsweise kann man Abstände von 0,050 bis 0,080 mm in einer Vorrichtung zum Aus_ waschen feiner teilchenförmigen Materialien mit einer Teilchengröße unter 10 Mikron, Rauchen und Gasen aus einem Trägergas verwenden, während größere Abstände von ca. 0,20 mm beispielsweise in einer Destillationsvorrichtung zur Anwendung gelangen können.

Die Konstruktion einer solchen Oberfläche schaffenden Vorrichtung bringt jedoch ein Problem mit sich, weil es schwierig ist, die große Anzahl sehr dünner und damit biegsamer Oberflächen mit der richtigen Genauigkeit und insbesondere Gleichmäßigkeit voneinander im Abstand anzuordnen. Dieses Problem wirs gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch Verwendung von Oberflächen aus Netzmaterial, vorzugsweise verwebten Netzmaterial in der Vorrichtung, wobei in jeder Gruppe von η parallelen Kettfäden oder Drähten oder Äquivalenten davon abhängig von der Zusammensetzung und Art ihrer Herstellung einer dieser Fäden oder Drähte eine größere Dicke aufweist als die anderen parallel dazu verlaufenden Fäden oder Drähte, so daß er auf jeder Seite

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Oberflächen vorsteht und mit der unmittelbar benachbarten Oberfläche oder mit den unmittelbar benachbarten Oberflächen in Berührung kommt, um damit von selbst den richtigen Abstand einzustellen, wobei eine ausreichende Kontaktfläche über die gesamten Oberflächen geschaffen ist, die den erforderlichen gleichmäßigen Abstand mit einer angemessenen wechselseitigen Abstützung der Oberflächen sicherstellt. Der Wert von η ist aus praktischen Gründen auf Zahlen zwischen Ziffer 2 und Ziffer 10 beschränkt und liegt vorzugsweise zwischen Ziffer 3 und Ziffer 5, wie nachstehend noch näher erläutert werden soll.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß entweder verwebtes oder nicht verwebtes Netzmaterial verwendet werden kann und daß das Material, aus dem das Netz hergestellt ist, beispielsweise Draht oder Kunststoff, von dem besonderen Anwendungsgebiet abhängt, auf dem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden soll. Handelsüblich wird dieses Material kontinuierlich hergestellt, gewöhnlich mit zwei Sätzen von Fäden oder Drähten, die senkrecht zueinander verlaufen. Für die Zweckmäßigkeit der Terminologie in der vorliegenden Beschreibung werden vorherrschend die Ausdrücke "Faden" oder "Faden und Draht" verwendet. Es sind selbstverständlich damit alle physikalischen Äquivalente mit eingeschlossen. Gewöhnlich werden die Fäden eines verwebten Netzes als "Kettfäden" und "Schußfäden" bezeichnet, wobei die Kettfäden diejenigen sind, die sich in Produktionsrichtung erstrecken, während die Schußfäden die in die Kettfäden eingewebten Fäden sind. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung dient der Ausdruck "Kettfäden" zur Bezeichnung derjenigen Fäden oder ihrer Äquivalente, die in Strömungsrichtung verlaufen. Die Schußfäden sind somit diejenigen, die quer zur Strömungsrichtung verlaufen. Sie müssen dünner als die dicken den Abstand haltenden Kettfäden quer zur Dicke der Oberflächen sein, so daß sie den Durchtritt durch den Strömungskanal nicht beeinträchtigen, der zwischen benachbarten Oberflächen verbleiben muß.

Es ist für den Fachmann erkennbar, daß in bestimmten Ausführungsformen die Kettfäden sich nicht vollständig parallel zur Gesamtoder Durchschnittsströmungsrichtung zu erstrecken brauchen, obwohl

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ihre Anordnung im wesentlichen die tatsächliche Strömungsrichtung bestimmt. Eine gewisse Neigung zur allgemeinen oder Gesamtrichtung der Strömung ist somit erlaubt, wenn sie keine unerwünschte Reduktion in der Durchströmmöglichkeit für die Durchlässe bildet oder zu einem entsprechenden nicht annehmbaren Anstieg im Druckabfall in der Vorrichtung führt.

Einer der oben erwähnten positiven Vorteile bei der Verwendung von Netzoberflächen besteht darin, daß sie unter den meisten Umständen vielfach wirkungsvoller als kontinuierlich Oberflächen bei der Umbildung der durchgehenden Flüssigkeit in dünne Filme sind. Läuft die Flüssigkeit über eine kontinuierliche oder durchgehende Oberfläche, dann besteht die Wirkung der Oberflächenenergie darin, die Flüssigkeit in dünne Ströme oder Bäche kleinstmöglichsten Oberflächenbereiches umzuformen, während mit Netzen geeigneter Öffnungsgröße die Flüssigkeit durch die Oberflächenenergie über die Öffnungen "gestreckt" wird, so daß eine entsprechend große Anzahl kleiner dünner Filme entsteht. Ein weiterer insbesondere bei gewebten Netzen gegebener Vorteil besteht darin, daß die Bewegung der Flüssigkeit über die Netzoberfläche und die Bewegung von in der Nähe der Netzoberfläche strömenden Gas oder Dampf in Form von unzähligen sehr kleinen Wirbeln erfolgt, die die Konvekt ionswe chselwirkungen zwischen den durch die Vorrichtung strömenden Medien begünstigen. Darüber hinaus ist wegen der sehr geringen Größe der sehr großen Anzahl einzelner derart erzeugter Wirbel die bei ihrer Herstellung aufgewendete Energie wesentlich kleiner als diejenige die beispielsweise erforderlich ist, um einen einzelnen größeren Wirbel in der gleichen Menge an strömenden Medium zu bilden, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Energieausnutzung für die Vorrichtung führt.

Bei der durch die Fig. 1 und 3 in Kombination wiedergegebenen Ausführungsform weist jeder fünfte Kettfaden eine größere Dicke als die Schußfäden und die anderen Kettfaden auf. Die Zellenanordnung umfaßt somit lediglich noch das Aufstapeln der Netzoberflächen unterschiedlicher Längen aufeinander in der gewünschten Orientierung, gewöhnlich in einer Schablone, und das anschließende Umschließen des sich ergebenden Stapels in einem offen endenden Rohrkörper entsprechenden Querschnitts.

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Die Herstellung von Drähten oder Fäden unterschiedlicher Stärken und ihre Verarbeitung in Netzmaterial sowie die Herstellung nicht gewebter Netze ist hochentwickelt und es ist somit eine enge Einstellung der Gleichmäßigkeit der Dicke der Drähte oder Fäden möglich. Die verwendeten Drähte oder Fäden können jeden Querschnitt aufweisen, es ist jedoch von besonderem Vorteil, Drähte mit nicht kreisförmigen Querschnitt zu verwenden, um die Bildung der oben erwähnten unzähligen sehr kleinen Wirbel in dem strömenden Medium zu begünstigen. Insbesondere sollte man Drähte mit quadratischem Querschnitt für diesen Zweck verwenden. Bei nicht verwebtem Netzmaterial sind die "Kett"- und "Schuß"-Fäden miteinander an ihren Verbindungs- oder Überkreuzungsstellen verbunden und die Fadenquerschnitte lassen sich leicht in jeder gewünschten Form wählen.

Als besonderes Beispiel für ein Oberflächenmaterial, das z. Zt. im Handel leicht zu einem wirtschaftlichen Preis erhältlich ist, kann ein gewebtes Netz- oder Gittermaterial aus rostfreien Stahldrähten hergestellt werden, bei dem jeder fünfte Kettfaden einen Durchmesser von 0,381 mm aufweist, während die restlichen Kettfäden und alle Schußfäden einen Durchmesser von 0,228 mm besitzen. Aus den Fig. 7 und 8, die das zwischen zwei kontinuierliche Oberflächen eingesetzte Netzmaterial zeigen, erkennt man, daß die Verwendung eines solchen Netzmaterials zu einer Abstandshaltung der beiden durchgehenden Oberflächen gleich der Summe der Durchmesser, nämlich 0,609 mm führt. Der effektive Abstand zwischen jeder durchgehenden Oberfläche und der Netzoberfläche ist gleich der Hafte dieses Abstands abzüglich der effektiven Dicke der Netzoberfläche nämlich =1/2 (0,024 - 0,018) = 0,003 in (0.076 mm oder 76 Mikron). Die Berechnung des Abstands für andere Beispiele, beispielsweise eine ebene Netzoberfläche in Berührung mit einer dicken Kettfäden aufweisenden Oberfläche nach Fig. 9 und für nicht kreisförmige Drähte ergibt sieh für den Fachmann von selbst und bedarf keiner weiteren Erläuterung.

Für einen wirkungsvollen und zufriedenstellenden Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es wesentlich, einen "Kapillar"-Film über der Netzoberfläche aufzubauen und außerdem eine gleichmäßige stabile Strömung dieses Filmes in der allgemeinen Richtung

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der Flüssigkeitsströmung aufrechtzuerhalten. Der Flüssigkeitsstrom muß derart gewählt werden, daß eine Perforation, ein Aufbrechen oder eine andere Zerstörung des Filmes, beispielsweise durch Verdampfung, nicht auftritt. Es ergibt sich somit, daß das oder die anderen Medien nicht quer zu dem Kapillar-Film strömen können, da diese Querströmung den Film unterbrechen würde.

Wegen der Abhängigkeit des Filmes von der Kapillarität für seinen Aufbau und seine Aufrechterhaltung ergibt sich, daß es sich hier um die wichtigste Überlegung bei der Bestimmung der Drahtgrößen und der verwendeten Maschenwelten handelt. Die Größe der verdickten abstandhaltenden Kettfäden oder -drähten wird wie oben beschrieben bestimmt und anschließend kann die Größe der anderen filmbildenden Kett- und Schußfäden -drähten festgelegt werden. Beispielsweise sind bei Wasser als dem einen strömenden Medium von ca. 70 bis 80 dyn/cm, filmbildende Drähte von 0.009 - 0,10 Zoll Durchmesser o. dgl. sehr zufriedenstellend und das Netz sollte von 15-30 pro Zoll (6 bis 12 pro cm) und nicht größer als 15 Netze sein.

Wenn die Oberflächenenergie auf ca. 25 dyn-cm beispielsweise durch Zugabe eines Detergents reduziert wird, muß das Netz auf 40-50 per Zoll (16-12 per Zentimeter) vergrößert werden, während bei einem untersten wirtschaftlich gewöhnlich möglichen Wert von ca. 10 dyn per Zentimeter das Netz auf 60 per Zoll (24 per Zentimeter) vergrößert werden muß. Es gibt einen Vorteil bei der Verwendung filmbildender Drähte von maximaler Dicke dahingehend, daß damit die Festigkeit der Oberflächen erheblich vergrößert wird. Die optimale Netzgröße für die Aufrechterhaltung des Kapillarfilms läßt sich für jedes System, unabhängig davon ob es sich um ein wässriges oder nicht wässriges handelt, durch vorhergehende Laboratoriumsversuche ermitteln.

Bei der in den Fig. 2 und 4 wiedergegebenen Ausführungsform sind dieselben Bezugszeichen wir bei der vorhergehenden Ausführungsform für die Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile verwendet. Die Zelle umfaßt bei dieser Ausführungsform eine Packung aus Netzoberflächen 36 und 38, die alle im wesentlichen die gleiche Länge

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aufweisen. Eine solche Zelle arbeitet mit einem wesentlich höheren Druckabfall als diejenige nach den Fig. 1 und 3 unter Annahme gleicher Oberflächendicke, Abstand usw., wegen des Fehlens einer venturiartigen Strömung, jedoch kann dies bei manchen Anwendungsgebieten annehmbar sein.

Bei der AusfUhrungsform, wie sie sich aus einer Kombination der Fig. 1 und 5 ergibt, ist jede Netzoberfläche zwischen zwei durchgehende Oberflächen und umgekehrt eingelegt und die Netzoberflächen bringen die Oberflächen untereinander auf dem gewünschten Abstand. Um den minimalen Einsatz für die abstandshaltenden Drähte, Fäden usw. zusätzlicher Dicke darzustellen ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4 jeder zehnte Kettfaden oder -draht der Netzoberflächen als ein verstärkter Draht angedeutet. Wenn weniger ab standshaltende Fäden oder Drähte verwendet werden, besteht natürlich die Gefahr, daß der notwendige gleichmäßige Abstand nicht aufrechterhalten wtrden kann. Fig. 5 zeigt die andere Grenze für die Wirkungsweise des Erfindungsprinzips, bei der jeder zweite Kettfaden, -draht o. dgl. eine vergrößerte Stärke quer zur Ebene der Oberfläche aufweist und abwechselnde Oberflächen kontinuierlich oder durchgehend ausgebildet sind. Bei Fehlen von filmbildenden Kettdrähten müssen natürlich die Oberflächen miteinander verschachtelt werden und entsprechende Strömungskanäle können sich nicht bilden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind die Oberflächen abwechselnd aus gleichmäßigen Netz und Netz, bei dem jeder zweite Kettfaden oder -draht verstärkt ist. Es ist selbstverständlich, daß die erwünschte Kontinuität der Oberfläche gegenüber der Strömung des darüber strömenden Mediums dadurch erhalten wird, daß man die Schußfäden oder -drähte mit einer minimalen Anzahl von Kettdrähten, -fäden o. dgl. im Abstand hält, um den Film aufrechtzuerhalten. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß es nicht zufriedenstellend ist, eine größere Anzahl eng benachbarter filmbildender Schußfäden oder -drähte vorzusehen und dann die Kettfäden oder -ärlht· zu-weit auseinanderzusetzen. Es darf in diesem Zusammenhang auf die obigen Ausführungen hinsichtlich der in der Praxis erforderlichen Netz- oder Maschenweite hingewiesen werden. Unter solchen Umständen !luft der Film seitlich in Richtung der suwtit auseinander angeordneten Kettfäden oder -drähten und unterbricht sich in unwirksame Ströme oder Bäche, die über di· Kettfaden laufen.

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Bei anderen Ausführungsformen, in welchen die Kettfäden eng benachbart sind, kann unabhängig von dem Abstand der Schußfäden oder -drähte die Dicke jedes zehnten Drahtes oder Fadens gleich sein, um die erforderliche Abstützung zu erhalten.

Die Fig. 10 und 11 zeigen die Anwendung der Erfindung auf eine andere Oberfläche schaffende Vorrichtung mit einem Querstromwärmeaustauscher. Die Vorrichtung enthält zwei sich schneidende Rohre 40 und 42, die unter rechtem Winkel angeordnet sind und eine gemeinsame Hittelzone 44 aufweisen, die die Oberflächen schaffende Einheit enthält. Diese Einheit besteht aus kontinuierlichen Oberflächen 46 und damit abwechselnden Netzoberflächen 48, die durch eingesetzte Netzoberflächen gemäß der Erfindung einen genauen Abstand voneinander erhalten haben. Die durchgehenden oder kontinuierlichen Oberflächen sind mit 46a, 46b, 46c usw. bezeichnet und man erkennt, daß die benachbarten Kanten der Oberflächen 46a und 46b; 46c und 46d, 46e und 46f im Durchlaß 42 miteinander verbunden sind, sojdaß das im Durchlaß 42 strömende Medium zwischen ihnen nicht hindurchgelangen kann. Das in dem Durchlaß 42 strömende Medium kann durch die Durchlässe zwischen benachbarten Oberflächen 46b und 46c; 46d und 46e; 46f und 46g etc. hindurchgehen, jedoch nicht in den Durchlaß 40, da die in diesem Durchlaß weisenden Oberflächenkanten miteinander verbunden sind. Somit kann sich das in den beiden Durchlässen strömende Medium nicht miteinander mischen, da sie durch die festen Oberflächen getrennt sind, es kann aber sehr leicht über die dünnen enggepackten kontinuierlichen Oberflächen ein Wärmeaustausch erfolgen, der durch die großen Filmturbulenzoberflächenbereiche untersützt wird, welche durch die dazwischen gesetzten abstandshaltenden Netzoberflächen gebildet sind. Es entsteht somit ein sehr wirkungsvoller Wärmeaustauscher.

Die.Fig. 12 bis 15 zeigen einen Gegenstrom-Parallelströmungs-Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung. Der Hauptteil des Wärmeaustauschers enthält zwei Abschlußplatten 50, die durch Schrauben 52 miteinander verbunden sind. Eine Vielzahl von Durchlässen für das eine strömende Medium erstreckt sich zwischen den beiden Leitungsenden 40, wobei jeder Durchlaß zwischen zwei hexagonal-geformten ebenen Oberflächen 46 mit einer dazwxschenliegenden einzelnen Sicke

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if.

Kettfäden aufweisenden Netzoberfläche 48a gebildet ist. Die Kanten der Oberfläche 48a sind an den erforderlichen Stellen durch Dichtungen 54a abgedichtetJ Bei dieser Ausführungsform weist die Oberfläche 48a zwei Endverlängerungen 48a* auf, die so angeordnet sind, daß sie die Strömung durch die entsprechenden Rohrenden 40 richten. Die Vielzahl der Durchlässe für das andere Medium erstreckt sich zwischen den beiden Rohrenden 42 und jeder Durchlaß ist zwischen zwei der Bbenen Oberflächen 46 gebildet, wobei jeweils dazwischen eine einzelne mit dicken Kettfaden versehene Netzoberfläche 48b vorgesehen ist. Diese Durchlässe werden ebenfalls durch Seitendichtungen 54b und Endverlängerungen 48b¹ vervollständigt.

Ein solcher Wärmeaustauscher kann sehr dünne Oberflächen 46 verwenden, selbst wenn man sie verhältnismäßig hohen Drücken aussetzt, da die Oberflächen ausreichend durch die mit dicken Kettfäden oder -drähten versehenen Netzoberflächen abgestützt sind, so daß die Druckkräfte schließlich auf die verhältnismäßig dicken Abschlußplatten 50 aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein solcher Wärmeaustauscher Netzmaterial mit dreißig Maschen pro Zoll (12 Maschen pro cm), mit dicken Kettdrähten im Verhältnis 1:5 von 0.0012 Zoll (0,030 cm) und mit Schußdrähten und restlichen Kettdrähten von 0.009 Zoll (0.023 cn) verwenden. Ih einer solchen Ausführungsform haben die Oberflächen 46 eine Dicke von 0,006 Zoll (0.015 cm). Die weidergegebene Zelle zum Austausch von 750,000 B.T.Ü. pro Stunde pro°F (340,000 kcal pro Stunde pro ⁰C, hat ein Volumen von ca. 1 Kubikfuß (0,028 cbm) im Gegensatz zu 108 Kubikfuß (3,0 cbm), wie es bei einem üblichen Röhrenwärmeaustauscher erforderlich ist, bei dem man 3/4" O.D. (1.9 cm) rostfreie Stahlrohre mit einer Wandstärke von 18 (1 mm) verwendet. Darüber hinaus weist die Zelle 234 Quadratfuß (21,7 qm) wirksame Oberfläche im Gegensatz zu 21 Quadratfuß (2,0 qß) bei bekannten Röhrenaustauschern auf.

Ein Läboratoriummodell eines Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung zeigte einen Wärmeübertragungskoeffizienten von 13,000 B.T.U. pro QuaLratfuß pro Stunde pro ⁰F und dieser Wert läßt sich beispielsweise mit einem Hickmann-Lötf ilmapparat vergleichen, bei dem es

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sich um den ζ. Zt. wirkungsvollsten Apparat handelt, der einen Koeffizienten von ca. 2-4,000 B.T.U. pro Quadratfuß pro Stunde ⁰F (250-500 kcal/Stunde cm ⁰C besitzt. Wiederum ist darauf hinzuweisen, daß eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für jede effektive Packungsfläche von einem Quadratfuß mit einer Flüssigkeitsströanangsgeschwindigkeit von 13,000 Pfund pro Stunde (5900 kg pro Stunde) und mit einer Gas strömungsgeschwindigkeit von 4,000 Pfund pro Stunde (1800 kg pro Stunde) für einen Druckabfall von ca. 3 Zoll Wassersäule (7,5 cm) ohne Fehlverteilung der strömenden Medien arbeiten kann. Eine übliche Packung mit der gleichen Oberfläche unter Verwendung von Telliretten weist eine Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit von 3,000 Pfund pro Stunde (1350 kg pro Stunde) und eine Gasströmungsgeschwindigkeit von 2,000 Pfund pro Stunde (900 kg pro Stunde) für den gleichen Druckabfall auf.

Bei der in Fig. 16 wiedergegebenen Ausführungsform ist jede Lage 48 aus mit dicken Kettdrähten versehenen Netzmaterial zwischen zwei unmittelbar benachbarte Lagen 56 aus gleichmäßigem Netzmaterial eingesetzt, das wiederum in engen Kontakt mit den benachbarten Wandungen ebener Metalloberflächen 46 gepreßt ist. Die durch den Durchgang des Mediums über ein Drahtnetz erzeugende Turbulenz wird, auf diese Weise erzeugt und die stagnierenden Lagen, die sonst an den Oberflächen 46 gebildet werden, sind verhindsrt. Diese Turbulenz erzeugt kleine oben beschriebene Wirbel, die turbulente Grenzschichten zur Folge haben, die sich als außerordentlich wirksam für den Wärmeaustausch ohne übermäßigen Energieverbrauch erwiesen haben. Diese Wirbel verhindern auch ein Faulen der Oberflächen.

Bei allen wiedergegebenen und beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden getrennte Oberflächen aus mit dicken Kettfäden versehenen Netzen und kontinuierlichem Material auf einandergestapelt. Die Erfindung ist selbstverständlich auch auf Konstruktionen anwendbar, in denen beispielsweise ein langgestreckter Streifen des Netzmaterials mit flicken Kettfaden oder -drähten zusammen mit einem oder mehreren Streifen anderen Materials aufgerollt oder zur Bildung der wirksamen Zelle des Gerätes zusammengefaltet 1st. _ Patentansprüchet -

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Oberfläche schaffende Vorrichtung mit einem Hauptteil zur Schaffung eines Strömungskanales für den Durchtritt eines Mediums, das aus wenigstens einer Flüssigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet , daß im Strömungsdurchlaß eine Netzoberfläche (36, 48) in Berührung mit zwei unmittelbar benachbarten Oberflächen (38, 46) und zwischen diesen vorgesehen ist und die Netz oberfläche aus einem Material besteht, in welchem eine Gruppe von η-parallelen Kettfaden oder ihren Äquivalenten, wobei η eine ganze Zahl zwischen Ziffer 2 und Ziffer 10 ist, einen Kettfaden umfasst, der größere Dickenabmessungen als die anderen wenigstens in einer Richtung quer zur Dicke der Oberfläche aufweist, wobei die dickeren Fäden oder Drähte der Oberfläche die unmittelbar benachbarten Oberflächen zur Festlegung eines Abstandes zwischen sich und diesen Oberflächen berühren und die Schußfäden oder -drähte der zuerst erwähnten Netzoberfläche alle quer zur Dicke der Oberfläche dünner als die dicken Kettfäden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Strömung sdur ch-IaB durch eine Vielzahl paralleler kleinerer Durchlässei gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß in jedem kleineren Durchlaß eine entsprechende Netzoberfläche mit dickeren Kettfäden zur Festlegung des Abstandes zwischen ihr selbst und den entsprechenden unmittelbar benachbarten Oberflächen vorgesehen ist.

5» Tarrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η s is £ s h.n e i _T daß die unmittelbar benachbarten Oberflächen (38_? 46^a) kontinuierliche oder durchgehende Oberflächen sind,

4 ο ¥om-intung nach Anspruch 1 oder 2_r dadurch g e k e η η s a £ ο "; η s- t 5 da0 alle Oberflächen Netzoberflächen ait Qlacss^cten äieksren Kattdrälit^n oder -.»-■ ,l«n ^i.ricL*

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede NetzOberfläche mit dickeren Kettdrähten oder -fäden zwischen zwei Netzoberflächen (56 in Fig. 16) gleichmässiger •Dicke eingesetzt ist und jede dieser zuletzt erwähnten Netz-Oberflächen mit einer durchgehenden Oberfläche in Berührung steht.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5, bei der der Hauptteil erste und zweite Strömungswege für den Durchtritt entsprechend der strömenden Medien aufweist, die miteinander in Wärmeaustausch stehen, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Durchlaß eine Netzoberfläche mit dickeren Kettdrähten aufweist, deren dickere Kettdrähte zwischen zwei durchgehenden Oberflächen (46) eingesetzt sind, um die durchlaufenden oder kontinuierlichen Oberflächen voneinander in Abstand zu halten, wobei die gemeinsame Begrenzungswand von zwei unmittelbar benachbarten ersten und zweiten Durchlässen durch eine entsprechende gemeinsame durchgehende oder kontinuierliche Oberfläche gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Oberfläche von gleichmässig dickem Netzmaterial (56) zwischen jede durchgehende oder kontinuierliche Oberfläche und jede Netzoberfläche mit Kettfäden eingesetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der jeder der ersten und zweiten Strömungsdurchlässe durch eine Vielzahl paralleler kleiner erster und zweiter Strömungskanäle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß jeder kleinere Strömungskanal eine entsprechende Netzoberfläche mit dickeren Kettdrähten zur Bestimmung des Abstandes zwischen ihr selbst und den entsprechenden unmittelbar benachbarten Oberflächen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

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8, dadurch gekennze ichnet , daß wenigstens die Schußdrähte nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens die Schußdrähte quadratischen Querschnitt aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (28, 34) zum Transport einer Flüssigkeit durch den Durchlaß.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich net durch Vorrichtungen (28, 34) zum Transport einer Flüssigkeit durch die Vielzahl von Durchlässen.

13« Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeich net durch Einrichtungen zum Transport einer ersten Flüssigkeit durch den ersten Strömungsdurchlaß und Einrichtungen zum Transport einer zweiten Flüssigkeit durch den zweiten Strömungsdurchlaß.

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