DE2935622C2

DE2935622C2 - Vorrichtung zur Erhöhung oder Verminderung des Sauerstoffanteils der Luft sowie Verwendung dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE2935622C2
Application number: DE2935622A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 6000 Frankfurt Wolff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-09-04
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE2935622A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erhöhung oder Verminderung des Sauerstoffanteils der Luft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Verwendung dieser Vorrichtung.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus DE-OS 24 25 945 (Fig.9) bekannt Die Hohlfasem erstrecken sich in Längsrichtung des rechteckigen Gehäuses und füllen dieses bis auf stirnseitige Kammern zum Gaseintritt und zum Gasaustritt vollständig aus. In einer Längsseitenwand des Gehäuses befindet sich ein Ausgang, über den außerhalb der Hohlfasem befindliches Gas entnommen werden kann. Die beiden Seiten jeder Stirnwand haben annähernd die gleiche Länge, sind aber erheblich kürzer als die Längsseite des Gehäuses.

Es ist ferner ein Multigegenstromaustauscher für Flüssigkeiten bekannt (AT-PS 2 95 479), der für die Dialyse, für Destillationsprozesse, wie Meerwasserentsalzung usw. einsetzbar ist. Hier werden Kapillarröhrchen verwendet, die Membranschichten bilden und jeweils einen Kanal durchsetzen. Dem Innenraum der Röhrchen sind je zwei stirnseitige Sammelräume und den Kanälen sind ebenfalls je zwei stimseitige Sammelräume zugeordnet Diese Konstruktion ist platzaufwendig, weil jedem Kapillarröhrchen ein eigener Kanal zuge-5 ordnet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß bei gegebenem Hohlfaservolumen und gegebener Druckdifferenz die Wirksamkeit erhöht wird,
ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Bei dieser Konstruktion ergibt sich ein Ausgangssammelraum, der den Hohlfasem mit einer erheblichen Grundfläche zugewandt ist Alle Hohlfasem sind über \C einen verhältnismäßig kurzen Weg mit dem Ausgangssammelraum verbunden. Dementsprechend ist auch der Druckabfall zwischen den Hohlfasem und dem zugehörigen Ausgang sehr viel kleiner als bei einen Gehäuse, das vollständig mit Hohlfasem gefüllt ist Bei einem gegebenen Druckunterschied, wie er beispielsweise durch eine Säugpumpe hervorgerufen wird, ist daher die Menge des durch die Hohlfaserwand hindurchtretenden Gases, hier also der O2-angereicherten Luft erhöht. Umgekehrt erreicht man die gleiche Menge mit geringeren Druckunterschieden, beispielsweise mit Lungenkraft

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 wird der Weg zum Ausgangssammelraum nochmals verkürzt

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 stellt sicher, daß der größte Teil der äußeren Oberflächen der Hohlfasern unmittelbar dem am Ausgang des zweiten Raums herrschenden Druck ausgesetzt ist, also die Hohlfasem mit einem sehr großen Wirkungsgrad arbeiten. Außerdem verhindert es diese Gasse, daß sich die Hohlfasem unter dem Einfluß des geringeren Drucks im zweiten Raum in erheblichem Umfang aneinanderlegen und dadurch größere Teile der Hohlfaseroberfläche von diesem Unterdruck abgesperrt werden. Der Verlauf dieser Gassen stellt sicher, daß diese kurz sind.

Die geringe Länge der Hohlfasc-n gemäß Anspruch 4 empfiehlt sich, damit auch der Hohlfaserwand am hinteren Ende der Hohlfaser Luft mit einem ausreichenden Sauerstoffanteil angeboten wird.

Bei einer Verwendung der Vorrichtung zur Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauersoff in einem Kraftfahrzeug empfiehlt sich die Ausgestaltung nach Anspruch 5. Auf diese Weise kann der Fahrtwind ausgenutzt werden, um Luft durch die Hohlfasem zu treiben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch mehrere mit einer Membran belegte Hohlfasern,

F i g. 2 eine räumliche Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Schnittfläche gemäß der Ebene H-II in Fig.3,

F i g. 3 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 2,

Fig.4 Endabschnitte einer abgewandelten Hohlfaserform in einer Stirnwand des Gehäuses,
F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4 und

F i g. 6 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlfasem.

In Fig. 1 sind in einer Reihe übereinander mehrere Hohlfasem 1 veranschaulicht, die außen mit einer ultradünnen, semipermeablen Membrane belegt ist. Die Hohlfaser besteht aus beispielsweise Polyester mit einem Außendurchmesser c/von 0,1 mm und einer Wandstärke s von 5 um. Die Membran besteht beispielsweise

aus Silikongummi mit einer Dicke von 100 nm. Es kommen aber auch andere bekannte Materialien in Betracht, beispielsweise Polykarbonat als Membranwerkstoff. Die Hohifasern können aber auch aus anderen Materialien, wie Zellulose oder Zelluloseazetat bestehen.

Die Hohlräume 3 der Hohlfasern bilden einen ersten Raum A, der Raum außerhalb der Hohlfasern bildet einen zweiten Raum B. Hält man diese beiden Räume auf unterschiedlichen Drücken, so wandert das Gas aus dem Raum höheren Drucks in den Raum geringeren Drucks, wobei die Membran 2 für Sauerstoff durchlässiger ict als für Stickstoff. Silikongummi hat einen Trennfaktor zwischen Sauerstoff und Stickstoff von 2,2, so daß das Gasgemisch im Raum geringeren Drucks einen Sauerstoffgehalt von ca. 30—35 Vol-% aufweist

Fig.2 und 3 zeigen eine Vorrichtung, in der eine außerordentlich große Zahl von den beschriebenen Hohlfasern verwendet wird. Eine Batterie mit der Länge / von 10 cm, der Höhe A von 20 cm und der Breite b von 60 cm kann beispielsweise 2000 Hohlfasern übereinander uisd 3000 Hohlfasern mit Abstand nebeneinander enthalten, so daß rund 6 Millionen sich in Lf-igsrichtung parallel zueinander erstreckender Hohifasern 1 vorhanden sind, die eine Membranfläche von ca. 180 cm² ergeben. Die Faserbatterie 4 ist in einem Gehäuse 5 untergebracht, das zwei Stirnwände 6 und 7 aufweist, in welche die Enden der Hohifasern 1 abgedichtet eingesetzt sind. Mit Vorteil bestehen die Stirnwände 6 und 7 aus die Umfange der Fasern miteinander verklebendem Kunststoff. Der erste Raum A weist demnach vor der Stirnwand 6 einen Eingang 8 auf, über welchen normale Luft in die inneren Hohlräume 3 der Hohlfasern 1 geleitet werden kann. Hinter der Stirnwand 7 befindet sich ein zugehöriger Ausgang 9, über den sauerstoffverarmte Luft abgeführt wird. Vor den Eingang 8 ist ein Luftfilter 10 geschaltet. Die ganze Anordnung kann beispielsweise in ein gestrichelt angedeutetes Kraftfahrzeug 11 in der Nähe seiner Frontseite 12 eingebaut sein, wobei sich die Hohlfasern 1 in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken, so daß der Fahrtwind für einen ausreichenden Luftdurchsatz durch die Hohlfasern sorgt. Stattdessen oder zusätzlich kann im Ausgang ein Ventilator 13 vorgesehen sein. Innerhalb der Faserbatterie 4 sind die Hohlfasern 1 in parallelen Reihen 14 angeordnet, zwischen denen sich Gassen 15 befinden. Diese Gassen münden in Ausgangssammelräume 16 und 17 des zweiten Raumes B, der über einen gemeinsamen Ausgang 18 mit einer Saugpumpe 19 verbunden ist, deren Förderseite 20 zu einem Verbraucher, z. B. einer Brennkraftmaschine, führt. Die Ausgangssanimelräume erstrecken sich über die gesamte Fläche der oberen Gehäusewand 21 und der unteren Gehäusewand 22, also über eine Fläche / χ b. Auf diese Weise steht beispielsweise die gesamte Oberfläche jeder einzelnen Hohlfaser ohne störende Widerstände mit dem Ausgang 18 des zweiten Raumes B in Verbindung. Die Breite der Gassen kann verhältnismäßig klein sein, da auch die Fasern klein sind und die maximale Erstreckung in Höhenrichtung nur Λ/2, beim Ausführungsbeispiel also 100 mm, beträgt.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 sind Hohlfasern 51, die an der Außenseite mit einer Membran 52 belegt sind, mit Abschnitten 53 größeren Durchmessers versehen. Diese finden sich hier an den Enden der Hohlfasern und sich in eine Stirnwand 6 abgedichtet eingebettet. GemäO Fig. 5 können derartige Hohlfasern im Bereich ihrer Abschnitte 53 dicht nebeneinander angeordnet werden, wodurch im übrigen Verlauf der Hohlfasern Gassen 54 verbleiben, die in diesem Fall eine Wellenform besitzen.

Solche Abschnitte 53 können auch an beliebiger Stelle der Hohlfaserlänge angeordnet sein. Sie brauchen auch nicht in einer Ebene zu liegen, da bereits durch die Abstützung eines Abschnitts 53 am normalen Durchmesser einer benachbarten Hohlfaser eine ausreichende Gasse verbleibt

Die Herstellung solcher Hohifasern 51 mit Abschnitten 53 größeren Druchmessers kann mit Hilfe von Maßnahmen erfolgen, die in Verbindung mit Fig.6 beschrieben sind. Hiernach ist ein Spritzkopf 55 vorgesehen, der eine Ringdüse zur Zufuhr des Materials 57 für die Hohlfaser 51 und eine zentrische Düse 58, über die Luft mit einem Druck ρ eingeleitet wird, aufweist Dieser Druck ρ wird zeitweilig erhöht, wie es durch Impulse 59 angedeutet ist Auf diese Weise entstehen die vergrößerten Abschnitte 53.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erhöhung oder Verminderung des Sauerstoffanteils der Luft unter Verwendung von Hohlfasem, die einen ersten Raum höheren Drucks mit einem Eingang für normale Luft und einem Ausgang für sauerstoffverarmte Luft und einen zweiten Raum geringeren Drucks mit einem Ausgang für sauerstoffangereicherte Luft trennen, wobei die Hohlfasern in großer Zahl parallel zueinander in einem Gehäuse angeordnet sind und deren offene Enden in gegenüberliegenden rechteckigen Stirnwänden abgedichtet gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede rechteckige Stirnwand (6,7) eine lange und eine demgegenüber kurze Seite besitzt und daß sich ein Ausgangssammelraum (16) längs einer zwischen den langen Seiten der Stirnwände verlaufenden Gehäuseseitenwand (21) und Obereren gesamte Fläche erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter gleichartiger Ausgangssammelraum (17) sich längs der gegenüberliegenden Gehäuseseitenwand (22) erstreckt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den größten Teil der Länge der Hohlfasern (1) sich quer zu diesen erstreckende Gassen (15) vorgesehen sind, daß die Hohlfasem (1) in Reihen (14) angeordnet sind, weiche die Gassen (15) beidseitig begrenzen und daß diese Reihen sich parall'f' ?.ur kurzen Seite der Stirnwände (6, 7) erstrecken.

4. Vorrichtung nacn einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Hohlfasem eine Länge von weniger als 200 mm, vorzugsweise von etwa 100 mm, haben.

5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff in einem Kraftfahrzeug (11), wobei die Hohlfasem (1) sich in dessen Längsrichtung erstrecken, die einen Enden nahe der Frontseite (12) des Fahrzeuges angeordnet sind und dem Fingang (8) des ersten Raumes (A) ein Luftfilter (10) vorgeschaltet ist.