DE3020034C2 - Sorptionskörper - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sorptionskörper für eine Vorrichtung zum Abscheiden von absorbierbaren Bestandteilen aus einem Gasstrom, der mindestens eine mit Austauschflächen versehene Schicht aufweist, in der nach unten verlaufende Strömungskanäle ausgebildet sind und die mit einem Absorbens imprägniert ist.

Ein derartiger Sorptionskörper ist in Verbindung mit regenerativ arbeitenden Enifeuchtungsvorrichtungen bekanntgeworden (DE-PS 11 76 335). Als Trägermaterial dient beispielsweise ein Mineralfaserpapicr. Die im Gasstrom enthaltene Feuchtigkeit wird vom Trockenmittel absorbiert, wobei ein dynamisches System encrgetisch so dimensioniert ist, daß es nicht zu einer Nässebildung oder zu einem Abscheiden von freiem Wasser kommt. Vielmehr wird Sorge dafür getragen, daß vor dem Erreichen eines solchen Zustands durch entsprechende Energiezufuhr das Trockenmittel im wcscntli- v> chen in fester Form erhalten bleibt, damit es stets neu eingesetzt werden kann.

Für statische Entfeuchtungsanlagen ist auch bekannt, eine Gasentfeuchtung mit Hilfe von Calciumchlorid vorzunehmen (The Oil and Gas journal, Seiten t>o 188-190, April 29, 1957). Bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch eine Erwärmung und mithin eine Energiezufuhr notwendig. Nachteilig ist ferner, daß ebenso wie mit anderen Entfeuchtungsmitlein, wie z. B. L.ithiumchlorid, Triethylenglycol usw. im statischen Betrieb w\ im Verhältnis zum Trockenmittelgewicht das Wasseraufnahmevermögen wenig effektiv ist. Die Glcichgewichtsfeuchte wird bei einem relativ geringen Prozentsatz erreicht, wobei dieser Zustand sich infolge des hohen Dampfdruckgefälles verhältnismäßig schnell einstellt Die Gebrauchszeil derartiger statischer Entfeuchter ist daher im normalen Klimabereich begrenzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen statischen Trockner einen Sorplionskörper zu schaffen, der eine lange Gebrauchszeit im Verhältnis zum Sorptionsmiticlvolumtn ein mengenmäßig großes Abschcidcvcrmögcn sowie über die Gebrauchszeit annähernd gleiches Sorptionsvermögen aufweist und der eine externe Energiezufuhr nicht erfordert

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf mindestens einer Seile der die Strömungskaniilc enthaltenden, als Kontaktschicht arbeitenden Schicht eine ein Absorbens enthaltende Speichcrschicht angeordnet ist die ein höheres kapillares Bindungsvermögen als die Kontaktschicht ha' und in der der Hauptteil des Absorbens untergebracht ist.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Sorptionskörpers ist völlig anders als bei Sorptionskörpern für regenerativ arbeitende Entfeuchtungsvorrichtungen, wobei für letztere das dynamische System so dimensioniert ist daß es nicht zu einer Nässebildung oder zu einem Abscheiden von freiem Wasser kommt Vielmehr wird Sorge dafür getragen, daß vor dem Erreichen eines solchen Zustands durch entsprechende Energiezufuhr das Trockenmittel im wesentlichen in fester Form erhalten bleibt.

Bei der Erfindung hingegen wird die Ausbildung eines Flüssigkcilsfilms bewußt angestrebt. Die die Strömungskanäle bildende Schicht stellt dabei eine Art Drossel dar, welche das Wandern des Absorbens aus der Spcicherschichl in Richtung Strömungskanälc lediglich schrittweise bzw. langsam zuläßt, um einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm zu erhalten. Beim erfindungsgemäßen Sorptionskörpcr ist eine Speicherschicht vorgesehen, die das Absorbens enthält und ein höheres kapillares Bindungsvermögcn als die Kontaktschicht hat. In der Speichcrschicht ist der Hauptteil des Absorbens untergebracht Strömt mehr oder weniger feuchtes Gas durch die Strömungskanäle, beginnt die Absorption mit der kapillaren Aufnahme der Lösung in der Kontaktschicht. Der sich auf der Oberfläche bildende Flüssigkeitsfilm wird durch den passierenden Gasstrom und mit Unterstützung der Schwerkraft aus dem Sorptionskörper herausgeführt. Die Flüssigkeit kann in einem Auffangbehälter gesammelt werden. Ein anderer Teil der Lösung gelangt durch Kapillarkräfte in die Speichcrschicht und löst dort eingelagertes Sorptionsmittel. Durch unterschiedliche .Sorptionsmittelkonzentration der Lösung in den Schichten ergibt sich eine Sorptionsmitlclbewegung in Richtung Kontaktschicht in dem Maße, wie die Lösung auf der Oberfläche vom passierenden Gasstrom gebildet wird.

Dieser Abscheidepro/.eß ist möglich, bis die lonenkon/.entralion auf der Kontaktschicht des Sorptionskörpers im Dampfdruckglciehgewichl mit dem passierenden Gasstrom steht.

Eine Vorrichtung mit einem Sorptionskörper nach der Erfindung weist eine lange Standzeit auf und benötigt keine Energieversorgung. Das Abscheidevermögen pro Volumeneinheit ist außerordentlich hoch, insbesondere bei Verwendung eines geeigneten Trockenmittel. Durch die spezifisch großen Kontaktflächen in Verbindung mil dem sorbiertcn Flüssigkeitsfilm bictet der erfindungsgcmäßc Sorptionskörper auch ein erhebliches Abscheidungsvermögcn für feste, d. h. z. B. toxische oder radioaktive Verunreinigungen, die im Gasstrom

cnliuiltcn sein können.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung isl vorgesehen, daß die Kontaktschicht eine Fläche von etwa 2000 m²/m^J hat und eine gewellte Schicht eines Materials hohen kapillaren Leistungsvermögens aufweist, und die Speicherschicht vliesartig ist Die Strömungskanäle sind vorzugsweise so dimensioniert, daß sie nur einen geringen Durchflußwiderstand aufweisen.

Bei Sorptionskörpern für regenerative Entfeuchtungsvorrichtungen wird das Trockenmittel mit nur geringer Konzentration innerhalb der Struktur eines Trägermaterials, z. B. Asbestpapier, untergebracht, damit die Bildung eines Flüssigkeitsfilms vermieden wird. Bei der Erfindung hingegen wird das Trockenmittel, z. B. Lithiumchlorid. bis zur Übersättigung eingebracht, während die bekannten Sorptionskörper so dimensioniert werden, daß sie Flüssigkeiten erst bei relativer Luftfeuchtigkeit nahe der Sättigungslinic bile¹ ;n, kommt es beim erfindungsgemäßen Sorplion.skörper schon bei relativ niedriger Luftfeuchtigkeit zu einem Flüssigkeitsfilm.

Die Wellungen der Kontaktschicht bilden zum einen die Slrömungskanälc und dienen zum anderen der Festigkeit des Sorptionskörpers. Da die vliesartige Speicherschicht nur geringe Trageigenschaften hat. muß die Stabilität hauptsächlich von der Kontaktschicht gewährleistet sein. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die gewellte Schicht mit den ebenen, ebenfalls als Kontaktschicht wirkenden Randschichten verbunden isl.

Das Material für die Kontaktschicht des erfindungsgemäßen Sorptionskörpers soll ein hohes kapillares Leitungsvermögen besitzen und muß den Übergang des Trockenmittels aus der Spcicherschicht in das Gefüge der Kontaktschicht ermöglichen. Es ist zwar denkbar, hierfür die bekannten Materialien wie Asbest- oder Glasfaserpapier zu verwenden. Bevorzugt wird hingegen saugfähiges Papier, insbesondere Filterpapier mit entsprechender Fesligkeil. Filterpapier ist entschieden kostengünstiger als die bekannten Materialien und zeichnet sich durch eine bessere Saugfähigkeit aus. Bei gewellter Ausführung verleiht das Filterpapier dem Sorptionskörper darüber hinaus auch die erforderliche mechanische Festigkeit. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Kontaktschicht aus Filterpapier mit einer Dicke von etwa 0,3 mm besteht und die Speicherschichl eine Dicke von 2 mm hat.

Die vliesartige Speicherschicht hat die Aufgabe, möglichst viel Trockenmittel aufzunehmen. Sie kann aus den verschiedensten Materialien bestehen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor. daß die Speichcrschicht aus feinfaserigem viskosem Filz besteht.

Auch für das Trockenmittel sind verschiedene hygroskopische Substanzen geeignet. Bevorzugt als Trockenmittel werden Lithiumchlorid. Calciumchlorid oder eine Mischung aus beiden Salzen. Die Verwendung derartiger Trockenmittel in Verbindung mit anderen Enifcuchtungsvorrichtungcn ist indessen bekannt.

Line Enlfeuchtungsvorrichtung mit einem Sorptionskörper nach der F.rfindung kann wichtige wasserdampfcmpfindlichc Geräte und Pro/esse auch bei Ausfall der Energieversorgung, /.. B. in einem Katastrophenfall, über längere Zeit sicher bis an die Grenze der zulässigen Feuchte absichern. Im übrigen ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Sorpiionskörpers in keiner Hinsicht eingeschränkt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

I"ig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Sorptionskörper nach der Krfindung,

F i g. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vor-■i richtung mit einem Sorptionskörper nach der Erfindung. Fig.3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Sorptionskörper nach der Erfindung. Fig.4 zeigt einen Teil eines Sorptionskörpers im Schnitt für eine der Vorrichtungen nach den F i g. 1 bis 3.

lu In Fi g. 1 ist ein Gehäuse 10 in Form eines Kunststoffrohres vorgesehen mit einem axialen Gaseintrittsstutzen 11 im Deckel 12 und einem Gasaustrittsstutzen 13 in der Rohrwand. Das untere Ende des Rohrgehäuses 10 ist durch eine geeignete Kunststoffkappe 14 verschlos-

I^1-. sen.

Innerhalb des Rohrgehäuses 10 ist ein Sorptionskörper 15 angeordnet, der vertikale Strömungskanäle aufweist und auf dessen Aufbau weiter unten noch näher eingegangen wird. Unterhalb des Gasaustrittsstutzens 13 befindet sich ein konischer Trennboden 16 mit einer Durchtrittsöffnung 17 für Flüssigkeit 18, die sich in der Auffangkammer 19 sammelt.

In der Darstellung nach F i g. 2 sind die mit den nach F i g. 1 gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu F i g. 1 ist ein Gasaustrittsstutzen 113 koaxial zum Eintrittsstutzen 11 angeordnet und erstreckt sich durch die untere Kappe 14. Zwischen Sorptionskörper 15 und Gasaustrittsstutzen 113 ist eine Ablenkfläche 116, die verhindert, daß nach unten ausge-

Ji) tragene Flüssigkeit in den Gasaustrittsstutzen 113 gelangt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 sind wiederum die mit den nach F i g. 1 gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur Ausfüh-

r> rungsform nach F i g. 1 ist der .Sorptionskörper 215 spiralig auf ein zentrales Rohr 220 gewickelt, das durch den Deckel 12 hindurch nach außen tritt und für die Gasabfuhr sorgt. Ein Gaseintrittsstutzen 211 sitzt seitlich versetzt zum Rohr 220.

Die Fliissigkeitssammelkammern bei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 bis 3 können mit einem Ablaufstutzcn versehen werden, wie dies bei 20 in F i g. 1 und 221 in F i g. 3 dargestellt ist.

In Fig. 4 isl der Aufbau eines Sorptionskörpers, wie er bei den Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 3 zur Anwendung gelangt, deutlich erkennbar. Das Filtermaterial ist in Form einer Bahn gearbeitet, welche spiralig aufgewickelt ist. Jede Bahn, in F i g. 4 mit 300 bezeichnet, setzt sich zusammen aus einer ersten Kontaktschicht

so 301 aus gewelltem, saugfähigem Papier, z. B. Filterpapier, welche mit einer ebenen zweiten Kontaktschicht 302 aus gleichem Material verbunden ist sowie einer vliesförmigen Speicherschicht 303, z. B. feinfaseriges Viskosevlics. Beispielshalber sei erwähnt, daß die Speichcrschicht 303 eine Dicke von 2 mm und das Filterpapier eine Dicke von 0,3 mm haben kann. Ferner ist der Abstand /wischen den einzelnen Speicherschichten 303 etwa 4 mm.

Durch die gewellte Kontaktschicht 301 sind Strö-

w) mungskanäle 304 gebildet, welche bei den Sorptionskörpern der Ausführungsformen nach den Fig. I bis 3 vertikal verlaufen.

Vor dem Einsatz wird ein entsprechend F i g. 4 aufgebauter Sorptionskörper in eine gesättigte Lösung aus

h^r) geeignetem Trockenmittel, z. B. Lithiumchlorid. Calciumchlorid oder einer Mischung dieser beiden Salze getaucht, um eine übersättigte Beschichtung sämtlicher Schichten des Sorptionskörpcrs zu erreicher., d. h. eine

Aufnahme des Trockenmittels auch durch die Speicherschicht 303.

Das für die Kontaktschichten 30t, 302 dienende Filtermaterial ist saugfähig und hai demzufolge eine gute Kapillarleistung und eine entsprechende Ι-'cstigkcit. s Strömt nun mehr oder weniger feuchtes Gas durch die Strömungskanäle 304, beginnt die Absorption mit der kapillaren Aufnahme der Lösung in den Koniakischichten301,302. Der danach auf der Oberfläche sich bildende Flüssigkeitsfilm wird durch den passierenden Gasstrom und mit Unterstützung der Schwerkraft aus dem Sorptionskörper herausgeführt und im Auffangbehälter gesammelt.

Ein anderer Teil der Lösung gelangt durch Kapillarkräfte in die Speicherschicht 303 und löst dort eingelagertes Sorptionsmittel.

Durch unterschiedliche Sorptionsmittelkonzentration der Lösung in den Schichten ergibt sich eine Sorptionsmittelbewegung in Richtung der Kontaktschichten 301, 302 in dem Maße, wie Lösung auf der Oberfläche vom passierenden Gasstrom gebildet wird.

Der Abscheideprozeß ist möglich, bis die lonenkonzentration der Lösung auf den Kontaktschichten 301, 302 des Sorptionskörpers im Dampfdruckglcichgewicht mit dem passierenden Gasstrom steht. 2^rt

Bei der Ausführungsform nach F i g. I ist im übrigen noch ein Feuchtigkeitsindikator 21 im Gasaustriltsslutzen 13 angeordnet, der anzeigt, wenn die Feuchtigkeit im austretenden Gasstrom einen Mindestwert überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sorptionskörper für eine Vorrichtung zum Abscheiden von absorbierbaren Bestandteilen aus einem Gasstrom, der mindestens eine mit Austauschflächen versehene Schicht aufweist, in der nach unten verlaufende Strömungskanäle ausgebildet sind und die mit einem Absorbens imprägniert ist, d a durch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite der die Strömungskanälc (304) enthaltenden, als Kontaktschicht wirkenden Schicht (301,302) eine ein Absorbens enthaltende Spcicherschichl (303) angeordnet ist, die ein höheres kapillares Bindungsvermögen als die Kontaktschicht iuit und in der der Hauptteil des Absorbens untergebracht ist.

2. Sorptionskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (301,302) eine Fläche von etwa 2000 m²/m^J hat und eine gewellte Schicht (301) eines Materials hohen kapillaren Leistungsvermögens aufweist und die Speicherschicht (303) vliesartig ist

3. Sorptionskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellte Schicht (301) mit ebenen, ebenfalls als Kontaktschicht wirkenden Randschichten (302) verbunden ist.

4. Sorptionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (301, 302) aus Filterpapier mil einer Dicke von etwa 0,3 mm besteht und die Speichcrschicht (303) eine Dicke von etwa 2 mm hat.

5. Sorptionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichcrschicht aus feinfaserigem Viskoscfil/. besteht.

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