DE3115343A1

DE3115343A1 - Verfahren zur herstellung von zellkoerpern fuer beeinflussung eines mittels durch ein anderes mittel

Info

Publication number: DE3115343A1
Application number: DE19813115343
Authority: DE
Inventors: Bertil 19171 Sollentuna Lundin; Öivind 14300 Vårby Moklint; Håkan 17540 Järfälla Vangbo
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1982-02-18
Also published as: FR2481193B1; DK153308B; JPH0141374B2; GB2077316A; US4391667A; DK153308C; GB2077316B; DK181581A; CA1168142A; IT8121375A0; BE888548A; JPS56166918A; SE8003175L; SE436628B; IT1137056B; DE3115343C2; FR2481193A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern für Beeinflussung eines Mittels durch ein anderes Mittel, von denen mindestens das eine ein Gas ist. Derartige Zeil- oder Kontaktkörper sind auf einem wichtigen Anwendungsgebiet der Erfindung dazu vorgesehen, einen wesentlichen Bestandteil von regenerativen Austauschern für Wärme und/oder Feuchtigkeit zwischen zwei Gas-, vorzugsweise Luftströmen zu bilden, die durch den Zellkörper in voneinander getrennten Zonen hindurchgehen, während der Zellkörper und Ein- und Auslässe für die beiden Mittel eine Relativbewegung zueinander ausführen, z.B. dadurch, dass der Zellkörper in einem ortsfesten Gehäuse umläuft.. Der Zeil- oder Wabenkörper ist aus dünnen Schichten zusammengesetzt, die ganz oder teilweise gefaltet und danach dazu gebracht werden, sich an voneinander getrennten Stellen gegeneinander abzustützen, so dass durchgehende Kanäle oder Durchlässe gebildet werden.

Die Schichten waren bisher beispielsweise auf faserigem Papier aus Zellstoff, Asbest u.dgl. gefertigt, das, um die erforderliche Festigkeit zu erhalten, getränkt wurde, wofür man verschiedene Harzsorten und auch, um die Schichten schwer brennbar zu machen, anorganische Stoffe verwendet hat. Wenn es sich um Entfernen eines Bestandteils aus dem einen Mittel, wie beispielsweise Feuchtigkeit aus Luft, handelt, ist es auch schon bekannt, die Schichten mit Stoffen zu tränken, die die gewünschte Eigenschaft, wie Hygroskopizität, besitzen, Ferner ist es bekannt, Kontakt- oder Zellkörper aus Kunststoff- oder Aluminiumfolie oder auch aus Schichten von keramischem Werkstoff auszuführen.. Beispiele von Veröffentlichungen, wo diese bekannten Verfahren beschrieben werden oder zur Anwendung kommen, sind die DT-PS 1 141 430, DT-AS 1 299 665, DT-PS 2 127 138 und DT-PS 2 627 503.

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Man hat auch versucht, Zeil- oder Wabenkörper aus. anorganischen Kunstfasern bzw. mineralischen Fasern, wie z.B. Glaswolle, zu fertigen. Derartige Fasern sind zum Unterschied von den aus Bündeln von äusserst feinen Fasern, sog. Fibrillen, zusammengesetzten Asbestfasern unifilar, weswegen man die Möglichkeit hat, einen Faserdurchmesser zu wählen, bei dem alle Gefahren vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes und der Gesundheit durch Einatmen von feinsten, in der Luft umherschwebenden Faserteilchen ausgeschaltet sind. Zugleich werden jedoch die Faserschichten durch den grossen Faserdurchmesser schwerhandhabbar, weil die Fasern elastisch sind und nicht weich werden, wenn sie in wässeriger Aufschwemmung auf das Siebtuch einer Nassmaschine gelangen. Die Fasern lassen sich nicht miteinander verfilzen wie etwa Zellstoff- oder Asbestfasern. Die Faserstruktur wird daher undicht mit offenen Zwischenräumen zwischen den Fasern. Nun hat es sich jedoch herausgestellt, dass aus unifilarer Mineralwolle ein Zeil- oder Wabenkörper hergestellt werden kann, der aussergewöhnlich gute Eigenschaften in Bezug

auf Formbeständigkeit und Festigkeit sowie Leistungsfä iigkeit und Wirkungsgrad, z.B. bei übertragung von Wärme und auch Feuchtigkeit zwischen zwei Luftströmen, aufweist. Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Zellkörper aus Schichten von Kunstfasern, wie z.B. Glasfasern, aufgebaut wird, die einen Fade η durchmesser von mindestens 3 und höchstens 20 Tausentstein eines mm haben und elastisch sowie licht geschichtet sind, derart, dass, wenn die Zwischenräume zwischen den Fasern in dem aufgebauten Zellkörper mit einem feinen Pulver ausgefüllt werden, dessen Körner mittels eines anorganischen Bindemittels miteinander verbunden werden, es ein über sowohl die Flächenerstreckuftg der Schichten als durch deren Querschnitt zusammenhängendes tragendes Lager bildet, in dem die Fasern als Armierung enthalten sind.

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Da sich die Glasfasern in einer Nassmaschine nicht zu einem zusammenhängenden Bogenrohl ing in derselben Weise verfilzen lassen wie die Zellstoff- oder Asbestfasern, ist die Folge, dass die Verteilung der Fasern in dem Papier verhältnismässig licht wird und es undicht macht, so dass ein gasförmiges Mittel ziemlich unbehindert durch das Papier hindurchzudringen vermag. Ein solches Papier ist ungeeignet in z.B. einem regenerativen Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher der eingangs angegeben Bauart, wo jedes Mittel für sich durch die Durchlässe oder Kanäle des Zellkörpers ohne Vermischung mit dem anderen Mittel strömen sol I.

Die Faltung oder Wellung der Glaswollepapiere und Zusammenfügung miteinander zu der vorgesehenen Zellen- oder Wabenstruktur kann gemä'ss der Erfindung vorgenommen werden, bevor das Papier selbst dazu gebracht wird, irgendwelches Füllmaterial aufzunehmen, solange es also zur Hauptsache nur aus Fasern besteht. Würde man nämlich das Glaswollepapier ini voraus mit dem vorgesehenen FUl 1 mittel ("Filier") fertigstellen, wie es mit Zellstoffpapier geschieht, würde das Papier in der Wellmaschine zerbrechen. Dagegen hat man gemäss der Erfindung die Möglichkeit, in dem fertigen ZeI1körperrohling der Faserstruktur Pulver irr solcher Menge zuzuführen, dass der Zeilkörper ungewöhnlich gute Starrheit und mechanische Festigkeit bzw. Formbeständigkeit und im übrigen alle die Eigenschaft erhält, die für den einwandfreien Betriebseinsatz des ZeI!körpers erforderlich sind.

Das Faserpapier enthält gemäss der Erfindung auf künstlichem Weg, z.B. durch Strangpressen, hergestellten Fasern aus Mineralwolle, wie Glas- oder Schlackenwolle. Das Papier oder die Folie erhält eine Stärke von 0,1 0,25 mm. Der Durchmesser der unifilaren Faser liegt vorzugsweise innerhalb der Grenzen 5-10 Tausentstel eines mm, während ihre Länge sich auf 5-15 mm belaufen kann.

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2 Das Gewicht des Papiers soll 15-60 g/m betragen und

2 am besten innerhalb der Grenzen 20 und 40 g/m liegen.

Infolge der lichten Teilung der Mineralfasern wird das Volumen der Fasern im Verhältnis zu dem Volumen des Papiers gering, und beträgt lediglich 5-15 %.

Ein Zeil- oder Wabenkörper für z.B. einen regenerativen Austauscher wird zweckmässig dadurch hergestellt, dass abwechselnd je eine ebene und eine gewellte Bahnen von Glasfaserpapier zunächst mittels Leim in einer WeIlmaschine miteinander zu einer sog. Einzelwel1-Bahn verbunden werden, die dann spiralförmig in Wicklung auf Wicklung zu einer zylindrischen Rolle oder einem Rotor von im voraus bestimmtem Durchmesser gewickelt wird, wobei die Lagen aus Einzelwel1 bahn auch untereinander mittels des Leimstoffs miteinander -fest verbunden werden. Man erhält hierdurch eine Struktur mit von der einen Flachseite des Rotors zu dessen anderer Flachseite durchgehenden parallelen Kanälen oder Durchlässen, die in seitlicher Richtung durch die Berührungsstellen zwischen den Schichten oder Folien voneinander getrennt sind. Als Bindemittel zwischen den Folien an deren gemeinsamen Berührungsstellen kann ein gegebenenfalls wä-rmehärtbares organisches Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, zur Anwendung kommen oder in gewissen Fällen auch ein anorganischer Leimstoff, wie Wasserglas.

Nachdem ein ZeI 1 kb'rperrohl i ng aus Glasfaserpapier in der vorbeschriebenen Weise hergestellt worden ist, wird die Schicht- oder FoI iens.truktur mit einem Pulver gefüllt, das einerseits zur Aufgabe hat, den Körper zu versteifen und ihm mechanische Festigkeit zu geben und andererseits die Schichten oder Folien in der Querrichtung dicht zu machen. Als weitere Aufgaben hat das Pulver die für die beabsichtigte Ausbeute zwischen den beiden Mitteln aktiven Oberflächen zu vergrössern und im übrigen den Wirkungsgrad des Austauscherkörpers, z.B. seine

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Leistungsfähigkeit beim Trocknen, zu verbessern. Das Pulver muss wegen des grossen Abstandes der Fasern des Papiers voneinander in grösserer Menge als dem Eigengewicht der Papierschichten zugeführt werden. Das Pulvergewicht soll somit mindestens 25% bis 40% grosser sein als das Gewicht der Faserschichten im Austauscherkörper.

Das Füllmittel kann, wenn der Zellkörper in Feuchtigkeitsaustauschern für Trocknung eines Luftstroms zur Anwendung kommen soll, hygroskopische Eigenschaften besitzen, wie es mit Molekularsieben beispielsweise der in der DT-PS 2 127 138 beschriebenen Art, Kieselsäuregel oder Aluminiumhydroxyd oder einem Gemisch von ihnen der Fall ist. Der Füllstoff kann jedoch auch wenigstens teilweise Kaolin o.dgl. sein. Das Füllmittel wird den Folieschichten durch Tränkung mit einer Aufschwemmung in einer Flüssigkeit wie Wasser zugeführt, wonach der Körper getrocknet wird. Er hat nun eine Festigkeit, die gerade ausreicht, um Tränkung mit einem oder mehreren Stoffen zu ermöglichen, die die Pulverteilchen miteinander und mit den Fasern verbinden. Beispiele für derartigen Stoffe sind Wasserglas, das dann in Wasser nicht lösliche Form durch Behandlung mit u.a. Kohlendioxyd nach Massgabe der DT-PS 2 103 636 gebracht wird. Das Wasserglas kann auch zu Reaktion mit einem Stoff, wie einem Salz wie z.B. Calciumchlorid, gebracht werden, wodurch ein unlösliches Silikat als Enderzeugnis erhalten wird. Damit das Enderzeugnis völlig unbrennbar, d.h. von organischen Bindemitteln befreit wird, die bei dem Zusammenbinden der Fasern miteinander zu den Schichten (und zwar gewöhnlich in einer Menge von rund 10 Hundertteilen) und gegebenenfalls beim Aufbau des Zellkörpers verwendet worden sind, kann es in an sich bekannter Weise, wie z.B. aus der DT-PS 1 525 571 ersichtlich, ausgebrannt werden.

Das Füllmittel in der Folienstruktur kann aus Aktivkohle oder aus Pulver anderer organischer Stoffe, wie polymerer Adsorbentien, bestehen, insbesondere in dem Fall, wo die Zellkörper zum Reinigen von Gas, in

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erster Linie Luft, von gasförmigen Verunreinigungen benutzt werden sollen.

Die Kanäle oder Durchlässe, die in dem Zellkörper oder Rotor von den Faserschichten gebildet werden, haben in an sich bekannter Art einen kleinen Querschnitt. So kann der Mittelabstand zwischen den Schichten kleiner als 3 mm, wie 0,5 - 1,5 mm, sein. Wenn dann jede zweite Schicht eben und jede dazwischen liegende zweite Schicht gewellt ist, bedeutet dies, dass der Abstand oder die Teilung zwischen den ebenen Schichten kleiner als 6 mm und vorzugsweise 1 - 3 mm ist.

Da die Stärke des Glasfaserpapiers innerhalb gewisser Grenzen liegen muss, um, wie bereits oben erwähnt, gewellt werden zu können, kann die erhaltene Struktur ein zu kleines Aufnahmevolumen für Füllmittel aufweisen, um bei gewissen Nutzanwendungen gewünschte Eigenschaften zu besitzen. Diese Schwierigkeit lässt sich nun bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch ausräumen, dass, sofern die Struktur aus abwechselnd ebenen und gewellten Folieschichten gebildet ist, die ebene Folienschicht eine grössere Stärke erhält als die gewellte. Hierdurch wird erzielt, dass die ebene Schicht mehr Füllmittel enthält oder aufnimmt und somit die gewünschte Menge von Füllmittel in der Struktur innerhalb eines gegebenen Gesamtvolumens erhältlich ist. BEISPIEL

Zur Herstellung eines Rotors wurde Glasfaserpapier verwendet, das aus Glasfasern mit einem mittleren Durchmesser von 6,3 Tausentstein eines mm zusammengesetzt war.

Das Papier hatte eine Stärke von 0,2 mm. Zwei Papierbahnen mit einer Breite von 20 cm wurden in ansich bekannter Weise, nachdem die eine Bahn zu einer Wellenhöhe von 2 mm gewellt worden war, mittels eines Leimstoffs in der Form von ■ Polyvinylalkohol zu einer sog. Einzelwel1-Bahn miteinander fest verbunden. Danach wurde die Einzelwel1-Bahn mit

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einer Wicklung auf der anderen zu einem zylindrischen Rotor gewickelt, wobei die einzelnen Wicklungslagen an dem gewellten Bahnteil miteinander fest verbunden wurden, und zwar vorzugsweise durch Verleimung. Der auf diese Weise erhaltene Rohling hatte ein Voluniengewicht von 50 kg/m · Eine wässerige Aufschwemmung eines feinen Pulvers von Molekularsieb wurde den Faserschichten in solcher Menge zugeführt, dass das Gewicht des Rotors nach Wegkochen des Wassers ein Volumengewicht von 120 kg/m hatte, d.h. die Schichten in sich eine Pulvermenge aufgenommen hatten, die wesentlich grösseres Gewicht hatte als das Eigengewicht der Glasfaserschichten. Als nächste Behandlungsstufe folgte die Stabilisierung der PulverfUl lung in der Faserstruktur, was durch Zusetzen von Wasserglaslösung in der Form von Natriumsiliziumoxyd in Wasser bewirkt wurde. Durch Behandlung mit Kohlendioxyd, wie im DT-PS 2 103 636 beschrieben, wurde dann Siliziumoxyd gefällt, das nach Erhitzung des Rotors auf 350⁰C oder mehr in festen, in Wasser unlöslichen Zustand überführt wurde, wonach die Rotorstruktur die erforderliche mechanische Festigkeit aufwies. Bei dieser Erhitzung wurden organische Bestandteile in dem Zellkörper beseitiqt, wie weiter oben bereits erläutert wurde. Das sch!iessliche Volumengewicht des Rotors belief sich auf 160 kg/m .

Da man annehmen kann, dass das spezifische Gewicht des Pulvers ungefähr ebenso gross ist wie das der Glasfasern, wird gemäss den vorstehenden Ausführungen die volumenmässige Menge von Pulver grosser und vorzugsweise wesentlich grosser als das Volumen der Glasfasern im Querschnitt des Papiers oder der Folie. Die Menge an Pulver muss mit Rücksicht auf die lichte Verteilung in dem Papier so gross bemessen werden, dass die Schichten praktisch undurchdringlich für Gas werden. Hierdurch werden die einzelnen Kanäle oder Durchlässe im Rotor in seitlicher Richtung voneinander getrennt.

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Das Füllmittel kann bei einem getnäss den vorstehenden Angaben ausgeführten Rotor pulverige Aktiv-

3 kohle in einer Menge von 75-150 kg/m sein. Die Menge an Aktivkohlepulver kann also mehrfach grosser sein als das Gewicht der Fasern.

Die Pulvermenge kann so gross sein, dass die getränkte Schicht dicker wird als die ursprüngliche Fasertragschicht und also dicker als die Stärke der Fasern. Auch in einem solchen Fall wird nach Stabilisierung d-es Pulvers und Festverbindung der Pulverteilchen ein zusammenhängendes Lager des Pulvers in der Querrichtung der Schicht geschaffen, in dem die Fasern als zentrale Armierung enthalten sind.

Die Erfindung ist auch anwendbar bei Katalysatorträgern und ähnlichen Gebilden, bei denen nur ein Mittel durch den Körper hindurchgeht.

Auch wenn die Wellung oder Faltung der Glaswollepapiere und ihre Zusammenfügung miteinander zu der Einzelwell-Bahn vorzugsweise vorgenommen wird, bevor das Papier zum Aufnehmen von Füllmaterial gebracht wird, können doch begrenzte Menge von Füllmaterial in gewissen Fällen in dem Papier vor dessen Behandlung gemäss der Erfindung vorhanden sein.

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Claims

Patentanwalt· pkfng. H. Hauck uixi..P.ny*. W- Schmitz EJipl.-l-ng. -E.Graalf« 3115343 Dipl. Ing. W. Wehnelt Dr.-Ing. W. Döring AB CARL MUNTERS, Mozartatraße 23 Industrivägen 2 8000 MunchM * S-I91 47 Sollentuna München, 14.April 1981 Anwaltsakte: M-5453 Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern für Beeinflussung eines Mittels durch ein anderes Mittel. Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern für Beeinflussung eines Mittels durch ein anderes Mittel mit Hilfe von dünnen Schichten aus anorganischen Kunstfasern, die ganz oder teilweise gewellt und dazu gebracht werden, sich an voneinander getrennten Stellen gegeneinander abzustützen und zwischen sich durchgehende Kanäle oder Durchlässe für die Mittel zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellkörper aus Schichten aus Kunstfasern aufgebaut wird, die einen Fadendurchmesser von mindestens 3 und höchstens 20 Tausentstein eines mm haben und elastisch sowie licht geschichtet sind, derart, dass mit den Zwischenräumen zwischen den Fasern in dem Zellkörper mit einem feinen Pulver ausgefüllt, dessen Körner mittels eines anorganischen Bindemittels miteinander verbunden werden, dieses Pulver ein sowohl in der Flächenerstreckung der Schichten als auch durch deren Querschnitt zusammenhängendes Lager bildet, in dem die Fasern als Armierung enthalten sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Zellkörper aus Papierschichten aufgebaut wird, wobei das Papiergewicht in den Schichten je m² 15-60 g und vorzugsweise zwischen 20 und 40 g beträgt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschichten eine Stärke von 0,1 - 0,25 mm haben.

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•4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Pulvers eine -Grosse hat, die ebenso gross wie das Gewicht der Fasern und am besten 20 - 50 % grosser ist.