DE3115343C2 - Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern mit durchgehenden Strömungskanälen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern mit durchgehenden Strömungskanälen

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DE3115343C2
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Abstract

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, derart, daß zwischen den Schichten durchgehende Kanäle oder Durchlässe für die Mittel gebildet werden. Der Zellkörper wird aus Schichten aus Kunstfasern, die einen Fadendurchmesser von mindestens 3 und höchstens 20 Tausendstel eines mm haben und elastisch sind, aufgebaut. Die Fasern sind licht geschichtet, derart, daß, wenn die Zwischenräume zwischen den Fasern des aufgebauten Zellkörpers mit einem feinen Pulver ausgefüllt werden, dessen Körner mittels eines anorganischen Bindemittels miteinander verbunden werden, dieses Pulver ein sowohl in der Flächenerstreckung der Schichten als auch durch deren Querschnitt zusammenhängendes, tragendes Lager bildet, in dem die Fasern als Armierung enthalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der herzustellenden Zellkörper sind regenerative Austauscher für Wärme und/oder Feuchtigkeit zwischen zwei Gas-, vorzugsweise Luftströmen, die durch die Kanäle des Zellkörpers in voneinander getrennten Zonen hindurchgehen, wobei der Zellkörper und Ein- bzw. Auslässe für die beiden Ströme eine Relativbewegung zueinander ausführen, indem beispielsweise der Zellkörper in einem ortsfesten Gehäuse umläuft. Der Zellkörper ist aus dünnen Schichten zusammengesetzt, die ganz oder teilweise gewellt sind und sich an voneinander getrennten Stellen gegeneinander abstützen, so daß die durchgehenden Kanäle gebildet werden. Es ist bekannt, die dünnen Schichten aus Fasern wie Zellstoff oder Asbest herzustellen (DE-PS 11 41 430. DE-AS 12 99 665). und zur Erzielung der nötigen festigkeit die dünnen Schichten mit anorganischen Bindemitteln, wie verschiedenen Silikaten, zu imprägnieren, womit die Schichten auch schwer entflammbar gemach; werden. Von einem derartigen Stand der Technik ist ausgegangen. '\uch cl.is Imprägnieren mit verschiedenen Har/sortcn ist bekannt. Ferner ist es bekannt, clic Sehichu ί mit hygroskopischen Mitteln zu versehen, wenn beispielsweise Feuchtigkeit aus dem Luftstrom entfernt werden soll.
Infolge der Struktur des Asbestpapiers, die aus Fasern unterschiedlichster Durchmesser und insbesondere aus äußerst feinen Fasern zusammengesetzt ist, läßt sich bei der Herstellung der dünnen Schichten eine Verfilzung der Fasern in der Weise erzielen, daß trotz eines zwischen den Fasern vorhandenen Porenraumgehaltes, der beispielsweise 60 bis 80% des Gesamtpapiervolumens sein kann, die zur Erzielung der Festigkeit imprägnierten Schichten für Luft bzw. Gas im wesentlichen undurchlässig sind. Die Verwendung von Asbestpapieren stößt aber auf Bedenken wegen gesundheitlicher Schaden, wenn sehr kleine Faserbestandteile vom Luftstrom mitgetragen und eingeatmet werden.
Ferner ist es bekannt. Zellkörper auch aus Kunststoffoder Aluminiumfolie oder auch aus Schichten von keramischen Werkstoffen auszuführen. Bekannte Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern finden sich auch in der DT-PS 21 27 138 und DT-PS 26 27 503.
Zur Herstellung von Filterpapieren ist es auch bekannt (DE-OS 22 64 258), auf ein Faservlies ein Elastomer aufzusprühen und dann Aktivkohle bis zu 60% des Gesamtgewichtes des Endprodukte? aufzustreuen und das Gebilde anschließend bei erhöhter Temperatur zu verpressen. Hier handelt es sich um die Herstellung eines Filters, das eine große Porosität aufweisen soll und bei dem die Einlagerung von Aktivkohle zu Sorptionszwecken, beispielsweise zur Geruchsbindung erfolgt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit dem unter Vermeidung von Faserschichten, die zu Gefahren vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes und der Gesundheit führen. Zellkörper hergestellt werden können, die unschädlich sind, aber in ihren vorteilhaften Eigenschaften mit bekannten Zellkörpern vergleichbar sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführ ten Merkmale gelöst.
Glasfaserpapiere, die für die im Patentanspruch 1 genannten dünnen Schichten verwendet werden können, sind an sich bekannt. Im Gegensatz zu den aus äußerst feinen Faserbündeln zusammengeseizten Asbestfaserpapieren, sind die Glasfasern unifilar. Daher werden bestimmte Faserdurchmesser ausgewählt, so daß einerseits alle Gefahren vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes und der Gesundheit durch Einatmen von feinsten in der Luft schwebenden Faserteilchen vermieden
so sind, und andererseits das Wellen dei Schichten noch möglich ist. Die Fasern sind nämlich eigenelastisch und niciit formbar, wenn Fasern mit zu großen Durchmessern verwendet werden. Die Fasern lassen sich auch nicht wie Zellstoff- oder Asbestfasern miteinander verfilzen. Die Faserstruktur weist deshalb offene Zwischenräume zwischen den Fasern auf, da die Verteilung der Fasern in dem Papier verhältnismäßig licht wird und es undicht macht, so daß Gas durch das Papier hindurchtreten kann.
öo Somit erfolgt nach dem Wellen der Schichten und Fixieren der Wellenstruktur durch Verbinden einer gewellten Schicht mit einer anderen Schicht ein Ausfüllen der genannten Zwischenräume mit einem feinen Pulver, dessen Bestandteile mittels des anorganischen Binde-ίο mittels miteinander verbunden werden, so daß das Pulver in der Schicht eingebettet ist, d. h.. ein sich über den Querschnitt der dünnen Schichten zusammenhängendes, tragendes Bett bildet, in dem die Fasern als Annie
rung enthalten sind.
Das Wellen der Schichten wird also vorgenommen, bevor die Aufnahme des Füllmaterials erfolgt, so lange die Schicht also hauptsächlich nur aus Fasern besteht. Würde man nämlich das Füllmittel im voraus zuführen, wie dies bei Zellstoffpapier geschieht, so würden die Schichten in der Wellmaschine zerbrechen. Allerdings kann eine begrenzte Menge Füllmittel in den Schichten in gewissen Fällen auch vor dem Wellen vorhanden sein.
Den gewellten Schichten bzw. einem aus einem oder mehreren Einzelelementen) hergestellten Zellkörper wird das Pulver in solcher Menge zugeführt, daß man eine ungewöhnlich gute Starrheit und mechanische Festigkeit bzw. Formbeständigkeit und im übrigen alle die Eigenschaften erhält, die für den einwandfreien Betriebseinsatz solcher Zellkörper erforderlich sind.
Die Fasern sind auf künstlichem Weg, aus Mineralwolle, Glas- oder Schlackenwolle, hergestellt. Die Schichten erhalten eine Stärke von 0,1— 0,25 mm. Der Durchmesser der unifilaren Fasern liegt vorzugsweise innerhalb der Grenzen 5— 10/1000 mm. während ihre Längesich auf 5— 15 mm belaufen kann.
Das Gewicht der Schichten soll 15— 60 g/m2 betragen und am besten innerhalb der Grenzen 20 und 40 g/m2 liegen. Infolge der lichten Teilung der Mineralfasern wird das Volumen der Fasern im Verhältnis zu dem Volumen der Schicht gering, und beträgt ledigilich 5- 15%.
Ein Zellkörper für z. B. einen regenerativen Austauscher wird dadurch hergestellt, daß je eine ebene und eine gewellte Bahn von Glasfaserpapier mittels Leim in einer Wellmaschine zu einer sog. Einzelelement-Bahn verbunden werden, die dam. spiralförmig zu einer zylindrischen Rolle oder einem flo'or von im voraus bestimmtem Durchmesser aufgewicke . wird, wobei die Bahnen auch untereinander mittels des Leims fest verbunden werden. Man erhält hierdurch einen Zellkörper mit von der einen Flachseite des Rotors zu dessen anderer Flachseite durchgehenden parallelen Kanälen oder Durchlässen, die in seitlicher Richtung durch die Benihrungsstellen zwischen den Schichten voneinander getrennt sind. Als Bindemittel zwischen den Folien an deren gemeinsamen Berührungsstellen kann ein gegebenenfalls wärmehärtbares organisches Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, zur Anwendung kommen oder in gewissen Fällen auch ein anorganischer Leim, wie Wasserglas.
Nachdem ein Zellkörper aus Glasfaserpapier in der vorbeschriebenen Weise hergestellt worden ist, werden die Schichten mit einem Pulver gefüllt, das einerseits die Aufgabe hat, den Zellkörper zu versteifen und ihm mechanische Festigkeit zu geben und andererseits die Schichten in der Querrichtung dicht zu machen. Das Pulver hat die weiteren Aufgaben, die für die beabsichtigte Ausbeute zwischen den beiden Strömungs-Mitteln aktiven Oberflächen zu vergrößern und im übrigen den Wirkungsgrad des Austauscherkörpers, z. B. seine 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% größer sein als das Gewicht der Faserschichten im Zellkörper.
Das Füllmittel kann, wenn der Zellkörper in Feuchtigkeitsaustauschern zur Trocknung eines Luftstroms zur Anwendung kommen soll, hygroskopische Eigenschaften besitzen, wie es mit Molekularsieben beispielsweise der in der DE-I'S 21 27 138 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 Schichten durch Tränkung mit einer Aufs schwemmung in einer Flüssigkeit wie Wasser zugeführt, wonach der Zellkörper getrocknet wird. Er hat nun eine Festigkeit, die gerade ausreicht, um die Tränkung mit einem oder mehreren Bindemittel zu ermöglichen, die die Pulverteilchen miteinander und mit den Fase ti verbinden. Beispiele für derartige Bindemittel sind Wasserglas, das dann in Wasser nicht lösliche Form durch Behandlung mit u. a. Kohlendioxyd nach Maßgabe der DE-PS 21 03 636 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 gewohnlich 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 DE-PS 15 25 571 ersichtlich, ausgebrannt werden.
Das Fülimittel in dem Zellkörper 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 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 03— 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 Schichten gebildet ist, die ebene Schicht eine größere Stärke erhält als die
so gewellte. Hierdurch wird erzielt, daß die ebene Schicht mehr Füllmittel enthält oder aufnimmt und somit die gewünschte Menge von Füllmittel innerhalb eines gegebenen Gesamtvolumens erhältlich ist.
Beispiel
Zur Herstellung eines Rotors wurde Glasfaserpapier verwendet, das aus Glasfasern mit einem mittleren Durchmesser von 6,3/1000 mm zusammengesetzt war.
Das Papier hatte eine Stärke von 0,2 mm. Zwei Papierbahnen mit einer Breite von 20 cm wurden in an sich 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
b5 sog. Einzelelement-Bahn miteinander fest verbunden. Danach wurde die Bahn mit einer Wicklung auf der anderen zu einem zylindrischen Rotor gewickelt, wobei die einzelnen Lagen an der gewellten Schicht rniteinan-
der fest verbunden wurden, und zwar vorzugsweise durch Verleimung. Der auf diese Weise erhaltene Rohling hatte ein Volumengewicht von 50 kg/m3. Eine wässerige Aufschwemmung eines feinen Pulvers von Molekularsieb wurde den Schichten in solcher Menge zügeführt, daß das Gewicht des Rotors nach Wegkochen des Wassers ein Volumengewicht von 120 kg/m3 hatte, d. h. die Schichten in sich eine Pul vermenge aufgenommen hatten, die wesentlich größeres Gewicht hatte als das Eigengewicht der Glasfaserschichten. Als nächste Behandlungsstute folgte die Stabilisierung der Pulverfüllung in der Faserstruktur, was durch Zusetzen von Wasserglaslösung in der Form von Natriumsiliziumoxyd in Wasser bewirkt wurde. Durch Behandlung mit Kohlendioxyd, wie im DE-PS 21 03 636 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 beseitigt, wie weiter oben bereits erläu- B
tert wurde. Das schließliche Volumengewicht des Ro- I,
tors belief sich auf 160 kg/m3. |
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 größer und vorzugsweise wesentlich größer als das Volumen der Glasfasern im Querschnitt des Papiers. 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 seitliche/ Richtung voneinander getrennt.
Das Füllmittel kann bei einem gemäß den vorstehenden Angaben ausgeführten Rotor pulverige Aktivkohle in einer Menge von 75— 150 kg/m3 sein. Die Menge an Aktivkohlepulver kann also mehrfach größer sein als das Gewicht der Fasern.
Die Pulvermenge kann so groß sein, daß die getränkte Schicht iicker wird als die ursprüngliche Fasertragschicht und also dicker als die Stärke der Fasern. Auch in einem solchen Fall wird nach Stabilisierung des 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 Zellkörper hindurchgeht.
Auch wenn die Weü'ing der Schichten und ihre Zusammenfügung miteinander zu dem Einzelelement vorzugsweise vorgenommen wird, bevor das Papier zum Aufnehmen von Füllmaterial gebracht wird, können doch begrenzte Mengen von Füllmaterial in gewissen Fällen in dem Papier vor dessen Behandlung vorhanden sein.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    ί. Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern mit durchgehenden Strömungskanälen für den Durchtritt zweier Strömungsmittel, bei dem dünne Schichten aus anorganischen Fasern hergestellt werden, jeweils eine Schicht gewellt und mit einer ebenen Schicht zu einem Einzelelement verbunden wird und die Einzelelemente so miteinander verbunden werden, daß die Wellungen mit den angrenzenden Schichten die Strömungskanäle bilden, und bei dem die Schichten nach dem Bilden der Einzelelemente mit einem anorganischen Bindemittel imprägniert werden und das Bindemittel verfestigt wird, d a durch gekennzeichnet, daß als Fasern für die dünnen Schichten Kunstfasern mit einem Durchmesser von mindestens 3/1000 mm und höchstens 20/1000 mm verwendet werden und daß die Zwischenräume zwischen den Fasern mit einem feinen Pulver so ausgefüllt werden, daß das Pulver nach dem Verfestigen des Bindemittels in der Schicht eingebettet ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die dünnen Schichten ein Material mit einem Flächengewicht von 15 bis 60, vorzugsweise zwischen 20 und 40 g/m2 und einer Stärke von 0,1 bis 0,25 mm verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver verwendet wird, das hygroskopisch ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine Xieselverbindung, wie ein Oxyd oder ein Silikat verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die ebenen Schichten dickeres Material als für die gewellten Schichten verwendet wird.
DE3115343A 1980-04-25 1981-04-15 Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern mit durchgehenden Strömungskanälen Expired DE3115343C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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