DE3783688T2 - Gewellte packung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Techniken zum Begünstigen der Austauschprozesse zwischen zwei Fluiden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Packungselemente und Packungsanordnungen zur Verwendung in Austauscherkammern, wie sie beispielsweise bei Massentransfer- oder Wärmetauschprozessen benutzt werden.
• Viele kommerzielle chemische und andere Prozesse beinhalten Massentransfer oder Wärmetausch und verwenden gepackte Säulen oder Kammern zur Ausführung dieser Schritte. Derartige Prozesse können Destillation, Adsorption und Desorption, Gasreinigung und -trocknung und diverse biologische Prozesse beinhalten, wie beispielsweise Filtrierung. Zwei Fluide, üblicherweise ein Gas und eine Flüssigkeit (obwohl auch zwei Flüssigkeiten benutzt werden können) werden in einer Kammer miteinander gemischt, typisch als Gegenstrom-Strömungen, wobei die beiden Fluide sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der gleichen Strömungsachse bewegen. In einem Mitstromsystem bewegen sich die beiden Fluide im wesentlichen in gleicher Richtung entlang einer einzelnen Strömungsachse; eine Querstromeinrichtung weist zwei sich entlang kreuzender Strömungsachsen bewegende Fluide auf.
• Die Massentransferraten und/oder die Reaktionsraten der Prozesse nehmen mit zunehmender Größe des wirksamen Oberflächenbereiches zu, der durch die Flüssigkeit innerhalb der Kammer benetzt werden kann und über den sich die beiden Fluide dann berühren können. Packungselemente werden in die Kammer gebracht, um die Größe des für diese Berührung zur Verfügung stehenden Oberflächenbereiches zu erhöhen. Ein Typ von Packungssystem, das benutzt worden ist, beinhaltet einen Mehrlagenaufbau von parallelen, gefalteten Materialbahnen.
• Die Materialbahnen bestehen im allgemeinen aus gewebten oder soliden Bahnen und worden miteinander derart in Kontakt gebracht, dar die Faltungen oder Kanten und Hohlteile in einem Winkel zur allgemeinen Strömungsrichtung ausgerichtet sind, während die Materialbahnen selbst in Ebenen parallel zu einer derartigen Richtung angeordnet sind. Folglich wird die Fluidströmung von der allgemeinen Strömungsrichtung abgelenkt, was in einer nicht-gleichförmigen Verteilung einer Flüssigkeit an diversen Punkten entlang des allgemeinen Strömungswegs resultiert. Eine derartige Nicht- Gleichförmigkeit kann ein ernster Nachteil in einem Austauschprozeß sein, in dem eine gleichförmige Verteilung wesentlich ist, wenn eines der Fluide ein Gas ist.
• Ein weiterer Nachteil bei den Packungselementen mit gefalteten Materialbahnen beruht auf der Tendenz einer Flüssigkeit, die Faltungen hinabzufließen anstatt sie gleichmäßig zu bedecken, während sie von Faltung zu Faltung fließt. Solch eine "Kanalbildung" kann den Austauschwirkungsgrad wegen der geringen Mischung der Fluide und der reduzierten Berührungsfläche erheblich herabsetzen.
• Beispiele von bekannten Packungselementen mit gefalteten Material bahnen sind in der US-A-46004247 offenbart. Ein Typ eines derartigen, dort gezeigten Pakkungselements, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, umfaßt eine gefaltete Materialbahn mit wenigstens einem Schlitz und eine dazugehörige Lasche, die mit der Materialbahn an den Enden des Schlitzes verbunden ist, wobei die Lasche vom Schlitz weg ragt.
• Es wäre vorteilhaft und wünschenswert, wenn man eine Packungstechnik zur Verfügung hätte, die die Möglichkeit der Berührung zwischen den beiden Fluiden in einem Austauschprozeß begünstigt, indem man die Kanalbildungseffekte der Flüssigkeitsströmung reduziert, die benetzte Oberfläche für die Fluid-Fluid-Berührung vergrößert, den Widerstand der Gasströmung reduziert und allgemein die Vermischung und die gegenseitige Berührung zwischen zwei Fluiden im Austauschprozeß fördert. Die vorliegende Erfindung schafft eine Technik zum Erreichen dieser Ziele.
• Die US-A-3158527 offenbart gefaltete Materialbahnen mit wenigstens einem Schlitz und einer dazugehörigen Lasche, die mit der Materialbahn am Ende des Schlitzes verbunden ist, wobei die Lasche vom Schlitz weg ragt und wobei der Schlitz und die dazugehörige Lasche eine Faltkante spreizen, indem die Lasche in die Hohlseite der Faltung hineinragt, und daß die entgegengesetzten Enden der Lasche jeweils versetzt gegenüber der Lasche an der Faltkante angeordnet sind. Diese gefalteten Materialbahnen können aus Pappkarton gebildet sein und mit einer oder mehr ebenen Bahnen kombiniert sein, um Verbundstrukturen entsprechend konventionellen gefalteten Faserplatten zu bilden. Alternativ können die gefalteten Material bahnen aus dünnem, leichtem und biegbarem Metall gebildet sein und durch Löten oder Schweißen zwischen ebene Bahnen gebracht sein, um leichte, stabile und feste Strukturen zu bilden, die beispielsweise im Flugzeugbau von Nutzen sind.
• Die US-A-3158527 bezieht sich jedoch in keiner Weise auf die Probleme beim Begünstigen von Austauschprozessen zwischen zwei Fluiden.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß eine gefaltete Materialbahn, einfach bezüglich ihrer Strukturkonfiguration betrachtet, die gleichen Eigenschaften aufweist, die oben bei den gefalteten Materialbahnen nach der US-A-3158527 aufgezählt wurden, und vorteilhafterweise als Packungselement in einer Austauscheranordnung eingesetzt werden kann, in der zwei Fluide miteinander in Wechselwirkung treten können.
• Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung in einem Aspekt auf die Anordnung einer derartigen gefalteten Materialbahn als Packungselement in einer Austauscheranordnung, in der zwei Fluide in Wechselwirkung treten können.
• Weiterhin kann gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Packungsanordnung von derartigen gefalteten Materialbahnen gebildet werden, wobei die gefalteten Materialbahnen gegeneinander parallel und die Kanten zueinander senkrecht ausgerichtet sind, so daß die Faltungen jeder Bahn in einem nicht parallelen Verhältnis zu denen der nächsten Bahn stehen. In solch einer Anordnung kann eine oder mehr Material bahnen wenigstens eine derartige Schlitz-Lasche-Kombination aufweisen.
• Bei den in der vorliegenden Erfindung benutzten gefalteten Bahnen ragt jede Lasche von den Enden des zugehörigen Schlitzes weg, wo die Lasche mit der Materialbahn verbunden ist. Die Schlitze spreizen die Faltkanten und können entweder mittig auf den Kanten angeordnet oder teilweise zu diesen versetzt sein. Die Laschen ragen dann in die Hohlseiten der Faltungen hinein, wobei die entgegengesetzten Enden der Lasche jeweils versetzt gegenüber den Faltkanten angeordnet sind und als Stützelemente für die Faltungen dienen können.
• Ein Schlitz kann gerade oder gebogen sein und wird wenigstens teilweise durch eine als Nase geformte Kante gebildet, die geeignet ist, die über die Bahn laufende Flüssigkeit zu sammeln und zu Tropfen zu formen. Eine derartige Tropfspitze für eine Flüssigkeit kann beispielsweise oberhalb einer Lasche angeordnet sein, so daß die Flüssigkeit von der Schlitznase auf die Lasche darunter trippen kann. Eine Lasche kann ebenfalls eine geformte Kante aufweisen, die wenigstens eine Tropfspitze für die von der Lasche tropfende Flüssigkeit bildet. Die Nasen können im allgemeinen von irgendeiner Form sein. Hier sind Nasen in der Form von V-Spitzen gezeigt. Die untere Kante des Schlitzes kann vorteilhafterweise eine wegragende Lippe enthalten, so daß es für die Flüssigkeit möglich ist, den Schlitz zu überbrücken und an die Unterseite der Faltung zu gelangen und diese im wesentlichen zwischen dem Schlitz benetzen kann. Eine Form von Lippe wird zwischen zwei V-Spitzen einer Lasche angebracht, bevor die Materialbahn gefaltet wird.
• Nächste, angrenzende gefaltete Bahnen in einer Pakkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung können insofern zusammenwirken, als sie, mindestens teilweise, Zellen bilden, in der ein oder mehr Schlitze und Laschen untergebracht sein können. Derartige Zellen können so durch eine Kante und die nächste angrenzende Kante einer gefalteten Materialbahn definiert sein, die mit einer Kante und der nächsten angrenzenden Kante der nächsten angrenzenden, gefalteten Materialbahn zusammenwirken.
• Bei der Verwendung der Packungsanordnung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen können zwei Fluide durch eine Reihung von gefalteten Materialbahnen strömen, wobei ein flüssiges Fluid nach unten durch die Schlitze durchläuft und von den Schlitznasen abtropft. Falls die Strömungsrate der Flüssigkeit hoch genug ist, so daß die Flüssigkeit zum überbrücken der Schlitze tendiert, kann die Schlitzlippe in jedem Fall die Überbrückungsflüssigkeit erfassen und sie zur Unterseite der jeweiligen Faltung zum zusätzlichen Benetzen richten.
• Die von den Schlitznasen und auch von den Laschennasen tropfende Flüssigkeit verteilt die Flüssigkeit weiter entlang den gefalteten Materialbahnen und verstärkt die Berührung der Flüssigkeit mit einem Fluid, wobei das zweite Fluid ebenfalls durch die Schlitze durchlaufen kann. Die Schlitze und Laschen begünstigen auch die Turbulenz der Fluide, insbesondere im Fall von Gas.
• Wie hierin benutzt, beinhaltet ein Austauschprozeß einen Wärmetausch, einen Massentransfer oder irgendeinen anderen chemischen und/oder physikalischen Prozeß, bei dem Energie oder Masse in irgendeiner Form zwischen wenigstens zwei Fluiden ausgetauscht wird. Eine Austauscherkammer kann irgendein Gehäuse sein, mit einer Säule oder einem Turm, in dem die wechselwirkenden Fluide zum Strömen gebracht werden und in dem die Pakkung entsprechend der vorliegenden Erfindung untergebracht wird. Eine Strömungsachse ist eine allgemeine Richtung, entlang der sich das Fluid durch ein derartiges Gehäuse beispielsweise bei Abwesenheit einer Packung bewegt. Das Einbringen der Packung bewirkt, daß das Fluid lokalen Abweichungen von der Strönungsachse unterliegt.
• Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht, teilweise in Explosionsdarstellung, einer Anordnung von gefalteten Packungsbahnen mit Schlitzen und Laschen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Packungsanordnung nach Fig. 1, wobei die vorderste Packungselement-Bahn und als Phantombild die Kantenlinien des nächsten angrenzenden Packungselements gezeigt sind,
• Fig. 3 ist eine Endansicht der Packungsanordnung nach Fig. 1 und 2 entlang der Linie 3-3 von Fig. 2,
• Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht im Querschnitt der Packungsanordnung entlang Linie 4-4 von Fig. 2,
• Fig. 5 ist ein vergrößerter Schnitt durch eine Materialbahn mit Schlitzen und Laschen, die vor der Bildung der Faltungen und Aufweitung der Laschen geschnitten wurde, wobei die Orte gezeigt sind, wo die Kanten und Hohlteile sich bei der Faltung der Materialbahn bilden, und wobei als Phantombild der Ort der Kantenlinienorte einer nächsten angrenzenden Materialbahn in einem Packungssystem gezeigt ist,
• Fig. 6 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Stempels und einer Matrize, die zum Schneiden eines Schlitzes und Formen einer Lasche in einem Packungselement gemäß der vorliegenden Erfindung in Position gebracht wurden,
• Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 6, wobei jedoch der Schlitz und die Lasche gebildet sind,
• Fig. 8 ist eine teilweise Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Packungselements gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Packungsbahn aus einem Geflecht gebildet ist und gerade Schlitze und Laschen aufweist,
• Fig. 9 ist eine Seitenansicht des Geflecht-Pakkungselements entlang Linie 9-9 von Fig. 8,
• Fig. 10 ist ein Querschnitt des Geflecht-Packungselements entlang Linie 10-10 von Fig. 8,
• Fig. 11 ist eine vergrößerte, teilweise Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer Packungsbahn gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Aufbau einer Lippe am Schnittpunkt eines Schlitzes und einer Kante gezeigt ist,
• Fig. 12 ist eine vergrößerte Teilansicht im Querschnitt einer Lasche und eines Schlitzes mit einer Lippe entlang Linie 12-12 von Fig. 11,
• Fig. 13 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 11, wobei jedoch eine Ausführungsform eines Packungselements mit einem anderen Aufbau einer Lippe und eines Schlitzes gezeigt ist, und
• Fig. 14 ist eine vergrößerte Teilansicht im Querschnitt der Lasche, des Schlitzes und der Lippe von Fig. 13 entlang Linie 14-14 von Fig. 13.
• Eine Packungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 bis 3 allgemein bei 10 gezeigt und umfaßt eine Vielzahl (fünf sind dargestellt) von Pakkungselementen 12, 14, 16, 18 und 20. Jedes der Pakkungselemente 12 bis 20 ist in gleicher Form aufgebaut und in der Anordnung 10 wie angezeigt ausgerichtet. Beispielsweise umfaßt das vorderste in Fig. 1 und 2 dargestellte Element 12 eine mit Faltungen gebildete Materialbahn oder Bahn, wobei eine oder mehr Kanten 12a mit einer oder mehr Hohlteilen 12b abwechseln, wobei eine Kante auf einer Seite der Bahn allgemein einem Hohlteil auf der anderen Seite der Bahn entspricht.
• Fig. 5 zeigt einen Teil der vordersten Bahn 12, bevor die Bahn gefaltet worden ist, und die Bahn ist in dieser Abbildung mit 12' bezeichnet. Die Orte, entlang denen die Kanten auf der sichtbaren Seite von Bahn 12' zu bilden sind, sind durch durchgehende Linien 12a bezeichnet, und die Orte der zu bildenden Hohlteile auf dieser Seite sind durch gestrichelte Linien 12b bezeichnet. Wie gezeigt, ist die Form der nicht-gefalteten Bahn 12' ein Rhomboid, der in der Seitenansicht, wie in Fig. 2 gezeigt, zu einem Rechteck wird, wenn die Faltungen wie dargestellt vorgenommen werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, resultiert dies in Faltungen, d. h. Kanten 12a und Hohlteile 12b in Seitenansicht unter 45º zu den Kanten der gefalteten Bahn.
• Wenn alle Bahnen wie die vorderste Bahn 12 gefaltet sind, können die Bahnen so positioniert werden, um durch Umdrehen abwechselnder Bahnen die Anordnung 10 zu bilden, so daß die Faltungen einer Bahn unter einem Winkel zu den Faltungen benachbart zur nächsten Bahn oder Bahnen ausgerichtet sind, wobei in diesem Fall die Winkel 90º sind.
• Jede Bahn 12 bis 20 ist mit einem oder mehr Schlitzen 22 und dazugehörigen Laschen 24 ausgerüstet, wie dargestellt. In Fig. 5 ist die flache Bahn mit einer Reihung von Markierungen 12c gezeigt, wo die Bahn geschnitten werden kann, um so eine Reihung von Schlitzen und Laschen zu bilden, wenn die Bahn gefaltet wird. Die Schnitte können so positioniert sein, daß sie die Linien 12a und 12b kreuzen, entlang denen die Faltkanten und die Hohlteile wie dargestellt zu bilden sind. Wenn die Bahn 12' gefaltet wird, können die Laschen 24 von den Schlitzen 22 weggezogen werden, so dar die Kanten durch offene Schlitze unterbrochen sind und die dazugehörige Lasche in jedem Fall auf der Hohlseite der Bahn vom Schlitz weg ragt. Die Laschen 24 werden somit teilweise von den Schlitzen 22 versetzt, an deren Enden die Laschen an ihren entgegengesetzten Enden mit der Bahn 12 verbunden sind. Um zum Versetzen der Laschen 24 ausreichendes Material und um mehr Gasströmungsfläche um die Laschen zur Verfügung zu haben, kann der Innenwinkel der Faltung kleiner als 90º sein, und etwa 60º werden vorgeschlagen.
• In der in Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform sind die Schnitte zum Bilden der Schlitze 22 und Laschen 24 abgewinkelt, um somit beispielsweise eine nach innen dringende, V-förmige Kante 22a für jeden Schlitz zu erzeugen, wodurch teilweise der Rand der Schlitzöffnung definiert wird, und eine V-förmige Kante 24a für jede Lasche zu bilden, wie dargestellt. Weiterhin sind die Schnitte zum Bilden der Schlitze 22 und der Laschen 24 versetzt von den Linien, entlang denen die Kanten 12a und Hohlteile 12b in der Bahn 12' zu bilden sind. Das Ergebnis, das unter Bezug auf Fig. 1 bis 3 deutlich wird, ist eine Reihung von Schlitzen 22 mit Vorsprüngen in der Form von V-förmigen Spitzen auf den Unterseiten der betreffenden Kanten, und von Laschen 24 in der Form von V-förmigen Spitzen 24a auf den Unterseiten der betreffenden Hohlteile 12b.
• Wenn eine Anordnung mit einem oder mehr gefalteten Packungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Austauschergehäuse eingesetzt wird, kann die Ausrichtung der Bahn oder Bahnen im wesentlichen parallel zur Strömungsachse eines oder beider beim Austauschprozeß anwesenden Fluide sein, wobei jedoch die Richtung, entlang der die Faltungen vorgenommen werden, zur Strömungsachse wenigstens eines der Fluide nicht parallel im Fall von jeder Bahn ist. Beispielsweise kann in Fig. 1 bis 4, wo die Faltungen der Bahnen im wesentlichen diagonal verlaufen, d. h. unter 450 zur Vertikalen, die Strömungsachse einer Flüssigkeit vertikal sein, wobei die Flüssigkeit sich allgemein nach unten bewegt, und die Strömungsachse eines Gases kann horizontal, parallel zur Ebene der Seite mit Fig. 2, oder vertikal sein, mit einer Gasströmung in einer allgemeinen Aufwärtsrichtung. Dann sind die Schlitze 22 an den Orten der V-Spitzen 22a und die Laschen 24 an den Orten der V-Spitzen 24a allgemein L-förmig. Jedoch weisen die V-Spitzen 22a und 24a ebenfalls in eine allgemeine Abwärtsrichtung, wie durch die Faltungen definiert (bei Bahn 12 nach unten und links in Fig. 2). Wenn sich die Flüssigkeit allgemein nach unten durch das Packungssystem bewegt, ergibt sich eine allgemeine Drift der Flüssigkeit entlang der Faltrichtung jeder Packungsbahn. Folglich kann die Flüssigkeit entlang einer Bahnoberfläche laufen und sich an den V- Spitzen 22a der Schlitze und den V-Spitzen 24a der Laschen sammeln und in jedem Fall Tropfen bilden, die dann von den entsprechenden V-Spitzen nach unten tropfen. Wie aus Fig. 1 bis 4 deutlich wird, wo eine Pakkungsbahn 12 wie dargestellt senkrecht ausgerichtet ist, ist eine V-Spitze 22a eines Schlitzes allgemein oberhalb der Lasche 22 des nächsten angrenzenden Hohlteils 12b der gleichen Bahn angeordnet. Folglich kann ein Flüssigkeitstropfen von einer V-Spitze 22a direkt nach unten auf die Lasche 24 fallen. Die V-Spitze 22a kann nach außen gebogen sein, um ihre Position über der Lasche 24 einzustellen und die V-Spitze dichter an die vertikale Konfiguration auszurichten, um das Ansammeln von Flüssigkeit zur Bildung von Tropfen zu begünstigen.
• Die Unterbrechungen in den Kanten 12a wegen der Schlitze 22 liefern Durchgänge für verstärkte Gasströmung durch das Packungssystem 10 und reduzieren allgemein der Strömungswiderstand des Gases durch das System. Zusätzlich erlauben die Schlitze 24 den Durchgang von Flüssigkeit von einer Seite einer Bahn 12 zur entgegengesetzten Seite, um die Verteilung der Flüssigkeit über den Bahnoberflächen zu begünstigen. Somit kann entlang der Oberfläche auf einer Seite der Bahn 12 zwischen einem Hohlteil 12b und einer Kante 12a fließende Flüssigkeit durch einen Schlitz 24 strömen, wobei ein oder mehr Tropfen gebildet werden und nach unten zur Lasche 22 fallen. Die Bewegung des Fluids von der V-Tropfspitze 22a zur Lasche 24 setzt die Flüssigkeit allgemein auf allen Seiten der Gasströmung aus; in gleicher Weise wird von einer V-Tropfspitze 24a zur Bahnoberfläche zwischen einem Hohlteil 12b und einer Kante 12a tropfende Flüssigkeit ebenso während des Falls allgemein auf allen Seiten der Gasströmung ausgesetzt. Das Verbiegen einer Schlitznase wie diskutiert teilt ebenfalls die Gasströmung auf und kann derselben Turbulenz übertragen.
• Das Verhalten der Flüssigkeitsströmung durch die Pakkungsanordnung kann in gewissem Maß durch die Strömungsrate der Flüssigkeit beeinflußt werden. Beispielsweise kann bei einer gegebenen Viskosität die Strömungsrate der Flüssigkeit ausreichend hoch sein, so dar eine entlang der Oberfläche zwischen einem Hohlteil 12b und einer Kante 12a fliegende Flüssigkeit einen Schlitz 22 überbrücken kann, anstatt von der V- Spitze des Schlitzes durchzufallen. Die Überbrückungsflüssigkeit bewegt sich allgemein weiter zur Oberseite der Bahnoberfläche zwischen dem Hohlteil 12b und der Kante 12a. Die Breite des Schlitzes 22 kann erhöht werden, um, wo möglich, eine ausreichend große Lücke zum Verhindern der Überbrückung zu liefern.
• Fig. 11 und 12 stellen Teile einer Packungselement- Bahn 30 mit V-förmigen Schlitzen 32 und dazugehörigen V-förmigen Laschen 34 dar, mit Tropfspitzen 32a an den Schlitzen und Tropfspitzen 34a an den Laschen. Entlang der teilweise einen Schlitz 32 definierenden Oberfläche, wo der Schlitz eine Kante 30a kreuzt, und insbesondere an der Unterkante der Kreuzung von Schlitz und Kante ist die Bahn in eine allgemein bei 36 gezeigte Lippe gefalzt, die in den Hohlteil der Bahn an dieser Stelle ragt. Jede Lippe 36 weist eine obere Fläche 36a und eine untere Fläche 36b auf, die sich zur Bildung einer Schaufel kombinieren. Die untere Oberfläche 36b ist so positioniert, daß Flüssigkeiten, die zum Überbrücken des Schlitzes 32 tendieren, durch die untere Oberfläche 36b wenigstens teilweise in der Schaufel aufgefangen werden können und entlang der Unterseite der Bahn 30 zwischen der Kante 30a und dem Hohlteil 30b auf der entgegengesetzten Seite der Bahn, von der die Flüssigkeit ausging, ausgerichtet werden. Insbesondere, und wie in Fig. 12 gezeigt, kann die Flüssigkeit von der Bahnoberfläche 30c über dem Schlitz 32 zu der Bahnoberfläche 30d unter dem Schlitz durch den Schlitz 32 laufen, wobei sie von der Lippenoberfläche 30 aufgefangen wird, wenn die Flüssigkeit den Schlitz überbrückt. Auf diese Weise wird die Verteilung der fliegenden Flüssigkeit über die Oberfläche des Pakkungssystems intensiviert, wodurch die wechselwirkenden Oberflächen für den Austauschprozeß von Flüssigkeit und Gas erhöht werden, indem auch Oberflächen auf der Unterseite der Faltungen einbezogen werden.
• Fig. 13 und 14 zeigen Teile einer weiteren Packungselement-Bahn 40 mit W-förmigen Schlitzen 42 und dazugehörigen Laschen 44 und mit Tropfnasen an den Schlitzen in Form von V-Spitzen 42a und Tropfnasen an den Laschen in Form von V-Spitzen 44a bzw. 44b. Bevor die Bahn gefaltet wird, wird sie durch W-förmige Schnitte unterbrochen, um so die Schlitz- und Laschenkanten zu definieren, so daß die Schlitz- und Laschenspitzen 42b bzw. 44b entlang den vorgesehenen Kantenlinien 40a liegen. Wenn die Bahn 40 gefaltet wird, kann die V- Spitze 42a des Schlitzes eine Tropfspitze liefern, die allgemein von der Kantenlinie aus nach unten angeordnet ist, ähnlich zur V-Spitze 22a des Schlitzes im Fall der V-förmigen Schlitze der Bahn 12 in Fig. 1 bis 3. Ähnlich kann die V-Spitze 44a der Lasche auf einem L angeordnet sein, um als Tropfspitze allgemein nach unten von der entsprechenden Hohlteil-Linie 40b zu dienen, ähnlich zu den V-Spitzen 24a der Laschen der Bahn 12 in Fig. 1 bis 3. Zusätzlich weist jede W-förmige Lasche 44 der Bahn 40 eine zweite V-Spitze 44b auf, die allgemein höher liegt als die Tropfspitze 44a, die aber ebenfalls als Tropfspitze dienen kann.
• Die Vertiefung im die V-Spitzen 44a und 44b der Laschen bildenden Schnitt liefert eine sich nach oben erstreckende, V-förmige Lippe 46, die allgemein in den Schlitz 42 ragt, wenn die Bahn 40 gefaltet wird. Die Lippe 46 kann von der Ebene der Faltoberfläche nach oben abgewinkelt sein, wie in Fig. 13 und 14 gezeigt. Dann kann die sich allgemein entlang der oberen Bahnoberfläche 40c nach unten bewegende, auf den Schlitz 42 treffende und diesen zu überbrücken tendierende Flüssigkeit, wenigstens teilweise, durch die sich nach oben erstreckende Lippe 46 aufgefangen werden und zur Unterseite 40d der Bahnoberfläche gerichtet werden. Somit wird die Verteilung der fließenden Flüssigkeit über die Oberflächen des Packungssystems intensiviert, um auch die Unterseitenflächen der Faltungen einzuschließen, wodurch die Wechselwirkungsflächen für den Austauschprozeß zwischen Flüssigkeit und Gas vergrößert werden. Es ist deutlich, daß der Schnitt in der Bahn 40 zur Bildung des Oberteils jedes Schlitzes und der Schlitzspitzen 42a und 42b auch V- förmig anstatt W-förmig sein kann, wodurch die Kantenspitze 42b beseitigt und die Tropfspitze 42a beibehalten wird.
• Im allgemeinen können die Packungselement-Bahnen aus jedem ausreichend stabilen Material zum Falten und Beibehalten der Form hergestellt sein, z. B. wenn es in ein Austauschergehäuse gebracht wird. Metallblech, das bis auf die Schlitze und Laschen durchgehend ist, kann eingesetzt werden, wie in Fig. 1 bis 5, 11 und 12 dargestellt. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden. Beispielsweise zeigen
• Fig. 8 bis 10 Teile einer Packungselement-Bahn 50, die in Form eines Geflechts vorgesehen ist, mit Faltkanten 50a und Hohlteilen 50b. Die Geflechtbahn 50 wird zum Bilden von Schlitzen 52 und Laschen 54 über die Kantenlinie 50 in genau der gleichen Weise geschnitten, wie die durchgehende Bahn 12 mit Schlitzen 22 und Laschen 24 versehen ist. Jedoch sind die Schlitze 52 und die Laschen 54 der Geflechtbahn 50 nicht so aufgebaut, daß die V-förmigen Tropfspitzen vorgesehen sind, und sind durch die Kantenlinien 50a zweigeteilt, d. h. die Schlitze und Laschen sind allgemein mittig auf den Faltkanten angeordnet.
• Die Geflechteigenschaft der Bahn 50 erlaubt den Durchgang von Flüssigkeit mit niedriger Viskosität durch die Bahn für Flüssigkeitsströmungen an praktisch allen Bahnoberflächen, ohne dar eine Lippe, wie z. B. bei 36 in Fig. 11 und 12 gezeigt oder wie die Lippe 46 in Fig. 13 und 14, benötigt wird. Weiterhin tendiert Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, die durch das Geflecht dringen kann und beide Seiten der Bahn 50 benetzt, nur bei hohen Flußraten zum Überbrücken der Lücken in den mit den Schlitzen 52 versehenen Kantenlinien, bei ausreichend breiten Schlitzen. Ansonsten tendiert auf den Schlitz 52 treffende Flüssigkeit zum Durchlaufen durch den Schlitz und Tropfen nach unten auf die Bahnoberfläche darunter.
• Die Schlitze und Laschen eines Packungselements gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Stanzen der Bahn, aus dem das Element aufgebaut ist, gebildet werden. Fig. 6 und 7 zeigen eine Kombination eines Stempels 60 und einer Matrize 62, die zur Bildung von Schlitzen und Laschen in einer Packungselement-Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Eine Bahn 70', die noch nicht gefaltet worden ist, wird über der oberen Fläche der Matrize 62 in Position gebracht. Der Stempel 60 wird schnell nach unten in die Innenkontur 62a der Matrize bewegt, um einen Schlitz 72 zu schneiden und mit dem aus dem Schlitz entfernten Material eine Lasche 74 zu formen, wie durch den Pfeil A angezeigt, der auch die folgende Entfernung des Stempels 60 aus dem Inneren anzeigt. Die Bahn 70 kann dann von der Matrize 62 angehoben werden, wobei die Lasche 74 aus dem Inneren 62a der Matrize herausgezogen wird.
• Um das Herausziehen der Lasche 74 aus dem Inneren 62a der Matrize zu erleichtern und wenigstens einen Teil der Lasche 74 mit einer Verstärkungsschräge zu versehen, weist der Stempel 60 eine Innenbiegung nach unten entlang jeder Schneidkante 60a auf. Die Matrize 62 weist allgemein komplementär geformte Aufnahmerinnen 62b auf. Folglich wird, wenn der Stempel 60 die Lasche 74 zum Boden des Matrizeninneren 62a dehnt, das Laschenmaterial so geformt, daß eine nach unten ragende, gebogene Kante 74a entsteht, wie in Fig. 7 gezeigt. Danach, wenn die Bahn 70 von der Matrize 62 angehoben wird, erleichtert die Biegung der Laschenkanten 74a nach unten die Entnahme der Lasche 74 aus dem Inneren 62a der Matrize, ohne dar die Lasche wegen des Ziehens der Lasche entlang den Innenwänden der Matrize verbogen oder zerstört wird.
• Wenigstens Teile der Laschenkanten mit Schrägen zu versehen, wie in Fig. 7 dargestellt, verstärkt die Laschen. Da weiterhin die Laschen über Hohlteile in den Bahnen ragen, wirken die Laschen als Stützstreben zwischen den Faltungsflächen und verstärken die Packungsbahn weiter, die damit ihre Faltungskonfiguration beibehalten kann. Im allgemeinen können die Laschen weiterhin wie gewünscht geformt sein, beispielsweise um die Plazierung unter einer V-Tropfspitze eines Schlitzes zur Aufnahme von davon abtropfender Flüssigkeit sicherzustellen. Solch ein zusätzliches Biegen und Formen kann unter Bezug auf die in Fig. 4 dargestellten Laschen 24 verstanden werden, worin die Laschen so gebogen sind, dar die Plazierung unter dazugehörigen V-Tropfpunkten der Schlitze sichergestellt ist.
• Zusätzlich zum Begünstigen des Vermischens von zwei durch die Packungsanordnung durchlaufenden Fluiden weisen die Schlitze und Laschen einer derartigen Anordnung zusätzliche Wege für die Strömung der beiden Flüssigkeiten und die Aufteilung der Strömung jeder Flüssigkeit auf. Zum Beispiel liefert das Tropfen der Flüssigkeiten durch die Schlitze auf die Laschen und von den Laschen auf die unteren Flächen eine Flüssigkeitsbewegung, die üblicherweise nicht vorhanden ist. Die Schlitze liefern nicht nur einen Weg für den Durchgang von Gas durch die Bahnen, sondern können auch zur Turbulenz der Gasströmung beitragen.
• Aus Fig. 1 bis 5 wird verständlich, daß angrenzende Packungsbahnen durch Zusammenwirken zwischen einem Paar von jeweils angrenzenden Faltkanten auf einer Bahn und einem Paar von jeweils angrenzenden Faltkanten auf der nächsten Bahn, wo die beiden Paare von Kanten gegenüberstehen, eine Fläche oder Zelle bilden. Die Schlitze und Laschen der Bahnen können so angeordnet sein, daß eine ausgewählte Anzahl von Schlitzen und Laschen (d. h. entweder jeweils eins oder eine Vielzahl) einer derartigen Bahn sich innerhalb einer derartigen Zelle befindet.
• Während Schlitze und Laschen mit einzelnen Tropfspitzen und Laschen mit doppelten Tropfspitzen hier gezeigt und beschrieben sind, ist es klar, daß die Schlitze und Laschen jede gewünschte Zahl von Nasen oder Tropfspitzen haben können. Weiterhin können die Schlitz- und Laschen-Tropfspitzen rund, zugespitzt oder von irgendeiner geeigneten Form zum Abtropfen von Flüssigkeit sein.
• Es ist verständlich, daß ein einzelnes Packungselement wie 12 die Packungsanordnung für einen Austauschprozeß liefern kann. Weiterhin kann die tatsächliche Peripherie der Packungselemente von der hier gezeigten abweichen und beispielsweise von einer besonderen Form sein, die das spezielle Austauschergehäuse aufnimmt, in dem die Anordnung eingesetzt werden soll. Die Strömungsachsen für die beteiligten Fluide können unter von den verschiedenen, hier unter Bezug auf Fig. 1 bis 3 diskutierten senkrechten und/oder waagrechten Winkeln angeordnet sein, aber es wird bevorzugt, daß die Faltungen der Strömungsachse keines der Fluide parallel sind. Während die Packungsanordnung 10, wie in Fig. 1 und 3 dargestellt, direkt einander angrenzend gefaltete Packungselemente aufweist, können die Pakkungsbahnen auch beabstandet oder sogar mit dazwischenliegenden anderen Packungsvorrichtungen oder -bahnen (nicht gezeigt) versehen sein. Weiterhin kann die Reihung der Schlitze und Laschen auf einer gegebenen Bahn in einem regelmäßigen Muster, anders als hier gezeigt, oder in einem unregelmäßigen Muster verändert werden. Die Zahl der Schlitze und Laschen und ihre Dichte auf einem Packungselement kann variieren, und ein Packungselement kann auch nur eine derartige Schlitz- und Lasche-Kombination aufweisen. Schließlich brauchen nicht alle Faltelemente mit Schlitzen und Laschen in einer gegeben Packungsanordnung versehen sein.

Claims (16)

1. Anordnung einer gefalteten Materialbahn (12, 30, 40, 50) als Packungselement in einer Austauscheranordnung, in der zwei Flüssigkeiten in Wechselwirkung treten können, dadurch gekennzeichnet, daß die gefaltete Bahn mindestens einen Schlitz (22, 32, 42, 52) aufweist und eine dazugehörige Lasche (24, 34, 44, 54), die mit der Materialbahn an den Enden des Schlitzes verbunden ist, wobei die Lasche vom Schlitz weg ragt und wobei der Schlitz und die dazugehörige Lasche die gefaltete Kante spreizen (12a, 30a, 40a, 50a) indem die Lasche in die Hohlseite der Faltung (12b, 30b, 40b, 50b) hineinragt, und daß die entgegengesetzten Enden der Lasche jeweils versetzt gegenüber der Lasche an der benachbarten Faltkante (12a, 30a, 40a, 50a) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schlitz (22, 32, 42) eine als Nase geformte Kante (22a, 32a, 42a) aufweist, das diese geeignet ist, die über die Bahn laufende Flüssigkeit zu sammeln und zu Tropfen zu formen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Nase (22a, 32a, 42a) von mindestens einem Schlitz zweckmäßig oberhalb der Lasche (24, 34, 44) angeordnet ist, so das die Flüssigkeit von der Nase auf die Lasche trippen kann.

4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lasche (24, 34, 44) eine Kante (24a, 34a, 44a) aufweist, die als Nase (24a, 34a, 44a, 44b) geformt und geeignet ist, die Flüssigkeit auf der Lasche zu sammeln und zu Tropfen zu formen.

5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lippe (36) an der unteren Kante mindestens eines Schlitzes (32) vorgesehen ist, gerade dort, wo der Schlitz eine Faltkante (30a) der Materialbahn kreuzt, wobei die Lippe (36) in die Hohlseite der gefalteten Bahn hineinragt, so das es für die Flüssigkeit möglich ist, den Schlitz zu überbrücken und an die Unterseite der gefalteten Bahn zu gelangen.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die besonders geformte Kante (44a) der Lasche (44) zu mindestens zwei Nasen (44a, 44b) ausgebildet ist und weiterhin eine Lippe (46) enthält, die im allgemeinen von der unteren Seite des Schlitzes (42) aufwärts verläuft, so daß die Flüssigkeit den Schlitz (42) überbrücken und an die Unterseite der gefalteten Bahn gelangen kann.

7. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (52) und die dazugehörige Lasche (54) grundsätzlich auf der Faltkante (50a) der Materialbahn (50) mittig angeordnet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (22, 32, 42) und die dazugehörige Lasche (24, 34, 44) teilweise abwärts versetzt von der Faltkante (12a, 30a, 40a) der Materialhahn (12, 30, 40) angeordnet sind.

9. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das Material der Materialbahn (12, 30, 40), mindestens zum Teil, gleichmäßig dick ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das das Material der Materialbahn (50) ein Geflecht enthält.

11. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Schlitze (22, 32, 42, 52) und Laschen (24, 34, 44, 54) entlang der Materialbahn in einer regelmäßigen Reihung angeordnet sind.

12. Packungsanordnung aus einer Vielzahl von Anordnungen, gebildet aus gefalteten Materialbahnen (12 bis 20, 30, 40, 50), wie sie ineinigen der vorangegangenen Ansprüche beschrieben sind, wobei die gefalteten Bahnen gegeneinander parallel und die Kanten zueinander senkrecht ausgerichtet sind, so daß die Faltungen jeder Bahn in einem nicht parallelen Verhältnis zu denen der nächsten Bahn stehen.

13. Packungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das die Faltungskante (12a, 30a, 40a, 50a) der einen Bahn und die nächste angrenzende Faltungskante der gleichen Bahn mit einer Faltungskante der nächsten angrenzenden Bahn und der nächsten angrenzenden Faltungskante der gleichen angrenzenden Bahn insofern zusammenwirken, das sie, mindestens teilweise, eine Zelle bilden, wobei nur eine Lasche (24, 34, 44, 54) innerhalb dieser Zelle angeordnet ist.

14. Packungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das die Faltungskante (12a, 30a, 40a, 50a) der einen Bahn und die nächste angrenzende Faltungskante der gleichen Bahn mit einer Faltungskante der nächsten angrenzenden Bahn und der nächsten angrenzenden Faltungskante der gleichen angrenzenden Bahn insofern zusammenwirken, das sie, mindestens teilweise, eine Zelle bilden, wobei eine Vielzahl von Lassen (24, 34, 44, 54) innerhalb dieser Zelle angeordnet sind.

15. Packungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Reihe und grundsätzlich in Flußrichtung mindestens einer Flüssigkeit angeordnet sind, mit einer oder mehreren gleichartigen Packungen, wobei die Flächen der nächsten angrenzenden Packung zueinander nicht parallel verlaufen.

16. Verfahren zur Durchführung eines Austauschprozesses zwischen zwei Flüssigkeiten, der als Führung eine Packungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15 enthält, innerhalb derer Austauschkammern gebildet sind, so das die zwei Flüssigkeiten durch die Kammer in einer Richtung fließen, wobei keine Flüssigkeit eine Fließrichtung parallel zu den Faltungen der gefalteten Materialbahnen (12-20, 30, 40, 50) der Packungsanordnung besitzt.