DE69724080T2

DE69724080T2 - Vorrichtung zum Stoff- und Wärmeaustausch

Info

Publication number: DE69724080T2
Application number: DE69724080T
Authority: DE
Inventors: Jean-Yves Lehman; Etienne Werlen
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: CN1184000A; KR19980042647A; EP0845293A1; AU717931B2; EP0845293B1; AU4536297A; US6266880B1; JPH10244148A; US5996974A; CA2222084A1; DE69724080D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stoff- und Wärmeaustausch gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die üblicherweise verwendeten Packungen umfassen gewellte Bänder, welche abwechselnde, parallele Wellen aufweisen, die jeweils in einer allgemeinen vertikalen Ebene und gegeneinander angeordnet sind, wobei die Wellen geneigt sind und nach unten in entgegengesetzte Richtungen von einem Band zum nächsten verlaufen. Der Durchbohrungsprozentsatz liegt bei diesen Packungen, die als gewellt-gekreuzt bezeichnet werden, bei ungefähr 10%.
GB-A-1004046 offenbart Packungen des gewellten-gekreuzten Typs.
CA-A-1095827 schlägt eine Verbesserung dieser Art von Packung vor, indem eine dichte Durchbohrung mit kleinem Durchmesser hinzugefügt wird, um der Flüssigkeit zu erlauben, beiderseits der gewellten-gekreuzten Bänder zu fließen.
WO-A-94/12258 schlägt eine Verbesserung dieses Typs von Packung auf der Grundlage einer exakten Positionierung der Bänder zueinander in einer senkrechten Ebene durch ein Verschachtelungssystem vor. Diese Vorrichtung hat die Aufgabe, mehr Packungsoberfläche in einem gleichen Volumen aufzunehmen, da die Verschachtelung ein Eindringen der Bänder erlaubt.
EP-A-0 671 207, EP-A-0 638 358, WO-A-86/06296 und W0-A-90/10497 offenbaren Vorrichtungen gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In WO-A-86/06296 umfasst die Struktur Pyramiden mit offenen Grundflächen und abwechselnd offenen und geschlossenen Seitenflächen, die durch ihre Spitzen so verbunden sind, dass sie mehrere Ventilatorenblätter darstellen, welche das Gas in Drehung bringen, um den Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zu verstärken. Eine grundlegende Eigenschaft dieser Struktur besteht darin, dass sie durch Zusammenbau von durchbohrten und gefalteten Metallblättern erhalten werden kann. Dabei ist die Durchbohrung nicht nur dazu bestimmt, die Zirkulation der Flüssigkeit zu optimieren, sondern auch dazu, dem Gas zu erlauben, durch die gefalteten, gekreuzten Bänder zu strömen, wobei der Durchbohrungsprozentsatz in der Größenordnung von 50% liegt.
Paradoxerweise wurde gerade zu jenem Zeitpunkt, zu dem die ersten schwerwiegenden Einwände gegen die gewellte und gekreuzte Packung vorgebracht wurden, damit begonnen, diese beim Abscheiden von Gas aus der Luft zu verwenden. Diese relativ späte Anwendung erklärt sich zum Teil durch die hohen Leistungen der kryogenen Böden im Vergleich zu den anderen, auf dem Markt erhältlichen Böden (HETP, Höhe, die einem theoretischen Boden in der Größenordnung von 10 cm entspricht, und geringer Druckverlust).
In WO-A-90/10497 wird die oben erhaltene Struktur verbessert, indem die Flächen der Pyramiden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten zusammengeführt werden, wodurch in Bezug zu den Bändern quer verlaufende Kanäle geschaffen werden und das quer verlaufende Mischen begünstigt wird. Es wird klar die Bedeutung einer doppelten Durchbohrung hervorgehoben: eine schachbrettartige (also mit 50% der durchbohrten Oberfläche) Durchbohrung für das Gas und eine sekundäre Durchbohrung in den „geschlossenen Flächen", um das Rieseln der Flüssigkeit zu gewährleisten.
Die zuletzt angeführte Patentanmeldung hat zum Entstehen des Sulzer-Produktes „Optiflow^TM" geführt, welches die erste Ausführung einer neuen Generation darstellt, wodurch im Vergleich zu den nunmehr klassischen gewellten und gekreuzten Modellen wesentlich höhere Leistungen möglich wurden (HETP reduziert in der Größenordnung von 25 bis 30% bei konstantem Dampfdurchsatz; oder um 25 bis 30% gesteigerte Verstopfungsleistung bei konstanter HETP).
Dank dieses Patents und dieser Patentanmeldungen ist es möglich, zwei wichtige Forschungsansätze zu betrachten. Der erste hat zum Ziel, das Abfließen der Flüssigkeit zu optimieren, damit die benetzte Fläche so groß wie möglich ist und damit sich die Flüssigkeit in alle Richtungen verteilt, indem sie sich im Laufe des Rieselns in der Packung erneut vermischt. Der zweite Ansatz verfolgt das Ziel, den Abfluss des Gases zu optimieren, das heißt ein vertikales Abfließen zu erhalten, das so turbulent wie möglich ist, ohne privilegierte Abfließkanäle und ohne Zonen mit schwacher Zirkulation.
Bisher wurde das Abfließen der flüssigen Phase auf Strukturen vom gewellten und gekreuzten Typ untersucht. Man hat festgestellt, dass Durchbohrungen mit einem geringen Durchmesser (ungefähr 10%) die Passage der Flüssigkeit auf jeder Seite der Bänder begünstigen. Mehrere Verbesserungen wurden vorgeschlagen: CA-A-1095827 beansprucht eine genaue Positionierung der Löcher in Bezug auf die Falten, und WO-A-94/12258 beansprucht die relative Positionierung der Bänder durch gegenseitige Durchdringung der Bänder. Es erscheint in der Tat so, dass die Positionierung der Löcher die Wirksamkeit der Packung nicht deutlich erhöht, da die Hauptfunktion der Löcher darin besteht, die Flüssigkeit von einer Seite des Bandes zur anderen Seite des Bandes fließen zu lassen. Somit wirken sich lediglich der Durchbohrungsgrad und der Durchmesser der Löcher auf die Wirksamkeit aus.
Die durch WO-A-86/06296 und WO-A-90/10497 vorgestellte Idee der Pyramiden führt eine neue Art von Durch bohrungen ein: die Durchbohrungen für die Passage des Gases (entspricht ungefähr 50% der Oberfläche). Diese Durchbohrungen erlauben es, den Druckabfall zu reduzieren und Ventilatoren zu schaffen, welche die Mischung des Gases begünstigen. Diese Dokumente sagen nichts über die Zirkulation der Flüssigkeit aus.
Die Tatsache, dass die Pyramiden durch die Spitzen („Gipfel" und „Ecken", wobei mit „Ecken" die auf der Grundfläche angeordneten Spitzen gemeint sind) verbunden werden, stellt einen bedeutenden Nachteil dar. Da wenig Stoff an diesen Punkten vorhanden ist, erfordert das mechanische Verhalten der Anordnung, dass diese „Punkte" durch ein mechanisches Verfahren wie Klammern, Binden, Schweißen oder Nähen physisch verbunden werden, wodurch komplexe und teure Werkzeuge erforderlich sind, was zu erhöhten Kosten führt. Ferner lässt sich festhalten, dass die Anzahl dieser Befestigungen wie die Anzahl der Pyramiden schwankt, das heißt wie die dritte Potenz des Kehrwerts ihrer Abmessung, was die spezifische Fläche dieser Art von Packung, die wirtschaftlich zur Verfügung steht, einschränkt. Ferner führt das Prinzip der schachbrettartigen Durchbohrung zu einer Ausschussrate in der Größenordnung von 50%, was besonders dann bedauerlich ist, wenn der Packungsstoff teuer ist, das heißt zum Beispiel aus einem Gewebe besteht.
Ferner erscheint es, dass diese Struktur sehr luftdurchsetzt ist und dass die HETP noch weiter reduziert werden könnte, wenn es gelänge, einen Teil der Ausschüsse in der Struktur unterzubringen, ohne die Turbulenz des Gases oder den Benetzungsgrad der Oberfläche zu verschlechtern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch zu schaffen, die gute Eigenschaften in Bezug auf das Abfließen des Gases aufweist, einschließlich einer Reihe von Verbesserungen betreffend die Ausbreitung, die Verteilung und das Mischen der Flüssigkeit, und die im Vergleich zu den Vorrichtungen des bekannten Stands der Technik leichter herzustellen ist und somit erlaubt, auf praktische Weise sehr feine Packungen, also mit einer noch kleineren HETP, herzustellen.
Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 zu schaffen, welche es ermöglicht, die Ausschüsse zu begrenzen, ohne die Turbulenz der Gase oder den Benetzungsgrad zu verschlechtern.
Gemäß einer Aufgabe der Erfindung wird somit eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch nach Anspruch 1 vorgesehen.
Die Ablenker der Ventilatoren können eben oder nicht sein, symmetrisch oder nicht, durch Drehung um eine vertikale Achse abgezogen sein oder nicht.
Die Ansprüche 2 bis 12 präzisieren weitere Aspekte der Erfindung. Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 13 vorgesehen.
Die Varianten dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 14 bis 23.
Die Erfindung hat ferner ein Verfahren nach Anspruch 24 zur Aufgabe.
Die Erfindung hat auch eine Anlage nach Anspruch 25 zur Aufgabe.
Weitere Aspekte der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 die perspektivische Ansicht von zwei Ventilatoren mit wechselnden Richtungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
2 das Abfließen der Flüssigkeit auf den Ablenkern einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
3 die schematische Darstellung des Ausschneidens eines Metallblattes gemäß der Erfindung;
4 zwei schematische Darstellungen des Metallblatts von 3, das plissiert ist: 4.1 zeigt eine perspektivische Sicht und 4.2 eine Sicht in der Achse der Falten;
5 zwei schematische Darstellungen von zwei Metallblättern der 4 in zusammengebautem Zustand: 5.1 zeigt eine perspektivische Sicht und 5.2 eine Sicht in der Achse der Falten eines der Blätter;
6 das industrielle Ausschneiden eines Metallblatts gemäß der Erfindung;
7 die Struktur, die erhalten wird, indem zwei ausgeschnittene und gefaltete Blätter gemäß 6 zusammengefügt werden;
8 mehrere Details der Struktur von 7: 8.1 zeigt die vier Blätter, die zu einer Auflagezone gehören, 8.2 zeigt eine Draufsicht von 8.1, und 8.3 zeigt zwei übereinander angeordnete Ventilatoren, die durch die Struktur geschaffen werden;
9 eine Vergrößerung der Zone 7B von 7, auf der das Abfließen der Flüssigkeit dargestellt ist;
10 die Herstellung eines Auflagepunktes durch Ausschneiden, Falten und Verschachteln von zwei Schichten;
11 mehrere Faltlösungen, die es erlauben, die Schichten übereinander zu verschachteln;
12 einen Kolonnenring mit strukturierten Packungen, die aus der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bestehen.
1 stellt zwei feste benachbarte Ventilatoren (1A und 1B) in einer horizontalen Schicht dar. Die Ablenker sind nicht notwendigerweise durch Drehung abgezogen. Die zwei Ventilatoren mischen das gasförmige Abfließen in umgekehrter Richtung (Vortex 1D und 1E), wodurch ein Maximum an Turbulenz geschaffen wird. Man kann feststellen, dass der Ablenker 1C beiden Ventilatoren gemein ist. Die vollständige Struktur wird erhalten, indem dieses Motiv in die drei Richtungen wiederholt wird, mit oder ohne Varianten der Geometrie der Ablenker. Die oben genannten Dokumente machen keine Angaben zur Zirkulation der Flüssigkeit in der Struktur.
2 zeigt die Ausbreitung der Flüssigkeit auf den Ablenkern. Man wird später die Weise sehen, in der die Ablenker untereinander zwischen zwei horizontalen Schichten verbunden werden. Nehmen wir lediglich an, dass jeder Ablenker durch seinen Gipfel (2C) mit der rieselnden Flüssigkeit versorgt wird. Natürlich muss das Maximum der Oberfläche der Ablenker benetzt sein. Diese Anmerkung genügt, um die beste Form, die den Ablenkern zu geben ist, zu skizzieren.
Der obere Teil (2A) muss „zugespitzt" sein, so dass er der Ausbreitung der Flüssigkeit von seinem Versorgungspunkt aus folgt. Im Gegenzug dazu kann, sobald die Ausbreitung erhalten ist, der Ablenker seine maximale Breite auf einer bestimmten Distanz beibehalten, um die Kieselfläche (2B) zu erhöhen. In der Tat ist das Sammeln einfacher und kann auf leicht geneigten Kanten mit einer leicht geneigten Kontur erfolgen. Dies führt zu einer „bauchigen" Form.
Die optimale Verteilung der Flüssigkeit der zwei Seiten der Ablenker erfordert das Bohren eines Lochs (2D) in der Nähe des Gipfels (2C), wodurch einem Teil der Flüssigkeit erlaubt wird, auf die andere Seite zu fließen.
Damit es keinen bevorzugten Weg für die Flüssigkeit gibt, ist es angebracht, sicherzustellen, dass ein gleicher Strahl an Flüssigkeit in verschiedene Richtungen verteilt und konstant vermischt wird. Somit scheidet ein Kantensegment (2E), das beiden Ablenkern gemein ist, die Flüssigkeit, die auf den Ablenker abfließt, in zwei Teile und schafft eine Mischzone (2F).
Aus Kostengründen ist es erforderlich, dass die Ablenker aus einem "Blatt"-material hergestellt werden können. Die bisher angewendete Technik des Durchbohrens-Faltens und/oder Durchbohrens-Biegens zum Erzeugen der strukturierten Packungen erlaubt leider nicht, die Vielfalt an Formen zu erhalten, die den Anforderungen der oben beschriebenen Architektur genügt.
Es besteht jedoch ein Verfahren, das es erlaubt, sehr vielfältige Formen ausgehend von einem flachen Produkt zu erhalten: das Ausschneiden-Falten. Um sich davon zu überzeugen, genügt es, bestimmte „Reliefbücher" oder bestimmte Kartonverpackungen zu betrachten. Das Falten ist in Zusammenhang mit der Herstellung von Polyedern wohl bekannt. Dieses Verfahren wurde unserem Wissen nach niemals zur Herstellung von strukturierten Packungen verwendet. Man kann auch ein Tiefziehen durchführen, um nicht entfaltbare Oberflächen zu erhalten. Obwohl es reich an Möglichkeiten ist, kann sich dieses Verfahren als besonders wirtschaftlich erweisen, weil die aufeinanderfolgenden Vorgänge des Ausschneidens, Faltens und selbst des Tiefziehens in ein und dasselbe Presswerkzeug integriert werden können.
3 zeigt das schematische Ausschneiden eines Blattes vor dem Falten, wobei die Ablenker „volle" Vierecke (3E) sind. Das so ausgeschnittene Blatt wird in der Folge entlang der punktierten Linien plissiert. Die dicken punktierten Linien (3A) sind „Talfalten", während die feinen punktierten Linien (3B) „Kammfalten" darstellen. Es ist festzuhalten, dass diese Faltlinien unterbrochen sind, da die grauen Teile (3C) nicht mit dem Rest gefaltet sind und somit nach dem Falten Vorsprünge über die zwei Ebenen hinaus bilden, welche die Kammfalte und die Talfalte enthalten. Das Falten erfolgt in der Tat nur auf den Zonen, die durch schwarze Punkte (3D) symbolisiert sind, welche zugleich eine Verbindung zwischen den Ablenkern und einen Auflagepunkt und/oder Verschachtelungspunkt bilden, der zum Zeitpunkt des Stapelns der plissierten Blätter zum Stapeln und Positionieren dient. Später wird man sehen, aus welchen Vorrichtungen diese Zonen bestehen können.
4 zeigt zwei schematische Darstellungen eines Blattes von 3, das plissiert ist. 4.1 ist eine perspektivische Ansicht des gefalteten Blattes. 4.2 ist eine Draufsicht des Blattes in der Faltachse, auf welcher man die durch das Blatt (4G) erzeugte Plissierung gut sehen kann. Das Falten erzeugt zwei Ausrichtungen von Ebenen, die durch die unterschiedlichen Graubereiche der Ablenker (4A und 4B) gekennzeichnet sind. Man kann die Vorsprünge (4C und 4D) feststellen, die aus der Zone zwischen den zwei Ebenen vorstehen, welche die Faltlinien enthalten. Man stellt somit fest, dass die Ablenker, sobald sie gefaltet sind, der Flüssigkeit eine „zugespitzte" und symmetrische Ausbreitungsfläche (4E) in Bezug auf die Linie mit größerer Neigung bieten, und zudem eine vergrößerte Rieselungsfläche (4F).
5 zeigt zwei schematische Darstellungen der Struktur, die durch Zusammenfügen von zwei gefalteten Bändern nach 4 erhalten wurde. 5.1 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur. 5.2 ist eine Draufsicht in der Achse der Falten des Blattes der vorderen Ebene, wobei in dieser Draufsicht die zwei gestapelten Bänder 5.F und 5.G zu sehen sind. In der vorderen Ebene von 5.1 und in 5F erkennt man das plissierte Blatt von 4. In der hinteren Ebene von 5.1 und in 5G sieht man ein identisches Blatt, das in Bezug auf eine senkrechte Achse um 180° gedreht ist. Zwei übereinander angeordnete Ventilatoren (5A und 5B) werden durch diese Struktur geschaffen. Man bemerkt, dass diese Ventilatoren zwei unterschiedliche Typen sind: 5A ist ein „geschlossener" Ventilator in Bezug auf das Drehungszentrum; das heißt, dass die Verbreiterung der Kieselfläche auf der Seite des Drehungszentrums untergebracht ist, wodurch eine engere Passage zum Gas geschaffen wird. 58 hingegen ist ein „offener" Ventilator. Auf einer gleichen Senkrechten wechseln sich zwei Typen von Ventilatoren ab. Um die Ventilatoren zu erhalten, die sich in umgekehrter Richtung drehen, müsste man ein zusätzliches plissiertes Blatt hinzufügen. Die in 5C erhaltene Struktur verdeutlicht, warum der untere Teil der Ablenker keine symmetrische Kieselfläche aufweist. Wenn nämlich die Grundfläche der Ablenker symmetrisch und rechteckig wäre, würde sie sicher eine größere Kieselfläche aufweisen, aber man würde in 5C eine Verbindung der Kanten der zwei Ablenker erhalten, wodurch sich eine Art von horizontaler Rinne bilden würde. Eine solche Struktur wäre sehr nachteilig, sowohl für das Abfließen des Gases als auch das Abfließen der Flüssigkeit. Schließlich kann man feststellen, dass sich die Vorsprünge des plissierten Blattes der ersten Ebene (5D) exakt zwischen zwei aufeinanderfolgende Falten des Blattes der zweiten Ebene einfügen. Ebenso fügen sich die Vorsprünge des Blattes in der hinteren Ebene (5E) zwischen die Falten des Blattes der ersten Ebene ein. Die relative Positionierung der Blätter untereinander wird somit in alle Richtungen gewährleistet, und ein einfaches Klemmen sichert die Stabilität der Struktur.
Alle vorhergehenden Figuren, die bewusst schematisch dargestellt wurden, haben die Aufgabe, die wichtigsten Eigenschaften der Struktur zu zeigen. Es ist offensichtlich, dass die Struktur von 5 keinerlei mechanisches Verhalten aufweist, da es an den Verbindungspunkten zwischen Ablenkern keinen Stoff mehr gibt. Das Prinzip des Ausschneidens-Faltens, eventuell in Verbindung mit einem Tiefziehen, erlaubt es, eine sehr große Vielfalt an Formen zu erhalten, die es zu nutzen gilt, um die Struktur sowohl in Bezug auf ihre Leistungen als auch in Bezug auf die Einfachheit ihrer Herstellung zu verbessern. Die folgenden Figuren beschreiben eine industriell einsetzbare Struktur mit einem guten mechanischen Verhalten, die mehrere Verbesserungen in Bezug auf das Abfließen von Flüssigkeit und die Herstellung einschließt.
6 zeigt das Ausschneiden eines nicht plissierten Blattes. Die Faltlinien (6A) sind punktiert dargestellt; es ist gut zu sehen, dass die Linien unterbrochen sind. Um ein gutes mechanisches Verhalten zu erhalten, ist an den Verbindungspunkten 1/3 des Stoffes vorhanden, der gefaltet wäre, gäbe es kein Ausschneiden. Um eine Struktur zu bewahren, die dem Ideal so nahe wie möglich kommt, wurde dieser Stoff auf die verschiedenen Verbindungspunkte ungleich aufgeteilt. In 6B ist das Hinzufügen einer senkrechten Kante eine gute Lösung, um eine größere Faltlänge bei einem Minimum an Verlust von offner Fläche zu erhalten. Im Gegenzug dazu ist das Einfügen einer horizontalen Kante zu vermeiden, auf der sich die Flüssigkeit ansammelt, so dass man eine Faltlinie entworfen hat, die ein Kantensegment (6C) darstellt, welches die seitliche Aufteilung der Flüssigkeit erlaubt. Der Vorsprung in Punkt 6D dient sowohl zur Verteilung der Flüssigkeit als auch zum festen Verbinden der Bänder untereinander. Schließlich kann man in jeden Ablenker ein Loch (6E) bohren, welches die Passage der Flüssigkeit von einer Seite des Blattes zur anderen Seite des Blattes erlaubt.
7 zeigt zwei Blätter von 6, die plissiert und zusammengefügt sind. Man bemerkt die Serien von gestapelten Ventilatoren (7A). In 5 hatte man gesehen, dass die Bänder durch die Vorsprünge perfekt positioniert wurden. Die Faltlinien führen in Bezug auf diese Positionierung eine Ungenauigkeit ein, welche der Länge der Faltlinie entspricht. Um dies auszugleichen, kann man zum Zeitpunkt des Faltens ein lokales Vertiefen auf der Faltlinie durchführen, so dass der tiefste Punkt auf den Auflagepunkt konzentriert ist. Somit hält sich die Struktur zum Zeitpunkt des Zusammenbaus durch einfaches Gegeneinanderklemmen der Bänder in Position. In 7B sieht man einen Auflagepunkt, wo der Vorsprung des Bandes der hinteren Ebene mit einer Spitze versehen ist, welche sowohl eine Art Verbindung, welche die Bänder fest verbindet, als auch einen Verteiler von Flüssigkeit für das Rückmischen darstellt.
8 zeigt mehrere Vergrößerungen von 7. 8.1 zeigt eine Vergrößerung der Auflagezone 7B. 8.2 zeigt eine Draufsicht von 8.1 ohne verborgene Flächen, in der man sieht, dass die Ablenker in den Raum eindringen, der sich in der Senkrechten der benachbarten Ablenker befindet, so dass eine breite Kieselfläche (8.2A) geschaffen und ein anderer Ablenker (8.2B) mit Flüssigkeit versorgt wird. 8.3 zeigt zwei Typen von übereinander angeordneten Ventilatoren, die durch die Struktur geschaffen werden: einen „offenen" Ventilator (8.3A) und einen „geschlossenen" Ventilator (8.3B).
9 zeigt ein Detail von 7, das um 7B angeordnet ist. Die Ablenker 9D und 9F gehören zum plissierten Blatt der zweiten Ebene, während 9C und 9E zum Blatt der ersten Ebene gehören. Die schwarzen Pfeile stellen das Abfließen der Flüssigkeit auf die Ablenker dar. Die Struktur ist in Bezug auf den Auflagepunkt (9A) symmetrisch. Man sieht die Art, in welcher die Spitze (9B) und ihre Symmetrie Befestigungen bilden, welche die Struktur stabilisieren. Wenn man die zwei plissierten Blätter einander gegenüber positioniert, verformt sich die Struktur ein wenig und kehrt durch Elastizität wieder in ihre Position zurück, wenn die Spitze ihren endgültigen Platz eingenommen hat. In 9C hat man eine Zone seitlichen Aufteilens der Flüssigkeit, danach eine Zone des Rückmischens. Die Flüssigkeit, die auf den Ablenker der hinteren Ebene fließt, scheidet sich in zwei Teile ( 9D) . Ein Teil wird, nach einer Passage in freiem Fall (9G), den Ablenker der ersten Ebene (9E) mit Hilfe des Verteilers benetzen, der durch den spitz zulaufenden Vorsprung (9B) gebildet ist, und sich dann mit der Flüssigkeit vermischen, die auf das benachbarte plissierte Blatt fließt. Der andere Teil der Flüssigkeit bleibt auf demselben plissierten Blatt und wird den unteren Teil des Ablenkers 9F benetzen.
10 zeigt eine Möglichkeit zur Verschachtelung der Blätter an einem Auflagepunkt, der die lokale Vertiefung an einem Punkt wie 6C ersetzen kann, das heißt das Zentrum eines Ventilators. Zum Zwecke besserer Lesbarkeit sind die Figuren so dargestellt, dass die oben nach unten Richtung zur Rückseite des Blattes hin verläuft. 10.1 zeigt nur das Ausschnittdetail am Auflagepunkt. Die Ausschnittlinie ist 10.1A. Danach werden die Blätter in 10.1C und in 10.1B gefaltet. 10.2 zeigt die zwei gefalteten Blätter einander gegenüber angeordnet, vor dem Verschachteln, und 10.3 zeigt das Verschachteln. Das Verschachteln bildet das Zentrum eines Ventilators, und man kann die vier Ausrichtungen der Ablenker in 10.3 sehen, sofern die Figur aufgestellt wird.
Die Verschachtelung kann so konzipiert sind, dass sie die zwei Translationsfreiheitsgrade in bestimmten Kontaktpunkten oder in allen blockiert. Oder sie kann so konzipiert sein, dass sie einen Translationsfreiheitsgrad in bestimmten Kontaktpunkten und den anderen Freiheitsgrad in anderen Kontaktpunkten blockiert.
11 zeigt Blätter 11 gemäß der Erfindung, in denen eine Auflagefläche eben und durch zwei Falten (11.2) begrenzt oder gekrümmt (11.3) ist oder mehr als zwei Falten (11.4) schafft. In diesen drei Fällen ermöglicht das Ausschneiden den Rändern der Ablenker, Vorsprünge (11A) zu schaffen. 11.1 zeigt ein Falten in einfacher Plissierung. 11.2 zeigt den Fall, in dem die Facette (11B) innerhalb eines Paars von Falten eben ist, wie dies für 10 der Fall ist. In 11.3 hat man anstelle der Falten eine gekrümmte Fläche (11C). Schließlich ist in 11.4 eine Falte (11D) mehr zu sehen.
12 zeigt einen Ring 100 einer Destillationskolonne, die zwei Blöcke 200 von strukturierten Packungen enthält, die aus einer Vorrichtung zum Wärmeaustausch und/oder Stoffaustausch gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen.
Die plissierten Blätter 300 sind schräg zur Achse des Rings 100 zusammengebaut.
Die Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch der vorliegenden Erfindung kann in eine beliebige Kolonne einer Luftabscheidungsvorrichtung eingebaut werden, zum Beispiel in eine Durchschnittsdruckkolonne, Nieder druckkolonne, Argonkolonne, Stickstoffentfernungskolonne.
Jede Kolonne kann Vorrichtungen zum Wärme- und Stoffaustausch gemäß der vorliegenden Erfindung sowie klassische strukturierte Packungen (zum Beispiel des gewellten und gekreuzten Typs) und/oder lose Packungen und/oder Platten enthalten.
Die spezifische Oberfläche der Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch der vorliegenden Erfindung kann von einem Abschnitt einer Kolonne zu einem anderen Abschnitt variieren.

Claims

Vorrichtung zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch, die plissierte Blätter umfasst, die durch Ausschneiden und Falten ebener Blätter erzielt werden, wobei die plissierten Blätter parallel zu einer senkrechten Ebene nebeneinander positioniert werden, wobei die vollen Flächen der Blätter ebene, gekrümmte, gefaltete oder verwundene Ablenker stationärer Ventilatoren (1A, 1B, 5A, 5B, 7A, 8.3A, 8.3B) bilden, so dass das gasförmige Gemisch begünstigt wird, wobei jeder Ventilator aus vier Ablenkern (1C, 3E, 4A, 4B, 9C, 9D, 9E, 9F) besteht, deren mittlere Senkrechten geneigt und merklich voneinander durch Drehung um senkrechte Achsen abgezogen sind, wobei die Summe der vier Drehwinkel 360° beträgt und die Ventilatoren in aufeinanderfolgenden horizontalen Schichten gestapelt sind, innerhalb welcher jeder Ablenker zu zwei nebeneinander liegenden Ventilatoren gehört, die in entgegengesetzte Richtungen drehen und zwar derart, dass ausreichend Platz für die Passage des Gases zwischen zwei nebeneinander liegenden Ablenkern besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenker Teile (3E, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) besitzen, die aus der Zone zwischen den zwei Ebenen, die die Faltlinien des entsprechenden plissierten Blatts enthalten, nach außen stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der untere Teil bestimmter oder aller Ablenker (1C, 3E, 4A, 4B, 9C, 9D, 9E, 9F) unsymmetrisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der obere Teil (2A, 4E) bestimmter oder aller Ablenker (1C, 3E, 4A, 4B, 9C, 9D, 9E, 9F) in Bezug auf die Linie mit der größten Neigung symmetrisch ist und in etwa die Form eines umgekehrten V aufweist, so dass die Ausbreitung der Flüssigkeit begünstigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher bestimmte oder alle Ablenker von einem oder mehreren Löchern (2D, 6E) mit oder ohne Symmetrie der senkrechten Achse so durchbohrt sind, dass die Passage der Flüssigkeit unter den Ablenkern begünstigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bestimmte oder alle Ablenker mit einem oder mehreren ihrer Nachbarn in einer gleichen horizontalen Ebene durch ein gemeinsames, abgerundetes, abgeflachtes oder vertieftes Kantensegment (2E, 6C) so verbunden sind, dass eine seitliche Teilung der Flüssigkeit zwischen den Ablenkern erlaubt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bestimmte oder alle Ablenker mit einem oder mehreren ihrer Nachbarn durch ein gemeinsames, abgerundetes, abgeflachtes oder vertieftes Kantensegment (2E, 6A, 6C) verbunden sind, um die Ablenker fest untereinander zu verbinden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bestimmte oder alle Ablenker in den Raum eindringen, der sich in der Senkrechten zu einem benachbarten Ablenker befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bestimmte oder alle Ablenker so konzipiert sind, dass sie einen anderen Ablenker mit Flüssigkeit versorgen, im Allgemeinen mit Hilfe einer Spitze (6D, 8.2B, 9B), oder die Flüssigkeit eines anderen Ablenkers sammeln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher bestimmte oder alle Paare benachbarter Ablenker Vorsprünge (6D, 8.2B, 9B, 11A) und/oder Kerben aufweisen, die ein gegenseitiges Verschachteln erlauben, um die Ablenker untereinander fest zu verbinden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der untere Teil bestimmter oder aller Ablenker mindestens zum Teil verbreitert ist, so dass für die Flüssigkeit eine möglichst große Kieselfläche (2B, 4F, 8.2A) gewahrt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein Ende von mindestens zwei Ablenkern (1C, E3, 4A, 4B, 9C, 9D, 9E, 9F) einen Vorsprung (3C, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher ein oder jeder Vorsprung (3C, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) sich mit einem anderen Vorsprung oder einer Kerbe verschachtelt, um die Ventilatorschichten fest zu verbinden.
Herstellungsverfahren einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ebene Blätter aus Metall oder aus einem anderen Werkstoff ausgeschnitten und gefaltet werden, um plissierte Blätter (4G, 5F, 5G, 300) zu bilden und die plissierten Blätter (4G, 5F, 5G, 300) nebeneinander parallel zu einer senkrechten Ebene positioniert werden, wobei die vollen Flächen (3E) ebene, gefaltete, gekrümmte oder verwundene Ablenker bilden, wobei Ablenker Teile (3E, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) besitzen, die aus der Zone, die zwischen den zwei Ebenen liegt, die die Faltlinien des entsprechenden plissierten Blatts enthalten, hervorstehen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem die plissierten Blätter (4G, 5F, 5G, 300) vor dem Falten zu weniger als 45 o durchbohrt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Struktur aus plissierten Blättern (4G, 5F, 5G, 300) besteht, die in etwa identisch sind, und bei welchem die plissierten Blätter ungerader Reihen (5F) in Bezug auf die Blätter gerader Reihen (5G) um eine senkrechte oder horizontale Achse, die in der mittleren Ebene der plissierten Blätter enthalten ist, umgedreht sind.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welchem die Positionierung der plissierten Blätter (4G, 5F, 5G, 300) von einer Auflagezone (3D, 7B) gewährleistet wird, die ein Verschachteln der Blätter erlaubt und auch erlaubt, die Stabilität der plissierten Blätter sicherzustellen, sobald sie aneinander gedrängt sind.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, bei welchem die Auflagezone (3D, 7B) von einer lokalen Vertiefung gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei welchem die Auflagezone (3D, 7B) durch Ausschneiden und Falten und/oder Biegen oder Verdrehen gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Vorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 5 ist, bei welcher die plissierten Blätter so durchbohrt und gefaltet sind, dass die vollen Oberflächen durch Faltlinien (6C), die gekrümmt sind oder nicht, verbunden werden, so dass der Flüssigkeitsaustausch zwischen nebeneinander liegenden Ablenkern erlaubt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei welchem die Faltlinien (3A, 3B, 6A, 6C) nicht fortgesetzt sind um die Teile (3C, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 11A) zu schaffen, die aus der Zone zwischen den zwei Ebenen, die die Falten enthalten, hervorstehen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem Vorsprünge (3C, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) ein Positionieren der plissierten Blätter durch ein hervorstehendes Verschachteln und/oder Kerbe erlauben.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem es Vorsprünge (3C, 4C, 4D, 5D, 5E, 6D, 9B, 11A) erlauben, Verteiler (6D, 8.2B, 9B) oder Sammler für die Ablenker einer benachbarten Schicht zu schaffen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei die Vorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 11 ist, bei der es der Durchbohrungsprozentsatz zu weniger als 45% der plissierten Blätter (4G, 5F, 5G) erlaubt, große Kieselflächen (2B, 4F, 8.2A) zu schaffen.
Verfahren zum Abscheiden von Gas aus Luft oder Kohlenwasserstoffen oder Kohlenoxid oder Isotopen in einer Destillationskolonne, die mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst .
Anlage zum Abscheiden von Gas aus Luft oder Kohlenwasserstoffen oder Kohlenoxid oder Isotopen in einer Destillationskolonne, die mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst .