SE534985C2 - Förfarande för framställning av multipla kanaler för användning i en anordning för utbyte av en substans eller lösta ämnen mellan fluidflöden - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande förtillverkning av multipla kanaler för användning i enanordning för utbyte av lösta ämnen mellan åtminstone tvåfluidflöden. Uppfinningen avser vidare en sådan anordning.Åtminstone ett första och ett andra ark ingår. Förfarandetinnefattar stegen bestående i att förse åtminstone ett avdet första och det andra arket med åtminstone en profileradyta och sammanfogning av det första och det andra arket medde profilerade ytorna vända mot varandra. Kanaler bildas genom de profilerade ytornas form. (Fig. 3)

Description

25 534 985 tillverkade av material såsom Nafionnfl Dessa skilda förfaranden för borttagning av vattenånga från fluider uppvisar emellertid vissa nackdelar; roterande värmeväxlare är försedda med rörliga delar som medför ytterligare underhållskostnader. Dessutom ökar roterande värmeväxlare risken för förorening mellan luftströmmarna.

Plattvärmeväxlare uppvisar låg verkningsgrad när det gäller entalpi och rörknippen av Nafionm är dyra.

De som tillverkar dessa teknologier försöker alla att hitta det mest kostnadseffektiva sättet att åstadkomma dessa effekter och därför utvecklas olika förfaranden. I konventionella plattbaserade värme- och fuktväxlare består värmeväxlarens lager ofta av ett distanselement eller en stödstruktur, på vilken ett membran har lagts. Sådana strukturer är vanliga men har låg kostnadseffektivitet på grund av behovet av distanshållare, som kan bli dyra beroende på det använda materialet.

Stödstrukturen ökar också värmeväxlarens sammanlagda vikt.

På grund av vikten krävs mer stöd i monterat skick och ökad vikt ökar också risker under hantering vid underhåll. Även transportkostnaderna ökar vid högre vikt.

I vissa gastorkningsteknologier används en mängd små rör för att tillhandahålla en stor yta för fuktväxling/fuktutbyte tillsammans med goda flödesegenskaper genom rörknippena, medan gasflödesegenskaperna utanför knippet i stor utsträckning försummas, exempelvis genom att tillräckligt med utrymme för flöde mellan rören ofta saknas. 10 15 20 25 53-'1 985 Rören i ett knippe används vanligen i samband med en annan fluidström som strömmar motströms eller tvârströms i förhållande till rören men utanför och mellan de många rören.

När individuellt tillverkade rör med mycket liten diameter används, blir produktionskostnaderna höga eftersom det är tekniskt svårt att tillverka små rör och förädla dem till en produkt, och följaktligen kommer slutprodukten att bli dyr.

En annan nackdel när rören är packade i knippen i nuvarande samtida produkter är att inget tillfredställande mellanrum tillhandahålls för flödesegenskaperna mellan rören.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att medelst ett flertal första och andra ark framställa multipla kanaler för användning i en anordning för utbyte av en substans eller lösta ämnen (engelska: solutes) mellan åtminstone ett första och ett andra fluidflöde, vilket förfarande innefattar stegen att: förse vart och ett av nämnda flertal åtminstone första eller andra ark med profilerad ytor, parvis sammanfoga nämnda flertal första och andra ark, varigenom kanalerna bildas genom de profilerade ytornas form, och sammansátta nämnda flertal första och andra parvis sammanfogade ark, varigenom kanaler i multipla lager bildas genom de profilerade ytornas form, varvid lagrens arrangemang är alternerande förskjutna.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett förfarande som möjliggör produktion av multipla tunna kanaler till mycket låga produktionskostnader. Dessutom tillhandahåller 10 15 20 25 534 585 förfarandet ett alternativt sätt att tillverka multipla kanaler med oändlig variation med gynnsamma flödesmönster.

Föreliggande uppfinning avser även en anordning för utbyte av en substans eller lösta ämnen (engelska: solutes) mellan åtminstone ett första och ett andra fluidflöde, innefattande: multipla lager vilka vart och ett innefattar ett första och ett andra ark, varvid åtminstone ett av nämnda första och andra ark år försett med en profilerad yta, vilka nämnda första och andra ark är sammanfogade, varigenom kanaler bildas genom den profilerade ytans form, varvid lagrens arrangemang är alternerande förskjutna.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning är särskilt användbar för utbyte av en substans från ett första fluidflöde till ett andra fluidflöde, för att avlägsna eller avskilja ämnet från det första fluidflödet.

Enligt en utföringsform är vart och ett av nämnda ark försett med profilerade ytor och varvid nämnda första och andra ark är sammanfogade med nämnda profilerade ytor vända mot varandra.

Enligt en utföringsform är nämnda ark med profilerade ytor speglade mot varandra.

Enligt en utföringsform varierar nämnda kanalers tvärsnitt längs anordningens längd.

Enligt en utföringsform varierar nämnda kanalers antal längs anordningens längd.

Enligt en utföringsform uppvisar arkmaterialet en hög 10 15 20 25 534 985 löslighet för vatten.

Enligt en utföringsform uppvisar arkmaterialet en porstorlek mellan 0,1 och 50 nanometer.

Enligt en utföringsform uppvisar arkmaterialet en porstorlek mellan 50 och 500 nanometer.

Enligt en utföringsform är åtminstone ett av nämnda ark hydrofobt.

Enligt en utföringsform är åtminstone ett av nämnda ark hydrofilt.

Enligt en utföringsform år åtminstone ett av nämnda ark en metall.

Den stora ytan som tillhandahålls av en mångfald kanaler tillsammans med goda flödesegenskaper mellan lagren skapar bästa tänkbara förutsättningar för överföring genom diffusion mellan fluidströmmarna.

Den föreliggande konstruktionen möjliggör ett godtyckligt avstånd mellan lagren alltefter behov. Flödesegenskaperna mellan lagren kan också anpassas genom ökning av avståndet mellan lagren.

En ytterligare fördel, till exempel i fallet när en fluid skall torkas, är att en större luftström kan strömma utanför kanalerna, , varigenom fluidet inuti kanalerna torkas mer effektivt. Genom lämplig utformning av avståndet mellan lagren, kan flödesmängden mellan lagren optimeras för tillämpningen. 10 15 20 25 534 985 Föreliggande uppfinning tillhandahåller en anordning som möjliggör en motströmskonstruktion med en tât utformning utan behov av separata material för stödstrukturer för att möjliggöra flöde över arken. Anordníngen tillhandahåller dessutom enastående goda flödesegenskaper mellan lagren genom sin konstruktion med multipla kanaler och konstruktion med staplade lager med anpassningsbart avstånd mellan lagren. De integrerade kanalerna leder också till mindre underhåll och lägre risk för förslitning eftersom det inte förekommer någon nötning på grund av vibrationer mellan arken och stödstrukturerna.

Ytterligare en fördel är att anordningen är billig att tillverka med automatisk avskiljning av enskilda kanaler och med goda och oberoende anpassningsbara flödesegenskaper på utsidan av kanalerna. Föreliggande uppfinning tillhandahåller vidare en anordning för utbyte av en substans eller lösta ämnen vilken avlägsnar behovet av ytterligare stödstrukturer mellan arken medan den samtidigt tillhandahåller möjligheter till motströmsflöde, vilket avsevärt förbättrar verkningsgraden jämfört med konventionell teknologi.

Ytterligare föredragna utföringsformer definieras av underkraven.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hjälp av exempel och med hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 visar en anordning för utbyte av vattenånga enligt 10 IS 20 534 985 känd teknik, fig. 2 visar ett ark med en profilerad yta, fig. 3 visar ett ark med en profilerad yta, fig. 4 visar två ark med profilerade ytor vilka är sammanfogade, fig. 5 visar ett flertal ark med profilerade ytor som är sammanfogade, fig. 6 och 7 visar ark med alternativt profilerade ytor, fig. 8 visar ett flertal ark som är sammanfogade i alternerande lager, fig. 9 visar två ark med profilerade ytor vilka är sammanfogade, fig. 10 visar ett ark med profilerade ytor vilket är sammanfogat med ett ark med slät yta, och fig. 11 visar ett ark med ytterligare en annan alternativt profilerad yta.

UTFÖRLIG nzsxnivnrnc Av rönznnnenn urrönrncsronnn Nedan kommer en utförlig beskrivning av en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning att ges.

I fig. 1 visas en anordning för utbyte av vattenånga enligt känd teknik. I konventionell teknologi används ett korrugerat material eller ett flödesfördelningselement mellan enkla ark av genomsläppliga (permeabla) material för 10 15 20 25 534 985 att definiera kanaler och flödesriktning och för att tillhandahålla en enhetlig stödstruktur för avskiljning av lagren. I vissa exempel år lagrens kanter vända nedåt för att tillhandahålla distanshållare. Denna konstruktion år alltid begränsad till en korsströmsutformning.

I fig. 2 visas ett ark 3 med en profilerad yta 5. För att skapa den profilerade ytans 5 form kan många olika förfaranden användas vid tillverkningen. Arket kan till exempel vara en korrugerad plåt. Som ett ytterligare exempel kan ett ark av ett material värmas till en sådan temperatur att det kan deformeras och sedan kylas efter att det formats över en form/kropp och därigenom låta formen stelna. Når det väl har deformerats permanent kommer formen att bestå. Ett annat sätt är att låta ett stort antal mycket tunna trådar falla slumpmässigt över en form/kropp t.ex. genom elektrospinning, för att skapa en form som, när den väl har stelnat, återtar sin form även när den deformeras.

Ytterligare ett annat sätt att skapa den profilerade ytans 5 form är att skära ut kanaler med gynnsamma flödesmönster i en sida eller båda sidorna på ett ark av ett solitt eller poröst material. Materialet i arken 3, 4 kan vara semipermeabla, eller genomsläppliga för vissa substanser eller lösta ämnen. Arkmaterialet kan antingen vara poröst eller solitt eller bàdadera.

Förfarandena som beskrivits ovan är särskilt lämpliga när kanalernas 1 dimensioner är små. Med hjälp av dessa förfaranden kan små kanaler med ett tvärsnitt på endast några få millimeter framställas enkelt och kostnadseffektivt. 10 15 20 25 534 585 Den profilerade ytans form och således den av ytorna bildade kanalens tvärsnitt kan variera beroende på de önskade flödesegenskaperna. Kanalernas tvärsnitt kan till exempel vara cirkulârt, hexagonalt, kvadratiskt eller triangulärt.

En första och en andra fluid kan strömma motströms i förhållande till varandra, inuti respektive utanpå kanalen 1.

Fluiderna i kanalen kan vara en gas eller en vätska.

I fig. 3 visas ett annat ark 3 med en profilerad yta 5.

Arket är vidare försett med öppningar för att underlätta flödet mellan lagren 7 när ett flertal lager är sammanfogade i multipla lager 7.

I fig. 4 visas två ark 3, 4 med profilerade ytor 5 vilka är sammanfogade. Genom att tillhandahålla ett ark av ett basmaterial med profilerad yta 5, till exempel såsom visat i fig. 1 och genom sammanfogning av två sådana ark 3, 4 med motsatt och företrädesvis speglat utformade profilerade ytor 5, kan ett flertal små kanaler 1 bildas i ett förfarande som lätt kan automatiseras. Sammanfogning av arken 3, 4 kan till exempel åstadkommas genom svetsning, limning eller smältning eller med varje annat lämplig vidhäftningsförvarande med vilket de två profilerade plåtarna skulle kunna sammanfogas hermetiskt. Arken 3, 4 är försedda med en profilerad yta 5, varigenom kanaler med 1 med cirkulâra tvärsnitt åstadkommas.

Kanalerna 1 kan ha varje annan lämplig form, till exempel oval, hexagonal eller kvadratisk.

I fig. S visas ett flertal sammanfogade ark 3, 4. När de är staplade såsom visat i figuren, bildar arken 3, 4 multipla 10 15 20 25 534 985 10 lager 7. En sådan utformning leder till lågt tryckfall när fluiden strömmar från den ena sidan till den andra, varigenom den säkrar och upprätthåller kanalernas flödesegenskaper och ett ohindrat flöde mellan lagren 7, utanför kanalerna 1.

I fig. 6 och 7 visas ark 3 med alternativt profilerade ytor 5.

I fig. 8 visas ett flertal ark 3, 4 som är sammanfogade i multipla lager 7. Lagren 7 är förskjutna i förhållande till varandra varigenom en anordning med ett flertal lager 7 med alternerande förskjuten konfiguration tillhandahålls. En alternerande förskjuten konfiguration minskar avståndet mellan lagren 7 och ökar sålunda konfigurationens sammanlagda yta per volymsenhet, och enheten kan således göras kompaktare medan samma yta bibehålls.

I fig. 9 visas två ark med profilerade ytor som är sammanfogade.

I fig. 10 visas ett ark 3 med profilerade ytor 5 vilket är sammanfogat med ett ark med slät yta. Därigenom tillhandahålls kanaler 1 som uppvisar ett halvcirkelformigt tvärsnitt.

I fig. 11 visas ett ark med en alternativt profilerad yta 5.

Arket är också försett med ett flertal öppningar 6 för att underlätta flöde mellan arken 7 när ett flertal ark 3, 4 är sammanfogade i multipla lager 7.

För att avskilja flödesinloppet kan öppningar skäras ut mellan kanalerna. Detta ger inloppskanaler som är vinkelräta 10 15 20 25 534 985 H mot kanalernas huvudriktning, varigenom flödet utanför kanalerna, eller i fallet med multipla lager, mellan lagren, avskiljs frän flödets inloppspunkt inuti kanalerna. Eftersom utformningen av de multipla lagren 7 är alternerande förskjuten, kan samma förfarande användas för en diagonal kanal, som är vinkelrät mot kanalerna för matning av flödet mellan lagren 7.

De profilerade ytorna 5 kan bildas genom varje lämpligt förfarande, till exempel genom värmning av arken, deformering av dem varigenom ytorna profileras, och sedan kylning av dem varigenom de profilerade ytornas form blir kvar i sin deformerade form. Ett annat exempel består i att låta ett flertal tunna trådar falla slumpmässigt över en kropp med profilerad yta, varigenom ett ark med profilerad yta 5 skapas, vilket kommer att behålla sin form när det väl har stelnat. Ytterligare alternativ kan vara att skära ut kanaler i den ena sidan eller i båda sidorna, pä ett första och ett andra ark av solitt eller poröst material. Vidare kan den profilerade ytan åstadkommas genom att päföra ett mönster av plast eller annat lämpligt material pá arken.

Dessutom kan öppningarna 6 skäras mellan kanalerna 1 för att tillhandahålla ett inlopp som fördelar flödet från en riktning som är vinkelrät mot kanalerna l, mellan lagren 7.

Detta ger ett ostört flöde vinkelrätt mot kanalernas huvudriktning, varigenom flödet mellan kanalerna avskiljs från inloppspunkten för flödet inuti kanalerna. Eftersom konfigurationen av lagren 7 är alternerande förskjuten, kan samma förfarande användas för en diagonal kanal, som är vinkelrät mot kanalerna för matning av flödet mellan lagren 10 15 534 985 12 För att fördela flödet jämnt och enkelt mellan lagren 7, kan öppningar 6 skäras ut antingen mellan kanalernas ändar (främst för flödesfördelning), eller i intervall längs kanalernas hela längd, vilket ger ett enkelt medel för tryckutjämning och en enkel flödesväg.

För att tillhandahålla ett knippe av kanaler för korsströmsflöde eller motströmsflöde, kan enhetligt utplacerade öppningar skäras ut mellan kanalerna för att erhålla ett ostört flöde mellan kanalerna från två riktningar (uppifrån och ned eller fràn sida till sida), varvid båda är vinkelräta mot flödets huvudriktning inuti kanalerna.

Uppfinningen har huvudsakligen beskrivits ovan med hänvisning till nägra utföringsformer men såsom fackmannen lätt inser är emellertid andra utföringsformer än de som beskrivs ovan likaså möjliga inom uppfinningens skyddsomfáng, såsom definierat i de bifogade kraven.

Claims (12)

10 15 20 25 534 'B85 PATENTKRAV

1. Förfarande för att medelst ett flertal första och andra ark (3, 4) framställa multipla kanaler (1) för användning i en anordning (2) för utbyte av en substans eller lösta ämnen (engelska: solutes) mellan åtminstone ett första och ett andra fluidflöde, vilket förfarande innefattar stegen att: - förse vart och ett av nämnda flertal åtminstone första eller andra ark (3) med profilerad ytor (5), - parvis sammanfoga nämnda flertal första och andra ark (3, 4), varigenom kanalerna (1) bildas genom de profilerade ytornas (5) form, och - sammansâtta nämnda flertal första och andra parvis sammanfogade ark (3, 4), varigenom kanaler (1) i multipla lager (7) bildas genom de profilerade ytornas form, varvid lagrens arrangemang är alternerande förskjutna.

2. Anordning för utbyte av en substans eller lösta ämnen (engelska: solutes) mellan åtminstone ett första och ett andra fluidflöde, innefattande: multipla lager vilka vart och ett innefattar ett första och ett andra ark (3, 4), varvid åtminstone ett av nämnda första och andra ark (3, 4) är försett med en profilerad yta (5), vilka nämnda första och andra ark (3, 4) är sammanfogade, varigenom kanaler (1) bildas genom den profilerade ytans (5) form, varvid lagrens arrangemang är alternerande förskjutna.

3. Anordning enligt krav 2, varvid vart och ett av nämnda I \ 10 15 20 534 985 iH ark (3, 4) är försett med profilerade ytor och varvid nämnda första och andra ark är sammanfogade med nämnda profilerade ytor vända mot varandra.

4. Anordning enligt krav 3, varvid nämnda ark (3,4) med profilerade ytor (5) är speglade mot varandra.

5. Anordning enligt något av kraven 2-4, varvid nämnda kanalers (1) tvärsnitt varierar längs anordningens längd.

6. Anordning enligt något av kraven 2-5, varvid nämnda kanalers (1) antal varierar längs anordningens längd.

7. Anordning enligt något av kraven 2-6, varvid arkmaterialet uppvisar en hög löslighet för vatten.

8. Anordning enligt något av kraven 2-7, varvid arkmaterialet uppvisar en porstorlek mellan 0,1 och 50 nanometer.

9. Anordning enligt något av kraven 2-7, varvid arkmaterialet uppvisar en porstorlek mellan 50 och 500 nanometer.

10. Anordning enligt något av kraven 2-9, varvid åtminstone ett av nämnda ark är hydrofobt.

11. Anordning enligt något av kraven 2-10, varvid åtminstone ett av nämnda ark är hydrofilt.

12. Anordning enligt något av kraven 2-11, varvid åtminstone ett av nämnda ark är en metall.