DE7804886U1 - Einbauelement für Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen - Google Patents

Description

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Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz

Einbauelement für Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen

Die betrifft ein Einbauelement für Stoff- und Äär-.e- _t

austauschkolonnen, in welchen ein Gas und eine Flüssigkeit, f vorzugsweise im Gegenstrom, miteinander in Kontakt gebracht §

"werden. Dieses besteht aus parallel zur Kolonnenachse angeorc- f

neten, sich berührenden, gefalteten Lamellen aus folienartigem f Material. Die Faltungen der Lamellen liegen im Winkel gegen die Kolonnenachse.

Gegenüber Einbauelementen aus selbstbenetzendem Drahtgev/ebe ist die Herstellung von Einbauelementen aus Lamellen, die bus einem folienartigen Material, z.B. Blech bestehen, wesentlich billiger.

Jedoch kann bei derartigen Einbauelementen keine gleichmässige Flüssigkeitsverteilung über die Oberfläche der Lamellen erreicht werden, da keine Kapillarkräfte wirksam werden.

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Eine gleichmässige Flüssigkeitsverteilung ist aber für einen wirksamen Stoff- bzw. Wärmeaustausch mit der Gasphase unbedingt erforderlich.

i Bei aus gefalteten Lamellen bestehenden Einbauelementen folgt die Flüssigkeit hauptsächlich den von den Faltungen gebildeten Talsohlen, d.h. es tritt eine Kanalisierung der Flüssigkeit auf, und die Lamellen werden nicht mehr gleichmässig von der Flüssigkeit berieselt.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die Lamellen mit Lö- |

ehern zu versehen, wobei die abwärtsströmende Flüssigkeit an | den oberen Randzonen der Löcher nach beiden Seiten abgelenkt wird. Jedoch kann auch hierbei nur eine Grobverteilung der Flüssigkeit auf den Lamellenoberflächen erreicht v/erden.

Weiterhin ist es bei ungelochten, gefalteten Lamellen bekannt, auf diesen zusätzlich zur Grobfaltung eine Feinriffeiung aufzubringen, um die Verteilung der Flüssigkeit auf den Lamellen— oberflächen durch Kapillarwirkung und Kanalisierung zu verbessern.

Beide Massnahmen für sich alleine angewendet, führen jedoch, wie die Praxis gezeigt hat, zu keiner befriedigenden, gleich—

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massigen Flüssigkeitsverteilung auf den Oberflächen der gefalteten Lamellen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, durch eine geeignete Ausbildung der gefalteten Lamellen, aus einem folienartigen Material für eine äusserst gleichmässige Flüssigkeitsverteilung zu sorgen, und somit die Wirksamkeit des Stoff- bzw. Wärmeaustausches gegenüber bekannten Einbauelementen wesentlich zu verbessern.

Die Erfindung besteht in der Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Die Faltwände der Lamellen sind zusätzlich feingeriffelt,

b) die Lamellen weisen eine Mehrzahl von über ihre Oberfläche verteilter Löcher auf.

Unter Riffelung wird im Sinne der Erfindung eine Aufrauhung der Lamellenoberfläche durch Rillung oder Einprägen von Mustern, wie z.B. Fischgratmuster verstanden.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kombination der zusätzlichen Feinriffeiung in der

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vorstehend beschriebenen Weise und einer Lochung der Lamellen

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eine äusserst gleichmässige Flüssigkeitsverteilung auf den Oberflächen der Lamellen erreicht wird.

Man würde nämlich von vornherein annehmen, dass sich die beiden Massnahmen gegenseitig behindern, da die Feinriffeiung zur Aufgabe hat, die Flüssigkeit in seitlicher Richtung zu kanalisieren und die Löcher diese Kanalisierung unterbrechen.

Als folienartige Naterialien für die Lamellen kommen vorzugsweise Metalle, wie z.B. Kupfer, rostfreier Stahl, tfonell oder auch Kunststoff in Frage.

Bei Ausbildung der Feinriffeiung als Rillen, können diese in horizontaler Richtung verlaufen, da auch hierdurch eine seitliche Flüssigkeitsverteilung von den Talsohlen der Grobfaltung durch Kapillarwirkung erfolgt. Jedoch besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, dass der 'Winkel zwischen der Feinrillung und der Kolonnenachse 15-90 und der entsprechende Winkel zur Kolonnenachse der Grobfaltung 15 — 60 beträgt. In diesem Fall v/ird nämlich die seitliche Ausbreitung ^'er Flüssigkeit auf den Lamellenoberflächen durch Kapillarkraft noch durch die in Richtung der Riffeltäler wirkenden Schwerkraft verstärkt.

Vorteilhaft kann die länge und Höhe der Feinriffelunq 0,3 - 3 nun betragen, wobei unter "Länge" im übertragenen Sinne "Wellenlänge" verstanden werden soll.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

In der Fig. 1 ist perspektivisch eine Lamelle und

in Fig. la ein Detail davon vergrössert dargestellt.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Lamelle.

In Fig. 3 sind perspektivisch einzelne Lamellen für ein

Einbauelement vor dessen Zusammenbau dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen Teil einer Kolonne mit drei Einbau— elementen.

Die Lamelle 1 in der Fig. 1 weist eine Grobfaltung mit Zacken 2a und Talsohlen 2b auf. Unter dem Begriff Faltung soll im Sinne der Erfindung sowohl eine zacken— als auch eine wellenförmige Profilierung verstanden werden.

Die Lamelle ist mit einer Anzahl von Löchern 3 versehen. Vorteilhaft weisen die Löcher einen Durchmesser in der Grössenordnung von ca. 4 mm auf und nehmen insgesamt nicht mehr als 5-20 % der Gesamtoberfläche ein.

In einem Winkel, der entgegengesetzt zum Neigungswinkel der Grobfaltung liegt, ist auf der Lamelle eine Feinriffeiung 4 aufgebracht. Die Riffellänge und Riffelhöhe liegt vorteilhaft in der Grössenordnung von 0,3-3 mm.

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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Lamelle zur Veranschaulichung der V/inkelverhältnisse der Grobfaltung und der Feinriffelung. Hierbei ist die Richtung der Kolonnenachse mit K und der Winkel der Grobfaltung gegen die Kolonnenachse mit GF und der Winkel der Feinriffelung gegen die Kolonnenachse mit FR bezeichnet.

Die 14 Lamellen 1 in der Fig. 3 sind in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschliessend aufeinandergelegt und zu einen Einbauelement vereinigt und sodann in den Austauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden.

In der Fig. 4 ist ein Abschnitt 5 des Austauschteiles einer Kolonne 6 dargestellt, der drei jeweils um 90 gegeneinander versetzt angeordnete Einbauelemente 7, 8, 9 enthält. Die Einbauelemente sind aus den erfindungsgemäss ausgebildeten Lamellen (vergl. Fig. 1) zusammengesetzt.

An den unteren Teilen der Einbauelemente sind als Kragen ausgebildete Ableitelemente 10 befestigt, die bewirken, dass an der Innenwand abfliessende Flüssigkeit an der Unterseite jedes Einbauelementes nach innen geleitet wird.

Zwecks einer über den Kolonnenquerschnitt gleichmässig verteilten Ableitung der Flüssigkeit in den sich an das unterste Ein-

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bauelement anschliessenden Verdampferteil der Kolonne laufen die Lamellen dieses Einbauelementes an ihrer Unterseite in Zacken 11 aus.

Bei grossen Kolonnendurchmessern von beispielsweise 1 m und mehr kann das Einbauelement aus mehreren nebeneinander angeord neten Teilen bestehen. Diese einzelnen Teile v/erden vom Kolonnenmantel zusammengehalten.

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1. Einbaue.Iement für Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen, in welchen ein Gas und eine Flüssigkeit, vorzugsweise im Gegen— strom, miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei das Einbauelement aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden, gefalteten Lamellen aus folienartigem !-'=— terial besteht, und die Faltungen der Lamellen im Winkel gegen die Kolonnenachse liegen, ge kennzeich — net durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Die Faltwände der Lamellen sind zusätzlich feingeriffelt,

b) die Lamellen weisen eine Mehrzahl von über ihre Oberfläche verteilter Löcher auf.

2. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinriffeiung als Rillung ausgebildet ist.

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3. Einbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rillung zur Kolonnenachse einen Winkel bildet, der das

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entgegengesetzte Vorzeichen des entsprechenden Winkels zur Grobfaltung der Lamellen aufweist.

4. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen aus Metall bestehen.

5. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen aus Kunststoff bestehen.

6. Einbauelement nach Anspruch 3, ia~urcr. gekennzeichnet, ~üss der Winkel zwischen der Feirtrillung und der Kolonnenechse 15-9Ο und der entsprechende Winkel zur Kolonnenachse der Grobfaltung 15 - 60° beträgt.

V. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und Höhe der Feinriffelung 0,3 - 3 mm beträgt.

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