DE1419253C - Umlaufender Feuchtigkeitsaustauscher Ausscheidung aus 1119305 - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Feuchtigkeitsaustauscher mit einem feuchtigkeitsaufnahmefähiges Material enthaltenden Rotor, der von dem zu trocknenden Gasstrom durchströmt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Überführen von Wasserdampf aus einem Luftstrom mit höherem an einen Luftstrom mit niedrigem Dampfgehalt, mit einem umlaufenden Austauschkörper, der von den Luftströmen an zwei voneinander getrennten Stellen durchströmt wird, während Einbzw. Auslässe für die beiden Luftströme und der Austauschkörper eine Relativbewegung/ zueinander ausführen.

Für einen solchen Feuchtigkeitsaustausch oder eine solche Trocknung des einen Luftstromes bedient man sich bekanntermaßen bettartiger umlaufender Schichten aus einem feuchtigkeitsaufnahmefähigen Material, z. B. Kieselsäuregel. Der zu trocknende Luftstrom gibt seinen Dampfgehalt an das aus hygroskopischem Material bestehende Bett ab, das hierdurch mehr und mehr mit Feuchtigkeit angereichert wird. Es muß daher in gleichmäßigen Zeitabständen regeneriert werden, was mit Hilfe eines anderen Luftstromes geschieht, der infolge Erwärmung einen genügend niedrigen relativen Feuchtigkeitsgehalt hat, um die adsorbierte Feuchtigkeit aus dem Bett austreiben zu können. Feuchtigkeitsaustauscher dieser Art haoen den Nachteil, daß sie für eine bestimmte Trocknungsleistung einen großen Rauminhalt bzw. hohes Gewicht bekommen. Ferner ist der Widerstand gegen den Durchgang der Luftströme groß, weswegen die Anwendung der mit einem Bett aus einem feuchtigkeitsaufnahmefähigen Material arbeitenden Apparate auf solche Fälle beschränkt ist, wo der große Rauminhalt des Apparates und das hohe Druckgefälle in ihm keine allzu wesentlichen Nachteile mit sich bringt.

Der Feuchtigkeitsübergang zwischen Luft und einem festen Körper und umgekehrt geschieht nach anderen Bedingungen als der Wärmeübergang. Im ersteren Falle muß sich das Wasserdampfmolekül seinen Weg durch die Luft bahnen und dann in das feste Material eindringen. Bei Wärmeübertragung dagegen springt sozusagen die Wärme von Molekül zu Molekül sowohl in die Luft als in dem festen Material über. Der Widerstand im festen Material ist bei der Wärmeübertragung nur ein Bruchteil des Widerstandes in der Luft. Bei Feuchtigkeitsübertragung verhält es sich gerade umgekehrt, indem das feste Material dem Wasserdampfmolekül einen vielfach größeren Widerstand entgegensetzt als die Luft. In einem Bett von einem feuchtigkeitsaufnahmefähigen Material, z. B. Kieselsäuregel, sind zwischen aneinander liegenden Körnern enge unregelmäßige Durchlässe ausgebildet, die eine große Anzahl von Drossel- und Umlenkstellen aufweisen. Die Übergangszahl für den Dampf wird daher in der Luft sehr groß. Man könnte hiernach erwarten, daß das Bett von feuchtigkeitsaufnahmefähigem Material in der Richtung der Luftströme nur geringe Tiefe zu erhalten brauchte. Jedoch hat, wie erwähnt, das Bett von feuchtigkeitsaufnahmefähigem Material einen sehr großen Rauminhalt und damit eine beträchtliche Tiefe, weil der Widerstand gegen das Eindringen der Wasserdampfmoleküle in die Körner sehr hoch ist. Die Körner sind verhältnismäßig groß, damit nicht die unregelmäßigen Durchlässe zwischen ihnen und damit der Widerstand gegen die strömende Luft oder das Druckgefälle in dem Bett untragbar hohe Werte erreichen. Der große Widerstand gegen das Eindringen in die inneren Teile der Körner hat zur Folge, daß das Bett tief werden muß, damit das Körnermaterial für die beabsichtigte Feuchtigkeitsübertragung wirtschaftlich ausgenutzt werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die beschriebenen Mängel der bekannten Feuchtigkeitsaustauscher zu beseitigen und so einen Feuchtigkeitsaustauscher von geringem Raumbedarf und niedrigem Gewicht, hoher Leistung und geringem Luftwiderstand zu schaffen.

Die Lösung der Erfindungsaufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das feuchtigkeitsaufnahmefähige Material aus parallel zur Strömung angeordneten Schichten aus Asbest als Träger für einen hygroskopischen Stoff besteht, deren Stärke höchstens ein oder einige Zehntel Millimeter beträgt, wobei die Schichten durch Ausbuchtungen in einem Abstand zwi-

ao sehen 0,1 und 1,5 mm oder die glatten Schichten durch die gewellten Schichten in ungefähr dem doppelten Abstand gehalten sind.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den Schichten zwischen 0,2 und 0,6 mm.

Durch die Kombination dieser Merkmale wird der außerordentliche Vorteil erzielt, daß der Austauschkörper für eine bestimmte Leistung, d. h. Feuchtigkeitsübertragungsvermögen in. der Zeiteinheit, ein Gewicht erhält, das ein Bruchteil des Gewichts eines Bettes aus dem hygroskopischen Stoff, z. B. Kieselsäuregel, ist. Dies hängt damit zusammen, daß der hygroskopische Stoff in einer sehr dünnen Lage auf den tragenden Schichten ausgebreitet wird und damit dem Eindringen der Feuchtigkeit einen sehr kleinen Widerstand entgegensetzt. Durch die Ausbildung des Austauschkörpers aus dünnen, in kleinem Abstand voneinander angeordneten Schichten werden durchlaufende, im großen ganzen gleichförmige Durchlässe erhalten, die einen Querschnitt von derselben Größenordnung wie im Kieselsäuregelbett erhalten, aber dessen ungeachtet ein Druckgefälle hervorrufen, das nur einen Bruchteil des Druckgefälles in dem Kieselsäuregelbett ausmacht. Der Austauschkörper erhält in der Längsrichtung der Durchlässe eine geringe Länge und bei demselben Querschnitt wie dem des Kieselsäuregeibettes eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit.

Ein besonders geeignetes Material für die Schichten ist Asbest, der zwar nicht hygroskopisch ist, sich aber wegen seiner faserigen Struktur besonders gut als Träger für den hygroskopischen Stoff eignet und außerdem hohe Temperaturen aushält. Auch die Leistungsfähigkeit in der Feuchtigkeitsaufnahme, also in der Trocknung des Gases, ist bei aus Asbest hergestellten Folien besonders groß.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen dargestellt.
Es zeigt ;

Fig. 1 einen Feuchtigkeitsaustauscher zur Übertragung von Feuchtigkeit zwischen zwei Luftströmen; die Figur ist ein Schnitt nach der Linie I-I der

Fig. 2, die ihrerseits einen Schnitt nach der Linie H-II der F ig. list;
F i g. 3 ist eine Ansicht des Feuchtigkeitsaustauschers, teilweise im Schnitt nach der Linie III-III der F i g. 2 und teilweise unmittelbar vor dem im Feuchtigkeitsaustauscher enthaltenen Rotor;

Fig. 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausfüh-

3 4

rungsformen für die Schichten, aus denen der Rotor trocknenden Luftstrom auf und gibt sie ebenfalls in

aufgebaut ist; _ kurzer Zeit an den anderen Luftstrom ab. Wie aus

F i g. 6 ist eine teilweise im Schnitt nach der Linie F i g. 2 hervorgeht, erhält der Rotor eine kleine

VI-VI der F i g. 7 dargestellte Stirnansicht einer an- axiale Länge im Verhältnis zu seinem Durchmesser,

deren Ausführungsform des Feuchtigkeitsaustau- 5 Diese Länge, die mit dem Strömungsweg der Luft in

schere; ' den Spalten gleich ist, kann 50 mm sein.

Fig. 7 ist ein waagerechter Schnitt nach der Linie Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3

VII-VII der F i g. 6. wird der eine Luftstrom durch eine Leitung 34 mit

Gleichwertige Teile in den verschiedenen Figuren Hilfe eines Gebläses 36 in eine Kammer 35 hineinhaben dieselben Bezugszeichen erhalten, ίο gedrückt. Diese Luft strömt danach durch die feinen

In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet 10 das Gehäuse Spalten des Rotors 20, wenn diese Spalten während des Feuchtigkeitsaustauschers, das mittels eines Flan- des Umlaufs des Rotors 20 die linke Hälfte desselsches 12 unmittelbar-auf z.B. einer_; waagerechten ben gemäß den Fig. 1 bis 3 passieren. Die Luft verUnterlage befestigt zu werden.bestimmt ist. Ein Mo- läßt den Feuchtigkeitsaustauscher durch eine Kamtor 14, der unmittelbar am Gehäuse befestigt ist, hat 15 mer37 und eine Leitung 38. Der andere Luftstrom eine Welle 16, die an ihrem inneren Ende in einer kommt in eine Kammer 39 durch eine Leitung 40 vom Gehäuse 10 ausgehenden Hülse 18 gelagert ist hinein und passiert die rechte Hälfte des Rotors 20 und einen mit 20 bezeichneten Rotor trägt. Der Ro- in einem Gegenstrom zu dem ersten Luftstrom, wortor20 hat eine Nabe 22 und einen äußeren Mantel aufhin sie durch eine Kammer 41, eine Leitung 42 24, und zwischen diesen Teilen ist darin ein spiral- ao und mit Hilfe eines Gebläses 44 in den vorerwähnten förmig gewickeltes Folienband 26 aus Asbest unter- Raum hineingeblasen wird. Die Kammern 35 und 41 gebracht. sind durch eine Zwischenwand 46 und die Kammern

Dieses Band hat eine geringe Dicke, die höchstens 37 und 39 durch eine Zwischenwand 48 voneinander

ein oder einige zehntel Millimeter beträgt. Zwischen getrennt. Letztere Zwischenwand kann an einem

den Wicklungen sind schmale Spalte offen gehalten, 35 Deckel 50 befestigt sein, und nach dessen Abnehmen

und zwar gemäß der F i g. 4 mittels kleiner Ausbuch- läßt sich der Rotor 20 aus dem Apparatgehäuse 10

tungen 28 und in der F i g. 5 dadurch, daß das Band herausnehmen, nachdem ein Befestigungsglied wie

wellpappartig ausgebildet, d.h. aus einem glatten z.B. eine Mutter52 von der Welle 16 entfernt wor-

Teil 30 und einem gewellten Teil 32, die zweckmäßig den ist. Hierdurch läßt sich ein Austausch des Ro-

vor der Wicklung miteinander verbunden, z. B. ver- 3» tors 20 bequem durchführen.

leimt, wurden, zusammengesetzt ist. Die Spaltweite Der Rotor 20 ist billig in der Herstellung, so daß

liegt vorzugsweise in der Größenordnung zwischen er mit geringem Kostenaufwand durch einen neuen

0.1 und 1,0 mm und am besten um 0,6 mm. Zur Er- ersetzt werden kann. Um einem Lecken von Gas an

reichung der angestrebten Wirkung darf die Spalt- den Trennwänden 46, 48 vorzubeugen, können beid-

weite oder der mittlere Abstand zwischen den Band- 35 seitig neben dem Rotor 20 umlauf feste Pakete 54, 56

schichten 1,5 mm nicht übersteigen. Bei der Ausfüh- aus z. B. Wellpappe angebracht sein, welche im Ver-

rungsform gemäß der F i g. 5, wo die gewellte Schicht gleich zu dem Rotorpaket große Durchströmdurch-

32 den Abstand zwischen den glatten Schichten 30 lasse aufweisen. Diese setzen den Luftströmen sehr

im Durchschnitt halbiert, kann der Abstand zwi- kleinen Widerstand entgegen und dienen gleichzeitig

sehen den letzteren ungefähr das Doppelte betragen. 40 als eine Art Labyrinthdichtungen.

Die Folien, im vorliegenden Fall das Band 26, be- Die Ausführungsform gemäß den F i g. 6 und 7 unstehen aus Asbest, also aus einem nichtmetallischen, terscheidet sich von der vorbeschriebenen hauptsächdie Wärme schlecht leitenden Werkstoff. Gemäß der lieh dadurch, daß die beiden Luftströme den Rotor Erfindung wird ein feuehtigkeitsadsorbierender bzw. 20 in radialer Richtung durchstreichen. Dieser Rotor hygroskopischer Stoff wie feinvermahlenes Kiesel- 45 20 ist daher aus radial gestellten Schichten 58 zusäuregel in die Masse, aus der die Schichten gefer- sammengesetzt, die tiierbei zu Paketen zusammengetigt werden, eingemischt oder auf den fertigen Schich- führt sein können, welche zwischen radialen Stützten angebracht und befestigt. Der gewünschte Über- wänden 60 eingesetzt sind. Der Rotor ist auf der gang von dem einen Luftstrom zu dem hygroskopi- einen Stirnseite von einem auf der Welle 16 befestigschen Stoff erfolgt bei relativen Feuchtigkeitswerten 50 ten Stirnblech 62 und auf der anderen von einem mit erheblich tinter 100 °/o, weil die relative Feuchtigkeit einer Zentralöffnung für den Durchgang der Luftdes Luftstromes größer ist als die entsprechende ströme durch die Schichten 58 versehenen Stirnblech Gleichgewichtsfeuchte des Stoffes. Andererseits ist 64 begrenzt. Das Stirnblech 64 ist mittels einer Andie relative Feuchtigkeit in dem anderen Luftstrom zahl Speichen 65 mit einer Nabenscheibe 67 verbunniedriger als diese Gleichgewichtsfeuchte, weswegen 55 den. Die Stirnbleche 62, 64 können an ihrem Außen-Feuchtigkeit an den letzteren Luftstrom abgegeben umfang in Richtung zueinander umgebogen sein, wie wird. bei 68 angedeutet ist, und bilden dann Anschlag-

Je größer die Spaltweite, desto länger werden für ränder, welche die Schichten 58 in ihrer Lage in der

denselben Druckabfall die Spalten in der Strömungs- Richtung radial nach außen festhalten. Im übrigen

richtung der Luft. Die Übertragung des Dampfes zum 60 können die Schichten58 mit Abstandsgliedern z.B.

bzw. vom Band erfolgt wegen der Form der Durch- der in den F i g. 4 und 5 gezeigten Art ausgebildet

lasse zwischen den Bändern in der laminar strömen- sein, und die Spaltweite zwischen ihnen stimmt eben-

den Luft mit einer sehr hohen Diffusionsübergangs- falls mit den weiter vorn angegebenen Massen überzahl. Ferner ist der Wideretand gegen das Eindrin- ein. Ihre radiale Erstreckung, d. h. im Wege der Luftgen des Dampfes in den Schichten niedrig, weil der 65 ströme, ist klein und beträgt z.B. zwischen 15 und hygroskopische Stoff in dünnen Lagen oder Teil- 50 mm.

chen vorhanden ist. Der Stoff nimmt daher schnell Wegen der radialen Strömung durch den Rotor 20 die vorgesehene Feuchtigkeitsmenge aus dem zu sind zwei Anschlußleitungen und -stutzen 34 und

an dem Außenumfang des Feuchtigkeitsäustauschersangebracht, während zwei derartige Leitungen und Stutzen 38 und 40 an die eine Stirnfläche des Apparates verlegt sind. Letztere können an einen Deckel 70 angeschlossen sein, nach dessen Abnahme das Innere des Apparates zugänglich wird. Die Kammern 35 und 41, die beide je um den halben Umfang außer- halb des Rotors 20 verlaufen, sind voneinander durch eine obere und eine untere Trennwand 72 geschieden. Jede Wand 72 trägt eine Packung 74 aus beispielsweise Filz, die am Rotor 20 anliegt bzw. sich mit geringem Spielraum außen vor ihm befindet. Ähnliche Trennwände 76 und Packungen 78 können, innerhalb des Rotors vorgesehen sein. . · .

Von der Länge der Spalten des Rotors in der. Strömungsrichtung der. Luft,hängt der Wirkungsgrad des Feuchtigkeitsäustauschers wie auch der Widerstand beim'Durchgang der Luft durch die Spalten ab. Da der Wirkungsgrad bereits bei einer.Spaltenlänge von 30 mm über 90% sein kann, lohnt es sich in den meisten Fällen nicht, die Länge über das Doppelte bzw. Drei- bis Vierfache dieses Wertes zu vergrößern. Ein Feuchtigkeitsaustauscher wird für eine Luftgeschwindigkeit in den Spalten des Rotors von vorzugsweise 1 bis 2,5 m/Sek. ausgebildet. Unter 5m/Sek. liegende Luftgeschwindigkeiten erzeugen keine Geräusche störender Art.

Im übrigen kann der Rotorkörper auch nichtumlaufend und das Gehäuse, oder das Gestell umlaufend ,5 ausgebildet sein. .■ . ■-.·". . ,

Claims (2)

- Patentansprüche:

1. Umlaufender Feuchtigkeitsaustauscher mit ίο einem feuchtigkeitsaufhahmefähiges Material enthaltenden Rotor, da diir eh.geke η η zeichne, t, daß das feuchtigkeitsaufnahmefähige Material aus parallel zur Strömung angeordneten Schichten aus Asbest als Träger für einen hygroskopischen Stoff besteht, deren Stärke höchstens ein oder einige Zehntel Millimeter beträgt, wobei die Schichten (26) durch Ausbuchtungen (28) in einem Abstand zwischen 0,1 und 1,5 mm . oder die glatten Schichten (30) durch die gewellten ■ Schichten (32) in ungefähr dem doppelten Abstand gehalten sind.,. .' ; ' .·■:, '■'','.'

2. Feuchtigkeitsaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schichten (26). zwischen 0,2 und 0,6 mm beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen