DE102008019829A1 - Mass transport between two fluids, for dehumidifying air in an air conditioning system, uses a membrane absorber formed by permeable and impermeable films - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Massentransport zwischen zwei Fluida durch eine Membran, insbesondere einen Membranabsorber, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for mass transport between two fluids through a membrane, in particular a membrane absorber, after the preamble of claim 1.
Zur Entfeuchtung der Zuluft bei Raumklimatisierung können flüssige Absorbermedien verwendet werden, z. B. in Wasser gelöste Salze wie LiCl oder CaCl2. Diese werden mit der Luft in Kontakt gebracht; aufgrund des Wasser-Partialdampfdruckgefälles hin zu den hydrophilen Salzlösungen nehmen diese Wasserdampf aus der Luft auf.For dehumidifying the supply air in air conditioning liquid absorber media can be used, for. B. dissolved in water salts such as LiCl or CaCl 2 . These are brought into contact with the air; due to the water partial vapor pressure gradient towards the hydrophilic salt solutions, these absorb water vapor from the air.
Techniken, bei denen eine solche Lösung als Rieselfilm oder versprüht direkt mit der Zuluft in Kontakt kommt, haben den Nachteil der mangelnden Hygiene; es besteht die Gefahr, ätzende Salztröpfchen mit in die Raumluft zu reißen.Techniques, in which such a solution as a trickle film or sprayed directly in contact with the supply air have the disadvantage of lacking Hygiene; there is a risk of having corrosive salt droplets to tear into the room air.
Trennt
man nun die Salzlösung von der Luft durch eine mikroporöse
Membran (vgl.
Grundsätzlich
gilt: Je kälter die Salzlösung ist, desto mehr
Wasser kann sie absorbieren. Beim Absorptionsprozess wird jedoch
Wärme frei, die Lösung würde sich also
erwärmen. Um diesen Effekt auszugleichen, kann man vorgekühlte
Lösung in den Absorber führen (
Es bleibt die Möglichkeit, simultan zur Absorption die Lösung beispielsweise über einen Kühlwasserkreislauf zu kühlen, man benötigt also einen Wasser-Salzlösung-Luft-Wärme- und -Stofftauscher.It the possibility remains, simultaneous to the absorption the solution for example via a cooling water circuit to cool, so you need a water-salt solution-air-heat and cloth exchanger.
Verwirklicht und teilweise auf dem Markt verfügbar sind dazu folgende Techniken:
- 1. Senkrecht im Luftstrom stehende Röhrchen, abwechselnd
- – einmal aus stabilen porösen Polypropylen-Röhrchen, die von der Lösung durchflossen sind,
- – einmal aus Edelstahl, von Kühlwasser durchflossen, jeweils in Kunststoffrahmen, diese hintereinander gestapelt.
- 2. Matrix aus Polyvinylidenfluorid, bei der benachbarte Kanäle senkrecht zueinander von den unterschiedlichen Medien durchströmt werden.
- 1. Tubes standing vertically in the airstream, alternating
- - once from stable porous polypropylene tubes, which are flowed through by the solution,
- - Once made of stainless steel, flowed through by cooling water, each in plastic frame, these stacked one behind the other.
- 2. matrix of polyvinylidene fluoride, in which adjacent channels are flowed through perpendicular to each other by the different media.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung mit hoher Massentransportleistung zum Massentransport zwischen zwei Fluida durch eine Membran (insbesondere einen Membranabsorber mit hoher Entfeuchtungsleistung) zu schaffen, die sich mit geringem Aufwand herstellen lässt.It Object of the invention, a device with high mass transport performance for mass transport between two fluids through a membrane (in particular a membrane absorber with high dehumidification performance), which can be produced with little effort.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.These Task is solved by a device with the features of claim 1
Dabei ist von der Überlegung ausgegangen geworden, dass einerseits simultan zur Absorption eine Kühlung erfolgen muss und dass andererseits der Aufbau der Einrichtung aus Folienbahnen die Serienfertigung erleichtern kann.there has started from the idea that on the one hand cooling must take place simultaneously with absorption and that on the other hand, the structure of the device of film webs the Can facilitate series production.
Vorteilhafte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of an inventive Device are specified in the subclaims.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele für einen Membranabsorber wird die Erfindung nun näher erläutert. Dabei deuten gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren auf einander entsprechende Teile und/oder Funktionen hin.Based two embodiments of a membrane absorber The invention will now be explained in more detail. there the same reference numerals in different figures indicate each other corresponding parts and / or functions.
Es zeigen schematisch:It show schematically:
Gemäß
Eine
Alternative (auf die sich weitere Details in
Zwischen zwei Tunneln sind längs den Streifen S Furchen F entstanden, die in Richtung senkrecht zur Zeichenebene gewellt sind, weil verschweißte/verklebte Stellen und Durchlässe für das Wärmetauschmedium W einander abwechseln.Between two tunnels have been created along the strips S furrows F, which are corrugated in the direction perpendicular to the plane, because welded / glued Points and passages for the heat exchange medium W alternate with each other.
Von den drei Linien, die im Bereich der Streifen S in der Zeichnung dargestellt sind, verdeutlicht die mittlere Linie eine geschnittene Schweiß-/Klebestelle, wo wenigstens die Außenwand-Folien AF1, AF2 miteinander verbunden sind (im Folgenden Koppelelement Z genannt); die beiden äußeren Linien zeigen in der Ansicht die zwischen zwei (senkrecht zur Zeichenebene aufeinander folgenden) Schweiß-/Klebestellen aufgeblähten Folien FM2 mit AF2 und FM1 mit AF1, wobei dort zwischen AF1 und AF2 ein Durchlass für das Wärmetauschmedium W entstanden ist.From the three lines that are in the area of the strip S in the drawing are shown, the middle line illustrates a cut Welding / splice where at least the outer wall foils AF1, AF2 are interconnected (hereinafter coupling element Named Z); the two outer lines point in the view between two (perpendicular to the plane of each other following) welding / splices bloated Slides FM2 with AF2 and FM1 with AF1, where between AF1 and AF2 a passage for the heat exchange medium W emerged is.
Prinzipiell brauchen nur auf einer Seite der Wärmetauscherplatte (AF1 mit AF2) Kanäle für das Absorbermedium A angeordnet zu sein. Bevorzugt und hier dargestellt sind aber Kanäle K beidseits der Wärmetauscherplatte.in principle need only on one side of the heat exchanger plate (AF1 with AF2) channels for the absorber medium A arranged to be. Preferred and shown here but are channels K on both sides of the heat exchanger plate.
Unterhalb des oberen Grundbausteins (Wz, T, Z, K, S, F, AF2, FM2, AF1, FM1, Wa) ist in der Zeichnung noch ein zweiter Grundbaustein derselben Art angeordnet. In der Praxis wird man weitere solche Grundbausteine ergänzen.Below of the upper basic module (Wz, T, Z, K, S, F, AF2, FM2, AF1, FM1, Wa) is in the drawing, a second basic building block of the same Kind arranged. In practice, you will be more such basic building blocks complete.
In
Eine der Folien ist als poröse Flächenmembran FM1 ausgebildet und damit durchlässig für das vom Absorbermedium A zu absorbierende Medium, also beispielsweise für Wasser, das sich in Luft L befindet, welche unterhalb der Flächenmembran FM1 an dieser entlang strömt.A of the films is formed as a porous surface membrane FM1 and thus permeable to that of the absorber medium A medium to be absorbed, for example for water, which is located in air L, which is below the surface membrane FM1 flows along this.
Die zweite Folie AF1 dient als erste von zwei flüssigkeitsdichten Außenwand-Folien AF1, AF2 einer angrenzenden Wärmetauscherplatte. Diese besteht (wie sich aus dem Folgenden noch ergeben wird) aus drei miteinander verbundenen Folien AF1, G, AF2.The second film AF1 serves as the first of two liquid-tight Exterior wall foils AF1, AF2 of an adjacent heat exchanger plate. This consists (as will be apparent from the following) three interconnected foils AF1, G, AF2.
Bei Betriebsdruck eines Wärmetauschmediums W, das zwischen die Außenwand-Folien AF1, AF2 einbringbar ist (um dort strömend Wärme zu transportieren), bildet wenigstens eine Außenwand-Folie AF1 mit ihrer Außenfläche Furchen F aus, die zueinander parallel und längs den Streifen S verlaufen.at Operating pressure of a heat exchange medium W, the between the outer wall films AF1, AF2 can be introduced (around there flowing heat), at least forms an outer wall film AF1 with its outer surface Furrows F off, parallel to each other and along the strips S lost.
Die beiden Außenwand-Folien AF1, AF2 sind durch Abstand haltende Koppelelemente Z miteinander verbunden, die jeweils an zwei benachbarten Furchen F unterschiedlicher Außenwand-Folien angreifen.The both outer wall foils AF1, AF2 are spaced apart Coupling elements Z connected to each other, each at two adjacent Furrows F attack different outer wall films.
Die Koppelelemente Z sind so gestaltet, dass das Wärmetauschmedium W vorwiegend quer zu den Furchen F zwischen den Außenwand-Folien AF1, AF2 hindurch an den Koppelelementen vorbei strömen kann.The Coupling elements Z are designed so that the heat exchange medium W mainly transverse to the grooves F between the outer wall foils AF1, AF2 can flow past the coupling elements over.
Einer relativ leichten Herstellbarkeit kommt zugute, dass die Koppelelemente Z Bestandteile eines Foliengitters G sind, das an den Furchenbereichen der Außenwand-Folien AF1, AF2 befestigt ist.one Relatively easy manufacturability benefits that the coupling elements Z components of a foil grid G are those at the furrow areas the outer wall foils AF1, AF2 is attached.
Weiterhin wirkt es sich erleichternd auf den Herstellungsprozess aus, dass das Foliengitter G aus einer gelochten Folie besteht.Farther it makes a relief on the manufacturing process that the foil grid G consists of a perforated foil.
Bei kontinuierlicher Herstellung eines erfindungsgemäßen Membranabsorbers aus Folien, ist es von Vorteil, dass das Foliengitter G – quer zu den Furchen F einer Folge von Furchen F der einen (AF1) oder der anderen (AF2) Außenwand-Folie gemessen – die gleiche Länge aufweist wie jener Bereich der entsprechenden Außenwand-Folie, welcher die entsprechende Folge von Furchen F aufweist. Mit anderen Worten: Im nicht aufgeblähten Zustand (also bei der Herstellung sowie noch vor Inbetriebnahme) sind die Folien AF1, G und AF2 untereinander gleich lang in Richtung senkrecht zu den Streifen/Furchen. Die porösen Flächenmembranen FM1, FM2 sind dagegen länger, damit sie sich im Betrieb stärker wölben als die Außenwand-Folien, so dass durch die Zwischenräume (Kanäle K) das Absorbermedium A fließen kann.at continuous production of an inventive Membrane absorber made of films, it is advantageous that the foil grid G - transverse to the furrows F of a series of furrows F of one (AF1) or the other (AF2) outer wall film measured - the Same length as that area of the corresponding Exterior wall foil, which has the corresponding sequence of furrows F has. In other words, when not bloated (ie in the production as well as before commissioning) are the Foils AF1, G and AF2 are mutually equal in direction perpendicular to the stripes / furrows. The porous surface membranes FM1, FM2, on the other hand, are longer to operate bulge more than the outer wall foils, so that through the spaces (channels K) the Absorber medium A can flow.
Es
ist aber gemäß
Als Absorbermedium A dient bevorzugt eine hygroskopische Salzlösung.When Absorber medium A is preferably a hygroscopic saline solution.
Als Wärmetauschmedium W kann Kühlwasser dienen.When Heat exchange medium W can serve cooling water.
Der
Grundbaustein nach
Bei
der Herstellung eines Grundbausteins wird mit der Herstellung einer
Wärmetauscherplatte begonnen. Dafür kann die
In der Wärmetauscherplatte des erfindungsgemäßen Membranabsorbers dient Wasser als Wärmetauschmedium, so dass sie auch als Wasser-Flächenkanal bezeichnet werden kann. Dieser besteht grundlegend aus drei ursprünglich ebenen Folienlagen, die in Richtung senkrecht zu den Streifen S untereinander gleich lang sind, nämlich:
- – Foliengitter G: Dickere Trägerfolie (z. B. 150–200 μm), mit regelmäßigem Lochmuster (z. B. 4 mm Lochdurchmesser, 6 mm Lochmittenabstand in beiden Dimensionen), welche die Koppelelemente Z enthält,
- – Zwei Außenwand-Folien AF1, AF2: evtl. dünner (z. B. 50–100 μm), einfache Folien.
- Foil foil G: thicker carrier foil (eg 150-200 μm), with regular hole pattern (eg 4 mm hole diameter, 6 mm hole center distance in both dimensions), which contains the coupling elements Z,
- - Two outer wall foils AF1, AF2: possibly thinner (eg 50-100 μm), simple foils.
Die zwei ursprünglich ebenen Außenwand-Folien werden entlang der Streifen S1, S2, S und den (sich erst im Betrieb bildenden) Furchen F in einer Dimension zwischen den Löchern des Foliengitters mit diesem fest, dauerhaft und durchgehend dicht verbunden (z. B. Klebe- oder Schweißnaht, z. B. 1 mm breit). Dies geschieht mit einer der Außenwand-Folien auf einer Seite nach jeder zweiten Lochreihe (d. h. z. B. Linien-Nähte, jeweils im Abstand von z. B. 12 mm), mit der anderen Außenwand-Folie auf der anderen Seite des gelochten Foliengitters an jeder vorher frei gebliebenen Linie.The to become two originally flat exterior wall foils along the strips S1, S2, S and the (forming during operation) Furrows F in one dimension between the holes of the foil lattice firmly, permanently and consistently tightly connected to it (eg. Glued or welded seam, z. B. 1 mm wide). this happens with one of the outer wall slides on one side after each second row of holes (i.e., for example, line seams, each in the Distance from z. B. 12 mm), with the other outer wall film on the other side of the perforated foil grid at each before free line.
Dadurch entstehen Tunnel T jeweils zwischen dem Foliengitter- und der Außenwand-Folie entlang der Nähte. Diese Tunnel sind nun in Querrichtung durch die Löcher im Foliengitter G miteinander verbunden; es entsteht ein Flächenkanal für das Wärmetauschmedium W (Wasser). Prinzipiell kann dieser Flächenkanal in jeder Richtung durchströmt werden.Thereby arise tunnel T between the Foliengitter- and the outer wall film along the seams. These tunnels are now in the transverse direction the holes in the film grid G connected together; it creates a surface channel for the heat exchange medium W (water). In principle, this surface channel in each Be flowed through the direction.
Um jedoch einen Kreuzstrom zu verwirklichen, wird Wasser in diesem Flächenkanal durch die Löcher senkrecht zu den Nahtlinien fließen, das zu kühlende Absorbermedium (Salzlösung) hingegen außerhalb, und zwar jeweils zwischen zwei Nahtlinien (Streifen S/Furchen F) und parallel zu diesen in den Kanälen K.Around However, to realize a cross flow, water is in this Surface channel through the holes perpendicular to the Seam lines flow, the absorbent medium to be cooled (Salt solution), however, outside, and in each case between two seam lines (strip S / furrows F) and parallel to this in the channels K.
Durch
den Wasserdruck stabilisiert sich ein Folienstapel gemäß
Alle Nähte sollen nicht durchgehend bis zum Rand einer Folienfläche gehen, sondern von den Außenwand-Folien muss auf allen Seiten ein Rand stehen bleiben. Aus diesem kann man einerseits, evtl. in Verbund mit einer stärkeren Folie oder einem stabilen U-Profilrahmen die Zuflusskanäle/Verteilung der Flüssigkeit herstellen und andererseits durch nachträgliches Verschweißen/Verkleben auf den Seiten, auf denen keine Flüssigkeits-Zuleitung nötig ist, den Flächenkanal auf sehr einfache Weise dicht abschließen.All Seams should not be continuous to the edge of a foil surface go, but from the outside wall slides must be at all Pages stop one edge. On the one hand, this one can possibly in combination with a thicker foil or a sturdy U-profile frame establish the inflow channels / distribution of the liquid and on the other hand by subsequent welding / gluing on the sides, on which no liquid supply line is necessary, the surface channel on very simple Close tightly.
Zur Schaffung der Kanäle K für das Absorbermedium A wird je eine flache, poröse Flächenmembran FM1, FM2 mit jeder der beiden Außenwand-Folien AF1, AF2 entlang der vorhandenen Nähte (Streifen S) verbunden. Allerdings soll danach im Betrieb ein kleiner (z. B 1 mm dicker) Abstand zwischen der Außenwand-Folie und der zugehörigen Flächenmembran vorhanden sein; daher müssen während des Verbindens geeignete Abstandshalter verwendet werden.to Creation of channels K for the absorber medium A is a flat, porous surface membrane FM1, FM2 with each of the two outer wall foils AF1, AF2 along the existing seams (strip S) connected. Indeed After that, a small (eg 1 mm thicker) distance should be used during operation the outer wall foil and the associated surface membrane to be available; therefore, must while connecting suitable spacers are used.
Da der Salzlösungskreislauf durch die Kanäle K nahezu drucklos sein soll, muss der einen Kanal K bildende Zwischenraum schon in der Konstruktion begründet sein und nicht etwa durch unterschiedliches Dehnverhalten der Außenwand-Folie und der Flächenmembran entstehen.There the saline cycle through the channels K almost should be depressurized, the channel K forming a gap already be founded in the construction and not about by different stretching behavior of the outer wall film and the surface membrane arise.
Beim Verschweißen der Folien können bevorzugt jeweils alle drei Schichten (Foliengitter, Außenwand-Folie, Flächenmembran) gleichzeitig miteinander verbunden werden, und die Materialien müssen den gleichen Schmelzpunkt haben (z. B. alles aus Polypropylen).At the Welding of the films may preferably each all three layers (foil lattice, outer wall foil, surface membrane) be connected at the same time, and the materials have to have the same melting point (eg all polypropylene).
Beim Verkleben kann die Flächenmembran nachträglich aufgeklebt werden, jedoch wird das nicht mehr flach in einer Ebene möglich sein, wegen des oben erwähnten nötigen Abstandes zwischen Außenwand-Folie und Flächenmembran.At the Gluing the surface membrane can subsequently However, this will not be flat in a plane be possible because of the above-mentioned necessary Distance between outer wall foil and surface membrane.
Somit kann im inneren Flachkanal Kühlwasser fließen, in den parallel zum Luftstrom darauf liegenden, ganz dünnen Kanälen K die Salzlösung. Die Kontaktflächen Wasser-Salzlösung (dicht) und Salzlösung-Luft (mikroporös) sind dabei maximal groß.Consequently can flow cooling water in the inner flat channel, in the parallel to the air stream lying on it, very thin Channels K the saline solution. The contact surfaces Water-salt solution (dense) and saline-air (microporous) are maximum size.
Der Membranabsorber wird so angeordnet, dass die Beaufschlagung der Kanäle mit der Salzlösung von oben erfolgt, d. h. in den meisten Fällen entlang der Luftaustrittsseite.Of the Membrane absorber is arranged so that the admission of the Channels with the saline solution from above, d. H. in most cases along the air outlet side.
Die
Beengung des Luftströmungsquerschnitts (also der Abstand
zwischen den Grundbausteinen in
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- - EP 532368 A2 [0005] - EP 532368 A2 [0005]
- - EP 0952913 B1 [0038] EP 0952913 B1 [0038]
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