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Feuchtigkeitsaustauscher Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitsaus- tauscher, in welchem der Dampfgehalt eines Gasstromes mit Hilfe eines andern Gasstromes geändert wird, welcher ein Gehäuse mit zwei Durchlasskanälen für die beiden Gasströme und Mittel zur Erzeugung der beiden Gasströme sowie ein den Feuchtigkeitsaustausch besorgendes Gebilde besitzt, das längs einer geschlossenen Bahn abwechselnd durch die beiden Durchlasskanäle für die Gasströme geführt wird.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde Schichten aus blattförmigen Trägern aus nichtmetallischem Material mit einem Zusatz oder Belag eines hygroskopischen Stoffes aufweist, welche Schichten durchgehende Kanäle bilden, die den Durchfluss der Gasströme ermöglichen, und dass Heizmittel für den einen Gasstrom angeordnet sind, so dass der geheizte Gasstrom eine Entfeuchtung der von ihm bestrichenen Schichten bewirkt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1. ist ein Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 durch einen Feuchtigkeitsaustauscher.
Fig. 2 und 3 sind Schnitte nach der Linie II-II bzw. 111-I11 der Fig. 1, letzterer Schnitt ist in grö- sserem Massstab.
Fig. 4 ist ein Schaubild eines Teiles einer Zwischenwand.
Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Feuehtigkeits- austauschers.
In allen Figuren haben entsprechende Teile dieselben Bezugsziffern.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 das Gehäuse eines Feuchtigkeitsaustauschers, das mit einem Einlass 12 für im Austauscher zu trocknende Primärluft und einem Auslass 14 für diese Luft versehen ist. Die Sekundärluft tritt in den Austauscher durch einen Einlass 16 ein und entweicht durch einen Auslass 18. Die beiden Luftströme werden mit Hilfe je eines Ventilators 20 bzw. 22 durch den Austauscher gefördert. Die Druckseite des Ventilators 20 ist an den Einlass 12 und die Saugseite des Ventilators 22 an den Auslass 18 angeschlossen.
Zwischen dem Einlass 12 und dem Auslass 14 ist ein Durchlass 24 vorhanden, durch den die Primärluft hindurchstreicht und zwischen dem Einlass 16 und dem Auslass 18 ein Durchlass 26 für die Sekundärluft.
Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 bis 4 läuft ein endloses biegsames Band 28, beispielsweise aus Gummi, um vier Rollen 30, von denen eine durch einen auf einem Träger 32 aufgestellten Zahnradgetriebemotor 34 mit sehr niedriger ausgehender Drehzahl angetrieben wird. Das endlose Band 28, das von den Rollen 30 eine zur Hauptsache rechteckige Umlaufbahn erhält, wird somit von dem Motor 34 mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die entsprechend niedrig ist und nur eine oder einige wenige Umläufe in der Minute betragen kann. Die Bewegungsrichtung des Bandes 28 ist durch den Pfeil 35 angedeutet.
Mit dem Band 28 sind generell mit 36 bezeichnete Elemente fest verbunden, welche Teile eines den Feuchtigkeitsaustausch zwischen den beiden Luftströmen besorgenden Gebildes sind. Sie füllen im wesentlichen den Querschnitt der Durchlässe 24 und 26 wie auch denjenigen der diese Durchlässe verbindenden Übergangszonen 38, 40 aus. Jedes Element 36 besteht aus einem Rahmen 42 aus Blech oder ähnlichem Werkstoff mit einwärts gebogenen Seitenkanten und einem von diesem umschlossenen Paket oder Schichtkörper. Die Schichten bestehen aus einem blattförmigen Träger aus nichtmetallischem Material mit Zusatz oder Belag eines hygroskopischen Stoffes.
Einen solchen Stoff stellen beispielsweise bestimmte
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Papiersorten dar, insbesondere, wenn Wollfasern oder Fasern anderer hochhygroskopischer Stoffe in das Papier eingemischt sind. Eine Wollfaser nimmt doppelt so viel Feuchtigkeit auf wie eine Holz- bzw. Cellulosefaser. Auch feingepulverter Kieselgel kann als hygroskopischer Stoff verwendet werden. Das Feuchtigkeitsaufnahmevermögen wird in Handbüchern durch die Menge Wasser angegeben, welche der fragliche Stoff bei einem bestimmten relativen Feuchtigkeitsgehalt aufzunehmen vermag, beispielsweise in g Wasser je 100g des Stoffes in ausgetrocknetem Zustand.
Der hygroskopische Stoff kann wasserlöslich sein, wie es mit einigen Salzen der Fall ist, weil im Gegensatz zu den bekannten Austauschern eine Verlagerung des Stoffes nicht eintritt. Im übrigen ist jedes zweite Blatt 44 eben und jedes zweite Blatt 46 gewellt (Fig.l). Die vom Paket oder dem Schichtkörper gebildeten Kanäle oder Spalten sind durchgehend. Dadurch, dass die Elemente 36 den Querschnitt der Durchlässe 24, 26 ausfüllen, zwingen sie die Luftströme dazu, die vorgenannten Kanäle oder Spalten zu durchströmen. Diese Kanäle oder Spalten sind vorzugsweise eng, und der Abstand zwischen den ebenen Blättern 44 soll kleiner als 3 mm sein.
Hierdurch werden sehr hohe Feuchti'gkeitsübergangszahlen erhalten, wie näher im Patent Nr. 338008 beschrieben ist, auf welches zwecks näherer Erläuterung dieser Erscheinung verwiesen wird.
Die Elemente 36 sind in von Zwischenwänden 48 getrennte Abteile unterteilt. Diese Zwischenwände 48 sind ebenfalls auf dem Band 28 befestigt und stehen senkrecht aus ihm heraus. Sie weisen eine Art Ventile auf, die bei bestimmten Lagen der Wände 48 während der Bewegung derselben geöffnet und bei anderen Lagen geschlossen sind. Die Zwischenwände 48 sind in Fig. 4 einfachheitshalber als Rahmen 50 und in diesen auf Scharnieren 52 gelagerte längliche Klappen 54 dargestellt. Letztere sind aus so leichtem Werkstoff gefertigt, dass sie sich unter dem Einfluss von in dem Austauscher auftretenden Druckunterschieden öffnen bzw. schliessen.
Im Einlass 16 ist eine beispielsweise elektrisch betriebene Heizbatterie 56 untergebracht. Vom Auslass des Ventilators 22 geht eine Leitung 58 aus, die bei 60 in die Übergangszone 40 einmündet, und zwar unter Bezugnahme auf die Fig. 2 in deren Unterteil. Wenigstens eine Zwischenwand 40 soll sich stets in der Zone 40 oberhalb der Mündung 60 befinden. Im Auslass 14 kann eine gegebenenfalls regelbare Drosselstelle 62 vorgesehen sein.
Als Beispiel werde angenommen, der Austauscher habe zur Aufgabe, die Luft in einem während des Sommers klimabehandelten Raum, dessen Temperatur also unter der der Aussenluft gehalten werden soll, zu entfeuchten. Diese Primärluft, die eine Temperatur von + 20 C haben kann, wird durch den Ventilator 20 in den Einlass 12 gepresst und strömt von dort durch den Durchlass 24 zum Auslass 14. Die Aussenluft, deren Temperatur höher liegt, ange- nommen bei @- 30 C, wird vom Ventilator 22 durch den Einlass 16 gesogen.
Diese Sekundärluft wird von der Heizbatterie 56 auf beispielsweise + 60 C oder höher erwärmt, durch den Durchlass 26 geleitet und durch den Auslass 18 entweichen gelassen. Die Raumluft hat anfänglich einen hohen relativen Feuchtij keitsgehalt, z.
B. von 80 /o. Wenn diese Luft nun durch die Kanäle der einzelnen Elemente 36 hindurchstreicht, während diese Kanäle langsam im Gegenstrom zur Strömungsrichtung der Luft wandern, wird Feuchtigkeit aus der Luft absorbiert, so dass ihr Feuchtigkeitsgehalt am Auslass 14 nur noch etwa 20 % beträgt. Gleichzeitig wurde Wärme frei und dadurch die Temperatur des Luftstromes auf etwa 30 C erhöht. Die einzelnen Schichten der Elemente 36 absorbieren also eine Feuchtigkeitsmenge, die diesem Gefälle im Feuchtigkeitsgehalt der Luft entspricht.
Die mit Feuchtigkeit angereicherten Elemente 36 werden durch die Übergangszone 40 zum Durchlass 26 hinaufbefördert, wo sie dem Sekundärluftstrom cntgegenwandern. Dessen Feuchtigkeitsgehalt betrug anfänglich beispielsweise 60 0/0, aber durch die Erwär- mung in der Batterie 56 wird er auf etwa 15 % verringert.
Damit erhält die Sekundärluft ein erhebliches Trocknungsvermögen. Die in dem Durchlass 24 aufgenommene Feuchtigkeit wird in dem Durchlass 26 von den einzelnen Schichten der umlaufenden Elemente 36 an die Sekundärluft abgegeben. Hierbei wird Wärme gebunden, so dass die Temperatur der Sekundärluft am Auslass 18 niedriger ist als am Einlass.
Wenn ein Element 36 von einem der beiden Durchlässe 24, 26 zur nächsten Übergangszone bzw. von einer Übergangszone zum nächsten Durchlass übergeht, erhält es dadurch, dass es sich gerade vor einer Rolle 30 befindet, eine verhältnismässig hohe Winkelgeschwindigkeit. Dies ist von Bedeutung, weil die Kanäle in diesem Augenblick schräg zur Strömrichtung der Luftströme stehen. Die Zwischenwände 48 stehen in solchem Abstand voneinander, dass sich stets mindestens eine solche Wand 48 in den über- gangszonen 30 bzw. 40 befindet, so dass einem unmittelbaren Übertritt von dem einen Luftstrom in den anderen weitgehend vorgebeugt ist.
Da die Druckseite des Ventilators 20 mit dem Einlass 12 für die Raumluft in Verbindung steht, die Saugseite des Ventilators 22 dagegen mit dem Auslass 18 für die Sekundärluft, werden durch den hierdurch erzeugten Druckunterschied die leichten Klappen 54 -geschlossen gehalten, wenn die Zwischenwände 48 durch die übergangs- zone 40 hindurchwandern. In den Durchlässen 24 und 26 werden die Klappen 54 durch die vorhandene Luftströmung geöffnet. In der Übergangszone 38 werden die Klappen von der Schwerkraft in die Schliesslage geführt, wobei vorausgesetzt wird, dass Fig.2 ein lotrechter Schnitt ist.
Zwischen der Auslassseite der Raumluft und der Einlassseite der Aussenluft liegt bei dem vorbeschrie- benen Beispiel ein Temperaturunterschied von ungefähr 30 C vor. Da eine gewisse Wärmekapazität
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der Elemente 36 unvermeidlich ist, würde dies bedeuten, dass Wärmemengen in die getrocknete Primärluft überführt werden. Um einem solchen Wärme- übergang möglichst vorzubeugen, kann ein bestimmter kleinerer Prozentsatz der Primärluft dazu gebracht werden, aufwärts durch die Übergangszone 38 zu streichen, wobei die Elemente 36 durch Verdampfung der von ihnen aufgenommenen Feuchtigkeit gekühlt werden. Das erforderliche Druckgefälle für diese Strömung lässt sich durch die Drosselstelle 62 schaffen bzw. steuern.
Da die getrocknete Raumluft in dem Raum zurückkehren soll, muss in diesem Falle eine entsprechende Menge Luft an d'--r Einlassseite 12 zugesetzt werden. Dies geschieht durch die Leitung 58, in welcher ein höherer Druck als in dem Einlass 12 zu dem Durchlass 24 mit Hilfe einer nicht dargestellten, in der Auslassleitung des Ventilators 22 nach der Abzweigung der Leitung 58 angebrachten Drosselstelle geschaffen wurde. Die durch die Leitung 58 strömende zusätzliche Luft strömt gleichzeitig durch die in die Übergangszone 40 eintretenden Elemente 36 hindurch, wobei diese die zusätzliche Luft abkühlen und deren Dampfdruck durch Absorption von Feuchtigkeit aus ihr herabsetzen, bevor diese Luft sich mit der Primärluft vermischt.
Die Temperatur der durch den Auslass 14 ausströmenden Luft kann vor dem Weitereintritt dieser Luft in dem Raum durch einen Kälteerzeuger unter die Raumtemperatur hinabgedrückt werden, wobei die Luft vor deren Wiedereintritt in den Raum zusätzlich mit Wasser nach Bedarf befeuchtet werden kann.
Die Ausführungsform nach Fig.5 unterscheidet sich von der vorgeschriebenen hauptsächlich nur dadurch, dass die die Feuchtigkeit übertragenden Elemente 36 eine reine Umdrehungsbewegung ausführen. Diese sind zusammen mit den Zwischenwänden 48 auf einer Trommel oder Nabe 64 befestigt. Wegen des Abstandes der Elemente 36 voneinander kann sich die durch die Einlässe 12 und 16 einströmende Luft leicht über die einzelnen durchgehenden Kanäle oder Spalten der Elemente 36 verteilen. In diesem Falle bilden die Durchlässe 24 und 26 und die übergangs- zonen 38 zusammen einen ringförmigen Raum.
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Moisture exchanger The invention relates to a moisture exchanger in which the vapor content of a gas stream is changed with the aid of another gas stream, which has a housing with two passage channels for the two gas streams and means for generating the two gas streams as well as a structure providing moisture exchange which runs along a closed path is alternately passed through the two passage channels for the gas flows.
It is characterized in that the structure has layers of sheet-like supports made of non-metallic material with an addition or coating of a hygroscopic substance, which layers form continuous channels that allow the flow of gas flows, and that heating means are arranged for the one gas flow so that the heated gas flow causes dehumidification of the layers it has coated.
Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.
Fig. 1 is a section along the line I-I of Fig. 2 through a moisture exchanger.
2 and 3 are sections along the line II-II and 111-I11 of FIG. 1, the latter section being on a larger scale.
Figure 4 is a diagram of a portion of a partition.
5 is a partially sectioned side view of a second embodiment of the fire exchanger.
Corresponding parts have the same reference numbers in all figures.
In FIGS. 1 and 2, 10 denotes the housing of a moisture exchanger which is provided with an inlet 12 for primary air to be dried in the exchanger and an outlet 14 for this air. The secondary air enters the exchanger through an inlet 16 and escapes through an outlet 18. The two air flows are conveyed through the exchanger with the aid of a fan 20 and 22 respectively. The pressure side of the fan 20 is connected to the inlet 12 and the suction side of the fan 22 is connected to the outlet 18.
Between the inlet 12 and the outlet 14 there is a passage 24 through which the primary air passes, and between the inlet 16 and the outlet 18 there is a passage 26 for the secondary air.
In the embodiment according to FIGS. 1 to 4, an endless flexible belt 28, for example made of rubber, runs around four rollers 30, one of which is driven by a gear motor 34 placed on a carrier 32 at a very low starting speed. The endless belt 28, which is given a mainly rectangular orbit by the rollers 30, is thus driven by the motor 34 at a speed which is correspondingly low and can be only one or a few revolutions per minute. The direction of movement of the belt 28 is indicated by the arrow 35.
With the band 28, generally designated 36 elements are firmly connected, which are parts of a structure that ensures the moisture exchange between the two air flows. They essentially fill the cross section of the passages 24 and 26 as well as that of the transition zones 38, 40 connecting these passages. Each element 36 consists of a frame 42 made of sheet metal or similar material with inwardly curved side edges and a package or laminated body enclosed by this. The layers consist of a sheet-like carrier made of non-metallic material with the addition or coating of a hygroscopic substance.
Such a substance, for example, make certain
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Types of paper, especially if wool fibers or fibers of other highly hygroscopic substances are mixed into the paper. A wool fiber absorbs twice as much moisture as a wood or cellulose fiber. Finely powdered silica gel can also be used as a hygroscopic substance. The moisture absorption capacity is indicated in handbooks by the amount of water that the substance in question is able to absorb at a certain relative moisture content, for example in g water per 100 g of the substance in the dried state.
The hygroscopic substance can be water-soluble, as is the case with some salts, because, in contrast to the known exchangers, the substance does not move. In addition, every second sheet 44 is flat and every second sheet 46 is corrugated (Fig.l). The channels or gaps formed by the package or the laminated body are continuous. Because the elements 36 fill the cross section of the passages 24, 26, they force the air currents to flow through the aforementioned channels or gaps. These channels or gaps are preferably narrow and the distance between the flat sheets 44 should be less than 3 mm.
As a result, very high moisture transfer numbers are obtained, as described in more detail in patent no. 338008, to which reference is made for the purpose of a more detailed explanation of this phenomenon.
The elements 36 are divided into compartments which are separated by partitions 48. These partitions 48 are also attached to the belt 28 and protrude perpendicularly from it. They have a type of valve which is opened in certain positions of the walls 48 during the movement of the same and closed in other positions. For the sake of simplicity, the partition walls 48 are shown in FIG. 4 as frames 50 and elongated flaps 54 mounted in these on hinges 52. The latter are made of such a light material that they open or close under the influence of pressure differences occurring in the exchanger.
An electrically operated heating battery 56, for example, is accommodated in the inlet 16. A line 58 emanates from the outlet of the fan 22 and opens into the transition zone 40 at 60, specifically with reference to FIG. 2 in the lower part thereof. At least one partition 40 should always be located in the zone 40 above the mouth 60. An optionally controllable throttle point 62 can be provided in the outlet 14.
As an example, let us assume that the exchanger has the task of dehumidifying the air in a room that is climate-treated during the summer, the temperature of which is to be kept below that of the outside air. This primary air, which can have a temperature of + 20 C, is pressed by the fan 20 into the inlet 12 and flows from there through the passage 24 to the outlet 14. The outside air, the temperature of which is higher, assumed at @ -30 C, is drawn through inlet 16 by fan 22.
This secondary air is heated by the heating battery 56 to, for example, + 60 ° C. or higher, passed through the passage 26 and allowed to escape through the outlet 18. The room air initially has a high relative Moisture content, z.
B. from 80 / o. If this air now passes through the channels of the individual elements 36, while these channels slowly migrate in countercurrent to the direction of flow of the air, moisture is absorbed from the air, so that its moisture content at the outlet 14 is only about 20%. At the same time, heat was released and the temperature of the air flow increased to around 30 ° C. The individual layers of the elements 36 thus absorb an amount of moisture which corresponds to this gradient in the moisture content of the air.
The moisture-enriched elements 36 are conveyed up through the transition zone 40 to the passage 26, where they migrate counter to the secondary air flow. Its moisture content was initially 60%, for example, but the heating in the battery 56 reduces it to about 15%.
This gives the secondary air a considerable drying capacity. The moisture absorbed in the passage 24 is released in the passage 26 from the individual layers of the circumferential elements 36 to the secondary air. Here, heat is bound so that the temperature of the secondary air at the outlet 18 is lower than at the inlet.
When an element 36 passes from one of the two passages 24, 26 to the next transition zone or from one transition zone to the next passage, it receives a comparatively high angular velocity because it is just in front of a roller 30. This is important because at this moment the channels are inclined to the direction of the air currents. The partition walls 48 are at such a distance from one another that there is always at least one such wall 48 in the transition zones 30 and 40, so that a direct passage from one air flow into the other is largely prevented.
Since the pressure side of the fan 20 is connected to the inlet 12 for the room air, while the suction side of the fan 22 is connected to the outlet 18 for the secondary air, the slight flaps 54 are kept closed by the pressure difference generated when the partition walls 48 pass through walk through the transition zone 40. In the passages 24 and 26, the flaps 54 are opened by the existing air flow. In the transition zone 38, the flaps are guided into the closed position by gravity, it being assumed that FIG. 2 is a vertical section.
In the example described above, there is a temperature difference of approximately 30 ° C between the outlet side of the room air and the inlet side of the outside air. Because a certain heat capacity
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of the elements 36 is unavoidable, this would mean that quantities of heat are transferred into the dried primary air. In order to prevent such a heat transfer as far as possible, a certain smaller percentage of the primary air can be made to sweep upwards through the transition zone 38, the elements 36 being cooled by evaporation of the moisture they have absorbed. The pressure gradient required for this flow can be created or controlled by the throttle point 62.
Since the dried room air is to return to the room, a corresponding amount of air must be added to the inlet side 12 in this case. This takes place through the line 58, in which a higher pressure than in the inlet 12 to the passage 24 was created with the aid of a throttle point (not shown) installed in the outlet line of the fan 22 after the branching of the line 58. The additional air flowing through line 58 simultaneously flows through elements 36 entering transition zone 40, these cooling the additional air and lowering its vapor pressure by absorbing moisture from it before this air mixes with the primary air.
The temperature of the air flowing out through the outlet 14 can be suppressed below room temperature by a cold generator before this air enters the room, the air being additionally humidified with water as required before it re-enters the room.
The embodiment according to FIG. 5 differs from the one prescribed mainly only in that the elements 36 transmitting the moisture perform a pure rotational movement. These are fastened together with the intermediate walls 48 on a drum or hub 64. Because of the spacing of the elements 36 from one another, the air flowing in through the inlets 12 and 16 can easily be distributed over the individual continuous channels or gaps of the elements 36. In this case, the passages 24 and 26 and the transition zones 38 together form an annular space.