[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Gasstromes mit einer Einrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit, mit wenigstens einem vom zu befeuchtenden Gasstrom durchströmten, offenporigen Strömungskörper, der an eine Verteilereinrichtung für die zu verdampfende Flüssigkeit angeschlossen ist, und mit einer Heizeinrichtung für den Strömungskörper.
[0002] Üblicherweise werden zum Befeuchten von Gasströmen Einrichtungen zum Verdampfen von Wasser eingesetzt, wobei der Wasserdampf in einem entsprechenden Massenstromverhältnis der Gasströmung zugemischt werden muss. Soll zusätzlich eine vorgegebene Temperatur des befeuchteten Gasstromes eingehalten werden, so ergeben sich aufwändige Regelungen.
[0003] Darüber hinaus ist es zum Befeuchten eines Gasstromes mit Hilfe einer Einrichtung zum Verdampfen von Wasser bekannt (US 2004/0 069 242 A1), einen vom zu befeuchtenden Gasstrom durchströmten, offenporigen, nichtmetallischen Strömungskörper, der an eine Verteilereinrichtung für das zu verdampfende Wasser angeschlossen ist, sowie eine Heizeinrichtung für den Strömungskörper vorzusehen. Da dieser Strömungskörper rohrförmig ausgebildet ist, wobei das zu befeuchtende Gas den Rohrmantel radial durchströmt, während die zu verdampfende Flüssigkeit dem Rohrmantel stirnseitig zugeführt wird, kann keine gleichmässige Flüssigkeitsverteilung über den Rohrmantel erreicht werden, was sich nachteilig auf eine gleichmässige Befeuchtung des Gasstromes auswirkt.
[0004] Zur Dampferzeugung wurde bereits vorgeschlagen (WO 02/061 701 A1, DE 2 448 732 A1), einen keramischen Behälter für das zu verdampfende Wasser vorzusehen und das Wasser in diesem Behälter mit Hilfe von Mikrowellen zu verdampfen, was jedoch keine Lösung für das Problem einer gleichmässigen Befeuchtung eines Gasstromes mit sich bringt.
[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Gasstromes der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass wenig aufwändige konstruktive Voraussetzungen für eine Gasbefeuchtung unter Einhaltung vorgegebener Feuchtigkeits- und Temperaturwerte geschaffen werden, und zwar unabhängig von der Flüssigkeit, mit der der Gasstrom zu befeuchten ist.
[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Verteilereinrichtung für die zu verdampfende Flüssigkeit einen flüssigkeitsdurchlässigen Mantel des Strömungskörpers, vorzugsweise ein den Strömungskörper umhüllendes Vlies, aufweist.
[0007] Der Strömungskörper bietet zufolge seiner Offenporigkeit vorteilhafte Voraussetzungen für eine gleichmässige Befeuchtung des den Strömungskörper durchsetzenden Gasstromes, wenn mit Hilfe der Verteilereinrichtung dafür gesorgt wird, dass innerhalb des Strömungskörpers eine an den Gasdurchsatz angepasste Flüssigkeitsmenge zur Verfügung steht, um im örtlichen Bereich der Poren einen entsprechenden Dampfeintrag in die Gasströmung sicherzustellen. Dies gelingt in günstiger Weise, wenn die Verteilereinrichtung für die zu verdampfende Flüssigkeit einen flüssigkeitsdurchlässigen Mantel des Strömungskörpers, vorzugsweise ein den Strömungskörper umhüllendes Vlies, aufweist. Die Verteilungsaufgabe kann aber selbstverständlich auch mit Hilfe einer entsprechenden Aussenschicht des Strömungskörpers selbst gelöst werden.
Durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Mantel, der zugleich eine Verteilerfunktion für die aufgenommene Flüssigkeit über die Mantelfläche erfüllt, kann die zu verdampfende Flüssigkeit über einen Grossteil der Aussenfläche des Strömungskörpers zugeführt werden und sich weitgehend gleichmässig im Strömungskörper durch die offenen Poren verteilen, was gute Voraussetzungen für das Verdampfen der Flüssigkeit und den gleichmässigen Eintrag des Flüssigkeitsdampfes in den durch den Strömungskörper geleiteten Gasstrom schafft.
[0008] Die Befeuchtung des Gasstromes kann dabei für Gasströme in unterschiedlichen Druckbereichen durchgeführt werden. Die Heizeinrichtung unterstützt die Verdampfung der Flüssigkeit und führt über die Erwärmung der Flüssigkeit zu einer einfachen Einflussmöglichkeit auf die Temperatur des Gasstromes. Damit kann nicht nur eine sonst unvermeidbare Abkühlung des Gasstromes durch den Entzug der Verdampfungswärme ausgeglichen, sondern auch eine geforderte Temperatur des Gasstromes eingehalten werden. Zu diesem Zweck ist die über die Heizeinrichtung einzutragende Energie gemäss den jeweiligen Temperaturanforderungen zu steuern. Die Heizeinrichtung kann je nach der Art der zu verdampfenden Flüssigkeit unterschiedlich gewählt werden und beispielsweise aus einer den flüssigkeitsdurchlässigen Mantel des Strömungskörpers umschliessenden Heizfolie bestehen.
Um die Verdampfung der Flüssigkeit im Strömungskörper selbst zu unterstützen, kann die Heizeinrichtung aus einer Mikrowellenheizung bestehen, die einen Strömungskörper aus einem Werkstoff erfordert, der eine ausreichende Durchlässigkeit für die Mikrowellen aufweist und nicht an der Porenoberfläche reflektiert wird. Dies bedeutet, dass der Strömungskörper auf nichtmetallische Werkstoffe beschränkt werden muss. Der nichtmetallische Strömungskörper kann dabei aus einem geschäumten Keramikwerkstoff hergestellt werden, der die Mikrowellen der Mikrowellenheizung kaum dämpft und daher für eine Verdampfung der Flüssigkeit unter Einfluss der Mikrowellen über das gesamte Porenvolumen sorgt.
Um die keimtötende Wirkung der Mikrowellen zu verstärken, kann der Strömungskörper aus dem Keramikwerkstoff Silberionen enthalten, die auch ohne Mikrowellen keimtötend wirksam werden. Zur Abschirmung der Mikrowellen nach aussen kann der Strömungskörper mit der Verteilereinrichtung in einem metallischen Gehäuse angeordnet werden, das Zu- und Ablaufanschlüsse für die Gasströmung sowie einen Flüssigkeitsanschluss für die Verteilereinrichtung aufweist.
[0009] Damit unabhängig von Schwankungen der Temperatur- und Feuchtigkeitswerte des zu befeuchtenden Gasstromes vorgegebene Sollwerte der Temperatur und der Feuchtigkeit nach der Befeuchtung des Gasstromes in einem engen Toleranzbereich eingehalten werden können, kann der Verteilereinrichtung eine Dosiereinheit für die zugeführte Flüssigkeit zugeordnet werden, wobei die Dosiereinheit und die Heizeinrichtung mit Hilfe einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt und der Temperatur des befeuchteten Gasstromes ansteuerbar sind. Weichen die zu erfassenden Istwerte der Feuchtigkeit und der Temperatur des aus der Befeuchtungseinrichtung austretenden Gasstromes von den vorgegebenen Sollwerten ab, so wird mit Hilfe der Steuereinrichtung die Dosiereinheit und/oder die Heizeinrichtung im Sinne eines Soll-Istwertabgleiches angesteuert.
[0010] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Befeuchtung eines Gasstromes in einem schematischen Längsschnitt gezeigt.
[0011] Die dargestellte Vorrichtung zur Befeuchtung eines Gasstromes weist ein metallisches Gehäuse 1 mit einem Zulaufanschluss 2 und einem Ablaufanschluss 3 für den Gasstrom, beispielsweise Luft, sowie einen Flüssigkeitsanschluss 4 auf. In das Gehäuse 1 ist ein nichtmetallischer Strömungskörper 5 aus einem offenporigen Werkstoff, vorzugsweise aus einem geschäumten Keramikwerkstoff, eingesetzt, der mit einem Mantel aus einem Vlies als Verteilereinrichtung 6 für die zu verdampfende Flüssigkeit umhüllt ist, die durch den Flüssigkeitsanschluss 4 über eine Dosiereinheit 7 zugeführt wird, sich innerhalb des Gehäuses 1 über die Aussenfläche des Strömungskörpers 5 verteilt und durch die offenen Poren in den Strömungskörper unter Ausnützung der Kapillarwirkung eindringt.
[0012] In eine Längsbohrung 8 des Strömungskörpers 5 ist eine Elektrode 9 einer als Mikrowellenheizung ausgebildeten Heizeinrichtung 10 eingesetzt, sodass die von einem Mikrowellengenerator erzeugten und von der Elektrode 9 abgestrahlten Mikrowellen den nichtmetallischen Strömungskörper 5 durchdringen und an der Gehäusewandung reflektiert werden. Aufgrund der Beaufschlagung des Strömungskörpers 5 mit Mikrowellen wird die in den Strömungskörper 5 eindringende Flüssigkeit verdampft und von der den Strömungskörper 5 durchsetzenden Gasströmung mitgenommen, die dadurch entsprechend befeuchtet und gegebenenfalls erwärmt wird.
[0013] Damit am Ablaufanschluss 3 konstante Werte des Feuchtigkeitsgehaltes und der Temperatur des Gasstromes sichergestellt werden können, ist an den Ablaufanschluss 3 ein Geber 11 für die jeweilige Feuchtigkeit und Temperatur des aus dem Gehäuse 1 austretenden Gasstromes vorgesehen. Dieser Geber 11 ist an eine Steuereinrichtung 12 angeschlossen, mit deren Hilfe einerseits die Heizeinrichtung 10 und anderseits ein Stelltrieb 13 für die Dosiereinheit 7 angesteuert werden können. Der Steuereinrichtung 12 können über eine Eingabestufe 14 die jeweils geforderten Sollwerte für die Feuchtigkeit und die Temperatur des Gasstromes vorgegeben werden.
Weicht der vom Geber 11 erfasste Istwert der Feuchtigkeit und/oder der Temperatur von den eingegebenen Sollwerten ab, so werden die Heizeinrichtung 10 und/oder die Dosiereinheit 7 durch die Steuereinrichtung 12 im Sinne eines Soll-Istwertabgleiches beaufschlagt und die abweichenden Istwerte wieder auf die Sollwerte zurückgeführt.
[0014] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könne die Heizeinrichtung 10 eine die Verteilereinrichtung 6 umschliessende Heizfolie gebildet werden. Der jeweils eingesetzte Gasstrom kann mit Wasser, aber auch mit anderen Flüssigkeiten befeuchtet werden, beispielsweise mit flüssigem Brennstoff, um mit Luft als Gasstrom ein zündfähiges, gasförmiges Brennstoff-Luftgemisch zu erhalten.
The invention relates to a device for humidifying a gas stream with a device for vaporizing a liquid, with at least one of the flowed through to be humidified gas flow, open-pore flow body, which is connected to a distributor device for the liquid to be evaporated, and a heating device for the flow body.
Typically, for wetting gas streams means are used for evaporating water, wherein the water vapor must be mixed in a corresponding mass flow ratio of the gas flow. If, in addition, a predetermined temperature of the humidified gas flow is maintained, the result is complex regulations.
In addition, it is for wetting a gas stream by means of a device for evaporating water known (US 2004/0 069 242 A1), a flowed through by the humidified gas flow, open-pore, non-metallic flow body, which is to a distribution device for the vaporized Water is connected, and to provide a heater for the flow body. Since this flow body is tubular, wherein the gas to be humidified flows through the tube jacket, while the liquid to be evaporated is fed to the tube shell, no uniform liquid distribution can be achieved over the tube shell, which adversely affects a uniform humidification of the gas stream.
For steam generation has already been proposed (WO 02/061 701 A1, DE 2 448 732 A1) to provide a ceramic container for the water to be evaporated and to evaporate the water in this container by means of microwaves, but this is no solution for the problem of a uniform humidification of a gas flow brings with it.
The invention is therefore based on the object, a device for humidifying a gas flow of the type described in such a way that less complex constructive conditions for gas humidification while maintaining predetermined humidity and temperature values are created, regardless of the liquid with which is to moisten the gas stream.
The invention solves this problem by the fact that the distributor device for the liquid to be evaporated has a liquid-permeable jacket of the flow body, preferably a fleece covering the flow body.
The flow body offers due to its open porosity advantageous conditions for uniform humidification of the flow body passing through the gas stream, if it is ensured by means of the distribution device that within the flow body is adapted to the gas flow rate liquid available to in the local area of the pores ensure a corresponding steam input into the gas flow. This is achieved in a favorable manner when the distributor device for the liquid to be evaporated has a liquid-permeable jacket of the flow body, preferably a nonwoven covering the flow body. Of course, the distribution task can also be solved with the help of a corresponding outer layer of the flow body itself.
Through a liquid-permeable jacket, which also fulfills a distribution function for the absorbed liquid over the lateral surface, the liquid to be evaporated over a large part of the outer surface of the flow body can be supplied and largely uniformly distributed in the flow body through the open pores, which is good conditions for evaporation the liquid and the uniform entry of the liquid vapor in the guided through the flow body gas flow creates.
The moistening of the gas stream can be carried out for gas streams in different pressure ranges. The heater supports the evaporation of the liquid and leads to the heating of the liquid to a simple influence on the temperature of the gas stream. Thus, not only an otherwise unavoidable cooling of the gas stream can be compensated by the withdrawal of the heat of evaporation, but also a required temperature of the gas stream can be maintained. For this purpose, the energy to be introduced via the heating device is to be controlled according to the respective temperature requirements. The heater can be chosen differently depending on the type of liquid to be evaporated and, for example, consist of a liquid-permeable jacket of the flow body enclosing heating foil.
In order to assist the evaporation of the liquid in the flow body itself, the heating means may consist of a microwave heating, which requires a flow body of a material which has a sufficient permeability to the microwaves and is not reflected on the pore surface. This means that the flow body must be limited to non-metallic materials. The non-metallic flow body can be produced from a foamed ceramic material which hardly dampens the microwaves of the microwave heating and therefore ensures evaporation of the liquid under the influence of the microwaves over the entire pore volume.
In order to increase the germicidal effect of the microwaves, the flow body of the ceramic material can contain silver ions, which are germicidal even without microwaves. For shielding the microwaves to the outside, the flow body can be arranged with the distributor device in a metallic housing, which has inlet and outlet connections for the gas flow and a liquid connection for the distributor device.
Thus, regardless of fluctuations in the temperature and humidity values of the gas stream to be humidified setpoint values of temperature and humidity after humidification of the gas stream can be maintained within a narrow tolerance range, the distributor device can be assigned a metering unit for the supplied liquid, wherein the Dosing unit and the heater by means of a control device in dependence on the moisture content and the temperature of the humidified gas flow can be controlled. If the actual values of the humidity and the temperature of the gas flow emerging from the humidification device deviate from the predetermined desired values, then the metering unit and / or the heating device is controlled in the sense of a desired actual value adjustment with the aid of the control device.
In the drawing, the subject invention is shown, for example, and that an inventive device for moistening a gas stream is shown in a schematic longitudinal section.
The illustrated device for humidification of a gas stream has a metallic housing 1 with an inlet connection 2 and a discharge connection 3 for the gas stream, for example air, and a liquid connection 4. In the housing 1, a non-metallic flow body 5 made of an open-pore material, preferably of a foamed ceramic material used, which is coated with a sheath of a nonwoven as a distributor device 6 for the liquid to be evaporated, which is supplied through the liquid connection 4 via a metering unit 7 is distributed within the housing 1 over the outer surface of the flow body 5 and penetrates through the open pores in the flow body by utilizing the capillary action.
In a longitudinal bore 8 of the flow body 5, an electrode 9 is designed as a microwave heating heater 10 is used so that the generated by a microwave generator and radiated from the electrode 9 microwaves penetrate the non-metallic flow body 5 and reflected on the housing wall. Due to the impingement of the flow body 5 with microwaves, the liquid entering the flow body 5 is vaporized and entrained by the flow body 5 passing through the gas flow, which is thereby suitably moistened and possibly heated.
So that constant values of the moisture content and the temperature of the gas stream can be ensured at the outlet connection 3, an encoder 11 for the respective moisture and temperature of the gas stream emerging from the housing 1 is provided at the outlet connection 3. This sensor 11 is connected to a control device 12, with the aid of which, on the one hand, the heating device 10 and, on the other hand, an actuating drive 13 for the dosing unit 7 can be controlled. The control device 12 can be preset via an input stage 14, the respectively required setpoints for the humidity and the temperature of the gas stream.
If the actual value of the humidity and / or the temperature detected by the sensor 11 deviates from the setpoint values entered, then the heating device 10 and / or the metering unit 7 are acted upon by the control device 12 in the sense of a setpoint-actual value comparison and the deviating actual values are again applied to the setpoint values recycled.
The invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus, the heating device 10, a distributor device 6 enclosing heating foil can be formed. The gas stream used in each case can be moistened with water, but also with other liquids, for example with liquid fuel, in order to obtain an ignitable, gaseous fuel-air mixture with air as gas stream.