-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung
zur Luftbefeuchtung.
-
Bei
vielen Produktionsprozessen spielt die relative Luftfeuchte der
Produktionsumgebung eine entscheidende Rolle für die Qualität der produzierten Erzeugnisse.
In Produktionsräumen,
in denen solche Produktionsprozesse durchgeführt werden, muss die Raumluft
deshalb mit Luftbefeuchtern auf die für den jeweiligen Produktionsprozess
optimale Luftfeuchte eingestellt werden.
-
In
industriellen Betrieben werden zur Raumluftbefeuchtung heute überwiegend
Hochdruck-Düsenbefeuchter
eingesetzt. Die Hochdruckdüsen
wandeln das ihnen zugeführte
Wasser in kleinste Tropfen (Aerosole). Die Aerosole werden in dem
zu befeuchtenden Raum vernebelt und verdunsten dort. Als Ergebnis
wird der Wassergehalt der Luft angehoben und die Luftfeuchtigkeit
erhöht.
Mittels einer Steuerung/Regelung werden die Hochdruckdüsen solange aktiviert,
bis die geforderte Luftfeuchte der Raumluft erreicht ist.
-
Die
Qualität
der Hochdruck-Düsenbefeuchtung
ist im wesentlichen von zwei Faktoren abhängig: a) der mittleren Tropfengröße der Hochdruckdüsen und
b) der Qualität
des eingesetzten Wassers.
-
Zu
a): Je kleiner die Tropfengröße, desto
größer ist
die Oberfläche
des erzeugten Aerosolstroms und desto schneller erfolgt die Aufnahme
der Aerosole in der Raumluft. Sind die Aerosole zu groß, fallen Sie
zu Boden und führen
zu Nässebildung
auf Oberflächen.
Aufgabe der Hochdruckdüsen
ist es deshalb, das Wasser dauerhaft in möglichst kleine Aerosole zu
trennen. Dies gelingt vorzugsweise mit speziellen Dralldüsen und
einem Druck von bis zu 100 bar.
-
Zu
b) Inhaltsstoffe des Wassers, wie Kalk und Salze führen bei
dem Einsatz von Hochdruckdüsen
zu Störungen.
Die Mineralien werden einerseits in die Raumluft getragen und führen dort
zu einer Niederschlagsbelastung. Die Wasserinhaltsstoffe lagern
sich aber auch an der Hochdruckdüse
selber ab und führen
hier zu Störungen.
Stand der Technik ist es deshalb, das zur Luftbefeuchtung verwendete Wasser
mittels einer Umkehrosmose-Wasseraufbereitung von den störenden Inhaltsstoffen
zu befreien.
-
Die
Kombination von hochwertigen Dralldüsen mit einer Umkehrosmose-Wasseraufbereitung stellt
aus den vorgestellten Gründen
ein funktionsfähiges
industrielles Luftbefeuchtungssystem dar und ist Stand der Technik.
-
Produktionsprozesse
haben durchaus unterschiedliche Anforderungen an die gemäß a) und
b) erreichte Qualität
der Luftbefeuchtungssysteme. So wird in einem holzverarbeitenden
Betrieb auch eine gewisse Niederschlagsbelastung in der Luft durch die
Mineralien des Wassers toleriert. In Druckereien sind die Ansprüche deutlich
höher:
Das Wasser muß absolut
tropfenfrei vernebelt werden, damit das Papier nicht von den Tropfen
benässt
wird. Am höchsten
sind die Ansprüche
in der elektronischen Industrie, bzw. allgemein in Bereichen, in
denen Reinraumansprüche
gestellt werden.
-
Verfahrenstechnisch
gab es bisher eine Grenze, bis zu der die Qualität der Luftbefeuchtung nach
a) und b) gesteigert werden konnte. Wird das Wasser vollständig von
allen Inhaltsstoffen befreit, verliert es seine elektrische Leitfähigkeit.
Bei der schnellen Stofftrennung in leistungsfähigen Hochdruckdüsen kommt
es dann zu einer elektrostatischen Aufladung des Aerosolstroms.
Ist die elektrostatische Anziehungskraft größer als die kinetische Energie
der aus der Düse
ausströmenden
Aerosole, werden diese Aerosole von der Düse (bzw. dem Vernebler) angezogen.
Dieser Effekt führt
zu intensiver Tropfenbildung mit der Folge von Wasserschäden.
-
Der
beschriebene elektrostatische Effekt wird vermieden, wenn das Wasser
nur bis zu einem gewissen Grad entmineralisiert wird, so dass der
verbleibende Restmineralgehalt eine ausreichende Leitfähigkeit
des Wassers bewirkt und sich keine störenden elektrostatischen Aufladungen
mehr bilden. Der Restmineralgehalt wird allerdings mit den Aerosolen in
die Raumluft getragen und führt
hier zu einer geringen Niederschlagsbelastung.
-
In
vielen Produktionsprozessen wird die Niederschlagsbelastung durch
den Restmineralgehalt des Wassers nicht als störend bemerkt. In sehr staubarmen
Produktionsumgebungen, wie beispielsweise in der Elekronikindustrie,
wird die Niederschlagsbelastung allerdings nicht toleriert. Die
vorbeschriebene verfahrenstechnische Grenze machte den Einsatz der
Hochruck- Luftbefeuchtung in solchen sensiblen Produktionsprozessen
deshalb bisher unmöglich.
Hier kamen in der Vergangenheit dann z.B. energieintensive Verdampfungsgeräte zum Einsatz.
-
Die
DE 38 40 922 A1 bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftbefeuchtung
von geschlossenen Räumen.
Das zur Luftbefeuchtung verwendete Wasser wird mit Hilfe eines Membrantrennverfahrens
hochgradig entkeimt und entmineralisiert. Durch Aufbereitung mittels
eines Membrantrennverfahrens bzw. einer Umkehrosmose-Wasseraufbereitung
wird das Wasser nur bis zu einem gewissen Grad entmineralisiert.
Der Restmineralgehalt wird mit den Aerosolen in die Raumluft getragen
und führt
hier zu einer Niederschlagsbelastung der Räume.
-
Die
EP 0 007 355 B1 bezieht
sich auf ein Verfahren zur Entkeimung von eine sehr geringe Leitfähigkeit
aufweisenden Flüssigkeiten
mittels anodischer Oxidation und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Diese Technik kommt insbesondere bei der Entkeimung
von Flüssigkeiten
zur Verwendung in der Arzneimittelindustrie im medizinischen Bereich
zur Anwendung. Für
die Entkeimung mittels anodischer Oxidation muß die Flüssigkeit eine ausreichende
Leitfähigkeit
besitzen, die durch Zusatz von NaCl hergestellt werden kann, der
jedoch bei bestimmten Flüssigkeiten
im pharmazeutischen bzw. medizinischen Bereich nicht erlaubt ist.
Das Dokument lehrt deshalb, der Flüssigkeit mit sehr geringer Leitfähigkeit
ein ihre Leitfähigkeit
erhöhendes
Gas zuzuführen
und anschließend
die anodische Oxidation durchzuführen.
Das Gas wird nach der anodischen Oxidation wieder aus der Flüssigkeit
entfernt.
-
Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Luftbefeuchtung zur Verfügung zu
stellen, das keine störende
Niederschlagsbelastung der Umgebung verursacht und Tropfenbildung
vermeidet.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Luftbefeuchtung wird durch Entfernen von Inhaltsstoffen und
Zusetzen eines die Leitfähigkeit
erhöhenden
Gases aus zugeführtem
Wasser voll entmineralisiertes Reinstwasser erhöhter Leitfähigkeit hergestellt und wird
das voll entmineralisierte Reinstwasser erhöhter Leitfähigkeit zerstäubt.
-
Das
voll entmineralisierte Reinstwasser ist von allen staub- bzw. niederschlagsbildenden
Inhaltsstoffen befreit, so daß es
bei der Zerstäubung nicht
zu einer nachteiligen Niederschlagsbelastung der Umgebung bzw. von
Produktionsräumen
kommt. Die nachteiligen elektrostatischen Effekte voll entmineralisiertes
Reinwassers werden durch das Zusetzen des die Leitfähigkeit
erhöhenden
Gases vermieden. Das voll entmineralisierte Reinstwasser erhöhter Leitfähigkeit
wird nämlich
beim Zerstäuben
nicht elektrostatisch aufgeladen, so daß die Aerosole nicht von der
Einrichtung zum Zerstäuben
angezogen werden und keine Tropfenbildung eintritt. Die Erfindung eliminiert
die vorbeschriebene verfahrenstechnische Grenze und macht die Vernebelung
von vollständig entmineralisierte
Wasser in kleinste Aerosole möglich,
ohne dass es zu den beschriebenen elektrostatischen Aufladungen
kommt.
-
Voll
entmineralisiertes Reinstwasser hat eine Leitfähigkeit von etwa unterhalb
0,4 μS.
Der erfindungsgemäße Effekt
der Vermeidung nachteiliger elektrostatischer Aufladungen wird durch
relativ geringe Erhöhungen
der Leitfähigkeit über den
Wert von 0,4 μS
hinaus erzielt. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die
Leitfähigkeit über 1 μS hinaus
erhöht
wird, insbesondere bis in die Größenordnung
von 10 μS.
Durch Zusetzen nur geringer Gasmengen wird eine hinreichende Erhöhung der
Leitfähigkeit
erzielt. Infolge des geringen Gasverbrauchs ist das Verfahren sehr ökonomisch.
-
Das
voll entmineralisierte Reinstwasser ist auf verschiedene Weise herstellbar.
Gemäß einer Ausgestaltung
wird aus dem zugeführten
Wasser mittels einer Umkehrosmose-Wasseraufbereitung teilentmineralisiertes
Wasser und aus dem teilentmineralisierten Wasser mittels eines Ionenaustauschers
voll entmineralisiertes Reinstwasser erzeugt. Auf diese Weise ist
voll entmineralisiertes Reinstwasser unter Verwendung handelsüblicher
Vorrichtungen kostengünstig
herstellbar.
-
Grundsätzlich ist
das Gas dem zugeführten Wasser
vor oder während
der Vollentmineralisierung zuführbar.
Gemäß einer
Ausgestaltung wird das Gas dem voll entmineralisiertes Reinstwasser
zugeführt. Hierdurch
können
Gasverluste vermieden werden.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung wird das zugeführte
Gas mit dem voll entmineralisiertes Reinstwasser vermischt, um die
Leitfähigkeit
des voll entmineralisierten Reinstwassers gleichmäßig zu erhöhen.
-
Als
Gas eignen sich sämtliche
Gase, die bei Auflösung
in Wasser zu einer Erhöhung
seiner Leitfähigkeit
führen.
Bevorzugt werden für
Mensch und Produktionseinrichtungen ungefährliche Gase verwendet. Dieses
sind insbesondere nicht-toxische bzw. nich-texplosive Gase. Besonders
geeignet sind Gase, die natürlich
in der Umgebung vorkommen. Gemäß einer
Ausgestaltung ist das Gas CO2, das auch in der Getränkeindustrie
eingesetzt wird.
-
Grundsätzlich ist
es möglich,
dem voll entmineralisiertes Reinstwasser einen Gasmengenstrom zuzudosieren,
der auf Erfahrungswerten basiert. Bei einer in Abhängigkeit
von gemessenen Raumfeuchtewerten geregelten Zerstäubung kann
dies zu einer ungleichmäßigen Gasbeladung
des voll entmineralisierten Reinstwassers führen. Die Folge kann eine unzureichende
Leitfähigkeit
des voll entmineralisierten Reinstwassers oder ein übermäßiger Gasverbrauch
sein. Gemäß einer
Ausgestaltung wird die Leitfähigkeit
des voll entmineralisierten Reinstwassers erhöhter Leitfähigkeit gemessen, mit einem
Sollwert verglichen und bei einer Abweichung des Meßwertes
vom Sollwert durch Änderung
der Zuführmenge
des Gases reduziert oder eliminiert. Hierdurch wird die Einhaltung
einer erforderlichen Leitfähigkeit des
voll entmineralisierten Reinstwassers sichergestellt und ein übermäßiger Gasverbrauch
vermieden. Eine weitere Möglichkeit
wäre das
durch das Erfassen des Wasserverbrauchs eine Führungsgröße gewonnen wird.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung wird das voll entmineralisierte Reinstwasser erhöhter Leitfähigkeit in
einem Kreislauf gepumpt, aus dem es abgezogen und der Zerstäubung zugeführt wird.
Der Kreislauf bewirkt insbesondere eine gleichmäßige Einmischung des Gases.
Außerdem
ist eine Kreislaufführung
des Gases insbesondere vorteilhaft, wenn die Einrichtung zum Zerstäuben eine
Hochdruckdüse
mit getakteter Wasserzufuhr aufweist (vgl.
DE 197 06 035 C1 ).
-
Gemäß einer
Ausgestaltung wird das Gas dem Kreislauf zugeführt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
wird die Leitfähigkeit
im Kreislauf gemessen.
-
Das
voll entmineralisierte Reinstwasser erhöhter Leitfähigkeit wird unter hohem Betriebsdruck mittels
mindestens einer Hochdruckdüse
zerstäubt. Bevorzugt
erfolgt die Wasserzufuhr getaktet. Diese Zerstäubung ist energetisch besonders
günstig.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Luftbefeuchtung hat eine einen Zulauf aufweisende Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung,
eine dem Zulauf nachgeordnete Zuführeinrichtung für ein Gas
und eine der Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung und der
Zuführeinrichtung
nachgeordnete Einrichtung zum Zerstäuben von Wasser. Mit dieser
Vorrichtung ist das vorbeschriebene Verfahren besonders vorteilhaft
ausführbar.
Dies gilt auch für die
folgenden Ausgestaltungen. Je nach Qualität des zugeführten Wassers kann es ausreichend
sein, wenn die Wasseraufbereitung lediglich eine Vollentsalzung
bewirkt. Eine Vollentsalzungs-Wasseraufbereitung ist in den Begriff
Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung einbezogen.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
die Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung eine dem Zulauf nachgeordnete
Umkehrosmose-Wasseraufbereitung und einen dieser nachgeordneten
Ionenaustauscher.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist die Zuführeinrichtung
der Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung nachgeordnet.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist die Zuführeinrichtung
ein in einer Leitung zwischen Zulauf und Zerstäubungseinrichtung angeordnetes
T-Stück (Impfstelle),
das einen Abzweig für
die Einspeisung eines Gases aufweist.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist in der Leitung zwischen einer Einspeisung für das Gas
und der Zuführeinrichtung
ein Steuerventil angeordnet. Das Steuerventil ermöglicht die
genaue Einstellung des zugesetzten Gasmengenstromes. Abhängig von
der Regelung, bzw. der generierten Führungsgröße, kann dieses Ventil z.B.
mechanisch oder elektrisch ausgeführt sein. Abhängig von
der Ansteuerung kann es sich um ein 2/2-Wege- oder Proportionalventil handeln.
Generell handelt es sich um eine Ausführung, welche es ermöglicht,
das Gas gezielt dosiert in das aufbereitete Wasser einzubringen.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist in einer Leitung zwischen Zuführeinrichtung und Einrichtung zum
Zerstäuben
eine Leitwertmeßzelle
angeordnet. Die Leitwertmeßzelle
ermöglicht
eine Kontrolle und Regelung der Leitfähigkeit des voll entmineralisierten Reinstwassers.
-
Zur
Verwirklichung einer Regelung sind gemäß einer Ausgestaltung die Leitwertmeßzelle und das
Steuerventil mit einem Regler verbunden.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist in einer Leitung zwischen Zuführeinrichtung und Einrichtung zum
Zerstäuben
eine Mischeinrichtung angeordnet. Die Mischeinrichtung bewirkt eine
gleichmäßige Erhöhung der
Leitfähigkeit
des voll entmineralisierten Reinst -wassers. Die Mischeinrichtung
ist z.B. ein statischer Mischer. Bevorzugt ist sie in Strömungsrichtung
vor einer Leitwertmeßzelle
angeordnet.
-
In
einer Leitung zwischen der Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung
und der Einrichtung zum Zerstäuben
ist eine Hochdruckpumpe angeordnet und die Einrichtung zum Zerstäuben umfaßt mindestens
eine Hochdruckdüse.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Hochdruckpumpe in einer der Vollentmineralisierungs-Wasseraufbereitung
nachgeordneten Ringleitung angeordnet, die über mindestens einen Abzweig mit
mindestens einer Hochdruckdüse
verbunden ist.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Zuführeinrichtung und/oder die
Mischeinrichtung und/oder die Leitwertmeßzelle in der Ringleitung angeordnet.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist der Hochdruckdüse
ein Schaltventil vorgeordnet. Das Schaltventil ist insbesondere
für eine
geregelte Luftbefeuchtung und für
eine getaktete Wasserzufuhr zur Hochdruckdüse nutzbar.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung ist die Zuführeinrichtung
mit mindestens einer Gasflasche verbunden. Die Gasflasche ermöglicht eine
netzunabhängige
Versorgung der Vorrichtung mit Gas. Da nur geringe Gasmengen zugesetzt
werden müssen,
reicht die Kapazität
handelsüblicher
Gasflaschen für
lange Nutzungszeiten aus.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung in seiner grundsätzlichen
Funktionsweise erläutert.
-
Wasser
(z.B. Leitungswasser) wird über
einen Zulauf 1 einer Umkehrosmose-Wasseraufbereitungsanlage 2 zugeführt. Hier
wird das Wasser zu 98% entmineralisiert. Die abgeschiedenen Mineralien
bzw. Salze werden am Ablauf 3 in das Abwasser geleitet.
Das teilentmineralisierte Wasser steht am Ausgang 4 zur
Verfügung
und wird nun in eine Ionenaustauscherpatrone 5 geleitet.
Im Ionentauscher wird der Restmineralgehalt von 2% eliminiert, so
dass am Ausgang 6 voll entmineralisiertes Reinstwasser
austritt.
-
Das
Reinstwasser wird mit der Pumpe 7 auf einen Druck über 80 bar
gebracht und der Hochdruckleitung 8 zugeführt. Das
Wasser wird in der als Ringleitung ausgeprägten Hochdruckleitung 8 im Kreislauf
geführt.
Mit einer Leitwertmesszelle 9 wird der Leitwert des Wassers
in der Hochdruckleitung 8 permanent gemessen. Der Meßwert wird
an einen Regler 10 einer Prozesselektronik übertragen.
Liegt der gemessene Leitwert unterhalb eines einstellbaren Grenzwertes,
steuert der Regler 10 ein als Proportionalventil ausgeführtes Steuerventil 11 an
und dosiert das in einer Gasflasche 12 bereitgestellte
Gas durch eine als T-Stück
ausgebildete Zuführeinrichtung 13 (Impfstelle)
in den Wasserkreislauf. In einem Diffusor bzw. statischen Mischer 13 wird
das Gas im Wasser aufgelöst.
-
Ist
der Leitwert auf den eingestellten Grenzwert gestiegen erfolgt eine
elektrische Freigabe zur Luftbefeuchtung. Bei Bedarf werden die
Magnetventile 15 geöffnet
und das Wasser wird den Hochdruckdüsen 16 zugeführt. Bei
der Aerosolerzeugung kommt es jetzt nicht mehr zu dem gefürchteten
Effekt der elektrostatischen Aufladung, da das im Wasser gelöste Gas
eine ausreichende Leitfähigkeit
des Wassers bewirkt. Das Gas löst
sich in der Raumluft rückstandslos
auf, so dass es auch nicht zu einer Niederschlags- bzw. Staubbelastung
im Raum kommt.