DE102012106422A1

DE102012106422A1 - Wärme- und Stoffübertrager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102012106422A1
Application number: DE201210106422
Authority: DE
Inventors: Hannes Rosenbaum; Heike Herfert
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: DE102012106422B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärme- und Stoffübertrager, mit dem Luft über mindestens eine semipermeable Membran gleichzeitig gekühlt und entfeuchtet werden kann. Der Wärme- und Stoffübertrager weist mindestens eine Membranschicht (5), mindestens eine Rückseitenschicht (7), mindestens ein flächiges, durchströmbares Abstandselement (1), das zwischen der Membranschicht (5) und der Rückseitenschicht (7) angeordnet ist und beide Schichten (5, 7) voneinander beabstandet, und ein Wasserdampf absorbierendes Absorptionsmittel (3), das beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers das Abstandselement (1) derart durchströmt, dass das Absorptionsmittel (3) die dem Abstandselement (1) zugewandte Seite der Membranschicht (5) nahezu vollständig bedeckt. Das mindestens eine Abstandselement (1) besteht aus Textilfasern, die mindestens eine Membranschicht (5) ist für Wasserdampf durchlässig sowie für das Absorptionsmittel (3) undurchlässig. Sowohl die mindestens eine Membranschicht (5) als auch die mindestens eine Rückseitenschicht (7) sind mittels Kaschierens auf dem Abstandselement (5) aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärme- und Stoffübertrager, mit dem Luft über mindestens eine semipermeable Membran gleichzeitig gekühlt und entfeuchtet werden kann. Eine Kondenswasserbildung an der Membran wird so vermieden. Im Umkehrprinzip ist es auch möglich, den Wärme- und Stoffübertrager zum Erwärmen und Befeuchten von Luft einzusetzen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Lösungen bekannt, mit denen Luft über semipermeable Membranen gleichzeitig gekühlt und entfeuchtet werden kann.
So wird in DE 198 16 185 C1 eine Vorrichtung beschrieben, bei der mittels eines flächenförmigen Bauelementes mit einem integrierten System aus Hohlelementen, das von einem Kühl- oder Heizmittel durchflossen wird, Luft aufbereitet wird. Die Hohlelemente bestehen im Wesentlichen aus Kapillarmembranen, wobei in den Hohlelementen ein gekühltes Absorptionsmittel fließt. Durch die Poren der Membranen kann Wasserdampf in das Absorptionsmittel diffundieren, sodass mit der Vorrichtung die Luft gekühlt und ihr gleichzeitig sensible und latente Wärme entzogen werden kann. Eine Aerosolbildung und auch generell die Verschmutzung der Luft mit dem Absorptionsmittel wird durch den Einsatz der semipermeablen Membranen vermieden.
Der Wirkungsgrad eines derartigen Wärmeübertragers ist jedoch vergleichsweise gering. Um den Wirkungsgrad etwas zu erhöhen, werden deshalb auch Varianten mit zusätzlichen Wärmetauscherelementen, die nicht mit semipermeablen Membranen ausgestattet sind, vorgeschlagen. Bei diesen Varianten kann jedoch eine Bildung von Kondenswasser und demzufolge Schimmel nicht ausgeschlossen werden.
In DE 10 2009 053 629 A1 wird ein Wärmeübertrager, bestehend aus zumindest einer flächenförmigen, wasserdampfpermeablen Membran mit einer ersten der Raumluft ausgesetzten Membranoberfläche und einer zweiten Membranoberfläche, die bei Betrieb des Wärmetauscher zumindest teilweise von einem Wasser absorbierenden Absorptionsmittel hinterflossen ist, gezeigt. Zwischen einer der Oberflächen der wasserdampfpermeablen Membran und zumindest einem flächenförmigen Bauelement ist ein durchströmbares Abstandselement, üblicherweise ausgeführt als Stegplatte oder als eine andere offenporige Kunststoffstruktur, angeordnet, das sowohl mit der einen Oberfläche der flächenförmigen wasserdampfpermeablen Membran als auch mit einer der Oberflächen des flächenförmigen Bauelementes verbunden ist.
Die Lösung hat jedoch mehrere Nachteile. So erfordert der Wärmetauscher prinzipbedingt hohe Mengen an Absorptionsmittel, was zur Folge hat, dass einerseits der Wärmetauscher ein träges Regelverhalten zeigt und andererseits eine gleichmäßige Durchströmung des Abstandselements nur durch aufwendige Maßnahmen zu erreichen ist. Zudem wird beim Einsatz von Stegplatten die aktive Fläche der Membranschicht durch einen vergleichsweise großen Flächenanteil, durch den aufgrund der Verklebung zwischen Stegplatte und Membran kein Wasserdampf mehr transportiert werden kann, stark reduziert.
Für beide Lösungen sind, bedingt durch die komplizierte Konstruktionsform und die Notwendigkeit des Einsatzes sehr unterschiedlicher Fertigungsverfahren, in der Herstellung viele Arbeitsschritte erforderlich, d.h., die Herstellung ist vergleichsweise aufwendig. Dementsprechend ist die Herstellung des Wärmeübertragers relativ kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärme- und Stoffübertrager zur Kühlung oder Heizung von Luft bei gleichzeitiger Ent- bzw. Befeuchtung unter Verwendung einer semipermeablen Membran zu finden, der kostengünstig und großtechnisch mit geringem Aufwand herstellbar ist. Mit dem Wärmetauscher sollen, bei weitgehend homogener Verteilung über die Übertragungsfläche, hohe Wärmeübertragungsraten und ausreichend hohe Stoffübertragungsraten erreichbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10 und 12.
Der Wärme- und Stoffübertrager ist zur Kühlung von Luft bei gleichzeitiger Entfeuchtung vorgesehen. Bei ausreichender Entfeuchtung während der Kühlung wird die Bildung von Kondensat an den Wärmetauscherflächen auch bei sehr niedrigen Oberflächentemperaturen nachweislich verhindert.
Der Wärme- und Stoffübertrager ist ebenso zum Beheizen und gleichzeitigem Befeuchten von Luft einsetzbar. Durch die Befeuchtung von Luft während des Heizens kann die bei konventioneller Beheizung auftretende Lufttrockenheit vermieden werden; insbesondere sind keine weiteren Raumluftbefeuchter mehr erforderlich.
Der Wärme- und Stoffübertrager weist mindestens eine Membranschicht, mindestens eine Rückseitenschicht, mindestens ein flächiges, längsdurchströmbares (d.h. ein zumindest in zur Membranschicht parallel verlaufender Richtung durchströmbares) Abstandselement, das zwischen der Membranschicht und der Rückseitenschicht angeordnet ist und beide Schichten voneinander beabstandet, und ein Wasserdampf absorbierendes Absorptionsmittel auf, das beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers das (von der Membranschicht und der Rückseitenschicht begrenzte) zusammenhängende freie Volumen im Abstandselement derart durchströmt, dass die dem Abstandselement zugewandte Seite der Membranschicht (praktisch vollständig) bedeckt ist.
Nach Maßgabe der Erfindung ist das mindestens eine Abstandselement aus Textilfasern aufgebaut. Das Material der mindestens einen Membranschicht ist so gewählt, dass sie für Wasserdampf durchlässig, jedoch für das Absorptionsmittel undurchlässig ist. Sowohl die mindestens eine Membranschicht als auch die mindestens eine Rückseitenschicht werden durch ein Beschichtungsverfahren, z.B. durch Kaschieren, auf dem textilen Abstandselement aufgebracht. Aus der Membranschicht, dem textilen Abstandselement und der Rückseitenschicht wird eine sog. Absorptionsmittelebene gebildet
Der gesamte Wärme- und Stoffübertrager kann, da er gerollt und bei Montage drapiert werden kann, unkompliziert gelagert und transportiert sowie flexibel eingesetzt werden. Vorteilhaft ist auch, dass die Membranschicht derart mit dem Abstandselement verbunden werden kann, dass die für einen Stofftransport inaktive Verklebungsfläche stark minimiert wird und ein hoher Anteil der Membranfläche des erfindungsgemäßen Wärme- und Stoffübertragers für den Wärme- und Stofftransport erhalten bleibt.
Vorzugsweise wird als Absorptionsmittel eine wässrige Salzlösung (Sole), z.B. eine wässrige Lithiumchlorid-Lösung, eingesetzt. Wässrige Salzlösungen, insbesondere wässrige Lithiumchlorid-Lösungen, zeichnen sich einerseits durch eine hohe Hygroskopizität aus, d.h., sie können der an die Membranschicht angrenzenden Luft schnell und in großer Menge Feuchtigkeit entziehen, anderseits verursachen sie weniger Korrosion als andere Absorptionsmittel.
Das Abstandselement (und entsprechend der durch die Membranschicht und die Rückseitenschicht begrenzte lichte Strömungsquerschnitt der Absorptionsmittelebene) hat üblicherweise eine Dicke von kleiner 5 mm, vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 1 mm. Die vergleichsweise geringe Dicke des Abstandselements hat den Vorteil, dass auch bei großflächigen Wärme- und Stoffübertragern lediglich geringe Mengen des relativ kostenintensiven Absorptionsmittels eingesetzt werden können, sodass sich der Wärme- und Stoffübertrager durch sehr kurze Regelungszeiten auszeichnet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Abstandselement, ohne dass hierfür besondere Maßnahmen/Einrichtungen, wie z.B. spezielle Anschlüsse/Zuführungen in das Abstandselement oder Strömungsleitelemente im Abstandselement, erforderlich sind, eine weitgehend homogene und gleichmäßige Durchströmung (bezogen auf seine gesamte Fläche) und eine praktisch vollständige Bedeckung der Membranschicht mit dem Absorptionsmittel erreicht wird.
So ist in einer ersten Ausführungsform die Rückseitenschicht einer Absorptionsmittelebene als eine sowohl für Wasserdampf als auch für das Absorptionsmittel (meist für Flüssigkeiten und Gase generell) undurchlässige Sperrschicht ausgeführt, und an der von dem mindestens einen Abstandselement abgewandten Seite dieser Rückseitenschicht ein weiteres Abstandselement, das entweder eine starre Struktur (z.B. eine graue Triplex-Kunsstoffplatte oder Stegplatte) ist oder aus textilen Fasern (z.B. analog wie das textile Abstandselement der Absorptionsmittelebene) aufgebaut ist, mit seiner einen Seite angebracht. Auf der anderen Seite des betreffenden Abstandselements ist eine weitere undurchlässige Sperrschicht angebracht. So wird neben der Absorptionsmittelebene eine weitere, sog. Temperierebene (sie entspricht einem durchström- und stapelbaren Temperierelement), gebildet, die zur Führung eines Wärmeübertragungsmediums, z.B. Wasser, dient. Die Dicke des Abstandselements der Temperierebene ist, um eine ausreichende Durchflussmenge des Wärmeübertragungsmediums zu gewährleisten, wesentlich größer als die Dicke des Abstandselements der Absorptionsmittelebene. Zur Realisierung von Kühldecken oder Kühlwänden kann die Sperrschicht der Temperierebene mit einer Wärme-/Kälteisolatierung belegt werden, sodass sich die Wärme-/Kälteisolatierung nach der Installation der Kühldecke/Kühlwand zwischen der Decke/der Wand und der betreffenden Sperrschicht befindet.
Um einen Wärme- und Stoffübertrager zu erhalten, der frei im Raum hängend oder in Form einer Zwischenwand betrieben werden kann, kann auf der betreffenden Sperrschicht der Temperierebene eine weitere Absorptionsmittelebene (bestehend aus einer weiteren Membranschicht, einem weiteren Abstandselement, wobei als Rückseitenschicht die betreffende Sperrschicht der Temperierebene genutzt wird) angebracht werden. So wird ein Wärme- und Stoffübertrager gebildet, der zu beiden Seiten Absorptionsmittelebenen mit nach außen weisenden Membranschichten aufweist, wobei sich zwischen beiden Absorptionsmittelebenen eine Temperierebene befindet. Die beiden Rückseitenschichten der Absorptionsmittelebenen bilden gleichzeitig die beiden Sperrschichten der Temperierebene. Mit derartigen Wärme- und Stoffübertragern sind z.B. transportable Raumklimatisierungsanlagen realisierbar, die ähnlich wie ein Segel, großflächig im zu klimatisierenden Raum aufgespannt und/oder aufgehängt oder die im Raum dreidimensional drapiert werden.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Rückseitenschicht ebenfalls als eine für Flüssigkeiten und Gase undurchlässige Sperrschicht ausgeführt. Die von der mindestens einen Abstandschicht abgewandte Seite der Rückseitenschicht ist mit einem flächigen Temperierelement gut wärmeleitend verbunden. Das flächige Temperierelement kann als eine aus einem thermisch gut leitenden Material hergestellten Platte, z.B. eine Metallplatte, und aus mit der Platte in thermischem Kontakt stehenden Leitungen, die beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers mit einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt werden, aufgebaut sein. Um einen möglichst hohen Wärmeübertrag zwischen dem Heiz- und/oder Temperierelement zu erzielen, wird das Temperierelement bevorzugt so ausgeführt, dass es die gesamte Fläche der Rückseitenschicht überdeckt, aber nicht über der Rückseitenschicht übersteht.
Das textile Abstandselement kann ein Verbundgewirke sein, bei dem die mindestens eine mit der Membranschicht verbundene Oberfläche und die mit der Rückseitenschicht verbundenen Oberfläche durch Fadenabschnitte (Abstandsfäden, Polfäden) beabstandet sind und das in Strömungsrichtung des Absorptionsmittels (d.h. senkrecht zu den Fadenabschnitten) verlaufende Distanzfäden aufweist.
Das Abstandselement kann auch aus einem Vliesstoff bestehen, der eine poröse Struktur mit geringer Querschnittsstauchfähigkeit aufweist. Des Weiteren kann das Abstandselement als Rechts-Rechts-Kettengewirke, Rechts-Rechts-Gestrick oder als ein Doppelgewebe ausgeführt sein.
Schließlich kann das Abstandselement auch als eine Maschenware ohne Abstandsfäden realisiert sein, die aus mit sich selbst verschlungenem Fäden mit geringer Querschnittsstauchfähigkeit besteht. Fadenabschnitte, die in der senkrecht zur Membranschicht verlaufenden Richtung übereinander geschichtet sind, haben dabei einen so großen Abstand voneinander, dass, auch nachdem die Membran- und die Rückseitenschicht auf das Abstandselement aufgebracht wurden, im Abstandselement ein gut durchströmbares freies Volumen bestehen bleibt.
Die räumliche Anordnung und/oder die Anzahl der textilen Fäden pro cm² kann im textilen Abstandselement der Absorptionsmittelebene (oder auch dem im Abstandselement der Temperierebene) derart gewählt sein, dass die Strömungsverhältnisse, z.B. über das freie Volumen, in dem betreffenden Abstandselement beeinflusst werden. Auf diese Weise kann entweder eine gleichmäßige Durchströmung der Abstandselemente erreicht oder es können gezielt Bereiche mit höherer bzw. geringerer Durchströmung generiert werden (Ausgleichen/Optimieren der Strömungsverhältnisse).
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärme- und Stoffübertragers wird in einem ersten Schritt die mindestens eine Membranschicht auf einer wasserdampfdurchlässigen Schutzschicht, z.B. aus Vliesstoff, Gewebe oder perforiertem Blech, aufgebracht. Das Material der Schutzschicht ist so gewählt, dass eine Beschädigung der üblicherweise sehr dünnen Membranschicht in nachfolgenden Verfahrenschritten und auch im späteren Einsatzfall praktisch ausgeschlossen ist.
Anschließend wird in einem oder zwei Arbeitsgängen (Verfahrensschritten) die Seite der Membranschicht, die nicht mit der Schutzschicht versehen ist, auf die eine Seite des flächigen textilen Abstandselements und die Rückseitenschicht auf die andere Seite des Abstandselements aufgebracht bzw. kaschiert.
Die textilen Schichten (einschließlich der Abstandselemente) des Wärme- und Stoffübertragers sind mit modernen Anlagen schnell und kostengünstig herstellbar. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr kostengünstig Wärme- und Stoffübertrager hergestellt werden.
Neben den erwähnten Verwendungen des Wärme- und Stoffübertragers, als Heiz-/Kühldecken mit einer Be- und Entfeuchtungsfunktion oder frei im Raum hängend, kann der Wärme- und Stoffübertrager auch in Form von gestapelten Verbunden aus mehreren sich abwechselnden Absorptionsmittel- und Temperierebenen in Lüftungs- bzw. Klimageräten eingesetzt werden.
Denkbar ist es auch, den Wärme- und Stoffübertrager, z.B. für ein Lüftungsgerät, mit mehreren auf Abstand in einem Luftstrom gestapelten und über Rohrabschnitte miteinander verbundenen Einheiten aus jeweils drei Funktionsebenen (Absorptionsmittelebene, Temperierebene, Absorptionsmittelebene) aufzubauen.
Der erfindungsgemäße Wärme- und Stoffübertrager ist kostengünstig in einer automatisierbaren Massenproduktion herstellbar, indem z.B. die textilen Abstandselemente durch textile Flächenbildungsverfahren gefertigt und die Membran- und Sperrschichten in einem “Rolle zu Rolle-Verfahren“ (einem kontinuierlichen Verfahren) aufgebracht (kaschiert) werden.
Wenn wasserdampfpermeable Klebstoffe eingesetzt werden, können mit dem erfindungsgemäßen Wärme- und Stoffübertrager thermisch aktive Membranflächenanteile von nahezu 100% erreicht werden. Da die Membran nirgendwo flächenförmig verklebt ist, sinkt das Risiko der lokalen Kondensation (der Luftfeuchtigkeit) auch bei Oberflächentemperaturen unterhalb des Taupunktes auf ein Minimum.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert; hierzu zeigen in schematischer Darstellung:
1: einen Wärme- und Stoffübertrager mit einem durchströmbaren Temperierelement,
2: einen Wärme- und Stoffübertrager mit beidseitig angeordneten Membranschichten,
3: einen Wärme- und Stoffübertrager mit einem massiven Temperierelement,
4: einen Wärme- und Stoffübertrager für zentrale Klimaanlagen,
5: Maschenware ohne Abstandsfäden für Abstandselemente in Draufsicht,
6: Maschenware ohne Abstandsfäden für Abstandselemente in seitlicher Schnittdarstellung.
Der in 1 dargestellte Wärme- und Stoffübertrager besteht aus einem ca. 0,5 mm dicken, textilen Abstandselement 1, das das Mittelteil der Absorptionsmittelebene 2 bildet und das im Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers von einer als Absorptionsmittel 3 verwendeten wässrigen Lithiumchloridlösung durchströmt wird, eine mit einer wasserdampfdurchlässigen Schutzschicht 4 (zum Schutz vor mechanischer Beschädigung) versehene Membranschicht 5, die für Wasserdampf 6 durchlässig und für die Lithiumchloridlösung 3 undurchlässig ist und die auf die eine Seite des Abstandselements 1 kaschiert ist, einer als Sperrschicht, die für Flüssigkeiten und Gase undurchlässig (entsprechend auch für Wasserdampf und die Lithiumchloridlösung) ist, ausgeführten Rückseitenschicht 7, einem ca. 5 mm dicken textilen Abstandselement 8 der Temperierebene 11, das beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers von temperiertem Wasser als Wärmeübertragungsmedium 9 durchströmt wird, und einer Sperrschicht 10 (der Temperierebene), die zusammen mit der Rückseitenschicht 7 die Temperierebene 11 begrenzt. Sowohl im Abstandselement 1 der Absorptionsmittelebene 2 als auch im Abstandselement 8 der Temperierebene sind Abstandsfäden 12, 13 enthalten, welche maßgeblich zur Beabstandung der Membranschicht 5 von der Rückseitenschicht 7 bzw. der Rückseitenschicht 7 von der Sperrschicht 10 beitragen.
Beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers wird nach dem Gegenstromprinzip ein Wasserfluss 14, der die Lithiumchloridlösung 3 kühlt bzw. aufheizt (temperiert), durch die Temperierebene 11 und ein Fluss 15 der Lithiumchloridlösung 3 durch die Absorptionsmittelebene 2 mit einer vergleichsweise geringen Flussgeschwindigkeit vorgegeben. Der Fluss 15 der Lithiumchloridlösung 3 reicht aus, um beim Kühlen eine Kondenswasserbildung zu vermeiden bzw. beim Heizen eine ausreichende Befeuchtung der Luft sicherzustellen. Die entsprechende Aufnahme und Abgabe von Wasserdampf 3 über die Membranschicht 5 ist in 1 durch Pfeile dargestellt. Diese Ausführungsform des Wärme- und Stoffübertragers eignet sich besonders zur Montage an Decken (Kühldecke) und Wänden von Räumen, wobei üblicherweise eine thermische Isolationsschicht zwischen der Sperrschicht 10 und der betreffenden Decke oder Wand eingesetzt wird.
Mit dem Wärme- und Stoffübertrager werden bei Betriebsdrücken des Absorptionsmittels 3 von ca. 0,8 bar vergleichsweise geringe Durchflussmenge von ca. 1 l/h (pro Quadratmeter Stoff-/Wärmetauscherfläche) erreicht, es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Durchflussmenge genügt, um eine ausreichende Entfeuchtung (bzw. Befeuchtung) der Luft auch bei starker Kühlleistung (starker Heizleistung) zu erreichen.
In 2 ist ein Wärme- und Stoffübertrager zur freien Installation in Räumen (als Trennwand oder in Form eines aufgespannten "Segels") gezeigt, der aus denselben Komponenten aufgebaut ist, wie der in 1 dargestellte Wärme- und Stoffübertrager, bei dem jedoch eine Temperierebene 11 beidseitig von je einer Absorptionsmittelebene 2 umgeben ist.
Der in 3 dargestellte Wärme- und Stoffübertrager weist eine aus einer Membranschicht 5, einem Abstandselement 1 und einer Rückseitenschicht/Sperrschicht 7 bestehende Absorptionsmittelebene 2 auf, die prinzipiell identisch aufgebaut ist wie die Absorptionsmittelkanäle 3 der zuvor beschriebenen Wärme- und Stoffübertrager. Jedoch ist anstatt der Temperierebene 11 auf der vom Absorptionsmittelebene 2 abgewandten Seite der Rückseitenschicht 7 ein massives Temperierelement 16, das im Wesentlichen aus einer im thermischen Kontakt mit der Rückseitenschicht 7 stehenden, gut wärmeleitenden Metallplatte 17 (aus Kupfer oder Aluminium) und aus Rohrleitungen 18 besteht, die beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers mit Wasser als Wärmeübertragungsmedium 9 durchströmt werden. In einer alternativen Bauform kann die Metallplatte 17 auch gleichzeitig die Funktion der Rückseitenschicht übernehmen.
4 zeigt einen Wärme- und Stoffübertrager, der besonders für einen Einsatz in zwangsbelüfteten Wärmetauschern, wie sie in zentralen Klimaanlagen eingesetzt werden, geeignet ist. Die einzelnen Lagen des Wärmetauschers sind ähnlich aufgebaut, wie die des in 3 dargestellten Wärme- und Stoffübertragers, wobei jedoch nicht nur auf einer Seite des Temperierelements 16 eine Absorptionsmittelebene 2 angeordnet ist, sondern beide Seiten des Temperierelements 16 mit Absorptionsmittelebenen 2 belegt sind. Das Temperierelement 16 besteht hier aus mit metallischen Rohrleitungen 19 gut wärmeleitend verbundenen metallischen Elementen (Lamellen) 20.
Die Abstandselemente 1 der Absorptionsmittelebenen 2 und die Abstandselemente 8 der Temperierebenen 11 können auch mit einer Maschenware ohne Abstandsfäden 12, 13 realisiert sein (5, 6). Die Formstabilität wird hier durch den Einsatz von mit sich selbst verschlungenen Fäden mit geringer Querschnittsstauchfähigkeit erreicht, d.h., die Fadenabschnitte 21, 22, 23 (erster, zweiter und dritter Fadenabschnitt) übernehmen die Funktion der Abstandsfäden.
Bezugszeichenliste

1: Abstandselement der Absorptionsmittelebene
2: Absorptionsmittelebene
3: Absorptionsmittel/Lithiumchloridlösung
4: Schutzschicht
5: Membranschicht
6: Wasserdampf
7: Rückseitenschicht
8: Abstandselement der Temperierebene
9: Wärmeübertragungsmedium/Wasser
10: Sperrschicht
11: Temperierebene
12: Abstandsfaden der Absorptionsmittelebene
13: Abstandsfaden der Temperierebene
14: Wasserfluss
15: Fluss des Absorptionsmittels
16: Temperierelement
17: Platte/Metallplatte
18: Leitung/Rohrleitung
19: Metallische Rohrleitung
20: Metallische Lamelle
21: Erster Fadenabschnitt
22: Zweiter Fadenabschnitt
23: Dritter Fadenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19816185 C1 [0003]
DE 102009053629 A1 [0005]

Claims

Wärme- und Stoffübertrager zur Kühlung oder Heizung von Luft bei gleichzeitiger Ent- oder Befeuchtung aufweisend mindestens eine Membranschicht (5); mindestens eine Rückseitenschicht (7); mindestens ein flächiges, durchströmbares Abstandselement (1) einer Absorptionsmittelebene (2), das zwischen der Membranschicht (5) und der Rückseitenschicht (7) angeordnet ist und beide Schichten (5, 7) voneinander beabstandet; und ein Wasserdampf absorbierendes Absorptionsmittel (3), das beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers das Abstandselement (1) derart durchströmt, dass die dem Abstandselement (1) zugewandte Seite der Membranschicht (5) nahezu vollständig vom Absorptionsmittel (3) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abstandselement (1) aus Textilfasern aufgebaut ist, und die mindestens eine Membranschicht (5) für Wasserdampf durchlässig und für das Absorptionsmittel (3) und/oder Wasser undurchlässig ist, wobei sowohl die mindestens eine Membranschicht (5) als auch die mindestens eine Rückseitenschicht (7) mittels eines Beschichtungsverfahrens auf dem Abstandselement (1) aufgebracht sind.
Wärme- und Stoffübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die mindestens eine Membranschicht (5) als auch die mindestens eine Rückseitenschicht (7) durch Kaschieren auf dem Abstandselement (1) aufgebracht sind.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (1) höchstens 5 mm dick ist.
Wärme- und Stoffübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (1) 0,2 bis 1 mm dick ist.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der zu kühlenden und zu entfeuchtenden bzw. der zu erwärmenden und befeuchtenden Luft zugewandte Seite der Membranschicht (5) mit einer luft- und wasserdampfdurchlässigen Schutzschicht (4) versehen ist.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (1) ein Verbundgewirke ist, bei dem einerseits die mindestens eine Membranschicht (5) und die Rückseitensicht (7) durch Fadenabschnitte (12) beabstandet sind und anderseits das Verbundgewirke in Strömungsrichtung des Absorptionsmediums verlaufende Distanzfäden aufweist, oder das Abstandselement (1) ein Vliesstoff ist, der eine poröse Struktur mit geringer Querschnittsstauchfähigkeit aufweist, oder das Abstandselement (1) ein Rechts-Rechts-Kettengewirke, Rechts-Rechts-Gestrick oder ein Doppelgewebe ist.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Abstandselement (1) als eine Maschenware ohne Abstandsfäden realisiert ist, die aus mit sich selbst verschlungenem Fäden mit geringer Querschnittsstauchfähigkeit besteht, wobei übereinandergeschichtete Fadenabschnitte in der senkrecht zur Membranschicht (5) verlaufenden Richtung einen so großen Abstand voneinander haben, dass nach erfolgtem Aufkaschieren der Membran-(5) und der Rückseitenschicht (7) im Abstandselement (1) ein zusammenhängender, durchströmbarer Hohlraum gebildet ist.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenschicht (7) als eine für Flüssigkeiten und Gase undurchlässige Sperrschicht ausgeführt ist, und an der von dem mindestens einen textilen Abstandselement (1) abgewandten Seite der Rückseitenschicht (7) ein Abstandselement (8) einer Temperierebene (11) mit seiner einen Seite angebracht ist, wobei an der anderen Seite des Abstandselements (8) eine Sperrschicht (10) angebracht oder ausgeformt ist, wodurch die Temperierebene (11) gebildet ist, die zur Temperierung der Absorptionsmittelebene (2) dient.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenschicht (7) als eine für Flüssigkeiten und Gase undurchlässige Sperrschicht ausgeführt ist, und die von dem mindestens einen Abstandselement (1) abgewandte Seite der Rückseitenschicht (7) mit einem flächigen Temperierelement (16) verbunden ist, das aus einer aus einem thermisch gut leitenden Material hergestellten Platte (17) und aus mit der Platte (17) in thermischem Kontakt stehenden Leitungen (18) aufgebaut ist, die beim Betrieb des Wärme- und Stoffübertragers mit einem Wärmeübertragungsmedium (9) durchströmt werden.
Wärme- und Stoffübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Anordnung und/oder die Anzahl der textilen Fäden pro Flächeneinheit im textilen Abstandselement (1) der Absorptionsmittelebene (2) und/oder im Abstandselement (8) der Temperierebene (11) derart gewählt ist, dass die Strömungsverhältnisse im betreffenden Abstandselement (1, 8) beeinflusst werden.
Verfahren zur Herstellung des Wärme- und Stoffübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte – Aufbringen der mindestens einen Membranschicht (5) auf eine luft- und wasserdampfdurchlässige Schutzschicht (4), wobei die Dicke und das Material der Schutzschicht (4) so gewählt sind, dass eine Beschädigung der Membranschicht (5) im nachfolgenden Schritt minimiert ist, – Aufbringen derjenigen Seite der Membranschicht (4), die nicht mit der Schutzschicht (4) versehen ist, auf die eine Seite des textilen Abstandselements (1) und der Rückseitenschicht (7) auf die andere Seite des Abstandselements (1) in einem Arbeitsschritt oder zwei Arbeitsschritten (2).
Verwendung des Wärme- und Stoffübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer transportablen Raumklimatisierungsanlage, bei welcher der Wärme- und Stoffübertrager großflächig im zu klimatisierenden den Raum aufgespannt und/oder aufgehängt oder im Raum dreidimensional drapiert wird.