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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit mindestens einer in einem Filtergehäuse aufgenommenen Filtereinheit, die mindestens eine zwischen zwei Pottungen eingespannte Hohlfaser mit wasserdampfdurchlässiger Wandung umfasst, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Eine Hohlfaser-Filter- bzw. Befeuchtungseinrichtung wird in der
WO 2013/100677 A1 beschrieben. Die Filtereinrichtung wird zur Befeuchtung eines trockenen Luftstromes verwendet, indem die wasserdampfdurchlässigen Hohlfasern der Filtereinheit, durch die ein trockener Luftstrom geleitet wird, in Radialrichtung von einem feuchten Luftstrom angeströmt werden. Die Hohlfasern sind in zwei stirnseitigen Pottungen eingespannt, an deren Außenseite Dichtringe angeordnet sind zur Abdichtung gegenüber der Gehäuseinnenwand des aufnehmenden Filtergehäuses.
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Eine Hohlfaser-Befeuchtungseinrichtung ist auch aus der
DE 10 2013 004 839 A1 bekannt. Durch die Hohlfasern wird axial ein trockener Luftstrom geführt, zugleich wird feuchte Luft in Radialrichtung an der Außenseite der Hohlfasern durch das Filtergehäuse geleitet. An der Gehäuseinnenwand befindet sich eine Stellklappe, über die die Richtung des feuchten Luftstromes im Innern des Gehäuses beeinflusst werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die radiale Anströmung der Hohlfasern in Abhängigkeit der Stellkappenposition an verschiedenen axialen Stellen durchzuführen. Es wird beispielsweise bei einer steilen Stellklappenposition der feuchte Luftstrom unmittelbar nach dem Einführen in das Filtergehäuse radial in Richtung auf die Hohlfasern umgelenkt, anschließend strömt der feuchte Luftstrom in Achsrichtung zu einer am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses angeordneten Abströmöffnung. Dies ermöglicht ein verhältnismäßig langes axiales Entlangströmen der feuchten Luft entlang der Hohlfaseraußenwände mit einem entsprechend erhöhten Austausch von Feuchtigkeit zwischen dem feuchten und dem trockenen Luftstrom.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hohlfaser-Filtereinrichtung mit einfachen konstruktiven Maßnahmen in einem weiten Anwendungsbereich mit einem hohen Wirkungsgrad auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Hohlfaser-Filtereinrichtung kann als Befeuchtungseinrichtung eingesetzt werden, um einen Gasfluidstrom, insbesondere einen Luftstrom mit Feuchtigkeit anzureichern. Die Filtereinrichtung wird z. B. als Befeuchtungseinrichtung für die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft eingesetzt.
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Die Filtereinrichtung weist in einem Filtergehäuse mindestens eine Filtereinheit mit mindestens einer Hohlfaser auf, welche zwischen zwei stirnseitigen Pottungen eingespannt ist und eine wasserdampfdurchlässige Wandung aufweist. In bevorzugter Ausführung weist die Filtereinheit eine Mehrzahl von Hohlfasern auf, die jeweils an ihren Stirnseiten in den Pottungen eingespannt sind.
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Durch die Hohlfaser wird ein erster Fluidstrom geleitet, außerhalb der Hohlfaser verläuft ein zweiter Fluidstrom im Filtergehäuse der Filtereinrichtung, wobei sich die beiden Fluidströme in ihrem Feuchtigkeitsgehalt unterscheiden. Durch die wasserdampfdurchlässige Wandung der Hohlfaser erfolgt ein Feuchtigkeitsaustausch vom feuchteren Fluidstrom zum trockeneren Fluidstrom. Beispielsweise wird innerhalb der Hohlfasern ein trockener Luftstrom geführt und außerhalb der Hohlfaser ein mit Feuchtigkeit angereicherter Luftstrom, so dass Wasserdampf durch die Wandung der Hohlfaser radial von außen nach innen hindurchtreten kann. Der erste und der zweite Fluidstrom verlaufen vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise beide in Achsrichtung, insbesondere axial gegenläufig. Für die Ausbreitung des außerhalb der Hohlfaser geführten Fluidstroms ist es jedoch zweckmäßig, dass dieser nach dem Einleiten in das Innere des Filtergehäuses zunächst radial oder unter einem sonstigen Winkel zur Längsachse der Hohlfaser verläuft, bevor sich eine axiale Strömung in diesem Fluidstrom ausbildet.
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An einer Stirnseite der Filtereinheit ist in eine der Pottungen ein Strömungsrohr eingebracht, das durch die Pottung hindurchgeführt ist und sich bis in den axialen Bereich zwischen den beiden Pottungen erstreckt. Das Strömungsrohr befindet sich bevorzugt versetzt zu der Hohlfaser, wobei ggf. auch ein Umschließen einer oder mehrerer Hohlfasern durch das Strömungsrohr in Betracht kommt. Durch das Strömungsrohr wird der außerhalb der Hohlfaser geführte Luftstrom in den Innenraum des Filtergehäuses geleitet.
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Am Strömungsrohr befindet sich ein Stellglied, mit dem der Fluidstrom beeinflusst werden kann, welcher vom Strömungsrohr in den Innenraum des Filtergehäuses geleitet werden kann, beispielsweise die Höhe oder die axiale Position des in den Gehäuseinnenraum eingeleiteten Fluidstroms. Das Stellglied wird abhängig von einer Zustandsgröße, einem Systemparameter oder einer sonstigen Kenngröße der Filtereinrichtung geschaltet, so dass entsprechend in Abhängigkeit einer dieser Größen auch die Höhe des Fluidstroms vom Strömungsrohr in das Innere des Filtergehäuses einstellbar ist. Als Größe, in deren Abhängigkeit das Stellglied geschaltet wird, kommt beispielsweise der Druck des Fluidstroms im Strömungsrohr, dessen Feuchtigkeitsgehalt und/oder der Volumenstrom in Betracht. Es kann z. B. zweckmäßig sein, bei einem geringen Druck oder einem verhältnismäßig kleinen Feuchtigkeitsgehalt die axiale Position der Einströmung des Fluids vom Strömungsrohr in den Innenraum des Gehäuses zu beeinflussen, insbesondere in der Weise, dass bei geringerem Druck bzw. geringerer Feuchtigkeit die Einströmung näher an der das Strömungsrohr aufnehmenden Pottung erfolgt, so dass über eine längere Wegstrecke der Fluidstrom parallel zur Außenwandung der Hohlfaser geleitet wird.
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Die Beeinflussung der axialen Position der Einströmung vom Strömungsrohr in den Innenraum des Filtergehäuses stellt eine bevorzugte Ausführung dar. Es kommen aber auch sonstige Beeinflussungen der Fluidströmung im Strömungsrohr bzw. des Übertritts vom Strömungsrohr in den Innenraum des Filtergehäuses in Betracht, beispielsweise eine Drosselung des Fluidstroms.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in die Wandung des Strömungsrohrs mindestens eine Abströmöffnung eingebracht, vorzugsweise mit axialem Abstand zur in den Gehäuseinnenraum einragenden, offenen Stirnseite Strömungsrohrs, wobei die Höhe des über die Abströmöffnung austretenden Fluidstroms über das Stellglied einstellbar ist. Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung sind in dem axialen Bereich zwischen den beiden gegenüberliegenden Pottungen mehrere axial beabstandete Abströmöffnungen in die Wandung des Strömungsrohrs eingebracht, wobei mindestens eine Abströmöffnung, vorzugsweise mehrere oder sämtliche Abströmöffnungen über ein oder mehrere Stellglieder beeinflussbar ist. Über das Stellglied kann insbesondere der freie Strömungsquerschnitt der Abströmöffnung zwischen einer Schließ- oder Minimalposition und einer Öffnungsposition verstellt werden. Hierbei ist es beispielsweise vorteilhaft, dass bei geringem Druck des Fluidstroms in dem Strömungsrohr diejenigen Abströmöffnungen von dem Stellglied verschlossen sind, welche einen größeren axialen Abstand zu der das Strömungsrohr aufnehmenden Pottung aufweisen und nur eine oder mehrere Abströmöffnungen benachbart zu dieser Pottung geöffnet sind. Mit zunehmendem Druck des Fluidstroms werden dagegen auch axial weiter entfernt liegende Abströmöffnungen freigegeben, so dass über einen größeren axialen Bereich des Strömungsrohrs ein Austritt des Fluids in den Innenraum des Filtergehäuses stattfindet.
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Es kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen mehrere Stellglieder vorhanden sind, welche vorzugsweise axial zueinander beabstandet und beispielsweise jeweils mindestens einer Abströmöffnung zugeordnet sind, als auch Ausführungen mit nur einem Stellglied, über das aber ebenfalls zweckmäßigerweise verschiedene axial beabstandete Abströmöffnungen in der Wandung des Strömungsrohrs eingestellt werden können. Das Stellglied ist beispielsweise als ein Ventil ausgeführt, das federkraftbelastet in einer Querstellung steht und in das Strömungsrohr integriert ist, insbesondere unmittelbar axial benachbart zu einer Abströmöffnung. Ist der Druck des Fluidstroms im Strömungsrohr groß genug, wird das Ventil aus der Sperrposition in die Freigabeposition verstellt, so dass nur ein Teil des Fluidstroms über die erste Abströmöffnung abgeführt wird und ein weiterer Teil des Fluidstroms zu einer nachfolgenden, zweiten Abströmöffnung gelangt, über die ebenfalls ein Austritt in den Innenraum des Filtergehäuses möglich ist. Auf diese axial beabstandete, zweite Abströmöffnung kann ein weiteres Ventil folgen, das federkraftbelastet in Sperrstellung steht und nur bei dem Überschreiten eines Grenzdrucks in die Öffnungsstellung überführt wird. Auf diese Weise ist nach Art einer Kaskade mit einer Mehrzahl axial aufeinanderfolgender Abströmöffnungen und Ventile mit zunehmendem Druck ein Austritt des Fluidstroms über mehrere axial beabstandete Abströmöffnungen möglich.
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In einer weiteren Ausführung ist das Stellglied als ein Schieberegler ausgebildet, der axial zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition verstellbar ist. Der Schieberegler ist vorteilhaft von einem Federelement in eine Sperr- bzw. Schließposition kraftbeaufschlagt, in der der Schieberegler die Abströmöffnung in der Wandung des Strömungsrohrs überdeckt. Der Schieberegler wird von dem Druck des Fluidstroms im Strömungsrohr gegen die Kraft des Federelementes verstellt, wobei mit zunehmendem Druck mehrere Abströmöffnungen, die axial verteilt in die Wandung des Strömungsrohrs eingebracht sind, freigegeben werden. Das Federelement stützt sich an der Pottung ab, die der das Strömungsrohr aufnehmenden Pottung axial gegenüberliegt. Gegebenenfalls ist das Federelement in diese Pottung integriert.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung endet das Strömungsrohr in dem axialen Bereich zwischen den beiden Pottungen. Die freie Stirnseite des Strömungsrohrs erreicht somit nicht die zweite Pottung und stützt sich nicht an dieser zweiten Pottung ab. Die freie Stirnseite kann offen ausgebildet sein, so dass an der freien Stirnseite eine zusätzliche Abströmöffnung gegeben ist. Die freie Stirnseite erstreckt sich vorteilhafterweise aber über mindestens die Hälfte der axialen Erstreckung zwischen den beiden gegenüberliegenden Pottungen, ggf. über mindestens zwei Drittel oder drei Viertel dieser Strecke.
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In einer alternativen Ausführung erstreckt sich das Strömungsrohr zwischen den beiden Pottungen und deckt somit den gesamten axialen Bereich zwischen den Pottungen ab. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass das Strömungsrohr auch in die zweite Pottung integriert ist.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung weist die Filtereinrichtung mindestens eine Filtereinheit in einem Filtergehäuse auf, wobei die Filtereinheit mindestens eine zwischen zwei Pottungen eingespannte Hohlfaser, vorzugsweise mehrere Hohlfasern zwischen den beiden Pottungen aufweist und die Hohlfaser wasserdampfdurchlässig ausgebildet ist. Ein erster Fluidstrom ist innerhalb der Hohlfaser und ein zweiter Fluidstrom außerhalb der Hohlfaser ausgeführt, hierbei erfolgt ein Feuchtigkeitsaustausch vom feuchteren Fluidstrom durch die wasserdampfdurchlässige Wandung der Hohlfaser zum trockeneren Fluidstrom. Es kann zweckmäßig sein, innerhalb der Hohlfasern einen trockenen Luftstrom zu führen und außerhalb der Hohlfaser einen mit Feuchtigkeit angereicherten Luftstrom.
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Benachbart zur Abströmseite eines Fluidstroms im Filtergehäuse ist ein Stellglied zur Beeinflussung des abströmenden Fluidstroms aus dem Filtergehäuse angeordnet. Das Stellglied ermöglicht insbesondere eine Einstellung des Drucks im Fluidstrom, der eine wesentliche Systemgröße zur Beeinflussung des Feuchtigkeitsaustausches darstellt. Wird beispielsweise ein Fluidstrom mit einem verhältnismäßig geringen Druck eingeleitet, kann durch Verstellen des Stellglieds in Richtung einer Schließposition an der Abströmseite dieses Fluidstroms eine Druckerhöhung erreicht werden, indem der Querschnitt einer Abströmöffnung reduziert oder ggf. versperrt wird. Umgekehrt wird der Fluiddruck abgebaut, wenn das Stellglied von einer Sperr- bzw. Schließposition in eine Öffnungsposition überführt wird und eine höhere Abströmung des Fluidstroms über die Abströmseite ermöglicht wird.
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Das Stellglied an der Abströmseite des Fluidstroms kann im Strömungsweg des ersten Fluidstroms, der innerhalb der Hohlfasern geführt wird, und/oder im Strömungsweg des zweiten Fluidstroms, der außerhalb der Hohlfaser geführt wird, angeordnet sein. So befindet sich das Sperrventil beispielsweise an der Abströmseite des außerhalb der Hohlfaser geführten Fluidstroms, der vorzugsweise über ein in eine der Pottungen integriertes Strömungsrohr in den Innenraum des Filtergehäuses geleitet wird.
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Das Sperrventil ist z. B. als eine Dichtlippe oder als ein Schirmventil ausgebildet, welches drucklos in Schließ- bzw. Sperrstellung steht und mit zunehmendem Druck im Fluidstrom in die Öffnungsstellung versetzt wird. Es kommt aber auch eine sonstige Ausführung des Stellglieds in Betracht, beispielsweise als eine Stellklappe in einem Abströmquerschnitt im Filtergehäuse.
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Die beiden Pottungen können einen unterschiedlich großen Außendurchmesser aufweisen, wobei die erste Pottung vorteilhafterweise an den Innendurchmesser des aufnehmenden Filtergehäuses angepasst ist und die zweite Pottung bevorzugt einen kleineren Außendurchmesser aufweist, wodurch ein ringförmiger Strömungsspalt zwischen der zweiten Pottung und der Innenwand des Filtergehäuses gebildet ist. Der in den Innenraum eingeleitete Fluidstrom wird über diesen Ringspalt, der sich an der Abströmseite befindet, abgeleitet. In dem ringförmigen Strömungsspalt kann ein Stellglied angeordnet sein, das in dieser Ausführung vorzugsweise als eine Dichtlippe ausgebildet ist. Im Querschnitt kann die Dichtlippe beispielsweise nach Art eines Entenschnabels ausgeführt sein, mit zwei aufeinanderliegenden, einen Durchtritt begrenzenden Dichtabschnitten, die sich bei zunehmendem Druck aufweiten und den Strömungsquerschnitt freigeben. Im ringförmigen Strömungsspalt befindet sich zweckmäßigerweise ein Abstützelement zur radialen Abstützung der Pottung an der Innenwand des Filtergehäuses.
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In Betracht kommt auch eine Anordnung des Stellglieds in einem Abströmstutzen am Filtergehäuse zur Ableitung des Fluidstroms. Möglich ist es des Weiteren, einen Gehäusedeckel des Filtergehäuses axial verstellbar auszubilden, wobei der Gehäusedeckel auf seiner Innenseite einen benachbart zu einer der Pottungen verlaufenden Strömungsweg begrenzt. In dieser Ausführung wird das Stellglied von dem axial verstellbaren Gehäusedeckel gebildet, bei dessen axialer Verstellbewegung der freie Strömungsquerschnitt des Strömungswegs an der Pottung verändert wird.
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Das Stellglied kann auch an der Abströmseite des zumindest teilweise durch die Hohlfaser geführten Fluidstroms angeordnet sein. Auch bei dieser Ausführung ist über die Einstellung des Stellglieds der Druck des Fluids, welches durch die Hohlfaser geführt ist, veränderlich einstellbar. Beispielsweise befindet sich das Stellglied in einem Abströmstutzen an der Abströmseite des durch die Hohlfaser geführten Fluidstroms.
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Die Stellglieder, welche entweder an dem Strömungsrohr angeordnet sind, das in eine der Pottungen integriert ist, oder an der Abströmseite eines Fluidstroms, können passiv oder aktiv ausgeführt sein. Bei passiver Ausführung erfolgt keine externer Energieeintrag zur Verstellung des Stellgliedes, vielmehr wird das Stellglied unmittelbar von einer System- oder Kenngröße der Filtereinrichtung verstellt, welche auf das Stellglied einwirkt, insbesondere der Druck, die Feuchtigkeit oder der Volumenstrom des betreffenden Fluidstroms. Derartige, passiv ausgeführte Stellglieder sind wie vorbeschrieben beispielsweise Sperrventile oder Schieberegler, Dichtlippen, Schirmventile oder Stellklappen, die jeweils in ihre Schließ- oder Sperrposition kraftbeaufschlagt sind.
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Im Falle aktiver Stellglieder erfolgt die Einstellung vorzugsweise ebenfalls in Abhängigkeit einer System- oder Kenngröße wie z. B. des Drucks, der Feuchtigkeit oder des Volumenstroms des Fluidstroms, jedoch mit zusätzlichem externen Energieeintrag für die Verstellbewegung. Die System- oder Kenngröße wird sensorisch ermittelt und dient als Eingangsgröße, aus der in einem Regler eine entsprechende Stellgröße zur Beaufschlagung des Stellglieds erzeugt wird. Beispielsweise ist das Stellglied als Schaltklappe mit aktiver Verstellung der Klappe ausgebildet. Der Energieeintrag zur aktiven Verstellbewegung erfolgt elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch.
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Es kann zweckmäßig sein, in der Filtereinrichtung an jeder Stirnseite mehrere, radial nebeneinander liegende Pottungen vorzusehen, wobei jeder Pottung eine axial gegenüberliegende Pottung zugeordnet ist und zwischen diesen axial beabstandeten Pottungen jeweils eine oder mehrere Hohlfasern eingespannt sind. Die Pottungen an der gleichen Stirnseite sind vorteilhafterweise in einem Halterahmen aufgenommen und ggf. über den Halterahmen an der Innenwand des Filtergehäuses abgestützt.
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Die Pottung an einer axialen Stirnseite kann im aufnehmenden Filtergehäuse nach Art eines Loslagers axial längsverschieblich geführt sein. Vorteilhafterweise besteht zugleich eine Abstützung der Pottung am Filtergehäuse in Radialrichtung. Ermöglicht wird dies beispielsweise über ein Schienenführungssystem, über das die Pottung an der Innenwand des Filtergehäuses in Achsrichtung verschieblich geführt und in Radialrichtung abgestützt ist. Die Längsverschieblichkeit hat den Vorteil, dass bei Längenänderungen der Hohlfasern keine Spannungen entstehen, die die Gefahr einer Schädigung der Hohlfasern bergen. Das Schienenführungssystem befindet sich vorzugsweise in dem ringförmigen Strömungsspalt zwischen der radialen Außenseite der Pottung und den Innenwand des Filtergehäuses und bildet das Abstützteil für die Pottung.
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Die axial gegenüberliegende Pottung ist vorzugsweise nach Art eines Festlagers axial und radial fest im Filtergehäuse eingespannt.
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Sofern an jeder Stirnseite mehrere, radial nebeneinander liegende Pottungen in einem gemeinsamen Halterahmen vorgesehen sind, kann der Halterahmen an einer Stirnseite über das Schienenführungssystem in Achsrichtung verschieblich geführt und in Radialrichtung abgestützt sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 im Längsschnitt eine Filtereinrichtung, die zur Befeuchtung eines Luftstroms eingesetzt werden kann, mit einer Filtereinheit, welche zwischen stirnseitigen Pottungen eingespannte Hohlfasern mit wasserdampfdurchlässigen Wandungen umfasst, wobei im Bereich der Abströmseite verschiedener Luftströme Stellglieder zur Beeinflussung des jeweiligen Fluidstroms angeordnet sind,
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2 eine Filtereinheit der Filtereinrichtung in einer Ausführungsvariante mit mehreren Ventilen als Stellgliedern an einem Strömungsrohr, über das ein feuchter Luftstrom in den Innenraum der Filtereinrichtung geleitet wird,
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3 in einer weiteren Ausführungsvariante eine Filtereinheit mit einem Stellglied am Strömungsrohr, das als Schieberegler ausgeführt ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die in den Figuren dargestellte Filtereinrichtung 1 kann als Befeuchtungseinrichtung eingesetzt werden, um einen trockenen Luftstrom im Gegenstromverfahren mit Feuchtigkeit anzureichern. Die Filtereinrichtung 1 weist, wie 1 zu entnehmen, ein Filtergehäuse 2 auf, in welchem eine Filtereinheit 3 aufgenommen ist. Die Filtereinheit 3 umfasst eine Vielzahl von Hohlfasern 4, die sich axial zwischen Pottungen 5, 6 erstrecken und in den Pottungen 5, 6 fest aufgenommen sind. Die Hohlfasern 4 bestehen beispielsweise aus einem Keramikmaterial und weisen eine wasserdampfdurchlässige Wandung auf. In 1 ist aus Gründen der vereinfachten Darstellung nur eine einzelne durchgehende Hohlfaser 4 zwischen Pottungen 5 und 6 dargestellt; tatsächlich verlaufen, wie in 2 und 3 gezeigt, zwischen den Pottungen 5, 6 eine Vielzahl derartiger Hohlfasern.
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Innerhalb der Hohlfasern 4 verläuft ein erster Fluidstrom 7, bei dem es sich vorzugsweise um einen Luftstrom mit geringem Feuchtigkeitsgehalt handelt. Axial gegenläufig wird ein zweiter Fluidstrom 8 durch das Filtergehäuse 2 in der Filtereinrichtung 1 geführt, bei dem es sich vorzugsweise um einen Luftstrom mit hohem Feuchtigkeitsgehalt handelt; der zweite Fluidstrom 2 verläuft zumindest abschnittsweise außerhalb der Hohlfasern 4. Auf Grund der Wasserdampfdurchlässigkeit der Wandung der Hohlfasern 4 ist ein Übertritt von Wasserteilchen radial durch die Hohlfaserwandung möglich; hierbei gibt der feuchtere Luftstrom 8 Feuchtigkeit ab und wird der trockenere Fluidstrom 7 innerhalb der Hohlfaser mit Feuchtigkeit angereichert.
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Pro axialer Stirnseite umfasst die Filtereinheit 3 mehrere Pottungen 5 bzw. 6, die radial nebeneinander liegend angeordnet sind und jeweils eine Mehrzahl von Hohlfasern 4 aufnehmen. In 2 ist ein einzelnes Hohlfaserbündel mit mehreren Hohlfasern 4 dargestellt, die jeweils zwischen zwei einzelnen, axial gegenüberliegenden Pottungen 5 bzw. 6 verlaufen und in den Pottungen fest eingespannt sind. Die einzelnen Pottungen 5 und 6 können in einem Halterahmen aufgenommen sein, der mit einer Rasterung mit Längs- und Querstreben versehen ist und pro Pottung 5 bzw. 6 eine beispielsweise rechteckförmige Rasteraufnahme bietet. Die verschiedenen Pottungen 5 und 6 sind im Halterahmen strömungsdicht aufgenommen, so dass Fehlströme an der Randseite jeder Pottung vermieden werden.
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Im Bereich einer ersten axialen Stirnseite ist in jede Pottung 5 jeweils ein Strömungsrohr 10 integriert, über das der zweite, mit Feuchtigkeit angereicherte Luftstrom 8 in den Innenraum der Filtereinrichtung 1 geleitet wird, welcher außerhalb der Hohlfasern 4 axial entlang strömt. Das Strömungsrohr 10 ist zentrisch in jede Pottung 5 integriert, die Hohlfasern 4 verlaufen außerhalb des Strömungsrohres 10. Das Strömungsrohr 10 weist eine größere axiale Länge als die Pottung 5 auf und überragt die Pottung 5 axial an ihren beiden Stirnflächen. Die Wandung des axial auf der Hohlfaserseite überragenden Abschnittes des Strömungsrohres 10 kann Abströmöffnungen aufweisen, über die der einströmende, feuchte Luftstrom zusätzlich im Innenraum der Filtereinheit 3 verteilt wird.
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Die Strömungsrohre 10 sind in jede einzelne Pottung 5 im Bereich einer Stirnseite der Filtereinheit 3 eingebracht. Die axial gegenüberliegenden Pottungen 6 weisen dagegen kein derartiges Strömungsrohr auf. Die Pottungen 6 ohne Strömungsrohr sind im Vergleich mit den Pottungen 5 mit Strömungsrohr kleiner ausgebildet und besitzen entsprechend eine kleinere Querschnittsfläche, so dass auch die Gesamtquerschnittsfläche, gebildet aus der Summe aller Pottungen pro Stirnseite, im Bereich der Pottungen 6 kleiner ist als im Bereich der Pottungen 5. Dies führt zu einem umlaufenden Strömungsspalt 11 zwischen der Außenseite der Pottungen 6 und der Innenwand des aufnehmenden Filtergehäuses 2, wobei über den Strömungsspalt 11 der zweite Fluidstrom 8, welcher außerhalb der Hohlfasern 4 verläuft, aus dem Innern der Filtereinrichtung 1 abgeleitet wird. Diese Ausführung hat gemeinsam mit der Zufuhr des zweiten Fluidstroms 8 über die Strömungsrohre 10 den Vorteil, dass der zweite, mit Feuchtigkeit beladene Fluidstrom 8 über die gesamte freie axiale Länge der Hohlfasern 4 entlang strömt, was eine effiziente Abgabe von Wasserdampf durch die Hohlfaserwandung und damit eine gute Feuchtigkeitsanreicherung des ersten Fluidstroms 7 innerhalb der Hohlfasern gewährleistet.
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Wie 1 zu entnehmen, ist der Strömungsspalt 11 umlaufend ausgebildet. Die Pottungen 6 sind in einem Befestigungsteil 12 gehalten, das an der Stirnseite des Filtergehäuses 2 abgestützt ist.
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Im Bereich der Abströmseite des zweiten, mit Feuchtigkeit angereicherten Fluidstroms 8 befindet sich ein Stellglied 13 in dem ringförmigen Strömungsspalt 11 zwischen der Außenseite der Pottungen 6 und der Innenwand des aufnehmenden Filtergehäuses 2. Es handelt sich um ein passiv ausgeführtes Stellglied 13, das beispielhaft zwei Dichtabschnitte im Strömungsspalt 11 aufweist, die nach Art eines Entenschnabels durch ihre Eigenspannung in einer einen zwischenliegenden Strömungsspalt versperrenden Dichtposition stehen und bei einem entsprechend hohen Druck des zweiten Fluidstroms 8 aufgeweitet werden, so dass der zwischenliegende Strömungsspalt freigegeben wird und der Fluidstrom 8 abgeleitet werden kann. Hierdurch wird ein erhöhter Druck des Fluidstroms 8 im Innenraum des Filtergehäuses 2 und eine längere Verweildauer des Fluidstroms 8 erreicht, was zu einem verbesserten Feuchtigkeitsaustausch führt.
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Alternativ oder ggf. zusätzlich zu dem aus zwei Dichtlippen bestehenden Stellglied 13 im ringförmigen Strömungsspalt 11 kann in einem Abströmstutzen 15, über den der zweite, mit Feuchtigkeit beladene Fluidstrom 8 aus der Filtereinrichtung 1 abgeleitet wird und der an dem Filtergehäuse 2 angeordnet ist, ein Stellglied 14 angeordnet sein, das beispielhaft als eine Stellklappe ausgeführt ist. Die Stellklappe ist vorteilhafterweise ebenfalls als passives Stellglied ausgeführt und wird durch die Kraft eines Federelementes in Richtung ihrer Schließposition kraftbeaufschlagt. Durch den Druck im zweiten Fluidstrom 8 wird die Stellklappe 14 gegen die Kraft des auf sie wirkenden Federelementes in die Öffnungsposition verstellt.
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Der erste Luftstrom 7, der als trockener Luftstrom durch die Hohlfasern geleitet wird, wird benachbart zur ersten Pottung 5 über einen seitlichen Abströmstutzen 16 aus dem Filtergehäuse 2 abgeleitet. In diesem Abströmstutzen 16 befindet sich ein weiteres Stellglied 17, das ebenfalls als Stellklappe ausgeführt ist, die passiv ausgebildet ist und durch die Kraft eines Federelementes in die Schließposition kraftbeaufschlagt ist. Das Stellglied 17 öffnet, sobald der Druck im ersten Fluidstrom 7 im Bereich der Abströmseite einen entsprechenden Druck übersteigt. Das Stellglied 17 bewirkt eine längere Verweildauer des ersten Fluidstroms 7 in der Filtereinrichtung 1.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ragt das Strömungsrohr 10, das in die erste Pottung 5 integriert ist, und durch das der mit Feuchtigkeit beladene Luftstrom 8 geführt ist, weit in den axialen Bereich zwischen den beiden Pottungen 5 und 6 hinein. In diesem axialen Bereich sind in das Strömungsrohr 10 mehrere als Ventile ausgeführte Stellglieder 18 integriert, die sich jeweils in unmittelbarer axialer Nachbarschaft zu Abströmöffnungen 19 in der Wandung des Strömungsrohrs 10 befinden. Auch die Ventile 18 sind passiv ausgebildet und weisen jeweils ein Ventilglied auf, das durch die Kraft eines Federelementes in die Schließposition kraftbeaufschlagt ist. Die axial hintereinander angeordneten Ventile 18 bilden eine Kaskade und öffnen bei dem Einleiten des Luftstromes 8 in das Strömungsrohr 10 nacheinander, sobald der jedem Ventil zugeordnete Druckgrenzwert in dem Luftstrom 8 überschritten ist. Sind alle Ventile 18 geschlossen, kann der Fluidstrom 8 nur über die dem ersten Ventil 18 unmittelbar vorgelagerte Abströmöffnung 19 in den Innenraum des Filtergehäuses 2 eintreten. Mit dem Öffnen des ersten Ventils 18 kann ein weiterer Teilluftstrom zur nächsten Abströmöffnung 19 gelangen und über diese in den Innenraum eintreten. Dies setzt sich mit steigendem Druck im Fluidstrom 8 fort, bis sämtliche Ventile 18 geöffnet sind und der Fluidstrom 8 über sämtliche den Ventilen zugeordneten Abströmöffnungen 19 in den Innenraum gelangt.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist dem Strömungsrohr 10, durch das der zweite, mit Feuchtigkeit beladene Fluidstrom 8 geführt wird, in dem axialen Abschnitt zwischen den beiden Pottungen 5 und 6 ein Stellglied 20 zugeordnet, über das druckabhängig die Abströmung des Fluids 8 aus dem Strömungsrohr 10 über verschiedene, axial beabstandete Abströmöffnungen 19 in der Wandung des Strömungsrohrs 10 einstellbar ist. Das Stellglied 20 ist als ein mechanischer Schieberegler ausgebildet, der das Strömungsrohr 10 übergreift und in Achsrichtung entlang des Strömungsrohrs 10 im axialen Abschnitt zwischen den Pottungen 5 und 6 verschieblich gelagert ist. Der Schieberegler 20 stützt sich an einem Federelement 21 ab, das in die zweite Pottung 6 integriert ist. Durch die Kraft des Federelementes 21 wird der Schieberegler 20 in seiner Schließposition gehalten, in der sämtliche Abströmöffnungen 19 in der Wandung des Strömungsrohrs 10 verschlossen sind. Mit zunehmendem Druck des Fluidstroms 8 wird der Schieberegler 20 gegen die Kraft des Federelementes 21 in die Öffnungsposition verstellt, wodurch nach und nach immer weitere Abströmöffnungen 19, die in axialem Abstand in das Strömungsrohr 10 eingebracht sind, freigegeben werden, so dass der Fluidstrom 8 aus dem Strömungsrohr 10 in den Innenraum des Filtergehäuses 2 eintreten kann.
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In den verschiedenen Ausführungsbeispielen sind passive Stellglieder dargestellt, welche druckabhängig geschaltet werden. Grundsätzlich kommen auch aktive Stellglieder in Betracht, die als Aktor ausgeführt sind und in Abhängigkeit eines gemessenen Signals, insbesondere einer Zustandsgröße wie z. B. des Drucks zwischen Schließ- und Öffnungsposition geschaltet werden.
