DE102016124478A1

DE102016124478A1 - Vorrichtung zum Befeuchten eines Luftstroms

Info

Publication number: DE102016124478A1
Application number: DE102016124478.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Herrmann; Norbert Pakatchi; Michael Günkel; Peter Averhage; Karl Maier
Original assignee: Lavair AG Klimatechnik; Eisenmann SE
Current assignee: Lavair Ag Klimatechnik De
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21
Also published as: EP3704418A1; US20200080736A1; WO2018108746A1; CN110073150A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren von Raum- und/oder Prozessluft, mit einem Düsensystem (8), das mehrere in einem oder mehreren Düsensträngen (28) angeordnete Düsen (14) zum Zerstäuben von Flüssigkeit aufweist, und mit mindestens einer Pumpe (34), mittels derer die zu zerstäubende Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird, wobei die Düsen (14) als Dralldüsen ausgebildet sind, und/oder wobei die Pumpe (34) die zu zerstäubende Flüssigkeit mit einem Druck zwischen 3 und 50 bar beaufschlagt. Erfindungsgemäß kann die Flüssigkeit, insbesondere Wasser, besonders fein zerstäubt werden und ein guter Verdunstungsgrad erreicht werden, wodurch sich auch die Verlustwassermenge verringert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine geringe Störanfälligkeit, eine hohe Standzeit der Pumpe (34) und einen geringen Wartungsaufwand aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Luftstroms, mit einem Düsensystem, das mehrere Düsen zum Zerstäuben von Flüssigkeit aufweist, und mit mindestens einer Pumpe, mittels derer die zu zerstäubende Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird.
In der DE 41 10 550 C2 wird eine Einrichtung zur Luftbefeuchtung mit Druckwasser beschrieben, die aus einem Vorratsbehälter für das Wasser, einem darüber befindlichen, von der Luft durchströmten Gehäuse, einem darin angeordneten Düsenstock und einer das Wasser zu diesem Düsenstock fördernden, stufenlos regelbaren Pumpe besteht.
Die DE 42 291 72 C1 offenbart eine Vorrichtung zu Befeuchtung eines Luftstroms einer lufttechnischen Einrichtung, insbesondere einer prozesslufttechnischen oder raumlufttechnischen Anlage, mit einer Sprühdüsenanordnung für eine Flüssigkeitszerstäubung, insbesondere Wasserzerstäubung, die mehrere in Bezug auf die Luftströmungsrichtung nebeneinander angeordnete, im Luftstrom liegende Sprühdüsen aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Luftbefeuchtung bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Funktionalität gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und für einen industriellen Einsatz besonders geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, wobei die Düsen als Dralldüsen ausgebildet und in einem oder mehreren Düsensträngen angeordnet sind, und/oder wobei die Pumpe derart ausgebildet ist, dass der Druck der zu zerstäubenden Flüssigkeit zwischen 3 und 50 bar beträgt.
Derart kann eine feine Zerstäubung durch die Düsen und/oder ein guter Verdunstungsgrad erreicht werden. Gleichzeitig kann die Verlustwassermenge verringert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich darüber hinaus durch eine geringe Störanfälligkeit, eine hohe Standzeit der Pumpe und einen geringen Wartungsaufwand aus. Zudem sind die Betriebs- und Investitionskosten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere im Vergleich zu bekannten Luftwäschern, Hochdruckbefeuchtern bzw. Hybridbefeuchtern verhältnismäßig gering.
Mit Vorteil können die Düsen als Simplexdüsen ausgebildet sein. Derart kann die Robustheit der Vorrichtung gegenüber leichten Wasserunreinheiten und die Eignung für den industriellen Einsatz weiter verbessert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung können die Düsen jeweils mindestens eine in die Düse integrierte Filtervorrichtung aufweisen. Derart kann eine kompakte Bauweise erzielt und die Robustheit weiter erhöht werden.
Vorzugsweise kann die Pumpe als Kreiselpumpe ausgebildet sein. Derart können der Wartungsaufwand weiter gemindert und die Pumpenstandzeiten erhöht werden.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Pumpe als Hubkolbenpumpe ausgebildet ist.
Mit Vorteil kann der von der Pumpe bereitgestellte Druck zwischen 20 und 50 bar betragen. In diesem Druckbereich kann eine vergleichsweise feine Zerstäubung der Flüssigkeit bei vorteilhaften Betriebskosten erzielt werden.
Die Vorrichtung kann besonders günstig betrieben werden, wenn der von der Pumpe bereitgestellte Druck zwischen 3 und 30 bar, vorzugsweise zwischen 8 und 25, beträgt. Derart kann ein günstiges Tropfenspektrum der Zerstäubung erzielt werden, wobei insbesondere beim Einsatz von Kreiselpumpen der Wartungsaufwand und die Betriebskosten vergleichsweise gering und die Pumpenstandzeiten vergleichsweise hoch sind.
Die Wirksamkeit der Befeuchtung des Luftstroms kann weiter verbessert werden, wenn die Düsen an einem mit Turbulatoren versehenen Düsenstock angeordnet sind.
Besonders günstig für die Befeuchtung des Luftstroms ist es, wenn die Turbulatoren den Düsen im Luftstrom vorgeordnet sind.
Mit Vorteil kann die Vorrichtung zum Befeuchten des Luftstroms mindestens eine Stellvorrichtung zum Einstellen der Ausrichtung einer oder mehrerer Düsen des Düsensystems aufweisen.
Eine im Hinblick auf unterschiedliche Feuchteanforderungen besonders günstige Lösung ist gegeben, wenn die Düsen eines ersten Düsenstrangs einen Zerstäubungsgrad aufweisen, der sich von dem Zerstäubungsgrad der Düsen eines zweiten Düsenstrangs unterscheidet.
Es kann zweckmäßig sein, wenn entlang eines Düsenstrangs aufeinanderfolgende Düsen jeweils eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.
Mit Vorteil kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, mit Hilfe derer die Flüssigkeitszufuhr zu den Düsen regelbar ist, beispielsweise über die Regelung der Pumpendrehzahl. Abhängig von der Pumpendrehzahl kann der Zerstäubungsdruck und/oder der Volumenstrom eingestellt werden.
Vorzugsweise können mehrere Düsenstränge jeweils mit einer Ventilvorrichtung gekoppelt sein, mit Hilfe derer die Flüssigkeitszufuhr zu dem entsprechenden Düsenstrang regelbar ist. Derart können die Düsenstränge einzeln getaktet und oder aktiviert bzw. deaktiviert werden, wodurch ein variabler und besonders effizienter Betrieb der Vorrichtung ermöglicht wird.
Eine regelungstechnisch besonders günstige Lösung ist gegeben, wenn mindestens ein mit der Steuervorrichtung gekoppelter Sensor zur Feuchtemessung im Luftstrom, vorzugsweise im befeuchteten Luftstrom vorgesehen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Dabei werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung:

1 den Aufbau einer Klimatisierungsanlage in einer Prinzipdarstellung;
2 einen Teil eines Düsenstocks in perspektivischer Ansicht;
3 eine Turbulatorvorrichtung in perspektivischer Ansicht;
4 einen Teil eines Düsenstocks mit einer Düse und mit einer Turbulatorvorrichtung in einer Schnittansicht;
5 eine Seitenansicht einer Düse mit einem Sprühkegel;
6 eine Seitenansicht einer Luft umströmten Düse mit einem Sprühkegel;
7 eine Seitenansicht einer Luft umströmten Düse mit einem Sprühkegel und mit einer Turbulatorvorrichtung;
8 einen Düsenstock mit mehreren Düsensträngen in perspektivischer Ansicht;
9 einen Düsenstock mit mehreren Düsensträngen in perspektivischer Ansicht;
10 einen Düsenstrang in perspektivischer Ansicht.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Klimatisierungsanlage 2 zum Konditionieren von Raum- und/oder Prozessluft mit einer Vorrichtung zum Befeuchten eines Luftstroms. Die Vorrichtung zum Befeuchten eines Luftstroms ist gemäß dem gezeigten Beispiel als Luftbefeuchtungseinrichtung 4 mit einem Reaktionsraum 6 und mit einer Steuervorrichtung 48 ausgebildet. Der Reaktionsraum 6 weist einen Einlass 92 und einen Auslass 94 für den Luftstrom auf. Der zu konditionierende Luftstrom wird der Luftbefeuchtungseinrichtung 4, wie durch den Pfeil 10 angedeutet, auf der Seite des Einlasses 92 zugeführt und durchströmt den Reaktionsraum 6 der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 in Richtung der Pfeile 10, 12. Im Reaktionsraum 6 wird die Luft durch ein Düsensystem 8 mit mehreren Düsen 14 geleitet, wobei die Düsen 14 in einem sogenannten Düsenstock 30 angeordnet sind. Zur Befeuchtung des Luftstroms wird eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, mittels der Düsen 14 zerstäubt, wobei die zerstäubte Flüssigkeit von der Luft als Feuchtigkeit aufgenommen werden kann. Auf der Seite des Auslasses 94 verlässt der konditionierte Luftstrom die Luftbefeuchtungseinrichtung 4, wie durch den Pfeil 12 angedeutet.
Den im Reaktionsraum 6 angeordneten Düsen 14 wird Wasser über Zuleitungen 32 zugeführt, wobei das Wasser mittels einer Pumpe 34 mit Druck beaufschlagt und von einem Wasserzulauf 38 zu den Düsen 14 des Düsensystems 8 gepumpt wird. In dem Wasserzulauf 38 kann ein Feinfilter, z.B. für Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 10 µm, vorgesehen sein. Vorzugsweise weist das Düsensystem 8 mehrere Düsenstränge 28 auf, wobei ein Düsenstrang 28 jeweils mehrere Düsen 14 aufweist. Im gezeigten Beispiel erstrecken sich die Düsenstränge 28 senkrecht zur Zeichenebene. Zwischen der Pumpe 34 und den Düsen 14 sind ein oder mehrere Ventilvorrichtungen 36 vorgesehen, wobei vorzugsweise jeweils eine Ventilvorrichtung 36 je Düsenstrang 28 vorgesehen ist. Gemäß dem in 1 gezeigten Beispiel weist jeder Düsenstrang 28 eine mit einer Ventilvorrichtung 36 ausgestattete Zuleitung 32 auf. Eine Ventilvorrichtung 36 kann zum Beispiel als Zwei/Zwei-Wegeventil ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel sind die Pumpe 34 und die Ventilvorrichtungen 36 mit der Steuervorrichtung 48 gekoppelt. Mittels der Steuervorrichtung 48 kann insbesondere die Flüssigkeitszufuhr zu den Düsen 14 geregelt werden.
Indem die Düsen 14 als Dralldüsen, vorzugsweise als Simplexdüsen, ausgebildet sind, kann die zerstäubte Flüssigkeit bereits bei verhältnismäßig niedrigem Druck ein sehr feines Tropfenspektrum ausbilden. Eine vergleichsweise feine Zerstäubung kann beispielsweise bereits ab einem Druck von ca. 3 bar erreicht werden. Idealerweise wird die zu zerstäubende Flüssigkeit mit einem Druck in einem Bereich von ungefähr 3 bar bis ungefähr 50 bar beaufschlagt. Je nach Ausgestaltung der Pumpe 34 und des Düsensystems 8 kann der Betrieb in einem Druckbereich von ungefähr 20 bar bis ungefähr 50 bar von Vorteil sein. Grundsätzlich nimmt die Feinheit des zerstäubten Flüssigkeitssprays und die Verdunstung, insbesondere von Wasser, mit steigendem Druck zu. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Dralldüsen, wenn die Pumpe 34 als Kreiselpumpe ausgebildet ist, vorzugsweise als mehrstufige Kreiselpumpe. Bei der hier beschriebenen Verwendung in einer Luftbefeuchtungseinrichtung 4 können mehrstufige Kreiselpumpen einen Druck von bis zu ca. 45 bar bereitstellen. Dementsprechend kann es von Vorteil sein, wenn die zu zerstäubende Flüssigkeit mit einem Druck in einem Bereich von ungefähr 3 bar bis ungefähr 30 bar, vorzugsweise zwischen 8 bar und 25 bar beaufschlagt wird. In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, eine Hubkolbenpumpe als Pumpe 34 für das Düsensystem 8 der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 vorzusehen.
Im gezeigten Beispiel ist im Eingangsbereich der Luftbefeuchtungseinrichtung 4, d.h. in Richtung des Luftstroms dem Düsensystem 8 vorgeordnet, ein Gleichrichter 16 für den Luftstrom vorgesehen. Gegebenenfalls kann auf einen solchen Gleichrichter 16 verzichtet werden. Im Ausgangsbereich der Luftbefeuchtungseinrichtung 4, d.h. in Richtung des Luftstroms dem Düsensystem 8 nachgeordnet, ist vorzugsweise ein Abscheidesystem 18 vorgesehen, mit Hilfe dessen von der Luft nicht aufgenommenes Wasser abgeschieden werden kann. Das Abscheidesystem 18 kann zum Beispiel ein- oder zweistufig aufgebaut sein. Im gezeigten Beispiel ist das Abscheidesystem 18 zweistufig ausgebildet und weist einen Agglomerator 20 und einen dem Agglomerator 20 nachgeordneten Tropfenabscheider 22 auf. Der Agglomerator 20 dient insbesondere zur Abscheidung und anschließenden Nachverdunstung feiner Tropfen aus einem Aerosol. Hierzu kann der Agglomerator 20 beispielsweise mindestens ein Edelstahlgeflecht und/oder ein Kunststoffgeflecht aufweisen, welches von der Luft bzw. dem Aerosol durchströmt wird. Wird der Agglomerator 20 mit Wasser benetzt, so kann er auch als Nachverdunster dienen und Schwankungen in der Auffeuchtung der Luft verringern. Zum Sammeln und/oder Ableiten von Restwasser kann die Luftbefeuchtungseinrichtung 4 mit einer Wanne 24 ausgestattet sein, die im gezeigten Beispiel einen Füllstandsensor 26 und einen Wasserablauf 40 aufweist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Wasserablauf 40 ein nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehenes Ventil vorgesehen, so dass der Füllstand in der Wanne 24 bei geschlossenem Ventil ansteigt, welches bei einem Sensorsignal des Sensors 26 geöffnet wird, so dass das Restwasser abfließen kann. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann der Wasserablauf 40 auch als stets offener Überlauf ausgebildet sein, so dass auf das Ventil im Wasserablauf 40 und auch auf den Füllstandssensor 26 verzichtet werden kann. Der Füllstandssensor 26 kann jedoch auch bei einem Überlauf genutzt werden, um gegebenenfalls eine Verstopfung des Wasserablaufs 40 erkennen zu können, wenn dann der Wasserspiegel in der Wanne 24 ansteigt.
Ausgangsseitig der Luftbefeuchtungseinrichtung 4, d.h. vorzugsweise dem Abscheidesystem 18 nachgeordnet, ist mindestens eine erste Sensorvorrichtung 42 angeordnet. Diese ausgangsseitige Sensorvorrichtung 42 kann einen Feuchtesensor und/oder einen Temperatursensor aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eingangsseitig der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 mindestens eine zweite Sensorvorrichtung 44 angeordnet sein, die vorzugsweise einen Feuchtesensor aufweist. Mit Hilfe dieser Sensorvorrichtungen 42, 44 können der Feuchtigkeitsgehalt und/oder die Temperatur im Luftstrom erfasst werden. Die Sensorvorrichtungen 42, 44 sind mit der Steuervorrichtung 48 gekoppelt.
Zwischen der Pumpe 34 und den Düsen 14 ist ein Drucksensor 46 zum Erfassen des Wasserdrucks vorgesehen. Dieser mindestens eine Drucksensor 46 ist mit der Steuervorrichtung 48 gekoppelt.
Die mit der Steuervorrichtung 48 gekoppelten ein oder mehreren Sensorvorrichtungen 42, 44 und/oder der Drucksensor 46 geben Signale an die Steuervorrichtung 48, wobei die Signale von der Steuervorrichtung 48 verarbeitet und zur Regelung der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 verwendet werden können. Zur Regelung der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 gibt die Steuervorrichtung 48 Stellsignale an Aktuatoren der Luftbefeuchtungseinrichtung 4, beispielsweise an die Pumpe 34, eine Stellvorrichtung 80 (siehe 9 und 10) für die Düsen 14 und/oder eine oder mehrere Ventilvorrichtungen 36.
Zur Regelung der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 können vorzugsweise Messwerte des Feuchtesensors der ausgangsseitigen Sensorvorrichtung 42 verwendet werden. Da im Reaktionsraum 6 eine adiabate Abkühlung erfolgt, kann es zweckmäßig sein, zusätzlich Messwerte eines Temperatursensors der ausgangsseitigen Sensorvorrichtung 42 zu verwenden. Die Regelgenauigkeit kann weiter verbessert werden, wenn zusätzlich Messwerte des Feuchtesensors der eingangsseitigen Sensorvorrichtung 44 verwendet werden.
Die Steuervorrichtung 48 kann mit einer Benutzerschnittstelle ausgestattet sein und weist vorzugsweise Anzeige- und Bedienelemente auf.
Der in das Düsensystem 8 strömende Flüssigkeitsstrom, insbesondere ein Wasserstrom, kann mittels der Steuervorrichtung 48 eingestellt werden. Vorzugsweise wird dabei die Flüssigkeitszerstäubung durch Takten der einzelnen Düsenstränge 28 an die Feuchteanforderungen, d.h. die Anforderungen an die konditionierte Luft, angepasst. Entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die drei Düsenstränge 28 der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 getrennt ansteuerbar.
Die Ansteuerung der Düsenstränge 28 kann beispielsweise entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Schema oder einer Abwandlung dessen erfolgen: In Abhängigkeit der Feuchteanforderungen für die Konditionierung des Luftstroms wird bei zunehmender Feuchteanforderung zunächst ein erster Düsenstrang 28, z.B. der höchstgelegene Düsenstrang 28, aktiviert und unter Berücksichtigung einer Mindestpulsweite im Verhältnis von 0 bis 100% pulsweitenmoduliert. Reicht die Befeuchtungsleistung bei dauerhafter Ventilöffnung für den ersten Düsenstrang 28 nicht aus, so wird ein zweiter Düsenstrang 28, z.B. der unter dem ersten liegende Düsenstrang 28, aktiviert und in gleicher oder ähnlicher Weise pulsweitenmoduliert. Entsprechend diesem Prinzip werden weitere Düsenstränge 28 aktiviert bis alle Düsenstränge 28 vollständig geöffnet sind und somit die maximale Befeuchtungsleistung der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 eingestellt ist. Bei abnehmender Feuchteanforderung werden die einzelnen Düsenstränge 28 in analoger Vorgehensweise umgekehrt sukzessive deaktiviert oder gleichzeitig deaktiviert.
Der von der Pumpe 34 bereitgestellte Druck der Flüssigkeit kann mittels des Drucksensors 46 erfasst und beispielsweise über die Drehzahl der Pumpe 34 auf einen Vorgabewert eingestellt werden. Im Teillastfall ist es unter Umständen möglich, dass die Fördermenge der Pumpe 34 so gering ist, dass selbst bei einer Minimaldrehzahl der Pumpe 34 der vorgegebene Druck überschritten wird. Für einen derartigen Fall kann ein nicht näher dargestellter Bypasskanal mit einem ansteuerbaren Proportionalventil vorgesehen sein, mit Hilfe dessen der Druck auf den Vorgabewert geregelt werden kann. Auch wenn alle Ventilvorrichtung 36 geschlossen sind, kann derart über den Bypasskanal eine Druckentlastung erfolgen. Zusätzlich kann zur Verhinderung einer Drucküberlastung bei einem Defekt des Proportionalventils ein weiterer Bypasskanal mit einem Überstromventil vorgesehen sein. In einer vereinfachten Ausgestaltung ohne ein ansteuerbares Proportionalventil kann das Überstromventil auch zur Druckregelung verwendet werden, wobei die Pumpe 34 drehzahlgeregelt oder mit konstanter Drehzahl betrieben werden kann.
2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil eines Düsenstocks 30 mit einer Düse 14, die an einem Abschnitt einer Verteilleitung 50 des Düsenstocks 30 angeordnet ist. Eine derartige Verteilleitung 50 kann mit mehreren weiteren, hier nicht näher dargestellten Düsen 14 ausgestattet sein. Im gezeigten Beispiel ist die Düse 14 in einem Rohrstück 52 angeordnet. Der Kopf 58 der Düse 14 ragt aus dem Rohrstück 52 heraus und weist eine Austrittsöffnung 56 auf. Das Rohrstück 52, beispielsweise ein Muffe, ist mit der Verteilleitung 50 verbunden, wobei das Rohrstück 52 zweckmäßigerweise an der Verteilleitung 50 angeschweißt sein kann. Im gezeigten Beispiel weist das Rohrstück 52 ein Außengewinde 54 auf, mit Hilfe dessen ein Anbauteil an dem Rohrstück 52 befestigt werden kann. Die Düse 14 ist zweckmäßigerweise als Dralldüse ausgebildet und kann einen nicht näher dargestellten, im Inneren der Düse 14 angeordneten Wirbelkörper aufweisen. Das Rohrstück 52 kann ein nicht näher dargestelltes Innengewinde aufweisen, in welches die Düse 14 eingeschraubt werden kann. Bei einer Dralldüse bzw. einer Simplexdüse passiert die zu zerstäubende Flüssigkeit die Austrittsöffnung 56 der Düse 14 vorzugsweise als rotierender Flüssigkeitsfilmring und bildet anschließend einen Flüssigkeitsfilmkegel aus, der aufgrund seiner Instabilität in kleine Flüssigkeitströpfchen zerfällt.
3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Turbulatorvorrichtung 60 zur Beeinflussung der Luftströmung an einer Düse 14, an deren Kopf 58 eine Austrittsöffnung 56 für Wasser vorgesehen ist. Die Turbulatorvorrichtung 60 weist mindestens einen feststehenden Flügel 62 auf und kann beispielsweise als Blechteil ausgeführt sein. Im gezeigten Beispiel weist die Turbulatorvorrichtung 60 mehrere Flügel 62 auf. Diese Flügel 62 dienen als Turbulatoren für die Luftströmung und sind der Düse 14, insbesondere der Austrittsöffnung 56 der Düse 14, im Luftstrom vorgeordnet. Die Turbulatorvorrichtung 60 kann zweckmäßigerweise auf ein Außengewinde 54 des die Düse 14 aufnehmenden Rohrstücks 52 (siehe 2) aufgeschraubt sein. Dabei ist die Turbulatorvorrichtung 60 derart ausgebildet und angeordnet, dass die Flügel 62 eine Drallrichtung aufweisen, die einem Losschrauben der Turbulatorvorrichtung 60 von dem Außengewinde 54 entgegenwirkt.
4 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht eine Verteilleitung 50 eines Düsenstocks 30 mit einem Rohrstück 52, das eine Düse 14 trägt. Im gezeigten Beispiel ist der Düsenstock 30 mit Turbulatoren versehen. Hierzu kann, wie in 4 veranschaulicht, das Rohrstück 52 mit einer Turbulatorvorrichtung 60 versehen sein, die mehrere als Flügel 62 ausgebildete Turbulatoren aufweist. In dem Rohrstück 52 ist eine Düse 14 eingeschraubt, in deren Kopf 58 eine Austrittsöffnung 56 für Wasser vorgesehen ist. Zwischen der Düse 14 und dem Rohrstück 52 ist eine Dichtvorrichtung 64 vorgesehen, die vorzugsweise als O-Ring ausgebildet sein kann.
Die in 4 gezeigte Düse 14 ist als Simplexdüse ausgebildet. Diese Simplexdüse ist mit mindestens einer Filtervorrichtung ausgestattet, wobei die Düse 14 im gezeigten Beispiel einen Primärfilter 68 sowie einen nicht näher dargestellten Sekundärfilter aufweist. Der Primärfilter 68 umfasst einen sogenannten Drop Stop, wie er an und für sich bekannt ist. Hierdurch wird die Funktion einer Art Überdruckventil erreicht, so dass unterhalb eines Schwellendruckes kein Wasser austreten kann. Vorzugsweise ist die mindestens eine Filtervorrichtung in die Düse 14 integriert. Der mindestens einen Filtervorrichtung nachgeordnet kann im Inneren der Simplexdüse ein nicht näher dargestellter Wirbelkörper vorgesehen sein, der an seiner der Austrittsöffnung 56 der Düse 14 zugewandten Seite mit einem oder mehreren Kanälen 66 für die Flüssigkeit ausgestattet ist. Durch den mindestens einen Kanal 66 kann das Wasser zur Austrittsöffnung 56 der Düse 14 gelangen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung für eine industrielle Anwendung kann das Rohrstück 52 einen Durchmesser von ca. 2 bis 3 cm aufweisen, wobei die Verteilleitung 50 des Düsenstocks 30 einen Durchmesser von ca. 5 cm aufweisen kann, und wobei die Turbulatorvorrichtung 60 in der Regel einen Außendurchmesser von bis zu 30 cm aufweisen kann.
Die 5 bis 7 zeigen Seitenansichten einer Düse 14 zum Zerstäuben von Wasser in stark vereinfachter Prinzipdarstellung, wobei die Düse 14 an einem Düsenstock 30 angeordnet ist. Das aus der Düse 14 austretende Wasser bildet einen Sprühkegel 70, 74 bzw. 78, wobei sich die in den 5 bis 7 gezeigten Sprühkegel 70, 74 bzw. 78 jeweils voneinander unterscheiden. Ein Maß für die Größe eines derartigen Sprühkegels 70, 74 bzw. 78 ist zum Beispiel sein Öffnungswinkel.
5 veranschaulicht beispielhaft den Sprühkegel 70 der Düse 14, wenn sie nicht von Luft umströmt wird.
6 zeigt die Düse 14 in einer Luftströmung 72, wobei die Sprührichtung der Düse 14 in Richtung der Hauptströmungsrichtung der Luftströmung 72 ausgerichtet ist. Bedingt durch die Luftströmung 72 ist der Öffnungswinkel des Sprühkegels 74 der in 6 gezeigten Düse 14 kleiner als der Öffnungswinkel des Sprühkegels 70 der Düse 14 ohne Luftströmung gemäß 5.
7 zeigt die Düse 14 in einer Luftströmung 76, wobei eine Turbulatorvorrichtung 60 zur Beeinflussung der Luftströmung 76 vorgesehen ist. In 7 sind die Turbulatoren ausbildenden Flügel der Turbulatorvorrichtung 60 der besseren Übersicht halber nicht mit Bezugszeichen versehen. Bedingt durch die Wirkung der Turbulatorvorrichtung 60 auf die Luftströmung 76, ist der Öffnungswinkel des Sprühkegels 78 gemäß 7 grösser als der Öffnungswinkel des Sprühkegels 74 gemäß 6. Bei entsprechender Ausgestaltung der Turbulatorvorrichtung 60 kann die Luftströmung 76 derart beeinflusst werden, dass der Öffnungswinkel des Sprühkegels 78 gemäß 7 grösser ist als der Öffnungswinkel des Sprühkegels 70 bei einer Düse 14 ohne Luftströmung gemäß 5. Im gezeigten Beispiel ist die Turbulatorvorrichtung 60 der Düse 14 in der Luftströmung 76 direkt vorgeordnet.
Die 8 und 9 zeigen in vereinfachter Prinzipdarstellung den Düsenstock 30 einer Luftbefeuchtungseinrichtung 4. Der Düsenstock 30 weist mehrere Düsenstränge 28 auf, die sich in den gezeigten Beispielen jeweils horizontal im Reaktionsraum 6 der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 erstrecken und parallel zueinander angeordnet sind. Es ist möglich, die Düsenstränge 28 auch in einer anders gearteten Anordnung im Reaktionsraum 6 vorzusehen. So können sich die Düsenstränge 28 beispielsweise vertikal oder auch diagonal im Reaktionsraum 6 erstrecken. Vorzugsweise sind die Düsen zumindest nahezu über den gesamten Querschnitt des Reaktionsraums 6 verteilt angeordnet.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den 8 und 9 ist für jeden Düsenstrang 28 jeweils eine Verteilleitung 50a, 50b bzw. 50c vorgesehen. Jede Verteilleitung 50a, 50b, 50c trägt mehrere Düsen 14, welche der besseren Übersicht halber nur teilweise mit Bezugszeichen versehen sind. Die Düsen 14 können derart ausgestaltet sein und/oder derart betrieben werden, dass sich der Zerstäubungsgrad von Düsen 14, die an unterschiedlichen Verteilleitungen 50a, 50b, 50c angeordnet sind, voneinander unterscheidet. So können beispielsweise die an der unteren Verteilleitung 50c angeordneten Düsen 14 die Flüssigkeit feiner zerstäuben als die Düsen 14 der mittleren Verteilleitung 50b, wobei die Düsen 14 der oberen Verteilleitung 50c die Flüssigkeit noch grober zerstäuben als die an der mittleren Verteilleitung 50b angeordneten Düsen 14. In alternativer Ausgestaltung ist es auch möglich, dass alle Düsen 14 des Düsenstocks 30 die Flüssigkeit in zumindest nahezu gleichartiger Weise zerstäuben.
Der Anstellwinkel der Düsen 14 kann bei der Montage des Düsenstocks 30 eingestellt werden. In alternativer Ausgestaltung kann der Anstellwinkel der Düsen 14 mittels eines oder mehrerer Aktuatoren verändert werden. Gemäß den 8 und 9 kann als Aktuator zum Einstellen der Ausrichtung der Düsen 14 eine Stellvorrichtung 80 vorgesehen sein, die beispielsweise als Motor, z.B. als Elektromotor, oder als andere Anstriebseinheit, z.B. als Verstellzylinder, ausgebildet sein kann. Mittels der Stellvorrichtung 80 können beispielsweise eine oder mehrere Verteilleitungen 50a, 50b, 50c gemeinsam oder unabhängig voneinander gedreht werden, wodurch sich die Ausrichtung der an den Verteilleitungen 50a, 50b bzw. 50c angeordneten Düsen 14 ändert. Wird eine Verteilleitung 50a, 50b, 50c um ihre Achse gedreht, so werden dabei die an der Verteilleitung 50a, 50b, 50c angeordneten Düsen 14 geschwenkt. Mittels der Stellvorrichtung 80 lässt sich somit der Anstellwinkel einer oder mehrerer Gruppen von Düsen 14 einstellen. Vorzugsweise ist die Stellvorrichtung 80 als Aktuator mit der Steuervorrichtung 48 (siehe 1) gekoppelt.
In dem in 8 gezeigten Beispiel weisen die Düsen 14 aller Verteilleitungen 50a, 50b, 50c die gleiche Ausrichtung auf. Gemäß dem gezeigten Beispiel sind die Düsen 14 aller Verteilleitungen 50a, 50b, 50c horizontal und parallel zueinander angeordnet. Es ist auch möglich, dass sich der Anstellwinkel der Düsen 14 an unterschiedlichen Verteilleitungen 50a, 50b, 50c voneinander unterscheidet. In dem in 9 gezeigten Beispiel weisen beispielsweise die Düsen 14 der untersten Verteilleitung 50c einen Anstellwinkel von ca. 30° zur Horizontalen auf, während die Düsen 14 der übrigen Verteilleitungen 50a, 50b horizontal ausgerichtet sind. 10 zeigt perspektivisch und in vereinfachter Prinzipdarstellung einen Düsenstock 30 mit entlang eines Abschnitts einer Verteilleitung 50 angeordneten Düsen 14 eines Düsenstrangs 28. Die entlang der Verteilleitung 50 angeordneten Düsen 14 weisen unterschiedlichen Ausrichtungen auf, wobei im gezeigten Beispiel entlang der Verteilleitung 50 aufeinanderfolgende Düsen 14 jeweils eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Dabei weisen gemäß dem gezeigten Beispiel benachbart angeordnete Düsen 14 jeweils wechselweise einen positiven bzw. einen negativen Anstellwinkel zur Horizontalen auf, wobei die Differenz des Anstellwinkels zwischen benachbarten Düsen 14 gemäß 10 ungefähr 60° beträgt. In vorteilhafter Ausgestaltung können im Reaktionsraum 6 (siehe 1) einer Luftbefeuchtungseinrichtung 4 mehrere wie beispielhaft in 10 veranschaulichte Düsenstränge 28 mit wechselweise unterschiedlich ausgerichteten Düsen 14 vorgesehen sein. Diese Düsenstränge 28 können wiederum derart ausgebildet und angeordnet werden, dass eine Art zweidimensionale Düsenmatrix mit in beiden Dimensionen der Matrix jeweils wechselweise unterschiedlich ausgerichteten Düsen 14 ausgebildet wird.
Je nach Anwendung und Einsatzort der Luftbefeuchtungseinrichtung 4 kann der Reaktionsraum 6 (siehe 1) eine Querschnittsfläche von bis zu 50 m² und mehr aufweisen. Typischerweise beträgt die Querschnittsfläche des Reaktionsraums 6 bei einer Raumluftanwendung bis zu ca. 4 m² und bei einer industriellen Anwendungen zwischen ca. 4 m² und ca. 50 m². In einer beispielhaften Ausgestaltung für eine industrielle Anwendung kann je Meter eines Düsenstrangs 28 eine Düse 14 an dem Düsenstrang 28 vorgesehen sein.
Ein Gedanke, welcher der Erfindung zugrunde liegt, lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren von Raum- und/oder Prozessluft, mit einem Düsensystem 8, das mehrere in einem oder mehreren Düsensträngen 28 angeordnete Düsen 14 zum Zerstäuben von Flüssigkeit aufweist, und mit mindestens einer Pumpe 34, mittels derer die zu zerstäubende Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird, wobei die Düsen 14 als Dralldüsen ausgebildet sind, und/oder wobei die Pumpe 34 die zu zerstäubende Flüssigkeit mit einem Druck zwischen 3 und 50 bar beaufschlagt. Erfindungsgemäß kann die Flüssigkeit, insbesondere Wasser, besonders fein zerstäubt werden und ein guter Verdunstungsgrad erreicht werden, wodurch sich auch die Verlustwassermenge verringert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine geringe Störanfälligkeit, eine hohe Standzeit der Pumpe 34 und einen geringen Wartungsaufwand aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4110550 C2 [0002]
DE 4229172 C1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Befeuchten eines Luftstroms, mit (a) einem Düsensystem (8), das mehrere Düsen (14) zum Zerstäuben von Flüssigkeit aufweist; (b) mindestens einer Pumpe (34), mittels derer die zu zerstäubende Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass (c) die Düsen (14) als Dralldüsen ausgebildet sind, die in einem oder mehreren Düsensträngen (28) angeordnet sind, und/oder (d) die Pumpe (34) derart ausgebildet ist, dass der Druck der zu zerstäubenden Flüssigkeit zwischen 3 und 50 bar beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) als Simplexdüsen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) jeweils mindestens eine in die Düse (14) integrierte Filtervorrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (34) als Kreiselpumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (34) als Hubkolbenpumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Pumpe (34) bereitgestellte Druck zwischen 20 und 50 bar beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Pumpe (34) bereitgestellte Druck zwischen 3 und 30 bar, vorzugsweise zwischen 8 und 25 bar, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) an einem Düsenstock (30) angeordnet sind, der mit Turbulatoren versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulatoren den Düsen (14) im Luftstrom vorgeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stellvorrichtung (80) zum Einstellen der Ausrichtung einer oder mehrerer Düsen (14) des Düsensystems (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) eines ersten Düsenstrangs (28) einen Zerstäubungsgrad aufweisen, der sich von dem Zerstäubungsgrad der Düsen (14) eines zweiten Düsenstrangs (28) unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines Düsenstrangs (28) aufeinanderfolgende Düsen (14) jeweils eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (48) vorgesehen ist, mittels derer die Flüssigkeitszufuhr zu den Düsen (14) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsenstränge (28) jeweils mit einer Ventilvorrichtung (36) gekoppelt sind, mittels derer die Flüssigkeitszufuhr zu dem entsprechenden Düsenstrang (28) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der Steuervorrichtung (48) gekoppelter Sensor zur Feuchtemessung im Luftstrom, vorzugsweise im befeuchteten Luftstrom vorgesehen ist.