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Feuchtigkeitsaustauscher zur Trocknung eines Luftstromes mit Hilfe
eines anderen Luftstromes Die Erfindung bezieht sich auf einen Feuchtigkeitsaustauscher
zur Trocknung eines Luftstroms mit Hilfe eines anderen Luftstroms, der einen geringeren
relativen Feuchtigkeitsgehalt aufweist als der zu trocknende Luftstrom.
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Die Erfindung geht aus von einem bekannten Feuchtigkeitsaustausches,
der einen in einem Gehäuse untergebrachten, durch einen Motor angetriebenen Rotor
aufweist, der aus einer hydroskopischen Masse mit durchgehenden Kanälen besteht
und sich zwischen zwei Durchlaßkanälen des Gehäuses bewegt, von denen der eine von
dem zu trocknenden Luftstrom und der andere von einem Regenerierungsluftstrom durchflossen
wird, wobei in dem zweiten Durchlaß vor dem Rotor eine Heizvorrichtung vorgesehen
ist.
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Zur Trocknung des Luftstroms wird in dem zweiten Luftstrom Luft verwendet,
die eine niedrigere relative Feuchtigkeit aufweist, was durch die in dem zweiten
Durchlaß angebrachte Heizvorrichtung zur Erwärmung des zweiten Luftstromes vor dessen
Durchgang durch den Rotor erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird an den zweiten Durchlaß ein den Motor umgebender
Raum derart angeschlossen, daß der Regenerierluftstrom die im Motor entwickelte
Wärme aufnimmt und von ihr vorgewärmt und anschließend von der Heizvorrichtung weiter
aufgeheizt wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein Kühlluftstrom, der
durch einen dritten Durchlaßkanal zwecks Kühlung der regenerierten Rotormasse geleitet
und dadurch selbst erwärmt wird, ebenfalls der Heizvorrichtung zugeführt werden.
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Der Rotor kann zweckmäßig aus Schichten aus einem nicht metallischen,
fasrigen Werkstoff hergestellt werden, die ohne Bindemittel spiralförmig aufeinander
gewickelt sind, derart, daß sie sich gegenseitig bewegen können. Es ist besonders
zweckmäßig, anorganische Werkstoffe, wie z. B. Asbest, zu verwenden, damit diese
den Temperaturen widerstehen können, auf die der zweite, sogenannte Regenerierluftstrom
erwärmt wird.
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Zur Erzielung der gewünschten hygroskopischen Eigenschaften muß dieser
Werkstoff mit einem hygroskopischen Stoff, vorzugsweise einem Salz wie beispielsweise
Lithiumbromid, imprägniert sein.
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Die Kanäle in der Schichtmasse können beispielsweise dadurch erzielt
werden, daß die Schichten oder mindestens jede zweite Schicht gewellt mit Faltungen
oder Ausbauchungen od. dgl. versehen werden. Es ist besonders vorteilhaft, die Kanäle
möglichst eng auszuführen, indem der durchschnittliche Abstand zwischen den Schichten
möglichst klein und etwa in der Größenordnung von 1,5 mm und vorzugsweise kleiner
als 1 mm gehalten wird. Man erzielt dann hohe Wärmeübergangszahlen und eine große
Leistungsfähigkeit des Rotors, bezogen auf seinen Rauminhalt.
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Durch die Erfindung wird eine besonders intensive Kühlung des Motors
und eine Herabsetzung des erforderlichen Wärmebedarfs erzielt. Der gesamte Feuchtigkeitsaustausches
fällt infolgedessen kleiner aus als bekannte Geräte dieser Art und hat einen geringeren
Energiebedarf als diese.
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Der Raumbedarf des Gerätes kann erfindungsgemäß noch weiter verbessert
werden, wenn der Motor und die Heizvorrichtung wenigstens teilweise innerhalb des
ringförmig ausgebildeten Rotors untergebracht werden.
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Der erfindungsgemäße Feuchtigkeitsaustausches ist ohne weiteres im
Dauerbetrieb einzusetzen und ist im Aufbau einfach und zuverlässig im Betrieb. Der
Raumbedarf des Gerätes ist, bezogen auf seine Leistung, gering.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 ist ein der Linie I-1 der Fig. 2 und 3 folgender Längsschnitt
durch eine nach der Erfindung aus-P 01
führte Lufttrocknungsvorrichtung; Die
Fig. 2 bis 4 sind Querschnitte nach den Linien II-II, 111-11I und IV-IV der Fig.
1; Fig.5 ist eine Teilansicht der Vorrichtung im Schnitt nach der Linie V-V der
Fig. 2;
Fig. 6 zeigt den unteren Teil der Vorrichtung im Längsschnitt
nach der Linie VI-VI der Fig. 3; Fig. 7 veranschaulicht schematisch die Verbindung
der Vorrichtung mit dem Raum, dessen Luft getrocknet werden soll.
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In den Zeichnungen bezeichnet 10 das im wesentlichen zylindrisch geformte
Gehäuse der Vorrichtung, das in der Mitte in zwei Hälften unterteilt ist, die von
einer Hülse 12 zusammengehalten werden. Auf der einen Stirnwand des Gehäuses ist
eine Kappe 14 mit einem zentralen Eintrittsstutzen 16 festgeschraubt. In dem Stutzen
16 befindet sich ein Filter 18 zur mechanischen Reinigung der eintretenden Luft.
Innerhalb einer zentralen Öffnung 20 in derselben Stirnwand ist ein Fliehkraftventilator
22 auf der Welle 26 eines Elektromotors 24 gelagert.
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In dem Gehäuse sind eine obere ringförmige Kappe 28 und eine untere
ringförmige Kappe 30 und zwischen diesen ein ringförmiger Rotor 32 angeordnet. Dieser
Rotor besteht aus auf eine Innenhülse 34 spiralförmig gewickelten Schichten aus
Asbest, von denen jede zweite 36 glatt und jede andere zweite 38 wellenförmig gefaltet
ist, und zwar mit den Falten in axialer Richtung verlaufend, wie aus Fig. 4 ersichtlich
ist. Hierdurch sind zwischen den Schichten axial durchlaufende, voneinander getrennte
Kanäle gebildet. Bei der Herstellung des Rotors werden zunächst eine glatte und
eine wellenförmig gefaltete Bahn "mit Hilfe eines Klebemittels, wie Wasserglas,
miteinander verbunden. Hierbei wird das Klebemittel auf den Rücken der wellenförmigen
Falten angebracht. Diese zusammengesetzte Bahn wird dann auf die Innenhülse 34 gewickelt,
ohne daß die einzelnen Wicklungen miteinander verbunden werden. Die Wickelrichtung
ist der in der Fig. 4 durch den Pfeil 40 angedeuteten Umdrehungsrichtung des Rotors
32 entgegengesetzt. Auf der Außenseite des Rotors sitzt eine Hülse 42, deren axiale
Erstreckung kleiner ist als die der Schichten und die einen zentralen Kranz 44 mit
geriffelter oder gezähnter Außenrandfläche 46 hat. Von der Hülse 42 aus ist eine
Anzahl Nadeln 48 (Fig. 1) in die Schichtmasse an deren Umkreis verteilt eingestochen.
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An der Hülse 12 ist eine Anzahl von Lagerböcken 50 befestigt, deren
Anzahl in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel drei beträgt (Fig. 2) und die
gegeneinander um ungefähr 90° versetzt sind. In diesen Lagerböcken sind Räder 52
auf Zapfen 54 gelagert. Die Räder haben eine geriffelte oder gezähnte Außenrandfläche,
die zu der geriffelten oder gezähnten Außenrandfläche 46 -des Kranzes 44 paßt; sie
dienen zugleich als Lager für die radiale Zentrierung des Rotors 32.
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Auf der Motorwelle 26 sitzt eine Zahnstange 56, die mit einem Zahnrad
58 auf einer Welle 60 im Eingriff steht. Die Welle 60 streckt sich
über den Umkreis des Rotors 32 hinaus, wo sie eine Zahnschnecke 62 trägt, die mit
einem auf dem freien Ende eines Armes 66 gelagerten Zahnrad 64 im Eingriff steht.
Das Zahnrad 64 ist mit einem geriffelten oder gezähnten Rad 68 verbunden, das. in
Antriebsverbindung mit der Riffelung oder Verzahnung 46 des Kranzes 44 steht. Der
Arm 66 ist auf einem Zapfen 70 gelagert, der seinerseits auf einem mit der Hülse
12 verbundenen Lagerbock 72 sitzt. Eine Feder 74 stützt sich mit ihrem einen Ende
an der Hülse 12 ab und mit ihrem anderen Ende an dem Arm 66, während ihr Mittelteil
um den Zapfen 70 gewickelt ist. Diese Feder drückt den Arm 66 und damit das Treibrad
68 gegen den Kranz 44, so daß ein Antriebseingriff zwischen den geriffelten
oder gezähnten Flächen zustande kommt. Der Arm 66 steht senkrecht zur Welle 60,
so daß etwa auftretende radiale Verschiebungen des Zahnrades 64 eine kleinstmögliche
Veränderung des Eingriffes der Zahnschnecke 62 in das Zahnrad 64 hervorrufen. Die
Federkraft ist vorzugsweise so groß, daß das Treibrad 68 gleichzeitig als ein viertes
Lager für die radiale Zentrierung des Rotors dient. Jedoch kann ein zusätzliches
Lagerrad 50 neben dem geriffelten oder gezähnten Antriebsrad 68 vorgesehen sein.
Die das Antriebsmoment vom Motor übertragende Übersetzung ist so ausgebildet, daß
der Rotor 32 mit einer sehr niedrigen Drehzahl, wie 2 bis 15 Umdrehungen je Stunde,
in Umlauf versetzt wird.
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In der Hülse 12 sind an mehreren, beispielsweise vier Stellen um den
Umkreis herum Konsolen 76 und auf den Kappen 28, 30 winklig abgebogene Streben 78
bzw. 80 (Fig. 5) vorgesehen. Bolzen 82 erstrecken sich axial zwischen den Streben
78 und 80 und den Konsolen 76, wobei auf sie neben den Streben 78 bzw. den Konsolen
76 Muttern 84 aufgeschraubt sind. Zwischen dem Rotor 32 und den Kappen 28 und 30
sind scheibenförmige Dichtungselemente 85, 86 eingelegt, die je aus einer äußeren
und einer inneren Ringscheibe 88 bzw. 90 und diese verbindenden Streben oder Speichen
bestehen. Das untere Element 86 hat drei Speichen 92, 94, 96 (Fig. 4), während das
obere Element 85 nur zwei Speichen 92 und 96 hat, die miteinander denselben Winkel
wie in dem Element 86 bilden. Der Rotor 32 wird in seiner axialen Lage zwischen
den Dichtungselementen 86 mit Hilfe der Kappen 28, 30 und der diese zusammenhaltenden
Schraubbolzenverbindungen 82, 84 gehalten. Die Dichtungselemente 85, 86 haben ebene
und zweckmäßig glattpolierte Oberflächen, an denen die Rotorschichten bei dem Umlauf
des Rotors entlang gleiten.
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Die obere Kappe 28 ist durch zwei radial gestellte Wände 98 und 100
(Fig. 2) in zwei ringsektorförmige Kammern 102, 104 (Fig. 1) aufgeteilt. Die Wände
98 und 100 befinden sich genau oberhalb der Speichen 92 und 96 des oberen Dichtungselementes
85. Die Kammer 102 steht durch Perforierungen 106 in Verbindung mit dem die Druckseite
des Ventilators 22 umgebenden Raum. Die Kammer 104 ist mit einem Rohr 108
verbunden, das zu einem in die freie Atmosphäre mündenden Schornstein führt. Die
untere Kappe 30 (Fig. 3) hat radiale Zwischenwände 110; 112, die in bezug auf ihre
Lage den Zwischenwänden 98, 100 der oberen Kappe 28 genau entsprechen, und außerdem
eine Zwischenwand 114, die der Zwischenwand 112 ungefähr diametral gegenüberliegen
kann. Die Zwischenwände 110 und 112 enthalten Schichten 116, 118 eines Isolierstoffes,
wie Gesteinswolle. Die drei Speichen 92, 94 und 96 des unteren Dichtungselementes
befinden sich genau unterhalb der Zwischenwände 110, 1.14 bzw. 112.
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Die untere Kappe hat somit drei ringsektorförmige Kammern 120, 122,
124, von denen sich die Kammer 122 in axialer Richtung genau unterhalb der oberen
Kammer 104 befindet, während sich die Kammern 120 und 124 zusammen über ungefähr
denselben Winkel wie die obere Kammer 103, erstrecken und in axialer Richtung unter
dieser liegen.
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Auf einer in die untere Kappe 30 nahe deren Unterkante zentral eingesetzten
Blechplatte 125 sind eine, zweckmäßig elektrisch betriebene Heizpatrone 126 und
eine diese umgebende Haube 128 angeordnet,
welche zusammen mit der
Heizpatrone zum Teil in den vom ringförmigen Rotor 32 umschlossenen Raum 130 hineinragt.
Dieser Raum 130 ist im übrigen nach unten durch die flanschartig bis an die Haube
128 eingezogene untere Kappe 30 in Höhe von deren Oberkante abgeschlossen. Von oben
erstreckt sich in den Raum 130 der Motor 24, der an einer zentral auf der
oberen Kappe 28 aufgesetzten Blechplatte 132 befestigt ist. Die Blechplatte
132 ist mit Perforierungen 134 versehen, durch welche die Druckseite des Ventilators
22 mit dem Raum 130 in Verbindung steht. Eine kleine Menge der von dem Ventilator
in den Feuchtigkeitsaustauscher gedrückten Luft tritt durch die Perforierungen 134
hindurch und umstreicht den Motor 24, der hierdurch gekühlt wird, während gleichzeitig
der Teilluftstrom erwärmt wird. Dieser geht dann durch eine öffnung 136 am oberen
Mantelende der Haube 128 hindurch zu der Heizpatrone 126.
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An der der Kammer 122 zugewandten Seite ist die Haube 128 offen und
steht über einen Teil des zwischen der Blechplatte 125 und der flanschartigen Einziehung
der unteren Kappe 30 eingeschlossenen Ringraumes 140 mit der ebenfalls nach dem
Ringraum offenen Kammer 122 in Verbindung. Dieser Teil des Ringraumes 140 ist in
Umfangsrichtung durch Radialwände 142 und 144 abgeschlossen, wobei der sich an die
Radialwand 144 anschließende Teil des Ringraumes bis an die Zwischenwand 114, die
radial nach einwärts bis an die Haube 128 herangeführt ist, mit einer Isolierfüllung
versehen ist. Eine gleichartige Isolierschicht 148 ist auch unterhalb der Kammer
122 vorgesehen, welche gegen den Rotor 32 durch ein perforiertes Blech 150 begrenzt
ist. Der verbleibende Teil des Ringraumes zwischen der Verlängerung der radialen
Zwischenwand 114 und der Radialwand 142 ist zur Kammer 124 hin offen und steht mit
dein Inneren der Haube 128 einmal direkt durch einige kleinere öffnungen 138 in
der Mantelwandung der Haube und zum anderen indirekt über eine Durchbrechung 139
in der flanschartigen Einziehung der Kappe 30, den Raum 130 und die öffnung 136
in Verbindung.
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Von der Kammer 120 geht eine Auslaßleitung 152 für die klimabehandelte,
im dargestellten Ausführungsbeispiel die getrocknete Luft ab. Die Haube 128 hat
an ihrer Oberseite einen Deckel 143 (Fig. 1), der zur Aufgabe hat, einer Wärmestrahlung
von der Heizpatrone 126 zum Motor 24 vorzubeugen.
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In der Fig. 7 bezeichnet 154 den Raum, dessen Luft getrocknet werden
soll. Von dem Raum geht eine Leitung 156 ab, die an den Rohrstutzen 16 angeschlossen
ist. Die in der mit 160 bezeichneten Vorrichtung behandelte Luft geht durch eine
an den Auslaß 152 angeschlossene Leitung 162 in den Raum zurück. In die Leitung
156 mündet eine Leitung 164 für die Zufuhr von Frischluft zu dem Umwälzkreis. An
den Auslaß 108 ist ein Schornstein 166 angeschlossen. In den Leitungen sind Regelorgane
158, 168, 170 und 172 vorgesehen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der Ventilator 22 saugt Luft
aus dem Raum 154 durch die Leitung 156 und den Rohrstutzen 16 an. Von der Druckseite
des Ventilators strömt Luft durch die Perforierungen 106 in die Kammer 102 hinein.
Diese Luft geht durch den zwischen den Speichen 92 und 96 des Dichtungselementes
85 gelegenen Sektor der Schichtmasse des Rotors 32 hindurch. In dem Rotor gibt die
Luft einen Teil ihrer Feuchtigkeit an die Schichten ab. Der Hauptteil der getrockneten
Luft strömt in die untere Kammer 120 und dann durch die Leitungen 152, 162 in den
Raum 154 zurück. Ein kleinerer Teil der Luft strömt durch die Kanäle des Rotors
in die zwischen den unteren Dichtungsspeichen 92 und 94 gelegene Kammer 124. Dieser
kleinere Teilstrom hat als erste Aufgabe, die bei der Regenerierung erwärmte Schichtmasse
zu trocknen, wenn diese von der Regenerierzone in die Trockenzone hinübergeht. Der
Teilstrom tritt dann durch die öffnungen 136. 138 in die Haube 128
ein .und wird dort durch die Heizpatrone 126 auf eine Temperatur von über 75° C,
z. B. 150g C und mehr, erhitzt. In der Haube 128 vereinigt sich dieser Teilstrom
mit der kleinen Luftmenge, die durch die öffnungen 134 den Raum 130 um den Motor
24 herum durchstrichen hat. Der Teilstrom tritt dann in die Kammer 122 über und
weiter durch die Perforierungen des Blechs 150, die eine gleichmäßige Verteilung
des Luftstromes sicherstellen, in den von den Speichen 92, 96 der oberen und unteren
Dichtungsscheiben 85, 86 begrenzten Schichtmassesektor des Rotors 32. Die Schichtmasse,
die während ihres Durchganges durch die Trockenzone Feuchtigkeit von der Raumluft
aufgenommen hat, wird nun regeneriert, und die verbrauchte Luft entweicht durch
die obere Kammer 104 und die Leitungen 108 und 166 in die freie Atmosphäre. Dieser
für die Regenerierung abgezweigte Teil der Raumluft wird durch eine zusätzliche
Aufnahme von Luft über die mit der Außenluft in Verbindung stehende Leitung 164
ersetzt. Die gewünschte Zufuhr von Frischluft und die hierfür erforderliche Druckverteilung
in der Anlage werden durch die in Fig. 7 angedeuteten Regelorgane gesteuert.
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Durch den erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsaustauscher wird eine hohe
Wirtschaftlichkeit in bezug auf den Wärmeverbrauch dadurch erzielt, daß die von
der Rotormasse bei der-Regenerierung aufgenommene Wärme zur Vorwärmung des Regenerierungsluftstrorns
benutzt und somit zurückgewonnen wird. Dasselbe gilt auch für die an die Kühlluft
abgegebene Verlustwärme des Motors, der deswegen von einfacher Bauart mit an sich
schlechtem Wirkungsgrad sein kann. Durch die Unterbringung der verschiedenen Teile
in der vorbeschriebenen Weise erhält der Feuchtigkeitsaustauscher als Ganzes im
Verhältnis zu seiner Leistung kleine Abmessungen.
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Die oben beschriebene Lagerung des Rotors 36 stellt eine einwandfreie
Dichtung zwischen den einzelnen Kammern in den Hauben 28 und 30 sicher, ohne daß
größere Ansprüche an die Maßgenauigkeit der Ausführung gestellt zu werden brauchen.
Gleichzeitig tragen die Querspeichen die Schichtlagen, die sich oberhalb der Kammern
befinden und von der Luft durchstrichen werden. Der Rotor 32 braucht deswegen nicht
genau in bezug auf die Motorwelle 26 zentriert zu sein. Die Dichtungsscheibenringe
85, 86 brauchen auch nicht senkrecht zur Motorwelle zu stehen, weil sich die Masse
des Rotors dank des Fehlens fester Verbindungen zwischen den einzelnen Wicklungen
etwaigen Schrägstellungen unter Beibehaltung der Gleitberührung mit den Scheiben
anpassen kann.
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Das durch die Gleitreibung an den Dichtungsscheiben entstehende Moment
wird auf die Antriebsglieder über die Schichtmasse selbst übertragen, wobei die
Wicklung der Schichten entgegengesetzt der Drehrichtung zur Folge hat, daß das Gegenmoment
bestrebt
ist, die Schichtspirale . aufzuwickeln, was jedoch durch die umgebende Hülse 52
verhindert wird. Die Schichtmasse kann also trotz ihres Aufbaus aus Stoff von an
sich geringer Festigkeit die beim Umlauf des Rotors auftretenden Momente übertragen.
Durch den Antrieb des Rotors an seinem Außenumfang wird erreicht, daß die für die
Drehung des Rotors erforderliche Kraft klein bleibt, was mit Rücksicht auf die begrenzte
Festigkeit des Rotorwerkstoffes von Bedeutung ist. Die an den Dichtungsscheiben
gleitenden Endkantenteile der Schichten können durch Imprägnierung oder Niederschlag
eines Stoffes, wie Kalziumsilikat, versteift sein.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte Ausführungsform
begrenzt, sondern im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrundeliegenden
Leitgedankens abwandelbar. Die Dichtungsscheiben können in voneinander getrennte
Sektoren od. dgl. aufgeteilt sein.