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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befeuchtung von Luftströmen durch
eine beheizbare, kontinuierlich mit Wasser benetzte Oberfläche.
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Zur
Befeuchtung von Luftströmen
werden bisher Luftwäscher,
Druckluft-Wasserzerstäuber
und Dampfbefeuchter eingesetzt. Zu den Luftwäschern gehören Zerstäubungsgeräte und Rieselbefeuchter.
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In
den Zerstäubungsgeräten erfolgt
die Zerstäubung
von Wasser durch Düsen
oder durch umlaufende Scheiben. Das zerstäubte Wasser verdunstet in die
mit ca. 2 bis 3m/s strömende
Luft, die sich dabei adiabatisch abkühlt. Nachteilig ist hier, dass überschüssiges Wasser
weitgehend durch Tropfenabscheider abgefangen und in korrosionsfesten Tanks
gesammelt werden muss, um von dort wieder mit einer Pumpe zur Zerstäubung gefördert zu
werden. Mit Hilfe einer Niveauregelung und Wassernachspeisung wird
das verdunstete Wasser ersetzt. Der Anreicherung löslicher
Salze im Tank wird durch eine Abschlämmungseinrichtung mit Leitfähigkeitsmessung
im Wasser entgegengewirkt. Der Salzgehalt hat auch Einfluss auf
die Tropfenabscheidung, da er den Dampfteildruck erniedrigt. Die
in der Luft mitgetragenen kleinen Tropfen, die den Tropfenabscheider
passieren, benötigen
dadurch mehr Zeit zum Verdampfen. Die Folge sind nasse Kanäle hinter dem
Wäscher.
Bei allen Zerstäubungsgeräten ist
zu beachten, dass bei der Verdunstung der mitgetragenen feinsten
Wassertröpfchen
die darin gelösten
Salze sich absetzen, was bei empfindlichen Verbrauchern häufig nicht
zulässig
ist. In solchen Fällen
sind Entsalzungsanlagen vorzusehen oder geeignete Filter hinter
dem Befeuchter, die zu deutlich höheren Druckverlusten führen. Hygienisch
bedenklich ist die mögliche
Versprühung
von Keimen, da der Wassertank eine Brutstätte für Mikroorganismen darstellt.
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In
Rieselbefeuchtern wird die zu befeuchtende Luft mit einer möglichst
großen
und feuchten Oberfläche
in Berührung
gebracht, auf der Wasser verdunstet. Die Oberflächen von Füllkörpern oder senkrechten profilierten
Wandflächen
werden bei geringen Drücken
mit Düsen
berieselt. Die Luft strömt durch
Rieselbefeuchter mit geringerer Geschwindigkeit als durch Zerstäubungsbefeuchter.
Die adiabatische Luftzustandsänderung
im Rieselbefeuchter entspricht der im Zerstäubungsbefeuchter. Vorteilhafterweise
werden kalkhaltige Wassertröpfchen
nicht mit der Luft fortgeführt.
Auch hier ist ein Sammeltank mit Niveauregelung, Wassernachspeisung
und Abschlämmungseinrichtung
erforderlich, da sonst Kalkniederschlag an den Rieselflächen auftritt.
Die umgewälzte
Wassermenge beträgt
etwa das 5- bis 6-fache des Bedarfs. Hier liegt wegen der niedrigeren
erforderlichen Drücke
ein geringerer Energieverbrauch der Umwälzpumpe vor als bei Düsenzerstäubern.
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In
Druckluft-Wasserzerstäubern
wird Wasser unter Verwendung von Druckluft fast tropfenfrei zerstäubt, indem
die zerstäubten
feinsten Tröpfchen schnell
in der Luft verdunsten. Vorher filtriertes Wasser wird durch einen
Druckluftstrom angesaugt. Die Luftzustandsänderung im Druckluft-Wasserzerstäuber entspricht
der in Luftwäschern.
Ein Tank zum Sammeln von überschüssigem Wasser
mit der entsprechenden Abschlämmung
ist hier nicht erforderlich. Jedoch muss eine teure Enthärtung und
Entsalzung des zu zerstäubenden
Wassers sowie die Installation der Druckluftanlage vorgenommen werden. Die
Luftbefeuchtung mit Druckluft-Wasserzerstäubern ist
infolge des Stromverbrauches für
den Verdichter zur Drucklufterzeugung und die Enthärtungs- und
Entsalzungsanlage energetisch etwas ungünstiger als die mit Luftwäschern.
Die Luftzustandsänderung
erfolgt adiabatisch wie in Luftwäschern.
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In
Dampfbefeuchtern erfolgt die Dampferzeugung durch in einen Wasservorrat
eingetauchte Elektroden oder elektrische Heizkörper, wobei organische und
anorganische Stoffe an den Heizflächen ausgeschieden werden,
so dass annähernd
mineralfreie Befeuchtung vorliegt. Die Luftbefeuchtung ist hygienisch
günstiger
als mit Luftwäscher
und Druckluft-Wasserzerstäuber.
Beim Einblasen des Dampfes in die Luft ändert sich die Lufttemperatur
nahezu nicht. Es ist keine aufwändige
Tankanlage mit Niveauregelung und Abschlämmung wie bei Luftwäschern erforderlich.
Bei allen Dampfbefeuchtern ist die Beseitigung der mineralischen
Rückstände wichtig,
die beim Verdampfen entstehen. Dafür werden verschiedene Methoden
angewendet wie die selbsttätige
Entleerung des mit Salzen angereicherten Wassers, das Auswechseln
der Elektroden, der Einsatz einer Wasserenthärtungsanlage bei großer Wasserhärte. Bei
einigen Geräten
wird die Ablösung der
festen Ablagerungen durch Erhitzung mit nachfolgender Abkühlung bewirkt
und deren Entfernung durch eine Spülung vorgenommen. Es sind lange
Befeuchtungsstrecken im Luftkanal sowie gute eine Dampfverteilung
erforderlich, damit vollkommene Dampfaufnahme der Luft erfolgt.
Häufig
sind Maximalbegrenzer erforderlich, um Kondensatbildung zu verhindern.
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Der
Einsatz von Dampfbefeuchtern ist energetisch sehr ungünstig wegen
der hohen Stromkosten zur Verdampfung. Um auf gleiche Luftzustandsänderungen
bei der Befeuchtung zu kommen wie mit Luftwäschern sind durch den Stromverbrauch
deutlich höher
Energiekosten aufzuwenden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Befeuchtung
von Luftströmen anzugeben,
mit der die Nachteile der herkömmlichen Befeuchtungsvorrichtungen
vermieden werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert wesentlich geringere
Investitionskosten als Luftwäscher
und Druckluftwasserzerstäuber
bei etwa gleichen Energieaufwendungen und deutlich geringere Energieaufwendungen
als Dampfbefeuchter bei etwa gleichen Investitionskosten.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß Ansprüche 1 bis
4 nutzt mit z.B. Heißwasser
als Heizmedium durchströmte
und somit beheizte, im Wesentlichen senkrecht ausgerichtete zylinderförmige Verdunstungskörper, an
deren Außenwand
das zu verdunstende Wasser herabrieselt. Als einfache Konstruktionsvariante
bietet sich der Einsatz eines Doppelrohres an, durch dessen Ringspalt
das Heißwasser
strömt.
Das zu verdunstende Wasser wird durch eine oder mehrere Düsen o.ä. direkt
dem Mantelrohr des Verdunstungskörpers
oben zugeführt.
Die Verdunstung vom Rieselfilm in die die Verdunstungskörper im
Wesentlichen quer umströmende
Luft erfolgt durch das Wasserdampf-Partialdruckgefälle zwischen
dem Film und der Luft. Die zu befeuchtende Luft umströmt einen
oder mehrere derartige im Luftströmungsquerschnitt verteilte
Verdunstungskörper, wobei
hohe Verdunstungsraten durch hohe Oberflächentemperaturen und erzwungene
Konvektion des Luftstromes bei hohen Wärmeübergangskoeffizienten erzielt
werden können.
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Ein
erfindungsgemäß über die
Oberfläche der
Verdunstungskörper
sehr langsam bewegbarer, eng anliegender, schlauchförmiger,
dünnwandiger Überzug aus
Gaze, Gewebe, Gestrick o.ä.
dient dabei der großflächigen Benetzung
mit dem zu verdunstenden Wasser und der Aufnahme der mineralischen
Bestandteile des Wassers und somit der stetigen Entfernung dieser
Rückstände von
der Verdunstungskörper-Oberfläche und
aus dem Luftkanal. Der Überzug
wird sehr langsam bzw. in kleinen Schritten von einem Vorratsbereich
oberhalb des Verdunstungskörpers
aus über
die Verdunstungskörper-Oberfläche nach
unten in einen Sammelbereich außerhalb
des Luftkanals transportiert. Dies geschieht z.B. durch Aufwickeln
des Überzuges
auf eine mechanisch bewegbare Rolle o.ä. im Sammelbereich. Im Vorratsbereich
befindet sich der Vorrat des Überzuges
z.B. in einem ringförmigen
zusammengerollten Zustand. Bei dem erfindungsgemäßen Luftbefeuchtungsverfahren
werden keine Wassertropfen von der Luft mitgerissen. Durch Temperaturen
an der Verdunstungskörper-Oberfläche von über 65 °C wird die
Legionellenbildung verhindert und eine hygienische Luftbefeuchtung
erreicht. Es ist gefiltertes Leitungswasser mit üblichem Leitungswasserdruck
einsetzbar. Der eventuelle minimale Verdunstungswasserüberschuss
wird unten sofort über
den Überzug
aus dem zu befeuchtenden Luftstrom abgeführt. Deshalb ist keine aufwändige Wasseraufbereitungsanlage erforderlich.
Es muss lediglich Vorsorge für
die leichte Zugänglichkeit
zum Wechsel des Überzuges
getroffen werden, wenn der Vorratsbereich leer ist, wobei jährliche
oder längere
Wechselfristen vorgesehen sind. Dazu kann der ringförmig aufgewickelte
Vorrat z.B. von unten über
den Verdunstungskörper
in den Vorratsbereich gebracht werden.
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Durch
eine geeignete Verteilung der zylinderförmigen Verdunstungskörper im
Luftströmungsquerschnitt
wird eine gleichmäßige Wasserdampfverteilung
und somit vollkommene Dampfaufnahme in der Luft möglich. Deshalb
sind keine langen Befeuchtungsstrecken wie beim Dampfbefeuchter
erforderlich.
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Es
bestehen kaum Einschränkungen
bezüglich
der Geschwindigkeit der zu befeuchtenden Luft. Mit der Erfindung
wird ein vollkommen neues Verfahren zur Luftbefeuchtung realisiert.
Es zeichnet sich auch durch einen geringen Platzbedarf für die im
Wesentlichen senkrecht stehenden, im Luftkanalquerschnitt verteilten
zylinderförmigen
Verdunstungskörper
aus. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorrangig für
die Luftbefeuchtung in kleineren und mittleren Klimaanlagen mit
zu behandelnden Luftvolumenströmen
bis etwa 5 m3/s anwendbar. Sie ist es leicht integrierbar
in Klimaanlagen, weil als Energiequelle das ohnehin zur Lufterwärmung mit
Wärmetauschern meist
vorhandene Heißwasser
verwendbar ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der 1 erläutert. Es
zeigt 1 eine schematische
Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Luftkanal.
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Der
von der zu befeuchtenden Luft quer angeströmte zylinderförmige Verdunstungskörper besteht
aus einem Mantelrohr 1 und einem Innenrohr 2, die
einen Ringspalt 3 bilden, der noch durch einen Boden 4 und
einen Deckel 5 begrenzt wird. Zur Beheizung des Mantelrohres 1 durchströmt ein Heizmedium
den Ringspalt, welches durch den Eintrittsanschluss 6 eintritt
und den Austrittsanschluss 7 austritt.
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Ein über das
Mantelrohr 1 des Verdunstungskörpers sehr langsam bewegbarer,
eng anliegender, schlauchförmiger
und dünnwandiger Überzug 8 aus
Gaze, Gewebe, Gestrick o.ä.
dient dabei der großflächigen Benetzung
mit dem zu verdunstenden Wasser und der Aufnahme der mineralischen Bestandteile
des Wassers und somit der stetigen Entfernung dieser Rückstände von
der Verdunstungskörper-Oberfläche und
aus dem Luftkanal 9.
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Der Überzug 8 wird
sehr langsam bzw. in kleinen Schritten von einem Vorrat 10 aus über das Mantelrohr 1 des
Verdunstungskörpers
nach unten außerhalb
des Luftkanals 9 transportiert. Dies geschieht durch Aufwickeln
des Überzuges 8 auf
eine mechanisch bewegbare Rolle 11. Der Vorrat 10 des Überzuges 8 befindet
sich in ringförmig
zusammengerolltem Zustand in einer ebenfalls ringförmigen Aufnahme 12.
Das zu verdunstende Wasser wird durch eine oder mehrere Düsen 13 direkt
dem Überzug 8 auf
dem Mantelrohr 1 im Bereich der Mantelrohroberkante zugeführt. Ein
eventueller minimaler Verdunstungswasserüberschuss wird unten über den Überzug 8 aus
dem zu befeuchtenden Luftstrom geleitet, in einer Wanne 14 gesammelt
und von dort abgeführt.