DE2116391A1 - Entfeuchtersystem für ein Raum-Klimatisierungssystem mit offenem Kreislauf - Google Patents

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG PATENTANWALT

3 HANNOVER · SCH ACKSTR ASSE 1 · TELEFON (0511) 81 40 ββ -KABEL PATENTtON HANNOVER

Gas Developments Corporation 233/173

Entfeuchtersystem für ein Raum-Klimatisierungssystem mit offenem Kreislauf ■

Die'Erfindung betrifft ein Entfeuohtersystem und inbesondere ein Verfahren zur Klimatisierung von Raumluft Bowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Klimaanlage, und zwar insbesondere eine solche Klimaanlage mit

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offenem Kreislauf.

Klimaanlagen oder Klimageräte mit offenem Kreislauf sind bekannt. Eines der. nach diesem System arbeitenden Geräte ist als "Muntere Environmental Control" oder MEC-Gerät bekannt und in den deutschen Patentschriften Nr. 1 173 und 1 195 923 näher beschrieben. Grundsätzlich arbeiten Klimageräte mit offenem Kreislauf nach dem Prinzip der Entfeuchtung und anschließender Kühlung der einströmenden luft, wobei die warme, feuchte Außenluft durch einen dreistufigen Prozeß in eine kalte, relativ trockene Luft umgewandelt wird.

Klimageräte mit offenem Kreislauf enthalten vier wesentliche Abschnitte, nämlich in der Reihenfolge vom zu klimatisierendem Raum aus zur Außenatmosphäre hin die folgenden:

1· Einen adiabatischen Verdampfungsabschnitt, der auch als E-Bett bezeichnet wird,

2. Ein Wärmeaustauschrad, das auch als S-Rad bezeichnet wird, und zur Übertragung der fühlbaren Wärme zwischen dem von außen nach innen einströmenden Luftstrom und dem von innen nach außen wieder abströmenden Luftstrom dient,

3· Einen Heizabschnitt,

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4. Ein weiteres Austauschrad, das auch als L-Rad bezeichnet wird und das zum Austausch der latenten Kondensationswärme bzw. Verdampfungswärme dient, d.h. dem Feuchtigkeitsaustausch.

Die bekannten MEG-Geräte werden mit Brenngas oder elektrisch beheizt, sie ergeben im Sommer eine Kühlung bzw. im Winter eine Erwärmung der Außenluft und während des ganzen Jahres eine Steuerung der Luftfeuchtigkeit. Außerdem entfernen sie wirksam Staub und sonstige Verunreinigungen der einströmenden Außenluft. Zum Kühlungseffekt wird das Prinzip verwendet, daß trockene, warme Luft durch Kontakt mit Wasser gleichzeitig gekühlt und angefeuchtet werden kann. In geografischen Gebieten, in denen die Außenluft sowohl warm als auch feucht ist, muß dabei die Außenluft getrocknet «arden, bevor sie durch Verdampfung gekühlt werden kann. Während der Heizperioden im Herbst, Winter und Frühjahr kann das Gerät durch nur geringe Veränderungen des Betriebszyklus zur Erwärmung und Befeuchtung kalter, trockener Außenluft verwendet werden.

Ein einwandfreies Arbeiten und ein guter Wirkungsgrad eines Klimatisierungssystems mit offenem Kreislauf hängt weitgehend von der Fähigkeit der Einheit ab , die warme , feuchte Eintrittsluft zu trock-nen oder zu entfeuchten. Es wurden zwar bereits verschiedene Mittel zur Luftentfeuchtung in Klimaanlagen mit offenem Kreislauf

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eingesetzt, jedoch ist bisher kein Mittel "bekannt geworden, das die hohe effektive Luftentfeuchtung, die für den wirkungsvollen Betrieb einer Klimaanlage in besonders warmer und feuchter luft erforderlich ist, erreicht hat, während es gleichzeitig eine entsprechende Kinetik und eine schnelle Regeneration aufweist, die zu einem hohen Nutzeffekt führen.

" Ein typisches L-Rad bekannter Bauart ist in der

U.S.-Patentschrift 2 700 537 beschrieben. Das dort gezeigte I-Rad ist ein drehbarer zylindrischer Körper, der aus Asbest-Papier oder einem anderen absorbierenden feuerbeständigen Material besteht,das mit einer flüssigen hygroskopischen Substanz getränkt ist, die zur Aufnahme von Feuchtigkeit aus einem durchtretenden Luftstrom geeignet ist. Die Feuchtigkeit der eintretenden Luft wird durch das hygroskopische Material des L-Rades aufgenommen, während die latente Kondensationswärme von der Luft aufgenommen wird, so daß sieh ein Temperaturanstie-g ergibt. Die eintretende Luft wird somit durch das L-Rad erwärmt

} und entfeuchtet. Die so entstandene erwärmte und verhältnismäßig trockene Luft wird dann durch ein umlaufendes S-Rad geleitet, welches verhältnismäßig kühl ist und eine Abkühlung der durchströmenden Luft ohne Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes bewirkt. An dieser Stelle ist die eintretende Luft befeuchtet, während die latente Verdampfungswärmegleichzeitig entzogen wird und dabei die Luft abkühlt. Diese gekühlte, befeuchtete Luft wird dann in den zu klimatisierenden Raum geleitet. Ihre Trockentemperatur ist dabei niedriger als die Außenluft mit etwa 95 $> relativer Luftfeuchtigkeit.

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AIs Entfeuchtermaterial für I-Räder werden üblicherweise Salze, wie z.B. Lithiumchlorid verwendet, die als Trocknungsmittel in das Rad-Material imprägniert werden. Allerdings ist die Trockungsfähigkeit von LiCl nicht ausreichend für die in feuchten Klimazonen erforderliche Wasser-Adsorptionskapazität. In solchen Fällen wurde auch "bereits versucht, die Kapazität der konventionellen Vorrichtung durch Verwendung von Lithiumbromid zu verbessern. Die Neigung dieses Stoffes , kleine Mengen von Brom abzubauen und an die Luft abzugeben , ist jedoch ein so schwerwiegender Nachteil, daß in der Praxis keine LiBr-imprägnierten Räder eingesetzt werden.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist die Tatsache, daß die bekannten Entfeuchter- Materialien "schwitzen". Bas bedeutet, daß die Salze bei einem hohem Feuchtigkeitsgehalt der eintretenden Luft zu schmelzen beginnen und wässrige Lösungen bilden, die vom Rad herabtropfen. Dadurch wird das Absorptionsmaterial dem Rad entzogen, so daß das Rad damit wirkungslos wird. Die wässrige Lösung hat ferner die Neigung, die Formbeständigkeit des Rades zu zerstören, und verursacht ein Einfallen oder Verstopfen des Strömungsweges. Das "Schwitzen" kann in der Praxis nur dadurch vermieden werden, daß das Rad nur mit einer sehr kleinen Salzmenge und damit nur sehr wenig Entfeuchtermaterial imprägniert wird. Die möglichen Mengen sind dabei z.B. für LiCl auf 11 bis 12 $ und für LiBr auf 25 bis 27 % begrenzt. Dies hat wiederum zur Folge,

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daß die bekannten L-Räder sehr groß gemacht werden müssen, um eine annehmbare Kapazität zu erreichen. Das niedrige Entfeuchter/Träger-Verhältnis , das für LiCl in der Größenordnung von 0,1 liegt, erfordert große Räder mit großen Mengen Asbest als Träger für das Entfeuchtermaterial, was wiederum zu einem erheblichen Leistungsbedarf für die Drehung sowie einem erheblichen Wärmebedarf für die Regeneration führt.

Ein weiterer wesentlicher lachteil der bekannten Entfeuchtermaterialien ist die Tatsache, daß ihre Wirksamkeit im Betrieb temperaturabhängig ist. Bei niedrigeren Temperaturen ist der Gleichgewichts-Dampfdruck für eine gegebene Beladung , angegeben in kg HpO/kg Trägermaterial, niedriger als bei höheren Temperaturen. Das Entfeuchtermaterial weist somit bei einem Temperaturanstieg einen anwachsenden GIe ichgewichts-Wasserdampf druck auf. Da die dem Entfeuchtermaterial zugeleitete Luft nicht mehr Wasser abgeben kann als dieser Dampfdruck zuläßt, wird die Luft weniger gut getrocknet. Man spricht hierbei von einem hohen Temperaturverlust der Anlage.

Dieses Problem wird noch dadurch vergrößert, daß die Entfeuchtermaterialien in der Regenerationshälfte eines Gerätezyklus regeneriert, d.h. durch hohe Temperaturen wieder getrocknet werden. Diese hohen Temperaturen werden nämlich aufgrund der Wärmekapazität des Trägers und des

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Entfeuchtermaterials auf die Kühlhälfte des Zyklus übertragen und führen somit zu einer weiteren Erhöhung der Temperaturverluste,

Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme besteht •darin, daß die zur Regeneration des L-Rades erforderliche Wärmeenergie sehr hoch ist, so daß die bekannten Systeme einen schlechten Nutzeffekt besitzen.

Die bisher verwendeten Entfeuchtermaterialien besitzen überdies eine schlechte "Kinetik". Der Ausdruck Kinetik ist hier so zu verstehen, daß das Rad während einer kontinuierlichen Drehbewegung die Funktionen ausüben muß, auf der Eintrittshälfte eines Zyklus Wasser aus der eintretenden feuchten Luft zu absorbieren und auf der Austrittshälfte eines Zyklus wieder in den trockenen Zustand regeneriert zu werden. Die erfolgt üblicherweise durch Erwärmung der Auslaßluft auf eine sehr hohe Temperatur, die zu einer verhältnismäßig niedrigen Feuchtigkeit führt. Die sehr heiße, verhältnismäßig trockene Luft entzieht beim Durchströmen des L-Rades im Auslaßbereich des Zyklus Wasser aus dsm angefeuchteten Material des L-Rades, Die Tatsache jedoch, daß das Rad kontinuierlich in Bewegung ist, bedeutet, daß nur eine kurze Verweilzeit in der regenerativen Hälfte eines Zyklus zur Verfügung steht, und daß somit das imprägnierte , feuchtigkeits-annehmende Material des L-Rades nicht genügend getrocknet werden kann, um in der zweiten darauffolgenden Eintrittshälfte eines

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Zyklus wirksam zu funktionieren.

Der Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Entfeuchter-Systern zur Lufttrocknung zu schaffen, das insbesondere in Klimatisierungssystem mit offenem Kreislauf einsetzbar ist und deren Arbeitsprozeß verbessert* Mit dem Entfeuchtersystem soll eine gegenüber bekannten Systemen verbesserte Trocknung der Umgebungsluft erzielt werden und es soll ferner das Schwitzen bei hohen Feuchtigkeitsgehalten verhindert werden. Das Klimatisierungsverfahren soll außerdem so verbessert werden, daß geringere Mengen von Gesamtluft verarbeitet werden müssen, um die Beladung zur Luftkonditionierung oder Klimatisierung zu gewährleisten, somit die Vorrichtung zur Bewegung der Luft verkleinern und den für die Luftbewegung erforderlichen Leistungsbedarf herabsetzen zu können, und damit den Raumbedarf für eine Klimaanlage durch Verkleinerung der L- und S-Räder zu verringern. Eine weitere Verbesserung des Nutzeffektes eines Klimatisierungssystems soll außerdem noch durch Herabsetzung der für die Regeneration des L-Rades benötigten Energiebedarfes erzielt werden.

Auch sollen thermische und chemische Stabilität des Entfeuchtersystems und damit die Kinetik und die Energieparameter eines Klimatisierungsverfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren verbessert werden.

Diese Aufgabe wird duroh die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.

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Das erfindungsgemäße Entfeuchtersystem , das insbesondere für Klimatisierungsverfahren und Klimaanlagen mit offenem Kreislauf geeignet ist, enthält dünne Schichten oder Bahnen aus Pasermaterial wie.z.B. ein "Papier" aus Zellulose, Asbest, Glasfaser, Polyester, Teflon, KeI-P oder Nylon, in welches während der Herstellung vorgebbare Mengen fein pulverisierte , feste, natürliche oder synthetische , kristalline Alkali- oder Erdalkali-Alumosilikate , wie z.B. Zeolite oder "Molekularsieb"-Materalien imprägniert sind, die das Hydratationswasser entfernt haben.

imprägniertön Papiere werden anschließend zu Feuchtigkeitsaustausch-Körpern, wie z.B. einem L-Rad geformt, das aus gewelltem Papier derart aufgerollt ist, dass die Wellungen axiale Durchtrittsöffnungen durch das Rad bilden.

Die als besonders geeignet erwähnten Entfeuchtermaterialien sind für einzelne Anwendungsfälle beliebig auswechselbar.

Die Erfindung gewährleistet eine wirksamere Trocknung der Umgebungsluft auf einen niedrigeren Feuchtigkeitspegel als alle bisher bekannten Entfeuohtersysterne. Sowohl

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die Kinetik des erfindungsgemäßen Systems als auch die erzielte Verringerung des Energiebedarfes für die Regeneration des L-Rades sind gegenüber bekannten Lösungen signifikant verbessert, so daß eine vorteilhafte Erhöhung des Nutzeffektes für das System erreicht wird.

Weitere wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen in einer deutlichen Vergrößerung des Entfeuchter/Träger-Verhältnisses, das jetzt eine Größe bis ungefähr 0,9

erreicht sowie in einer etwa vierfachen Verringerung der Größe eines L-Rades im Vergleich zu bisher üblichen L-Rädern, die sich auch günstig auf den Raumbedarf und die Kosten der gesamten Anlage auswirkt.

Ein typisches Fasermaterial ist Zellulosepapier, das insbesondere für einen Betrieb bei ziemlich niedriger Temperatur unterhalb von etwa 121 ⁰C geeignet ist. Andere "Papiere", die bei höheren Temperaturen verwendbar sind, sind beispielsweise Papiere , die unter Verwendung von Pasern aus Asbest, Fiberglas , "Teflon", "KeI-F", Polyamiden wie z.B. Nylon, Polyestern wie z.B. Dacron sowie Mischungen dieser Fasern hergestellt sind. Im allgemeinen kann eigentlich jedes Material verwendet werden, sofern es zunächst in Faserform gebracht werden kann und danach in einen üblichen Papier-Herstellungsverfahren zu einer Matte oder Bahn geformt werden kann, deren. Material dann das Molekularsieb-Adsorptionsmaterial enthält. Zu diesen Materialien gehören nicht nur natürliche Fasern, wie z.B. Zellulose» oder Asbest-Materialien, sondern auch, synthetische Fasern, au denen beispielsweise die obenerwähnten Kunststoffe

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gehören, sowie andere faserbildende Polymer-Materialien mit hohem Molekulargewicht. Die erwähnten Teflon- "bzw. Kel-F-Materialien sind z.B. gattungsmäßig Polytetra- · fluoräthylen und Polychlortrifluoräthylen. Einige Arten der Kel-F-Polymere sind auch Co-Polymere aus Vinyliden-Fluorid mit Chlortrifluorätbylen.

In derart ausgebildete Papiere wurde somit das feste Entfeuchter-Material in einem herkömmlichen Papier-Herstellungsverfahren imprägniert. Solche Papiere werden anschließend in bekannter Weise zu Feuchtigkeits- oder Wärme-Austauschkörpern, wie z.B. L-Rädern, geformt. Allgemein gesprochen ist unter Zeoliten oder Molekularsieben eine Art von Alkali- oder Erdalkali-Alumosilikaten zu verstehen, und es können beliebige synthetische oder natürliche Materialien in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Besonders zweckmäßig sind die handelsüblichen Molekularsieb-Materialien, die z.B. unter den Typenbezeichnungen A-3i A-4, A-5 und 13-X erhältlich sind. Die Entfeuchter-Pulver können während der Papierherstellung leicht in das Papier eingearbeitet werden. Die Papierfasern und das Entfeuchterpulver werden dabei zunächst in Wasser zu einer Pulpe verflüssigt und dann auf ein Sieb aufgebracht, das in einem kontinuierlichen Prozeß bewegt wird. In den folgenden Arbeitsschritten wird der Pulpe das Wasser entzogen und das Papier getrocknet und an-

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schließend in Rollen .oder anderen üblichen Formen gelagert. Hiernach kann das Papier in eine zur Konstruktion eines L-Rades zweckmäßige Form gebracht werden, "beispielsweise in der Weise, daß das Papier so gewellt wird, daß es eine Dicke und eine Periodizität im Bereich von etwa 1,6 bis 12,7 mm besitzt. Als besonders geeignet hat sich eine Dicke von etwa 1,6 mm und eine Periodizität von etwa 3,2 mm erwiesen. Das gewellte Papier wird anschließend in Streifen geschnitten und spiralig um die Achse des L-Rades gewickelt, bis der für das L-Rad gewünschte Durchmesser erreicht ist.

' Bei einer anderen Ausführungsform kann das Entfeuchter-haltige Trägermaterial auch wabenförmig ausgebildet oder in eine Form entwickelt werden. Unter dem Ausdruck "entwickelt" ist hier die Ausbildung regelmäßiger oder unregelmäßiger Wabenformen zu verstehen, die sich beim streifenweisen Zusammenkleben der Schichten des Entfeuchter-haltigen Papiers ergeben, und welchen in verschiedenen Bereichen aufeinanderfolgende Schichten eine laterale Öffnung oder eine Erweiterung des Laminates folgt, so daß zwischen benachbarten Schichten die wabenförmigen Öffnungen entstehen. Eine derartige Ausbildung erlaubt eine Verringerung des Druckabfalls in einem System sowie eine vereinfachte Herstellung und eine damit verbundene Kostensenkung.

Es folgt nunmehr noch eine ausführliche Beschreibung, um das Wesen der Erfindung noch weiter zu verdeutlichen.

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Ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem enthält im wesentlichen 4 Abschnitte, und zwar: einen Verdampfungsabschnitt, der sogenannte E-Betten enthält, ein Wärmeaustauschrad, das sogenannte S-Rad, zur Übertragung der fühlbaren Wärme zwischen dem von außen nach innen einströmenden Luftstrom und dem von innen nach außen wieder abströmenden luftstrom, ein Feuchtigkeits-Austauschrad, das sogenannte L-Rad, zum Austausch der latenten Kondensationswärme und einen Heizabschnitt zwischen S- und L-Rad auf der Auslaßseite des Systems.

Ein derartiges System wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, dass ein verbessertes L-Rad vorgesehen wird, dessen Verwendung sich günstig auf die Arbeitsweise des gesamten Systemes auswirkt. Die Verdampfer-Bstten , -Rippen oder andere geeignete Austauschmedien, mit denen die durohgeleitete Luft in Kontakt gebracht wird, werden im Verdampfer-Abschnitt mit Wasser angereichert. Das S-Rad ist ein wasserundurchlässiger,rotierender zylindrischer Körper für den Austausch fühlbarer Wärme mit dem durchtretenden Luftstrom. Im Heizabschnitt wird z.B. ein Gasbrenner eingesetzt, der den durchtretenden Luftstrom auf eine sehr hohe Temperatur aufheizt, die üblicherweise in der Größenordnung von 163 ⁰O liegt , die jedoch bei dem erfindungsgemäßen System bis zu 260 ⁰C betragen kann. Bei Normalbetrieb eines Klimatisierungssystemes mit offenem Kreislauf wird Außenluft über ein Gebläse in

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-H-

ein Segment oder einen Bereich, des rotierenden L-Rades geleitet. In der einströmenden Luft enthaltene Feuchtigkeit wird von dem im Trägermaterial des L-Rades imprägnierten Entfeuchter-Material aufgenommen, während die latente Kondensationswärme von der Luft aufgenommen wird, was eine Temperaturerhöhung des Luftstromes zur Folge hat. Die eintretende Luft wird daher im L-Rad angewärmt und entfeuchtet. Die vom L-Rad abströmende erwärmte und relativ trockene Luft wird dann in der Eintrittshälfte eines Zyklus in einen Segment-Bereich des verhältnismäßig kühlen, wasserundurchlässigen S-Rades geleitet. Die Luft wird dabei ohne Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes abgekühlt. Vom S-Rad wird die verhältnismäßig kühle und trockene Luft über die Entdampfer -Betten des Entdampferabschnittes geleitet. Dabei wird das Wasser verdampft und die Luft dadurch angefeuchtet. Gleichzeitig wird dabei die zur Verdampfung des Wassers erforderliche latente Verdampfungswärme der Luft entzogen, so daß die Luft zusätzlich gekühlt wird. Dieser gekühlte Luftstrom wird dann in den zu klimatisierenden Raum, dessen Luft zu konditionieren ist, geleitet. Die von der Außenseite in den Raum eintretende Luft besitzt somit eine niedrigere Trockentemperatur als die Außenluft mit etwa 95 % relativer Luftfeuchtigkeit.

In der Regenerationshälfte des hier beschriebenen Systems wird zunäohst Raumluft über die Ausgangsseite

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des Verdampfungs-Absclin.ittes geführt. Beim Durchströmen der dort vorgesehenen Verdampfungsbetten wird die Luft gekühlt und es wird gleichzeitig Wasser aus der Luft verdampft. Die entstehende kühle, verhältnismäßig feuchte Luft gelangt dann über einen Segmentbereich des S-Rades , welches in die richtige Stellung gedreht wurde und welches dabei gekühlt wird. Die gesamte oder ein Teil der feuchten, erwärmten Luft wird vom S-Rad durch den Heizabschnitt geleitet, wo ihre Temperatur stark ansteigt und ihre relative Feuchtigkeit abnimmt. Die erwärmte Luft wird dann vom Heizabschnitt über den Anfeucht-Teil des in die richtige Stellung gedrehten L-Rades geleitet. Wegen der verhältnismäßig niedrigen Feuchtigkeit der abgelassenen Luft wird das L-Rad durch die heißen Gase getrocknet und Wasser aus dem Adsorptionsmaterial entzogen, wodurch das Rad regeneriert wird für einen erneuten Arbeitsvorgang in der Eingangshälfte des nächsten Zyklus. Die heißen Gase werden nach dem Durchströmen des L-Rades in die Außenluft ausgeschieden und der Zyklus somit geschlossen.

Typische Klimabedingungen, in welchen ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem mit offenem Kreislauf arbeiten kann, sind beispielsweise 33,3 ⁰O mit einer Feuchttemperatur von 26,7 ⁰C. Solche Klimabedingungen herrschen beispielsweise in Miami, Florida. Mit dem erfindungsgemäßen System lassen sich dabei Raumbedingungen von 24,4 ⁰C mit nur 50 # relativer Luftfeuchtigkeit erreichen. Es hat sich herausgestellt, daß die Wirkung des erfindungs-

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gemäßen Systems im Vergleich zu einem System, "bei dem eine Lithiumchlorid-Asbest-Verbindung verwendet wurde, um etwa 10 bis 15 % verbessert werden konnte.

Die erfindungsgemäß verwendeten Entfeuchter-Materialien können natürliche kristalline Zeolite, wie z.B. Stilbit, oder synthetisch hergestellte , als Molekularsiebe bekannte kristalline Alumo-Silikate enthalten, die durch Entziehung ihres Hydratationswassers für eine Adsorption aktiviert werden. Molekularsiebe gehören zur Klasse der als Zeolite bekannten Verbindungen, jedoch schließt dieser Ausdruck auch amorphe , gelbildende Alumo-Silikate ein, die ebenfalls als Zeolite bezeichnet werden und als Wasserenthärter verwendet werden. Ferner gehören hierzu auch die erfindungegemäß verwendeten kristallinen Zeolite. Der amorphe Typ zeigt keine auf der Molekular größe beruhende Selektivität. . '

Die Elementarzelle der erfindungsgemäßen kristallinen Zeolite haben die Formel

Al₂O₃ · XSiO₂ · VH₂O

wobei M ein Kation der Wertigkeit η ist. Die Fundamentalgruppe in Jeder Elementarzelle , d.h. die kleinste sich wiederholende Einheit in dem kristallinen Material , ist ein Tetraeder aus vier Sauerstoffanionen, die ein positives Si-oder Al-Ion umgeben, wobei das Metall-Kation das

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Defizit an positiver Ladung in jedem Al-Tetraeder ausgleicht. Unter den mehr als 40 im Handel erhältlichen Zeoliten sind die Typen 3-A, 4-A, 5-A, 10-X und 13-X besonders geeignet.

Der 4-A-Tpy hat die !Formel

)₁₂ (SiO₂)₁₂] · 27 H₂O

in der sich zwei Al- und zwei Si-Tetraeder zu einer starren, kompakten G-ruppe verbinden. Diese verbindet sich mit anderen identischen Gruppen zu einer kubisohen Zelle, die in jeder Seite eine ringförmige Öffnung aufweist, deren Durchmesser 4 A beträgt, wovon auch die Bezeichnung 4-A kommt. Der zentrale Adsorptions-Hohlraum des Würfels hat ein Volumen von etwa 925 A ♦ in welchem sich Hydratationswasser befindet, das durch Erwärmung ausgetrieben werden kann. Das Eindringen und Austreten des Wassers erfolgt dabei durch die Öffnung. Etwa 10° Elementarzellen schließen einen kubischen Kristall in Pulverform ein, dessen Kantenlänge etwa 1 /u beträgt, dessen Größe jedooh auch 2 /U betragen kann und der mit anderen agglomerieren kann zu einem Partikel einer Größe von etwa 10 /u. Einige Kristalle vom Typ eines DurchdringungsZwillings erreichen sogar Größen von 30 bis 40 /u.

Von den 12 Na-Kationen des Typs 4-A, befinden sich " sechs an den Porenöffnungen und blockieren diese teilweise,

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während sich der Rest im Inneren des Würfels "befindet. Einige oder alle dieser Na-Kationen können gegen andere Metall-Kationen ausgetauscht werden, beispielsweise durch Kalium, was zu einer Öffnung von 3 A führt, wovon die Bezeichnung 3-A für diesen Typ kommt.

Der Typ 5-A entsteht durch Austauschen der 12 Ha- W Kationen gegen ein Äquivalent von sechs Kalzium-Kationen, die sich an der Innenseite jeder Zelle befinden und die Öffnungen, deren Größe 4»2 A beträgt, freilassen.

Der Typ 13-X besitzt eine Elementarzelle der Formel ₆ [(AlO₂)Q₆ (SiO₂J₁₀₆] - 276 H₂O ,

während der Typ 10-X einen effektiven Ringdurchmesser von etwa 8 A aufweist. Alle diesen Typen besitzen ein Schüttgewicht von etwa 0,48 g/cnr für eine Pulverkorngröße im Bereich von 1 bis 10 /U.

Ein Molekularsieb vom Typ A besitzt außer einem zentralen Hohlraum, der als A-Käfig bezeichnet wird, einen zweiten Satz von Hohlräumen oder B-Käfigen, welche durch die Oktaeder-stumpfförmigen Elementarzellen gebildet werden, die sich in der kubischen Ordnung ergeben und die, auch wenn sie kleiner sind, im Hydratations-Dehydratations-Zyklus gemäß der Erfindung Wasser aufnehmen können.

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Versuchsweise wurde z.B. ein Asbestfaserpapier durch Herstellung einer Pulpe aus Asbestfasern und einem Molekularsieb des Typs 4-A hergestellt. Dieses Molekularsieb ist ein feinpulverisiertes Natrium-Alumo-Silikat mit einer Elementarkristall-Zelle mit der empirischen Formel

₂ (AlO₂J₁₂ (SiO₂J₁₂ · 27 H₂O (hydratisierte Porm)

und einer Größe von 1 bis 10 /U. Pur Testzwecke wurde eine Schicht von 25 Gewichtsprozenten des in und auf die Asbestfasern imprägnierten Molekularsiebes hergestellt. Unter Versuchsbedingungen, bei einer durchschnittlichen Temperatur von 90 ⁰C und einer Regeneration bei der gleichen Temperatur und bei einem Luftfeuchtigkeits-Gehalt von 0,019 kg H₂O/kg Luft, kann 1 kg des θrfindungsgemäßen Entfeuchter-haltigen Asbest-Systems 0,083 kg H₂O aufnehmen und somit einen Trocknungsgrad von 0,0012 kg HgO/kg Luft gewährleisten.

Zum Vergleich wurde ein übliches Asbest-Papier auf die gleiche Art, jedoch ohne Molekularsieb-Material hergestellt. Danach wurde der Asbest mit 12 Gewichtsprozenten Lithiumchlorid-Adsorptionsmaterial imprägniert. Dies ist etwa die maximal zulässige Menge Lithiumchlorid, die imprägniert werden kann, ohne ein Schwitzen des Materials befürchten zu müssen. Unter den gleichen Versuchsbedingungen,

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wie oben erwähnt, also bei 90 ⁰C, konnte jedes kg des LiCl-Asbest-Systems nur 0,018 kg Wasser aus der umgebenden Luft entziehen, deren Feuchtigkeitsgehalt 0,019 kg HgO/kg Luft betrug. Der erreichbare Trocknungsgrad war also hier mit 0,003 kg H₂0/kg Luft weniger gut

Dieser Vergleich zeigt, daß mit der Erfindung ein über vierfaches Ansteigen (0,083/0,018) der Trocknungskapazität erreicht werden kann, wobei das Verhältnis Entfeuchtermaterial/Trägermaterial nur etwa doppelt so groß war. Eine signifikante Verbesserung ergibt sich also zusätzlich durch ein hohes Entfeuokter-Träger-Materialverhältnis, das erfindungsgemäß etwa 0,9 erreichen kann, während es bei LiOl auf 0,1 begrenzt ist.

Der Dampfdruck von zwei verschiedenen L-Rad-Materialien wurde bei 90⁰C untersucht. Eines dieser Materialien war ein gemäß der Erfindung mit 45 ί> Molekulare ie b-Mate rial imprägnierter Asbest, während der Vergleichsasbest mit 11 # Lithiumehlorid imprägniert wurde. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in Tabelle 1 dargestellt.

Die im folgenden dargestellte Tabelle 1 zeigt, daß das erfindungsgemäße Molekulareieb-tialtige Papier im Vergleich zu einem LiCl-haltigen Papier für einen vorgegebenen Dampfdruck mehr Wasser pro kg des Ge samt sy st eines aufnehmen kann, weil die Beladungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Materials größer ist. Dies bedeutet anders ausgedrückt, daß

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"bei einem gegebenen Wert für die Beladung der Gleichgewichtsdampf druck über dem erfindungsgemäßen Molekularsieb-Material geringer ist als bei LiOl, wodurch. sich eine bessere Trocknung ergibt.

Tabelle 1

Dampfdurck-Beladungs-Daten eines L-Rades mit Asbest und verschiedenen Entfeuchter-Materialien

LiOl in Asbest bei 900C.	G-Ie ichgewichts-	Krystalliner Zeolit in Asbest	Gleichgewichtsdampf
	dampfdruck m m Hg	bei 9Q0C	druck mm Hg
kg H2O/	56	leg H2O/	5
kg System	118	kg System	15
0.005	175	0.005	31
0.01	234	0.01	57
0.015	282	0.015	88
0.02	350	0.02	125
0.025	0.025
0.03	0.03

Außerdem ist die Menge des Molekularsieb-Materials, . das erfindungsgemäß in das Pasermaterial eingebettet werden kann,wesentlich größer als die bei früheren Lösungen mög- .

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liehe Menge von lithiumchlorid oder Lithiumbromid. Während nämlich für Lithiumchlorid die maximale Konzentration auf etwa 11 bis 12 $ beschränkt ist, die für ein Lithiumbromid-Material auf etwa 27 Gewichtsprozente erhöht werden kann, können erfindungsgemäße Molekularsiebe in einer Menge von 1 bis 90 ia in das Fasermaterial eingebracht werden, wobei sieh eine Menge von 25 bis 45 % als besonders zweckmäßig | erwiesen hat.

Ein typisches L-Rad kann erfindungsgemäß aus gewelltem Glasfaser-Papier hergestellt werden, in welches Molekulareieb-Material in einer Menge von 25 bis 45 $ eingebraoht wird. Als besonders günstig hat sich erwiesen, als Molekularsieb ein Material der Typen 3-A, 4-A, 5-A, oder 13-X zu verwenden und die Wellungen so auszubilden, daß ihre Dicke etwa 3,2 mm und ihre Periodizität etwa 4,8 nsa beträgt, während das Rad einen Gesamtdurchmesser von etwa 30 cm besitzt. Das Rad dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 3 oder 4 Minuten pro Umdrehung bei einer Luftdurchtrittsgeschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 60 m pro Minute " und bei einer Temperatur von etwa 163°C bis 26O⁰C auf der Innenseite des L-Rades, d.h. auf der dem Heizabschnitt benachbarten Seite. Die Tiefe oder Dicke des Radeshängt in gewissem Maße von dem klimatischen Gebiet ab und sollte beispielsweise für einen Einsatz im Mittelwesten etwa 15 cm betragen. 3?ür feuchtere Klimabedingungen kann die Dicke des Rades vergrößert werden, während für weniger feuchte Klimabedingungen eine geringere Dicke gewählt werden kann. Ein

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L-Rad, da§ unter Verwendung der praktisch mögliohtn Maximal« menge von 11 Gewichtsprozenten LiCl aufgetaut wurde, würde für eine entsprechende Kapazität unter gleichen Bedingungen etwa den doppelten Durchmesser aufweisen.

Die Gesamtwirkung des L-R_ades hängt also von den klimatischen Bedingungen des Einsatzgebietes ab. Die Arbeitsleistung der bekannten Systeme ist dabei so, daß sie an d_er Eintrittsseite des L-Rades getrocknete Luft mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0,03 kg Wasser pro kg durchtretende Luft liefern. Um diesen Feuchtigkeitsgrad zu erreichen, benötigt ein Lithiumchlorid-Asbest-Rad unter Bezugsbedingungen 0,99 Luft, es benötigt βinen,relativen Energiewert von 1,03 und es behandelt eine getrocknete Luftmenge von 0,75. Im Gegensatz hierzu können erfindungsgemäße Molekularsiebe bei einer Regenerationstemperatur von 260⁰O getrocknete Luft mit einer Feuchtigkeit von 0,0012 kg Wasser pro kg Luft an der Eingangsseite abgeben, wobei der erforderliche Luft pegel nur etwa 0,79 beträgt unä der relative Energiewert auf etwa 0,92 herabgesetzt ist, wobei eine getrocknete Luftmenge von 0,64 behandelt wird. Daraus läßt sich ersehen, daß die Lufttrocknung wesentlich, und zwar beim beschriebenen Beispiel um etwa das 2 1/2fache,verbessert werden konnte. Gleichzeitig wird weniger Luft benötigt, wodurch die Energiekosten um über 10 % gesenkt werden können. Die verbesserte Trocknungsfähigkeifc des erfindungsgemäßen Systems führt zu einem größeren Gewinn in sofern, daß jetzt kleinere Maschinen konstruiert werden können.

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Es wurde zusätzlich gefunden, daß bei

Verwendung eines- erfindungsgemäßen Molekularsiebeθ die Regeneration bei wesentlichen höheren Temperaturen durchgeführt werden kann. Während bei niedrigen Regenerationstemperaturen, unterhalb etwa 120⁰C, ein Kraftpapier-Trägermaterial verwendet werden kann, i_st bei höheren Temperaturen die Verwendung von Asbest-und Glasfaser-Material oder von
hoch-temperaturbeständigen polymeren Materialien, wie zum
Beispiel Teflon oder KeI-I¹, vorzuziehen. Die höhere Regenerationstemperatur ermöglicht eine Verkürzung der Regenerations zeit und damit eine Verringerung der erforderlichen Gesamtenergie. Zusätzlich erlauben diese Materialien eine Regeneration bei Temperaturen in der Größenordnung von 260⁰C, was wiederum dazu führt, daß eine nahezu vollständige Reaktivation der Molekularsiebe erreichbar ist, die wiederum zu einer Verbesserung der Trocknungs- oder Entfeuchtungsfähigkeit
führt.

- Patentansprüche -

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   ^ 1,. Verfahren zur Klimatisierung und Konditionierung von Raum- ^luft, enthaltend die Verfahrensschritte

   a) Außenluft wird durch einen ersten Bereich eines sich drehenden, als leuchtigkeitsaustauscher fungierenden, sogenannten L-Rades geleitet, wobei dieser Bereich den einströmenden luftstrom anwärmt und ihm zugleich Feuchtigkeit entzieht,

   b) Die vom L-Rad abströmende, relativ, warme und trookene Luft wird durch den ersten Bereich eines sich drehenden, als Wärmeaustauscher fungierenden, sogenannten S-Rades geleitet, wobei dieser Bereich den Luftstrom auf eine zur Verwendung in dem zu klimatisierenden Raum angepaßte Temperatur kühlt,

   c) Aus dem zu klimatisierenden Räum wird ein Primärstrom an Auslaßluft durch ein Verdampfungsbett hindurch abgezogen,

   d) Der Strom an Auslaßluft wird dann durch einen zweiten Bereich des S-Rades geleitet, wodurch das S-Rad gekühlt wird,

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   e) Zumindest ein Teil der von S-Rad abströmenden Luft wird durch einen Heizungsabschnitt geleitet und stark aufgeheizt,

   f) Der aufgeheizte luftstrom wird durch einen zweiten Bereich des L-Rades geleitet, um dieses aufzuheizen und zu trockenen, und dann nach außen abgegeben,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Außenluft und die aufgeheizte Auslaßluft, die in den Verfahrenssehritten a)und f) durch jeweils einen Bereich des L-Rades geleitet wird, mit einem im L-Rad enthaltenen Entfsuchtermaterial in Kontakt gebracht wird, welches im wesentlichen aus einem fein pulverisiertem kristallinem Zeolit-Material besteht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß das L-Rad ein mit kristallinem Zeolit-Material imprägniertes Papier enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß das kristalline Zeolit-Entfeuchtermaterial bei der Papierherstellung in das Papier imprägniert wird, und zwar in einer Menge im Bereich von 1 bis 90 $ bezogen auf das Gewicht des fertigen Papiermaterials in trockenem Zustand.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Papiermaterial Fasarn enthält, die aus der Gruppe der Zellulosefasern, Asbestfasern, Glasfasern, synthetischen

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   Kunststoff-Pasern sowie Mischungen dieser Fasern gewählt sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,■ daß die synthetischen Kunststoff-Pasern aus der Gruppe der iiylonfasern, Polyesterfasern, Polytetrafluoräthylenfasern, Poly- Chlortrifluoräthylenfasern, Copolymeren aus Tetrafluoräthylen oder Chortrifluoräthylen mit Vinyliden-Pluorid sowie Mischungen dieser Pasern gewählt sind.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das L-Rad-Material Glasfasern enthält, die zwischen 25 und 45 % kristallines Zeolit-Material enthalten.
7. 7. Klimagerät mit einem drehbaren Wärmeaustauschrad, einem drehbaren Peuchtigkeitsaustauschrad und mit zwischen diesen Austauschrädern angeordneten Heizmitteln sowie Mitteln zur Luft-Rezirkulation durch das Rad über einen Einlaßstrompfad und einen Auslaßstrompfad, dadurch .gekennzeichnet, daß das Peuchtigkeitsaustauschrad ein Öffnungen aufweisendes Trägermaterial enthält, das ein feinpulverisiertes kristallines Zeolit-Entfeuchtermaterial in einer Menge von 1 bis 90 $ des Gewichtes im Trockenzustand enthält und daß das Trägermaterial aus der Gruppe der Zellulosefasern, Glasfasern, Asbestfasern, synthetischen Kunststoff-Pasern oder Mischungen dieser Pasern ausgewählt ist.
8. 8. Klimagerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Kunststoff-Pasern aus Polyamiden,

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   Polyestern,Poly-Tetrafluoräthylen, Polychlortrifluoräthylen, sowie aus Co-Polymeren aus Vinylidenfluorid mit Tetrafluoräthylen und Chlortrifluoräthyleii oder Mischungen hieraus ge-• wählt sind.
9. 9. Klimagerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

   das Feuchtigkeitsaustauschrad Glasfaser-Papier enthält, welches ψ so geformt ist, daß es eine axiale Öffnung aufweist, und daß es bezogen auf das Trockengewicht 25 "bis 40 fo des kristallinen Zeolit-Materiales enthält.
10. 10. Entfeuchtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie gin Trägermaterial enthält, dag zu einem Rad mit axial verlaufenden, parallelen Durchtrittsöffnungen geformt ist, daß das T_rägermaterial aus der Gruppe der Zellulosefasern, Glasfasern, Asbestfasern, synthetischen Kunststoff-Fasern, oder Mischungen solcher Pasern gewählt ist, und daß das Trägermaterial ein feinpulverisiertes kristallines Zeolit-Entfeuchtermaterial enthält, und zwar in einer Menge von 1 bis 90 $ "bezogen auf das Trockengewicht.
11. 11. Entfeuchtungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Entfeuchter/Träger- Verhältnisses von etwa 0,1 bis etwa 0,9 wählbar oder einstellbar ist.
12. 12. Entfeuchtersystem für eine Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß es dünne Bahnen oder Schichten eines faserigen Materials enthält, daß in dieses Material eine im Bereich von

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    ^! 1 bis 90 $> vorgebbare Menge festen Entfeuchtermaterials imprägniert ist, welches feste, kristalline Alkali-oder Erdalkali-Alumo-Silikate enthält.

    ;
13. 13. Entfeuohtersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich- ; net, daß das imprägnierte faserförmige Material papierartig

    ausgebildet und zu einem Feuchtigkeitsaustauschkörper geformt • ist.

    [
14. 14. Entfeuchtersystem nach Anspruoh 13, dadurch gekennzeichnet« \ daß der Feuchtigkeitsaustausohkörper ein Rad ist, das aus gewelltem Fasermaterial derart aufgerollt ist, daß das Rad aufgrund der Wellungen axiale Durchtrittsöffnungen aufweist,

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