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Vorrichtung zur regelbaren Befeuchtung von Luft mit Wasser Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur regelbaren Befeuchtung von Luft mit Wasser in einem
Gehäuse, welches in dem Luftstrom aufgestellt ist und in dem der Luftstrom mit einer
benetzbaren Fläche in Berührung steht.
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Diese Vorrichtungen dienen hauptsächlich der Befeuchtung von Luft,
aber auch zur Kühlung, Entfeuchtung und verwandte verfahrenstechnische Prozesse
mit Wasser und Luft oder anderen Flüssigkeiten und Gasen. Die wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten
liegen in der Lufttechnik, in der zahlreiche Typen von Verdunstungsgeräten bekannt
sind, wie z.B. der Gaswäscher oder Luftwäscher mit einer Versprühung des Wassers
durch Düsen oder Geräte mit porösen Saugplatten, umlaufenden Scheiben und Prallteller-Zerstäuber
(Recknagel-Sprenger, Taschenbuch für Heizung, Lüftung und Klimatechnik, München
1968).
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Solche Geräte haben den Nachteil, daA u.a. rotierende Scheiben mit
aus Festigkeitsgründen beträchtlichen Dickenabmessungen, Pumpen zur Wasserförderung
sowie Berieselungsschalen, Heberkonstruktionen, Lochwannen, Prallplatten und Düsenstock-Anordnungen
erforderlich sind. Weiterhin werden bei diesen Geräten Wassertropfen gebildet, die
aus dem Luftstrom nicht mehr entfernbar sind und deren Feststoffanteil nach dem
Verdunstcn zu Schadigunyen führt.
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Aufgabe der Erfindung hingegen ist es, ein Gerät zu bilden, bei dem
ein Luftstrom kontinuierlich mit einem Wasserstrom auf einer möglichst großen Austauschfläche
bei hoher relativer Geschwindigkeit in Berührung gebracht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese AuEgabe dadurch gelöst; daß mindestens
ein mäanderförmig über Antriebswellen und Führungsstäbe oder-wellen verlaufendes,
flexibles und endloses Band in dem Gehäuse derart aufgespannt ist, daß die Luft
parallel zu den Oberflächen des Bandes ströme und daß im unteren Teil des Gehäuses
eine mit Wasser gefüllte Wanne angeordnet ist, in die die unteren Ecken des andrs
eingetaucht sind. Dabei sind die Antriebswellen in regelmäßigen Abständen nebeneinander
im oberen Teil des Gehäuses angeordnet und über Kegelräder und eine gemeinsame Antriebsachse
mit einstellbarer Drehzahl angetrieben. Vorteilhafterweise sind zwischen den Antriebswellen
auf einer Ebene, die tiefer liegt als die der Antriebswellen, jeweils eine bestimmte
Anzahl der Führungsstäbe oder-wellen aufgereiht und eine der Anzahl der Antriebswellen
und der Führungsstäbe oder-wellen entsprechende Zahl von weiteren Führungstäben
oder-wellen im unteren Teil des Gehäuses im Bereich der Wanne angeordnet.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der untere
Teil des Gehäuses selbst als Wanne ausgebildet sein und das Band aus einem Gewebe,
einer durchlochten Folie, Vliesstoff oder dergleichen bestehen.
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Gegenüber Düsenwäschern und Pralltellerzerstäubern, hat die Erfindung
die Vorzüge, daß keine mit dem Luftstrom mitgerissenen Wassertröpfchen (Aerosole)
und keine Verminderungen der Relativgeschwindigkeit zwischen Wasseroberfläche und
Luft durch das Mitführen schwebender
Tröpfchen auftreten, daß kein
Wasservordruck vor den Düsen und keine genauere Leistungsregelung notwendig ist,
daß kein Verstopfen von kleinen Öffnungen erfolgt, daß die Möglichkeit der Gegenstromführung
gegeben ist und daß keine Pumpe zur Förderung großer Wassermengen erforderlich ist.
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Gegenüber den Einrichtungen mit rotierenden Scheiben weist die Erfindunu-
die Vorteile auf, daß die dünnen Banddicken von wenigen Zehntelmillimetern gegenüber
dem Luftstrom einen weitaus geringeren Anteil orn Strömungsquerschnitt der Luft
beanspruchen, als die einige Millimeter starken rotierenden Scheiben. Es kann fes;tgestellt
werden, daß gegenüber den rotierenden Scheiben die Bander, die lediglich geringfugig
auf Zug beansprucht sind, eine Ersparnis an Querschnittsmaterial in Höhe von etwa
30 % bei kleineren Leistungen erbringen.
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Bei größeren Leistungen werden rotierende Scheiben wegen der aus Festigkeitsgründen
erfordcrlichen 15aterialdicke und wegen des Auf--wandes für den Antrieb nicht angewendet.
Besonders bei größeren Verdunstungsgeräten mit rotierenden Scheiben wäre auch nachteilig,
daß innerhalb der Luftkonditionierungsanlage der Raum zwischen den rechteckigen
Nachbargeräten und außerhalb der kreisrunden Scheiben praktisch vergeudet ist.
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Die Vorteile der Erfindung gegenüber den Verdunstungsgeräten mit feststehenden
Austauschkörpern sind die, daß eine inkurzen Perioden wiederkehrende gleichmäßige
Benetzung der gesamten Austauschfläche sichergestellt ist. Um eine einigermaßen
gleichmäßige und ununterbrochene Benetzung der Oberflächen bei Verdunstungsgeräten
zu gewährleisten,muß muß das Wasser periodisch durch Heberkonstruktionen gesammelt
werden; es würde sonst nur in einem Rinnsal herabrieseln.
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Ein anderer Ausweg wäre eine vielfache, zehn- bis hundertfache Menge
des verdunstenden Wassers durch Pumpenkraft ständig umzuwälzen, dies würde jedoch
einen zusätzlichen Aufwand an Energie und Anlagenteilen bedingen.
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Gegenüber dieser Bauweise muß auch als vorteilhaft angesehen werden,
daß. die Relativgeschwindigkeit des Wassers gegenüber der Luft und damit die Wirksamkeit
des Vorganges nach der Erfindung erheblich gesteigert werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispieles
mittels der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Fig. 1 stellt die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes und
Fig. 2 dessen Seitenansicht dar.
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Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht aus einem Rahmen, der von den
beiden Seitenwänden 2o sowie den am oberen und unteren Teil 2 und 3 des Gehäuses
1 jeweils vorne und hinten angeordneten Achsleisten 21 und 22 gebildet wird. Der
Rahmen läßt einen durchgehenden rechteckigen Querschnitt frei,durch den die Luft
von vorne nach hinten oder umgekehrt strömen kann. Auf der vorderen Achsleiste 21
sind in bestimmten Abständen kleine Blöcke 7 (siehe Figur 2) angeordnet, in denen
eine Hauptwelle 8.gelagert ist. Diese Hauptwelle 8 trägt in regelmäßigen Abständen
elf Kegelräder 12 aus z.B. Kunststoff.
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Diese Kegelräder 12 treiben senkrecht zur Zeichenebene liegende und
auf den Antriebswellen 9 aufgesetzte weitere Kegelräder 13 gleichmäßig an. Die Achsen
der Antriebswellen 9 sind in Ausnehmungen der Achsleisten 21 gelagert und liegen
auf einer gemeinsamen Ebene, die über der Ebene der Achsen der Fuhrungsstäbe oder
-wellen lo liegt. Diese Führungsstäbe oder -wellen lo sind genau wie die weiteren
Führungsstäbe oder -wellen 17 im unteren Teil 3 des Gehäuses an ihren Enden von
Arretierungsleisten 4 und 5 gehaltert, die ein seitliches Herausrutschen verhindern.
Zwischen jeder Antriebswelle 9 sind z.B. fünf derartige Führungsstäbe oder -wellen
lo im oberen Teil 2 angeordnet, während zwischen den seitlichen Antriebswellen 9
und den Seitenwandungen 20 jeweils zwei Führungsstäbe oder -wellen lo liegen. Die
Zahl der unteren Führungsstäbe oder -wellen 17 entspricht der Anzahl der Antriebswellen
9 und der oberen Führungsstäbe oder -wellen lo. Die Seitenwandungen 20 des Gehäuses
1 sind in drei Ebenen von Abstandshalterstäben 11 gegeneinander gehaltert, die noch
eine weitere Aufgabe -wie noch beschrieben wird zu erfüllen haben.
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Über die Antriebswellen 9 und die nachgeschalteten Führungsstäbe oder
-wellen lo und 17 ist ein Band 14 (nur teilweise eingezeichnet) mäanderförmig aufgespannt.
Es verläuft parallel zu den Seitenwandungen 20 des Gehäuses 1 und seine Oberflächen
16 liegen parallel
zu dem das Gehäuse 1 durchsetzenden Luftstrom.
Die Enden des von dem Band 14 gebildeten Mäanders sind zu einem ewigen Band miteinander
verbunden und seitlich von den äußersten Antriebswellen 9 von leitungsstäben oder
-wellen 6 geführt* die in einer Ebene über der Ebene der Achsen der Antriebswellen
9 liegend mit Plättchen 23 seitlich gehaltert sind, die selbst an den Seitenwandungen
2o bzw. den Achsleisten 21 befestigt sein können. Der Außendurchmesser der Antriebswellen
9 ist großer als der der Führungsstäbe oder -wellen lo, 17, so daß jeweils zwei
Leisten oder eventuell Spannrollen 19, die zwischen den Ebenen der Antriebswellen
9 und der Führungsstäbe oder -wellen lo liegen1 das über die Antriebswelle 9 rollende
Band 14 auf einen dem Außendurchmesser der PhrungsstSbe oder -wellen lo und 17 entsprechenden
Abstand bringen.
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Der untere Teil 3 des Gehäuses 1 ist in eine Bodenwanne 15 gestellt
(der untere Teil 3 des Gehäuses kann auch selbst als Bodenwanne ausgebildet sein),
die mit Wasser bis zu einer bestimmten Hche-aufgefüllt ist. Das Wasser muß allerdings
so hoch stehen, daß zumindest die unteren Ecken des mäanders des Bandes 14 mit den
Bührungsstaben oder -wellen 17 in das Wasser eingetaucht sind.
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In Figur 2 ist eine Seitenansicht des Gehäuses 1 dargestellt und die
Lage der einzelnen Wellen, wie z.B. der Antriebswellen 9, der Führungsstäbe oder
-wellen lo und 17t der Umleitungsstäbe oder -wellen 6 und der Leisten 19 eingezeichnet.
Weiterhin sind die über die Vorderfront des Gehäuses 1 hinausstehenden Blöcke 7
für die Lagerung der Hauptwelle 8 und der Kegelräder 12 sichtbar. Die Arretierung
der Führungsstäbe oder -wellen lo, 17 sowie der Umleitungsstäbe oder -wellen 6 und
der Leisten 19 in Ausnehmungen, z.B. den Ausnehmungen 24, in den Achsleisten 21
und 22 ist ebenfalls verdeutlicht. Auch ist aus Figur 2 die Lage der Abstandshalterstäbe
11 in drei verschiedenen Ebenen und hintereinander zu entnehmen. Diese Abstandshalterstäbe
11 dienen gleichzeitig zur Abstandshalterung einzelner Bänder, z.B. der vier Bänder
14, die von den gleichen Führungs- und Antriebselementen betätigt werden1 gegeneinander.
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Das Verdunstungsgerät 1 ist äußerst kompakt gestaltet. Im Luftstrom
bewegen sich die Bänder 14 mit einem geringstinöglichen Abstand aneinander vorbei.
Sie bieten der Luft einen extrem niedrigen Widerstand, da sie als Austauschkörper
nur auf Zug beansprucht sind und demgemäß sehr dünn ausgeführt sein können. Die
Geschwindigkeit an der Phasengrenze vom Wasser auf den Oberflächen 16 und der Luft
kann gegenüber der Durchtrittsgeschwindigkeit des Luftstromes erheblich gesteigert
werden, da diese wirksame Geschwindigkeit die Resultierende aus Luftgeschwindigkeit
und Bandgeschwindigkeit ist.
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Die benachbarten Bänder laufen mit doppelter Relativgeschwindigkeit
gegeneinander, so daß sich eine hohe und sehr wirksame Bewegung an der Phasengrenzfläche
einstellt. Ein zweiter Effekt ist dadurch gegeben, daß sich bei schnell laufenden
Bändern natürlicherweise eine unablässige Seitenbewegung ergibt, die die Wirksamkeit
steigert.
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Es ist auch der einbau von Erhöhungen im Gewebe oder in der Folie
der in verschiedener an sich bekannter Weise technisch ausgeführt sein kann, möglich.
Solche Erhöhungen steigern die Oberflächengröße und zugleich die Turbulenz an der
Phasengrenze.
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Der Leistungsbedarf für den Antrieb der Antriebswellen 9 ist äußerst
gering. Es genügt ein Zweiphasen-Antråebsmotor (nicht dargestellt) illit beispielsweise
einer Thyristorsteuerung in seiner Drehzahl, die stufenlos verstellt werden kann.
Durch eine Änderung der Bandgeschwindigkeit wird die Verdunstungsleistung beeinflußt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Bewegung
und ständige Beugung der dünnen Bänder 14 ein Ansatz von Härtebildnern und ein Verstopfen
von Poren oder Löchern ausgeschlossen ist. Ein Trocknen der Oberflächen 16 ist damit
ebenfalls nicht wögiidi, Zur Reinigung und zum Ersatz der Austauschflachen 16 müssen
lediglich -ohne jeden Umbau mechanischer Teile- die Bänder 14 entfernt werden
Als
eine Weiterführung der Erfindung kann eine Gegenstromführung der beiden in Austausch
tretenden Medien- Wasser und Luft- erzielt werden. Zu diesem Zweck müssen in der
Bodenwanne 15 für die einzelnen Bänder 14 Überströmabteile vorgesehen werden. Bei
einem Luftkühlungsprozeß beispielsweise kann kaltes Wasser an der Austrittsseite
der Luft in die Bodenwanne 15 zulaufen und sodann von Abteil zu Abteil nach vorne
zur Eintrittsseite der Luft fließen.
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Da die Bänder 14 aus Geweben, durchlochten Folien, Vliesstoffen oder
dergleichen bestehen, die saugfähig sind, kann die Benetzung so eingestellt werden,
daß sich nur ein dünner Wasserfilm auf deren Oberflächen 16 ausbildet.