DE9316950U1 - Device for the continuous dehumidification of moist air - Google Patents
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Description
Vorrichtung zum kontinuierlichen Entfeuchten von feuchter LuftDevice for continuous dehumidification of moist air
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Entfeuchten von feuchter Luft nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The subject matter of the invention is a device for the continuous dehumidification of moist air according to the preamble of claim 1.
Insbesondere für industrielle Einsatzzwecke wird vielfach entfeuchtete Luft mit sehr geringen Feuchteanteilen benötigt. Dann kommen Luftentfeuchtungsvorrichtungen zum Einsatz. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art arbeitet nach dem Munters Luftentfeuchtungsprinzip. Die Luftentfeuchter haben ein festes Sorptionsmittel, das BestandteilDehumidified air with very low moisture content is often required, particularly for industrial applications. This is where air dehumidification devices come into play. A device of the type mentioned above works according to the Munters air dehumidification principle. The air dehumidifiers have a solid sorbent that is a component
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eines Trägermaterials mit sehr großer Austauschfläche ist. Das Trägermaterial ist an einem Sorptionsrotor angeordnet, der in der Vorrichtung langsam drehbar ist. Der Sorptionsrotor wird von zu entfeuchtender Luft laminar, d.h. mit geringsten Reibungsverlusten durchströmt, wozu er eine axial verlaufende Wabenstruktur besitzen kann. Der niedrige Wasserdampfpartialdruck über dem Sorptionsmittel bewirkt einen effektiven Feuchteaustausch zwischen dem Sorptionsrotor und der durchströmenden Luft. Die vom Sorptionsrotor aufgenommene Luftfeuchtigkeit wird durch einen im Gegenstrom geführten Luftstrom wieder ausgetrieben und in die Atmosphäre abgeführt bzw. auskondensiert. Der Sorptionsrotor kann nach der Regeneration erneut Feuchtigkeit aufnehmen.of a carrier material with a very large exchange surface. The carrier material is arranged on a sorption rotor that can be rotated slowly in the device. The air to be dehumidified flows through the sorption rotor in a laminar manner, i.e. with minimal friction losses, for which purpose it can have an axially running honeycomb structure. The low water vapor partial pressure above the sorption agent causes an effective exchange of moisture between the sorption rotor and the air flowing through it. The air humidity absorbed by the sorption rotor is expelled again by a countercurrent air flow and discharged into the atmosphere or condensed out. The sorption rotor can absorb moisture again after regeneration.
Die beiden Vorgänge "Sorption" und "Regeneration" erfolgen mit getrennten Luftströmen ständig nebeneinander, d.h. die Entfeuchtung erfolgt kontinuierlich. Ein Verbrauch des Sorptionsmittels findet dabei nicht statt. Durch die Gegenstromführung der beiden Luftströme wird ein Selbstreinigungs-Effekt bewirkt, der die Stirnflächen des Sorptionsrotors vor grober Verschmutzung aus der Prozeßluft schützt.The two processes "sorption" and "regeneration" take place side by side with separate air flows, i.e. dehumidification takes place continuously. The sorption agent is not consumed in the process. The countercurrent flow of the two air flows creates a self-cleaning effect that protects the front surfaces of the sorption rotor from coarse contamination from the process air.
Zur Erzielung sehr geringer Luftfeuchten, insbesondere vonTo achieve very low humidity, especially
nur Bruchteilen eines Gramms Wasserdampf pro Kilogramm trockene Luft, können mehrere Trockenräder in Stufen hintereinander angeordnet sein. Die zu entfeuchtende Luft durchströmt dabei typischerweise zwei Sorptionssektoren zweier verschiedener Sorptionsräder in jeweils einem Gerät. Vor jedem Sorptionsrad kann zur Steigerung der Trocknungswirkung eine Kühleinrichtung angeordnet sein. Ein Teil der entfeuchteten Luft wird als Regenerationsluft verwendet und im Gegenstrom zu der zu entfeuchtenden Luft durch die beiden hintereinander geschalteten Regenerationssektoren der beiden Sorptionsrotoren geführt. Eine derartige Entfeuchtungseinrichtung kann zwar in der ersten Stufe typischerweise eine Luftfeuchte von 1,5 g Wasserdampf pro Kilogramm trockener Luft und in einer zweiten Stufe von 0,029 g Wasserdampf pro Kilogramm trockener Luft erreichen. Es wäre jedoch wünschenswert, den apparativen und energetischen Aufwand für das Erreichen der Trockenluft dieser Qualität zu senken.only fractions of a gram of water vapor per kilogram of dry air, several drying wheels can be arranged in stages one behind the other. The air to be dehumidified typically flows through two sorption sectors of two different sorption wheels in one device each. A cooling device can be arranged in front of each sorption wheel to increase the drying effect. Part of the dehumidified air is used as regeneration air and is passed through the two regeneration sectors of the two sorption rotors connected in series in countercurrent to the air to be dehumidified. Such a dehumidification device can typically achieve an air humidity of 1.5 g of water vapor per kilogram of dry air in the first stage and 0.029 g of water vapor per kilogram of dry air in a second stage. However, it would be desirable to reduce the equipment and energy required to achieve dry air of this quality.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierliche Trocknungsvorrichtung für trockene Luft zu schaffen, die unter verringertem apparativen Aufwand und möglichst unter Senkung des Energieaufwandes die geforderte Qualität der Trockenluft erreicht.Based on this, the invention is based on the object of creating a continuous drying device for dry air, which achieves the required quality of dry air with reduced equipment expenditure and, if possible, with a reduction in energy consumption.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten. The solution to the problem is specified in claim 1. Advantageous embodiments are contained in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, in einem einzigen Sorptionsrad und somit in nur einem Gerät mehrere Sorptionssektoren und/oder Regenerationssektoren vorzusehen. Durch diese Maßnahme wird die Mehrstufigkeit der Trocknung bzw. Regeneration und die geforderte Qualität der Trockenluft in nur einem Sorptionsrad erreicht. Zusätzliche Sorptionsräder mit den erforderlichen Hilfseinrichtungen können entfallen, wodurch der apparative und energetische Aufwand für das Erreichen einer geforderten Trockenluftgualität erheblich herabgesetzt wird. Die Trocknungsvorrichtung kann beispielsweise zwei Sorptionssektoren und/ oder zwei Regenerationssektoren aufweisen. Dabei sind die Sorptionssektoren typischerweise etwa zwei- bis dreimal so groß wie die Regenerationssektoren gewählt.According to the invention, it is now intended to provide several sorption sectors and/or regeneration sectors in a single sorption wheel and thus in just one device. This measure achieves the multi-stage drying or regeneration and the required quality of the dry air in just one sorption wheel. Additional sorption wheels with the necessary auxiliary devices can be omitted, which significantly reduces the equipment and energy expenditure for achieving the required dry air quality. The drying device can, for example, have two sorption sectors and/or two regeneration sectors. The sorption sectors are typically chosen to be about two to three times as large as the regeneration sectors.
Für eine hohe Entfeuchtungsleistung kann die zu entfeuchtende Luft von mindestens einem Lufteinlaß des Sorptionsrades durch eine Kühleinrichtung geführt und/oder die Regenerationsluft vor mindestens einem Regenerationslufteinlaß des Sorptionsrades durch eine Heizeinrichtung geführt sein. Bevorzugt ist ein Luftgebläse für die zu entfeuch-For a high dehumidification performance, the air to be dehumidified can be led from at least one air inlet of the sorption wheel through a cooling device and/or the regeneration air can be led through a heating device in front of at least one regeneration air inlet of the sorption wheel. An air blower for the air to be dehumidified is preferred.
tende Luft vor dem in Durchtrittsrichtung ersten Lufteinlaß und/oder ein Luftgebläse für Regenerationsluft hinter dem in Durchströmrichtung letzten Regenerationsluftauslaß angeordnet. Der hinter einem Luftgebläse erhöhte Luftdruck begünstigt nämlich die Sorptionsvorgänge und die Regenerationsvorgänge werden durch den geminderten Luftdruck vor einem Luftgebläse gefördert.An air supply for regeneration air is arranged in front of the first air inlet in the direction of flow and/or an air blower for regeneration air is arranged behind the last regeneration air outlet in the direction of flow. The increased air pressure behind an air blower promotes the sorption processes and the regeneration processes are promoted by the reduced air pressure in front of an air blower.
Zur weiteren Steigerung der Trocknungsleistung ist die zu entfeuchtende Luft und/oder die Regenerationsluft der Reihe nach durch entgegen der Drehrichtung um die Drehachse des Sorptionsrotors gestaffelte Sorptionssektoren und/oder Regenerationssektoren geführt. Hierdurch ist sichergestellt, daß verhältnismäßig hoch mit Wasserdampf beladene Luft mit einem schon teilweise beladenen Sorptionsmaterial in Berührung kommt und in einem nachgeordneten Sorptionssektor die bereits teilweise entfeuchtete Luft maximal regeneriertem Sorptionsmaterial ausgesetzt wird. Hinsichtlich der Regenerationsluft ist sichergestellt, daß sie in ihrem trockensten Zustand mit teilweise entfeuchtetem Sorptionsmaterial in Berührung kommt und in teilweise befeuchtetem Zustand auf maximal beladenes Sorptionsmaterial trifft. Hierdurch wird die Luft in einem besonderen Maße entfeuchtet und wird eine besonders gute Regeneration erreicht. In Verbindung mit der oben erwähnten Schaltungs-To further increase the drying performance, the air to be dehumidified and/or the regeneration air is led in sequence through sorption sectors and/or regeneration sectors staggered against the direction of rotation around the axis of rotation of the sorption rotor. This ensures that air that is relatively highly loaded with water vapor comes into contact with a sorption material that is already partially loaded and that in a downstream sorption sector the already partially dehumidified air is exposed to maximally regenerated sorption material. With regard to the regeneration air, it is ensured that it comes into contact with partially dehumidified sorption material in its driest state and comes into contact with maximally loaded sorption material in its partially humidified state. This dehumidifies the air to a special degree and achieves particularly good regeneration. In conjunction with the circuit mentioned above,
weise von Luftgebläsen für zu trocknende Luft bzw. Regenerationsluft werden außerdem geringe Quervermischungen zwischen dem Sektor für die am meisten entfeuchtete Luft und den benachbarten Sektoren erzielt. Hohe Quervermischungen beeinträchtigen die Entfeuchtungsleistung.By using air blowers for the air to be dried or for regeneration air, low levels of cross-mixing are also achieved between the sector for the most dehumidified air and the neighboring sectors. High levels of cross-mixing impair the dehumidification performance.
Bei einer anderen Ausgestaltung ist zu entfeuchtende Luft in den aufeinanderfolgenden Sorptionssektoren und/oder Regenerationsluft in den aufeinanderfolgenden Regenerationssektoren in identischen Richtungen durch das Sorptionsrad geführt. Hierdurch werden Druckgefälle und Quervermischungen in benachbarten Sektoren gleichen Typs vermindert. Wird zudem die zu entfeuchtende Luft in entgegengesetzter Richtung durch die Sorptionssektoren wie die Regenerationsluft durch die Regenerationssektoren geführt, werden durch den Gegenstrom hohe Sorptions- bzw. Desorptionsgrade und der o.g. Selbstreinigungseffekt erreicht.In another design, air to be dehumidified in the successive sorption sectors and/or regeneration air in the successive regeneration sectors is guided through the sorption wheel in identical directions. This reduces pressure gradients and cross-mixing in neighboring sectors of the same type. If the air to be dehumidified is also guided through the sorption sectors in the opposite direction to the regeneration air through the regeneration sectors, the counterflow achieves high sorption or desorption levels and the above-mentioned self-cleaning effect.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:Further details and advantages of the invention emerge from the following description of two embodiments. The drawings show:
Fig. 1 Sorptionsvorrichtung mit Gleichstromführung jeweils in den Sorptionssektoren und in den Regenerationssektoren im grob schematischen Perspektivbild; Fig. 1 Sorption device with direct current flow in the sorption sectors and in the regeneration sectors in a roughly schematic perspective view;
Fig. 2 Sorptionsrad der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in perspektivischem Sprengbild.Fig. 2 Sorption wheel of the device according to Fig. 1 in perspective exploded view.
Bei einer Sorptionsvorrichtung gemäß Fig. 1 wird zu entfeuchtende Luft durch ein Luftgebläse 1 und einen nachgeschalteten Kühler zum Sorptionsrad 3 geführt, dem dazu an der vorderen Stirnseite ein stationärer axialer Lufteinlaß 4 zugeordnet ist. Diesem ist an der Hinterseite ein Luftauslaß 5 zugeordnet, der ebenfalls stationär zu dem sich in Richtung D drehenden Sorptionsrad 3 angeordnet ist. Zwischen Lufteinlaß 4 und Luftauslaß 5 ist ein Sorptionssektor 6 angeordnet. In a sorption device according to Fig. 1, air to be dehumidified is guided by an air blower 1 and a downstream cooler to the sorption wheel 3, to which a stationary axial air inlet 4 is assigned on the front face. An air outlet 5 is assigned to the rear of this, which is also arranged stationary to the sorption wheel 3 rotating in the direction D. A sorption sector 6 is arranged between the air inlet 4 and the air outlet 5.
Vom Luftauslaß 5 ist die teilweise entfeuchtete Luft durch einen weiteren Kühler 6 zu einem weiteren Lufteinlaß 7 an der Vorderseite des Sorptionsrades 3 geführt, dem an der Hinterseite ein weiterer Luftauslaß 8 zugeordnet ist. Zwischen weiterem Lufteinlaß 7 und weiterem Luftauslaß 8 befindet sich ein weiterer Sorpt ions sektor 9, der in Drehrichtung D dem Sorptionssektor 6 vorgeordnet ist.From the air outlet 5, the partially dehumidified air is led through another cooler 6 to another air inlet 7 on the front of the sorption wheel 3, to which another air outlet 8 is assigned on the rear. Between the other air inlet 7 and the other air outlet 8 there is another sorption sector 9, which is arranged upstream of the sorption sector 6 in the direction of rotation D.
Weitgehend entfeuchtete Luft wird vom weiteren Luftauslaß 8 teilweise über einen Erhitzer 10 einem Regenerationslufteinlaß 11 an der Rückseite des Sorptionsrades 3 zugeführt. Dem Regenerationslufteinlaß 11 ist ein ebenfallsLargely dehumidified air is fed from the further air outlet 8, partly via a heater 10, to a regeneration air inlet 11 on the rear side of the sorption wheel 3. The regeneration air inlet 11 is also connected to a
stationärer Regenerationsluftauslaß 12 an der Vorderseite des Sorptionsrades 3 zugeordnet. Zwischen Regenerationslufteinlaß 11 und Regenerationsluftauslaß 12 befindet sich ein Regenerationssektor 13, der in Drehrichtung D dem weiteren Sorptionssektor 9 vorgeordnet ist. Der Regenerationssektor 13 wird im Gegenstrom zum weiteren Sorptionssektor 9 durchströmt. stationary regeneration air outlet 12 is assigned to the front of the sorption wheel 3. Between the regeneration air inlet 11 and the regeneration air outlet 12 there is a regeneration sector 13, which is arranged upstream of the further sorption sector 9 in the direction of rotation D. The regeneration sector 13 is flowed through in countercurrent to the further sorption sector 9.
Der Regenerationsluftauslaß 12 ist über einen weiteren Erhitzer 14 in einen weiteren Regenerationslufteinlaß 15 geführt, der ebenfalls an der Hinterseite des Sorptionsrades 3 angeordnet ist. Diesem ist an der Vorderseite des Sorptionsrades 3 ein weiterer Regenerationsluftauslaß 16 zugeordnet. Zwischen weiterem Regenerationslufteinlaß 15 und weiterem Regenerationsluftauslaß 16 ist ein weiterer Regenerationssektor 17 angeordnet, der in Richtung D dem Regenerationssektor 13 vorgeordnet ist.The regeneration air outlet 12 is led via a further heater 14 into a further regeneration air inlet 15, which is also arranged on the rear side of the sorption wheel 3. A further regeneration air outlet 16 is assigned to this on the front side of the sorption wheel 3. Between the further regeneration air inlet 15 and the further regeneration air outlet 16 there is a further regeneration sector 17, which is arranged in front of the regeneration sector 13 in the direction D.
Ein Luftgebläse 18 saugt Regenerationsluft durch den Regenerationsluftauslaß 16 und die vorgeordneten Regenerationssektoren 17, 13.An air blower 18 sucks regeneration air through the regeneration air outlet 16 and the upstream regeneration sectors 17, 13.
Durch die Anordnung der Luftgebläse 1, 18 werden Luftvermischungseffekte quer zum Sorptionsrad vermindert. Außerdem bedingt die identische Strömungsrichtung jeweils inThe arrangement of the air blowers 1, 18 reduces air mixing effects across the sorption wheel. In addition, the identical flow direction in each case
den Sorptionssektoren 6, 7 und in den Regenerationssektoren 13, 17, daß axiale Feuchteprofile ausgeprägt werden, welche die Sorption und die Regeneration begünstigen.the sorption sectors 6, 7 and in the regeneration sectors 13, 17, that axial moisture profiles are developed, which promote sorption and regeneration.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft die vor und hinter den Sektoren 6, 9, 13, 17 erreichten Luftzustände. Nach einer Legende in der rechten unteren Ecke dieser Zeichnung ist jeweils der Luftstrom in m3/h, die Temperatur in 0C und der Feuchtegehalt in g Wasserdampf pro kg trockene Luft angegeben. Fig. 2 shows examples of the air conditions reached in front of and behind sectors 6, 9, 13, 17. According to a legend in the bottom right corner of this drawing, the air flow in m 3 /h, the temperature in 0 C and the moisture content in g water vapor per kg dry air are given.
Aus dieser Zeichnung kann insbesondere abgelesen werden, daß 1100 m3/h feuchte Luft einer Temperatur von 11,5 0C und einem Wasseranteil von 8,5 g Wasserdampf pro kg trockener Luft auf einen Wasseranteil von 0,0186 g Wasserdampf pro kg trockener Luft bei einer Temperatur von 2 6 "C gebracht werden kann. Davon müssen zu Regenerationszwecken 570 m3/h abgezweigt und auf eine Temperatur von 14,3 0C gekühlt werden. Im Austrittszustand hat die Regenerationsluft einen Wasseranteil von 21 g Wasserdampf pro kg trockener Luft und eine Temperatur von 45 "C.From this drawing it can be seen in particular that 1100 m 3 /h of moist air at a temperature of 11.5 0 C and a water content of 8.5 g of water vapor per kg of dry air can be brought to a water content of 0.0186 g of water vapor per kg of dry air at a temperature of 2 6 "C. Of this, 570 m 3 /h must be branched off for regeneration purposes and cooled to a temperature of 14.3 0 C. In the outlet state, the regeneration air has a water content of 21 g of water vapor per kg of dry air and a temperature of 45 "C.
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