EP1344004A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen befeuchtung und entfeuchtung der zuluft von fertigungsprozessen und raumlufttechnik-anlagen - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen befeuchtung und entfeuchtung der zuluft von fertigungsprozessen und raumlufttechnik-anlagen

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Publication number
EP1344004A1
EP1344004A1 EP01998775A EP01998775A EP1344004A1 EP 1344004 A1 EP1344004 A1 EP 1344004A1 EP 01998775 A EP01998775 A EP 01998775A EP 01998775 A EP01998775 A EP 01998775A EP 1344004 A1 EP1344004 A1 EP 1344004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
hygroscopic liquid
regenerator
circuit
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01998775A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hesse
Kurt Rapp
Burkhard Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP1344004A1 publication Critical patent/EP1344004A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
    • F24F3/1417—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant with liquid hygroscopic desiccants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/268—Drying gases or vapours by diffusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/1435—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane

Definitions

  • the invention relates to a device for the continuous humidification and dehumidification of manufacturing processes and ventilation and air conditioning systems.
  • the compressed air used as supply air for manufacturing processes or ventilation and air conditioning systems is usually dried via a fixed bed adsorption or gas permeation.
  • dehumidification is carried out using absorption processes.
  • Absorption columns are used here, which are mainly used with hygroscopic glycol solutions, e.g. Polyethylene glycol or triethylene glycol can be operated as the absorber medium, in special applications solutions made of lithium chloride (Kathabar process) or other inorganic acid mixtures are used as the absorber medium. Due to the aseptic effect of the saline solution, these media are preferred for air conditioning in hygienically sensitive areas (e.g. hospital, pharmaceutical industry, food industry). In applications, low dew points as the target and high volume flows are often characteristic.
  • thermal treatment - cooling and condensation - is the most common technique for setting the desired air humidity.
  • the heat released during cooling and condensation is dissipated via a cooling process.
  • the cooled and dehumidified air often has to be warmed up to the desired supply air temperature.
  • the formation of free water on the surface of the heat exchanger is disadvantageous. It can cause serious fouling problems in air conditioning systems. With an increased degree of closure of the air circuit, these problems are exacerbated.
  • dehumidification with absorbers is advantageous in terms of energy saving and microbiological contamination.
  • absorber columns A major disadvantage of using absorber columns, however, is the narrow working area in which they can be operated safely and efficiently. For example, it must be ensured that the air is in constant contact with the absorber medium over the entire exchange surface. Short-circuit currents must also be avoided. In addition, liquid droplets must be prevented from being discharged from the column and entering the production area with the supply air.
  • the object of the invention is to provide a device for the continuous humidification and dehumidification of the supply air from manufacturing processes or ventilation and air conditioning systems, with which switching between humidification and dehumidification is possible with low energy consumption and a compact design.
  • the device comprises the following components:
  • a membrane contactor with a membrane wherein the supply air can be guided along one side of the membrane and a hygroscopic liquid can be guided along the other side of the membrane;
  • a control device connected to the metering device and the regenerator for controlling the water content of the hygroscopic liquid, so that, depending on the partial pressure difference of the water vapor between the supply air and the hygroscopic liquid, it can be switched between humidification and dehumidification of the supply air.
  • Continuous humidification and dehumidification of the supply air can be achieved by means of the membrane contactor, which is in flow connection with the regenerator.
  • the temperature and the water content of the hygroscopic liquid can be set via the control device. If the partial pressure of the water in the hygroscopic liquid is higher than that in the supply air, water is discharged from the hygroscopic liquid and thus to humidify the supply air. On the other hand, if the partial pressure of the water in the hygroscopic liquid is lower than that in the supply air, the supply air is dehumidified.
  • a control device for temperature and humidity control of the hygroscopic liquid can thus be used to switch between humidification and dehumidification of the supply air.
  • the regenerator can be switched off, since no regeneration of the hygroscopic liquid is required. A low energy consumption of the device according to the invention is thus achieved.
  • the membrane contactor, the metering device for adding water and the regenerator are connected in a circuit for the hygroscopic liquid.
  • a heat exchanger is advantageously connected to the circuit through which the hygroscopic liquid is passed.
  • the 15 heat exchanger can temper the hygroscopic liquid.
  • the heat exchanger cools the hygroscopic liquid supplied to the membrane contactor and in parallel heats up the hygroscopic liquid supplied to the regenerator.
  • the hygroscopic liquid is advantageously conveyed within a circuit by means of a pump through the device according to the invention.
  • two circuits for the hygroscopic liquid are available.
  • the membrane contactor and the metering device for adding water are connected to the first circuit.
  • the regenerator is connected to the second circuit.
  • the first circuit there is at least one supply line with which a partial flow from the hygroscopic liquid can be branched off from the first circuit and fed to the second circuit.
  • there is at least one additional supply line in the second circuit with which one from the second circuit Partial stream can be branched off from the hygroscopic liquid and fed to the first circuit. Part of the hygroscopic liquid can thus be passed from one circuit to the other circuit through these supply lines.
  • feed lines are advantageously routed through a heat exchanger.
  • This heat exchanger heats up the partial stream of the hygroscopic liquid which is led into the second circuit. At the same time, the heat exchanger cools the partial stream of the hygroscopic liquid that is led into the first circuit.
  • a further heat exchanger for temperature control of the hygroscopic liquid is expediently connected upstream of the membrane contactor and / or upstream of the regenerator.
  • the membrane contactor is advantageous with a microporous (pore size 0.1 ⁇ m - 0.2 ⁇ m) hydrophobic membrane, e.g. Polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyvinyl difluoride or polysulfone.
  • a microporous hydrophobic membrane e.g. Polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyvinyl difluoride or polysulfone.
  • the pores of the membrane are not wetted by the hygroscopic liquid and remain largely air-filled. Due to the much faster diffusion in air-filled pores, there is less transport resistance for hydrophobic membrane materials than for hydrophilic ones.
  • the membrane inside the membrane contactor defines a controlled exchange surface between the hygroscopic liquid and the supply air to be conditioned. This prevents a phase dispersion of the hygroscopic liquid and the supply air, which enables phase separation without the effect of gravity.
  • the membrane within the membrane contactor is advantageously designed as a hollow fiber and the hygroscopic liquid flows through it. This achieves a high specific volume-related exchange area, in particular from 100 m 2 / m 3 to 500 m 2 / m 3 . Furthermore, a compact design can be realized by designing the membrane as a hollow fiber.
  • the hygroscopic liquid is advantageously a highly concentrated aqueous solution of polyhydric alcohols, for example ethylene glycol or glycerol, or a highly concentrated aqueous salt solution of biocidal hygroscopic salts, for example lithium chloride or cathene. This prevents pathogenic germs from getting into the supply air of the manufacturing process or the ventilation system during humidification or dehumidification.
  • the membrane contactor in ventilation ducts for the supply air of manufacturing processes or ventilation and air conditioning systems, in particular painting systems, can comprise a large number of hollow fibers.
  • the hollow fibers are arranged within the ventilation duct in such a way that the flow in the ventilation duct hits the hollow fibers at an angle of less than 90 °, in particular between 30 ° and 60 °.
  • the supply air flows through a large area of the hollow fibers. This significantly reduces the pressure loss in the flow in the ventilation duct.
  • the hollow fibers essentially cover the entire cross section of the ventilation duct.
  • the hollow fibers can expediently be combined into hollow fiber modules, which results in easy handling.
  • the device according to the invention can advantageously be used in ventilation ducts of e.g. Paint shops, hospitals, production rooms in the pharmaceutical or food industry are used.
  • Fig. '1 a first embodiment of an apparatus for humidification and dehumidification with a circuit for the hygroscopic liquid
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an inventive device for humidification and dehumidification with two circuits for hygroscopic
  • FIG. 3 shows the flow conditions in a membrane contactor designed as a hollow fiber module in a cross-flow arrangement
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention, which is integrated in a ventilation duct,
  • FIG. 5 shows a diagram to illustrate the energy saving of the membrane absorption in comparison to the condensation for an exemplary application of the device according to the invention in a painting process.
  • 1 shows the device according to the invention for humidifying and dehumidifying supply air in a first exemplary embodiment, the membrane contactor 1 and the regenerator 7 being connected in a common circuit.
  • the regenerator 7 can be designed, for example, as a membrane contactor, a packed column, an evaporator or as a desorber.
  • the supply air to be conditioned is contacted with the hygroscopic liquid.
  • the supply air e.g. Fresh air or recirculated air, guided by a blower through the membrane contactor 1 over a membrane side.
  • the supply air and the hygroscopic liquid are separated by the membrane.
  • a blower 14 finally transports the conditioned supply air from the membrane contactor 1.
  • a buffer tank 3 for storing and storing the hygroscopic liquid is connected downstream of the membrane contactor 1.
  • a pump 4 transports the hygroscopic liquid from the buffer tank 3 through an internal heat exchanger 5 and a heater 6 to the regenerator 7.
  • the internal heat exchanger 5 and the heater 6 heat the hygroscopic liquid to the temperature required in the regenerator 7 for regeneration.
  • the heating medium can be e.g. the waste heat from cogeneration plants can be used.
  • the hygroscopic liquid is usually heated to a temperature of approx. 50 ° C - 70 ° C.
  • the heated hygroscopic liquid is in the regenerator 7 in a column, e.g. Packed column, atomized and brought into contact with the regeneration air passed through the regenerator 7 in countercurrent.
  • the regeneration air absorbs the water from the atomized hygroscopic liquid and is transported out of the regenerator 7 as exhaust air by means of a blower 15.
  • the regeneration of the hygroscopic liquid can take place in an evaporator in which the water vapor is expelled from the hygroscopic liquid.
  • This is a viable alternative if inexpensive superheated steam is available due to the specific operating conditions.
  • the hygroscopic liquid concentrated by the regeneration reaches a further buffer tank 9 in the regenerator outlet 8.
  • a pump 10 transports the hygroscopic liquid in the absorber feed 11 from the buffer tank 9 through the internal heat exchanger 5 and a further heat exchanger 12 into the membrane contactor 1, thereby closing the circuit becomes.
  • water is added to the hygroscopic liquid.
  • a metering device 22 is provided, which metered water into the buffer tank 9.
  • the water can only be metered into the buffer tank 3 or alternatively into both buffer tanks 3, 9.
  • the water it is also possible for the water to be fed directly into the circuit instead of into a buffer tank.
  • the heat exchanger 12 and the internal heat exchanger 5 serve as cooling or heating; in the case of humidification of the supply air, the hygroscopic liquid in the internal heat exchanger 5 is preheated and heated in the heat exchanger 12 to the corresponding inlet temperature in the membrane contactor 1. In the case of dehumidification, the internal heat exchanger 5 cools the hygroscopic liquid and the heat exchanger 12 upstream of the membrane contactor 1 cools the hygroscopic liquid to the corresponding inlet temperature in the membrane contactor 1.
  • a corresponding inlet temperature in the membrane contactor 1 is to be understood as the temperature at which a partial pressure difference for the water content is established in the supply air and the hygroscopic liquid such that, depending on the application, humidification or defrosting of the supply air is possible.
  • the heat exchanger 12 can be operated in an energy-optimized manner, for example with cooling tower water, surface water or well water. This variant of the method for online regeneration is particularly advantageous when the fresh air or circulating air supplied to the membrane contactor 1 is loaded with high moisture.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a process structure of the inventive device for humidifying and dehumidifying supply air, the membrane contactor 1 and the regenerator 7 being connected in two separate circuits, an absorber circuit 16 and a regenerator circuit 17.
  • the two separate circuits are connected to one another by an internal heat exchanger 5.
  • the air to be conditioned e.g. Fresh air or recirculated air is passed through the membrane contactor 1 as described in the first embodiment.
  • the hygroscopic liquid is pumped in the absorber circuit 16 by means of a pump 4 through the membrane contactor 1.
  • a buffer tank 3 and a heat exchanger 12 are connected downstream of the membrane contactor 1.
  • the hygroscopic liquid When the device for dehumidification according to the invention is in operation, the hygroscopic liquid must be regenerated.
  • a line 18 is present in the absorber circuit 16, which conducts a partial flow of the hygroscopic liquid from the absorber circuit 16 through an internal heat exchanger 5 into the buffer tank 9 of the regenerator circuit 17.
  • a further line 19 which leads a partial flow of the regenerated hygroscopic liquid from the regenerator circuit 17 through the internal heat exchanger 5 into the buffer tank 3 of the absorber circuit 16.
  • the internal heat exchanger 5 serves on the one hand to preheat the hygroscopic liquid supplied to the regenerator circuit 17. On the other hand, the heat exchanger 5 the hygroscopic liquid which is passed from the regenerator circuit 17 in the absorber circuit 16.
  • a pump 10 transports the hygroscopic liquid from the buffer tank 9 through a heater 6 into the regenerator 7.
  • the hygroscopic liquid is atomized, as described in FIG. 1.
  • the concentrated hygroscopic liquid then flows into the buffer tank 9, whereby the regenerator circuit 17 is closed.
  • the liquid-laden regeneration air is discharged from the regenerator 7 as exhaust air by means of a fan 15.
  • Fig. 3 shows an example of the flow conditions in a membrane contact designed as a hollow fiber module in cross-flow.
  • the hollow fiber module is characterized in that the microporous hydrophobic membrane is designed as a hollow fiber.
  • a multitude of individual hollow fibers are thus combined in a hollow fiber module, the hollow fibers being traversed by the hygroscopic liquid on the lumen side (inside the hollow fiber).
  • the air to be conditioned is led past the outside of the membrane. In the cross-flow guide shown, the air to be conditioned hits the hollow fibers perpendicularly.
  • the membrane contactor 1 areally fills the entire Q uer4.000 of the ventilation duct 20 from.
  • the membrane contactor 1 comprises a plurality of individual hollow fiber modules 21, which comprise a plurality of hollow fibers. These hollow fiber modules 21 are in turn connected to one another, so that the hygroscopic liquid in the hollow fibers is distributed over the entire cross section of the ventilation duct 20.
  • the hollow fiber modules 21 in the ventilation duct 20 are arranged in a fluidically favorable manner.
  • the flow in the ventilation duct 20 impinges on the hollow fiber modules 21 at an angle of less than 90 °, in particular between 30 ° and 60 °.
  • this arrangement ensures a larger flow area. On the one hand, this allows a better exchange between the supply air and the hygroscopic liquid. On the other hand, this arrangement reduces the pressure loss of the flow when flowing through the hollow fiber modules 21.
  • the device according to the invention is particularly suitable for use in conditioning the supply air in a painting process in vehicle construction. It is necessary to adhere to a specified paint shop window with regard to temperature and relative air humidity. The consequence of this is that the outside air supplied to the process is heated and humidified in winter operation, but must be cooled and dehumidified in summer conditions. This process can be carried out by means of the dehumidification shown above by membrane absorption in combination with air temperature control.
  • FIG. 5 shows the process of dehumidification by means of condensation and the process of dehumidification by means of membrane absorption for a specific outside air condition A and a predetermined target value Z of the supply air in the Mollier-hx diagram.
  • Condition A and target value Z are given in the Mollier-hx diagram for a certain temperature with appropriate humidity.
  • h indicates the enthalpy in kJ per kg of dry air and x the water content in g per kg of dry air.
  • ⁇ indicates the relative humidity of the air in percent.
  • the enthalpy difference ⁇ h Kond » 5 between the enthalpy of the outside air and the enthalpy when the temperature falls below the dew point is thus 21.6 kJ / kg.
  • the required air volume L this results in an energy of 900.0 kW, which is required to dehumidify the outside air to the specified target value Z, the supply air, by means of condensation.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft von Fertigungsprozessen und Raumlufttechnik-Anlagen. Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Membrankontaktor (1) mit einer Membran, wobei entlang der einen Seite der Membran die Zuluft und entlang der anderen Seite der Membran eine hygroskopische Flüssigkeit geführt werden kann. Weiterhin ist eine Dosiervorrichtung (22) zur Zugabe von Wasser zur Erhöhung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit sowie ein Regenerator (7) zur Erniedrigung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit vorhanden. Eine mit der Dosiervorrichtung (22) und dem Regenerator (7) verbundene Steuervorrichtung steuert den Wassergehalt der hygroskopischen Flüssigkeit, so dass abhängig von der Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen Zuluft und hygroskopischer Flüssigkeit zwischen einer Befeuchtung und einer Entfeuchtung der Zuluft geschaltet werden kann.

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft von Fertigungsprozessen und Raumlufttechnik-Anlagen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontiuierlichen Befeuchtung und Ent- feuchtung von Fertigungsprozessen und Raumlufttechnik-Anlagen.
Die als Zuluft für Fertigungsprozesse oder Raumlufttechnik-Anlagen verwendete Druckluft wird üblicherweise über eine Festbettadsorption oder Gaspermeation getrocknet. Dagegen wird bei der Erdgasaufbereitung oder Gastrocknung in der chemi- sehen Industrie die Entfeuchtung mittels Absorptionsprozessen durchgeführt. Hier werden Absorptionskolonnen eingesetzt, die vorwiegend mit hygroskopischen Glykol- Lösungen, z.B. Polyethylenglykol oder Triethylenglykol als Absorbermedium betrieben werden, in besonderen Anwendungen kommen Lösungen aus Lithiumchlorid (Kathabar-Verfahren) oder anderen anorganischen Saizgemischen als Absorberme- dium zum Einsatz. Aufgrund der aseptischen Wirkung der Salzlösung werden diese Medien bevorzugt zur Luftkonditionierung in hygienisch sensiblen Bereichen (z.B. Krankenhaus, Pharmaindustrie, Nahrungsmittelindustrie) eingesetzt. Bei den Anwendungen sind häufig niedrige Taupunkte als Ziel und hohe Volumenströme charakteristisch.
In der Klimatechnik für die Komfortklimatisierung und für die meisten industriellen Fertigungsprozesse wird ein höherer absoluter Feuchtengehalt toleriert. Hier ist die thermische Aufbereitung - Kühlung und Kondensation - die am meisten verbreitete Technik zur Einstellung der gewünschten Luftfeuchte. Die bei der Kühlung und Kon- densation frei werdende Wärme wird über einen Kälteprozess abgeführt. Die abgekühlte und entfeuchtete Luft muss oft anschließend auf die gewünschte Zulufttempe- ratur erwärmt werden. Neben dem hohen Energiebedarf für die Kühlung und Hei- zung, ist die Bildung von freiem Wasser auf der Wärmetauscheroberfläche von Nachteil. Sie kann erhebliche Fouling-Probleme in Klimatisierungssystemen verursachen. Bei einem erhöhten Schließungsgrad des Luftkreislaufes werden diese Probleme noch verstärkt.
Bei industriellen Fertigungsprozessen, die eine hohe Feuchtenbeladung der Luft bedingen (z.B. Lackierungsanlagen mit Wasserbasislack), ist die Entfeuchtung mit Absorbern hinsichtlich der Aspekte der Energieeinsparung und mikrobiologischen Verunreinigungen von Vorteil.
Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung von Absorberkolonnen ist jedoch der enge Arbeitsbereich, in dem sie sicher und effizient betrieben werden können. Es muss beispielsweise sichergestellt sein, dass eine gleichmäßige Kontaktierung der Luft mit dem Absorbermedium über die gesamte Austauschfläche gewährleistet ist. Außer- dem müssen Kurzschlussströmungen vermieden werden. Darüber hinaus muss verhindert werden, dass Flüssigkeitströpfchen aus der Kolonne ausgetragen werden und mit der Zuluft in den Fertigungsbereich gelangen.
In herkömmlichen Systemen zur Befeuchtung von Gasströmen werden z.B. Sprüh- türme eingesetzt. Hierbei wird der Gasstrom zunächst vorgeheizt, anschließend wird der zu befeuchtende Gasstrom durch den Sprühturm geleitet, wobei das Wasser im Gegenstrom verdüst wird. Nachteilig erweist sich hierbei, dass Flüssigkeitströpfchen aus dem Sprühturm ausgetragen werden und mit der Zuluft in den Fertigungsbereich gelangen können. Weiterhin ist ein Betriebswechsel der Anlage zwischen Befeuch- tung und Entfeuchtung nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft von Fertigungsprozessen oder Raumlufttechnik-Anlagen zu schaffen, mit welcher ein Umschalten zwischen Befeuchtung und Entfeuchtung bei niedrigem Energieaufwand und kompakter Bauweise möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung folgende Komponenten:
- einen Membrankontaktor mit einer Membran, wobei entlang der einen Seite der Membran die Zuluft und entlang der anderen Seite der Membran eine hygroskopische Flüssigkeit geführt werden kann;
- eine Dosien orrichtung zur Zugabe von Wasser zur Erhöhung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit;
- einen Regenerator zur Erniedrigung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit;
- eine mit der Dosiervorrichtung und dem Regenerator verbundene Steuervorrichtung zur Steuerung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit, so dass abhängig von der Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen Zuluft und hygroskopischer Flüssigkeit zwischen einer Befeuchtung und einer Entfeuchtung der Zuluft geschaltet werden kann.
Mittels des Membrankontaktors, der mit dem Regenerator in Strömungsverbindung steht, kann eine kontinuierliche Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft erreicht werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ohne Austausch der Komponenten einerseits möglich, einen kontinuierlichen Betrieb zur Befeuchtung von Zuluft und andererseits einen kontinuierlichen Betrieb zur Entfeuchtung von Zuluft aufrechtzuerhalten und zwischen beiden Betriebsmoden umzuschalten.
Je nach Temperatur und Wassergehalt der hygroskopischen Flüssigkeit und der Zuluft ergibt sich zwischen der hygroskopischen Flüssigkeit und der Zuluft eine Partial- druckdifferenz für den Wassergehalt. Über die Steuervorrichtung kann die Temperatur und der Wassergehalt der hygroskopischen Flüssigkeit eingestellt werden. Ist der Partialdruck des Wassers in der hygroskopischen Flüssigkeit höher als der in der Zuluft, kommt es zu einem Austrag von Wasser aus der hygroskopischen Flüssigkeit und damit zu einer Befeuchtung der Zuluft. Ist andererseits der Partialdruck des Wassers in der hygroskopischen Flüssigkeit kleiner als der in der Zuluft, kommt es zu einer Entfeuchtung der Zuluft. Somit kann mittels einer Steuervorrichtung zur Temperatur- und Feuchtenregelung der hygroskopischen Flüssigkeit zwischen einer Be- 5 feuchtung und einer Entfeuchtung der Zuluft umgeschaltet werden.
Im Fall der Befeuchtung kann der Regenerator abgeschaltet werden, da hierbei keine Regeneration der hygroskopischen Flüssigkeit erforderlich ist. Damit wird ein geringer Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind der Membrankontaktor, die Dosiervorrichtung zur Zugabe von Wasser und der Regenerator in einen Kreislauf für die hygroskopische Flüssigkeit geschaltet. Vorteilhaft ist ein Wärmetauscher in den Kreislauf geschaltet, durch den die hygroskopische Flüssigkeit geleitet wird. Der 15 Wärmetauscher kann die hygroskopische Flüssigkeit temperieren. Der Wärmetauscher kühlt die dem Membrankontaktor zugeführte hygroskopische Flüssigkeit und heizt parallel dazu die dem Regenerator zugeführte hygroskopische Flüssigkeit auf.
Die hygroskopische Flüssigkeit wird vorteilhaft innerhalb eines Kreislaufs mittels einer 20 Pumpe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gefördert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind zwei Kreisläufe für die hygroskopische Flüssigkeit vorhanden. Der Membrankontaktor sowie die Dosiervorrichtung zur Zugabe von Wasser sind in den ersten Kreislauf geschaltet. Der Rege- 25 nerator ist in den zweiten Kreislauf geschaltet. Somit kann im Fall der Befeuchtung der Zuluft der zweite Kreislauf, in den der Regenerator geschaltet ist, abgekoppelt werden, da in diesem Fall eine Regeneration der hygroskopischen Flüssigkeit nicht erforderlich ist.
)0 Im ersten Kreislauf ist mindestens eine Zuleitung vorhanden, mit welcher aus dem ersten Kreislauf ein Teilstrom aus der hygroskopischen Flüssigkeit abgezweigt und dem zweiten Kreislauf zuführt werden kann. Zusätzlich ist im zweiten Kreislauf mindestens eine weitere Zuleitung vorhanden, mit welcher aus dem zweiten Kreislauf ein Teilstrom aus der hygroskopischen Flüssigkeit abgezweigt und dem ersten Kreislauf zugeführt werden kann. Durch diese Zuleitungen kann somit ein Teil der hygroskopischen Flüssigkeit von einem Kreislauf in den anderen Kreislauf geleitet werden.
Vorteilhaft werden diese Zuleitungen durch einen Wärmetauscher geführt. Dieser Wärmetauscher heizt den von dem ersten in den zweiten Kreislauf geführten Teilstrom der hygroskopischen Flüssigkeit auf. Parallel hierzu kühlt der Wärmetauscher den von dem zweiten in den ersten Kreislauf geführten Teilstrom der hygroskopischen Flüssigkeit ab.
Stromaufwärts vor dem Membrankontaktor und/oder vor dem Regenerator ist zweckmäßig ein weiterer Wärmetauscher zur Temperierung der hygroskopischen Flüssigkeit geschaltet.
Der Membrankontaktor ist vorteilhaft mit einer mikroporösen (Porenweite 0,1 μm - 0,2 μm) hydrophoben Membran, z.B. Polytetraflourethyien, Polypropylen, Polyvinyl- diflourid oder Polysulfon bestückt. Die Poren der Membran werden von der hygroskopischen Flüssigkeit nicht benetzt und bleiben weitestgehend luftgefüllt. Aufgrund der wesentlich schnelleren Diffusion in luftgefüllten Poren ergibt sich ein geringerer Transportwiderstand für hydrophobe Membranmaterialien als für hydrophile.
Die Membran innerhalb des Membrankontaktors definiert eine kontrollierte Austauschfläche zwischen der hygroskopischen Flüssigkeit und der zu konditionierenden Zuluft. Dadurch wird eine Phasendispersion der hygroskopischen Flüssigkeit und der Zuluft verhindert, was eine Phasentrennung ohne Schwerkrafteffekt ermöglicht.
Die Membran innerhalb des Membrankontaktors ist vorteilhaft als Hohlfaser ausgebildet und wird von der hygroskopischen Flüssigkeit durchströmt. Dadurch wird eine hohe spezifische volumenbezogene Austauschfläche, insbesondere von 100 m2/m3 bis 500 m2/m3 erzielt. Ferner kann durch die Ausbildung der Membran als Hohlfaser eine kompakte Bauart realisiert werden. Die hygroskopische Flüssigkeit ist vorteilhaft eine hochkonzentrierte wässrige Lösung mehrwertiger Alkohole, z.B. Ethylenglykol oder Glyzerin, oder eine hochkonzentrierte wässrige Salzlösung aus biozid wirkenden hygroskopischen Salzen, z.B. Lithiumchlorid oder Kathene. Dadurch wird verhindert, dass während der Befeuchtung oder Ent- feuchtung pathogene Keime in die Zuluft des Fertigungsprozesses oder der Raumlufttechnik-Anlage gelangen.
In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Lüftungskanälen für die Zuluft von Fertigungsprozessen oder Raumlufttechnik-Anlagen, insbe- sondere Lackieranlagen, kann der Membrankontaktor eine Vielzahl von Hohlfasern umfassen. Die Hohlfasern sind innerhalb des Lüftungskanals derart angeordnet, dass die Strömung im Lüftungskanal unter einem Winkel kleiner 90°, insbesondere zwischen 30° und 60°, auf die Hohlfasern trifft.
Durch diese günstige strömungstechnische Anordnung der Hohlfasermodule innerhalb des Lüftungskanais durchströmt die Zuluft eine große Fläche der Hohlfasern. Dadurch wird der Druckverlust der Strömung im Lüftungskanal wesentlich reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführung überdecken die Hohlfasern im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Lüftungskanals.
Zweckmäßig können die Hohlfasern in Hohlfasermodule zusammengefasst werden, wodurch sich eine einfache Handhabbarkeit ergibt.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind:
- der nachträgliche Einbau in bereits vorhandene Lüftungskanäle ist möglich,
- die hohe Flexibilität im betrieblichen Produktionsablauf von Fertigungsprozessen oder Raumlufttechnik-Anlagen unter Vermeidung des Flutens oder Austrags von Absorberlösung mit dem Luftstrom, - die keimfreie Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft,
- der Wegfall der Demister, die bei der konventionellen Befeuchtung mit Sprühregistern (z.B. Sprühturm) die in der Zuluft vorhandenen Tröpfchen ausfiltern,
- die Reinigung des Wäschers entfällt, - die Feuchten- und Temperaturregelung in einem System wird möglich,
_ die bei einer Kondensationsentfeuchtung erforderliche Nachheizung der Zuluft entfällt,
- eine kompakte Bauart, - die Verhinderung von Fouling-Problemen,
- geringer Energieaufwand.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft in Lüftungskanälen von z.B. Lackieranlagen, Krankenhäusern, Produktionsräumen der Pharma- oder Lebensmittel- industrie eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindungen werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig.' 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung mit einem Kreislauf für die hygroskopische Flüssigkeit,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung mit zwei Kreisläufen für die hygroskopische
Flüssigkeit,
Fig. 3 die Strömungsverhältnisse in einem als Hohlfasermodul ausgebildeten Membrankontaktor in Kreuzstromführung,
Fig.- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in einen Lüftungskanal integriert ist,
Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Energieeinsparung der Membranab- sorption im Vergleich zur Kondensation für eine beispielhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Lackierprozess. Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Zuluft, wobei der Membrankontaktor 1 und der Regenerator 7 in einen gemeinsamen Kreislauf geschaltet sind. Der Regenerator 7 kann z.B. ein Membrankontaktor, eine Füllkörperkolonne, ein Verdampfer oder als Desorber ausgebildet sein.
Im Membrankontaktor 1 wird die zu konditionierende Zuluft mit der hygroskopischen Flüssigkeit kontaktiert. Dabei wird die Zuluft, z.B. Frischluft oder Umluft, mittels eines Gebläses durch den Membrankontaktor 1 über eine Membranseite geführt. Die Zuluft und die hygroskopische Flüssigkeit sind dabei durch die Membran getrennt. Ein Gebläse 14 transportiert die konditionierte Zuluft schließlich aus dem Membrankontaktor 1.
Stromabwärts nach dem Membrankontaktor 1 ist ein Puffertank 3 zur Bevorratung und Speicherung der hygroskopischen Flüssigkeit geschaltet. Eine Pumpe 4 transportiert die hygroskopische Flüssigkeit aus dem Puffertank 3 durch einen internen Wärmetauscher 5 und eine Heizung 6 zu dem Regenerator 7. Der interne Wärmetauscher 5 und die Heizung 6 heizen die hygroskopische Flüssigkeit auf die im Regenerator 7 zur Regenerierung erforderliche Temperatur auf. Als Heizmedium kann hierbei z.B. die Abwärme von Heizkraftwerken verwendet werden. Die hygroskopische Flüssigkeit wird üblicherweise auf eine Temperatur von ca. 50°C - 70°C aufgeheizt.
Die erwärmte hygroskopische Flüssigkeit wird im Regenerator 7 in einer Kolonne, z.B. Füllkörperkolonne, verdüst und mit der im Gegenstrom durch den Regenerator 7 geleiteten Regenerierluft in Kontakt gebracht. Die Regenerierluft nimmt das Wasser aus der verdüsten hygroskopischen Flüssigkeit auf und wird mittels eines Gebläses 15 aus den Regenerator 7 als Abluft transportiert.
Alternativ kann die Regeneration der hygroskopischen Flüssigkeit in einem Verdampfer erfolgen, in dem der Wasserdampf aus der hygroskopischen Flüssigkeit ausgetrieben wird. Dies stellt eine brauchbare Alternative dar, wenn aufgrund der betriebsspezifischen Randbedingungen preiswerter Heißdampf zur Verfügung steht. Das durch die Regeneration konzentrierte hygroskopische Flüssigkeit gelangt im Regeneratorablauf 8 in einen weiteren Puffertank 9. Eine Pumpe 10 transportiert die hygroskopische Flüssigkeit im Absorbervorlauf 11 von dem Puffertank 9 durch den internen Wärmetauscher 5 und einen weiteren Wärmetauscher 12 in den Membrankontaktor 1 , wodurch der Kreislauf geschlossen wird.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung der Zuluft wird der hygroskopischen Flüssigkeit Wasser zugegeben. Hierzu ist eine Dosiervorrichtung 22 vorhanden, welche Wasser in den Puffertank 9 zudosiert. Das Wasser kann ausschließlich in den Puffertank 3 oder alternativ in beide Puffertanks 3, 9 zudosiert werden. Weiterhin ist es aber auch möglich, dass das Wasser anstatt in einen Puffertank direkt in den Kreislauf geleitet wird.
Je nach Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient der Wärmetauscher 12 und der interne Wärmetauscher 5 als Kühlung oder Heizung, im Fall der Befeuchtung der Zuluft wird die hygroskopische Flüssigkeit in dem internen Wärmetauscher 5 vorgeheizt und im Wärmetauscher 12 auf die entsprechende Eingangstemperatur im Membrankontaktor 1 aufgeheizt. Im Fall der Entfeuchtung kühlt der interne Wärmetauscher 5 die hygroskopische Flüssigkeit vor und der dem Membrankontaktor 1 stromaufwärts vorgeschaltete Wärmetauscher 12 kühlt die hygroskopische Flüssigkeit auf die entsprechende Eingangstemperatur im Membrankontaktor 1 ab. Dabei ist unter einer entsprechenden Eingangstemperatur im Membrankontaktor 1 diejenige Temperatur zu verstehen, bei der sich in der Zuluft und der hygroskopi- sehen Flüssigkeit eine Partialdruckdifferenz für den Wassergehalt derart einstellt, dass je nach Anwendungsfall eine Befeuchtung oder Entfechtung der Zuluft möglich ist.
Der Wärmetauscher 12 kann z.B. mit Kühlturmwasser, Oberflächen- oder Brunnen- wasser energetisch optimiert betrieben werden. Diese Verfahrensvariante zur Online-Regeneration ist besonders vorteilhaft bei einer hohen Feuchtenbeladung der dem Membrankontaktor 1 zugeführten Frischluft oder Umluft.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführung eines Verfahrenaufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Zuluft, wobei der Membrankontaktor 1 und der Regenerator 7 in zwei getrennte Kreisläufe, einen Absorberkreislauf 16 und einen Regeneratorkreislauf 17 geschaltet wird. Die beiden getrennten Kreisläufe sind durch einen internen Wärmetauscher 5 miteinander verbunden. Mit Hilfe der Mess-Steuer-Regeltechnik ist es möglich, die Temperatur, den Volumenstrom sowie die Konzentration des Wassergehalts in de hygroskopischen Flüssigkeit im Absorberkreislauf 16 und im Regeneratorkreislauf 17 getrennt voneinander einzustellen.
Die zu konditionierende Luft, z.B. Frischluft oder Umluft, wird wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben durch den Membrankontaktor 1 geleitet.
Die hygroskopische Flüssigkeit wird in dem Absorberkreislauf 16 mittels einer Pumpe 4 durch den Membrankontaktor 1 gepumpt. Stromabwärts nach dem Membrankon- taktor 1 ist ein Puffertank 3 sowie ein Wärmetauscher 12 geschaltet.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entfeuchtung muss die hygroskopische Flüssigkeit regeneriert werden. Hierzu ist im Absorberkreislauf 16 eine Leitung 18 vorhanden, welche einen Teilstrom der hygroskopischen Flüssigkeit aus dem Ab- sorberkreislauf 16 durch einen internen Wärmetauscher 5 in den Puffertank 9 des Regeneratorkreislaufs 17 leitet. Gleichzeitig ist eine weitere Leitung 19 vorhanden, welche einen Teilstrom der regenerierten hygroskopischen Flüssigkeit aus dem Re- generatorkreisiauf 17 durch den internen Wärmetauscher 5 in den Puffertank 3 des Absorberkreisiaufs 16 leitet.
Der interne Wärmetauscher 5 dient zum einen der Vorheizung der dem Regeneratorkreislauf 17 zugeführten hygroskopische Flüssigkeit. Zum anderen kühlt der Wärme- tauscher 5 die hygroskopische Flüssigkeit, die aus dem Regeneratorkreislauf 17 in dem Absorberkreislauf 16 geleitet wird.
Im Regeneratorkreislauf 17 transportiert eine Pumpe 10 die hygroskopische Flüssig- keit aus dem Puffertank 9 durch eine Heizung 6 in den Regenerator 7. Im Regenerator 7 wird die hygroskopische Flüssigkeit, wie in Fig. 1 beschrieben, verdüst. Die konzentrierte hygroskopische Flüssigkeit strömt anschließend in den Puffertank 9, wodurch der Regeneratorkreislauf 17 geschlossen wird. Die flüssigkeitsbeladene Regenerierluft wird mittels eines Gebläses 15 als Abluft aus dem Regenerator 7 abge- führt.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung der Zuluft, wird der hygroskopischen Flüssigkeit im Puffertank 3 über eine Dosiervorrichtung 22 Wasser zugegeben. Die mit Wasser verdünnte hygroskopische Flüssigkeit wird in dem Wär- metauscher 12 auf eine entsprechende Eingangstemperatur des Membrankontaktor 1 aufgeheizt und in den Membrankontaktor 1 transportiert. Im Membrankontaktor 1 wird das Wasser aus der hygroskopischen Flüssigkeit nahezu vollständig an die Zuluft abgegeben. Da während des Befeuchtungsbetriebes eine Regeneration der hygroskopischen Flüssigkeit nicht erforderlich ist, kann der Regenerator 7 abgeschaltet werden.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Strömungsverhältnisse in einem als Hohlfasermodul ausgebildeten Membrankontaktor in Kreuzstromführung. Das Hohlfasermodul zeichnet sich dadurch aus, dass die mikroporöse hydrophobe Membran als Hohlfaser ausge- bildet ist. In einem Hohifasermodul sind somit eine Vielzahl von einzelnen Hohlfasern zusammengefasst, wobei die Hohlfasern lumenseitig (im Innern der Hohlfaser) von der hygroskopischen Flüssigkeit durchströmt werden. An der Membranaußenseite wird die zu konditionierende Luft vorbeigeführt. In der dargestellten Kreuzstromführung trifft die zu konditionierende Luft senkrecht auf die Hohlfasern auf.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Lüftungskanal dargestellt. Hierbei füllt der Membrankontaktor 1 flächenhaft den gesamten Querschnitt des Lüftungskanals 20 aus. Der Membrankontaktor 1 umfasst eine Vielzahl von einzelnen Hohlfasermodulen 21,, die eine Vielzahl von Hohlfasern umfassen. Diese Hohlfasermodule 21 sind ihrerseits miteinander verbunden, so dass die hygroskopische Flüssigkeit in den Hohlfasern auf den ganzen Querschnitt des Lüftungskanals 20 verteilt wird.
Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes im Lüftungskanal 20, werden die Hohlfasermodule 21 im Lüftungskanal 20 strömungstechnisch günstig angeordnet. Die Strömung im Lüftungskanal 20 trifft hierbei unter einem Winkel kleiner 90°, insbesondere zwischen 30° und 60° auf die Hohlfasermodule 21 auf. Mit dieser Anord- nung wird im Gegensatz zu einer senkrecht angeströmten Fläche der Hohlfasermodule 21 eine größere durchströmte Fläche gewährleistet. Dadurch kann zum einen ein besserer Austausch zwischen der Zuluft und der hygroskopischen Flüssigkeit stattfinden. Zum anderen wird durch diese Anordnung der Druckverlust der Strömung bei Durchströmen der Hohlfasermodule 21 reduziert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet für die Anwendung bei der Konditionierung der Zuluft in einem Lackierprozess im Fahrzeugbau. Hierbei ist es erforderlich, ein vorgegebenes Lackierbetriebsfenster in bezug auf Temperatur und relativer Luftfeuchte einzuhalten. Dies hat zur Folge, dass im Winterbetrieb die dem Prozess zugeführte Außenluft aufgeheizt und befeuchtet, bei sommerlichen Bedingungen jedoch gekühlt und entfeuchtet werden muss. Dieser Vorgang kann mittels der oben dargestellten Entfeuchtung durch Membranabsorption in Kombination mit einer Lufttemperierung erfolgen.
In Fig. 5 ist der Prozess der Entfeuchtung mittels Kondensation und der Prozess der Entfeuchtung mittels Membranabsorption, für einen bestimmten Außenluftzustand A und einen vorgegebenen Zielwert Z der Zuluft im Mollier-hx-Diagramm dargestellt. Zustand A und Zielwert Z sind im Mollier-hx-Diagramm für eine bestimmte Temperatur bei entsprechender Feuchte angegeben. Im Mollier-hx-Diagramm gibt h die Enthalpie in kJ pro kg trockene Luft und x den Wassergehalt in g pro kg trockene Luft an. φ gibt die relative Feuchte der Luft in Prozent an. Anhand von zwei Beispielen wird die Energieersparnis, die sich aus der Entfeuchtung mittels Membranabsorption gegenüber der Entfeuchtung mittels Kondensation ergibt, erläutert.
5 Beispiel 1 :
Außenluftwert A. bei T = 27°C x^ = 20.6 g H20/kg tr. Luft (φ = 90 %) r = 79.5 kJ/kg
10 Ziefwert Z. Zuluft bei T = 27°C x^ = 14.7 g H20/kg tr. Luft (φ = 65 %) hael = 63.6 kJ/kg
geforderte Luftmenge L 150000 kg/h
15 Bei der Membranabsorption muss zur Entfeuchtung der Außenluft die Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie h^.,. des Außenluftwertes A. und der Enthalpie des Zielwertes Z. der Zuluft hZiel aufgewendet werden. Diese Enthalpiedifferenz Δh^- beträgt mit den angegebenen Werten 15,9 kJ/kg. Mit der geforderten Luftmenge L ergibt sich eine Energie von 662,5 kW, die erforderlich ist, um die Außenluft auf den
20 vorgegebenen Zielwert Z, der Zuluft zu entfeuchten.
Bei der Entfeuchtung durch Kondensation muss die Außenluft zunächst auf die Temperatur Ttau der Taupunktsunterschreitung abgekühlt werden. Dies entspricht einer Temperatur von 20°C bei der Enthalpie htau = 57.9 kJ/kg. Die Enthalpiedifferenz ΔhKond »5 zwischen der Enthalpie der Außeniuft und der Enthalpie bei Taupunktsunterschreitung beträgt somit 21 ,6 kJ/kg. Mit der geforderten Luftmenge L ergibt sich somit eine Energie von 900,0 kW, die erforderlich ist, um die Außeniuft auf den vorgegebenen Zielwert Z, der Zuluft mittels Kondensation zu entfeuchten.
iθ Das bedeutet eine Energieeinsparung von ca. 26 %. Diese Energieeinsparung wird umso größer je niedriger die Zielfeuchte ist.
Beispiel 2: Außenluftwert A, bei T = 27°C x« Auß.en = 20.6 g H20/kg tr. Luft (<p = 90 %) h^ = 79.5 kJ/kg
Zielwert Z2 Zuluft bei T = 27°C x2.β| = 4.47 g H20/kg tr. Luft (φ = 20 %) h2βl = 38.4 kJ/kg
geforderte Luftmenge L 150000 kg/h
Bei der Entfeuchtung mittels Kondensation muss die Außeniuft zunächst auf Ttau = 2°C abgekühlt werden, was einer Enthalpie hTau von 13,3 kJ/kg entspricht. Hieraus ergibt sich bei der geforderten Luftmenge L und der Enthalpiedifferenz Δh^. von 66,2 kJ/kg zwischen h^.. und hTau eine erforderliche Kühlenergie von 2758,3 kW.
Bei der Entfeuchtung mittels Membranabsorption reduziert sich diese Kühlenergie auf 1712,5 kW, wodurch sich gegenüber der Entfeuchtung mittels Kondensation eine E- nergieeinsparung von ca. 38% ergibt.
Bezugszeichenliste
1 Membrankontaktor
3, 9 Puffertank
-4,-10- Pumpe
14, 15 Gebläse
5 interner Wärmetauscher
6 Heizung
7 Regenerator
11 -- Wärmetauscher
16 Absorberkreislauf
17 Regeneratorkreislauf
18 Zuleitung von Absorberkreislauf in Regeneratorkreislauf
19 Zuleitung von Regeneratorkreislauf in Absorberkreislauf
20 Lüftungskanal
21 Hohlfasermodul
22 Dosiervorrichtung für Wasser
A Außenluftwert
Z Zielwert
L Luftmenge α Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Befeuchtung und Entfeuchtung der Zuluft von 5 Fertigungsprozessen oder Raumlufttechnik-Anlagen, gekennzeichnet durch
- einen Membrankontaktor (1 ) mit einer Membran, wobei entlang der einen Seite der Membran die Zuluft und entlang der anderen Seite der Membran eine hygroskopische Flüssigkeit geführt werden kann;
- eine Dosiervorrichtung (22) zur Zugabe von Wasser zur Erhöhung des Was- 10 sergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit;
- einen Regenerator (7) zur Erniedrigung des Wassergehalts der hygroskopischen Flüssigkeit;
- eine mit der Dosiervorrichtung (22) und dem Regenerator (7) verbundene Steuervorrichtung zur Steuerung des Wassergehalts der hygroskopischen
15 Flüssigkeit, so dass abhängig von der Partialdruckdifferenz des Wasserdampfs zwischen Zuluft und hygroskopischer Flüssigkeit zwischen einer Befeuchtung und einer Entfeuchtung der Zuluft geschaltet werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreislauf für die hygroskopische Flüssigkeit vorhanden ist, in den der Membrankontaktor (1 ),
10 die Dosiervorrichtung (22) zur Zugabe von Wasser und der Regenerator (7) geschaltet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Kreislauf ein Wärmetauscher (5) geschaltet ist, welcher die vom Regenerator (7) zum Membrankontaktor (1) geführte hygroskopische Flüssigkeit kühlt und
!5 gleichzeitig die vom Membrankontaktor (1 ) zum Regenerator (7) geführte hygroskopische Flüssigkeit aufheizt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kreisläufe für die hygroskopische Flüssigkeit vorhanden sind, wobei im ersten Kreislauf der Membrankontaktor (1 ) und die Dosiervorrichtung (22) zur Zugabe von Wasser geschaltet sind, und im zweiten Kreislauf der Regenerator (7) geschaltet ist, wobei mindestens eine Zuleitung (18) vorhanden ist, mit welcher ein Teilstrom aus der hygroskopischen Flüssigkeit im ersten Kreislauf abgezweigt und in den zweiten Kreislauf eingespeist werden kann, und mindestens eine weitere Zuleitung (19) vorhanden ist, mit welcher ein Teilstrom aus der hygroskopischen Flüssigkeit im zweiten Kreislauf abgezweigt und in den ersten Kreislauf zurück- geführt werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (5) vorhanden ist, durch welchen die Zuleitungen (18, 19) geführt werden.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran innerhalb des Membrankontaktors (1 ) eine mikro- poröse, hydrophobe Membran ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran als Hohlfaser ausgebildet ist, welche von der hygroskopischen Flüssigkeit durchströmt wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Regenerator (7) ein Membrankontaktor, eine Füllkörperkolonne oder ein Verdampfer ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hygroskopische Flüssigkeit eine hochkonzentrierte wässrige Lösung mehrwertiger Alkohole, z.B. Ethylenglykol oder Glyzerin, oder eine hochkonzentrierte wässrige Salzlösung aus biozid wirkenden hygroskopischen
Salzen, z.B. Lithiumchlorid oder Kathene, ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts vor dem Membranabsorber (1) und/oder vor dem Regenerator (7) ein Wärmetauscher (6, 12) zur Temperierung der hygroskopischen Flüssigkeit vorhanden ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankontaktor (1) eine Vielzahl von Hohlfaser umfasst, die innerhalb eines Strömungskanals (20) für die Zuluft angeordnet sind, wobei die Strömung im Lüftungskanal (20) unter einem Winkel kleiner 90°, insbesondere zwischen 30° und 60°, auf die Hohlfasern trifft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankontaktor (1) im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Strömungskanals 29.11.00(20) überdeckt.
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