EP1706194A1 - Sorptionselement - Google Patents

Sorptionselement

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EP1706194A1
EP1706194A1 EP04802005A EP04802005A EP1706194A1 EP 1706194 A1 EP1706194 A1 EP 1706194A1 EP 04802005 A EP04802005 A EP 04802005A EP 04802005 A EP04802005 A EP 04802005A EP 1706194 A1 EP1706194 A1 EP 1706194A1
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EP
European Patent Office
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air
soφtionselement
soφtionsmittel
open end
sorption
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04802005A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Egger
Olaf Schwandt
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SCHWANDT, OLAF
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1706194A1 publication Critical patent/EP1706194A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24F2003/144—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 dehumidification only

Definitions

  • the invention relates to a sorption element for a sorption-based air conditioning system for heating and / or cooling and / or dehumidifying a room or
  • Sorption elements are the central component in air conditioning systems of this type and are usually used for air conditioning and / or dehumidification of comfort areas, in particular office or living rooms, industrial rooms or for the process air streams that are often required in industry.
  • a known version of a sorption element is the sorption wheel. In this are
  • the carrier material is mostly made of cellulose and has a honeycomb structure, which means a good material-surface ratio and mechanical
  • Usual sorbents are silica gel, hygroscopic salts, in particular LiCl or LiBr, molecular sieves or hygroscopic metal oxides, in particular
  • Airflow remove the moisture contained in it, whereby the released
  • Sorption wheels rotate continuously around their longitudinal axis and are constantly exposed to two different air flows in different sections.
  • One airflow supports the desired air conditioning, while a second, appropriately conditioned airflow does not provide for the respective regeneration
  • Air conditioning used ensures chambers, and thus oversaturation of the
  • Sorbent material prevented.
  • the disadvantage is that due to the permanent humidity and temperature fluctuations,
  • the sorbent on the surface of the honeycomb structure also has none optimal heat and mass transfer. This, and the proportional relationship between the amount of sorbent and its saturation lead to large-volume embodiments. As a result, the system can only be scaled to a limited extent and is further restricted in the control range.
  • the object of the invention is therefore to provide a sorption element with which the disadvantages mentioned can be avoided, the heat and mass transfer optimized, the technically feasible design sizes reduced, the usable amount of the sorbent can be varied, and the resistance to oversaturation can be increased.
  • the sorption element is designed as a tube part with a tube cross section and with a first and an opposite second open end, the first open end of which is delimited by a first air-permeable lattice element and the second open end of which is delimited by a second air-permeable lattice element , wherein the lattice elements are impermeable to a sorbent.
  • the sorbent can be introduced between the grid elements without the aid of a carrier material.
  • a disorderly accumulation of the sorbent in the sorption element by means of a bed offers the air flow in each case a particularly large acting specific surface when flowing through, which results in a greater flow resistance. This improves the heat and mass transfer, which leads to more efficient adsorption or desorption behavior.
  • the sorption element has an essentially circular cross section. This advantageously allows a geometry that is optimal from the point of view of the flow technology to be present for the air flow in each case and thus a uniform distribution of the throughflow can be achieved.
  • the material expenditure for the sorption element is low due to the circular cross section.
  • a variant of the invention can consist in that the sorption element has an essentially polygonal, in particular rectangular, cross section.
  • the manufacturing costs for a sorption element can thus be reduced. Further advantages can be seen in the costs for packaging, storage, transport and the possibility of simple assembly.
  • the first open end and / or the second open end is smaller than the pipe cross section.
  • the result is here advantageous effect that the reduction of the cross section can act like a nozzle. This makes it possible to apply an air stream to the So ⁇ tionsffen in such a way that it swirls. As a result, the largest possible effective, specific surface of the sorbent is achieved, from which an improved heat and mass transfer is derived.
  • a maintenance opening is provided through which the sorbent can be introduced and / or exchanged in the sorption element. I have found this to be advantageous because, if necessary, soothing agents can simply be refilled, removed or exchanged. Furthermore, the maintenance opening allows the so ⁇ tion agent to be easily removed and cleaned or replaced in the event of contamination.
  • a variant of the invention can consist in that the soothing agent comprises silica gel, a hygroscopic salt, in particular LiCl or LiBr, a molecular sieve, hygroscopic metal oxide, in particular Al O 3 , or a combination of the aforementioned.
  • the soothing agent comprises silica gel, a hygroscopic salt, in particular LiCl or LiBr, a molecular sieve, hygroscopic metal oxide, in particular Al O 3 , or a combination of the aforementioned.
  • a variant of the invention can be that the So ⁇ tionsffen is arranged as a bed.
  • the advantage here is that the options which can be influenced to increase the heat and mass transfer, increase the surface with a specific effect and reduce the flow rate are used.
  • the so ⁇ tion agent when the so ⁇ tion element is arranged essentially vertically, the so ⁇ tion agent is heaped up to a height which is less than the length of the so ⁇ tion element. This ensures that turbulence can spread spatially. Furthermore, this version offers the possibility of adapting the amount of the soothing agent to the desired air conditioning. This is advantageous since it also increases the scalability and, as a result, the controllability.
  • the soothing agent can be fluidized / swirled by an air stream, in particular coming from below. It is advantageous that the specific acting surface of a fluidized bed is significantly higher than with a homogeneous flow through a bed or even a conventional So ⁇ tionsrad with carrier material. This leads to a further increase in heat and mass transfer.
  • the invention further relates to a so ⁇ tion system for a so ⁇ tions based air conditioning system for dehumidifying and / or heating and / or cooling a room or an air flow.
  • a known so ⁇ tion system is the So ⁇ tionsrad with carrier material on which the So ⁇ tionssch is applied.
  • the disadvantage of this system is that, due to the frequent fluctuations in temperature and humidity, the So ⁇ tionsffen detaches from the carrier material and this, especially after repeated oversaturation, is destroyed due to water separation.
  • the problem of a so ⁇ tion system is therefore to avoid the disadvantages mentioned above and to further develop the system in such a way that it can be operated profitably and continuously with acceptable sizes and is designed to be controllable accordingly.
  • the so ⁇ tion system comprises at least two essentially parallel so ⁇ tion elements, according to one of claims 1 to 9.
  • the advantage here is that, due to the spatial proximity of the suction elements, alternating treatment and / or regeneration air flow can be easily achieved without significantly influencing the size of the construction.
  • the so ⁇ tion system is rotatable about an axis substantially parallel to the longitudinal axis of the so ⁇ tion system and / or can be moved normally to its longitudinal direction. This advantageously allows the supply and / or discharge of the different air streams to be rigid. The different loading of the individual So ⁇ tion elements takes place through the movement of the So ⁇ tion system itself and thus significantly simplifies the technical implementation.
  • the invention further relates to a method for a so ⁇ tions-based air conditioning system for dehumidifying and / or heating and / or cooling a room or an air stream with a So ⁇ tionselement according to any one of claims 1 to 9, optionally a So ⁇ tionsystem according to claim 10 or 11.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for air conditioning with which the disadvantages mentioned can be avoided, in particular with regard to the economic and ecological weak points such as the absence of toxic refrigerants, the increase in service life, the increase in operational reliability and the reduction in operating costs.
  • this is achieved in that the air flow to be processed is passed through at least one of the suction elements in a processing cycle, moisture being removed from the air flow to be processed.
  • heat is also obtained which is used directly to heat a room and / or air stream or is returned to the air conditioning system to increase efficiency.
  • a regeneration air flow in particular heated air, is passed through at least one soothing element and the regeneration cycle is started again after regeneration. This ensures that the moisture absorption property of the soothing agent is restored.
  • the So ⁇ tionsstoff can thus effectively be used again until the degree of saturation is reached again in the following treatment cycle.
  • FIG. 1 shows a So ⁇ tionselement in plan and elevation to show a circular tube cross section
  • Fig. 2 So ⁇ tionselement in plan and elevation to show a square tube cross section
  • Fig. 4 functional sketch of a so ⁇ tions-based air conditioning in the cyclic process
  • Fig. 5 functional sketch of a So ⁇ tions-based air conditioning in a continuous process
  • So ⁇ tion The principle of So ⁇ tion is known by two phenomena, the Adso ⁇ tion and the Deso ⁇ tion.
  • Adso ⁇ tion During adsorption, moisture is extracted from an air stream flowing through a soapy agent, which heats up due to the evaporation heat generated. This effect is used in a conditioning system in the processing cycle.
  • Adso ⁇ tion is reversible, one speaks then of Deso ⁇ tion.
  • Deso ⁇ tion is used by applying warm air to a moisture-soaked agent, thereby removing moisture from the water. This process is also used in air conditioning systems supported by so ⁇ , namely in the regeneration cycle.
  • the technical implementation takes place in a So ⁇ tionselement 1 that can be used both in the preparation and regeneration cycle.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a So ⁇ tionselement 1 with a circular tube cross section 16.
  • the So ⁇ tionselement 1 is designed as a tube part, the open ends 11 and 12 of which are each provided with a grid element 13 and 14.
  • the main feature of the lattice elements 13 and 14 is that they are impermeable to a So ⁇ tionssch 3, but without significantly influencing the flow of the air flow.
  • the embodiment of the grid elements 13 and 14 is determined by the choice of the So ⁇ tionsstoff 3.
  • the So ⁇ tionsstoff 3 is usually designed as granules
  • An essential feature in addition to the material itself is the grain size. The larger the grain size of the So ⁇ tionsffen 3, the larger the mesh elements 13 and 14 can be made.
  • the choice of the material used for the grid elements 13 and 14 also depends on the nature of the So ⁇ tionssch 3 and the medium flowing through. It is essential that the grid elements 13 and 14 have chemical and mechanical resistance. Chemical resistance, especially against oxidation, is a basic requirement to ensure safe long-term operation. Possible further chemical reactions that affect the operation of the air conditioning system, e.g. the quality of the air flow to be processed must also be avoided. Depending on the amount of So ⁇ tionsstoff 3, the mechanical design of the grid elements 13 and 14 can be different.
  • the type of fastening of the grid elements 13 and 14 to the respective pipe part is also decisive. It is conceivable that the grid elements 13 and 14 are attached to the pipe part with easily detachable connecting elements. These can be designed as screw connections, clamp connections, tensioning mechanisms such as springs, belts or belts. Detachable connecting elements are particularly helpful when tuning the air conditioning system, since the open ends 11 and 12 of the tubular part are easily accessible and thus the introduction, refilling or replacement of the soothing agent 3 is made easier. A maintenance opening 17 can thus be realized.
  • the grid elements 13 and 14 are mounted with a connection method that is only partially or not detachable, for example riveted, welded, soldered or glued, as is conceivable for larger systems, then an alternative introduction option for the soapy agent 3 must be provided. It is conceivable that an easily accessible, easy to open / close maintenance opening 17 is formed.
  • the design is conceivable in the form of a flap with a corresponding closure or a screw-on cover in the upper region of the usually upright So ⁇ tionselements 1.
  • Figure 2 shows another conceivable tube cross section 16, square. Depending on the design of the So ⁇ tionselements 1, the tube cross section 16 can also in other polygonal geometries be implemented, especially in rectangles of different aspect ratios. These embodiments are conceivable for air conditioning systems with predetermined space. This can be the case in systems in which the support by a So ⁇ tionselement 1 is only retrofitted.
  • So ⁇ tionsffen 3 With the same design size, more So ⁇ tionsffen 3 can be introduced and offers the essential advantage that the entire surface of the So ⁇ tionsffen 3 is used for heat and mass transfer, in contrast to So ⁇ tions electrode used so far, which result in a surface loss due to the connection with the carrier material. This increases the specific acting surface of the So ⁇ tionsffen 3 and a functional failure due to destruction of the carrier material, e.g. caused by oversaturation, can be excluded.
  • the So ⁇ tionselement 1 can be acted upon with air streams of different flow direction and speed.
  • the difference between the length 15 of the So ⁇ tionselements 1 and the height 31 of the bed of Sko ⁇ ionsffen 3 form a chamber.
  • This acts as a calming chamber in which the air flow that has already flowed through the suction agent 3 can be homogenized, in order to then be fed to the air conditioning process as a laminar flow through the second grid element 14.
  • a further mode of operation of the chamber is that in the event of a reverse flow, the air flow is distributed homogeneously over the pipe cross section 16 and only then does the flow pass through the solvent 3.
  • the air flow uses the entire cross-sectional area.
  • a possible further form of utilization of the chamber can be that it offers space for eddies when the air flow through which the flow is high is high.
  • Figures 1 and 2 show possible designs of the suction element 1 in the right-hand pictures in order to achieve the effect of the swirling.
  • the necessary increase in the flow rate is achieved by reducing the pipe cross section 16.
  • the advantage of this flow-through method is that, compared to the homogeneous flow through a bed, this results in an additional enlargement of the specific-acting surfaces and thereby additionally increases the heat and mass transfer.
  • Silica gel a hygroscopic salt, in particular LiCl or LiBr, a molecular sieve, hygroscopic metal oxide, in particular Al 2 O 3 , or a corresponding combination are used as the So ⁇ tionsstoff 3. It is possible that the So ⁇ tionsstoff 3, usually designed as granules, is used in different grain sizes. A ratio of surface to mass of the selected soothing agent 3 that is coordinated with the system can thus be used.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment variant of a so ⁇ tion system 2, a so ⁇ tion wheel with so ⁇ tion elements 1 according to the invention.
  • a so ⁇ tion system 2 consists of at least two parallel so ⁇ tion elements 1, isolated from one another, which are acted upon at the same time, in opposite directions, with the different air flows.
  • the So ⁇ tionsystem 2 contains eight So ⁇ tions 1952 1. Processing and regeneration cycle can take place at the same time and thus allow constant support of the air conditioning system.
  • the So ⁇ tionsrad rotates about its longitudinal axis, with the So ⁇ tions institute 1 arranged around the circumference being guided past the different air flows. This principle is easy to implement because the supply and discharge lines of the air streams can be rigid.
  • Another conceivable system for continuous operation can be achieved by translating the parallel So ⁇ tions emulate 1 normal about their longitudinal axis. This is necessary if the parallel So ⁇ tions element 1 are arranged linearly next to each other.
  • FIGS. 4 and 5 show two different operating methods for the permanent support of an air conditioning system. For a more detailed explanation, the following nomenclature applies in both figures: ⁇ distributor b blower c heat exchanger c 'line switchover d heat exchanger e injection f bypass g fresh air h regeneration air i supply air j exhaust air k exhaust air
  • FIG. 1 A cyclic process is shown in FIG. The heart of this process is formed by two separate, spatially separate So ⁇ tions shame 1. While one So ⁇ tionselement 1 works in the processing cycle, the other is in the regeneration cycle. Regeneration takes place at higher temperatures and is therefore faster. If the So ⁇ tionselement 1 working in the treatment cycle reaches a defined limit value of the saturation with water, then regeneration air flow and treatment air flow are exchanged by the strand switchover c '. Thus, after switching, the saturated So ⁇ tionselement 1 is now supplied with regeneration air, and the regenerated So ⁇ tionselement 1 with treatment air. This alternating changeover when a defined saturation limit is reached enables the air conditioning system to be continuously supported.
  • the continuous process is shown in FIG.
  • the centerpiece is the So ⁇ tionsrad.
  • a characteristic of this process is the rigid supply and discharge lines for the regeneration and treatment air flow.
  • the application of the respective air flows takes place by rotation of the So ⁇ tionsrades, ie the connected, but isolated So ⁇ tions element 1 are rotated in the respective air flow.
  • the supply and discharge lines of the air streams are designed so that a So ⁇ tionselement 1 is permanently in the treatment and a second So ⁇ tionselement 1 in the regeneration cycle, which means that the air conditioning system can be continuously supported.
  • a simple example of the operation of a So ⁇ tionselements 1 or So ⁇ tionsystems 2 is the dehumidification of the exhaust air j, e.g. a swimming pool.
  • the exhaust air j is passed through a processing element 1 in the processing cycle, moisture being removed from the air flow and the latter being heated by the evaporation heat released. This heated and dried air flow can now be fed directly back into the swimming pool, which considerably reduces the heating energy required.
  • the air flow i can be cooled by heat exchangers c and d. Pre-humidifying the air flow i by injecting water e further lowers the temperature and also offers the possibility of reaching certain air humidities. Depending on requirements, the temperature and humidity of an air stream i can be specifically set. A change from e.g. Winter to summer operation can be easily implemented by specifically bypassing heat exchangers or injection units c, d and e with bypasses f, or e.g. flow through without cooling. The So ⁇ tionselement 1 can thus remain in the system all year round. A major advantage of the so ⁇ tions-based air conditioning system is that the So ⁇ tionsieri 1 can be combined with all tried and tested humidification systems, external cooling or alternative heat sources, in particular solar heat, waste heat from industry, condensation heat from refrigeration systems, combined heat and power.

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Abstract

Bei einem Sorptionselement für eine sorptionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes, wird zur Verbesserung des Wärme- und Stoffübergangs, wobei die Ausführungsgrössen reduziert, die verwendbare Menge des Sorptionsmittels variiert und die Beständigkeit bei Übersättigung erhöht werden soll, vorgeschlagen, dass das Sorptionselement als Rohrteil mit einem Rohrquerschnitt und mit einem ersten und einem gegenüberliegendem zweiten offenen Ende ausgebildet ist, dessen erstes offene Ende mit einem ersten luftdurchlässigen Gitterelement (23) begrenzt ist und dessen zweites offene Ende mit einem zweiten luftdurchlässigen Gitterelement (14) begrenzt ist, wobei die Gitterelemente für ein Sorptionsmittel undurchlässig sind.

Description

Sorptionselement
Die Erfindung betrifft ein Sorptionselement für eine sorptionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Beheizung und/oder Kühlung und/oder Entfeuchtung eines Raumes oder eines
Luftstromes.
Sorptionselemente sind das zentrale Bauteil in Klimatisierungsanlagen dieser Art und werden in der Regel zur Klimatisierung und/oder Entfeuchtung von Behaglichkeitsbereichen, insbesondere Büro- oder Wohnräumen, Industrieräumen oder für die in der Industrie häufig benötigten Prozessluftströme verwendet.
Eine bekannte Ausführung eines Sorptionselements ist das Sorptionsrad. In diesem sind
Kammern entlang des Umfangs ausgebildet in dem sich ein Trägermaterial für ein
Sorptionsmittel befindet. Das Trägermaterial besteht zumeist aus Zellulose und besitzt eine wabenförmige Struktur, womit ein gutes Material-Oberflächen-Nerhältnis und mechanische
Stabilität gewährleistet ist. Übliche Sorptionsmittel sind Silikagel, hygroskopische Salze, insbesondere LiCl oder LiBr, Molsiebe oder hygroskopische Metalloxide, insbesondere
Al2O3.
Das Prinzip der Adsorption beruht darauf, dass die oben genannten Substanzen einem
Luftstrom die ihm enthaltene Feuchte entziehen, wobei die dabei freiwerdende
Nerdunstungswärme den Luftstrom erwärmt. Dieser Vorgang ist reversibel, genannt
Desorption, und wird deshalb auch zur Regeneration der Sorptionsmittel eingesetzt.
Sorptionsräder rotieren kontinuierlich um ihre Längsachse und werden dabei in unterschiedlichen Abschnitten permanent von zwei unterschiedlichen Luftströmen beaufschlagt. Ein Luftstrom unterstützt die gewünschte Klimatisierung, während ein zweiter, entsprechend aufbereiteter Luftstrom, für die jeweilige Regeneration der gerade nicht zur
Klimatisierung eingesetzten Kammern sorgt, und somit ein Übersättigen des
Sorptionsmaterials verhindert.
Nachteilig ist, dass aufgrund der permanenten Feuchtigkeits- und Temperat rschwanken,
Ablösungen des Sorptionsmittels von Trägermaterial auftreten. Dieser Effekt, kombiniert mit den oftmals auftretenden Übersättigungen, führen häufig auch zur Zerstörung des
Trägermaterials.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Sorptionsräder aufgrund der wabenförmigen Struktur des
Trägermaterials komplex im Aufbau und somit nur mit erheblichen Aufwand produzierbar sind. Das Sorptionsmittel an der Oberfläche der wabenförmigen Struktur weist zudem keinen optimalen Wärme- und Stoffübergang auf. Dies, und der proportionale Zusammenhang zwischen der Menge des Sorptionsmittels und deren Sättigung führen zu groß volumigen Ausführungsformen. Dadurch ist das System nur bedingt skalierbar und weiters im Regelbereich eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sorptionselement anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, der Wärme- und Stoffübergang optimiert, die technisch realisierbaren Ausfuhrungsgrößen reduziert, die verwendbare Menge des Sorptionsmittels variierbar ist, und die Beständigkeit bei Übersättigung erhöht werden kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Sorptionselement als Rohrteil mit einem Rohrquerschnitt und mit einem ersten und einem gegenüberliegendem zweiten offenen Ende ausgebildet ist, dessen erstes offene Ende mit einem ersten luftdurchlässigen Gitterelement begrenzt ist und dessen zweites offene Ende mit einem zweiten luftdurchlässigen Gitterelement begrenzt ist, wobei die Gitterelemente für ein Sorptionsmittel undurchlässig sind.
Aufgrund dieser Ausbildung kann das Sorptionsmittel zwischen die Gitterelemente ohne Zuhilfenahme eines Trägermaterials eingebracht werden. Eine durch Schüttung ungeordnete Anhäufung des Sorptionsmittels im Sorptionselement bietet dem jeweils beaufschlagten Luftstrom beim Durchströmen eine besonders große wirkende spezifische Oberfläche, woraus ein größerer Durchströmwiderstand resultiert. Dadurch wird der Wärme- und Stoffübergang verbessert, was zu einem effizienteren Ad- oder Desorptionsverhalten führt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Sorptionselement einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, dass eine aus strömungstechnischer Sicht optimale Geometrie für den jeweils beaufschlagten Luftstrom vorhanden ist und somit eine gleichmäßige Verteilung der Durchströmung erzielt werden kann. Zusätzlich ist der Materialaufwand für das Sorptionselement aufgrund des kreisförmigen Querschnittes gering.
Eine Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass das Sorptionselement einen im Wesentlichen polygonalen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt aufweist. So können für ein Sorptionselement die Fertigungskosten reduziert werden. Weitere Vorteile zeigen sich in den Kosten für Verpackung, Lagerung, Transport sowie die Möglichkeit einer einfachen Montage.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste offene Ende und/oder das zweite offene Ende kleiner ist als der Rohrquerschnitt. Es ergibt sich hier der vorteilhafte Effekt, dass die Reduktion des Querschnittes wie eine Düse wirken kann. Das ermöglicht, das Soφtionsmittel mit einem Luftstrom derart zu beaufschlagen, dass es zu einer Verwirbelung kommt. Dadurch wird die größtmögliche wirkende, spezifische Oberfläche des Sorptionsmittels erzielt woraus sich ein verbesserter Wärme- und Stoffübergang ableitet. In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein dass eine Wartungsöffnung vorgesehen ist, durch die das Sorptionsmittel in das Sorptionselement einbringbar und/oder austauschbar ist. Dies erweist ich als vorteilhaft, da, falls erforderlich, Soφtionsmittel einfach nachgefüllt, entnommen oder getauscht werden kann. Weiters erlaubt die Wartungsöffnung, dass im Falle einer Verunreinigung des Soφtionsmittels dieses leicht entnommen und gereinigt oder ersetzt werden kann.
Eine Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass das Soφtionsmittel Silikagel, ein hygroskopisches Salz, insbesondere LiCl oder LiBr, ein Molsieb, hygroskopisches Metalloxid, insbesondere Al O3, oder eine Kombination der vorgenannten umfasst. Auf diese Weise kann die zur Soφtion notwendige Eigenschaft der Feuchtigkeitsänderung bei gleichzeitiger Temperaturänderung des umströmenden Mediums gewährleistet und/oder eingestellt werden.
Eine Variante der Erfindung kann sein, dass das Soφtionsmittel als Schüttung angeordnet ist. Es ergibt sich hier der Vorteil, dass die für eine Steigerung des Wärme- und Stoffübergangs beeinflussbaren Möglichkeiten, Erhöhung der spezifisch wirkenden Oberfläche und Reduktion der Durchflussgeschwindigkeit, genützt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass bei im Wesentlichen senkrechter Anordnung des Soφtionselements, das Soφtionsmittel bis zu einer Höhe aufgeschüttet ist, die geringer als die Länge des Soφtionselements ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich Verwirbelungen räumlich ausbreiten können. Weiters bietet diese Ausführung die Möglichkeit, die Menge des Soφtionsmittels der jeweils gewünschten Klimatisierung anzupassen. Dies ist vorteilhaft, da somit auch die Skalier- und infolge dessen die Regelbarkeit erhöht wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Soφtionsmittel durch einen Luftstrom, insbesondere von unten kommend, fluidisierbar/verwirbelbar ist. Vorteilhaft ist, dass die spezifisch wirkende Oberfläche einer Wirbelschicht wesentlich höher ist als bei einer homogenen Durchströmung einer Schüttung oder gar einem herkömmlichen Soφtionsrad mit Trägermaterial. Dies fuhrt zu einer weiteren Steigerung des Wärme- und Stoffübergangs. Die Erfindung betrifft weiters ein Soφtionssystem für eine soφtionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes.
Ein bekanntes Soφtionssystem ist das Soφtionsrad mit Trägermaterial auf dem das Soφtionsmittel aufgebracht ist.
Nachteil dieses Systems ist, dass aufgrund der häufigen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen das Soφtionsmittel vom Trägermaterial ablöst und dieses, speziell nach mehrmaligem Übersättigen, aufgrund von Wasserabscheidungen zerstört wird. Hinzukommen große Ausführungsformen aufgrund des schlechten Wirkungsgrades, dadurch ist das System nur bedingt skalierbar und somit im Regelbereich eingeschränkt. Aufgabe eines Soφtionssystems ist es daher, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und das System derart weiterzubilden, dass es bei akzeptablen Baugrößen rentabel und kontinuierlich betrieben werden kann und entsprechend regelbar ausgeführt ist. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass das Soφtionssystem wenigstens zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Soφtionselemente, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfasst. Der Vorteil dabei ist, dass durch die räumliche Nähe der Soφtionselemente ein alternierendes Beaufschlagen mit Aufbereitungs- und/oder Regenerationsluftstrom einfach realisiert werden kann, ohne die Größe der baulichen Ausführung entscheidend zu beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung kann vorgesehen sein, dass das Soφtionssystem um eine Achse im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Soφtionssystems drehbar und/oder normal zu seiner Längsrichtung bewegbar ist. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, dass die Zu- und/oder Ableitung der unterschiedlichen Luftströme starr ausgeführt werden kann. Das unterschiedliche Beaufschlagen der einzelnen Soφtionselemente erfolgt durch die Bewegung des Soφtionssystems selbst und vereinacht somit wesentlich die technische Umsetzung.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren für eine soφtionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes mit einem Soφtionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gegebenenfalls einem Soφtionssystem nach Anspruch 10 oder 11.
Bekannte Verfahren in der Klimatechnik sind der Einsatz von Kältemaschinen wie Kompressionskälteaggregate, der Entfeuchtung durch Taupunktunterschreitung mit Hilfe von Kältekreisläufen sowie das bekannte Verfahren der Verdunstungskühlung. Nachteilig dabei ist, dass diese Verfahren nur mit hohem elektrischen Aufwand realisiert werden können und somit hohe Systemkosten anfallen. Weitere Kosten entstehen durch das schlechte Langzeitverhalten und den somit erforderlichen hohen Wartungsaufwand. Ein weiterer Nachteil betrifft die schlechte Umweltverträglichkeit der bekannten Systeme, da diese nur unter Einsatz von ökologisch bedenklichen und/oder toxischen Kältemitteln betrieben werden können welche speziell entsorgt werden müssen. Diese Nachteile sind Ursache dafür, dass soφtionsgestützte Klimatisierungsanlagen derzeit nur in Versuchsanlagen betrieben werden und kommerziell nicht einsetzbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Klimatisierung anzugeben, mit welchen die genannten Nachteile vermieden werden können, insbesondere hinsichtlich der ökonomischen und ökologischen Schwachpunkte wie der Verzicht auf toxische Kältemittel, Steigerung der Lebensdauer, Erhöhung der Betriebssicherheit sowie das Senken der Betriebskosten.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass in einem Aufbereitungszyklus der aufzubereitende Luftstrom durch wenigsten eines der Soφtionselemente geführt wird, wobei dem aufzubereitendem Luftstrom Feuchtigkeit entzogen wird. Auf diese Weise wird gemäß dem Prinzip der Soφtion neben dem Entzug von Feuchtigkeit eines Luftstroms auch Wärme gewonnen, die direkt zur Heizung eines Raumes und/oder Luftstroms verwendet wird oder der Klimatisierungsanlage zur Steigerung der Effizienz zurückgeführt wird. Der Einsatz von Soφtionselementen gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, gegebenenfalls von Soφtionssystemen gemäß den Ansprüchen 10 und 11, gewährleistet gesteigerte Betriebssicherheit kombiniert mit einem höheren Wirkungsgrad und reduziertem Wartungsaufwand. In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach dem Erreichen eines vorgegebenen Sättigungsgrades des Soφtionsmittels in einem Regenerationszyklus ein Regenerationsluftstrom, insbesondere erwärmte Luft, durch das wenigstens eine Soφtionselement geführt wird, und nach Regeneration der Aufbereitungszyklus erneut gestartet wird. Damit ist sichergestellt, dass die Eigenschaft der Feuchtigkeitsaufhahme des Soφtionsmittels wiederhergestellt wird. Das Soφtionsmittel kann somit wieder effektiv bis zum neuerlichen Erreichen des Sättigungsgrades im folgenden Aufbereitungszyklus eingesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere Soφtionselemente zueinander zeitlich versetzt Aufbereitungs- und Regenerationszyklen ausführen. Damit kann erreicht werden, dass sich die einzelnen Soφtionselemente permanent o
in einem Aufbereitungs- und/oder Regenerationszyklus befinden und somit einen kontinuierlichen Betrieb des Soφtionssystems ermöglichen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen und Verfahrenserläuterungen dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 Soφtionselement im Grundriss und Aufriss zur Darstellung eines kreisförmig ausgebildeten Rohrquerschnitts; Fig. 2 Soφtionselement im Grundriss und Aufriss zur Darstellung eines quadratisch ausgebildeten Rohrquerschnitts; Fig. 3 Ausfuhrungsform eines Soφtionssystems im Aufriss; Fig. 4 Funktionsskizze einer soφtionsgestützte Klimatisierung im zyklischen Verfahren; Fig. 5 Funktionsskizze einer soφtionsgestützte Klimatisierung im stetigen Verfahren;
Das Prinzip der Soφtion ist durch zwei Phänomene bekannt, der Adsoφtion und der Desoφtion. Bei der Adsoφtion wird einem über ein Soφtionsmittel strömenden Luftstrom Feuchtigkeit entzogen, wobei sich dieser aufgrund der entstehenden Verdunstungswärme erwärmt. Dieser Effekt wird in einer soφtionsgestützten Klimatisierungsanlage im Aufbereitungszyklus genützt. Adsoφtion ist reversibel, man spricht dann von Desoφtion. Desoφtion wird genutzt, indem ein mit Feuchtigkeit gesättigtes Soφtionsmittel mit warmer Luft beaufschlagt wird, wobei so dem Soφtionsmittel Feuchtigkeit entzogen wird. Dieser Vorgang findet ebenfalls in soφtionsgestützten Klimatisierungsanlagen Anwendung, und zwar im Regenerationszyklus. Die technische Umsetzung erfolgt in einem Soφtionselement 1 das sowohl im Aufbereitungs- als auch Regenerationszyklus eingesetzt werden kann. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Soφtionselements 1 mit kreisrundem Rohrquerschnitt 16. Wesentlich ist, dass das Soφtionselement 1 als Rohrteil ausgebildet ist, dessen offene Enden 11 und 12 jeweils mit einem Gitterelement 13 und 14 versehen sind. Hauptmerkmal der Gitterelemente 13 und 14 ist, dass sie für ein Soφtionsmittel 3 undurchlässig sind, ohne jedoch den Durchfluss des Luftstromes erheblich zu beeinflussen. Die Ausfuhrungsform der Gitterelemente 13 und 14 wird durch die Wahl des Soφtionsmittels 3 bestimmt. Das Soφtionsmittel 3 ist üblicherweise als Granulat ausgeführt dessen wesentliches Merkmal neben dem Material selbst die Korngröße ist. Je größer die Korngröße des Soφtionsmittels 3, desto großmaschiger können die Gitterelemente 13 und 14 ausgeführt sein.
Die Wahl des für die Gitterelemente 13 und 14 eingesetzten Materials hängt ebenfalls von der Beschaffenheit des Soφtionsmittels 3 sowie des durchströmenden Mediums ab. Wesentlich ist, dass die Gitterelemente 13 und 14 chemische und mechanische Beständigkeit aufweisen. Chemische Resistenz, speziell gegen Oxidation ist eine Grundvoraussetzung um einen sicheren Langzeitbetrieb zu gewährleisten. Mögliche weitere chemische Reaktionen die den Betrieb der Klimatisierungsanlage beeinflussen, indem z.B. die Qualität des aufzubereitenden Luftstroms beeinflusst wird, müssen ebenfalls vermieden werden. Je nach Menge des Soφtionsmittels 3 kann die mechanische Ausführung der Gitterelemente 13 und 14 unterschiedlich ausfallen. So ist denkbar, dass in kleineren Soφtionselementen 1 die Gitterelemente 13 und 14 als ein über einen Rahmen gespannter textiles Stoffteil ausgebildet sind, während in großen Soφtionselementen 1 die Gitterelemente 13 und 14 in Form eines grobmaschigen Siebes, unterstützt durch eine geeignete mechanische Konstruktion ausgeführt sein kann.
Entscheidend ist auch die Art der Befestigung der Gitterelemente 13 und 14 an das jeweilige Rohrteil. So ist es denkbar, dass die Gitterelemente 13 und 14 mit leicht lösbaren Verbindungselementen am Rohrteil befestigt wird. Diese können als Schraubverbindungen, Klemmverbindungen, Spannwerke wie Federn, Riemen oder Gurte ausgeführt sein. Lösbare Verbindungselemente sind besonders beim Abstimmen der Klimatisierungsanlage hilfreich, da die offenen Enden 11 und 12 des Rohrteils leicht zugänglich sind und somit das Einbringen, das Nachfüllen oder das Austauschen des Soφtionsmittels 3 erleichtert wird. So kann eine Wartungsöffnung 17 realisiert werden.
Werden die Gitterelemente 13 und 14 mit einer nur bedingt oder nicht lösbaren Verbindungsmethode montiert, z.B. angenietet, verschweißt, verlötet oder verklebt, vorstellbar bei größeren Anlagen, so muss eine alternative Einbringmöglichkeit für das Soφtionsmittel 3 vorgesehen werden. Denkbar ist, dass eine gut zugängliche, leicht zu öffnende/verschließende Wartungsöff ung 17 ausgebildet ist. Vorstellbar ist die Ausführung in Form einer Klappe mit entsprechendem Verschluss oder einer verschraubbaren Abdeckung im oberen Bereich des üblicherweise aufrecht eingesetzten Soφtionselements 1. Figur 2 zeigt einen weiteren denkbaren Rohrquerschnitt 16, in Quadrat. Je nach Ausbildung des Soφtionselements 1 kann der Rohrquerschnitt 16 auch in andere polygonale Geometrien umgesetzt sein, insbesondere in Rechtecke unterschiedlichster Seitenverhältnisse. Denkbar sind diese Ausführungsformen bei Klimatisierungsanlagen mit vorgegebenen Platzverhältnissen. Dies kann bei Anlagen der Fall sein, in denen die Unterstützung durch ein Soφtionselement 1 erst nachträglich eingebaut wird.
In beiden Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass das Soφtionsmittel 3 nicht über die gesamte Länge 15 des Soφtionselements eingebracht ist. Dadurch kann die Menge des Soφtionsmittels 3 an die Erfordernisse der Klimatisierungsanlage angepasst werden. Das Soφtionsmittel 3 wird durch die Wartungsöffnung 17, welche gesondert ausgeführt oder in die Gitterelemente 13 und 14 integriert sein kann, eingebracht. Der wesentliche Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren liegt in der Art, in der das Soφtionsmittel 3 in das Soφtionselement 1 eingebracht ist. Während bislang aufwendig gestaltetes Trägermaterial verwendet wird, an dem das Soφtionsmittel 3 aufgebracht ist, wird im Sinne der Erfindung das Soφtionsmittel 3 als Schüttung in das Soφtionselement 1 eingebracht. Bei gleicher Ausführungsgröße kann so mehr Soφtionsmittel 3 eingebracht werden und bietet den wesentlichen Vorteil, dass die gesamte Oberfläche des Soφtionsmittels 3 zum Wärme- und Stoffübergang genützt wird, im Gegensatz zu bislang verwendeten Soφtionselementen die einen Oberflächenverlust durch das Verbinden mit den Trägermaterial mit sich bringen. Dadurch erhöht sich die spezifisch wirkende Oberfläche des Soφtionsmittels 3 und ein Funktionsausfall aufgrund von Zerstörung des Trägermaterials, z.B. hervorgerufen durch Übersättigung, kann ausgeschlossen werden.
Das Soφtionselement 1 kann mit Luftströmen unterschiedlicher Durchströmrichtung und - geschwindigkeit beaufschlagt werden. Die Differenz zwischen der Länge 15 des Soφtionselements 1 und der Höhe 31 der Schüttung des Skoφionsmittels 3 bilden eine Kammer. Diese wirkt als Beruhigungskammer in der sich der durch das Soφtionsmittel 3 bereits durchgeströmte Luftstrom homogenisieren kann, um anschließend als laminare Strömung durch das zweite Gitterelement 14 dem Klimatisierungsprozess zugeführt zu werden. Eine weitere Wirkungsweise der Kammer ist, dass im Falle einer umgekehrten Durchströmung, sich der Luftstrom homogen über den Rohrquerschnitt 16 verteilt, und erst dann das Soφtionsmittel 3 durchströmt. Dabei nützt der Luftstrom die gesamte Querschnittsfläche. Eine mögliche weitere Ausnutzungsform der Kammer kann sein, dass sie bei hohen Durchströmgeschwindigkeit des beaufschlagten Luftstroms Platz für Verwirbelungen bietet. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen in den jeweils rechten Bildern mögliche Ausbildungen des Soφtionselements 1, um den Effekt der Verwirbelung zu erzielen. Die notwendige Steigerung der Durchströmgeschwindigkeit wird durch Reduktion des Rohrquerschnitts 16 erreicht. Der Vorteil dieser Durchströmungsmethode liegt darin, dass dies, verglichen mit dem homogenen Durchströmen einer Schüttung, eine zusätzliche Vergrößerung der spezifisch wirkenden Oberflächen mit sich bringt und dadurch der Wärme- und Stoffübergang zusätzlich gesteigert wird.
Als Soφtionsmittel 3 werden Silikagel, ein hygroskopisches Salz, insbesondere LiCl oder LiBr, ein Molsieb, hygroskopisches Metalloxid, insbesondere Al2O3, oder eine entsprechende Kombination verwendet. Möglich ist, dass das zumeist als Granulat ausgeführte Soφtionsmittel 3 in unterschiedlichen Korngrößen eingesetzt wird. Damit kann ein für die Anlage abgestimmtes Verhältnis von Oberfläche zu Masse des gewählten Soφtionsmittels 3 eingesetzt werden.
In Figur 3 ist eine mögliche Ausfuhrungsvariante eines Soφtionssystems 2 dargestellt, ein Soφtionsrad mit erfindungsgemäßen Soφtionselementen 1. Ein Soφtionssystem 2 besteht aus zumindest zwei parallel verlaufenden Soφtionselementen 1, isoliert voneinander, die gleichzeitig, jeweils gegengleich, mit den unterschiedlichen Luftströmen beaufschlagt werden. In Figur 3 enthält das Soφtionssystem 2 acht Soφtionselemente 1. Aufbereitungsund Regenerationszyklus können so zur selben Zeit stattfinden und ermöglichen so eine stetige Unterstützung der Klimatisierungsanlage. Das Soφtionsrad rotiert um seine Längsachse, wobei die um den Umfang angeordneten Soφtionselemente 1 an den unterschiedlichen Luftströmen vorbeigeftihrt werden. Dieses Prinzip ist einfach zu realisieren da die Zu- und Ableitungen der Luftströme starr ausgeführt sein können. Ein weiteres denkbares System zum kontinuierlichen Betrieb kann durch Translation der parallel verlaufenden Soφtionselemente 1 normal um ihre Längsachse erreicht werden. Dies ist erforderlich, wenn die parallel verlaufenden Soφtionselemente 1 linear nebeneinander angeordnet sind.
Kombinationen von Rotation und Translation sind vorstellbar, wenn die Soφtionselemente 1 matrizenformig angeordnet sind. Ein Möglichkeit der Realisierung kann z.B. der Einsatz einer geführten Umlaufkette sein. In den Figuren 4 und 5 sind zwei unterschiedliche Betriebsverfahren zur permanenten Unterstützung einer Klimatisierungsanlage dargestellt. Zur näheren Erläuterung gilt in beiden Figuren folgende Nomenklatur: α Verteiler b Gebläse c Wärmetauscher c' Strangumschaltung d Wärmetauscher e Eindüsung f Bypass g Frischluft h Regenerationsluft i Zuluft j Abluft k Fortluft
I Aufbereitungsluft
In Figur 4 ist ein zyklisches Verfahren abgebildet. Kernstück dieses Verfahrens bilden zwei separate, räumlich getrennte Soφtionselemente 1. Während ein Soφtionselement 1 im Aufbereitungszyklus arbeitet, befindet sich das andere im Regenerationszyklus. Die Regeneration erfolgt bei höheren Temperaturen und verläuft somit schneller. Erreicht das im Aufbereitungszyklus arbeitende Soφtionselement 1 einen definierten Grenzwert der Sättigung mit Wasser, so werden durch die Strangumschaltung c' Regenerationsluftstrom und Aufbereitungsluftstrom getauscht. Somit wird nach dem Umschalten das gesättigte Soφtionselement 1 nun mit Regenerationsluft, und das regenerierte Soφtionselement 1 mit Aufbereitungsluft beaufschlagt. Dieses alternierende Umschalten bei Erreichen einer definierten Sättigungsgrenze ermöglicht ein kontinuierliches Unterstützen der Klimatisierungsanlage.
In Figur 5 ist das stetige Verfahren dargestellt. Kernstück dabei bildet das Soφtionsrad. Kennzeichnend bei diesem Verfahren sind die starr ausgeführten Zu- und Ableitungen von Regenerations- und Aufbereitungsluftstrom. Das Beaufschlagen mit den jeweiligen Luftströmen erfolgt durch Rotation des Soφtionsrades, dh die verbundenen, jedoch isolierten Soφtionselemente 1 werden in den jeweiligen Luftstrom gedreht. Die Zu- und Ableitungen der Luftströme sind so ausgelegt, dass sich permanent ein Soφtionselement 1 im Aufbereitungs- und ein zweites Soφtionselement 1 im Regenerationszyklus befindet wodurch eine ständige Unterstützung der Klimatisierungsanlage umgesetzt werden kann.
Ein einfaches Beispiel der Wirkungsweise eines Soφtionselements 1 oder Soφtionssystems 2 ist das Entfeuchten der Abluft j, z.B. eines Schwimmbades. Die Abluft j wird durch ein Soφtionselement 1 im Aufbereitungszyklus geführt, wobei dem Luftstrom Feuchtigkeit entzogen wird und sich dieser durch die frei werdende Verdunstungswärme erwärmt. Dieser erwärmte und getrocknete Luftstrom kann nun wieder direkt der Schwimmhalle zugeführt werden, wodurch sich der Heizenergieaufwand erheblich reduziert.
Sollen bestimmte Temperaturen und Endfeuchten erzielt werden, so kann der Luftstrom i durch Wärmetauscher c und d abgekühlt werden. Das Vorbefeuchten des Luftstromes i durch Wassereindüsung e senkt die Temperatur weiter und bietet zusätzlich die Möglichkeit, bestimmte Luftfeuchten zu erreichen. Je nach Bedarf können so gezielt Temperatur und Feuchtigkeit eines Luftstromes i eingestellt werden. Eine Umstellung von z.B. Winter- auf Sommerbetrieb kann einfach realisiert werden, indem gezielt Wärmetausch- oder Eindüsungseinheiten c, d und e mit Bypässen f umgangen, oder z.B. ohne Kühlung durchströmt werden. Das Soφtionselement 1 kann somit ganzjährig in der Anlage verbleiben. Ein wesentliche Vorteil der soφtionsgestützten Klimatisierungsanlage besteht darin, dass die Soφtionselemente 1 mit allen eφrobten Befeuchtungssystemen, externen Kühlungen oder alternativen Wärmequellen, insbesondere Solarwärme, Abwärme aus Industrie, Kondensationswärme von Kälteanlagen, Kraft- Wärme-Kopplung kombiniert werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Sorptionselement (1) für eine soφtionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes, dadurch gekennzeichnet, dass das Soφtionselement (1) als Rohrteil mit einem Rohrquerschnitt (16) und mit einem ersten (11) und einem gegenüberliegendem zweiten (12) offenen Ende ausgebildet ist, dessen erstes offene Ende (11) mit einem ersten luftdurchlässigen Gitterelement (13) begrenzt ist und dessen zweites offene Ende (12) mit einem zweiten luftdurchlässigen Gitterelement (14) begrenzt ist, wobei die Gitterelemente (13, 14) für ein Soφtionsmittel (3) undurchlässig sind.
2. Sorptionselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Soφtionselement (1) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
3. Sorptionselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Soφtionselement (1) einen im Wesentlichen polygonalen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt aufweist.
4. Sorptionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste offene Ende (11) und/oder das zweite offene Ende (12) kleiner ist als der Rohrquerschnitt (16).
5. Sorptionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wartungsöffnung (17) vorgesehen ist, durch die das Soφtionsmittel (3) in das Soφtionselement (1) einbringbar und/oder austauschbar ist.
6. Sorptionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Soφtionsmittel (3) Silikagel, ein hygroskopisches Salz, insbesondere LiCl oder LiBr, ein Molsieb, hygroskopisches Metalloxid, insbesondere Al2O3, oder eine Kombination der vorgenannten umfasst.
7. Soφtionselement (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (3) als Schüttung angeordnet ist.
8. Soφtionselement (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen senkrechter Anordnung des Soφtionselements (1), das Soφtionsmittel (3) bis zu einer Höhe (31) aufgeschüttet ist, die geringer als die Länge (15) des Soφtionselements (1) ist.
9. Soφtionselement (1) n ach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Soφtionsmittel (3) durch einen Luftstrom, insbesondere von unten kommend, fluidisierbar/verwirbelbar ist.
10. Soφtionssystem (2) für eine soφtionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Soφtionselemente (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfasst.
11. Soφtionssystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es um eine Achse im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Soφtionssystems (2) drehbar und/oder normal zu seiner Längsrichtung bewegbar ist.
12. Verfahren für eine soφtionsgestützte Klimatisierungsanlage zur Entfeuchtung und/oder Beheizung und/oder Kühlung eines Raumes oder eines Luftstromes mit einem Soφtionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gegebenenfalls mit einem Soφtionssystem (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Aufbereitungszyklus der aufzubereitende Luftstrom durch wenigstens eines der Soφtionselemente (1) gefuhrt wird, wobei dem aufzubereitenden Luftstrom Feuchtigkeit entzogen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen eines vorgegebenen Sättigungsgrades des Soφtionsmittels (3) in einem Regenerationszyklus ein Regenerationsluftstrom, insbesondere erwärmte Luft, durch das wenigstens eine Soφtionselement (1) gef hrt wird, und nach Regeneration der Aufbereitungszyklus erneut gestartet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Soφtionselemente (1) zueinander zeitlich versetzt Aufbereitungs- und Regenerationszyklen ausfuhren.
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CA (1) CA2550140A1 (de)
WO (1) WO2005056161A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015109938A1 (de) * 2015-06-22 2016-12-22 Krones Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Behältnissen
DE102015111744A1 (de) * 2015-07-20 2017-01-26 Hochschule Offenburg Vorrichtung zum Erwärmen von Gas, zur Feuchtigkeitsreduktion eines Gases bzw. zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Gas
CN111841245A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 陈利强 一种压迫折翼自脱落式废气处理装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE503969A (de) * 1950-03-01
US3398510A (en) * 1962-11-06 1968-08-27 Lizenzia A G Humidity changer
US3621585A (en) * 1969-10-31 1971-11-23 Joseph D Robertson Materials dryer
DE2025205C3 (de) * 1970-05-23 1984-09-20 Gräff, Roderich W., Dr.-Ing., 6100 Darmstadt Verfahren und Vorrichtung zur Adsorption von Wasserdampf aus Gasen, vorzugsweise Luft
US4238209A (en) * 1978-07-24 1980-12-09 Ramco Industries, Inc. Gas drying apparatus
JPS57167718A (en) * 1981-04-08 1982-10-15 Nobuko Tamaoki Dehumidifying agent
US4687573A (en) * 1984-08-13 1987-08-18 Pall Corporation Sorbing apparatus
JPS61222523A (ja) * 1985-03-28 1986-10-03 P S Kankyo Giken Kk 除湿エレメント
US4711097A (en) * 1986-10-24 1987-12-08 Ferdinand Besik Apparatus for sorption dehumidification and cooling of moist air
US5528905A (en) * 1994-03-25 1996-06-25 Essex Invention S.A. Contactor, particularly a vapour exchanger for the control of the air hygrometric content, and a device for air handling
US5661983A (en) * 1995-06-02 1997-09-02 Energy International, Inc. Fluidized bed desiccant cooling system
BE1010132A3 (nl) * 1996-04-02 1998-01-06 Atlas Copco Airpower Nv Werkwijze en inrichting voor het drogen van een door een compressor samengeperst gas.
US5817167A (en) * 1996-08-21 1998-10-06 Des Champs Laboratories Incorporated Desiccant based dehumidifier
SG104251A1 (en) * 1998-01-26 2004-06-21 Kankyo Co Ltd Method and apparatus for dehumidifying air
US6083300A (en) * 1998-08-25 2000-07-04 Gas Research Institute Dual mode air treatment apparatus and method
DE10027467A1 (de) * 2000-06-02 2001-12-06 Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Raumklimagestaltung in feuchtwarmen und warmen Klimazonen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005056161A1 *

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CA2550140A1 (en) 2005-06-23

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