EP1710516B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Befeuchtung eines Luftstromes - Google Patents

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EP1710516B1
EP1710516B1 EP05090076A EP05090076A EP1710516B1 EP 1710516 B1 EP1710516 B1 EP 1710516B1 EP 05090076 A EP05090076 A EP 05090076A EP 05090076 A EP05090076 A EP 05090076A EP 1710516 B1 EP1710516 B1 EP 1710516B1
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EP
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humidification
air
water
humidifying
circuit
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EP1710516A1 (de
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Martin Dr.-Ing. Möritz
Hans Dr.-Ing. Peters
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Priority to JP2008503443A priority patent/JP2008545113A/ja
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    • 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
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    • F24F2006/146—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air using nozzles using pressurised water for spraying
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification

Definitions

  • the invention relates to a device for increasing the relative humidity of an air flow with humidifying means, which are arranged in the air flow and adapted for the delivery of humidifying water to the air flow, wherein the humidifying means are connected to a humidifying circuit, which via a circulating pump for circulating the dampening water in the Humidification circuit and a humidifying heat exchanger for heating the dampening water below the boiling point has.
  • the invention further relates to a method of humidifying an air stream in which moistening water is consumed in the air stream, wherein the moistening water is circulated in a humidifier water circuit under continuous heating and thus heated to a temperature between 40 and 95 degrees Celsius.
  • a trickle evaporator which has a device with extending to a rising air flow Rieselböden. To moisten the air flow water is applied by means of a water dispenser on the top Rieselièreteil. The water then trickles cascading on reasonably introduced into the Rieselböden openings over the Rieselböden and thereby strips the humidified air flow.
  • a humidifying circuit is further provided which has a circulating pump for circulating the humidifying water in the humidifying circuit and a humidifying heat exchanger for heating the humidifying water below the boiling point.
  • the outside air In order to meet the comfort requirements of the people, it is also necessary in the ventilation of interiors, the outside air to heat more or less depending on their temperature. The colder the outside air is compared to the desired room air temperature, the more the air has to be heated.
  • the DE 2 260 225 discloses a device for humidifying the air in an air-conveying room ventilation system whose humidifying means is designed as moistening water donating tube extending in an air heater. The dampening water exits through holes provided in the pipe and drips into the heat-emitting unit.
  • the DE 37 28 730 describes a non-air flow device for air heating and humidification, which consists of two combinkapillaren, heat storage and plate-like components, one of which is traversed by metallic heating tubes, which are traversed by a liquid heating medium. In the second component holes are introduced, which are filled with water, which evaporate over the plate surface and thus moisten the room air.
  • the EP 0 092 527 A2 discloses a radiator having an air humidification device having a tub filled with water. In the tub extending evaporation tubes for guiding the rising, heated air. The walls of the tub are covered with a porous layer, partially in the
  • the US 2,110,268 discloses a device for humidifying the air in optionally provided with outdoor or circulating air and air heating ventilation equipment, seen in the air flow direction behind a shell and tube heat exchanger, a water dispensing unit is arranged, which consists of one or more chambers with walls of a porous material. The chambers are traversed by water, which penetrates through the porous walls and moistens the air flowing past on the other side.
  • the WO 02/095297 describes a device for humidifying the air in ventilation devices, consisting of a battery of lamellae arranged side by side, over which a mobile carriage moves back and forth and drips water on the slats The water should evaporate after hitting the slats and thus moisten the room air ,
  • the device described is also arranged in the direction of air flow behind a tube heat exchanger intended for air heating.
  • the GB 463,369 discloses a ventilation system with a Heilbefeuchtungs Road, wherein the humidifier has a water reservoir, which is equipped with hot outside temperatures with a cooling. In cold outside temperatures this may be replaced by heating medium.
  • the prior art air humidification devices and methods suffer from a number of disadvantages.
  • some devices of the prior art seen in the air flow direction are located immediately behind air heaters, since on the one hand, the air after heating has a higher moisture absorption capacity and secondly, the heated air is to be deprived of more energy to evaporate the dampening water.
  • the water temperature directly at the interface between the humidifier water and the air to be humidified is too low to achieve a sufficient phase transition of the water from the liquid state to the gaseous state.
  • the flowing air which usually has only a temperature of about 20 - 24 ° C, cools the dampening water at the interface between water and air.
  • the device mentioned above has a humidification circuit with heat exchanger.
  • the heat exchanger heats the humidifier water, allowing for improved humidification.
  • the heated humidifier water cools rapidly after entering the airflow for the reasons mentioned above, so that the intended increase in humidification performance is only relatively small.
  • the device mentioned in the construction is in addition consuming and expansive.
  • the object of the invention is therefore to provide a device and a method of the type mentioned above, which enables effective humidification in a limited space in a cost effective manner, wherein the entry of spray water is reliably avoided in downstream room areas.
  • the invention solves this problem starting from the device mentioned above in that the humidifying means have a hollow porous material which is connected to the humidifying circuit.
  • the invention solves this problem on the basis of the method mentioned above in that the heated dampening water is introduced into a hollow porous material.
  • the humidifying circuit comprises a hollow porous material, wherein heated dampening water continuously and controllably flows through the porous material in the interior. Due to the continuous flow of heated water, heat energy is constantly replenished into the interior of the porous material so that a high temperature can be continuously maintained inside and due to the porosity of the water-filled humidifying means also on the air-side surface of the porous material.
  • suitable porosity of Humidifying agent eg, 1.9 ⁇ m mean pore size with an open porosity of 30%, can bring the heated dampening water to the airside surface of the humectant.
  • the device according to the invention can be arranged in any ventilation and air conditioning systems and at any desired location.
  • the device according to the invention for reasons of space savings in a cooling coil of an air conditioner, wherein the device according to the invention can also be used for heating purposes in addition to the humidification.
  • the combination of humidifying means with fins analogous to heating or cooling registers is advantageous. Also in this case it is possible to exploit the heating of the humidifier water to heat the air flow and thus to heat a room.
  • the inventive device for cooling the air or the connected room, wherein the humidification heat exchanger acts as a cooler and cools the water circulated in the humidifying circuit.
  • the humidification heat exchanger acts as a cooler and cools the water circulated in the humidifying circuit.
  • a dehumidification of the air can be achieved when falling below the dew point of the air to be cooled.
  • the heating and recycling of humidifying water allows a largely independent control of humidification, since the control of preheating the humidifying water has a control of humidification in the wake.
  • the temperature of the heated humidifying water is in the range between 40 and 95 degrees Celsius during operation of the device according to the invention.
  • the humidification circuit has a control unit connected to the circulation pump and the humidification heat exchanger, which is set up to regulate the circulation rate, the pressure and / or the temperature of the humidifying water in the humidifying means.
  • Control units are known as such, so that at this point on their structure need not be discussed in more detail.
  • a conventional control unit on appropriate parameter sets such as setpoints for the mass flow, the temperature, the pressure, or the relative humidity. The setpoints are compared with measured values provided to the control unit by suitable sensors.
  • a control routine for example in the form of software programs, performs certain control steps, such as increasing the flow rate of the circulation pump.
  • the humidification circuit has control valves connected to the control unit.
  • the control unit is thus able to adjust the temperature and the pressure and the flow rate of the humidifying water in the humidifying means by accessing the circulation pump and the control valves.
  • the hollow porous material is a porous tube through which the dampening water is driven under the action of the circulation pump. Depending on the pressure set, the dampening water penetrates through the porous wall of the pipe to the outside, where it is transferred into its vapor phase, for example, by a heated air flow.
  • the hollow porous material is in a related development in a heat-conducting contact with a heating element of a Heilloomregisters.
  • the humidifying agents have a hydrophilic surface.
  • the humidifying means comprise a perforated or apertured material. From the openings it comes to the outlet of dampening water.
  • the humidification circuit can be connected to a water supply via a water treatment plant.
  • the water treatment plant is used to remove unwanted substances dissolved in dampening water.
  • the moistening agents extend in a air heating device through which air flow can flow with heating elements.
  • the heating elements are for example formed independently of the Befeuchtungs63 hardwareer.
  • a preheating of the humidification without heating the air flow through the heating elements for example, by the supply and return of the heating elements after the humidification heat exchanger, however, are shorted before entering or leaving the air heater.
  • the humidifying heat exchanger is coupled to a flow of Heilmoreregisters.
  • a particularly cost preheating of the humidifying water is possible, since it can be dispensed with a separate power supply for preheating.
  • the preheating of the humidifying water also leads to no impairment of the heat output of Heilmoreregisters because the consumed by the preheating heat energy, for example, a few percent based on the total energy demand for air conditioning (heating and humidification), on the humidifying water also to be heated and humidified Air is transmitted.
  • the heating elements are heat conductively connected to a hollow hydrophilic and / or porous material. In this way, the humidification performance is further increased.
  • the humidifying means comprises a humidifying tube extending through an air heating coil and having humidifying openings for delivering the humidifying water. Also in this variant of the invention has been found that the humidification performance can be increased considerably by the preheating of the humidification.
  • the air heater on layers of a evaporation promoting material are, for example, hydrophilic materials which, contrary to the surface tension of the liquid moistening water, bring about a more extensive wetting of the material promoting the evaporation. The more extensive wetting facilitates the evaporation of dampening water.
  • hydrophilic materials in this context materials with a large, for example, grainy outer surface into consideration.
  • the heated dampening water is introduced into a hollow porous and / or hydrophilic material.
  • the hollow porous material extends in a heat exchange register with heating elements.
  • the heating elements heat the hollow porous material.
  • FIG. 1a shows an embodiment of the device according to the invention.
  • the device comprises a Befeuchtungstage moduleer 13 through which a flow 12,15 and a return 16,11 one in the FIG. 1a not shown Heilmoreregisters is directed.
  • a heated liquid heating medium is passed and supplied in this way a likewise not shown heating element of the Heilmoreregisters.
  • the liquid heating means of the flow 12,15 is heated for example by so-called district heating. Deviating from this, however, it is also possible that another local heat exchanger is used in the context of the invention to allow heating of the heating element of Heilmoreregisters.
  • the Befeuchtungstage sensor 13 is part of a humidifying 5, which further has a circulating pump 7 and control valves 6 and 7.
  • the humidifying 5 is via a humidifying inlet 17 and a humidification 18 with a likewise in FIG. 1a not shown humidifier connected, with which the relative humidity of the air humidifier passing air flow can be increased.
  • a humidifying inlet 17 and a humidification 18 with a likewise in FIG. 1a not shown humidifier connected, with which the relative humidity of the air humidifier passing air flow can be increased.
  • FIG. 1a not shown humidifier On the Functioning of the humidifier will be discussed in more detail below.
  • the humidification circuit 5 is connected via a water treatment plant 3 to a conventional water supply 1, such as a city water pipe. To regulate the water supply in turn serves a control valve. 4
  • control valves 4, 6 and 10 and the circulation pump 7 are provided with a in FIG. 1a Not shown control unit connected, which is adapted to adjust the flow through the control valves 4, 6 and 10 and for adjusting the pump power of the circulation pump 7.
  • the control unit is also with in FIG. 1a not shown temperature and pressure sensors connected. In this way, a regulation of the pressure, the temperature and the flow rate of the humidifying water in the humidifying means 5 is made possible. The regulation takes place as a function of predetermined setting parameters and with the aid of a logic implemented in the control unit.
  • FIG. 1b shows a further embodiment of the device according to the invention, wherein in contrast to the in FIG. 1a shown embodiment, only the flow 12,15 of shipsstraddles is guided by the Befeuchtungstagerizationer 13.
  • FIG. 2 shows a device according to FIG. 1a with an air heater 9 shown schematically.
  • the air heater 9 is arranged in a channel-shaped housing 14 of a ventilation system, wherein the housing 14 is penetrated by an air flow 30 in the direction of the arrow shown.
  • the air heating coil 9 is followed by a humidifier 8, which communicates via the inlet 17 or via the outlet 18 with the humidifying circuit 5.
  • a humidifier 8 which communicates via the inlet 17 or via the outlet 18 with the humidifying circuit 5.
  • the humidifier 8 for example, a conventional nozzle tube, wherein the moistening water exiting the nozzle and entrained by the air flow 30 and is heated.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to FIG. 2 However, wherein air heater and humidifier are combined to form a schematically indicated common combination register 21.
  • FIG. 4 shows the embodiment according to FIG. 3 with a combination register shown in more detail 24.
  • the combination register 24 shown there has parallel to each other aligned flat heat exchanger fins 28 which are traversed in a transverse direction of tubular heating elements 26.
  • the heating elements 26 are in heat-conducting contact with the heat exchanger fins 28 and are supplied via the inlet 15 with heated liquid heating medium flowing through the tubular heating elements 26.
  • the heating elements 26 heat up the heat exchanger lamellae 28 and thus heat up the air flow 30 flowing past the heat exchanger lamellae 28.
  • tubular air humidifying means 25 are connected via the inlet 17 and the outlet 18 to the humidifying 5 and consist of a porous material.
  • the tubular porous material partially circulating humidifying water penetrates depending on the pressure set by the control unit, not shown, the wall of the porous material and is transferred by the simultaneous heating without droplet formation in its gas phase.
  • a water drainage trough 22 is arranged below the combination register 24 and has a water outlet nozzle 23 for discharging the water.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Humidification (AREA)
  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit eines Luftstromes mit Luftbefeuchtungsmitteln, die in dem Luftstrom angeordnet und zur Abgabe von Befeuchtungswasser an den Luftstrom eingerichtet sind, wobei die Luftbefeuchtungsmittel mit einem Befeuchtungskreislauf verbunden sind, der über eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Befeuchtungswassers in dem Befeuchtungskreislauf und über einen Befeuchtungswärmeaustauscher zum Erwärmen des Befeuchtungswassers unterhalb des Siedepunktes verfügt.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Befeuchten eines Luftstromes, bei dem Befeuchtungswasser in den Luftstrom eingebraucht wird, wobei das Befeuchtungswasser in einem Befeuchterwasserkreislauf unter kontinuierlicher Erwärmung umgewälzt und auf diese Weise auf eine Temperatur zwischen 40 und 95 Grad Celsius erwärmt wird.
  • Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus der DE 43 29 209 A1 bereits bekannt. Dort ist ein Rieselverdampfer offenbart, der eine Einrichtung mit sich quer zu einem aufsteigenden Luftstrom erstreckenden Rieselböden aufweist. Zum Befeuchten des Luftstromes wird Wasser mittels eines Wasserspenders auf den obersten Rieselboden aufgebracht. Das Wasser rinnt anschließend auf Grund zweckmäßig in die Rieselböden eingebrachter Öffnungen kaskadenförmig über die Rieselböden und streift dabei den zu befeuchtenden Luftstrom. Zur Verbesserung des Überganges des Wassers von seiner flüssigen in seine dampfförmige Phase ist ferner ein Befeuchtungskreislauf vorgesehen, der über eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Befeuchtungswassers in dem Befeuchtungskreislauf und über einen Befeuchtungswärmeaustauscher zum Erwärmen des Befeuchtungswassers unterhalb des Siedepunktes verfügt.
  • Um den Behaglichkeitsanforderungen des Menschen gerecht zu werden ist es bei der Belüftung von Innenräumen auch erforderlich, die Außenluft je nach deren Temperatur mehr oder weniger stark zu erwärmen. Je kälter die Außenluft im Vergleich zur gewünschten Raumlufttemperatur ist, desto stärker muss die Luft erwärmt werden.
  • Mit der Erwärmung der Luft fällt jedoch gleichzeitig deren relative Luftfeuchtigkeit. Unterhalb von etwa 30% relativer Luftfeuchte ist mit gesundheitlichen Beschwerden der Nutzer in den belüfteten Räumen zu rechnen. Immer dann, wenn die relative Luftfeuchte in den belüfteten Räumen unter diesen für Menschen erforderlichen Wert oder unter einen beispielsweise für einen industriellen Produktionsprozess in den belüfteten Räumen erforderlichen Wert fällt, ist es notwendig, die Außen- oder Zuluft zusätzlich zu befeuchten.
  • Die DE 2 260 225 offenbart eine Vorrichtung zur Befeuchtung der Luft in einer Luft fördernden raumlufttechnischen Anlage, deren Luftbefeuchtungsmittel als Befeuchtungswasser spendendes Rohr ausgeführt ist, das sich in einem Luftheizregister erstreckt. Das Befeuchtungswasser tritt über in dem Rohr vorgesehene Löcher aus und tropft in die Wärme abgebende Einheit.
  • Die DE 37 28 730 beschreibt eine nicht von Luft durchströmte Vorrichtung zur Lufterwärmung und Luftbefeuchtung, welche aus zwei hochkapillaren, wärmespeicherfähigen und plattenartigen Bauteilen besteht, von denen eines mit metallischen Heizrohren durchzogen ist, welche von einem flüssigen Heizmedium durchflossen werden. In das zweite Bauteil sind Bohrungen eingebracht, die mit Wasser befüllt sind, welches über die Plattenoberfläche verdunsten und somit die Raumluft befeuchten soll.
  • Die EP 0 092 527 A2 (D3) offenbart einen Heizkörper mit einer Einrichtung zur Luftbefeuchtung, die eine mit Wasser befüllte Wanne aufweist. In die Wanne erstrecken sich Verdunstungsrohre zum Führen der aufsteigenden, erwärmten Luft. Die Wände der Wanne sind mit einer porösen Schicht bedeckt, die sich teilweise in das
  • Wasser hinein erstreckt. Aufgrund des Kapillareffektes steigt das Wasser in dem porösen Material über den Pegelstand des Wassers in der Wanne hinaus, so dass die Kontaktfläche zwischen der vorbeiströmenden, erwärmten Luft und dem Befeuchtungswasser erhöht ist.
  • Die US 2,110,268 offenbart eine Vorrichtung zur Befeuchtung der Luft in wahlweise mit Außen- oder Umluftführung sowie mit Lufterwärmung vorgesehenen Lüftungsgeräten, in der in Luftströmungsrichtung gesehen hinter einem Rohrbündelwärmeaustauscher eine Wasserspendeeinheit angeordnet ist, welche aus einer oder mehreren Kammern mit Wänden aus einem porösen Material besteht. Die Kammern werden mit Wasser durchflossen, welches durch die porösen Wände dringt und die auf der anderen Seite vorbeiströmende Luft befeuchtet.
  • Die WO 02/095297 beschreibt eine Vorrichtung zur Befeuchtung der Luft in Lüftungsgeräten, bestehend aus einer Batterie von nebeneinander angeordneten Lamellen, über welchen ein mobiler Schlitten hin und her fährt und Wasser auf die Lamellen tropfen lässt Das Wasser soll nach dem Auftreffen auf die Lamellen verdunsten und somit die Raumluft befeuchten. Die beschriebene Vorrichtung ist ebenfalls in Luftströmungsrichtung gesehen hinter einem zur Lufterwärmung gedachten Rohrbündelwärmeaustauscher angeordnet.
  • Die GB 463,369 offenbart eine raumlufttechnische Anlage mit einer Luftbefeuchtungseinrichtung, wobei die Luftbefeuchtungseinrichtung über ein Wasserreservoir verfügt, welches bei heißen Außentemperaturen mit einer Kühlung ausgerüstet ist. Bei kalten Außentemperaturen kann diese durch Heizmittel ersetzt sein.
  • Ferner sind Dampfbefeuchter bekannt, bei denen das Befeuchtungswasser zur Luftbefeuchtung in einem dampfförmigen Zustand mit Temperaturen oberhalb von 100 Grad Celsius in den zu erwärmenden Luftstrom eingebracht wird.
  • Die vorbekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Luftbefeuchtung, weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So sind einige Vorrichtungen des Standes der Technik in Luftströmungsrichtung gesehen unmittelbar hinter Lufterwärmern angeordnet, da zum einen die Luft nach der Erwärmung eine höhere Feuchtigkeitsaufnahmekapazität aufweist und da zum anderen der erwärmten Luft mehr Energie zur Verdampfung des Befeuchtungswassers entzogen werden soll. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die Wassertemperatur direkt an der Grenzfläche zwischen dem Befeuchterwasser und der zu befeuchtenden Luft zu niedrig ist, um einen ausreichenden Phasenübergang des Wassers vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand zu erreichen. Die strömende Luft, welche in der Regel nur eine Temperatur von etwa 20 - 24°C aufweist, kühlt das Befeuchtungswasser an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft ab. Weiterhin führt der Entzug von Verdampfungswärme zu einer Abkühlung des Befeuchtungswassers an der besagten Grenzfläche. Aufgrund einer dementsprechend geringen Wassertemperatur an der Grenzfläche zwischen der Luft und dem Befeuchtungswasser erfolgt ein nur geringer Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase und infolge dessen wird durch diese Befeuchtungssysteme nur eine geringe Befeuchtungsleistung erreicht. Eine Leistungssteigerung ist nicht möglich. Ferner sind zum Erreichen einer bestimmten Befeuchtungsleistung teilweise raumgreifende Befeuchtungsstrecken erforderlich.
  • Um auch bei geringer Lufterwärmung eine ausreichend hohe Luftbefeuchtung zu ermöglichen, weist die eingangs genannte Vorrichtung einen Befeuchtungskreislauf mit Wärmetauscher auf. Der Wärmeaustauscher erwärmt das Befeuchterwasser, so dass eine verbesserte Luftbefeuchtung ermöglicht ist. Jedoch kühlt sich das erwärmte Befeuchterwasser nach Eintritt in den Luftstrom aus den o. g. Gründen rasch ab, so dass die beabsichtigte Erhöhung der Befeuchtungsleistung nur verhältnismäßig gering ausfällt. Um das Eintragen von Spritzwasser, das von dem Luftstrom mitgerissen wird, in die zu befeuchtenden Räume oder in nachgeordnete Bereiche einer raumlufttechnischen Anlage zu vermeiden, ist die eingangs genannte Vorrichtung in ihrer Konstruktion zusätzlich aufwändig und raumgreifend.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auf kostengünstige Art ein wirksames Befeuchten bei begrenztem Bauraum ermöglicht, wobei das Eintragen von Spritzwasser in nachgeordnete Raumbereiche zuverlässig vermieden wird.
  • Auch soll es ermöglicht werden, die Luftbefeuchtung unabhängig von der Lufterwärmung zu betreiben, also auch dann die Luft befeuchten zu können, wenn keine oder nur eine geringe Lufterwärmung erforderlich oder möglich ist. Weiterhin soll es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren ermöglicht werden, die Befeuchtungsleistung der entsprechenden Befeuchtungsanlagen gezielt einstellen zu können.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung dadurch, dass die Luftbefeuchtungsmittel ein hohles poröses Material aufweisen, das an den Befeuchtungskreislauf angeschlossen ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren dadurch, dass das erwärmte Befeuchtungswasser in ein hohles poröses Material eingeleitet wird.
  • Erfindungsgemäß weist der Befeuchtungskreislauf ein hohles poröses Material auf, wobei erwärmtes Befeuchtungswasser kontinuierlich und regelbar im Innern durch das poröse Material hindurch strömt. Aufgrund der kontinuierlichen Durchströmung mit erwärmtem Wasser wird ständig Wärmeenergie in das Innere des porösen Materials nachgeliefert, so dass im Innern und infolge der Porosität der wasserbefüllten Befeuchtungsmittel auch an der luftseitigen Oberfläche des porösen Materials kontinuierlich eine hohe Temperatur gehalten werden kann. Bei geeigneter Porosität der Befeuchtungsmittel, z.B. 1,9 µm mittlerer Porengröße bei einer offenen Porosität von 30%, kann das erwärmte Befeuchtungswasser an die luftseitige Oberfläche der Befeuchtungsmittel gelangen. Durch die kontinuierlich hohe Temperatur an der luftseitigen Oberfläche des porösen Materials wird ein entsprechend leichter Übergang des Befeuchtungswassers von der flüssigen in die gasförmige Phase, d. h. eine hohe Befeuchtungsleistung, erreicht. Unerwünschtes Spritzwasser, das von dem Luftstrom mitgerissen wird, kann auf diese Weise fast vollständig vermieden werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in beliebigen raumlufttechnischen Anlagen und darin an beliebiger Stelle angeordnet sein. So ist es beispielsweise möglich die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Platzspargründen in einem Kühlregister einer Klimaanlage anzuordnen, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung neben der Luftbefeuchtung auch zu Heizzwecken eingesetzt werden kann. Selbstverständlich ist auch eine separate Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne oder außerhalb anderer Komponenten denkbar, wobei die Kombination der Befeuchtungsmittel mit Lamellen analog zu Heiz- oder Kühlregistern vorteilhaft ist. Auch in diesem Fall ist es möglich, die Erwärmung des Befeuchterwassers zur Erwärmung des Luftstromes und somit zum Heizen eines Raumes auszunutzen. In warmen Jahreszeiten ist es ferner möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung der Luft bzw. des angeschlossenen Raumes einzusetzen, wobei der Befeuchtungswärmetauscher als Kühler wirkt und das im Befeuchtungskreislauf umgewälzte Wasser abkühlt. Je nach Temperatur des durch die Befeuchtungsmittel geleiteten Wassers kann bei Unterschreitung des Taupunktes der zu kühlenden Luft auch eine Entfeuchtung der Luft erreicht werden.
  • Die Erwärmung und Kreislaufführung des Befeuchtungswassers ermöglicht eine weitgehend unabhängige Regelung der Luftbefeuchtung, da die Regelung der Vorerwärmung des Befeuchtungswassers eine Regelung der Luftbefeuchtung im Gefolge hat.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahren ist es ferner auf besonders kostengünstige Weise möglich, die Leistung der Luftbefeuchtung zu steigern, da als Wärmequelle auf die ohnehin vorhandene Installation der Wärmeversorgung für den Lufterhitzer zurück gegriffen werden kann.
  • Zweckmäßigerweise liegt im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperatur des erwärmten Befeuchtungswassers im Bereich zwischen 40 und 95 Grad Celsius.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Befeuchtungskreislauf eine mit der Umwälzpumpe und dem Befeuchtungswärmeaustauscher verbundene Regelungseinheit auf, die zur Regelung der Umwälzgeschwindigkeit, des Druckes und/oder der Temperatur des Befeuchtungswassers in den Luftbefeuchtungsmitteln eingerichtet ist. Regelungseinheiten sind als solche bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Aufbau nicht genauer eingegangen zu werden braucht. So weist eine übliche Regelungseinheit zweckmäßige Parametersätze wie beispielsweise Sollwerte für den Massenstrom, die Temperatur, den Druck, oder die relative Luftfeuchtigkeit auf. Die Sollwerte werden mit Messwerten verglichen, welche der Regelungseinheit von geeigneten Messfühlern zur Verfügung gestellt werden. In Abhängigkeit dieser Parameter führt eine Regelungsroutine, die beispielsweise in Form von Software-Programmen vorliegt, bestimmte Regelungsschritte, wie beispielsweise das Erhöhen der Förderleistung der Umwälzpumpe durch.
  • Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist der Befeuchtungskreislauf mit der Regelungseinheit verbundene Regelventile auf. Die Regelungseinheit ist somit in die Lage versetzt unter Zugriff auf die Umwälzpumpe und die Regelventile sowohl die Temperatur als auch den Druck und die Durchflussmenge des Befeuchtungswassers in den Befeuchtungsmitteln passend einzustellen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das hohle poröse Material ein poröses Rohr, durch welches das Befeuchtungswasser unter der Wirkung der Umwälzpumpe getrieben wird. Dabei dringt das Befeuchtungswasser je nach eingestelltem Druck durch die poröse Wand des Rohres nach Außen, wo es beispielsweise durch einen erwärmten Luftstrom in seine Dampfphase überführt wird. Das hohle poröse Material ist bei einer diesbezüglichen Weiterentwicklung in einem Wärme leitenden Kontakt mit einem Heizelement eines Luftheizregisters.
  • Zweckmäßigerweise weisen die Luftbefeuchtungsmittel eine hydrophile Oberfläche auf.
  • Abweichend hiervon oder zusätzlich zu dem hohlen hydrophilen und/oder porösen Material weisen die Luftbefeuchtungsmittel ein perforiertes oder mit Öffnungen versehenes Material auf. Aus den Öffnungen kommt es zum Austritt des Befeuchtungswassers.
  • Vorteilhafterweise ist der Befeuchtungskreislauf über eine Wasseraufbereitungsanlage mit einer Wasserversorgung verbindbar. Die Wasseraufbereitungsanlage dient zur Beseitigung unerwünschter im Befeuchtungswasser gelöster Substanzen.
  • Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Befeuchtungsmittel in einem vom Luftstrom durchströmbaren Luftheizregister mit Heizelementen. Die Heizelemente sind beispielsweise unabhängig von dem Befeuchtungswärmeaustauscher ausgebildet. Im Falle einer Kopplung der Heizelemente mit dem Befeuchtungswärmetauscher ist ein Vorwärmen des Befeuchtungswassers ohne Erwärmung des Luftstromes durch die Heizelemente beispielsweise herbeiführbar, indem der Vor- und Rücklauf der Heizelemente nach dem Befeuchtungswärmetauscher jedoch vor dem Ein- beziehungsweise Austritt in den Luftheizregister kurzgeschlossen werden.
  • Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Befeuchtungswärmetauscher mit einem Vorlauf des Luftheizregisters gekoppelt. Auf diese Weise ist ein besonders kostengünstiges Vorerwärmen des Befeuchtungswassers ermöglicht, da auf eine gesonderte Energieversorgung für die Vorerwärmung verzichtet werden kann. Die Vorerwärmung des Befeuchtungswassers führt auch zu keiner Beeinträchtigung der Wärmeleistung des Luftheizregisters, da die durch das Vorerwärmen verbrauchte Wärmeenergie, die beispielsweise wenige Prozent bezogen auf den Gesamtenergiebedarf zur Luftkonditionierung (Erwärmung und Befeuchtung) beträgt, über das Befeuchtungswasser auch auf die zu erwärmende und zu befeuchtende Luft übertragen wird.
  • Zweckmäßigerweise sind die Heizelemente Wärme leitend mit einem hohlen hydrophilen und/oder porösen Material verbunden. Auf diese Weise wird die Befeuchtungsleistung noch weiter erhöht.
  • Vorteilhafterweise weisen die Luftbefeuchtungsmittel ein sich durch ein Luftheizregister erstreckendes Befeuchtungsrohr auf, das über Befeuchtungsöffnungen zur Abgabe des Befeuchtungswassers verfügt. Auch bei dieser Variante der Erfindung hat sich erwiesen, dass durch die Vorerwärmung des Befeuchtungswassers die Luftbefeuchtungsleistung beträchtlich gesteigert werden kann.
  • Vorteilhafterweise weist das Luftheizregister Schichten aus einem die Verdunstung fördernden Material auf. Solche Materialien sind beispielsweise hydrophile Materialien, die entgegen der Oberflächenspannung des flüssigen Befeuchtungswassers eine flächigere Benetzung des die Verdunstung fördernden Materials herbeiführen. Die flächigere Benetzung erleichtert das Verdampfen des Befeuchtungswassers. Neben hydrophilen Materialien kommen in diesem Zusammenhang Materialien mit einer großen beispielsweise körnigen Außenoberfläche in Betracht.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfinderischen Verfahrens wird das erwärmte Befeuchtungswasser in ein hohles poröses und/oder hydrophiles Material eingeleitet. Hierbei werden die bereits erläuterten Vorteile erzielt.
  • Aus den ebenfalls bereits dargestellten Gründen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das erwärmte Befeuchtungswasser in ein perforiertes und/oder Löcher aufweisendes Material einzuleiten.
  • Vorteilhaft ist auch, dass sich das hohle poröse Material in einem Wärmeaustauschregister mit Heizelementen erstreckt.
  • Zweckmäßigerweise erwärmen die Heizelemente das hohle poröse Material.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
    • Figur 1a
    ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Vor- und Rücklauf des Heizmittelkreislaufes durch den Befeuchtungswärmeaustauscher geleitet sind,
    Figur 1b
    ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der nur der Vorlauf des Heizmittelkreislaufes durch den Wärmeaustauscher geleitet ist,
    Figur 2
    eine Vorrichtung gemäß Figur 1a mit einem separat ausgeführten und schematisch dargestellten Lufterhitzer und Luftbefeuchter,
    Figur 3
    eine Vorrichtung gemäß Figur 1a mit einem Lufterhitzer und einem Luftbefeuchter, die zu einem schematisch dargestellten Modul kombiniert sind, und
    Figur 4
    eine Vorrichtung gemäß Figur 3 mit einem Lufterhitzer und einem Luftbefeuchter zeigen, die zu einem genauer dargestellten Modul kombiniert sind.
  • Figur 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Befeuchtungswärmeaustauscher 13 auf, durch den ein Vorlauf 12,15 und ein Rücklauf 16,11 eines in der Figur 1a nicht dargestellten Luftheizregisters geleitet ist. Durch den besagten Vorlauf 12,15 wird ein aufgeheiztes flüssiges Heizmedium geleitet und auf diese Weise einem ebenfalls nicht dargestellten Heizelement des Luftheizregisters zugeführt. Das flüssige Heizmittel des Vorlaufs 12,15 ist beispielsweise durch so genannte Fernwärme aufgeheizt. Abweichend hiervon ist jedoch auch möglich, dass ein weiterer ortsnah aufgestellter Wärmeaustauscher im Rahmen der Erfindung eingesetzt ist, um ein Aufheizen des Heizelements des Luftheizregisters zu ermöglichen.
  • Der Befeuchtungswärmeaustauscher 13 ist Teil eines Befeuchtungskreislaufes 5, der weiterhin über eine Umwälzpumpe 7 sowie über Regelventile 6 und 7 verfügt. Der Befeuchtungskreislauf 5 ist über einen Befeuchtungszulauf 17 sowie über einen Befeuchtungsablauf 18 mit einem ebenfalls in Figur 1a nicht dargestellten Luftbefeuchter verbunden, mit dem die relative Luftfeuchtigkeit eines den Luftbefeuchter durchsetzenden Luftstromes erhöht werden kann. Auf die Funktionsweise des Luftbefeuchters wird nachfolgend noch genauer eingegangen.
  • Der Befeuchtungskreislauf 5 ist über eine Wasseraufbereitungsanlage 3 an eine übliche Wasserversorgung 1, wie beispielsweise an eine Stadtwasserleitung angeschlossen. Zur Regelung der Wasserzufuhr dient wiederum ein Regelungsventil 4.
  • Die Regelungsventile 4, 6 und 10 sowie die Umwälzpumpe 7 sind mit einer in Figur 1a nicht dargestellten Regelungseinheit verbunden, die zum Einstellen des Durchflusses durch die Regelungsventile 4, 6 und 10 und zum Einstellen der Pumpleistung der Umlaufpumpe 7 eingerichtet ist. Die Regelungseinheit ist ferner mit in Figur 1a nicht dargestellten Temperatur- und Druckgebern verbunden. Auf diese Weise ist eine Regelung des Druckes, der Temperatur und der Durchflussgeschwindigkeit des Befeuchtungswassers in dem Befeuchtungsmittel 5 ermöglicht. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit vorbestimmter Stellparameter und mit Hilfe einer in der Regelungseinheit implementierten Logik.
  • Figur 1b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei im Gegensatz zu dem in Figur 1a gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich der Vorlauf 12,15 des Luftheizregisters durch den Befeuchtungswärmeraustauscher 13 geführt ist.
  • Figur 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß Figur 1a mit einem schematisch dargestellten Luftheizregister 9. Das Luftheizregister 9 ist in einem kanalförmigen Gehäuse 14 einer raumlufttechnischen Anlage angeordnet, wobei das Gehäuse 14 von einem Luftstrom 30 in der gezeigten Pfeilrichtung durchsetzt wird. Im Wege des Luftstromes 30 ist dem Luftheizregister 9 ein Luftbefeuchter 8 nachgeschaltet, der über den Zulauf 17 bzw. über den Ablauf 18 mit dem Befeuchtungskreislauf 5 kommuniziert. Durch das Erwärmen des Befeuchtungswassers, das in dem Befeuchtungskreislaufs 5 teilweise umläuft, ist die Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit des durch das Luftheizregister 9 aufgeheizten Luftstromes 30 erleichtert.
  • Zur Abgabe des Befeuchtungswassers in den Luftstrom 30 weist der Luftbefeuchter 8 beispielsweise ein übliches Düsenrohr auf, wobei das Befeuchtungswasser aus den Düsen austritt und vom Luftstrom 30 mitgerissen und erwärmt wird.
  • Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Figur 2, wobei jedoch Luftheizregister und Luftbefeuchter zu einem schematisch angedeuteten gemeinsamen Kombinationsregister 21 kombiniert sind.
  • Figur 4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 mit einem genauer dargestellten Kombinationsregister 24. Das dort dargestellte Kombinationsregister 24 weist parallel zueinander ausgerichtete flächige Wärmetauscherlamellen 28 auf, die in einer Querrichtung von rohrförmig ausgebildeten Heizelementen 26 durchsetzt sind. Dabei stehen die Heizelemente 26 in Wärme leitendem Kontakt mit den Wärmeaustauscherlamellen 28 und werden über den Zulauf 15 mit aufgeheiztem flüssigem Heizmedium versorgt, das durch die rohrförmigen Heizelemente 26 strömt. Durch die Heizelemente 26 kommt es zur Aufheizung der Wärmeaustauscherlamellen 28 und somit zur Erwärmung des an den Wärmeaustauscherlamellen 28 vorbeiströmenden Luftstromes 30.
  • Zwischen den Heizelementen 26 sind ferner rohrförmige Luftbefeuchtungsmittel 25 erkennbar, welche die Wärmeaustauschlamellen 28 ebenfalls in Querrichtung durchsetzen und in Wärme leitendem Kontakt mit diesen stehen. Die Luftbefeuchtungsmittel 25 sind über den Zulauf 17 und den Ablauf 18 an den Befeuchtungskreislauf 5 angeschlossen und bestehen aus einem porösen Material. In dem rohrförmigen porösen Material teilweise umlaufendes Befeuchtungswasser durchdringt in Abhängigkeit des von der nicht gezeigten Regelungseinheit eingestellten Druckes die Wand des porösen Materials und wird durch die gleichzeitig stattfindende Erwärmung ohne Tröpfchenbildung in seine Gasphase überführt.
  • Zum Auffangen von Befeuchtungs- oder Kondenswasser ist unterhalb des Kombinationsregisters 24 eine Wasserablaufwanne 22 angeordnet, die über einen Wasserablaufstutzen 23 zum Abführen des Wassers verfügt.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit eines Luftstromes (30) mit Luftbefeuchtungsmitteln (25), die in dem Luftstrom (30) angeordnet und zur Abgabe von Befeuchtungswasser an den Luftstrom (30) eingerichtet sind, wobei die Luftbefeuchtungsmittel (25) mit einem Befeuchtungskreislauf (5) verbunden sind, der über eine Umwälzpumpe (7) zum Umwälzen des Befeuchtungswassers in dem Befeuchtungskreislauf (5) und über einen Befeuchtungswärmeaustauscher (13) zum Erwärmen des Befeuchtungswassers unterhalb des Siedepunktes verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbefeuchtungsmittel ein hohles poröses Material (25) aufweisen, das an den Befeuchtungskreislauf (5) angeschlossen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Vorrichtung die Temperatur des erwärmten Befeuchtungswassers im Bereich zwischen 40 und 95 Grad Celsius liegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungskreislauf (5) eine mit der Umwälzpumpe (7) und dem Befeuchtungswärmeaustauscher (13) verbundene Regelungseinheit aufweist, die zur Regelung der Umwälzgeschwindigkeit, des Druckes und/oder der Temperatur des Befeuchtungswassers in den Luftbefeuchtungsmitteln (25) eingerichtet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungskreislauf (5) mit der Regelungseinheit verbundene Regelventile (4, 6, 10) aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbefeuchtungsmittel (25) ein perforiertes oder mit Öffnungen versehenes Material aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle poröse Material als poröse Befeuchtungsrohre (25) realisiert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungskreislauf (5) über eine Wasseraufbereitungsanlage (3) mit einer Wasserversorgung (1) verbindbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befeuchtungsmittel (25) in einem vom Luftstrom (30) durchströmbaren Luftheizregister (9, 24) mit Heizelementen (26) erstrecken.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchtungswärmetauscher (13) wenigstens mit einem Vorlauf (12,15) des Luftheizregisters (9,24) gekoppelt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (26) Wärme leitend mit einem hohlen hydrophilen und/oder porösen Material verbunden sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbefeuchtungsmittel (25) ein sich durch ein Luftheizregister (9,24) erstreckendes Befeuchtungsrohr aufweisen, das über Befeuchtungsöffnungen zur Abgabe des Befeuchtungswassers verfügt.
  12. Vorrichtung nach einem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftheizregister (9,24) Schichten aus einem die Verdunstung fördernden Material aufweist.
  13. Verfahren zum Befeuchten eines Luftstromes, bei dem Befeuchtungswasser in den Luftstrom (30) eingebracht wird, wobei das Befeuchtungswasser in einem Befeuchterwasserkreislauf (5) unter kontinuierlicher Erwärmung umgewälzt und auf diese Weise auf eine Temperatur zwischen 40 und 95 Grad Celsius erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Befeuchtungswasser in ein hohles poröses Material (25) eingeleitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Befeuchtungswasser in ein perforiertes und/oder Löcher aufweisendes Material eingeleitet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das hohle poröse Material (25) in einem Wärmeaustauschregister (9, 24) mit Heizelementen erstreckt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (26) das hohle poröse Material erwärmen.
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