EP2531777A1 - Vorrichtung zur konditionierung eines luftstroms - Google Patents

Vorrichtung zur konditionierung eines luftstroms

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Publication number
EP2531777A1
EP2531777A1 EP10785346A EP10785346A EP2531777A1 EP 2531777 A1 EP2531777 A1 EP 2531777A1 EP 10785346 A EP10785346 A EP 10785346A EP 10785346 A EP10785346 A EP 10785346A EP 2531777 A1 EP2531777 A1 EP 2531777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
humidifying
moistening
tubes
conditioning
air stream
Prior art date
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Granted
Application number
EP10785346A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2531777B1 (de
Inventor
Hans Klingenburg
Peter BRÄUTIGAM
Martin Möritz
Hans Peters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Klingenburg GmbH
Original Assignee
Klingenburg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Klingenburg GmbH filed Critical Klingenburg GmbH
Publication of EP2531777A1 publication Critical patent/EP2531777A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2531777B1 publication Critical patent/EP2531777B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F24F6/12—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air

Definitions

  • the invention relates to a device for conditioning an air flow, comprising a humidifying device with humidifying elements arranged in the air stream to be humidified in the humidifying device, capable of being charged with pressurized water and of a fluid-permeable, preferably hydrophilic, fluid , Material are formed.
  • Such devices for conditioning an air stream are described, for example, in EP 1 519 118 A1 and EP 1 710 516 A1.
  • moistening the humidification of the air flow can be ensured without dripping or condensation occurs to a greater extent.
  • the invention has the object, the above-described generic device for conditioning an air stream in such a way that the efficiency is increased in the humidification of the air flow and that the space required for the design of the device, in particular the space for the moistening device of the same, can be significantly reduced.
  • Air-exposed shell or outer surface over its entire circumference of the air flow to be humidified evenly is kon- tactic. According to the invention, it is ensured on the entire mantle or outer surface of the wetting elements that the transition of the moisture into the air stream to be humidified takes place optimally and uniformly. As a result, on the one hand, the efficiency of the humidifying device and thus the efficiency of the entire apparatus for conditioning the air flow is increased; On the other hand, the size of the humidifier in particular can be significantly reduced for the same performance. This opens up the possibility of retroactively integrating devices configured according to the invention for conditioning an air flow into existing ventilation systems without the need for major constructional adjustments, etc.
  • the moistening elements of the moistening device are arranged transversely to the flow direction of the air stream to be moistened in the moistening device, uniform conditions can be assumed for the transmission of thermal energy and / or moisture into the fluid flow.
  • the moistening elements of the device according to the invention for conditioning the air flow can be advantageous configured as humidification tubes, wherein the tube walls of the fluid-permeable porous, preferably hydrophilic, material are formed and the pressurized water flow through the free pipe cross-section and can enter from there into the pipe wall.
  • the cross section of the moistening elements or the tube cross section of the moistening tubes is designed such that the moistening elements or the moistening tubes have the lowest possible flow resistance in the direction of flow of the air stream to be moistened.
  • the cross-section of the moistening elements or of the moistening tubes can be configured drop-shaped, with the droplet tip or the area of the strongest curvature of the droplet cross-section pointing in the flow direction of the air stream to be moistened;
  • the cross-section of the moistening elements or of the moistening tubes is tapered both in the flow direction of the air stream to be moistened and against the flow direction of the air stream to be moistened;
  • an oval configuration of the cross-section of the moistening elements or of the moistening tubes is also possible, wherein the longitudinal axis of the oval is arranged in the flow direction of the air stream to be moistened.
  • the outer surfaces of the moistening elements or moistening tubes made of a fluid-permeable porous material exposed to the air flow to be moistened have a spatial, e.g. corrugated, ribbed and / or rough, have structure by means of which the outer surfaces exposed to be humidified air flow are increased, the efficiency with which water or moisture passes from the moistening elements or the humidification tubes in the air stream to be humidified, further increased.
  • the power can be increased for a given size; Alternatively, it is possible to reduce the size of the device according to the invention for conditioning the air flow at the same power.
  • porous and fluid-permeable, preferably hydrophilic moistening elements or moistening tubes may advantageously be made of a suitable ceramic material, a suitable sintered metal material or a suitable
  • the permeability to water of the moistening elements or moistening tubes can be set by a coating of the material of the moistening elements or moistening tubes, this coating being designed as a selectively permeable membrane.
  • This membrane can have a high wet strength.
  • the materials forming the moistening elements or moistening tubes are ultimately no longer decisive for the exact adjustment of the permeability of the moistening elements or moistening tubes for water.
  • This precise adjustment or fine adjustment for the permeability of water is achieved by means of the coating of the polymer material, wherein this polymer material is quasi arbitrarily adjustable in this respect, so that the desired passage properties of the moistening or humidifying tubes are each exactly reproducible and precisely adjustable.
  • the effort to be made for this purpose is considerably reduced in this embodiment of the moistening elements or moistening tubes of the device according to the invention.
  • moistening elements or moistening tubes these then consist of a carrier body, which may for example consist of the previously described permeable to water, porous materials, as well as from the above-described coating of the polymer material.
  • the carrier body is designed so that the water can penetrate through it to the coating, but due to the easily adjustable properties of the coating, the passage of the water to the outer surface of the moistening or humidifying tubes can take place in the desired manner.
  • these properties of the moistening elements or moistening tubes can be achieved by the above-described coating of the polymer material with a much lower technical and economic expense.
  • the device according to the invention for conditioning the air flow is the pressurization of the outer surfaces of the fluid-permeable porous moistening or humidification in the humidified air flow passing water taking into account the permeability of the humidification or the humidification and the temperature of the humidified air flow so adjustable so that the pressurized water at the moment of transition from the outer surfaces of the moistening elements or the humidification tubes in the humidified air flow in its vaporous state passes over.
  • This can ensure that dripping, trickle or condensation does not occur, with the result that expensive measures for collection or recycling of such water can be omitted.
  • thermal energy can also be transmitted to the air flow through the humidifying elements or the humidifying tubes.
  • the material of the moistening elements or the moistening pipes can be tempered. This can be done for example by means of heating wires or similar components.
  • a tempering device by means of which the temperature of the water introduced into the moistening elements or the moistening pipes can be adjusted.
  • the temperature of the water By controlling the temperature of the water, it is further possible to transfer thermal energy from the water through or via the wetting elements or humidifying tubes into the air stream, i.e. to cool or heat the air stream.
  • an adjusting means is provided, by means of which the pressure and / or the flow velocity of the water introduced into the moistening elements or the moistening tubes can be adjusted.
  • the two flow channels at one the free end of the humidification tube are connected together and the one flow channel of the humidification tube is connected at a free end proximal end of the humidification tube to a distributor of the humidifier and the other flow channel of the humidification tube at the free end opposite proximal end of the humidification tube to a header of the humidifier is, it is possible by the design of the humidification tube with a split into two flow channels cross section to make this humidification mechanically stable than in the prior art.
  • a further advantageous development of the device according to the invention results when a partition wall between the two flow channels of the humidifying tube is formed from the same material as the remaining humidifying tube.
  • the cross section of the humidification tubes has the shape of a flattened elongated oval, wherein the longitudinal axis of the oval is arranged approximately parallel to the flow direction of the fluid flow.
  • the flow resistance of the device according to the invention can be further reduced if the cross section of the moistening tube is formed symmetrically to the transverse axis of the oval.
  • the transverse axis of the elongated oval lie in the dividing wall, which is conducive to the mechanical stability of the moistening tube.
  • a particularly compact and mechanically stable design of the device according to the invention can be achieved if the distributor and the collector are arranged adjacent to one another and an intermediate wall between distributor and collector is aligned with the partitions of the humidifying tubes.
  • the transition from the distributor into the respective humidification tube and also the transition or passage from the humidification tube into the collector can each be adapted to the flow cross-section of the relevant flow channel of the humidification tube.
  • a configuration of the device according to the invention which can be adapted to a wide variety of requirement profiles with a low technical and constructional outlay can be achieved if the humidifying tubes are each formed from at least one longitudinal modulus part with the dividing wall between the two flow channels and a cover part, wherein the cover part is designed so as to be partition-free free end of the humidifying tube is arranged. Since the length of the distributor and the collector can be specified virtually freely and the length of the humidifying tubes can likewise be selected as desired, the device according to the invention can be adapted to the flow cross-section of the fluid flow to be acted upon with small measures.
  • the humidification tubes on the distributor and the collector can be locked and fastened.
  • the distributor and the collector expediently consist of a microbially inert material, for example of aluminum, stainless steel or a suitable plastic.
  • thermal energy is transferred into the air flow and the air flow is humidified by moistening elements or humidification tubes by pressurizing water, pressurized into the moistening elements or moistening tubes and passing through a fluid-permeable porous fluid , Preferably hydrophilic, material trained humidifying or pipe walls of the humidification tubes transmitted through the air flow.
  • the water is pressurized taking into account the permeability or the porosity of the material of the humidifying or humidifying and the temperature of the humidified air flow and possibly other parameters so that it at the moment of transition from the outer surfaces of the Humidifying or the humidification in the humidified air stream in its vaporous state passes over.
  • the water temperature and / or the relative humidity of the air stream to be humidified and / or the flow rate of the air stream to be humidified and / or the possibly variable material temperature of the moistening elements or the moistening pipes can be taken into account as further parameters.
  • the efficiency of the method according to the invention for conditioning the air flow can be increased when the material of the humidifying elements or the humidification tubes tempered and / or the flow velocity of the introduced into the humidification or the humidification Water is adjusted.
  • the corresponding temperature or flow rate adjustment is of course taking into account also in the pressurization of the water into consideration parameters to be drawn.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment
  • FIG. 2 a device according to the invention for conditioning an air stream
  • FIG. 4 Embodiments for humidifying elements
  • FIG. 7 shows exemplary embodiments of the design of the outer or circumferential surface of the moistening elements or of the moistening tubes of the device according to the invention for conditioning an air flow
  • Figure 10 is a side view, an end view and a
  • Figure 11 is a cross-sectional view of another embodiment of a length module part of a humidification processing tube of the device according to the invention.
  • Figure 14 is an end view, a side view and a
  • Figure 15 is a schematic diagram of a connected to the collector and the manifold humidification tube of the device according to the invention.
  • the device 1 for conditioning the air flow 2 includes a moistening device 5.
  • the humidifying device 5 serves to increase the humidity of the air flow 2.
  • the moistening device 5 has a multiplicity of moistening tubes 6 which extend transversely to the flow direction of the air flow 2 flowing through the moistening device 5 and are introduced into the pressurized water.
  • the walls of the humidification tubes 6 are made of a
  • the pressurized water introduced into the humidification tubes 6 penetrates into the walls of the humidification tube 6 and is taken up by the humidifier 5 through which the humidifying device 5 flows through the airflow 2 on the outer or peripheral surfaces of the humidification tubes 6.
  • the humidifying tubes 6 of the humidifying device 5 have a tube cross-section, by means of which it is ensured that the outer or circumferential surfaces of the humidifying tubes 6 which are exposed to the air stream 2 to be humidified are uniformly contacted by the air stream 2 to be humidified over the entire circumference of the humidifying tubes 6 ,
  • the tube or flow cross-section of the humidification tubes may be formed in a drop-shaped, airfoil-shaped or pointed manner, both in and against the flow direction of the air stream 2 to be humidified.
  • the humidifying tubes 6 should have the lowest possible flow resistance in the flow direction of the air stream 2 to be humidified.
  • the tube cross-section points to the region of its greatest curvature or to the droplet tip in the flow direction of the air flow 2 to be humidified.
  • humidification tubes 6 formed with airfoil cross-sections are oriented , as can be seen from FIG.
  • tube cross-section of the humidifying 6 show the two peaks in the flow direction of the air flow to be humidified or precisely against the flow direction of the air flow to be humidified second
  • the outer or circumferential surfaces of the humidification tubes 6 may have the spatial surface structures shown in FIGS. 5, 6 and 7, by means of which the outer or peripheral surfaces of the humidification tubes 6 exposed to the air flow 2 to be humidified are enlarged.
  • the surface structures shown by way of example in FIGS. 5 to 7 have no connection with the porosity of the hydrophilic, porous and fluid-permeable material forming the walls of the moistening tubes 6.
  • the irregularities on the outer surfaces or lateral surfaces of the humidifying tubes 6 resulting from this porosity are, as compared to the structurings shown by way of example in FIGS.
  • a material for the hydrophilic, fluid-permeable and porous humidification tubes 6 is for example a suitable ceramic material, a sintered metal material or a suitable plastic in question.
  • the water introduced into the humidifying tubes 6 of the humidifying device, which is to be transferred into the airflow 2 to be humidified, is, as already mentioned, introduced under pressure into the humidification 6.
  • a pump not shown in the figures is used.
  • This pump is controlled or regulated by means of a control unit such that, taking into account the porosity of the humidifying 6 forming material and taking into account the temperature of the humidified air stream 2, the pressurized water at the moment of transition from the outer and outer surfaces of the humidification 6 in the humidified air stream 2 passes into its vaporous state of matter. This reliably prevents dripping water, condensed water or the like. occurs in the humidifier 5.
  • the water temperature, and / or the relative humidity of the air stream 2 to be humidified and / or the flow velocity of the air stream 2 to be humidified and / or the possibly variable material temperature of the humidification pipes 6 can be taken into account in the control or regulation of the pump.
  • the pore size of the humidifying tubes 6 forming material is preferably below 20 ⁇ , particularly advantageously below 10 pm.
  • the moistening device 5 can be designed such that thermal energy can also be transmitted to the air flow to be moistened by means of it.
  • the material of the humidification tubes 6 can be tempered, for which purpose, for example, heating wires can be used, which can transmit heat energy to the material of the humidification tubes in exactly controllable or controllable manner.
  • the device for conditioning the air flow can have a tempering device, by means of which the temperature of the water introduced into the moistening tubes 6 is arbitrarily set according to the requirement profile.
  • an adjusting means for example in the form of a pump, may belong to the device for conditioning the air flow 2, by means of which the pressure and the flow speed of the water introduced into the moistening tubes are / are adjusted depending on the requirement profile.
  • the latter serves to pressurize the air or fluid stream 2 with moisture.
  • the device 1 according to the invention is in principle also suitable for applying thermal energy in the form of heat or cold to the fluid flow.
  • the fluid flow can be acted upon both with thermal energy and with moisture.
  • To the moisture application device 1 includes a plurality of length module parts 7, which form the essential part of a Befeuchtungsrohrs 6, as shown in Figure 15.
  • the length module part 6 of the moistening tube 6 is, as is apparent from a comparison of FIGS. 8 to 10, oval in cross-section.
  • the length module part 7 of the humidifying tube 6 has within its tube cross-section, as from a synopsis of the figures. 8 and Fig.
  • FIG. 10 shows a partition wall 8 which, as shown in Fig. 10, is arranged approximately centrally in the longitudinal direction of the oblong oval cross-section.
  • the cross section of the humidifying tube 6 is divided into two flow channels 9, 10, which have approximately the same flow cross section.
  • the oblong oval-shaped cross-sectional shape of the moistening tube 6 or of the length modulus part 7 of the same has the result that the outer lateral surface of the moistening tube 6 comes into contact with the fluid flow 2 flowing past the device 1 to a high degree.
  • FIGS. 10 and 11 shows a further embodiment of the length module part 7.
  • the moistening tube 6 can have a plurality of the length module parts 7 shown in FIGS. 8 to 10 and 11.
  • the humidification tubes 6 of the device 1 can be oriented in any manner with respect to the fluid flow 2, but it is often advantageous if these humidification tubes 6 are arranged with their longitudinal direction transversely to the fluid flow 2.
  • the humidification tube 6 having only one length module part 7 in this exemplary embodiment is closed at its upper end in FIG. 15 by means of a cover part 11.
  • the cover part 11 corresponds in terms of its tube cross section to that of the length module part 7, but does not have the partition wall 8 provided in the case of the length module part 7, so that a moist medium 12, which flows through the humidification tube 6, can pass from the left-hand flow channel 9 in FIG. 15 to the right flow channel 10 in FIG. 15, which leads the humidifying medium 12 back to the cover part-remote end of the humidifying tube 6; as shown in Figure 15 by the double right-angled kinking arrow or the flow of the humidifying medium 12.
  • the wall of the moistening tube 6 is permeable to the moistening medium 12 located in the moistening tube 6.
  • the moistening medium 12 passes through the wall of the moistening tube 6 and comes into contact with the outer surface of the moistening tube 6 in contact with the fluid flow 2 flowing through a fluid conductor, through which the moistening medium 12 is received.
  • the device 1 For feeding the moistening medium 12 to the moistening tubes 6 of the device 1, the device 1 is formed with a distributor 14 and a collector 15, as shown in FIGS. 12 to 14.
  • the distributor 14 and the Collectors 15 abut each other with opposing walls, so that between the manifold 14 and the collector 15, an intermediate wall 16 is formed.
  • the humidifying medium 12 enters the manifold 14, as shown by the arrowhead pointing upwards.
  • the distributor 14 is provided with equally spaced passages 17, through which the humidifying medium 12 can enter the humidifying tubes 6 from the distributor 14. In the case of the representation selected in FIG.
  • these passages 17 are shown in a circle for reasons of simplicity.
  • the opening of the passages 17 may have a cross section which is adapted to the cross section of the flow channels 9 of the humidifying 6.
  • the moistening medium 12 thus passes from the distributor 14 into the flow channels 9 of the moistening tubes 6, then in the region of the cover parts 11 of the moistening tubes 6 into the flow channels 10 of the moistening tubes 6 and then out of the flow channels 10 of the moistening tubes 6 through passages shown in FIG 18 into the collector 15, from which excess wetting medium 12, as shown by the downward arrow, can escape.
  • the passages 18 are drawn in a circular manner in FIG. 14, but may have the cross-section of the flow channels 10 of the moistening tubes 6.
  • FIGS. 14 and 15 A comparison of FIGS. 14 and 15 reveals that the dividing walls 8 of the humidification tubes 6 are aligned with the intermediate wall 16 between the manifold 14 and the collector 15.
  • the device 1 for moistening the fluid flow 2 can be produced in any dimensions, the dimensions of the manifold 14 and the collector 15 are quasi freely selectable and the number and the respective length of the humidifying 6 due to the possibility of this humidifying 6 by a any number ofInternmodultei- len 7 and a cover part 11 to form, are arbitrary.
  • the partition wall 8 of the length module part 7 may be made of the same material as the rest of the length module part 7.
  • the outer circumferential surface of the moistening tube 6 is spatially structured in the illustrated embodiment and provided with ribs or projections, as can be seen from FIGS. 10 and 11.
  • the humidification tubes 6 can be locked and fastened by means of suitable connecting means on the distributor 14 and on the collector 15.
  • the manifold 14 and the collector 15 of the device 1 described above may be made of a microbially inert material, e.g. made of aluminum, stainless steel or a suitably formed plastic, be configured.
  • the moistening or humidifying 6 have a base or carrier body, which may consist of one of the above-mentioned materials for Water permeable designed, for example, porous, are.
  • the exact one Adjustment of the water permeability does not take place, however, by means of the choice of material for the base or support body, but by means of a coating which on this
  • This coating is formed of a polymer material, which is virtually arbitrarily adjustable in terms of its permeability to water with a very low cost.
  • This polymer material may be e.g. to act a suitable Nexar® polymer from Kraton.
  • Such a polymer material may be formed as a non-porous selectively permeable membrane with high wet strength.
  • the coating containing this polymer material then controls the passage of the water or moisture to the outer surface of the moistening elements or moistening tubes 6.
  • the base or carrier body of the moistening elements or moistening tubes 6 in this embodiment is designed such that the water can penetrate through it to the above-described coating, in which case, however, due to the easily adjustable properties of this coating Passage of water to the outer surface of the moistening element or humidifying 6 takes place in the desired, finely adjustable manner.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) hat eine Befeuchtungseinrichtung (5) mit Befeuchtungselementen (6), die in dem in der Befeuchtungseinrichtung (5) zu befeuchtenden Luftstrom (2) angeordnet, mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickbar und aus einem fluiddurchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildet sind. Um den Wirkungsgrad bei der Befeuchtung des Luftstroms (2) in der Befeuchtungseinrichtung (5) zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickten Befeuchtungselemente (6) der Befeuchtungseinrichtung (5) in Bezug auf ihren Querschnitt so gestaltet sind, dass ihre dem zu befeuchtenden Luftstrom (2) ausgesetzte Mantel- bzw. Außenfläche über ihren gesamten Umfang vom zu befeuchtenden Luftstrom (2) gleichmäßig kontaktierbar ist.

Description

„Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms" Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms, mit einer Befeuchtungseinrichtung mit Befeuchtungselementen, die in dem in der Befeuchtungseinrichtung zu befeuchtenden Luftstrom angeordnet, mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickbar und aus einem fluiddurchläs- sigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildet sind.
Derartige Vorrichtungen zur Konditionierung eines Luftstroms sind beispielsweise in der EP 1 519 118 AI und der EP 1 710 516 AI beschrieben. Mittels der Befeuchtungseinrichtungen kann die Befeuchtung des Luftstroms sichergestellt werden, ohne dass in größerem Ausmaß Tropf- oder Kondenswasser anfällt. Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemäße Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad bei der Befeuchtung des Luftstroms erhöht ist und dass der Raumbedarf für die Ausgestaltung der Vorrichtung, insbesondere der Raumbedarf für die Befeuchtungseinrichtung derselben, erheblich reduziert werden kann.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickten Befeuchtungselemente der Befeuchtungseinrichtung in Bezug auf ihren Quer- schnitt so gestaltet sind, dass ihre dem zu befeuchtenden
Luftstrom ausgesetzte Mantel- bzw. Außenfläche über ihren gesamten Umfang vom zu befeuchtenden Luftstrom gleichmäßig kon- taktierbar ist. Erfindungsgemäß wird auf der gesamten Mantel- bzw. Außenfläche der Befeuchtungselemente sichergestellt, dass der Übergang der Feuchtigkeit in den zu befeuchtenden Luftstrom optimal und gleichmäßig stattfindet. Hierdurch wird zum einen erreicht, dass der Wirkungsgrad der Befeuchtungseinrichtung und damit der Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms erhöht ist; andererseits kann die Baugröße insbesondere der Befeuchtungseinrichtung bei gleicher Leistung erheblich reduziert werden. Hierdurch werden Möglichkeiten eröffnet, erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrich- tungen zur Konditionierung eines Luftstroms in vorhandene lufttechnische Anlagen nachträglich zu integrieren, ohne dass große bautechnische Anpassungen etc. erforderlich wären.
Wenn die Befeuchtungselemente der Befeuchtungseinrichtung quer zur Strömungsrichtung des in der Befeuchtungseinrichtung zu befeuchtenden Luftstroms angeordnet sind, kann von gleichmäßigen Verhältnissen bei der Übertragung thermischer Energie und/oder von Feuchtigkeit in den Fluidstrom ausgegangen werden .
Die Befeuchtungselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms lassen sich vorteilhaft als Befeuchtungsrohre ausgestalten, wobei die Rohrwandungen aus dem fluiddurchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildet sind und das druckbeaufschlagte Wasser durch den freien Rohrquerschnitt hindurch strömen und von dort in die Rohrwandung eintreten kann.
Der Querschnitt der Befeuchtungselemente bzw. der Rohrquerschnitt der Befeuchtungsrohre ist so gestaltet, dass die Befeuchtungselemente bzw. die Befeuchtungsrohre in Strömungs- richtung des zu befeuchtenden Luftstroms einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen.
Der Querschnitt der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre kann tropfenförmig ausgestaltet sein, wobei die Tropfenspitze bzw. der Bereich der stärksten Krümmung des Tropfenquerschnitts in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms zeigt; alternativ ist es möglich, den Querschnitt der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre als Tragflächenquerschnitt zu gestalten; gemäß einer weiteren Alternative ist der Querschnitt der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre sowohl in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms als auch gegen die Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms spitz zulaufend ausgebildet; außerdem ist auch eine ovale Ausgestaltung des Querschnitts der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre möglich, wobei die Längsachse des Ovals in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms angeordnet ist.
Sämtliche vorstehend explizit angegebenen Ausgestaltungen des Querschnitts bzw. des Rohrquerschnitts stellen sicher, dass die Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre möglichst gleichmäßig vom zu befeuch- tenden Luftstrom kontaktiert werden, mit der Folge, dass ein gleichmäßiger Übergang des Wassers bzw. der Feuchtigkeit von den Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre in den zu befeuchtenden Luftstrom realisiert wird.
Wenn die dem zu befeuchtenden Luftstrom ausgesetzten Außenflächen der aus einem fluiddurchlässigen porösen Werkstoff bestehenden Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre eine räumliche, z.B. geriffelte, berippte und/oder raue, Struktur aufweisen, mittels der die dem zu befeuchtenden Luftstrom ausgesetzten Außenflächen vergrößert sind, wird der Wirkungsgrad, mit dem Wasser bzw. Feuchtigkeit von den Befeuchtungselementen bzw. den Befeuchtungsrohren in den zu befeuchtenden Luftstrom übergeht, weiter erhöht. Hierdurch kann die Leistung bei vorgegebener Baugröße erhöht werden; alternativ ist es möglich, bei gleicher Leistung die Baugröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms zu reduzieren.
Die porösen und fluiddurchlässigen, vorzugsweise hydrophilen Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre können vorteilhaft aus einem geeigneten keramischen Werkstoff, einem geeigneten gesinterten Metallwerkstoff oder einem geeigneten
Kunststoff ausgebildet sein. Entscheidend für die Auswahl des Werkstoffs ist das Anforderungsprofil an die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre, welches durch die Art des Einsatzes der Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms vorgegeben wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms ist die Durchlässigkeit für Wasser der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre durch eine Beschichtung des Werkstoffs der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre einstellbar, wobei diese Beschichtung als selektiv durchlässige Membran ausgebildet ist. Diese Membran kann eine hohe Nassfestigkeit aufweisen. Mit einer derart ausgestalteten Beschichtung wird ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichergestellt. Wenn die Beschichtung aus einem Polymerwerkstoff, z.B. einem geeigneten Nexar®-Polymer der Firma Kraton, ausgebildet ist, ist sie wegen der Eigenschaften derartiger Polymerwerkstoffe hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit für Wasser quasi beliebig einstellbar .
Bei diesen vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre ausbildenden Werkstoffe letztlich nicht mehr entscheidend für die exakte Einstellung der Durchlässigkeit der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre für Wasser. Diese genaue Einstellung bzw. Feinj ustierung für die Durchlässigkeit von Wasser wird mittels der Beschichtung aus dem Polymerwerkstoff erreicht, wobei dieser Polymerwerkstoff quasi beliebig in dieser Hinsicht einstellbar ist, so dass die gewünschten Durchtrittseigenschaften der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre jeweils exakt reproduzierbar und genau einstellbar sind. Der hierfür zu betreibende Aufwand ist bei dieser Ausführungsform der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich redu- ziert. Bei dieser Ausführungsform der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre bestehen diese dann aus einem Träger- körper, der beispielsweise aus den bisher beschriebenen für Wasser durchlässigen, porösen Werkstoffen bestehen kann, sowie aus der vorstehend geschilderten Beschichtung aus dem Polymerwerkstoff. Der Trägerkörper ist so gestaltet, dass durch ihn hindurch das Wasser zu der Beschichtung vordringen kann, wobei jedoch aufgrund der in einfacher Weise einstellbaren Eigenschaften der Beschichtung der Durchtritt des Wassers an die Außenfläche der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre in der jeweils gewünschten Weise stattfinden kann. Wie bereits erwähnt, lassen sich diese Eigenschaften der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre durch die vorstehend geschilderte Beschichtung aus dem Polymerwerkstoff mit einem weitaus geringeren technisch-wirtschaftlichen Aufwand erreichen .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms ist die Druckbeaufschlagung des an den Außenflächen der fluiddurchlässigen porösen Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre in den zu befeuchtenden Luftstrom übergehenden Wassers unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre und der Temperatur des zu befeuchtenden Luftstroms so einstellbar, dass das druckbeaufschlagte Wasser im Augenblick des Übergangs von den Außenflächen der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre in den zu befeuchtenden Luftstrom in seinen dampfförmigen Aggregatzustand ü- bergeht. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Tropf-, Riesel- oder Kondenswasser nicht auftritt, mit der Folge, dass aufwendige Maßnahmen zur Sammlung bzw. Rückführung derartigen Wassers entfallen können. Bei bestimmten Anforderungsprofilen an die Befeuchtungseinrichtung der Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms ist es zweckmäßig, wenn durch die Befeuchtungselemente bzw. die Befeuchtungsrohre auch thermische Energie auf den Luft- ström übertragbar ist.
Zur Erhöhung der Steuerbarkeit und Regelbarkeit des Übergangs von Wasser in den zu befeuchtenden Luftstrom ist es vorteilhaft, wenn der Werkstoff der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre temperierbar ist. Dies kann beispielsweise mittels Heizdrähten oder vergleichbarer Bauteile geschehen.
Des weiteren kann es zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads des Übergangs von Wasser in den zu befeuchtenden Luftstrom zweckmäßig sein, eine Temperiereinrichtung vorzusehen, mittels der die Temperatur des in die Befeuchtungselemente bzw. die Befeuchtungsrohre eingeleiteten Wassers einstellbar ist. Durch die Temperierung des Wassers ist es des weiteren möglich, thermische Energie aus dem Wasser durch bzw. über die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre in den Luftstrom zu übertragen, d.h., den Luftstrom zu kühlen oder zu erwärmen .
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms ist ein Einstellmittel vorgesehen, mittels dem der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des in die Befeuchtungselemente bzw. die Befeuchtungsrohre eingeleiteten Wassers einstellbar ist.
Wenn der Querschnitt der Befeuchtungsrohre in zwei Strömungskanäle zweigeteilt ist, die beiden Strömungskanäle an einem freien Ende des Befeuchtungsrohrs miteinander verbunden sind, und der eine Strömungskanal des Befeuchtungsrohrs an einem dem freien Ende entgegengesetzten proximalen Ende des Befeuchtungsrohrs an einen Verteiler der Befeuchtungseinrichtung und der andere Strömungskanal des Befeuchtungsrohrs am dem freien Ende entgegengesetzten proximalen Ende des Befeuchtungsrohrs an einen Sammler der Befeuchtungseinrichtung angeschlossen ist, ist es durch die Ausgestaltung des Befeuchtungsrohrs mit einem in zwei Strömungskanäle aufgeteilten Querschnitt möglich, dieses Befeuchtungsrohr mechanisch stabiler als im Stand der Technik zu gestalten.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn eine Trennwand zwischen den beiden Strömungskanälen des Befeuchtungsrohrs aus demselben Werkstoff wie das übrige Befeuchtungsrohr ausgebildet ist.
Eine erhebliche Reduzierung des Strömungswiderstands der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den an ihr vorbeiströmenden Fluidstrom ist erreichbar, wenn der Querschnitt der Befeuchtungsrohre die Form eines abgeflachten länglichen Ovals aufweist, wobei die Längsachse des Ovals in etwa parallel zur Strömungsrichtung des Fluidstroms angeordnet ist.
Der Strömungswiderstand der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich weiter reduzieren, wenn der Querschnitt des Befeuchtungsrohrs symmetrisch zur Querachse des Ovals ausgebildet ist.
Vorteilhaft kann die Querachse des länglichen Ovals in der Trennwand liegen, was für die mechanische Stabilität des Befeuchtungsrohrs förderlich ist. Eine besonders kompakte und mechanisch stabile Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist erreichbar, wenn der Verteiler und der Sammler aneinander anliegend angeordnet sind und eine Zwischenwand zwischen Verteiler und Sammler mit den Trennwänden der Befeuchtungsrohre fluchtet. Hierbei kann der Übergangs aus dem Verteiler in das jeweilige Befeuchtungsrohr sowie auch der Übergang bzw. Durchlass aus dem Befeuchtungsrohr in den Sammler jeweils an den Strömungsquerschnitt des betreffenden Strömungskanals des Befeuchtungsrohrs angepasst sein .
Eine an unterschiedlichste Anforderungsprofile mit einem geringen technisch-konstruktiven Aufwand anpassbare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann erreicht werden, wenn die Befeuchtungsrohre jeweils aus zumindest einem Län- genmodulteil mit der Trennwand zwischen den beiden Strömungskanälen und einem Deckelteil ausgebildet sind, wobei das Deckelteil trennwandfrei ausgebildet und am freien Ende des Befeuchtungsrohrs angeordnet ist. Da die Länge des Verteilers und des Sammlers quasi frei vorgebbar ist und die Länge der Befeuchtungsrohre ebenfalls quasi beliebig wählbar ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geringen Maßnahmen an den Strömungsquerschnitt des zu beaufschlagenden Fluidstroms angepasst werden.
Vorteilhaft sind die Befeuchtungsrohre am Verteiler und am Sammler arretier- und befestigbar.
Der Verteiler und der Sammler bestehen zweckmäßigerweise aus einem mikrobiell inerten Werkstoff, z.B. aus Aluminium, Edelstahl oder einem geeigneten Kunststoff. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Konditionierung eines Luftstroms wird thermische Energie in den Luftstrom übertragen und der Luftstrom durch Befeuchtungselemente bzw. Be- feuchtungsrohre befeuchtet, indem Wasser mit Druck beaufschlagt, druckbeaufschlagt in die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre eingeleitet und durch die aus einem fluid- durchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildeten Befeuchtungselemente bzw. Rohrwandungen der Be- feuchtungsrohre hindurch in den Luftstrom übertragen. Zur Erhöhung des Wirkungsgrads dieses Verfahrens wird das Wasser unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit bzw. der Porosität des Werkstoffs der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre und der Temperatur des zu befeuchtenden Luftstroms und ggf. weiterer Parameter so druckbeaufschlagt, dass es im Augenblick des Übergangs von den Außenflächen der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre in den zu befeuchtenden Luftstrom in seinen dampfförmigen Aggregatzustand ü- bergeht .
Vorteilhaft können bei diesem Verfahren als weitere Parameter die Wassertemperatur und/oder die relative Luftfeuchtigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms und/oder die ggf. variierbare Werkstofftemperatur der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre berücksichtigt werden.
Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Konditionierung des Luftstroms kann erhöht werden, wenn der Werk- Stoff der Befeuchtungselemente bzw. der Befeuchtungsrohre temperiert und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des in die Befeuchtungselemente bzw. die Befeuchtungsrohre eingeleiteten Wassers eingestellt wird. Die entsprechende Temperierung bzw. Strömungsgeschwindigkeitseinstellung erfolgt selbstverständlich unter Berücksichtigung der auch bei der Druckbeaufschlagung des Wassers in Betracht zu ziehenden Parameter.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms; Figur 2
bis
Figur 4 Ausführungsbeispiele für Befeuchtungselemente bzw.
Befeuchtungsrohre einer Befeuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms;
Figur 5
bis
Figur 7 Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der Außen- bzw. Mantelfläche der Befeuchtungselemente bzw. de Befeuchtungsrohre der erfindungsgemäßen Vorrichtun zur Konditionierung eines Luftstroms;
Figur 8
bis
Figur 10 eine Seitenansicht, eine Stirnansicht und eine
Querschnittsdarstellung eines Längenmodulteils eines Befeuchtungsrohrs der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Figur 11 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Längenmodulteils eines Befeuch tungsrohrs der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 12
bis
Figur 14 eine Stirnansicht, eine Seitenansicht und eine
Draufsicht auf einen Verteiler und einen Sammler der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Figur 15 eine Prinzipdarstellung eines an den Sammler und den Verteiler angeschlossenen Befeuchtungsrohrs der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine in Figur 1 prinzipiell gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Konditionierung eines Luftstroms 2 ist in einem in Figur 1 lediglich angedeutetem Gehäuse 3 einer im übrigen nicht dargestellten lufttechnischen Anlage angeordnet. Zu der Vorrichtung 1 zur Konditionierung des Luftstroms 2 gehört eine Befeuchtungseinrichtung 5.
Die Befeuchtungseinrichtung 5 dient dazu, die Luftfeuchtigkeit des Luftstroms 2 zu erhöhen. Hierzu weist die Befeuchtungseinrichtung 5 bei den im folgenden erläuterten Ausführungsformen eine Vielzahl von Befeuchtungsrohren 6 auf, die sich quer zur Strömungsrichtung des die Befeuchtungseinrichtung 5 durchströmenden Luftstroms 2 erstrecken und in die druckbeaufschlagtes Wasser eingeleitet wird. Die Wandungen der Befeuchtungsrohre 6 sind aus einem
hydrophilen, fluiddurchlässigen und porösen Werkstoff ausgebildet. Das in die Befeuchtungsrohre 6 eingeleitete druckbeaufschlagte Wasser dringt in die Wandungen der Befeuchtungs- röhre 6 ein und wird an den Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6 von dem die Befeuchtungseinrichtung 5 durchströmenden Luftstrom 2 aufgenommen.
Die Befeuchtungsrohre 6 der Befeuchtungseinrichtung 5 haben einen Rohrquerschnitt, mittels dem sichergestellt wird, dass die Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6, die dem zu befeuchtenden Luftstrom 2 ausgesetzt sind, vom zu befeuchtenden Luftstrom 2 über den gesamten Umfang der Befeuchtungsrohre 6 gleichmäßig kontaktiert werden.
Hierzu kann der Rohr- bzw. Strömungsquerschnitt der Befeuchtungsrohre, wie dies in den Figuren 2 bis 4 beispielhaft dargestellt ist, tropfenförmig, tragflächenförmig oder sowohl in als auch gegen die Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms 2 spitz zulaufend ausgebildet sein. In jedem Fall wird bei der Gestaltung des Rohrquerschnitts der Befeuchtungsrohre 6 berücksichtigt, dass die Befeuchtungsrohre 6 in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms 2 einen möglichst minimierten Strömungswiderstand aufweisen sollen.
Im Falle eines tropfenförmigen Querschnitts der Befeuchtungsrohre 6, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, zeigt der Rohrquerschnitt mit dem Bereich seiner stärksten Krümmung bzw. mit der Tropfenspitze in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms 2. In entsprechender Weise sind auch mit Tragflächenquerschnitten ausgebildete Befeuchtungsrohre 6 orientiert, wie sich aus Figur 3 ergibt. Im Falle des in Figur 4 gezeigten Rohrquerschnitts der Befeuchtungsrohre 6 zeigen die beiden Spitzen in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms bzw. genau gegen die Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms 2.
Die Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6 können die in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigten räumlichen Oberflächenstrukturen aufweisen, mittels denen die dem zu befeuchtenden Luftstrom 2 ausgesetzten Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6 vergrößert sind. Hierdurch kann bei vorgegebenem Raumangebot für die Befeuchtungseinrichtung 5 die Quantität des in den zu befeuchtenden Luftstrom 2 zu übertragenden Wassers erhöht werden. Die in den Figuren 5 bis 7 beispielhaft dargestellten Oberflächenstrukturen stehen in keinerlei Zusammenhang mit der Porosität des die Wandungen der Befeuchtungsrohre 6 ausbildenden hydrophilen, porösen und fluiddurchlässigen Werkstoffs. Die sich aufgrund dieser Porosität ergebenden Unre- gelmäßigkeiten an den Außenflächen bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6 sind im Vergleich zu den in den Figuren 5 bis 7 beispielhaft dargestellten Strukturierungen der Außenbzw. Mantelflächen vernachlässigbar klein. Als Werkstoff für die hydrophilen, fluiddurchlässigen und porösen Befeuchtungsrohre 6 kommt z.B. ein geeigneter keramischer Werkstoff, ein gesinterter Metallwerkstoff oder ein geeigneter Kunststoff in Frage. Das in die Befeuchtungsrohre 6 der Befeuchtungseinrichtung eingeleitete Wasser, welches in den zu befeuchtenden Luftstrom 2 übergeleitet werden soll, wird, wie bereits erwähnt, unter Druckbeaufschlagung in die Befeuchtungsrohre 6 eingeleitet. Hierzu dient beispielsweise eine in den Figuren nicht gezeigte Pumpe. Diese Pumpe wird mittels einer Steuereinheit derart gesteuert bzw. geregelt, dass bei Berücksichtigung der Porosität des die Befeuchtungsrohre 6 ausbildenden Werkstoffs und bei Berücksichtigung der Temperatur des zu befeuchtenden Luftstroms 2 das druckbeaufschlagte Wasser im Augenblick des Übergangs von den Außen- bzw. Mantelflächen der Befeuchtungsrohre 6 in den zu befeuchtenden Luftstrom 2 in seinen dampfförmigen Aggregatzustand übergeht. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass Tropfwasser, kondensiertes Wasser od.dgl. in der Befeuchtungseinrichtung 5 auftritt.
Zusätzlich können bei der Steuerung bzw. Regelung der Pumpe die Wassertemperatur, und/oder die relative Luftfeuchtigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms 2 und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms 2 und/oder die ggf. variierbare Werkstofftemperatur der Befeuchtungsrohre 6 berücksichtigt werden.
Die Porengröße des die Befeuchtungsrohre 6 ausbildenden Werkstoffs liegt vorzugsweise unterhalb von 20 μπι, besonders vorteilhaft unterhalb von 10 pm.
Die Befeuchtungseinrichtung 5 kann so gestaltet sein, dass mittels ihr auch thermische Energie auf den zu befeuchtenden Luftstrom übertragen werden kann.
Der Werkstoff der Befeuchtungsrohre 6 kann temperierbar sein, wobei hierfür z.B. Heizdrähte eingesetzt werden können, die in exakt Steuer- bzw. regelbarer Weise Wärmeenergie auf den Werkstoff der Befeuchtungsrohre übertragen können. Des Weiteren kann die Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms eine Temperiereinrichtung aufweisen, mittels der die Temperatur des in die Befeuchtungsrohre 6 eingeleiteten Wassers je nach Anforderungsprofil beliebig eingestellt wird. Entsprechend kann ein Einstellmittel, beispielsweise in Form einer Pumpe, zur Vorrichtung zur Konditionierung des Luftstroms 2 gehören, mittels der der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit des in die Befeuchtungsrohre eingeleiteten Was- sers je nach Anforderungsprofil eingestellt wird bzw. werden.
Im Falle der anhand der Figuren 8 bis 15 gezeigten und im Folgenden ausführlich beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dient diese dazu, den Luft- bzw. Fluidstrom 2 mit Feuchte zu beaufschlagen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 grundsätzlich auch geeignet ist, den Fluidstrom mit thermischer Energie in Form von Wärme oder Kälte zu beaufschlagen. Darüber hinaus sind selbstverständlich Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 möglich, bei der der Fluidstrom sowohl mit thermischer Energie als auch mit Feuchte beaufschlagt werden kann. Zu der Vorrichtung 1 zur Feuchtebeaufschlagung gehört eine Vielzahl von Längenmodulteilen 7, die den wesentlichen Bestandteil eines Befeuchtungsrohrs 6, wie dies in Figur 15 gezeigt ist, bilden. Das Längenmodulteil 6 des Befeuchtungsrohrs 6, ist, wie sich aus einer Zusammenschau der Figuren 8 bis 10 ergibt, im Querschnitt länglich ovalförmig. Das Längenmodulteil 7 des Befeuchtungsrohrs 6 hat innerhalb seines Rohrquerschnitts, wie aus einer Zusammenschau der Figuren 8 und 10 hervorgeht, eine Trennwand 8, die, wie dies in Figur 10 gezeigt ist, in Längsrichtung des länglichen Ovalquerschnitts etwa mittig angeordnet ist. Durch die Trennwand 8 wird der Querschnitt des Befeuchtungsrohrs 6 in zwei Strö- mungskanäle 9, 10 aufgeteilt, die etwa denselben Strömungsquerschnitt aufweisen. Die länglich ovalförmige Querschnittsform des Befeuchtungsrohrs 6 bzw. des Längenmodulteils 7 desselben hat zur Folge, dass die Außenmantelfläche des Befeuchtungsrohrs 6 in hohem Grade gleichmäßig mit dem an der Vor- richtung 1 vorbeiströmenden Fluidstrom 2 in Kontakt gerät.
Dies wird noch durch die räumliche Strukturierung der Außenmantelfläche unterstützt, die am besten aus den Figuren 10 und 11, die eine weitere Ausführungsform des Längenmodulteils 7 zeigt, hervorgeht.
Das Befeuchtungsrohr 6 kann - je nach Anforderungsprofil - mehrere der in den Figuren 8 bis 10 und 11 gezeigten Längen- modulteile 7 aufweisen. Die Befeuchtungsrohre 6 der Vorrichtung 1 können in beliebiger Weise in Bezug auf den Fluidstrom 2 orientiert sein, jedoch ist es häufig vorteilhaft, wenn diese Befeuchtungsrohre 6 mit ihrer Längsrichtung quer zum Fluidstrom 2 angeordnet sind .
Wie insbesondere aus Figur 15 hervorgeht, ist das in diesem Ausführungsbeispiel lediglich ein Längenmodulteil 7 aufweisende Befeuchtungsrohr 6 an seinem in Figur 15 oberen Ende mittels eines Deckelteils 11 geschlossen. Das Deckelteil 11 entspricht hinsichtlich seines Rohrquerschnitts demjenigen des Längenmodulteils 7, hat jedoch nicht die im Falle des Längenmodulteils 7 vorgesehene Trennwand 8, so dass ein Be- feuchtungsmedium 12, das das Befeuchtungsrohr 6 durchströmt, am in Figur 15 oberen Ende des Befeuchtungsrohrs 6 aus dem in Figur 15 linken Strömungskanal 9 in den in Figur 15 rechten Strömungskanal 10 übertreten kann, der das Befeuchtungsmedium 12 zurück zum deckelteilfernen Ende des Befeuchtungsrohrs 6 führt, wie dies in Figur 15 durch den zweifach rechtwinklig abknickenden Pfeil bzw. die Strömung des Befeuchtungsmediums 12 gezeigt ist. Die Wandung des Befeuchtungsrohrs 6 ist für das im Befeuchtungsrohr 6 befindliche Befeuchtungsmedium 12 durchlässig. Das Befeuchtungsmedium 12 tritt durch die Wandung des Befeuchtungsrohrs 6 hindurch und gerät an der Außenmantelfläche des Befeuchtungsrohrs 6 in Kontakt mit dem einem Fluidleiter durchströmenden Fluidstrom 2, durch den das Befeuchtungsmedium 12 aufgenommen wird.
Im Falle der in Figur 11 gezeigten symmetrischen Ausgestaltung des Querschnitts des Längenmodulteils 7 des Befeuch- tungsrohrs 6 wird eine Gleichmäßigkeit des Übertritts des Befeuchtungsmediums 12 in den Fluidstrom 2 erreicht, die etwas höher ist als im Falle des in Figur 10 gezeigten, nicht exakt symmetrischen Querschnitts. Die Querachse 19 des länglich ovalen, symmetrischen Querschnitts liegt bei der gezeigten Ausführungsform in der
Trennwand 8.
Zur Zuführung des Befeuchtungsmediums 12 zu den Befeuchtungs- röhren 6 der Vorrichtung 1 ist die Vorrichtung 1 mit einem Verteiler 14 und einem Sammler 15 ausgebildet, wie dies in den Figuren 12 bis 14 gezeigt ist. Der Verteiler 14 und der Sammler 15 liegen mit einander gegenüberliegenden Wandungen aneinander an, so dass zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 15 eine Zwischenwand 16 gebildet ist. Aus der in Figur 14 gezeigten Draufsicht auf die Einheit aus dem Verteiler 14 und dem Sammler 15 geht hervor, dass das Befeuchtungsmedium 12, wie dies durch die nach oben gerichtete Pfeilspitze gezeigt ist, in den Verteiler 14 eintritt. Der Verteiler 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit gleich beabstan- deten Durchlässen 17 versehen, durch die hindurch das Be- feuchtungsmedium 12 aus dem Verteiler 14 in die Befeuchtungsrohre 6 eintreten kann. Im Falle der in Figur 14 gewählten Darstellung sind aus Einfachheitsgründen diese Durchlässe 17 kreisförmig dargestellt. Die Öffnung der Durchlässe 17 kann jedoch einen Querschnitt aufweisen, der an den Querschnitt der Strömungskanäle 9 der Befeuchtungsrohre 6 angepasst ist. Das Befeuchtungsmedium 12 gerät somit aus dem Verteiler 14 in die Strömungskanäle 9 der Befeuchtungsrohre 6, dann im Bereich der Deckelteile 11 der Befeuchtungsrohre 6 in die Strömungskanäle 10 der Befeuchtungsrohre 6 und dann aus den Strö- mungskanälen 10 der Befeuchtungsrohre 6 durch in Figur 14 gezeigte Durchlässe 18 in den Sammler 15, aus dem überschüssiges Befeuchtungsmedium 12, wie dies durch den nach unten gerichteten Pfeil gezeigt ist, austreten kann. Auch im Falle des Sammlers 15 sind in Figur 14 die Durchlässe 18 kreisför- mig gezeichnet, können jedoch den Querschnitt der Strömungskanäle 10 der Befeuchtungsrohre 6 aufweisen.
Aus einer Zusammenschau der Figuren 14 und 15 geht hervor, dass die Trennwände 8 der Befeuchtungsrohre 6 mit der Zwi- schenwand 16 zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 15 fluchten . Die Vorrichtung 1 zur Befeuchtung des Fluidstroms 2 kann in beliebigen Abmessungen hergestellt werden, wobei die Abmessungen des Verteilers 14 und des Sammlers 15 quasi frei wählbar sind und die Anzahl sowie die jeweilige Länge der Be- feuchtungsrohre 6 aufgrund der Möglichkeit, diese Befeuchtungsrohre 6 durch eine beliebige Anzahl von Längenmodultei- len 7 und einem Deckelteil 11 zu bilden, beliebig sind.
Die Trennwand 8 des Längenmodulteils 7 kann aus demselben Werkstoff hergestellt sein wie das übrige Längenmodulteil 7.
Die Außenmantelfläche des Befeuchtungsrohrs 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel räumlich strukturiert und mit Rippen bzw. Vorsprüngen versehen, wie dies aus den Figuren 10 und 11 hervorgeht.
Die Befeuchtungsrohre 6 sind mittels geeigneter Verbindungsmittel am Verteiler 14 und am Sammler 15 arretier- und befestigbar .
Der Verteiler 14 und der Sammler 15 der vorstehend geschilderten Vorrichtung 1 können aus einem mikrobiell inerten Werkstoff, z.B. aus Aluminium, Edelstahl oder einem entsprechend ausgebildeten Kunststoff, ausgestaltet sein.
Um die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit für Wasser genau herstellbar und exakt reproduzierbar auszuführen, ist es möglich, dass die Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre 6 einen Grund- bzw. Trägerkörper aufweisen, der aus einem der vorstehend bereits erwähnten Werkstoffe bestehen kann, die für Wasser durchlässig gestaltet, beispielsweise porös, sind. Die exakte Einstellung der Wasserdurchlässigkeit erfolgt jedoch nicht mittels der Werkstoffauswahl für den Grund- bzw. Trägerkörper, sondern mittels einer Beschichtung, die auf diesen
Grund- bzw. Trägerkörper aufgebracht ist. Diese Beschichtung ist aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet, der hinsichtlich seiner Durchlässigkeit für Wasser mit einem sehr geringen Aufwand quasi beliebig einstellbar ist. Bei diesem Polymerwerkstoff kann es sich z.B. um einen geeigneten Nexar®- Polymer der Firma Kraton handeln.
Ein derartiger Polymerwerkstoff kann als nicht poröse selektiv durchlässige Membran mit hoher Nassfestigkeit ausgebildet sein. Die diesen Polymerwerkstoff enthaltende Beschichtung steuert dann den Durchtritt des Wassers bzw. der Feuchte zur Außenfläche der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre 6.
Wie bereits erwähnt, ist der Grund- bzw. Trägerkörper der Befeuchtungselemente bzw. Befeuchtungsrohre 6 bei dieser Ausführungsform so gestaltet, dass durch ihn hindurch das Wasser zu der vorstehend geschilderten Beschichtung vordringen kann, wobei dann jedoch aufgrund der in einfacher Weise einstellbaren Eigenschaften dieser Beschichtung der Durchtritt des Wassers an die Außenfläche des Befeuchtungselements bzw. Befeuchtungsrohrs 6 in der gewünschten, fein justierbaren Weise stattfindet .

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2), mit einer Befeuchtungseinrichtung (5) mit Befeuchtungselementen (6), die in dem in der Befeuchtungseinrichtung (5) zu befeuchtenden Luftstrom (2) angeordnet, mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickbar und aus einem fluiddurchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mit druckbeaufschlagtem Wasser beschickten Befeuchtungselemente (6) der Befeuchtungseinrichtung (5) in Bezug auf ihren Querschnitt so gestaltet sind, dass ihre dem zu befeuchtenden Luftstrom (2) ausgesetzte Man- tel- bzw. Außenfläche über ihren gesamten Umfang vom zu befeuchtenden Luftstrom (2) gleichmäßig kontaktierbar ist.
2. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 1, bei der die Befeuchtungselemente (6) der
Befeuchtungseinrichtung (5) quer zu Strömungsrichtung
des in der Befeuchtungseinrichtung (5) zu befeuchtenden
Luftstroms (2) angeordnet sind.
3. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Befeuchtungselemente (6) als Befeuchtungsrohre (6) ausgebildet sind.
4. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Befeuchtungsele- mente (6) bzw. die Befeuchtungsrohre (6) in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms (2) einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen.
5. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Querschnitt der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) tropfenförmig ist und mit der Tropfenspitze bzw. dem Bereich seiner stärksten Krümmung in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms (2) zeigt, etwa als Tragflächenquerschnitt gestaltet ist, sowohl in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms (2) als auch gegen die
Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms (2) spitz zulaufend ausgebildet ist, oder oval und mit der
Längsachse des Ovals in Strömungsrichtung des zu befeuchtenden Luftstroms (2) angeordnet ist.
6. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die dem zu befeuchtenden Luftstrom (2) ausgesetzten Außenflächen der aus einem fluiddurchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff bestehenden Befeuchtungselemente (6)
bzw. Befeuchtungsrohre (6) eine räumliche, z.B. eine
geriffelte, berippte und/oder raue, Struktur aufweisen, mittels der die dem zu befeuchtenden Luftstrom (2) ausgesetzten Außenflächen vergrößert sind.
7. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2), nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die fluid- durchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Befeuchtungselemente (6) bzw. Befeuchtungsrohre (6) aus einem geeigneten keramischen Werkstoff, aus einem ge- eigneten gesinterten Metallwerkstoff oder aus einem
geeigneten Kunststoff ausgebildet sind.
8. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Durchlässigkeit für Wasser der Befeuchtungselemente (6) bzw. Befeuchtungsrohre (6) durch eine Beschichtung des Werkstoffs der Befeuchtungselemente (6) bzw. Befeuchtungsrohre (6) einstellbar ist, wobei die Beschichtung als selektiv durchlässige Membran ausgebildet ist.
9. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 8, bei der die Beschichtung aus einem Polymerwerkstoff, z.B. einem geeigneten Nexar®-Polymerwerkstoff der Firma Kraton, ausgebildet ist, der hinsichtlich seiner Durch- lässigkeit für Wasser quasi beliebig einstellbar ist und vorzugsweise eine hohe Nassfestigkeit aufweist.
10. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Druckbeaufschla- gung des an den Außenflächen der fluiddurchlässigen porösen Befeuchtungselemente (6) bzw. die Befeuchtungsrohre
(6) in den zu befeuchtenden Luftstrom (2) übergehenden
Wassers unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit der
Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) und der Temperatur des zu befeuchtenden Luftstroms (2) so einstellbar ist, dass das druckbeaufschlagte Wasser im Augenblick des Übergangs von den Außenflächen der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) in den zu befeuchtenden Luftstrom (2) in seinen dampfförmigen Aggregatzustand übergeht.
11. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der durch die Befeuchtungselemente (6) bzw. die Befeuchtungsrohre (6) thermische Energie auf den Luftstrom (2) übertragbar ist.
12. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Werkstoff der
Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) temperierbar ist, z.B. mittels Heizdrähten od.dgl.
13. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Temperiereinrichtung, mittels der die Temperatur des in die
Befeuchtungselemente (6) bzw. die Befeuchtungsrohre (6) eingeleiteten Wassers einstellbar ist.
14. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Einstellmittel, mittels dem der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des in die Befeuchtungselemente
(6) bzw. die Befeuchtungsrohre (6) eingeleiteten Wassers einstellbar ist.
15. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, bei der der Querschnitt der Be- feuchtungsrohre (6) in zwei Strömungskanäle (9, 10) zweigeteilt ist, die beiden Strömungskanäle (9, 10) an einem freien Ende des Befeuchtungsrohrs (6) miteinander verbunden sind, und der eine Strömungskanal (9) des Befeuchtungsrohrs (6) an einem dem freien Ende entgegengesetzten proximalen Ende des Befeuchtungsrohrs (6) an einen Verteiler (14) der Befeuchtungseinrichtung (5) und der andere Strömungskanal (10) des Befeuchtungsrohrs (6) am dem freien Ende entgegengesetzten proximalen Ende des Befeuchtungsrohrs (6) an einen Sammler (15) der Befeuchtungseinrichtung (5) angeschlossen ist.
16. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 15, bei der eine Trennwand (8) zwischen den beiden Strömungskanälen (9, 10) des Befeuchtungsrohrs (6) aus demselben Werkstoff wie das Befeuchtungsrohr (6) ausgebildet ist .
17. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Querschnitt des Befeuchtungsrohrs (6) die Form eines abgeflachten länglichen Ovals aufweist .
18. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 17, bei der der Querschnitt des Befeuchtungsrohrs
(5) symmetrisch zur Querachse (19) des Ovals ausgebildet ist.
19. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 18, bei der die Querachse (19) des Ovals in der
Trennwand (8) liegt.
20. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der der Verteiler (14) und der Sammler (15) aneinander anliegend angeordnet sind und eine Zwischenwand (16) zwischen Verteiler (14) und Sammler (15) mit den Trennwänden (8) der Befeuchtungsrohre (6) fluchtet.
21. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei der die Befeuchtungsrohre
(6) jeweils aus zumindest einem Längenmodulteil (7) mit der Trennwand (8) zwischen den beiden Strömungskanälen (9, 10) und einem Deckelteil (11) ausgebildet sind, wobei das Deckelteil (11) trennwandfrei ausgebildet und am freien Ende des Befeuchtungsrohrs (6) angeordnet ist.
22. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei der die Befeuchtungsrohre (6) am Verteiler (14) und am Sammler (15) arretier- und befestigbar sind.
23. Vorrichtung zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei der der Verteiler (14) und der Sammler (15) aus einem mikrobiell inerten Werkstoff, z.B. aus Aluminium, Edelstahl oder einem entsprechenden Kunststoff, ausgebildet sind.
24. Verfahren zur Konditionierung eines Luftstroms (2), bei dem der Luftstrom (2) durch Befeuchtungselemente (6) bzw. Befeuchtungsrohre (6) befeuchtet wird, indem Wasser mit Druck beaufschlagt, druckbeaufschlagt in die Befeuchtungselemente (6) bzw. Befeuchtungsrohre (6) eingeleitet und durch die aus einem fluiddurchlässigen porösen, vorzugsweise hydrophilen, Werkstoff ausgebildeten Befeuchtungselemente (6) bzw. Rohrwandungen der Befeuchtungsrohre (6) hindurch in den Luftstrom (2) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit bzw. der Porosität des Werkstoffs der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6), der Temperatur des zu befeuchtenden Luftstroms (2) und ggf. weiterer Parameter so druckbeaufschlagt wird, dass es im Augenblick des Übergangs von den Außenflä- chen der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) in den zu befeuchtenden Luststrom (2) in seinen dampfförmigen Aggregatzustand übergeht.
25. Verfahren zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 24, bei dem bei der Druckbeaufschlagung des Wassers als weitere Parameter die Wassertemperatur und/oder die relative Luftfeuchtigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms (2) und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des zu befeuchtenden Luftstroms (2) und/oder die ggf. variierbare Werkstofftempe- ratur der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) berücksichtigt wird bzw. werden.
26. Verfahren zur Konditionierung eines Luftstroms (2) nach Anspruch 24 oder 25, bei dem der Werkstoff der Befeuchtungselemente (6) bzw. der Befeuchtungsrohre (6) temperiert und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des in die Befeuchtungselemente (6) bzw. die Befeuchtungsrohre (6) eingeleiteten Wassers eingestellt wird.
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