EP3194855A1 - Vorrichtung und verfahren zur konditionierung eines gasstromes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur konditionierung eines gasstromes

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EP3194855A1
EP3194855A1 EP15767120.7A EP15767120A EP3194855A1 EP 3194855 A1 EP3194855 A1 EP 3194855A1 EP 15767120 A EP15767120 A EP 15767120A EP 3194855 A1 EP3194855 A1 EP 3194855A1
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EP
European Patent Office
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storage volume
tube
membrane
section
radiator
Prior art date
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Application number
EP15767120.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3194855B1 (de
Inventor
Peter Noisten
Anna Tornai
Thomas Kirmayr
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP3194855A1 publication Critical patent/EP3194855A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3194855B1 publication Critical patent/EP3194855B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/008—Details related to central heating radiators
    • F24D19/0082—Humidifiers for radiators
    • 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
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/02—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air
    • F24F6/08—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using heated wet elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/1435—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for changing the composition of a room air with
  • Methods of this kind can be used, for example, in air conditioning systems to humidify or dehumidify an air flow.
  • apparatus and methods of the type mentioned can be used to remove oxygen, ripening gases or carbon dioxide from a gas stream.
  • a device for humidifying an air flow in which water is discharged by means of a nozzle tube into the air.
  • the nozzle tube is equipped with holes, so that the water is discharged to a heat exchanger and partially evaporated there.
  • the gaseous water is taken up by the passing, heated air.
  • a solenoid valve can be used to regulate the amount of moisture supplied.
  • the object is achieved by a device according to claim 1, a radiator according to claim 11 and a method according to claim 15.
  • the tube may have a tube wall which is made of a metal, an alloy or a plastic.
  • the tube may in some embodiments of the invention have a round cross-section and have a diameter of about 80 mm, about 100 mm, about 200 mm or about 500 mm.
  • the cross section may be polygonal, for example rectangular. For larger ones
  • the device may have a plurality of parallel tubes, so that the entire gas stream is split on entering the device into a plurality of parallel partial streams and can be recombined at the outlet of the device in an optional air collector.
  • different parts of the building are controlled so that the humidity or the air composition in different parts of the building can be controlled or controlled separately.
  • the room can be part of a building, for example an office room, a storage room, an archive room, a damp room or a living room.
  • the space may be the interior of a cargo container.
  • the pipe wall has at least one opening in at least one longitudinal section of the pipe.
  • at least one component can be supplied to the gas stream flowing in the inner cross section of the pipe or a component can be removed.
  • the at least one opening opens into at least one storage volume which contains the component to be added or removed during operation of the device.
  • the at least one opening is closed with a membrane in order to increase the mass transfer between the storage volume and the inner cross section of the tube
  • Storage volume is a saline solution or a desiccant, so that moisture is removed from the gas stream in the tube and the storage volume is supplied.
  • Nitrogen a ripening gas such as e.g. Ethylene or other gaseous component to be removed. This can be the
  • the membrane may contain or consist of at least one ionomer.
  • Membranes made of an ionomer are permeable to cations and chemically almost inert, so that the device can be operated for a long time maintenance-free.
  • the ion conductor channels formed in the ionomer can have a
  • Diameter which is smaller than the size of common bacteria or viruses, so that only moisture or other gaseous components of the gas stream over the Membrane to be replaced. As a result, the direct penetration of bacteria or viruses or the formation of a liquid film of water on the membrane is avoided, so that the microbiological quality of the gas stream is not affected.
  • the membrane may contain or consist of at least one sulfonated polytetrafluoroethylene. In some embodiments, the
  • the membrane may have a multilayer structure, wherein a functional layer on a
  • Carrier layer of polytetrafluoroethylene is applied.
  • the mechanical strength of the membrane can be increased, without the positive properties of the
  • At least one opening may be provided with a support grid.
  • Support grid can be made for example of a metal or an alloy or a plastic and
  • a wire winding For example, contain a wire winding or a
  • Metal foil which is provided with etched openings. As a result, the mechanical strength of the membrane can be increased, so that a tearing or a
  • Storage volume have at least one Be Glall ⁇ réelle and / or at least one discharge opening. This makes it possible to supply the storage volume with a medium, for example water, a salt solution, a gas or other substances which are to be supplied to or removed from the gas flow through the membrane. If both a
  • the storage volume of a liquid or Gas medium are flowed through, so that a constant exchange of the medium in the storage volume is made possible.
  • the storage volume may be connected to a vacuum pump to maintain a pressure gradient across the membrane.
  • Storage volume are limited by the tube wall of the at least one tube and at least one outer tube, which surrounds the tube approximately concentric. The storage volume is thus through the gap between indoor and
  • the limiting element can also be easily dismantled even when the pipe is inserted in a longer pipe system. This allows easy maintenance and cleaning of the device by disassembly of the limiting element, without the device would have to be completely disassembled from the pipe system.
  • the membrane can additionally serve as a sealing element between at least one delimiting element and the tube wall. According to the invention, it has been recognized that the membrane can swell due to the absorption of moisture, so that it can completely seal the gap between a delimiting element and the outer wall of the tube. At the same time, the membrane by clamping between the outer wall of the tube and the contact surfaces clamped the limiting element and thereby without
  • Device at least one heating element, with which the
  • Storage volume thermal energy can be supplied. It has been shown that the diffusion across the membrane is dependent on the temperature and pressure of the medium in the storage volume.
  • a heating element By means of a heating element, the temperature can be influenced, so that the diffusion rate of the medium can be controlled by the storage volume in the inner cross section of the tube.
  • An electrical heating element has the advantage that the heating power can be influenced well by an electrical control signal,
  • a humidity sensor may be mounted, which detects the actual value.
  • the device may include at least one cooling element with which the storage volume can be cooled. As a result, the response of the device or. the control constant
  • the heating or cooling element may be used to maintain or generate a flow in the storage volume by convection.
  • Heating element and / or the cooling element may be arranged on the outside of the limiting element or the outer tube.
  • a heat flow forms over the wall of the limiting element or of the outer tube.
  • the Schuster Cooling element is thus accessible from the outside,
  • Storage volume may be arranged. This allows one
  • the heating element and / or the cooling element may comprise at least one Peltier element and / or at least one tube register and / or at least one electrical heating resistor.
  • Electric heating elements or. Cooling elements have the advantage that they are particularly easy to influence with an electronic control device. Pipe register allow the connection of the heating element resp. the cooling element to known heating systems or air conditioning systems, so that the heating or cooling capacity for the temperature control of the storage volume can be provided in a particularly energy efficient.
  • the apparatus further includes a first conveyor.
  • the first conveyor makes it possible to exchange the medium in the storage volume continuously, so that the accumulation of germs in the storage volume is avoided and / or the concentration of a desired substance in the storage volume is kept constant.
  • this may comprise a second conveyor, which can be used to circulate the gas stream to be conditioned in the inner cross section of the tube.
  • the first conveyor thus a water pump and the second conveyor may include a fan.
  • the conveyor can also be omitted and replaced for example by a thermosyphonous circulation or a convection flow.
  • the medium in the storage volume may have a pressure of from about 1 bar to about 8 bar.
  • the pressure of the passage of the medium in the storage volume can be controlled or regulated by the membrane in the réellequerschni11 of the tube. If the inventive method is used for humidification, the water pressure in the storage volume by the connection of the device to a
  • the usual line pressure is from about 3 bar to about 6 bar
  • a regulation of the moisture content can then optionally take place via the temperature in the storage volume.
  • this relates to a space heater radiator with a gas flow conditioning apparatus according to the present invention.
  • the heat of the radiator can heat both the liquid in the storage volume to transport the moisture through the membrane into the interior of the tube.
  • the heat of the radiator causes convection through the interior of the tubes of the device, so that the humidification takes place without additional auxiliary energy and self-regulating. The dehydration of the room air occurring especially in winter can thus be avoided.
  • the latter has at least one plate heat exchanger through which heating water can flow, which at least on one side to the
  • this has at least two plate heat exchangers, wherein the
  • Figure 1 is a first view of a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the section A - A through the first
  • Figure 3 shows the section B - B through the first
  • Figure 4 illustrates the function of the device based on a section through the pipe wall with the membrane.
  • FIG. 5 shows a cross section through a second one
  • Figure 6 shows the longitudinal section through the second embodiment of the invention.
  • Figure 7 shows a radiator as a third embodiment of the invention.
  • Figure 8 shows a cross section through the third
  • FIG 9 shows a radiator, which is a fourth
  • Embodiment of the invention carries.
  • Figure 10 shows a cross section through the fourth
  • FIGS. 1 shows the view of the invention
  • Figure 2 shows the section A - A
  • Figure 3 shows the section B - B.
  • Like reference numerals designate like components of the invention.
  • the device according to the invention contains at least one tube 2, which has a tube wall 20.
  • the pipe wall is the boundary between the réellequerschni11 21 and the outside space.
  • the gas stream to be conditioned flows in internal cross-section 21 of the tube 2.
  • the pipeline shown in FIGS. 1 to 3 can be present in multiple and be flowed through in parallel by the gas flow, so that each tube only has one Partial flow of the entire
  • the gas stream to be conditioned may be a supply air stream of an air conditioning system which is humidified or humidified by the device
  • the gas stream a storage room or a Transport container can be removed and / or fed.
  • the device 1 can also be used to mix oxygen or ripening gases such as e.g. Remove ethylene from the gas stream and enrich carbon dioxide or nitrogen to prevent premature spoilage of the stored goods
  • the tube 2 may be arranged vertically in a space, wherein a flow is created by a chimney effect. The gas flow is then maintained or generated without the supply of auxiliary electric power.
  • multiple devices may be sequentially traversed, with each device performing a different conditioning of the gas flow. For example, in a first device, the gas stream oxygen can be withdrawn and in a
  • the gas stream can be humidified.
  • the pipe wall 20 there is at least one opening 25.
  • a plurality of openings is present, which by machining, for example milling or drilling, in the wall
  • the membrane 3 closes the holes 25, so that the mass transport through the holes 25 can be controlled by the properties of the membrane.
  • the membrane 3 may be a semipermeable membrane or have pores that allow desired atoms or molecules to pass through and retain other atoms or molecules.
  • the membrane may contain or consist of an ionomer, for example, a sulfonated polytetrafluoroethylene.
  • Such a membrane may be adapted to pass gaseous water into the inner cross section 21 or to transport gaseous water from the inner cross section 21 through the openings 25.
  • the passage of liquid water and thus the occurrence of a water film in the inner cross section 21 can be avoided, however, by the membrane 3, so that hygienically precarious conditions in the interior of the tube 2 are avoided.
  • bacteria, viruses, fungi and other germs can not penetrate the membrane 3, so that contamination of the gas stream in the inner cross section 21 is avoided.
  • the tube is surrounded on both sides by a respective limiting element 45.
  • the limiting element 45 may, for example, have the box shape shown in the figures with a wall 451.
  • the limiting element 45 can have a flange 452 on both sides, which is provided with mounting holes 453.
  • opposite limiting elements 45 are bolted together and thereby fixed to the outside of the wall 20 of the tube 2.
  • only one single limiting element 45 or a limiting element 45 with a different shape can be present.
  • the membrane 3 may cover at least a partial area of the abutment surface 454 of the limiting element 45.
  • the membrane 3 can serve as a sealing element, so that a liquid outlet between the wall 20 and the limiting element 45 is avoided.
  • the membrane and / or the limiting element can be removed by loosening the screw connection 5, without the tube 2 having to be removed from a larger pipeline network.
  • the storage volume 4 can be supplied via at least one filling opening 41, a medium, for example water, a salt solution or a gas. Via an optional emptying opening 42, the medium from the storage volume 4th
  • Storage volume 4 are circulated.
  • FIG. 4 again shows a section of the tube wall 20 with an opening 25 located therein.
  • the membrane 3 rests on the outside of the tube wall 20 so that it closes the opening 25. If a medium is present in the storage volume 4, for example water,
  • a gas flow 80 is formed, for example by thermal convection or by a second conveyor.
  • the gas stream 80 takes the
  • Moisture 81 so for example, the supply air, which is supplied to an air-conditioned or heated room, is moistened.
  • the diffusion direction of the moisture flow 81 can reverse, so that a moist air flow 80 through the
  • the storage volume 4 can be evacuated, so that gaseous components of the
  • Gas stream 80 for example oxygen, diffuse through the membrane 3 in the storage volume 4 and discharged there.
  • Gas stream 80 can thus be moistened without disease germs spreading in the inner cross section 21 and reach the building via the air conditioning device.
  • the inventive device has the advantage that by adjusting the pressure and temperature in the storage volume 4, the size of the moisture flow 81 can be easily controlled, so that the moisture content of the gas stream 80 can be controlled within wide limits.
  • FIG. 5 shows the cross section of the device
  • FIG. 6 shows the longitudinal section.
  • Like reference numerals designate like components of the invention.
  • the second embodiment also uses a tube 2 with a tube wall 20.
  • the tube 2 is composed of two half-shells, one of which is shown in FIG.
  • the tube 2 has a wall 20, which the inner cross section 21 of the
  • the wall 20 in turn has a
  • the storage volume 4 is through the outside of the
  • the storage volume 4 is in turn accessible through a filling opening 41.
  • a support grid 31 which partially covers the openings 25.
  • the support grid 31 can of course be omitted in other embodiments of the invention also, if the openings 25 are chosen to be sufficiently small.
  • Figure 6 shows an optional heating element 6 and an optional cooling element 7. Heating and cooling can
  • the temperature of the medium in the storage volume 4 can be influenced by means of a control device, not shown, so that the moisture release or moisture absorption of the gas stream in the inner volume 21 can be controlled.
  • a third embodiment of the present invention will be explained with reference to Figs.
  • the third embodiment is a device according to the invention for
  • the radiator 9 has at least a first plate heat exchanger 91.
  • fluid channels are formed, which are traversed by a heat transfer medium.
  • a heating water can be used as a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium may also contain an oil or a vapor which undergoes a phase transition in the plate heat exchanger.
  • the first plate heat exchanger 91 is heated by the heat transfer fluid and gives off heat to the surrounding room air.
  • the amount of flowing heat carrier and thus the output heating power can be regulated by a thermostatic valve 95.
  • the first plate heat exchanger 91 In the normal installation position, the first plate heat exchanger 91 on a front side 911, which faces the room interior and thus the user.
  • the inventive device 1 for humidifying the room air.
  • Radiator 9 is not visible, so that the user the usual sight of the radiator 9 offers.
  • FIG. 8 shows a cross section through the heating body according to FIG. 7.
  • a first plate heat exchanger 91 with the front side 911 facing the space is shown.
  • the plate heat exchanger 91 has a cavity 915 through which the heat transfer fluid flows.
  • FIG. 8 further shows an optional second plate heat exchanger 92, which forms the rear side of the heating element 9. This can also be omitted in other embodiments of the invention. Also, the second plate heat exchanger 92 has a cavity 925, which can be flowed through by the heat transfer fluid. The plate heat exchanger 92 has a
  • Front side 921 which faces the back 912 of the first plate heat exchanger 91.
  • the opposite rear 922 of the second plate heat exchanger 92 faces the wall of the room in which the heater 9 is mounted.
  • limiting elements 45 are arranged, which can be made for example of a metal or an alloy.
  • the boundary elements can be seamless drawn or welded tubes with approximately square or rectangular cross section.
  • the limiting elements may be connected to the plate heat exchangers by welding, gluing or soldering. As a result, the plate heat exchangers are firmly connected, so that the
  • the storage volume 4 can thus be filled with a liquid, for example water.
  • convective air flow through the tube 2 commences, i. cold air is sucked from the bottom of the room, flows through the tubes 2 and leaves the radiator 9 at its top.
  • the rising air is heated, so that sets in a conventional manner, the heating of the room.
  • the plate heat exchangers also heat the water in the storage volume 4, which can subsequently diffuse through the membrane into the tube interior 21.
  • the device 1 operates passively without the aid of the User, since this no additional control or
  • the water connection can be in F1uidISS to the plate heat exchanger, so that the heating water enter the storage volume and for humidifying the
  • Room air can be used. During operation of the radiator, it then always comes to heating the storage volume 4, so that the heated air is also moistened at the same time. Due to the number of storage volumes and the membrane surface available at the border to the tube 2, the humidifying capacity can be adapted to the room size and the
  • the radiator 9 again contains two plate heat exchangers 91 and 92, which are spaced by a gap 95. Also in the gap 95 room air can rise and thereby be heated, so that in a conventional manner a
  • the device 1 according to the fourth embodiment has a housing 15 which is connected to a conventional, on known radiator can be attached. As a result, one side of the housing 15 of the device 1 comes into contact with the outside 911 of the plate heat exchanger 91. This in turn allows the heating of the limiting element 45 and subsequently the liquid in the storage volume 4. This can thus in the manner previously described by the membrane 3, not shown in the interior 21 of the tube. 2
  • the fourth embodiment of the invention has the advantage that it can be attached by fasteners 16 to a known and existing radiator without extensive assembly work or replacement of the radiator are required.
  • known space heaters in a simple manner with the device according to the invention for humidification or. Conditioning of the room air to be retrofitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Konditionierung eines Gasstromes (80), mit zumindest einem Rohr (2) mit einer Rohrwandung (20), welche einen Innenquerschnitt (21) umschließt, in welchem der Gasstrom führbar ist, wobei die Rohrwandung (20) in zumindest einem Längsabschnitt des Rohres (2) zumindest eine Öffnung (25) aufweist, welche mit einer Membran (3) verschlossen ist und welche den Innenquerschnitt (21) mit einem Speichervolumen (4) verbindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Konditionierung eines Gasstromes, bei welchem der Gasstrom im Innenquerschnitt (21) zumindest eines Rohres (2) mit einer Rohrwandung (20) geführt wird, wobei die Rohr- wandung (20) in zumindest einem Längsabschnitt des Rohres (2) zumindest eine Öffnung (25) aufweist, welche mit einer Membran (3) verschlossen ist und ein Stoffaustausch mit einem Speichervolumen (4) durch die Membran (3) erfolgt

Description

Vorrichtung und Verfahren zur
Konditionierung eines Gasstromes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Änderung der Zusammensetzung einer Raumluft mit
zumindest einem Rohr mit einer Rohrwandung, welche einen Innenquerschnitt umschließt , in welchem ein der Raumluft entnommener Gasstrom führbar ist . Vorrichtungen und
Verfahren dieser Art können beispielsweise in Klimaanlagen Verwendung finden, um einen Luftström zu befeuchten oder zu entfeuchten . Weiterhin können Vorrichtung und Verfahren der genannten Art dazu eingesetzt werden, Sauerstoff , Reifegase oder Kohlendioxid aus einem Gasstrom zu entfernen .
Aus der EP 1519118 Bl ist eine Vorrichtung zur Befeuchtung eines Luftstromes bekannt , bei welcher Wasser mittels eines Düsenrohres in die Luft abgegeben wird . Das Düsenrohr ist mit Bohrungen ausgestattet , so dass das Wasser an einen Wärmetauscher abgegeben wird und dort teilweise verdampft . Das gasförmige Wasser wird von der vorbeiströmenden, erwärmten Luft aufgenommen . Über ein Magnetventil kann die Menge zugeführter Feuchte reguliert werden .
Diese Lösung weist den Nachteil auf , dass flüssiges Wasser im Luftstrom vorhanden ist . Hierdurch wird das Wachstum von Algen und/oder Bakterien gefördert , sodass diese über die Klimaanlage im gesamten Gebäude verteilt werden können und hygienische Probleme auftreten . Darüber hinaus wird zur Verdampfung flüssigen Wassers eine erhebliche Energiemenge benötigt , sodass der Betrieb solcher Befeuchtungseinrichtungen sehr aufwendig ist . Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , eine hygienisch einwandfreie und
energieeffiziente Vorrichtung und ein entsprechendes
Verfahren zur Befeuchtung anzugeben .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Heizkörper gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst .
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Änderung der
Zusammensetzung einer Raumluft vorgeschlagen, welche
zumindest ein Rohr enthält . Bei Betrieb der Vorrichtung wird der Raumluft ein Gasström entnommen, welcher nachfolgend durch das Rohr geführt und dem Raum wieder zugeführt wird . Das Rohr kann eine Rohrwandung aufweisen, welche aus einem Metall , einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt ist . Das Rohr kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen runden Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser von etwa 80 mm, etwa 100 mm, etwa 200 mm oder etwa 500 mm aufweisen . In anderen Ausführungsformen kann der Querschnitt polygonal sein, beispielsweise rechteckig . Für größere
Befeuchtungsleistungen bzw . größere zu konditionierende Gasströme kann die Vorrichtung eine Mehrzahl parallel angeordneter Rohre aufweisen, sodass der gesamte Gasstrom bei Eintritt in die Vorrichtung in eine Mehrzahl paralleler Teilströme aufgespaltet wird und am Ausgang der Vorrichtung in einem optionalen Luftsammler wieder zusammengeführt werden kann . Alternativ können die Teilströme in
unterschiedliche Gebäudeteile gelenkt werden, so dass die Luftfeuchte oder die LuftZusammensetzung in verschiedenen Gebäudeteilen getrennt geregelt oder gesteuert werden kann .
Der Raum kann Teil eines Gebäudes sein, beispielsweise ein Büroraum, ein Lagerraum, ein Archivraum, ein Feuchträum oder ein Wohnraum. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Raum das Innere eines FrachtContainers sein . Die Rohrwandung wei st in zumindest einem Längsabschnitt des Rohres zumindest eine Öffnung auf . Somit kann dem im Innenquerschnitt des Rohres strömenden Gasstrom zumindest eine Komponente zugeführt oder eine Komponente abgeführt werden . Hierzu mündet die zumindest eine Öffnung in zumindest einem Speichervolumen, welches bei Betrieb der Vorrichtung die zu- oder abzuführende Komponente enthält .
Die zumindest eine Öffnung ist mit einer Membran verschlossen, um den Stofftransport zwischen dem Speichervolumen und dem Innenquerschnitt des Rohres zu
kontrollieren . Durch Wahl einer entsprechenden Membran mit entsprechenden Eigenschaften kann die Art der zwischen den Speichervolumen und dem in den Innenquerschnitt
ausgetauschten Atome bzw . Moleküle, die Transportrichtung und die Austauschrate kontrolliert werden . Beispielsweise kann sich im Speichervolumen flüssiges Wasser befinden, welches durch die Membran mit vorgebbarer Rate dem im Innenquerschnitt strömenden Gasstrom gasförmig zugeführt wird . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann sich im
Speichervolumen eine Salzlösung oder ein Trocknungsmittel befinden, sodass dem im Rohr befindlichen Gasstrom Feuchte entzogen und dem Speichervolumen zugeführt wird . In gleicher Weise kann aus dem Gasstrom Kohlendioxid, Sauerstoff ,
Stickstoff , ein Reifegas wie z.B. Ethylen oder eine andere gasförmige Komponente entfernt werden . Hierzu kann das
Speichervolumen evakuiert sein .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zumindest ein Ionomer enthalten oder daraus bestehen .
Membranen aus einem Ionomer sind für Kationen durchlässig und chemisch nahezu inert , sodass die Vorrichtung über längere Zeit wartungsfrei betrieben werden kann . Die im Ionomer ausgebildeten Ionenleiterkanäle können einen
Durchmesser aufweisen, welcher geringer ist als die Größe gängiger Bakterien oder Viren, sodass lediglich Feuchte oder andere, gasförmige Komponenten des Gasstromes über die Membran ausgetauscht werden . Hierdurch wird das direkte Eindringen von Bakterien oder Viren oder die Ausbildung eines flüssigen Wasserfilms auf der Membran vermieden, so dass die mikrobiologische Qualität des Gasstromes nicht beeinträchtigt wird .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zumindest ein sulfoniertes Polytetrafluorethylen enthalten oder daraus bestehen . In einigen Ausführungsformen der
Erfindung kann die Membran einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, wobei eine FunktionsSchicht auf einer
Trägerschicht aus Polytetrafluorethylen aufgebracht ist . Hierdurch kann die mechanische Belastbarkeit der Membran erhöht werden, ohne die positiven Eigenschaften des
Funktionsmaterials zu beeinträchtigen .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Öffnung mit einem Stützgitter versehen sein . Das
Stützgitter kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt sein und
beispielsweise eine Drahtwicklung enthalten oder eine
Metallfolie , welche mit geätzten Öffnungen versehen ist . Hierdurch kann die mechanische Belastbarkeit der Membran vergrößert werden , sodass ein Einreißen oder eine
anderweitige Zerstörung der Membran auch bei größeren
Druckdifferenzen zwischen dem Speichervolumen und dem Innenquerschnitt des Rohres verhindert wird .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Speichervolumen zumindest eine BefüllÖffnung und/oder zumindest eine Entleerungsöffnung aufweisen . Hierdurch ist es möglich, dem Speichervolumen ein Medium, beispielsweise Wasser, eine Salzlösung, ein Gas oder weitere Substanzen zu zuführen, welche dem Gasström durch die Membran hindurch zu- oder abgeführt werden sollen . Sofern sowohl eine
BefüllÖffnung als auch eine Entleerungsöffnung vorhanden ist , kann das Speichervolumen von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden, sodass ein ständiger Austausch des Mediums im Speichervolumen ermöglicht wird . Um Gase aus der Raumluft zu entfernen, kann das Speichervolumen an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein, um einen Druckgradienten über die Membran aufrecht zu erhalten .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Speichervolumen durch die Rohrwandung des zumindest einen Rohres und zumindest ein Außenrohr begrenzt werden, welches das Rohr in etwa konzentrisch umgibt . Das Speichervolumen ist somit durch den Zwischenraum zwischen Innen- und
Außenrohr gebildet . Dies erlaubt eine einfache Fertigung der Vorrichtung aus Normteilen . Darüber hinaus erlaubt der konzentrische Aufbau hohe Innendrücke im Speichervolumen, da die auftretenden Lasten von runden Querschnitten zuverlässig abgetragen werden können .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Speichervolumen durch die Rohrwandung des zumindest einen Rohres und ein Begrenzungselement begrenzt werden, welches eine zur Aufnahme des Rohres bestimmte Ausnehmung aufweist und über Befestigungselemente mit dem Rohr verbindbar ist . Hierdurch kann das Begrenzungselement auch dann einfach demontiert werden, wenn das Rohr in einem längeren Rohr- system eingesetzt ist . Dies erlaubt eine einfache Wartung und Reinigung der Vorrichtung durch Demontage des Begrenzungselementes , ohne dass die Vorrichtung vollständig aus dem Rohrsystem demontiert werden müsste .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zusätzlich als Dichtungselement zwischen zumindest einem Begrenzungselement und der Rohrwandung dienen . Erfindungsgemäß wurde erkannt , dass die Membran durch Feuchtigkeitsaufnahme quellen kann, sodass diese den Spalt zwischen einem Begrenzungselement und der Außenwandung des Rohres vollständig abdichten kann . Gleichzeitig kann die Membran durch Klemmung zwischen der Außenwandung des Rohres und den Anlageflächen des Begrenzungselementes geklemmt und dadurch ohne
zusätzl iche Klebung, Verschweißung oder weitere Bauteile sicher fixiert werden . Dies erlaubt einen einfachen Aufbau der Vorrichtung und reduzierte Wartungskosten .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die
Vorrichtung zumindest ein Heizelement , mit welchem dem
Speichervolumen thermische Energie zuführbar ist . Es hat sich gezeigt , dass die Diffusion über die Membran hinweg von der Temperatur und dem Druck des Mediums im Speichervolumen abhängig ist . Durch ein Heizelement kann die Temperatur beeinflusst werden, sodass die Diffusionsrate des Mediums vom Speichervolumen in den Innenquerschnitt des Rohres kontrolliert werden kann . Ein elektrisches Heizelement weist dabei den Vorteil auf , dass die Heizleistung durch ein elektrisches Regelsignal gut beeinflussbar ist ,
beispielsweise mittels eines P-Reglers , eines PI-Reglers oder eines PID-Reglers . Hierzu kann im Innenquerschni11 des Rohres ein Feuchtesensor angebracht sein, welcher den Ist- Wert erfasst .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrichtung zumindest ein Kühlelement enthalten, mit welchem das Speichervolumen entwärmt werden kann . Hierdurch kann das Ansprechen der Vorrichtung bzw . die Regelkonstante
verringert werden , da eine rasche Entwärmung des Speichervolumens unabhängig von der Konvektion in die Umgebung möglich ist .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizoder Kühlelement dazu verwendet werden, durch Konvektion eine Strömung im Speichervolumen aufrecht zu erhalten oder zu erzeugen .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Heizelement und/oder das Kühlelement auf der Außenseite des Begrenzungselementes oder des Außenrohres angeordnet sein . In diesem Fall bildet sich ein Wärmestrom über die Wandung des Begrenzungselementes bzw. des Außenrohres aus . Das Heizbzw . Kühlelement ist dadurch von außen zugänglich,
beispielsweise zur Wartung .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Heizelement und/oder das Kühlelement im Inneren des
Speichervolumens angeordnet sein . Dies erlaubt , einen
Wärmeström unmittelbar in das im Speichervolumen befindliche Medium einzubringen und dadurch das Ansprechen der
Vorrichtung zu beschleunigen .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizelement und/oder das Kühlelement zumindest ein Peltierelement und/oder zumindest ein Rohrregister und/oder zumindest einen elektrischen Heizwiderstand enthalten . Elektrische Heizelemente bzw . Kühlelemente weisen dabei den Vorteil auf , dass diese besonders einfach mit einer elektronischen Regel - einrichtung beeinflussbar sind . Rohrregister erlauben den Anschluss des Heizelementes bzw . des Kühlelementes an bekannte Heizungsanlagen oder Klimaanlagen, sodass die Heiz - oder Kühlleistung für die Temperaturkontrolle des Speichervolumens besonders energieeffizient bereitgestellt werden kann .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Vorrichtung weiterhin eine erste Fördereinrichtung . Die erste Fördereinrichtung erlaubt es , das Medium im Speichervolumen kontinuierlich auszutauschen, sodass die Ansammlung von Krankheitskeimen im Speichervolumen vermieden wird und/oder die Konzentration eines gewünschten Stoffes im Speichervolumen konstant gehalten wird .
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann diese eine zweite Fördereinrichtung aufweisen, welche dazu eingesetzt werden kann, den zu konditionierenden Gasstrom im Innenquerschnitt des Rohres zu zirkulieren . Beispielsweise kann die erste Fördereinrichtung somit eine Wasserpumpe und die zweite Fördereinrichtung kann einen Lüfter enthalten . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Fördereinrichtung auch entfallen und beispielsweise durch einen thermosyphonisehen Umlauf bzw. eine KonvektionsStrömung ersetzt werden .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Medium im Speichervolumen einen Druck von etwa 1 bar bis etwa 8 bar aufweisen . Durch Regelung des Druckes kann der Übertritt des im Speichervolumen befindlichen Mediums durch die Membran in den Innenquerschni11 des Rohres gesteuert oder geregelt werden . Sofern das erfindungsgemäße Verfahren zur Luftbefeuchtung eingesetzt wird, kann der Wasserdruck im Speichervolumen durch den Anschluss der Vorrichtung an ein
städtisches Wasserversorgungsnetz erfolgen . Hierdurch ist sichergestellt , dass das von der Vorrichtung verbrauchte Wasser stets ergänzt wird, sodass sich ein wartungsfreier Betrieb der Vorrichtung einstellt . Gleichzeitig ist der übliche Leitungsdruck von etwa 3 bar bis etwa 6 bar
ausreichend , um einen hinreichenden Feuchtetransport durch die Membran in den Gasstrom sicher zu stellen . Eine Regelung des Feuchtegehaltes kann dann optional über die Temperatur im Speichervolumen erfolgen .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese einen Heizkörper einer Raumheizung mit einer Vorrichtung zur Konditionierung eines GasStromes gemäß der vorliegenden Erfindung . Dabei kann die Wärme des Heizkörpers sowohl die Flüssigkeit im Speichervolumen erwärmen, um die Feuchte durch die Membran in das Innere des Rohres zu transportieren . Daneben bewirkt die Wärme des Heizkörpers eine Konvektion durch das Innere der Rohre der Vorrichtung, so dass die Befeuchtung ohne zusätzliche Hilfsenergie und selbstregelnd erfolgt . Das besonders im Winter auftretende Austrocknen der Raumluft kann somit vermieden werden . Anders als bei konventionellen Einhängegefäßen, welche an Heizkörpern befestigt werden und eine Wassermenge im
Freispiegel enthalten, ist die mikrobiologische Qualität der Raumluft nicht gefährdet , da ausschließlich molekulares Wasser durch die Poren der Membran hindurchdringen kann .
In einigen Ausführungsformen des Heizkörpers weist dieser zumindest einen vom Heizwasser durchströmbaren Plattenwärmetauscher aufweist , welcher zumindest einseitig an das
Speichervolumen angrenzt , wobei das zumindest eine Rohr in etwa vertikal verläuft . Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vollständig in den Heizkörper integriert werden . Das gewohnte Erscheinungsbild ändert sich dadurch nicht .
In einigen Ausführungsformen des Heizkörpers weist dieser zumindest zwei Plattenwärmetauscher auf , wobei das
Speiehervolumen beidseitig an zugeordnete Plattenwärmetauscher angrenzt . Dadurch kann eine größere Wärmemenge in das Speichervolumen abgegeben werden und die Befeuchtungs- leistung kann ansteigen .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt
Figur 1 eine erste Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Figur 2 zeigt den Schnitt A - A durch die erste
Ausführungsform .
Figur 3 zeigt den Schnitt B - B durch die erste
Ausführungsform .
Figur 4 erläutert die Funktion der Vorrichtung anhand eines Ausschnittes durch die Rohrwandung mit der Membran .
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite
Ausführungsform der Erfindung . Figur 6 zeigt den Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform der Erfindung .
Figur 7 zeigt einen Heizkörper als dritte Ausführungsform der Erfindung .
Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch die dritte
Ausführungsform der Erfindung
Figur 9 zeigt einen Heizkörper, welcher eine vierte
Ausführungsform der Erfindung trägt .
Figur 10 zeigt einen Querschnitt durch die vierte
Ausführungsform der Erfindung .
Anhand der Figuren 1 bis 3 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert . Dabei zeigt Figur 1 die Ansicht der Erfindung, Figur 2 zeigt den Schnitt A - A und Figur 3 zeigt den Schnitt B - B . Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält zumindest ein Rohr 2 , welches eine Rohrwandung 20 aufweist . Die Rohrwandung stellt die Grenze zwischen dem Innenquerschni11 21 und dem Außenraum dar . Bei Betrieb der Vorrichtung strömt der zu konditionierende Gasstrom in Innenquerschnitt 21 des Rohres 2. Zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung 1 kann die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Rohrleitung mehrfach vorhanden sein und vom Gasström parallel durchströmt werden, so dass j edes Rohr nur einen Teilstrom des gesamten
GasStromes konditioniert .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zu konditionierende Gasstrom ein Zuluftstrom einer Klimaanlage sein, welcher durch die Vorrichtung befeuchtet oder
entfeuchtet werden soll . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Gasstrom einem Lagerraum oder einem TransportContainer entnommen und/oder zugeführt werden .
Neben der Befeuchtung oder Trocknung des GasStromes kann die Vorrichtung 1 in diesem Fall auch dazu verwendet werden, Sauerstoff oder Reifegase wie z.B. Ethylen aus dem Gasstrom zu entfernen und Kohlendioxid oder Stickstoff anzureichern, um einen vorzeitigen Verderb der gelagerten Waren zu
verhindern .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rohr 2 vertikal in einem Raum angeordnet sein, wobei eine Strömung durch einen Kamineffekt erzeugt wird . Der Gasstrom wird dann ohne Zufuhr von elektrischer Hilfsenergie aufrechterhalten oder erzeugt .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Vorrichtungen sequentiell durchlaufen werden, wobei j ede Vorrichtung eine andere Konditionierung des Gasstromes vornimmt . Beispielsweise kann in einer ersten Vorrichtung dem Gasstrom Sauerstoff entzogen werden und in einer
nachfolgenden Vorrichtung kann der Gasstrom befeuchtet werden .
In der Rohrwandung 20 befindet sich zumindest eine Öffnung 25. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Öffnungen vorhanden, welche durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Fräsen oder Bohren, in die Wandung
eingebracht sind . Auf der Außenseite der Wandung 20 ist zumindest im Bereich der Bohrungen 25 eine Membran 3
angeordnet . Die Membran 3 verschließt die Bohrungen 25 , sodass der Stofftransport durch die Bohrungen 25 durch die Eigenschaften der Membran kontrolliert werden kann .
Die Membran 3 kann beispielsweise eine semipermeable Membran sein oder Poren aufweisen, welche gewünschte Atome oder Moleküle passieren lassen und andere Atome oder Moleküle zurückhalten . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran ein Ionomer enthalten oder daraus bestehen , beispielsweise ein sulfoniertes Polytetrafluorethylen . Eine solche Membran kann dazu eingerichtet sein, gasförmiges Wasser in den Innenquerschnitt 21 zu leiten oder gasförmiges Wasser aus dem Innenquerschnitt 21 durch die Öffnungen 25 zu transportieren . Der Durchtritt von flüssigem Wasser und damit das Auftreten eines Wasserfilms im Innenquerschnitt 21 kann j edoch durch die Membran 3 vermieden werden, sodass hygienisch bedenkliche Zustände im Inneren des Rohres 2 vermieden werden . Ebenso können Bakterien, Viren, Pilze und andere Krankheitskeime die Membran 3 nicht durchdringen, sodass eine Kontamination des GasStromes im Innenquerschnitt 21 vermieden wird .
Das Rohr ist beidseitig von je einem Begrenzungselement 45 umgeben . Das Begrenzungselement 45 kann beispielsweise die in den Figuren gezeigte Kastenform mit einer Wandung 451 aufweisen . Das Begrenzungselement 45 kann beidseitig einen Flansch 452 aufweisen, welcher mit Montagebohrungen 453 versehen ist . Durch Schraubverbindungen 5 können
gegenüberliegende Begrenzungselemente 45 miteinander verschraubt und dadurch an der Außenseite der Wandung 20 des Rohres 2 fixiert werden . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann j edoch auch nur ein einzelnes Begrenzungselement 45 oder ein Begrenzungselement 45 mit anderer Form vorhanden sein .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran 3 zumindest eine Teilfläche der Anlagefläche 454 des Begrenzungselementes 45 bedecken . Hierdurch wird eine sichere Montage der Membran 3 durch Klemmung zwischen der Wandung 20 und der Anlagefläche 454 ermöglicht . Gleichzeitig kann die Membran 3 als Dichtelement dienen, sodass ein Flüssigkeitsaustritt zwischen der Wandung 20 und dem Begrenzungselement 45 vermieden wird . Zu Reinigungs- und Wartungszwecken kann die Membran und/oder das Begrenzungselement durch Lösen der Verschraubung 5 entfernt werden, ohne dass das Rohr 2 aus einem größeren Leitungsnetz entfernt werden muss . Zwischen der Rohrwandung 20 und der Wandung 451 des Begrenzungselementes 45 bildet sich das Speichervolumen 4 aus . Dem Speichervolumen 4 kann über zumindest eine Befüllöffnung 41 ein Medium zugeführt werden, beispielsweise Wasser, eine Salzlösung oder ein Gas . Über eine optionale Entleerungsöffnung 42 kann das Medium aus dem Speichervolumen 4
abgeführt werden . Sofern sowohl eine Befüll- als auch eine Entleerungsöffnung vorhanden ist , kann das Medium im
Speichervolumen 4 zirkuliert werden .
Figur 4 zeigt nochmals einen Ausschnitt aus der Rohrwandung 20 mit einer darin befindlichen Öffnung 25. Auf der Außenseite der Rohrwandung 20 liegt die Membran 3 an, sodass diese die Öffnung 25 verschließt . Sofern im Speichervolumen 4 ein Medium vorhanden ist , beispielsweise Wasser,
diffundiert dieses als Feuchtigskeitsstrom 81 in den
Innenquerschnitt 21.
Im Innenquerschnitt 21 bildet sich ein Gasström 80 aus , beispielsweise durch thermische Konvektion oder durch eine zweite Fördereinrichtung . Der Gasstrom 80 nimmt die
Feuchtigkeit 81 auf , sodass beispielsweise die Zuluft , welche einem klimatisierten oder beheizten Raum zugeführt wird, angefeuchtet wird .
Sofern sich im Speichervolumen 4 eine Salzlösung befindet , kann sich die Diffusionsrichtung des Feuchtigkeitsstromes 81 umkehren, sodass ein feuchter Luftstrom 80 durch die
Vorrichtung getrocknet werden kann . Wiederum anderen
Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichervolumen 4 evakuiert werden, sodass gasförmige Bestandteile des
Gasstromes 80 , beispielsweise Sauerstoff , durch die Membran 3 in das Speichervolumen 4 diffundieren und dort abgeführt werden .
Erfindungsgemäß wurde erkannt , dass sich auf der dem
Innenquerschnitt 21 zugewandten Seite der Membran 3 kein Flüssigkeitsfilm ausbildet , sodass das Auftreten von
Biofilmen oder Keimen zuverlässig verhindert wird . Der
Gasstrom 80 kann somit befeuchtet werden, ohne dass sich Krankheitskeime im Innenquerschnitt 21 ausbreiten und über die Klimatisierungseinrichtung in das Gebäude gelangen .
Völlig überraschend wurde außerdem erkannt , dass mit
vergleichsweise geringem Aufwand und geringem Energieeinsatz vergleichsweise große Wassermengen über die Membran 3 in den Gasstrom 80 überführt werden können, ohne dass der hohe Energieeinsatz für die Verdampfung flüssigen Wassers
aufgebracht werden muss . Weiterhin weist die erfindungs- gemäße Vorrichtung den Vorteil auf , dass durch Anpassen von Druck und Temperatur im Speichervolumen 4 die Größe des Feuchtigkeitsstromes 81 einfach geregelt werden kann, sodass der Feuchtegehalt des GasStromes 80 in weiten Grenzen regelbar ist .
Anhand der Figuren 5 und 6 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt . Dabei zeigt Figur 5 den Querschnitt der Vorrichtung sowie Figur 6 den Längsschnitt . Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung .
Auch die zweite Ausführungsform verwendet ein Rohr 2 mit einer Rohrwandung 20. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rohr 2 aus zwei Halbschalen zusammengesetzt , von denen eine in Figur 5 dargestellt ist . Das Rohr 2 weist eine Wandung 20 auf , welche den Innenquerschnitt 21 von der
Umgebung trennt . Die Wandung 20 weist wiederum einen
Längsabschnitt auf , welcher mit Öffnungen 25 versehen ist , welche einen Gasaustausch mit dem Speichervolumen 4
erlauben .
Das Speichervolumen 4 wird durch die Außenseite der
Rohrwandung 20 und ein Außenrohr 8 begrenzt , welches das Rohr 2 in etwa konzentrisch aufnimmt . Das Speichervolumen 4 ist wiederum durch eine Befüllöffnung 41 zugänglich . Um bei großen Druckunterschieden zu verhindern, dass die Membran 3 die Öffnungen 25 durchdringt und beschädigt wird, ist ein Stützgitter 31 vorhanden, welches die Öffnungen 25 teilweise abdeckt . Das Stützgitter 31 kann selbstverständlich in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch entfallen, wenn die Öffnungen 25 hinreichend klein gewählt sind .
Weiterhin zeigt Figur 6 ein optionales Heizelement 6 und ein optionales Kühlelement 7. Heizung und Kühlung können
beispielsweise elektrisch oder durch einen Wärmetauscher , beispielweise ein Rohrregister erfolgen . Hierdurch kann die Temperatur des Mediums im Speichervolumen 4 mittels einer nicht dargestellten Regeleinrichtung beeinflusst werden, sodass die Feuchtigkeitsabgabe oder Feuchtigkeitsaufnahme des GasStromes im Innenvolumen 21 geregelt werden kann .
Anhand der Figuren 7 und 8 wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert . In der dritten Aus- führungsform ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Konditionierung eines GasStroms in einem konventionellen Heizkörper integriert . Hierdurch kann die Raumluft gleichzeitig beheizt und befeuchtet werden . Somit kann verhindert werden, dass die Raumluft insbesondere im Winter zu trocken wird und das Raumklima von den Benutzern des Gebäudes als unangenehmen empfunden wird .
Der Heizkörper 9 weist zumindest einen ersten Plattenwärmetauscher 91 auf . Im ersten Plattenwärmetauscher 91 sind Fluidkanäle ausgebildet , welche von einem Wärmeträger durchflössen werden . In der Regel kann als Wärmeträger ein Heizwasser verwendet werden . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeträger j edoch auch ein Öl enthalten oder einen Dampf , welcher im Plattenwärmetauscher einen Phasenübergang durchläuft . Der erste Plattenwärmetauscher 91 erwärmt sich durch das Wärmeträgerfluid und gibt Wärme an die umgebende Raumluft ab . Die Menge des hindurch- strömenden Wärmeträgers und damit die abgegebene Heizleistung kann durch ein Thermostatventil 95 reguliert werden .
In normaler Einbaulage weist der erste Plattenwärmetauscher 91 eine Vorderseite 911 auf , welche der Rauminnenseite und damit dem Benutzer zugewandt ist .
Auf der gegenüberliegenden Rückseite 912 des ersten Plattenwärmetauschers 91 des Heizkörpers 9 befindet sich die erfin- dungsgemäße Vorrichtung 1 zur Befeuchtung der Raumluft .
Diese ist daher in Figur 7 in normaler Einbaulage des
Heizkörpers 9 nicht sichtbar, sodass sich dem Benutzer der gewohnte Anblick des Heizkörpers 9 bietet .
Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch den Heizkörper gemäß Figur 7. Im Querschnitt ist ein erster Plattenwärmetauscher 91 mit der dem Raum zugewandten Vorderseite 911 dargestellt . Der Plattenwärmetauscher 91 weist einen Hohlraum 915 auf , welcher vom Wärmeträgerfluid durchströmt wird .
Figur 8 zeigt weiter einen optionalen zweiten Plattenwärmetauscher 92 , welcher die Rückseite des Heizkörpers 9 bildet . Dieser kann in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch entfallen . Auch der zweite Plattenwärmetauscher 92 weist einen Hohlraum 925 auf , welcher vom Wärmeträgerfluid durchströmbar ist . Der Plattenwärmetauscher 92 weist eine
Vorderseite 921 auf , welche der Rückseite 912 des ersten Plattenwärmetauschers 91 zugewandt ist . Die gegenüberliegende Rückseite 922 des zweiten Plattenwärmetauschers 92 ist der Wand des Raums zugewandt , in welchem der Heizkörper 9 montiert ist .
Zwischen den beiden Plattenwärmetauschern 91 und 92 sind Begrenzungselemente 45 angeordnet , welche beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt werden können . Die Begrenzungselemente können beispielsweise nahtlos gezogene oder geschweißte Rohre mit etwa quadratischem oder rechteckigem Querschnitt sein . Die Begrenzungselemente können durch Schweißen, Kleben oder Löten mit den Plattenwärmetauschern verbunden sein . Hierdurch sind die Plattenwärmetauscher fest miteinander verbunden, sodass der
Heizkörper einerseits seine Stabilität gewinnt und
andererseits ein guter Wärmeübergang vom Plattenwärmetauscher auf das Speichervolumen 4 im Inneren der
Begrenzungselemente 45 sichergestellt ist .
Im Inneren der Begrenzungselemente 45 befinden sich Rohre 2, welche einen Innenraum 21 begrenzen . Wie bereits vorstehend erläutert , sind die Rohre 2 mit Bohrungen versehen, welche durch eine nicht dargestellte Membran verschlossen sind . Das Speichervolumen 4 kann somit mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, beispielsweise Wasser .
Bei Erwärmung des Heizkörpers 9 setzt eine konvektive Luftströmung durch das Rohr 2 ein, d.h. kalte Luft wird aus dem Bodenbereich des Raums angesaugt , durchströmt die Rohre 2 und verlässt den Heizkörper 9 an seiner Oberseite . Hierbei wird die aufsteigende Luft erwärmt , sodass sich in an sich bekannter Weise die Erwärmung des Raumes einstellt .
Zusätzlich erwärmen die Plattenwärmetauscher auch das Wasser im Speichervolumen 4 , welches nachfolgend durch die Membran in das Rohrinnere 21 diffundieren kann . Wie bereits
vorstehend erläutert , kommt es dabei ausschließlich zur Diffusion gasförmigen Wassers , wohingegen flüssiges Wasser, mikrobiologische Kontaminationen oder Salze zurückgehalten werden . Die an der Oberkante des Heizkörpers 9 aufsteigende Luft ist somit nach Durchgang durch die Rohre 2 nicht nur erwärmt , sondern auch befeuchtet . Hierdurch kann eine angenehme Luftfeuchte im Raum aufrechterhalten werden .
Sofern die Speichervolumina 4 einen Wasseranschluss auf - weisen, arbeitet die Vorrichtung 1 passiv ohne Zutun des Benutzers , da diese keinerlei zusätzliche Steuer- oder
Regeleinrichtung benötigt und nicht separat ein- oder ausgeschaltet werden muss . In einigen Ausfuhrungsformen der Erfindung kann der Wasseranschluss in einer F1uidverbindung zum Plattenwärmetauscher bestehen, so dass das Heizwasser in das Speichervolumen eintreten und zur Befeuchtung der
Raumluft verwendet werden kann . Bei Betrieb des Heizkörpers kommt es dann stets auch zur Erwärmung des Speichervolumens 4, sodass die erwärmte Luft gleichzeitig auch befeuchtet wird . Durch die Anzahl der Speichervolumina und die an der Grenze zum Rohr 2 zur Verfügung stehende Membranfläche kann die Befeuchtungsleistung an die Raumgröße und die
Raumnutzung angepasst werden . Weist die in Heizkörper 9 eintretende Luft bereits eine hohe Feuchte auf , ist das Dampfdruckgefälle im Rohr 2 nur gering , sodass eine weitere Befeuchtung unterbleibt . Da die Befeuchtungsleistung daneben zusätzlich von der Temperatur des Wassers im Speichervolumen 4 abhängt , kommt es bei größerer Aufheizung der Luft zu größerer Befeuchtungsleistung , so dass sich die Vorrichtung automatisch dem steigenden Feuchtebedarf im Innenraum anpasst , da sehr kalte Luftmassen auch nur sehr geringe Feuchtigkeitsmengen mitführen .
Anhand der Figuren 9 und 10 wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben . Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt .
Der Heizkörper 9 enthält wieder zwei Plattenwärmetauscher 91 und 92 , welche durch einen Spalt 95 beabstandet sind . Auch im Spalt 95 kann Raumluft aufsteigen und dabei erwärmt werden, sodass sich in an sich bekannter Weise eine
konvektive Luftströmung im Raum ausbildet .
Die Vorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform weist ein Gehäuse 15 auf , welches an einen konventionellen, an sich bekannten Heizkörper angehängt werden kann . Hierdurch kommt eine Seite des Gehäuses 15 der Vorrichtung 1 mit der Außenseite 911 des Plattenwärmetauschers 91 in Kontakt . Dies erlaubt wiederum die Erwärmung des Begrenzungselements 45 und nachfolgend der Flüssigkeit im Speichervolumen 4. Diese kann somit in der vorher beschriebenen Weise durch die nicht dargestellte Membran 3 in das Innere 21 des Rohrs 2
diffundieren, wo die unterhalb der Vorrichtung 1 angesaugte Luft aufsteigt und dabei erwärmt und befeuchtet wird .
Die vierte Ausführungsform der Erfindung weist dabei den Vorteil auf , dass diese durch Befestigungselemente 16 an einen an sich bekannten und bereits vorhandenen Heizkörper angehängt werden kann, ohne dass umfangreiche Montage- arbeiten oder der Austausch des Heizkörpers erforderlich sind . Somit können bekannte Raumheizungen in einfacher Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung bzw . Konditionierung der Raumluft nachgerüstet werden .
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt . Die
vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden
Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „ zweite" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger
Merkmale , ohne eine Rangfolge festzulegen .

Claims

Ansprüche
Vorrichtung (1) zur Änderung der Zusammensetzung einer Raumluft , mit
zumindest einem Rohr (2 ) mit einer Rohrwandung (20) , welche einen Innenquerschnitt (21) umschließt , in welchem ein der Raumluft entnommener Gasström ( 80 ) führbar ist , dadurch gekennzeichnet , dass
die Rohrwandung (20) in zumindest einem Längsabschnitt des Rohres (2 ) zumindest eine Öffnung (25) aufweist , welche mit einer Membran (3 ) verschlossen ist und welche den Innenquerschnitt (21) des Rohres
(2 ) mit einem
Speichervolumen (4 ) verbindet .
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Membran
(3 ) zumindest ein Ionomer enthält und/oder dass die Membran zumindest sulfoniertes Polytetra- fluorethylen enthält oder daraus besteht .
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) zumindest eine Befüll- öffnung (41 ) und/oder zumindest eine Entleerungsöffnung (42 ) aufweist .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) durch die Rohrwandung (20) des zumindest einen Rohres (2 ) und zumindest ein Außenrohr (8) begrenzt wird, welches das Rohr (2 ) in etwa konzentrisch umgibt
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen
(4 ) durch die Rohrwandung (20) des zumindest einen Rohres (2 ) und zumindest ein Begrenzungselement (45) begrenzt wird, welches eine zur Aufnahme des Rohres (2 ) bestimmte
Ausnehmung aufweist und über Befestigungselemente
(5) mit dem Rohr verbindbar ist .
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Membran (3 ) zusätzlich als Dichtungselement zwischen zumindest einem Begrenzungselement (45 ) und der Rohrwandung (20) dient .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin enthaltend zumindest ein Heizelement (6), mit welchem dem Speichervolumen (4 ) thermische Energie zuführbar ist und/oder zumindest ein Kühlelement (7) , mit welchem das Speichervolumen (4 ) entwärmt werden kann .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet , dass das Speichervolumen dazu
eingerichtet ist , in Kontakt mit einem Heizkörper einer Raumheizung gebracht zu werden .
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das Heizelement (6) und/oder das Kühlelement (7)
zumindest ein Peltierelement und/oder zumindest ein
Rohrregister und/oder zumindest einen elektrischen
Heizwiderstand enthält .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin enthaltend zumindest eine erste Fördereinrichtung
und/oder eine zweite Fördereinrichtung .
11. Heizkörper (9) einer Raumheizung mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Heizkörper gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass dieser zumindest einen von einem Wärmeträger durchströmbaren Plattenwärmetauscher ( 91 , 92 ) aufweist , welcher zumindest einseitig an das Speichervolumen (4 ) angrenzt , wobei das zumindest eine Rohr (2 ) in etwa vertikal verläuft .
13. Heizkörper gemäß Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) beidseitig an zugeordnete Plattenwärmetauscher ( 91 , 92 ) angrenzt .
14. Heizkörper gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 , dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Speichervolumen (4) und dem Plattenwärmetauscher ( 91 , 92 ) eine Fluidverbindung vorhanden ist , so dass der Wärmeträger in das Speichervolumen (4 ) eintreten kann .
15. Verfahren zur Änderung der Zusammensetzung einer
Raumluft , dadurch gekennzeichnet , dass der Raumluft ein Gasstrom ( 80 ) entnommen wird, welcher im Innenquerschnitt (21) zumindest eines Rohres (2 ) mit einer Rohrwandung (20) geführt wird, wobei die Rohrwandung (20) in
zumindest einem Längsabschnitt des Rohres (2 ) zumindest eine Öffnung (25) aufweist , welche mit einer Membran (3 ) verschlossen ist und Wasser aus einem Speichervolumen (4 ) durch die Membran (3 ) zwischen dem Innenquerschnitt (21) des Rohres (2 ) und dem Speichervolumen (4 ) ausgetauscht wird .
16. Verfahren nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist , welche Wasser enthält oder daraus besteht .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist , welche eine Salzlösung enthält oder daraus besteht
18. Verfahren nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet , dass das Speichervolumen (4 ) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist , welche LiBr oder NaCl oder CaCl oder KCl und Wasser enthält .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , dass die Flüssigkeit im Speichervolumen (4 ) einen Druck von etwa 1 bar bis etwa 8 bar aufweist .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19 , dadurch gekennzeichnet , dass die Flüssigkeit im Speichervolumen (4 ) beheizt oder gekühlt wird . Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20 , dadurch ge kennzeichnet , dass das Speichervolumen (4) evakuiert ist und ein Reifegas und/oder Sauerstoff und/oder Kohlendioxid aus dem Gasstrom (80) entfernt wird .
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch ge kennzeichnet , dass das Rohr in etwa vertikal angeordnet ist und sich der Gasström durch thermische Konvektion ausbildet .
EP15767120.7A 2014-09-16 2015-09-14 Vorrichtung und verfahren zur konditionierung eines gasstromes Active EP3194855B1 (de)

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