EP3441687A2 - Membranelement zur luftbefeuchtung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP3441687A2
EP3441687A2 EP18184196.6A EP18184196A EP3441687A2 EP 3441687 A2 EP3441687 A2 EP 3441687A2 EP 18184196 A EP18184196 A EP 18184196A EP 3441687 A2 EP3441687 A2 EP 3441687A2
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EP
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membrane
frame
water
webs
membrane element
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EP18184196.6A
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EP3441687B1 (de
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Urs Forster
Frank Walter LICHTNER
Leo Rasmussen
Daniel Winter
Peter Kappenberger
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Condair Group AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Condair Group AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to the membrane of an air humidification device and membrane elements for forming the membrane. Furthermore, the invention relates to a method for producing a membrane element.
  • Air humidifiers which use a water impermeable and water vapor permeable membrane are known. So explained DE 10 2008 038 557 A1 the disadvantages of the known humidifier and proposes a humidifier with a separating membrane, in particular with a separating membrane of a hydrophobic material such as polypropylene (PP) or polytetrafluoroethylene (PTFE). It is proposed to regulate the humidifying performance by the temperature of the water acting on one side of the membrane. As the water temperature, the range of 10 to 60 ° C, in particular 15 to 35 ° C is proposed. Other air humidifiers with a membrane are in US 2005/0252982 A1 and WO 88/06912 shown.
  • PP polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the invention is based on the object to provide membrane elements for providing a membrane for a humidification device. This object is achieved by a membrane element according to claim 1 and is achieved by the membrane formed from such elements.
  • Another membrane element is defined by the features of claim 12 and the method for its production according to claim 17.
  • the introduction of the membrane directly into the webs provides a very good tightness of the membrane elements and a cost-effective production.
  • the flat membrane is reinforced, which is achieved on the one hand by laminating the membrane with a part of its water-side surface to a thin inner support structure of the flat membrane.
  • a separate outer support structure may preferably also be provided.
  • an air humidification device with a preferably hydrophobic membrane which is impermeable to water but permeable to water, is operated such that the water mass flow flowing past the membrane in kg / h is selected to be greater by a factor X than the water vapor mass flow in kg / h exiting the membrane in the air channel where the factor X is greater than 5, it turns out that the cooling of the water at the membrane can be kept so low that even with flowing to the membrane of relatively low temperature water a good humidifying performance can be achieved.
  • the desired steam mass flow can be specified, whereupon the corresponding mass of water results.
  • the water vapor mass flow can also be measured in any known manner via the air mass and its moisture.
  • This may allow, for example, the use of water having a similar temperature as the liquid in floor heating, which makes it possible to operate the humidifying device with energy from a floor heating, without the temperature of the water must be additionally increased.
  • a factor of greater than 10 is particularly suitable, in particular a factor greater than 20, in particular a factor of greater than 50 and in particular a factor of greater than 50 to 250.
  • the restriction of the size of the factor results essentially for practical reasons, since at a very high factor the mass flow of water in the humidifier becomes very large; As a rule, therefore, a factor greater than 500 will not make any technical sense.
  • the control of the humidity can be controlled both only by the water temperature of the water flowing past the membrane, as well as only by adjusting the factor X or the water circulation mass flow.
  • a coupled control takes place, so that the amount of water vapor per time or the humidity in the room to be humidified is effected both by influencing the water temperature and the amount of water per time or the factor X.
  • the control with these two influencing variables is preferably dependent on the value of the water temperature. At low water temperature (only just above the temperature of the supplied air), the influence of an increase in the water circulation mass flow is quite low, since the temperature drop in the water when flowing through the membrane elements is also quite low and thus also the change of the mean water temperature at the membrane.
  • the control significantly over an influence (increase or decrease) of the water temperature
  • the control significantly over the influence of Factor X (increase or decrease of the same) takes place.
  • the control takes place by influencing both the water temperature and the factor X. This can be a simple linear dependence of the two influences as a function of the temperature.
  • the stated temperature limits are to be understood only as an example and these may depend in particular on the particular type and dimensions of the membrane of the humidifier, but are easily determined by the skilled person by means of experiments.
  • the amount of water is measured with a flow sensor, in particular between a water pump of the humidifying device and the inlet to the container containing the membrane.
  • the temperature of the water is further measured, in particular at the same point at which the water flow is measured.
  • the membrane humidification meets the hygiene requirements due to the following two aspects:
  • the membrane is preferably hydrophobic and thus it is assumed that the bacteria and microorganisms present in the water, such. Bacteria, do not come into direct contact with the micropores of the membrane and thus do not pass into the air flow.
  • the (average) pore size of the membrane with 0.05 microns to 0.25 microns, at most up to 0.5 microns and preferably about 0.1 to 0.2 microns usually below the size of the germs or microorganisms.
  • a hydrophobic polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE), but also polyvinylidene fluoride (PVDF) or polypropylene (PP) or polyurethane (PU) come into question.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PP polypropylene
  • PU polyurethane
  • Other non-hydrophobic membranes and hydrophobic surface coating membranes may also be used.
  • a version can be provided as a counter-current arrangement or as a cross-flow arrangement or as a DC arrangement.
  • a cross-countercurrent arrangement is also preferred.
  • the membrane of the humidifying device is formed of a plurality of membrane elements, each having a frame formed of frame webs with a front and a back and side walls.
  • the membrane material is arranged in each case at least on one side surface and preferably on both sides, front side and rear side, arranged flat.
  • the membrane material is attached to the respective frame surfaces of the front and back of the frame watertight, so that within the frame, a waterproof, bounded by the frame and the membrane surfaces space is formed, or possibly formed by a membrane surface and a non-membrane area limited space if only one side of the frame an area of membrane material is provided, from which space only the water vapor can escape through the membrane.
  • the frame has on sidewalls at least one leading into the space opening as a water inlet and at least one leading into the space opening as a water outlet. Furthermore, the frame has in its interior at least one web, preferably a plurality of webs which connect inner side walls of the frame, which webs have over a first portion substantially the same thickness D as the frame webs and over a second portion of its length have a smaller thickness D1 as the frame webs.
  • the sections of lesser thickness form water passages within the frame.
  • the membrane surfaces are watertightly attached to the first portions of the ridges or, if desired, a non-membrane surface is watertightly connected to the ridges when a membrane surface is disposed on only one side of the frame and the other side of the frame is closed by a non-membrane surface around the watertight space to build.
  • This preferred embodiment of the membrane elements results in a very good possibility of mounting and stability of the respective membrane surface on the frame by this is also attached to the webs.
  • the waterproof attachment can be made, for example, by plastic welding of the membrane and of a Plastic formed webs made or can be done by lamination or gluing.
  • a further stabilization of the membrane elements or the membrane composed of these results when at least some of the webs, in particular all of the webs are connected to each other by means of substantially transverse to the webs extending support webs or with a side wall, wherein the support webs the smaller thickness D1 have or have an even smaller thickness so as not to disturb the flow of water.
  • each of the membrane elements in at least one of the webs, in particular in all webs the respective end of the first section is rounded.
  • the respective end of the first portion may be formed at at least one of the webs or at all webs of the first opening, and thus turned away from the water inlet, pointing away. Both measures, individually or preferably in combination, are advantageous for the water flow in the frame and avoid or reduce dead zones.
  • formations may be provided at second portions of lesser thickness D1 within the water passages formed thereby providing additional surfaces for attachment of the membrane material above the water passages to stabilize the membrane surface.
  • formations may be provided on both sides of a respective second section such formations may be provided when the front side and rear side of a membrane surface is fixed.
  • channels are provided in the membrane elements in the webs in the region of their connection to the side walls, whose cross-section through which flow is smaller by a multiple than that provided by the respective water passages for the cross section. This channels are created for a possible drainage of the membrane elements with switched off humidification or their water system to prevent stagnant residual water for hygiene reasons can.
  • the channels are designed with such small diameters that do not interfere with the water flow during operation.
  • the membrane elements are preferably provided with positioning means arranged on the frame in order to connect a plurality of membrane elements to form a large membrane as the sum of the respective membrane surfaces of the elements.
  • the air passages for the air to be humidified are formed between the membrane elements, which air flows past the individual membrane surfaces.
  • At least two water-carrying, vertically extending membrane channels are arranged one behind the other in the flow direction of the air. In cross section across the channel width, this arrangement is repeated in each case separately through an air gap.
  • the warm water from the water guide arrangement flows from below upwards, ie against gravity, in an upper distribution tank (header tank) and flows from there further in the front membrane channel from top to bottom in the drain or preferably back into a recirculation.
  • a flat membrane Since a flat membrane has only a low intrinsic stability, it is preferably reinforced. This can be done on the one hand by attachment, for example by fastening, in particular by means of welding or lamination, the membrane with a part of its water-side surface on an inner support structure.
  • an inner support structure is provided in the water flow region of the membrane and is designed so as to inhibit the flow of water as little as possible.
  • a preferred example of such membrane elements designed to form the membrane has been previously explained.
  • FIG. 1 shows schematically and by way of example an air humidifying device 10, wherein the parts belonging to the device are shown within the area bounded by the broken line.
  • the humidifying device 10 is arranged, for example, in a technology room 11 and serves to humidify the air supplied to a room, for example the living space 22, which is only indicated.
  • HVAC field of air conditioning
  • Air which is discharged from the living space 22 is supplied in this example by a fan 24 via a line 23 an air-to-air heat exchanger 25 in the engine room 11 and passes from there via the line 27 into the environment outside the building, in the technical room and the living room are located. From the environment via the line 26 incoming air passes through the heat exchanger 25 and the fan 24 'in the humidifying device 10 and from there via the line 28 in the living room 22.
  • the fan 24, 24' and thus the flow velocity of the air also has one Influence on the humidification performance.
  • the absolute humidification performance in kg / h tends to increase somewhat with increased air velocity. In general, however, the fans are not part or not under the control of the humidification 10. The (rather low) influence of the fan is therefore not considered here.
  • the humidifying device 10 comprises a membrane 1 shown only schematically by means of which the water to be humidified steam of the amount M1 per hour (kg / h) is supplied.
  • the membrane 1 consists of several membrane elements or membrane surfaces, which together form the membrane with an effective total membrane area.
  • evaporating Water in the form of water vapor, can pass through the membrane to the other side where it is taken up by the air passing along the other side of the membrane as air flow. This is basically known and was explained at the beginning.
  • the membrane 1 is arranged in a container 2 which contains the membrane elements or the individual membrane surfaces which together form the membrane. These can in particular planar elements, as also already explained.
  • the membrane elements forming the membrane 1 are arranged and designed so that on one side of the water flows past and on the other side of the air to be humidified.
  • the container has for this purpose an inlet 3 and an outlet 3 'for the air flow and an inlet 4 for the warm water and an outlet 4' for the less warm water, which by the required evaporation energy has a lower temperature than that at the inlet 4 in the container entered water.
  • the inputs and outputs for the air and the inlets and outlets for the water are only indicated in the figure, it is known to those skilled in how such inputs and outputs or connections for air and water pipes are configured.
  • the air humidification device has a water guide arrangement, which should be the entirety of the lines, water tank, valve and pump means are called, which serve to guide the humidifying water in the container 2 and thus to the membrane 1 and emerging from the container 2 To resume water.
  • the water supply arrangement preferably has a water circulation, so that water emerging from the container 2 can reenter the container. In between there is at least one step of heating the water so that it again contains enough energy to evaporate some of the water on the membrane.
  • a sensor 33 which emits an output signal which gives a measure of the concentration of the substances dissolved in the water the tank 6 and the pump 8
  • a conductivity sensor be introduced as a sensor 33 in the line, which outputs as a measured value, the conductivity of the water, which is a measure of the concentration of dissolved substances in the water, which measured value is transmitted to the control assembly 35 a high conductivity value which is above a suitable preset threshold, the control unit gives a control signal for blowdown of water with a high concentration of solutes to the Abschlämmventil 34.
  • the tank 6 is preferably present in order to provide a sufficient amount of water in a simple manner.
  • the tank allows a simple way to set the amount of water in the system and to keep the system basically depressurized.
  • a tank allows the removal of the water-accumulating minerals by water with comparatively high concentration of solute discharged and replaced by fresh water with a lower concentration of solutes. This process is often referred to in technical language as "blowdown". If a sufficiently large line length is accepted, can be dispensed with the tank, the amount of water for the operation of the device is then present in the strands of the water supply assembly.
  • At least one sensor is provided which determines the water temperature in the water supply arrangement.
  • a sensor 33 ' which is the Water temperature determined at a point between the pump 7 and the membrane.
  • the water temperature value determined by this sensor is preferably transmitted to the control arrangement.
  • the control arrangement may use this temperature value to effect the production of steam by means of an increase or decrease in the water temperature and / or by increasing or decreasing the factor X, which has been described at the outset as a preferred procedure.
  • a sensor is preferably provided, for example the sensor 33 ", which determines the water mass flow in the circuit and which preferably transmits the flow value of the water to the control arrangement, resulting in a controlled adjustment of the factor X.
  • the sensor is a combined temperature and flow sensor.
  • the heating of the water is carried out with a heater that can heat the water in any known manner.
  • a heater that can heat the water in any known manner.
  • An example is an electric water heater 32, which is preferably arranged in the tank 6 but could also be present elsewhere in the water supply arrangement.
  • This heating device can be operated electrically or in another known manner.
  • the heating device may comprise, as a further means, a fluid-fluid heat exchanger and in particular a water-water heat exchanger 31, instead of or in addition to the water heater 32.
  • the heat exchanger 31 is preferably the water cycle in a floor heating of the building and particularly preferably the water cycle of the underfloor heating of the room 2 withdrawn heat to heat the water in the water supply assembly of the humidifier 10.
  • a means is preferably provided for the water supply arrangement to be continuous or discontinuous from a water source external to the device 10 To supply water.
  • a water source external to the device 10 To supply water.
  • the valve 9 ' is actuated by the control arrangement 35 of the air humidifier, which will be explained.
  • the valve 9 ' is an electrically controllable valve, which is connected via an electrical control line, not shown, with the control arrangement 35.
  • the water tank preferably has an element which determines the fill level of the tank and which is preferably connected to the controller.
  • this is a schematically illustrated float whose position is used as a level control and this float can be connected to the control arrangement, so that the control arrangement can derive an indication of the amount of water in the water supply assembly on the float.
  • the tank 6 is provided with a drain, in particular for so-called drainage.
  • a mineralization of the water in the tank, or in extreme cases sludge on the tank bottom, can be done in particular in the use of tap water in the water cycle and an openable flow such substance concentrations can be removed, after which the process is closed again.
  • the process can also be activated via a controllable valve if maintenance or cleaning work necessitates emptying the tank and possibly the entire water supply arrangement.
  • the control arrangement can be implemented by means of a computer or an industrial control in a manner known to the person skilled in the art.
  • the controller receives For example, via a signal line 36 and a sensor 37 information that provides information about the amount of water vapor mass flow at the outlet of the container 2, and thus information about the amount of water vapor per time that is supplied to the space 22. It can compare this with the information about the setpoint humidity in the room and thus set the requirement for the amount of water vapor per time. Also, the sole indication of the setpoint humidity can be sufficient, since it is generally known, given the size of the room, how much water vapor is required per unit of time.
  • the setpoint humidity can be set at the control arrangement or via a separate adjusting element connected thereto.
  • the actual moisture in the room is detected by at least one humidity sensor and transmitted to the control arrangement.
  • the control arrangement provides with this information for the supply of sufficient moisture in the room.
  • the air flow into the room can be controlled by the control arrangement or usually a separate control arrangement of the so-called ventilation unit, in particular via the control of the fans 24 and 24 '. This will not be explained further here.
  • the control arrangement sets the water mass flow through the container 2 per time so that the mass flow of water (which is also determined, for example, in kg / h) is at least five times greater than the water vapor mass flow.
  • the control arrangement can use the information from the aforementioned flow meter and control the pump 7 accordingly.
  • the factor is greater than 10 and especially the factor is greater than 20 and especially the factor is greater than 50.
  • the factor is set in the range of 20 to 250.
  • the control assembly 35 is connected for this purpose by means of a control line 38 to the water supply assembly and can thus, as mentioned, in particular the pump 7 control, which promotes the amount of water per time, which is required to comply with the factor.
  • the control arrangement also controls the illustrated valves and receives information about the water level and the water temperature. It also controls the heating of the water. All these control signals and feedback signals from (partially not shown sensors) are in the FIG. 1 summarized in the control line 38 for their simplification.
  • the container 2 can - unlike in the schematic FIG. 1 shown, vertical or arranged so that the water flows from bottom to top or against gravity through the container, which facilitates control over the flow of water.
  • the membrane element has a frame 65, which is rectangular in the example shown and the frame webs 61, 62, 63 and 64 has ,
  • the webs have a web width B (which need not be the same for all webs), a web thickness D and a length, wherein in the case of a rectangular frame 65 respectively opposite webs 61 and 63 or 62 and 64 have the same length.
  • two membrane surfaces M are provided, which face each other by the web thickness D spaced.
  • FIG. 2 and 3 in each case only the rear membrane surface M of the membrane material is shown in FIG Front membrane surface is not shown, so that the frame and the interior of the membrane element are visible. Both membrane surfaces M together with the frame define the interior of the membrane element 60 in which the water flows.
  • only one side of the frame may be provided with a membrane surface, and on the other side of the frame there is provided a lid not made of membrane material.
  • the aforementioned materials are also preferable in this embodiment.
  • the attachment of the respective membrane surface M takes place in this example on the outer sides of the frame webs, which outer sides have the width B or different widths B. On these outer sides, the respective membrane surface is mounted resting on the respective outer side.
  • the material of the webs of the frame 65 is a plastic material, which allows to attach the membrane surfaces M along the frame webs waterproof and cohesively by plastic welding to the frame or to attach by lamination of the membrane material on the frame webs on the frame.
  • an adhesive bond could also be provided, for example by means of a hot-melt adhesive.
  • first opening 70 as a water inlet and at least a second opening 71 as a water outlet.
  • the opening 70 is connected to the conduit 8 and the inlet 4 of FIG. 1 in connection and the opening 71 communicates with the outlet 4 'of FIG. 1 this is true for a diaphragm formed of several membrane elements for all corresponding openings 70 and 71 of the frame 65, which are connected via manifolds to the common line.
  • the frame has at least one web 67.
  • the frame preferably has a plurality of webs 67, in the example shown eight webs 67 intended.
  • the web connects, or connect these webs, inner side walls of the frame, in the example shown, the inner side walls 62 "and 64", since the webs 67 connect the frame webs 62 and 64 in this example.
  • the webs 67 each have over a first portion 68 substantially the same thickness D, as the frame webs 61 to 64, so that the membrane surface M of the respective membrane element rests on both the frame webs and on the webs 67 and also on the webs 67 on whose first sections 68 can be fastened.
  • the membrane is attached watertight, so that the water does not flow at these points or in the region of the sections 68 between the membrane and web.
  • the webs 67 each have a second portion 69 of their length in which the webs have a smaller thickness D1 than the frame webs. At these portions 69, which are set back relative to the outer sides of the frame webs and opposite the portions 68 in the direction of the frame interior, the membrane material M is not attached.
  • the recessed portions form passages for the water through which the water can pass on its way from the water inlet 70 to the water outlet 71, in comparison with the portions 68 which block the flow.
  • a path for the water within the membrane element 60 can be predetermined by the arrangement of the webs 67, wherein the water flows past on the inside of the frame or in the interior 66 on the inner sides of the membrane surfaces M.
  • the webs 67 are arranged in the frame so that they are arranged with their thicker portions alternately starting from opposite side walls 62 ", 64" of the frame in order for the water Meander-like path or for the water and the air flow to form a cross-countercurrent arrangement, as in FIG. 2 is indicated by the arrows F for the water directions, while the arrow L indicates the direction of the air flowing through the container 1, the air flows past the outer membrane surfaces of the membrane elements or outside of the frame.
  • a molding 56 is preferably provided on both sides of a respective second section 69. Even with this, turbulence and dead zones can be prevented or reduced.
  • the webs 67 extend substantially transverse to the webs or possibly obliquely to the webs
  • Support webs 59 are connected to each other or with a side wall 61 ", 63", wherein the support webs 59 have the smaller thickness D1 or preferably even smaller thickness in order to hinder the flow of water only slightly.
  • the end 58 of the first section 68 is rounded, as shown in FIGS Figures 2 and 3 shown at all webs.
  • the end 58 of the first section 68 is bent away from the first opening 71, as in the FIGS Figures 2 and 3 is shown at all webs.
  • the frame may further be provided on the inner side wall adjacent to the opening forming the water inlet, as in FIG. 2 and FIG. 3 shown.
  • channels 55 are provided (not all of which are designated in the figure with 55) whose flow cross-section is many times smaller than the provided by the respective water passages cross-section for the water , These channels facilitate the drainage of the membrane elements or the membrane when the hydraulic system of the humidifying device or when it is out of service and thus allow it to avoid unwanted residual water under the hygienic aspect.
  • positioning means 73 arranged on the frame are furthermore preferred, which also facilitates the formation of a membrane in which uniform air passages are formed between the membrane elements.
  • FIG. 4 roughly schematically shows a horizontal section through a vertically arranged container 2, the container wall is indicated only by broken lines.
  • membrane elements 41 are arranged, in which the water flows. Form together the membrane elements 41 the entire membrane 1.
  • membrane elements 41 are arranged at the bottom of the container, in which the water introduced into the container (via the inlet 4 of FIG. 1 ) flows upwards in the container and membrane elements 41 shown at the top in the container, in which the water flows down again to the outlet of the container (outlet 4 'in FIG FIG. 1 ).
  • the air is guided, which is indicated by the arrow L, which receives the emerging from the membrane elements 41 water vapor.
  • FIG. 5 shows a schematic horizontal section through a container 2, the container wall is indicated only by broken lines, in which container the non-inventive membrane of a plurality of arranged in rows cylindrical membrane elements 40 are formed, which together form the membrane (only two rows are shown , the other rows are indicated only by dash-dotted lines).
  • the water flows and the air is guided according to the arrow L through the gaps 45 to humidify the air.
  • FIG. 6 schematically shows a frame 42 in which a flat membrane part M is clamped from the aforementioned membrane material.
  • Such element 41 forms with a second such element or with a closed back wall a membrane element in which a space defined by the membrane element for the water is formed.
  • this space is usually also a - not shown here - support structure for the membrane surface on which the water-side membrane surface is attached to a part of its surface, in particular welded or laminated.
  • the support structure is designed so that it allows the flow of water or inhibits as little as possible.
  • the membrane can also externally mounted on the frame webs, in particular by welding or lamination or gluing.
  • a membrane element for an air humidification device in particular for the above-described air humidification device, is formed such that the membrane material M of the membrane arrangement is a microporous material and is preferably a hydrophobic microporous material.
  • a material having a nominal pore diameter in the range of 0.05 to 0.5 micrometers and in particular a material having a nominal pore diameter of 0.05 to 0.25 micrometers, and in particular having a pore diameter in the range of 0.1 to 0.2 micrometers.
  • the microporous material is formed from one, preferably hydrophobic, polymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVDF) or polypropylene (PP) or polyurethane (PU).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PP polypropylene
  • PU polyurethane
  • the membrane material M is arranged flat and secured with its edge 44 in a clamping frame 42, for example in a square or rectangular clamping frame 42, the frame webs are seen over their cross-section at least partially formed from an injection-moldable plastic and the membrane material is attached to the webs by being surrounded by its edge areas of the plastic.
  • FIG. 7 which is a section through the frame and the membrane material along the line A - A of FIG. 6 shows that the edge of the sheet part 40 of the membrane material is embedded in the edge.
  • a membrane arrangement preferably takes place in such a way that the frame webs are injection-molded at least partially over their cross section from a plastic, the membrane being fastened in the webs by being cast with their edge regions 44 directly into the frame webs during the injection molding process.
  • a reinforcement 43 may be provided from a different material than the plastic web material.
  • a membrane can as well be attached to the outside of the bridge instead of the attachment shown around web, in particular a welding or sticking to the web.
  • the membrane surface is reinforced by an outer support structure of a different material to the membrane material, or that the membrane surface is reinforced by an outer support structure made of the same material as the membrane surface.
  • the membrane surface can be laminated onto the support structure, or the membrane surface can rest loosely on such a support structure.
  • the support structure is not shown. It can also be web-shaped and, for example, form a grid. Such a support structure may also serve to induce a turbulent flow of air over the membrane. This should be distinguished from the already mentioned inner support structure on the water flow side.

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Abstract

Membranelement (60) für eine Luftbefeuchtungsvorrichtung mit einem Rahmen und mit Rahmenstegen (61-64) mit Vorder- und Rückseite, wobei der Rahmen im Innern einen Steg (67) aufweist, welcher innere Seitenwände des Rahmens verbindet, welcher Steg über einen ersten Abschnitt (68) im Wesentlichen dieselbe Dicke (D) aufweist wie die Rahmenstege und über einen zweiten Abschnitt (69) seiner Länge eine geringere Dicke (D1) als die Rahmenstege aufweist.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft die Membran einer Luftbefeuchtungsvorrichtung und Membranelemente zur Bildung der Membran. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Membranelements.
    • Hintergrund
  • Luftbefeuchtungsvorrichtungen, welche eine für Wasser undurchlässige und für Wasserdampf durchlässige Membran verwenden, sind bekannt. So erläutert DE 10 2008 038 557 A1 die Nachteile der bekannten Luftbefeuchter und schlägt einen Luftbefeuchter mit einer Trennmembran vor, insbesondere mit einer Trennmembran aus einem hydrophoben Material wie Polypropylen (PP) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Es wird vorgeschlagen, die Befeuchtungsleistung durch die Temperatur des die Membran auf einer Seite beaufschlagenden Wassers zu regulieren. Als Wassertemperatur wird der Bereich von 10 bis 60°C insbesondere 15 bis 35°C vorgeschlagen. Weitere Luftbefeuchtungsvorrichtungen mit einer Membran sind in US 2005/0252982 A1 und WO 88/06912 gezeigt. DE 10 2012 008 197 A1 zeigt einen speziellen Membranaufbau mit Taschen aus Membranmaterial. Es zeigt sich, dass an der Membran eine starke Abkühlung des Wassers durch die zur Verdunstung notwendige Energie erfolgt, die den Betrieb solcher Luftbefeuchtungsvorrichtungen mit niedrigen Wassertemperaturen ineffizient macht. Es wird daher in der Praxis eine relativ hohe Wassertemperatur benötigt, um eine gute Befeuchtungsleistung zu erzielen und eine Abkühlung des Wassers in einen zu tiefen Bereich zu vermeiden.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Membranelemente zur Bereitstellung einer Membran für eine Luftbefeuchtungsvorrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Membranelement nach Anspruch 1 gelöst und wird durch die aus solchen Elementen gebildete Membran gelöst.
  • Ein weiteres Membranelement wird mit den Merkmalen von Anspruch 12 definiert sowie mit dem Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 17. Das Einbringen der Membran direkt in die Stege schafft eine sehr gute Dichtigkeit der Membranelemente und eine kostengünstige Herstellung.
  • Vorteilhafterweise wird die Flachmembran verstärkt, was einerseits durch Auflaminieren der Membran mit einem Teil ihrer wasserseitigen Fläche auf eine dünne innere Stützstruktur der Flachmembran erreicht wird. Eine separate äussere Stützstruktur kann bevorzugt ebenfalls vorgesehen sein.
  • Wird eine Luftbefeuchtungsvorrichtung mit einer vorzugsweise hydrophoben Membran, welche wasserundurchlässig aber wasserdampfdurchlässig ist, so betrieben, dass der an der Membran vorbeiströmende Wassermassenstrom in kg/h um einen Faktor X grösser gewählt wird als der in dem Luftkanal aus der Membran austretende Wasserdampfmassenstrom in kg/h, wobei der Faktor X grösser als 5 ist, zeigt es sich, dass die Abkühlung des Wassers an der Membran so gering gehalten werden kann, dass auch mit zu der Membran strömendem Wasser von vergleichsweise niedriger Temperatur eine gute Befeuchtungsleistung erzielt werden kann. Somit kann mit dem Einsatz einer grossen Menge (Masse) pro Zeit von Wasser im Vergleich zu der Menge (Masse) pro Zeit des an die Luft abgegebenen Wasserdampfs der negative Effekt einer zu grossen Abkühlung des Wassers vermieden werden, was auch den praxistauglichen Einsatz von nur mässig erwärmtem Wasser erlaubt. Es ergibt sich ferner eine gute Wärme- und Stoffübertragung und eine gute Vermeidung von Ablagerungen durch die Scherkräfte, die von der hohen Überströmgeschwindigkeit des Wassers erzeugt werden. Damit ergibt sich auch eine präzise Kontrolle der Aufkonzentration von gelösten Stoffen und ggf. Verunreinigungen pro Durchlauf und auch die Bildung eines sogenannten Biofilms, einer Schleimschicht in der Mikrorganismen wie z.B. Bakterien, Algen und Pilze eingebettet sind, kann so wirksam verhindert werden, was einen hygienischen Betrieb erleichtert. Weiter werden lokale Totzonen der Strömung verringert und damit ergibt sich eine homogene Temperatur- und Konzentrationsverteilung über der Oberfläche der Membran. Dies steigert die Befeuchtungsleistung und vermeidet auch lokale Ausfällungen von gelösten Stoffen und allfälligen Verunreinigungen auf der Membran.
  • Der gewünschte Wasserdampfmassenstrom kann vorgegeben werden, worauf sich die entsprechende Masse an Wasser ergibt. Der Wasserdampfmassenstrom kann auch auf beliebige bekannte Weise über die Luftmasse und deren Feuchte gemessen werden.
  • Dies kann zum Beispiel den Einsatz von Wasser ermöglichen, welches eine ähnliche Temperatur wie die Flüssigkeit in Bodenheizungen aufweist, was es ermöglicht, die Luftbefeuchtungsvorrichtung mit Energie aus einer Bodenheizung zu betreiben, ohne dass die Temperatur des Wassers zusätzlich erhöht werden muss.
  • Es zeigt sich, dass ein Faktor von grösser als 10 besonders geeignet ist, insbesondere ein Faktor grösser als 20, insbesondere ein Faktor von grösser als 50 und insbesondere ein Faktor von grösser als 50 bis 250. Die Beschränkung der Grösse des Faktors ergibt sich im Wesentlichen aus praktischen Gründen, da bei einem sehr hohen Faktor der Wassermassenstrom in der Luftbefeuchtungseinrichtung sehr gross wird; in der Regel wird daher ein Faktor grösser als 500 keinen technischen Sinn machen.
  • Die Steuerung der Feuchtigkeit kann sowohl nur durch die Wassertemperatur der an der Membran vorbeifliessenden Wassermasse gesteuert werden, als auch nur durch Einstellung des Faktors X bzw. den Wasserumlaufmassenstrom. Bevorzugt erfolgt eine gekoppelte Steuerung, so dass die Menge des Wasserdampfes pro Zeit bzw. die Feuchte in dem zu befeuchtenden Raum sowohl durch Beeinflussung der Wassertemperatur als auch der Wassermenge pro Zeit bzw. des Faktors X erfolgt. Vorzugsweise ist ferner die Steuerung mit diesen zwei Einflussgrössen abhängig vom Wert der Wassertemperatur. Bei niedriger Wassertemperatur (nur knapp über der Temperatur der zugeführten Luft) ist der Einfluss einer Erhöhung des Wasserumlaufmassenstroms recht gering, da hier der Temperaturabfall im Wasser beim Durchströmen der Membranelemente auch recht gering ist und somit auch die Änderung der mittleren Wassertemperatur an der Membran. Insbesondere kann bei einer geringen Wassertemperatur von kleiner als ca. 25°C die Steuerung wesentlich über eine Beeinflussung (Erhöhung bzw. Verminderung) der Wassertemperatur erfolgen, während bei einer höheren Wassereingangstemperatur von ca. grösser als 40°C die Steuerung wesentlich über die Beeinflussung des Faktors X (Erhöhung oder Verminderung desselben) erfolgt. In dem Temperaturbereich zwischen den genannten Werten erfolgt die Steuerung durch Beeinflussung sowohl der Wassertemperatur als auch des Faktors X. Dies kann eine einfache lineare Abhängigkeit der beiden Beeinflussungen in Abhängigkeit der Temperatur sein. Die genannten Temperaturgrenzen sind nur als Beispiel zu verstehen und diese können insbesondere auch von der jeweiligen Art und Dimensionierung der Membran der Luftbefeuchtungsvorrichtung abhängen, sind aber für den Fachmann mittels Versuchen einfach ermittelbar. Bevorzugt ist eine an die Wassereintrittstemperatur (zu der Membran) gekoppelte Erhöhung bzw. Verminderung des Umlaufwassermassenstroms zur Steuerung der Wasserdampfmenge bzw. der Befeuchtungsleistung der Luftbefeuchtungsvorrichtung. Vorzugsweise wird die Wassermenge mit einem Durchflusssensor gemessen, insbesondere zwischen einer Wasserpumpe der Luftbefeuchtungsvorrichtung und dem Einlass in den Behälter, der die Membran enthält. Vorzugsweise wird ferner die Temperatur des Wassers gemessen, insbesondere an derselben Stelle, an welcher auch der Wasserdurchfluss gemessen wird.
  • Ein wichtiger Aspekt bei der Zuluftbefeuchtung ist die Einhaltung eines hohen Hygienestandards. Während dies bei der Dampfluftbefeuchtung durch die hohe Temperatur des Wasserdampfs gewährleistet wird, erfüllt die Membranbefeuchtung die Hygieneanforderungen aufgrund der folgenden beiden Aspekte: Zum einen ist die Membran bevorzugt hydrophob und damit ist davon auszugehen, dass die im Wasser befindlichen Keime und Mikroorganismen, wie z.B. Bakterien, nicht in direkten Kontakt mit den Mikroporen der Membran kommen und damit auch nicht in den Luftstrom übergehen. Zum anderen liegt auch die (mittlere) Porengrösse der Membran mit 0.05 Mikrometern bis 0,25 Mikrometern, allenfalls bis 0,5 Mikrometern und bevorzugt ca. 0.1 - 0.2 Mikrometern in der Regel unterhalb der Grösse der Keime bzw. Mikroorganismen.
  • Als Material der Membran kann ein hydrophobes Polymer verwendet werden, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), aber auch Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP) oder Polyurethan (PU) kommen in Frage. Auch andere, nicht-hydrophobe Membranen und Membranen mit hydrophober Oberflächenbeschichtung (Mehrschichtmembranen / asymmetrische Membranen) können verwendet werden.
  • Für die Luft- und Wasserführung kann eine Ausführung als Gegenstromanordnung oder als Kreuzstromanordnung oder als Gleichstromanordnung vorgesehen werden. Als nachfolgend genauer beschriebene Ausführung ist auch eine Kreuz-Gegenstrom-Anordnung bevorzugt.
  • Bei der Erfindung ist die Membran der Luftbefeuchtungsvorrichtung aus mehreren Membranelementen gebildet, die jeweils einen aus Rahmenstegen gebildeten Rahmen mit einer Vorderseite und einer Rückseite und Seitenwänden aufweisen. An diesen Rahmen ist das Membranmaterial jeweils mindestens einseitig flächig angeordnet und bevorzugt beidseitig, vorderseitig und rückseitig, flächig angeordnet. Dabei ist das Membranmaterial an den jeweiligen Rahmenflächen der Vorderseite und Rückseite des Rahmens wasserdicht befestigt, so dass innerhalb des Rahmens ein wasserdichter, vom Rahmen und den Membranflächen begrenzter Raum gebildet ist, oder ggf. ein von einer Membranfläche und einer Nichtmembranfläche begrenzter Raum gebildet ist, wenn nur einseitig am Rahmen eine Fläche aus Membranmaterial vorgesehen ist, aus welchem Raum nur der Wasserdampf durch die Membran austreten kann. Der Rahmen weist an Seitenwänden mindestens eine in den Raum führende Öffnung als Wasserzulauf und mindesten eine in den Raum führende Öffnung als Wasserauslass auf. Ferner weist der Rahmen in seinem Inneren mindestens einen Steg, bevorzugt mehrere Stege auf, welche innere Seitenwände des Rahmens verbinden, welche Stege über einen ersten Abschnitt im Wesentlichen dieselbe Dicke D aufweisen wie die Rahmenstege und über einen zweiten Abschnitt ihrer Länge eine geringere Dicke D1 aufweisen als die Rahmenstege. Die Abschnitte mit geringerer Dicke bilden innerhalb des Rahmens Wasserdurchlässe. Die Membranflächen sind an den ersten Abschnitten der Stege wasserdicht befestigt bzw. ggf. ist eine Nichtmembranfläche mit den Stegen wasserdicht verbunden, wenn nur auf einer Seite des Rahmens eine Membranfläche angeordnet und die andere Seite des Rahmens durch eine Nichtmembranfläche verschlossen ist, um den wasserdichten Raum zu bilden.
  • Durch diese bevorzugte Ausgestaltung der Membranelemente ergibt sich eine sehr gute Befestigungsmöglichkeit und Stabilität der jeweiligen Membranfläche auf dem Rahmen, indem diese auch an den Stegen befestigt ist. Die wasserdichte Befestigung kann zum Beispiel durch Kunststoffschweissung der Membran und der aus einem Kunststoff gebildeten Stege erfolgen oder kann durch Laminierung oder Klebung erfolgen.
  • Durch die stabile Befestigung wird der Betrieb mit dem grossen Wassermassenstrom auch bei empfindlichen Membranen möglich. Durch die spezielle Anordnung der Stege und die Wasserdurchlässe im Rahmen kann ein gewünschter Strömungsverlauf für das Wasser auf einfache Weise erzielt werden. Bevorzugt ist dabei, dass mindestens ein Steg vorgesehen ist, insbesondere aber, dass mehrere Stege vorgesehen sind, deren erste Abschnitte abwechselnd von gegenüberliegenden Seitenwänden des Rahmens ausgehend angeordnet sind. Auf diese Weise kann einfach eine Kreuz-Gegenstromanordnung erzielt werden, da der Wasserfluss im Rahmeninneren entsprechend bewirkt wird. Es ergeben sich zudem eine höhere mittlere Strömungsgeschwindigkeit, die Vermeidung oder Verringerung von Totzonen und ein guter Wärme- und Stoffübergang.
  • Eine weitere Stabilisierung der Membranelemente bzw. der aus diesen zusammengesetzten Membran ergibt sich, wenn mindestens einige der Stege, insbesondere alle der Stege, mittels im Wesentlichen quer zu den Stegen verlaufende Stützstegen miteinander oder mit einer Seitenwand verbunden sind, wobei die Stützstege die geringere Dicke D1 aufweisen oder eine noch geringere Dicke aufweisen, um den Wasserfluss nicht zu stören.
  • Weiter ist es für den Wasserfluss bevorzugt, wenn jeweils bei den Membranelementen bei mindestens einem der Stege, insbesondere bei allen Stegen, das jeweilige Ende des ersten Abschnittes abgerundet ausgebildet ist. Ferner kann das jeweilige Ende des ersten Abschnitts bei mindestens einem der Stege oder bei allen Stegen von der ersten Öffnung, und somit vom Wasserzulauf, weg weisend abgebogen ausgebildet sein. Beide Massnahmen, einzeln oder bevorzugt in Kombination, sind für den Wasserfluss im Rahmen vorteilhaft und vermeiden bzw. verringern Totzonen.
  • Bei den Membranelementen können an zweiten Abschnitten geringerer Dicke D1 innerhalb der von diesen gebildeten Wasserdurchlässen Ausformungen vorgesehen sein, welche zusätzliche Flächen zur Befestigung des Membranmaterials oberhalb der Wasserdurchlässe bereitstellen, um die Membranfläche zu stabilisieren. Insbesondere können beidseits eines jeweiligen zweiten Abschnitts solche Ausformungen vorgesehen sein, wenn am Rahmen vorderseitig und rückseitig eine Membranfläche befestigt ist.
  • Weiter ist es bevorzugt, dass bei den Membranelementen in den Stegen im Bereich ihrer Verbindung mit den Seitenwänden Kanäle vorgesehen sind, deren durchströmbarer Querschnitt um ein Vielfaches kleiner ist als der von den jeweiligen Wasserdurchlässen bereitgestellter Querschnitt für das Wasser. Damit werden Kanäle für eine allfällige Entwässerung der Membranelemente bei abgeschalteter Luftbefeuchtungsvorrichtung bzw. deren Wassersystem geschaffen, um stehendes Restwasser aus Hygienegründen vermeiden zu können. Die Kanäle sind aber mit derart geringen Durchmessern ausgeführt, dass im Betrieb den Wasserfluss nicht stören.
  • Die Membranelemente sind bevorzugt mit am Rahmen angeordneten Positionierungsmitteln versehen, um mehrere Membranelemente zur Bildung einer grossen Membran als Summe der jeweiligen Membranflächen der Elemente zu verbinden. Dabei sind zwischen den Membranelementen die Luftdurchlässe für die zu befeuchtende Luft gebildet, welche Luft an den einzelnen Membranflächen vorbeiströmt.
  • Bei einer anderen beispielsweisen Ausführung mit Flachmembran sind in Strömungsrichtung der Luft mindestens zwei wasserdurchflossene, vertikal verlaufende Membrankanäle hintereinander angeordnet. Im Querschnitt über die Kanalbreite wiederholt sich diese Anordnung jeweils getrennt durch einen Luftspalt. In dem in Luftströmungsrichtung betrachtet hinteren Membrankanal fliesst das warme Wasser aus der Wasserführungsanordnung von unten nach oben, d.h. entgegen der Schwerkraft, in einen oberen Verteiltank (header tank) und fliesst von dort weiter in dem vorderen Membrankanal von oben nach unten in den Abfluss oder bevorzugt zurück in einen Rezirkulationskreislauf. Vorteil dieser sich auch bei diesem Beispiel ergebenden sogenannten Kreuz-Gegenstrom-Anordnung ist primär, dass die Differenz des Wasserdampfpartialdruckes zwischen beiden Seiten der Membran (d.h. innerhalb der wasserführenden Seite der Membran zu der Luftseite der Membran) im Mittel grösser ist, als wenn es nur eine Strömungsrichtung auf der wasserführenden Seite gibt, und somit ist auch die gesamte Wasserdampfdiffusion höher. Weiterhin kann es auch als konstruktiver Vorteil gewertet werden, wenn die gesamte Wasserversorgung und die Steuerung auf der Unterseite des Membranbefeuchters angeordnet werden kann.
  • Grundsätzlich wird bei dem oben beschriebenen Vorgehen nicht nur - als primär gewünschter Effekt - Wasserdampf zur Befeuchtung durch die Membranwand diffundiert sondern es wird auch gleichzeitig durch die Verdunstung eines kleinen Teils des Wassers zu Wasserdampf innerhalb der Membrankanäle das Wasser sukzessive abgekühlt und gleichzeitig findet auch über die Membranwandung ein Wärmetransport statt.
  • Da eine Flachmembran nur über eine geringe Eigenstabilität verfügt, wird sie vorzugsweise verstärkt. Dies kann einerseits durch Befestigung, zum Beispiel durch Befestigen, insbesondere mittels Schweissen oder Laminieren, der Membran mit einem Teil ihrer wasserseitigen Fläche an einer inneren Stützstruktur erfolgen. Somit ist eine innere Stützstruktur im Wasserflussbereich der Membran vorgesehen und wird so ausgeführt, um den Wasserfluss möglichst wenig zu hemmen. Ein bevorzugtes Beispiel von derart ausgeführten Membranelementen zur Bildung der Membran ist vorgängig erläutert worden. Ferner kann aber auch eine äussere Stützstruktur für die Membran im Luftflussbereich vorgesehen sein. An der äusseren Stützstruktur kann die Membran befestigt sein oder nur lose aufliegen bzw. durch den Wasserdruck angedrückt werden. Vorteile der Flachmembran sind eine einfachere Reinigung und ein geringerer Druckverlust im Luftkanal.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Darstellung von Ausführungsformen einer Luftbefeuchtungsvorrichtung gemäss der Erfindung, zur Erläuterung von deren Aufbau und deren Betrieb;
    • Figur 2 ein Membranelement mit zwei Membranflächen in Draufsicht, wobei die vordere Membranfläche nicht dargestellt ist, so dass das Innere des Membranelements ersichtlich ist;
    • Figur 3 schaubildlich einen Teil des Membranelements von Figur 2;
    • Figur 4 schematisch eine andere Anordnung von Membranelementen bei einer mit Flachmembranflächen ausgeführten Membran eines Luftbefeuchters mit einem horizontalen Schnitt durch den Behälter der Luftbefeuchtungsvorrichtung;
    • Figur 5 eine schematische Darstellung der Membran mit Kapillarmembranflächen anhand eines horizontalen Schnitts durch den Behälter der Luftbefeuchtungsvorrichtung;
    • Figur 6 schematisch ein Membranelement mit einem Rahmen und einer Membranfläche; und
    • Figur 7 schematisch einen Schnitt durch einen der Stege von Figur 6 mit der Einbettung der Membranfläche im Kunststoff des Stegs.
    Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
  • Figur 1 zeigt schematisch und als Beispiel eine Luftbefeuchtungsvorrichtung 10, wobei die zu der Vorrichtung gehörenden Teile innerhalb des von der unterbrochenen Linie begrenzten Bereichs dargestellt sind. Die Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 ist zum Beispiel in einem Technikraum 11 angeordnet und dient zur Befeuchtung der Luft, die einem Raum zugeführt wird, zum Beispiel dem Wohnraum 22, der nur angedeutet ist. Die Erfindung ist aber generell auf dem Gebiet der Klimatechnik (HVAC) anwendbar.
  • Luft, die aus dem Wohnraum 22 abgeführt wird, wird in diesem Beispiel von einem Lüfter 24 über eine Leitung 23 einem Luft-Luft-Wärmetauscher 25 in dem Technikraum 11 zugeführt und gelangt von dort über die Leitung 27 in die Umgebung ausserhalb des Gebäudes, in dem sich der Technikraum und der Wohnraum befinden. Aus der Umgebung über die Leitung 26 eintretende Luft gelangt über den Wärmetauscher 25 und den Lüfter 24' in die Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 und von dieser über die Leitung 28 in den Wohnraum 22. Die Lüfter 24, 24' und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Luft hat ebenfalls einen Einfluss auf die Befeuchtungsleistung. Tendenziell erhöht sich die absolute Befeuchtungsleistung in kg/h etwas mit erhöhter Luftgeschwindigkeit. In der Regel sind aber die Lüfter nicht Bestandteil bzw. nicht unter der Kontrolle der Luftbefeuchtungsvorrichtung 10. Der (eher geringe) Einfluss der Lüfter wird daher hier nicht betrachtet.
  • Die Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 umfasst eine nur schematisch dargestellte Membran 1 mittels welcher der zu befeuchtenden Luft Wasserdampf der Menge M1 pro Stunde (kg/h) zugeführt wird. Die Membran 1 besteht dabei in der Regel aus mehreren Membranelementen bzw. Membranflächen, welche zusammen die Membran mit einer wirksamen Membrangesamtfläche bilden. Auf einer Seite der Membran wird warmes Wasser zugeführt und verdunstendes Wasser kann in der Form von Wasserdampf durch die Membran zu deren anderen Seite gelangen und wird dort von der als Luftstrom an der anderen Seite der Membran vorbeigeführten Luft aufgenommen. Dies ist grundsätzlich bekannt und wurde eingangs erläutert.
  • Die Membran 1 ist in einem Behälter 2 angeordnet, welcher die Membranelemente bzw. die einzelnen Membranflächen enthält, die zusammen die Membran bilden. Diese können insbesondere flächige Elemente, wie ebenfalls bereits erläutert. In dem Behälter sind die die Membran 1 bildenden Membranelemente so angeordnet und ausgeführt, dass auf deren einen Seite das Wasser vorbeiströmt und auf deren anderen Seite die zu befeuchtende Luft. Der Behälter weist dazu einen Eingang 3 und einen Ausgang 3' für den Luftstrom auf sowie einen Einlass 4 für das warme Wasser und einen Auslass 4' für das weniger warme Wasser, welches durch die benötigte Verdunstungsenergie eine geringere Temperatur aufweist als das beim Einlass 4 in den Behälter eingetretene Wasser. Die Ein- und Ausgänge für die Luft und die Ein- und Auslässe für das Wasser sind in der Figur nur angedeutet, es ist dem Fachmann bekannt, wie solche Ein- und Ausgänge bzw. Anschlüsse für Luft- und Wasserleitungen ausgestaltet werden.
  • Die Luftbefeuchtungsvorrichtung weist eine Wasserführungsanordnung auf, womit die Gesamtheit der Leitungen, Wasserbehälter, Ventil- und Pumpmittel bezeichnet sein soll, die dazu dienen, das zur Befeuchtung dienende Wasser in den Behälter 2 und somit zur Membran 1 zu führen und das aus dem Behälter 2 austretende Wasser wieder aufzunehmen. Bevorzugt weist die Wasserführungsanordnung einen Wasserkreislauf auf, so dass aus dem Behälter 2 austretendes Wasser erneut in den Behälter eintreten kann. Dazwischen liegt mindestens ein Schritt des Erwärmens des Wassers, damit dieses wieder genug Energie zur Verdunstung eines Teils des Wassers an der Membran enthält.
  • In dem gezeigten Beispiel gelangt das beim Auslass 4' aus dem Behälter 2 austretende Wasser über eine Leitung 4" und Elemente 30 und 31, die fakultativ sind und später erläutert werden, mittels der Leitung 5 in einen Wasserbehälter bzw. Tank 6 und von dort über eine Pumpe 7 in die Leitung 8, die das Wasser wieder dem Behälter 2 und damit der Membran 1 zuführt. Vorzugsweise ist ein Sensor 33 vorgesehen, der ein Ausgangssignal abgibt, das ein Mass für die Konzentration der im Wasser gelösten Stoffe abgibt. So kann zwischen dem Tank 6 und der Pumpe 8 ein Leitfähigkeitssensor als Sensor 33 in der Leitung eingebracht sein, der als Messwert die Leitfähigkeit des Wassers ausgibt, welches ein Mass für die Konzentration der gelösten Stoffe im Wasser darstellt, welcher Messwert an die Steueranordnung 35 übermittelt wird. Bei einem hohen Leitfähigkeitswert, welcher über einem geeigneten, vorher festgelegten Grenzwert liegt, gibt die Steuereinheit ein Steuersignal zum Abschlämmen von Wasser mit hoher Konzentration an gelösten Stoffen an das Abschlämmventil 34. Der Tank 6 ist bevorzugt vorhanden, um eine genügende Wassermenge auf einfache Weise bereitstellen zu können. Ferner erlaubt der Tank es auf einfache Weise die Wassermenge im System festzulegen und das System grundsätzlich drucklos zu halten. Ferner erlaubt ein Tank, wie erwähnt, das Abführen der sich im Wasser anreichernden Mineralien, indem Wasser mit vergleichsweise hoher Konzentration an gelösten Stoffen abgelassen und durch Frischwasser mit geringerer Konzentration an gelösten Stoffen ersetzt wird. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache häufig als "Abschlämmung" bezeichnet. Sofern eine hinreichend grosse Leitungslänge in Kauf genommen wird, kann auf den Tank verzichtet werden, die Wassermenge für den Betrieb der Vorrichtung ist dann in den Leitungssträngen der Wasserführungsanordnung vorhanden.
  • Bevorzugt ist mindestens ein Sensor vorgesehen, der die Wassertemperatur in der Wasserführungsanordnung ermittelt. Bevorzugt ist ein Sensor 33', der die Wassertemperatur an einer Stelle zwischen der Pumpe 7 und der Membran ermittelt. Der von diesem Sensor ermittelte Wassertemperaturwert wird bevorzugt zur Steueranordnung übertragen. Die Steueranordnung kann diesen Temperaturwert verwenden, um die Beeinflussung der Wasserdampferzeugung mittels einer Erhöhung oder Verminderung der Wassertemperatur und/oder mittels Erhöhung oder Verminderung des Faktors X durchzuführen, was eingangs als bevorzugtes Vorgehen beschrieben worden ist. Weiter ist bevorzugt ein Sensor vorgesehen, beispielhaft der Sensor 33", welcher den Wassermassenstrom im Kreislauf ermittelt und welcher bevorzugt den Durchflusswert des Wassers an die Steueranordnung überträgt, was zu einer kontrollierten Einstellung des Faktors X führt. Als bevorzugte Ausführung ist der Sensor ein kombinierter Temperatur- und Durchflusssensor.
  • Die Erwärmung des Wassers erfolgt mit einer Heizeinrichtung, die auf beliebige bekannte Weise das Wasser erwärmen kann. Ein Beispiel ist eine elektrische Wasserheizung 32, die vorzugsweise im Tank 6 angeordnet ist aber auch an anderer Stelle in der Wasserführungsanordnung vorhanden sein könnte. Diese Heizungseinrichtung kann elektrisch oder auf andere bekannte Weise betrieben werden. Die Heizeinrichtung kann als weiteres Mittel einen Fluid-Fluid-Wärmetauscher und insbesondere einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher 31 umfassen, dies anstelle der Wasserheizung 32 oder zusätzlich zu dieser. Mit dem Wärmetauscher 31 wird vorzugsweise dem Wasserkreislauf in einer Bodenheizung des Gebäudes und besonders bevorzugt dem Wasserkreislauf der Bodenheizung des Raums 2 Wärme entzogen, um das Wasser in der Wasserführungsanordnung des Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 zu erwärmen.
  • Da während der Befeuchtung mittels der Membran 1 Wasser aus der Wasserführungsanordnung entzogen wird, ist vorzugsweise ein Mittel vorgesehen, um der Wasserführungsanordnung kontinuierlich oder diskontinuierlich aus einer zur Vorrichtung 10 externen Wasserquelle Wasser zuzuführen. Dies ist in der schematischen Ansicht von Figur 1 mit dem schematisch gezeigten Wasseranschluss 9 und dem Ventil 9' und der Leitung 9" gezeigt, womit Wasser von einer externen Wasserquelle über den Sammler 30 zu dem Wasser hinzugefügt werden kann, das über den Auslass 4' und die Leitung 4" aus dem Behälter 2 austritt. Dies ist nur grob schematisch dargestellt, dem Fachmann ist aber bekannt, wie er die beiden Wasserleitungen 4" und 9" zu der Leitung 5 vereinen kann. Das Ventil 9' wird von der Steueranordnung 35 der Luftbefeuchtungsvorrichtung betätigt, was noch erläutert wird. Zu diesem Zweck ist das Ventil 9' ein elektrisch steuerbares Ventil, welches über eine nicht dargestellte elektrische Steuerleitung mit der Steueranordnung 35 verbunden ist.
  • Der Wassertank weist bevorzugt ein Element auf, das den Füllstand des Tanks ermittelt und das vorzugsweise mit der Steuerung verbunden ist. Vorzugsweise ist dies ein schematisch dargestellter Schwimmer dessen Position als Füllstandskontrolle dient und dieser Schwimmer kann mit der Steueranordnung verbunden sein, so dass die Steueranordnung über den Schwimmerstand eine Angabe über die Wassermenge in der Wasserführungsanordnung ableiten kann. Der Tank 6 ist mit einem Ablauf versehen, insbesondere zur sogenannten Abschlämmung. Eine Aufmineralisierung des Wassers im Tank, bzw. im Extremfall eine Schlammbildung am Tankboden, kann insbesondere bei der Verwendung von Leitungswasser im Wasserkreislauf erfolgen und über einen öffenbaren Ablauf können solche Stoffkonzentrationen entfernt werden, worauf der Ablauf wieder geschlossen wird. Der Ablauf kann über ein steuerbares Ventil auch dann aktiviert werden, wenn Wartungs- oder Reinigungsarbeiten ein Entleeren des Tanks und ggf. der ganzen Wasserführungsanordnung nötig machen.
  • Die Steueranordnung kann mittels eines Rechner oder einer industriellen Steuerung auf eine dem Fachmann bekannte Weise ausgeführt werden. Die Steuerung erhält zum Beispiel über eine Signalleitung 36 und einen Sensor 37 eine Information, die über die Menge des Wasserdampfmassenstroms am Ausgang des Behälters 2 Auskunft gibt, und somit eine Information über die Menge Wasserdampf pro Zeit, die dem Raum 22 zugeführt wird. Sie kann dies mit der Information über die Sollfeuchte im Raum vergleichen und damit die Anforderung an die Menge Wasserdampf pro Zeit festlegen. Auch die alleinige Angabe der Sollfeuchte kann genügen, da bei gegebener Raumgrösse grundsätzlich bekannt ist, wieviel Wasserdampf pro Zeiteinheit benötigt wird. Die Sollfeuchte kann an der Steueranordnung oder über ein damit verbundenes separates Einstellglied eingestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Istfeuchte im Raum von mindestens einem Feuchtesensor festgestellt und an die Steueranordnung übermittelt wird. Diese Mittel sind hier nicht dargestellt, sind dem Fachmann aber bekannt und müssen hier nicht weiter erläutert werden. Die Steueranordnung sorgt mit dieser Information für die Zufuhr von genügend Feuchtigkeit in den Raum. Den Luftstrom in den Raum kann die Steueranordnung oder üblicherweise eine separate Steueranordnung des sog. Lüftungsgeräts insbesondere über die Steuerung der Lüfter 24 und 24' steuern. Dies wird hier nicht weiter erläutert.
  • Die Steueranordnung stellt den Wassermassenstrom durch den Behälter 2 pro Zeit so ein, dass der Wassermassenstrom (der zum Beispiel ebenfalls in kg/h bestimmt ist) mindestens um den Faktor 5 grösser ist als der Wasserdampfmassenstrom. Dazu kann die Steueranordnung die Information aus dem erwähnten Durchflussmesser verwenden und die Pumpe 7 entsprechend steuern.
  • Bevorzugt ist der Faktor grösser als 10 und besonders ist der Faktor grösser als 20 und besonders ist der Faktor grösser als 50. Insbesondere wird der Faktor im Bereich von 20 bis 250 eingestellt.
  • Mit dem Faktor kann sichergestellt werden, dass auch mit wenig warmen Wasser, zum Beispiel mit einer Temperatur von nur 25 Grad Celsius und insbesondere bevorzugt im Bereich von 20 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius und insbesondere im Bereich von 25 Grad Celsius bis 45 Grad Celsius ein sicherer Betrieb der Luftbefeuchtungsvorrichtung möglich ist. Die Steueranordnung 35 ist zu diesem Zweck mittels einer Steuerleitung 38 mit der Wasserführungsanordnung verbunden und kann damit, wie erwähnt, insbesondere die Pumpe 7 steuern, welcher die Menge Wasser pro Zeit fördert, die zur Einhaltung des Faktors benötigt wird. Die Steueranordnung steuert auch die erläuterten Ventile und erhält Information über den Wasserstand und die Wassertemperatur. Sie steuert ebenfalls die Heizung des Wassers. Alle diese Steuersignale und Rückmeldungssignale von (zum Teil nicht dargestellten Sensoren) sind in der Figur 1 zu deren Vereinfachung in der Steuerleitung 38 zusammengefasst.
  • Der Behälter 2 kann - anders als in der schematischen Figur 1 dargestellt, vertikal bzw. so angeordnet, dass das Wasser von unten nach oben bzw. entgegen der Schwerkraft durch den Behälter fliesst, was die Kontrolle über den Wasserfluss erleichtert.
  • Anhand der Figuren 2 und 3 wird ein bevorzugtes Membranelement 60 beschrieben. Mindestens ein solches Membranelement und in der Regel mehrere solche Membranelemente 60 bilden zusammen die Membran 1 im Behälter 2. Das Membranelement gemäss dieser bevorzugten Ausführung weist einen Rahmen 65 auf, der im gezeigten Beispiel rechteckig ist und die Rahmenstege 61, 62, 63 und 64 aufweist. Die Stege weisen eine Stegbreite B (die nicht für alle Stege gleich sein muss), eine Stegdicke D und eine Länge auf, wobei im Falle eines rechteckigen Rahmens 65 jeweils gegenüberliegende Stege 61 und 63 bzw. 62 und 64 dieselbe Länge aufweisen. Bei diesem Membranelement 60 sind zwei Membranflächen M vorgesehen, welche einander durch die Stegdicke D beabstandet gegenüberliegen. In den Figuren 2 und 3 ist jeweils nur die in der Figur hintere Membranfläche M aus dem Membranmaterial gezeigt und die vordere Membranfläche ist nicht dargestellt, damit der Rahmen und das Innere des Membranelements ersichtlich sind. Beide Membranflächen M begrenzen zusammen mit dem Rahmen den Innenraum des Membranelements 60, in welchem das Wasser strömt. Bei einer Ausführungsform kann auch nur eine Seite des Rahmens mit einer Membranfläche versehen sein und auf der anderen Seite des Rahmens ist ein nicht aus Membranmaterial bestehender Deckel vorgesehen.
  • Als Membranmaterial sind die vorgenannt als Beispiel erwähnten Materialien auch bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt. Die Befestigung der jeweiligen Membranfläche M erfolgt in diesem Beispiel an den Aussenseiten der Rahmenstege, welche Aussenseiten die Breite B oder voneinander verschiedene Breiten B aufweisen. An diesen Aussenseiten ist die jeweilige Membranfläche aufliegend auf der jeweiligen Aussenseite befestigt. Bevorzugt ist das Material der Stege des Rahmens 65 ein Kunststoffmaterial, welches es erlaubt, die Membranflächen M entlang der Rahmenstege wasserdicht und stoffschlüssig durch Kunststoffschweissung am Rahmen zu befestigen bzw. durch Auflaminieren des Membranmaterials auf den Rahmenstegen am Rahmen zu befestigen. Anstelle oder zusätzlich zu einer Schweissung könnte auch eine Klebung vorgesehen werden, zum Beispiel mittels eines Heissklebers.
  • An den Seitenwänden weist der Rahmen mindestens eine erste Öffnung 70 als Wasserzulauf und mindesten eine zweite Öffnung 71 als Wasserauslass auf. Die Öffnung 70 steht mit der Leitung 8 bzw. dem Einlass 4 von Figur 1 in Verbindung und die Öffnung 71 steht mit dem Auslass 4' von Figur 1 in Verbindung, wobei dies für eine aus mehreren Membranelementen gebildete Membran für alle entsprechenden Öffnungen 70 und 71 der Rahmen 65 gilt, welche über Verteiler an die gemeinsame Leitung angeschlossen sind.
  • In seinem Inneren weist der Rahmen mindestens einen Steg 67 auf. Bevorzugt weist der Rahmen mehrere Stege 67 auf, im gezeigten Beispiel sind acht Stege 67 vorgesehen. Der Steg verbindet, bzw. diese Stege verbinden, innere Seitenwände des Rahmens, im gezeigten Beispiel die inneren Seitenwände 62" und 64", da die Stege 67 in diesem Beispiel die Rahmenstege 62 und 64 verbinden. Die Stege 67 weisen jeweils über einen ersten Abschnitt 68 im Wesentlichen dieselbe Dicke D auf, wie die Rahmenstege 61 bis 64, so dass die Membranfläche M des jeweiligen Membranelements sowohl auf den Rahmenstegen als auch auf den Stegen 67 aufliegt und auch an den Stegen 67 an deren ersten Abschnitten 68 befestigt werden kann. Dies erfolgt in der Regel auf dieselbe Weise wie die Befestigung an den Rahmenstegen, also durch Schweissung oder durch Laminieren oder durch Klebung oder durch eine Kombination dieser Befestigungsmöglichkeiten. Auch an den Stegen 67 wird die Membran wasserdicht befestigt, so dass das Wasser an diesen Stellen bzw. im Bereich der Abschnitte 68 nicht zwischen Membran und Steg hindurchströmt. Hingegen weisen die Stege 67 jeweils einen zweiten Abschnitt 69 ihrer Länge auf in welchem die Stege eine geringere Dicke D1 als die Rahmenstege aufweisen. An diesen Abschnitten 69, welche gegenüber den Aussenseiten der Rahmenstege und gegenüber den Abschnitten 68 in Richtung auf das Rahmeninnere zurückversetzt sind, ist das Membranmaterial M nicht befestigt. Die zurückversetzten Abschnitte bilden im Vergleich mit den Abschnitten 68, welche die Strömung blockieren, im Gegenteil Durchlässe für das Wasser, durch welche das Wasser auf seinem Weg vom Wassereinlass 70 zum Wasserauslass 71 hindurchströmen kann. Somit kann durch die Anordnung der Stege 67 ein Pfad für das Wasser innerhalb des Membranelements 60 vorgegeben werden, wobei das Wasser dabei an der Innenseite des Rahmens bzw. im Innenraum 66 an den Innenseiten der Membranflächen M vorbeiströmt.
  • Bevorzugt sind die Stege 67 im Rahmen so angeordnet, dass sie mit ihren dickeren Abschnitten abwechselnd von gegenüberliegenden Seitenwänden 62", 64" des Rahmens ausgehend angeordnet sind, um für das Wasser einen mäanderartigen Pfad bzw. für das Wasser und die Luftströmung eine Kreuz-Gegenstromanordnung zu bilden, wie dies in Figur 2 mit den Pfeilen F für die Wasserrichtungen angedeutet ist, während der Pfeil L die Richtung der durch den Behälter 1 strömenden Luft angibt, die an den äusseren Membranflächen der Membranelemente bzw. ausserhalb der Rahmen an diesen vorbeiströmt.
  • Es kann vorgesehen sein und ist im Beispiel so gezeigt, dass an zweiten Abschnitten 69 geringerer Dicke D1 der Stege innerhalb der von diesen gebildeten Wasserdurchlässe Ausformungen 56 an den Stegen vorgesehen sind, welche eine Fläche zur Befestigung des Membranmaterials auch innerhalb bzw. oberhalb der Wasserdurchlässe bereitstellen. Die Flächen dieser Ausformungen 56 sind vorzugsweise wieder so angeordnet, dass sich dort wieder die Rahmendicke D ergibt, so dass die Membranflächen M auch an diesen Flächen 56 befestigt werden können. Trotz diesen Ausformungen kann das Wasser durch die Durchlässe bei den zweiten Abschnitten 69 der Stege strömen. Die Ausformungen 56 ergeben aber eine weitere Stabilisierung der Membranfläche, so dass diese dem Druck und der Strömung des Wassers im Membranelement standhalten kann. Bei beidseits am Rahmen vorhandenen Membranflächen ist vorzugsweise beidseits eines jeweiligen zweiten Abschnitts 69 eine Ausformung 56 vorgesehen. Auch damit können Wirbel- und Totzonen verhindert oder verringert werden.
  • Zur Stabilisierung der Stege 67 und damit zur Verminderung der Belastung der an den Abschnitten 68 und ggf. Flächen 56, der Stege befestigten Membranflächen M, ist es bevorzugt, dass Stege 67 mittels im Wesentlichen quer zu den Stegen oder ggf. schräg zu den Stegen verlaufenden Stützstegen 59 miteinander oder mit einer Seitenwand 61", 63" verbunden sind, wobei die Stützstege 59 die geringere Dicke D1 oder bevorzugt eine noch geringere Dicke aufweisen, um die Wasserströmung nur wenig zu behindern.
  • Zur Beeinflussung der Wasserströmung kann es ferner vorgesehen sein, dass bei mindestens einem der Stege 67 das Ende 58 des ersten Abschnittes 68 abgerundet ausgebildet ist, wie dies in den Figuren 2 und 3 bei allen Stegen gezeigt ist. Zusätzlich oder als alleinige Massnahme kann es vorgesehen sein, dass bei mindestens einem der Stege 67 das Ende 58 des ersten Abschnittes 68 von der ersten Öffnung 71 weg weisend abgebogen ausgebildet ist, wie das in den Figuren 2 und 3 bei allen Stegen dargestellt ist. Zur Beeinflussung der Strömung im Rahmen kann ferner an der inneren Seitenwand benachbart zur der den Wassereinlass bildenden Öffnung eine Ausformung vorgesehen sein, wie in Figur 2 und Figur 3 dargestellt.
  • Weiter können in den Stegen 67 im Bereich ihrer Verbindung mit den Seitenwänden Kanäle 55 vorgesehen sind (von denen nicht alle in der Figur mit 55 bezeichnet sind), deren durchströmbarer Querschnitt um ein Vielfaches kleiner ist als der von den jeweiligen Wasserdurchlässen bereitgestellter Querschnitt für das Wasser. Diese Kanäle erleichtern die Entwässerung der Membranelemente bzw. der Membran bei abgeschaltetem Hydrauliksystem der Luftbefeuchtungsvorrichtung bzw. wenn diese ausser Betrieb ist und erlauben es somit unter dem Hygieneaspekt unerwünschtes Restwasser zu vermeiden.
  • Damit die Vielzahl der Membranelemente auf einfache Weise in definierter Lage verbunden werden können, sind ferner am Rahmen angeordnete Positionierungsmittel 73 bevorzugt, wodurch auch die Bildung einer Membran erleichtert wird, bei welcher zwischen den Membranelementen gleichmässige Luftdurchlässe gebildet sind.
  • Bei einem nur sehr vereinfacht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer Membran mit Membranelementen ist mit Figur 4 grob schematisch ein Horizontalschnitt durch einen vertikal angeordneten Behälter 2 gezeigt, dessen Behälterwand nur mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. In dem Behälter sind Membranelemente 41 angeordnet, in denen das Wasser fliesst. Zusammen bilden die Membranelemente 41 die gesamte Membran 1. Es sind in diesem Beispiel unten im Behälter angeordnete Membranelemente 41 dargestellt, in denen das in den Behälter eingeführte Wasser (über den Einlass 4 von Figur 1) im Behälter nach oben fliesst und oben im Behälter dargestellte Membranelemente 41, in denen das Wasser wieder nach unten zum Auslass des Behälters fliesst (Auslass 4' in Figur 1). Durch die Zwischenräume 45 zwischen den Membranelementen wird die Luft geführt, was mit dem Pfeil L angedeutet ist, die den aus den Membranelementen 41 austretenden Wasserdampf aufnimmt.
  • Figur 5 zeigt einen schematischen Horizontalschnitt durch einen Behälter 2, dessen Behälterwand nur mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, in welchem Behälter die nicht erfindungsgemässe Membran von einer Vielzahl von in Reihen angeordneten zylindrischen Membranelementen 40 gebildet sind, die zusammen die Membran bilden (es sind nur zwei Reihen dargestellt, die anderen Reihen sind nur mit strichpunktierten Linien angedeutet). In den zylindrischen Membranelementen 40 fliesst das Wasser und die Luft wird gemäss Pfeil L durch die Zwischenräume 45 geführt, um die Luft zu befeuchten.
  • Figur 6 zeigt schematisch einen Rahmen 42 in welchem ein flächiges Membranteil M aus dem vorgenannten Membranmaterial eingespannt ist. Ein solches Element 41' bildet mit einem zweiten derartigen Element oder mit einer geschlossenen Rückwand ein Membranelement, in dem ein von dem Membranelement begrenzter Raum für das Wasser gebildet wird. In diesem Raum befindet sich in der Regel ebenfalls eine - hier nicht dargestellte - Stützstruktur für die Membranfläche, auf welcher die wasserseitige Membranfläche mit einem Teil ihrer Fläche befestigt ist, insbesondere angeschweisst oder auflaminiert ist. Die Stützstruktur ist so ausgebildet, dass sie den Wasserfluss ermöglicht bzw. möglichst wenig hemmt. Anstelle der gezeigten Einspannung im Rahmen kann die Membran auch aussen auf den Rahmenstegen befestigt sein, insbesondere durch Schweissen oder Laminieren oder Kleben.
  • Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist ein Membranelement für eine Luftbefeuchtungsvorrichtung, insbesondere für die vorbeschriebene Luftbefeuchtungsvorrichtung so gebildet, das das Membranmaterial M der Membrananordnung ein mikroporöses Material ist und bevorzugt ein hydrophobes mikroporöses Material ist. Insbesondere ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser im Bereich von 0.05 bis 0.5 Mikrometern und insbesondere ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser von 0.05 bis 0.25 Mikrometern ist, und insbesondere mit einem Porendurchmesser im Bereich von 0.1 bis 0.2 Mikrometern ist. Das mikroporöse Material ist aus einem, vorzugsweise hydrophoben, Polymer gebildet, zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP) oder Polyurethan (PU). Das Membranmaterial M ist flächig angeordnet und mit seinem Rand 44 in einem Spannrahmen 42 befestigt, zum Beispiel in einem quadratischen oder rechteckigen Spannrahmen 42, wobei die Rahmenstege über ihren Querschnitt gesehen mindestens teilweise aus einem spritzgiessbaren Kunststoff gebildet sind und das Membranmaterial an den Stegen befestigt ist, indem es mit seinen Randbereichen von dem Kunststoff umgeben ist. Figur 7, die einen Schnitt durch den Rahmen und das Membranmaterial entlang der Linie A - A von Figur 6 darstellt, zeigt, dass der Rand des flächigen Teils 40 des Membranmaterials in dem Rand eingebettet ist. Bevorzugt erfolgt die Herstellung einer solchen Membrananordnung derart, dass die Rahmenstege über ihren Querschnitt gesehen mindestens teilweise aus einem Kunststoff spritzgegossen werden, wobei die Membran in den Stegen befestigt wird, indem sie mit ihren Randbereichen 44 direkt beim Spritzgiessprozess in die Rahmenstege eingegossen wird. In den Rahmenstegen kann eine Verstärkung 43 aus einem anderen Material als dem Kunststoffstegmaterial vorgesehen sein. Wie erwähnt, kann eine Membran aber auch aussen auf dem Steg befestigt sein anstelle der gezeigten Befestigung um Steg, insbesondere ein Aufschweissen oder ein Ankleben an dem Steg.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Membranfläche durch eine äussere Stützstruktur aus einem zum Membranmaterial unterschiedlichen Material verstärkt ist, oder dass die Membranfläche durch eine äussere Stützstruktur aus demselben Material wie die Membranfläche verstärkt ist. Dabei kann die Membranfläche auf die Stützstruktur auflaminiert werden, oder die Membranfläche kann auf einer solchen Stützstruktur lose aufliegen. In der Figur ist die Stützstruktur nicht dargestellt. Sie kann ebenfalls stegförmig sein und zum Beispiel ein Gitter bilden. Eine solche Stützstruktur kann ferner zur Herbeiführung einer turbulenten Luftströmung über der Membran dienen. Davon zu unterscheiden ist die bereits erwähnte innere Stützstruktur auf der Wasserflussseite.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (17)

  1. Membranelement (60) für eine Luftbefeuchtungsvorrichtung, wobei das Membranmaterial des Membranelements ein mikroporöses Material ist, welches bevorzugt hydrophob ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranelement einen aus Rahmenstegen (61 bis 64) gebildeten Rahmen (65) mit einer Vorderseite und einer Rückseite und Seitenwänden aufweist, an welchem Rahmen das Membranmaterial mindesten einseitig flächig angeordnet ist, und an welchem Rahmen das Membranmaterial bevorzugt beidseitig, vorderseitig und rückseitig, flächig angeordnet ist, und wobei das Membranmaterial an den jeweiligen Rahmenflächen der Vorderseite und Rückseite des Rahmens wasserdicht befestigt ist, so dass innerhalb des Rahmens ein wasserdichter aber für Wasserdampf durchlässiger, vom Rahmen und den Membranflächen begrenzter Raum gebildet ist, oder ggf. ein von einer Membranfläche und einer Nichtmembranfläche begrenzter Raum gebildet ist, wobei der Rahmen an Seitenwänden mindestens eine erste Öffnung (70) als Wasserzulauf und mindesten eine zweite Öffnung (71) als Wasserauslass aufweist, und wobei der Rahmen in seinem Inneren mindestens einen Steg (67) aufweist, welcher innere Seitenwände des Rahmens verbindet, welcher Steg über einen ersten Abschnitt (68) im Wesentlichen dieselbe Dicke (D) aufweist wie die Rahmenstege und über einen zweiten Abschnitt (69) seiner Länge eine geringere Dicke (D1) als die Rahmenstege aufweist, welcher Abschnitt (69) mit geringerer Dicke innerhalb des Rahmens einen Wasserdurchlass bildet und wobei die Membranflächen an dem ersten Abschnitt des Stegs wasserdicht befestigt sind bzw. ggf. eine Nichtmembranfläche mit dem Steg wasserdicht verbunden ist.
  2. Membranelement nach Anspruch 1, wobei mehrere Stege (67) vorgesehen sind, deren erste Abschnitte (68) abwechselnd von gegenüberliegenden Seitenwänden (62" und 64") des Rahmens ausgehend angeordnet sind.
  3. Membranelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steg oder die Stege (67) mittels im Wesentlichen quer zu den Stegen oder ggf. schräg zu den Stegen verlaufenden Stützstegen (59) miteinander oder mit einer Seitenwand (61"; 63") verbunden sind, wobei die Stützstege (59) die geringere Dicke (D1) oder eine noch geringere Dicke aufweisen.
  4. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei dem Steg oder mindestens einem der Stege (67) das Ende (58) des ersten Abschnittes (68) abgerundet ausgebildet ist.
  5. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei dem Steg oder mindestens einem der Stege (67) das Ende (58) des ersten Abschnittes (68) von der ersten Öffnung (71) wegweisend abgebogen ausgebildet ist.
  6. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an der inneren Seitenwand benachbart zur der den Wassereinlass bildenden Öffnung eine Ausformung vorgesehen ist.
  7. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Membranelement an zweiten Abschnitten (69) geringerer Dicke (D1) innerhalb der von diesen Abschnitten geringerer Dicke gebildeten Wasserdurchlässen Ausformungen (56) aufweisen, welche eine Fläche zur Befestigung des Membranmaterials innerhalb der Wasserdurchlässe bereitstellen, insbesondere, dass jeweils beidseits eines jeweiligen zweiten Abschnitts eine Ausformung (56) vorgesehen ist.
  8. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in den Stegen (67) im Bereich ihrer Verbindung mit den Seitenwänden Kanäle (55) vorgesehen sind, deren durchströmbarer Querschnitt um ein Vielfaches kleiner ist, als der von den jeweiligen Wasserdurchlässen bereitgestellte Querschnitt für den Wasserdurchfluss.
  9. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Membranelement am Rahmen angeordnete Positionierungsmittel (73) aufweist, um mehrere Membranelemente zu einer Membran zu verbinden, bei welcher Membran zwischen den Membranelementen Luftdurchlässe gebildet sind.
  10. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Membranmaterial (M) ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser im Bereich von 0.05 bis 0.5 Mikrometern ist, insbesondere im Bereich von 0.05 bis 0.25 Mikrometern ist, und insbesondere ein Membranmaterial mit einem nominellen Porendurchmesser von 0.1 bis 0.2 Mikrometern ist, wobei das Membranmaterial ein Polymer ist, und wobei das Membranmaterial bevorzugt ein hydrophobes Polymer ist, und wobei das Membranmaterial insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP) oder Polyurethan (PU) gebildet ist.
  11. Membranelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Membranflächen durch eine äussere Stützstruktur aus einem zum Membranmaterial unterschiedlichen Material verstärkt sind, oder dass die Membranflächen durch eine Stützstruktur aus demselben Material wie das Membranmaterial verstärkt sind.
  12. Membranelement für eine Luftbefeuchtungsvorrichtung, wobei das Membranmaterial (M) des Membranelements ein bevorzugt hydrophobes, mikroporöses Material ist, insbesondere ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser im Bereich 0.05 bis 0.5 Mikrometern ist, insbesondere ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser von 0.05 bis 0.25 Mikrometern ist, und insbesondere ein Material mit einem nominellen Porendurchmesser von 0.1 bis 0.2 Mikrometern ist, und wobei das Material insbesondere aus Polytetra-fluorethylen (PTFE) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP) oder Polyurethan (PU) gebildet ist, wobei das Membranmaterial flächig angeordnet ist und mit seinem Rand (44) in einem Spannrahmen (42) befestigt ist, wobei die Rahmenstege über ihren Querschnitt gesehen mindestens teilweise aus einem spritzgiessbaren Kunststoff gebildet sind, und wobei das Membranmaterial an den Stegen befestigt ist, indem es mit seinen Randbereichen von dem Kunststoff umgeben ist, oder dass das Membranmaterial mit seinem Rand an der Aussenseite eines Spannrahmens aufliegend an diesem durch Schweissung oder Laminierung oder Klebung befestigt ist.
  13. Membranelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfläche durch eine äussere Stützstruktur aus einem zum Membranmaterial unterschiedlichen Material verstärkt ist, oder dass die Membranfläche durch eine Stützstruktur aus demselben Material wie das Membranmaterial verstärkt ist.
  14. Membranelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf die äussere Stützstruktur auflaminiert ist, oder, dass die Membran auf einer äusseren Stützstruktur lose aufliegt.
  15. Membranelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Membranelement eine innere Stützstruktur aufweist, auf welche die Membranfläche oder die Membranflächen mit einem Teil ihrer wasserseitigen Fläche auflaminiert oder aufgeschweisst oder aufgeklebt sind.
  16. Membran, gebildet aus mehreren Membranelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Membranelements nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Rahmenstege, über ihren Querschnitt gesehen, mindestens teilweise aus einem Kunststoff spritzgegossen werden, wobei die Membranfläche an den Stegen befestigt wird, indem sie mit ihren Randbereichen direkt beim Spritzgiessprozess in die Rahmenstege eingegossen wird.
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