WO2006103108A1 - Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung eines luftstroms - Google Patents

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WO2006103108A1
WO2006103108A1 PCT/EP2006/003029 EP2006003029W WO2006103108A1 WO 2006103108 A1 WO2006103108 A1 WO 2006103108A1 EP 2006003029 W EP2006003029 W EP 2006003029W WO 2006103108 A1 WO2006103108 A1 WO 2006103108A1
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heating
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Mörtiz MARTIN
Hans Peters
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Martin Moertiz
Hans Peters
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    • F24F3/14Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
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    • F24F2006/146Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air using nozzles using pressurised water for spraying
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    • F24F6/00Air-humidification, e.g. cooling by humidification

Definitions

  • the invention relates to a device for increasing the relative humidity of an air stream with humidifying means, which are arranged in the air flow and adapted for the delivery of humidifying water to the air stream, wherein the humidifying means are connected to a humidifying circuit, which via a circulating pump for circulating the dampening water in the Humidification circuit and over, a humidification heat exchanger for heating the dampening water below the boiling point has.
  • the invention further relates to a method of humidifying an air stream in which dampening water is introduced into the air stream, wherein the dampening water is circulated in a humidifier water circuit with continuous heating and heated in this way to a temperature between 40 and 95 degrees Celsius.
  • a trickle evaporator which has a device with extending to a rising air flow Rieselböden. To moisten the air flow water is applied by means of a water dispenser on the top Rieselièreteil. The water then trickles cascading on reasonably introduced into the Rieselböden openings over the Rieselböden and thereby strips the humidified air flow.
  • a humidifying circuit is further provided which has a circulating pump for circulating the humidifying water in the humidifying circuit and a humidifying heat exchanger for heating the humidifying water below the boiling point.
  • the outside air In order to meet the comfort requirements of the people, it is also necessary in the ventilation of interiors, the outside air to heat more or less depending on their temperature. The colder the outside air is compared to the desired room air temperature, the more the air has to be heated.
  • DE 2 260 225 discloses a device for humidifying the air in an air-conveying room ventilation system whose humidifying is designed as moistening water donating tube extending in an air heater. The dampening water exits through holes provided in the pipe and drips into the heat-emitting unit.
  • DE 37 28 730 describes a non-air flow device for air heating and humidification, which consists of two aukapillaren, heat storage and plate-like components, one of which is traversed by metallic heating tubes, which are traversed by a liquid heating medium. In the second component holes are introduced, which are filled with water, which evaporate over the plate surface and thus moisten the room air.
  • EP 0 092 527 describes a device for humidifying the air in circulating air heaters, in which, seen in the direction of air flow, a water storage unit is arranged behind a shell-and-tube heat exchanger, which are provided with passages through which the previously heated air can flow.
  • the inner ones The surfaces of the water reservoirs are partially equipped with panels of porous material, through which the warm air flow and absorb water.
  • US 2,110,268 discloses a device for humidifying the air in optionally provided with outdoor or circulating air and air heating ventilation equipment, seen in the air flow direction behind a shell and tube heat exchanger, a water dispensing unit is arranged, which consists of one or more chambers with walls of a porous material. The chambers are filled with water, which penetrates through the porous walls and moistens the air flowing past on the other side.
  • WO 02/095297 describes a device for humidifying the air in ventilation devices, consisting of a battery of lamellae arranged side by side, over which a mobile carriage moves back and forth and drips water on the slats, which evaporate after hitting the slats and thus moisten the room air.
  • the device described is also arranged in the direction of air flow behind a tube heat exchanger intended for air heating.
  • EP 0 092 527 A2 discloses a radiator with humidifying means, the humidifying means comprising a porous material.
  • the porous material increases due to capillary forces, the surface at which it can come to the transition of moistening water in the air to be humidified.
  • GB 463,369 discloses a ventilation system with an air humidifier, the air humidifier having a water reservoir which is equipped with hot outside temperatures with a cooling. In cold outside temperatures this may be replaced by heating medium. Furthermore, steam humidifiers are known in which the dampening water is introduced for humidification in a vapor state with temperatures above 100 degrees Celsius in the air stream to be heated.
  • the device mentioned above has a humidification circuit with heat exchanger.
  • the heat exchanger heats the humidifier water, allowing for improved humidification.
  • the device mentioned in addition to their construction is complex and expansive.
  • the object of the invention is therefore to provide a device and a method of the type mentioned above, which enables effective humidification in a limited space in a cost effective manner, wherein the entry of spray water is reliably avoided in downstream room areas.
  • the invention solves this problem starting from the device mentioned above in that the humidifying means have a hollow porous material which is connected to the humidifying circuit.
  • the invention solves this problem on the basis of the method mentioned above in that the heated dampening water is introduced into a hollow porous material.
  • the humidifying circuit has a hollow porous one
  • the device according to the invention can be arranged in any room air-technical installations and at any desired location.
  • the device according to the invention for reasons of space savings in a cooling coil of an air conditioner, wherein the device according to the invention can also be used for heating purposes in addition to the humidification.
  • the combination of humidifying means with fins analogous to heating or cooling registers is advantageous. Also in this case it is possible to exploit the heating of the humidifier water to heat the air flow and thus to heat a room.
  • the device according to the invention for cooling the air or the connected room, wherein the humidifying heat exchanger acts as a cooler and cools the water circulated in the humidifying circuit.
  • the humidifying heat exchanger acts as a cooler and cools the water circulated in the humidifying circuit.
  • a dehumidification of the air can be achieved when falling below the dew point of the air to be cooled.
  • the heating and recycling of humidifying water allows a largely independent control of humidification, since the control of preheating the humidifying water has a control of humidification in the wake.
  • the temperature of the heated humidifying water is in the range between 40 and 95 degrees Celsius during operation of the device according to the invention.
  • the humidification circuit has a control unit connected to the circulation pump and the humidification heat exchanger, which is set up to regulate the circulation rate, the pressure and / or the temperature of the humidifying water in the humidifying means.
  • Control units are known as such, so that at this point on their structure need not be discussed in more detail.
  • a conventional control unit on appropriate parameter sets such as setpoints for the mass flow, the temperature, the pressure, or the relative humidity. The setpoints are compared with measured values provided to the control unit by suitable sensors.
  • a control routine for example in the form of software programs, performs certain control steps, such as increasing the flow rate of the circulation pump.
  • the humidification circuit is connected to the control unit
  • the control unit is thus capable of accessing the circulation pump and the control valves both the Temperature and pressure and flow rate of humidifying water in humectants.
  • the hollow porous material is a porous tube through which the
  • Dampening water is driven under the action of the circulation pump.
  • the humidifying water penetrates depending on the set
  • the hollow porous material is at a related
  • Heating element of an air heating register is Heating element of an air heating register.
  • the humidifying agents have a hydrophilic surface.
  • the humidifying means comprise a perforated or apertured material. From the openings it comes to the outlet of dampening water.
  • the humidification circuit can be connected to a water supply via a water treatment plant.
  • the water treatment plant is used to remove unwanted substances dissolved in dampening water.
  • the moistening agents extend in a air heating device through which air flow can flow with heating elements.
  • the heating elements are for example formed independently of the Befeuchtungstage toolser.
  • a preheating of the humidification without heating the air flow through the heating elements is, for example, brought about by the flow and return of the heating elements after the humidifying heat exchanger, however, before the on or Outlet in the air heater are short-circuited or simply by a valve located in the flow and return of the heating elements valve is closed.
  • the humidifying heat exchanger is coupled to a flow of Lucasikiregisters.
  • a particularly cost-effective heating of the humidifying water is made possible because it is possible to dispense with a separate and, in particular, a cost-intensive electrical energy supply for the heating.
  • the use of a portion of the heat energy provided for the air heater for heating the dampening water does not lead to an increase in the total energy demand. Because the heat energy consumed by heating the dampening water, which is for example a few percent relative to the total energy requirement for air conditioning (heating and humidification), is also transferred via the dampening water to the air to be heated and humidified.
  • the heating elements are heat conductively connected to a hollow hydrophilic and / or the porous material. In this way, the humidification performance is further increased.
  • the humidifying means comprise one or more humidification tubes extending through an air heating coil, which have humidifying openings for delivering the humidifying water.
  • the heat exchanger register, in particular air heater on layers of a evaporation promoting material.
  • Such materials are, for example, hydrophilic materials which, contrary to the surface tension of the liquid moistening water, bring about a more extensive wetting of the material promoting the evaporation. The more extensive wetting increases the specific water surface and thereby facilitates or increases the evaporation of dampening water.
  • hydrophilic materials in this context, materials with a large, for example, grainy outer surface into consideration.
  • the heated dampening water is introduced into a hollow porous material.
  • the hollow porous material extends in a heat exchange register with heating elements.
  • the heating elements heat the hollow porous material.
  • 1a shows an embodiment of the device according to the invention, in which the supply and return of the heating medium circuit are passed through the Befeuchtungschiermausus (2004)
  • 1b shows a further embodiment of the inventive device, in which only the flow of the heating medium circuit is passed through the heat exchanger
  • FIG. 2 shows a device according to FIG. 1a with a separately executed and schematically illustrated air heater
  • FIG. 3 shows a device according to FIG. 1 a with an air heater and a humidifier, which are combined to form a schematically illustrated module, and
  • Figure 4 show a device according to Figure 3 with an air heater and a humidifier, which are combined to form a module shown in more detail.
  • FIG. 1a shows an exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the device has a humidification heat exchanger 13, through which a flow 12, 15 and a return 16, 11 of an air heating coil (not shown in FIG. 1 a) are conducted.
  • a heated liquid heating medium is passed and supplied in this way a likewise not shown heating element of the Heilmoreregisters.
  • the liquid heating means of the flow 12, 15 is heated for example by so-called district heating. Deviating from this, however, it is also possible that another local heat exchanger is used in the context of the invention to allow heating of the heating element of Heilmoreregisters.
  • the Befeuchtungstage monitorer 13 is part of a humidification circuit 5, which further has a circulation pump 7 and control valves 6 and 10.
  • the humidifying circuit 5 is connected via a Befeuchtungszulauf 17 and a humidification 18 with a humidifier, also not shown in Figure 1a, with which the relative humidity of the air humidifier passing through the air stream can be increased.
  • a humidifier also not shown in Figure 1a, with which the relative humidity of the air humidifier passing through the air stream can be increased.
  • the humidification circuit 5 is connected via a water treatment plant 3 to a conventional water supply 1, such as a city water pipe. To regulate the water supply in turn serves a control valve. 4
  • control valves 4, 6 and 10 and the circulation pump 7 are connected to a control unit, not shown in Figure 1a, which is set for adjusting the flow through the control valves 4, 6 and 10 and for adjusting the pump power of the circulation pump 7.
  • the control unit is further connected to temperature and pressure sensors, not shown in Figure 1a. In this way, a regulation of the pressure, the temperature and the flow rate of the humidifying water in the humidification circuit 5 is made possible. The regulation takes place as a function of predetermined setting parameters and with the aid of a logic implemented in the control unit.
  • Figure 1b shows a further embodiment of the device according to the invention, wherein in contrast to the embodiment shown in Figure 1a, only the flow 12,15 of shipsstras is guided by the Befeuchtungstagerizationer 13.
  • FIG. 2 shows a device according to FIG. 1a with a schematically shown air heating coil 9.
  • the air heating coil 9 is arranged in a channel-shaped housing 14 of a ventilation system, wherein the housing 14 is penetrated by an air flow 13 in the arrow direction shown.
  • the air heating coil 9 is followed by a humidifier 8, which communicates via the inlet 17 or via the outlet 18 with the humidification circuit 5.
  • a humidifier 8 which communicates via the inlet 17 or via the outlet 18 with the humidification circuit 5.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the device according to FIG. 2, wherein, however, air heating registers and humidifiers are combined to form a schematically indicated common combination register 21.
  • FIG. 4 shows the exemplary embodiment according to FIG. 3 with a combination register 24 shown in more detail.
  • the combination register 24 shown there has planar heat exchanger fins 28 aligned parallel to one another and traversed in a transverse direction by tubular heating elements 26.
  • the heating elements 26 are in heat-conducting contact with the heat exchanger fins 28 and are supplied via the inlet 15 with heated liquid heating medium flowing through the tubular heating elements 26.
  • the heating elements 26 heat the heat exchanger lamellae 28 and thus heat the air stream 13 flowing past the heat exchanger lamellae 28.
  • tubular air humidifying means 25 Between the heating elements 26 further tubular air humidifying means 25 can be seen, which also pass through the heat exchange fins 28 in the transverse direction and are in heat-conducting contact therewith.
  • the humidifying means 25 are connected via the inlet 17 and the outlet 18 to the humidifying 5 and consist of a porous material.
  • partially circulating dampening penetrates the wall of the porous material as a function of the pressure set by the control unit, not shown, and is transferred by the simultaneous heating without droplet formation in its gas phase.
  • a water drain pan 22nd arranged, which has a water outlet 23 for discharging the water.

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Abstract

Um eine Vorrichtung zur Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit eines Luftstromes (13) mit Luftbefeuchtungsmitteln (25), die in dem Luftstrom (13) angeordnet und zur Abgabe von Befeuchtungswasser an den Luftstrom (13) eingerichtet sind, wobei die Luftbefeuchtungsmittel (25) mit einem Befeuchtungskreislauf (5) verbunden sind, der über eine Umwälzpumpe (7) zum Umwälzen des Befeuchtungswassers in dem Befeuchtungskreislauf (5) und über einen Befeuchtungswärmeaustauscher (13) zum Erwärmen des Befeuchtungswassers unterhalb des Siedepunktes verfügt, bereitzustellen, mit welcher es auf kostengünstige und platzsparende Weise möglich ist, eine deutliche Steigerung der Befeuchtungsleistung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Luftbefeuchtungsmittel ein hohles poröses Material (15) aufweisen, das an den Befeuchtungskreislauf (5) angeschlossen ist.

Description

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

Claims

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