EP0959307A1 - Sorption plate heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen oder Trocknen und Kühlen von über wenigstens einen Plattenwärmeaustauscher in einen Raum geleiteter Luft, mit einem flüssigen, hygroskopischen Sorptionsmittel.The invention relates to a method for drying or drying and Cooling from at least one plate heat exchanger into a room directed air, with a liquid, hygroscopic sorbent.
Der gängige Begriff Luft wird hier und im folgenden einfachheitshalber für atmosphärische Aussenluft, Prozessluft und andere zu trocknende oder zu trocknende und zu kühlende Gase verwendet. Unter einem Raum wird ein geschlossenes Volumen verstanden, welches einen Raum eines Gebäudes, ein Gefäss oder einen definierten Körperinhalt ganz allgemein bedeutet.The common term air is here and in the following for simplicity's sake atmospheric outside air, process air and others to be dried or to used drying and cooling gases. Under a room becomes a closed Volume understood, which is a room of a building, a Vessel or a defined body content in general means.
Zur Klimatisierung von Wohn-, Arbeits- und Lagerräumen sowie von temperaturempfindlichen Objekten werden je nach Empfindlichkeitsstufe Heiz- und/oder Kühlanlagen eingesetzt, welche jedoch nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen einen verhältnismässig hohen Energieverbrauch verursachen. Im Rahmen zunehmend scharfer ökologischer Rahmenbedingungen, gepaart mit langfristig steigenden Energiekosten, hat das Recyclingprinzip auch auf diesem Gebiet Einzug gehalten. Die austretende Abluft wird je nach Jahreszeit zum Vorkühlen oder Vorwärmen der Aussenluft eingesetzt. Zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades werden die beiden Luftströme bei strikter Trennung mit möglichst grossen Austauschflächen durcheinander hindurchgeführt. Die dazu häufig eingesetzten Plattenwärmeaustauscher arbeiten in an sich bekannter Weise nach dem Gegen- oder nach dem Kreuzstromprinzip.For air conditioning of living, working and storage rooms as well as temperature-sensitive Objects are heated and / or depending on the sensitivity level Refrigeration systems used, which not only for heating, but also to cause a relatively high energy consumption for cooling. in the Framework of increasingly harsh environmental conditions, coupled with the long-term rising energy costs, the recycling principle has on this Territory. The escaping exhaust air is depending on the season used for precooling or preheating the outside air. To achieve a the highest possible efficiency, the two air currents are more strict Separation with the largest possible exchange surfaces passed through each other. The plate heat exchangers which are frequently used work in known manner after the counter or after the cross flow principle.
Die laufend erhöhten Anforderungen an eine behagliche Wohnqualität können jedoch durch ausschliessliches Heizen und Kühlen nicht mehr erfüllt werden, zur Klimatisierung gehört auch die Regelung der Luftfeuchtigkeit. Insbesondere in der heissen Jahreszeit umfassen die Ansprüche an die Klimatisierung eine Herabsetzung der Luftfeuchtigkeit, welche beim Abkühlen relativ zunimmt. Bei der Entfeuchtung der Aussenluft werden nicht nur feste, hygroskopische Materialien eingesetzt, sondern auch flüssige Sorptionsmittel. Gesättigte Lösungen von in Wasser gelösten hygroskopischen Salzen erniedrigen den Feuchtigkeitsgehalt von vorbeiströmender Luft, indem Wasser absorbiert bzw. kondensiert wird. Wie bei jedem Kondensationsprozess entsteht dabei Wärme, welche jedoch wegen des grösseren Absorptionsvermögens bei tieferen Temperaturen unerwünscht ist.The constantly increasing demands on a comfortable living quality can however, are no longer fulfilled by exclusive heating and cooling, Air conditioning also includes regulation of humidity. In particular In the hot season, the demands on air conditioning include one Reduction of humidity, which increases relatively when cooled. at The dehumidification of the outside air does not only become solid, hygroscopic materials used, but also liquid sorbents. Saturated solutions of hygroscopic salts dissolved in water lower the moisture content of passing air by absorbing or condensing water becomes. As with any condensation process, this creates heat, which however, because of the greater absorbency at lower temperatures is undesirable.
An sich bekannte Sorptionsmittel sind gesättigte Lösungen von Salzen der Alkali- und Erdalkalimetalle, beispielsweise Lithiumchlorid und/oder Calciumchlorid. Bei der Auswahl spielen neben dem Absorptionsvermögen auch weitere Faktoren eine Rolle, beispielsweise die Umweltverträglichkeit, toxische Einwirkungen und nicht zuletzt der Preis.Sorbents known per se are saturated solutions of salts of Alkali and alkaline earth metals, for example lithium chloride and / or calcium chloride. In addition to the absorption capacity also play in the selection Factors, such as environmental compatibility, toxic Actions and not least the price.
Für das Verständnis der treibenden Kraft bei einem Absorptionsvorgang, in der Praxis meist kurz als Sorptionsvorgang bezeichnet, ist die Kenntnis des Dampfdruckes über dem Flüssigkeitsspiegel von grosser Bedeutung. Ein gutes Sorptionsmittel weist einen geringeren Dampfdruck auf als Wasser in Luft. Bei einer grösseren Differenz ist auch das Sorptionsvermögen höher.For the understanding of the driving force in an absorption process in which Practice usually briefly referred to as Sorptionsvorgang, is the knowledge of Vapor pressure above the liquid level of great importance. A good Sorbent has a lower vapor pressure than water in air. at a greater difference, the sorption is higher.
Allgemein bekannt sind Sorptionssysteme zur Entfeuchtung von Luft, bei welchen die Stoff- und Wärmeübertragung bei der Absorption über geeignete Austauschflächen von Packungen erfolgt. Die Salzlösung wird mittels geeigneter Sprühvorrichtungen über die Austauschflächen verteilt und fliesst im Gegenstrom in Schwerkraftrichtung. Eine Packung besteht beispielsweise aus Füllkörpern, wie Raschig-Ringen, Pall-Ringen, Intalox-Sätteln oder Berl-Sätteln.Sorption systems are generally known for dehumidifying air, in which the mass and heat transfer during absorption via suitable Exchange surfaces of packages takes place. The saline solution is determined by means of suitable Spraying devices distributed over the exchange surfaces and flows in countercurrent in the direction of gravity. For example, a pack consists of Packings, such as Raschig rings, Pall rings, Intalox saddles or Berl saddles.
Durch die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit wird die hygroskopische Salzlösung verdünnt, bis sie deutlich weniger oder kein Wasser mehr absorbieren kann. By absorbing atmospheric moisture becomes the hygroscopic saline solution diluted until it can absorb significantly less or no more water.
Billige und ökologisch unbedenkliche Salzlösungen werden nach dem Einwegprinzip verwendet und entsorgt. Die trifft beispielsweise für eine wässrige Calciumchloridlösung zu. Im Gegensatz zu dem in dieser Sorptionstechnologie oft verwendeten Lithiumchlorid ist Calciumchlorid ungiftig und sogar voll lebensmitteltauglich. Ausserdem ist Calciumchlorid wesentlich weniger korrosiv als das auch gesundheitschädliche Lithiumchlorid. Mit Lithiumchlorid lässt sich ein tieferer Taupunkt als mit Calciumchlorid erreichten. Dagegen, und dies ist für ökonomische Prozesse auch bedeutungsvoll, ist Calciumchlorid wesentlich billiger als Lithiumchlorid. Schliesslich kann Calciumchlorid im Winterdienst zur Frostfreihaltung von Strassen in grossen Mengen verwendet werden.Cheap and ecologically harmless saline solutions are based on the one-way principle used and disposed of. This applies, for example, to an aqueous one Calcium chloride solution too. In contrast to that in this sorption technology Often used lithium chloride, calcium chloride is non-toxic and even fully food grade. In addition, calcium chloride is much less corrosive as that too harmful lithium chloride. With lithium chloride can be reached a lower dew point than with calcium chloride. Against, and this is Also important for economic processes, calcium chloride is essential cheaper than lithium chloride. Finally, calcium chloride can be used in winter service Frost-free roads can be used in large quantities.
Ein weiterer Vorteil von flüssigen hygroskopischen Sorptionsmitteln besteht darin, dass bei der Zuleitung von Aussenluft in einen Raum eine perfekte Keimfreihaltung der Zuluft gewährleistet ist, was sich vor allem bei bewohnten oder anderen Räumen mit speziellem Verwendungszweck von Bedeutung ist.Another advantage of liquid hygroscopic sorbents is in that when supplying outside air into a room a perfect Sterilization of the supply air is ensured, which is especially true of inhabited or other rooms with a special purpose is of importance.
Bei einem rotierenden Sorptionsentfeuchter, dem an sich bekannten Sorptionsrad, kann die bei der Entfeuchtung entstehende Kondensationswärme welche die Wasserabsorption des Sorptionsmittels stark reduziert, nicht hinreichend abgeführt werden. Hinzu kommt noch die sogenannte Schleppwärme durch die Regeneration.With a rotating sorption dehumidifier, the sorption wheel known per se, can the condensation heat generated during dehumidification which greatly reduces the water absorption of the sorbent, not sufficient be dissipated. In addition, there is the so-called drag heat through the regeneration.
Die heute auf allen Gebieten zunehmende Regelungsdichte macht auch bei den Vorschriften über die Entfeuchtung von Aussenluft nicht Halt. So muss beispielsweise in Deutschland (ausser Küstengebieten) nach DIN 4710 (11.82) für eine Entfeuchtung der Aussenluft auf 8 g/kg mit 2900 Entfeuchtungsgrammstunden gerechnet werden, um den vorstehenden maximalen Aussenluftzustand zu erreichen. Dies bedeutet, dass vorwiegend in den Sommermonaten entfeuchtet werden muss, nach einer Statistik während 71 Tagen. Die durchschnittliche Belastung während diesen 71 Tagen beträgt nur etwa 24% der maximalen Entfeuchtungsleistung. The increasing density of regulations in all areas is also contributing The regulations on the dehumidification of outside air do not stop. For example in Germany (except coastal areas) according to DIN 4710 (11.82) for Dehumidification of the outside air to 8 g / kg with 2900 dehumidification hours be calculated to the above maximum outside air condition to reach. This means that mainly in the summer months must be dehumidified, according to statistics for 71 days. The average Exposure during these 71 days is only about 24% of the maximum Dehumidification.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche den Feuchtigkeitsentzug aus Luft ohne die übliche Aufwärmung auf einfache, wirtschaftliche Weise ermöglichen.The inventor has set himself the task of a method and a device to create the type mentioned, which is the dehumidification Enable air without the usual warm-up in a simple, economical way.
Mit Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Luft eingangsseitig eines Plattenwärmeaustauschers mit dem flüssigen, hygroskopischen Sorptionsmittel in Strömungsrichtung kontinuierlich oder periodisch besprüht und die Kondensationswärme unter Aufrechterhaltung einer praktisch isothermen Entfeuchtung der Luft laufend abgeführt wird. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.With regard to the method, the object is achieved according to the invention, that the air on the input side of a plate heat exchanger with the liquid, hygroscopic sorbent in the flow direction continuously or periodically sprayed and the heat of condensation while maintaining a practically isothermal dehumidification of the air is continuously discharged. Specific and further embodiments of the method are the subject dependent claims.
Der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendete Plattenwärmeaustauscher ist in der Regel ein Kreuzstrom-, kann aber auch ein Gegenstromtauscher an sich bekannter Bauart sein. Materialmässig müssen die Erfordernisse bezüglich der Korrosionsbeständigkeit erfüllt werden.The plate heat exchanger used to carry out the process according to the invention is usually a cross-flow, but can also be a Countercurrent exchanger be known per se. Material must the requirements for corrosion resistance are met.
Die beim Sorptionsvorgang gebildete Kondensationswärme kann unter Einhaltung einer praktisch isothermen Entfeuchtung der Luft besonders vorteilhaft erfüllt werden, wenn eingangsseitig eines Kreuzstromwärmetauschers in gleichen Zeitintervallen ein feiner Sprühstrahl von aufbereitetem Wasser in die Kühlluft-Strömungskanäle gesprüht wird. Dabei müssen zwei Bedingungen gleichzeitig eingehalten werden:
- Das aufgesprühte Wasser darf nicht abtropfen.
- Die luftbestrichenen Flächenelemente müssen jedoch bis zum nächsten Besprühen feucht bleiben.
- The sprayed-on water must not drip off.
- The air-coated surface elements, however, must remain moist until the next spraying.
Diese Bedingungen werden erfüllt durch eine programmgesteuert wandernde und Kühlwasser versprühende Düsenleiste oder ein entsprechend gesteuertes matrixförmig ausgebildetes Düsenfeld. Die Reinigung der Kühlluft-Strömungskanäle erfolgt durch Ausschwemmen am Schluss einer Arbeitsperiode.These conditions are fulfilled by a program-controlled migration and cooling water spraying nozzle bar or a correspondingly controlled matrix-shaped nozzle field. The cleaning of the cooling air flow channels done by flushing out at the end of a working period.
Dieses bevorzugte Kühlverfahren hat den grossen Vorteil, dass kein Kühlwasser abtropft und so das Sorptionsmittel weiter verdünnt und die Regeneration allenfalls erschwert und verteuert. Für Details bezüglich eines Plattenwärmeaustauschers mit der erwähnten Benetzungseinreichtungen wird auf die WO, A1 96/22497 verwiesen.This preferred cooling method has the great advantage that no cooling water drips and so the sorbent further diluted and the regeneration at most difficult and more expensive. For details regarding a plate heat exchanger with the mentioned wetting submissions is to the WO, A1 96/22497.
Die vorzugsweise gesättigte Sorptionsmittellösung wird kontinuierlich oder in verhältnismässig kurzen Zeitabständen von wenigen Sekunden bis einigen Minuten, zweckmässig 10 Sekunden bis 3 Minuten, in die Sorptions-Strömungskanäle gesprüht. Durch die Kondensation von Luftfeuchtigkeit wird das Sorptionsmittel verdünnt, es fliesst mehr Lösung aus den Kanälen als eingesprüht wird.The preferably saturated sorbent solution is continuously or in relatively short time intervals of a few seconds to a few Minutes, suitably 10 seconds to 3 minutes, into the sorption flow channels sprayed. By the condensation of humidity is dilutes the sorbent, it flows more solution from the channels than is sprayed.
Billige, ökologisch unbedenkliche Sorptionsmittel, wie beispielsweise eine wässrige Calciumchloridlösung, werden direkt in die Kanalisation geleitet oder einer sinnvollen dritten Nutzung zugeführt.Cheap, ecologically safe sorbents, such as a aqueous calcium chloride solution, are discharged directly into the sewer or a meaningful third use supplied.
In der Regel wird das aus den Sorptions-Strömungskanälen abtropfende verdünnte Sorptionsmittel aufgefangen, zur Desorption des aufgenommenen Wassers erwärmt und/oder der darüberliegende Hohlraum teilevakuiert. Das Verfahren ist so programmiert, dass die beim Sorptionsvorgang aufgenommene Wassermenge wieder ausgetrieben wird. Die in den gesättigten Bereich konzentrierte Salzlösung wird unter Kühlung zur Wiederverwendung in die eingangsseitigen Sprühdüsen des Plattenwärmeaustauschers geleitet und wieder in den Kreislauf zurückgeführt. In general, the diluted from the sorption flow channels dilute Sorbent collected for desorption of the absorbed Water is heated and / or the overlying cavity partially evacuated. The Procedure is programmed so that the recorded during the sorption process Amount of water is expelled again. The concentrated in the saturated area Saline solution is under refrigeration for reuse in the input side Passed spray nozzles of the plate heat exchanger and again returned to the cycle.
Die Regeneration ist bei hygrokospischen Salzlösungen wesentlich, welche wegen ihrer Umweltschädlichkeit oder ihrem hohen Preis wiederverwendet werden müssen oder wollen. Durch Verdampfen oder sonstiges Austreiben von Wasser wird die wässrige Salzlösung, auch Sole genannt, wieder in ihren gesättigten ursprünglichen Zustand zurückgeführt und wieder verwendet.Regeneration is essential in hygroscopic saline solutions which reused because of their environmental impact or their high price be or have to be. By evaporation or other expulsion of Water is the aqueous salt solution, also called brine, back in their saturated returned to its original state and reused.
Nach dem bekannten Stand der Technik muss zum Erhalt eines bestimmten Luftzustandes mit einer Kälteanlage zunächst soweit gekühlt werden, dass auf oder unmittelbar über der Taupunktlinie ein Punkt unterhalb des gewünschten Luftzustandes erreicht wird. Durch die Erwärmung der Luft mit einem normalen, warmwasserbetriebenen Heizregister wird sodann der gewünschte Luftzustand erreicht. Diese Methode ist energetisch aufwendig und kompliziert.According to the known state of the art, to obtain a specific Air condition with a refrigeration system are initially cooled so far that on or immediately above the dew point line, a point below the desired one Air condition is achieved. By heating the air with a normal, hot water operated heater then becomes the desired air condition reached. This method is energetically complex and complicated.
Im Gegensatz dazu wird nach einer Weiterausbildung der Erfindung beispielsweise für die Klimatisierung von bewohnten Räumen die Luft vorerst bei einer Temperatur von 30 bis 35° C, insbesondere bei etwa 32° C, nahezu isotherm entfeuchtet. Bei der isothermen Entfeuchtung liegen die Temperaturschwankungen in einer Bandbreite von ± 2°C, vorzugsweise ± 1°C. Bei einer isothermen Entfeuchtung im Temperaturbereich von etwa 32°C, bei etwa 40% relativer Feuchte, was etwa 12,7 g Wasser/kg Luft entspricht, nimmt das Sorptionsmittel etwa die Hälfte der Luftfeuchtigkeit auf Bei einer Endtemperatur von ebenfalls etwa 32°C beträgt die relative Feuchtigkeit noch 26,6%, was etwa 8g Wasser/kg Luft entspricht. Bei einer Sorption ohne Kühlung würde sich die Zuluft statt isotherm adiabatisch bis auf über 42°C erwärmen. Da auf beiden Seiten des Plattenwärmeaustauschers energetisch mit einer Zustandänderung (Kondensation und Verdampfung) gearbeitet wird, ist es möglich, den Entfeuchtungsvorgang isotherm ablaufen zulassen.In contrast, after a further development of the invention, for example For the air conditioning of inhabited rooms, the air for the time being at one Temperature of 30 to 35 ° C, especially at about 32 ° C, almost isothermal dehumidified. In the case of isothermal dehumidification, the temperature fluctuations are within a range of ± 2 ° C, preferably ± 1 ° C. In an isothermal Dehumidification in the temperature range of about 32 ° C, at about 40% relative Moisture, which corresponds to about 12.7 g of water / kg of air, takes up the sorbent about half of the humidity at a final temperature of also about 32 ° C, the relative humidity is still 26.6%, which is about 8g Water / kg of air corresponds. In a sorption without cooling, the Supply air instead of isothermally adiabatically warm to over 42 ° C. Because on both Sides of the plate heat exchanger energetically with a state change (Condensation and evaporation) is worked, it is possible the dehumidification process allow isothermal drainage.
Die entfeuchtete, bezüglich der Raumtemperatur noch zu warme Luft kann nun durch Verdunstungskühlung in einem zweiten Plattenwärmeaustauscher gekühlt werden, vorzugsweise durch die vorstehend beschriebene spezielle Verdunstungskühlung. So kann die Temperatur um 5 bis 15, vorzugsweise um etwa 10°C, erniedrigt und die gewünschte Raumtemperatur erreicht werden.The dehumidified, with respect to the room temperature still too warm air can now cooled by evaporative cooling in a second plate heat exchanger be, preferably by the above-described special evaporative cooling. So the temperature can be around 5 to 15, preferably around about 10 ° C, lowered and the desired room temperature can be achieved.
Liegt nach dieser Abkühlung noch nicht die optimale Luftfeuchtigkeit vor, so kann auf eine vorausberechnete Temperatur oberhalb der gewünschten Raumtemperatur abgekühlt und dann unter weiterer Abkühlung bei gleichbleibender Enthalpie in einem zweiten Wärmeaustauscher wieder befeuchtet werden. Die Abkühlung mit Befeuchtung wird jedoch deutlich vor dem Erreichen der Taupunktlinie abgeschlossen. Die Abkühlung bei gleichbleibender Enthalpie durch Befeuchten beträgt beispielsweise 2 bis 10°C, insbesondere etwa 5°C. Die Annäherung an die Taupunktlinie beträgt zweckmässig höchstens etwa 2°C.If the optimum humidity is not yet present after this cooling, then can be at a pre-calculated temperature above the desired Cooled room temperature and then with further cooling at constant Enthalpy be moistened again in a second heat exchanger. Cooling with humidification, however, becomes clear before reaching completed the dew point line. Cooling at constant enthalpy by moistening is for example 2 to 10 ° C, especially about 5 ° C. The approach to the dew point line is expedient at most about 2 ° C.
In bezug auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Sorptionsanlage zum Trocknen oder zum Trocknen und Kühlen von Luft wenigstens einen korrosionsfesten Plattenwärmeaustauscher mit einem eingangsseitig der Sorptions-Strömungskanäle angeordneten Spritzdüsenbalken oder einer Spritzdüsenmatrix für das aufbereitete Sorptionsmittel und einem eingangsseitig der KühlluftStrömungskanäle angeordenten Spritzdüsenbalken für das Kühlwasser, eine Auffangwanne für das abtropfende, verdünnte Sorptionsmittel und einen Aufbereitungskreislauf für das Sorptionsmittel mit einer Desorptionseinrichtung, einer Kühleinrichtung und einer Pumpe umfasst. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.With respect to the device for carrying out the method, the object solved according to the invention that a sorption to the Drying or drying and cooling of air at least one corrosion resistant Plate heat exchanger with an input side of the sorption flow channels arranged spray nozzle beam or a spray nozzle matrix for the treated sorbent and an input side of the cooling air flow channels angeordenten spray nozzle beam for the cooling water, a Drip tray for the dripping, diluted sorbent and a treatment loop for the sorbent with a desorption device, a cooling device and a pump. Special and further education Embodiments of the device are the subject of dependent claims.
Der Plattenwärmeaustauscher ist vorzugsweise aus Kunststoffolien aufgebaut. Besonders geeignet sind Plattenwärmeaustauscher mit alternierenden, sich kreuzenden Sorptions- und Kühlluft-Strömungskanälen. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen für den Plattenwärmeaustauscher dürfen die Kunststoffplatten wegen ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit nur dünn ausgebildet sein, beispielsweise aus reissfesten Kunststoffolien einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,5 bis 0,7 mm. Bei entsprechend grösserer Dicke können diese auch mit abgedeckten metallischen Bewehrungen versehen sein, beispielsweise Folien oder sich kreuzenden Fäden.The plate heat exchanger is preferably constructed of plastic films. Particularly suitable are plate heat exchangers with alternating, themselves crossing sorption and cooling air flow channels. Unlike metallic Materials for the plate heat exchanger may be the plastic plates be made thin only because of their low thermal conductivity, for example, from tear-resistant plastic films of a thickness in the range of 0.1 to 1 mm, in particular 0.5 to 0.7 mm. With correspondingly greater thickness these can also be provided with covered metallic reinforcements, For example, films or crossing threads.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung erlauben mit einfachen Mitteln, grosse Luftvolumen einfach und kostengünstig zu entfeuchten und wo notwendig oder erwünscht zu kühlen. Das Erreichen der Taupunktlinie wird bei allen Verfahrensschritten vermieden. Dank der Sole, die entweder entsorgt oder regeneriert wird, ist auch eine perfekte Keimfreihaltung der Zuluft gewährleistet.The inventive method and the associated device allow with simple means to dehumidify large volumes of air simply and inexpensively and where necessary or desirable to cool. Reaching the dew point line is avoided in all process steps. Thanks to the brine, the is either disposed of or regenerated, is also a perfect germ free the supply air ensured.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 eine Sorptionsanlage mit einem Plattenwärmeaustauscher,
- Fig. 1a ein Detail des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 1,
- Fig. 2 eine Sorptionsanlage mit zwei Plattenwärmeaustauschern,
- Fig. 3 eine Variante von Fig. 2,
- Fig. 4 ein Mollier-h-x Diagramm für feuchte Luft, und
- Fig. 5 eine Variante von Fig. 4.
- 1 shows a sorption with a plate heat exchanger,
- 1a is a detail of the heat exchanger according to FIG. 1,
- 2 shows a sorption plant with two plate heat exchangers,
- 3 shows a variant of Fig. 2,
- Fig. 4 is a Mollier-hx diagram for humid air, and
- 5 shows a variant of Fig. 4th
Eine in Fig. 1 dargestellte Sorptionsanlage 10 mit Kühlungsmöglichkeit umfasst
als Kernstück zur sorptionsgestützten Klimatisierung einen Plattenwärmeaustauscher
12. Dieser ist als Kreuzstrom-Wärmeaustauscher ausgebildet und
modulförmig aus Kunststoffolien aufgebaut. Dieser Typ von Wärmeaustauschern
ist an sich bestens bekannt, beispielsweise aus der EP,B1 0449783 und
WO,A1 96/22497. Wegen der geringen Korrosionsanfälligkeit sind jedoch
Kunststoffolien trotz der geringeren Leitfähigkeit gegenüber Metallfolien bevorzugt. A
Die feuchte Aussenluft 14 strömt, wie in Fig. 1 und 1a angedeutet, durch
parallel angeordnete Sorptions-Strömungskanäle 16 und werden als getrocknete
Zuluft 18 in einen Raum 20, beispielsweise ein bewohntes Zimmer, geleitet.
Durch die alternierend zwischen den Sorptions-Strömungskanälen 16 angeordneten
Kühlluft-Strömungskanäle 22 strömt ebenfalls feuchte Aussenluft
14 durch den Kreuzstrom-Wärmeaustauscher 12 und tritt als erwärmte Kühlluft
24 wieder in die Atmosphäre aus. Sinngemäss kann die in die Kühlluft-Strömungskanäle
22 eintretende Aussenluft 14 auch Abluft sein, die erwärmte
Kühlluft 24 ist in diesem Fall die Fortluft.The moist
Die den Plattenwärmeaustauscher 12 bildenden Kunststoffolien 28 sind gemäss
Fig. 1a derart angeordnet, dass die Strömungskanäle 16, 22 jeweils
alternierend in einer Anströmungsrichtung für die Aussenluft 14 verschlossen
sind.The
Eingangsseitig der Sorptions-Strömungskanäle 16 ist ein wandernder Spritzdüsenbalken
26 (WO,A1 96/22497) oder eine Spritzdüsenmatrix 30 angeordnet,
welche/r ein flüssiges, hygroskopisches Sorptionsmittel 32 in alle Sorptions-Strömungskanäle
sprüht. Im vorliegenden Fall ist das Sorptionsmittel 32 eine
wässrige, gesättigte CaCl2-Lösung. Während des Durchströmens der Sorptions-Strömungskanäle
nimmt das versprühte Sorptionsmittel 32 Feuchtigkeit
der Aussenluft 14 auf und trocknet diese, wobei Kondensationswärme freigesetzt
wird. Im Verlauf des Durchströmens der Sorptions-Strömungskanäle
schlägt sich das zerstäubte Sorptionsmittel an den Kunststoffolien 28 nieder
und kann - falls noch genügend konzentriert - Restfeuchtigkeit aufnehmen.
Die Oberfläche der Kunststoffolien des Plattenwärmeaustauschers kann vergrössert
ausgebildet sein, z.B. durch Aufrauhung oder Veloursbeschichtung.
Durch die vergrösserte Oberfläche mit einer Schicht von Sorptionsmittel wird
der Sorptionsvorgang intensiviert. Bei einem wandernden Spritzdüsenbalken
26 erfolgt die Feuchtigkeitsaufnahme überwiegend durch niedergeschlagenes
Sorptionsmittel 32. Aus dem Plattenwärmeaustauscher 12 tritt getrocknete Zuluft
18 aus, welche beispielsweise noch die Hälfte der ursprünglichen Feuchtigkeit
enthält. Weiter tropft aus dem Plattenwärmeaustauscher 12 verdünntes
Sorptionsmittel 34 ab.On the inlet side of the
Die erfindungswesentlichen Vorteile, eine höhere spezifische Entfeuchtungsleistung und ein praktisch isothermer Entfeuchtungsvorgang, können nur erreicht werden, wenn die Kondensationswärme optimal abgeführt wird.The invention essential advantages, a higher specific dehumidification performance and a virtually isothermal dehumidification process can only be achieved when the condensation heat is dissipated optimally.
Gemäss dem Beispiel von Fig. 1 ist deshalb eingangsseitig der Kühlluft-Strömungskanäle
22 (Fig. 1a) ebenfalls eine Spritzdüsenmatrix oder bevorzugt ein
wandernder Spritzdüsenbalken 38 angeordnet, es wird diesbezüglich erneut
ausdrücklich auf die WO,A1 96/22497 verwiesen. Der einströmenden Aussenluft
14 wird soviel Kühlwasser 36 zugegeben, dass ausgangsseitig nichts abtropft,
die Kunststoffolien 28 jedoch stets feucht bleiben.According to the example of Fig. 1 is therefore the input side of the cooling air flow channels
22 (Fig. 1a) also a spray nozzle matrix or preferably a
wandering
Der Plattenwärmeaustauscher 12 mit den Sprüheinrichtungen kann je nach Bedarf vielseitig eingesetzt werden:
- Im Winter zum Befeuchten der Aussenluft 14, indem durch
den wandernde Spritzdüsenbalken 26 oder dieSpritzdüsenmatrix 30statt Sorptionsmittel 32 reines Kühlwasser 36 eingedüst wird. - Zusätzlich zum Befeuchten kann die
Aussenluft 14 durch Einleiten von Abluft in die Kühlluft-Strömungskanäle 22 vorgewärmt werden. - Durch Einleiten von Kühlluft oder Warmluft in die Kühlluft-
Strömungskanäle 22 kann eine reine Wärmeregulierung ohne Änderung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes der einströmenden Aussenluft erfolgen.
- In winter for moistening the
14, 32outside air pure cooling water 36 is injected instead ofsorbent 32 by the migratingspray nozzle beam 26 or the spray nozzle matrix. - In addition to humidifying, the
outside air 14 may be preheated by introducing exhaust air into the coolingair flow channels 22. - By introducing cooling air or hot air into the cooling
air flow channels 22, a pure heat regulation can take place without changing the absolute moisture content of the incoming outside air.
Im Bereich unterhalb der Austrittsöffnungen für die Zuluft 18 ist eine Wanne 40
für das abtropfende verdünnte Sorptionsmittel 34 angeordnet. Die Zuluft 18
durchströmt einen an sich bekannten Tropfenabscheider 42, welcher verhindert,
dass Tröpfchen von Sorptionsmittel 34 in der Zuluft 18 verbleiben. Zum
Austreiben des im Sorptionsmittel 34 kondensierten Wassers ist ein Aufbereitungskreislauf
52 ausgebildet, welcher einen Sole/Sole-Wärmeaustauscher 44,
eine Desorptionseinrichtung 46, eine Kühleinrichtung 48 und eine Pumpe 50
umfasst, das nunmehr wieder angereicherte Sorptionsmittel 32 in den Bereich
des Plattenwärmeaustauschers 12 zurückbringt und damit den Aufbereitungskreislauf
52 schliesst.In the area below the outlet openings for the
Die Desorptionsvorrichtung 46 ist im vorliegenden Fall als Verdampfer 54 mit
einem Ablauf 55 und einer Heizung 56 ausgebildet. Die Beheizung erfolgt mit
Dampf könnte jedoch auch mit elektrischer Energie oder auf andere an sich
bekannte Weise erfolgen. Das im mittleren Bereich zugeführte, vorgewärmte
verdünnte Sorptionsmittel 34 wird erwärmt und durch Verdampfen von Wasser
konzentriert, bis der vom Prozessrechner ermittelte Wert erreicht ist.The
Das im Sole/Sole-Wärmeaustauscher 44 vorgekühlte konzentrierte Sorptionsmittel
32 wird in der Kühleinrichtung 48, einem ventilierten Luftkühler, auf eine
optimale Betriebstemperatur gebracht.The pre-cooled in the brine / brine heat exchanger 44
Unterhalb der Austrittsöffnungen für die erwärmte Kühlluft 24 ist eine Auffangwanne
58 mit einem Ablauf 59 für Reinigungswasser der Kühlluft-Strömungskanäle
22 angeordnet. Diese Kanäle werden bei Arbeitsende durch Ausschwemmen
(WO,A1 96/22497) gereinigt.Below the outlet openings for the
In Fig. 2 ist eine Sorptionsanlage mit zwei Plattenwärmeaustauschern 12, 12'
dargestellt, wobei die Aufbereitung des verdünnten Sorptionsmittels 34 gemäss
Fig. 1 erfolgt und deshalb nicht dargestellt ist.In Fig. 2 is a sorption with two
Der erste Plattenwärmeaustauscher 12 entspricht im wesentlichen demjenigen
von Fig. 1. Durch die Kühlluft-Strömungskanäle 22 (Fig. 1a) strömt jedoch aus
dem Raum 20 austretende Abluft 60, welche mit Kühlwasser 36 besprüht wird
und als Fortluft 62 in die Atmosphäre austritt. Das eingesprühte, mit kondensierter
Feuchtigkeit der Aussenluft 14 verdünnte Sorptionsmittel 34 wird von
einem Umlenkprofil 64 in den Bereich oberhalb der Wanne 40 umgelenkt.The first
Die getrocknete Aussenluft 14 wird durch einen zweiten Plattenwärmeaustauscher
12' geführt und bei Bedarf durch Besprühen mit Kühlwasser 36 dosierbar
befeuchtet. Die in den Raum 20 eintretende Zuluft 18 ist damit bezüglich Temperatur
und Wassergehalt klimatisiert.The dried outside
Über den Spritzdüsenbalken 38' wird in regelmässigen Zeitintervallen Kühlwasser
36 eingesprüht, unter Einhaltung der obenerwähnten Bedingungen des
stetigen Feuchthaltens der Kunststoffolien 28 (Fig. 1a), jedoch ohne Abtropfen.Over the spray nozzle bar 38 'is cooling water at
Auch hier sind je nach Aussenbedingungen (Jahreszeit, Wetterlage usw.) verschiedene
Betriebsarten möglich. Der Plattenwärmeaustauscher 12 kann ausgeschaltet
und mit dem Wärmeaustauscher 12' durch in der Beschreibung von
Fig. 1 erwähnte Betriebsweisen gekühlt und/oder erwärmt werden, ohne dass
der absolute Feuchtigkeitsgehalt geändert wird. Ebenso kann der Plattenwärmeaustauscher
12' ausgeschaltet und mit dem Plattenwärmeaustauscher 12
getrocknet oder getrocknet und gekühlt werden.Again, depending on the external conditions (season, weather conditions, etc.) are different
Operating modes possible. The
Eine weitere Variante einer Sorptionsanlage mit zwei Plattenwärmeaustauschern
12, 12' ist in Fig. 3 dargestellt. Die Aussenluft 14 wird wie vorstehend
gezeigt vor dem Eintritt in einen ersten Plattenwärmeaustauscher 12 kontinuierlich
oder periodisch mit flüssigem, hygroskopischem Sorptionsmittel 32 besprüht,
wobei die Aussenluft 14 entfeuchtet wird. Die über einen Tropfenabscheider
42 zu einem zweiten Plattenwärmeaustauscher 12' geleitet und dort
gekühlt.Another variant of a sorption with two
Die Abluft 60 aus dem Raum 20 in zwei Teilströme aufgeteilt. Ein erster Teilstrom
wird nach dem periodischen Besprühen mit Kühlwasser 36 durch den
ersten Plattenwärmeaustauscher 12 geführt und tritt als Fortluft 62 in die
Atmosphäre aus, analog einem zweiten Teilstrom 62', welcher zum Kühlen
durch den zweiten Plattenwärmeaustaucher 12' geführt wird.The
Im vorliegenden Fall wird Aussenluft von 32°C mit 12,5 g Wasser/kg Luft isotherm
durch den ersten Wärmeaustauscher 12 geführt. Durch den Sorptionsvorgang
wird die absolute Luftfeuchtigkeit auf 8g Wasser/kg Luft erniedrigt, die
Temperatur bleibt, wie erwähnt, bei 32°C. Im zweiten Plattenwärmeaustauscher
12' wird die teilgetrocknete Luft auf 22°C abgekühlt, die absolute Luftfeuchtigkeit
bleibt unverändert.In the present case, outside air of 32 ° C with 12.5 g water / kg air is isothermal
passed through the
In Fig. 4, einem sogenannten Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft ist eine
Klimatisierung mit einer Sorptionsanlage 10 z.B. gemäss Fig. 2 oder 3 dargestellt.
Feuchte Aussenluft hat eine Temperatur von 32°C und eine absolute
Luftfeuchtigkeit von 12,8 g Wasser/kg Luft. Die feuchte Aussenluft einer relativen
Luftfeuchtigkeit von 40% wird durch Sorption in einem Plattenwärmeaustauscher
12 mittels eines eingesprühten Sorptionsmittels praktisch isotherm
entfeuchtet. Dabei steigt die Temperatur leicht auf 34°C an, bleibt also praktisch
isotherm und wird in diesem ersten Arbeitsschritt auf 6 g Wasser/kg Luft
getrocknet. Die relative Luftfeuchtigkeit ist von 40% auf unter etwa 17% gesunken.
Durch stärkere Kühlung könnte dieser erste Arbeitsschritt ohne weiteres
noch genauer isotherm gehalten werden.In Fig. 4, a so-called Mollier-h-x diagram for humid air is a
Air conditioning with a
In einem zweiten Arbeitsschritt wird die Aussenluft nicht mehr entfeuchtet, nur noch gekühlt. Dadurch sinkt die Temperatur bei gleicher absoluter Luftfeuchtigkeit auf 22°C ab. Die relative Luftfeuchtigkeit liegt nun bei etwa 35%.In a second step, the outside air is no longer dehumidified, only still cooled. As a result, the temperature drops at the same absolute humidity to 22 ° C. The relative humidity is now around 35%.
In einem dritten Arbeitsschritt wird die entfeuchtete und abgekühlte Luft durch
einen weiteren Plattenwärmeaustauscher geleitet und dort befeuchtet und gekühlt.
Die Temperatur sinkt auf etwa 17°C, die absolute Luftfeuchtigkeit wird
auf 8 g Wasser/kg Luft erhöht. Die relative Luftfeuchtigkeit liegt nun knapp über
60%. Dieser letzte Arbeitsschritt erfolgt bei unveränderter Enthalpie, die Kurve
verläuft parallel zwischen zwei Enthalpiekurven 66 im Mollier-h-x-Diagramm.
Die Taupunktlinie 68 mit 100% relativer Luftfeuchtigkeit wird nicht erreicht.In a third step, the dehumidified and cooled air is through
passed another plate heat exchanger and moistened and cooled there.
The temperature drops to about 17 ° C, which becomes absolute humidity
increased to 8 g of water / kg of air. The relative humidity is now just above
60%. This last step takes place at unchanged enthalpy, the curve
runs parallel between two
Anhand eines weiteren Mollier-h-x-Diagramms wird gemäss Fig. 5 eine vereinfachte, in der Regel bevorzugte Variante in zwei statt drei Arbeitsschritten gezeigt. Feuchte Aussenluft hat eine Temperatur von wiederum 32°C und eine absolute Luftfeuchtigkeit von 12,8 g Wasser/kg Luft, was einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40% entspricht. Mit einem isothermen Sorptionsvorgang gemäss Fig. 1 wird die absolute Luftfeuchtigkeit auf 8 g Wasser/kg Luft erniedrigt, die relative Luftfeuchtigkeit ist auf etwa 26% gesunken. Im zweiten Arbeitsgang wird die Luft ohne Entfeuchtung direkt auf die Endtemperatur von 20°C abgesenkt, die relative Luftfeuchtigkeit steigt auf etwa 52%.On the basis of a further Mollier-h-x diagram, according to FIG. 5, a simplified, usually preferred variant shown in two instead of three steps. Moist outdoor air has a temperature of 32 ° C and a absolute humidity of 12.8 g of water / kg of air, giving a relative humidity of 40%. With an isothermal sorption process according to 1, the absolute humidity is lowered to 8 g of water / kg of air, the relative humidity has dropped to about 26%. In the second operation the air is lowered directly to the final temperature of 20 ° C without dehumidification, the relative humidity increases to about 52%.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luft (14) eingangsseitig eines Plattenwärmeaustauschers (12) mit dem flüssigen, hygroskopischen Sorptionsmittel (32) in Strömungsrichtung kontinuierlich oder periodisch besprüht und die Kondensationswärme unter Aufrechterhaltung einer praktisch isothermen Entfeuchtung der Luft laufend abgeführt wird.Method for drying or drying and cooling air (14) conducted into a space (20) via at least one plate heat exchanger (12), with a liquid, hygroscopic sorbent (32),
characterized in that
the air (14) on the input side of a plate heat exchanger (12) with the liquid, hygroscopic sorbent (32) in the flow direction continuously or periodically sprayed and the heat of condensation is continuously discharged while maintaining a virtually isothermal dehumidification of the air.
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Sorptionsanlage (10) zum Trocknen oder zum Trocknen und Kühlen von Luft wenigstens einen korrosionsfesten Plattenwärmeaustauscher (12,12') mit einem eingangsseitig der Sorptions-Strömungskanäle (16) angeordneten Spritzdüsenbalken (26) oder einer Spritzdüsenmatrix (30) für das gesättigte Sorptionsmittel (32) und einem eingangsseitig der Kühlluft-Strömungskanäle (22) angeordenten Spritzdüsenbalken (38) für das Kühlwasser (36), eine Auffangwanne (40) für das abtropfende, verdünnte Sorptionsmittel (34) und einen Aufbereitungskreislauf (52) für das Sorptionsmittel (34) mit einer Desorptionseinrichtung (46), einer Kühleinrichtung (48) und einer Pumpe (50) umfasst. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 7,
characterized in that
a sorption plant (10) for drying or drying and cooling air at least one corrosion-resistant plate heat exchanger (12, 12 ') with a spray nozzle bar (26) arranged on the inlet side of the sorption flow channels (16) or a saturated sorbent spray nozzle matrix (30) ( 32) and an inlet side of the cooling air flow channels (22) angeordent spray nozzle bar (38) for the cooling water (36), a drip tray (40) for the dripping, dilute sorbent (34) and a treatment circuit (52) for the sorbent (34) comprising a desorption device (46), a cooling device (48) and a pump (50).
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