DE3036344A1

DE3036344A1 - Verfahren und anlage zum befeuchten von luft fuer die raumklimatisation

Info

Publication number: DE3036344A1
Application number: DE19803036344
Authority: DE
Inventors: Hermann Zürich Gasser; Heinz Uster Ott; Paul Meilen Simmler
Original assignee: Luwa Ltd
Current assignee: Luwa Ltd
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-26
Publication date: 1981-04-16
Also published as: GB2059286A; IT1133138B; ES495678A0; GB2059286B; JPS5656546A; FR2466709A1; IT8024863A0; ES8201721A1

Description

- 4 Beschreibung'

Verfahren und Anlage zum Befeuchten von Luft für die Raumklimatisation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befeuchten von Luft für die Raumkiimatisation gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Klimaanlage gemäss Oberbegriff des Anspruches 2.

Bei Klimaanlagen mit langen Luftkanälen tritt durch Abscheidung von Wassertropfen entlang des Strömungsweges eine Verminderung des Luftfeuchtigkeitsgehaltes auf. Um nun den Feuchtigkeitsgehalt der Luft wieder auf den ursprünglichen Wert zu bringen, d.h. um die durch Tropfenabscheidung bewirkten Verluste wieder zu decken, ist es bekannt, eine zweite Befeuchtungsstufe vorzusehen, welche in einem gewissen, in der Regel beträchtlichen Abstand von der ersten Befeuchtungsstufe angeordnet ist. Wegen des grossen Abstandes zwischen den Befeuchtungsstufen führt die Luft im Bereich der zweiten Befeuchtungsstufe keine grossen Wassertropfen mehr mit, an denen sich die in der zweiten Befeuchtungsstufe erzeugten Wassertröpfchen anlagern könnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Klimaanlage der eingangs genannten Art mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, mit dem bzw. mit der auf einfache Weise und mit möglichst geringem Energieaufwand ein hoher Sättigungsgrad und sogar eine Uebersättigung der Luft erhalten werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2 gelöst.

In der ersten Befeuchtungsstufe, in der Wassertropfen von unterschiedlicher, in einem weiten Bereich liegender Grosse erzeugt werden, d.h. sowohl sehr feine Tropfen wie auch grosse Tropfen, findet eine Vorbefeuchtung statt, durch welche der Feuchtigkeitsgehalt der Luft auf einen ersten Wert, sozusagen auf einen Grundwert, gebracht wird. In der zweiten Befeuchtungsstufe, in der eine Feinzerstäubung des Wassers erfolgt, wird nun der Luftfeuchtigkeitsgehalt auf einen zweiten Wert erhöht. Da in dieser zweiten Befeuchtungsstufe praktisch nur noch eine Nachbefeuchtung notwendig ist, die sich auf dem Luftfeuchigkeitsgehalt der aus der ersten Befeuchtungsstufe austretenden Luft aufbaut, kann die Feinzerstäubung mit verhältnismässig geringem Energieaufwand erfolgen. So lässt sich unabhängig von den physikalischen Eigenschaften der in die erste Befeuchtungsstufe eintretenden Luft hochgesättigte und übersättigte Luft ohne grossen energetischen und apparativen Aufwand erzeugen.

Im Tropfenabscheider werden alle in der aus der ersten Befeuchtungsstufe austretenden Luft enthaltenen Tropfen ausgeschieden, deren Grosse einen bestimmten Wert überschreitet und an denen sich die in der zweiten Befeuchtungsstufe erzeugten feinen Wassertröpfchen ablagern könnten. Dadurch wird vermieden, dass in oder nach der zweiten Befeuchtungsstufe feine Wassertröpfchen, die für die Luftbefeuchtung und -kühlung erwünscht sind, verloren gehen. Zudem kann ein unerwünschtes Ablagern von Wassertropfen an den Luftkanalwänden verhindert werden. Die in der ersten Befeuchtungsstufe erzeugten feinen Wassertropfen, deren Vorhandensein im Luftstrom erwünscht ist, gehen durch den Tropfenabscheider hindurch. Im Gegensatz zu der eingangs

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erwähnten bekannten Lösung kann der Abstand zwischen den Befeuchtungsstufen verhältnismässig klein gehalten werden, da keine entsprechend lange Abscheidestrecke für die grossen Tropfen vorgesehen werden muss. Dadurch lässt sich eine kurze Baulänge erhalten.

Eine besonders vorteilhafte Wirkungsweise wird dann erreicht, wenn der Abstand zwischen der ersten Befeuchtungsstufe und dem Tropfenabscheider grosser, vorzugsweise wenigstens doppelt so gross, ist als der Abstand zwischen dem Tropfenabscheider und der zweiten Befeuchtungsstufe.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wasserzerstäubungseinrichtung der ersten Befeuchtungsstufe wenigstens ein mit Wasser beaufschlagtes Ventilatorlaufrad auf. Durch die Verwendung des Ventilatorlaufrades sowohl zum Luftfördern wie auch zum Wasserzerstäuben wird eine einfache und koripakte Bauweise erhalten. Im Sinne des letztgenannten Zweckes ist es zudem von Vorteil, wenn der Tropfenscheider gleichzeitig als Strömungsgleichrichter dient.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt in einem schematischen Längsschnitt den die Befeuchtungsstrecke enthaltenden Abschnitt einer Klimaanlage.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Rohr- oder Kanalabschnitt bezeichnet, welcher an seinem einlasseitigen Ende eine Einlaufdüse 12 aufweist. In Strömungsrichtung A hinter der Einlaufdüse 12 und benachbart zu dieser weist der Rohrabschnitt 10 einen im Querschnitt U-förmigen Teil 14 auf, welcher eine sich rund um den Rohrabschnitt 10 herum erstreckende Ringkammer 16 festlegt. Diese Ringkammer 16

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weist eine gegen das Innere des Rohrabschnittes 10 gerichtete Austrittsöffnung in Form eines Ringspaltes 16a auf. Diese Austrittsöffnung bzw. -Öffnungen können jedoch auch eine andere Ausgestaltung erfahren. In die Ringkammer 16 münden zwei Wasserleitungsrohre 18 und 20, die an die Druckseite einer Wasserpumpe 22 angeschlossen sind. Die Saugseite dieser Pumpe 22 ist mit dem Sumpf 24 eines Wasserbeckens 26 verbunden. Dieses Wasserbecken 26 ist auf an sich bekannte Weise mit einem Ueberlaufrohr 28 versehen. Im Bereich der Ringkammer 16 ist ein Ventilatorlaufrad mit Flügeln angeordnet, welches mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht. Durch dieses Ventilatorlaufrad 30 wird die zu behandelnde Luft durch die Einlaufdüse 12 angesaugt und durch den Rohrabschnitt 10 gefördert. Stromaufwärts des Ventilatorlaufrades 30, d.h. auf dessen Luvseite, mündet im Bereich der Nabe 30a des Ventilatorlaufrades 30 eine Wasserleitung 34 aus, welche ebenfalls mit der Druckseite der Wasserpumpe 22 verbunden ist. Es können auch mehrere solcher im Bereich der Nabe 30a ausmündende Wasserleitungen vorgesehen werden.

In einem Abstand vom Ventilatorlaufrad 30 ist stromabwärts des letzteren ein Tropfenabscheider 36 angeordnet, dessen Abflussrohr 38 in das Wasserbecken 26 mündet. Das im Abscheider 36 abgeschiedene Wasser fliesst, wie das durch den Pfeil 40 dargestellt ist, durch dieses Abflussrohr in den Sumpf 24.

Der Tropfenabscheider 36 ist vorzugsweise auch als Schalldämpfer ausgeführt. Im weitern ist es zweckmässig, den Tropfenabscheider 36 zugleich als Strömungsgleichrichter auszubilden. Diese Kombination von Tropfenabscheidung und Strömungsgleichrichtung im selben Bauteil bringt den Vorteil einer kompakten Bauweise mit sich.

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Stromabwärts des Tropfenabscheiders 3 6 ist eine zweite Befeuchtungsstufe II angeordnet, die eine Anzahl von Zweistoff- Zerstäuberdüsen 42 aufweist, die am Umfang des Rohrabschnittes 10 gleichmässig verteilt angeordnet sind. Diese die zweite Befeuchtungsstufe II bildenden Zweistoffdüsen 42 sind in einem verhältnismässig geringen Abstand vom Tropfenabscheider 36 angeordnet. Dieser Abstand zwischen dem Tropfenabscheider 36 und den Zerstäuberdüsen 42 ist kleiner als der Abstand zwischen dem zur ersten Befeuchtungsstufe I gehörenden Ventilatorlaufrad 30 und dem Tropfenabscheider 36. Der Abstand Ventilatorlaufrad 30 - Tropfenabscheider 36 beträgt mindestens das zweifache, in der Regel sogar das mehrfache, des Abstandes Tropfenabscheider 36 - Zerstäuberdüsen 42 der Befeuchtungsstufe II.

Jede Zweistoffdüse 42 ist über eine Leitung 44 mit einer Druckluftquelle 46 und über eine zweite Leitung 48 mit einem Druckwasserreservoir 50 verbunden. Dieses Wasserreservoir 50 kann durch das örtliche Wasserverteilnetz gebildet werden. Das Druckwasserreservoir 50 ist über eine weitere Leitung 52 mit dem Becken 26 verbunden. In der Leitung 42 ist ein schwimmerbetätigtes Ventil 54 bekannter Bauart angeordnet. In die Leitungen 44 und 48 sind ebenfalls Ventile 56 und 58 bekannter Bauart eingeschaltet, die zusammen mit der Wasserpumpe 22 auf an sich bekannte Weise mittels einer Steuerung 60 gesteuert werden. An diese Steuerung 6 0 ist ein Hygrostat 62 angeschlossen. Im Betrieb der Klimaanlage saugt das in Drehung versetzte Ventilatorlaufrad 30 Umgebungsluft durch die Einlaufdüse 12 an und fördert diese durch den Rohrabschnitt 10. Die Wasserpumpe 22 fördert durch die Wasserleitungsrohre 18 und 20 Wasser in die Ringkammer 16. Durch den Ringspalt 16a tritt das Wasser als Film ins Innere des Rohrabschnittes 10 aus. Dieser Wasserfilm wird von den Flügeln des Ventilatorlauf-

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rades 30 aufgewirbelt und zerschlagen, so dass sich Wassertropfen mit einem Spektrum von sehr feinen Tröpfchen bis zu grossen Wassertropfen bilden. Die verschiedenen Tropfen grössen umfassen daher einen sehr weiten Bereich. Für gewisse Betriebs- und Eintrittsbedingungen der Luft genügt diese Zerstäubung des aus dem Ringspalt 16a austretenden Wassers durch das Ventilatorlaufrad 30. Falls erforderlich, kann zusätzlich über die Wasserleitung 34 Wasser in den Bereich der Nabe 30a geführt werden. Das aus der Leitung 34 austretende Wasser wird durch die Flügel des Ventilatorlaufrades 30 durch Scherkräfte zerschlagen und zu ganz feinen Tröpfchen bis zu grossen Tropfen zerstäubt.

Die auf diese Weise in der ersten Befeuchtungsstufe I auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt gebrachte Luft durchströmt den als Befeuchtungsstrecke dienenen Bereich zwischen Ventilatorlaufrad 30 und Tropfenabscheider 36. Aus der durch diesen Tropfenabscheider 36 strömenden Luft werden zu grosse Wassertropfen, d.h. Tropfen mit einer einen bestimmten Wert übersteigenden Grosse,abgeschieden und durch das Abflussrohr 38 wieder dem Becken 36 zugeführt. Im Tropfenabscheider 36 werden selektiv nur die grossen Tropfen ausgeschieden, an denen sich leicht kleine Wassertröpfchen anlagern könnten welche für die Befeuchtung und Kühlung der Luft notwendig sind. Diese erwünschten kleinen Wassertröpfchen können ungehindert durch den Tropfenabscheider 26 hindurchtreten. Wie bereits erwähnt kann der Tropfenabscheider 36 auch zur Gleichrichtung der Luftströmung, d.h. zum Eliminieren der Rotation der Zuluft, dienen.

Die zur zweiten Befeuchtungsstufe II gelangende, bereits vorbefeuchtete Luft wird durch die Zweistoff-Zerstäuberdüsen 42 mit einem Wassernebel beaufschlagt, der sehr kleine Wassertröpfchen enthält. Durch letztere wird der Feuchtig-

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keitsgehalt der Luft gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt der die erste Befeuchtungsstufe I verlassenden Luft erhöht. Durch diese Erhöhung der Luftfeuchtigkeit wird eine hohe Sättigung oder gar eine Uebersättigung der Luft erreicht. Im Gegensatz zur ersten Befeuchtungsstufe I ist das Spektrum der in der zweiten Befeuchtungsstufe II erzeugten Wassertröpfchen sehr eng. Vorzugsweise verhält sich der das Tropfenspektrum der zweiten Befeuchtungsstufe II charakterisierende "Sauterdurchmesser" zum charakterisierenden "Sauterdurchmesser" der I. Stufe im Verhältnis bis etwa 1:10. Bekanntlich dient der "Sauterdurchmesser" in der Fachwelt als wesentliche Bezeichnungsgrösse für die Qualität eines Tropfenspektrums.

Mit der beschriebenen zweistufigen Befeuchtung ist es möglich, hochgesättigte und übersättigte Luft unabhängig von den physikalischen Eigenschaften der in die Einlaufdüse 12 eintretenden Luft zu erhalten. Die Vorbefeuchtung in der ersten Befeuchtungsstufe I schafft eine günstige Ausgangslage für den Befeuchtungsvorgang in der zweiten Befeuchtungsstufe Da bei der Befeuchtung in dieser zweiten Stufe II bereits von einem Grundfeuchtigkeitsgehalt der Luft ausgegangen werden kann, ist der Energieaufwand für die Zerstäubung in dieser zweiten Befeuchtungsstufe relativ gering. Somit kann mit einem insgesamt verhältnismässig geringen Energieaufwand bei sämtlichen Lufteintrittsbedingungen hochgesättigte und übersättigte Luft erzeugt werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebene Klimaanlage in verschiedenen Belangen auch anders als gezeigt ausgebildet werden kann.

So kann in der ersten Befeuchtungsstufe I jede geeignete WasserZerstäubungseinrichtung eingesetzt werden, welche in der Lage ist, in der erforderlichen Menge Wassertropfen

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-limit dem gewünschten Tropfenspektrum zu erzeugen. Der Ventilator zur Luftförderung kann auch getrennt von der WasserZerstäubungseinrichtung angeordnet werden. Die beschriebene Ausnutzung des die Luft fördernden Ventilatorlaufrades 30 zur Wasserzerstäubung hat jedoch den Vorteil, dass eine einfache und platzsparende Bauweise möglich ist.

Anstelle von Zweistoffdüsen 42 können in der zweiten Befeuchtungsstufe II auch andere Arten von Zerstäuberdüsen, z.B. Hochdruckdüsen, verwendet werden. Selbstverständlich lassen sich in der zweiten Befeuchtungsstufe II irgendwelche geeignete Wasserfeinzerstäubungseinrichtungen einsetzen.

Falls erforderlich kann jede der Befeuchtungsstufen I und II aus zwei oder mehr Teilstufen bestehen. So lassen sich beispielsweise in Strömungsrichtung A mehrere Reihen von Zerstäuberdüsen 42 anordnen.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden die Abscheideschikanen (Bleche) des Tropfenabscheiders 36 hohl ausgebildet und in diese Hohlräume ein geeignetes Kühlmedium eingefüllt.

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Claims

Pat ent ansprüche

M-) Verfahren zum Befeuchten von Luft für die Raumklimatisation, "bei dem die Luft in zwei in Strömungsrichtung in einem Abstand angeordneten Stufen "befeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der in der ersten Befeuchtungsstufe (I) "befeuchteten Luft diejenigen Tropfen abgeschieden werden, deren Größe einen "bestimmten Wert überschreitet, und daß anschließend in der zweiten Befeuchtungsstufe (II) der Feuchtigkeitsgehalt der Luft gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt der aus der ersten Befeuchtungsstufe (I) austretenden Luft erhöht wird.
2. Klimaanlage mit zwei in Strömungsrihtung der Luft in einem Abstand angeordneten Befeuchtungsstufen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Befeuchtungsstufen (1,11) ein Tropfenabscheider (J6) angeordnet ist, der eine Abscheidung derjenigen Tropfen "bewirkt, deren Größe einen bestimmten Wert überschreitet, und daß in der zweiten Befeuchtungsstufe (II) gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt der aus der ersten Befeuchtungsstufe (I) austretenden Luft eine Erhöhung des Luftfeuchtigkeitsgehaltes erfolgt.
3- Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, •daß der Abstand zwischen der ersten Befeuchtungsstufe (I) und dem Tropfenabscheider ί363größer^ vorzugs-

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weise wenigstens doppelt so gross ist als der Abstand zwischen dem Tropfenabscheider (36) und der zweiten Befeuchtungsstufe (II).
4. Klimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Befeuchtungsstufe (II) wenigstens eine Wasserfeinzerstäubungseinrichtung (42) aufweist.
5. Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserfeinzerstäubungseinrichtung wenigstens eine Zerstäuberdüse (42), vorzugsweise eine Zweistoffdüse oder eine Hochdruckdüse, aufweist.
6. Klimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zerstäuberdüse (42) mit einer Druckluftquelle (46) und einer Druckwasserquelle (50) in Verbindung steht.
7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Befeuchtungsstufe (I) eine Wasserzerstäubungseinrichtung (16, 34) aufweist, welche Wassertropfen von unterschiedlicher, in einem weiten Bereich liegender Grosse erzeugt.
8. Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die WasserZerstäubungseinrichtung wenigstens ein mit Wasser beaufschlagtes Ventilatorlaufrad (30) aufweist.
9. Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilatorlaufrad (30) an seinem Umfang mit Wasser beaufschlagt ist.
10. Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Ventilatorlaufrad (30) umgehende Ringkammer (16)

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ο —

vorgesehen ist, in die zumindest eine Wasserzuleitung (13, 20) mündet und die wenigstens eine gegen das Ventilatorlaufrad (30) gerichtete Austrittsöffnung (16a) aufweist.
11. Klimaanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung durch einen Ringspalt (16a) gebildet ist.
12. Klimaanlage nach Anspruch 10', dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzuleitung (18, 20) an ein Reservoir (26) angeschlossen ist, in das der Auslass (38) des Tropfenabscheiders (36) mündet.
13. Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzerstäubungseinrichtung wenigstens eine im Bereich der Nabe (30a) des Ventilatorlaufrades (30) ausmündende Wasserzuführleitung (34) aufweist.
14. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider (36) als Strömungsgleichrichter ausgebildet ist.
15. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider (36) als Schalldämpfer ausgebildet ist.
16. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die im Luftstrom angeordneten Abscheideschikanen des Tropfenabscheiders (36) mit Hohlräumen versehen sind, in denen sich ein Kühlmedium befindet.

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