EP3194855B1 - Vorrichtung und verfahren zur konditionierung eines gasstromes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur konditionierung eines gasstromes Download PDF

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EP3194855B1
EP3194855B1 EP15767120.7A EP15767120A EP3194855B1 EP 3194855 B1 EP3194855 B1 EP 3194855B1 EP 15767120 A EP15767120 A EP 15767120A EP 3194855 B1 EP3194855 B1 EP 3194855B1
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EP
European Patent Office
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storage volume
pipe
membrane
room air
section
Prior art date
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EP15767120.7A
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EP3194855A1 (de
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Peter Noisten
Anna Tornai
Thomas Kirmayr
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/008—Details related to central heating radiators
    • F24D19/0082—Humidifiers for radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/02—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air
    • F24F6/08—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using heated wet elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/1435—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane

Definitions

  • the invention relates to a device for changing the composition of the room air and a method for changing the composition of room air with at least one pipe with a pipe wall which encloses an inner cross section in which a gas flow taken from the room air can be guided.
  • Devices and methods of this type can be used, for example, in air conditioning systems in order to humidify or dehumidify an air stream.
  • devices and methods of the type mentioned can be used to remove oxygen, ripening gases or carbon dioxide from a gas stream.
  • a device for humidifying an air stream in which water is released into the air by means of a nozzle pipe.
  • the nozzle pipe is equipped with holes so that the water is delivered to a heat exchanger and partially evaporates there.
  • the gaseous water is absorbed by the heated air flowing by.
  • the amount of added moisture can be regulated via a solenoid valve.
  • a dehumidifier is known in which moisture is sucked out of a room to be dehumidified through a membrane that is permeable to water vapor.
  • the invention is based on the object of specifying a hygienically perfect and energy-efficient device and a corresponding method for humidification.
  • the object is achieved according to the invention by a device according to claim 1, a radiator according to claim 7 and a method according to claim 10.
  • a room air composition changing device which contains at least one pipe.
  • a gas flow is taken from the room air, which is then passed through the pipe and fed back into the room.
  • the pipe can have a pipe wall which is made of a metal, an alloy or a plastic.
  • the tube can have a round cross-section and a diameter of about 80 mm, about 100 mm, about 200 mm or about 500 mm.
  • the cross section can be polygonal, for example rectangular.
  • the device can have a plurality of pipes arranged in parallel so that the entire gas flow is split into a plurality of parallel partial flows when it enters the device and can be brought together again in an optional air collector at the outlet of the device.
  • the partial flows can be directed into different parts of the building, so that the air humidity or the air composition in different parts of the building can be regulated or controlled separately.
  • the room can be part of a building, for example an office room, a storage room, an archive room, a damp room or a living room.
  • the space can be the interior of a freight container.
  • the pipe wall has at least one opening in at least one longitudinal section of the pipe.
  • at least one component can be fed to the gas stream flowing in the inner cross-section of the tube or one component can be removed.
  • the at least one opening opens into at least one storage volume which contains the component to be supplied or removed when the device is in operation.
  • the at least one opening is closed with a membrane in order to control the transport of substances between the storage volume and the inner cross-section of the pipe.
  • a membrane By choosing an appropriate membrane with appropriate properties, the type of atoms or molecules exchanged between the storage volume and the one in the inner cross-section, the direction of transport and the exchange rate can be controlled.
  • there can be liquid water in the storage volume which is fed in gaseous form through the membrane at a predeterminable rate to the gas stream flowing in the internal cross-section.
  • a salt solution or a desiccant can be located in the storage volume, so that moisture is withdrawn from the gas flow located in the pipe and fed to the storage volume.
  • carbon dioxide, oxygen, nitrogen, a ripening gas such as ethylene or another gaseous component can be removed from the gas flow.
  • the storage volume can be evacuated.
  • the membrane can contain or consist of at least one ionomer.
  • Membranes made from an ionomer are permeable to cations and chemically almost inert, so the device over can be operated maintenance-free for a longer period of time.
  • the ion conductor channels formed in the ionomer can have a diameter which is smaller than the size of common bacteria or viruses, so that only moisture or other gaseous components of the gas flow are exchanged via the membrane. This avoids the direct penetration of bacteria or viruses or the formation of a liquid water film on the membrane, so that the microbiological quality of the gas flow is not impaired.
  • the membrane can contain or consist of at least one sulfonated polytetrafluoroethylene.
  • the membrane can have a multilayer structure, a functional layer being applied to a carrier layer made of polytetrafluoroethylene. In this way, the mechanical load-bearing capacity of the membrane can be increased without impairing the positive properties of the functional material.
  • At least one opening can be provided with a support grid.
  • the support grid can for example be made of a metal or an alloy or a plastic and contain, for example, a wire winding or a metal foil which is provided with etched openings. In this way, the mechanical load-bearing capacity of the membrane can be increased, so that tearing or other destruction of the membrane is prevented even in the case of greater pressure differences between the storage volume and the inner cross-section of the pipe.
  • the storage volume can have at least one filling opening and / or at least one emptying opening.
  • a medium for example To supply water, a salt solution, a gas or other substances which are to be supplied to or removed from the gas flow through the membrane. If both a filling opening and an emptying opening are present, a liquid or gaseous medium can flow through the storage volume, so that a constant exchange of the medium in the storage volume is made possible.
  • the storage volume can be connected to a vacuum pump in order to maintain a pressure gradient across the membrane.
  • the storage volume can be limited by the pipe wall of the at least one pipe and at least one outer pipe which surrounds the pipe approximately concentrically.
  • the storage volume is thus formed by the space between the inner and outer tubes. This allows the device to be easily manufactured from standard parts.
  • the concentric structure allows high internal pressures in the storage volume, as the loads that occur can be reliably carried by round cross-sections.
  • the storage volume can be limited by the pipe wall of the at least one pipe and a delimitation element which has a recess intended to receive the pipe and can be connected to the pipe via fastening elements.
  • the delimiting element can also be easily dismantled when the pipe is used in a longer pipe system. This allows simple maintenance and cleaning of the device by dismantling the delimiting element without the device having to be completely dismantled from the pipe system.
  • the membrane can additionally serve as a sealing element between at least one delimiting element and the pipe wall. According to the invention it was recognized that the membrane can swell due to moisture absorption, so that it can completely seal the gap between a delimitation element and the outer wall of the pipe. At the same time, the membrane can be clamped between the outer wall of the pipe and the contact surfaces of the delimiting element and thus securely fixed without additional gluing, welding or other components. This allows a simple structure of the device and reduced maintenance costs.
  • the device contains at least one heating element with which thermal energy can be supplied to the storage volume. It has been shown that the diffusion across the membrane depends on the temperature and pressure of the medium in the storage volume.
  • the temperature can be influenced by a heating element so that the diffusion rate of the medium from the storage volume into the inner cross-section of the pipe can be controlled.
  • An electrical heating element has the advantage that the heating power can be easily influenced by an electrical control signal, for example by means of a P controller, a PI controller or a PID controller.
  • a humidity sensor can be installed in the inner cross-section of the pipe, which records the actual value.
  • the device can contain at least one cooling element with which the storage volume can be cooled.
  • the response of the device or the control constant can be reduced, since a rapid cooling of the storage volume is possible independently of the convection in the environment.
  • the heating or cooling element can be used by convection to maintain or generate a flow in the storage volume.
  • the heating element and / or the cooling element can be arranged on the outside of the delimitation element or of the outer tube.
  • a heat flow is formed over the wall of the delimiting element or the outer tube.
  • the heating or cooling element is therefore accessible from the outside, for example for maintenance.
  • the heating element and / or the cooling element can be arranged in the interior of the storage volume. This allows a heat flow to be introduced directly into the medium located in the storage volume, thereby accelerating the response of the device.
  • the heating element and / or the cooling element can contain at least one Peltier element and / or at least one pipe register and / or at least one electrical heating resistor.
  • Electrical heating elements or cooling elements have the advantage that they can be influenced particularly easily with an electronic control device.
  • Pipe registers allow the heating element or the cooling element to be connected to known heating systems or air conditioning systems, so that the heating or cooling capacity for temperature control of the storage volume can be provided in a particularly energy-efficient manner.
  • the device further includes a first conveyor.
  • the first conveying device allows the medium in the storage volume to be continuously exchanged, so that the accumulation of germs in the storage volume is and / or is avoided the concentration of a desired substance in the storage volume is kept constant.
  • this can have a second conveying device which can be used to circulate the gas flow to be conditioned in the inner cross section of the pipe.
  • the first delivery device can thus contain a water pump and the second delivery device can contain a fan.
  • the conveying device can also be omitted and replaced, for example, by a thermosyphonic circulation or a convection flow.
  • the medium in the storage volume can have a pressure of approximately 1 bar to approximately 8 bar.
  • the pressure in the storage volume can take place by connecting the device to a municipal water supply network. This ensures that the water consumed by the device is always replenished, so that maintenance-free operation of the device is established.
  • the usual line pressure of about 3 bar to about 6 bar is sufficient to ensure adequate moisture transport through the membrane into the gas flow.
  • the moisture content can then optionally be regulated via the temperature in the storage volume.
  • this relates to a radiator of a space heating system with a device for conditioning a gas flow according to the present invention.
  • the heat from the radiator can heat both the liquid in the storage volume and the moisture to be transported through the membrane into the interior of the tube.
  • the heat of the radiator causes convection through the interior of the tubes of the device, so that the humidification takes place without additional auxiliary energy and in a self-regulating manner.
  • the drying out of the room air which occurs especially in winter, can thus be avoided.
  • conventional hanging vessels which are attached to radiators and contain a large amount of water in the open air, the microbiological quality of the room air is not endangered, as only molecular water can penetrate through the pores of the membrane.
  • the radiator has at least one plate heat exchanger through which the heating water can flow, which is adjacent to the storage volume at least on one side, the at least one pipe running approximately vertically.
  • the device according to the invention can thus be fully integrated into the radiator. This does not change the familiar appearance.
  • the heating body has at least two plate heat exchangers, the storage volume adjoining associated plate heat exchangers on both sides. As a result, a larger amount of heat can be released into the storage volume and the humidification performance can increase.
  • the room air composition changing device contains at least one pipe 2 which has a pipe wall 20.
  • the pipe wall represents the boundary between the inner cross-section 21 and the outer space.
  • the gas stream to be conditioned flows in the inner cross-section 21 of the pipe 2.
  • the pipeline shown may be present several times and the gas stream flows through it in parallel, so that each pipe only conditions a partial stream of the entire gas stream.
  • the gas flow to be conditioned can be a supply air flow of an air conditioning system, which is to be humidified or dehumidified by the device.
  • the gas flow can be taken from a storage room or a transport container and / or supplied.
  • the device 1 can in this case also be used to remove oxygen or ripening gases such as ethylene from the gas flow and to enrich carbon dioxide or nitrogen in order to prevent premature spoilage of the stored goods.
  • the pipe 2 can be arranged vertically in a room, with a flow being generated by a chimney effect. The gas flow is then maintained or generated without the supply of auxiliary electrical energy.
  • multiple room air composition changing devices can be run through sequentially, each device performing a different conditioning of the gas flow. For example, oxygen can be withdrawn from the gas flow in a first device and the gas flow can be humidified in a subsequent device.
  • At least one opening 25 is located in the pipe wall 20.
  • a membrane 3 is arranged on the outside of the wall 20, at least in the area of the bores 25. The membrane 3 closes the bores 25 so that the material transport through the bores 25 can be controlled by the properties of the membrane.
  • the membrane 3 can for example be a semipermeable membrane or have pores which allow desired atoms or molecules to pass and hold back other atoms or molecules.
  • the membrane can contain or consist of an ionomer, for example a sulfonated polytetrafluoroethylene.
  • Such a membrane can be set up to guide gaseous water into the inner cross section 21 or to transport gaseous water from the inner cross section 21 through the openings 25.
  • the passage of liquid water and thus the occurrence of a water film in the inner cross-section 21 can, however, be avoided by the membrane 3, so that conditions in the interior of the pipe 2 that are unsafe for hygiene are avoided.
  • bacteria, viruses, fungi and other germs cannot penetrate the membrane 3, so that contamination of the gas flow in the inner cross section 21 is avoided.
  • the tube is surrounded on both sides by a delimitation element 45.
  • the delimitation element 45 can, for example, have the box shape shown in the figures with a wall 451.
  • the delimitation element 45 can have a flange 452 on both sides, which is provided with mounting bores 453.
  • opposing delimiting elements 45 can be screwed together and thereby fixed on the outside of the wall 20 of the pipe 2. In other embodiments of the invention, however, only a single delimiting element 45 or a delimiting element 45 with a different shape can be present.
  • the membrane 3 can cover at least a partial area of the contact surface 454 of the delimiting element 45. This enables a secure assembly of the membrane 3 by clamping between the wall 20 and the contact surface 454. At the same time, the membrane 3 can serve as a sealing element so that a liquid can escape between the wall 20 and the delimiting element 45 is avoided. For cleaning and maintenance purposes, the membrane and / or the delimitation element can be removed by loosening the screw connection 5 without the pipe 2 having to be removed from a larger line network.
  • the storage volume 4 is formed between the pipe wall 20 and the wall 451 of the delimiting element 45.
  • a medium for example water, a salt solution or a gas, can be fed to the storage volume 4 via at least one filling opening 41.
  • the medium can be discharged from the storage volume 4 via an optional emptying opening 42. If both a filling and an emptying opening are present, the medium can be circulated in the storage volume 4.
  • Figure 4 shows again a section from the pipe wall 20 with an opening 25 located therein.
  • the membrane 3 rests on the outside of the pipe wall 20 so that it closes the opening 25. If a medium is present in the storage volume 4, for example water, this diffuses as a moisture stream 81 into the inner cross section 21.
  • a gas flow 80 is formed in the inner cross section 21, for example by thermal convection or by a second conveying device.
  • the gas stream 80 absorbs the moisture 81 so that, for example, the supply air which is supplied to an air-conditioned or heated room is humidified.
  • the diffusion direction of the moisture flow 81 can be reversed, so that a moist air flow 80 can be dried through the device.
  • the storage volume 4 can be evacuated so that gaseous constituents of the Gas stream 80, for example oxygen, diffuse through the membrane 3 into the storage volume 4 and are discharged there.
  • the device according to the invention has the advantage that the size of the moisture flow 81 can be easily regulated by adjusting the pressure and temperature in the storage volume 4, so that the moisture content of the gas flow 80 can be regulated within wide limits.
  • the second embodiment also uses a pipe 2 with a pipe wall 20.
  • the pipe 2 is composed of two half-shells, one of which is shown in FIG Figure 5 is shown.
  • the tube 2 has a wall 20 which separates the inner cross section 21 from the environment.
  • the wall 20 in turn has a longitudinal section which is provided with openings 25 which allow gas exchange with the storage volume 4.
  • the storage volume 4 is limited by the outside of the pipe wall 20 and an outer pipe 8, which receives the pipe 2 approximately concentrically.
  • the storage volume 4 is in turn accessible through a filling opening 41.
  • a support grid 31 is provided which partially covers the openings 25.
  • the support grid 31 can of course also be omitted in other embodiments of the invention if the openings 25 are selected to be sufficiently small.
  • Heating and cooling can take place, for example, electrically or by means of a heat exchanger, for example a pipe register.
  • a control device not shown, so that the moisture release or moisture absorption of the gas flow in the interior volume 21 can be regulated.
  • a device according to the invention for conditioning a gas flow is integrated in a conventional heating element. This allows the room air to be heated and humidified at the same time. This prevents the room air from becoming too dry, especially in winter, and the room climate from being perceived as unpleasant by the users of the building.
  • the heating body 9 has at least one first plate heat exchanger 91. Fluid channels through which a heat transfer medium flows are formed in the first plate heat exchanger 91.
  • heating water can be used as the heat transfer medium.
  • the heat transfer medium can also contain an oil or a vapor which undergoes a phase transition in the plate heat exchanger.
  • the first plate heat exchanger 91 is heated by the heat transfer fluid and emits heat to the surrounding room air.
  • the amount of heat transfer medium flowing through and thus the heating output output can be regulated by a thermostatic valve 95.
  • the first plate heat exchanger 91 has a front side 911 which faces the inside of the room and thus the user.
  • the device 1 according to the invention for humidifying the room air is located on the opposite rear side 912 of the first plate heat exchanger 91 of the heating element 9. This is therefore in Figure 7 Not visible in the normal installation position of the radiator 9, so that the user can see the radiator 9 as usual.
  • Figure 8 shows a cross section through the radiator according to Figure 7 .
  • a first plate heat exchanger 91 is shown in cross section with the front side 911 facing the room.
  • the plate heat exchanger 91 has a cavity 915 through which the heat transfer fluid flows.
  • FIG 8 further shows an optional second plate heat exchanger 92, which forms the rear side of the heating element 9. This can also be omitted in other embodiments of the invention.
  • the second plate heat exchanger 92 also has a cavity 925 through which the heat transfer fluid can flow.
  • the plate heat exchanger 92 has a front side 921 which faces the rear side 912 of the first plate heat exchanger 91.
  • the opposite rear side 922 of the second plate heat exchanger 92 faces the wall of the room in which the heating element 9 is mounted.
  • delimiting elements 45 are arranged, which can be made of a metal or an alloy, for example.
  • the delimitation elements can, for example, be seamlessly drawn or welded tubes with an approximately square or rectangular cross section.
  • the delimitation elements can be connected to the plate heat exchangers by welding, gluing or soldering. As a result, the plate heat exchangers are firmly connected to one another, so that on the one hand the radiator gains its stability and on the other hand good heat transfer from the plate heat exchanger to the storage volume 4 inside the delimiting elements 45 is ensured.
  • tubes 2 which delimit an interior space 21.
  • the tubes 2 are provided with bores which are closed by a membrane (not shown).
  • the storage volume 4 can thus be filled with a liquid, for example water.
  • a convective air flow begins through the tube 2, i.e. cold air is sucked in from the floor area of the room, flows through the tubes 2 and leaves the heating element 9 at its top.
  • the rising air is heated so that the room is heated in a manner known per se.
  • the plate heat exchangers also heat the water in the storage volume 4, which can subsequently diffuse through the membrane into the pipe interior 21.
  • the plate heat exchangers also heat the water in the storage volume 4, which can subsequently diffuse through the membrane into the pipe interior 21.
  • gaseous water diffuses, whereas liquid water, microbiological contamination or salts are retained.
  • the air rising at the upper edge of the radiator 9 is thus not only after passing through the pipes 2 warmed, but also humidified. This means that a comfortable level of humidity can be maintained in the room.
  • the device 1 works passively without any action on the part of the user, since it does not require any additional control or regulating device and does not have to be switched on or off separately.
  • the water connection can consist of a fluid connection to the plate heat exchanger, so that the heating water can enter the storage volume and can be used to humidify the room air.
  • the radiator is in operation, the storage volume 4 is then always heated, so that the heated air is also humidified at the same time.
  • the humidification performance can be adapted to the size of the room and the use of the room by means of the number of storage volumes and the membrane area available at the boundary with the pipe 2.
  • the vapor pressure gradient in the pipe 2 is only slight, so that further humidification does not take place. Since the humidification performance also depends on the temperature of the water in the storage volume 4, greater heating of the air results in greater humidification performance, so that the device automatically adapts to the increasing demand for moisture in the interior, since very cold air masses only carry very small amounts of moisture with it.
  • the heating element 9 again contains two plate heat exchangers 91 and 92, which are spaced apart by a gap 95. Room air can also rise in gap 95 and be heated in the process so that a convective air flow is formed in the room in a manner known per se.
  • the device 1 according to the fourth embodiment has a housing 15 which can be attached to a conventional heating element known per se.
  • a conventional heating element known per se.
  • one side of the housing 15 of the device 1 comes into contact with the outside 911 of the plate heat exchanger 91.
  • This allows the delimitation element 45 and subsequently the liquid in the storage volume 4 to be heated.
  • This can thus diffuse in the manner described above through the membrane 3, not shown, into the interior 21 of the tube 2, where the air sucked in underneath the device 1 rises and thereby is heated and humidified.
  • the fourth embodiment of the invention has the advantage that it can be attached to a known and already existing radiator by means of fastening elements 16 without extensive assembly work or the replacement of the radiator being required.
  • Known room heating systems can thus be retrofitted in a simple manner with the device according to the invention for humidifying or conditioning the room air.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Raumluftzusammensetzungsänderungsvorrichtung und ein Verfahren zur Änderung der Zusammensetzung einer Raumluft mit zumindest einem Rohr mit einer Rohrwandung, welche einen Innenquerschnitt umschließt, in welchem ein der Raumluft entnommener Gasstrom führbar ist. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art können beispielsweise in Klimaanlagen Verwendung finden, um einen Luftstrom zu befeuchten oder zu entfeuchten. Weiterhin können Vorrichtung und Verfahren der genannten Art dazu eingesetzt werden, Sauerstoff, Reifegase oder Kohlendioxid aus einem Gasstrom zu entfernen.
  • Aus der EP 1519118 B1 ist eine Vorrichtung zur Befeuchtung eines Luftstromes bekannt, bei welcher Wasser mittels eines Düsenrohres in die Luft abgegeben wird. Das Düsenrohr ist mit Bohrungen ausgestattet, so dass das Wasser an einen Wärmetauscher abgegeben wird und dort teilweise verdampft. Das gasförmige Wasser wird von der vorbeiströmenden, erwärmten Luft aufgenommen. Über ein Magnetventil kann die Menge zugeführter Feuchte reguliert werden.
  • Diese Lösung weist den Nachteil auf, dass flüssiges Wasser im Luftstrom vorhanden ist. Hierdurch wird das Wachstum von Algen und/oder Bakterien gefördert, sodass diese über die Klimaanlage im gesamten Gebäude verteilt werden können und hygienische Probleme auftreten. Darüber hinaus wird zur Verdampfung flüssigen Wassers eine erhebliche Energiemenge benötigt, sodass der Betrieb solcher Befeuchtungseinrichtungen sehr aufwendig ist.
  • Aus der US 2012/0118147 A1 ist ein Entfeuchter bekannt, bei welchem Feuchte durch eine wasserdampfdurchlässige Membran aus einem zu entfeuchtendem Raum abgesaugt wird.
  • Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hygienisch einwandfreie und energieeffiziente Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Befeuchtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Heizkörper gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird eine Raumluftzusammensetzungsänderungsvorrichtung vorgeschlagen, welche zumindest ein Rohr enthält. Bei Betrieb der Vorrichtung wird der Raumluft ein Gasstrom entnommen, welcher nachfolgend durch das Rohr geführt und dem Raum wieder zugeführt wird. Das Rohr kann eine Rohrwandung aufweisen, welche aus einem Metall, einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt ist. Das Rohr kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen runden Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser von etwa 80 mm, etwa 100 mm, etwa 200 mm oder etwa 500 mm aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Querschnitt polygonal sein, beispielsweise rechteckig. Für größere Befeuchtungsleistungen bzw. größere zu konditionierende Gasströme kann die Vorrichtung eine Mehrzahl parallel angeordneter Rohre aufweisen, sodass der gesamte Gasstrom bei Eintritt in die Vorrichtung in eine Mehrzahl paralleler Teilströme aufgespaltet wird und am Ausgang der Vorrichtung in einem optionalen Luftsammler wieder zusammengeführt werden kann. Alternativ können die Teilströme in unterschiedliche Gebäudeteile gelenkt werden, so dass die Luftfeuchte oder die Luftzusammensetzung in verschiedenen Gebäudeteilen getrennt geregelt oder gesteuert werden kann.
  • Der Raum kann Teil eines Gebäudes sein, beispielsweise ein Büroraum, ein Lagerraum, ein Archivraum, ein Feuchtraum oder ein Wohnraum. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Raum das Innere eines Frachtcontainers sein.
  • Die Rohrwandung weist in zumindest einem Längsabschnitt des Rohres zumindest eine Öffnung auf. Somit kann dem im Innenquerschnitt des Rohres strömenden Gasstrom zumindest eine Komponente zugeführt oder eine Komponente abgeführt werden. Hierzu mündet die zumindest eine Öffnung in zumindest einem Speichervolumen, welches bei Betrieb der Vorrichtung die zu- oder abzuführende Komponente enthält.
  • Die zumindest eine Öffnung ist mit einer Membran verschlossen, um den Stofftransport zwischen dem Speichervolumen und dem Innenquerschnitt des Rohres zu kontrollieren. Durch Wahl einer entsprechenden Membran mit entsprechenden Eigenschaften kann die Art der zwischen den Speichervolumen und dem in den Innenquerschnitt ausgetauschten Atome bzw. Moleküle, die Transportrichtung und die Austauschrate kontrolliert werden. Beispielsweise kann sich im Speichervolumen flüssiges Wasser befinden, welches durch die Membran mit vorgebbarer Rate dem im Innenquerschnitt strömenden Gasstrom gasförmig zugeführt wird. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann sich im Speichervolumen eine Salzlösung oder ein Trocknungsmittel befinden, sodass dem im Rohr befindlichen Gasstrom Feuchte entzogen und dem Speichervolumen zugeführt wird. In gleicher Weise kann aus dem Gasstrom Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff, ein Reifegas wie z.B. Ethylen oder eine andere gasförmige Komponente entfernt werden. Hierzu kann das Speichervolumen evakuiert sein.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zumindest ein Ionomer enthalten oder daraus bestehen. Membranen aus einem Ionomer sind für Kationen durchlässig und chemisch nahezu inert, sodass die Vorrichtung über längere Zeit wartungsfrei betrieben werden kann. Die im Ionomer ausgebildeten Ionenleiterkanäle können einen Durchmesser aufweisen, welcher geringer ist als die Größe gängiger Bakterien oder Viren, sodass lediglich Feuchte oder andere, gasförmige Komponenten des Gasstromes über die Membran ausgetauscht werden. Hierdurch wird das direkte Eindringen von Bakterien oder Viren oder die Ausbildung eines flüssigen Wasserfilms auf der Membran vermieden, so dass die mikrobiologische Qualität des Gasstromes nicht beeinträchtigt wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zumindest ein sulfoniertes Polytetrafluorethylen enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, wobei eine Funktionsschicht auf einer Trägerschicht aus Polytetrafluorethylen aufgebracht ist. Hierdurch kann die mechanische Belastbarkeit der Membran erhöht werden, ohne die positiven Eigenschaften des Funktionsmaterials zu beeinträchtigen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Öffnung mit einem Stützgitter versehen sein. Das Stützgitter kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt sein und beispielsweise eine Drahtwicklung enthalten oder eine Metallfolie, welche mit geätzten Öffnungen versehen ist. Hierdurch kann die mechanische Belastbarkeit der Membran vergrößert werden, sodass ein Einreißen oder eine anderweitige Zerstörung der Membran auch bei größeren Druckdifferenzen zwischen dem Speichervolumen und dem Innenquerschnitt des Rohres verhindert wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichervolumen zumindest eine Befüllöffnung und/oder zumindest eine Entleerungsöffnung aufweisen. Hierdurch ist es möglich, dem Speichervolumen ein Medium, beispielsweise Wasser, eine Salzlösung, ein Gas oder weitere Substanzen zu zuführen, welche dem Gasstrom durch die Membran hindurch zu- oder abgeführt werden sollen. Sofern sowohl eine Befüllöffnung als auch eine Entleerungsöffnung vorhanden ist, kann das Speichervolumen von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden, sodass ein ständiger Austausch des Mediums im Speichervolumen ermöglicht wird. Um Gase aus der Raumluft zu entfernen, kann das Speichervolumen an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein, um einen Druckgradienten über die Membran aufrecht zu erhalten.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichervolumen durch die Rohrwandung des zumindest einen Rohres und zumindest ein Außenrohr begrenzt werden, welches das Rohr in etwa konzentrisch umgibt. Das Speichervolumen ist somit durch den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr gebildet. Dies erlaubt eine einfache Fertigung der Vorrichtung aus Normteilen. Darüber hinaus erlaubt der konzentrische Aufbau hohe Innendrücke im Speichervolumen, da die auftretenden Lasten von runden Querschnitten zuverlässig abgetragen werden können.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichervolumen durch die Rohrwandung des zumindest einen Rohres und ein Begrenzungselement begrenzt werden, welches eine zur Aufnahme des Rohres bestimmte Ausnehmung aufweist und über Befestigungselemente mit dem Rohr verbindbar ist. Hierdurch kann das Begrenzungselement auch dann einfach demontiert werden, wenn das Rohr in einem längeren Rohrsystem eingesetzt ist. Dies erlaubt eine einfache Wartung und Reinigung der Vorrichtung durch Demontage des Begrenzungselementes, ohne dass die Vorrichtung vollständig aus dem Rohrsystem demontiert werden müsste.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran zusätzlich als Dichtungselement zwischen zumindest einem Begrenzungselement und der Rohrwandung dienen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Membran durch Feuchtigkeitsaufnahme quellen kann, sodass diese den Spalt zwischen einem Begrenzungselement und der Außenwandung des Rohres vollständig abdichten kann. Gleichzeitig kann die Membran durch Klemmung zwischen der Außenwandung des Rohres und den Anlageflächen des Begrenzungselementes geklemmt und dadurch ohne zusätzliche Klebung, Verschweißung oder weitere Bauteile sicher fixiert werden. Dies erlaubt einen einfachen Aufbau der Vorrichtung und reduzierte Wartungskosten.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Vorrichtung zumindest ein Heizelement, mit welchem dem Speichervolumen thermische Energie zuführbar ist. Es hat sich gezeigt, dass die Diffusion über die Membran hinweg von der Temperatur und dem Druck des Mediums im Speichervolumen abhängig ist. Durch ein Heizelement kann die Temperatur beeinflusst werden, sodass die Diffusionsrate des Mediums vom Speichervolumen in den Innenquerschnitt des Rohres kontrolliert werden kann. Ein elektrisches Heizelement weist dabei den Vorteil auf, dass die Heizleistung durch ein elektrisches Regelsignal gut beeinflussbar ist, beispielsweise mittels eines P-Reglers, eines PI-Reglers oder eines PID-Reglers. Hierzu kann im Innenquerschnitt des Rohres ein Feuchtesensor angebracht sein, welcher den IstWert erfasst.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrichtung zumindest ein Kühlelement enthalten, mit welchem das Speichervolumen entwärmt werden kann. Hierdurch kann das Ansprechen der Vorrichtung bzw. die Regelkonstante verringert werden, da eine rasche Entwärmung des Speichervolumens unabhängig von der Konvektion in die Umgebung möglich ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heiz- oder Kühlelement dazu verwendet werden, durch Konvektion eine Strömung im Speichervolumen aufrecht zu erhalten oder zu erzeugen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizelement und/oder das Kühlelement auf der Außenseite des Begrenzungselementes oder des Außenrohres angeordnet sein. In diesem Fall bildet sich ein Wärmestrom über die Wandung des Begrenzungselementes bzw. des Außenrohres aus. Das Heiz- bzw. Kühlelement ist dadurch von außen zugänglich, beispielsweise zur Wartung.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizelement und/oder das Kühlelement im Inneren des Speichervolumens angeordnet sein. Dies erlaubt, einen Wärmestrom unmittelbar in das im Speichervolumen befindliche Medium einzubringen und dadurch das Ansprechen der Vorrichtung zu beschleunigen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizelement und/oder das Kühlelement zumindest ein Peltierelement und/oder zumindest ein Rohrregister und/oder zumindest einen elektrischen Heizwiderstand enthalten. Elektrische Heizelemente bzw. Kühlelemente weisen dabei den Vorteil auf, dass diese besonders einfach mit einer elektronischen Regeleinrichtung beeinflussbar sind. Rohrregister erlauben den Anschluss des Heizelementes bzw. des Kühlelementes an bekannte Heizungsanlagen oder Klimaanlagen, sodass die Heiz- oder Kühlleistung für die Temperaturkontrolle des Speichervolumens besonders energieeffizient bereitgestellt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Vorrichtung weiterhin eine erste Fördereinrichtung. Die erste Fördereinrichtung erlaubt es, das Medium im Speichervolumen kontinuierlich auszutauschen, sodass die Ansammlung von Krankheitskeimen im Speichervolumen vermieden wird und/oder die Konzentration eines gewünschten Stoffes im Speichervolumen konstant gehalten wird.
  • In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann diese eine zweite Fördereinrichtung aufweisen, welche dazu eingesetzt werden kann, den zu konditionierenden Gasstrom im Innenquerschnitt des Rohres zu zirkulieren. Beispielsweise kann die erste Fördereinrichtung somit eine Wasserpumpe und die zweite Fördereinrichtung kann einen Lüfter enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Fördereinrichtung auch entfallen und beispielsweise durch einen thermosyphonischen Umlauf bzw. eine Konvektionsströmung ersetzt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Medium im Speichervolumen einen Druck von etwa 1 bar bis etwa 8 bar aufweisen. Durch Regelung des Druckes kann der Übertritt des im Speichervolumen befindlichen Mediums durch die Membran in den Innenquerschnitt des Rohres gesteuert oder geregelt werden. Sofern das erfindungsgemäße Verfahren zur Luftbefeuchtung eingesetzt wird, kann der Wasserdruck im Speichervolumen durch den Anschluss der Vorrichtung an ein städtisches Wasserversorgungsnetz erfolgen. Hierdurch ist sichergestellt, dass das von der Vorrichtung verbrauchte Wasser stets ergänzt wird, sodass sich ein wartungsfreier Betrieb der Vorrichtung einstellt. Gleichzeitig ist der übliche Leitungsdruck von etwa 3 bar bis etwa 6 bar ausreichend, um einen hinreichenden Feuchtetransport durch die Membran in den Gasstrom sicher zu stellen. Eine Regelung des Feuchtegehaltes kann dann optional über die Temperatur im Speichervolumen erfolgen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese einen Heizkörper einer Raumheizung mit einer Vorrichtung zur Konditionierung eines Gasstromes gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei kann die Wärme des Heizkörpers sowohl die Flüssigkeit im Speichervolumen erwärmen, um die Feuchte durch die Membran in das Innere des Rohres zu transportieren. Daneben bewirkt die Wärme des Heizkörpers eine Konvektion durch das Innere der Rohre der Vorrichtung, so dass die Befeuchtung ohne zusätzliche Hilfsenergie und selbstregelnd erfolgt. Das besonders im Winter auftretende Austrocknen der Raumluft kann somit vermieden werden. Anders als bei konventionellen Einhängegefäßen, welche an Heizkörpern befestigt werden und eine Wassermenge im Freispiegel enthalten, ist die mikrobiologische Qualität der Raumluft nicht gefährdet, da ausschließlich molekulares Wasser durch die Poren der Membran hindurchdringen kann.
  • In einigen Ausführungsformen des Heizkörpers weist dieser zumindest einen vom Heizwasser durchströmbaren Plattenwärmetauscher aufweist, welcher zumindest einseitig an das Speichervolumen angrenzt, wobei das zumindest eine Rohr in etwa vertikal verläuft. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vollständig in den Heizkörper integriert werden. Das gewohnte Erscheinungsbild ändert sich dadurch nicht.
  • In einigen Ausführungsformen des Heizkörpers weist dieser zumindest zwei Plattenwärmetauscher auf, wobei das Speichervolumen beidseitig an zugeordnete Plattenwärmetauscher angrenzt. Dadurch kann eine größere Wärmemenge in das Speichervolumen abgegeben werden und die Befeuchtungsleistung kann ansteigen.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
    • Figur 1 eine erste Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 2 zeigt den Schnitt A - A durch die erste Ausführungsform.
    • Figur 3 zeigt den Schnitt B - B durch die erste Ausführungsform.
    • Figur 4 erläutert die Funktion der Raumluftzusammensetzungsänderungsvorrichtung anhand eines Ausschnittes durch die Rohrwandung mit der Membran.
    • Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 6 zeigt den Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 7 zeigt einen Heizkörper als dritte Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch die dritte Ausführungsform der Erfindung
    • Figur 9 zeigt einen Heizkörper, welcher eine vierte Ausführungsform der Erfindung trägt.
    • Figur 10 zeigt einen Querschnitt durch die vierte Ausführungsform der Erfindung.
  • Anhand der Figuren 1 bis 3 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei zeigt Figur 1 die Ansicht der Erfindung, Figur 2 zeigt den Schnitt A - A und Figur 3 zeigt den Schnitt B - B. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Raumluftzusammensetzungsänderungsvorrichtung enthält zumindest ein Rohr 2, welches eine Rohrwandung 20 aufweist. Die Rohrwandung stellt die Grenze zwischen dem Innenquerschnitt 21 und dem Außenraum dar. Bei Betrieb der Vorrichtung strömt der zu konditionierende Gasstrom in Innenquerschnitt 21 des Rohres 2. Zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung 1 kann die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Rohrleitung mehrfach vorhanden sein und vom Gasstrom parallel durchströmt werden, so dass jedes Rohr nur einen Teilstrom des gesamten Gasstromes konditioniert.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zu konditionierende Gasstrom ein Zuluftstrom einer Klimaanlage sein, welcher durch die Vorrichtung befeuchtet oder entfeuchtet werden soll. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Gasstrom einem Lagerraum oder einem Transportcontainer entnommen und/oder zugeführt werden. Neben der Befeuchtung oder Trocknung des Gasstromes kann die Vorrichtung 1 in diesem Fall auch dazu verwendet werden, Sauerstoff oder Reifegase wie z.B. Ethylen aus dem Gasstrom zu entfernen und Kohlendioxid oder Stickstoff anzureichern, um einen vorzeitigen Verderb der gelagerten Waren zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rohr 2 vertikal in einem Raum angeordnet sein, wobei eine Strömung durch einen Kamineffekt erzeugt wird. Der Gasstrom wird dann ohne Zufuhr von elektrischer Hilfsenergie aufrechterhalten oder erzeugt.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Raumluftzusammensetzungsänderungsvorrichtungen sequentiell durchlaufen werden, wobei jede Vorrichtung eine andere Konditionierung des Gasstromes vornimmt. Beispielsweise kann in einer ersten Vorrichtung dem Gasstrom Sauerstoff entzogen werden und in einer nachfolgenden Vorrichtung kann der Gasstrom befeuchtet werden.
  • In der Rohrwandung 20 befindet sich zumindest eine Öffnung 25. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Öffnungen vorhanden, welche durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Fräsen oder Bohren, in die Wandung eingebracht sind. Auf der Außenseite der Wandung 20 ist zumindest im Bereich der Bohrungen 25 eine Membran 3 angeordnet. Die Membran 3 verschließt die Bohrungen 25, sodass der Stofftransport durch die Bohrungen 25 durch die Eigenschaften der Membran kontrolliert werden kann.
  • Die Membran 3 kann beispielsweise eine semipermeable Membran sein oder Poren aufweisen, welche gewünschte Atome oder Moleküle passieren lassen und andere Atome oder Moleküle zurückhalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran ein Ionomer enthalten oder daraus bestehen, beispielsweise ein sulfoniertes Polytetrafluorethylen. Eine solche Membran kann dazu eingerichtet sein, gasförmiges Wasser in den Innenquerschnitt 21 zu leiten oder gasförmiges Wasser aus dem Innenquerschnitt 21 durch die Öffnungen 25 zu transportieren. Der Durchtritt von flüssigem Wasser und damit das Auftreten eines Wasserfilms im Innenquerschnitt 21 kann jedoch durch die Membran 3 vermieden werden, sodass hygienisch bedenkliche Zustände im Inneren des Rohres 2 vermieden werden. Ebenso können Bakterien, Viren, Pilze und andere Krankheitskeime die Membran 3 nicht durchdringen, sodass eine Kontamination des Gasstromes im Innenquerschnitt 21 vermieden wird.
  • Das Rohr ist beidseitig von je einem Begrenzungselement 45 umgeben. Das Begrenzungselement 45 kann beispielsweise die in den Figuren gezeigte Kastenform mit einer Wandung 451 aufweisen. Das Begrenzungselement 45 kann beidseitig einen Flansch 452 aufweisen, welcher mit Montagebohrungen 453 versehen ist. Durch Schraubverbindungen 5 können gegenüberliegende Begrenzungselemente 45 miteinander verschraubt und dadurch an der Außenseite der Wandung 20 des Rohres 2 fixiert werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch nur ein einzelnes Begrenzungselement 45 oder ein Begrenzungselement 45 mit anderer Form vorhanden sein.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran 3 zumindest eine Teilfläche der Anlagefläche 454 des Begrenzungselementes 45 bedecken. Hierdurch wird eine sichere Montage der Membran 3 durch Klemmung zwischen der Wandung 20 und der Anlagefläche 454 ermöglicht. Gleichzeitig kann die Membran 3 als Dichtelement dienen, sodass ein Flüssigkeitsaustritt zwischen der Wandung 20 und dem Begrenzungselement 45 vermieden wird. Zu Reinigungs- und Wartungszwecken kann die Membran und/oder das Begrenzungselement durch Lösen der Verschraubung 5 entfernt werden, ohne dass das Rohr 2 aus einem größeren Leitungsnetz entfernt werden muss.
  • Zwischen der Rohrwandung 20 und der Wandung 451 des Begrenzungselementes 45 bildet sich das Speichervolumen 4 aus. Dem Speichervolumen 4 kann über zumindest eine Befüllöffnung 41 ein Medium zugeführt werden, beispielsweise Wasser, eine Salzlösung oder ein Gas. Über eine optionale Entleerungsöffnung 42 kann das Medium aus dem Speichervolumen 4 abgeführt werden. Sofern sowohl eine Befüll- als auch eine Entleerungsöffnung vorhanden ist, kann das Medium im Speichervolumen 4 zirkuliert werden.
  • Figur 4 zeigt nochmals einen Ausschnitt aus der Rohrwandung 20 mit einer darin befindlichen Öffnung 25. Auf der Außenseite der Rohrwandung 20 liegt die Membran 3 an, sodass diese die Öffnung 25 verschließt. Sofern im Speichervolumen 4 ein Medium vorhanden ist, beispielsweise Wasser, diffundiert dieses als Feuchtigskeitsstrom 81 in den Innenquerschnitt 21.
  • Im Innenquerschnitt 21 bildet sich ein Gasstrom 80 aus, beispielsweise durch thermische Konvektion oder durch eine zweite Fördereinrichtung. Der Gasstrom 80 nimmt die Feuchtigkeit 81 auf, sodass beispielsweise die Zuluft, welche einem klimatisierten oder beheizten Raum zugeführt wird, angefeuchtet wird.
  • Sofern sich im Speichervolumen 4 eine Salzlösung befindet, kann sich die Diffusionsrichtung des Feuchtigkeitsstromes 81 umkehren, sodass ein feuchter Luftstrom 80 durch die Vorrichtung getrocknet werden kann. Wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichervolumen 4 evakuiert werden, sodass gasförmige Bestandteile des Gasstromes 80, beispielsweise Sauerstoff, durch die Membran 3 in das Speichervolumen 4 diffundieren und dort abgeführt werden.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich auf der dem Innenquerschnitt 21 zugewandten Seite der Membran 3 kein Flüssigkeitsfilm ausbildet, sodass das Auftreten von Biofilmen oder Keimen zuverlässig verhindert wird. Der Gasstrom 80 kann somit befeuchtet werden, ohne dass sich Krankheitskeime im Innenquerschnitt 21 ausbreiten und über die Klimatisierungseinrichtung in das Gebäude gelangen. Völlig überraschend wurde außerdem erkannt, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand und geringem Energieeinsatz vergleichsweise große Wassermengen über die Membran 3 in den Gasstrom 80 überführt werden können, ohne dass der hohe Energieeinsatz für die Verdampfung flüssigen Wassers aufgebracht werden muss. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass durch Anpassen von Druck und Temperatur im Speichervolumen 4 die Größe des Feuchtigkeitsstromes 81 einfach geregelt werden kann, sodass der Feuchtegehalt des Gasstromes 80 in weiten Grenzen regelbar ist.
  • Anhand der Figuren 5 und 6 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei zeigt Figur 5 den Querschnitt der Vorrichtung sowie Figur 6 den Längsschnitt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung.
  • Auch die zweite Ausführungsform verwendet ein Rohr 2 mit einer Rohrwandung 20. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rohr 2 aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, von denen eine in Figur 5 dargestellt ist. Das Rohr 2 weist eine Wandung 20 auf, welche den Innenquerschnitt 21 von der Umgebung trennt. Die Wandung 20 weist wiederum einen Längsabschnitt auf, welcher mit Öffnungen 25 versehen ist, welche einen Gasaustausch mit dem Speichervolumen 4 erlauben.
  • Das Speichervolumen 4 wird durch die Außenseite der Rohrwandung 20 und ein Außenrohr 8 begrenzt, welches das Rohr 2 in etwa konzentrisch aufnimmt. Das Speichervolumen 4 ist wiederum durch eine Befüllöffnung 41 zugänglich.
  • Um bei großen Druckunterschieden zu verhindern, dass die Membran 3 die Öffnungen 25 durchdringt und beschädigt wird, ist ein Stützgitter 31 vorhanden, welches die Öffnungen 25 teilweise abdeckt. Das Stützgitter 31 kann selbstverständlich in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch entfallen, wenn die Öffnungen 25 hinreichend klein gewählt sind.
  • Weiterhin zeigt Figur 6 ein optionales Heizelement 6 und ein optionales Kühlelement 7. Heizung und Kühlung können beispielsweise elektrisch oder durch einen Wärmetauscher, beispielweise ein Rohrregister erfolgen. Hierdurch kann die Temperatur des Mediums im Speichervolumen 4 mittels einer nicht dargestellten Regeleinrichtung beeinflusst werden, sodass die Feuchtigkeitsabgabe oder Feuchtigkeitsaufnahme des Gasstromes im Innenvolumen 21 geregelt werden kann.
  • Anhand der Figuren 7 und 8 wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In der dritten Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Konditionierung eines Gasstroms in einem konventionellen Heizkörper integriert. Hierdurch kann die Raumluft gleichzeitig beheizt und befeuchtet werden. Somit kann verhindert werden, dass die Raumluft insbesondere im Winter zu trocken wird und das Raumklima von den Benutzern des Gebäudes als unangenehmen empfunden wird.
  • Der Heizkörper 9 weist zumindest einen ersten Plattenwärmetauscher 91 auf. Im ersten Plattenwärmetauscher 91 sind Fluidkanäle ausgebildet, welche von einem Wärmeträger durchflossen werden. In der Regel kann als Wärmeträger ein Heizwasser verwendet werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeträger jedoch auch ein Öl enthalten oder einen Dampf, welcher im Plattenwärmetauscher einen Phasenübergang durchläuft. Der erste Plattenwärmetauscher 91 erwärmt sich durch das Wärmeträgerfluid und gibt Wärme an die umgebende Raumluft ab. Die Menge des hindurchströmenden Wärmeträgers und damit die abgegebene Heizleistung kann durch ein Thermostatventil 95 reguliert werden.
  • In normaler Einbaulage weist der erste Plattenwärmetauscher 91 eine Vorderseite 911 auf, welche der Rauminnenseite und damit dem Benutzer zugewandt ist.
  • Auf der gegenüberliegenden Rückseite 912 des ersten Plattenwärmetauschers 91 des Heizkörpers 9 befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Befeuchtung der Raumluft. Diese ist daher in Figur 7 in normaler Einbaulage des Heizkörpers 9 nicht sichtbar, sodass sich dem Benutzer der gewohnte Anblick des Heizkörpers 9 bietet.
  • Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch den Heizkörper gemäß Figur 7. Im Querschnitt ist ein erster Plattenwärmetauscher 91 mit der dem Raum zugewandten Vorderseite 911 dargestellt. Der Plattenwärmetauscher 91 weist einen Hohlraum 915 auf, welcher vom Wärmeträgerfluid durchströmt wird.
  • Figur 8 zeigt weiter einen optionalen zweiten Plattenwärmetauscher 92, welcher die Rückseite des Heizkörpers 9 bildet. Dieser kann in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch entfallen. Auch der zweite Plattenwärmetauscher 92 weist einen Hohlraum 925 auf, welcher vom Wärmeträgerfluid durchströmbar ist. Der Plattenwärmetauscher 92 weist eine Vorderseite 921 auf, welche der Rückseite 912 des ersten Plattenwärmetauschers 91 zugewandt ist. Die gegenüberliegende Rückseite 922 des zweiten Plattenwärmetauschers 92 ist der Wand des Raums zugewandt, in welchem der Heizkörper 9 montiert ist.
  • Zwischen den beiden Plattenwärmetauschern 91 und 92 sind Begrenzungselemente 45 angeordnet, welche beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt werden können. Die Begrenzungselemente können beispielsweise nahtlos gezogene oder geschweißte Rohre mit etwa quadratischem oder rechteckigem Querschnitt sein. Die Begrenzungselemente können durch Schweißen, Kleben oder Löten mit den Plattenwärmetauschern verbunden sein. Hierdurch sind die Plattenwärmetauscher fest miteinander verbunden, sodass der Heizkörper einerseits seine Stabilität gewinnt und andererseits ein guter Wärmeübergang vom Plattenwärmetauscher auf das Speichervolumen 4 im Inneren der Begrenzungselemente 45 sichergestellt ist.
  • Im Inneren der Begrenzungselemente 45 befinden sich Rohre 2, welche einen Innenraum 21 begrenzen. Wie bereits vorstehend erläutert, sind die Rohre 2 mit Bohrungen versehen, welche durch eine nicht dargestellte Membran verschlossen sind. Das Speichervolumen 4 kann somit mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, beispielsweise Wasser.
  • Bei Erwärmung des Heizkörpers 9 setzt eine konvektive Luftströmung durch das Rohr 2 ein, d.h. kalte Luft wird aus dem Bodenbereich des Raums angesaugt, durchströmt die Rohre 2 und verlässt den Heizkörper 9 an seiner Oberseite. Hierbei wird die aufsteigende Luft erwärmt, sodass sich in an sich bekannter Weise die Erwärmung des Raumes einstellt.
  • Zusätzlich erwärmen die Plattenwärmetauscher auch das Wasser im Speichervolumen 4, welches nachfolgend durch die Membran in das Rohrinnere 21 diffundieren kann. Wie bereits vorstehend erläutert, kommt es dabei ausschließlich zur Diffusion gasförmigen Wassers, wohingegen flüssiges Wasser, mikrobiologische Kontaminationen oder Salze zurückgehalten werden. Die an der Oberkante des Heizkörpers 9 aufsteigende Luft ist somit nach Durchgang durch die Rohre 2 nicht nur erwärmt, sondern auch befeuchtet. Hierdurch kann eine angenehme Luftfeuchte im Raum aufrechterhalten werden.
  • Sofern die Speichervolumina 4 einen Wasseranschluss aufweisen, arbeitet die Vorrichtung 1 passiv ohne Zutun des Benutzers, da diese keinerlei zusätzliche Steuer- oder Regeleinrichtung benötigt und nicht separat ein- oder ausgeschaltet werden muss. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wasseranschluss in einer Fluidverbindung zum Plattenwärmetauscher bestehen, so dass das Heizwasser in das Speichervolumen eintreten und zur Befeuchtung der Raumluft verwendet werden kann. Bei Betrieb des Heizkörpers kommt es dann stets auch zur Erwärmung des Speichervolumens 4, sodass die erwärmte Luft gleichzeitig auch befeuchtet wird. Durch die Anzahl der Speichervolumina und die an der Grenze zum Rohr 2 zur Verfügung stehende Membranfläche kann die Befeuchtungsleistung an die Raumgröße und die Raumnutzung angepasst werden. Weist die in Heizkörper 9 eintretende Luft bereits eine hohe Feuchte auf, ist das Dampfdruckgefälle im Rohr 2 nur gering, sodass eine weitere Befeuchtung unterbleibt. Da die Befeuchtungsleistung daneben zusätzlich von der Temperatur des Wassers im Speichervolumen 4 abhängt, kommt es bei größerer Aufheizung der Luft zu größerer Befeuchtungsleistung, so dass sich die Vorrichtung automatisch dem steigenden Feuchtebedarf im Innenraum anpasst, da sehr kalte Luftmassen auch nur sehr geringe Feuchtigkeitsmengen mitführen.
  • Anhand der Figuren 9 und 10 wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
  • Der Heizkörper 9 enthält wieder zwei Plattenwärmetauscher 91 und 92, welche durch einen Spalt 95 beabstandet sind. Auch im Spalt 95 kann Raumluft aufsteigen und dabei erwärmt werden, sodass sich in an sich bekannter Weise eine konvektive Luftströmung im Raum ausbildet.
  • Die Vorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform weist ein Gehäuse 15 auf, welches an einen konventionellen, an sich bekannten Heizkörper angehängt werden kann. Hierdurch kommt eine Seite des Gehäuses 15 der Vorrichtung 1 mit der Außenseite 911 des Plattenwärmetauschers 91 in Kontakt. Dies erlaubt wiederum die Erwärmung des Begrenzungselements 45 und nachfolgend der Flüssigkeit im Speichervolumen 4. Diese kann somit in der vorher beschriebenen Weise durch die nicht dargestellte Membran 3 in das Innere 21 des Rohrs 2 diffundieren, wo die unterhalb der Vorrichtung 1 angesaugte Luft aufsteigt und dabei erwärmt und befeuchtet wird.
  • Die vierte Ausführungsform der Erfindung weist dabei den Vorteil auf, dass diese durch Befestigungselemente 16 an einen an sich bekannten und bereits vorhandenen Heizkörper angehängt werden kann, ohne dass umfangreiche Montagearbeiten oder der Austausch des Heizkörpers erforderlich sind. Somit können bekannte Raumheizungen in einfacher Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befeuchtung bzw. Konditionierung der Raumluft nachgerüstet werden.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung "erste" und "zweite" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims (15)

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