DE102008038557A1

DE102008038557A1 - Device for humidification

Info

Publication number: DE102008038557A1
Application number: DE102008038557A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Jehle; Robert Dipl.-Ing. Schreiber
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-02-25
Also published as: WO2010020220A1

Abstract

Eine Luftbefeuchtungsvorrichtung umfasst mindestens eine Trennmembran (40), die einen ersten von Wasser durchströmten Bereich (34) von einem zweiten von zu befeuchtender Luft durchströmten Bereich (32) trennt. Die Erfindung ermöglicht eine große Befeuchtungsleistung ohne den Nachteil einer damit einhergehenden adiabaten Kühlung.An air humidification device comprises at least one separation membrane (40) which separates a first area (34) through which water flows from a second area (32) through which air to be humidified flows. The invention allows a large humidification performance without the disadvantage of adiabatic cooling associated therewith.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Luftbefeuchtung.The The invention relates to a device for humidification.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Prinzipien für Luftbefeuchtungsvorrichtungen, die unterschiedliche Vor- und Nachteile haben. Verdampfer bringen Wasser zum Sieden und geben den Dampf an die Raumluft ab. Derartige Geräte haben einen hohen Energieverbrauch und es besteht die Gefahr von Kondensatniederschlag bei ungünstiger Aufstellung und kühler Umgebung. Bei einem hohen Kalkgehalt im Wasser besteht ferner die Gefahr eines Kalkniederschlages, was den Wartungsaufwand erhöht. Darüber hinaus können lungengängige Aerosole gesundheitliche Beeinträchtigungen bewirken und schließlich besteht die Gefahr einer Verbrühung durch den austretenden Dampf.Basically there there are different principles for Humidification devices that have different advantages and disadvantages to have. Evaporators bring water to a boil and give off steam the room air. Such devices have a high energy consumption and there is a risk of Condensate precipitation at unfavorable Setting up and cooler Surroundings. In a high lime content in the water is also the Danger of limescale, which increases the maintenance effort. Furthermore can respirable Aerosols health problems effect and finally there is a risk of scalding through the escaping steam.

Luftbefeuchter nach dem Verdunstungsprinzip verteilen das Wasser auf eine möglichst große Oberfläche, z. B. durch Filtermatten oder rotierende Lamellen und blasen einen Luftstrom darüber. Derartige Geräte haben nur eine relativ geringe Befeuchtungsleistung und eine geregelte Befeuchtung ist nur schwer möglich. Ferner bewirken diese eine Absenkung der Lufttemperatur durch adiabate Kühlung und es ist eine regelmäßige Reinigung oder Zugabe von Desinfektionsmittel zur Vermeidung von Verkeimung nötig.humidifier according to the evaporation principle, distribute the water on one as possible large surface, z. B. by filter mats or rotating blades and blow one Airflow over it. Such devices have only a relatively low humidification performance and a regulated Humidification is difficult. Furthermore, these cause a lowering of the air temperature by adiabatic cooling and it is a regular cleaning or addition of disinfectant necessary to prevent bacterial contamination.

Luftbefeuchter nach dem Zersteuberprinzip nutzen Ultraschall oder Druckpumpen und feine Düsen, um Wasser zu winzigen Tröpfchen zu vernebeln. Ultraschall tötet dabei Keime bei korrekt ausgelegten Geräten durch Kavitation ab, jedoch kann der austretende Nebel nicht als steril angesehen werden, da bei hoher Kontaminierung des Wassers mit Keimen, also insbesondere bei unregelmäßiger Reinigung, auch von Ultraschall nicht erfasste Wasserteilchen mit Keimen austreten können. Darüber hinaus haben diese Geräte eine geringe Befeuchtungs leistung und bewirken, ähnlich wie Verdunster, eine Absenkung der Lufttemperatur.humidifier according to Zersteuberprinzip use ultrasound or pressure pumps and fine nozzles, for water to tiny droplets to fog up. Ultrasound kills germs in correctly designed devices from cavitation, however the escaping mist can not be considered sterile because at high contamination of the water with germs, ie in particular with irregular cleaning, Even from ultrasound not detected water particles emerge with germs can. About that In addition, these devices have a low moistening performance and cause, similar to evaporators, one Lowering the air temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Luftbefeuchtung bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und eine gut regelbare Befeuchtung mit großer Befeuchtungsleistung, ohne adiabate Kühlung bereitzustellen, die zudem eine Verkeimung sowie die Gefahr lungengängiger Aerosole in der befeuchteten Luft vermeidet.task The invention is therefore an apparatus for humidification to provide which avoids the above-mentioned disadvantages and a well-controlled humidification with great humidification performance, without adiabatic cooling In addition, a contamination and the risk of respirable aerosols avoids in the humidified air.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Verwendung einer Trennmembran zwischen einem von Wasser durchströmten Bereich und einem von der zu befeuchtenden Luft durchströmten Bereich bewirkt, dass auf Grund des Unterschieds des Partialdrucks des Wassers Wassermoleküle durch die Membran in die trockene Luft diffundieren. Dabei kann nur der Wasserdampf durch die Trennmembran diffundieren, es können also keine Aerosole in den Luftstrom gelangen. Die Erfindung ermöglicht eine große Befeuchtungsleistung ohne den Nachteil einer damit einhergehenden adiabaten Kühlung.According to the invention this Problem solved by the features specified in claim 1. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims. The use according to the invention a separation membrane between a region through which water flows and an area through which the air to be humidified flows causes due to the difference of the partial pressure of water water molecules through the Diffuse the membrane into the dry air. It can only the water vapor diffuse through the separation membrane, so it can not aerosols in get the airflow. The invention enables a large humidification performance without the disadvantage of concomitant adiabatic cooling.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Trennmembran eine Kationentauschermembran. Dies hat den Vorteil, dass die Membran gleichzeitig keimtötend wirkt, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht verkeimen kann. Alternativ kann gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung die Trennmembran im Wesentlichen aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen. Dies hat den Vorteil, dass damit sehr stabile und sehr dünne Folien eingesetzt werden können.According to one advantageous development of the invention, the separation membrane is a Cation exchange membrane. This has the advantage that the membrane simultaneously germicidal acts, so that the device according to the invention can not germinate. Alternatively, according to another training invention, the separation membrane substantially of polyethylene terephthalate (PET). This has the advantage of being very stable and therefore very thin films can be used.

Alternativ kann die Trennmembran auch aus einem hydrophoben Werkstoff wie insbesondere Polypropylen (PP) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Diese Varianten haben den Vorteil, dass sehr hohe Wassertransportraten erreicht werden können, da dieses Material eine hohe Porosität besitzt.alternative the separation membrane can also be made of a hydrophobic material such as in particular Polypropylene (PP) or polytetrafluoroethylene (PTFE) exist. These Variants have the advantage that very high water transport rates can be achieved because this material has a high porosity.

Zur wirksamen Regulierung der Befeuchtungsleistung ist vorzugsweise die wirksame Membranfläche der Trennmembran veränderbar. Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, dass man die Bauform des Membranmoduls an die gewünschte Befeuchterleistung anpasst.to Effective regulation of humidification performance is preferred the effective membrane area the separation membrane changeable. This can preferably be done by taking the design of the Membrane module to the desired humidifier performance adapts.

Alternativ oder zusätzlich kann die Befeuchtungsleistung auch dadurch reguliert werden, dass die Wassertemperatur verändert wird. Je höher die Wassertemperatur ist desto größer wird auch der Partialdruck des Wassers (physikalischer Effekt). Damit steigt das Partialdruckgefälle, das Partialdruckgefälle entspricht der treibenden Kraft. Der Wassertransport ist proportional zu der treibenden Kraft. Gleichzeitig erhöht sich mit der Temperatur der Difffusionskoeffizient, was zusätzlich den Transport erhöht. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei ca. 10–60°C, vorzugsweise 15–35°C. Die benutzte Wassertemperatur ist abhängig von der Geschwindigkeit und der Masse der durchströmten Luft.alternative or additionally Humidity can also be regulated by the fact that the Water temperature changed becomes. The higher the water temperature is the higher the partial pressure of water (physical effect). This increases the partial pressure gradient, the partial pressure corresponds to the driving force. The water transport is proportional to the driving force. At the same time increases with the temperature the diffusion coefficient, which additionally increases the transport. Preferably the temperature is about 10-60 ° C, preferably 15-35 ° C. The used Water temperature is dependent on the speed and mass of the air flowed through.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigtThe Invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. It shows

1: eine Schemadarstellung einer Luftbefeuchtungsvorrichtung; 1 : a schematic of an air humidification device;

2: eine schematische Schnittdarstellung eines Membranmoduls als Kernbestandteil der Luftbefeuchtungsvorrichtung nach 1; 2 : A schematic sectional view of a membrane module as a core component of the air humidifying device after 1 ;

3 ein schematisches Diagramm für die Verteilung der relativen Luftfeuchte bei einer Luftbefeuchtungsvorrichtung nach 1 und 2. 3 a schematic diagram for the distribution of relative humidity in an air humidification device according to 1 and 2 ,

In 1 ist eine Schemadarstellung einer Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 dargestellt, die aus einem Einlass 12 für die zu befeuchtende Luft, einen Ventilator, um diese Luft einem Membranmodul 16 zuzuführen sowie einer Auslassdüse 18 für die befeuchtete Luft. Gestrichelt dargestellt ist ein Wasserkreislauf 20 mit einem Membranmoduleinlass 22, einem Membran modulauslass 24, einer Wasserpumpe 26 und einem Wassererhitzer 28. Wasserpumpe 26 und Wassererhitzer 28 sind in einem Thermostatmodul 30 angeordnet. Über eine nicht dargestellte Steuereinheit, welche den Luftstrom durch das Membranmodul 16, vorzugsweise dessen Luftfeuchte, den Wasserstrom durch das Leitungssystem 20 und die Temperatur des Wassers mißt, wird der Ventilator 14, die Wasserpumpe 26 bzw. der Wassererhitzer 28 geregelt.In 1 is a schematic of an air humidification device 10 represented by an inlet 12 for the air to be humidified, a fan to this air a membrane module 16 supply as well as an outlet nozzle 18 for the humidified air. Dashed lines represent a water cycle 20 with a membrane module inlet 22 , a membrane modulauslass 24 , a water pump 26 and a water heater 28 , water pump 26 and water heaters 28 are in a thermostat module 30 arranged. About a non-illustrated control unit, which controls the flow of air through the membrane module 16 , preferably its humidity, the flow of water through the pipe system 20 and the temperature of the water measures, becomes the fan 14 , the water pump 26 or the water heater 28 regulated.

In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung durch das Membranmodul 16, in dem von Luft durchströmte Bereiche 32 von den wasserdurchströmten Bereichen 34 durch Trennmembrane voneinander getrennt sind. Die zu befeuchtende Luft tritt bei 36 in das Membranmodul 16 ein und bei 38 wieder aus, wobei die Luft an dem durch die Trennmembrane 40 begrenzten Bereich 32 entlangströmt, während auf der anderen Seite der Trennmembrane 40 das über den Einlass 22 eintretende und über den Auslas 24 im Kreuz-Gegenstrom strömende, vorzugsweise erwärmte Wasser vorbeiströmt, wobei auf Grund des unterschiedlichen Wasserdampfpartialdruckes zwischen den Bereichen 32 und 34 Wasser durch die Trennmembran 40 hindurchdiffundiert in den luftdurchströmten Bereich 32 und dabei die Luftfeuchtigkeit der Luft erhöht.In 2 is a schematic sectional view through the membrane module 16 in which air-flowed areas 32 from the water-flowed areas 34 separated by separation membranes. The air to be humidified occurs 36 in the membrane module 16 one and at 38 again off, with the air on the through the separation membrane 40 limited area 32 flows along, while on the other side of the separation membrane 40 that over the inlet 22 entering and over the outlet 24 in the cross-countercurrent flowing, preferably heated water flows past, due to the different water vapor partial pressure between the areas 32 and 34 Water through the separation membrane 40 diffused through into the air-flow area 32 while increasing the humidity of the air.

3 zeigt ein schematisches Diagramm, welches die Verteilung der relativen Luftfeuchte zwischen der Auslassdüse 18 und einer maximalen Entfernung von 1,3 m (Durchmesser 6 cm) zeigt. Der definierte Wirkort liegt bei Y = 1,0 m. Die Darstellung der Y-Z-Ebene in Auslassrichtung ist entlang der Auslassachse (X = 0). 3 shows a schematic diagram showing the distribution of the relative humidity between the outlet nozzle 18 and a maximum distance of 1.3 m (diameter 6 cm). The defined action location is Y = 1.0 m. The representation of the YZ plane in the outlet direction is along the outlet axis (X = 0).

Claims

Device for air humidification, characterized in that it comprises at least one separating membrane ( 40 ) having a first area through which water flows ( 34 ) by a second area through which air to be humidified flows ( 32 ) separates.

Humidification device according to claim 1, characterized in that the separation membrane ( 40 ) is a cation exchange membrane.

Humidification device according to claim 1, characterized in that the separation membrane ( 40 ) consists essentially of polyethylene terephthalate (PET).

Humidification device according to claim 1, characterized in that the separation membrane ( 40 ) consists essentially of a hydrophobic material.

Air humidifying device according to claim 4, characterized in that the separating membrane ( 40 ) consists essentially of polytetrafluoroethylene (PTFE).

Air humidifying device according to claim 4, characterized in that the separating membrane ( 40 ) consists essentially of polypropylene (PP).

Air humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that, for the regulation of the humidifying power, the effective membrane surface of the separating membrane ( 40 ) is changeable.

Humidification device according to one of the previous Claims, characterized in that for regulating the humidification performance the water temperature changeable is.

Air humidification device according to claim 8, characterized in that the area through which water flows ( 34 ) of water at a temperature of 10-60 ° C, preferably 15-35 ° C, is flowed through.