Sorptionsregenerator

Ein Rotationsentfeuchter (auch: Sorptionsrotor , Sorptionsrad oder Sorptionsregenerator) ist eine Vorrichtung zur Entfeuchtung eines Luftstromes unter Einsatz von hygroskopischen Materialien (Sorbenzien).

Beschreibung

Der Rotationsentfeuchter besteht in axialer Richtung aus vielen dünnen Luftkanälen, die einer Wabenstruktur ähneln, vergleichbar einem Rotationswärmeübertrager, jedoch mit deutlich geringerem Querschnitt. Sie sind mit hygroskopischen Materialien (Silicagel, Zeolithe / Molekularsieb oder Lithiumchlorid beschichtet. Dabei wirken unterschiedliche Vorgänge an den Sorbenzien. Bei Silicagel findet eine Adsorption von Wasserdampf statt (Bindung des Wassers an der Oberfläche des Sorbens), während bei Lithiumchlorid eine Absorption stattfindet (Eindringen des Wassers in die Struktur des Sorbens, Lösungsvorgang). Da im alltäglichen Sprachgebrauch diese Vorgänge meist nicht differenziert werden und auch eine teilweise Überlagerung stattfinden kann, wird im Allgemeinen auch nur von Sorption gesprochen.

Ein Rotationsentfeuchter ist in einem Gehäuse eingebaut und die Luft durchläuft kontinuierlich 3 Sektoren. Im ersten Sektor strömt ein zu entfeuchtender Luftstrom durch den Sorptionsrotor. Dort wird der enthaltene Wasserdampf von dem hygroskopischen Material gebunden und der Luftstrom tritt mit geringerer Feuchtebeladung aus. Dies ist solange möglich, bis die Aufnahmekapazität des Sorbens erschöpft ist. Dann erfolgt der so genannte Durchbruch und die Feuchtigkeit schlägt durch den Rotor. Um dies zu verhindern, ist eine Regeneration des Sorbens erforderlich. Hierzu wird der Rotationsentfeuchter im 2. Sektor in einen deutlich geringeren Regenerationsluftstrom gedreht, der aufgrund seiner hohen Temperatur (40 - 70 °C für Lithiumchlorid-Rotoren und 70 – 90 °C für Silicagel-Rotoren) den Wasserdampf austreibt. Der dritte Sektor dient dem Spülen des Rotors. Ein Teil des zu entfeuchtenden Luftstromes wird abgezweigt und zum Austreiben der warmen und feuchten Regenerationsluft verwendet und mit dem Regenerationsluftstrom zusammen fortgeleitet. Diese Spülkammer dient dazu, die bei der Regeneration aufgeheizte Trägermasse des Sorbens etwas abzukühlen. Sie wird jedoch nicht bei jeder Anlage eingebaut.

Insgesamt wird bei der Entfeuchtung die Luft durch drei Faktoren aufgeheizt:

• Kondensationsenthalpie: Die Kondensation der Wasserdampfmoleküle setzt die Kondensationswärme frei.
• Bindungsenergie: Durch die Anhaftung der Wassermoleküle an den Sorbens-Molekülen wird die Bindungsenergie freigesetzt.
• Schleppwärme: Die Energie, die durch die erhitzte Trägermasse in den zu entfeuchtenden Luftstrom eingebracht wird und für eine Temperaturerhöhung sorgt, wird Schleppwärme genannt.

Durch diese 3 Faktoren verläuft die Zustandsänderung der Trocknung nicht isenthalp, wie es bei der Sorption annähernd der Fall ist, sondern unter Enthalpiezuwachs. Dies führt zu einer Aufheizung der Luft im Trocknungssektor um 7 bis 11 K je nach Regenerationstemperatur. Da der Adsorptionsprozess nicht direkt gekühlt werden kann, läuft der Trocknungsvorgang bei recht ungünstigen Temperaturen ab. Die mit einem Rotationsentfeuchter erreichbaren Entfeuchtungsleistungen sind dadurch begrenzt und liegen bei 70 – 90 %.

In einer DEC-Anlage wird der Rotationsentfeuchter im Winterbetrieb auch umgekehrt, also zur Befeuchtung, eingesetzt. Da in den meisten Anlagen zur Regeneration Abluft eingesetzt wird, und diese im Winter eine höhere Feuchte als die Außenluft aufweist, dient der Rotor zur Befeuchtung und Vorerwärmung der Außenluft.

Rotationsentfeuchter mit Silicagel-Beschichtung gelten als ungiftig, sind zumeist nicht brennbar (je nach Trägermaterial) und wartungsfrei. Die Entfeuchtungsleistung ist laut Herstellerangaben über viele Jahre hinweg beinahe konstant. Rotoren mit Lithiumchlorid-Beschichtung müssen hingegen regelmäßig zum Nachtränken wieder ausgebaut werden, da sich ihre Entfeuchtungsleistung mit der Zeit verringert.

Die Umdrehungsggeschwindigkeit der Rotationsentfeuchter im Entfeuchtungsbetrieb richtet sich nach der Bauart, den Luftzuständen, der Regenerationstemperatur, den Volumenströmen und anderen Parametern. Sie liegt etwa im Bereich von 8 bis 20 Umdrehungen pro Stunde.

Rotationsentfeuchter werden in Baugrößen von ca. 0,8 bis 4,5 m Durchmesser gefertigt. Ab einer Größe von etwa 2 m werden die Rotoren aus einzelnen Sektoren gefertigt und erst vor Ort zusammengebaut, um Handhabung und Transport zu verbessern.

Da zur Regeneration nur Temperaturen zwischen 40 und 90 °C benötigt werden, kann für einen Rotationsentfeuchter auch Abwärme oder Sonnenwärme genutzt werden (Solare Klimatisierung).

Weblinks

• Funktionsweise der Luftentfeuchtung durch Adsorption
• Deutsche Bundesstiftung Umwelt
• Information über die Sorptionstechnik der TU Hamburg-Harburg
• Europäisches Patent auf den Sorptionsrotor der Firma Klingenburg
• Information des Anlagenbauers Munters
• Informationen des Komponentenherstellers Klingenburg

Literatur

• VDI-Wärmeatlas Springer-Verlag, Berlin 9. Auflage 2002
• Recknagel, Sprenger, Schramek Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 02/03, Oldenbourg Industrieverlag