BRPI0619361A2 - dispositivo de resfriamento de ponto de orvalho - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO DE PONTO DE ORVALHO A invenção ser refere a um dispositivo para o resfriamento de um fluxo de ar, que compreende pelo menos um canal de resfriamento com uma abertura de fluxo de entrada para o fluxo de ar para resfriamento e uma abertura de fluxo de saída para o fluxo de ar resfriado, pelo menos um canal de evaporação separado do canal de resfriamento por uma parede de transferência e tendo uma abertura de fluxo de entrada, a qual é conectada à abertura de fluxo de saída do canal de resfriamento, e uma abertura de fluxo de saída, meios para o umedecimento do lado da parede de transferência dirigido para o canal de evaporação, e meios para a desumidificação do fluxo de ar no canal de resfriamento. Os meios de desumidificação podem compreender um polimero com uma temperatura de solução crítica mais baixa (polimero de LCST) com o qual o lado da parede de transferência dirigido para o canal de resfriamento pode ser coberto ou a partir do qual ele pode ser fabricado, O canal de resfriamento ainda pode ter meios para a regeneração dos meios de desumidificação.
Description
DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO DE PONTO DE ORVALHO
A invenção se refere a um dispositivo para resfriamento de uto fluxo de ar, compreendendo pelo menos um canal de resfriamento, com uma abertura de fluxo de entrada para o fluxo de ar para resfriamento e uma abertura de fluxo de saída para o fluxo de ar resfriado, pelo menos um canal de evaporação separado do canal de resfriamento por uma parede de transferência e tendo uma abertura de fluxo de entrada, a qual é conectada à abertura de fluxo de saída do canal de resfriamento, e uma abertura de fluxo de saída, e meios para umedecimento do lado da parede de transferência dirigido para o canal de evaporação. Um dispositivo como esse, com o qual um fluxo de ar pode ser resfriado indiretamente por meio de evaporação e o qual também é referido como "resfriador de ponto de orvalho", é conhecido a partir da patente americana 4.002.040.
O dispositivo de resfriamento conhecido assume a forma de um trocador de calor de corrente cruzada com vários grupos de canais de resfriamento mutuamente paralelos e vários grupos de canais de evaporação, os quais, da mesma forma, são mutuamente paralelos e os quais correm perpendicularmente aos canais de resfriamento. Um grupo de canais de resfriamento aqui é adjunto em cada caso a dois grupos de canais de evaporação em um dos lados, e vice- versa, por meio do que uma estrutura como se fosse em camadas é obtida do trocador de calor.
As paredes as quais formam a divisória entre os canais de resfriamento e os canais de evaporação, e as quais, assim, servem para a transferência de calor (ou frio) entre eles, são fabricadas a partir de um material o qual conduz calor muito bem, tal como, por exemplo, alumínio. As paredes dos canais de evaporação e dos canais de resfriamento também incluindo as paredes que formam a divisória entre os canais de evaporação e os canais de resfriamento, são todas cobertas com um material o qual pode reter umidade. Sao dispostos acima dos canais de evaporação meios de umedecimento na forma de aspersores operando periodicamente, os quais aspergem uma quantidade de água sobre as paredes do material de retenção de umidade.
No dispositivo de resfriamento conhecido, ar para resfriamento, por exemplo, ar ambiente, é aspirado por um ventilador e forçado através dos canais de resfriamento. A partir dos canais de resfriamento, o ar resfriado flui, por exemplo, para um espaço para ventilação. Quando deixando os canais de resfriamento, parte do ar. por exemplo,, um terço do fluxo volumétricô, é separado, contudo, do fluxo principal e guiado para os canais de evaporação. Ali, o ar resfriado flui ao longo das paredes úmidas, por meio do que a umidade é evaporada e entranhada no fluxo de ar. A evaporação da umidade resulta em uma redução da temperatura das paredes. Devido à boa condução de calor das paredes de transferência, isto também resulta em uma diminuição de temperatura nos canais de resfriamento, por meio do que o fluxo de ar é assim resfriado.
Se comparado, por exemplo, com uma instalação de condicionamento de ar, este dispositivo de resfriamento conhecido com base na evaporação indireta tem a vantagem de um resfriamento do ar requerer apenas pouca potência. Este dispositivo de resfriamento, mais ainda, tem poucas partes móveis, de modo que pode ser fabricado e instalado de uma maneira simples e a um baixo custo. Além disso, nenhum agente de geração de frio é necessário.
Se comparado com resfriadores de evaporação direta, o dispositivo de resfriamento de operação indireta tem a vantagem de o resfriamento do ar não envolver um aumento da umidade do ar. O suprimento de ar resfriado seco resulta em um clima agradável no espaço resfriado dessa forma. Com esse dispositivo de resfriamento operando indiretamente, o ar pode ser resfriado, mais ainda, para uma temperatura mais baixa do que seria possível com um resfriador de evaporação direta. Quando o resfriador de evaporação direta não pode resfriar o ar além da assim denominada temperatura de "bulbo úmido", o resfriador de evaporação de operação indireta pode resfriar o ar para o assim denominado "ponto de orvalho" , o qual é a razão pela qual o dispositivo de resfriamento conhecido também é referido como resfriador de ponto de orvalho.
A invenção, agora, tem por seu objeto melhorar o dispositivo de resfriamento do tipo descrito acima, de modo que o fluxo de ar suprido possa ser resfriado ainda mais com ele, e um clima interno ainda mais agradável possa ser realizado. De acordo com a invenção, isto é obtido em um dispositivo de resfriamento como esse por meio da desumidificação do fluxo de ar no canal de resfriamento. Pela extração de umidade do ar para resfriamento, este ar pode absorver mais umidade no canal de evaporação, por meio do que uma quantidade maior de calor de evaporação é extraída da parede e a temperatura da mesma assim diminui mais. Os meios de desumidificação preferencialmente compreendem um polímero com uma temperatura de solução crítica mais baixa (polímero de LCST). Um polímero como esse é solúvel em água até a temperatura crítica e, desta forma, retém umidade. A estabilidade do polímero no estado dissolvido é garantida aqui por meios de formação de retículo escolhidos adequadamente.
Uma modalidade simples do dispositivo de resfriamento de acordo com a invenção é obtida quando o lado da parede de divisória dirigido para o canal de resfriamento é pelo menos parcialmente coberto com ou é fabricado a partir de um polímero de LCST. O lado de fluxo de entrada do ou de cada canal de resfriamento assim poderia ser coberto, por exemplo, com uma tira de polímero de LCST. Obviamente, também é possível divisar todas as paredes do ou de cada canal de resfriamento sendo inteiramente cobertas com este material.
O polímero de LCST vantajosamente pode ser escolhido a partir do grupo que compreende polioxazolina, poli(dimetilamino etil metacrilato), (p(DMAEMa)) e poli(N- isopropilacrilamida) (pNiPPAm). Estes são todos polímeros os quais podem extrair a partir do ar e reter uma quantidade relativamente grande de umidade.
O dispositivo de resfriamento de acordo com a invenção preferencialmente é provido, ainda, com meios para a regeneração dos meios de desumidificação. A efetividade destes meios de desumidificação, afinal, diminuirá, conforme eles extraírem mais umidade do ar de fluxo de entrada e, assim, se tornarão saturados. Esta umidade pode ser liberada a partir dos meios de desumidificação, então, pela ativação dos meios de regeneração, por meio do que a efetividade original é restaurada.
Em uma modalidade simples em termos estruturais e operacionais do dispositivo de resfriamento, os meios de regeneração são adaptados para periodicamente aquecerem o polímero de LCST acima da temperatura de solução crítica. Uma vez que um polímero como esse é caracterizado por sua temperatura de solução crítica baixa, usualmente da ordem de 60 a 1Q°C, elementos de aquecimento simples podem ser suficientes.
De modo a se evitar a regeneração resultando em umedecimento do fluxo de ar para resfriamento, os meios de regeneração preferencialmente são adaptados para coletarem e descarregarem a partir do canal de resfriamento umidade cedida pelo polímero de LCST durante uma regeneração.
Um dispositivo de resfriamento particularmente eficiente então é obtido, quando os meios de regeneração forem adaptados para guiarem a umidade coletada para os meios de umedecimento. Apenas pouca água precisa ser suprida, assim, para fins de umedecimento dos canais de evaporação.
A invenção agora é elucidada com base em duas modalidades, onde uma referência é feita aos desenhos associados, nos quais:
a Figura 1 mostra uma vista esquemática do fluxo de ar através de um dispositivo de resfriamento de acordo com a invenção, o qual opera em corrente cruzada,
a Figura 2 é uma vista em perspectiva em detalhe de uma parte dos canais de resfriamento e dos canais de evaporação do dispositivo de resfriamento da figura 1, a Figura 3 é uma vista em corte de topo de uma modalidade alternativa do dispositivo de resfriamento, e
a Figura 4 é uma seção transversal ao longo da linha IV-IV na figura 3.
Um dispositivo 1 (figura 1) para resfriamento de um fluxo de ar compreende vários grupos de canais de resfriamento mutuamente paralelos separados por paredes de divisória 7 (figura 2), com uma abertura de fluxo de entrada para o fluxo de ar Ax para resfriamento e uma abertura de fluxo de saída para o fluxo de ar resfriado A2. As aberturas de fluxo de entrada são conectadas, por exemplo, ao ambiente externo S, enquanto as aberturas de fluxo de salda desembocam em um espaço para resfriamento R. O fluxo de ar através do dispositivo de resfriamento 1 é provido por um ventilador 5.
O dispositivo de resfriamento 1 ainda compreende vários grupos de canais de evaporação 3 separados dos canais de resfriamento 2 por paredes de transferência 4. Os canais de evaporação 3 são mutuamente separados por paredes de divisória 8. As aberturas de fluxo de entrada dos canais de evaporação 3 são conectadas às aberturas de fluxo de saída dos canais de resfriamento 2, enquanto as aberturas de fluxo de saída dos canais de evaporação 3 desembocam no ambiente externo S.
Devido à conexão entre os canais de resfriamento 2 e os canais de evaporação 3, um fluxo parcial A3 é separado do fluxo de ar resfriado A2 e guiado através dos canais de evaporação 3. Após passar através dos canais de evaporação, o fluxo de ar então úmido A5 é soprado para o ambiente externo S. A relação entre o fluxo principal A4, o qual é eventualmente guiado para o espaço para resfriamento R, e o fluxo parcial separado A3 é determinado, dentre outros fatores, pelas dimensões dos canais de resfriamento e dos canais de evaporação, e pode totalizar, por exemplo, 2:1.
O dispositivo de resfriamento 1 é adicionalmente provido com meios 6 para o umedecimento dos canais de evaporação 3 e, em particular, das paredes de transferência 4. Estes meios de umedecimento 6 aqui compreendem um tubo de aspersão 9 com várias aberturas 10 e um conduto de alimentação 11 através do qual a água é transportada a partir de um vaso de coleta 12 abaixo dos canais de evaporação 3 para o tubo de aspersão 9, usando-se uma bomba (não mostrada aqui) . De modo a se evitar que os meios de umedecimento 6 tenham que operar continuamente, as paredes 4, 8 de canais de evaporação 3 são cobertas com um material 13. o qual retém a umidade, por exemplo, um pano absorvente ou um revestimento de metal cerâmico.
Até agora, assim, o dispositivo de resfriamento 1 ainda é largamente de estrutura convencional. De modo a se aumentar a eficiência do dispositivo de resfriamento, e desse modo obter um resfriamento adicional do fluxo de ar entrando Ai do que é possível com os dispositivos de resfriamento convencionais, a invenção propõe desumidificar este fluxo de ar entrando A1. A capacidade do fluxo de ar separado A3 de absorver umidade desse modo aumenta, de modo que mais umidade possa ser evaporada nos canais de evaporação 3 e uma quantidade maior de calor de evaporação possa ser assim extraído das paredes de transferência 4. Desta forma, as paredes de transferência 4 se tornarão mais frias do que nos dispositivos de resfriamento convencionais, de modo que uma capacidade de resfriamento mais alta seja obtida.
Na modalidade mostrada, os meios 14 para desumidificação do fluxo de ar A1 a ser resfriado assumem a forma de um material de polímero com uma temperatura de solução crítica mais baixa (polímero de LCST), o qual é disposto como uma camada de cobertura 15 sobre as paredes 4, 7 dos canais de resfriamento 2. Como um polímero de LCST é possível divisar aqui um material tal como polioxazolina, poli(dimetilamino etil metacrilato) , (p(DMAEMa)) e poli(N- isopropilacrilamida) (pNiPPAm). Embora todas as paredes 4, 7 de canais de resfriamento 2 sejam aqui plenamente cobertas com o polímero de LCST, também é possível divisar ser suficiente cobrir apenas uma parte das paredes, por exemplo, as paredes de transferência verticais 4. Também é possível divisar o polímero de LCST sendo disposto apenas por uma parte do comprimento dos canais de resfriamento 2, por exemplo, no lado de fluxo de entrada dos mesmos (figura 3) ou mesmo em uma parte de fluxo de entrada de dispositivo de resfriamento 1 localizado a montante dos canais de resfriamento reais 2.
A camada de polímero de LCST 15 nas paredes 4, 7 absorve umidade a partir do ar fluido e aqui entra em solução. A camada de polímero dissolvido 15 retém sua estabilidade devido à presença de formadores de retículo escolhidos adequadamente. Conforme declarado, a capacidade de absorção de umidade do fluxo de ar A3 nos canais de evaporação 3 - e com isso a capacidade de resfriamento - aumenta devido à desumidificação do ar. Além disso, isto resulta em um grau mais alto de conforto, uma vez que o fluxo de ar resfriado A2 suprido para o espaço R é mais seco.
Conforme mais umidade é absorvida na camada de polímero de LCST 15, e esta camada assim se torna mais saturada, a efetividade dos meios de desumidificação 14 diminui. Na modalidade mostrada, o dispositivo de resfriamento 1 também é provido, portanto, com meios 16 para a regeneração da camada de polímero 15. Estes meios de regeneração 16 são adaptados para periodicamente aquecerem o polímero de LCST acima de sua temperatura de solução crítica. Devido ao fato de esta temperatura crítica ser relativamente baixa e chegar, por exemplo, a algo da ordem de 60 a 70°C, relativamente simples, é possível se contentar com elementos de aquecimento de potência baixa 17. A construção e a operação desses elementos de aquecimento são descritas e mostradas no pedido de patente holandês não pré-publicado 1030149 do requerente.
Quando o polímero de LCST 15 é aquecido acima de sua temperatura de solução crítica, ele sai de solução e a umidade L assim é liberada mais uma vez. Esta umidade L então flui ao longo das paredes 4, 7. De modo a se evitar um umedecimento indesejado do ar de fluxo de entrada A1, como resultado, os meios de regeneração 16 ainda são adaptados para coletarem, descarregada a partir dos canais de resfriamento 2, esta umidade L cedida durante uma regeneração. Para esta finalidade, os canais de resfriamento 2 podem ser inclinados, por exemplo, para baixo até alguma extensão, de modo que a umidade L flua para o ponto mais baixo dos canais de resfriamento 2. Está situado ali na modalidade mostrada um recipiente de coleta 18. Este último, por sua vez, é conectado ao recipiente de coleta 12 dos meios de umedecimento 6. 0 consumo de água do dispositivo de resfriamento 1 é reduzido desse modo ao se guiar para os meios de umedecimento a umidade L extraída a partir do ar de fluxo de entrada.
Ao invés de cruzarem uns com os outros, os canais de resfriamento 2 e os canais de evaporação 3 assim também podem correr paralelos e correrem em direções opostas (figuras 3 e 4) . Isto, então é um resfriador de fluxo contrário. Esta configuração tem a vantagem de um contato de troca de calor mais prolongado e, então, mais intensivo ser possível entre o fluxo de ar Ai a ser resfriado e o fluxo de evaporação A3.
Embora a invenção seja elucidada acima com base em várias modalidades, será evidente que ela pode ser variada de muitas formas. 0 escopo da invenção é definido, portanto, unicamente pelas reivindicações a seguir.
Claims (7)
1. Dispositivo para resfriamento de um fluxo de ar, compreendendo: - pelo menos um canal de resfriamento com uma abertura de fluxo de entrada para o fluxo de ar para resfriamento e uma abertura de fluxo de saída para o fluxo de ar resfriado, - pelo menos um canal de evaporação separado do canal de resfriamento por uma parede de transferência e tendo uma abertura de fluxo de entrada, a qual é conectada à abertura de fluxo de saída do canal de resfriamento, e uma abertura de fluxo de saída, - meios para o umedecimento do lado da parede de transferência (10) dirigido para o canal de evaporação,· e - meios para desumidificação do fluxo de ar no canal de resfriamento, sendo o dispositivo, caracterizado pelo fato de que os meios de desumidificação compreendem um polímero com uma temperatura de solução crítica mais baixa (polímero de LCST).
2. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o lado da parede de transferência dirigido para o canal de resfriamento ser pelo menos parcialmente coberto com ou ser fabricado a partir de um polímero de LCST.
3. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o polímero de LCST ser escolhido a partir do grupo que compreende polioxazolina, poli(dimetilamino etil metacrilato), (p(DMAEMa)) e poli(N-isopropilacrilamida) (pNiPPAm).
4. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de possuir meios para a regeneração dos meios de desumidificação.
5. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de os meios de regeneração serem adaptados para periodicamente aquecerem o polímero de LCST acima da temperatura de solução crítica.
6. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de os meios de regeneração serem adaptados para coletarem e descarregarem a partir do canal de resfriamento a umidade cedida pelo polímero de LCST durante a regeneração.
7. Dispositivo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os meios de regeneração serem adaptados para guiarem a umidade coletada para os meios de umedecimento.
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