NL1000786C2 - Regeneratieve warmtewisselaar. - Google Patents

Description

BESCHRIJVING

Titel: Regeneratieve warmtewisselaar.

5 De uitvinding heeft betrekking op een regeneratieve warmtewisselaar van het in de aanhef van de bijgevoegde conclusie 1 aangeduide type.

Bij bekende warmtewisselaars van het hiervoor aangeduide type vindt de warmte- en stofuitwisseling tussen het eerste respectievelijk 10 tweede medium en het overdrachtsmedium plaats bij rechtstreeks contact tussen de verschillende media. Bekend is bijvoorbeeld, een overdrachtsmedium in de vorm van een vast lichaam beurtelings in de eerste en de tweede mediumstroom te steken. Daar het als vast lichaam uitgevoerde overdrachtsmedium veelal poreus is, kan iets van het 15 eerste medium, via dat vaste lichaam, zich vermengen met het tweede medium, of omgekeerd.

Het gebruik van een vast lichaam als overdrachtsmedium alsmede een vermengen van de eerste en tweede media door tussenkomst van dat overdrachtsmedium, zijn nadelig.

20 Bij een ander bekend type regeneratieve warmtewisselaar wordt het warmtewisselelement beurtelings door het eerste of het tweede medium doorstroomd, terwijl in de warmtewisselaar het als vast, bij voorkeur poreuze, lichaam uitgevoerde overdrachtsmedium daarin stationair is opgesteld. Naast dat het gebruik van dit type warmtewisselaar zich 25 kenmerkt door het discontinue karakter van de twee mediumstromen, is er voorts weer het nadeel van kans op vermenging van de eerste en tweede mediumstroom door tussenkomst van het overdrachtsmedium terwijl ook nu weer het overdrachtsmedium een vast lichaam is.

Bij de twee bekende hiervoor beschreven typen regeneratieve 30 warmtewisselaar wordt de stofuitwisseling bereikt, doordat bijvoorbeeld damp of gas vanuit het eerste, te behandelen, medium condenseert in of aan het overdrachtsmedium, om dan vervolgens weer te verdampen en te worden opgenomen door de tweede mediumstroom.

Ook zijn regeneratieve warmtewisselaars bekend, waarbij 35 uitsluitend warmte-uitwisseling plaatsvindt, dus niet tegelijkertijd stofuitwisseling. Dit is bijvoorbeeld terug te vinden in het koelsysteem van bijvoorbeeld verbrandingsmotoren, alwaar warmte uit de hete verbrandingsgassen wordt overgedragen op de smeerolie, die zijn 1000786 2 warmte vervolgens weer afgeeft aan het door het motorblok, circulerende koelwater. Daar zijn de te behandelen media evenals het overdrachtsmedium door verregaand ondoorlaatbare barrièrelagen van elkaar gescheiden gehouden.

5 De onderhavige uitvinding beoogt, een regeneratieve warmtewisselaar van het in de aanhef bedoelde type beschikbaar te stellen, waarbij het vermengen van de te behandelen eerste en tweede media zo klein mogelijk wordt gehouden terwijl gelijktijdig uitwisseling van stof en warmte mogelijk is. Voorts wordt beoogd, het 10 gebruik van een vast lichaam als overdrachtsmedium uit te bannen. Daardoor kan een flexibeler ontwerp van de regeneratieve warmtewisselaar worden bereikt.

Het doel van de onderhavige uitvinding wordt bereikt met een regeneratieve warmtewisselaar waarvan de eigenschappen zijn opgesomd 15 in de bijgevoegde conclusie 1. Met de term "barrièrelaag" of "barrière-element wordt hier bedoeld een voorziening, zodat de verschillende eerste en tweede media en het overdrachtsmedium in hoofdzaak van elkaar gescheiden worden gehouden. Met de term "doorlatend" wordt hier bedoeld, dat het barrière-element voorts 20 poreus of stofdoorlatend is voor een bepaalde stof waarvan het wenselijk is, dat deze, onder tussenkomst van het overdrachtsmedium, tussen de eerste en tweede te behandelen media wordt uitgewisseld. Die doorlatendheid kan worden bereikt door het barrière-element bijvoorbeeld poreus te maken door dit te perforeren, of door voor het 25 barrière-element een materiaal te kiezen dat van nature poreus is. Ook kan een materiaal worden gekozen dat van nature doorlatend is voor een bepaalde stof, en desondanks niet poreus is. Zo zijn er in de handel kunststoffen verkrijgbaar, welke niet poreus zijn, echter doorlaatbaar zijn voor bijvoorbeeld waterdamp maar weer ondoorlaatbaar voor 30 vloeibaar water. In dit verband wordt er ook op gewezen, dat de verdere werkomstandigheden in de warmte-uitwisselaar volgens de onderhavige uitvinding mede bepalend kunnen zijn voor de doorlaatbaarheid van het barrière-element. Een voorbeeld is een eventueel drukverschil dat over het barrière-element heerst, en 35 waardoor het barrière-element bijvoorbeeld bij een hoger drukverschil wel en bij een lager drukverschil niet doorlaatbaar is voor een bepaalde stof. Een voordelige uitvoeringsvariant van de uitvinding is weergegeven in de bijgevoegde conclusie 2. Als variant op de l 1000786 3 uitvoering volgens conclusie 2 zou ook kunnen worden gekozen voor het door de holle buizen of vezels laten stromen van het te behandelen eerste respectievelijk tweede medium, terwijl het overdrachtsmedium die holle buizen of vezels omstroomt. Voor de meeste toepassingen zal 5 echter bij een dergelijke uitvoering de weerstand welke wordt ondervonden door het eerste en/of het tweede medium, stromend door de holle buizen of vezels, te hoog zijn om een economisch rendabel gebruik te rechtvaardigen. Echter zou bij een dergelijke uitvoering, waarbij het eerste en/of het tweede medium door de holle buizen of 10 vezels stroomt een compacte opbouw van het totale systeem kunnen wordt bereikt door bijvoorbeeld eerste en tweede warmtewissel-elementen om en om achter elkaar op te stellen binnen een gemeenschappelijk kanaal, door welk kanaal dan het overdrachtsmedium beweegt om de holle buizen of vezels te omspoelen.

15 De barrière-elementen zorgen ervoor, dat de verschillende media van elkaar gescheiden blijven, regelen de warmte- en stofuitwisseling en zorgen in dat verband voor een groot uitwisseloppervlak.

De uitvinding wordt in het hiernavolgende nader toegelicht aan de hand van in de tekeningen weergegeven, niet-beperkende, 20 uitvoeringsvoorbeelden. Hierbij toont:

Figuur 1 schematisch een aanzicht van een eerste uitvoering van de uitvinding; en

Figuur 2 schematisch een aanzicht van een tweede uitvoering van de uitvinding.

25 Figuur 1 toont schematisch een eerste warmtewissel-element 1 en een tweede warmtewissel-element 2. Zowel het eerste als het tweede warmtewissel-element 1, 2 zijn samengesteld uit vier achter elkaar opgestelde modulen, zoals die zijn beschreven in EP-B-0509031. Elke module bestaat daarbij uit een bundel parallelle holle vezels welke 30 aan hun respectieve uiteinden uitmonden in tegenover gelegen verzamelkamers. De verzamelkamers maken onderdeel uit van een puntsymmetrisch kanaaldeel, waar binnen die holle vezels lopen. Door de puntsymmetrische vorm van het kanaaldeel kunnen de modulen zodanig achter elkaar worden opgesteld, dat de vezels van twee opeenvolgende 35 modulen een hoek insluiten. Verder worden van de opeenvolgende modulen de respectieve verzamelkamers met elkaar doorverbonden. Zodoende kan het overdrachtsmedium 3 door de holle vezels heen achtereenvolgens in de richting van de pijl A de respectieve warmtewisselaars 1, 2 1000786 4 passeren, en daarbij hoeksgewijs aangepast stromen. Verder bepalen de achter elkaar opgestelde modulen van de warmtewisselaar 1 respectievelijk 2 een langgerekt, begrenst stromingkanaal voor respectievelijk een eerste te behandelen medium 4 en een tweede te 5 behandelen medium 5. Deze te behandelen media 4, 5 omspoelen de vezelbundels van de eerste warmtewisselaar 1 en de tweede warmtewisselaar 2. Met bijvoorbeeld een pomp 5 kan er voor worden gezorgd, dat het overdrachtmedium 3 continu circuleert tussen de eerste warmtewisselaar 1 en de tweede warmtewisselaar 2.

10 Figuur 2 toont schematisch een systeem, waarbij de eerste warmtewisselaar 1 en de tweede warmtewisselaar 2 geïntegreerd zijn. Warmtewisselmodulen, zoals hiervoor zijn besproken, zijn nu in stromingsrichting van het overdrachtsmedium 3 achter elkaar opgesteld om beurtelings het eerste medium 4 en het tweede medium 5 in warmte-15 en stofuitwisselende relatie met het overdrachtsmedium 3 te brengen. Elke module bepaalt een kanaaldeel voor het begrenzen van de stroming van het overdrachtsmedium 3. Dwars op de lengterichting van het kanaaldeel lopen paiallelle holle vezels tussen tegenoverstaande wanden, om bij hun respectieve uiteinden uit te monden in 20 tegenoverstaande mediumverzamelkamers. Door de holle vezels van een module stroomt telkens ofwel het eerste medium 4 of het tweede medium 5. Per module stroomt het andere van de beide te behandelen media 4, 5 afgeschermd van het overdrachtsmedium 3 en het door de holle vezels stromende, te behandelen medium, direct door naar de daarop volgende 25 module, om in die module door de holle vezels te stromen. Aldus staat het behandelmedium 3 afwisselend in contact met het eerste medium 4 en het tweede medium 5, en omspoeld de holle vezels.

De werking is nu voor de beide in figuur 1 en 2 getoonde uitvoeringen als volgt: 30 Stel dat het eerste medium 4, dat het eerste warmtewissel-element 1 binnenstroomt, warme en vochtige lucht is. Stel voorts, dat het tweede medium 5, dat het tweede warmtewissel-element 2 binnenkomt, droge en koude lucht is. Stel voorts, dat het overdrachtsmedium een hygroscopische vloeistof is, en dat de vezels waardoorheen het 35 overdrachtsmedium 3 door de warmtewissel-elementen 1, 2 stroomt, zodanig doorlatend zijn, dat zij waterdampdoorlatend zijn, doch niet of in hoofdzaak niet voor de hygroscopische vloeistof en het eventueel daarmee vermengde vloeibare water van het overdrachtsmedium 3. Het 1 0 U 0 7 8 6 5 drukverschil tussen het eerste te behandelen medium 4 en het overdrachtsmedium 3 respectievelijk het tweede te behandelen medium 5 en het overdrachtsmedium 3 is voorts zodanig aangepast aan de aard van de doorlaatbaarheid van de vezels, of barrière-elementen, dat voorts 5 ook daardoor is gegarandeerd dat die barrière-elementen wel waterdampdoorlatend echter niet vloeibaarwaterdoorlatend zijn. In het eerste warmtewissel-element 1 zal de hygroscopische vloeistof 3 warmte en vocht opnemen uit het eerste medium 4. De vervolgens opgewarmde en met H20 beladen hygroscopische vloeistof 3 zal vervolgens zijn warmte 10 en vocht in het tweede warmtewissel-element 2 afgeven aan het tweede medium 5. De door het eerste warmtewissel-element 1 stromende lucht 4 zal zich noch vermengen met de hygroscopische vloeistof 3, noch met de door het tweede warmtewissel-element 2 stromende lucht 5.

Vanzelfsprekend zijn verdere varianten buiten de hier beschreven 15 en getoonde uitvoeringen te bedenken, welke eveneens binnen het kader van de uitvinding vallen. Bijvoorbeeld kan de stromingsrichting van de verschillende media door de verschillende warmtewissel-elementen worden gewijzigd. Ook kan worden gekozen voor een ander type warmtewissel-element. Van belang is dat bij de regeneratieve 20 warmtewisselaar volgens de uitvinding het overdrachtsmedium door één of meer beperkt doorlaatbare barrièrelagen gescheiden wordt gehouden van de twee te behandelen media, zodat die twee te behandelen media zich niet met elkaar en niet met het overdrachtsmedium kunnen vermengen, echter wel een warmte- en stofoverdracht tussen die twee te 25 behandelen media, onder tussenkomst van het overdrachtsmedium, kan worden bereikt.

1000786

Claims (2)

1. Regeneratieve warmtewisselaar, omvattende een eerste warmtewissel-element voor doorstroming met een eerste, te behandelen, 5 medium, en een tweede warmetewissel-element voor doorstroming met een tweede, te behandelen, medium, en een overdrachtsmedium voor samenwerking met het eerste en het tweede warmtewissel-element om in warmte- en stofuitwisselende relatie te zijn met het eerste respectievelijk tweede medium, met het kenmerk, dat het 10 overdrachtsmedium van de eerste en tweede media is gescheiden gehouden door één of meer doorlaatbare, warmte- en stofoverdragende barrière-lagen, waarvan de doorlaatbaarheid is gekozen om de beoogde stofoverdracht tussen het eerste of tweede medium en het overdrachtsmedium toe te staan, maar vermenging van het eerste of 15 tweede medium met dat overdrachtsmedium in hoofdzaak tegen te gaan.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij het overdrachtsmedium door het eerste en/of het tweede warmtewissel-element geleid is door doorlaatbare holle buizen of vezels welke als warmte- en stofoverdragende barrière-lagen functioneren tussen het 20 eerste of tweede medium en het overdrachtsmedium, welke holle buizen of vezels zijn te omspoelen door het eerste of tweede medium. 1000786