NL1012114C1

NL1012114C1 - Warmtewisselaar.

Info

Publication number: NL1012114C1
Application number: NL1012114A
Authority: NL
Inventors: Eleonoor Van Andel; Eleonoor Europeo Van Andel
Original assignee: Fiwihex
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-21

Description

„ . 1

1. WARMTEWISSELAAR

In het Europese octrooischrift # 0 714 500 (juli 1994), of het US pat # 5 832 992, wordt een warmtewisselaar beschreven waarin bv. lucht eerst langs, daarna door, een uit fijne draden bestaand weefsel of mat 5 wordt geleid, waarbij de drukval zeer laag en de warmteoverdracht zeer hoog kan zijn. De draden spelen hier de rol van thermisch aan de andere doorstroomde ruimte sterk gekoppelde warmteoverdrachtsvinnen, zij het doordat ze doorlopen, zij het doordat ze aan de andere 10 ruimte zijn vastgesoldeerd.

De huidige uitvinding betreft een aantal, overigens verschillende, warmtewisselaarapparaten, die van dit principe gebruik maken. Deze vallen onder de eerste conclusie van het Europese octrooischrift # 0 714 15 500 (juli 1994) en het US pat # 5 832 992 met dien verstande dat de doorstroming van de matten of stroken door natuurlijke turbulentie wordt veroorzaakt en niet gedwongen wordt door de geometrie van de matten, stroken of luchtgeleiders. Uit experimenten blijkt namelijk 20 verrassenderwijze da ook als de warmtewisselende dunne draden vrijwel parallel aan de luchtstroming worden aangebracht, dat dan de warmteoverdracht van dezelfde grootte is als wanneer de lucht wordt gedwongen onder een hoek door de matten of stroken te stromen.

25 Aan de hand van fig. 6 kan dit als volgt worden duidelijk gemaakt: in figuur 6A stroomt de lucht (3) eerst langs en daarna gedwongen (5) door de matten of stroken die zijn gewezen uit capillairen (1), hier in doorsnee 30 getekend, en dunne draden (2).

In figuur 6B stroomt de lucht (3) eerst langs en daarna door natuurlijke turbulentie (6) door de matten of stroken.

1012114 ' 2

Het blijkt dat de warmteoverdracht bij een goedgekozen configuratie in beide gevallen vergelijkbaar is. De configuratie van 6B heeft verschillende voordelen: * de luchtdruk ten gevolge van de stroming 5 is lager * stof in de lucht wordt niet meer gevangen * door de aparte doekstroken is de warmtewisselaar eenvoudiger samen te stellen.

10

2. RELEVANTE ANDERE OCTROOIEN

In JP 611 533 388 (1986) wordt ook een weefsel van draden en warmteoverdragende pijpen beschreven, 15 waarbij de draden een geheel ander doel, nl. een grenslaagverstorende werking hebben, en waarbij het contactoppervlak tussen draden en de andere ruimte (hier een buis) juist zeer beperkt wordt gehouden. Overigens wordt hier de lucht juist niet langs de mat of het 20 weefsel geleid. In US pat # 5 769 157 (april 1995) wordt een mat beschreven waarbij telkens twee buisjes met fijn draad worden omwikkeld, waarbij elk buisje lid is van twee paren buisjes, waardoor ook een mat of doek ontstaat, waarbij de draden wel aan de buisjes zijn 25 gesoldeerd. Het is duidelijk dat deze methode van fabriceren zoveel gecompliceerder is dan weven, dat de kosten van deze wikkelmethode veel hoger zullen zijn. In fig. 17 van US pat # 5 647 431 staan metingen beschreven, waarin bij een luchtsnelheid van 1 m/s dwars door dit 30 gewikkelde doek een warmteoverdrachtscoefficient van 238 W/m2K wordt gehaald. Onze metingen geven bij deze condities een waarde van 350 W/m2K. Het blijkt dat weven dus een bijna 50% hogere prestatie geeft.

Ons Europese octrooischrift # 0 714 500 (juli 35 1994), of het US pat # 5 832 992, leert dat, wil men een praktische dunne-draad-warmtewisselaar bouwen, de weefsels of matten niet loodrecht, maar juist (bijna) evenwijdig aan de luchtstroom moeten staan. Het blijkt 1 0 1 21 1 4 n 3 experimenteel dat dit, hoewel op het eerste gezicht tegennatuurlijk, een veel compacter apparaat geeft.

3. NIEUWE APPARATEN

5 3.1 Waaier voor ruimteverwarming of -koeling

Zie fig. 1 Aan het plafond (ceiling) wordt de as van een buitenlopermotor bevestigd, die een 60 cm 10 diameter zg. Sirocco-waaier (fan blades) met bv. 150 omv/min doet roteren, die de lucht centraal aanzuigt en radiaal onder een scherpe hoek doet uitstromen.

Hieromheen zijn twee ronde buizen geplaatst, waardoor bv. water in en uitstroomt. De buizen (headers) zijn voorzien 15 van taps toegelopen gaten, waarin capillairen, van bv. 2 mm diameter zijn gesoldeerd. De laatsten zijn deel van het warmtewisselaarweefsel, dat als weefketting bv. 15000 koperen draden van 0,1 mm diameter heeft, en als inslag elke bv. 15 mm een capillair. De draden en de capillairen 20 zijn door solderen op elk aanrakingspunt verbonden. Het weefsel is in stroken van bv. 7 capillairen lang, die in de richting van de uit de waaier tredende luchtstroom (air stream) staan, zodat bij lage drukval zoveel mogelijk lucht langs het doek (heat exchanger cloth) kan 25 stromen. Het blijkt nu experimenteel dat de warmteoverdracht, 160 W/m2K dezelfde is, als wanneer de lucht met 0,2 m/s dwars door het doek zou zijn geblazen. Maar gemeten aan het aanzichtoppervlak van de warmtewisselaarring halen we hier meer dan 500 W/m2K, of 30 ca. 150 W/K totaal voor het apparaat. Het is duidelijk, dat de lucht hier door de turbulentie als vanzelf door de stroken zonder daartoe door een zig-zag vouwing te worden gedwongen. Deze configuratie heeft grote voordelen, want het blijkt dat stof in de lucht nu niet meer in het 35 apparaat wordt gevangen, waardoor het minder vaak behoeft te worden gereinigd. Bovendien heeft het apparaat een bijzonder geluidsarme werking, doordat het afgegeven motorvermogen slechts enkele Watt bedraagt. Eén zulk 1 n 1 2 1 1 4 ' 4 apparaat is voldoende om een normale kamer te koelen of verwarmen, wanneer het temperatuurverschil tussen water en lucht slechts ca. 10 Kelvin bedraagt. Dit is een ca. lOx zo hoge prestatie als een typische centrale 5 verwarmingsradiator, c.q. een airconditioneringsapparaat.

3.2 Zonnepaneel

Hier is de warmtewisselaar volgens 3.1 niet 10 rond, doch gestrekt, en gemonteerd in het bovenste deel van een zonnepaneel, zodat de lucht waaraan door de warmtewisselaar warmte is onttrokken, langs het glas naar beneden stroomt, en langs de achterzijde van het stralings-absorberende vlak weer naar boven. Dit gebeurt 15 door natuurlijke trek. De lucht tussen het straling-absorberende vlak en het glas is kouder, omdat de isolatie van het glas slechter is dan die aan de achterkant van het paneel, waarachter de warme woning zit.

20 Een zodanig zonnepaneel bevat zeer weinig water en kan zeer snel op weersveranderingen reageren. Een huis uitgerust met dit zonnepaneel en plafondwaariers behoeft in het Nederlandse klimaat alleen in de maanden december en januari bijverwarming.

25 3.3 Lucht-lucht tegenstroomwarmtewisselaar

Volgens hetzelfde principe kan een tegenstroomwarmtewisselaar voor bv. ventilatielucht 30 worden gebouwd. Nu zijn het geen capillairen, doch goedgeleidende staven, of zelfs zg. "heat pipes" die als inslag in de fijne draden zijn geweven en vastgesoldeerd. Deze lucht-lucht warmtewisselaar kan ook als "recuperator" in een gasturbine gebruikt worden.

35 Weefselstroken worden daartoe aan weerszijden van een warmtegeleidende plaat gesoldeerd.

3.4 Koeler voor electronische schakelingen 1012114 ' 5

Door het warmtewisselaardoek in stroken spiraalgewijs vanuit een centrale verticale warmtegeleider te rangschikken, kan een efficiënte koeling voor een geïntegreerd circuit worden verkregen die veel kleiner is 5 dan gebruikelijke, uit aluminium geëxtrudeerde exemplaren.