NL1021812C1

NL1021812C1 - Dauwpuntskoeler.

Info

Publication number: NL1021812C1
Application number: NL1021812A
Authority: NL
Inventors: Ernest Josef Elias Berben; Johannes Antonius Mar Reinders
Original assignee: Oxycell Holding Bv
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2003-10-28
Also published as: WO2003091633A1; AU2003214717A1; BR0309566A; IL164819A; JP4351075B2; EP1523642A1; CN100549610C; PL207512B1; PL373462A1; JP2005524039A; CN1668879A; KR101083156B1; US20090007584A1; US7415837B2; ES2264526T3; KR20050016373A; DE60305185D1; JP2009186179A; EA200401452A1; CA2497259A1

Description

A

Dauwpuntskoeler

De uitvinding verschaft een dauwpuntskoeler, omvattende: een eerste mediumcircuit en een daarmee via een althans ten dele warmtegeleidende wand thermisch 5 gekoppeld tweede mediumcircuit, welke beide circuits doorstroombaar zijn door twee respectieve media, waarbij althans het tweede medium een gas, bijvoorbeeld lucht, bevat met een relatieve vochtigheid van minder dan 100%; welke warmtegeleidende wand opbreekmiddelen 10 vertoont voor het ter plaatse van althans voor warmteoverdracht actieve zones in beide media opbreken van althans de thermische grenslaag, de laminaire grenslaag, en de relatieve-vochtigheidsgrenslaag, welke opbreekmiddelen warmtegeleidende uitsteeksels omvatten 15 die het effectieve warmtegeleidende oppervlak van de genoemde wand vergroten; waarbij de warmtegeleidende oppervlakken van de genoemde wand en de opbreekmiddelen althans in het gebied van het secundaire medium althans ten dele zijn bedekt 20 met een hydrofiele, bijvoorbeeld hygroscopische, deklaag, welke deklaag bijvoorbeeld poreus is en/of door capillaire werking een verdampbare vloeistof, bijvoorbeeld water, kan opnemen, vasthouden, en door verdamping weer kan afstaan, zodanig dat de bevochtigde 25 deklaag en daardoor tevens de warmtegeleidende oppervlakken en de opbreekmiddelen worden afgekoeld; op drukverschil gebaseerde primaire aandrijfmiddelen, bijvoorbeeld een ventilator of pomp, voor het primaire medium; 30 op drukverschil gebaseerde secundaire aandrijfmiddelen, bijvoorbeeld een ventilator, voor het i o V 3,1 2 - * 2 secundaire medium; en een bevochtigingseenheid voor het aan bevochtiging door de verdampbare vloeistof onderwerpen van het secundaire medium door verdamping van vloeistof 5 uit de deklaag, zodanig, dat de door het secundaire medium meegevoerde verdampte vloeistof via de warmtegeleidende wand warmte onttrekt aan het primaire medium.

Bekend is, dat men een vloeistof min of meer op 10 zeer primitieve wijze kan koelen, bijvoorbeeld in een warme, zonnige omgeving door de vloeistof in een houder te omhullen door een vochtige lap. Doordat het water in de lap door de warmte en eventueel wind verdampt, treedt er een verdamping op, die gepaard gaat met een 15 temperatuurverlaging in de wand van de houder, die wordt doorgegeven aan de daarin aanwezige vloeistof. Op dit algemeen bekende basisprincipe is de op zichzelf bekende "dauwpuntskoeling" gebaseerd.

Een dauwpuntskoeler is een specifiek type 20 enthalpie-uitwisselaar. Zoals bekend, is enthalpie gedefinieerd als de som van de interne energie en het produkt van druk en volume in een thermodynamisch systeem. Het is een energie-achtige eigenschap of toestandsfunctie en bezit de dimensie van energie. De 25 waarde wordt uitsluitend bepaald door temperatuur, druk en samenstelling in het systeem.

Volgens de wet van energiebehoud is de verandering van de interne energie gelijk aan de warmte die overgedragen is aan het systeem min de door het 30 systeem verrichte arbeid. Als bijvoorbeeld de enige verrichte arbeid een volumeverandering bij constante druk is, is de enthalpieverandering exact gelijk aan de aan het systeem toegevoerde energie.

In het kader van dauwpuntskoeling is de 35 verdampingswarmte van water een wezenlijk aspect. Bij het koken van water wordt er energie aan het water toegevoerd, maar de temperatuur kan niet boven het kookpunt stijgen. De op het systeem verrichte arbeid * ry, ' 3 wordt in dit geval aangewend om het water in waterdamp te doen overgaan. Dit proces wordt als verdamping aangeduid en vindt in dit geval isothermisch plaats. Essentieel is, dat er een faseverandering optreedt vanuit de 5 vloeistoffase naar de damp- of gasfase.

Het omgekeerde proces, waarbij gas of damp zich verdicht tot vloeistof, wordt als condensatie aangeduid. Bijvoorbeeld kan condensatie optreden in vochtige lucht, dat wil zeggen waterverdampende lucht, in het geval 10 waarin de lucht in kwestie in contact komt met een zodanig koud oppervlak, dat de relatieve vochtigheid ter plaatse stijgt tot de bij de betreffende temperatuur behorende verzadigingswaarde. In dat geval is de lucht niet meer in staat om de aanwezige hoeveelheid water op 15 te nemen, waardoor het water ter plaatse vanuit de gasof dampfase overgaat in de vloeistoffase.

Ten opzichte van deze bekende techniek is de dauwpuntskoeler volgens de uitvinding superieur in die zin, dat zijn prestaties substantieel zijn verbeterd door 20 de diverse genoemde kenmerkende aspecten. Van belang is het gebruik van de genoemde oppervlakte-vergrotende opbreekmiddelen, die de substantiële bijdrage leveren tot de warmteoverdracht tussen de warmtegeleidende wand en de respectieve langsstromende media. De karakteristieke 25 grootheid is hier het zogenaamde Nusselt-getal, dat een maat is voor deze warmteoverdracht en volgens de uitvinding zeer hoge waarden kan bereiken.

Het is van belang de aandacht erop te vestigen, dat de oppervlakte-vergrotende opbreekmiddelen het 30 temperatuurwerkbereik van dauwpuntskoeler aanzienlijk groter maken. Het is bijvoorbeeld onder praktijkomstandigheden en met een goed ontworpen dauwpuntskoeler volgens de uitvinding mogelijk te werken met een ingangstemperatuur, dat wil zeggen de 35 invoertemperatuur van het primaire medium, van bijvoorbeeld 80°C.

Verder is het belangrijk, dat de warmtegeleidende oppervlakken en de opbreekmiddelen 1 n ? 1 81 2 ' 4 op de aangegeven wijze zijn bedekt met een hydrofiele deklaag, die bovendien in staat is, een voldoend grote hoeveelheid water te bufferen, welk water bijvoorbeeld intermitterend wordt toegevoerd door de genoemde 5 bevochtigingseenheid.

Er wordt met nadruk op gewezen, dat de bevochtigingseenheid zodanig moet zijn uitgevoerd, dat er geen, of althans verwaarloosbare verneveling optreedt, maar dat er sprake moet zijn van een bijvoorbeeld 10 intermitterende vloeistofstroom die rechtstreeks de hydrofiele deklaag nat houdt. Alleen op deze wijze wordt de werking als dauwpuntskoeler met hoog rendement verzekerd, anders dan bijvoorbeeld in het geval, waarin een warmtegeleidende wand zonder deklaag of met een dunne 15 deklaag door een vernevelde vloeistof wordt besproeid. In dit geval vindt verdamping al plaats in de betreffende mediumstroom, waardoor weliswaar deze stroom afkoelt, maar de warmteoverdracht naar de wand, door de wand en vervolgens naar het medium aan de andere zijde van de 20 wand zeer beperkt zal zijn.

Zeer goede resultaten zijn gerealiseerd met een dauwpuntskoeler van het vermelde type, waarin de deklaag bestaat uit een poreus technisch keramisch materiaal, bijvoorbeeld een gebakken laag, een cement zoals een 25 Portland-cement, of een vezelachtig materiaal, bijvoorbeeld een minerale wol zoals steenwol. In het bijzonder met Portland-cement zijn zeer goede resultaten bereikt. De laag kan bestaan uit dit cement van microporeus type, waarbij de laagdikte bijvoorbeeld in de 30 orde van grootte van 50μπι ligt.

Volgens een ander aspect van de uitvinding vertoont de dauwpuntskoeler de bijzonderheid, dat de deklaag bestaat uit een kunststof. Ook in deze uitvoering kan de kunststof van een poreus type zijn. De porositeit 35 kan bijvoorbeeld zijn verkregen door krimp bij afkoeling of uitharding. Ook kan gebruik worden gemaakt van een gel, die bijvoorbeeld een hygroscopisch karakter kan hebben, aldus water kan opnemen en aan een langsstromende 5 luchtstroom kan afstaan.

De hiervoor beschreven uitvoeringen kunnen met voordeel de bijzonderheid vertonen, dat het effectieve buitenoppervlak van de deklaag, waaruit de vloeistof kan 5 verdampen, ten minste lOOx, bij voorkeur ten minste lOOOx, zo groot is als het geprojecteerde oppervlak daarvan. Begrepen dient te worden, dat het buitenoppervlak van een deklaag bijvoorbeeld een onregelmatige vorm kan hebben, te vergelijken met 10 bijvoorbeeld de kustlijn van Bretagne. In dit geval kan op microschaal worden bereikt, dat het effectieve oppervlak extreem veel groter is dan het geprojecteerde oppervlak en dat er lokaal door turbulenties en andere luchtbewegingen een zeer effectief opbreken van de 15 genoemde grenslagen kan plaatsvinden.

Een voorkeursuitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de dauwpuntskoeIer zodanig is gedimensioneerd en de mediumstromen zodanige waarden bezitten, dat in de secundaire stroom het dauwpunt binnen 20 1°C wordt genaderd. De dimensionering in kwestie kan op basis van de hiervoor gegeven voorschriften volgens de uitvinding worden gerealiseerd door de dauwpuntskoeIer op basis van kennis in de diepte te ontwerpen.

Volgens weer een ander aspect van de 25 uitvinding kan de dauwpuntskoeler de bijzonderheid vertonen, dat de opbreekmiddelen vinnen omvatten, welke vinnen zijn uitgevoerd als een aantal stroken met elk een algemene golfvorm, van elk van welke stroken opeenvolgende golftoppen aan de ene zijde met de wand 30 gekoppeld zijn, en dat de deklaag in hoofdzaak alleen aan het van de wand afgewende oppervlak van elke strook aangebracht is. Dergelijke vinnen zonder deklaag zijn op zichzelf bekend, bijvoorbeeld uit autoradiatoren. Ze zijn zeer effectief en geven in het kader van de 35 dauwpuntskoeler volgens de uitvinding een verrassend hoog rendement in combinatie met een zorgvuldig gekozen hydrofiele deklaag, in het bijzonder een deklaag bestaande uit microporeuze Portland-cement.

6

Zoals boven reeds genoemd, kan op basis van beschikbare kennis met betrekking tot warmtewisselaars de dauwpuntskoeler volgens de uitvinding op basis van de principes van de onderhavige uitvinding met zorg 5 ontworpen worden, zodanig, dat een hoog rendement wordt gerealiseerd. In dit verband is een variant van belang, waarin gebruik wordt gemaakt van het genoemde aspect met betrekking tot het substantieel vergroten van het effectieve buitenoppervlak van de deklaag, waarbij tevens 10 de eigenschappen van de deklaag en die van de vloeistof in onderlinge samenhang zodanig gekozen zijn, dat (a) er per oppervlakte-eenheid van de wand en de opbreekmiddelen een zekere hoeveelheid vloeistof in de deklaag gebufferd kan worden; en 15 (b) de warmteweerstand van een met vloeistof gevulde deklaag dwars op zijn hoofdvlak verwaarloosbaar is ten opzichte van de totale warmteweerstand in het traject tussen de warmtegeleidende wand en het langsstromende secundaire medium.

20 Een specifieke uitvoering omvat verder een eventueel instelbare omkeereenheid voor het omkeren van een deel van de primaire mediumstroom aan de uitgang van het eerste mediumcircuit ter vorming van de secundaire mediumstroom. In dit geval is er sprake van een bruto 25 primaire mediumstroom, een netto primaire mediumstroom die in gekoelde toestand als effectieve stroom wordt afgegeven en een tarra-aftakstroom, die via de bevochtiging van het afgetakte, als secundair medium werkzaam medium in de basis-enthalpie-uitwisselaar een 30 koelende werking uitoefent op de bruto primaire mediumstroom. De door de bruto primaire stroom opgewarmde tarra secundaire stroom wordt als verlies naar de omgeving, in het bijzonder naar de buitenomgeving, afgevoerd.

35 Daar de verhouding tussen de genoemde brutostroom en de tarrastroom het rendement van de enthalpie-uitwisselaar wezenlijk beïnvloedt, kan een voorkeursuitvoering de bijzonderheid vertonen, dat de 1 H ? 1 ft - 2 7 verhouding tussen de primaire stroom en het genoemde deel van de primaire stroom instelbaar is, zodanig, dat het rendement van de enthalpie-uitwisselaar instelbaar is.

In een bepaalde uitvoering waarin het laatste 5 aspect is opgenomen vertoont de dauwpuntskoeler volgens de uitvinding de bijzonderheid, dat de instelmiddelen zijn uitgevoerd als een eventueel instelbare doortocht in het primaire circuit en een instelbare doortocht in het secundaire circuit. Het primaire circuit bezit, zoals elk 10 doorstroomcircuit, een zekere stromingsweerstand. Dat betekent, dat in geval van aftakking van een secundair circuit hierdoorheen een zekere stroming zal plaatsvinden, die afhangt van de stromingsweerstanden in het stroomopwaartse en het stroomafwaartse primaire 15 circuit en die in het secundaire circuit. Bijvoorbeeld in het geval waarin het primaire circuit niet variabel is, kan door het kiezen van de stromingsweerstand in het secundaire circuit de verhouding tussen de betreffende debieten worden ingesteld ter instelling van het 20 rendement van de dauwpuntskoeler. Ook kan zowel in het stroomafwaartse primaire circuit als het secundaire circuit een klep met instelbare doortocht worden toegepast.

Teneinde de warmteoverdracht zoveel mogelijk te 25 bevorderen dienen de uitsteeksels in de stromingsrichting elkaar zo min mogelijk te storen, in die zin, dat elk uitsteeksel, zoals een vin, samenwerkt met een nagenoeg ongestoorde stroming. In dit verband kan met voordeel gebruik worden gemaakt van een uitvoering, waarin de 30 uitsteeksels onderling versprongen relaties vertonen.

In het geval van een substantiële warmtegeleiding in langsrichting, dat wil zeggen in de richting van de mediumstromen, die ter bereiking van een optimaal rendement in onderling tegenstelde richtingen 35 stromen, kan de dauwpuntskoeler volgens de uitvinding met voordeel de bijzonderheid vertonen, dat de uitsteeksels een de warmteoverdracht bevorderende beperkte lengte in de stromingsrichting bezitten.

i 8

Tevens kan de dauwpuntskoeler het kenmerk bezitten, dat de uitsteeksels in stromingsrichting zijn gescheiden door delen met een substantieel geringere warmtegeleiding.

5 Bij de dauwpuntskoeler volgens de uitvinding dient ter bereiking van het nagestreefde hoge rendement te worden gezorgd voor een goede bevochtiging, waarbij in het bijzonder geen droge oppervlakdelen mogen resteren. Hierdoor zou namelijk lokaal een temperatuurverschil 10 kunnen optreden, hetgeen ongewenste warmtestromen veroorzaakt die er in resulteren, dat de prestaties van de koeler te wensen overlaten. Verder dienen de verhoudingen tussen de oppervlakten van de warmtegeleidende oppervlakken en de opbreekmiddelen in 15 het primaire en het secundaire circuit zodanig gekozen te zijn, dat gegeven alle randvoorwaarden de warmtestromen tussen het primaire en het secundaire medium zo groot mogelijk is.

De uitvinding biedt de mogelijkheid, een 20 dauwpuntskoeler met sterk verhoogd rendement te construeren, waarbij de temperatuur aan de uitgang van het primaire circuit in het zogenaamde h,x-diagram volgens Mollier ten minste op de lijn van 85% RV (relatieve vochtigheid) komt, en waarbij een sterk 25 verkleind temperatuurverschil ontstaat tussen de primaire inlaat en de secundaire uitlaat, namelijk 2 a 3°C. Opgemerkt wordt, dat het wenselijk is, dat de verzadigingslijn (100% RV) zo dicht mogelijk wordt benaderd, waarbij in de praktijk wordt gestreefd naar een 30 waarde van ongeveer 85%.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuren. Hierin tonen:

Fig. 1 een blokschematische voorstelling van een enthalpiewisselaar met een primair circuit en een 35 secundair circuit;

Fig. 2 een met Fig. 1 corresponderend blokschema van een enthalpiewisselaar, waarbij het secundaire circuit aan de uitgang van het primaire * S‘: 9 circuit aansluit;

Fig. 3 een voorbeeld van een omkeereenheid voor het omkeren van een deel van de primaire mediumstroom;

Fig. 4 een met Fig. 3 corresponderend aanzicht 5 van een alternatieve uitvoering;

Fig. 5 een met Fig. 3 corresponderende uitvoering, waarin de omkeereenheid instelbaar is;

Fig. 6 een schematisch en sterk vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van een als dauwpuntskoeler 10 uitgevoerde enthalpie-uitwisselaar van het type volgens Fig. 2, voorzien van bevochtigingsmiddelen;

Fig. 7 een Mollier-diagram of h,x-schema uit het handboek "Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik", 69. Auflage, Prof. Dr.-Ing. Ernst-Rudolf Schramek, 15 R.Oldenburg, Berlag, München, Wien;

Fig. 8 een blokschema van een dauwpuntskoeler volgens de uitvinding, welke dauwpuntskoeler van het type volgens Fig. 2 is;

Fig. 9 een tabel, die samenhangt met Fig. 8, in 20 welke tabel een aantal alternatieven zijn weergegeven; en twee blokschema's van een enthalpie-uitwisselaars volgens de uitvinding;

Fig. 10 een Mollier-diagram, behorend bij Fig.

8; 25 Fig. 11 een blokschema van een dauwpuntskoeler volgens de uitvinding, welke dauwpuntskoeler van het type volgens Fig. 1 is;

Fig. 12, 13, 14 Mollier-diagrammen behorend bij

Fig. 11; 30 Fig. 15 een blokschema van een dauwpuntswarmtewisselaar;

Fig. 16 een Mollier-diagram, behorende bij Fig. 15;

Fig. 17 een blokschema van een halfgesloten 35 tweetrapsdauwpuntskoeler;

Fig. 18 twee gekoppelde Mollier-diagrammen, behorend bij het blokschema volgens Fig. 17;

Fig. 19 een blokschema van een gesloten f Π 2 i - ? 10 tweetrapsdauwpuntskoeIer;

Fig. 20 twee gekoppelde Mollier-diagrammen, behorend bij het blokschema volgens Fig. 19;

Fig. 21 een blokschema van een dauwpuntskoeIer; 5 Fig. 22 een Mollier-diagram, behorend bij Fig.

21;

Fig. 23 een blokschema van een tweetrapsdauwpunt swaterkoeler; en

Fig. 24 twee gekoppelde Mollier-diagrammen, 10 behorende bij het blokschema volgens Fig. 24.

Fig. 1 toont een enthalpie-uitwisselaar 1 met een primair circuit 2 en een secundair circuit 3. De daardoorheen stromende media verkeren in tegenstroom zoals aangeduid met pijlen 4, 5. Het primaire medium I 15 stroomt via een invoer 6 naar binnen en wordt afgevoerd via een afvoer 7. Afgezien is van het tekenen van een pomp, een ventilator, of een dergelijk medium-transportmiddel. Het secundaire medium II stroomt binnen via een invoer 8 en verlaat de wisselaar via een afvoer 20 9. Symbolisch zijn twee respectieve verweef- en spruitstukken 10, 11 getekend, die een veelheid aan onderling verweven kanalen binnen de enthalpiewisselaar 1 verenigen tot de respectieve enkelvoudige leidingen voor het primaire respectievelijk het secundaire circuit.

25 In de wisselaar 1 verkeren de media I, II in enthalpie-uitwisselend contact. In deze uitvoering omvat de wisselaar een externe primaire invoer 11, een externe primaire afvoer 12, een externe secundaire invoer 13 en een externe secundaire afvoer 14.

30 Fig. 2 verschilt met name wat betreft dit laatste aspect van de uitvoering volgens Fig. 1 in die zin, dat de secundaire invoer 8 van de enthalpiewisselaar 1 een mediumstroom I'1 ontvangt, die een aftakking is van de totale mediumstroom I. De doorgaande stroom I1 wordt 35 via spruitstuk 11' doorgegeven aan uitgang 12. De som van de debieten I' en 11 * is gelijk aan I. Het debiet I'' is gelijk aan het debiet II. De verhouding tussen I' en I'' is in belangrijke mate bepalend voor de prestaties

V

11 van de wisselaar. De mediumstroom I is te beschouwen als de bruto-stroom, dat wil zeggen de totale in de inrichting ingevoerde mediumstroom. De stroom I' is de thermisch behandelde stroom, in het bijzonder de gekoelde 5 stroom, die kan worden aangeduid als de netto-stroom. Het verschil tussen de bruto-stroom I en de netto-stroom I' is de aftakstroom I'· ofwel II, die overeenkomt met de stroom II volgens Fig. 1. Deze stroom II doorstroomt het secundaire circuit en is in de configuratie volgens Fig. 10 2 aan te duiden als de tarra-stroom. Het thermisch behandelde, in het bijzonder opgewarmde medium aan de uitgang 14 wordt als verlies naar buiten afgevoerd. Als voorbeeld wordt een mogelijke verhouding tussen bruto .-netto vermeld. Deze kan in een praktisch voorbeeld 15 100:70:30 bedragen.

Fig. 3 toont een niet-variabele of omschakelbare stromingsrichting-omkeereenheid 10 in dwarsdoorsnede. De primaire kanalen 31 zijn verweven geplaatst met de secundaire kanalen 32. Een deel van de 20 primaire deelstromen 33, aangeduid met 34, wordt rechtstreeks doorgeleid naar een gemeenschappelijke uitgang 35 en daar samengevoegd tot de primaire uitgangsstroom 36. Een ander deel van de primaire stroom 33, aangeduid met 37, wordt door een omkeerbuis 38 van 25 richting omgekeerd en verlaat als omgekeerde deelstroom 38 de eenheid 10. De omkeerbuis 38 omvat een op de getoonde wijze gebogen buitenwand 39 en een corresponderend gevormde kern 40. De ingangszone 41 toont een vernauwing en wordt in verband daarmee aangeduid als 30 effusor. De eindzone 42 van de omkeerbuis 38 vertoont een verwijding en wordt daarom aangeduid als diffusor. Door de getekende configuratie wordt een zeer rustige en beheerste stromingsomkering verkregen.

Fig. 4 toont een stromingsomkeereenheid 10' 35 waarvan de werking principieel overeenkomt met die volgens Fig. 3. De omkeerbuizen 38 zijn echter alternerend gericht, waardoor de inlaatkanalen 31 niet om en om verweven zijn geplaatst met de uitlaatkanalen 32, 12 maar de inlaatkanalen 31 paarsgewijs om en om zijn geplaatst met paarsgewijs gegroepeerde uitlaatkanalen 32.

Fig. 5 toont een instelbare stromingsomkeereenheid 10'', die in de getoonde situatie 5 overeenkomt met de eenheid 10 volgens Fig. 3. De gebogen eindwanden 39 zijn flexibel uitgevoerd en worden gedragen door scharnierassen 43 die gemeenschappelijk roteerbaar zijn volgens een pijl 44. Niet getekend zijn de aandrijfmiddelen die voor een dergelijke rotatie zorg 10 moeten dragen. Door het in de richting van pijl 44 roteren van as 43 wordt de flexibele, bijvoorbeeld roestvrijstalen, eindwand 39 aan zijn bovenzijde 45 omlaaggedrukt, waardoor de doortocht tussen eindwand 39 en het centrale deel 40 wordt verkleind en zelfs tot nul 15 kan worden gereduceerd. Door een proportionele regeling kan aldus een continu variabele instelling worden gerealiseerd.

Fig. 6 toont een enthalpiewisselaar 50, waarvan de omkasting terwille van de duidelijkheid is weggelaten. 20 De wisselaar in deze sterk vereenvoudigde weergave omvat drie warmtegeleidende en mediumscheidende wanden 51, 52, 53, ter weerszijden waarvan zich respectieve vinnen 54, 55, 56, 57 bevinden, die in de vorm van zigzag-gevormde stroken zich in dwarsrichting ten opzichte van de hierna 25 te beschrijven stromen uitstrekken. De vinnen hebben in de stromingsrichtingen een beperkte lengte, terwijl de genoemde wanden 51, 52, 53 in het gebied van de vinnen warmtegeleidend zijn en tussen de respectieve stroken vinnen, die zijn aangeduid als respectievelijk 57, 57', 30 57'', warmte-isolerende delen respectievelijk 58, 58' vertonen. Hierdoor wordt warmtetransport in de langsrichting vermeden, waardoor de wisselaar 50 een uitstekend rendement en ook overigens uitstekende prestaties vertoont.

35 De middelste twee van de getoonde vier kanalen komen overeen met het primaire circuit I. De buitenste twee kanalen, die verder worden begrensd door de niet-getekende behuizing, bepalen het secundaire circuit II.

f 0 2 J 8 1 2 13

De diverse stromen en circuits zijn met dezelfde verwijzingen aangeduid als in Fig. 2.

Verder omvat de wisselaar 50 een centrale watertoevoerleiding 59 met mondstukken 60 ter 5 bevochtiging van de hydrofiele of hygroscopische vinnen 54 - 57. De vinnen vertonen perforaties waardoor het van de mondstukken 60 afkomstige water ook de lager gelegen vinnen geheel kan bevochtigen. Eventueel overtollig water wordt door niet-getekende middelen afgevoerd. Zoals uit 10 de figuur blijkt zijn de perforaties 61 uitgevoerd als sleuven. Deze sleuven zijn niet uitgestanst, maar gevormd door het vormen in een stansmachine van sneden en het uit het hoofdvlak van het omliggende vlak drukken van het vinmateriaal, zodanig dat een louvre-achtige structuur 15 ontstaat. De vorm van de nu als louvres aan te duiden perforaties 61 is zodanig, dat ze zijn gegroepeerd in twee in stromingsrichting op elkaar volgende groepen louvres, respectievelijk aangeduid met 62 en 63. In dit voorbeeld is de in stromingsrichting meest 20 stroomopwaartse groep louvres die met het verwijzingsgetal 63. De louvres zijn zodanig geplaatst, dat de stroom 5 door de louvres wordt onderschept om te worden afgeleid naar de andere zijde van de vin, waar de afgebogen stroom op zijn beurt weer wordt onderschept 25 door de louvres van de groep 62 om weer zijn oorspronkelijke baan althans ongeveer te hernemen. Deze structuur geeft een uitstekende warmteoverdracht tussen het langsstromende medium en de vinnen.

De bekrachtiging van de watertoevoerleiding 59 30 met de mondstukken 60 voor het af geven van water aan de beklede zijde, d.w.z. de vinnen 54-57 in de tarra secundaire mediumstroom II, vindt bij voorkeur intermitterend plaats. Het bewateringssysteem bevloeit de coating waardoor de vinnen hydrofiel of hygroscopisch 35 zijn geworden. Zoveel mogelijk wordt vermeden, de secundaire luchtstroom rechtstreeks te bevochtigen, daar dit immers slechts het effect heeft, het rendement van de enthalpiewisselaar 50 te verkleinen. Het gebruik van 14 sproeiers volgens de uitvinding wordt dan ook met stelligheid vermeden. De verdamping vindt uitsluitend plaats vanaf de coating van de door water bevochtigde vinnen en de eventueel tevens van een hydrofiele of 5 hygroscopische coating voorziene vrije wanddelen van de wanden 51, 52, 53, dat wil zeggen de met 58 en 58' aangeduide vinnen-vrije zones. Met betrekking tot de stand der techniek wordt nog opgemerkt, dat de doorgang van de secundaire mediumstroom plaatsvindt door een 10 hygroscopische poreuze massa heen. Dit veroorzaakt stagnatie van de goede doorstroming en daarmee een goed rendement van de enthalpiewisselaar. Het lijkt zelfs het meest waarschijnlijk, dat het eerste dele van de massa snel uitdroogt door een te intensief contact met het 15 langsstromende en vocht meevoerende medium. Hierdoor is de warmtewisselende werking met het primaire circuit sterk asymmetrisch. Door deze verstoorde balans zal het rendement van de enthalpie-wisselaar in ieder geval te wensen overlaten.

20 Volgens de genoemde stand der techniek vertonen de mediumtoevoerkanalen in de secundaire, vocht meevoerende luchtstroom een zodanig grote karakteristieke breedte of hydraulische doorgang, dat een goed functioneren van de enthalpie-wisselaar tevens daardoor 25 wordt belemmerd. De snelheid van de waterdampdiffusie is zodanig gering, dat de waterdamp het midden van het kanaal niet bereikt en door de geringe snelheid is de turbulentiegraad te gering om enige substantiële mate van menging tot stand te brengen.

30 In tegenstelling tot de bekende techniek wordt volgens de uitvinding door een geringe overbewatering bereikt dat de natte wand, daaronder tevens te rekenen de vinnen, in hoofdzaak homogeen geirrigeerd is en overal nagenoeg evenwel water bevat. Het drijvend drukverschil 35 voor de verdamping is dus overal optimaal. Een goede keuze van de stroomsnelheid en de turbulentiegraad zorgen voor een hoog rendement.

Het is hier tevens de plaats, aandacht te 15 wijden aan het rendement van de enthalpie-wisselaar in het algemeen, in het bijzonder met verwijzing naar de in dit opzicht duidelijke Fig. 6. Na het passeren van de primaire warmtewisselende zijde wordt een deel I' ' van de 5 bruto primaire luchtstroom I langs de secundaire zijde van de enthalpie-wisselaar 50 gevoerd om waterdamp op te nemen op de hiervoor beschreven wijze. De verdampingswarmte van het opgenomen, verdampte water wordt gebruikt om de bruto primaire luchtstroom I te 10 koelen tot de temperatuur van de netto primaire luchtstroom I1, die uiteindelijk de gewenste lucht is die in de betreffende te koelen ruimte wordt ingeblazen. De verhouding tussen bruto-stroom en tarra-stroom kent bij elke dimensionering van de enthalpiewisselaar een 15 optimum. De warmte, onttrokken aan de primaire bruto luchtstroom wordt vermenigvuldigd met het thermische rendement van de dauwpuntskoeIer 50. Voor het secundair onttrekken van enthalpie wordt grotendeels de latente verdampingswarmte van het irrigatiewater gebruikt.

20 Daardoor is het mogelijk, secundair met een geringe luchtstroom te volstaan. In het typische geval ligt de verhouding in massastroom tussen de primaire stroom en de secundaire stroom op een waarde in de orde van 2 tot 3.

Met betrekking tot de hydrofiele of 25 hygroscopische bekleding dan wel de oppervlaktebehandelingen die de vinnen en de de vinnen dragende warmtewisselende wanden de vereiste vochtverdelende en vocht-bufferende eigenschappen vertonen zorgen voor opslag van het te verdampen water 30 tussen twee irrigatie-perioden in. De bekleding of deklaag is zodanig dun, dat hij een nagenoeg verwaarloosbare warmteweerstand geeft, waardoor de warmteoverdracht tussen de primaire mediumstroom en de secundaire mediumstroom nagenoeg ongestoord kan 35 plaatsvinden.

Met verwijzing naar het Mollier-diagram volgens Fig. 7 wordt nu reeds vermeld, dat de Mollier-condities op de positie 6 als volgt zijn: temperatuur 30 C, '021812 16 absolute vochtigheid 12 g/m3. De Mollier-condities op de positie 12 zijn als volgt: temperatuur 13 C, absolute vochtigheid 9 g/m3. Op de positie 14 zijn de Mollier-condities: temperatuur 27 C, absolute vochtigheid 25 g/m3.

5 Uit deze verkregen resultaten moge duidelijk zijn, dat de wisselaar 50 een substantieel koeleffect teweegbrengt.

In Fig. 6 is afgezien van het tekenen van de nodige spruitstukken voor het verenigen van de buitenste 10 twee kanalen respectievelijk de binnenste twee kanalen aan beide zijden van de wisselaar 50. Tevens is afgezien van het tekenen van de voorzieningen die nodig zijn voor het vormen van de deelstromen I' en I'' uit de stroom I. Hiervoor kan één van de inrichtingen volgens 15 respectievelijk de Fig. 3, 4 en 5 of elke andere geschikte inrichting worden toegepast. Verwezen wordt in dit verband tevens naar de bespreking van Fig. 8.

Omdat er in de enthalpie-wisselaar van het type volgens Fig. 6 of in het algemeen van het type volgens de 20 uitvinding een gering drijvend temperatuurverschil optreedt en omdat de verzadigde dampspanning rechtstreeks afhankelijk is van de temperatuur, is het van groot belang ervoor te zorgen, dat dit temperatuurverschil niet door langsgeleiding (in de stromingsrichting) in de wand 25 teniet gedaan wordt. Dit wordt gerealiseerd door relatief geringe wanddiktes te kiezen, dan wel door tussen de vinnen in de stromingsrichting van de media niet-warmtegeleidende of althans in verwaarloosbare mate warmtegeleidende separaties aan te brengen. Dit zijn de 30 warmte-isolerende delen die met 58, 58' zijn aangeduid.

Om een zo groot mogelijk stoftransport te bewerkstelligen aan de natte zijde, dus het verdampen van water tot door de secundaire mediumstroom meegevoerde waterdamp, dient het drukverschil tussen de bij de 35 heersende temperatuur verzadigde dampdruk en de dampdruk van de aangevoerde lucht zo groot mogelijk te zijn. Verzadigde lucht, dan wel nagenoeg verzadigde lucht maakt dit verschil zo klein, dat dit ten koste gaat van de 17 prestaties van de enthalpie-wisselaar. De wisselaar vertoont aan de geïrrigeerde secundaire zijde bij voorkeur een ten dele onbekleed oppervlak, dat de water opnemende lucht en dus weer verder van het 5 verzadigingspunt wegbrengt, zodanig, dat nog steeds in optimale mate water kan worden opgenomen. Dit kan een continu dan wel een discontinu proces van damp opnemen en opwarmen zijn.

Afgezien van de beschreven warmtescheidingen 10 tussen de van vinnen voorziene zones is de warmtegeleidbaarheid van de tussenwand tussen de primaire stroom en de secundaire stroom niet van belang. De warmtegeleiding van de de warmteoverdracht bevorderende middelen, in het bijzonder de vinnen, die tot enige 15 afstand van de wand in het betreffende kanaal reiken en dus warmte, opgenomen door geleiding naar de wand moeten transporteren, is van groot belang en moet goed gekozen zijn. De uitvinding maakt in een bepaalde uitvoering in dit verband gebruik van de in kanteelvorm of zigzagvorm 20 gevouwen vinnen bestaande uit koperen stroken met louvre-vormige perforaties, zoals in Fig. 6 getoond.

Fig. 7 toont een Mollier-diagram voor vochtige lucht bij een druk van 1 bar. Dit diagram is de basis voor ontwerp en alle regelstrategieën die inherent zijn 25 aan alle hiervoor beschreven en getekende uitvoeringsvoorbeelden van de enthalpie-uitwisselaar volgens de onderhavige uitvinding.

Voor een goed begrip van de Fig. 8-24 volgt nu een verklarende lijst met betrekking tot de in de 30 blokschema's gebruikte type-aanduidingen.

18

VERKLARENDE LIJST VAN TYPE-AANDUIDINGEN

1 Enthalpy exchanger 5 Type 1 = basisenthalpie-uitwisselaar

Type 2 = basisenthalpie-uitwisselaar met ingebouwde adiabatische voorkoeler

Type 3 = basisenthalpie-uitwisselaar met condensatie in de primaire stroom 10 Type 4 = basisenthalpie-uitwisselaar voor water-lucht Type 5 = basisenthalpie-uitwisselaar, geschikt voor onderdruk met vernauwing en ingebouwde adiabatische voorkoeler

Type 6 = type 5 met partiële condensatie (droging in het 15 primaire circuit) en luchtmenging

Type 7 = type 6, zonder luchtmenging Type 8 = type 1, geschikt voor onderdruk Type 9 = basisenthalpie-uitwisselaar met partiële condensatie (droging in primaire luchtstroom) 20 en luchtmenging

Type 10 = type 4, waarbij de luchtzijde in de enthalpie- uitwisselaar is voorzien van een adiabatische voorkoeler 25 2 Manifold

Type 1 = eerste verweef- en spruitstuk

Type 2 = tweede verweef- en spruitstuk

Type 3 = eerste verweef- en spruitstuk, 30 onderdrukbestendig

Type 4 = tweede verweef- en spruitstuk, onderdrukbestendig 3_Evaporation water group 35

Type 1 = verdampingswatergroep

Type 2 = type 1, maar geschikt voor onderdruk

Type 3 = verdampings- en condenswatergroep f f\ 9 t r} 1 ί * 19

Fig. 8 toont een blokschema van een dauwpuntskoeler, waarbij in de blokken de desbetreffende functie kort is weergegeven.

Pompen en ventilatoren worden bij voorkeur daar 5 geplaatst, waar ze volgens het ontwerpkriterium van de beste prestaties het best kunnen worden geplaatst. Zo zal in het algemeen in geval van een gekoelde luchtstroom een pomp of ventilator niet aan de uitgang maar aan de ingang worden geplaatst om ongewenste opwarming in het gekoelde 10 medium te voorkomen.

Zoals vermeld, komt de algemene configuratie van de inrichting volgens Fig. 8 overeen met Fig. 2. De blokken 101, 102, 103 kunnen als volgt worden omschreven. Bijvoorbeeld kunnen de blokken 101, 102, 103 zijn 15 uitgevoerd als ventilatoren voor het vormen en instandhouden van de luchtstromen I, I' en I''=II. Door het variëren van het toerental van deze ventilatoren kan binnen zekere grenzen elk gewenst debiet en de onderlinge debietverhouding worden ingesteld.

20 Als alternatief kan tevens gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld een invoerventilator 101, voor het teweeg brengen van een luchtstroom I. De blokken 102, 103 zijn in deze optie uitgevoerd als variabele kleppen, waarvan de doortocht en daarmee de stromingsweerstand 25 naar wens kan worden ingesteld. Hiermee kan de debietverhouding I': 11' worden ingesteld. Zoals reeds opgemerkt, is deze verhouding in hoge mate bepalend voor de prestaties van de inrichting, in het bijzonder het rendement.

30 Fig. 9 verwijst naar de locaties 1, 2 en 3 in

Fig. 8. In deze uitvoering wordt gebruik gemaakt van ventilatoren die in bepaalde combinaties op de in de tabel aangeduide locaties kunnen voorkomen. Aldus geeft de tabel volgens Fig. 9 in het kader van Fig. 8 tien 35 verschillende mogelijkheden weer.

Het Mollier-diagram volgens Fig. 10 verwijst naar het blokschema volgens Fig. 8.

Fig. 11 is een dauwpuntskoeler van het type 20 volgens Fig. 1.

De Mollier-diagrammen zoals weergegeven in de Fig. 12, 13 en 14 hebben op Fig. 11 betrekking.

Fig. 15 heeft betrekking op een 5 dauwpuntswarmtewisselaar van het type volgens Fig. 1.

Fig. 16 toont het desbetreffende Mollier- diagram.

Fig. 17 en 18 betreffen een halfgesloten tweetrapsdauwpuntskoeler.

10 Fig. 19 en 20 betreffen een gesloten tweetrapsdauwpuntskoeler.

Fig. 21 en 22 betreffen een dauwpuntswaterkoeler.

Fig. 23 en 24 hebben betrekking op een 15 tweetrapsdauwpuntswaterkoeler.

***** 20 i 0 2 ! a 1 2

Claims

1. Dauwpuntskeeler (figuren 1 en 11), omvattende: een eerste mediumcircuit en een daarmee via een althans ten dele warmtegeleidende wand thermisch 5 gekoppeld tweede mediumcircuit, welke beide circuits doorstroombaar zijn door twee respectieve media, waarbij althans het tweede medium een gas, bijvoorbeeld lucht, bevat met een relatieve vochtigheid van minder dan 100%; welke warmtegeleidende wand opbreekmiddelen 10 vertoont voor het ter plaatse van althans voor warmteoverdracht actieve zones in beide media opbreken van althans de thermische grenslaag, de laminaire grenslaag, en de relatieve-vochtigheidsgrenslaag, welke opbreekmiddelen warmtegeleidende uitsteeksels omvatten 15 die het effectieve warmtegeleidende oppervlak van de genoemde wand vergroten; waarbij de warmtegeleidende oppervlakken van de genoemde wand en de opbreekmiddelen althans in het gebied van het secundaire medium althans ten dele zijn bedekt 20 met een hydrofiele, bijvoorbeeld hygroscopische, deklaag, welke deklaag bijvoorbeeld poreus is en/of door capillaire werking een verdampbare vloeistof, bijvoorbeeld water, kan opnemen, vasthouden, en door verdamping weer kan afstaan, zodanig dat de bevochtigde 25 deklaag en daardoor tevens de warmtegeleidende oppervlakken en de opbreekmiddelen worden afgekoeld; op drukverschil gebaseerde primaire aandrijfmiddelen, bijvoorbeeld een ventilator of pomp, voor het primaire medium; 30 op drukverschil gebaseerde secundaire aandrijfmiddelen, bijvoorbeeld een ventilator, voor het 4 secundaire medium; en een bevochtigingseenheid voor het aan bevochtiging door de verdampbare vloeistof onderwerpen van het secundaire medium door verdamping van vloeistof 5 uit de deklaag, zodanig, dat de door het secundaire medium meegevoerde verdampte vloeistof via de warmtegeleidende wand warmte onttrekt aan het primaire medium.

2. DauwpuntskoeIer volgens conclusie 1, waarin 10 de deklaag bestaat uit een poreus technisch keramisch materiaal, bijvoorbeeld een gebakken laag, een cement zoals een Portland-cement, of een vezelachtig materiaal, bijvoorbeeld een minerale wol zoals steenwol.

3. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin 15 de deklaag bestaat uit een kunststof.

4. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, 2 of 3, waarin het effectieve buitenoppervlak van de deklaag, waaruit de vloeistof kan verdampen, ten minste lOOx, bij voorkeur ten minste lOOOx, zo groot is als het 20 geprojecteerde oppervlak daarvan.

5. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin de dauwpuntskoeler zodanig is gedimensioneerd en de mediumstromen zodanige waarden bezitten, dat in de secundaire stroom het dauwpunt binnen 1°C wordt genaderd.

6. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin de opbreekmiddelen vinnen omvatten, welke vinnen zijn uitgevoerd als een aantal stroken met elk een algemene golfvorm, van elk van welke stroken opeenvolgende golftoppen aan de ene zijde met de wand gekoppeld zijn, 30 en dat de deklaag in hoofdzaak alleen aan het van de wand afgewende oppervlak van elke strook aangebracht is.

7. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 4, waarin de eigenschappen van de deklaag en die van de vloeistof in onderlinge samenhang zodanig gekozen zijn, dat 35 (a) er per oppervlakte-eenheid van de wand en de opbreekmiddelen een zekere hoeveelheid vloeistof in de deklaag gebufferd kan worden; en (b) de warmteweerstand van een met vloeistof ' 23 gevulde deklaag dwars op zijn hoofdvlak verwaarloosbaar is ten opzichte van de totale warmteweerstand in het traject tussen de warmtegeleidende wand en het langsstromende secundaire medium.

8. Dauwpuntskoeler (figuren 2 en 8) volgens conclusie 1, omvattende een eventueel instelbare omkeereenheid voor het omkeren van een deel van de primaire mediumstroom aan de uitgang van het eerste mediumcircuit ter vorming van de 10 secundaire mediumstroom.

9. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 8, waarin de verhouding tussen de primaire mediumstroom en de secundaire mediumstroom door middel van instelmiddelen instelbaar is, zodanig, dat het rendement van de 15 dauwpuntskoeler instelbaar is.

10. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 9, waarin de instelmiddelen zijn uitgevoerd als een eventueel instelbare doortocht in het primaire circuit en een instelbare doortocht in het secundaire circuit.

11. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin de uitsteeksels onderling versprongen relaties vertonen.

12. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin de uitsteeksels een de warmteoverdracht bevorderende beperkte lengte in de stromingsrichting bezitten.

13. Dauwpuntskoeler volgens conclusie 1, waarin de uitsteeksels in stromingsrichting zijn gescheiden door delen met een substantieel geringere warmtegeleiding. ***** 30 1 0 ? 1 !Vi 2 -