NL1030538C1 - Inrichting voor het indirect door verdamping koelen van een luchtstroom. - Google Patents

Description

INRICHTING VOOR HET INDIRECT DOOR VERDAMPING KOELEN VAN EEN LUCHTSTROOM

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het koelen van een luchtstroom, omvattende ten minste één koelkanaal met een instroomopening voor de te koelen luchtstroom en een uitstroomopening voor de gekoelde 5 luchtstroom, ten minste één door een overdrachtswand van het koelkanaal gescheiden verdampingskanaal met een instroomopening die verbonden is met de uitstroomopening van het koelkanaal en een uitstroomopening, en middelen voor het bevochtigen van de naar het verdampingskanaal gekeerde zijde 10 van de overdrachtswand. Een dergelijke inrichting, waarmee een luchtstroom indirect door verdamping gekoeld kan worden, en die ook wel aangeduid wordt als "dauwpuntkoeler" is bekend uit het Amerikaanse octrooi 4.002.040.

De bekende koelinrichting heeft de gedaante van een 15 kruisstroom-warmtewisselaar met een aantal stellen onderling evenwijdige koelkanalen en een aantal stellen eveneens onderling evenwijdige verdampingskanalen, die loodrecht op de koelkanalen verlopen. Daarbij grenst telkens een stel j koelkanalen aan weerszijden aan twee stellen 20 verdampingskanalen, en andersom, waardoor als het ware een gelaagde opbouw van de warmtewisselaar wordt verkregen.

De wanden die de scheiding vormen tussen de koelkanalen en de verdampingskanalen, en die dus dienen voor de overdracht van warmte (of koude) daartussen, zijn 25 vervaardigd van een materiaal dat zeer goed warmte geleidt, zoals bijvoorbeeld aluminium. De wanden van de verdampingskanalen, waaronder ook de wanden die de scheiding vormen tussen de verdampingskanalen en de koelkanalen, zijn allen bekleed met een materiaal dat vocht kan vasthouden.

30 Boven de verdampingskanalen zijn bevochtigingsmiddelen 1 0305 3 8 2 aangebracht, in de vorm van periodiek werkzame sproeiers, die een hoeveelheid water op de wanden met het vocht vasthoudend materiaal sproeien.

Bij de bekende koelinrichting wordt te koelen lucht, 5 bijvoorbeeld omgevingslucht, door een ventilator aangezogen en door de koelkanalen gedwongen. Vanuit de koelkanalen stroomt de gekoelde lucht bijvoorbeeld naar een te ventileren ruimte. Bij het verlaten van de koelkanalen wordt echter een gedeelte van de lucht, bijvoorbeeld een derde van de 10 volumestroom, afgescheiden van de hoofdstroom en naar de verdampingskanalen geleid. Daar stroomt de gekoelde lucht langs de vochtige wanden, waardoor vocht wordt verdampt en meegevoerd met de luchtstroom. Het verdampen van het vocht leidt tot een verlaging van de temperatuur van de wanden.

15 Door de goede warmtegeleiding van de overdrachtswanden resulteert dit ook in een temperatuurverlaging in de koelkanalen, waardoor dus de luchtstroom wordt gekoeld.

Deze bekende koelinrichting op basis van indirecte verdamping heeft in vergelijking met bijvoorbeeld een 20 airconditioningsinstallatie het voordeel dat voor het koelen van de lucht slechts weinig vermogen nodig is. Bovendien kent deze koelinrichting weinig bewegende onderdelen, zodat deze eenvoudig en tegen geringe kosten te vervaardigen en te installeren is. Daarnaast zijn geen koudemiddelen nodig.

25 In vergelijking met directe verdampingskoelers heeft de indirect werkende koelinrichting het voordeel dat het koelen van de lucht niet gepaard gaat met een toename van de luchtvochtigheid. De toevoer van droge gekoelde lucht leidt tot een aangenaam klimaat in de daardoor gekoelde ruimte.

30 Bovendien kan met een dergelijke indirect werkende koelinrichting de lucht tot een lagere temperatuur worden gekoeld dan met een directe verdampingskoeler mogelijk zou zijn. Waar de directe verdampingskoeler de lucht niet verder _1 0305 3 8 _ 3 kan koelen dan tot de zogeheten "natte bol" temperatuur, kan de indirect werkende verdampingskoeler de lucht tot het zogeheten "dauwpunt" koelen, reden waarom de bekende koelinrichting ook wel als dauwpuntkoeler aangeduid wordt.

5 De uitvinding heeft nu tot doel een koelinrichting van de hiervoor beschreven soort zodanig te verbeteren, dat daarmee de aangevoerde luchtstroom nog verder gekoeld kan worden, en een nog aangenamer binnenklimaat kan worden gerealiseerd. Volgens de uitvinding wordt dit bij een 10 dergelijke koelinrichting bereikt door middelen voor het ontvochtigen van de luchtstroom in het koelkanaal. Door vocht aan de te koelen lucht te onttrekken, kan deze lucht in hét verdampingskanaal meer vocht opnemen, waardoor een grotere hoeveelheid verdampingswarmte aan de wand onttrokken wordt, 15 en dus de temperatuur daarvan verder daalt.

Bij voorkeur omvatten de ontvochtigingsmiddelen een polymeer met lage kritieke oplostemperatuur (LCST polymeer).

| Een dergelijke polymeer is tot de kritieke temperatuur oplosbaar in water, en houdt op die manier vocht vast.

! 20 Daarbij wordt de stabiliteit van de polymeer in opgeloste toestand gewaarborgd door geschikt gekozen vernettingsmiddelen.

Een eenvoudige uitvoering van de koelinrichting volgens de uitvinding wordt verkregen, wanneer de naar het 25 koelkanaal gekeerde zijde van de scheidingswand althans ten dele bekleed is met of vervaardigd is van een LCST polymeer. Bijvoorbeeld zou zo de instroomzijde van het of elk koelkanaal bekleed kunnen zijn met een strook LCST polymeer. Ook is het natuurlijk denkbaar dat alle wanden van het of elk 30 koelkanaal volledig met dit materiaal bekleed zijn.

Met voordeel kan de LCST polymeer gekozen zijn uit de groep die polyoxazoline, poly(dimethylamino ethyl methacrylaat) (p(DMAEMa) en poly(N-isopropylacrylamide) 1 0305 3 8 4 (pNiPAAm) omvat. Dit zijn allen polymeren die een relatief grote hoeveelheid vocht aan de lucht kunnen onttrekken en vasthouden.

Bij voorkeur is de koelinrichting volgens de 5 uitvinding verder voorzien van middelen voor het regenereren van de ontvochtigingsmiddelen. Naarmate deze ontvochtigingsmiddelen immers meer vocht aan de instromende lucht onttrokken hebben en dus verzadigd raken, zal de werkzaamheid daarvan afnemen. Door dan de regeneratiemiddelen 10 te activeren, kan dit vocht uit de ontvochtigingsmiddelen worden vrijgemaakt, waardoor de oorspronkelijke werkzaamheid wordt hersteld.

Bij een constructief en operationeel eenvoudige uitvoering van de koelinrichting zijn de regeneratiemiddelen 15 ingericht voor het periodiek tot boven de kritieke oplostemperatuur verwarmen van de LCST polymeer. Daar een dergelijke polymeer gekenmerkt wordt door zijn lage kritieke j oplostemperatuur, veelal in de orde van 60 tot 70 °C, kan met i eenvoudige verwarmingselementen worden volstaan.

20 Teneinde te voorkomen dat het regenereren leidt tot ! bevochtiging van de te koelen luchtstroom, zijn bij voorkeur de regeneratiemiddelen ingericht voor het verzamelen en uit het koelkanaal afvoeren van door de LCST polymeer tijdens het regenereren afgegeven vocht.

25 Een bijzonder efficiënte koelinrichting wordt dan verkregen, wanneer de regeneratiemiddelen ingericht zijn voor het naar de bevochtigingsmiddelen leiden van het verzamelde vocht. Zo hoeft voor het bevochtigen van de verdampingskanalen slechts weinig water toegevoerd te worden.

30 De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een tweetal voorbeelden, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening, waarin: 1 0305 3 8 5

Figuur 1 een schematisch aanzicht toont van de luchtstroming door een koelinrichting volgens de uitvinding die in kruisstroom werkt,

Figuur 2 een perspectivisch detailaanzicht is van een 5 deel van de koelkanalen en verdampingskanalen van de koelinrichting van figuur 1,

Figuur 3 een doorgesneden bovenaanzicht is van een alternatieve uitvoeringsvorm van de koelinrichting, en

Figuur 4 een dwarsdoorsnede is volgens de lijn IV-IV 10 in figuur 3.

Een inrichting 1 (figuur 1) voor het koelen van een luchtstroom omvat een aantal stellen onderling evenwijdige, door tussenwanden 7 gescheiden koelkanalen 2 (figuur 2) met een instroomopening voor de te koelen luchtstroom Aj en een 15 uitstroomopening voor de gekoelde luchtstroom A2. De instroomopeningen staan bijvoorbeeld in verbinding met de omgeving S, terwijl de uitstroomopeningen uitmonden in een te koelen ruimte R. De luchtstroming door de koelinrichting 1 wordt verzorgd door een ventilator 5.

20 De koelinrichting 1 omvat verder een aantal stellen door overdrachtswanden 4 van de koelkanalen 2 gescheiden verdampingskanalen 3. De verdampingskanalen 3 zijn onderling gescheiden door tussenwanden 8. De instroomopeningen van de verdampingskanalen 3 zijn verbonden met de uitstroomopeningen 25 van de koelkanalen 2, terwijl de uitstroomopeningen van de koelkanalen 3 uitmonden uit in de omgeving S.

Door de verbinding tussen de koelkanalen 2 en de verdampingskanalen 3 wordt een deelstroom A3 van de gekoelde luchtstroom A2 afgescheiden en door de verdampingskanalen 3 30 geleid. Na het passeren van de verdampingskanalen wordt de dan vochtige luchtstroom As uitgeblazen in de omgeving S. De verhouding tussen de hoofdstroom A4 die uiteindelijk naar de te koelen ruimte R wordt geleid en de afgescheiden deelstroom 1 0305 3 8 6 A3 wordt ondermeer bepaald door de afmetingen van de koelkanalen en de verdampingskanalen, en kan bijvoorbeeld 2:1 bedragen.

De koelinrichting 1 is verder voorzien van middelen 6 5 voor het bevochtigen van de verdampingskanalen 3, en met name de overdrachtswanden 4. Deze bevochtigingsmiddelen 6 omvatten hier een sproeibuis 9 met een aantal openingen 10 en een toevoerleiding 11 waardoor water uit een verzamelbak 12 onder de verdampingskanalen 3 met behulp van een (hier niet 10 getoonde) pomp naar de sproeibuis 9 wordt gebracht. Teneinde te voorkomen dat de bevochtigingsmiddelen 6 continu werkzaam moeten zijn, zijn de wanden 4, 8 van de verdampingskanalen 3 bekleed met een materiaal 13 dat het vocht vasthoudt, bijvoorbeeld een absorberend doek of een coating van 15 keramisch materiaali

Tot zover is de koelinrichting 1 nog grotendeels conventioneel van opbouw. Teneinde het rendement van de koelinrichting te verhogen en daarmee te komen tot een verdere koeling van de inkomende luchtstroom A3 dan met 20 conventionele koelinrichtingen mogelijk is, stelt de uitvinding voor om deze inkomende luchtstroom Ai te ontvochtigen. Hierdoor neemt de capaciteit tot het opnemen van vocht van de afgescheiden luchtstroom A3 toe, zodat in de verdampingskanalen 3 meer vocht kan worden verdampt, en dus 25 een grotere hoeveelheid verdampingswarmte aan de overdrachtswanden 4 kan worden onttrokken. Op deze wijze worden de overdrachtswanden 4 kouder dan bij conventionele koelinrichtingen, zodat een hoger koelvermogen wordt bereikt.

In het getoonde voorbeeld hebben de middelen 14 voor 30 het ontvochtigen van de te koelen luchtstroom A: de gedaante van een polymeermateriaal met een lage kritieke oplostemperatuur (LCST polymeer), dat als bekledingslaag 15 is aangebracht op de wanden 4, 7 van de koelkanalen 2. Als 1 0305 3 8 7 LCST polymeer kan daarbij gedacht worden aan een materiaal als polyoxazoline, poly(dimethylamino ethyl methacrylaat) (p(DMAEMa) of poly(N-isopropylacrylamide) (pNiPAAm). Hoewel hier alle wanden 4, 7 van de koelkanalen 2 volledig met de 5 LCST polymeer zijn bekleed, is het ook denkbaar dat wordt volstaan met het bekleden van slechts een deel van de wanden, bijvoorbeeld de verticaal verlopende overdrachtswanden 4. Ook is het voorstelbaar dat de LCST polymeer slechts over een deel van de lengte van de koelkanalen 2 wordt aangebracht, 10 bijvoorbeeld aan de instroomzijde daarvan (figuur 3), of zelfs in een stroomopwaarts van de eigenlijke koelkanalen 2 gelegen instroomdeel van de koelinrichting 1.

De LCST polymeerlaag 15 op de wanden 4, 7 neemt vocht op uit de langsstromende lucht, en gaat daarbij in oplossing. 15 Door de aanwezigheid van geschikt gekozen vernettingsmiddelen ("cross linkers") behoudt de opgeloste polymeerlaag 15 zijn stabiliteit. Door het ontvochtigen van de lucht neemt zoals gezegd de vochtopname-capaciteit van de luchtstroom A3 in de verdampingskanalen 3 - en daarmee het koelvermogen - toe.

20 Daarnaast leidt dit tot een hogere mate van comfort, omdat de gekoelde luchtstroom A2 die aan de ruimte R wordt toegevoerd droger is.

Naarmate meer vocht in de LCST polymeerlaag 15 is opgenomen en deze laag dus verder verzadigd raakt, neemt de 25 werkzaamheid van de ontvochtigingsmiddelen 14 af. Daarom is de koelinrichting 1 in het getoonde voorbeeld ook voorzien van middelen 16 voor het regenereren van de polymeerlaag 15. Deze regeneratiemiddelen 16 zijn ingericht voor het periodiek tot boven zijn kritieke oplostemperatuur verwarmen van de 30 LCST polymeer. Omdat deze kritieke temperatuur relatief laag is, en bijvoorbeeld in de orde van 60 tot 70 °C bedraagt, kan worden volstaan met relatief eenvoudige verwarmingselementen 17 met een laag vermogen. De opbouw en werking van dergelijke 1 0305 3 8 8 verwarmingselementen is beschreven en getoond in aanvraagsters niet vóórgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 1030149.

Wanneer de LCST polymeer 15 tot boven zijn kritieke 5 oplostemperatuur wordt verwarmd, gaat deze uit oplossing, en komt dus het vocht L weer vrij. Dit vocht L stroomt dan langs de wanden 4, 7. Om te voorkomen dat daardoor de instromende lucht Ax ongewenst bevochtigd wordt, zijn de regeneratiemiddelen 16 verder ingericht voor het verzamelen 10 en uit de koelkanalen 2 afvoeren van dit tijdens het regenereren afgegeven vocht L. Daartoe kunnen bijvoorbeeld de koelkanalen 2 enigszins onder afschot verlopen, zodat het vocht L naar het laagste punt van de koelkanalen 2 stroomt. Daar bevindt zich in het getoonde voorbeeld een 15 verzamelhouder 18. Deze staat op zijn beurt in verbinding met de verzamelhouder 12 van de bevochtigingsmiddelen 6. Door zo . het aan de instromende lucht onttrokken vocht L naar de bevochtigingsmiddelen te leiden, wordt het waterverbruik van de koelinrichting 1 verminderd.

20 In plaats van onderling gekruist kunnen de koelkanalen 2 en de verdampingskanalen 3 ook evenwijdig maar tegengesteld gericht verlopen (figuren 3 en 4). Er is dan sprake van een tegenstroomkoeler. Deze opstelling heeft het voordeel dat er een langduriger dus intensiever 25 warmtewisselend contact mogelijk is tussen de te koelen luchtstroom Ax en de verdampingsstroom A3.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, zal het duidelijk zijn dat deze op velerlei wijze kan worden gevarieerd. De omvang van 30 de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de nu volgende conclusies.

1 0305 3 8

Claims (8)

1. Inrichting voor het koelen van een luchtstroom, omvattende: - ten minste één koelkanaal met een instroomopening voor de te koelen luchtstroom en een uitstroomopening voor de 5 gekoelde luchtstroom, - ten minste één door een overdrachtswand van het koelkanaal gescheiden verdampingskanaal met een instroomopening die verbonden is met de uitstroomopening van het koelkanaal en een uitstroomopening, en 10. middelen voor het bevochtigen van de naar het verdampingskanaal gekeerde zijde van de overdrachtswand, gekenmerkt door middelen voor het ontvochtigen van de luchtstroom in het koelkanaal.

2. Koelinrichting volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de ontvochtigingsmiddelen een polymeer met lage kritieke oplostemperatuur (LCST polymeer) omvatten.

3. Koelinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de naar het koelkanaal gekeerde zijde van de overdrachtswand althans ten dele bekleed is met of 20 vervaardigd is van een LCST polymeer.

4. Koelinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de LCST polymeer gekozen is uit de groep die polyoxazoline, poly(dimethylamino ethyl methacrylaat) (p(DMAEMa) en poly(N-isopropylacrylamide) (pNiPAAm) omvat.

5. Koelinrichting volgens één der conclusies 2 tot 4, gekenmerkt door middelen voor het regenereren van dé ontvochtigingsmiddelen.

6. Koelinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de regeneratiemiddelen ingericht zijn voor het 30 periodiek tot boven de kritieke oplostemperatuur verwarmen van de LCST polymeer. 1 0305 3 8

7. Koelinrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de regeneratiemiddelen ingericht zijn voor het verzamelen en uit het koelkanaal afvoeren van door de LCST polymeer tijdens het regenereren afgegeven vocht.

8. Koelinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de regeneratiemiddelen ingericht zijn voor het naar de bevochtigingsmiddelen leiden van het verzamelde vocht. 1 0305 3 8