NL8801679A

NL8801679A - Werkwijze en een middel voor het regelen van de luchttoestand in een omhulsel.

Info

Publication number: NL8801679A
Application number: NL8801679A
Authority: NL
Original assignee: Ormat Turbines
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1989-02-01
Also published as: SE8802419L; US4841740A; JPH0198845A; IL86860A0; DK363388D0; SE8802419D0; DK363388A; NO882924D0; AU608863B2; AU1867688A; NO882924L

Description

N035271 1 ~

Werkwijze en een middel voor het regelen van de luchttoestand in een omhulsel.

BESCHRIJVING

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een middel voor het behandelen van de lucht in een omhulsels en meer in het bij-5 zonder voor het regelen van de temperatuur en de vochtigheid van de lucht in een omhulsel zoals een kas.

Uit de Amerikaanse octrooiaanvrage Serie Nr. 479.009 is een inrichting bekend voor het behandelen van de lucht in een omhulsel door toepassing van een lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt con-10 tact waarin de lucht uit het omhulsel direkt in aanraking gebracht wordt met de zoutoplossing uit een reservoir voor het doen condenseren van de waterdamp in het omhulsel op de zoutoplossing ter vorming van verdunde zoutoplossing. De verdunde zoutoplossing wordt geregenereerd in een met een brandstof gestookte ketel die stoom opwekt welke via 15 pijpleidingen in een warmtewisselaar met indirekt contact gebracht kan worden, die zich bevindt in het omhulsel ter verwarming van de lucht in het omhulsel. De verdunde zoutoplossing wordt vanuit de warmtewisselaar met direkt contact via pijpleidingen naar de ketel gebracht door een tegenstroomwarmtewisselaar waarin de verdunde zoutoplossing warmte ab-20 sorbeert van de geconcentreerde zoutoplossing, en deze dus koelt, afkomstig van de ketel. De verkregen gekoelde geconcentreerde zoutoplossing wordt overgebracht naar een reservoir vanwaaruit de zoutoplossing gevoerd wordt naar de 1ucht/zoutoplossingwarmtewissel aar met direkt contact. Bij deze uitvoering wordt de temperatuur van de geconcentreer-25 de zoutoplossing die de 1ucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt contact binnentreedt, zo laag mogelijk gehouden. Dat wil zeggen dat de dampdruk op het 1ucht/zoutoplossinggrensvlak van de zoutoplossing die de 1ucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt contact binnentreedt bijna altijd lager zal zijn dan de dampdruk van de lucht in het omhul-30 sel met als gevolg dat de zoutoplossing die de warmtewisselaar met direkt contact binnentreedt hygroscopisch zal zijn en derhalve vocht uit de lucht zal absorberen.

Doel van de onderhavige uitvinding is de uitwendige afmetingen van het hierboven beschreven apparaat zo klein mogelijk te maken, en zijn 35 rendement te verbeteren door het brandstofgebruik zo klein mogelijk te maken en door de hoeveelheid warmte die teruggevoerd wordt naar het om- .8601679 % 2 hulsel te vergroten.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het behandelen van lucht in een omhulsel die een lucht/zoutoplossing-warmtewisselaar met direkt contact bevat, en middelen voor het uitwis-5 selen van lucht in het omhulsel met de direkt contactwarmtewisselaar. Een reservoir met geconcentreerd zoutoplossing is verschaft ter vorming van een eerste zoutoplossingkringloop waarin zoutoplossing uit het reservoir in wisseling gebracht wordt met de direkt contactwarmtewisselaar ter condenser!ng van waterdamp in de lucht uit het omhulsel op de 10 zoutoplossing ter vorming van verdunde zoutoplossing die terugstroomt naar het reservoir. De inrichting bevat ook een zoutoplossingketel, en middelen voor het vormen van een tweede zoutoplossingkringloop waarin verdunde zoutoplossing uit de eerste kringloop in wisseling gebracht wordt met de ketel ter verdamping van water uit de verdunde zoutoplos-15 sing en het opwekken van stoom. Volgens de onderhavige uitvinding worden stromingsregelmiddel en verschaft voor het in stand houden van een kleinere stromingssterkte in de tweede kringloop dan in de eerste kringloop. Volgens een voorkeursconstructie is het stromingsregelmiddel zodanig geconstrueerd en uitgevoerd dat ten minste een ordegroottever-20 schil bestaat tussen de stromingssterkten in de eerste en tweede kringlopen, en bij voorkeur is de stromingssterkte in de tweede kringloop ongeveer 1/20 van de stromingssterkte in de eerste kringloop. Uit de ervaring blijkt dat dit tot het meest efficiënte en compacte systeem leidt.

25 Een uitvoering van de onderhavige uitvinding is in de bijgevoegde tekeningen getoond.

Fig. 1 toont een blokdiagram met de algemene omgeving van de onderhavige uitvinding.

Fig. 2 toont een schema met de voorkeursconstructie van de 30 lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt contact en de in fig. 1 afgebeelde ketel.

Fig. 3 toont een psychrometrische grafiek ter toelichting van de werking volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 4 toont een alternatieve uitvoering van de in fig. 2 afge-35 beelde uitvinding.

Onder verwijzing naar de tekeningen heeft verwijzingsteken 10 betrekking op een omhulsel in de vorm van een kas met landbouwprodukten 12 welke koolstofdioxide absorberen overdag en waterdamp produceren.

's Nachts rusten de produkten 12. Bij de kas 10 behoort een inrichting 40 14 die een lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar 16 met direkt contact be- .8801679 3 £ vat waaraan geconcentreerde zoutoplossing wordt toegevoerd via een leiding 18 uit het zoutoplossingreservoir 20, en vanwaaruit verdunde zoutoplossing verkregen wordt door leiding 22. De ontvochtigingsinrichting 16 kan een vilten kussen of mat zijn van jutemateriaal en verschaft een 5 groot oppervlaktegebied waaraan de geconcentreerde zoutoplossing toegevoerd wordt ter vorming van een dunne zoutoplossingfilm die blootstaat aan de lucht. Derhalve werkt de ontvochtigingsinrichting 16 als een 1ucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met dunne film en direkt contact, zoals hieronder beschreven.

10 De zich in de kas 10 bevindende leiding 24, waarin zich de zout-oplossingontvochtigingsinrichting 16 bevindt, bezit middelen voor het doen rondstromen van de lucht in de kas door de ontvochtigingsinrichting. In het bijzonder bevat de leiding 24 een waaier 26 welke de vochtige lucht in de kas zuigt door de ontvochtigingsinrichting en de lucht 15 door de warmtewisselaar of de radiator 28 doet stromen voordat de lucht opnieuw in de kas wordt gebracht.

Ketel 30, behorende bij zoutoplossingreservoir 20, wordt verwarmd door brandstof die verbrand wordt in de brander 32 welke verbonden is aan de brandstofbron 34. De verdunde zoutoplossing uit de leiding 22 20 wordt door de tegenstroomwarmtewisselaar 36 gepompt of stroomt daardoorheen onder invloed van de zwaartekracht, en treedt de ketel 30 binnen waarin de zoutoplossing wordt geregenereerd. De ketel concentreert de verdunde zoutoplossing door het water daaruit te verdampen waarbij stoom wordt opgewekt. De leiding 38 voert de stoom naar de klep 40 wel-25 ke naar keuze de stoom in de radiator 28 (indien de kas moet worden verwarmd) stuurt, of in de watertank 42 wanneer de warmte en de stoom moeten worden bewaard om later gebruikt te worden.

Ketel 30 concentreert derhalve de dunne zoutoplossing; en de geconcentreerde zoutoplossing stroomt door de warmtewisselaar 36 in het 30 zoutoplossingreservoir 20. De door de ketel verschafte hete geconcentreerde zoutoplossing wordt gekoeld in de warmtewisselaar 36 voordat zij afgeleverd wordt aan het zoutoplossingreservoir 20; en de warmte afkomstig uit de geconcentreerde zoutoplossing wordt overgebracht naar de binnenkomende verdunde zoutoplossing.

35 Bij voorkeur is de in de ketel 32 verbrande brandstof vloeibaar gas of aardgas teneinde de verbrandingsprodukten te beperken tot koolstofdioxide en water. De door de verbrande brandstof geproduceerde verbrandi ngsprodukten samenhangend met de brander 30 kunnen door de leidingen 44 in de kas 10 worden gebracht zodat de verbrandingsprodukten, 40 te weten koolstofdioxide en water, overgebracht worden in de kas. Deze <8801679 4 uitvoering is echter een keuzemogelijkheid.

Overdag, wanneer de landbouwprodukten zoals bloemen of groenten groeien, absorberen zij actief koolstofdioxide uit de lucht in de kas. De actieve landbouwprodukten geven ook waterdamp af aanvullend op de 5 waterdamp die in de kas gebracht wordt door de verbrandingsprodukten. Indien dat niet tegengegaan wordt, zal een bij benadering verzadigde toestand optreden in de kas. Het doel van de ontvochtigingsinrichting 16 is het ontvocht!gen van de lucht in de kas en het zodoende handhaven van de vochtigheid op een geschikt niveau. Aanvullend dient de ontvoch-10 tigingsinrichting 16 voor het verhogen van de luchttempertatuur in de kas op de hieronder beschreven wijze. De ontvochtigingsinrichting 16 is bestemd om de vochtigheid in de kas onder een niveau van gewoonlijk 85% te houden, en bij voorkeur tussen 80% en 85%. Zoals hieronder toegelicht, zal de luchtvochtigheid afhangen van de zoutoplossingconcentra-15 tie in de ontvochtigingsinrichting, het effectieve gebied van de zout-oplossingontvochtigingsinrichting en de massastroming daardoorheen.

Indien gewenst kan de stoom afkomstig van de ketel 30 in de warmtewisselaar 28 worden gebracht teneinde de temperatuur van de lucht in de kas verder te verhogen, of kan de klep 40 naar keuze zo bediend wor-20 den dat de stoom in de watertank 42 gebracht wordt teneinde de tijdens het zoutoplossingregeneratieproces opgewekte warmte op te slaan.

1 s Nachts, wanneer er geen overmaat koolstofdioxide nodig is in de kas, kan de werking van de ketel 30 worden opgeschort; de warmte die in de watertank 42 is opgeslagen is het gevolg van het bedrijf overdag van de 25 ketel en is beschikbaar voor het verwarmen van het omhulsel door het toevoeren van het opgeslagen hete water naar een radiator 28. Aan de andere kant kan de door de ketel opgewerkte stoom geleid worden naar een pijpnetwerk dat zich in de grond bevindt onder kas waardoor zodoende de warmte in de grond wordt opgeslagen. Wanneer de kas gebaseerd is 30 op hydrofonisch bedrijf, kan de door de ketel opgewekte stoom gebruikt worden om de vloeistof te verwarmen die toegepast wordt in het hydrofo-nische proces.

De ontvocht!ngsinrichting 16 kan conventioneel zijn in die zin dat hij een direkt contactwarmtewisselaar is waarin de geconcentreerde 35 zoutoplossing aangebracht wordt op een vilten, jute, of papieren mat in de vorm van een dunne film. Aan de andere kant kan het vel een capillaire baan zijn waar de zoutoplossing langzaam doorheen stroomt. De stromingssterkte van de zoutoplossing kan verlaagd worden tot een niveau waarbij de mat juist nat blijft. Teneinde de hoge concentratie te 40 verkrijgen die vereist is voor de zoutoplossing, wordt voor het zout , 8 8 0 1 6 7 & * 5 aan calciumchloride de voorkeur gegeven; doch andere zouten zoals mag-nesiumchloride, lithiinchloride, natriumhydroxide of zoutmengsels kunnen ook worden toegepast. Een zoutoplossing met een hoge concentratie (Dead sea end brine) kan ook worden gebruikt. De dampdruk van de gecon-5 centreerde zoutoplossing is klein vergeleken met de verzadigde dampdruk van water op dezelfde temperatuur. Wanneer de geconcentreerde zoutoplossing blootgesteld wordt aan de lucht in de kas, condenseert de waterdamp in de lucht op de zoutoplossing. De latente condensatiewarmte die toegevoerd wordt aan de zoutoplossing tijdens condensatie van dè 10 waterdamp verwarmt de zoutoplossingfilm; en de verwarmde zoutoplossing brengt zijn warmte over op de lucht die over de zoutoplossing stroomt.

Dit is een isentropisch proces waarbij de temperatuur van de zoutoplossing in wezen constant blijft wanneer de lucht verwarmd en gedroogd wordt bij het door de ontvochtigingsinrichting stromen. Dit proces 15 wordt hieronder meer gedetailleerd beschreven.

De brandstof die nodig is voor het regenereren van de zoutoplossing en het verschaffen van de koolstofdioxide overdag bedraagt ongeveer 15-20 mg/1000 m2 kasoppervlak waardoor ongeveer 10 bedrijfsuren per dag worden verschaft. In bepaalde omgevingen duurt het bedrijf 20 slechts ongeveer 3 tot 4 uur overdag aangezien de temperatuur van de kas te hoog zal worden met betrekking tot landbouwprodukten. Daarom moet het systeem stilgezet worden of moet buitenlucht in de kas worden gebracht.

Teneinde een geschikte regeling te verschaffen voor de werking van 25 het systeem afgebeeld in fig. 1, kan de leiding 44 worden voorzien van een instelbare vlinderklep 48 voor het regelen van de sterkte waarmee de verbrandingsprodukten toegelaten worden in de kas 10, en kan een geschikte klep (niet afgebeeld) worden aangebracht in de leiding 24 en in de kas zelf ter regeling van luchtstroming in de leiding en in de kas 30 respectievelijk.

Indien gewenst is het mogelijk om de hierboven beschreven inrichting te gebruiken voor het bevochtigen van de lucht in het omhulsel in plaats van het ontvochtigen daarvan. Dit kan bereikt worden door in het reservoir 20 en in de ontvochtigingsinrichting 16 een zoutoplossing te 35 gebruiken met een zodanige concentratie dat zijn dampdruk in de ontvochtigingsinrichting 16 groot is vergeleken met de verzadigde dampdruk van het water op dezelfde temperatuur. Wanneer derhalve dit soort zoutoplossing blootgesteld wordt aan de lucht in de kas, zal waterdamp afgegeven worden door de zoutoplossing in de lucht in de kas. Aan de an-40 dere kant kan stoom uit de ketel 30 direkt in de lucht in de kas worden .860167$ % 6 gebracht.

De voorkeursconstructie volgens de onderhavige uitvinding is afge-beeld in fig. 2 waarnaar momenteel verwezen wordt. Inrichting 100 afge-beeld in fig. 2 bevat een lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt 5 contact 16A voorzien van een kamer 102 ter opname van de zoutoplossing uit het reservoir 20a dat zich bevindt onder de kamer, en een luchtdoorlaatbare cilindrische huls 104 geplaatst tussen de kamer 102 en het reservoir. De huls 104 kan een mat zijn of een geweven gaas ondersteund door een metalen versterkingsscherm in verband met de constructieve 10 stijfheid ter handhaving van de cilindrische vorm met het oog op de wrijvingskrachten die op de cilinder worden uitgeoefend door de hieronder beschreven luchtstroming.

Kamer 102 bevat sproeikoppen (niet afgebeeld) ter verdeling van de zoutoplossing over de huls 104 en waardoor de zoutoplossing in de vorm 15 van een film uit de kamer naar het reservoir valt.

Door de ventilatorwaaier 106 die zich bevindt boven de kamer 102 wordt lucht uit het omhulsel 10A door de huls 104 ingezogen op de wijze aangeduid door de pijlen 108 waardoor de lucht in het omhulsel in aanraking gebracht wordt met de zoutoplossingfilm die naar beneden over de 20 cilinder 104 stroomt. De druppel vanger 107 die aan de kamer 102 hangt onder de ventilatorwaaier 106 scheidt de druppeltjes zoutoplossing af die meegevoerd worden in de lucht wanneer deze over de zoutoplossingfilm strijkt op de huls 104 voordat de lucht teruggevoerd wordt naar het omhulsel.

25 Nabij de cilinder 104 bevindt zich de verticale standpijp 110 die zich verticaal uitstrekt van een gebied dat iets lager ligt dan het reservoir 20A naar een punt juist hoger dan de kamer 102. De standpijp 110 is gesloten nabij zijn onderste uiteinde doch open ten opzichte van de lucht in het omhulsel 10a nabij de bovenkant. De leiding 112 ver-30 bindt het bovenste gebied van de standpijp 110 aan de kamer 102. De pomp 114 die zich onder het reservoir 20A bevindt en die door leiding 116 verbonden is aan het reservoir pompt de zoutoplossing uit het reservoir in de onderkant van de standpijp 110 door de leiding 118. De afvoer van de pomp 114 wordt zo ingesteld dat de standpijp 110 gevuld 35 wordt met zoutoplossing uit het reservoir 20A zoals aangeduid door verwijzingsteken 120, tot een niveau juist iets boven de leiding 112 waardoorheen de geconcentreerde zoutoplossing in de kamer 102 stroomt.

Zoals afgebeeld in fig. 2 wordt een eerste zoutoplossingkringloop bepaald door reservoir 20A, leiding 118, standpijp 110, leiding 112, en 40 huls 104. Indien de pomp 114 in bedrijf is, stroomt de zoutoplossing .8801679 * 7 die zich bevindt in het reservoir 20A in de onderzijde van de standpijp 110, stijgt in de standpijp tot een niveau juist boven de leiding 112, en stroomt dan in de kamer. Vanaf de kamer, zet de zoutoplossing zich in omtreksrichting af op de huls 104, stroomt naar beneden, en keert 5 naar het reservoir terug.

Zoals hierboven aangeduid is de waaier 106 geschikt voor het wisselen van lucht tussen het omhulsel en de warmtewisselaar 16A met als gevolg dat de hygroscopische zoutoplossing die naar beneden stroomt in de vorm van een film over huls 104 in aanraking gebracht wordt met de 10 luchtstroming die opgewekt wordt tengevolge van de werking van de waaier 106, en treedt in wisselwerking met de lucht. Aangezien de zoutoplossing hygroscopisch is, wordt het vocht in de lucht in het omhulsel geabsorbeerd door de zoutoplossing die meer verdund raakt wanneer de zoutoplossing naar beneden stroomt in het reservoir.

15 De inrichting 122 voor het opnieuw concentreren van de zoutoplossing in reservoir 20A vormt onderdeel van een tweede zoutoplossing-kringloop die de zoutoplossingketel 30A bevat, de leiding 124 voor verdunde zoutoplossing voor het vervoeren van de zoutoplossing vanaf de pomp 114 naar de zoutoplossingtank 126 in de ketel 30A, en de leiding 20 128 voor geconcentreerde zoutoplossing voor het vervoeren van de zoutoplossing uit de tank 126 terug naar het reservoir 20A. Door de indi-rekte warmtewisselaar 36A zijn de leidingen 124 en 128 onderling verbonden zodat deze leidingen in warmtewisseling met elkaar staan. Bij voorkeur bezit de warmtewisselaar 36A de vorm van een gesloten cilinder 25 met een gewonden buis 129 verbonden aan de leiding 124, en waarbij de leiding 128 bevestigd is aan het ene uiteinde van de cilinder. Het andere uiteinde van de cilinder is door leiding 132 verbonden aan het reservoir 20A. Op deze wijze stroomt de verdunde zoutoplossing uit het reservoir 20A, onder druk gebracht door pomp 114, in een richting in 30 wezen door cilinder 130 terwijl de warme zoutoplossing uit ketel 126 in tegengestelde richting buiten de gewonden leiding 129 verbonden aan de leiding 124 stroomt.

De ketel 30A bevat ook een brander 32A waarin de brandstof uit tank 34A wordt verbrand. Klep 138 regelt de sterkte waarmee de brand-35 stof toegevoerd aan de brander 32A. De werking van de klep 138 zelf wordt geregeld door niveausensor 109. De rookgassen afkomstig van het verbranden van de brandstof stromen naar boven door een mantel welke de tank 126 omgeeft, en worden dan afgevoerd bij schoorsteen 44A. Bij voorkeur is tank 126 vervaardigd van met email bekleed, van porselein 40 voorzien normaal staal, roestvrij staal, titanium of nikkel. In de .880167? 8 * voorkeursuitvoering wordt de kathodebescherming toegepast in de ketel 30A met een kathode 127, bij voorkeur van zink, bevestigd aan de tank 126. Teneinde mogelijke corrosie in ketel 30A te verminderen, is het belangrijk om de hoeveelheid zuurstof die aanwezig is in de zoutoplos-5 sing in de tank 126 zo klein mogelijk te maken. Dit wordt bereikt in de onderhavige uitvoering door middelen (niet afgebeeld) te voorzien voor het verhinderen van de zoutoplossingstroming in de tweede kringloop wanneer het bedrijf van brander 32A wordt gestopt. Het bedrijf van brander 32A wordt geregeld door niveausensor 109, waarbij de brander 10 stilgezet wordt wanneer het zoutoplossingniveau in reservoir 20A onder niveausensor 109 daalt, terwijl hij slechts opnieuw gestart wordt wanneer de zoutoplossing weer het niveau van niveausensor 109 bereikt.

Tenslotte is de bovenkant van tank 126 door leiding 142 verbonden aan warmtewisselaar 140 die zich bevindt binnen het omhulsel 10A aan de 15 uitlaat van het schild 144 dat een venturi-achtige uitvoering vormt in samenhang met de waaier 106. De warmtewisselaar 140 bevat vleugels 146 welke een groot oppervlak verschaffen voor het overbrengen van warmte uit de stoom die in de warmtewisselaar stroomt vanuit de ketel. Het door het condenseren van stoom opgewekte condensaat in de warmtewisse-20 laar 140 wordt afgevoerd door leiding 148 en opgevangen of op andere wijze zoals aangegeven afgevoerd.

Teneinde het bedrijfsrendement van de in fig. 2 afgebeelde inrichting te vergroten, wordt een vernauwing 150 in de vorm van een naar keuze bedienbare klep verschaft in de leiding 124 om te verzekeren dat 25 de zoutoplossingstroming in de tweede zoutoplossingkringloop klein is vergeleken met de zoutoplossingstroming in de eerste kringloop. Bij voorkeur is het stromingsregelmiddel 150 zodanig geconstrueerd en uit-gevoerd dat ten minste een ordegrootteverschil gehandhaafd blijft tussen de stromingssterkten van de eerste en tweede zoutoplossingkringlo-30 pen. Bij voorkeur is de stromingsterkte in de tweede zoutoplossinglus ongeveer 1/20 van de stromingssterkte van de eerste kringloop.

Volgens de uitvinding wordt praktisch alle warmte die toegevoerd wordt aan de verdunde zoutoplossing in ketel 122 door het verbranden van de brandstof, teruggevoerd naar het omhulsel. Dat wil zeggen dat de 35 warmte die in de ketel toegevoerd is aan de verdunde zoutoplossing, de verdampingswarmte waarmee water verdampt is uit de verdunde zoutoplossing, en de latente condensatiewarmte waarmee stoom opgewekt door de ketel gecondenseerd wordt tot waterdamp, alle teruggevoerd worden naar het omhulsel door de werking van de warmtewisselaar 36a en warmtewisse-40 laar 140. Verder wordt deze warmte teruggevoerd aan de lucht in het om- .8801679 \ .............

V

9 c hulsel In plaats van aan de zoutoplossing en vervolgens aan de lucht. Dientengevolge wordt de temperatuur van de geconcentreerde zoutoplossing die aangebracht wordt op de huls 104 op de direkt contactwarmte-wisselaar 16A zo laag mogelijk gehouden met als gevolg dat de zoutop-5 lossing zo hygroscopisch mogelijk is. Tengevolge daarvan werkt het systeem met een maximaal mogelijk rendement.

Bij voorkeur is de zoutoplossingstroomsterkte in de eerste kringloop ongeveer twee ordegrootten (ongeveer 100 keer) groter dan de sterkte waarmee water verwijderd wordt uit de lucht in het omhulsel.

10 Bij typische omhulseltoepassingen (dat wil zeggen in kassen, overdekte zwembaden, en dergelijke), is de sterkte waarmee water verwijderd wordt ongeveer 10-20 kg/h, zodat de stromingssterkte van zoutoplossing in de eerste kringloop in het gebied van 1-2 m3/h zal liggen. In een dergelijk geval wordt de condensatiewarmte die opgenomen wordt door de zout-15 oplossing wanneer de waterdamp uit de lucht in het omhulsel condenseert op de zoutoplossing in de direkt contactwarmtewisselaar bijna direkt teruggevoerd aan de lucht in het omhulsel aangezien onder de aangegeven omstandigheden het ontvochtigingsproces uitgevoerd wordt onder constante enthalpie zoals hieronder beschreven. Derhalve wordt bij be-20 nadering alle waterdamp die aanwezig is in de lucht omgezet in warmte die bijna direkt teruggevoerd wordt aan de lucht in het omhulsel waarbij weinig warmte opgeslagen wordt in de zoutoplossing zelf. Ook kan bij systemen waar het koel moet zijn zoals omhulsels waar paddestoelen geteeld worden of waar voedsel of groenten opgeslagen worden, de onder-25 havige inrichting toegepast worden teneinde te verhinderen dat de belasting van bestaande systemen toeneemt.

Indien de stromingssterkte van de zoutoplossing in de tweede kringloop (die behoort bij de ketel) dezelfde zou zijn als de stromingssterkte in de eerste kringloop (die bij het omhulsel behoort), 30 zouden grote hoeveelheden warmte nodig zijn voor het verwarmen van de zoutoplossing in de ketel. De hoeveelheid benodigde warmte zou natuurlijk verlaagd kunnen worden door een voorverwarmer toe te passen, doch voor deze oplossing zou een voorverwarmer met grote afmetingen nodig zijn teneinde het noodzakelijke warmtewisselingsoppervlak te verschaf-35 fen. Derhalve heeft de onderhavige uitvinding betrekking op het zo klein moge!ijk maken van de stromingssterkte van zoutoplossing die de ketel binnentreedt en verlaat en door de voorverwarmer stroomt (dat wil zeggen de zoutoplossingstroming in de tweede kringloop) teneinde de afmetingen van het systeem zo klein mogelijk te maken en het meest effi-40 ciënte bedrijf te verschaffen met betrekking tot energie.

* 88 0 1 6 7* ____ ./g * 10 ·><

Dat de benadering volgens de uitvinding tot deze resultaten leidt, wordt hieronder aangeduid. Allereerst wordt het adiabatische conversierendement (ACE) van het systeem beschouwd: 5 (1) ACE = ( ) (CpaKMaM Tba) waarbij = ( ^lucht^ Tba), de benaderingsparameter;

Ma = luchtstroomsterkte (kg/h)

Cpa = specifieke warmte van de lucht Tba = temperatuurverschil tussen zoutoplossing en 10 inlaatlucht.

Vervolgens wordt de psychrometrische grafiek beschouwd afgebeeld in fig. 3. Punt I toont de starttoestand van de lucht in het omhulsel bij de inlaat naar de direkt contactruimtewisselaar 16A, en geeft de 15 temperatuur en de vochtigheid van de lucht.

Punt II toont de eindtoestand van de lucht nabij de uitlaat van de direkt contactwarmtewisselaar*

Punt III toont de toestand van de zoutoplossing op het lucht/zoutoplossi nggrensvlak wanneer de warmtebelasting op de zoutoplossing nul is en 20 het systeem adiabatisch functioneert.

Punt V toont de toestand van de zoutoplossing wanneer de warmtebelasting groot is. De dampdruk van de zoutoplossing bij punt V is groter dan de dampdruk van de zoutoplossing bij punt I.

Tenslotte toont punt IV de toestand van de zoutoplossing op het 25 lucht/zoutoplossinggrensvlak wanneer de temperatuur van de zoutoplossing gedaald is tengevolge van verdamping. Bij punt IV is de dampdruk van de zoutoplossing dezelfde als de dampdruk bij punt I.

Punt II1 toont de toestand van de lucht bij de uitgang van de direkt contactwarmtewisselaar wanneer de warmtebelasting zo groot is dat 30 de lucht die uit de warmtewisselaar treedt, dezelfde absolute vochtigheid bezit als de lucht die de warmtewisselaar binnentreedt (dat wil zeggen, dat de warmtewisselaar diabatisch werkt).

Met betrekking tot de uitdrukking in vergelijking (1) van fig. 3:

Tba * Tni - T] 35 Tlucht = Tn 'Tl-

Hoe dichter men een nadert, hoe dichter de temperatuur van de uit-laatlucht de temperatuur van de zoutoplossing bij het lucht/zoutoplos-singgrensvlak benadert. Wanneer echter de warmtebelasting groot is, kan 40 de waterverdamping van zoutoplossing de condensatie van water vanuit de .8801675 11 lucht op de zoutoplossing overtreffen hetgeen ertoe leidt, dat de di-rekt contactwarmtewisselaar als een bevochtigingsinrichting werkt in plaats van als een ontvochtigingsinrichting.

5 Indien de warmtebelasting op de zoutoplossing Qb is, kan het rendement van de direkt contactwarmtewisselaar uitgedrukt worden als: (2} EFF = ACE [ 1 - (v)(Qb)/ACE)] waarin v = de fractie van Qb, die als damp wordt vrijgegeven. Derhalve geldt dat hoe kleiner v wordt, hoe geconcentreerder de zoutoplos-10 sing wordt. Wanneer aan de andere kant de zoutoplossing geconcentreerder wordt, kan verzadiging bereikt worden; en kan zout neerslaan hetgeen, zoals duidelijk is, onwenselijk is. Indien derhalve de zoutoplos-singconcentratie en ACE gemaximaliseerd zijn, is de enige mogelijkheid om het rendement te verbeteren de warmtebelasting Qb zo klein moge-15 lijk te maken. Mogelijkheden om dit te bereiken worden hieronder beschouwd.

Onder verwijzing naar fig. 1 kan de warmte-overdracht die optreedt in de voorverwarmer 36A als volgt worden uitgedrukt: 20 (3) h£(Ti32“Ti24)+(Tl28“T125^ = ^2^Cpb^m^T125"T124^‘

Wanneer aan de andere kant de warmteconservering van voorverwarmer 36A wordt beschouwd geldt: 25 (4) mC^i25_^"l24^ = (m-mgJfTj^g-T^^) waarbij h = warmteoverdrachtssterkte (watt/°C) m = stroomsterkte van de zoutoplossing die de voorverwarmer en ketel binnentreedt (kg/h) m0 = verdampingssterkte in de ketel (kg/h) 30 Cpb = specifieke warmte van de zoutoplossing Tl245 T125, T128 en T132 zijn de temperaturen bij de inlaten en uitlaten van de voorverwarmers 36A in °C.

Door het oplossen van de vergelijkingen (3) en (4) wordt verkre- 35 gen:

(5) ^125 = ^132+^128+^124{^Pb^) -^/1 C2mCpb/)+1 V

(6) h = X/Y 1 j L } (7) X - 2mCpb[(m-m0) Oi28~^132^ra^ (8) Y = T132+T 2 28+2T j 24" ^ (m”mo) 28”^132) /m-l * .8801679 5 4 12

De volgende tabel werd verkregen onder gebruikmaking van werkelijke waarden die gemeten werden in een werkelijk systeem vervaardigd volgens de onderhavige uitvinding: T124 T125 T128 T132 m mQ h Qb ACE EF °C °C °C °C kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h 15 74 120 40 97 19 116 1,4 13,3 0,95* 10 15 85 120 40 194 19 332 3,8 13,3 0,86 15 90 120 40 388 19 759 6,4 13,3 0,75 15 92 120 40 772 19 1640 14 13,3 0,52 15 94 120 40 2000 19 4530 36 13,3 -0,32 15 62 120 65 194 19 116 7,0 13,3 0,74 15 * Optimale toestand

Uit onderzoek van de hierboven gegeven tabel, blijkt dat het rendement (EF) van de direkte contactwarmtewisselaar negatief wordt indien 20 alle zoutoplossing die door de warmtewisselaar stroomt ook door de voorverwarmer en de ketel stroomt zelfs indien een voorverwarmer die ongeveer veertig maal groter is dan de optimale voorverwarmer werd gebruikt (op basis van het feit dat h ongeveer veertig maal groter is).

In dat geval zal de direkt contactwarmtewisselaar de lucht in het om-25 hulsel bevochtigen in plaats van ontvocht!gen.

Verlagen van de zoutoplossingstroomsterkte m van 2000 kg/h tot 772 kg/h zal een positief rendement verschaffen. Het rendementsniveau is echter nogal laag zelfs hoewel de afmeting van de voorverwarmer (op basis van de waarden h) ongeveer veertien maal groter is dan de afme-30 ting van de optimale voorverwarmer. Slechts door de zoutoplossingstro-ming in de tweede lus tot 97 kg/h te verlagen wordt een hoog rendementsniveau (0,95) bereikt. Derhalve toont de tabel hierboven dat hoe kleiner de zoutoplossingstroomsterkte m, des te kleiner de afmeting van de vereiste voorverwarmer is, en dat het bedrijfsrendement van de di-35 rekt contactwarmtewisselaar eveneens des te hoger is.

* 8 8 0 1 6 7 V ' 13 *

Er kan echter aangetoond worden dat: (9) (Sd - Si)/Sd = m0/m waarbij 5 Sd = zoutconcentratie van de zoutoplossing afkomstig uit de ketel (kg zout/kg oplossing)

Sj = zoutconcentratie van de zoutoplossing die de ketel binnentreedt 10 (kg zout/kg oplossing).

Uit onderzoek van vergelijking (9) blijkt, dat hoe kleiner de zoutoplossingstroom m is, des te hoger zoutconcentratie Sd van de uit de ketel afgevoerde zoutoplossing is. Derhalve kan het zout neerslaan, 15 Daaruit volgt dat zelfs hoewel het verkleinen van de zoutoplossing-stroomsterkte in de tweede kringloop wenselijk is voor het vergroten van het rendement, ervoor gezorgd moet worden dat de stroming niet verlaagd wordt tot een zodanig niveau dat de zoutoplossing die de ketel verlaat verzadigd wordt waardoor zout neerslaat.

20 Het meest efficiënte praktische systeem zou derhalve een verhou dingsgewijze hoge zoutoplossingstroomsterkte bezitten in de eerste kringloop (door de direkt contactwarmtewisselaar), en een verhoudingsgewijze lage zoutoplossingstroomsterkte in de tweede kringloop (door de voorverwarmer en de ketel). Volgens een praktische uitvoering van de 25 uitvinding, ligt de stroomsterkte in de eerste kringloop in het gebied van 1-2 m^/h, en ligt de stroomsterkte in de tweede kringloop in het gebied van 60-70 liter/h. Door de vernauwing 150 in de leiding 124 worden instelbaar stromingsregelmiddelen verschaft voor het regelen van de zoutoplossingstroming in de tweede kringloop. In zijn algemeenheid 30 hoeft de vernauwing in de leiding 124 niet ingesteld te worden in een werkelijk systeem. Er kunnen echter maatregelen getroffen worden voor het variëren van de stroming in de eerste kringloop door een klep aan te brengen in de leiding 118 of door de draaisnelheid van de pomp 114 te regelen; en in zo'n geval zou klep 150 nuttig zijn door de stroming 35 in de tweede kringloop te relateren aan de stroming in de eerste kringloop.

De standpijp 110 verschaft een hydrostatische kolom die, afgezien van het feit dat hij de juiste werking van de kamer 102 verzekert, ook de zoutoplossingstroming stabiliseert in de tweede kringloop waarbij 40 verzekerd wordt dat de juiste hoeveelheid zoutoplossing aanwezig is in .8801670 '4 14 de ketel 122. Er wordt ook op gewezen dat het zoutoplossingniveau in ketel 30A boven het zoutoplossingniveau in reservoir 20A ligt, zodat verzekerd is dat de hydrostatische kolom zoutoplossing in de ketel voldoende is om de vereiste pekel stroming door voorverwarmer 36A te hand-5 haven zonder dat een aanvullende pomp nodig is. Hoewel aan deze uitvoering de voorkeur wordt gegeven, kan de geconcentreerde zoutoplossing teruggevoerd worden ofwel naar de kamer 102 danwel naar de standpijp 120 danwel naar de direkt contactwarmtewisselaar. In dat geval zou ofwel een pomp gebruikt worden danwel zou de ketel 30A opgetild kunnen 10 worden naar een stand waarin het zoutoplossingniveau in de ketel hoger is dan de kamer. De laatste modificatie is getoond in fig.4.

De voordelen en verbeterde resultaten die verkregen zijn met de werkwijze en inrichting volgens de onderhavige uitvinding zijn duidelijk uit de voorgaande beschrijving van verscheidene uitvoeringen van 15 de uitvinding. Er kunnen verschillende veranderingen en modificaties worden uitgevoerd zonder buiten de omvang van de uitvinding zoals beschreven in de volgende conclusies, te treden.

.8801679 'V __

Claims

1. Inrichting voor het behandelen van lucht in een omhulsel bevattende: een lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt contact; mid- 5 delen voor het in wisseling brengen van de lucht in het omhulsel met de genoemde direkt contactwarmtewisselaar; een reservoir met geconcentreerd zoutoplossing; middelen ter verschaffing van een eerste zoutopl ossi ngkringloop waarin de zoutoplossing uit het reservoir in wisseling gebracht wordt met de genoemde direkt contactwarmtewisselaar voor 10 het condenseren van waterdamp in het omhulsel op de zoutoplossing ter vorming van verdunde zoutoplossing die in het genoemde reservoir stroomt; een zoutoplossingketel, en middelen voor het verschaffen van een tweede zoutoplossingkringloop waarin verdunde zoutoplossing uit de genoemde eerste kringloop in wisseling gebracht wordt met de genoemde 15 ketel ter verdamping van water uit de verdunde zoutoplossing en voor het opwekken van stoom, met het kenmerk, dat stromingsregelmiddelen zijn verschaft voor het handhaven van een kleinere stroomsterkte in de tweede kringloop dan in de eerste kringloop.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een indi-20 rekte warmtewisselaar is verschaft in de genoemde tweede zoutoplossingkringloop.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde warmtewisselaar uitgevoerd is in de vorm van een binnenste gewonden pijp welke de verdunde zoutoplossing uit het reservoir voert, en een 25 buitenste cilinder welke de geconcentreerde zoutoplossing uit de genoemde ketel voert.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde tweede zoutoplossingkringloop een leiding bevat welke de verdunde zoutoplossing uit het genoemde reservoir naar de genoemde ketel voert, 30 en dat de genoemde stromingsregelmiddelen een vernauwing in de genoemde leiding bevatten.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de genoemde vernauwing instelbaar is.

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat middelen 35 verschaft zijn voor het regelen van de afmeting van de genoemde vernauwing.

7. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde stromingsregelmiddelen zo geconstrueerd en uitgevoerd zijn dat ten minste een ordegrootteverschil gehandhaafd wordt tussen de stromings- 40 sterkten in de eerste en tweede kringlopen. < 880 1 679 --- * λ

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de stro-mingssterkte in de tweede kringloop ongeveer 1/20 maal zo groot is als de stromingssterkte in de eerste kringloop.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoem-5 de direkt contactwarmtewisselaar een kamer bevat boven het genoemde reservoir ter verdeling van de zoutoplossing uit het genoemde reservoir; en dat de genoemde eerste kringloop een verticaal gerichte standpijp bevat die zich uitstrekt vanaf het genoemde reservoir naar de genoemde kamer, een leiding waarmee de genoemde standpijp verbonden is aan de 10 genoemde kamer, en een pomp voor het pompen van de vloeistof uit het genoemde reservoir in de onderkant van de genoemde standpijp.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de bovenkant van de genoemde standpijp open is ten opzichte van de lucht in het genoemde omhulsel.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de ge concentreerde zoutoplossing uit de genoemde ketel teruggevoerd wordt naar het genoemde reservoir.

12. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de geconcentreerde zoutoplossing uit de genoemde ketel teruggevoerd wordt 20 naar de genoemde standpijp.

13. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de genoemde zoutoplossing uit de genoemde ketel teruggevoerd wordt naar de genoemde kamer.

14. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de ge- 25 noemde inrichting zodanig geconstrueerd en uitgevoerd is dat door de zwaartekracht de geconcentreerde zoutoplossing uit de genoemde ketel teruggevoerd wordt naar het genoemde reservoir.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een hulpwarmtewisselaar met indirekt contact verschaft is behorende bij de 30 lucht in het omhulsel, en een stoomleiding voor het toevoeren van stroom uit de genoemde ketel aan de genoemde hulpwarmtewisselaar.

16. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de genoemde stoomleiding schuin naar boven loopt vanaf de genoemde ketel naar de genoemde hul pwarmtewisselaar.

17. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ge noemde ketel een geëmailleerde stalen schaal bevat waarin de zoutoplossing ondergebracht kan worden in de ketel.

18. Inrichting voor het behandelen van lucht in een omhulsel bevattende: een lucht/zoutoplossingwarmtewisselaar met direkt contact 40 voorzien van een kamer ter opname van zoutoplossing uit een reservoir .6801678 dat zich bevindt onder de kamer, en een luchtdoorlaatbare cilindrische huls geplaatst tussen de genoemde kamer en het genoemde reservoir, welke kamer middelen bevat voor het verdelen van de zoutoplossing over de genoemde huls waarbij de zoutoplossing in de vorm van een film uit de 5 kamer naar het reservoir valt; en een waaier geplaatst boven de genoemde kamer voor het aanzuigen van lucht uit het genoemde omhulsel door de genoemde huls waardoor de genoemde lucht in aanraking gebracht wordt met de zoutoplossing op de huls, met het kenmerk, dat een standpijp is verschaft die zich verticaal uitstrekt vanaf het genoemde reservoir 10 naar de genoemde kamer en die open is ten opzichte van de lucht in het genoemde omhulsel aan de bovenkant daarvan, een leiding waarmee de genoemde standpijp verbonden is aan de genoemde kamer, een pomp voor het pompen van zoutoplossing uit het genoemde reservoir naar de onderzijde van de genoemde standpijp, en zoutoplossingconcentratiemiddelen voor 15 het opnieuw concentreren van zoutoplossing in het genoemde reservoir.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de genoemde zoutoplossingconcentratie-inrichting een zoutoplossingketel bevat, een leiding voor verdunde zoutoplossing voor het vervoeren van zoutoplossing uit de genoemde pomp naar de genoemde ketel, en een lei- 20 ding voor geconcentreerde zoutoplossing voor het vervoeren van zoutoplossing uit de genoemde ketel naar het genoemde reservoir, waarbij de leidingen voor verdunde en geconcentreerde zoutoplossing met elkaar in warmtewi sseling zijn.

20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat regel-25 middelen zijn verschaft voor het beperken van de stroming in de genoemde leidingen voor verdunde en geconcentreerde zoutoplossing tot minder dan 10% van de stroming in de leiding welke de standpijp verbindt met de genoemde kamer.

21. Inrichting volgens conclusie I, met het kenmerk, dat de ge-30 noemde zoutoplossingketel een brander bevat.

22. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het genoemde reservoir met geconcentreerde zoutoplossing een zoutoplossing-niveausensor bevat.

23. Inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de wer-35 king van de genoemde brander en de stroming van de zoutoplossing in de genoemde tweede kringloop geregeld wordt door de genoemde niveausen-sor. . 880 H79