PL207512B1 - Urządzenie chłodzące - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie chłodzące.

Tego typu urządzenie jest stosowane jako chłodnica punktu rosy.

Znane jest zjawisko, że ciecz może być chłodzona w mniejszym bądź większym stopniu w bardzo prymitywny sposób, na przykład w ciepłym słonecznym środowisku poprzez owinięcie pojemnika wilgotną szmatką. Ponieważ woda ze szmatki paruje pod wpływem ciepła i ewentualnego wiatru, zjawisku parowania towarzyszy spadek temperatury ścian pojemnika, który jest przekazywany do obecnej w nim cieczy. Znane samo przez się „chłodzenie punktem rosy wynika z tej powszechnie znanej podstawowej zasady.

Wiadomym jest, że chłodnica punktu rosy jest specyficznym rodzajem wymiennika entalpii. Jak wiadomo, entalpia jest określona jako suma energii wewnętrznej oraz iloczynu ciśnienia i objętości układu termodynamicznego. Entalpia jest to funkcja stanu układu, czyli wielkość w pewnym sensie podobna do energii. Wymiarem entalpii jest energia. Wartość entalpii jest zależna wyłącznie od temperatury, ciśnienia oraz składu (chemicznego) danego układu. Zgodnie z zasadą zachowania energii zmiana energii wewnętrznej jest równa energii cieplnej przekazanej do układu pomniejszonej o pracę wykonaną przez układ. Jeśli na przykład jedyną wykonaną pracą jest zmiana objętości przy stałym ciśnieniu zmiana entalpii jest dokładnie równa energii dostarczonej do układu.

Znane jest że w chłodzeniu punktu rosy ciepło parowania wody jest podstawowym aspektem. Podczas gotowania wody energia jest dostarczana do wody, ale temperatura nie może przekroczyć punktu wrzenia. Praca wykonana w układzie powoduje w tym przypadku przemianę wody w parę wodną. Ten proces jest oznaczany jako parowanie i w tym przypadku przebiega izotermicznie. Istotne jest, że zmiana fazy następuje z fazy ciekłej do pary bądź fazy gazowej.

Proces odwrotny, w którym gaz bądź para zagęszcza się tworząc ciecz jest nazywany kondensacją. Kondensacja może, na przykład, wystąpić w wilgotnym powietrzu, to jest powietrzu zawierającym parę wodną, w przypadku, gdy omawiane powietrze wchodzi w styczność z tak chłodną powierzchnią, że wilgotność względna w tym miejscu wzrasta do wartości nasycenia towarzyszącej danej temperaturze. W tym przypadku powietrze nie jest w stanie wchłonąć obecnej tu ilości wody, przez co woda w tym miejscu przechodzi z fazy gazowej czy pary w fazę ciekłą.

Z opisu publikacji WO 02/27254 znane jest urządzenie zawierające pierwszy i drugi obieg medium, sprzężone termicznie poprzez ścianę co najmniej częściowo przewodzącą ciepło. Przez te dwa obiegi przepływają przeciwprądowo dwa odpowiednie nośniki. W urządzeniu tym są wykorzystujące opisane powyżej zjawiska.

Urządzenie chłodzące, według wynalazku, zawierające pierwszy i drugi obieg medium, sprzężone termicznie poprzez ścianę co najmniej częściowo przewodzącą ciepło, przy czym przez te dwa obiegi przepływają przeciwprądowo dwa odpowiednie nośniki, charakteryzuje się tym, że ściana przewodząca ciepło ma elementy oddzielające przerywające co najmniej graniczną warstwę termiczną oraz laminarną warstwę termiczną i warstwę graniczną względnej wilgotności co najmniej w miejscu aktywnych obszarów przewodzenia ciepła w co najmniej pierwotnym nośniku, przy czym elementy oddzielające zawierają występy zwiększające efektywny obszar powierzchni przewodzącej ciepło ścianki, zaś powierzchnie przewodzące ciepło przewodzących ciepło występów są co najmniej częściowo pokryte co najmniej w obszarze obiegu drugiego medium powłoką hydrofilową dla zatrzymania cieczy, a następnie uwolnienia jej przez parowania, a ponadto urządzenie zawiera jednostkę zwilżającą poddającą powłokę w obszarze wtórnego medium nawilżaniu parującą cieczą, przy czym współczynnik przenikania ciepła całej ścianki wynosi minimum 1 W/m²K.

Urządzenie zawiera elementy napędu pierwotnego dla pierwotnego medium w postaci wentylatora lub pompy, ruchome siłą różnicy ciśnień, a zwłaszcza zawiera elementy napędu wtórnego dla wtórnego medium, korzystnie w postaci wentylatora, ruchome siłą różnicy ciśnień.

Korzystnym jest gdy powłoka składa się z porowatego ceramicznego materiału technicznego, korzystnie wypalonej warstwy cementu portlandzkiego, lub materiału włóknistego, korzystnie wełny mineralnej w postaci wełny żużlowej.

Przepływ medium wtórnego jest przepływem częściowym, który jest odgałęziony w końcu pierwotnego medium przepływu i stanowi 30% jego wartości.

Powłoka jest z tworzywa sztucznego.

Korzystnie efektywny obszar powierzchni zewnętrznej powłoki, z której ciecz odparowuje jest co najmniej 100x, korzystnie co najmniej 1000x większy niż rzut jego obszaru powierzchni.

PL 207 512 B1

Urządzenie ma wymiary przy których przepływy nośników mają wartości przy których punkt rosy w przepł ywie wtórnym zmienia się w granicach 1°C.

Występy mają żebra w postaci licznych pasków, z których każdy ma kształt falisty, przy czym kolejne szczyty fal każdego z tych pasków są połączone z jedną stroną ściany zaś powłoka jest umieszczona tylko na tej powierzchni każdego paska, która jest oddalona od ściany.

Korzystnie właściwości powłoki i cieczy są dobrane tak, że z góry określona ilość cieczy na jednostkę powierzchni obszaru ściany i występów jest zmagazynowana w powłoce, zaś oporność termiczna powłoki wypełnionej cieczą mierzona poprzecznie do płaszczyzny głównej jest pomijalna w stosunku do całkowitej oporności termicznej ścieżki pomiędzy ś cianką przewodzącą ciepło a przepływem wtórnego medium.

Korzystnym jest gdy występy są przesunięte względem siebie, a zwłaszcza występy mają ograniczoną długość w kierunku przepływu dla poprawy przenoszenia ciepła.

Występy są oddzielone w kierunku przepływu częściami o znacząco mniejszej przewodności termicznej, przy czym w kierunku przepływu działa napędzająca różnica temperatur wymiennika ciepła, w szczególności występy zawierają żebra zaopatrzone w żaluzje.

W porównaniu do znanej techniki, chł odnica punktu rosy zgodnie z wynalazkiem jest lepsza w tym znaczeniu, że jej wydajność jest znacznie polepszona poprzez opisane różne charakterystyczne aspekty. Ważnym jest zastosowanie wcześniej wymienionych elementów oddzielających powiększających powierzchnię co stanowi istotny wkład w przekazywanie ciepła pomiędzy ścianą przewodzącą ciepło i odpowiednim czynnikiem przepływu. Wartością charakterystyczną w tym przypadku jest tak zwana liczba Nusselta, która jest miarą przekazywanego ciepła i może osiągać bardzo wysokie wartości zgodnie z niniejszym wynalazkiem.

Elementy oddzielające powiększające powierzchnię, znacznie zwiększają zakres temperaturowy pracy chłodnicy punktu rosy. W praktycznych warunkach dobrze zaprojektowana chłodnica punktu rosy zgodna z niniejszym wynalazkiem może pracować przy temperaturze wejściowej, to jest temperaturze zasilania czynnika pierwotnego rzędu na przykład 80°C. Kolejną zaletą jest to, że powierzchnie przewodzące ciepło i elementy oddzielające są pokryte wskazanym sposobem powłoką hydrofilową, która jest zdolna magazynować wystarczająco dużą ilość wody, która jest dostarczana na przykład w sposób przerywany przez uprzednio wzmiankowaną jednostkę nawilżającą.

Ważne jest, aby jednostka nawilżająca była zastosowana w taki sposób, że rozpylanie nie występuje, bądź jest pomijalne, lecz musi być na przykład przerywany przepływ cieczy, co bezpośrednio utrzymuje wilgotność hydrofilowej powłoki. Tylko w ten sposób jest zapewnione działanie chłodzenia punktem rosy z wysoką wydajnością, inaczej niż, na przykład w przypadku, gdy przewodząca ciepło ściana bez powłoki lub z cienką powłoką jest zraszana rozpyloną cieczą. W tym przypadku parowanie pojawia się już w danym przepływie czynnika, dzięki któremu przepływ jest rzeczywiście chłodny, lecz przekaz ciepła do ściany, przez ścianę, a następnie do czynnika po drugiej stronie ściany, będzie bardzo ograniczony.

Zgodnie z aspektem wynalazku chłodnica punktu rosy ma szczególną właściwość taką, że powłoka składa się z tworzywa sztucznego. W tej postaci wynalazku również tworzywo sztuczne może być porowate. Porowatość można uzyskać na przykład poprzez skurczenie podczas chłodzenia bądź utwardzania. Może być również użyty żel, który na przykład jest higroskopijny, a więc może absorbować wodę i uwalniać ją do omywającego przepływu powietrza.

Jest zrozumiałe, że zewnętrzna powierzchnia powłoki może mieć na przykład kształt nieregularny, porównywalny na przykład do linii brzegowej Bretanii. W takim przypadku jest możliwe osiągnięcie w mikroskali, że efektywna powierzchnia obszaru jest ekstremalnie większa niż rzutowana powierzchnia obszaru, oraz, że bardzo efektywne oddzielenie tych granicznych warstw może mieć miejsce lokalnie z powodu turbulencji i innych ruchów powietrza.

Można opcjonalnie zastosować regulowane urządzenie zawracające do zawracania części czynnika pierwotnego na wyjściu obiegu czynnika pierwotnego w celu wytworzenia wtórnego czynnika przepływu. W tym przypadku mamy ogólny pierwotny czynnik przepływu, czysty (ostateczny) pierwotny czynnik przepływu, który ochłodzony jest dostarczany jako przepływ efektywny i tarujący odgałęziony przepływ, który poprzez odparowywanie cieczy w odgałęzionym czynniku działającym jako czynnik wtórny rozciąga efekt chłodzenia na ogólny pierwotny czynnik przepływu. Tarujący wtórny przepływ ogrzewany przez ogólny pierwotny przepływ jest wydzielany jako strata do środowiska, w szczególności do środowiska zewnętrznego. Wtórny przepływ moż e osiągać wartość na przykład rzędu 30% ogólnego pierwotnego przepływu.

PL 207 512 B1

Ponieważ stosunek pomiędzy tym ogólnym przepływem i tarującym przepływem może znacząco wpływać na wydajność chłodnicy punktu rosy, postać wynalazku może mieć specjalną właściwość, że stosunek między przepływem pierwotnym i tą częścią przepływu pierwotnego jest regulowany, tak że wydajność chłodnicy punktu rosy jest regulowana.

W szczególnej postaci wynalazku zawierają cej ten ostatni aspekt, chł odnica punktu rosy zgodnie z wynalazkiem ma specjalną właściwość, że elementy regulacyjne są stosowane jako opcjonalnie regulowane zasilanie przelotowe w obiegu pierwotnym i regulowane zasilanie przelotowe w obiegu wtórnym. Jak każdy obieg przelotowy, obieg pierwotny ma pewną oporność przepływu. To oznacza, że w przypadku gdy obieg wtórny jest odgałęziany pojawi się tam pewien przepływ, który jest zależny od oporności przepływu pod prąd i z prądem obiegu pierwotnego, jak i obiegu wtórnego. Na przykład gdy obieg pierwotny nie jest zmienny, dobierając oporność przepływu w obiegu wtórnym można regulować stosunek między danymi prędkościami przepływu w celu regulowania wydajności chłodnicy punktu rosy. Jest również możliwe zastosowanie zaworu z regulowanym stopniem zasilania zarówno w pierwotnym obiegu przeciwprą dowym jak i obiegu wtórnym.

W celu zwię kszenia przekazywania ciep ł a tak bardzo jak to moż liwe, wzajemny wpł yw wystę pów na siebie w kierunku przepływu musi być tak mały jak tylko możliwe, w takim rozumieniu, że każdy występ taki jak żebro współdziała z prawie niezakłóconym przepływem. W tym względzie można z korzyścią zastosować rozwiązanie, w którym występy mają wspólnie kompensowane zależ ności.

W przypadku znacznej przewodności termicznej w kierunku podłużnym to jest w kierunku przepływów czynnika, które płyną we wzajemnie przeciwnych kierunkach w celu osiągnięcia optymalnej wydajności, korzystnym jest, żeby chłodnica punktu rosy, zgodna z wynalazkiem, miała specjalną taką własność, że występy mają ograniczoną długość w kierunku przepływu, co zwiększa transfer ciepła.

W celu osiągnięcia poszukiwanej wysokiej wydajności konieczne jest zapewnienie w chłodnicy punktu rosy zgodnej z wynalazkiem dobrego zwilżania powłoki, która może składać się z oddzielnych elementów, z których nie może pozostać żaden element o suchej powierzchni. Taki jest wymóg, ponieważ mogłaby wtedy powstawać lokalnie różnica temperatur, która powodowałaby niepożądane przepływy ciepła, a w rezultacie wydajność chłodnicy byłaby mniejsza od pożądanej. Stosunki pomiędzy powierzchnią obszarów powierzchni przenoszących ciepło i elementów oddzielających w pierwotnym i wtórnym obiegu muszą być dobrane tak, żeby biorąc pod uwagę wszelkie warunki wstępne, przepływy ciepła pomiędzy pierwotnym i wtórnym czynnikiem były tak duże jak tylko to możliwe.

Wynalazek dostarcza opcję konstrukcyjną chłodnicy punktu rosy z wielce zwiększoną wydajnością, w której temperatura na wyjściu obiegu pierwotnego na tak zwanym wykresie hx według Moliera osiąga co najmniej linię 85% RH (wilgotność względna), i w której pojawia się dalece zredukowana różnica temperatur pomiędzy wlotem pierwotnym a wylotem wtórnym, to jest 2 do 3°C. Jest znane, że pożądanym jest przybliżenie do linii nasycenia (100% RH) tak blisko jak tylko możliwe, podczas gdy w praktyce celem jest osiągnięcie wartości w przybliżeniu 85%.

Przedmiot wynalazku jest opisany na podstawie rysunku na którym fig. 1 przedstawia przykładowy schemat blokowy chłodnicy punktu rosy z obiegiem pierwotnym i obiegiem wtórnym, fig. 2 schemat blokowy odpowiadający fig. 1 chłodnicy punktu rosy, na którym obieg wtórny jest połączony z wylotem obiegu pierwotnego, fig. 3 przedstawia schematyczny przykład chłodnicy punktu rosy z urządzeniem odwracającym dla zawrócenia części pierwotnego czynnika, fig. 4 - schematyczny i bardzo uproszczony widok perspektywiczny chł odnicy punktu rosy.

Jak to ilustruje fig. 1 urządzenie chłodzące ma postać chłodnicy punktu rosy 1 z obiegiem pierwotnym 2 i wtórnym 3. Medium przez te obiegi płyną w przeciwnych kierunkach, jak zaznaczono strzałkami 4, 5. Pierwotne medium obiegu I wpływa wewnątrz przez otwór wlotowy 6 i wypływa przez otwór wylotowy 7. Widoki pompy, wentylatora czy podobnego urządzenia transportującego media zostały pominięte. Wtórne medium obiegu II wpływa przez otwór wlot 8 i wypływa z wymiennika otworem wylotowym 9. Symbolicznie pokazano dwie odnośne przeplatające się jednostki i rury rozgałęźne 10, 11, które łączą liczne przeplatające się przewody dla odnośnego pierwotnego i wtórnego obiegu.

We wtórnym obiegu 3 wymieniająca ciepło ściana jest zwilżana urządzeniem zwilżającym (nie pokazane) w celu ochłodzenia tej ściany poprzez parowanie wody ze ściany spowodowane przepływem wtórnego przepływu powietrza.

Media w obiegu I, II są w kontakcie umożliwiającym wymianę ciepła w chłodnicy 1. W tym zastosowaniu wynalazku chłodnica zawiera zewnętrzny pierwotny otwór wlotowy 11, zewnętrzny pierwotny otwór wylotowy 12, zewnętrzny wtórny otwór wlotowy 13 i zewnętrzny wtórny otwór wylotowy 14.

PL 207 512 B1

Fig. 2 różni się od fig. 1 w tym sensie, że wtórnym otworem wlotowym 8 chłodnicy punktu rosy 1 wpływa medium, które jest odgałęzione medium przepływu I. Obiegiem I' następuje przepływ przez rurę rozgałęźną 11 do otworu wylotowego 12. Suma natężeń przepływu obiegiem I' i obiegiem I jest równa. Natężenie przepływu obiegiem I jest równe natężeniu przepływu obiegiem II. Stosunek pomiędzy obiegami I' i I określa w dużej rozciągłości wydajność chłodnicy i może na przykład mieć wartość 70:30. Medium przepływu obiegiem I może być uważany za przepływ całkowity, to jest całkowity czynnik przepływu wprowadzony do urządzenia. Przepływ obiegiem I' jest przepływem poddanym działaniu termicznemu, w szczególności przepływem ochłodzonym, który może być oznaczony jako przepływ czysty. Różnicę między przepływem całkowitym i przepływem czystym stanowi odgałęziony przepływ, który odpowiada przepływowi obiegiem II zgodnie z fig. 1. Ten przepływ obiegiem II odbywa się przez obieg wtórny i w konfiguracji zgodnej z fig. 2 może być oznaczony jako przepływ tarujący. Poddany działaniu termicznemu, a w szczególności ogrzane medium jest wylewane na zewnątrz przez wylew 14 jako ubytek.

Fig. 3 przedstawia bardzo schematycznie chłodnicę punktu rosy 20. Zawiera ona pierwotny obieg I i wtórny obieg II. Pierwotny obieg powietrza 21 następuje przez obieg pierwotny. Wtórny przepływ powietrza 22 przepływa przez obieg wtórny II. Jest to odgałęzienie pierwotnego przepływu powietrza 21, który płynie dalej jako częściowy przepływ 21.

Chłodnica punktu rosy zawiera pierwotny otwór wlotowy 23 pierwotny otwór wylotowy 24 i wtórny otwór wylotowy 25, przy czym otwory wylotowe stanowią część obudowy 26. Wentylator 27 napędza pierwotny przepływ powietrza 21 W obudowie jest umieszczona przewodząca ciepło ścianka 28, która oddziela pierwotny obieg I od wtórnego obiegu II. W ścianie jest usytuowany otwór 29, który może zostać zamknięty bądź otwarty za pomocą zaworu 30 sterowanego urządzeniem uruchamiającym 31.

W opisanej pozycji otwarcia, wybrana część przepływu pierwotnego 21 jest odgałęziana w postaci przepływu 22, podczas gdy pozostała część kontynuuje jako przepływ 21'.

Ściana 28 posiada elementy oddzielające 32 i 33 w postaci żeber wtórnych i pierwotnych. Służą one do oddzielenia danych warstw granicznych i do efektywnego powiększenia powierzchni obszaru ściany 28. Wtórne żebra są zaopatrzone w powłokę z cementu portlandzkiego. Żebra są zatem efektywnie hydrofilowe na powierzchni i mogą zmagazynować określoną ilość wody. Woda ta jest dostarczana przez kanał wodny 34 i zawór dawkujący 35 do kanału dawkującego 36. Zapewnia to ciągłe zwilżanie tej powłoki.

Przepływ wtórnego przepływu powietrza 22 zapewnia parowanie wody zawartej w powłoce, czemu towarzyszy schładzanie żeber wtórnych, ściany 28, wskutek tego żebra pierwotne, przez co jest chłodzony przepływ pierwotny 21 Pierwotny otwór wylotowy przepływu 21' wskutek tego ma mniejsze natężenie przepływu niż pierwotny przepływ 21, a również zmniejszoną temperaturę. Ten przepływ 21' jest zatem używany jako efektywny ochłodzony przepływ powietrza, w celu na przykład ochłodzenia przestrzeni. Wtórny przepływ powietrza 22 zawierający parę wodną może być wydalony na zewnątrz.

Nie narysowano wariantu, w którym nie stosuje się elementu napędu wtórnego 30 w postaci zaworu. Wtedy stosunek między przepływami 21 i 22 nie jest regulowany.

Fig. 4 przedstawia chłodnicę punktu rosy 50. W celu większej przejrzystości nie narysowano obudowy. Na tym bardzo uproszczonym widoku chłodnica punktu rosy zawiera trzy przewodzące ciepło i oddzielające strony ściany 51, 52, 53 czynniki, na których po obu stronach są rozmieszczone odpowiednie żebra 54, 55, 56, 57, które rozciągają się w formie zygzakowatych pasków w kierunku poprzecznym w stosunku do przepływów opisanych poniżej. Żebra mają ograniczoną długość w kierunkach przepływu, podczas gdy te strony ściany 51, 52, 53 przewodzą ciepło w okolicy żeber i mają części 58, 58' izolujące ciepło odpowiednio pomiędzy odpowiednimi paskami żeber oznaczonymi odpowiednio 57, 57', 57. Unika się tym samym transportu ciepła w kierunku podłużnym, dzięki czemu wymiennik 50 ma znakomitą wydajność.

Środkowe dwa z czterech pokazanych kanałów odpowiadają pierwotnemu obiegowi I. Dwa kanały zewnętrzne, które są mocowane do obudowy (nie pokazana) określają wtórny obieg II. Różne przepływy i obiegi są oznaczone takimi samymi oznaczeniami jak na fig. 2.

Chłodnica punktu rosy 50 zawiera następnie centralny kanał dostarczający wodę 59 z dyszami 60 do zwilżania żeber 54-57, które są pokryte powłoką hydrofilową. Żebra są perforowane, by woda dostarczana przez dysze 60 mogła w pełni zwilżyć żebra w niższych miejscach. Ewentualny nadmiar wody jest usuwany przez elementy, które nie zostały narysowane. Jak można zauważyć na figurach, perforacje 61 są wykonane jako szczeliny. Te szczeliny nie są dziurkowane, lecz są formowane przez

PL 207 512 B1 wykonanie nacięcia na dziurkarce i wypchnięcie materiału żebra z głównej płaszczyzny otaczającej powierzchni, tak że uzyskuje się strukturę żaluzjową. Kształt perforacji, które będą od teraz oznaczane jako żaluzje 61, jest taki, że są ułożone w dwóch kolejnych grupach żaluzji w kierunku przepływu, oznaczonych odpowiednio 62 i 63. W tym zastosowaniu wynalazku grupa żaluzji oznaczona jako nr 63 jest najdalsza pod prąd biorąc pod uwagę kierunek przepływu. Żaluzje są umieszczone tak, że przepływ 5 jest przechwytywany przez żaluzje i kierowany na drugą stronę żebra, gdzie odchylony przepływ jest z kolei przechwytywany przez grupy żaluzje 62 i w końcu powraca na swoją pierwotną ścieżkę. Taka struktura zapewnia znakomity transfer ciepła pomiędzy przepływem czynnika i żebrami.

Korzystnym jest okresowe uruchamianie kanału dostawy wody 59 z dyszami 60 dla dostarczenia wody po stronie zakrytej to jest żebra 54-57 w tarującym wtórnym obiegu II. System nawadniający nawilża powłokę tam gdzie żebra stają się hydrofilowe. Dotychczas unika się jak tylko można bezpośredniego zwilżania wtórnego przepływu powietrza, ponieważ jedynym tego efektem jest redukcja wydajności chłodnicy punktu rosy. Zgodnie z wynalazkiem stosowanie spryskiwaczy jest zatem jak najbardziej unikane. Parowanie odbywa się jedynie ze zwilżanej wodą powłoki żeber i wolnych części ścian 51, 52, 53 opcjonalnie również pokrytych powłoką hydrofilową, to jest obszarów bez żeber oznaczonych jako części 58 i 58'.

Zgodnie z wynalazkiem lekkie nawodnienie powoduje, że wilgotna ściana, rozumiemy pod tym pojęciem również żebra, jest nawodniona w znacznym stopniu jednorodnie i zawiera wszędzie prawie taką samą ilość wody. Tak więc powodująca parowanie różnica ciśnień jest wszędzie optymalna. Właściwy wybór prędkości przepływu i stopnia turbulencji zapewnia wysoką wydajność.

W tym miejscu należy również poświęcić uwagę ogólnej wydajności wymiennika entalpii, w szczególności w odniesieniu do wyjaśniającego w tym względzie fig. 4. Część obiegu I ogólnego obiegu I przepływu powietrza, po przejściu przez pierwotną stronę wymieniającą ciepło jest przemieszczana wzdłuż wtórnej strony wymiennika entalpii w celu pochłonięcia pary wodnej w sposób opisany powyżej. Ciepło parowania absorbowanej i wyparowanej wody schładza ogólny pierwotny obieg powietrza I do temperatury czystego pierwotnego obiegu I', który jest ostatecznie pożądanym powietrzem, wdmuchiwanym do właściwej przestrzeni do chłodzenia. W każdej chłodnicy punktu rosy o określonym zwymiarowaniu stosunek ogólnego przepływu do przepływu tarującego ma swoje optimum. Ciepło uzyskiwane z ogólnego pierwotnego przepływu powietrza jest mnożone przez wydajność termiczną chłodnicy punktu rosy 50. Do wtórnego uzyskania entalpii wykorzystujemy głównie ciepło utajone parowania nawadniającej wody. Jest zatem możliwe byśmy się zadowolili jedynie małym przepływem powietrza po stronie wtórnej. W typowym przypadku stosunek przepływu pierwotnego do przepływu wtórnego w całym przepływie mieści się w granicach wartości 2 do 3.

Hydrofilowa lub higroskopowa powłoka czy obróbka termiczna dające żebrom i wymieniającym ciepło ścianom z żebrami wymagane własności do rozprowadzania wilgoci i magazynowania wilgoci, zapewniają zmagazynowanie wody do odparowania pomiędzy dwoma okresami nawadniania. Warstwa kryjąca lub powłoka jest cienka na tyle, że jej oporność termiczna jest prawie pomijalna, dzięki czemu transfer ciepła pomiędzy pierwotnym czynnikiem przepływu a wtórnym czynnikiem przepływu może zachodzić praktycznie niezakłócony.

Nie fig. 4 nie pokazano elementów rozgałęźnych koniecznych do połączenia zewnętrznych dwóch kanałów i odpowiednio wewnętrznych dwóch kanałów po obu stronach wymiennika ciepła 50. Również nie pokazano występów niezbędnych do uformowania częściowych obiegów I' i I z obiegu I. Urządzenie zgodne z fig. 3., lub dowolne inne odpowiednie urządzenie może być użyte w tym celu.

Ponieważ w chłodnicy punktu rosy typu przedstawionego na fig. 4, lub według wynalazku napędzająca siła wynikająca z różnicy temperatur jest niewielka a ponieważ ciśnienie pary nasyconej jest bezpośrednio zależne od temperatury, jest bardzo ważne zapewnienie, że ta różnica temperatur nie zostanie wyeliminowana przez wzdłużną przewodność (w kierunku przepływu) w ścianie. Uzyskuje się to przez wybór względnie małej grubości ściany, lub przez rozmieszczenie między żebrami w kierunku przepływu czynnika elementów rozdzielających, które nie przewodzą ciepła, bądź przewodzą ciepło w stopniu pomijalnym. Są to izolujące ciepło części 581 59.

Tak więc, aby doprowadzić do możliwie największego transportu materii na wilgotną stronę, zatem parującą wodę do pary wodnej zawartej we wtórnym czynniku przepływu, różnica ciśnień między ciśnieniem pary nasyconej w dominującej temperaturze i ciśnieniem pary w dostarczanym powietrzu musi być tak duża jak to możliwe. Powietrze nasycone, bądź prawie nasycone czyni tą różnicę tak małą, że to niekorzystnie wpływa na wydajność wymiennika entalpii. Jest korzystne, że chłodnica punktu rosy ma po wtórnej nawadnianej stronie częściowo niepokrytą powierzchnię, co oddala powiePL 207 512 B1 trze absorbujące wodę od punktu nasycenia, tak że woda może być nadal absorbowana w optymalny sposób. To może być ciągły bądź nieciągły proces absorbowania i podgrzewania pary.

Z wyją tkiem opisanych termicznych rozdział ów pomię dzy obszarami zaopatrzonymi w ż ebra, przewodność termiczna ściany środkowej między pierwotnym obiegiem i wtórnym nie jest istotna. Przewodność termiczna elementów wspomagających transfer ciepła, w szczególności żeber, które rozciągają się na pewną odległość od ściany w relewantnym kanale i muszą zatem przenosić dzięki przewodnictwu zaabsorbowane ciepło do ściany, ma wielkie znaczenie i musi być właściwie dobrana. W szczególności zastosowanie wynalazku w tym względzie stosuje żebra pofałdowane w zębatą bądź zygzakowatą formę i składające się z miedzianych pasków z żaluzjo podobnymi perforacjami jak pokazano na fig. 4.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie chłodzące, zawierające pierwszy i drugi obieg medium, sprzężone termicznie poprzez ścianę co najmniej częściowo przewodzącą ciepło, przy czym przez te dwa obiegi przepływają przeciwprądowo dwa odpowiednie nośniki, znamienne tym, że ściana przewodząca ciepło (28) ma elementy oddzielające (32, 33) przerywające co najmniej graniczną warstwę termiczną oraz laminarną warstwę termiczną i warstwę graniczną względnej wilgotności co najmniej w miejscu aktywnych obszarów przewodzenia ciepła w co najmniej pierwotnym nośniku, przy czym elementy oddzielające (32, 33) zawierają występy zwiększające efektywny obszar powierzchni przewodzącej ciepło ścianki (28), zaś powierzchnie przewodzące ciepło przewodzących ciepło występów są co najmniej częściowo pokryte co najmniej w obszarze (II) obiegu drugiego medium powłoką hydrofilową dla zatrzymania cieczy, a następnie uwolnienia jej przez parowanie, a ponadto urządzenie zawiera jednostkę zwilżającą (36) poddającą powłokę w obszarze wtórnego medium nawilżaniu parującą cieczą, przy czym współczynnik przenikania ciepła całej ścianki wynosi minimum 1 W/m²K.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera elementy (27) napędu pierwotnego dla pierwotnego medium w postaci wentylatora lub pompy, ruchome siłą różnicy ciśnień.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera elementy (30) napędu wtórnego dla wtórnego medium, korzystnie w postaci wentylatora, ruchome siłą różnicy ciśnień.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że powłoka składa się z porowatego ceramicznego materiału technicznego, korzystnie wypalonej warstwy cementu portlandzkiego, lub materiału włóknistego, korzystnie wełny mineralnej w postaci wełny żużlowej.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przepływ medium wtórnego jest przepływem częściowym, który jest odgałęziony w końcu pierwotnego medium przepływu i stanowi 30% jego wartości.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że powłoka jest z tworzywa sztucznego.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 4 albo 5 albo 6, znamienne tym, że efektywny obszar powierzchni zewnętrznej powłoki, z której ciecz odparowuje jest co najmniej 100x, korzystnie co najmniej 1000x większy niż rzut jego obszaru powierzchni.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma wymiary przy których przepływy nośników mają wartości przy których punkt rosy w przepływie wtórnym zmienia się w granicach 1°C.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że występy mają żebra (54, 55, 56, 57) w postaci licznych pasków, z których każdy ma kształt falisty, przy czym kolejne szczyty fal każdego z tych pasków są połączone z jedną stroną ściany (51, 52, 53) zaś powłoka jest umieszczona tylko na tej powierzchni każdego paska, która jest oddalona od ściany.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że właściwości powłoki i cieczy są dobrane tak, że z góry określona ilość cieczy na jednostkę powierzchni obszaru ściany i występów jest zmagazynowana w powłoce, zaś oporność termiczna powłoki wypełnionej cieczą mierzona poprzecznie do płaszczyzny głównej jest pomijalna w stosunku do całkowitej oporności termicznej ścieżki pomiędzy ścianką przewodzącą ciepło a przepływem wtórnego medium.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że występy są przesunięte względem siebie.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że występy mają ograniczoną długość w kierunku przepływu dla poprawy przenoszenia ciepła.

    PL 207 512 B1
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że występy są oddzielone w kierunku przepływu częściami (58, 58') o znacząco mniejszej przewodności termicznej, przy czym w kierunku przepływu działa napędzająca różnica temperatur wymiennika ciepła.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że występy zawierają żebra (54, 55, 56, 57) zaopatrzone w żaluzje (61).