CZ38785U1 - Výměník tepla pro ventilační systémy s rekuperací tepla - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká technik mechanických vnitřních ventilačních systémů, konkrétně výměníků tepla pro ventilační systémy s rekuperací tepla.

Takové výměníky tepla, jako součást ventilačního systému, se používají k přenosu tepelné energie z proudu spotřebovaného vzduchu, tzn. odpadního vzduchu odváděného z prostoru, do proudu nasávaného vzduchu, tzn. čerstvého vzduchu přiváděného do prostoru.

Dosavadní stav techniky

Jak je dobře známo, moderní stavba se zaměřuje na izolaci a vzduchotěsnost, aby se snížila celková spotřeba energie na vytápění a chlazení vnitřního vzduchu v prostorách. Díky utěsnění prostorů se tak prakticky zcela zabraňuje infiltraci, tzn. přirozenému nasávání venkovního vzduchu v důsledku netěsností, což následně znemožňuje proces přirozené ventilace.

Stavební předpisy a směrnice navíc vyžadují dostatečnou výměnu vzduchu v prostorách, aby byl zajištěn dostatečný přísun čerstvého vzduchu a kyslíku do prostor, aby se lidé nacházeli ve zdravých a pohodlných podmínkách.

Za těchto okolností je mechanická ventilace spolehlivým prostředkem k dosažení potřebné výměny vzduchu.

Mechanická ventilace však zvyšuje spotřebu energie v prostorách, protože nasávaný vzduch, tzn. čerstvý venkovní vzduch, je třeba ohřívat nebo chladit.

Ventilační zařízení s rekuperací tepla plní úkol zajišťování dostatečné výměny vzduchu s minimální spotřebou energie.

V podstatě j e ventilace s rekuperací tepla nezbytná pro odvádění spotřebovaného vzduchu z prostor spolu s přebytečnou vlhkostí, oxidem uhličitým, dalšími odpadními produkty z lidské činnosti, potenciálními znečišťujícími látkami v interiéru, a pro přívod čerstvého venkovního vzduchu do prostor, s minimální spotřebou energie na vytápění prostřednictvím výměny tepelné energie ve výměníku tepla.

V současné době nej častěji používané výměníky tepla ve ventilačních systémech s rekuperací tepla přicházejí v různých velikostech a tvarech, a obsahují podélné kanály, kterými proudí vzduch v opačných směrech: konkrétně — znečištěný, tzn. spotřebovaný, vzduch je vypuzován z prostor, a — čerstvý, tzn. nasávaný, vzduch je přiváděn zvenčí.

V důsledku pohybu výše zmíněných proudů vzduchu, současně v opačných směrech v kanálech výměníku tepla, prostřednictvím ohřevu a/nebo chlazení sousedních stěn kanálů, dochází k přenosu tepla z jednoho proudu vzduchu do druhého, což následně umožňuje rekuperací tepla - výměnu tepla mezi protilehlými proudy vzduchu, což umožňuje opětovné využití dříve vynaložené energie použité na chlazení/ohřev nasávaného vzduchu do prostor.

Výměníky tepla tohoto typu obsahují ve své konstrukci prostředky pro distribuci spotřebovaného a nasávaného vzduchu v kanálech výměníku tepla. Takové prostředky mohou zahrnovat různé typy krytů, klapek a ucpávek na vzdálených, tzn. protilehlých, stranách výměníku tepla.

Z dosavadního stavu techniky je známo „Zařízení pro chlazení a/nebo rekuperací tepla“, které

- 1 CZ 38785 UI obsahuje několik modulů výměníku tepla určených ke spojení, z nichž každý obsahuje jeden výměník tepla, a spojených pro zajištění provozu jejich výměníků tepla v paralelní schématu zapojení, vyznačující se tím, že každý modul výměníku tepla má obklopující pouzdro výměníku tepla, které má na svých koncových částech jeden vstupní ajeden výstupní otvor pro vzduch, takže každý následující modul výměníku tepla má dva vstupní a dva výstupní otvory pro vzduch, přičemž zařízení obsahuje společný kanál nasávaného vzduchu a společný kanál spotřebovaného vzduchu, připojené k modulům výměníku tepla, aby se zajistilo rovnoměrné a paralelní zásobování vstupních otvorů pro vzduch následujících modulů výměníku tepla spotřebovaným vzduchem ze společného kanálu spotřebovaného vzduchu, jakož i rovnoměrné a paralelní vytékání nasávaného vzduchu z výstupních otvorů pro vzduch následujících modulů výměníku tepla do společného kanálu nasávaného vzduchu (RU 2671766 C2). Mezi nevýhody tohoto zařízení patří jeho složitá konstrukce, nízká účinnost a velké rozměry.

Existují také deskové výměníky tepla, které obsahují žebrované desky sestavené do svazku pro vytvoření kanálů (RU 2254532 C2, Deskový výměník tepla, IPC 6 F28D 9/00, zvěř. 20. června 2005; RU 2241936 Cl, Deskový výměník tepla, IPC 6 F28D 9/00, zvěř. 10. prosince 2004). Navzdory jednodušší konstrukci než u výše zmíněného „Zařízení pro chlazení a/nebo rekuperaci tepla“ (RU 2671766 C2) je nevýhodou těchto výměníků tepla jejich nízká intenzita výměny tepla.

Nejbližší analogií navrženého technického řešení je výměník tepla obsahující „Ventilační systém s rekuperaci tepla“ (UA 150073 U), kde výměník tepla uvedeného systému má pravoúhlý tvar, vyrobený z měděných desek spojených navzájem ve tvaru kosodélníku, a obsahuje prostředky pro distribuci nasávaného a spotřebovaného vzduchu, kterými jsou otvory, které jsou střídavě otevřené a zavřené, umístěné na kulatých krytech na koncových částech výměníku tepla. Rozvod proudů vzduchu do příslušných kanálů se provádí pomocí prvků pro distribuci nasávaného a spotřebovaného vzduchu, kterými jsou kulaté kryty umístěné na koncových částech výměníku tepla a obsahující kruhové otvory. V tomto „Ventilačním systému s rekuperaci tepla“ je výměník tepla integrován do pláště, kde je další distribuce vzduchu dosažena pomocí konstrukčních prvků jednotky, tzn. ventilačního systému. V tomto případě je nasávání, tzn. sání, vzduchu do výměníku tepla, jak zvenčí, tak zevnitř prostor, prováděno přes mezery mezi vnitřním povrchem pouzdra ventilačního systému, zatímco výstup, tzn. výtlak, vystupuje přes válcovité vzduchové kanály (trubky) ve ventilačním systému. Navzdory malým rozměrům systému, snadné výrobě a lepšímu výkonu výměny tepla ve srovnání s dříve zmíněnými výměníky tepla spočívá nevýhoda nejbližšího analogie v nedostatečném kontaktu vzduchu mezi vzduchem a povrchem oblasti kanálů výměníku tepla, což má za následek nedostatečnou výměnu tepla.

Navíc, prostředky pro distribuci proudů spotřebovaného a nasávaného vzduchu, které jsou umístěny na jeho odlehlých stranách - krytech - jako samostatné konstrukční prvky, jsou složité na výrobu jako samostatné komponenty, zvětšují velikost ventilačního systému a jsou pouze zahrnuty v procesu rekuperace tepla jako prostředky pro distribuci proudů vzduchu.

Podstata technického řešení

Úkolem navrhovaného technického řešení je zlepšit výměnu tepla výměníku tepla, zjednodušit jak jeho konstrukci, tak prostředky pro distribuci spotřebovaného a nasávaného vzduchu, a také zjednodušit výrobní proces výměníku tepla.

Úkol je řešen pomocí výměníku tepla pro ventilační systémy s rekuperaci tepla, vyrobeného se čtyřúhelníkovým průřezem a podélnými kanály s kosočtvercovitým průřezem, tvořenými propojenými deskami a vybavenými prostředky pro rozvádění proudů spotřebovaného a nasávaného vzduchu. Navrhuje se vytvořit kanály ve střední části vlnité po jejich délce, a v krajních částech, kde kanály slouží jako prostředky pro rozvádění spotřebovaného a nasávaného vzduchu, jsou vytvořeny uvnitř rovné po jejich délce, mají klikatý průřez a jsou s otevřeným koncem, navíc, vnější kanály přiléhající ke dvěma protilehlým bočním povrchům

-2CZ 38785 UI výměníku tepla, jakož i koncové části kanálů výměníku tepla, jsou navrženy střídavě otevřené a uzavřené tak, že každá skupina otevřených kanálů na jedné krajní části výměníku tepla je uzavřena na opačné krajní části, přičemž tělo výměníku tepla je navrženo pro umístění uvnitř pouzdra obsahujícího podélné štěrbiny odpovídající velikosti a poloze otevřených kanálů.

Technickým výsledkem navrhovaného technického řešení je zlepšený výkon výměny tepla, zjednodušená konstrukce výměníku tepla, zahrnující komponenty pro distribuci spotřebovaného a nasávaného vzduchu, a výměník tepla, který je jednoduší na výrobu.

Výše uvedené je potvrzeno testy navrhovaného výměníku tepla, zejména srovnávací výsledky navrhovaného výměníku tepla a nejbližší analogie ukazují, že koeficient účinnosti navrhovaného výměníku teplaje o 10 až 15 % vyšší než u nejbližší analogie.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je znázorněna na připojených výkresech, které znázorňují komponenty zařízení, přičemž konkrétně:

obr. 1 znázorňuje tělo výměníku tepla;

obr. 2 znázorňuje dvojici desek tvořících kanály výměníku tepla;

obr. 3 znázorňuje pohled shora na výměník tepla;

obr. 4 je schematické znázornění rozložení částí výměníku tepla;

obr. 5 je schematické znázornění umístění výměníku tepla ve ventilačním systému a principu distribuce proudu vzduchu; a obr. 6 znázorňuje pouzdro výměníku tepla.

Příklady uskutečnění technického řešení

Jak je vidět na obr. 1 až 6, výměník ]_ tepla pro ventilační systémy s rekuperací teplaje vytvořen se čtyřúhelníkový průřezem a podélnými kanály s kosočtvercovitým průřezem, tvořenými propojenými deskami 2, přičemž tělo výměníku tepla je rozděleno na střední část 3, kde jsou kanály 4 vlnité podél své délky, a krajní části 5, kde kanály 6 výměníku tepla, které slouží jako prostředky k distribuci spotřebovaného a nasávaného vzduchu, jsou uvnitř rovné podél své délky, mají klikatý průřez a jsou s otevřeným koncem, zatímco vnější kanály 7 přiléhající ke dvěma protilehlými bočními povrchům výměníku tepla a koncové části kanálů 8 výměníku tepla jsou střídavě otevřené a uzavřené tak, že každá skupina otevřených kanálů 7, 8 na jedné krajní části 5 výměníku teplaje uzavřena na opačné krajní části 5.

Rozměry střední části 3 a krajních částí 5 těla výměníku tepla mohou být buď stejné nebo odlišné v závislosti na technických specifikacích ventilačního systému, ve kterém je výměník 1 tepla instalován.

Tělo výměníku teplaje umístěno uvnitř pouzdra 9, které obsahuje podélné štěrbiny 11 odpovídající velikosti a poloze otevřených vnějších kanálů 7, které ohraničují dva protilehlé boční povrchy výměníku 1 tepla, jakož i otevřené koncové části kanálů 8 výměníku tepla.

Vzhledem k tomu, že většina decentralizovaných ventilačních systémů s rekuperací tepla má pouzdro se zaobleným průřezem, zatímco výměník 1 tepla má čtyřúhelníkový průřez, je nutné zabránit míchání proudů vzduchu uvnitř pouzdra 9 ventilačního systému a také se vyhnout úniku vzduchu z výměníku 1 tepla do technologických kanálů systému, přičemž v případě absence takových prostředků v konstrukci ventilačního systému může být pouzdro 9 výměníku tepla vybaveno alespoň jednou dělící stěnou 10 na svém vnějším povrchu ve střední části 3 výměníku tepla.

- 3 CZ 38785 UI

Kromě toho, přechod kanálů 4 výměníku tepla ze střední části 3, které jsou vlnité podél jejich délky, do tvaru kanálů 6 v j eho kraj nich částech 5, kde jsou kanály uvnitř rovné podél j ej ich délky, mají klikatý průřez a jsou s otevřeným koncem, může mít klínovitý tvar, viz obr. 1 až 3.

Klínovitá přípojka pro kanály výměníku tepla zvětšuje oblast výměny tepla ve výměníku 1 tepla, aniž by se snížila intenzita proudu vzduchu, protože vzduch vstupuje a prochází otevřenými vnějšími kanály 7 přiléhajícími ke dvěma protilehlým bočním povrchům výměníku tepla a koncovými částmi kanálů 8 výměníku tepla přilehlými ke dvěma protilehlým bočním povrchům koncových částí výměníku tepla. Koncové části výměníku tepla tedy slouží nejen k distribuci nasávaného a spotřebovaného vzduchu, ale také aktivně přispívají k procesu výměny tepla.

Takový klínovitý přechod kanálů výměníku tepla zvětšuj e oblast výměny tepla ve výměníku 1 tepla bez ztráty intenzity pohybu proudu vzduchu, protože vzduch vstupuje a prochází otevřenými vnějšími kanály 7 přilehlými ke dvěma protilehlým bočním povrchům krajních částí výměníku tepla, a proto krajní části výměníku tepla slouží nejen jako prostředek pro distribuci nasávaného a spotřebovaného vzduchu, ale také se podílejí na procesu výměny tepla.

Zařízení funguje následovně:

Během provozu je výměník ]_ tepla instalován v pouzdře ventilačního systému, které je poté namontováno v otvoru ve stěně ventilovaného prostoru.

Mechanickou aktivací provozních ventilátorů 12. 13 prochází jak nasávaný, tak spotřebovaný vzduch samotným ventilačním systémem i výměníkem ]_ tepla.

Průchod nasávaného a spotřebovaného vzduchu, jak ventilačním systémem, tak samotným výměníkem 1 tepla, probíhá následovně:

1. Nasávaný vzduch zvenčí prostor, když je zapnutý nasávací ventilátor 12), je nasáván lopatkami skrz nasávací štěrbiny vnějšího krytu 15 ventilačního systému, který se nachází na vnější straně 16 stěny.

Nasávaný vzduch poté prochází prostorem mezi vnitřním povrchem pouzdra ventilačního systému a vnějším povrchem vedení 14 ventilačního systému, poté otevřenými vnějšími, nasávacími, kanály 7 krajní části 5 výměníku tepla, přiléhající k bočním povrchům výměníku tepla, přičemž je nasávaný vzduch nasáván do kanálů výměníku tepla.

Při průchodu vzduchu kanály výměníku tepla se tento ohřívá/ochlazuje a poté vystupuje otevřenými koncovými (výstupními) částmi kanálů 8 na opačné straně výměníku tepla, proudí vedením 14 ventilačního systému na opačné straně a je přiváděn do prostor centrálním otvorem krytu 18 ventilačního systému na straně prostoru.

2. Současně je spotřebovaný vzduch z vnitřku prostor (při zapnutí odsávacího ventilátoru 13) nasáván lopatkami skrz vnitřní štěrbiny vstupu vzduchu vnitřního krytu 19. který se nachází na vnitřní straně 20 stěny. Spotřebovaný vzduch poté prochází prostorem 17 mezi vnitřním povrchem krytu ventilačního systému a vnějším povrchem vedení, poté vstupuje do otevřených vnějších, nasávacích, kanálů 7 na krajní části výměníku tepla, přiléhající k bočnímu povrchu výměníku tepla, spotřebovaný vzduch je nasáván do kanálů výměníku tepla, kde se ohřívá/ochlazuje, a poté vystupuje koncovými (výstupními) částmi kanálů 8 výměníku tepla na opačné straně, proudí vzduchovým vedením 14 a vystupuje z prostor (do okolní atmosféry) centrálním otvorem 21 v krytu ventilačního systému na vnější straně.

Claims (3)

1. Výměník (1) tepla pro ventilační systémy s rekuperací tepla, vyrobený se čtyřúhelníkovým průřezem a podélnými kanály s kosočtvercovitým průřezem, tvořenými vzájemně propojenými deskami (2), a vybavený prostředky pro rozvádění proudů spotřebovaného a nasávaného vzduchu, vyznačující se tán, že tělo výměníku tepla zahrnuje střední část (3), kde kanály (4) výměníku tepla mají vlnitý tvar podél své délky, a krajní části (5), kde kanály (6) výměníku tepla, které slouží jako prostředky pro rozvádění odváděného a nasávaného vzduchu, jsou uvnitř rovné podél své délky, mají klikatý průřez a jsou s otevřeným koncem, zatímco vnější kanály (7) přiléhající ke dvěma protilehlým bočním povrchům výměníku tepla a koncové části kanálů (8) výměníku tepla jsou střídavě otevřené a uzavřené takovým způsobem, že každá skupina otevřených kanálů (7, 8) na jedné krajní části výměníku tepla je uzavřena na opačné krajní části, přičemž tělo výměníku tepla je umístěno uvnitř pouzdra (9) obsahujícího podélné štěrbiny (11) odpovídající velikosti a poloze otevřených kanálů (7, 8).

2. Výměník (1) tepla pro ventilační systémy s rekuperací tepla podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že pouzdro (9) výměníku tepla má na svém vnějším povrchu ve střední části (3) výměníku tepla minimálně jednu příčnou dělící stěnu (10).

3. Výměník (1) tepla pro ventilační systémy s rekuperací tepla podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že přechod tvaru kanálů (4, 6) výměníku tepla ze střední části (3) výměníku tepla ke krajním částem (5) výměníku tepla má klínovitý tvar.