NO310321B1 - Fremgangsmåte til avriming av en varmeveksler av motströmstype og aggregat omfattende en varmegjenvinner i form aven slik motströmsvarmeveksler - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til avriming av en varmeveksler av motstrømstype og inngående i et ventilasjonsaggregat hvor uteluft bringes til å strømme igjennom varmeveksleren i en første retning, mens avtrekksluft bringes til å strømme igjennom motstrømsvarmeveksleren i motsatt retning, og hvor motstrømsvarmeveksleren ved lave utetemperaturer periodevis avrimes ved hjelp av avtrekksluften.

Oppfinnelsen vedrører likeledes et ventilasjonaggregat omfattende en varmegjenvinner i form av en motstrømsvarmeveksler, et tilførselsrør for uteluft ved en første side av motstrøms-varmeveksleren og et tilluftsrør med tilluftsvifte på den motsatte side av motstrømsvarmeveksleren, et avtekksluftrør på nevnte motsatte side åv motstrømsvarmeveksleren og et av-løpsrør for avtrekksluft på nevnte første side av motstrøms-varmeveksleren .

Etter å ha passert igjennom motstrømsvarmeveksleren kommer uteluften inn i rommet i form av tilluft. Etter avgivelse av en del av sin varmeenergi i varmeveksleren, slippes avtrekksluften ut i atmosfæren over taknivå.

Hver av de to luftstrømmene passerer således igjennom et an-tall parallelle kanaler i varmeveksleren, hvorav noen, for eksempel annen hver, er tilordnet utelukkende for uteluftpas-sasje, mens de øvrige er tilordnet utelukkende for avtrekks-luftpassasje.

Motstrømsvarmevekslerens uteluftkanaler er derved helt atskilt fra dens avtrekksluftkanaler, vanligvis ved hjelp av i innbyrdes avstand plasserte, kanalavgrensende lameller eller andre tynnplater hvis vegger tjener som termiske transmi-sjonsorganer. Fordelen med varmegjenvinnere av motstrømstypen er deres høye termiske virkningsgrad. Disse varmevekslere er likeledes sikret mot luktoverføring fra utstrømmende avtrekksluft til innstrømmende uteluft. De enkelte kanaler er sideveis tette overfor tilstøtende kanaler, og uteluft og avtrekksluft er tilordnet hver sitt effektive filter som begge er plassert oppstrøms for varmeveksleren.

Det finnes roterende varmevekslere, men disse har lavere virkningsgrad enn varmevekslere som arbeider i henhold til motstrømsprinsippet. Dessuten er det ved roterende varmevekslere fare for lukt- og bakterieoverføring mellom inn- og ut-gående luftstrømmer.

Et kjent klimaaggregat ifølge NO utlegningsskrift nr. 173.843 omfatter to varmevekslerceller med gjennomstrømningskanaler for innløpsluft (uteluft) eller utløpsluft (avtrekksluft) samt en shuntkanal som grenser opp til varmevekslercellene for å gjennomstrømmes av innløps-Vuteluft som føres forbi varmevekslercellene under visse driftsbetingelser, det vil si blant annet under avriming, hvor selve avrimingsfunksjonen er temperaturstyrt. Dette kjente klimaaggregat er både kontruk-tivt og funksjonelt bygget opp om og basert på shuntkanalen som tjener til å muliggjøre gjennomstrømning av innløps-/uteluft forbi varmevekslercellene under visse driftsforhold. Ved temperaturstyring ved dette kjente klimaaggregat vil det under temperaturintervallet -10 og -15°C uavbrutt være behov for avriming, fordi avrimingsprosessen tvangsstyres av ute-temperaturen.

Ved fremgangsmåten og ventilasjonsaggregatet ifølge oppfinnelsen har man blant annet tatt sikte på å begrense avrimingsfunksjonen slik at varmeveksleren kun avrimes når det faktisk er isdannelse, og samtidig effektivisere selve avrimingen når det foreligger isdannelse.

Nevnte formål er realisert ved at man ved en fremgangsmåte av den art som er angitt i den innledende del av patentkrav 1, går frem i overensstemmelse med de trinn som fremgår av dette patentkravs karakteriserende del. Et ventilasjonsaggregat av den art som er angitt i den innledende del av patentkrav 3 utmerker seg for samme formål ved de konstruktive trekk som fremgår av dette patenkravs karakteriserende del.

Isdannelse er, foruten av lav temperatur, også avhengig av luftfuktigheten. Ved ventilasjonsaggregatet ifølge oppfinnelsen vil det således kunné variere ganske meget i tid mellom hver gang det er behov for avriming.

Ved ventilasjonsaggregater ifølge oppfinnelsen er det også blant annet tilsiktet oppnådd økonomiske fordeler, idet det som viftemotorer skal kunne benyttes lavenergimotorer. Hver viftemotor skal dessuten være innrettet slik at den virker som en føler/sensor som reagerer på den belastning som moto-ren blir utsatt for til enhver tid, idet denne reaksjon skal kunne utnyttes for å registrere én av to spesielle tilstander hos varmeveksleren: (1) At varmeveksleren har vært utsatt for riming og bør/må avrimes eller (2) at et filter (for eksempel uteluftsfilteret) er blitt så tilsmusset at det oppviser en delvis tilstoppet/luftstrømbremsende tilstand. Filterutskift-ning skjer erfaringmessig tilnærmelsesvis en gang i året, og dette aspekt ved oppfinnelsen er følgelig mindre kritisk enn registreringen av at varmeveksleren har vært utsatt for nedriming.

Ved ventilasjonsaggregater/-apparater/-anlegg for eksempelvis bolighus, leiligheter, kontorlokaler etc. kan aggregatet være datamaskinstyrt, idet aggregatet kan være innrettet til å styre opprettholdelse av konstant luftmengde igjennom varmeveksleren.

Varmevekslere av motstrømstypen er ofte utsatt for nedriming like til full tilstopping hvor luftgjennomgangen hindres og varmeveksleren er satt ut av funksjon.

Rimdannelse i varmevekslere av denne art skjer når varm, fuktig avtrekksluft blir kjølt ned av kald uteluft. Rimdannelse vil normalt kunne inntreffe ved utelufttemperaturer på 5° C og lavere.

Kjent avrimingsteknologi har bestått i smelting av is og rim på/i varmeveksleren, enten når det er sørget for ikke å slip-pe igjennom kald uteluft under avrimingen/tiningen, eller ved da å ta i bruk et forvarmebatteri, men ingen av disse løsnin-gene ansees som tilfredsstillende, særlig ikke fra et energi-økonomisk synspunkt.

Man har altså tidligere vært nødt til å stoppe tilluftsviften ved avrimingen av varmeveksleren eller å benytte et forvarmebatteri som varmer opp uteluften før den kommer inn i varmeveksleren i avrimingsperioden.

Ved klimaaggregatet ifølge oppfinnelsen er utelufttilfør-selsrøret tilordnet to uteluftkammere som er plassert umiddelbart oppstrøms varmeveksleren, idet hvert kammer er forsynt med et stengespjeld og koplet til hver sin halvpart av varmevekslerblokken. Normalt befinner begge disse spjeld seg i åpen tilstand, slik at uteluft fra begge kammere samtidig blir tilført til hver sin halvdel av varmevekslerblokken for gjennomstrømning av denne på samme tid. Varmevekslerblokkens gjennomgående uteluftskanaler er således holdt tettende atskilt fra hverandre ved en skillevegg som strekker seg i uteluftens strømningsretning igjennom blokken. De gjennomgående avtrekksluftkanalene er uten en slik oppdeling.

Når det ved et ventilasjonsaggregat med varmegjenvinning skal foretas en avriming av nedrimet varmevekslerblokk, aktiveres først det ene spjeld tilordnet ett uteluftskammer for steng-ning av vedkommende kammer overfor tilført uteluft, hvorved varmevekslerblokken blir tilført all tilstrømmende uteluft via det annet kammer hvis spjeld står i åpen stilling.

Så snart det er registrert en avriming av varmevekslerblokkens ene halvpart, stenges det spjeld som til nå har vært i åpen posisjon, mens det stengte spjeld åpnes. Derved tilføres varmevekslerblokken den tilstrømmende uteluften via det uteluftskammer som nylig var lukket, men hvis spjeld nå er brakt i åpen stilling. Full gjennomstrømning av varmeveksleren med varm avtrekksluft opprettholdes under avrimingsoperasjonen som kan ta ca. 40 minutter for hele varmeveksleren.

Ved hjelp av innebygget elektronikk i tillufts- og avtrekks-luftviftemotor og styringsautomatikk for ventilasjonsaggregatet med varmegjenvinning, virker avrimingsfunksjonen på følgende måte: Ventilasjonsaggregatet er innrettet til å opprettholde konstant innstilt luftmengde. Når varmeveksleren rimer og kan være i ferd med å rimes ned, øker trykkfallet over varmeveksleren, og viftemotorens turtall øker for å opprettholde nevnte konstante luftmengde. Turtallsøkningen/-endringen utnyttes til å avgi signal til nevnte spjeld som er individuelt beve-gelig opplagret i uteluftsinntaket, umiddelbart oppstrøms varmeveksleren.

En større trykkfallsøkning som inntreffer i løpet av et døgns tid, indikerer at det er rim i varmevekslerblokken.

For øvrig betraktes måling av internt trykkfall også som en indikasjon på og varsel om filterutskifting. Man vil i dette tilfelle få en jevn trykkfallsøkning over lengre tid. I det tidsrom hvor filtrene gradvis tilsmusses, vil trykkfallet som bygger seg jevnt opp, avgi signal, slik at viftemotortur-tallet økes og konstant luftmengde opprettholdes, det vil si at viftekapasiteten tiltar når filtrene smusses til. Mellom filterutskiftingene blir det således sørget for riktig luftmengde igjennom aggregatet. Varmegjenvinnerens høye virkningsgrad overflødiggjør vanligvis bruk av ettervarmebatteri. Et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform beskrives nærmere i det etterfølgende under henvisning til medfølgende tegninger, hvor figurene viser ventilasjonsaggregatet i området for varmegjenvinneren i meget sterkt skjema-tisert fremstilling, idet nummererte piler viser de ulike luftstrømmers retning, og hvor: Fig. 1 representerer et vertikalt snittriss hvor en varmeveksler av motstrømstypen er symbolisert ved en rombelignende omkrets, og hvor en pipehatt er gjengitt som en omvendt V for å vise at avtrekksluft som har passert igjennom varmeveksleren og avgitt en vesentlig del av sin varmeenergi der, slippes ut i atmosfæren på et nivå over taknivå; Fig. 2 viser stort sett det samme som fig. 1, men i et side-riss utenfra, og hvor et spesielt snitt III - III (for fig. 3, 3A og 3B) er avmerket; Fig. 3 viser horisontalsnitt etter linjen III - III i fig. 2, og hvor to uteluftskammere plassert umiddelbart oppstrøms varmeveksleren er tilordnet hver sitt stengespjeld som befinner seg i åpen tilstand, slik at varmeveksleren gjennomstrøm-mes av uteluft fra begge kammere; Fig. 3A svarer til fig. 3, men her er det ene uteluftskamme-rets spjeld brakt i stengt stilling, slik at den tilførte uteluften passerer utelukkende igjennom varmevekslerens ene halvpart via det annet uteluftskammer, hvoretter den som forvarmet tilluft via en kanal med tilluftssugevifte strømmer inn i rommet; Fig. 3B svarer til fig. 3A, men her er det et annet utelufts-kammers spjeld som befinner seg i stengt posisjon, slik at tilført filtrert uteluft utelukkende er brakt til å strømme aksialt igjennom varmevekslerens annen halvdel i forhold til fig. 3A, idet varmeveksleren i hele sitt effektive tverrsnitt overfor den varme avtrekksluften er åpen for dennes gjennom-strømning under varmeenergiavgivelse; Fig. 4 viser et enderiss fra venstre side ifølge pilen IV i fig. 2; og Fig. 5 viser et enderiss fra høyre side ifølge pilen V i fig. 2.

En varmegjenvinner av motstrømstype som er symbolisert ved en rombelignende omkrets, er betegnet med henvisningstallet 10 og omsluttes av et hus 12, idet korte skillevegger 14 og 16 strekker seg mellom innerflatene av husets 12 vegger og to av varmevekslerens 10 motsatte hjørner, slik det fremgår av fig. 1.

Til huset 12 slutter seg en uteluftskanal 18 som er forsynt med et filter 20.

Uteluften, pilen 22, passerer igjennom gjennomgående uteluftskanaler i varmeveksleren i varmevekslende relasjon til den varme avtrekksluften som samtidig strømmer igjennom varmeveksleren i motsatt retning via veggene av de lameller eller lignende tynnplater som varmeveksleren er bygget opp av.

Forvarmet tilluft er betegnet med 24. Avtrekksluften strøm-ning er angitt ved piler 26.

Fra huset 12 rundt varmevekslerblokken 10 er for forvarmet tilluft 24 tilkoplet en kanal 28, i hvilken tilluftsviften 30 er montert. Avtrekksluften 26 kommer inn i huset 12 fra en avtrekkskanal 32 med filter 34, og forlater huset 12 via en avtrekkskanal 36 med avtrekksvifte 38. Som tidligere angitt indikerer pipehatten 40 at varmeenergiredusert avtrekksluft slippes ut i atmosfæren over taket.

Fig. 3 viser et horisontalsnitt etter snittlinje III - III i fig. 2. Det fremgår at utelufttilførselskanalen 18 er etter-koplet to sideordnete uteluftskammere 42 og 44, idet en skillevegg mellom kammerne 42, 44 er betegnet med 46.

I overgangsområdene mellom uteluftskanalen 18 og hvert av

kammerne 42, 44 er det anordnet et svingbart stengespjeld 48 henholdsvis 50. I fig. 3 ligger spjeldene 48, 50 an mot hverandre og fremtrer derfor ikke som to separate spjeld. Spjeldene 48,50 drives av en spjeldmotor 51.

Pilene 22 og 24, svarende til henvisningstallene i fig. 1, viser ifølge fig. 3 uteluftsstrømningens passasje igjennom varmeveksleren.

Varmeveksleren 10 kan være delt opp i atskilte sideordnete avdelinger for parallelle, gjennomgående kanaler som utelukkende er forbeholdt uteluftens gjennomstrømning, for eksempel ved en midtre skillevegg, mens de mellomliggende parallelle

kanaler som utelukkende er tiltenkt avtrekksluftens gjennom-strømning ikke er delt opp på motsvarende måte. Avtrekksluf-

ten strømmer således igjennom hele varmevekslerens tverrsnitt i de gjennomgående, parallelle kanaler som er forbeholdt av-trekksluf tsstrømning .

Når uteluftens temperatur er lav, for eksempel + 5° C og lavere, vil innstrømmende uteluft i forbindelse med varm, fuktig avtrekksluft føre til rimdannelse i varmeveksleren som følgelig må avrimes. I kaldt vær kan det være behov for avriming eksempelvis en gang i døgnet.

Som nevnt er ventilasjonsaggregatet innrettet til å opprettholde konstant innstilt luftmengde. Når varmeveksleren rimer, øker trykkfallet over denne og viftemotorens turtall tiltar for å opprettholde konstant luftmengde. Denne turtallsøkning utnyttes slik at nevnte spjeld 50 eller 4 8 aktiveres og svinges over for å stenge uteluftens passasje inn i uteluftskammeret 42, fig. 3A, eller inn i uteluftskammeret 44, fig. 3B.

Fig. 3A og 3B representerer de to umiddelbart etter hverandre følgende delavrimingsoperasjoner. Fra den i fig. 3 viste stilling svinges spjeldet 50 slik at kammeret 44 ikke får tilført uteluft, idet all tilført uteluft suges igjennom varmevekslerens 10 halvpart med motsvarende beliggenhet.

Det faktum at uteluften 22 i dette tilfelle, fig. 3A, tilfø-res usymmetrisk til varmevekslerens oppstrømsende, er en til-strekkelig foranstaltning for å orientere uteluftstrømningen slik at den holder seg i varmevekslerens 10 venstre halvpart igjennom hele varmevekslerens aksiale lengde; jfr. pilene 22 og 24.

Det samme gjelder selvsagt også fig. 3B. Det er således ikke ubetinget nødvendig ved alle utførelsesformer av oppfinnelsen å utstyre varmeveksleren 10 med en innvendig skillevegg som flukter med skilleveggen 46 og atskiller varmevekslerens parallelle, gjennomgående kanaler som er forbeholdt tilluft.

Avtrekksluften skal derimot under alle omstendigheter strømme igjennom varmevekslerens 10 fulle tverrsnitt henført til av-trekksluf tens separate, parallelle, gjennomgående kanaler som er tettende atskilt fra uteluftens motsvarende kanaler.

Fig. 3A og 3B viser hvordan en nedrimet varmegjenvinner av motstrømstypen avrimes i to operasjoner. Avtrekksluft 26, se fig. 1, strømmer til enhver tid igjennom varmeveksleren 10 fra høyre mot venstre, og dens varmeenergi sørger for avriming av den varmevekslerhalvpart som under avrimingen til enhver tid ikke gjennomstrømmes av uteluften.

Det er til enhver tid under disse avrimingsoperasjoner den eller de deler av varmeveksleren som ikke gjennomstrømmes av uteluften som avrimes ved hjelp av avtrekksluften. Etter at spjeldet 50 har vært stengt under første avrimingsoperasjon (fig. 3A), sørger den i viftemotorene innbygde programmerte elektronikk for å bringe dette spjeld 50 i åpen stilling og samtidig stenge spjeldet 48, hvorved tilluftsstrømningen (22 og 24) foregår som angitt i fig. 3B, mens avrimingen nå foregår i den annen halvdel av varmeveksleren 10 som ikke gjen-nomstrømmes av uteluften.

Avrimingens igangsetting er fortrinnsvis basert på ovennevnte trykkfallsøkning, og en større trykkfallsstigning som inntreffer i løpet av et døgn, indikerer at det er rim i veks-lerblokken, og at denne muligens er i ferd med å bli nedrimet og funksjonsforringet. Avrimingens igangsetting kan også iverkstettes etter signal fra temperaturfølere ved bruk av tidsur, etc.

For øvrig kan en slik måling av internt trykkfall utnyttes til å indikere funksjonsforringelse av filter og varsle om utskifting av filter.

Tilsmussede/sviktende filter gir seg utslag i at trykkfans-økningen holder seg jevn i lengre tid. På det tidspunkt når filtrene smusses til, vil trykkfallet som bygger seg jevnt opp avgi signaler for å bevirke en økning av viftemotor-turtallet og opprettholdelse av konstant luftmengde.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til avriming av en varmeveksler (10) av motstrømstype og inngående i et ventilasjonsaggregat hvor uteluft (22) bringes til å strømme igjennom mot-strømsvarmeveksleren (10) i en første retning, mens avtrekksluft (26) bringes til å strømme igjennom mot-strømsvarmeveksleren (10) i motsatt retning, og hvor motstrømsvarmeveksleren (10) ved lave utetemperaturer periodevis avrimes ved hjelp av avtrekksluften, karakterisert ved at motstrømsvarmeveksleren (10) avrimes områdevis, i det vesentlige svarende til en i luftstrømningsretningen langsgående halvpart av mot-strømsvarmevekslerens tverrsnitt om gangen, idet uteluften (22) uten forbiføringseffekt med hensyn på varmeveksleren bringes til å strømme igjennom en første mot-strømsvarmevekslerhalvpart i en første avrimingsoperasjon, hvor en andre langsgående halvpart er blokkert for uteluftgjennomstrømning, og som etterfølges av en andre motsvarende avrimingsoperasjon uten forbiføringseffekt med hensyn på varmeveksleren igjennom nevnte andre, da blokkerte varmevekslerhalvpart, som nå er åpen et for uteluftgjennomstrømning, mens nevnte første varmevekslerhalvpart er blokkert for uteluftgjennomstrømning, i-det avtrekksluften - på i og for seg kjent måte - under hele avrimingen gjennomstrømmer motstrømsvarmeveksleren (10) over hele dens tverrsnitt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tilført uteluft (22) filtreres før den ved avriming bringes til å strømme forsert igjennom én av to ved siden av hverandre anordnete varmeveksler-halvdeler med parallelle, gjennomgående kanaler utformet for utelukkende uteluftsstrømning, og at den tilførte uteluft (22) etter avriming av første varmevekslerhalv-del, bringes til å strømme forsert igjennom den halvdel av motstrømsvarmevekslerens tverrsnittsareal hvor kun avtrekksluften strømmet under første avrimingsoperasjon.

3. Ventilasjonsaggregat omfattende en varmegjenvinner (10) i form av en motstrømsvarmeveksler, et tilførselsrør (18) for uteluft (22) ved en første side av motstrøms-varmeveksleren (10) og et tilluftsrør (28) med tilluftsvifte (30) på den motsatte side av motstrømsvarmeveksle-ren (10), et avtrekksluftrør (32) på nevnte motsatte si-de av motstrømsvarmeveksleren (10) og med et avløpsrør (36) for avtrekksluft på nevnte første side av mot-strømsvarmeveksleren, karakterisert ved at tilførselsrøret (18) for uteluft (22), oppstrøms mot-strømsvarmeveksleren (10), er tilordnet to lukkba-re/åpnebare uteluftskammere (42, 44) som er innrettet til enten å holdes åpne samtidig eller - under avriming - slik at det ene uteluftskammer (for eksempel 44, fig. 3A eller 42, fig. 3B) holdes stengt, hvorved all tilført uteluft orienteres slik at den strømmer forsert igjennom bare et første område, svarende til en langsgående halvdel av motstrømsvarmevekslerens (10) tverrsnitt, hvoretter et andre område, svarende til en andre varmeveksler-halvdel plassert ved siden av førstnevnte og med samme gjennomstrømningsretning som denne, bringes til å ta i-mot all uteluftsstrømmen, idet hvert uteluftkammers (42, 44) innløp overfor tilført uteluft er tilordnet en luk-keklaff i form av et svingbart spjeld (48, 50) som i stengt stilling hindrer uteluftatkomst til tilhørende kammer.

4. Ventilasjonsaggregat som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at tilførselsrør (18 henholdsvis 32) for uteluft (22) henholdsvis avtrekksluft (26) til varmeveksleren (10) er forsynt med filter (20 henholdsvis 34), og at aggregatet er utstyrt med midler for måling av internt trykkfall som indikerer varsel om filterbytte dersom det registreres en. jevn trykkfallsøkning over lengre tid, idet dette trykkfall som bygger seg jevnt opp ved gradvis tilsmussing av respektive filter vil avgi signal slik at viftemotortur-tallet økes for opprettholdelse av konstant luftmengde igjennom aggregatet.

5. Ventilasjonsaggregat som angitt i krav 3, karakterisert ved at varmevekslerblokken (10) er delt i to eller flere, ved siden av hverandre plasserte deler med ens gjennomstrømningsretning for uteluft (22).