NO314275B1 - Varmeveksler - Google Patents

Description

Teknisk felt

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en varmeveksler, fortrinnsvis anvendt for luftkondisjonering i en vifteanordning der varmeveksleren befinner seg mellom avtrekksluften og inntaksluften.

Oppfinnelsens felt

I varmevekslere av den ovennevnte type passerer inntaks-luf ten og avtrekksluften i motsatte retninger på hver si-de av varmevekslerpartier utformet med romboidetverr-snitt i en beholder, som for eksempel beskrevet i US-A-4 377 201. De motsatt rettede luftstrømninger tvinges dermed å løpe i buktende strømninger, noe som betyr relativt stort kraftforbruk.

For å redusere kraftforbruket er en varmeveksler vist i EP-A-0 462 199 der varmevekslepartiene er anordnet med rom som er innrettet med hverandre slik at en av luft-strømningene (normalt inntaksluften) har en lineær strømningsretning. Den lineære strømning forstyrres imidlertid av dannelsen av virvelstrømmer hver gang den kommer inn i eller forlater varmevekslerpartiene. Disse virvelstrømmene fører dermed likevel til forøket kraftforbruk, dvs. dårligere effektivitet.

I kjente varmevekslere av de ovennevnte typer er hvert varmevekslerparti omgitt av en ramme. Dette betyr at gra-den av varmegjenvinning minsker da en betydelig del av den tilgjengelige varmeveksleroverflaten taes opp av ram-men.

Prinsippet som den foreliggende oppfinnelse baserer seg på er vist i DE,Al,3137296. Denne utgivelse viser imidlertid ikke de spesielle trekk ved den foreliggende oppfinnelse som gir varmeveksleren ifølge oppfinnelsen egenskaper som ikke tidligere har vært oppnådd.

Kort omtale av oppfinnelsen

Et første formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en varmeveksler der kraftforbruket er minimalt og som dermed har en høy virkningsgrad, i tillegg til at den skal være lett å inspisere og renholde.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en varmeveksler

som angitt i krav 1.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen frem-

går av de uselvstendige patentkrav.

Kjente varmevekslere er vanligvis tilvirket av mate-rialer med god termisk konduktivitet, se for eksempel utgivelsene nevnt ovenfor. I tillegg til høye materi-al- og tilvirkelseskostnader er slike varmevekslere ekstremt tunge. En varmeveksler ifølge den foreliggende oppfinnelse eliminerer også disse ulemper da en svært effektiv varmeveksler kan tilvirkes av gjen-vinnbare plastmaterialer som krever lite energi for tilvirkning eller ny bruk.

En ekstremt høy grad av gjenvinning oppnås med varmeveksleren ifølge oppfinnelsen da ingen ramme anven-

des .

En annen fordel med varmeveksleren ifølge oppfinnelsen er at veksleren lett kan tilpasses krav for doble, tre-doble eller firedoble tverrstrømningsvekslere. Bruken av tre eller fire trinn er for å oppnå større effektivitet og for å være i stand til å tilpasse forbindelse-ne av veksleren til eksisterende ventilasjonsforbindel-ser når konvergeringer utføres. Vekslerpartiene kan va-rieres og ikke alle trinn trenger å være av samme stør-relse. Veksleren har også fullstendig flate overflater.

Foretrukne utførelser

Varmeveksleren ifølge oppfinnelsen vil bli beskrevet i større detalj under henvisning til de vedføyde tegninger som viser en foretrukket utførelse, der

Fig. 1 og 2 viser prinsippet for to kjente varmeveks lere, Fig.3 viser prinsippet for en del av en varme-vekslerpakk for en varmeveksler ifølge oppfinnelsen, Fig.4 viser en ytterligere utvikling av et par med elementer for varmeveksleren ifølge fig. 3, Fig.5 viser en dobbel tverrstrømningsveksler

ifølge oppfinnelsen,

Fig.6 viser en tredobbel tverrstrømningsveksler

ifølge oppfinnelsen, og

Fig.7 viser en firedobbel tverrstrømningsveksler

ifølge oppfinnelsen.

Som kan ses i fig. 1, som viser en kommersielt til-gjengelig varmeveksler, tvinges både inntaks- og avtrekksluften, henholdsvis I og U, å passere på hver side av varme vekslerpartiene 1, 2 i buktende strøm-ninger. Som uttrykt ovenfor gir dette grunnlag for krafttap.

En annen kjent utførelse av varmevekslere er vist i fig.2 som også omfatter to varmevekslerpartier 1, 2 i en varmevekslerbeholder 3. Selv om en av luftstrømningene U i dette tilfelle passerer rett igjennom varmevekslerpartier 1, 2, som er innrettet med hverandre, vil virvelstrømmer dannes når luftstrømningen kommer inn i og forlater hvert varmevekslerparti 1, 2, noe som øker kraftforbruket.

Disse problemer elimineres med varmeveksleren ifølge oppfinnelsen der prinsippet er at en luftstrømning TJ har en ubrutt strømning gjennom varmeveksleren 10, som vist i fig. 3. Denne figur viser en del av en varmevekslerpakke som er ment å passe inn i en varmevekslerbeholder, beskrevet nærmere nedenfor, og er dannet av et stort antall varmevekslerelementer 11 som er stablet eller pakket for å danne et varmevekslerparti. Dette parti har ingen ramme og kan i sin tur deles for gjentagende passasje av tversgående strømninger. Det er ikke noe gap av typen som finnes mellom varmevekslerpartier i tidligere kjente vekslere. Strømningsveier 12 dannes mellom par av elementer 11, gjennom hvilke avtrekksluft U strømmer i det vis-te eksempel. Hver av varmevekslerelementene 11 er uformet av tynnveggede plater 13, 14, som danner kanaler 15 mellom seg for den andre luftstrømningen, i eksempelet vist inntaksluften I.

Varmevekslerelementene 11 er fortrinnsvis tilvirket av plater av en korrugert plasttype, idet veggene 13, 14 har en tykkelse T på 0,05 - 0.08 mm. Desto tynnere plastmaterialet er, desto bedre varmeoverføring oppnås. Kanalene 15 i den korrugerte plasten har en dybde Dc på omtrent 2,0 - 6,0 mm og bredden Wc på omtrent 3-25 mm, fortrinnsvis 6 mm.

Plastmaterialet som anvendes er fortrinnsvis en poly-propylen- eller polykarbonatplast, idet sistnevnte type er spesielt fordelaktig da den har høy brannklas-

se (Bl ifølge svenske standarder). En plastvarmeveks-ler tillater nesten enhver tenkelig luftkvalitet for luftgjenvinning, dvs. både kjøkken- og industri-avtrekkluft. Plasten er mekanisk stabil og derfor passende for rengjøring med trykkluftblåsing eller høy-trykksspyling.

De korrugerte plastplatene eller elementene 11 forbindes sammen ved hjelp av bestandige pakkelister 16, som kan ha et firkantet tverrsnitt men fortrinnsvis er sirkulær. Listene 16 definerer dybden Dp og bredden Wp av de smale men ubrutte, rette strømningsveier 12. Dybden Dp er dermed omtrent 2,0 - 6,0 mm, fortrinnsvis 2,3 - 2,5 mm. Med en avstand mellom listene på omtrent 15 cm, oppnås en tilsvarende bredde Wp på omtrent 15 cm for strømningsveiene 12.

Listene er festet til minst en av overflatene av de hosliggende elementparene 11. Fortrinnsvis er hver fjerde til hver åttende list 16 festet til begge motstående overflater av elementene 11, mens mellomliggende lister 16A bare er festet til en av elementene 11, som vist i fig. 4. Dette muliggjør effektiv rengjøring av varmevekslerelementene 11 da de kan for-størres uten å ta fra hverandre varmeveksleren, som vist i fig. 4B.

Listene 16, 16A kan festes ved liming, sveising eller på et annet passende vis.

Under driften strømmer ufiltrert avløpsluft U langs yttersiden av de korrugerte plastplatene eller elementene 11 i veiene 12 dannet av listene 16, 16A. Da strømningsretningen er vertikal og luften ufiltrert, er det ingen fare for frost uansett hvor kald av-trekkluften U blir etter varmeveksleren.

Ved hjelp av lange, tynne plastelementer 11 i store varmevekslere oppnås en temperatureffektivitetsgrad på mer enn 90%. Desto lenger driftstiden er, desto høyere er virkningsgraden da opptinning ikke trengs.

Ved hjelp av varmevekslerelementet 11 ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan dermed en eller flere varmevekslerpartier settes sammen for å danne en varmeveksler 10. I motsetning til kjent teknikk, forbindes varmevekslerpartiene ifølge oppfinnelsen uten noe rom mellom dem når flere av disse varmevekslerelementene anvendes. I tidligere kjente varmevekslere skjedde ut-vekslingen to ganger på det meste, se fig. 1 og 2, men varmeveksleren ifølge oppfinnelsen tillater opptil fire utvekslinger.

En første komplett utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 5 i form av en dobbel, tverrstrømningsveksler av motstrømningstypen. Inntaksluften I strømmer kontinuer-lig gjennom et varmevekslerparti 17 bygd opp av flere {omtrent 100) varmevekslerelementer 11. Avløpsluft TJ ledes inn i varmevekslerpartiet 17 gjennom ett inntak 18 plassert i et inntaksparti i et første tilstøtende kammer 19 som befinner seg langs hele den tversgående side av varmevekslersiden 17. Deretter krysser avtrekksluften U et første trinn 20 av varmevekslerpartiet 17 som er delt for avtrekksluften 20 i nevnte første trinn 20 og et andre trinn 21. Et andre tilstøtende kammer 22 er anordnet langs den andre tversgående side av varmevekslerpartiet 17, der avtrekksluf ten TJ vendes for igjen å passere varmevekslerpartiet 17 gjennom sitt andre trinn 21 og gjennom utløpspartiet i det første tilstøtende kammer 19 som så fortsetter ut gjennom veksleren 10 via utløpet 23 som er anordnet i det førs-te tilstøtende kammer 19. Inndelingen av varmevekslerpartiet 17 inn i to trinn oppnås ved at listene 16A på en tettende måte føres inn mellom varmevekslerelementene 11 som en avtrekksluftbarriere. Et spjeld 24 er forbundet med listene 16A mot endene som peker ut mot det første tilstøtende kammer 19, tettende mot siden av varmevekslerelementet 11 som peker ut mot det første tilstøtende kammer 19, idet spjeldet deler det tilstø-tende kammer 19 inn i de nevnte innløps- og ut-løpsdeler. Spjeldet 24 anordnes i lukket posisjon (vist i fig. 5) for å tvinge avtrekksluften U gjennom varmevekslerpartiet 17 to ganger, og i åpen posisjon for å tillate avtrekksluften U å passere gjennom hele varmevekslerpartiet 17. Avtrekksluftbarrieren og spjeldet 24 er utformet som en enhet som er anordnet fra "spjeldsi-den" av varmeveksleren.

En andre komplett utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 6 i form av en trippel tversgående veksler av motstrømningstypen. I denne utførelse er varmevekslerpartiet 17 delt inn i tre trinn, trinn x, trinn y og trinn z. De tre trinn av varmevekslerpartiet 17 ifølge denne oppfinnelse er dannet en første avtrekkluftsbarriere 25 og en andre avtrekkluftsbarriere 26, begge bygd opp av lister 16A og spjeld 24 som beskrevet ovenfor. Denne utførelse er også utstyrt med en sam-lingskanal 27 ved utløpet for avtrekksluften. Veksleren har tre vekslemuligheter: 1) full veksling gjennom alle veksletrinn x, y, z når begge spjeld er lukket, 2) veksling gjennom trinn x når bare spjeldet i den første avtrekkluftbarriere 25 er åpen, 3) veksling gjennom trinn z når bare spjeldet i den andre avtrekkluftbarriere 26 er åpen.

En tretrinns veksler ifølge utførelsen i fig .6 oppnås dermed ved bare å legge til en avtrekkluftbarriere og et modifisert utløp til totrinns-varmeveksleren ifølge fig.5.

En tredje komplett utførelse av oppfinnelsen er vist i fig.7 som en firedobbel tverrstrømnings-veksler av motstrømningstypen. Varmevekslerpartiet 17 i denne utførelse er delt inn i fire trinn,

trinn a, trinn b, trinn c og trinn d. Trinnene a og b og trinnene c og d er delt av en avtrekksluf tbarriere 26, 25 av typen beskrevet ovenfor,

mens trinnene b og c er delt fra hverandre ved hjelp av en avtrekksluftbarriere 30 forsynt med en luftvegg 28 som på tettende måte separerer et til-støtende kammer i stedet for, som før, et spjeld. Denne avtrekk-luftsbarriere 30, som er forsynt med

en luftvegg, er anordnet slik at luftveggen 28 peker mot den motsatte side av spjeldet. Denne veksler kan betraktes som en dobbel totrinns veksler. En totrinns veksler ifølge fig.5 kan dermed kon-verteres til en firetrinns veksler ifølge fig.7 ved å legge til en tilleggsavtrekkluftsbarriere, som er forsynt med et spjeld, og en avtrekkluftbarriere, som er forsynt med en luftvegg. Her kan også firetrinnsveksleren drives som en totrinns-veksler dersom et spjeld er åpent og et annet lukket .

Ingen veksling oppnås når begge spjeld er åpne. Selv om varmeveksleren ifølge oppfinnelsen har blitt beskrevet i sammenheng med flere foretrukne utførelser, bør det være selvsagt for en fagmann at andre variasjoner og modifiseringer er mulige uten å fjerne seg fra oppfinnelsen ide som defi-nert i de vedføyde krav.

Claims (9)

1. Varmeveksler i første rekke ment til luftkondisjonering i en vifte-anordning der varmevekslingen er anordnet slik at den skjer mellom avtrekksluft og inn-taksluf t {U, I), enten ved at avtrekks- eller inntaks-luf ten (U, I) er anordnet slik at den har en ubrutt, laminær strømning gjennom varmeveksleren, mens den andre luftstrømningen er anordnet slik at den passerer buktende gjennom varmeveksleren, omfattende en pakke (10) av varmevekslerelement (11) der den ene luft-strømmen (eksempelvis TJ) er anordnet slik at den passerer mellom hvert hosliggende element (11) men den andre luftstrømmen (eksempelvis I) er anordnet slik at den blir ledet i kanaler (15) på innsiden av hvert element (11) og at de hosliggende elementer (11) danner spalteliknende strømningsveier (12) for den ene av luftstrømningene (eksempelvis U) ved hjelp av lister (16, 16A) som er anordnet mellom de motstående glatte ytre overflatene av to hosliggende elementer (11), karakterisertvedat listene (16, 16A) er festet til i hvert fall en av elementenes (11) ytre overflater, som peker mot hverandre og at et fåtall (16) av listene (16, 16A) er festet til begge elementenes (11) ytre overflater som vender mot hverandre, idet de resterende (16A) mellomliggende lister (16A) bare er festet til den ytre overflate av det ene elementet (11) .

2. Varmeveksler ifølge krav 1 eller 2, karakterisertvedat endene av listene (16, 16A) ved en side av varmevekslerpartiet (17) er forbundet med et avsperrende organ (24, 28) som befinner seg i en av to tilstøtende kammer (19, 22) hosliggende varmevekslerpartiet, hvilket avsperrende organ danner en barriere (25, 26) for avtrekksluft, for luftstrømningen, for å dele varmevekslerpartiet (17) inn i minst to trinn (20, 21, x, y, z, a, b, c, d).

3. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisertvedat varmevekslerpartiet (17) er delt ved hjelp av en avtrekkluftsbarriere i et første trinn (20) og et andre trinn (21) slik at det avsperrende organ (24, 28) i form av et spjeld (24) befinner seg i det første tilstøtende kammer (19).

4. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisertvedat varmevekslerpartiet (17) er delt av to avtrekksbarrierer (25, 26) inn i tre trinn (x, y, z) slik at det avsperrende organ (25) befinner seg i det andre tilstøtende kammer (22) og at det avsperrende organ (24, 28), i form av et spjeld (24) i den andre avtrekksluftbarrieren (26), befinner seg i det første tilstøtende kammer (19).

5. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisertvedat varmevekslerpartiet (17) er delt ved hjelp av tre avtrekkluftsbarrierer (25, 26, 30) inn i fire trinn (a, b, c, d) slik at det avsperrende organ (24, 28), i form av et spjeld (24), i den første avtrekkluftsbarriere (25) befinner seg i det første tilstøtende kammer (19) og at det avsperrende organ (24, 28), i form av et spjeld (24), i det andre av-trekkluf tsbarriere (26) befinner seg i det første til-støtende kammer (19) og at det avsperrende organ (24, 28), i form av en luftvegg (28), i den tredje av-trekkluf tsbarriere (30) befinner seg i det andre tilstø-tende kammer (22), idet den tredje avtrekkluftbarriere (30) befinner seg mellom den første avtrekkluftsbarriere (25) og den andre avtrekkluftsbarriere (26).

6. Varmeveksler ifølge krav ethvert av de foregående krav, karakterisertvedat veggen av platene (11) har en tykkelse (T) på omtrent 0,05 - 0,80 mm.

7. Varmeveksler ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisertvedat kanalene (15) har en dybde (Dc) på omtrent 2,0 - 6,0 mm og en bredde (Wc) på omtrent 3-25 mm, fortrinnsvis 6 mm.

8. Varmeveksler ifølge et av de foregående krav, karakterisertvedatde spalteliknende strømningsveier (12) har en dybde (Dp) på omtrent 2,0 - 6,0 mm, fortrinnsvis 2,3 - 2,5 mm, der dybden (Dp) defi-neres av listene (16, 16A), hvis tverrsnitt fortrinnsvis er sirkulært, og av kraften som varmevekslerpakken (10) settes sammen med.

9. Varmeveksler ifølge et av de foregående krav, karakterisertvedat varmevekslerpartiet (17) er anordnet slik at det kan deles inn i et valg-fritt antall trinn ved hjelp av avtrekkluftsbarrierer (25, 26, 30) som kan innføres inn i partiet og tette mellom varmevekslerelementene (11).