PL185289B1

PL185289B1 - Wymiennik ciepła regeneracyjny przeciwprądowy dla mediów gazowych

Info

Publication number: PL185289B1
Application number: PL97333425A
Authority: PL
Inventors: Oleg Stolz
Original assignee: Oleg Stolz
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2003-04-30
Also published as: DK1029202T3; WO1998015784A2; CZ121099A3; WO1998015784A3; ATE257573T1; CA2267896C; CZ296384B6; CN1230651C; CN1238033A; DE59711195D1; AU4944497A; CA2267896A1; DE19641318A1; RU2249167C2; EP1029202A1; JP2001504202A; ES2214610T3; EP1029202B1; PL333425A1; AU745674B2

Description

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła regeneracyjny przeciwprądowy dla mediów gazowych, zwłaszcza powietrzny wymiennik ciepła dla wentylacji pomieszczeń w budynkach.

Wymienniki ciepła o znanej konstrukcji zawierają bęben z otwartą powierzchnią czołową, przez który przepływa na zmianę oddające ciepło i pochłaniające ciepło, gazowe medium, i który jest osadzony obrotowo w łożysku, oraz co najmniej jeden wentylator, wytwarzający strumień powietrza doprowadzanego i powietrza odlotowego.

Tego typu wymiennik ciepła jest przeznaczony zwłaszcza do montażu w szybach okiennych lub innych tego typu otworach i służy do wymuszonej wentylacji pomieszczeń. Aby napływające zimne powietrze i wypływające zużyte ogrzane powietrze nie powodowały niepotrzebnego zużycia energii, przenoszą one ciepło ze strumienia powietrza odlotowego na strumień powietrza doprowadzanego.

Urządzenia wentylacyjne muszą spełniać szereg wymagań użytkowych, to znaczy do pomieszczenia powinno się doprowadzać podczas zimy ciepłe świeże powietrze, zaś w czasie lata świeże powietrze powinno być doprowadzane do pomieszczenia w stanie oziębionym. Ponadto świeże powietrze należy w wystarczającym stopniu filtrować. Zimą, ale nie latem, powinna również istnieć możliwość doprowadzania do pomieszczenia nawilżonego świeżego powietrza. Ponadto należy wymagać, by tego typu system wentylacyjny mógł spełniać funkcje, które czynią zbędnym otwieranie okien, a zatem umożliwiają bardzo skuteczne odzyskiwanie ciepła.

W oparciu o wiedzę energetyczną, a także z rozważań praktycznych w każdym przypadku powstaje niecentralny bezkanałowy system wentylacyjny, który musi być możliwy do zamontowania również później, w istniejących szybach okiennych, co najmniej jako rozwiązanie regulacyjne. Tylko wtedy można zagwarantować, że cały system wentylacyjny będzie na tyle tani do wykonania, że również pod względem ekonomicznym będzie miał przewagę nad typowym wietrzeniem pomieszczeń poprzez otwierania okien.

185 289

Straty energii spowodowane konwencjonalną wentylacją budynków w roku 1995 sięgały w Niemczech 70%. Jeżeli udałoby się skutecznie odzyskiwać tę energię, wówczas można by było zaoszczędzić rocznie około 15 milionów ton oleju opałowego. Żadne ze znanych rozwiązań nie dysponuje jednak na tyle dużym współczynnikiem odzysku ciepła. Z drugiej strony rozwój urządzeń wentylacyjnych powinien iść w kierunku spełnienia wymogów użytkowych, w ramach których urządzenie powinno być tanie, niewidoczne, mieć jak najmniejsze wymiary i nie wymagać konserwacji, ponadto charakteryzować się długim czasem życia, być niesłyszalne, nie wywoływać przeciągów i zużywać niewiele prądu.

Za punkt wyjścia do niniejszego wynalazku posłużył wymiennik ciepła, znany z niemieckiego opisu patentowego nr 42 41 984. Wymiennik ten zawiera bęben, osadzony obrotowo wokół osi symetrii na ramie i napędzany silnikiem, w związku z czym następuje obrót obszaru ogrzanego powietrzem wychodzącym z pomieszczenia do obszaru, w którym do pomieszczenia napływa zimne powietrze z zewnątrz. W ten sposób realizowana jest funkcja wymiennika powietrza, zaś ciepło jest przenoszone ze strumienia powietrza odlotowego na strumień powietrza doprowadzanego. Jednak konstrukcja ta wymaga po pierwsze zastosowania osi symetrii, która bardzo rzuca się w oczy, po drugie zaś nie ma możliwości bezstykowego uszczelnienia szczeliny pomiędzy bębnem wymiennika i oknem. Poza tym wprawienie bębna w ruch wymaga użycia silników, które nie tylko zużywają prąd, lecz także powodują hałas. Wszystko to sprawia, że urządzenie wykazuje niezadowalającą sprawność i emituje znaczną ilość hałasu. Bęben wymiennika znanego z 42 41 984 ma niewielki wymiar w kierunku przepływu, zaś w obszarze wewnętrznym bęben wymiennika ciepła może być przezroczysty. Jest on osadzony na wirnikach, zatem z wykorzystaniem ułożyskowania mechanicznego. Możliwości urządzenia opisanego w 42 41 984 są mają naturalne ograniczenie, wynikające z napędu bębna wymiennika ciepła, dobroci akustycznej, sprawności i wielkości użytych wentylatorów. Częściowe wykorzystanie wewnętrznej przestrzeni bębna dla wentylatorów w połączeniu z odpowiednimi, kształtującymi przepływ, elementami pozwala na zmniejszenie również wymiaru osiowego, co z kolei umożliwia zamontowanie wymiennika w oknie bez wystających części.

Wymiennik ciepła regeneracyjny przeciwprądowy dla mediów gazowych, zwłaszcza powietrzny wymiennik ciepła dla wentylacji pomieszczeń w budynkach, z bębnem, przez który przepływa na zmianę oddające ciepło i pochłaniające ciepło, gazowe medium, i który jest osadzony obrotowo w łożysku, zaś otwarty koniec bębna stanowi jego powierzchnię czołową, przy czym co najmniej jeden wentylator wytwarza strumień powietrza doprowadzanego i powietrza odlotowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że bęben wymiennika ciepła stanowi w zasadzie jego zewnętrzne stałe ograniczenie, zaś łożysko stanowi kombinację łożyska mechanicznego i łożyska magnetycznego, przy czym łożysko magnetyczne jest umieszczone na czołowej powierzchni otwartego końca bębna, zaś łożysko mechaniczne stanowi łożysko centralne, zawierające łożysko osiowe i łożysko promieniowe.

Korzystnie aktywna powierzchnia bębna składa się z kilkuwarstwowej siatki.

Korzystnie łożysko centralne jest łożyskiem wahliwym.

Korzystnie łożysko centralne jest połączone na stałe ze stojanem.

Korzystnie stojan ma postać stałego pierścienia.

Korzystnie łożysko magnetyczne składa się z magnesów stałych.

Korzystnie z obrotowym bębnem połączony jest częściowy system magnetyczny, którego kierunek magnetyzowania jest równoległy do osi bębna.

Korzystnie wymiennik ciepła zawiera, osadzony na stałe względem bębna, częściowy system magnetyczny, połączony ze stojanem.

Korzystnie osadzony na stałe, częściowy system magnetyczny ma średnicę nieco mniejszą niż średnica częściowego systemu magnetycznego, połączonego z obrotowym bębnem.

Korzystnie łożysko magnetyczne składa się z głównego łożyska magnetycznego, umieszczonego w górnej połowie stojana, i pomocniczego łożyska magnetycznego, umieszczonego w dolnej połowie stojana, przy czym siła magnetyczna pomocniczego łożyska magnetycznego jest skierowana przeciwnie co najmniej do jednej składowej siły magnetycznej głównego łożyska magnetycznego.

185 289

Korzystnie łożysko magnetyczne ma postać uszczelnienia szczelinowego, przy czym pomiędzy dwoma przeciwległymi blokami magnetycznymi znajduje się szczelina, której stosunek szerokości do długości wynosi 1:70.

Korzystnie łożysko centralne jest połączone na stałe ze wspornikiem poprzecznym, ten zaś z dwoma, połączonymi na stałe ze stojanem, wspornikami wzdłużnymi, przy czym zewnętrzny promień krzywizny połączonych ze wspornikami wzdłużnymi końców wspornika poprzecznego odpowiada wewnętrznemu promieniowi krzywizny wsporników wzdłużnych, zaś zewnętrzny promień krzywizny wsporników wzdłużnych odpowiada wewnętrznemu promieniowi krzywizny pierścieniowego stojana.

Korzystnie wspornik poprzeczny i/lub wsporniki wzdłużne sta^^owi^_ elementy co najmniej częściowo toczone lub są wykonane z tych elementów.

Korzystnie bęben zawiera element do regulacji pozycji osiowej bębna poprzez regulację od zewnątrz szczeliny pomiędzy bębnem wymiennika ciepła i stojanem.

Korzystnie na osi bębna osadzone jest przesuwnie łożysko centralne o regulowanej pozycji osiowej.

Korzystnie wymiennik ciepła zawiera urządzenie kompensacyjne do wyrównywania termicznej zmiany długości, które jest z materiału o długości zależnej od temperatury i jest połączone z łożyskiem centralnym, przy czym zmiana długości urządzenia kompensacyjnego odpowiada wielkości samoczynnego przemieszczenia łożyska centralnego.

Korzystnie bęben ma zamkniętą powierzchnię czołową, i jest zamocowany osiowo od strony tej powierzchni czołowej.

Korzystnie bęben jest nasadzony na kształt dzwonu na pozostałe elementy wymiennika ciepła i zabezpieczony przed ześlizgiwaniem się w kierunku osiowym.

Korzystnie bęben jest osadzony swobodnie obrotowo i ma napęd aerodynamiczny w postaci zawirowań strumienia powietrza doprowadzanego.

Korzystnie bęben zawiera wewnętrzną blachę perforowaną i zewnętrzną blachę perforowaną, zaś od otwartego czoła ma pierścień, na którym zamocowane są umieszczone na bębnie magnesy i z którym połączona jest wewnętrzna blacha perforowana i zewnętrzna blacha perforowana, przy czym zewnętrzna blacha perforowana jest odizolowana cieplnie od wewnętrznej blachy perforowanej.

Według wynalazku w konstrukcji nie używa się żadnych elementów powodujących zużycie. Wszystkie uszczelki ruchome mają postać uszczelek szczelinowych wykonanych z dużą precyzją. Bęben wymiennika ciepła jest w przeciwieństwie do znanego rozwiązania osadzony magnetycznie, nie zaś na wirnikach. Szczególny sposób ułożyskowania, zarówno magnetycznego, jak też centralnego, zapewnia z jednej strony wyjątkowo długi czas życia, z drugiej zaś bardzo prostą obsługę przy czyszczeniu oraz daje możliwość rezygnacji z oddzielnego napędu bębna i związanego z nim układu regulacji liczby obrotów bębna.

Następne zalety wynalazku to małe wymiary konstrukcji okiennej, wysoki stopień odzyskiwania ciepła, niewielkie zużycie energii, stosunkowo ograniczona konserwacja i długi czas życia.

Większość elementów może być przezroczystych na podobieństwo szkła, co zapewnia wysoką przejrzystość.

Moment obrotowy napędu bębna jest tak mały dzięki temu, że dostarcza go łatwo sam moment pędu, zawarty w strumieniu odlotowym świeżego powietrza z wentylatora osiowego.

Ten moment pędu można wykorzystać w dwojaki sposób, po pierwsze do pokonania momentu tarcia, ponadto do pokonania momentu obrotowego strumienia odlotowego. Jeżeli powietrze odlotowe przechodzi przez wymiennik ciepła, wówczas przekazywany mu jest moment pędu odpowiednio do prędkości obrotowej wymiennika ciepła. To przekazywanie momentu pędu powoduje wyhamowanie obrotu. Wreszcie co do automatycznego dopasowania liczby obrotów wirnika do natężenia przepływu powietrza: wychodząc z określonego stanu roboczego, zdefiniowanego przez chwilowe ilości powietrza i określoną prędkość obrotową, a zatem stan równowagi pomiędzy momentem napędzającym i hamującym, wówczas do zwiększenia obu ilości powietrza potrzebny jest większy moment napędowy dla wentylatora świeżego powietrza.

185 289

Tym dużym momentem napędowym dysponuje napęd bębna. Powoduje to przyspieszenie obrotów bębna dopóty, aż również rosnący moment powietrza odlotowego będzie znów tak duży, jak moment napędowy. Zależność jest, przy pominięciu tarcia, proporcjonalna do strumienia objętościowego, zaś dokładnie taka zależność jest potrzebna do napędu obrotowego. Naturalna liczba obrotów, przy wyborze określonego stanu roboczego i określonego wentylatora, jest stała dla zadanego wymiaru bębna, co najmniej wówczas, gdy nie wytwarza się dodatkowego momentu pędu za pomocą dodatkowego elementu kierującego, co byłoby możliwe, jednak nie jest konieczne. Wymagana pojemność cieplna (zdolność magazynowania) wymiennika ciepła jest wobec tego również stała przy uwzględnieniu dalszych warunków brzegowych. Stąd wynika wymagana grubość wymiennika ciepła, a zatem również wielkość struktury siatkowej.

Czas życia jest w pierwszym rzędzie ograniczony z góry jedynie przez olej łożyskowy w łożyskach ślizgowych wentylatorów. Łożyska te są zatem utrzymywane w jak najniższej temperaturze, zaś ich nagrzewanie przez silnik jest utrzymywane na niskim poziomie dzięki wysokiej sprawności. Ponieważ mimo to po około 10-15 latach potrzebna jest tu konserwacja, należy zaś uniknąć obciążania klienta kosztami serwisu, wirnik wraz z układem łożyskowym łączy się we wtykowy podzespół, który jest zamocowany osiowo jedynie poprzez znajdujące się i tak w tym podzespole magnesy stałe na stojanie silnika wirnika zewnętrznego. Podzespół ten może być w razie potrzeby wymieniony w kilka sekund bez użycia narzędzi przez samego użytkownika. Umożliwia to również łatwe i wygodne czyszczenie pierścienia obrotowego i samego wirnika. Czas pracy tego łożyska, z uwagi na niewielkie obciążenie i niskie temperatury, jest rzędu 30 lat. Centralne łożysko pozostaje podczas niezbędnego czyszczenia wymiennika ciepła we wsporniku poprzecznym, dzięki czemu łożysko nigdy nie ulega zawilgoceniu.

Wprowadzenie aerodynamicznego napędu wirnikowego pozwala zrezygnować z dodatkowego źródła hałasu, które może być dominujące zwłaszcza przy niskich poziomach hałasu. Ponadto przejmujące moment napędowy elementy przed otworami zasysającymi wentylatorów i staranne ukształtowanie dysz wlotowych, żebra odsunięte dalej od wirnika i dyfiizory zmniejszające pobór mocy oraz środki zmniejszające dźwięki materiałowe umożliwiają dalszą redukcję źródeł hałasu. Sam wymiennik ciepła działa wreszcie dzięki obu perforowanym blachom i przenoszącej ciepło siatce jako skuteczny tłumik dźwięku. Ponadto w wewnętrznej komorze bębna istnieje jeszcze miejsce, które można częściowo wypełnić absorberami dźwięku, oczywiście przy częściowej utracie przejrzystości. Wprowadzenie prostownic przepływu, przejmujących moment pędu, pozwala ponownie uporządkować przepływ mimo ograniczonych możliwości. Nie najmniej ważną cechąjest wzajemne dopasowanie wentylatorów i wymiennika ciepła w obszarze roboczym, optymalnym pod względem hałasu.

Pominięcie obudowy powoduje powstanie możliwie największego przekroju wypływowego. Wskutek promieniowego wypływu resztkowa prędkość ulega bardzo gwałtownej redukcji. Aby zapobiec intensywnemu przepływowi w obszarze zasysania i spowodowanemu przezeń częściowemu przepływowi ubocznemu, na wylocie jest umieszczona prostownica przepływu, również zamocowana magnetycznie (na montażowym pierścieniu okiennym). Zabiera ona również moment pędu. Ukształtowany w ten sposób strumień opada wówczas praktycznie powoli na dół, w związku z czym ten system wentylacyjny może działać praktycznie jak korzystny system powietrza źródłowego (napływające świeże powietrze jest zawsze nieco zimniejsze niż powietrze w pomieszczeniu, również latem, ponieważ urządzenie to umożliwia także chłodzenie).

Wszystkie środki, które służą zmniejszeniu hałasu, powodują jednocześnie obniżenie poboru mocy. Zastosowanie bezkolektorowych silników prądu stałego.

Po wyjęciu wymiennika ciepła można go łatwo oczyścić, przetaczając go w jedną i drugą stronę w wannie kąpielowej, napełnionej zimną, wodą i środkiem czyszczącym. Co pół roku można w ten sam sposób przeprowadzić intensywne czyszczenie w słonej wodzie. Urządzenie jest dzięki możliwości montażu w szybie okiennej dostępne ze wszystkich stron i łatwe do czyszczenia, nawet wirniki i pierścień obrotowy). Obszar leżący pomiędzy wentylatorami (szkło akrylowe), który zwykle nie może być dostępny, jednak musi być połączony

185 289 z powietrzem (zmiana objętości powietrza przy temperaturach otoczenia od -30 do +40°C, ciśnienia), w związku z czym jest narażony na zanieczyszczenie pyłem, jest przez pojedynczy kontrolowany otwór zasilany pozbawionym pyłu i wilgoci powietrzem.

Dzięki wykonaniu przezroczystych wentylatorów ze szkła akrylowego, poza korzystnymi efektami optycznymi wymiennik ciepła zyskuje również bakterio- i grzybobójcze działanie ultrafioletowego składnika promieniowania słonecznego. Ponadto do wymiennika ciepła, w położonym od strony pomieszczenia obszarze powietrza odlotowego, można doprowadzać ozon za pomocą dwóch osiowych drutów, przewodzących wysokie napięcie. Oczyszcza on skutecznie tkaninę wymiennika ciepła z substancji zapachowych, po czym ulatnia się bezpośrednio do atmosfery. Ponieważ wymiennik ciepła porusza się pod drutami, jest on czyszczony na całej powierzchni. Lokalne stężenie ozonu może przy tym być bardzo wysokie, natomiast stężenie w powietrzu odlotowym może być niskie. Do powietrza w pomieszczeniu ozon nie przedostaje się w ogóle.

Dzięki magnetycznemu zamocowaniu wszystkich elementów czyszczenie i konserwację można wykonywać praktycznie bez użycia narzędzi.

Na czas zimy korzystne jest również odzyskiwanie większej części wilgoci z powietrza odlotowego. W lecie natomiast nie jest to pożądane. Jedna z możliwości polegałaby na użyciu dwóch bębnów z siatkami z różnych materiałów, z których jeden materiał ma własności absorbujące, na przykład perlon, drugi zaś ma własności neutralne, na przykład polietylen.

Do chłodzenia wykorzystuje się chłodzenie wyparne w połączeniu z kapilarnym działaniem tkanin do transportu cieczy. Powietrze odlotowe przed wejściem do wymiennika ciepła jest zasysane przez wilgotną tkaninę bawełnianą o strukturze zbliżonej do siatki wymiennika ciepła. Przydatna okazała się tutaj tkanina opatrunkowa. Około czterech warstw wystarcza do około 98% nawilżenia powietrea. Przy przechodzeniu przez tę tkaninę powietrze odlotowe ulega oziębieniu praktycznie do temperatury granicznej. Zimne powietrze odlotowe wchodzi wówczas do wymiennika ciepła, powodując jego chłodzenie. Świeże powietrze zostaje przy przejściu również szybko oziębione do tej temperatury, nie pochłaniając jednocześnie wilgoci. Przeciętnie świeże powietrze wchodzi do pomieszczenia, mając temperaturę o około 6°C niższą od temperatury powietrza odlotowego.

Zasilanie tkaniny w wodę ma przebieg następujący:

Za pomocą sterowanego pływakiem zaworu wodnego, zasilanego przez cienki wąż bezpośrednio wodą wodociągową, utrzymuje się w przybliżeniu stały stan wody w kilku, mających kształt litery U, kanałach, biegnących równolegle do siebie i na jednej wysokości oraz połączonych ze sobą.

Kanały w kształcie litery U są zamknięte na swych czołowych końcach. Są one ujęte w płaską poziomą ramę tak, że górna powierzchnia ramy leży w jednej płaszczyźnie z otwartymi u góry kanałami w kształcie litery U, przy czym końce tych kanałów wchodząjeszcze na około 10 mm w ramę. Można na nią teraz płasko ułożyć odpowiednio przyciętą kilkuwarstwową tkaninę bawełnianą.

W miejsca, gdzie znajdują się kanały, wkłada się odpowiednio dopasowany pręt, który zanurza tkaninę w wypełnionych wodą kanałach. Odstęp pomiędzy kanałami w kształcie litery U jest tak dobrany, że wydajność transportu kapilarnego odpowiada możliwościom odparowywania (około 4-6 cm). Ta rama wyparna, którą w połączeniu ze zbierającą i w przybliżeniu uszczelniającą konstrukcją kanału powietrznego można nasadzić na pierścień okienny, umożliwia łatwe czyszczenie wyparnej tkaniny bawełnianej. Również z tego powodu do chłodzenia można używać zwykłą, nieodwapnioną wodę wodociągową. Zbyt duży osad wapienny można usunąć z tkaniny za pomocą octu.

Układanie tkaniny jest bardzo proste, przy czym zapewniona jest całkowita szczelność połączenia tkaniny z ramą. Wielkość ramy jest tak dobrana, że straty ciśnienia przepływu wynoszą jedynie około 1-3 Pa. Dlatego też nie ma potrzeby absolutnie szczelnego wykonania kanału powietrznego wokół obracającego się bębna. Uszczelki szczelinowe są w zupełności wystarczające.

Zaleta opisanej konstrukcji polega na tym, że chłodzenie można realizować aż do małej dodatkowej straty ciśnienia bez obcej energii, bazując na minimalnych, potrzebnych w danej

185 289 chwili ilościach wody, bez konieczności stosowania innej regulacji. Ponadto korzystne jest, że do zasilania w wodę z uwagi na niewielkie jej ilości można stosować wąż o średnicy mniejszej niż 1 mm, który daje się szybko ułożyć i jest w przybliżeniu niewidoczny.

Konstrukcja jest korzystnie wykonana z przezroczystego tworzywa sztucznego.

Opisana rama wyparna jest korzystnie pofałdowana, aby przy niewielkiej szerokości uzyskać wymagany przekrój przepływu.

Urządzenie musi prawidłowo pracować w przedziale temperatur od -30 do +40°C, przy czym części urządzenia mają zawsze, niezależnie od temperatury otoczenia, temperaturę pokojową, podczas gdy inne części przyjmują temperaturę otoczenia.

Z uwagi na akceptację użytkownika i montaż w szybie okiennej urządzenie musi być przezroczyste, małe, ciche, a mimo to charakteryzować się wysoką sprawnością i dużą wydajnością wentylacji (wielkość około 380 mm przy głębokości od strony pomieszczenia 200 mm i 80 - 200 m³/h świeżego powietrza przy > 90%).

Oznacza to, że wewnątrz urządzenia należy się liczyć z bardzo dużymi różnicami temperatur i wydłużeniami cieplnymi.

Przy wymaganej wysokiej sprawności wynoszącej około 90% i małej wielkości powstaje problem, aby przy zadanych warunkach brzegowych zapewnić w tym przedziale temperatur uszczelnienie, które jest skuteczne w czasie pracy.

Uszczelnienie pomiędzy wirnikiem i pierścieniem montażowym jest szczególnie krytyczne, ponieważ przepływająca tutaj ilość powietrza nie bierze udziału w wymianie ciepła. Jeżeli przepływa tutaj 1% ilości powietrza, wówczas sprawność również obniża się o około 1%, to znaczy właściwa sprawność transportu ciepła musi wynosić 91 zamiast 90%. To z kolei oznacza, że wymiennik ciepła powinien być większy o około 10%. Ponieważ grają tu rolę również inne czynniki, obniżające sprawność, ta ostatnia wartość jest nawet jeszcze wyższa. Przy mniej wydajnym urządzeniu praktycznie nie miałoby to znaczenia, natomiast przy wysokowydajnym urządzeniu jest to istotne. W wysokowydajnym urządzeniu nie ma znaczenia z punktu widzenia ilości energii, zużywanej do wentylacji, czy wietrzenie jest słabe, intensywne, czy też w ogóle nie zachodzi, co oznacza, że w tego typu urządzeniu nie jest już potrzebna regulacja ilości powietrza ani kontrola jego jakości. W niskowydajnym urządzeniu natomiast takie regulacje są celowe i potrzebne. Określone części urządzenia, mianowicie wszystkie powierzchnie od strony pomieszczenia, podlegają działaniu temperatury pokojowej i wilgoci powietrza w pomieszczeniu. Wszystkie wewnętrzne powierzchnie urządzenia są natomiast poddane działaniu parametrów powietrza zewnętrznego.

Jeżeli nie stosuje się specjalnych środków, wówczas na powierzchniach od strony pomieszczenia występują zjawiska związane z kondensacją i powstawaniem lodu, które utrudniają słaby napęd aerodynamiczny.

Ponieważ omawiana krytyczna szczelina uszczelniająca powinna mieć około 0,3 mm lub mniej, przed całą konstrukcją stawiane są wysokie wymagania odnośnie jakości wykonania, jakości montażu, jakości przechowywania i innych. Podejmowane środki można podzielić na dwie grupy, z których jedna zawiera środki potrzebne do właściwego funkcjonowania, druga zaś służy zmniejszeniu hałasu i ułatwieniu konserwacji.

Aerodynamiczny napęd bębna wymiennika ciepła polega na tym, że wykorzystuje się moment pędu, wywierany na powietrze przez osiowy wentylator świeżego powietrza. Wirowanie powietrza jest wyhamowywane przez siatkę wymiennika ciepła, ponieważ działa ona jak siatka turbiny. Impuls obrotowy porusza zatem wymiennik ciepła. Zasadę tę można oczywiście przenieść również na inne regeneracyjne wymienniki ciepła z napędem obrotowym, jeżeli zastosowane w nich jest odpowiednio łatwo chodzące ułożyskowanie. Zasadę można również zrealizować w całkowicie biernych elementach wymiennika ciepła, jeżeli statyczny, wytwarzający moment pędu element nada powietrzu składową obwodową. Korzystną cechę tego napędu obrotowego stanowi ponadto fakt, że prędkość obrotowa dopasowuje się automatycznie do ilości powietrza. Ponieważ napędowy moment obrotowy jest bardzo mały, istnieje niebezpieczeństwo, że na przykład owady, wciągnięte w boczną szczelinę uszczelniającą, spowodują zatrzymanie mechanizmu napędowego. Można jednak temu łatwo przeciwdziałać, jeżeli wirująca masa wirnika będzie dostatecznie duża, zaś plaster zasysający

185 289 dostatecznie mały (wystarczają 3 mm). W ciągu dwóch lat nie zaobserwowano żadnego przestoju wirnika, w związku z czym napęd ten okazał się wyjątkowo niezawodny.

W wymienniku ciepła według wynalazku zrezygnowano z pełnego uszczelnienia pomiędzy świeżym powietrzem i komorą powietrza odlotowego na wspornikach wzdłużnych. Nie można bowiem zapobiec wtłaczaniu powietrza z obszaru powietrza świeżego do obszaru powietrza odlotowego, bez względu na to, jaka jest konstrukcja przenosząca ciepło. Konstrukcja o porach zamkniętych powietrze jest przenoszone co najmniej przez ruch obrotowy, natomiast w konstrukcji o porach otwartych, jaka ma miejsce w zastosowanej siatce, powietrze przepływa w kierunku obwodowym z komory o wysokim ciśnieniu do komory o niższym ciśnieniu. Przy wystarczająco długiej drodze przepływu można te straty zminimalizować, przy czym rzeczywiste optimum osiąga się przy założeniu, że długość uszczelnienia należy odjąć od roboczej długości wymiennika ciepła (obwód). Dlatego też zastosowana jest jedynie prosta uszczelka szczelinowa, której wymiar szczeliny jest ograniczony jedynie przez jakość wykonawstwa i możliwe ruchy wirnika. Przy zadanej wielkości urządzenia wymiar szczeliny wynosi 0,5 mm, zaś długość szczeliny uszczelniającej 35 mm. Straty przez szczelinę powoduje w zasadzie jedynie odpowiednio większe tłoczenie powietrza przez wentylatory, natomiast nie pociąga za sobą obniżenia sprawności. Korzystne jest przy tym, że dopiero ten środek umożliwia aerodynamiczny napęd obrotowy, poza tym uszczelka pracuje wówczas bez zużycia.

Wsporniki wzdłużne są tak zaprojektowane, by można je było wykorzystać jako element sterujący dla zasilania wymiennika ciepła powietrzem. Wymiennik ciepła jest od góry i od dołu zasilany różnymi lokalnymi ilościami powietrza. Przyczyny należy upatrywać w tym, że przykładowo strumień świeżego powietrza ma w pobliżu szyby frontowej większy udział ciśnienia dynamicznego niż w pobliżu pierścienia montażowego. Dlatego też wymiennik ciepła jest zasilany różnymi ilościami powietrza w zależności od pozycji osiowej. Po stronie powietrza odlotowego istnieje podobna sytuacja. Odpowiednie ukształtowanie wsporników wzdłużnych sprawia, że ilości powietrza w pozycji osiowej dla powietrza świeżego i powietrza odlotowego są jednakowe, bez utraty powierzchni wymiennika ciepła. Dokładne wykonanie wsporników poprzecznych jest jednak możliwe dopiero po odpowiednim zmierzeniu lokalnych sprawności w kierunku osiowym.

Do zamknięcia bębna po stronie pomieszczenia zastosowane zostało szkło. Szyba wybrzusza się bowiem wskutek różnicy temperatur w efekcie zjawiska bimetalicznego. Szkło, w przeciwieństwie do ewentualnego tworzywa sztucznego, ma 5-krotnie wyższą przewodność cieplną i około 7-krotnie mniejsze wydłużenie cieplne, co daje w efekcie 35-krotnie mniejsze wybrzuszenie. Mogłoby ono zmniejszać krytyczną szczelinę uszczelniającą i powodować ocieranie bębna, ponieważ osiowe zamocowanie bębna odbywa się od strony szyby.

Kolejna cecha wymiennika ciepła według wynalazku polega na osiowym zamocowaniu bębna w płaszczyźnie szyby. W ramach stanu techniki uważano za korzystne usytuowanie osiowego zamocowania bębna w pobliżu krytycznej szczeliny uszczelniającej i zachowanie możliwości swobodnego przesuwu centralnego ułożyskowiana w kierunku osiowym. Przyczyną tego było wspomniane wybrzuszanie szyby i wydłużanie wsporników wzdłużnych. W odróżnieniu od tego, w przypadku ułożyskowania magnetycznego korzystne jest osiowe zamocowanie na przeciwnych częściach, czyli przesunięcie jego lokalizacji do łożyska centralnego. Dzięki temu ułożyskowanie magnetyczne może odbywać się bez regulacji za pomocą magnesów stałych i samo w sobie jest stabilne. Dla kompensacji cieplnych zmian długości wsporników wzdłużnych i resztkowego wybrzuszenia szyby zastosowane jest urządzenie kompensacyjne, zależne od temperatury zewnętrznej (rura z tworzywa sztucznego o wysokim współczynniku wydłużenia), które przesuwa łożysko centralne w kierunku osiowym względem położenia wsporników poprzecznych.

Z kolei ułożyskowanie magnetyczne jest usytuowane na czołowej powierzchni otwartego końca bębna tak, że działa ono praktycznie osiowo, a mimo to może przejmować siły promieniowe. Osiąga się to w ten sposób, że umieszczony w pierścieniu montażowym magnetyczny przeciwsystem ma średnicę mniejszą o około 1 mm. Bęben może wykonywać względem ułożyskowania centralnego jedynie ruchy uchylne w obrębie stożka, przy czym

185 289 wierzchołek stożka leży w ułożyskowaniu centralnym. Przy prawidłowym doborze wymiarów szczeliny uszczelniającej i wspomnianej różnicy średnic stabilne ułożyskowanie osiąga się tak, że przy ruchu uchylnym bębna w dół magnesy zbliżają się u góry, wskutek czego siły hamowania rosną i przeciwdziałają ruchowi uchylnemu. To samo, tylko w układzie odwrotnym, ma miejsce na przeciwległej stronie (u dołu). Przy takim samym ruchu uchylnym magnesy się oddalają, zaś przeciwdziałający całkowity moment obrotowy wokół centralnego punktu obrotu ulega dalszemu zwiększeniu. Właściwie magnetyczne przeciwułożyskowanie w dolnym obszarze zmniejsza siły nośne, jednak całe ułożyskowanie magnetyczne jest dzięki temu bardziej sztywne i mniej wrażliwe na zależne od temperatury zmiany własności magnetycznych (około 10%). Należy również uwzględnić obciążenie robocze, składające się z ciężaru wirnika (tutaj 27 N) i zmiennych ciśnień w komorach powietrza doprowadzanego i odlotowego (tutaj 0-9 N). We wszystkich tych warunkach ułożyskowanie musi być wystarczająco niezawodne, zaś krytyczna szczelina uszczelniająca może się zmienić jedynie o około 0,1 mm.

Ponadto wymiennik ciepła zawiera drugą, zewnętrzną blachę perforowaną, która pozostaje w kontakcie cieplnym z pierścieniami na czołowej powierzchni, oraz pierwszą blachę perforowaną, na którą nawinięty jest wymiennik ciepła i który jest termicznie i mechanicznie oddzielony od pierścieni na czołowej powierzchni. Pierwotne zadanie drugiej blachy perforowanej polega na utrzymywaniu pierścieni na czołowej powierzchni w temperaturze pokojowej, aby zapobiec zjawiskom kondensacji i tworzeniu lodu na ułożyskowaniu magnetycznym. Perforowana blacha działa jak względnie dobry wymiennik ciepła i ma praktycznie temperaturę pokojową. Połączone z nią pierścienie i czołowe ułożyskowanie magnetyczne są również utrzymywane w temperaturze pokojowej. Jeżeli stacjonarna część ułożyskowania magnetycznego jest również odizolowana termicznie od pierścienia montażowego, wówczas nie występują już problemy, jakie mogłyby być powodowane kondensacją i powstawaniem lodu. Ponieważ zewnętrzna blacha perforowana pozostaje w kontakcie cieplnym z czołowymi pierścieniami, ma ona również funkcję nośną, w przeciwieństwie do pierwszej wewnętrznej blachy perforowanej. Musi ona być odizolowana od czołowych pierścieni, ponieważ w przeciwnym razie na pierścieniach ustalałaby się temperatura pośrednia między temperaturą pokojową i temperaturą zewnętrzną. Ta izolacja termiczna jest realizowana za pomocą podatnych wkładek silikonowych, które mogą również kompensować różne zmiany długości pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną blachą perforowaną. Podobnie izolowana, z tych samych przyczyn, jest również szyba. Sama szyba mogłaby w idealnym przypadku stanowić izolowaną próżniowo jednostkę, jeżeli taka jest do dyspozycji.

Kolejnym istotnym elementem konstrukcji według wynalazku jest ustawienie łożyska centralnego w środku wspornika poprzecznego. Dla funkcjonowania urządzenia istotne jest, aby łożysko centralne było osadzone dokładnie środkowo względem ułożyskowania magnetycznego, ponieważ umieszczenie go poza środkiem oddziałuje na krytyczną, szczelinę uszczelniającą. Możliwe byłoby tutaj zastosowanie regulacji. Prostsze rozwiązanie, zapewniające bezpośrednio wysoką precyzję mimo montażu różnych części, polega na tym, że wszystkie uczestniczące części wykonuje się na tokarkach, wykorzystując naturalną symetrię obrotową. Pierścień montażowy, na którym muszą być zamocowane wsporniki wzdłużne, jest w związku z tym zaopatrzony na wewnętrznym obwodzie w rowki zbliżone do rowków gwintu. Wsporniki wzdłużne wycina się z cylindrycznego płaszcza, który również w odpowiedniej pozycji osiowej na obwodzie i na powierzchni czołowej jest zaopatrzony w takie rowki. Wspornik poprzeczny jest z kolei zaopatrzony w takie rowki na powierzchni czołowej i bezpośrednio nawiercony centralnie. Jeżeli części się montuje, przy czym dla każdego połączenia potrzebna jest tylko jedna śruba, wówczas wszystko się zgadza: wsporniki wzdłużne są prostopadłe do pierścienia montażowego, zaś centralny otwór jest zawsze usytuowany w środku, niezależnie od tego, gdzie dokładnie znajdują się otwory pod śruby, i wszystkie części są wystarczająco trwale połączone ze sobą.

Następne czynniki, wyróżniające wynalazek spośród znanych rozwiązań, stanowi zamocowanie bębna i osiowa regulacja krytycznej szczeliny uszczelniającej, konstrukcja łożyska centralnego. Centralne łożysko kulkowe zwykłe jest połączone na stałe ze stalową osią, która jest luźno przełożona przez otwór we wspornikach poprzecznych i ma na swym drugim

185 289 końcu gwint, zamocowany osiowo w elemencie z tworzywa sztucznego, również zaopatrzonym w gwint. Element z tworzywa sztucznego jest z kolei zamocowany na wsporniku poprzecznym. Jeżeli element z tworzywa sztucznego oziębia się i wskutek tego kurczy, wówczas łożysko kulkowe odsuwa się od drugiej strony wspornika poprzecznego. Jest to konieczne, ponieważ jednocześnie skróceniu ulegają wsporniki wzdłużne, zaś zewnętrzna blacha perforowana zachowuje swoją pierwotną długość (temperatura pokojowa), w związku z czym szczelina uszczelniająca stawałaby się mniejsza. Osiowy przesuw łożyska kulkowego kompensuje to zjawisko. Łożysko kulkowe jest osadzone na stałe swym pierścieniem zewnętrznym w jednej części, która ma od zewnątrz gwint i jest zaopatrzona w ogranicznik. Na ten gwint można aż do ogranicznika wkręcić bęben. Centralnie umieszczony jest otwór, przez który za pomocą wkrętaka można regulować osiowe położenie centralnej osi, a co za tym idzie, również szczelinę uszczelniającą (wszystkie uczestniczące części są z aluminium, tworzywo sztuczne ma współczynnik rozszerzalności cieplnej 3- do 8-krotnie wyższy niż aluminium). Przy demontażu wymiennika ciepła łożysko kulkowe pozostaje na wsporniku poprzecznym, w związku z czym wymiennik ciepła można bez problemu oczyścić wodą, zaś użytkownik nie musi odkładać śruby, jako że pozostaje ona na łożysku kulkowym. Kołnierz z gwintem wewnętrznym jest sklejony centralnie z szybą, elastycznie w kierunku otwartej powierzchni czołowej.

Znaczącym elementem wymiennika ciepła według wynalazku jest także przegroda, na której osadzaaą się wszystkie ciała obce, przedostające się do urządzenia. Przegroda jest zamocowana magnetycznie i wyjmowana do dołu. Obwodowe zamocowanie magnetyczne umożliwia montaż przegrody z trwałym jej uszczelnieniem. Paski magnetyczne są przy tym tak rozmieszczone, że mogą się ślizgać szczelnie po sobie. Przy ekstremalnych wymaganiach co do hałasu wewnętrzną przestrzeń można wykorzystać do umieszczenia dźwiękochłonnych elementów, ponieważ omywaniu wentylatorów nie trzeba poświęcać zbyt wiele uwagi. Umożliwia to prostownica plastrowa, usytuowana przed otworami zasysającymi.

Na pierścieniu montażowym zamocowane są powłoki ze szkła organicznego. Połączenie to jest szczelne względem powietrza i z uwagi na różne wydłużenia cieplne realizowane za pomocą elastycznych elementów pośrednich. Ponieważ obszar pomiędzy powłokami ze szkła organicznego, utrzymującymi również wentylatory, nie jest dostępny po montażu, a zatem nie może być również czyszczony, należy zapobiec wnikaniu pyłu i wilgoci (przezroczystość!). Jeżeli obszar ten byłby całkowicie uszczelniony przed wnikaniem powietrza, wówczas występowałyby problemy związane ze zmianami ciśnienia przy zmianach temperatury. Dlatego też przewidziano kontrolowany otwór, który zapewnia wymianę powietrza przez filtr. Ponieważ powietrze wpływa jedynie wówczas, gdy obniża się temperatura, zaś wypływa, gdy temperatura rośnie, filtr przeciwwilgociowy może się sam regenerować. Umieszczenie w obszarze świeżego powietrza zapewnia przy tym samo przez się najniższą wilgotność powietrza; regenerację można wspomóc promieniowaniem słonecznym. W razie potrzeby również izolacyjną przestrzeń pomiędzy szybami można zasilać takim oczyszczonym z pyłu i osuszonym powietrzem przez bardzo mały otwór na pierścieniu montażowym, dzięki czemu przy burzowych wiatrach również wewnętrzna szyba izolacyjna może pełnić funkcję nośną.

Istotne znaczenie dla funkcjonowania wymiennika ciepła według wynalazku ma również obszar wylotowy świeżego powietrza po stronie pomieszczenia. Ponieważ strumień świeżego powietrza poza promieniową składową przepływu ma również składową styczną, należy zastosować środek zapobiegający intensywnemu zasysaniu w obszarze powietrza odlotowego. W najprostszym przypadku środkiem tym może być krótka osłona w obszarze, gdzie wymiennik ciepła przechodzi z obszaru świeżego powietrza w obszar powietrza odlotowego. Świeże powietrze jest wskutek tego odchylane do dołu. Można również zastosować kratę w kształcie plastra. Świeże powietrze można także kierować do pomieszczenia strumieniem. Elementy kształtujące strumień są zamocowane magnetycznie za pomocą pierścienia montażowego.

Kolejne rozwiązania konstrukcyjne mają na celu zmniejszenie hałasu emitowanego przez wymiennik ciepła według wynalazku. Główna ideę stanowi tutaj niedopuszczenie do

185 289 powstania hałasu, ponieważ likwidacja hałasu już istniejącego wymaga znacznych nakładów. W niniejszej konstrukcji główne źródło hałasu stanowi wentylator. Należy tu wymienić trzy dalsze pojedyncze źródła hałasu, mianowicie zawirowania powietrza, hałasy związane z silnikiem i wibracje.

Począwszy od zawirowań powietrza, za pierwszy środek uznano odejście od krótkiej i małej konstrukcji wentylatora. Strumień potrzebuje bowiem miejsca, aby móc się łagodnie przemieszczać. Dlatego też zastosowano wystarczająco dużą dyszę wlotową, która bez skoków w kierunku promieniowym przyspiesza strumień do napływowej prędkości wirnika. Dobre rezultaty osiąga się tutaj przy eliptycznie ukształtowanej dyszy, która rozpoczyna się przy 1,37-krotnej średnicy wirnika, zaś jej głębokość wynosi około 0,24 średnicy wirnika. Wartości i kształt są podane jedynie jako przykład, aby przedstawić przybliżone zapotrzebowanie na miejsce. Przed dyszą wstawiona jest, mająca postać plastra, prostownica przepływu, której głębokość i średnica wynosi około 3 mm. Ma ona kształt półkuli lub kosza, aby mogła spełniać swe zadanie przy małych prędkościach przepływu i stratach ciśnienia. Mimo swej niewielkiej długości przepływu prostownica kształtuje przepływ wyjątkowo efektywnie. Kosz jest wokół dyszy wpuszczony w rowek, zamocowany magnetycznie, aby powietrze mogło dopływać do dyszy bez pokonywania progów. Za wirnikiem rozpoczyna się wlot do dyfuzora. Wlot ma promień przejściowy równy w przybliżeniu średnicy wirnika i uchodzi do prostego dyfuzora. Duży promień przejściowy zapobiega przedwczesnemu odrywaniu się strumienia dzięki temu, że kierunek strumienia nie ulega gwałtownej zmianie.

Za ciągłym dyfuzorem umieszczony jest dyfuzor uderzeniowy w postaci krótkiej rury, która na wylocie powietrza odlotowego zapobiega ponownemu jego zasysaniu. Również ta rura jest zamocowana magnetycznie. Całkowita długość tego typu wentylatora wynosi około 1,5 średnicy wirnika. Dzięki wykorzystaniu miejsca wewnątrz bębna wymiennika ciepła wystaje z niego w przybliżeniu jedynie połowa.

Rozporki, utrzymujące silnik wentylatora w pierścieniu obrotowym, są umieszczone daleko od wirnika na końcu wlotu dyfuzora. Aby straty przepływu i hałasy w postaci dźwięków tonalnych utrzymać na niskim poziomie, napęd wentylatora jest zaopatrzony w przeciwciężar, który pozwala zawiesić całą jednostkę w jej punkcie ciężkości, dzięki czemu rozporki mocujące mogą być bardzo cienkie. Rozporki mocujące są jednocześnie wykorzystywane jako elementy doprowadzające prąd niskonapięciowy.

Jednostka napędowa składa się z wirnika, ułożyskowćana, stojana silnika z układem elektronicznym, rury podporowej, przeciwciężaru, obudowy rury podporowej, układu przeciwdrganiowego i urządzenia regulacyjnego.

Łożysko (jednoczęściowe łożysko ślizgowe) stanowi wraz z wirnikiem jeden podzespół, połączony za pomocą pierścienia zabezpieczającego. Podzespół ten można włożyć osiowo w rurę podporową, w której stanowi on osadzone ślizgowo łożysko ślizgowe. Rozumie się samo przez się, że otwór w rurze podporowej i średnica łożyska ślizgowego mogą wykazywać jedynie bardzo mały luz, w związku z czym pasowanie to jest smarowane przy użyciu bardzo ciągliwego smaru. Stojan silnika jest również nasadzany na rurę podporową i w określonych punktach mocowany za pomocą silikonu. Rozwiązanie to daje w razie potrzeby możliwość łatwego zamontowania nowego stojana silnika. Stojan jest zasilany prądem z rozporek przez połączenia wtykowe.

Rura podporowa, zaopatrzona na końcu w gwint, jest zamocowana osiowo i promieniowo przez dwie, elastycznie skręcane płytki silikonowe, rozmieszczone symetrycznie względem punktu ciężkości.

Same płytki silikonowe są przesuwne promieniowo w obudowie napędu. Ich położenie można ustalić poprzez osiowy zacisk przy użyciu gwintu i nośnego elementu dystansowego.

Celem tej konstrukcji jest bardzo miękkie zawieszenie wentylatora i umożliwienie ewentualnej późniejszej korekty osiadania elementów tłumiących (izolacja przeciwdrganiowa).

Konstrukcja ta umożliwia zachowanie wszystkich ewentualnych korekt (korekty promieniowe i kątowe) za pomocąjednej śruby.

Środki te są niezbędne dlatego, że z uwagi na hałas i moc wirnik musi obracać się w pierścieniu obrotowym z bardzo małym luzem. Sam pierścień obrotowy jest również miękko

185 289 połączony z dyszą wlotową i dyfuzorem, mianowicie tak, że przepływ brzegowy jest zakłócany jedynie w nieznacznym stopniu.

Osiąga się to w ten sposób, że części są połączone za pomocą pierścienia silikonowego w kształcie litery U, który swą otwartą stroną jest zwrócony w kierunku osi obrotu. To miękkie połączenie jest konieczne również z uwagi na różne wydłużenia cieplne (szkło akrylowe aluminium). Ta podwójna izolacja jest niezbędna, jeżeli założy się, że powłoka ze szkła organicznego działa jak membrana głośnika. Ponieważ ciężar konstrukcji wentylatora jest stosunkowo duży, zaś pierścienie w kształcie litery U muszą być bardzo miękkie, konieczne może być kompensowanie części ciężaru za pomocą elastycznego elementu, zamocowanego na pierścieniu montażowym.

W obszarze powietrza odlotowego bezpośrednio za wymiennikiem ciepła umieszczony jest plaster eliminujący moment pędu. Ponieważ powietrze odlotowe po przejściu przez wymiennik ciepła nabiera momentu pędu, jest on w dużej części eliminowany w pierwszej kracie w formie plastra. Druga krata w formie plastra, umieszczona bezpośrednio przed wentylatorem powietrza odlotowego, przejmuje wówczas pozostały moment pędu. Jedynie oba te środki łącznie zapewniają pożądane usunięcie momentu pędu, co warunkuje zmniejszenie hałasu.

Dla osiągnięcia nawilżania powietrza prowadzonego przez wymiennik ciepła, wymiennik ciepła jest korzystnie umieszczony w roztworze chlorku potasu, w związku z czym po wyjęciu jest on nasączony chlorkiem potasu, który ma zdolność pochłaniania pary wodnej.

Odzyskiwanie wilgoci można zrealizować poprzez dobór stężenia roztworu chlorku potasu.

Przedmiot wynalazki w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia cały układ wymiennika ciepła w schematycznym przekroju, fig. 2 obszar zawieszenia wentylatora w powiększeniu, fig. 3 - ułożyskowanie magnetyczne w przekroju, fig. 4 - obszar szczeliny uszczelniającej w powiększonym przekroju, fig. 5 - łożysko centralne łącznie z układem kompensacji temperatury w przekroju, zaś fig. 6 - obszar przedniego pierścienia w powiększonym przekroju.

Na figurze 1 ukazany jest bęben 1 wymiennika ciepła, połączony za pomocą łożyska centralnego 2 i łożyska magnetycznego 3 z ramą, obsadzoną w szybie lub innym otworze. Rama ta pełni dla wymiennika funkcję stojana 4. Łożysko magnetyczne składa się z magnesów stałych, które są tak rozmieszczone, że magnetyczna siła odpychająca wyznacza szerokość szczeliny. Łożysko centralne 2 ma postać łożyska tocznego, przy czym luz łożyska pozwala na nieznaczny ruch przechylny bębna, w związku z czym unieruchomienie bębna zachodzi jedynie w kierunku promieniowym i osiowym.

Na figurze 2 ukazane jest w powiększeniu zawieszenie wentylatora. Na fig. 3 i 4 ukazane jest osadzenie bębna 1 wymiennika ciepła za pomocą łożyska magnetycznego 3 na pierścieniu stojana. Rozmieszczenie magnesów jest uwidocznione na fig. 3.

Na figurze 5 widoczne jest zamocowanie łożyska centralnego 2 za pomocą (nie przedstawionych tutaj) wsporników wzdłużnych 6, połączonych ze stojanem 4 i ze sobą za pomocą wspornika poprzecznego 5, przy czym łożysko centralne 2 jest zamocowane centralnie na wsporniku poprzecznym 5 i stanowi podporę dla bębna 1 wymiennika. Na fig. 6 ukazany jest w powiększeniu przedni pierścień bębna 1 wymiennika.

Taka konstrukcja wymiennika ciepła umożliwia zasysanie świeżego powietrza z otoczenia i jednoczesne odprowadzanie zużytego powietrza z pomieszczenia, przy czym ciepło zużytego powietrza z pomieszczenia jest przekazywane powietrzu świeżemu, co powoduje wymuszoną wentylację pomieszczenia, charakteryzującą się minimalnymi stratami energii.

Podstawową korzyścią osiąganą dzięki wymiennikowi ciepła według wynalazku jest oszczędność energii, sięgająca do 10% w porównaniu do rozwiązań konwencjonalnych. Oszczędności te powstają zarówno w przypadku potrzeby grzania pomieszczeń (zima), jak też ich chłodzenia (latem). Urządzenie jest bardzo przyjazne dla użytkownika, ponieważ umożliwia indywidualny dobór temperatury, nie stwarza przeciągów i zapewnia przyjemny stopień nawilżenia powietrza. Ponadto chroni przed insektami, jako że okna pozostają stale zamknięte, z drugiej zaś strony usuwa szkodliwe substancje, na przykład dym papierosowy. Użytkownik jest także lepiej chroniony przed hałasem, ponieważ z jednej strony okno

185 289 zaopatrzone w wymiennik ciepła według wynalazku zmniejsza poziom hałasu o 12 dB w porównaniu do okna uchylonego, z drugiej zaś praca samego wymiennika jest bardzo cicha. Nie bez znaczenia jest również prostota i wygoda montażu, konserwacji i czyszczenia urządzenia. Na zakończenie należy podkreślić, że wymiennik ciepła według wynalazku jest bardzo przyjazny dla środowiska. Badania pokazały, że użycie dwóch tego typu wymienników kompensuje ilość dwutlenku węgla, emitowaną przez samochód osobowy.

185 289

FIG. 3

FIG. 4

185 289

FIG.2

185 289 oł U

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wymiennik ciepła regeneracyjny przeciwprądowy dla mediów gazowych, zwłaszcza powietrzny wymiennik ciepła dla wentylacji pomieszczeń w budynkach, z bębnem, przez który przepływa na zmianę oddające ciepło i pochłaniające ciepło, gazowe medium, i który jest osadzony obrotowo w łożysku, zaś otwarty koniec bębna stanowi jego powierzchnię czołową, przy czym co najmniej jeden wentylator wytwarza strumień powietrza doprowadzanego i powietrza odlotowego, znamienny tym, że bęben (1) wymiennika ciepła stanowi w zasadzie jego zewnętrzne stałe ograniczenie, zaś łożysko stanowi kombinację łożyska mechanicznego i łożyska magnetycznego (3), przy czym łożysko magnetyczne (3) jest umieszczone na czołowej powierzchni otwartego końca bębna (1), zaś łożysko mechaniczne stanowi łożysko centralne (2), zawierające łożysko osiowe i łożysko promieniowe.
2. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że aktywna powierzchnia bębna (1) składa się z kilkuwarstwowej siatki.
3. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko centralne (2) jest łożyskiem wahliwym.
4. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko centralne (2) jest połączone na stałe ze stojanem (4).
5. Wymiennik ciepła według zastrz. 4, znamienny tym, że stojan (4) ma postać stałego pierścienia.
6. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko magnetyczne (3) składa się z magnesów stałych.
7. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że z obrotowym bębnem (1) połączony jest częściowy system magnetyczny, którego kierunek magnetyzowania jest równoległy do osi (A) bębna.
8. Wymiennik ciepła według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera osadzony na stałe względem bębna (1), częściowy system magnetyczny, połączony ze stojanem (4).
9. Wymiennik ciepła według zastrz. 8, znamienny tym, że osadzony na stałe, częściowy system magnetyczny ma średnicę nieco mniejszą niż średnica częściowego systemu magnetycznego, połączonego z obrotowym bębnem (1).
10. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko magnetyczne (3) składa się z głównego łożyska magnetycznego, umieszczonego w górnej połowie stojana (4), i pomocniczego łożyska magnetycznego, umieszczonego w dolnej połowie stojana (4), przy czym siła magnetyczna pomocniczego łożyska magnetycznego jest skierowana przeciwnie co najmniej do jednej składowej siły magnetycznej głównego łożyska magnetycznego.
11. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko magnetyczne (3) ma postać uszczelnienia szczelinowego, przy czym pomiędzy dwoma przeciwległymi blokami magnetycznymi znajduje się szczelina, której stosunek szerokości do długości wynosi 1:70.
12. Wymiennik ciepła według zastrz. 4, znamienny tym, że łożysko centralne (2) jest połączone na stałe ze wspornikiem poprzecznym (5), ten zaś z dwoma, połączonymi na stałe ze stojanem (4), wspornikami wzdłużnymi (6), przy czym zewnętrzny promień krzywizny połączonych ze wspornikami wzdłużnymi (6) końców wspornika poprzecznego (5) odpowiada wewnętrznemu promieniowi krzywizny wsporników wzdłużnych (6), zaś zewnętrzny promień krzywizny wsporników wzdłużnych (6) odpowiada wewnętrznemu promieniowi krzywizny pierścieniowego stojana (4).
13. Wymiennik ciepła według zastrz. 12, znamienny tym, że wspornik poprzeczny (5) i/lub wsporniki wzdłużne (6) stanowią elementy co najmniej częściowo toczone lub są wykonane z tych elementów.

185 289
14. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że bęben (1) zawiera element do regulacji pozycji osiowej bębna (1) poprzez regulację od zewnątrz szczeliny pomiędzy bębnem (1) wymiennika ciepła i stojanem (4).
15. Wymiennik ciepła według zastrz. 14, znamienny tym, że na osi bębna (1) osadzone jest przesuwnie łożysko centralne (2) o regulowanej pozycji osiowej.
16. Wymiennik ciepła według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera urządzenie kompensacyjne do wyrównywania termicznej zmiany długości, które jest z materiału o długości zależnej od temperatury i jest połączone z łożyskiem centralnym, przy czym zmiana długości urządzenia kompensacyjnego odpowiada wielkości samoczynnego przemieszczenia łożyska centralnego (2).
17. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że bęben (1) ma zamkniętą powierzchnię czołową i jest zamocowany osiowo od strony tej powierzchni czołowej.
18. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że bęben (1) jest nasadzony na kształt dzwonu na pozostałe elementy wymiennika ciepła i zabezpieczony przed ześlizgiwaniem się w kierunku osiowym.
19. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że bęben (1) jest osadzony swobodnie obrotowo i ma napęd aerdynamiczny w postaci zawirowań strumienia powietrza doprowadzanego.
20. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że bęben (1) zawiera wewnętrzną blachę perforowaną i zewnętrzną blachę perforowaną, zaś od otwartego czoła ma pierścień, na którym zamocowane są umieszczone na bębnie magnesy i z którym połączona jest wewnętrzna blacha perforowana i zewnętrzna blacha perforowana, przy czym zewnętrzna blacha perforowana jest odizolowana cieplnie od wewnętrznej blachy perforowanej.