PL244877B1 - Moduł wymiennika taśmowego - Google Patents

Abstract

Moduł wymiennika taśmowego charakteryzuje się tym, że posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która składa się z prętów struktura (1) wyznaczających kształt konstrukcji wymiennika i kształt kanałów, które to kanały osadzone są na prętach struktura (1), oraz posiada taśmy (membrany) przewodnika (2) i paro-przewodnika (3), które przesuwają się wzdłuż kanałów dwukierunkowo nie powodując zmiany geometrii kanałów, przy czym poprzez posuw taśm oraz zmianę siły naprężenia taśmy, zmienia się charakterystyka ścian kanałów z przepuszczalnej na nieprzepuszczalną cząsteczki pary wodnej; przy czym, przewodnik (2) i paro-przewodnik (3) to membrany o różnych właściwościach; przewodnik (2) to membrana (taśma) o obniżonej entalpii, zaś paroprzewodnik (3) to membrana (taśma) o podwyższonej entalpii; membrany przewodnika (2) i paro-przewodnika (3) nawijają się na rolki (4) i (5) nawoju taśmy, przy czym jedna rolka (4) to rolka nawoju taśmy o obniżonej entalpii, zaś druga rolka (5) to rolka nawoju taśmy o podwyższonej entalpii, które to rolki (4) i (5) poruszają poprzez pokrętło przesuwu (6), które umożliwia przewijania membrany w prawo i w lewo; konstrukcja struktura (1) posiada generator wirów, który zakłóca laminarny przepływ czynnika; przy czym generator wirów uformowany jest z elementów, z których co najmniej jeden jest wysunięty do środka kanału i ułożony pod kątem, co powoduje zawirowania przepływu powietrza i jego turbulentność przepływu w kanale; membrany (2) i (3) nawijają się na rolki (4) i (5) nawoju taśmy, przy czym przy pomocy rolek (4) i (5), poprzez regulację naciągu taśmy, regulowane są parametry częstotliwości własnej układu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nowy i innowacyjny moduł wymiennika taśmowego do stosowania w termodynamice płynów, w szczególności w rekuperacji powietrza.

W czasach określanych jako „epoka kryzysu klimatycznego” i w warunkach zobowiązań wynikających z Porozumienia Paryskiego, poszukiwanie rozwiązań zmierzających do redukcji emisji EQ CO2 ma znacznie priorytetowe. Analiza dostępnych na rynku wymienników wskazuje, iż przyjęte przy konstruowaniu wymienników ciepła założenia o ich regularnych konserwacjach (szczególnie czyszczeniu) należy uznać za błędne i w konsekwencji oczywiście szkodliwe zarówno dla użytkowników jak i dla środowiska naturalnego. Rozwiązanie według wynalazku eliminuje ten problem wprowadzając innowacyjne podejście do konstrukcji wymiennika ciepła, sprowadzając trwałość do poziomu niezbędnego minimum, przy jednoczesnej łatwości wymiany i recyclingu, które towarzyszą wymianie filtrów.

Znane są różnego rodzaju wymienniki ciepła. Znane są rozwiązania o konstrukcji płaszczowej, płaszczowo-rurowej, płytowej, krzyżowej, prostoliniowej przeciwprądowej i współprądowej.

Znane są również wymienniki, których konstrukcja umożliwia odzysk zarówno energii cieplnej, jak również wilgoci.

Z opisu wynalazku nr P 410349 znany jest rekuperator posiadający obudowę walcową, wewnątrz której umieszczona jest przestrzeń ciepła odzyskiwanego obejmująca wymiennik ciepła z systemem rur o budowie walcowej.

Z opisu wzoru użytkowego nr W 111636 znany jest rekuperator wykonany z jednego pasa folii metalowej, rozpiętej na elementach rozciągająco-dystansujących, zamocowanych na ramie konstrukcyjnej. Folia jest ułożona wielowarstwowo na fragmencie powierzchni walca i jest przedzielona pomiędzy warstwami elementami dystansującymi oraz dystansująco-uszczelniającymi w sposób powodujący powstanie n kanałów, zaślepionych po bokach elementami zaślepiającymi umieszczonych pomiędzy elementami rozciągająco-dystansującymi.

Z opisu wynalazku nr P 396317 znany jest rekuperator przeciwprądowy, który ma postać zwoju taśmy z dystansem między warstwami przez przeformowanie wyodrębniające jednocześnie na powierzchniach czołowych zwoju, sekcje dla wprowadzania i wyprowadzania mediów.

Z opisu wynalazku nr P 296608 znany jest wymiennik ciepła płaszczowo-rurkowy, wykonany z aluminium. Wymiennik składa się z czterech modułów połączonych ze sobą kolektorami czynnika grzejnego i ogrzewanego. Pojedynczy moduł wymiennika stanowi kilka rurek grzejnych, skręconych ze sobą w formie wielokrotnej sprężyny śrubowej, umieszczonych w płaszczu i razem z płaszczem zwiniętych w kształt spłaszczonej sprężyny śrubowej. Płaszcz każdego modułu wspawany jest do kolektorów, natomiast rurki grzejne przechodzą przez otwory wykonane w tych kolektorach i są przyspawane do ich ścianek zewnętrznych, łącząc się poprzez rury zbiorcze z kolektorami.

Zasadniczą różnicą pomiędzy wymiennikami entalpicznymi a klasycznymi jest zastosowanie selektywnej paroprzepuszczalnej przegrody sprzyjającej przekazowi zarówno energii cieplnej jak i cząsteczek pary wodnej. Cechą wspólną wymienników tych jest to, iż materiał pełniący funkcję transmitera energii cieplnej (przewodnika ciepła) pełni jednocześnie funkcję konstrukcyjną (kształt lameli) nadając wymiennikom cechy wymagane tj. przewodność cieplną przegród, sztywność i trwałość związaną z możliwością wielokrotnej konserwacji. Aby zachować właściwości konstrukcyjne, wymienniki zazwyczaj zbudowane są z przewodników o odpowiedniej grubości przegród ustalonej jako optimum pomiędzy sztywnością konstrukcji a efektywnością transmisji ciepła. W przypadku wymienników entalpicznych, przez przegrody przekazywana jest energia cieplna wraz z cząsteczkami pary wodnej skutkując odzyskiem wilgoci powietrza szczególnie pożądanej w okresie przesuszenia. Znany jest również fakt, iż temperatura wewnątrz strugi czynnika grzewczego przepływającego laminarne w osi kanału jest wyższa niż przy jego ściance. Jest to zjawisko niekorzystne w kontekście przejmowania ciepła poprzez ścianki przegród wymiennika. Im cieńsze ścianki przegród, tym lepszy współczynnik przewodzenia/przejmowania ciepła. Podobne relacje odnoszą się do przekazu cząsteczek pary wodnej przez materiały selektywnie paroprzepuszczalne. Najcieńsze przegrody to membrany, jednak żadna membrana z uwagi na jej właściwości nie gwarantuje utrzymania pożądanego kształtu kanałów wymiennika, a co za tym również trwałości oczekiwanej dla urządzeń o długim przewidywanym okresie stosowania.

Moduł wymiennika taśmowego według wynalazku pokonuje niedogodności wynikające ze stanu techniki. Rozwiązanie według wynalazku jest pro-ekologiczne i przyczyni się do poprawy stanu środowiska naturalnego i jego ochrony. Zgłaszane rozwiązanie w postaci taśmowego modułu wymiennika ciepła z możliwością generowania wirów ma innowacyjne cechy w postaci zastosowania zbliżonego do jednorazowego, bez konieczności przeprowadzania konserwacji w postaci czyszczenia wymiennika. Stosowane w procesie czyszczenia preparaty chemiczne a także rozwiązania mechaniczne wywołują negatywne konsekwencje dla środowiska naturalnego. Ponadto proces konserwacji wymienników narażony jest na błędy, niedokładności, a w większości przypadków przede wszystkim na zaniedbania i niedoskonałości technologiczne, co skutkuje trwałym obniżeniem parametrów pracy urządzeń (z negatywnym wpływem dla środowiska naturalnego), a także generuje zagrożenia zdrowotne dla użytkowników urządzeń. Rozwiązanie według wynalazku posiadając cechy zbliżone do rozwiązania jednorazowego, relatywnie łatwo i bez szkody dla środowiska naturalnego podlega recyclingowi (w odniesieniu do taśmy wymiennika) oraz ponownemu użyciu (w odniesieniu do konstrukcji wymiennika). Obniżoną trwałość rozwiązania kompensują korzyści związane z brakiem konieczności konserwacji (w tym kosztami konserwacji, zaniedbań i błędów technologicznych jej towarzyszących) oraz istotnie niższy jednostkowy koszt wytworzenia (mniejsza ilość stosowanego przewodnika) i podwyższona efektywność odzysku ciepła wynikająca z zastosowania przegród membranowych w postaci taśmy. Dodatkowym atutem o charakterze środowiskowym i komfortu użytkowania jest możliwość regulacji paro-przewodności wymiennika w odniesieniu do jego zdolności do odzysku wilgoci w przypadku zastosowania taśmy z połączonych membran o różnych właściwościach entalpicznych. Są to membrany o odmiennych właściwościach. Membrany te w konsekwencji mają różny poziom selektywności.

Ponadto możliwość stosowania taśm o różnych właściwościach w rozwiązaniu według wynalazku, może wpływać nie tylko na odzysk cząsteczek pary (entalpię), ale także daje możliwości jonizacji powietrza, chłodzenia go i nagrzewania w zależności od tego, o jakich właściwościach membrana zostanie zastosowana.

Moduł wymiennika według wynalazku ma prostą konstrukcję, charakteryzuje się wyjątkową oszczędnością materiałową, jest tańszy w produkcji, materiał wykorzystywany do jego konstrukcji jest wyjątkowo łatwy w ponownym użyciu, a materiał pośredniczący w wymianie ciepła wyjątkowo łatwy w recyclingu i nie wymaga konserwacji. Rozwiązanie według wynalazku jest proste w wymianie.

Znane wymienniki ciepła, które są wielokrotnego użytku, mają niższą sprawność, nawet w przypadku kondensacji wilgoci wewnątrz i uzysku tzw. „ciepła utajonego”. Wymienniki entalpiczne odzyskują ciepło i wilgoć, przez co nie dochodzi w ich wnętrzu do kondensacji wilgoci oraz odzysku tzw. „ciepła utajonego”. Wymienniki ciepła działają w zmiennych warunkach klimatycznych. Zimą gdy powietrze jest chłodne i przesuszone odzysk wilgoci jest zjawiskiem korzystnym, co wskazuje na przewagę wymienników entalpicznych. Latem natomiast powietrze ma wyższą temperaturę i często występuje problem z nadmiarem wilgoci, co wskazuje na przewagę wymienników „tradycyjnych”. Wymiennik według wynalazku dzięki zastosowaniu taśmy z membran o różnych właściwościach zawiera połączenie korzystnych cech tych dwóch rozwiązań; ma on możliwość przestawienia trybu pracy z letniego na zimowy. Powoduje to, iż rozwiązanie według wynalazku umożliwia odzyskiwanie wilgoci w warunkach powietrza przesuszonego, oraz odzysk ciepła utajonego pochodzącego z kondensacji nadmiaru wilgoci w warunkach powietrza wilgotnego. Zmienność paro-przewodności wymiennika możliwa jest dzięki wykorzystaniu dwóch rodzajów taśmy, tj. taśmy składającej się z odcinka nieprzepuszczającego cząsteczki pary wodnej oraz z taśmy przepuszczającej cząsteczki pary. Taśmy te mogą być wykonane z tego samego lub z innego materiału.

Wymiennik zbudowany z modułów według wynalazku, w przeciwieństwie do rozwiązań znanych ze stanu techniki, wykorzystuje posuw i naciąg taśmy, które powodują możliwość zmiany materiału ścian wymiennika, skutkujące istotną zmianą jego charakterystyki, w zależności od użytych składników taśmy i jej właściwości.

Istota wynalazku polega na tym, że moduł wymiennika taśmowego posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która zbudowana jest z struktora - materiału zapewniającego sztywność konstrukcji i wyznaczającego kształt konstrukcji wymiennika i kształt kanałów, które to kanały osadzone są na struktorze - materiale zapewniającym sztywność konstrukcji, oraz posiada taśmy - membrany przewodnika i paro-przewodnika, które przesuwają się wzdłuż kanałów dwukierunkowo nie powodując zmiany geometrii kanałów, przy czym poprzez posuw taśm oraz zmianę siły naprężenia taśmy, zmienia się charakterystyka ścian kanałów z przepuszczalnej na nieprzepuszczalną cząsteczki pary wodnej; przy czym membrany przewodnika i paro-przewodnika nawijają się na rolki nawoju taśmy, przy czym jedna rolka to rolka nawoju taśmy o obniżonej paro-przewodności, zaś druga rolka to rolka nawoju taśmy o podwyższonej paro-przewodności, które to rolki poruszają się poprzez pokrętło przesuwu, które umożliwia przewijania membrany w prawo i w lewo; przy czym konstrukcja struktora - materiału zapewniającego sztywność konstrukcji, posiada generator wirów, który zakłóca laminarny przepływ czynnika; przy czym generator wirów uformowany jest z elementów struktora, z których co najmniej jeden jest wysunięty do środka kanału i ułożony pod kątem, co powoduje zawirowania przepływu powietrza i jego turbulentność przepływu w kanale; zaś membrany nawijają się na rolki nawoju taśmy, przy czym przy pomocy rolek, poprzez regulację naciągu taśmy, regulowane są parametry częstotliwości własnej układu.

Rozwiązanie z racji tego, że posiada dwie rolki nawoju, umożliwia nie tylko posuw taśmy, ale również regulację siły naciągu taśmy poprzez zastosowanie mechanizmów znanych ze stanu techniki i wykorzystujących mechanizm nawijania i odwijania elementów elastycznych. Nawijanie i odwijanie taśmy odbywa się mechanicznie lub poprzez mechanizm elektronicznego naciągu. Regulowanie siły naciągu taśmy prowadzi do regulacji częstotliwości własnej układu, a co za tym idzie do tłumienia drgań. Regulacja częstotliwości własnej układu (poprzez naciąganie taśmy) może również prowadzić do wzbudzenia drgań parametrycznych w celu zaburzenia przepływów laminarnych. Stopień odwinięcia lub zwinięcia taśm, czyli regulacja siły naciągu wywołuje drgania parametryczne. Drgania ścianek kanałów prowadzą do zaburzenia przepływów laminarnych w kanałach, czyli do przepływów turbulentnych, które podnoszą efektywność przekazu energii cieplnej.

Regulowanie siły naciągu taśmy może mieć również wpływ na poziom intensywności przekazu cząsteczek pary wodnej. Każda z membran może być jednorodna lub perforowana. Zastosowanie taśm perforowanych eliminuje poślizg i ułatwia uzyskanie korzystnych naprężeń. Moduł wymiennika taśmowego według wynalazku posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, w której odrębnym materiałem jest przewodnik ciepła zapewniający przegrody między kanałami, a odrębnym szkielet zapewniający konstrukcję. Pozwala to wprowadzać kanały o różnych kształtach, łatwo je modyfikować, poprawić, doginać itp. Kanały te otoczone są membraną pełniącą funkcję termoprzewodnika. Membrany przesuwają się wzdłuż kanałów lub w poprzek, w zależności od układu wymiennika. Zastosowanie membran z posuwem i możliwością regulowania ich (membran) naciągu powoduje zmianę właściwości wymiennika, na przykład paro-przewodności. Dzięki takiej konstrukcji paro-przewodność wymiennika można regulować. Membrany mogą mieć dwa skrajne położenia oraz położenie pośrednie. W jednym skrajnym położeniu jest paro-przewodność, w drugim skrajnym położeniu paro-przewodności brak. W położeniu pośrednim - część powierzchni wymiennika jest entalpiczna a część klasyczna. Regulacja następuje płynnie poprzez przesuw taśmy. Rozwiązanie według wynalazku posiada konstrukcję wymiennika ciepła, który składa się z co najmniej dwóch materiałów z czego jeden (Struktor) jest materiałem zapewniającym sztywność konstrukcji, a drugim jest taśma, która stanowi połączone membrany o różnych właściwościach. Membrany o różnych właściwościach (Przewodnik i Paro-przewodnik) zapewniają przewodność cieplną oraz przewodność cieplną z paro-przepuszczalnością selektywną. Zarówno przewodnik jak i paro-przewodnik to wyjątkowo cienkie przegrody (membrany) z materiałów posiadających wysokie właściwości przewodności cieplnej, przy czym jedynie paro-przewodnik posiada właściwości selektywnie - paroprzepuszczalne. Struktor zapewnia oczekiwany kształt, konstrukcję i układ kanałów (a co za tym również kształt wymiennika). Kanały znane ze stanu techniki - niezależnie od ich kształtu w przekroju (okrągłe, kwadratowe, trójkątne, wielokątne) mogą być skręcone wzdłuż osi przepływu zapewniając wprowadzenie przepływającego czynnika w ruch turbulentny lub wirowy, lub też mogą być wyposażone w generatory wirów. Zmienność paro-przewodności zgłaszanego rozwiązania wynika z połączenia przewodnika i paro-przewodników z membraną ciągłą o układzie taśmy i możliwości jej dwukierunkowego posuwu na elementach struktora. Posuw taśmy nie zmienia geometrii kanałów przepływu czynnika. Poprzez posuw taśmy następuje zmiana charakterystyki membrany (ściany) kanałów - z przepuszczalnej na nieprzepuszczalną. Dzięki zastosowaniu posuwu taśmy w rozwiązaniu według wynalazku możliwe jest automatyczne czyszczenie urządzenia bez ingerencji do wnętrza wymiennika. Przesuwająca się taśma, wspomagana dodatkowo (w odmianie) zainstalowanymi szczotkami powoduje, iż następuje samoczynne oczyszczanie urządzenia, dokonywane poprzez przesuw taśmy w prawo - lewo. W tej odmianie wynalazku, przewijając taśmę dokonuje się samooczyszczania ścianek wymiennika. Wymiennik taśmowy zbudowany z modułów według wynalazku umożliwia modyfikowanie kształtów wymiennika, jak również modyfikowanie geometrii kanałów poprzez odpowiednie dogięcie lub skręcenie struktora. Struktorem może być np. drut, który umożliwia takie działanie. Również przy pomocy struktora w wymienniku zbudowanym z modułów według wynalazku możliwe jest wprowadzenie generatora wirów w postaci np. odgiętego do środka kanału jednego z elementów struktora. Wykorzystanie struktora, z jednej strony zapewnia sztywność konstrukcji, a z drugiej strony daje możliwość ingerencji w kształt oraz wprowadzenia zmiennej geometrii kanałów od kanałów prostych do generujących przepływ wirowy - poprzez fakt iż, pręty konstrukcji w wymienniku według wynalazku mogą być zagięte do wnętrza kanału tworząc wtedy generator wirów.

Moduł wymiennika taśmowego według wynalazku posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która składa się z prętów, rolek, elementów ślizgowych i innych zapewniających stabilność konstrukcyjną struktora będącego materiałem, zapewniającym oczekiwany kształt, konstrukcję i układ kanałów, oraz przewodnika i paro-przewodnika. Innymi elementami zapewniającymi stabilność konstrukcyjną struktora mogą być: rolki napędowe i silnikowy mechanizm transportu taśmy w przypadku stosowania napędów, otwory montażowe, rolki prowadzące i dociskowe, blokady szpul, otwór rewizyjny i do eliminacji zanieczyszczeń. Zarówno przewodnik jak i paro-przewodnik są membranami. Przewodnik to membrana (taśma) o obniżonej paro-przewodności. Membrana ta nie przepuszcza cząsteczek pary wodnej. Paro-przewodnik to membrana (taśma) o podwyższonej paro-przewodności. Membrana ta przepuszcza cząsteczek pary wodnej. Membrany przewodnika i paro-przewodnika wykonane są z materiałów posiadających pożądane dla wymienników cechy przewodności cieplnej i przepuszczalności cząsteczek pary wodnej i posiadających właściwości fizyczne umożliwiające zastosowanie ich w układzie taśmy naprężanej i przewijanej. Pręty struktora wyznaczają kształt konstrukcji wymiennika i na nich osadzone są kanały. Kanały otoczone są membranami. Membrany połączone są łącznikiem membran, który jest miejscem styku obu membran, które łączone są w znany sposób np. poprzez klejenie lub zgrzanie. Korzystnie kilka modułów wymiennika połączonych struktorem i osadzonych wokół pokrętła przesuwu tworzy wymiennik taśmowy. Połączenie modułów według wynalazku z pokrętłem i rolkami w rozwiązaniu według wynalazku wykonane jest w dowolny sposób znany ze stanu techniki, który to sposób dotyczy łączenia poszczególnych elementów konstrukcji. W odmianie wymiennik może składać się z jednego modułu. Wewnątrz szkieletu uformowanego przez kanały znajdują się rolki nawoju taśmy. Jedna rolka to rolka nawoju taśmy o obniżonej paro-przewodności. Druga rolka to rolka nawoju taśmy o podwyższonej paro-przewodności. Rolki te poruszają się dzięki pokrętle przesuwu, które ma możliwość przewijania membrany w prawo i w lewo. Przewijanie membrany skutkuje zmianą paro-przewodności wymiennika. Membrany posiadają odmienne właściwości wynikające z różnego poziomu ich selektywności. Membrana selektywna to taka, która jedne cząstki przepuszcza, a inne nie. Każda z membran, odpowiednio o obniżonej i podwyższonej paro-przewodności, poprzez rolki przesuwa się w prawo lub lewo do pozycji skrajnych. W jednej skrajnej pozycji wymiennik pracuje w trybie klasycznym, zaś przesuw membrany całkowicie w drugą stronę powoduje przejście wymiennika na entalpiczny tryb pracy. Przesuw membran może być również na pozycje pośrednie. Dzięki takiemu poruszaniu się membran możliwe jest kontrolowane odzyskanie wilgoci - od maksymalnej (entalpicznej) do zerowej. Pomiędzy rolkami umieszczony jest łącznik stabilizacyjny w postaci korzystnie w przekroju o kształcie koła. Rolki oraz pokrętło przesuwu wprawiane są w ruch poprzez zastosowanie silnika lub mechanicznie. Rolki oraz pokrętło przesuwu zamocowane są wewnątrz wymiennika wraz z całym mechanizmem przesuwu poprzez przytwierdzenie do obudowy wymiennika lub do struktora, korzystnie poprzez połączenia zatrzaskowe ułatwiające ich montaż i demontaż. Zamocowanie rolek oraz pokrętła przesuwu wraz z całym mechanizmem przesuwu do obudowy wymiennika powoduje, że wymiana wymiennika (na przykład z powodu jego zanieczyszczenia) nie wymusza wymiany mechanizmu przesuwu. W takiej sytuacji montaż nowego wymiennika wymaga zainstalowania kasety z taśmą w obudowie wymiennika a następnie nawinięcie taśmy na rolki. Natomiast zamocowanie rolek oraz pokrętła przesuwu wraz z całym mechanizmem przesuwu do struktora powoduje, że w wyniku wymiany wymiennika (na przykład z powodu jego zanieczyszczenia), wymianie ulega również mechanizm przesuwu, co eliminuje konieczność nawinięcia nowej taśmy na struktor w przypadku jej wymiany.

Kształt kanałów, a co za tym idzie, wymiennika determinuje struktor. Wymiennik może posiadać kształt znany ze stanu techniki tj. w przekroju poprzecznym o kanałach w kształcie okrągłym lub owalnym, trójkątnym, sześciennym, heksagonalnym lub wielokątnym. Jako struktor mogą być zastosowane elementy zarówno sztywne, jak i giętkie naprężone, np. pręty, rurki, naprężone linki lub hybrydy tych rozwiązań. Korzystne jest stosowanie hybrydowej konstrukcji struktora, tj. na bazie zarówno sztywnych prętów lub rurek jak i naprężonych linek (cięgien). Struktor może być wytworzony zarówno z przewodników cieplnych jak i izolatorów. Wokół struktora umieszczona jest przegroda z przewodnika, zapewniająca szczelność oraz wysoką wymianę energii cieplnej. Struktor zapewnia sztywność konstrukcji.

Kanały wymiennika zgodnie ze stanem techniki mogą być proste lub skrętne. W skrętnych kanałach przepływ czynnika może być laminarny lub turbulentny. Aby przepływ był turbulentny, konieczne jest zastosowanie generatora wirów. Generatorem wirów jest takie ułożenie struktora, które wymusza przepływ turbulentny powietrza - element struktora uformowany w sposób wprowadzający zawirowania powietrza w kanałach. Elementem struktora wprowadzającym przepływ turbulentny w kanałach korzystnie są druty pełniące funkcję struktora, z których co najmniej jeden jest wysunięty do środka kanału i ułożony pod kątem, co powoduje zawirowania przepływu powietrza i jego turbulentność przepływu w kanale. Turbulentny przepływ czynnika można wywołać zarówno poprzez zastosowanie tylko generatora wirów, kształt kanału, wzbudzenie drgań wymuszonych, jak i połączenie wszystkich tych rozwiązań. Turbulentny przepływ mogą wywołać również inne, znane ze stanu techniki, rozwiązania, np.: poprzez kształt kanałów; poprzez wywołanie drgań parametrycznych taśmy wywołanych strugami przepływającego w kanałach czynnika; poprzez generatory wirów na wlotach do kanałów; poprzez zwiększenie prędkości przepływu; poprzez doprowadzenie do drgań ścianek kanałów.

Wymiennik taśmowy zbudowany z modułów wymiennika według wynalazku może pracować w trzech trybach: w trybie wymiennika klasycznego, w trybie entalpicznym i w trybie pośrednim tj. klasyczno-entalpicznym. Praca wymiennika w trybie klasycznym występuje wówczas gdy membrana ścian kanałów wymiennika składa się wyłącznie z przewodnika. Wówczas wymiennik umożliwia kondensację pary wodnej i uzyskuje dodatkowe tzw. „ciepło utajone” przy uwzględnieniu konieczności odprowadzenia skroplin. Podczas pracy wymiennika w trybie entalpicznym, membrana ścian kanałów wymiennika składa się wyłącznie z paro-przewodnika. W takim układzie wymiennik odzyskując cząsteczki pary wodnej wraz z energią cieplną, eliminując ryzyko oszronienia wymiennika. Praca wymiennika w trybie pośrednim oznacza, iż membrana ścian kanałów wymiennika składa się zarówno z przewodnika, jak i paro-przewodnika.

W module wymiennika taśmowego według wynalazku, membrany nawijają się na rolki nawoju taśmy, przy czym przy pomocy rolek możliwa jest regulacja parametrów częstotliwości własnej układu. Umożliwia to zarówno wyeliminowanie ryzyka drgań parametrycznych jak i ich wzbudzenie, na przykład w celu uzyskania lepszych parametrów przepływu turbulentnego w kanałach. Zmiana częstotliwości drgań własnych (częstotliwości rezonansowych taśmy) zależy i zmienia się w zależności od siły jej naciągu. Im bardziej naciągnięta taśma lub im jest grubsza (posiada większą masę), tym wyższa jest jej częstotliwość rezonansowa. Im mniej naciągnięta taśma lub im jest cieńsza (posiada mniejszą masę), tym niższa jest jej częstotliwość rezonansowa. Zmiana naciągu następuje poprzez napięcie taśmy przy jednej zablokowanej rolce i wzrastającym nawijaniu drugiej, lub nawijaniu obydwu rolek nawoju w przeciwnych kierunkach. Drgania parametryczne wzbudzane są przez energię zewnętrzną, np. energia nierównomiernego (turbulentnego) przepływu czynnika przepływającego w przeciwnych kierunkach ścianki taśmy. Nierównomierne ciśnienie płynów w kanałach przyjmuje postać fal, które odbijają się od ścianek kanałów wymiennika przekazując na nie część energii, co może prowadzić do wzbudzenia rezonansu własnego całego układu.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono na załączonych rysunkach, fig. 1-8, na których: fig. 1 - przedstawia moduł wymiennika taśmowego fig. 2 - przedstawia wymiennik taśmowy w przekroju o kształcie okręgu, składający się z trzech modułów fig. 3 - przedstawia wymiennik taśmowy w przekroju o kształcie heksagonalnym, składający się z kilku modułów fig. 4 - przedstawia wymiennik taśmowy w przekroju o kształcie trójkątnym, składający się z kilku modułów fig. 5 - przedstawia schemat mechanizmu przesuwu fig. 6 - przedstawia wymiennik taśmowy w przekroju o kształcie czworokątnym, składający się z kilku modułów fig. 7 - przedstawia wymiennik taśmowy w przekroju o kształcie heksagonalnym z generatorami wirów fig. 8 - przedstawia model przestrzenny wymiennika taśmowego w przekroju o kształcie heksagonalnym z generatorami wirów.

Wymiennik według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania nie ograniczających wynalazku:

Przykład nr 1

Moduł wymiennika taśmowego w przekroju o kształcie okręgu, posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która składa się z trzech modułów. Pojedynczy moduł zawiera pionowo ułożone pręty struktora (1) będącego drutem, oraz przewodnik (2) będący taśmą aluminiową i paro-przewodnik (3) będący taśmą paroprzepuszczalną. Taśmy te połączone są ze sobą poprzez zgrzanie. Zarówno przewodnik jak i paro-przewodnik są membranami. Na prętach struktora (1) osadzone są promieniście kanały. Wewnątrz szkieletu znajdują się rolki (4) i (5) nawoju taśmy, a centralnie umieszczone jest pokrętło przesuwu (6). Wokół pokrętła (6) osadzone są opisane powyżej trzy identyczne moduły, które połączone są struktorem (1) poprzez połączenia zatrzaskowe ułatwiające ich montaż i demontaż. Pomiędzy rolkami (4) i (5) umieszczony jest łącznik stabilizacyjny (7) w przekroju o kształcie korzystnie okręgu. Rolki (4) i (5) oraz pokrętło przesuwu (6) zamocowane są stabilnie wewnątrz wymiennika korzystnie poprzez śruby.

Przykład nr 2

Moduł wymiennika taśmowego w przekroju o kształcie heksagonalnym, posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która składa się z pięciu modułów. Pojedynczy moduł zawiera spiralnie ułożone pręty struktora (1) będącego sztywną rurką, oraz przewodnik (2) i paro-przewodnik (3) będące foliami o różnych właściwościach. Folie te połączone są ze sobą poprzez klejenie. Zarówno przewodnik jak i paro-przewodnik są membranami. Na prętach struktora (1) osadzone są kanały. Wewnątrz szkieletu znajdują się rolki nawoju obu membran oraz pokrętło przesuwu. Wokół pokrętła osadzonych jest pięć identycznych modułów, opisanych powyżej, które połączone są struktorem (1) poprzez połączenia znane ze stanu techniki. Pomiędzy rolkami (4) i (5) umieszczony jest łącznik stabilizacyjny (7) w przekroju o kształcie korzystnie okręgu. Rolki (4) i (5) oraz pokrętło przesuwu (6) zamocowane są stabilnie wewnątrz wymiennika korzystnie poprzez śruby.

Przykład nr 3

Moduł wymiennika taśmowego w przekroju o kształcie trójkątnym, posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która składa się z sześciu modułów. Pojedynczy moduł zawiera pionowo ułożone pręty struktora (1) będącego naprężoną linką (cięgno), oraz przewodnik (2) i paro-przewodnik (3) będące membranami o różnych właściwościach przewodzących. Membrany te połączone są ze sobą poprzez klejenie. Na prętach struktora (1) osadzone są kanały. Wewnątrz szkieletu znajdują się rolki nawoju obu membran oraz pokrętło przesuwu. Wokół pokrętła osadzonych jest sześć identycznych modułów, opisanych powyżej, które połączone są struktorem (1) poprzez połączenia zatrzaskowe ułatwiające ich montaż i demontaż. Pomiędzy rolkami (4) i (5) umieszczony jest łącznik stabilizacyjny (7) w przekroju o kształcie korzystnie okręgu. Rolki (4) i (5) oraz pokrętło przesuwu (6) zamocowane są stabilnie wewnątrz wymiennika korzystnie poprzez śruby.

Przykład nr 4

Moduł wymiennika taśmowego w przekroju o kształcie heksagonalnym, posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, w której pojedynczy moduł zawiera pionowo ułożone pręty struktora (1) będącego sztywną rurką, oraz przewodnik (2) i paro-przewodnik (3) będące taśmami o różnych właściwościach. Taśmy te połączone są ze sobą poprzez klejenie. Zarówno przewodnik jak i paro-przewodnik są membranami. Na prętach struktora (1) osadzone są kanały (8). Taśmy (2) i (3) nawijają się na rolki nawoju, odpowiednio każdej z membran osobno. Taśma (2) nieprzepuszczająca cząsteczki pary wodnej nawija się na rolkę (4) nawoju taśmy nieprzepuszczającej pary wodnej. Taśma (3) przepuszczająca cząsteczki pary wodnej nawija się na rolkę (5) nawoju taśmy przepuszczającej parę wodną. Każda z rolek (4) i (5) obraca się przy użyciu pokrętła przesuwu (6). Pomiędzy rolkami nawoju umieszczony jest łącznik stabilizacyjny (7) w przekroju o kształcie korzystnie okręgu. Rolki (4) i (5) oraz pokrętło przesuwu (6) zamocowane są stabilnie wewnątrz wymiennika korzystnie poprzez śruby.

Claims (4)

1. Moduł wymiennika taśmowego posiadający ściany, membrany, przegrody, znamienny tym, że posiada konstrukcję szkieletowo-membranową, która zbudowana jest z struktora (1) - materiału zapewniającego sztywność konstrukcji i wyznaczającego kształt konstrukcji wymiennika i kształt kanałów (8), które to kanały (8) osadzone są na struktorze (1) - materiale zapewniającym sztywność konstrukcji, oraz posiada taśmy - membrany przewodnika (2) i paro-przewodnika (3), które przesuwają się wzdłuż kanałów dwukierunkowo nie powodując zmiany geometrii kanałów (8), przy czym poprzez posuw taśm oraz zmianę siły naprężenia taśmy, zmienia się charakterystyka ścian kanałów (8) z przepuszczalnej na nieprzepuszczalną cząsteczki pary wodnej.

2. Moduł wymiennika taśmowego według zastrz. 1, znamienny tym, że membrany przewodnika (2) i paro-przewodnika (3) nawijają się na rolki (4) i (5) nawoju taśmy, przy czym jedna rolka (4) to rolka nawoju taśmy o obniżonej paro-przewodności, zaś druga rolka (5) to rolka nawoju taśmy o podwyższonej paro-przewodności, które to rolki (4) i (5) poruszają się poprzez pokrętło przesuwu (6), które umożliwia przewijania membrany w prawo i w lewo.

PL 244877 Β1

3. Moduł wymiennika taśmowego według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że konstrukcja struktora (1) - materiału zapewniającego sztywność konstrukcji, posiada generator wirów, który zakłóca laminarny przepływ czynnika; przy czym generator wirów uformowany jest z elementów struktora (1), z których co najmniej jeden jest wysunięty do środka kanału i ułożony pod kątem, co powoduje zawirowania przepływu powietrza i jego turbulentność przepływu w kanale.

4. Moduł wymiennika taśmowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że membrany (2) i (3) nawijają się na rolki (4) i (5) nawoju taśmy, przy czym przy pomocy rolek (4) i (5), poprzez regulację naciągu taśmy, regulowane są parametry częstotliwości własnej układu.