CS219973B1 - Rekuperační výměník tepla - Google Patents

Abstract

Rekuperační výměník tepla se týká recyklace odpadního tepla při větrání. Jeho účelem je zjednodušení konstrukce, snížení hmotnosti a ceny současných deskových kovových výměníků. Jeho podstatou je, že průtokové kanálky probíhají v rovině jednotlivých desek v inverzních křivkách. Tenkostěnné desky jsou vytvořeny z nekovových hmot s jednostrannými nebo oboustrannými žebry a mezilehlými fóliemi. Ve variantě jsou desky s velmi nízkou ohybovou tuhostí profilovány do vlnovek s vyztuženými obrubami. Těsnění jednotlivých sekcí modulů desek je vloženým tyčovým profilem nebo slepením obrub z čel, nebo po obvodě obrub.

Description

Vynález řeší deskový rekuperační výměník pro zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu při větrání a teplovzdušném vytápění halových objektů průmyslové a zemědělské výstavby.

Současné efektivní deskové rekuperační výměníky tepla systému „vzduchu—vzduch“ se navrhují převážně jako sendvičové konstrukce, sestávající z paralelních oddělujících desek a mezilehlých desek, tvarovaných pro účinný přenos tepla do hustě zvlněných žeber. Vysoce výkonné výměníky se navrhují s vysokou plošnou hustotou žeber, s nízkými hydraulickými průměry, případně s prolisováním průtokových kanálů do vírových buněk pro zvýšení turbulizace proudění. Tenkostěnná žebra i desky výměníků je nutno navrhovat z kovů s vysokou tepelnou vodivostí a odolností proti korozi. Pro dokonalý přestup tepla mezi jednotlivými vrstvami musí být desky se žebry dokonale vzájemně spájené. Výměníky jsou poměrně drahé, těžké a vysoce náročné z hlediska výrobní pracnosti a spotřeby deficitních barevných kovů se značnou energetickou výrobní náročností. Při prostorovém sestavení výměníků do vícestupňových celků jsou z hlediska výroby obtížné boční směrové uzávěry vrstev kolmých na směr proudění a přechodové tvarovky vnitřní nebo vnější, pro změnu směru proudění o 90° nebo o 180°. Problematické je čištění kompaktních nerozebíratelných výměníků v prašném a aerosolovém prostředí průmyslových provozů. Výměníky krabicové konstrukce jsou výrobně ještě náročnější a jejich čištění je prakticky nemožné. Hydraulické odpory a celkové tlakové ztráty vysoce výkonných výměníků, pro používané rychlosti proudění vzduchu, dále značně narůstají u složitých vícestupňových konstrukcí výměníků, s nezbytnými náhlými změnami směrů průtokových kanálků.

V porovnání se systémy kapalinových výměníků s oběhovými čerpadly a náplní nemrznoucí směsí jsou deskové výměníky výhodnější z hlediska pořizovacích i provozních nákladů. Efektivní systémy rekuperátorů z gravitačních tepelných trubic jsou, přes své nesporné výhody v jednoduchosti provedení, náročnější z hlediska spotřeby deficitních kovů a problematické hygienicky při porušeni těsnosti trubic s náplní čpavku nebo freonů. Výměníky regenerativního typu pro přenos citelného i latentního tepla jsou při vysoké účinnosti poměrně složité a nezabraňují nežádoucí kontaminaci čerstvého vzduchu v prostředí se zvýšenými nároky na čistotu ovzduší. Výše uvedené systémy jsou však hospodárné pouze pro centrální větrací systémy se značnými průtoky vzduchu, což omezuje jejich použitelnost pro efektivní decentralizované systémy, zaváděné dnes pro racionální oblastní úpravu mikroklimatu průmyslových objektů, případně pro jednoduchou adaptaci na stávající teplovzdušné systémy.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje deskový rekuperační výměník tepla, skládaný ze soustavy paralelních profilovaných tenkostěnných desek z nekovových hmot, jehož podstatou je, že průtokové kanálky probíhají v rovině desek v křivkách s proměnnou křivostí, přičemž průběh kanálků po délce modulu desek je po výšce vrstev vzájemně inverzní. Jednotlivé desky jsou tvářeny jako rovinné s jednostrannými žebry, nebo oboustrannými žebry s mezilehlou dělicí fólií. Desky přímo profilované do vlnovek s nízkou ohybovou tuhostí vln jsou opatřeny vyztuženým obvodovým žebrem, jehož výška je nižší vůči vlnám desek. Jednotlivé sekce modulů desek jsou vzájemně těsněny proti směšování obou proudů vzdušiny, vkládaným profilem do prolisů v obvodových žebrech, nebo lepením styčných, případně ložných spár mezi obrubami, přičemž žebra nebo vlny zůstávají v ploše desek nespojená.

Rekuperační výměník sestavený z tenkostěnných profilovaných desek z umělých hmot, s libovolnou tepelnou vodivostí použitého materiálu je v porovnání s běžnými kovovými výměníky výrobně jednodušší a levnější, při shodné účinnosti rekuperace tepla. Jeho hmotnost je asi o 40 % nižší vůči běžným výměníkům z hliníkových tenkostěnných lamel; výrobní energetická náročnost se potom snižuje až o 60 %. Z jediného modulu sériově tvářených desek lze sestavit kombinovaný protiproudový výměník tepla s dostatečnou plošnou hustotou, v libovolném rozsahu, tvaru a účinnosti i přímo na stavbě, nebo osazovat celé prefabrikované moduly sekcí výměníků. Vůči používaným konstrukcím zcela odpadá náročné vzájemné spájení jednotlivých vrstev výměníku; tím je umožněna jednoduchá demontáž a vyčištění desek v prašných provozech. Odpadají zvláštní čelní uzávěry vrstev kolmých na směr proudění, které jsou vytvořeny přímo okrajovými obrubami v deskách. Vůči používaným konstrukcím jsou úplně vypuštěny vnitřní a vnější směrové přechodové tvarovky pro změnu směru proudění vzduchu po délce výměníku, neboť jsou vytvořeny přímo konstrukcí a charakterem zakřivení kanálků jednotlivých desek. Relativní drsnost povrchu kanálků z desek plastických hmot je několikanásobně nižší vůči povrchům kovů, tím se pro dané průměry a charakter proudění vzduchu snižuje součinitel tření a klesají hydraulické odpory výměníku. Při velmi malém ekvivalentním průměru kanálků jsou i pro nejmenší poloměry zakřivení zcela zanedbatelné vřazené odpory při změně směru proudění. Tím klesají celkové tlakové ztráty výměníku a celé sestavy, nutný dopravní výkon a spotřeba energie pro transport vzduchu. Vzhledem k nízkým pořizovacím nákladům lze nekovové výměníky navrhovat rozměrnější při nižší rychlosti proudění, čímž dále kle21S973 sají tlakové ztráty a stoupá energetická účinnost rekuperace. U výměníků s deskami vytvarovanými do vlnovek je destabilizace proudu vzduchu v jednotlivých kanálcích a permanentního přerušování mezní vrstvy dosaženo prouděním pres zvlněnou plochu sousedící desky a přes deformační příčná žebra, vytlačená do vrcholů vln při montáži v nepravidelných roztečích, při pro? měnném úhlu souběhu obou soustav kanálků jednotlivých vrstev. Pro snížení hydraulického odporu při kontrakci proudu vzduchu ve vstupu a výstupu do zúženého profilu kanálků, jsou obruby mezilehlých vrstev výměníků tvarovány se zaoblením. Deskový rekuperační výměník dokonale těsněný mechanickým -ztažením nebo slepením obvodových obrub, zcela zamezuje nežádoucí kontaminaci odpadního a čerstvého vzduchu, při zvýšených požadavcích na čistotu ovzduší.

Při nižších teplotách venkovního vzduchu a vyšší relativní vlhkosti odpadního vzdu j chu, kdy dochází ke kondenzaci par na povrchu desek při současném zvýšení účinnosti rekuperace tepla, slouží montážní a dilatační spáry mezi jednotlivými moduly desek pro odvedení kondenzátu do sběrače.

Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady různých variant provedení deskových rekuperačních výměníků. Na obr. 1 je montážní schéma sestavy rekuperátoru z jednotlivých rovinných desek s jednostrannými žebry v základním délkovém momodulu. Oerchovaně jsou vyznačeny obrysy pevné skříně a potrubí. Na obr. 2 je montážní schéma sestavy z oboustranně inverzně žebrovaných desek s mezilehlou fólií. Na obr. 3 je montážní schéma sestavy z desek tvářených do vlnovek s dvojnásobným délkovým modulem. Na obr. 4 je v axonometrii detailní výřez A—A‘ výměníku z desek tvá-i řených do vlnovek. Na obr. 5 je v půdorysu průběh kanálků v základním modulu desky výměníku. Na obr. 6 je schéma ležaté teplovzdušné jednotky s rekuperací tepla s vestavěným deskovým výměníkem.

Rekuperační deskový výměník podle obr. 1 tvoří soustava kanálků 1 vymezených rovinnými tenkostěnnými deskami 2, 2‘ z umělé hmoty, s inverzním průběhem zakřivených jednostranných žeber v délce základního modulu M. Desky 2 jsou podle diagonály opatřeny zesílenými obrubami 3 s prolisy 4, do kterých je při montáži zasunut těsnicí a spojovací tyčový profil 5. Mebi deskami 2 a jejich zrcadlovými obrazy 2‘ je v podélném směru modulové sestavy vol9 ná montážní a odvodňovací spára D. Výměník podle obr. 2 tvoří soustava rovinných tenkostěnných desek 6 a 6‘ s oboustrannými vzájemně inverzními žebry a vystřídanými obrubami 3. Mezi desky 6, 6' jsou osazeny mezilehlé vlnité fólie 7 z umělé hmoty. Montážní spára S je slepena ve styku obrub 3. Výměník podle obr. 3 a 4 tvoří soustava shodných, vzájemně vystřídaných desek 8 z umělé hmoty s velmi nízkou ohybovou tuhostí, profilovaných do vlnovek, v dvojnásobnému délkovém modulu 2 x M. Okraje desek 8 jsou vyztuženy výškově sníženými oválnými obrubami 9 s prolisy 4 pro těsnicí profil 5. Při rovnoměrném montážním stlačení krycí deskou 20 se do převýšených vrcholů 10 vln vtlačí tužší žebra 11 vln a vytvoří deformační příčná žebra 12 v obou směrech vln. Vyústění kanálků 1 mezi obruby 9 je přechodovým náběhem 13 vespod vln. Teplovzdušnou rekuperační jednotku podle obr. 6 tvoří moduly M desko-, vého výměníku, filtr 14, ventilátor 15 na přívodu odpadního vzduchu, zdvojená klapka 16 pro recirkulaci vnitřního vzduchu a topný registr 17. Na přívodu venkovního vzduchu je osazen filtr 18 a ventilátor 19.

Deskové rekuperační výměníky tepla lze ekonomicky uplatnit především pro malé a střední průtoky vzduchu, decentralizované oblastní vzduchotechnické systémy, pro místní odsávání exhalací a odpadního tepla, kde jsou ostatní systémy zpětného získávání tepla neefektivní. Vzhledem k snadné čistitelnosti hladkých povrchů, chemické odolnosti umělých hmot a nízkým pořizovacím nákladům na výměnu desek je systém vhodně použitelný i do provozů s vyšším znečištěním ovzduší aerosoly a prachem, případně i do objektů zemědělské živočišné výroby s vysokou vlhkostí a agresivitou. Výměníky lze také jednoduše dodatečně instalovat do stávajících vzduchotechnických systémů. Vzhledem k velmi nízkým pořizovacím nákladům výměníků z tenkostěnných desek z umělých hmot lze podle zkušeností nahradit náročné čištění efektivní výměnou a náhradou nových vložek výměníku.

Jednotlivé desky rekuperátoru lze vyrábět tvářením za tepla z tenkostěnných desek plastických hmot na bázi houževnatého polystyrenu, polyvinylchloridu apod., případně z lepenek vrstvených plastickými hmotami, nebo měkkých vložek z oboustranným impregnačním nástřikem odolným proti působení vlhkosti a ostatním vlivům prostředí.

Claims (7)

1. Rekuperační výměník tepla, skládaný ze soustavy paralelních profilovaných tenkostěnných desek z nekovových hmot, vyznačený tím, že průtokové kanálky (1) probíhají v rovině desek (2, 6, 8} v křivkách s proměnnou křivostí, přičemž průběh kanálků (1) jednotlivých vrstev výměníku je vzájemně inverzní v délce modulu (M).

2. Rekuperační výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že kanálky (1) jsou vymezeny rovinnými tenkostěnnými deskami (2) s jednostrannými žebry.

3. Rekuperační výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že kanálky (1) jsou vymezeny rovinnými tenkostěnnými deskami (6) s oboustrannými žebry a mezilehlými zvlněnými fóliemi (7).

4. Rekuperační výměník tepla podle bovynAlezu du 1, vyznačený tím, že kanálky (lj jsou vymezeny tenkostěnnými deskami (8j profilovanými do vlnovek s velmi nízkou ohybovou tuhostí, přičemž vrcholy (10) vln jsou převýšeny vůči oválným vyztuženým obrubám (9).

5. Rekuperační výměník tepla podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že spáry (DJ jednotlivých sekcí modulů (Mj jsou těsněny profilem (5) vloženým do prolisů (4).

6. Rekuperační výměník tepla podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že spáry (S) jednotlivých sekcí modulů (M) jsou lepeny.

7. Rekuperační výměník tepla podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že obruby (3, 9) jednotlivých desek (2, 6, 8) jsou vzájemně lepeny.