CS241371B1

CS241371B1 - Air handling unit with heat recovery

Info

Publication number: CS241371B1
Application number: CS818992A
Authority: CS
Inventors: Petr Moravek
Original assignee: Petr Moravek
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1986-03-13
Also published as: CS899281A1

Abstract

Zařízení řeší zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu pro předehřátí přiváděné ho čerstvého vzduchu, současně se zajiště ním transportu obou vzdušin v jediném integrovaném agregátu, jehož podstatou je, že pláště rotoru ze soustavy soustředných částí rotačník komolých kuželů jsou různoběž- né s protisměrně osazenými lopatkami ve vnitřní a vnější soustavě plášťů pro axiální dopravu obou vzdušin v opačném směru, přičemž na hřídeli rotoru je osazeno čerpadlo cirkulační teplosměnné kapaliny zajišťující přenos tepla mezi oběma vzdušinami.The device solves the problem of recovering heat from exhaust air to preheat the supplied fresh air, while simultaneously ensuring the transport of both air masses in a single integrated unit, the essence of which is that the rotor shells from the system of concentric parts of the truncated cone rotor are of different rotation with blades installed in opposite directions in the inner and outer system of shells for the axial transport of both air masses in the opposite direction, while a circulating heat exchange fluid pump is mounted on the rotor shaft, ensuring the transfer of heat between the two air masses.

Description

Vynález se týká Integrované vzduchotechnické jednotky se zpětným získáváním odpadního tepla pro decentralizované systémy větrání halových objektů průmyslové výstavby.The invention relates to an integrated air handling unit with waste heat recovery for decentralized ventilation systems of industrial buildings.

Současně používané vzduchotechnické jednotky pro větrání jsou řešeny převážně jako monofunkční a zajišťují pouze přívod a úpravu čerstvého vzduchu nebo jsou určeny pouze pro odvod odpadního vzduchu z prostoru hal. Používané centrální systémy větrání s využitím odpadního tepla jsou celkově investičně náročné, nepřizpůsobivé, a vyžadují náročnou údržbu a čištění potrubí, omezují technologické rozvody a instalace jeřábů a jednotky vyžadují samostatnou konstrukci. Současně navrhované decentrální vzduchotechnické nástřešní jednotky s recyklací tepla jsou řešeny převážně deskovými profilovanými výměníky tepla z deficitních barevných kovů, s vyáokou hmotností, nízkou tepelnou účinností a jsou výrobně náročné. Dále používané jednotky vytvořené ze soustavy rotujících plášťů s přenosem tepla kapalinou jsou řešeny pouze jako výměníky typu vzduch — kapalina, a zajišťují výhradně jednosměrný přívod nebo odtah vzduchu, kdy teplonosná kapalina proudí vnějším cirkulačním okruhem mimo jednotku (OA SSSR č. 664 013]. Jednotky neumožňují současný přívod a odtah vzduchu z jednoho místa, požadovaný pro oblastní větrání halových objektů.The currently used air handling units for ventilation are designed mainly as monofunctional ones and provide only supply and treatment of fresh air or are intended only for exhaust air from the hall space. The centralized waste heat ventilation systems used are generally investment-intensive, inadaptable, requiring heavy maintenance and cleaning of the pipelines, reducing technological wiring and crane installations, and the units requiring separate design. Simultaneously designed decentralized air-handling roof units with heat recycling are solved mainly by plate profiled heat exchangers made of deficient non-ferrous metals, with high weight, low thermal efficiency and are production-intensive. The units used from the system of rotating shells with liquid heat transfer are designed only as air-liquid heat exchangers and provide only one-way air intake or exhaust, where the heat transfer fluid flows through the external circulation circuit outside the unit (OA USSR No. 664 013). do not allow simultaneous supply and exhaust of air from one place, required for regional ventilation of indoor buildings.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vzduchotechnická jednotka se zpětným získáváním tepla s rotorem ze soustavy plášťů ve tvaru částí komolých kuželů, jejíž podstatou je, že pláště rotoru jsou různoběžné -a ve vnitřní a vnější soustavě plášťů jsou vzájemně protisměrně osazeny lopatky pro axiální dopravu přívodního a odpadního vzduchu v opačném směru a na hřídeli rotoru je osazeno čerpadlo teplosměnné cirkulační kapaliny napojené přes uzavírací ventil na obvodový sběrač v plášti jednotky.The aforementioned drawbacks are eliminated by the rotor heat recovery unit from the frustoconical casing assembly, which is characterized by the fact that the rotor housings are of different design and the vanes for the inlet and exhaust air axially are mounted opposite each other in the inner and outer casings. in the opposite direction and on the rotor shaft, a heat transfer fluid pump is connected through a shut-off valve to a perimeter header in the housing of the unit.

Vzduchotechnická jednotka se zpětným získáváním tepla zajišťuje v jediném funkčně integrovaném agregátu přívod čerstvého vzduchu, odvod odpadního vzduchu, zpětné využití latentního i pociťovaného tepla z odpadního vzduchu s vysokou tepelnou účinností při přímém kontaktu vzduchu s cirkulující teplosměnnou kapalinou, zároveň s účinným zvlhčováním přiváděného vzduchu. Vnitřní plochy plášťů rotoru jsou účinně omývány cirkulující stékající kapalinou a minimálně se znečišťují. Vůči lamelovým výměníkům tepla vykazuje jednotka velmi nízký hydraulický odpař při proudění vzdušin mezi zcela hladkými plášti rotoru. Účinnost sdílení tepla i vlhkosti ze vzduchu do cirkulující přenosové kapaliny je vůči stacionárním kontaktním plochám podstatně vyšší, protože rotací kapaliny stékající v blánách po rotujících pláštích rotoru vůči axiálně proudícímu vzduchu se podstatně zvyšuje součinitel přestupu tepla i hmoty mezi vzduchem a kapalinou, který je exponenciálně závislý na vektorovém součtu rychlostí vzájemného pohybu obou médií. Pláště rotoru lze navrhnout i z vyztužených umělých hmot s vysokou odolností proti korozi i agresivním vlivům a zcela vyloučit použití deficitních kovů. Hmotnost celé jednotky je v porovnání se současnými rekuperačními jednotkami podstatně nižší. V letních obdobích se vylučuje rekuperace odpadního tepla pouze vypnutím ventilu cirkulační kapaliny, tím se proudy přiváděného i odváděného vzduchu oddělí a jednotka zajišťuje současný přívod i odvod větracího vzduchu bez předehřátí.The heat recovery air handling unit provides fresh air inlet, exhaust air outlet, latent and perceived heat recovery from high-efficiency exhaust air in a single functionally integrated unit with direct air contact with the circulating heat transfer fluid, as well as efficient supply air humidification. The inner surfaces of the rotor housings are effectively washed with circulating flowing liquid and are minimally contaminated. Due to the fin heat exchangers, the unit exhibits a very low hydraulic evaporation as the air flows between completely smooth rotor housings. The efficiency of heat and moisture transfer from the air to the circulating transfer fluid is considerably higher with respect to the stationary contact surfaces, since the rotation of the fluid flowing in the membranes on the rotating rotor casings relative to the axially flowing air substantially increases the heat and mass transfer coefficient between air and liquid. on the vector sum of the relative media velocities of both media. Rotor housings can also be designed from reinforced plastics with high corrosion and aggressive resistance and eliminate the use of deficient metals. The weight of the whole unit is considerably lower compared to the current heat recovery units. In summer, waste heat recovery is eliminated only by switching off the circulation fluid valve, thereby separating the supply and exhaust air streams, and the unit ensures simultaneous supply and exhaust of ventilation air without preheating.

Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady provedení vzduchotechnické jednotky se zpětným získáváním tepla, kde na obr. 1 je uvedeno schéma jednotky znázorněné ve svislém osovém řezu A—A‘, na obr. 2 je uvedeno obdobné schéma, ale s *opačným sklonem obou soustav vnitřních a vnějších plášťů rotoru a na obr. 3 je znázorněn vodorovný řez B—B‘ touto jednotkou.The accompanying drawings show exemplary embodiments of a heat recovery air handling unit, wherein Fig. 1 shows a diagram of the unit shown in vertical section A-A ', Fig. 2 shows a similar diagram, but with an * inclination of the two internal systems. and the outer casings of the rotor, and FIG. 3 shows a horizontal section B-B 'of the unit.

Soustava soustředných komolých- plášťů 1 rotoru s pevně vestavěnými lopatkami 2 pro dopravu vzduchu v axiálním směru a s distribučními otvory 6 cirkulační kapaliny C v obvodových prolisech je pevně uchycena přes kostru 3 rotoru k hřídeli 4 rotoru přímo poháněného elektromotorem 5. Na samonosný izolovaný plášť 9 jednotky jsou uchyceny vstupní lopatky 7 statoru, výstupní lopatky 8 statoru, hřídel 4, elektromotor 5, lamelový kruhový výměník tepla 11, anemostat 12', filtry 14 pro nasávaný vzduch. Po obvodě pláště 9 jednotky je vytvořen sběrač 10 odstřikující cirkulační kapalinu s. filtrem čisticími otvory 13 a přepadem 19. Potrubím 15 je spojena sběrná nádrž 16 cirkulační kapaliny s vypouštěcím uzávěrem 17 a filtrem 18. Na sacím potrubí 20 je osazen uzavírací elektromagentický ventil 21 a čerpadlo* 22 teplosměnné cirkulační kapaliny C poháněné hřídelem 4 rotoru a distribuční trysky 23. Jednotka je osazena ve střešní kontrukci.A set of concentric truncated rotor housings 1 with fixed built-in blades 2 for conveying air in the axial direction and with distribution openings 6 of circulating fluid C in circumferential recesses is firmly attached through the rotor frame 3 to the rotor shaft 4 directly driven by an electric motor. the stator inlet blades 7, the stator outlet blades 8, the shaft 4, the electric motor 5, the vane circular heat exchanger 11, the anemostat 12 ', the intake air filters 14 are mounted. A peripheral collector 10 is formed around the periphery of the unit housing 9 with a filter through the cleaning openings 13 and an overflow 19. The circulation liquid collecting tank 16 is connected to the drainage cap 17 and the filter 18 via a line 15. The solenoid valve 21 and pump * 22 of the heat transfer fluid C, driven by the rotor shaft 4 and the distribution nozzle 23. The unit is mounted in a roof construction.

Podle obr. 1 až 3 je proud čerstvého venkovního vzduchu A nasáván přes vstupní lopatky 7 po celém obvodě mezi rotující vnitřní pláště 1 rotoru, proti smyslu jeho otáčení. Lopatkami 2 na konci rotoru je proud vzduchu vytlačován přes výstupní lopatky 8 statoru a přes výměníky tepla 11 pro dohřátí vzduchu médiem ústředního vytápění a přes anemostat 12 proudí do prostoru haly. Odpadní vzduch B z haly je nasáván pod stropem mezi rotující vnější pláště 1 rotoru přes lopatky 2 s opačným sklonem. Při shodném smyslu otáčení celého rotoru se tak dosáhne opačného směru proudění odpadního vzduchu B vůči směru proudění čerstvého vzduchu A. Změna průtoku obou vzdušin je regulována změnou o241371 tácek elektromotoru 5. Při proudění obou vzdušin A, B, v axiálním směru mezi rotujícími plášti 1 rotoru dochází k intenzivnímu sdílení tepla a vlhkosti při přímém kontaktu vzduchu s cirkulující nemrznoucí kapalinou C rotující a současně stékající v tenkých blanách po vnitřních stranách plášťů 1 rotoru v důsledku působení normálních a tangenciálních složek odstředivé síly písobením rotace. Současně dochází i k přenosu tepla ze vzdušin A, B přes nesmáčené vnější povrchy plášťů 1 rotoru do stékající kapaliny C prostupem přes tenkostěnné kovové pláště 1 se zanedbatelným tepelným odporem (R = 0,9 až 3,4 . 10^-5 m²KW^_1). Intenzita přenosu tepla je v obou případech prakticky shodná. Podle obr. 1 mají všechny pláště 1 rotoru vzájemně opačný sklon a celý průtočný objem kapaliny C stéká přes všechny pláště 1 rotoru a u krajů tryská distribučními otvory S v obvodových prolisech ve směru působící odstředivé síly na sousední plášť 1 rotoru. Mezi oběma proudy vzduchu a přenosovou kapalinou dochází ke kombinované křížové výměně tepla. Podle obr. 2 jsou různoběžné celé soustavy vnitřních a vnějších plášťů rotoru 1 a průtočný objem cirkulační kapaliny C je rozdělen distribučními otvory 6 v okrajích plášťů 1 s postupně se snižující hustotou. Mezi oběma proudy vzduchu a přenosovou kapalmou dochází k protiproudé výměně tepla. Z vnějších distribučních otvorů G výstupní sekce odpadního vzduchu B tryská ohří tá kapalina C do sběrače 10 po celém obvodě pláště jednotky 9, kde se filtruje a je znovu nasávána potrubím 20 přes ventil 21 čerpadlem 22' a je vháněna do distribučních trysek 23. Odtud je přivedena na vnitřní povrch plášťů 1 sekce čerstvého vzduchu A, kde se kapalina C při rotaci a proudění postupně ochlazuje přiváděným vzduchem A, kterému tak předává tepelnou energii. Přebytek kapaliny C je přepadem 19 odveden do sběrné nádrže. Ventil 21 automaticky blokuje průtok cirkulační kapaliny C v závislosti na dostatečné rychlosti otáčení rotoru a při ztrátě napětí proudu, čímž vylučuje možnost gravitačního stékání kapaliny z plášťů 1 rotoru mimo jednotku.According to FIGS. 1 to 3, the flow of fresh outside air A is sucked through the inlet vanes 7 along the entire circumference between the rotating inner casings 1 of the rotor, against the direction of rotation thereof. Through the blades 2 at the end of the rotor, the air flow is forced out through the stator outlet blades 8 and through the heat exchangers 11 to heat the air through the central heating medium and through the diffuser 12 flows into the hall space. The exhaust air B from the hall is sucked under the ceiling between the rotating outer casings 1 of the rotor through blades 2 of opposite inclination. With the same sense of rotation of the entire rotor, the opposite direction of the exhaust air flow B to the direction of the fresh air flow A is thus achieved. there is an intense heat and moisture exchange upon direct contact of the air with the circulating antifreeze liquid C rotating and simultaneously flowing in the thin membranes on the inner sides of the rotor housings 1 due to the action of normal and tangential centrifugal force components by typing the rotation. At the same time, heat is transferred from the air masses A, B through the non-wetted outer surfaces of the rotor casings 1 to the flowing liquid C by passing through thin-walled metal casings 1 with negligible thermal resistance (R = 0.9 to 3.4. 10 ^-5 m ² KW ^_1 ) . The heat transfer intensity is practically the same in both cases. According to FIG. 1, all rotor housings 1 have an opposite inclination to each other and the entire flow volume of liquid C flows over all rotor housings 1 and, at the edges, nozzles through distribution openings S in circumferential recesses in the direction of centrifugal forces on the adjacent rotor housing 1. Combined heat exchange occurs between the two air streams and the transfer fluid. According to FIG. 2, the entire inner and outer casings of the rotor 1 are different and the flow volume of the circulating liquid C is divided by the distribution openings 6 in the edges of the casings 1 with gradually decreasing density. Countercurrent heat exchange occurs between the two air streams and the transfer fluid. From the outer distribution openings G of the exhaust air outlet section B a jet of heated liquid C is blown into the collector 10 along the entire circumference of the housing 9 where it is filtered and sucked again via line 20 through valve 21 through pump 22 'and blown into the distribution nozzles 23. fed to the inner surface of the skins 1 of the fresh air section A, where the liquid C is gradually cooled during rotation and flow by the incoming air A, to which it then transmits thermal energy. The excess liquid C is discharged to the collecting tank via the overflow 19. The valve 21 automatically blocks the flow of the circulating liquid C depending on a sufficient rotational speed of the rotor and at a loss of current voltage, thereby eliminating the possibility of gravity flowing of the liquid from the rotor housings 1 outside the unit.

Vysoká tepelná účinnost regeneračního výměníku teplovzdušné jednotky — 85 až 94 % j zajišťuje v přechodných obdobích la po většinu topného období úplné předehřátí přiváděného větracího vzduchu využitím odpadního tepla a značných teplotních gradientů v halových objektech. Zároveň tyto nástřešní jednotky zajišťují oblastní větrání jednotlivých pracovišť, výhodně · kombinací se sálavým systémem stropního ústředního vytápění, při radikální redukci teplotních gradientů po výšce hal.The high heat efficiency of the heat recovery unit heat exchanger - 85 to 94% j ensures in the transitional periods 1a and for most of the heating period complete preheating of the supplied ventilation air using waste heat and considerable temperature gradients in the hall buildings. At the same time, these roof units provide regional ventilation of individual workplaces, preferably in combination with a radiant ceiling central heating system, radically reducing the temperature gradients along the height of the halls.

Claims

Subject

A heat recovery air handling unit, the rotor of which consists of a casing in the form of concentric parts of rotary truncated cones, characterized in that the casings (1) of the rotor are mutually parallel, the inner and outer casings of the rotor casings (1) being mutually opposed

BACKGROUND OF THE INVENTION blades (2) for axially conveying supply air (A) and exhaust air (Bj in the opposite direction and on the shaft (4) a pump (22) of a circulating heat transfer fluid (Cj connected via a valve (21) via a duct (20) to a peripheral a header (10) in the housing (9j of the unit).