CZ20032720A3 - Nucený komínový tepelný výměníkový systém - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výměníkového tepelného systému pro návratnost a tím i úspory tepla při výměně vzduchu ve vnitřních prostorech zejména obytných domů, složeného z komínového výměníku tvořeného dvojitým soustředným trubkovým systémem, umístěným do izolačního pouzdra výměníku, kdy rovnoměrné proudění a zejména stejné množství nasávaného a vystupujícího vzduchu zajišťuje modul s ventilátory a regulací jejich výkonu pro nucený oběh vzduchu.

Dosavadní stav techniky

Tento vynález navazuje na již mnou podanou přihlášku vynálezu u Úřadu průmyslového vlastnictví v Praze 6, s názvem „Nucený komorový tepelný výměníkový systém“ pod spisovou značkou PV 2003-1875, ze dne 4. července 2003 a používá z něho systém regulace množství vzduchu procházejícího nuceným tepelným výměníkovým systémem a to odsávaného z místnosti a vháněného zpět, vyznačující se tím, že ventilátory tohoto systému přizpůsobují svůj výkon a to pomocí systému založeném na síle vznikající z odporu terčíků umístěných v proudícím vzduchu v souběžném potrubí tak, aby ven i dovnitř proudilo stejné množství vzduchu, včetně možnosti regulovat celkový výkon a tak i celkové množství vyměněného vzduchu, uvedeného v patentových nárocích pod číslem 2. Zároveň používám i tam použitou a k rozšiřujícímu systému upravenou část o dosavadním stavu techniky:

Čas plyne a Země pomalu vyčerpává své zásoby paliv. Elektrická energie získaná jinými způsoby je nemůže plně nahradit a navíc i ona má své hranice výroby. Je jen otázka několika let, kdy se ceny energií začnou rychle zvyšovat. Bude nutno hledat úsporná opatření, kdo je dříve najde bude ve výhodě. Jedním ze základních problémů a to nejen domácností, se stane udržení tepla v obytných prostorách, kancelářích a výrobních provozech. Problém jak udržet teplo a čistý vzduch, což patří k základnímu komfortu života, bez zbytečných ztrát energie a s přijatelnými náklady, to byl důvod mého rozhodnutí hledat řešení. Stavební firmy nastoupily cestu vysoce tepelně izolačních materiálů, takže tepelné ztráty vznikající únikem tepla pláštěm staveb jsou dnes již minimální. Zatím však nikdo uspokojivě nevyřešil otázku výměny vzduchu ve vnitřních prostorech, kdy ztráty tepla větráním dosahují kolem 70% energie na vytápění. Přitom výměna vzduchu zvyšuje podstatně komfort bydlení a zároveň odvádí i vlhkost a zabraňuje vzniku kondenzace par na zdech a plísní. V této oblasti jsem podal přihlášku vynálezu s názvem „Nucený komorový tepelný výměníkový systém“, pod č. PV 2003• · · · φ ·

1875. Dalším systémem, který tuto oblast řeší, je „Nucený komínový výměníkový systém“. Cílem je splnění obdobných kriterií:

- vysoká účinnost

- jednoduchost a snadná výroba s využitím již známých technologií a technických prvků

- snadná údržba, nízká hlučnost, snadný odvod kondenzátu

- možnost doplnění dalších funkcí - současná filtrace vzduchu od prachu, pylu, hmyzu ale i vypínání pomocí čidla při přítomnosti kouře a smogu venku, aromatizace vzduchu atp.

- možnost speciálních řešení - kombinace s přitápěním, chlazením, kombinace s klimatizací, možnost regulace pomocí programátoru atp.

- vysoká životnost

- plynulé nahrazení starého vzduchu, snížení vlhkosti vzduchu a účinné odstranění vlhkosti z kondenzované páry na zdech a tím i zamezení vzniku plísní

- možnost vytvoření stavebnicového systému komponentů

- možnost dokonalého utěsnění oken a dveří proti unikání tepla (to nebylo dříve možné, protože by se vzduch rychle vydýchal, vysoká vlhkost by způsobovala srážení par na zdech a zejména v rozích a vznikaly by plísně), regulovaný výkon ventilátorů přivádí stejné množství vzduchu dovnitř i ven - nevzniká podtlak ani přetlak v místnosti.

Dřívější systémy uváděné jinými autory jsou komplikované, ať již co do výroby či údržby, často i málo účinné, nebo jsou příliš náročné na výrobu a nákladné.

Podstata vynálezu

Základním prvkem tohoto systému je „komínový výměník tepla“.

Je vyobrazen na obrázku č. 1. Na obr. je Číslicí 1 označena část vnitřní trubky sloužící jako nástavec pro vstupní filtr, č. 2 ukončení vnější trubky těsnící přírubou, č. 3 výstup vzduchu tvořící nástavec pro odvod vzduchu, č. 4 izolační plášť, Č. 5 vnitřní trubka komínového výměníku, č. 6 vnější trubka komínového výměníku, ě. 7 nástavec pro vháněný vzduch z modulu s ventilátory, č. 8 nástavec pro vstupující vzduch do modulu s ventilátory, č. 9 trubičky pro odvod kondenzátu. Další částí je „modul s ventilátory a regulací“ na obr. č. 2. Jde o komponent již uvedený v mé přihlášce vynálezu č. PV 2003-1875 jako patentový nárok č. 2, proto jej nebudu dále popisovat. Jen doplňuji, že krom terčíkového principu pro regulaci množství procházejícího vzduchu lze použít i jiné principy, využívající fyzikální vlastnosti proudícího vzduchu - např. principů využívaných ·· ···· ·· ···· • · · v zabezpečovacích systémech u pohybových čidel. Výkon ventilátorů je vhodné volit tak, aby např. v bytech došlo k 10. výměnám vzduchu za den. Např. pro byt o podlahové ploše 70 m2 počítejme prostor kolem 180 m3, což odpovídá přibližně výkonu125 m3 za minutu. Jde tedy o velmi malé výkony, srovnatelné s výkony ventilátorů v počítačích nebo digestořích, které by bylo možno i využít, protože jsou již praxí vyzkoušené a mají vysokou spolehlivost, tichý chod atd..

Systém by měl být opatřen „filtrem nasávaného vzduchů“ z venku. Jeho řez je zobrazen na obr. č. 3. Jeho části jsou označeny takto: č. 1- kryt filtru, č. 2mřížka proti hmyzu, č. 3- filtr proti prachu atp., nejlépe skládaný, č. 4 - otvory pro vstup vzduchu do vnitřní trubky, č. 5 - příruba pro nasunutí na konec horního dílu vnitřní trubky komínového výměníku. Jde o příklad, vlastní konstrukci ponechám na výrobci, protože jde o obvyklé vzduchotechnické zařízení.

Částmi komínového výměníku tepla jsou dvě soustředné, dostatečně dlouhé (dle požadavků na účinnost, ale u rod. domů doporučuji nejméně 4 m) trubky, jejichž vzájemná poloha je vymezena např. drátěnými rozpěrkami (jaké se používají např. u odtahů plynových turbokotlů) na koncích opatřené přírubami pro napojení dalších komponentů. V budově je systém ukončen modulem s ventilátory a dále trubičkami pro odvod kondenzované vody, v horní části pak nástavcem s filtrem a odváděcím podtrubím pro odpadní vzduch.

Poznamenávám, že vlastní výrobky budou mít upravené rozměry dle požadavků na výkon jednotky, účinnost, materiály atp.. Považuji za vhodné zachování přibližných poměrů průměrů trubek, aby průřezy pro vstupující a vystupující vzduch byly přibližně stejné (poloměr vnitřní trubky - r, poloměr vnější trubky R - pro jejich vzájemný poměr platí přibližně vztah R=fTr, pokud budeme uvažovat tloušťku plechu vnitřní trubky -1, pak matematický vztah zní:

R=ř 2r +2rt+?). Trubkový systém je umístěn v izolačním pouzdře. Jeho tloušťku doporučuji upravit dle izolačního materiálu, který má být použit. Profil může být čtvercový, kruhový atp., dle účelu. Podmínkou je, aby po obvodu nikde jeho stěna nebyla menší než minimální izolační tloušťka. Pro vlastní tělo „kominu“ doporučuji stavebnicový systém např. z dílů o délce lm, napojovatelné pomocí přírub, prolisů atp.. Vnitřní trubka musí být z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí, např. hliník, měď atp..

Je nutno vycházet z účelu pro jaký má být použit, např. do otvoru komína, podél vnější zdi, do ventilační šachty, jako konstrukční součást domu atp.. Pro zabezpečení dobré funkce výměníku je nutno zajistit těsnost trubek vůči sobě, přitom příruby směřují nahoru, aby kondenzovaná voda mohla volně stékat po stěně na dno a odtud být trubičkou odváděna např. do odpadu. Je nutno, aby tento odpad kondenzátu byl opatřen sifonem, který zamezí přisávání falešného vzduchu - musí mít dostatečný sloupec vody, aby nebyla vysávána podtlakem nebo vytlačována přetlakem způsobeným ventilátory nebo vlastním „tahem“ vznikajícím jako v komíně.

Protože není účelem tohoto patentu stanovit technologii výroby, ponechám na výrobci, aby sám vybral vhodné technologie výroby dle účelu, ke kterým má být

···· · ·· ♦ ·· · · • · · · zařízení využito. Přitom je na něm, aby tyto technologie a konečný výrobek byl v souladu s platnými technickými normami. Z technologie výroby pak vychází i technologie údržby např. u filtrů atd..

Pro plynná media (dále vzduch) tento výměník vyžaduje nucený oběh, který zajišťuje např. modul s ventilátory s řízeným výkonem, který jsem navrhl již v citované přihlášce vynálezu č. PV 2003-1875, pod patentovým nárokem č. 2.1 zde je nutné, aby ventilátory proháněly oběma směry - tj. jak ven, tak dovnitř stejné množství vzduchu.

S nuceným oběhem vzduchu souvisí i rozvod ve větraných prostorech. Pokud jde o byty, doporučuji i v těchto systémech plochá potrubí (s obdélníkovým průřezem), která tolik nenarušují estetické hodnoty obytných místností, vzduch pak vypouštět mřížkou. Je nutno využít zkušeností s již používanou vzduchotechnikou - např. klimatizací, aby nedocházelo např. k hlučným vibracím vzduchu v rozvodovém potrubí. Systémy je nutno doplnit i vhodnými propojovacími prvky.

Připomínám, že i zde, všechny otvory - ať již vstupní nebo výstupní je nutno opatřit síťkou nebo mřížkou proti vniknutí hmyzu a drobných živočichů - myší, atp.. Dále je nutné, aby přívod a výstup vzduchu venku byly od sebe dostatečně vzdáleny - tedy jeden z nich musí být opatřen potrubím, které přivádí nebo odvádí vzduch např. na jinou stranu budovy, aby nedocházelo k promísení. Je nutno vycházet z konkrétních podmínek instalace.

_ -v

Elektrickou část instalace je nutno řešit v souladu s CSN a ovládací panel včetně obvyklých indikačních prvků je možno umístit samostatně v místnosti.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. č. 1 - komínový výměník tepla - komplet

Obr. č. 2 - modul s ventilátory a systémem terčíkové regulace Obr. Č. 3 - vnější filtr - řez

Příklad provedení vynálezu

Na výkresech znázorněné komponenty komínového tepelného výměníkového systému lze využít k těmto provedením vynálezu:

1) Základní provedení „Nuceného komínového výměníkového systému“ např. pro rodinné domy, kde je možno vlastní výměník umístit např. do komína, nebo i vést vně budovy po obvodové zdi atp.. Podstatným způsobem sníží spotřebu tepla v zimním období a energie potřebné na udržení potřebného klimatu uvnitř domu.

• 9 9 9 9 9 · ···

9999 • · 9

9 9 • 9 · • 9 9 9 • 9 99

Další příklady jsou obdobné jako u PV 2003-1875:

2) Výměník s ohříváním vzduchu

Pokud máme objekt dobře tepelně izolovaný, je možno nahradit lokální topení vložením ohřívacího modulu (převážně elektrického) přímo do výstupu vzduchu z výměníkového systému do objektu. Teplý vzduch je pak plynule rozváděn do vnitřních prostorů. Ohřívací modul musí být opatřen zabezpečovacím systémem dle ČSN a bytovým termostatem, jinak by snadno došlo k přehřívání místností. Tento systém považuji do budoucna za velmi perspektivní obdobně jako následující kombinaci výměníku s klimatizací.

3) Výměník s klimatizací

Pro zajištění dokonalého komfortu bydlení a vnitřního životního prostředí je určena kombinace tepelného výměníku s klimatizací. Klimatizační prvek je možno vyrábět jako další díl stavebnicového systému. Nutno však mít na zřeteli, že rozvodné potrubí ve vnitřním prostoru musí být vybaveno svodem kondenzované vody, která se při rozvodu studeného vzduchu na potrubí sráží a stéká. Musí být upraveno i proti pronikání kondenzátu z rozvodného systému na povrch potrubí a odizolováno tak, aby se na jeho povrchu pára nesrážela.

Vylepšení pro shora uvedené aplikace (obdobné jako u PV 2003-1875):

- možnost přidat k výměníku indikátor na kouř a smog - je možno jej umístit před vstupní části vzduchu z venku, např. do prostoru před vnější filtr. Propojením s ventilátory může systém při zamoření kouřem nebo smogem automaticky vypnout a po snížení koncentrace opět automaticky zapnout.

Pro mnoho oblastí je to jediná možnost jak si udržet v bytech čistý vzduch a jak „větrat“ jen v době, kdy je venku čistý vzduch a nemuset přitom být doma

- pro zvýšení komfortu je možno vzduch vstupující z výměníku do místnosti i parfémovat pomocí odpalovacích nádobek vložených do výstupního prostoru za ventilátorem. S vložením nádobek s aromatickou látkou je nutno počítat i při výrobě tělesa výměníku, případně v rozvodovém systému ventilace

- doporučuji komponenty vyrábět tak, aby tvořily stavebnicový systém, který je možno doplňovat dle potřeby a požadavků zákazníka

- zapínání a vypínání systému lze upravit programátorem, obdobně jako topení nebo klimatizaci

Průmyslová využitelnost

Shora popsané systémy také předurčují velmi Široké využití systémů pro úspory energií v domácnostech, kancelářích, výrobních provozech. Přitom nákladnost na výrobu, instalaci a provoz je minimální. Navíc lze vytvořit kompletní stavebnicový systém na sebe navazujících komponentů. Předpokládám, že tyto systémy se stanou i součástí nově projektovaných rodinných domů a dalších budov.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém proudění vzduchu v nuceném komínovém tepelném výměníkovém systému, vyznačující se tím, že výměnu tepla zajišťuje plášť vnitřní trubky v dostatečně dlouhé ,,komínové“ části systému tvořeného dvěma soustřednými trubkami v izolačním pouzdru, kdy modul s ventilátory zajišťuje regulované proudění vzduchu tak, aby z větraných prostorů odcházelo stejné množství vzduchu jako je do něho zpět čerpáno a to v požadovaném regulovatelném množství