CZ38629U1 - Rotační výměník s lomenou vlnou pro zvýšení přestupu tepla - Google Patents

Description

Rotační výměník s lomenou vlnou pro zvýšení přestupu tepla

Oblast techniky

Technické řešení se týká rotačního rekuperačního výměníku vybaveného rotorem s návinem rovného a zvlněného plechu, u kterého je mechanickou úpravou narušením laminámího proudění v kanálku zvýšen přestup tepla při rekuperaci.

Dosavadní stav techniky

Zpětné získávání teplaje nedílnou součástí většiny profesionálních větracích a klimatizačních zařízení. Na tato zařízení jsou v rámci požadavků na Ekodesign větracích jednotek kladeny nároky na účinnost přenosu tepla a tlakovou ztrátu rotačních rekuperačních výměníků.

V moderních, dobře izolovaných budovách často převyšují tepelné zisky nad tepelnými ztrátami. Z tohoto důvodu je nutné výměníky zpětného získávání tepla regulovat tak, aby bylo možné větrací vzduch využít v maximální míře i pro odvod tepelné zátěže.

Rotační rekuperační výměník se používá ve větrání a klimatizaci pro zpětné získávání tepla. Příklady dosud známých výměníků tohoto typu lze nalézt například na webových stránkách jednoho z předních výrobců - firmy KASTT, spol. s r.o.

Pro přenos tepla z odváděného odpadního vzduchu do vzduchu přiváděného z venku využívá rotační rekuperační výměník akumulační hmotu, která se trvale otáčí kolem své osy a je tak umístěna zčásti v proudu odpadního vzduchu a zčásti v proudu vzduchu přiváděného. Rotor je tvořen kovovým, většinou hliníkovým plechem navinutým na náboj se střídavým návinem zvlněného a rovného plechu.

Z energetického pohledu je výměník charakterizován účinností zpětného získávání tepla. Při proudění vzduchu kanálkem rotoru nastává laminámí proudění, které je prakticky konstantní po celé délce kanálku. Laminámí proudění vzduchu má neblahý vliv na přestup tepla.

Nedostatkem rotačního rekuperačního výměníku jsou tepelné ztráty při rekuperačním procesu, které nejsou žádoucí a je snahou je minimalizovat.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje rotační výměník s lomenou vlnou pro zvýšení přestupu tepla při rekuperaci, podle tohoto technického řešení.

Rotační rekuperační výměník, u kterého je technické řešení aplikováno, obsahuje rotor, skříň výměníku a pohon. Rotor obsahuje náboj, na který je v několika vrstvách plynule navinuta dvojice shodně širokých kovových, obvykle hliníkových pásů, z nichž vždy jeden je hladký pás a druhý zvlněný pás.

Zvlněný pás je tloušťky 0,03 až 1,0 mm. Zvlněný pás je vytvořen pravidelným zvlněním oblých nebo skládaných vln výšky 1 až 3 mm o délce vlny 2 až 10 mm.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že pro narušení laminámího proudění vzduchu v profilovaném kanálku je každá vlna zvlněného pásu minimálně na jednom místě opatřena aerodynamickou překážkou. Touto aerodynamickou překážkou je lomená vlna.

- 1 CZ 38629 UI

Lomená vlna zvlněného pásuje vytvořená lokální impresní deformaci každé vlny vtlačením hrotu vtlačovaného předmětu, například zubu ozubeného prstence do jednotlivých vln zvlněného pásu. Lom vlny může být ve tvaru písmene U.

Lom vlny je obvykle tvaru písmene V, přičemž vrcholový úhel lomu je 30° až 150°. Obvykle však vrcholový úhel bývá v rozmezí kolem 80° až 100°.

Lom vlny může být tvaru trojúhelníku se základovým úhlem 15° až 75°.

Lomené vlny zvlněného pásu jsou vzájemně identické a jsou umístěny ve stejné vzdálenosti od okraje zvlněného pásu.

Tvar hrotu vtlačovaného předmětu do jednotlivých vln určuje výsledný tvar každé lomené vlny, když deformace každé vlny zvlněného pásu tento tvar hrotu kopíruje. Dochází tak k nevratné deformaci jednotlivých vln v místě působení hrotu. Přitom deformace je obvykle nedestruktivní. Někdy však, zejména při intenzivním vtlačování hrotu nebo nižší tažnosti materiálu zvlněného pásu, ze kterého jsou jednotlivé vlny vytvořeny, dochází k destruktivnímu porušení vlny v místě vtlačování. To však nemá vliv na funkci při předávání tepla rotoru rotačního rekuperačního výměníku. Dokonce lze konstatovat, že destruktivním porušením vlny dochází kještě intenzivnějšímu narušení laminámího proudění, a tím i lepšímu předávání tepla mezi proudícím vzduchem a hmotou rotoru rotačního rekuperačního výměníku.

Pod pojmem lokální impresní deformace je pro účely této přihlášky výsledek vtlačení tvarově definovaného předmětu, například hrotu nebo zubu ozubeného prstence do každé vlny zvlněného pásu, a to nejlépe v době, kdy je zvlněný pás vyráběn pro realizaci rotoru rotačního rekuperačního výměníku, tj. v době před navinutím dvojice shodně širokých kovových pásů, z nichž vždy jeden je hladký pás a druhý zvlněný pás opatřený vlnami. Vytvořením lomené vlny lokální impresní deformací je každá vlna zvlněného pásu minimálně na jednom místě opatřena aerodynamickou překážkou, kterou je lom vlny, tvořený lokální impresní deformací. Lokální impresní deformace má za následek narušení laminámího proudění v každém pravidelně uspořádaném profilovaném kanálku rotoru, vytvořením lokálních turbulencí.

Takto vytvořená aerodynamická překážka se projeví narušením laminámího proudění vzduchu při průchodu vzduchu kolmo na rotor rotačního výměníku, když vzduch prochází uspořádanými profilovanými kanálky, které vznikly plynulým navinutím dvojice shodně širokých kovových pásů, z nichž vždy jeden je hladký pás a druhý zvlněný pás.

Pod pojmem lomená vlna je pro účely této přihlášky nevratná deformace každé vlny zvlněného pásu, vytvořená na jednom nebo více místech každé vlny zvlněného pásu lokální impresní deformací.

Objasnění výkresů

Technické řešení je blíže objasněno pomocí výkresů a fotografií, na kterých je znázorněno technické řešení a jeho zhotovení, přičemž je na:

obr. 1 fotografie detailu spodního profilovaného válce přístroje dle obr. 1, na kterém je vytvářen zvlněný pás opatřený řadami lomených vln;

obr. 2 fotografie detailu horního profilovaného válce přístroje dle obr. 1, na kterém je vytvářen zvlněný pás opatřený řadami lomených vln - ve spodní části vyobrazení je patrný spodní profilovaný válec;

-2CZ 38629 UI obr. 3 čelní pohled na část zvlněného pásu opatřeného třemi řadami lomených vln - zvlněný pás byl vytvořen průchodem rovného pásu mezi dvěma profilovanými válci přístroj e dle obr. 1;

obr. 4 v axonometrickém nákresu znázorněn segment vedle sebe i nad sebou uspořádaných profilovaných kanálků vytvořených navinutím vždy jednoho hladkého pásu a jednoho zvlněného pásu;

obr. 5 v axonometrickém pohledu znázorněna skladba segmentu dvou hladkých pásů, mezi nimiž je umístěn zvlněný pás opatřený třemi řadami zalomené vlny;

obr. 6 znázorněn půdorys segmentu zvlněného pásu opatřeného třemi řadami zalomených vln - zvlněný pás je zhotoven ze skládaných vln; a obr. 7 schematicky v axonometrickém pohledu znázorněn segment zvlněného pásu opatřený skládanými vlnami, z nichž každá je na pěti místech opatřena lomením vlny - lomení vlny je znázorněno pouze schematicky.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení je realizováno již při výrobě rotoru rotačního rekuperačního výměníku. V prvním příkladném uskutečnění je zhotoven rotor rotačního rekuperačního výměníku realizovaný pravidelným návinem hliníkových pásů na náboj rotoru. Přitom hliníkové pásy jsou tvořeny vždy jedním hladkým pásem 3 a jedním zvlněným pásem 7, jak patrno z obr. 4.

Pro výrobu rotoru jsou připraveny dva svitky 4 hliníkových pásů, každý tloušťky 0,05 mm a šířky 20 cm. Každý z nich je namotaný do svitku 4 a má délku cca 100 metrů.

První svitek 4 hliníkového pásu je určen pro zhotovení hliníkového hladkého pásu 3, který je zhotoven prostým odvinutím hliníkového pásu ze svitku 4.

Druhý svitek 4 hliníkového pásuje určen k výrobě hliníkového zvlněného pásu 7. Jeho zhotovení probíhá tak, že ze svitku 4 se odvíjí hliníkový pás, který je zpracován speciálním zařízením dávající mu tvar zvlnění. Zařízení pro zhotovování zvlněného pásu 7, jehož vlny 1 jsou opatřeny lomením, sestává z horního profilovaného válce 5 a spodního profilovaného válce 5. Průchodem hliníkového pásu mezi profilovanými válci 5 se vytváří zvlněný pás 7 opatřený třemi řadami lomených vln 2. Dva profilované válce 5 přístroje hliníkovému pásu vtiskují požadovanou strukturu vlnitého vzoru, a to včetně tří řad lomených vln 2.

Horní profilovaný válec 5 se skládá ze čtyř shodných částí nasunutých společně na hřídeli. Ve třech spoj ích mezi těmito čtyřmi částmi j e umístěn ozubený prstenec 6, j ehož počet zubů odpovídá počtu vln 1 zvlněného pásu 7 horního profilovaného válce 5. Tato konfigurace je patrná z obr. 2.

Spodní profilovaný válec 5 se rovněž skládá ze čtyř shodných částí nasunutých společně na hřídeli. V každém ze tří spojů mezi těmito částmi je umístěn distanční prstenec 8, který má menší průměr, než má samotný profilovaný válec 5, jak je zřejmé z obr. 1.

Tím vzniká při souběžném potáčení obou profilovaných válců 5 prostor pro zuby ozubeného prstence 6 horního profilovaného válce 5.

Po průchodu hliníkového pásu mezi dvojicí profilovaných válců 5 vystupuje hotový zvlněný pás 7, opatřený oblými vlnami 1, jejichž tvar odpovídá profilu profilovaných válců 5. Přitom na třech místech, které jsou umístěné ve stejné vzdálenosti od okraje zvlněného pásu 7, je na každé vlně 1 zvlněného pásu 7 vytvořena lomená vlna_2. Segment hotového zvlněného pásu 7 je zobrazen na obr. 3 fotografií a na obr. 6 nákresem.

- 3 CZ 38629 UI

Následně je připraven druhý svitek 4 s hliníkovým pásem, který není nikterak upravován a odvíjí se z něj hladký pás 3.

Na připravený náboj rotoru je v několika vrstvách plynule navinuta dvojice shodně širokých kovových pásů, z nichž vždy jeden je hladký pás 3 a druhý zvlněný pás 7.

Připravené dva hladké pásy 3, mezi nimiž je vložený zvlněný pás 7, je patrný z obr. 5. Hladký pás 3 a zvlněný pás 7 se pravidelně střídá, počet hladkých pásů 3 a zvlněných pásů 7 je na rotoru stejný.

Každá vlna 1 zvlněného pásu 7 je takto opatřena lomením, zhotoveným impresní deformací zuby ozubeného prstence 6. Takto vytvořená lomená vlna 2 tvoří aerodynamickou překážku a narušuje laminámí proudění vzduchu v profilovaném kanálku, procházející kolmo na rotor rotačního rekuperačního výměníku vedle sebe i nad sebou uspořádanými profilovanými kanálky.

Ve druhém příkladném uskutečnění je situace obdobná.

Zvlněný pás 7 však není vytvořen na zařízení profilující oblé vlny J, nýbrž na jiném zařízení, jehož profilované válce 5 jsou uzpůsobeny pro profilování skládaných vln L Segment zvlněného pásu 7 opatřený skládanými vlnami 1, z nichž každá je na pěti místech opatřena lomením vlny 2, je znázorněna na obr. 7. Na vyobrazení 7 je lomení vln j_ znázorněno pouze schematicky.

Průmyslová využitelnost

Rotační rekuperační výměník s lomenou vlnou má lepší přestup tepla mezi procházejícím vzduchem a hmotou rotoru rotačního rekuperačního výměníku, což se příznivě projeví v jeho celkové účinnosti.

Claims (5)

1. Rotační výměník s lomenou vlnou (2) pro zvýšení přestupu tepla při rekuperaci, obsahující rotor, skříň výměníku a pohon, přičemž rotor obsahuj e náboj, na který j e v několika vrstvách plynule navinuta dvojice shodně širokých kovových pásů, z nichž vždy jeden je hladký pás (3) a druhý zvlněný pás (7), přitom zvlněný pás (7), který je vytvořený pravidelným zvlněním oblých nebo skládaných vln (1) výšky 1 až 3 mm o délce vlny 2 až 10 mm, je tloušťky 0,03 až 1 mm, čímž jsou v rotoru vytvořeny vedle sebe i nad sebou uspořádané profilované kanálky, vyznačující se tím, že pro narušení laminámího proudění vzduchu v profilovaném kanálku je každá vlna (1) zvlněného pásu (7) minimálně na jednom místě opatřena aerodynamickou překážkou, kterou je lomená vlna (2), vytvořená lokální impresní deformací.

2. Rotační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že lomená vlna (2) je tvaru písmene U.

3. Rotační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že lomená vlna (2) je tvaru písmene V, přičemž vrcholový úhel lomu je 30° až 150°, výhodněji 80° až 100°.

4. Rotační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že lomená vlna (2) je tvaru trojúhelníku se základovým úhlem 15° až 75°.

5. Rotační výměník podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lomené vlny (2) zvlněného pásu (7) jsou vzájemně identické a jsou umístěny ve stejné vzdálenosti od okraje zvlněného pásu.