FI59477C - Anordning foer tillvaratagande av vaerme fraon ventilationsluft - Google Patents

Description

Rär^l [B] (11)KUULUTUSjUI.KAISU cg/7 7 l J ' ; UTLÄGGN I NGSSKRIFT O ^ H / / C Patentti myönnetty 10 06 1131 yfM Patent neddolat (51) Kv.ik.3/Int.a.3 F 24 P 5/00, F 28 F 13/06 SUOMI —FINLAND (21) FttMttitMkMMu-PMmtaiMBkninf 783557 (22) Hakamliftlvl — AiMMcnlngarfag 21.11.78 * * (23) AlktipUvi—GlMghKadag 21.11.78 (41) Tullut |ulkis«k*t — Blivlt offuntllg 22.05· 80

Patentti- ia rakiatarihallitiM ... ________ .__ .

. . ' (441 Nlhttvlkdpanon ) kutiLhilkalmn pvm. —

Patent- och raglataratyralaan AmMcm utiagd och uti.«krtft*n pubHcanui 30.0U. 8l (32)(33)(31) Fyy4«R)r atuolkeaa—Sagird prtoritat (71)(72) Jorma Huju, 3Ö100 Karkku, Suomi-Finland(FI) (74) Tampereen Patenttitoimisto (5¾) Laite tuuletusilman lämmön talteenottami seksi -

Anordning för tillvaratagande av vanne fr&n ventila-tionsluft

Keksintö kohdistuu laitteeseen tuuletusilman lämmön talteen-ottamiseksi ja siirtämiseksi raittiiseen tuloilmaan, laitteen käsittäessä sinänsä tunnettua rakennetta olevan lämmönvaihtimen, jossa on kennosto pitkittäi sine ilmasolineen ja niiden välisine vä1iseinämineen , lämpimän poistoilman virratessa kennoston pituussuunnassa aina joka toisessa solassa ja kylmän raitisilman virratessa pääasiassa vastakkaiseen suuntaan näiden välisissä solissa, jolloin poistoilman lämpö siirtyy vä1iseinämien johtamana raittiiseen tuloilmaan, laitteen ollessa varustettu puhaltimilla virtauksen tehostamiseksi, ja jolloin kennostoon on järjestetty yksi tai useampia pääasiassa peräkkäisiä ilmavirtauksen kierrätysalueita toisen tai molempien ilmavirtausten puolelle lämmönsiirtoa tehostavien pyörre-virtausten aikaansaamiseksi.

2 59477

Patenttijulkaisusta Fl-50278 on tunnettu käyttää edellä esitetyn kaltaisia kierrätysalueita. Mainitut alueet saadaan aikaan portaattomasti maksimi- ja minimiasentojensa välillä säädettävien kuristuslevyjen avulla. Kuristuslevyjen avulla pidetään virtaus kanavissa turbulenttisena, vaikka tuuletusilman määrä vaihtelee. Patentin 50278 mukaisilla kierrätysaluei11 a ei kuitenkaan saavuteta nyt kyseessä olevan laitteen etuja, koska virtausta ei palauteta taaksepäin kennostossa, vaan turbulenssi syntyy ainoastaan kuristuslevyjen läheisyyteen.

Suomalaisesta patenttihakemuksesta 3148/71 on tunnettu menetelmä ja laite lämmönsiirron parantamiseksi, jolloin lämmön-siirt opinnal1 a virtaava, lämpöä ottava tai luovuttava aine ensimmäisessä vaiheessa virtaa suuntaissiirrettyä rataa ja toisessa vaiheessa pyörivästiesim. ruuvikierteen muotoista rataa, jolloin aine on ainakin osittain 1ämmönsiirt opinnan kanssa kosketuksissa. Mainitun hakemuksen mukainen menetelmä ja laite on teknisesti vaikea toteuttaa eikä tällöin saavuteta seuraavassa esitettäviä tämän keksinnön etuja erityisesti hyötysuhteen osalta.

Aikaisemmin tunnetuissa laitteissa on epäkohtana suhteellisen huono hyötysuhde, mistä johtuen poist oilmassa olevaa lämpöä saadaan talteen vain pieni osa, melkoisen määrän mennessä hukkaan. Näin tapahtuu erityisesti n. 60 - 100 % suhteellisen kosteuden omaavan tuuletusilman sisältämälle lämpöenergialle, josta sisääntuleva raitisilma ei voi vastaanottaa kuin enintään 50 %, kuten esim. ns. Mollier'in piirrosta tarkasteltaessa käy selville. On luonnollisesti mahdollista parantaa ja tehostaa tunnettuja lämmönvaihtimia suurentamalla niiden läm-mönsiirtopintoja, mutta tämä tekee rakenteen kalliiksi ja ti1aavieväksi aiheuttaen myös muita häviöitä, kuten suuremman virtausvastuksen. Kennojen välttämätön puhdistus ja huolto käy hyvin vaikeaksi ja mahdottomaksi, jos pintoja suurennetaan.

Tämän keksinnön tarkoituksena on edellämainittujen epäkohtien poistaminen tuu1 etusi1 man lämmön talteenotossa ja entistä * 3 59477 tehokkaamman laitteen aikaansaaminen, jolloin voidaan saada suuria säästöjä aikaan lämpöenergian käytössä aikaisemmin tunnettuihin laitteisiin verrattuna.

Keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisessa pa t en 11 i vaa t i muk s e s sa .

Keksinnön tunnusmerkin mukaisesti on lämmön siirtymisen tehostamiseksi järjestetty siten, että kukin kierrätysalue tai osa niistä on muodostettu imu- ja poi stoaukol 1 a varustetuksi kanavaksi, johon on järjestetty puhallin, jolloin osa kennostossa virtaavasta ilmasta palautetaan kennostossa taaksepäin kiertoliikkeessä kanavien imuaukkojen ja kanavien kautta puhaltimien vauhdittamina. Samalla voidaan lämmönvaihtimeen johtaa lämmintä poistoilmaa vastaavaa määrää enemmän raitista, lämmitettävää tuloilmaa, josta ylimääräinen osa on järjestetty otettavaksi lämmitettynä ulos lämmönvaihtimesta hieman a 1emmassalämpötilassa kuin varsinainen lämmitetty tuuletusilma, jolloin se voidaan käyttää hyödyksi muiden kuin tuuletettavien tilojen lämmitykseen.

Edelläesitettyjen tunnusmerkkien mukaisella järjestelyllä on mahdollista aikaansaada suuria säästöjä lämpöenergian käytössä, koska entistä suurempi osa lämpimän poistoilman sisältämästä lämmöstä saadaan talteen. Säästöä tulee myös siinä suhteessa, että voidaan ylimääräisesti saatavalla lämmöllä lämmittää muitakin tiloja kuin varsinainen tuuletettava tila. Käyttöhäiriöitä jäätymisen vuoksi ei ole. Energian tarve on pieni. Rakenne on yksinkertainen ja huolto helppoa.

Keksintöä on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä, jossa on piirustukseen viitaten esitetty eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto.

E i i rust uk ses sa kuva 1 esittää kaaviomaisesti sivulta katsottuna pitkittäisleikkauksessa keksinnön mukaista laitetta t uul e,t'u si lman lämmön ta 11eenottamisek si, 4 59477 kuva 2 esittää edellisen yhteyteen kuuluvaa diagrammia poisto-ilman energiasisällöstä ja tuloilman tarvitsemasta tai saamasta energiasta lämmönvaihtimessa.

Keksinnön mukainen laite käsittää pääasiassa pitkänomaisen, poikkileikkaukseltaan sopivimmin neliön tai suorakaiteen muotoisen kotelon 1, jonka sisälle on rakennettu pituussuunnassa ulottuva kennosto 2, jossa kennoja erottavat toisistaan sopivin välein pystysuorat, pituussuunnassa ulottuvat metalli-levyt 3# joiden kautta lämpö siirtyy toisissa kennoissa vir-taavasta väliaineesta viereisissä kennoissa virtaavaan kylmään väliaineeseen, joka täten siis vastaavasti lämpenee. Poikkileikkauksessa katsottuna on siis kennostot muodostettu siten, että joka toinen kenno on tarkoitettu kylmälle väliaineelle ja joka toinen kenno lämpimälle väliaineelle. Lämmin väliaine voi olla siis esim. ulos puhallettava lämmin poistoilma ja kylmä väliaine vastaavasti tilalle otettava raitis ilma.

Ilmavirtojen kulku laitteessa voidaan järjestää kuvan 1 mukaisesti siten, että ulos puhallettava poistoilma johdetaan sisään kuvassa 1 vasempaan päähän 4 ao. kennoihin. Ilman virratessa kennojen kautta se luovuttaa lämpöä kennojen seinämiin ja tulee ulos jäähtyneenä vastakkaisesta päästä 6. Kennoston vasempaan päähän 4 on järjestetty puhallin 5 virtauksen tehostamiseksi. Raitis ilma otetaan sisään vastakkaisesta päästä 6, mutta edullisimmin alapuolelta kohdasta 7, mistä se voidaan mukavimmin johtaa sisään omiin kennoihinsa. Kennos-tossa se virtaa sitten lämpimän poistoilman virtaussuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan, jolloin se ottaa lämpöä kennoston seinämistä, joihin lämmin poistoilma on luovuttanut lämpönsä. Lämmin raitisilma otetaan edullisimmin ulos pään 4 yläpuolelta aukon 8 kautta.

Lämmön siirtämisen tehostamiseksi on keksinnön mukaan järjestetty siten, että kennosto on pituussuunnassaan jaettu kierto-alueisiin tai vyöhykkeisiin, joihin kuhunkin on muodostettu siihen kuuluvan puhaltimen avulla niin voimakas ilmankierto, 5 59477 että kennostossa syntyy sillä kohdalla voimakas turbulenssi eli pyörrevirtaus, joka nopeuttaa lämmön siirtymistä kennos-ton väliseinämiin ja niiden kautta edelleen viereisissä kennoissa virtaavaan väliaineeseen.

Mainittuja puhaltimilla varustettuja kiertoalueita voi olla kolme, kaksi tai yksi ra i t i si lmapuol el la ja samoin poisto-ilmapuole 1la. Mikäli poistoilma kuitenkin on kosteata - suht. kosteus 60-100 % - ei poistoilman puolella tarvita näitä tehostajia, vaan lämpö siirtyy välilevyihin kosteuden kondensoituessa erittäin tehokkaasti.

Raitis ilma johdetaan puhaltimen 9 avulla kennostoon 2 sen oikeanpuoleisen pään alapuolella olevasta aukosta 7. Tästä ilmasta palautuu suuri osa edessä olevan aukon 10 kautta kanavaa 15 myöten takaisin lähtökohtaan, puhaltimeen 9 ja sieltä edelleen takaisin kennostoon muodostaen näin kierto-alueen I, jossa on voimakas, pyörrevirtausta muodostava ilmankierto. Tällöin tehostuu lämmön siirtyminen välilevyistä raitisilmaan, jolloin kie rtoaluee1 la oleva ilmavirta lämpiää nopeammin väliseinämiä vastaavaan lämpötilaan. Tästä ensimmäisestä kiertoalueesta virtaa jatkuvasti osa tuuletusilmaa ja ns. ylimääräistä ilmaa (tarkemmin jälempänä) vastaava ilmamäärä puhaltimen 9 vauhdittamana vastavirtaan poistoil-maan nähden kennossa eteenpäin, jolloin suurin osa ilmasta syöksyy imuaukkoon 11 ja edelleen kanavaa 15 myöten puhaltimeen 12, joka työntää ilmaa takaisin kennostoon 2 muodostaen näin toisen kiertoalueen 11, jossa kiertoalueen I esilämmit-tämä ilma edelleen lämpiää nopeasti voimakkaan pyörrevirtauk-sen ansiosta tasaiseen, ko. kohdan kennoston seinämiä vastaavaan lämpötilaan.

Koska kostea poistoilma sisältää enemmän lämpöenergiaa kuin vastaava määrä raitista tuloilmaa pystyy vastaanottamaan, jää tähän asti tunnetuissa laitteissa osa poistoilman lämpö- 6 59477 energiasta käyttämättä. Oheisesta piirroksesta (kuva 2), joka on laadittu Mollier'in piirroksen perusteella, selviää, että l:ssä ja ll:ssa kiertoalueessa on käyttämätöntä energiaa, jota ei voida sijoittaa varsinaiseen tuuletusilmaan. Tällöin on keksinnön mukaan järjestetty niin, että kierto-alueeseen 1 tuodaan ylimääräistä raitisilmaa puhaltimen 9 voimalla. Tämä raitisilma siirtyy kiertoalueen 1 lämmittämänä edelleen kiertoaluee11 e II, jossa sitä edelleen lämmitetään, minkä jälkeen ylimääräinen ilma poistuu kiertoalueen II kohdalla olevasta aukosta 13 tämän kiertoalueen lämpötilaa vastaavan lämpöisenä, mikä tässä esimerkkitapauksessa voi olla + 12°C, käytettäväksi tuuletettavan tilan ulkopuolella olevaan käyttöön, esim. kuivaukseen tai muuhun vastaavaan, jossa tarvitaan lämpöenergiaa. Varsinainen tuuletusilma siirtyy kennossa eteenpäin, suuren osan ilmasta mennessä imuauk-koon 14 ja kanavaa 15 myöten edelleen puhaltimeen 16, joka työntää ilmaa takaisin kennostoon muodostaen näin kolmannen kiertoalueen, joka vielä kohottaa I:n ja ll:n kiertoalueen lämmittämän raittiin tuloilman lämpötilaa. Lämmitetty raitis-ilma poistuu kennostosta tuuletettavaan tilaan aukon 8 kautta .

Esimerkkinä tarvittavien ilmamäärien ja puhaltimien tehon suhteesta voidaan mainita, että jos esim. tuuletustarve on 3 4000 m /h, niin tarvittava raitisi1mamäärä on silloin noin 3 1,5-kertainen eli 6000 m /h. Raitisilmapuha11 in 9 tulee kui- 3 tenkin mitoittaa 10 000 m /h teholle, koska se samalla toimii 1 kierrätysalueen puhaltimena, jolloin tarvittava kier- 3 rätysteho on 4000 m /h. Kierrätysalueiden II ja lii puhalti-

O

mien 12 ja 16 tehon tulee kummankin olla 8000 rrr/h, edellyttäen, että kierrätykseen kummassakin kohdassa tarvitaan 3 4000 m /h. Ylimääräinen ilmamäärä, joka poistetaan lämmen- 3 neenä 11-alueella aukon 13 kautta, on 2000 m /h.

7 59477

Keksinnön mukaisen laitteen avulla päästään korkeaan hyötysuhteeseen tuul etusi lman lämmittämisessä ja poistoiltaan ollessa kosteata - suhteellinen kosteus 60-100 % - kuten on esim. karjasuojissa, voidaan poistoilman sisältämän lämpö-energian sillä osalla, jota raitis tuuletusilmamäärä ei voi vastaanottaa, tuottaa ylimääräistä lämmitettyä ilmaa, jota voidaan käyttää tuuletettavan tilan ulkopuolella, esim. autotallin, varaston, tms. tilan lämmittämiseen, kuivaukseen ym.

Keksinnön mukaisella laitteella on mahdollista taloudellisesti lämmittää oheisen esimerkin mukaisesti 20°C lämpöisellä poist oilmalla, jonka suhteellinen kosteus on 90 % tuleva, 0°C lämpötilassa oleva raitisilma l6°C:een. Sitä korkeampaan lämpötilaan lämmittäminen on ilmeisesti epätaloudellista ja hyödyllisempää on käyttää ylimääräinen energia, ylimääräisen, esim. 12-13 asteisen lämminilman tuottamiseen samalla ja samantehoiseila laitteella, millä varsinainen tuuletus-ilma lämmitetään, koska se tulee tavallaan ikäänkuin ilmais-tuotteenä muun ohessa.

Keksinnön mukaisen laitteen rakenne ja muoto sekä mitoitus voivat luonnollisesti vaihdella laajoissa rajoissa keksinnön pui 11 eissa .

Claims (1)

1. 8 59477 Patentt ivaatimus : Laite tuuletusilman lämmön ta 11eenottamiseksi ja siirtämiseksi raittiiseen tuloilmaan, laitteen käsittäessä sinänsä tunnettua rakennetta olevan lämmönvaihtimen (1). jossa on ken-nosto (2) pitkittäisine ilmasolineen ja niiden välisine vä1i-seinärnineen (3), lämpimän poistoilman virratessa kennoston pituussuunnassa aina joka toisessa solassa ja kylmän raitis-ilman virratessa pääasiassa vastakkaiseen suuntaan näiden välisissä solissa, jolloin poistoilman lämpö siirtyy väli-seinämien (3) johtamana raittiiseen tuloilmaan, laitteen ollessa varustettu puhaltimilla virtauksen tehostamiseksi, ja jolloin kennostoon (2) on järjestetty yksi tai useampia pääasiassa peräkkäisiä ilmavirtauksen kierrätysalueita (I, II, III) toisen tai molempien ilmavirtausten puolelle lämmönsiirtoa tehostavien pyörrevirtausten aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että kukin kierrätyslue (I, 11, III) tai osa niistä on muodostettu imu- ja poisto-aukolla varustetuksi kanavaksi (15)» johon on järjestetty puhallin (9, 12, 16), jolloin osa kennostossa virtaavasta ilmasta palautetaan kennostossa taaksepäin kiertoliikkeessä kanavien imuaukkojen (10, 11, 1 A) ja kanavien (15) kautta puhaltimien (9, 12, 16) vauhdittamina.