FI61350B - Anordning foer tillvaratagande av vaerme fraon ventilationsluft - Google Patents

Description

RSr^l γβΊ kuulutusjulka.su , Λ 7 c n JWB A lBJ utlAggningsskrift 61 35 0 • Jtfxjf· (45) Patentti ayonr.otty 12 07 1932 . Patent meddelat V v y (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 F 24 F 5/00 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus — Pttffttantöknln| 79157** (22) H«k«nl*pilvi —AiMÖkfilnpdag 17-09-79 ' ' (23) Alkupawt—Glltlfhetsdag 17-05-79 (41) Tullut julklsuksl — Bllvlt offentllg l8.11 · 80

Patentti· ja rekisterihallitus , , ,, ,,. , _ , (44) Nlhtlvlktlpanon It kuuL|ulktltun pvm. —

Patent- och registerstyralsen ' ' An*ktn utitgd oeh utUkriften pubiietrtd 31-03-82 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Bejlrd prlorltet (71) Lämpötaltio Oy, 3Ö100 Karkku, Suomi-Finland(FI) (72) Jorma Huju, Karkku, Suomi-Finland(FI) (7*0 Tampereen Patenttitoimisto (5U) Laite tuuletusilman lämmön talteenottamiseksi - Anordning för tillvara-tagande av värme frän ventilationsluft (61) Lisäys patenttiin 59**77 - Tillägg till patent 59*07 1 61350

Laite tuuletusilman lämmön talteenottamiseksi

Anordning för ti11varatagande av värme f ran ventilationsluft

Lisäys patenttiin 59477 (pat.hak. 783557)

Tillägg till patent 59477 (pat.ans. 783557)

Keksintö kohdistuu pääpatentin 59477 (pat.hak. 783557) mukaiseen laitteeseen lämmön talteenottamiseksi, sopivimmin tuuletuksen poistoilmaan sitoutuneen lämmön siirtämiseksi ja talteenottamiseksi raittiiseen tuloilmaan, sisältäen sinänsä tunnettua rakennetta olevan, sopivimmin kennostora-kenteisen lämmönvaihtimen lämpimän poistoilman ja kylmän raitisilman virratessa lämmönsiirtopintojen muodostamissa vierekkäisissä eri kanavissa, jolloin lämpö siirtyy lämmön-siirtopinnan välityksellä lämpimästä poist oiImasta kylmään raitisilmaan, kennost okanavien ollessa varustettu virtauksen aikaansaavilla puhaltimilla.

Aikaisemmin tunnetuissa laitteissa on kuitenkin se suuri epäkohta, että poistoilman sisältämästä lämmöstä saadaan talteen vain pieni osa, poistuvan ilman sisältäessä vielä melkoisen määrän lämpöä. Tästä seikasta on tietysti seurauksena tunnettujen 1ämmönvaihdinten suhteellisen huono hyötysuhde. Näin tapahtuu erityisesti silloin, kun tuuletettavassa tilassa on korkea suhteellinen kosteus esim. 60-100 %, jolloin tällaisen kostean ilman lämpösisältö on huomattavasti suurempi kuin vastaavan määrän samanlämpöistä kuivaa ilmaa. Tästä on seurauksena se, että kuiva ilma ei voi sitoa kuin esim. 50 % kostean ilman sisältämästä lämmöstä, kuten esim. ns. Mollier'in piirroksesta käy ilmi. On tietysti mahdollista pyrkiä nostamaan tulevan raitisilman loppulämpö-tilaa korkeamnaksi ja täten parantaa hyötysuhdetta suurentamalla esim. länmönvaihtimen lämmönsiirtopintoja ja pidentämällä lämmönsiirt omatkaa, mutta nämä toimenpiteet tekevät laitteen kalliiksi ja suurikokoiseksi. Lisäksi aiheutuu muita häviöitä, esim. suuremman virtausvastuksen muodossa.

2 61350

Laitteen tarvitsema huolto samoinkuin aika ajoin välttämätön puhdistus käy hyvin vaikeaksi ja aikaavieväksi, mikäli edellämainitul la tavalla pyritään parantamaan lämmönvaihtimen toimintaa.

Erityisesti vaihtelevat ilmasto-olot kuten esim. meillä Suomessa asettavat tuuletusilman ta 11eenottolai11ei 11 e suuret vaatimukset. Pakkaskausina laitteilta vaaditaan suurta tehokkuutta ja lisäongelmia tuo se seikka, että poistoilma-puolella saattaa tapahtua kosteasta poist oilmasta kondensoituvan veden jäätymistä. Tästä on seurauksena laitteen toiminnan pysähtyminen, kun jää nopeasti tukkii poistoilma-kanavat. On siis tarpeen laitteen jatkuvan toiminnan turvaamiseksi pitää poistoilman ulostulopään 1ämmönsiirtopinnan pintalämpötila niin korkeana, että kondensoituva vesi ei missään tapauksessa jäädy lämmönsiirtopinnal1 e. Tämä on järjestetty tunnetuissa laitteissa esim. lämmittämällä jollain ulkoisella energialähteellä raitis tuloilma ainakin 0°C lämpötilaan. Lisäenergian tarve aiheuttaa kuitenkin sen, että laitteen avulla saadut säästöt jäävät suhteellisen vähäisiksi, joissakin tapauksissa jopa niin pieniksi, että kannattavuus on ollut kyseenalaista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on edellämainittujen epäkohtien poistaminen tuuletusilman lämmön talteenotossa ja entistä tehokkaamman laitteen aikaansaaminen soveltamalla pääpatentin 59477 mukaiseen keksintöön patenttivaatimusten tunnusmerkeissä esitetty ratkaisu. Tällöin voidaan saada suuria säästöjä aikaan lämpöenergian käytössä aikaisemmin tunnettuihin laitteisiin verrattuna.

Pääpatentin 59477 mukaisessa keksinnössä on lämmönsiirto-kennostoon järjestetty yksi tai useampia, pääasiassa peräkkäisiä ilmavirtauksen kierrätysalueita toisen tai molempien ilmavirtausten puolelle lämmönsiirtoa tehostavien pyörre-virtausten aikaansaamiseksi. Kukin kierrätysalue tai osa

V

3 61350 niistä on muodostettu imu- ja poi st oaukoi 11 a varustetuksi kanavaksi, johon on järjestetty puhallin. Tällöin osa ken-nostossa virtaavasta ilmasta palautetaan kennostossa taaksepäin kiertoliikkeessä kanavien imuaukkojen ja kanavien kautta puhaltimien vauhdittamana.

Tämän keksinnön mukainen laite on tunnettu siitä, että ken-noston raitisilmakanavan poistopuoli on ainakin yhden lähtö-aukon, kanavan ja toisen aukon välityksellä yhdistetty tulopuoleen puhaltimen imupuolelle, jolloin osa kennostossa lämmenneestä raitisilmasta palautetaan sekoittumaan kylmään tuloilmaan puhaltimen imupuolella mainitun ainakin yhden kanavan kautta sekoittuneen ilman lämpötilan nostamiseksi n. 0°C asteeseen ennen ilman joutumista varsinaiseen kennostoon.

Edelläesitetyn tunnusmerkin mukaisella järjestelyllä on mahdollista saada suuria säästöjä siksi, että suurempi osa lämpimän poistoilman sisältämästä lämmöstä saadaan talteen. Jäätymisen aiheuttamat käyttöhäiriöt poistuvat. Laitteen tarvitsena energia on hyvin pieni. Rakenne on yksinkertainen ja sen suunnittelussa on erityisesti kiinnitetty huomiota huollon helppouteen.

Keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaavioi1isesti erään suoritusmuodon mukaista lämmönvaihdinta sivulta katsottuna, osittain leik-kauskuvant ona, kuva 2 esittää kuvan 1 mukaista lämmönvaihdinta päältä katsottuna, osittain 1eikkauskuvantona, kuva 3 esittää kuvan 1 mukaista lämmönvaihdinta päädystä katsottuna, osittain 1eikkauskuvantona, kuva 4 esittää kaavioi1isesti erästä mahdollista tuloilman kiertoa lämmönvaihtimessa, kuva 5 esittää kuvien 1-3 mukaisella laitteistolla saatavaa erästä mahdollista poisto- ja tuloilman lämpötilajakautumaa.

4 » . ' < 4 61350

Kuvien 1-3 mukaiseen laitteeseen kuului pääasiassa pystysuorassa olevat kennostokanavat 1, 2 3, jotka ovat pääasiassa neliömäisten tai suorakaiteen muotoisten koteloiden sisällä.

Raittiin ilman tulokanava 20 on myös pääasiassa neliömäinen tai suorakaiteen muotoinen. Lämpimän poistoilman kulkua vastaavissa kanavissa on havainnollistettu viivoitetuin nuolin. Poistoilma tulee sisään aukosta 5 ja poistuu lämmönvaihtimen alaosasta kohdassa 6. Raittiin tuloilman kiertoa on kuvissa 1-3 havainnollistettu tummennetuin nuolin. Ensimmäinen sisäinen kierto tapahtuu aukosta 7, ja kiertoa voidaan säädellä säätöluukun 8 avulla. Toinen sisäinen kierto tapahtuu kiertokanavan 9 avulla. Kanavan 9 toinen pää on yhdistetty tulokanavaan 4 sopivaan kohtaan 21 puhaltimen 10 imupuolelle ja sen toinen pää tuloilman poistokanavaan 11 kohtaan 12. Kanavaan 9 on järjestetty kierron säätöön tarkoitettu säätöluukku 13· Kanavien 3» 4 alapäässä on pääasiassa kuvan 1 mukainen pohja 14, johon on järjestetty tiivistyvän veden poistoaukko esim. venttiilin 15 avulla. Laitteen yläosa on varustettu avattavalla luukulla 16. Yhde 17 on järjestetty lämpimän tuloilman käyttöä varten mahdollisissa muissa kulutuskohdissa. Yhteeseen 17 on asennettu sulkupelti 18. Raitis tuloilma, jonka tulo on merkitty valkoisella nuolella, tulee aukosta 20.

Kuvien 1-3 mukainen laite toimii seuraavasti. Poistoilma kulkee reittiä 5-1-2-3-6, siis lämmönvaihtimen yläosasta sen alaosaan, takaisin yläosaan ja alas poistuen aukosta 6, koko ajan omassa kennostossaan lukuunottamatta pohjaosaa 14 ja yläosaa 19. Tuloilma kulkee aluksi tulokanavan 4 kautta, jolloin se esilämmitetään aukosta 7 ja kanavasta 9 tulevilla lämpimillä ilmavirroilla. Tämän jälkeen tuloilma joutuu ken-nostoon 3-2-1 ja lopulta poistokanavaan 11. Tulo- ja poisto-ilmakennostoja erottaa toisistaan sopivin välein sijoitetut, sopivasti muotoillut ja pääasiassa pystysuorat metallilevyt, joiden välityksellä lämmönsiirto tapahtuu virtausten välillä. Poikkileikkauksessa katsottuna kennostot on siis muodostettu siten, että joka toinen kenno on tarkoitettu kylmälle väliaineelle ja joka toinen kenno lämpimälle väliaineelle. Tällöin lämmin väliaine voi olla esim. ulospuhallettava lämmin poisto-ilma ja kylmä väliaine vastaavasti tilalle otettava raitis ilma.

5 6^50 Tässä suoritusmuodossa virtaukset ovat siis koko ajan vastakkaissuuntaiset. Virtauksen aikaansaamiseksi on poistokanavaan järjestetty sopivaan kohtaan puhallin (ei esitetty kuvissa). Sopivimman tulokanavan 4 alapäähän on järjestetty raittiin ilman virtauksen aikaansaava puhallin 10, joka on mitoitettava oleellisesti suuremmaksi kuin poistokanavan puhallin, koska puhaltimen 10 on kierrätettävä myös sisäisen kierron ilmamääriä. Tämä asia tulee lähemmin esille jälempänä tulevassa esimerkkilaskelmassa. Aukosta 20 tuleva raitis ilma aiheuttaa imuvai-kutuksen aukon 7 kautta kennostokanaviin 3 , jolloin kanavassa 3 lämmennyttä ilmaa sekoittuu tuloilmaan lämmittäen sitä. Sekoit-tumissuhdetta säätelemään on asetettu aukon 7 kohdalle säätö-luukku 8. Aukoista 7 ja 20 tullut ja hieman lämmennyt ilma virtaa kanavaa 4 pitkin puhaltimen 10 imemänä, jolloin sopivasti ennen puhallinta olevan aukon 21 kautta edellä mainitun virtauksen aiheuttama imu kanavassa 9 aiheuttaa sen, että kanavasta 9 aukon 12 kautta tuleva lämmin raitis ilma sekoittuu . virtaukseen lämmittäen tätä edelleen. Keksinnön tunnusmerkkien mukaisesti on esilämmitetyn ilman lämpötila pyrittävä tässä vaiheessa saamaan noin 0°C lämpötilaan, jolloin vältetään pakkaskausina poistoilmapuolen lämmönsiirtopintojen jäätyminen ja saadaan samalla poistoilman lämpösisällöstä mahdollisimman paljon lämpöä talteen.

Puhaltimen 10 painamana jatkaa esilämmitetty raitis ilma kulkuaan kennostokanaviin 3* joiden yläpäässä ilmavirtaus haarautuu aukkoon 7 ja kennostokanaviin 2. Kanavista 1 ilmavirtaus joutuu poistokanavaan 11, jonka sopivaan kohtaan 12 on järjestetty toisen sisäisen kierron yhde. Sekoittumissuhdetta kanavasta 9 ja aukoista 7 ja 20 tulevien ilmamäärien kesken säädellään kanavassa 9 sijaitsevalla säätöluukulla 13. Kanava 9 voidaan myös sulkea, jolloin ilmaylimäärä voidaan johtaa yhteen 17 kautta muihin käyttötarkoituksiin avaamalla sulkupelti 18. Tätä mahdollisuutta käytetään silloin, kun tuloilman lämpötila on suhteellisen korkea, eikä tarvita toisen sisäisen kierron lämpöä ilman esilämmittämiseen. Virtauskanavien pystysuora asento sallii kondensoituvan veden valua kennostokanavista 1 ja 2 pohjalle 14 ja kennostokanavista 3 esim. maahan aukon 6 kautta. Lämmönsiirtopintojen puhdistuksen helpottamiseksi 6 61 350 on laitteen yläosaan järjestetty avattava luukku, jolloin esim. vesisuihkulla tapahtuva puhdistus on helppo toteuttaa veden valuessa pois aukon 6 ja avatun venttiilin 15 kautta.

Kuvissa 4 ja 5 esitetään eräs mahdollinen tässä esitetyn keksinnön suoritusmuodon mukainen ratkaisu. Kuten Mollier-diagrammista käy ilmi voidaan n. 80-90 % suhteellisen kosteuden omaavasta ilmasta saada lämpötilavälillä 20°C - 0°C noin 10,5 kcal/kg energiaa. Vastaavasti kuivan raittiin ilman lämmittäminen - 20°C:sta noin l6°C:een, joka on suunnilleen taloudellisesti aikaansaatava loppulämpötila näillä lämpötilaeroilla, vaatii noin 9 kcal/kg energiaa. On siis mahdollista tarpeeksi tehokkaalla laitteella saada kostean ilman sisältämä lämpö talteen.

Kuvassa 4 on esitetty tuloilman sisäisiä kiertoja kaaviolli-sesti. Numerot 1-4 vastaavat tulokanavaa 4 ja kennostokana-via 1-3. Vastaavasti on merkitty kussakin vaiheessa virtaava ilmamäärä. Virtaussuunnat on merkitty nuolin. Tässä esimerkissä on ensimmäisen sisäisen kierron (aukko 7) kautta tuleva ilma-määrä 4000 nr/h ja sisääntuleva raitis ilmamäärä 4000 nr/h ja poistokanavasta 11 kanavan 9 kautta tulevan toisen sisäisen kierron ilmamäärä 2000 nr/h. Puhallin 10 on siis mitoitettava 10000 nr/h ilmamäärälle. Tuloilritan lämpötila nousee aukon 7 jälkeen -20°C:sta noin -7°C:een kuten kuvasta 5 käy ilmi.

Aukon 21 jälkeen, jolloin toinen sisäinen kierto sekoittuu tuloilmaan n. 16°C lämpöisenä, nousee tuloilman lämpötila likipitäen 0°C:een. Kennostokanavassa 3 nousee tuloilman lämpötila voimakkaasti, koska kanavassa on voimakas virtaus suuren ilmamäärän vuoksi. Voidaan olettaa, että aukon 7 kautta poistuva ilma on n. 6-7°C. Kennostokanavissa 2 ja 3 jatkuu ilman lämpeneminen, jolloin sen lämpötila poistokanavassa voisi olla esim. 16°C. Tulokanavan 4 virtausmäärä on siis 8000-10000 m^/h, Λ kennostokanavan 3 virtausmäärä 10000 nr/h ja kennostokana-vien 1 ja 2 virtausmäärät 6000 m^/h. Sopivalla lämmönsiirto-pintojen muotoilulla ja valitsemalla lämmönsiirtopituudet eli lämmönsiirtopinta-alat sopivasti ja ottamalla huomioon virtausmäärien erisuuruus eri kennostojen poikkileikkauspinta-aloissa on mahdollista saada poistoilman sisältämä energia * % * 1 61350 · * taloudellisesti talteen. Tätä osoittavat laitteen toiminnasta tehdyt suuntaa antavat laskelmat ja lisäksi muutamat käytännön kokeet.

Tässä selityksessä on esitetty vain yksi keksinnön edullinen suoritusmuoto, mutta on selvää, että keksinnön suoritusmuodot voivat vaihdella huomattavasti perusidean puitteissa.

On mahdollista järjestää useita puhaltimella järjestettyjä kiertovyöhykkeitä ilman esilämmittämiseen, samoin on mahdollista järjestää yksi tai useampia sisäisiä kiertoja sekä tuloilma-että poistoilmapuolen kennostokanaviin lisäpuhaltimien avulla. Lämmitetyn raittiin ilman palautus voi olla järjestetty myös väliottoina sopivista kohdista lämmönvaihdinta. Voidaan myös ajatella, että esilämmityskierto tapahtuu myötävirtaan, mikä on mahdollista sopivalla konstruktion muutoksella. Keksinnön mukainen ratkaisu on helposti automatisoitavissa, jolloin puhallustehon ja säätöelinten (8 ja 13) säätelemän sisäisen kierron sopivalla yhdistelmällä on mahdollista saada kutakin ulkoista olosuhdetta vastaava optimikäyttö. Lämmitettyä raitista ilmaa on mahdollista käyttää lämpimämmillä ilmoilla esim. varastojen yms· lämmittämiseen. Tällöinhän raitis ilma ei voi sitoa kuin vain osan lämpimän poistoiltaan lämpösisällöstä ·

Keksinnöllä on useita hyviä puolia verrattuna aikaisemmin tunnettuihin tämän alan laitteisiin. Poistoilman lämpö saadaan edullisesti hyvällä hyötysuhteella talteen ja samalla ratkaistaan jäänmuodostuksen aiheuttama ongelma. Keksinnön mukainen rakenne on yksinkertainen valmistaa ja sen huito on helppoa, koska lämmönsiirtopinnat on helppo puhdistaa yläosassa olevan aukaistavan luukun ansiosta· Lisäksi on mahdollista tehdä laitteesta helposti modulxrakenteinen, jolloin valmiita kierrätys-ja kennostomoduleja eri tavalla yhdistelemällä on toteutettavissa useisiin käyttötarpeisiin soveltuvia lämmönvaihtimia. Tällaiset modulit voidaan koota jo valmistuksen yhteydessä, jolloin esim. laitteen asennus tulee hyvin edulliseksi. Sovellettaessa keksinnön mukaista laitetta suuriin yksiköihin voidaan käyttää hyväksi automaatiota esim. mikroprosessoritekniikkaa.

s

Claims (3)

8 61350 Pat ent t ivaat imukset;

1. Pääpatentin 59477 (pat.hak. 783557) mukainen laite tuuletusilman lämmön taiteenottamiseksi, sopivimmin tuuletuksen poisto- ilmaan sitoutuneen lämmön siirtämiseksi ja ta 11eenottami-seksi raittiiseen tuloilmaan, sisältäen sinänsä tunnettua rakennetta olevan, sopivimmin kennostorakentei sen lämmönvaihtimen lämpimän poistoilman ja kylmän raitisilman virratessa lämmönsiirtopintojen muodostamissa vierekkäisissä eri kanavissa, jolloin lämpö siirtyy lämmönsiirtopinnan välityksellä lämpimästä poist oilmasta kylmään raitisilmaan, kennostokanavien ollessa varustettu virtauksen aikaansaavilla puhaltimilla, tunnettu siitä, että kennoston raitisi 1makanavan poistopuoli on ainakin yhden lähtö-aukon (12), kanavan (9) ja toisen aukon (10) välityksellä yhdistetty tulopuoleen puhaltimen (10) imupuolel 1 e, jolloin osa kennostossa lämmenneestä raitisilmasta palautetaan sekoittumaan kylmään tuloilmaan puhaltimen (10) imupuolella mainitun ainakin yhden kanavan (9) kautta sekoittuneen ilman lämpötilan nostamiseksi n. 0°C asteeseen ennen ilman joutumista varsinaiseen kennostoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanavien (9) lähtöaukot (12) on sijoitettu kennostokanavien pituussuunnassa ennen raittiin ilman poistokanavaa (11).

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kukin kanava (9) on varustettu virtauksen säätöelimel1ä (13). 1 Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanaviin (9) on järjestetty yhde (17) ja sulkupelti (18) lisäilman johtamiseksi tarvittaessa muihin käyttökohteisiin.