FI62417C - Saett foer avfrostning av en i en ventilationsanlaeggnings fraonluftskanal anordnad vaermevaexlare foer vaermeaotervinning - Google Patents

Description

R3S?*1 ΓβΙ im KUUIUTOSJULKAISU (LO ΑΛΊ jgTft tBJ m UTL*e<!NINO*SKRIFT ' gSÄ c Patentti myönnetty 10 12 19o2 >j^Vj Patent n; cd delat ^ (S1) K».ik?/int.a.3 F 28 F 17/00

SUOMI —FINLAND (21) PKWtttlh»k*mu*-P«t*»«n*ekiiin* 350UM

(22) Hakmnl*pUvl->AmM(itlngad* 03.12.71* (23) AltoipUvt—GlMghMdat 03.12.7^ (41) Tallat (vlkMcsI — MMt «ffcndlf 05. Οβ. 75

Patentti· J· rekisterihallitus (44) NShttvitulpanon (« kaatjutkslaun pvm. —

Patent· och registerstyrelaan AmOkan atta«d och utUkrlfMn publicans 31.08.82 (32)(33)(31) Pyr«>*er etuolkea· -fefird prterltat 0L.12.7 3

Ruotsi-Sverige(SE) 7316326-3 (71)(72) Knut Bergdahl, Kvartsgränd k, 852 52 Sundsvall, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Tapa huurteen poistamiseksi tuuletuslaitteiston poistoilmakanavaan järjestetystä lämmönvaihtimesta lämmön talteenottamiseksi - Sätt för avfrostning av en i en ventilationsanläggnings fränluftskanal anordnad värmeväxlare för värmeätervinning

Kyseessä oleva keksintö kohdistuu tapaan huurteen poistamiseksi patenttivaatimuksen 1 lajimääritelman mukaisesti.

Lämmön talteenotto tuuletuslaitteistoissa on viime vuosina energian hinnan kohotessa saanut yhä lisääntyvän merkityksen. Useita erilaisia lämmön talteenottamisen systeemejä on olemassa. Nyt kyseessä oleva keksintö kohdistuu siihen tyyppiin, joka toimii lämmönvaih-dinta käyttäen poistoilmakanavassa ja jossa lämpö siirretään syöttö-ilman tuontiin joko suoraan siten, että lämmönvaihdin on ilmasta ilmaan lämmönvaihdin tai myöskin epäsuorasti siten, että on käytössä lämpöä siirtävä väliaines lämmönsiirtämiseksi. Viimemainitussa tapauksessa saattaa lämmön talteenotinlaitteisto muodostua kahdesta lamel-lipatterin järjestelystä, jotka on kytketty yhteen nestepuolelta käsin sekä pumpusta, jonka avulla nestettä kierrätetään molempien lämpöpat-tereiden kesken. Lämmönvaihto tuuletinsysteemin poistoilman puolelta, se tahtoo sanoa lämpimän ilmavirtauksen ja kylmän syöttöilman välillä ' i- , „ ,v-' 2 62417 tapahtuu siten, että toinen lamellityypin lämpöpatteri sijoitetaan poistoilman kanavaan ja toinen sijoitetaan syöttöilman kanavaan. La-mellityyppiset lämpöpatterit ovat tavallisimmin rakennettu kupariputkien silmukoiksi, joihin on sovitettu alumiinia olevien levyjen muodossa olevia laippoja. Lämpöä kuljettavana väliaineena käytetään normaalisti nesteseosta, jossa on vettä ja glykoolia. Lämmön talteenot-tamislaitteisto tämän toteutusmuodon mukaan omaa mm. sen edun, että syötön ja poiston ilmakanavat voidaan sijoittaa pitkälle etäisyydelle toinen toisistaan. Lämmön siirto lämmönvaihtimen välillä poistoilmaka-navasta syöttöilman kanavaan saattaa myös tapahtua lämpöputkea käyttäen. Molemmat lämmönvaihtimet on järjestetty tällöin toistensa viereen kumpikin omaan kanavaansa ja muodostuvat suuresta lukumäärästä lämpöputkia, jotka on asetettu lamellipinoon. Kukin lämpöputki on tavallisimmin muotoiltu suoraksi putkeksi ja se ulottuu molempien kanavien yli niin että sen toinen pää sijaitsee poistoilman virtauksessa ja toinen pää syöttöilman puolella. Lämpöputki on edelleen sijoitettu vaakasuoraan, mikä sijoitus on sen toimintatavan vaatima.

Eräs ongelma yllämainitussa lämmön talteenottamislaitteistossa on se jään muodostus, joka aiheutuu lämmönvaihtimeen poistoilman kanavassa kun ulkolämpötila on alhainen. Jään muodostumisen tapahtuminen riippuu tällöin siitä, että poistoilma tavanomaisesti on kosteata.

Sen jäähtyessä se täten sijoittaa tiivistymisvettä putkien ja lamellien pinnoille, joka niissä tapauksissa kun pintojen lämpötila alittaa 0°C lämpötilan, jäätyy jääksi. Se missä ulkoilman lämpötilassa jään muodostus poistoilman kanavassa tapahtuu riippuu luonnollistestikin laitteiston termisestä hyötysuhteesta samoin kuin myös poistoilman lämpötilasta ja suhteellisesta kosteudesta. Tyypilliset arvot termiselle hyötysuhteelle esim. uudelleen kiertävissä lämmön talteenotto-laitteistossa ovat yleensä välillä 50-70 % kun taas poistoilman suhteellinen kosteus usein on jopa 20-50 %. Tämä merkitsee vaaraa jään muodostukselle tavanomaisesti muodostumassa niissä tapauksissa, kun ulkoilman lämpötila on välillä -5 ja -15°C mikäli poistoilman lämpötila on +22°C, se tahtoo sanoa normaali huoneenlämpötila. Jotta voitaisiin välttää jään muodostusta tai sulattaa muodostunutta jäätä on jatkuvasti tai jaksottain johdettu osa sisääntulevasta ilmasta ilma/ilma lämmönvaihtimen ohi tai pienennetty lämpöä kuljettavan väliaineen virtausta lämmönvaihtimen ja syöttöilman kanavan ja lämmönvaihtimen välillä poistoilmakanavassa.

Nämä toimenpiteet merkitsevät kuitenkin, että terminen hyöty- f\i·· 3 62417 suhde tässä lämmön talteenottolaitteistossa pienenee, joko koko siksi ajaksi kun vaara jään muodostusta varten on olemassa taikka varsinaisen sulatustoimenpiteen ajaksi. Molemmissa tapauksissa pienentyy kokonaishyötysuhde pitemmän aikavälin kannalta katsottuna.

Nyt (yseessä olevan keksinnön tarkoituksena on voittaa yllämainitut haittapuolet ja keksiä keinot jään poistoa varten, mikä saattaa tapahtua jatkuvan lämmön talteenoton aikana ja säilyttäen korkea terminen hyötysuhde talteenottolaitteistossa. Tämä toteutetaan keksinnön mukaan tavalla, joka käy ilmi myöhemmin seuraavista patenttivaatimuksista.

Keksintöä tullaan nyt lähemmin kuvaamaan liittyen oheisiin pii-rustuskuvioihin, joissa: kuvio 1 esittää leikkausta neste/ilma lämmönvaihtimen läpi pois-toilman kanavassa.

Kuvio 2 esittää yksityiskohtaista leikkausta nesteventtii1istä.

Kuvio 3 esittää leikkausta ilma/ilma lämmönvaihtimen läpi pois-toilman kanavassa.

Kuvio 4 esittää neste/ilma lämmönvaihdinta mikä on kierrettävissä.

Kuvio 5 esittää ilma/ilma lämmönvaihdinta joka on kierrettävissä .

Kuvio 6 esittää lämpöputkista muodostettua kierrettävää lämmönvaihdinta.

Kuviossa 1 on neste/ilma lämmönvaihdin järjestetty lämpöeristet-tyyn koteloon 2, joka on varustettu ilman sisäänotolla 3, joka on tarkoitettu liitettäväksi poistoilman kanavaan. Kotelo on edelleen varustettu ilman poistoaukoilla 4 ja vastaavasti 5, jotka myös on tarkoitettu liitettäväksi poistoilman kanavaan. Kotelon sisälle on järjestetty kaksi savupeltiä 6 ja 7 ja ilman ulostuloon 4 on myös järjestetty savupellit Θ ja 9. Lämmönvaihdin 1 on liitetty nestejohtimilla 10 ja 11 nesteventtiilin 12 kautta nestejohtoihin 13 ja 14, jotka puolestaan on liitetty kuviossa esittämättä jätettyyn syöttöilman kanavassa olevaan lämmönvaihtimeen. Viitenumero 14a tarkoittaa nestejohtimeen 13 järjestettyä anturia, joka ilmaisee nestevirtauksen lämpötilan. Lämmön talteenottolaitteisto toiminta on seuraava. Poistoilma virtaa ensimmäisen käyttötapauksen mukaisesti ilman sisäänoton kautta ja lämmönvaihtimen läpi ulos ilman poistosta 4 kuten kaavamaisesti on esitetty nuolella A. Tällöin ovat savupellit 7 ja 6 avoimia kun taas savupellit 6 ja 9 ovat suljettuina. Tässä käyttötapauksessa kulkee nestettä 4 62417 syöttöilman lämmönvaihtimesta nestejohtimen 13 kautta venttiiliin 12 ja johtimen 10 kautta sisään lämmönvaihtimeen 1.

Lämmönvaihtimesta virtaa neste johtimen 11 ja venttiilin 12 sekä johtimen 14 kautta takaisin syöttöilman kanavassa olevaan lämmönvaihtimeen. Virtauksen suunta nesteessä on merkitty ehjillä viivoilla piirretyillä nuolilla a. Lämmönvaihdin toimii täten vastavirtaperi-aatteen mukaisesti.

Mikäli ulkoilman lämpötila on alhainen muodostuu hi Ijäkseltään jäätä poistoilmasta lämmönvaihtimen lamelleihin tiivistyneestä vesihöyrystä. Jään muodostus tapahtuu lämmönvaihtimen kylmimpään vyöhykkeeseen, joka on se puoli lämmönvaihtimesta, josta poistoilma lähtee ja johon nesteen virtaus tulee sisään samaan kohtaan.

Jotta voitaisiin sulattaa muodostunut jää saatetaan keksinnön mukaisesti virtaussuunta molemmissa väliaineissa lämmönvaihtimen läpi päinvastaiseksi siten, että vastavirtaperiaate säilytetään. Tämä toteutetaan esitetyssä suoritusmuodossa siten, että savupellit 7 ja Θ suljetaan ja savupellit 6 ja 9 avataan samanaikaisesti kun nesteen suunta lämmönvaihtimen läpi käännetään päinvastaiseksi asettamalla venttiili 12 uudestaan. Poistoilma kulkee nyt lämmönvaihtimen läpi siinä suunnassa, joka on merkittynä nuolella B ja neste virtaa lämmönvaihtimeen johtimen 11 kautta ja sieltä johtimen 10 läpi, kuten on merkitty nuolella b. Nesteen suunta johtimien 13 ja 14 läpi on kuitenkin muuttumaton. Koska vastavirtaperiaate säilytetään lämmönvaih-timessa mutta nyt vaihtunein suunnin molemmissa väliaineissa tulee se vyöhyke lämmönvaihtimessa, joka edellisessä käyttötapauksessa oli läm-pimimpänä nyt olemaan kylmä vyöhyke, kun taas se vyöhyke, joka aikaisemmin oli kylmimpänä ja johon jää täten oli muodostunut tulee nut muodostamaan lämpimän vyöhykkeen. Tämän johdosta sulaa muodostunut jää ja sulatevesi pystyy virtaamaan ulos poistoreikien 15 kautta. Samanaikaisesti kun jää sulaa tulee kuitenkin muodostumaan uutta jäätä, mutta tämä tapahtuu sillä hetkellä kylmässä vyöhykkeessä. Kun jää on sulanut vaihdetaan virtaussuunta väliaineessa uudelleen ja uusi jään sulaminen ja vastaavasti jään muodostuksen vaihe aloitetaan. Tämän käyttötavan mukaisesti saatetaan lämmön talteenotto ylläpitää ilman keskeytystä ja säilyttäen korkea hyötysuhde. Aikavälien ohjaus näiden kahden toimintavaiheen välillä saattaa edullisimmin tapahtua automaattisesti tunnetun tekniikan mukaisen ohjelmointikoneen avulla. Ilmaisu-'· elimen avulla tunnistetaan kun lämpötilaolosuhteet ovat sellaisia, että jään muodostusta saattaa tapahtua. Tällainen anturi 14a on esitettynä nestejohtimessa 13.

5 62417

Kuviossa 2 esitetään yksityiskohta eräästä nesteventtiilin 12 toteutusmuodosta. Venttiili muodostuu kotelosta 16, joka on varustettu neljällä liitännällä nestejohtim'ia varten. Kotelon sisään on järjestetty venttiililevy 17, joka voidaan kääntää kahteen asentoon.

Kun se sijaitsee toisessa näistä asennosta virtaa neste kuten on merkitty nuolilla a. Kun venttiililevy käännetään kuten on merkitty nuolella c joutuu nesteen suunta vaihtumaan päinvastaiseksi mikä käy ilmi nuolista b. Venttiililevyn uudelleen asettelu toteutetaan jonkin kuviossa esittämättä jätetyn asetteluelimen avulla, joka saattaa olla tyypiltään pneumaattinen, hydraulinen tai sähkömekaaninen.

Kuviossa 3 esitetään keksintö sovellettuna suoraan toimivaan ilma/ilma lämmönvaihtimeen 1Θ. Poistoilman kanava on liitetty liitos-laipoihin 19 ja 20 kun taas syöttöilman kanava on liitetty laippoihin 21 ja 22. Esitetyssä suoritusmuodossa virtaa ilman väliaine lämmönvaihtimen kautta vastavirtaperiaatteen mukaan, mutta tulee todeta, että ilma/ilma lämmönvaihtimissa voidaan myöskin käyttää edullisesti ristivirtauksen mukaista toteutusmuotoa. Ensimmäisessä käyttötapauksessa virtaa syöttöilma ja poistoilma suunnissa, jotka on esitetty nuolilla D. Tällöin muodostuu huurretta siihen lämmönvaihtimen vyöhykkeeseen, jossa poistoilma poistuu lämmönvaihtimesta ja syöttöilma tulee siihen samaan sisään. Kuviossa lähemmin esittämättä jätetyn savupeltijärjestelyn avulla voidaan kääntää päinvastaiseksi molemmat ilmavirtaukset lämmönvaihtimen kautta kuten on esitetty nuolilla E ja aikaansaadaan muodostuneen jään sulaminen puhaltamalla tähän lämmintä poistoilmaa. Toteuttamalla lyhyin aikavälein suunnan muutokset saavutetaan vain mitätön vaihtelu syöttöilman lämpötilaan kun tämä poistuu lämmönvaihtimesta.

Kuviossa 4 esitetään nesteen/ilman lämmönvaihdin 23, joka on järjestetty poistoilman kanavaan 24. Lämmönvaihdin on liittimien 25 ja 26 kautta kytketty nestejohtimiin, jotka nesteventtiilin kautta, joka on esim. aikaisemmin mainittua toteutustyyppiä on liitetty poistoilman kanavassa olevaan lämmönvaihtimeen. Poistoilma virtaa koko ajan suuntaan, joka on merkitty nuolella F. Lämmönvaihtimessa virtaa-vat nesteet ja poistoilma vastakkaisvirtauksen periaatteen mukaisesti. Kun jään muodostusta syntyy lämmönvaihtimen kylmään vyöhykkeeseen käännetään lämmönvaihdin, joka on pyöritettävästä laakeroituna akselin 27 o ympärille 180 tämän akselin ympäri kuten on esitettynä nuolella G. Samanaikaisesti vaihdetaan virtaussuuntaa siinä nesteainesssa, joka virtaa vastaavasti ulos liittimien 25 ja 26 kautta esittämättä jätetyn \ - 6 62417 nesteventtiiIin avulla. Vastavirtaperiaatteen mukainen tilanne säilytetään täten myöskin lämmönvaihtimen kääntämisen jälkeen ja toteutus saattaa tapahtua kuten jo aikaisemmin on kuvattu.

Nyt tulee todeta, että ilma/ilma lämmönvaihdin voidaan tehdä käännettäväksi poistoilman kanavassa. Se saattaa olla toteutettu vastavirtaperiaatteen tai ristivirtaperiaatteen mukaisesti näissä väliaineissa. Kuviossa 5 on viimemainittua tyyppiä oleva lämmönvaihdin esitetty kaavamaisesti. Lämmönvaihtimen kappale 28 on laakeroitu pyöritettäväksi akselin 29 ympärille. Poistoilman virtaus sisään ja ulos lämmönvaihtimen liittimistä 30 ja 31 on merkitty nuolilla H, kun taas syöttöilman virtaus sisään ja ulos lämmönvaihtimen liittimistä 32 ja 33 on merkitty nuolilla K. Kun lämmönvaihtimen kylmään vyöhykkeeseen on muodostunut jäätä^kierretään tätä 180°, jolloin jää joutuu sijaitsemaan lämmönvaihtimen lämpimässä vyöhykkeessä, minkä johdosta se sulaa.

Kuviossa 6 esitetään lämmönvaihdin 34, joka on varustettu lämpö-putkilla 35, jotka ulottuvat poistoilman kanavan 36 ja syöttöOLman kanavan 37 yli. Lämmönvaihdin on laakeroitu akselin 38 ympärille.

Poistoilman virtaus kulkee nuolen L suuntaan kun taas syöttö-ilman virtaus kulkee nuolen M mukaisesti. Täten tapahtuu lämmön siirtyminen vastavirtaperiaatteen mukaan. Kun lämmönvaihtimen kylmään vyöhykkeeseen muodostuu jäätä kierretään lämmönvaihdinta 180° akselin 36 ympäri, jolloin vastavirtaperiaate lämmönvaihtimessa edelleen säilytetään ja jään sulaminen tulee nyt tapahtumaan jatkuvan lämmön talteenoton yhteydessä kuten jo aikaisemmin on kuvattu.

On luonnollisestikin myös mahdollista vaihtaa savupeltijärjes-telyillä ilmavirtausten suuntaan lämpöputkilämmönvaihtimen kautta, mutta tätä toteutusmuotoa ei ole kuvattu lähemmin.

Kaikissa ylläkuvatuissa toteutusmuodoissa tästä keksinnöstä saavutetaan, että lämmön talteenotto saattaa tapahtua jatkuvan toiminnan kestäessä. Tällöin saavutetaan korkea hyötysuhde tätä lämmön talteenottoa varten pitemmän aikavälin kannalta katsottuna. Voidaan mainita että väliaineiden virtausten päinvastaiseksi vaihtaminen lämmönvaihtimen kautta saattaa edullisesti tapahtua lyhyin aikavälein. Esimerkkinä tästä voidaan mainita, että vaihtaminen saattaa tapahtua niinkin usein kuin kerran minuutissa, mutta vaihtojakson valinta riippuu luonnollisestikin siitä tyypistä lämmönvaihdinta, jota on käytetty ja missä lämpötilaolosuhteissa kulloinkin työskennellään. Täten saattaa myös aikaväli vaihtamisien välillä olla tehtävissä melko pitkäksi, kuten esim. vaihto kerran neljännestunnissa, vaihto kerran puolessa tunnissa, kerran tunnissa tai näiden kesken valittuja vaihtoehtoja.

7 62417

Voidaan myös mainita, että ilmavirran suunnan vaihtaminen ylläkuvattujen lämmönvaihtimien tyyppien lävitse merkitsee, että saavutetaan lämmönvaihdinelementtien puhdistusilmiö. Tämä puhdistusilmiö tulee erityisesti selväksi mikäli ilmavirran vaihtaminen toteutetaan nopeasti ja käytetään suurta ilman virtausnopeutta lämmönvaihtimen kautta. Tämä nopeus saattaa esim. olla 3 m/s.

Lämmön talteenoton laitteistojen yhteydessä on lämmön talteenotto usein ajankohtainen ainoastaan tietyn osan vuodesta aikana. Muiden osien vuodesta aikana ei täten ilmavirtausten tarvitsisi kulkea lämmön talteenottovaihtimien kautta. Tämä pätee myös yökäytön aikana. Eräs etu ylläkuvatuista käännettävissä olevista lämmönvaihtimen tyypeistä on, että ne voidaan kiertää tiettyyn väliasentoon, jossa ilmavirtaukset pystyvät kulkemaan lämmönvaihdinkappa leiden ohi. Kuvioiden 4 ja 6 mukaisessa suoritusmuodossa saavutetaan tämä asento kun lämmönvaihdinkappaletta kierretään 9G°.

Claims (6)

8 62417

1. Menetelmä huurteen poistamiseksi tuuletuslaitteiston poisto-ilman kanavaan järjestetystä lämmönvaihtimesta (1/18,23,28,34) lämmön talteenottamiseksi poistoilmasta ja viemiseksi syöttöilmaan, jolloin lämmönvaihdin toimii käyttäen kahta vastavirtaperiaatteen tai ristivirtaperiaatteen mukaan virtaavaa väliainetta, tunnet-t u siitä, että lämmönvaihtoväliaineiden virtaussuunnat lämmönvaihti-messa toistuvissa tilaisuuksissa vaihdetaan päinvastaiseksi niin, että aikaansaadaan kaksi vuorotellen kylmää ja lämmintä vyöhykettä lämmönvaihtimeen säilyttäen vasta- tai vastaavasti ristivirtauksen mukainen virtaus niin, että vuorotellen poistetaan huurre lämmönvaihtimen mainituilta vyöhykkeiltä lämmön talteenoton jatkuessa koko ajan jatkuvasti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jolloin lämmön talteenotto suoritetaan poistoilman kanavaan järjestetyn neste/ilma-lämmönvaihtimen (23) avulla, jonka nestepiiri siirtää lämpöä syöttöilman kanavaan järjestettyyn neste/ilma-lämmönvaihtimeen, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimen läpivirtaavan ilmavirran suunnan vaihto poistoilmakanavassa päinvastaiseksi suoritetaan siten, että lämmönvaihdin käännetään ilmavirrassa, ja että nestevirran suunnan päinvastaiseksi vaihtaminen aikaansaadaan muutamalla venttiilijärjestelyn asetusta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jolloin lämmön talteenotto toteutetaan ilma/ilma-lämmönvaihtimen (28,34), esimerkiksi lämpöputkilämmönvaihtimen avulla, jossa väliaineiden virrat muodostuvat poistoilman ja vastaavasti syöttöilman virroista, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimen läpi virtaavien ilmavirtojen suunnan vaihto päinvastaiseksi aikaansaadaan kääntämällä lämmönvaihdin-ilmavirroissa.

4. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa tuuletuslaitteiston poistoilman kanavaan on järjestetty lämmönvaihdin (1,18,23,28,34) lämmön talteenottamiseksi poisto-ilmasta ja viemiseksi syöttöilmaan, jolloin lämmönvaihdin on järjestetty toimimaan kahden vastavirtaan tai ristivirtaan virtaavan väliaineen kanssa, tunnettu kääntölaitteista (6,7,8,9,12), joiden avulla toistuvissa tilanteissa käännetään lämmönvaihtimessa päinvastaisiksi molempien lämmönvaihto-vällaineiden virtaussuunnat kahden lämmönvaihtimessa vuorottelevän kylmän ja kuuman vyöhykkeen aikaansaamiseksi, samalla kun säilytetään vastavirta- tai vastaavasti ristivirtavirtaus. 9 62417

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, jolloin lämmönvaihdin on ilma/ilma-lämmönvaihdin (28,34), esimerkiksi lämpöputkilämmön-vaihdin, jossa väliaineiden virrat muodostuvat poistoillaan ja vastaavasti syöttöilman virroista, tunnettu siitä, että kääntö-laitteet on järjestetty kääntämään lämmönvaihdin ilmanvirtauksissa.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, jolloin lämmönvaihdin on neste/ilma-lämmönvaihdin (23), jonka nestepiiri siirtää lämpöä syöttöilman kanavaan järjestettyyn neste/ilma-lämmönvaihti-meen, tunnettu siitä, että kääntölaitteet on järjestetty kääntämään poistoilman kanavaan sovitettu lämmönvaihdin ilmavirrassa ja kääntämään nestevirta päinvastaiseksi muuttamalla venttiilijärjestelyn asetusta. 10 6241 7