PL232075B1

PL232075B1 - Urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym

Info

Publication number: PL232075B1
Application number: PL418279A
Authority: PL
Inventors: Mariusz POŹNIAK; Mariusz Poźniak; Artur POŹNIAK; Artur Poźniak; Marek ZACHARSKI; Marek Zacharski; Jarosław BIERNACKI; Jarosław Biernacki; Aleksandra PRZYDRÓŻNA; Aleksandra Przydróżna
Original assignee: Revolvent Spolka Akcyjna
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2019-05-31
Also published as: CN109790989A; CN109790989B; CA3033832A1; US20190170389A1; WO2018030903A1; CA3033832C; PL418279A1; EP3497376A1; US11841161B2

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki:

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym, przeznaczone do odwracania kierunku przepływu powietrza wprawianego w ruch wirnikiem wentylatora lub turbiny o stałym kierunku obrotów.

Stan techniki:

Znane urządzenie do zmiany kierunku przepływu powietrza w systemach wentylacyjnych ma wentylator i jest wyposażone w cylindryczną przepustnicę składającą się z co najmniej dwóch współosiowych cylindrów, z których jeden, korzystnie cylinder wewnętrzny jest ruchom y i umieszczony obrotowo w drugim cylindrze, korzystnie w stałym cylindrze zewnętrznym. We wnętrzu cylindra wewnętrznego umieszczona jest związana z nim przegroda, w której zamocowany jest króciec ssawny wentylatora. Przegroda jest zamocowana na stałe do cylindra wewnętrznego i wraz z dwoma zamykającymi go na obu końcach płytami stanowi komorę wentylatora. Cylinder wewnętrzny jest ułożyskowany w obudowie i uzyskuje napęd od siłownika obrotowego. Obrót cylindra wewnętrznego jest realizowany wahadłowo o kąt 180° w lewo i w kierunku odwrotnym o kąt 180° w prawo, lub dokonywany jest w jednym kierunku cyklicznie o 180°. Przepustnica cylindryczna ma otwory stanowiące okna przepływu powietrza, które znajdują się na powierzchniach tworzących cylindrów zewnętrznego i wewnętrznego. Wnętrze obrotowego cylindra stanowi komorę wentylatora podzieloną na część dolną, stanowiącą komorę ssawną wentylatora, oraz część górną, stanowiącą obudowę wirnika wentylatora promieniowego z króćcem ssawnym, napędzanego silnikiem elektrycznym. Cylinder zewnętrzny ma cztery prostokątne otwory z zaokrąglonymi narożami, o wymiarach: szerokość wyrażona w mierze łukowej - kąt rozwarty nie większy niż 180° oraz wysokość mniejsza niż połowa wysokości cylindra zewnętrznego. Otwory te są utworzone parami jeden nad drugim, a ponadto obie pary otworów są rozmieszczone naprzeciw siebie, symetrycznie względem środka kołowego zarysu cylindra zewnętrznego, przy czym cylinder ten ma otwory: prawy dolny, prawy górny, lewy dolny i lewy górny. Przez otwory usytuowane po jego lewej stronie cylinder zewnętrzny ma połączenie z komorą rozprężną, a przez jeden z otworów, na przykład prawy dolny ma połączenie z króćcem powietrza zużytego i odpowiednio, przez prawy górny otwór cylinder zewnętrzny ma połączenie z króćc em nawiewanego powietrza świeżego. Z kolei cylinder wewnętrzny ma dwa prostokątne otwory z zaokrąglonymi narożami, prawy dolny i lewy górny, o wymiarach: szerokość wyrażona w mierze łukowej - kąt rozwarty nie większy niż 180° i wysokość mniejsza niż połowa wysokości cylindra zewnętrznego. Podczas obrotu cylindra wewnętrznego, gdy jego górny otwór pokrywa się z górnym lewym otworem cylindra zewnętrznego, wtedy dolny prawy otwór cylindra wewnętrznego pokrywa się z dolnym prawym otworem cylindra zewnętrznego. W tym samym położeniu cylindra wewnętrznego zasłonięte pozostają dolny lewy otwór oraz górny prawy otwór cylindra zewnętrznego, a po obróceniu cylindra wewnętrznego o 180° dotychczas otwarte otwory cylindra zewnętrznego zamykają się, natomiast dotychczas zamknięte otwory otwierają się.

Z opisu patentowego WO 2012/155913 A1 znane jest urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym z obrotową, cylindryczną przepustnicą, w której znajduje się maszyna robocza w postaci wentylatora osiowego. Przepustnica ma dwie przeciwległe, zespolone z sobą czasze w kształcie brył obrotowych, które tworzą przesłonę zamykającą kanał powietrzny. Każda z czasz stanowi wycinek jej cylindrycznej pobocznicy i ma powierzchnię uszczelniającą o zarysie łukowym, która przylega ślizgowo do cylindrycznej powierzchni kanału powietrznego. Wspólna oś obrotu obu czasz pokrywa się z osią obrotu przepustnicy. Pomiędzy czaszami przepustnicy są utworzone dwa przeciwległe, łukowe wycięcia, które stanowią jej centralny otwór. Silnik wentylatora jest zamocowany w cylindrycznej przepustnicy tak, że obraca się razem z nią wewnątrz kanału powietrznego. Podobne urządzenie znane jest z opisu patentowego JP 2001193979 A, w którym przepustnica składa się z cylindrycznej obudowy i obrotowego, cylindrycznego wkładu. Obie cylindryczne części przepustnicy są wyposażone w zespół otworów, wykonanych zarówno w ich pobocznicach oraz w dennicach.

Niedogodności znanych rozwiązań:

Znane urządzenia przeznaczone do zmiany kierunku przepływu powietrza mają rozbudowaną konstrukcję oraz ograniczone zastosowanie.

Cel wynalazku:

W celu wyeliminowania powyższych niedogodności opracowano wynalazek, którego istota jest scharakteryzowana w zastrzeżeniach patentowych.

PL 232 075 B1

Istota wynalazku:

Urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym zgodnie z wynalazkiem ma obrotową, profilowaną przepustnicę, w której jest umieszczona maszyna robocza w postaci wentylatora lub turbiny, a ponadto przepustnica ma centralny otwór i dwie zespolone z sobą czasze w postaci brył obrotowych, które tworzą przesłonę zamykającą kanał powietrzny, przy czym wspólna oś obrotu tych czasz pokrywa się z osią obrotu przepustnicy. Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że przepustnica ma postać przepustnicy jednopłaszczyznowej, której czasze są usytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny jej przesłony zamykającej kanał powietrzny i są wzajemnie tak rozmieszczone, że centralny otwór jest utworzony w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny przepustnicy i zarazem prostopadłej do osi jej obrotu. Czasza ssąco-wlotowa jest połączona z czaszą tłoczno-wylotową za pomocą dwóch symetrycznych, płaskich żeber tak, że powstaje przesłona zamykająca o krawędziach szczelnie dopasowanych do półki dzieląco-uszczelniającej, która oddziela od siebie górną część i dolną część kanału powietrznego. Maszynę roboczą stanowi korzystnie maszyna promieniowa, umieszczona w tłoczno-wylotowej czaszy przepustnicy, zaś otwór centralny znajduje się w leju ssawno-wlotowym, usytuowanym w czaszy tłoczno-wylotowej. Promieniową maszyną roboczą jest wentylator promieniowy z wirnikiem i silnikiem, który jest zamocowany na nieruchomym trzpieniu. W innym rozwiązaniu według wynalazku maszyną roboczą jest wentylator osiowy z wirnikiem i silnikiem, umieszczony w tunelu, w którym znajduje się otwór centralny, przy czym tunel ten łączy czaszę ssąco-wlotową z czaszą tłoczno-wylotową przepustnicy, której nieruchoma oś obrotu jest zamocowana do kanału powietrznego za pomocą tulei kołnierzowej. Tunel ma przekrój kołowy, a jego oś pokrywa się z osią symetrii i zarazem osią obrotu przepustnicy.

Korzystne skutki zastosowania wynalazku:

Rozwiązanie urządzenia według wynalazku upraszcza konstrukcję przepustnicy, eliminując stosowany w znanym urządzeniu cylinder zewnętrzny i zmieniając kształt cylindra na płaską przepustnicę profilowaną z dwoma czaszami, ssąco-wlotową i tłoczno-wylotową. Konstrukcja przepustnicy umożliwia jej współdziałanie nie tylko z wentylatorem promieniowym, ale również z wentylatorem osiowym oraz turbinami osiową i promieniową.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia przekrój pionowy urządzenia do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym z obrotową przepustnicą profilowaną i wentylatorem promieniowym;

Fig. 2 - przepustnicę z wentylatorem promieniowym w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 3 - przepustnicę z wentylatorem promieniowym w przekroju poziomym;

Fig. 4 - przepustnicę z wentylatorem promieniowym według zastrz. 3 w przekroju A-A;

Fig. 5 - przepustnicę z turbiną promieniową w przekroju poziomym;

Fig. 6 - przepustnicę z turbiną promieniową w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 7 - przepustnicę z turbiną promieniową w przekroju pionowym;

Fig. 8 - przepustnicę z turbiną promieniową według zastrz. 7 w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 9 - przepustnicę z wentylatorem osiowym w przekroju pionowym;

Fig. 10 - przepustnicę z wentylatorem osiowym w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 11 - przepustnicę z wentylatorem osiowym w przekroju poziomym;

Fig. 12 - przepustnicę z wentylatorem osiowym według zastrz. 11 w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 13 - przepustnicę z turbiną osiową w przekroju poziomym;

Fig. 14 - przepustnicę z turbiną osiową w poprzecznym przekroju A-A;

Fig. 15 - perspektywiczny widok przepustnicy w jednym ze skrajnych położeń;

Fig. 16 - perspektywiczny widok przepustnicy w drugim skrajnym położeniu;

Fig. 17 - perspektywiczny widok przepustnicy z wentylatorem osiowym w jednym ze skrajnych położeń;

Fig. 18 - perspektywiczny widok przepustnicy z wentylatorem osiowym w drugim skrajnym położeniu.

Przykład wykonania wynalazku:

Urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym według wynalazku składa się z kanału powietrznego 1 z obrotową, wyprofilowaną przepustnicą, w której jest umieszczona maszyna robocza. W zależności od rozwiązania szczegółowego, urządzenie może być wyposażone w maszynę roboczą promieniową w postaci wentylatora lub turbiny promieniowej albo w maszynę roboczą osiową w postaci wentylatora lub turbiny osiowej.

PL 232 075 B1

Obrotowa przepustnica ma postać jednopłaszczyznowej przepustnicy 3, która ma okrągły otwór centralny oraz dwa przetłoczenia tworzące czaszę ssąco-wlotową 3a i czaszę tłoczno-wylotową 3b, tak wykonane, że znajdują się po przeciwnych stronach płaszczyzny przesłony. Czasze 3a, 3b mają kształt brył obrotowych o wspólnej osi obrotu, pokrywającej się z osią obrotu przepustnicy 3. Wzajemne położenie czasz 3a, 3b sprawia, że otwór centralny zawiera się w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny przepustnicy 3 oraz prostopadłej do jej osi obrotu.

Przepustnica 3 uzyskuje napęd od siłownika 9, który jest zamocowany za pośrednictwem nieruchomego wspornika 8 do kanału powietrznego 1. Przepustnica 3 ma możliwość wykonywania obrotów wahadłowych o kąt nie większy niż 180 stopni. W skrajnych położeniach przepustnica 3 przylega wszystkimi krawędziami 4 swej przesłony do półki dzieląco-uszczelniającej 2, wykonanej we wnętrzu kanału powietrznego 1, i oddziela szczelnie górną część 1a od dolnej części 1b tego kanału. Przepustnica 3 napędzana siłownikiem 9 może obracać się o kąt nie większy niż 180 stopni. Podczas takiego obrotu położenie czasz 3a, 3b względem kanału powietrznego 1 ulega zmianie tak, że czasza, która znajdowała się w górnej części kanału powietrznego 1, przemieszcza się do jego dolnej części, zaś czasza, która znajdowała się w dolnej części kanału powietrznego 1, przemieszcza się do jego części górnej. Obrót odbywa się w jak najkrótszym czasie, w którym układ jest nieszczelny, a strumienie powietrza mogą się mieszać.

Urządzenie według wynalazku może być wykonane w dwóch odmianach, gdzie w pierwszej odmianie, ukazanej na Fig. 1 do Fig. 8, jest wyposażone w maszynę roboczą promieniową, a w drugiej odmianie, ukazanej na Fig. 9 do Fig. 14, jest wyposażone w maszynę roboczą osiową.

W pierwszej odmianie urządzenia promieniowa maszyna robocza ma postać wentylatora promieniowego lub turbiny promieniowej. Maszyna promieniowa jest umieszczona w czaszy tłoczn o-wylotowej 3b, a otwór centralny przepustnicy 3 znajduje się w leju ssawno-wlotowym 3f usytuowanym w czaszy tłoczno-wylotowej 3b. Promieniowa maszyna robocza w przypadku zastosowania wentylatora zasysa lub w przypadku zastosowania turbiny pobiera powietrze z czaszy ssąco-wlotowej 3a, doprowadzając je poprzez otwór centralny w leju ssawnym 3f do czaszy tłoczno-wylotowej 3b.

Zgodnie z Fig. 1-4 urządzenie w pierwszej odmianie służy do odwracania kierunku przepływu powietrza w kanale powietrznym 1 za pomocą wentylatora promieniowego, wyposażonego w wirnik 13 i silnik 14. Jak pokazano na Fig. 5-8, urządzenie to służy do kierowania napływającego z różnych kierunków powietrza do kanału powietrznego 1 na właściwą stronę promieniowej turbiny powietrznej 5a, wyposażonej w prądnicę 6a.

Jednopłaszczyznowa przepustnica 3 w tej odmianie ma profilowy kształt, który tworzą czasza ssąco-wlotowa 3a, czasza tłoczno-wylotowa 3b oraz otwór centralny z lejem ssawnym 3f. Dwa symetryczne, płaskie żebra 3d łączą czaszę ssąco-wlotową 3a z czaszą tłoczno-wylotową 3b tak, że powstaje przesłona uszczelniająca, której krawędzie 4 są szczelnie dopasowane do półki dzieląco-uszczelniającej 2. W swych skrajnych położeniach przepustnica 3 dzięki szczelnemu przyleganiu krawędzi 4 do półki dzieląco-uszczelniającej 2 oddziela szczelnie górną część 1a od dolnej części 1b kanału powietrznego 1. Przepustnica 3 jest ułożyskowana obrotowo w kanale powietrznym 1 na nieruchomym trzpieniu 15 mocującym silnik 14 wentylatora promieniowego lub na nieruchomym trzpieniu 15a mocującym prądnicę 6a turbiny promieniowej 5a oraz na drążonym łączniku 3e ułożyskowanym w kanale powietrznym 1. Siłownik 9 napędu przepustnicy 3 jest zamocowany za pośrednictwem nieruchomego wspornika 8 do obudowy kanału powietrznego 1.

W drugiej odmianie urządzenia zastosowano maszynę roboczą osiową w postaci wentylatora osiowego lub turbiny osiowej. Maszyna osiowa jest umieszczona w tunelu 3c, w którym znajduje się otwór centralny. Maszyna osiowa w przypadku wentylatora zasysa lub w przypadku turbiny pobiera powietrze z czaszy ssąco-wlotowej 3a, doprowadzając powietrze tunelem 3c do czaszy tłoczno-wylotowej 3b.

Zgodnie z Fig. 9-12 urządzenie w drugiej odmianie służy do odwracania kierunku przepływu powietrza w kanale powietrznym 1 z wykorzystaniem wentylatora osiowego, wyposażonego w wirnik 13a i silnik 14a. Urządzenie to służy również do kierowania napływającego z różnych kierunków powietrza do kanału powietrznego 1 na właściwą stronę osiowej turbiny powietrznej 5, która jest wyposażona w prądnicę 6 napędzaną powietrzem przepływającym przez kanał powietrzny 1. Również w tym rozwiązaniu przepustnica 3 jest utworzona z tunelu 3c łączącego czaszę ssąco-wlotową 3a z czaszą tłoczno-wylotową 3b oraz dwóch symetrycznych, płaskich żeber 3d. Czasze 3a i 3b są rozmieszczone symetrycznie względem środka przepustnicy 3. Tunel 3c ma przekrój kołowy o osi pokrywającej się z osią symetrii przepustnicy 3 i zarazem jej osią obrotu. Żebra 3d łączą z sobą czaszę wlotową 3a, czaszę wylotową 3b oraz tunel 3c tak, że powstaje przesłona uszczelniająca, której krawędzie 4 są szczelnie

PL 232 075 B1 dopasowane do półki dzieląco-uszczelniającej 2. Przepustnica 3 jest ułożyskowana obrotowo na nieruchomej osi 7 zamocowanej do kanału powietrznego 1 za pomocą tulei kołnierzowej 11 i ma możliwość wykonywania obrotów wahadłowych o kąt nie większy niż 180 stopni. W skrajnych położeniach przepustnica 3 dzięki przyleganiu krawędzi 4 do półki dzieląco-uszczelniającej 2 szczelnie oddziela górną część 1a od dolnej części 1b kanału powietrznego 1. Prądnica 6 jest osadzona na nieruchomej osi 7 tak, że stojan prądnicy 6 pozostaje nieruchomy wraz z osią 7, a wirujące uzwojenie prądnicy 6 jest połączone z wirnikiem turbiny osiowej 5. Siłownik 9 napędu przepustnicy 3 jest zamocowany za pośrednictwem nieruchomego wspornika 8 do obudowy kanału powietrznego 1. Wał siłownika jest połączony z obudową kanału powietrznego 1 za pomocą drążonego łącznika 3e, który jest ułożyskowany w kanale powietrznym 1 na nieruchomej osi 7 przepustnicy 3.

Działanie urządzenia z obrotową przepustnicą 3 we wszystkich odmianach wynalazku polega na szczelnym rozdzielaniu kanału powietrznego 1 na dwie części, górną 1a i dolną 1b o różnym ciśnieniu powietrza.

W odmianie pierwszej jedyna droga dla powietrza przepływającego przez przedzielony kanał powietrzny 1 wiedzie przez otwór centralny w leju ssawno-wlotowym 3f, usytuowanym w czaszy tłoczno-wylotowej 3b, w której jest umieszczona nieruchomo promieniowa maszyna robocza w postaci wentylatora promieniowego lub turbiny promieniowej.

W odmianie drugiej jedyna droga dla powietrza przepływającego przez przedzielony kanał powietrzny 1 wiedzie przez tunel 3c, w którym jest umieszczona nieruchomo osiowa maszyna robocza w postaci wentylatora osiowego lub turbiny osiowej.

Cykliczne obroty przepustnicy 3 o kąt nie większy niż 180 stopni powodują chwilowe rozszczelnienie kanału powietrznego 1. W przypadku stosowania wentylatora, po zajęciu przez przepustnicę 3 kolejnego skrajnego położenia następuje w kanale powietrznym 1 odwrócenie kierunku przepływu powietrza, wprawianego w ruch wirnikiem 13 wentylatora promieniowego lub wirnikiem 13a wentylatora osiowego, który obraca się w jednym kierunku. Jest to typowe zastosowanie urządzenia w układach wentylacji lub układach odzysku ciepła z wykorzystaniem akumulacyjnych wymienników ciepła. W przypadku stosowania turbiny napływ powietrza na wirnik turbiny jest stały pomimo tego, że powietrze zmienia cyklicznie kierunek przepływu w kanale powietrznym 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do sterowania przepływem powietrza w kanale powietrznym z obrotową, profilowaną przepustnicą, w której jest umieszczona maszyna robocza w postaci wentylatora lub turbiny, a ponadto przepustnica ma centralny otwór i dwie zespolone z sobą czasze w postaci brył obrotowych, które tworzą przesłonę zamykającą kanał powietrzny, przy czym wspólna oś obrotu tych czasz pokrywa się z osią obrotu przepustnicy, znamienne tym, że przepustnica ma postać jednopłaszczyznowej przepustnicy (3), której czasze (3a, 3b) są usytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny jej przesłony zamykającej powietrzny kanał (1) i wzajemnie tak rozmieszczone, że centralny otwór jest utworzony w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny przepustnicy (3) i zarazem prostopadłej do jej osi obrotu.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ssąco-wlotowa czasza (3a) jest połączona z tłoczno-wylotową czaszą (3b) za pomocą dwóch symetrycznych, płaskich żeber (3d) tak, że powstaje przesłona zamykająca o krawędziach (4) szczelnie dopasowanych do półki dzieląco-uszczelniającej (2), która oddziela od siebie górną część (1a) i dolną część (1b) powietrznego kanału (1).
3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że maszynę roboczą stanowi maszyna promieniowa, umieszczona w tłoczno-wylotowej czaszy (3b) przepustnicy (3), a otwór centralny znajduje się w leju ssawno-wlotowym (3f), usytuowanym w czaszy tłoczno-wylotowej (3b).
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że promieniową maszyną roboczą jest wentylator promieniowy z wirnikiem (13) oraz silnikiem (14), który jest zamocowany na nieruchomym trzpieniu (15).
5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że maszyną roboczą jest wentylator osiowy z wirnikiem (13a) i silnikiem (14a), umieszczony w tunelu (3c), w którym znajduje się otwór

PL 232 075 Β1 centralny, przy czym tunel (3c) łączy czaszę ssąco-wlotową (3a) z czaszą tłoczno-wylotową (3b) przepustnicy (3), której nieruchoma oś (7) obrotu jest zamocowana do kanału powietrznego (1) za pomocą tulei kołnierzowej (11).
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że tunel (3c) ma przekrój kołowy, a jego oś pokrywa się z osią symetrii i zarazem osią obrotu przepustnicy (3).