PL235069B1 - Zwój do transmisji ciepła dla obrotowego cylindrycznego wymiennika ciepła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zwój do transmisji ciepła dla obrotowego cylindrycznego wymiennika ciepła. Ma on zastosowanie dla różnego rodzaju obrotowych wymienników z systemem kanałów równoległych do osi obrotu, w szczególności dla rekuperacyjnych wymienników typu powietrzepowietrze stosowanych w systemach wentylacyjnych.

Znane są różnego rodzaju wymienniki ciepła, których budowa zależy od wielu czynników, w szczególności od funkcji jakie spełniają i miejsca zastosowania. Wśród różnych typów konstrukcji wymienników ciepła jedną z grup stanowią wymienniki obrotowe, w których ciepło przenoszone jest między dwoma strumieniami płynów o różnych temperaturach za pośrednictwem ścianek kanałów, równoległych do osi obrotu, przez które te płyny przepływają.

Z polskiego opisu patentowego PL190740 znany jest zespół elementów do przesyłania ciepła dla obrotowego regeneracyjnego wymiennika ciepła, który zawiera wiele płyt ułożonych jedna na drugiej w pewnej odległości od siebie i tworzących między nimi kanały do przepływu płynu wymieniającego ciepło. Każda z płyt ma wgłębienia umieszczone w poprzek płyty i wystające na zewnątrz płyty, w kierunku jej grzbietu, które utrzymują sąsiadujące płyty w odstępie od siebie. We wgłębieniach uformowane są wgniecenia. Pomiędzy wgłębieniami płyty mogą mieć fałdy, które mogą być ustawione ukośnie do kierunku wgłębień.

Z europejskiego opisu zgłoszeniowego opublikowanego pod numerem EP0052592A2 znany jest zwój do transmisji ciepła zawierający dwie nałożone na siebie wstęgi nawinięte wokół rdzenia, z których jedna jest karbowana poprzecznie, a druga jest karbowana podłużnie. Poprzeczne grzbiety pierwszej wstęgi mają wcięcia, których wysokość jest dostosowana do podłużnych żeber drugiej wstęgi, które to żebra ułożone są w tych wcięciach.

W publikacji patentu europejskiego EP0136515B1 ujawniono konstrukcję katalizatora spalin, który ma postać zwoju składającego się ze spiralnie zwiniętych naprzemiennych warstw karbowanych poprzecznie i niekarbowanych poprzecznie, zasadniczo gładkich, pasków metalowych. Pasek niekarbowany poprzecznie ma rozciągającą się zasadniczo podłużnie, tj. w kierunku nawijania, strukturę w postaci rowków o głębokości w przybliżeniu równej grubości tego metalowego paska. Struktura ta może mieć postać naprzemiennych płaskich rynienek i grzbietów o w przybliżeniu jednakowej szerokości. Sąsiadujące paski metalowe są ze sobą zlutowane we wszystkich lub wybranych punktach kontaktowych.

Zwój do transmisji ciepła dla obrotowego cylindrycznego wymiennika ciepła według wynalazku, zawierający warstwy utworzone przez dwie taśmy nałożone na siebie i nawinięte wokół rdzenia, z których pierwsza taśma jest karbowana poprzecznie do postaci regularnych fal tworzących z jednej strony tej taśmy grzbiety fal, a z drugiej strony doliny fal, natomiast druga taśma jest zasadniczo płaska charakteryzuje się tym, że na wszystkich grzbietach fal pierwszej taśmy znajdują się wypukłości zaopatrzone w przecięcia, których jedna krawędź ukształtowana jest do postaci haczyka. Druga taśma ma oddzielne wgłębienia, w które wchodzą wypukłości pierwszej taśmy i które mają głębokość odpowiadającą wysokości wypukłości.

Korzystnie wypukłości rozmieszczone są w jednakowych odstępach, jednakowo na wszystkich grzbietach fal i układają się w linie równoległe do brzegów taśmy.

W szczególnie korzystnym wariancie odstęp między sąsiednimi wypukłościami na jednym grzbiecie fali jest w zakresie od 5 do 30 wysokości fali, a odległość pierwszej linii wypukłości od brzegu taśmy jest w zakresie 5-25 wysokości fali.

Najkorzystniej każda wypukłość ma jedno przecięcie znajdujące się poniżej szczytowej krawędzi wypukłości i do niej równoległe.

Najkorzystniejszy efekt techniczny wynalazku uzyskuje się, gdy haczyk ukształtowany jest na krawędzi przecięcia od strony szczytu wypukłości i odgięty na zewnątrz ścianki wypukłości.

Korzystnie szerokość wypukłości jest w zakresie 3-9 wysokości fali, a szerokość przecięcia wynosi 60-95% szerokości wypukłości.

W najkorzystniejszym wariancie wynalazku wysokość wypukłości jest w zakresie 0,2-0,75 wysokości fali.

Podstawową zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że zwój tworzy samonośną konstrukcję do transmisji ciepła dla obrotowych cylindrycznych wymienników ciepła zapewniającą stabilność zwoju w czasie pracy wymiennika, tj. w czasie jego obracania się, bez konieczności stosowania dodatkowych

PL 235 069 B1 stabilizujących środków technicznych. Dodatkową zaletą jest możliwość uproszczenia technologii wytwarzania takiego zwoju poprzez eliminację etapu wstępnego kształtowania jednej z nawijanych taśm.

Przykład realizacji zwoju do transmisji ciepła dla obrotowego cylindrycznego wymiennika ciepła zilustrowany jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie zwój i jego wycinek, fig. 2 - widok aksonometryczny fragmentu czterech warstw zwoju, fig. 3 - dwa przekroje poprzeczne fragmentu z fig. 2, fig. 4 - przekrój podłużny w linii grzbietu fali fragmentu z fig. 2, a fig. 5 przedstawia w powiększeniu ułożenie wypukłości pierwszej taśmy we wgłębieniu drugiej taśmy.

W przykładowej realizacji wynalazku zwój Z do transmisji ciepła, którego wycinek w przekroju pokazano na fig. 1, ma kształt walca utworzonego z dwóch cienkich metalowych taśm, w szczególności aluminiowych - pierwszej taśmy 1 karbowanej poprzecznie i drugiej taśmy 2 zasadniczo płaskiej, ułożonych jedna na drugiej i nawiniętych wokół rdzenia. Nawinięte taśmy aluminiowe tworzą kolejne warstwy, na przemian płaskie i karbowane, pomiędzy którymi znajdują się kanały K do przepływu powietrza przez ten zwój. Powietrze kontaktując się ze ścianami kanałów K, wymienia z nimi ciepło zmieniając swoje parametry fizyczne, temperaturę i wilgotność. W ten sposób następuje transmisja ciepła między powietrzem przepływającym kanałami i ścianami tych kanałów. Zwój Z razem z jego obudową i innym niezbędnym osprzętem, nie pokazanymi na rysunku, tworzy wymiennik ciepła typu powietrze-powietrze mający w szczególności zastosowanie do odzysku ciepła w systemach wentylacyjnych. Powietrze wydmuchiwane z pomieszczenia przekazuje swą energię cieplną do zwoju, schładza lub ogrzewa ścianki jego kanałów, a po dokonaniu obrotu wymiennika energia cieplna ze ścianek jest przekazywana do powietrza wdmuchiwanego. Na fig. 2, 3, 4 pokazano fragment zwoju Z zawierający dwie warstwy karbowanej pierwszej taśmy 1 i dwie warstwy zasadniczo płaskiej drugiej taśmy 2, przy czym dla uproszczenia i lepszego zobrazowania kształtów, rysunki nie uwzględniają krzywizny zwoju. Pierwsza taśma 1 jest karbowana poprzecznie do postaci fal z regularnie rozmieszczonymi poprzecznymi grzbietami fal 3 po jednej stronie taśmy i dolinami fal 4 po drugiej stronie taśmy, o kącie karbu w zakresie 60^o-100° i wysokości fali H w zakresie 1-2,7 mm. Na wszystkich grzbietach fal 3 ukształtowane są wypukłości 5 w kształcie zębów. Każda wypukłość 5 w swej górnej części ma jedno przecięcie 6 równoległe do szczytowej krawędzi karbu, o szerokości stanowiącej 60% - 95% szerokości S wypukłości 5. Górna krawędź każdego przecięcia 6 jest ukształtowana do postaci haczyka 7, odgiętego na zewnątrz ścianki wypukłości 5. W najkorzystniejszym wariancie przecięcie 6 znajduje się poniżej szczytowej krawędzi zęba stanowiącego wypukłość 5 i ma szerokość równą 80 % szerokości S wypukłości 5. Wszystkie wypukłości 5 są jednakowe i rozmieszczone regularnie tworząc podłużne linie równoległe do brzegów taśm i prostopadłe do poprzecznych grzbietów fal 3 karbowanej pierwszej taśmy 1. Szerokość S każdej z tych wypukłości 5 mieści się w zakresie 3-9 wysokości fali H, tj. odległości między grzbietem fali 3 i doliną fali 4. Natomiast wysokość h wypukłości 5 jest w zakresie 0,2 - 0,75 wysokości fali H, najkorzystniej 0,3 wysokości fali H. Wielkość odstępu L między sąsiednimi wypukłościami 5 na grzbiecie 3 fali jest dobierana z zakresu 5-30 wysokości H fali, najkorzystniej wynosi 10 x H. Odległość I pierwszej linii wypukłości 5 od brzegu taśmy mieści się w zakresie 5-25 wysokości fali H, najkorzystniej wynosi 9 x H. Ułożona w zwoju karbowana pierwsza taśma 1 styka się od strony grzbietów fali 3 z jedną warstwą, a od strony dolin fali 4 - z drugą warstwą ułożonej w zwoju drugiej taśmy 2, która jest zasadniczo płaska, ale ma na swej powierzchni oddz ielne niewielkie wgłębienia 8, w których ułożone są wypukłości 5 pierwszej taśmy 1. Kształt i rozmieszczenie wgłębień 8 odpowiada kształtowi i rozmieszczeniu wypukłości 5 na g rzbietach 3 fal pierwszej taśmy 1. W ten sposób oddzielne niewielkie wgłębienia 8 w zasadniczo płaskiej drugiej taśmie 2 tworzą podłużne linie równoległe do brzegu taśmy, odpowiadające podłużnym liniom wypukłości 5 pierwszej taśmy 1. Druga taśma 2 swoją drugą stroną styka się z dolinami 4 fal leżącej z jej drugiej strony kolejnej warstwy pierwszej taśmy 1. Na fig. 5 pokazano schematycznie w powiększeniu ułożenie wypukłości 5 zaopatrzonej w przecięcie 6 z haczykiem 7, znajdującej się na grzbiecie fali 3 pierwszej taśmy 1, we wgłębieniu 8 drugiej taśmy 2. W tak ukształtowanym zwoju Z utworzonym z naprzemiennie ułożonych warstw karbowanej pierwszej taśmy 1 i zasadniczo płaskiej drugiej taśmy 2, wypukłości 5 ukształtowane na grzbietach fal pierwszej taś my 1 ułożone są we wgłębieniach 8 ukształtowanych w drugiej taśmie 2, a haczyki 7 ukształtowane na przecięciach 6 wypukłości 5 opierają się i zahaczają o ścianki wgłębień 8 i blokują możliwość niepożądanego przesunięcia się taśm w czasie pracy wymiennika ciepła.

W przykładowej realizacji pierwszą i drugą taśmę 1, 2 stanowi folia aluminiowa o grubości 0,02 mm - 0,2 mm i szerokości 70 mm - 300 mm, wysokość fali H folii karbowanej dobierana jest z zakresu 1 mm - 2,7 mm, wysokość wypukłości h wynosi 0,3 razy wysokość fali H, a szerokość S

PL 235 069 B1 wypukłości wynosi 4 razy wysokość fali H . Dla uzyskania skutecznego zakleszczenia folii karbowanej i zasadniczo płaskiej, stosuje się odpowiednie rolki o sile docisku obu taśm w czasie ich nawijania w zakresie 0,1-0,15 bar na każde 10 mm szerokości rolki dociskowej. Folia aluminiowa może być dodatkowo pokryta czynnikiem absorbującym wilgoć.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia zminimalizowanie tarcia między warstwami taśm w zwoju i zapobiega luzowaniu się zwoju podczas pracy. Umożliwia to budowę zwoju do transmisji ciepła dla obrotowego wymiennika ciepła bez stosowania dodatkowych środków technicznych takich jak sklejanie, spawanie, szpilkowanie itp., zapewniających jego stabilność w czasie pracy wymiennika. Środki te pogarszają parametry wymiany ciepła i stanowią utrudnienie technologiczne przy produkcji takich wymienników. Jest to szczególnie ważne dla zwojów bardzo wąskich, w których zapewnienie sztywności i stabilności za pomocą dodatkowych wprowadzonych do zwoju prętów jest bardzo trudne technologicznie. Ponadto wynalazek umożliwia uproszczenie technologii wytwarzania stabilnego zwoju wymiennika, ponieważ zasadniczo płaska taśma nie musi być przed nawinięciem wstępnie kształtowana na oddzielnym stanowisku ani precyzyjnie ustawiana względem drugiej karbowanej taśmy. Zastosowanie nacisku na stykające się taśmy w czasie ich nawijania powoduje, że wypukłości na grzbietach fal taśmy karbowanej, w trakcie jej nawijania razem z taśmą płaską, dokonują w wgnieceń tworzących wgłębienia w taśmie płaskiej, a przecięcia i haczyki na tych wypukłościach przytrzymują i zakleszczają taśmy ze sobą.

Zwój do transmisji ciepła o konstrukcji według wynalazku może być wykorzystany w różnych innych zastosowaniach, a także zrealizowany w wariantach innych niż przedstawiony przykładowy, ale z tymi samymi cechami istotnymi.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zwój do transmisji ciepła dla obrotowego cylindrycznego wymiennika ciepła zawierający warstwy utworzone przez dwie taśmy nałożone na siebie i nawinięte wokół rdzenia, z których pierwsza taśma jest karbowana poprzecznie do postaci regularnych fal tworzących z jednej strony tej taśmy grzbiety fal, a z drugiej strony doliny fal, natomiast druga taśma jest zasadniczo płaska, znamienny tym, że na wszystkich grzbietach fal (3) pierwszej taśmy (1) znajdują się wypukłości (5) zaopatrzone w przecięcia (6), których jedna krawędź ukształtowana jest do postaci haczyka (7), a druga taśma (2) ma oddzielne wgłębienia (8), w które wchodzą wypukłości (5) pierwszej taśmy (1) i które mają głębokość odpowiadającą wysokości (h) wypukłości (5).
2. 2. Zwój według zastrz. 1, znamienny tym, że wypukłości (5) rozmieszczone są w jednakowych odstępach (L), jednakowo na wszystkich grzbietach fal (3) i układają się w linie równoległe do brzegów taśmy.
3. 3. Zwój według zastrz. 2, znamienny tym, że odstęp (L) między sąsiednimi wypukłościami (5) na jednym grzbiecie fali (3) jest w zakresie od 5 do 30 wysokości fali (H), a odległość (I) pierwszej linii wypukłości (5) od brzegu taśmy jest w zakresie 5-25 wysokości fali (H).
4. 4. Zwój według zastrz. 3, znamienny tym, że każda wypukłość (5) ma jedno przecięcie (6) znajdujące się poniżej szczytowej krawędzi wypukłości (5) i do niej równoległe.
5. 5. Zwój według zastrz. 4, znamienny tym, że haczyk (7) ukształtowany jest na krawędzi przecięcia (6) od strony szczytu wypukłości (5) i odgięty na zewnątrz ścianki wypukłości (5).
6. 6. Zwój według zastrz. 5, znamienny tym, że szerokość (S) wypukłości (5) jest w zakresie 3-9 wysokości fali (H), a szerokość przecięcia (6) wynosi 60-95% szerokości (S) wypukłości (5).
7. 7. Zwój według jednego z zastrzeżeń od 1 do 6, znamienny tym, że wysokość (h) wypukłości (5) jest w zakresie 0,2-0,75 wysokości fali (H).