RU2499199C1

RU2499199C1 - Utiliser of exhaust air heat for heating of plenum air

Info

Publication number: RU2499199C1
Application number: RU2012127478/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Лаврентьевич Наумов; Александр Александрович Наумов; Сергей Федорович Серов; Александр Олегович Будза
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "МИКТЕРМ"
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2013-11-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: utiliser of exhaust air heat for heating of plenum air includes a housing, a bank of parallel plates installed in it with formation of alternating channels for movement of exhaust and plenum air flows and water-absorbing material; with that, plates are made from cellular material; cells have an inclination for water down flow; on cells there are holes with the diameter of 1-2 mm. With that, the holes located in lower part of the utiliser cells are covered with air-tight water outlet valves located on the outer side of cellular plates, which is covered with water-absorbing material. Honeycomb polycarbonate is used as cellular plates. Instead of being covered with water-absorbing material, the outer side of cellular plates of the honeycomb polycarbonate is rough and has water-absorbing properties.

EFFECT: considerable simplification of a structure; high degree of unification; low labour intensity of manufacture and high repairability; high heat transfer efficiency and reduction of probability of freezing at low ambient air temperatures.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным устройствам для газовых сред и может использоваться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, административных и общественных зданий.The invention relates to heat exchangers for gaseous media and can be used in ventilation and air conditioning systems of residential, administrative and public buildings.

Известно устройство кондиционирования воздуха (RU №2216694 C1, кл. F24F 3/14, опубл. 2003), содержащее вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока - из капиллярно-пористого материала, при этом устройство снабжено дополнительным клапаном, а воздухораспределительная камера разделена на две полости перегородкой, в которой установлен дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с одной стороны с патрубком входа вспомогательного потока, а с другой стороны - со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию, включающее совмещенную подачу тепла для отопления и горячего водоснабжения по двухтрубной тепловой сети, при этом применяют специальный график температур сетевой воды и устанавливают на вводах последовательно проточные теплообменники с регуляторами температур на +60° при открытой и на +70° при закрытой схемах горячего водоснабжения.A known air conditioning device (RU No. 2216694 C1, class F24F 3/14, publ. 2003), comprising fans for supplying the main and auxiliary flows, control valves, a housing with air inlet and outlet nozzles, housed in a water tank with a system for supplying water to a capillary-porous material, a heat exchange section with main and auxiliary adjacent channels, an air distribution chamber, while adjacent channels of the heat exchange section of the main stream are made of moisture-proof material, and adjacent channels the auxiliary flow is made of capillary-porous material, while the device is equipped with an additional valve, and the air distribution chamber is divided into two cavities by a partition in which an additional valve is installed, while one cavity of the air distribution chamber is connected to the outlet pipe of the main stream, and the other cavity is connected to on the one hand, with an auxiliary flow inlet pipe, and on the other hand, with adjacent channels of the auxiliary flow, moreover, the water supply device is provided with a nozzle installed on the inlet side of the auxiliary flow into the heat exchange section, including the combined heat supply for heating and hot water supply via a two-pipe heat network, a special schedule of network water temperatures is used and flow-through heat exchangers with temperature regulators are installed at the inlets with + 60 ° when open and + 70 ° with closed hot water supply schemes.

Известно теплообменное устройство (RU №36137 U1, кл. F24F 3/14, опубл. 2004), содержащее корпус с установленным в нем пакетом пластин, образующих сквозные сухие и влажные каналы с входами и выходами, по меньшей мере, один расположенный в средней части пакета пластин поперечный ряд продольно размещенных во влажных каналах сообщенных друг с другом емкостей, стенки которых образованы пластинами, и средство для подвода и отвода воды в эти емкости, причем сухие каналы расположены перекрестно влажным каналам, при этом входы сухих каналов и выходы влажных каналов расположены с одной стороны устройства, а выходы сухих каналов и входы влажных каналов - с противоположной его стороны, причем емкости сообщены друг с другом посредством трубчатых элементов, размещенных в сухих каналах.Known heat exchange device (RU No. 36137 U1, class F24F 3/14, publ. 2004), comprising a housing with a set of plates installed in it, forming through dry and wet channels with inputs and outputs, at least one located in the middle part package of plates is a transverse row of tanks longitudinally arranged in wet channels of interconnected containers, the walls of which are formed by plates, and means for supplying and discharging water into these containers, the dry channels being located crosswise to the wet channels, while the inputs of the dry channels and the outputs of the wet channels the sumps are located on one side of the device, and the outputs of the dry channels and the inputs of the wet channels are on the opposite side thereof, and the containers are communicated with each other by means of tubular elements located in the dry channels.

Основным недостатком аналогов является сложность конструктивного исполнения и необходимость использования для приготовления приточного воздуха тепловой энергии и воды централизованного теплоснабжения, что снижает энергетическую эффективность устройств.The main disadvantage of analogues is the complexity of the design and the need to use heat energy and district heating water for the preparation of supply air, which reduces the energy efficiency of the devices.

Наиболее близким к заявленному является известное техническое решение, относящееся к устройству тепловлагообменника (RU №90881 U1, кл. F24F 3/147, опубл. 2010), содержащему корпус, в котором выполнены отверстия для входа и выхода потоков воздуха, установленный в корпусе пакет пластин, которые образуют чередующиеся каналы для нагреваемого и увлажняемого потока воздуха и остужаемого и осушаемого потока воздуха, капиллярно-пористый материал, нижний край которого помещен в поддон, заполненный раствором сорбента, при этом потоки воздуха направлены вертикально - остужаемый/осушаемый поток воздуха движется сверху вниз, а нагреваемый и увлажняемый поток воздуха движется снизу вверх, капиллярно-пористый материал имеет ворсистую структуру и закрывает отверстие площадью от 60 до 80% в нижней части каждой пластины, а в качестве сорбента применен водный раствор солей, содержащих преимущественно CaCl₂ или ZnCl₂. Расстояние между пластинами, формирующими остужаемый и осушаемый поток воздуха, составляет от 70 до 90% от расстояния между пластинами, формирующими нагреваемый и увлажняемый поток воздуха.Closest to the claimed is a known technical solution related to the device of a heat exchanger (RU No. 90881 U1, class F24F 3/147, publ. 2010), comprising a housing in which openings are made for air inlet and outlet, a plate pack installed in the housing which form alternating channels for a heated and humidified air stream and a cooled and drained air stream, a capillary-porous material, the lower edge of which is placed in a tray filled with a sorbent solution, while the air flows are directed vertically the ideal - cooled / drained air stream moves from top to bottom, and the heated and humidified air stream moves from bottom to top, the capillary-porous material has a fleecy structure and covers a hole with an area of 60 to 80% in the lower part of each plate, and an aqueous solution is used as a sorbent salts containing predominantly CaCl ₂ or ZnCl ₂ . The distance between the plates forming the cooled and drained air stream is from 70 to 90% of the distance between the plates forming the heated and humidified air stream.

Недостатками данного технического решения также являются:The disadvantages of this technical solution are also:

- необходимость постоянного контроля концентрации солей сорбента в поддоне, так как концентрация будет меняться из-за переменных режимов тепловлагообмена в зависимости от температуры и влажности наружного и вытяжного воздуха;- the need for constant monitoring of the concentration of salts of the sorbent in the pan, as the concentration will change due to variable heat and moisture exchange depending on the temperature and humidity of the outdoor and exhaust air;

- необходимость применения химических анализаторов и дозаторов раствора;- the need for chemical analyzers and solution dispensers;

- низкие санитарно-гигиенические качества - трудоемкость и проблематичность промывки и очистки капиллярно-пористых поверхностей теплообменника (как правило, в устройствах требуется профилактическая очистка теплообменника 2 раза в год);- low sanitary and hygienic qualities - the complexity and difficulty of washing and cleaning the capillary-porous surfaces of the heat exchanger (as a rule, the devices require preventive cleaning of the heat exchanger 2 times a year);

- трудоемкость изготовления и низкая ремонтопригодность.- the complexity of manufacturing and low maintainability.

Технической задачей предлагаемого изобретения является значительное упрощение выполнения утилизатора теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного, высокая степень унификации, невысокая трудоемкость при изготовлении утилизатора и высокая ремонтопригодность, а также высокая эффективность теплопередачи и снижение вероятности обмерзания при низких температурах наружного воздуха.The technical task of the invention is the significant simplification of the utilization of the heat of exhaust air for heating the supply air, a high degree of unification, low laboriousness in the manufacture of the utilizer and high maintainability, as well as high heat transfer efficiency and a decrease in the likelihood of freezing at low outdoor temperatures.

Поставленная задача решена тем, что утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного содержит корпус, установленный в нем пакет параллельных пластин с образованием чередующихся каналов для движения вытяжного и приточного потоков воздуха и гигроскопичный материал, при этом пластины выполнены из ячеистого материала, ячейки выполнены с уклоном для стекания воды, на ячейках расположены отверстия диаметром 1-2 мм, при этом отверстия, расположенные в нижней части ячеек утилизатора, закрыты воздухонепроницаемыми водоотводящими клапанами, расположенными с внешней стороны ячеистых пластин, покрытой гигроскопичным материалом. В качестве ячеистых пластин использован сотовый поликарбонат. Вместо покрытия гигроскопичным материалом внешняя сторона ячеистых пластин сотового поликарбоната выполнена шероховатой с гигроскопичными свойствами.The problem is solved in that the heat extractor of exhaust air for heating the supply air contains a housing, a stack of parallel plates installed in it with the formation of alternating channels for the movement of exhaust and supply air flows and hygroscopic material, while the plates are made of cellular material, the cells are made with a slope for dripping water, holes with a diameter of 1-2 mm are located on the cells, while the holes located in the lower part of the utilizer cells are closed by airtight drainage cells apans located on the outside of the cellular plates coated with hygroscopic material. Cellular polycarbonate was used as cellular plates. Instead of coating with hygroscopic material, the outer side of the cellular plates of cellular polycarbonate is roughened with hygroscopic properties.

Сущность изобретения поясняется подробнее чертежами и описанием к ним.The invention is illustrated in more detail by the drawings and description thereof.

На фиг.1 схематично изображен утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного, продольный разрез; на фиг.2 и фиг.3 - схема устройства для отвода конденсата.Figure 1 schematically shows a heat exchanger exhaust air for heating the supply, a longitudinal section; figure 2 and figure 3 is a diagram of a device for draining condensate.

Утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного содержит корпус 1, вход вытяжного воздуха 2 и выход вытяжного воздуха 3, вход приточного воздуха 4 и выход приточного воздуха 5, установленный в корпусе 1 пакет вертикально установленных параллельных ячеистых пластин 6, образующих чередующиеся каналы для движения вытяжного потока воздуха - внутри ячеистых пластин 7 и для движения приточного потока воздуха - в пространстве между ячеистыми пластинами 8. Утилизатор имеет 2 зоны: со стороны входа наружного воздуха - зону конденсации, со стороны входа вытяжного воздуха - зону отвода конденсата (показаны на фиг.1). Ячейки ячеистых пластин выполнены с уклоном для стекания воды, образующейся в процессе конденсации, на ячейках расположены отверстия 9 диаметром 1-2 мм, при этом отверстия, расположенные в нижней части ячеек утилизатора, закрыты воздухонепроницаемыми водоотводящими клапанами 10, расположенными с внешней (наружной) стороны ячеистых пластин, которая покрыта гигроскопичным материалом 11. В качестве ячеистых пластин использован сотовый поликарбонат. Вместо покрытия гигроскопичным материалом внешняя сторона ячеистых пластин сотового поликарбоната выполнена шероховатой с гигроскопичными свойствами.A heat extractor of exhaust air for heating the supply air comprises a housing 1, an exhaust air inlet 2 and an exhaust air outlet 3, a supply air inlet 4 and a supply air outlet 5 installed in the housing 1, a stack of vertically mounted parallel mesh plates 6, forming alternating channels for the movement of the exhaust flow air - inside the mesh plates 7 and for the supply air flow - in the space between the mesh plates 8. The utilizer has 2 zones: from the outside of the air inlet - condensation zone, with exhaust air inlet torons — condensate discharge zone (shown in FIG. 1). The cells of the cellular plates are made with a slope for draining the water generated during the condensation process, holes 9 are 1-2 mm in diameter on the cells, while the holes located in the lower part of the utilizer cells are closed by airtight drainage valves 10 located on the outside (outside) side cellular plates, which is coated with hygroscopic material 11. Cellular polycarbonate is used as cellular plates. Instead of coating with hygroscopic material, the outer side of the cellular plates of cellular polycarbonate is roughened with hygroscopic properties.

Утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного работает следующим образом.A heat exchanger of exhaust air for heating the supply air works as follows.

Вытяжной воздух через вход 2 поступает в утилизатор и распределяется во внутренних пространствах ячеистых пластин 7, отдав тепло в процессе теплообмена с поверхностью ячеистых пластин 6, поток вытяжного воздуха через выход 3 выбрасывается в атмосферу. Через вход 4 в утилизатор поступает приточный (холодный) воздух, распределяется в пространствах между ячеистыми пластинами 8, нагревается за счет теплообмена с вытяжным воздухом через стенки ячеистых пластин и через выход 5 поступает в помещение. Движение приточного и вытяжного воздуха осуществляется противотоком. В процессе теплообмена и охлаждения вытяжного воздуха происходит конденсация влаги. Ячеистые пластины имеют отверстия 9 диаметром 1-2 мм. Отверстия, расположенные в нижней части ячеек утилизатора, закрыты воздухонепроницаемыми водоотводящими клапанами 10, расположенными с внешней (наружной) стороны ячеистых пластин. Наружная сторона пластин покрыта гигроскопичным материалом 11 и через отверстия 9 и водоотводящие клапаны 10 смачивается конденсатом, образовавшимся при охлаждении вытяжного воздуха, который равномерно распределяется по всей наружной поверхности пластин за счет уклона ячеек ячеистых пластин. Диаметр отверстий составляет 1-2 мм, что является оптимальным, так как при диаметре отверстий меньше 1 мм степень смачивания недостаточна, при диаметре отверстий более 2 мм смачивание происходит слишком интенсивно. Смачивание обеспечивает увлажнение приточного воздуха за счет конденсата вытяжного воздуха. Конденсат, образовавшийся при охлаждении вытяжного воздуха, распределяется по всей наружной поверхности пластин за счет уклона ячеек ячеистых пластин, равного 0,01 (1 см на 1 м длины ячеистой пластины), что является достаточным для равномерного распределения конденсата. В качестве ячеистых пластин использован сотовый поликарбонат, представляющий собой полые листы ячеистой структуры, в которых 2 слоя соединены внутренними продольными ребрами, ориентированными в направлении листа, и являющийся достаточно прочным, легким материалом с высокой теплопроводностью стенок ячеистой структуры. Гигроскопичный материал служит для сбора конденсата, передачи его в зону теплообмена и возвращения влаги в помещение с предварительно подогретым потоком приточного воздуха, вместо покрытия гигроскопичным материалом внешняя сторона ячеистых пластин сотового поликарбоната может быть выполнена шероховатой с гигроскопичными свойствами.Exhaust air through inlet 2 enters the utilizer and is distributed in the internal spaces of the cellular plates 7, giving off heat during heat exchange with the surface of the cellular plates 6, the flow of exhaust air through the outlet 3 is released into the atmosphere. Through the inlet 4, the supply (cold) air enters the heat exchanger, is distributed in the spaces between the cellular plates 8, is heated by heat exchange with the exhaust air through the walls of the cellular plates, and enters the room through the outlet 5. The supply and exhaust air movement is countercurrent. In the process of heat transfer and cooling of the exhaust air, moisture condensation occurs. The mesh plates have openings 9 with a diameter of 1-2 mm. The holes located in the lower part of the cells of the utilizer are closed by airtight drainage valves 10 located on the outer (outer) side of the mesh plates. The outer side of the plates is covered with hygroscopic material 11 and through the openings 9 and the drain valves 10 is wetted with condensate formed during cooling of the exhaust air, which is evenly distributed over the entire outer surface of the plates due to the slope of the mesh cells. The diameter of the holes is 1-2 mm, which is optimal, since when the diameter of the holes is less than 1 mm, the degree of wetting is insufficient, when the diameter of the holes is more than 2 mm, the wetting is too intense. Wetting provides the humidification of the supply air due to condensation of the exhaust air. The condensate formed during cooling of the exhaust air is distributed over the entire outer surface of the plates due to the slope of the mesh plates of 0.01 (1 cm per 1 m of the length of the mesh plate), which is sufficient for uniform distribution of condensate. Cellular polycarbonate, which is a hollow sheet of a cellular structure, in which 2 layers are connected by internal longitudinal ribs oriented in the direction of the sheet, and which is a sufficiently strong, lightweight material with high thermal conductivity of the walls of the cellular structure, is used as cellular plates. The hygroscopic material is used to collect condensate, transfer it to the heat exchange zone and return moisture to the room with a preheated supply air stream, instead of covering the absorbent material with the hygroscopic material, the outer side of the cellular polycarbonate cellular plates can be roughened with hygroscopic properties.

Утилизатор имеет 2 зоны: со стороны входа наружного воздуха - зону конденсации, со стороны входа вытяжного воздуха - зону отвода конденсата, что позволяет снизить опасность инееобразования и обмерзания теплообменника при отрицательных температурах приточного (наружного) воздуха, поступающего в теплообменник, за счет разделения зон конденсации и отвода конденсата, а также за счет отвода конденсата в незамерзаемую зону теплообменника.The utilizer has 2 zones: on the outside air inlet side - a condensation zone, on the exhaust air side out - a condensate drainage zone, which reduces the risk of frost formation and freezing of the heat exchanger at negative temperatures of the supply (outside) air entering the heat exchanger due to the separation of condensation zones and condensate drainage, as well as due to condensate drainage into the frost-free zone of the heat exchanger.

Таким образом, предложенный утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного имеет высокую экономичность, простоту выполнения, высокую степень унификации, невысокую трудоемкость при изготовлении утилизатора, легкость сборки и разборки и высокую ремонтопригодность, а также высокую эффективность теплопередачи и низкую вероятность обмерзания при низких температурах наружного воздуха.Thus, the proposed heat extractor of the exhaust air for heating the supply air has high efficiency, ease of implementation, high degree of unification, low laboriousness in the manufacture of the utilizer, ease of assembly and disassembly and high maintainability, as well as high heat transfer efficiency and low probability of freezing at low outdoor temperatures .

В настоящее время проходит испытания опытный образец заявленного утилизатора, намечено серийное производство.At present, a prototype of the claimed utilizer is being tested, mass production is scheduled.

Claims

1. A heat exchanger of exhaust air for heating the supply air, comprising a housing, a stack of parallel plates installed therein with the formation of alternating channels for the movement of exhaust and supply air flows and hygroscopic material, characterized in that the plates are made of cellular material, the cells are made with a slope for swelling water, holes with a diameter of 1-2 mm are located on the cells, while the holes located in the lower part of the utilizer cells are closed by airtight drainage valves located data from the outside of the cellular plates coated with hygroscopic material.

2. A heat exchanger of exhaust air for heating the supply air according to claim 1, characterized in that cellular polycarbonate is used as cellular plates.

3. A heat exchanger of exhaust air for heating the supply air according to claims 1 and 2, characterized in that instead of coating with hygroscopic material, the outer side of the cellular plates of cellular polycarbonate is made rough with hygroscopic properties.