SE444857B - Fran-till-luftvermevexlare med cirkulationszoner - Google Patents

Description

7909624-4 Dessutom förorsakas andra förluster genom att strömningsmotstän- det är större. Värmeväxlarens service och tidvis nödvändiga rens- ning blir mycket svår och tar mycket tid om man försöker höja värmeväxlarens verkningsgrad på det ovan anförda viset.

Särskilt det omväxlande klimat som vi har här i Norden ställer mycket stora krav på värmeväxlare avsedda för tillvaratagande av värme ur utloppsluft. Under frostperioderna måste anordningarna ha en stor effekt och extra problem uppträder genom det faktum att i de celler där ut- eller avloppsluften strömmar kan från den fuktiga avloppsluften kondenserbart vatten frysa på cell- väggarna. Följden blir att funktionen hos anordningen mycket snabbt stoppar när isen fyller kanalerna för avloppsluften. Det krävs alltså för att kunna garantera anordníngens kontinuerliga funktion att yttemperaturen hos värmeväxlingsytan i avloppsluf- tens utgângsände hålles så hög, att det kondenserbara vattnet inte fryser i något fall på värmeväxlingsytan. De kända anord- ningarna hindrar detta genom den friska inloppsluften t.ex. vär- mes med någon extra energikälla till åtminstone OOC. Behovet av extra energi förorsakar ändå att de besparingar som kan uppnås med dessa anordningar, blir relativt små, i några fall även så små att lönsamheten har varit ifrågasatt. Ändamålet med den här uppfinningen är att avlägsna de anförda nackdelarna vid tillvaratagande av värme ur ventilatíonsluft och att åstadkomma en anordning som är effektivare än de förut kända anordningarna, varvid stora besparingar kan åstadkommas vid ut- nyttjande av värmeenergin i jämförelse med de förut kända anordningarna.

Uppfinningen kännetecknas av det som är anfört i följande patent- krav.

Genom anordningar med de angivna kännetecknen är det möjligt att åstadkomma stora besparingar därför att en större del av den värme, som den varma avloppsluften innehåller, kan utnyttjas.

Frysning orsakar inte några driftstörningar. Konstruktionen är enkel och vid dess planering kan åtkomst vid service tas i beak- tande. 3 7909624-4 Några fördelaktiga utförandeformer av uppfinningen kommer närma- re att âskådliggöras i den följande beskrivningen under samti- dig hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar schema- tiskt i längdsektion en utförandeform av anordningen enligt upp- finningen för tillvaratagande av värme ur ventilationsluft, fig. 2 visar ett diagram över energi-innehållet hos utloppsluften och den energi som inloppsluften behöver eller får i värmeväx- laren enligt fig. 1, fig. 3 visar schematiskt en annan utförande- form av värmeväxlarcn enligt uppfinningen i sidovy dels i sektion, fig. H visar värmeväxlaren enligt fig. 3 sedd uppifrån dels i sektion, fig. 5 visar värmeväxlaren enligt fig. 3 sedd från ena änden av värmeväxlaren dels i sektion, fig. 6 visar schematiskt en lämplig utförandeform av cirkulationen av inloppsluften i vär- meväxlaren och fig. 7 visar en lämplig temperaturfördelning av utlopps- och inloppsluften som kan uppnås med anordníngen enligt fig. 3 - 5.

Anordningen enligt fig. 1 omfattar huvudsakligen ett långt, i tvärsektion företrädesvis kvadratiskt och rektangulärt hölje 1, in i vilken cellkonstruktionen 2 har byggts i längdriktningen av höljet, i vilken konstruktion celler är avskiljda från varandra med på lämpliga avstånd anordnade vertikala, i längdriktningen gående metallplåtar 3, via vilka värme övergår från det i de ena cellerna strömmande kalla mediet, vilket således i motsvarande grad uppvärmes. Sedda i tvärsektion är cellerna alltså så anord- nade att varannan cell är avsedd för det kalla mediet och varan- nan cell är avsedd för det varma mediet. Det varma mediet kan vara t.ex. den varma utloppsluften och det kalla mediet analogt den friska inloppsluft som tas in.

Luftströmningarnas gång i anordningen kan vara arrangerad enligt fig. 1 så att den utblåsta avloppsluften leds in i värmeväxlarens motsvarande celler 4 från dess vänstra sida i fig. 1. Medan luf- ten strömmar genom cellerna överlämnar den värme till cellernas väggar och kommer ut avkyld från den motsatta änden 6. En fläkt 5 är anordnad i cellkonstruktionens vänstra ände för att göra strömningen effektivare. Den friska luften tas in från den mot- satta änden 6, företrädesvis från nedre sidan av cellerna (från stället 7), varifrån den kan ledas in i de motsvarande cellerna.

I cellerna strömmar den sedan i den motsatta riktningen med hän- 7909624-4 syn till strömningsriktningen hos den varma utloppsluften, var- vid den tar värme från cellernas väggar, till vilka den varma utloppsluften har överlämnat sin värme. Den uppvärmda friska luften tas företrädesvis ut uppåt vid änden 4 via öppningar 8.

För att göra värmeväxlingen effektivare är anordningen enligt uppfinningen anordnad så att cellkonstruktionen har delats i längddirektionen i cirkulationsutrymmen eller -zoner, varvid i var och en av dessa cirkulationszoner har bildats med hjälp av en i den anordnad fläkt så stark cirkulation av luft att i celler bildas mycket stark cirkulationsströmning eller turbulens, som gör värmeväxlingen till mellanväggar av celler snabb och från dessa mellanväggar tiïfrâet strömmande mediet, som strömmar i de nära belägna cellerna; Det är möjligt att ha tre, tvâ eller en cirkulationszon _ utrustad med en sådan fläkt i de celler, i vilka den friska luften strömmar och på samma sätt i den sida där avlopps- luften strömmar. Om avloppsluften har en hög fuktighet t.ex. den relativa fuktigheten är 60-IQO %, behöver den sida, där 'avloppsluften strömmar, inte dessa cirkulationszoner, utan värme övergår mycket effektivt till mellanväggar när fuktig- heten kondenseras.

Den friska luften ledas via fläkten 9 intill celler 2 via öppningen 7, som är belägen i cellernas högra ände i under- sidan av desamma. Av den här luften går en större del till- baka via kanalen av en frambelägen öppning 10 till inlopps- stället, till fläkten 9 och från där vidare tillbaka till celler. Sá bildas cirkulationszon I, där det finns luft- cirkulation, som har en stark turbulens.-Härvid blir värme- växlingen från mellanväggar till den friska luften mycket effektiv, varvid temperaturen av luftströmmen i cirkulations- zonen stiger snabbt till den temperatur som motsvarar mellan- väggarnas temperatur. Från denna första cirkulationszonen strömmar kontinuerlígten del avfventilationsluft och sk. extra luft (skall förklaras mera noggrannt senare) med hjälp av fläkten 9 i motsatt riktning med hänsyn till avloppsluftens strömningsriktning framåt i cel-ler, varvid den största delen av luften går in i sugöppningen 11 och fortfarande via 7909624-4 kanalen till fläkten 12, som stöter luft tillbaka till celler och så bildas den andra cirkulationszonen II, i vilken i den cirkulationszonen I föruppvärmda luftens temperatur fort- farande stiger snabbt, tack vare den starka turbulens, till en jämn temperatur, som motsvarar mellanväggarnas temperatur.

Då den fuktiga avloppsluften innehåller mera värme-energi än motsvarande mängd av den friska inloppsluft kan motta, kan de kända anordningarna inte utnyttja en stor del av avloppsluftens värme-energi. Den bifogade ritningen (fig. 2) som har gjorts på basen av Mollier's diagram, visar att cirkulationszoner I och II innehåller energi, som inte kan utnyttjas i ventilations- luft. Härvid har enligt uppfinningen anordnats så att in i cirkulationszon I bringas extra frisk luft med hjälp av fläkten 9.

Denna extra frisk luft går uppvärmd av cirkulationszon I vidare in i cirkulationszon II, där den uppvärmes vidare och därefter går den extra luften ut från öppningen 13, som är placerad i cirkulationszonen II i den temperatur, som mot- svarar temperaturen in den här zonen, vilken kan vara exempel- vis 12°C såsom här, för att utnyttjas för andra ändamål utan- för utrymmet som skall ventileras t.ex. för torkning eller liknande, Den egentliga.ventilationsluften går framåt i cellerna så att en större del av luften går in i sugöppningen 14 och via kanalen 15 vidare till fläkten 16, som stöter luften tillbaka in i cellerna, varvid den tredje cirkulationszon upp- står, där temperaturen av den i cirkulationszoner I och II uppvärmda luften stiger. Den uppvärmda luften går ut från cellerna intill utrymmet som skall ventileras via öppningen 8.

Som exempel av förhållandet mellan luftmângden och energibehov av fläkter kan nämnas, att om ventilationsbehovet är t.ex. 4000 m3/h betyder det att den erforderliga friskluftsmängden är 1,5-fa1aig, avs. eøoo m3/h. effekten av .friskluffifläktèn bör dock vara 10000 m3/h därför att den fungerar också som fläkten för cirkulationszon I, varvid den effekten som behövs för cirkulauionen är 4000 m3/h. Fläktar 12 och 16 för cirkulationszoner II och III bör båda ha 8000 m3/h effekt under den förutsättningen att man behöver i båda ställen 4000 m3/h för cirkulationen. Den extra luftmängden, som går ut från öppningen 13 in zonen II, är 2000 m3/h. . 7909624-4 ~ ' Den andra utförandeformen_av uppfinningen enligt fig. 3-5 beträffar i huvudsak vertikala cellkanaler 17, 18, 19, vilka är huvudsakligen i kvadratformade eller rektangelformade höljen.

Inloppskanalen 20 för den friska luften är också i huvudsak kvadratformig eller rektangelformig. Gången av den varma avloppsluften i motsvarande kanaler har åskådliggjorts med sträckade pilar. Avloppsluften kommer in från öppningen 21 . och går ut från värmeväxlarens underdel,22. Cirkulationen av den friska inloppsluften har àskådliggjorts i figurer 3-5 med mörkade pilar. Den första inre cirkulationen sker via öppningen 23 och cirkulationèn är styrbar med hjälp av styr- luckan 24. Den andra inre cirkulationen sker med hjälp av cirkulationskanalen 25. Kanalens 25 andra ände är förenad med stället 28 i avloppskanalen 27 av inloppsluften. Kanalen 25 har en styrlucka 29 för styrning av den inre cirkulationen.

Nedre änden av kanaler 17 och 18 har ett botten 30 såsom fig. 3 visar, i vilken avloppsmynningen har anordnats t.ek. med hjälp av ventilen 311 Övre delen av anordningen har en lucka 32, som kan öppnas. Mynningen 33_är anordnad för_ att utnyttja den varma inloppsluften i andra utrymmen.

Mynningen 33 har ett förslutningsspjäll 34. Den friska in- loppsluften, vars ingång har betecknats med en vit pil, I kommer in från mynningen 36.

Anordningen enligt fig. 3-5 fungerar på följande sätt. Avlopps- luften strömmar rutten 21-17-18-10-22, a1ltså.från värme- växlarens övre del till dess undre del och tillbaka till övre delen och na~så att den går ut från mynningen ZZ, hela tiden i sin egen cellkonstruktion oavsett hottendelen 30 och övre delen 35. Inloppsluften gär först via inloppskanalen 20, varvid den uppvärms av varma luftströmmar som kommer från mynningen 23 och från kanalen 25. Härefter går inloppsluften till cellkonstruktionen 19-18-17 och slutligen till avlopps- kanalen 27. æâlopps- och avloppsceller har skiljts från varandra med lämpliga avstånd placerade, lämpligt utformade och huvudsakligen vertikala metallplåtar, med hjälp av vilka värmeväxlingen sker mellan strömningarna. I tvärsnitt sett har cellerna konstruerats så, att varannan cell är för det kalla mediet och varannan cell för det varma mediet. Härvid .7909624-4 kan det varma mediet vara t.ex. den varma avloppsluften och det kalla mediet den friska luften, som motsvarande ersätter det varma mediet.

In den här utförandeformen går strömningarna alltså hela tiden till motsatta riktningar. För att åstadkomma strömningar måste avloppskanaler förstås ha i ett lämpligt ställe en fläkt (inte visad i figurerna). Fläkten 26, som åstadkommer strömningen av den friska luften, har placerats lämpligast i inloppskanalens 20 nedre del. Effekten av den här fläkten 26 måste vara väsentligt större än effekten av fläkten i avlopps- kanalen, därför att fläkten 26 behöver effekt för att cirkulera luftmängden i den inre cirkulationen. Den här saken framgår närmare från exempelkalkylen senare. Den friska luften från mynningen 36 förursakar sugeffekten via mynningen 23 i cell- kanalerna 3, varvid den uppvärmda luften inblandas med inlopps- luften och dess temperatur stiger. Inblandningsrelationen kan styras med hjälp av styrluckan 24 i mynningen 23. Fläkten 26 suger~denràgotuppvärmda luften från mynningarna 23 och 36 via kanalen 20, varvid sugningseffekten av den här strömningen via en i ett lämpligt ställe före fläkten placerad öppning 37 av kanalen 25 förorsakar det,_ett den varma friska luften från kanalen 25 via öppningen 28 inblandas med strömningen och uppvärmer den vidare. Enligt uppfinningens kännetecken bör temperaturen av den föruppvärmda luften i den här fasen vara omkring OOC, varvid det är möjligt under frostperioder att undvika isbildningen på värmeväxlingsytor i avloppsluft- sidan och på samma gång värme-energin av avloppsluften kan utnyttjas i så hög grad som möjligt.

Fläkten 26 tryckerfden föruppvärmda friska luften in i cell- kanalerna 3, i vars övre del luftströmningen delar sig till öppningen 23 och till cellkanaler 18. Från_celler 17 går strömningen till avloppskanalen 27, som har i ett lämpligt ställe mynningen för den andra inre cirkulationen. Inblandnings- relationen mellan luftmängder från kanalen 25 och från g mynningar 23 och 36 styrs med hjälp av styrluckan 29 i kanalen 25.

Kanalen 25 kan också stängas, varvid den extra luften kan ledas via mynningen 33 till andra utrymmen genom att öppna 7909624-4 luckan 18. Den här möjligheten skall utnyttjas då, när inlopps- luftens temperatur är relativt hög, och energin av den andra inre cirkulationen behövs inte för föruppvärmningen av luften.

Den vertikala ställningen avströmningskanaler gör det möjligt för kondenserbart vatten att rinna från cellkanaler 17 och 18. till bottendelen 14 och från cellkanaler 19 t.ex. in i jorden via öppningen 22. För att göra rensningen av värmeväxlingsytor lättare har anordningens övre del en öppenbar lucka, varvid t.ex. rensningen med hjälp av vattenspruta är lätt, när vattnet går ut via öppningen 22 och den öppna ventilen 31.

I fig. 6 och 7 visas en lämplig lösning för ovan beskrivna utförandeformen. Såsom Mollier-diagram visar kan luften, vars relativa fuktighet är ca. 80-90°%, avge mellan temperatur- gränsen 20°C - 0°C energi ca 10,5 kcal/kg. På motsvarande sätt uppvärmningen av frisk, torr luft från -ZOOC till ca IÖOC, som är den ekonomiska sluttemperaturen i de här temperatur- gränser, kräver ca 9 kcal/kg energi. Det är alltså möjligt att med en tillräckligt effektiv anordning utnyttfia det värme, som den fuktiga luften innehåller.

Pig. 6 visar schematiskt de. inre cirkulationerna av inlopps- luften. Numren 17-20 motsvarar inloppskanalen 20 och cell- kanalerna 17-19. Pâ motsvarande sätt har den i varje fas strömmande luftmängden betecknats. Strömningsriktningar har betecknats med pilar. I det här exemplet är den luftmängd, som kommer via öppningen 23 (den första inre cirkulationen)¿ 4000 ms/h och den friska luftmängden, som kommer in från öppningen 36, 4000 m3/h och från avloppskanaler 27 via kanalen 9 strömmande luftmängden 2000 m3/h (den andra inre -cirkulationen). . _ Fläkten måste konstrueras för 10000 m3/h luftmängd. Inloppsluftens temperatur stiger efter öppningen 23 från -20°C'till ca -700 såsom fig. 5 visar.

Efter öppningen 37 varvid den andra cirkulationen inblandas med inloppsluften, stiger temperaturen till ca 0°C. I cellj 'kanalen 19 stiger inloppsluftens temperatur starkt, därför att det finns en stark strömning i kanalen för luftmängden är stor. 7909624-4 Det kan därför anmodas att luftens temperatur i öppningen 23 är ungefär 6-7°C. I cellkanalerna 18 och 17 stiger temperaturen av luften vidare, varvid dess temperatur i avloppskanalen kan vara t.ex. 1600. Strömningsmängden i inloppskanalen 20 är alltså 8000-10000 m3/h øch cellkanalens 19 10000 m3/h och C611- kanalernas 18 och 17 6000 m3/h. Med en lämplig utformning av värmeväxlingsytor och med iakttagande av olika strömningsmängder i tvärsnitt av celler är det möjligt att utnyttja avloppsluftens energi ekonomiskt.

Den här beskrivningen innehåller bara två utföringsformer av uppfinningen, men det är klart att det finns många varierande utföringsformer. Det är naturligtvis möjligt, att utförings- formen enligt fig. 3-5 kan innehålla flera fläktar och det är möjligt att anordna flera inre cirkulationer både i inlopps- och avloppskanaler.

Claims (5)

7909624-4 10 Patentkraï

1. Anordning för tillvaratagande och förflyttning av värme från ventilationsluft till frisk inloppsluft, vilken anordning innefattar en i och för sig känd värmeväxlare (1), som uppvisar en cellkonstruktion (2) med längsgående luftpassa- ger och mellan dessa befintliga mellanväggar (3), varvid den varma utloppsluften strömmar i cellkonstruktionens längdrikt- ning i varannan passage och den kalla friskluften strömmar i huvudsak i motsatt riktning i passager mellan dessa, varvid ut- loppsluftens värme bringas att övergå under ledning av mellan- väggarna (3) till den friska inloppsluften, varjämte anordningen är försedd med fläktar för förstärkning av strömningen och var- vid i cellkonstruktionen (2) har anordnats en eller flera i hu- vudsak efter varandra placerade cirkulationszoner (I, II, III) för luftströmníngen vid den ena eller båda av luftströmningarna för att åstadkomma värmeväxlingseffekten förstärkande turbulen- ser, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje cirkulationszon (I, II, III; 19-23-20-19) eller en del av dessa har utformats till en med en sug- eller utloppsöppning försedd kanal (15; 20), som uppvisar en fläkt (9, 12, 16; 26), varvid en del av den i cellkonstruktionen strömmande luften förs tillbaka i cellerna under cirkulationsrörelsen via kanalernas sugöppningar (10, 11, 10; 23) och kanalerna (15; 20) med hjälp av fläktarna (9, 12, 16; 26).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av, att utloppssidan (28) av cellkonstruktionens frisk- luftkanal är genom minst en utgångsöppning (28), en kanal (25) och en andra öppning (37) förenad med en första fläkts (26) sugsida, varvid en del av den i cellkonstruktionen uppvärmda friskluften förs tillbaka genom kanalen (25) för att blandas med den kalla inluften på fläktens (26) sugsida för höjande av blandad lufts temperatur till ca. OOC innan luften kommer till den egentliga cellkonstruktionen (19).

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a d av, att kanalernas (25) utgångsöppningar (28) är place- rade i cellkonstruktionskanalernas längdriktning före utlopps- kanalen (21) för den friska luften.

4. #. Anordning enligt patentkraven 2 - 3, k ä n n e - 7909624-4 11 t e c k n a d av, att varje kanal (25) är försedd med ström- ningsregleringsorgan (29).

5. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a d av, att en anslutning (33) och ett avstängsningsspjäll (314) är anordnade i kanalerna (25) för att leda tillsatsluft vid behov till andra användningsställen.