ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F24F3/147 

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха.

Известно, что для теплоутилизации воздуха используются пластинчатые рекуперативные теплообменники, теплообменная поверхность которых выполнена из металла, стекла, полимерной пленки и других материалов (Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справ. пособие/Л. Д. Богуславский, В.И.Ливчак, В.П. Титов, и др. М. Стройиздат. 1990. с.277-306). В тех случаях, когда утилизируется скрытая теплота и наблюдается выпадение конденсата, применяют дорогостоящие цветные металлы и иногда стекло (Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справ. пособие /Л.Д. Богуславский, В.И. Ливчак, В.П. Титов и др. М. Стройиздат, 1990. с.300). Применение стекла затруднительно из-за его хрупкости. Использование различных классов пластмасс дает возможность избежать этих недостатков.

Известные рекуперативные теплообменники имеют существенный недостаток, связанный с выпадением конденсата, который резко увеличивает аэродинамическое сопротивление. А при низких отрицательных температурах наружного воздуха конденсат, образующийся в каналах удаляемого воздуха, замерзает, уменьшая коэффициент теплопередачи и увеличивая аэродинамическое сопротивление теплообменников (Богословский В.Н. Кокорин О.Я. Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М. Стройиздат, 1985. - с.295-296).

Для обеспечения работы рекуперативных теплообменников в зимних условиях применяются или предварительный нагрев приточного воздуха до безопасной температуры, или последовательное отключение части каналов теплообменника с помощью подвижной заслонки. В обоих случаях, особенно в первом, эффективность утилизации тепла значительно уменьшается при понижении температуры воздуха. Поскольку в нашей стране преобладающей является низкая отрицательная температура наружного воздуха, эти меры явно недостаточны.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является воздухоохладитель а. с. N 1469251, кл. F 24 F 3/14, 1989. Воздухоохладитель содержит корпус с установленной в нем секцией. Секция содержит поддон, пакет последовательно установленных пластин, одна сторона которых выполнена влагонепроницаемой, а другая капиллярно-пористой. При последовательной установке пластин образуются чередующиеся сухие каналы и влажные каналы. Влажные каналы по торцам пакета закрыты заглушками. В зимнем режиме работы воздухоохладитель используется для нагрева и увлажнения наружного воздуха за счет тепла вытяжного воздуха из помещения, проходящего в этом режиме работы по сухим каналам. Затем нагретый и увлажняющий воздух, пройдя по влажным каналам, подается в помещение.

Недостатком известной конструкции является невысокая эффективность утилизации скрытого тепла, находящегося в выбрасываемом воздухе в виде водяных паров, ограниченные эксплуатационные возможности из-за увеличения аэродинамического сопротивления и ограничения допустимых скоростей.

Задача, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени утилизации скрытой теплоты вытяжного воздуха и повышение эксплуатационных возможностей воздухонагревателя. В результате повышения степени утилизации скрытого тепла и устранения конденсации водяных паров на стенках каналов снижается опасность замерзания конденсата, уменьшается аэродинамическое сопротивление и становится возможным применение более широкого интервала допустимых скоростей.

Сущность изобретения заключается в том, что воздухонагреватель содержит воздухораспределительную коробку и корпус, который жестко закреплен с установленным в поддоне теплообменным пакетом. Теплообменный пакет выполнен из вертикально установленных пластин, одна сторона которых влагонепроницаемая, а другая капиллярно-пористая, образующих каналы для прохода наружного и внутреннего потоков воздуха. Каналы образуются установкой пластин смачиваемой капиллярно-пористой стороной навстречу друг к другу с просветом, образуя влажные каналы для прихода утилизируемого внутреннего воздуха, другая пара пластин, повернутых навстречу друг к другу влагонепроницаемыми слоями, образует сухой канал для прохода подогреваемого, обычно наружного, воздуха. С одной из сторон теплообменного пакета каждая пара пластин, образующих сухие каналы, закрыта заглушкой от входа в пакет влажного воздуха и открыта в верхней части для выхода подогреваемого сухого воздуха. С противоположной стороны пакета каждая пара пластин, образующих влажные каналы, закрываются с торца заглушкой от входа в пакет сухого воздуха, но открываются в верхней части для выхода утилизируемого влажного воздуха. Теплообменный пакет пластин жестко установлен в поддон с водой, снабженный переливом и отводящим трубопроводом. Между крайними пластинами теплообменного пакета м перегородками установлены мягкие прокладки.

При высоких температурах утилизируемого воздуха (100^o-150^oC) теплопроводность капиллярно-пористого материала мала. Его теплопроводность можно повысить смачиванием водой. Для улучшения смачивания капиллярно- пористого покрытия пластин и для обеспечения работы воздухонагревателя при температуре утилизируемого воздуха от 100^o до 150^oC сверху через форсунки на пористый материал подается водопроводная вода. Пористый материал служит для равномерного увлажнения капиллярно-пористого покрытия пластин. Равномерное увлажнение пластин защищает их от неравномерной деформации при контакте с горячим утилизируемым воздухом, и предотвращает вынос крупновзвешенных капель в воздушный поток. Наличие поддона с переливом позволяет поддерживать заданный уровень воды, а слив служит для опорожнения поддона во время технического обслуживания воздухонагревателя. Теплообменный пакет пластин ограничен корпусом с перегородкой внутри, образующими вместе с пакетом пластин горизонтальные и вертикальные полости, ограниченные снижу разделяющими перегородками. Наличие разделяющих перегородок позволит избежать контакта воздуха нагреваемого и охлаждаемого потоков с водой в поддоне. Выполнение каналов удаляемого потока воздуха из влагопроницаемого капиллярно-пористого полимерного материала, а каналов приточного воздуха из влагопроницаемого материала позволяет устранить конденсацию влаги в каналах удаляемого воздуха.

Сравнения заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить наличие отличительных признаков и соответствие его критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями позволяет сделать вывод о наличии изобретательского уровня, т.к. авторам не известно из научно-технической и патентной литературы применение воздухонагревателей подобной конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен воздухонагреватель, общий вид; на фиг.2 разрез воздухонагревателя по А-А; на фиг.3 разрез воздухонагревателя по Б-Б.

Воздухонагреватель содержит корпус 1 и воздухораспределительную коробку 2. Корпус 1 жестко закреплен с установленным в поддоне 3 пакетом последовательно установленных пластин 4, одна сторона которых выполнена влагопроницаемой, а другая капиллярно-пористой. При последовательной установке пластин 4 образуются чередующиеся сухие каналы 5 и влажные каналы 6 (фиг.2 и 3). С одной из сторон пакета пластин 4 каждая пара чередующихся пластин, образующих сухие каналы 5, закрыты заглушкой 7 (фиг.3). С противоположной стороны пакета пластин 4 каждая пара пластин, образующих влажные каналы 6, закрыты заглушкой 7. В результате чего влажный воздух входит во влажные каналы 6 с противоположной стороны входящему сухому воздуху и выходит в верхней части мокрого канала на стороне входа сухого воздуха, образуя противоток. В верхней части пакета пластин 4 установлен пористый материал 8. Сверху над пористым материалом 8 размещен подводящий трубопровод 9 с форсунками 10.

Поддон 3 снабжен переливом 11, для поддерживания заданного уровня воды, а также отводящим трубопроводом 12 с вентилем 13 для опорожнения поддона. Пакет чередующихся пластин 4 ограничен корпусом 1 с перегородкой 14 внутри, образующими вместе с пакетом пластин 4 горизонтальные и вертикальные полости. Между крайними пластинами теплообменного пакета 4 и перегородками 14 установлены мягкие прокладки 15. Перегородки 14 служат для крепления поддона 3 с пакетом пластин 4 к корпусу 1, а также делят пространство между корпусом 1 и пакетом пластин 4 на полости 16-19. При вертикальной установке корпуса 1 и воздухораспределительной коробки 2 полости 16 и 17, ограниченные снизу разделяющими перегородками 20, и полости 21 и 22 образуют камеры статического давления входов соответственно наружного и внутреннего потоков воздуха, а полости 23 и 24 образуют камеры статического давления выхода соответственно наружного и внутреннего потоков воздуха. Воздухораспределительная коробка 2 имеет патрубки 25 и 26 входа наружного потока и входа внутреннего потока воздуха, и патрубки 27 и 28 соответственно выхода наружного потока и выхода внутреннего потока воздуха.

Воздухонагреватель работает следующим образом. Через патрубок входа 25 в камеру статического давления, образованную полостью 21 распределительной коробки 2, полостью 16, ограниченной снизу разделяющей перегородкой 20, поступает наружный воздух, который равномерно распределяется по сухим каналам 5 пакета пластин 4, проходя по которым он нагревается за счет вытяжного воздуха, а также за счет скрытой теплоты конденсации водяных паров из утилизируемого воздуха, проходящего по влажным каналам 6. Затем нагретый воздух из сухих каналов 5 поступает в камеру статического давления, образованную полостью 23 распределительной коробки 2, и через патрубок 27 подается в помещение.

Вытяжной влажный и горячий воздух от технологического оборудования подается во влажные каналы 6 через патрубок 26 в камеру статического давления, образованную полость 22 распределительной коробки 2, полостью 10, ограниченной снизу разделяющей перегородкой 20. При этом он отдает тепло приточному воздуху, проходящему по сухим каналам 5, за счет более высокой температуры и теплоты конденсации водяных паров. Конденсация водяных паров из утилизируемого воздуха становится возможна, т.к. температура воздуха, проходящего по сухим каналам, ниже точки росы вытяжного воздуха, из последнего конденсируется вода, которая, смачивая капиллярно-пористое покрытие каналов 6, стекает в поддон с водой 3.

Для улучшения смачивания капиллярно-пористого покрытия пластин, образующих влажные каналы 6, и для обеспечения работы воздухонагревателя при температуре утилизируемого воздуха от 100^o до 150^oC сверху через форсунки 10 на пористый материал 8 подается водопроводная вода. Подвод воды к форсункам обеспечивается с помощью подводящего трубопровода 9, снабженного вентилем 13. Пористый материал 8 служит для равномерного увлажнения капиллярно-пористого покрытия пластин и предотвращает вынос крупновзвешенных капель в воздушный поток. Осушенный и охлажденный воздух поступает в камеру статического давления, образованную полостью 24 распределительной коробки 2 и через патрубок 28 выбрасывается в атмосферу. Наличие поддона 3 с переливом 11 позволяют поддержать заданный уровень воды, а отводящий трубопровод 12, снабженный вентилем 13, служит для опорожнения поддона во время технического обслуживания воздухонагревателя. Образующийся конденсат из поддона 3 отводится для дальнейшего использования.

Использование: в области вентиляции и кондиционирования воздуха. Сущность изобретения: воздухонагреватель содержит воздухораспределительную коробку 2 и корпус 1, в котором находится теплообменный пакет пластин 4, установленных в поддоне 3, образующих сухие и влажные каналы 5 и 6 для прохода наружного и утилизируемого внутреннего воздуха, выполненные соответственно с влагонепроницаемыми и капиллярно-пористыми покрытиями. С торцевых сторон теплообменного пакета пластин 4 каждая пара пластин попеременно закрыта заглушкой 7 и открыта в верхней части пакета. Сверху через форсунки 10 на пористый материал 8 по подводящему трубопроводу 9 подается водопроводная вода, при этом поддон 3, в котором располагается теплообменный пакет пластин 4, снабжен переливом 11 и отводящим трубопроводом 12. Поддон 3 отделен от воздухораспределительных полостей 16 и 17 разделяющими перегородками 20, а между крайними пластинами теплообменного пакета пластин 4 и перегородками 14 установлены мягкие прокладки 15. 3 ил.

Воздухонагреватель, содержащий воздухораспределительную коробку, корпус с перегородками и установленным в нем теплообменным пакетом, выполненным в виде вертикально установленных в поддоне пластин из смачиваемого капиллярно-пористого материала, покрытых влагонепроницаемым слоем с одной стороны и образующих сухие и влажные каналы для потоков воздуха, заглушенных попарно и попеременно с торцовых сторон, отличающийся тем, что над теплообменным пакетом установлен подводящий трубопровод с форсунками, поддон снабжен переливом и отводящим трубопроводом, а между крайними пластинами теплообменного пакета и перегородками установлены мягкие прокладки.