СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКА-УТИЛИЗАТОРА Российский патент 2001 года по МПК F24F3/147 

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха.

Известен способ работы теплообменника- утилизатора, реализуемый устройством для утилизации тепловой энергии по а.с. СССР N 1624248, МПК F 24 F 3/147, опубл. 30.01.91, БИ N 4. Указанный способ включает подвод и отвод потоков приточного и вытяжного воздуха в его перекрестно-точные щелевые вертикально расположенные чередующиеся между собой каналы, их взаимный теплообмен через разделяющие стенки этих каналов, последующий отвод этих потоков с противоположных сторон указанных каналов и удаление в процессе его работы льдообразований путем периодической подачи входящего потока вытяжного воздуха через снабженную переключающим элементом смесительную камеру в каналы приточного воздуха, а также подогретого приточного воздуха - в каналы вытяжного, посредством перекрытия указанных каналов с помощью оппозитно перемещающихся заслонок.

Наиболее близким к заявляемому является способ работы теплообменника-утилизатора, содержащего теплообменный блок с перекрестно-точными каналами, по патенту США N 4971137, МПК F 24 H 3/02, включающий подвод потоков приточного и вытяжного воздуха в его перекрестно-точные чередующиеся между собой каналы, их взаимный теплообмен через разделяющие эти каналы стенки, последующий отвод этих потоков с противоположных сторон указанных каналов теплообменника, измерение в процессе работы теплообменника температуры наружного воздуха, по достижению предельного значения которой судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, после чего осуществляют предотвращение его образования или удаление посредством нагрева указанной поверхности потоком вытяжного воздуха за счет смещения подводимого потока приточного воздуха в зону более нагретого вытяжного воздуха путем перекрытия каналов для его прохода в холодную зону с помощью установленных в каналах приточного воздуха лент, связанных с поворотным щитком, взаимодействующим с датчиком температуры.

Вследствие того, что приточный воздух при перекрытии каналов с помощью упомянутых лент не поступает временно в холодную зону и не участвует в этой зоне в процессе теплообмена с вытяжным воздухом, то благодаря этому последний при прохождении по своим каналам в упомянутой зоне имеет более высокую температуру, чем при работе в обычном режиме. В результате этого поверхность теплообменника в упомянутой зоне нагревается, что предотвращает образование инея, а в случае его наличия - обеспечивает его таяние и удаление с поверхности теплообменника.

Недостатком данного способа является повышение аэродинамического сопротивления потоку приточного воздуха во время процесса предотвращения образования инея или его удаления с поверхности теплообменника. Это объясняется уменьшением площади проходного сечения каналов приточного воздуха на входе в теплообменник за счет необходимости их частичного перекрытия с помощью упомянутых лент, связанных с поворотным щитком, при смещении потока приточного воздуха в зону более нагретого вытяжного воздуха. Кроме того, недостатком данного способа является снижение эффективности теплообмена за счет выведения из процесса теплообмена части поверхности теплообменника при перекрытии упомянутых каналов. Недостатком данного способа являются также повышенные затраты времени, необходимые для нагревания поверхности теплообменника в холодной зоне для предотвращения образования инея или его удаления. Это объясняется тем, что температура потока вытяжного воздуха, дошедшего до указанной холодной зоны, с помощью которого осуществляется нагрев указанной поверхности, за счет теплообмена с потоком приточного воздуха становится значительно ниже, чем его температура на входе в теплообменник.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в снижении аэродинамического сопротивления потоку приточного воздуха, использование для процесса теплообмена всей поверхности теплообменника при проведении процесса предотвращения образования инея или его удаления, а также уменьшение затрат времени на проведение указанного процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы теплообменника-утилизатора, содержащего теплообменный блок с перекрестно-точными каналами, включающем подвод потоков приточного и вытяжного воздуха в его перекрестно-точные чередующиеся между собой каналы, их взаимный теплообмен через разделяющие эти каналы стенки и последующий отвод этих потоков с противоположных сторон указанных каналов теплообменника, измерение в процессе работы параметра, по достижению предельного значения которым судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, и предотвращение его образования или удаление, согласно изобретению предотвращение образования инея или его удаление осуществляют посредством нагрева упомянутой поверхности холодной зоны теплообменника подводимым к теплообменнику потоком вытяжного воздуха, который подают в каналы вытяжного воздуха с их выходной стороны, для чего при достижении упомянутым параметром предельного значения теплообменный блок поворачивают вокруг центральной оси на угол 180^o.

Достижению указанного технического результата способствует то, что параметром, по которому судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит температура его поверхности в самом холодном углу.

Указанный технический результат достигается также тем, что параметром, по которому судят об образовании инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит разность давлений в канале вытяжного воздуха до и после теплообменного блока.

Предотвращение образования инея или его удаление посредством нагрева поверхности холодной зоны теплообменника подводимым к нему потоком вытяжного воздуха, который подают в каналы вытяжного воздуха с их выходной стороны при достижении измеряемым параметром предельного значения посредством поворота теплообменника вокруг центральной оси на угол 180^o, обеспечивает постоянное аэродинамическое сопротивление потоку приточного воздуха, а также использование для теплообмена всей поверхности теплообменника в течение всего времени его работы. Это объясняется тем, что в заявляемом способе нет необходимости перекрывать каналы для прохода приточного воздуха в процессе предотвращения образования инея или его удаления с поверхности теплообменника в его холодной зоне. Кроме того, благодаря тому, что при повороте теплообменника вокруг центральной оси на угол 180^o происходит совмещение выходной стороны каналов вытяжного воздуха с патрубком (воздуховодом) его подачи в теплообменник, где температура вытяжного воздуха наиболее высока, нагрев этим потоком воздуха поверхности теплообменника в его холодной зоне обеспечивает сокращение времени, требуемого для предотвращения образования инея или его удаления.

Температура в холодном углу теплообменника является одним из возможных параметров, измерение которого в процессе работы теплообменника позволяет в случае достижения им предельного, заранее заданного, значения предусмотреть возможность образования в ближайшее время инея или установить факт его наличия на поверхности холодной зоны теплообменника и оперативно принять меры к устранению этих явлений.

Разность давлений в канале вытяжного воздуха до и после теплообменного блока служит другим из возможных параметров, предельное значение которого также позволяет предусмотреть возможность образования в ближайшее время инея или установить факт его наличия на поверхности теплообменника и своевременно принять меры к его удалению.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых представлены два варианта устройства для его осуществления:
на фиг. 1 - вариант устройства, реализующего один из частных случаев осуществления заявляемого способа, в соответствии с которым параметром, по которому судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит температура его поверхности в самом холодном углу;
на фиг. 2 - вариант устройства, реализующего второй частный случай осуществления способа, в соответствии с которым параметром, по которому судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит разность давлений в канале вытяжного воздуха до и после теплообменного блока.

Устройство для реализации заявляемого способа содержит теплообменник-утилизатор, включающий корпус 1 с входным 2 и выходным 3 и входным 4 и выходным 5 патрубками соответственно приточного и вытяжного воздуха, в котором установлен теплообменный блок 6 с перекрестно-точными каналами, который выполнен, например, в виде пакета уложенных друг на друга алюминиевых пластин с образованием чередующихся между собой перекрестно-точных каналов для прохода приточного и вытяжного воздуха. Теплообменный блок 6 может быть выполнен, например, и в виде пластмассовой монолитной сотовой конструкции. Теплообменный блок 6 снабжен центральной осью (не показано), перпендикулярной стенкам, разделяющим каналы приточного и вытяжного воздуха. Упомянутая ось связана посредством муфты с валом электродвигателя 7, который закреплен на наружной поверхности корпуса 1 теплообменника. Электродвигатель 7 с одной стороны связан с концевым выключателем 8, а с другой - магнитным пускателем 9, который, в свою очередь, связан с вторичным прибором 10. Последний в одном из вариантов устройства (фиг. 1) соединен с закрепленным на внутренней поверхности корпуса 1 теплообменника в зоне холодного угла теплообменного блока 6 датчиком 11 температуры, в состав которого входит бесконтактный инфракрасный термометр. В другом варианте (фиг. 2) вторичный прибор 10 соединен с датчиками 12,13 давления, первый из которых установлен перед теплообменным блоком 6 во входном 4, а второй после упомянутого блока в выходном 5 патрубках вытяжного воздуха. В качестве вторичного прибора 10 в первом варианте используется преобразователь температуры, а во втором - дифференциальный манометр.

Способ работы теплообменника-утилизатора осуществляется следующим образом. Поток теплого воздуха, удаляемого из помещения, подводят через входной 4 патрубок вытяжного воздуха в корпус 1 теплообменника и далее в свои каналы в теплообменном блоке 6, после прохождения через которые осуществляют отвод этого потока из теплообменника через выходной 5 патрубок вытяжного воздуха с другой стороны корпуса. Одновременно с этим через входной 2 патрубок приточного воздуха в корпус 1 теплообменника и далее в свои каналы в теплообменном блоке 6 осуществляют подвод потока более холодного свежего воздуха, после прохождения через которые этот поток отводят через выходной 3 патрубок приточного воздуха с другой стороны корпуса. В процессе движения указанных потоков по перекрестно-точным, чередующимся между собой соответствующим каналам теплообменного блока 6 происходит передача теплоты через стенки, разделяющие эти каналы, от более теплого вытяжного воздуха к более холодному приточному. В результате этого температура вытяжного воздуха по мере прохождения через теплообменник снижается и при достаточно низкой начальной температуре приточного воздуха может достигнуть температуры точки росы, что ведет к выпадению на поверхности, ограничивающие каналы вытяжного воздуха, из его потока капельной влаги (конденсата). Если температура этих поверхностей окажется отрицательной, то конденсат, замерзая, будет превращаться в иней или лед. Это ведет к росту аэродинамического сопротивления теплообменника по тракту вытяжного воздуха и повышению термического сопротивления стенок, разделяющих потоки приточного и вытяжного воздуха, в местах образования инея или льда, что, в свою очередь, влечет за собой снижение количества теплоты, передаваемой от одного потока к другому. Поэтому в процессе работы теплообменника осуществляют измерение параметра, по достижению предельного значения которым судят о возможности образования инея или его наличии на поверхности самой холодной части теплообменника. Наиболее вероятным местом образования конденсата и, соответственно, его последующего замерзания является такое место на поверхности теплообменника, где вытяжной воздух достигает наиболее низкой своей температуры. Этим местом является самый холодный угол теплообменного блока 6, который образован в месте пересечения сторон входа приточного и выхода вытяжного воздуха. В этом самом холодном углу уже прошедший почти через весь теплообменник и отдавший теплоту, т.е. наиболее остывший поток вытяжного воздуха осуществляет передачу теплоты через разделяющие каналы стенки входящему потоку приточного воздуха, еще не подвергшемуся обработке в теплообменнике, т.е. наименее нагретому. В одном из частных случаев реализации заявляемого способа в качестве подлежащего измерению с вышеуказанной целью параметра служит температура поверхности теплообменного блока 6 в его самом холодном углу, которую измеряют с помощью датчика 11 (фиг, 1) температуры, а в другом - разность давлений в канале вытяжного воздуха, измеряемых датчиками 12, 13 (фиг. 2) давления. Достижение этими параметрами предельного, заранее заданного значения, характеризующего возможность образования инея или его наличие, вызывает срабатывание вышеуказанных соответствующих датчиков. В первом случае сигнал от датчика 11 температуры, а во втором - от датчиков 12, 13 давления поступает на вторичный прибор 10, который вырабатывает управляющий сигнал для магнитного пускателя 9, который, в свою очередь, подает питающее напряжение на обмотки электродвигателя 7. Связанный с центральной осью теплообменного блока 6 электродвигатель 7 осуществляет поворот последнего. При повороте теплообменного блока 6 вокруг его центральной оси на угол 180^o с помощью концевого выключателя 8 происходит отключение электродвигателя 7. В результате такого поворота самый холодный угол теплообменника перемещается в наиболее теплую зону, занимая место пересечения сторон выхода приточного и входа вытяжного воздуха. При этом выходная сторона каналов вытяжного воздуха оказывается сообщенной с входным патрубком 4 наиболее теплого вытяжного воздуха. Благодаря этому подачу вытяжного воздуха в свои каналы осуществляют с их бывшей ранее выходной, в данный момент времени наиболее холодной стороны, в результате чего под воздействием наиболее высокой температуры вытяжного воздуха происходит нагрев ограничивающих каналы поверхностей. За счет нагрева таким образом упомянутых поверхностей обеспечивается предотвращение образования инея на поверхности теплообменника или, при его наличии, удаление за счет таяния под воздействием высокой температуры вытяжного воздуха. В результате этого теплообменник восстанавливает свой нормальный режим работы. Поскольку в холодную зону сразу непосредственно попадает поток вытяжного воздуха с самой высокой температурой, то на нагрев упомянутых поверхностей, по сравнению с прототипом, требуется значительно меньше времени. При этом при проведении процесса предотвращения образования инея или его удаления поток приточного воздуха также движется по своим каналам и участвует в процессе теплообмена с вытяжным воздухом, но при этом, по сравнению с прототипом, не происходит уменьшения проходного сечения этих каналов, что способствует снижению аэродинамического сопротивления и, кроме того, это способствует при проведении упомянутого процесса использованию для процесса теплообмена всей поверхности теплообменника.

Изобретение может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для утилизации теплоты удаляемого из помещения вытяжного воздуха. Потоки приточного и вытяжного воздуха подводят через соответствующие входные патрубки в перекрестно-точные каналы теплообменного блока, выполненного, например, в виде пакета алюминиевых пластин. При движении потоков по каналам происходит передача теплоты через стенки от более теплого вытяжного воздуха к более холодному, приточному. Затем эти потоки выводят из теплообменника через соответствующие выходные патрубки. По мере прохождения через теплообменник температура приточного воздуха снижается. При низкой температуре наружного воздуха она может достигнуть температуры точки росы, что ведет к выпадению капельной влаги (конденсата) на поверхности, ограничивающие каналы теплообменника. При отрицательной температуре этих поверхностей конденсат превращается в иней или лед. Для предотвращения образования инея или льда или их удаления в процессе работы теплообменника измеряют температуру в самом холодном углу теплообменника или разность давлений в канале вытяжного воздуха до и после теплообменного блока и при достижении предельного, заранее заданного значения измеряемым параметром теплообменный блок поворачивают на 180^o вокруг его центральной оси. Обеспечивается снижение аэродинамического сопротивления, затрат времени на предотвращение образования инея или его удаление и использование при этом всей теплообменной поверхности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы теплообменника-утилизатора, содержащего теплообменный блок с перекрестно-точными каналами, включающий подвод потоков приточного и вытяжного воздуха в соответствующие перекрестно-точные чередующиеся между собой каналы, их взаимный теплообмен через разделяющие эти каналы стенки и последующий отвод этих потоков с противоположных сторон указанных каналов теплообменника, измерение в процессе работы параметра, по достижению предельного значения которым судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, и предотвращение образования инея или его удаление, отличающийся тем, что предотвращение образования инея или его удаление осуществляют посредством нагрева упомянутой поверхности холодной зоны теплообменника подводимым к нему потоком вытяжного воздуха, который подают в каналы вытяжного воздуха с их выходной стороны, для чего при достижении упомянутым параметром предельного значения теплообменный блок поворачивают вокруг центральной оси на угол 180^o. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметром, по которому судят о возможности образования или наличии инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит температура его поверхности в самом холодном углу. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметром, по которому судят об образовании инея на поверхности холодной зоны теплообменника, служит разность давлений в канале вытяжного воздуха до и после теплообменного блока.