Секція регенеративного теплообмінника

Реферат: Секція регенеративного теплообмінника містить порожнистий корпус, розміщену в ньому проточну насадку з теплоємного матеріалу з множиною наскрізних паралельних отворів і розташовані з торців цієї насадки колектори, які в робочому положенні поперемінно служать для впуску й випуску потоків нагріваного або охолоджуваного повітря. Насадка виготовлена з термопластичного полімерного матеріалу й має вигляд щонайменше двох листових деталей, кожна пара яких розділена регулярно розташованими перегородками, що служать стінками зазначених отворів. UA 95195 U (54) СЕКЦІЯ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМІННИКА UA 95195 U UA 95195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до конструкції секцій регенеративних теплообмінників, використовуваних у пристроях локальної примусової енергозберігаючої вентиляції окремих приміщень житлових, громадських і виробничих будинків. Вільне вентилювання зазначених приміщень через кватирки або фрамуги веде до втрат тепла, затрачуваного на опалення взимку, і до росту витрат енергії на охолодження повітря кондиціонерами влітку. Фахівцю зрозуміло, що втрати енергії внаслідок вільного вентилювання тим більше, чим більше об'єм вентильованого приміщення, перепад температур зовні й усередині нього й задана кратність повітрообміну. Для скорочення втрат використовують пристрої локальної примусової енергозберігаючої вентиляції, які підігрівають або охолоджують свіже повітря, засмоктуване з атмосфери в закрите приміщення, шляхом теплообміну з відпрацьованим повітрям, що викидається із закритого приміщення в атмосферу. Нині загальновідомі два основні типи теплообмінників (див., наприклад: Большой энциклопедический словарь ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ. - М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", словарная статья "Теплообменник". - С. 526), а саме: рекуператори, у яких теплообмін між потоками свіжого й відпрацьованого робочого тіла (зокрема повітря), що мають різну температуру, відбувається через теплопровідні перегородки, які розділяють відповідні канали для пропуску таких потоків, і регенератори, у яких теплообмін між потоками свіжого й відпрацьованого робочого тіла, що мають різну температуру, забезпечують їхнім почерговим пропущенням через канали в проточній насадці з придатного теплоємного матеріалу. Загальновідомі переваги рекуперативних теплообмінників полягають у тому, що їх можна виготовити з габаритами від декількох сантиметрів до десятків метрів, і, відповідно, з найширшим діапазоном теплових потоків від сотень ватів до мегаватів. Саме ці переваги обумовили той факт, що більшість доступних на ринку пристроїв локальної примусової енергозберігаючої вентиляції оснащені рекуперативними теплообмінниками. На жаль, такі теплообмінники зазвичай громіздкі й масивні, що суттєво здорожує й ускладнює згадані пристрої як такі, а також їх монтаж і технічне обслуговування в процесі експлуатації. Наприклад, пристрій, згідно з UA 11134 U, оснащений кожухотрубним рекуперативним теплообмінником. Його трубні дошки служать герметичними перегородками й розділяють порожнину корпуса на дві камери, які незалежно сполучаються з атмосферою й вентильованим приміщенням відповідно через труби й міжтрубний простір і через відповідні впускні й випускні патрубки. В UA 71959 U розкритий найдосконаліший пристрій для енергозберігаючої вентиляції на основі рекуперативного теплообмінника, у якому теплопровідними перегородками служать тонкі пластини з алюмінієвої або мідної фольги. Природно, що в порівнянні з кожухотрубним теплообмінником такий пластинчастий рекуперативний теплообмінник суттєво менш матеріалоємний, компактний і ефективніший в експлуатації. Однак він досить трудомісткий у виготовленні й складанні. Останнім часом увагу розробників і виробників пристроїв локальної примусової енергозберігаючої вентиляції усе більш привертають прості по конструкції регенеративні теплообмінники. У промисловості їх давно використовують для підігріву теплом відпрацьованих продуктів згоряння газоподібного палива, повітря або газоповітряних сумішей шляхом їхнього почергового пропущення через канали в проточній насадці з теплоємного матеріалу (див., наприклад: Большой энциклопедический словарь ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ. - М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", словарная статья "Регенератор в теплотехнике". - С. 447). Промислові регенеративні теплообмінники звичайно розраховані на перепади температур у 3 кілька сотень градусів і витрату робочого тіла до тисячі й більш м /г. Вони мають габаритні розміри порядку декількох метрів. Це дозволяє легко й просто збирати насадки для них зі штучних деталей типу жаростійкої цегли або листів металу. Однак пристрої локальної примусової енергозберігаючої вентиляції повинні бути, як правило, малогабаритними (менш 1 м у довжину й менш 0,5 м по ширині й висоті або в діаметрі). Інакше вони будуть псувати інтер'єр і перешкоджати розміщенню меблів або встаткування й переміщенню людей у житлових кімнатах і приміщеннях громадських і виробничих будинків. Тому відомі на ринку пристрої для локальної примусової енергозберігаючої вентиляції дотепер мають насадки з теплоємного матеріалу у вигляді керамічних моноблоків з наскрізними паралельними отворами. 1 UA 95195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Найближчий аналог пропонованої далі секції регенеративного теплообмінника з такою керамічною насадкою відомий із зображення пристрою локальної примусової енергозберігаючої вентиляції "Твін Фрэш" на сайті http://vents.ua/cat/618/ і тотожної по конструкції секції пристрою "Ревента" (див. сайт http://www.reventa.com.ua). Кожна така відома секція регенеративного теплообмінника має: порожнистий (зокрема круглий у поперечному перерізі) корпус, розміщену в ньому проточну насадку з теплоємного матеріалу (зокрема у вигляді згаданого керамічного моноблока з паралельними круглими наскрізними отворами діаметром від 1,5 до 3,5 мм або приблизно такими ж квадратними в поперечному перерізі отворами й товщиною стінок, що розділяють отвори, від 0,5 до 1,5 мм) і розташовані з торців цієї насадки колектори для впуску й випуску потоків повітря, що нагрівається або охолоджується. У зазначених відомих пристроях локальної примусової енергозберігаючої вентиляції використовують тільки одну таку секцію, реверсивний вентилятор й настроюваний таймер з перемикачем напрямку потоку повітря. На жаль, керамічні насадки складно виготовляти, а робочі поверхні в них мають істотну шорсткість, яка неминуче виникає при випалі заготовок і сама по собі підвищує аеродинамічний опір. Мало того, ця шорсткість сприяє втриманню забруднень усередині отворів і подальшому погіршенню експлуатаційних характеристик. Це змушує використовувати очищувані або разові змінні повітряні фільтри, які додатково підвищують аеродинамічний опір. Із цих причин відомі пристрої локальної примусової енергозберігаючої вентиляції з керамічними регенеративними теплообмінниками незручні й недостатньо надійні в експлуатації й мають обмежену продуктивність (звичайно не більш 30 м3/г). В основу корисної моделі поcтавлена задача завдяки зміні матеріалу і структури насадки створити таку зручну у виготовленні секцію регенеративного теплообмінника для пристроїв локальної примусової енергозберігаючої вентиляції, яка мала б гладкі поверхні стінок отворів і, відповідно, була б суттєво надійнішою в експлуатації. Задача вирішується тим, що в секції регенеративного теплообмінника, що має порожнистий корпус, розміщену в ньому проточну насадку з теплоємного матеріалу з множиною наскрізних паралельних отворів і розташовані з торців цієї насадки колектори, які в робочому положенні поперемінно служать для впуску й випуску потоків нагріваного або охолоджуваного повітря, згідно з корисною моделлю, зазначена насадка виготовлена з термопластичного полімерного матеріалу й має вигляд щонайменше двох листових деталей, кожна пара яких розділена регулярно розташованими перегородками, що служать стінками зазначених наскрізних отворів. Застосування термопластичних полімерних матеріалів для виготовлення насадки регенеративного теплообмінника (переважно екструзією з наступним відрізанням мірних заготовок від одержуваного довгомірного виробу) дозволяє формувати практично ідеально гладкі стінки отворів для пропуску нагріваного або охолоджуваного повітря навіть у тих випадках, коли робочі поверхні екструзійних головок мають помітну шорсткість. Дійсно, сили поверхневого натягу розплаву полімерного матеріалу вирівнюють усі поверхні виробів безпосередньо на виході із зони екструзії. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що зазначені листові деталі мають вигляд плоских пластин. Це дозволяє використовувати для виготовлення насадок з термопластичних полімерних матеріалів загальнодоступні на ринку (зокрема полівінілхлоридні) тонкі декоративні лицювальні панелі з множиною наскрізних отворів між їхніми стінками. З таких панелей легко й просто можна формувати проточні насадки будь-якого профілю. Друга додатковавідмінність полягає в тому, що зазначені листові деталі мають кільцеподібну форму й розташовані еквідистантно. Це доцільно при потоковому виготовленні заготовок насадок з термопластичних полімерних матеріалів екструзією. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом конструкції й роботи з посиланнями на додані креслення, де зображені на: Фіг. 1 - загальний вид секції регенеративного теплообмінника (поздовжній розріз); фігури 2, 3, 4 - приклади можливих (а саме квадратних, ромбовидних і трикутних) форм профілів наскрізних отворів у виготовлених з термопластів насадках секцій регенеративних теплообмінників; фіг. 5 - поперечний розріз секції регенеративного теплообмінника з цільною насадкою, що складена з кільцеподібних еквідистантно розташованих листових деталей із радіально орієнтованими перегородками між ними. Запропонована секція регенеративного теплообмінника (див. фіг. 1) незалежно від конкретної форми виконання містить: 2 UA 95195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 порожнистий корпус 1, який може бути виготовлений з металу (і в таких випадках оснащений не показаною зовнішньою теплоізоляцією) або теплоізолюючого полімерного матеріалу; проточну насадку 2, яка жорстко закріплена в корпусі 1 і виготовлена з теплоємного термопластичного полімерного матеріалу у вигляді щонайменше двох листових деталей 3, кожна пара яких розділена показаними далі регулярно розташованими перегородками, які служать стінками множини не позначених особливо наскрізних паралельних отворів (див. приклади на фігурах 2, 3 й 4); та колектори 4 і 5, які розташовані з торців насадки 2 і в робочому положенні поперемінно служать для впуску й випуску потоків нагріваного або охолоджуваного повітря. Корпус 1 може мати в поперечному перерізі довільну форму, наприклад: кругового або овального циліндра, прямокутної (зазвичай квадратної), шестигранної або іншої необов'язково правильної призми, у тому числі, з округленими стиками граней, і т.д. Матеріалом для виготовлення насадки 2 може служити будь-який (переважно чистий) термопласт, що має сумірну в порівнянні з керамікою теплоємність й хімічну стійкість до типових побутових і промислових кородуючих агентів, наприклад: полівінілхлорид, ізотактичний поліпропілен, полікарбонат на основі дифенілолпропану (відомий під торговельної маркою "лексан") і т.д. Так, кераміка, використовувана у відомих секціях регенеративних теплообмінників, має питому теплоємність у діапазоні від 0,83 до 1,1 кДж/кг*К і універсальну хімічну стійкість. При цьому питома теплоємність для полівінілхлориду знаходиться в діапазоні від 1,05 до 2,14 кДж/кг*К та до 2,0 кДж/кг*К для поліпропілену й полікарбонату, а стійкість цих полімерів до парів етанолу, ацетону й жирів не викликає сумнівів. Відповідно, для виготовлення насадок неважко вибрати на ринку придатну марку відповідного термопластичного матеріалу. У найпростішому випадку колекторами 4 і 5 служать показані тут частини порожнистого корпуса 1, які виступають за торці проточної насадки 2. Фахівцю зрозуміло, що колектори 4 і 5 можуть мати вигляд не показаних тут розтрубів, кожний з яких поперемінно служить дифузором для повітря, що впускається в насадку 2, й конфузором для повітря, що випускається з неї. Листові деталі 3 можуть мати вигляд плоских пластин з перегородками 6 (див. приклади на фігурах 2, 3 й 4). Нині на ринку загальнодоступні виготовлені з полівінілхлориду тонкошарові декоративні лицювальні панелі з множиною наскрізних отворів. З них легко й просто можна нарізати деталі проточних насадок 2 й складати такі насадки з урахуванням конкретних форм корпусів 1. На фіг. 5 показана конструкція секції регенеративного теплообмінника, в якому листові деталі 3 насадки 2 мають кільцеподібну (зокрема круглу) форму й розташовані еквідистантно, а перегородки 6 між ними орієнтовані радіально. Запропонована секція може бути використана в кількості, що кратна двом, для виготовлення батарей високопродуктивних регенеративних теплообмінників. Такі батареї можуть - за умови оснащення загальновідомими засобами керування потоками повітря - одночасно забезпечувати охолодження теплого повітря й накопичення тепла в насадці 2 однієї із секцій кожної пари й нагрівання зустрічного потоку холодного повітря тепловіддачею від насадки 2 в іншій секції. Працює описана секція регенеративного теплообмінника загальновідомим способом, а саме - шляхом почергового пропуску повітря через наскрізні отвори в проточній насадці 2 (наприклад протягом 50-90 с у кожному напрямку). При цьому під час контакту з теплим повітрям листові деталі 3 і перегородки 6 між ними накопичують тепло, а потім при продуванні насадки 2 холодним повітрям віддають його. Використання термопластичних полімерів для виготовлення насадок секцій регенеративних теплообмінників суттєво здешевлює пристрої локальної примусової енергозберігаючої вентиляції й підвищує їхню експлуатаційну надійність. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Секція регенеративного теплообмінника, що має порожнистий корпус, розміщену в ньому проточну насадку з теплоємного матеріалу з множиною наскрізних паралельних отворів і розташовані з торців цієї насадки колектори, які в робочому положенні поперемінно служать для впуску й випуску потоків нагріваного або охолоджуваного повітря, яка відрізняється тим, що насадка виготовлена з термопластичного полімерного матеріалу й має вигляд щонайменше двох листових деталей, кожна пара яких розділена регулярно розташованими перегородками, що служать стінками зазначених отворів. 2. Секція за п. 1, яка відрізняється тим, що листові деталі мають вигляд плоских пластин. 3 UA 95195 U 3. Секція за п. 1, яка відрізняється тим, що листові деталі мають кільцеподібну форму й розташовані еквідистантно. 4 UA 95195 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5