ВОЗДУХО-ВОЗДУШНЫЙ РЕКУПЕРАТОР
AIR-AIR HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в системах вентиляции предприятий, в цехах которых в связи с технологическим процессом наблюдаются избыточные тепловыделения.
Известен рекуператор для нагрева воздуха, использующий тепло отходящих из плавильного агрегата газов, содержащий вертикальный футерованный газоход, разделенный воздушной камерой, снабженной верхним и нижним коллекторами, на периферийный и центральный каналы (Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. - 3-е изд., испр. и доп. - М: Металлургия, с. 204, рис. 124).
Недостатком известного аналога является неравномерное распределение дымовых газов по периферийному и центральному каналам, что приводит к снижению экономичности его работы, уменьшению коэффициента теплопередачи и ухудшению процесса теплообмена.
Известен вертикальный теплообменник, содержащий теплообменные поверхности в виде полимерных пленок, представляющих собой опорные рукава, опорную трубу, с помощью которой закрепляются верхние концы теплообменных поверхностей и одновременно регулируются их длины путем вращения опорной трубы вокруг своей продольной оси, например, с помощью ворота, а также содержащий подводящие теплоносители перфорированных труб, коллекторы и прямоугольные штуцеры, внутрь которых входят нижние концы теплообменных элементов, снабженные разделительной поверхностью из полимерной пленки, нижние концы которой погружены в коллектор и образуют гидравлический затвор (Авторское свидетельство СССР №581366 SU, дата приоритета 20.11.1974, дата публикации 25.11.1977, авторы: Штерензон Л.А. и др., RU).
Недостатком известного аналога является низкий коэффициент теплопередачи.
Известен теплообменник, содержащий каналы для рабочих сред, завихрители, установленные равномерно с шагом t по длине трубы, наклонные лопасти, снабженные дискретными турбулизаторами в виде кольцевых проволочных стержней, размещенных на оконечностях лопастей и плотно примыкающих к внутренней стенке трубы, при этом отношение диаметра стержня турбулизатора к внутреннему диаметру трубы d/D = 0,06 - 0,08, а шаг завихрителя t = (5 - 7)D, где D - внутренний диаметр трубы (Патент РФ №2150644, дата приоритета 08.06.1998, дата публикации 10.06.2000, авторы: Закиров Д.Г. и др., RU).
Недостатком известного аналога является трудность изготовления и монтажа внутри труб дискретных турбулизаторов, что усложняет конструкцию теплообменника и ведет к его удорожанию.
Известен теплообменный аппарат, содержащий, по крайней мере, одну внутреннюю теплообменную трубу с турбулизатором, расположенным вблизи входного отверстия теплообменной трубы, и представляющий собой цилиндрический корпус с отверстиями для входа и выхода сред, внутри которого по ходу движения среды последовательно расположены струеформирующая насадка и консольно закрепленная в цилиндрическом корпусе навстречу движению среды пластина-резонатор с двумя выступами, дугообразно загнутыми в противоположные стороны таким образом, что они вплотную примыкают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, образуя крепление пластины. Теплообменный аппарат может содержать камеру ввода сред, которая может быть оснащена смесительными и/или распределительными устройствами. Цилиндрическим корпусом турбулизатора может служить участок теплообменной трубы, а в стенке цилиндрического корпуса турбулизатора между входным отверстием и струеформирующей насадкой могут содержаться дополнительные отверстия (Патент РФ №2402734, дата приоритета 14.07.2009, дата публикации 27.10.2010, авторы: Андержанов Р.В. и др., RU).
Недостатком известного аналога является трудность изготовления и монтажа внутри труб дискретных турбулизаторов, что усложняет конструкцию теплообменника и ведет к его удорожанию.
Известен пленочный теплообменник, принятый в качестве прототипа, содержащий закрытый крышками с боков пакет соединенных между собой рамок, на боковых поверхностях которых установлены балки, соединенные между собой стяжными болтами и гайками. На рамки натянута гибкая теплопередающая поверхность мембранного типа, например полиэтиленовая пленка, предварительное натяжение которой обеспечивает создание чередующихся каналов для протекания нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей. В один из каналов положена неподвижная обкладка конденсаторного датчика, подвижной обкладкой которого служит слой электропроводящего материала, нанесенного на теплопередающую поверхность. Предусмотренный конденсаторный датчик соединен электрически с источником питания высокой частоты, например звуковым генератором, через нагрузочное сопротивление, параллельно которому подключено индикаторное устройство, например частотомер (Авторское свидетельство СССР №981818, дата приоритета 22.04.1981, дата публикации 15.12.1982, авторы: Полев С.П. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкий КПД, обусловленный тем, что интенсификация теплообмена достигается колебаниями пленки, натянутой на рамки, путем изменения натяжения пленки, достигаемого деформацией рамок посредством натяжных болтов с гайками и балок, скрепляющих пакет рамок.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение КПД заявляемого рекуператора путем турбулизации потока горячего теплоносителя с помощью турбулизаторов, без необходимости регулирования натяжения пленки деформацией рамок и без существенного усложнения конструкции рекуператора.
Для решения технической проблемы предложен воздухо-воздушный рекуператор, содержащий соответственно входные и выходные патрубки горячего и холодного теплоносителей, через которые осуществляется движение отработанного горячего воздуха, удаляемого из помещения, подогревающего частично своей теплотой холодный приточный воздух, поступающий в помещение. Движение теплоносителей осуществляется противоточно через теплообменник, включающий отдельные рамки, на которые натягивается полиэтиленовая пленка. После сборки рамок в пакет образуются параллельные каналы, разделенные пленкой. Рамки скрепляются между собой стяжными болтами для обеспечения плотности всех соединений и исключения перетока теплоносителей между каналами. Новым является то, что пленка оснащена струнами-турбулизаторами, а входной патрубок горячего теплоносителя оснащен крепежными струнами, на которых размещены турбулизаторы, выполненные в форме несимметричных «лепестков», расположенные в определенном порядке, благодаря чему удаляемый из помещения отработанный горячий воздух медленнее остывает, и, соответственно, больше теплоты отдает приточному холодному воздуху, поступающему в помещение, что ведет к увеличению КПД рекуператора.
Для пояснения сущности изобретения на фиг.1 схематично представлен общий вид воздухо-воздушного рекуператора; на фиг.2 показано расположение турбулизаторов во входном патрубке горячего теплоносителя, сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показана схема турбулизатора в форме несимметричного лепестка, узел Б на фиг.2; на фиг.4 - схема теплообменника.
Согласно представленной на фиг.1 схеме, воздухо-воздушный рекуператор содержит теплообменник 1, входной патрубок горячего теплоносителя 2, выходной патрубок горячего теплоносителя 3, входной патрубок холодного теплоносителя 4, выходной патрубок холодного теплоносителя 5. На фиг.2 показано, что входной патрубок горячего теплоносителя 2 оснащен крепежными струнами 6, на которых размещены турбулизаторы, выполненные в форме несимметричных лепестков 7, схема которых представлена на фиг.3. Согласно представленной на фиг.4 схеме, теплообменник 1 состоит из несущих рамок 8, на которые натянута полиэтиленовая пленка 9 со струнами-турбулизаторами 10, закрепленными на несущих рамках 8 с помощью прижимных реек 11. Несущие рамки 8 скреплены между собой стяжными болтами 12, что обеспечивает плотность всех соединений и исключает переток теплоносителей между каналами для прохода воздуха 13, которые имеют равные геометрические размеры.
Заявляемый воздухо-воздушный рекуператор работает следующим образом.
Одновременное движение потоков горячего и холодного теплоносителей осуществляется противоточно через пластинчатый теплообменник 1, в который он нагнетается соответственно вытяжным и приточным вентиляторами (не показано). Горячим теплоносителем является удаляемый из помещения воздух, который поступает в пластинчатый теплообменник 1 через каналы для прохода воздуха 13 с помощью входного патрубка для горячего теплоносителя 2 и выбрасывается на улицу с помощью выходного патрубка для горячего теплоносителя 3. Холодным теплоносителем является приточный с улицы воздух, который поступает в пластинчатый теплообменник 1 через каналы для прохода воздуха 13 с помощью входного патрубка для холодного теплоносителя 4 и попадает в помещение с помощью выходного патрубка для холодного теплоносителя 5. Входной парубок для горячего теплоносителя оснащен крепежными струнами 6, на которых в определенной последовательности расположены турбулизаторы, выполненные в форме несимметричных лепестков 7, приводимые в хаотичное вращательное движение под действием потока воздуха, удаляемого из помещения. Одновременно полиэтиленовая пленка 9, натянутая на несущие рамки 8 и принятая в качестве поверхности нагрева, совершает динамические колебательные движения за счет свойств материала, а струны-турбулизаторы 10 усиливают данный эффект. Таким образом, благодаря турбулизаторам-«лепесткам» 7 и струнам-турбулизаторам 10 горячий теплоноситель, удаляемый из помещения, медленнее остывает и больше теплоты отдает холодному теплоносителю, поступающему в помещение, что позволяет меньше энергии расходовать на его подогрев до необходимой температуры.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении КПД рекуператора за счет турбулизации потока горячего теплоносителя.