ТЕПЛООБМЕННЫЙ ВЕНТИЛЯТОР
HEAT EXCHANGE FAN

Настоящее изобретение относится к теплообменному вентилятору, который обеспечивает вентилирование при одновременном осуществлении обмена явной теплоты или обмена скрытой теплоты между двумя воздушными потоками, отличающимися друг от друга по температуре или влажности.
Поскольку в особенности летом и зимой разность температур между наружным пространством и пространством внутри помещения является большой, при вентилировании помещения, в котором используется оборудование для охлаждения, в котором используется холодильный цикл, или нагреватель, и в том случае, если наружный воздух непосредственно вводится внутрь помещения, нагрузки на оборудование для охлаждения или на нагреватель возрастают. Так называемая вентиляционная нагрузка увеличивается.
Следовательно, был разработан теплообменный вентилятор, который выполняет теплообмен между наружным воздухом, отбираемым из наружного пространства, и воздухом в помещении, выпускаемым из пространства внутри помещения во время вентилирования, посредством теплообменного элемента. Подобный теплообменный вентилятор требуется для выполнения теплообмена при одновременном обеспечении заданного объема свежего воздуха и для отбора тепла из выпускаемого/вытяжного воздуха (воздуха в помещении) и подачи его в приточный воздух (наружный воздух). Для обеспечения гибкости конструкции, например здания, в котором теплообменный вентилятор должен быть размещен, требуется уменьшение размеров теплообменного вентилятора. Например, вследствие того, что для сохранения широкого пространства для жилой комнаты, как правило, пространственную высоту чердачного помещения задают такой, чтобы она была как можно меньшей, необходимо обеспечить как можно меньшую высоту теплообменного вентилятора, подлежащего размещению в таком чердачном помещении.
Например, аналогично кондиционеру воздуха, описанному в патентном документе 1, был известен кондиционер воздуха, который включает в себя увлажнитель в его внутреннем пространстве и выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность увлажнения воздуха в помещении, всасываемого из элемента для впуска воздуха в помещении посредством увлажнителя, при одновременном отборе воздуха в помещении из другого элемента для впуска воздуха в помещении и выдувания воздуха в помещении снова в помещение, которое охлаждается элементом, предназначенным для осуществления теплообмена между увлажненным воздухом в помещении и неувлажненным воздухом в помещении; однако подобный кондиционер воздуха имеет большие потери тепла и является неэффективным, следовательно, источник тепла не расположен внутри во многих из теплообменных вентиляторов.
В последнее время для обеспечения как повышения эффективности теплообмена, так и уменьшения высоты оборудования, предложены различные теплообменные вентиляторы, в которых используется множество теплообменных элементов вместо одного теплообменного элемента. Например, в патентном документе 2 описан энтальпийный теплообменник, в котором множество теплообменных элементов расположены последовательно в направлении потока воздуха. В патентном документе 3 описан вентилятор, в котором множество теплообменников расположено в корпусе, который включает в себя элемент для впуска и элемент для выпуска всасываемой текучей среды и элемент для впуска и элемент для выпуска выпускаемой текучей среды.
Несмотря на то, что предпочтительно сделать диаметр воздушного канала в теплообменном элементе малым для повышения эффективности теплообмена, в том случае, если диаметр воздушного канала в теплообменном элементе является малым, воздушный канал имеет тенденцию легко забиваться инеем, следовательно, иногда воздух не сможет проходить через теплообменный элемент, и в наихудшем случае невозможно будет осуществить вентилирование. Другими словами, при работе теплообменного вентилятора зимой в холодном районе вытяжной воздух (воздух в помещении) охлаждается посредством теплообмена с приточным воздухом (наружным воздухом), в результате чего водяной пар в вытяжном воздухе стремится конденсироваться в теплообменном элементе и вызывать конденсацию; если теплообменный вентилятор продолжает работать при одновременном охлаждении конденсированных капель и наледь (иней) остается в воздушном канале теплообменного элемента, лед постепенно нарастает, и воздушный канал теплообменного элемента иногда забивается льдом и в некоторых случаях становится неспособным к выполнению вентилирования. Следовательно, предпринимают различные меры для предотвращения отложения инея.
Например, в патентном документе 4 описан теплообменный вентилятор, который включает в себя низкотемпературный канал, по которому проходит холодный воздух (наружный воздух), высокотемпературный канал, по которому проходит нагретый воздух (воздух в помещении), и воздушный клапан, который обеспечивает регулирование сообщения и разделения между низкотемпературным каналом и высокотемпературным каналом и выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность предотвращения образования инея в высокотемпературном канале посредством выполнения противообледенительной операции пропускания нагретого воздуха по низкотемпературному каналу в случае необходимости.
В патентном документе 5 описана система защиты от обледенения, которая включает в себя элемент для впуска холодного воздуха, который направляет наружный воздух внутрь, и элемент для впуска нагретого воздуха, который направляет воздух в помещении внутрь, элемент для выпуска воздуха, который подает вышеупомянутый наружный воздух или вышеупомянутый воздух в помещении в теплообменный вентилятор, воздушный клапан, который выборочно перекрывает элемент для впуска холодного воздуха и элемент для впуска нагретого воздуха, и нагревательный элемент, который предусмотрен вблизи элемента для выпуска воздуха и обеспечивает нагрев воздуха; и выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность таяния инея в теплообменном вентиляторе за счет подачи питания к нагревательному элементу в случае необходимости.
В патентном документе 6 описан теплообменный вентилятор, в котором внутреннее пространство корпуса разделено перегородками на тракт подачи и тракт выпуска; теплообменный элемент предусмотрен в точке пересечения между трактами; отверстие выполнено в перегородке на расположенной выше по потоку стороне теплообменного элемента; воздушный клапан, который обеспечивает сообщение тракта подачи и тракта выпуска друг с другом, предусмотрен в отверстии; тракт подачи и тракт выпуска сообщаются друг с другом посредством поворота воздушного клапана в случае необходимости, так что иней, наросший на теплообменном элементе, удаляется.
В патентном документе 7 описан теплообменный вентилятор, в котором устройство для разделения воздушных потоков предусмотрено в плоскости выпуска воздуха в помещении в теплообменнике, в результате чего предотвращается ситуация, при которой вода, образованная в результате операции оттаивания, снова замерзает впоследствии с образованием инея.
В патентном документе 8 описан теплообменный вентилятор, который выполнен с отверстием в перегородке, которая разделяет воздушный канал для нагретого воздуха (воздуха в помещении) после прохода через теплообменный канал и воздушный канал для холодного воздуха (наружного воздуха) перед проходом через теплообменный элемент, и предусмотрен с воздушным клапаном в отверстии, и обеспечивает регулирование работы воздушного клапана в случае необходимости, вмешивание нагретого воздуха в холодный воздух и возврат его снова в помещение, в результате чего постоянно выполняется вентилирование при одновременном предотвращении обледенения теплообменного элемента.
Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии No. S61-107020
Патентный документ 2: Выложенная заявка на патент Японии No. 2006-337015
Патентный документ 3: Выложенная заявка на патент Японии No. 2000-146250
Патентный документ 4: Выложенная японская заявка на полезную модель No. S62-17743
Патентный документ 5: Опубликованная заявка на патент Японии No. Н3-50180
Патентный документ 6: Выложенная заявка на патент Японии No. 2005-331193
Патентный документ 7: Выложенная заявка на патент Японии No. 2001-235199
Патентный документ 8: Выложенная заявка на патент Японии No. 2007-170712
Любой из обычных теплообменных вентиляторов или любая из обычных систем защиты от обледенения, который/которая может предотвратить нарастание инея на теплообменном элементе, выполнен/выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность или прекращения вентилирования во время противообледенительной операции (операции размораживания/оттаивания), или смешивания приточного воздуха (наружного воздуха) и вытяжного воздуха (воздуха в помещении), так что во время противообледенительной операции вентилирование не может выполняться или объем свежего воздуха уменьшаться. Следовательно, для сохранения объема свежего воздуха, поступающего в единицу времени в течение противообледенительной операции, равному объему свежего воздуха во время обычной работы, скорость обработки воздуха во время противообледенительной операции должна быть выше скорости обработки воздуха во время обычной работы, и размеры теплообменного элемента должны быть увеличены для поддержания эффективности теплообмена во время противообледенительной операции, равной эффективности теплообмена во время обычной работы.
Однако трудно планировать увеличение размеров теплообменного элемента вследствие того, что это связано с пространством для размещения, таким как чердачное помещение. Кроме того, поскольку при уменьшении величины диаметра воздушного канала в теплообменном элементе возникает тенденция к образованию инея, также трудно обеспечить повышение эффективности теплообмена при одновременном ограничении увеличения размеров теплообменного элемента за счет уменьшения величины диаметра воздушного канала. По этой причине для предотвращения конденсации и нарастания инея на теплообменном элементе часто приходится жертвовать эффективностью теплообмена в теплообменном вентиляторе.
Настоящее изобретение было сделано для решения вышеуказанных проблем, и задача настоящего изобретения состоит в создании теплообменного вентилятора, который позволяет легко обеспечить предотвращение конденсации и нарастания инея на теплообменном элементе и повышение эффективности теплообмена при одновременном ограничении размера оборудования по высоте.
Для решения вышеуказанных проблем и для достижения указанной задачи теплообменный вентилятор включает в себя канал для приточного воздуха, который обеспечивает всасывание наружного воздуха и выдувание его в пространство внутри помещения, канал для вытяжного воздуха, который обеспечивает всасывание воздуха в помещении и выдувание его в наружное пространство, и множество теплообменных элементов, которые осуществляют теплообмен между наружным воздухом, проходящим по каналу для приточного воздуха, и воздухом в помещении, проходящим по каналу для вытяжного воздуха, при этом теплообменные элементы расположены последовательно от наружной стороны до внутренней стороны, при этом эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном ближе всего к наружному пространству, выше эффективности обмена явного тепла в теплообменным элементе, расположенном со стороны пространства внутри помещения рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны.
Для решения вышеуказанных проблем и для достижения указанной цели теплообменный вентилятор включает в себя канал для приточного воздуха, который обеспечивает всасывание наружного воздуха и выдувание его в пространство внутри помещения, канал для вытяжного воздуха, который обеспечивает всасывание воздуха в помещении и выдувание его в наружное пространство, и множество теплообменных элементов, которые осуществляют теплообмен между наружным воздухом, проходящим по каналу для приточного воздуха, и воздухом в помещении, проходящим по каналу для вытяжного воздуха, при этом теплообменные элементы расположены последовательно от наружной стороны до внутренней стороны, при этом эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны.
Для решения вышеуказанных проблем и для достижения указанной цели теплообменный вентилятор включает в себя канал для приточного воздуха, который обеспечивает всасывание наружного воздуха и выдувание его в пространство внутри помещения, канал для вытяжного воздуха, который обеспечивает всасывание воздуха в помещении и выдувание его в наружное пространство, и множество теплообменных элементов, которые осуществляют теплообмен между наружным воздухом, проходящим по каналу для приточного воздуха, и воздухом в помещении, проходящим по каналу для вытяжного воздуха, при этом теплообменные элементы расположены последовательно от наружной стороны до внутренней стороны, при этом эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, выше эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны, и эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны.
Любой из теплообменных вентиляторов в соответствии с настоящим изобретением включает в себя множество теплообменных элементов, расположенных последовательно, в результате чего обеспечивается возможность повышения эффективности теплообмена по сравнению со случаем осуществления теплообмена посредством только одного теплообменного элемента. В результате даже в том случае, если обеспечивается размер по высоте, который меньше, чем у теплообменного вентилятора, который выполняет теплообмен посредством только одного теплообменного элемента, может быть обеспечена эффективность теплообмена, которая равна эффективности теплообмена в теплообменном вентиляторе с одним теплообменным элементом.
Из числа теплообменных вентиляторов в соответствии с настоящим изобретением в одном из них, в котором эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, выше эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны, температура воздуха в помещении, проходящего в теплообменный элемент, расположенный с самой наружной стороны, будет выше, чем соответствующая температура в том случае, когда соответствующие показатели эффективности обмена явного тепла в теплообменных элементах, равны; следовательно, конденсация и образование инея вряд ли будут иметь место в теплообменном элементе во время теплообмена с наружным воздухом. С другой стороны, из числа теплообменных вентиляторов в соответствии с настоящим изобретением в одном из них, в котором эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны, влажность воздуха в помещении, проходящего в теплообменный элемент, расположенный с самой наружной стороны, будет ниже, чем соответствующая влажность в том случае, когда соответствующие показатели эффективности обмена скрытого тепла в теплообменных элементах, равны; следовательно, конденсация и образование инея вряд ли будут иметь место в теплообменном элементе во время теплообмена с наружным воздухом.
Если обеспечивается предотвращение конденсации и образования инея, диаметр воздушного канала в теплообменном элементе может быть сделан малым, и эффективность теплообмена в теплообменном элементе может быть легко повышена. Соответственно, теплообменный вентилятор в соответствии с настоящим изобретением легко обеспечивает предотвращение конденсации и образования инея в теплообменном элементе и повышение эффективности теплообмена при одновременном ограничении размера оборудования по высоте.
Сущность изобретения поясняется на чертежах,
где фиг.1 представляет собой вертикальное сечение, которое схематически показывает пример теплообменного вентилятора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает два теплообменных модуля, используемых в теплообменном вентиляторе, показанном на фиг.1;
фиг.3-1 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает теплообменный элемент, используемый в теплообменном вентиляторе, показанном на фиг.1;
фиг.3-2 представляет собой вид спереди, который схематически показывает теплообменный элемент, показанный на фиг.3-1;
фиг.4 представляет собой вертикальное сечение, которое схематически показывает пример теплообменного вентилятора из теплообменных вентиляторов в соответствии с настоящим изобретением, в котором регулирование множества отдельных теплообменных элементов осуществляется посредством изменения объема и поверхности теплообмена в каждом из теплообменных элементов;
фиг.5-1 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает пример теплообменного элемента, который может быть использован в теплообменном вентиляторе в соответствии с настоящим изобретением и включает в себя воздушный канал, имеющий прямоугольное поперечное сечение;
фиг.5-2 представляет собой вид спереди, который схематически показывает теплообменный элемент, показанный на фиг.5-1;
фиг.6 представляет собой график, который показывает пример соответствующих результатов измерений изменений во времени перепада давлений до и после в теплообменном элементе, в котором обеспечивается противодействие конденсации и образованию инея, и изменений во времени перепада давлений до и после в теплообменном элементе, в котором конденсация и образование инея продолжаются; и
фиг.7 представляет собой таблицу, которая показывает соответствующие результаты измерений общей эффективности теплообмена и показателя средней скорости увеличения потерь давления, полученные для каждого из теплообменных вентиляторов в соответствии с каждым из примеров 1-3, контрольных примеров 1 и 2 и сравнительных примеров 1 и 2.
РАЗЪЯСНЕНИЯ БУКВ ИЛИ ССЫЛОЧНЫХ НОМЕРОВ
10
Корпус
13А, 13В
Теплообменный элемент
15А, 15В, 15С, 15D
Теплообменный модуль
50А, 50В
Теплообменный вентилятор
S
Поток приточного воздуха
EF
Поток вытяжного воздуха
Приведенные в качестве примера варианты осуществления теплообменного вентилятора в соответствии с настоящим изобретением будут подробно разъяснены ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. Однако настоящее изобретение не ограничено нижеприведенными вариантами осуществления.
Первый вариант осуществления
Фиг.1 представляет собой вертикальное сечение, которое схематически показывает пример теплообменного вентилятора в соответствии с настоящим изобретением; и фиг.2 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает два теплообменных модуля, используемых в теплообменном вентиляторе, показанном на фиг.1. Среди составляющих элементов, показанных на фиг.2, те составляющие элементы, которые также показаны на фиг.1, обозначены теми же ссылочными позициями, что и те, которые используются на фиг.1.
Теплообменный вентилятор 50А, показанный на фиг.1, включает в себя корпус 10, два теплообменных модуля 15А и 15В, расположенных в центре корпуса 10, элемент 20а для впуска наружного воздуха, элемент 20b для выпуска наружного воздуха, элемент 25а для впуска воздуха в помещении и элемент 25b для выпуска воздуха в помещении, каждый из которых присоединен к корпусу 10, вентилятор 30 для приточного воздуха, расположенный в корпусе 10, вентилятор 35 для вытяжного воздуха, расположенный в корпусе 10, и управляющее устройство (не показано), которое управляет работой вентилятора 30 для приточного воздуха и вентилятора 35 для вытяжного воздуха.
Внутри корпуса 10 предусмотрены три горизонтальные перегородки 3а, 3b и 3с и четыре вертикальные перегородки 5а, 5b, 7а и 7b. Две горизонтальные перегородки 3а и 3b и две вертикальные перегородки 5а и 5b отделены друг от друга в центре и ближе к наружной стороне, у которой расположен первый теплообменный модуль 15А. Две горизонтальные перегородки 3b и 3c и две вертикальные перегородки 7а и 7b отделены друг от друга в центре и ближе к внутренней стороне в корпусе 10, у которой расположен второй теплообменный модуль 15В.
Как показано на фиг.2, первый теплообменный модуль 15А включает в себя раму 11А и теплообменный элемент 13А, размещенный в раме 11А, и второй теплообменный модуль 15В включает в себя раму 11В и теплообменный элемент 13В, размещенный в раме 11В. Теплообменные модули 15А и 15В расположены последовательно относительно друг друга так, что теплообменные элементы 13А и 13В уложены направленно, и поток, проходящий через один из теплообменных элементов, проходит в другой теплообменный элемент.
Элемент 20а для впуска наружного воздуха, присоединенный к корпусу 10 и показанный на фиг.1, сообщается с пространством под горизонтальной перегородкой 3а в корпусе 10, и элемент 20b для выпуска наружного воздуха сообщается с пространством под горизонтальной перегородкой 3с в корпусе 10. Элемент 25а для впуска воздуха в помещении сообщается с пространством над горизонтальной перегородкой 3с в корпусе 10, и элемент 25b для выпуска воздуха в помещении сообщается с пространством над горизонтальной перегородкой 3а в корпусе 10.
1
Вентилятор 30 для приточного воздуха расположен под горизонтальной перегородкой 3с в корпусе 10. Вентилятор 30 для приточного воздуха работает при управлении им посредством управляющего устройства, и поток SF приточного воздуха, который отбирается из наружного воздуха и выдувается в пространство внутри помещения, образуется внутри теплообменного вентилятора 50А посредством приведения в действие вентилятора 30 для приточного воздуха. Элемент 20а для впуска наружного воздуха служит в качестве канала для впуска потока SF приточного воздуха, и элемент 20b для выпуска наружного воздуха служит в качестве канала для выпуска потока SF приточного воздуха. Наружный воздух, всасываемый из элемента 20а для впуска наружного воздуха в теплообменный вентилятор 50А, проходит через первый теплообменный модуль 15А, проходит в пространство над горизонтальной перегородкой 3b и выдувается в пространство внутри помещения через второй теплообменный модуль 15В, вентилятор 30 для приточного воздуха и элемент 20b для выпуска наружного воздуха. На фиг.1 поток наружного воздуха в потоке SF приточного воздуха обозначен линией CL из точек и тире с одной точкой между тире. На фиг.2 поток наружного воздуха обозначен стрелкой А из линий из точек и тире с одной точкой между тире.
2
Вентилятор 35 для вытяжного воздуха расположен над горизонтальной перегородкой 3а в корпусе 10. Вентилятор 35 для вытяжного воздуха работает при управлении им посредством управляющего устройства, поток EF вытяжного воздуха, который отбирается из воздуха в помещении и выдувается в наружное пространство, образуется внутри теплообменного вентилятора 50А посредством приведения в действие вентилятора 35 для вытяжного воздуха. Элемент 25а для впуска воздуха в помещении служит в качестве канала для впуска потока EF вытяжного воздуха, и элемент 25b для выпуска воздуха в помещении служит в качестве канала для выпуска потока EF вытяжного воздуха. Воздух в помещении, всасываемый из элемента 25а для впуска воздуха в помещении в теплообменный вентилятор 50А, проходит через второй теплообменный модуль 15В, проходит в пространство под горизонтальной перегородкой 3b и выдувается в наружное пространство через первый теплообменный модуль 15А, вентилятор 35 для вытяжного воздуха и элемент 25b для выпуска воздуха в помещении. На фиг.1 поток воздуха в помещении в потоке EF вытяжного воздуха обозначен линией CL из точек и тире с двумя точками между тире. На фиг.2 поток воздуха в помещении обозначен стрелкой В из линий из точек и тире с двумя точками между тире.
Теплообменный вентилятор 50А, имеющий подобную конфигурацию, отличается комбинацией теплообменного элемента 13А и теплообменного элемента 13В (см. фиг.2), следовательно, каждый из теплообменных элементов 13А и 13В разъясняется ниже подробно со ссылкой на фиг.3-1 и 3-2.
Каждый из теплообменных элементов 13А и 13В представляет собой энтальпийный теплообменный элемент с перекрестным/поперечным током. Как показано на фиг.3-1, в теплообменном элементе 13А перегородочные элементы 13а в виде листов и проставочные элементы 13b с волнообразной формой уложены в виде стопы попеременно, и верхняя пластина 13с, имеющая такую же конфигурацию, как перегородочный элемент 13а, уложена поверх проставочных элементов 13b. В результате образуется множество проточных каналов FP для потока воздуха соответственно между перегородочным элементом 13а и проставочным элементом 13b, находящимся под ним, и между перегородочным элементом 13а и проставочным элементом 13b, находящимся над ним.
Каждый из проточных каналов FP для воздушного потока, образованных под перегородочным элементом 13а, и каждый из проточных каналов FP для воздушного потока, образованных над перегородочным элементом 13а, по существу перпендикулярны друг другу, и обмен явного тепла и обмен скрытого тепла осуществляются через посредство перегородочного элемента 13а между воздухом, проходящим по каждому из проточных каналов FP для воздушного потока, образованных под перегородочным элементом 13а, и воздухом, проходящим по каждому из проточных каналов FP для воздушного потока, образованных над перегородочным элементом 13а. На фиг.3-1 направление потока наружного воздуха обозначено стрелкой С в виде линии из точек и тире с одной точкой между тире, и направление потока воздуха в помещении обозначено стрелкой D в виде линии из точек и тире с двумя точками между тире. Фиг.3-1 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает теплообменный элемент 13А, и число слоев перегородочных элементов 13а и проставочных элементов 13b отличается от числа слоев в реальном теплообменном элементе 13А.
Фиг.3-2 представляет собой вид спереди, который схематически показывает теплообменный элемент, показанный на фиг.3-1. Как показано на фигуре, для регулирования эффективности теплообмена в теплообменном элементе 13А, теплообменный элемент 13А имеет предварительно выбранные шаг Р и высоту Н проточных каналов для воздушного потока, подлежащих образованию посредством перегородочного элемента 13а и проставочного элемента 13b, находящегося над ним или под ним. Поскольку даже при использовании одних и тех же материалов теплообменные элементы изготавливают посредством варьирования шага Р и высоты Н, могут быть получены теплообменные элементы с перекрестным/поперечным током, каждый из которых имеет эффективность обмена явного тепла и эффективность обмена скрытого тепла, отличающиеся от остальных теплообменных элементов.
Теплообменный элемент 13В (см. фиг.2) имеет конфигурацию, аналогичную теплообменному элементу 13А, описанному выше, и представляет собой энтальпийный теплообменный элемент с перекрестным/поперечным током, наружные размеры которого также в основном равны наружным размерам теплообменного элемента 13А; однако шаг Р и высота Н, описанные выше, отличаются соответственно от шага Р и высоты Н в теплообменном элементе 13А, эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе 13В ниже эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе 13А, и эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе 13В выше эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе 13А. Другими словами, в соответствии с конструкцией теплообменного вентилятора 50А (см. фиг.1) эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе 13А, расположенном с самой наружной стороны, выше эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе 13В, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом 13А, и эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе 13А, расположенном с самой наружной стороны, ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе 13В, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом 13А.
Теплообменный вентилятор 50А, в котором теплообменный элемент 13А и теплообменный элемент 13В, описанные выше, расположены последовательно, осуществляет теплообмен посредством двух теплообменных элементов 13А и 13В, в результате чего он способен обеспечить более высокую эффективность теплообмена, чем в случае осуществления теплообмена только посредством одного теплообменного элемента. По этой причине даже в том случае, если размер по высоте будет уменьшен до величины, которая меньше, чем у теплообменного вентилятора, осуществляющего теплообмен только посредством одного теплообменного элемента, может быть обеспечена эффективность теплообмена, равная эффективности теплообмена в теплообменном вентиляторе только с одним теплообменным элементом.
Кроме того, поскольку эффективность обмена явного тепла выше в теплообменном элементе 13А, расположенном с наружной стороны, чем в теплообменном элементе 13В, расположенном с внутренней стороны, по сравнению со случаем использования двух теплообменных элементов, имеющих одинаковую эффективность обмена явного тепла, температура воздуха в помещении, проходящего в теплообменный элемент 13А, становится выше, следовательно, температура теплообменного элемента 13А также будет выше. По этой причине во время теплообмена с наружным воздухом конденсация и образование инея вряд ли будут иметь место в теплообменном элементе 13А, и еще меньше возможность возникновения конденсации и образования инея в теплообменном элементе 13В, который расположен дальше от наружной стороны, чем теплообменный элемент 13А.
Кроме того, поскольку эффективность обмена скрытого тепла выше в теплообменном элементе 13В, расположенном с внутренней стороны, чем в теплообменном элементе 13А, расположенном с наружной стороны, отбор скрытого тепла осуществляется теплообменным элементом 13В более явно, чем в случае использования двух теплообменных элементов, имеющих одинаковую эффективность обмена скрытого тепла, и влажность воздуха в помещении, проходящего в теплообменный элемент 13А, становится ниже. С этой точки зрения, конденсация и образование инея вряд ли будут иметь место в теплообменном элементе 13А во время теплообмена с наружным воздухом.
Исходя из данных соображений, в теплообменном вентиляторе 50А эффективность теплообмена в теплообменном элементе 13А может быть легко повышена посредством уменьшения диаметра его воздушного канала и может быть легко обеспечено предотвращение конденсации и образования инея в каждом из теплообменных элементов 13А и 13В при одновременном ограничении размера оборудования по высоте. Может быть легко получен тонкий и надежный теплообменный вентилятор 50А.
Кроме того, при добавлении функции размораживания/оттаивания в теплообменном вентиляторе 50А интервал между операциями размораживания может быть продолжительным. Во время операции размораживания/оттаивания отбор энергии из вытяжного воздуха (воздуха в помещении) по существу не может выполняться, и температура вытяжного воздуха (наружного воздуха), выдуваемого в пространство внутри помещения, представляет собой температуру после таяния льда, отложения которого были образованы на теплообменном элементе, которая ниже температуры воздуха в помещении без исключения, следовательно, нагрузка на операции вентилирования, выполняемой впоследствии, повышается и расходуется больше энергии. По этой причине увеличение интервала между операциями размораживания/оттаивания может вызвать увеличение интенсивности отбора энергии и снижение нагрузки при вентилировании. В некоторых случаях ожидается технический эффект, заключающийся в том, что функция размораживания/оттаивания или поддон в качестве меры, противодействующей конденсации, могут быть исключены.
Как правило, поскольку корпус теплообменного вентилятора охлаждается наружным воздухом, конденсация иногда происходит внутри самого корпуса, внутри канала для приточного воздуха и/или внутри канала для вытяжного воздуха в зоне наружной стороны в теплообменном вентиляторе, и иногда имеет место образование плесени, вызванной конденсацией; однако содержание воды в воздухе в помещении, подлежащем выпуску в наружное пространство, уменьшается в теплообменном вентиляторе 50А, так что можно ожидать технический эффект, заключающийся в том, что будут предотвращены конденсация и образование инея, а также образование плесени в зонах, отличных от теплообменных элементов 13А и 13В.
Второй вариант осуществления
Эффективность теплообмена в теплообменном элементе может регулироваться посредством изменения объема и/или поверхности теплообмена в теплообменном элементе. Эффективность обмена скрытого тепла может регулироваться посредством материалов теплообменного элемента и количества и типа поглотителя влаги, который должен содержаться в теплообменном элементе. В теплообменном вентиляторе в соответствии с настоящим изобретением эффективность теплообмена в каждом из отдельных теплообменных элементов может регулироваться посредством регулирования объема и/или поверхности теплообмена в теплообменном элементе, или количества и типа поглотителя влаги, который должен содержаться в теплообменном элементе.
Фиг.4 представляет собой вертикальное сечение, которое схематически показывает пример теплообменного вентилятора, в котором обеспечивается регулирование множества отдельных теплообменных элементов посредством изменения объема и поверхности теплообмена в каждом из теплообменных элементов. Среди составляющих элементов, показанных на фиг.4, составляющие элементы, которые имеют функции, общие с функциями составляющих элементов, показанных на фиг.1, обозначены такими же ссылочными позициями, как составляющие элементы, используемые на фиг.1, за исключением каждого из теплообменных модулей 15С и 15D.
Теплообменный вентилятор 50В, показанный на фигуре, включает в себя два теплообменных модуля 15С и 15D. Теплообменный элемент (не показан на фиг.4), включенный в теплообменный модуль 15С, больше теплообменного элемента (не показан на фиг.4), включенного в теплообменный модуль 15D; эффективность обмена явного тепла в нем выше эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе в теплообменном модуле 15D; и эффективность обмена скрытого тепла в нем ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, включенном в теплообменный модуль 15D. Теплообменный вентилятор 50В, созданный посредством объединения данных теплообменных элементов, имеет технические эффекты, аналогичные теплообменному вентилятору 50А, разъясненному выше в первом варианте осуществления.
Несмотря на то, что теплообменный вентилятор в соответствии с настоящим изобретением, разъяснен выше со ссылкой на два варианта осуществления, настоящее изобретение не ограничено вышеприведенными вариантами осуществления, описанными выше. Теплообменный вентилятор в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой любой теплообменный вентилятор, в который включено множество теплообменных элементов, расположенных последовательно от наружной стороны до внутренней стороны, и эффективность обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, выше эффективности обмена явного тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны, или эффективность обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с самой наружной стороны, ниже эффективности обмена скрытого тепла в теплообменном элементе, расположенном с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны. Теплообменный элемент, расположенный с самой наружной стороны, может представлять собой теплообменный элемент, который имеет более высокую эффективность обмена явного тепла и более низкую эффективность обмена скрытого тепла, чем соответствующие показатели эффективности, обеспечиваемые теплообменным элементом, расположенным с внутренней стороны рядом с теплообменным элементом, расположенным с самой наружной стороны.
Виды теплообменных элементов, подлежащих объединению и использованию, выбирают соответствующим образом в соответствии с теплообменными характеристиками, требуемыми для теплообменного вентилятора. Он может представлять собой комбинацию только энтальпийных теплообменных элементов, которые выполняют как теплообмен явного тепла, так и теплообмен скрытого тепла; он может представлять собой комбинацию только элементов для обмена явного тепла, которые выполняют только теплообмен явного тепла, или он может представлять собой комбинацию энтальпийных теплообменных элементов и элементов для обмена явного тепла. Может быть использован теплообменный элемент не только с перекрестным/поперечным током, но также теплообменный элемент противоточного типа.
Как уже разъяснялось выше, эффективность теплообмена в теплообменном элементе можно регулировать посредством соответствующего выбора шага Р и высоты Н (см. фиг.3-2) воздушного канала в теплообменном элементе или можно регулировать посредством изменения объема и поверхности теплообмена в теплообменном элементе. Эффективность обмена скрытого тепла можно регулировать посредством материалов, которые должны образовывать теплообменный элемент, и количества и типа поглотителя влаги, который должен содержаться в теплообменном элементе. Кроме того, эффективность теплообмена можно регулировать посредством формы каждого воздушного канала в теплообменном элементе.
Фиг.5-1 представляет собой вид в перспективе, который схематически показывает пример теплообменного элемента, который включает в себя воздушный канал, имеющий прямоугольное поперечное сечение, и фиг.5-2 представляет собой вид спереди, который схематически показывает теплообменный элемент, показанный на фиг.5-1. Теплообменный элемент 113, показанный на фигурах, выполнен с такой конфигурацией, что множество проставочных элементов 113b, имеющих форму плоской пластины, стоящей на каждом одном из перегородочных элементов 113а, образует один модуль, и множество модулей уложены друг на друга, и верхняя пластина 113с с той же конфигурацией, что и конфигурация перегородочного элемента 113а, наложена поверх модулей.
Даже если в теплообменном элементе 113, выполненном данным образом, каждый параметр из шага Р и высоты Н (см. фиг.5-2) воздушного канала сделан равным шагу Р или высоте Н в теплообменном элементе 13А, показанном на фиг.3-1 или 3-2, в котором материалы такие же, эффективность обмена явного тепла, как правило, будет немного выше, и эффективность обмена скрытого тепла будет немного ниже. Это обусловлено следующими соображениями.
Именно в теплообменном элементе 13А, в котором проставочный элемент 13b имеет волнообразную форму (гофрированную форму), несмотря на то, что поверхность теплообмена увеличивается, когда проставочный элемент 13b функционирует как ребро, почти отсутствует какой-либо эффект увеличения зоны проникновения влаги за исключением исключительной случая, и, скорее, общая площадь контакта между проставочным элементом 13b и перегородочным элементом 13а часто будет больше, чем общая площадь контакта в теплообменном элементе 113 (общая площадь контакта между проставочным элементом 113b и перегородочным элементом 113а), следовательно, результирующая площадь проникновения влаги имеет слабую тенденцию к уменьшению. Когда теплообменный элемент, включающий в себя воздушный канал, имеющий прямоугольное поперечное сечение, и теплообменный элемент, включающий в себя проставочный элемент, имеющий волнообразную форму (гофрированную форму), объединены, как правило, предпочтительно, чтобы теплообменный элемент, упомянутый первым, был расположен с внутренней стороны, и теплообменный элемент, упомянутый последним, был расположен с наружной стороны.
Помимо конфигурации, разъясненной в первом и втором вариантах осуществления, теплообменный вентилятор в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя перепускной воздушный канал для выполнения вентилирования без прохода воздуха через теплообменный элемент, например, весной или осенью, когда перепады температур и влажности между пространством в помещении и наружным пространством небольшие, и устройство для переключения воздушных каналов, которое управляет открытием и закрытием перепускного воздушного канала. Кроме того, могут быть включены устройство для переключения воздушных каналов, подлежащее использованию для выполнения операции размораживания/оттаивания, фильтр, подлежащий использованию для очистки воздуха, или тому подобное. Помимо вышеприведенного описания, различные модификации, декоративные элементы и комбинации могут быть применены для теплообменного вентилятора в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее изобретение разъяснено ниже более подробно со ссылкой на примеры.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Поскольку теплообменный элемент, подлежащий размещению с наружной стороны, и теплообменный элемент, подлежащий размещению с внутренней стороны, были использованы посредством использования энтальпийных теплообменных элементов с перекрестным/поперечным током, имеющих конфигурацию, аналогичную теплообменному элементу 13А, показанному на фиг.3-1, был получен теплообменный вентилятор, выполненный с конфигурацией, аналогичной теплообменному вентилятору 50А, показанному на фиг.1.
Для получения теплообменного вентилятора непористая гидрофильная полимерная тонкая пленка была образована посредством нанесения тонкого покрытия из полиуретана, содержащего оксиэтиленовую группу, на поверхность пористого листа с толщиной 25 мкм, изготовленного из политетрафторэтилена; и затем была использована составная влагопроницаемая пленка, к которой воздухопроницаемый нетканый материал был приклеен посредством точечного приклеивания к задней поверхности гидрофильной полимерной тонкой пленки, так что были изготовлены перегородочные элементы в энтальпийном теплообменном элементе, подлежащем размещению с наружной стороны. Проставочные элементы были изготовлены посредством использования листа с толщиной, составляющей приблизительно 100 мкм, в котором были смешаны целлюлоза и волокно из полиэтиленовой смолы. Шаг Р воздушного канала в энтальпийном теплообменном элементе составлял приблизительно 4,3 мм, и высота Н (см. фиг.3-2) составляла приблизительно 1,8 мм. Энтальпийный теплообменный элемент в дальнейшем назван «элементом I-А».
2
3
2
Перегородочные элементы в энтальпийном теплообменном элементе, подлежащем размещению с внутренней стороны, были изготовлены из специально обработанной бумаги, имеющей поверхностную плотность, составляющую 20 г/м, в которую был добавлен поглотитель влаги, обработанный посредством размола целлюлозного волокна (волокнистой целлюлозы) так, чтобы она имела воздухопроницаемость по Gurley, составляющую 200 секунд/100 см или более, в качестве одного перегородочного элемента; и проставочные элементы были изготовлены из огнестойкой бумаги, имеющей поверхностную плотность 70 г/м. Шаг Р воздушного канала в энтальпийном теплообменном элементе составлял приблизительно 6,0 мм, и высота Н составляла приблизительно 2,4 мм. В дальнейшем энтальпийный теплообменный элемент назван «элементом II-В».
Размеры и формы перегородочных элементов и проставочных элементов на виде в плане были выполнены одинаковыми для элемента I-A и элемента и общее число слоев перегородочных элементов и проставочных элементов в каждом из элементов I-A и II-B было отрегулировано таким образом, чтобы соответствующие высоты элемента I-A и элемента II-B были одинаковыми.
Пример 2
Энтальпийный теплообменный элемент, имеющий такую же конфигурацию, как и элемент I-А, разъясненный в примере 1, за исключением того, что шаг Р проточного канала для воздушного потока составлял приблизительно 6,0 мм, и высота Н составляла приблизительно 2,4 мм (в дальнейшем энтальпийный теплообменный элемент назван «элементом I-B»), был изготовлен и размещен с наружной стороны, а остальные элементы были выполнены аналогичными примеру 1 так, что был получен теплообменный вентилятор.
Пример 3
Теплообменный вентилятор был получен посредством изготовления элемента I-B, разъясненного в примере 2, и размещения его с внутренней стороны, и остальные элементы были оставлены аналогичными примеру 1.
Пример 4
Энтальпийный теплообменный элемент, имеющий такую же конфигурацию, как элемент I-B, разъясненный в примере 2, и имеющий только габаритный размер по ширине в направлении, ортогональном к направлению укладки перегородочных элементов и проставочных элементов, который был сделан большим, чем габаритный размер элемента I-B по ширине, был изготовлен и размещен с наружной стороны, и энтальпийный теплообменный элемент, имеющий такую же конфигурацию, как элемент II-B, разъясненный в примере 1, и имеющий только габаритный размер по ширине в направлении, ортогональном к направлению укладки перегородочных элементов и проставочных элементов, который был сделан меньшим, чем габаритный размер элемента II-B по ширине, был изготовлен и размещен с внутренней стороны, так что был получен теплообменный вентилятор, имеющий конфигурацию, аналогичную теплообменному вентилятору 50В, показанному на фиг.4.
Пример 5
Энтальпийный теплообменный элемент, имеющий такую же конфигурацию, как элемент I-B, разъясненный в примере 2, и имеющий только размер в направлении укладки перегородочных элементов и проставочных элементов, который был сделан большим, чем размер элемента I-B, был изготовлен и размещен с наружной стороны, и энтальпийный теплообменный элемент, имеющий такую же конфигурацию, как элемент II-B, разъясненный в примере 1, и имеющий только размер в направлении укладки перегородочных элементов и проставочных элементов, который был сделан меньшим, чем размер элемента II-B, был изготовлен и размещен с внутренней стороны; при этом остальные элементы были конфигурированы аналогично теплообменному вентилятору 50А, показанному на фиг.1, так что был получен теплообменный вентилятор, имеющий такую конфигурацию. Размеры каждой из горизонтальных перегородок и каждой из вертикальных перегородок в корпусе были подогнаны соответствующим образом, чтобы предотвратить образование зазора между перегородкой и теплообменным модулем.
Контрольный пример 1
Посредством использования элемента I-A, разъясненного в примере 1, был получен теплообменный вентилятор с конфигурацией, аналогичной конфигурации теплообменного вентилятора 50А, показанного на фиг.1, за исключением того, что он включал в себя только элемент I-A в качестве теплообменного элемента. Размеры каждой из горизонтальных перегородок и каждой из вертикальных перегородок в корпусе были подогнаны соответствующим образом, чтобы предотвратить образование зазора между перегородкой и теплообменным модулем.
Контрольный пример 2
Посредством использования элемента I-В, разъясненного в примере 2, был получен теплообменный вентилятор с конфигурацией, аналогичной конфигурации теплообменного вентилятора 50А, показанного на фиг.1, за исключением того, что он включал в себя только элемент I-В в качестве теплообменного элемента. Размеры каждой из горизонтальных перегородок и каждой из вертикальных перегородок в корпусе были подогнаны соответствующим образом, чтобы предотвратить образование зазора между перегородкой и теплообменным модулем.
Сравнительный пример 1
Теплообменный вентилятор был получен аналогично примеру 2 за исключением того, что в нем используется элемент I-B также в качестве теплообменного элемента с внутренней стороны.
Сравнительный пример 2
Теплообменный вентилятор был получен аналогично примеру 1 за исключением того, что в нем используется элемент I-А также в качестве теплообменного элемента с внутренней стороны.
Оценка
2
1
1
2
1
2
Для каждого из теплообменных вентиляторов, полученных в соответствии с примерами 1-3, контрольными примерами 1 и 2 и сравнительными примерами 1 и 2, были получены общая эффективность теплообмена и показатель средней скорости увеличения потерь давления. Показатель средней скорости увеличения потерь давления представляет собой показатель, определяемый, когда средняя скорость увеличения потерь давления в теплообменном вентиляторе в соответствии с контрольным примером 2 принята равной «1». Средняя скорость AR увеличения потерь давления для каждого из теплообменных вентиляторов была получена с помощью выражения AR=(PD-PD)/T, при этом каждый из теплообменных вентиляторов приводился в действие при следующих условиях: температура наружного воздуха составляла -10°С, температура воздуха в помещении составляла 20°С, относительная влажность наружного воздуха составляла 100%, и относительная влажность воздуха в помещении составляла 50%; и при этом были измерены потеря PD давления в теплообменном элементе с наружной стороны в начале работы и потеря PD давления в теплообменном элементе с наружной стороны в момент времени, наступивший через определенное время, прошедшее от начала работы. Буква «Т» в данном выражении обозначает время, прошедшее от момента времени измерения потери PD давления до момента времени измерения потери PD давления.
Чем больше средняя скорость AR увеличения потерь давления, тем в большей степени развиваются конденсация и образование инея в теплообменном элементе. В результате воздушный канал в теплообменном элементе преждевременно забивается. Напротив, чем меньше средняя скорость AR увеличения потерь давления, тем в большей степени обеспечивается противодействие конденсации и образованию инея в теплообменном элементе. В качестве ссылки на фиг.6 показан пример соответствующих результатов измерений изменений во времени перепада давлений до и после в теплообменном элементе, в котором обеспечивается противодействие конденсации и образованию инея, и изменений во времени перепада давлений до и после в теплообменном элементе, в котором развиваются конденсация и образование инея. Соответствующие результаты измерений общей эффективности теплообмена и показателя средней скорости увеличения потерь давления, полученных для каждого из теплообменных вентиляторов, описанных выше, показаны на фиг.7.
Как очевидно из фиг.7, несмотря на наличие незначительных расхождений данных, в теплообменных вентиляторах согласно примерам 1-3 общая эффективность теплообмена выше, чем значения общей эффективности теплообмена в соответствующих теплообменных вентиляторах в соответствии с контрольными примерами 1 и 2 и сравнительными примерами 1 и 2, и средняя скорость увеличения потерь давления регулируется таким образом, чтобы она была равна или меньше, чем средняя скорость увеличения потерь давления в теплообменном вентиляторе в соответствии с контрольным примером 1.
Теплообменные вентиляторы в соответствии с настоящим изобретением предпочтительны в качестве теплообменного вентилятора для бытового применения и теплообменного вентилятора для промышленного использования и особенно пригодны в качестве теплообменного вентилятора, подлежащего использованию в холодном районе.