ПАКЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛОВЛАГООБМЕННИКА

Заявляемое техническое решение относится к теплообменным устройствам пластинчатого типа и предназначено для использования в газовых тепло- и влагообменных устройствах. Заявляемое устройство может применяться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в жилых, административных и общественных зданиях, где необходимо осуществлять тепло- и влагообмен между потоками вытяжной вентиляции (удаляющей из помещения воздух) и приточной вентиляции (подающей воздух в помещение).
2
2
Известен тепловлагообменник по патенту РФ на полезную модель №90881 (кл. МПК F24F 3/147, дата приоритета 09.10.2009) [1]. Согласно этому изобретению данный тепловлагообменник содержит пакет пластин с отверстиями для входа и выхода потоков воздуха, установленный в корпусе. Пластины образуют чередующиеся каналы для нагреваемого и увлажняемого потока воздуха, а также охлаждаемого и осушаемого потоков воздуха. Кроме этого тепловлагообменник содержит капиллярно-пористый материал, нижний край которого помещен в поддон, заполненный раствором сорбента. Потоки воздуха в данном устройстве направлены вертикально - охлаждаемый/осушаемый поток воздуха движется сверху вниз, а нагреваемый и увлажняемый поток воздуха движется снизу вверх. Капиллярно-пористый материал имеет ворсистую структуру и закрывает отверстие площадью от 60 до 80% в нижней части каждой пластины, а в качестве сорбента применен водный раствор солей, содержащих преимущественно CaCl или ZnCl.
Недостатками конструкции пакета тепловлагообменных пластин данного тепловлагообменника являются:
- исключительно вертикальное расположение пакета пластин теплообменника из-за использования поддона, что ограничивает варианты размещения;
- конструкция обуславливает относительно сложное присоединение воздуховодов к пакету пластин;
- конструкция не обеспечивает равномерное распределение потоков воздуха между тепловлагообменными пластинами.
Известно теплообменное устройство по патенту РФ на полезную модель №36137 (кл. МПК F24F 3/14, дата приоритета 03.09.2003) [2]. Согласно данной полезной модели, теплообменное устройство содержит корпус, установленный в нем пакет пластин, образующих сквозные сухие и влажные каналы с входами и выходами, по меньшей мере один расположенный в средней части пакета пластин поперечный ряд продольно размещенных во влажных каналах сообщенных друг с другом емкостей, стенки которых образованы пластинами, и средство для подвода и отвода воды в эти емкости, причем сухие каналы расположены перекрестно влажным каналам, при этом входы сухих каналов и выходы влажных каналов расположены с одной стороны устройства, а выходы сухих каналов и входы влажных каналов - с противоположной его стороны. Емкости сообщаются друг с другом посредством трубчатых элементов, размещенных в сухих каналах.
Недостатком пакета тепловлагообменных пластин, применяемых в данном тепловлагообменнике, является его сложное конструктивное исполнение, в частности - многослойные теплообменные пластины, система отвода и подвода воды, наличие емкости для воды.
Известен тепловлагообменник по авторскому свидетельству СССР №916909 (кл. МПК F24F 3/14, дата приоритета 10.07.1980) [3], наиболее близкий к заявляемому способу и потому принятый за прототип.
Данный тепловлагообменник содержит пакет гигроскопичных капиллярно-пористых оребренных пластин, образующих при сборке каналы для воздушных потоков. Каналы в пакете теплообменника расположены таким образом, что потоки холодного и теплого воздуха направлены противотоком друг другу. Кроме того, тепловлагообменник имеет поддон с раствором жидкого абсорбента, в который частично погружен пакет пластин, и нагреватель раствора абсорбента.
Недостатком конструкции пакета пластин данного тепловлагообменника, как и всего тепловлагообменника в целом является:
- необходимость проверки концентрации солей сорбента в поддоне;
- наличие поддона не позволяет менять ориентацию теплообменника в пространстве;
- необходимость использования в конструкции тепловлагообменника нагревателя раствора абсорбента;
- необходимость дополнительного подогрева раствора обуславливает дополнительные затраты энергии при работе тепловлагообменника.
Задачей заявляемой конструкции пакета пластинчатого тепловлагообменника является упрощение конструкции пакета, повышение технологичности изготовления, улучшение эффективности и экономичности использования пакета пластинчатого тепловлагообменника при эксплуатации.
Решение поставленной задачи выполняется за счет того, что заявляемый пакет пластинчатого тепловлагообменника состоит из набора плоских пластин, сеток и рамок, прилегающих друг к другу, в которых в противолежащих углах выполнены скругления и откосы по краям с двух сторон рамок в местах скруглений. В сборе пакет пластинчатого тепловлагообменника образует каналы для воздушных потоков. В плоскости рамок сформованы стержни, снабженные дистанцирующими опорами, расположенными равномерно по длине стрежней, причем высота каждой дистанцирующей опоры равна толщине рамки. На дистанцирующие опоры рамки опирается сетка и поддерживаемая ею тепловлагообменная пластина, пропитанная солевым раствором.
Пакет пластинчатого тепловлагообменника включает нечетное количество рамок, четные из которых повернуты относительно нечетных на 180° вокруг продольной оси по отношению к направлению потоков.
Благодаря заявляемой конструкции пакета пластинчатого тепловлагообменника приточный и вытяжной потоки на входе и выходе пакета ориентированы вдоль одной оси.
Скругления в плоскости рамок в противолежащих углах и откосы на рамках по краям позволяют уменьшить аэродинамическое сопротивление входящему и выходящему потокам воздуха, что снижает энергозатраты при эксплуатации тепловлагообменника в целом с пакетом пластинчатого тепловлагообменника заявляемой конструкции.
Наличие в конструкции рамок стержней и находящихся на них дистанцирующих опор предотвращает возможный прогиб тепловлагообменных пластин из-за разницы давлений в соседних каналах.
Заявляемая конструкция пакета пластинчатого тепловлагообменника иллюстрируется следующими фигурами:
- на фиг. 1 показаны две соседние рамки пакета пластинчатого тепловлагообменника;
- на фиг. 2 показан фрагмент заявляемого устройства, содержащий две рамки, две пластины и четыре сетки;
- на фиг. 3 показан пакет пластинчатого тепловлагообменника заявляемой конструкции в сборе и направление потоков воздуха при его работе.
Рамка (1) и соседняя с ней рамка (2), повернутая относительной первой на 180°, имеют в плоскости в противолежащих углах скругления (3) и откосы (4) по краям с двух сторон в местах округлений. В плоскости рамки расположены стержни (5), снабженные дистанцирующими опорами (6), рассредоточенными равномерно по длине стрежней (5), причем высота каждой дистанцирующей опоры (6) равна толщине рамки. Для соединения друг с другом рамок (1, 2), при повороте их при сборке на 180°, в каждой рамке (1, 2) с правой стороны (7) и с левой стороны (8) выполнены по два глухих отверстия (9) и по два цилиндрических выступа (10). Рамки (1, 2) присоединяются друг к другу одноименными сторонами, и цилиндрический выступ (10) одной рамки (1) входит в глухое отверстие (9) соседней рамки (2), а дистанцирующие опоры (6) одной рамки (1) опираются на дистанцирующие опоры (6) соседней рамки (2). Для установки собранного пакета тепловлагообменника в корпус тепловлагообменного аппарата на рамках (1, 2) выполнены пазы (11).
На фиг. 2 изображен фрагмент заявляемого устройства, содержащий две рамки, две пластины и четыре сетки.
2
К дистанцирующим опорам (6) первой рамки (1) пластинчатого тепловлагообменника, с внутренней стороны, прилегает сетка (12), к которой, в свою очередь, прилегает поддерживаемая ею тепловлагообменная пластина (13), пропитанная солевым раствором, например CaCl. С другой стороны тепловлагообменную пластину (13) поддерживает также сетка (12), которая, в свою очередь, опирается на дистанцирующие опоры (5) соседней рамки (2), повернутой относительно первой рамки на 180°.
Между собой рамки (1, 2) пластинчатого тепловлагообменника скрепляются с помощью выполненных в соответствующих местах рамок (1, 2) глухих отверстий (9) и цилиндрических выступов (10).
На фиг. 3 показана заявляемая конструкция пакета пластинчатого тепловлагообменника в сборе, а также - направления приточного (14) и вытяжного (15) воздушных потоков при его работе. Условно тепловлагообменные пластины и сетки не показаны.
Пакет пластинчатого тепловлагообменника включает в себя определенное количество рамок, выполненных, например, из полистирола. Сетки, между которыми находятся тепловлагообменные пластины, выполнены, например, из полипропилена, а тепловлагообменная пластина, например, из хлопчатобумажной ткани.
Работает заявляемый пакет пластинчатого тепловлагообменника следующим образом. Потоки приточного и вытяжного воздуха, проходя навстречу друг другу через пакет пластинчатого тепловлагообменника, контактируют между собой через посредство тепловлагообменных пластин, обмениваются влагой и тепловой энергией.
Применение заявляемой конструкции пакета пластинчатого тепловлагообменника позволяет:
- снять ограничения по ориентации тепловлагообменника в пространстве;
- применять в конструкции пакета как жесткие, непрогибающиеся тепловлагообменные пластины, так и мягкие, особо тонкие, которые могут из-за разности давлений приточного и вытяжного воздуха прогибаться без поддержки сеток и дистанцирующих опор, что вызывало бы неприемлемый дисбаланс расходов воздуха;
- уменьшить аэродинамическое сопротивление тепловлагообменника;
- более рационально использовать внутренний объем тепловлагообменного аппарата;
- снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления тепловлагообменника;
- снизить тепловое сопротивление пластин и увеличить эффективность теплообмена.
Конструкция рамки предусматривает ее изготовление, например, методом литья или прессования.
Использование в пакете пластинчатого тепловлагообменника рамок одной конфигурации, ориентированных соответствующим образом при сборке пакета, уменьшает номенклатуру деталей теплообменника.
Удельные затраты на единицу площади пластины тепловлагообменника снижаются за счет использования высокопроизводительного оборудования для производства деталей, применения недорогих материалов, уменьшения номенклатуры используемых материалов и деталей, приспособленности конструкции для сборки на поточной линии.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №90881 «Тепловлагообменник».
2. Патент РФ на полезную модель №36137 «Тепловлагообменник».
3. Авторское свидетельство СССР №916909 «Тепловлагообменник».