УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ УТЕЧКИ ЧЕРЕЗ ЩЕЛЕВИДНОЕ ОТВЕРСТИЕ
DEVICE FOR REGULATION OF RATE OF LEAKAGE THROUGH SLOTTED OPENING

Настоящее изобретение относится к устройству для регулирования скорости утечки через щелевидное отверстие, в частности, в щелевидном отверстии между ротором системы вращающегося теплообменника и перегородкой.
Воздухонепроницаемость здания и, в частности, воздухонепроницаемость помещения, заключенного внутри оболочки, является важным критерием и в отношении теплоизоляции, и в отношении того, каким образом снизить инфильтрационные тепловые потери. Воздухонепроницаемость закрытого помещения определяется путем проведения испытания на перепад давления (испытание дверцы воздуходувки). В ходе этого процесса постоянное положительное давление, например 50 Па, создается и поддерживается посредством ентилятора, встроенного в пространственную оболочку (обычно около двери или окна). Количество воздуха, проникающего через пространственную оболочку, необходимо с помощью вентилятора заставить протекать обратно в закрытое помещение для проведения замера. Так называемое значение n50 указывает, сколько раз в час происходит обмен воздуха в закрытом помещении.
Утечки в пространственной оболочке приводят к нежелательному и бесконтрольному обмену между воздушной средой помещения и внешней воздушной средой. Возникающий в связи с этим воздухообмен приводит к непрерывному проникновению наружного воздуха в помещения и непрерывному выпуску отработанного воздуха. (Нежелательный) воздухообмен, характерный для мест утечки в пространственной оболочке, становится намного больше, чем больше разность между давлением в закрытом помещении и давлением вне помещения. Это верно, например, для чистого помещения, в котором инфильтрация пыли и грязи предотвращается путем создания в помещении постоянного положительного давления по сравнению с давлением внешней воздушной среды. При этом можно поддерживать определенный уровень загрязнения частицами. Чистота требуется при проведении специфических производственных процессов, особенно при изготовлении полупроводников, с тем, чтобы не допустить повреждения структуры интегральных схем на порядок долей микрометра.
В помещении, в котором устанавливается положительное давление в отличие от давления внешней воздушной среды, утечки, происходящие из-за мест утечек в пространственной оболочке, в конце концов, приводят к тому, что среда в пределах воздушной среды помещения проникает через места утечки помещения, и, следовательно, положительное давление снижается.
Однако вытекание текучей среды во внешнюю воздушную среду из воздушной среды помещения из-за мест утечки в пространственной оболочке также имеет значение для помещений с пониженным содержанием кислорода в сравнении с «нормальным» воздухом, что происходит, например, путем добавления газа, вытесняющего кислород (далее именуемый просто «инертный газ»). Данный тип инертного уровня, при котором воздушная среда помещения имеет пониженное содержание кислорода в сравнении с «нормальным» воздухом, часто используется с профилактическими целями для противопожарной защиты. При снижении содержания кислорода в закрытом помещении риск возникновения пожара можно свести к минимуму.
Поскольку нежелательное вытекание текучей среды из воздушной среды помещения, ставшей инертной, во внешнюю воздушную среду, может происходить через места утечки в пространственной оболочке, непроницаемость пространственной оболочки является важным критерием при профилактической борьбе с пожарами. При этом следует исходить из того, сколько понадобится инертного газа в единицу времени, чтобы непрерывно поддерживать инертность помещения, необходимую для эффективной противопожарной защиты. Проблема заключается в том, что из-за утечки через места утечки в пространственной оболочке помещения, ставшего инертным, свежий воздух и, следовательно, кислород, непрерывно подается (что нежелательно) в инертное помещение, так что - при условии, что нет дополнительной подачи инертного газа - содержание кислорода в воздушной среде помещения непрерывно повышается, и необходимые меры по противопожарной защите более не выполняются.
Этот эффект особенно четко выражен, когда давление в закрытом помещении выше давления внешней воздушной среды.
С другой стороны, определенный воздухообмен часто необходим для закрытого помещения, чтобы заменить воздух помещения наружным или свежим воздухом. В общих помещениях, например, воздухообмен необходим для подачи кислорода, чтобы вытеснить углекислый газ и устранить конденсацию. Воздухообмен также часто необходим в складских помещениях, куда люди никогда не заходят или заходят на короткое время, для того, чтобы отводить вредные компоненты, испускаемые, например, товарами, хранящимися в складских помещениях.
Если здание или пространственная оболочка проектируется практически воздухонепроницаемой, как предписано современной методикой строительства, больше не может происходить нерегулируемый воздухообмен, являющийся причиной нежелательного и бесконтрольного воздухообмена между воздушной средой помещения и внешней воздушной средой. При умышленно создаваемых местах утечки в пространственной оболочке необходимый воздухообмен можно восстановить. Стыки дверей и окон являются, например, такими местами утечки в пространственных оболочках. Однако в таких случаях скорость воздухообмена не является постоянной, а скорее зависит от погодных условий, в частности, ветра. Скорость воздухообмена в закрытом помещении дополнительно зависит от людей, входящих в помещение или (вообще говоря) от того, как используется помещение. Не следует принимать во внимание эти отклонения скорости воздухообмена в отношении использования помещения, если скорость воздухообмена достигается наличием мест утечки, намеренно создаваемой в пространственной оболочке.
Соответственно настоящее изобретение ставит задачу определения легко реализуемого решения по адаптации скорости воздухообмена, которая достигается наличием мест утечки, намеренно создаваемой в пространственной оболочке, к минимальному необходимому значению, которое должно быть предусмотрено для помещения. В частности, должна быть предусмотрена возможность компенсировать отклонения скорости воздухообмена, которая достигается наличием мест утечек, связанные с погодными условиями.
Чтобы решить данную проблему, предлагается устройство, предназначенное для задания скорости утечки в щелевидном отверстии. Для достижения этой цели устройство содержит уплотнительный корпус, имеющий, по меньшей мере, одну камеру, при этом уплотнительный корпус изготовлен, по меньшей мере, частично, из эластичного материала. Дополнительно, корпус содержит систему труб, подсоединенных, по меньшей мере, к одной камере, по которым текучую среду можно подавать в камеру. Поскольку уплотнительный корпус изготовлен, по меньшей мере, частично из эластичного материала, регулярная подача текучей среды, по меньшей мере, в одну камеру, может вызвать определенное увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса. Увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса, вызываемое подаваемой текучей средой, используется, по меньшей мере, для частичного уплотнения места утечки, и, следовательно, изменения скорости утечки через место утечки.
Так как подача текучей среды, по меньшей мере, в одну камеру осуществляется регулярно согласно изобретению, можно регулировать увеличение площади поперечного сечения или изменение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса. Следовательно, можно задать определенное значение скорости утечки через место утечки, выполненное, например, намеренно в пространственной оболочке, адаптированное к соответствующему применению. С этой целью уплотнительный корпус следует расположить относительно места утечки таким образом, чтобы увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса под действием текучей среды, подаваемой, по меньшей мере, в одну камеру, происходило в направлении места утечки.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается фиксатор, посредством которого уплотнительный корпус фиксируется в непосредственной близости от места утечки с тем, чтобы при подаче текучей среды уплотнительный корпус, при увеличении площади поперечного сечения, по меньшей мере, частично закрывал место утечки, тем самым уменьшая скорость утечки через место утечки. Фиксатор может иметь форму профиля, так как фиксатор выполняет не только фиксирующую функцию, но также направляющую функцию. Направляющая функция обеспечивает заданное расширение уплотнительного корпуса в направлении места утечки при увеличении площади поперечного сечения.
Решение, предложенное в изобретении, устанавливает определенное значение скорости утечки через место утечки, в частности, в щелевидном отверстии, путем увеличения площади поперечного сечения уплотнительного корпуса, расширяющимся предпочтительно заданным способом в направлении места утечки, и, следовательно, по меньшей мере, частично уплотняя место утечки. Степень уплотнения места утечки зависит от степени расширения уплотнительного корпуса.
Чтобы управлять увеличением площади поперечного сечения уплотнительного корпуса простым для выполнения, но в то же время эффективным способом, решение, предложенное в изобретении, предусматривает наличие контроллера, предназначенного для задания увеличения площади поперечного сечения уплотнительного корпуса, вызываемого подаваемой текучей средой в зависимости от заданной максимально допустимой скорости утечки через место утечки. Увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса предпочтительно устанавливается заданным объемом текучей среды, подаваемой, по меньшей мере, в одну камеру уплотнительного корпуса.
В одном из вариантов осуществления изобретения предлагается нагнетание, по меньшей мере, в одну камеру уплотнительного корпуса, текучей среды под давлением, например сжатого воздуха или азота из газового цилиндра, чтобы наполнить камеру и вызвать увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса. С этой целью устройство согласно изобретению содержит источник текучей среды (генератор, пневматический цилиндр и т.п.). Источник текучей среды присоединен, по меньшей мере, к одной камере уплотнительного корпуса системой труб или посредством соответствующего блока клапанов. Предпочтительно, чтобы текучая среда регулярно подавалась из источника, по меньшей мере, в одну камеру.
В заключение следует отметить, что решение, предложенное в изобретении, предусматривает легко выполнимое присвоение скорости утечки, например, через место утечки, предпочтительно в виде щели, намеренно создаваемой в пространственной оболочке, свободно выбираемого значения путем регулярного нагнетания, по меньшей мере, в одну камеру уплотнительного корпуса, текучей среды, например сжатого воздуха. Это приводит к увеличению площади поперечного сечения уплотнительного корпуса, вследствие чего уплотнительный корпус расширяется в направлении места утечки и уплотняет, по меньшей мере, частично. Решение, предложенное в изобретении, особенно подходит для задания скорости утечки через щелевидное место утечки (щелевидное отверстие) в пространственной оболочке закрытого помещения.
Изобретение никоим образом не ограничивается вышесказанным. В описании упоминалось, что решение, предложенное в изобретении, также подходит для задания определенной скорости утечки через щель между ротором вращающегося теплообменника и перегородкой. Вращающийся теплообменник осуществляет регенерацию тепла двумя воздушными потоками. Тепловая энергия тем самым переносится из потока теплой текучей среды в поток холодной текучей среды вращением термической массы в виде ротора (термического колеса), попеременно нагреваемой потоком теплой текучей среды и охлаждаемым потоком холодной текучей среды.
Обычно ротор вращающегося теплообменника состоит из многочисленных каналов, проходящих параллельно оси вращения ротора, при этом теплая текучая среда протекает по одним каналам, а холодная текучая среда протекает по другим каналам, тем самым используется способность стенок каналов сохранять тепловую энергию. В частности, поток теплой текучей среды проходит по каналам через первую половину ротора, тем самым нагреваются каналы в этой первой половине ротора. При дальнейшем вращении ротора нагретые каналы достигают участка, в котором через них проходит холодная текучая среда. Теплые стенки каналов нагревают холодную текучую среду, что приводит к охлаждению стенок каналов.
В настоящее время вращающиеся теплообменники часто применяются в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для проветривания зданий, а также в морском секторе (на круизных судах).
Однако вращающиеся теплообменники можно использовать только в определенных областях, поскольку в силу конструкции при переносе тепла, который осуществляет вращающийся теплообменник, невозможно полностью предотвратить перенос вещества между потоками теплой и холодной текучих сред. Особенно непредотвратимым для обычных вращающихся теплообменников является то, что всегда остается щель между ротором и уплотнением на перегородке или корпусом ротора соответственно, где происходит утечка воздуха. Объем этой так называемой утечки или потерь на утечку определяется разницей между давлением в секторе, через который проходит теплая текучая среда, и давлением в секторе, через который проходит холодная текучая среда, и размером щелевидного отверстия. Кроме воздействия на качество воздушной среды помещения такие потери на утечку также воздействуют на объем воздушной среды помещения.
В данной области техники известны различные методы по сведению к минимуму потерь на утечку, возникающих во вращающихся теплообменниках. В соответствии с одним методом предусматриваются скользящие уплотнения в щели между ротором и перегородкой или корпусом ротора соответственно (сравни, например, с вариантами осуществления в патенте США №4,056,141 В).
Существенным недостатком таких скользящих уплотнений при уплотнении щели является то, что такие скользящие уплотнения не позволяют задавать скорость утечки через щель, т.е. потери на утечку происходят через щель.
Однако в некоторых областях применения желательно обеспечивать минимальный требуемый (заданный) воздухообмен для закрытого помещения через щель вращающегося теплообменника, с тем, чтобы иметь возможность обойтись без дополнительного (намеренно создаваемого) места утечки в пространственной оболочке закрытого помещения. Однако поскольку - как упомянуто выше - значение минимальной скорости воздухообмена, которое должно быть установлено, зависит от различных параметров, и не является постоянным на протяжении времени, желательно, чтобы вращающийся теплообменник устанавливал свободно выбираемое значение потерь на утечку, происходящую через щель, т.е. скорость утечки через щелевидные отверстия теплообменника.
Это можно осуществить с помощью решения, предложенного в изобретении, при использовании вместе с системой вращающегося теплообменника, представленного выше типа. Соответственно решение, предложенное в изобретении, особенно подходит для задания определенной скорости утечки через щель между ротором вращающегося теплообменника и перегородкой или корпусом вращающегося теплообменника соответственно. При этом расширяющийся уплотнительный корпус размещается с возможностью регулирования, если необходимо, вблизи щели, содействующей потерям на утечку.
В частности, возможно, чтобы уплотнительный корпус имел трубчатую камеру, установленную со стороны перегородки предпочтительно в непосредственной близости щели.
В одном предпочтительном варианте системы теплообменника, в котором решение, предложенное в изобретении, используется для задания потерь на утечку, предпочтительно предусматривается контроллер, который предназначен для регулирования увеличения площади поперечного сечения уплотнительного корпуса, вызываемого подачей текучей среды, в зависимости от скорости вращения ротора. В случае, когда ротор находится в состоянии покоя, возможно, например, чтобы, по меньшей мере, одна камера уплотнительного корпуса была наполнена текучей средой под давлением, например, сжатым воздухом или азотом из цилиндра сжатого воздуха или генератора азота, чтобы тем самым вызвать максимальное увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса и, следовательно, полностью уплотнить щель. Таким образом, имеется возможность полностью устранить потери на утечку через щель, когда ротор теплообменника находится в состоянии покоя, т.е., когда перенос тепла не требуется.
На основании всех вышеупомянутых фактов становится очевидным, что решение, предложенное в изобретении, может предотвратить и, если нужно, полностью устранить обмен вещества через потери на утечку в системе вращающегося теплообменника.
При этом появляется возможность использовать систему вращающегося теплообменника для переноса тепловой энергии между потоком теплой текучей среды и потоком холодной текучей среды, причем теплая текучая среда, протекающая через первый сектор системы вращающегося теплообменника, подается из закрытого помещения, а после вращающегося теплообменника подается обратно в закрытое помещение, при этом используется инерционная система для сведения к минимуму опасности пожара и тушения пожара в закрытом помещении. Инерционная система такого типа служит для подачи газа, вытесняющего кислород, в воздушную среду помещения в случае пожара, или для сведения к минимуму опасности пожара в закрытом помещении с тем, чтобы уменьшить содержание кислорода в закрытом помещении до заданного или определенного инерционного уровня, при котором возгораемость большинства горючих материалов значительно уменьшается.
Обычно температура закрытого помещения, оснащенного инерционной системой такого типа, не поддерживается с помощью системы вращающегося теплообменника, поскольку в силу неизбежной утечки соответствующая инерционность закрытого помещения возможна только при непрерывном добавлении газа (инертного), вытесняющего кислород, что невыгодно с точки зрения общих эксплуатационных расходов.
Так как решение согласно изобретению используется, по меньшей мере, для частичного уплотнения щели в системе вращающегося теплообменника, утечку через щель можно использовать, с одной стороны, для сброса давления, когда, в случае пожара, например, закрытое помещение должно быть наполнено инертным газом в течение кратчайшего промежутка времени. С другой стороны, можно дополнительно поддерживать инерционность в закрытом помещении для полного уплотнения щелевидного отверстия между вращающимся теплообменником и перегородкой, с тем, чтобы уровень инертности, заданный для воздушной среды помещения, поддерживался без добавления больших количеств инертного газа.
В случае пожара или для сведения к минимуму опасности пожара содержание кислорода в закрытом помещении можно снизить до заданного или определенного инерционного уровня путем ввода газа, вытесняющего кислород. Более того, при подаче текучей среды, по крайней мере, в одну камеру уплотнительного корпуса, площадь поперечного сечения уплотнительного корпуса может увеличиваться, так что щель системы вращающегося теплообменника, по меньшей мере, частично уплотняется.
Далее изобретение будет описано более подробно на основе вариантов со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых
Фиг.1 - схематичный вид варианта устройства согласно изобретению для задания скорости утечки через щелевидное отверстие;
Фиг.2 - схематичный вид системы теплообменника для переноса тепловой энергии между теплой текучей средой и холодной текучей средой, при этом система вращающегося теплообменника содержит устройство, предложенное в изобретении, для сведения к минимуму нежелательного прохода текучей среды из первого сектора, через который протекает теплая текучая среда, во второй сектор, через который протекает холодная текучая среда; и
Фиг.3 - система вращающегося теплообменника, представленная на фиг.2, без устройства, предложенного в изобретении для задания скорости утечки через щелевидные отверстия системы вращающегося теплообменника.
На фиг.1 показан схематичный вид предпочтительного варианта устройства 1 согласно изобретению для задания скорости утечки через место S утечки между двумя поверхностями F1 и F2. Подробно, на фиг.1А показано устройство 1 с уплотнительным корпусом 2 в расширенном состоянии, а на фиг.1В показано устройство 1 в состоянии, в котором уплотнительный корпус 2 наполнен текучей средой, в частности сжатым воздухом, и, следовательно, уплотнительный корпус 2 находится в расширенном состоянии.
Устройство 1 в варианте, представленном на фиг.1, служит для уплотнения места S утечки, образованного между первым компонентом А1 и вторым компонентом А2, которая, как показано на фиг.1, выполнена в виде щели между фронтальной поверхностью F1 первого компонента А1 и поперечной поверхностью F2 второго компонента А2. Устройство 1, предложенное в изобретении, особенно подходит для задания скорости утечки через место S утечки, далее именуемое «щель». С этой целью устройство 1 прикрепляется к поперечной поверхности F1 первого компонента А1 и действует в направлении поперечной поверхности F2 второго компонента А2.
Вариант устройства 1, предложенного в изобретении, представленный на фиг.1, содержит уплотнительный корпус 2, изготовленный из эластичного материала, в частности, из резины. Центральная стенка 6 разделяет внутреннюю часть уплотнительного корпуса на первую камеру 3а и вторую камеру 3b. Эти две камеры 3а и 3b соединяются потоком текучей среды через отверстие 7, образованное в центральной стенке 6. Кроме того, имеется система 9 труб, которая в представленном варианте соединяется с одной стороны с первой камерой 3а с помощью сопла 15, а с другой стороны с источником 10 текучей среды. В представленном варианте в качестве источника текучей среды используется источник сжатого воздуха в виде компрессора, регулируемого контроллером 11. Однако можно использовать газовый цилиндр или блок газовых цилиндров в качестве источника 10 текучей среды, чтобы подавать под давлением текучую среду, если необходимо, в систему 9 труб и, в частности, в две камеры 3а, 3b.
Клапан V1, также регулируемый контроллером 11, установлен в системе 9 труб, посредством которой источник текучей среды можно соединить потоком текучей среды с первой камерой 3а. Клапаном V1 предпочтительно является трехходовой клапан, который обеспечивает регулируемую подачу текучей среды под давлением из источника 10 текучей среды в две камеры 3а, 3b уплотнительного корпуса 1 с одной стороны, и регулируемый выпуск текучей среды из предварительно находящихся под давлением камер 3а, 3b с другой стороны. При этом предусматривается регулирование деформации уплотнительного корпуса 2, что будет описано ниже со ссылкой на фиг.1В.
На верхней уплотняющей поверхности уплотнительного корпуса 2 имеется две уплотняющие кромки 13а, 13b, предназначенные соответственно для двух камер 3а, 3b. Как показано, центральная стенка 6 служит для присоединения двух уплотняющих кромок 13а, 13b к основанию 14 уплотнительного корпуса 2. Конечно, изобретение не ограничивается устройством 1, которое, как представлено на фиг.1, имеет уплотнительный корпус 2 с двумя камерами 3а, 3b, причем эти две камеры 3а, 3b разделены центральной стенкой 6. Фактически, уплотнительный корпус может иметь только одну камеру, соответствующим образом соединенную с источником 10 текучей среды посредством системы 9 труб.
Также изобретение не ограничивается камерой (камерами) 3а, 3b уплотнительного корпуса 2, находящимися под давлением под действием сжатого воздуха. Любую текучую среду можно подать в камеру (камеры) 3а, 3b уплотнительного корпуса 2 по системе 9 труб для увеличения площади поперечного сечения уплотнительного корпуса 2.
Уплотнительный корпус 2 в варианте, представленном на фиг.1, удерживается в непосредственной близости от места S утечки с помощью фиксатора 4. Таким образом, винтовые соединения 16 крепят фиксатор 4 к поперечной поверхности F1 первого компонента A1. Как показано, фиксатор 4 имеет форму профиля, обращенного к поперечной поверхности F2 второго компонента А2. При этом гарантируется, что при герметизации камер 3а, 3b, например, сжатым воздухом уплотнительный корпус 2 будет расширяться в направлении второй поперечной поверхности F2.
В представленном варианте направление, в котором расширяется уплотнительный корпус 2, определяется не только формой профиля фиксатора 4, но также центральной стенкой 6. Центральная стенка 6 придает уплотнительному корпусу 2 нужную ориентацию при расширении.
В варианте устройства 1, предложенного в изобретении и показанного на фиг.1, каждая камера 3а, 3b уплотнительного корпуса 2 имеет выемку 8а, 8b, в которую входит соответствующий выступ 5а, 5b фиксатора 4 для удержания уплотнительного корпуса 2 в положении относительно фиксатора 4. Вместо выступов 5а, 5b, входящих в выемки 8а, 8b, также можно, например, присоединить основание 14 уплотнительного корпуса 2 к основанию профильного фиксатора 14.
Принцип действия устройства 1, предложенного в изобретении, будет описан ниже более подробно со ссылкой на фиг.1В.
Как упоминалось выше, система 9 труб, которая соединяется с двумя камерами 3а, 3b посредством клапана V1, обеспечивает подачу сжатого воздуха или текучей среды под давлением. Подача текучей среды в камеры 3а, 3b уплотнительного корпуса 2 регулируется контроллером 11 в зависимости от нужной скорости утечки через место S утечки. Если место S утечки необходимо полностью уплотнить уплотнительным корпусом 2, контроллер 11 осуществляет накачку двух камер 3а, 3b уплотнительного корпуса 2 текучей средой под давлением с тем, чтобы максимальное увеличение площади поперечного сечения уплотнительного корпуса 2 и, следовательно, максимальное расширение уплотнительного корпуса 2 могло происходить в направлении двух поперечных плоскостей F2. На фиг.1В показано именно это состояние.
Следует особо отметить на фиг.1В, что для полного уплотнения места S утечки уплотнительный корпус 2 расширяется в направлении двух поперечных плоскостей F2 так, чтобы уплотняющие кромки 13а, 13b прилегали к двум поперечным плоскостям F2 и, следовательно, полностью закрыли место S утечки.
Следует учитывать, что на двух фигурах 1А и 1В показан вид сбоку в разрезе варианта устройства 1 согласно изобретению. Если устройство 1, предложенное в изобретении, должно использоваться для задания скорости утечки через место утечки в кольцевом зазоре, то устройство 1, предложенное в изобретении, имеет соответствующую кольцеобразную конструкцию и расположено в кольцеобразном зазоре.
Устройство 1, предложенное в изобретении, особо характеризуется тем, что может задавать предписанное значение скорости утечки через место S утечки. Скорость утечки - это отношение pV-значения газа, проходящего через поперечное сечение трубы в течение заданного промежутка времени, и этим промежутком времени. Следовательно, pV-значение - это произведение давления и объема заданного количества газа при текущей преобладающей температуре. Скорость утечки зависит от типа газа, перепада давления в начале и конце поперечного сечения трубы и/или места утечки и температуры соответственно.
Таким образом, настоящее изобретение основано на том, что скорость утечки через место утечки можно изменять путем соответствующего уменьшения или увеличения площади поперечного сечения места утечки, через которую будет проходить газ. В настоящем изобретении такое изменение сечения потока является результатом регулярного нагнетания текучей среды, например сжатого воздуха, в камеры 3а, 3b, для того, чтобы вызвать заданное расширение уплотнительного корпуса 2 в сечении трубы у места S утечки. Как объяснено выше, заданное расширение уплотнительного корпуса 2 в сечении потока через место S утечки является результатом - в зависимости от скорости утечки, которая должна быть задана - того, что камеры 3а, 3b подвергаются воздействию давления текучей среды различной степени.
В принципе, устройство 1, предложенное в изобретении, может содержать средство для определения скорости утечки через место S утечки для передачи фактической скорости утечки, установленной для контроллера 11 непрерывно или через заданные промежутки времени или на основании заданных событий, и, следовательно, формируют систему управления. В варианте устройства 1, предложенного в изобретении и показанного на фиг.1, для этой цели в сечении трубы у места S утечки установлен датчик 12 расхода. Этот датчик 12 расхода, который может быть выполнен в виде, например, неконтактного ультразвукового расходомера, соответствующим образом соединен с контроллером 11, так что контроллер 11, датчик 12 расхода и клапан V1, регулируемый контроллером 11, составляют одну систему управления, обеспечивающую очень точную установку требуемой скорости утечки через место S утечки.
Устройство 1, предложенное в изобретении, разработано, в частности, для регулирования зависящих от конструкции потерь на утечку, возникающую между ротором и корпусом ротора или перегородкой системы вращающегося теплообменника. Следовательно, изобретение также направлено на систему вращающегося теплообменника, в которой используется устройство 1, предложенное в изобретении, описанное выше со ссылкой на Фиг.1 в качестве примера, чтобы устанавливать поперечное сечение потока через щель в роторе системы вращающегося теплообменника на регулярной основе.
Далее следует описание системы 20 вращающегося теплообменника со ссылкой на Фиг.2, в которой используется устройство 1, предложенное в изобретении, для регулирования потерь на утечку и, в частности, для регулирования прохождения текучей среды между средами теплообменника (первой или теплой текучей средой и второй или холодной текучей средой) в единицу времени.
Как упомянуто выше, в системе 20 вращающегося теплообменника, описанной ниже со ссылкой на Фиг.2, используется тепловое колесо или ротор 21 в качестве теплообменника. Следует отметить, что это относится только к одному предпочтительному использованию устройства 1, предложенного в изобретении. Естественно решение, предложенное в изобретении, можно также использовать в других сферах применения, чтобы установить определенное или заданное значение скорости утечки через место утечки.
Чтобы показать, как работает устройство 1, предложенное в изобретении, была выбрана система 20 вращающегося теплообменника, в которой ротор 21 осуществляет однонаправленный перенос тепла между теплой текучей средой 101, проходящей в первый сектор 22 и холодной текучей средой 102, проходящей во второй сектор 23. Поскольку всегда будут создаваться места утечки между ротором 21 с одной стороны и перегородкой 24, отделяющей поток 101 теплой текучей среды от потока 102 холодной текучей среды с другой стороны, во вращающихся теплообменниках такого типа в силу их конструкции, система 20 вращающегося теплообменника, схематично представленная на Фиг.2, особенно подходит для демонстрации преимуществ, достигаемых с помощью решения, предложенного в изобретении.
Однако перед тем, как описать действие устройства 1 согласно изобретению, используемого в системе 20 вращающегося теплообменника, будет представлено функционирование обычного вращающегося теплообменника 20 со ссылкой на фиг.3.
Система 20 вращающегося теплообменника, схематично представленная на Фиг.3 и широко известная из предшествующего уровня техники, сконструирована следующим образом: система 20 вращающегося теплообменника содержит сектор первого потока (далее именуемый «первый сектор 22»), через который проходит теплая текучая среда 101. Дополнительно имеется сектор второго потока (далее именуемый «второй сектор 23»), через который проходит холодная текучая среда 102.
Что касается потока теплой текучей среды, например, можно использовать отработанный воздух из оборудования для обработки данных 103, при этом - как показано на Фиг.3 - это оборудование для обработки данных 103 расположено в обслуживающем помещении 103 рядом с первым сектором 22. Оборудование для обработки данных можно охлаждать с помощью первой вентиляционной системы 105, которая подает (теплый) отработанный воздух из обслуживающего помещения 104 на систему 20 вращающегося теплообменника. В системе 20 вращающегося теплообменника тепловая энергия из теплой текучей среды 101 переносится посредством теплообменника (ротора 21) в поток 102 холодной текучей среды, проходящий через второй сектор 23. После прохода через теплообменник (ротор 21) охлажденный поток 101 текучей среды возвращается обратно в обслуживающее помещение 104.
Поток 102 холодной текучей среды, используемый в качестве охлаждающей среды, проходит через второй сектор 23 системы 20 теплообменника, при этом вторая вентиляционная система 106 используется, например, для того, чтобы всасывать наружный воздух для охлаждения теплообменника (ротора 21) и выпускать уже теплый воздух обратно в окружающую воздушную среду после того, как воздух пройдет через теплообменник 20.
Первый сектор 22, через который теплая текучая среда 101, подлежащая охлаждению, проходит в систему 20 вращающегося теплообменника, и второй сектор 23, через который холодная текучая среда 102, подлежащая нагреванию, проходит в систему 20 вращающегося теплообменника, разделены в пространственном отношении первым разделительным средством 24, выполненным в виде перегородки. В первой перегородке 24 выполнено отверстие 25, через которое проходит ротор 21, используемый в качестве теплообменника.
Ротором 21 является тепловое колесо, установленное с возможностью вращения, при этом ось вращения ротора предпочтительно проходит через отверстие 25, образованное в первой перегородке 24. Ротор 21 содержит многочисленные каналы, проходящие параллельно оси вращения. При переносе тепла используется способность стенок этих каналов сохранять тепловую энергию (тепло). Теплый отработанный воздух из оборудования 103 для обработки данных (теплая текучая среда 101) впускается через каналы, расположенные в половине ротора 21 в первом секторе 22. При этом нагреваются стенки соответствующих каналов.
В процессе работы вращающегося теплообменника ротор 21 продолжает поворачиваться, так что нагретые каналы достигают участка второго сектора 23, через который проходит холодный наружный воздух (холодная текучая среда 102). Стенки каналов, предварительно нагретые в первом секторе 22, нагревают холодную текучую среду 102, что, в конце концов, приводит к охлаждению стенок.
Для работы системы 20 вращающегося теплообменника в соответствии с Фиг.3, необходимо, чтобы поток теплой текучей среды в первом секторе 22 проходил по соответствующим каналам ротора 21, расположенным справа в первом секторе 22.
Подобным образом, следует обеспечить, чтобы поток холодной текучей среды 102 во втором секторе 23 проходил по каналам ротора 21, которые фактически расположены справа в упомянутом секторе 23.
Для этого система 20 вращающегося теплообменника снабжена второй и третьей перегородкой 26, 27. Вторая перегородка 26 установлена в первом секторе 22 так, чтобы разделить первый сектор 22 на первую камеру 22-1 с теплой текучей средой и вторую камеру 22-2 с теплой текучей средой. Первая камера 22-1 с теплой текучей средой соединяется со второй камерой 22-2 с теплой текучей средой посредством каналов ротора 21, которые расположены справа в первом секторе 22.
Наоборот, третья перегородка 27 установлена во втором секторе 23 так, чтобы разделить второй сектор 23 на первую камеру 23-1 с холодной текучей средой и вторую камеру 23-2 с холодной текучей средой, при этом камеры 23-1 и 23-2 с холодной текучей средой соединяются посредством каналов ротора 21, которые расположены справа в первом секторе 22.
Следует особо отметить со ссылкой на Фиг.3, что вторая перегородка 26 и третья перегородка 27 расположены радиально ротору 21 и перпендикулярно оси вращения упомянутого ротора 21.
Поскольку ротор 21, установленный с возможностью вращения и проходящий через первый сектор 22 и второй сектор 23, при вращении вырабатывает гидравлическое сопротивление и в первом секторе 22, и во втором секторе 23, через которые должен проходить соответствующий поток текучей среды в систему 20 вращающегося теплообменника, в первой камере 22-1 с теплой текучей средой устанавливается первое давление Р22-1, а третье давление Р22-2 устанавливается во второй камере 22-2 с теплой текучей средой, отделенной от первой камеры 22-1 с теплой текучей средой посредством ротора 21 и второй перегородки 26, причем третье давление Р22-2 ниже первого давления Р22-1.
Поскольку система 20 вращающегося теплообменника работает по принципу противотока (по меньшей мере, в варианте на Фиг.3), давление (второе давление Р23-1) превалирует в первой камере 23-1 с холодной текучей средой, которое ниже давления (четвертое давление Р23-2), превалирующего во второй камере 23-2 с холодной текучей средой.
Соответственно возникает перепад давления между первой камерой 22-1 с теплой текучей средой и первой камерой 23-1 с холодной текучей средой, отделенных друг от друга первой перегородкой 24, при этом первое давление Р22-1, превалирующее в первой камере 22-1 с теплой текучей средой, выше второго давления Р23-1, превалирующего в первой камере 23-1 с холодной текучей средой.
Подобным образом, также возникает перепад давления между второй камерой 22-2 с теплой текучей средой и второй камерой 23-2 с холодной текучей средой. Четвертое давление Р23-2, превалирующее во второй камере 23-2 с холодной текучей средой, может быть выше, чем второе давление Р22-2, превалирующее во второй камере 22-2 с теплой текучей средой.
Поскольку отверстие 25 ротора выполнено в первой перегородке 24, через которую проходит ротор 21, и поскольку всегда имеется пространство (верхняя и нижняя щель S1, S2) между соответствующими поперечными поверхностями ротора 21 и поверхностями первой перегородки 24, примыкающей к нему в отверстии 25, первую перегородку 24 в целом нельзя считать непроницаемой для текучей среды, посредством которой первый сектор 22 и второй сектор 23 отделяются друг от друга, чтобы стать непроницаемыми для текучей среды. Скорее перепад давления, возникающий между одной из камер 22-1 или 22-2 с теплой текучей средой и расположенной рядом камерой 23-1 или 23-2 с холодной текучей средой, вызывает утечку, при этом теплая текучая среда 101 из первой камеры 22-1 с теплой текучей средой проходит в соседнюю первую камеру 23-1 с холодной текучей средой через верхнее щелевое отверстие S1.
С другой стороны, противоток может возникнуть в нижней секции системы 20 вращающегося теплообменника, причем холодная текучая среда 102 из второй камеры 23-2 с холодной текучей средой проходит во вторую камеру 22-2 с теплой текучей средой через второе щелевое отверстие S2.
Таким образом, в процессе работы система 20 вращающегося теплообменника, известная из предшествующего уровня техники и представленная на фиг.3, не может предотвратить обмен вещества, возникающий между первым сектором 22 и вторым сектором 23.
Решение согласно изобретению, представленное выше вариантом со ссылкой на фиг.1, годится для использования в системе 20 вращающегося теплообменника, показанной на фиг.3 в качестве примера, чтобы установить заданное значение соответствующим скоростям утечки через верхнее и нижнее щелевые отверстия S1, S2 путем регулирования уплотнительного корпуса 2 устройства 1, по меньшей мере, для частичного блокирования поперечного сечения щелевых отверстий S1, S2. Таким образом, можно эффективно контролировать - и, если необходимо, предотвратить - проход текучей среды между первым сектором 22 и вторым сектором 23, когда работает система 20 вращающегося теплообменника.
Однако на фиг.2 представлен вариант системы 20 вращающегося теплообменника в соответствии с фиг.3, в которой устройство 1, предложенное в изобретении, используется для установления требуемого и, в частности, заданного заранее значения скорости утечки через щелевые отверстия S1, S2 в роторе 21.
Устройство 1 содержит кольцеобразный уплотнительный корпус 2. Фиксатор 4 удерживает кольцеобразный уплотнительный корпус 2 у первой перегородки 24 и непосредственно примыкает к отверстию 25 ротора. В варианте, представленном на фиг.2, кольцеобразный уплотнительный корпус 2 проходит через соответствующие камеры 23-1 и 23-2 с холодной текучей средой второго сектора 23. Альтернативно или дополнительно к этому соответствующий или предпочтительно кольцеобразный уплотнительный корпус 2 может проходить через соответствующие камеры 22-1 и 22-2 с теплой текучей средой первого сектора 22.
Следует отметить, что уплотнительный корпус 2 устройства, предложенного в изобретении, используемого в варианте системы 20 вращающегося теплообменника, представленной на фиг.2, содержит только одну камеру 3. Как отмечено выше, изобретение не ограничивается количеством камер 3 в уплотнительном корпусе 2. В частности, также возможно - как в варианте на фиг.1 - чтобы уплотнительный корпус 2, используемый в системе 20 вращающегося теплообменника, показанной на фиг.2, содержал несколько камер.
При регулярной накачке уплотнительного корпуса 2, используемого в системе 20 вращающегося теплообменника, показанной на фиг.2, текучей средой под давлением, например сжатым газом, уплотнительный корпус 2 расширяется в направлении ротора 21 и, следовательно, по меньшей мере, частично блокирует сечение потока, вызывающего потери на утечку через щелевые отверстия S1, S2.
На фиг.2 схематично показано, что в системе 20 вращающегося теплообменника также имеется контроллер 11, который регулирует нагнетание и сброс давления уплотнительного корпуса 2. В частности, предпочтительно, чтобы контроллер 11 регулировал увеличение площади сечения уплотнительного корпуса 2, вызываемого подачей текучей среды в зависимости от скорости вращения ротора 21. Такая мера может эффективно предотвратить нагнетание камеры 3 уплотнительного корпуса 2 с тем, чтобы уплотнительный корпус 2 и, в частности, уплотняющие кромки (сравни фиг.1А, 1В) уплотнительного корпуса 2, вошли в контакт с соответствующей поперечной поверхностью ротора 21, когда система 20 вращающегося теплообменника находится в работе, и ротор 21 вращается относительно оси вращения. Такой тип контакта с поверхностью ротора следует устранить, чтобы предотвратить износ уплотнительного корпуса.
Однако, если необходимо эффективно предотвратить обмен веществом между первым сектором 22 и вторым сектором 23, можно заполнить камеру 3 уплотнительного корпуса 2 текучей средой под давлением с тем, чтобы уплотнительный корпус 2 примыкал к поперечной поверхности 21 и, следовательно, полностью закрыл щелевые отверстия S1, S2.
Таким образом, в заключение следует отметить, что решение, предложенное в изобретении, подходит для предотвращения или, по меньшей мере, сведения к минимуму смешивание первой текучей среды 101, протекающей в теплой зоне, со второй текучей средой 102, протекающей в холодной зоне системы 20 вращающегося теплообменника.
Следовательно, можно использовать систему 20 вращающегося теплообменника, схематично показанную, например, на фиг.2 для кондиционирования (охлаждения) воздуха в закрытом помещении. 104, причем это закрытое помещение 104 снабжено предупредительной системой тушения пожара инертным газом.
Термин «система тушения пожара инертным газом» или «инертная система» относится к системе, предназначенной для снижения опасности пожара и тушения пожара в закрытом помещении. Эффект пожаротушения, производимый такой системой, основывается на принципе вытеснения кислорода. Как известно, «обычный» атмосферный воздух состоит из 21% кислорода по объему, 78% азота по объему и 1% других газов. Чтобы тушить пожар или снизить риск распространения пожара, содержание кислорода в воздушной среде помещения уменьшается введением газа, вытесняющего кислород, например азот. Известно, что эффект пожаротушения возникает, когда содержание кислорода уменьшается до 15% по объему. В зависимости от горючих материалов, находящихся в закрытом помещении, может стать необходимым дальнейшее уменьшение содержания кислорода, например, до 12% по объему.
Однако раньше было очень проблематично использовать такую «систему тушения пожара инертным газом», так как заливание помещения в зоне повышенной опасности пожара или горящего помещения газом, вытесняющим кислород, происходит в закрытом помещении, в котором производится кондиционирование воздуха или охлаждение посредством системы 20 вращающегося теплообменника. Зависящие от конструкции щелевые отверстия S1, S2 в системе 20 вращающегося теплообменника образуют место утечки, содействующее соответствующим потерям в результате утечки. Потери в результате утечки неизбежно приводят к обмену вещества между пространственной воздушной средой закрытого помещения и внешней воздушной средой, что противодействует инерционному уровню, установленному для закрытого помещения. В зависимости от разности давлений в закрытом помещении и внешней воздушной среды и размера щелевых отверстий S1, S2 предварительно уменьшенная концентрация кислорода в закрытом помещении более или менее быстро доводится до концентрации кислорода обычного атмосферного воздуха, так что эффективное тушение пожара или эффективное предупреждение пожара больше не производится. В предыдущих системах было необходимо непрерывно или регулярно подавать инертный газ в закрытое помещение, чтобы компенсировать «потери на инертный газ», производимые через щелевые отверстия S1, S2. В результате необходимого добавления инертного газа технология пожаротушения инертным газом прежде не была экономичной, чтобы использоваться в помещениях, охлаждаемых посредством системы вращающегося теплообменника.
В дополнение, решение, предложенное в изобретении, предусматривает меру, которая позволяет применять технологию тушения пожара инертным газом в помещениях с кондиционированием воздуха посредством систем вращающегося теплообменника, не оказывая при этом отрицательного влияния на общие эксплуатационные расходы на систему тушения пожара инертным газом.
В решении, предложенном в изобретении, предусматривается способ эксплуатации системы тушения пожара инертным газом, причем в случае пожара или для снижения опасности пожара в закрытом помещении содержание кислорода в закрытом помещении 104 снижается до заданного или определимого инерционного уровня путем ввода газа, вытесняющего кислород. При подаче текучей среды, по меньшей мере, в одну камеру 3а, 3b уплотнительного корпуса 2 площадь поперечного сечения уплотнительного корпуса 2 увеличивается так, что щелевые отверстия S1, S2 в роторе 21, по меньшей мере, частично уплотняются.
Следовательно, это выгодно, если уплотнительный корпус 2 не полностью уплотняет щелевые отверстия S1, S2 при введении газа, вытесняющего кислород в воздушную среду закрытого помещения 104, чтобы обеспечить необходимый сброс давления через упомянутые щелевые отверстия S1, S2, когда закрытое помещение заполняется текучей средой. Таким образом, решение, предложенное в изобретении, не нуждается в установке отдельных клапанов для сброса давления.
Следует отметить, что в случае пожара или для снижения опасности пожара в закрытом помещении 104 также предпочтительно остановить ротор 21, чтобы уплотнительный корпус 2 полностью уплотнил щелевые отверстия S1, S2, не подвергаясь повышенному износу. Сначала вращение ротора 21 предпочтительно следует остановить, затем ввести в воздушную среду помещения газ, вытесняющий кислород. Если не требуется дополнительная компенсация давления, щелевые отверстия S1, S2 должны быть полностью уплотнены путем нагнетания, по меньшей мере, в одну камеру 3 уплотнительного корпуса 2 текучей среды, так чтобы площадь поперечного сечения уплотнительного корпуса 2 увеличилась в проходном сечении щелевых отверстий S1, S2 и, следовательно, полностью закрылись упомянутые щелевые отверстия S1, S2. Конечно, также возможна различная очередность этапов вышеупомянутого способа.
В одной предпочтительной дополнительной разработке последнего варианта, в котором закрытое помещение 104 оснащено, с одной стороны, системой 20 вращающегося теплообменника в соответствии с вариантом, представленным на фиг.2, и системой тушения пожара инертным газом, с другой стороны, содержание кислорода в закрытом помещении измеряется непрерывно или через заданные промежутки времени или на основании заданных событий. В зависимости от измеряемого содержания кислорода дополнительный газ, вытесняющий кислород, подается в закрытое помещение, чтобы сохранить предварительно установленный инерционный уровень (в пределах определенного диапазона управления, если это необходимо).
Альтернативно или дополнительно к вышеупомянутому, можно также использовать прибор для обнаружения пожара, чтобы сигнализировать, имеются ли признаки пожара в воздушной среде закрытого помещения на постоянной основе или через заданные промежутки времени или на основании заданных событий, при этом газ, вытесняющий кислород, подается автоматически в ответ на сигнал прибора для обнаружения пожара.
Если в закрытом помещении производится такое действие, предпочтительно не только остановить ротор 21 и выполнить полное уплотнение щелевых отверстий S1, S2, но также остановить две вентиляционные системы 105, 106 и, в частности, первую вентиляционную систему 105 с тем, чтобы дополнительно не раздувать пожар, который мог вспыхнуть в закрытом помещении 104, даже если при подаче газа, вытесняющего кислород, в закрытое помещение 104, первая вентиляционная система 105 служит для установления необходимого устойчивого инерционного уровня, как можно быстро первая вентиляционная система 105 выполнит непрерывное смешение воздушной среды помещения.
Остается отметить, что решение, предложенное в изобретении, позволяет экономично использовать систему 20 вращающегося теплообменника для охлаждения воздушной среды помещения 104, снабженного системой тушения пожара инертным газом с целью пожарной охраны. Решение, предложенное в изобретении, предусматривает простое, но эффективное препятствование потоку или, по меньшей мере, уменьшение потока текучей среды между соответствующими зонами 22, 23 систем 20 теплообменника, если требуется, с тем, чтобы существенно меньший объем инертной воздушной среды помещения перетекал в участок системы 20 теплообменника с холодным воздухом, и, следовательно, требовалось подать меньшее количество инертного газа.
Изобретение не ограничивается вариантами, описанными выше со ссылкой на фигуры, но взамен раскрыто в прилагаемой формуле.