УСТРОЙСТВО ТЕПЛО-МАССООБМЕНА

Полезная модель относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха методом тепло-массообмена.
Метод тепло-массообмена в системе обменной вентиляции заключается в выравнивании разности термодинамических потенциалов (температуры и влагосодержания) притока и вытяжки при взаимодействии несмешивающихся воздушных потоков через теплопроводящую и проницаемую для влаги стенку, разделяющую эти потоки.
В энергоэффективных устройствах кондиционирования для целей утилизации тепла нашли применение как противоточные, так и перекрестные пластинчатые теплообменники типа воздух-воздух. Такого типа теплообменники используются в устройстве кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена (патент РФ №2216694 кл. F24F 3/14 от 28.06.2002 г). Устройство содержит вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, при этом каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока -из капиллярно-пористого материала.
Недостатком устройства по патенту №2216694 является отсутствие возможности регулирования влагосодержания подаваемого в помещение воздуха. В зимний период при низком влагосодержании наружного воздуха происходит снижение относительной влажности в помещении, что приводит к значительному отклонению от нормативного уровня влажности.
Задача регулирования влажности при тепло-массообмене решена в установке для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования (а.с. СССР №1114118 кл. F24F 5/00 от 26.11.1980 г). Установка содержит корпус с входными и выходными воздушными патрубками для наружного и вытяжного воздуха, размещенный в корпусе теплообменник с чередующимися сухими и увлажняющимися каналами, дополнительный канал и специальную систему переключения приточного воздуха - летом по сухим каналам, а зимой по важным каналам, в которых наружный воздух увлажняется и нагревается удаляемы воздухом помещения.
Недостаток установки по а.с. №111418 состоит в сложности системы переключения воздушных потоков и адаптации режимов работы приточного и вытяжного вентиляторов при смене воздушных каналов, а также возможность их обмерзания при низкой температуре наружного воздуха из-за конденсации влаги в удаляемом потоке воздуха.
Предложенное техническое решение направлено на повышение эффективности устройства тепло-массообмена путем расширения выполняемых функций и диапазона их регулирования.
Этот результат достигается следующими конструктивными решениями. 1). Тепло-массообменный блок, помещенный в корпус, имеющий входные и выходные патрубки притока, вытяжки и емкость с системой подачи воды, состоит из двух частей, каждая из которых является перекрестно-точным теплообменником. Прямоточные каналы первой части блока связаны с входным патрубком вытяжки и перекрестными каналами второй части блока, а прямоточные каналы второй части блока связаны с входным патрубком притока и перекрестными каналами первой части блока. Две боковые границы перекрестных каналов первой части блока образованы перегородками со стороны входного патрубка вытяжки и окончаниями прямоточных каналов второй части блока, а перекрестные каналы связаны с выходным патрубком притока. Две боковые границы перекрестных каналов второй части блока образованы перегородками со стороны входного патрубка притока и окончаниями прямоточных каналов первой части блока, а перекрестные каналы связаны с выходным патрубком вытяжки.
2). Обе части комбинированного блока помещены открытыми окончаниями перекрестных каналов, противоположных выходным патрубкам притока и вытяжки в поддон сбора влаги, заполненный капиллярно пористым материалом, закрывающим прямой ток воздуха между частями блока при наличии влаги в поддоне. Влага в капиллярно-пористом материале создает гидравлическую связь между двумя частями тепло-массообменного блока.
3). Влажные каналы тепло-массообменного блока образованы путем покрытия гидрофильной пленкой из капиллярно-пористого материала боковых поверхностей из влагонепроницаемого материала перекрестных каналов вытяжки. Гидрофильная пленка имеет концы (фитили), находящиеся в контакте с капиллярно-пористым материалом поддона. Эти фитили служат для передачи в поддон конденсата от вытяжки, образующегося при охлаждении смежным холодным приточным воздухом, или передачи из поддона и равномерного распределения по поверхности влажного канала влаги, которая подается в тепло-массообменный блок при работе в режиме косвенно-испарительного охлаждения теплого приточного воздуха.
4). Поддон имеет устройства подогрева для каждой из частей блока. Устройство подогрева в первой части блока служит для интенсификации испарения и увлажнения притока с открытого участка пористого материала в поддоне, а устройство подогрева во второй части блока позволяет исключить процесс обмерзания при охлаждении влажного воздуха вытяжки приточным холодным воздухом.
5). В патрубке входа вытяжки в блок установлен клапан-регулятор, который открыт при работе тепло-массообменного блока в режиме приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла и влаги, и закрыт при работе блока в режиме приточной вентиляции и косвенно-испарительного охлаждения помещения наружным воздухом.
На фигурах 1 и 2 представлены продольные сечения устройства тепло-массообмена по перекрестным каналам вытяжного и приточного воздуха при работе в системе обменной вентиляции. На фигуре 3 и фигуре 4 представлены поперечные сечения набора пластин сухих и влажных каналов по ширине и высоте. На фигуре 5 представлена схема движения потоков воздуха при работе устройства в системе приточной вентиляции в качестве регенеративного косвенно-испарительного кондиционера.
Устройство тепло-массообмнеа содержит: корпус с входным патрубком 1 притока наружного воздуха 2, выходным патрубком 3 притока водуха в помещение 4, входным патрубком 5, в который установлен клапан 20, регулирующий вытяжку воздуха из помещения 6, выходным патрубком 1, вытяжки воздуха наружу 8, тепло-массообменный блок и поддон.
Конструкция тепло-массообменного блока состоит из сухих каналов второй части блока 9 подачи притока 2 в перекрестные сухие каналы первой части блока 10, сухих каналов первой части блока 11 подачи вытяжки 6 в перекрестные влажные каналы второй части блока 12, а также перегородок 13 второй части блока и перегородок 14 первой части блока.
Поддон 15, заполнен капиллярно-пористым материалом 16 и содержит нагреватель первой части блока 17, нагреватель второй части блока 18 и систему подачи-слива воды 19.
Предложенное устройство тепло-массообмена может работать зимой как утилизатор тепла и влаги воздуха помещения в системе обменной вентиляции. При этом, входящий приток 2 нагревается в сухих каналах второй части блока 9 за счет теплопередачи от удаляемой вытяжки 8 во влажных каналах 12. В перекрестных каналах первой части блока 11 входящий приток 2 становится подаваемым притоком 4, который дополнительно нагревается за счет теплопередачи от входящей вытяжки 6, и увлажняется за счет испарения влаги с поверхности капиллярно-пористого материала 16 в поддоне 15. Устройство подогрева 17 позволяет повышать температуру влаги в поддоне и интенсифицировать ее испарение. Влага может образоваться и стекать в поддон за счет конденсации воздуха от вытяжки 8 на поверхности гидрофильной пористой пленки влажных каналов 12 или вводится дополнительно устройством подачи-слива 19.
При установке автономного кондиционера, обеспечивающего температуру помещения более низкую, чем у наружного воздуха, устройства тепло-массообмена, работает как утилизатора в системе обменной вентиляции. При этом входящий приток 2 охлаждается в сухих каналах второй части блока 9 за счет теплопередачи от удаляемой вытяжки 8 и охлажденной гидрофильной капиллярно-пористой пленки влажных каналов 12, температура которой снижается при испарении влаги на поверхности этих каналов. Эта влага может быть конденсатом, вырабатываемым холодильной машиной кондиционера (гибридный кондиционер) или подаваться в поддон от постороннего источника. В перекрестных каналах первой части блока 11 подаваемый приток 4 охлаждается теплопередачей от входящей вытяжки 6.
При достаточно сухом наружном воздухе предложенное устройство тепло-массообмена может работать как автономный регенеративный косвенно-испарительный кондиционер в системе приточной вентиляции следующим образом. Клапан в патрубке входа вытяжки 20 закрыт и в устройство подается только приточный воздух 2 (общий приток), который охлаждается в сухих каналах второй части блока 9 за счет теплопередачи от холодной гидрофильной капиллярно-пористой пленки влажных каналов 12. Далее от приточного воздуха 2 отделяется подаваемый приток 4 без изменения в нем содержания влаги, а остаток в качестве удаляемой вытяжки 8 проникает через пористый материал 16 и попадая во влажные каналы 12, генерирует холод на гидрофильной капиллярно-пористой пленке за счет испарения на ней влаги, подаваемой из поддона 15. Условием организации процесса регенеративного косвенно-испарительного испарения является более высокое давление в подаваемом притоке 2 по сравнению с удаляемой вытяжкой 8. Известно, что оптимальная доля вытяжки составляет около 1/3 части общего притока.
Предлагаемое многофункциональное устройство тепло-массообмена предназначено для регулирования и утилизации термодинамических параметров воздуха (температуры и влажности) в энергоэффективных системах обменной, приточной вентиляции и кондиционирования жилых, промышленных и сельскохозяйственных помещений.