Мембранный теплообменник
MEMBRANE HEAT EXCHANGER

Изобретение предназначено к использованию в приточно-вытяжных вентиляционных системах жилых и производственных зданий, помещений, животноводческих комплексов и других изолированных мест нахождения людей и животных с целью экономии расходов на обогрев и охлаждение помещений.
Существующие известные функционально аналогичные устройства представлены в основном пластинчатыми теплообменниками, в которых используются те же принципы передачи тепловой энергии.
Пластинчатые теплообменники изготавливаются из отдельных пластин, расположенных в параллельных плоскостях и соединенных в сборку при помощи замков либо герметика. При этом создается множество перемежающихся полостей, половина из которых соединяется с входящим потоком, а другая половина с исходящим. Направление потоков воздуха в пластинчатых теплообменниках равно 90°.
Известен пластинчатый теплообменник, который содержит пакет теплообменных пластин с ребрами жесткости, играющими роль дистанцирующих (разделяющих соседние пластины) вставок, внутренние полости которых заполняются герметиком, при этом ребра жесткости соседних пластин расположены перпендикулярно относительно друг к другу, что обеспечивает жесткость сборки и направление потоков под углом 90° [RU 2254532 С1, МПК7 F28D 9/00, опубл. 2005],
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, заключается в создании теплообменника, параметры и характеристики которого удовлетворяют заданным требованиям.
Технический результат - повышение эффективности передачи тепла достигается за счет значительной площади соприкосновения поверхностей мембраны с потоками воздуха при небольшом объеме теплообменного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что мембранный теплообменник содержит картридж с теплообменной мембраной и фиксирующую ее обойму, при этом теплообменная мембрана имеет форму сложенного гармошкой тонкостенного листа с образованием ребер, перпендикулярных длинной стороне листа, торцы мембраны герметизированы таким образом, что образуются две разделенные мембранной полости, а в противоположных сторонах обоймы выполнены щели для пропуска воздуха.
Новизна устройства заключается в способе изготовления теплообменной мембраны, ее форме, конструкции картриджа теплообменника, а также в компоновке элементов мембранного теплообменника.
В отличие от пластинчатых теплообменников мембрана изготавливается из единого прямоугольного листа материала поочередными встречными загибами листа под углом 180°. В результате лист приобретает зигзагообразную форму и служит основной деталью теплообменного картриджа. Расстояние между соседними загибами формирует глубину, высота загиба - высоту, а толщина ребер и их количество - ширину картриджа. Торцы мембраны герметизируются двумя торцовыми накладками, после чего образуются две разделенные мембраной полости, в которые с противоположных направлений подаются потоки воздуха (приточный и вытяжной), что способствует более эффективной передаче тепла, чем при направлении потоков под углом 90°.
Таким образом, предлагаемая конструкция мембранного теплообменника, отличается увеличенным КПД за счет направления потоков под углом 180°, а также простотой сборки, уменьшением количества технологических операций при производстве и соответственно меньшей себестоимостью и большей доступностью для потребителей.
На фиг. 1 представлена схема изготовления теплообменной мембраны.
На фиг. 2 представлена схема сборки картриджа теплообменника.
На фиг. 3 схематично показана устройство мембранного теплообменника, теплообменная мембрана условно показана линией, стрелками показаны направления потоков воздуха.
Устройство состоит из сменного картриджа и корпуса.
Мембранный теплообменник включает картридж с теплообменной мембраной 1 и фиксирующей ее обоймой 2. Теплообменная мембрана 1 имеет форму сложенного гармошкой тонкостенного листа 3, например, металла либо другого сходного по прочности и теплопроводности материала. Теплообменную мембрану 1 изготавливают следующим образом: тонкостенный лист 1 загибают то в одну, то в другую сторону под углом 180°, образуя ребра 4, перпендикулярные длинной стороне листа (фиг. 1). После окончания процесса сгибания торцы сборки 5, образованные краями загнутого листа 3 мембраны 1, герметизируют. Мембрана 1 изготовлена из воздухо-влагонепроницаемого материала, имеющего хорошую теплопроводность, например, из прямоугольного листа алюминиевого сплава толщиной 0,2-0,5 мм. Расстояние между загибами, образующими ребра 4, толщину ребер, ширину, длину и толщину листа 3, а также сам материал для изготовления мембраны 1 подбирают в зависимости от требований к производительности, КПД устройства и себестоимости.
Изготовленную мембрану 1 помещают в фиксирующую ее обойму 2. На фиг. 2 показана схема сборки картриджа теплообменника, где 6 - щели для подачи и отвода воздуха, 7 - боковые элементы обоймы, 8 - торцевые элементы обоймы, 9 - места для установки элементов обоймы. С двух противоположных сторон обоймы 2 предусматрены щели 6 для пропуска воздуха. Ширину щели 6 рассчитывают под необходимую пропускную способность. Торцы сборки 5 мембраны 1 герметизируют двумя торцовыми накладками 7, после чего образуются две разделенные мембраной полости.
Примерная компоновка элементов теплообменника изображена на фиг. 3, где теплообменная мембрана 3 (условно показана линией) зафиксирована в обойме 2, установленной в корпусе 10. Потоки воздуха условно показаны стрелками. Отвод 12 конденсата осуществляется, например, через сифон, 13 - перегородка, разделяющая потоки. Корпус 10 устройства служит для фиксации картриджей в нужном положении, размещении вентиляторов 11, оборудования и коммуникаций систем питания и управления, направлении потоков воздуха, отвода 12 образующегося в картридже конденсата, подключения воздуховодов приточной и вытяжной вентиляции.
При необходимости в корпусе может размещаться несколько картриджей, работающих последовательно и/или параллельно.
2
3
Принцип работы мембранного теплообменника. В устройство принудительно подают два противоположно направленных потока воздуха, имеющих разную температуру. Тепловая энергия передается от одного потока к другому через теплообменную мембрану 3, имеющую хорошую теплопроводность и значительную площадь. Эффективность работы или коэффициент полезного действия (КПД) устройства зависит от следующих параметров. КПД прямо пропорционален площади мембраны, соприкасающейся с воздушным потоком; времени контакта воздуха с мембраной; теплопроводности мембраны; разности температур потоков; влажности воздуха; воздушному давлению. КПД обратно пропорционален скорости движения воздуха в устройстве; толщине мембраны. Экономия достигается за счет передачи тепловой энергии между противоположно направленными относительно друг друга входящим (приточным) и выходящим (вытяжным) потоками воздуха. Передача тепловой энергии происходит через теплообменную мембрану, разделяющую потоки. Эффективность передачи тепла достигается за счет значительной площади соприкосновения поверхностей мембраны с потоками воздуха при небольшом объеме теплообменного устройства. Для достижения значительного соотношения площади поверхности мембраны к занимаемому устройством объему (100 м и более в 1 м), мембране придается зигзагообразная форма (форма сложенной гармошки).