ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)RU
(11)2553007
(13)C1
(51) МПК
F24F7/00 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 09.11.2015 - действует
Пошлина: учтена за 3 год с 26.12.2015 по 25.12.2016
(21), (22) Заявка: 2013157922/12,
25.12.2013
(24) Дата начала отсчета срока действия
патента:
25.12.2013
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 25.12.2013
(72) Автор(ы):
Печенегов Юрий Яковлевич (RU)
(45) Опубликовано: 10.06.2015
(73) Патентообладатель(и):
Печенегов Юрий Яковлевич (RU),
(56) Список документов, цитированных в
Федеральное государственное бюджетное
отчете о
образовательное учреждение высшего
поиске: CN 1928482 A, 14.03.2007 . RU
профессионального образования
2358218 C1, 10.06.2009 . CN 101749972 A,
"Саратовский государственный
23.06.2010 . US 0005326537 A1, 05.07.1994
технический университет имени Гагарина
. WO 2007087801 A2, 09.08.2007 . RU
Ю.А." (RU)
2084795 C1, 20.07.1997 . DE 0019931105
A1, 18.01.2001
Адрес для переписки:
413100, Саратовская обл., г. Энгельс,
пл. Свободы, 17, Энгельсский
технологический институт (филиал)
СГТУ им. Гагарина Ю.А., Дорошенко
Л.М.
(54) ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР
(57) Реферат:
Изобретение относится к теплообменным устройствам для газовых сред и может быть использовано, в
частности, для рекуперации тепла вытяжного воздуха в приточно-вытяжных вентиляционных системах.
Теплоутилизатор содержит теплопередающую поверхность в виде теплопроводящих листов,
чередующиеся щелевые каналы для горячего и холодного теплоносителей, горизонтальные дно и
крышку с прокладками из эластичного материала, входные и выходные патрубки с размещенными в них
обтекателями, замыкающими соответствующие каналы, каркас, состоящий из горизонтальных и
вертикальных связей и прижимных планок, дистанционирующие проставки в каналах, отверстия в дне,
полости которых соединены с дренажным коллектором, при этом входные и выходные патрубки для
горячего и холодного теплоносителей расположены попарно со сторон вертикальных кромок
теплопроводящих листов, вертикальные кромки выполнены с угловыми срезами, а теплопроводящие
листы имеют изогнутые по полуокружностям участки, чередующиеся с прямыми участками и в
совокупности образующие змеевиковые ленты, или же изогнутые по полуокружностям и четвертым
частям окружностей участки теплопроводящих листов соединены последовательно с образованием
спиралей. Это позволяет повысить интенсивность теплопередачи, уменьшить габариты и
материалоемкость, а также обеспечить непрерывность работы теплоутилизатора в зимнее время года и
повысить
его
тепловую
эффективность.
1
з.п.
ф-лы,
8
ил.
Изобретение относится к теплообменным устройствам для газовых сред и может быть использовано, в
частности, для рекуперации тепла вытяжного воздуха в приточно-вытяжных вентиляционных системах.
Известны пластинчатые теплообменные устройства рекуперативного типа, в которых холодный и
горячий теплоносители перемещаются в смежных каналах во взаимно перпендикулярных направлениях
[1]. Коэффициент рекуперации тепла в таких устройствах мал. Мала и средняя разность температур
теплоносителей. По этим причинам устройства [1] имеют низкую тепловую эффективность и являются
громоздкими.
Более высокие эффективность и компактность имеют теплоутилизаторы с противоточным движением
горячего и холодного газов [2, 3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплоутилизатор с
теплопередающей поверхностью, выполненной из листов теплопроводного материала, образующих
чередующиеся прямые щелевые каналы для горячего и холодного теплоносителей, имеющий
горизонтальные дно и крышку с прокладками из эластичного материала, входные и выходные патрубки
с размещенными в них обтекателями, замыкающими соответствующие каналы, каркас, состоящий из
горизонтальных и вертикальных связей и прижимных планок, дистанционирующие проставки в каналах,
отверстия в дне, полости которых соединены с дренажным коллектором [3] - прототип.
Известное устройство имеет повышенный КПД. Недостатком устройства является сравнительно низкая
интенсивность теплопередачи и его большая длина. Недостатком является и то, что для оттаивания
льда, который может образовываться на стенках каналов вытяжного воздуха в зимнее время года,
уменьшается или совсем прекращается подача приточного воздуха в теплоутилизатор. В этом случае
теплоутилизатор работает в прерывистом режиме.
Задача настоящего изобретения - повышение интенсивности теплопередачи, уменьшение габаритов и
материалоемкости устройства, а также обеспечение непрерывности работы теплоутилизатора в зимнее
время года и увеличение его тепловой эффективности.
Поставленная задача решается тем, что теплоутилизатор, содержащий теплопередающую поверхность
в виде теплопроводящих листов, чередующиеся щелевые каналы для горячего и холодного
теплоносителей, горизонтальные дно и крышку с прокладками из эластичного материала, входные и
выходные патрубки с размещенными в них обтекателями, замыкающими соответствующие каналы,
каркас, состоящий из горизонтальных и вертикальных связей и прижимных планок, дистанционирующие
проставки в каналах, отверстия в дне, полости которых соединены с дренажным коллектором,
выполнен так, что входные и выходные патрубки для горячего и холодного теплоносителей
расположены попарно со сторон вертикальных кромок теплопроводящих листов, вертикальные кромки
выполнены с угловыми срезами, а теплопроводящие листы имеют изогнутые по полуокружностям
участки, чередующиеся с прямыми участками и в совокупности образующие змеевиковые ленты, или же
изогнутые по полуокружностям и четвертым частям окружностей участки теплопроводящих листов
соединены последовательно с образованием спиралей. Кроме того, входные и выходные патрубки для
горячего и холодного теплоносителей размещены в непосредственной близости друг от друга,
дополнительно установлено реверсивное устройство, примыкающее к патрубкам, для изменения
направления движения горячего и холодного теплоносителей и для обеспечения перехода от
противоточной схемы теплопередачи к прямоточной, и наоборот.
В отличие от известного устройства, размещение входных и выходных патрубков для горячего и
холодного теплоносителей попарно со сторон вертикальных кромок теплопроводящих листов,
выполнение вертикальных кромок с угловыми срезами и наличие изогнутых участков у
теплопроводящих листов обеспечивают повышенную компактность теплоутилизатора и меньшую его
металлоемкость, что обусловлено следующим. Из-за наличия вторичных течений в криволинейных
каналах теплообмен в них имеет большую интенсивность по отношению к прямым каналам. При этом
увеличивается интенсивность теплопередачи и требуется меньшая площадь поверхности
теплопередачи при равных тепловых мощностях сравниваемых теплоутилизаторов.
Выполнение предлагаемого теплоутилизатора из теплопроводящих листов с чередующимися
изогнутыми по полуокружностям и прямыми участками, в совокупности образующими змеевиковые
ленты, а также с изогнутым по полуокружностям и четвертым частям окружностей соединенных между
собой участков, образующих спирали, обеспечивают многовариантность конструктивных решений для
различных условий применения.
Дополнительно установленное реверсивное устройство, позволяющее в процессе работы изменять
направления движения горячего и холодного теплоносителей на обратные и переходить от
противоточной схемы теплопередачи к прямоточной, и наоборот, примыкающее к входным и выходным
патрубкам для горячего и холодного теплоносителей, притом, что патрубки размещены в
непосредственной близости друг от друга, дает возможность эффективно бороться с
льдообразованием на стенках каналов вытяжного воздуха и, таким образом, обеспечивать
непрерывность работы теплоутилизатора в зимнее время года. При этом во всех режимах работы
теплоутилизатора через него пропускаются полные расходы приточного и вытяжного воздуха. Не
требуется байпасирования части приточного воздуха или периодического прекращения его подачи для
оттайки льда в каналах вытяжного воздуха, как это практикуется в известных вентиляционных
теплоутилизаторах. Теплота горячего теплоносителя в полной мере передается холодному
теплоносителю в течении всего времени работы теплоутилизатора. В результате, тепловая
эффективность предлагаемого устройства оказывается выше, чем для известных конструкций.
Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную задачу.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что
заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
В известных теплоутилизаторах [1] каналы для теплоносителей выполнены прямыми, не имеют
изогнутых участков, как в предлагаемом устройстве. Входные и выходные патрубки для горячего и
холодного теплоносителей в них разобщены, расположены на значительных расстояниях друг от друга,
и отсутствует реверсивное устройство для переключения во время работы направлений движения
теплоносителей.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию
изобретения «существенные отличия».
На фиг.1 показан вид сверху на теплоутилизатор со снятыми крышкой и верхней прокладкой; на фиг.2 вид по А на фиг.1; на фиг.3 - размещение теплопроводящих листов, выполненных из чередующихся
изогнутых по полуокружностям и прямых участков, образующих в совокупности змеевиковые ленты; на
фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - выносной элемент I на фиг.1; на фиг.6 - вид сверху на
теплоутилизатор с реверсивным устройством; на фиг.7 - вид по В на фиг.6: вв - поток вытяжного
воздуха; пв - поток приточного воздуха; на фиг.8 - сечения Г-Г и Д-Д на фиг.7: направления движения
вытяжного воздуха показаны сплошными линиями со стрелками, приточного - штриховыми линиями со
стрелками, а и б - фазы работы теплоутилизатора по схеме противотока при разных направлениях
движения горячего и холодного теплоносителей, в - работа теплоутилизатора по схеме прямотока.
Теплоутилизатор имеет теплопередающую поверхность из теплопроводящих листов 1, образующих
щелевые каналы 2 для теплоносителей, горизонтальные дно 3 и крышку 4 с прокладками 5 из
эластичного материала. Ширина каналов 2 определяется длиной расположенных в них
дистанционирующих проставок 6. Патрубки 7 и 8 горячего теплоносителя и 9 и 10 холодного
теплоносителя являются входными или выходными в зависимости от направлений движения
теплоносителей. Внутри патрубков 7, 8 и 9, 10 размещены обтекатели 11, которые замыкают с
чередованием через один соответствующие каналы 2. Каркас теплоутилизатора состоит из
горизонтальных 12 и вертикальных 13 связей и прижимных планок 14, которые обеспечивают жесткость
формы устройства. Соединение верхних горизонтальных связей 12 с вертикальными связями 13
разъемное, с помощью болтов 15. Вертикальные связи 13, расположенные по периметру
теплоутилизатора, снабжены упорными болтами 16 для прижатия планок 14. Каналы 2 для вытяжного
воздуха имеют отверстия 17 в нижней прокладке 5 и дне 3. Полости отверстий 17 соединены трубками
18 с дренажным коллектором 19. Если теплоутилизатор работает постоянно при однонаправленном
движении вытяжного воздуха в каналах 2, то отверстия 17 выполняются только со стороны выхода
воздуха, а если работа осуществляется при поочередном разнонаправленном движении, то - с обоих
сторон теплоутилизатора. Вертикальные кромки теплопроводящих листов 1 имеют угловые срезы 20.
Каждый из теплопроводящих листов 1 теплоутилизатора на фиг.1 состоит из прямых участков,
примыкающих к патрубкам 7, 8, 9, 10, следующих за ними участков, изогнутых по четвертым частям
окружностей, и не менее чем трех внутренних участков, изогнутых по полуокружностям. Таким образом,
каждый теплопроводящий лист 1 представляет собой спираль с прямыми концами. Соответственно,
каналы 2, образованные теплопроводящими листами 1, являются спиральными.
Теплопроводящие листы 1 в теплоутилизаторе на фиг.3 выполнены из чередующихся прямых и
изогнутых по полуокружностям участков. Образованные теплопроводящими листами 1 каналы 2 здесь
состоят из одной или нескольких петлей. В последнем случае каналы представляют собой змеевики.
Теплоутилизатор на фиг.6 и 7 дополнительно оборудован реверсивным устройством 21, примыкающим
к патрубкам 7, 8, 9 и 10, которые в данном случае размещены в непосредственной близости друг от
друга. Реверсивное устройство 21 включает в себя камеру 22 вытяжного воздуха и камеру 23
приточного воздуха. Камера 22 имеет патрубок 24 для выпуска вытяжного воздуха из теплоутилизатора,
а камера 23 - патрубок 25 для впуска приточного воздуха в теплоутилизатор. Камеры 22 и 23 снабжены
поворотными клапанами-заслонками 26, 27 и 28, 29, которые имеют оси вращения 30, 31 и 32, 33
соответственно. Клапаны-заслонки 26, 27 и 28, 29 имеют возможность поворота относительно осей 30,
31 и 32, 33 на 90° и могут находиться в одном из двух крайних своих положений, обеспечивая при этом
открытие-закрытие проточных каналов 34, 35 и 36, 37, а также боковых проемов в коробах 38 и 39,
являющихся продолжением патрубков 24 и 25 в полостях камер 22 и 23.
Теплоутилизатор работает следующим образом.
Горячий теплоноситель (в вентиляционных системах - это вытяжной воздух) поступает из внешнего
газохода в камеру 22, где в зависимости от положения клапанов-заслонок 26 и 27 проходит по одному
из проточных каналов 34 или 35, поступая затем в патрубок 7 или 8 соответственно. Проходя между
установленными в патрубках 7 и 8 обтекателями 11, теплоноситель распределяется по
соответствующим щелевым каналам 2, смежным с каналами для холодного теплоносителя. Патрубки 7
и 8 объединяют концы тех щелевых каналов 2, которые предназначены для горячего теплоносителя, и
в разные периоды работы теплоутилизатора выступают попеременно как впускные и выпускные при
соответствующих положениях клапанов-заслонок 26 и 27. После отдачи тепла в каналах 2 через
теплопередающие листы 1 холодному теплоносителю (в вентиляционных системах - это приточный
воздух), горячий теплоноситель поступает через открытый клапаном-заслонкой 26 или 27 боковой
проем короба 38 и далее в патрубок 24, откуда направляется во внешний газоход для удаления.
Холодный теплоноситель поступает через патрубок 25 и открытый боковой проем короба 39 в камеру
23, где в зависимости от положения клапанов-заслонок 28 и 29 направляется по проточному каналу 36
или 37 в патрубок 9 или 10. Проходя между установленными в патрубках 9 и 10 обтекателями 11,
теплоноситель распределяется по соответствующим щелевым каналам 2, смежным с каналами для
горячего теплоносителя. Патрубки 9 и 10 объединяют концы щелевых каналов 2 для холодного
теплоносителя и в разные периоды работы теплоутилизатора выступают попеременно как впускные и
выпускные при соответствующих положениях клапанов-заслонок 28 и 29. Приняв тепло в каналах 2
через теплопередающие листы 1 от горячего теплоносителя, холодный теплоноситель перемещается, в
зависимости от положения клапанов-заслонок 28 и 29, через патрубок 9 и проточный канал 36 или
патрубок 10 и канал 37, выводится из камеры 23 и направляется по внешнему газоходу к месту
назначения.
На фиг.8 показаны рабочие положения клапанов-заслонок 26, 27 и 28, 29 и направления движения
горячего и холодного теплоносителей в реверсивном устройстве 21, обеспечивающие противоточную (а
и б) и прямоточную (в) схемы движения. При переключении положения клапанов-заслонок от схемы а к
схеме б, и наоборот, происходит изменение направления движения теплоносителей в щелевых каналах
2 на обратное, «горячие» и «холодные» концы каналов меняются местами. Это позволяет в процессе
непрерывной работы теплоутилизатора и постоянного пропуска теплоносителей по своим каналам
осуществлять оттайку льда, который может образовываться на стенках каналов вытяжного воздуха,
содержащего водяные пары, если он будет охлаждаться в теплоутилизаторе до отрицательных
температур в зимнее время года. Продолжительность периодов работы теплоутилизатора между двумя
последовательными переключениями положений клапанов-заслонок 26, 27 и 28, 29 по схемам а и б на
фиг.8 определяется интенсивностью процессов льдообразования и оттайки. Для борьбы с
льдообразованием можно также осуществлять работу теплоутилизатора и по прямоточной схеме в на
фиг.8.
Образующийся в процессе охлаждения потока влажного вытяжного воздуха конденсат выпадает под
действием центробежной силы в криволинейных каналах на стенки каналов и в виде пленки или
отдельных струек стекает по стенкам вниз, где через отверстия 17 и трубки 18 поступает в дренажный
коллектор 19, откуда сливается в канализацию. Данная система дренажа используется и для отвода
жидкой фазы, образующейся при оттайке льда. Благодаря размещению отверстий 17, трубок 18 и
дренажных коллекторов 19 на обоих концах каналов вытяжного воздуха, можно отводить
конденсированную фазу из теплоутилизатора при движении воздуха в прямом и обратном
направлениях.
Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:
- высокая интенсивность теплообмена теплоносителей и теплопередачи за счет использования
изогнутых теплопередающих листов;
- уменьшенные габариты и материалоемкость;
- возможность безостановочной работы теплоутилизатора и непрерывного пропуска через него полных
расходов горячего и холодного теплоносителей в условиях льдообразования на стенках каналов в
зимнее время года;
- возможность простого перехода в процессе работы с прямоточной на инверсные противоточные
схемы движения теплоносителей, и наоборот;
- высокая тепловая эффективность.
Источники информации
1. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопительные и тепловые сети. - М.: ИНФРА-М, 2005, с.364-365.
2. Авторское свидетельство СССР
3. Патент РФ
907354, кл. F24F 7/06, опубл. 23.02.82, бюл.
2416764, кл. F24F 7/00, опубл. 20.04.2011, бюл.
7.
11.
Формула изобретения
1. Теплоутилизатор, содержащий теплопередающую поверхность в виде теплопроводящих листов,
чередующиеся щелевые каналы для горячего и холодного теплоносителей, горизонтальные дно и
крышку с прокладками из эластичного материала, входные и выходные патрубки с размещенными в них
обтекателями, замыкающими соответствующие каналы, каркас, состоящий из горизонтальных и
вертикальных связей и прижимных планок, дистанционирующие проставки в каналах, отверстия в дне,
полости которых соединены с дренажным коллектором, отличающийся тем, что входные и выходные
патрубки для горячего и холодного теплоносителей расположены попарно со сторон вертикальных
кромок теплопроводящих листов, вертикальные кромки выполнены с угловыми срезами, а
теплопроводящие листы имеют изогнутые по полуокружностям участки, чередующиеся с прямыми
участками и в совокупности образующие змеевиковые ленты, или же изогнутые по полуокружностям и
четвертым частям окружностей участки теплопроводящих листов соединены последовательно с
образованием спиралей.
2. Теплоутилизатор по п.1, отличающийся тем, что входные и выходные патрубки для горячего и
холодного теплоносителей размещены в непосредственной близости друг от друга, дополнительно
установлено реверсивное устройство, примыкающее к патрубкам, для изменения направления
движения горячего и холодного теплоносителей и для обеспечения перехода от противоточной схемы
теплопередачи к прямоточной, и наоборот.
РИСУНКИ