CZ303626B6 - Protiproudý válcový rekuperacní výmeník s vícechodými sroubovite stocenými teplosmennými plochami, urcený zejména pro vetrací zarízení - Google Patents

Abstract

Protiproudý válcový rekuperacní výmeník (1) má vstupy (11) média usporádány radiálne, prípadne semiradiálne, na koncovém prstencovitém rozdelovaci (17) a paprskovite vzhledem k podélné ose (4) rekuperacního výmeníku (1), a navazující na vstupní kanály (9) usporádané mezi vnejsí trubkou (2) a vnitrní trubkou (3) pro proudení média. Výstupy (12) média má rekuperacní výmeník (1) usporádány axiálne na koncovém prstencovitém rozdelovaci (17) a paprskovite vzhledem k podélné ose (4) rekuperacního výmeníku (1), a navazující na výstupní kanály (10) pro proudení média. Teplosmenné plochy (5) jsou vzájemne oddelené, souosé, vícechodé, sroubovite stocené mezi vnejsí trubkou (2) a vnitrní trubkou (3), a vymezující vzájemne oddelené vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10) pro proudení média. Teplosmenné plochy (5), a tudíz i vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10), jsou usporádané paprskovite kolem podélné osy (4) rekuperacního výmeníku (1). Teplosmenné plochy mají tvar plochy vzniklé tazením tvoricího profilu (8, 16) po vnejsích sroubovicích (6) a vnitrních sroubovicích (7), kde profil (8, 16) má jeden tvar, v prícném rezu kolmém na podélnou osu (4) rekuperacního výmeníku (1), ze skupiny zahrnující cásti prímky, kruznice, spirály, evolventy, paraboly a hyperboly.

Description

Vynález se týká rekuperačního prottproudého válcového výměníku s vícechodými šroubovité stočenými teplosměnnými plochami, určeného zejména pro větrací zařízení. Rekuperační výměník zahrnuje vstup a výstup médií, a vnější trubku se souose upořádanou vnitřní trubkou, mezi io nimiž jsou situovány teplosměnné plochy šroubovité tvarované. Na obou koncích rekuperačního výměníku jsou situovány rozdělovače pro vstup a výstup médií. Pokud se směry proudění otočí, stávají se vstupy média výstupy a výstupy média vstupy média. Šroubovice teplosměnné plochy je pravotočivá nebo levotočivá aje stočena pod úhlem stoupání, který je větší než 0° a menší než

90° vzhledem k podélné ose rekuperačního výměníku.

Dosavadní stav techniky

CS AO 273 429 (1988) uvádí šroubovicový výměník tepla, kde šroubovicový topný kanál vymezuje v krytu, rozebíratelně upevněném na nosné desce podstavce tělesa výměníku, ohřívací kanál. Ohřívací kanál je vytvořen dvojicí desek, upevněných podél středového uzavřeného nosného sloupku, s přesahem proti sobě kolmo kjeho protilehlým rovnoběžným stěnám, a navzájem propojeným šikmými křidélky, při vnějším okraji spojeným obvodovým pásem, utěsněným vůči vnitřnímu prostoru krytu. Topný kanál je napojen na meziprostor nosného sloupku. Tento výmě25 nik je určen zejména pro ohřev kalu v čistírnách odpadních vod. Ohřívací kanál má teplosměnnou plochu odpovídající Šroubovicové ploše, uspořádané kolem podélné osy výměníku. Uspořádání šroubovicového výměníku je rozebíratelné a opatřené těsněním, takže je usnadněn dobrý přístup ke kalovým kanálkům, a tak je možné jejich snadné čištění. Pro vstup a výstup média se využívá středová trubka. Tok obou médií v protiproudu je uspořádán v podstatě ve spirále, která

3o není plynulá, ale je lomená zjednoho závitu desky do druhého. Nevýhodou je, že se jedná o jednochodou šroubovici. Konstrukční řešení je poměrně velmi komplikované a vyžaduje více dílů. Jedná se o kompromis mezi tlakovou ztrátou a teplotní účinností, který je zřejmě potřebný pro daný případ čištění kalů.

EP411 404(1989) uvádí protiproudý výměník tepla, tvořený dvěma válcovitými trubkami, z nichž jedna je opatřena žebry stočenými do spirály a druhá plocha je hladká. Jedno médium postupuje v jednom směru axiálně, druhé médium má trajektorii pohybu po šroubovici mezi žebry. Výhodou uvedenou v popisu vynálezu je, že plášťová trubka je smršťovací hadice, která dobře utěsní šroubovicové kanálky. Řešení je zvláště vhodné pro viskózní kapaliny, jako olej, benzín, krev a podobné kapaliny. Nevýhodou tohoto řešení je, že se jedná o jednochodý výměník.

EP 224 838 (1985) popisuje výměník tepla, sestavený ze dvou souosých válců, mezi nimiž jsou situovány teplosměnné desky spirálovitě tvarované. Teplosměnné desky jsou na vnějším a na vnitřním průměru spojené, takže v podélném řezu mají kanály tvar trojúhelníku. Výměník pracu45 je v protiproudu, a to tak, že médium proudí ve spirále. Popis uvádí, že přívody a odvody pro média jsou obklopeny izolačním materiálem, jako je beton, keramika, plasty nebo porcelán. Výhodou uvedenou v popisuje malá stavební výška a velká teplosměnná plocha, kvůli falešnému vzduchu. Nevýhodou je, že se jedná o jednochodý výměník, obtížně vyrobitelný, s náročným tvarováním žeber vlnovce.

Shora uvedené jednochodé výměníky, které vykazují vyšší tlakovou ztrátu a menší teplosměnnou plochu, zlepšuje EP 2 192 367 A2 (2009) s vícechodým řešením teplosměnných ploch. EP

192 367 popisuje protiproudý výměník tepla s prvním průtočným kanálem, protékaným první tekutinou, a s druhým průtočným kanálem, protékaným druhou průtočnou tekutinou, kde oba průtočné kanály jsou vytvořeny protiběžně ve tvaru spirály. Jedná se o rekuperační válcový

- 1 CZ 303626 B6 výměník tepla, tvořený několika nad sebou umístěnými segmenty. Každý segment obsahuje teplosměnné desky, které tvoří protiproudé kanálky pro tekutiny. Podle příkladu provedení každý segment obsahuje radiálně uspořádané kruhové výseče, mezi nimiž proudí tekutina. Tekutina vstupuje do výměníku axiálně a vystupuje radiálně, což platí i pro druhou tekutinu proudící opač5 ným směrem. Tekutina z axiálního vstupu postupně vstupuje do každého segmentu zvlášť, a v každém segmentu je vedena v tangenciálním směru. V popisu patentu jsou uvedeny výhody tohoto řešení, a to tichý provoz, kompaktnost, účinnost a snadná montáž. Tangenciální proud tekutiny v každém segmentu je narušen při přestupu zjednoho segmentu do druhého. Výhodou tohoto řešení je, že jednotlivé segmenty se dají poskládat do volitelné délky. Nevýhodou je, že io tangenciální proud není souvislý, tudíž může vytvářet přidanou tlakovou ztrátu, protože trajektorie proudění není hladká. Další nevýhodou může být netěsnost mezi jednotlivými segmenty. Lze předpokládat obtížný odvod kondenzátu, z důvodů obtížného odvodnění kanálků.

JP 2003 329 376 (2003) uvádí tepelný výměník s dvojitou trubkou. Výměník obsahuje vnější a vnitřní trubici, kde vnitřní trubice je vyvarovaná do tvaru šroubovice pro vložení do vnější trubice. Do vnitřní trubice je vložen pásek stočený do závitu. Homí část závitu na vnitřní trubici je uvedena do tlakového kontaktu s vnitrní obvodovou plochou vnější trubice. Uvnitř vnitřní trubice protéká jedna kapalina, druhá kapalina protéká mezi vnitrní trubicí s množstvím spirálovitých kanálků a vnější trubicí. Vstup a výstup kapalin je dle obrázků uspořádán kolmo k podélné ose výměníku. Jako výhoda jsou uváděny výrobně extrémně zjednodušené prostředky při dobré tepelné účinnosti.

CZ UV 20247 (2010) je uvedena rekuperační jednotka s protiproudým trubkovým výměníkem, tvořeným vnějším a vnitřním potrubím. Vnitřní a vnější potrubí nejsou souosé, ale jsou spojeny po obvodě. Vnitřní potrubí tvoří ve vnějším potrubí šroubovici vytvarovanou tak, že v místech vrcholů oblouku šroubovice dochází k liniovému dotyku obou potrubí. To znamená, že vnitřní potrubí se dotýká vnějšího potrubí, kde křivkou dotyku je šroubovice. Jeden konec vnitřního potrubí tvoří vstup pro přívod čerstvého vzduchu a jeho druhý konec tvoří výstup pro odvod čerstvého vzduchu, tedy uvnitř vnitřním potrubím proudí čerstvý vzduch. Na vnějším potrubí, kolmo na vstup pro přívod čerstvého vzduchuje vytvořen výstup pro odvod znečištěného vzduchu a kolmo na výstup pro odvod znečištěného vzduchu je vytvořen vstup pro přívod znečištěného vzduchu. Tedy, znečištěný vzduch proudí prostorem, vymezeným mezi vnitřní a vnější trubkou. Tento typ výměníku má jednu teplosměnnou plochu, a to vnitřní potrubí. Výměník je určen pro větrání vnitřních prostor a umožňuje zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu.

WO2011 079483 (2011) popisuje koaxiální tepelný výměník, tvořený vnější válcovou trubkou a do ní koaxiálně vloženou vnitřní trubkou. Vnější i vnitřní trubka jsou souosé a spojené po obvodě. Vnitřní trubka má hlavní sekci, která je vytvarovaná do vícechodého závitu spirálovité vnitřní trubky, která vytváří spirálovité drážky mezi vnitřní a vnější trubkou. Vnitřní průřez výměníku je celistvý. Oba konce vnitřní trubky jsou užívány jako vstup a výstup první kapaliny, a oba konce vnější trubky jsou užívány jako vstup a výstup druhé kapaliny. Vstup i výstup obou kapalin jsou situovány kolmo vzhledem k podélné ose výměníku. K přenosu tepla dochází pouze přes stěnu vnitřní trubky, která tedy tvoří jednu teplosměnnou plochu. Jako výhoda je uváděno, že výměník je kompaktní Jeho provoz a montáž jsou pohodlné a jednoduché.

Všechny tři poslední uvedené vynálezy mají vytvořenu šroubovici, a i když to není výslovně popsáno, lze předpokládat pravotočivou nebo levotočivou šroubovici, vedenou pod určitým úhlem. Všechna tato řešení mají uspořádán vstup a výstup média radiálně kolmo k podélné ose výměníku a vždy v jednom směru, vyjma CZ UV 20427, kde sice čerstvý vzduch má uspořádán vstup a výstup též kolmo k podélné ose výměníku, avšak znečištěný vzduch má uspořádán axiálně vstup a výstup. Takže, znečištěný vzduch proudí vnitřní trubkou ve směru podélné osy výměníku. Nevýhodou u všech těchto řešení je pouze jedna teplosměnná plocha celistvé vnitřní trubky/trubice/potrubí. Další nevýhodou je, že kanál vnitřní trubky/trubice/potrubí nemá shodný vnitřní průřez, a navíc je pouze jeden a spojitý po celé své délce. Jedna teplosměnná plocha sice zřejmě zjednodušuje konstrukci výměníku, avšak lze předpokládat její relativně nízkou účinnost.

- 7 .

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u protiproudého válcového rekuperačního výměníku s vícechodými šroubovité stočenými teplosměnnými plochami, podle předvýznaku nároku 1 tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že rekuperační výměník má velké množství vstupů média, které jsou uspořádány radiálně, případně semiradiálně, na koncovém prstencovitém rozdělovači, paprskovitě vzhledem k podélné ose rekuperačního výměníku, a navazují na vstupní kanály uspořádané mezi vnější trubkou a vnitřní trubkou pro proudění média, io Dále má rekuperační výměník velké množství výstupů média, které jsou uspořádány axiálně na koncovém prstencovitém rozdělovači, paprskovitě vzhledem k podélné ose rekuperačního výměníku, a navazují na výstupní kanály pro proudění média. Teplosměnné plochy jsou vzájemně oddělené, souosé, vícechodé, šroubovité stočené mezi vnější trubkou a vnitřní trubkou a vymezují vzájemně oddělené vstupní kanály a výstupní kanály pro proudění média. Teplosměnné plochy, a tudíž i vstupní kanály a výstupní kanály jsou uspořádané paprskovitě kolem podélné osy rekuperačního výměníku. Teplosměnné plochy mají tvar plochy vzniklé tažením tvořícího profilu po vnějších a vnitřních šroubovicích, kde profil má jeden tvar, v příčném řezu kolmém na podélnou osu rekuperačního výměníku, ze skupiny zahrnující části přímky, kružnice, spirály, evolventy, paraboly a hyperboly.

Hlavní výhodou protiproudého válcového rekuperačního výměníku se šroubovité stočenými teplosměnnými plochami podle tohoto vynálezu je, že umožňuje získat i malou, levnou a dostupnou rekuperační jednotku, s nenáročnou instalací a s jednoduchým a jasným ovládáním, s dlouhou životností a s jednoduchou a funkční konstrukcí. Protiproudé uspořádání výměníku dovoluje maximální účinnost zpětného získávání tepla. Rekuperace maximálně spoří např. náklady na vytápění a snižuje energetické ztráty větráním. Díky velkému množství šroubovicově stočených teplosměnných ploch dochází k turbulizaci proudu média a tím i k intenzivnějšímu přestupu tepla na teplosměnné stěně. Zároveň rekuperační výměník vykazuje nízkou tlakovou ztrátu, což vede k menší spotřebě energie, např. u ventilátorů. Rekuperační výměník dovoluje velkou variabilitu teplosměnných ploch díky možné volbě různých druhů profilů. Díky použitému tvaru teplosměnných ploch má výměník zvýšený útlum hluku, např. z ulice, a to díky několikanásobnému odrazu zvukových vln v kanálech médií. Předností je axiální výstup média, který účinně provětrává vnitřní prostor. Rekuperační výměník svojí těsností spolehlivě oddělí média.

V případě nejvíce očekávané aplikace rekuperačního výměníku podle tohoto vynálezu do větracího zařízení jej lze zabudovat do válcové díry ve zdi, případně do jinak nevyužitelné válcové díry ve zdi a maximálně tak tento prostor využít. Ostatní díly zařízení tak mohou zůstat maximálně kompaktní, protože rekuperační výměník je symetrický, V mnoha případech lze na obou koncových rozdělovačích použít stejné navazující díly. V případě aplikace větracího zařízení je výhodou jeho cenová dostupnost bez potřeby instalace nákladných rozvodů vzduchu uvnitř budovy a lze použít i dostupné levné axiální ventilátory používané v počítačích. V případě větrání se jedná o ekonomicky řízené větrání místnosti čerstvým vzduchem a zajištění nuceného přívodu i odvodu vzduchu do větrané místnosti. Výhodná aplikace rekuperačního výměníku podle tohoto vynálezu do větracího zařízení zabraňuje vzniku plísní a syndromu nemocné budovy, protože ředí výpary z vnitřního vybavení a snižuje nadměrnou vlhkost. Též je umožněna nastavitclnost směru proudění přívodního vzduchu do místa největší potřeby větrání. Přívod čerstvého vzduchu je oddělen od vydýchaného prostoru.

Pro snadnější výrobu rekuperačního výměníku je výhodné, když jednotlivé teplosměnné plochy, a tedy i jednotlivé vstupní a výstupní kanály médií, vykazují konstantní stoupání šroubovice.

Též je výhodné, když jednotlivé teplosměnné plochy, a tedy i jednotlivé vstupní a výstupní kanály médií, jsou vzájemně uspořádány v pravidelné úhlové rozteči, a vymezují tak v průřezu tvarově shodné vstupní i výstupní kanály médií. Výhodou je stejná tlaková ztráta rekuperačního výměníku v obou směrech pro obě média se shodnými fyzikálními vlastnostmi.

- j CZ 303626 B6

Také může být výhodné, když jednotlivé teplosměnné plochy, a tedy i jednotlivé vstupní a výstupní kanály médií, jsou vzájemně uspořádány v nepravidelné úhlové rozteči a vymezují tak v průřezu tvarově odlišné vstupní a výstupní kanály. Toto řešení je vhodné pro média různých fyzikálních vlastností.

Rovněž je výhodné, když teplosměnné plochy jsou na svém vnějším a/nebo vnitřním obvodu spojeny vnější trubkou a/nebo vnitřní trubkou. Výhodou může být snadná výroba tohoto rekuperačního výměníku nebo vložky. Vnější nebo vnitrní trubka zabezpečuje oddělení obou médií od io sebe.

Dáleje výhodné, když teplosměnné plochy jsou spojeny na vnitřním a vnějším povrchu do harmonikovité vložky, přičemž jsou střídavě spojeny vždy dvě sousední teplosměnné plochy na vnější válcovité ploše a následující dvě sousední teplosměnné plochy na vnitřní válcovité ploše, přičemž do vnitrní válcovité plochy je vložena vnitřní trubka a na vnější válcovitou plochu je vložena ochranná trubka. Výhodou harmonikovité vložky je snadná výroba v jednom celku.

Protiproudý válcový rekuperační výměník má koncové rozdělovače, pro radiální nebo semiradiální vstup média a axiální výstup média, vzhledem k podélné ose rekuperačního výměníku.

Rozdělovač s axiálním výstupem dovoluje zvýšený dosah proudu média pro lepší promíchávání médií, např. provětrávání vzduchu v místnosti. Radiální vstup zajišťuje rovnoměrnost proudění média.

Pro bezpečnější vzájemné oddělení pro oddělení vstupu a výstupu médi je s výhodou každý 25 rozdělovač opatřen vnější oddělovací plochou a/nebo vnitřní oddělovací plochou.

S výhodou mohou být vnější trubka nebo vložka, případně rekuperační výměník, vloženy do ochranné trubky, čímž jsou chráněny tyto konstrukční prvky proti poškození, zejména během montáže.

Vnější trubka může být opatřena otvory pro odvod kondenzátu, přičemž ochranná trubka může být opatřena prostředkem na sběr kondenzátu. Nežádoucí kondenzát se může vytvářet při nízkých teplotách teplosměnných ploch pod teplotou rosného bodu vlhkého vzduchu a je žádoucí tento kondenzát odstranit.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále podrobně popsán na příkladných provedeních, blíže objasněných na přiložených 40 schematických výkresech, z nichž představuje obr. 1 axo no metrický pohled na základní konstrukční části rekuperačního výměníku s naznačenou šroubovou schodovou teplosměnnou plochou bez rozdělovačů, obr. 2 axonometrický pohled na rekuperační výměník bez rozdělovačů z obr. 1 se zobrazenými skrytými hranami, obr. 3 podélný svislý řez A-A z obr. 2, obr. 4 axonometrický pohled najeden z konců rekuperačního výměníku a s šipkami označujícími směry vstupů a výstupů médií, obr. 5 axonometrický pohled najeden z konců rekuperačního výměníku se zobrazením průřezů jednotlivých kanálů mezi teplosměnnými plochami,

-4CZ 303626 B6 obr. 6 axonometrický pohled na vložku rekuperačního výměníku, kde teplosměnné plochy jsou pevně spojeny s vnitřní trubkou, obr. 7 axonometrický pohled na vložku rekuperačního výměníku, kde teplosměnné plochy 5 jsou pevně spojeny s vnější trubkou, obr. 8 axonometrický pohled na vložku rekuperačního výměníku, kde teplosměnné plochy jsou harmonikovitě spojeny na průměrech vnitrní a vnější trubky, io obr. 9 axonometrický pohled na základní konstrukční části rekuperačního výměníku s naznačenou vývrtkovou teplosměnnou plochou, bez rozdělovačů, obr. 10 axonometrický pohled na rekuperační výměník bez rozdělovačů z obr. 9, se zobrazenými skrytými hranami, obr, 11 podélný svislý řez B-B z obr. 10, obr. 12 axonometrický pohled na rozdělovač,

2« obr. 13 axonometrický pohled na výměník s rozdělovači z obr. 12 a s šipkami a tedy ί jednotlivé vstupní a výstupní kanály médií, s šipkami označujícími směry vstupů a výstupů médií, obr. 14 axonometrický pohled na alternativní rozdělovač, obr. 15 axonometrický pohled na alternativní rozdělovači z obr. Mas šipkami označujícími směry vstupů a výstupů médií, obr. 16 axonometrický pohled na aplikaci rekuperačního výměníku ve větracím zařízení vsaze30 ném do zdi, obr. 17 axonometrický pohled na aplikaci rekuperačního výměníku ve větracím zařízení vsazeném do zdi, v rozloženém stavu jednotlivých konstrukčních prvků, obr. 18 odpovídá zobrazení na obr. 17, avšak s částečně průhlednými konstrukčními prvky, a obr. 19 je podélný svislý řez C-C z obr. 18 s Částečnými průhledy a s šipkami naznačenými směry vstupů a výstupů médií.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 (Obr. 1, 2, 3, 4, 5)

Na obr.l jsou zobrazeny základní konstrukční prvky válcového rekuperačního výměníku L a to vnější trubka 2 a vnitřní trubka 3, které jsou souosé v podélné ose 4. Pro názornost je na obr. 1 znázorněna jedna teplosměnná plocha 5, vymezená vnějšími hranami, tvořenými vnější šroubo50 vicí 6 na vnější trubce 2, vnitřní šroubovicí 7 na vnitřní trubce 3 a na obou koncích dvěma přímkovými profily 8. Tato schodová teplosměnná plocha vzniká geometrickým tažením přímkového profilu 8 mezi vnější a vnitřní šroubovicí 6, 7.

Na obr. 2 je znázorněn axonometrický pohled na rekuperační výměník i z obr. 1. Podrobněji a s doplněním zobrazení dalších teplosměnných ploch 5 s viditelnými i skrytými hranami. Plnou

- 5 CZ 303626 B6 čarou jsou zobrazeny viditelné hrany teplosměnných ploch 5, tj. vnějších i vnitřních šroubovic 6, a slabší přerušovanými čarami neviditelné hrany vnějších i vnitřních šroubovic 6, 7, Na levém konci rekuperačního výměníku jsou viditelné přímkové profily 8 jednotlivých teplosměnných ploch 5, oddělující kanály 9, 10 protiproudých médií, např. vzduchu, přitom střídavě jsou vedle sebe uspořádány vstupní kanály 9 a výstupní kanály 10.

Na obr. 3, který znázorňuje rekuperační výměník 1 v podélném svislém osovém řezu A-A z obr. 2, na něž jsou patrnější vnitřní uspořádání rekuperačního výměníku, a o zejména vnitřní a vnější šroubovice 6, 7, a kanály 9,10 pro protiproud médií.

Na obr, 4 je zobrazen detail jednoho z konců rekuperačního výměníku 1, z obr. 2. Na tomto detailu jsou znázorněny šipkami vstupy JJ média a výstupy 12 média.

Na obr. 5 je tentýž detail jednoho z konců rekuperačního výměníku 1 z obr. 2, kde jsou vyšra15 fovány průřezy vstupních a výstupních kanálů 9, J_0 mezi teplosměnnými plochami 5.

Na dalších obr. 6, 7 a 8 jsou znázorněny vložky různých možných typů vložek 13, 14. 15 rekuperačního výměníku 1.

Příklad 2 (Obr. 6)

Na obr. 6 je v axonometrickém pohledu vyobrazena vložka 13 rekuperačního výměníku 1, kde teplosměnné plochy 5 jsou pevně spojeny s pevnou vnitřní trubkou 3. Tato vložka 13 se vkládá bud do neznázoměné samostatné vnější trubky 2, případně do neznázoměné ochranné trubky, pro vytvoření uzavřených kanálů 9,10 pro proti pro udá média. Vložka ]_3 je vhodná, např. pro vložení do kruhového vzduchovodu, z důvodu úspory konstrukčních dílů.

Příklad 3 (Obr. 7)

Na obr. 7 je v axonometrickém pohledu vyobrazena vložka 14 rekuperačního výměníku 1, kde teplosměnné plochy 5 jsou pevně spojeny s pevnou vnější trubkou 2. Do této vložky 14 se vkládá neznázoměná samostatná vnitřní trubka 3 pro bezpečné vytvoření kanálů 9, 10 protiproudých médií. Takto sestavený celek se může vložit do neznázoměné ochranné trubky 21. Vložka 14 spojená s pevnou vnější trubkou 2 je snadněji vyrobitelná než předchozí uvedená vložka 13.

Příklad 4 (Obr.8)

Další alternativní typ vložky je harmoniková vložka 15, znázorněna v axonometrickém pohledu na obr. 8. Teplosměnné plochy 5 jsou harmonikovitě spojeny do jednoho integrálního celku, přitom jsou střídavě spojeny vždy dvě sousední teplosměnné plochy 5 na vnějším obvodu a následující dvě sousední teplosměnné plochy 5 na vnitřním obvodu harmonikové vložky 15. Harmoniková vložka 15 tak představuje skořepinové těleso, které je snadno vyrobitelná, např. vytlačováním nebo lisováním. Teplosměnné plochy 5 jsou harmonikovitě spojeny na vnitřním a vnějším povrchu harmonikovitě vložky 15. Do vnitřní válcovité plochy se vkládá neznázoměná vnitřní trubka 3 a na vnější válcovitou plochu se vkládá neznázoměná ochranná trubka 21, aby se vymezily kanály 9,10 pro proudění médií.

-6CZ 303626 B6

Příklad 5 (Obr. 9, 10, 11)

Na obr. 9 jsou zobrazeny základní konstrukční prvky alternativního válcového proti proudého rekuperačního výměníku i. Vnější trubka 2 a vnitřní trubka 3 jsou souosé v podélné ose 4 rekuperačního výměníku k Pro názornost je na obr. 9 znázorněna jedna teplosměnná plocha 5, vymezená čtyřmi vnějšími hranami, tvořenými vnější šroubovicí 6 na vnější trubce 2, vnitřní šroubovicí 7 na vnitřní trubce 3 a na obou koncích dvěma evolventními profily 16. Tato vývrtková teplosměnná plocha vzniká geometrickým tažením evolventního profilu J6 mezi vnější 6 a io vnitřní šroubovicí 7.

Na obr. 10 je znázorněn axonometrický pohled na rekuperační výměník 1 z obr. 9, podrobněji a s doplněním vyobrazení dalších teplosměnných ploch 5 s viditelnými i skrytými hranami. Plnou čarou jsou zobrazeny viditelné hrany vnějších šroubovic 6 i vnitrních šroubovic 7 a slabšími i? přerušovanými čarami neviditelné hrany vnějších šroubovic 6 i vnitřních šroubovic 7. Na levém konci rekuperačního výměníku 1 jsou viditelné evolventní profily 16 jednotlivých teplosměnných ploch 5, oddělující kanály 9, 10 protiproudých médií, např. vzduchu, přitom střídavě jsou vedle sebe uspořádány vstupní kanály 9 a výstupní kanály 10.

Na obr. 11, který znázorňuje rekuperační výměník 1 v podélném svislém osovém řezu B-B z obr. 10, je patrnější vnitřní uspořádání rekuperačního výměníku 1, a to zejména vnitřní šroubovice 6 a vnější šroubovice 2 a vstupního kanálu 9 a výstupního kanálu W pro protiproud médií.

Výhodou tohoto řešení je snadná vyrobitelnost teplosměnných ploch 5 z rovinné fólie jejím prostým stočením nebo ohnutím do požadovaného tvaru. Vývrtková plocha je rozvinuté lná.

Příklad 6 (Obr, 12, 13)

Dalším nutným konstrukčním prvkem pro správnou funkci rekuperačního výměníku 1 jsou rozdělovače 17, umístěné na obou jeho koncích, jež zajišťují vstup 11 a výstup 12 protiproudých médií a brání nežádoucímu kontaktu obou médií. Na obr. 12 je znázorněn v detailu axonometrický pohled na rozdělovač 17 rekuperačního výměníku I, s vnitřní trubkou 3 a vnější trubkou 2.

Funkci rozdělovače 17 je oddělovat při vstupu 11 a výstupu 12 obě média od sebe, což zajišťují vnější oddělovací plochy 18 a vnitřní oddělovací plochy 19. V příkladném provedení je vnější oddělovací plocha 18 válcovitá a vnitřní oddělovací plocha je kupř. kuželovitá. Vstupy U a výstupy 12 lze mezi sebou zaměnit bez změny funkce rekuperačního výměníku i.

Vstupy 11 médií a výstupy 12 médií na rozdělovačích 17, téhož provedení jako v předchozím obr. 12. jsou vyobrazeny na obr. 13. Obr. 13 znázorňuje axonometrický pohled na výměník i s rozdělovači 17, na němž jsou výraznými šipkami označeny směry vstupů H a výstupů J_2 médií. V tomto příkladném provedení jsou na obr. 13 na levém rozdělovači T7 vstupy JU vnitřního vzduchu a výstupy 12 vnějšího vzduchu. Na obr. 13, na pravém rozdělovači J_7, jsou vstupy

11 vnějšího vzduchu a výstupy 12 vnitřního vzduchu. Toto provedení je konstrukčně méně náročné na výrobu.

Příklad 7 (Obr. 14, 15)

Obr. 14 a 15 znázorňují axonometrický pohled na alternativní rozdělovač 17. Alternativní rozdělovač 17 se liší od předchozího příkladného provedení z příkladu 6 na obr. 12 a obr. 13 tím, že má jiné vnější oddělovací plochy 18 kuželovité. Vstupy média U. jsou vedeny v scmiradiálním směru na rozdíl od předchozího provedení. Výhodou tohoto řešení je plynulejší vstup média s

-7CZ 303626 B6 menší tlakovou ztrátou a lepší využití teplosměnných ploch pro sdílení tepla ve srovnání s předchozím příkladným provedením.

Příklad 8 (Obr. 16, 17, 18, 19)

Jedna zmožných konkrétních aplikací rekuperačního výměníku I podle předchozích příkladů provedení je uvedena v tomto příkladu 8. Tato aplikace je vyobrazena na obr. 16, 17 18, 19. Aplikace se týká rekuperačního výměníku I ve větracím zařízení vsazeném do zdi 20.

Větrací zařízení v sestaveném stavu je schematicky vyobrazeno na obr. 16 v axonometrickém pohledu, a na obr. 19 v podélném svislém řezu C-C z obr. 16.

Větrací zařízení v rozloženém stavu na základní konstrukční prvky je vyobrazeno na obr. 17, 18.

Výraznými šipkami na obr. 16 a 19 jsou znázorněny směry proudění médií.

Větrací zařízení je sestaveno ze základních konstrukčních prvků, kterými jsou rekuperační výměník I s koncovými rozdělovači 17, vsazený do vnější ochranné trubky 21, která je uložena do zdi 20. Pravý koncový rozdělovač 17 je přivrácen k venkovní straně budovy, levý rozdělovač 17 je přivrácen do vnitřního prostoru budovy. Na každý z rozdělovačů 17 navazuje ventilátor 22, který zajišťuje v axiálním směru výstup 12 média z rekuperačního výměníku I. Na ventilátor 22 může výhodně navazovat filtr 23, který filtruje médium, např. vzduch do místnosti. Na filtr 23 navazuje výfuková mřížka 24 uložena v hlavici 25. Ve spodní části hlavice 25 je uložen sací mřížka 26.

Větrací zařízení pracuje následovně :

Venkovní čerstvý vzduch je nasáván radiálně zespodu sací mřížkou do pravé hlavice 25 a vstupuje přes pravý rozdělovač Π po obvodu radiálně do rekuperačního výměníku i, kde přes teplosměnné plochy 5 dochází ke sdílení tepla. Následně venkovní vzduch vystupuje z rekuperačního výměníku 1 levým rozdělovačem 17 v axiálním směru a je nasáván axiálním ventilátorem 22, který jej následně vyfukuje pres filtr 23 a výfukovou mřížku 24 do místnosti v budově. Vnitřní znečištěný vzduch postupuje analogicky stejně v opačném směru. Tedy, je nasáván radiálně zespodu sací mřížkou 26 do levé hlavice 25 a vstupuje pres levý rozdělovač 17 po obvodě radiálně do rekuperačního výměníku I, kde pres teplosměnné plochy 5 dochází ke sdílení tepla. Následně vnitřní vzduch vystupuje z rekuperačního výměníku i pravým rozdělovačem 17 v axiálním směru a je nasáván axiálním ventilátorem 22, který jej následně vyfukuje přes výfukovou mřížku 24 ven z budovy.

Příkladná provedení nejsou omezující ajsou možné i jiné varianty a kombinace v rámci rozsahu patentových nároků.

Z předchozích příkladných provedení je zřejmé, že vstupy 11 média jsou uspořádány radiálně, ve výjimečných případech, jako je tomu u příkladného provedení z příkladu 7 semíradiálně. Nebo při záměně vstupů _H za výstupy 12 jsou potom vstupy 11 uspořádány axiálně v prstencovitém rozdělovači 17.

Výstupy 12 média jsou uspořádány axiálně v mezikruží mezi vnější trubkou 2 a vnitřní trubkou 3. Pokud se směry proudění otočí, zamění se vstupy 1 1 za výstupy 12, a potom výstup 12 je uspořádán radiálně po celé obvodě vnější trubky 2.

Teplosměnné plochy 5 jsou šroubovité stočené mezi vnější trubkou 2 a vnitřní trubkou 3 a uspořádané paprskovitě kolem podélné osy 5 rekuperačního výměníku 1. Teplosměnné plochy 5

-8CZ 303626 B6 mohou mít tvar plochy, vzniklé tažením tvořícího přímého profilu 8 nebo evolventního profilu 16 po šroubovici, kde profil 8,16 má vždy jeden tvar, v příčném řezu kolmém na podélnou osu 4 rekuperačního výměníku 1. Profil 8, 16 může mít tvar části přímky, jako je tomu v příkladném provedení v příkladu 1 (obr.l, 2, 3, 4, 5) nebo evolventy, jako je tomu v příkladném provedení z příkladu 5 (obr. 9, 10, 11). Profil může mít též tvar části kružnice, spirály, paraboly, hyperboly, atp.

Každá teplosměnná plocha 5 rekuperačního výměníku 1 má každou šroubovici 6, 7 buď pravotočivou nebo levotočivou. Levotočivá šroubovice 6, 7 je uvedena v příkladných provedeních z io příkladu 1 (obr. 1, 2, 3, 4, 5), v příkladu 2 (obr. 6), v příkladu 3 (obr. 7), v příkladu 4 (obr. 8) a v přikladu 6 (obr. 12, 13). Pravotočivá šroubovice 6, 7 je uvedena v příkladných provedeních 5 (obr. 9, 10, 11) a v příkladu 7 (obr. 14, 15).

Každá šroubovice 6, 7 je stočena pod úhlem, který je větší než 0° a menší než 90° vzhledem k podélné ose 4 rekuperačního výměníku 1. Ve všech příkladných provedeních může být vnější šroubovice 6 na vnější trubce 2 stočena např. cca pod úhlem 45°, a vnitřní šroubovice 7 na vnitřní trubce 7 je stočena, např. pod úhlem 20°. Úhly stočení šroubovic 6, 7 se mohou volit podle požadavku konkrétního provedení na výrobu či použití. Úhel stoupání šroubovice 6, 7 je rozdílný na vnější trubce 2 a na vnitřní trubce 3, protože stoupání obou šroubovic je shodné. Z toho plyne, že úhel stoupání vnější šroubovice 6 na vnější trubce 2 je větší než úhel stoupání vnitřní šroubovice 7 na vnitřní trubce 3.

Tvar kanálů 9, W pro proudění médií je s výhodou užší u vnitřní trubky 3 a širší u vnější trubky 2, jak je uvedeno v příkladu provedení příkladu 1 ( obr. 2, 3, 4, 5), takže vstupní kanály 9 a výstupní kanály 10 jsou tvarově odlišné v průřezu co do velkosti průměru průřezu po délce v podélné ose 4 rekuperačního výměníku 1.

Nebo, podle příkladného provedení v příkladu 5 (obr. 9, 10, 11), je rozteč mezi teplosměnnými plochami 5 konstantní, a potom vstupní kanály 9 i výstupní kanály ]_0 jsou v průřezu tvarově shodné po celé délce v podélné ose 4 rekuperačního výměníku 1.

V příkladných provedeních z příkladů 6 (obr.2, 13) a 7 (obr. 14, 15) jsou uvedeny dva možné typy rozdělovačů J_7. Je možné využít i jiné vhodné konstrukční řešení rozdělovačů 17, případně je možno vytvořit rozdělovač 17 minimální konstrukční úpravou z rekuperačního výměníku i nebo vložek. Např. tak, že na jednom konci rozdělovače Π, u vložek J_3, 14, Γ5 se zaslepí liché kanály 9 a u nich se vytvoří radiální otvory pro vstup i média; a potom sudé kanály IQ vytváří výstup 12 média samy o sobě. Na opačném konci rozdělovače 12, u vložek 13, Γ4, J_5 se zaslepí sudé kanály 10 a u nich se vytvoří radiální otvory pro vstup H média, a potom tiché kanály 10 vytváří výstup 12 média samy o sobě.

Průmyslová využitelnost

Řešení s nuceným průtokem médií je určeno pro zpětné získávání energie u systémů určených zejména pro větráni, jako vzduchotechnický prvek větracího systému, udržující teplo nebo chlad v místnosti při větrání v budovách a též v technologických procesech, např. pro předehřev média teplem ze spalin atp. Rekuperační výměník lze použít i v jiných průmyslových aplikacích, např. v automobilovém průmyslu, a všude tam, kde je potřeba výměna tepla mezi médii.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY
2. 2. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé teplosměnné plochy (5) a tedy vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10), vykazují konstantní stoupání šroubovice (6, 7).

   35 3. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé teplosměnné plochy (5) jsou uspořádány vzájemně v pravidelné úhlové rozteči a vymezují tak v průřezu tvarově shodné vstupní kanály (9) i výstupní kanály (10).
3. 3), a vymezující vzájemně oddělené vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10) pro proudění média, přitom teplosměnné plochy (5), a tudíž i vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10), uspořádané paprskovitě kolem podélné osy (4) rekuperačního výměníku

   25 (1); přičemž

   - teplosměnné plochy mají tvar plochy vzniklé tažením tvořícího profilu (8, 16) po vnějších šroubovicích (6) a vnitrních šroubovicích (7), kde profil (8, 16) má jeden tvar, v příčném řezu kolmém na podélnou osu (4) rekuperačního výměníku (l), ze skupiny zahrnující části přímky, kružnice, spirály, evolventy, paraboly a hyperboly.
4. 4. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že

   40 jednotlivé teplosměnné plochy (5) jsou uspořádány vzájemně v nepravidelné úhlové rozteči a vymezují v průřezu tvarově odlišné vstupní kanály (9) a výstupní kanály (10).
5. 5. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplosměnné plochy (5) jsou na svém vnějším a/nebo vnitřním obvodu spojeny, vnější trubkou

   45 (2) a/nebo vnitřní trubkou (3).

   5 1. Protiproudý válcový rekuperační výměník s vícechodými šroubovité stočenými teplosměnnými plochami, určený zejména pro větrací zařízení, zahrnující vstup (11) a výstup (12) média, vnější trubku (2) se sousose uspořádanou vnitřní trubkou (3), mezi nimiž jsou situovány teplosměnné plochy (5) šroubovité tvarované, přičemž na obou koncích rekuperačního výměníku (1) jsou situovány rozdělovače ( 17 ) pro vstup (11) a výstup (12 ) médií, a kde pokud se směry prouio dění otočí, stávají se vstupy (11) média výstupy (12) a výstupy (12) média vstupy (11) média; přitom Šroubovice (6, 7) teplosměnné plochy (5) pravotočivá nebo levotočivá je stočena pod úhlem stoupání, který je větší než 0°a menší než 90° vzhledem k podélné ose (4) rekuperačního výměníku (1), vyznačuj ící se tím, žerná

   -vstupy (11) média uspořádány radiálně, případně semiradiálně, na koncovém prstencovitém

   15 rozdělovači (17), paprskovitě vzhledem k podélné ose (4) rekuperačního výměníku (1), a navazující na vstupní kanály (9) uspořádané mezi vnější trubkou (2) a vnitřní trubkou (3) pro proudění média;

   - výstupy (12) média uspořádány axiálně na koncovém prstencovitém rozdělovači (17), paprskovitě vzhledem k podélné ose (4) rekuperačního výměníku (1), a navazující na výstupní kanály

   2o (10) pro proudění média;

   - teplosměnné plochy (5) vzájemně oddělené, souosé, vícechodé, šroubovité stočené mezi vnější trubkou (2) a vnitřní trubkou (
6. 6. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplosměnné plochy (5) jsou spojeny na vnitřním a vnějším povrchu do harmonikovité vložky (15), přičemž jsou střídavě spojeny vždy dvě sousední teplosměnné plochy (5) na vnější válcovité

   50 ploše a následující dvě sousední teplosměnné plochy (5) na vnitřní válcovité ploše, přičemž do vnitřní válcovité plochy je vložena vnitřní trubka (3) a na vnější válcovitou plochu je vložena ochranná trubka (21).

   - 10CZ 303626 B6
7. 7. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý rozdělovač (17) je opatřen vnější oddělovací plochou (18) a/nebo vnitřní oddělovací plochou (19) pro oddělení vstupu (11) a výstupu (12) médií.
8. 8. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější trubka (2), nebo vložka (13, 14, 15), případně rekuperační výměník (1) jsou vloženy do ochranné trubky (21).

   io
9. 9. Protiproudý válcový rekuperační výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější trubka (2) je opatřena otvory pro odvod kondenzátu, přičemž ochranná trubka (21) je opatřena prostředkem na sběr kondenzátu.