RU2075697C1

RU2075697C1 - Air heater

Info

Publication number: RU2075697C1
Application number: RU94011099A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Юрманов; Т.В. Алешечкина; Л.Г. Старкова
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: ventilation and air-conditioning systems. SUBSTANCE: air heater has air distributing box 2 and housing 1 where heat exchange plate stack 4 is located. Plates of heat exchange stack are mounted in tray 3 forming dry and moist passages 5 and 6 for outside air and for inside air being recovered; passages 5 and 6 are provided with moisture-proof and capillary porous coat respectively. Each pair of plates in heat exchange stack is closed in turn with blank 7 and is open in upper portion of stack. Tap water is fed to porous material 8 at top through injectors 10 via supply pipe line 9; tray 3 where heat exchange plate stack is located is provided with overflow connection 11 and discharge pipe line 12. Tray 3 is separated from air distributing chambers 16 and 17 by means of partitions 20, soft gaskets being mounted between end plates of heat exchange stack and partitions 14. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха. The invention relates to the field of ventilation and air conditioning.

Известно, что для теплоутилизации воздуха используются пластинчатые рекуперативные теплообменники, теплообменная поверхность которых выполнена из металла, стекла, полимерной пленки и других материалов (Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справ. пособие/Л. Д. Богуславский, В.И.Ливчак, В.П. Титов, и др. М. Стройиздат. 1990. с.277-306). В тех случаях, когда утилизируется скрытая теплота и наблюдается выпадение конденсата, применяют дорогостоящие цветные металлы и иногда стекло (Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справ. пособие /Л.Д. Богуславский, В.И. Ливчак, В.П. Титов и др. М. Стройиздат, 1990. с.300). Применение стекла затруднительно из-за его хрупкости. Использование различных классов пластмасс дает возможность избежать этих недостатков. It is known that lamellar recuperative heat exchangers are used for air heat recovery, the heat exchange surface of which is made of metal, glass, polymer film and other materials (Energy saving in heat supply, ventilation and air conditioning systems: Ref. Allowance / L. D. Boguslavsky, V.I. Livchak, V.P. Titov, et al. M. Stroyizdat. 1990.p.277-306). In cases where latent heat is utilized and condensation is observed, expensive non-ferrous metals and sometimes glass are used (Energy saving in heating, ventilation and air conditioning systems: Reference book / L.D. Boguslavsky, V.I. Livchak, V.P. Titov et al. M. Stroyizdat, 1990. p. 300). The use of glass is difficult because of its fragility. The use of various classes of plastics makes it possible to avoid these disadvantages.

Известные рекуперативные теплообменники имеют существенный недостаток, связанный с выпадением конденсата, который резко увеличивает аэродинамическое сопротивление. А при низких отрицательных температурах наружного воздуха конденсат, образующийся в каналах удаляемого воздуха, замерзает, уменьшая коэффициент теплопередачи и увеличивая аэродинамическое сопротивление теплообменников (Богословский В.Н. Кокорин О.Я. Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М. Стройиздат, 1985. - с.295-296). Known recuperative heat exchangers have a significant drawback associated with condensation, which dramatically increases aerodynamic drag. And at low negative outside temperatures, the condensate formed in the channels of the removed air freezes, decreasing the heat transfer coefficient and increasing the aerodynamic resistance of heat exchangers (Bogoslovsky V.N. Kokorin O.Ya. Petrov L.V. Air conditioning and refrigeration. M. Stroyizdat, 1985.- p. 295-296).

Для обеспечения работы рекуперативных теплообменников в зимних условиях применяются или предварительный нагрев приточного воздуха до безопасной температуры, или последовательное отключение части каналов теплообменника с помощью подвижной заслонки. В обоих случаях, особенно в первом, эффективность утилизации тепла значительно уменьшается при понижении температуры воздуха. Поскольку в нашей стране преобладающей является низкая отрицательная температура наружного воздуха, эти меры явно недостаточны. To ensure the operation of recuperative heat exchangers in winter conditions, either preheating the supply air to a safe temperature, or sequentially shutting off part of the heat exchanger channels using a movable damper, is used. In both cases, especially in the first, the efficiency of heat recovery decreases significantly with decreasing air temperature. Since low negative outside temperature is predominant in our country, these measures are clearly insufficient.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является воздухоохладитель а. с. N 1469251, кл. F 24 F 3/14, 1989. Воздухоохладитель содержит корпус с установленной в нем секцией. Секция содержит поддон, пакет последовательно установленных пластин, одна сторона которых выполнена влагонепроницаемой, а другая капиллярно-пористой. При последовательной установке пластин образуются чередующиеся сухие каналы и влажные каналы. Влажные каналы по торцам пакета закрыты заглушками. В зимнем режиме работы воздухоохладитель используется для нагрева и увлажнения наружного воздуха за счет тепла вытяжного воздуха из помещения, проходящего в этом режиме работы по сухим каналам. Затем нагретый и увлажняющий воздух, пройдя по влажным каналам, подается в помещение. Closest to the claimed technical solution is an air cooler a. from. N 1469251, cl. F 24 F 3/14, 1989. The air cooler comprises a housing with a section mounted therein. The section contains a pallet, a package of sequentially installed plates, one side of which is made waterproof, and the other is capillary-porous. When the plates are installed in series, alternating dry channels and wet channels are formed. Wet channels at the ends of the package are closed with plugs. In the winter mode of operation, the air cooler is used to heat and humidify the outdoor air due to the heat of the exhaust air from the room passing through the dry channels in this mode of operation. Then the heated and moisturizing air, passing through the moist channels, is fed into the room.

Недостатком известной конструкции является невысокая эффективность утилизации скрытого тепла, находящегося в выбрасываемом воздухе в виде водяных паров, ограниченные эксплуатационные возможности из-за увеличения аэродинамического сопротивления и ограничения допустимых скоростей. A disadvantage of the known design is the low efficiency of utilization of latent heat in the discharged air in the form of water vapor, limited operational capabilities due to increased aerodynamic drag and speed limits.

Задача, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени утилизации скрытой теплоты вытяжного воздуха и повышение эксплуатационных возможностей воздухонагревателя. В результате повышения степени утилизации скрытого тепла и устранения конденсации водяных паров на стенках каналов снижается опасность замерзания конденсата, уменьшается аэродинамическое сопротивление и становится возможным применение более широкого интервала допустимых скоростей. The problem to which the invention is directed, is to increase the degree of utilization of the latent heat of the exhaust air and increase the operational capabilities of the air heater. As a result of increasing the degree of utilization of latent heat and eliminating condensation of water vapor on the channel walls, the risk of condensate freezing is reduced, aerodynamic drag is reduced, and a wider range of permissible speeds becomes possible.

Сущность изобретения заключается в том, что воздухонагреватель содержит воздухораспределительную коробку и корпус, который жестко закреплен с установленным в поддоне теплообменным пакетом. Теплообменный пакет выполнен из вертикально установленных пластин, одна сторона которых влагонепроницаемая, а другая капиллярно-пористая, образующих каналы для прохода наружного и внутреннего потоков воздуха. Каналы образуются установкой пластин смачиваемой капиллярно-пористой стороной навстречу друг к другу с просветом, образуя влажные каналы для прихода утилизируемого внутреннего воздуха, другая пара пластин, повернутых навстречу друг к другу влагонепроницаемыми слоями, образует сухой канал для прохода подогреваемого, обычно наружного, воздуха. С одной из сторон теплообменного пакета каждая пара пластин, образующих сухие каналы, закрыта заглушкой от входа в пакет влажного воздуха и открыта в верхней части для выхода подогреваемого сухого воздуха. С противоположной стороны пакета каждая пара пластин, образующих влажные каналы, закрываются с торца заглушкой от входа в пакет сухого воздуха, но открываются в верхней части для выхода утилизируемого влажного воздуха. Теплообменный пакет пластин жестко установлен в поддон с водой, снабженный переливом и отводящим трубопроводом. Между крайними пластинами теплообменного пакета м перегородками установлены мягкие прокладки. The essence of the invention lies in the fact that the air heater comprises an air junction box and a housing that is rigidly fixed with a heat exchange package installed in the pallet. The heat transfer package is made of vertically mounted plates, one side of which is waterproof, and the other is capillary-porous, forming channels for the passage of external and internal air flows. The channels are formed by installing the plates with the capillary-porous wetted side facing each other with a gap, forming moist channels for the arrival of utilized internal air, another pair of plates turned towards each other with moisture-proof layers forms a dry channel for the passage of heated, usually external, air. On one side of the heat exchange package, each pair of plates forming dry channels is closed off by a plug from the entrance to the package of moist air and is open in the upper part for the exit of heated dry air. On the opposite side of the package, each pair of plates forming moist channels is closed at the end with a plug from the entrance to the package of dry air, but they open in the upper part for the outlet of utilized moist air. The heat transfer package of the plates is rigidly mounted in a water pan equipped with an overflow and a discharge pipe. Soft gaskets are installed between the extreme plates of the heat exchange package and the partitions.

При высоких температурах утилизируемого воздуха (100^o-150^oC) теплопроводность капиллярно-пористого материала мала. Его теплопроводность можно повысить смачиванием водой. Для улучшения смачивания капиллярно- пористого покрытия пластин и для обеспечения работы воздухонагревателя при температуре утилизируемого воздуха от 100^o до 150^oC сверху через форсунки на пористый материал подается водопроводная вода. Пористый материал служит для равномерного увлажнения капиллярно-пористого покрытия пластин. Равномерное увлажнение пластин защищает их от неравномерной деформации при контакте с горячим утилизируемым воздухом, и предотвращает вынос крупновзвешенных капель в воздушный поток. Наличие поддона с переливом позволяет поддерживать заданный уровень воды, а слив служит для опорожнения поддона во время технического обслуживания воздухонагревателя. Теплообменный пакет пластин ограничен корпусом с перегородкой внутри, образующими вместе с пакетом пластин горизонтальные и вертикальные полости, ограниченные снижу разделяющими перегородками. Наличие разделяющих перегородок позволит избежать контакта воздуха нагреваемого и охлаждаемого потоков с водой в поддоне. Выполнение каналов удаляемого потока воздуха из влагопроницаемого капиллярно-пористого полимерного материала, а каналов приточного воздуха из влагопроницаемого материала позволяет устранить конденсацию влаги в каналах удаляемого воздуха.At high temperatures of the utilized air (100 ^o -150 ^o C), the thermal conductivity of the capillary-porous material is small. Its thermal conductivity can be increased by wetting with water. To improve the wetting of the capillary-porous coating of the plates and to ensure the operation of the air heater at a temperature of recyclable air from 100 ^o to 150 ^o C from the top through the nozzles to the porous material is supplied tap water. The porous material serves to uniformly wet the capillary-porous coating of the plates. Uniform wetting of the plates protects them from uneven deformation upon contact with hot utilized air, and prevents the transfer of coarse-weighted droplets into the air stream. The presence of a pan with overflow allows you to maintain a given water level, and the drain serves to empty the pan during maintenance of the heater. The heat-exchange package of plates is limited by a housing with a partition inside, which together with the package of plates form horizontal and vertical cavities, which are limited by lower separating partitions. The presence of dividing walls will avoid contact of the air of the heated and cooled flows with water in the pan. The implementation of the channels of the removed air flow from the moisture-permeable capillary-porous polymeric material, and the supply air channels from the moisture-permeable material allows to eliminate moisture condensation in the channels of the removed air.

Сравнения заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить наличие отличительных признаков и соответствие его критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solution with the prototype allows us to establish the presence of distinctive features and compliance with its criterion of "novelty."

Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями позволяет сделать вывод о наличии изобретательского уровня, т.к. авторам не известно из научно-технической и патентной литературы применение воздухонагревателей подобной конструкции. Comparison of the proposed technical solutions with other known solutions allows us to conclude that there is an inventive step, because the authors do not know from the scientific, technical and patent literature the use of air heaters of this design.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен воздухонагреватель, общий вид; на фиг.2 разрез воздухонагревателя по А-А; на фиг.3 разрез воздухонагревателя по Б-Б. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows an air heater, General view; figure 2 is a sectional view of the heater AA; figure 3 is a sectional view of the heater according to BB.

Воздухонагреватель содержит корпус 1 и воздухораспределительную коробку 2. Корпус 1 жестко закреплен с установленным в поддоне 3 пакетом последовательно установленных пластин 4, одна сторона которых выполнена влагопроницаемой, а другая капиллярно-пористой. При последовательной установке пластин 4 образуются чередующиеся сухие каналы 5 и влажные каналы 6 (фиг.2 и 3). С одной из сторон пакета пластин 4 каждая пара чередующихся пластин, образующих сухие каналы 5, закрыты заглушкой 7 (фиг.3). С противоположной стороны пакета пластин 4 каждая пара пластин, образующих влажные каналы 6, закрыты заглушкой 7. В результате чего влажный воздух входит во влажные каналы 6 с противоположной стороны входящему сухому воздуху и выходит в верхней части мокрого канала на стороне входа сухого воздуха, образуя противоток. В верхней части пакета пластин 4 установлен пористый материал 8. Сверху над пористым материалом 8 размещен подводящий трубопровод 9 с форсунками 10. The air heater comprises a housing 1 and an air distribution box 2. The housing 1 is rigidly fixed with a stack of sequentially mounted plates 4 installed in the pallet 3, one side of which is moisture permeable and the other is capillary-porous. When the plates 4 are installed in series, alternating dry channels 5 and wet channels 6 are formed (FIGS. 2 and 3). On one side of the package of plates 4, each pair of alternating plates forming dry channels 5 is closed by a plug 7 (Fig. 3). On the opposite side of the plate pack 4, each pair of plates forming the wet channels 6 is closed by a plug 7. As a result, the moist air enters the wet channels 6 from the opposite side to the incoming dry air and exits at the top of the wet channel on the dry air inlet side, forming a counterflow . A porous material 8 is installed in the upper part of the plate package 4. An inlet pipe 9 with nozzles 10 is placed above the porous material 8.

Поддон 3 снабжен переливом 11, для поддерживания заданного уровня воды, а также отводящим трубопроводом 12 с вентилем 13 для опорожнения поддона. Пакет чередующихся пластин 4 ограничен корпусом 1 с перегородкой 14 внутри, образующими вместе с пакетом пластин 4 горизонтальные и вертикальные полости. Между крайними пластинами теплообменного пакета 4 и перегородками 14 установлены мягкие прокладки 15. Перегородки 14 служат для крепления поддона 3 с пакетом пластин 4 к корпусу 1, а также делят пространство между корпусом 1 и пакетом пластин 4 на полости 16-19. При вертикальной установке корпуса 1 и воздухораспределительной коробки 2 полости 16 и 17, ограниченные снизу разделяющими перегородками 20, и полости 21 и 22 образуют камеры статического давления входов соответственно наружного и внутреннего потоков воздуха, а полости 23 и 24 образуют камеры статического давления выхода соответственно наружного и внутреннего потоков воздуха. Воздухораспределительная коробка 2 имеет патрубки 25 и 26 входа наружного потока и входа внутреннего потока воздуха, и патрубки 27 и 28 соответственно выхода наружного потока и выхода внутреннего потока воздуха. The pan 3 is equipped with an overflow 11 to maintain a given water level, as well as a discharge pipe 12 with a valve 13 for emptying the pan. The package of alternating plates 4 is limited by the housing 1 with a partition 14 inside, forming horizontal and vertical cavities together with the package of plates 4. Soft gaskets 15 are installed between the extreme plates of the heat exchange package 4 and the partitions 14. The partitions 14 are used to fasten the pallet 3 with the package of plates 4 to the body 1, and also divide the space between the body 1 and the package of plates 4 on the cavity 16-19. With a vertical installation of the housing 1 and the air distribution box 2, the cavities 16 and 17, bounded below by the separating partitions 20, and the cavities 21 and 22 form the static pressure chambers of the inlets of the external and internal air flows, and the cavities 23 and 24 form the static pressure chambers of the outlets respectively of the outer and internal air flows. The air junction box 2 has nozzles 25 and 26 of the input of the external flow and the input of the internal air flow, and pipes 27 and 28, respectively, the output of the external flow and the output of the internal air flow.

Воздухонагреватель работает следующим образом. Через патрубок входа 25 в камеру статического давления, образованную полостью 21 распределительной коробки 2, полостью 16, ограниченной снизу разделяющей перегородкой 20, поступает наружный воздух, который равномерно распределяется по сухим каналам 5 пакета пластин 4, проходя по которым он нагревается за счет вытяжного воздуха, а также за счет скрытой теплоты конденсации водяных паров из утилизируемого воздуха, проходящего по влажным каналам 6. Затем нагретый воздух из сухих каналов 5 поступает в камеру статического давления, образованную полостью 23 распределительной коробки 2, и через патрубок 27 подается в помещение. The air heater operates as follows. Through the inlet pipe 25 to the static pressure chamber formed by the cavity 21 of the junction box 2, the cavity 16, bounded below by the separating partition 20, the outside air enters, which is evenly distributed through the dry channels 5 of the plate package 4, passing through which it is heated by exhaust air, and also due to the latent heat of condensation of water vapor from the utilized air passing through the moist channels 6. Then the heated air from the dry channels 5 enters the static pressure chamber formed by the floor spine 23 of the junction box 2, and through the pipe 27 is fed into the room.

Вытяжной влажный и горячий воздух от технологического оборудования подается во влажные каналы 6 через патрубок 26 в камеру статического давления, образованную полость 22 распределительной коробки 2, полостью 10, ограниченной снизу разделяющей перегородкой 20. При этом он отдает тепло приточному воздуху, проходящему по сухим каналам 5, за счет более высокой температуры и теплоты конденсации водяных паров. Конденсация водяных паров из утилизируемого воздуха становится возможна, т.к. температура воздуха, проходящего по сухим каналам, ниже точки росы вытяжного воздуха, из последнего конденсируется вода, которая, смачивая капиллярно-пористое покрытие каналов 6, стекает в поддон с водой 3. Exhaust moist and hot air from the process equipment is fed into the wet channels 6 through a pipe 26 into a static pressure chamber formed by the cavity 22 of the distribution box 2, the cavity 10, bounded below by a separating partition 20. In doing so, it gives off heat to the supply air passing through the dry channels 5 , due to the higher temperature and heat of condensation of water vapor. Condensation of water vapor from the utilized air becomes possible, because the temperature of the air passing through the dry channels, below the dew point of the exhaust air, water condenses from the latter, which, wetting the capillary-porous coating of the channels 6, flows into a water tray 3.

Для улучшения смачивания капиллярно-пористого покрытия пластин, образующих влажные каналы 6, и для обеспечения работы воздухонагревателя при температуре утилизируемого воздуха от 100^o до 150^oC сверху через форсунки 10 на пористый материал 8 подается водопроводная вода. Подвод воды к форсункам обеспечивается с помощью подводящего трубопровода 9, снабженного вентилем 13. Пористый материал 8 служит для равномерного увлажнения капиллярно-пористого покрытия пластин и предотвращает вынос крупновзвешенных капель в воздушный поток. Осушенный и охлажденный воздух поступает в камеру статического давления, образованную полостью 24 распределительной коробки 2 и через патрубок 28 выбрасывается в атмосферу. Наличие поддона 3 с переливом 11 позволяют поддержать заданный уровень воды, а отводящий трубопровод 12, снабженный вентилем 13, служит для опорожнения поддона во время технического обслуживания воздухонагревателя. Образующийся конденсат из поддона 3 отводится для дальнейшего использования.To improve the wetting of the capillary-porous coating of the plates forming the moist channels 6, and to ensure the operation of the air heater at a temperature of utilized air from 100 ^° to 150 ^° C, tap water is supplied from the nozzles 10 to the porous material 8 from above. Water is supplied to the nozzles by means of a supply pipe 9 provided with a valve 13. The porous material 8 serves to uniformly moisten the capillary-porous coating of the plates and prevents the transfer of coarse-weighted droplets into the air stream. The dried and cooled air enters the static pressure chamber formed by the cavity 24 of the junction box 2 and is discharged through the pipe 28 into the atmosphere. The presence of the pan 3 with overflow 11 allows you to maintain a given water level, and the discharge pipe 12, equipped with a valve 13, serves to empty the pan during maintenance of the heater. The resulting condensate from drain pan 3 is discharged for future use.

Claims

An air heater comprising an air junction box, a housing with baffles and a heat exchange package installed therein, made in the form of vertically mounted plates made of a wettable capillary-porous material, coated with a moisture-proof layer on one side and forming dry and wet channels for air flows damped in pairs and alternately from the end sides, characterized in that an inlet pipe with nozzles is installed above the heat exchange package, the pallet is equipped with overflow and outlet pipeline, and between the end plates of the heat exchange package and partitions installed pads.