Рекуператоры | «Вортэкс»

Новая запатентованная технология рекуператора, который не обмерзает и обладает высокой эффективностью. Сохраняет работоспособность:

Без подогрева приточного и/или вытяжного воздуха
Без изменения расхода воздуха
Без необходимости остановки на разморозку
Работает по принципу “установил и забыл“

патент №2774936

Конструкция рекуператора основана на медленно вращающемся пластинчатом теплообменнике. Медленное вращение со скоростью один оборот в час приводит к тому, что зона, на которой происходит обмерзание пластин, постепенно смещается в область ввода теплого вытяжного воздуха, где происходит оттаивание образовавшейся изморози и вывод конденсата, таким образом, происходит непрерывная саморазморозка рекуператора.

Рекуператор идеально подходит для приточно-вытяжных систем вентиляции теплых помещений с нормальной или повышенной влажностью в холодных и морозных регионах. Например:

Нами разработан теплообменник (вращающийся пластинчатый рекуператор), который обладает высоким КПД неизменным при практически любом климатическом уровне отрицательных температур и любой влажности в теплых помещениях. Без подогрева приточного и/или вытяжного воздуха, без изменения соотношения их расходов, без необходимости остановки на разморозку! Эти свойства реализуются благодаря особой запатентованной (патент №2774936) конструкции этого теплообменника.

патент №2774936

На сегодня доступна модель рекуператора с производительностью до 300 м³/ч.
Длительные морозы под -40°C отработаны без замечаний.
Стабильная работа рекуператора до температуры приточного воздуха -70°С и температуре вытяжного воздуха +25°С с влажностью 80%.

патент №2774936

В основе конструкции рекуператора лежит вращающийся пластинчатый теплообменник, выполненный в виде ротора, содержащий пакет из кольцевых дисков, герметично соединенных между собой попеременно по внутреннему и внешнему периметру. Таким образом в роторе формируются внутренние и внешние кольцевые каналы. По торцам ротор содержит теплоизоляцию и опорные фланцы.

Ротор помещен в корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, с двумя патрубками, верхним и нижним, для вытяжного воздуха. Вытяжной воздух поступает во внешние кольцевые каналы ротора через нижний патрубок, а выводится из них через верхний. Внутрь ротора установлена вставка, в виде цилиндра с двумя окнами, верхним и нижним, и перегородкой, разделяющей ввод и вывод приточного воздуха. Приточный воздух вводится во внутренние кольцевые каналы ротора через верхнее окно, а выводится через нижнее. Вход и выход приточного воздуха в цилиндрическую вставку осуществляется через ее торцы. Вставка фиксируется на корпусе с помощью кронштейнов.

Ротор своими опорными фланцами лежит на обкатных роликах, установленных на корпусе. Для герметизации теплообменника по торцам ротора установлены эластичные скользящие уплотнения, внешние для зазора ротор/корпус и внутренние для зазора ротор/вставка. Каналы по вытяжному и приточному воздуху газоплотно изолированы друг от друга, соответственно не происходит смешивания этих потоков.

Рекуператор содержит привод, обеспечивающий медленное вращение ротора со скоростью около одного оборота в час. Усредненное энергопотребление привода менее 1 Вт.

патент №2774936

Для примера описывается вентиляция помещения (+20°С, ϕ=50%) при температуре наружного воздуха -30°С. Расходы вытяжного и приточного воздуха сбалансированы. Для упрощения не учитываются нюансы не критичные для понимания принципа работы теплообменника, например теплота фазовых переходов и т.п.

Вытяжной воздух входит во внешние каналы ротора через нижний патрубок корпуса и, двигаясь по этим каналам по обеим сторонам от оси вращения ротора к верхнему патрубку, отдает свое тепло приточному воздуху, двигающемуся ему навстречу также по обеим сторонам от оси вращения ротора, но по внутренним каналам ротора от верхнего окна вставки к нижнему окну. Между этими потоками осуществляется теплообмен через поверхности кольцевых дисков ротора. При этом удаляемый воздух охлаждается, а приточный воздух нагревается.

По мере охлаждения вытяжного воздуха ниже точки росы (+10°С) и при дальнейшем охлаждении из него начинает конденсироваться влага на поверхностях внешних каналов. Образованный конденсат стекает вниз и выводится из ротора через нижний патрубок корпуса. Дальнейшее охлаждение вытяжного воздуха ниже 0°С приводит к интенсивной кристаллизации из него водяных паров на поверхностях внешних каналов в виде льда и инея. При последующем падение температуры влагосодержание в воздухе и, соответственно, интенсивность обмерзания поверхностей значительно снижается.

Медленное вращение ротора приводит к тому, что зона, на которой произошло интенсивное обмерзание поверхностей внешних каналов, постепенно смещается. С одной стороны она уходит в зону более отрицательных температур, где скорость обмерзания существенно падает, с другой стороны переходит в зону положительных температур, где происходит ее оттаивание и вывод конденсата из ротора через нижний патрубок. Таким образом происходит непрерывная разморозка ротора.

При скорости вращения ротора около одного оборота в час, толщина обмерзания поверхностей его внешних каналов не превышает десятых долей миллиметра, что не сказывается на его эффективности. Более того шероховатая поверхность тонкого слоя инея, за счет локальных завихрений, увеличивает теплообмен между воздухом и этой поверхностью. Поскольку влагосодержание воздуха при температуре ниже -20°С становится незначительным (менее 1 гр/м³), то дальнейшее понижение его температуры уже практически не приводит к увеличению нарастания наледи. Тем самым рекуператор может работать со значительно более низкими температурами приточного воздуха. Процесс изменения тепловлажностного состояния приточного и вытяжного воздуха показан на ID диаграмме.

Поскольку за время порядка минуты не происходит значительного изменения толщины наледи в процессе ее намерзания и оттаивания, вращение ротора целесообразно делать не непрерывным, а дискретным, т.е. поворачивать его на небольшой угол через фиксированное время, например, на угол 6° каждую минуту. Дискретный способ вращения ротора, позволяет применять механизмы с меньшим коэффициентом редукции, соответственно, более компактные и дешевые.

Конструкция рекуператора осуществляет теплообмен по противоточной схеме, что существенно увеличивает его эффективность.

патент №2774936

Риск обмерзания всех типов рекуператоров возникает в случае наличия в их теплообменниках зон, в которых температура поверхности теплообмена со стороны вытяжного воздуха стабильно ниже 0°С, при этом влажность этого вытяжного воздуха такова, что состояние насыщение наступает выше температуры этих зон. Такое сочетание приводит к постепенному нарастанию слоя изморози на поверхностях теплообменников в этих зонах. Поскольку наш рекуператор подвергается непрерывной саморазморозке, то критическое обмерзание произойдет только в том случае, если при перемещении в теплый сектор эти поверхности не нагреются достаточно для полного оттаивания изморози.

На графике приведен результат расчетов зависимости температур приточного и вытяжного воздуха, при котором поверхность теплообменника в теплом секторе прогреется до +3°С, что достаточно для полного оттаивания. В расчете принимается равенство массовых расходов приточного и вытяжного воздуха, температура точки росы вытяжного воздуха -1°С. Выделение теплоты при десублимации водяного пара в твердую фазу не учитывается. Расчет проводился для рекуператоров с разной эффективностью теплообмена: 50%, 60%, 70% и 80%.

Видно, что опасность замораживания уменьшается с ростом эффективности рекуперации. Чем выше эффективность (КПД) рекуператора тем меньше разница температур между поверхностью его теплообменника и потоком воздуха, таким образом в зоне входа теплого вытяжного воздуха в теплообменник температура его поверхности быстрее достигает отметки +3°С. При более низкой температуре приточного воздуха обмерзание теплообменника становится неизбежным, но в реальности таких морозов не бывает!

Повышение влажности приточного воздуха обеспечивает дополнительный поток тепла, выделяющегося при конденсации влаги из воздуха в зоне, где происходит оттаивание изморози. Тем самым еще больше расширяя границы применимости рекуператора по температуре приточного воздуха.

Таким образом, без специальных мероприятий для предотвращения обмерзания, вращающийся пластинчатый теплообменник способен работать в широчайшем диапазоне отрицательных температур приточного воздуха в отличие от классических рекуператоров!