PL B1. Urządzenie do wymiany powietrza z odzyskiem ciepła, zwłaszcza w komorach lakierniczych

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B05B 15/12 ( ) F24F 7/06 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Urządzenie do wymiany powietrza z odzyskiem ciepła, zwłaszcza w komorach lakierniczych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 15/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/14 (73) Uprawniony z patentu: ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL (72) Twórca(y) wynalazku: PIOTR NIKOŃCZUK, Szczecin, PL BOGUSŁAW ZAKRZEWSKI, Szczecin, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Renata Zawadzka

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wymiany powietrza z odzyskiem ciepłą, zwłaszcza w komorach lakierniczych ale także w innych konstrukcjach wymagających podobnego sposobu wymiany powietrza, gdzie wyrzucane ciepłe powietrze jest zanieczyszczone cząstkami stałymi osadzającymi się ścianach kanałów wentylacyjnych. Znane kabiny lakiernicze mają trzy tryby pracy - tryb lakierowania (natrysku), tryb wygrzewania (suszenia) oraz tryb wentylowania. W trybie lakierowania powietrze w kabinie jest stale wymieniane poprzez kanał nawiewny oraz wywiewny. Powietrze jest pobierane poprzez otwartą przepustnicę oraz wstępnie oczyszczane za pomocą filtra zgrubnego. Następnie jest podgrzewane przez palnik do temperatury C i nawiewane do komory lakierniczej za pośrednictwem filtra sufitowego. Zanieczyszczone pyłem lakierniczym powietrze wyciągane jest z komory kanałem podłogowym po uprzednim oczyszczeniu poprzez filtr typu paint stop. Średni stopień filtracji filtra podłogowego jest rzędu 93-97%. W trybie wygrzewania wentylator wywiewny jest wyłączony. Powietrze w kabinie znajduje się w recyrkulacji. Recyrkulacja powietrza w kabinie lakierniczej jest realizowana poprzez zamknięcie jednej przepustnicy oraz otwarcie drugiej przepustnicy. Pierwsza przepustnica nie jest zamknięta całkowicie, jej stopień otwarcia zapewnia swobodną wymianę około 10% powietrza znajdującego się w recyrkulacji. Temperatura powietrza w trakcie trybu wygrzewania wynosi od 40 do 60 C. Po zakończeniu trybu wygrzewania kabina jest wentylowana w celu obniżenia temperatury wewnątrz kabiny, elementów konstrukcyjnych kabiny oraz pojazdu (lub innych detali). Obieg powietrza jest taki sam jak w trybie natrysku. Różnica pomiędzy trybami wentylowania a natrysku polega na tym, że w trakcie wentylowania nawiewane powietrze nie jest ogrzewane. Na rynku europejskim istnieją oferty kabin lakierniczych z urządzeniami stosowanymi w systemach wentylacyjnych umożliwiającymi odzysk ciepła, tak zwanymi rekuperatorami. Zbudowane one są z kanału wlotowego, który połączony jest z komorą wentylatora nawiewnego. Kanał wlotowy wyposażony jest w dolnej części w przepustnicę umożliwiającą jego zamknięcie oraz w filtr wstępny, znajdujący się na wlocie do komory wentylatora nawiewnego, która poprzez wymiennik ciepła z palnikiem połączona jest kanałem doprowadzającym poprzez filtr sufitowy ciepłe powietrze do komory lakierniczej. Komora lakiernicza ma usytuowany w podłodze filtr podłogowy poprzez który powietrze z komory lakierniczej kanałem podłogowym kierowane jest do komory wentylatora wyciągowego i dalej do kanału wywiewnego. Urządzenie wyposażone jest w rekuperator krzyżowy usytuowany w taki sposób aby odzyskiwać ciepło z powietrza odprowadzanego z kabiny na rzecz świeżego powietrza pobieranego z zewnątrz do kabiny lakierniczej. Stosowanie standardowych rekuperatorów w takim rozwiązaniu może prowadzić do uszkodzenia rekuperatorów. Jak wspomniano średni stopień filtracji filtra podłogowego jest rzędu 93-97%, można więc przypuszczać, iż ilość cząstek mgły lakierniczej po oczyszczeniu powietrza może sięgać wartości do 10% zanieczyszczenia przed filtracją. Taka sytuacja może stopniowo prowadzić do zaklejenia się mikrokanałów rekuperatora cząstkami stałymi mgły lakierniczej i brak jest możliwości ich prostego oczyszczenia. Zanieczyszczenie rekuperatora prowadzi do wzrostu oporów przepływu powietrza, oraz powoduje spadek sprawności wymiany ciepła. Z polskiego zgłoszenia patentowego P znany jest sposób organizacji obiegu powietrza w komorach malarskich i lakierniczych z natryskiem hydrodynamicznym lub pneumatycznym wykonywanym ręcznie polegający na tym, że powietrzu w pomieszczeniu nadaje się korzystny jednokierunkowy przepływ, który uzyskuje się przez ustawienie otworów wywiewnych na całej powierzchni jednej ze ścian prostopadłościennego pomieszczenia natomiast po przeciwnej stronie na obrzeżu otworu wejściowego umieszcza się nawiewniki strumieniowe uzupełniające ubytki powietrza w pomieszczeniu kierując strumienie prostopadle do osi otworu wejściowego. W pomieszczeniu w którym panuje podciśnienie wydziela się dwie poziome strefy odciągu powietrza usuwanego z pomieszczenia, górną obsługiwaną przez wywiewnik strefowy górny oraz dolną obsługiwaną przez wywiewnik strefowy dolny, przy czym oba wywiewniki zajmują całą przestrzeń przegrody, na której są zainstalowane. Powietrze zasysane przez wywiewnik górny wyprowadzane jest do atmosfery bez stosowania procesu redukcji zanieczyszczeń, natomiast powietrze odciągane wywiewnikiem dolnym kierowane jest do instalacji utylizacji (redukcji) par rozcieńczalnika. Po przejściu przez układ odzysku ciepła (rekuperacji) na wymiennikach przeponowych typu powietrzepowietrze wyprowadzane jest do atmosfery emitorem. Uzupełnienie energii cieplnej powietrza nawiewanego w strefę otworu wejściowego do komory realizuje się przy użyciu dodatkowego źródła ene r- gii dodatkowej na nagrzewnicach, w które jest wyposażona centrala nawiewna. Z polskiego opisu

3 PL B1 3 patentowego znany jest sposób przygotowania powietrza do wentylacji kabiny malarskiej oraz urządzenie do przygotowania powietrza do wentylacji kabiny malarskiej wykorzystujące niskotemperaturowe ciepło zużytego powietrza wentylacyjnego kabin malarskich. Urządzenie do przygotowania powietrza wyposażone w filtr, wentylator, podgrzewacz i kanały wentylacyjne charakteryzuje się tym, że kanał odprowadzający powietrze z wstępnego podgrzewacza połączony jest poprzez rozdzielacz powietrza z dwoma kanałami, z których jeden połączony jest z obrotowym podgrzewaczem, na którego wyjściu umieszczony jest kanał wylotowy połączony z kolektorem wylotowym łączącym się z kanałem obejściowym. W kolektorze wylotowym umieszczony jest czujnik temperatury regulujący położenie klapy w rozdzielaczu oraz położenie zaworu regulującego ilość energii cieplnej przepływającej przez podgrzewacz wstępny, zaś kanały wentylacyjne, którymi przepływa powietrze połączone są z obrotowym podgrzewaczem. Z amerykańskiego opisu patentowego US znany jest sposób i urządzenie do odzysku energii termicznej z wylotu powietrza z kabiny lakierniczej do malowania podwozia samochodów, gdzie ciepło z względnie ciepłego wylotu powietrza jest transportowane do zimnego powietrza nawiewanego do kabiny. Wychodzące powietrze jest mieszane z wodą albo innym płynnym rozpuszczalnikiem, a płyn jest następnie oddzielany w komorze separacyjnej przyległej do wylotu wentylacji kabiny, i tak krąży pomiędzy komorą i wymiennikiem ciepła, przez który powietrze nawiewane przepływa. Urządzenie do wymiany powietrza według wynalazku wyposażone w kabinę lakierniczą, filtry, wentylatory, wymiennik ciepła, przepustnicę, kanały wentylacyjne charakteryzuje się tym, że ma dwa kanały nawiewne: kanał z odzyskiem ciepła oraz kanał bez odzysku ciepła. Wewnątrz kanału z odzyskiem ciepła znajduje się kanał wywiewny. Kanał nawiewny z odzyskiem ciepła połączony jest z kanałem nawiewnym bez odzysku ciepła przed filtrem wstępnym co najmniej jedną przepustnicą i wyposażony jest w co najmniej jedną dodatkową przepustnicę, którą odzyskiwane jest ciepło odpadowe z kabiny lakierniczej do ogrzewania powietrza na hali. Powietrze do kabiny lakierniczej może być pobierane za pośrednictwem kanału nawiewnego z odzyskiem ciepła lub kanału nawiewnego bez odzysku ciepła, zależy to od odpowiednich ustawień przepustnic. Kanał wywiewny pomiędzy dyfuzorem a konfuzorem ma wymiennik ciepła w postaci kanałów rurowych połączonych z dnami sitowymi dyfuzora i konfuzora. Przekroje kanałów wymiennika ciepła mogą mieć różne kształty korzystnie okrągłe lub kwadratowe, takie, aby zapewnić oczyszczanie ich wewnętrznych ścian z odkładających się cząstek stałych mgły lakierniczej. Ilość i przekroje kanałów rurowych muszą być tak dobrane, aby zapewnić przepływ masy powietrza niezbędnej do prawidłowej pracy urządzenia bez nadmiernych oporów oraz uzyskać możliwie dużą powierzchnię wymiany ciepła. Ilość powietrza, która musi przepłynąć przez wymiennik ciepła zależy od kubatury kabiny lakierniczej. Urządzenie według wynalazku umożliwia odzysk ciepła z wyrzucanego powietrza co pozwala na obniżenie zużycia energii do ogrzewania tłoczonego powietrza, szczególnie w warunkach zimowych. Przewody wymiennika ciepła można oczyszczać z osadzających się cząstek stałych mgły lakierniczej. Doprowadzenie powietrza za pośrednictwem kanału wlotowego, w którym nie jest ono ogrzewane, podczas etapu wentylowania, pozwala na szybsze schłodzenie kabiny i przedmiotów znajdujących się w kabinie po zakończeniu fazy wygrzewania. Obniża to koszty energii elektrycznej zużywanej do napędu wentylatorów. Odzyskane podczas trybu wentylowania kabiny ciepło można wykorzystać do ogrzewania hali. Urządzenie według wynalazku przedstawione jest w przykładach i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym pracujące trybie natrysku, fig. 2 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym pracujące trybie wygrzewania, fig. 3 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym pracujące trybie wentylacji, fig. 4 przedstawia urządzenie pracujące w trybie natrysku w przekroju wzdłużnym, gdzie kanał nawiewny bez odzysku ciepła połączony jest z kanałem nawiewnym z odzyskiem ciepła jedną przepustnicą. P r z y k ł a d 1 Urządzenie składa się z kanału nawiewnego bez odzysku ciepła 4, który połączony jest z komorą wentylatora nawiewnego 12. Kanał nawiewny 4 wyposażony jest w dolnej części w przepustnicę 9 umożliwiającą jego zamknięcie oraz w filtr wstępny 11, znajdujący się na wlocie do komory wentylatora nawiewnego 12, która poprzez wymiennik ciepła 13 połączona jest kanałem doprowadzającym 14 poprzez filtr sufitowy 15 ciepłe powietrze do komory lakierniczej 16. Kabina lakiernicza 16 ma usytuowany w podłodze filtr podłogowy 17 poprzez który powietrze z kabiny lakierniczej 16 kanałem podłogowym 18 kierowane jest do komory wentylatora wywiewnego 19 i dalej do kanału wywiewnego 2. Kanał wywiewny 2 znajduje się wewnątrz kanału nawiewowego z odzyskiem ciepła 1, który przylega

4 4 PL B1 do kanału nawiewnego 4 i połączony jest z nim dwiema przepustnicami 5 i 6. Ponadto kanał nawiewny z odzyskiem ciepła 1 wyposażony jest w dwie dodatkowe przepustnicę 7 i 8 umieszczone po przeciwnej stronie kanału nawiewnego 4, którymi po ich otwarciu przepływa powietrze z hali i jest ogrzewane za pomocą ciepła odpadowego powietrza wyrzucanego z kabiny w wymienniku ciepła. Kanał wylotowy 2 pomiędzy dyfuzorem a konfuzorem ma wymiennik ciepła 3 w postaci 16 kanałów rurowych, których końce połączone są z dnami sitowymi dyfuzora i konfuzora. Przekroje kanałów wymiennika ciepła mają kształt okrągły o średnicy 20 cm, co zapewnia oczyszczanie ich wewnętrznych ścian z odkładających się cząstek stałych mgły lakierniczej. Podczas trybu lakierowania przepustnicę 5 i 6 są otwarte, natomiast zamknięte są przepustnicę 7, 8, i 9. Powietrze do kabiny lakierniczej 16 pobierane jest poprzez dodatkowy kanał nawiewny 1, co pozwala na obniżenie zużycia energii na podgrzewanie powietrza. W trybie wygrzewania powietrze wewnątrz kabiny lakierniczej znajduje się w recyrkulacji. Przepustnicą 10 jest całkowicie otwarta, natomiast przepustnicę 5 i 6 są otwarte w niewielkim stopniu, tak aby zapewnić częściową wymianę powietrza w kabinie. Po zakończeniu cyklu wygrzewania kabina lakiernicza 16 jest wentylowana w celu schłodzenia lakierowanego pojazdu oraz elementów konstrukcyjnych kabiny lakierniczej 16. Powietrze do kabiny pobierane jest za pośrednictwem kanału nawiewnego 4 co pozwala na skrócenie czasu chłodzenia. Taki obieg powietrza uzyskuje się poprzez zamknięcie przepustnic 10, 5 i 6 oraz otwarcie przepustnicy 9. W tym czasie ciepło z wyrzucanego powietrza można odzyskać do ogrzewania hali poprzez otwarcie przepustnic 7 i 8. P r z y k ł a d 2 Urządzenie jak w przykładzie 1, z tym, że kanał nawiewny 4 połączony jest z kanałem nawiewnym 1 jedną przepustnicą 6. Ponadto kanał nawiewny z odzyskiem ciepła 1 wyposażony jest w jedną dodatkową przepustnicę 7 umieszczoną po przeciwnej stronie kanału nawiewnego 4, którą po jej otwarciu przepływa powietrze z zewnątrz do hali i jest ogrzewane za pomocą ciepła odpadowego powietrza wyrzucanego z kabiny w wymienniku ciepła 3. P r z y k ł a d 3 Urządzenie jak w przykładzie 1 lub przykładzie 2, z tym, że wymiennik ciepła 3 ma 12 kanałów o przekroju kwadratu o boku 20 cm. P r z y k ł a d 4 Urządzenie jak w przykładzie 1 lub przykładzie 2, z tym, że wymiennik ciepła 3 ma 8 kanałów o przekroju prostokąta o bokach 10 cm i 60. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do wymiany powietrza z odzyskiem ciepła, zwłaszcza w komorach lakierniczych wyposażone w kabinę lakierniczą, filtry, wentylatory, wymiennik ciepła, przepustnicę, kanały wentylacyjne, znamienne tym, że ma dwa kanały nawiewne: bez odzysku ciepła 4 oraz z odzyskiem ciepła 1, wewnątrz którego znajduje się kanał wywiewny 2 z wymiennikiem ciepła 3, przy czym kanał nawiewny z odzyskiem ciepła połączony jest z kanałem bez odzysku ciepła 4 co najmniej jedną przepustnicą Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kanał nawiewny z odzyskiem ciepła 1 wyposażony jest w co najmniej jedną przepustnicę Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kanał wywiewny 2 pomiędzy dyfuzorem a konfuzorem ma wymiennik ciepła 3 w postaci kanałów rurowych połączonych z dnami sitowymi dyfuzora i konfuzora.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)