CN106288258B - 一种热回收器及具有其的空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热回收器及具有其的空调装置。所述热回收器包括过冷盘管和过热盘管，所述过冷盘管与所述过热盘管之间通过连接管连接，所述过热盘管的位置高于所述过冷盘管的位置，其中，所述热回收器中充注有冷媒。本发明的热回收器在与空调装置的热交换器相结合时，高温新风的热量将过冷盘管中的液态冷媒转化成气态冷媒，气态冷媒经连接管流向位置较高的过热盘管，而从热交换器出来的低温新风可再将过热盘管中的气态冷媒转化成液态冷媒，液态冷媒在重力作用下，经连接管流向位置较低的过冷盘管，如此循环，可自动实现热量或冷量的回收。

Description

一种热回收器及具有其的空调装置
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种热回收器及具有其的空调装置。
背景技术
人们在使用空调对室内环境进行调节时，不仅要求达到舒适的温度，同时也要求达到健康适宜的湿度。一般认为，相对湿度在50％-60％之间的环境是一个既有利于健康又感觉舒适的环境，过高或过低的相对湿度都会影响舒适度。为使空调能够达到这一目的，目前传统的组合式空调为了满足房间设定的干球温度和相对湿度，往往采用传统加热方式(蒸汽或电加热)来提高送入室内的空气的相对湿度，这样往往造成不必要的资源浪费。
现有技术中，尚不存在能够利用自身结构来回收多余热量，以预热空气，提高相对湿度的空调装置。
发明内容
基于上述现状，本发明的目的在于提供一种空调装置，其能够通过自身的结构实现热量或冷量回收，从而减少处理新风的能耗，取代传统的加热方式，提供房间的相对湿度。
为实现该目的，采用的技术方案如下：
一种空调装置，包括热交换器，还包括热回收器，所述热回收器包括过冷盘管和过热盘管，所述过冷盘管与所述过热盘管之间通过连接管连接，所述过热盘管的位置高于所述过冷盘管的位置，所述热回收器中充注有冷媒，其中，所述热交换器设置在所述过冷盘管和所述过热盘管之间，并且，所述过冷盘管位于所述热交换器的进风侧，所述过热盘管位于所述热交换器的出风侧；所述空调装置还包括风阀组件，所述风阀组件设置成控制与所述热交换器进行换热的气流的通路，使得所述气流经过所述热回收器或不经过所述热回收器；
所述风阀组件包括第一风阀、第二风阀、第三风阀和第四风阀，其中，所述第一风阀位于所述过冷盘管的外侧，所述第二风阀位于所述过热盘管的外侧，所述第三风阀位于所述过冷盘管的上方，所述第四风阀位于所述过热盘管的下方；
在制冷季节，第一风阀和第二风阀均打开，而第三风阀和第四风阀均关闭，在过渡季节，第一风阀和第二风阀均关闭，而第三风阀和第四风阀均打开。
优选地，所述过冷盘管与所述过热盘管在整体上相互平行。
优选地，所述过冷盘管、所述过热盘管以及所述连接管三者整体成U形。
优选地，在所述过冷盘管和所述过热盘管竖立放置的情况下，所述过热盘管的位置高于所述过冷盘管的位置，所述连接管倾斜地连接在所述过冷盘管和所述过热盘管之间。
优选地，所述连接管包括并排设置的多根管道。
优选地，所述风阀组件被设置成：第一风阀和第二风阀同步开关，第三风阀和第四风阀同步开关。
优选地，所述热交换器为表冷器。
优选地，所述空调装置为组合式空调装置。
本发明的热回收器在与空调装置的热交换器相结合时，高温新风的热量将过冷盘管中的液态冷媒转化成气态冷媒，气态冷媒经连接管流向位置较高的过热盘管，而从热交换器出来的低温新风可再将过热盘管中的气态冷媒转化成液态冷媒，液态冷媒在重力作用下，经连接管流向位置较低的过冷盘管，如此循环，可自动实现热量或冷量的回收。
同时，本发明的热回收器是合理利用重力的作用，实现冷媒在热回收器中无外界动力而自由循环，方便智能。并且，本发明的热回收器通过利用热胀冷缩的原理，实现冷媒在热回收器中气液两种状态根据环境而自由转换，不受人为因素干扰，完全由环境决定，不断实现热量或冷量的搬运转移。
本发明的空调装置由于设置有本发明的热回收器，一方面能够预热(冷)新风以减少处理新风的能耗，降低表冷器负荷，减少表冷器管的排数，从而降低整个系统的运行能耗，另一方面能够过热即将送入房间的空气，以提高相对湿度，可取代传统的过热方式，有效节约能源。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的热回收器及空调装置的优选实施方式进行描述。图中：
图1为本发明的一种优选实施方式的热回收器的外形结构示意图；
图2为沿图1中的箭头H看时的示意图；
图3为沿图1中的箭头V看时的示意图；
图4为本发明的优选实施方式的空调装置的原理示意图；
图5为本发明的优选实施方式的热回收器在空调装置中的运行原理示意图；
图6为本发明的另一优选实施方式的空调装置的原理示意图；
图7为本发明的空调装置的空气处理流程示意图；
图8为现有技术的空调装置的空气处理流程示意图。
具体实施方式
基于传统的组合式空调在追求干球温度和相对湿度时采用传统加热方式而导致能源消耗偏高的现状，本发明的第一方面提供了一种热回收器，其在与空调装置的热交换器相结合时，能够利用自身的结构实现热量或冷量回收，从而可降低空调装置的能源消耗。
如图1-3所示，本发明的热回收器包括过冷盘管1和过热盘管2，所述过冷盘管1与所述过热盘管2之间通过连接管3进行连接，所述过热盘管2的位置高于所述过冷盘管1的位置，其中，所述热回收器中充注有冷媒，并且所述冷媒在处于液态时未充满所述热回收器。
本发明的热回收器自身构成一个封闭的系统，并在系统内充注一定量的冷媒，使得当冷媒接收到外界的热量或冷量时，能够发生气液两相之间的状态变化，例如，在接收到热量时，液态冷媒转化成气态冷媒，在接收到冷量时，气态冷媒转化成液态冷媒。而由于过热盘管2的位置高于过冷盘管1的位置，从而，当过冷盘管1中的冷媒接收到热量时，其中的液态冷媒转化成气态冷媒并自动流到过热盘管2中；而当过热盘管2中的冷媒接收到冷量时，其中的气态冷媒转化成液态冷媒并在重力的作用下自动流到过冷盘管1中，由此可自动实现热量或冷量的搬运转移，实现热量或冷量回收。
特别地，当本发明的热回收器安装在空调装置中，例如安装在组合式空调装置中的热交换器的外围时，以夏季制冷运行为例，高温新风先经过过冷盘管而被预冷，之后再经过热交换器被降温除湿，从热交换器出来后再经过过热盘管而被过热回温，以达到合适的温湿度。在这个过程中，高温新风的热量将过冷盘管中的液态冷媒转化成气态冷媒，而从热交换器出来后的低温新风再将过热盘管中的气态冷媒转化成液态冷媒，如此循环，可自动实现热量或冷量的回收。
优选地，如图2和图3所示所述过冷盘管1与所述过热盘管2在整体上相互平行，这种设置可以减少热回收器的空间占用。过冷盘管1和过热盘管2可看作二维构件，类似于两个平板状构件，因此，本发明中，整体上相互平行是指两个平板状构件相互平行。例如，在空调装置中进行安装时，可以将过冷盘管1和过热盘管2安装成与热交换器平行，例如如图4所示，从而减小空调装置的体积。
优选地，如图1和图3所示，所述过冷盘管1、所述过热盘管2以及所述连接管3三者整体布置成U形。即，连接管3设置在所述过冷盘管1、所述过热盘管2的同一端。这种结构保证连接管3以最短的路径连接过冷盘管1和过热盘管2。
优选地，在所述过冷盘管1和所述过热盘管2竖立放置的情况下，所述过热盘管2的位置高于所述过冷盘管1的位置，这使得所述连接管3倾斜地连接在所述过冷盘管1和所述过热盘管2之间。过冷盘管1和过热盘管2整体上为板状二维结构，竖立放置是指该板状二维结构处于竖直面内，其在水平面上的投影面积最小。
连接管3优选包括直接倾斜设置的直管。
优选地，所述连接管3包括并排设置的多根管道。这些管道例如沿高度方向并排设置，从而可以扩大过冷盘管1和过热盘管2之间的连通通道的面积，并且有利于过冷盘管1和过热盘管2之间的冷媒互通，例如，气态冷媒可以走位置较高的管道而到达过热盘管2中，而液态冷媒可以走位置较低的管道而到达过冷盘管1中，互不影响。本发明的热回收器是合理利用重力的作用，实现冷媒在热回收器中无外界动力而自由循环，方便智能。同时，本发明的热回收器通过利用热胀冷缩的原理，实现冷媒在热回收器中气液两种状态根据环境而自由转换，不受人为因素干扰，完全由环境决定，不断实现热量或冷量的搬运转移。
在上述工作的基础上，本发明的另一方面提供了一种空调装置，优选为组合式空调装置，其包括本发明的热回收器，使得其能够通过自身的结构实现热量或冷量回收，从而减少处理新风的能耗，并取代传统的加热方式，提供房间的相对湿度。
如图4所示，本发明的空调装置包括热交换器4，还包括本发明前面所述的热回收器，其中，所述热交换器4设置在所述过冷盘管1和所述过热盘管2之间，并且，所述过冷盘管1位于高温侧，所述过热盘管2位于低温侧。图4中，左侧为高温侧，右侧为低温侧。图中所示的布置方式适合于夏季制冷运行模式，其中，空气的流向为从左侧到右侧，如图中箭头所示，即，高温空气(新风)先经过过冷盘管1，之后经过热交换器4，最后经过过热盘管3。
本发明的热回收器在空调装置中的运行原理如图5所示。高温空气(例如夏季室外空气)流经所述过冷盘管1时，过冷盘管1中的液态冷媒吸收高温空气的热量而蒸发，由液态转化成气态，在过冷盘管1末端，液态冷媒基本完全气化，蒸汽分压增大迫使蒸汽流向位置较高的过热盘管2。过冷盘管1中冷媒蒸发的过程同时实现对高温空气的预冷，将高温空气的温度降低一定的量，之后，经预冷的空气进入热交换器4中进行降温和/或除湿，此前的预冷作用同时还有利于降低热交换器4的负荷。从热交换器4出来的空气随后经过过热盘管2。在过热盘管2这侧，刚刚被热交换器4降温后的空气温度较低，可称为冷空气，冷空气吸收过热盘管2中的冷媒的热量而被过热，温度回升，同时，过热盘管2中的气态冷媒放热凝结成液体，在重力的作用下流向过冷盘管1，开始下次循环。这样，便可以不断循环，实现热量的不断转移。
可见，本发明的空调装置由于设置有本发明的热回收器，一方面可以降低热交换器的负荷，从而减少处理新风的能耗，另一方面可以利用新风热量过热从热交换器出来的空气至目标温度和相对湿度，从而取代传统加热方式，降低空调装置的能耗。
优选地，本发明的空调装置还包括风阀组件，所述风阀组件设置成控制与所述热交换器4进行换热的气流的通路，使得所述气流经过所述热回收器或不经过所述热回收器。通过调节风阀组件来改变空气的流向，可以方便地适应制冷季节(夏季)和过渡季节(春秋季)的不同需求。例如，在制冷季节，可以通过风阀组件来使空气经过热回收器，而在过渡季节，由于不需要使用热回收功能，则可以通过风阀组件来使空气不经过所述热回收器，从而断开热回收流路，以减小空气阻力，进而降低空调装置的风机能耗，节约能源(可达10％左右)。
优选地，在空调装置中，所述热交换器4、所述过冷盘管1和所述过热盘管2均竖立放置，并且热回收器的过冷盘管1的位置低于过热盘管2的位置。因此，如图4所示，在所述热回收器安装在空调装置的箱体5中时，在箱体5内在过冷盘管1的上方存在较大空隙，同样，在箱体5内在过热盘管2的下方也存在较大空隙。如果气流经过过冷盘管1上方的空隙进入热交换器4随后经过过热盘管2下方的空隙流出，相比于气流先经过过冷盘管1进入热交换器4再经过过热盘管2流出的情况，显然空气阻力要小，因此，空调装置的风机的负荷也相应地要小。本发明正是考虑到这一点，便在空调装置中设置了风阀组件，如果所述风阀组件不遮挡所述过冷盘管1和所述过热盘管2(不遮挡意味着空气可通过，即相当于打开过冷盘管和过热盘管外侧的相应通道)、同时遮挡所述空隙(遮挡意味着空气无法通过，即相当于关闭所述空隙处的相应通道)时，那么所述气流将只能经过所述热回收器；如果所述风阀组件遮挡所述过冷盘管1和所述过热盘管2、同时不遮挡所述空隙时，那么所述气流将不经过所述热回收器，而只能经过所述空隙。
优选地，如图4所示，所述风阀组件包括第一风阀6、第二风阀7、第三风阀8和第四风阀9，其中，所述第一风阀6位于所述过冷盘管1的外侧，所述第二风阀7位于所述过热盘管2的外侧，所述第三风阀8位于所述过冷盘管1的上方，所述第四风阀9位于所述过热盘管2的下方。也即，第一风阀6用于打开或关闭经过过冷盘管1的气流通路，第二风阀7用于打开或关闭经过过热盘管2的气流通路，第三风阀8用于打开或关闭经过过冷盘管1上方的空隙的气流通路，第四风阀9用于打开或关闭经过过热盘管2下方的空隙的气流通路。
本发明中，对于过冷盘管和过热盘管的外侧这样定义：对一个盘管而言，朝向另一盘管的一侧为其内侧，背离另一盘管的一侧为其外侧。特别地，对于U形结构的任一个U形臂而言，两个U形臂之间为其内侧，另外一侧则为其外侧。
为减少空间占用，各风阀优选可采用百叶窗式结构。
当第一风阀6和第二风阀7均打开，而第三风阀8和第四风阀9均关闭时，空气经过热回收器，执行热回收功能。反之，空气不经过热回收器，热回收功能关闭。
优选地，所述风阀组件被设置成：第一风阀6和第二风阀7同步开关，第三风阀8和第四风阀9同步开关。例如，空调装置包括控制器(未示出)，各风阀例如通过电机等执行机构进行开关，控制器可以将开关第一风阀的电机和开关第二风阀7的电机同步控制，将开关第三风阀8的电机和开关第四风阀9的电机同步控制，从而保证热回收器参与或不参与空调装置对空气的处理。
容易理解的是，空气如果仅在一侧经过热回收器的盘管(例如过冷盘管或过热盘管)，而另一侧则经过相应盘管上方或下方的空隙，则既不能发挥热回收功能，同时还会导致风机负荷的徒劳无益地增加，因而不建议采用这种工作模式。
替代地，如图6所示，所述风阀组件还可以包括第一阀板10和第二阀板11，其中，所述第一阀板10可枢转地安装在所述过冷盘管1的外侧，使得所述第一阀板10择一地遮挡在所述过冷盘管1的外侧或者所述过冷盘管1的上方；所述第二阀板11可枢转地安装在所述过热盘管2的外侧，使得所述第二阀板11择一地遮挡在所述过热盘管2的外侧或者所述过热盘管2的下方。
相比于图4中的风阀组件，图6中的风阀组件的控制机构相对简单，例如，可减少驱动电机的数量，但同时也存在空间占用稍大的问题。
优选地，本发明的空调装置中的热交换器4为表冷器，其例如借助于外部的热源或冷源提供的高温介质(如热水)或低温介质(如冷水)来实现对空气降温或升温的作用。这种结构特别适合于组合式空调装置。
容易想到的是，当本发明的空调装置为组合式空调装置时，根据需要，其中还可以包括加湿装置、过滤装置以及风机等，以便为室内提供舒适、洁净的环境。
下面再结合图7和图8说明本发明的空调装置的优势。
图7和图8中，dt1为干球温度，wt1为湿球温度，d为含湿量，￠为相对湿度，h1为焓值，这些参数可较全面地表征空气状态。其中，图中的参数值仅为举例，以用于方便说明。
假设室外空气状态为A，房间设定状态为D(其中各参数为目标设定值)。
如果空调装置中没有本发明的热回收器，则如图8所示，状态为A的空气经热交换器(如表冷器)后变化为状态E，此时状态E的各参数中，干球温度dt1为13℃，低于设定温度18℃，相对湿度为90％，高于设定相对湿度65.1％，所以需要加热升温处理，相对湿度也随之降低到目标相对湿度，达到状态D。为了实现加热升温，需要增加一个加热环节(传统加热方式，例如蒸汽或电加热)，不仅引进了多余的设备，而且还大大增加了能耗。
而如果空调装置中采用本发明的热回收装置(空调装置可称为热回收组合式空调)，状态为A(同时参考图4，即经过过冷盘管1之前的空气状态)的室外高温空气先经过热回收器的过冷盘管1，被预冷后到达状态B(图4中，过冷盘管1与热交换器4之间的空气的状态)，此时，干球温度dt1降低5℃，达到23℃；随后，状态为B的空气经热交换器(如表冷器)后变化为状态C(图4中，热交换器4与过热盘管2之间的空气的状态)，此时，干球温度dt1为13℃，湿球温度wt1为12℃，均低于设定值；此后，状态为C的空气经过热回收器的过热盘管2，被过热后，干球温度和湿球温度升高，这样无需增加其他加热环节便可达到目标状态D(图4中，过热盘管2右侧的空气的状态)，同时，由于状态为A的新风被预冷至状态B，还降低了热交换器4的负荷。可见，本发明的空调装置因为自身结构而实现能量的回收利用，减少了整个系统的运行成本。
总之，本发明的空调装置因为设置有本发明的热回收器，能够实现有效地利用空调系统中的热(冷)能，使之预热(冷)新风以减少处理新风的能耗，降低表冷器负荷，减少表冷器管的排数，从而降低整个系统的运行能耗，同时，还能够过热即将送入房间的空气以提高相对湿度，可取代传统的过热方式，有效节约能源。
特别地，本发明的组合式空调装置较常规的组合式空调从以下方面节约了能源：(1)预冷新风，过热冷风，使内部热量利用率最大化；(2)预热冷风，即降低了表冷器前后空气的焓差，减少表冷器负荷，可降低表冷器排数，供给至表冷器的水流量，管路系统的管径也相对减小，水泵功率也相应降低，从整个空调系统的角度看，降低了整个系统的投资成本和运行成本；(3)配置风阀组件，可以选择控制风向，可根据不同情况选择是否使用热回收器，不使用时做到尽量降低空气阻力，降低风机能耗；(4)利用热胀冷缩和重力原理使热回收器操作简单智能，无需过多地人为介入，影响其运行的因素只有所处的环境温度，稳定性好，准确度高。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种空调装置，包括热交换器，其特征在于，还包括热回收器，所述热回收器包括过冷盘管和过热盘管，所述过冷盘管与所述过热盘管之间通过连接管连接，所述过热盘管的位置高于所述过冷盘管的位置，所述热回收器中充注有冷媒，其中，所述热交换器设置在所述过冷盘管和所述过热盘管之间，并且，所述过冷盘管位于所述热交换器的进风侧，所述过热盘管位于所述热交换器的出风侧；所述空调装置还包括风阀组件，所述风阀组件设置成控制与所述热交换器进行换热的气流的通路，使得所述气流经过所述热回收器或不经过所述热回收器；
所述风阀组件包括第一风阀、第二风阀、第三风阀和第四风阀，其中，所述第一风阀位于所述过冷盘管的外侧，所述第二风阀位于所述过热盘管的外侧，所述第三风阀位于所述过冷盘管的上方，所述第四风阀位于所述过热盘管的下方；
在制冷季节，第一风阀和第二风阀均打开，而第三风阀和第四风阀均关闭，在过渡季节，第一风阀和第二风阀均关闭，而第三风阀和第四风阀均打开。
2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，所述过冷盘管与所述过热盘管在整体上相互平行。
3.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，所述过冷盘管、所述过热盘管以及所述连接管三者整体成U形。
4.根据权利要求1-3之一所述的空调装置，其特征在于，在所述过冷盘管和所述过热盘管竖立放置的情况下，所述过热盘管的位置高于所述过冷盘管的位置，所述连接管倾斜地连接在所述过冷盘管和所述过热盘管之间。
5.根据权利要求1-3之一所述的空调装置，其特征在于，所述连接管包括并排设置的多根管道。
6.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，所述风阀组件被设置成：第一风阀和第二风阀同步开关，第三风阀和第四风阀同步开关。
7.根据权利要求1-3之一所述的空调装置，其特征在于，所述热交换器为表冷器。
8.根据权利要求1-3之一所述的空调装置，其特征在于，所述空调装置为组合式空调装置。
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