CN111006377A - 分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，包括箱体，所述箱体内设置有新风引入管路、新风处理管路、室内排风管路以及室内排风处理管路；新风引入管路、新风处理管路、室内排风管路和室内排风处理管路之间连接有板翅式换热器，以供室内风与新风进行第一次换热，所述冷端换热组件与所述热端换热组件之间连接有热电芯片组件，所述热端换热组件、冷端换热组件以及热电芯片组件组成热电余热回收装置,以供室内风与新风进行第二次换热。本发明通过对浴室排风的两次热回收，二级加热的原理减少了热电芯片热端与冷端的温差，提高了热电芯片的工作性能，提高了浴室排风废热的回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型排风领域，具体涉及一种分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展与进步，人们对生活的要求越来越高，在严寒的冬季洗一个舒适的热水澡，不仅可以消除疲劳，而且可以促进身体健康。在寒冷季节沐浴时，人们不仅希望有一个良好的热舒适环境，还希望浴室内空气品质良好；另一方面，希望浴室暖风机能够能耗低，节能。因而如何打造温暖舒适、室内空气品质良好、能源节约是浴室空间关注的重点。
为了满足人们生活的要求，现有的家庭浴室采暖产品也呈现多元化的发展趋势，目前市面上的主要是浴霸与暖风机，浴霸通过灯泡的辐射加热来升高光照区的空气温度，这就造成在局部温暖，局部寒冷，另一方面，灯泡的辐射采暖，强光的照射造成对眼睛视力的损害，尤其是婴幼儿洗澡时，会对孩子的视力发育造成很大损伤；再者室内高温高湿的环境，造成灯泡的使用寿命很短，能耗也大。暖风机采用强迫对流换热来提高浴室内的室温，目前市面上的暖风机都没有进行余热回收，导致能耗大，不节能。
中国公开专利号CN206890761，实用新型名称为：一种浴室排风余热回收利用系统，主要针对大型的浴室，对浴室排风的热进行回收，余热回收系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀，热泵耗电量大，该发明专利不适合于家庭浴室的余热回收。
热电制冷/制热技术具有系统简单、无运行工质、维护方便、制热速度快等优点。中国公开专利号CN103727659A，发明专利名称为：浴室用热电热回收暖风机，该技术采用风道组合装置/热电热回收装置和电流控制装置，对排风有一定的热回收，但是整个装置的新风主要靠门窗的渗漏风，没有专门的新风管道，会造成淋浴过程中人体的不舒适，而且热回收直接采用热电热回收装置，没有经过梯级热回收，热回收的能效比低；另一方面,靠门窗的渗漏风，没有新风管道,且对排风没有进行处理，不利于浴室空间的室内空气品质。
发明内容
本发明的目的是提供一种分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，以解决上述现有技术存在的问题，对浴室排风的两次热回收，二级加热的原理减少了热电芯片热端与冷端的温差，提高了热电芯片的工作性能，提高了浴室排风废热的回收利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，包括箱体，所述箱体内设置有新风引入管路、新风处理管路、室内排风管路以及室内排风处理管路；
所述新风引入管路，其端部设有引出所述箱体外侧的进风口；
所述新风处理管路，其内部设有热端换热组件、电加热片、等离子发生器、送风机，其端部设有引出所述箱体外侧的送风口；
所述室内排风管路，其端部设有室内回风口；
所述室内排风处理管路，其内部设有冷端换热组件和排风机，其端部设有引出所述箱体外侧的排风口；
所述新风引入管路、新风处理管路、室内排风管路和室内排风处理管路之间连接有板翅式换热器，以供室内风与新风进行第一次换热，所述冷端换热组件与所述热端换热组件之间连接有热电芯片组件，所述冷端换热组件与所述热端换热组件之间连接有热电芯片组件，所述热端换热组件、冷端换热组件以及热电芯片组件组成热电余热回收装置，以供室内风与新风进行第二次换热。
优选的，所述热电芯片组件包括内换热通道圆管以及包覆于所述内换热通道圆管外侧的圆形热电芯片，所述热电芯片包括有热电芯片热端与热电芯片冷端。
优选的，所述热端换热组件包括热端环形导热片和热端散热翅片，所述冷端换热组件包括冷端环形导热片和冷端散热翅片。
优选的，所述热电芯片热端接触连接所述热端环形导热片，所述热电芯片冷端接触连接所述冷端环形导热片，所述热端环形导热片、所述冷端环形导热片的大小与所述热电芯片热端、热电芯片冷端大小一致。这样设置可以保证热电芯片传热效率高效。
优选的，所述新风引入管路的进风口一侧设置有新风过滤网，所述新风处理管路外壁设置有保温隔热垫圈，所述保温隔热垫圈包覆所述热端环形导热片、所述热端散热翅片和所述电加热片，所述室内排风管路回风口侧设置有静电除尘过滤器，通过设置保温隔热垫圈可以有效减少热量散失到新风处理管路外部。
优选的，所述排风机设置于所述冷端换热组件与所述排风口之间，所述送风机设置于所述热端换热组件与所述送风口之间。
优选的，所述电加热片和所述等离子发生器依次设置于所述热端换热组件与所述送风机之间。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明采用板翅式换热器和热电余热回收装置回收浴室排风余热并加热浴室新风，有效提高了热电芯片制热性能，传统浴霸或电加热暖风装置制热系数在0.9左右，分散式洗浴排风梯级余热回收装置系统制热性能将至少提高40％，且随着洗浴时间的增加，制热性能可提高至80％；
2、在浴室刚开始期间，浴室无热风回收，在采用电加热片，实现了浴室的快速升温，而且可以根据浴室排风的温度升高而逐渐减少电加热的片数，达到节能的目的；
3、浴室的送风采用新风管道送风，不是门窗渗漏风，保证了浴室淋浴空间的热舒适性，在新风处理管路中，设置了等离子发生器，对空气进行杀菌消毒处理，有利于淋浴空间的室内空气品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统立体结构示意图；
图2为图1中H-H处的剖视图；
图3为浴室剖面示意图；
图4为图2中202结构示意图。
其中，1为新风引入管路，2为箱体，3为室内排风处理管路，4 为新风处理管路，5为浴室墙体，6为新风过滤网，7为回风口，8为浴室窗户，9为浴室门，10为排风口，11为送风口，12为进风口， 13为室内排风管路，201为板翅式换热器，202为热电余热回收装置,2021为冷端散热翅片，2022为冷端环形导热片，2023为热端散热翅片，2024为热端环形导热片，2025为内换热通道圆管，2026为热电芯片,203为保温隔热垫圈，204为电加热片，205为等离子发生器，206为排风机，207为送风机，208为静电除尘过滤器，A为室外新风，B为室内排风，C为送入室内风，D为排出室外风。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-4，本发明提供一种分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，包括箱体2，箱体2内设置有新风引入管路1、新风处理管路4、室内排风管路13以及室内排风处理管路3；新风引入管路1，其端部设有引出箱体2外侧的进风口12；新风处理管路4，其内部设有热端换热组件、电加热片204、等离子发生器205、送风机207，其端部设有引出箱体2外侧的送风口11；室内排风管路13，其端部设有室内回风口7；室内排风处理管路3，其内部设有冷端换热组件和排风机206，其端部设有引出箱体2外侧的排风口10；新风引入管路1、新风处理管路4、室内排风管路13和室内排风处理管路3之间连接有板翅式换热器201，以供室内风与新风进行第一次换热，所述冷端换热组件与所述热端换热组件之间连接有热电芯片组件，热端换热组件、冷端换热组件以及热电芯片组件组成热电余热回收装置202，以供室内风与新风进行第二次换热。
进一步优选方案，热电芯片组件包括内换热通道圆管2025以及包覆于内换热通道圆管2025外侧的圆形热电芯片2026，热电芯片 2026包括有热电芯片热端与热电芯片冷端。
进一步优选方案，热端换热组件包括热端环形导热片2024和热端散热翅片2023，冷端换热组件包括冷端环形导热片2022和冷端散热翅片2021。
进一步优选方案，热电芯片热端接触连接热端环形导热片2024，热电芯片冷端接触连接冷端环形导热片2022，热端环形导热片2024、冷端环形导热片2022的大小与热电芯片热端、热电芯片冷端大小一致。这样设置可以保证热电芯片2026传热效率高效。
进一步优选方案，新风引入管路1的进风口12一侧设置有新风过滤网6，新风处理管路4外壁设置有保温隔热垫圈203，保温隔热垫圈203包覆热端环形导热片2024、热端散热翅片2023和电加热片 204，室内排风管路13回风口7侧设置有静电除尘过滤器208，通过设置保温隔热垫圈203可以有效减少热量散失到新风处理管路4外部。
进一步优选方案，排风机206设置于冷端换热组件与排风口10 之间，送风机207设置于热端换热组件与送风口11之间。
进一步优选方案，电加热片204和等离子发生器205依次设置于热端换热组件与送风机207之间。
参照图2，首先，室内排风与新风通过板翅式换热器201进行第一次的热交换，进行第一次热回收，提高室外新风的温度，然后再继续由热电芯片2026进行加热，热电芯片2026由3片P-N型半导体元件组成，在通入直流电后，热电芯片2026上形成冷端与热端，热电芯片2026热端的热量通过热端环形导热片2024传给新风处理管路4 内的空气，在浴室启动时，室内浴室排风温度低，则通过温控开关(图中未画出)启动电加热片204，保证室内空气的温度，随着暖风机的使用，室内排风温度逐渐上升，则可以减少电加热片204的使用，在送风管道4内，空气通过由热电芯片2026、冷端环形导热片2022以及冷端散热翅片2021，不断吸收室内排风处理管路3内空气的热量，减少冷热端温差，空气再通过等离子发生器205进行杀菌消毒，保证室内空气的品质。
参照图1、图3，本发明的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统装于浴室墙体5内，室内排风处理管路3与新风引入管路1平行放置，分别接入箱体2内，再通过吊顶通入浴室，整个箱体2处于吊顶内，占地小，简单美观。室内排风处理管路3和新风处理管路4在箱体2内都是矩形风管，有利于空气在热电芯片2026两侧进行充分的换热。
本发明分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统的工作原理：在送风机207和排风机206的共同作用下形成送风与排风两股气流，首先，室外新风与室内回风在板翅式换热器201一次充分换热，减少室外新风与室内回风的温差，然后进行二次换热，排风进入室内排风处理管路3，加热的新风进入新风处理管路4，在热电芯片2026的冷端和热端分别实现快速制冷、制热，与冷、热端散热组件进行充分换热，在浴室使用之初，浴室排风温度低，为了保证浴室快速升温，启动之初，通过温控开关控制新风处理管路4中的电加热片204，首先是三块电加热片全部启动，随着浴室排风温度的升高，逐渐减少电加热片，达到一定温度后，可以停止使用电加热片，保证节能，新风通过电加热片204后，再通过的等离子发生器205，对新风处理管路4内的空气进行杀菌消毒，最后送入室内。通过对浴室排风的两次热回收，二级加热的原理减少了热电芯片2026热端与冷端的温差，提高了热电芯片2026的工作性能，提高了浴室排风废热的回收利用。浴室有专门的新风引入管路1，而不是传统的门窗渗漏新风，有利于浴室的气流组织，温度场的均匀，保证沐浴时的舒适度。新风处理管路4中有等离子发生器，对送入室内的空气进行杀菌消毒处理，加强了浴室内的空气品质。
由于个体需求的差异以及环境温度的变化，该分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统可由启动送风温度控制旋钮(图中未画出)灵活调节送风温度，送风温度控制旋钮通过控制输入热电芯片2026的电流实现送风温度的控制。
本发明分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统换热效率通过以下计算获得：
假定出风口面积为0.3m*0.3m＝0.09m2
QV＝Av (1)
式中：QV-体积流量；
A-过流断面面积；
v-过流断面流速；
根据送风口风速在2m/s～5m/s，取风速为2m/s,可得QV＝Av＝ 0.09m3*2m/s＝0.18m/s＝10800L/min
由上，假定该浴室送风体积流量为10000L/min。
根据长沙冬季室内外计算参数，取室外新风温度t1＝5℃，初始室内温度t2＝15℃，室内送风温度t′2＝35℃，洗浴时长T＝15min。一、不启用洗浴室排风梯级余热回收装置
P电T＝CPmΔtT (2)
式中：P电-电加热片功率
T-时间
CP-空气定压比热
m-质量
Δt-进出口温差
P电T＝CPmΔtT
P电×900＝1.005×0.2×(35-5)×900
P电＝6.03w
由以上计算可得不启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，在浴室洗浴15min将耗电1.51度。
二、启用洗浴室排风梯级余热回收装置
换热器的效率为换热器内所利用的热量与给定初始温度下能从热流体中获得的最大热量之比。
式中：η1-板翅式换热器换热效率
Q-换热器内所利用的热量
Qmax-给定初始温度下能从热流体中获得的最大热量
CP-空气定压比热
t2-经过板翅式换热器后排风温度
t’2-室内送风温度
查资料得板翅式换热器换热效率在30％～50％之间，为了保证设备在板翅式换热器处于较低效率时也能高效节能，取板翅式换热器效率为33.3％进行计算。
即
t′2＝35℃
室内排风和室外新风经过板翅式换热器后，再继续经过电热芯片的冷热端进行热量交换。
式中：η2-热电芯片换热效率
QR-热端空气
P芯-热电芯片消耗的电功率
CP-空气比热
m-质量
Δt热端-热端进出口温差
根据能量守恒，有
QR-QL＝P芯 (6)
热电芯片效率一般为1.5～2.0，同样的，取一个较低效率η2＝1.5 进行计算。
将(5)(6)两式联立，
可得QR＝3QL
CPmΔt热端＝3CPmΔt冷端
CPm(35-15)＝3CPm(25-t″2)
t″2＝21.7℃
可求得电热芯片消耗的电功率
前五分钟洗浴室供暖由电加热丝完成，后十分钟由梯级换热系统完成，可得出启用洗浴室排风梯级余热回收装置洗浴十五分钟所消耗的电功率为
由以上计算可得启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，在浴室洗浴15min将耗电0.95度。
三、启用洗浴室排风梯级余热回收装置与不启用的对比
1.耗电量比较
不启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，洗浴十五分钟耗电量为 W1＝1.51kw·h，启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，洗浴十五分钟耗电量为W2＝0.95kw·h。洗浴一次即可节约0.56度电，提高效率为
2.制热系数比较
制热系数COPH是一个无因次量，表示供热量与消耗功的比值，即
式中，q1-系统的供热量
w0-系统消耗的功量
不启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，洗浴十五分钟。
启用洗浴室排风梯级余热回收装置时，洗浴十五分钟
可得洗浴时间为十五分钟时，采用洗浴室排风梯级余热回收装置，制热系数将提高58％。
不启用洗浴室排风梯级余热回收装置，洗浴为三十分钟时，
启用洗浴室排风梯级余热回收装置，洗浴为三十分钟时，
可得洗浴时间为三十分钟时，采用洗浴室排风梯级余热回收装置，制热系数将提高86％。
由上可知随着洗浴时间的增加，本发明洗浴室排风梯级余热回收装置系统的制热性能也会随之提高，制热性能可提高至80％以上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于，包括箱体(2)，所述箱体(2)内设置有新风引入管路(1)、新风处理管路(4)、室内排风管路(13)以及室内排风处理管路(3)；
所述新风引入管路(1)，其端部设有引出箱体(2)外侧的进风口(12)；
所述新风处理管路(4)，其内部设有热端换热组件、电加热片(204)、等离子发生器(205)、送风机(207)，其端部设有引出所述箱体(2)外侧的送风口(11)；
所述室内排风管路(13)，其端部设有室内回风口(7)；
所述室内排风处理管路(3)，其内部设有冷端换热组件和排风机(206)，其端部设有引出所述箱体(2)外侧的排风口(10)；
所述新风引入管路(1)、新风处理管路(4)、室内排风管路(13)和室内排风处理管路(3)之间连接有板翅式换热器(201)，以供室内风与新风进行第一次换热，所述冷端换热组件与所述热端换热组件之间连接有热电芯片组件，所述热端换热组件、冷端换热组件以及热电芯片组件组成热电余热回收装置(202)，以供室内风与新风进行第二次换热。
2.根据权利要求1所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述热电芯片组件包括内换热通道圆管(2025)以及包覆于所述内换热通道圆管(2025)外侧的圆形热电芯片(2026)，所述热电芯片(2026)包括有热电芯片热端与热电芯片冷端。
3.根据权利要求2所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述热端换热组件包括热端环形导热片(2024)和热端散热翅片(2023)，所述冷端换热组件包括冷端环形导热片(2022)和冷端散热翅片(2021)。
4.根据权利要求3所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述热电芯片热端接触连接所述热端环形导热片(2024)，所述热电芯片冷端接触连接所述冷端环形导热片(2022)，所述热端环形导热片(2024)、所述冷端环形导热片(2022)的大小分别与所述热电芯片热端、热电芯片冷端大小一致。
5.根据权利要求3所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述新风引入管路(1)的进风口(12)一侧设置有新风过滤网(6)，所述新风处理管路(4)外壁设置有保温隔热垫圈(203)，所述保温隔热垫圈(203)包覆所述热端环形导热片(2024)、所述热端散热翅片(2023)和所述电加热片(204)，所述室内排风管路(13)回风口(7)侧设置有静电除尘过滤器(208)。
6.根据权利要求1所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述排风机(206)设置于所述冷端换热组件与所述排风口(10)之间，所述送风机(207)设置于所述热端换热组件与所述送风口(11)之间。
7.根据权利要求1所述的分散式洗浴室排风梯级余热回收装置系统，其特征在于：所述电加热片(204)和所述等离子发生器(205)依次设置于所述热端换热组件与所述送风机(207)之间。
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