CN111271989B - 一种具有对称特征的换热结构及其换热器和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有对应特征的换热结构，由多个翅片、密封体及结构管组成，至少具有如下对应特征之一：具有两组相对应的换热管和翅片，换热管贯穿翅片，相对应的换热管和翅片固定连接；或具有相对应的两组通道，两组通道分别作为辅助通道与气体通道；或功能元件对称布置；或功能元件含有TEC元件可对称切换；或具有可对称切换流向或断流开流切换的换热管；或具有对称布置的热回收段，所述热回收段由相邻的两通道组成。其应用包括融霜﹑回热﹑空气杀菌消毒﹑余热回收﹑制冷制热﹑发电﹑太阳能利用及蓄能等。本发明的换热结构经济可靠高效节能，可应用于传统空气处理，同时还引导出新的应用领域，将产生显著的经济节能效益和环境社会效益。

Description

一种具有对称特征的换热结构及其换热器和应用方法

技术领域

本发明涉及一种新型对称换热结构，尤其涉及一种基于翅片管的新型对称换热结构及其换热装置与应用，其应用包括融霜﹑回热﹑空气杀菌消毒﹑余热回收﹑制冷制热﹑发电﹑太阳能利用及蓄能等。

背景技术

翅片管换热器作为一种紧凑高效的换热装置，广泛应用于与空气处理相关的各种设备，包括空调﹑制冷﹑制热﹑除湿﹑干燥及制水设备等。

翅片管换热器，尤其是胀管式翅片管换热器，其生产工艺简单成熟﹑设备自动化程度高﹑制造成本低，是空气处理相关领域的不二选择。尽管该技术已经长期使用，但对其的改进与创新乏善可陈。

这一方面说明了该技术在空气处理相关领域的优势和强大的生命力，采用普通的技术思路对其的改进余地小；同时也表明翅片管结构的换热器应用中存在的一些问题没有被充分认识，也缺乏创新性的技术思路实现真正的突破。

事实上，翅片管换热器也存在许多的不足，举例来说，翅片管换热器应用于冷冻除湿干燥制水等领域时的回热问题，一直是导致能耗过大的原因之一，翅片管换热器应用于热泵的领域，蒸发器的结霜问题也是一个老大难的问题。

另一方面，翅片管换热器不仅是气液换热﹑气/氟换热的最佳方式之一，它同样可以应用于气/气换热﹑气液气换热﹑气液氟等多种流体的换热﹑气固换热﹑固液换热﹑及气固液换热等；

此外，它不仅可以作为一种传热的手段，同时也可作为传质或同时传热的技术手段；

它不仅可以作为热量即时交换的手段，同时也可以作为一种蓄能的手段；

它不仅仅是代表一种能量贬值的被动传质传热手段，同时也可以与TEC(半导体致冷器)等融合成为一种主动的、能使能量与品质提高的手段。

它还可以是一种高效的热电转换装置，用于发电。

专利文献，热交换结构CN103994676B，公开了一种基于翅片管的双空气通道的具有热回收功能的新型传热结构，该结构主要是基于导热管插入翅片，并具有双空气通道的形式，但该文献未对具有对称特征的翅片管的结构进行详细的描述说明，该专利所描述的结构只是翅片管式换热结构部分形式，也未涉及到各种应用方法，包括融霜等，事实上，翅片管式换热结构具有十分广泛的变化和应用，其应用的潜力巨大。

本发明弥补其不足，基于翅片管式换热形式，提出多种新型结构及其换热器和应用方法，并针对目前翅片管应用中的各种不足提出了创新的解决方案。

发明内容

本发明基于传统成熟的翅片管形式的换热结构提出了一种可广泛应用于空气处理相关的多种领域的新型换热结构及相关的设备与应用方法，可方便替代现有的翅片管，应用于现有设备中，既可以创新性地解决了现有技术中存在的各种问题，同时又无需改变现有设备的设计布置等，因而具有很强的实用性。

一种具有对应特征的换热结构，由多个翅片、密封体、功能元件及结构管组成，结构管穿过翅片并固定翅片，翅片两两之间通过密封体密封四周，密封体上设置有进气口和出气口形成通道，进气口和出气口位置相同的为同一组通道。功能元件布置在通道内﹑翅片上、穿过通道或穿过翅片，所述换热结构至少具有如下对应特征之一：

(1)具有两组相对应的换热管和翅片，换热管贯穿翅片，相对应的换热管和翅片固定连接。

(2)具有相对应的两组通道，两组通道分别作为辅助通道与气体通道。

(3)功能元件对称布置，

(4)功能元件含有TEC元件可对称切换，

(5).具有可对称切换流向或断流开流切换的换热管，

(6)具有对称布置的热回收段，所述热回收段由相邻的两通道组成。

所述的功能元件包括，但不限于，冷却元件﹑加热元件﹑加湿元件﹑除湿元件﹑吸附吸收元件﹑消毒杀菌元件﹑蓄能元件以及TEC元件等，作为优选方案，所述的翅片与管通过胀管方式连接。

一种上述具有对应特征的换热结构的制冷翅片管的融霜方法，其特征在于，该方法具体为：翅片间的通道通入气体，其中，

对于具有对应特征(1)的换热结构，两组相对应的换热管和翅片中，翅片间的通道通入空气，一组换热管中通入制冷剂或制冷流体冷却空气，另一组换热管中不通入制冷剂或制冷流体对对应的翅片融霜，融霜的热量来自于空气，两组翅片交替融霜，无需融霜时，两组均用于制冷。

对于具有对应特征(2)的换热结构，辅助通道通入水﹑液体或气体对翅片和管加热进行融霜，或采用开孔翅片，辅助通道通入盐液，利用盐液通过翅片上的孔与霜接触进行融霜。

对于具有对应特征(3)的换热结构，其中对称布置的功能元件为穿过通道的换热管并与翅片固定连接，对称的换热管及翅片交替融霜，融霜的一组换热管不通入制冷剂或流体，另一组的换热管通入制冷剂或流体。利用两组通空气的通道即双空气通道结构进行融霜，两组通道的进出口方向相反，进出口连线所在片面与换热管的对称面垂直。融霜时从一端进入到A通道内的空气先对该端的翅片及换热管融霜，再经过另一端的翅片及换热管被冷却后排出，从另一端进入到B通道内的空气也被该端的翅片及换热管冷却，然后经过融霜的翅片及换热管后排出；反之，从一端进入到A通道内的空气先被该端的翅片及换热管冷却，另一端的翅片及换热管融霜。

对于具有对应特征(4)的换热结构，利用TEC元件的冷侧与热侧切换对其两侧的翅片交替融霜。

对于具有对应特征(5)的换热结构，通过流向改变使得具有温差的流体交替通过换热管交替融霜，通过流体为高温时融霜，通过流体为低温时制冷。

一种上述具有对应特征的换热结构的热回收方法，所述换热结构具有对应特征(6)，热回收段的A、B两通道进出口相反，热回收方法如下：A、B通道均通入空气，进入A通道的空气先被已冷却或加热的B通道的空气预冷或加热，然后再通过功能元件被冷却或加热，再对B通道空气进行预冷或预热，然后排出；进入B通道的空气与进入A通道的空气经过同样的过程，所述的冷却(预冷)或加热(预热)过程同时伴随有其它功能过程，包括但不限于，除湿﹑加湿﹑吸附﹑解吸﹑杀菌消毒等。功能元件布置在热回收段的中部。

一种上述具有对应特征的换热结构的蓄能方法，所述换热结构具有对应特征(2)，该方法为：在辅助通道内置入相变材料PCM，通过穿过翅片并与翅片固定连接的换热管内的流体或空气通道内的空气输入能量或释放能量；或采用开孔的翅片，并在辅助通道内置入吸附剂，通过换热管内的流体或气体通道内的空气输入能量对吸附剂再生，空气被加湿，当空气除湿时，通过气体通道内空气或换热管内的流体释放能量。

一种上述具有对应特征的换热结构的空气杀菌消毒方法，所述换热结构具有对应特征(6)，热回收段的A、B两通道进出口相反；该方法为：将需要杀菌消毒的两股空气分别通入A、B两通道，通道进口处的空气先经过相互的换热被预热，再经过功能元件加热，然后再在通道出口处经过相互换热被冷却后排出，空气经过上述升温过程被杀菌消毒；或所述换热结构具有对应特征(6)的一半，热回收段的A、B两通道进出口相反，A通道的出口与B通道的进口连通，形成U型通道，U型通道的进气口和出气口方向相同；空气进入U型通道后，进口处的空气先与出口处已经过加热的空气换热被预热，再经过功能元件加热，然后流至出口处与未经过加热的空气换热，被冷却后排出，空气经过上述生温过程被杀菌消毒，作为优选方案，空气通道内还设置了多孔物质或过滤吸附体，过滤吸附体或多孔物质吸附空气中病菌，病菌能长时间保持高温被杀灭，多孔物质吸附有杀菌消毒物质，如盐等，杀菌消毒物质与升温共同作用实现杀菌消毒。功能元件布置在热回收段的中部。

一种上所述具有对应特征的换热结构的TEC装置，所述TEC装置具有一组或两组空气通道及辅助通道，TEC置于辅助通道内，并与翅片相连，进一步地，TEC装置还包括穿过翅片的导热管，导热管与TEC两侧翅片相连，或与TEC两侧中的一侧翅片相连。

一种上述具有对应特征的换热结构的气液热交换器，所述气液热交换器由具有对应特征(2)的换热结构及穿过翅片并与翅片固定连接的导热管组成，所述翅片上有开孔，辅助通道通入水或者除湿溶液，气体通道通入空气，空气﹑与水或者溶液通过翅片上孔接触进行热质交换，导热管内制冷剂或流体提供冷量。使用水时，水蒸发并使导热管内流体或制冷剂冷却，该气液热交换器为蒸发式冷却器或热水加湿器；使用溶液时，溶液吸收空气中的水蒸气，空气被除湿，或者对空气加湿使得溶液被再生，除湿时，导热管内制冷剂或流体提供冷量，再生时，导热管内制冷剂或流体提供热量，该气液换热器为溶液除湿器或溶液再生器，导热管流过流体或制冷剂，作为优选方案或辅助通道内含多孔亲水材料。

一种上述具有对应特征的换热结构的气液两用换热器，所述气液热交换器气液两用换热器由具有对应特征(2)的换热结构及穿过翅片并与翅片固定连接的导热管组成，水或者液体流经辅助通道并将热量或者冷量传递给导热管内的制冷剂或者流体；或空气流过空气通道并将热量或者冷量传递给导热管内的制冷剂或者流体；或者水或液体流经辅助通道，空气流过空气通道，两者同时为导热管内的制冷剂或者流体提供热量或冷量。

一种上述具有对应特征的换热结构的吸附式换热器，由多孔翅片形成一组或两组空气通道，通道内置入吸附剂，导热管或者结构固定管穿过翅片，吸附剂吸附空气中的物质或者释放物质到空气中被解吸。

一种上述具有对应特征的换热结构的散热翅片，所述气液热交换器由具有对应特征(2)的换热结构组成，辅助通道内置入PCM相变材料、除湿吸附剂、除湿液体吸收剂的一种或多种。作为优选方案，液体吸收剂置于纤维膜或平板膜内后置于辅助通道内。所述散热翅片的散热过程如下：当置入吸附剂或吸收剂时，所述翅片为多孔翅片，吸附剂或吸收剂解吸时，水分蒸发，使得与散热翅片连接的物体的热量散失，吸附剂或吸收剂通过吸收空气通道里空气中的水分补充水；采用PCM相变材料时，PCM融化，使得与散热翅片连接的物体的热量散失，PCM被环境空气冷却后恢复散热能力。

一种上述具有对应特征的换热结构的围护结构，所述围护结构由具有对应特征(6)的换热结构组成，热回收段的A、B两通道的进出口方向相反，通道自身的进出口方向相同，A通道与围护内部相通，B通道与围护外部相通，室内外通过该结构进行空气/空气热交换；进一步地，在所述A、B两通道的两侧设置辅助通道，辅助通道内置于PCM相变材料，PCM相变材料与围护外部相连的一侧吸收环境空气的能量实现蓄冷或蓄热，与围护内部相连的一侧利用PCM相变材料冷却或加热室内空气实现能量释放；或辅助通道壁有开孔，辅助通道内置于吸附剂，室内外通过该结构进行空气/空气质交换；或与围护外部相连的一侧对吸附剂再生实现蓄能，与围护内部相连的一侧利用吸附剂除湿加热围护内空气实现能量释放；作为优选方案，该结构还含有导热管，导热管内通入制冷剂或流体。

一种上述具有对应特征的换热结构的翅片管换热器，该换热器由具有对应特征(6)的换热结构组合、融合、分割、分割后组合、分割后融合而成；或所述的翅片管换热器由多个不可分拆的具有对应特征(6)的换热结构融合或具有对应特征(6)的换热结构分割后融合而成；或同时由一个或多个具有对应特征(6)的换热结构或有对应特征(6)的换热结构分割后融合而成。

本发明的有益效果是：

本发明的新型换热结构及其换热器可以采用现有翅片管生产工艺和设备，便于大规模的自动化生产，具有很好的经济性。

基于传统成熟的翅片管换热形式的新型传热结构的各种解决方案，如融霜﹑回热等，与其它非基于传统的成熟翅片管换热形式的解决方案相比，具有更高的可靠性。

本发明应用于空气处理相关的各种应用领域，其节能效果显著；同时改善设备的性能，如增大除湿量﹑制水量，增强干燥效果，冷冻设备无停机化霜连续运行保证设备地制冷制热效果等；还可以减小设备体积重量，如采用较小的制冷压缩机，降低设备成本。

此外，该设备还能实现一些新的功能，如使得采用高温对环境空气杀菌消毒成为可能，现有的技术，采用高温的方法对空气杀菌消毒之所以不可行，一是能耗高，但更重要的是，高温的空气环境不适合人和动物及其它物体，经过高温杀菌的空气必须再降温，而本发明的方法和装置可以使用极少的能量获得高温空气，同时经过高温杀菌消毒的空气最后又降低到接近环境空气温度。

本发明不仅仅是应用于基于传统能源的空气处理场合和处理手段，还可以应用于可再生能源﹑余热利用及蓄能等新的领域，如利用本发明的气液两用换热器，可以充分利用太阳能，如即使太阳能强度小时，都可以利用太阳能获得低温的热水为热泵提供热源；也可以利用工业余热﹑太阳能等发电；再如利用本发明的蓄能方法和装置及围护结构，可以很好的利用环境温度的变化实现免费制冷制热等。

总之，本发明提出了一种经济可靠高效节能的新型传热结构及其应用方法，在空气处理相关传统领域的应用，并由此引导出一些新的应用领域，将产生显著的经济节能效益和环境社会效益。

附图说明

图1为单空气通道且含有对应的辅助通道的换热结构，

图2为单空气通道并含有辅助通道且辅助通道内含有功能物质的换热结构，

图3为单空气通道并含有辅助通道且具有对称翅片的换热结构的一种形式，

图4为辅助通道内设置TEC一种情况，

图5为辅助通道内设置TEC的另一种情况，

图6为单空气通道并含有辅助通道且具有对称翅片的换热结构的另一种形式，

图7为单空气通道不含有辅助通道但具有对称翅片的换热结构，

图8为图7对称翅片的一种，

图9为图7对称翅片的另一种，

图10为空气通道内设置TEC，

图11为单空气通道具有对称可切换的换热管的情况，

图12为一种含辅助通道的散热翅片，

图13为双空气通道具有两组可对称切换的换热管的结构，

图14为带热回收双空气通道具有两组可对称切换的换热管的一种情况，

图15为带热回收双空气通道具有两组可对称切换的换热管的另一种情况，

图16为双空气通道且含有辅助通道的换热结构一种情况，

图17为双空气通道且含有辅助通道的换热结构另一种情况，

图18为双空气通道且含辅助通道内含有TEC的换热结构之一，

图19为双空气通道且含辅助通道内含有TEC的换热结构之二，

图20为双空气通道具有两组可对称切换的换热管的一种情况，

图21为双空气通道具有两组可对称切换的换热管的另一种情况，

图22为双空气通道具有可对称切换的换热管的情况，

图23为双空气通道具有两种温度的换热管且一种可对称切换的情况，

图24为双空气通道通气口布置的情况，

图25为双空气通道且热回收对称布置且中部有加热元件穿过通道的结构，

图26为双空气通道且热回收对称布置且中部有吸附元件穿过通道的结构，

图27为双空气通道且热回收对称布置且中部有吸附元件布置在通道内的结构，

图28为双空气通道且热回收对称布置且中部有吸附元件和加热元件布置在通道内的结构，

图29为双空气通道且热回收对称布置且中部有翅片管布置在通道内结构，

图30为双空气通道且热回收对称布置且中部有导热管穿过通道的一种结构，

图31为双空气通道且热回收对称布置且中部有导热管穿过通道的另一种结构，

图32为双空气通道且热回收对称布置且中部有加热元件穿过通道且穿过通道内布置有过滤吸附体的情况，

图33为为双空气通道且热回收对称布置且中部有导热管穿过通道且通道内有翅片连接在导热管上的结构，

图34为双空气通道且热回收对称布置且中部有导热管穿过通道且含有热回收功能的翅片导热管的结构，

图35为双空气通道热回收且含有热回收翅片功能的导热管的结构，

图36为双空气通道且热回收对称布置且具有两种温度的换热管且一种可对称切换的情况，

图37为双空气通道且热回收效率可调的情况，

图38为为双空气通道且热回收对称布置且中部有导热管穿过通道的结构的一半，即半对称结构，

图39为双空气通道且热回收对称布置且中部有加热元件穿过通道且通道内布置有多孔体的情况，

图40为图39的一半的半对称结构，

图41为采用双空气通道对称结构的一半，即半对称结构进行组合的换热器的一种情况

图42为采用双空气通道对称结构的一半，即半对称结构进行组合的换热器的另一种情况

图43为采用双空气通道对称结构组合的换热器的第一种情况

图44为采用双空气通道对称结构组合的换热器的第二种情况

图45为采用双空气通道对称结构组合的换热器的第三种情况

图46为采用双空气通道对称结构组合的换热器的第四种情况

图47为融合有多个双通道换热结构的换热器

图48为采用结构240组合形成的围护结构。

具体实施方式

本发明提供了一种具有对应特征的换热结构，由多个翅片、密封体及结构管组成，结构管穿过翅片并固定翅片，翅片两两之间通过密封体密封四周，密封体上设置有进气口和出气口形成通道，进气口和出气口位置相同的为同一组通道。通道内﹑通道壁即翅片上﹑或穿过通道、或穿过翅片布置有功能元件，至少具有如下对应特征之一：

(1)具有两组相对应的换热管和翅片，换热管贯穿翅片，相对应的换热管和翅片固定连接。

(2)具有相对应的两组通道，两组通道分别作为辅助通道与气体通道。

(3)功能元件对称布置，

(4)功能元件含有TEC元件可对称切换，

(5).具有可对称切换流向或断流开流切换的换热管，

(6)具有对称布置的热回收段，所述热回收段由相邻的两通道组成。

所述的功能元件包括，冷却元件，如通有冷却流体的导热管﹑加热元件，如电加热管﹑加湿元件，如含有水分的需要干燥的物料﹑除湿元件，如能够实现冷却除湿通有冷却流体的导热管﹑吸附吸收元件，如活性炭棒﹑消毒杀菌元件，如蒸汽加热加湿管﹑蓄能元件，如充填有PCM的管以及TEC元件等，但不限于此。作为优选方案，所述的翅片与管通过胀管方式连接。

下面，结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，翅片管换热结构100含有翅片101A和101B，和导热管104，101A和101B交错布置，形成两个通道，即AC空气通道和与AC对应的WC辅助通道，AC空气通道上、下部密封，即106，左右两端分别为进出口，WC辅助通道通道左右两端部密封，即105，上、下部分别为进出口。

101A和101B的冲孔翻边高度有可能不同。

该结构可以用于制冷翅片管的融霜，即，当导热管104内流体温度低于0℃时，翅片及导热管104产霜时，辅助通道105通入水﹑液体或气体，即W1﹑W2，对翅片加热进行融霜，W1﹑W2表示可以将流体分为两组，交替对翅片融霜，这样可以在一组融霜时，另一组制冷，当然也可以分成更多组，交替融霜，这样对制冷的影响更小，但结构更复杂；为了简单，也可以将W1﹑W2合二为一，可以通过快速融霜，减少融霜时间来降低对制冷的影响。

该结构还可以采用开孔翅片，利用盐液通入辅助通道105，盐液通过翅片上的孔与霜接触进行融霜，这样无需热量融霜，但盐液需要再生，否则消耗盐液。

该结构也可应用于气液热交换器，采用开孔翅片，水或者除湿溶液流经辅助通道105，空气流过空气通道106，空气，与水或者溶液通过翅片上孔接触进行热质交换，使用水时，水蒸发并使导热管104内流体或制冷剂冷却，该气液换热器为蒸发式冷却器或热水加湿器。

使用溶液时，溶液吸收空气中的水蒸气，空气被除湿，或者对空气加湿使得溶液被再生，除湿时，导热管104内制冷剂或流体提供冷量，再生时，导热管104内制冷剂或流体提供热量，该气液换热器为溶液除湿器或溶液再生器，导热管104流过流体或制冷剂，为了使水或者溶液均匀分布，辅助通道105内可布置多孔亲水材料，包括无纺布等。

该结构也可应用与气液两用换热器，即：水或者液体流经辅助通道105并将热量或者冷量传递给导热管104内的制冷剂或者流体，或空气流过空气通道106并将热量或者冷量传递给导热管104内的制冷剂或者流体，或者水、液体流经辅助通道105，空气流过空气通道106，两者同时为导热管104内的制冷剂或者流体提供热量或冷量。

气液两用换热器的一个典型应用就是用于改造现有的风冷热泵的风冷换热器，现有的风冷热泵可以采用太阳能或者工业余热提供低温热水作为热源制热，也可以在晚上没有太阳时，或者工业余热没有时，采用空气源为热源。当然，气液两用换热器同时也具有融霜功能，当热水热量少的情况，热水可只间断提供，为风冷热泵融霜。

风冷热泵的应用还包括制冷的情况，可利用流经辅助通道105的水为风冷热泵提供冷源，流经辅助通道105被加热的水也可用于卫生热水等其它用途。

图2与图1不同在于，辅助通道105内还填充有功能物质108，包括相变材料PCM﹑吸附剂等，所述的相变材料包括水。

图2中的结构110可以作为一种吸附式换热器，即，采用多孔翅片，辅助通道105内置入吸附剂，吸附剂吸附空气中的物质或者释放物质到空气中被解吸，吸附或者解析过程为等焓过程时，管104可为结构管只起到固定翅片的作用，不传热；当然管104也可以采用传热管通入流体，起到冷却或加热作用。

当置于的功能材料为PCM时，翅片为无孔的翅片。

图3与图2不同在于，换热结构120还具有两组相对应的换热管和翅片，两组导热管即103或104，导热管103与对应的翅片102A﹑102B相连，导热管104与对应的翅片101A﹑101B相连。

101A和101B的冲孔翻边高度有可能不同,其冲孔布置相同，如图8所示。

102A和102B的冲孔翻边高度有可能不同，其冲孔布置相同，如图9所示。

图3所示的结构用于融霜时，可以将需融霜的翅片管对应的导热管内通入制冷剂或者流体，无需融霜的翅片管对应的导热管内通入制冷剂或者流体，两者交替进行交替融霜。

图6与图3不同在于，仅仅在于翅片冲孔不同。

图4-5显示了在通道105内设置了可对称切换的热电TEC即107，即可用于制冷﹑制热，也可用于发电。还可以用于融霜，融霜时可以通过TEC冷热侧的转换交替对TEC两侧的翅片加热融霜。

当然也可以用电加热片代替TEC融霜。

进一步地，图5所示的结构中101B1翅片的冲孔小于101A,其与导热管104相连接，组成相对应的导热管和翅片，导热管109与翅片101A为另一组，用于制冷﹑制热和发电时，可以有多种组合，如表1所示。

另外，可在不连接翅片与导热管交界处设置隔热层，如图5中的导热管109所示，可以避免冷热损失。

表1

如图7所示，翅片管换热结构140含有翅片101和102，和导热管103、104，翅片101和102交错布置，形成一个空气通道，101与104相连，102与103相连，形成两组相对应的换热管和翅片。

图8和图9显示翅片101和102的冲孔布置，其中，1011为导热管103在翅片101的冲孔，1012为导热管104在翅片101的冲孔；1021为导热管103在翅片102的冲孔，1022为导热管104在翅片102的冲孔。

结构140可用于融霜，对称的翅片及换热管的一组，如101和104对空气制冷，另一组102和103融霜，融霜的翅片对应的导热管不通入制冷剂或制冷流体，融霜的热量来自于空气，两组翅片交替融霜，无需融霜时，两组均制冷。

上述融霜方式基于以下原理，当翅片温度和导热管的温度低于0℃时，表面即产霜，而由于传热温差的存在，空气温度往往高于翅片和导热管表面温度，即当需要将空气温度降低到比较低的温度，即使空气最终处理温度高于0℃时，当翅片温度和导热管的温度也会低于0℃导致产霜。

另一方面，既然空气温度高于0℃，由于空气中的水蒸气冷凝潜热远远大于融霜凝固热，就可以利用空气本身的热量，包括潜热和显热(主要是潜热)来融霜。

例如，采用氟利昂制冷将空气温度从26℃降低到4℃，假定氟利昂温度为-2℃，翅片和导热管表面产霜，采用上述方式，即可以将一组导热管关闭氟利昂，利用空气融霜，另一组翅片管制冷，将空气温度降低到从26℃降低到4℃。

当如果将空气温度降低到接近0℃，处理空气的出口处的霜很难融化，没有足够的传热温差。

当如果将空气温度降低到低于0℃时，处理空气出口处的霜就不能融化。

针对处理空气温度接近0℃或甚至低于0℃，可以在空气出口通道内设置TEC，即107融霜，如图10所示。

如果处理空气进口温度接近0℃或甚至低于0℃，就需要在整个通道内布置TEC融霜，当然，上述含辅助通道结构100﹑120及130等均可应用于上述温度低的情况。

图11所示的换热结构150含翅片151和具有可对称切换流向或断流开流切换的换热管152，可用于融霜，即当采用具有一定温差的冷冻流体进行制冷，且流体进口温度低于0℃，出口温度高于0℃时，可以通过切换流体方向交替融霜。

如图所示，假定流体进入温度为-2℃，出口温度8℃，流体从1523进入，经1521升温，从1522排出，1523及其附近的翅片会产霜，1522融霜；反向切换，流体从1522进入，经1521升温，从1523排出，1522附近的翅片会产霜，1523融霜。

图12为一种散热翅片160，由具有对应特征(2)的换热结构组成，含翅片101和管104，组成空气通道AC和辅助通道WC，辅助通道内置入PCM相变材料，除湿吸附剂，除湿液体吸收剂的一种或多种，当置入吸附剂或吸收剂时，翅片为多孔翅片，优选地，可以将液体吸收剂置于纤维膜或平板膜内后置于通道内。

采用吸附剂或吸收剂时，当吸附剂或吸收剂解吸时，水分蒸发，使得与散热翅片连接的物体，如电子元件等的热量散失，吸附剂或吸收剂吸收空气通道内空气中的水分补充水。

采用PCM相变材料时，PCM融化，使得与散热翅片连接的物体的热量散失，PCM被环境空气冷却后恢复散热能力。

图13所示结构200含有翅片201和固定管203，密封202，形成两组空气通道A和B，通道两端布置有进出口，含有两组穿过翅片并对称布置的换热管204A和204B,布置在通道的中部，属于功能元件对称布置的结构。该结构可用于融霜，对称的换热管及翅片交替融霜，翅片及换热管融霜的一组换热管不通入制冷剂或流体，另一组的换热管通入制冷剂或流体。

当换热管204A融霜、换热管204B制冷时，进入到B道内的空气IB先对该端的翅片及换热管204A融霜，再经过另一端的翅片及换热管204B被冷却后排出OB，从另一端进入到A通道内的空气IA先被该侧的翅片及换热管204B冷却，然后经过融霜的翅片及换热管204A后排出OA；反之，当换热管204A制冷、换热管204B融霜时，从另一端进入到A通道内的空气IA先对该端的翅片及换热管204B融霜，再被经过另一端的翅片及换热管204A被冷却后排出OA，从一端进入到B通道内的空气IB也被该端的翅片及换热管204A冷却，然后经过融霜的翅片及换热管204B后排出OB。

图14所示的结构210与图13不同在于，图14中在中部设置有热回收段，换热管布置在热回收段的两侧。

图15所示结构220同样含有热回收段，与图14不同在于热回收部分在换热管的两侧。

图14，图15所示的带有热回收的融霜结构适合需要热回收的深度除湿系统。

图16所示的结构230，含有翅片201和固定管203，密封体202，两两翅片的边缘通过密封体202密封形成进出口方向不同的两组空气通道A和B，及辅助通道C,。辅助通道内可置于功能物质和元件，包括吸附材料，相变材料PCM及TEC等。

图17所示的结构与图16类似，含有翅片241和固定管243，密封体242，形成两组空气通道A和B，及辅助通道C,通道两端布置有进出口。辅助通道内可置于功能物质和元件，包括吸附材料，相变材料PCM及TEC等。

图17与图16不同在于，图16外型为菱形，图17为方形，图16的风流从从一端进，另一端出，而图17同一端进入进出，该结构可通过在通道内设置隔板实现。

图18为TEC装置，所述TEC装置具有一组或两组空气通道(A、B)及辅助通道C，TEC置于辅助通道内，并与翅片201相连，可用于TEC制冷制热或者发电等。图18中为了简洁，没有显示管。

进一步地，TEC装置还可以设置穿过翅片的导热管，导热管与TEC两侧翅片相连，或与TEC两侧的一侧翅片相连。如图19所示，布置了两组导热管209A和209B,分别与翅片201A和201B相连。

图19所示结构用于制冷﹑制热和发电时，可以有多种组合，如表2所示。

另外，可在不连接翅片与导热管交界处设置隔热层，如图19中的导热管211A和211B所示，可以避免冷热损失。

图20表示结构210(图14)导热管内为氟利昂时的流体管走向及阀门切换。

图21表示结构210(图14)导热管内为有温差的流体时的流体管走向及阀门切换。

表2

图21中导热管205A的管道对称布置，205B也对称布置，其目的在于保证两股风流的冷却效果不会因为流体的温差受到影响。

图22表示一组导热管内为有温差的流体时的流体管走向及通过阀门切换，通过流向改变使得具有温差的流体交替通过换热管交替融霜，通过流体为高温时融霜，通过流体为低温时制冷。图22中未显示翅片。

图23表示结构210(图14)有两种温度的导热管，204A和204B内的流体时为低温流体，且需要通过阀门切换融霜，208导热管为高温流体，无需融霜，208对称布置在204A和204B的两端。

图24表示双空气通道换热结构的进出口可以四周灵活布置，图24中显示的换热结构整体外形为方形，其外形立体图同于图31，事实上，整体外形可以为其它任意形状。

图25所示结构300含有翅片301和固定管303，密封302，形成两组空气通道A和B，通道两端布置有进出口，中部有热回收区域，并含有对称布置的加热元件3041穿过通道,并布置在热回收区域的中间。

图25的功能元件为加热元件，图26结构310与图25不同在于，其功能元件为吸附体3042。

图25和图26的功能元件穿过通道布置，图27结构320不同在于，功能元件吸附体3043布置在通道内，不穿过通道。

图28中结构330在通道内布置了加热管30441和吸附剂组成的复合吸附体3044，加热管可在吸附物质3042吸附时实现冷却，或者在解吸时实现加热。

图29结构340在通道内布置了翅片管3045，含有导热管30452和翅片30451。

图30结构350穿过通道布置了导热管3046。

图31与图30不同在于外形为方形，布置了导热管364。同样有翅片361和密封362形成两个空气通道A和B。

图31与图24一样，也显示了空气进出口可在结构四周布置，不仅仅限于两端。当然也可以只布置在左右两端，或只上下布置，取决于该结构组合时的需要，便于组合的换热器风流的进出，如图44所示的组合就要求进出口布置在上下，而不是左右两端。即将图31所示旋转90度后组合即为图44所示的情况。

图32显示图30的风流走向和热回收的布置。

图33表示图30所示的结构350的导热管可以为带有翅片30471的U型翅片导热管3047。

图34在图33的基础上还增加了带翅片30481和30491的用于热回收的翅片管3048和3049，管内有载热流体。

3048通过泵P驱动载热流体在A,B之间流动，实现A,B通道空气的热回收，由于流体多次交替流过A与B,所述的流体流量小，泵的功耗小。

鉴于此，3049不依靠泵驱动，利用流体本身的热对流和扩散实现。

当然，采用泵还有另外的好处，就是可以通过泵调节流量，控制热回收的量。在有些情况，如用于精密温湿度控制的除湿，需要调节出风温度，即可通过调节回热量来实现。

图35显示了利用3049的载热流体实现热回收。

图34和图35的结构表示，热回收不仅仅依靠导热壁，即翅片301来实现，还同时通过热回收翅片管内载热流体实现。

图34的结构容许A﹑B通道有较大的宽度，也可以使用较少的导热壁翅片301，同时使得结构制作简单，如通道的密封容易等。

图36表示图30的结构含有两组导热管，即增加了导热管3050，并对称布置3046两侧，即30501和30502。

图37显示了一种不同于图35采用泵来调节热回收量的方法，每组通道设置有两个出口，通过调节出口的流量比例即通过调节0A1﹑0A2和0B1﹑0B2的比例实现，当0A1和0B1比例大时，热回收量大，反之则小。

图38为图30的结构的一半，该结构370也含翅片3011和导热管30461，也形成两个通道A,B，两个通道在一端分开，另一端相通，如图40所示，所以该结构适用于一股风流。

图39表示图25对称结构的一个应用，即需要杀菌消毒的两股空气分别进入A﹑B两个通道，A、B两通道进出口相反，空气先经过相互的换热被预热，再经过加热元件3041加热，然后再经过相互换热被冷却后排出，空气经过上述升温过程被杀菌消毒。

图39，还在空气通道内还设置了多孔体物质30422，多孔物质含有杀菌消毒物质，如盐等，杀菌消毒物质与升温共同作用杀菌消毒。

多孔体本身还具有吸附过滤功能，可将空气中的病菌吸附在多孔体上，然后再杀灭，与单纯利用加热空气相比，病毒保持高温处理的时间长，杀菌消毒效果好，因为空气中的病毒如果不被多孔体吸附，会较快随空气带走，并被热交换降温后离开通道，因此要求快速杀灭，这样需要的温度高。

鉴于将病菌吸附再通过高温杀灭更容易，图32穿过通道布置了过滤吸附体30421，穿过通道布置与布置在通道内相比，穿过通道布置的过滤吸附体易于更换。

图40的结构为图39的一半，A、B两通道进出口相反，A通道的出口与B通道的进口连通，形成U型通道，U型通道的进气口和出气口方向相同；该结构用于一股风流，即或一股空气进入通道，与已经过加热的空气换热被余热，再经过加热，然后与未经过加热的空气换热被冷却后排出，空气经过上述生温过程被杀菌消毒。

图41表示采用结构380，即半对称结构，组合形成的换热器400，该组合适合风流流动为“U”形的情况，或者双“U”形。

图42表示采用结构380，即半对称结构，组合形成的换热器410，该组合适合风流流动为“L”形的情况,或者双“L”形的情况

图43表示采用结构350，即菱形的对称结构，形成组合的换热器420，该组合适合风流流动为“—”形的情况。

图44表示采用结构360，即方形的对称结构，形成组合的换热器430，该组合适合风流流动为“—”形的情况。图44中还显示了不同尺寸的结构，表示即可以采用相同尺寸的结构组合，也可以采用不同尺寸结构组合。

图45显示结构440，表示结构的组合并不一定要求两个组合体的平面相配合，也可以线接触，同时表示结构也可以有角度的安放并进行组合。

图41至图45流体平行通过各组合结构，即并联组合。

图46结构450，表示还可以串联组合，即风流连续通过组合体，及混联组合，并联和串联混组合。

图47表示可以将多个换热结构融合成一个整体的不可分割换热器460中，而不是采用多个结构组合而成。如图47所示，翅片461，上有多组进出口462，对应多个结构。

图48表示采用结构240形成的一种围护结构，可用于建筑及温室等。所述围护结构由具有对应特征(6)的换热结构组成，热回收段的A、B两通道的进出口方向相反，通道自身的进出口方向相同，该结构可通过在通道内设置隔板实现，A通道与围护内部相通，B通道与围护外部相通，室内外通过该结构进行空气/空气热交换；进一步地，在所述A、B两通道的两侧设置辅助通道，辅助通道内置于PCM相变材料，PCM相变材料与围护外部相连的一侧吸收环境空气的能量实现蓄冷或蓄热，与围护内部相连的一侧利用PCM相变材料冷却或加热室内空气实现能量释放；或辅助通道壁有开孔，辅助通道内置于吸附剂，室内外通过该结构进行空气/空气质交换；或与围护外部相连的一侧对吸附剂再生实现蓄能，与围护内部相连的一侧利用吸附剂除湿加热围护内空气实现能量释放；或该结构含有辅助通道；作为优选方案，该结构还含有导热管，导热管内通入制冷剂或流体。

Claims (1)

1.一种具有对应特征的换热结构的热回收方法，其特征在于，所述具有对应特征的换热结构由多个翅片、密封体、功能元件及结构管组成，结构管穿过翅片并固定翅片，翅片两两之间通过密封体密封四周，密封体上设置有进气口和出气口形成通道，进气口和出气口位置相同的为同一组通道；功能元件布置在通道内﹑翅片上、穿过通道或穿过翅片，所述换热结构具有对称布置的热回收段，所述热回收段由相邻的两通道组成；热回收段的A、B两通道进出口相反，热回收方法如下：A、B通道均通入空气，进入A通道的空气先被已冷却或加热的B通道的空气预冷或加热，然后再通过功能元件被冷却或加热，再对B通道空气进行预冷或预热，然后排出；进入B通道的空气与进入A通道的空气经过同样的过程，所述的冷却、预冷、加热、预热过程同时伴随有其它功能过程，包括除湿﹑加湿﹑吸附﹑解吸和杀菌消毒。

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