CN111623463A - 一种换热器能量回收装置 - Google Patents
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Abstract
一种换热器能量回收装置，属于通风换气节能设备技术领域。解决了现有的能量回收装置存在的能量回收率低的问题。要点：包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换。本发明为通风能量回收系统，通过回收排风的热量用于新风系统的加热，不但解决新风加热热源问题，还避免了能量的无效浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量回收装置，具体涉及一种换热器能量回收装置，属于通风换气节能设备技术领域。
背景技术
目前大多数寒冷及严寒地区通风系统的排风都是将高温的室内空气直接排至室外，造成了巨大的能源浪费；同时将室外低温的新风加热到室内温度，不但需要消耗大量的能源，而且在严寒和寒冷地区由于室外温度严寒和寒冷地区过低，采暖热水加热换热器容易冻坏，因此现在严寒和寒冷地区新风热源问题不但存在耗能大的问题，而且还存在新风加热的热源难以解决的问题。
现在使用最广泛的新风系统有两种常用的形式：一种为没有热回收装置直接将室外新风经过自备热源加热或根本没有加热直接送入室内。在严寒和寒冷地区，由于热源问题无法解决，这种系统最大的问题是需要有新风加热热源将室外新风加热到室内温度，不但不能有效地利用排风中所携带的能量，而使这部分能量白白浪费掉了，而且由于严寒和寒冷地区室外温度过低，新风加热热源成为难以解决的技术问题。另一种是可以回收排风热量的新风换热机组，主要原理为通过新风与排风直接进行能量交换，该系统优点是设备结构简单，能有效回收排风所携带一部分能量；但缺点是，以热能为例，热回收率有限(一般为50～60％)，温升有限(新风经过热回收设备之后，新风送风温升一般也就10～15℃)，工作运行受环境温度制约(室外温度在-5℃以下时出现结露结霜现象，无法正常运行)。
发明内容
鉴于上述事实，本发明的目的是针对现有的能量回收装置存在的能量回收率低的问题，进而设计了一种高能量回收率的换热器能量回收装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
方案一：一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换。
为了避免杂物或尘土粉末等对新风道模块内部组成构件以及新风质量造成影响，进一步地，针对新风段过滤模块进行限定，所述新风段过滤模块包括初效过滤器和中效过滤器，所述初效过滤器和中效过滤器根据进风路径依次排列。
洁净室对空气质量较高，为了应对这一较高标准的要求，进一步地，针对新风段过滤模块进行限定，其还包括高效过滤器，其设置在中效过滤器的出风侧。
为了避免杂物或尘土粉末等对排风道模块内部组成构件造成影响，进一步地，针对排风段过滤模块进行限定，所述排风段过滤模块包括初效过滤器和/或中效过滤器，所述初效过滤器和中效过滤器根据排风路径依次排列。
进一步地：所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括2-6个换热器，优选是三个。
进一步地：所述换热介质为超导液、导热油、防冻液、乙二醇或者水。
鉴于能量回收装置在运行过程中，空气中所含水蒸汽逐渐冷凝产生冷凝水，为了将冷凝排出，在方案一的基础上做出进一步设计形成方案二：
一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换；
还包括冷凝管，排风道模块内的每个换热器均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧。
鉴于能量回收装置在运行过程中，换热介质会产生损失，为了解决这一问题，在方案一或方案二的基础上做出进一步设计形成方案三：
一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换；
还包括补水罐，或者补水罐和冷凝管，所述补水罐通过补水管连接在换热管道上；排风道模块内的每个换热器均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧。
进一步地：所述补水罐为定压补水罐。
鉴于能量回收装置在工作运行时受环境温度制约，易出现结露结霜现象，无法正常运行，为了解决这一问题，在方案一或方案二或方案三的基础上做出进一步设计形成方案四：
一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换；
还包括除霜电加热器、或者除霜电加热器和冷凝管、或者除霜电加热器和补水罐、再或者除霜电加热器和冷凝管及补水罐，所述除霜电加热器安装在排风道模块内的末级换热器的换热管道上；所述补水罐通过补水管连接在换热管道上；排风道模块内的每个换热器均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧。
鉴于能量回收装置在工作运行时受环境温度制约，易出现结露结霜现象，无法正常运行，为了解决这一问题，在方案一或方案二或方案三的基础上做出进一步设计形成方案五：
一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换；
还包括除霜电动风阀、或者除霜电动风阀和冷凝管、或者除霜电动风阀和补水罐、再或者除霜电动风阀和冷凝管及补水罐，除霜电动风阀I安装在新风道模块进风口以及排风道模块排风口，两个除霜电动风阀I之间连接除霜风道，除霜风道上安装除霜电动风阀II；所述补水罐通过补水管连接在换热管道上；排风道模块内的每个换热器均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧。
为了采集能量回收装置内的温度，对方案一、二、三、四、五做出进一步地设计得到方案六：在新风道模块及排风道模块内多点布置测温元件。
为了实现自动控制，对方案一至六进一步地设计得到方案七：所述除霜电动风阀为电磁阀、动力泵为电动循环水泵，新风段动力模块和排风段动力模块均采用电动风机，电动风机、除霜电动风阀、除霜电加热器、电动循环水泵、测温元件均与控制器连接，控制器优选的是N76E003AT20单片机控制芯片。
本发明所达到的效果为：
本发明为通风热回收系统，通过回收排风的热量用于新风系统的加热，不但解决新风加热热源问题，还避免了能量的无效浪费。多级排风新风换热器直接换热系统：分别在排风和新风侧加设换热器，通过管道将两部分换热器连接，管道系统内为超导液(或导热油等其它防冻液体)，采用动力泵作动力，通过换热器系统直接使排风与新风进行热交换。为提高换热效率此部分换热选用多级换热，同时各级换热系统用管路并联串联在一起形成网络，使各级换热系统之间即可以独立工作也可以互为备用。具体地：
1.新风、排风侧分设换热器，采用换热介质作为换热循环液体，使新风与排风直接进行热交换，回收排风所携带热量，用于提高新风温度；
2.本能量回收装置，采用多级新风与排风直接设换热器进行换热的物理热交换模式，使热回收率达到最大。新风与排风经过物理初步直接热交换后，新风温度得到提升，排风温度得到降低，最后经过加热器，对新风作最后的处理。
3.本能量回收装置，仅采用新风与排风直接设换热器进行换热的物理热交换模式单独使用，即后面不设热泵换热段，此时系统形式最为简单，耗电量为最小，仅为几台循环泵电量。此时热回收效率及送风温度低于加设多联机热泵的组合式系统形式。
4.本能量回收装置可加自动检测及控制器，使通风热回收系统智能化。
附图说明
图1为本发明的一种换热器能量回收装置的结构示意图(采用电加热器除霜)；
其中：
11―新风段换热器I；12―新风段换热器II；13―新风段换热器III；14―新风段电加热器；15-初效过滤器I；16-中效过滤器I；17-新风段动力模块；
21―排风段换热器I；22―排风段换热器II；23―排风段换热器III；24―初效过滤器 II；25-排风段动力模块；
31-动力泵；32-阀门；33-补水罐，34-除霜电加热器；35-除霜电动风阀I；36-除霜电动风阀II；
Tw―新风进风温度 Tw1～4―新风经过各段换热器后温度；
Tn―排风进风温度 Tn1～4―排风经过各段换热器后温度。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1并结合实施例来详细说明本申请。
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施例。
实施例1：参见图1，本实施例的一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段动力模块17、新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器14；
所述新风段过滤模块包括三级过滤，分别为：初效过滤器I15、中效过滤I16、高效过滤器，三者根据进风路径依次排布；
所述新风段换热模块包括三个换热器，分别为新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13，三者根据进风路径依次排布；
新风道模块为筒状风道，具有进风口和出风口；
新风段动力模块17采用电动风机，电动风机具有两个流通口，其中第一流通口接风道的进风口，第二流通口接新风段过滤模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段动力模块25、排风段过滤模块、排风段换热模块；
所述排风段过滤模块包括两级过滤，分别为：初效过滤器II24、中效过滤器II，两者根据排风路径依次排布；
所述排风段换热模块包括三个换热器，分别为排风段换热器I21、排风段换热器II22、排风段换热器III23，三者根据排风路径依次排布；
排风道模块为筒状风道，具有进风口和出风口；
排风段动力模块25采用电动风机，电动风机具有两个流通口，其中第一流通口接排风道的进风口，第二流通口接排风段过滤模块；
排风段换热器I21分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现换热量转换；
排风段换热器II22分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现热量转换；
排风段换热器III23分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现热量转换；
所述换热介质为超导液；
还包括冷凝管，排风道模块内的排风段换热器I21、排风段换热器II22、排风段换热器III23均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧；
还包括补水罐33，所述补水罐33通过补水管连接在换热管道上；
所述补水罐33为定压补水罐；
还包括除霜电加热器34，所述除霜电加热器34安装在排风道模块内的排风段换热器I21与新风段换热器I11的换热管道上；
更具体地，在新风道模块及排风道模块内多点布置测温元件；
更具体地：所述动力泵为电动循环水泵，新风段动力模块和排风段动力模块均采用电动风机，电动风机、除霜电加热器、电磁阀、电子循环水泵、电动补水罐、测温元件均与控制器连接，控制器优选的是N76E003AT20单片机控制芯片。
实施例2：本实施例的一种换热器能量回收装置，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段动力模块17、新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器14；
所述新风段过滤模块包括三级过滤，分别为：初效过滤器I15、中效过滤I16、高效过滤器，三者根据进风路径依次排布；
所述新风段换热模块包括三个换热器，分别为新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13，三者根据进风路径依次排布；
新风道模块为筒状风道，具有进风口和出风口；
新风段动力模块17采用电动风机，电动风机具有两个流通口，其中第一流通口接风道的进风口，第二流通口接新风段过滤模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段动力模块25、排风段过滤模块、排风段换热模块；
所述排风段过滤模块包括两级过滤，分别为：初效过滤器II24、中效过滤器II，两者根据排风路径依次排布；
所述排风段换热模块包括三个换热器，分别为排风段换热器I21、排风段换热器II22、排风段换热器III23，三者根据排风路径依次排布；
排风道模块为筒状风道，具有进风口和出风口；
排风段动力模块25采用电动风机，电动风机具有两个流通口，其中第一流通口接排风道的进风口，第二流通口接排风段过滤模块；
排风段换热器I21分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现换热介质的互换；
排风段换热器II22分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现换热介质的互换；
排风段换热器III23分别与新风段换热器I11、新风段换热器II12、新风段换热器III13 通过换热管道相连，并通过动力泵31及阀门32实现换热介质的互换；
所述换热介质为超导液；
还包括冷凝管，排风道模块内的排风段换热器I21、排风段换热器II22、排风段换热器III23均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧；
还包括补水罐33，所述补水罐33通过补水管连接在换热管道上；
所述补水罐33为定压补水罐；
还包括除霜电动风阀I35安装在新风道模块进风口以及排风道模块排风口，两个除霜电动风阀I35之间连接除霜风道，除霜风道上安装除霜电动风阀II36。
更具体地，在新风道模块及排风道模块内多点布置测温元件；
更具体地：所述动力泵为电动循环水泵，新风段动力模块和排风段动力模块均采用电动风机，电动风机、除霜电动风阀、电动循环水泵、测温元件均与控制器连接，控制器优选的是N76E003AT20单片机控制芯片。
实施例3：本实施例所述一种换热器能量回收装置，本实施例与实施例1、2的不同在于采用的换热介质不同，新风段换热模块和排风段换热模块的换热器数量不同，本实施例的换热介质为导热油，新风段换热模块和排风段换热模块均包括两个换热器。
实施例4：本实施例所述一种换热器能量回收装置，本实施例与实施例1、2的不同在于采用的换热介质不同，新风段换热模块和排风段换热模块的换热器数量不同，本实施例的换热介质为防冻液，新风段换热模块和排风段换热模块均包括四个换热器。
实施例5：本实施例所述一种换热器能量回收装置，本实施例与实施例1、2的不同在于采用的换热介质不同，新风段换热模块和排风段换热模块的换热器数量不同，本实施例的换热介质为乙二醇，新风段换热模块和排风段换热模块均包括两个换热器。
实施例6：本实施例所述一种换热器能量回收装置，本实施例与实施例1、2的不同在于采用的换热介质不同，新风段换热模块和排风段换热模块的换热器数量不同，本实施例的换热介质为水，新风段换热模块和排风段换热模块均包括五个换热器。
上述实施例中，分别在排风侧和新风侧加设换热器，通过管道将两部分换热器连接，采用循环水泵作动力，通过换热器系统直接使排风与新风进行热交换。为提高换热效率此部分换热选用多级换热，同时各级换热系统用管路串联并联在一起形成网，使各级换热系统之间即可以独立工作也可以互为备用。
其中：
新风侧按新风流程各结构为：初效过滤器+中效过滤器+高效过滤器→新风段换热器I →新风段换热器II→新风段换热器III→新风段电加热器→新风段动力模块→室内；
排风侧按排风流程各结构为：初效过滤器+中效过滤器→排风段换热器III→排风段换热器II→排风段换热器I→排风段动力模块→室外。
空气处理流程从新风侧来看：空气从室外通过新风段动力模块被吸进新风侧，初始温度为Tw，依次通过三组换热器：新风段换热器I→新风段换热器II→新风段换热器III，空气温度逐次被加热，Tw→Tw1→Tw2→Tw3→新风段电加热器→室内，送风温度为Tw4。
空气处理流程从排风侧来看：空气从室内通过排风段动力模块进入排风侧，温度为 Tn，依次通过三组换热器：排风段换热器III→排风段换热器II→排风段换热器I，最后排至室外，空气温度依次降低，Tn1→Tn2→Tn3→Tn4，排风最后从排风口排出室外，排风最后温度为Tn4。空气中所含水蒸汽逐渐冷凝排出，通过机组冷凝管排出。
经过实验测试，排风段换热器I段气体温度在可达零下，将产生结霜现象。可通过电加热器或空气内循环除霜解决化霜问题，除霜方案见图1所示。
空气内循环除霜时，空气为室内循环。新风侧流程各结构为：排风段出风→新排风跨越风道→初效过滤器+中效过滤器+高效过滤器→新风段换热器I→新风段换热器II→新风段换热器III→新风段动力模块→室内；
排风侧按排风流程各结构为：室内→初效过滤器→排风段换热器III→排风段换热器 II→排风段换热器I→排风段动力模块→排风段出风。
采用实施例进行了模拟实验，具体实验数据为：
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种换热器能量回收装置，其特征在于，包括新风道模块，以及根据进风路径依次设置于其内的新风段过滤模块、新风段换热模块、新风段电加热器、新风段动力模块；
还包括排风道模块，以及根据排风路径依次设置于其内的排风段过滤模块、排风段换热模块、排风段动力模块；
所述新风段换热模块和排风段换热模块均包括至少两个换热器，排风道模块内的每个换热器均与新风道模块内所有换热器通过换热管道相连接，并通过动力泵及阀门实现换热介质的互换。
2.根据权利要求1所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：所述新风段过滤模块包括初效过滤器和中效过滤器，所述初效过滤器和中效过滤器根据进风路径依次排列。
3.根据权利要求2所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：还包括高效过滤器，其设置在中效过滤器的出风侧。
4.根据权利要求3所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：所述排风段过滤模块为初效过滤器。
5.根据权利要1-4任一所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：所述换热介质为超导液、导热油、防冻液、乙二醇或者水。
6.根据权利要求1所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：还包括冷凝管，排风道模块内的每个换热器均与冷凝管的内端相连，冷凝管的外端置于排风道模块外侧。
7.根据权利要求6所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：还包括补水罐，所述补水罐通过补水管连接在换热管道上。
8.根据权利要求7所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：还包括除霜电加热器，所述除霜电加热器安装在排风道模块内的末级换热器的换热管道上。
9.根据权利要求7所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：还包括除霜电动风阀I，除霜电动风阀I安装在新风道模块进风口以及排风道模块排风口，两个除霜电动风阀I之间连接除霜风道，除霜风道上安装除霜电动风阀II。
10.根据权利要求8或9所述的一种换热器能量回收装置，其特征在于：在新风道模块及排风道模块内多点布置测温元件，所述动力泵为电动循环水泵，新风段动力模块和排风段动力模块均采用电动风机，电动风机、除霜电动风阀、除霜电加热器、电动循环水泵、测温元件均与控制器连接，控制器采用的是N76E003AT20单片机控制芯片。
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