CN114076529A - 一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途，涉及环保和节能技术领域，包括新风侧和排风侧两部分，所述新风侧依次包括新风进风口、新风通道、新风出风口、固定孔、下管板和上管板；所述排风侧依次包括排风进风口、排风通道、排风出风口和外壳。本发明的优点是：结构紧凑、体积小，特别适合安装高度紧张的场地；采用纯逆流换热方式，实现新、排风之间的高效热回收，从而达到降低成本和节能的目的；采用模块化设计，方便组合和安装。

Description

一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途

技术领域

本发明涉及环保和节能技术领域，具体涉及一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途。

背景技术

随着社会经济的发展，科技文化水平的进步，人们的节能和环保意识越来越高。但是，人们对于密闭环境空气品质的追求和节约能源的愿景往往相互影响，相互制约。

建筑室内空气品质的好坏，对人们的生活和健康有很大影响，特别是近年来，大气污染加剧，导致人们赖以生存的空气受到污染，因此，有必要对送入室内的新风进行过滤、净化处理，同时，对室内污染物浓度(比如：CO₂)进行控制，以满足人们的卫生和身体健康需求。但是，对室外新风进行热、湿处理，以达到室内温湿度要求，其能耗巨大，约占空调能耗的20-30％，因此，利用建筑排风对室外新风进行预冷/预热处理，可节约能源，达到很好的节能效果。

随着大气环境污染问题的日趋加剧，我国的环保政策也越来越严。目前，我国部分地区的煤矿矿井通风已不允许采用燃煤直接作为加热新风的热源。煤矿在生产过程中，矿井乏风携带着大量的优质低位热能，若将这部分低位热能回收，用于矿井上冬季供暖、矿井防冻和夏季空调，不仅对于节能减排具有重大意义，同时可大大减少煤炭资源和电能消耗，经济效益十分显著。

地铁作为一种运输量大、不占用地面空间且对于城市环境噪声影响小的交通工具，为城市居民的生活和工作带来了极大地便利，已成为现代化城市交通持续发展的必然选择。地铁环控系统利用活塞风和排热风将废热通过风亭排至室外，使得整个地铁系统能够正常运行。地铁废热排放量巨大，内含大量低品位热能，如何有效利用，也是摆在人们面前的一个难题。

由上述可以看出，建筑排风、煤矿乏风、地铁隧道排风中含有大量的优质低位热能。而相应地，对建筑新风、煤矿送风、地铁隧道新风进行冷/热处理，将消耗大量的能源，因此，如何利用建筑排风、煤矿乏风、地铁排风中的低品位能源，是技术人员面临的一个重大问题。目前，采用的电锅炉加热技术、热泵热回收技术，存在投资高、运行费用高等弊端，因此，急需开发新的热回收方法和装置。但是，由于排风中的热能品位较低，通常直接利用困难，缺乏关键设备以突破余热回收大风量、小温差、安装空间受限的技术瓶颈。

目前，常用的排风热回收装置主要分为两种，一种是全热回收装置，另一种是显热回收装置。前者热回收效率相对较高，但是，存在新、排风交叉污染的风险；后者主要是采用汊流换热为主的热交换方式，尽管能避免新、排风交叉污染的危险，但是，热回收效率相对较低。无论哪种热回收方法，换热器都是其中的关键设备。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途，采用3D变结构高效强化传热管，并利用纯逆流传热原理和非对称传热空间设计技术，能有效解决排风余热回收大风量、小温差、安装空间受限的技术瓶颈。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器、装置及用途，包括外壳，所述外壳内设置有新风通道，所述新风通道包括若干沿所述外壳的长度方向延伸布置的三维变结构强化传热管束，所述三维变结构强化传热管束由多根三维变结构强化传热管按三角形或正方形排列组合而成，每根三维变结构强化传热管的两端均设有新风进风口和新风出风口；所述三维变结构强化传热管之间具有间隙，该间隙与所述外壳构成供排风流通的排风通道，所述外壳的两端部设有供排风进出的排风进风口和排风出风口。

如上所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，进一步地，所述三维变结构强化传热管包括三维扭曲管和三维三叶管，所述三维变结构强化传热管由圆管经螺旋扭曲而成，各三维变结构强化传热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构。

如上所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，进一步地，所述三维变结构强化传热管的材质可采用碳钢或不锈钢。

如上所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，进一步地，所述外壳为长方壳体，该长方壳体的两端设有下管板和上管板。

如上所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，进一步地，所述三维纯逆流换热器采用纯逆流传热方式。

一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器装置，包括若干三维纯逆流换热，多个三维纯逆流换热器并排组合使用。

一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器用途，三维纯逆流换热器和三维纯逆流换热器可应用于建筑排风、煤矿乏风或地铁隧道排风冷/热回收系统。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本发明采用高效3D纯逆流换热器，结构紧凑、体积小，安装高度要求相对较小，特别适合于安装空间紧张的场地。

2、本发明采用高效3D纯逆流换热器，采用纯逆流传热方式，有利于减少新、排风之间的温差损失，提高温度交换效率，从而提高排风的回收热量。

3、本发明采用高效3D纯逆流换热器，采用强化传热管，在冷热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得空气热边界层变薄，降低传热热阻，较之传统产品的汊流传热方式，其传热效率高，总传热系数为常规汊流换热器的2～3倍。对于同样的传热量或效率，本发明可减少传热面积，从而降低造价，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明装置的俯视平面示意图；

图2是本发明装置的前视平面示意图；

图3是本发明装置模块的结构示意图；

图4是本发明装置的三维立体示意图；

附图标记说明：1、新风进风口；2、新风通道；3、新风出风口；4、排风进风口；5、排风通道；6、排风出风口；7、固定孔；8、外壳；9、下管板；10、下管板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图4所示，一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器，包括新风进风口1、新风通道2、新风出风口3、排风进风口4、排风通道5、排风出风口6、固定孔7、外壳8、下管板9和下管板10。

参见图1，图1是本发明装置的俯视平面示意图，即三维纯逆流换热器平放于平面的俯视图，具体地，外壳8为长方壳体，该长方壳体的两端设有下管板10和上管板9，下管板10和上管板9上设有固定孔7，固定孔7用于固定安装在特定场所。在长方壳体内设置有新风通道2，新风通道2包括若干沿所述外壳8的长度方向延伸布置的三维变结构强化传热管束，三维变结构强化传热管束由多根三维变结构强化传热管按三角形或正方形排列组合而成，按三角形或正方形排列组合即从图2的角度，多根三维变结构强化传热管束以三角形或正方形组合形成一三维变结构强化传热管束，三维变结构强化传热管束为新风通道2的基本单元，每根三维变结构强化传热管的两端均设有新风进风口1和新风出风口3。三维变结构强化传热管之间具有间隙，该间隙与所述外壳8构成供排风流通的排风通道5，排风通道5的两端设有排风进风口4和排风出风口6，本实施例中为长方壳体的两端接近下管板109和上管板处设有开口。

三维变结构强化传热管由圆管经螺旋扭曲而成，各三维变结构强化传热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，该结构一方面构成供新风流通的新风通道2，另一方面可避免因风速过大所产生的震动和噪声。新风通道2和排风通道5进行间壁换热，新风与排风之间不接触，既可避免新、排风之间的直接污染，又因三维变结构强化传热管的特殊构造，新风和排风之间可形成顺紊流流动强化传热，较之传统的汊流换热器，其换热效果更好，可大大提高热回收效率。三维变结构强化传热管为铝质或不锈钢换热管，重量轻，可减轻整个三维纯逆流换热器的重量。

一些实施例中，图3中大箭头所示为新风进、出方向，小箭头所示为排风进、出方向，室外新风从三维纯逆流换热器的底端进入并通过新风通道2从三维纯逆流换热器的顶端离开，室内排风从三维纯逆流换热器的顶部的进入并通过排风通道5从三维纯逆流换热器的底部离开，期间，新风通道2和排风通道5进行间壁换热，新风与排风之间不接触，既可避免新、排风之间的直接污染。

一些实施例中，三维纯逆流换热器可将新风通道2和排风通道5进行调换，从而满足不同换热量和新、排风侧不同风阻的需求。

一些实施例中，参见图4，图4中大箭头所示为新风进、出方向，小箭头所示为排风进、出方向，一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器装置，利用三维纯逆流换热器可实现模块化组合，根据不同应用场合需求，可由多个高效3D纯逆流换热器拼接成一个大的组合式高效3D纯逆流换热器装置，具体地，将长方壳体的两侧面进行紧贴排列，所有的三维纯逆流换热器装置得排风进风口都位于一侧，排风出风口位于另一侧。

一些实施例中，室外新风和排风之间通过纯逆流间接换热，可有效回收排风中的低品位热能，实现新风的冷/热处理，从而达到节约处理新风能耗的目的。

实施例一：应用于建筑排风冷回收系统

夏季，建筑物空调房间内排风温度即为空调室内温度，通常为24～26℃，建筑排风含有低品位热能，若在排出前，与室外新风进行热交换，回收排风中的冷量，将大大降低新风的制冷能耗。

在夏季制冷工况下，35℃的室外新风经过滤和净化装置处理后，进入本装置的新风进风口1，在新风通道2内与排风通道5内的建筑物室内26℃排风进行纯逆流对流间接换热，变成28.6℃新风，从新风出风口3流出，经新风机加压，通过房间内新风管上的新风口，均匀地送入空调房间。26℃的室内排风经排风管上的排风口收集后，由排风进风口4进入排风通道5，在排风通道5内与新风通道2内的35℃的室外新风进行纯逆流对流间接换热，升温后，由排风风机经排风出风口6、排风管道、排风百叶排出室外。经计算，高效3D纯逆流换热器的温度交换效率为71％，高于国标《空气-空气能量回收装置》(GB/T 21087-2007)规定的制冷工况大于60％的温度交换效率标准。

实施例二：应用于煤矿乏风热回收系统

在冬季，由于煤矿巷道中有大量机械和灯光散热，包括可能的地热和土壤的保温作用，通常，煤矿乏风的温度保存在12～20℃之间，若将此部分乏风直接排出，则能量损失较大。将乏风与室外新风进行换热，加热室外新风，防止井道结冰，可节约大量新风加热能耗。

在冬季，-25℃的室外新风经过滤装置处理后，进入本装置的新风进风口1，在新风通道2内与排风通道5内的煤矿巷道18℃乏风进行纯逆流对流间接换热，变成4℃新风，从新风出风口3流出，经新风机加压，从煤矿的进风井道送入煤矿巷道，维持煤矿巷道必要的新风量。煤矿室外新风需加热到2℃以上，才能送入煤矿巷道，以防止新风井道结冰。18℃的煤矿巷道乏风由排风进风口4进入排风通道5，在排风通道5内与新风通道2内的-25℃的室外新风进行纯逆流对流间接换热，冷却成2℃的乏风，经排风机加压，由排风出风口6、排风管道、排风百叶排出室外。经计算，高效3D纯逆流换热器的温度交换效率为67.4％，高于国标《空气-空气能量回收装置》(GB/T 21087-2007)规定的制热工况大于65％的温度交换效率标准。

实施例三：应用于地铁隧道新风预冷系统

地铁站台和隧道处于地下层，由于地铁车辆的散热，地铁及站台内人员、灯光和设备的散热很大，且由于土壤的隔热作用，因此，地铁内需要制冷，特别是南方地区，地铁需要常年制冷。地铁内的排风温度较低，因此，回收地铁排风中的冷量用于预冷地铁新风，可节约大量能源。

在夏季，35℃的室外新风经过滤和净化装置处理后，进入本装置的新风进风口1，在新风通道2内与排风通道5内的地铁站台内24℃排风进行纯逆流对流间接换热，变成26.7℃新风，从新风出风口3流出，经新风管道，送入地铁站台的空气处理机组内进行制冷处理。24℃的地铁排风经排风管上的排风口收集后，由排风进风口4进入排风通道5，在排风通道5内与新风通道2内的35℃的室外新风进行纯逆流对流间接换热，升温后，由排风风机经排风出风口6、排风管道、经风亭排至室外。经计算，高效3D纯逆流换热器的温度交换效率为75.5％，高于国标《空气-空气能量回收装置》(GB/T 21087-2007)规定的制冷工况大于60％的温度交换效率标准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器，包括外壳(8)，其特征在于，所述外壳(8)内设置有新风通道(2)，所述新风通道(2)包括若干沿所述外壳(8)的长度方向延伸布置的三维变结构强化传热管束，所述三维变结构强化传热管束由多根三维变结构强化传热管按三角形或正方形排列组合而成，每根三维变结构强化传热管的两端均设有新风进风口(1)和新风出风口(3)；所述三维变结构强化传热管之间具有间隙，该间隙与所述外壳(8)构成供排风流通的排风通道(5)，所述外壳(8)的两端部设有供排风进出的排风进风口(4)和排风出风口(6)。

2.根据权利要求1所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，其特征在于，所述三维变结构强化传热管包括三维扭曲管和三维三叶管，所述三维变结构强化传热管由圆管经螺旋扭曲而成，各三维变结构强化传热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构。

3.根据权利要求1所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，其特征在于，所述三维变结构强化传热管的材质可采用碳钢或不锈钢。

4.根据权利要求1所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，其特征在于，所述外壳(8)为长方壳体，该长方壳体的两端设有下管板(10)和上管板(9)。

5.根据权利要求1所述的多场景应用的高效三维纯逆流换热器，其特征在于，所述三维纯逆流换热器采用纯逆流传热方式。

6.一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器装置，其特征在于，包括若干如权利要求1-5任一所述的三维纯逆流换热器，多个三维纯逆流换热器并排组合使用。

7.一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器用途，其特征在于，如权利要求1-5任一所述的三维纯逆流换热器和如权利要求6的三维纯逆流换热器装置可应用于建筑排风、煤矿乏风或地铁隧道排风冷/热回收系统。

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