CN115930647B - 一种换热器、新风空调及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器、新风空调及工作方法，涉及通风领域，包括安装在转盘上的多根热管，热管弯折形成依次连通且轴线共面的冷凝段、中间段和蒸发段，相邻热管的轴线所在平面呈夹角设置，当冷凝段的水平高度大于蒸发段的水平高度时热管处于换热工况，转盘通过转动改变处于换热工况的热管的数目，针对目前新风空调在寒冷环境运行预热、预冷效果不佳的问题，通过设置多根弯折热管，对吸入的新风进行预热，避免全热交换器的结冰，根据所需换热工况，通过转盘带动热管转动来调整热管姿态，使投入运行的热管数目达到所需要求，保证预热、预冷效果满足需求，提高对不同的环境温度适应性。

Description

一种换热器、新风空调及工作方法

技术领域

本发明涉及通风领域，具体涉及一种换热器、新风空调及工作方法。

背景技术

在冬天极寒的环境中，室外温度低至零下几十摄氏度，新风系统全热交换器的芯片空间开始出现冷凝液，然后结冰结霜。因其工作运行中，室内的温暖空气含有许多湿气，回风空气进入全热交换器后与室外寒冷新风换热后会快速降温，湿润的回风空气会在全热交换器内结冰，引起换热通道的堵塞，导致新风系统无法继续运行。且新风经过全热交换器后，在夏季向室内送风的温度仍然高于室内温度，在冬季向室内送风的温度仍然低于室内温度，现在新风行业大都采用夏季盘管或热泵方案来降低送风温度，冬季采用盘管或电加热方案来增加送风温度，但采用均需要进行主动供能，导致能耗的进一步增加。

中国专利（公开号CN205261799U）中公开了一种双向节能型全新新风空调机组，在全热交换器前设置热管换热器对新风进行预处理，利用回风中的热量来提高送风温度，代替传统的用电热加热或者盘管的方式，达到节能的效果。但其并不适用于极寒环境，新风吸入低温室外空气时，热管换热器的下端冷凝段介质释放热量后无法上升至蒸发段，热管换热器的冷凝段和蒸发段热量无法有效传递，仍会导致全热交换器内部结冰、堵塞；另外，热管换热器在运行过程中无法进行调节，换热量、换热效率难以进行控制而导致预热、预冷效果不佳，对于不同的环境温度适应性较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种换热器、新风空调及工作方法，通过设置弯折热管，对吸入的新风进行预热，避免全热交换器的结冰，根据所需换热工况，通过转盘带动热管转动来调整热管姿态，使投入运行的热管数目达到所需要求，提高对不同的环境温度适应性。

本发明的第一目的是提供一种换热器，采用以下方案：

包括安装在转盘上的多根热管，热管弯折形成依次连通且轴线共面的冷凝段、中间段和蒸发段，相邻热管的轴线所在平面呈夹角设置，当冷凝段的水平高度大于蒸发段的水平高度时热管处于换热工况，转盘通过转动改变处于换热工况的热管的数目。

进一步地，所述热管的冷凝段和蒸发段上分别设有换热翅片。

进一步地，所述热管一端贯穿转盘，中间段通过连接件固定与转盘，通过转盘将冷凝段和蒸发段分隔。

进一步地，所述中间段轴线与转盘端面平行，沿转盘环向上，热管围绕转盘轴线间隔布置。

进一步地，所述转盘连接有驱动机构，驱动机构带动转盘及热管绕转盘轴线转动。

本发明的第二目的是提供一种新风空调，利用如第一目的所述的换热器，换热器的冷凝段位于新风入口通道内，蒸发段位于排风出口通道内。

进一步地，新风入口通道通过全热交换器内第一通道连通送风出口通道，回风入口通道通过全热交换器内第二通道连通排风出口通道。

进一步地，所述第一通道入口、第一通道出口、第二通道入口和第二通道出口处分别设有温度检测元件，温度检测元件接入控制器，温度检测元件用于获取对应位置的温度并发送至控制器，控制器用于控制转盘的转动角度。

本发明的第三目的是提供一种利用上述换热器的工作方法，包括：

依据所需换热量配置投入换热工况的热管数目；

转盘转动，改变热管的冷凝段和蒸发段的相对位置，使得处于冷凝段水平高度大于蒸发段水平高度状态的热管的数目等于该换热工况所需的热管数目。

进一步地，所述热管轴线所在平面与转盘轴线平行或共面。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

（1）针对目前新风空调在寒冷环境运行预热、预冷效果不佳的问题，通过设置多根弯折热管，对吸入的新风进行预热，避免全热交换器的结冰，根据所需换热工况，通过转盘带动热管转动来调整热管姿态，使投入运行的热管数目达到所需要求，保证预热、预冷效果满足需求，提高对不同的环境温度适应性。

（2）通过转动的形式来进行投入热管数目的调节，相较于直接增加或减少所安装的热管数目，能够提高调节的速度，解决目前热管换热器固定形式不便调整和调节的问题。

（3）热管布置在新风入口通道和排风出口通道内，对新风进行预热，减少新风和室内回风之间的温差，从而削弱在全热交换器位置换热时室内回风的降温程度，排出全热交换器的回风大于零度，避免了湿润的回风在全热交换器内的结冰，使得系统在低温环境下仍能够保持正常运行，解决全热交换器位置由于热交换效率高而引起的结冰问题。

（4）利用热管和全热交换器耦合，在全热交换器前设置热管换热器对新风进行预处理，利用回风中的热量来提高送风温度，代替传统的用电热加热或者盘管的方式，节省额外的冷源和热源，达到节能的效果。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1和2和3中换热器的示意图。

图2为本发明实施例1和2和3中热管的示意图。

图3为本发明实施例1和2和3中热管连接转盘的示意图。

图4为本发明实施例1和2和3中蒸发段的端面示意图。

图5为本发明实施例1和2和3中新风空调的示意图。

图6为本发明实施例1和2和3中新风空调测温位置的示意图。

图中，1.全热交换器，2.换热器，3.排风风机，4.送风风机，5.回风口，6.送风口，7.新风口，8.排风口，9.中间段，10.蒸发段，11.换热翅片，12.驱动机构，13.热管，14.转盘，15.冷凝段，16.连接件，17.第四热管，18.第三热管，19.第二热管，20.第一热管。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图6所示，给出一种换热器。

新风空调内部采用全热热回收芯体，单一的全热热回收芯体冬季在寒冷地区运行时，从室内排出的湿润空气在排风口位置容易结冰，堵塞新风空调内部的换热通道，导致新风空调无法运行。若采用盘管式、电加热段等再热方式对新风进行再热升温，冬季寒冷条件下会造成盘管的冻裂，而采用电加热方式能耗较高导致运行成本高。并且，高功率的电加热方式存在诱发火灾的安全隐患，低功率的加热器无法满足新风空调大风量时的温度提升。

虽然目前存在通过热管式换热器与全热热回收芯体结合使用的方案，但其多针对夏季环境的应用，回收排风空气中的冷量对新风空气预冷，由于传统热管结构的局限性，无法适用于寒冷环境下对新风进行预热需求，同时，还存在对预热、预冷效果难以进行调节的问题。

基于此，本实施例提供一种换热器2，能够利用热管13的蒸发段10吸收排风中的热量，输送至冷凝段15对新风预热，减少后方全热交换器1内的温差，解决单一全热交换器1冬季显热效率过高引起湿润回风空气快速降温，致使全热交换器1结冰的问题。另外，将多根热管13安装在转盘14上，通过转动改变热管13姿态，从而使部分或全部热管13投入使用，达到对换热量进行调节的效果。

下面，结合附图对本实施例中的换热器2进行详细说明。

参见图1，换热器2包括热管13和转盘14，热管13为弯折形成的结构，以中部弯折位置为界，将热管13分为冷凝段15和蒸发段10，中部弯折位置为中间段9，中间段9将冷凝段15与蒸发段10连通；热管13安装在转盘14上，随着转盘14转动的同时调整姿态，基于热管13内部热量的转移，能够通过蒸发段10吸收外界热量、通过冷凝段15向外界释放热量，将蒸发段10和冷凝段15布置在新风空调对应的通道内，达到冷却通道内空气或加热通道内空气的效果。

以将冷凝段15布置在新风空调的新风入口通道内、将蒸发段10布置在排风出口通道内为例，如图5、图6所示，在冬季寒冷环境下，室内回风的温度经过全热交换器1换热后，温度仍高于外界大气新风的温度，通过蒸发段10吸收排风出口通道内的热量并转移至冷凝段15释放，对新风空调获取的外界新风进行预热，降低在全热交换器1位置新风与回风的温差，使全热交换器1排风温度高于零度，从而避免湿润的室内回风在全热交换器1内结冰。

热管13能够在姿态不同时形成换热工况和非换热工况，即正常工作状态和非工作状态；冷凝段15、中间段9和蒸发段10依次连通形成近似Z型的结构，并且三段结构轴线共面布置，相邻热管13的轴线所在平面呈夹角设置，在转盘14带动热管13转动不同角度时，热管13轴线所在平面与水平面的夹角也有所不同。

由于热管13内部热量流动方向的特性，当冷凝段15处于相对高位置、蒸发段10处于相对低位置时，热管13能够持续运行，将蒸发段10吸收的热量不断输送至冷凝段15。当冷凝段15与蒸发段10水平高度相同时，热管13处于非换热工况；当冷凝段15处于相对低位置、蒸发段10处于相对高位置时，热量无法从高位置输送至低位置，热管13同样处于非换热工况。

因此，如图2所示，本实施例中，转盘14能够通过转动改变热管13的姿态，改变处于冷凝段15水平高度大于蒸发段10水平高度状态的热管13的数目，以改变处于换热工况的热管13数目，从而调节换热量。

热管13的冷凝段15和蒸发段10上分别设有换热翅片11，增强换热效率。

结合图3、图4，热管13一端贯穿转盘14，中间段9通过连接件16固定与转盘14，通过转盘14将冷凝段15和蒸发段10分隔，连接件16可以选用扣件，保持热管13与转盘14的固定，使热管13能够随转盘14稳定转动。

中间段9轴线与转盘14端面平行，沿转盘14环向上，热管13围绕转盘14轴线间隔布置。可以理解的是，可以根据需求配置热管13所在平面与水平面的夹角，方便对其进行调整。

具体的，参见图3，以转盘14上安装四根热管13为例，沿转盘14轴线的环向上依次为第一热管20、第二热管19、第三热管18和第四热管17，第一热管20轴线所在平面与水平面夹角为90°、第二热管19轴线所在平面与水平面夹角为65°、第三热管18轴线所在平面与水平面夹角为40°、第四热管17轴线所在平面与水平面夹角为15°，此时，四根热管13均处于冷凝段15水平高度大于蒸发段10水平高度的状态，使热管13全部投入换热工况。

根据需求，可以将第一热管20所在平面调整为与水平面呈50°夹角，此时，第二热管19所在平面与水平面呈25°夹角，第一热管20和第二热管19投入换热工况，而此时第三热管18所在平面与水平面呈0°夹角，第四热管17所在平面与水平面呈-25°夹角，第三热管18和第四热管17处于非换热工况。相较于上述全部处于换热工况，降低了工作的热管13数目，降低对新风入口通道内的预热效果。

根据其他需求，还可以将各个热管13的姿态进一步调节，以使其满足所需的工况，当然，该调节过程通过转盘14的转动实现，转盘14转动安装在新风空调上，配置对应的驱动机构12带动转盘14转动。

在其他实施方式中，还可以配置其他数目的热管13，也可以将热管13配置为不同的夹角，根据需求进行调整。

转盘14连接有驱动机构12，驱动机构12带动转盘14及热管13绕转盘14轴线转动，还可以配置隔板，作为转盘14和驱动机构12的安装机架。驱动机构12可以选用步进电机，转盘14外圈设有齿，步进电机通过齿轮啮合转盘14外圈，从而驱动转盘14转动。

在调节转盘14的工况时，如图5、图6，可以对新风空调内配置多个测温点，基于测温点获取的温度，来调整处于换热工况的热管13数目。同时，还可以对热管13内部的介质进行选择，使其能够满足换热需求。

实施例2

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图6所示，给出一种新风空调。

新风空调利用如实施例1中的换热器2，新风空调的结构如图5所示，新风空调设有壳体结构的机箱，在机箱内布置全热交换器1，新风口7连通机箱内的新风入口通道，排风口8连通机箱内的排风出口通道，同时，全热交换器1内设有能够相互换热的第一通道和第二通道，新风入口通道通过全热交换器1内第一通道连通送风出口通道，回风入口通道通过全热交换器1内第二通道连通排风出口通道。

送风出口通道连通送风口6，回风入口通道连通回风口5，换热器2的冷凝段15位于新风入口通道内，蒸发段10位于排风出口通道内。

第一通道入口、第一通道出口、第二通道入口和第二通道出口处分别设有温度检测元件，同时，在新风口7和排风口8位置也设有温度检测元件，温度检测元件接入控制器，温度检测元件用于获取对应位置的温度并发送至控制器，控制器用于控制转盘14的转动角度。

温度检测元件可以采用温度传感器等，同时，在送风口6还配有送风风机4，在排风口8配有排风风机3，促进送风效率和排风效率。

在运行时，新风经过换热器2的冷凝段15，换热器2中的冷媒冷凝放热，新风吸收换热器2冷凝段15放出的热量升温，然后经过全热交换器1，吸收回风中的热量送往室内。

回风经过全热交换器1，然后再通过换热器2中的蒸发段10，排出室外。

全热交换器1的第二通道的排风温度高于0摄氏度，而全热交换器1的第一通道内的新风为干冷空气，因此在全热交换器1不会结冰，解决了单一全热交换器1冬季显热效率过高引起排风温度过低的问题，从而解决了全热交换器1结冰的问题。

冬季：室外新风经过换热器2，经换热器2升温后再经过全热交换器1，全热交换器1在室外温度很低的情况下也不会结冰，经过送风机送往室内；室内污风经过回风口5经过全热交换器1，再经过换热器2排往室外。

热管13布置在新风入口通道和排风出口通道内，对新风进行预热，减少新风和室内回风之间的温差，从而削弱在全热交换器1位置换热时室内回风的降温程度，排出全热交换器1的回风大于零度，避免了湿润的回风在全热交换器1内的结冰，使得系统在低温环境下仍能够保持正常运行，解决全热交换器1位置由于热交换效率高而引起的结冰问题。

实施例3

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图6所示，给出一种换热器的工作方法。

结合图1-图6，该工作方法包括：

依据所需换热量配置投入换热工况的热管13数目；

转盘14转动，改变热管13的冷凝段15和蒸发段10的相对位置，使得处于冷凝段15水平高度大于蒸发段10水平高度状态的热管13的数目等于该换热工况所需的热管13数目。

结合实施例1，以图3中转盘14上安装四根热管13为例，进行说明。

以图3中转盘轴线右侧的水平方向为基准，设定第四热管17的中间段9的轴线与基准在顺时针方向的夹角角度为α，基于此：

当255°≤α≤360°，换热器2的四根热管均不投入运行；

当0°＜α≤25°及230°≤α＜255°，换热器2的一根热管13投入运行；

当25°＜α≤50°及205°≤α＜230°，换热器2的两根热管13投入运行；

当50°＜α≤75°及180°≤α＜205°，换热器2的三根热管13投入运行；

当75°＜α＜180°，换热器2的四根热管13同时投入运行.

在其他实施方式中，此控制方式根据热管13的夹角布置进行调整。

同时，在将换热器2安装至新风空调后，可以依据新风空调内各个测温点的温度对换热器2的工作状态进行调整。

参见图6，T_A、T_B、T_C、T_D、T_E、T_F分别为机组旋转式换热器2与全热交换器1前后的温度，对应A、B、C、D、E、F点处，由温度传感器测得。

T_A-室外温度（℃）；

T_B-换热器2冷凝段15后温度（℃）；

T_C-排风温度（℃）；

T_D-全热交换器1排风侧温度（℃）；

T_E-回风温度（℃）；

T_F-送风温度（℃）；

整体控制策略是保证T_D>0℃；

若T_D≤0℃，则换热器2投入运行，一根热管13投入运行；每30s检测一次，若再次检测T_D≤0℃，两根热管13投入运行；依次类推增加投入运行的热管13数目，直至检测的T_D大于0℃。根据需投入运行的数量，由驱动机构12带动转盘14进而带动换热器2旋转至需要角度。

利用热管13和全热交换器1耦合，在全热交换器1前设置带有热管13元件的换热器2对新风进行预处理，利用回风中的热量来提高送风温度，代替传统的用电热加热或者盘管的方式，节省额外的冷源和热源，达到节能的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种换热器，其特征在于，包括安装在转盘上的多根热管，热管为弯折形成的结构，以中部弯折位置为界热管分为冷凝段和蒸发段，中部弯折位置为中间段，冷凝段、中间段和蒸发段依次连通形成Z型的结构，三段结构轴线共面布置，热管一端贯穿转盘，中间段通过连接件与转盘固定，通过转盘将冷凝段和蒸发段分隔，中间段轴线与转盘端面平行，沿转盘环向上，多根热管围绕转盘轴线间隔布置，相邻热管的轴线所在平面呈夹角设置，热管能随转盘转动，当冷凝段的水平高度大于蒸发段的水平高度时热管处于换热工况，当冷凝段与蒸发段水平高度相同时，热管处于非换热工况，当冷凝段处于相对低位置、蒸发段处于相对高位置时，热管处于非换热工况，转盘通过转动改变处于换热工况的热管的数目来调节换热量。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述热管的冷凝段和蒸发段上分别设有换热翅片。

3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述转盘连接有驱动机构，驱动机构带动转盘及热管绕转盘轴线转动。

4.一种新风空调，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的换热器，换热器的冷凝段位于新风入口通道内，蒸发段位于排风出口通道内。

5.如权利要求4所述的新风空调，其特征在于，还包括全热交换器，新风入口通道通过全热交换器内第一通道连通送风出口通道，回风入口通道通过全热交换器内第二通道连通排风出口通道。

6.如权利要求5所述的新风空调，其特征在于，所述第一通道入口、第一通道出口、第二通道入口和第二通道出口处分别设有温度检测元件，温度检测元件接入控制器，温度检测元件用于获取对应位置的温度并发送至控制器，控制器用于控制转盘的转动角度。

7.一种利用如权利要求1-3任一项所述换热器的工作方法，其特征在于，包括：

依据所需换热量配置投入换热工况的热管数目；

转盘转动，改变热管的冷凝段和蒸发段的相对位置，使得处于冷凝段水平高度大于蒸发段水平高度状态的热管的数目等于该换热工况所需的热管数目。

8.如权利要求7所述的换热器的工作方法，其特征在于，所述热管轴线所在平面与转盘轴线平行或共面。

Images