CN1563829A

CN1563829A - 空气全热回收方法及其装置与应用

Info

Publication number: CN1563829A
Application number: CNA2004100265884A
Authority: CN
Inventors: 张立志
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-01-12

Abstract

本发明提供一种空气全热回收方法，主要是利用膜进行空气全热交换，所述膜为选择性透过膜，包括高分子聚合物膜、无机分子筛膜、液膜，所述空气全热交换方式为顺流、逆流、差流或混合流方式。一种空气全热回收装置，包括选择性透过膜或复合支撑液膜、新风流道、排风流道，在新风流道与排风流道之间设置选择性透过膜或复合支撑液膜。本发明利用膜作为全热回收媒介进行全热回收的方法，可实现显热回收效率0.9以上，潜热回收效率0.85以上；比传统的转轮热回收方法更简单，效率更高，且无新风和排风之间的泄漏问题；其装置结构简单、安全可靠、成本低、噪音低，拆装与维护简易方便，可应用的具体形式多样，适用范围广。

Description

空气全热回收方法及其装置与应用

技术领域

本发明涉及一种热回收技术，特别涉及一种空气全热回收方法及其装置与应用。

背景技术

在空调负荷的组成中，新风处理所消耗的能量占到20％～40％，因此对新风进行热回收，成为建筑节能领域的一项重要课题，引起国内外学术界、工业界的广泛关注。目前的热回收方式，主要分为显热回收和全热回收(焓回收)两大类。显热回收采用普通的金属壁换热器，新风和室内排风在换热器中交换热量，在夏天利用排风来降低新风的温度，而在冬天利用排风提高新风的温度，这样充分利用室内排风具有的显热，达到节能的目的。这种热回收方式的优点是简单成熟，缺点是只能回收显热，不能回收潜热，不适用于潜热负荷占总负荷比重较大的地区，如中国华南地区。另外一种热回收方式为全热回收，亦称焓回收，即不仅回收显热，同时回收潜热，或水蒸汽。目前全热回收技术国际上采用的是全热转轮(Energy wheel)，也有人尝试采用以纸为交换媒介的换热器。这二种技术的优点是可以同时回收显热和一部分潜热，提高了回热效率，但是，转轮造价很高，且含有运动部件，可靠性差，新风和排风容易相互掺杂，而采用纸为媒介的焓回收器不仅回收效率低，而且容易发生新风和排风之间的混合和泄露，更为致命的是在冷天运行时，凝结水对纸具有破坏性，这些缺点都限制了它们的发展。在国内，1991年7月3日公告的CN2080146U的中国实用新型专利说明书提出采用间壁换热器，1995年4月12日公告的CN2194473Y的中国实用新型专利说明书提出采用波纹板圆桶形换热器，2003年12月24日公告的CN1462862A的中国实用新型专利说明书提到采用热管，实现对新风的热回收，但它们只能回收显热部分，不能进行全热回收；1997年1月15日公告的CN2245205Y的中国实用新型专利说明书提出采用热交换薄膜换热器，热交换薄膜的材料可采用金属或非金属材料(如塑料薄膜)，但这种换热器的热回收效果亦同上。1997年7月2日公告的CN2257367Y的中国实用新型专利说明书提出采用具有吸热吸湿的热回收芯体作为全热回收媒介，但原理与转轮类似，要频繁切换冷热流体；2003年12月17日公告的CN2593094Y的中国实用新型专利说明书公开的“带热回收的空气除湿冷却装置”可以实现热湿的连续回收，但它采用吸湿溶液连续循环方式，系统复杂，腐蚀问题非常严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种热回收效率高、可实现全热回收的空气全热回收方法。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的空气全热回收装置。

本发明的再一目的在于提供一种上述空气全热回收方法及装置的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：本空气全热回收方法为利用膜进行空气全热交换。

所述空气全热交换方式包括顺流、逆流、差流或混合流等方式。所述顺流是指温度和含湿量不同的两股空气在膜两侧同方向流动；所述逆流是指温度和含湿量不同的两股空气在膜两侧相对方向流动；所述差流是指温度和含湿量不同的两股空气在膜两侧相对流动，两股空气的流动方向在空间形成一夹角α(0＜α＜90°)；所述混合流是指前述顺流、逆流、差流中任意两种方式的结合或三者的结合。

所述膜为选择性透过膜，包括高分子聚合物膜、无机分子筛膜、液膜；所述高分子聚合物膜包括三醋酸纤维膜、聚乙烯醇膜、赛璐玢膜、藻酸膜、壳聚糖膜、芳香聚酰亚胺膜、聚丙烯腈膜等；所述无机分子筛膜包括沸石分子筛膜、硅胶膜等；所述液膜可由氯化锂、溴化锂、氯化钙等卤素盐溶液或其混合溶液构成，也可以由其它吸湿性有机溶液如三甘醇溶液构成。

所述膜也可为复合支撑液膜，所述复合支撑液膜包括液膜、多孔支撑体、皮层。液膜固定在多孔支撑体中，在固定了液膜的多孔支撑体二侧分别通过溶胶-凝胶工艺或气相沉积法形成皮层(皮层可容水蒸汽透过但不透水)。所述液膜可由氯化锂、溴化锂、氯化钙等卤素盐溶液或其混合溶液或三甘醇溶液形成，所述多孔支撑体可为聚四氟乙烯、三醋酸纤维、聚乙烯醇、赛璐玢、藻酸、壳聚糖、芳香聚酰亚胺、聚丙烯腈等，所述皮层材料可为聚偏二氟乙烯、聚胺脂、聚烯烃等憎水膜。

本发明采用具有选择性透过功能的膜来充当全热回收媒介，由于这种膜只有水蒸汽能透过，而空气中的其它成份难以透过，所以当温度和水蒸汽含量不同的两股空气在膜两侧流动时，通过膜即可进行显热和水蒸汽的全热回收。

实现上述方法的空气全热回收装置包括选择性透过膜或复合支撑液膜、新风流道、排风流道，在新风流道与排风流道之间设置有选择性透过膜或复合支撑液膜。

所述空气全热回收装置(全热交换器)可设计成各种各样的结构形式，主要有平板式、螺旋板式、波纹板式、管壳式、套管式等；所述平板式全热交换器由平行的平板膜构成流道壁，膜二侧分别作为新风流道及排风流道；所述波纹板式全热交换器与平板式全热交换器相近似，所述管壳式全热交换器与现有管壳式换热器结构相类似，所不同的是换热管采用中空纤维膜，纤维内是管程，纤维外是壳程；所述套管式全热交换器由内套管和外套管同轴套接构成，所述内套管为膜管，所形成的环形流道和圆形流道可分别作为新风流道及排风流道；所述内套管亦可包括大小不同的多个膜管，将外套管内空间划分为多层环状流道，可根据需要作为新风流道或排风流道。

前述空气全热回收方法及装置可应用于空调制冷设备、食品与化工余热回收领域，如家用空调、中央空调中进行能量回收。

本发明相对现有技术具有如下的优点及效果：(1)利用膜作为全热回收媒介进行全热回收的方法，可实现显热回收效率0.9以上，潜热回收效率0.85以上；比传统的转轮热回收方法更简单，效率更高，且无新风和排风之间的泄漏问题。在空调的能量回收系统中采用这种方法，在夏天，新风的温度和含湿量得到降低，在冬天，新风的温度和含湿量得到提升，从而大大减小了空调负荷；同时，传热和传湿过程相互独立，便于实现室内湿度的独立控制。(2)利用该方法进行全热回收的装置，热回收效率高，同时除风机外，无其它运转部件，系统构造简单、安全可靠、成本低、噪音低，拆装与维护简易方便；而且可应用的具体形式多样，可根据需要设计成平板式、波纹板式、管壳式、套管式等形式的热交换器，适用范围极其广泛。

附图说明

图1是本发明空气全热回收装置的结构示意图。

图2是图1所示空气全热回收装置的工作原理图。

图3是图1所示空气全热回收装置中复合支撑液膜的结构示意图。

图4是本发明空气全热回收装置另一结构的示意图。

图5是本发明空气全热回收装置又一结构的示意图。

图6是本发明空气全热回收装置再一结构的示意图。

图7是本发明空气全热回收装置第五种结构的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本发明的具体结构如图1所示，为平板式结构形式，由图1可见，本空气全热回收装置包括新风风机2、排风风机3、新风管1、排风管4、全热回收器5，新风管1、排风管4分别与全热回收器5相连接，两管1、4之间呈90°垂直设置，在新风管1和排风管4上分别设置有新风风机2和排风风机3，用于吸入新风及排风；所述全热回收器5的内部结构如图2所示，6、7、8是三层相邻的平板膜，将空间分隔成新风流道与排风流道。所述膜6、7、8为选择性透过膜或复合支撑液膜，选择性透过膜可采用高分子聚合物膜(如三醋酸纤维膜)、无机分子筛膜(如沸石分子筛膜)；所述复合支撑液膜的结构如图3所示，包括液膜9、多孔支撑体10、皮层11，液膜9固定在多孔支撑体10中，在固定了液膜9的多孔支撑体10二侧分别通过溶胶-凝胶工艺或气相沉积法形成皮层11，起固封作用，所述液膜9由氯化锂、溴化锂、氯化钙溶液或三甘醇溶液形成，所述多孔支撑体10为聚四氟乙烯材料，所述皮层11可为聚偏二氟乙烯材料。

利用本空气全热回收装置进行全热回收的具体工艺步骤是：打开新风风机2和排风风机3，驱动新风和空调设备的排风呈差流状流经全热回收器5内的新风流道及排风流道，并通过膜6、7、8进行显热交换和潜热(水蒸汽)交换，交换后的新风由新风管1进入空调设备中，排风则由排风管4排出室外。

实施例2

本发明的另一具体结构如图4所示，为管壳式结构形式，由图4可见，本空气全热回收装置包括管板12、中空纤维13、壳体14、法兰15等部件，中空纤维13与壳体14两端的管板12相连接形成管程流道，壳体14设置有出、入口，所述出、入口分别与法兰15相连接，形成壳程流道；所述中空纤维13是由选择性透过膜(如聚丙烯腈膜)构成的中空管状结构膜。

利用本空气全热回收装置进行全热回收的具体工艺步骤是：驱动新风和排风分别沿管程流道和壳程流道流动，新风和排风通过中空纤维壁(即选择性透过膜)进行全热交换。

实施例3

本发明的又一具体结构如图5所示，为套管式结构形式，由图5可见，本空气全热回收装置包括外套管16、内套管17；内套管17和外套管16同轴套接，所述内套管17为膜管，利用金属网将透湿膜(如三醋酸纤维膜)支撑起来构成，膜管17内空间形成新风流道，外套管16与膜管17之间的环形空间形成排风流道。

利用本空气全热回收装置进行全热回收的具体工艺步骤是：驱动新风和排风分别沿新风流道和排风流道流动，新风和排风通过膜管17进行全热交换。

实施例4

本发明的再一具体结构如图6所示，为多层同心套管式结构，由图6可见，本空气全热回收装置由一系列不同内径的同轴膜套管20(材料为硅胶膜)组成，所形成的同心圆环流道分别间隔流过新风与排风，形成新风流道18和排风流道19。图中“+”号表示新风背向读者流动，“-”号表示排风流向读者。

利用本空气全热回收装置进行全热回收的具体工艺步骤是：驱动新风和排风分别沿新风流道和排风流道流动，新风和排风通过同轴膜套管20进行全热交换。

实施例5

本发明的第五种具体结构如图7所示，为螺旋板式结构，由图7可见，本空气全热回收装置由两条平行的膜21弯曲形成螺旋结构，形成新风流道22和排风流道23。新风和排风在螺旋板膜(复合支撑液膜)21形成的风道中相向流动，交换湿热。在螺旋板中心处，新风面向读者流动，而排风背向读者流动。图7中“+”号表示排风背向读者流动，“-”号表示新风流向读者。

利用本空气全热回收装置进行全热回收的具体工艺步骤是：驱动新风和排风分别沿新风流道和排风流道流动，新风和排风通过螺旋板膜21进行全热交换。

Claims

1、一种空气全热回收方法，其特征在于：利用膜进行空气全热交换。

2、根据权利要求1所述的空气全热回收方法，其特征在于：所述空气全热交换方式为顺流、逆流、差流或混合流。

3、根据权利要求1所述的空气全热回收方法，其特征在于：所述膜为选择性透过膜，包括高分子聚合物膜、无机分子筛膜、液膜。

4、根据权利要求3所述的空气全热回收方法，其特征在于：所述高分子聚合物膜包括三醋酸纤维膜、聚乙烯醇膜、赛璐玢膜、藻酸膜、壳聚糖膜、芳香聚酰亚胺膜、聚丙烯腈膜；所述无机分子筛膜包括沸石分子筛膜、硅胶膜；所述液膜由卤素盐溶液或有机吸湿溶液构成。

5、根据权利要求1所述的空气全热回收方法，其特征在于：所述膜为复合支撑液膜，包括液膜、多孔支撑体、皮层，液膜固定在多孔支撑体中，在固定了液膜的多孔支撑体二侧分别形成皮层。

6、一种空气全热回收装置，其特征在于：包括选择性透过膜或复合支撑液膜、新风流道、排风流道，在新风流道与排风流道之间设置选择性透过膜或复合支撑液膜。

7、根据权利要求6所述的空气全热回收装置，其特征在于：所述新风流道及排风流道为平板式、螺旋板式、波纹板式、管壳式或套管式结构。

8、根据权利要求7所述的空气全热回收装置，其特征在于：所述管壳式结构的换热管为膜管。

9、根据权利要求7所述的空气全热回收装置，其特征在于：所述套管式流道由内套管和外套管同轴套接构成，所述内套管为膜管。

10、一种空气全热回收方法的应用，其特征在于：应用于空调制冷、食品与化工余热回收领域进行能量回收。