CN202853043U - 薄型热交换型换气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄型化且功耗增加不大的热交换型换气装置。该薄型热交换型换气装置包括机壳以及内置于机壳内的热交换器、送风机和排风机，在机壳的侧壁上的室内侧开设有回风口和送风口，在机壳的侧壁上的室外侧开设有新风口和排风口，送风机设置在热交换器与送风口之间，排风机设置在热交换器与排风口之间，并且送风机和排风机位于侧壁的同一边。本实用新型的结构更加紧凑，实现了薄型化和小型化，可以占用更小的吊顶的面积。本实用新型还可以实现在相同热交换效率的情况下的更小的体积。

Description

薄型热交换型换气装置

技术领域

本发明涉及一种热交换型换气装置，尤其涉及一种薄型热交换型换气装置，属于空气调节技术领域。

背景技术

装修时，换气装置水平安装于房屋顶部的屋顶与天花板之间，该换气装置的高度是决定房屋吊顶的高度的重要因素。随着现在住房高度的要求，换气装置的高度也越来越小。为了装修的需要，换气装置也越来越小型化，以减小占用的吊顶的面积。

以往类似产品的设计中，冷热空气的交换采用直线型交换方式。这样冷热空气的进口就必须设置在机芯两端，而风机必须设置在机型的另两个端头，根据空气动力学的原理，冷热空气进口距风机越近，通过的风越多，所以冷热空气热交换的有效换热面积较原机芯的面积会大大减小，大概在50%～60%之间。

有一些现有设计虽然采用对角线型交换方式，但是由于采用立式风机，也无法实现小尺寸和薄型化。

还有一些现有设计采用的热交换器不同，导致在与本发明相同的体积下的换热效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种薄型化、小型化且功耗增加不大的热交换型换气装置。

为实现上述的发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄型热交换型换气装置，包括机壳以及内置于机壳内的热交换器、送风机和排风机，在所述机壳的侧壁上的室内侧开设有回风口和送风口，在所述机壳的侧壁上的室外侧开设有新风口和排风口，其特征在于，所述送风机设置在所述热交换器与所述送风口之间，所述排风机设置在所述热交换器与所述排风口之间，并且所述送风机和所述排风机位于所述侧壁的同一边。

较优地，所述送风机和所述排风机具有风轮和风轮涡壳，所述风轮涡壳的开口平行于所述热交换器，且处于所述薄型热交换型换气装置的高度的中间位置，以使风从所述风轮涡壳的上下进入所述风轮涡壳内部。

较优地，所述热交换器的边长L与所述机壳的短边a之间满足L≤0.7a。

较优地，所述风轮涡壳与所述热交换器的出风面的距离是用于安装所述热交换器所需的距离。

本发明所提供的换气装置结构更加紧凑，实现了薄型化和小型化，可以占用更小的吊顶的面积，而且功耗无明显增加。本发明可以实现在相同热交换效率的情况下的更小的体积。

附图说明

图1为本发明第一实施例中，薄型热交换型换气装置的俯视示意图；

图2为图1所示薄型热交换型换气装置的正视示意图；

图3为图1所示薄型热交换型换气装置的立体示意图；

图4为图1所示薄型热交换型换气装置中，新风和回风热交换示意图；

图5为图1所示热交换器的边长变化示意图；

图6为热交换效率、热交换器边长与风速三者之间关系的示意图；

图7为热空气交换时间、换气装置体积与热交换器边长三者之间关系的示意图；

图8为图1所示热交换器与风机涡壳的位置关系示意图；

图9为本发明第二实施例结构示意图；

图10为本发明第三实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明内容作进一步阐述。下文中，将从室外进入室内的空气定义为新风，将从室内排出室外的空气定义为回风。

本发明提供了一种如图1所示的又薄又小的紧凑型的热交换型换气装置（下文简称换气装置）。

结合图1至图3可知，该换气装置具有长方体形的机壳1，机壳1由侧壁10、顶板10A和底板10B组成。安装时，顶板10A贴近屋顶天花板，底板10B与吊顶接触。侧壁10由四块高度相等且互相垂直的侧壁板组成，其中两块相互平行的侧壁板101和102组成长方体的长边，另外两块相互平行的侧壁板103和104组成长方体的短边。将长边和短边相应的侧壁板分别定义为长边板和短边板。侧壁10的高度与热交换器20（见下文）的高度基本一样。

在该换气装置内部，安装有热交换器20。该热交换器20的水平方向的横截面为正方形，并沿侧壁10的高度方向延伸。该热交换器20采用叉流板式热交换器，具有沿侧壁10高度方向平行排列的多层方形翅片。在相邻翅片间形成彼此隔绝的导风通道，相邻的导风通道相互垂直并隔离，各导风通道在热交换器20的高度方向上依次交替。热交换器20具有新风进风口和回风进风口，与新风进风口贯通的新风出风口和与回风进风口贯通的回风出风口。新风进风口和新风出风口设置在正文形截面的相对两侧；回风进风口和回风出风口设置在正文形截面的相对的另外两侧。

热交换器20的两个进风口相邻设置，并且两个进风口同时相对于同一块短边板（图1中的侧壁板103）且与该短边板成角度（例如45度）放置。为了减小新风和回风进入热交换器20时的阻力，以该热交换器20中两个进风口之间的对角线与该短边板（侧壁板103）垂直时为佳，本实施例中以进风口平面与长边板之间的夹角为45°放置。

图1中，热交换器20的回风进风口朝向左侧（室内侧），因此，在该换气装置左侧的长边板101上开设有回风口13，相应地，在该换气装置右侧（室外侧）的长边板102上开设有排风口12。同理，热交换器20的新风进风口朝向右侧，因此，在长边板102的上部开设有新风口14，相应地，在长边板101上开设有送风口11。其中，送风口11和新风口14成对角线设置，回风口13和排风口12成对角线设置。

在该实施例中，该热交换器20的水平横截面为正方形，热交换器20的对角线尺寸小于或等于壳体1水平横截面的短边尺寸。在该俯视图中，热交换器20的一条对角线的两端分别与壳体1的两个长边板连接，另一条对角线的两端分别与壳体1的两个短边板连接。为了减少该换气装置的体积，与短边连接的对角线的一端可以与短边板直接抵接，另一端与壳体的另一短边板之间有距离，并通过风道板连接。由此将壳体内部空间分隔成，分别与送风口11、新风口14、回风口13和排风口12连接的四个空间。

具体参考图1和图3，该立方体形状的热交换器3的上角线与侧壁的短边板103通过上风道板15连接，下角线与侧壁的另一短边板104通过下风道板16连接，左角线与位于左侧的侧壁的长边板101通过左风道板17连接，右角线与侧壁的位于右侧的长边板102通过右风道板18连接。本实施例中，上风道板15的尺寸小于下风道板16的尺寸，左风道板17与右风道板18的尺寸相同，因此新风进入空间和回风送入空间相同大小，但是这两者均小于新风送入空间和回风排出空间的大小。

其中，风道板15、风道板16和热交换器20一起，将侧壁10围成的空间一分为二，热交换器20左侧的空间为室内侧空间，热交换器20右侧的空间为室外侧空间。风道板17和风道板18又将位于热交换器20左侧的室内侧空间和位于右侧的室外侧空间分别进一步分割为四个独立的空间。由长边板101、短边板103、风道板15、风道板17和热交换器20组成的位于热交换器20左上侧的回风进入空间；由长边板101、短边板104、风道板16、风道板17和热交换器20组成的位于热交换器20左下侧的新风送入空间；由长边板102、短边板103、风道板15、风道板18和热交换器20组成的位于热交换器20右上侧的新风进入空间；和由长边板102、短边板104、风道板16、风道板18和热交换器20组成的位于热交换器20右下侧的回风排出空间。新风送入空间、回风排出空间、回风进入空间和新风进入空间分别与长边板上开设的送风口11、排风口12、回风口13和新风口14相对应。并且，新风进入空间和新风送入空间通过热交换器20贯通形成新风通道，回风进入空间和回风排出空间通过热交换器20贯通形成回风通道，新风和回风在该热交换器20内部进行热交换。

如图1所示，在相邻的新风送入空间和回风排出空间中安装送风机21和排风机25，用于将空气吸入换气装置内部，形成回风通道和新风通道中的空气流通。将送风机21和排风机25设在热交换器20出风口侧的对应的空间，消除了风机的阻力对冷热空气进入热交换器20时的影响，从而减小了风机对热交换效率的影响。

由图1可清楚地看到，送风机21设置在新风送入空间，排风机25设置在回风排出空间，而且这两个空间位于热交换器的同一侧（图1中的下侧），且分处于室内侧（图1中的左侧）和室外侧（图1中的右侧）。送风机21和排风机25不是设置在热交换器的对角线上，这样，新风和回风的风道形成在热交换器的对角线上，提高了热交换效率和热交换时间。另外，由于送风机21和排风机25是分置于热交换器的室内侧和室外侧，而不是重叠设置，可以减小换气装置的高度，使其变薄。

送风机21和排风机25的结构与驱动原理相同，在此以排风机25为例，对此进行说明。如图2所示，排风机25由风轮251和风轮涡壳252组成，进入回风排出空间的空气经由排风机25的上下两侧同时进入风轮涡壳252，并在风轮251的作用下被排出室外。风轮251由电机26驱动旋转，电机26通过电机支架27固定在顶板10A上。

排风机25的高度小于热交换器20的高度，排风机25水平放置于回风排出空间，并由安装件支撑在热交换器20的回风出风口处高度方向的中部。即，排风机25以风轮251的轴向垂直于热交换器20的出风方向（水平方向）的方式放置，风轮251的旋转方向平行于热交换器20。送风机21以与排风机25同样的方式设置于新风送入空间。从而，新风和回风从热交换器20出风口处流出后，可以从风轮涡壳的上下两侧，以较对称的流量进入风轮涡壳的内部，并在风轮的作用下，从风机的出口将空气排出。一方面，由于送风机21和排风机25的高度小于热交换器20的高度，使得该换气装置的高度主要由热交换器20的高度决定，风机本身不额外占用高度空间，从而缩小了该换气装置的高度；另一方面，风轮涡壳252由电机支架27支撑于热交换器20出风口高度方向的中部，使得空气可以从风轮涡壳252的上下两侧分别进入风轮涡壳252，减小了热交换器20出风口处的阻力。

结合图4至图8所示，从新风通道、回风通道、以及新风和回风进行热交换的示意图可以看出：在送风机21的作用下，室外的新风从新风口14进入新风进入空间，通过热交换器20后从送风口11被送入室内；同理，在排风机25的作用下，室内的回风从回风口13进入回风进入空间，通过热交换器20后从排风口12排出室外。其中，新风和回风以直路的方式从相互垂直的两个方向进入热交换器20（见图6），在热交换器20内部进行热交换后，经过送风机21和排风机25排出该换气装置体外。图中，实心箭头所指的方向为回风通道中回风的流动方向，空心箭头所指的方向为新风通道中新风的流动方向。

本实施例中，立方体形状的热交换器20是由纸质材料制成的全热交换器，用于交换新风和回风的热量和湿度。当然，此处也可以采用由金属材质制成的显热交换器，如由铝箔制成的显热交换器，可以仅用于交换新风和回风的热量。该热交换器的应用属于热交换领域的公知常识，在此不再详述。

现有技术中，换气装置的新风和回风多以曲路的方式进入热交换器，减小了空气通过热交换器时的风速，并且使得空气需要经过一定的漂移后才能进入导风通道，从而导致各导风通道中的空气分布不均，热交换面积未能得到充分利用，从而限制了热交换效率的提高。本发明所提供的薄型热交换型换气装置，通过叉流板式热交换器进风口与机壳上进风口正对的方式，使得新风和回风以直路的形式进入热交换器，保持了原有的风速，使得该热交换器的有效换热面积可以达到95%以上。并且该换气装置结合将送风机和排风机设置在热交换器的出风侧正对面，减小了热交换器出风口处的阻力，使得该热交换器的换热效率得到提高。

该换气装置在风量确定后，影响热交换效率η的因素有热交换器20的有效迎风面积S，热交换器的风速v，以及整个热交换器的有效换热面积S’。在图7所示的换气装置中，以该长方体的换气装置的短边为a，长边为b，高度为h，热交换器20的正方形断面的边长为L。

则，热交换器的有效迎风面积S＝h×L                    （1）

空气通过热交换器时的风速v＝Q/S＝Q/(h×L)＝(Q/h)/L    （2）

由此可见，在风量Q和热交换器20高度h确定的情况下，风速v与热交换器边长L之间满足如图8所示的反比例函数关系（图8中标示）。

由于热交换器的热交换效率η与新风或者回风通过热交换器的时间t相关，当t越大时，热交换效率η越高。而新风或回风通过热交换器的时间t满足

t＝L/v                                               （3）

当热交换器边长L确定时，风速v与新风或回风通过热交换器的时间t成反比例函数，因此，在风速v与热交换效率η之间满足图8所示的反比例函数。

将公式（2）代入公式（3），得到热交换器的热交换时间t:

t＝L/v＝L/Q/S＝L/Q/(L×h)＝L²×(h/Q)               （4）

所以，当风量Q和热交换器高度h确定时，热交换时间主要由热交换器的边长L决定，并且热交换时间t是热交换器边长L的二次函数，如图9所示。随着热交换器边长L增加，新风和回风在热交换器20中热交换的时间延长，热交换效率η增大。

另一方面，热交换器边长L的增大会导致该换气装置体积的增大。如果一味增大热交换器边长L，会导致该换气装置体积的过度增大，具体分析过程见下文。

如图7所示，热交换器原有边长为L，该薄型热交换型换气装置的对应长边的长度为b，当热交换器边长增加ΔL时，长边增加长度Δb。以热交换器20进风口与短边板夹角为45度为例，在热交换器对角线不大于薄型热交换型换气装置的短边a，即a≥1.4L时，增加L的长度，短边a不增加，长边b增加长度Δb＝1.4ΔL，此时，该换气装置体积增加ΔV＝a×Δb×h＝1.4a×h×ΔL，其中h是换气装置的高度。由于a、h固定，ΔV与ΔL之间满足线性关系。

而当热交换器边长L增加，导致a＜1.4L时，Δa＝Δb＝1.4ΔL，

ΔV＝(a×Δb＋b ×Δa＋Δa ×Δb)×h

＝1.96h ×ΔL²＋1.4(a＋b)h×ΔL

此时，增加的体积ΔV是热交换器边长增加值ΔL的二次函数。由此可见，为了实现体积与交换效率的平衡，热交换器边长L的上限L1与短边a之间应满足：a≥1.4L，即L≤0.7a。

本实施例中，根据本实施的产品参数确定薄型热交换型换气装置的体积变化值△V＝a*△b*h＝a*0.7*△L*h＝0.7*a*h*△L，这样可以取得良好的产品特性。

另外，机内阻力P满足以下公式：

P＝0.6(Q/(0.29M L))²＝7.13(Q/ML)²                  （5）

其中，P是机内阻力，M是风轮涡壳与热交换器的出风面的距离（如图8和10所示），L是热交换器的边长且满足L≤0.7a，Q是通过热交换器的风量。由公式可知，M减小，P增大。而根据电机的特性，阻力P增大,则转速会升高。而整机的功率W＝T*N/9.55，W是整机功率，T是电机的扭矩，N是电机转速，可见转速增大，功率W也会增大。

另一方面，M尺寸越大，机内的压损就越小，则整机的功率会降低，会在耗电方面有所节能，但同时设备的外形尺寸会加大、体积会加大，这样就失去了小型化的宗旨，而且材料的使用量会随着M尺寸的增大而增大，从节约资源的角度来说，这样会造成资源的使用增加，所以设备的体积又不能无限增大。而且，当M取值足够大的时候，M继续增大，P值变化也不明显了。

如图5和图8所示，薄型热交换型换气装置的体积变化值ΔV与M的关系满足：

ΔV＝1.4Mab                                    （6）

其中M是风轮涡壳与热交换器的出风面的距离，a和b分别表示换气装置的短边和长边。

根据公式5和公式6可知，在Q（进入热交换器的风量）、L（热交换器边长）、a（换气装置短边长）、b（换气装置长边长）一定的情况下，阻力P（或者功率W）与ΔV²（或者M²）成反比，ΔV与M成正比，需要折衷功率W与ΔV的取值，在功率与本行业相当的前提下，使体积尽量小，以实现小体积、小型化下的低功耗的技术效果。

将阻力P（功率W）设定在与本行业相当的水平，根据公式5可以得到M取值的最小值。再根据体积尽量小的原则设定M的取值。在本实施例中M取值为10～20mm，是用于安装热交换器所需的尺寸，即M取值的最小值。换言之，虽然本发明的体积减小了，但是功耗却没有增加，与业内水平相当。如果为了实现低功耗，而不强调小体积，可以适当增大M的取值。本发明中，M的最佳取值为140mm，此时换气装置的体积有点大，适用对换气装置的体积限制不严格的情况。

第二实施例

如图9所示，第二实施例的热交换器的形状可以改变为六边形，就可以减小设备的体积，而且会比第一实施例的换气装置的体积更小。在此只说明与第一实施例不同的部分。

具体如图9所示，六边形的热交换器具有位于上下两个位置的短边35，还有与短边分别连接的四条长边36。两条长边之间形成有连接热交换器和侧壁的连接板37。位于下方的长边36、位于下方的短边35、连接板37、侧壁10以及下风道板16隔离出了新风送入空间或者回风排出空间，用于容纳送风机或排风机。

在位于下方的长边36，即接近送风机或排风机的长边36，与连接边37之间形成突向上方（即远离送风机或排风机的方向）的夹角，从而使新风送入空间或者回风排出空间的体积增大。换言之，连接板37不是平行于侧壁10，而是从接近新风口的位置（两长边36的连接处）延伸到位于新风口与送风口的中间的位置，或者从接近回风口的位置（两长边36的连接处）延伸到位于回风口与排风口的中间的位置。因此，即使是在热交换器3位于换气装置的中心位置，而且上风道板15与下风道板16相同的情况下，新风送入空间也大于新风进入空间，回风排出空间也大于回风进入空间。于是，在热交换器本身的体积不增加的情况下，可以有更大的空间来容纳送风机或排风机。

在换气装置具有相同体积（机壳尺寸相同）的情况下，用此设计，由于六边形的面积大于第一实施例中方形截面的面积，所以热交换器的换热时间更长，换热效率更高。

用此设计，可以在减小热交换器整体体积的情况下，保持新风送入空间或者回风排出空间的大小不变。因此，如果使用与第一实例相同的热交换器、送风机、排风机，第二实施例的热交换器的体积可以减小，而且风轮涡壳与热交换器的出风面的距离M可以调整到合适的大小，以降低功耗。

第三实施例

如图10所示，第三实施例的热交换器的形状可以改变为四个圆弧形，就可以减小设备的体积，而且会比第一实施例的换气装置的体积更小。在此只说明与第一实施例不同的部分。

本实施例的热交换器3具有四条圆弧边38以及连接圆弧边38与侧壁10的三条直边39。圆弧边38的半径R与送风机或排风机的半径r对应，以保证风轮涡壳与热交换器的出风面的距离M为合适的大小，即R＝r＋M。

在本实施例中，位于图10中上方的圆弧边38（即位于新风口与回风口之间的圆弧边）与上部的侧壁10直接连接，即没有直边39。当然，根据需要，也可设置直边39来连接上方的圆弧边38与上部的侧壁10，以增大新风进入空间和回风进入空间。可以理解，如果排风机和送风机足够小，也可以将四条圆弧边38全部直接连接到侧壁10，而省略直边39。也可以是，只是位于送风机与排风机之间的圆弧边38通过直边39连接到侧壁，其他三条圆弧边38直接连接到侧壁10。

在换气装置具有相同体积（机壳尺寸相同）的情况下，用此设计，由于第三实施例中的热交换器的圆弧边38和直边39的面积之和大于第一实施例方形截面的面积，所以热交换器的换热时间更长，换热效率更高。

可以在减小热交换器整体体积的情况下，保持新风送入空间或者回风排出空间的大小不变。因此，如果使用与第一实例相同的热交换器、送风机、排风机，第三实施例的热交换器的体积可以减小，换热效率更高，而且风轮涡壳与热交换器的出风面的距离M可以调整到合适的大小，以降低功耗。

在本发明中，冷热空气的交换是交叉型的，冷热空气的进口设置在机型的正对面，而风机也是设置在机芯的正对面，而且在结构设计上充分考虑了机芯有效换热面积的最大化，机芯有效换热面积可以达到95%以上。另外，本发明中由于送风机与排风机是分置在机壳内的室内侧与室外侧，可以实现薄型化；由于合理设计热交换器与机壳边长的尺寸，并且合理设计热交换器与风机涡壳的距离，使换气装置更紧凑，占用更小的吊顶的面积；由于采用特定形状和尺寸的热交换器，在不增加换气装置整体的体积的前提下，使容纳送风机和排风机的新风送入空间和回风排出空间增大，从而实现相同热交换效率的情况下的更小的体积。

上面对本发明所提供的薄型热交换型换气装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种薄型热交换型换气装置，包括机壳以及内置于机壳内的热交换器、送风机和排风机，在所述机壳的侧壁上的室内侧开设有回风口和送风口，在所述机壳的侧壁上的室外侧开设有新风口和排风口，其特征在于，

所述送风机设置在所述热交换器与所述送风口之间，所述排风机设置在所述热交换器与所述排风口之间，并且所述送风机和所述排风机位于所述侧壁的同一边。

2.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述送风机和所述排风机具有风轮和风轮涡壳，所述风轮涡壳设置在所述薄型热交换型换气装置的高度的中间位置，且所述风轮的旋转方向平行于所述热交换器，以使风从所述风轮涡壳的上下进入所述风轮涡壳内部。

3.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述热交换器的边长L与所述机壳的短边a之间满足L≤0.7a。

4.如权利要求1至3中任一项所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述风轮涡壳与所述热交换器的出风面的距离是用于安装所述热交换器所需的距离。

5.如权利要求1至3中任一项所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述薄型热交换型换气装置满足以下关系：

ΔV＝1.4Mab

其中，ΔV是所述薄型热交换型换气装置的体积变化值，M是所述风轮涡壳与所述热交换器的出风面的距离，a是所述薄型热交换型换气装置的一边长，b是所述薄型热交换型换气装置的另一边长。

6.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述薄型热交换型换气装置满足以下关系：

P＝0.6(Q/(0.29M L))²

其中，P是机内阻力，Q是通过所述热交换器的风量，M是所述风轮涡壳与所述热交换器的出风面的距离，L是所述热交换器的边长。

7.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述热交换器具有上角线、下角线、左角线和右角线，所述上角线通过上风道板连接所述侧壁，所述下角线通过下风道板连接所述侧壁，所述左角线通过左风道板连接所述侧壁，所述右角线通过右风道板连接所述侧壁，

所述上风道板的尺寸小于所述下风道板的尺寸，所述左风道板与所述右风道板具有相同尺寸。

8.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述热交换器的形状是六边形，其具有对称设置的短边，以及与所述短边分别连接的长边，

在两条长边之间形成有连接热交换器和侧壁的连接板。

9.如权利要求1所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述热交换器具有多条圆弧边以及至少一条直边，所述至少一条直边将所述圆弧边中的一条连接到所述侧壁，未与所述直边连接的所述圆弧边与所述侧壁直接连接。

10.如权利要求9所述的薄型热交换型换气装置，其特征在于：

所述圆弧边的半径R＝r＋M，其中r是所述风轮涡壳的半径，M是所述风轮涡壳与所述圆弧边的出风面的距离。

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