CN203432019U - 寒冷地区用薄型热交换机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种寒冷地区用薄型热交换机。该寒冷地区用薄型热交换机通过在新风进风口附近的位置安装了多个电加热器，扩展了热交换机在寒冷地区的使用范围。该寒冷地区用薄型热交换机能够在低温下正常工作，在不低于零下25℃的室外环境下均可正常运行，可以满足室内进风的温度要求。同时，该寒冷地区用薄型热交换机，可以结合实际的室外温度，对电加热器需要开启的数量进行智能控制，节约能量。

Description

寒冷地区用薄型热交换机

技术领域

本实用新型涉及一种热交换机，尤其涉及一种适于寒冷地区使用的薄型热交换机，属于热交换技术领域。

背景技术

随着商品经济的迅猛发展，社会购买能力的逐渐提升，人们对改善室内环境品质的呼声也日益高涨。在空调解决了冷暖之后，人们对室内空气质量提出了更高的要求，加之建筑物气密性越来越好，使得自然渗透对流通风变得更加困难，热交换机便应运而生，并以其独特的优势在市场上逐步普及开来。现在，热交换机已广泛应用于住宅、旅馆、办公楼、会议室、教室等独立应用场合。

热交换机包括内置的送风机、排风机和热交换器，通过送风机和排风机驱动，使得室内污风和室外新风成正交叉方式流经热交换器，进行热量交换，室内污风和室外新风在热交换机内双向等量置换。

当热交换机在夏季运行时，室外新风从室内污风中获得冷量，使温度降低；同时室外新风被室内污风干燥，抑制室温变化，使室内保持足够的新鲜空气，同时提高室内空气的流动性。当热交换机在冬季运行时，室外新风从室内污风中获得热量，对室内污风进行热回收；同时室外新风可以从室内污风中获得水分，以使室内温度、湿度恒定。

但是，当在冬季，尤其是寒冷地域的冬季使用热交换机时，室外寒冷的空气经过热交换器换热并不能迅速提高空气温度，使空气温度达到理想值，如果此时室外空气直接进入屋内会降低屋内温度。同时，大量的寒冷空气持续不断的进入热交换机，会使机体内部的热交换器结露或结冰，影响热交换机的正常运转。因此，一般的热交换机仅适用于室内外温差较小的环境中使用，对于寒冷地域，尤其是在寒冷地域的冬季使用受到限制。

为了解决这个问题，如图1所示，现有技术中普遍的做法是在热交换机10的外部，在与室外新风进风口6连接的导风管上额外安装一个电加热箱15，通过设置于电加热箱15内的加热设备对要进入室内的气体进行加热。这样使得进入热交换机10内部的新风的气体温度得到提升，能有效地保持室内温度，同时保护热交换机的正常运转。但是，该方法受限于电加热箱15的安装位置，新风在导风管中的受热面积小，加热并不充分。当室外温度达到零下二十多度时，经过电加热箱加热的气体温度依然无法达到理想的室内温度要求，严重影响了热交换机的使用效率和适用范围。

此外，传统的空气加热方式是使用如电阻丝、电加热管等进行加热。电阻丝和电加热管的表面带电且容易短路，存在安全隐患，而且，当温控系统失灵后，电阻丝、电加热管温度会急剧上升，到达一定温度后电阻丝或电加热管容易烧毁，这样既不利于安全使用，同时也会造成经济损失。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种寒冷地区用薄型热交换机。该寒冷地区用薄型热交换机能够在低温下进行工作，有效地满足了室内进风的要求。

为实现上述目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种寒冷地区用薄型热交换机，包括扁平的矩形机壳和设置于所述机壳内部的热交换器，所述机壳由顶板、底板、两个长边板和两个短边板组成，在矩形机壳的第一短边板上开设有新风进风口和回风排风口，在矩形机壳的第二短边板上开设有新风送风口和回风进风口，其中，在所述新风进风口和所述热交换器之间的位置设置有多个电加热器，多个所述电加热器沿所述机壳的高度方向依次排列，并且，在电加热器的外侧设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测室外新风未加热时的温度。

一种寒冷地区用薄型热交换机，包括扁平的矩形机壳和设置于所述机壳内部的热交换器，所述机壳由顶板、底板、两个长边板和两个短边板组成，在矩形机壳的第一短边板上开设有新风进风口和回风排风口，在矩形机壳的第二短边板上开设有新风送风口和回风进风口，其中，在靠近第一短边板的外部设置有电加热箱，所述电加热箱内部由隔板分割为两个独立的区域，其中一个区域与机壳上的新风进风口连通，另一个区域与机壳上的回风排风口连通，在与所述新风进风口连通的区域内设置有多个电加热器，多个所述电加热器沿所述机壳的高度方向依次排列，并且，在电加热器的外侧设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测室外新风未加热时的温度。

其中较优地，所述电加热箱的高度与所述第一短边侧板的高度相同，所述电加热箱的长度与所述第一短边侧板的长度相同。

其中较优地，在与所述回风排风口连通的区域内水平设置有挡板，在所述挡板上安装有所述电加热器的控制装置。

其中较优地，所述电加热器的控制装置包括温度采集模块，与温度采集模块的输出端连接的温度判断模块，以及与温度判断模块的输出端连接的多个驱动模块；

其中，所述温度采集模块用于采集所述温度传感器测量的新风进风口的室外温度；所述温度判断模块，用于对所述温度采集模块获得的实时温度值进行判断，并计算出需要启用的对应驱动模块。

其中较优地，与所述温度判断模块的输出端连接有三个驱动模块；第一驱动模块、第二驱动模块和第三驱动模块；其中，第一驱动模块用于驱动第一电加热器启动，并同时关闭第二电加热器和第三电加热器；第二驱动模块用于驱动第一电加热器和第二电加热器同时启动，并同时关闭第三电加热器；第三驱动模块用于驱动第一电加热器启动、第二电加热器和第三电加热器同时启动。

其中较优地，所述电加热器的数量为三个，三个所述电加热器沿所述机壳的高度方向均匀分布于所述新风进风口的进风面内。

其中较优地，所述电加热器是PTC电加热器，采用PTCR热敏陶瓷元件，由若干单片组合后与波纹散热铝条经高温胶粘结组成。

其中较优地，所述电加热器的功率与风量和电热器需要加热的温升之间存在下列关系：△t=P*3000/Q；

其中，△t表示电加热器需要加热的温升，P表示电加热器的功率，3000是常数，Q表示风量；

同时，所述新风进风口的过分面积与风量和风速之间存在下列关系：S=Q/v，

其中，S表示过风面积，Q表示风量，v表示风速。

本实用新型提供的寒冷地区用薄型热交换机，通过在新风进风口附近的位置安装了多个电加热器，扩展了热交换机在寒冷地区的使用范围。该寒冷地区用薄型热交换机能够在低温下正常工作，在不低于零下25℃的室外环境下均可正常运行，可以满足室内进风的温度要求。同时，该寒冷地区用薄型热交换机，可以结合实际的室外温度，对电加热器需要开启的数量进行智能控制，节约能量。

附图说明

图1为现有技术中，寒冷地区使用的热交换机的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的寒冷地区用薄型热交换机的立体结构示意图；

图3为图2所示寒冷地区用薄型热交换机中，加热装置及其控制系统的安装结构示意图；

图4为图2所示寒冷地区用薄型热交换机中，控制装置的模块示意图；

图5为本实用新型所提供的寒冷地区用薄型热交换机的逻辑控制图；

图6为图2所示寒冷地区用薄型热交换机在－15℃～－10℃工作时的逻辑控制图；

图7为图2所示寒冷地区用薄型热交换机在－20℃～－15℃工作时的逻辑控制图；

图8为图2所示寒冷地区用薄型热交换机在－25℃～－20℃工作时的逻辑控制图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

第一实施例：

如图2所示，本发明所提供的寒冷地区用薄型热交换机，具有扁平的矩形壳体10，壳体10由两块面积相等的长方形的底板和顶板，以及四块分别用于连接底板和顶板的四个侧边的侧板组成，其中，参见图2的方位，左侧板、右侧板是短边侧板，前侧板、后侧板是长边侧板。

在壳体10内，设置有竖直放置的热交换器4。热交换器4的水平方向的横截面为正方形，并沿侧板的高度方向延伸，热交换器4具有与机壳1侧板的高度基本一致的高度。

热交换器4采用叉流板式热交换器，具有沿侧板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，各层导风通道在热交换器4的高度方向上依次交替。热交换器4具有新风进风面、回风进风面，以及与新风进风面贯通的新风出风面和与回风进风面贯通的回风出风面。新风进风面和新风出风面设置在正方形截面的相对两侧；回风进风面和回风出风面设置在正方形截面的相对的另外两侧。

热交换器4的新风进风面和回风进风面与后侧板以45度角抵接。在热交换器4的对角线方向上，连接有4块挡板，分别用于连接热交换器4的角线侧缘和壳体10的四块侧板。从而，热交换器4和连接于其角线侧缘的四块挡板将机壳10的内部分割成四个彼此隔离的区域，参见图2的方位分别对四个区域进行说明：正对热交换器4的新风进风面的新风进风区，新风进风区位于热交换器4的右后方；正对热交换器4的回风出风面的回风排风区，回风排风区位于热交换器4的右前方；正对热交换器4的新风出风面的新风送风区，新风送风区位于热交换器4的左前方；和正对热交换器4的回风进风面的回风进风区，回风进风区位于热交换器4的左后方。

其中，新风进风区和新风送风区通过热交换器4中贯穿左前方和右后方的导风通道连通，构成新风通道；回风进风区和回风排风区通过热交换器4中贯穿左后方和右前方的导风通道连通，构成回风通道；正对右侧板的新风进风区和回风排风区构成室外侧，正对左侧板的新风送风区和回风进风区构成室内侧。

在机壳10的左侧板上开设有新风送风口1和回风进风口2，在机壳10的右侧板上开设有新风进风口和回风排风口，新风送风口1、回风进风口2、新风进风口和回风排风口分别与热交换器4的新风出风面、回风进风面、新风进风面和会风出风面正对。在机壳10内的新风送风区和回风排风区分别设置有水平摆放的蜗壳风机8和9。蜗壳风机8和9的设置方式相同，在此以蜗壳风机8的设置方式进行举例说明，蜗壳风机9的设置方式不再赘述。蜗壳风机8的旋转轴垂直于机壳10的底板，蜗壳风机8的出风口正对设置于壳体10的右侧板上的回风排风口。在蜗壳风机8的底部设置有驱动蜗壳风机8旋转的电机（未图示），蜗壳风机8和电机通过电机支架设置在机壳10的底板上，从而将蜗壳风机8支撑于回风排风区的高度方向的中间位置，可以将回风排风区中的回风从蜗壳风机8的上下两侧吸入蜗壳内部，并在离心力的作用下，将回风从回风排风口排出机壳10的外部。

上面是对本实用新型所提供的标准薄型换气机的介绍。该薄型换气机的高度取决于热交换器4的高度，从而可以实现最薄。同时，通过水平放置的蜗壳风机使得薄形换气机的体积最小，保证了新风和回风的等量置换。

该实施例中，在薄型换气机的室外侧，安装有矩形的电加热箱20。电加热箱20的长度与机壳10的右侧板等长，高度与右侧板等高，并向右侧板的右方扩展。结合图3可知，在电加热箱20内，设置有竖直的隔板21，从而将电加热箱内部分割成两个彼此隔离的区域，其中，靠前的区域（即图3中的左侧区域）与回风排风区正对，靠后的区域（即图3中的右侧区域）与新风进风口正对。在电加热箱20靠近机壳10的侧板上，在与新风进风口和回风排风口正对的位置分别开设有两个等直径的圆形开口，用于连通机壳10和电加热箱20内的相应区域，使得新风通道和回风通道相应延长。在电加热箱20远离机壳10的侧板上，在与新风进风区和回风排风区正对的位置分别开设有新风进风口6和回风排风口7。

隔板21的设置位置可以与机壳10内部用于连接热交换器4的右角线和右侧板的挡板正对，也可以与之平行设置在电加热箱20内部靠近中间的任意位置，隔板21的设置位置一方面参考电加热器5的长度，另一方面，需要结合新风和回风的风量，所以以居中的位置为宜。

在隔板21右侧的区域，沿高度方向竖直设置有三个PTC电加热器（PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，PTC加热器指具有正温度系数热敏电阻的加热器），三个PTC电加热器从上至下均匀分布于新风进风口的整个进风面内。在电加热器5的前方靠近新风进风口的位置设置有温度传感器，用于测量从室外吸入的新风温度，即测量室外新风未被PTC电加热器加热时的温度。

与现有技术中使用电阻丝和电加热管进行空气加热相比，PTC电加热器具有安全可控的特点。PTC电加热器采用PTCR热敏陶瓷元件（PTCR，正温度系数电阻的简称），由若干单片组合后与波纹散热铝条经高温胶粘结组成，具有热阻小、换热效率高的显著优点，能对经过的气体迅速进行加热，有效满足了寒冷地区用薄型热交换机的使用需求。通过在新风进风口处添加PTC电加热器，就能对进入的新风进行加热，使用过程中，结合室外空气温度对加热装置进行适当的调节，可以使其满足室内气体温度需求。同时，当热风机发生故障堵转时，PTC加热器因得不到充分散热，功率会自动急剧下降，此时加热器的表面温度维持限定在居里温度左右（一般为200℃），从而不致产生电热管类加热器表面的“发红”现象，排除了发生事故的隐患，提高了安全性。

在实际使用中，PTC电加热器的功率选用由风量和电加热器需要加热的温升确定，对于温升精度要求不高（整数温度）的情况下，可按公式（1）进行估算：

△t=P*3000/Q   （1）

其中，△t表示电加热器需要加热的温升（℃），P表示电加热器的功率（w），3000是常数，Q表示风量（m³/h）。

同时，PTC电加热器的标准匹配风速为4m/s，为了保证对进入新风的充分加热，保持室内温度，就要对新风进风口处电加热的过风面积S进行控制。新风进风口的过风面积S与风量和风速之间存在下列关系：

S=Q/v，   （2）

其中，S表示过风面积（㎡），Q表示风量（m³/h），V表示风速（m/s）。

在隔板21左侧的区域，在接近顶板1/3～1/4高度的位置横向设置有支架22，在支架22上固定有用于控制电加热器5的控制装置5A，控制装置5A分别与电加热器5和热交换机的总控制装置3连接，从而实现热交换机的整体控制，热交换机的整体控制过程将在下文详细讲述。热交换机的总控制装置3可以设置在新风送风区或者回风进风区内，防止结露现象出现。

第一实施例中，采用在标准薄型热交换机的机壳上，额外安装电加热箱的方式，对标准型的薄型热交换机进行改进。通过在电加热箱中合理配置电加热器和电加热器的控制装置，使得标准的薄型热交换机的适用范围得到扩展，可以满足室外温度在－25℃之上的室内换气需求。在实际使用中，可以单独对电加热箱进行出售和购买，并通过对已有的薄型热交换机进行改进，扩展现有薄型热交换机的使用范围。

第二实施例：

第二实施例中，热交换机的机壳10以及机壳10内的零部件的设置与第一实施例的完全相同。其中，在扁平的矩形机壳10内设置有热交换器4和与热交换器4的角线连接的四个挡板。在机壳10与新风进风区、新风送风区、回风进风区、回风排风区相对应的短边板上开设有新风进风口6、新风送风口1、回风进风口2和回风排风口7。并且，在新风送风区和回风排风区内设置有水平放置的蜗壳风机8和9。

第二实施例与第一实施例的区别在于以下两点：

一、电加热器5没有独立设置于机壳10外部的电加热箱20中，而是直接设置在机壳10内的新风进风区内，三个电加热器5沿竖直方向均匀分布于新风进风口的位置，在电加热器5的前方设置有温度传感器，用于测量从室外吸入的未加热的新风温度。

二、电加热器5的控制装置5A与热交换机的总控制装置3集成为一体，设置在同一控制盒内。

与第一实施例相比，第二实施例中的薄型热交换机可以直接使用于寒冷地区，在安装时不需要额外的组装过程，节约了安装时间，同时节约了安装的空间，使得薄型热交换机的整体体积减小。

下面结合附图对本实用新型所提供的寒冷地区用薄型热交换机的工作原理进行详细说明。

如图4所示，电加热器的控制装置5A中包括温度采集模块，与温度采集模块的输出端连接的温度判断模块，以及与温度判断模块的输出端连接的第一驱动模块、第二驱动模块和第三驱动模块。其中，温度采集模块用于采集温度传感器测量的新风进风口的室外温度，温度判断模块，用于对温度采集模块获得的实时温度值进行判断，并计算出需要启用的对应驱动模块。第一驱动模块用于驱动第一电加热器启动，并同时关闭第二电加热器和第三电加热器；第二驱动模块用于驱动第一电加热器和第二电加热器同时启动，并关闭第三电加热器；第三驱动模块用于驱动第一电加热器、第二电加热器和第三电加热器同时启动。

图5所示的控制逻辑是该寒冷地区用薄型热交换机的整体控制逻辑。按下开机键以后，温度传感器检测室外温度，温度判断模块对室外温度值进行判断，并执行对应的控制动作。当室外温度低于－25℃时，出于安全性的考虑，电加热器和热交换机通电，但不会运行，待室外温度高于－25℃后，电加热器和热交换机自动开始运行。当室外温度高于－10℃时，出于经济性的考虑，将关闭电加热器，只开启热交换机。只有当室外温度在－25℃～－10℃之间时，电加热器和热交换机才会同时运行。在实际使用过程中，出于经济性的考虑，可以每隔30min对室外温度进行检测，并实时确定开启电加热器的数量。

图6所示为温度传感器检测到室外温度在－15℃～－10℃之间时电加热器的运行模式。当室外温度在－15℃～－10℃之间时，第一驱动模块运行，首先检测热交换机是否正常运行，当确定热交换机正常运行后，依次判断三个PTC电加热器的运行状态，并同时确保只有一个PTC电加热器处于开启状态，其余两个电加热器处于关闭状态。

同理，如图7所示，当温度传感器检测室外温度为－20℃～－15℃时，第二驱动模块运行，首先检测热交换机是否正常运行，当确定热交换机正常运行后，依次判断三个PTC电加热器的运行状态，并同时确保两个PTC电加热器处于开启状态，另外一个电加热器处于关闭状态。

当温度传感器检测室外温度为－25℃～－20℃时，根据热交换机使用的档位，启动第二驱动模块或者第三驱动模块。由于热交换机根据换气需求设置了多个档位，不同的档位具有不同的风量。当热交换机处于低档（L档）低速运行时，启动第二驱动模块；当热交换机处于中高档（不是L档）运行时，启动第三驱动模块。如图8所示，只有在室外温度处于－25℃～－20℃之间，并且热交换机处于中高档运行时，三个电加热器才会同时运行。由此可见，使用该控制装置，可以实现三个加热器的智能控制和节能运行。

当换气结束后，按下关机键，首先关闭电加热器，间隔一定时间（例如3～5S）后关闭热交换机。

综上所述，本实用新型所提供的寒冷地区用薄型热交换机，通过在新风通道中新风进风口位置设置多个电加热器，使得薄型热交换机能够在低温下正常工作。当室外温度处于零下二十多度时，该寒冷地区用薄型热交换机仍能有效运转，大大扩展了热交换机的使用范围。同时，该寒冷地区用薄型热交换机可以结合室外温度自动调节PTC电加热器的开启数量，使得该寒冷地区用薄型热交换机在满足室内进风温度要求的同时，能有效地节省能量。

此外，需要说明的是，上述实施例中，仅对寒冷地区用薄型热交换机中使用三个电加热器时的结构和控制装置进行了说明。根据热交换机的风量、风速及使用区域的室温变化范围，可以对电加热器的数量进行调节，而与之对应的控制装置及控制逻辑也对应发生变化。

以上对本实用新型所提供的寒冷地区用薄型热交换机进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种寒冷地区用薄型热交换机，包括扁平的矩形机壳和设置于所述机壳内部的热交换器，所述机壳由顶板、底板、两个长边板和两个短边板组成，在矩形机壳的第一短边板上开设有新风进风口和回风排风口，在矩形机壳的第二短边板上开设有新风送风口和回风进风口，其特征在于： 

在所述新风进风口和所述热交换器之间的位置设置有多个电加热器，多个所述电加热器沿所述机壳的高度方向依次排列，并且，在电加热器的外侧设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测室外新风未加热时的温度。 

2.一种寒冷地区用薄型热交换机，包括扁平的矩形机壳和设置于所述机壳内部的热交换器，所述机壳由顶板、底板、两个长边板和两个短边板组成，在矩形机壳的第一短边板上开设有新风进风口和回风排风口，在矩形机壳的第二短边板上开设有新风送风口和回风进风口，其特征在于： 

在靠近第一短边板的外部设置有电加热箱，所述电加热箱内部由隔板分割为两个独立的区域，其中一个区域与机壳上的新风进风口连通，另一个区域与机壳上的回风排风口连通， 

在与所述新风进风口连通的区域内设置有多个电加热器，多个所述电加热器沿所述机壳的高度方向依次排列，并且，在电加热器的外侧设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测室外新风未加热时的温度。 

3.如权利要求2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热箱的高度与所述第一短边侧板的高度相同，所述电加热箱的长度与所述第一短边侧板的长度相同。 

4.如权利要求2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

在与所述回风排风口连通的区域内水平设置有挡板，在所述挡板上安装有所述电加热器的控制装置。 

5.如权利要求1或2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热器的控制装置集成于所述热交换器的控制装置中，并且，所述热交换器的控制装置设置在所述回风进风口与所述热交换器之间的空间内。 

6.如权利要求1或2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热器的控制装置包括温度采集模块，与温度采集模块的输出端连接的温度判断模块，以及与温度判断模块的输出端连接的多个驱动模块； 

其中，所述温度采集模块用于采集所述温度传感器测量的新风进风口的室外温度；所述温度判断模块，用于对所述温度采集模块获得的实时温度值进行判断，并计算出需要启用的对应驱动模块。 

7.如权利要求6所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

与所述温度判断模块的输出端连接有三个驱动模块；第一驱动模块、第二驱动模块和第三驱动模块；其中，第一驱动模块用于驱动第一电加热器启动，并同时关闭第二电加热器和第三电加热器；第二驱动模块用于驱动第一电加热器和第二电加热器同时启动，并同时关闭第三电加热器；第三驱动模块用于驱动第一电加热器启动、第二电加热器和第三电加热器同时启动。 

8.如权利要求1或2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热器的数量为三个，三个所述电加热器沿所述机壳的高度方向均匀分布于所述新风进风口的进风面内。 

9.如权利要求1或2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热器是PTC加热器，采用PTCR热敏陶瓷元件，由若干单片组合后与波纹散热铝条经高温胶粘结组成。 

10.如权利要求1或2所述的寒冷地区用薄型热交换机，其特征在于： 

所述电加热器的功率与风量和电热器需要加热的温升之间存在下列关系：△t=P*3000/Q； 

其中，△t表示电加热器需要加热的温升，P表示电加热器的功率， 3000是常数，Q表示风量； 

同时，所述新风进风口的过分面积与风量和风速之间存在下列关系：S=Q/v， 

其中，S表示过风面积，Q表示风量，v表示风速。 

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