一种全热交换器及其防霜除霜系统的制作方法

本发明涉及热交换器技术领域，更具体地说，涉及一种全热交换器的防霜除霜系统，还涉及一种包括上述防霜除霜系统的全热交换器。

背景技术：

全热交换器因其具有改善室内空气品质及降低能耗等诸多优点得到了广泛的应用。其工作原理大致为：产品工作时，室内排风和新风分别呈正交叉方式流经换热器芯体时，由于气流分隔板，也就是换热板两侧气流存在着温差和蒸汽分压差，两股气流通过分隔板时呈现传热传质现象，引起全热交换过程。夏季运行时，新风从空调排风获得冷量，使温度降低，同时被空调风干燥，使新风含湿量降低；冬季运行时，新风从空调室排风获得热量，温度升高。这样，通过换热芯体的全热换热过程，让新风从空调排风中回收能量。

然而，全热交换器在严寒及寒冷地区的应用中存在很大障碍，主要体现为全热交换器中心换热板表面易结霜，导致其换热效率急速降低。现有技术中，多通过预热器预热或者电加热除霜等方法以除霜。然而，采用预热器预热及电加热除霜需要消耗额外的能量(电能或热能)来加热新风，因此额外能源的消耗使得全热交换器热能回收利用率降低，同时也使系统结构复杂，容易造成漏电等安全隐患。一旦发生操作及运转故障，还会降低系统的热回收效率。

综上所述，如何有效地解决全热交换器换热板表面结霜影响换热效率等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种全热换热器的防霜除霜系统，该防霜除霜系统的结构设计可以有效地解决全热交换器换热板表面结霜影响换热效率的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述防霜除霜系统的全热换热器。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种全热换热器的防霜除霜系统，包括排风区和新风区，所述排风区与所述新风区之间通过换热板隔开；还包括：

连接风管，所述排风区的排风入口处管壁上开设有排风通风口，所述新风区的新风入口处管壁上开设有新风通风口，所述排风通风口与所述新风通风口之间通过连接风管连通；

温度传感器，设置于所述换热板上；

阀门，设置于所述连接风管上用于控制管路的开闭；

控制器，分别与所述阀门和所述温度传感器连接并获取检测温度，以在所述检测温度高于预设温度时控制所述阀门关闭，而在所述检测温度低于所述预设温度时控制所述阀门开启。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述阀门设置于所述连接风管靠近所述排风通风口的一端。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述预设温度为所述换热板出现结霜的临界温度。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述换热板的排风侧均匀设置有多个所述温度传感器。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述散热板的排风侧均匀设置有三行、且每行以预设间隔均匀设置有三个所述温度传感器。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述新风入口处设置有温度传感器，且与所述控制器连接。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述温度传感器为热电偶。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述控制器用于根据每个所述温度传感器的检测结果及预设逻辑计算获得检测温度，并在所述检测温度高于预设温度时控制所述阀门关闭，而在所述检测温度低于所述预设温度时控制所述阀门开启。

优选地，上述防霜除霜系统中，所述控制器用于当每个所述温度传感器的检测温度均高于所述预设温度时控制所述阀门关闭，而当多个所述温度传感器中至少一个的检测温度低于所述预设温度时控制所述阀门开启。

本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统包括排风区、新风区、连接风管、温度传感器、阀门和控制器。其中，排风区与新风区之间通过换热板隔开，排风区的排风入口处管壁开设有排风通风口，新风区的新风入口处管壁上开设有新风通风口，且排风通风口与新风通风口间通过连接风管连通；温度传感器设置于换热板上以获取对应的检测结果，阀门设置在连接风管上；温度传感器和阀门均与控制器连接，控制器根据传感器的检测结果获取检测温度，进而在检测温度高于预设温度时控制器控制阀门关闭，而在检测温度低于所述预设温度时控制器控制阀门开启。

应用本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统时，温度较低的室外新风通过新风入口进入热回收系统，同时，温度较高的室内排风通过排风入口进入热回收系统，新风和排风在热回收系统中进行热质交换之后，新风经新风出口送出，排风经排风出口排出。在此过程中，温度传感器检测换热板的温度，控制器获取检测温度，记为Ti，并比较检测温度Ti与预设温度Ts的大小。当室外新风温度下降时，若检测温度Ti低于设定的预设温度Ts时，则发出执行信号并传送至阀门，阀门打开。阀门打开后，部分排风首先进入排风通风口，通过连接风管流向新风侧，与新风进行变比例混合，即防霜除霜系统开始工作。其中，进入新风区的排风Q_排占新风区总风量Q_总的比值为R，即R＝Q_排/Q_总。随着时间的推移，R持续增大，从新风侧进入换热板的混合风温度相应升高。直至检测温度Ti回升至预设温度以上时，控制器控制阀门关闭，即防霜除霜系统停止工作。综上所述，利用排风与新风变比例混合，有效地利用了排风的余热进行除霜，不需提供额外的能量，节能环保。同时，能有效预防结霜，提高热回收系统的换热效率。而且，本发明结构简单，自动化程度高，节省电力，整个设计简洁高效，工艺性好，占用空间小，经济成本低，具有很大的工程应用前景。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种全热换热器，该全热换热器包括上述任一种防霜除霜系统。由于上述的防霜除霜系统具有上述技术效果，具有该防霜除霜系统的全热换热器也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统一种具体实施方式的主视结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为连接风管的安装结构示意图；

图4为换热板排风侧表面热电偶的定位布置结构示意图；

图5为控制原理示意图。

附图中标记如下：

排风入口1；排风出口2；排风风机3；温度传感器4；换热板5；排风通风口6；新风通风口7；新风入口8；新风风机9；新风出口10；温度控制线路11；连接风管12；阀门13。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种全热换热器的防霜除霜系统，以有效预防结霜且无需额外消耗能量。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统一种具体实施方式的主视结构示意图；图2为图1的俯视结构示意图；图3为连接风管的安装结构示意图；图4为换热板排风侧表面热电偶的定位布置结构示意图；图5为控制原理示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统包括排风区、新风区、连接风管12、温度传感器4、阀门13和控制器。

其中，排风区与新风区之间通过换热板5隔开，换热板5的一侧为排风侧，另一侧为新风侧。排风区一般包括排风入口1、排风出口2和设置于排风出口2处的排风风机3。新风区包括新风入口8、新风出口10和设置于新风出口10处的新风风机9。工作时，室内排风和新风分别呈正交叉方式流经换热器，换热板5两侧气流存在着温差和蒸汽分压差，两股气流通过分隔板时进行热量交换。

排风区的排风入口1处管壁开设有排风通风口6，新风区的新风入口8处管壁上开设有新风通风口7，且排风通风口6与新风通风口7间通过连接风管12连通。也就是通过连接风管12将新风入口8与排风入口1连通。连接风管12上设置有阀门13，通过阀门13的开闭以控制连接风管12管路的开闭，当阀门13开启时，排风入口1处的部分排风则由连接风管12进入新风入口8，与新风混合。

温度传感器4设置于换热板5上，一般设置于换热板5的排风侧。通过温度传感器4监测换热板5的温度，为控制器控制阀门13的开闭提供依据。具体温度传感器4的类型精度及设置位置等可根据实际情况进行设置。控制器分别与温度传感器4和阀门13连接，进而根据传感器的检测结果获取检测温度，在检测温度高于预设温度时控制阀门13关闭，而在检测温度低于预设温度时控制阀门13开启。具体的控制器与阀门13可以集成在一起，如采用温敏阀门等。

应用本发明提供的全热换热器的防霜除霜系统时，温度较低的室外新风通过新风入口8进入热回收系统，同时，温度较高的室内排风通过排风入口1进入热回收系统，新风和排风在热回收系统中进行热质交换之后，新风经新风出口10送出，排风经排风出口2排出。在此过程中，温度传感器4检测换热板5的温度，控制器获取其检测温度，记为Ti，并比较检测温度Ti与预设温度Ts，当室外新风温度下降时，若检测温度Ti低于阀门13设定的预设温度Ts时，则发出执行信号并传送至阀门13，阀门13打开。阀门13打开后，部分排风首先进入排风通风口6，通过连接风管12流向新风侧，与新风进行变比例混合，即防霜除霜系统开始工作。其中，进入新风区的排风Q_排占新风区总风量Q_总的比值为R，即R＝Q_排/Q_总。随着时间的推移，R持续增大，从新风侧进入中心换热板5的混合风温度相应升高。直至检测温度Ti回升至预设温度Ts以上时，控制器控制阀门13关闭，即防霜除霜系统停止工作，如此循环。综上所述，利用排风与新风变比例混合，有效地利用了排风的余热进行除霜，不需提供额外的能量，节能环保。同时，能有效预防结霜，提高热回收系统的换热效率。而且，本发明结构简单，自动化程度高，节省电力，整个设计简洁高效，工艺性好，占用空间小，经济成本低，具有很大的工程应用前景。

具体的，阀门13设置于连接风管12靠近排风通风口6的一端。进而在阀门13关闭时，排气集中在排气区流动与新风进行换热，减少在连接风管12内排气的存量，从而保证换热效率。当然，也可以将阀门13设置于连接风管12的中部或者靠近新风通风口7的一端。根据需要可以在连接风管12的两端均设置阀门13，从而有效保证管路的开闭，在位于一端的阀门13出现故障时，仍可以通过另一端的阀门13控制管路关闭。

进一步地，预设温度为换热板5出现结霜的临界温度。也就是当检测温度低于预设温度时，换热板5便会出现结霜，即结霜出现的初始温度。将预设温度设置为换热板5出现结霜的临界温度，能够最大程度的防止换热板5结霜现象。根据需要也可以适当调整预设温度，也即是调整开启阀门13的温度阈值，如设置为高于上述临界温度的某一温度等。

预设温度可以通过试验的方式标定，如通过给系统提供不同的新风温度和排风温度，温度传感器4进行实时温度监测。同时观察换热板5的结霜情况，记录换热板5无结霜状对应温度传感器4的最低检测温度。在不同工况下进行循环实验，最终选取多次循环试验获得的最低检测温度中的最小值作为预设温度，该温度值即为各工况下的预设温度Ts。

为避免换热板5温度不均匀造成的误除霜等问题，更进一步地，可以在换热板5的排风侧设置多个温度传感器4，且多个温度传感器4均匀分布。因而，通过多个温度传感器4的设置，能够更为全面的反应换热板5的温度。

具体的，散热板的排风侧可以均匀设置三行、且每行以预设间隔均匀设置有三个温度传感器4。也就是在散热板的排风侧设置九个温度传感器4，呈三行三列分布。优选的，将中心换热板5分成三行三列共九个形状相同的矩形，在每个矩形的中心处设置温度传感器4。通过设置九个温度传感器4，能够较好地兼顾换热板5中心温度及其四周的温度，更加全面地反映换热板5温度的分布情况，同时可以有效避免其表面的不均匀结霜造成的误除霜，最终提高系统的控制精度。当然，根据需要也可以进一步增加或减少排风侧温度传感器4的个数，根据换热板5温度分布情况，也可以适当调整温度传感器4的分布位置。

进一步地，新风入口8处设置有温度传感器4，且与控制器连接。也就是温度传感器4既包括设置于换热板5排风侧的温度传感器4，还包括设置于新风入口8处的温度传感器4。分别用于检测热换板的温度及新风入口8处的温度，通过多个温度测量点对温度进行监测，进一步提高系统的控制精度。一般在新风入口8处设置一个温度传感器4即可满足监测需求，当然根据需要，新风入口8处的温度传感器4也可以设置多个。

上述实施例中的温度传感器4具体可以为热电偶。结构简单，便于安装，检测精度可以满足控制要求。且通过热电偶可以直接读取对应部位的温度，便于后续控制判断。当然，根据需要也可以采用其他常规的用于检测温度的传感器。

在上述各实施例的基础上，控制器用于根据每个温度传感器4的检测结果及预设逻辑计算获得检测温度Ti，并在检测温度Ti高于预设温度时控制阀门13关闭，而在检测温度Ti低于预设温度Ts时控制阀门13开启。在通过一个温度传感器4的检测结果控制阀门13开闭时，则将该温度传感器4的检测结果作为检测温度Ti，控制器根据检测温度Ti与预设温度Ts的关系控制阀门13开闭。而当以多个温度传感器4的检测结果为依据进行控制时，则可以将各个温度传感器4的检测结果发送至控制器，控制器根据预设计算逻辑计算获得检测温度Ti，该检测温度Ti即为综合各个温度传感器4的检测结果对排气温度的综合度量，也就是通过将各个温度传感器4对应的温度以预设逻辑计算获得检测温度Ti。具体的计算逻辑可根据温度传感器4的位置等因素进行设置，此处不作具体限定。例如取各个温度传感器4检测结果的均值作为检测温度Ti等。在通过一个温度传感器4的检测结果控制阀门13开闭的情况下，则预设计算逻辑可以为检测温度Ti等于温度传感器4的检测结果。

根据检测温度Ti的控制过程具体可以为：位于换热板5的热电偶和位于新风入口8的热电偶测得的检测温度为Ti，控制器将温度信号处理为执行信号后传送至阀门13。当Ti未达到预设温度Ts时，在阀门13打开，控制新风与排风混合，防霜除霜模式启动，提高与换热板5接触的混合风的温度，直至Ti回升至Ts以上时，阀门13关闭，防霜结霜模式停止。待温度传感器4监测到检测温度Ti低于预设温度Ts时防霜除霜系统重新启动，如此循环。

在新风入口8处和换热板5均设置有温度传感器4的情况下，预设温度可通过如下方式设定：给系统提供不同的新风温度和排风温度，温度传感器4对新风温度和换热板5的温度进行监测；同时观察换热板5的结霜情况，记录换热板5无结霜状态的最低温度；在不同工况下进行循环实验，最终选取能防止换热板5结霜的最低温度作为系统预设值，此温度值即各工况下的Ts。也就是在不同的温度传感器4设置方式下，均可以通过试验调试确定结霜情况出现对应的温度传感器4的临界状态，进而确定预设温度。

以上说明了控制器的一种控制方式，根据需要，也可以将控制器设置为用于当每个温度传感器4的检测温度均高于预设温度时控制阀门13关闭，而当多个温度传感器4中至少一个的检测温度低于预设温度时控制阀门13开启。也就是在设置有多个温度传感器4时，每个温度传感器4分别检测对应位置的温度并发送至控制器，控制器分别以每个温度传感器4的检测结果，即温度值作为各个温度传感器4的检测温度，从而当有至少一个检测温度低于预设温度时控制阀门13开启，而当每个检测温度均高于预设温度时控制阀门13关闭。如此设置，最大程度的防止结霜现象。根据需要，也可以设置为当每个温度传感器4的检测温度均高于预设温度时控制阀门13关闭，而当每个温度传感器4的检测温度均低于预设温度时控制阀门13开启，因而可以有效避免误除霜。

本发明提供的防霜除霜系统，系统对换热板5和室外新风的温度进行实时监测，并将该温度信号即时反馈给控制器；控制器与阀门13可集成，即为温敏阀门，温敏阀门和热电偶通过温度控制线路11连接，进而温敏阀门根据热电偶的温度信号自动调节开关。以变比例混风的方法从源头上解决了全热交换器的结霜问题；通过连接风管12将部分排风转移到新风侧，与新风变比例混合，充分地利用了排风的余热，能量利用率高；热电偶等面积的均匀布置于换热板5表面，可有效避免因不均匀结霜造成的误除霜操作，提高系统的控制精度；布置在换热板5表面和新风入口8处的热电偶，对新风温度和换热板5的结霜情况起实时监控的作用，提前对可能发生的结霜工况作出响应，具有超前性，系统自动化程度高，能有效防止结霜；安装在连接风管12靠近排风侧一端的温敏阀门与多个热电偶连接，组成自动控制系统。当热电偶所测温度Ti降低至Ts时，将检测信号反馈至温敏阀门，温敏阀门打开，当温度升高至Ts时，阀门13关闭，实现了把排风与新风变比例混合的自动控制；温敏阀门根据温度信号自动调节开闭，简单易行，不需增设电机等执行动力设备，所需能量少，初投资低；在防霜除霜系统工作之前，需通过初步预设实验完成温敏阀门执行温度Ts的设定，该方法简单实用，可提高控制逻辑的操作效率。

基于上述实施例中提供的防霜除霜系统，本发明还提供了一种全热换热器，该全热换热器包括上述实施例中任意一种防霜除霜系统。由于该全热换热器采用了上述实施例中的防霜除霜系统，所以该全热换热器的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。