基于冷能梯级利用的超低温送风装置

1.本专利属于冷能梯级利用和超低温送风技术领域，具体为一种基于冷能梯级利用的超低温送风装置。


背景技术：

2.随着全球能源需求和环保压力日益增大，能源高效利用、节能减排、生态环境保护成为热门的话题，越来越多的清洁环保能源或物质在人类的生产生活中被广泛使用。
3.其中，有一大部分的清洁环保能源或物质在储存、运输时通常将其变为液态，如lng、液氢、液氧、液氮等，这些物质在液态时温度极低，在其使用时会释放大量的冷能，这些冷能可以被广泛用于发电、制冷等生产生活领域，而有时这些冷能被直接排入大气或海水之中，造成了极大的能源浪费现象。
4.在暖通空调方面，超低温送风逐步成为空调的送风方式之一。超低温送风具有运行费用低、系统设备费用低、热舒适性高和节能的优点。将上述清洁环保能源或物质的冷能用于超低温送风领域既做到了能源的最大化利用，同时又能解决能耗高、费用高、热舒适性低等空调领域的关键技术问题。


技术实现要素：

5.本专利的目的是提供一种基于冷能梯级利用的超低温送风装置。
6.所述基于冷能梯级利用的超低温送风装置通过以下技术路线实现其功能：利用低温物质与相变材料(pcm)进行换热，使得低温物质的大部分冷能被相变材料(pcm)吸收，并让相变材料(pcm)与载冷剂进行多级换热，最后使用空气与载冷剂换热得到2℃～5℃的冷空气，并通过喷管吹入装置实现超低温送风。为了实现冷能的逐级缓慢释放，可以通过控制系统对输入低温物质的装置、换热器的阀门进行调节，以控制低温物质、相变材料(pcm)、载冷剂输送的流量以及它们接触换热的时间，从而达到冷能逐级缓慢释放的目的。所述相变材料(pcm)主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属、合金、石蜡、脂肪酸、部分高级脂肪烃、醇、羧酸等。
7.所述低温物质的冷能被相变材料(pcm)吸收之后，可继续投入工业生产、居民生活、医疗卫生、科学研究等领域之中，使得物质中所蕴含的其他能量用于发电、制冷、制热等供能环节或可将其作为供氧、阻燃等用途。
8.所述基于冷能梯级利用的超低温送风装置包括喷管、一次混合风管、二次混合风管、蓄能风管、新风管、回风管、加压风机、压力变送器、红外线烘干灯、紫外线灭菌灯、旋流风口和排水装置。该装置可分为三个功能段，分别为新风混合段、蓄能段和回风混合段，同时可实现全新风、全回风、新回风混合和新回风冷空气混合四种工作状态。
9.所述新风管包括新风输入管、新风套管和电动风阀。所述新风输入管主要是接收来自新风机的室外新风，所述新风输入管与所述新风套管相连。所述新风管外部敷有保温层，保温层可以使用玻璃棉、岩棉、橡塑保温棉等保温材料。所述回风管包括回风输入管、回
风套管、电动风阀。所述回风输入管主要是接收来自回风口的室内回风，所述回风输入管与所述回风套管相连。所述电动风阀主要用于调节新、回风量。
10.所述该装置分为两种连接形式，其一为所述喷管使用变径风管i与所述一次混合风管连接，所述新风套管与所述一次混合风管相嵌套，所述蓄能风管与所述一次混合风管相连，且所述蓄能风管使用变径风管ii与所述二次混合风管相连，所述回风套管与所述二次混合风管相嵌套，所述旋流风口使用弯头与所述二次混合风管相连并安装于整个装置的最末端；其二为所述喷管使用变径风管i与所述蓄能风管连接，所述新风套管与所述一次混合风管相嵌套，所述二次混合风管使用变径风管ii与所述一次混合风管相连，所述回风套管与所述二次混合风管相嵌套，所述旋流风口使用弯头与所述二次混合风管相连并安装于整个装置的最末端。所采用的具体连接形式可以根据实际情况决定。
11.所述喷管将高速的冷空气吹入所述一次混合风管，喷管外部敷有保温层，保温层可以使用玻璃棉、岩棉、橡塑保温棉等保温材料。所述新风混合段由所述一次混合风管与所述新风管组成。渗入冷空气量的大小可通过安装在喷管上的电动风阀进行控制。所述一次混合风管上设有均匀分布的风孔，经新风管流入的室外新风通过风孔诱导渗入一次混合风管内，与从喷管吹入的高速冷空气均匀混合，使得冷空气升温。渗入新风量的大小可通过安装在新风输入管上的电动风阀进行控制。部分暂时残留在新风套管中的室外新风也能通过管壁与管内冷空气进行换热。所述蓄能段由所述蓄能风管组成。所述蓄能风管的管壁由三层材料组成，内管壁使用导热性能良好的材料制成，外管壁可以使用普通薄钢板、镀锌钢板、不锈钢、铝板、塑料复合钢板、聚氯乙烯塑料板和玻璃钢等材料制作，在内管壁和外管壁的夹层中，充入相变材料(pcm)，蓄能风管外部敷有保温层，保温层可以使用玻璃棉、岩棉、橡塑保温棉等保温材料。所述蓄能风管主要用于吸收冷空气的冷量，推动冷空气迅速升温，尽快达到所需的送风温度，并可积蓄吸收的冷量，之后继续投入装置再利用，从而充分利用冷能。所述回风混合段由所述二次混合风管和所述回风管组成。所述二次混合风管上设有均匀分布的风孔，经回风管流入的室内回风通过风孔诱导渗入二次混合风管内，与在所述一次混合风管中已经新风充分掺混的冷空气进行混合，使得冷空气再次升温，达到16℃～18℃的送风温度，即保持6℃～10℃的送风温差。部分暂时残留在回风套管中的室内回风也能通过管壁与管内冷空气进行换热，通过控制系统对回风输入管上的电动风阀进行控制实现回风量的调节。
12.在所述全新风工作状态下，仅启动新风系统；在所述全回风工作状态下，仅启动回风系统；在所述新回风混合工作状态下，同时启动新风系统和回风系统；在所述新回风冷空气混合工作状态下，新风系统、回风系统、冷源应同时运行，该工作状态为最常用的工作状态。
13.所述加压风机分别在所述一次混合风管和二次混合风管的末尾各设置一台，当所述一次混合风管和二次混合风管中的送风压力不足时，加压风机根据控制系统的指令启动加压，使得风管内的冷空气可以正常送入室内，确保装置正常运行。
14.所述压力变送器分别在所述一次混合风管和二次混合风管各设置一个，并与控制系统相连，当所述压力变送器检测到所述一次混合风管或二次混合风管中的送风压力不足时，向控制系统发送信号，控制系统在得到信号后自动开启加压风机并可以根据风管内压力高低控制加压风机的转速。
15.所述红外线烘干灯和紫外线灭菌灯分别在所述一次混合风管和二次混合风管中各设置一盏，在灯座的两端用紧固件将两盏灯固定在风管的顶部，所述红外线烘干灯主要用于烘干残留的冷凝水，使风管内保持干燥。所述紫外线灭菌灯主要是用于杀灭由于冷凝水导致风管内潮湿而滋生的霉菌。
16.所述旋流风口将经过新风、回风充分混合后的冷空气以旋流形式送入室内，使得送入室内的冷空气可以再次与室内空气进行充分混合，以保证室内各处获得的冷量均匀。
17.所述排水装置包括接水盘和排水管，主要用于及时收集并排出因冷热空气换热而产生的大量冷凝水，保证风管内不积水。所述接水盘设置在所述一次混合风管和二次混合风管的底部，并连接排水管。所述排水装置是可拆卸的，以便于清洗和维护。
18.所述一次混合风管、二次混合风管、蓄能风管、变径风管i、变径风管ii、排水装置、加压风机、红外线烘干灯、紫外线灭菌灯、旋流风口和弯头均应采取防水措施。
19.所述控制系统是整个装置的中枢，其可根据设置和反馈，确定其工作状态，启动装置中的相关设备，调节相关设备的运行状态。在室内应安装热电偶以监测室内温度，并通过所述热电偶向所述控制系统进行反馈，所述控制系统根据热电偶的反馈信息控制新风系统、回风系统和冷源，调节冷空气与新风、回风的混合比例，使得室内状况保持在所设置的状态。
20.与现有技术相比，本专利的有益效果是：
21.(1)本专利采用低温物质的冷能作为冷源，有效回收利用了低温物质的冷能，并可以将这些物质继续投入工业生产、居民生活等领域之中，其冷能回收效率可达到50％～80％左右，最大化利用了低温物质所蕴含的全部能量，达到能源高效利用的目的。
22.(2)本专利所述装置可以使得冷空气与新风、回风掺混更加均匀，可以更好满足室内送风的要求，增强室内的热舒适性，提升用户的使用体验。
23.(3)本专利所述装置将新风、回风、送风三类设备集合于一体，使得装置更加集成化，减少了装置所占用的空间，同时比常规空调造价降低10％～15％。
24.(4)本专利采用超低温送风的方法，全年运行费用比常规空调减少20％左右，并可实现节能减排、绿色低碳。
25.(5)本专利均采用无毒或低毒的物质作为蓄能、载冷的工质，对环境及人体没有重大危害，保护了环境以及用户身体健康。
附图说明
26.图1是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置冷源工作流程图；
27.图2是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置的示意图；
28.图3a是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置蓄能风管介于一次混合风管与二次混合风管之间时的示意图；
29.图3b是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置蓄能风管介于喷管与一次混合风管之间时的示意图；
30.图4a是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置蓄能风管介于一次混合风管与二次混合风管之间时的剖视图；
31.图4b是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置蓄能风管介于喷管与一次混
合风管之间时的剖视图；
32.图5是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置一次混合风管的局部剖视图；
33.图6是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置二次混合风管的局部剖视图；
34.图7是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置蓄能风管的局部剖视图；
35.图8是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置电动风阀的局部剖视图；
36.图9是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置电动风阀的示意图；
37.图10是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置的工作流程图；
38.图11是本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置的控制流程图。
39.图中：
40.1.喷管
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2.变径风管i
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3.一次混合风管
41.4.新风输入管
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5.新风套管
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6.变径风管ii
42.7.蓄能风管
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8.二次混合风管
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9.回风输入管
43.10.回风套管
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11.弯头
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12.旋流风口
44.13.排水管
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14.接水盘
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15.加压风机
45.16.红外线烘干灯
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17.紫外线灭菌灯
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18.压力变送器
46.19.电动风阀
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20.风阀控制器
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21.风阀手动开关
47.22.风阀联动机构
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23.风阀百叶
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24.内管壁
48.25.外管壁
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26.夹层
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27.风孔
49.28.控制系统
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29.冷源
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30.新风系统
50.31.回风系统
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32.热电偶
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33.电源
具体实施方式
51.结合附图对本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置加以说明并描述本专利具体实施方式，但本专利不局限于这种实施方式。
52.如图1所示，为本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置冷源工作流程图，采用的技术方案是提供一种基于冷能梯级利用的超低温送风装置冷源工作方法，该方法所使用的低温物质为lng，将lng通过第一级换热器与相变材料(pcm)进行换热，使得lng大部分冷能被相变材料(pcm)吸收，通过第二级换热器让相变材料(pcm)与水进行换热，制成冰，通过载冷剂乙二醇传递冰的冷量到水，形成低温水，最后通过第三级换热器中的低温水与空气进行换热，形成2℃～5℃的冷空气，以实现超低温送风。在进行上述冷能逐级传递的过程中，应通过控制系统(28)对lng的输送装置、各级换热器的阀门进行控制，使得lng、水、乙二醇的流量、换热时间均可以控制调节，从而实现冷能逐级缓慢释放的过程。
53.如图2～9所示，为本专利基于冷能梯级利用的超低温送风装置的示意图和剖视图，采用的技术方案是提供了一种基于冷能梯级利用的超低温送风装置，该装置使用如图1所示的冷量供给方法，将从lng中获取的大量冷能最终传递到喷管(1)中的冷空气。
54.如图3a所示，所述一次混合风管(3)与喷管(1)之间使用变径风管i(2)进行连接。在喷管(1)上安装一个电动风阀(19)用于控制输入冷空气量的大小。所述新风套管(5) 与所述一次混合风管(3)相嵌套，两者之间存在一定空隙，其长度应根据所述一次混合风管 (3)的长度决定，且其长度要求能将所述一次混合风管(3)上的所有风孔(27)全部套入新风
套管(5)之内，在新风套管(5)的中间位置连接一根新风输入管(4)，新风输入管(4) 输送来自新风机的室外新风进入新风套管(5)，在新风输入管(4)上安装一个电动风阀(19) 用于控制输入新风量的大小。在所述一次混合风管(3)的上半部分，以所述一次混合风管(3) 的所在圆的圆心为基准，每隔30度开设一个风孔(27)，即风管上半部分180度的圆周角内应开设六个风孔(27)，并按一定距离沿着所述一次混合风管(3)的高度方向依次均匀开设风孔(27)，风孔(27)的直径应根据所述一次混合风管(3)的直径决定，且风孔(27)直径应保持适中。在所述一次混合风管(3)的尾部设置一台加压风机(15)和一台压力变送器 (18)，所述压力变送器(18)与控制系统(28)相连，通过监测所述一次混合风管(3)内的压力来控制加压风机(15)的启闭和转速。在所述一次混合风管(3)的顶部位置，介于两排风孔(27)之间，利用紧固件安装一盏红外线烘干灯(16)和一盏紫外线灭菌灯(17)。在所述一次混合风管(3)的底部位置，安装一个半圆形的可拆卸式接水盘(14)，所述接水盘 (14)上设有排水口与外部的排水管(13)相连。
55.所述回风套管(10)与所述二次混合风管(8)相嵌套，两者之间存在一定空隙，其长度应根据所述二次混合风管(8)的长度决定，且其长度要求能将所述二次混合风管(8)上的所有风孔(27)全部套入回风套管(10)之内，在回风套管(10)上连接一根回风输入管(9)，在回风输入管(9)上安装一个电动风阀(19)用于控制输入回风量的大小，所述二次混合风管(8)的直径应稍大于所述一次混合风管(3)，两者之间应通过变径风管ii(6)进行连接，与所述一次混合风管(3)相似的是，以所述二次混合风管(8)的所在圆的圆心为基准，每隔30度开设一个风孔(27)，即风管上半部分180度的圆周角内应开设六个风孔(27)，并按一定距离沿着所述二次混合风管(8)的高度方向依次均匀开设风孔(27)，风孔(27)的直径应根据所述二次混合风管(8)的直径决定，且风孔(27)直径应保持适中。在所述二次混合风管(8)的尾部设置一台加压风机(15)和一台压力变送器(18)，所述压力变送器(18) 与控制系统(28)相连，通过监测所述二次混合风管(8)内的压力来控制加压风机(15)的启闭和转速。在所述二次混合风管(8)的顶部位置，介于两排风孔(27)之间，利用紧固件安装一盏红外线烘干灯(16)和一盏紫外线灭菌灯(17)。在所述二次混合风管(8)的底部位置，安装一个半圆形的可拆卸式接水盘(14)，所述接水盘(14)上设有排水口与外部的排水管(13)相连。
56.所述蓄能风管(7)位于所述一次混合风管(3)和二次混合风管(8)之间，其内管壁(24) 的直径与所述一次混合风管(3)保持一致，内管壁(24)与外管壁(25)的厚度一致，夹层 (26)的厚度稍小于内管壁(24)的厚度。
57.所述旋流风口(12)位于整个装置的尾部，利用弯头(11)与所述二次混合风管(8)相连，所述旋流风口(12)的直径、弯头(11)的直径与所述二次混合风管(8)保持一致。所述旋流风口(12)与整个装置的控制系统(28)相连，控制系统(28)可以通过用户输入的信息指令调整旋流风口(12)的运行状态。
58.所述喷管(1)、新风套管(5)、新风输入管(4)、蓄能风管(7)均敷有保温层，以防止冷量和热量的泄露。
59.所述一次混合风管(3)、二次混合风管(8)、蓄能风管(7)、变径风管i(2)、变径风管ii(6)、排水装置、加压风机(15)、红外线烘干灯(16)、紫外线灭菌灯(17)、旋流风口 (12)和弯头(11)均应采取防水措施，以防止冷凝水泄露。
60.在安装环境允许的情况下，可以再增设一级混合风管，即三次混合风管，使得管内
冷空气再一次与室内回风进行充分混合，三次混合风管的直径与二次混合风管(8)的直径保持一致。
61.装置启动时，可通过控制系统(28)选择其工作状态，并设置所需室内温度和所需的新风、回风、冷空气的混合比例，控制系统(28)根据输入的设置信息启动并调节相应设备的运行状态。装置运行过程中，也可通过控制系统(28)调整相关设置，控制系统(28)会根据改变后的设置信息，调节相应设备的运行状态。在室内多点布置热电偶(32)，控制系统(28) 根据热电偶(32)的反馈信息控制新风系统(30)、回风系统(31)和冷源(29)，自动调节冷空气与新风、回风的混合比例，使得室内状况保持在所设定的状态。
62.本专利的具体功能是这样实现的：如图1所示，先通过换热器使得相变材料(pcm)充分获取lng的冷能，再通过多级换热器将来自lng的冷能逐级缓慢释放到水、乙二醇等载冷剂当中，最后将载冷剂中的冷量释放到空气当中，形成2℃～5℃的冷空气。如图2～11所示，装置启动时将会先根据控制系统(28)的指令确定其工作状态，根据不同工作状态和设置信息启动并调节所需设备。当装置处于全新风工作状态时，仅新风系统(30)启动工作，室外新风通过新风管流入装置，经过一次混合风管(3)、蓄能风管(7)、二次混合风管(8)、弯头(11)和旋流风口(12)被吹入室内；当装置处于全回风工作状态时，仅回风系统(31) 启动工作，室内回风通过回风管流入装置，经过二次混合风管(8)、弯头(11)和旋流风口 (12)被吹入室内；当装置处于新回风混合工作状态时，同时启动新风系统(30)和回风系统(31)，室外新风、室内回风分别通过新风管、回风管流入装置，室外新风经过一次混合风管(3)、蓄能风管(7)与室内回风在二次混合风管(8)内充分混合，再经弯头(11)和旋流风管(12)被吹入室内；当装置处于新回风冷空气混合工作状态时，新风系统(30)、回风系统(31)、冷源(29)同时启动，将从冷源(29)获得的冷空气通过喷管(1)高速吹入送风装置，进入送风装置后的冷空气首先进入到一次混合风管(3)之中，与从风孔(27)当中渗入的室外新风进行充分混合，完成第一次升温过程，进而通过加压风机(15)被吹入蓄能风管(7)，夹层(26)中的相变材料(pcm)与冷空气进行换热，完成第二次升温过程，夹层(26)中相变材料(pcm)蓄积冷量，同时可向管内释放冷量，之后流入二次混合风管(8)，与从风孔(27)当中渗入的室内回风进行充分混合，完成第三次升温过程，通过加压风机(15) 被吹入弯头(11)，进而经过旋流风口(12)被送入室内，利用旋流风口(12)的特性再次与室内空气进行充分混合，以保持冷量在室内尽最大化均匀分布，完成整个超低温送风过程。当风管内的压力不足时，压力变送器(18)将发送电信号到控制系统(28)，控制系统(28) 指令加压风机(15)启动并调节其转速，以维持整个装置的正常运行，保证冷空气可以送入室内。在装置运行过程中，由于冷热空气的多次混合会产生大量的冷凝水，冷凝水沿管壁流入或直接滴入接水盘(14)通过排水管(13)将冷凝水排出装置。当处于新回风冷空气混合工作状态时，在装置停止运行后，控制系统(28)将自动指令红外线烘干灯(16)和紫外线灭菌灯(17)启动，烘干管内残留的冷凝水和生成的霉菌，保持管内清洁干燥。在检修维护时，可将接水盘(14)拆卸清洗，保持整个装置的整洁。装置运行过程中，也可通过控制系统(28)调整相关设置，控制系统(28)会根据改变后的设置信息，调节相应设备的运行状态。室内布置的热电偶(32)监测室内温度并向控制系统(28)反馈，控制系统(28)控制电动风阀(19)调节冷空气、新风、回风比例。
63.以上所述，仅是本专利的较佳实施例，并非对本专利作任何限制，凡是未脱离本专利的精神实质、技术实质的情况下，对以上实施例所作的任何的简单修改、变更以及等效结
构变换，均仍属于本专利技术方案的保护范围内。