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熱交換裝置的制作方法

文檔序號:4696045閱讀:229來源:國知局
專利名稱:熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及熱交換裝置,并且更具體地涉及蒸發(fā)式熱交換器。本發(fā)明還涉及工作以提供與通風(fēng)結(jié)合的熱回收利用的裝置。
背景技術(shù)
蒸發(fā)式冷卻器是使用液體蒸發(fā)的潛熱以提供冷卻的裝置。已經(jīng)已知蒸發(fā)式冷卻的原理很多世紀(jì)。例如,將濕布覆蓋在物體上可通過流體從布的蒸發(fā)而保持物體的冷卻。通過持續(xù)地向布添加水分,可無限地保持冷卻效果而不用輸入電能。通過這樣的方式將水分蒸發(fā)到氣流中可到達最低溫度,形成空氣的濕球溫度。一種間接蒸發(fā)式冷卻器利用該原理。通過工作氣流流經(jīng)并從熱交換器的副濕潤表面吸收水分可對流經(jīng)熱交換元件的主表面上的產(chǎn)品氣流進行冷卻。
根據(jù)該原理,如果通過直接蒸發(fā)而冷卻一些氣體,由于水分的蒸發(fā)其絕對濕度也升高。由于溫度降低,所以相對濕度也上升,直到其中水蒸氣飽和的濕球溫度。如果將空氣冷卻而沒有直接蒸發(fā),那么其絕對濕度保持不變。隨著溫度降低,僅相對濕度升高,直到在所謂的露點達到空氣的完全飽和。從而露點低于濕球溫度,且實際上確定為空氣體的溫度必須冷卻至飽和或者100%相對濕度。這時,空氣中的水蒸氣凝結(jié)。
已經(jīng)作出通過在蒸發(fā)之前冷卻或干燥工作氣流而進行改進間接蒸發(fā)冷卻的原理的嘗試。一種冷卻工作氣流的特別方便的方法是返回一部分已冷卻的產(chǎn)品空氣。由于這樣的裝置可將產(chǎn)品氣體的溫度降低至其濕球溫度以下并接近露點,所以這樣的裝置通常稱作露點冷卻器。通過優(yōu)化與氣流進行熱交換的表面,可實現(xiàn)高效的熱交換。在從潮濕副表面的熱交換的情況下,這特別顯著。為了向工作氣流提供水分,濕潤的副表面可具有一些形式的水分供應(yīng),如,以親水層的形式。然而,這樣的層的存在會導(dǎo)致副表面與工作氣流的增強的熱隔離,從而減少傳熱。
從PCT/NL03/00153可知露點冷卻器的特別有效的形式,在這里結(jié)合其全部內(nèi)容作為參考。雖然不希望被理論約束,但是相信該裝置的成功至少部分地基于在主和副表面存在的熱交換元件。這些熱交換元件可以是散熱片的形式,并且相信其改進了從主表面至副表面的熱傳導(dǎo)。該散熱片工作以直接地導(dǎo)熱,且斷開在氣流中形成的各種邊界層。其也用以增加相關(guān)表面的熱交換的有效的總面積。從上述文件,以及從共同待審的英國專利申請0324348.2號可知濕潤副表面的其它重要特征,在此還結(jié)合英國專利申請0324348.2號的全部內(nèi)容作為參考。從而,通過對用作水分保持層的材料進行仔細(xì)選擇,可實現(xiàn)最佳蒸發(fā)而不會使副表面與工作氣流熱隔離。
這樣的裝置對于冷卻特別方便,是由于其制造簡單,且不需要致冷劑或壓縮機。通過低能耗且較安靜的低壓風(fēng)扇將氣體循環(huán)通過冷卻器。這使得露點冷卻器對于戶內(nèi)使用非常理想,特別是在晚上。
在蒸發(fā)冷卻器中冷卻的驅(qū)動力是濕潤熱交換表面,流經(jīng)該表面的工作氣體和產(chǎn)品氣流之間的溫度差。冷卻器的效率越高且越接近露點,那么溫度差之間的平衡更加重要。對于在周圍空氣和建筑或汽車內(nèi)部之間通導(dǎo)的蒸發(fā)冷卻器,盛行風(fēng)和壓力差可擾亂該良好的平衡。此外,冷卻器的性能取決于入口和出口的配置。對于蒸發(fā)冷卻器的安裝,如,安裝在建筑中使用導(dǎo)管以提供產(chǎn)品和/或工作氣流,需要根據(jù)產(chǎn)品和工作氣體導(dǎo)管的相對流動阻力而仔細(xì)地校正單元以有效地工作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種蒸發(fā)式熱交換裝置,其包括產(chǎn)品循環(huán)和工作循環(huán),這兩種循環(huán)與是熱接觸,用于循環(huán)間的熱傳導(dǎo),但是流體地分隔以基本阻止循環(huán)之間的壓力傳遞。這里,循環(huán)不需要是閉合的循環(huán),且通常與外部空氣連通,然而,在熱交換裝置中,循環(huán)至少在蒸發(fā)冷卻模式中流體地分隔。
該裝置的優(yōu)選形式包括至少一條工作通道和多條產(chǎn)品通道,其中每條工作通道具有主和副表面,每條產(chǎn)品通道各具有主和副表面。通道設(shè)置成產(chǎn)品流體可通過產(chǎn)品通道,且與主表面熱交換接觸而循環(huán),其中工作通道的主表面與工作通道和產(chǎn)品通道的副表面流動連通,從而工作流體首先流經(jīng)工作通道的主表面,接著流經(jīng)副表面。供液裝置向副表面提供了蒸發(fā)液體。
這樣,通過與流經(jīng)工作通道的副表面的工作流體的熱傳導(dǎo),將流經(jīng)工作通道的主表面的第一工作流體流預(yù)冷至接近露點。在預(yù)冷空氣返回流經(jīng)副表面時通過蒸發(fā)液體蒸發(fā)進入預(yù)冷卻空氣的蒸發(fā)潛熱而驅(qū)動熱量的傳導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過預(yù)冷卻工作空氣的單位體積吸收的潛熱不僅足夠用于預(yù)冷相同體積的工作空氣,還可冷卻至少更多體積的產(chǎn)品空氣。通過從產(chǎn)品通道的副表面進行蒸發(fā)以類似的方式實現(xiàn)產(chǎn)品空氣的冷卻。
在蒸發(fā)式熱交換器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中,工作通道和產(chǎn)品通道都形成為管狀膜,在每種情況下,主表面位于管狀膜的內(nèi)部,并且副表面位于管狀膜的外部。管狀膜提供了主表面與副表面之間的熱傳導(dǎo)。優(yōu)選地,該膜可由諸如鋁等的良好導(dǎo)熱性材料制成。
優(yōu)選地,蒸發(fā)式熱交換器還包括殼體,在該殼體中設(shè)置有工作通道和產(chǎn)品通道。這樣,殼體與工作和產(chǎn)品通道之間的內(nèi)部空間限定了工作流體流經(jīng)副表面的流動區(qū)域。優(yōu)選地,將殼體延長,而工作和產(chǎn)品通道彼此平行地大體縱向穿過殼體??蓪⒐ぷ魍ǖ涝O(shè)置成在殼體的第一端具有與外部連通的入口,而在殼體的第二端附近具有與內(nèi)部空間連通的出口。通過設(shè)置排出口與其第一端相鄰的殼體,將殼體的內(nèi)部空間與外部連通,可促使工作流體從第二端經(jīng)由副表面流回排出口。因此,流經(jīng)副表面的第二流體流是流經(jīng)工作通道和產(chǎn)品通道的主表面的流體流動的反向流動。
根據(jù)本發(fā)明的重要方面,產(chǎn)品通道可通過殼體從入口延伸到出口,該入口和出口都將產(chǎn)品通道的主表面與殼體的外部連通,而不與內(nèi)部空間流體連接。通過將產(chǎn)品通道的主表面與容納有工作流體的內(nèi)部空間密封地分隔,工作流體中作用的壓力不會影響產(chǎn)品流體的流動,反之亦然。然而,在工作流體流經(jīng)產(chǎn)品通道的副表面時,在兩種流體之間仍然會產(chǎn)生熱交換。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的重要結(jié)果是蒸發(fā)式熱交換器也可用作廢熱回收利用裝置,如用于通風(fēng)的目的。通過設(shè)置具有熱回收支路的再循環(huán)通道,用于將殼體的內(nèi)部空間與廢熱源連接,允許熱回收流體選擇性地進入內(nèi)部空間從而流經(jīng)副表面。在這種情況下,通過流經(jīng)內(nèi)部空間并從排出口排出的熱回收流體的熱傳導(dǎo)而加熱產(chǎn)品流體。在該設(shè)置中重要的是產(chǎn)品流體流動在冷卻和熱回收過程中的方向是相同的,并且流經(jīng)副表面的流動都流向排出口。這避免了例如可能發(fā)生在流體流動的逆轉(zhuǎn)或者如果從副表面流過的流體流進居住空間的污染。雖然一般而言的熱回收是已知的,但是相信可提供熱回收的蒸發(fā)式冷卻器的組合是新穎的和有創(chuàng)造性的。提供了裝置的多功能性,可從單個單元進行冷卻、通風(fēng)(無需供水)和熱回收。
優(yōu)選地,熱回收支管包括閥門,該閥門用于將供應(yīng)至副表面的流體源在冷卻模式的工作通道的主表面與熱回收模式的再循環(huán)通道之間轉(zhuǎn)換。在通風(fēng)模式,不需要向副表面提供流體,且再循環(huán)通道可用于從建筑排出空氣而不需要另外的熱交換。
包括再循環(huán)通道的其它優(yōu)點在于可選擇性地將再循環(huán)流動增加至產(chǎn)品通道或通道。再循環(huán)通道可包括混合裝置,其用于選擇性地將再循環(huán)通道與產(chǎn)品通道的入口相連接。從而,在例如建筑的冷卻過程中,可調(diào)節(jié)通過產(chǎn)品通道進入建筑內(nèi)部的外部空氣,也可調(diào)節(jié)循環(huán)通過產(chǎn)品通道的內(nèi)部空氣的量。這在一定情況下對于阻止噪音或氣味或其它不良影響進入建筑的內(nèi)部是有效的。
優(yōu)選地,蒸發(fā)式熱交換器還設(shè)置有產(chǎn)品流體循環(huán)裝置和工作流體循環(huán)裝置,其中產(chǎn)品流體循環(huán)裝置促使產(chǎn)品流體通過產(chǎn)品通道而循環(huán),而工作流體循環(huán)裝置促使工作流體通過工作通道并經(jīng)過副表面而循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的重要特征,將熱交換元件位于副表面,用于將熱量從副表面?zhèn)鲗?dǎo)至工作流體。這些熱傳導(dǎo)元件優(yōu)選地形成為散熱片、百葉板或突出,且可通過斷開邊界層和增加局部湍流而增加熱傳導(dǎo)。優(yōu)選地,熱傳導(dǎo)元件由諸如鋁等良好導(dǎo)熱性材料制成。相信使用這樣的熱傳導(dǎo)元件可提高裝置的效率,從而達到通過單個容量工作流體有效地冷卻多個容量的產(chǎn)品流體的程度。
為了將潛熱從副表面?zhèn)鲗?dǎo)至工作流體,副表面應(yīng)設(shè)置液體保持層,用于保持一些蒸發(fā)液體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)液體保持層不應(yīng)阻止熱量從副表面向工作流體的直接傳導(dǎo)對于高效工作是很重要的。該“熱量”而不是潛熱的直接傳導(dǎo)對于將工作流體加熱遠(yuǎn)離露點從而可蒸發(fā)更多的流體是必要的。因此該液體保持層不應(yīng)該隔離副表面。因此,如果液體保持層是良好的熱導(dǎo)體,那么其可以完全地覆蓋表面。然而,在大多情況下,局部覆蓋為高效工作的直接熱傳導(dǎo)和潛熱傳導(dǎo)之間提供了最佳平衡。液體保持層可例如僅設(shè)置在熱傳導(dǎo)元件上,且優(yōu)選地僅設(shè)置在其一個表面上。
熱傳導(dǎo)元件還可設(shè)置在產(chǎn)品通道和工作通道的主表面上,從而將熱量從產(chǎn)品流體和工作流體分別傳導(dǎo)至主表面。這些熱傳導(dǎo)元件可能與副表面的熱傳導(dǎo)元件特性相同。雖然在作為蒸發(fā)式冷卻器的操作過程中沒有向主表面提供蒸發(fā)液體的直接需求,但是為了另外用作熱回收裝置或加濕器,還需要在主表面包括液體保持層或其它形式的吸液層以用于濕潤。該層還可用作將諸如除臭劑、芳香油等產(chǎn)品散布至產(chǎn)品流體中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,還公開了一種在蒸發(fā)式熱交換器中冷卻產(chǎn)品流體的方法,其中蒸發(fā)式熱交換器包括具有主和副表面的工作通道以及具有主和副表面的產(chǎn)品通道。該方法包括向副表面提供蒸發(fā)液體,將第一容量的工作流體流經(jīng)工作通道并與其主表面熱交換接觸,從而將工作流體從入口溫度冷卻至接近其露點溫度,其后工作流體流經(jīng)工作通道和產(chǎn)品通道的副表面,從而促使蒸發(fā)液體蒸發(fā)進入工作流體,且通過從副表面?zhèn)鲗?dǎo)熱量而加熱工作流體,從而從相應(yīng)主表面將熱量傳導(dǎo)至相應(yīng)副表面。同時,第二容量的產(chǎn)品流體流經(jīng)產(chǎn)品通道并與其主表面熱交換接觸,從而通過向主表面的熱傳導(dǎo)而冷卻產(chǎn)品流體,而第二容量充分地大于第一容量。通過保證通過從副表面?zhèn)鲗?dǎo)而不是蒸發(fā)液體的蒸發(fā)而加熱工作流體,對于指定容量的工作流體可充分地更大容量產(chǎn)品流體。通過副表面上設(shè)置的熱傳導(dǎo)元件,具體地散熱片,可增加傳導(dǎo)至工作流體的熱量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了冷卻和熱回收裝置,包括大致如上所述的蒸發(fā)式熱交換器,其至少具有產(chǎn)品通道和彼此熱交換接觸的工作流體循環(huán),產(chǎn)品通道提供了從第一環(huán)境至第二環(huán)境的產(chǎn)品流體流,再循環(huán)通道提供了來自第二環(huán)境的流體流,及開關(guān)裝置,其用于將再循環(huán)通道與產(chǎn)品通道或工作流體流選擇性地連接。


將參考附圖以示例的方式對本發(fā)明的實施例進行更詳細(xì)地說明,其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)式熱交換器的示意圖;圖2是用作產(chǎn)品通道的熱交換元件的透視圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例,具有再循環(huán)通道的蒸發(fā)式熱交換器的示意圖;圖4是本發(fā)明的第三和優(yōu)選實施例的外部透視圖;圖5是圖4的實施例的內(nèi)部的正視圖;圖5A是表示通道的上端的圖5的細(xì)節(jié)的局部剖切透視圖;圖5B是表示通道的下端的圖5的細(xì)節(jié)的放大正視圖;圖6是圖4的實施例的內(nèi)部沿著方向VI的側(cè)視圖;并且圖7是本發(fā)明的其它實施例的外部透視圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)式熱交換器1的示意圖。熱交換器1包括通常延長的殼體2,其中延伸有工作通道4。多條產(chǎn)品通道6也通過殼體2,產(chǎn)品通道6和工作通道4大體平行并彼此間隔開。工作通道4和產(chǎn)品通道6分別具有設(shè)置在通道內(nèi)部的主表面8、10,和設(shè)置在通道外部的副表面12、14。工作通道4和產(chǎn)品通道6設(shè)置有多個散熱片形式的熱傳導(dǎo)元件15。
工作通道4具有設(shè)置在殼體2外部的入口16,其與第一端18相鄰。工作通道4的出口20設(shè)置在殼體2中,與第二端22相鄰。殼體2還設(shè)置有排出口24,其與第一端18相鄰。從而形成工作循環(huán),使得工作流體從入口16沿著工作通道4的主表面流動并從出口20流出。接著,工作流體返回通過殼體2的內(nèi)部,并通過排出口24而排出。由于工作流體返回通過殼體2,其流經(jīng)工作通道4和產(chǎn)品通道6的副表面12、14。
產(chǎn)品通道6還包括設(shè)置在殼體2的第一端18的外部的入口26,和設(shè)置在第二端22的外部的出口28。因此,形成產(chǎn)品循環(huán),產(chǎn)品流體從殼體2的外側(cè)流經(jīng)入口26,沿著產(chǎn)品通道6的主表面10流動并從出口28流出。
殼體2還設(shè)置有流體供應(yīng)裝置30,其向副表面12、14提供蒸發(fā)液體。
形成工作通道4和產(chǎn)品通道6以促進在縱向傳導(dǎo)上的各主表面8、10和副表面12、14之間的橫向熱傳導(dǎo)。這可通過使用低導(dǎo)熱性的膜形成通道而實現(xiàn),且該膜足夠薄從而不會阻礙橫向熱傳導(dǎo)。然而優(yōu)選地,通道由導(dǎo)熱良好,特別是在膜的橫向到熱良好的材料形成。設(shè)置在通道4、6上的熱傳導(dǎo)元件15用于增加這樣的橫向熱傳導(dǎo),也優(yōu)選地由良好導(dǎo)熱性的材料制成。
蒸發(fā)式熱交換器1的工作如下文所述進行。將工作流體流A1提供至工作通道4的入口16。工作流體A1被引導(dǎo)通過主表面8。熱傳導(dǎo)元件15將工作流體的熱量傳導(dǎo)開,從而使得工作流體冷卻。如下文中所述,對于作為工作流體A1的空氣,在通過主表面8以后會大致冷卻至露點溫度。在該溫度,空氣完全飽和,且不能沒有水凝結(jié)而繼續(xù)冷卻。在通過主表面8之后,冷卻的工作流體作為流體A2而流經(jīng)出口20,且以第一端18的方向返回通過殼體2。通過這樣,其通過工作通道4和產(chǎn)品通道6的副表面12、14。
通過流體供應(yīng)裝置30的工作,提供了一些蒸發(fā)液體以使得副表面12、14濕潤。流經(jīng)副表面12的工作流體A2通過熱傳導(dǎo)元件15吸收從主表面8傳導(dǎo)的熱量。在其開始變暖遠(yuǎn)離露點時,通過蒸發(fā)液體的蒸發(fā)而再吸收液體。通過這樣,吸收了潛熱。通過保證主要從濕潤的副表面12蒸發(fā)液體,而不從工作流體的水滴蒸發(fā)液體,潛熱引起從流經(jīng)主表面8的工作流體A1的部分的附加的熱傳導(dǎo)。工作流體A2也流經(jīng)產(chǎn)品通道6的副表面14,并以相同的方式冷卻。通過產(chǎn)品通道6并與主表面10接觸的產(chǎn)品流B1也被冷卻,并且作為與工作流A1在出口20大體相同的溫度的流體B2而從出口28排出。工作流體作為完全飽和有水分的流體A3以與在入口大致相同的溫度而通過排出口24排出殼體2。
由于流體蒸發(fā)的潛熱充分地大于其比熱,所以在副表面12、14通過流體蒸發(fā)進入工作流體所吸收的熱量不僅足夠冷卻第一容量的工作流體A還可冷卻至少另外兩個容量的產(chǎn)品流B。根據(jù)圖1,單個工作通道4用于冷卻兩條相似尺寸的產(chǎn)品通道6。然而,在本發(fā)明的范圍中,可以其它等效的方式而實現(xiàn)該比例??墒褂美缇哂泄ぷ魍ǖ赖牧鲃訖M剖面的兩倍的單個產(chǎn)品通道,從而提供了用于熱傳導(dǎo)的足夠的表面面積。此外,由于通過工作通道的液流與從流經(jīng)產(chǎn)品通道的流體被隔開,所以可利用不同的流速而實現(xiàn)相同的效果。這樣的流速差別還可用于調(diào)節(jié)通道之間的熱傳導(dǎo)??蛇x地或另外地,由于通道的分隔,可使用具有不同熱容的不同流體。
根據(jù)本發(fā)明的重要優(yōu)點,應(yīng)注意工作流體A圍繞從入口16至排出口24的基本閉合的循環(huán)而流動。此外,入口16和排出口24彼此相鄰地設(shè)置。這樣,在入口/排出口的壓力情況對工作流體A的循環(huán)沒有或者僅有很小的影響。已發(fā)現(xiàn)在入口和排出口的局部壓力情況會嚴(yán)重地影響裝置的功能的實際情況下,在安裝這樣的蒸發(fā)式熱交換器中這是非常重要的考慮。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例,可如圖2所示和如PCT/NL03/00153所說明地構(gòu)造產(chǎn)品通道6。在該圖中,類似的元件采用與圖1相同的附圖標(biāo)記指示。根據(jù)圖2,產(chǎn)品通道6包括形成大致管狀結(jié)構(gòu)具有入口26和出口28的膜36。主表面10設(shè)置在通道6的內(nèi)部,而副表面14設(shè)置在膜36的外表面。該膜36可由將流經(jīng)主表面和副表面的流體分隔并可在其間傳導(dǎo)熱量的任何適當(dāng)材料制成。優(yōu)選地,由易于形成所需形狀并易于通過熔焊技術(shù)結(jié)合的軟質(zhì)鋁而形成。膜36在主表面10和副表面14上設(shè)置有散熱片38形式的熱傳導(dǎo)元件。散熱片38增加了表面上可對流體進行熱傳導(dǎo)的有效表面積。其還提高了向和通過膜36的熱傳導(dǎo)。因此,其應(yīng)該由諸如鋁的具有良好導(dǎo)熱性能的材料制成。通過形成鋁制的膜36和散熱片38,可優(yōu)化熱傳導(dǎo)。
為了進一步提高熱傳導(dǎo),散熱片38設(shè)置有百葉板40,其用于斷開流動中的各種分界層,還促進從散熱片的一側(cè)向另一側(cè)流動。百葉板40還促進在百葉板方向的熱傳導(dǎo)并減少在流動的縱向的傳導(dǎo)。通過向縱向的傳導(dǎo)提供另外的屏障,如通過傳導(dǎo)橋或通過交錯百葉板40可進一步增強該效果。附加地或可選地,將散熱片38設(shè)置為條42,通過間隙44而在縱向彼此分隔。
在產(chǎn)品通道6的副表面14上的散熱片38設(shè)置有液體保持層(未示出),其可如英國申請第0324348.2號中所述。將液體保持層設(shè)置在面朝遠(yuǎn)離膜36方向的散熱片38最外表面上。這樣,流經(jīng)副表面14的第二流體在通過膜38的一側(cè)到另一側(cè),如通過百葉板40時,反復(fù)地暴露在自未覆蓋的區(qū)域的直接熱量和自覆蓋區(qū)域的蒸發(fā)的潛熱下。液體保持層可由能夠保持一些流體且易于將其釋放到部分飽和氣流中的任何材料制成。優(yōu)選地,對于將水用于作為蒸發(fā)液體,材料應(yīng)該是親水的,但具有一些吸濕性。已知陶瓷類型材料,諸如波特蘭(Portland)水泥、氧化鋁和纖維材料是理想的,由于它們能夠僅通過表面張力效應(yīng)而保持水分。用于形成水分保持層的示例性材料是20g/m2聚酯/纖維膠50/50混合,可從荷蘭的Lantor B.V獲得。
盡管未示出,工作通道4可以以與圖2所示的產(chǎn)品通道大致相同的方式而設(shè)置。在這種情況下,工作通道可與產(chǎn)品通道稍微不同,不同之處在于出口不延伸出殼體所以可以稍短。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的包括再循環(huán)通道的蒸發(fā)式熱交換器101。該熱交換器101與圖1所示的裝置大致相同,與圖1所示相同的元件將以相同的附圖標(biāo)記指示。
根據(jù)圖3,熱交換器101還包括再循環(huán)通道150,該再循環(huán)通道通過殼體102從第二端122到第一端118。在圖3所示的實施例中,僅示出了單條產(chǎn)品通道106。很清楚,如第一實施例所述,可為每條工作通道104設(shè)置多條產(chǎn)品通道。再循環(huán)通道150設(shè)置有熱回收支路152,其在與第二端122相鄰處將再循環(huán)通道150與殼體102內(nèi)部連接。旁通閥154控制通過再循環(huán)通道150和熱回收支路152的流體的流動。
再循環(huán)通道150還設(shè)置有再循環(huán)支路156,該再循環(huán)支路156設(shè)置有再循環(huán)閥門158。再循環(huán)支路156將再循環(huán)通道150與產(chǎn)品通道106在與第一端118相鄰處連接。再循環(huán)閥門158控制通過再循環(huán)支路156和再循環(huán)通道150的流體的流動。盡管在各個連接的交接處設(shè)置有閥門154和158,然而如下文中所述,很清楚也可設(shè)置閥門的其它設(shè)置和位置以實現(xiàn)相同的功能。
在使用中,蒸發(fā)式熱交換器101以與蒸發(fā)式熱交換器1相同的方式而工作。然而,再循環(huán)通道150的存在還允許另外兩種功能I.內(nèi)部空氣的再循環(huán)設(shè)置蒸發(fā)式熱交換器101以將空氣B1從例如建筑的外部E通過產(chǎn)品通道106帶入,并將溫度TP的空氣B2供應(yīng)至建筑的內(nèi)部I。再循環(huán)通道150允許氣體C1作為流體C2而從建筑內(nèi)部I通風(fēng)流到外部E。在正常情況下,通風(fēng)氣體C2的流動容積與進入氣體B2的流動容積大致相同。然而通過再循環(huán)通道150通風(fēng)的內(nèi)部空氣的溫度T1可能比進入產(chǎn)品通道106的入口126的外部空氣B1的溫度TE低。為了改進蒸發(fā)式熱交換器101的性能,不是將所有的空氣C2通風(fēng)至外部以外,而是可將該空氣的一部分C3通過產(chǎn)品通道106而再循環(huán)回到內(nèi)部。對于再循環(huán)的這部分,僅需要溫度從TI上升至TP。在該設(shè)置中,再循環(huán)閥門158用作混合裝置,用于將外部空氣B1與內(nèi)部空氣C1的兩道氣流混合,以根據(jù)內(nèi)部I中所需的新鮮空氣的量而向產(chǎn)品通道106提供。盡管所示再循環(huán)支路156和閥門158與殼體的第一端相鄰,但是需要注意其還可設(shè)置在沿著產(chǎn)品通道106的中間位置,其中進入的產(chǎn)品空氣B1已冷卻至溫度T1??蛇x地,其可設(shè)置在殼體外側(cè)。
II.熱回收在寒冷時期,蒸發(fā)式熱交換器101可作為熱回收和通風(fēng)單元而工作。來自建筑的內(nèi)部I的溫暖的空氣C1可通風(fēng)至外部E,且外部的新鮮空氣B1可通過產(chǎn)品通道106提供至內(nèi)部。通過將旁通閥154打開以引導(dǎo)從再循環(huán)通道向殼體內(nèi)部流動,使得溫暖的內(nèi)部空氣流C4在作為流體C5而通過排出口124排出之前流經(jīng)產(chǎn)品通道106的副表面114。從通風(fēng)空氣C4經(jīng)由副表面114向產(chǎn)品通道106的主表面110進行熱傳導(dǎo),其中加熱了新鮮外部空氣B1。接著加熱的外部空氣B2通過出口128向建筑的內(nèi)部I供應(yīng)。這樣的熱回收在保證向建筑通風(fēng)提供足夠新鮮空氣的同時降低了加熱成本。在熱回收過程中,不需要濕潤副表面的液體供應(yīng)130的操作。然而,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要向產(chǎn)品通道106的主表面110提供少量的水,以在諸如干燥冬季環(huán)境下保持足夠的濕度。在這樣的情況下,不使用工作通道104。然而,可提供可選的閥門裝置以使得工作通道在熱回收過程中還可用作產(chǎn)品通道。
對于作為熱回收裝置的極低溫度操作,還可提供進入空氣B1的霜凍防護。這可由例如通過再循環(huán)支路156和再循環(huán)閥門158將少量的通風(fēng)空氣C3再循環(huán)進入與入口相鄰的產(chǎn)品通道106而實現(xiàn)。還可設(shè)置小的電預(yù)熱器159或者類似裝置,從而在產(chǎn)品通道106的入口126(或在排出口124周圍)提供霜凍防護。這樣的霜凍防護方式可用于阻止排出排出口124的濕潤空氣凝結(jié)。這樣的凝結(jié)可結(jié)冰并增大,嚴(yán)重地阻礙熱傳導(dǎo)甚至阻塞通過排出口124的流動。
很重要的是應(yīng)該注意在熱回收利用的過程中,通過產(chǎn)品通道106的流過與冷卻方向相同。對于再循環(huán)通道150也相同。具體地,經(jīng)過副表面112、114的流動通常發(fā)生在排出口124的方向,從而將在殼體102的內(nèi)部空間中形成的任何污染引出建筑。
根據(jù)圖4,示出了家用蒸發(fā)式熱交換器201的優(yōu)選實施例。該熱交換器201大體與圖1和圖3中所示的裝置相似,且類似的元件以相同的附圖標(biāo)記表示。
熱交換器201包括大致直立的殼體202,其適于設(shè)置在居住空間中,優(yōu)選地靠著外墻而設(shè)置。該殼體202具有下部第一端218和上部第二端222,且包括在正表面的263的輸入鍵260和顯示器262,通過其可控制該裝置。殼體的正表面263在其上端222還設(shè)置有加水口264和出口格柵266。在殼體的后部,導(dǎo)管268具有多條至建筑外部的氣體通道。再循環(huán)管270用作連接到從居住空間通風(fēng)的空氣源。
圖5示出了將外部殼體移開的熱交換器201的內(nèi)部的正視圖。在熱交換器201的內(nèi)部,設(shè)置有多條產(chǎn)品通道206。產(chǎn)品通道206大致如在圖2中所公開,并大致豎直設(shè)置。在裝置的第一端218,相鄰產(chǎn)品通道206的下端在接縫207處卷曲或組合在一起以形成組合的產(chǎn)品入口226,并封閉副表面214以形成與產(chǎn)品通道206分開的第二通道213。將產(chǎn)品通道206的上端通過殼體隔板272連接到與組合的出口228連通,該組合的出口228與殼體的第二端222的出口格柵266連通。
熱交換器201還包括與產(chǎn)品通道206類似設(shè)計的兩條工作通道204,其也通過在其下端的接縫207而封閉,以形成組合的工作入口216,和另外的具有副表面212的第二通道213。在其上端,工作通道204具有出口220,其在隔板272突然停止以與第二通道213的上端連通。
產(chǎn)品流體風(fēng)扇274設(shè)置在緊鄰產(chǎn)品入口226的下方。產(chǎn)品流體風(fēng)扇是軸向流入風(fēng)扇,其最大能力約300m3每小時,并經(jīng)由產(chǎn)品入口通道276通過過濾室277和管268而連接以接收從建筑外部供應(yīng)的氣體。過濾室277包括用于過濾進入蒸發(fā)式熱交換器201的產(chǎn)品空氣的合適的過濾器(未示出)??蛇x地或另外地,過濾器可設(shè)置在出口228或設(shè)置在流動中其它方便的位置。過濾器還可設(shè)置在圖1和圖3的實施例中。
工作流體風(fēng)扇278也設(shè)置成與殼體202的下端218相鄰,并與第二通道213的排出口224連通。工作流體風(fēng)扇278還通過工作出口管280經(jīng)過管268而與建筑外部連通。在工作流體循環(huán)的入口側(cè),組合的工作入口216也經(jīng)由工作入口管281通過管268而與建筑外部連接。盡管在圖中未示出,工作入口216還可設(shè)置有過濾器或者穿過與產(chǎn)品流動密封地分隔開的過濾室277的部分。
圖5還示出再循環(huán)通道250,其在上端與再循環(huán)管270連接。再循環(huán)通道250經(jīng)由再循環(huán)風(fēng)扇282和再循環(huán)出口管283,通過管268而與建筑外部連接。再循環(huán)通道250也通過設(shè)置有再循環(huán)閥門258的再循環(huán)支路256而與過濾室277連接。這樣,任何流回建筑內(nèi)部的再循環(huán)空氣也將被過濾。熱回收支路252和旁通閥254(在該圖中未示出)選擇性地將再循環(huán)通道250與第二通道213的上端連接。
在每條第二通道213的上端,設(shè)置了水分配器284。水分配器284包括水滴形成出口,其向產(chǎn)品通道206和工作通道204的副表面212、214提供可控制的水滴供應(yīng)。水分配器284通過泵286從儲水器288經(jīng)由供水系統(tǒng)230而供水。在第二通道的下端,將過量的水收集在水槽285中,并通過排水溝289返回至儲水器288。
在圖5a中更好地示出了殼體202的上端222的細(xì)節(jié),其中示出了通道204、206的連接方式。上歧管271接收通道204、206的上端,并設(shè)置有適當(dāng)?shù)拈_口以讓各種流體通過。接收工作通道204的上歧管271的區(qū)域由隔板272而覆蓋,從而強迫排出工作通道204的工作流體通過產(chǎn)品和工作流體通道的第二通道213而返回。上歧管271還支持水分配器284。水分配器284配置成在第二通道213的上端水平地噴灑水,其中水會滴下以濕潤副表面212、214。水分配器的供水優(yōu)選間歇地,且可以在可控壓力下改變噴灑的長度,從而在第二通道213的寬度上均勻地進行濕潤。承滴盤設(shè)置在第二通道的上方,以收集自管口的噴水并將其以水滴的形式而分配,從而避免霧化進入第二通道。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)限制空氣流中的浮質(zhì)對于保證冷卻器的有效工作非常重要并且還降低了細(xì)菌形成的可能性。
在圖5b中更詳細(xì)地示出了殼體202的下端218。下歧管273以與上歧管類似的方式接收了通道204、206的下端。下歧管273部分地形成產(chǎn)品入口226、工作入口216和排出口224,且還形成水槽285并用作工作流體風(fēng)扇278的殼體。
圖6是沿著圖5的方向VI的側(cè)視圖。圖6示出了產(chǎn)品流體風(fēng)扇274和工作流體風(fēng)扇278,還清楚地示出了產(chǎn)品入口管276、工作入口管281、工作出口管280和再循環(huán)出口管283,其中所有的管都穿過管268到達建筑外側(cè)。圖6還示出了熱回收支路252和旁通閥254,其將再循環(huán)通道250與第二通道213的上端連接。
圖4至6的蒸發(fā)式熱交換器201的工作大致與圖3的蒸發(fā)式熱交換器的工作相同。在使用中,在冷卻模式下,泵286工作以向水分配器284提供水,水分配器284對第二通道213的副表面212、214進行濕潤。如根據(jù)圖2中所述的水分保持層保持一些水分以用于隨后的蒸發(fā)。
工作流體風(fēng)扇278將工作空氣流A1從建筑外部通過工作入口管281和工作通道204而吸入。工作空氣A1通過從副表面212的水分蒸發(fā)而冷卻,并在出口220以接近露點的溫度而排出工作通道204。接著將工作空氣A1在殼體內(nèi)部分配至全部第二通道213,通過第二通道213空氣A1在向下方向作為氣流A2返回,驅(qū)動副表面212、214的蒸發(fā)。接著濕潤空氣A3通過排出口224和工作流體風(fēng)扇278經(jīng)由工作出口管280而排出建筑外部。如上述,工作氣流流經(jīng)大致完整的循環(huán),從工作入口管281至彼此相鄰設(shè)置的工作出口管280。這樣,作用在建筑外部的局部壓力情況對循環(huán)影響很小或沒有影響,而例如通過調(diào)節(jié)工作流體風(fēng)扇278可容易地實現(xiàn)氣流的調(diào)節(jié)。
隨著工作空氣A循環(huán)通過蒸發(fā)式熱交換器201,也使得產(chǎn)品流體風(fēng)扇工作。通過產(chǎn)品入口管276和過濾管277從建筑外部吸入新鮮空氣B1并作為產(chǎn)品空氣而提供給組合產(chǎn)品入口226。
接著通過從副表面214的蒸發(fā),在產(chǎn)品空氣通過產(chǎn)品通道206時將其冷卻。產(chǎn)品空氣從產(chǎn)品通道206排出,并通過組合的出口228和出口格柵266以接近露點的溫度作為氣流B2而向建筑內(nèi)部提供。
產(chǎn)品空氣進入建筑內(nèi)部必須通過從建筑內(nèi)部相應(yīng)地向外氣流而平衡。該空氣可通過建筑中作為“泄漏”的天然開口而排出??蛇x地,其可通過再循環(huán)風(fēng)扇282從再循環(huán)入口(未示出)吸入空氣C1經(jīng)過再循環(huán)通道250并通過再循環(huán)出口管283而排出C2的操作而控制。通過調(diào)節(jié)流經(jīng)再循環(huán)風(fēng)扇282的氣流,可控制“泄漏”與通過再循環(huán)出口管283排出的氣體C2之間的關(guān)系。該控制可用于確定通過蒸發(fā)式熱交換器201對建筑的冷卻程度,由于增加的“泄漏”會與較大的冷卻分配相關(guān),而通過再循環(huán)出口管283的增加的氣流會使產(chǎn)品氣流B2的冷卻效果保持在局部。
為了在熱回收模式下進行工作,旁通閥254經(jīng)由熱回收支路252將再循環(huán)通道250與第二通道213的上端連接。溫暖的內(nèi)部空氣C1流經(jīng)第二通道213,對產(chǎn)品空氣B1進行加熱。在該模式,內(nèi)部空氣C2代替工作空氣A3通過排出口224和工作流體風(fēng)扇278經(jīng)由工作出口管280而排出至建筑的外部。不需要使用工作通道204和再循環(huán)出口管283,但是適當(dāng)?shù)拈y門調(diào)節(jié)可用于熱回收模式的產(chǎn)品流體。對于參考圖3而說明的霜凍防護,可經(jīng)過再循環(huán)支路256經(jīng)由再循環(huán)閥門258而將空氣流C3供到產(chǎn)品通道206的入口。
圖7示出了可選家用蒸發(fā)式熱交換器301的外部透視圖。該熱交換器是與圖4至6所示的裝置201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似,所以僅對外部細(xì)節(jié)進行說明。
熱交換器301包括大體直立的殼體302,特別適于設(shè)置在兒童的臥室。根據(jù)該實施例,將儲水器388設(shè)置在兒童角色的殼體302的上端322。該儲水器388可拆卸用于注水,并且是部分透明地,從而可容易地看到水位。甚至對于家里的年輕成員,補充儲水器也是簡單而有趣的活動。還可提供儲水器的可選形式,且還可包括例如嘴的形式的灌注開口。
雖然上述實例示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,但是應(yīng)注意各種其它設(shè)置也可作為落入所附權(quán)力要求所限制的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍中。具體地,盡管對所示出的用于建筑內(nèi)部的蒸發(fā)式熱交換器進行了說明,然而其也可用于諸如車輛或臨時住處的其它結(jié)構(gòu)。其還可設(shè)置在外部其中管道穿過建筑的內(nèi)部。此外,由于工作流體循環(huán)的有利的設(shè)置,蒸發(fā)式熱交換器可設(shè)置在距外部空氣源一定的距離處,如作為通過柔性管連接的移動單元。
該蒸發(fā)式熱交換器還可具有另外的功能或者與其它單元組合,包括改進的過濾系統(tǒng),用于例如過敏患者、UV治療、香料或精油分配和電離裝置,以用于將產(chǎn)品空氣電離。其還可與計算機裝置結(jié)合,用于如根據(jù)計算機負(fù)載而提供適當(dāng)?shù)睦鋮s。
權(quán)利要求
1.一種蒸發(fā)式熱交換器,包括至少一條工作通道,其包括主和副表面;對于每條工作通道,有多條包括主和副表面的產(chǎn)品通道;和供液裝置,其向所述副表面提供蒸發(fā)液體;其中產(chǎn)品流體可通過所述產(chǎn)品通道并與其所述主表面熱交換接觸而循環(huán),且其中所述工作通道的所述主表面與所述工作通道和所述產(chǎn)品通道二者的所述副表面流動連通,從而工作流體可首先流經(jīng)所述工作通道的主表面,接著流經(jīng)所述副表面。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)式熱交換器,其還包括位于所述副表面上的熱傳導(dǎo)元件,用于從所述副表面向所述工作流體傳導(dǎo)熱量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括位于所述產(chǎn)品通道和所述工作通道的所述主表面上的熱傳導(dǎo)元件,用于從所述產(chǎn)品流體和所述工作流體分別向所述主表面?zhèn)鲗?dǎo)熱量。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述工作通道包括管狀膜,所述主表面位于所述管狀膜的內(nèi)部,并且所述副表面位于所述管狀膜的外部。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述產(chǎn)品通道包括管狀膜,所述主表面位于所述管狀膜的內(nèi)部,并且所述副表面位于所述管狀膜的外部。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括殼體,所述工作通道和所述產(chǎn)品通道位于所述殼體內(nèi)部,從而所述殼體與所述工作和產(chǎn)品通道之間的內(nèi)部空間限定了所述工作流體流經(jīng)所述副表面的流動區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述工作通道具有與所述殼體的外部連通的入口,和與內(nèi)部空間連通的出口。
8.如權(quán)利要求6或7所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述殼體具有將所述內(nèi)部空間與所述殼體的外部連通的排出口,用于在所述工作流體流經(jīng)所述副表面之后將所述工作流體排出。
9.如權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括再循環(huán)通道,且其中所述殼體具有熱回收支路,用于選擇性地允許再循環(huán)流體從所述再循環(huán)通道進入所述內(nèi)部空間以流經(jīng)所述副表面。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述熱回收支路包括旁通閥,用于將供應(yīng)到所述副表面的流體源在冷卻模式下的所述工作通道的所述主表面和熱回收模式下的所述再循環(huán)通道之間進行轉(zhuǎn)換。
11.如權(quán)利要求6至10中任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述產(chǎn)品通道具有入口和出口,所述入口和出口的每個與所述殼體的外部連通。
12.如權(quán)利要求11所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述蒸發(fā)式熱交換器包括再循環(huán)通道,還包括用于將所述再循環(huán)通道與所述產(chǎn)品通道的所述入口選擇性地連接的混合裝置。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括產(chǎn)品流體循環(huán)裝置,以促使產(chǎn)品流體通過所述產(chǎn)品通道進行循環(huán)。
14.如權(quán)利要求12所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括平衡流動循環(huán)裝置,用于促使流體的平衡流通過所述再循環(huán)通道進行循環(huán),以至少部分地平衡產(chǎn)品流體的流動。
15.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括工作流體循環(huán)裝置,以促使所述工作流體通過所述工作通道且通過所述內(nèi)部空間進行循環(huán)。
16.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述工作通道和所述產(chǎn)品通道大體平行,且所述工作流體和所述產(chǎn)品流體沿第一方向分別流經(jīng)所述工作通道和所述產(chǎn)品通道,且所述工作流體隨后沿與所述第一方向大致相反的第二方向而流經(jīng)所述副表面。
17.如權(quán)利要求16所述的蒸發(fā)式熱交換器,其中所述再循環(huán)通道大致與所述產(chǎn)品通道平行,并且通過所述再循環(huán)通道的流動發(fā)生在所述第二方向。
18.如前述任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換器,還包括至少部分地覆蓋所述副表面的液體保持層,所述液體保持層允許在所述副表面和所述工作流體之間發(fā)生熱傳導(dǎo)。
19.一種在蒸發(fā)式熱交換器中冷卻產(chǎn)品流體的方法,所述蒸發(fā)式熱交換器包括具有主和副表面的工作通道和具有主和副表面的產(chǎn)品通道,所述方法包括向所述副表面提供蒸發(fā)液體;使第一容量的工作流體通過所述工作通道且與所述工作通道主表面熱交換地接觸,以將所述工作流體從入口溫度冷卻至接近其露點溫度;其后,使所述工作流體通過所述工作通道和所述產(chǎn)品通道二者的副表面,以促使蒸發(fā)液體蒸發(fā)進入所述工作流體,并通過從所述副表面?zhèn)鲗?dǎo)而加熱所述工作流體,從而將熱量從相應(yīng)主表面?zhèn)鲗?dǎo)至相應(yīng)副表面;并且使第二容量的產(chǎn)品流體通過所述產(chǎn)品通道并與所述產(chǎn)品通道主表面熱交換地接觸,從而通過向所述主表面熱傳導(dǎo)而冷卻所述產(chǎn)品流體,所述第二容積充分地大于所述第一容積。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其中所述工作流體以與流經(jīng)所述主表面的反向流動而流經(jīng)所述副表面,并被加熱至大致其入口溫度。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法,其中所述第二容積是所述第一容積的至少三倍。
22.如權(quán)利要求19至21中任一權(quán)利要求所述的方法,其中將所述蒸發(fā)液體間歇地提供到所述副表面。
23.一種冷卻和熱回收裝置,包括蒸發(fā)式熱交換裝置,其至少具有彼此熱交換接觸的產(chǎn)品通道和工作通道,所述產(chǎn)品通道提供從第一環(huán)境向第二環(huán)境的產(chǎn)品流體的流動;再循環(huán)通道,其提供了從所述第二環(huán)境向所述第一環(huán)境的再循環(huán)流體的流動;和開關(guān)裝置,其用于將所述再循環(huán)通道與所述工作通道選擇性地連接,用于從所述再循環(huán)流體的熱回收。
24.如權(quán)利要求23所述的冷卻和熱回收裝置,包括如權(quán)利要求1至18中任一權(quán)利要求所述的蒸發(fā)式熱交換裝置。
全文摘要
一種蒸發(fā)式熱交換裝置,包括具有主和副表面的工作通道和具有主和副表面的多條產(chǎn)品通道。供液裝置向副表面提供蒸發(fā)液體。產(chǎn)品流體循環(huán)通過產(chǎn)品通道且與其主表面熱交換地接觸。工作通道的主表面與工作通道和產(chǎn)品通道的副表面流動連通,從而工作流體可首先流經(jīng)工作通道的主表面,接著流經(jīng)副表面,其中工作流體通過蒸發(fā)吸收液體。
文檔編號F24F1/00GK1985129SQ200580023669
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者J·A·M·賴因德斯, A·J·L·奈森 申請人:奧克斯賽爾控股公司
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