專利名稱：熱交換方法和熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，除了歐洲專利0586402所述之外，利用旋轉(zhuǎn)表面來 傳熱的方法和裝置。本發(fā)明也涉及所述方法的實(shí)施例。 一個(gè)實(shí)施例提 供包括用于傳送氣體或液體的內(nèi)部空腔的旋轉(zhuǎn)部分。用于兩種氣體之 間、兩種液體之間，或者氣體和液體之間的熱交換的實(shí)施例。熱回收 設(shè)備中的熱交換器的實(shí)施例，其在空調(diào)設(shè)備中或在其它利用兩種流體 之間的熱交換的應(yīng)用中進(jìn)行冷卻。用于電信設(shè)備的冷卻的空調(diào)單元的 熱交換器部分是一種應(yīng)用實(shí)例。另一應(yīng)用實(shí)例是在建筑物通風(fēng)系統(tǒng)中 用于節(jié)能的熱交換器。容易理解，不同應(yīng)用中的任何類型的熱交換都 是本發(fā)明的可能應(yīng)用。
背景技術(shù)：
由歐洲專利0586402已知，通過具有轉(zhuǎn)盤表面和轉(zhuǎn)盤表面之間的 空腔使得在空腔中流動(dòng)的兩種或多種介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的實(shí)施例來 設(shè)置熱交換器。通過從一種介質(zhì)經(jīng)過轉(zhuǎn)盤表面到另一種介質(zhì)的傳熱而 發(fā)生熱交換。專利EU0586402的實(shí)施例的特征主要在于沿著旋轉(zhuǎn)軸在 不同軸向水平面處層疊的空腔和轉(zhuǎn)盤表面?；旧蠌囊粋€(gè)水平面沿著 旋轉(zhuǎn)軸到另一水平面發(fā)生熱交換，目的在于，空腔的每個(gè)水平面的介 質(zhì)可基本上在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的空腔中沿著轉(zhuǎn)盤表面運(yùn)動(dòng)。在稱為逆流熱交 換的一種實(shí)施方式中，通過使一種介質(zhì)(介質(zhì)1)具有介質(zhì)流，所述介 質(zhì)流從中央通道進(jìn)口進(jìn)入兩個(gè)轉(zhuǎn)盤表面之間的空腔，且在通過空腔后， 在兩個(gè)轉(zhuǎn)盤表面之間沿外周的徑向槽離開空腔，從而可以實(shí)現(xiàn)該實(shí)施 例。另一介質(zhì)流(介質(zhì)2)從在外周設(shè)置的進(jìn)口通道沿著轉(zhuǎn)盤表面之間 的旋轉(zhuǎn)軸在另 一位置進(jìn)入另 一空腔，并且沿著在轉(zhuǎn)盤表面的中心設(shè)置 的扇形通道離開空腔。如果忽略空腔中的復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)， 介質(zhì)1主要從中心流出并沿著轉(zhuǎn)盤表面徑向地向外流向外周。如果忽 略空腔中的復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)2主要從外周流出并沿著 轉(zhuǎn)盤表面徑向地向內(nèi)流向中心。
該系統(tǒng)提供了很好的熱交換特性，提供了緊湊式設(shè)備，并且還為
在轉(zhuǎn)盤表面的外周處向外運(yùn)動(dòng)且離開熱交換器設(shè)備的介質(zhì)流提供了自 動(dòng)運(yùn)行的泵或風(fēng)扇。對(duì)于從外周朝中央扇形通道向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)，緊
湊式泵設(shè)備可連接到熱交換器設(shè)備。根據(jù)專利EU0586402的系統(tǒng)具有 的缺點(diǎn)是，由兩種介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)流體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)確定熱交換。當(dāng)不同的 介質(zhì)流在轉(zhuǎn)盤的每一側(cè)彼此重疊地流動(dòng)時(shí)，所述熱交換性能是良好的。 這種良性的流動(dòng)是難以產(chǎn)生和維持的，因?yàn)樾屎徒橘|(zhì)流型取決于許 多因素，如每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、半徑、介質(zhì)流的局部速度、介質(zhì)的局部溫度、 粘度、入口槽和出口槽的位置和數(shù)目等。例如，當(dāng)兩種介質(zhì)具有介質(zhì) 流彼此不重疊的路徑時(shí)會(huì)有非優(yōu)選的流型，這意味著在兩種介質(zhì)之間 的傳熱較少。因此，在根據(jù)專利EU0586402的方法中#>難確定并準(zhǔn)確 地預(yù)測(cè)流型和傳熱性質(zhì)。這些因素是這種熱交換器的缺點(diǎn)對(duì)于不同 的操作類型，所述熱交換器難以控制并產(chǎn)生效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除以上列出的根據(jù)歐洲專利EU0586402的方法 和設(shè)備的缺點(diǎn)，該專利涉及不同氣體和液體介質(zhì)之間的熱交換應(yīng)用的 實(shí)施例。本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)施例。


利用本發(fā)明的不同實(shí)施例并參照附圖解釋性地描述本發(fā)明，附圖 如下
圖1圖示出具有旋轉(zhuǎn)部分的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例；
圖2圖示出具有分開的扇區(qū)的圓盤的一個(gè)實(shí)施例(用介質(zhì)流標(biāo)示 出僅僅少數(shù)扇區(qū))；
圖3示意地圖示出分開的扇區(qū)，介質(zhì)流從中央扇形通道進(jìn)入并流 向外周處的出口；
圖4示意地圖示出另一分開的扇區(qū)，介質(zhì)流從外周通道進(jìn)入圓盤 表面，然后朝中央扇形通道處的出口槽運(yùn)動(dòng)；
圖5示意地圖示出3個(gè)沿7>共中心軸彼此軸向?qū)盈B的圓盤的軸向 位置；
圖6圖示出圓盤的曲線形扇區(qū)的替代設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，示出根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的一個(gè)實(shí)施例。設(shè)備包括 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)部分1，其可通過電機(jī)或另外的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)而圍繞
旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)部分1包括具有多個(gè)相似圓盤的組件，所述圓盤 沿著轉(zhuǎn)軸軸向地彼此層疊，所述圓盤之間具有空腔。旋轉(zhuǎn)部分1中的 空腔相互連通，使得所述空腔總共分成彼此分離的兩個(gè)不同的體積。 在旋轉(zhuǎn)部分1中的熱交換器組件內(nèi)， 一個(gè)體積中的一種流動(dòng)介質(zhì)不能 進(jìn)入另一體積中。于是兩種不同的介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)部分l中保持彼此分離。
圖2示出表面圓盤3的主要設(shè)計(jì)，所述圓盤3安裝在旋轉(zhuǎn)軸2上 并且在旋轉(zhuǎn)部分1中以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。可由金屬、塑料或其它固體材 料構(gòu)成的圓盤3是熱量經(jīng)過的界面，所述熱量可在介質(zhì)4和介質(zhì)5之 間傳遞。表面或圓盤3被分為表面或圓盤3上的扇區(qū)6和7。
圖3示出表面或圓盤3上的扇區(qū)6的主要類型。在該扇區(qū)中，介 質(zhì)4從旋轉(zhuǎn)部分1的中心的垂直扇形通道8流出。介質(zhì)4主要朝圖5 中的圓盤IO和圓盤3之間的開口 9徑向地向外運(yùn)動(dòng)或流動(dòng)，介質(zhì)4在 所述開口 9處離開旋轉(zhuǎn)部分。介質(zhì)4被阻擋層11、阻擋層13、以及阻 擋層14包圍在扇區(qū)6中，所述阻擋層11與扇形通道12分離，所述阻 擋層13從中心延伸到圓盤徑向阻擋層的外周，所述徑向阻擋層分隔表 面或圓盤3上的相鄰的扇區(qū)，所述阻擋層14將扇區(qū)8與旋轉(zhuǎn)部分1的 外周附近的軸向通道14分開。所有的阻擋層都將圓盤3軸向地連接到 圓盤10，并從而具有對(duì)應(yīng)于空腔的軸向高度的軸向高度。對(duì)于一些特 定實(shí)施例，阻擋層13可以軸向地將圓盤3與圓盤10連接或不連接， 如隨后在本技術(shù)說明中所述。扇區(qū)6利用阻擋層限定出圓盤IO和圓盤 3之間的扇形空腔。所述扇形空腔連接到上方圓盤的下側(cè)。
圖4示出圓盤3上的另一種扇區(qū)7。在該扇區(qū)中，介質(zhì)5從外周處 的軸向通道15流出，主要朝扇區(qū)7的中心徑向向內(nèi)流動(dòng)，并且通過垂 直通道12離開空腔。在扇區(qū)7上的空腔具有徑向阻擋層13，所述徑向 阻擋層13從中心延伸到圓盤的外周，以分離相鄰的扇區(qū)。旋轉(zhuǎn)部分1 的外周處的阻擋層16從空腔的徑向外部的環(huán)境圍出扇區(qū)7上的空腔。 阻擋層17與垂直扇形通道8分離。所有的阻擋層都將圓盤3軸向地連 接到圓盤IO,并從而具有對(duì)應(yīng)于空腔的軸向高度的軸向高度。對(duì)于一 些特定實(shí)施例，阻擋層13可以軸向地將圓盤3與圓盤10連接或不連
接，如隨后在本技術(shù)說明中所述。扇區(qū)7利用阻擋層限定出圓盤10 和圓盤3之間的扇形空腔。所述扇形空腔連接到上方圓盤的下側(cè)。
圖5大體上示出旋轉(zhuǎn)部分1中的三個(gè)圓盤如何通過旋轉(zhuǎn)部分1中 的公共旋轉(zhuǎn)中心彼此軸向地在同一轉(zhuǎn)軸上層疊，以及如何被上述阻擋 層的高度分離。扇區(qū)和阻擋層形成扇形空腔。圓盤10可具有兩種扇區(qū) 6和7。圓盤3可具有兩種扇區(qū)6和7。圓盤18與圓盤10相同，并且 具有與圓盤10的扇區(qū)相同的設(shè)置。扇區(qū)6和7的數(shù)目和圓盤10、 3和 18的扇區(qū)的位置被設(shè)置成使圓盤10的扇區(qū)6上的扇形空腔與下方圓盤 3的扇區(qū)7上的扇形空腔重疊，并且圓盤10的扇區(qū)7與圓盤3的扇區(qū) 6重疊。對(duì)于圓盤18，相同的設(shè)置重復(fù)用于下方的圓盤。 一直重復(fù)該 設(shè)置直到旋轉(zhuǎn)部分1的圓盤疊層中的最下方圓盤。
旋轉(zhuǎn)部分1中的例如圓盤10、 3或8的圓盤，對(duì)于每個(gè)圓盤來i兌， 例如圖5中的圓盤10，當(dāng)然可以具有僅僅一種類型的扇區(qū)。下方的圓 盤，例如圓盤3，于是就應(yīng)具有另一種扇區(qū)類型的重疊的扇區(qū)。例如， 根據(jù)圖5說明這點(diǎn)，如果圓盤IO具有僅僅扇區(qū)6這樣的扇區(qū)，那么下 方的圓盤3就具有僅僅扇區(qū)7這樣的扇區(qū)。這種扇區(qū)彼此疊蓋的圓盤 層疊結(jié)構(gòu)適用于旋轉(zhuǎn)部分l中的整個(gè)圓盤疊層。
在圖6中給出一種流體力學(xué)設(shè)計(jì)，其中，上文所述的徑向阻擋層 13已經(jīng)具有曲線形狀，以減少圓盤上的扇區(qū)內(nèi)的徑向向外或徑向向內(nèi) 的徑向流中的流體機(jī)械能損失和壓降，和/或支持空腔中的流體力學(xué)渦 流以增加傳熱。這是在渦輪或風(fēng)扇技術(shù)中使用的熟知的技術(shù)。
根據(jù)以上在圖5中已經(jīng)總體描述的上述帶有阻擋層的實(shí)施例，在 介質(zhì)4的路徑與介質(zhì)5的路徑重疊的位置實(shí)現(xiàn)其間圓盤上的流動(dòng)，或 反之亦然。由于在彼此之間將會(huì)傳熱的介質(zhì)的這種重疊，所述的創(chuàng)新 為良好的傳熱帶來最佳的情形，并且為熱交換過程提供了良好的性能。 利用圓盤的每一側(cè)上的彼此重疊的受控路徑，總熱量從圓盤的一側(cè)上 的介質(zhì)傳遞到圓盤的另一側(cè)的介質(zhì)。這是一種消除或控制相對(duì)于圓盤 表面的滑動(dòng)效應(yīng)和流體流動(dòng)的方法，所述滑動(dòng)效應(yīng)和流體流動(dòng)另外由 介質(zhì)的粘滯性質(zhì)和溫度條件決定，并且對(duì)傳熱具有主要影響。
當(dāng)相鄰的扇區(qū)是相同類型的扇區(qū)時(shí)，例如扇區(qū)6或7,阻擋層的一 種替代設(shè)計(jì)也可以設(shè)定為放射狀或曲線形的阻擋層13。在這種情況下， 阻擋層13可以不像其余阻擋層11、 12、 14和16那樣具有圓盤之間的
空腔的完整高度.對(duì)于相鄰扇區(qū)是相同類型扇區(qū)時(shí)的情況，阻擋層13 也可具有從中心到圓盤的外周的不完整長度的伸展。由于這兩種設(shè)計(jì) 的可能性，相同類型的相鄰扇區(qū)可以不完全分開，而且介質(zhì)流可在這 些扇區(qū)中的這些相鄰空腔之間經(jīng)過。這具有流體力學(xué)的積極效果，因 為扇區(qū)中的介質(zhì)被攪動(dòng)并且介質(zhì)單元更高程度地暴露于圓盤表面，這 與旋轉(zhuǎn)部分1中增加的駐留時(shí)間一起提供了改善的傳熱性能。即使阻 擋層13的高度減小，也能提供對(duì)空腔中的流動(dòng)的路徑的控制。
在以上圖4的描述中，扇區(qū)7在旋轉(zhuǎn)部分1中具有從外周朝向圓 盤的旋轉(zhuǎn)中心的大體徑向向內(nèi)的介質(zhì)流。連同扇區(qū)6中的徑向向外的 介質(zhì)流，熱交換也稱作逆流，這是用于熱交換器的熟知術(shù)語，所述逆 流提供了高度的熱交換性能。然而，徑向向內(nèi)的流動(dòng)具有的缺點(diǎn)是， 扇區(qū)7中的介質(zhì)5的壓降高于扇區(qū)6中的介質(zhì)4的壓降。在優(yōu)選介質(zhì)5 具有低壓降且可以接受較少熱交換的情況下，扇區(qū)7中的介質(zhì)5的介 質(zhì)流可從中心處的通道12進(jìn)入中心處的扇區(qū)，并且主要在扇區(qū)7內(nèi)徑 向向外地流動(dòng)，且通過圓盤外周處的軸向通道15從扇區(qū)7流出。
也可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部分1中的圓盤的一個(gè)替代設(shè)計(jì)，其中，圓盤徑 向地褶皺，這提供了表面的擴(kuò)大并因此增加了熱交換。在該情況下， 也必須有以上所述的所有類型。本發(fā)明不限于各種所述的和示出的實(shí) 施例，但是在權(quán)利要求l的范圍內(nèi)當(dāng)然可以有本發(fā)明的變型。
權(quán)利要求
1.一種在旋轉(zhuǎn)部分中實(shí)現(xiàn)兩種流動(dòng)介質(zhì)之間的傳熱的方法，所述旋轉(zhuǎn)部分包括圍繞軸線的同步旋轉(zhuǎn)表面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)置的圓盤，所述方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)所述傳熱在多個(gè)間隙中引入介質(zhì)，在所述旋轉(zhuǎn)表面的外周或中心處將會(huì)在所述介質(zhì)之間發(fā)生傳熱，在所述表面之間形成所述多個(gè)間隙，并且每一個(gè)具有適于產(chǎn)生傳熱能力的介質(zhì)流；以及，使流動(dòng)介質(zhì)的主要部分流過靠近層流或湍流中的旋轉(zhuǎn)傳遞表面的旋轉(zhuǎn)的流體動(dòng)力學(xué)邊界層，然后使介質(zhì)在所述旋轉(zhuǎn)表面的中心或外周處離開所述間隙，所述旋轉(zhuǎn)表面根據(jù)歐洲專利0586402的權(quán)利要求1-11和權(quán)利要求13-19所述；其特征在于所述旋轉(zhuǎn)表面被分成具有阻擋層的扇區(qū)，所述阻擋層形成適用于兩種不同介質(zhì)流A和B的扇形空腔；所述扇區(qū)的數(shù)目多于一個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于介質(zhì)A被引入中心處 的一種扇形空腔中，并且在所述旋轉(zhuǎn)表面的外周處離開所述扇形空腔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述外周處引入用 于不同于權(quán)利要求2的另 一種扇形空腔的介質(zhì)B，并且所述介質(zhì)B在所 述旋轉(zhuǎn)表面的中心離開扇形空腔，或者反之亦然。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于分離所述旋轉(zhuǎn)表面的 扇形空腔的阻擋層完全地或部分地從中心放射狀地或以曲線形式延伸 到外周，為扇形空腔提供彎曲的扇形空腔形狀，或者相比于空腔軸向 高度具有完整的或減小的軸向高度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在所述旋轉(zhuǎn)表面和旋 轉(zhuǎn)部分的外周處，介質(zhì)通過開口、槽口離開扇形空腔和具有所述旋轉(zhuǎn) 表面的旋轉(zhuǎn)部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述扇形空腔具有沿 著所述旋轉(zhuǎn)表面和旋轉(zhuǎn)部分的外周的阻擋層.
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過軸向或主要軸向 設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)表面的中心的通道將介質(zhì)引導(dǎo)到扇形空腔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于介質(zhì)B離開扇形空腔， 進(jìn)入到軸向或主要軸向設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)表面的中心的通道中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過軸向或主要軸向 設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)表面的外周處的通道將介質(zhì)B引導(dǎo)到所述旋轉(zhuǎn)表面的 扇形空腔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的方法，其特征在于具有所述表面的 旋轉(zhuǎn)圓盤軸向地沿著轉(zhuǎn)軸交替地層疊，使得除了旋轉(zhuǎn)圓盤疊層中的最 下方圓盤以外，所述旋轉(zhuǎn)表面的根據(jù)權(quán)利要求2所述的一個(gè)扇形空腔 或多個(gè)扇形空腔與根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一個(gè)或多個(gè)扇形空腔重 疊，或者反之亦然。
全文摘要
一種用于兩種介質(zhì)之間的同流換熱的熱交換方法，包括將介質(zhì)引入設(shè)有內(nèi)部空間的旋轉(zhuǎn)部分(1)中，所述內(nèi)部空間設(shè)置在用于旋轉(zhuǎn)部分(1)中的介質(zhì)的分離空腔中，介質(zhì)在其中以平行流或逆流的形式交換熱量。旋轉(zhuǎn)部分(1)中的空腔設(shè)置在沿轉(zhuǎn)軸軸向設(shè)置的旋轉(zhuǎn)表面或圓盤之間的扇區(qū)中。通過旋轉(zhuǎn)表面在介質(zhì)之間交換熱量。
文檔編號(hào)F28D11/02GK101371095SQ200780002839
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者伊娃·古德芒德桑 申請(qǐng)人:伊娃·古德芒德桑