[发明专利]逆流式热交换器

说明书

本发明涉及一种逆流式气-气热交换器，并且也涉及一种在装备有这种热交换器连带有水份蒸发器的蒸发冷却器。

对于本申请人来说，已知有多种板式热交换器可适用于以气-气形式进行热量和质量转换。例如，能作为参考文献的发明人为Rose的PCT申请PCT/AU 94/57097(PCT/GB 93/02633)。但是，申请人通过对采用相似原理的热交换器所作试验表明，其以瓦/平方米开为单位的传热系数大概在30-40的范围内。由于要实现理想的热量交换及对质量转移流必然会导致装置的实际尺寸和费用过大，所以这些数据对于与蒸发冷却器一同使用时的热交换器来说是太低了。

申请人所知道的其它相关现有技术包括发明人以英国工商大臣为名的PCT申请PCTGB 90/00675(WO 90/13784)。就与这一发明有关的主题而言，所涉及的更相关的热交换器有发明人为Pfeiffer(代理人Schmidt)的美国专利US 4781248。但是，由于后两种热交换器都具有能形成高紊流度的表面，因此这两种热交换器看来都会遇到压力下降的问题。高紊流度虽然可能会提供很高的传热系数，但是对于被用于蒸发冷却器时的热交换器却没有丝毫价值，因为在那里能量消耗才是我们所关心的问题。

对于回流气体加湿方面其它相关的现有技术有发明人为Munters的美国专利US 4002040，及发明人为Hood的美国专利US 4380910。涉及加热器中偏气流的现有技术包括以上所提到的、发明人为Pfeiffer的美国专利4781248，发明人为Fletcher的美国专利US 5050671及发明人为Bosne的美国专利US 4631213。发明人为Fischer的PCT申请NO WO 88/01722看来也是相关的现有技术，但其相关程度可能低于前面所提到的现有技术参考资料。

技术人员已完全懂得紊流加大，传热系数将会提高，层流会显著降低传热系数。我们也知道传热系数会与速率有关并伴随流速(的增加)而增加。但是，用过大的紊流来扰动层流需要大量的能量输入，并会导致以上所确定的效率的下降。与这一特性相关的是气流方向的改变，并且它也需要额外的能量输入。

因此，本发明的主要目的在于提供一种简单有效的逆流式气-气热交换器，其特征在于该装置具有足够的紊流性以产生相对较高的传热系数，但是其压降仍被维持在很低从而无需过大的能量输入。

通过申请人所作的一系列实验以及对计算机模型的研究表明利用堆积式板状热交换器可获得最高可能的效率。由申请人测定，已在现有技术中实现的最高效率存在于这样的堆积板式加热器中，即其板设有肋条或导槽以形成总体为U形且以逆流结构设置的许多通道。在1米/秒的速度下，利用这样的热交换器可获得79瓦/平方米·开的效率，在这种存在间距的U形通道的结构会产生一定的缺陷，即不同通道中气流速度不一样，且通过热交换器的气流方向会不断地变化。

本发明的主要目的在于设计一种热交换器，其特征在于其效率可被增至高于以前所能获得的效率，并且在本发明实施例中利用了一系列堆积式板(这些板可具有相同的形状)。每一块板均被加工成瓦垅板以使其能与相邻的板构成通道，但每一块板均以小角度倾斜于相邻的板，每一组板件均具有两个进气口和两个与所述进气口相邻的出气口。在下文中可以看到，装置这样设计为的是虽然在有限的紊流条件下但仍能得到高传热系数。

虽然由于气流从瓦垅隆起部分间通过时距离的加大而使在导管方向交叉的小角度限制紊流，但是利用本装置却仍可获得足够的紊流以提供良好的传热系数。在每一板上的通道在大部分长度上应大致平行，并通过与交线成的小角度大大地限制气流方向的变化程度。

本发明的另一特点是利用了由瓦垅限定的高的气流通道的深度与宽度之比。通过利用一高的比值(大于1.8但不超过3)，在存在最小“死角”的情况下，可实现流体与热交换表面的良好接触。

如果瓦垅板间相互倾斜，那么“死角”会在进气管和排气管的末端加大，所以本发明的另一方面在于将能改变气流阻力的装置引入气流进气端的通道内并且可增强通过“死角”的气流。

本发明的计算机模型已表明在伸进气流中的面积上可能够获得大于150(与申请人所了解的现有技术所揭示的其它较小的传热系数相比较)的传热系数，且第一样机获得了大约100的传热系数。这一点可通过计算机模型来预测。这因而也使将比较小型的热交换器用在给定容量的空气冷却器上成为可能。