CN1077275A - 模制的折流热交换器 - Google Patents

Abstract

一种气流热交换器，包括一波形弯折的薄片 (11)，构成一组平行气室(12)，每个气室内包含有一 个模制的塑料格栅插件(13)。插件有一平的矩形框 架(14)，框架内支承一组折流条(15)，折流条限定一 组通路(16)，通路在框架中的进出气口(17，18)之间 延伸。支承板(20)位于框架的中央平面内，用于支承 折流条。在插件下部设有孔和槽口(25，24)，用于排 出插件内的水。薄片(11)的一侧可涂上亲水性涂 层。

Description

本发明涉及一种用于在两条气流通路之间传热的无管的热交换器。

按照与液体热交换器不同的方式开发了用于在两条隔离的气流通路之间传热的热交换器。这是因为气体与液体不同，它是可以压缩的，而且每单位体积的热容量比液体要低。这导致了研制这样一种热交换器，其中的气流通路具有大的横截面积，以使得在热交换器的气体进口和出口之间只产生一个轻微的压力降。另外，由于热量从气体传到气体流过的表面要比热量从液体传到液体流过的表面慢得多，所以最好采用薄的材料。

用于气体的热交换器的传统形式是平行板热交换器，它包括许多彼此间隔的平行金属板，它们之间限定供气体流通的气室，交错的气室相连，以输送两股气体中的一股，而其余的气室输送另一股气流，在这两股气流之间进行热传递。

为了延长气体在热交换器中的停留时间，已经提出在气室中设置金属折流板，这些折流板可以延长气流通过气室的长度，并且气流与限定气室的金属板呈现良好的热接触。这样一种结构公开于本申请人的美国专利No.5，078，208中。此专利的说明书公开了以下的特征，即：利用一种波形弯折的金属薄片来构成平行板，金属薄片的依次间隔的片断构成了平行间隔的板。在该专利中还提出在热交换器的矩形板之间采用金属隔板，隔板的形状制成使连续的气室中产生逆流，以提高热交换效率（请见该专利的第8栏，第36-55行）。美国专利No.4，131，159和No.4，343，355公开了采用波形弯折的金属条带的方案。

随着近来导热塑料的发展，已经唤起了人们用塑料来代替热交换器中的金属的兴趣。塑料板可以制成比金属板更薄，结果塑料的传热系数低的缺陷可以通过降低它的厚度来加以弥补。另外，将薄金属板压制成不同的形状（为了在热交换器中的气室中产生紊流通常要这样做）会导致出现应力和其它问题，由此使用薄金属板制成热交换器变得较为困难。另一方面，塑料能被模制而不会产生应力，而且还可以真空成形和热压成形为任何所需的形状，并用还可以在室温下利用树脂类粘合剂将其固连到支承骨架上。

在美国专利No.4，631，213;No.4，907，648和No.5，050，671的说明书中提到将塑料用于热交换器的结构中。这些美国专利和其它已经引起本发明人注意的提议，建议在热交换器中采用塑料来代替以前用金属制做的零件。在这些提议中，已提到在热交换器的平行气室中使用塑料折流板，这些折流板通过沿其一个边缘刚性且连续地连接到平行板热交换器的一块塑料板上而固定就位，该平行板热交换器由多块平行板以一块置于另一块上的方式叠放而构成的。显然，这种技术对于采用一条波形弯折的塑料条带是不实用的，因为要从条带的一个表面上成形出突出的折流壁，这将遇到难以克服的制造问题。另外，塑料板的厚度还必须能沿其表面的边缘支承住折流板，因此其厚度自然要大，其结果是塑料板变得刚硬且其热传质量变差。

本发明的一个目的就是提供一种在两条分离的气流通路之间进行热传递的改进的热交换器。

根据本发明的气流热交换器，包括一组平行间隔的导热面，两两导热面之间构成一组气室，每个气室中含有平行折流条，折流条限定一通路屏（即一束通路），引导气流在进气口和出气之间通过气室，所述开口布置在气室侧面的四条平行直线上，在其中两条直线上布置着与交错的气室中气流通道相联的进气口和出气口，而在其余两条直线上分别布置着与其余气室相联的进气口和出气口。在热交换器中，每个气室含有一个可取掉的框架，在框架上的通过框架的气流通路端部设有开孔，框架内支承着折流条，它将所述气流通路分隔而成为通路屏。

最好利用塑料格栅结构将框架和折流条结合起来，此格栅结构最好是注模成形。

为了方便，每个气室含有一个相同的框架和折流条结构，但它们的定位方向不同，使得与交错的气室关联的开孔位于两条直线上，而与其余气室相联的开孔位于另外两条不同直线上。

分隔气室的平行导热面可由一成波形弯折的导热薄带上的间隔矩形面构成，该薄带最好由金属制成（尽管也可以设想采用一条塑料薄带）。在某些情况下，薄带的一侧或两侧可涂上亲水性涂层，以便当涂层与水接触时有助于气流通路间的传热。每个平行的导热面也可是一个独立的导热板。

折流条可以限定一个大体成U形的通过框架的通路屏，或者一个S形的通路屏。不论选用哪种形状的通路屏，相邻气室中的隔流条最好相互对齐，以使得分隔气室的导热面能被夹在相邻对齐的折流条的边缘（至少在折流条的大部分长度上）之间，由此被牢固地保持就位。

本发明的热交换器可根据需要来构成逆流热交换器、叉流热交换器或平行流热交换器。

下面参照附图以实施例的方式对本发明作更详细的说明。

图1是一个装入外壳的热交换器的立体图;

图2是用于图1中的平行六面体热交换器气室组件的立体图，其中图1所示的外壳和联箱均已去掉;

图3是图2所示的热交换器气室组件部分的分解立体图;

图4是用于气室组件中的插件的顶端视图，它是沿图3箭头A的方向看到的，其中有部分剖切;

图5是从图3中B方向看到的插件的视图;

图6是沿图5中Ⅵ-Ⅵ线截取的剖面图;

图7是沿图5中Ⅶ-Ⅶ线截取的剖面图;

图8是使用图1所示的热交换器的空调装置的示意侧面图;

图9示意地表示了第二种方形的插件，它可用于构成图示的三种形式的逆流热交换器;

图10表示了图9所示的插件用于构成叉流热交换器。

参见附图，一个封闭的外壳1包含有一个平行六面体形的热交换器气室组件（见图2），它构成基本上平行和对齐的气流通路2和3（分别由图1中的点划线和虚线表示）。每条通路包含在热交换器气室组件内的相应的一个单独气室中。每个气室形成在一个导热材料薄片的平行平面之间，使气室交替地含有气流通路2和3。气流通路2在第一进口联箱4和第一出口联箱5之间延伸。气流通路3在第二进口联箱6和第二出口联箱7之间延伸。每个联箱的接管由标号8表示。每个联箱4、5、6和7沿着热交换器气室组件的长度方向延伸，其中联箱4和7位于气室组件一个边角的相邻侧边，而联箱5和6位于气室组件一个相邻边角的相邻侧边。从图1清楚可见，气流通路2和3彼此平行延伸并距所述气室组件的边角有一小段距离，气体以逆流方向流过通路2和3，以加强它们之间的传热。

图2示出了平行六面体形的热交换器气室组件10，它由波形弯折的金属条带11构成，形成一系列平行气室12（如图3清楚所示）。条带11由薄铝片制成，其表面可涂上一层薄的亲水涂层（未示出）。铝片为大约50微米厚，具有极好的导热性，同时又结实、具有挠性和易于弯折。

在每个气室中置入一个塑料的模制插件13，它是作为一个整体部件而制成的，它包括一个带有一组折流条15的矩形平框架14，所述折流条15一起限定5条平行通路16，通路16在位于框架14的一个边角的第一开孔和位于框架相邻的边角的第二开孔之间延伸。折流条15具有窄的矩形横截面，并且沿着边缘延伸到插件13的相对表面上，插件13的边缘与框架14的表面位于同一平面上。折流条15由直板条20保持在相对位置上，板条20位于插件13的中间平面上并与折流条15相连，且从框架14的周边向内延伸。在插件13中央的一个中心长椭圆形构造21在板条20的内端保持就位，并与一个延伸件22整体成形。构造21和延伸件22具有与折流条15相同的边对边的厚度，并用作隔离件，将最内侧的通路16的向前和返回支路彼此隔离开。

折流条15的下部带有3组对齐的槽口24（图中示意地示出），它允许插件13内的水向下流到框架14的下侧。在框架14下侧顶端和中央设有开孔25，供水流出。槽口24和开孔25的尺寸都很小，这样折流条15之间通路内的气流不受它们的影响。

图4表示了孔18是如何成形的。插件13的边角限定在框架14的相邻侧边之间，开孔18包含了一个中央板条26，板条26与三个折流条15的端部都整体模制成形。由图3清楚可见，第四个折流条终止于一个板条20上。这样增加了最外侧两条通路16所通过的开孔的横截面积，这两条通路向着开孔18并穿过上述开孔。所有的通路16在它的全长上都具有基本一致的横截面积，使得经开孔17进入通路16的气体都均匀地分布在通路16之中。

制造塑料模制插件的材料是结实的，有刚度且有弹性的，并且化学性质稳定。适用的制造材料是聚丙烯化合物。

图5表示了开孔17的结构，它与开孔18稍有不同。开孔17具有两个平的、平行并间隔的侧板条30，这两侧板条构成框架14侧边的接续部分，使得开孔17成形在它们之间。折流条15的端部与侧板条30都整体模制。每个侧板条30沿其长度设有肋条31，肋条31插配到凹槽32中，凹槽32成形在相邻框架14的相对的侧面上。薄金属片11的边夹在肋条31和凹槽32之间，在组装图2所示的热交换器气室组件时，肋条31和凹槽32将薄金属片11的边牢固地保持就位。图6用虚轮廓线表示了如何将薄片11夹持在插件13的重叠框架之间。

下面对上述第一实施的组装和操作进行说明。

预备一个水平的矩形夹具，薄金属片11跨过夹具的底座放置。然后将一个插件13面向下放在夹具内，使薄金属片11绕过插件13的侧边并从其顶面通过。再将下一个适当定向的插件也面向下地放在夹具中，并将薄金属片11紧紧地向上拉绕过插件框架的侧边并拉过其顶面。然后将第三个插件13与第一个插件对齐地放置，再将薄金属片紧紧拉过其顶面。重复上述操作直到叠成具有图2所示的形状和所要求高度的气室组件。组装好的气室组件（其中薄金属片的边被紧紧地夹在插件的框架之间）然后被送入一个形如图1所示的适当外壳1中。

外壳1分别在气流通路2和3的端部位置具有4个矩形开孔。4个矩形联箱4、5、6和7就插在这些开孔中，使联箱的边接靠在开孔17和18上，开孔17和18限定了通到折流条15构成的通路的进口和出口。可以用密封垫来构成联箱和气室组件之间的密封。

在使用此热交换器时，某一温度的气体进入管嘴8并沿着联箱4的长度散布，气体从联箱4均匀地流入平行的气流通路2，每个气流通路2分成一束如图3所示的通路16，这些通路16将气体传送到热交换器气室组件中交错的气室，再传到出口联箱5，气体由此经管嘴8排出。

气室组件的其余气室包含着气流通路3，而通路3又由联箱6接收另一不同温度的气体，并将该气体传过交换器气室组件而到达出口联箱7。如图3所示，插件13的折流条15基本上在整个气室组件上都位于同一平面上（只是在气室组件的边角情况有所不同），因此，在分隔气室的薄金属片上有彼此平行的平面区域并被牢固地夹持在折流条15的平边缘之间。折流条15的对齐还确保了相邻气室中的通路16相互对齐。这样，在热交换器的相邻气室之间可以获得极好的逆流传热特性。

应该注意，上述热交换器气室组件的结构只需两种零件：一条导热的有平行边的薄金属片带11和一组塑料格栅插件。插件提供了气室的框架、用于将气室分隔成多条气流通路16的折流条和位于通路16相对端部的进气口和出气口。由图3清楚可见，所有的插件都是相同的，但是插片彼此交替地摆转180°。采用塑料制作插件可保证利用它们较差的导热性来减少通过框架14的热量散失。板条20将限定通过气室的气流通路16的折流条15牢固地保持就位。交错的气室的进气口和出气口分别位于两条直线上，而这两条直线并不与穿过其余气室中气流通路端部的进气口和出气口的直线重合。由此可以得到一种既便宜又简单的结构，而且在气室中呈传热关系的两条气流通路之间实现高速传热。

在某些情况下，需要通过蒸发掉散布到离开房间的不新鲜空气流中的水滴来冷却进入室内的空气。为实现这种要求，在薄金属片带11所限定的不新鲜空气离开房间需通过的气室的相对侧表面上，涂有一层亲水材料。在这些气室中的插件13使不新鲜空气中的残余水向下流到折流条15的垂直部分，并通过折流条15上开的槽口24流进框架14的底部。然后，水通过在框架14下端构成排水孔的开孔25排出框架14。

下面对上述实施例的用途加以说明。

上述热交换器可适用所有需要将热量从一种气体传到另一种气体的场合。它也可以用于图8所示形式的空调器中。在图8中，与上述相对应的零件都采用相同的标号，但标号上附加了撇号。

在图8中，罩壳4包含一个壳体1′，壳体1′内装有一个如上面结合图2-7所说明的那种热交换器。一个房间需要保持在低于环境空气的温度，室内的不新鲜空气向上通过护栅41抽到空间42，在此空间内，通过喷嘴43连续地喷雾化水。而雾化水由一个马达45驱动的泵44供给，泵44的进水口接收来自导管47和补水导管48送来的循环水。

来自空间42的含水空气被抽到一个迷宫结构50，该迷宫结构由经过处理的波纹纸板形成的交叉通道组成，这种纸板由澳大利亚Albury的Munters    Pty.Limited以CELDEK的商标出售。迷宫结构50对通过它的气体产生一个可忽略不计的压力降，而同时能使雾滴不受影响地凝结在其表面上。因此，穿过迷宫结构50的不新鲜空气在进入联箱6′时含有大量的雾化水滴。

联箱6′连接到热交换器的交错气室，这些气室限定在薄金属片带11的亲水表面之间。进入热交换通路3的不新鲜空气中的水滴凝结到薄金属片带的亲水表面上并从该表面上蒸发掉。剩余的水从薄金属片带11和折流条15流下，经过槽口24和开孔25′被收集在水槽51中，然后由此经一条导管47再回送给泵44。潮湿的不新鲜空气经联箱7′离开壳体1′，并由鼓风机52（如图8左侧所示）排到大气中。

来自大气的新鲜空气被抽入到联箱4′中，联箱4′将新鲜空气散布到含有气流通路2′的气室中。这些通路2′与通路3′具有出色的逆流热交换关系（如上所述），由此使得高于室内温度的新鲜进气所含的热量能通过气室的薄带壁传送，导致不新鲜空气升温并使其中的大部分水份蒸发。水份的部分蒸发就可从新鲜进气中吸取蒸发潜热，因此，新鲜进气通过热交换器的气流通路2′而被冷却，而它实际上并不与喷到离开室内的不新鲜空气中的水相接触。

来自大气的冷却后的新鲜空气经联箱5′就送出热交换器，并由第二台鼓风机53（如图8左侧所示）排到室内。鼓风机52和53最好是相同的并由同一台马达驱动，这就使得从房间内排出不新鲜空气的排放速度多少小于将新鲜空气送入房间内的送入速度。

从上文对图8的说明可以理解，房间内连续地供应低于室外空气温度的新鲜空气，而不必采用一个封闭的致冷回路。所需的动力仅仅是用来驱动泵44以及鼓风机52和53。

下面对本发明的变型形式加以说明。

图9表示了热交换器的第一种变型形式，它采用了方形的塑料插件60，提供一个S形的气流通路61（如图所示）。此气流通路又以与结合前面附图所说明的相同方式分隔为一束通路（未示出）。由图9可见，插件60具有一个方形框架62。

另外，使用前述的CELDEK结构并不是实质所在。

图9中的P图表示从侧面看到的插件和其中的气流通路的总方向。Q图表示同样的插件绕其右竖边摆转180°后的情况。R图是由P和Q图重合而成的，它表示了气流通路具有平行流形式（而不是逆流）的基本部分，尽管它们的弯转段布置成叉流形式。

图10中S图表示的仍是图9所示的方形插件，而T图表示的是该插件在其自身所在平面内转过90°的情况。如果将插件S和T重叠起来，如U图所示，就得到了一种叉流热交换器。

图9和10的目的是表示这样一种简易灵活性：只要通过把标准的、便宜的塑料格栅插件适当地设置在热交换器内的气室中，就能构成具有不同传热特性的热交换器。

尽管通过热交换器的有关波形气流通路对本发明作了说明，但通路的形状并不是本发明的实质所在。本发明的独特的重要特征在于：它为气流热交换器提供了灵活多变性和简易廉价性，而这一切仅仅是利用具有出色的传热特性且平行间隔的薄平板（如薄金属板，它限定热交换器的气室）以及塑料模制插件来构成热交换器而实现的;每个插件提供a）一个与气室形状相接配的框架，b）框架中限定穿过气室的气流通路相对端的开孔，以及c）折流条的格栅结构，折流条限定了穿过气室的平行通路屏。

在图3所示的一个插件的例子中，框架的每条短侧边为30厘米长，每条长侧边为45厘米长;中置板条20是1厘米宽，1.5毫米厚;框架侧边的厚度（插件两相对表面间的距离）是7毫米，它对应于折流条的边对边厚度;开孔18的长为14.5厘米。开孔17的横截面形状为14厘米×5毫米。

虽然本发明被说明成用于空调装置中，但其用途并不局限于此，它可用于所有要求在两分离气流之间传热的场合。

如上所述，分隔气室的间隔开的导热薄板最好由连续的薄片带构成。然而，这并不是实质问题。例如，本发明的混合热交换器可以包括一个由平行间隔的薄隔板构成的气室组件，隔板具有良好的导热性能并且在它们之间插有塑料模制插件。这种热交换器气室组件可方便地在一个夹具中组装。尽管现在用金属制作平行薄板是较适合的，但超薄塑料（如已知的商标为MYLAR的产品）也可以很好地取代金属而用于热交换器的某些设计和应用中，因为MYLAR的厚度使得它能在它的两相对表面之间很好地传热。

Claims (10)

1、一种气流热交换器，包括一组平行间隔的导热面(11)，两两导热面之间构成了一组气室(12)，每一气室中含有平行的折流条(15)，折流条限定一束通路(16)，引导气流穿过进出气开口(17，18)之间的气室，所述开口布置在气室侧面的四条平行直线(4，5，6，7)上，在其中两条直线(4，5)上分别布置着与交错的气室的气流通路相联的进气口和出气口，而在另两条直线(6，7)上分别布置着与其余气室相联的进气口和出气口，其特征在于：每个气室(12)包含一个可取掉的框架(14)，该框架在通过框架的气流通路(2，3)的端部成形有所述开口(17，18)，在框架内支承着平行折流条(15)，折流条将所述气流通路分隔成一束通路(16)。

2、根据权利要求1的热交换器，其特征在于每个框架（14）具有由塑料整体模制而成的折流条（15）和支承板（20）。

3、根据权利要求2的热交换器，其特征在于折流条（15）包括带平行边的板条，它具有相对的平行平边缘，此平边缘与构成气室（12）相对表面的所述导热面相啮合，所述支承板（20）从框架（14）延伸到其中央平面，而且所述框架为平面矩形。

4、根据权利要求1或2或3的热交换器，其特征在于所述导热面是由一条波形弯折的连续的矩形有挠性的薄片（11）上的间隔的片断形成的，以便构成分别含有各自框架（14）的气室（12）。

5、根据权利要求4的热交换器，其特征在于所述薄片（11）是铝制的。

6、根据权利要求5的热交换器，其特征在于所述薄片的一侧涂有一层亲水的涂层。

7、根据上述任一项权利要求的热交换器，其特征在于所述通路（16）基本是U形的，在其端部靠近框架（14）侧面分别设有进出气开口（17，18）。

8、根据上述任一项权利要求的热交换器，其特征在于相邻气室（12）中的折流条（15）基本上沿整个长度彼此对齐，使得气室（12）中的通路（16）基本上相互对齐，而导热面夹在相邻折流条（15）的边缘之间，且导热面的边被夹持在框架（14）的互连部分（31，32）之间。

9、根据前述任一项权利要求的热交换器，其特征在于框架（14）沿其下侧形成有排放孔（25），用于排放其内的液体，而所述折流条靠近所述框架下侧的部分上具有槽口（24），供水流过折流条而流到所述框架下侧。

10、根据权利要求9的热交换器，其特征在于它用于一个空调装置中，该空调装置具有一个迷宫结构（50），以及在不新鲜空气进入热交换器（1）的气流通路（3）之前，用于使离开房间的不新鲜空气流饱和有水蒸汽的相关装置（43，44，45）。

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