CN101371095A

CN101371095A - 热交换方法和热交换装置

Info

Publication number: CN101371095A
Application number: CNA2007800028397A
Authority: CN
Inventors: 伊娃·古德芒德桑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2009-02-18
Also published as: WO2007084063A1; SE0600133L

Abstract

一种用于两种介质之间的同流换热的热交换方法，包括：将介质引入设有内部空间的旋转部分(1)中，所述内部空间设置在用于旋转部分(1)中的介质的分离空腔中，介质在其中以平行流或逆流的形式交换热量。旋转部分(1)中的空腔设置在沿转轴轴向设置的旋转表面或圆盘之间的扇区中。通过旋转表面在介质之间交换热量。

Description

热交换方法和热交换装置

技术领域

本发明涉及，除了欧洲专利0586402所述之外，利用旋转表面来传热的方法和装置。本发明也涉及所述方法的实施例。一个实施例提供包括用于传送气体或液体的内部空腔的旋转部分。用于两种气体之间、两种液体之间，或者气体和液体之间的热交换的实施例。热回收设备中的热交换器的实施例，其在空调设备中或在其它利用两种流体之间的热交换的应用中进行冷却。用于电信设备的冷却的空调单元的热交换器部分是一种应用实例。另一应用实例是在建筑物通风系统中用于节能的热交换器。容易理解，不同应用中的任何类型的热交换都是本发明的可能应用。

背景技术

由欧洲专利0586402已知，通过具有转盘表面和转盘表面之间的空腔使得在空腔中流动的两种或多种介质之间发生热交换的实施例来设置热交换器。通过从一种介质经过转盘表面到另一种介质的传热而发生热交换。专利EU0586402的实施例的特征主要在于沿着旋转轴在不同轴向水平面处层叠的空腔和转盘表面。基本上从一个水平面沿着旋转轴到另一水平面发生热交换。目的在于，空腔的每个水平面的介质可基本上在旋转对称的空腔中沿着转盘表面运动。在称为逆流热交换的一种实施方式中，通过使一种介质(介质1)具有介质流，所述介质流从中央通道进口进入两个转盘表面之间的空腔，且在通过空腔后，在两个转盘表面之间沿外周的径向槽离开空腔，从而可以实现该实施例。另一介质流(介质2)从在外周设置的进口通道沿着转盘表面之间的旋转轴在另一位置进入另一空腔，并且沿着在转盘表面的中心设置的扇形通道离开空腔。如果忽略空腔中的复杂旋转流体动力学运动，介质1主要从中心流出并沿着转盘表面径向地向外流向外周。如果忽略空腔中的复杂旋转流体动力学运动，介质2主要从外周流出并沿着转盘表面径向地向内流向中心。

该系统提供了很好的热交换特性，提供了紧凑式设备，并且还为在转盘表面的外周处向外运动且离开热交换器设备的介质流提供了自动运行的泵或风扇。对于从外周朝中央扇形通道向内运动的流动，紧凑式泵设备可连接到热交换器设备。根据专利EU0586402的系统具有的缺点是，由两种介质的旋转流体动力学运动确定热交换。当不同的介质流在转盘的每一侧彼此重叠地流动时，所述热交换性能是良好的。这种良性的流动是难以产生和维持的，因为效率和介质流型取决于许多因素，如每分钟转数、半径、介质流的局部速度、介质的局部温度、粘度、入口槽和出口槽的位置和数目等。例如，当两种介质具有介质流彼此不重叠的路径时会有非优选的流型，这意味着在两种介质之间的传热较少。因此，在根据专利EU0586402的方法中很难确定并准确地预测流型和传热性质。这些因素是这种热交换器的缺点：对于不同的操作类型，所述热交换器难以控制并产生效果。

发明内容

本发明的目的是消除以上列出的根据欧洲专利EU0586402的方法和设备的缺点，该专利涉及不同气体和液体介质之间的热交换应用的实施例。本发明的技术方案是根据权利要求1所述的实施例。

附图说明

利用本发明的不同实施例并参照附图解释性地描述本发明，附图如下：

图1图示出具有旋转部分的本发明的一个实施例；

图2图示出具有分开的扇区的圆盘的一个实施例(用介质流标示出仅仅少数扇区)；

图3示意地图示出分开的扇区，介质流从中央扇形通道进入并流向外周处的出口；

图4示意地图示出另一分开的扇区，介质流从外周通道进入圆盘表面，然后朝中央扇形通道处的出口槽运动；

图5示意地图示出3个沿公共中心轴彼此轴向层叠的圆盘的轴向位置；

图6图示出圆盘的曲线形扇区的替代设计。

具体实施方式

在图1中，示出根据本发明的热交换器的一个实施例。设备包括旋转对称的旋转部分1，其可通过电机或另外的驱动装置的驱动而围绕旋转轴2转动。旋转部分1包括具有多个相似圆盘的组件，所述圆盘沿着转轴轴向地彼此层叠，所述圆盘之间具有空腔。旋转部分1中的空腔相互连通，使得所述空腔总共分成彼此分离的两个不同的体积。在旋转部分1中的热交换器组件内，一个体积中的一种流动介质不能进入另一体积中。于是两种不同的介质在旋转部分1中保持彼此分离。

图2示出表面圆盘3的主要设计，所述圆盘3安装在旋转轴2上并且在旋转部分1中以一定转速旋转。可由金属、塑料或其它固体材料构成的圆盘3是热量经过的界面，所述热量可在介质4和介质5之间传递。表面或圆盘3被分为表面或圆盘3上的扇区6和7。

图3示出表面或圆盘3上的扇区6的主要类型。在该扇区中，介质4从旋转部分1的中心的垂直扇形通道8流出。介质4主要朝图5中的圆盘10和圆盘3之间的开口9径向地向外运动或流动，介质4在所述开口9处离开旋转部分。介质4被阻挡层11、阻挡层13、以及阻挡层14包围在扇区6中，所述阻挡层11与扇形通道12分离，所述阻挡层13从中心延伸到圆盘径向阻挡层的外周，所述径向阻挡层分隔表面或圆盘3上的相邻的扇区，所述阻挡层14将扇区8与旋转部分1的外周附近的轴向通道14分开。所有的阻挡层都将圆盘3轴向地连接到圆盘10，并从而具有对应于空腔的轴向高度的轴向高度。对于一些特定实施例，阻挡层13可以轴向地将圆盘3与圆盘10连接或不连接，如随后在本技术说明中所述。扇区6利用阻挡层限定出圆盘10和圆盘3之间的扇形空腔。所述扇形空腔连接到上方圆盘的下侧。

图4示出圆盘3上的另一种扇区7。在该扇区中，介质5从外周处的轴向通道15流出，主要朝扇区7的中心径向向内流动，并且通过垂直通道12离开空腔。在扇区7上的空腔具有径向阻挡层13，所述径向阻挡层13从中心延伸到圆盘的外周，以分离相邻的扇区。旋转部分1的外周处的阻挡层16从空腔的径向外部的环境围出扇区7上的空腔。阻挡层17与垂直扇形通道8分离。所有的阻挡层都将圆盘3轴向地连接到圆盘10，并从而具有对应于空腔的轴向高度的轴向高度。对于一些特定实施例，阻挡层13可以轴向地将圆盘3与圆盘10连接或不连接，如随后在本技术说明中所述。扇区7利用阻挡层限定出圆盘10和圆盘3之间的扇形空腔。所述扇形空腔连接到上方圆盘的下侧。

图5大体上示出旋转部分1中的三个圆盘如何通过旋转部分1中的公共旋转中心彼此轴向地在同一转轴上层叠，以及如何被上述阻挡层的高度分离。扇区和阻挡层形成扇形空腔。圆盘10可具有两种扇区6和7。圆盘3可具有两种扇区6和7。圆盘18与圆盘10相同，并且具有与圆盘10的扇区相同的设置。扇区6和7的数目和圆盘10、3和18的扇区的位置被设置成使圆盘10的扇区6上的扇形空腔与下方圆盘3的扇区7上的扇形空腔重叠，并且圆盘10的扇区7与圆盘3的扇区6重叠。对于圆盘18，相同的设置重复用于下方的圆盘。一直重复该设置直到旋转部分1的圆盘叠层中的最下方圆盘。

旋转部分1中的例如圆盘10、3或8的圆盘，对于每个圆盘来说，例如图5中的圆盘10，当然可以具有仅仅一种类型的扇区。下方的圆盘，例如圆盘3，于是就应具有另一种扇区类型的重叠的扇区。例如，根据图5说明这点，如果圆盘10具有仅仅扇区6这样的扇区，那么下方的圆盘3就具有仅仅扇区7这样的扇区。这种扇区彼此叠盖的圆盘层叠结构适用于旋转部分1中的整个圆盘叠层。

在图6中给出一种流体力学设计，其中，上文所述的径向阻挡层13已经具有曲线形状，以减少圆盘上的扇区内的径向向外或径向向内的径向流中的流体机械能损失和压降，和/或支持空腔中的流体力学涡流以增加传热。这是在涡轮或风扇技术中使用的熟知的技术。

根据以上在图5中已经总体描述的上述带有阻挡层的实施例，在介质4的路径与介质5的路径重叠的位置实现其间圆盘上的流动，或反之亦然。由于在彼此之间将会传热的介质的这种重叠，所述的创新为良好的传热带来最佳的情形，并且为热交换过程提供了良好的性能。利用圆盘的每一侧上的彼此重叠的受控路径，总热量从圆盘的一侧上的介质传递到圆盘的另一侧的介质。这是一种消除或控制相对于圆盘表面的滑动效应和流体流动的方法，所述滑动效应和流体流动另外由介质的粘滞性质和温度条件决定，并且对传热具有主要影响。

当相邻的扇区是相同类型的扇区时，例如扇区6或7，阻挡层的一种替代设计也可以设定为放射状或曲线形的阻挡层13。在这种情况下，阻挡层13可以不像其余阻挡层11、12、14和16那样具有圆盘之间的空腔的完整高度。对于相邻扇区是相同类型扇区时的情况，阻挡层13也可具有从中心到圆盘的外周的不完整长度的伸展。由于这两种设计的可能性，相同类型的相邻扇区可以不完全分开，而且介质流可在这些扇区中的这些相邻空腔之间经过。这具有流体力学的积极效果，因为扇区中的介质被搅动并且介质单元更高程度地暴露于圆盘表面。这与旋转部分1中增加的驻留时间一起提供了改善的传热性能。即使阻挡层13的高度减小，也能提供对空腔中的流动的路径的控制。

在以上图4的描述中，扇区7在旋转部分1中具有从外周朝向圆盘的旋转中心的大体径向向内的介质流。连同扇区6中的径向向外的介质流，热交换也称作逆流，这是用于热交换器的熟知术语，所述逆流提供了高度的热交换性能。然而，径向向内的流动具有的缺点是，扇区7中的介质5的压降高于扇区6中的介质4的压降。在优选介质5具有低压降且可以接受较少热交换的情况下，扇区7中的介质5的介质流可从中心处的通道12进入中心处的扇区，并且主要在扇区7内径向向外地流动，且通过圆盘外周处的轴向通道15从扇区7流出。

也可以实现旋转部分1中的圆盘的一个替代设计，其中，圆盘径向地褶皱，这提供了表面的扩大并因此增加了热交换。在该情况下，也必须有以上所述的所有类型。本发明不限于各种所述的和示出的实施例，但是在权利要求1的范围内当然可以有本发明的变型。

Claims

1.一种在旋转部分中实现两种流动介质之间的传热的方法，所述旋转部分包括围绕轴线的同步旋转表面或旋转对称设置的圆盘，所述方法通过以下步骤实现所述传热：在多个间隙中引入介质，在所述旋转表面的外周或中心处将会在所述介质之间发生传热，在所述表面之间形成所述多个间隙，并且每一个具有适于产生传热能力的介质流；以及，使流动介质的主要部分流过靠近层流或湍流中的旋转传递表面的旋转的流体动力学边界层，然后使介质在所述旋转表面的中心或外周处离开所述间隙，所述旋转表面根据欧洲专利0586402的权利要求1-11和权利要求13-19所述；其特征在于：所述旋转表面被分成具有阻挡层的扇区，所述阻挡层形成适用于两种不同介质流A和B的扇形空腔；所述扇区的数目多于一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：介质A被引入中心处的一种扇形空腔中，并且在所述旋转表面的外周处离开所述扇形空腔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述外周处引入用于不同于权利要求2的另一种扇形空腔的介质B，并且所述介质B在所述旋转表面的中心离开扇形空腔，或者反之亦然。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：分离所述旋转表面的扇形空腔的阻挡层完全地或部分地从中心放射状地或以曲线形式延伸到外周，为扇形空腔提供弯曲的扇形空腔形状，或者相比于空腔轴向高度具有完整的或减小的轴向高度。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述旋转表面和旋转部分的外周处，介质通过开口、槽口离开扇形空腔和具有所述旋转表面的旋转部分。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述扇形空腔具有沿着所述旋转表面和旋转部分的外周的阻挡层。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过轴向或主要轴向设置在所述旋转表面的中心的通道将介质引导到扇形空腔。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：介质B离开扇形空腔，进入到轴向或主要轴向设置在所述旋转表面的中心的通道中。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：通过轴向或主要轴向设置在所述旋转表面的外周处的通道将介质B引导到所述旋转表面的扇形空腔。

10.根据权利要求1-9所述的方法，其特征在于：具有所述表面的旋转圆盘轴向地沿着转轴交替地层叠，使得除了旋转圆盘叠层中的最下方圆盘以外，所述旋转表面的根据权利要求2所述的一个扇形空腔或多个扇形空腔与根据权利要求3或4所述的一个或多个扇形空腔重叠，或者反之亦然。