CN105723177B - 换热面保护方法以及湿空气冷却方法 - Google Patents

换热面保护方法以及湿空气冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种换热面保护方法，通过防止与周围的温度差较大的换热面上的物质移动，提供一种无需维护的换热面。本发明涉及的利用换热面的湿空气冷却方法包括如下步骤：在与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面，在由换热面的温度及气流确定的温度边界层(BL)内，当温度边界层(BL)内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，准备导热率高于湿空气的载体(C)。还包括如下步骤：通过将该载体(C)以与换热面相向的方式配置于温度边界层(BL)内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体(C)表面，来对湿空气进行除湿。由此，抑制换热面上的结露或结霜。

Description

换热面保护方法以及湿空气冷却方法
技术领域
本发明涉及一种换热面保护方法以及湿空气冷却方法，详细而言，涉及如下一种换热面保护方法，其能够通过防止与周围的温度差较大的换热面上发生物质移动(Masstransfer)，来提供一种无需维护的换热面，还涉及如下一种湿空气冷却方法，其能够在利用换热面来冷却湿空气或从温度边界层内的冰点以下的湿空气吸热的情况下，使换热面能够进行高效且稳定的冷却。
背景技术
利用换热面在流体和湿空气之间进行换热时，在流体与湿空气之间，在与空气接触的换热面，在换热面温度比空气温度低的情况下(以下称为冷却面)，会频繁发生结露、结霜或结冰现象。
下面参照图3对结霜现象或凝结现象的发生条件进行说明。
在空气温度在0℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为水饱和周围环境(也包括在此之上的状态)时发生的现象中，水蒸气凝结于周围环境中的凝结核，使得产生水珠，之后水珠落下堆积于冷却面上，水蒸气凝结于该水珠，使得水珠的生长、合流反复发生，形成较大的水珠，当附着力无法与重力对抗时，水珠从冷却面流下(落下)。
另外，在空气温度在0℃以下且在-40℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为水饱和周围环境(也包括在此之上的状态)时发生的现象中，水蒸气凝结于周围环境中的凝结核，使得产生过冷却水珠，之后水珠落下堆积于冷却面上，过冷却水珠生长、合流后发生冻结，水蒸气凝华于该冻结冰粒子而发生结霜生长现象。
另外，同样在空气温度在0℃以下且在-40℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为冰饱和以上、水饱和以下的周围环境时发生的现象中，水蒸气凝华于周围环境中的凝华核，使得产生冰晶，之后该冰晶落下堆积于冷却面上，水蒸气凝华于该冰晶而发生结霜生长现象。
此外，在此对凝结及凝华的现象进行一些说明。在对湿空气进行冷却后，空气中的水蒸气变为饱和状态(称为“水饱和”)，不能有更多的水蒸气以气态存在，开始发生凝结。此时的空气温度称为露点温度。另外，气温在0℃以下的情况下，水蒸气的饱和状态包括冰饱和和水饱和这两种现象。这是由于，与水状态的饱和水蒸气量相比，冰状态的饱和水蒸气量较小，因此若在0℃以下的湿空气中逐渐进行冷却的话，会先开始冰饱和状态，饱和水蒸气量以上的水蒸气通过凝华而作为冰结晶(称为冰晶)出现于空气中的冰核上。在此，将此时的空气温度定义为冰点温度。此外，若在低温下进一步进行冷却，则达到水饱和状态，与0℃以上的情况相同，开始发生凝结，不过，到空气温度在-40℃为止的范围内，凝结液珠不会马上冻结，而是成为过冷却水珠。与0℃以上的情况相同，此时的空气温度也称为露点温度。然后，随着时间的经过，过冷却水珠以一定的概率发生冻结。由于冰的蒸气压低于周围的蒸气压，因此水蒸气会积极地凝华于成为冰后的冻结粒子的冰面，霜结晶P4开始快速地生长。
另外，在空气温度在-40℃以下的情况下，周围环境中的水蒸气状态为水饱和周围环境(也包括在此以上的状态)时发生的现象中，水蒸气凝华于周围环境中的凝华核，即，成为冻结粒子，之后落下堆积于冷却面上，落下堆积的冻结粒子堆积形成粉末状的霜。此外，此时冷却面的温度在-40℃以下，但是，当周围环境空气温度在-40℃以上的较暖状态时，当堆积的粉末状的霜变厚、暴露在该周围环境中的霜层的表面温度在-40℃以上时，有时水蒸气凝华于该霜层，发生结霜生长现象。
另外，同样在空气温度在-40℃以下的情况下，周围环境中的水蒸气状态为冰饱和以上、水饱和以下的周围环境时发生的现象中，水蒸气凝华于周围环境中的凝华核，从而产生冰晶，之后该冰晶落下堆积于冷却面上，水蒸气凝华于堆积的冰晶而发生结霜现象。
此外，上述说明中记载了冷却面附近的温度边界层内的周围环境中存在凝结核及凝华核，不过，由于冷却面上也存在凝结核及凝华核，因此在该冷却面也直接发生水蒸气凝结于凝结核及凝华于凝华核等现象。如此，即使空气中不发生过饱和现象，只要冷却面相当于该周围环境，也会在冷却面发生凝结、凝华现象。
结露是发霉等卫生状况降低、或者腐蚀或漏电、换热面污垢等的原因，而结霜或结冰的情况下，如果发生融化的话，也会引起与结露同样的问题，霜层或冰层在换热过程中成为阻热层，根据其物理上的厚度还会阻碍通风，在结露过程中形成于换热面的液膜也会导致形成阻热层，这些均是换热量降低的重要原因。因此，现有技术中，有对换热面进行除霜或除湿的各种技术。
关于这一点，专利文献1中公开了一种利用多孔材料的湿度调节剂或防结露剂。
详细而言，该湿度调节剂或防结露剂中，粒子自身并不使用多孔性材料，由纳米量级的微粒子以不影响该微粒子间的空隙的方式充填、积聚形成的结构体构成，在微粒子之间使用具有纳米尺寸的孔的多孔材料，其具有在细孔半径1nm～10nm的范围内具有毛织物状细孔分布的多孔结构，基于开耳芬的毛细凝结理论，在相对湿度75％～93％的区域水蒸气吸附量增加。更具体而言，吸附等温线开始于约80％附近，在相对湿度75％～93％的区域的吸湿量约为12mass％，从脱附等温线来看，在相对湿度约70％时，在相对湿度75％～93％的区域吸附的水蒸气被释放，防结露能力恢复。
采用这种湿度调整剂或防结露剂，吸附作为结露原因的湿空气中的水蒸气，并且通过脱附来恢复防凝露能力，从而能够反复使用。由于细孔半径为1nm～10nm，因此能够捕捉湿空气中的水蒸气，但是，在湿空气的温度在冰点下的状态下，湿空气中产生过冷却凝结液珠时，过冷却凝结液珠的直径至少为1μm，因此无法通过捕捉过冷却凝结液滴来调节湿度或防止结露。
从这一点来看，在需要应对冰点下的湿空气的冷冻装置的湿空气冷却器等的情况下，期望有一种换热面保护方法，通过防止与周围温度差较大的换热面上的物质移动来实现能够提供一种无需维护的换热面。
另外，尤其是，湿空气冷却器等将湿空气冷却至冰点下的情况下或LNG气化器等从湿空气吸热的情况下等湿空气变为冰点下时，作为换热面的冷却面上不发生结露而是发生结霜或结冰，由于霜层的导热率较低，因而其成为阻热层，并且生长的霜阻碍作为冷却对象的湿空气的通风，总而言之，会导致换热效率降低。
关于这一点，专利文献2中公开了一种换热器，其通过机械式地除霜，既能够利用凝固热，又能够长时间地连续运行。更详细而言，该换热器为能够从湿空气吸收热量的换热器，表面具有微细的凸部和凹部，凹部的上表面具有最小宽度为100μm以上500μm以下的平面部，凹部的最小宽度为100μm以上1000μm以下。通过在换热器的表面设置凸部和凹部，能够使霜结晶P4在凸部的上表面的平面部上沿垂直方向生长，由于霜结晶P4在凸部上方生长、凹部上方为间隙，因而整体上形成楔齿状的霜结晶P4。这种形状在结构上较弱，因此例如能够用刷子及刮刀等除去工具容易地掸落，由此，能够提供一种既能够利用凝固热、又能够长时间地连续运行的换热器。
再者，专利文献3中公开了一种用于抑制霜生长的防结霜部件。详细而言，该防结霜部件的表面上以规定的模式形成有疏水性较高的疏水部和亲水性比疏水部高的亲水部，由于疏水部的疏水性相对较高，因而不容易附着霜，而亲水部容易附着霜。因此，在疏水部霜不会生长得较大，而在亲水部霜会生长得较大，因而当亲水部的霜在生长到较大之后，无法与气流对抗时就会发生崩塌，然后再次重复生长、崩塌的过程。如此，通过在防结霜部件的表面以规定的模式形成疏水部和亲水部，来促进霜的生长、崩塌的重复，从而抑制霜的生长。
然而，如专利文献2和专利文献3所示那样，通过对换热面进行表面加工或表面处理来达成防止结霜的目的时，会随着时间经过而发生结霜，难以长时间持续地维持防止结霜的效果，另外，根据冷却介质或湿空气的温度条件、湿度条件或湿空气的流动状态的波动，结霜状况会发生变化，对于这种条件的波动，专利文献2和专利文献3难以应对。
再者，从防止湿空气的结霜这一目的本身来讲，能够实现通过防止在冷却面的结霜来促进显热交换，但是，排除了随着水蒸气的相变发生的潜热交换(凝固热)，作为总体的换热方法，不一定得到了改善。
关于这一点，专利文献4中公开了一种用于降低冷却器的结霜的装置。详细而言，该装置配置在冷却用换热器的附近，冷却用换热器在导热管上接合有多个平板状的叶片。该装置具有喷射机构和驱动机构，其中，喷射机构具有与叶片的平面方向呈直角或平行的多个喷嘴，驱动机构用于驱动喷射机构作往复运动。喷射机构与叶片的平面方向平行或呈直角地移动，喷射湿空气。通过使多个喷嘴排成一列，与叶片的平面方向平行或呈直角地移动，该喷嘴列沿着冷却器的叶片表面排出湿空气，从而，向冷却用换热器的整个叶片区域喷射湿空气，使流体的抗力作用于叶片表面上附着的霜，从而能够除去变成霜之前的过冷却状态的水珠及已结冰的霜。因此，无需使冷却装置停止运行，以较少的湿空气排出量实现降低结霜，结果使得能够维持较高的运行效率，从而能够降低防止结霜及除霜的运行成本。
然而，由于上述的用于降低冷却器的结霜的装置通过对叶片表面所结的霜喷射湿空气来强制地除去霜，因而，其原本的目的并非防止结霜，也不能对叶片表面所结的霜进行利用，而且，由于是在冷却用换热器的附近另行设置用于降低结霜的装置，因而需要进行保养，以使喷嘴开口不被阻塞。
关于这一点，专利文献5及专利文献6中公开了一种除冰霜或除冰雪网，在汽车的前挡风玻璃上结霜或结冰时，或者积雪时，利用该网，能够除去前挡风玻璃上的冰雪。
详细而言，该除冰霜或除冰雪网由配置为平面格子状线材构成，直接铺设于汽车的前挡风玻璃，所述平面格子具有规定的线材宽度和规定的网孔宽度。
采用该除冰霜或除冰雪网，形成在网孔开口部内的冰、霜或积存于网孔开口部的雪与网成为一体，通过拉拽该网，或剥下该网，通过网孔开口部形成在前挡风玻璃上的冰、霜或积存的雪与网一起被除去。
因此，为了使要除去的冰、霜或雪与网形成一体，根据所形成的冰、霜或雪的厚度来确定线材的宽度，根据线材对冰、霜或雪的附着力来确定网孔的宽度。
具体而言，若冰、霜或雪的厚度为3mm，则将线材的宽度设定为2mm以上6mm以下，网孔的宽度设定为10mm以上50mm 以下(专利文献5)，若冰、霜或雪的厚度为2mm以下，则将线材的宽度设定为0.5mm以上不足2mm，将网孔的宽度设定为1mm以上 10mm以下(专利文献6)。
无论哪种情况，象有顶棚的停车场内的汽车的前挡风玻璃上不发生结霜现象那样，除冰霜或冰雪网均只是通过简易形成的网使汽车的前挡风玻璃上冰霜或冰雪在网上形成一体，通过拉拽整个网或剥下整个网，来除去冰霜或冰雪。
如上所述，现有技术中，无法长期地保护换热面，也不能够随时间的经过一直维持冷却面的换热。
如上所述，现有技术中没有公开使上述的凝结、结霜等现象作用于冷却面之外的想法，也没有关于此的启示。
专利文献1：日本发明专利授权公报特许第4599592号
专利文献2：日本发明专利公开公报特开2012-82989号
专利文献3：日本发明专利公开公报特开2003-240487号
专利文献4：日本发明专利公开公报特开2008-64326号
专利文献5：日本实用新型登录 第3160488号
专利文献6：日本发明专利授权公报特许第4224121号
发明内容
鉴于上述技术问题，提出了本发明，本发明的目的在于提供一种换热面保护方法，通过防止与周围的温度差较大的换热面上的物质移动，能够提供一种无需维护的换热面。
本发明着眼于换热面处的凝结、结霜、结冰现象，使这些凝华、凝结、冻结的现象不作用于冷却面，而是作用于不同于冷却面的位置。
为了达成上述目的，本发明涉及一种换热面保护方法，
其包括针对与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面执行的如下步骤：
当由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，
使湿空气中的水蒸气在温度边界层内凝结或凝华，来对湿空气进行除湿，
由此，抑制换热面上的结露或结霜。
采用上述结构，换热面保护方法包括针对与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面执行的如下步骤：当由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，通过使湿空气中的水蒸气在温度边界层内凝结或凝华，来对湿空气进行除湿。由此，湿空气中到达换热面的水蒸气量减少，其结果是，通过抑制换热面上的结露或结霜，抑制与周围的温度差较大的换热面上的物质移动，通过减少除去结露形成的水珠或结霜形成的霜这样的麻烦，能够提供一种近乎无需维护的换热面。
此外，本说明书中，“冰点温度”的意思如下所述。在对湿空气进行了冷却时，空气中的水蒸气处于饱和状态(称为水饱和)，不能有更多的水蒸气以气态存在，开始发生凝结。此时的空气温度称为露点温度。另外，气温在0℃以下的情况下，水蒸气的饱和状态包括冰饱和和水饱和这两种现象。这是由于，与水状态的饱和水蒸气量相比，冰状态的饱和水蒸气量较小，因此若在0℃以下的湿空气中逐渐进行冷却的话，会先开始冰饱和状态，饱和水蒸气量以上的水蒸气通过凝华而作为冰结晶(称为冰晶)出现于空气中的冰核上。在此，将此时的空气温度定义为冰点温度。此外，若在低温下进一步进行冷却，则达到水饱和状态，与0℃以上的情况相同，开始发生凝结，不过，到空气温度在-40℃为止的范围内，凝结的液珠不会马上冻结，而是成为过冷却液珠。与0℃以上的情况相同，此时的空气温度也称为露点温度。
另外，本发明可以采用如下结构：换热面保护方法还包括如下准备导热率高于湿空气的载体的步骤，通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或结霜于该载体表面。
此外，本发明可以采用如下结构：在上述技术方案中的载体的除湿性能已劣化时，能够更换载体。
为了达成上述目的，本发明涉及一种利用换热面的湿空气冷却方法，其包括针对与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面执行的如下步骤：
在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内，当温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，
准备导热率高于湿空气的载体，
还包括如下步骤：
通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，来对湿空气进行除湿，
由此，抑制换热面上的结露或结霜。
采用上述结构，湿空气冷却方法包括如下步骤：在与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面处，在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内，温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，在利用换热面将湿空气冷却至冰点以下或从冰点以下的湿空气吸收热量时，准备导热率高于湿空气的载体，通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，来对湿空气进行除湿。其结果是，湿空气中到达换热面的水蒸气量减少，抑制换热面上的结露或结霜，从而不会由于霜生长而形成阻热层，能够在换热面处进行高效且稳定的冷却。
另外，本发明可以采用如下结构：由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在0℃以上的条件下，在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝结，并使凝结液从载体表面流下。
再者，本发明可以采用如下结构：在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在0℃以下且-40℃以上的条件下，在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝华于经凝结、过冷却、过冷却解除而形成的冰表面，形成霜结晶P4并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
除此之外，本发明可以采用如下结构：在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在-40℃以下的条件下，在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气作为经凝结、凝固(冻结)而形成冰结晶并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
另外，本发明可以采用如下结构：在温度边界层内的湿空气温度在0℃以下的条件下，在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的冰点温度以下且在露点温度以上时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝华，形成霜结晶P4并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
另外，本发明可以采用如下结构：所述载体为平面状载体，呈平面状，构成为，具有规则形状或不规则形状的截面，规定的宽度和开口交替配置，到换热面具有规定的纵深。
再者，本发明可以采用如下结构：平面状载体呈网孔状，具有规定的网孔开口宽度、规定的线材宽度以及厚度。
除此之外，本发明可以采用如下结构：平面状载体的尺寸为，载体的宽度为100μm以上2000μm以下，开口的宽度为100μm以上 1000μm以下，从载体的靠温度边界层一侧的表面到换热面的纵深为 100μm以上。
另外，本发明可以采用如下结构：所述载体为立体状载体，其如下这样形成：将具有规则形状或不规则形状的截面的、规定长度的纤维叠织成无纺布状，以形成具有空隙的立体结构。
再者，本发明可以采用如下结构：将所述平面状载体在换热面的气流方向上分开配置，其位于上游侧的一部分配置于温度边界层外的主气流中，以分开配置的平面状载体的结构中仅存在开口的间隙的方式配置，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
此外，本发明可以采用如下结构：使所述立体状载体厚度为，能使其一部分配置于温度边界层外的主气流中，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
除此之外，本发明可以采用如下结构：通过对所述载体的表面实施疏水性处理，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能，并使水蒸气处于液态状态下也不会阻塞开口。
另外，本发明可以采用如下结构：通过使所述载体的表面具有吸附性能，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
另外，本发明可以采用如下结构：利用高吸水性树脂纤维形成所述载体，通过提高作为载体特性的吸水性、保水性、毛细吸水性等，来提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
另外，本发明可以采用如下结构：在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，包括如下步骤：将在载体的靠温度边界层一侧生长的霜连同载体一同取下，对霜进行利用，从而，对霜所具有的热量进行利用。
再者，本发明可以采用如下结构：在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，载体为导热率较低的材料，将载体配置于温度边界层内的靠近边界层的位置，尽可能地使载体的表面温度为较高温度，抑制在载体表面生长的霜的生长量，以在进行换热面的显热交换的同时进行载体表面的潜热交换。
采用上述结构，与湿空气接触的换热面在冰点下，包括如下步骤：在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内，温度边界层内的空气温度在冰点温度以下时，准备导热率高于湿空气的载体，通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，从而对湿空气进行除湿。其结果是，湿空气中到达换热面的水蒸气量减少，抑制换热面上的结露或结霜，从而不会由于霜生长而形成阻热层，能够在换热面处进行高效且稳定的显热交换。并且，载体为导热率较低的材料，另外该载体配置于温度边界层内的靠近边界层的位置，尽可能地使载体表面温度为较高温度，通过抑制载体表面上生长的霜的生长量，能够争取到载体表面上的霜饱和为止的时间，延迟对湿空气通风性的阻碍，通过这样延迟载体的更换时期，能够实现载体表面的持续的潜热换热。
再者，本发明可以采用如下结构：在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，载体为导热率较高的金属材料，另外，将载体配置于温度边界层内的靠近换热面的位置，尽可能地使载体的表面温度为较低温度，增加在载体表面生长的霜的生长量，从而在换热面的显热交换的同时增大载体表面的潜热交换。
采用上述结构，与湿空气接触的换热面在冰点下，包括如下步骤：在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内，温度边界层内的空气温度在冰点温度以下时，准备导热率高于湿空气的载体，通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，从而对湿空气进行除湿。其结果是，湿空气中到达换热面的水蒸气量减少，抑制换热面上的结露或结霜，从而不会由于霜生长而形成阻热层，能够在换热面处进行高效且稳定的显热交换。并且，载体为导热率较高的材料，另外该载体配置于温度边界层内的靠近换热面的位置，尽可能地使载体表面温度为较低温度，通过增加载体表面上生长的霜的生长量，能够增大载体面的潜热换热。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的第1实施方式进行详细说明。
下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。本实施方式中所示的尺寸、材料以及其他具体的数值等仅仅是为了容易地理解本发明而例举的例子，在没有特别指出时，本发明并不局限于此。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同功能及结构的结构要素标注同一标记，并省略重复说明，另外，省略与本发明没有直接关系的结构要素。
下面，以由换热器HX利用冷却介质将空气冷却到冰点以下的情况为例，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，在换热器HX的外侧的湿空气周围环境中配置有具有开口的平面状载体。
换热器HX具有板厚t，其内部有温度Tc的冷却介质流动，换热器HX的外表面形成换热面S。
流经冷却面的湿空气的温度Tm的温度分布为，经形成于换热面 S的表面的温度边界层B，以缓慢变化的温度分布达到冷却面的较低温度Tout。下面对空气温度在0℃以下且-40℃以上的状态进行说明。
此时，在温度边界层BL内具有开口的平面上的载体 C与换热面S隔开间隙形成时，载体C的与换热面S相反的一侧的边界层内，湿空气中的水蒸气由于温度降低而呈饱和状态(空气处于露点温度)，凝结于空气中的凝结核。由此形成的漂浮着的凝结液珠 P1落下并堆积在载体C的表面，在载体C的表面上形成液珠群。液珠群与进一步落下并堆积的液珠合流在一起或与周围环境中的水蒸气凝结在一起形成较大的液珠。液珠处于过冷却状态的情况较多，不过，当液珠达到100μm时，过冷却解除，变为冻结的冰面。于是，由于水蒸气在冰面凝华而快速地形成霜结晶P4。霜的形成使得开口o 被阻塞，形成具有透气性的霜的浓密生长状态。于是，湿空气中的水蒸气形成霜结晶P4并生长，被霜结晶P4的表面吸收，因而通过开口 o到达换热面S的水蒸气量减少，从而使换热面S上不会长霜。
通过该状态，通过设置在边界层内的载体C表面上的霜生长，换热面S能够稳定地实施最初开始的作为显热交换的换热。在换热面S上霜结晶P4生长的现象中，霜层导致热阻力增大，因而导热量逐渐降低，不过，本实施方式中，不会出现这种现象，因而能够进行稳定的换热。另外，由于能够使载体C的表面上基于结霜的潜热交换与现有技术中的换热面S上的状态相同，因此，从整体上看，与仅换热面S发生霜生长状态下的换热相比，换热量增加。
如此，出于全新的设想，通过在换热面S的温度边界层BL内，形成具有开口o的载体C，能够实施新的换热方式，即，将换热分为在载体C的表面上的潜热交换和原来的在换热面S上的显热交换。
此外，在此说明的温度边界层BL，其厚度因设置环境的不同而变化。通常，利用环境温度及流体的流向进行说明，不过，在此省略对这些的说明。在此要说明的是，如图2中(A)所示，具有温度边界层BL，在温度边界层BL内什么也没有的状态下，在图1 所示的边界层内的载体C表面上生长霜层。图2中(B)表示，在图 2中(A)所示的较薄的边界层中放入载体C而使边界层变厚的状态。另外，如发生霜生长，则边界层进一步变厚的状态在图2中(C)中示出。由此可知，或许有时也可以在原来什么也没有的边界层内设置载体C和发生霜生长，不过，即使在边界层非常薄的情况下，载体C 的导热率比空气大时，边界层也随之变厚。由此可知，即便将该载体 C的一部分设在现有的边界层内，也能够发生如此变化，该现象有很高的可利用性。
(1)结霜现象及凝结现象的发生条件
参照图3对结霜现象及凝结现象的发生条件进行说明。
在空气温度在0℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为水饱和的周围环境(也包括在此之上的状态)时发生的现象(区域A) 中，水蒸气凝结于周围环境中的凝结核，从而产生水珠，之后水珠落下堆积在换热面S上，水蒸气凝结于该水珠，水珠的生长或合流反复发生，形成较大的水珠，当吸附力无法与重力对抗时，水珠从换热面 S流下(落下)。
另外，在空气温度在0℃以下且-40℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为水饱和周围环境(也包括在此之上的状态)时发生的现象中(区域C)，水蒸气凝结于周围环境中的凝结核，从而产生过冷却水珠P3，之后过冷却水珠P3落下堆积在换热面S上，过冷却水珠P3生长或合流后，发生冻结，水蒸气凝华于冻结的冰粒子而发生结霜生长。
另外，同样在空气温度在0℃以下且-40℃以上的情况下，周围环境中的水蒸气状态为冰饱和以上、水饱和以下的周围环境时发生的现象中(区域B)，水蒸气凝华于外部空气中的凝华核，从而产生冰晶，之后该冰晶落下堆积在换热面S上，水蒸气凝华于该冰晶而发生结霜生长。
另外，在此对凝结及凝华的现象进行一些说明。在对湿空气进行冷却后，空气中的水蒸气变为饱和状态(称为“水饱和”)，不能有更多的水蒸气以气态存在，开始发生凝结。此时的空气温度称为露点温度。另外，气温在0℃以下的情况下，水蒸气的饱和状态包括冰饱和和水饱和这两种现象。这是由于，与水状态的饱和水蒸气量相比，冰状态的饱和水蒸气量较小，因此若在0℃以下的湿空气中逐渐进行冷却的话，会先开始冰饱和状态，饱和水蒸气量以上的水蒸气通过凝华而作为冰结晶(称为冰晶)出现于空气中的冰核上。在此，将此时的空气温度定义为冰点温度。
此外，若在低温下进一步进行冷却，则达到水饱和状态，与0℃以上的情况相同，开始发生凝结，不过，到空气温度在-40℃为止的范围内，凝结的液珠P1不会马上冻结，而是成为过冷却水珠 P3。与0℃以上的情况相同，此时的空气温度也称为露点温度。然后，随着时间的经过，过冷却水珠P3以一定的概率发生冻结。由于冰的蒸气压低于周围的蒸气压，因此水蒸气会积极地凝华于成为冰后的冻结粒子的冰面，霜结晶P4开始快速地生长。
另外，在空气温度在-40℃以下时，周围环境中的水蒸气状态为水饱和的周围环境(也包括在此之上的状态)时发生的现象 (区域D)中，水蒸气凝华于周围环境中的凝华核，即，成为冻结粒子，之后落下堆积在换热面S上，落下堆积的冻结粒子堆积形成粉末状的霜。
此外，此时换热面S的温度在-40℃以下，但是，当周围环境的空气温度在-40℃以上的较暖状态时，当堆积的粉末状的霜变厚、暴露在该周围环境中的霜层的表面温度在-40℃以上时，有时水蒸气凝华于该霜层，发生结霜生长。
另外，同样在空气温度在-40℃以下的情况下，周围环境中的水蒸气状态为冰饱和以上、水饱和以下的周围环境时发生的现象(区域E) 中，水蒸气凝华于周围环境中的凝华核，从而产生冰晶，之后该冰晶落下堆积于换热面S上，水蒸气凝华于堆积的冰晶而发生结霜生长现象。
此外，上述说明以换热面S附近的温度边界层BL内的周围环境中存在凝结核及凝华核为前提，不过，由于换热面S上也存在凝结核及凝华核，因此在该换热面S上也直接发生水蒸气凝结于凝结核及水蒸气凝华于凝华核等现象。即使空气中未发生过饱和现象，只要换热面S相当于上述那样的周围环境(存在凝结核及凝华核)，也会在换热面S上发生凝结及凝华现象。即，即使温度边界层 BL的周围环境中没有发生过饱和，只要载体C的表面温度为相当于上述那样的周围环境的过饱和状态，也会仅在载体C表面上发生凝结及凝华现象。
(2)关于温度边界层BL内的载体C上结霜和换热面 S上不发生结霜生长的现象
该现象还无法解释清楚，不过，可以如下这样进行推测。
在发生过冷却的-40℃以上的情况下进行说明，如图4所示，在最初的状态图4中(A)下，包括载体C在内，周围环境中存在很多的凝结核及凝华核，因此处于过饱和状态，周围环境中的凝结液珠P1 等处于漂浮状态。之后，如图4中(B)所示，凝结液珠P1等堆积于载体C表面及换热面S，水蒸气供给使得发生凝结及凝华等，从而液珠在换热面S上生长。接着，如图4中(C)所示，经过反复合流形成较大的过冷却水珠P3之后，变成冻结的粒子。于是，由于其是冰粒子，因此空气中的水蒸气凝华于该冰粒子，如图4中(D)所示，霜的生长开始。在该步骤，霜开始在载体C表面上快速地生长，因此周围环境中的水蒸气被该表面吸收，流入换热面S处的周围环境中的水蒸气流入量减少，过饱和现象得到缓和。
若霜进一步生长，则如图4中(E)所示，霜生长到载体C间的上部，因此载体C和换热面S间无法流入大量的水蒸气，结果使得在载体C表面发生由水蒸气引起的霜生长，而在换热面S不发生由水蒸气引起的霜生长。但是，由于存在对流，因此换热面S处维持不结霜的显热交换，因此能够使显热交换量维持在初期的状态。通过这样，同时进行载体C表面的潜热交换，能够实现最好的换热方式。
此外，对与换热面S平行地形成载体C表面时的现象进行了说明，由于载体C表面的霜生长使得换热面S处水蒸气不会过饱和，因此采用该结构，能够使换热面S不发生霜生长，即使为了积极地促进换热面S的导热而利用导热促进体N构成破坏边界层的流体流动，由于最终由载体C除去水蒸气，于是，换热面S的对流变大，与此相应，能够实现促进作为显热交换的换热。
例如，如图5A所示，在载体C的外侧设置板状的导热促进体N，于是，流动的流体的一部分被引导至载体C一侧，能够促进通过载体 C的开口o的流体流动，从而能够实现防止换热面S结霜和促进导热。图5B示出了仅由载体C来构成图5A的载体C和导热促进体N的结构的例子。按流体流动方向对通常的平面状载体C进行划分，其上游侧的一部分配置于边界层的外侧。
(3)结霜生长现象中载体C的形状、尺寸和开口o 与换热面S之间的关系
参照图6A、6B、6C对载体C的形状、尺寸和开口o与换热面S 之间的关系进行说明。对于在0℃以下且-40℃以上的周围环境中的霜生长现象中的载体C，其尺寸为能够堆积凝结水珠并形成过冷却水珠 P3群的尺寸即可，其截面形状可以为任意形状。开口o优选为，在载体C上生长的霜层的生长阶段，该开口o被霜层阻塞。
由于霜层生长，载体C间的开口o由于两端的载体C上的霜生长而被阻塞这样的情形即可。另外，载体C的纵深可以是任意纵深，重要的是载体C和换热面S之间要隔开空间，其理由在于，若在换热面 S上设置载体C，则换热面S的显热交换面积减少，因此，通过设置载体C来实现分开进行潜热交换和显热交换的情况下，使载体C和换热面S隔开距离是重要的。
此外，关于换热面S和载体C之间的空间，对通过开口o的水蒸气的问题进行了说明，不过，以水蒸气不从图示的空间的左右方向侵入为前提。换热面S的形态由于换热器HX的不同而千差万别。在此虽不作具体说明，但能够通过换热器HX的形态来具体地防止水蒸气侵入是当然的。
对于载体C的具体形状，图6A、6B、6C中示出了其截面的例子。载体C的截面可以为任意形状，如图6A、6B、6C所示，任何形状均可。由于是在平面状载体C上设置开口o的结构，可以通过机械式切削、放电加工及喷砂、蚀刻等方法来形成开口o，也可以通过冲压加工来形成开口o。并不限定具体的方法。另外，也可以利用金属网等网片状的构件以及带孔的金属板或金属板网(多孔金属板)等。
对于具体的尺寸，载体C的宽度W为100μm以上 2000μm以下，开口o的宽度L为100μm以上1000μm以下。载体C 的表面到换热面S的纵深为100μm以上。另外，不一定必须是平面状排列，如图7A所示，也可以是无纺布状的载体C。采用该无纺布状载体C，即使与换热面S之间不隔开间隔设置，也不会影响其功能，这一点是有利的。另外，如图7B所示，载体C一直设置到边界层外，在这种结构中，载体C的位于边界层外的部分可以作为导热促进体N 发挥功能。
(4)载体C表面上生长的霜的处理
基本上，通过以发生凝结及凝华的载体C进行除湿，来抑制换热面S处发生凝结及凝华。不过，还有一个重要的方面是，对在0℃以下的现象中载体C表面上生长的霜进行的处理。霜随着时间的经过而增厚，成为阻热层，之后霜的生长变慢，阻碍空气的通过，导致换热不良，因此为了持续上述现象，需要对霜进行处理。在“换热面S的保护”、“霜利用”、“潜热交换和显热交换的分开”中，对霜的处理为不同的处理。
在“换热面S的保护”及“潜热交换和热交换的分开”中，二者的目的分别为换热面S、换热面S和载体C表面处的换热，而对霜的处理并不在其目的之中。
因此，采用任何处理均无问题，其方法是多种多样的。
即，可以采用现有技术中的除霜方法(热气、撒水、抽空循环、电加热、撒布食盐水等)。也可以采用新的方法，如利用喷射喷流用的喷气嘴及机械式处理用的刷子等的处理。另外，也可以使载体C振动。
“霜利用”的目的的情况下，从霜可以作为蓄热体的观点，需要实现二次利用。因此，定期地用新的没有带霜的载体C更换随着时间的经过而在表面上增长了霜的载体C，将带有霜的载体C移动到规定利用或处理场所，通过物理式剥离方法即喷射喷流或震动、机械式剥离方法即用刷子等剥离的方法进行霜的剥离，然后对霜进行利用。另外，在将霜作为蓄热体进行利用的情况下，可以根据利用方法，直接与各载体C一起进行利用。
欲在“潜热换热和显热换热的分开”中使潜热交换等高效地持续的情况下，需要根据载体C表面的结霜生长来高效地对霜进行处理，因此这种情况下，可以更换载体C。
下面，参照图8对第2实施方式进行说明。本实施方式的特征在于，着眼于结露现象中载体C和换热面S之间的关系。
0℃以上情况下的结露现象中，关于载体C和换热面S之间的关系，换热面S基本上为纵向平面。为了使凝结液珠P1因重力落下，这个条件是必要的。如图8所示，关于凝结液珠P1因重力落下时的现象和载体C之间的关系，一般而言，换热面S上发生凝结现象的问题在于，该凝结液珠P1的表面张力使得在换热面S上形成水膜，该水膜的形成使得换热面S的导热降低。为了解决该问题，本发明中，通过在换热面S的边界层内设置载体C，通过载体C表面对凝结液珠 P1进行处理，凝结液珠P1因重力从载体C表面落下，从而换热面S 上不会形成液膜，能够持续地进行良好的换热。考虑到载体C表面上的凝结现象会引起潜热交换，因此比仅换热面S进行换热相比，能够进行高效率的换热。此外，作为对载体C表面的处理，进行疏水加工等时，会发生珠状凝结现象，能够提高发生凝结时的导热性，液珠在水珠直径较小的状态下因重力落下，因而能够发生良好的凝结现象。另外，液珠不会阻塞开口o。
对于载体C的宽度W、开口o的宽度L、纵深的关系，与第1实施方式中的结霜现象不同，不能期望发生阻塞开口o部分的二次生长，因而水蒸气易于通过开口o到达换热面S，因此推测开口 o的尺寸需要小于结霜时的尺寸。此外，由于载体C表面上的凝结使得周围环境中的水蒸气减少，因此通过开口后的与换热面S之间的空间的周围环境中的水蒸气减少，可以想到积极地在换热面S上结露的情况消失。
实施例
本发明的发明者们以实现使换热面S上不发生附着霜结晶P4的现象为目的，进行了关于抑制霜结晶P4的技术的实验，以确认本发明的有效性，即，在边界层内设置微小物体，利用在边界层内发生凝结及凝固这一现象，使霜结晶P4在边界层内生长，并对此进行控制。
(1)试验装置及方法
本研究中，对如下方面进行了探讨：在温度边界层Bl内设置金属网，使霜结晶P4在金属网上生长，以抑制换热面S表面上的结霜。
试验装置由实验小屋以及用于保持实验小屋内的空气的温度和湿度的恒温恒湿系统装置、测定系统装置、观察系统装置和导热部形成。通过空调器、加湿器、除湿器、加热器对实验小屋内的温度和湿度进行控制，利用设在实验小屋的阿斯曼通风干湿球湿度计测定了温度和湿度。
(1-1)霜结晶P4的观察
图9和图10是本研究所使用的金属网的照片及3D图像。金属网为100目的平织网，丝径为100μm、孔径为150μm，材质为SUS304。换热面S为打磨成镜面的无氧铜制换热面S(与静置液珠的接触角θ＝62℃)。在换热面S上放置图10所示的金属网并固定。另外，以在换热面S和金属网之间隔开空间、在边界层内设置有微小物体为条件。对霜结晶P4的生成和生长的观察使用数码显微镜进行，分别聚焦于金属网一侧和换热面S一侧而取得图像，使用分析软件进行图像处理。实验条件为换热面S温度tw＝-25℃，换热面S姿势θ＝0°(水平朝上)。
(1-2)热通量
结霜现象中，附着在换热面S上的霜层随时间发生变化，因而处于非稳定状态。本研究中，以换热面S的温度随时间发生变化为条件进行了实验。换热面S为无氧铜制，对换热面S升温时的温度变化过程进行测定而得到温度记录，通过集总参数法近似求出热通量 qf[W/m2]。
图11大致地表示导热部。导热部由5张打磨成镜面的横向40mm×纵向18mm、厚度为10mm的无氧铜制的板排列而成。导热板的侧面和背面用带布的酚醛塑料隔热。换热面背面侧使用了作为隔热材料的伊索来特陶瓷纤维(isowool)(导热率k＝0.07W/(m·K)，400℃)。另外，为了使从酚醛塑料向导热部的热移动极小，在测定部的上下、侧表面埋入了无氧铜板。在将导热部冷却到规定的初始温度时，用聚乙烯片材覆盖导热部，使其在实验开始前不结霜。进行试验时，用液体氮将装在真空瓶中的冷却用乙醇调整至任意温度，将导热部浸入乙醇中冷却到规定温度。使换热面S表面温度在10分钟期间保持恒定之后，将其以铅直的方式安装于实验小屋，开始试验。本研究中，对热通量进行评价时，需要考虑热损失，在用隔热材料制成的罩部件覆盖导热部的状态下进行实验，按照实验条件分别对热损失进行了测定。
实验条件为，湿空气温度ta＝-25℃，换热面S初始温度two＝-40℃，换热面S表面的润湿性θ＝62°，到前缘的距离y＝41、61、81、101mm。
(2)实验结果及考察
(2-1)霜结晶P4的产生、生长结构
本发明的发明者们着眼于过冷却水珠P3的尺寸，通过人工地使换热面S表面具有数百微米的微细的凹凸面，使换热面S表面特性发生变化(换热面S表面的一部分)，成功地实现了使换热面S表面上不生长霜结晶P4。当前，不附着霜结晶P4的区域达到换热面S整个表面的75％。图12表示冷却面表面被实施了格子状的微细的槽加工时对霜结晶P4的产生、生长过程进行观察的结果的代表例。
实施了格子状的槽加工时，凸部为正方形，实验开始后，在凸部表面产生过冷却水珠P3，多个过冷却水珠P3合为一体后变大。反复合为一体后的过冷却水珠P3在正方形的凸部表面上形成1个，过冷却解除后，形成丘状的冰。到实验开始后的15分钟为止处于过冷却状态，在中央部能够发现照明的白色环形。接着，由丘状的冰产生了多个霜结晶P4。此外，在霜结晶P4生长时，在槽部分也没有发现霜结晶P4。
基于上述的观察结果，对在边界层内使霜结晶P4生长进行了探讨。首先，作为在边界层内设置的微小物体，选定尺寸与图12中的凸部大致相同的金属网，将其设置在换热面S上。图13表示将图10 所示的金属网放置在平滑的换热面S上时对霜结晶P4生长时的观察结果。此外，观察是从换热面S表面上方进行的。观察的结果，首先，发现了如下情况：换热面S表面和金属网表面上产生了过冷却水珠 P3，在过冷却解除后，在金属网一侧，由丘状的冰产生了多个霜结晶 P4。而换热面S表面一侧没有发现霜结晶P4。另外，将金属网从换热面S上取下后，金属网上附着着的霜立刻就融化了。另外，没有发现与金属网接触的换热面S上的霜结晶P4的生长。图14表示霜结晶 P4的产生、生长结构的略图。在金属网的凸部霜结晶P4的结晶生长速度最快，过冷却解除后，换热面S表面上附着球状的冰，其尺寸为 150μm以下的微小尺寸，没有生长霜结晶P4。
接着，在图13的观察所使用的金属网与换热面S表面之间设置空间，而进行了实验。图15表示从侧面的观察结果，图 16是基于观察结果制成的略图。如这些图所示，可以确认，霜结晶 P4在金属网表面上产生、生长，而在换热面S上没有产生、生长霜结晶P4。
由以上结果可以确认本研究所提出的对霜结晶P4的产生、生长结构的控制方法的有效性。再者，由在取下金属网的时刻换热面S表面没有生长霜层这一情况，可以认为实现了防止换热面S表面的结霜。
(2-2)伴随着结霜的热移动
在边界层内设置了金属网的情况下和没有设置金属网(平滑面) 的情况下进行了实验，对实验结果进行了比较探讨。图17表示热通量和换热面S的温度的关系。此外，安装金属网的情况下，不以金属网的表面温度为换热面S的温度，而以无氧铜制导热部的表面温度为换热面S的温度。由图明确可知，哪种情况下热通量均没有显著变化，可以确认金属网对热通量的影响较小。
图18表示以霜层表面位置为基准的温度边界层BL内的温度分布。此外，以霜层表面为霜层厚度的测定位置。附着霜结晶P4的换热面S水平朝上。换热面S为横向50mm×纵向50mm的无氧铜制角柱的端面，利用环氧树脂制粘结剂在表面附加厚度为1mm的铜板，作为换热面S表面。在该铜板的里侧粘接CA热电偶(丝材100μm)，对换热面S表面温度进行了测定。霜层表面温度用热电偶进行了测定。热电偶张设于具有隔热效果的酚醛塑料制的支承部，呈弓形，通过金属制的支承棒安装在横动装置上，该横动装置能够相对于换热面 S在水平及垂直方向上移动。一边用数码显微镜对边界层内的温度进行测定，一边将霜层厚度的测定位置的湿空气部的温度设定为霜层表面温度而进行测定。用聚氨酯泡沫及硅类粘结剂使导热部的侧表面隔热，将该导热部主体设置于玻璃容器(ダンプラー)制的实验小屋内。安装了金属网的情况下霜层表面温度也为低于0℃的温度，已确认生长霜结晶P4。
上面对本发明的实施方式进行了详细说明，不过，在不脱离本发明的范围的范围内，本领域技术人员可以进行各种修正或变更。例如，本实施方式中，对通过在根据换热面的温度确定的温度边界层BL内配置平面状载体C或网状载体C来对温度边界层BL内进行除湿的情况进行了说明，但并不局限于此，只要能在温度边界层 BL内进行除湿，也可以不配置平面状载体C或网状载体C。例如，在本实施方式中，对通过在根据换热面的温度确定的温度边界层BL 内配置网状载体C、使网状载体C的表面上结霜并使霜生长后对载体 C进行更换的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以配置其他的能够结霜及发生霜生长的物理学上的物体，只要能够防止换热面上的结霜或结露即可。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的概略侧视图。
图2是表示本发明的第1实施方式中基于载体C上的结霜状况的温度分布的示意图。
图3是利用水饱和线和冰饱和线表示结霜现象及凝结现象的发生的概念上的图表。
图4是表示本发明的第1实施方式中载体C上的结霜状况的示意图。
图5A是表示本发明的第1实施方式中载体C的变形例的示意图。
图5B是表示本发明的第1实施方式中载体C的变形例的示意图。
图6A是表示本发明的第1实施方式中载体C的进一步变形例的示意图。
图6B是表示本发明的第1实施方式中载体C的进一步变形例的示意图。
图6C是表示本发明的第1实施方式中载体C的进一步变形例的示意图。
图7A是表示本发明的第1实施方式中载体C的进一步变形例的示意图。
图7B是表示本发明的第1实施方式中载体C的进一步变形例的示意图。
图8是表示本发明的第2实施方式所涉及的载体C表面的凝结现象和换热面S的概念图。
图9是本发明的实施例中金属网的平面照片。
图10是本发明的实施例中金属网的计算机3D图像。
图11是本发明的实施例中金属网的俯视图及侧视图。
图12是表示本发明的实施例中对换热面S表面实施了槽加工时的霜结晶P4的产生生长过程的图。
图13是表示本发明的实施例中将图9所示的金属网放置在换热面S上时的产生霜结晶P4时的观察结果的图。
图14是图13中霜结晶P4的产生及生长结构的略图。
图15是表示本发明的实施例中在图9所示的金属网和换热面S 之间设有间隔时产生霜结晶P4时从侧面观察的观察结果的图。
图16是图15中霜结晶P4的产生及生长结构的略图。
图17是表示本发明的实施例中在边界层内设置了金属网的情况下和不设置金属网的情况下热通量与换热面S温度之间的关系的图表。
图18是表示本发明的实施例中以霜层表面位置为基准的温度边界层BL内的温度分布的图表。
附图标记说明
HX：换热器；C：载体；o：开口；N：导热促进体； BL：温度边界层；Tc：冷却介质温度；Tin：换热器的内表面侧温度； Tout：换热器的外表面侧温度；Tair：湿空气温度；Tm：主气流温度； W：网孔宽度；L：开口宽度；t：换热器的壁厚；Y：间隔；P1：凝结液珠；P3：过冷却水珠；P4：霜。

Claims (28)

1.一种换热面保护方法，其特征在于，
包括针对与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面执行的如下步骤：
当由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，
准备导热率高于湿空气的载体，
还包括如下步骤：
通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，来对湿空气进行除湿，
由此，抑制换热面上的结露或结霜。
2.根据权利要求1所述的换热面保护方法，其特征在于，
在权利要求1所述的载体的除湿性能已劣化时，能够更换载体。
3.一种利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
包括针对与湿空气接触用于对湿空气进行冷却的换热面执行的如下步骤：
在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内，当温度边界层内的空气温度在0℃以上且在露点温度以下时，或者在0℃以下且在冰点温度以下时，
准备导热率高于湿空气的载体，
还包括如下步骤：
通过将该载体以与换热面相向的方式配置于温度边界层内，来使湿空气中的水蒸气凝结或凝华于该载体表面，来对湿空气进行除湿，
由此，抑制换热面上的结露或结霜，从而限制阻热层的形成。
4.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在0℃以上的条件下，
在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝结，并使凝结液从载体表面流下。
5.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在0℃以下且-40℃以上的条件下，
在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝华于经凝结、过冷却、过冷却解除而形成的冰表面，形成霜结晶(P4)并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
6.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在由换热面的温度及气流确定的温度边界层内的湿空气温度在-40℃以下的条件下，
在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的露点温度以下时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气经凝结、凝固而形成冰结晶并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
7.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在温度边界层内的湿空气温度在0℃以下的条件下，
在与换热面相反一侧的载体表面温度在湿空气的冰点温度以下且在露点温度以上时，在载体的表面，使湿空气中的水蒸气凝华，形成霜结晶(P4)并生长，以对湿空气进行除湿，抑制换热面上的结霜。
8.根据权利要求1所述的换热面保护方法，其特征在于，
所述载体为平面状载体，呈平面状，构成为，具有规则形状或不规则形状的截面，规定的宽度和开口交替配置，到换热面具有规定的纵深。
9.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
所述载体为平面状载体，呈平面状，构成为，具有规则形状或不规则形状的截面，规定的宽度和开口交替配置，到换热面具有规定的纵深。
10.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
平面状载体呈网孔状，具有规定的网孔开口宽度、规定的线材宽度以及厚度。
11.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
平面状载体呈网孔状，具有规定的网孔开口宽度、规定的线材宽度以及厚度。
12.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
平面状载体的尺寸为，载体的宽度为100μm以上2000μm以下，开口的宽度为100μm以上1000μm以下，从载体的靠温度边界层一侧的表面到换热面的纵深为100μm以上。
13.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
平面状载体的尺寸为，载体的宽度为100μm以上2000μm以下，开口的宽度为100μm以上1000μm以下，从载体的靠温度边界层一侧的表面到换热面的纵深为100μm以上。
14.根据权利要求1所述的换热面保护方法，其特征在于，
所述载体为立体状载体，其如下这样形成：将具有规则形状或不规则形状的截面的、规定长度的纤维叠织成无纺布状，以形成具有空隙的立体结构。
15.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
所述载体为立体状载体，其如下这样形成：将具有规则形状或不规则形状的截面的、规定长度的纤维叠织成无纺布状，以形成具有空隙的立体结构。
16.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
将所述平面状载体在换热面的气流方向上分开配置，
其位于上游侧的一部分配置于温度边界层外的主气流中，以分开配置的平面状载体的结构中仅存在开口的间隙的方式配置，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
17.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
将所述平面状载体在换热面的气流方向上分开配置，
其位于上游侧的一部分配置于温度边界层外的主气流中，以分开配置的平面状载体的结构中仅存在开口的间隙的方式配置，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
18.根据权利要求14所述的换热面保护方法，其特征在于，
使所述立体状载体厚度为，能使其一部分配置于温度边界层外的主气流中，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
19.根据权利要求15所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
使所述立体状载体厚度为，能使其一部分配置于温度边界层外的主气流中，将气流引导至边界层内的载体内，来促进换热面的导热。
20.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
通过对所述载体的表面实施疏水性处理，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能，并使水蒸气处于液态状态下也不会阻塞开口。
21.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
通过对所述载体的表面实施疏水性处理，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能，并使水蒸气处于液态状态下也不会阻塞开口。
22.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
通过使所述载体的表面具有吸附性能，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
23.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
通过使所述载体的表面具有吸附性能，来改变载体的表面特性，以提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
24.根据权利要求8所述的换热面保护方法，其特征在于，
利用高吸水性树脂纤维形成所述载体，通过提高作为载体特性的吸水性、保水性、毛细吸水性，来提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
25.根据权利要求9所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
利用高吸水性树脂纤维形成所述载体，通过提高作为载体特性的吸水性、保水性、毛细吸水性，来提高与载体的表面上的水蒸气的凝华、凝结相关的除湿性能。
26.根据权利要求3所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，包括如下步骤：将在载体的靠温度边界层一侧生长的霜连同载体一同取下，对霜进行利用，
以此对霜所具有的热量进行利用。
27.根据权利要求26所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，
载体为导热率较低的材料，将载体配置于温度边界层内的靠近边界层的位置，尽可能地使载体的表面温度为较高温度，抑制在载体表面生长的霜的生长量，以在进行换热面的显热交换的同时进行载体表面的潜热交换。
28.根据权利要求26所述的利用换热面的湿空气冷却方法，其特征在于，
在利用冰点下的换热面与湿空气之间进行换热的方法中，
载体为导热率较高的金属材料，将载体配置于温度边界层内的靠近换热面的位置，尽可能地使载体的表面温度为较低温度，增加在载体表面生长的霜的生长量，以在换热面的显热交换的同时增大载体表面的潜热交换。
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