CN1429331A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种气流热交换器，它包括一组平行间隔开的导热区域，在这些区域之间设有一组凹穴，每个凹穴包含平行的挡板(24)，这些挡板形成引导气流路径穿过在入口和出口(22，23)之间的凹穴的通道(26)的压板，这些开口在该凹穴组的侧面处布置在四条平行线中，其中两条直线分别包含与组件的交替凹穴的气流路径相关的入口和出口(22，23)，另外两条分别包含与该热交换器的组件的剩下凹穴相关的入口和出口，每个凹穴包含形成有设在穿过它的气流路径的端部处的开口的可拆卸框架(21)以及支承在该框架内的将气流路径分成通道(26)的压板的平行挡板。所有这些通道都为从中穿过的气体提供基本上相等的停留时间。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于在两条气流路径之间传递热量的热交换器，更具体地说涉及一种基本上逆流隔离的热交换器，该热交换器具有分开的主副气流回路，在这两个回路之间存在良好的传热特性。本发明尤其适于用在空气调节和通风系统中。
背景技术
气流隔离热交换器对于降低被送进封闭空间例如建筑中的室外空气源的加热或冷却的成本而言变得越来越重要。这些热交换器需要为小型和大型空间处理从50l/s到10000l/s的室外空气的气流，从而在理论上传递来自房间的不新鲜废气的显热和潜热。
供气体使用的普通形式的热交换器是平行板热交换器。该热交换器包括一叠间隔开的平行导热板，这些板在它们之间形成有气流从中穿过的凹穴。交替的凹穴相连以运载其间进行热传递的两条气流中的一条，并且剩下的凹穴运载另一条气流。气体的热容量比液体更低。这已经导致了使用薄材料的、其中的流体通道具有较大的横断面积的热交换器的发展，使用薄材料是优选的，这是因为从气体到一其沿着行进的表面的热传递比在润湿该表面的液体的情况发生得更慢。
为了延长气体在热交换器中的“停留时间”，已经提出在凹穴中设置薄的基本上平行的挡板，这些凹穴延伸过贯穿它们的气流通道的长度，并且与这些板进行良好的热接触。在美国专利No.5829513(Urch)中披露了这样一种装置。该专利披露了提供一种蜿蜒缠绕的导热膜的特征，该导热膜具有许多平行的凹穴，这些凹穴中的每一个包含模制塑料骨架插入件。该插入件包括在其中支撑了一组平行挡板的扁平框架，这些挡板限定了在设在框架中的入口和出口之间延伸的通道的压板。
虽然在美国专利No.5829513中所披露的热交换器具有许多优点，但是它也有许多缺点。首先，在该热交换器中穿过特定通道行进的气体花费了与在相同凹穴中通过相邻通道的气体不同的“停留时间”。虽然每条通道其宽度基本上相同，如在美国专利No.5829513的图3中所示一样，但是它们以U形嵌套在一起，从而外部通道比内部通道更长。这意味着进入内部通道的气体穿过该通道比气体穿过外部通道更快。该“停留时间”为气体在该通道内所花费的时间。穿过外部更长通道的气体的停留时间比穿过内部更短通道的气体的停留时间更长。在停留时间上这些差异影响了该热交换器的整体效率。在美国专利No.5829513中所披露的热交换器的另一个缺点在于，它具有高压降，因此需要相当大的风扇能量来推动气体从中穿过。
本发明提供一种用于在两条气流路径之间传递热量的改进的热交换器。
发明概述
根据第一方面，本发明涉及一种气流热交换器，它包括一组平行间隔开的导热区域，在这些区域之间设有一组凹穴，每个凹穴包含平行的挡板，这些挡板形成引导气流路径穿过在入口和出口之间的凹穴的通道的压板，这些开口在这组凹穴的侧面处布置在四条平行线中，其中两条直线分别包含与这组凹穴的交替凹穴的气流路径相关的入口和出口，另外两条分别包含与该热交换器的这组凹穴的剩下凹穴相关的入口和出口，每个凹穴包含形成有设在穿过它的气流路径的端部处的开口的可拆卸框架以及支承在该框架内的将气流路径分成通道的压板的平行挡板，其特征在于，所述通道所有都为从中穿过的气体提供基本上相等的停留时间。
在一个实施方案中，每一条所述通道具有基本上相等的长度。优选的是，所述挡板基本上形成S或Z形通道压板。优选的是，所述凹穴中一个的通道的压板是与相邻凹穴的通道的压板的镜像对称以提供交叉的对流。优选的是，每条通道的入口位于与该组凹穴的出口相对的侧面上。
在另一个实施方案中，通道的每个压板是基本上为U形的通道的嵌套。其中一条所述U形通道的长度大于向内嵌套在其上的相邻U形通道的长度。优选的是，所述U形通道中的一条的入口和出口的尺寸大于向内嵌套在其上的相邻U形通道的入口和出口的尺寸。优选的是，每条连续U形通道比向内嵌套在其上的通道具有较大的入口和出口。
优选的是，每个凹穴包含有结构相同而取向不同的框架和挡板，从而与交替凹穴相关的开口位于两条直线上，并且与剩下凹穴相关的开口位于两条不同的直线上。优选的是，使这些凹穴彼此分开的平行导热区域由蜿蜒缠绕的导热材料的间隔开的矩形或方形区域形成。
优选的是，所述导热材料选自金属薄膜和薄塑料膜。优选的是，所述导热材料是一种既可以传递显热也可以传递潜热的可透湿(Moisture permeable)材料。
优选的是在一个实施方案中，所述可透湿材料是纸张。优选的是，所述纸张具有高水强度纹理。优选的是，所述纸张是牛皮纸。优选的是所述牛皮纸每平方米重约45克。
优选的是，在另一个实施方案中，所述可透湿材料是一种细密编织的塑料材料。
优选的是，通过一种骨架结构来形成框架和挡板的组合。优选的是，所述骨架结构是塑料的。
一种利用根据上述发明的第一方面所述的气流热交换器的空气调节系统，其中进气风扇与在凹穴组的侧面处包含入口的一条管道流体相通，用来向它供应空气，并且排气扇与在凹穴组的侧面处包含入口的另一条管道流体相通，用来输送来自进行空气调节的空间的废气。
在一个布置中，所述进气扇和所述排气扇在凹穴组的相同侧面上彼此相邻。
在另一个布置中，所述进气扇和所述排气扇位于该凹穴组的相对侧面上。
一种利用根据上述发明的第一方面所述的气流热交换器的空气调节系统，其中已经进入气流热交换器的空气通过进气扇的作用离开气流热交换器并且在进入输送管道以便输送到进行空气调节的空间之前穿过蒸发器盘管。优选的是，所述蒸发器盘管选自冷却水盘管、蒸汽压缩蒸发器和热水盘管。优选的是，已经进入气流热交换器的废气通过排气扇的作用离开气流热交换器并且穿过蒸发器衬垫，在那里它通过水被冷却到几乎湿球温度。
一种利用根据上述发明的第一方面所述的气流热交换器的空气调节系统，其中将热电盘设置成与在凹穴组侧面处包含出口的管道流体相通，并且所述热电盘的第一部分与在与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的该凹穴组的侧面处包含出口的管道之一流体相通，并且所述热电盘的第二部分与在与该组件的剩余凹穴的气流路径相关的该凹穴组的侧面处具有出口的管道之一流体相通，并且控制模块设置在热电盘的所述第一和第二部分之间。优选的是，所述热电盘包括热的和冷的翅片式热交换器。
优选的是，施加在所述控制模块上的DC电压根据所述电压的极性给所述空气调节系统产生加热模式或冷却模式。
一种利用根据上述发明的第一方面所述的气流热交换器的空气调节系统，其中将水套组件设置成与在凹穴组的侧面处包含出口的管道流体相通，并且所述水套组件的第一部分包括与第一水套和第一泵连接的第一水盘管，所述第一水盘管与在与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的该凹穴组的侧面处包含出口的根管之一道相邻，并且所述水套组件的的第二部分包括与第二水套和第二泵流体连接的第二水盘管，并且所述水盘管与在与该组件的剩余凹穴的气流路径相关的凹穴组的侧面处包含出口的管道之一相邻，并且控制模块设置在所述第一和第二水套之间。
在可选的布置中，所述水套组件的所述第一和第二部分中的一个由一组与所述控制模块相邻的空气冷却翅片代替。
一种利用根据上述发明的第一方面所述的气流热交换器的贮藏室空气调节系统，其中进入所述冷藏室的新鲜空气穿过第一风扇，该风扇与其中一根管道流体相通，所述这些管道在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的入口，并且离开所述冷藏室的废气穿过第二风扇，该风扇与其中一根管道流体相通，所述这些管道在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的剩余凹穴的气流路径相关的出口。
优选的是，所述第一风扇产生的穿过它的空气量等于或稍微大于所述第二风扇，从而使在所述冷藏室内的气压保持在与外部气体基本上相同或稍微更大的水平上。优选的是，所述第一和第二风扇是叶轮风扇。
根据第二个方面，本发明涉及一种气流热交换器，它包括一组平行间隔开的导热区域，在这些区域之间设有一组凹穴，每个凹穴包含平行的挡板，这些挡板形成引导气流路径穿过在入口和出口之间的凹穴的通道的压板，这些开口在该凹穴组的侧面处布置在四条平行线中，其中两条直线分别包含与凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的入口和出口，另外两条分别包含与该热交换器的凹穴组的剩下凹穴相关的入口和出口，每个凹穴包含形成有设在穿过它的气流路径的端部处的开口的可拆卸框架以及支承在该框架内的将气流路径分成通道压板的平行挡板，其中使这些凹穴彼此分开的平行导热区域由蜿蜒缠绕的导热材料的间隔开的矩形或方形区域形成，其特征在于，所述导热材料是一种可透湿材料，该材料既可以传递显热和也可以传递潜热。
优选的是，在一个实施方案中所述可透湿材料是纸张。优选的是，所述纸张具有一种高水强度纹理。优选的是，所述纸张是牛皮纸。优选的是所述牛皮纸每平方米重约45克。
优选的是，在另一个实施方案中所述可透湿材料是一种细密编制的塑料材料。
附图的简要说明
现在将以实施例的方式参照附图对本发明进行说明，在这些附图中：
图1为可拆卸框架的第一实施方案的平面图，它具有限定了根据本发明的热交换器的通道平板的挡板；
图2为在图1中所示的热交换器的可拆卸框架的端视图；
图3为在图1中所示的可拆卸框架的I-I剖面；
图4为使用在图1中所示的可拆卸框架的部分热交换器的分解透视图；
图5显示出在图4中所示类型的装配好的热交换器，并且显示出外壳和气流方向；
图6为可拆卸框架的第二实施方案的平面图，它具有限定了根据本发明的热交换器的通道压板的挡板；
图7为在图6中所示的热交换器的可拆卸框架的端视图；
图8为在图6中所示的可拆卸框架的VI-VI剖面；
图9为使用在图6中所示的可拆卸框架的部分热交换器的分解透视图；
图10为图6的框架的放大的局部侧视图，它显示出入口的结构；
图11为两个框架的端部细节以及它们连接处所夹薄膜的示意图；
图12为一个框架的端部细节的示意图；
图13为可拆卸框架的第三实施方案的平面图，它具有限定了根据本发明的热交换器的通道压板的挡板；
图14为使用了在图11中所示的可拆卸框架的部分热交换器的分解透视图；
图15为气体构成单元的第一布置的示意性侧视图；
图16为气体构成单元的第二布置的示意性侧视图；
图17显示出以具有蒸发盘管的新鲜空气风扇盘管单元形式的空气构成单元的第三布置的示意性立视图；
图18为在图17中所示的可拆卸框架的XVII-XVII剖面；
图19显示出以具有蒸发盘管、冷却片和冷凝盘管的新鲜空气封装单元形式的空气构成单元的第四布置的示意性立视图；
图20显示出以具有热电盘的新鲜空气风扇盘管单元形式的空气构成单元的第五布置的示意性立视图；
图21显示出以具有热电盘的新鲜空气风扇盘管单元形式的空气构成单元的第六布置的示意性立视图；
图22显示出以具有热电盘和冷却片的新鲜空气封装单元形式的空气构成单元的第七布置的示意性立视图；
图23显示出以具有热电盘的新鲜空气风扇盘管单元形式的空气构成单元的第八布置的示意性立视图；
图24显示出以具有热电盘的新鲜空气风扇盘管单元形式的空气构成单元的第九布置的示意性立视图；
图25显示出在图24的空气构成单元中所使用的水套/控制模块组件的放大的分解透视图；
图26显示出在图24的空气构成单元中所使用的水套-翅片式散热片/控制模块组件的放大的透视图；
图27为用于冷冻储藏室的通风单元的第一布置的示意性侧视图；
图28为用于冷冻储藏室的通风单元的第二布置的示意性侧视图。
选实施方案的详细说明
在第一实施方案中，如在图1-15中所示的本发明是一种装在封闭外壳17内的气流热交换器组件。与在美国专利No.5829513中所披露的相似，该气流热交换器包括一组平行并间隔开的导热区域，在它们之间设有一组凹穴16，每个凹穴包含有挡板4，这些挡板限定了引导气流路径穿过入口和出口2、3之间的凹穴的通道6的压板。
每个凹穴包含如图1中所示的可拆卸框架1，该框架在气流路径的每个端部处具有入口2和出口3。框架1具有多个薄导向带(挡板)4，这些挡板一起形成多个嵌入的基本上为U形的通道6，这些通道在位于框架的上侧上的入口2和位于框架1的下侧上的出口3之间延伸。腹板5具有薄矩形横断面并且在框架1中沿边延伸和横跨以用作紊流触发件，用来提高性能并且支撑导向带4。薄腹板7沿边延伸并跨过入口2和出口3以在这些开口边缘处支撑导向带4。中间带8设置在入口2和出口3之间。立体边衬条9在三个侧面上支撑框架并且为腹板5提供支撑。
与相应通道6相关的每个入口2尺寸是变化的。最小尺寸的入口2a位于嵌套在最里面的U形通道6a上。最大尺寸的入口2b位于嵌套在最外面的U形通道6b上。入口2的尺寸对于从通道6a向外移动到通道6b的每条通道6而言是逐渐增加的。同样，最小尺寸的出口3a位于嵌套在最里面的U形通道6a上，并且最大尺寸的出口3b位于嵌套在最外面的U形通道6b上。该出口3的尺寸对于从通道6a向外移动到通道6b的每条通道6而言是逐渐增加的。如图1中所示，通过改变入口和出口2、3的尺寸，从而可以将通过每条通道的气体的压力和流量控制成大致相等并且具有相同的“停留时间”。
虽然不是必要的，但是在每条通道的转弯区域处的延伸突起11可以优选使得气体放缓慢并且使用更多的角部面积。使用半槽(或孔)来排出在框架1中冷凝的任何水。锥形部分13和14用来增加开口的区域，并且使得进入气体能够在入口2处自由进入。
图4显示出蜿蜒缠绕的薄膜15，它形成一系列平行凹穴16。该薄膜可以由薄铝膜或薄导热塑料制成。但是，更优选的是对于薄膜15采用一种可渗水的材料，例如精细编织塑料材料或具有高水强度纹理的纸，它可以传递显热和潜热。
一种合适类型的纸是每平方米重约45克的牛皮纸。该纸具有良好的传热特性，并且对于操作而言具有足够的强度。可以使用更重的牛皮纸例如每平方米重约65克，但是其传热性能并没有低重量的纸那么好。虽然可以采用每平方米的重量小于45克并且具有更好的传热特性的牛皮纸，但是该纸易碎并且在制造该热交换器期间难以工作。
或者，薄膜15可以是一种精细编织的薄聚酯材料例如由Dupont在市场上以商标TYDEK销售的材料。
如图4中所示，该热交换器由多个框架1构成，每个框架装在相应的凹穴16中。框架1的入口和出口2和3对于可选凹穴16而言转过180度以使得气体能够流到该凹穴组的两侧，在那里主气体位于具有入口2c和出口3c的一个侧面上并且副气体入口2d和出口3d在该凹穴组的相对侧面中。框架1优选由坚韧、刚硬由弹性并且不活泼的塑料模制材料制成。合适的材料是一种聚丙烯化合物。
图5所示为装配好的热交换器组件，显示出周围外壳17和空气路径。
图6-8显示出在工作中基本上是逆流的热交换器的第二实施方案。在第一实施方案中，入口和出口2、3位于框架1的相同侧上。而在这个实施方案中，入口22和出口23位于框架21的两个斜对着的相反侧面上。框架21在其中具有一组平行挡板(薄导向带)24，这些挡板形成在设在框架21中的入口和出口22、23之间延伸的通道26的压板。腹板25位于框架21的中间平面中并且支承着这些挡板24。在该实施方案中，每条通道26的长度和宽度基本上相等。其中这些通道基本上为S或Z形的这种结构确保了可以将经过每条通道的气体的压力和流量控制成大致相等并且具有相同的“停留时间”。
图9显示出第二实施方案的部分热交换器的透视和分解示意图。蜿蜒缠绕的薄膜35在结构和材料上与第一实施方案的薄膜15类似。该热交换器由多个框架21构成，每个框架装在相应的凹穴36中。该框架21插入在每个凹穴中，在那里每个相邻的框架21倒转180度，从而使得入口22位于在顶部上的一个凹穴中并且在该组件的底部上具有相邻凹穴的倒转框架21a的出口23，但是具有与图9中所示相同的侧面。
根据在图6-9中所示的第二实施方案的热交换器的优点在于，可以通过使一个热交换器的出口23的直线与相邻热交换器的入口22的直线对准等等来将许多这种热交换器串联(并排)组装在一起以形成更大的热交换器组件。这使得在主副气流回路之间的热交换效率更高。
图10显示了入口22的结构，其中两条扁平平行和间隔开的侧面条带31形成框架1的侧面的连续，从而开口22形成在它们之间。导流带30的端部与侧面条带31整体模制在一起。每条侧面条带31设有沿着其长度延伸并且装配进形成在相邻框架21的相对侧面中(参见图11和12)的凹槽33中的肋条32。薄膜35在其边缘处夹在肋条32和凹槽33之间，它们在装配图9中的热交换器组件时牢牢地将这些边缘夹住不动。
图13显示出框架41的第三实施方案，该实施方案在工作中基本上是逆流的。图8与图1中的第一实施方案非常相似。不同之处在于具有使入口和出口42和43分开的分隔条带56。该条带57可以为框架41长度的一半或者更长。框架41具有由多组薄导向带44构成的入口42和出口43，这些条带一起形成在位于上侧的入口42和位于框架41下侧上的出口43之间延伸的通道。这些腹板45其横断面为细长矩形并且沿边延伸和横穿框架41以用作气流的紊流触发件，用来提高性能并且支承导向带45。薄腹板47沿边延伸穿过开口42和43并且支承着条带44。立体边衬条49在三个侧面上支承着框架。开口42尺寸是可变的以使得能够将相同量空气抽进每条通道46中。通过改变入口42、43的尺寸，可以控制流经每条通道46的气体的压力和流量大致相等并且具有相同的“停留时间”。在每条通道46的转弯区域处的延伸突起51虽然不是必要的，但是可以优选使得气体放缓并且使用更多的拐角面积。插孔(或孔)52用来排出在框架41中冷凝的任何水。
图14显示出第三实施方案的部分气体热交换器的透视且分解的示意图。塑料框架41插进每个凹穴56中，在那里每个交替相邻的框架41转过180度以使得气体能够流到该组件的两侧。
蜿蜒缠绕的薄膜55在结构和材料上类似于第一实施方案的薄膜。
在上述实施方案中所述的热交换器适合用在交换室外空气的显热和潜热的许多空气调节或通风系统中。该热交换器可以用在将室外空气提供进现有加热和/或冷却设备的回流空气的空气调节系统中，或者只是单独地安装以将室外空气送进房间。可以将总热量空气交换器结合进风扇盘管组件，用来为10％-100％的室外气体提供来自废空气的能量传递。该潜热换热量所传递的能量大约是现有技术的显热传热换热器的三倍多。
现在利用上述热交换器的第二实施方案对许多用途进行说明。
图15显示出一种具有外壳117的空气组成单元，用来通过焓换热器100将室外空气102经由进气扇104输送到开口105，该开口通向用于向所要进行空气调节的空间输送的输送回路。热交换器100是在参照图6-9所述的热交换器的上述第二实施方案中所述那种类型。来自所要进行空气调节的废气106(不新鲜气体)通过排气扇107并且通过出口108被排放到大气中。
热交换器100设有两个相互隔离的基本上对流的气体回路109和110，在他们之间存在良好的热交换性能。挡板24引导空气流动穿过热交换器100以沿着基本上相互对流的路径前进，从而使在所要冷却或加热的空气流经的标有箭头的主回路109和废气106流经的标有箭头的副回路110之间的显热和潜热转换最大。在该布置中，新鲜空气102和废气106在热交换器100的相同侧面上抵达并且在相同侧面上在开口105和出口108处排出。
在图16中所示的可选布置中，这些气流彼此相反。性能非常相似，但是一些设备可以要求图16的布置而不是在图15中所示的布置。
图17和18显示出具有设备的外壳125的“新鲜空气风扇盘管组件”(空气调节组件)，用来通过主回路109经由蒸发器盘管129到进气扇104将室外空气102提供通向出口105。来自房间中的废气流106通过热交换器100的副回路109经由排气扇107流向开口108。该布置打算处理高达100％的室外气体以及接近平衡的100％废气气流通过热交换器。这主要在商业上需要全部新鲜空气时使用，例如吸烟酒吧、电影院或在封闭的空间中有许多人或污染的空气。盘管129可以是一种冷却水盘管、蒸汽压缩蒸发器或热水盘管，并且可以是上述的混合体。通常的气流可以在从300l/s供气和排气量到10,000l/s的范围内。由于在房间中必须具有正气压，供应空气通常比废气流多5％-10％的空气。空气流的过滤通常在气流的入口位置处进行，(在这些图中未示出)。焓换热器100交换的能量是显热交换器的大约三倍，因此使排出气流的温度和湿度下降75％。
图19显示出与在图17和18中所述类似的空气调节设备，但是还结合有一种蒸发冷却板145。该热交换器100装在壳体125中用来通过空气过滤器151将室外空气102供应进热交换器100的主回路109中。然后该空气流进蒸发器盘管129中经由进气扇104通向出口105以被输送给房间。来自房间的废气通过开口106进入热交换器100的压缩机149和副回路110，并且流向蒸发冷却板145，在那里它从蒸发器129的冷凝水被冷却到湿球温度，并且通过在盘152中的泵150被泵送穿过管道153流向冷却板145的顶部。然后该废气流与补充空气154一起进入冷凝器盘管146经由排气扇107穿过出口108通向大气。
该蒸汽压缩系统的整体效率可以通过使用蒸发冷却板145来提高，并且如果成本是一个因素的话则可以不用它来工作。该系统理想地适合用于反向循环加热或者可以使用气体加热(未示出)。与COP为2.3∶1的平均单位相比，在35℃干球和28℃湿球的氛围下并且使用热交换器100和蒸发冷却盘145成为热冷凝器盘管和具有回流室温为25℃/18℃条件下，该系统的性能将具有大于5∶1单位的性能系数(COP)。
在该情况中，焓换热器100需要大于50％的总能量来将大气冷却并且除湿到冷却该房间所需要的供应温度。
图20显示出与在图15中所示的相似的空气补充组件，但是它还结合有一种热电(半导体)加热和冷却板120。空气补充组件具有外壳117，该外壳用来通过焓换热器100经由热电盘120的第一翅片式热交换器部分113穿过进气扇104将室外空气102提供给开口105。废气106传送到热交换器100经过热电盘120的第二翅片式热交换器部分112到排气扇107并且通过出口108被排放到大气中。控制模块114将第一和第二翅片式热交换器部分112和113分开。排水沟槽115除去任意从大气中冷凝出来的水，并且通过排放口116排走。这种类型的单元适合用来通过管道输送进一个或多个房间例如房子、办公室或旅馆房间，因为它可以作成为低轮廓组件。焓换热器100提供两条相互隔离的基本上逆流的气体回路109和110，在这两条回路之间存在良好的热交换性能。气体沿着基本上彼此逆流的路径流经热交换器100，从而使在所要冷却或加热的空气流经的标有箭头的主回路109和废气1(或不新鲜空气)流经的标有箭头的副回路110之间的显热和潜热转换最大。直流(DC)电压在模块114上的施加根据电压的极性感应出加热模式或冷却模式。
图21类似于图20，除了热交换器100处于垂直位置中并且可以为任意合适的长度以允许更高的热负载和气流。设备的外壳117用来输送室外空气102穿过焓换热器100的回路109经过热电盘120穿过进气扇104通向开口105。废气106穿过热交换器100的回路100经由热电盘120的第二部分113的排气侧通向排气扇7，然后通过出口8被排放到大气中。如在图20中一样，该控制模块114将第一和第二翅片式热交换器部分112和113分开。排水沟槽115a和115b去除从大气中冷凝出的任何水。
图22与图21相同，除了在废气106进入热电盘120的第二部分113以便通过风扇107经由开口108排放到大气之前安装的蒸发冷却板145。来自热电盘120的第一部分112的冷凝水通过泵118泵送出排水沟槽115，并且通过供应管119排放到冷却板145，因此提高了该热电盘120的冷却性能。这降低了供应温度并且降低了输入电流。控制模块114将第一和第二翅片式加热器部分112和113分开。
图23类似于图20，除了进气扇104和排气扇107转动了90度以外。在外壳117中供应室外气体102穿过空气过滤器160进入回路109的焓换热器100流向热电盘120的第一翅片式热交换器部分112，并且经由进气扇104通过开口105进入房间。废气6穿过空气过滤器161进入热交换器100，并且经由回路110通过排气扇107然后通过开口108进入大气。如果不需要整个新鲜空气，则旁通开口165可以为第一和第二翅片式热交换器部分112和113提供额外的空气。
分隔板122使室内和室外气流102和106分开。该组件可以安装进墙壁开口119或打开的窗户中。
热电盘120是一种用作固态热泵的半导体电子部件。半导体材料元件串联电连接并且并联热连接。当用在热电制冷中时它也被称为“Peltier效应”。当将DC电压施加在控制模块114上时，正负P-n耦合带电载体在一个模块表面上吸收热能。热的发散和吸收在直流电流经过两个不同导体的连接处时出现。
利用在如图20-23中所示的空气补充组件中的热电盘120的优点在于，与普通的压缩机驱动系统相比，它们具有很少的移动部件，没有污染的制冷气体，启动电流低并且室外空气交换高达100％。因为DC启动电流低，所以它也可以与PV电子元件一起使用。
由于这些空气补充组件没有任何压缩机，所以噪音和振动非常低。从冷却到加热模式的变化是简单地通过使电路的极性反转来进行的。隔离的热交换器在夏天通过在冷却循环上交换冷排出空气的焓来冷却和除湿室外空气。加热模式使室外空气温暖并且将排出的水分传送回进入空气。热电盘120按需进行加热或冷却并且可以改变电流以保持令人舒适的温度。
在冷却模式中可以通过使用来自空气冷却翅片的蒸发水并且在蒸发片上泵送它或者将它喷射到半导体板的排出空气的热翅片上来提高效率。
该系统可以安装进窗户开口中或者在天花板空间中或者在地板下面。该系统理想用于旅馆房间、用于大管道区域的高层建筑或只是单个房间。对于旅馆房间而言，高度低的新鲜空气热电盘组件可以安装在浴室天花板空间上方，并且具有贴着天花板安装通向外面的小型新鲜空气管道。
分离的热交换器将外面空气的能量传送给废气。通过热电盘的第一部分112按需使新鲜供应气体冷却或加热。浴室废气106通过热交换器100通过热电盘120的第二部分113，然后排放进浴室排气系统通向大气。该组件可以尺寸较小、易于安装、安静并且具有低启动电流，该电流降低了建筑的电冲击。然后每个房间相互独立，并且单独调节用于气流和舒适。送入的新鲜空气远远超出旅馆房间的新鲜空气需求，并且也超过浴室排气体积，并且在旅馆房间的运行成本上没有任何影响。
图24显示出空气补充组件的变型。图20具有第一和第二水盘管120a和120b来代替板120，并且具有安装在控制模块114a上的水套112a和113a。具有泵176的第一水回路175使水循环到第一水盘管120a。外面供应空气102进入热交换器100并且流经水盘管120a和水套112a，然后通向进气扇104和开口105。具有泵178的第二水回路177使循环到第二水盘管120b。废气106传送经过热交换器100通过第二水盘管120b和水套113然后通向排风扇107，并且通过出口108排放到大气中。控制模块114a使第一和第二水套12a和13a分开以使得水在逆流布置中流过。这样，模块114a可以远离气流或外壳117甚至，并且通过水回路175和177分别与泵176和178连接以通过热交换器100冷却或加热两条分开的气流。图25描述了组件水套112a、113a/控制模块114a组件。
如图20-24所示的空气组成单元也可以用来冷却汽车例如轿车、公共汽车、火车和军车。
图26显示出在图21中所示的模块114a的可选实施方案，该控制模块114a可以具有安装在一个侧面上的水套112a以及安装在另一侧上的多个空气冷却翅片113b。这样，模块114b可以远离气流或外壳117设置。
在另一个布置中，本发明的热交换器也适合用于在装有食物产品例如水果、蔬菜、肉食、生面团和其它类型的需要未污染的空气来保持它们的新鲜度并且能够存放长时间的食物的新鲜空气环境。利用了本发明的这个布置将参照图27和28进行说明，并且尤其涉及从房间中除去不想要的气体，在所述房间中所存放的那些产品会释放不想要的气体。该实施方案尤其适用于但不是唯一适用于商业水果存储室。
图27显示出水果存储室301的局部示意图，并且包含一组水果箱340并且设有检修门(未示出)，通过该门可以单独地传送这些箱子进入或离开房间。大致安装在存储室天花板的中央处的是由挡板326分成空气入口管道302和空气出口管道305的开口325。开口325在存储室的里面和外面由外壳330覆盖。空气过滤屏331过滤了输入的新鲜空气。
外壳330包含了分别由虚线箭头和实线箭头所示的两条气流通道309和310。流动通道309在外壳330中从空气入口管道302延伸到新鲜空气出口305，并且气流通道310从气体抽吸口306延伸到通向大气的气体出口管道308。
外壳330包括基本上逆流的高效隔离型气体热交换器，例如在热交换器的前面所述的第二实施方案中参照6-9所述的热交换器的上述第二实施方案中所述的。该热交换器300包括两条隔开的、大横断面积的气流路径，在外壳330的上面区域中通过相应的马达驱动推动器304和307使空气通过这些路径。叶轮304产生与风扇叶轮307相同或稍微更大的穿过它的气体体积，从而在存储室301中的气压保持在与外面空气基本上相同或稍微更大的水平上。
该新鲜空气被穿过通道310并离开存储室的废气(不新鲜气体)冷却，从而冷却到其露点之下，并且接近室温。
存储室可以设有其自身的空气控制设备323，用来将其中的空气的湿度和温度保持在它们的最优数值范围内以符合所存储的具体水果。该制冷设备在必要时可以结合进外壳330。
该装置还可以设置成连续运转或者进入主制冷系统以在同时运转。
当使用该设备时，风扇叶轮304和307连续地推动空气穿过入口和出口通道309、310。因为风扇叶轮的工作特性，所以在存储室中的气压保持为稍微高于主要外侧，从而当检修门(未示出)暂时打开时，没有外部空气流进存储室。这就确保了在打开的门的情况下存储室的热损失非常小。
包含不想要的气体例如乙烯的不新鲜空气连续地通过通道310从存储室中被除去并且由在通道309中的新鲜过滤空气代替并且通过向外流动的不新鲜空气被冷却到主要在存储室中的温度。因此，由于从存储室中除去了不新鲜气体所以在存储室中不会有任何不想要的气体积累并且只有非常少的热损失。
当在存储室中的空气更换速率为250升/秒时由风扇马达所使用的能量小于200瓦，从而由已经被设计成位于存储室外面的风扇马达产生的工作热量实际上在存储室内的温度没有任何影响。
图28显示出在图27中所示的系统的可选实施方案，它设计成装配在存储室301的墙壁上。外部大气进入空气过滤器331流向输入管道302，然后在风扇304的作用下流进热交换器300。它跟随这回路309流向新鲜空气开口305。废气流在开口306处通过回路310进入热交换器300，然后经由风扇307通过出口308流向大气。
图28还可以装配在屋顶区域内，但是其缺点在于，与图27的实施方案相比伸进天花板中更多，这对于叉式升降机负载和卸载生产而言是个问题。通过使用传递显热和潜热的焓换热器，从而该设备的优点在于不需要排水管。
该组件还可以布线成连续运转或者布线进入主制冷系统以在同时运转。
当在存储室中的空气更换速率为250升/秒时由风扇马达所使用的能量小于200瓦，从而由已经被设计成位于冷室外面的风扇马达产生的工作热量实际上在存储室内的温度没有任何影响。
由于该布置不会涉及空气在房间中的再循环，所以可以避免使用清洗设备和附加的成本。因此该设备的操作只会发生少量的热损失，并且它以改进的性能和比先前使用的清洗设备更高的整体效率操作。
虽然已经结合水果存储室对本发明在该实施方案中的使用进行了具体说明，但是本发明同样可以用在任意想要在封闭的空间中保持空气条件同时实现在投资和运行成本上节约的情况中。这些封闭的空间可以包括例如存储室或用于鱼或肉类的隔室，它们都需要保持特定湿度和稳定的低温以便减小所存储农产品的干燥或腐烂的可能性。由于不需要排水管，所以该设备也可以理想地适用于对用来输送农产品或食物产品的输送容器进行通风。该组件还可以用在用来在冷存储隔室中输送食物的汽车中。
在另一个实施方案中，本发明包括在US5829513中所述的热交换器，但是利用了用于导热材料薄膜的可透湿材料。和前面所述的实施方案一样，可透湿材料可以是细密的编织塑料材料或具有高水强度纹理的纸张，它既可以传递显热也可以传递潜热。一种合适的纸张是每平方米重约45克的牛皮纸，这在前面已经进行了说明。
虽然已经参照了特定实施例对本发明进行了说明，但是那些本领域普通技术人员可以理解的是本发明可以以许多其它形式来实施。

Claims (43)

1.一种气流热交换器，它包括一组平行并间隔开的导热区域，在这些区域之间设有一组凹穴，每个凹穴包含平行的挡板，这些挡板形成引导气流路径穿过在入口和出口之间的凹穴的通道的压板，这些开口在该凹穴组的侧面处布置在四条平行线中，其中两条直线分别包含与组件的交替凹穴的气流路径相关的入口和出口，另外两条分别包含与该热交换器的凹穴组的剩下凹穴相关的入口和出口，每个凹穴包含有可拆卸框架，该框架具有设在穿过它的气流路径的端部处的开口，以及支承在该框架内的将气流路径分成通道压板的平行挡板，其特征在于，所有所述通道都为从中穿过的气体提供基本上相等的停留时间。
2.一种如权利要求1所述的气流热交换器，其特征在于，其中每个所述通道具有基本上相等的长度。
3.一种如权利要求1或2所述的气流热交换器，其特征在于，所述挡板限定了基本上S或Z形的通道的压板。
4.一种如权利要求1-3中所述的气流热交换器，其特征在于，所述凹穴中一个的通道的压板是与邻凹穴的通道的压板的镜像对称以提供交叉的逆流。
5.一种如权利要求1-4中所述的气流热交换器，其特征在于，每个通道的入口位于该凹穴组的出口的相对侧面上。
6.一种如权利要求1所述的气流热交换器，其特征在于，通道的每个压板是基本上为U形的通道的嵌套。
7.一种如权利要求6所述的气流热交换器，其特征在于，一个所述U形通道的长度大于向内嵌套在其上的相邻U形通道的长度。
8.一种如权利要求6或7所述的气流热交换器，其特征在于，一个所述U形通道中的入口和出口的尺寸大于向内嵌套在其上的相邻U形通道的入口和出口的尺寸。
9.一种如权利要求7所述的气流热交换器，其特征在于，每个连续U形通道比向内嵌套在其上的通道具有较大的入口和出口。
10.一种如权利要求1所述的气流热交换器，其特征在于，每个凹穴包含有相同结构而取向不同的框架和挡板，从而与交替凹穴相关的开口位于两条直线上，并且与剩下凹穴相关的开口位于两条不同的直线上。
11.一种如权利要求1所述的气流热交换器，其特征在于，使这些凹穴彼此分开的平行导热区域由蜿蜒缠绕的导热材料的间隔开的矩形或方形区域形成。
12.一种如权利要求11所述的气流热交换器，其特征在于，所述导热材料选自金属薄膜和薄塑料膜。
13.一种如权利要求11所述的气流热交换器，其特征在于，所述导热材料是一种既可以传递显热也可以传递潜热的可透湿材料。
14.一种如权利要求13所述的气流热交换器，其特征在于，所述可透湿材料是纸张。
15.一种如权利要求14所述的气流热交换器，其特征在于，所述纸张具有高的水强度纹理。
16.一种如权利要求15所述的气流热交换器，其特征在于，所述纸张是牛皮纸。
17.一种如权利要求16所述的气流热交换器，其特征在于，所述牛皮纸每平方米重约45克。
18.一种如权利要求16所述的气流热交换器，其特征在于，所述可透湿材料是一种细密编织的塑料材料。
19.一种如权利要求1所述的气流热交换器，其特征在于，通过骨架结构来形成框架和挡板的组合。
20.一种如权利要求19所述的气流热交换器，其特征在于，所述骨架结构是塑料的。
21.一种利用如权利要求1所述的气流热交换器的空气调节系统，其中空气供应风扇与在凹穴组的侧面处包含入口的一条管道流体相通，用来向它供应空气，并且排气扇与在凹穴组的侧面处包含入口的另一条管道流体相通，用来从进行空气调节的空间中输出废气。
22.一种如权利要求21所述的空气调节系统，其特征在于，所述进气扇和所述排气扇在凹穴组的相同侧面上彼此相邻。
23.一种如权利要求21所述的空气调节系统，其特征在于，所述进气扇和所述排气扇位于该凹穴组的相对侧面上。
24.一种如权利要求21所述的空气调节系统，其特征在于，已经进入气流热交换器的空气通过进气扇的作用离开气流热交换器并且在进入输送管道以便输送到进行空气调节的空间之前穿过蒸发器盘管。
25.一种如权利要求24所述的空气调节系统，其特征在于，所述蒸发器盘管选自冷却水盘管、蒸汽压缩蒸发器和热水盘管。
26.一种如权利要求24或25所述的空气调节系统，其特征在于，已经进入气流热交换器的废气通过排气扇的作用离开气流热交换器并且穿过蒸发器衬垫，在那里它通过水被冷却到几乎湿球温度。
27.一种如权利要求21所述的空气调节系统，其特征在于，热电盘被设置成与在组件侧面处包含出口的管道流体相通，并且所述热电盘的第一部分与在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的出口的管道流体之一相通，并且所述热电盘的第二部分与在该凹穴组的侧面处具有与该凹穴组的剩余凹穴的气流路径相关的出口的管道流体之一相通，并且控制模块设置在热电盘的所述第一和第二部分之间。
28.一种如权利要求27所述的空气调节系统，其特征在于，所述热电盘包括热的和冷的翅片式热交换器。
29.一种如权利要求27或28所述的空气调节系统，其特征在于，施加在所述控制模块上的DC电压根据所述电压的极性给所述空气调节系统产生加热模式或冷却模式。
30.一种如权利要求21所述的空气调节系统，其特征在于，将水套组件设置成与在凹穴组的侧面处包含出口的管道流体相通，并且所述水套组件的第一部分包括与第一水套和第一泵连接的第一水盘管，所述第一水盘管与在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的出口的管道之一相邻，并且所述水套组件的的第二部分包括与第二水套和第二泵流体连接的第二水盘管，并且所述水盘管与在凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的剩余凹穴的气流路径相关的出口的管道之一相邻，并且控制模块设置在所述第一和第二水套之间。
31.一种如权利要求30所述的空气调节系统，其特征在于，所述水套组件的所述第一和第二部分中的一个由一组与所述控制模块相邻的空气冷却翅片代替。
32.一种利用如权利要求1所述的气流热交换器用于冷藏室的存储通风系统，其中进入所述冷藏室的新鲜空气穿过第一风扇，该风扇与其中一根管道流体相通，所述这些管道在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的入口，并且离开所述冷藏室的废气穿过第二风扇，该风扇与其中一根管道流体相通，所述这些管道在该凹穴组的侧面处包含与该凹穴组的剩余凹穴的气流路径相关的出口。
33.一种如权利要求32所述的用于冷藏室的存储通风系统，其特征在于，所述第一风扇产生的穿过它的空气量等于或稍微大于所述第二风扇，从而使在所述冷藏室内的气压保持在与外部气体基本上相同或稍微更大的水平上。
34.一种如权利要求32或33所述的用于冷藏室的存储通风系统，其特征在于，所述第一和第二风扇是叶轮风扇。
35.一种气流热交换器，它包括一组平行、间隔开的导热区域，在这些区域之间设有一组凹穴，每个凹穴包含平行的挡板，这些挡板形成引导气流路径穿过在入口和出口之间的凹穴的通道的压板，这些开口在该凹穴组的侧面处布置在四条平行线中，其中两条直线分别包含与凹穴组的交替凹穴的气流路径相关的入口和出口，另外两条分别包含与该热交换器的凹穴组的剩下凹穴相关的入口和出口，每个凹穴包含形成有设在穿过它的气流路径的端部处的开口的可拆卸框架以及支承在该框架内的将气流路径分成通道压板的平行挡板，其中使这些凹穴彼此分开的平行导热区域由蜿蜒缠绕的导热材料的间隔开的矩形或方形区域形成，其特征在于，所述导热材料是一种可透湿材料，该材料既可以传递显热和也可以传递潜热。
36.一种如权利要求35所述的气流热交换器，其特征在于，所述可透湿材料是纸张。
37.一种如权利要求36所述的气流热交换器，其特征在于，所述纸张具有一种高的水强度纹理。
38.一种如权利要求37所述的气流热交换器，其特征在于，所述纸张是牛皮纸。
39.一种如权利要求38所述的气流热交换器，其特征在于，所述牛皮纸每平方米重约45克。
40.一种如权利要求35所述的气流热交换器，其特征在于，所述可透湿材料是一种细密编制的塑料材料。
41.一种如权利要求35-40所述的气流热交换器，其特征在于，所述气流热交换器是在权利要求1所述的那种类型。
42.一种如权利要求41所述的气流热交换器，其特征在于，通过一种骨架结构来形成框架和挡板的组合。
43.一种如权利要求42所述的气流热交换器，其特征在于，所述骨架结构是塑料的。
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