TWI421462B

TWI421462B - 高效率熱交換器及除濕機

Info

Publication number: TWI421462B
Application number: TW096142400A
Authority: TW
Inventors: Heeswijk Frederik Simon Van; Johannes Antonius Maria Reinders; Paul Magnus Clarkson; Andreas J L Nijsen
Original assignee: Oxycell Holding Bv
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2014-01-01
Also published as: ES2597811T3; WO2008055981A1; EP2087305A1; KR20090089386A; JP5602429B2; GB0622355D0; AU2007316573A1; MX2009005025A; AU2007316573B2; CN101636630B; CA2674199C; US20110120685A1; EP2087305B1; TW200837325A; BRPI0718686A2; US9689626B2; JP2010509559A; IL198669A0; RU2009121833A; BRPI0718686B1

Description

高效率熱交換器及除濕機

本發明係關於可在最小熱差條件下在一次空氣流或產物空氣流與二次空氣流或工作空氣流之間交換熱的類型之高效率熱交換裝置。該等裝置可出於家用目的而操作以提供與通風結合之熱回收，且亦可用於蒸發冷卻裝置中。本發明亦係關於與一冷卻裝置結合使用該高效率熱交換器以便使空氣除濕。

為一形式或另一形式之熱交換裝置存在於實際上每一裝置及製程中。作用之效能不變地涉及以熱之形式的能量之釋放。若不需要，則將經常經由具備(例如)冷卻翼片之適當之導熱表面而將熱釋放至環境。若熱量係過量的或若其可用於有用目的，則可提供一特定熱交換器以將熱傳送離開(例如)至另一系統。熱交換可在不同介質之間發生：氣體介質、液體介質及固體介質可根據所需要之效能而以所有組合界面接合。本發明係關於空氣對空氣型之熱交換器。儘管如此，實情為：藉由經由固體介質之傳導而將熱自一空氣流轉移至另一空氣流。

空氣對空氣熱交換器最常形成為膜或板型熱交換器。由導熱板或導熱膜使一次通道與二次通道分離。一次空氣流及二次空氣流流過各別通道且經由傳導壁將熱自一流傳輸至另一流。為獲得最適效率，空氣流將經配置而以逆向流動大體彼此相反地流動。在某些情況下，實踐性規定流動應以交叉流動發生，藉此一流體與另一流體垂直地流動。大體而言，導熱膜將由具有良好熱傳導性質之材料形成。因此可偏愛金屬，詳言之，鋼及鋁。然而，在某些情況下，在最小化材料之厚度的條件下，可使用具有較低熱導率之材料。由於經由膜轉移之熱量與其上之溫度梯度成比例，故減小膜之厚度可快速地抵消熱導率之減小。

在某些膜及板熱交換器設計的情況下可能出現之問題為在流動方向上沿熱交換器之非吾人所樂見之熱傳導的存在。此問題在經設計以在低溫度梯度上操作之高效率熱交換器中係顯著的。對於逆向流動配置而言，在流動方向上經由熱交換器之熱傳導導致入口與出口之間的熱差之減小。出於此原因，對於加熱及通風系統中之熱回收裝置而言，常偏愛使用塑膠材料。

先前已提議在一熱交換器中以板自身在其平面內將熱自第一流轉移至第二流的方式安裝板。由鄰近板之間的分離器而非由板自身提供第一通道與第二通道之分離。由於分離器不再具有熱傳輸功能，故其可由絕緣材料製造，因此減小在縱向流動方向上之熱流動的橫截面。一為此類型之裝置已展示於JP58035387 A中。儘管如此，可能歸因於增加之製造複雜性及僅有限之效率改良而尚未普遍採用此操作原理。已試圖改良熱交換效率之另一裝置展示於US 5832992中。根據彼公開案，複數個導線配置於氈片中，空氣可流過其。該等導線相對緊密地聚集在一起，具有1.5至2.5倍導線直徑之間距。

與熱交換緊密相關之另一領域為增濕(除濕)領域。在加熱、冷卻、通風及空氣調節工業中，熱交換及除濕或增濕密不可分。增濕一般較簡單，因為熵之增加有助於該過程。然而，除濕需要能量且對設計者而言為相當大之負擔。習知除濕機利用使用(例如)矽膠或其類似物之乾燥劑轉輪(desiccant wheel)。乾燥劑自通過其之空氣流吸收濕氣。藉由吸收蒸氣，釋放大量能量，使空氣流或乾燥劑轉輪被加熱。在冷卻系統中，此吸收熱降低冷卻之有效性。亦須週期性地藉由蒸發掉已吸收的濕氣而再生該乾燥劑。此步驟亦需要對應於液體之蒸發之潛熱的大量能量。自US 5542968可知此類型之乾燥劑轉輪。

對於具有高濕度之空氣而言，亦已提出除濕之替代方式。藉由使空氣冷卻至低於其露點，將發生蒸氣之冷凝。儘管空氣將保持接近100%的相對濕度水準，但其絕對濕度將降低。在隨後將空氣(缺乏水時)增溫至其原始溫度後，相對濕度將下降而絕對濕度將保持恆定。該方法理論上相對有效率，但實務上需要高效率熱回收元件以便達成所要結果。出於此原因，該原理尚未廣泛用於冷卻及通風系統中之除濕。一為此類型之裝置已描述於EP0861403 A中。

根據本發明，提供一種熱交換器，其包含：一對大體平坦、導熱板，其以間隔、大體平行之關係配置；間隔元件，其使該等板彼此分離且界定板之間的分別用於在一第一方向及一第二方向上之流動的第一流動通道及第二流動通道；其中至少該第一通道中之板被分割成翼片，該等翼片在該第一方向上彼此分離且與第一方向垂直地自板偏移至複數個偏移位置。

在一較佳實施例中，該熱交換器包含一在至少該第二通道中之翼片上的持水(water retaining)表面及一用於潤濕第二通道中之翼片的水源。以此方式，熱交換器可用於間接蒸發冷卻。

最佳地，該持水表面僅設於翼片之一表面上。

持水表面可為(例如)塗佈或黏著至翼片上之獨立層或可作為對翼片之表面處理而形成以改良其親水性。

可藉由蝕刻或類似製程來達成作為翼片表面之部分的持水元件(諸如粗糙化之表面)。

過去已發現具膠結性之材料(諸如波特蘭水泥(Portland cement))用作持水層是非常適宜的。或者，可使用纖維材料。已發現，持水層不應藉由使板與二次流絕緣而阻塞自板之熱轉移係極重要的。

在一較佳實施例中，一可撓性持水表面設於翼片上。藉由提供一可撓性持水表面，可在成形之前賦予翼片諸如液體保持表面之空間分布的所要性質。翼片可接著便利地形成為所要形狀。

在一所欲之實施例中，持水層具有一開放結構，使得在使用中，熱交換介質可經由持水層之該開放結構而直接接觸翼片表面。以此手段，增強了熱交換器將熱力熱(thermal heat)與潛熱轉移至在其上流動之流體介質的能力。開放結構可包含形成持水層之纖維狀材料之纖維之間的空間。該纖維狀材料可為具有一開放結構之編織或非編織層。

纖維狀材料可藉由黏著劑或其他類似方法而附著至翼片。較佳地，黏著劑及纖維狀材料應係如此的以致不會在將翼片形成為所要形狀時發生分層。在使用黏著劑的情況下，可選擇黏著劑以增強翼片或持水層之性質。因此，可選擇黏著劑以具有持水性質或導熱性質或兩者，且因此其可被認為形成此等層中之任一者之一部分。

對於間接蒸發冷卻器而言，僅在第二流動通道中之翼片上提供持水表面可係有利的。在第一通道中設有持水層可能由於熱絕緣性質而導致在第一通道中自空氣流至翼片的減小之熱轉移係數。在某些市場上，在間接蒸發冷卻器之第一通道中設有持水表面亦可能被法律禁止。

本發明之一特別較佳之實施例具有一包含已印刷、噴塗或轉移至翼片上之材料的持水表面。此經印刷之材料可為親水性的以便保持水或可提供為一藉由表面張力或毛細作用而用以保持水之圖案。該圖案可(例如)包含隔離材料區域，該等隔離區域以一允許水分保持同時使下層翼片之部分對空氣流開放的距離而間隔。代替隔離材料區域或除隔離材料區域之外，亦可設有提供所要水分保持之互連區域。

一將材料印刷至翼片表面上之較佳方法為噴墨印刷。

該噴墨印刷方法之一特定優點為可將其非常準確地置放至翼片上或置放至一隨後形成為翼片之板上。此允許僅在第二通道中而非第一通道中提供持水表面；其亦允許持水表面之圖案化分布。

在間接蒸發冷卻中，蒸發之潛熱產生冷卻效應。為了確保在間接蒸發冷卻器之濕通道中發生之此冷卻效應高效地轉移至乾通道，應儘可能地在翼片表面處發生水分吸收(water uptake)。此確保散熱區與該乾通道緊密熱接觸。

提供自板之平面至複數個位置之翼片偏移在間接蒸發冷卻之狀況下係特別有利的。如以下將更詳細地論述，咸信，在複數個偏移位置中設有翼片減少了在翼片上流動之空氣流內的層流邊界流動。藉由減少層流邊界流動，達成在翼片表面處之更佳水分吸收且此又導致更有效率之間接蒸發冷卻。

根據本發明之一較佳實施例，翼片在第一方向上順序地配置在重複的群中，每一重複群之翼片與第一方向垂直地彼此偏移。較佳地，每一重複群之翼片自彼此偏移至至少五個偏移位置中的一者。在本文中，可注意，翼片相對於彼此之五個偏移位置可對應於相對於板之四個位置，因為一個翼片可與板之平面重合。藉由以重複的群形成翼片，亦較易於以自動化程序由適當之導熱材料板製造翼片。

在本發明之一較佳實施例中，一通道中之翼片係各自從該板分割，且經形成以使得其具有相同絕對長度。一翼片之絕對長度被量測為在該翼片連接至板之點之間的沿翼片之輪廓之距離。翼片之絕對長度(L)在圖9中說明為與成形翼片中的一者平行延伸之虛線。

藉由以相同絕對長度形成翼片中之每一者，可避免由於在板中形成翼片所導致的板之變形。

根據另一實施例，可因此提供複數個導熱板且將其以間隔、大體平行之關係配置於彼此上，且界定一次流動通道及二次流動通道之間隔元件在每一鄰近對板之間。以該方式，可產生一堆疊熱交換器，其提供每單位體積之高熱交換容量。

最佳地，間隔元件包含熱絕緣材料。此可用來減少流動方向上之寄生熱傳導。然而，完全有可能亦使用傳導間隔件來增加自第一通道至第二通道之熱轉移。在彼狀況下，熱障壁可能係減少縱向熱傳導所需的。

根據本發明之一替代實施例，提供一種熱交換器，其包含：一第一流動通道，其用於在一第一方向上之流動；一第二流動通道，其用於在一第二方向上之流動；一間隔元件，其使該第一流動通道與該第二流動通道分離；及複數個導熱翼片，其延伸穿過該間隔元件且延伸至第一流動通道與第二流動通道中，至少第一通道中之翼片具有一弦長且配置於重複的群中，藉此每一重複群之翼片在該第一方向上相對於彼此交錯且在一與第一方向垂直之方向上彼此偏移且藉此在第一方向上鄰近群中之對應翼片之間距對應於至少三倍該弦長。

藉由提供在流動方向上彼此間隔且在與流動正交之方向上彼此偏移之複數個翼片，可達成熱交換器之更大熱轉移係數。亦可達成自潤濕翼片表面之更大水分吸收速率。

儘管不希望被理論束縛，但咸信，流動重複地被每一翼片中斷且翼片在流動方向上之有限長度減少邊界層之形成。根據此理論，翼片配置成一矩陣，每一翼片在此矩陣內具有一謹慎選擇之位置。顧及以下考慮事項來選擇每一翼片在矩陣內之位置。

咸信，隨著介質(例如，氣體)流通過翼片，在翼片之表面處在流內逐漸產生一邊界層，此產生已知為層流之現象。此邊界層充當減少介質之主體與翼片之間的熱轉移之絕緣層。結果為熱轉移隨著介質沿翼片之長度流動而減少。在間接蒸發冷卻器之狀況下，咸信此邊界層在翼片表面之上產生一高濕度空氣層。此層由於其高濕度而具有減小之吸收水之能力。其亦防止來自空氣流之主體的較不潮濕之空氣到達翼片表面進行水分吸收。該邊界層之存在因此係不利的，因為其減少熱交換器中之熱轉移且減少間接蒸發冷卻器中之水分吸收。

為減少熱交換器中歸因於在翼片表面處邊界層之產生的層流之形成，翼片在流動方向上之長度受到限制。以此方式，在邊界層形成於翼片表面處之前或一旦邊界層形成於翼片表面處，介質便流動超過翼片。一旦介質流動超過了翼片，層流便逐漸回復至擾流。考慮到此，將在流動方向上成一直線之翼片合適地間隔，以使得到介質到達下游翼片之前部邊緣時，由上游翼片產生之層流已充分回復至擾流以使得良好熱轉移可再次發生。同樣地，此下游翼片在流動方向上的長度受限且與另一下游翼片充分間隔，以使得在介質到達下一下游翼片之前重新建立擾流。以此方式，充分避免層狀、絕緣流且獲得介質與翼片之間的良好熱轉移；及/或達成自翼片表面之良好水分吸收。

為一翼片之前部邊緣與流動方向上之一緊接著之翼片之前部邊緣之間的距離之較佳間距為至少三個弦，更佳地其為至少五個弦。弦長(c)為如在流動方向上取得(參見圖1及圖6)的一翼片之前邊緣與後邊緣之間的長度。

除以上考慮事項之外，在與流動方向垂直之方向上鄰近的翼片應充分間隔以避免此等鄰近翼片之邊界層之間的過量干擾。

使用此等考慮事項，可提供一翼片矩陣，其包含在流動方向上充分間隔以避免層流之翼片行及在與流動方向垂直之方向上充分間隔以避免過量邊界層干擾的翼片列。

為達成更大熱交換效率，提供大量翼片及因此提供用於熱交換之大表面面積係有利的。然而，此應在不危害前述考慮事項的情況下進行。

在一較佳實施例中，每一重複群包含n個翼片且在第一方向上鄰近群中之對應翼片之間距對應於n倍弦長。每一重複群之翼片較佳自彼此偏移至n個偏移位置中之一者。更佳地，n至少為5，且每一翼片與下一鄰近翼片間隔至少兩個偏移位置。

用於形成導熱板及翼片之材料應為良好導體。金屬因此係較佳的，尤其較佳為鋁，因為其較輕且易於形成為所要形狀。

對於大多數目的，裝置經配置以使得第一通道及第二通道以逆向流動來操作係較佳的。儘管如此，亦可使用交叉流動操作，詳言之，藉由進行配置使得通道中之一者中的翼片大體與另一通道中之翼片垂直地定向。

根據本發明之一重要態樣，熱交換器形成一間接蒸發冷卻器之核心。對於此目的，提供在至少二次通道中之翼片上的持水表面及用於潤濕二次通道中之翼片的水源。在二次通道中流動之空氣可自該持水表面吸收濕氣。用於濕氣之蒸發的潛熱用來藉由沿板之熱傳導而冷卻在一次通道中流動之空氣。較佳地，冷卻器為露點冷卻型，藉此已(例如)藉由分支掉一次流之一部分而使二次流預冷卻。歸因於根據本發明之熱交換器之增加之效率，可以顯著更緊密之構造達成更低溫度。

根據本發明之又一態樣，提供一種除濕機，其包含與一冷卻元件結合之上述熱交換器。該除濕機經配置以使一空氣流穿過熱交換器之一次通道至該冷卻元件且使已冷卻空氣自冷卻元件經由二次通道返回。形成於熱交換器中及冷卻器處之冷凝水可被收集且經由合適之排水管而引導走。歸因於熱交換器之增加之效率，除濕機之總效率顯著改良。冷卻元件可為習知空氣調節單元或可替代地包含一水冷式裝置。

為了用作為一除濕機或蒸發冷卻器，亦可設有一用於容納熱交換器之外殼、連接至一次通道之入口管、自一次通道及二次通道連接之出口管、一用於使空氣穿過一次通道及二次通道循環之空氣循環裝置、一供水或排水系統及一用於控制裝置之操作的控制器。該裝置可接著作為單獨單元操作或可整合至一更大加熱及通風系統中。另外，溫度感測器、壓力感測器、濕度感測器及其他該等感測器可設於該外殼內以監視操作且(若必要)提供反饋至該控制器。

本發明亦關於一種製造一熱交換器之方法，其包含：提供一大體平坦之導熱板；將該板形成為彼此接合且自板之平面偏移至複數個偏移位置的複數個狹長翼片；將狹長的間隔材料條帶應用至板以將其分割成一次流動區域及二次流動區域；將一第二成形板應用至間隔材料上；交替地應用條帶及成形板以形成複數個第一流動通道及第二流動通道。

在本發明之一較佳實施例中，將間隔材料提供作為一框架。該框架包含複數個實質上平行之間隔元件，其彼此間隔且在其外端處附著至至少一支撐粱。該支撐粱用以將間隔元件固持以具有正確關係，以使得可易於使其到達板之在一次流動區域與二次流動區域中間的部分。較佳地，支撐粱僅用作臨時支架且在已緊固間隔元件之後(例如)藉由切割或折斷而移除。

藉由使用框架，提供一較佳方法，其包含下列步驟：提供一第一成形板；將一第一間隔元件框架應用至該成形板；將一第二成形板應用至該第一間隔元件框架；及將一第二間隔元件框架應用至該第二成形板。繼續此等步驟直至堆疊所要數目之板為止。以此方式可建構夾層板及間隔元件之一堆疊。

較佳提供黏著劑以將間隔元件黏著至板。此黏著劑較佳為熱活化及/或壓力活化黏著劑。其可被便利地提供作為間隔元件上之一塗層。

可在每一框架布設步驟之後活化黏著劑。然而，一較佳製造方法包含產生夾層板及間隔元件之一堆疊及接著將熱及/或壓力施加至該堆疊以便活化黏著劑。以此方式，對於多個板僅需進行一次黏著步驟。

一活化熱黏著劑之較佳方法為使熱空氣穿過堆疊。

較佳在堆疊之黏著之後自間隔件元件框架移除支撐粱。

在一替代實施例(其可結合間隔元件框架使用或替代間隔元件框架使用)中，實質上平行之板形成為一連續薄片。藉由以六角手風琴(concertina)狀方式摺疊該連續薄片來使其形成為實質上平行之板之一堆疊。以此方式，可由單一材料薄片形成實質上平行之板之一堆疊。可因此獲得一更簡單製造過程。

在該製程中，將第一組間隔元件應用至一形成為一薄片之部分的第一板；該薄片接著自己摺疊回來以將該等間隔元件夾入該第一板與薄片之一第二板部分之間；將第二組間隔元件應用至該第二板部分；且重複先前步驟以產生板之一堆疊。

本發明進一步關於一種製造一熱交換器之方法，其包含(不以特定次序)下列步驟：提供複數個狹長導熱材料條帶；形成一使該熱交換器中的一第一流動通道與一第二通道分離之間隔元件；及將該等狹長導熱材料條帶併入該間隔元件中以使得每一狹長條帶形成一延伸穿過間隔元件且延伸至該第一流動通道與該第二流動通道中之導熱翼片。

導熱材料條帶可以若干替代方式，諸如藉由撕裂、切割或衝壓導熱材料板或藉由擠壓合適之導熱材料而形成。

本發明之另一態樣關於一種製造一蒸發冷卻器之方法，其包含下列之步驟(不以特定次序)：提供複數個導熱翼片，每一翼片之至少一部分具有一持水表面；將該等翼片併入一使一第一流動通道與一第二流動通道分離之間隔元件中，使得每一翼片延伸穿過該間隔元件且延伸至該第一流動通道與該第二流動通道中，該持水表面存在於至少第二流動通道中。

在參看若干例示性實施例之以下圖式後將瞭解本發明之特徵及優點。

圖1展示用於本發明之熱交換器中之熱交換元件1的立體圖。熱交換元件1包含一由大約70微米厚之冷退火鋁薄片形成的大體平坦之板10。板10包含沿板10在第一方向X上大體以直線延伸之分離器區域12。亦將板10分割成一系列狹長翼片14。翼片14大體在與方向X垂直之方向Y上延伸且每一翼片14以一狹縫16而與其相鄰翼片分離。翼片14因此呈在其末端處附著至分離器區域12之橋的形式。翼片14配置在若干群18中。一群18中之每一翼片14A、14B、14C、14D、14E以不同量在方向Z上自板10之平面偏移。翼片14A及14D向上偏移而翼片14B及14E向下偏移。翼片14C位於板10之平面中。沿板10重複群18。每一翼片具有弦長c，其被取為在流動方向上翼片之前邊緣與後邊緣之間的長度。

圖2展示由如圖1中所述之若干板10形成的本發明之熱交換器20之部分之立體圖。根據圖2，呈堆疊關係地配置板10，同時間隔件22位於鄰近板10之間分離器區域12中。間隔件22包含既用來間隔板10又用來將其結合在一起之熱塑性黏著劑。如自圖2可注意到，翼片14具有連接至分離器區域12之斜坡部分24。斜坡部分24輔助定位間隔件22且將其限於沿分離器區域12延伸。如自圖2亦可看出，間隔件22將熱交換器20分割成一次流動通道26及二次流動通道28。

圖3展示圖2之熱交換器20之前視圖。如自圖3可看出，間隔件22有效地形成一使一次通道26與二次通道28分離之膜。亦自圖3，可看出翼片14A、14B、14C、14D、14E之偏移關係。

圖10展示一替代熱交換器20之前視圖。提供於圖10中之間隔件22具有六角形橫截面。類似於圖2之間隔件22的此六角形橫截面鄰接翼片14之斜坡部分24，該等部分形成一協作底座，間隔件22配合於該協作底座中。以此方式，達成間隔元件22之緊固及準確定位。熟習此項技術者將清楚，其他橫截面可用於間隔件22。

圖9亦展示圖1至圖3中所示之翼片結構的一替代翼片結構。如可看出，形成圖9中之翼片以使得每一者與通道中之其他翼片具有相同絕對長度(L)。將一翼片之絕對長度量測為該翼片連接至板之點之間的沿翼片之輪廓之距離，且其由圖9中標記為L之虛線說明。

當在一板中形成翼片時，可能發生該板之不利扭曲，在藉由衝壓自板形成翼片時尤其如此。藉由確保翼片全部經形成而具有相同絕對長度，可避免此等扭曲。

可藉由將一大體平坦之導熱板形成為彼此接合且自板之平面偏移至複數個偏移位置之複數個狹長翼片的方法來形成圖2、圖3及圖10之熱交換器構造。可藉由首先切割板以形成同一平面中之一系列接合條帶且接著其次將翼片衝壓、彎曲、拉伸或類似地形成為所要形狀以給出翼片14之所要偏移位置來形成翼片。

一旦已形成板，便將間隔件22置放於分離器區域12中。此處，其暫時由斜坡部分24固持。接著將一第二成形板添加至間隔件22，使其分離器部分12停置於間隔件之頂部上。接著重複此等步驟以建構如圖2、圖3及圖10中所示之夾層間隔件及板之一堆疊。

可便利地將間隔件22提供作為一射出成形之框架，其包含複數個平行間隔件，該等平行間隔件在其末端處由一支撐粱接合且經間隔以對應於板之分離器區域12。此有利地意謂：可將間隔件大批地布設於板上。

間隔件22具備一熱活化黏著劑之外表面。一旦已建構堆疊，便將熱空氣吹過堆疊且施加壓力以將間隔件22朝向彼此推動。以此方式，活化黏著劑且將堆疊黏著在一起。

在已黏著堆疊之後，移除存在於框架上之支撐粱。

在圖10中，設有一最終層15，其密封通道26、28以形成用於翼片14上之空氣流的通路。

圖4展示說明可如何將圖2之熱交換器20建置成一露點冷卻器52的立體圖。此處描繪圖4之露點冷卻器以說明建構露點冷卻器之基本原理且並不限於本發明。所說明之翼片14為可用於露點冷卻器中之一類型之翼片。然而，較佳地，以一依據以上展示之原理而確定的方式(圖4中未示)配置翼片14，亦即，翼片應適當地間隔以避免層流及邊界層干擾。為簡單起見，僅展示三十二個短通道，應理解的是：實際上，板10可顯著地進一步在所有方向上延伸，藉此通道26、28之長度與數目將更大。

根據圖4，二次通道28中之板10具備一液體保持層30。為便利起見，僅部分展示此層30。圖4亦說明用於一次通道26之入口管34。入口管34由延伸超過板10之間隔件22之材料形成。可接著藉由合適之模製技術來使此材料形成為閉合入口管34。入口管34用來將入口空氣流A自一循環裝置35導向至一次通道26且使其與退出二次通道28之空氣流B分離。在用作為露點冷卻器時，流B的潮濕度通常飽和且將被排出。應理解，亦可視需要採用將管形成為用於一次通道26或二次通道28之入口或出口的其他方法。

在圖4中亦說明一水分配系統36。水分配系統36係呈自一供水系統39引至用於將水之小液滴44噴射至二次通道28中的出口42之一系列管道38之形式。翼片14之間的狹縫16允許小液滴44穿過板10至位於下方之其他板10。亦可使用替代性的水分配系統。一較佳配置為目前用於實質上如國際專利公開案第WO04/076931號中所述之Oxycell Rooftop 400蒸發冷卻器中的系統，該案之內容特此全部以引用的方式併入。供水系統39與循環裝置35由一控制器50控制。該裝置可封閉於一適當之外殼中(圖中未示)。

蒸發冷卻器之高效操作的一重要因素為液體保持層30之性質。儘管參看一液體保持層，但應清楚地理解，該層事實上為液體保持及釋放層。對該層之一要求為其易於放棄其水分使得對蒸發的阻力最小。亦重要的是，其應將水快速且有效地分配至所有相關表面。其因此應為親水性而非吸濕性的，較佳主要藉由表面張力效應來保持水。

在圖4之實施例中，液體保持層30由纖維狀材料形成。層30被示意性地說明為具有非常開放之結構以致可經由層30之纖維之間的空隙看見翼片14之金屬。吾人相信此將促進自翼片14之直接熱轉移而不會過份地覆蓋(smother)該等翼片。使用厚浸潤作用層的先前技術裝置實際上隔絕了熱傳輸層從而防止了熱力熱之轉移。用於形成持水層30之例示性材料為可購自Lantor B.V.(荷蘭)之20g/m² 聚酯/人絲50/50摻合物。另一例示性材料為可購自Colbond N.V.(荷蘭)的名稱為Colback^TM 的30g/m² 經聚醯胺塗佈之聚酯纖維。亦可使用包括合成及天然纖維(諸如羊毛)的具有類似性質之其他材料。若必要，可塗佈或以其他方式處理液體保持層30以提供抗菌或其他防汙性質。

液體保持層30可黏著地附著至板10。為了配合如以上所提及之鋁及Lantor纖維一起使用，已發現雙組份聚胺基甲酸酯黏著劑之2微米層提供優良結果。當作為該薄層存在時，其對熱轉移之效應係可忽略的。此外應注意，液體保持層之存在僅影響自板10至二次流B之熱轉移且不會對板10內在一次通道26與二次通道28之間的熱傳導有任何顯著影響。已發現以上所述纖維狀層對於製造目的係理想的，因為其可被提供作為可為連續製程中之成型翼片及其他形狀之積層。亦可使用諸如波特蘭水泥之其他液體保持層且事實上已發現其提供優越性質，儘管至今其生產係更複雜的，因為若在形成熱交換元件之前應用，則存在開裂或剝落之趨勢。儘管如此，咸信，諸如氧化鋁之其他表面修整層本身可適於提供所需要之水分保持及浸潤作用。

現將描述如圖4中所描繪之露點冷卻器52之操作。一次空氣流A在溫度T1下進入入口34且流過一次通道26。流A由一循環裝置35驅動。流A藉由至板10之熱轉移而冷卻至接近其露點之溫度T2。在自一次通道26退出後，已冷卻的一次流A分裂而形成已冷卻產物流C及二次流B。產物流C由適當管道傳遞至需要冷卻空氣之任何處。二次流B經由二次通道28返回。當二次流返回時，其被來自板10之熱轉移加熱且吸收自液體保持層30蒸發的濕氣。在自二次通道28退出後，流B將已返回至接近其原始溫度T1但將幾乎為100%飽和的。流A與B之間的焓差表示可用於產物流C之冷卻量。

在圖4之配置中，注意，可經由板10自其兩側上之一次通道26至二次通道28在兩個方向H上傳導熱。亦可在流動方向上轉移熱，其一般係所不欲的。翼片14之存在減少限於分離器區域12之縱向熱轉移。

圖5展示一基於本發明之熱交換器20之除濕機58的示意圖像。根據圖5，除濕機58包含一如關於圖2所述之熱交換器20。熱交換器20包含一次通道26及二次通道28。亦設有一風扇64及一具有一冷卻元件62之空氣調節器60。空氣調節器60為以致冷循環工作之大體習知裝置。冷卻元件62形成致冷迴路之蒸發器線圈之部分。一滴盤66位於熱交換器20之下。一槽溝68位於冷卻元件62之下。槽溝68及滴盤66連接至一排水管70。圖5中未展示經配置以連接自一次通道26之出口以將空氣流輸送至冷卻元件62且將冷卻元件62連接返回至至二次通道28之入口的流連接。圖中亦未展示自二次通道28之出口引至風扇64且自風扇64引至一可居住(habitable)空間72的流連接。

在使用中，除濕機58如下操作。風扇64操作以經由二次通道28吸取空氣且將其傳遞至可居住空間72。自環境經由一次通道26且經冷卻元件62吸入空氣。在至一次通道26之入口處進入除濕機58的空氣具有溫度T1及接近100%之相對濕度。在其穿過一次通道26時藉由至二次通道28之熱轉移而使其預冷卻，熱轉移沿板10發生。當其冷卻時，存在於空氣中之濕氣冷凝且收集在翼片14上，翼片之間的狹縫16允許已冷凝水排洩至滴盤66，水被收集於該滴盤中。為了輔助冷凝物之收集，尤其在一次通道中之翼片14可具備適當之塗層以促進浸潤作用或水之排洩。

在離開一次通道後，空氣將具有低於T1之溫度T2。相對濕度將為100%。空氣接著穿越冷卻元件62，在冷卻元件62處其與空氣調節器60之致冷劑交換熱。空氣冷卻至更低溫度T3。在藉由冷卻元件62之進一步冷卻期間，空氣遵循100%濕度之飽和線，且進一步冷凝出水。此水收集在槽溝68中且與來自集滴器(drip collector)66之水一起送至排水管70。當已冷卻空氣離開冷卻元件62時，其返回至熱交換器20且穿過二次通道28。當空氣穿過二次通道28時，其藉由與在一次通道26中流動之空氣的熱轉移而增溫。熱交換之效率使得在自二次通道28退出後，空氣將實質上已達到其初始溫度T1。然而，其將已損失大量濕氣且將具有比環境空氣之相對濕度低得多之相對濕度。

圖6展示根據本發明之一第二實施例之熱交換器100之一元件的立體圖。根據圖6，設有一間隔件122，其具有自其兩個表面突出之翼片114。該間隔件之任一側上的區域形成一次通道126及二次通道128。不同於圖1至圖3之實施例，圖6之熱交換器之翼片114並非金屬板之部分。翼片114為個別嵌入於間隔件122內之狹長傳導材料條帶。每一翼片114為連續的且穿過間隔件122。以此方式，每一翼片114嵌入於間隔件122中以致其突出至一次通道與二次通道中。如自圖6可看出，翼片114以翼片114A至114E之群配置，其在間距上對應於先前實施例之位置。此等位置之其他變化當然亦係可能的。此外，儘管描繪扁平條帶，但對翼片之引用意欲亦包括更複雜之形狀，包括機翼剖面形狀、桿、管及其類似物。圖6之熱交換器100亦可併入於諸如圖4之露點冷卻器或圖5之除濕機的裝置中。

圖7A至圖7C展示製造根據本發明之第二實施例之熱交換器100的第一方法之步驟。根據圖7A，展示鋁薄片104之一供料102。將薄片104送至一切斷機106，其產生具有寬度c之複數個獨立條帶108。此尺寸此後將被稱作弦c。將呈間隔平行線之條帶108之第一列112擱在一工模(圖中未示)上。每一條帶108與其相鄰者以一對應於四倍弦c之距離而分離。將塑膠材料之複數個珠粒110以與條帶108大體正交之關係擠壓於條帶108上。可自此項技術中普遍已知(在本文中不進一步描述)的擠壓噴嘴擠壓珠粒110。

圖7B展示製造熱交換器100之方法中的一後續步驟。在擠壓珠粒110之後，將條帶108之第二列116擱在珠粒110之上。第二列116中之條帶108與第一列112中之條帶108平行地延伸，但相對於第一列112之條帶108錯開兩倍弦c。其後，將珠粒110及條帶108之其他交替層應用於彼此上以建立三維結構。

圖7C展示完成之熱交換器100。由於珠粒110之每一層以熔融形式擠壓至下方之層上，故其與下方之層中的珠粒110密切接觸而固定。以此方式，產生一連續間隔件122，其具有自每一表面突出之翼片114A至114E。不同於圖6中所描繪之熱交換器元件，圖7C之熱交換器100包含複數個一次通道126及二次通道128，藉此翼片114A至114E在所有通道上係連續的。如熟習此項技術者將理解，可在熱交換器100之製造中實踐眾多變化。如在先前實施例中，條帶108可由包括銅或複合材料的任何其他合適之導熱材料形成。條帶108亦可具備合適之塗層或覆蓋物以便改良其效能，詳言之，持水層。此外，儘管珠粒110及間隔件122被展示為大體筆直，亦可形成彎曲或波形壁以便改良結構之強度。

圖8A至圖8E展示製造根據第二實施例之熱交換器之第二方法的步驟。根據圖8A，提供一模具130，其包含上半部132及下半部134。上半部132及下半部134在形狀上大體互補，且具有在第一方向上延伸之階梯表面136A至136E及在大體與第一方向垂直之第二方向上延伸之縱向凹槽138。

在圖8B中，將複數個鋁條帶108置放至下半模具134之階梯表面136A至136E上。可由諸如圖7A之切斷機106的裝置產生條帶108或可將其直接供應為預切割之條帶。亦可能藉由模具130或適當之壓力機之動作來將板切割成條帶108。

在圖8C中，將上半模具132置放於下半模具134之上以閉合模具130。根據習知射出成形技術而將熔融塑膠材料140注入至凹槽138中。

在圖8D中，在冷卻塑膠材料後，打開模具130。塑膠材料140已固定而形成一呈大體矩形柵格之形式的具有間隔件122之熱交換元件142，間隔件122具有嵌入其中作為翼片114A至114E之條帶108。

在圖8E中，熱交換元件142與其他類似元件142堆疊以形成具有一次通道126及二次通道128之熱交換器100。將合適之黏著劑材料144應用於鄰近元件142之間以便形成一整體結構。熟習此項技術者將易於認識到可使用替代接合技術。詳言之，間隔件122可形成有嚙合在一起之互補上表面及下表面(例如，舌片及凹槽)。該等互補表面可僅用於對準目的，但亦可用來在具有或不具有後續黏著劑的情況下機械連接元件142。如關於以上之實施例所提及，間隔件無需為筆直的，而是可替代地遵循彎曲、波狀或曲折路徑以便增加最終熱交換器之結構剛性。此外，儘管描繪扁平條帶108，但翼片114A至114G亦可具有如以上所述之替代橫截面或可傾斜。因此條帶108在一次通道126之區域中不同於二次通道128地傾斜係在本發明之範疇內的。以此方式，不同流動方式(包括逆向流動與交叉流動)可應用於熱交換器100。

因此，已參看以上所論述之某些實施例來描述本發明。將認識到，此等實施例易具有熟習此項技術者所熟知之各種修改及替代形式。詳言之，冷卻元件之配置可不同於圖5之示意性說明之設計且亦可提供其他冷卻元件。此外，儘管說明為露點冷卻器且說明為除濕機，但本發明之熱交換器可經調適用於高效熱交換或回收係重要之其他系統中。此外，儘管已將熱交換器描述為大體平坦之板的堆疊配置，但注意，其他組態(例如，藉由捲動熱交換板及間隔件以形成卷筒或其類似物)可達成類型效應。

可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下對本文中所述之結構及技術作出除以上所述之修改之外的許多修改。相應地，儘管已描述特定實施例，但此等僅為實例且並不限制本發明之範疇。

1．．．熱交換元件

10．．．板

12．．．分離器區域

14．．．翼片

14A．．．翼片

14B．．．翼片

14C．．．翼片

14D．．．翼片

14E．．．翼片

15．．．最終層

16．．．狹縫

18．．．群

20．．．熱交換器

22．．．間隔件

24．．．斜坡部分

26．．．一次流動通道

28．．．二次流動通道

30．．．液體保持層

34．．．入口管

35．．．循環裝置

36．．．水分配系統

38．．．管道

39．．．供水系統

42．．．出口

44．．．小液滴

50．．．控制器

52．．．露點冷卻器

58．．．除濕機

60．．．空氣調節器

62．．．冷卻元件

64．．．風扇

66．．．滴盤/集滴器

68．．．槽溝

70．．．排水管

72．．．可居住空間

100．．．熱交換器

102．．．供料

104．．．鋁薄片

106．．．切斷機

108．．．條帶

110．．．珠粒

112．．．第一列

114．．．翼片

114A．．．翼片

114B．．．翼片

114C．．．翼片

114D．．．翼片

114E．．．翼片

114F．．．翼片

114G．．．翼片

116．．．第二列

122．．．間隔件

126．．．一次通道

128．．．二次通道

130．．．模具

132．．．上半部/上半模具

134．．．下半部/下半模具

136A．．．階梯表面

136B．．．階梯表面

136C．．．階梯表面

136D．．．階梯表面

136E．．．階梯表面

138．．．縱向凹槽

140．．．塑膠材料

142．．．熱交換元件

144．．．黏著劑材料

A．．．入口空氣流/一次空氣流

B．．．空氣流/二次流

c．．．弦長/寬度/弦

C．．．已冷卻產物流

L．．．絕對長度

T1．．．原始溫度

T2．．．溫度

T3．．．溫度

X．．．第一方向

Y．．．方向

Z．．．方向

圖1展示用於根據本發明之一第一實施例之熱交換器的板之立體圖；圖2展示根據本發明之第一實施例之熱交換器之部分的立體圖；圖3展示圖2之熱交換器之前視圖；圖4展示建構為露點冷卻裝置之熱交換器的立體圖；圖5展示可將本發明之熱交換器配置為除濕機之方式的示意圖；圖6展示根據本發明之一第二實施例之熱交換器之部分的立體圖；圖7A至圖7C展示製造根據本發明之第二實施例之熱交換器的第一方法之步驟；圖8A至圖8E展示製造根據第二實施例之熱交換器之第二方法的步驟；圖9展示用於熱交換器之形成為翼片之板之一部分的前視圖；及圖10展示包含圖9之翼片之熱交換器的前視圖。