專利名稱：熱/濕交換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可優(yōu)化熱濕各自的轉(zhuǎn)換率相對于穿過其中的氣流壓差之比的熱/濕交換設(shè)備。考慮到這個目的，該交換設(shè)備設(shè)有一個垂直于管道延伸的湍流發(fā)生裝置，該湍流發(fā)生裝置具有一個后沿側(cè)面、一個上側(cè)面和一個前沿側(cè)面。
背景技術(shù)：
如前所述的空氣-空氣熱/濕交換設(shè)備通常由組裝到一起形成三角形或梯形管道的平面與波狀帶構(gòu)成。在該類型的熱/濕交換設(shè)備中，管道橫截面較小并且空氣在設(shè)備環(huán)境中流速很快，空氣沿管道方向相對有序地分層流動。因此，氣流實質(zhì)上是層狀的。僅在管道入口的短距離內(nèi)，有一定的氣流垂直于管道壁流動。在本文中范圍在100-600之間的所謂雷諾數(shù)用作氣流特征。一旦雷諾數(shù)小于2000左右，氣流將保持為層狀。
本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，在最接近管道壁的層流中，形成為邊界層，這里的氣流速度實質(zhì)上為零。這個邊界層相當大地降低了熱和濕的交換系數(shù)，特別是與所謂擴展流相關(guān)的熱濕交換系數(shù)。為了增強熱濕交換，必須使空氣以如下方式向著管道表面的方向流動，即減小邊界層并且增大層與層之間的交換。這可以由所謂的湍流而產(chǎn)生。在平滑均勻的管道中，當雷諾數(shù)超過2000時，層流會轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。如果期望在這里所討論的熱/濕交換設(shè)備的管道中得到如此高的雷諾數(shù)，則需要實際上比通常更高的空氣流速。當上述交換設(shè)備中雷諾數(shù)較低時，這樣就必須例如通過在管道中安裝一個特殊的湍流發(fā)生裝置，來用人工方式產(chǎn)生湍流。
已知的這樣一個湍流發(fā)生裝置有許多形式。在SE-B-444071中換熱滾筒中有一個橫向褶皺形狀的湍流發(fā)生裝置。這些褶皺首先用來保持共同繞著中心管的帶，使其不被套疊，并且同時具有產(chǎn)生湍流的效應，該湍流效應使具有上述完全平滑管道的交換設(shè)備中的熱濕交換效率得到一定程度的提高。
因此該類型的湍流發(fā)生裝置在一定程度上提高了熱濕交換。然而也劇烈地增加了壓差。壓差的增加看來高于熱濕交換效率的增加。然而，在空氣-空氣交換設(shè)備中具有一個小壓差十分重要。因為壓差決定了驅(qū)動氣流通過交換設(shè)備的風扇的尺寸和電源需求。進一步而言，這個壓差依賴于湍流發(fā)生裝置的設(shè)計、尺寸和幾何形狀。
發(fā)明目的因此本發(fā)明的目的是提供一個熱濕交換設(shè)備，其湍流發(fā)生裝置在該交換設(shè)備管道中的位置和設(shè)計使其能獲得氣流壓差相對于熱濕轉(zhuǎn)換率的最佳比例。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可以通過一個熱/濕交換設(shè)備而實現(xiàn)，其管道組成必須按以下規(guī)定的條件完成管道入口與最近的湍流發(fā)生裝置的中心之間的間距由間距與湍流直徑和雷諾數(shù)之積的比值所決定并且雷諾數(shù)必須在0.01-0.04范圍之間，表明湍流發(fā)生裝置的后沿側(cè)面相對于通過管道底部的垂直面的傾斜程度的角θ應該在30-60°，湍流發(fā)生裝置上側(cè)面高于管道底部的高度e與管道湍流直徑的比例應在0.30-1.1的范圍內(nèi)，管道中湍流發(fā)生裝置之間的間距與上述高度e的比例應在8-30的范圍內(nèi)，每個湍流發(fā)生裝置上側(cè)面的長度與其高于管道底部的高度e的比例應在1.0-4.0的范圍內(nèi)，并且湍流發(fā)生裝置邊緣半徑與湍流直徑的比例應在0.01-0.2的范圍內(nèi)。
為了優(yōu)化壓差與熱/濕交換率的比例，產(chǎn)生湍流的橫向波紋，所謂的湍流發(fā)生裝置，不但需要放置在距管道開口合適的距離處，而且要放置在彼此相距的正確距離處。進一步而言，它們應該被正確的設(shè)計，并且在管道中垂直和水平方向上具有一定的延伸。
在熱/濕交換設(shè)備的管道入口處，由于邊界層很薄因此熱濕轉(zhuǎn)換系數(shù)高。然后邊界層沿氣流的主方向變厚而熱濕傳送系數(shù)降低。為了提高熱濕轉(zhuǎn)換效率，管道壁中的湍流發(fā)生裝置不應太接近進口，這是因為在此區(qū)域內(nèi)的熱濕轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)很高。這樣湍流發(fā)生裝置實際上會造成并不希望的壓差增加。因此優(yōu)選是將第一個湍流發(fā)生裝置放置在管道內(nèi)自然進口湍流消失的距離處。
當空氣到達第一個湍流發(fā)生裝置時，產(chǎn)生了有序的湍動氣流并且空氣將向著管道壁流動。因此，熱/濕轉(zhuǎn)換率得到了明顯的提高。當產(chǎn)生的湍動氣流遠離湍流發(fā)生裝置時，湍流將逐漸減小。在湍流消失時即為安放第二個湍流發(fā)生裝置的最佳位置。
通過大量的實驗與研究，找到了使熱/濕轉(zhuǎn)換效率與壓差最佳比例的湍流發(fā)生裝置的幾何輪廓及其在管道中的安放位置。
在本文中使用了湍流直徑的表述，它表示流體管道橫截面面積與管道橫截面周長的比值。氣流的特性由所謂的雷諾數(shù)(Reynolds number)和施密特數(shù)(Schmidt’s number)表達。
附圖描述下面將對照圖對本發(fā)明進行更詳盡的描述，其中

圖1是具有湍流發(fā)生裝置的本發(fā)明熱/濕交換裝置的管道的透視圖，圖2是圖1中管道的側(cè)面示意圖，圖3是圖1和圖2中管道沿I-I線的截面圖。
具體實施例方式
圖1和圖2示出本發(fā)明的熱/濕交換設(shè)備的進口1和一部分管道2。在圖中，只示出安置在進口1最近處的第一個湍流發(fā)生裝置3和第二個湍流發(fā)生裝置4。管道2的高度為h。開放的進口與第一個湍流發(fā)生裝置3中心之間的間距A由間距A與湍流直徑和須在0.01-0.04之間的雷諾數(shù)之積的比值所決定。這里湍流直徑表示流體管道橫截面面積相對管道橫截面周長的比值，并且雷諾數(shù)由氣流所決定。
由上文所述同樣可知，A依賴于雷諾數(shù)，并由此依賴于氣流速度。因此第一個湍流發(fā)生裝置的最佳安放位置依賴于當時的操作環(huán)境。
由圖2可以十分明顯地發(fā)現(xiàn)，湍流發(fā)生裝置3，4具有特殊的幾何形狀。它們形成有傾斜的后沿側(cè)5、平坦的上側(cè)面6和傾斜的前沿側(cè)7。
根據(jù)本發(fā)明，還可應用下列條件表明湍流發(fā)生裝置3、4的后沿側(cè)5相對于管道2底部8的傾斜程度的角θ為30-60°的范圍內(nèi)，上側(cè)面6相對管道底部8的高度e與管道2湍流直徑Dh的比值應在0.30-1.1的范圍內(nèi)。進一步而言，第一個湍流發(fā)生裝置3與第二個湍流發(fā)生裝置4間中心距P與高度e的比值范圍應為8-30且每個湍流發(fā)生裝置3，4上側(cè)面6的長度B與上側(cè)面相對管道底部8的高度e的比值范圍應為1.0-4.0。
這樣，本發(fā)明的湍流發(fā)生裝置3、4具有特殊的幾何外形并且位于彼此相距以及距離(適宜具有三角形或/和梯形橫截面的)管道2的進口1一定經(jīng)過計算的距離處，從而相當大地增加了熱濕交換效率，但卻只是不過分地提高了壓差。當氣流接近湍流發(fā)生裝置3時，流速依賴于減小的橫截面而局部地增加，如圖3所示。隨后，當空氣通過湍流發(fā)生裝置3并離開從上側(cè)面6到前沿側(cè)面7的過渡部分內(nèi)的尖銳邊緣時，由于明顯分開的橫截面，而產(chǎn)生了劇烈的湍流行為。這種方法十分有效地提高了熱濕交換效率。
湍流發(fā)生裝置4以如下方式放置在距第一個湍流發(fā)生裝置3經(jīng)過計算的距離P的位置處，從而使所產(chǎn)生的湍流盡可能地被完全利用，此后，在空氣到達第二個湍流發(fā)生裝置4之前，形成一個在圖1中用O表示的所謂再接觸區(qū)。這就避免了在已有的湍流下在不能顯著增加熱濕交換效率的情況下不必要的壓差增加。在再接觸區(qū)O，氣流會在到達下一個湍流發(fā)生裝置之前在一定程度上再接觸到平坦表面。
重要的是，使湍流發(fā)生裝置3、4的邊緣部足夠銳利以便產(chǎn)生分割處(減壓處)。邊緣半徑r如圖2所示應滿足r/Dh的比值在0.01-0.2范圍之內(nèi)。
為了在保持換熱率的同時進一步降低壓差，如圖2所示，從湍流發(fā)生裝置的底部8起算的高度e應大于從管道上側(cè)面起算的高度f。這個設(shè)計避免了在此突出區(qū)域處產(chǎn)生不必要的湍流。方便地，突出部分的這個合適設(shè)計使其恰好與管道底側(cè)壁部分5，6和7所限定的相應凹槽而配合，從而用于在設(shè)置管道層時獲得穩(wěn)定的接合，例如可以避免交疊。
本發(fā)明所設(shè)計的湍流發(fā)生裝置對高流速氣流同樣有效，此時湍流也在平滑管道中產(chǎn)生。自然形成的湍流通過用于分離和再接觸空氣的匯聚/分離效果和機構(gòu)得以改善。
權(quán)利要求
1.一種可使熱濕各自的轉(zhuǎn)換率相對于穿過其中的氣流壓差之比得到優(yōu)化的熱/濕交換設(shè)備，該交換設(shè)備具有一個管道(1)，該管道設(shè)有垂直于管道延伸并具有一個后沿側(cè)面(5)、一個上側(cè)面(6)和一個前沿側(cè)面(7)的湍流發(fā)生裝置(3，4)，其特征在于，其管道組成必須滿足以下條件管道(1)入口與最近的湍流發(fā)生裝置(3)的中心之間的間距(A)由間距(A)與湍流直徑(Dh)和雷諾數(shù)之積的比值所決定并且該雷諾數(shù)必須在0.01-0.04范圍之間，表明湍流發(fā)生裝置(3，4)的后沿側(cè)面(5)相對于通過管道(1)底部(8)的垂直面的傾斜程度的角θ應該在30-60°，湍流發(fā)生裝置(3，4)上側(cè)面(6)高于管道底部(8)的高度e與湍流直徑(Dh)的比例應在0.3-1.1的范圍內(nèi)，管道中第一和第二湍流發(fā)生裝置(3，4)之間的間距與上述高度e的比例應在8-30的范圍內(nèi)，每個湍流發(fā)生裝置(3，4)上側(cè)面(6)的長度B與其高于管道底部(8)的高度e的比例應在1.0-4.0的范圍內(nèi)，湍流發(fā)生裝置邊緣半徑與湍流直徑的比例應在0.01-0.2的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種熱/濕交換設(shè)備具有一個管道(1)，該管道設(shè)有垂直于管道延伸并具有后沿側(cè)面(5)、上側(cè)面(6)和前沿側(cè)面(7)的湍流發(fā)生裝置(3，4)，其特征在于，該管道(1)入口與最近的湍流發(fā)生裝置(3)的中心之間的間距(A)由間距(A)與湍流直徑(D
文檔編號F24F13/04GK1432123SQ01810548
公開日2003年7月23日 申請日期2001年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者斯萬·梅爾克·尼爾松 申請人:斯萬·梅爾克·尼爾松