用于液態(tài)干燥劑空氣調(diào)節(jié)器的熱量和質(zhì)量交換器的制造方法
【專利摘要】一種用于在氣流(16)、液態(tài)干燥劑(26)和制冷劑之間交換熱量和質(zhì)量的熱量和質(zhì)量交換器，包括一個(gè)或多個(gè)輥壓接合板(10)。每個(gè)輥壓接合板具有至少一個(gè)內(nèi)部通道(18)，所述通道大致位于相應(yīng)的輥壓接合板的平面中。在使用中，使制冷劑流過輥壓接合板的內(nèi)部通道。用于液態(tài)干燥劑的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域(14)被限定在輥壓接合板的外表面的至少一部分上。在操作中，氣流(16)與被液態(tài)干燥劑(26)的流潤(rùn)濕的大的區(qū)域接觸，提供來自空氣的熱量和來自空氣中攜帶的水蒸汽的潛熱至干燥劑的有效傳遞。同時(shí)，在輥壓接合板(10)的內(nèi)部通道(18)中流動(dòng)的制冷劑連續(xù)地冷卻干燥劑。
【專利說明】用于液態(tài)干燥劑空氣調(diào)節(jié)器的熱量和質(zhì)量交換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱量和質(zhì)量交換器，并且更具體地，涉及用于從空調(diào)空間提取顯熱和潛熱的熱量和質(zhì)量交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)器通過被維持在露點(diǎn)溫度以下的蒸發(fā)器表面上的冷凝從空氣提取潛熱(水蒸汽)。這種傳統(tǒng)方法的主要問題在于，潛熱去除、除濕由蒸發(fā)器溫度控制，并且因此不能在獨(dú)立于恒溫器調(diào)節(jié)的空氣溫度的情況下被控制。在潛熱載荷高的高濕度環(huán)境中，濕度對(duì)恒溫器溫度的依賴性導(dǎo)致經(jīng)調(diào)節(jié)空氣中存在不舒適的、高的相對(duì)濕度，由于內(nèi)壁上的冷凝物和霉菌(mould)的積聚，而對(duì)用戶的直接舒適性和長(zhǎng)期健康產(chǎn)生不利影響。而且，與期望的出口濕氣含量相對(duì)應(yīng)地將空氣冷卻至露點(diǎn)溫度的要求或者需要"過加熱"和重新加熱空氣，或者需要在空氣高效混合的情況下以低的流量供給空氣，從而在整個(gè)房間內(nèi)實(shí)現(xiàn)舒適的空氣條件；這兩種方法在熱力學(xué)上是無效率的。
[0003]干燥劑能夠從高于露點(diǎn)的溫度下從氣流中吸收水蒸汽。可以通過調(diào)節(jié)被稱為"再生"或"解吸"的干燥劑干燥條件從而獨(dú)立于溫度控制吸收率。液態(tài)干燥劑具有能夠以液態(tài)將吸收的濕氣運(yùn)送至空調(diào)空間之外的、能夠執(zhí)行再生的"散熱器"的優(yōu)點(diǎn)。這種功能對(duì)于今天占據(jù)市場(chǎng)主流的分體式空氣調(diào)節(jié)器來說是非常有利的。該發(fā)明的目標(biāo)是提供一種緊湊的、重量輕的并且成本有效的空氣-干燥劑-制冷劑混合器，其能夠連續(xù)地冷卻低流量的諸如氯化鋰溶液之類的腐蝕性液態(tài)干燥劑，產(chǎn)生比現(xiàn)有液態(tài)干燥劑蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)(LDVCAC)系統(tǒng)更高的蒸發(fā)壓力，并且因此在運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)中產(chǎn)生更高的性能系數(shù)(C0P)。
[0004]US2122012 (Smith)描述了一種空氣調(diào)節(jié)器，其中吸濕性液體(干燥劑)由蒸發(fā)制冷劑預(yù)先冷卻，使得它隨后能夠從室內(nèi)氣流中吸收水蒸汽。通過冷凝制冷劑釋放出來的熱量被用于加熱液態(tài)干燥劑，液態(tài)干燥劑隨后接著暴露于干燥或"再生"干燥劑的室外氣流，將它的濃縮物返回至第一狀態(tài)。在吸收裝置中，干燥劑被分配至多個(gè)直立的、大致平行的板的頂部，并且干燥劑以薄膜形式下落，因此將大的表面區(qū)域暴露至空氣。
[0005]各種LDVCAC 專利，包括但不限于 US4259849 (Griffiths)、US6976365 (Drykor)、US7360375 (CRF)和來自 Advantix、Kathabar 和 American Genius Corporation 的商用系統(tǒng)，遵循在US2122012中提出的基本方法，其中干燥劑被預(yù)先冷卻并且被允許在吸收其期間獲得顯熱。在這些系統(tǒng)中，干燥劑流量必須高，以使整個(gè)吸收器范圍內(nèi)的干燥劑溫度增加最小化。在這種高流量下，氣流中的干燥劑液體形成和后續(xù)轉(zhuǎn)移需要相當(dāng)多地過濾已有空氣，導(dǎo)致高的壓力損失。此外，高的流量需要大的內(nèi)部熱交換器來回收稀釋的干燥劑流和濃縮的干燥劑流之間的熱量。
[0006]雖然前文所述的專利通過利用預(yù)先冷卻的干燥劑通過隔熱質(zhì)量交換器吸收濕氣，但在現(xiàn)有技術(shù)中可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)量交換器被冷卻以便于改善質(zhì)量轉(zhuǎn)移的各種示例；這種交換器在本文中稱為熱量和質(zhì)量交換器(HMX)。
[0007]US5022241 (Wilkinson)描述了具有氣冷HMX的液態(tài)干燥劑空氣調(diào)節(jié)器。預(yù)先冷卻的過程空氣水平低移動(dòng)通過交替的通道，而經(jīng)調(diào)節(jié)空氣垂直移動(dòng)越過下落的液態(tài)干燥劑膜。在該發(fā)明中，過程空氣通過蒸發(fā)冷卻器中的增濕被切實(shí)地冷卻。過程空氣必須足夠干燥以使得通過干燥劑吸收產(chǎn)生的所有熱量都能夠作為潛熱在排出的過程氣流中被帶走。因此這種系統(tǒng)不適合潮濕氣候。
[0008]在US6745826B2 (Lowenstein)、W003/0 1908 1A1 (Lavemann)和W010/89315A2 (Krause)中已經(jīng)提出了用于液態(tài)干燥劑系統(tǒng)的水冷式熱量和質(zhì)量交換器。在所有情況中，交換器整體上由具有多個(gè)擠出式冷卻劑通道的聚合物構(gòu)成。這些發(fā)明具有制造簡(jiǎn)單、成本低、并且耐腐蝕性干燥劑的優(yōu)點(diǎn)，但由于材料的疏水特性，需要結(jié)構(gòu)化或帶涂層的表面以能夠良好的潤(rùn)濕。水由于它在大氣壓力處的沸點(diǎn)高而與諸如R410a之類的制冷劑相比作為冷卻劑是不實(shí)際的。因此這種水基冷卻系統(tǒng)限于單相使用，單向使用進(jìn)入冷卻齊U的最低溫度限制到可以通過采用冷卻塔或輔助冷卻器實(shí)現(xiàn)的溫度。這種對(duì)輔助冷卻設(shè)備的依賴性使得水對(duì)于小型空氣調(diào)節(jié)(AC)系統(tǒng)而言不是最佳的冷卻劑。
[0009]US4819444(Meckler)是描述由蒸發(fā)制冷劑冷卻的HMX的第一個(gè)專利，從而實(shí)現(xiàn)類似于US2122012的LDVCAC系統(tǒng)，其中在吸收期間從干燥劑向制冷劑提取熱量，以在干燥劑的"再生"期間被從冷凝的制冷劑中排出。雖然US4819444未公開可以如何設(shè)計(jì)這種空氣-干燥劑-制冷劑混合器，但US4941324 (Howell&Peterson)描述了非常類似的LDVCAC系統(tǒng)，并且進(jìn)一步提出使用帶有散熱片的管式蒸發(fā)器用作HMX。在這種系統(tǒng)中，管水平地鋪設(shè)，散熱片垂直于管安裝，并且所有部件優(yōu)選是金屬的。在文獻(xiàn)中被多次認(rèn)可氯化鋰溶液對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說是最適合的液態(tài)干燥劑然而，它的高腐蝕導(dǎo)致其在與金屬的熱量和質(zhì)量交換器一起使用時(shí)將產(chǎn)生問題。在US4941324中，提出了使用非金屬散熱片，用于與氯化鋰溶液兼容，但詳細(xì)設(shè)計(jì)或可能的性能未被公開。
[0010]W094/00724 (Lavemann)描述了類似的帶有散熱片的管狀HMX,但試圖通過限制干燥劑僅接觸制冷劑管來解決腐蝕問題。為了在管表面上實(shí)現(xiàn)均勻的潤(rùn)濕，提出了一種吸水表面裝置。這種方案在干燥劑從上部管移動(dòng)至下部管時(shí)遇到液滴形成的問題，并且只有相對(duì)小的、昂貴的表面區(qū)域可用于從干燥劑向空氣的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。這兩個(gè)問題都使這個(gè)方案不適合小型AC裝置。
[0011]US7269966B2 (Lowenstein)描述了用于LDVCAC系統(tǒng)的帶有散熱片的管狀HMX的進(jìn)一步改進(jìn)。在該發(fā)明中，干燥劑主要流過由水平制冷劑管中斷的垂直密集堆聚的聚合物膜散熱片的堆棧，如圖10中示意性地示出的那樣。該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)非常大的質(zhì)量轉(zhuǎn)移區(qū)域，但是，與W094/00724 —樣，它依賴于非常小的面積將熱量傳遞至制冷劑，并且因此在干燥劑在下落的同時(shí)獲取顯熱時(shí)穿過管壁和在管之間都施加高的熱梯度。由于提出使用銅鎳或純銅管以及由含有阻蝕劑的37%氯化鋰溶液構(gòu)成的液態(tài)干燥劑LIMIT301，因此該發(fā)明的材料成本也相對(duì)高。根本上，US7269966B2解決了將氯化鋰溶液與HMX —起使用的困難，但代價(jià)是與其它LDVCAC系統(tǒng)相比降低了蒸發(fā)溫度，因此與傳統(tǒng)的AC相比僅提供可忽略的COP改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]技術(shù)問題
[0013]現(xiàn)有技術(shù)缺少在高潛熱條件下的高效的空氣調(diào)節(jié)方案，這種方案在成本和尺寸方面都類似于家用的(即低于5kW冷卻能力)的傳統(tǒng)的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)器。已有的發(fā)明和商用LDVCAC產(chǎn)品依賴于i)揮發(fā)性干燥劑，其對(duì)于間歇使用來說是不經(jīng)濟(jì)的；ii)輔助水冷卻器的可獲得性，其在大多數(shù)住宅房地產(chǎn)中是不實(shí)際的；iii)或接近或低于露點(diǎn)的蒸發(fā)溫度，這種蒸發(fā)溫度相對(duì)于傳統(tǒng)的AC系統(tǒng)僅能產(chǎn)生可忽略的效率好處。
[0014]技術(shù)方案
[0015]本發(fā)明提供了一種用于在氣流、液態(tài)干燥劑和制冷劑之間交換熱量和質(zhì)量的熱量和質(zhì)量交換器，該交換器包括:
[0016]—個(gè)或多個(gè)棍壓接合板,所述或每個(gè)棍壓接合板(roll-bond plate)具有至少一個(gè)內(nèi)部通道，所述通道大致位于相應(yīng)板的平面中；
[0017]用于液態(tài)干燥劑的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域被限定在輥壓接合板的外表面的至少一部分上；和
[0018]用于使制冷劑流過輥壓接合板的內(nèi)部通道的裝置。
[0019]發(fā)明的有益效果
[0020]本發(fā)明通過在高于現(xiàn)有技術(shù)可行溫度的蒸發(fā)溫度下使高效液態(tài)干燥劑(諸如氯化鋰溶液)的使用更加便利，從而對(duì)現(xiàn)有技術(shù)加以改進(jìn)。這使得同時(shí)具有高耐蝕性且在制冷劑和干燥劑之間具有非常低的熱阻的本發(fā)明的熱量和質(zhì)量交換器(HMX)是可行的，其中該HMX結(jié)合有專門涂敷的輥壓接合熱交換器。更高的蒸發(fā)溫度減小了單位壓縮功，因此提高熱力學(xué)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]啟用相似的附圖標(biāo)記指示相似的部件的下述附圖用于說明本發(fā)明的實(shí)施例，并且不意圖限制如由形成本申請(qǐng)的一部分的權(quán)利要求構(gòu)成的本發(fā)明。
[0022]圖1a是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)節(jié)器形式的熱量和質(zhì)量交換器(HMX)板的透視圖。
[0023]圖1b是形成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)節(jié)器的多個(gè)HMX板的截面透視圖。
[0024]圖1c是沿干燥劑流動(dòng)方向的圖1b的熱量和質(zhì)量交換器的截面透視圖，圖示了相鄰的熱量和質(zhì)量交換器板之間的水平偏移的制冷劑溝槽，以用于產(chǎn)生蜿蜒的過程氣流。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的逆流式HMX的圖示，其中過程氣流向上移動(dòng)，與干燥劑的流動(dòng)相反。
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的HMX的圖示，其中所述板是彎曲的。
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的調(diào)節(jié)器形式的逆流式熱量和質(zhì)量交換器和軸向排氣風(fēng)扇的透視圖。
[0028]圖5a是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的熱量和質(zhì)量交換器的截面透視圖，在制冷劑溝槽之間具有穿過所述板的間隙。
[0029]圖5b是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的未被涂敷但在中心間隙附近具有變形邊緣的熱量和質(zhì)量交換器的截面透視圖。
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的具有可變進(jìn)氣孔的調(diào)節(jié)器形式的熱量和質(zhì)量交換器的透視圖。
[0031]圖7a是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的調(diào)節(jié)器形式的熱量和質(zhì)量交換器的透視圖。[0032]圖7b是圖7a的熱量和質(zhì)量交換器的截面透視圖。
[0033]圖8是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的調(diào)節(jié)器形式的熱量和質(zhì)量交換器的透視圖，僅示出了調(diào)節(jié)板和液體分配器。
[0034]圖9是用于根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的調(diào)節(jié)器的單個(gè)熱量和質(zhì)量交換器板的側(cè)面正視圖。
[0035]圖10是如在US7269966B2中描述的LDVCAC吸收器形式的傳統(tǒng)熱量和質(zhì)量交換器的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明涉及用在液態(tài)干燥劑空氣調(diào)節(jié)中的熱量和質(zhì)量交換器。本發(fā)明的HMX耐腐蝕性液態(tài)干燥劑，在制冷劑和干燥劑之間具有非常低的熱阻，并被設(shè)計(jì)成用于使液滴在干燥劑流中的形成最小化。
[0037]本發(fā)明將被描述為應(yīng)用于液態(tài)干燥劑蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)器(LDVCAC)的調(diào)節(jié)器，但是本發(fā)明也可以用于所述系統(tǒng)的干燥劑再生器。本發(fā)明的HMX可以結(jié)合到多種類型的LDVCAC裝置中，這些裝置包括但不限于，單分體式裝置、多分體式裝置，空氣調(diào)節(jié)裝置、除濕器和空氣源熱泵。在后一種應(yīng)用中，LDVCAC裝置可以用來減緩霜的積聚，并且因此減少或避免對(duì)除霜循環(huán)的需求。
[0038]本發(fā)明的熱量和質(zhì)量交換器非常適合大規(guī)模生產(chǎn)工藝并且需要最少程度的維護(hù)。
[0039]示例 I
[0040]圖1a不出由棍壓接合板10構(gòu)成的熱量和質(zhì)量交換器,棍壓接合板10具有一表面14，該表面能夠在其上支撐液態(tài)干燥劑26的流同時(shí)與氣流16接觸，其中液態(tài)干燥劑能夠改變空氣的水蒸汽含量?？蛇x地，液態(tài)干燥劑在輥壓接合板的兩個(gè)主表面上流動(dòng)。每個(gè)HMX板由封閉溝槽18構(gòu)成，封閉溝槽18延伸穿過板表面的大部分，將制冷劑流體從進(jìn)入管20輸送至排出管22。進(jìn)入管20可以包括毛細(xì)管或膨脹閥或具有與排出管22相同的內(nèi)徑。溝槽路徑18使得制冷劑能夠從每個(gè)板的干燥劑潤(rùn)濕表面14提取熱量，其中從干燥劑至制冷劑的平均熱阻小于1.7X IO-3KmVff0輥壓接合板優(yōu)選地由鋁合金制成，但也可以由具有足夠高的熱導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度的任何其它材料制成。每個(gè)HMX板10的所有外表面，除制冷劑進(jìn)入管和排出管20和22之外，都用無針孔涂層12處理，該圖層具有不大于250微米的厚度且是對(duì)40%濃度(以質(zhì)量計(jì))氯化鋰水溶液有耐受性的環(huán)氧樹脂材料?？商鎿Q地，涂層12可以包括代替環(huán)氧樹脂材料的瓷釉、酚醛樹脂、聚亞安酯或陽極氧化材料。此外，涂層不限于單層材料，而且可替換地可以包括兩層或多層不同材料(可選地，每種材料都是從上述材料選擇的)。合適的涂層的一個(gè)示例包括由聚亞安酯外涂層覆蓋的鉻酸鹽鈍化的環(huán)氧樹脂底層。
[0041]每個(gè)板14的每個(gè)面的至少一部分隨后被進(jìn)一步處理以使得它更親水，從而
0.5-1.0升/m2/小時(shí)的工作干燥劑流量將完全潤(rùn)濕所限定的區(qū)域。這可以通過用非常親水材料的涂敷來實(shí)現(xiàn)，通過濕度親水的材料中制成微結(jié)構(gòu)化表面來實(shí)現(xiàn)，或者通過將干燥劑約束在可透蒸汽的隔膜的后面來實(shí)現(xiàn)。通過聚集聚合物或金屬纖維，通過使用微溝槽，或者通過將多孔性織物涂敷至所述表面，可以以宏觀尺度制造這種微結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，通過專有的表面處理工藝，可以制造納米級(jí)的親水結(jié)構(gòu)。也可以采用上述方法的任意組合，來實(shí)現(xiàn)低干燥劑流量下的均勻潤(rùn)濕。親水涂層必須是耐蝕性的并防止液滴的積聚。 申請(qǐng)人:已經(jīng)觀察至lj，0.5mm尼龍纖維的聚集(flocked)表面在充滿液態(tài)干燥劑時(shí)，以所述的工作干燥劑流量提供足夠的表面潤(rùn)濕。
[0042]如圖1B所示，吸收器包括多個(gè)HMX板10并且操作以允許過程氣流16以與被液態(tài)干燥劑26流潤(rùn)濕的大面積接觸的方式通過。過程空氣由風(fēng)扇強(qiáng)制大致水平地越過吸收器的所述板并在吸收器的所述板之間通過。空氣與干燥劑的接觸便于:i)來自空氣的顯熱；和ii)來自空氣中攜帶的水蒸汽的潛熱，傳遞至干燥劑。干燥劑隨著它由于水蒸汽的放熱吸收變稀釋而獲得額外的熱量。隨著干燥劑獲得熱量，它的溫度升高。然而，與現(xiàn)有的HMX發(fā)明不同，本發(fā)明允許干燥劑被冷的制冷劑流體連續(xù)地冷卻。這樣做時(shí)，制冷劑從干燥劑獲得熱量，使經(jīng)由進(jìn)入管20進(jìn)入的液體制冷劑在它沿著溝槽18通過時(shí)至少部分地蒸發(fā)，并導(dǎo)致蒸汽制冷劑的溫度增加。在出口 22處提取的制冷劑借助于由后續(xù)壓縮機(jī)(未示出)施加的吸入壓力將該熱量帶離HMX板。制冷劑隨后在它被重新引入進(jìn)入管20之前被冷凝、過冷和膨脹。被傳遞至吸收器的制冷劑通過膨脹閥或毛細(xì)管計(jì)量，以在需要時(shí)調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力和過熱量，(顯熱的單位增益)。(本說明書假設(shè)HMX被構(gòu)造成用作吸收器，但是，如提到的那樣，可替換地，HMX可以被構(gòu)造成用作解吸塔或再生器。在該情況中，經(jīng)由進(jìn)入管20進(jìn)入的制冷劑將在它沿著溝槽18通過時(shí)至少部分地冷凝，并且液體制冷劑的溫度在它沿著溝槽18通過時(shí)將降低。
[0043]與干燥劑接觸的過程氣流變?yōu)楸徊糠殖凉窈屠鋮s至由干燥劑的等效蒸汽壓力、干燥劑溫度以及熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)確定的蒸汽壓力和溫度。通過吸收器的尺寸參數(shù)、空氣和干燥劑流量、以及在后續(xù)實(shí)施例中描述的各種幾何變量，可以改變熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)。
[0044]通過向微溝槽32或開孔泡沫材料30分配器供料的一個(gè)或多個(gè)管或優(yōu)選地平行流歧管28，將干燥劑輸送至每個(gè)吸收器板的頂部，以確保在所述板的整個(gè)寬度范圍內(nèi)均勻地分布。干燥劑均勻地潤(rùn)濕親水表面并在重力作用下以非常薄的膜的形式下落至每個(gè)板的底邊緣，在該底邊緣處它進(jìn)入吸收器下面的貯槽34中。
[0045]輥壓接合熱交換器的平滑輪廓使氣流湍流最小化，因此使干燥劑轉(zhuǎn)移的勢(shì)能和風(fēng)扇功率需求二者都最小化。
[0046]過濾器(未示出)位于貯槽的正上方，用于從干燥劑中過濾大的顆粒，以防止堵塞或損壞干燥劑泵。
[0047]干燥劑是氯化鋰、氯化鈣、溴化鋰或其它鹵化鹽或甲酸鉀的水溶液。
[0048]所述板可以經(jīng)由貫通螺栓連接，其中安裝孔位于遠(yuǎn)離親水表面的邊緣區(qū)域中，以同時(shí)避免形成通向金屬板的腐蝕路徑和避免液滴在干燥劑流中的形成。
[0049]可替換地，可以通過將粘合劑涂敷至一個(gè)或兩個(gè)相互面對(duì)的表面，或者通過將導(dǎo)致一個(gè)或兩個(gè)板表面的一個(gè)區(qū)域熔化并熔接至對(duì)面的板的熱力方法，將所述板結(jié)合在一起。在所有情況中，可通過使用間隔件或通過具有一體的間隔件的干燥劑分配器30或32，如圖1B示出的分配器30，限定和維持氣隙。
[0050]在優(yōu)選實(shí)施例中，HMX板是聞的，從而以最少量的板使進(jìn)氣孔最大化。
[0051]HMX板還可以由具有高熱導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度的非金屬材料(如定制陶瓷合成物)制成，其具有下述優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè):i)較低的比重；ii)每單位暴露表面區(qū)域的成本較低；iii)對(duì)濃縮鹵化物鹽溶液的固有的耐化學(xué)性；iv)固有親水性表面。[0052]每個(gè)吸收器堆棧中的板可以相對(duì)于制冷劑流串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0053]制冷劑溝槽的圖案偏離每個(gè)HMX板的中心，使得當(dāng)多個(gè)板以被相反地定向的交替的板堆疊時(shí)，相鄰板的制冷劑溝槽不是彼此面對(duì)的，而是每個(gè)溝槽面向板的平坦部分，如在圖1c中可以看到的那樣。 申請(qǐng)人:已經(jīng)觀察到，在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型中，當(dāng)氣流蜿蜒通過由上述偏移溝槽形成的通道時(shí)，空氣和干燥劑表面之間的粘性邊界層分布在每個(gè)內(nèi)部彎曲處?？梢杂^察到這種擾動(dòng)(其幅度可以通過空氣溝槽寬度、空氣表面速度和制冷劑溝槽輪廓和溝槽間距控制)相對(duì)于通過傳統(tǒng)管和散熱片HMX中的平板的流動(dòng)增加了 HMX中的對(duì)流熱和質(zhì)量轉(zhuǎn)移。由交替偏移定位的輥壓接合板提供的這種具體性能的增加與堆棧體積、空氣側(cè)壓力損失和液滴形成的勢(shì)能的最小增加相關(guān)聯(lián)。
[0054]示例2
[0055]垂直于干燥劑的制冷劑
[0056]參照?qǐng)D2，其示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的吸收器板10的堆棧。該吸收器類似于第一實(shí)施例的吸收器，但被定向且具有特定特征以允許逆著液態(tài)干燥劑26的流向上抽吸過程氣流16，產(chǎn)生熱量和質(zhì)量交換的對(duì)流。在該實(shí)施例中，沿著每個(gè)吸收器板的底邊緣形成切口 38，以允許過程空氣以垂直于吸收器中的空氣流的角度進(jìn)入，從而允許干燥劑被收集在未示出的儲(chǔ)槽中，該儲(chǔ)槽位于吸收器的正下方并沿著吸收器的整個(gè)寬度和長(zhǎng)度延伸?；浊锌?38的形狀被形成為最小化過程氣流壓力損失，同時(shí)允許以形成液滴風(fēng)險(xiǎn)最小的方式將干燥劑輸送至貯槽。未示出的親水涂層涂敷至板表面，擴(kuò)展至每個(gè)板的整個(gè)高度并擴(kuò)展至除去小的邊緣之外的整個(gè)寬度。平行流歧管28以相等的壓力將干燥劑分配至橫跨所述多個(gè)吸收器板布置的分開的多個(gè)開孔泡沫材料分配器30。沿著每個(gè)吸收器板的頂邊緣設(shè)置切口 40，以允許在從垂直方向至側(cè)向方向的方向范圍內(nèi)將過程空氣從吸收器中抽出。頂部切口的形狀被形成為最小化過程氣流壓力損失，同時(shí)允許干燥劑平穩(wěn)地展開以潤(rùn)濕每個(gè)吸收器板的整個(gè)寬度。制冷劑可以在HMX的同一側(cè)或相反側(cè)進(jìn)入和離開所述板，使得制冷劑溝槽設(shè)計(jì)能夠更加靈活。
[0057]示例3
[0058]彎曲的板
[0059]如圖3所示，蒸發(fā)器板10可以以相對(duì)于過程空氣流16的方向彎曲的方式被制成。彎曲通道的好處是避免源自充氣室的空間和壓力損失，其中在充氣室中，過程空氣流的入口和出口需要位于不同的平面中。充氣室的避免適合緊湊的、高空氣流量空氣調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。
[0060]示例 4
[0061]徑向構(gòu)造
[0062]軸流風(fēng)扇是用于以高流量以及低吸力加速空氣的最有效的裝置和排出壓力頭。參照?qǐng)D4，本發(fā)明的第四實(shí)施例允許多個(gè)輥壓接合HMX板10設(shè)置成大致徑向結(jié)構(gòu)，其被調(diào)整以適應(yīng)的軸向排氣風(fēng)扇。通過軸流風(fēng)扇42吸引過程氣流16通過板10之間的間隙50并被大致向上吸引。通過將HMX堆棧的上部包圍在圓形管44中，空氣被強(qiáng)制進(jìn)入基底附近的堆棧，導(dǎo)致過程氣流相對(duì)于下落的液態(tài)干燥劑2逆流行進(jìn)。與交叉流動(dòng)式質(zhì)量交換器相比，這種逆流式布置可以被呈現(xiàn)以在等溫條件下提供改進(jìn)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移性能。干燥劑被從中央供給管(圖中不可見)徑向地輸送至每個(gè)板上的一個(gè)或多個(gè)開孔泡沫材料分配器30。分配器優(yōu)選地是窄的，以限制它們對(duì)離開HMX的氣流的影響。[0063]圖4示出所述板是彎曲的，但原則上，圖4的實(shí)施例可以具有非彎曲的板。
[0064]示例5
[0065]板中的湍流產(chǎn)生間隙
[0066]如圖5a所示，吸收器板10可以包含間隙或孔46，所述間隙或孔位于制冷劑溝槽之間以便于過程空氣16在相對(duì)的制冷劑溝槽18附近更平滑地通過，以及板之間的空氣互換。該實(shí)施例具有中斷(disrupting)粘性邊界層而不減小氣隙的優(yōu)點(diǎn)，因此針對(duì)相同的空氣側(cè)壓力損失，使得HMX板能夠以比連續(xù)板實(shí)施例中的間距更近的間距堆疊。這種方法的缺點(diǎn)在于，所述板在氣流方向上必須變得更長(zhǎng)，以提供與沒有間隙的板相同的接觸表面區(qū)域。
[0067]圖5b不出了圖5a的另一個(gè)實(shí)施例,其中圍繞間隙的板邊緣的一部分在垂直于所述板的平面的方向變形。這些變形部48與間隙46結(jié)合促進(jìn)過程空氣16的混合，因此中斷粘性邊界層并促進(jìn)對(duì)流熱和質(zhì)量轉(zhuǎn)移。如圖5B所示，間隙的相對(duì)側(cè)上的反向地變形的邊緣的使用進(jìn)一步促進(jìn)氣流的混合并減少阻塞和所導(dǎo)致的壓力損失。沿著每個(gè)暴露邊緣的長(zhǎng)度的交替正向和負(fù)向變形的使用用于均衡通道之間的空氣的質(zhì)量流。這種變形的幅度必須小并且避免損壞輥壓接合整體性和確保無針孔涂敷。
[0068]應(yīng)當(dāng)說明的是，在圖5a和5b的實(shí)施例中，間隙46不能在所述板的整個(gè)高度范圍內(nèi)延伸。間隙優(yōu)選地盡可能多在所述板的高度上延伸，同時(shí)仍然使所述板具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且優(yōu)選地具有最少數(shù)量的分割——例如，單個(gè)連續(xù)間隙，從離所述板的頂邊緣大約25mm處開始并在離底邊緣25mm處結(jié)束。然而，間隙的其它結(jié)構(gòu)也是可行的。
[0069]示例 6
[0070]可變氣孔
[0071]如圖6所示，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例允許HMX板被布置成使得板之間的間隙從空氣入口側(cè)向空氣出口側(cè)增加或減小。這種布置允許朝向入口或出口最大化過程氣流的湍流，這對(duì)于采用傳統(tǒng)的管和散熱片熱交換器來制造是不容易的。通過增加氣流中的湍流，熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)都可以被提高，從而減小所需要的總接觸面積?？勺?nèi)肟诤统隹趯挾葘?duì)于緊湊的設(shè)計(jì)而言也會(huì)是有好處的。
[0072]示例7
[0073]板中用于減少板數(shù)量的中心間隙
[0074]在圖7a中舉例說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中由數(shù)個(gè)HMX板10的堆棧構(gòu)成的調(diào)節(jié)器被制造成在這些板中的每一個(gè)中都具有間隙，并且這些間隙對(duì)齊以在所述堆棧內(nèi)形成空洞(void)54。這種空洞可以包含風(fēng)扇或通向風(fēng)扇的管道，以用于同時(shí)從調(diào)節(jié)器的兩側(cè)提取空氣，如在圖7b中舉例說明的那樣。這種設(shè)計(jì)具有增加給定數(shù)量的HMX板的進(jìn)氣孔并且從而降低部件和組裝成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0075]示例8
[0076]雙重質(zhì)量交換
[0077]在圖8中舉例說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中調(diào)節(jié)器堆棧的一個(gè)或多個(gè)板10被制造成具有粘附至或位于空氣出口邊緣附近的一個(gè)或多個(gè)散熱片56。散熱片優(yōu)選地由諸如聚丙烯之類的便宜的熱塑性塑料制成并且可以采用環(huán)氧樹脂粘合劑粘附至帶涂層的HMX板。散熱片本身涂敷由親水材料60形成的輔助區(qū)域，以用于保持和控制水或稀釋的水溶液62從頂部至底部的低流量。散熱片上的親水材料必須與用于保持和控制干燥劑流26的前述親水材料14的區(qū)域隔開一個(gè)間隙，以避免兩種液體的混合。散熱片也可以由薄的金屬片、非金屬親水材料、涂敷有親水材料的聚合物制成。沒有必要要求所述材料對(duì)干燥劑具有耐化學(xué)性，但這種特性對(duì)于本發(fā)明的應(yīng)用是有好處的，其中在本發(fā)明的該應(yīng)用中干燥劑的轉(zhuǎn)移不是關(guān)鍵的。水或稀釋的水溶液可以由輔助分配器58輸送至輔助親水表面60，輔助分配器58可以具有與前述干燥劑分配器類似的結(jié)構(gòu)。
[0078]當(dāng)過程氣流在散熱片之間通過時(shí)，水從散熱片表面上蒸發(fā)，從而加濕和冷卻空氣，并且由此將氣流中的顯熱的一部分轉(zhuǎn)換成潛熱。通過控制水流量，這些散熱片和水輸送系統(tǒng)的增加將使得用戶能夠控制由LDVCAC裝置實(shí)現(xiàn)的顯冷卻(sensible cooling)與潛冷卻(latent cooling)的比率。這種控制未被提供至傳統(tǒng)的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)器，因?yàn)楝F(xiàn)有的過程氣流已經(jīng)飽和了。來自LDVCAC的已冷卻的空氣的增濕在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，具體地，在US4941324中被描述，但還未被提出以這種進(jìn)湊和便宜的方式制成。
[0079]示例 9
[0080]優(yōu)化的溫度分布
[0081]在圖9中舉例說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中至板10的制冷劑連接被并聯(lián)地形成，即，所述板的內(nèi)部通道彼此并聯(lián)連接，使得流過交換器的制冷劑在所述板之間被分割(并且如果所有的板都彼此相同時(shí)，將在所述板之間均等地分割)。在該實(shí)施例中，每個(gè)板的制冷劑通道18優(yōu)選地是從入口 20至出口 22的單個(gè)連續(xù)的路徑，優(yōu)選地，從入口 20至出口 22的蜿蜒路徑。通過這種方式，每個(gè)板中的制冷劑的一部分以最低溫度進(jìn)入，并以最高溫度離開。圖9的底部處的插入曲線示出了作為橫跨每個(gè)HMX板的水平距離的函數(shù)的空氣
(16)和制冷劑(18)的溫度(T)。
[0082]將所述板的內(nèi)部通道彼此并聯(lián)連接具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，S卩，將在所述板之間流過交換器的制冷劑分開以使每個(gè)板的流量減小，并且因此允許減小內(nèi)部通道的橫截面積。由于輥壓接合板的最大寬度由內(nèi)部通道的寬度確定，因此減小內(nèi)部通道的橫截面積允許減小輥壓接合板的寬度，因此減小相鄰的HMX板之間所需要的間距。
[0083]展現(xiàn)本發(fā)明相對(duì)于用于基于蒸汽壓縮(制冷劑)的液態(tài)干燥劑系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的另一個(gè)可選方面是非共沸制冷劑(例如R407C)的使用，所述非共沸制冷劑具有溫度滑移(在恒定壓力下具有蒸發(fā)溫度范圍)并以相對(duì)于空氣、干燥劑或二者的逆流流過HMX板中的通道。這具有通過增加對(duì)數(shù)平均溫差和/或?qū)?shù)平均蒸汽壓力差來改善熱量和/或質(zhì)量轉(zhuǎn)移的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)此目的，所有的板必須如上所述的那樣并聯(lián)連接，使得制冷劑在所有板之間分開。通過這種方式，每個(gè)板內(nèi)的制冷劑部分經(jīng)歷完整的溫度滑移，以最低溫度進(jìn)入，并以最高溫度離開。這種布置還使得HMX能夠從制冷劑過熱和過冷中受益。蜿蜒的通道設(shè)計(jì)是使入口邊緣和出口邊緣(相對(duì)于氣流而言)之間的差最大化的最簡(jiǎn)單的方式，但其它通道構(gòu)造/設(shè)計(jì)在某些情況中可以是有利的。這種用于產(chǎn)生逆流熱量和/或質(zhì)量交換的平行制冷劑通道布置可以有利于調(diào)節(jié)器和再生器二者。
[0084]更低壓力的制冷劑(如，代替R410A的R407C)的使用具有降低材料成本的額外的益處，因?yàn)檩亯航雍习逍枰屋^低的內(nèi)部壓力，因此他們可以采用更薄的片材制成。
[0085]R407C和R410都是已知的制冷劑。R-407C是非共沸制冷劑，是二氟甲烷(R-32)、五氟乙烷(R-125)和1，1，1，2_四氟乙烷(R-134a)的混合物。通常以TORON、EC0FLU0RR410(或 EcoFluor R410)、GENETR0N R410A 或 AZ-20 為商標(biāo)售賣的 R-410A 是二氟甲烷(CH2F2，稱為R-32)和五氟乙烷(CHF2CF3，稱為R-125)的非共沸但接近非共沸的混合物，其在空氣調(diào)節(jié)應(yīng)用中被用作制冷劑。
[0086]雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但在閱讀和理解本說明書和附圖之后，等同變化和修改是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的。特別地，除非另外指明，由上述元件(構(gòu)件、組件、裝置、合成物等)執(zhí)行的各種功能、用來描述這些元件的術(shù)語(包括對(duì)"裝置"的引用)的意圖是對(duì)應(yīng)于用于執(zhí)行所描述的元件的具體功能的(即，功能等效的)任何元件，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于通過本發(fā)明的示例性的一個(gè)實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例中在這里公開的執(zhí)行該功能的結(jié)構(gòu)。此外，雖然上文已經(jīng)參照數(shù)個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)描述了本發(fā)明的特定特征，但該特征可以與其它實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其它特征組合，只要對(duì)于任何給定的或特定的應(yīng)用而言是理想的并且有利的。
[0087]例如，對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施例來說可行的是彼此組合。作為示例，交換器可以同時(shí)具有圖5a或5b的間隙和圖7a的中心空洞。作為另一個(gè)示例，圖4的徑向?qū)嵤├梢愿郊拥鼗蚩商鎿Q地在所述板的上邊緣和/或下邊緣中設(shè)置有切口(如圖2中所示的那樣)。作為另一個(gè)示例，與圖5a或5b中的間隙相類似的間隙可以設(shè)置在圖4的徑向?qū)嵤├陌宓淖杂纱怪边吘壷?，其中間隙水平地延伸，如圖4中圖示的實(shí)施例一樣。作為又一個(gè)示例，圖4的徑向?qū)嵤├南噜彴蹇梢韵鄬?duì)于彼此偏移，如參照?qǐng)D1c描述的那樣，從而相鄰的板的制冷劑通道不彼此面對(duì)，而是作為代替地，一個(gè)板的制冷劑通道面對(duì)著相鄰的板的平坦部分。
[0088]如上所述，本發(fā)明存在能夠減輕由于本發(fā)明中使用的輥壓接合板可能需要的材料厚度引起的增加材料的需求的多個(gè)方面。這些方面包括下述方面中的一個(gè)或多個(gè):
[0089]I減小從制冷劑至干燥劑的熱阻(熱量移動(dòng)的距離越小，熱導(dǎo)管越厚{鋁板})
[0090]II形成逆流而不是交叉流質(zhì)量交換
[0091]III形成逆流而不是交叉流熱量交換
[0092]IV增加湍流(即，較高的局部速度)
[0093]V能夠?qū)崿F(xiàn)更高流量的整體空氣速度而沒有液滴轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)
[0094]外表面相對(duì)平滑的輥壓接合板的使用相對(duì)于實(shí)現(xiàn)同樣方面的傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù))方法而言實(shí)現(xiàn)了上述方面I和V。
[0095]圖2或4a的凹部使得通過允許氣流相對(duì)于干燥劑逆流流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)逆流質(zhì)量交換，(即，它們影響方面II)。
[0096]非共沸制冷劑R407C在并行流吸收器設(shè)計(jì)中的使用可以形成逆流熱交換條件(方面 III)。
[0097]圖5a的間隙增加了湍流并且中斷熱邊界層(即，實(shí)現(xiàn)方面IV)，并且圖5b中的間隙的成形的邊緣進(jìn)一步增加了湍流。
[0098]在實(shí)施例的描述中，輥壓接合板中的內(nèi)部通道被示出為具有卵形或橢圓形橫截面。本發(fā)明不僅限于此，并且輥壓接合板中的內(nèi)部通道可以具有其它截面，例如六邊形橫截面。
[0099]在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，親水涂層可以是吸收劑，使得在間歇操作期間能夠被干燥劑更快地潤(rùn)濕。
[0100]本發(fā)明提供了一種用于在氣流、液態(tài)干燥劑和制冷劑之間交換熱量和質(zhì)量的熱量和質(zhì)量交換器，該交換器包括:一個(gè)或多個(gè)輥壓接合板，所述或每個(gè)輥壓接合板具有至少一個(gè)內(nèi)部通道，所述通道大致位于相應(yīng)板的平面中；用于液態(tài)干燥劑的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域被限定在輥壓接合板的外表面的至少一部分上；和用于引起制冷劑流過輥壓接合板的內(nèi)部通道的裝置。
[0101]所述或每個(gè)板可以是輥壓接合板。如所知道的那樣，在輥壓接合工藝(或輥壓結(jié)合工藝)中，除了一個(gè)或多個(gè)期望的流動(dòng)通道之外，兩個(gè)金屬片通過真正的冶金接合結(jié)合在一起，其中在所述一個(gè)或多個(gè)期望的流動(dòng)通道處的兩個(gè)金屬片被阻止結(jié)合。在輥壓接合工藝中，"阻焊(stopweld)"材料以期望圖案(對(duì)應(yīng)于期望的流動(dòng)通道)設(shè)置在一個(gè)金屬片上，并且另一個(gè)金屬片隨后堆疊在其上面。隨后，除了設(shè)置了阻焊材料的位置之外，金屬片在壓力下被加熱和輥壓以在金屬片之間提供冶金接合。通道的一端隨后被打開，并且高壓空氣用于使流動(dòng)通道膨脹。如本文中使用的用語"輥壓接合"板表示通過這種輥壓接合工藝獲得的板。
[0102]如本文中使用的用語"制冷劑"優(yōu)選地表示如由DuPont公司開發(fā)的、在用于制冷劑的R-#分類系統(tǒng)中被分類的材料。制冷劑可以是純流體(例如，如丁烷)，或者它可以是兩種或更多種流體的混合物(例如，如下文所述的R407C或R410)。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然根據(jù)一些資料，空氣和水被分類為制冷劑，但它們不是本發(fā)明的優(yōu)選制冷劑。
[0103]交換器還可以包括至少位于所述板的外表面的一部分上的非金屬涂層，在使用中，液態(tài)干燥劑在該部分上流動(dòng)，非金屬涂層對(duì)液態(tài)干燥劑是耐蝕的。
[0104]非金屬涂層可以包括瓷釉、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯或陽極電鍍材料中的至少一種。
[0105]所述板可以由對(duì)液態(tài)干燥劑耐腐蝕的非金屬材料制成。
[0106]所述板中的內(nèi)部通道在使用中大致基本上平行于液態(tài)干燥劑流，或者它們?cè)谑褂弥写笾禄旧洗怪庇谟谝簯B(tài)干燥劑流。
[0107]交換器可適于與大致垂直于干燥劑流且大致平行于所述板的平面指向的氣流交換熱量和質(zhì)量。可替換地，它可以適于與大致與干燥劑流相反地指向的氣流交換熱量和質(zhì)量。
[0108]交換器可以包括在至少一個(gè)方向上彼此大致平行延伸的多個(gè)板。
[0109]所述板可以彼此大致平行。可替換地，相鄰板之間的間距可以沿著氣流的方向改變。
[0110]所述板的邊緣可以被定形，以用于促進(jìn)空氣從被導(dǎo)入相鄰的板之間的空間，或從該空間抽出。
[0111]一個(gè)板的內(nèi)部通道可以在氣流的方向上相對(duì)于相鄰板中的內(nèi)部通道偏移。
[0112]一個(gè)或多個(gè)第一孔可以形成在所述板中，一個(gè)板中的第一孔與相鄰板中的內(nèi)部通道大致相對(duì)地設(shè)置，并在與相鄰板通道中的內(nèi)部通道大致相同的方向上延伸。
[0113]一個(gè)板中的第一孔的多個(gè)邊緣中的一個(gè)邊緣的至少一部分可以在垂直于所述板平面的方向上變形。
[0114]所述板的中間平面可以是非平坦的。例如，所述板的中間平面可以是曲面的或者包括曲面的部分，從而所述板的一部分與氣流的方向交叉，如圖3所示。(板的"正中平面"指的是位于所述板的前表面和所述板的后表面之間的平面。)
[0115]第二孔可以形成在每個(gè)板中，一個(gè)板中的第二孔設(shè)置成與相鄰板的第二孔相鄰并與相鄰板的第二孔基本上共同延伸，從而形成延伸穿過所述多個(gè)板的空洞。
[0116]當(dāng)沿著干燥劑流的方向觀察時(shí)，交換器可以包括從中心支撐件徑向地延伸的多個(gè)板，該支撐件沿干燥劑流的方向延伸。
[0117]所述板在它們的沿干燥劑流的方向的長(zhǎng)度的至少一部分范圍內(nèi)可以是封閉的，從而促進(jìn)所述板的沿干燥劑流的方向的長(zhǎng)度的預(yù)定部分范圍內(nèi)的氣流。所述板可以是封閉的，以促進(jìn)所述板的沿干燥劑流的方向的大致整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的氣流。
[0118]所述板在使用中可以大致垂直地布置，并且交換器可以包括用于在所述板的上邊緣處或附近釋放所述液態(tài)干燥劑的流的分配器。
[0119]所述分配器可以包括微通道分配器或開孔式多孔材料。
[0120]如前述任一權(quán)利要求所述的交換器，包括用于收集穿過所述板之后的所述液態(tài)干燥劑的接收器。
[0121]所述交換器可以包括第一親水涂層，第一親水涂層設(shè)置在所述板的外表面的至少一部分上，從而限定出用于液態(tài)干燥劑的流動(dòng)區(qū)域。
[0122]第一親水涂層可以是微結(jié)構(gòu)化的表面。
[0123]可替換地，交換器可以包括可透蒸汽的隔膜，該隔膜設(shè)置在所述板的外表面的至少一部分上，從而限定液態(tài)干燥劑的流動(dòng)區(qū)域。
[0124]所述或每個(gè)板可以具有單個(gè)連續(xù)內(nèi)部通道。
[0125]所述或每個(gè)板可以包括具有蜿蜒形狀的內(nèi)部通道。
[0126]至少一個(gè)板可以設(shè)置有附接至該板的一個(gè)或多個(gè)散熱片，所述或每個(gè)散熱片涂覆有用于限定冷卻劑的流動(dòng)區(qū)域的親水材料區(qū)域。散熱片在氣流的方向上沿著所述板的有效寬度延伸。
[0127]冷卻劑可以是水或水溶液。
[0128]交換器還可以包括用于將冷卻劑分配至散熱片的流動(dòng)區(qū)域的第二分配器。
[0129]第二分配器可以包括微通道分配器或開孔式多孔材料。
[0130]液態(tài)干燥劑可以是氯化鋰、氯化鈣或溴化鋰的水溶液?？商鎿Q地，可以采用其他鹵化物鹽。
[0131]每個(gè)板中的制冷劑通道可以被布置成優(yōu)化制冷劑過熱和/或冷卻相對(duì)于蒸發(fā)溫度的位置，和/或制冷劑通道可以被設(shè)計(jì)成優(yōu)化跨越每個(gè)板上的溫度分布。特別地，在交換器包括多個(gè)板的情況中，所述板的內(nèi)部通道可以彼此并聯(lián)連接，使得流過交換器的制冷劑在所述板之間分開(并且在所有板彼此相同的情況下，將在所述板之間均等地分開)。通過這種方式，每個(gè)板中的制冷劑部分以最低溫度進(jìn)入并以最高溫度離開。
[0132]在具有多個(gè)板的交換器中，所述板中的一些板并且可選地全部板的內(nèi)部通道可以彼此并聯(lián)連接。
[0133]交換器可以被構(gòu)造成使得制冷劑在內(nèi)部通道中隨著從該通道的一端流向另一端時(shí)至少部分地改變相態(tài)_，例如，制冷劑可以在沿著內(nèi)部通道通過時(shí)部分地或全部地蒸發(fā)(如果希望它去冷卻氣流的話)，或者可以在沿著內(nèi)部通道通過時(shí)部分地或全部地冷凝(如果希望它去加熱氣流的話)。
[0134]制冷劑可以是非共沸制冷劑。
[0135]本發(fā)明還提供了包括上述熱量和質(zhì)量交換器的空氣調(diào)節(jié)單元。[0136]空氣調(diào)節(jié)單元可以包括用于在所述板上產(chǎn)生氣流的裝置。
[0137]本發(fā)明還提供了包括上述熱量和質(zhì)量交換器的制冷單元。
[0138]現(xiàn)有技術(shù)缺少在高潛熱條件下的高效的空氣調(diào)節(jié)方案，這種方案在成本和尺寸方面都類似于家用的(即低于5kW冷卻能力)的傳統(tǒng)的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)器。已有的發(fā)明和商用LDVCAC產(chǎn)品依賴于i)揮發(fā)性干燥劑，其對(duì)于間歇使用來說是不經(jīng)濟(jì)的；ii)輔助水冷卻器的可獲得性，其在大多數(shù)住宅房地產(chǎn)中是不實(shí)際的；iii)或接近或低于露點(diǎn)的蒸發(fā)溫度，這種蒸發(fā)溫度相對(duì)于傳統(tǒng)的AC系統(tǒng)僅能產(chǎn)生可忽略的效率好處。
[0139]本發(fā)明通過在高于現(xiàn)有技術(shù)可行溫度的蒸發(fā)溫度下使高效液態(tài)干燥劑(諸如氯化鋰溶液)的使用更加便利，從而對(duì)現(xiàn)有技術(shù)加以改進(jìn)。這使得同時(shí)具有高耐蝕性且在制冷劑和干燥劑之間具有非常低的熱阻的本發(fā)明的熱量和質(zhì)量交換器(HMX)是可行的，其中該HMX結(jié)合有專門涂敷的輥壓接合熱交換器。更高的蒸發(fā)溫度減小了單位壓縮功，因此提高熱力學(xué)效率。
[0140]本發(fā)明的所有實(shí)施例被設(shè)計(jì)成在類似于US4941324中描述的LDVCAC循環(huán)內(nèi)運(yùn)行，其中熱量和質(zhì)量交換器吸收水蒸汽和來自過程氣流的顯熱至液態(tài)干燥劑，液態(tài)干燥劑被蒸汽壓縮回路中的制冷劑主動(dòng)地和連續(xù)地冷卻。雖然接下來的描述適用于LDVCAC系統(tǒng)的吸收器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)注意到，本發(fā)明的HMX可以被容易地構(gòu)造成能夠在作為相同系統(tǒng)中操作的解吸塔或再生器，用來增濕和加熱外部過程氣流。
[0141]本發(fā)明可以用來代替US4941324循環(huán)中的熱量和質(zhì)量交換器，并且從而使得非揮發(fā)性的干燥劑，如氯化鋰溶液，能夠用在非常適合大規(guī)模生產(chǎn)的緊湊的、低維護(hù)的裝置中。
[0142]本發(fā)明的第一方面包括:多個(gè)鋁合金輥壓接合熱交換器板，所述板被平行地布置以形成堆棧，其中過程空氣被如由排氣風(fēng)扇供給的吸力吸引穿過所述板之間的間隙；位于每個(gè)HMX板內(nèi)的密封的制冷劑通道，所述通道大致垂直于過程氣流且大致平行于液態(tài)干燥劑流；將液態(tài)干燥劑分配至每個(gè)輥壓接合板的兩側(cè)的頂部的裝置；每個(gè)板的至少一個(gè)區(qū)域涂敷有親水材料以形成每個(gè)板的容易被所分配的干燥劑潤(rùn)濕的至少一個(gè)區(qū)域；每個(gè)板的未涂敷有親水材料的至少一個(gè)區(qū)域；和干燥劑儲(chǔ)槽。
[0143]干燥劑分配裝置可以是向多個(gè)小通道供料的加壓容器或充滿干燥劑的多孔材料，加壓容器或多孔材料中的任一個(gè)可以定位在每個(gè)板的頂部處并與每個(gè)板接觸。
[0144]干燥劑可以是鹵鹽溶液，如氯化鋰溶液，或者它可以是甲酸鉀。
[0145]過程氣流可以由機(jī)動(dòng)抽吸裝置，如軸流或切向流風(fēng)扇提供，或者由被動(dòng)抽吸源，如煙囪效應(yīng)或擴(kuò)散梯度提供。
[0146]HMX被設(shè)計(jì)以被定位成允許空氣平穩(wěn)地進(jìn)/出該裝置。貯槽將被定位在所述板的下方，以回收和過濾干燥劑并提供用于向干燥劑劑泵供料的壓頭。HMX板被設(shè)計(jì)以被定位成使得相鄰的板的制冷劑通道在過程氣流的方向上偏置。
[0147]輥壓接合熱交換器僅由兩個(gè)金屬片制成，這兩個(gè)金屬片一起將制冷劑容納和與同一平面和同一材料中的空氣大面積熱接觸的功能結(jié)合起來，從而提供了非常平滑的幾何結(jié)構(gòu)和低的熱阻。平滑輪廓便于用耐蝕性層在整個(gè)暴露表面上形成無針孔涂層，而制冷劑通道之間的相對(duì)厚的散熱片部分提供高的結(jié)構(gòu)剛性。本發(fā)明以新穎的和非直觀的方式采用輥壓接合技術(shù)，采取主要被設(shè)計(jì)用于家用冰箱的內(nèi)表面容易清潔的技術(shù)，并且隨后以全新的方式開發(fā)平滑的輥壓接合幾何形狀以實(shí)現(xiàn)可以易于涂敷耐蝕性和親水性材料的熱量和質(zhì)量交換板。
[0148]應(yīng)當(dāng)說明的是，與傳統(tǒng)銅焊的帶有散熱片的管狀熱交換器相比，本發(fā)明中使用的輥壓接合板由于對(duì)散熱片部分的等于最小制冷劑容納厚度的兩倍的厚度需求而可能在5倍和10倍厚之間，從而導(dǎo)致更大的材料成本。然而，如下所述，本發(fā)明存在能夠減輕增加的材料需求的多個(gè)方面。
[0149]針對(duì)LDVCAC裝置的現(xiàn)有技術(shù)，輥壓接合的HMX堆棧由于消除了垂直于氣流的元件且由于所述表面的平滑輪廓，從而使得對(duì)過程空氣流的阻礙減少。更平滑的流路帶來兩個(gè)益處:i)氣流的壓力損失較低，從而降低風(fēng)扇上的電負(fù)荷；ii)降低了干燥劑液滴形成的可能性，因此實(shí)現(xiàn)更高的空氣通道速度，而不會(huì)導(dǎo)致在氣流中夾帶干燥劑液滴的風(fēng)險(xiǎn)。
[0150] 申請(qǐng)人:已經(jīng)在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型中觀察到，制冷劑通道在氣流方向上的偏移定位導(dǎo)致在空氣在相鄰的HMX板之間通過時(shí)空氣和干燥劑表面之間的粘性層流邊界層被擾舌L。這種擾亂允許干燥劑周期性緊密接觸空氣通道的中心處的大量氣流，因此與平的HMX板相比改進(jìn)熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移。
[0151]#2根據(jù)本發(fā)明的第二方面，制冷劑通道被設(shè)計(jì)成大致垂直于干燥劑流，并且過程氣流以相對(duì)于干燥劑成逆流的方式定向。每個(gè)板的頂邊緣和底邊緣的輪廓形成為便于垂直于HMX內(nèi)的氣流的方向的過程空氣進(jìn)/出。
[0152]#3根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，HMX板是彎曲的以使得空氣在HMX組件內(nèi)轉(zhuǎn)向。
[0153]#4根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，制冷劑通道基本上垂直于干燥劑流，并且一個(gè)或多個(gè)HMX板在垂直于干燥劑流的平面內(nèi)是彎曲并被布置成螺旋形式。
[0154]#5根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在HMX板中、制冷通道之間存在間隙。這些間隙的邊緣可以被變形以改善HMX內(nèi)的氣流條件。
[0155]#6根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，HMX板可以被構(gòu)造成非平行的堆棧，使得板之間的進(jìn)氣孔可以比排氣孔更寬或更窄。
[0156]#7根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，HMX板由復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料包含嵌入低成本的聚合物基質(zhì)中的小部分陶瓷顆?；蚶w維。
[0157]#8根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，HMX板涂敷有由聚合物纖維構(gòu)成的芯(wick)。
[0158]#9根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該裝置中的至少一個(gè)HMX板具有位于所述板的平坦部分中的用于提取空氣的間隙。
[0159]#10根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，兩個(gè)獨(dú)立的分配器將兩種不同的液體輸送至每個(gè)HMX板的每一側(cè)上的兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的親水區(qū)域。例如,在圖8的實(shí)施例中，冷卻劑(例如，水)被輸送至HMX板的散熱片，而液態(tài)干燥劑被輸送至所述板。已知的是，絕熱地增濕已經(jīng)被液態(tài)干燥劑等溫地除濕的空氣。通過這種方式，空氣可以被冷卻至低于HMX中的冷卻劑(制冷劑)溫度的溫度。本發(fā)明的該方面在單個(gè)組件中以共用幾何結(jié)構(gòu)結(jié)合兩種功能(HMX和隔熱增濕器)，并提供了相對(duì)于傳統(tǒng)的增濕器的減少氣流中的壓力損失的優(yōu)點(diǎn)。
[0160]為了實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)目的，因而，本發(fā)明包括以后被完整描述的并且在權(quán)利要求中特別指出的特征。接下來的描述和附圖詳細(xì)地闡述本發(fā)明的說明性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例僅表示可以采用本發(fā)明的原理的多種方式中一些。當(dāng)結(jié)合附圖考慮本發(fā)明的下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的其它目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得明顯。
[0161]工業(yè)實(shí)用性[0162]本文中描述本發(fā)明可以用于下述應(yīng)用中的任一種:
[0163](I)單分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)-典型地，用于住宅或小的商用或辦公房屋。
[0164](2)多分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0165](3)空氣處理單元(AHU)。
[0166](4)需要或期望除濕的冷藏車。
[0167]附圖標(biāo)記列表
[0168]10熱量和質(zhì)量交換器(HMX)板
[0169]12耐蝕性涂層
[0170]14親水表面
[0171]16過程氣流
[0172]18制冷劑通道
[0173]20制冷劑進(jìn)入管
[0174]22制冷劑排出管
[0175]24干燥劑輸送管
[0176]26液態(tài)干燥劑溶液流
[0177]28平行流干燥劑歧管
[0178]30開孔式泡沫材料干燥劑分配器
[0179]32微通道干燥劑分配器
[0180]34干燥劑儲(chǔ)槽
[0181]36固定孔
[0182]38 HMX板中的底部切口
[0183]40 HMX板中的頂部切口
[0184]42軸向排氣風(fēng)扇
[0185]44空氣管道
[0186]46 HMX板中的間隙
[0187]48變形的邊緣
[0188]50過程空氣入口
[0189]52過程空氣出口
[0190]54排氣通道
[0191]56隔熱散熱片
[0192]58輔助分配器
[0193]60輔助親水區(qū)域
[0194]62水或稀釋的水溶液流
【權(quán)利要求】
1.一種用于在氣流、液態(tài)干燥劑和制冷劑之間交換熱量和質(zhì)量的熱量和質(zhì)量交換器，該交換器包括: 一個(gè)或多個(gè)輥壓接合板，所述或每個(gè)輥壓接合板具有至少一個(gè)內(nèi)部通道，所述通道大致位于相應(yīng)的板的平面中； 用于液態(tài)干燥劑的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域被限定在所述輥壓接合板的外表面的至少一部分上；和 用于使制冷劑流過輥壓接合板的內(nèi)部通道的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換器，進(jìn)一步包括至少位于所述板的外表面的一部分上的非金屬涂層，在使用中，液態(tài)干燥劑在該部分上流動(dòng)，非金屬涂層對(duì)液態(tài)干燥劑是耐腐蝕的并且包括環(huán)氧樹脂、瓷釉中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交換器，其中，非金屬涂層包括酚醛樹脂、聚亞安酯或陽極處理材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換器，該交換器適于與大致與干燥劑流相反地指向的氣流交換熱量和質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1-4中任一項(xiàng)所述的交換器，包括在至少一個(gè)方向上彼此大致平行地延伸的多個(gè)板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交換器，其中，相鄰的板之間的間距沿氣流的方向改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求4和5中任一項(xiàng)所述的交換器，其中，一個(gè)板的內(nèi)部通道在氣流的方向上相對(duì)于相鄰的板中的內(nèi)部通道偏移。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6和7中任一項(xiàng)所述的交換器，其中，一個(gè)或多個(gè)第一孔形成在所述板中，一個(gè)板中的第一孔與相鄰板中的內(nèi)部通道大致相對(duì)地設(shè)置并在與相鄰板通道中的內(nèi)部通道大致相同的方向上延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的交換器，其中，一個(gè)板中的第一孔的多個(gè)邊緣中的一個(gè)邊緣的至少一部分在垂直于該板的平面的方向上變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的交換器，其中，所述板的中間的面是非平坦的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5以及直接或間接從屬于權(quán)利要求5的權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述的交換器，所述交換器包括:當(dāng)沿著干燥劑流的方向觀察時(shí)，從中心支撐件徑向地延伸的多個(gè)板，該支撐件沿干燥劑流的方向延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交換器，其中所述板在它們的沿干燥劑流方向的長(zhǎng)度的至少一部分范圍內(nèi)是封閉的，從而在所述板的沿干燥劑流方向的長(zhǎng)度的預(yù)定的部分范圍內(nèi)促進(jìn)氣流。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的交換器，其中，所述或每個(gè)板包括具有蜿蜒形狀的內(nèi)部通道。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的交換器，其中，至少一個(gè)板設(shè)置有附接至該板的一個(gè)或多個(gè)散熱片，所述或每個(gè)散熱片涂覆有用于限定冷卻劑的流動(dòng)區(qū)域的親水材料區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的交換器，其中，所述冷卻劑是水或水溶液。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的交換器，還包括用于將冷卻劑分配至散熱片的流動(dòng)區(qū)域的第二分配器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的交換器，其中第二分配器包括微通道分配器或開孔式多孔材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求5或直接或間接從屬于權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求6-17中的任一項(xiàng)所述的交換器，其中，所述板的內(nèi)部通道彼此并聯(lián)連接。
19.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的交換器，該交換器被構(gòu)造成使得制冷劑在內(nèi)部通道中至少部分地改變相。
20.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的交換器，其中，所述制冷劑是非共沸制冷劑。
【文檔編號(hào)】F24F3/14GK103958995SQ201280058290
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】邁克爾·查爾斯·湯姆林 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社