紧凑型热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器的领域。更具体地，本发明涉及翅片和管式热交换器及板式热交换器(plates heat exchange)以及包括所述热交换器的设备。

发明背景

翅片和管式热交换器(fins and tubes heat exchangers)以及板式热交换器是公知的。文献中描述了由联接到板式热交换器的翅片和管式热交换器制成的热交换器。需要联接到板式热交换器的紧凑型翅片和管式热交换器，紧凑型翅片和管式热交换器可以具有显著减小的体积。

发明概述

本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括翅片和管式热交换器、具有入口区和出口区的板式热交换器以及界定外壳(enclosure)的侧部敞开的旁路隔室(open sidedbypass compartment)。翅片和管式热交换器包括多个堆叠的翅片，每个翅片具有与穿透的热交换管联接的至少一个通孔。管输送外部热流体，翅片和管在外部热流体与翅片之间流动的流体之间传递热。板式热交换器包括多个堆叠的板，这些堆叠的板被构造成将热从板的表面的一侧传递到板的表面的另一侧。每个翅片在翅片的边缘上联接到板，并且翅片的一个边缘面对旁路隔室的敞开侧。每个板在板的边缘上联接到翅片，板的一个边缘面对入口区和出口区中的至少一个。在一些实施例中，板的仅一部分联接到翅片，并且在一些实施例中，翅片的仅一部分联接到板。术语联接意味着两个部件(即，板和翅片)如此靠近，使得两个部件产生用于使流体在第一部件上流到第二部件上的连续表面。联接可以通过将板附接到翅片、附连、退火或仅仅使两个部分接触来实现。

每个联接的板和翅片与相邻的联接的板和翅片界定间隙。该间隙是用于进入入口区的流体的入口路径，或者是用于通过出口路径离开的流体的出口路径。在入口路径中，间隙的在两个相邻板之间面对入口区的部分是敞开的，而间隙的在相同的两个相邻板之间面对出口区的部分被阻塞。在出口路径中，间隙的在两个相邻板之间面对出口区的部分是敞开的，间隙的在相同的两个相邻板之间面对入口区的部分被阻塞。入口路径和出口路径交替堆叠，使得形成逆向流动(counter flow)(或半逆向流动(semi-counter flow))。

热交换器被构造成通过使入口路径和出口路径堆叠并使旁路隔室封闭面对入口路径的出口和出口路径的入口的空间，以引导流体流从入口区流到面对入口路径的板的表面之间，然后朝向面对入口路径的翅片的表面之间，然后朝向旁路隔室流出入口路径，然后朝向面对出口路径的翅片的表面之间，然后朝向面对出口路径的板的表面之间，并且然后朝向出口区流动。

入口路径和出口路径交替堆叠，使入口路径中的流体和出口路径中的流体能够相互热交换接近(mutual heat exchange propinquity)。

在下面的附图中很好地描绘了本发明的热交换器的实施例。

在一些实施例中，热交换器包括翅片和管式热交换器、板式热交换器和侧部敞开的旁路隔室，其中翅片和管式热交换器联接到板式热交换器，使得翅片和管式热交换器的翅片联接到板式热交换器的板，翅片和管还联接到旁路隔室，联接的翅片和板与相邻的联接的翅片和板界定交替的入口路径和出口路径，该入口路径和出口路径通过旁路隔室流体连通。

在一些实施例中，翅片和管联接到冷却源，并且入口路径中的流体在所述翅片和管式热交换器的上游被预冷却，而出口路径中的流体在所述翅片和管式热交换器的下游被后加热(post-heat)。

在一些实施例中，翅片和管联接到加热源，并且入口路径中的流体在所述翅片和管式热交换器的上游被预加热，而出口路径中的流体在所述翅片和管式热交换器的下游被后冷却(post-cool)。

在一些实施例中，板式热交换器的板与翅片和管式热交换器的翅片对准并密封，以界定多个连续的流体路径，每个路径包括一对联接的板和翅片。

旁路隔室靠近翅片和管式热交换器，并且远离翅片和管式热交换器的联接到板式热交换器的一侧。

热交换器的板可以由具有比制成翅片的材料更低的热导率的材料制成。

在一些实施例中，热交换器被构造成能够产生在入口路径中流动的流体能够与在出口路径中流动的流体的逆向流动。为此，板具有突起，该突起适于以逆流方式引导流动，具有如上文所说明的阻塞突起，并且通过热交换器中入口路径和出口路径的交替构造来以逆流方式引导流动。

在第二方面，本发明提供了一种设备，该设备包括用于将如上定义的热交换器与流体传播装置(fluid propagating means)一起容纳的壳体。流体传播装置可以是例如鼓风机或泵，而无需限于此。这种设备的非限制性示例是加湿器、大气水发生器(atmosphericwater generator)、巴氏杀菌设备等。板和/或翅片可以被压花以提高流体之间热传递的能量效率。在该设备是大气水发生器的情况下，该设备可以包括用于收集在热交换器中冷凝的水的集水池(sump)和用于处理和分配冷凝水的装置。集水池可以位于热交换器的下方，使得水将在重力作用下朝向集水池流动。

附图简述

被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别指出并被清楚地要求保护。然而，在与附图一起阅读时，通过参考以下详细描述可以最好地理解本发明以及其目的、特征和优点，在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的安装有热交换器的设备的等距视图。

图2是根据本发明的一些实施例的热交换器的顶部示意图。

图3是根据本发明的一些实施例的安装有热交换器的设备的等距视图，该热交换器具有允许冷空气离开设备的打开的开闭器(shutter)。

本发明的详细描述

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以免使本发明模糊不清。

本发明的实施例的该描述描绘了一种以新颖的构造联接到板式热交换器的翅片和管式热交换器，该翅片和管式热交换器显著减小了所述热交换器的体积，使热交换器紧凑且可行地适合各种新的应用。

现在参照图1和图2，图1和图2描绘了根据本发明的一些实施例的热交换器100。

热交换器100可包括板式热交换器12、翅片和管式热交换器16、旁路隔室30、入口区18和出口区22。

翅片和管式热交换器16可以联接到板式热交换器12。热交换器还包括旁路隔室30，旁路隔室30界定外壳28，该外壳28封闭翅片和管式热交换器16的至少一侧，旁路隔室30包括敞开侧32，该敞开侧32面对翅片和管式热交换器16的该至少一侧。

翅片和管式热交换器16可以是常规的翅片和管式热交换器，该翅片和管式热交换器包括多个堆叠的翅片14，翅片14通常由具有高导热性的材料制成，翅片14具有通孔26，贯穿管24穿过通孔26，贯穿管24设计成联接到外部热流体以进行热交换，从而在管24中流动的外部热流体与翅片14之间流动的流体之间传递热。

板式热交换器12可以包括多个堆叠的板10，板10被构造成将热从板的表面的一侧传递到板的表面的另一侧。板式热交换器面对热交换器100的入口区和出口区。

翅片和管式热交换器16的翅片14可以各自在翅片14的边缘上联接到对应的板10，并且翅片的一个边缘面对旁路隔室30的敞开侧32。

板式热交换器12的板10各自在板的边缘上联接到翅片和管式热交换器16的翅片14，板10的一个边缘面对入口区18和出口区22中的至少一个。

板式热交换器12的板10可以与翅片和管式热交换器16的翅片14对准并密封，以界定多个连续的流体路径40和42，每个路径包括一对联接的板10和翅片14。

在图1和图2中描绘的示例中，翅片14和板10可以重叠，但在其他实施例中，翅片14和板10可以在翅片14和板10的边缘处连续地附接。翅片和板可以通过任何其他常用方法胶合、退火或附接。

如图1可看到的，板式热交换器12面对入口区18和出口区22，进入的流体流20可以从入口区18进入热交换器(HX)100，流体20可以从出口区22离开HX100。分隔表面23将入口区18与出口区22分开。分隔表面23横向于板10的平面连接到板式热交换器12。诸如鼓风机、风扇或推进器的流体动力机构(fluid motivator)可以放置在入口区18中以推进进入的流体流20和/或放置在出口区22中以抽吸流出的流体流50。在一些实施例中，分隔表面23可以不永久地连接到板式热交换器，而是作为容纳热交换器100的设备1000的主体的一部分。

每个联接的板和翅片与相邻的联接的板和翅片界定间隙(40或42)。这些间隙可以(i)其特征在于，使间隙的在两个相邻板之间面对入口区18的部分是敞开的，并且使间隙的在两个相邻板之间面对出口区22的部分被阻塞，使得该间隙界定入口路径40，或者(ii)其特征在于，使间隙的在两个相邻板之间面对出口区22的部分是敞开的，并且使间隙的在两个相邻板之间面对入口区18的部分被阻塞，使得该间隙界定出口路径42。

因此，两个相邻板之间的间隙可以交替地在入口区18中敞开而在出口区22中阻塞，或者反之亦然——在入口区18中阻塞而在出口区22中敞开。间隙可以在每个区中交替地阻塞或敞开，使得在某种程度上，板10的整个叠堆被构造成具有交替的堆叠的入口和出口。

在一些实施例中，板10由诸如塑料的低导热材料制成，并且翅片14(以及管)由诸如金属或金属合金的高导热材料制成。在一些实施例中，板10由具有小于或等于5W/m·℃的热导率的材料制成。在一些实施例中，翅片14由具有高于或等于50W/m·℃的热导率的材料制成。在一些实施例中，翅片14和/或管24(参见下文)由铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢制成。在一些实施例中，板10包括分散在周边边界区域中的附接突起，该周边边界区域靠近与翅片14的周边边界区域重叠的边缘，该附接突起用于将翅片压到相邻的板或同一板。

在一些实施例中，翅片14可以包括通孔。术语“通孔”是指从物品的一侧通到另一侧的孔。

翅片可以被管24穿透，该管24被设计成例如通过连接到制冷循环而联接到外部热流体。管24传导第二(热)流体流26(热的或冷的)，该第二(热)流体流26意在与流经路径(即在翅片和板之间)的流体热交换。翅片在其一个边缘上附接到板。翅片的与附接到板的边缘相对的边缘面对旁路区28，旁路区28由包括在热交换器100中的旁路隔室30界定。在一些实施例中，旁路隔室30界定外壳，该外壳具有敞开侧32，该敞开侧32面对翅片和管式热交换器16的一侧，翅片和管式热交换器16的这一侧远离翅片和管式热交换器16的附接到板式热交换器12的侧34。注意，翅片可以在其边缘处附接到板，或者如在图1和图2中描绘的实施例中一样，翅片和板可以通过靠近边缘的边界36附接。由旁路隔室30的壁界定的旁路区28允许从入口路径40离开翅片和管式热交换器16的流体流38(其是流体流20的延伸)通过出口路径42重新进入翅片和管式热交换器16。流体流38可分裂并从几个其他出口路径重新进入翅片和管式热交换器16。为了简单起见，图1和图2中没有示出这种分裂。

旁路隔室30可以具有开闭器31。开闭器31可以如图1所示关闭、如图3所示打开、或半打开(未示出)。当开闭器打开时，开闭器允许离开翅片和管式热交换器16的流体流38的至少一部分(在一些实施例中基本上所有的流体流38)离开热交换器100，而不是返回到出口路径42。因此，流体流38的这一部分作为冷空气离开热交换器100，而不是与进入热交换器的流体流20进行热交换。因此，设备1000可用作具有降低的水生成能力的空气调节机。使开闭器31在打开状态和关闭状态之间切换允许设备1000在两种状态之间切换——当开闭器31关闭时用作除湿器/水发生器的第一状态，和当开闭器31打开时用作空气调节状态的第二状态。当开闭器31半打开时，则设备1000同时用作除湿器和水发生器。从打开状态到关闭状态的变化可以是连续的，因此操作员(或控制单元)可以确定空气调节和水生成之间的均衡。

在具有开闭器31的实施例中，该设备还可以包括管道，管道具有一个出口开口和一个入口开口，该出口开口设置成靠近入口区/出口区(18、22)，该入口开口设置在用于气候控制的目标空间(例如交通工具的室内)处，以实现闭路空气调节。设置在入口区/出口区中的管道的开口可以具有开闭器，使得当隔室开闭器31和管道开闭器打开时，鼓风机将气流从空气调节空间抽吸通过管道入口、通过管道、朝向管道出口、通过入口区/出口区(18、22)、通过热交换器、通过旁路隔室30并通过旁路开闭器31抽吸回到空气调节空间。

在一些实施例中，诸如风扇或鼓风机的空气动力装置(air motivating means)位于热交换器的出口区处，并从出口路径42抽吸空气。在这样的实施例中，也具有如上所说明的开闭器31，那么当开闭器31处于打开状态时，前述动力装置的推进器的旋转可以反转，因此流体流被推动到出口路径42中，出口路径42现在用作附加的入口路径。流体流然后经过板10，然后经过翅片14，在翅片14处，流体流通过翅片14和管24与外部流体26进行热交换，流体流离开翅片和管式热交换器16，并与从入口路径40到达的流体流38结合，以作为冷空气/热空气离开设备1000。

热交换器100的顶侧44和底侧46被阻塞。在一些实施例中，翅片和管式热交换器的顶侧44和/或底侧46的一部分可以至少部分地通向旁路隔室30。在这样的实施例中，旁路隔室30允许流体流38离开入口路径40并通过顶侧44和/或底侧46的翅片和管式热交换器部分重新进入出口路径42。

当热交换器100运转时，流体流20因此在热交换器100的入口区18中经由板式热交换器12的第一入口48进入热交换器100(借助于诸如鼓风机或泵的动力装置)，继续流过入口路径40，在入口路径40中，流体流20被板式热交换器12的两个板10限制，并且在入口路径40的任一侧上与出口路径42中流动的流体50进行热交换。然后，流体流20通过板式热交换器的第一出口/翅片的第一入口52进入翅片和管式热交换器16中的入口路径40的部分。在入口路径40的翅片和管部分中，流体流20与在管24中流动的外部热流体26间接地热交换。然后，流体流20通过翅片的第一出口54离开翅片，作为流体流38进入旁路区28，在旁路区28处，流体流被侧部敞开的旁路隔室30限制。然后，流体流38通过翅片和管式热交换器16的第二组入口56作为流体流50重新进入翅片和管式热交换器16，进入出口路径42。流体流50与外部热流体26热交换，并通过第二翅片出口/第二板入口58离开出口路径42的翅片和管部分。流体流50然后在出口路径42的板式热交换器部分中流动，在该处流体流50通过板10与在出口路径42的任一侧上流动的进入流体20热交换。最后，流体流经由板式热交换器12的第二组出口60离开热交换器，到达热交换器100的出口区22。

因此，当翅片和管联接到冷却源时，入口路径40中的流体在翅片和管式热交换器16的上游被预冷却，而出口路径42中的流体在所述翅片和管式热交换器16的下游被后加热。当翅片和管联接到加热源时(例如，当设备作为空气调节加热模式(AC on heatingmode)操作时)，入口路径40中的流体在翅片和管式热交换器16的上游被预加热，而出口路径42中的流体在所述翅片和管式热交换器16的下游被后冷却。

因为与外部热流体26进行热交换的流体流由于与流出气流的热交换而已经更接近热流体26的温度，所以流入流体流20与流出流体流50之间的热交换提高了热交换过程的能量效率。

本发明的热交换器可以根据本领域中可用的普通生产方法来制备。

与其他现有技术热交换器(诸如国际专利申请PCT/IL2018/051266中描述的那些)相比，上述构造的空间消耗更少。这允许将该技术用于迄今为止尚未设想的各种应用，特别是在受限空间中，例如在厨房台面、浴室或天花板管道上。

热交换器可以位于设备内。该设备可以是AWG、AC单元、除湿器或巴氏杀菌装置。流体可以是空气，诸如待干燥的潮湿空气、包括待再生的溶剂蒸汽的空气，或者流体可以是液体，诸如待巴氏杀菌的牛奶。本领域技术人员将知道如何进行必要的调整，以便将本发明的热交换器作为具体设备的一部分并入。当开闭器处于打开状态时，该设备可以用作空气调节机，当开闭器处于关闭状态时，该设备可以用作AWG，并且当开闭器处于半打开状态时，该设备可以用作A/C和AWG两者。

在一些实施例中，该设备是可以安装在例如交通工具中的混合A/C-AWG系统，该混合A/C-AWG系统可以通过分别在打开状态、关闭状态和半打开状态之间选择旁路隔室中的开闭器的状态而在AC模式、AWG模式以及共存的AC和AWG模式之间切换。