专利名称：交换能量和/或质量的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种在至少两个液体流之间交换能量和质量(mass)的方法和设备。
背景技术：
一种在两个液体流之间交换明显的热、潜热和湿气的传统回热式设备可以以轮子的形式制造，可以称作焓轮、能量轮或热交换轮(此后称作“焓轮”)。美国专利号4,093,435、4,924,934和6,155,334中说明了传统的焓轮。
传统焓轮典型是以非常低的速度绕一个轴旋转，例如不超过大约40r.p.m。焓轮典型具有一个容纳一个介质矩阵(能够吸收潜热)的外壳，外壳涂上了一种去湿材料(能够吸收湿气，从而能够吸收潜热和明显的热)。介质可以是由平的和波纹形纸板交替形成的，波纹形纸板末端开口的波纹提供了多个由轴向穿过焓轮的并行通道。这种波纹排列便于流体流通过焓轮。外壳与介质一起一般绕轴旋转，例如由电机驱动。
两个流体流，例如第一已增湿并加热的空气流和第二干燥冷却空气流，能够沿着轴向进入焓轮。第一空气流从一侧流过焓轮进入介质的一个区域，在此处介质吸收并保留空气流中的湿气和热量。第二空气流一般从与第一空气流相反的一侧流过焓轮，进入介质的一个区域，该区域一般相对于第一气流进入外壳的区域是对称的。当焓轮绕着其轴旋转时，从第一气流吸收并保留湿气和热量的介质区域旋转到第二空气流流过外壳的区域，从而将湿气和热量传递给第二气流的干冷空气。
发明概述根据本发明，提供了一种回热式能量和/或质量交换组件，包括一种交换介质、一个液体流通过交换介质的第一流动路径、至少一个另一个液体流通过交换介质的第二流动路径，以及至少一个将不同流动路径转向，使各个流体流通过交换介质不同区域的流体流转向器。
在一种实施方案中，交换组件还包括至少一个连接到交换介质一端的外壳，其中外壳中提供了流动路径。
在另一种实施方案中，在外壳中提供了流体流转向器。
在另一种实施方案中，外壳和流体流转向器合作形成了流动路径。
在另一种实施方案中，流体流转向器可旋转的安装在外壳中。
在另一种实施方案中，交换介质存放在多个在横截面上彼此隔离、沿着流体流流动方向并行延伸的孔洞中。
在另一种实施方案中，流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质。
在另一种实施方案中，流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质的不同孔洞。
在另一种实施方案中，交换组件还包括一个穿过交换介质的轴、至少一个连接到交换介质一端的外壳，以及可旋转安装在外壳中的流体流转向器。
在另一种实施方案中，流体流转向器的半径长度通常小于交换介质的半径长度。
在另一种实施方案中，连接到交换介质一端的至少一个外壳包括一个连接部和一个扩散部，彼此之间流体连通。
在另一种实施方案中，连接部具有至少两个适于连接到外部流体流来源的端口。
在另一种实施方案中，扩散部具有一个与交换介质流体连通的开口端。
在另一种实施方案中，连接部的半径长度一般小于扩散部的半径长度。
在另一种实施方案中，流体流转向器基本放置在连接部内。
在另一种实施方案中，流体流转向器的半径长度基本等于连接部内壁的半径长度。
在另一种实施方案中，扩散部包括多个彼此隔离的腔室。
在另一种实施方案中，中心外壳中布置了多个存放交换介质的孔洞。
在另一种实施方案中，每个孔洞与相邻的孔洞热绝缘。
在另一种实施方案中，多个存放交换介质的孔洞的定位与扩散部的腔室一致。
在另一种实施方案中，孔洞和腔室在横截面上基本相等，在轴向上非常均匀的隔离开。
在另一种实施方案中，腔室的数量是三，孔洞的数量是三。
在另一种实施方案中，腔室的数量是五，孔洞的数量是五。
在另一种实施方案中，流体流转向器沿着轴向依次包括一个第一段、一个第一直径减小部分、一个第二段、一个第二直径减小部分，以及一个第三段；一个形成了流体流转向器中一个内部空间的内孔；一个从第二半径减小部分外壁中的第一端口穿过内部空间，然后到达第一段外壁上第二端口的第一通道；一个从第一段靠近第一半径减小部分的端壁上的第三端口延伸到第一段外壁上的第四端口的第二通道；以及其中第一和第二通道彼此隔离。
在另一种实施方案中，在流体流转向器和连接部之间提供了一个密封装置。
在另一种实施方案中，在流体流转向器的第一、第二和第三段中的每一个和连接部的内壁之间提供了密封装置。
在另一种实施方案中，连接部有一个开口端和一个封闭该开口端的封闭装置。
在另一种实施方案中，交换组件还包括在中心外壳和连接到交换介质一端的外壳之间提供的搭钩连接装置。
在另一种实施方案中，组件具有放置在交换介质两端的一个第一端外壳和一个第二端外壳。
在另一种实施方案中，第一流体流转向器放置在第一端外壳中，第二流体流转向器放置在第二端外壳中。
在另一种实施方案中，第一端外壳扩散部的多个腔室与第二端外壳扩散部对应的多个腔室基本轴向对齐。
在另一种实施方案中，第一和第二流体流转向器对应放置在各自的端外壳中，工作期间同相旋转。
根据本发明，提供了一种在至少两个流体流之间交换能量和/或质量的方法，方法包括使至少两个流体流通过交换介质的不同区域；以及改变流体流到交换介质的流动路径，使得流体流中的至少一个通过交换介质中已经通过另外一个流体流的区域。
在一种实施方案中，每个流动路径由流体流转向器改变。
在另一种实施方案中，流体流转向器在一个连接到交换介质一端的外壳中提供。
在另一种实施方案中，外壳和流体流转向器合作形成了流动路径。
在另一种实施方案中，流体流转向器可旋转安装在外壳内部。
在另一种实施方案中，交换介质存放在多个在横截面上彼此隔离、沿着流体流流动方向并行延伸的孔洞中。
在另一种实施方案中，流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质。
在另一种实施方案中，流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质的不同孔洞。
在另一种实施方案中，步骤(a)包括使流体流共向通过交换介质的不同区域。
在另一种实施方案中，步骤(a)包括使流体流反向通过交换介质的不同区域。
附图简述为了更好的理解本发明，并更为清楚的显示可以如何实现它，现在通过举例的方式引用附图，附图显示了本发明的一个优选实施方案，其中
图1a显示了传统焓轮的透视图；图1b显示了传统焓轮中使用的交换介质的透视图；图2a显示了根据本发明的焓轮组件的纵剖面图；图2b显示了根据本发明的焓轮组件一端的放大视图；图3a显示了根据本发明的中心外壳的平面图；图3b显示了根据本发明的中心外壳沿着图3a的线A-A的纵剖面图；图4a显示了根据本发明的一个端外壳的第一示例的透视图；图4b显示了根据本发明的一个端外壳的第一示例的另一个透视图；图4c显示了根据本发明的一个端外壳的第一示例的纵剖面图；图4d显示了根据本发明的一个端外壳的第一示例的透视剖面图；图5a显示了根据本发明的流体流转向器的透视图；图5b显示了根据本发明的流体流转向器的纵剖面图；图5c显示了根据本发明的流体流转向器的透视剖面图5d显示了根据本发明的流体流转向器的另一个透视剖面图；图6显示了根据本发明的轴的透视图；图7a显示了根据本发明的多孔洞介质载体的第一示例的透视图；图7b显示了根据本发明的多孔洞介质载体的第一示例的透视剖面图；图8a显示了根据本发明的、在其上提供了搭钩连接装置的端外壳的透视图；图8b显示了根据本发明的、在其上安装了搭钩连接装置的端外壳的另一个透视图；图9a显示了根据本发明的、在其上安装了搭钩连接装置的中心外壳的透视图；图9b显示了根据本发明的、在其上安装了搭钩连接装置的中心外壳的侧正视图；图10显示了根据本发明的焓轮组件的另一个纵剖面图；以及图11显示了沿着图2a的线A-A得到的横截面图，说明了流体流转向器中狭槽与端外壳中开口的尺寸之间的相互关系；图12显示了根据本发明的焓轮组件的另一个纵剖面图。
图13显示了根据本发明的端外壳和多孔洞介质载体的第二示例的透视图。
优选实施方案的详细描述图1a中说明了一个传统焓轮50。焓轮50以非常低的速度绕轴102旋转，例如不超过大约40r.p.m。焓轮50焓轮典型具有一个容纳一个介质矩阵103(能够吸收潜热)的外壳101，外壳101涂上了一种去湿材料(能够吸收湿气，从而能够吸收潜热和焓)。如图1b所示，介质103可以是由平的和波纹形纸板交替形成的，波纹形纸板末端开口的波纹提供了多个由轴向穿过焓轮的并行通道。这种波纹排列便于流体流通过焓轮50。外壳101与介质103一起一般绕轴102旋转，例如由电机104驱动。在外壳101的圆周上可以提供一个凹槽105，使得可以在凹槽105中放置一个带子106，从而传递来自电机104的驱动力，旋转焓轮50的外壳101。盒式外壳(没有显示)可以封闭焓轮50，而且可以流体连接到气体管道(没有显示)。
两个流体流，例如第一已增湿并加热的空气流11和第二干燥冷却空气流21，能够沿着轴向进入焓轮50。第一空气流11从一侧流过焓轮50进入介质103的一个区域，由15表示，在此处介质103吸收并保留第一空气流11中的湿气和热量。第二空气流21一般从与第一空气流11相反的一侧流过焓轮50，进入介质的一个区域，由25表示，该区域一般相对于第一气流11进入介质103的区域是对称的。当焓轮50的外壳101绕着其轴旋转时，从第一气流11吸收并保留湿气和热量的介质103的区域旋转到第二空气流21流过介质103的区域，从而将湿气和热量传递给第二气流21的干冷空气。
图2a显示了本发明的焓轮组件100的纵剖面图。以举例的方式提出的实施方案将涉及例如通风或空调系统中的两个气流之间的热量和湿气交换。但是，要认识到，可以使用焓轮100在超过两个的流体流之间交换能量和/或质量。更特别的是，焓轮组件100还可以应用到其它用途，例如但不限于气体净化、气体浓缩、从气体混合物中回收有价值成分，以及两个气流之间的选择性质量传递。
参看图2a，焓轮组件100包括一个中心外壳120、第一端外壳140和第二端外壳140’。对于图2a中说明的实施方案，第一端外壳140中的元件与第二端外壳140’中的元件相同。因此涉及第二端外壳140’的数字以后缀’来表示。中心外壳120在形状上优选是圆柱形的，包含交换介质110。合适的交换介质包括基于随机导向纤维的、来自E-TEK的商用复写纸或来自W.L.Gore的商用碳纸。介质110有两个端表面112、112’。两个端外壳140、140’放置在中心外壳120相对的开口端。轴180穿过三个外壳120、140、140’，优选沿着这些外壳的环状区域的中心延伸。另外，在第一端外壳140中的轴180周围安装了一个流体流转向器200，如后面将要描述的。此外，所提出实施方案中的流体流转向器200和端外壳140彼此合作，为外部气流形成了至少两个到交换介质110的流动路径。此外，第二端外壳140’中也可以安装一个流体流转向器200’。
如图3a和3b中所示，焓轮组件100的中心外壳120在其每一端有一个内直径放大部分121和123。直径放大部分121和123适于将第一和第二端外壳140、140’连接到中心外壳120。
图4a-4d显示了一个端外壳第一示例的各种透视图和剖面图。要认识到，虽然图4中的数字对应于第一端外壳140，但它们同样适用于第二端外壳140’。
参看图4a，第一端外壳140有一个连接部141和一个扩散部142，彼此之间流体连通。连接部141有一个外壁153和一个内壁152。内壁152形成了一个内腔160，在形状上可以是圆柱形的。连接部141的外壁153可以形成一个平面部分154，在其上提供了两个气口143、144。气口143、144与连接部141的内腔160流体连通。连接部141的开口端由封闭装置500(见图2a)封闭，例如螺纹塞或类似装置。参看图4d，在连接部141内壁152上提供了很多平行关系的环状凹槽400来容纳一个密封装置，例如O形环(没有说明)。
图4a和4b显示了扩散部142从连接部141径向延伸的端壁158和从端壁158轴向延伸的部分157。轴向延伸部分157在形状上可以是圆柱形的，有一个外直径减小部分147，适于安装到图2a中显示的中心外壳120的内直径扩大部分121。在直径减小部分147上可以提供一个O形环155，在中心外壳120和第一端外壳140之间形成密封。
在扩散部142开口端的中心提供了一个轴颈145。多个腔室分隔物151从轴颈145向着扩散部142的外壁径向延伸，形成了多个腔室150。轴颈145有一个向着连接部141轴向延伸的部分146。此外，部分146与扩散部142的内端壁158有间隔，形成了多个位于扩散部142各个腔室150中的部分圆形开口156。开口156提供了多个从连接部141的内腔160到多个腔室150的气体流动路径。轴颈145有一个支撑轴180的轴心149。
在轴向延伸部分146的内壁161上可以提供至少一个环形凹槽148用于密封，例如通过使用O形环(没有说明)。轴向延伸部分146的内壁161可以具有与连接部141内腔160大致相同的直径。扩散部142和轴颈145有一个共同端表面159。
图2a显示了安装到第一端外壳140的流体流转向器200。图5a、5b和5c显示了流体流转向器200的详细结构。流体流转向器200有多个直径减小部分。详细来讲，在优选实施方案中，流体流转向器200有第一段220、第二段240和第三段260，以及第一直径减小部分230和第二直径减小部分250。段220、240和260可以具有相同的直径。同样，直径减小部分230、250可以具有相同的减小了的直径。在流体流转向器200的端表面210中提供了一个狭槽211。狭槽211优选是弧形的，半径小于第一段220的端表面210。狭槽211轴向延伸，贯穿第一段220。在第一段220的外壁221上可以提供两个狭槽，即狭槽212和213。狭槽211与狭槽212流体连通。
流体流转向器200有一个轴向延伸、贯穿其长度的内孔214。内孔214延伸到邻近端表面210的位置，在此处有一个直径减小部分215，用于支撑轴180。内孔214与狭槽211和212隔离。狭槽213与内孔214流体连通。
第二直径减小部分250装配了多个穿透该部分的孔，即多个气体扩散孔251和针孔253。如图2b中所示，针孔253中的至少一个可以用于容纳一个销子350，将流体流转向器200固定到轴180上，使得流体流转向器200与轴180一起旋转，从而扩散气流，如后面将要描述的。
在第三段260的一个端表面270上，提供了多个螺丝孔271。这些螺丝孔271用于容纳螺丝钉，从而能够在拆卸焓轮100时从第一端外壳140去掉流体流转向器200。流体流转向器200和200’分别安装到第一和第二端外壳140和140’的内部空间160和160’中。轴180穿过流体流转向器200和200’的各自直径减小部分215、215’，流体流转向器使用各自的螺丝钉350、350’固定到轴180上。工作期间，流体流转向器200、200’与轴180一起连续旋转。
参看图2a，在中心外壳120中放置了热量和质量交换介质110。介质有一个轴向延伸贯穿自己的内孔111，可转动的接受轴180。工作时，轴由一个电机(没有显示)驱动。这种安排使第一和第二端外壳140和140’中的流体流转向器200和200’与轴180同相旋转，不会转动其中的介质110。如上所述，第一和第二端外壳140和140’各有一个直径减小部分147，适合安装到中心外壳120的直径放大部分121、123。优选提供密封装置122，例如O形环，来防止从气流中泄漏任何气体。介质110与第一和第二端外壳140和140’的尺寸最好要使得轴颈145、145’的端表面159、159’邻近，但不接触介质的端表面112、112’，如图2a所示。
轴180(见图6)装配有螺丝孔183和183’。如从图2a左侧可以看到的，通过装配到流体流转向器200的针孔253和轴180上的针孔183和183’之一的销子350，相对于轴固定了流体流转向器200。因此，流体流转向器200与轴180同相旋转。
因为流体流转向器内孔214的直径大于轴180的外直径，所以在流体流转向器200中形成了一个气体流动路径。连接部141的内腔160的直径优选是基本等同于流体流转向器200外壁221的直径，如图5a和5b中看到的，是第一、第二和第三段220、240、260的直径。流体流转向器200位于轴180上的第一外壳140内，使得流体流转向器200的第二段240与连接部141内壁152上提供的凹槽400基本对齐，在凹槽400中可以放置，例如一个O形环(没有说明)来提供密封。由如图2b中说明的位于第一端外壳140中的流体流转向器200，提供了在第二段240和第三段260之间的第一内部空间440，第一内部空间440与第一段220和第二段240之间的第二内部空间441隔离。此外，可以为第三段260装配一个O形环(没有说明)。
现在参看图5a、5b和5c，第一端外壳140和流体流转向器200的大小要使得当流体流转向器200放置在第一端外壳140中时，流体流转向器200第一段220的狭槽212、213全部与位于多个腔室150中用于散发气体的多个开口156中的每一个基本对齐。优选为轴颈145装配至少一个凹槽148。因为轴颈145内壁161的直径与连接部141内壁152的直径基本相同，所以它与流体流转向器200第一段220的外壁的221直径基本相同。可以在凹槽148中放置密封装置，例如O形环(没有说明)，从而提供轴颈145和第一段220之间的密封。当组装时，为流体流转向器200提供两个隔离板，即密封板370和支撑板380(见图2a和2b)。如在图5b可以最佳看到的，密封板370是根据第一段220的狭槽211的形状形成的，并封闭了端表面210上的狭槽211。密封板370可以通过，例如焊接或类似方法固定在流体流转向器200上。支撑板380装配有一个通孔，使得轴180可以穿过它。支撑板380的直径大于流体流转向器200内孔214的直径。流体流转向器200的内孔214在邻近端表面270的位置装配有一个阶梯272，这样支撑板380可以安装到流体流转向器200的内孔214并紧靠阶梯272。因此，流体流转向器200在两个邻近其末端的位置处，即通过直径减小部分215和通过支撑板380支撑在轴180周围。
仍然参看图2a和2b，在第一端外壳140连接部141的端表面上提供了一个封闭装置500，例如塞子。封闭装置500以已知的方式固定到连接部141的端表面上，例如象在501处说明的螺旋式连接。封闭装置500通过轴承385支撑轴180。通过，例如，O形环可以提供轴颈145和轴180之间的密封。因此，轴180是由第一端外壳140在两个位置使用轴承支撑的。
如图4b所示，在第一端外壳140连接部141的平面部分154上提供了两个气口143和144。两个气口143和144与连接部141的内腔160流体连通。在径向气口143与下列元件流体连通第一内部空间440、多个散气孔251、内孔214、狭槽213以及通过流体流转向器200的适当旋转，如后面将要描述的，多个开口156、多个腔室150和中心外壳120。气口144与下列元件流体连通第二内部空间441、狭槽211、狭槽212以及通过流体流转向器200的适当旋转，如后面将要描述的，多个开口156、多个腔室150和中心外壳120。中心外壳120以相同的方式与第二端外壳140’流体连通。
第一和第二端外壳140、140’的定位要使得第一端外壳140的多个腔室150通常与第二端外壳140’的腔室150’对齐。当焓轮组件100工作时，流体流转向器200和200’又是彼此同相转动。这就是说，狭槽211、212、213的位置与狭槽211’、212’、213’的位置在轴向上固定对齐。
如上所述，交换介质110典型具有多个平行流体通道。当工作中流体流具有较高压力和/或高压力梯度时，具有较高压力的流体流趋向与通过交换介质110在轴向上向具有较低压力的流体流延伸的通道。这会导致湿气和/或热量交换少，甚至焓轮组件100泄漏。因此，本发明的焓轮组件100优选具有多孔洞介质载体300，如图7a和7b中显示的。多孔洞介质载体300具有内壁302，在形状上一般是圆柱形，与中心外壳120一样，但直径较小。多孔洞介质载体300有一个用于轴180穿过的轴心310。多个孔洞分隔物303从轴心310向着多孔洞介质载体300的内壁302径向延伸，轴向穿过其长度，因此将其内部空间分隔成多个孔洞301，与腔室150的数量对应。此外，多孔洞介质载体300有一个端表面304。
工作时，多孔洞介质载体300安装到中心外壳120中，然后介质分别放置到多个孔洞301中。因此，一个孔洞301中的介质与相邻孔洞中的介质隔离。第一和第二端外壳140和140’中的各个腔室150和150’分别与多孔洞介质载体300中的对应孔洞301对齐。因为端外壳140、140’和多孔洞介质载体300不旋转，所示可以使用适合的传统表面密封装置，例如垫片(没有显示)，来分别提供多孔洞介质载体300的固定端表面304和第一和第二端外壳140和140’的固定端表面159和159’之间的密封。结果，不同的气流路径相互之间隔离，通过多孔洞介质载体300的隔离属性和上面提到密封技术防止了从高压流穿过介质材料到低压流的流泄漏。也可以任意选择具有热绝缘属性的多孔洞介质载体300的材料，这样流路径彼此之间、与中心外壳120的壁还是热绝缘的，从而与环境也是热绝缘的。
现在参看图8a、8b、9a和9b，为了易于拆卸焓轮组件100，可以为中心外壳120和第一和第二端外壳140和140’装配搭钩连接。在第一和第二端外壳140和140’的外壁上提供了多个附件。在中心外壳120的外壁上提供了多个插销70和钩装置60。可以装配钩装置60来钩住附件80，从而与插销70一起形成一个搭钩连接，使得能够轻易的连接或断开中心外壳120和第一和第二端外壳140和140’。这种安排使替换介质的任务变得简单。
图2a的布置是要提供两个流体流之间的能量和/或质量交换。这将通过下面描述的不同工作模式的详细描述来进一步解释。
例如，参看图10，第一暖湿气流10和第二干冷气流20同向穿过焓轮组件100，即气流10、20通过轮100的同一侧进入，通过轮100的同一侧离开。第一气流10通过气口143进入焓轮组件100，第一气流10流经位于第二直径减小部分250上的多个散气孔251，进入流体流转向器200的内孔214。接下来，第一气流10沿着内孔214的长流动，通过狭槽213离开流体流转向器200。随着流体流转向器200与轴180一起连续旋转，第一气流10在流体流转向器200旋转到狭槽213与开口156之一流体连通的位置时通过各自的开口156流入腔室150中的一个。因为气流通常是通过鼓风机(没有说明)来传送的，所以强制第一气流10沿着轴向流入中心外壳120中由孔洞301之一承载的介质110。如前所述，孔洞301之一中的介质110有多个轴向延伸的通道，不与径向或圆周方向上的其它孔洞中轴向延伸的多个通道连通。因此，第一气流10沿着多个介质通道流向第二端外壳140’的对应腔室150’。从这里，第一气流10分别流经开口156’和狭槽213’，进入流体流转向器200’的内孔214’。接下来，第一气流10沿着内孔214’的长流动，通过多个孔251’离开，穿过第一内部空间440’，通过气口143’离开焓轮组件100，进入一个外部管道(没有显示)。当第一气流10流过介质110中的多个通道时，第一气流的热量和湿气保留在介质110中。因为流体流转向器200与轴180一起连续旋转，所以第一气流10流经介质110的所有通道，从而保留热量和湿气。
第二气流20通过气口144进入焓轮组件100，流入第二内部空间441。要提到的是，第一内部空间440与第二内部空间441隔离。从这里，第二气流20分别经过狭槽211和212。然后当流体流转向器200旋转到狭槽212与开口156之一流体连通的位置时，第二气流20通过各自的开口156流入分离腔室150中的一个。接下来，第二气流20沿着中心外壳120孔洞301之一中的多个介质通道流向第二端外壳140’的对应腔室150’。如上所述，第一气流10的湿气和热量保留在中心外壳120所有孔洞301中的所有介质通道中。因此，当第二气流20沿着通道流动时，热量和湿气传递给它。因此，第二气流20在通过介质110流向第二端外壳140’的腔室150’时被加热和增湿。从这里，第二气流20分别流经开口156’、狭槽212’和211’，进入第二内部空间441’。接下来，第二气流20通过气口144’离开焓轮组件100，进入一个外部管道(没有显示)。
要提到的是，腔室150、介质孔洞301和腔室150’中的任一个都只保留来自第一气流10的气体或来自第二气流20的气体。腔室分隔物151隔离各个腔室，这样第一和第二气流10、20不会混合。为了确保气流不会混合，对于所说明的实施方案，流体流转向器200的狭槽212、213的大小和开口156的大小的选择和方向要如下。图11显示了狭槽212、213和三个开口156之间的尺寸关系，假设有三个腔室150，在图11标示为156a、156b和156c。在该图中，段212a和213a分别表示对应弧形狭槽212和213的粗线。因此，每个段212a、213a的两端分别表示每个狭槽212、213的两端。如图11所示，流体流转向器200以顺时针方向旋转。狭槽212、213和开口156的大小和方向要使得在狭槽213旋转离开腔室150a的时刻，为了切断狭槽213和开口156a之间的流体连通，狭槽212不会与同一个开口156a流体连通。这种安排确保第一和第二流体流不会在每个腔室150中混合。
现在参看图12，在第二实施方案中，气流10、20’反向进入焓轮100，即第一气流10从一侧进入轮100，第二气流20’在相反的一侧进入轮100。这是优选的工作模式。第一气流10遵循与上面描述的第一实施方案相同的气体流动路径，将不再重复。
第二气流20’通过第二端外壳160气口144’进入焓轮组件100，流入第二内部空间441’。从这里，第二气流20’分别经过狭槽211’和212’。然后第二气流20’在流体流转向器200’旋转到狭槽212’与开口156’中的一个流体连通的位置的时候，通过各自开口156’进入腔室150’中的一个。接下来，第二气流20’沿着中心外壳120孔洞301中的一个中的多个介质通道流向第二端外壳140的一个对应腔室150。如上面对于图10的实施方案描述的，当第二气流20’沿着通道流动时，热量和湿气传递给它。从这里，第二气流20’分别流经开口156、狭槽212和211，进入第一端外壳140的第二内部空间441。接下来，第二气流30通过气口144离开焓轮组件100，进入一个外部管道(没有显示)。
图13显示了根据本发明第二示例的一个端外壳140和多孔洞载体300的透视图。在该例中，端外壳140有五个腔室分隔物151，将扩散部142分成五个分离的腔室150。同样，多孔洞载体300有五个孔洞分隔物303，将多孔洞载体300的内部空间分成五个对应端外壳140腔室150的分离孔洞301。要认识到，腔室150和孔洞301在工作期间对齐，而且在任何时刻，腔室150、介质孔洞301和腔室150’中的任何一个都只容纳来自第一气流10的气体或来自第二气流20的气体。腔室分隔物151分离各个腔室，这样第一和第二气流10、20永远不会混合。流体流转向器200的狭槽212、213的大小和方向和开口156的大小和方向的选择要取决于腔室150的实际数量，以确保气流不会混合。
还要认识到，虽然在上面的实施方案中，中心外壳120、端外壳140、140’的连接部142、142’、扩散部143、143’以及第一、第二和第三段220、240、260都是以圆柱形形状描述的，但是实际形状可以按需要改变。这些元件可以在其不同的轴向位置处具有不同的周长。因此，在该申请中使用的词“直径”和“半径”不限制元件的形状。
因为焓轮100具有以两种不同模式运行的能力，即共向和反向，所以能够在很多不同的系统中工作。此外，中心外壳120和端外壳140、140’之间的连接适合轻松的组装和拆卸焓轮100。
此外，因为中心外壳120在工作期间不旋转，所以介质不旋转，所以系统能够以两个或更多的具有高气压和/或高压力梯度的气流工作。通过使焓轮在工作期间保持固定，可以为了在新应用中使用而按比例提高或降低系统。此外，因为旋转元件的直径小于传统设计，所以本发明的焓轮组件会需要较小的旋转驱动力，降低了系统能量损耗并提高了系统效率。
虽然上面的描述构成了优选实施方案，但要认识到，本发明易受不偏离附加权利要求适当范围中合理含义的修改和变化的影响。例如，交换介质可以包含领域中众所周知的任何材料。此外，因为中心外壳120和介质300在工作期间不旋转，所以本发明的外壳不限于圆柱形。外壳120、140、140’的形状可以包括，但不限于，正方形、矩形或三角形。同样，流体流转向器200不限于这里提到的形状。
权利要求
1.一种回热式能量和/或质量交换组件，包括一种交换介质；流体流通过交换介质的第一流动路径；另一个流体流通过交换介质的至少一个第二流动路径；以及至少一个流体流转向器，将不同流动路径转向，使各自流体流通过交换介质的不同区域。
2.一种根据权利要求1的交换组件，还包括至少一个连接到交换介质一端的外壳，其中在外壳中提供了流动路径。
3.一种根据权利要求2的交换组件，其中在外壳中提供了流体流转向器。
4.一种根据权利要求3的交换组件，其中外壳和流体流转向器合作形成了流动路径。
5.一种根据权利要求4的交换组件，其中流体流转向器可旋转的安装在外壳中。
6.一种根据权利要求5的交换组件，其中交换介质存放在多个在横截面上彼此隔离、沿着流体流流动方向并行延伸的孔中。
7.一种根据权利要求5的交换组件，其中流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质。
8.一种根据权利要求6的交换组件，其中流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质的不同孔洞。
9.一种根据权利要求7或8的交换组件，还包括一个穿过交换介质的轴、至少一个连接到交换介质一端的外壳，以及可旋转安装在外壳中的流体流转向器。
10.一种根据权利要求9的交换组件，其中流体流转向器的半径长度通常小于交换介质的半径长度。
11.一种根据权利要求10的交换组件，其中连接到交换介质一端的至少一个外壳包括一个连接部和一个扩散部，彼此之间流体连通。
12.一种根据权利要求11的交换组件，其中连接部具有至少两个适于连接到外部流体流来源的端口。
13.一种根据权利要求12的交换组件，其中扩散部具有一个与交换介质流体连通的开口端。
14.一种根据权利要求13的交换组件，其中连接部的半径长度一般小于扩散部的半径长度。
15.一种根据权利要求14的交换组件，其中流体流转向器基本放置在连接部内。
16.一种根据权利要求15的交换组件，其中流体流转向器的半径长度基本等于连接部内壁的半径长度。
17.一种根据权利要求16的交换组件，其中扩散部包括多个彼此隔离的腔室。
18.一种根据权利要求17的交换组件，其中中心外壳中布置了多个存放交换介质的孔洞。
19.一种根据权利要求18的交换组件，其中每个孔洞与相邻的孔洞热绝缘。
20.一种根据权利要求19的交换组件，其中多个存放交换介质的孔洞的定位与扩散部的腔室一致。
21.一种根据权利要求20的交换组件，其中孔洞和腔室在横截面上基本相等，在轴向上非常均匀的隔离开。
22.一种根据权利要求21的交换组件，其中腔室的数量是三，孔洞的数量是三。
23.一种根据权利要求21的交换组件，其中腔室的数量是五，孔洞的数量是五。
24.一种根据权利要求22或23的交换组件，其中流体流转向器沿着轴向依次包括一个第一段、一个第一直径减小部分、一个第二段、一个第二直径减小部分，以及一个第三段；一个形成了流体流转向器之中一个内部空间的内孔；一个从第二半径减小部分外壁中的第一端口穿过内部空间，然后到达第一段外壁上第二端口的第一通道；一个从第一段靠近第一半径减小部分的端壁上的第三端口延伸到第一段外壁上的第四端口的第二通道；以及其中第一和第二通道彼此隔离。
25.一种根据权利要求24的交换组件，其中在流体流转向器和连接部之间提供了一个密封装置。
26.一种根据权利要求25的交换组件，其中在流体流转向器的第一、第二和第三段中的每一个和连接部的内壁之间提供了密封装置。
27.一种根据权利要求26的交换组件，其中连接部有一个开端端和一个封闭该开口端的封闭装置。
28.一种根据权利要求18的交换组件，还包括在中心外壳和连接到交换介质一端的外壳之间提供的搭钩连接装置。
29.一种根据权利要求20的交换组件，其中组件具有放置在交换介质两端的一个第一端外壳和一个第二端外壳。
30.一种根据权利要求29的交换组件，其中第一流体流转向器放置在第一端外壳中，第二流体流转向器放置在第二端外壳中。
31.一种根据权利要求30的交换组件，其中第一端外壳扩散部的多个腔室与第二端外壳扩散部对应的多个腔室基本轴向对齐。
32.一种根据权利要求31的交换组件，其中第一和第二流体流转向器对应放置在各自的端外壳中，工作期间同相旋转。
33.一种在至少两个流体流之间交换能量和/或质量的方法，方法包括使至少两个流体流通过交换介质的不同区域；改变流体流到交换介质的流动路径，使得流体流中的至少一个通过交换介质中已经通过另外一个流体流的区域。
34.一种根据权利要求33的方法，其中每个流动路径由流体流转向器改变。
35.一种根据权利要求34的方法，其中流体流转向器在一个连接到交换介质一端的外壳中提供。
36.一种根据权利要求35的方法，其中外壳和流体流转向器合作形成了流动路径。
37.一种根据权利要求36的方法，其中流体流转向器可旋转安装在外壳内部。
38.一种根据权利要求37的方法，其中交换介质存放在多个在横截面上彼此隔离、沿着流体流流动方向并行延伸的孔洞中。
39.一种根据权利要求37的方法，其中流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质。
40.一种根据权利要求37的方法，其中流体流转向器旋转，使不同流体流通过交换介质的不同孔洞。
41.一种根据权利要求37的方法，其中在步骤(a)中使流体流共向通过交换介质的不同区域。
42.一种根据权利要求37的方法，其中在步骤(a)中使流体流反向通过交换介质的不同区域。
全文摘要
提供了一种回热式能量和/或质量交换组件(100)。回热式组件(100)包括一种交换介质(110)、一个液体流(10)通过交换介质的第一流动路径、至少一个另一个液体流(20、20’)通过交换介质的第二流动路径，以及至少一个将不同流动路径转向，使各个流体流通过交换介质不同区域的流体流转向器(200)。还提供了一种运行回热式组件的方法。
文档编号F24F3/14GK1549912SQ02817092
公开日2004年11月24日 申请日期2002年8月20日 优先权日2001年8月30日
发明者J·卡格内里, 叶建明, 陈雪松, R·B·戈帕尔, J 卡格内里, 戈帕尔 申请人:洁能氏公司