专利名称：使流体从第一区到第二区的不希望的流通最少化的装置及具有该装置的热交换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使流体从第一区到通过不可渗透性分隔件分隔开的第二区 的不希望的流通最少化的装置，其中，在第一区第一压力占优势，在第二区低于第一压力的 第二压力占优势。此外，本发明还涉及一种热交换系统，其中使用本发明的装置用来使得流 体从热交换系统的流动热流体的区域到热交换系统的流动冷流体的区域的不希望的流通 最少化。
背景技术：
本发明假定提供一种封闭室，该封闭室的空间壳体不是完全气密性的，从而基本 上会发生渗漏。这种渗漏预计主要设置在空间壳体的穿设有部件的位置上。对于如何减少热渗透损失问题的绝热性方面而言，建筑物的气密性尤其是壳内封 闭室的气密性是重要标准。封闭室的气密性通过压力差试验(风机门试验(blower door test))来确定。在该过程中，通过构建在空间壳体中(通常在门或窗户处)的通风设备来 产生并保持恒定的例如为50 的正负压力。通风设备必需测量通过空间壳体渗漏逸出而 返回到封闭室中的空气量。所谓的n50值表示封闭室内部容积的空气的每小时交换次数。空间壳体的渗漏导致室内气氛与外部气氛之间的不希望的而且不可控的交换。从 而，发生的空气交换导致连续地将外部空气添加到室的空间气氛中并且连续地将内部空气 作为废气排出。封闭室内占优势的压力与室外占优势的压力之间的差异越大，则由空间壳体渗漏 所导致的(不希望的)空气交换越多。例如，以下清洁室就属于这种情况，在该清洁室中， 通过使得该清洁室内具有与外部气氛相比始终占优势的正压来防止灰尘和污物的渗透。这 样，可以将颗粒物污染保持在特定值以下。对于特定的制造工艺尤其是半导体制造来说，需 要清洁流，以避免任何干扰，该干扰可能会以几分之一微米的量值影响集成电路的结构。在 压力设定为与外部压力相比为正压的室中，因空间壳体的渗漏而导致的渗漏最终会使得室 内气氛中的介质通过室的渗漏而逸出，从而使得该正压减小。然而，在具有与“正常”空气相比氧气含量减少的气氛的室的情况中，例如通过增 加惰性气体而引起的情况中，因空间壳体的渗漏而导致的从室内气氛到外部气氛的流体流 通也会有影响。这种室内空间气氛的氧气含量比“正常”空气低的惰性水平类型通常用于防 火控制的目的。通过降低封闭室中的氧气含量，能够将发生火灾的风险降到最低。由于可以 通过空间壳体中的渗漏而发生流体从具有惰性的空间气氛向外界气氛的不希望的流通，因 此在防火控制中，在为了连续地维持提供有效防火保护所必需的惰性程度而在单位时间内 必须向封闭室提供的惰性气体的量这一方面而言，空间壳体的不可渗透性是重要指标。该 问题在于，由于呈惰性的室的空间壳体的渗透性而产生的渗漏流，因此新鲜空气因而氧气 连续地供应到惰性室内，从而假设不再供应惰性气体，则室内气氛中的氧气含量会增加，从 而无法提供所需的防火控制。
当封闭室内占优势的压力高于外部气氛时，该作用尤其显著。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种装置，即使当第一区和第二区通过非 气密性或流体密闭性的分隔件而彼此分隔，并且在第一区中第一压力占优势，在第二区中 低于第一压力的第二压力占优势时，该装置也能够以简单而有效的方式将流体从第一区到 第二区的不希望的流通最少化。为了实现该目的，本发明提出了一种装置，该装置包括中间腔室和传送机构，该中 间腔室位于将第一区与第二区分隔的分隔件上并与该分隔件重合，所述传送机构设计为在 中间腔室内产生相对于第一区中占优势的第一压力的负压，其中，在中间腔室中产生的压 力等于或者高于第二区中占优势的第二压力，并且其中，所述传送机构设计用于将流体从 中间腔室传送到第一区。本发明基于以下认识，通过分隔件从第一区到第二区的渗漏流具体地取决于第一 区与第二区之间的压力差。通过提供与分隔件完全重合的中间腔室，其中传送机构用于设 定与第一区中占优势的第一压力相比的负压，该负压高于并且优选地等于第二区中占优势 的第二压力，从而能够降低并且理想地甚至中和中间腔室中设定的压力与第二区中占优势 的压力之间的压力差(与第一区中占优势的第一压力与第二区中占优势的第二压力之间 的压力差相比)。因而，减少或者在理想状态下甚至消除通过分隔件的渗漏流。根据本发明，在中间腔室中设定的低于第一区中占优势的第一压力的压力通过将 流体从中间腔室传送到第一区中的传送机构来产生。该传送机构例如可以为通风设备或者 泵。与不包括中间腔室的系统相比，本发明减少了在单位时间内流入第二区内的流体体积。 理想地，即，当中间腔室中设定的压力与第二区中占优势的第二压力相等时，能够完全防止 从中间腔室和从第一区到第二区的流体连通。对于需要防止第一区中包含的流体与第二区 中包含的流体基于渗漏的混合的应用中，该方案尤其有利。在本发明方案的一种优选实施方式中，中间腔室的侧壁中的一个侧壁由分隔件形 成，另一个侧壁由额外分隔件形成，该额外分隔件位于朝向第一区并与该第一区间隔有距 离的位置上。可以想到将例如隔板作为额外分隔件。空间壳体的壁可以用作将第一区与第 二区分隔的分隔件。如上所述，将第一区与第二区分隔的分隔件(空间壳体的壁)具体地是例如在某 些区域具有渗漏处的隔断，技术系统中的结构伴随部件(structurally-contingent part) 能够通过该渗漏处而穿过该分隔件。形成中间腔室的侧壁的额外分隔件不必要是完全流体 密闭性的分隔件。而是，如果额外分隔件采用具有渗漏处的隔断，流体能够通过该渗漏处从 第一区进入中间腔室(需要或不需要)，这实际上是有利的。这种类型的从第一区到中间腔 室的流体连通能够确保将流体从中间腔室传送至第一区的传送机构始终在其优选的理想 工作范围内工作。在本发明装置的一种优选实施方式中，传送机构通过管道系统与中间腔室流体连 通，其中该管道系统设置在传送机构的输入侧。传送机构的压力侧通过其他管道系统与第 一区流体连通。本发明装置的一种尤其优选的实施方式还包括传感器装置，该传感器装置具有第一压力传感器和第二压力传感器，其中第一压力传感器用于检测第二区中占优势的第二压 力，第二压力传感器用于检测通过传送机构在中间腔室中产生的压力。更优选地，提供有控 制装置，该控制装置设计为根据由传感器装置检测的压力值来控制传送机构，以便调节流 速，从而调节单位时间内从中间腔室中排出以及返回到第一区的流体体积。具体地，控制装 置从而设计用于控制传送机构，以使得第二区中占优势的第二压力的测量值与中间腔室中 产生的压力的测量值之间的压差为预定义值或可定义值。如上所述，该预定义值或可定义 值低于第一区中占优势的第一压力的值，高于并且(理想地)等于第二区中占优势的第二 压力的值。传送机构的流速优选地由控制装置自动调节。当然还可以想到由外部输入例如由 设备的使用者来调节该传送机构的流速。如上所述，形成中间腔室的侧壁的额外分隔件优选地设计为不是完全流体密闭性 的，而是包括能够实现从第一区到中间腔室的流体流通的渗漏处。在隔板用作额外分隔件 的情况下，即隔断因其结构而仅提供有限的渗透性，优选地设置有额外的压力释放机构，通 过该压力释放机构能够根据需要建立中间腔室与第一区之间的开放的流体连通，从而实现 所需要的从第一区到中间腔室的流体溢流。在该情况中的压力释放可以想到例如采用压力控制阀，优选地，当第一区中占优 势的第一压力与中间腔室中产生的压力之间的差超过预定义值或可定义值时，该压力控制 阀自动开启。因而，这确保通过传送机构而在中间腔室中产生的低于第一区中占优势的第 一压力的低压不会降到预定义值以下。从而尤其确保中间腔室中具有足够高的压力，以便 于传送机构的最优工作。这对于传送机构的可控制且可定义的流速而言，进而对于本发明 装置的有效工作而言，尤其必要。除了采用压力控制阀来确保额外分隔件的最小渗透性以外，当然还可以想到采用 其他装置来提供压力释放。然而，尤其优选的是，采用构造为控制单位时间内从第一区溢流 到中间腔室内的流体体积设置的装置。可以注意到，单位时间内的溢流流体体积应当调节 为传送机构的理想工作范围。
下面将参考所包括的附图基于实施方式来更详细地说明本发明。在附图中图1是用于使流体从第一区到通过非不可渗透性分隔件分隔的第二区的不希望 的流通最少化的本发明装置的实施方式的示意图；图2是用于在热流体和冷流体之间传递热能的热交换系统的示意图，其中该热交 换系统包括用于使流体从流动热流体的第一区到流动冷流体的第二区的不希望的流通最 少化的本发明装置的实施方式；图3示出了图2所示的热交换系统，该热交换系统没有用于使流体从流动热流体 的第一区到流动冷流体的第二区的不希望的流通最少化的本发明装置；以及图4是用于说明图2所示的本发明装置在用于图3所示的热交换系统时的运行方 式的流程图。具体实施 方式图1提供了本发明的装置的优选实施方式的示意图，该装置用于使流体从第一区 1到由非流体密闭性的分隔件3分隔的第二区2的不希望的流通最少化。分隔件3例如为 空间壳体的作为隔断的结构墙。在图1所示的实施方式中，第一区1构造为由空间壳体限 定的封闭室，从而分隔件3表示空间壳体的一部分。第二区2类似地可以构造为由空间壳体封闭的与第一区1直接邻接的室，其中，分 隔件3也同时形成空间壳体的封闭第二区2的壁。当然可以想到的是，两个区1、2中的至 少一者可以不是构造为由空间壳体封闭的室。必要的仅在于，两个区1、2为由共同的隔断 (分隔件3)而彼此隔开的两个邻接的区域。同样必要的是，分隔件3构造为非完全流体密 闭性的隔断。而是，分隔件3上设置有渗漏处(在根据图1的图示中没有示意性地示出)， 该渗漏处形成第一区1与第二区2之间的流体连通。可以想到的是，有意设置的开孔作为分隔件3上的渗漏处，然而，也可以想到的是， 无意的渗漏处作为分隔件3上的渗漏处，通过该无意的渗漏处可以在第一区1中设置的第一 流体101与第二区2中设置的第二流体102之间进行不希望的或不可控的交换。具体地用作 第一流体101和第二流体102的可以为具有相同或实际上不同化学组分的气体介质或者液 体介质。例如，可以想到的是，第一区1内含有的第一流体101为气态氮，而第二区2内含有 的第二流体102可以为普通空气，即主要组分为氮气(体积含量为78% )、氧气(体积含量为 20. 9% )、氩气(体积含量为0. 9% )和其余痕量气体(trace gases)的气体混合物。开发根据图1的图示中示意性表示的装置是为了 当第一区1中第一压力Pl-I占 优势而第二区2中低于第一压力Pl-I的第二压力P2-1占优势时，使流体从第一区1到第 二区2的不希望的流通最少化。在不进行特别规定时，由于分隔件3上占优势的压力差，会 通过分隔件3的渗漏处而产生渗漏流，其结果会导致流体从第一区1到第二区2的(不希 望的)流通。如果不提供对该不希望的流体流通的补偿，该渗漏流会导致在第一区1中初 始设定的第一压力Pl-I降低，并且导致两种流体101、102在第二区2中混合。为了防止该情况的发生，本发明提供了在分隔件3处形成的中间腔室4，该中间腔 室4将两个区1、2彼此完全分离。如图1所示，在图示的本发明实施方式的装置中采用额 外分隔件6，例如以额外隔断的形式或者以隔板的形式，其中该额外分隔件6设置为朝向第 一区1间隔有距离。分隔件3和额外分隔件6之间的足够间距为例如IOcm宽的间隙。如 上文所述，对于形成中间腔室4的侧壁的额外分隔件6而言，并不要求一定是完全流体不可 渗透性的。而是，实际上需要允许第一区1与中间腔室4之间有一定的流体流通。根据图1所示的实施方式的本发明装置还包括传送机构5，例如以通风设备的形 式或者以泵的形式。通过管道系统(图1中未明显地示出)，传送机构5的一侧连接至中间 腔室4，而另一侧连接至第一区1，从而能够将流体101从中间腔室4传送至第一区1。本发明装置的作用基于适当地控制传送机构5，以便在中间腔室4中产生低于第 一区1中占优势的第一压力Pl-I的压力。理想地，传送机构5的流速调节为使得中间腔室 4中产生的压力P4-1与第二区2中占优势的第二压力P2-1的大小相同。在该(理想)情 况中，中间腔室4中占优势的压力P4-1与第二区2中占优势的第二压力P2-1之间的差值 为零，从而不再通过分隔件3发生基于压力差的渗漏流。然而，本发明不限于如上所述的中间腔室4中产生的压力P4-1与第二区2中占优势的第二压力P2-1完全相同的理想情况。而是，当中间腔室4中产生的压力P4-1为介于 第一区1中占优势的第一压力Pl-I与第二区2中占优势的第二压力P2-1之间的值就足够 了。由于分隔件3上产生的压力差(该压力差作为通过所述分隔件3的渗漏流的驱动力) 相对于未设置中间腔室的区而言已经降低了，因此这足以降低流体通过分隔件3的渗漏处 的不希望的流通。如图1所示，通过传送机构5从中间腔室4传送的流体101重新循环回到第一区1 中。这样设置从而确保没有流体101能够从第一区1逸出，并通过分隔件3而到达第二区 2。因而，即使当不仅分隔件3是流体可渗透性的，而且形成中间腔室4的侧壁的额外分隔 件6也是流体可渗透性的时，本发明装置也能够防止或者至少减少不希望的流体流通。优选地，根据本发明的装置设计为自动工作系统，其中传送机构5的流速独立地 调节至占优势的压力值或升高的压力值。本发明方案的一种优选实施方式(该方式也归于根据图1表示的实施例中)设置 有传感器装置7，该传感器装置7包括第一压力传感器7-1和第二压力传感器7-2。第一压 力传感器7-1设置在第二区2中，并用于检测所述第二区2中占优势的第二压力P2-1。第 二压力传感器7-2设置在中间腔室4中，并用于检测通过传送机构5而在该中间腔室4中 产生的压力P4-1。由传感器装置7的两个压力传感器7-1、7_2分别测量的压力值发送至与传送机构 5连接的控制装置8，从而根据测量的压力值来相应地设置传送机构5的流速。具体来说， 控制装置8设计为控制传送机构5，以使得第二区2中占优势的第二压力P2-1的测量值与 通过传送机构5而在中间腔室4中产生的压力P4-1的测量值之间的差为预定义或可定义 的值，该值理想地等于第二区2中占优势的第二压力P2-1，或者至少介于第二区2中占优势 的第二压力P2-1的值与第一区1中占优势的第一压力Pl-I的值之间。在根据图1的示意性视图中，虚线表示传感器装置7可以可选地还包括第三压力 传感器，以检测第一区1中占优势的第一压力Pl-I。该测量值可以传输至控制装置8中，以 便确定中间腔室4中产生的压力P4-1是否是该预先定义的或可定义的值。如上所述，形成中间腔室4的侧壁的额外分隔件6可以包括结构上可能的渗漏处 和/或不希望的渗漏处。优选地，额外分隔件6的渗透性应当构造为使得每单位时间内从 第一区1溢流到中间腔室4中的流体体积的值能够确保传送机构5的最佳运转。当额外分 隔件6构造为相对流体气密性时，可以利用压力释放机构9来设定单位时间内从第一区1 溢流到中间腔室4中的流体体积。在如图1所示方案的本发明实施方式中，用于提供压力释放的机构9为机械作用 式减压阀(pressure release valve)，通过该机构9，根据第一区1中占优势的第一压力 Pl-I与中间腔室4中产生的压力P4-1之间存在的压力差而自动地设置单位时间内从第一 区1溢流到中间腔室4中的流体体积。如果第一区1中占优势的第一压力Pl-I可以认为 是恒定的，则如图1所示方案的本发明实施方式中所采用的压力控制阀9设计为，根据中间 腔室4中占优势的压力P4-1的当前值来自动地设定单位时间内从第一区1溢流到中间腔 室4中的流体体积。下面将参考图2说明热交换系统100，该热交换系统100利用本发明的装置，以使 得热交换介质(第一流体或热流体101以及第二流体或冷流体10 之间的不希望的流体流通最少化。无论热交换介质101、102之间设置的分隔件(以下称为“第一分隔件3”)是 否包括使得物质能够传递的渗漏处，本发明的装置都能够实现使得流体溢流最小化。以下参考图2说明的热交换系统100是采用热轮或转子103作为热交换器的系 统。有关设计为交流换热器(regenerator)的热交换器的说明仅是以实施例的方式给出。 本发明装置的使用尤其不限于用作用于提供半直接式热传递的交流热交换器的热交换系 统100。而是，本发明的方案当然还可以用于采用间壁式换热器(recuperator)来提供非直 接热传递的热交换器。本发明的方案也不仅限于用于热交换系统。从图1所示的实施方式中可以看出， 本发明的方案实质上适用于具有由流体渗透性分隔件分隔的两个区的所有系统，从而第一 区中占优势的压力高于第二区中占优势的压力。需要指出的是，选择了使用转子103来实现第一区1中流动的热流体101与第二 区2中流动的冷流体102之间的半直接式热传递的热交换系统来阐述本发明装置的功能。 由于在这种类型的旋转型热交换系统中的转子与分隔件3之间因其设计而始终会存在泄 漏，因此采用本发明方案的热交换系统尤其适于表现本发明方案能够实现的优势。在说明热交换系统中使用的根据本发明装置是如何工作之前，首先参考图3中的 图示对传统的旋转型热交换器100的运转进行说明。现有技术中公知的且图3中示意性地示出的热交换系统100构造为热交换系统 100包括用于流动热流体101的第一流动区(以下称为“第一区1”)。还设置有用于流动 冷流体102的第二流动区(以下称为“第二区2”)。对于热流体，例如可以想到的是，使用位于与第一区1邻接的服务器室113中的数 据处理设备114的排气。冷却该数据处理设备114可以想到采用热交换系统100，以将(热 的)排气从服务器室113通过第一通风模块111提供到热交换系统100。在热交换系统100 中，热流体101的热能通过热交换器103传递给流经第二区2的冷流体流102。在流经热交 换器103之后，冷流体101流重新循环回到服务器室113。用作冷却介质的冷流体流102流经热交换系统100的第二区2，其中第二通风模块 112用于例如吸入外部空气，以冷却热交换器103，并在该外部空气流经热交换器103之后 将其以加热的形式重新循环回到外部气氛中。第一区1(在热交换系统100中，要冷却的热流体101流经该第一区1)和第二区 2 (要加热的冷流体102流经该第二区2)通过构造为隔断的第一分隔件3而在空间上彼此 分隔。在该第一分隔件3上设置有转子开孔105，在图3所示的热交换系统100的实施方式 中，用作热交换器的转子103延伸穿过该转子开孔105。该转子103是可转动地安装的热轮(滚动式热交换器，thermal wheel)，其中，旋 转轴线延伸穿过该第一分隔件3上形成的转子开孔105。转子103包括多个与旋转轴线平 行的管道。热传递利用这些管道的壁的性能来储存热能(热量)。来自数据处理设备114 的热的排气(热流体101)通过转子103的位于第一区1内的一半中的管道吸入。这样对 各个管道的壁进行加热。当旋转的热交换器运转时，转子103继续旋转，以使得被加热的管道到达第二区2 的流动外界冷空气(冷流体10 的区域中。管道的热壁加热该冷流体102，导致该壁得到 冷却。
根据图3的热交换系统100的运转所必要的是，第一区1中的热流体101流要流 经转子103的实际上正好位于第一区1中的适当的管道。类似地，须确保第二区中的冷流 体102流要流经转子103的实际上正好位于第二区2中的管道。 为了实现该目的，热交换系统100设置有第二分隔件106和第三分隔件107。第二 分隔件106布置在第一区1中，以使得第一区1分隔为第一热流体腔室1-1和第二热流体 腔室1-2。第一热流体腔室1-1与第二热流体腔室1-2通过转子103的位于第一区1中的 管道的方式而流体连通。此外，第三分隔件107布置在第二区2中，以使得第二区2分隔为第一冷流体腔室 2-1和第二冷流体腔室2-2，其中，这两个冷流体腔室2-1和2-1通过转子103的位于第二 区2中的管道的方式而流体连通。从图3中提供的图示可以具体的看出，第二分隔件106和第三分隔件107布置为 从转子103径向地延伸并且与所述转子103的旋转轴线垂直。由于延伸经过第一区1和第二区2的可转动地安装的转子103在转动时在第一区 1和第二区2中(各个流体流需要通过该第一区1和第二区2而经过热交换系统100)都 构成了流动阻力，因此在第一热流体腔室1-1中设置了第一压力P1-1，并且在通过转子103 和第二分隔件106而与第一热流体腔室1-1分隔的第二热流体腔室1-2中设定了第三压力 P1-2，其中第三压力P1-2低于第一压力P1-1。由于热交换系统100根据逆流原理运转，因此在第一冷流体腔室2-1中占优势的 压力(第二压力P2-1)低于在第二冷流体腔室2-2中占优势的压力(第四压力P2-2)。因此，通过第一分隔件3而彼此分隔的第一热流体腔室1-1和第一冷流体腔室2-1 之间产生了压力差，从而在第一热流体腔室1-1中占优势的第一压力Pl-I高于在第一冷流 体腔室2-1中占优势的第二压力P2-1。类似地，第二热流体腔室1-2和第二冷流体腔室2-2 之间也产生了压力差。在第二冷流体腔室2-2中占优势的第四压力P2-2可以高于在第二 热流体腔室1-2中占优势的第二压力P1-2。由于用于使得热交换系统的第一区1和第二区2彼此分隔的第一分隔件3并不构 成流体密闭性隔断，从而对于物质是可渗透的，因此一个热流体腔室1-1、1_2与相邻布置 的冷流体腔室2-1、2-2之间产生的压力差导致了渗漏流，其中来自第一热流体腔室1-1中 的热流体101通过渗透处(具体地，通过设置在转子103的转毂上的第一间隙开孔Si)而 流至相邻的第一冷流体腔室2-1中。另一方面，热交换系统100的下部区域中可以产生逆流，来自第二冷流体腔室2-2 中的冷流体102可以通过第一分隔件3中的渗漏处(具体地，通过设置在转子103的转毂 上的第二间隙开孔S2)而流至第二热流体腔室1-2中。因而，如图3所示的现有技术公知的热交换系统的运转无法防止第一区1与第二 区2之间产生物质交换。如上文中通过参考图1中图示的实施方式进行说明的根据本发明的方案，适合用 于作为实施例的如图3所示的热交换系统100中，以便有效地防止在热交换系统100运转 时第一区1与第二区2之间的流体流通。然而，如图2所示的热交换系统100的实施方式采用本发明的方案来防止在热交 换系统100运转时从第一区1到第二区2的不希望的流体连通。
因而，具体地设置为，如上参考根据图1的实施方式进行说明的中间腔室4设置在 与第一分隔件3直接相邻的第一区1(热交换系统的热空气区域)中，该第一分隔件3将热 交换系统的热空气区域与新鲜空气区域(第二区2)相分隔。例如，朝第一区1相距例如 IOcm并且形成中间腔室4的侧壁的隔板可以用于该目的。因而，该第一分隔件3构成了中 间腔室4的相应的相对侧壁。 为了使得在热交换系统100运转时转子103能够围绕旋转轴线旋转，在如图2所 示的热交换系统100的实施方式中，转子开孔105延伸穿过第一分隔件3和额外分隔件 6(隔板)，该额外分隔件6(隔板)构成了中间腔室4的面向第一区1的侧壁。转子103的 转毂区域中也设置有上间隙开孔(第一间隙Si)，通过该上间隙开孔(第一间隙Si)，在第 一热流体腔室1-1和第一冷流体腔室2-1之间形成开放的流体连通，类似地设置有下间隙 开孔(第二间隙S2)，该下间隙开孔(第二间隙S2)构成了第二热流体腔室1-2与第二冷流 体腔室2-2之间的开放的流体连通。因此，第一区1和第二区2之间仍然存在具有渗漏处的隔断(第一分隔件3)，分别 在第一区1和第二区2中流动的介质(热流体101、冷流体102)可以通过该渗漏处进行物 质交换。类似于参考图1的图示进行说明的本发明实施方式的情况，图2中示意性地示出 的热交换系统2设置有传送机构5，该传送机构5的吸入侧通过管路系统(图2中未明显示 出)的方式连接到中间腔室4。传送机构5用于将流体从中间腔室4传送至第一区1中。 虽然在图2中传送机构5的出口向外开放至第一热流体腔室1-1，但是当然可以想到从中间 腔室4排出的流体可以引导至第二热流体腔室1-2。具体地，如图2所示的实施方式设置有转子开孔105，以将中间腔室4分隔为上第 一部4-1和下第二部4-2。中间腔室4的上第一部4-1在第一分隔件3的第一部3_1上延 伸，具体地，在第一分隔件3的将第一热流体腔室1-1与第一冷流体腔室2-1分隔的区域上 延伸。中间腔室4的下第二部4-2在第一分隔件3的第二部3-2上延伸，具体地，在第一分 隔件3的将第二热流体腔室1-2与第二冷流体腔室2-2分隔的区域上延伸。中间腔室4的 第二部4-2通过转子103的相应的管道而与中间腔室4的第一部4-1流体连通。为了使本发明的方案能够实现在热交换系统100的运作过程中使得在根据图2或 图3的热交换系统100的第一区1 (第一热流体腔室1-1和第二热流体腔室1-2)与第二区 2 (第一冷流体腔室2-1和第二冷流体腔室2-2)之间不出现溢流，尽管转子103的转毂区域 中具有不可避免的上间隙开孔Sl和下间隙开孔S2，传送机构5优选地由适当的控制装置8 控制，传送机构5的流速调节为使得中间腔室4的第一部4-1中产生低于第一热流体腔室 1-1中占优势的第一压力Pl-I的压力。具体地，当通过传送机构5在中间腔室4的第一部4-1中设置的压力P4-1假设为 与第一冷流体腔室2-1中占优势的第二压力P2-1的值相同时，能够完全防止从第一热流体 腔室1-1到相邻的第一冷流体腔室2-1的流体流通。也就是说，中间腔室4的第一部4-1 与第一冷流体腔室2-1之间没有压力差能够有效地作为通过例如第一间隙开孔Sl的热流 体101泄漏流的驱动力。当然，与没有配备用于使流体流通最少化的装置的热交换系统100相比，当中间 腔室4的第一部4-1中产生的压力P4-1低于第一热流体腔室1-1中占优势的第一压力Pl-I并高于第一冷流体腔室2-1中占优势的第二压力P2-1时，也能够降低单位时间内从第一热 流体腔室1-1到第一冷流体腔室2-1的溢流量。另一方面，尽管第二热流体腔室1-2与第二冷流体腔室2-2之间存在通过转子103 的转毂区域的第二间隙开孔S2的开放的流体连通，但是本发明的方案也可以有效地防止 或者至少减少这两个流体腔室1-2和2-2之间的流体连通。因为中间腔室4的第二部4-2 通过转子103的管道而与中间腔室4的第一部4-1流体连通，所以当传送机构5启动时，位 于中间腔室4的第二部4-2中的一些流体也会传送到第一区(第一热流腔室1-1或第二热 流腔室1-2)中。因而，中间腔室4的第二部4-2中的压力P4-2也可以通过传送机构5而 设置为低于第二热流体腔室1-2中占优势的第三压力P1-2。如果第二热流体腔室1-2中占优势的压力为第三压力P1-2，第二冷流体腔室2-2 中占优势的压力为第四压力P2-2，并且该第四压力P2-2低于第三压力P1-2，则当中间腔室 4的第二部4-2中产生的压力P4-2确实等于或者高于第四压力P2-2并低于第三压力P1-2 时，能够有效地减少第二热流体腔室1-2与第二冷流体腔室2-2之间的流体连通。与图1所示的实施方式中的情况类似，在图2所示的实施例中，控制装置8用于自 动启动传送机构5，从而根据第一冷流体腔室2-1中占优势的第二压力P2-1、中间腔室4的 第一部4-1中产生的压力P4-1、第二冷流体腔室2-2中占优势的第四压力P2-2和中间腔室 4的第二部4-2中产生的压力P4-2来实现传送机构5的流速。为此，设置有传感器装置7，该传感器装置7包括用于检测第一冷流体腔室2-1中 占优势的第二压力P2-1的第一压力传感器7-1、用于检测中间腔室4的第一部4-1中产生 的压力P4-1的第二压力传感器7-2、用于检测第二冷流体腔室2-2中占优势的第四压力 P2-2的第三压力传感器7-3和用于检测中间腔室4的第二部4-2中占优势的的压力P4-2 的第四压力传感器7-4。传感器装置7的各个压力传感器7-1至7-4设计为连续地或者在预定时间或者在 预定情况下检测各个压力值，并且将该压力值提供给控制装置8，该控制装置8相应地设置 传送机构5的流速。由于第一间隙开孔Sl (在其他部件中)代表流至中间腔室4的第一部4-1中的流 体连通，因此当传送机构5在中间腔室4的第一部4-1中产生低于第一热流体腔室1-1中 占优势的第一压力Pl-I的压力时，来自于第一热流体腔室1-1的流体通过该开放的流体通 道流到中间腔室4的第一部4-1中。为了能够通过调节传送机构5的流速来设置中间腔室4的第一部4-1中产生的压 力P4-1，从而有效地防止或者至少减少从第一热流体腔室1-1到第一冷流体腔室2-1的流 体连通，必须根据需要改变由第一间隙开孔Sl形成的开放的流体通道。这也应用于通过第 二间隙开孔S2而在第二热流体腔室1-2与中间腔室4的第二部4-2之间形成的开放的流 体通道。为此，在如图2所示的热交换系统100的实施方式中的第一区1中设置有第一流 闸(flow brake) 108，该第一流闸108设计用于限制从第一热流体腔室1-1通过第一间隙 Sl到中间腔室4的第一部4-1的流体溢流，以及从中间腔室4的第二部4-2通过第二间隙 S2到第二热流体腔室1-2的流体溢流。详细地说，第一流间108可以包括密封件，该密封 件为柔性的可充气管的形式，并且该可充气管可以容纳在位于额外分隔件6上的U型轮廓(U-profile)中。该可充气管在转子103的上方和下方延伸。为了将单位时间内从第一热 流体腔室1-1通过第一间隙Sl溢流到中间腔室4的第一部4-1的流体体积以及单位时间 内从中间腔室4的第二部4-2通过第二间隙S2溢流到第二热流体腔室1-2的流体体积设 置为预定值或可定义值，将该管充气到调节直径，从而为转子103产生更窄的但是不接触 的间隙S1、S2。 原则上，可以想到，将第一流闸108设计为，根据传送机构5的流速来设定单位时 间内溢流的流体体积。原则上，可以将通过传送机构5而从中间腔室4排出的流体的至少 一部分供应到第一流间108的柔性的可充气管中，从而将该管充气至调节直径。第二区2中还设置有第二流闸109，从而当中间腔室4的第一部4-1中设定的压力 P4-1与第一冷流体腔室2-1中占优势的第二压力P2-1不同并且中间腔室4的第二部4-2 中设定的压力P4-2与第二冷流体腔室2-2中占优势的第四压力P2-2不同时，所述第二流 闸109用于限制从中间腔室4的第一部4-1通过第一间隙Sl到第一冷流体腔室2-1的流 体溢流和从第二冷流体腔室2-2通过第二间隙S2到中间腔室4的第二部4-2的流体溢流。与第一流闸108的构造方式类似，第二流闸109可以构造为柔性的可充气管形式 的密封件。图4中以流程图的形式示意性地示出了根据图2的热交换系统100中产生的流体 流动，从而中间腔室4的第一部4-1中的压力P4-1此处与第一冷流体腔室2-1中占优势的 压力(第二压力P1-2)相同，并且从而中间腔室4的第二部4-2中的压力P4-2与第二冷流 体腔室2-2中占优势的压力(第四压力P2-2)相同。如上所述，通过该结构，不发生通过第 一分隔件3从热交换系统100的第一区1到第二区2的流体连通。在图4中示出的流程图构成了特殊的实施方式，其中可以从该流程图中推断出相 应的参数。概括而言，根据本发明的方案旨在有效地防止在热交换系统100的热区中流动的 第一流体101与冷区中流动的第二流体102发生物质混合，在该热交换系统100中，热流体 流动区与冷流体流动区之间没有完全的非渗透性。因而，可以想到，还可以将这种热交换系 统(例如包括交流换热器作为热交换器)应用到将呈永久惰性的室内气氛通过半直接式热 传递方式进行冷却的应用场合中。根据本发明的方案尤其适于对呈连续惰性的服务器室113进行冷却，在服务器室 113中，数据处理设备114永久地在缺氧气氛中运行，以应对火灾风险。在这些呈连续惰性 的室中，在运行成本方面重要的是，要尽可能少地向室内气氛添加惰性气体而使设定的惰 性程度维持更长的时间。在过去，这种情况导致如上文中参考图3中的图示所说明的传统的热交换系统 100在用于冷却呈连续惰性的室内的空间气氛时不经济。根据本发明的方案能够以简单 而有效的方式完全防止或者至少减少热交换系统的各区之间的流体连通，从而在热交换系 统的运行过程中，永久惰性的室的空间气氛中相当少的气体能够流到热交换系统的冷空气 侧，从而减少所需要添加的惰性气体的体积。附图标记列表1 第一区1-1第一热流体腔室
1-2第二热流体腔室2第二区2-1第一冷流体腔室2-2第二冷流体腔室3分隔件/第一分隔件4中间腔室4-1中间腔室的第一部4-2中间腔室的第二部5传送机构6额外分隔件/中间腔室的侧壁7传感器装置7-1第一压力传感器7-2第二压力传感器7-3第三压力传感器7-4第四压力传感器8控制装置9压力释放装置100热交换系统101热流体/第一流体102冷流体/第二流体103热交换器/转子105转子开孔106第二分隔件107第三分隔件108第一流闸109第二流闸111第一通风模块112第二通风模块113服务器室114数据处理设备
权利要求
1.一种热交换系统(100)，用于在热流体(101)与冷流体(102)之间传递热能，其中， 所述热交换系统(100)包括第一区(1，1-1)和第二区(2，2-1)，所述热流体(101)通过所述第一区(1，1_1)流动， 所述冷流体(102)通过所述第二区(2，2-1)流动；第一分隔件(3)，该第一分隔件(3)将所述第一区(1)与所述第二区(2)彼此空间分 隔，其中，在所述第一区(1，1_1)中，第一压力(Pl-I)通过所述第一分隔件(3)的至少一 个第一部(3-1)占优势，在所述第二区(2，2-1)中低于所述第一压力(Pl-I)的第二压力 (P2-1)占优势；热交换器，该热交换器为交流换热器的形式，以将热能从热流体流传递到冷流体流；以及至少一个用于使流体通过所述第一分隔件(3)的第一部(3-1)从所述第一区(1，1_1) 到所述第二区(2，2-1)的不希望的流通最少化的装置，其中，该装置包括中间腔室(4)，该 中间腔室(4)位于将两个区(1，1-1，2，2-1)彼此分隔的所述第一分隔件(3)处，并且其中， 该装置还包括传送机构(5)，该传送机构(5)设计用于将流体从所述中间腔室(4)传送到所 述第一区(1，1-1)，从而在所述中间腔室⑷中产生低于所述第一区(1，1_1)中占优势的第 一压力(Pl-I)的压力，其中，在所述中间腔室⑷中产生的该压力(P4-1)等于或者高于所 述第二区(2，2-1)中占优势的第二压力(P2-1)。
2.根据权利要求1所述的热交换系统(100)，其中，所述中间腔室(4)的侧壁中的一个侧壁由所述第一分隔件(3)形成，另一个侧壁 由额外分隔件(6)形成，该额外分隔件(6)形成在朝向所述第一区(1，1_1)并与所述第一 分隔件⑶间隔有距离的位置；其中，通过所述第一分隔件(3)的第一部(3-1)使得第一压力(Pl-I)在所述第一区 (1,1-1)中占优势，并且低于所述第一压力(Pl-I)的第二压力(P2-1)在所述第二区(2， 2-1)中占优势，并且其中，通过所述第一分隔件(3)的第二部(3-2)使得第三压力(P1-2) 在所述第一区(1，1_2)中占优势，并且低于所述第三压力(P1-2)的第四压力(P2-2)在所 述第二区(2，2-2)中占优势；其中，所述中间腔室(4)包括在所述第一分隔件(3)的第一部(3-1)上延伸的第一 部(4-1)和在所述第一分隔件(3)的第二部(3-2)上延伸的第二部(4-2)，并且该第二部 (4-2)与所述中间腔室(4)的第一部(4-1)流体连通；其中，所述传送机构(5)设计为在所述中间腔室(4)的第一部(4-1)中产生低于所述 第一压力(Pl-I)的压力，并且在所述中间腔室(4)的第二部(4-2)中产生高于所述第三压 力(P1-2)的压力，其中，在所述中间腔室⑷的第一部(4-1)中产生的所述压力(P4-1)等 于或者高于所述第二压力(P2-1)，并且其中，在所述中间腔室(4)的第二部(4-2)中产生的 所述压力(P4-2)等于或者高于所述第四压力(P2-1)。
3.根据权利要求2所述的热交换系统(100)，其中，所述热交换系统包括可转动地安装的转子(103)，该转子(103)包括平行于旋转 轴线的管道和延伸穿过所述第一分隔件(3)和所述额外分隔件(6)的转子开孔(105)，以使 得所述转子(103)在旋转时延伸穿过所述第一区(1)和第二区(2)，并且还设置有第二分隔件(106)，该第二分隔件(106)布置在所述第一区(1)中，从而所述第一区(1)被分隔为第一热流体腔室(1-1)和第二热流体腔室(1-2)，该第一热流体腔室(1-1)和 第二热流体腔室(1- 与所述转子(10 的位于所述第一区(1)中的管道流体连通；第三分隔件(107)，该第三分隔件(107)布置在所述第二区O)中，从而所述第二区(2)被分隔为第一冷流体腔室(2-1)和第二冷流体腔室0-2)，该第一冷流体腔室(2-1)和 第二冷流体腔室(2- 与所述转子(10 的位于所述第二区O)中的管道流体连通；其中，通过使得冷流体腔室0-1，2-2)与相关联的相邻热流体腔室(1-1，1-2)之间的 第一分隔件C3)上产生的压力差最小化，使得通过所述第一分隔件C3)而从所述第一区(1) 和第二区O)中的一者到另一者的流体连通最少化。
4.根据权利要求3所述的热交换系统(100)，其中，所述中间腔室(4)的所述第一部(4-1)与所述中间腔室(4)的所述第二部(4-2) 通过所述转子(10 的位于所述第一区(1)内的管道而流体连通。
5.根据权利要求3或4所述的热交换系统(100)，该热交换系统(100)还包括传感器装置(7)，该传感器装置(7)具有用于检测所述第一冷流体腔室中占优势的第二压力(P2-1)的第一压力传感器(7-1)、用于检测所述中间腔室的所述第一部 (4-1)中设置的压力(P4-1)的第二压力传感器(7-2)、用于检测所述第二冷流体腔室(2-2) 中占优势的第四压力(P2-2)的第三压力传感器(7-3)和用于检测所述中间腔室的所 述第二部G-2)中占优势的压力(P4-2)的第四压力传感器(7-4)；以及控制装置(8)，该控制装置(8)用于控制所述传送机构(5)的流速，其中，所述控制装 置(8)设计用于自动地控制所述传送机构(5)，以使得所述第二压力(P2-1)的测量值与所 述中间腔室的第一部中产生的压力(P4-1)的测量值之间的差为预定义值或可 定义值，并且所述第四压力(P21)的测量值与所述中间腔室(4)的所述第二部G-2)中产 生的压力(P41)的测量值之间的差为预定义值或可定义值。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的热交换系统(100)，其中，所述第一区(1)中还设置有第一流闸(108)，该第一流闸(108)设计用于限制通 过所述转子(103)与所述额外分隔件(6)之间的转子开孔(105)处的第一间隙(Si)从所 述第一热流体腔室(1-1)到所述中间腔室的第一部的流体溢流，以及限制通过 所述转子(103)与所述额外分隔件(6)之间的转子开孔(105)处的第二间隙(S2)从所述 中间腔室的第二部(4-2)到所述第二热流体腔室(1-2)的流体溢流。
7.根据权利要求6所述的热交换系统(100)，其中，所述第一流闸(108)能够被控制为，使得单位时间内通过所述第一间隙(Si)从 所述第一热流体腔室(1-1)溢流到所述中间腔室GO)的第一部G-1)的流体体积和单位 时间内通过所述第二间隙( 从所述中间腔室(4)的第二部(4- 溢流到所述第二热流体 腔室(1- 的流体体积能够设定为预定义值或可定义值。
8.根据权利要求7所述的热交换系统(100)，其中，所述第一流闸(108)设计为根据所述传送机构(5)的流速来设置单位时间内溢 流的流体体积。
9.根据权利要求3至8中任意一项所述的热交换系统(100)，其中，所述第二区O)中还设置有第二流闸(109)，该第二流闸(109)用于限制通过所 述转子(103)与所述第一分隔件(3)之间的转子开孔(105)处的第一间隙(Si)从所述中间腔室(4)的 第一部(4-1)到所述第一冷流体腔室(2-1)的流体溢流，以及限制通过所述 转子(103)与所述第一分隔件(3)之间的转子开孔(105)处的第二间隙(S2)从所述第二 冷流体腔室(2-2)到所述中间腔室⑷的第二部(4-2)的流体溢流。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的热交换系统(100)， 其中，所述流闸(108，109)包括密封件，该密封件为柔性的可充气管的形式，布置在所 述额外分隔件(6)和所述转子(103)之间的两个间隙(S1，S2)处的所述额外分隔件(6)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于使流体的从第一区(1)到通过非渗透性分隔件(3)分隔的第二区(2)的不希望的流通最少化的装置，其中，在第一区(1)第一压力(P1-1)占优势，在第二区(2)低于第一压力(P1-1)的第二压力(P2-1)占优势。邻近分隔件(3)设置有将两个区(1，2)彼此分隔的中间腔室(4)。还设置有传送机构(5)，设计用于将流体从中间腔室(4)传送到第一区(1)，以在中间腔室(4)中产生低于第一区(1)中占优势的第一压力(P1-1)的压力，其中在中间腔室(4)中产生的压力(P4-1)等于或者高于第二区(2)中占优势的第二压力(P2-1)。
文档编号F28D19/04GK102047063SQ200980120090
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年5月30日
发明者M·金德 申请人:艾摩罗那股份公司