专利名称：通道系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通道系统，该通道系统用于优化流经所述通道系统的流体的压降与热量、湿气和/或质量转移之间的关系，所述通道系统包括具有至少一个通道壁的至少一个通道和具有预定高度的至少一个导流器(flowdirector),所述导流器在流体流动的方向上横向于所述通道延伸，所述导流器包括上游部、下游部和位于所述上游部和所述下游部之间的中间部，所述上游部在所述流体流动方向上从所述通道壁向所述通道内偏离，并且，所述下游部在所述流体流动方向上朝向所述通道壁返回，其中，在所述中间部与所述下游部之间的过渡(transition)按照预定半径弯曲。
背景技术：
热交换器/催化转换器通常是具有主体的通道系统，该通道系统形成有大量的并列的小通道，例如要被转换的流体或流体混合物流经所述小通道。这种通道系统由不同的材料制成，例如陶瓷材料或金属(如不锈钢或铝)。
由陶瓷材料制成的通道系统的通道横截面通常为矩形或多边形，如六边形。所述通道系统是通过挤压的方式制成的，这意味着通道的横截面沿所述通道的整个长度是相同的，而且所述通道壁将是光滑且平的。
在制造金属的通道主体时，通常将波纹带(corrugated strip)和平面带(flat strip)缠绕在一个卷轴(spool)上。这导致通道横截面为三角形或梯形。市面上可以得到的大部分金属制通道系统沿整个长度的横截面是相同的，而且具有与陶瓷通道主体一样的光滑均匀的通道壁。这两种类型的通道系统都可以涂上涂层，例如，在催化转换器中涂催化活性材料(catalyticallyactive material )。
工作环境中最重要的是通道系统中流经通道的流体或流体混合物与通道壁之间的热量、湿气和/或质量转移。
在上述类型的通道系统中，例如用于车辆或工业中的内燃机的通道系统，具有相对小的通道横截面并在这些环境中通常使用相对小的流体速度，流体沿通道以相对规则 (relatively regular)的层流动。因此,所述流动实质上是层流的(laminar)。只有沿通道入口处的短距离内，会产生某些相对于通道壁横向的流动。
正如本领域所公知的，在层流的流体流与通道壁相邻处形成边界层，此处的速度基本上是零。首先，在被认为是完全展开流(fully developed flow)的情况中，热量、湿气和/或质量转移主要通过相对较慢的扩散发生，所述边界层明显降低了质量传递系数。质量传递系数是质量传递率的衡量，且为了获得高效率的热交换和/或催化转化率，质量传递系数应当很大。为了增加质量传递系数，必须使流体朝向通道侧的表面流动，这样边界层减少，并增加一层到另一层的流体转移。这可以通过所谓的湍流来实现。在光滑且均匀的通道中，当雷诺数达到大约2000以上的值时，层流将变成湍流。如果想在这里涉及的通道系统的通道中达到如此量级的雷诺数，就需要用比这种工作环境中的普通流体速度大很多的流体速度。因此，在上述低雷诺数的通道系统中，需要人工手段制造湍流，如通道中设置特殊导流器。
US 4152302公开了一种带有通道的催化转换器，在这种转化器中，导流器以从金属带中冲孔的横向金属翼的形式设置。带有导流器的催化转化器显著增加了热量、湿气和 /或质量转移。然而，压降也同时急剧地增加。而且已经发现，压降增加带来的影响比所述热量、湿气和/或质量转移增加带来的影响更大。其中，压降取决于导流器的构造、尺寸和几何形状。然而，众所周之，所述类型的导流器产生过大的压降，并因此没有被大范围的商业应用。
EP 0869844公开了湍流发生器，这种湍流发生器横向于催化转换器或热量/湿气转换器的导管延伸，以获得改善的压降与热量、湿气和/或质量转移的比率。
WO 2007/078240公开了流动转换器，该流动转化器横向于通道延伸。然而，这种系统的制造商总想进一步提高压降与热量、湿气和/或质量转移的比率。发明内容
本发明的目的在于一种通道系统，在这种通道系统中，压降与热量、湿气和/或质量转移的比率能够进一步得到改善。
上述目的通过具有在附加的权利要求中限定的特征的通道系统来实现 。
本发明的通道系统用于优化流经该系统的流体的压降和热量、湿气和/或质量转移之间的关系，通道系统包括具有至少一个通道壁的至少一个通道和具有预定高度的至少一个导流器。导流器在流体流动的方向上延伸并横向于通道。此外，导流器包括上游部、下游部和位于上游部与下游部之间的中间部。上游部在流体流动方向上从通道壁向通道内部偏离，下游部在流体流动方向上朝着通道壁返回，其中，在中间部与下游部之间的过渡按照预定半径弯曲。中部和下游部之间的曲线过渡减小了压降，并因此进一步提高了流经通道系统的流体的压降与热量、湿气和/或质量转移之间的比率。压降的降低导致了流经通道系统的流体流速增加，且系统所需的电能降低。这连同热量、湿气和/或质量转移率的升高或不变一起作用，从而使系统更有效率。此外，当需要镀层时，曲线形表面就更有利，因为附着在下表面上的镀层增加了，并且整个通道的镀层也可能更均匀。而且在镀层过程中产生的火花/毛刺更少。火花/毛刺可能是材料在某点(比如在锐边上)上的堆积物。堆积物比其余镀层厚，在高温下使用以及通过振动时可能会导致堆积物脱落。此外，火花实际上增加了压降。更加光滑的表面不仅能减小压降，这也意味着能够减少贵金属的用量。由于生产成本取决于贵金属的用量，因而光滑的表面还能降低生产成本。
通过引导流体减小压降但增加热量、湿气和/或质量转换，因此由于横截面的扩展而产生流体涡流(也就是受控的湍流运动)，从而提高了系统的质量。湍流运动对于增加热量、湿气和/或质量转换是必要的。优选地，位于中间部和下游部之间的第一过渡的半径为 O. l*h「2.1^h1，优选为 O. 35*h「2.1^h1，且更优选为 O. 35*h「l. Nh1。
适当地，导流器的高度是通道在与第一高度的相似方向上测量的高度的O. 35倍。 为了混合流体流层并产生能增加热量、湿气和/或质量转移的湍流，这一高度对于在流经通道的大部分流体上产生效果是必要的。
导流器的中间部可以包括平面部，该平面部基本平行于通道的一个通道壁。平面部可用于在平行于通道的方向上引导流体。这样能增加平行于通道方向的流体速度。为了能够制造导流器，也可以需要平面部。有利地，在流体流动的方向上，平面部的长度为 0-2*H，优选地，为0-2*4，且更优选为0-1*4。
优选地，在下游部和通道壁之间的过渡按照预定半径弯曲。位于下游部和通道壁之间的过渡的半径为O. 5*hrl. 7*hi。这一半径的目的在于防止在导流器后出现第二涡流。 这种不需要的第二涡流可会增加压降但不增加热量、湿气和/或质量转移。因此，通过避免这种涡流能增加压降与热量、湿气和/或质量转移的比率。这样，压降被进一步降低，从而提高了通道系统的效率。此外，这种平滑的过渡防止了喷涂过程中产生火花/毛刺，因此， 该过渡在涉及火花/毛刺的方面与上述中游部和下游部之间的过渡具有相同的优点。
优选地，在上游部和中间部之间的第三过渡按照预定半径弯曲。这样是为了在流体流经上游部之后在朝向与通道一侧平行的方向上平滑的引导流体。平滑的引导进一步降低了压降。位于上游部和中间部之间的过渡的半径可以为O. 2*4-0. 此外，这种平滑过渡防止了喷涂过程中火花/毛刺的产生。因此，该过渡在涉及火花/毛刺的方面与上述中游部和下游部之间的过渡具有相同的优点。可替换地，位于上游部和中间部之间的过渡的半径可以等于中间部与下游部之间的过渡的半径。相等的半径对于流体可能流向与上述流体流向相反的方向的应用是有利的。
有利地，通道的通道壁与导流器的上游部之间设的过渡按照预定半径弯曲。这是为了在横向于通道方向上平滑地引导层流的流体流动，这会因为横截面积减小而增加流体速度。此外，这种平滑过渡阻止了喷涂过程中产生火花/毛刺。因此，该过渡在涉及火花/ 毛刺的方面与上述中游部和下游部之间的过渡具有相同的优点。优选地，位于通道系统的通道壁与上游部之间的过渡半径可以为O. 2*hr0. 5*4。
适当地，相对于所述上游部所偏离的通道壁的平面，上游部的平面部具有第一倾斜角。这是为了引导流体朝向与通道不平行的方向，这样可以为了增加热量、湿气和/或质量转移而产生湍流。第一倾斜角可以为10° -60°，且更优选地为30° -50°。
优选地，相对于下游部返回的通道壁的平面，下游部的平面部具有第二倾斜角。这是为了增加涡流，即流体的受控的湍流运动，该湍流运动是由于横截面相异(divergent)造成的。这种湍流运动对于增加热量、湿气和/或质量转移率是必要的。优选地，第二倾斜角为50° -90°，更优选地为60 ±10°。
适当地，通道在导流器处具有第一横截面积仏，第二横截面积^，其中，A1与^的比率，即A1A2，大于1. 5，优选地大于2. 5，更优选地，大于3。比率A1A2的大小对于在通道中获得用于产生所需湍流运动的所需要的流速来说非常重要，因此该比率A1A2对增加热量 、湿气和/或质量转移也非常重要。
在本发明的一个优选实施例中，中间部仍然在上游部所偏离的通道壁的内侧上。 这是为了进一步减小压降。
通道可以包括至少一个导流器，该至少一个导流器相对于所述导流器镜像翻转。 当若干通道设置在一起时时，这样的镜像翻转的导流器增加整个系统中的热量、湿气和/ 或质量转移。
根据本发明的一个优选实施方式，通道系统的横截面可以是陀螺形的，且优选为三角形。从制造的角度来看，这种形状是优选的。特别地，关于单位面积，等边三角形的横截面能使沿通道壁的摩擦损失最小，而且这样给出了每个单位面积的最大流动率。因此，为了增加热量、湿气和/或质量转移，等边三角形横截面是优选的。
通常，除非在这里做出明确其他定义的，权利要求中用到的所用名词都可以根据所在技术领域中的普通意义来解释。此处所有涉及到“一个/所述[元件、装置、零件、方式、步骤等]”都应当被开放的理解为元件、装置、零件、方式、步骤等的至少一种实例，除非明确陈述的，本文中公开的任何步骤都不必按照公开的确切顺序执行。
本发明的其他目的、特征和优势将通过下文中详细的公开、附属权利要求以及附图来详细说明。
通过下面对本 发明优选实施例的说明和非限制性的细节描述将更好的理解本发明上述和其他目的、特征和优势。此处，相似元件使用相同的附图标记。
图1例举本发明卷筒(roll)的透视图2是根据本发明的通道系统局部开放的透视图3是替换实施方式中的通道的横截面；
图4是两个图2中的通道的顶部叠放在一起的截面图5是从通道的一端看图2中的通道的截面图6例举在通道长度方向上具有通道的层。
具体实施方式
为了例举当前的优选实施方式，下面将结合示意图对本发明作更详细的描述。
图1例举具有根据本发明所述通道系统2的卷筒I。所述卷筒I可以在热交换器中(例如回转式热交换器、气冷核反应堆、燃气涡轮叶片冷却器或者任何其他适当的设备) 用于催化转换器(catalyst)。
组成通道4 (见图6)的波纹带(corrugated strip)13与至少一个平面带14卷起形成具有要求直径的圆柱，该圆柱构成卷筒I中的通道系统2的实际核心。波纹带13中的锯齿15和基本为平面的平面带14阻止形成的卷筒伸缩。即，波纹带13和平面带14阻止所述带12和13的不同层相互错位。此外，壳体3环绕通道系统2，支撑通道系统2保持在一起，且能将其紧固在相邻的结构中。
可替换地，大量的波纹带13和平面带14通过转弯排列成层以形成通道4 (见图 6)。举例来说，这种排列适于板式热交换器。
图2所示的是带有第一导流器7和相对于第一导流器7镜像反转的第二导流器8 的通道4的局部开放的透视图。然而，各有一个以上的导流器7和8沿着通道4的整个长度分布。不同类型的导流器的安装不仅是可替换的，如图2中所示，而且是任意的。可替换地，可以只用到两种类型的导流器中的一种。这种情况下，导流器也沿着通道4的整个长度分布。导流器7和8能在预定的方向上引导通过入口 5流入的流体。
通道4是小尺寸通道，S卩，通道的一般高度小于4_。优选地，见图3中，通道的高度H为lmm-3. 5mm。通道系统4的通道壁6a、6b和6c形成等边三角形的横截面,该通道壁 6a、6b和6c可能会小于5mm。然而，横截面的形状并不局限于等边三角形，它可以是任何适合于本应用的形状。通道壁的数量不仅限于3个；它可以是任何合适的数量。此外，在流体流动的方向，通道壁6a、6b和6c围绕成通道4，结果使流体可能不会从一个通道4中流到另一个。另一方面，本发明不局限于由通道壁围绕成的通道；通道壁6也可以部分围成通道 4，这样流体能从一个通道4流向另一个通道。
通道4的长度可以根据应用而变化。例如，对于催化转换器，通道4的长度可以是 150-200mm，对于热交换器，通道4的长度可以是150_250mm。然而，本发明不局限于上述长度。并且，为了形成具有所需长度的系统，可以将任意数量的通道系统2相继排列。
此外，通道4的轴向可以是任意方向。也就是，本发明不局限于水平通道。
第一导流器7安装在通道4的一个通道壁6a上，这样，从入口 5流入的流体(箭头) 就被引导向另外两个通道侧面6b、6c。在第一导流器7的相反侧是凸起12。通过使用具有特殊几何形状的导流器7、8 (导流器7和8彼此之间以及与通道4的入口 5之间具有预定的距离)，获得了热量、湿气和/或质量转移和压降之间的优化关系。
在流体通过入口 5之后，流体流具有入口湍流。该湍流随着流体流过通道而减小， 这样便在通道4中形成具有恒定速度的层流流体流(laminar fluidflow)。当流体接近第一流体控制器7时，速度由于横截面减小而局部地增加。在流经流体控制器7之后由于横截面变大以及速度增加产生了涡流，即流体的受控(controlled)的湍流运动。导流器7影响流经通道4的流体的主要部分,导致流体的流层(flow layer)混合。这种瑞流运动对于增加热量、湿气和/或质量转移率是必要的。
在图3中，同类型的导流器7a、7b相邻安装。导流器7向内延伸到通道4，且具有上游部9、中间部10和下游部11。导流器7a和7b高度为4。第一导流器7a安装在距离入口 5为A的地方。第一导流器7a的最佳安装位置根据当前的操作环境而定。
上游部9包括平面部21，相对于通道壁6a的平面，该平面部21具有预定的第一倾斜角a i，平面部21在流体流动的方向上沿预定的第一倾斜角a i偏离。第一倾斜角α 定义为通道壁6a所在平面与平面部21相对于通道壁6a所在平面的延伸面之间的夹角，该夹角位于平面部21的延伸面与通道壁6a所在平面的交叉点上的下游。第一倾斜角\还定义为图3中的角alt)此外，第一倾斜角Ci1为10° -60°，且优选为30° -50°。
上游部9的倾斜度增加了流体速度，并引导流体朝向其他表面，这样便激活了受控的湍流运动，以增加热量、湿气和/或质量转移。
中间部10被安装在上游部9和下游部11之间。中间部10仍然在通道6的内侦牝上游部9从该通道6延伸。可替换地，中间部10可以在通道壁6的内侧和外侧。
具有预定半径R2的弯曲的过渡19安装在中间部10和上游部9之间。位于中间部 10和上游部9之间的过渡19的半径R2为导流器7高度的O. 1-2倍，即，O. l*hr2*h10这是为了在流体流通过上游部后能平滑地将流体流向与通道的一侧平行的方向引导。对于具有最小优选通道高度H的实施方式，半径R2等于O. 04-1. 08mm。对于具有最大优选高通道度 H的实施方式,半径R2等于O. 14-4. 31mm。
中间部10包括平面部16，该平面部16平行于通道4的一个通道壁6a，并且相对于上游部9和下游部11的长度较短。并且，导流器7相对于通道壁6的最大高度Ii1在中间部10上面的平面部16上，导流器7从通道壁6延伸。高度Ii1优选地是通道4的高度H的 O. 35倍。对于具有最小优选通道高度H的实施方式，该高度Ii1等于O. 35-0. 54mm。对于具有最大优选通道高度H的实施方式,该高度Ii1等于1. 40-2. 15_。平面部16可以出于制造原因而产生，然而，该平面部16也在流体被上游部9引导向相对通道壁6b和6c后沿通道 4的方向(即平行于通道4的通道壁6a、6b和6c的方向)辅助引导流体。平面部16在流体流动的方向上的长度可以是0-2*H，优选为0-2. Oh1，且更优选为O-LOh115中间部10的平面部16可以相对于通道壁6a倾斜，而不是与通道壁6平行，上游部9从该通道壁6延伸。 在流体流动的方向上，该倾斜可以既在通道4的内部又朝向通道壁6a。在另一个实施方式中，中间部10可以具有轻微弯曲的外形，例如凸形。过渡17、19并不必须被弯曲成将要被引导的方向。
导流器7的下游部11包括平面部22，在流体流动的方向上，该平面部22以相对于通道壁6a所在平面的预定的第二倾斜角Ci2返回通道壁6a。第二倾斜角α 2定义为通道壁6a所在平面与平面部22向通道壁6a所在平面的延伸面之间的夹角，这个夹角位于平面部22的延伸面与通道壁6a所在平面的交点的上游。第二倾斜角α2还可以被定义为图3 中的角α2。此外，第二倾斜角％为50° -90°，优选为60±10°。优选地，平面部22足够短，这样下游部11可以在平滑的过渡18中返回到通道壁6a，过渡18优选地具有大半径 R4。由于横截面扩大，平面部22允许流体产生受控的湍流运动，该受控的湍流运动将优化热量、湿气和/或质量转移与压降之间的比率。
位于中间部11和所述下游部之间的过渡17的预定半径R3为导流器7高 度的 O. 1-2.1 倍，即 O. l*h「2.1^h1,优选为导流器 7 高度的 O. 35-2.1 倍，即 O. 35*h「2.1^h1, 并且，更优选为导流器7高度的O. 35-1.1倍，即O. 35*4-1. 1#^。对于具有最小优选通道高度H的实施方式，这几个值分别为O. 04-1. 13mm、0. 12-1. 13mm和O. 12-0. 59mm。对于具有最大优选通道高度H的实施例方式，这几个值分别为O. 14-4. 52mm、0. 49-4. 52mm和 O. 49-2. 37mm。这种半径将流体的主要部分引导向通道壁6a以制造涡流，即流体的受控制的流运动，产生这种受控湍流运动对于增加热量、湿气和/或质量转移率是必要的。
可替换地，位于所述上游部9和所述中间部10之间的过渡19的所述半径R2可以等于位于所述中间部10和所述下游部11之间的过渡17的半径R3。也就是，半径R2 为导流器7高度的O. 1-2.1倍，即O. l*hr2.1^h1,优选为导流器7高度的O. 35-2.1倍， 即O. 35*h「2. l*h1；并且，更优选为导流器7高度的O. 35-1.1倍，即O. 35*h「l.1^h10对于具有最小优选通道高度H的实施方式，这几个值分别为O. 04-1. 13mm、0. 12-1. 13mm和 O. 12-0. 59_。对于具有最大优选通道高度H的实施方式，这几个值分别为O. 14-4. 52mm, O. 49-4. 52mm和O. 49-2. 37mm。上述相等的半径对某些应用是有利的，在这些应用中，流体可能沿前面提到的方向的反方向流动。
在通道4的通道壁6a与上游部9之间是平滑的过渡20具有预定半径R115位于通道4的通道壁6a与上游部9之间的过渡20的半径R1帮助向上引导流体进入通道4，并且该半径R1是导流器7的高度Ii1的O. 1-2倍，即，O. l*hr2*h10对于具有最小优选通道高度 H的实施方式，这个值等于O. 04-1. 08mm,对于具有最大优选通道高度H的实施方式，这个值等于 O. 14-4. 13mm。
考虑到压降与热量、湿气和/或质量转移的比率，分别位于通道壁6a与上游部9之间和上游部9与中间部10之间的过渡的半径R1和R2的最佳值可以通过使用一些经验参数确定。比如说，这些参数为导流器7、8处的通道4的横截面积A1和通道4的横截面积A2 的比率，在导流器7、8处通道4的横截面积变化与横截面积A1的比率，以及上游部9和下游部11各自的第一和第二倾斜角αι、α2。通道4的横截面积A1定义为通道4的入口 5处的横截面。通道4的横截面积A1也可以定义为图5中的仏。通道4在导流器7、8处的横截面积A2被定义为中间部10的高为Ii1处的横截面积。通道4的横截面积A2也可以被定义为图5中的A2。如果中间部不平行于通道壁6，上游部9从该通道壁6延伸，横截面积A2 定义为中间部10的平均横截面积。
平滑的过渡18位于下游部11和通道4的通道壁6a之间，该过渡18具有半径R4。 所述半径R4削减了第二涡流的形成，否则的话第二涡流会增加压降。半径R4是导流器7的高度的O. 2-2倍，即，O. 24-24，且优选为导流器7的高度的O. 5-1. 5倍，即，O. 5h「l. Sh1。 对于具有最小优选通道高度H的实施方式来说，这个值分别为O. 01-2. 15_，和O. 18-0. 81。 对于具有最大通道高度H的实施方式来说，这个值分别等于O. 03-8. 62mm和O. 70-3. 23mm。 然而，过渡18、20并不局限于具有半径，它们也可以是直的。
平滑的过渡18、19、20和21导致流经导流器7的流体流更平滑，而且该过渡同时在特定方向上引导流体。因为压降是由于流体和通道的通道壁之间的摩擦产生的，所以平滑的过渡还能降低压降。
在图2和图3中，导流器的上游部9具有平面部21。在另一个未图示的实施方式中，上游部9可以包括两个相对的弯曲部，且在这两个弯曲部之间没有平面部。也就是，上游部9可以通过凹形的过渡20形成，该凹形的过渡20位于通道壁6a和在凸形的过渡19 上连续的上游部之间，该凸形的过渡19位于上游部9和中间部10之间。这里，第一倾斜角 α !是指通过两弯曲部变形点的切线(见截面图)与通道壁6a所在平面之间的夹角。在其他方面，第一倾斜角的定义与具有平面部21的情况类似。
在另一个实施方式中，下游部11可以具有凹形或凸形的形状，或者下游部11可以包括两个相对的弯曲部，且在这两个弯曲部之间没有平面部22。S卩，下游部11可以通过凸形的过渡17形成，该凸形的过渡17位于中间部和在凹形的过渡18上连续的下游部之间， 该凹形的过渡18位于下游部和通道壁之间。这种情况下，第二倾斜角％指通过两弯曲部变形点的切线(见截面图)与通道壁6a所在平面之间的夹角。在其他方面，第一倾斜角的定义与具有平面部22的情况类似。
在图3中，第二导流器7b位于距第一导流器7a距离B的地方，第二导流器7b与导流器7a具有同样的几何外形。与第一导流器7a的几何外形相比，第二导流器7b可以具有不同的几何外形。距离B应当足够大，这样在流体流经第一导流器7a后产生的湍流运动可能被最大化利用，而且这样流体可以沿通道4的方向，即，平行于通道4的通道壁6a_c。 通过这一距离，不需减小热量、湿气和/或质量转移率就阻止了不必要的压降。本发明不局限于在导流器之间设置为相等距离B。相反地，导流器之间可以是任意距离。
在导流器7a和7b上方安装有凸起12。优选地，凸起12的高度h2要小于导流器7 的高度4。这样减小了凸起12中不必要的湍流。更优选地，凸起12的形状能很好的与对应凸起12相配合，对应凸起12通过在第二通道下侧面的导流器定义(见图4)。凸起12的高度优选的高度使得在分层 安装通道时能够稳定地安装，防止伸缩。这里伸缩指的是通道层相互之间不必要的相对移动。本发明不局限于每个导流器7中具有一个凸起。作为替代地，比如说，在沿流体流动方向上，可以在第一个导流器7上设有一个凸起，在最后一个导流器7上设有一个凸起。图4所示的是叠放的两个通道4，如同在通道系统2中，每个通道4具有第一导流器7和以及第一导流器7的第二镜像反转导流器8。如果仅使用延伸进通道的导流器，那么当通道如图6中所示卷成卷筒或重叠布置时仅有一半的导流器被利用。为了进一步增加热量、湿气和/或质量转移，相适应地使每个第二导流器都是相对于导流器7镜像反转的导流器8，这样所有的通道都设有导流器。相对于第一导流器7的第二镜像反转导流器8被放置与第一导流器7相距预定距离B的地方。距离B应当足够大，这样当流体流经第一导流器7后产生的湍流运动能够被最大化利用，并且流体能沿通道4的方向流动，即，平行于通道4的通道壁6流动。更接近第二镜像反转导流器的流体得到大的扩展面积(expansionarea),且能局部减小速度。图5是从通道的一端看图2中的通道的截面图，例举横截面是如何被两侧的锯齿15影响的。图中例举第一导流器7和镜像反转导流器8，且该第一导流器7和镜像反转导流器8在整个通道壁6a上延伸(见图1)。通道的横截面为三角形，但任何陀螺形的横截面都是合适的。这样，梯形截面也是可行的。为了增加需要的湍流运动，流体在导流器7的中间部10处具有特定速度V2是必要的。速度V2取决于中间部10处的通道横截面积A2、通道4的横截面积A1和通道具有横截面积A1的部分的速度V1 (例如，在通道的入口处)。通过使用公式A2=A1* (V1)2ZV2，最优选的面积AJPA2的比率(即4/4河以根据应用来计算。面积AJPA2的比率大于1. 5，优选地大于2. 5,且更优选地,大于3。根据本发明的一个替换方式，导流器以这样的方式安装位于所述上游部和下游部之间的中间部与通道的三角形截面的一个侧边(side)平行，导流器从该侧边延伸。在另外一个替换方式中，导流器以这样的方式安装位于上游部和下游部之间的中间部与通道的三角形横截面的三角形的一个侧边垂直。这意味着，上游部和下游部分别相对于通道的两侧倾斜，不仅相对于导流器所偏离的侧边，还相对于相邻的侧边。在另一个替换方式中，导流器可以以这样一种方式安装中间部的侧部(side portion)相对于导流器所偏离的侧边倾斜，即，导流器形成具有四个倾斜侧边的凸表面。可替换地，一个导流器可以从一个通道壁6a延伸出，返回另一个通道壁6b，或者导流器可以按任意顺序从通道壁6a_c中延伸出并返回不同的通道壁。例如，每隔两个导流器就可以有一个从通道壁6a中延伸出，并且位于这些从通道壁6a延伸出的导流器之间的导流器可以从剩余的两个通道壁6b、c中依次延伸出。仍然是在一个替换实施方式中，导流器可以从两个或多个通道壁6a_c上距通道4入口或距离通道中上游的导流器7、8等距离处延伸出。这导致了若干通道壁之间的通道很窄。这种类型的导流器可以结合导流器7、8在图中例举。图6例举在根据本发明的通道的纵向方向上带有通道系统中的通道2的层。优选使用波纹带13，在波纹带13中，导流器7、8从一侧被挤压，这样既在折边上形成了锯齿15又在内折边上形成了压出部。此处锯齿15和上文所述的导流器7、8—样。在本实施方式中，使用了基本为平面的平面带14，该平面带14也形成有锯齿15以与波纹带13上的锯齿相对应。平面带14和波纹带13重叠挤压在一起，这样平面带14上的锯齿15便能配合进波纹带13中的锯齿15。为了额外增加热量、湿气和/或质量转移，可以很方便地使横截面三角形的末端向下的通道和横截面三角形的末端向上的通道都设有锯齿/压出部，这样便导致所有的通道都具有导流器。因此，对于所有具有导流器的通道来说，因而，在两侧方便设置锯齿/压出部，在通道的横截面三角形的基部向内压，这样使横截面积减小。横截面三角形的末端分别指向内部或外部的通道的锯齿/压出部沿通道相互补偿，且优选地，该锯齿/压出部相互之间等距设置。因而，在同一个通道位于沿其不同点的横截面中，有三角形末端的三角形/压出部的基部的锯齿和三角形基部的三角形/压出部的末端的锯齿。这主要减小了横截面积，从而帮助产生湍流。这意味着将基础向内朝着通道中心挤压的部分产生了大部分的湍流，因为这是横截面积减小的部位。相反，在三角形末端向内朝着通道中心挤压并且基础向外挤压的部分处，横截面积会增大。尽管通过结合本发明优选实施例描述了上述发明，很明显，本领域技术人员可以想得到多种修改而不脱离附加的权利要求所限定的本发明。例如，如上所述，波纹带可以通过其他方式加工波纹，这样可以获得其他的通道轮廓。如果导流器的构造不包括伸缩的障碍，例如，上游部和下游部相对于通道纵向方向的角度小，就可以得到相对于通道纵向方向具有较小的锐角的特殊锯齿/压出部。这样，与为了最小化压降的导流器相比，这些伸缩障碍也变小，即比通道的横截面积小。当然，这些伸缩障碍可以补充那些已经充当伸缩障碍的导流器。锯齿/导流器的数量取决与通道的长度和通道的横截面积4。为了优化压降与热量、湿气和/或质量转移之间的比率，小截面的通道比大截面通道需要更小的导流器间距，和更多的导流器。而且，从制造的角度来看，适于采用对于不同应用可以重复使用的预定距离。对于优选实施方式，对于长度为150mm的通道,导流器的数量可以是5-6个。然而，导流器的数量绝不局限与此数。
权利要求
1.一种通道系统(2)，该通道系统(2)用于优化流经所述系统的流体的压降与热量、湿气和/或质量转移之间的关系，所述通道系统(2)包括具有至少一个通道壁(6a)的至少一个通道(4)和具有预定高度(hj的至少一个导流器(7，7&，713)，所述导流器(7，7&，713)在流体流动方向上横向于所述通道(4)延伸，所述导流器(7，7a，7b)包括上游部(9)、下游部(11)和位于所述上游部(9 )和所述下游部(11)之间的中间部(10 )，所述上游部(9 )在所述流体流动方向上从所述通道壁(6a)向所述通道(4 )内偏离，所述下游部(11)在所述流体流动方向上朝向所述通道壁(6a)返回，所述中间部(10)与所述下游部(11)之间的所述过渡 (17)按照预定半径(R3)弯曲，其特征在于，所述下游部(11)与所述通道壁(6a)之间的过渡(18)按照预定半径(R4)弯曲，其中，所述下游部(11)与所述通道壁(6a)之间的所述过渡(18)的所述半径(R4)为O. 2*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)至2*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)。
2.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述中间部(10)与所述下游部(11)之间的所述过渡(17)的所述半径(R3)为O. I*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ill)至2. I* 所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(h)。
3.根据权利要求2所述的通道系统(2)，其中，所述过渡(17)的所述半径(R3)为O.35* 所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)至2. I*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)。
4.根据权利要求3所述的通道系统(2)，其特征在于，所述过渡(17)的所述半径(R3) 为O. 35*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)至I. I*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(V。
5.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述中间部(10)包括平面部(16)，该平面部(16)平行于所述通道(4)的所述通道壁(6a)。
6.根据权利要求5所述的通道系统(2)，其中，所述平面部(16)在所述流体流动方向上的长度为O至2*所述通道的高度(H)。
7.根据权利要求6所述的通道系统(2)，其中，所述平面部(16)在所述流体流动方向上的长度为O至2*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)。
8.根据权利要求7所述的通道系统(2)，其中，所述平面部(16)在所述流体流动方向上的长度为O至I. O*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(h)。
9.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述下游部(11)和所述通道壁(6a)之间的所述过渡(18)的所述半径(R4)为O. 5*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)至I. 5* 所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(h)。
10.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述上游部(9)与所述中间部(10)之间的过渡(19)按照预定半径(R2)弯曲。
11.根据权利要求10所述的通道系统(2)，其中，所述上游部(9)与所述中间部(10)之间的所述过渡(19)的所述半径(R2)为O. I*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(Ii1)至2* 所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(h)。
12.根据权利要求10所述的通道系统(2)，其中，所述上游部(9)与所述中间部(10)之间的所述过渡(19)的所述半径(R2)与所述中间部(10)与所述下游部(11)之间的所述过渡(17)的所述半径(R3)相等。
13.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)的所述通道壁(6a)与所述导流器(7，7a，7b)的所述上游部(9)之间的过渡(20)按照预定半径(R1)弯曲。
14.根据权利要求13所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)的所述通道壁与所述上游部(9)之间的所述过渡(20)的所述半径(R1)为O. I*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度 (Ii1)至2*所述导流器(7，7a，7b)的预定高度(h)。
15.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，相对于所述上游部(9)所偏离的所述通道壁(6a)的平面，所述上游部(9)的平面部(21)具有第一倾斜角(αι)。
16.根据权利要求15所述的通道系统(2)，其中，所述第一倾斜角(Ci1)为10°-60°。
17.根据权利要求16所述的通道系统(2)，其中，所述第一倾斜角(Ci1)为30°-50°。
18.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，相对于所述下游部(11)所返回的所述通道壁(6a)的平面，所述下游部(11)的平面部(22 )具有第二倾斜角(α 2)。
19.根据权利要求18所述的通道系统(2)，其中，所述第二倾斜角(Ci2)为50°-90°。
20.根据权利要求19所述的通道系统(2)，其中，所述第二倾斜角(Ci2)为60±10°。
21.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)在所述导流器(7，7a，7b) 处具有第一横截面积A1和第二横截面积A2，其中，第一横截面积A1与第二横截面积A2的比率,即A1A2,大于I. 5。
22.根据权利要求21所述的通道系统(2)，其中，所述第一横截面积A1与第二横截面积 A2的比率大于2. 5。
23.根据权利要求22所述的通道系统(2)，其中，所述第一横截面积A1与第二横截面积 A2的比率大于3。
24.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述中间部(10)仍然在所述上游部 (9)所偏离的所述通道壁(6a)的内侧上。
25.根据权利要求I所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)包括至少一个镜像反转导流器(8)，该至少一个镜像反转导流器(8)相对于所述导流器(7，7a，7b)镜像翻转。
26.根据上述任意一项权利要求所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)的横截面为陀螺形。
27.根据权利要求26所述的通道系统(2)，其中，所述通道(4)的横截面为三角形。
全文摘要
本发明涉及一种通道系统，该通道系统用于优化流经系统的流体的压降与热量、湿气和/或质量转移之间的关系，通道系统包括具有至少一个通道壁的至少一个通道和具有预定高度的至少一个导流器，导流器在流体流动方向上横向于通道延伸，导流器包括上游部、下游部和位于上游部和下游部之间的中间部，上游部在流体流动方向上从通道壁向所述通道内偏离，下游部在流体流动方向上朝向通道壁返回，中间部与下游部之间的过渡按照预定半径(R3)弯曲，其中，下游部与通道壁之间的过渡按照预定半径(R4)弯曲，其中，所述下游部与所述通道壁之间的所述过渡的所述半径(R4)为0.2*所述导流器的预定高度至2*所述导流器的预定高度。
文档编号F28F13/08GK102980433SQ20121047270
公开日2013年3月20日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者S·M·尼尔松 申请人:S·M·尼尔松