本发明专利技术提供一种通道系统，该通道系统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，所述导流器在流体流动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，所述下游部在所述流体流动方向上朝向所述通道壁返回，所述中间部与所述下游部之间的所述过渡按照预定半径弯曲，其中，相对于所述下游部所返回的所述通道壁的平面，所述下游部的平面部具有第二倾斜角，其中，所述第二倾斜角为50°-90°。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通道系统，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(flow director),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(trans i t ion )按照预定半径弯曲。
技术介绍
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(catalytically active 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4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。US4152302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。EP0869844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。W02007/078240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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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/本文档来自技高网...
【技术保护点】
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（h1）的至少一个导流器（7，7a，7b），所述导流器（7，7a，7b）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，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（α2），其中，所述第二倾斜角（α2）为50°?90°。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·尼尔松，
申请(专利权)人：S·M·尼尔松，
类型：发明
国别省市：
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