CN101836068B - 利用一个或多个传递部件对传递进行控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制热量、物质、辐射或类似物向一个装置中的至少一个第一流体传递，或者控制从一个装置中的至少一个第一流体传递热量、物质、辐射或类似物的方法，所述装置包括一个级，该级包括一个传递部件(2)和一个旋转叶轮(3)，该叶轮被布置使得流出所述叶轮的第一流体沿所述传递部件(2)的表面流动。第一流体沿所述传递部件的所述表面的流动包括螺旋流动形式，该螺旋流动形式具有一个径向速度分量(Vr)和一个切向速度分量(Vt)，所述装置还包括一个或多个用于对流过所述装置的第一流体进行节流的节流装置。所述叶轮的转速和所述节流被相互控制，使得：1)传递量是关于径向速度分量(Vr)的函数和关于切向速度分量(Vt)的函数，以及2)所述径向速度分量(Vr)和所述切向速度分量(Vt)基本上是独立的。

Description

利用一个或多个传递部件对传递进行控制的方法

技术领域

本发明特别涉及一种用于控制能量、辐射或物质通过或从一个流体处理装置中的一个或多个传递部件传递的方法，其中所述处理包括向一种或多种流体——优选为液体——增加能量、热量、辐射、物质和/或类似物，或者从一种或多种流体——优选为液体——减去能量、热量、辐射、物质和/或类似物。

背景技术

尽管本发明可适用于更广义的范围，但本发明的背景部分主要结合热交换机来描述。本发明的其他应用包括，如，传递物质以及向流体发出辐射。

现今，许多传递装置——如热交换机——被形成为盘或管，其中具有不同温度的流体在所述盘或管的每一侧上流动，从而通过所述流体之间的所述盘或管产生热传递。这种热交换机被设计成，使得在所述热交换机内的局部流速以如下方式与通过所述交换机的流率(m³/h)相关联：即，在不改变通过所述热交换机的流率的情况下，所述局部流速不能改变。

具体来说，热力系统中的热交换机通常被设计在一个满足最大负荷状态的流率(m³/h)下。在部分负荷情况下，需要保持通过所述热交换机的最大负荷流率以保持所述热交换机内的高流速。否则减小的流率会导致较低的热传递，由此不能满足冷却或加热要求。因此，如果在保持所述热传递基本不变或处于类似级别的同时，可减小通过所述热交换机的流率，则可在处于部分负荷情景下的热力系统中获取减少的压力损失。

美国专利申请2003/0209343可被当作这样一个例子。该参考文献公开了一种用于热交换用途的泵系统，该泵系统包括泵室，该泵室具有一个流体进口和一个流体出口。该泵室内包括一个旋转装置，用于使流体在一个有待冷却的表面上流动。该表面以如下方式构成所述泵室的一个组成部分：当流体通过所述旋转装置时，其也通过所述表面，导致在所述表面和所述流体之间的热传递。这个发明的另一方面包括使待被冷却的表面与所述泵室整体相连，以使得所述泵室可与待被冷却的表面相分离，同时不干扰热交换应用的流体回路。用于驱动所述旋转装置的装置也可被配置用于驱动一个用于冷却所述流体的装置。在美国专利申请2003/0209343的图3的实施方案中，公开了用于冷却的流体可被引导穿过一个通道进入一个叶轮(impeller)，该叶轮具有用于引导所述流体到达待被冷却的表面上的叶片。考虑到目的在于设计一种小型且高效的用于热交换用途的泵，理想的是，在叶轮转速和流率(实际上还包括作为结果的冷却)之间有最佳的关联或依存关系。但是，其仅简要提及了，可使所述叶轮的转速尤其依赖于流率，而并未具体说明这种依赖关系是如何的。

已经发现传统的热交换机具有以下缺点：即，热交换与通过热交换机的流体的流率极大关联。例如，流率中的改变引起热传递的改变，这进而导致特定热交换机的工作跨度就如下情形而言是有限的，即在不显著改变热传递的情况下，使流过热交换机的流率可变。

因此，本发明的一个目的在于为一种装置提供如下一种方法，通过该方法，至少流率和局部流速之间的强关联，至少被缓和了，从而得到一种更加轻易可控的关于例如热量、物质，和/或辐射的传递。

发明内容

因此，本发明的第一方面涉及一种用于控制热量、物质、辐射或类似物向装置中的至少一个第一流体传递、或者控制从装置中的至少一个第一流体传递出热量、物质、辐射或类似物的方法，所述装置包括至少一个级，该级包括一个传递部件和一个旋转叶轮，该叶轮被布置使得流出所述叶轮的第一流体沿所述传递部件的表面流动，其中第一流体沿所述传递部件的所述表面的流动包括螺旋流动形式，该螺旋流动形式具有一个径向速度分量(Vr)和一个切向速度分量(Vt)，所述装置还包括一个或多个用于对流过所述装置的第一流体进行节流的节流装置，

其中所述叶轮的转速和所述节流被相互控制，使得：

i)传递量是关于径向速度分量(Vr)的函数和关于切向速度分量(Vt)的函数，以及

ii)所述径向速度分量(Vr)和所述切向速度分量(Vt)基本上是独立的。

通过使用根据本发明的方法，所述传递量AT可被表达为

AT＝f₁(Vr)+f₂(Vt)

其中f₁和f₂是分别用于表达所述切向速度Vt和径向速度Vr各自与传递量AT之间的相互关系的函数。

通过改变所述叶轮的转速，所述传递量可变，同时基本不影响所述待被处理的第一流体通过所述装置的流率。

通过改变所述叶轮的转速，所述流率是可变的，同时基本不影响所述装置中所述第一流体的传递量。

在本发明上下文中，节流相当于抑制。因为管中的流体被压力差驱动，所以需要进行节流以在出口侧形成一个反向压力，或者以便减小进口压力。所述节流装置因而可包括节流阀、一个或多个节流专用腔、一个隔板、一个随所述第一流体逐渐变窄的管、一个逆流，或粘度控制装置。通过物理地阻挡或放置障碍物，所述流体的动能被动地转化到反向压力中。因此，一种有效提供节流的方法是通过一个专用泵来提供反向压力，尽管这消耗能量。作为一个特例，可以改变所述液体特性从而产生节流效果——例如通过电流变(electrorheology)。

可以通过增大或减小所述叶轮转速来增大或减小所述切向速度。叶轮转速的增大或减小会导致压力增大/减小，而压力增大/减小会增大/减小所述径向速度分量以及由此增大/减小通过所述装置的流率。在本发明中，所述流率被视为与径向速度分量相关联，并且与所述切向速度分量——如果有的话——仅轻度关联。通常，由于所述叶轮转速的改变而导致的所述切向速度的改变是如此之大，以至于所述流率的改变可被忽略。

尽管所述螺旋流动形式可由静态的流体导向装置生成，本发明的独特优点在于，叶轮生成所述螺旋流动形式。

但是，如果目的旨在增大或减小所述切向速度而不影响所述径向速度分量的话，应进行节流来补偿由于所述叶轮转速的增大/减小而导致的压力增大/减小。

因此，本发明被认为提供一种如下方法，通过该方法使得可在不改变通过一个装置——例如，热交换机——的流率的情况下改变该装置内的局部流速，从而允许能够改变例如热传递，而不改变通过所述装置的流率。

附图说明

现在将参照所附附图更加详细地公开本发明，特别是本发明的优选实施方案，在附图中：

图1.a是根据本发明的一种装置的第一实施例的截面示意图；图1.b示意性地示出了离开图1.b中的叶轮的流体的螺旋流动；图1.c是说明本发明的工作原理的一个典型叶轮的流头(head-flow)特性的示意图，以及图1.d是示出作为流率的函数的泵的摩擦损失的图表，用来说明本发明的优点。

图2示出了根据本发明的一个实施例的热交换机单元的热传递部件；所述热传递部件被分别从上(图2.a)和从下(图2.b)倾斜示出。

图3示出了在一种热处理单元的通道中流动的第一流体的流动路径，该热处理单元具有三个在图2中所示的热传递部件。为了清楚起见，所述部件被示为分开的，但是在实际操作中它们如图5中所示彼此相互邻接。而且，为了使所述热传递部件能够被看见，移除了一部分外壳。

图4示出了在图2中示出的热传递部件之间流动的第二流体的流动路径。为了清楚起见，所述部件被示为分开的，但是在实际操作中它们如图5中所示彼此相互邻接。而且，为了使所述热传递部件能够被看见，移除了一部分外壳。

图5示意性示出了一种热交换机单元的一个优选实施例的截面。图5.a是俯视图，图5.b是沿图5.a中的线A-A的截面图。

图6示意性示出了根据本发明的热交换机单元的一个侧视图。

图7示意性示出了根据本发明的一种热交换机单元的一部分的横截面图，该热交换机单元具有用来将其中一个流体抽吸通过所述热交换机单元的一个增压级。

图8示意性示出了一种用于在两个流体之间交换热量的一种热交换机的一个优选实施方案，所述两个流体的流动都由叶轮提供。

图9示意性示出了一种用于在三个流体之间交换热量的一种热交换机的一个优选实施例，所述三个流体的流动都由叶轮提供。

图10示意性示出了根据本发明的用于从流体中过滤微粒、物质或类似物的一个传递部件。

图11示意性示出了根据本发明的用于对一个流体发射辐射的实施方案。图11.a是一横截面图，图11.b是所述实施方案的一些部分的三维视图。

图12示意性示出了根据本发明的一个实施方案，其中传递部件为管状。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的一种装置1的一个优选实施方案。该装置1包括一个或多个传递部件2(在图1中示出了两个传递部件)、一个或多个叶轮3(示出了两个)以及一个轴4，在该轴上安装有叶轮3使得轴4的旋转引起叶轮3的旋转。图2中公开的装置可看成具有两级，每一级包括一个传递部件2和一个叶轮3，待被处理的流体从该叶轮排出以流过传递部件2的表面。所述装置1为圆柱形并且包括一个圆柱形外壳5，该外壳5具有一个进口部件6和一个出口部件7。所述传递部件2为圆形。如图1所示，在所述外壳5的内表面和所述传递部件2的边缘之间保留有一打开的通道，并且在所述两个传递部件2之间设置有一个层部件(floor element)8。

待被处理的流体通过进口部件6流入所述装置，并流向旋转叶轮3。该待被处理的流体离开叶轮并且沿所述传递部件2之一的一个表面、流向传递部件2的边缘，并且流过在传递部件2和外壳5的内表面之间的通道。作为所述边缘和外壳5之间的通道的替换，或除了所述边缘和外壳5之间的通道外，可在传递部件2内设置一个或多个贯通孔，所述流体可以通过这些贯通孔流动。

由于存在层部件8，在通过所述边缘和所述外壳之间的通道后，流体5流向第二叶轮。在通过第二叶轮3后，所述流体沿第二传递部件2的表面流向边缘，通过所述边缘和外壳8之间的通道，并最终流向出口部件7，所述流体通过该出口部件7离开所述装置1。流动路径以箭头大致示出。

传递部件2可以是一个热传递部件，通过其热量被传导至待被处理的流体或者从待被处理的流体中传导出热量；传递部件2也可以是一个质量传递部件，通过其质量被传递至待被处理的流体或者从待被处理的流体处传递出来；传递部件2还可以是一个辐射部件，将要发射至所述流体的辐射发射穿过该辐射部件或者从该辐射部件中发射出；或者是两者的结合。当所述待被处理的流体沿传递部件2表面流过时，其流动形式为螺旋流动形式，如图1.b所示，该螺旋流动形式包括一个沿所述传递部件2的径向的径向速度分量Vr和一个沿所述传递部件2的切向的切向速度分量Vt。当然也存在垂直于Vr和Vt的速度分量。下侧(就图中的方向而言)上的流动形式通常也包括螺旋运动，不过其可能与上侧的流动形式不同。Vr与通过所述装置的流率(m³/h)相关并且特别依赖于通过所述装置1的压力损失。Vt与叶轮的旋转速度相关。应当提及的是所述压力损失和所述叶轮的旋转速度可以是相关的。

能量和物质从流体传递至传递部件2(或反之)特别受下列因素影响：传递部件2的表面处的边界流(boundary flow)以及待被处理的流体的沿传递部件2的表面流动时所述流体的停留时间，或者流率。类似地，如果沿所述传递部件2的表面，从传递部件2发出辐射至所述流体，边界层流停留时间，控制发射至待被处理的流体的射线剂量。

对于至少一个流过传递部件2的旋流(如同结合图1讨论的)，针对能量、物质等到传递部件的传递(或反之)的通用传递方程式可被表示为：

传递量＝K×停留时间

其中“传递量”是从待被处理的流体传递出并被传递至传递部件(或反之)的量，K被表示为：

K[ε/m²s]。

ε例如是Q(热量)或m(质量)。ε与主要在所述传递部件2的表面附近的边界层中的温度、浓度等的梯度相关，而K的ε/m²被认为仅与Vt相关。所述停留时间/流率被认为仅与Vr相关。

因此，由于Vr和Vt被认为是不相关的，所述传递量可被表示为：

传递量＝f₁(Vr)+f₂(Vt)

f₁和f₂是用来指示所述切向和径向速度与所述传递量之间的相互关系的函数。因此，根据本发明，所述传递量可通过改变所述叶轮的转速而被改变，同时不影响所述待被处理的流体经过处理装置的流率。

上述考虑反映了一定程度的理想条件，而例如叶轮速度的增大将会倾向于增大流体通过所述叶轮期间的流体总压力。如果在所述处理装置1中没有并入其他方法的话，这种总压力的增大会导致更大流率，产生更短的停留时间。为了考虑到这点，例如可以通过设置于进口部件6和/或出口部件7中的节流阀6a和7a来实施对有待处理的流体的节流。而且，通常，连同所述节流阀设置有一个或多个流量传感器，其用于确定通过所述处理装置的实际流率，从而，例如如果叶轮转速的增大导致流率不必要地增大，则可以对装置进行节流，以便降低流率。

应当提及的是，当实施节流时，控制方法可包括：在维持叶轮的转速的同时、增大/减小节流的步骤。

图1.c是说明了本发明工作原理的一个典型叶轮的流头特征w1和w2的示意图。曲线P指示泵曲线。在横坐标上，指示流率Q，而纵坐标指示流头或相应的测量总压力。如果叶轮3初始在具体流率Q2下运行，并且希望将所述流率降低至流率Q1，存在两种执行方法：

第一，可简单地通过叶轮——通过降低(叶轮的)转速3——来降低所述流率Q，如实线箭头A所示。但是，这有一个缺点，即，当依循工作曲线w1时，相应的流头在较小的流率Q1处被减少了一些。

第二，可使用节流来将所述流率降低至值Q1，如箭头B所示。这有一个缺点，即该过程B通常会需要相对大的压力损失(以及相应的能量损失)来补偿该额外的流头。

本发明便于所述流率Q和所述节流被相互控制，使得径向速度分量(Vr)和切向速度分量(Vt)基本不相关，从而流率Q可在所述流头的变化相对较小的情况下(增加或降低)被改变(从Q2至Q1)。这如箭头C所示。

本发明便于所述流率Q和所述节流被相互控制，使所述径向速度分量(Vr)和所述切向速度分量(Vt)基本不相关，从而流率Q可在横流速度——即横跨所述传递表面的速度——变化相对较小的情况下(增加或降低)，以及相应的来自表面的或对表面的传递速率变化相对较小的情况下，被改变。更加优选地，所述横流速度和/或所述传递速率的变化基本不改变。例如，所述流率可以改变至少10倍，或至少5倍，或至少2.5倍，而基本不改变最终的横流速度或传递速率。与迄今为止公知的方案相比，据申请人所知这是前所未有最好的。

图1.d是为了说明本发明优点，示出对于一个典型的泵，作为流率(横坐标)的一个函数的摩擦损失的图表。在曲线上示出的两个值——2370RPM和1230RPM——是叶轮的转速，对应于两个端点位置处的每分钟的旋转次数(RPM)。该泵被运行产生一个恒定的湍流级。所述湍流与流体的速度V成比例，并且由雷诺数Re表示为：

Re＝V/(d·ny)

其中d是在泵的有效表面之间的典型距离，ny是粘度，V是速度，该速度被表示为：

V＝sqrt(Vr^2+Vt^2)

从图1.d的图表中，明显看出，具有叶轮的泵最为有利的是运行在最小功率损失所对应的一特定的Vt/Vr最佳值下，Vt为所述切向速度分量和Vr为所述径向速度分量。利用本发明，这可被更加轻易实现，因为所述泵能够以一种方式运行，使得所述径向速度分量(Vr)和所述切向速度分量(Vr)基本不相关。

从图1.d中，还应注意到，在根据本发明仍维持一个基本不变的横流速度或传递速率的同时，所述叶轮的转速可以被改变约2倍。

接下来，将要公开多个实施方案，已证明这些实施方案在应用以上所公开的控制策略时是格外有用的。

本发明的一种应用是用于热交换机，其中一个流体通过来自于具有不同温度的另一流体的热传递被冷却或加热——至少在热传递开始位置处。图2.a和图2.b示出了热传递部件2的形式的传递部件实施方案。该热传递部件2分别被从上和从下倾斜示出；“上”和“下”指的是图5中的热交换机单元的方向。该热传递部件2具有用来沿第一流体接触面引导第一流体的通道14，该第一流体接触面是所述通道14的内表面从而在图中不能直接看到。如图中所示，通道14以曲线方式延伸在一个几何平面内。每个通道14包括一个通道进口9，所述第一流体通过该通道进口进入所述通道14；以及一个通道出口12，所述第一流体通过该通道出口离开所述通道14。所述通道出口12和通道进口9包括连接柱17(见图3)形式的流体引导装置，该连接柱是可连接的，从而使得热传递部件2能够堆叠，并且所述第一流体能够从一个热传递部件2的通道14流至被接连布置的热传递部件2的通道14。下面对这进行更加详细描述。多个热传递部件2优选邻接并由此相互支撑在支撑突起10处，不过在本发明的范围内，如下情况也是可以的：即，多个热传递部件仅在通道进口9和通道出口12处邻接。热传递部件2包括一个用于安置一个叶轮3(参见图3)的中心孔11，该中心孔的功能在下面被描述。

图3示出了根据本发明的热交换机装置的截面，其中所述传递部件2如结合图2所描述的热传递部件。图3中所示的装置显示为多个热传递部件2是分开的，但在实际工作中它们如图5所示彼此邻接。每个热传递部件2包括一个通道14，第一流体流过该通道14。热传递部件14包括将两个相邻的热传递部件2的通道14彼此连接的连接柱17，使得所述第一流体从一个热传递部件的通道14中流出、并进入相邻的热传递部件2的通道中。所述截面被一个外壳22密封，在图3中为了使所述截面的内部可见，仅示出了所述外壳22的一部分。

第一流体通过所述热交换机单元1的流动路径由图3中的虚线示出。该第一流体通过一个进口管15形式的进口进入所述热交换机装置1，第一流体从该进口管流过节流阀15a并通过一个或多个连接柱17流至上部热传递部件2的通道14。所述第一流体如所示地流过接连的热传递部件2，并且第一流体从最后一个热传递部件2，通过节流阀16a流出一个出口管16形式的出口。所述第一流体的流动通常由安置于所述热交换机单元1外部的泵(未示出)产生，但是所述泵也可被结合到所述热交换机单元1内，例如，以与图7中公开的(增压级29)相类似的方式。所述第一流体与流动在多个热传递部件2之间的(即，沿它们的第二流体接触表面流动的)第二流体传递热量/能量。

所述第二流体的流动路径被示意性示出在图4中。图4中示出的实施方案与图3中所示是一样的，但是观察角度不同并且所述外壳已从图中被完全移除。所述第二流体进入所述第一叶轮3的中心区域，所述叶轮3例如借助于一个马达驱动轴(未示出；参见图6、7)可旋转。所述轴的中心轴线与所述叶轮3的中心轴线一致，并且优选所述第二流体沿所述轴的整个外围流向所述叶轮3。这在附图中仅为举例目的用一个中心箭头示出。所述边缘35被密封至所述外壳，从而在两个相邻的热传递部件2之间限定一个通道。

所述叶轮3对第二流体产生能量，使所述第二流体流向热传递部件2的边缘35。从此处，所述第二流体流入到部分由引导盘36(图2中未示出)限定的空间中。该流体主要通过设置于接连的热传递部件2中的叶轮3的牵引获得，并且从叶轮处，所述流动形式被重复。

上述附图示出了所述第一流体和第二流体以相反的总体方向流动，即，就上述附图而言向上和向下。但是在本发明范围内，也可具有沿相同的总体方向流动的两个流体。

图5示出了根据本发明的热交换机单元1的一个实施方案的截面。在图5.a中，所述热交换机单元1的截面是俯视图，图5.b是沿图5.a中的线A-A的截面图。最后一个热传递部件2的通道14比其它的略长，因为该通道14连接至出口管16，如图5.b所示。所述第二流体沿第二流体接触面的流动具有一个径向速度分量和一个切向速度分量。而且，流出所述叶轮的第二流体直接与所述第二流体接触面相接触，在表面和流体进行接触之前，动压没有转换为静压。

因此，通过应用上述控制方法，可通过改变所述叶轮的转速从而至少改变所述第二流体的切向速度来改变所述热传递速率。通过所述装置的流率还可通过节流被控制，例如通过在所述热交换机单元的出口和/或进口处设置一节流阀。

图6示出了根据本发明的一个热交换机单元的一个优选实施例。所述热交换机单元1包括具有三个外壳部件的外壳：一个第一外壳部件21、一个中间外壳部件22以及一个第二外壳部件23。术语“中间”被用于指所述部件的位置，即在所述第一外壳部件21和所述第二外壳部件23之间。

所述热传递部件2被布置在中间外壳部件22的内部，该中间外壳部件是具有开口端的圆柱体。引导第一流体流至所述热传递部件2以及从所述热传递部件2中引导出所述第一流体的进口管15和出口管16，如图6所示延伸穿过第一外壳部件21的壁。所述第一外壳部件21还包括一个用于所述第二流体的出口20，该出口被设置于所述第一外壳部件21的第一突出部24中。一个用于将马达26连接至所述单元的固定装置25被设置于第一突出部24上。所述马达26被用于驱动设置于所述热交换机单元1内的叶轮3，该叶轮3被设置于一个轴27上，该轴从马达26延伸穿过所述突出物24的壁并通常穿入但不穿过所述第二外壳部件23。

所述第二外壳部件23包括一个如图6所示的用于所述第二流体的进口19并将所述第二流体引导至设置于所述中间外壳部件22内的热传递部件2。在所述第二外壳部件23内，可设置一个节流阀用于对所述第二流体进行节流。

图6中示出的所述热交换机单元通过如下过程被装配：即，将所述中间外壳部件22插入到第一外壳部件21和如图7所示的第二外壳部件23中。在所述中间外壳部件22和所述第一外壳部件21，以及和第二外壳部件23之间的密封分别可通过彼此邻接的表面中的凹槽(未示出)内所安置的诸如O形环(未示出)的密封装置来完成。

在本发明的优选实施例中，所述外壳是如下一个抗压外壳，其适于抵抗在所述热交换机单元1中的流体的压力和环境压力——即所述热交换机单元1外部的压力——之间的压力差。

如果需要的话，可在本发明范围内确保：在第二流体流过热传递部件2之前，第二流体的压力在所述热交换机单元1内部增大。这种压力的增大能够例如如图7中所示形成，图7示出了根据本发明的一个热交换机单元1的细节的截面图。所示的细节包括所述中间外壳部件22的一部分、所述第二外壳部件23，以及四个堆叠的带有叶轮3的热传递部件2。所述第二外壳部件23具有一个第二突出部28，该第二突出部28包括增压级29，该增压级具有三个叶轮3和所有叶轮3被安置于其上的轴27。所述轴27通过一个如图6所示设置的马达26旋转。所述增压级可优选被用于为流体增加压力，所增加的压力多于为克服由流过所述热交换机单元而引起的损失所需的量。

图8示出了又一个实施例，其中两个流体都通过使用内置叶轮3被抽吸通过所述单元1；该图以分解图示出了所述实施例，其中热传递部件2间隔开并且所述外壳(除了端外壳部分34a、34b)被移除从而使该热交换机单元可见。所述热交换机单元1包括多个形成为圆盘状的热传递部件2，这些热传递部件被堆叠在一起从而如图所示在邻接部件2之间提供通道31。通过这种设置，这些热传递部件2的朝向通道的表面分别构成用于所述第一流体和第二流体的流体接触表面。

提供了多个连接柱32，这些连接柱将流体从一个通道31引导至位于相邻通道的上游的另一通道31；如图所示，这些连接柱32可被布置于所述部件中的一些上，或者是有待被装配构成所述部件2中所设置的匹配连接的分立部件。每个热传递部件2在边缘33处与所述外壳邻接。优选所述边缘33被密封至所述外壳。

图8示出了两个流体的流动路径，其中示出了第一流体从下方(参照图8方向)通过一个进口柱进入热交换机单元13，流过一个连接柱32，并进入一个经由一个连接柱32被连接的通道31，从而进入叶轮3。在所述第一流体内的总压力通过叶轮3被增大后，所述流体以旋涡运动流向并通过一个连接柱32(应当指出，当流体流过连接柱32时，流体可以是直线流出)进入下一个通道31。在该下一个通道中，所述流体流向并通过通向叶轮的下一个连接柱32。在所述第一流体通过一个出口柱流出所述单元之前，这种形式可以通过堆叠更多个热传递部件2被重复多次。

第二流体经由一个进口柱从上方进入所述热交换机单元并且经由一个连接柱32流至一个叶轮3。在该叶轮3后，所述第二流体以旋涡运动流入一个通道31并朝向一个将流体引导至下一个通道31的连接柱流动。所述流体流过该下一个通道31朝向并通过一个将所述流体引导至一个叶轮3的连接柱32。在所述第二流体通过一个出口柱流出所述单元之前，这种形式可以通过堆叠更多个热传递部件被重复多次。

如可通过图8而实现的，其中第一流体在其内流动的通道被设置于第二流体流动穿过其中的通道31之间(或者反之，这取决于我们看的是哪个流体)，并且由于所述流体具有不同温度，在流体之间的热交换发生在整个热传递部件2中。

图8中示出的所述实施方案被示为当俯视时具有八边形横截面。但是，所述横截面可以指定为其他形状，如正方形或圆形。优选所述外壳被制成管状并具有如图8中34a和34b所示的布置于所述管的两端的盘状的端外壳部分。所述端外壳部分包括作为进口/出口的连接柱，所述第一流体和第二流体通过所述连接柱被供给到所述单元中或者流出所述单元，并且所述连接柱可被加工成如图6中所示的形状。所述端外壳部分34a还包括一个穿透部，设置有叶轮的轴27延伸通过该穿透部。所述轴27的悬挂可以通过一个设置于所述端外壳内的轴承(未示出)提供，并且在轴27和端壳之间——在该轴27延伸穿过所述外壳处——提供密封，以防止流体泄露出所述单元。

图9示出了一个实施方案，其中三个流体都通过使用内置叶轮3被抽吸通过单元1；所述图以分解图示出了该实施方案，其中所述多个热传递部件2间隔开并且所述外壳(除了端外壳部分34a、34b)被移除从而使所述热交换机单元可见。所述端外壳部分34a、34b可被例如加工成具有图6所示的形状。所述热交换机单元1包括多个被形成为具有边缘33的圆盘状的热传递部件2，所述热交换机单元被堆叠从而如图所示在邻接部件2之间提供通道31。所述热传递部件2在其边缘33处被密封至所述外壳。通过这种设置，多个热传递部件2的朝向通道的表面构成所述流体的流体接触表面。

同样在该实施例中，所述热传递装置包括进口柱和出口柱，通过所述进口柱和出口柱所述流体流入和流出所述装置1。在该图中，示出了所述三个流体的流动路径。如图8中所示，所述单元包括轴27，其与用于使所述叶轮旋转的马达连接并且这些轴通过轴承被布置在所述单元内。

当所述叶轮3被安置于两个或更多个轴27上时，所述轴27可被相同或不同的马达26驱动。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种过滤装置。在该实施方案中，传递部件2是如图10所示的圆盘状的质量传递部件。图10.a示出了质量传递部件2的俯视图，图10.b示出了沿图10.a中的线A-A的截面图。所述质量传递部件2由允许小于指定尺寸的微粒流入内通道37的多孔材料制成。所述内通道37连接至一个抽吸装置——例如一个泵——从而在沿所述外表面流动的流体和所述通道37之间产生压力差。如图中通过箭头所示，这将使具有小于指定尺寸的微粒的流体流入所述通道37并流出所述通道朝向所述泵流动。流体被所述叶轮3增压，以螺旋流动形式流出所述叶轮朝向所述传递部件2的边缘流动。

这种传递部件2可替代在之前附图中所示的热传递部件，并且在这种情况下通道37的开口38连接至一个流动通道，该流动通道将所述具有微粒的流体引导至一个泵。通过将叶轮3设置于中心穿透部38(如针对图3所示的热传递装置所描述的)，待被过滤的流体被抽吸通过过滤装置。而且，如针对图1所描述的，在所述外壳和所述质量传递部件2的边缘之间可留有一个敞开的通路。

同样，对于质量传递部件2和叶轮而言，沿所述质量传递部件2的表面的流动是一种包括切向速度分量和径向速度分量的螺旋运动。通过所述质量传递部件2的质量传递与如下因素相关：沿所述质量传递部件2的外表面流动的流体的压力和通道37中的压力之间的压力差，以及沿所述质量传递部件2的外表面流动的流体的径向速度和切向速度。因此，通过利用叶轮的速度来控制所述切向和径向速度的控制方法——以及如果要用的话，通过节流——来控制所述质量传递。

或者，如果限定所述通道14(参见图2)的材料是由允许小于指定尺寸的微粒流入所述通道14的多孔材料制成的，则如图2所示的热传递部件可被用作质量传递部件2。从而，在这种配置下，图5中示出的热交换机单元例如可被用作一个过滤单元。

在另一个实施例中，所述控制方法涉及向流体发出辐射并且尤其是紫外线辐射。这种实施方案被示意性地示出在图11中。图11.a示出了所述处理部分的一个横截面图，该处理部分可被布置为图1和6所示的单元——例如，图1和图6中的所述传递部件的堆叠可被图11中示出的配置取代。图11.b是一个三维立体图，示出了在所述处理部分中待被处理的流体围绕四层部件和一个辐射源的流动路径。

所述处理部分沿其长轴(对应于图11中的垂直方向)为圆柱形，并且包括一个管状圆柱形的外壳18，在该外壳内设置有多个部件。在所述处理部分内，在轴23上设置有三个叶轮3。层部件39、40也被设置于所述处理部分内，所述层部件39、40结合例如叶轮3限定一个通过所述处理部分的流动通道。通过该流动通道的流动通路被在图11.a中通过虚线示出。

一个辐射源41被设置于一个源护罩42内。优选所述辐射源41为一个发出紫外线辐射的紫外线辐射源，并且优选所述源护罩42为一个紫外线辐射可穿过的管状构件；该源护罩优选由石英晶体制成。所述辐射源41和所述源护罩42如图11所示相切于所述层部件布置，但是在本发明范围内还能够考虑辐射源和外罩的很多其他配置。

所述层部件39、40为两种不同形状。所述层部件39在其边缘和所述外壳18之间留有一个打开的通路，所述层部件40在其边缘处被密封至所述外壳18并且包括一个允许流体流向并进入一个叶轮3的中心穿透部。由此该配置与图1中所示的配置类似。因此，当所述轴23旋转时，所述叶轮3以如下流动方式将流体抽吸通过所述处理部分：所述流体从一个进口流入第一叶轮3，该第一叶轮3为在所述处理部分中设置于朝向所述进口的最上游的叶轮。所述流体离开第一叶轮3并且流向并越过第一层部件39的边缘，在此后，所述流体流向位于所述第一叶轮3的下游的第二叶轮3。这种形式被重复直至所述流体离开所述处理部分。

在流体通过所述处理部分的过程中，所述流体十分接近位于源外罩42内的紫外线源流动。而且，优选所述层部件39、40由紫外线辐射可穿透的材料制成，例如由石英晶体制成，从而所述辐射可穿透——取决于所述流体的阻尼特性——到达不直接位于所述源外罩42附近的所述处理部分区域。所述处理部分被设计使得层部件39、40限定多个连接通道，其中通道44为所述源直接发射辐射进入其内的直接暴露通道，并且由于所述辐射已经通过一个或多个层部件39、40，通道43是所述源不直接发射辐射进入其内的非直接暴露通道。就此而言，所述源被认为直接发射辐射进入所述通道44，尽管所述源被所述源外罩42保护。

应当注意的是，非直接暴露通道是否接受辐射尤其取决于所述流体的阻尼特性；例如，如果所述流体使所述辐射极度衰减，则所述辐射不能穿透所述流体并进入非直接暴露通道。但是，所述处理部分被设计使得当来自于所述流体的衰减不显著时，来自紫外线源的辐射将会延伸进入非直接暴露通道43。

如参照上述实施方案所公开的，流出所述叶轮3的流体以螺旋流动方式流动。在本实施方案中，所述包含有辐射源的辐射罩被当作本发明的一个传递部件。而且，当所述一个或多个层部件39、40对于从所述辐射源发出的辐射可穿透的话，由于这些部件被认为传递辐射至所述流体，这些部件也被认为是本发明的传递部件。因此，经过所述辐射外罩从而经过所述辐射源的所述流体——如果传递部件由辐射可穿透的材料制成的话，也经过所述传递部件——也以一种包括径向速度分量Vr和切向速度分量vt的螺旋流动形式流动。根据本发明的控制方法可被应用于控制所述径向速度和切向速度。

上述的控制方法具有如下优点：即，所述径向速度分量和切向速度分量的大小可彼此独立地被控制。通过使用这种控制方法，在保持切向速度分量的大小不变的情况下，可例如增大或减小通过所述装置的流率。或者，切向速度分量的大小可被增加而不改变流率。通过使用这种控制方法，可以获得如下优点：即，在所述源上的污垢可被移除，并且通过增大所述切向速度分量能够使拖尾效应(其中微粒彼此遮蔽)变小。

所述控制方法可包括使用关于叶轮的旋转速度和例如热量、物质或辐射的传递之间的关系的信息。该信息可包括与流体的切向速度相关的一些定性的或定量的信息，所述相关信息可取决于所述流体的物理特性。所述信息可以例如通过实验或计算机模拟获得。所述信息通常被存储于数据库或其他计算机可读介质中，通过这些数据库或可读介质，应用本发明的控制方法中所使用的控制系统能够获取所述信息。所述信息还可以如下方式被存储：其中人工交互必须作为控制方法的一部分。控制方法可包括控制与一个流体或两个或更多个流体相关的叶轮的速度。控制方法可额外或选择性地包括控制一个或多个诸如节流阀之类的节流装置。

在以上实施方案中，所述径向速度和切向速度可被视为位于与所述传递部件的表面相平行的平面内。图12示出了一个实施方案，其中所述传递部件2为管状。第一流体在传递部件2内流动，第二流体在所述传递部件2外部且所述外壳18内部流动。该两个流体都被示出为以螺旋流动形式流动，所述切向速度分量Vt被视为所述流体的旋转部分，所述径向速度分量Vr被视为沿如图所示的纵向方向(在图中被标有r的箭头示出)的速度分量。这种配置与以上相符，因为所述径向分量可被视为与流率相关的量，所述切向速度分量可被视为与流率无关。

可以对流过根据本发明优选实施例的装置的一个或多个流体进行再循环。这种再循环可通过以下方式实施：即，将流出装置的出口的流体的全部或一部分再导向至该装置的一个进口。

Claims (27)

1.一种用于控制热量、物质和/或辐射向一个装置中的至少一个第一流体传递，或者控制从一个装置中的至少一个第一流体传递热量、物质和/或辐射的方法，所述装置包括至少一个级，该级包括一个传递部件(2)和一个旋转叶轮(3)，该叶轮被布置使得流出所述叶轮的第一流体沿所述传递部件(2)的表面流动，其中第一流体沿所述传递部件的所述表面的流动包括螺旋流动形式，该螺旋流动形式具有一个径向速度分量Vr和一个切向速度分量Vt，其特征在于，所述装置还包括一个或多个用于对流过所述装置的第一流体进行节流的节流装置，

其中所述叶轮的转速和所述节流被相互控制，使得：

i)传递量是关于径向速度分量Vr的函数和关于切向速度分量Vt的函数，以及

ii)所述径向速度分量Vr和所述切向速度分量Vt是独立的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中传递量AT可被表达为AT＝f₁(Vr)+f₂(Vt)

其中f₁和f₂是分别用于表达所述切向速度分量Vt和径向速度分量Vr各自与传递量AT之间的相互关系的函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过改变所述叶轮的转速，所述传递量可变，同时不影响所述待被处理的第一流体通过所述装置的流率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中通过改变所述叶轮的转速，所述待被处理的第一流体通过所述装置的流率是可变的，同时不影响所述装置中所述第一流体的传递量。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中所述节流装置包括节流阀、一个或多个用于节流的专用腔、一个隔板、一个随所述第一流体逐渐变窄的管或一个逆流。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述叶轮的转速响应于对传递需求的增加而增大，并且响应于对传递需求的降低而减小。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述叶轮的转速响应于对传递需求的增加而减小，并且响应于对传递需求的降低而增大。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述装置包括第二流体流过其中的一个或多个通道，所述通道被布置使得流过所述传递部件的第一流体和第二流体之间发生传递。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述传递部件中提供有所述第二流体流过其中的一个或多个通道。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述装置包括用于所述第一流体的叶轮和用于所述第二流体的叶轮，并且其中所述方法包括响应于指定的传递需求来控制那些用于所述第一流体和第二流体的叶轮的转速。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述用于所述第一流体和第二流体的所述叶轮的转速可被独立控制。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述用于所述第一流体和第二流体的所述叶轮的转速是共同旋转的。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述装置包括供第三流体通过其中的一个或多个通道，所述通道被布置使得通过所述传递部件，所述流体之间发生传递。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述装置包括用于每个流体的叶轮，并且其中所述方法包括响应于一个指定的传递需求来控制用于每个流体的所述叶轮的转速。

15.根据权利要求8所述的方法，其中所述装置还包括一个或多个节流装置以用于对通过所述装置的第一流体和/或通过所述装置的第二流体进行节流，并且其中所述方法还包括响应于传递需求的增大或减小，通过所述节流装置增加或减小对所述流体的节流，从而相应地增加或减小在所述节流装置上的压降。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述装置还包括一个或多个节流装置以用于对通过所述装置的第一流体和/或通过所述装置的第三流体进行节流，并且其中所述方法还包括响应于传递需求的增大或减小，通过所述节流装置增加或减小对所述流体的节流，从而相应地增加或减小在所述节流装置上的压降。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述节流响应于所述叶轮的转速的增大而增大。

18.根据权利要求17所述的方法，其中由于所述叶轮的转速增大，控制所述节流的增大使得通过所述装置的一个或多个流体的流率不变。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述节流响应于所述叶轮的转速的减小而减小。

20.根据权利要求19所述的方法，其中由于所述叶轮的转速减小，选择所述节流的减小使得通过所述装置的一个或多个流体的流率不变。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述传递部件包括一个过滤器部件，该过滤器部件具有仅允许小于指定尺寸的微粒通过进入该过滤器部件的孔隙。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述传递部件包括一个热传递部件。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述热传递部件包括内通道，通过该内通道可流动制冷/加热流体。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述传递部件包括一个辐射源或包括辐射引导装置，使得辐射从所述传递部件的表面发射至一个或多个流体。

25.根据权利要求1至4和6至24中任一项所述的方法，其中所述装置包括多个级。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述多个级的传递部件彼此类似或者彼此相同。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述多个级的传递部件适于多种不同的传递。

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