熱/焓交換器元件及生產(chǎn)方法
【專利說明】熱/焓交換器元件及生產(chǎn)方法
[0001]在35U.S.CS.119(e)&37C.F.R.S.1.78下有效的優(yōu)先聲明
[0002]本非臨時專利申請基于以Marcel RIENDEAU的名義的，于2013年7月19日提交的申請?zhí)枮?1/856，306，題為“HEAT EXCHANGER ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCT1N(熱交換器元件及生產(chǎn)方法)”的在先美國臨時專利申請要求優(yōu)先權(quán)，該在先美國臨時專利申請通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003 ]本發(fā)明涉及熱交換器，且更具體地，涉及熱交換器元件。
[0004]背景
[0005]使用不同類型的熱交換器用于不同的目的是現(xiàn)有技術(shù)水平。通常，熱交換器用于將熱能從一種流體或介質(zhì)回收至另一種中。這種熱能稱為顯能量(sensible energy)。通常為空氣的一種流體的熱能或顯能量被回收至鄰近第一種流動的例如平行流、逆向流或橫流的另一種中，其中流體處于更低溫度。通過倒置流體流，該兩者之間的交換將產(chǎn)生更冷的流體。用于顯能量回收的熱交換器通常由金屬或塑料板制成。由于可以是橫流、平行流或逆向流，因此存在不同的類型。各板在它們自身之間界定流動通道，使得流體可以在板之間流動。例如，這樣的設(shè)備用在住宅和商業(yè)通風(fēng)設(shè)備(HRV)中。
[0006]另一種類型的能量交換器指所謂的潛能，其包含在空氣水分中。為了交換潛能，已知的是使用由干燥劑浸漬的纖維素或聚合物制成的干燥劑涂敷金屬或塑料基板或膜。在由纖維素或聚合物制成的板之間，空氣通道被界定或產(chǎn)生以允許流體沿板的表面通過，因此將水分從一個流體轉(zhuǎn)移至另一個中。由于膜通常不具有結(jié)構(gòu)強度，已知的是將膜與框架或網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)合，該框架或網(wǎng)格因此界定膜之間的開口。
[0007]在上面的結(jié)合的情況下，能量交換器稱為焓交換器。這些焓交換器允許顯能量與潛能的交換，導(dǎo)致總能量回收。
[0008]目前可行的膜材料通過卷遞送。膜材料是焓交換器的最重要的部分。該膜必須被固定且密封至一種類型的網(wǎng)格或框架，且以一種方式被布置以允許流體在每個膜層之間流動。所以，明顯的是已知技術(shù)的焓交換器是折衷的。它們將通常損失顯能量以獲得潛能，作為當(dāng)前使用的膜的選擇的范圍與特征的結(jié)果。
[0009]由各自的元件建造的這樣的熱交換器例如WO02/072242A1。由纖維制成的各自的膜被定位在網(wǎng)格上。網(wǎng)格被堆疊因此改變板的方向以產(chǎn)生不同的空氣流方向。
[0010]本發(fā)明旨在改善當(dāng)前熱/焓交換器的一些缺點。
[0011]概述
[0012]提供本概述從而以簡化的形式來介紹概念的精髓，該概念在下面的詳細(xì)描述中被進(jìn)一步描述。本概述既不旨在確認(rèn)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵的特征或本質(zhì)的特征，也不旨在用于幫助確認(rèn)所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0013]本發(fā)明的第一方面針對用于生產(chǎn)熱/焓交換器元件的方法，其包括以下步驟:根據(jù)板的外部尺寸內(nèi)的預(yù)定穿孔圖案對平板元件進(jìn)行穿孔、將具有水蒸氣透過特性(例如，具有較高的水蒸氣透過率(WVTR)，WVTR是在特定的條件下水蒸氣透過膜的穩(wěn)態(tài)速率)的薄聚合物膜應(yīng)用至板元件的至少一側(cè)，以及使板元件成形為呈現(xiàn)波紋圖案的期望的形狀，由此聚合物膜被成形為與該板元件的波紋圖案形狀相同的波紋圖案形狀。
[0014]任選地，該方法的特征可在于板元件是塑料板。
[0015]該方法的特征還可在于板使用針、銷、模具以及沖頭、激光，或類似物中的至少一個穿孔。
[0016]該方法的特征還可在于將薄聚合物膜應(yīng)用至板元件的至少一側(cè)以及使板元件成形為呈現(xiàn)波紋圖案的期望的形狀的步驟同時進(jìn)行。
[0017]任選地，該方法的特征在于在板元件的成形步驟中，聚合物膜被結(jié)合至板元件，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合至板元件。該方法的特征還可在于聚合物膜由磺化共聚物，優(yōu)選地由嵌段共聚物制成。另外地，該方法的特征還可在于波紋圖案內(nèi)的并行延伸的任何波紋的空間頻率和/或穿孔密度(即，每單位面積的穿孔數(shù)目)是變化的，優(yōu)選地在邊界區(qū)域中是變化的，以改善抗凍性。
[0018]本發(fā)明的第二方面針對熱/焓交換器元件，優(yōu)選地使用如本發(fā)明的第一方面限定的方法生產(chǎn)的熱/焓交換器元件，其包括具有呈現(xiàn)預(yù)定穿孔圖案和預(yù)定波紋圖案的形狀的板元件。板元件的至少一側(cè)被具有水蒸氣透過特性的薄聚合物膜覆蓋。
[0019]任選地，熱/焓交換器元件的特征在于薄聚合物膜被結(jié)合，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合至板元件。熱/焓交換器元件的特征可在于板元件的穿孔區(qū)域包括波紋狀的或壓紋的表面區(qū)域。
[0020]另外地，熱/焓交換器元件的特征可在于板元件的邊界區(qū)域中的波紋的寬度比板元件的中間區(qū)域中的波紋的寬度大，和/或板元件的邊界區(qū)域中的穿孔密度(即，每單位面積的穿孔數(shù)目)比板元件的中間區(qū)域中的穿孔密度大。熱/焓交換器元件的特征可在于該波紋被定向為引導(dǎo)流體流動。
[0021]任選地，熱/焓交換器元件的特征在于穿孔是多種形狀和尺寸(范圍從70μπι2至3.0mm2)的開口，優(yōu)選地，在邊界區(qū)域內(nèi)提供不小于板元件的總板表面的50%的總開口面積。
[0022]具有在平行的方向上固定至彼此以形成允許流體穿過其流動的兩個流體路徑的至少三個板狀熱/焓交換器元件的熱/焓交換器，其特征可在于該板狀熱交換器元件是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的上面提到的特征的元件。另外地，熱/焓交換器其特征可在于熱/焓交換器元件借助于例如激光焊接或超聲焊接的焊接，或借助于膠合被固定至彼此。
[0023]本發(fā)明的第三方面針對生產(chǎn)熱/焓交換器元件的方法，其包括以下步驟:根據(jù)板外部尺寸內(nèi)的預(yù)定穿孔圖案對平板元件進(jìn)行穿孔，使板元件成形至期望的壓紋圖案和幾何形狀，以及將具有水蒸透過特性的聚合物膜應(yīng)用至板元件的至少一側(cè)。
[0024]任選地，該方法的特征在于金屬箔，優(yōu)選地鋁箔被用于該板。該方法的特征還可在于板使用銷、模具以及沖頭、激光，或類似物中的至少一個穿孔。
[0025]該方法的特征可在于步驟b)中的形成且切割成形狀根據(jù)級進(jìn)沖壓技術(shù)(progressive stamping technique)在具有模具和工具的金屬沖壓機上進(jìn)行(通過壓紋)。該方法的特征可進(jìn)一步在于聚合物膜由嵌段共聚物制成。
[0026]任選地，該方法的特征在于聚合物膜被結(jié)合至成形的板元件，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合至成形的板元件。
[0027]本發(fā)明的第四方面針對熱/焓交換器元件，優(yōu)選地使用本發(fā)明的第三方面界定的方法生產(chǎn)的熱/焓交換器元件。熱/焓交換器包括具有呈現(xiàn)預(yù)定穿孔圖案的形狀的板元件。板元件的至少一側(cè)被具有水蒸氣透過特性的薄聚合物膜覆蓋。
[0028]任選地，熱/焓交換器的特征在于板元件由金屬箔，優(yōu)選地鋁箔制成。熱/焓交換器元件的特征還可在于板元件的邊界區(qū)域沒有被穿孔。另外地，熱/焓交換器的特征可在于板元件的形狀呈現(xiàn)壓紋圖案。
[0029]熱/焓交換器的特征在于薄聚合物膜被結(jié)合至板元件，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合至板元件。任選地，熱/焓交換器的特征進(jìn)一步在于板元件具有允許氣密連接至另一個類似的板元件的邊界非穿孔區(qū)域。
[0030]另外地，熱/焓交換器元件的特征可在于穿孔是多種形狀和尺寸(范圍從200μπι2至18.0mm2)的開口，且優(yōu)選地在板元件邊界區(qū)域內(nèi)提供不小于總平板表面的50%的總開口面積。
[0031]具有被固定至彼此作為堆疊件以形成允許流體穿過其流動的兩個流體路徑的至少三個板狀熱/焓交換器元件的熱/焓交換器，其特征可在于所述板是根據(jù)如上面限定的在本發(fā)明的第四方面限定的熱/焓交換器的元件。
[0032]任選地，該熱/焓交換器的特征可在于該熱/焓交換器元件使用壓接、焊接以及膠合工藝中的至少一個被固定至彼此。
[0033]附圖簡述
[0034]本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和示例性優(yōu)點將從結(jié)合附圖獲得的以下詳細(xì)描述而變得明顯，在附圖中:
[0035]圖1是制造根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性熱/焓交換器元件的第一示例性工藝的側(cè)視圖；
[0036]圖2是制造根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性熱/焓交換器元件的第二示例性工藝的側(cè)視圖；
[0037]圖3是制造根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性熱/焓交換器的第一示例性工藝的側(cè)視圖；
[0038]圖4是制造根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性熱/焓交換器的第二示例性工藝的側(cè)視圖；
[0039]圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的第一示例性方法的第一流程圖；和
[0040]圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的第二示例性方法的第二流程圖。
[0041 ] 詳細(xì)描述
[0042]序列號為US 13/744,917的以US2013/0269906公布的專利申請與序列號為ΕΡ12000365的以ΕΡ2618090公布的專利申請在此通過引用并入。
[0043]本發(fā)明旨在提供熱/焓交換器元件和熱/焓交換器以及用于生產(chǎn)熱/焓交換器元件的方法。該發(fā)明性的熱/焓交換器元件允許制造熱/焓交換器，因此顯能量交換與潛能交換的效率就可以改變且被控制，且特別地可以改善總能量效率和抗凍性。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實施方案，提供用于生產(chǎn)熱/焓交換器元件的方法，其包括a)在任何期望的區(qū)域中且以任何期望的尺寸穿孔具有界定的外部尺寸的未成形的板元件，b)用具有潛能交換特性的薄聚合物膜覆蓋未成形的板元件的至少一側(cè)，和c)使該板元件成形為期望的形狀和波紋和/或壓紋圖案。應(yīng)注意，根據(jù)生產(chǎn)熱/焓交換器做出的選擇和在用于板元件的材料方面做出的選擇，操作b)與c)可以不同的順序執(zhí)行。更具體地，當(dāng)板元件由塑料制成時，執(zhí)行的測試表明，假如適當(dāng)?shù)卦O(shè)置且控制溫度，b)可以在C)之前被執(zhí)行，導(dǎo)致令人滿意的結(jié)果，而當(dāng)板元件由鋁制成時，執(zhí)行的測試表明C)在b