板式單元、氣-氣物質(zhì)交換器和建筑物通風(fēng)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氣-氣物質(zhì)交換器的板式單元，以及一種用于在建筑物中的氣流之間進(jìn)行物質(zhì)交換的氣-氣物質(zhì)交換器，該氣-氣物質(zhì)交換器具有至少一個(gè)由多個(gè)平行設(shè)置的物質(zhì)交換器板式單元組成的物質(zhì)交換器組，第一流體和第二流體分別交替地流過這些板式單元的通道。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于在建筑物中的氣流之間進(jìn)行物質(zhì)交換的建筑物通風(fēng)設(shè)備，在此將建筑物通風(fēng)設(shè)備設(shè)置在建筑物的氣流中。
【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，熱交換器和物質(zhì)交換器、特別是用于由氣狀介質(zhì)構(gòu)成的流體流的熱交換器和物質(zhì)交換器是公知的。通過導(dǎo)入兩種溫度和/或濕度彼此不同的流體流，可以在這些流體流之間實(shí)現(xiàn)溫度和/或物質(zhì)交換。但是在傳統(tǒng)的物質(zhì)交換器中，只有在流體流之間存在較大梯度的情況下才能實(shí)現(xiàn)有效的溫度和/或物質(zhì)交換。當(dāng)這些流體流具有較小的梯度時(shí)，例如在用于調(diào)節(jié)建筑物空氣的外部空氣和內(nèi)部空氣的空氣交換中，傳統(tǒng)的物質(zhì)交換器是無效的。
[0004]由專利文獻(xiàn)DE 102012008197可知一種用于在兩種流體流之間進(jìn)行物質(zhì)交換的交換系統(tǒng)，其具有流過可穿流的腔室的第一流體，以及流過通道式迷宮的第二流體，在此，通道式迷宮由滲透膜和膜相對(duì)件構(gòu)成。在此，可穿流的通道式迷宮的形狀能夠使流體盡可能慢而不發(fā)生湍流的情況下流動(dòng)。
[0005]專利文獻(xiàn)DE 1964635 A進(jìn)一步描述了一種用于在至少兩種液體流之間進(jìn)行交換的物質(zhì)交換器，其中，所述液體流經(jīng)多個(gè)彼此分離的腔室。此外，根據(jù)該專利文獻(xiàn)，液體流動(dòng)或腔室的分離可以借助膜來實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種氣-氣物質(zhì)交換器，以及一種用于氣-氣物質(zhì)交換器的板式單元，借助于該物質(zhì)交換器，即使流體流之間的溫度梯度較小，也能夠確保實(shí)現(xiàn)有效交換或流體流參數(shù)的有效平衡。此外，本發(fā)明的目的還在于提出一種建筑物通風(fēng)設(shè)備。
[0007]本發(fā)明的目的通過如獨(dú)立權(quán)利要求所述的特征來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求給出。
[0008]發(fā)明人已然了解:具有成型的新型板式單元的氣-氣物質(zhì)交換器即使在溫度梯度較小的情況下也能夠確保實(shí)現(xiàn)有效的溫度和/或濕度平衡。在此，板式單元分別包括由合成材料制成的折疊板，該折疊板具有被構(gòu)造為多個(gè)平行延伸的通道的通道結(jié)構(gòu)。在折疊板上張緊有選擇性物質(zhì)滲透膜。這種膜本身是平整的，即未折疊的，并通過板的通道結(jié)構(gòu)加以支撐。在本發(fā)明的框架下，術(shù)語“選擇性物質(zhì)滲透”是指特定的物質(zhì)可以滲透通過而其他物質(zhì)不可滲透通過的膜。例如，選擇性物質(zhì)滲透膜可以滲透通過水蒸氣，但不可以滲透通過空氣。
[0009]這些通道被成型為，流動(dòng)通過的流體(例如氣體)在其邊界層上形成輕微的渦流，從而在膜上幾乎不構(gòu)成靜止的邊界層。即，在通道中是以包括橫向流的湍流為主。由此能夠確保在氣體和膜之間實(shí)現(xiàn)更好的接觸，并由此確保實(shí)現(xiàn)更有效的交換。流體流中的湍流例如通過相應(yīng)的通道走向(Kanalverlauf)和/或相應(yīng)的通道形狀來實(shí)現(xiàn)。例如通道走向?yàn)殇忼X形的。
[0010]通過板的折疊和彎曲的通道走向，使得板在不同的方向上被加固。因此與傳統(tǒng)使用的直線折疊(大多為鋁板)相比，這種合成材料板的自身剛性被提高。此外，折疊還構(gòu)成了在物質(zhì)交換器中用于彼此堆疊的相鄰板式單元的支承面或支撐結(jié)構(gòu)。由此使得板式單元上的取決于自重的壓力被均勻地分布。此外，彼此相疊放置的、相鄰的板式單元的通道也可以局部地彼此錯(cuò)開地設(shè)置，從而形成較大的支承面或支撐面。這也可以例如通過通道的梯形橫截面來實(shí)現(xiàn)，這種橫截面既能夠?qū)崿F(xiàn)較大的支撐面積，也能實(shí)現(xiàn)較大的開放的膜面積。
[0011]此外，彼此相疊放置的板式單元可以分別彼此相對(duì)交疊地設(shè)置，例如扭轉(zhuǎn)90°或180°。由此可以實(shí)現(xiàn)交叉流和逆流。(位于各第一板中的)第一流體和(位于各第二板中的)第二流體分別流過具有交替變換的通道走向并被堆疊為物質(zhì)交換器組的板式單元，第一流體和第二流體的主流動(dòng)方向根據(jù)板式單元的設(shè)置被調(diào)整為交叉流動(dòng)和/或逆流(Gegenstrom,對(duì)流)。在此，流體分別僅通過膜彼此分離。
[0012]相應(yīng)地，發(fā)明人提出一種用于在建筑物中的空氣流之間進(jìn)行物質(zhì)交換的氣-氣物質(zhì)交換器的板式單元，該板式單元至少具有:至少一個(gè)板，該板具有至少一個(gè)通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)構(gòu)成至少一個(gè)用于流體的通道，在此，該至少一個(gè)板由合成材料制成；以及至少一個(gè)選擇性物質(zhì)滲透膜，該膜在至少一個(gè)板上張緊。優(yōu)選板式單元?jiǎng)偤冒ㄒ粋€(gè)板。在一種實(shí)施方式中，板被構(gòu)造為角形的，例如四角形、特別是矩形或正方形的，或是多角形的，例如六角形的。在其他的實(shí)施方式中，板也可以具有其他的形狀。在此，板被構(gòu)造為單部件或多部件的。此外根據(jù)本發(fā)明，板由合成材料制造。這種類型的材料除了重量輕之外其優(yōu)點(diǎn)還在于，能夠以簡(jiǎn)單、公知的方法來制造和加工板，例如熱成型，特別是深沖、吹氣法和/或注塑。此外，合成材料相對(duì)于大多數(shù)侵蝕性介質(zhì)而言是耐腐蝕的，由此可以省去成本高昂的涂層O
[0013]在板中構(gòu)造有至少一個(gè)通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)形成多個(gè)用于第一流體(例如氣體)的通道。優(yōu)選每個(gè)板均正好構(gòu)成一個(gè)通道結(jié)構(gòu)。優(yōu)選通道結(jié)構(gòu)的通道彼此平行地延伸。
[0014]優(yōu)選將通道構(gòu)造為位于板的上側(cè)中的凹槽。相應(yīng)地，通道具有位于低點(diǎn)的低點(diǎn)和位于高點(diǎn)的高點(diǎn)。優(yōu)選板的高點(diǎn)和板的低點(diǎn)分別構(gòu)成低平面或高平面。在多個(gè)通道之間分別設(shè)有中間通道，這些中間通道相對(duì)于多個(gè)通道對(duì)稱地但錯(cuò)開一通道寬度地構(gòu)造在板的下側(cè)上。即，所述多個(gè)通道朝向板的上側(cè)開放，而中間通道朝向板的下側(cè)開放。以下所述適用于通道的內(nèi)容也類似地適用于中間通道。對(duì)于區(qū)別將作詳細(xì)說明。
[0015]在一種實(shí)施方式中，通道具有梯形的橫截面。由此有利的是，一方面能夠提供盡可能大的、通過膜封閉但朝向相鄰的板式單元開放的面，用于進(jìn)行物質(zhì)交換，另一方面能夠確保有用于其他板式單元的、盡可能大的支承面或支撐面。下面對(duì)具有多個(gè)彼此堆疊的板式單元、相疊放置的通道和中間通道的物質(zhì)交換器或物質(zhì)交換器組進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]為了使支撐結(jié)構(gòu)覆蓋盡可能小的膜面積并減小物質(zhì)運(yùn)輸，發(fā)明人雖然使支承面盡可能地小，但卻足以使基于壓力和重力而產(chǎn)生的面壓力保持在一定的范圍內(nèi)。
[0017]為此，發(fā)明者提出了一種梯形通道橫截面，其兼有這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是相對(duì)于市場(chǎng)上所公知的三角形的橫截面而言。具有尖形“高點(diǎn)”和同樣為尖形的低點(diǎn)的三角形通道只能提供較小的、相對(duì)鋒銳的支承面，這種支承面在壓力負(fù)載較大時(shí)可能會(huì)損壞或擠壓靈敏的膜。由此使得交換器不密封并將引發(fā)衛(wèi)生問題。而在交叉通道的情況下，支承面剛好被減小為針尖數(shù)量級(jí)的、單個(gè)的點(diǎn)。
[0018]梯形結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在逆流的形成中。在此，所有的板的通道在較長(zhǎng)的距離上彼此平行地延伸。為了使上板的低點(diǎn)能夠位于下板的高點(diǎn)上，優(yōu)選由該低點(diǎn)和高點(diǎn)提供平整的支承面。在已知的具有尖點(diǎn)形支承邊沿的三角形通道結(jié)構(gòu)中，這些板相互擠壓，并使得上板沉陷于下板中。
[0019]這種擠壓危險(xiǎn)可以另外通過略微鋸齒形的通道走向來避免。兩個(gè)板的上部通道和下部通道將因此而交叉并不再可能出現(xiàn)下沉。但是在三角形的通道橫截面中，會(huì)在此產(chǎn)生點(diǎn)狀的支承面，并且靈敏的膜存在被擠壓的危險(xiǎn)，交換器將由此失去其密封性。在根據(jù)本發(fā)明所選擇的梯形形狀中，支承面較大，并消除了擠壓危險(xiǎn)。
[0020]優(yōu)選使至少一個(gè)板在至少一個(gè)方向上被加固。優(yōu)選在兩個(gè)、進(jìn)一步優(yōu)選在三個(gè)方向上對(duì)板進(jìn)行加固。這種加固可以通過通道結(jié)構(gòu)或相應(yīng)的通道走向或通道形狀來實(shí)現(xiàn)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，至少一個(gè)通道結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為折疊。通過該折疊可以簡(jiǎn)單的方式將多個(gè)通道引入板中，在此，折疊同時(shí)還導(dǎo)致板在沿通道的主流動(dòng)方向上被加固。折疊被設(shè)計(jì)例如角形的、手風(fēng)琴形的、鋸齒形的、梯形的和/或波浪形的。有鑒于合成材料板簡(jiǎn)單的可加工性，通道結(jié)構(gòu)、特別是折疊可以輕易地被沖壓至合成材料板中。在另一種實(shí)施方式中，通道結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為褶皺結(jié)構(gòu)。
[0021]在板中，氣體沿著主流動(dòng)方向流過通道。為了能夠在相鄰的板中的氣流之間實(shí)現(xiàn)盡可能有效的物質(zhì)交換，在流體流中安裝湍流發(fā)生器。在