焓交換器元件及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焓交換器元件。此外，本發(fā)明公開一種用于制作焓交換器元件的方法。最后，本發(fā)明涉及一種包含創(chuàng)造性焓交換器元件的焓交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)使用不同種類的熱交換器用于不同目的。通常，熱交換器用以將熱能從一種流體或介質(zhì)恢復(fù)到另一種流體或介質(zhì)中。這種熱能稱為顯能。一種流體(通常為空氣)的熱能或顯能被恢復(fù)到鄰近(例如，平行、相反或交叉流動)于第一流體(所述流體處于較低溫度)延伸的另一種流體中。通過逆轉(zhuǎn)流體流動，兩者之間的交換將產(chǎn)生較冷流體。用于顯能恢復(fù)的熱交換器通常由金屬或塑料板制成。由于可存在交叉流動、平行流動或相反流動配置，因此存在不同類型。所述板界定它們自身之間的流動通道，使得流體可以在板之間流動。這些裝置例如用于住宅和商業(yè)通風(fēng)(HRV)。
[0003]另一類型的能量交換器涉及所謂的潛能，其為水分。為了交換潛能，已知使用由干燥劑浸漬的纖維素或聚合物制成的涂覆有干燥劑的金屬或塑料襯底或薄膜。在由纖維素或聚合物制成的板之間，界定或創(chuàng)建空氣通路以允許流體沿著板的表面經(jīng)過，從而將水分從一個流體轉(zhuǎn)移到另一流體。由于薄膜通常不具有結(jié)構(gòu)強度，因此已知將薄膜與框架或柵格組合，這從而界定薄膜之間的間距。
[0004]在以上組合的情況下，能量交換器稱為焓交換器。那些焓交換器允許顯能和潛能的交換，從而得到總能量恢復(fù)。
[0005]當(dāng)前可用的薄膜材料是以卷的方式交付。薄膜材料是焓交換器的最關(guān)鍵部分。薄膜必須固定且密封于一種柵格或框架，并且以一種方式布置以允許流體在每一薄膜層之間流動。因此，顯然現(xiàn)有技術(shù)的焓交換器是一種折衷。由于當(dāng)前使用的薄膜的選擇性范圍和特性，它們將通常損失顯能交換來得到潛能交換。
[0006]從相應(yīng)元件建置的這種焓交換器例如見WO02/072242 Al。由纖維制成的相應(yīng)薄膜定位于柵格上。所述柵格被釘住或堆疊，從而更改板的方向以便創(chuàng)建不同的空氣流動方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于所提到的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供焓交換器元件和焓交換器以及用于制作焓交換器元件的方法，其允許創(chuàng)建焓交換器，借此可以改變并控制且尤其改善顯能交換和潛能交換的效率。
[0008]關(guān)于本發(fā)明，通過一種用于制作焓交換器元件的方法來呈現(xiàn)上文提到的目的的解決方案，所述方法包括以下步驟:
[0009]a)根據(jù)預(yù)定穿孔圖案對平坦板元件在板外部尺寸內(nèi)穿孔，或提供具有固有孔隙結(jié)構(gòu)的板元件；
[0010]b)將具有水蒸氣透過特性(水蒸氣傳遞比率，WVTR)的薄聚合物膜施加于所述板元件的至少一個側(cè)面；
[0011]c)將所述板元件成形為展現(xiàn)波紋圖案的所需的形狀，借此使所述聚合物膜成形為與所述板元件的形狀相同的波紋圖案形狀。
[0012]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述板元件是塑料板。
[0013]可以使用針、釘、沖模、激光或類似物中的至少一者對所述板穿孔。
[0014]替代地，可以提供具有固有孔隙結(jié)構(gòu)的板元件，而不是在步驟a)中用這些穿孔工具中的一些對塑料板元件穿孔。此板元件可包括多孔聚合物板，或者由聚合物纖維、無機纖維或金屬纖維制成的機織或非機織織物。優(yōu)選地，所述板元件是復(fù)合物，其一方面包括由聚合物纖維、無機纖維或金屬纖維制成的機織或非機織織物，且另一方面包括多孔聚合材料作為基質(zhì)。應(yīng)理解，具有固有孔隙結(jié)構(gòu)的板元件對于小分子不一定是可選擇性滲透的。
[00?5]優(yōu)選地，所述板元件的邊界區(qū)域從所述板元件的外部尺寸優(yōu)選地在5mm到20mm的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在1mm至Ij20mm的范圍內(nèi)未穿孔。
[0016]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將具有水蒸氣透過特性(水蒸氣傳遞比率，WVTR)的薄聚合物膜施加于板元件的至少一個側(cè)面的步驟b)以及將板元件成形為展現(xiàn)波紋圖案的所需形狀從而將所述聚合物膜成形為與板元件的形狀相同的波紋圖案形狀的步驟c)是同時執(zhí)行的。這允許使用標(biāo)準(zhǔn)熱成形，優(yōu)選地使用真空成形用于使包括塑料支撐件和薄聚合物膜的兩層結(jié)構(gòu)成形。
[0017]所述聚合物膜可在所述板元件的所述成形步驟期間結(jié)合到所述板元件，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合和/或膠合到所述板元件。
[0018]所述聚合物膜可由磺化共聚物制成，優(yōu)選地由嵌段共聚物制成。
[0019]有利地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在所述波紋圖案內(nèi)平行延伸的任何波紋的空間頻率和/或穿孔密度(g卩，每單位面積的穿孔數(shù)目)變化，優(yōu)選地在邊界區(qū)域中變化以改善抗霜性。
[0020]關(guān)于本發(fā)明，上文提到的目的的解決方案通過優(yōu)選地根據(jù)如先前段落中界定的方法制作的焓交換器元件呈現(xiàn)，所述焓交換器元件包含板元件，所述板元件具有展現(xiàn)預(yù)定穿孔和波紋圖案的形狀，其中所述板元件的至少一個側(cè)面被具有水蒸氣透過特性(水蒸氣傳遞比率，WVTR)的薄聚合物膜覆蓋。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的焓交換器元件中，所述薄聚合物膜可結(jié)合到所述板元件，優(yōu)選地?zé)峤Y(jié)合和/或膠合到所述板元件。
[0022]優(yōu)選地，所述板元件的穿孔區(qū)域包含帶波紋或壓紋的表面區(qū)域。
[0023]優(yōu)選地，所述板元件的邊界區(qū)域中的波紋的寬度大于所述板元件的中間區(qū)域中的波紋的寬度，和/或所述板元件的邊界區(qū)域中的穿孔密度(即，每單位面積的穿孔數(shù)目)大于所述板元件的所述中間區(qū)域中的穿孔密度。
[0024]優(yōu)選地，所述板元件具有允許到另一類似板元件的氣密連接的邊界。此邊界優(yōu)選地具有邊界區(qū)域，在所述邊界區(qū)域處所述板元件從所述板元件的外部尺寸優(yōu)選地在5mm到20mm的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在1mm到20mm的范圍內(nèi)未穿孔。
[0025]優(yōu)選地，所述波紋經(jīng)定向以導(dǎo)引流體流動。
[0026]所述穿孔可以是多種形狀的開口且具有等效于范圍從30μπι到1.2mm的孔直徑的表面積，優(yōu)選地提供可用的板交換表面的不少于50%的總開放面積。
[0027]關(guān)于本發(fā)明，上文提到的目的的解決方案通過一種焓交換器來呈現(xiàn)，所述焓交換器具有至少三個板狀焓交換器元件，所述焓交換器元件在平行定向上固定到彼此以形成兩個流體路徑，從而允許流體流過其，其特征在于所述板狀熱交換器元件是如先前段落中界定的元件。
[0028]優(yōu)選地，所述焓交換器元件借助于例如激光焊接或超聲波焊接等焊接或者借助于膠合而固定到彼此。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，提供一種新型混合交換器元件，其一方面具有足夠的結(jié)構(gòu)強度和密度來為任何類型的交叉流動和/或相反流動能量交換器創(chuàng)建空氣流通道從而允許使用對于顯能交換較好的結(jié)構(gòu)上較強的材料，另一方面通過穿孔或開口或孔的大小和數(shù)目可能界定被具有潛能交換特性的薄聚合物膜覆蓋的區(qū)域。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可以根據(jù)環(huán)境的相應(yīng)需要(干燥空氣、濕度、外部溫度和類似物)來界定、控制和調(diào)適一方面顯能交換和另一方面潛能交換的效率。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，所述板元件可由任何塑料材料制成。所述元件可具備波紋。波紋可經(jīng)設(shè)計以優(yōu)化效率壓降比。波紋可經(jīng)選擇以允許當(dāng)類似板堆疊在一起時在類似板之間創(chuàng)建流動通道。通過波紋的界定，一個優(yōu)點將是可用于能量傳遞的表面的增強。這可以盡可能大的積累且甚至可以達(dá)到100%和更大的增加。此外，可用一種方式設(shè)計波紋以允許例如通過選擇經(jīng)定向波紋且交替板的位置來容易地布置相反流動或交叉流動配置。
[0031]板的邊界界定其中類似板可以適當(dāng)方式固定在一起的區(qū)域。這可以是焊接，例如激光焊接、超聲焊接和/或折疊、熱壓接和類似方式。這使封裝的剛性穩(wěn)定，以及允許建置所需的流動通道。邊界區(qū)域可為平坦化、舌/槽系統(tǒng)，其經(jīng)整型或鑲邊以允許板之間的緊密可密封連接。
[0032]有利地可在板成形步驟之前執(zhí)行穿孔，這允許快速且方便的穿孔步驟。以此方式可更容易地對板穿孔，而且在任何所需區(qū)域中穿孔。
[0033]所述薄聚合物膜可由根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聚合物制成，例如產(chǎn)品“Aquiv1n”(Solvay的商標(biāo))或“Nexar”(Kraton的商標(biāo))。
[0034]所述材料可為例如呈共聚物形式的離聚物，其從四氟乙烯C2F4和乙烷磺酰基氟化物、I，I，2，2-四氟-2-[(三氟乙烯基)-氧基]、C2F3-0-(CF2)2-S02F、磺化嵌段共聚物制成。
[0035]所述薄聚合物膜可為包括不同聚合物類型的聚合物層序列的多層膜。優(yōu)選地，每一聚合物層的聚合物類型選自由聚醚酯、聚醚酰胺和聚醚聚氨酯組成的群組。優(yōu)選地，所述薄聚合物多層膜的總厚度在5μηι與200μηι之間，更優(yōu)選地在ΙΟμπι與150μηι之間。優(yōu)選地，所述薄聚合物多層膜內(nèi)的每一個別聚合物層的厚度在2μηι與20μηι之間，更優(yōu)選地在5μηι與20μηι之間。
[0036]然而，可使所述聚合物調(diào)適為所需的特性和特征。
[0037]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，潛能恢復(fù)的量或效率取決于由孔或穿孔提供的表面、其形狀以及其位置。因此可能將熱交換器板調(diào)適于環(huán)境和功能條件。
[0038]通過使用高度導(dǎo)熱材料作為用于焓薄膜的結(jié)構(gòu)元件，確保了高顯熱效率。通過界定穿孔且選擇用于水蒸氣傳遞的聚合物，確保了高潛熱恢復(fù)。優(yōu)選地，提供可用的板交換表面的不少于50%的用于水蒸氣傳遞的總“開放面積”。
[0039]所述聚合物可與添加劑組合以增多和擴大其屬性。所述聚合物可例如有效地抗菌且可滿足防火要求(UL)。可調(diào)整所述聚合物的粘度以實現(xiàn)所述板的最佳可調(diào)交換特征，從而允許盡可能尚的水分交換。
[0040]可在所述板元件的成形步驟之前將聚合物膜施加于板元件的一個側(cè)面，從而完全覆蓋板元件以及孔或穿孔。因此，穿孔在大小上不受限制，且可以任何所需尺寸來選擇。
[0041]在將聚合物膜施加于板元件后，使板元件成形以展現(xiàn)前述特征，例如波紋、側(cè)壁、平坦邊界區(qū)域和類似物。所述聚合物膜成形為與板元