多开口逆流板式交换器及其制造方法技术

多开口逆流板式交换器通过反复折叠并接合一条膜带以形成由多个膜层组成的芯体而制成，其中多个入口开口和出口开口或流体通路构造为交替的逆流布置。描述了制造该多开口芯体的方法。描述了通过对塑性片状材料进行超声焊接而形成的一体式、模块化、且可堆叠的塑性歧管。包括渗水性膜的多开口芯体能够用在多种应用中，包括热和水蒸汽交换器。具体地，它们能够整合在能量回收通风设备(ERV)中用于在被导引入和导引出建筑、机动车辆或其它工业过程的气流之间交换热和水蒸汽。

Multi-Open Countercurrent Plate Exchanger and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
多开口逆流板式交换器及其制造方法本申请是申请日为2013年3月21日、申请号为201310091256.3、专利技术名称为“多开口逆流板式交换器及其制造方法”的分案申请。
本专利技术涉及多开口(opening)、连续折叠单个膜板式交换器和其中的连续折叠的单个间隔件。更具体地，本专利技术涉及其中膜和膜间隔件被以具体方式折叠、成层和密封的交换器。本专利技术包括用于制造这种多开口逆流膜板式交换器的方法。另外，本专利技术涉及以具体方式形成的一体的、模块化的且可堆叠的歧管。该交换器应用在热和水蒸汽交换器及其它应用中。
技术介绍
热和水蒸汽交换器(有时也称为加湿器、全热交换器或者能量回收轮)已经被开发用于多种应用，包括建筑通风(HVAC)、医疗和呼吸应用、气体干燥或分离、机动车辆通风、飞机通风，并且用于发电用燃料电池反应物的加湿。当构造意图在两个气流之间交换热和/或水蒸汽的多种装置时，期望具有薄且廉价的材料，该材料从一个气流移除水分并将该水分传送到另一气流。在一些装置中，还希望穿过材料厚度来传送热以及水分，使得热和水蒸汽从一个气流传送到另一气流，而不允许空气以及空气中的杂质迁移。平板式热和水蒸汽交换器使用这样的膜板：该膜板用由分隔件材料(所述分隔件材料被整合在膜中，或者可选择地保持独立)和/或框架支撑的平面渗水性膜(例如，天然纤维素，磺化聚合物或者其它合成或天然膜)的不连续片构造成。膜板典型地被堆叠、密封，并且被构造成容纳以交叉流(cross-flow)或逆流(counter-flow)结构在交替的板对之间流动的液流，使得热和水蒸汽经由膜被传送，同时限制液流的跨接或交叉污染。构造热交换器的一个众所周知的设计采用由开口蜂窝状结构制成的旋转轮。蜂窝的开口通路被定向为平行于轮的轴并且该轮在其轴上连续地转动。当该构思被应用于建筑通风用的热交换时，外界空气被导引为通过轮的一个部分同时内部空气被导引为在相反方向上经过该轮的另一部分。能量回收轮通常展现高的热和水分传送效率，但也具有不合需要的特性，包括：快速旋转惯性(1-3秒/转)，高的交叉污染率，高的污染物和气味携带污染，比理想情况高的室外空气校正因数，需要电能供应为齿轮驱动马达供给，并且需要频繁维护传送带和带轮。能量回收轮转换效率与装置的转速相关；更快地旋转轮通常增大能量传送率。但是，以该方式获得的任何效率被这里提及的不合需要的特性的消极效应所抵消。由此，需要这样的装置：该装置展现至少与能量回收轮一样大的能量传送效率，同时将这些不希望的特性，特别是交叉污染降至最小。能量回收轮以相对小的体积占地(footprint)处理大体积的空气流。相反，典型的交叉流或逆流板式交换器设计的尺寸随着所处理的空气流体积的增加而呈指数方式增大。随着板式交换器的尺寸增大，交换器两端的压降也增大。大型板式交换器上的板间距通常被增大以调节压降。板间距的增加通常使得交换器的总体积相对其设计空气流增大。进一步的缺点在于：现有板式交换器配合到设计为容纳能量回收轮的较薄深度轮廓的现有的空气处理单元的不兼容性，这阻碍了由典型的板式交换器对轮的更新替换。能量回收轮通常被定制用于不同的最终用途应用。定制化的需求增大了交换器的最终用途成本、生产期间的材料浪费、设计时间、故障测试成本和许多性能验证认证。能量回收轮要求各种结构的支撑大小、长度和数量，并且通常有竞争力的设计折衷方案包括若干部分、轮深度、马达大小、带长度和轮速度。在一些HVAC系统中，由于马达、带和密封的故障的固有风险，可能阻止能量回收轮的使用。同样，板式能量交换器通常被定制用作不同的最终用途应用。芯体的数目和尺寸由最终用途应用规定。板式交换器的生产要求使用定制机械、定制的模具和各种原材料尺寸。板式能量交换器设计利用大量的需要被密封的接头和边缘；因此，这种装置的生产可以是劳动密集型的以及昂贵的。板式能量交换器的耐用度可以是受限的，这是由于可能的膜从框架脱层或者密封故障，这导致泄露、性能差和交叉污染(流之间的泄漏)。在一些热和水蒸汽交换器设计中，许多单独的膜板被单个膜芯体替代，所述单个膜芯体通过以六角手风琴(concertina)、之字形或手风琴的样式折叠连续的膜带而制成，带有一系列平行交替的折叠。类似地，对于热交换器，连续的材料带能够利用折叠线构型并且沿着该线折叠以形成适于热交换的构造。通过以这种方式折叠膜，能够明显地减少必须结合的边缘的数目。例如，替代于每层必须结合两个边缘，可能每层仅需要结合一个边缘，因为另一边缘是被折叠边缘。但是，利用六角手风琴型打褶(pleated)的膜芯体能够实现的流动构造是受限的，并且通常仍需要大致的边缘密封，诸如以树脂材料灌封(potting)边缘。另一缺点在于，由到打褶芯体的较小的入口和出口面积大小引起更高的压降。现有的交叉流芯体具有近似80％的理论效率极限，而逆流芯体的效率在理论上能够达到100％。一些当前的逆流板式布置已经实现的传热效率等于或者大于能量回收轮的传热效率，但引起了与回收轮相比更大的体积、更高的压降和更高的成本的代价。在现有技术中已经提出了广泛范围的形状，包括长的矩形、六角形轮廓和背对背交叉流设计。现有的逆流板设计利用了比其相关的交叉流板式交换器对等方案(counterpart)更大量的材料。另外，当前的逆流板设计通常仅传送热能。生产逆流热和水分板式交换器是高成本的，原因在于板分离工艺、板密封和材料低效使用的固有困难性。在能量回收轮以近似相等的效率来传送热和水分时，现有的膜式板交换器具有与热能传送相比大体上下降的水分传送率。已采用的提高蒸汽传送的尝试具有非常昂贵和专业化的高分子膜，从中无法看到广阔的实际用途。这部分是由于分隔件材料和膜接缝结合部对于水蒸汽是不可透过的，从而明显减少了用于水分转移的有效表面面积。另外，专业化的高分子膜大致仅在一个方向上传送水蒸汽，该方向垂直于平面表面。由此，阻碍膜一侧处的有效表面积的间隔工艺固有地限制在膜相反侧上的蒸汽传输。当现有板式交换器适用于大型流动应用时，通常采用定制的金属歧管系统。该定制的、一体化系统的成本近乎加倍了全部装配的成本；进一步使其无法在经济方面与能量回收轮竞争。一般地，自由竖立的歧管系统被现场组装，这需要大量的额外工作。标准的板式交换器通常滑入预定凹槽，而形成多个交换器。难以确保歧管系统和板式交换器之间的多处密封被适当密封，因为该工作是在现场进行，没有适当的测试仪器。在通常的歧管布置中采用的交叉流交换器被定向为45°角，进一步增大了单元的总深度，使得它们与设计用于能量回收轮的空气处理单元不兼容。
技术实现思路
因此，归类为本专利技术的目标的是提供一种改进的逆流交换器，该交换器的膜是由一个连续片材(sheet)(或卷)折叠而成。本专利技术的另一目标在于提供一种改进的逆流交换器，该交换器的分隔件(separator)材料是由一个连续的波纹网片材(或卷)折叠而成。本专利技术的另一目标在于提供一种改进的构造逆流交换器的方法，该交换器的膜和分隔件材料由连续片材形成。本专利技术的另一目标在于使用振动焊接并且优选地使用超声波焊接来提供改进的膜之间的结合。本专利技术的另一目标在于提供一种改进的对所有类型的腐蚀具有抗性的逆流交换器。本专利技术的另一目标在于提供一种改进的分隔件材料，该分隔件材料允许空气流无阻碍地双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造包括多个膜层的多开口、逆流板式交换器的方法，所述方法包括下列步骤：(a)通过将第一片状部定位为第一膜层而由具有第一边缘和第二边缘的单条连续膜带形成板式交换器；(b)对所述膜带进行180°转向第一折叠以形成覆盖所述第一片状部的第二片状部，所述第二片状部包括第二膜层；(c)通过从所述第一折叠处开始将所述第一和第二片状部的第一边缘间断地接合然后终止以形成多个第一歧管部中的第一歧管部，从而形成多个第一膜密封，并且通过在距先前的所述第一歧管部一段距离处开始将所述第一边缘的未密封部接合然后终止以沿着所述第一边缘形成另外的第一歧管部，从而形成多个另外的第一膜密封，所述第一歧管部由所述第一膜密封限定；(d)通过在距所述第一折叠处一段距离处开始将所述第一和第二片状部的第二边缘间断地接合然后终止以形成多个第二歧管部中的起始第二歧管部，从而形成多个第二膜密封，并且通过在距先前的所述第二歧管部一段距离处开始将未密封第二边缘接合然后终止以沿着所述第二边缘形成另外的第二歧管部，从而形成另外的第二膜密封，所述第二歧管部由所述第二膜密封限定；(e)在所述连续膜带中进行180°转向的第二折叠以形成覆盖所述第二片状部的第三片状部，所述第三片状部包括第三膜层；(f)通过将所述第二片状部的未密封的第一边缘接合到相邻的所述第三片状部的第一边缘以形成沿着所述第一边缘的多个第三歧管部，从而形成多个第三膜密封，所述第三歧管部由所述第三膜密封限定；(g)通过将所述第二片状部的未密封的第二边缘接合到相邻的所述第三片状部的第二边缘以沿着所述第二边缘形成多个第四歧管部，从而形成多个第四膜密封，所述第四歧管部由所述第四膜密封限定；(h)重复步骤(e)、(f)、(g)，由此形成具有位于所述膜层之间堆叠阵列通路的连续打褶的膜交换器。...

【技术特征摘要】
2012.03.21 US 13/426,5651.一种用于制造包括多个膜层的多开口、逆流板式交换器的方法，所述方法包括下列步骤：(a)通过将第一片状部定位为第一膜层而由具有第一边缘和第二边缘的单条连续膜带形成板式交换器；(b)对所述膜带进行180°转向第一折叠以形成覆盖所述第一片状部的第二片状部，所述第二片状部包括第二膜层；(c)通过从所述第一折叠处开始将所述第一和第二片状部的第一边缘间断地接合然后终止以形成多个第一歧管部中的第一歧管部，从而形成多个第一膜密封，并且通过在距先前的所述第一歧管部一段距离处开始将所述第一边缘的未密封部接合然后终止以沿着所述第一边缘形成另外的第一歧管部，从而形成多个另外的第一膜密封，所述第一歧管部由所述第一膜密封限定；(d)通过在距所述第一折叠处一段距离处开始将所述第一和第二片状部的第二边缘间断地接合然后终止以形成多个第二歧管部中的起始第二歧管部，从而形成多个第二膜密封，并且通过在距先前的所述第二歧管部一段距离处开始将未密封第二边缘接合然后终止以沿着所述第二边缘形成另外的第二歧管部，从而形成另外的第二膜密封，所述第二歧管部由所述第二膜密封限定；(e)在所述连续膜带中进行180°转向的第二折叠以形成覆盖所述第二片状部的第三片状部，所述第三片状部包括第三膜层；(f)通过将所述第二片状部的未密封的第一边缘接合到相邻的所述第三片状部的第一边缘以形成沿着所述第一边缘的多个第三歧管部，从而形成多个第三膜密封，所述第三歧管部由所述第三膜密封限定；(g)通过将所述第二片状部的未密封的第二边缘接合到相邻的所述第三片状部的第二边缘以沿着所述第二边缘形成多个第四歧管部，从而形成多个第四膜密封，所述第四歧管部由所述第四膜密封限定；(h)重复步骤(e)、(f)、(g)，由此形成具有位于所述膜层之间堆叠阵列通路的连续打褶的膜交换器。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述第二歧管部的步骤将所述第二歧管部定位成偏离所述第一歧管部并且所述形成所述第四歧管部的步骤将所述第四歧管部定位成偏离所述第三歧管部，所述第一和第二歧管部容纳第一流体流并且所述第三和第四歧管部容纳第二流体流，由此所述第一和第二流体流交错。3.根据权利要求2所述的方法，其中执行所述第一、第二、第三和第四形成步骤导致全部所述第一歧管部流体连接到全部所述第二歧管部并且全部所述第三歧管部流体连接到全部所述第四歧管部。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括步骤：用流体连接全部所述第一歧管部、所述第二歧管部、所述第三歧管部和所述第四歧管部的壳体围绕所述连续打褶的膜交换器。5.根据权利要求1所述的方法，其中接合所述单条连续膜带的相邻边缘部包括超声焊接所述边缘部的步骤。6.根据权利要求1所述的方法，其中接合所述单条连续膜带的相邻边缘部通过沿着接缝应用粘合带的方法来执行。7.根据权利要求1所述的方法，其中接合所述单条连续膜带的相邻边缘部包括粘性结合所述边缘部的步骤。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括将分隔件插入在所述多个膜层中的至少一些膜层之间。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述插入步骤在所述折叠过程期间执行。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述插入步骤分别在步骤(a)和(e)之后以及步骤(b)和(f)之前执行。11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：在每个膜带的至少一个表面上形成表面特征。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成步骤通过选自从由下列操作构成的组中的的操作来执行：在所述膜中一体地形成所述表面特征，在膜形成后模制所述膜，在膜形成后将所述表面特征压印在所述膜上，将表面特征层压到所述膜带上，和将材料沉积到所述膜的至少一个表面上。13.一种用于在第一流体流和第二流体流之间传送热能和水分的用在多开口逆流板式交换器的芯体，所述芯体包括：a)传送热能和水分的膜的连续片材，所述连续片材具有第一和第二纵向延伸边缘，通过使所述连续片材在交替地相反方向上交替地折叠在自身上而限定的多个分隔开的平行片状部限定了上组折叠区域和下组折叠区域，其中每个折叠区域在所述交换器的第一和第二面之间、横向于所述纵向延伸边缘延伸，其中每个所述片状部具有分别位于所述第一和第二表面的区域中的第一和第二末端边缘部，所述上组折叠区域定位为与交换器顶壁相接，并且所述下组折叠区域定位为与交换器底壁相接；b)边缘密封装置，所述边...

【专利技术属性】
技术研发人员：达斯汀·马修·埃普利，
申请(专利权)人：能量墙有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US