用于热交换器的腹板、腹板矩阵和转子的制作方法

1.本公开涉及一种用于向流体和/或从流体传递热能和/或湿气(moisture，水分)的腹板，该腹板包括多个流体流通道。


背景技术：

2.热交换器被用于在各种应用诸如通风、干燥、电子设备的热管理等之中将能量从流出气体流回收到流入气体流。热交换器包括被配置为用于流体流的多个通道，这些通道可以被布置为矩阵。通常，进口流体沿一个方向在一组通道中流动，而出口流体沿相反的方向在不同的一组通道中流动，如板式热交换器的情况，其中热交换器矩阵包括彼此完全分隔的进口流体流和出口流体流。
3.板式热交换器的流体流分隔防止污染，即出口流体流和进口流体流之间的气味或颗粒的传递。对于板式热交换器性能的一个重要参数是相邻板之间的间距。较窄的通道，即相邻板之间较小的高度或距离，引起较高的压力下降以及较高的效率，即传递更多的热。如果需要较低的压力下降，优选较大的通道高度，但代价是效率较低。板式热交换器具有的温度效率约为65-80％，且可允许的压力下降通常在20至100kpa之间的范围内。
4.相应的旋转式热交换器的矩阵反而使用相同的通道来容纳进口流体流和出口流体流两者。当转子旋转时，热在旋转循环的一半中从出口流体中被捕获，并在旋转循环的另一半中被释放到进口流体中。这允许来自出口流体的废弃能量能被传递到矩阵，然后从矩阵传递到进口流体。这使进口流体的温度增加了与流体之间的温差成比例的量，且其取决于热交换器的效率。因为出口流体流和进口流体流交替地通过相同的转子通道，转子在很大程度上还是自清洁和防冻的。
5.转子回收热能和湿气即潜能的能力使旋转式热交换器非常高效。旋转式热交换器具有的温度效率通常为70-90％，其中压力下降在50至300pa之间。转子也可以用作干燥轮，其设置有涂层用于将湿气从一个流体传递到另一流体。
6.旋转式热交换器的矩阵的通道传统地具有基本三角形或正弦形状，使可以与流体接触的矩阵表面区域尽可能多，从而提高热传递效率。然而，如果流体的正常层流被中断，例如通过散热器，和在流体内产生一些湍流，则可以使热交换更加高效。这是由于层流形成了相邻于通道壁的限制热传递的边界层，以及任何附加的湍流生成边界层和大量流体的显著混合，从而允许高效的热交换。


技术实现要素：

7.发明目的是为热交换器提供改进的腹板和矩阵。上述与其他目的是通过独立权利要求的特征实现的。根据从属权利要求、说明书和附图，另外的实施形式是明显的。
8.根据第一方面，提供了一种用于旋转式热交换器的腹板，该腹板被配置为用于向流体或从流体传递热能和/或湿气，腹板包括多个第一异形部段和多个第二异形部段，第一异形部段和第二异形部段被配置为相对于腹板的主平面沿相反的方向突出，每个突出部包
括流体通路，第一异形部段和第二异形部段形成多个流体流通道，每个流体流通道具有主流体流轴线并且被配置为允许流体至少部分地沿主流体流轴线流动，每个流体流通道通过沿着主流体流轴线交替至少一个第一异形部段和至少一个第二异形部段以及通过将交替布置的第一异形部段和第二异形部段的流体通路对准而形成，每个流体流通道包括至少一个横向开口，其允许流体流动以至少部分地在相邻的流体流通道之间行进。
9.与上述类似的腹板包括尽可能少的部分，以免除对于分隔的间隔部件诸如垫片的需要。这不仅降低了材料成本，还便于组装并允许更紧凑的热交换器，当将腹板卷绕成螺旋状或将若干个腹板彼此堆叠时，形成包括多层腹板并因此包括流体流通道的热交换器。
10.此外，这种特定的腹板提供了尽可能大的表面区域，即能量传递区域，同时还允许通过每个流体流通道的流体的层流被通道壁中的横向开口和在流体中产生的一些湍流中断。当缓慢移动的边界层被破坏时，这显著提高了腹板的能量传递速率以及湿气传递速率。
11.在第一方面的可能的实施形式中，第一异形部段在与主平面垂直的第一方向上突出，第二异形部段在与第一方向相反的第二方向上突出，使得异形部段共同形成两个间隔件和流体流通道。
12.在第一方面的另一可能的实施形式中，主流体流轴线彼此平行地且与主平面平行地延伸。这有助于在包括腹板的热交换器中仅具有一个公共进口侧和一个公共出口侧。
13.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段的流体出口端被布置为与相邻的第二异形部段的流体进口端相邻，和/或其中，第一异形部段的流体进口端被布置为与相邻的第二异形部段的流体出口端相邻，第一异形部段的流体通路沿着主流体流轴线从流体进口端延伸到流体出口端，以及第二异形部段的流体通路沿主流体流轴线从流体进口端延伸到流体出口端。
14.在第一方面的另一可能的实施形式中，流体流在其离开流体流通道的第一异形部段的流体出口端时可以偏离主流体流轴线，并行进到第二异形部段的流体通路中，和/或流体流在其离开流体流通道的第二异形部段的流体出口端时可以偏离主流体流轴线，并行进到相邻流体流通道的第一异形部段的流体通路中。这样，通道壁中的开口，即影响流体层流的中断，形成在第一异形部段和第二异形部段之间的每个过渡处，以允许较高效的热交换。
15.在第一方面的另一可能的实施形式中，每个流体流通道的第一异形部段和第二异形部段具有相同的形状，第一异形部段的对称轴线同轴于第二异形部段的对称轴线延伸，并且平行于流体流通道的主流体流轴线延伸。这简化了腹板的制造，因为只有一种形状，尽管是倒置的，但其必须实现。
16.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段和第二异形部段具有不同的截面形状，如在垂直于主流体流轴线和主平面的平面中所见，以增加腹板的灵活性。例如，可以选择每个异形部段的高度以在矩阵的相邻腹板之间提供更大或更小的间距，从而建立期望的矩阵的表面区域密度。该实施形式允许通过使用具有不同表面区域密度的两个不同的异形部段来定制热交换矩阵。此外，对于矩阵，异形部段的高度决定了相邻腹板之间的分隔程度，且因此决定了流体流通道的直径、表面区域密度、以及随之而来的气体流与压力下降相对的关系。
17.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段和第二异形部段各自包括顶点和基部，第一异形部段的顶点和第二异形部段的基部被布置在主平面的一侧，以及第一
异形部段的基部和第二异形部段的顶点被布置在主平面的相反一侧。可以选择顶点和基部之间的距离，即异形部段的高度，以在相邻腹板之间提供更大或更小的间距，从而提供期望的表面区域密度。
18.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段的顶点和第二异形部段的基部被布置在第一公共平面内，以及第一异形部段的基部和第二异形部段的顶点被布置在第二公共平面内。这允许对称腹板易于制造和组装成矩阵。
19.在第一方面的另外的可能的实施形式中，第一异形部段和第二异形部段包括腹板材料条带。通过将腹板材料分成多个条带，有助于简化制造腹板的简单方法，该腹板具有对准的流体流通道和在相邻流体流通道之间的横向开口。
20.在第一方面的另一可能的实施形式中，形状实质上对应于正弦波的一个周期。
21.在第一方面的另一可能的实施形式中，顶点对应于正弦波的波峰，基部对应于正弦波的两个波谷。
22.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段和第二异形部段各自包括至少一个阶梯部分，第一异形部段的阶梯部分相邻于相邻的第二异形部段的阶梯部分延伸。阶梯部分为腹板提供稳定性以及增加每个流体流通道的表面区域。
23.在第一方面的另一可能的实施形式中，第一异形部段的阶梯部分共面于第二异形部段的阶梯部分延伸。阶梯部分在每个流体流通道内提供更大的连贯表面子区域。
24.在第一方面的另一可能的实施形式中，阶梯部分被等距地布置在顶点和基部之间，以利于腹板对称。
25.在第一方面的另外的可能的实施形式中，腹板包括腹板材料诸如聚合物、钢或铝箔，并且可选地包括吸湿或环氧树脂的涂层。这使得腹板薄、重量轻，并且除了传递能量之外还能用于传递湿气。
26.根据第二方面，提供了一种用于向流体和/或从流体传递热能和/或湿气的腹板矩阵，该矩阵包括多个根据上述的腹板，该腹板彼此叠置使得腹板的主流体流轴线平行地延伸。
27.突出部分的提供允许矩阵的腹板被堆叠而不需要分开的间隔部件诸如间隔件，因为每个突出部都提供了流体通道和竖向分隔。
28.在第二方面的可能的实施形式中，腹板矩阵还包括至少一个整体式片材，每个片材都被布置在两个相邻的腹板之间。整体式片材在相邻的腹板之间提供分隔。
29.在第二方面的另一可能的实施形式中，每个片材被配置为支撑第一异形部段的顶点和第二异形部段的基部，或者支撑第二异形部段的顶点和第二异形部段的顶点。
30.在第二方面的另一可能的实施形式中，腹板的第一异形部段和/或第二异形部段的顶点和/或基部被固定地附接到片材。
31.根据第三方面，提供了一种用于热交换器的转子，其包括根据上述的矩阵，转子的旋转轴线平行于矩阵的腹板的主流体流轴线延伸。这样的解决方案不仅有利于转子具有提高的能量传递速率和提高的湿气传递速率，而且能够在转子的制造中显著地节省材料。
32.在第三方面的可能的实施形式中，腹板的每个流体流通道被配置为容纳至少部分地沿着主流体流轴线的双向流体流，当转子部段处于第一角位置时，该流体在转子部段内沿着主流体流轴线在第一方向上流动，当转子部段处于第二角位置时，流体在转子部段内
沿主流体流轴线在相反的第二方向上流动。
33.在第三方面的另一可能的实施形式中，转子被配置为用于空气到空气的热传递。
34.在第三方面的另一可能的实施形式中，转子被配置为用于空气到液体。
35.根据第四方面，提供了一种包括根据上述的转子的旋转式热交换器。该解决方案不仅有利于热交换器具有提高的能量传递率以及提高的湿气传递率，而且还能够在热交换器的制造中显著地节省材料。
36.在第四方面的可能的实施形式中，旋转式热交换器被配置为用于通风系统中。
37.根据下面将描述的实施方式，该方面和其他方面将会是明显的。
附图说明
38.在本公开的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例实施方式，更详细地解释各方面、实施方式和实施，其中：
39.图1示出了根据本发明的一个实施方式的腹板的立体图；
40.图2示出了图1中所示实施方式的截面侧视图；
41.图3示出了根据本发明的一个实施方式的腹板的部分立体图。
42.图4a至图4c示出了根据本发明的一个实施方式的腹板的截面侧视图。
43.图5示出了图4c中所示实施方式的异形部段的截面侧视图。
44.图6示出了根据本发明的一个实施方式的包括转子和矩阵的热交换器的部分立体图。
具体实施方式
45.图6示出了包括转子12的旋转式热交换器13，该旋转式热交换器13可以被配置为用于例如不需要分隔进口流体流和出口流体流的通风系统中。转子12可以被配置为用于空气到空气的热传递、空气到液体的热传递或液体到液体的热传递。此外，转子12可以被配置为用于湿气传递。转子12可以具有70-90％的温度效率，其中压力下降在50至300pa之间。
46.转子12包括腹板矩阵10，该腹板矩阵包括多个腹板1或箔，以下将进一步更详细地描述。如图6中所示，转子12的旋转轴线a4平行于腹板矩阵10的腹板1的主流体流轴线a1延伸。腹板矩阵10可以是一个整体式的或分段的，分段式转子被分成扇形，即饼形件，它们在安装转子时被组装。
47.腹板1包括多个流体流通道5，流体流通道被配置为容纳至少部分地沿着主流体流轴线a1的双向流体流，这减少了层流的积聚。双向是指当转子部段片刻地处于第一角位置r1时，流体沿着流体流通道5的主流体流轴线a1在第一方向d3上流动，该流体流通道被布置在特定的转子部段内。相应地，当相同的转子部段片刻地处于第二角位置r2时，流体沿相同的主流体流轴线a1在相反的第二方向d4上流动。第一角位置r1可以例如是转子12绕旋转轴线a4旋转一圈的上部180
°
的任何位置，并且第二角位置r2可以是旋转的下部180
°
的任何位置。
48.图1和图2示出了上述腹板1的实施方式，腹板1被配置为用于向穿过其中的流体和/或从穿过其中的流体传递热能和/或湿气。流体可以是空气、水或任何合适的气体。
49.腹板1包括多个第一异形部段2和多个第二异形部段3。第一异形部段2和第二异形
部段3被配置为使得它们相对于腹板1的主平面p1沿相反的方向突出。每个突出部形成流体通路4，换言之，第一异形部段2和第二异形部段3成形为使得它们沿相反的方向延伸，且流体通路4由该突出部形成并在该突出部内形成。此外，因为多个第一异形部段2和多个第二异形部段3相对于主平面p1沿相反的方向突出，所以它们在相邻的即堆叠的腹板1之间形成距离。
50.第一异形部段2和第二异形部段3共同形成多个流体流通道5。每个流体流通道5具有主流体流轴线a1并且被配置为允许流体至少部分地沿着主流体流轴线a1在第一方向d3和第二方向d4上流动。一个腹板1内的多个流体流通道5被布置为使得它们基本上平行地延伸，即流体流通道5的主流体流轴线a1在主平面p1内彼此平行。主平面p1可以是弯曲的，例如当在旋转式热交换器13的矩阵中使用腹板1时。这种弯曲或拱起要求将腹板矩阵10的多个腹板1进行堆叠或缠绕，使得每层腹板1正确地拱起并且彼此间隔开。
51.每个流体流通道5通过沿着主流体流轴线a1交替至少一个第一异形部段2和至少一个第二异形部段3形成，使得每个第二段是第一异形部段2以及每个第二异形是第二异形部段3。如图2所示，第一异形部段2在与主平面p1垂直的第一方向d1上突出，以及第二异形部段3相应地在与第一方向d1相反的第二方向d2上突出。将交替布置的第一异形部段2和第二异形部段3的流体通路4对准，使得流体流通道5由该多个对准的流体通路4形成。流体通路4以及因此流体流通道5在第一方向d1和第二方向d2上的尺寸通常被称为井高(wellheight，孔高)。不同的井高和转子直径会产生不同的效率、压力下降和空气流速率。
52.通过使第一异形部段2和第二异形部段3交替，第一异形部段2的流体出口端2b可以被布置为与相邻的第二异形部段3的流体进口端3a相邻，和/或第一异形部段2的流体进口端2a可以被布置为与相邻的第二异形部段3的流体出口端3b相邻。第一异形部段2的流体通路4沿主流体流轴线a1从第一异形部段2的流体进口端2a延伸到流体出口端2b。第二异形部段3的流体通路4沿主流体流轴线a1从第二异形部段3的流体进口端3a延伸到流体出口端3b。
53.两个交替的第一异形部段2和第二异形部段3的使用不仅提供了流体流通道，还在直接相邻的腹板1之间间隔出距离，以及有助于腹板的拱起和稳定而高效的腹板矩阵10。异形部段数量的增加会使制造和拱起复杂化。
54.每个流体流通道5包括至少一个横向开口6，其允许流体流动以至少部分地在相邻的流体流通道5之间行进，而不仅是沿着主流体流轴线a1行进。横向开口6可以形成在第一异形部段2和第二异形部段3之间的每个过渡处，如图1和图3示，即横向开口6可以是在相邻异形部段2、3之间形成的空气间隙。
55.流体流在其离开流体流通道5a的第一异形部段2的流体出口端2b时，可以偏离主流体流轴线a1，即行进穿过横向开口6，并且行进到相邻的流体流通道5b的第二异形部段3的流体通路4中。相应地，流体流在其离开流体流通道5a的第二异形部段3的流体出口端3b时，可以偏离主流体流轴线a1，即行进穿过横向开口6，并且行进到相邻的流体流通道5b的第一异形部段2的流体通路4中。
56.每个流体流通道5的第一异形部段2和第二异形部段3可以具有相同的形状，如图2和图4a以及图4c所示。在这种情况下，第一异形部段2的对称轴线a2可以同轴于第二异形部段3的对称轴线a3延伸。对称轴线a2、a3平行于流体流通道5的主流体流轴线a1延伸。然而，
第一异形部段2和第二异形部段3也可以在第一或第二方向d1、d2上(竖向地或径向地)或在主平面p1内的方向上(水平地或周向地)相对于彼此偏移。
57.此外，如在垂直于主流体流轴线a1和主平面p1的平面p2中所见，第一异形部段2和第二异形部段3可以具有不同的截面形状。在这种情况下，对称轴线a2、a3可以同轴或平行地延伸。
58.如图2所示，第一异形部段2和第二异形部段3可以各自包括顶点7和基部8。第一异形部段2的顶点7和第二异形部段3的基部8被布置在主平面p1的一侧，以及第一异形部段2的基部8和第二异形部段3的顶点7被布置在主平面p1的相反一侧。第一异形部段2的顶点7和第二异形部段3的基部8可以被布置在第一公共平面p3中，并且第一异形部段2的基部8和第二异形部段3的顶点7可以被布置在第二公共平面p4中。顶点7和基部8中的一个或若干个也可以被布置为具有一些竖向偏移，使得它们不在公共平面中延伸。
59.第一异形部段2和第二异形部段3的截面形状可以基本上对应于正弦波的周期。顶点7可以对应于正弦波的波峰，以及基部8可以对应于正弦波的两个波谷。第一异形部段2和第二异形部段3的截面形状也可以基本上对应于方波、三角波、锯齿波或任何其他合适的周期波的周期。
60.第一异形部段2和第二异形部段3可以成形为使得它们具有基本相同的顶点7和基部8。这在图4a至图4c中示出，其示出了第一异形部段2和第二异形部段3的不同实施方式。第一异形部段2和第二异形部段3的截面形状可以对应于正弦波的周期，其中，每个异形2、3的每个第二顶点7对应于正弦波的波峰，以及每个第二顶点7对应于正弦波的波谷，如图4a和图4bc所示。
61.如图2和图4a至图4c所示，顶点7和基部8可以成形为使得它们具有与任何相邻的元件诸如以下将更详细描述的片材11或相邻的腹板1接触的尽可能小的表面。
62.第一异形部段2和第二异形部段3也可以具有如图4c和图5中所示的复杂的周期。例如，第一异形部段2和第二异形部段3可以成形为使得它们具有不是纯正弦的波形，而是例如可以包括平坦区域，诸如平坦的顶点7和平坦的基部8。
63.第一异形部段2和第二异形部段3可以各自包括至少一个阶梯部分9。如图2所示，每个第一异形部段2和每个第二异形部段3可以包括两个优选共面的阶梯部分9。如图5所示，每个第一异形部段2和每个第二异形部段3可以包括一个阶梯部分9。第一异形部段2的阶梯部分9可以相邻于相邻的第二异形部段3的阶梯部分9延伸。阶梯部分9可以被布置与主平面p1共面或与其成一角度。第一异形部段2的阶梯部分9可以共面于第二异形部段3的阶梯部分9延伸。此外，阶梯部分9可以被等距地布置在部段的顶点7和基部8之间，即在流体流通道5的竖向中心点处。
64.第一异形部段2和第二异形部段3可以各自包括腹板材料条带。腹板材料可以是整件式的片材，在其中切割出平行的贯穿狭缝，并且条带由位于两个这样的相邻狭缝之间的材料形成。若干个异形部段可以由一个这样的整件式材料形成，如图4a至图5所示。通过允许条带在方向d1或方向d2上突出，形成了异形部段。狭缝优选地彼此平行且垂直于主流体流轴线a1延伸。
65.腹板1可以包括腹板材料诸如聚合物、钢或铝箔，并且可选地，由吸湿或环氧树脂的涂层覆盖。
66.本发明还涉及用于向流体和/或从流体传递热能和/或湿气的腹板矩阵10。腹板矩阵10包括多个腹板1，这些腹板彼此叠置使得腹板1的主要流体流轴线a1平行地延伸。这在图6中进行了示意性说明。多个腹板1可以通过堆叠和弯曲各个腹板或将一个或若干个腹板彼此滚动而彼此叠置，以形成螺旋。腹板被配置为使得腹板的固化是可能的，而不影响第一异形部段2和第二异形部段3的配置，并且因此不影响腹板矩阵10的效率。
67.如图3所示，腹板矩阵10还可以包括至少一个整体式的片材11，每个片材11被布置在两个相邻的腹板1之间，使得它们共同形成供流体通过的流体流通道5。每个片材11可以被配置为支撑第一异形部段2的顶点7和第二异形部段3的基部8，或者可替代地，支撑第二异形部段3的顶点7和第二异形部段3的顶点7。
68.腹板1的第一异形部段2和/或第二异形部段3的顶点7和/或基部8可以例如通过粘合剂诸如胶固定地附接到片材11，或者可以相对于片材11是非固定的。第一异形部段2的顶点7和/或基部8也可以与第二异形部段3的相邻的和对应的顶点7和/或基部8固定或非固定地接触。
69.已经结合本文的各种实施方式描述了各个方面和实施。然而，根据对附图、本公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践要求保护的主题时可以理解并实现对于所公开的实施方式的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
70.权利要求中所使用的附图标记不应被解释为限制范围。除非另有说明，附图旨在与说明书一起被阅读(例如，剖面线、部分的布置、比例、程度等)，并且被认为是本公开的整个书面说明的一部分。在说明书中使用的术语“水平”、“竖向”、“左”、“右”、“上”和“下”，以及它们的形容词和副词派生词(例如，“水平地”、“向右地”、“向上地”等)，仅指当特定附图面向读者时所示结构的方向。类似地，术语“向内地”和“向外地”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的方向，视情况而定。