具有微孔隔膜的能量交换组件的制作方法
【专利说明】具有微孔隔膜的能量交换组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及且要求申请号为N0.14/192,019的美国专利申请的优先权，该优先权申请为2014年2月27日提交的标题为“具有微孔隔膜的能量交换组件”的申请，而申请号为N0.14/192，019的美国专利申请涉及且要求申请号为N0.61/784，638的美国专利临时专利申请的优先权，该优先权申请为2013年3月14日提交的标题为“具有微孔隔膜的空气对空气能量回收芯”，在此，通过引用整体明确地将其并入。
【背景技术】
[0003]本申请所公开的实施方式通常涉及包括有微孔隔膜的能量交换组件，例如，能量回收芯(energy recovery core)。
[0004]能量交换组件用于在流体之间传递能量，例如可感测的能量和/或潜在的能量。例如，空气对空气能量回收芯(air-to-air energy recovery core)用于供暖、通风和空气调节(HVAC)应用，以在两股气流之间传递热量(可感测的能量)和湿度(潜在的能量)。典型的能量回收芯被配置为通过利用被排出到建筑物的空气对室外空气预处理到所需条件。例如，外部空气或供应空气被引导通过能量回收芯接近排放空气。供应空气流和排放空气流之间的能量于其间被传递。在冬天，例如，冷的且干燥的外部空气通过具有温暖的且湿润的空气的能量传递被加热和加湿。像这样，外部的空气的可感测的能量和潜在的能量增加，同时排放空气的可感测的能量和潜在的能量减少。能量回收芯通常会在供应空气进入建筑物之前减少供应空气的后期调节，从而降低系统所使用整体能量。
[0005]空气对空气能量回收芯可包括隔膜(membrane)，热量和湿度能够通过该隔膜在空气流之间被传递。隔膜可利用间隔件(spacer)与相邻的隔膜分离。在能量回收芯中，被传递的热量的量通常由两股气流之间的温差和对流热传递系数以及隔膜的材料性能决定。在能量回收芯中的传递的湿度的量通常受两股空气流的湿度差和对流传质系数的约束，但也取决于隔膜的材料性能。
[0006]一种应用在能量回收芯中的已知类型的隔膜是无孔吸湿隔膜。这种隔膜具有吸湿涂层，该吸湿涂层与树脂基材材料或者类似纸的基材材料结合。该吸湿涂层用于促使湿度通过隔膜传递，同时基材用作额外的支撑层。吸湿涂层可以配置为允许在标准操作压差下极少量空气通过隔膜传递。然而，隔膜传递湿度的能力的通常取决于空气的相对湿度。在非常潮湿的环境中，吸湿隔膜具有低蒸汽扩散阻力。同样地，包括这种隔膜的能量回收芯在供暖调节和制冷调节之间一般具有很大的潜在效能的变化。
[0007]另一种应用在能量回收芯中的已知类型的隔膜是一种复合聚合物隔膜(composite polymer membrane)。该复合聚合物隔膜具有蒸汽聚合物薄隔膜，该蒸汽聚合物薄隔膜包覆在多孔聚合物基材上。该聚合物薄隔膜被用来在标准操作压差下来促使湿度传递通过隔膜和阻止气流通过隔膜。多孔聚合物基材可用于增强隔膜，同时允许水汽穿过其中传递。但是加入和结合多重聚合物层在一起会增加传递湿度通过隔膜的阻力(即，蒸汽扩散阻力)ο根据在复合隔膜中使用的聚合物隔膜，蒸汽扩散阻力可能高度依赖于空气流的相对湿度。
【发明内容】
[0008]本文公开的一些实施方式提供了一种能量交换组件，其可以包括一个或多个隔膜面板。该一个或多个隔膜面板可包括微孔(microporous)隔膜，该微孔隔膜的孔尺寸在0.02微米(μ m)和0.3微米(μ m)之间，且孔隙率(porosity)在45%和80%之间。
[0009]可选择地，能量交换组件可进一步包括多个间隔件，该多个间隔件限定空气通道。该空气通道可被配置为接收空气流从中穿过。一个或多个隔膜面板的每一个可被布置在两个间隔件之间。该一个或多个隔膜面板(panel)可被配置为允许可感测的能量(sensibleenergy)和潜在的能量(latent energy)穿过空气通道之间的一个或多个隔膜面板传递。可选择地，该微孔隔膜的孔尺寸可在0.04微米(μ m)和0.2微米(μ m)之间。该微孔隔膜的孔隙率可在50%和75%之间。该微孔隔膜可具有小于40秒/米(sec/m)的蒸汽扩散阻力，以及小于0.06ft3/min/ft2的透气率。
[0010]本文所公开的一些实施方式提供了一种能量交换系统，该能量交换系统可包括配置为引导供应空气到封闭结构的供应空气流路径、配置为引导来自封闭结构的再生空气(regenerat1n air)到外部环境的再生空气流路径和布置在供应空气流路径和再生空气流路径内的能量交换组件。该能量交换组件可包括多个间隔件和多个隔膜面板。每个隔膜面板可包括微孔隔膜，该微孔隔膜的孔尺寸在0.02微米(μπι)和0.3微米(μπι)之间，且孔隙率在45%和80%之间。每个间隔件可被放置在两个隔膜面板之间，以限定两个隔膜面板之间通过间隔件的空气通道。该空气通道可被配置为接收空气流从中穿过。该隔膜面板可配置为允许可感测的能量和潜在的能量穿过空气通道之间的隔膜面板传递。
【附图说明】
[0011]图1示出了根据本文所公开的一种实施方式的能量交换组件的透视俯视图。
[0012]图2示出了根据本文所公开的一种实施方式的图1所示的能量交换组件的两个相邻的层的透视分解俯视图。
[0013]图3示出了根据本文所公开的一种实施方式的图1所示的能量交换组件的两个相邻的层的端视图。
[0014]图4示出了根据本文所公开的一种实施方式的图1所示的能量交换组件的放大的微孔隔膜。
[0015]图5示出了三个隔膜之间的蒸汽扩散阻力相对于平均相对湿度的比较的曲线图。
[0016]图6示出了根据本文公开的一种实施方式的能量交换系统可操作地连接到封闭结构的简化示意图。
[0017]在实施方式被详细说明之前，应当理解的是，这些公开的实施方式并不局限于其在下面的描述所阐述的或附图中所示出的应用到的构造的细节和部件的布置。本文所公开的内容能够是其他实施方式，并且以多种方式实践或实施。另外，应当理解的是，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制。使用“包括”和“包含”及其变型是指包括其后列出的项目及其等同物以及附加的项目及其等同物。
【具体实施方式】
[0018]前文的概述和接下来对一些实施方式的详细说明在结合附图来阅读时将更好地被理解。在本文所用，部件或步骤以单数列举，并且前面有“一个”或“一”应该被理解为不排除所述部件或步骤为复数，排除除非这样明确地规定的情况。此外，提到“一种实施方式”不是意图解释为排除体现了列举的特征的额外的实施方式。而且，除非明确说明与此相反，实施方式“包括”或“具有” 一个或多个具有特定性质的部件可包括不具有该性质的附加的这种部件。
[0019]图1示出了根据本文所公开的一种实施方式的能量交换组件10的透视俯视图。该能量交换组件10可以是能量回收芯、板式热交换器或诸如此类的配置为在液体流(例如，第一空气流12和第二空气流14)之间传递能量。同样地，该能量交换组件10可以是空气对空气能量回收芯组件。
[0020]能量交换组件10可包括多个微孔隔膜16，该多个微孔隔膜16被间隔件18分隔。隔膜16可以由被配置为允许可感测的和潜在的能量于其间传递的微孔材料形成。隔膜16可以被设计成具有可实现所希望的透气性和透湿性的平衡的孔径和孔隙率。例如，该微孔隔膜16的特性可以被设计成增加蒸汽穿过隔膜16的传递，同时减少空气穿过隔膜16的传递。通过堆叠隔膜16和间隔件18，形成允许第一空气流12和第二空气流14通过能量交换组件10的通道19。
[0021]能量交换组件10可被定向，以使第一空气流12可以是要被调节的外部空气，而第二空气流14可以是排气、回气或者用于在外部空气被供应到下游HVAC设备和/或封闭空间之前调节外部空气的清除空气作为供应空气。热能和湿度可以在第一空气流12和第二空气流14之间通过能量交换组件10中的隔膜16被传递。
[0022]该微孔隔膜16和间隔件18可以在外部直立支架20、底座22和顶壁24之间被固定。如图所示，支架20通常可位于能量交换组件10的拐角处。底座22、顶壁24和支架20提供主壳体，该主壳体限定内腔，隔膜16和间隔件18被固定在该内腔