焓交换器元件及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焓交换器元件。此外，本发明公开一种用于制作焓交换器元件的方法。最后，本发明涉及一种包含创造性焓交换器元件的焓交换器。
【背景技术】
[0002]现有技术使用不同种类的热交换器用于不同目的。通常，热交换器用以将热能从一种流体或介质恢复到另一种流体或介质中。这种热能称为显能。一种流体(通常为空气)的热能或显能被恢复到邻近(例如，平行、相反或交叉流动)于第一流体(所述流体处于较低温度)延伸的另一种流体中。通过逆转流体流动，两者之间的交换将产生较冷流体。用于显能恢复的热交换器通常由金属或塑料板制成。由于可存在交叉流动、平行流动或相反流动配置，因此存在不同类型。所述板界定它们自身之间的流动通道，使得流体可以在板之间流动。这些装置例如用于住宅和商业通风(HRV)。
[0003]另一类型的能量交换器涉及所谓的潜能，其为水分。为了交换潜能，已知使用由干燥剂浸渍的纤维素或聚合物制成的涂覆有干燥剂的金属或塑料衬底或薄膜。在由纤维素或聚合物制成的板之间，界定或创建空气通路以允许流体沿着板的表面经过，从而将水分从一个流体转移到另一流体。由于薄膜通常不具有结构强度，因此已知将薄膜与框架或栅格组合，这从而界定薄膜之间的间距。
[0004]在以上组合的情况下，能量交换器称为焓交换器。那些焓交换器允许显能和潜能的交换，从而得到总能量恢复。
[0005]当前可用的薄膜材料是以卷的方式交付。薄膜材料是焓交换器的最关键部分。薄膜必须固定且密封于一种栅格或框架，并且以一种方式布置以允许流体在每一薄膜层之间流动。因此，显然现有技术的焓交换器是一种折衷。由于当前使用的薄膜的选择性范围和特性，它们将通常损失显能交换来得到潜能交换。
[0006]从相应元件建置的这种焓交换器例如见WO02/072242 Al。由纤维制成的相应薄膜定位于栅格上。所述栅格被钉住或堆叠，从而更改板的方向以便创建不同的空气流动方向。
【发明内容】
[0007]鉴于所提到的现有技术，本发明的目的是提供焓交换器元件和焓交换器以及用于制作焓交换器元件的方法，其允许创建焓交换器，借此可以改变并控制且尤其改善显能交换和潜能交换的效率。
[0008]关于本发明，通过一种用于制作焓交换器元件的方法来呈现上文提到的目的的解决方案，所述方法包括以下步骤:
[0009]a)根据预定穿孔图案对平坦板元件在板外部尺寸内穿孔，或提供具有固有孔隙结构的板元件；
[0010]b)将具有水蒸气透过特性(水蒸气传递比率，WVTR)的薄聚合物膜施加于所述板元件的至少一个侧面；
[0011]c)将所述板元件成形为展现波纹图案的所需的形状，借此使所述聚合物膜成形为与所述板元件的形状相同的波纹图案形状。
[0012]优选地，在根据本发明的方法中，所述板元件是塑料板。
[0013]可以使用针、钉、冲模、激光或类似物中的至少一者对所述板穿孔。
[0014]替代地，可以提供具有固有孔隙结构的板元件，而不是在步骤a)中用这些穿孔工具中的一些对塑料板元件穿孔。此板元件可包括多孔聚合物板，或者由聚合物纤维、无机纤维或金属纤维制成的机织或非机织织物。优选地，所述板元件是复合物，其一方面包括由聚合物纤维、无机纤维或金属纤维制成的机织或非机织织物，且另一方面包括多孔聚合材料作为基质。应理解，具有固有孔隙结构的板元件对于小分子不一定是可选择性渗透的。
[00?5]优选地，所述板元件的边界区域从所述板元件的外部尺寸优选地在5mm到20mm的范围内、更优选地在1mm至Ij20mm的范围内未穿孔。
[0016]优选地，在根据本发明的方法中，将具有水蒸气透过特性(水蒸气传递比率，WVTR)的薄聚合物膜施加于板元件的至少一个侧面的步骤b)以及将板元件成形为展现波纹图案的所需形状从而将所述聚合物膜成形为与板元件的形状相同的波纹图案形状的步骤c)是同时执行的。这允许使用标准热成形，优选地使用真空成形用于使包括塑料支撑件和薄聚合物膜的两层结构成形。
[0017]所述聚合物膜可在所述板元件的所述成形步骤期间结合到所述板元件，优选地热结合和/或胶合到所述板元件。
[0018]所述聚合物膜可由磺化共聚物制成，优选地由嵌段共聚物制成。
[0019]有利地，在根据本发明的方法中，在所述波纹图案内平行延伸的任何波纹的空间频率和/或穿孔密度(g卩，每单位面积的穿孔数目)变化，优选地在边界区域中变化以改善抗霜性。
[0020]关于本发明，上文提到的目的的解决方案通过优选地根据如先前段落中界定的方法制作的焓交换器元件呈现，所述焓交换器元件包含板元件，所述板元件具有展现预定穿孔和波纹图案的形状，其中所述板元件的至少一个侧面被具有水蒸气透过特性(水蒸气传递比率，WVTR)的薄聚合物膜覆盖。
[0021]在根据本发明的焓交换器元件中，所述薄聚合物膜可结合到所述板元件，优选地热结合和/或胶合到所述板元件。
[0022]优选地，所述板元件的穿孔区域包含带波纹或压纹的表面区域。
[0023]优选地，所述板元件的边界区域中的波纹的宽度大于所述板元件的中间区域中的波纹的宽度，和/或所述板元件的边界区域中的穿孔密度(即，每单位面积的穿孔数目)大于所述板元件的所述中间区域中的穿孔密度。
[0024]优选地，所述板元件具有允许到另一类似板元件的气密连接的边界。此边界优选地具有边界区域，在所述边界区域处所述板元件从所述板元件的外部尺寸优选地在5mm到20mm的范围内、更优选地在1mm到20mm的范围内未穿孔。
[0025]优选地，所述波纹经定向以导引流体流动。
[0026]所述穿孔可以是多种形状的开口且具有等效于范围从30μπι到1.2mm的孔直径的表面积，优选地提供可用的板交换表面的不少于50%的总开放面积。
[0027]关于本发明，上文提到的目的的解决方案通过一种焓交换器来呈现，所述焓交换器具有至少三个板状焓交换器元件，所述焓交换器元件在平行定向上固定到彼此以形成两个流体路径，从而允许流体流过其，其特征在于所述板状热交换器元件是如先前段落中界定的元件。
[0028]优选地，所述焓交换器元件借助于例如激光焊接或超声波焊接等焊接或者借助于胶合而固定到彼此。
[0029]根据本发明，提供一种新型混合交换器元件，其一方面具有足够的结构强度和密度来为任何类型的交叉流动和/或相反流动能量交换器创建空气流通道从而允许使用对于显能交换较好的结构上较强的材料，另一方面通过穿孔或开口或孔的大小和数目可能界定被具有潜能交换特性的薄聚合物膜覆盖的区域。本领域的技术人员将了解，可以根据环境的相应需要(干燥空气、湿度、外部温度和类似物)来界定、控制和调适一方面显能交换和另一方面潜能交换的效率。
[0030]根据本发明，所述板元件可由任何塑料材料制成。所述元件可具备波纹。波纹可经设计以优化效率压降比。波纹可经选择以允许当类似板堆叠在一起时在类似板之间创建流动通道。通过波纹的界定，一个优点将是可用于能量传递的表面的增强。这可以尽可能大的积累且甚至可以达到100%和更大的增加。此外，可用一种方式设计波纹以允许例如通过选择经定向波纹且交替板的位置来容易地布置相反流动或交叉流动配置。
[0031]板的边界界定其中类似板可以适当方式固定在一起的区域。这可以是焊接，例如激光焊接、超声焊接和/或折叠、热压接和类似方式。这使封装的刚性稳定，以及允许建置所需的流动通道。边界区域可为平坦化、舌/槽系统，其经整型或镶边以允许板之间的紧密可密封连接。
[0032]有利地可在板成形步骤之前执行穿孔，这允许快速且方便的穿孔步骤。以此方式可更容易地对板穿孔，而且在任何所需区域中穿孔。
[0033]所述薄聚合物膜可由根据现有技术的聚合物制成，例如产品“Aquiv1n”(Solvay的商标)或“Nexar”(Kraton的商标)。
[0034]所述材料可为例如呈共聚物形式的离聚物，其从四氟乙烯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]所述薄聚合物膜可为包括不同聚合物类型的聚合物层序列的多层膜。优选地，每一聚合物层的聚合物类型选自由聚醚酯、聚醚酰胺和聚醚聚氨酯组成的群组。优选地，所述薄聚合物多层膜的总厚度在5μηι与200μηι之间，更优选地在ΙΟμπι与150μηι之间。优选地，所述薄聚合物多层膜内的每一个别聚合物层的厚度在2μηι与20μηι之间，更优选地在5μηι与20μηι之间。
[0036]然而，可使所述聚合物调适为所需的特性和特征。
[0037]本领域的技术人员将了解，潜能恢复的量或效率取决于由孔或穿孔提供的表面、其形状以及其位置。因此可能将热交换器板调适于环境和功能条件。
[0038]通过使用高度导热材料作为用于焓薄膜的结构元件，确保了高显热效率。通过界定穿孔且选择用于水蒸气传递的聚合物，确保了高潜热恢复。优选地，提供可用的板交换表面的不少于50%的用于水蒸气传递的总“开放面积”。
[0039]所述聚合物可与添加剂组合以增多和扩大其属性。所述聚合物可例如有效地抗菌且可满足防火要求(UL)。可调整所述聚合物的粘度以实现所述板的最佳可调交换特征，从而允许尽可能尚的水分交换。
[0040]可在所述板元件的成形步骤之前将聚合物膜施加于板元件的一个侧面，从而完全覆盖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来选择。
[0041]在将聚合物膜施加于板元件后，使板元件成形以展现前述特征，例如波纹、侧壁、平坦边界区域和类似物。所述聚合物膜成形为与板元