专利名称：用于气体介质的再生式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气体介质的再生式换热器，特别是建筑物室内通风用的空气换热器，以及一种轮流通过放热和吸热气体介质的贮热器。
本发明的再生式换热器用于建筑物的室内通风或室内空调是比较好的，下面还要结合这种使用目的详细说明。但不难理解，它可以有较广泛的使用范围，基本上用于放热和吸热气体介质之间的热交换，例如用于从加热系统、燃气轮机等出来的废空气或废燃气的余热回收。
目前供暖建筑物室内的通风多半靠开窗或通过通风机解决，须将用过的空气排放到室外并从室外吸入新鲜的空气。与此有关的热量损失十分可观(每人年约为2000千瓦小时的天然能)。多半只是在大建筑物中才能见到的集中空调设备使用换热器，也包括再生式换热器来作供气和废气之间的热交换，工作效率一般约在70%以下。此外，居住区室内通风或室内空调用的小型通风装置可能达到余热回收率只是45%左右。
带有废气余热回收的室内通风设备的效率越低，越容易将余热回收得来的热在过度通风情况下丧失掉。为此通常在带有余热回收的空调设备上装有费钱的传感器调节装置。但这样做又会出现另一个问题，即空气质量的降低曾多次被记录下来，这是因为为了满足新鲜空气的需要，有时不得不增加窗户开启度的原故。在集中的系统中除此以外还需要极高的能量消耗以便得到良好的通风，1000到2000Pa(帕斯卡)的系统压力损失是并不少见的。
本发明的目的主要是要研制一种再生式换热器，该器作为室内通风或室内空调用的新鲜空气换热器具有特殊优点，同时该器的制造成本可比一般小型设备低，但与可对比的设备比较，工作效率却有显著的提高。
按照本发明上述目的是这样达到的，即贮热器是由一个多层的网格物构成的。该网格物虽然也可制成栅网结构，但最好制成织物结构，同时最好用塑料例如聚乙烯制成。
按照本发明，最好用一种薄薄的织物材料制成的网格物作为再生式换热器的吸热和贮热装置，该网格物也可用防蝇纱罩使用的织物制成或用这种织物材料制成。这种设在空气流通方向上的薄薄的织物或网格材料用多层组合制造成贮热器用的网格物，具有足够大的吸热性，可供热交换使用。这种可构成多层体的织物材料或栅网材料价格便宜，易于制造，可以制成在气流方向上具有足够细小网格的换热器并且重量很小，在需要时还可便于清洗。
使用好多层上述吸热或贮热的构造材料，在气体或空气的流通方向，前后一层接一层地排列，可以得到一个高效的再生式换热器，它所具有的高效率可以轻而易举地达到90%以上。由多层重叠材料构成的、在气流方向具有较小导热率的网格物，其优点是，具有相当高的表面散热系数和较大的热容量。在气流方向的高导热率由于会使各层之间的温度降迅速平衡，对可能达到的热交换率会产生负的影响。对具有小流距和小流速的热交换来说，在气流方向的小导热率是特别重要的。对高效率有利的多层网格物在气流方向的小导热率是这样产生的，一方面由于它是用塑料制造的，另一方面也由于，当各该单层一个接一个直接重叠起来时，在织物或栅网材料的各层之间基本上只是点接触。在另一方面也有可能在作为贮热器使用的网格物的各该单层之间设置间隔元件使它们相互隔开。这样做至少可以降低空气流通方向的导热率，加上气流方向上具有细小网格，可以指望得到高的效率。这时用塑料制成的织物和栅网材料的低导热率，在通过网格物的较细线径而进行的吸热和贮热方面已不再起多大作用。
不难理解，作为贮热器使用的网格物的层数须按织物或栅网材料的情况(为此而使用的线材的粗细或筛眼的大小)并须按使用条件而不同。层数还受到下列关系支配N≥[1/(1-η)]-1(N＝层数，η＝效率)使用薄而柔顺的织物(或栅网材料)来构成本发明的换热器或其贮热器的网格物是合适的，特别对于室内通风用的换热器，可用粗细约为0.15到0.3毫米的线材制成的、方形筛眼净空最好在0.5毫米到1.4毫米之间的材料构成。但是如同网格物的层数一样，筛眼大小和线径粗细也是可在较宽范围内变化的。筛眼净空大小和线径粗细的比例在3至6之间的是合适的。
作为换热器使用的网格物单层可这样构成，使单一的织物或栅网剪裁料得以按要求的层数层叠层地堆积起来。但在加工技术方面，有利的做法一般是将薄而柔顺的织物带或栅网制成的网格物折叠成之字形以便构成多层体。特别有利的做法是有一装置将薄而柔顺的织物带(或栅网带)按所要求的卷绕层数制成一个卷绕体。
如上所述，本发明的换热器作为室内通风或室内空调使用时是有其特殊优点的，其时它能制成单元室内通风或单元室内空调用的轻质结构小型设备。因此它能安装在房间的窗户上或建筑物外墙的开口上。由于其高效率，因而在废空气内含有的凝结出来的潮气在顺流通过网格物时可与对面逆流而来的新鲜空气直接接触，因此原来具有冷的室外温度的新鲜空气在到达室内时就几乎具有室内空气的温度和湿度了。此外在采用本发明的换热器时还可以轻而易举地用新鲜空气来主动冷却，其时废空气在进入换热器之前被加湿一直到接近冷却限度时才加入到通过换热器的气流中去。于是新鲜空气以几乎与室内空气状态相当的冷却限度温度到达室内，并没有新增湿度。
本发明的再生式换热器能较好地放热的和吸热的空气(或另外一种气体介质)的对向流动中工作，它在使用多层网格物时可以用各种不同的方式构成。例如作为对流换热器时一种简单的方式是将网格物固定地安装起来，然后通过转换，使废空气和新鲜空气轮流流过。在这种情况下，必须有成对的对向流动工作的换热器一起工作。
本发明的一种特别有效的构造方式是将多层网格物设在一个旋转体，最好是圆筒的周围，其内用一挡壁分隔成两个对流室，分别使放热和吸热气体介质(废空气和新鲜空气)从其中对向流动通过，其时该挡壁适当地固定在旋转的旋转体上，该旋转体最好有一由护栅或类似物构成而可让气体通过的罩壳作为网格物的支承。从而具有要求的卷绕层数的织物或栅网材料可适当地环绕在旋转体的罩壳上。可驱动的旋转体连同在其罩壳上设置的多层网格物(卷绕体)具有在气流方向上的细小网格，较轻的构造重量和较大的贮热容量，从而可以较小的空气流通阻力和较小的通风机功率运转，因此处理废空气和新鲜空气所要求的能量消耗也比较小。它可以无问题地在建筑物的房间上安置，特别是如前所述，装在窗上或一外墙开口上。
本发明将在下面结合附图示出的有较优实施例详细说明。在附图中
图1为本发明的再生式换热器在安装状态时(装在窗上、建筑物外墙上或其他上)的剖面图;
图2为图1的换热器当按图1中箭头Ⅱ的方向从室内往外看去的视图;
图3为图1和2所示换热器的部分断开的透视图;
图4为本发明的由多层网格物构成的贮热器的局部剖面的放大图;
图5为按图4中箭头Ⅴ的方向的顶视图。
图1所示再生式换热器1用作一幢建筑物内一个房间的通风或空调用的新鲜空气换热器。它是通过一块安装板2装在一个窗户4开口3的室内边上的。但换热器1也可安装在建筑物外墙的一个开口上或开口内。
换热器1具有一个圆筒形的旋转体5，该体有一圆筒形罩壳6，其上设有许多可供废空气和新鲜空气出入的通孔，该罩壳6是由能支承换热体的护栅或其类似物适当地构成的。有一块面板7固定地连结在罩壳6上，从旋转体5的室内边即与安装板2相对的边上将罩壳6封闭。
在旋转体5的内部有一固定装在安装板2上的挡壁8，该挡壁8如图2和3所示是沿直径方向设置的，因此将旋转体5的内部分隔成两个相互密封的对流室9和10。固定在可绕自身轴线旋转的旋转体5上的挡壁8与旋转体5的面板7之间用密封填塞物11予以密封。该填塞物11在所示的实施例中是由在挡壁8的有关长边上设置的弹性密封条构成的，该密封条密封地抵靠在面板7的内侧。另外挡壁8在其两个平行的窄边上各有一个密封元件12(图2和3)，该密封元件12可在挡壁8与罩壳6的圆筒形内周面之间建立起密封，并且在所示实施例中也是由固定在挡壁8上的柔顺的密封条构成的。但也可用其他密封元件代替柔顺的密封条来作挡壁与旋转体之间的密封。
旋转体5的罩壳6在其与面板7反对的边上通过沿圆周敷设的密封填塞物13对安装板2密封，其时该填塞层13也是由一个环状的密封条或其他滑环填塞物构成的。重要的是，在旋转体5内部的两个对流室9和10不仅在彼此之间要互相密封，而且罩壳的周边也要对安装板2密封。
旋转体5与其面板7以其中心支承在一根装在安装板2上的转轴14上，该转轴14如图1所示，穿过封闭的挡壁8和一个设在面板7中心的孔。旋转体5对安装板2和挡壁8的位置保持是靠一个装在转轴14通过面板7的地方上的保持器15来达到的。该保持器15可以由一个简单的螺帽，例如一个滚花螺帽构成。该转轴14能够可旋转地支承在安装板2上，在这种情况下，该转轴14成为一根与旋转体5或其面板7连结起来一起旋转的轴。但该转轴14也能够固定装在安装板2上，这时旋转体5便要通过一个转动轴承，例如滑动轴承，可旋转地支承在转轴14的自由端上。采用可松开的保持器15时，整个旋转体5可从挡壁8和安装板2上向房间内侧抽出，以便例如清洗装在旋转体罩壳上的贮热器。
在安装板2的圆周方向上分布着多个滚轮16，在所示实施例中(图2)，设有四个支承在滚轮保持器17上的滚轮16，该滚轮可在圆筒形旋转体罩壳6的内表面上滑动，从而可使旋转体5在靠近安装板2的一边可以旋转地得到支承。滚轮16最好由橡胶或塑料制成，或在轮缘上包覆上层橡胶或塑料亦可。这样一个滚轮可用一个小的驱动马达18来驱动。该滚轮就可成为摩擦轮驱动中的摩擦轮。利用这种摩擦轮驱动可使旋转体5相对于安装板2和挡壁8环绕其自身轴线转动。驱动马达18如同滚轮16一样都是设置在旋转体5的里面。
安装板2在挡壁8的两边各有一个开口19或20。开口19和20位在窗户4的开口3之内或在建筑物墙上接纳换热器1的开口之内。在每一个开口内各装有一个由小马达22驱动的通风器(风扇)21。通风器21及其马达22总是装在一个支架23上，而该支架则固定在旋转体5内的挡壁8上。
在作为护栅或其类似物构成的圆筒形的罩壳上设有由多层网格物24构成的换热器的贮热器。该网格物24有一织物结构，即它是由单层薄而柔顺的织物单元，交错重叠在一起成为多层，敷设在旋转体罩壳的护栅上而构成的。如图4和5为了清晰而放大显示的那样，薄的织物材料是由纵向和横向延伸相互交织起来的由塑料例如聚乙烯或聚酰胺或其他制成的细丝25或26构成的。图4为了简单起见只示出相互重叠铺设的四层A到D，其中每一层都是由一个薄的织物单元构成的。多层网格物24可以有效地由一个设在旋转体5罩壳6上的、按要求卷绕层数的薄的织物带构成，该带的宽度约等于圆筒形旋转体5的宽度。薄而柔顺的织物带也可按照绷带的技术使它具有一个足够紧密配合的张力和按要求的卷绕层数环绕在旋转体5的罩壳6上，并以合宜的方式固定在其上。从图4可以看到，重叠铺设的各层A，B，C等之间基本上只是点接触或线接触。在圆筒形卷绕体的两个相对的环形正面上可以各用一个环形镶边27使各层相互间固定起来并可使卷绕体在其正面的一边封闭起来。镶边27可由塑料或时效过的铸件构成。
上述再生式换热器可用作对流换热器。室内的空气或废空气可从两个通风器21之一从室内吸出并通过开口3向外排放到户外。其时室内空气可按箭头方向34流动，跑到旋转体的上半周面，通过设在罩壳6上的网格物24，进入对流室9并从该室按箭头方向33，31，通过安装板2上的开口19一直奔向外面。新鲜空气或供气则以反对方向流动，即按箭头方向29从外面通过安装板2上的开口20，一直进入另一个对流室10并从该室通过罩壳6的下半周以及设在罩壳上的网格物24，按箭头方向28进入室内。其时在通风作业中载有贮热器的旋转体由于16，18的驱动可以连续旋转，因此在废空气和新鲜空气之间可以进行热交换。因为当室内空气按箭头方向34跑到网格物24上时放出的热被贮热器吸收并贮存起来，而当旋转体5继续旋转时这个热量又可从网格物24上放出被新鲜空气吸收而按箭头方向28进入室内，这样就可完成带有余热回收的室内通风。当从室外引入的新鲜空气比从室内排出的空气具有较高的温度时，上述方法在基本上同样可以适用。
采用上述换热器还可以将废空气中所含有的潮气直接送给新鲜空气，其时从废空气中放出给网格物24的潮气将被接下来流过网格物24而被加热的新鲜空气所吸收。采用该换热器还可以使引入室内的新鲜空气冷却，其时可在该器上加装一个加湿器使废空气加湿到接近冷却限度并接通换热器使废空气在其中流过。这样新鲜空气就可以几乎与室内空气状态相当的冷却限度温度到达室内，并没有新增湿度。
采用上述换热器，本身效率可以高达90%。并可通过构成贮热器的网格物24的卷绕层数和旋转体罩壳6的面积大小以及从而得出的网格物24的气流通过面积的大小来调节到所要求的操作条件。
下面将给出一些数据以便在新鲜空气和废空气具有不同体积时及在网格物24的层数或卷绕层数不同时可对上述换热器作出安排。下面表上给出的数值是以1平方米的网格物24的总的通过面积(圆筒形的周长×长度)为依据的，同时假定新鲜空气与废空气在数量上相等。其时所用塑料织物材料25和26的线径为0.3毫米，正方筛眼的净宽为1.4毫米。当线径发生变化时，表列数据可按下列几何比例变化n乘上因数(d/d0)0.5，1乘上因数(d/d0)1.5，转数乘上因数(d/d0)-1.5，其中d为线径，d0为对照线径。其他特定的数据保持不变。
表r dp v n t90 20 600 53 2170 20 1190 21 890 60 1070 73 2970 60 2050 28 1190 180 1840 99 3970 180 3400 37 15其中V＝每一边的气流体积(立方米/时)dp＝每一边的压力损失(Pa)n＝层数t＝在气流方向的构造深度(毫米)r＝热交换率(%)出乎意料的是上表中列出的高效率竟可用一较小的旋转体的转速来达到。例如当空气在网格物24内的压力损失为25Pa，空气通过网格物的流速约为0.39米/秒时，为了达到90%的效率，转数只要10转/分便足够了。而换热器在将转数减半工作时总还可以得到约为89%的效率。
上述换热器可以在各个不同方面进行变化。一般情况将旋转体5支承在安装板4这一边只须用三个滚轮便足够了。两个通风器21连同其壳体也可以直接安装在安装板2的开口19和20内。旋转体5上的可让空气通过的罩壳6也可由塑料或由金属构成，例如由一种足够硬的金属丝网构成。挡壁8可由塑料、金属或木材构成。在构造多层贮热器时也可用十字交叉的塑料丝25和26但交叉点都互相固定起来的同样薄而柔顺的栅网元件来代替通常采用的织物材料。但不论是用织物材料或栅网材料制成的网格物24都应具有比较开放的有规则的结构。网格物24在气流方向上的导热率都应尽可能地小。这一点可以通过通常喜欢采用的塑料及上面说过的各该互相重叠的层A，B，C等之间的点接触或线接触来做到。也可以与所述实施例不同，把装有网格物24的旋转体5固定起来而使挡壁8连同通风器对着旋转体5旋转。
如同上面提到过的，本发明的再生式换热器还可以作为采用蒸发水致冷的空气冷却器的组成部分。该换热器同时也可用作空气加湿器。这时该器有一让待加湿空气通过的加湿装置，例如一个或多个前后排列的容许空气通过的用吸水材料制成的元件，该元件可用水润湿。如果流过换热器的新鲜空气或供气需要被冷却，那么从室内排出的废空气，在它流到网格物之前，就可用这样一个合适的装置来加湿。这样做只须消耗特别少的能量，其时使空气加湿的元件也是由吸水材料例如棉花制成的织物元件或栅网元件构成的，并且在废空气的气流方向设有多层，合适的做法约为3到8层，其时该织物元件或栅网元件例如可用喷水装置来加以润湿。
最后本发明的多层网格物作为贮热器还可在其他规格及/或用途的换热器上使用，例如用来从废气中回收余热。这时特别是当再生式换热器要在高温度下使用时，按照本发明由多层构成的网格物也可用金属的织物或栅网材料来完成。在这种情况下，值得推荐的做法是在各该单层之间设置间隔元件，并且每一栅网层或织物层的筛眼大小最好例如为一般换热器使用的网格物的筛眼大小的五倍。另外本发明的多层网格物作为贮热器也可在静止的换热器上使用。其优点是这时按照本发明的贮热器的多层网格物也可制成近似之字形或回形花纹的形状，这样一种构造在静止的换热器中要算是最好的，因为该换热器将让吸热和放热的气体介质轮流变换方向通过。采用这种网格物构造可以制出特别小的换热器。该网格物，如同上面提到的，是用细丝或单线制成的，其线径最好约在1毫米以下，甚至在0.3毫米以下，织物材料或栅网材料的筛眼净空大小与线径的比例以2到8较为合适，最好为5。
权利要求
1.用于气体介质的再生式换热器，特别是建筑物室内通风用的空气换热器，具有一个轮流通过放热和吸热气体介质的贮热器，其特征在于，贮热器是由多层网格物(24)构成的，其时该网格物在气流方向上能较大程度地散热。
2.按照权利要求1的换热器，其特征是，网格物(24)是由塑料例如聚乙烯构成的。
3.按照权利要求1的换热器，其特征是，在网格物(24)的各该单层(A，B，C等)之间用间隔元件，例如具有较大筛眼的织物层或栅网层来隔开。
4.按照权利要求1的换热器，其特征是，网格物(24)的层数至少等于[1/(1-η)]-1，最好超过。(式中η代表效率)
5.按照权利要求1的换热器，其特征是，网格物筛眼净宽与线径的比例应在2到8的范围，最好为5。
6.按照权利要求1的换热器，其特征是，多层网格物(24)设在一个最好是圆筒形的旋转体(5)的圆周面上，该旋转体(5)的内部用一挡壁(8)分隔成两个对流室(9，10)，分别使放热和吸热气体介质(废空气和新鲜空气)从其中对向流动通过。
7.按照权利要求6的换热器，其特征是，旋转体(5)最好有一由护栅或类似物构成而可让气体通过的罩壳(6)作为多层网格物(24)的支承。
8.按照权利要求1的换热器，其特征是，它可安装在房间的窗户或建筑物墙的开口(3)上。
9.按照权利要求8的换热器，其特征是，它设有一个可以给空气加湿的装置，该装置主要含有一个与气流方向垂直的、湿润的、具有高吸水性的、最好是多层的织物，该织物具有与网格物近似的栅网结构。
10.一种换热器，其特征在于，该换热器在室外装设时设有一个仪器防护箱。
全文摘要
最好按照对流原则工作的本发明的再生式换热器可用作贮热器或换热元件，它有一个可供放热和吸热的气体(空气)轮流通过的、设在气流方向上的网格物，该网格物(24)最好由薄而柔顺的、特别是塑料制成的织物元件多层重叠而成。在一种有效的实施形式中，该网格物(24)被设在一个旋转的旋转体(5)的罩壳上。
文档编号F24F12/00GK1091202SQ93120199
公开日1994年8月24日 申请日期1993年12月6日 优先权日1992年12月12日
发明者奥莱格·施托尔茨 申请人:奥莱格·施托尔茨