[发明专利]多开口逆流板式交换器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多开口（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，本发明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。本发明包括用于制造这种多开口逆流膜板式交换器的方法。另外，本发明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。

背景技术

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，全氟磺酸，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。