CN105556233B - 热/焓交换器元件及生产方法 - Google Patents

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Abstract

方法、板元件以及热/焓交换器。a)在任何期望的区域中且以任何期望的尺寸穿孔具有界定的外部尺寸的未成形的板元件，b)用具有潜能交换特性的薄聚合物膜覆盖未成形的板元件的至少一侧，和c)使该板元件成形为期望的形状和波纹和/或压纹图案。操作b)与c)可以不同的顺序执行。例如，当板元件由塑料制成时，b)可以在c)之前执行，而当该板元件由铝(或塑料)制成时，c)可以在b)之前执行。在某些实施方案中，操作a)和/或b)和/或c)还可以组合。

Description

热/焓交换器元件及生产方法
在35U.S.C S.119(e)&37C.F.R.S.1.78下有效的优先声明
本非临时专利申请基于以Marcel RIENDEAU的名义的，于2013年7月19日提交的申请号为61/856，306，题为“HEAT EXCHANGER ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION(热交换器元件及生产方法)”的在先美国临时专利申请要求优先权，该在先美国临时专利申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及热交换器，且更具体地，涉及热交换器元件。
背景
使用不同类型的热交换器用于不同的目的是现有技术水平。通常，热交换器用于将热能从一种流体或介质回收至另一种中。这种热能称为显能量(sensible energy)。通常为空气的一种流体的热能或显能量被回收至邻近第一种流动的例如平行流、逆向流或横流的另一种中，其中流体处于更低温度。通过倒置流体流，该两者之间的交换将产生更冷的流体。用于显能量回收的热交换器通常由金属或塑料板制成。由于可以是横流、平行流或逆向流，因此存在不同的类型。各板在它们自身之间界定流动通道，使得流体可以在板之间流动。例如，这样的设备用在住宅和商业通风设备(HRV)中。
另一种类型的能量交换器指所谓的潜能，其包含在空气水分中。为了交换潜能，已知的是使用由干燥剂浸渍的纤维素或聚合物制成的干燥剂涂敷金属或塑料基板或膜。在由纤维素或聚合物制成的板之间，空气通道被界定或产生以允许流体沿板的表面通过，因此将水分从一个流体转移至另一个中。由于膜通常不具有结构强度，已知的是将膜与框架或网格进行结合，该框架或网格因此界定膜之间的开口。
在上面的结合的情况下，能量交换器称为焓交换器。这些焓交换器允许显能量与潜能的交换，导致总能量回收。
目前可行的膜材料通过卷递送。膜材料是焓交换器的最重要的部分。该膜必须被固定且密封至一种类型的网格或框架，且以一种方式被布置以允许流体在每个膜层之间流动。所以，明显的是已知技术的焓交换器是折衷的。它们将通常损失显能量以获得潜能，作为当前使用的膜的选择的范围与特征的结果。
由各自的元件建造的这样的热交换器例如WO 02/072242A1。由纤维制成的各自的膜被定位在网格上。网格被堆叠因此改变板的方向以产生不同的空气流方向。
本发明旨在改善当前热/焓交换器的一些缺点。
概述
提供本概述从而以简化的形式来介绍概念的精髓，该概念在下面的详细描述中被进一步描述。本概述既不旨在确认所要求保护的主题的关键的特征或本质的特征，也不旨在用于帮助确认所要求保护的主题的范围。
本发明的第一方面针对用于生产热/焓交换器元件的方法，其包括以下步骤：根据板的外部尺寸内的预定穿孔图案对平板元件进行穿孔、将具有水蒸气透过特性(例如，具有较高的水蒸气透过率(WVTR)，WVTR是在特定的条件下水蒸气透过膜的稳态速率)的薄聚合物膜应用至板元件的至少一侧，以及使板元件成形为呈现波纹图案的期望的形状，由此聚合物膜被成形为与该板元件的波纹图案形状相同的波纹图案形状。
任选地，该方法的特征可在于板元件是塑料板。
该方法的特征还可在于板使用针、销、模具以及冲头、激光，或类似物中的至少一个穿孔。
该方法的特征还可在于将薄聚合物膜应用至板元件的至少一侧以及使板元件成形为呈现波纹图案的期望的形状的步骤同时进行。
任选地，该方法的特征在于在板元件的成形步骤中，聚合物膜被结合至板元件，优选地热结合至板元件。该方法的特征还可在于聚合物膜由磺化共聚物，优选地由嵌段共聚物制成。另外地，该方法的特征还可在于波纹图案内的并行延伸的任何波纹的空间频率和/或穿孔密度(即，每单位面积的穿孔数目)是变化的，优选地在边界区域中是变化的，以改善抗冻性。
本发明的第二方面针对热/焓交换器元件，优选地使用如本发明的第一方面限定的方法生产的热/焓交换器元件，其包括具有呈现预定穿孔图案和预定波纹图案的形状的板元件。板元件的至少一侧被具有水蒸气透过特性的薄聚合物膜覆盖。
任选地，热/焓交换器元件的特征在于薄聚合物膜被结合，优选地热结合至板元件。热/焓交换器元件的特征可在于板元件的穿孔区域包括波纹状的或压纹的表面区域。
另外地，热/焓交换器元件的特征可在于板元件的边界区域中的波纹的宽度比板元件的中间区域中的波纹的宽度大，和/或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)比板元件的中间区域中的穿孔密度大。热/焓交换器元件的特征可在于该波纹被定向为引导流体流动。
任选地，热/焓交换器元件的特征在于穿孔是多种形状和尺寸(范围从70μm2至3.0mm2)的开口，优选地，在边界区域内提供不小于板元件的总板表面的50％的总开口面积。
具有在平行的方向上固定至彼此以形成允许流体穿过其流动的两个流体路径的至少三个板状热/焓交换器元件的热/焓交换器，其特征可在于该板状热交换器元件是根据本发明的第二方面的上面提到的特征的元件。另外地，热/焓交换器其特征可在于热/焓交换器元件借助于例如激光焊接或超声焊接的焊接，或借助于胶合被固定至彼此。
本发明的第三方面针对生产热/焓交换器元件的方法，其包括以下步骤：根据板外部尺寸内的预定穿孔图案对平板元件进行穿孔，使板元件成形至期望的压纹图案和几何形状，以及将具有水蒸透过特性的聚合物膜应用至板元件的至少一侧。
任选地，该方法的特征在于金属箔，优选地铝箔被用于该板。该方法的特征还可在于板使用销、模具以及冲头、激光，或类似物中的至少一个穿孔。
该方法的特征可在于步骤b)中的形成且切割成形状根据级进冲压技术(progressive stamping technique)在具有模具和工具的金属冲压机上进行(通过压纹)。该方法的特征可进一步在于聚合物膜由嵌段共聚物制成。
任选地，该方法的特征在于聚合物膜被结合至成形的板元件，优选地热结合至成形的板元件。
本发明的第四方面针对热/焓交换器元件，优选地使用本发明的第三方面界定的方法生产的热/焓交换器元件。热/焓交换器包括具有呈现预定穿孔图案的形状的板元件。板元件的至少一侧被具有水蒸气透过特性的薄聚合物膜覆盖。
任选地，热/焓交换器的特征在于板元件由金属箔，优选地铝箔制成。热/焓交换器元件的特征还可在于板元件的边界区域没有被穿孔。另外地，热/焓交换器的特征可在于板元件的形状呈现压纹图案。
热/焓交换器的特征在于薄聚合物膜被结合至板元件，优选地热结合至板元件。任选地，热/焓交换器的特征进一步在于板元件具有允许气密连接至另一个类似的板元件的边界非穿孔区域。
另外地，热/焓交换器元件的特征可在于穿孔是多种形状和尺寸(范围从200μm2至18.0mm2)的开口，且优选地在板元件边界区域内提供不小于总平板表面的50％的总开口面积。
具有被固定至彼此作为堆叠件以形成允许流体穿过其流动的两个流体路径的至少三个板状热/焓交换器元件的热/焓交换器，其特征可在于所述板是根据如上面限定的在本发明的第四方面限定的热/焓交换器的元件。
任选地，该热/焓交换器的特征可在于该热/焓交换器元件使用压接、焊接以及胶合工艺中的至少一个被固定至彼此。
附图简述
本发明的进一步的特征和示例性优点将从结合附图获得的以下详细描述而变得明显，在附图中：
图1是制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器元件的第一示例性工艺的侧视图；
图2是制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器元件的第二示例性工艺的侧视图；
图3是制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器的第一示例性工艺的侧视图；
图4是制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器的第二示例性工艺的侧视图；
图5是根据本发明的教导的第一示例性方法的第一流程图；和
图6是根据本发明的教导的第二示例性方法的第二流程图。
详细描述
序列号为US 13/744,917的以US2013/0269906公布的专利申请与序列号为EP12000365的以EP2618090公布的专利申请在此通过引用并入。
本发明旨在提供热/焓交换器元件和热/焓交换器以及用于生产热/焓交换器元件的方法。该发明性的热/焓交换器元件允许制造热/焓交换器，因此显能量交换与潜能交换的效率就可以改变且被控制，且特别地可以改善总能量效率和抗冻性。
根据本发明的实施方案，提供用于生产热/焓交换器元件的方法，其包括a)在任何期望的区域中且以任何期望的尺寸穿孔具有界定的外部尺寸的未成形的板元件，b)用具有潜能交换特性的薄聚合物膜覆盖未成形的板元件的至少一侧，和c)使该板元件成形为期望的形状和波纹和/或压纹图案。应注意，根据生产热/焓交换器做出的选择和在用于板元件的材料方面做出的选择，操作b)与c)可以不同的顺序执行。更具体地，当板元件由塑料制成时，执行的测试表明，假如适当地设置且控制温度，b)可以在c)之前被执行，导致令人满意的结果，而当板元件由铝制成时，执行的测试表明c)在b)之前执行会导致更好的结果。当板元件由塑料和铝制成时，考虑到板元件必要的装配步骤，测试需要被执行以确定操作a)、b)以及c)以什么顺序被执行。另外，当约束因此被添加至穿孔操作时，操作a)与c)(假定b)随后被执行)还可以互换。
根据本发明的实施方案，热/焓交换器元件被设置，包括在边界内的区域中具有界定的外部尺寸和波纹和/或压纹的板元件，该板元件具有在任何期望区域中且以任何期望的尺寸的穿孔，且板元件的至少一侧被具有潜能交换特性的薄聚合物膜覆盖。
根据本发明的实施方案，热/焓交换器被设置包括如上面描述的热/焓交换器元件。
根据本发明的至少一些实施方案，可以提供示例性优点。例如，交换器元件可以提供足够的结构强度和密度以产生用于任何类型的横流和/或逆流能量交换器的空气流通道，因此允许使用有利于显能量交换的结构坚固的材料，另一方面，通过穿孔或开口或孔的尺寸和数量，界定由具有潜能交换特性的薄聚合物膜覆盖的区域是可能的。例如，聚合物可以多种不同的方式成形，包括液体聚合物溶液(分散体(dispersion))喷洒在交换器元件之上以形成聚合物膜、交换器元件被浸在液体聚合物中以形成聚合物膜、通过丝网印刷施加聚合物分散体，或通过任何层压方法形成聚合物膜。
如技术人员将容易认识到的，一方面显能量交换以及另一方面潜能交换的效率可以被限定、控制且适应于环境的各自的需求(干燥空气、湿度、外界温度等)。
根据本发明，板元件可以由铝或塑料或它们的组合制成。该元件可以设置有波纹或压纹。形成图案的板元件可以被设计成优化效率对压降的比例。当板被堆叠在一起时，波纹可以被选择以允许在类似的板之间产生流动通道。通过波纹的定义，一个优点是增强可用于能量传递的表面。这可以被尽可能大地建立，且甚至可以达到波纹区域的100％以及更大的增加。而且，波纹可以一种方式被设计成允许逆流或横流配置的简单的布置，例如，通过选择定向的波纹和通过交替板的位置。
根据本发明，板元件在任何期望的区域中且以任何期望的尺寸被穿孔。根据所应用的板材料，合适的穿孔方法可以被使用。
穿孔可以先于板成形的步骤被有利地执行，其允许快速且方便的穿孔步骤。通过这种方式板可以更简单地被穿孔，且进一步在任何期望的区域穿孔。
可选择地，如果相应的材料允许用于金属板的级进冲压成形技术和用于塑料板的热成形技术，在成形步骤中穿孔可以被执行。假定穿孔根据成形的板的物理特性被执行，穿孔还可以在板成形步骤之后被执行。
另外，在一些实施方案中，在板成形步骤之前执行一些穿孔且在板成形步骤之后执行一些更多的穿孔是可能的。
优选地，板元件的边缘区域没有被穿孔以当堆叠板元件以形成板交换器时，允许板元件的例如焊接的气密性固定。优选地，边界区域在距板元件的外部尺寸5至20mm范围内是不被穿孔的，更加优选地，边界区域在距板元件的外部尺寸10至20mm范围内是不被穿孔的。
板的边界界定区域，在该区域中类似的板可以适当的方式被固定在一起。这可以是例如激光焊接、超声焊接的焊接和/或折叠、卷曲等。这有助于封装(完整热/焓交换器)的结构完整性。该非穿孔边界区域可以是扁平的，舌/槽***、异形或镶边的以允许板之间的紧密的可密封连接。
聚合物膜可以根据现有技术水平由聚合物制成(例如，如产品“Aquivion”、Solvay或“Nexar”商标、Kraton商标)。
该材料可以是例如由四氟乙烯C2F4和乙基磺酰氟(Ethanesulfonyl fluoride)产生的共聚物、1,1,2,2-四氟-2-[(三氟乙烯基)-氧基]、C2F3-O-(CF2)2-SO2F、磺化嵌段共聚物形式的离子聚合物。
然而，该聚合物可以适用于所需的特性和特征。
技术人员将容易地认识到潜能回收的量或效率取决于孔或穿孔提供的表面、孔或穿孔的形状以及孔或穿孔的位置。因此使热交换器板适应环境和功能条件是可能的。给定预期的焓特征，聚合物膜的厚度以及开口的尺寸可以被确定。板对水蒸气的透过性随着聚合物膜的厚度的减少而增加是期望的。
通过使用验证的热传输材料作为焓膜的结构元件，保证较高的显能量效率。通过界定穿孔和选择聚合物，保证较高的潜能回收。
聚合物可以组合添加剂以增多且扩大其特性。例如，其可以是有效地抗菌的且可以满足耐火性需求(UL)。其结构、配方以及粘度可以调节成实现板的允许尽可能高的水分交换的最佳可调交换特征。
根据本发明的一些实施方案(例如，当板元件完全地或部分地由与选择的聚合物相容的温度范围中的塑料或其它热可锻性材料制成时)，该聚合物膜在板元件的成形步骤之前被应用至未成形的板元件的一侧，因此完全覆盖未成形的板元件以及孔或穿孔。因此，穿孔的大小不被限制且穿孔可以选择成任何期望的尺寸。
更具体地，在这些示例性实施方案中，在将聚合物膜应用至未成形的板元件之后，该未成形的板元件被成形为呈现前面提到的特征，例如，波纹、侧壁、平整的边缘区域等。同时，聚合物膜被成形为与板元件相同的形状，且借助于加热、胶合或它们的组合，聚合物膜可以被永久地结合至板元件。
根据本发明的一些实施方案(例如，当板元件完全地或部分地由当成形时不大可能保持聚合物膜的特性的铝或其它材料制成时)，聚合物膜可以被结合，特别地真空结合且按压，且聚合物膜还可以在该成形步骤之后，使用例如胶水被结合至板元件。
根据本发明可选择的实施方案，穿孔可以不被聚合物膜永久地覆盖，而是可以填充膜成形聚合物溶液，其可以是与用于铸造的聚合物膜的材料相同的材料，且随后被固化。有利地，该聚合物可以作为分散体被提供。在这种状态下，液体聚合物迅速发展粘度且在预界定值(cP)处需要被不断监控且定期调整。聚合物溶液因此借助于喷洒、浸渍、丝网印刷、点阵施料器或任何层压方法通过填充或覆盖孔或穿孔可以被带入至板。
在聚合物膜先于板元件的成形步骤被应用至未成形的板元件的一侧的示例性实施方案中，可能需要某些预防措施以保证聚合物膜被正确地应用且保持其特性。
与本发明相容的聚合物组合物在限制的温度范围内通常保持它们的期望的特性。尽管该膜可能看起来被正确地结合至板元件，但如果成形操作在限制的温度范围之外被执行，所产生的板元件和/或热/焓交换器的性能可能被影响。考虑到限制的温度范围，对于板元件所选择的热可成形材料需要被正确地选择。
当确定聚合物膜应该在成形步骤之后被应用时(例如，对于聚合物保持其期望的特性而言，成形步骤的温度过高)，未成形的、已经穿孔的板元件可以被覆盖有热可成形网以临时地密封该孔。该热可成形网在成形步骤中没有结合至板元件，且之后可以容易地被移除。如本文描述的，随后在移除该网之后，孔或穿孔可以覆盖或填充有聚合物膜或聚合物溶液。
技术人员将容易地认识到热/焓交换器的显能量传输和潜能传输能力是可调的且可调节的。该板通过穿孔的可变镶嵌几何体(variable mosaic geometry)对环境条件是可适应的。例如，交换器可以通过选择穿孔的正确位置以及被结合成最适合的气体流通道尺寸、形状以及形式的构造板的聚合物处理被设计成在-10℃的温度以下操作以延迟冰的形成。在一些实施方案中，不同板元件的布局的调谐可以允许热/焓交换器内的不同气体流，使得气体流没必要等同于彼此或是对称的。因此水蒸气透过率可以从热/焓交换器的一个区域到另一个区域比较是不同的。这样的灵活性可以允许例如总能量回收和抗冻性的横跨相互关联的功能和热/焓交换器特性的改善的性能。
然而，在恶劣的条件下，特别是在窄边界通道中板交换器容易冻结，因此降低板交换器的交换效率。这是由于在所述边界通道中减小的流体流动速度(或速率)。
为了克服这个问题，板元件的边界区域中的波纹的宽度可以设置为比板元件的中间区域中的波纹的宽度大。这种配置的示例性优点是边界区域中产生的流动通道的宽度增加且导致流体流动率增加，因此阻止或延迟冰的形成。
在一些实施方案中，结构元件的刚度可以使板以及因此聚合物膜能够处理交换器内超过1Kpa的压差或至少等同于支撑板元件自身的压差。该示例性优点开启用于商业应用的更大的交换器构造的大门。
通过根据本发明的教导设置板元件产品的不同的参数，允许显能量以及潜能交换的能量交换板可以被获得。板的设计和适应性允许热/焓交换器的构造和设计，其关于技术要求和/或环境条件可以被优化。
冲压的、波纹状、压纹金属(例如，诸如铝或不锈钢)、树脂基板和/或真空成形塑料板(例如，诸如聚苯乙烯或乙烯或其它热可成形塑料)可以使用包括装配的验证的自动技术(例如，通过真空抓取、密封溶剂、激光焊接，超声焊接、折叠、压接等)制成，以获得重叠的刚性板封装。因此，板元件可以是可水洗的，阻燃的，抗菌的和密封的(例如，气密)。它们可以提供对产生适合于要求的热/焓能量交换器有必要的优点，结合了热和水分回收。
同样，板穿孔可以通过预编程连续激光工艺、通过如滚针、冲模等的机械***，或化学蚀刻工艺被执行。技术人员将认识到穿孔操作可以许多不同的方式被执行，而不影响本发明。
现在参考图，其中图1与图2分别示出用于制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器元件的示例性工艺100与200的侧视图，图3与图4分别示出用于制造根据本发明的教导的示例性热/焓交换器的示例性工艺300与400的侧视图，以及图5与图6分别示出根据本发明的教导的示例性方法500与600的流程图。图1至4未按比例。
现在同时参考图1与图5。在描绘的示例中，由塑料制成的未成形板元件110的连续进给作为箔被设置在卷上。可热成形塑料的示例包括ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)或丙烯酸等，其取决于用于例如防火、防盐水等的特定环境需求的期望的特征。
未成形板元件110被进给至穿孔设备120以进行穿孔步骤510。穿孔设备120可以是例如，模冲床、针辊机或激光网格。本领域的技术人员将容易认识到，穿孔设备120可以是用于对板材料元件110进行穿孔而不偏离本发明的教导的其它设备。甚至在当前的情况中，板区域被穿孔具有选定的图案，让未穿孔的边界区域允许当堆叠成形板元件以形成板交换器时，对成形的板元件进行气密性焊接，这未在图1中示出。
在一些实施方案中，代替对未成形的板元件的连续的箔进行穿孔，步骤510可以包括提供具有期望的渗透性/穿孔特性的丝网(例如，网状、筛状、铁丝织网状)以实现类似的结果。该丝网还可以被保持到框架(例如，焊接、胶合，等)。
接着穿孔步骤510，现在穿孔的但仍然未成形的板元件110的一侧在覆盖步骤520中被薄聚合物膜130完全地覆盖。聚合物膜130可以由磺化嵌段共聚物形成。未成形的板元件可以另外地被临时的可热成形保护背衬衬垫覆盖。在可选择的实施方案中，聚合物膜130可以被层压至临时的可热成形保护背衬衬垫，该保护背衬衬垫被层压至聚合物膜130，其中，在覆盖未成形的板元件110之前，聚合物膜130与层压的保护背衬衬垫两者被设置在一个卷上。
在可选择的实施方案中，该保护背衬衬垫可以被设置在独立的卷上，而不是提供聚合物膜130的卷。聚合物膜130然后通过例如，层压可以被添加至现在穿孔但仍然未成形的板元件110，且该临时的背衬衬垫可以同时地，或随后地被添加至覆盖穿孔但未成形的板元件110的聚合物膜130。在可选择的实施方案中，铸造聚合物膜130可以设置为卷，或可以替代为液体溶液，该液体溶液使用例如喷洒、丝网印刷或浸渍工艺或点阵施料器施加至未成形的板元件110上且可以随后固化(例如，UV固化)。在该可选择的实施方案中，临时可热成形保护背衬衬垫在应用液体聚合物堵塞穿孔的板元件110中的穿孔之前被添加至未成形的板元件110。
在另一个可选择的实施方案中，穿孔的未成形板元件110与聚合物/衬垫130的组合可以送回作为卷上的连续复合箔。在可选择的实施方案中，对于覆盖步骤520，穿孔的未成形板元件可以设置在卷上。
接着覆盖步骤520，现在穿孔的且覆盖的未成形的板元件110被传输至成形设备140，在图1与图5的示例中，成形设备140通过真空和压力热成形设备展现。在随后的成形步骤530中，边界区域、流体入口和流体出口以及波纹被形成到板元件110中。另外地，薄聚合物膜130使用热被结合至板元件110。热成形设备140可以在成形步骤530的过程中实现组合热与来自底部的真空和/或来自顶部的压力的热结合，用于成形板元件，同时将聚合物膜130保持在未成形的板元件110之上的适当的位置。用于热结合的技术可以是例如“热密封”或“热板焊接”。在成形步骤530之前应用的例如，诸如结合化学品、某些形式的胶合，或对紫外线或低振幅超声(15至45KHz)有反应的粘合剂的结合方式还可以被用于在成形步骤530的过程中将未成形的板元件110结合至聚合物膜130，产生复合未成形板元件。在优选的实施方案中，成形步骤530还可以包括使用导孔设备150(或用于留下可检测的参考标记的类似的装置)在未成形的板元件110上添加导孔。在可选择的实施方案中，添加导孔可以在成形步骤530之后完成。添加的导孔可以被用于在切割之前对未成形的板元件110进行定位。
在一些实施方案中，成形设备140的单腔模具可以由两个功能互补(例如，具有单独的可控制性)的加热元件组成。两个元件可以产生热。底部元件可以被用于在其上真空成形未成形平板元件110，同时顶部加热元件向压力成形功能提供热，抵靠正在成形的板元件110按压聚合物膜以完成成形步骤530。顶部元件与底部元件可以不同的温度被加热(例如，底部元件的温度更低以遵守聚合物膜的温度范围)。
尽管在成形步骤530之后的任何步骤中，背衬衬垫可以被剥离或以其它方式从板元件移除，但是贯穿下面的步骤，其还可以被用于保护在板元件上的聚合物膜。在优选的实施方案中，在堆叠成形的板元件之前该临时的背衬衬垫被移除。
在可选择的实施方案中，覆盖步骤520与成形步骤530可以被同时完成，其中，穿孔的板元件110被聚合物膜130覆盖且穿孔的板元件110与聚合物膜130使用真空热成形设备被结合且成形。
在图1与图5的示例中，板元件110的边界区域被成形在非穿孔的区域中。流体通道(例如，流体出口/流体入口)还可以被成形使得一旦装配在热/焓交换器中，不同的板元件提供用于气体/流体循环的合适的通道。技术人员将容易理解，尽管待覆盖和密封的穿孔被描绘成在板元件110的中心部分，但它们可以位于成形板元件110的彼此面向的任何表面上以形成气体通道，而不管成形的板元件110是否是波纹状的。
通过成形步骤530，由于成形设备140施加的热与波纹，聚合物膜130成形为与板元件110的形状完全相同的形状，且聚合物膜130被永久地结合至板元件110。
成形的但未切割的板元件110然后使用例如切割模具被切割成最终尺寸。技术人员将认识到例如使用激光的其它方式可以被用于切割，而不偏离本发明的教导。
板元件110然后可以测试被板元件110的所有开口的被聚合物膜130覆盖的质量和/或完整性以及结合的效率。例如，该测试可以使用相机通过实时工业视觉检查完成。另外的步骤还可以被执行用于测试板元件110的对预定压力的耐性。在优选的实施方案中，对预定压力的耐性的测试可以在500Pa至5KPa的范围中执行，其取决于指定的用途和预期的交换器的操作条件。
现在同时参考图2与图6。在描绘的实施方案中，由塑料或金属(例如，铝)制成的未成形的板元件210连续进给且作为箔设置在卷上。未成形板元件210被进给至穿孔设备220以进行穿孔步骤610。穿孔设备220可以是例如，模冲床、针辊机或激光网格。本领域的技术人员将容易认识到，穿孔设备220可以是用于对板材料元件210进行穿孔而不偏离本发明的教导的其它设备。在讨论的示例中，板区域被穿孔具有选定的图案(未示出在图2中)，让未穿孔的边界区域当堆叠形成的板元件以形成板交换器时，允许对成形的板元件进行气密性焊接。技术人员将认识到在边界区域处的布置而不是焊接仍然与本发明的教导相容。
在一些实施方案中，代替对未成形的板元件210的连续的箔进行穿孔，步骤610可以包括提供具有期望的渗透性/穿孔特性的丝网(例如，网状、筛状、铁丝织网状)以实现类似的结果。该丝网还可以被保持到框架(例如，焊接、胶合，等)。
在穿孔步骤610之后，穿孔的但未切割的板元件210被传输至成形设备230。当未切割的穿孔板元件210由塑料制成时，成形设备230可以由真空热成形设备展现以使用热和真空对穿孔板元件210进行成形。在一些实施方案中，真空热成形设备可以同时地执行穿孔步骤610与成形步骤620(例如，当纹理(例如，阵列或针状结构)被设置在热成形设备的底部元件中以模制板元件210中的穿孔时)。
当未切割的穿孔板元件210由铝制成时，成形设备230可以是例如，诸如热冲压设备的机械(和可能的热成形)设备，用于成形穿孔板元件210。技术人员将认识到用于成形穿孔的板元件210的例如液压成形的其它方式可以被使用，而不偏离本发明的教导。在下面的成形步骤620(例如，当未切割的穿孔板元件210由金属制成时)中，未切割的穿孔的板元件210被切割成具有指定尺寸、波纹和/或压纹的单独的板元件。当穿孔的板元件210由金属制成时，成形设备230可以包括用于切割的切割元件250。技术人员将认识到例如使用激光的其它方式可以被用于切割，而不脱离本发明的教导。单独切割和穿孔的板元件260在成形步骤620之后被成形。在可选择的实施方案中，切割在成形步骤620之后且在覆盖步骤630之前被完成。在另一个可选择的实施方案中，在成形步骤620之后执行的切割可以在覆盖步骤630的过程中被完成。当穿孔板元件210由塑料制成时，穿孔的且成形的板元件210的切割可以在成形步骤620之后被完成，其中，成形步骤620可以包括将例如孔的引导装置添加至穿孔的板元件210以用于定位穿孔的且然后成形的板元件210用于切割。
在可选择的实施方案中，当未成形的、未穿孔的且未切割的板元件110是金属时，穿孔步骤610与成形步骤620可以在一个单一的步骤中被执行，其中，例如，设备可以使用例如级进模成形工艺穿孔、成形且切割该未成形的、未穿孔的且未切割的板元件210(未示出)。
随着成形步骤620，该现在穿孔的且成形的板元件260在覆盖步骤630中被聚合物膜240完全地覆盖。聚合物膜240可以由磺化嵌段共聚物形成。在优选的实施方案中，聚合物膜240可以被可热成形的临时保护衬垫保护，其中，该临时保护衬垫被层压到聚合物膜240。在覆盖步骤630的过程中，该临时衬垫被用于保护该聚合物膜，且在一些实施方案中，当聚合物膜被抽真空到穿孔板元件260上时该临时衬垫保证密封。在优选的实施方案中，当板元件260由金属制成时，该临时衬垫只可以在复合成形的板元件260的压接的过程中被移除以用于该热/焓交换器的装配。在可选择的实施方案中，该临时衬垫在覆盖步骤630的过程中可以被移除，其中，薄聚合物膜240被结合至该穿孔的且切割的板元件260(未示出)。一旦该聚合物膜240覆盖且结合至该穿孔的且切割的板元件210，该临时衬垫还可以被移除。真空和/或热可以被用于将聚合物膜240成形且结合至该切割且成形的板元件260。在优选的实施方案中，为了增强聚合物膜240至成形的板元件260的结合，在使用真空和/或热将聚合物膜240成形且结合至成形的板元件260之前，结合方式，例如结合化学品、结合胶、热结合形式或对紫外线或低振幅超声(15至45KHz)有反应的粘合剂可以被使用。在优选的实施方案中，结合方式的组合可以被使用以增强成形的板元件260与聚合物膜240之间的结合。在一些实施方案中，聚合物可以是使用例如喷洒、浸渍工艺、点阵流体应用和/或丝网印刷被施加至成形的板元件210上的液体溶液，且之后可以进行固化工艺(例如，UV固化)，其中，临时衬垫被添加用于堵塞穿孔的且成形的板元件260中的穿孔。
在可选择的实施方案中，成形的板元件260的切割在覆盖步骤630之后被执行。成形的板元件260的切割然后可能考虑板元件260潜在地增加的坚固性和聚合物膜潜在地增加的脆性。
板元件260然后可以测试由切割的、成形的且覆盖的板元件210的所有开口的被聚合物膜240覆盖的质量和/或整体性以及结合的效率。在优选的实施方案中，该测试可以使用相机通过实时工业视觉检查完成。另外的步骤还可以被执行用于测试板元件210的对于预定压力的耐性。在优选的实施方案中，对于预定压力的耐性的测试可以在500Pa至5KPa的范围中执行，其取决于指定的用途和预期的交换器的操作条件。
现在参考图3，其示出示例性工艺300的侧视图，该工艺300用于根据本发明的教导从金属(或金属框架的)板元件310制造例如，用于通风***以在冬季从外部空气至内部空气交换热量以及从外部空气至内部空气交换湿度(或反之亦然，用于夏季水分减少或常年在炎热且潮湿的气候带)的示例性热/焓交换器330。在描绘的示例中，板元件310使用例如可以是成形压模机或模压机的成形设备320被折叠且压接。在优选的实施方案中，当可应用时，该折叠包括从板元件310移除保护性临时保护衬垫。该折叠和压接的板元件形成热/焓交换器330。热/焓交换器330根据本领域实践的当前状态然后可以经历气密性测试340。
现在参考图4，其示出示例性工艺400的侧视图，该工艺400根据本发明的教导从塑料(或塑料框架的)板元件410制造例如，用于通风***以在冬季从外部空气至内部空气交换热量以及从外部空气至内部空气交换湿度(或反之亦然，用于夏季水分减少或常年在炎热且潮湿的气候带)的示例性热/焓交换器430。在描绘的示例中，单独的板元件410使用形成热/焓交换器430的焊接设备420可以被堆叠且焊接。焊接使用例如激光或超声焊接工艺可以被实现。热/焓交换器430根据本领域实践的当前状态然后可以经历气密性测试440。
图与描述决不限制本发明且仅仅旨在描述示例。
本发明的描述已经被提出用于说明的目的，但不旨在穷举或限制于本公开的实施方案。对本领域的那些普通技术人员而言，许多修改和变型将是明显的。实施方案被选择用于解释本发明的原理和本发明的实际应用，且能够使本领域中的普通技术人员中的其它人理解本发明以实现具有可能适合于其它考虑的用途的各种修改的各种实施方案。

Claims (47)

1.一种用于生产焓交换器元件的方法，包括以下步骤：
a)根据板外部尺寸内的预定穿孔图案用穿孔设备对平板元件进行穿孔；
b)用具有水蒸气透过特性的薄聚合物膜覆盖所述平板元件的至少一侧；和
c)将所述平板元件成形为展现波纹图案的期望的形状，由此所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件的所述至少一侧并且被成形为与所述平板元件的波纹图案形状相同的波纹图案形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平板元件由塑料制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述平板元件设置在第一卷上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述薄聚合物膜设置在第二卷上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述平板元件被使用针、销、模具以及冲头、激光中的至少一个穿孔。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)与c)同时被执行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述平板元件的成形步骤期间，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件，所述聚合物膜还包括临时的可热成形保护背衬衬垫。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述成形步骤之后的任何步骤中，将所述临时的可热成形保护背衬衬垫从所述平板元件剥离或移除。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述平板元件的成形步骤期间，所述薄聚合物膜被热结合至所述平板元件。
10.根据权利要求1至2以及7至9中任一项所述的方法，其中，所述薄聚合物膜由磺化共聚物制成。
11.根据权利要求1至2以及7至9中任一项所述的方法，其中，所述薄聚合物膜由嵌段共聚物制成。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波纹图案内的并行延伸的任何波纹的空间频率是变化的，以改善抗冻性。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，由每单位面积的穿孔的数量界定的穿孔密度内的并行延伸的任何波纹的空间频率是变化的，以改善抗冻性。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述变化在边界区域中进行。
15.一种焓交换器元件，其使用如权利要求1至14中任一项所述的方法来生产，所述焓交换器元件包括所述平板元件，所述平板元件具有展现预定的穿孔图案和预定的波纹图案的形状，其中，所述平板元件的至少一侧被具有水蒸气透过特性的所述薄聚合物膜覆盖，其中，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件并且被成形为与所述平板元件的波纹图案相同的波纹图案形状。
16.根据权利要求15所述的焓交换器元件，其中，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件，所述薄聚合物膜还包括临时的可热成形保护背衬衬垫。
17.根据权利要求15或16所述的焓交换器元件，其中，所述薄聚合物膜被热结合至所述平板元件。
18.根据权利要求15或16所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件的穿孔区域包括波纹状的或压纹的表面区域。
19.根据权利要求15或16所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件的边界区域中的波纹的宽度比所述平板元件的中间区域中的波纹的宽度大。
20.根据权利要求19所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件的边界区域中的由每单位面积的穿孔数目界定的穿孔密度比所述平板元件的所述中间区域中的穿孔密度大。
21.根据权利要求15至16以及20中任一项所述的焓交换器元件，其中，所述波纹被定向为引导流体流。
22.根据权利要求15至16以及20中任一项所述的焓交换器元件，其中，所述穿孔是具有表面积为不少于板表面的50％的多种形状和尺寸的开口。
23.一种焓交换器，具有至少三个板状焓交换器元件，所述至少三个板状焓交换器元件在平行的方向上固定至彼此以形成允许流体穿过其流动的两个流体路径，其中，所述板状焓交换器元件是根据权利要求15至22中任一项所述的焓交换器元件。
24.根据权利要求23所述的焓交换器，其中，所述焓交换器元件借助于焊接被固定至彼此。
25.根据权利要求24所述的焓交换器，其中，所述焊接为激光焊接或超声焊接。
26.根据权利要求23所述的焓交换器，其中，所述焓交换器元件借助于化学溶液被固定至彼此。
27.根据权利要求26所述的焓交换器，其中，所述化学溶液为溶剂或胶水。
28.一种用于生产焓交换器元件的方法，包括以下步骤：
a)根据板外部尺寸内的预定穿孔图案用穿孔设备对平板元件进行穿孔；
b)将所述平板元件成形为期望的压纹图案和几何形状；和
c)用具有水蒸气透过特性的薄聚合物膜覆盖所述平板元件的至少一侧，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件并且被成形为与所述平板元件的压纹图案和几何形状相同的压纹图案和几何形状。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述平板元件由金属制成。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，所述平板元件由铝箔制成。
31.根据权利要求28或29所述的方法，其中，所述平板元件被使用销、模具以及冲头、或激光中的至少一个穿孔。
32.根据权利要求28或29所述的方法，其中，在步骤b)中以压纹和切割的方式进行的形成几何形状是根据级进冲压技术在具有模具和工具的金属冲压机上被执行的。
33.根据权利要求28或29所述的方法，其中，所述薄聚合物膜由嵌段共聚物制成。
34.根据权利要求28或29所述的方法，其中，所述薄聚合物膜被结合至成形的平板元件，所述薄聚合物膜还包括临时的可热成形保护背衬衬垫。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，在所述覆盖步骤之后的任何步骤中，将所述临时的可热成形保护背衬衬垫从所述平板元件剥离或移除。
36.根据权利要求28至29以及35中任一项所述的方法，其中，所述薄聚合物膜被热结合至成形的平板元件。
37.一种焓交换器元件，其使用如权利要求28至36中任一项所述的方法来生产，所述焓交换器元件包括平板元件，所述平板元件具有展现预定的穿孔图案的形状，其中，所述平板元件的至少一侧被具有水蒸气透过特性的薄聚合物膜覆盖，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件并且被成形为与所述平板元件的压纹图案和几何形状相同的压纹图案和几何形状。
38.根据权利要求37所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件由金属制成。
39.根据权利要求37或38所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件由铝箔制成。
40.根据权利要求37或38所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件的边界区域没有被穿孔。
41.根据权利要求37或38所述的焓交换器元件，其中，所述薄聚合物膜被结合至所述平板元件，所述薄聚合物膜还包括临时的可热成形保护背衬衬垫。
42.根据权利要求41所述的焓交换器元件，其中，在所述覆盖步骤之后的任何步骤中，将所述临时的可热成形保护背衬衬垫从所述平板元件剥离或移除。
43.根据权利要求37至38以及42中任一项所述的焓交换器元件，其中，所述薄聚合物膜被热结合至所述平板元件。
44.根据权利要求37至38以及42中任一项所述的焓交换器元件，其中，所述平板元件具有允许气密连接至另一个类似的平板元件的边界非穿孔区域。
45.根据权利要求37至38以及42中任一项所述的焓交换器元件，其中，所述穿孔是多种形状的开口，且所述穿孔的表面积不少于板表面的50％。
46.一种焓交换器，具有至少三个板状焓交换器元件，所述至少三个板状焓交换器元件被固定至彼此作为堆叠件，以形成允许流体穿过其流动的两个流体路径，其中，所述板状焓交换器元件是根据权利要求37至45中任一项所述的焓交换器元件。
47.根据权利要求46所述的焓交换器，其中，所述焓交换器元件使用折叠、压接以及胶合工艺中的至少一个被固定至彼此。
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