CN110418934A - 换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器，其包括多个相邻的六边形的片材，片材彼此连接。在相邻的片材之间形成流通道。每个片材在其周缘部处至少部分地被相关联的连接体包围且连接到相关联的连接体。相邻的连接体在相关联的片材的周缘部的至少一部分处彼此连接且一起形成壳体的壁。通道开口设置于连接到流通道的壁中，用于允许空气经由通道开口进入流通道。相邻的连接体分别在彼此面对的侧设置有突出部和凹部，其中突出部的形状和凹部的形状彼此邻接，以便通过压配使连接体彼此连接。本发明还提供连接体的生产方法和换热器的生产方法。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器(recuperator)，其包括多个相邻的六边形的片材，这些片材彼此平行地延伸并且在它们的周缘部的至少一部分处彼此连接，其中在相邻的片材之间形成流通道。

背景技术

荷兰公开NL 1030270说明了一种生产具有彼此平行延伸的六边形的片材的热交换器的方法。在这种情况下，片材以一个在另一个顶部的方式彼此堆叠，于是相邻的片材借助于化学熔接在其周缘部处彼此连接，其中使用溶剂以在片材的周缘部处部分地溶解片材的材料。在实践中，随后施加壳体，以便由此获得的彼此熔接的片材的堆叠体，该壳体借助于粘接结合而连接到堆叠体。壳体确保由此生产的热交换器的尺寸相对恒定，并且因此热交换器例如可互换。此外，壳体为对堆叠体提供机械保护，并且提供将热交换器安装到供气和排气管线的可能性，其中供气和排气管线与片材之间的流通道连通。

发明内容

需要高度专业化的组装设备来以自动方式执行已知方法。本发明的目的是提供一种根据前序部分的换热器，该换热器能够以相对简单的自动化方式制造。为此，每个片材在其周缘部处至少部分地被相关联的连接体包围且连接到相关联的连接体，相邻的连接体在相关联的片材的周缘部的至少一部分处彼此连接且连接体一起形成壳体的壁，其中通道开口设置于壁中且连接到流通道，用于允许空气经由通道开口进入流通道，相邻的连接体分别在彼此面对的侧设置有突出部和凹部，突出部的形状和凹部的形状彼此邻接(adjoin)，以便通过压配使连接体彼此连接。连接体的使用使得将片材例如通过粘接结合或熔接(诸如特别地化学熔接或超声熔接等)以直接彼此连接是多余的。化学熔接和粘接结合具有显著的缺点，它们(可能)需要危险的溶剂，并因此需要额外的安全措施。根据本发明的换热器的相邻片材在换热器的生产期间经由与相应片材相关联的连接体彼此连接。在连接体保护片材方面，彼此连接的连接体还起到壳体的作用。能够进一步形成连接体，以便能够以简单的方式安装到供给和排出管线。因此，不必使用预先定制的独立壳体。这还具有以下优点：例如针对特定应用或客户要求，容易性价比高地生产较少的数量的换热器。

通过使相邻的连接体分别在彼此面对的侧设置突出部和凹部，能够容易地实现连接体相对于彼此的正确定位、因此实现片材的正确定位，其中突出部的形状和凹部的形状彼此邻接，以便使连接体彼此连接。突出部和凹部也可以有利地用于在相邻的连接体之间形成气密或至少基本上气密的连接。两个相邻的连接体之间的连接由于压配(相邻的连接体借助于压配而彼此连接)而可以实现可靠度高的气密。尽管也能够将夹持连接与熔接或粘接连接相组合以增加连接的可靠性，但是这种借助于压配的连接使得对相邻的连接体应用彼此熔接或结合是多余的。于是，附加的熔接或粘接连接能够例如具有额外的固定效果。在这种组合的情况下，超声熔接的应用具有的优点是在任何情况下都不需使用任何溶剂。出于固定的目的，还可以绕着壳体配置带，带可选择地连接到每个连接体或至少一部分连接体。

本发明特别适合于在片材由塑料制成的换热器中使用。在实施方式中，通道开口形成于相邻的连接体之间。在这种变型中，通过将相邻的连接体彼此连接而形成通道开口，这实现了连接体的相对简单的实施方式。

可选地，通道开口也能够形成在连接体中而不是形成在连接体之间。

如果突出部和/或凹部具有渐缩形状或至少部分地具有渐缩形状，则能够有助于连接体与相关联的片材的组装，由此能够实现自对准定位(self-aligning positioning)。

如果相邻的连接体借助于卡扣连接(click-fit connection)而彼此连接，则至少在组装和可选择的解除组装期间能够获得实用的实施方式。

为了在相邻的连接体之间实现至少基本上气密的连接，可能有利的是，换热器在相邻的连接体之间、在相邻的连接体彼此连接的位置处设置有密封体，其中进一步优选的是(特别是为了实现简单的组装)，密封体与两个相邻的连接体中的一者连接。

本发明尤其适用于膜式换热器。这种换热器的片材适合于交换水分。这种片材的材料不适合或不太适合熔接。使用粘接剂将膜片材彼此连接的缺点在于，这是一个难以控制的步骤并且是部分地由于难以控制而导致成本高的步骤，特别是如果相对大量地生产换热器尤其如此，并且使用粘接剂将膜片材彼此连接的缺点在于，取决于所使用的粘接剂类型，还涉及使用有害的溶剂。因此，根据本发明的换热器的片材的至少一部分可以有利地可透水。

有利地，换热器可以被构造成具有全部设置有波形部(profile)的片材。在这种情况下，连接体能够有助于片材(更具体地是其波形部)相对于彼此的正确定位，这是因为，由于与连接体的连接，片材能够以相对刚性的方式起作用。

可选地，本发明也适用于较传统的方式，其中能够在换热器中设置片材，即相邻的片材以交替方式是平坦的和设置有波形部。

尤其地，因为本发明使得将相邻的片材彼此直接连接变得多余，所以如果片材由不同材料制成(例如如果相邻的片材以交替方式由不同材料制成)，则根据本发明的换热器也可以是有利的。

本发明的有利应用可以是在换热器中，其中多个片材的一部分由可透水材料制成，而多个片材中的其它部分由不能透水的材料制成。在传统的换热器中，这样的材料难以组合。

为了在连接体和相关联的片材之间形成良好的连接，在使用由不同材料制成的片材的情况下，优选的是，连接体由不同材料制成。在这种情况下，由连接体的材料和相关联的片材的材料形成固定的组合。

在结构方面，可以有利的是，每个片材至少基本上(也包括完全)被相关联的连接体包围。

可以优选的是，特别是在生产量相对大的情况下，连接体是注射成型的。

根据可能的实施方式，壳体的周缘部是条形的。壳体的条形状有助于其它部件(诸如特别是空气管道)安装到换热器。本发明提供了以简单的方式为壳体设置条形周缘部的可能性，即通过使连接体的设计适于壳体。条形应被理解为表示六个主表面以直角彼此连接的所有形状。因此，条形的定义还包括立方体的形状。

通过在注射成型期间将与连接体相关联的片材的周缘至少部分地定位在模具中，片材和连接体之间的连接能够在注射成型期间直接形成。在后一种情况下，可以有利的是，在连接体在片材的周缘部处注射成型期间，片材沿着连接体的周缘部的第一部分被连接体的材料覆盖成型(over-moulded)。因此，本发明还涉及一种根据本发明的换热器中使用的连接体的生产方法，该方法包括以下步骤：

-封闭模具，形成模腔并且片材在片材的周缘部的至少一部分处定位于模腔；以及

-在模具中注射成型连接体，片材在片材的周缘部的至少一部分的位置处被模腔中的连接体的材料覆盖成型。

在注射成型的材料固化以形成连接体之后或者甚至在此期间，还能够将另一材料注射成型到连接体上以形成密封体。这能够通过如下方法实现：在允许液体注射成型材料进入模腔之后且在打开模具以从模具移除连接体之前暂时局部地扩大模腔，并且将其它材料注射成型到模腔的所述扩大部分中。

本发明还提供了一种根据本发明的换热器的生产方法，该方法包括以下步骤：

-设置环绕的(encircling)连接体，每个连接体均具有连接到相关联的连接体并在环绕的连接体的内侧延伸的片材；以及

-以在与相邻的连接体相关联的相邻的片材之间形成流通道的方式通过压配使连接体彼此连接。

附图说明

下面将参照以下未按比例绘制的附图、基于对根据本发明的换热器的可能实施方式的说明更详细地解释本发明：

图1示出了根据本发明的换热器的局部分解立体图；

图2a和图2b示出了根据图1的换热器的层的立体俯视图和立体仰视图；

图3a至图3f示意性地示出了在如图2a和图2b所示的层的生产过程的连续步骤期间所述层的一部分的竖直截面图；

图4a至图4e示出了在根据图3d的步骤之后的可选择的随后步骤；

图5示出了根据本发明的换热器的可选实施方式的立体图；

图6a和图6b示出了根据图5的换热器的两层的立体俯视图；

图7示出了根据图5的换热器的局部分解立体图，其包括可以在实践中使用的安装部件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的换热器，其被构造为热交换器1。示出了热交换器1的十二个层2。每个层2包括环绕的六边形的连接体3。如图2a和图2b所示，每个连接体3的环绕形状内侧的自由通道由片材4密封。连接体3以两个不同的几何形状3a、3b交替设置。连接体3b对应于连接体3a的关于竖直对称平面8成镜像的变体。连接体3a、3b以下面将更详细解释的方式交替地彼此连接。彼此连接在一起的连接体3a、3b形成壳体的壁，壳体在热交换器1的相应六边形的边10a至10f处具有六个直立壁部分。在以上使用诸如“直立”或“竖直”等的术语之处参照相关的热交换器的使用位置的情况。

在该示例中，与不同连接体3相关联(即与不同的层2相关联)的片材4由相同的材料制成，即由不能透水的聚苯乙烯(PS)制成。可选地，然而也可以是所有的片材4由其它材料(典型地，是例如高密度聚乙烯(HDPE)等的塑料，但也可以是诸如铝等的金属)制成。用于片材4的材料还可以是可透水的。热交换器内的片材4还能够优选地以交替的方式由例如选自上述材料的不同的材料制成。片材4的几何形状在波形片材4a和平坦片材4b之间以交替方式彼此不同。在区别不重要的情况下，本文献对于片材4a和4b使用附图标记4，而不管它们是平坦片材还是波形片材。在区别重要的情况下，附图标记2a和2b分别用于具有波形片材4a的层和具有平坦片材4b的层。在图1至图2b中，为清楚起见，未示出片材4a的波形。顺便提及，在本发明的范围内还可以想到，所有的片材4都是波形的或者所有的片材4都是平坦的。片材4的厚度典型地可以在0.05mm和2mm之间变化。通道管道的宽度可以对应于波形的周期或该周期的一半，但也可以对应于波形的多个周期，甚至对应于与流动方向成直角观察到的片材的尺寸。

尽管图1中示出了十二个层2，但实际上热交换器1的层2的数量可以更高，例如100层，但层2的数量也可以更低，例如8层。热交换器在层2的堆叠体的顶侧具有密封盖体41，在层2的堆叠体的下侧具有密封基体42。为了清楚起见，图中的层2的高度被显示为比实际高。通过指示提到，实际上，连接体3的六边形形状的两个在直径方向上相对的点(顺便地，这些点被截断)之间的距离典型地在5cm和100cm之间，同时，层2的高度典型地在2mm和20mm之间。

用于空气的流通道形成于相邻的片材4之间。在热交换器1的作业期间，能量在通过相邻的流通道以相反方向流动的空气之间交换。为了允许空气进入流通道，在两个相邻的连接体3a、3b之间、更具体地在热交换器1的六边形的边10a的位置处形成流入开口11a。流出开口12a(在图1中由于是立体图而不可见)形成于相对侧的六边形的边10d的位置。每个流入开口11a经由两个相邻片材4之间的流通道连接到相关联的流出开口12a。为了允许沿相反方向流动的空气进入流通道，流入开口11b(在图1中由于立体图而不可见)形成于两个相邻的连接体3b、3a之间、更具体地形成于六边形的边10e的位置处。流出开口12b在相邻的连接体3b、3a之间形成于六边形的边10b。每个流入开口11b经由两个相邻片材4之间的流通道连接到相关联的流出开口12b。流通道形成为两个相对的六边形的边10c和10f之间的矩形区域。所述矩形区域与一侧的六边形的边10a、10b或与另一侧的六边形的边10d、10e之间的三角形区域是收集区域，在该收集区域中，经由流入开口11a、11b流入热交换器1的空气在空气流入这些流通道之前分布于两个片材4之间的整个流通道，或者流出两个片材4之间的流通道的空气被供给到流出开口12a、12b。

借助于夹持连接，层2经由连接体3彼此连接。为此，每个连接体3均设置有六边形部分14，六边形部分14在其上侧具有环绕肋15，并且在该六边形部分14中，在下侧设置有环绕槽16。对于连接体3a，环绕肋15在六边形的边10a和10d的位置处中断，以便分别形成流入开口11a和流出开口12a。对于连接体3b，环绕肋15在六边形的边10b和10e的位置处中断，以便分别形成流出开口12b和流入开口11b。此外，连接体3a的六边形部分14分别在在六边形的边10b和10e的位置处在下侧设置有凹部18b、18a，由此槽16在这些区域中断以便形成流入开口11b和流出开口12b。以类似的方式，在六边形的边10a和10d的位置处，连接体3b的六边形部分14在下侧设置有凹部19a、19b(未示出)，由此槽16在这些区域中断以便形成流入开口11a和流出开口12a。

肋15和槽16的环绕形状和截面相对于彼此以如下方式确定尺寸：它们能够以夹持、气密或至少基本上气密的方式通过压配彼此接合。肋15设置有对准边缘17a、17b，以便有助于在组装期间的彼此接合。为了在相邻的连接体3之间形成压配连接，连接体3被压向彼此，其中一个连接体3的肋15的侧面沿着槽16的侧面摩擦滑动。这形成了如下情况：肋15和槽16无间隙地彼此配合并且肋15和槽16的相应侧面以夹持方式彼此邻接，该夹持力提供连接体3之间的连接。可选地或组合地，在不背离如上所述的压配的原理的情况下，肋15和槽16也可以具有略微渐缩的形状。可选地，还能够在肋15和槽16之间使用软密封(softseal)，可选择地，如以下参照图4a至图4e说明的，软密封可以连接到肋15或槽16。除了压配连接之外，还能够通过(例如，化学地或超声)熔接相邻的连接体3或使相邻的连接体3结合来使连接气密。

热交换器1的上述盖体41具有六边形的板状部分43，其外周部与六边形部分14的外周部相同。板状部分在下侧设置有环绕的(中断的)槽，该槽与用于与顶层2的肋15邻接的槽16类似。热交换器1的上述基体42具有六边形的板状部分45，其周缘部也类似于六边形部分14的周缘部。在板状部分45的顶侧，基体42设置有环绕的(中断的)肋46，该肋46类似于用于与底层2的槽16邻接的肋15。顺便提及，可选地，例如为了安装到供气设施和排气设施的目的，盖体和基体也可以具有不同形状的周缘部。

在所使用的形状中，两个供气管道(未更详细地示出)以气密方式安装到热交换器1的六边形的边10a和10e，经由该供气管道将两空气流供给到位于一个边的流通道，该流通道邻接流入开口11a和11b。此外，两个排气管道(未更详细地示出)以气密方式安装到热交换器的六边形的边10b和10d，使得流出开口12b、12a通向这样的排气管道，并且空气流在通过流通道之后再次离开热交换器1。连接体3相对于彼此之间以及连接体3与片材4之间的各种安装和连接使得经由流入开口11a、11b流入热交换器1的空气的至少97％经由流出开口12a、12b再次流出热交换器1。在作业期间，能量将在流过邻接流入开口11a的流通道的空气与流过邻接流入开口11b的流通道的空气之间交换。

为了完整起见，应该注意的是，换热器的六边形的边在它们的长度上也可以彼此不同。更具体地，例如，六边形的边10c和10f可以比其余的六边形的边10a、10b、10d和10e长。在该情况下，如图所示，换热器的六边形形状因而不是旋转对称的。尽管流入开口和流出开口现在由两个相邻的连接体3包围，但是也能够在单个连接体中设置流入开口和/或流出开口。于是，流入开口和/或流出开口均完全被相关联的连接体的材料包围。此外，还可以的是，连接体不是完全环绕的，或者实际上连接体由两个或甚至更多个部分组成，每个部分设置于片材的仅一部分周缘部，其中能够使用独立的密封件以防止空气泄漏。

图3a至图3d示出了在生产具有波形片材4a的层2a期间的连续步骤。片材4a的波形使得该波形不延伸到片材4a的外周缘部。因此，在该处存在平坦区域21。平坦区域21以夹持方式容纳在两个模具部件22、23之间。模具部件22、23在它们之间限定模腔24，模腔24的形状对应于连接部分3a的形状。片材4a的平坦区域21延伸到模腔24中。借助于注射成型，诸如聚苯乙烯或聚乙烯等的液体热塑性塑料经由注射成型通道25供给到模腔24，注射成型通道25均通向模腔24并且多个成型通道25分布在模腔24的周缘部，使得液体热塑性塑料完全填充所述模腔24(图3c和图3d)。随后，液体塑料固化，在该固化期间，塑料粘附到片材4a(的平坦区域21)，其中片材4a延伸到模腔24中。连接部分3的材料选择可以适于片材4的材料选择以便有助于充分的粘附。为了在片材4和固化的塑料材料之间的更强的连接，还可以想到在片材4中配置孔，使得塑料材料能够延伸通过这些孔而还能够确保机械锚固。在固化之后，通过移动模具部件22、23使其彼此分开来打开模具部件22、23。由此生产的产品是层2a(图3e)。

本领域技术人员清楚的是，也能够以类似的方式生产具有完全平坦的片材4b的层2b。层2a和2b能够以一者夹持于另一者的顶部的方式交替地夹持(图3f)，其中片材4a的波形的峰9邻接相邻的平坦片材4b，由此在相邻的片材4a和片材4b之间形成流通道。可以手动实现但可选择地还可以以自动方式实现将层2a和2b夹持于彼此顶部，为此目的，相对简单的组装机可能就足够了。该机器可以适用于不同尺寸的热交换器，不需要或仅需要有限的重新设置。

图4a至图4c示出了用于生产层2的可选方法的连续步骤，其中，在如参照图3a至图3e说明的塑料材料的固化之后，通过使在槽16的整个长度上延伸的注射管道体27相对于底部模具体23'向下移动，在连接体3的下侧形成额外的模腔26。随后，液体塑料材料经由注射管道体27中的注射管道28供给到额外的模腔26。该塑料的材料与模腔24中的塑料材料的不同之于，如橡胶一样，它在固化后的形式中具有弹性。在额外模腔26中的塑料材料固化之后，将其粘附到模腔24中的塑料材料并形成密封件29。由此生产的产品表示为层2a'。当然也能够以与密封件29类似的方式为层2b设置密封件。该层用附图标记2b'表示。密封件29用于促进相邻的层2a'、2b'的气密安装(图4e)。

图5至图7涉及热交换器51，其能够被认为是热交换器1的变型。位于热交换器51的相对的六边形的边60c和60f的壁部61c和61f(从上方观察)相对于热交换器1的对应壁部在两端处伸长。因此，热交换器51或至少其外侧具有条的形状，该条的形状具有矩形、更具体地方形的俯视图。热交换器51中的片材是六边形的，类似于热交换器1中的片材4。层52a、52b的连接体62a、62b的形成壁部61c和61f的部分的端部64a、64b(在图5中，壁部64a、64b)位于热交换器51的前部、彼此对齐并且与截断点64c一起定位，该截断点64c在层52a、52b的连接体62a、62b的位于六边形的边60a和60b的部分之间。因此，这些端部64a、64b、点64c与盖体71和基体72一起形成接触面，该接触面具有平躺的、块状的八字形(figure eight)。

图7示出了漏斗形的流动体(flow body)81、82如何以夹持方式与热交换器51的两个相反的接触面邻接。垫圈83、84设置在流动体81、82和两个相关联的接触面之间。在接触面的八字形状中的两个开口的位置处，垫圈83、84和流动体81、82也都设置有相同的开口。为了使空气流分开，流动体81、82包括开口之间的分隔件85。流动体81、82借助于拉杆(drawbar)86将热交换器51夹持在它们之间，拉杆86例如可以是带螺纹的并且延伸通过流动体81、82中的孔。

Claims (22)

1.一种换热器，其包括多个相邻的六边形的片材，所述片材彼此平行地延伸并且在所述片材的周缘部的至少一部分处彼此连接，其中在相邻的片材之间形成流通道，其特征在于，每个所述片材在其周缘部处至少部分地被相关联的连接体包围且连接到所述相关联的连接体，相邻的连接体在相关联的片材的周缘部的至少一部分处彼此连接且一起形成壳体的壁，其中通道开口设置于所述壁中且连接到所述流通道，用于允许空气经由所述通道开口进入所述流通道，相邻的连接体分别在彼此面对的侧设置有突出部和凹部，所述突出部的形状和所述凹部的形状彼此邻接，以便通过压配使所述连接体彼此连接。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述片材由塑料制成。

3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述通道开口形成在相邻的连接体之间。

4.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述通道开口形成于连接体中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述通道开口位于所述六边形形状的相对的边。

6.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述突出部和/或所述凹部具有渐缩形状或至少部分地具有渐缩形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器在相邻的连接体之间、在所述相邻的连接体彼此连接的位置处设置有密封体。

8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述密封体连接到两个相邻的连接体中的一者。

9.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述片材中的至少一部分是能够透水的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，全部所述片材都设置有波形部。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的换热器，其特征在于，所述相邻的片材以交替方式是平坦的和设置有波形部。

12.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述片材由不同材料制成，优选地所述片材以交替方式由不同材料制成。

13.根据权利要求12所述的换热器，其特征在于，多个所述片材中的一部分由能够透水的材料制成，以及多个所述片材中的其它部分由不能透水的材料制成。

14.根据权利要求13所述的换热器，其特征在于，所述连接体由不同材料制成，优选地所述连接体以交替方式由不同材料制成。

15.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述壳体的周缘部是条形的。

16.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述片材中的每一个片材至少基本上被相关联的连接体包围。

17.根据权利要求16所述的换热器，其特征在于，所述片材中的每一个片材完全被相关联的连接体包围。

18.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述连接体是注射成型的。

19.根据权利要求18所述的换热器，其特征在于，在所述连接体在所述片材的周缘部处注射成型期间，所述片材沿着所述连接体的周缘部的第一部分被所述连接体的材料覆盖成型。

20.一种根据前述权利要求中任一项所述的换热器中使用的连接体的生产方法，其包括以下步骤：

-封闭模具，形成封闭的模腔并且片材在所述片材的周缘部的至少一部分处定位于所述模腔；以及

-在所述模具中注射成型所述连接体，在所述模腔中，所述片材在所述片材的周缘的至少一部分的位置处被所述连接体的材料覆盖成型。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将密封体注射成型到所述连接体的步骤。

22.一种根据权利要求1至19中任一项所述的换热器的生产方法，其包括以下步骤：

-设置环绕的连接体，每个所述连接体均具有连接到所述相关联的连接体并在所述环绕的连接体的内侧延伸的片材；以及

-以在与相邻的连接体相关联的相邻的片材之间形成流通道的方式通过压配使相邻的连接体彼此连接。