專利名稱：熱交換層壓板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于換熱器的層壓板，更具體地，涉及包括蒸發(fā)式換熱器中所用液體保持層(liquid retaining layer)的層壓板。本發(fā)明還涉及由所述層壓板制成的換熱器和這種換熱器的制造方法。
背景技術(shù)：
在很多情況下，需要有結(jié)合液體蒸發(fā)的熱交換。一種這樣的情況是對干燥空氣進行加濕。當(dāng)空氣被加熱時，其載體水汽的能力提高，因此如果不再另外增加水汽，那么其相對濕度降低。在寒冷時期，向建筑物提供熱空氣的取暖設(shè)備需要某些形式的加濕，以補償這種相對濕度的降低。一般而言，相對濕度低于50％被認(rèn)為是不合要求的。增加濕度的一種方式是為空氣處理單元(air treatment unit)內(nèi)的多孔介質(zhì)提供水。流經(jīng)介質(zhì)的熱空氣可以提取額外的水汽并將其傳送到建筑物中。通過這樣，同時發(fā)生著自多孔介質(zhì)與其支架間的熱交換?？梢元毩⒌靥峁┘訚裱b置，或者可以將其與加熱器、熱回收裝置、熱泵、空氣調(diào)節(jié)器以及下文中說明的露點冷卻器結(jié)合。
另一種需要結(jié)合液體蒸發(fā)的熱交換的情況為蒸發(fā)冷卻器。幾百年來，蒸發(fā)熱交換的原理以多種常規(guī)形式得以應(yīng)用。一般而言，通過向熱交換層壓板的一面提供液體并通過氣體，如，使空氣通過表面，液體可能從所述表面蒸發(fā)。液體蒸發(fā)成蒸汽需要加入大量的熱——即蒸發(fā)潛熱。該熱量由熱交換層壓板提供，并通過這樣對該熱交換層壓板進行冷卻。在下文中，盡管參考了與水、空氣和水蒸氣一起工作的蒸發(fā)式冷卻器，仍然應(yīng)當(dāng)理解為該原理通常同樣適用于其它熱交換介質(zhì)。
蒸發(fā)式換熱器的一種具體形式被稱為露點冷卻器。露點冷卻器用于將產(chǎn)品氣流的溫度降低至盡可能接近露點溫度。對于給定絕對濕度的氣體來說，露點是氣體達到100％相對濕度的溫度，在該點達到飽和且不能再吸收水汽。通過將大量液體蒸發(fā)成另一種工作氣流，將熱量從產(chǎn)品氣流移開。這種方法在理論上非常有效，并且不需要壓縮機，常規(guī)的制冷循環(huán)中便是這種情況。為實現(xiàn)這種循環(huán)已經(jīng)進行了許多嘗試，但是實際的考慮使得在大多數(shù)溫度范圍內(nèi)接近露點變得非常困難。在下文中，術(shù)語露點冷卻器用于指這種裝置通過這轉(zhuǎn)移使液體冷卻至或接近其初始露點，使液體蒸發(fā)成在其飽和點或附近工作的工作液體。
露點冷卻器的一種已知形式以逆流式工作，并且使用產(chǎn)品氣流的一部分作為工作氣流。簡而言之，氣體流經(jīng)熱交換元件的第一面，并通過傳熱至上述元件而冷卻。一部分氣體轉(zhuǎn)回?zé)峤粨Q元件的第二面。熱交換元件的第二面設(shè)置有供水，并且從熱交換元件向水進行熱傳遞，從而使水蒸發(fā)成工作氣流。水蒸發(fā)成工作氣流需要相應(yīng)于與水的蒸發(fā)潛熱的大量熱輸入。該類型的一種裝置可從Gershuni等人的美國專利US4976113 A中已知。另一種裝置可從Maisotsenko等人的美國專利US6581402 A中已知，其中對交叉流動結(jié)構(gòu)的露點冷卻器的可選設(shè)置進行了說明。因此，在此并入二者的全部公開內(nèi)容作為參考。
人們認(rèn)為向這種冷卻器的第二個潮濕面的表面供水對于實現(xiàn)充分地冷卻至接近露點是至關(guān)重要的。過去已知的冷卻器將潮濕的一面用多孔吸水層完全覆蓋。如果離開第一面的氣體處于露點，當(dāng)其返回通過第二個潮濕面時，由于已經(jīng)飽和，因此最初不能吸收更多的水汽。應(yīng)當(dāng)首先通過熱輸入將氣體變暖，以離開飽和線。僅僅在該點，便可以通過相應(yīng)的潛熱傳遞吸收更多的水汽。然而潮濕面上存在的厚多孔層阻止了從熱交換元件向氣體的直接熱傳遞。因此，已知的冷卻器很少降低到環(huán)境氣體的濕球溫度之下。不希望受任何理論束縛，申請人相信，提供潛熱傳遞之后的增量、重復(fù)的可選熱能熱傳遞，僅該類型的裝置便可成功地實現(xiàn)冷卻至露點。這樣，氣體每吸收一定量的水便回到飽和線，在吸收更多的水之前必須由直接熱傳遞再次加熱。
人們還相信，為了實現(xiàn)有效的冷卻，潮濕面材料表面的水分活度(water activity)必須高，從而可容易地釋放其水汽。水分活度由材料釋放水的傾向與水自身的傾向之比定義。因此，水分活度為1的表面可以通過蒸發(fā)成表面之上的氣流而輕易地釋放出水，而水分活度為0的表面在相同情況下則不會釋放出水。在下文中，水分活度也可以應(yīng)用于代替水使用的其它液體的類似活度。光滑金屬(如鋁)的表面高水分活度高，因此很容易釋放水。然而遺憾地是，其不善于保持水，并且不能提供水蒸發(fā)的有效緩沖。
在這一點應(yīng)當(dāng)注意到，對于露點冷卻器來說，它的優(yōu)點在于在循環(huán)潤濕(irrigation)期間，提供給潮濕側(cè)的水可以得到保持或緩沖。如果露點冷卻器的潮濕面被潤濕，工作氣流中存在過量的水將會導(dǎo)致溫度從露點上升至濕球溫度。這是由于過量的水通過氣流自身中水滴的蒸發(fā)導(dǎo)致工作氣流的絕熱冷卻，而不是通過熱交換壁上的蒸發(fā)。一旦表面吸取潤濕的水分并排走過量的水，則溫度會再次回到露點。表面吸取的水分必須充分，以使露點冷卻器繼續(xù)工作一段時間直至下一次潤濕。理想的液體保持層也應(yīng)該在蒸發(fā)時再次釋放液體。
從荷蘭專利NL1018735中已知的一種設(shè)備中，使用一層波特蘭水泥來涂覆換熱器，在此并入其全部內(nèi)容作為參考。盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種層由于開放結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的水分活度和水分緩沖特性，其表現(xiàn)出某些缺點比較沉重；容易掉皮和粉化，特別是當(dāng)形成于其上的載體層(carrier layer)受到震動或彎曲時；以及不便于應(yīng)用于清潔生產(chǎn)環(huán)境。具體地，必須在成形的產(chǎn)品上涂覆水泥涂層，因為一旦涂層后便不能將形成換熱器的材料再成形。向復(fù)雜形狀上涂覆所需厚度分布的涂層十分困難，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的水泥涂層表現(xiàn)出的厚度變化不合需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改進型熱交換層壓板，其包括至少部分覆蓋有具有開放結(jié)構(gòu)的柔性液體保持層的可成形載體層，使得在使用時熱交換介質(zhì)可以通過液體保持層的開放結(jié)構(gòu)與載體層直接接觸。通過形成這種雙層層壓板，可以使熱交換層壓板在成形之前具備所需的特性，如液體保持層的空間分布。該層壓板可以通過已知的制造方法方便地成形為所需的任意形狀。通過為液體保持層提供開放結(jié)構(gòu)，增強了換熱器向其上流過的液體介質(zhì)傳遞熱能熱量和潛熱熱量的能力。這種開放結(jié)構(gòu)包括形成液體保持層的纖維材料的纖維之間的間隙。這些纖維材料可以是具有開放結(jié)構(gòu)的織造層或非織造層。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)針織或其它編織技術(shù)對于產(chǎn)生高度足以緩沖大量液體的開放結(jié)構(gòu)是極為有效。
纖維材料可以通過粘合劑或者其它類似的方法粘附在載體上。優(yōu)選地，粘合劑和纖維材料在層壓板成形成所需形狀時不應(yīng)當(dāng)發(fā)生分層。在層壓板有波紋的情況下，例如，可能需要將織造纖維材料的織紋與所需的波紋對齊。此外，使用粘合劑時，粘合劑可以選擇成提高載體層或液體保持層的性能。因此，粘合劑可選擇成具有持水性能或者導(dǎo)熱性能，或者兩者兼而有之，從而可以將其視為形成這些層中任一層的一部分?？梢栽趯訅哼^程之前或在層壓過程中為在載體層的兩面提供粘合劑。載體層第一面上的粘合劑可以用來連接液體保持層，而第二面上的粘合劑可以用來將成形層壓板連接在其它換熱器元件如膜或其本身上形成管材。優(yōu)選地，至少載體層第二面上的粘合劑為熱激活粘合劑。
根據(jù)本發(fā)明特別有利的實施方式，適當(dāng)?shù)睦w維材料包括聚酯和粘膠纖維的混合物。另外可選地，可以使用涂覆聚酰胺的聚酯纖維。為了用于露點冷卻器中的水，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些纖維具有優(yōu)異的持水力和高的水分活度，可以保持充足的水分緩沖以允許間歇供水。優(yōu)選地，纖維的直徑為10微米至40微米，最有選為約30微米。
在本發(fā)明另外可選的實施方式中，熱交換層壓板可額外地或者另外地包括載體層的覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)，其可能的形式為液體保持材料的條紋(band)或凸紋(rib)的重復(fù)圖案，之后是未覆蓋載體層的條紋。覆蓋區(qū)域可以被上述的纖維材料覆蓋，或者可以被另外可選的液體保持材料覆蓋。理想地，用于水時，這些材料應(yīng)當(dāng)具有高的水分活度，使得必要時可以很容易地釋放出水分。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)主要通過表面張力效應(yīng)來保持水分。另外可選地，可以使用表現(xiàn)出弱的吸濕和親水效應(yīng)的材料，例如，其形式可以為涂層，如聚氨酯。可以用多種方式將這些涂層引入到載體層上，這些方式包括油漆、噴射、印刷、轉(zhuǎn)移或類似方式。當(dāng)然，為了用于除水以外的蒸發(fā)介質(zhì)或者用于除空氣以外的氣體，也可以選擇其它材料。
在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，載體層包括軟性退火鋁。這種鋁的形式可以是厚度為30至150微米的箔片。更優(yōu)選地，箔片的厚度為50至100微米，理想地為約70微米。這種鋁材的一個主要優(yōu)點在于它非常便宜并且容易成形。而且它非常輕，并且結(jié)構(gòu)堅固。也可以使用銅，但是銅要重一些?？紤]到價格、重量以及需要應(yīng)用的領(lǐng)域，也可以考慮其它的材料。當(dāng)需要層壓板在層壓板平面內(nèi)傳熱時，使用良好的導(dǎo)熱體如金屬(如鋁)是非常重要的。這種情況可以是當(dāng)層壓板成形為安裝在將第一液流和第二液流隔開的隔膜(membrane)上的散熱片時。在該情況下，散熱片用來有效地增加換熱器第一面上的表面積。此外，散熱片也可以提供在隔膜的第二面。如果需要的話，也可以從根據(jù)本發(fā)明的層壓板制成其它的散熱片。如果使用鋁作為載體層的話，使用粘合劑粘合則需要底漆。其它難以粘合的材料也可能需要底漆。
如果不需要或者應(yīng)避免層壓板面內(nèi)熱傳導(dǎo)的話，載體層可以由不良熱導(dǎo)體制成。這可以是當(dāng)層壓板成形為將第一液流和第二液流隔開的隔膜的情況，其僅僅用來縱穿其本身從第一流體向第二流體傳熱。在該情況下，載體可以由可成形塑料材料制成，成形可以通過熱成形、熱固成形、固化或其它產(chǎn)生永久或非永久性變形的方式進行。
優(yōu)選地，對于上述所有層壓板來說，液體保持層應(yīng)該相對較薄，以保證對載體層的良好熱傳導(dǎo)。理想地，認(rèn)為液體保持層的平均厚度應(yīng)當(dāng)為小于50微米。優(yōu)選地，小于20微米，更優(yōu)選地，小于10微米。提到液體保持層厚度時，所述厚度是指考慮到液體保持層上覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)或其它開放結(jié)構(gòu)的分布的平均厚度。因此，空間覆蓋率為50％、厚度為40微米的液體保持層的平均厚度應(yīng)當(dāng)視為20微米。如果液體保持材料額外地具有開放纖維結(jié)構(gòu)，則該層的平均厚度按比例小于20微米。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了由這種熱交換層壓板制成的熱交換元件?？梢允惯@種熱交換層壓板呈波紋狀，形成一組延長的散熱片。該散熱片可以作為表面積增加元件附加在熱交換隔膜上，或者它們自身用來形成限定液體流過換熱器如露點冷卻器的隔膜或通道。如果散熱片作為表面積增加元件附加在熱交換隔膜上，則它們可以額外地提供有放氣孔(louvres)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在僅在載體的第一表面上提供有液體保持層的情況下，使用這種放氣孔極為有利。
在使用中，放氣孔用于將液流從第一表面引導(dǎo)至第二表面，反之亦然。由于第二表面并未被液體保持層覆蓋，提高了從載體層到液體的直接熱傳遞。在液體另外可選地流過熱交換層壓板兩面的情況下，載體層兩個表面上液體保持層的分布可以部分地決定開放結(jié)構(gòu)的比例和液體保持層的有效平均厚度。
根據(jù)本發(fā)明的具體優(yōu)勢，熱交換元件可以包括載體層的兩個表面上具有開放結(jié)構(gòu)液體保持層的熱交換層壓板。這種熱交換元件在用于蒸發(fā)式換熱器和露點冷卻器時用途極為廣泛。由于它的開放結(jié)構(gòu)，層壓板的兩個面可以根據(jù)液流和供水的方向用作濕潤面或干燥面。這使得露點冷卻器可以在諸如寒冷時期用作熱回收元件，也使得進入的氣流得以濕潤。在該上下文中，根據(jù)本發(fā)明的層壓板的具體優(yōu)勢在于水分保持層能夠保持和運送通過冷凝在這種熱回收元件冷卻面上形成的水。在過去，這樣的水趨于形成水滴，這會導(dǎo)致熱交換元件的阻塞或限制。存在有根據(jù)本發(fā)明的液體保持層則確保了水分薄層得以保持，從而使熱傳導(dǎo)最優(yōu)，并排走過量的水。為了濕潤之目的，回收的水可以隨后供應(yīng)至加熱面根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種熱交換元件的制造方法，其包括提供包括至少被柔性液體保持層部分覆蓋的可成形載體層的熱交換層壓板，以及將所述層壓板成形為熱交換元件。首先提供層壓板，然后將其成形為所需的形狀，便有可能實現(xiàn)液體保持層所要求的構(gòu)造。一旦換熱器成形為復(fù)雜的形狀，那么將很難以高效、可控的方式將其連接在液體保持層上。
優(yōu)選地，層壓板成形為多個伸長的散熱片。如果載體層由金屬如鋁制成，則這種散熱片可以很容易地通過滾軋成形機而形成。成形過程還包括在散熱片中或穿過散熱片形成放氣孔的步驟。這些放氣孔通過使各種邊界層斷開而有助于進一步增強熱傳導(dǎo)，并可以用于從板的一面至另一面引流。還可以形成其它流動中斷方式，包括凹陷、隆起、凹槽等。為了有效地形成這些散熱片、放氣孔和其它中斷裝置，將載體層和液體保持層良好地連接在一起是非常重要的，這是為了防止不希望的分層或?qū)訅喊逭w性產(chǎn)生干擾。如果穿過層壓板形成放氣孔，則成形還包括載體層或液體保持層或二者的切割。
在本方法有利的實施方式中，可以將層壓板連接在隔膜的第一表面上以向其傳熱。如果將層壓板褶皺成散熱片，則每片散熱片的底座可以優(yōu)選地通過粘合計連接在隔膜上。現(xiàn)有技術(shù)的換熱器通常通過焊接和硬焊技術(shù)制成。根據(jù)本發(fā)明的重要進展，通過粘合劑來使散熱片和隔膜連接使人們可以進行快速、廉價和輕便的組裝。具體地，優(yōu)選熱壓激活粘合劑，其在成形和連接之前作為層壓板或隔膜的整體部分而提供。
根據(jù)本發(fā)明的再另一有利的實施方式，該方法進一步包括提供其它散熱片并將其連接在隔膜的第二表面上以向其傳熱。然后管狀結(jié)構(gòu)在該管狀結(jié)構(gòu)的外表面形成伸長的散熱片，而在該管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面形成另外的散熱片，反之亦然。將兩個相似的隔膜放置在一起并將其沿平行邊緣密封，形成管狀結(jié)構(gòu)。另外可選地，可以將單個隔膜折疊或卷攏成管狀結(jié)構(gòu)并密封。優(yōu)選地，散熱片通常與管狀結(jié)構(gòu)的軸對齊。


參考以下附圖僅通過實施例的方式對本發(fā)明的實施方式進行說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一方面的熱交換層壓板的局部透視圖；圖2是穿過圖1所示熱交換層壓板說明水分保持的詳細(xì)剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一方面的另外可選的熱交換層壓板的透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的熱交換元件的透視圖；圖5是采用根據(jù)圖4的熱交換元件的構(gòu)造的透視圖；圖6是包括多個根據(jù)圖4的熱交換元件的管狀結(jié)構(gòu)的透視圖；具體實施方式
根據(jù)圖1，其中示出了一段熱交換層壓板1，其示出了各獨立層。層壓板1包括載體層2，其第一表面被液體保持層4覆蓋。載體層和液體保持層之間提供有第一粘合劑6。載體層2的第二表面上還提供有第二粘合劑8。在該實施例中，第二粘合劑8的存在是任選的，其功能將在下文中進行說明。
載體層2優(yōu)選由厚度為約70微米厚度的軟性退火鋁制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種材料的極大優(yōu)勢在于其輕巧、容易成形且傳導(dǎo)性良好。在鋁材的兩個表面上提供有底漆(未顯示)，以保證與粘合劑6、8的充分結(jié)合。所述的底漆優(yōu)選PVC基底漆，并且可以著色，為層壓板提供所需的外觀。還可包括另外的涂層，以防止被腐蝕。盡管本實施例描述了鋁，也可采用其它具有相似特性的金屬，包括銅、錫、鋅和其它合金和組合。另外可選地，可以使用塑料以及包括碳和aramide纖維的復(fù)合材料。對技術(shù)人員來說，上述材料的選擇非常明顯，其由換熱器將工作的具體條件而確定。
液體保持層4由纖維非織造材料制成。盡管稱其為液體保持層，很容易理解到該表面實際上是液體保持和釋放表面。從圖1中可以看出，該層具有非常開放的結(jié)構(gòu)，使得透過纖維10之間的間隙可以清楚地觀察到載體層2。形成水分保持層的一種示例性材料是20g/m2的聚酯/粘膠絲50/50混合纖維，其可獲自荷蘭的Lantor B.V.。另一種示例性材料是30g/m2的涂覆聚酰胺的聚酯纖維，其可以名稱ColbackTM獲自荷蘭的Colbond N.V.。也可使用其它具有類似特性的材料，其包括合成纖維和天然纖維，例如還可以使用羊毛。當(dāng)需要時，液體保持層可以進行涂層或者以其它方式處理，以提供抗菌或者其它的防污性能。
在圖1和2中，提供第一粘合劑6作為層壓板1全部區(qū)域上的薄層。使用上述的鋁和Lantor纖維時，已經(jīng)一層2微米的雙組分聚氨酯粘合劑可提供優(yōu)良的結(jié)果。當(dāng)作為這種薄層出現(xiàn)時，其對向載體層傳熱的影響是可以忽略的。然而，也可以僅單獨在纖維10的區(qū)域提供第一粘合劑6。在這種情況下，也可以認(rèn)為其形成開放結(jié)構(gòu)的一部分，從而使液體和熱交換介質(zhì)可以與載體層2直接接觸。通過在與載體層2層壓之前用第二粘合劑6涂覆液體保持層4的纖維10可以實現(xiàn)這一點。
圖2更詳細(xì)地顯示了液體保持層4如何有效地緩沖大量液體以備隨后蒸發(fā)。圖2顯示，載體層2在其下表面上提供有第二粘合劑8層。形成液體保持層4一部分的兩股纖維10在載體層上表面上示出，其通過第一粘合劑層6粘附。圖2還示出了液滴12。液滴12被纖維10有效保持住，即使將層壓板1在垂直位置上防止也可以防止液滴12從表面滴落?？梢允褂枚喾N機制提高纖維保持液體的趨向。對于水來說，保持力應(yīng)當(dāng)優(yōu)選主要基于表面張力效應(yīng)，因為這些效應(yīng)伴隨著相對較高的水分活度。
從圖2中可以看出開放結(jié)構(gòu)的程度。纖維10的間隔距離為d，在這種情況下，該距離d基本上對應(yīng)于被纖維10保持的液滴12的伸展。液滴12的伸展實際上取決于多種因素，其包括各個纖維10的形狀和尺寸；纖維10、粘合劑6和載體層2的表面性質(zhì)；所用的液體12；流經(jīng)換熱器的氣體的性質(zhì)和條件。距離d的選擇還取決于層壓板1的所需特性。如果水分活度是首要的，則距離d可以選擇成大于液滴12的伸展。如果增大緩沖容量是首要的，則距離d可以選擇成基本上小于液滴的伸展。實際上，為了用于涂有雙組分聚氨酯粘合劑的鋁載體層上的水，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約100微米的平均距離d是合乎需要的。因此，液體保持層可以根據(jù)所預(yù)計的條件而調(diào)整，如較干燥的氣候下提供更大的緩沖能力。
圖3顯示了垂直位置下層壓板1另外可選的形式。類似元件用與上文相同的編號標(biāo)識。層壓板1包括載體層2，其第一表面上提供有分離的粘合劑6的區(qū)域。類似地，載體層的第二表面上提供有分離區(qū)域形式的粘合劑8。在該實施方式中，粘合劑6和8自身構(gòu)成水分保持層。與圖2的情況下的纖維間隔相似，粘合劑的分離區(qū)域間隔距離為d。然而在這種情況下，可以看出距離d基本上小于液滴12的尺寸，導(dǎo)致緩沖能力較低，但是水分活度較高?？梢圆捎枚喾N形成粘合劑液體保持層的不同方法，其包括噴射、轉(zhuǎn)移和印刷。優(yōu)選的方法采用噴墨印刷技術(shù)。明顯地，分離區(qū)域可以提供有所需的任意形狀，可以排列成所需的任意圖案。盡管稱為分離區(qū)域，也可以采用提供所需開放結(jié)構(gòu)的互連區(qū)域。此外，盡管提及到粘合劑，載體層表面上的其它結(jié)構(gòu)或突起還可以提供同樣的水分保持功能。對載體層進行表面處理(如蝕刻或類似處理)可以實現(xiàn)類似的效果，在表面的上層形成液體保持元件。
令人驚訝的是，突起(如圖3的粘合劑6、8或者圖1和2的纖維10)的高度對于持水量的確定是非常重要的。通過采用針織技術(shù)形成液體保持層4的材料，如果對針織方法進行優(yōu)化，在不減少其開放結(jié)構(gòu)的同時增加該層的高度或厚度，則可以增大緩沖容量。
圖4顯示根據(jù)圖1的熱交換層壓板1的一段，其形成熱交換元件14。該熱交換元件包括一組散熱片16，其在第一上表面上具有液體保持層4。散熱片16分別提供有穿過層壓板1的伸長狹槽形式的放氣孔18(僅顯示第一片散熱片上的放氣孔)。將放氣孔18分組排列。第一組20用來向表面引流，而第二組22則從表面向外引流。因此，將沿箭頭A方向沿?zé)峤粨Q元件14流動的部分氣體通過層壓板被引向第二下表面。沿箭頭B方向的氣體則被第二組放氣孔向外引出。通過這樣，氣體交替流過第一表面和之后的第二表面，氣體在第一表面處可以接收從液體保持層蒸發(fā)的水汽，在第二表面處接收直接熱能以升高其溫度。
除在熱交換元件14的表面之間引流的功能之外，放氣孔18還用來中斷當(dāng)氣體沿表面流動時可能形成的邊界層?？梢允褂闷渌闹袛嘣硌a充或替代放氣孔18。需要注意，在圖2所示的根據(jù)該實施方式的熱交換層壓板1中，水分保持元件可以附帶地設(shè)計成中斷邊界層。此外，盡管圖4中的散熱片16是直的，還可生產(chǎn)曲線形或鋸齒形散熱片。人們相信由于每次當(dāng)散熱片改變方向時可重新形成湍流，這種散熱片的形狀對于中斷沿散熱片的流體中形成的邊界層是有利的。散熱片還可形成多種橫截面形狀，其包括正方形、梯形、矩形、鐘形和正弦波形的波紋。精確的形狀取決于各種因素，其中之一是液體保持層4抵抗彎曲的能力。
除放氣孔18之外，熱交換元件14還提供有傳導(dǎo)橋(conductionbridge)24。這些傳導(dǎo)橋24的形式為在散熱片16的幾乎整個高度上穿過層壓板1的切口。傳導(dǎo)橋24用來防止沿?zé)峤粨Q元件14在氣流方向上發(fā)生不必要的傳熱。
優(yōu)選使用標(biāo)準(zhǔn)軋波紋技術(shù)制成熱交換元件14?？梢允挂卉堓亴挾冗m當(dāng)?shù)膶訅喊?經(jīng)過一對波紋輥，每次經(jīng)過時便形成散熱片16、放氣孔18和導(dǎo)熱橋24。然后可以將所得的產(chǎn)品切割成進一步處理用的尺寸適當(dāng)?shù)臒峤粨Q元件14。
圖5顯示了使用圖4的熱交換元件14的一種可行的構(gòu)造25。根據(jù)圖5，熱交換元件14連接在隔膜26的第一表面上。隔膜26在其第二表面上提供有第二熱交換元件28，其中所述的第二熱交換元件28在本實施例中提供有形狀類似熱交換元件14的散熱片30，其還可提供有放氣孔和傳導(dǎo)橋。第二熱交換元件28與第一熱交換元件14的不同之處在于它不包括液體保持層?？諝饣蚱渌糜趽Q熱器的流體不能透過隔膜26，隔膜26用來界定第一流體區(qū)X和第二流體區(qū)Y。由于構(gòu)造原因，隔膜的優(yōu)選材料是規(guī)格約70微米的軟性退火鋁。
如上文中所述，形成熱交換元件14的熱交換層壓板1可以在其第二表面上具有第二粘合劑8。該第二粘合劑8優(yōu)選為熱封粘合劑，如PVC/聚丙烯酸酯基粘合劑。隔膜26面向熱交換元件14的表面上也提供有類似的或相容的熱封粘合劑，從而可以在適當(dāng)?shù)臒崃亢蛪毫ο氯菀椎貙⒏裟?6與元件14結(jié)合在一起。第二熱交換元件28與隔膜26相對的表面上也提供有類似的熱封粘合劑，并可以用同樣的方式結(jié)合在一起。從圖5中可以看出，可以將熱交換元件14與26以這種方式結(jié)合在一起僅僅將散熱片16、30的槽與隔膜26粘附。此外，散熱片16和30通過隔膜26而彼此直接對準(zhǔn)。
在使用中，流體區(qū)X用作蒸發(fā)式換熱器或加濕裝置的濕潤面，而區(qū)域Y則用作干燥面。包括層壓板1的散熱片16可以吸收液體保持層4中的大量水分。流經(jīng)表面的不飽和氣體可以吸收層壓板1上蒸發(fā)出的水分。通過這樣，層壓板1失去對應(yīng)于水分蒸發(fā)潛熱損失的熱量。為了保持平衡，必須為層壓板1供熱。對于鋁載體層2來說，通過從隔膜26向?qū)訅喊迕鎯?nèi)傳導(dǎo)實現(xiàn)這一點。然而，該熱量必須反過來由區(qū)域Y中干燥流體的冷卻提供，并且該熱量通過第二熱交換元件28的散熱片30傳導(dǎo)至隔膜26。將散熱片11、30對準(zhǔn)促進了元件間通過隔膜26的傳熱。
在所闡述的實施方式中，僅僅在散熱片16的一面提供有液體保持層。然而，還可以在另一表面也提供有液體保持層。例如，隔膜26也可以由熱交換層壓板1制成，所述的熱交換層壓板1在面對熱交換元件14的第一表面上具有液體保持層。也可使用熱交換層壓板1形成第二熱交換元件28，并在其另面上提供液體保持層。由于根據(jù)本發(fā)明一個方面的開放結(jié)構(gòu)的有利結(jié)果，層壓板的液體保持面可以作為濕潤面或作為干燥面而良好地工作。對于兩面均提供有液體保持層的層壓板來說，需要有另外的措施和粘合劑層以保證其結(jié)合到其它表面上。
在所闡述的實施方式中，散熱片16和30排列成彼此平行，使換熱器可以以逆流工作。為了用于露點冷卻器，隔膜可以提供有通道，使區(qū)域Y中的部分或全部流體可以穿過隔膜到達區(qū)域X。這種通道的形式可以是穿過隔膜的小孔(orifice)。還可以是另一種另外可選的排列兩組散熱片彼此間有一定角度，以備交叉流動操作。作為露點冷卻器進行交叉流動操作時，穿過一片或多片散熱片28之間的隔膜可以提供有小孔，以用作區(qū)域X中散熱片14之間的部分或全部通道的進口(feeder)。
根據(jù)圖5的構(gòu)造25可以用許多種不同方式結(jié)合成換熱器，如露點冷卻器。若干類似的構(gòu)造25可以排列成彼此平行，形成一組交替液流區(qū)X和Y。很清楚，如果結(jié)合若干個這樣的構(gòu)造25，則可以界定超過兩塊區(qū)域，其每一個屬于不同的液流。在有利的備選方案，可以通過軋輥或折疊隔膜并將其自身熱密封將構(gòu)造25成形為管狀結(jié)構(gòu)，從而使區(qū)域Y位于管內(nèi)，區(qū)域X位于外部。
圖6顯示了已經(jīng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)建露點冷卻器元件和熱回收元件特別有利的可行的管狀結(jié)構(gòu)32。管狀結(jié)構(gòu)32包括一對構(gòu)造25，構(gòu)造25包括在上下縱向邊緣34、36處連接的隔膜26?？梢圆捎枚喾N方法連接邊緣34、36，但是用于上述鋁隔膜26的優(yōu)選方法是熱密封。
構(gòu)造25以背對背的方式在內(nèi)側(cè)與第二熱交換元件28連接，在外側(cè)與熱交換元件14和液體保持層4連接。這一排列反過來也是可行的，但是需要對管狀結(jié)構(gòu)32的內(nèi)部供水，以濕潤液體保持層4。從圖6中可以看出，每塊隔膜26的外側(cè)提供有若干通過短間隙彼此隔開的熱交換元件14。該間隙還用作導(dǎo)熱橋的形式，使得換熱器在流動方向上的傳熱最小。第二換熱器用類似的方式排列。
圖6還顯示了用于管狀結(jié)構(gòu)32內(nèi)部的進口外延(inlet extension)和出口外延(outlet extension)40。兩種外延38、40均由多段隔膜26形成，且不具有熱交換元件。在兩個構(gòu)造25之間還示出腹板40。腹板40用來增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并可以提供有孔，使得管狀結(jié)構(gòu)32內(nèi)部的液流可以從中穿過。
用作露點冷卻器時，將一個或多個這樣的管狀結(jié)構(gòu)32位于適當(dāng)?shù)臍んw內(nèi)，該殼體具有與進口外延連通的進口和與出口外延連通的出口。穿過管狀結(jié)構(gòu)32的流C可以被提供在進口處的風(fēng)扇導(dǎo)入，盡管還可以采用其他的導(dǎo)流方式。通過在出口處提供諸如限流，并連接出口外延與管狀結(jié)構(gòu)32的外側(cè)，可以使流D在管狀結(jié)構(gòu)32的外側(cè)以逆流方式環(huán)流。流E的剩余部分從出口流出，使期望的空間冷卻。通過已知的供水方式向液體保持層4提供的液體如水接下來蒸發(fā)進入環(huán)流D，環(huán)流D對管狀結(jié)構(gòu)32內(nèi)的流C提供必要的冷卻。接下來環(huán)流D可以通過提供在殼體內(nèi)的其它排放口排出。
也可以稍做調(diào)整用于熱回收裝置。接著殼體可以提供有另外的進口，可能提供有第二個風(fēng)扇或其它引流裝置。為了濕潤的目的，任何待加熱的流可以均提供有向適當(dāng)液體保持層的供水。對于熱回收來說，換熱器的兩面均提供有根據(jù)本發(fā)明的含液體保持層的層壓板也是特別有利的，從而使冷凝物得以保留并且可被吸走。
盡管并未示出，成形的熱交換層壓板本身便可以用作散熱片和不滲透隔膜。因此，可以將一對類似于圖4但不具有開口放氣孔的熱交換元件以圖6所示的方式背對背地連接，形成管狀結(jié)構(gòu)。
盡管上述實施例闡述了本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，應(yīng)當(dāng)注意到，各種其它排列同樣視為落入所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱交換層壓板，其包括至少部分覆蓋有具有開放結(jié)構(gòu)的柔性液體保持層的可成形載體層，使得在使用時熱交換介質(zhì)可以通過所述液體保持層的開放結(jié)構(gòu)與所述載體層直接接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換層壓板，其中所述的液體保持層是纖維材料，并且所述的開放結(jié)構(gòu)包括所述纖維之間的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換層壓板，其中所述的纖維材料通過粘合劑粘附在載體層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的熱交換層壓板，其中所述的纖維材料包括聚酯和粘膠纖維的膠粘混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的熱交換層壓板，其中所述的纖維材料包括織造或針織纖維層。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項的熱交換層壓板，其中所述的載體層包括鋁。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項的熱交換層壓板，其中所述液體保持層的平均厚度為小于50微米。
8.一種包括成形的根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項的熱交換層壓板的熱交換元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的熱交換元件，其中所述的熱交換層壓板呈波紋狀，形成一組延長的散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的熱交換元件，其中所述的延長的散熱片在其延伸方向上呈波紋狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的熱交換元件，其中所述的散熱片提供有放氣孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任意一項的熱交換元件，其中大致僅在所述載體層的第一面上提供有所述的液體保持層。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任意一項的熱交換元件，其進一步包括隔膜，所述成形的熱交換層壓板連接在所述的隔膜上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的熱交換元件，其中所述成形的熱交換元件通過粘合劑連接在所述的隔膜上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的熱交換元件，其中所述的粘合劑是涂施于所述載體層或所述隔膜上的熱激活粘合劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任意一項的熱交換元件，其中所述的隔膜成形為管狀結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中任意一項的熱交換元件，其中所述的隔膜還包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項的熱交換層壓板。
18.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任意一項的熱交換元件，其中所述的熱交換層壓板成形為管狀結(jié)構(gòu)。
19.一種露點冷卻器，其包括根據(jù)權(quán)利要求8-18中任意一項的熱交換元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的露點冷卻器，所述的露點冷卻器以逆流工作，其中產(chǎn)品氣流流過所述熱交換元件的第一面，并且通過向所述元件傳熱而冷卻，其中所述產(chǎn)品氣流的一部分回轉(zhuǎn)流過所述熱交換元件的第二面，所述熱交換元件的第二面提供有供水，從而所述的熱交換元件向所述的水傳熱使其蒸發(fā)進入所述的氣流。
21.一種熱交換元件的制造方法，其包括提供包括至少部分覆蓋有具有開放結(jié)構(gòu)的柔性液體保持層的可成形載體層的熱交換層壓板；將所述層壓板成形為熱交換元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將所述的層壓板成形為多個伸長的散熱片。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其進一步包括在所述的散熱片中形成放氣孔。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的方法，其進一步包括將所述的散熱片連接在所述隔膜的第一表面上以向其傳熱。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其進一步包括將另外的散熱片連接在所述隔膜的第二表面上以向其傳熱。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其進一步包括將所述隔膜折疊形成管狀結(jié)構(gòu)，在所述管狀結(jié)構(gòu)的外表面上具有伸長的散熱片，在所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上具有另外的散熱片。
全文摘要
一種包括至少部分覆蓋具有開放結(jié)構(gòu)的柔性液體保持層的可成形載體層的熱交換層壓板。通過形成這種雙層層壓板，可以使熱交換層壓板在成形之前具備所需的特性，如液體保持層的空間分布。所述層壓板隨后可以通過已知的制造方法方便地成形為所需的任意形狀。所述的層壓板可以用于通過使液體蒸發(fā)進入飽和點或其附近的第二液體而對第一液體進行冷卻。
文檔編號F24F1/00GK1981163SQ200480033887
公開日2007年6月13日 申請日期2004年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者J·A·M·賴因德斯 申請人:奧克斯賽爾控股公司