一种热交换体的制作方法

1.本发明涉及空气热交换技术领域，特别涉及一种热交换体。


背景技术：

2.随着社会的高速发展，人民生活水平在提高的同时，周围的生活环境也遭到了严重破坏，空气质量严重降低。为了改变室内空气质量，研发了空气净化器和新风系统。新风系统将室外的新鲜空气通过过滤、净化后引入室内，将室内污染的空气排到室外，完成了室内外空气的有效循环，保证室内空气新鲜舒适。
3.传统新风系统的热交换芯体具有热交换效率低的弊端，针对该问题，我们开发了一种新的技术方案。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种热交换体，能改善热交换效率。
5.本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种热交换体，结构简单，易于工业化实施，成本可控。
6.为达到上述技术效果，本发明提供了一种热交换体，包括：
7.一种热交换体，包括多个相邻的片材，所述相邻的片材沿同一方向彼此平行延伸；
8.所述相邻的片材之间在其周缘部或中间处的至少一部分彼此连接，且相邻的片材之间形成供流体流动的流道；
9.所述片材在其上平面形成有多道平行间隔成排设置的、向上凸起的凸起峰线，所述片材在其下平面形成有多道平行间隔成排设置的、向下凸起的凸起轮廓线，所述成排设置的凸起峰线和凸起轮廓线均由连续的峰、谷连接而成；
10.相邻三个片材之间，凸起轮廓线的峰位于两个凸起峰线的谷之间，且凸起轮廓线的峰与两个凸起峰线的谷之间交错设置，以形成第一流道和第二流道，流体在第一流道内沿着第一方向和第二方向流通，流体在第二流道内沿着第一方向和第三方向流通，流体通过第一流道和第二流道形成对流；
11.所述第一方向与第二方向、第三方向呈夹角设置，所述第二方向和第三方向相平行且方向相反。
12.在进一步的改进方案中，所述流体在第一流道内沿着第一方向a流通，流体在第二流道内沿着第一方向b流通，所述第一方向a和第一方向b方向相反，流体通过第一流道和第二流道形成至少两股对流。
13.在进一步的改进方案中，所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹为曲线，所述曲线具有交替出现的波峰和波谷；
14.所述流体沿着第二方向或第三方向流通形成的轨迹为直线，所述第二方向、第三方向相平行且方向相反；
15.所述第一方向与第二方向、第三方向之间的水平面夹角为α，α为30－90
°
。
16.在进一步的改进方案中，所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹为三角波，所述三角波具有交替出现的三角形波峰和三角形波谷；
17.所述第一方向与第二方向、第三方向相垂直。
18.在进一步的改进方案中，所述凸起轮廓线的峰深入至两个凸起峰线的谷内，且凸起峰线的峰深入至两个凸起轮廓线的谷内，所述凸起轮廓线与凸起峰线相平行。
19.在进一步的改进方案中，所述凸起轮廓线与凸起峰线之间的距离为d，d为0.5～5mm；
20.所述凸起轮廓线的相邻两峰之间的距离为l，l为2～100mm；
21.所述凸起轮廓线的峰与所述凸起轮廓线的谷之间的垂直距离为h，h满足(h＊h)/(l＊l)≥0.75；
22.所述凸起轮廓线的峰的夹角为δ1，所述凸起峰线的谷的夹角为δ2，δ1≥20.5
°
，δ2≥20.5
°
。
23.在进一步的改进方案中，所述d为1～3mm，l为3～50mm，h满足1.25≤(h＊h)/(l＊l)≤6.6，22
°
≤δ1≤60
°
，22
°
≤δ2≤60
°
。
24.在进一步的改进方案中，所述凸起轮廓线的峰深入至两个凸起峰线的谷内，且凸起峰线的峰深入至两个凸起轮廓线的谷内，伸入长度占据谷深的四分之一至三分之二；
25.所述凸起轮廓线的峰顶位于两个凸起峰线的谷的中心线上，且凸起峰线的峰顶位于两个凸起轮廓线的谷的中心线上。
26.在进一步的改进方案中，在成排凸起峰线两侧的片材的上设有多道凸起导流条，所述凸起导流条的里侧端部接合于凸起峰线的端部，所述片材位于凸起导流条的外侧端部的外缘处敞口设置，且片材在其余外缘处设有挡边。
27.在进一步的改进方案中，所述凸起导流条与所述第二方向或第三方向呈夹角β设置，0
°
＜β＜90
°
。
28.在进一步的改进方案中，相邻片材的所述凸起导流条呈夹角γ设置，0
°
＜γ＜180
°
。
29.在进一步的改进方案中，所述片材具有微孔结构，所述微孔的孔径为0.01～0.3μm。
30.在进一步的改进方案中，所述片材上设有至少一层高分子复合涂层，所述高分子复合涂层对水分子具有选择透过性。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.本发明通过多个片材堆叠、并相邻连接集合成热交换体。在相邻两片材之间形成流道，具体的，是在成排设置的凸起峰线与成排设置的凸起轮廓线之间形成多条流道，流体(气流)在凸起峰线和凸起轮廓线之间形成的流道内流动，上层的片材和下层的片材交错、平行布置。在堆叠后，上层片材的凸起轮廓线与下层片材的凸起峰线相错，凸起轮廓线的峰下插伸入至凸起峰线的谷中，凸起峰线的峰向上插入至凸起轮廓线的谷中，凸起轮廓线的峰的两侧与凸起峰线的谷的两侧形成两侧缝隙，流体沿凸起轮廓线的谷底、凸起峰线的谷底和两侧的缝隙流通，大大增强了流体的换热面积，热交换效率明显增高。
33.相邻三个片材之间，峰和谷形成的通道之间形成第一流道和第二流道，且每个第一流道、第二流道均为旁通，流体在第一流道内沿着第一方向和第二方向流通，流体在第二
流道内沿着第一方向和第三方向流通。换热过程中，有两股气流通过中间的片材实现对流传热、传质。第一股气流流经第一流道以第二方向前进，第二股气流流经第二流道以第三方向前进，第二方向和第三方向相平行且方向相反，以在垂直纸面方向形成对流。同时第一股气流和第二股气流还通过凸起轮廓线与凸起峰线之间形成的缝隙蜿蜒前进，第一股气流在第一流道内沿着第一方向a蜿蜒前进，第二股气流在第二流道内沿着第一方向b蜿蜒前进，第一方向a和第一方向b方向相反，以在水平方向形成另一股对流。
34.因此，本发明利用多股气流通过中间的片材实现对流传热、传质，使得气流流动的速度分布更均匀，并能降低气流流动的速度，降低气流通过流道的阻力，提高热交换效率。
35.而且，本发明的结构简单，易于工业化实施，成本可控。
附图说明
36.图1为本发明热交换体的立体示意图；
37.图2为本发明热交换体的分解结构的示意图一；
38.图3为本发明热交换体的分解结构的示意图二；
39.图4为本发明热交换体的剖视图；
40.图5为图4所示a部的局部放大图；
41.图6为本发明片材的立体示意图一；
42.图7为本发明片材的立体示意图二；
43.图8为本发明片材的主视图；
44.图9为相邻片材之间的横截面一实施例的示意图；
45.图10为图9所示流道的示意图；
46.图11为本发明流道内的最大速度变化的示意图；
47.图12为本发明流道内的流道中心的速度变化示意图；
48.图13为本发明实施例1的速度流场分布图；
49.图14为本发明实施例2的速度流场分布图；
50.图15为本发明实施例3的速度流场分布图；
51.图16为本发明实施例4的速度流场分布图；
52.图17为本发明实施例5的速度流场分布图。
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
54.附图所显示的方位不能理解为限制本发明的具体保护范围，仅供较佳实施例的参考理解，可以图中所示的产品部件进行位置的变化或数量增加或结构简化。
55.说明书中所述的“连接”及附图中所示出的部件相互“连接”关系，可以理解为固定地连接或可拆卸连接或形成一体的连接；可以是直接相连或通过中间媒介相连，本领域普通技术人员可以根据具体情况理解连接关系而可以得出螺接或铆接或焊接或卡接或嵌接等方式以适宜的方式进行不同实施方式替用。
56.说明书中所述的上、下、左、右、顶、底等方位词及附图中所示出方位，各部件可直
接接触或通过它们之间的另外特征接触；如在上方可以为正上方和斜上方，或它仅表示高于其他物；其他方位也可作类推理解。
57.本发明提供了一种热交换体，如图1至图6所示，其包括有多个相邻的片材10，多个相邻的片材10堆叠形成热交换体。在本实施例中，所述片材为六边形片材。
58.所述相邻的片材10沿同一方向彼此平行延伸，所述相邻的两个片材10之间在其周缘部或中间处的至少一部分彼此连接，且相邻的两个片材10之间形成供流体流动的流道；所述片材10在其上平面形成有多道平行间隔成排设置的、向上凸起的凸起峰线20，所述片材10在其下平面形成有多道平行间隔成排设置的、向下凸起的凸起轮廓线30，所述成排设置的凸起峰线20和凸起轮廓线30均由连续的峰、谷连接而成；相邻两个片材10之间，凸起轮廓线30的峰位于两个凸起峰线20的谷之间，且凸起轮廓线30的峰与两个凸起峰线20的谷之间交错设置。
59.如图6－10所示，凸起轮廓线30的峰30a下插伸入至凸起峰线20的谷20b中，凸起峰线20的峰20a向上插入至凸起轮廓线30的谷30b中，凸起轮廓线30的峰30a的两侧与凸起峰线20的谷20b的两侧形成两侧缝隙，流体沿凸起轮廓线30的谷30b的底部、凸起峰线20的谷20b的底部和两侧的缝隙流通。
60.相邻三个片材之间，峰和谷形成的通道之间形成第一流道40和第二流道50，每个所述第一流道40、第二流道50为旁通，流体在第一流道40内沿着第一方向和第二方向流通，流体在第二流道50内沿着第一方向和第三方向流通，流体通过第一流道40和第二流道50形成对流；所述第一方向与第二方向、第三方向呈夹角设置，所述第二方向和第三方向相平行且方向相反。
61.如图10所示，第一方向为水平方向，第二方向、第三方向为垂直于纸面的方向，其中，第二方向为垂直纸面向内的方向，第三方向为垂直纸面向外的方向。
62.需要说明的是，第一方向为水平方向，包括为水平向左蜿蜒前进的方向，也可以为水平向右蜿蜒前进的方向。第二方向为图中
×
所示方向，代表垂直纸面向内，第三方向为图中
·
所示方向，代表垂直纸面向外。
63.优选的，所述流体在第一流道内沿着第一方向a流通，第一方向a为水平向右蜿蜒前进的方向；流体在第二流道内沿着第一方向b流通，第一方向b为水平向左蜿蜒前进的方向，所述第一方向a和第一方向b方向相反，流体通过第一流道和第二流道形成至少两股对流。
64.在换热过程中，相邻三个片材内有至少两股气流通过中间的片材实现对流传热、传质。第一股气流流经第一流道以第二方向前进，第二股气流流经第二流道以第三方向前进，第二方向和第三方向相平行且方向相反，以在垂直纸面方向形成对流。同时第一股气流和第二股气流还通过凸起轮廓线与凸起峰线之间形成的缝隙蜿蜒前进，第一股气流在第一流道内沿着第一方向a蜿蜒前进，第二股气流在第二流道内沿着第一方向b蜿蜒前进，第一方向a和第一方向b方向相反，以在水平方向形成另一股对流。
65.优选的，所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹为曲线，所述曲线具有交替出现的波峰和波谷，气流流经第一流道40和第二流道50，通过凸起轮廓线30与凸起峰线20之间形成的缝隙蜿蜒前进。气流前进的轨迹可以为多样化，例如成正弦波、三角波等，但不限于此。
66.所述流体沿着第二方向或第三方向流通形成的轨迹为直线，所述第二方向、第三方向相平行且方向相反，有利于在第一流道40和第二流道50中形成对流。所述第一方向与第二方向、第三方向之间的水平面夹角为α，α为30－90
°
。
67.更佳的，如图9和图10所示，所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹为三角波，所述三角波具有交替出现的三角形波峰和三角形波谷。所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹满足sawtooth函数。当流体在第一流道40、第二流道50内沿着第一方向流通形成的轨迹为三角波时，此时，凸起峰线20的峰20a，凸起峰线20的谷20b、凸起轮廓线30的峰30a、凸起轮廓线30的谷30b都呈夹角。所述夹角优选为锐角。
68.流体沿着第一方向流通形成的轨迹为三角波，流体与流道的换热面积大，并能降低气流流动的速度，降低气流通过流道的阻力，使得气流流动的速度分布更均匀，显著提高热交换效率。
69.更佳的，所述凸起轮廓线30的峰30a深入至两个凸起峰线20的谷20b内，且凸起峰线20的峰20a深入至两个凸起轮廓线30的谷30b内，所述凸起轮廓线30与凸起峰线20相平行，在相同的长度方向上二者斜率相同。所述凸起轮廓线30的峰顶位于两个凸起峰线20的谷的中心线上，且凸起峰线20的峰顶位于两个凸起轮廓线30的谷的中心线上。
70.作为流道的另一实施例，所述流体沿着第一方向流通形成的轨迹接近于三角波，然而，凸起峰线20的峰20a，凸起峰线20的谷20b、凸起轮廓线30的峰30a、凸起轮廓线30的谷30b设有弯折过渡段。或者，凸起峰线20的峰20a，凸起峰线20的谷20b、凸起轮廓线30的峰30a、凸起轮廓线30的谷30b所成夹角为圆角过渡，但不限于此。本发明通过设置弯折过渡或者圆角过渡，有利于工业实施。
71.还需要说明的是，所述片材可以为多种形状的片材，优选为六边形片材。所述片材还可以是正方形片材、圆形片材、椭圆形片材、八边形片材，菱形片材等，且不以此为限。
72.因此，本发明通过多个片材堆叠、并相邻连接集合成热交换体。多个片材堆叠，形成相互交替的第一流道和第二流道。
73.在相邻片材之间形成流道，具体的，是在成排设置的凸起峰线20与成排设置的凸起轮廓线30之间形成多条流道，流体(气流)在凸起峰线20和凸起轮廓线30之间形成的流道内流动，上层的片材和下层的片材交错、平行布置。在堆叠后，上层片材的凸起轮廓线30与下层片材的凸起峰线20相错，凸起峰线20的峰20a向上插入至凸起轮廓线30的谷30b中，凸起轮廓线30的峰30a的两侧与凸起峰线20的谷20b的两侧形成两侧缝隙，流体沿凸起轮廓线30的谷30b的底部、凸起峰线20的谷20b的底部和两侧的缝隙流通，大大增强了流体的换热面积，热交换效率明显增高。
74.本发明利用多股气流通过中间的片材实现对流传热、传质，多股气流流经第一流道和第二流道，使得气流流动的速度分布更均匀，并能降低气流流动的速度，降低气流通过流道的阻力，提高热交换效率。
75.进一步，所述凸起轮廓线与凸起峰线之间的距离为d，d优选为0.5～5mm，具体可以选0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，但不限于此。更佳的，d为1～4mm。最佳的，d为1～3mm。
76.凸起轮廓线与凸起峰线之间的距离d，能影响气流的最大速度和流道中心的速度变化，进而影响空气流动的均匀性。本发明d可选0.5～5mm，当d为0.5～5mm，入口风速为1m/s时，气流的最大速度低于2.6m/s，流道中心的速度变化量≤12％，能获得较为良好的空气
流动均匀性。
77.如图11所示，当d从0.5mm逐渐增大时，气流的最大速度逐渐降低，当d从0.5mm增加至1～2.5mm时，此时气流的最大速度处于最低范围，最大速度能降低20－30％。当d从1～2.5mm增加至4～5mm时，气流的最大速度缓慢增大，此时最大速度增大的幅度小于10％。气流的最大速度越小，代表空气的流动均匀性越好。
78.如图12所示，当d从0.5mm逐渐增大至3mm时，流道中心的速度变化量非常小，速度基本维持不变，而d从3mm增大到5mm时，流道中心的速度逐渐增大，流道中心的速度变化量≤12％。
79.所述凸起轮廓线的相邻两峰之间的距离为l，l优选为2～100mm。更佳的，l为3～50mm。所述凸起轮廓线的峰与所述凸起轮廓线的谷之间的垂直距离为h，h满足(h＊h)/(l＊l)≥0.75。更佳的，h满足1.25≤(h＊h)/(l＊l)≤6.6。
80.凸起轮廓线的相邻两峰之间的距离l，以及凸起轮廓线的峰与所述凸起轮廓线的谷之间的垂直距离h，共同影响片材的换热效果和可制造性。(h＊h)/(l＊l)≥0.75，能获得良好的散热效果。原则上，(h＊h)/(l＊l)的比值越大，热交换体的热交换面积越大，热交换效果越好。但是，(h＊h)/(l＊l)的比值超过合适的范围，即(h＊h)/(l＊l)＞6.6，则拉伸比太大，片材的制造工艺难度大，成本高，而且会影响使用寿命。
81.所述凸起轮廓线的峰的夹角为δ1，所述凸起峰线的谷的夹角为δ2，δ1≥20.5
°
，δ2≥20.5
°
。更佳的，22
°
≤δ1≤60
°
，22
°
≤δ2≤60
°
。所述δ1、δ2≥20.5
°
，可以确保热交换面积处于较大的范围，获得良好热交换效率。若δ1、δ2＞60
°
，则拉伸比太小，无法保证热交换芯的交换面积；若δ1、δ2＜20.5
°
，则片材的制造工艺难度大。
82.所述凸起轮廓线的峰深入至两个凸起峰线的谷内，且凸起峰线的峰深入至两个凸起轮廓线的谷内，伸入长度优选占据谷深的四分之一至三分之二，具体可以选四分之一，三分之一，二分之一，三分之二等，但不限于此，可以保证热交换芯的交换面积，并改善流体速度分布的均匀性。
83.综上，本发明通过凸起轮廓线与凸起峰线之间的距离d，凸起轮廓线的相邻两峰之间的距离l，以及凸起轮廓线的峰与所述凸起轮廓线的谷之间的垂直距离h，凸起轮廓线的峰的夹角为δ1，所述凸起峰线的谷的夹角为δ2等，共同影响气流流动的均匀性、换热面积以及速度流场分布的均匀性，进而获得最佳的热交换效率。
84.在成排凸起峰线20两侧的片材的上设有多道凸起导流条60，所述凸起导流条60的里侧端部接合于凸起峰线20的端部，所述片材位于凸起导流条60的外侧端部的外缘处敞口设置，且片材在其余外缘处设有挡边70。凸起导流条60的设置一方面能够改变气流流动路径，使气流流动路径可灵活改变，另一方面，也改变气流流动的速度，增加换热时间，提高热交换效率。
85.所述凸起导流条60与所述第二方向或第三方向呈夹角β设置，以使流体在第一流道内能沿着第一方向流通，且沿着第二方向或第三方向流通。优选的，0
°
＜β＜90
°
。更佳的，30
°
≤β≤60
°
。
86.相邻片材的所述凸起导流条呈夹角γ设置，优选的，0
°
＜γ＜180
°
。更佳的，30
°
≤γ≤150
°
。
87.作为本发明更佳的实施例，所述片材具有微孔结构，该微孔结构遍布于凸起峰线
和凸起轮廓线上。微孔结构有利于水分子透过，实现换热器的湿度交换。优选的，所述片材上设有多个孔径为0.01～0.3μm的微孔。更佳的，所述微孔的孔径为0.02～0.15μm。最佳的，所述微孔的孔径为0.05～0.1μm。
88.微孔形成水分子通过的通道，可以允许水分子在第一流道之间往返。在实际使用过程中，第一流道和第二流道中的气流的水蒸气含量是不等的，形成了水蒸气浓度差，水蒸气浓度差为其扩散提供了驱动力，水分子可以通过微孔透过低浓度的一侧，最终达到了第一流道和第二流道中水蒸气的交换的目的，有利于换热的均匀性。
89.所述片材上设有至少一层高分子复合涂层，所述高分子复合涂层对水分子具有选择透过性，具备温度交换的同时也具备湿度交换功能，能实现显热、潜热同时交换，且不允许其他气体分子透过，保证了热交换芯体的密封性，适用于新风系统，避免新风、排风空气混合。优选的，所述高分子复合涂层具体可以选用聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚醚聚酰胺、脂肪族聚氨酯、磺化的苯乙烯、磺化的聚丙烯酸、磺化聚醚醚酮中的一种或多种组成。
90.下面以具体实施例进一步阐述本发明
91.热交换体，包括多个相邻的片材，所述相邻的片材沿同一方向彼此平行延伸；所述相邻的片材之间在其周缘部或中间处的至少一部分彼此连接，且相邻的片材之间形成供流体流动的流道；所述片材在其上平面形成有多道平行间隔成排设置的、向上凸起的凸起峰线，所述片材在其下平面形成有多道平行间隔成排设置的、向下凸起的凸起轮廓线，所述成排设置的凸起峰线和凸起轮廓线均由连续的峰、谷连接而成；相邻两个片材之间，凸起轮廓线的峰位于两个凸起峰线的谷之间，且凸起轮廓线的峰与两个凸起峰线的谷之间交错设置，凸起轮廓线与凸起峰线之间的距离为d，凸起轮廓线的相邻两峰之间的距离为l，凸起轮廓线的峰与所述凸起轮廓线的谷之间的垂直距离为h，凸起轮廓线的峰的夹角为δ1，所述凸起峰线的谷的夹角为δ2。
92.相邻三个片材之间，凸起轮廓线的峰位于两个凸起峰线的谷之间，且凸起轮廓线的峰与两个凸起峰线的谷之间交错设置，以形成第一流道和第二流道，流体在第一流道内沿着第一方向a和第二方向流通，流体在第二流道内沿着第一方向b和第三方向流通，流体通过第一流道和第二流道形成对流。
93.实施例1－5所示的热交换体，其尺寸参照表1设置：
94.表1热交换体的尺寸表
95.项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5d1mm2mm3mm4mm6mml3mm5mm8mm10mm15mmh3.5mm7mm10mm17mm25mmδ146.4
°
39.3
°
43.6
°
32.8
°
33.4
°
δ222
°
25
°
30
°
40
°
35
°
96.将实施例1－5所示的热交换体进行流体速度分布计算机仿真模拟，结果如图13－17所示，实施例1－3的热交换体，流体速度分布非常均匀；而且实施例4的热交换体，流体速度分布也较为均匀。实施例5的热交换体，流体速度分布相对实施例1－4较差，在要求不高的场合基本满足需求。
97.将实施例1－5所示的热交换体进行交换效率检测，实验结果如下表2所示：
98.表2热交换体的换热效果表
[0099][0100]
表2的实验结果基于以下实验条件：室外温度35℃，室外湿度28℃，室内温度27℃，室内湿度19.5℃，空气流动速度1m/s，投影热交换面积20平方米条件下测试结果。
[0101]
需要说明的是，上述实验采用的实验仪器为热回收焓差室，实验方法参考《gb/t 21087－2020》热回收新风机组进行。
[0102]
上述湿度是指露点温度，表示空气中水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度，利用干湿球湿度计测定而得。
[0103]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。