CN112154298B - 用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种三通热交换器包括多个面板组件，所述多个面板组件被堆叠成块并支撑在外壳结构中。每个面板组件包括框架和在所述框架的相反侧上接合的两个板。还公开了一种制造所述三通热交换器的方法。

Description

用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器及制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月18日提交的标题为THREE-WAY HEAT EXCHANGERS FORLIQUID DESICCANT AIR-CONDITIONING SYSTEMS AND METHODS OF MANUFACTURE(用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器及制造方法)的美国专利申请号15/983,653的优先权，该申请通过引用并入。
背景技术
本申请总体上涉及液体干燥剂空调系统，并且更具体地，涉及在这种系统中促进空气、传热流体与液体干燥剂流之间的热量和/或水分传递的改进的面板组件块。
发明内容
根据一个或多个实施方案，公开了一种三通热交换器，其包括用于液体干燥剂空调系统的多个面板组件。每个所述面板组件包括框架、接合到所述框架的两个板以及所述板上的微孔片材。所述框架界定了给定空间，并且包括液体干燥剂入口端口、液体干燥剂出口端口、传热流体入口端口和传热流体出口端口。每个所述板具有外表面和内表面。所述板被接合到所述框架以在由所述板的所述内表面和所述框架限定的所述给定空间中限定了传热流体通道。所述传热流体入口端口和所述传热流体出口端口与所述传热流体通道流体连通。所述微孔片材允许水蒸气穿过其传递。每个微孔片材覆盖所述两个板中的不同一个板的所述外表面，并且在所述微孔片材与所述板的所述外表面之间限定液体干燥剂通道。所述液体干燥剂入口端口和所述液体干燥剂出口端口与所述液体干燥剂通道流体连通。所述面板组件被堆叠成使得一个面板组件上的微孔片材面向相邻面板组件上的微孔片材，并且在其间限定气流通道。所述面板组件的所述液体干燥剂入口端口被对准以形成液体干燥剂入口歧管。所述面板组件的所述液体干燥剂出口端口被对准以形成液体干燥剂出口歧管。所述面板组件的所述传热流体入口端口被对准以形成传热流体入口歧管。所述面板组件的所述传热流体出口端口被对准以形成传热流体出口歧管。
根据一个或多个实施方案，公开了一种用于制造用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器的方法。所述方法包括以下步骤：制造多个面板组件中的每个面板组件，并且将所述面板组件以堆叠布置以形成所述热交换器。所述面板组件通过以下步骤制造：(i)用允许水蒸气穿过其传递的微孔片材覆盖两个板中的每个板的外表面，使得在每个微孔片材与每个板的所述外表面之间限定液体干燥剂通道；以及(ii)将所述两个板接合到框架结构。所述框架结构界定给定空间。所述框架结构包括液体干燥剂入口端口、液体干燥剂出口端口、传热流体入口端口和传热流体出口端口。所述板各自具有与所述外表面相反的内表面，并且所述板被接合到所述框架以在由所述板的所述内表面和所述框架限定的所述给定空间中限定了传热流体通道。所述传热流体入口端口和所述传热流体出口端口与所述传热流体通道流体连通。所述液体干燥剂入口端口和所述液体干燥剂出口端口与所述液体干燥剂通道流体连通。所述面板组件以堆叠布置，使得一个面板组件上的所述微孔片材中的一个面向相邻面板组件上的所述微孔片材中的一个并且在其间限定气流通道。所述面板组件的所述液体干燥剂入口端口被对准以形成液体干燥剂入口歧管，并且所述面板组件的所述液体干燥剂出口端口被对准以形成液体干燥剂出口歧管。所述面板组件的所述传热流体入口端口被对准以形成传热流体入口歧管，并且所述面板组件的所述传热流体出口端口被对准以形成传热流体出口歧管。
附图说明
图1是展示现有技术的液体干燥剂空调系统的简化图。
图2展示了现有技术的三通热交换器块。
图3是展示优先三通热交换器面板组件的简化图。
图4展示了根据一个或多个实施方案的示例性三通热交换器面板组件。
图5A和图5B是根据一个或多个实施方案的示例性3通热交换器面板组件的前视图和侧视图的简化图。
图6是展示根据一个或多个实施方案的面板组件的示例性板的简化图。
图7是根据一个或多个实施方案的示例性面板组件的简化剖视图。
图8是根据一个或多个实施方案的示例性面板组件的一部分的简化剖视图。
图9是根据一个或多个实施方案的示例性3通热交换器块的透视图。
图10是展示根据一个或多个实施方案的3通热交换器块的示例性外壳的部分的分解图。
图11是展示根据一个或多个实施方案的3通热交换器块的另一示例性外壳的部分的分解图。
图12是展示根据一个或多个实施方案的3通热交换器块的另一示例性外壳的部分的分解图。
图13是展示根据一个或多个实施方案的示例性3通热交换器块的简化图。
图14展示了根据一个或多个实施方案的在各种热交换器块配置中的不同流体流动方向的实例。
具体实施方式
图1展示了在冷却和除湿操作模式下使用的如美国专利申请公开号20120125020中所公开的示例性现有技术的液体干燥剂空调系统。调节器101包括一组内部中空的3通热交换器板结构。冷的传热流体在冷源107中产生并引入板中。114处的液体干燥剂溶液流到板的外表面上。液体干燥剂沿着在位于气流与板的表面之间的薄膜的后方的每块板的外表面行进。在所述一组调节器板之间吹送户外空气103。板的表面上的液体干燥剂吸引气流中的水蒸气，并且板内侧的冷却水(传热流体)帮助抑制空气温度上升。经处理的空气104被引入建筑空间中。
液体干燥剂被收集在111处的调节器板的另一端处，并且通过热交换器113输送至回热器102的液体干燥剂进入点115，在所述液体干燥剂进入点处，液体干燥剂分布于回热器中的整个类似板上。返回空气、户外空气105或其混合物吹过整个回热器板，并且水蒸气被从液体干燥剂输送到离开空气流106中。可选的热源108为回热提供驱动力。类似于调节器中的冷的传热流体，来自热源的热的传热流体110可以在回热器的板的内侧流动。同样，液体干燥剂被收集在板的一端，并且经由热交换器返回到调节器。由于不需要收集盘或收集槽，因此通过回热器的干燥剂流可以是水平的也可以是竖直的。
为了使液体干燥剂充分完全润湿所述膜，液体干燥剂基本上分布在膜后方的板的整个表面上。这可以通过经过<0.13mm厚的通道(具有确保通道被填充的几何形状)液体干燥剂的压力驱动流的组合来完成。在面板端部的液体干燥剂流的阻力可以用于进一步改善在液体干燥剂入口与出口之间的给定压降下的润湿。
可以使用可选的热泵116来提供液体干燥剂的冷却和加热。也可以将热泵连接在冷源107与热源108之间，因此所述热泵泵送来自冷却流体而不是液体干燥剂的热量。冷源可以包括间接蒸发式冷却器、冷却塔、地热存储、冷水网络、用于在夜间冷却水的黑色屋顶面板以及冷藏选项，如冰盒。热源可以包括来自发电的废热、太阳能热、地热、蓄热和热水网络。
图2展示了示例性现有技术的3通热交换器，其包括如美国专利号9,308,490中公开的堆叠成块的一组板结构。如图1中所描述的，液体干燥剂通过端口304进入结构并且被引导到一系列膜的后方。通过端口305收集并去除液体干燥剂。同样如图1中所描述的和图3中更详细地描述的，冷却或加热流体通过端口306提供并且在中空板结构内侧与空气流301相反地行进。冷却或加热流体通过端口307离开。根据具体情况，经处理的空气302被引导到建筑物中的空间或被排出。附图展示了3通热交换器，其中空气和传热流体处于主要竖直定向。
图3示意性地展示了如美国专利号9,631,848中所公开的示例性现有技术的膜板组件或结构的操作。空气流251与冷却流体流254相反地流动。膜252包含沿着包含传热流体254的壁255流下的液体干燥剂253。空气流中夹带的水蒸气256能够穿过膜252传递，并且被吸收到液体干燥剂253中。在吸收期间释放的水258的冷凝热量通过壁255传导到传热流体254中。来自空气流的显热257也通过膜252、液体干燥剂253和壁255传导到传热流体254中。
美国专利号8,943,850公开了用于液体干燥剂空调系统的各种膜板结构。美国专利号9,308,490公开了用于制造膜板结构的制造方法和细节。
本文公开的各种实施方案涉及改进的面板组件，所述改进的面板组件可堆叠成用于液体干燥剂空调系统(包括独立新风系统(DOAS))的三通热交换器块。面板组件通过经由更均匀一致的空气通道和传热流体分配歧管实现更均匀的空气和传热流体流动来改进热交换器性能。由于各种原因，包括根据一个或多个实施方案的用激光热焊接来代替胶合剂，产品预期寿命也增加。其他直接或间接热焊接也是可能的，包括感应焊接。这种工艺的一个优点在于焊接不会不利地影响或损坏膜。此外，通过消除缓慢的机械手或手动涂胶步骤，可以更容易地制造面板组件。这种涂胶步骤不适用于大批量制造，并且增加了泄漏风险。此外，改进的面板设计使组装变得容易。此外，由于面板组件块的O形环构造，如果需要，可以容易地更换块中的各个面板组件。
图4是示出根据一个或多个实施方案的面板组件400的构造的分解图。如将在下文进一步描述的，多个此类面板组件以堆叠布置的方式接合，以形成用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器块。
每个面板组件包括外接或界定中心空间404的框架402。各自具有内表面和外表面的两个板406(例如，通过焊接)接合至框架。板的内表面面向彼此并且在中心空间中在其之间限定了传热流体通道。网或网格408可以设置在传热流体通道中，以在负压下维持传热流体通道的厚度并且在传热流体流中引起湍流。
如将在下文进一步描述的，框架还包括入口开放空间410和出口开放空间412，从而形成用于分配和收集流过面板组件的液体干燥剂的通道或歧管。
每个板的外表面被允许水蒸气穿过其传递的微孔片材或膜414覆盖。微孔片材和板的外表面在其间限定液体干燥剂通道。
多个面板组件彼此相邻堆叠或堆叠在彼此之上，使得一个面板组件上的微孔片材面向相邻面板组件上的微孔片材，从而在所述微孔片材之间限定气流通道。
根据一个或多个实施方案，所述框架包括各种内置特征件，这些内置特征件尤其维持通道的几何形状以帮助提供在整个面板上以及面板之间的相等的流体流。所述特征件包括端口、支座和拐角件。所述端口促进传热流体流过传热流体通道，并且促进液体干燥剂流过液体干燥剂通道。在框架上而不是板上具有这些特征件使得能够大大简化板的设计，并且提供比现有技术的板结构更多的优点。例如，板406可以是平片材。在一些实施方案中，板可以被点特征件覆盖，所述点特征件可以通过热成型、压印或类似技术来添加。点特征件均匀地覆盖板，从而减少了可能导致板翘曲的应力。面板的平面度影响空气和干燥剂之间的热量和湿气的传递。
根据一个或多个实施方案，框架包括注塑模制聚合物。如将在下文进一步详细描述的，它可以包括能量吸收掺杂，如炭黑(在激光焊接时)，或者其他吸收添加剂或导电纤维(当RF/感应焊接时)。
根据一个或多个实施方案，框架具有整体一体式构造。根据一个或多个替代性实施方案，框架包括多个单独的件，它们接合在一起以形成框架结构。
传热流体通道中的网格408有助于维持传热流体通道的厚度，特别是如果面板组件在负压下运行以促进传热流体的流动时如此。
所述板被膜414覆盖，所述膜可以以一定样式热密封到所述板，以在所述膜和与所述板之间形成干燥剂通道。如果用于板和膜的聚合物可以焊接，例如如果它们都是聚烯烃，则密封可以是直接的。可以在焊接之前将覆盖层添加到板上，以提高热焊接的质量或易形成性。
图5A是根据一个或多个实施方案的面板组件400的内部视图，其示出了具有出于说明目的而将尺寸放大的特征件的框架。所述特征件包括端口420、422、424、426和间隔件或支座428。图5A还示出了用于将框架连接至板的焊接线430、432、434。焊接线432限定并形成传热流体通道。焊接线430、434形成通道，液体干燥剂通过所述通道分别分配和收集在面板组件中。在图4中所示的每个板中的开口436出于说明目的而在图5A中将尺寸放大。这些开口与形成在框架中的上部开放空间410和下部开放空间412对准。
框架可以注塑模制，具有高的稳定性和可靠性，并且翘曲最小。框架限定传热流体通道的高度。它还为面板组件提供了刚性。框架的尺寸被设定成允许使用注塑模制来制造框架，这实现了精确限定的特征件。
将特征件定位在框架上而不是板上是有利的。鉴于板应当较薄(优选地对于30-50cm的面板，<1mm)以减少传热流体与空气之间的热阻，注塑模制板中的特征件是困难的。面板的热阻直接驱动接近温度以及因此热交换器的效率。
框架可以使用注塑模制来精确成型，以构造高性能面板。例如，框架的尺寸可以被控制在小于0.2mm内。整个结构的平面度可以在整个面板上被控制在几毫米内(例如，覆盖约2平方英尺的面积)。框架包含将面板连接在一起并且以高精度和高可靠性来实现所需的所有特征件。这使得板因此能够具有简单的设计，所述设计适用于热成型并且使在热成型期间的应力最小化。
液体干燥剂端口424和426分别连接到液体干燥剂入口和出口通道或歧管410、412。干燥剂经由微通道431进入入口干燥剂通道410。干燥剂歧管处的板中的模切孔436为液体干燥剂提供了在热成型板与膜之间以及经由板中的模切孔436离开返回到板之间的液体干燥剂通道412的路径。微通道433将出口通道412连接到端口436。
传热流体端口420、422通过通道440、442连接到相邻板之间的传热流体通道404。
网408被插入传热流体通道中，以使得沿着端口420、422之间的所有路径的传热流体流速能够更加恒定，在面板之间提供大致均匀的流量分布并且维持传热流体通道高度。所述网还提供了传热流体的湍流以增加热传递。可以使用各种各样的网材料。例如，网可以包括与板相同的聚合物材料(例如，聚丙烯、聚乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))。
每个端口处的O形环或垫圈450在相邻面板组件之间形成密封。根据一个或多个实施方案，使用延伸穿过围绕端口的孔452的螺栓来将面板组件拉在一起并用螺母固定。螺栓产生足够的拉伸压缩，以确保O形环或垫圈450处的无泄漏连接。
在面板组件块的延伸到气流路径中的一侧处示出干燥剂和传热流体端口420、422、424、426。因此，微通道431、433基本上是水平的。这提供了足够的空间，以便在框架中的入口和出口干燥剂通道中以及在传热流体通道中具有注塑模制的可移动销。在注塑模制期间，可移动销在框架中形成微通道。将端口定位在其特定位置会减小面板宽度、增加空气路径、并且允许不同的外壳设计。面板结构的形状因数可以是重要的设计考虑，并且本领域技术人员将理解，几种设计选项是可能的。鉴于面板从运输到工业和住宅的广泛应用，能够改变面板的形状因数对于实现具有成本效益的解决方案可能很重要。
支座或间隔件428将限定了空气通道的高度的相邻面板组件之间的间隔优选地设定并维持在0.1mm至0.3mm的公差内。
可以使用例如RF焊接或激光焊接经由路径430、432、434将板焊接到框架。
合适的微孔膜的实例在美国专利号9,101,874中公开，所述专利通过引用并入本文。举例来说，合适的可商购获得的膜可包括电池中使用的膜。在一个示例性实施方案中，膜具有40％-80％的开放性和小于0.5微米的孔尺寸以及小于100微米的厚度。在一个示例性实施方案中，所述膜是来自卡尔格德公司(Celgard)的EZ2090聚丙烯微孔膜。所述膜的开放面积约为65％，并且具有约20μm的典型厚度。这种类型的膜的孔径在结构上非常均匀，并且足够薄而不会产生明显的热障。其他可能的膜包括来自3M、莱德尔公司(Lydall)和其他制造商的膜。
图5B是面板结构的侧视图，其展示了在设置通道高度和端口时支座428的用途，所述支座限定两个堆叠的面板组件400之间的空气通道460的厚度。
框架的拐角各自包括成角度部分462(在图5A中示出)，所述成角度部分包括到端口420、422的传热流体通道。成角度部分还有助于将网408保持在适当位置，从而有意地阻挡传热流体通道的顶部和底部。竖直区域466保持开放。传热流体首先流入这些区域466，然后沿垂直于竖直区域466的方向在整个板上移动。在一个示例性实施方案中，所述结构使传热流体沿与空气方向相反的方向流过所述网。
根据一个或多个实施方案，所述面板结构被定向成允许竖直干燥剂流与竖直空气和传热流体流组合。在一个或多个实施方案中，除了竖直干燥剂流外，所述面板结构被定向成用于水平空气和传热流体流。在一个或多个替代性实施方案中，所述面板结构被定向成用于水平干燥剂、空气和传热流体流。密封强度可以被设计成允许加压而不是主要重力驱动的干燥剂流。
图6示意性地展示了根据一个或多个实施方案的用于面板组件的示例性成型板406。与现有技术的板设计相比，板406具有显著简化的结构。根据一个或多个示例性实施方案，所述板由薄挤压(<1mm厚)聚合物制成，所述聚合物例如可以是聚丙烯、聚乙烯、ABS和许多其他聚合物。提高导电性的添加剂可以允许板更厚从而更坚硬。板可以通过注塑模制而热成型、压印或替代地形成有凸起样式的特征件470，可以将膜408热密封到所述凸起样式的特征件。膜也被密封在板的平坦外边界472周围。一个目标是形成平均高度小于0.5mm的干燥剂通道，这可确保干燥剂以小于1m/分钟的速度流过面板。实际速度取决于粘度，并且因此取决于干燥剂浓度和温度以及压力。
所述板在顶部和底部上包括模切孔436(出于说明目的而在图6中将尺寸放大)，所述模切孔允许干燥剂经由干燥剂端口424、426从板后方的干燥剂歧管410、412进入和离开面板。
图7示意性地展示了如何能够将框架和板焊接在一起。面板组件包括框架402和两个热成型板406。膜414在凸起的点或线470处热密封至热成型板。特征件470的高度决定干燥剂通道472的高度。膜414是微孔的，从而允许通道472中的干燥剂从面板之间的空气通道460中的空气吸收或解吸湿气。如上所述，这些膜可能非常薄且开放，具有小于100微米的厚度并且开放性大大超过40％。
板可以具有覆盖层以改善与膜的密封。然而，将膜直接密封到板上是可能的，特别是如果它们是由聚烯烃的适当组合制成的。
将框架和热成型板密封在一起形成具有模切孔436的干燥剂通道，所述模切孔允许歧管410中的干燥剂进入或离开干燥剂通道472。
在将热成型板密封至框架之前，将网408插入传热流体通道409中。在传热流体在负压下被拉动通过通道的情况下，网408设定传热流体通道的高度。为了允许传热流体在正压下通过传热流体通道进行传递，将需要固定网408并且优选将其焊接到热成型板406。
使用感应、RF、激光或其他焊接技术在焊接线474处完成将热成型板406密封至框架402，所述技术可以优选地在远离焊接工具并且因此远离膜414的位置处加热材料。焊接474可以与图5A中的线430、432、434相同。在激光焊接的情况下，为工具选择波长，对于所述波长，膜和热成型材料是透明的，但是可以被框架吸收。可以通过将碳添加到其他透明聚合物(如聚丙烯)或者通过使用在所述频率下为天然吸收剂的聚合物来实现框架对激光能量的吸收。可替代地，可以将纤维添加到框架以促进RF焊接，这可以使得能够焊接完整的块而不是单独的面板组件。框架应当靠近板但应当远离膜加热，所述膜需要与板间隔开等于干燥剂通道472的高度的空间。
如图8所示，注塑模制框架402具有各种特征件，这些特征件支持构建在相邻面板组件之间具有限定气隙460的面板组件堆叠。图8示出了在端口422周围具有两个面板组件的拐角。每个面板组件都具有两个片材406。拐角被示出具有O形环450，以提供面板组件之间的无泄漏连接，而不是垫圈或焊接连接。本领域技术人员将理解，可以使用多种连接方法。各种连接方法的成本效益取决于各部分的体积和使用。例如，与角焊连接相比，O形环为面板堆叠赋予更大的柔性以及因此更大的抗冲击性。面板组件可以具有精确的限定，对于气隙460具有较低的公差。这实现大致相等的空气分布，从而显著提高性能。所述特征件包括干燥剂周围的拐角特征件480和由面板组件的连接端口422形成的传热流体歧管。拐角可以包括特征件482以接收O形环450。可替代地，可以添加特征件以允许使用例如激光、感应或RF焊接来在拐角480处进行热密封。它们与支座428一起确保面板的高度不仅在面板之间而且沿面板的整个长度是大致均匀的。
将这些特征件远离成型板406移动至框架402显著地降低板406的复杂性。通过降低复杂性并确保整个板上的均匀性，通常最小化应力，从而提高成型板406的平面度。注塑模制框架402能够将特征件的精度维持在0.1mm内，这是对先前集成到现有技术的热成型板中的相似特征件的可重复性的重大改进。
板406的芯是平坦的，以便于在402处将板406准确地密封至框架，从而确保牢固且一致的密封。
根据各种实施方案的液体干燥剂面板组件提供了优于现有技术的若干技术优点，包括以下方面。
在一个或多个实施方案中，在端口处从主歧管进入传热流体和干燥剂通道中的流体通路提供了流量限制，从而能够在块组件内更好地进行面板对面板的干燥剂和传热流体的流量分配。流体通路的尺寸被设定成适于经由注塑模制来制造，提供所需的流体压降，并且具有足够的强度来进行激光焊接。
经由空气分离器支座428来控制面板组件之间的空气空间改善了面板对面板的空气分布和气隙460的均匀性，从而提高了效率以及堆叠的刚性。
在一个或多个实施方案中，传热流体和干燥剂各自仅具有一个进口端口和一个离开端口，以减少流体密封件和所需连接件的数量，从而降低制造复杂性并提高可靠性。
在一个或多个实施方案中，传热流体通道409中的网或网格408利用带键特征件而自由浮动，所述带键特征件消除了由于热膨胀引起的任何机械应力，同时通过限定流体阻力而确保了面板内和面板之间的最佳流量分布。网格408在负的传热流体压力下限定了传热流体通道的厚度，从而确保网格确定了传热流体，从而确定了空气通道的厚度和一致性。网格408还提高了在高气流期间的面板刚性。
当堆叠面板组件时，在热塑性框架402上而不是在板406上具有某些特征件允许塑料焊接、流体递送、传热流体通道形成以及均匀气隙。具有点特征件470的激光透明热成型板406以及随后的热密封膜414被激光焊接到框架402。框架402可以由具有吸收激光的添加剂的热塑性塑料组成。排序将焊接形成限制到热成型件/框架界面，从而避免膜414在关键位置与热成型件的热密封。拐角特征件480的厚度设定了在与O形环450组装之后的气隙。
在一个或多个实施方案中，板热成型件406由具有限定干燥剂通道472高度的凸起点470的透明热塑性塑料制成，从而有助于确保干燥剂的均匀分布。还具有合适的激光透射率(例如在940或980nm下)的半透膜414被热密封至热成型板406，或者直接热密封至热成型板406，或者热密封至其上的可选的较低熔点的覆盖层。框架402可以由具有炭黑掺杂或其他吸收激光的添加剂的热塑性塑料制成。网格板或其他传热流体紊流器板408被插入框架402的中心。用热封膜414将热成型板406在一侧上激光焊接到框架402，之后将另一热成型板406激光焊接到框架402的相反侧。网格或传热流体紊流器408被封闭在内部中。这样形成的面板组件400然后准备经由O形环450与其他面板组件堆叠成块组件。
根据一个或多个实施方案，成组堆叠的面板组件400被支撑在外壳结构中以形成板组件块。希望面板组件堆叠周围的外壳和连接件不笨重。笨重的外壳可能会大大增加液体干燥剂系统的尺寸，并且形成与围绕干燥剂转轮、盘管、板式热交换器等构建的现有单元不同的形状因数。也希望不必将连接件定位到块的多个侧面，这可能会使安装困难且耗时。希望允许从块的一侧进行所有维护，这将减少单元所需的空间。希望通过商业生产过程来制造单元。所述单元应当通过UL耐火性以及其他测试，包括运输、振动和操纵测试，并且能够承受可能会大大超过操作条件的非常高和非常低的运输和储存温度。希望将所述单元设计用于安全操纵，例如以阻止在如歧管的潜在断点处拾取模块。材料成本和建造外壳所需的时间严重影响了制造成本，并且随着面板生产成本的下降，外壳的成本变得相对更重要。因此，希望廉价地构建外壳。
图9展示了根据一个或多个实施方案的示例性面板组件块500，其包括封闭在外壳结构502中的一组堆叠的面板组件400。
图10是展示了根据一个或多个实施方案的用于面板组装块的另一示例性外壳结构504的分解图。外壳结构504包括多个外壳板506、508、510、512，其覆盖堆叠的面板组件的相反侧以及顶部和底部。堆叠的面板组件的前部和后部仅部分地由外壳面板514覆盖，以允许气流通过所述单元。可以使用夹具518将金属过滤器516固定到外壳的前侧。
用于面板组件的外壳被设计用于各种液体干燥剂空调系统，包括用于商业建筑的独立新风系统(DOAS)。这些单元的寿命显著低于安装这些单元的建筑物的寿命，这可能导致多次更换HVAC单元。因此，将希望可以用作现有单元的嵌入件的外壳设计。
类似的面板组件块可以用于商业系统的其他空气处理器以及工业应用中的湿度控制。类似的面板组件块也可以用于多户住宅单元中，所述类似的面板组件块可以更小、具有不同的形状因数。
根据一个或多个实施方案，面板组件块的尺寸被设定成适于一人或两人操纵以及快速低成本装运进行更换。
面板组件的外壳结构当处理空气在调节器中进行处理(例如冷却和除去湿气)时为其提供了密封和路径。类似的外壳结构可以用于回热面板组件块，在其处处理液体干燥剂(例如，使用加热重新浓缩)。
根据一个或多个实施方案，用于调节和回热的面板组件块可以是相同的。在一些实施方案中，例如如果在回热器中需要隔热或者如果回热器单元分开定位或具有不同的消防要求，则块是不同的。例如，当定位在经调节的气流或回热空气流中时，可以在没有隔热的情况下使用所述块。
根据一个或多个实施方案，用于传热流体和液体干燥剂的连接件仅位于单元的一侧上，以允许更容易的安装。
相邻面板组件之间的O形环450使得能够容易组装和拆卸块单元。
如图13所示，外壳被配置成使得闩锁到金属过滤器516上的夹具518可以用于附接到增压室分隔壁530，所述增压室分隔壁将块入口空气流与出口空气流分离。金属过滤器516安置在进入空气与块之间。块本身被定位在经处理空气的内部，以最小化损失。
在外壳结构的底侧512上、在空气密封件中形成缺口532，以允许收集任何冷凝物或干燥剂。空气密封件中的缺口在块的气流出口端处，使得通过此路径泄漏的任何空气在离开之前都会经过面板的大部分有效区域。外壳的底部具有泡沫空气密封层以封闭空气通道。在膜或传热流体通道泄漏的情况下，干燥剂或传热流体将收集在面板的底部，从那里通过孔流回干燥剂罐中。为了防止其流入管道中，形成出口532，所述出口允许干燥剂从面板进入外壳内部的空间，并从那里通过管流回主干燥剂系统中。少量的空气可以通过此路径逸出，这就是为什么它位于块的端部附近，在此处泄漏的空气将基本上已经得到处理。
液体干燥剂或冷凝物可以收集在单独的容器中，或者循环回系统中。可以将干燥剂通过块中的干燥剂清除收集到块下的容器中。可替代地，它可以流回干燥剂罐中。这优选地仅在不影响干燥剂质量的情况下进行。
为了构造面板组件块，首先将面板组件400组装成堆叠，其中每个面板组件的传热流体端口和液体干燥剂端口对准以分别形成传热流体和液体干燥剂端口歧管。
拉紧螺栓540穿过外壳和面板组件并随后被拧紧。拉紧螺栓540将面板组件的拐角压在一起。压力确保与面板拐角中的O形环450充分密封。与例如在所述过程中可能断裂的焊接部分不同，O形环结构允许面板组件通过提供一定的柔性来吸收冲击和跌落的影响。假设面板足够平坦，则可以使用平垫圈代替O形环。可替代地，形成端口歧管的面板之间的密封可以通过感应焊接或RF焊接，例如通过并入呈纤维形式的RF接受器(receptor)或拐角本身中的额外部分来形成。
如图14所示，外壳结构可以被配置成用于空气、液体干燥剂和传热流体流的各种方向。面板块可以被配置成用于竖直、水平直立和水平平坦气流。在竖直气流面板中，空气和干燥剂可以向下流动，而传热流体则向上流动。在具有水平气流的直立面板中，干燥剂仍可以从顶部到底部向下流动，但是空气是水平馈送的。传热流体可以与空气逆流行进。
在一个或多个实施方案中，面板块可以被配置成天花板内单元和其他平坦单元，可以将面板放倒置于基本水平的位置中，其中空气、传热流体和干燥剂均水平流动。传热流体和干燥剂流可以全部水平、全部竖直或两者，这取决于在最佳性能下满足形状因数要求所需的。液体干燥剂流可以是压力和/或重力驱动流。
在图12的实施方案中，气流是水平的，液体干燥剂流是竖直的，并且传热流体流也是竖直的(并且优选地与液体干燥剂流逆流)。在图11的实施方案中，所有流动都是水平的，其中传热流体与气流逆流。液体干燥剂流可以与气流逆流或横流行进，这取决于面板的形状因数。本领域技术人员将理解，如具有平行液体干燥剂的竖直气流和逆流传热流体流的其他流动布置也是可能的，特别是如果干燥剂流是由压力而不是重力驱动的话如此。
对于“水平平坦”面板组件布置，希望面板中的倾斜以帮助确保可以以面板内的相对低的流速去除传热或干燥剂流体中的任何捕获的空气。倾斜可以是轻微的。尽管端口和歧管中的流速较高，然而还是希望在单元的顶部或侧面上具有出口，除非所述单元的形状因数另外要求，例如天花板单元。可以从最低点使干燥剂(和传热流体)从单元被动排出，最低点往往是通过允许流回干燥剂罐的进口。
面板组件经由O形环或垫圈450连接，并且面板组件堆叠使用张力杆540保持在压缩状态下。歧管端口周围的对准孔用于提供面板组件堆叠的一致对准。歧管端口周围的对准孔还抑制了相邻面板组件的连接端口的旋转。
外壳中的特征件可以在挤出片材中机加工或注塑模制。本领域技术人员将理解，形成特征件的其他方式也是可能的。
挤出的外壳片材在数量较少时成本较低，但需要多次不同的切割和附加管路。注塑模制零部件可以显著减少零部件的数量，但是涉及复杂模具的高成本。模制还可以以较低的重量为外壳提供足够的刚度和强度。
在注塑模制的外壳设计中，可以使用气体注塑模制来形成液体干燥剂和传热流体通路，使得截面面积足以促进堆叠中的所有面板所需的传热流体和干燥剂流动。夹紧在气体辅助模制的外壳上可以使用螺栓、夹具或棘轮来完成，以确保有足够的压力来将O形环密封件维持在干燥剂和传热流体端口中。
如图12所示，面板组件400被夹在外壳板600和602之间。为了便于连接和维护，用于通向液体干燥剂端口424、426的液体干燥剂的通路604和用于通向传热流体端口420、422的传热流体的通路606优选地仅在模块的一侧上。这也允许模块彼此靠近定位，这减小了单元尺寸并且允许供应管道中的增压空气速度类似于当前盘管和转轮的速度。由于能与之相比的占地面积和总尺寸，因此这实现了嵌入替换。
在图12中，传热流体通过模块底部的通路606进入并且干燥剂通过顶部的通路604进入，而相应的出口在外壳的相反侧上。
面板堆叠可以从夹具上悬挂，以最小化应力并维持气隙和面板形状。
模块顶部和底部上的部分610和612在面板组件堆叠的周围提供空气密封，而部分612还包含排水口，以用于任何冷凝水或液体干燥剂泄漏回到干燥剂罐或单独的容器。
外壳材料和几何形状提供了高水平的刚度，以在高应力负载下维持块几何形状。这与内块材料结合并且特别是与具有柔性连接的O形环或垫圈连接件结合提供了对冲击和振动的回弹性，而不会损坏关键密封件。
虽然已这样描述若干个说明性实施方案，但应当理解，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。此类变更、修改和改进意图形成本公开的一部分，并且意图在本公开的精神和范围内。尽管本文中呈现的一些实例涉及功能或结构元件的特定组合，但是应当理解，根据本公开，那些功能和元件可以其他方式组合以实现相同或不同的目标。具体地，结合一个实施方案所论述的动作、元件和特征并不意图从其他实施方案中的类似或其他作用被排除。此外，本文描述的元件和部件可进一步分成另外的部件或接合在一起以形成用于执行相同功能的更少的部件。因此，前述描述和附图仅是以举例的方式进行并且不旨在是限制性的。

Claims (32)

1.一种用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器，所述三通热交换器包括多个面板组件，每个面板组件包括：
框架，所述框架界定中心空间，所述框架包括液体干燥剂入口端口、液体干燥剂出口端口、传热流体入口端口和传热流体出口端口；
两个板，每个板具有外表面和内表面，其中所述板被接合到所述框架以覆盖所述中心空间的相对侧从而在由所述板的所述内表面和所述框架限定的所述中心空间中限定传热流体通道，其中所述传热流体入口端口和所述传热流体出口端口与所述传热流体通道流体连通；以及
两个微孔片材，所述两个微孔片材允许水蒸气穿过其传递，每个微孔片材覆盖所述两个板中的不同一个板的所述外表面，并且在所述微孔片材与所述板的所述外表面之间限定液体干燥剂通道，其中所述液体干燥剂入口端口和所述液体干燥剂出口端口与所述液体干燥剂通道流体连通；
其中所述面板组件的所述框架的所述液体干燥剂入口端口被对准以形成液体干燥剂入口歧管，所述面板组件的所述框架的所述液体干燥剂出口端口被对准以形成液体干燥剂出口歧管，其中所述面板组件的所述框架的所述传热流体入口端口被对准以形成传热流体入口歧管，并且所述面板组件的所述框架的所述传热流体出口端口被对准以形成传热流体出口歧管；并且
其中所述多个面板组件具有堆叠布置，使得一个面板组件上的微孔片材面向相邻面板组件上的微孔片材，并且在其间限定气流通道。
2.如权利要求1所述的三通热交换器，
其中所述板的所述内表面和所述框架限定液体干燥剂入口空间，并且其中所述板的所述内表面和所述框架限定液体干燥剂出口空间；并且
其中所述板各自在所述液体干燥剂入口空间处包括多个间隔开的开口，使得所述液体干燥剂入口空间与所述液体干燥剂通道流体连通，并且所述板各自在所述液体干燥剂出口空间处包括多个间隔开的开口，使得所述液体干燥剂出口空间与所述液体干燥剂通道流体连通。
3.如权利要求2所述的三通热交换器，其中所述板沿着分开地外接所述传热流体通道、所述液体干燥剂入口空间和所述液体干燥剂出口空间中的每一个的焊接或热密封线接合到所述框架。
4.如权利要求1所述的三通热交换器，其还包括密封O形环或垫圈，所述密封O形环或垫圈被定位在相邻面板组件的所述液体干燥剂入口端口之间、相邻面板组件的所述液体干燥剂出口端口之间、相邻面板组件的所述传热流体入口端口之间以及相邻面板组件的所述传热流体出口端口之间。
5.如权利要求4所述的三通热交换器，其还包括用于以密封布置将所述多个面板组件夹在一起的机构。
6.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述面板组件通过粘合剂接合在一起。
7.如权利要求1所述的三通热交换器，其还包括在每个面板组件的所述传热流体通道中以用于维持所述传热流体通道的给定厚度的网。
8.如权利要求7所述的三通热交换器，其中所述网通过所述框架中的拐角特征件而维持在每个传热流体通道中的位置中，使得在所述网的相反侧处存在细长间隙以便在大体上垂直于所述细长间隙的方向上在整个所述传热流体通道上分配所述传热流体。
9.如权利要求1所述的三通热交换器，其中每个面板组件的所述框架包括用于限定形成所述气流通道的相邻面板组件之间的间隙的多个支座。
10.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述板中的每一个包括在其外表面上的凸起样式的特征件，所述微孔片材可以附接到所述凸起样式的特征件以形成所述液体干燥剂通道。
11.如权利要求10所述的三通热交换器，其中所述液体干燥剂通道具有小于0.3mm的厚度。
12.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述板中的每一个包括在其外表面上的覆盖层以增强与所述微孔片材的结合。
13.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述板中的每一个包括添加剂以增加导热性和/或板刚度。
14.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述板中的每一个包括具有小于1mm的厚度的聚合物和用于增加导热性和/或板刚度的添加剂。
15.如权利要求1所述的三通热交换器，其中每个面板组件的所述框架包括注塑模制聚合物。
16.如权利要求1所述的三通热交换器，其中每个面板组件的所述框架包括能量吸收掺杂剂、添加剂或导电纤维，以改进所述框架与所述板的焊接或热密封。
17.如权利要求1所述的三通热交换器，其还包括外壳结构，所述外壳结构用于支撑所述多个面板组件并提供用于通过所述三通热交换器的气流的密封路径。
18.如权利要求17所述的三通热交换器，其中所述外壳包括导管，所述导管用于使液体干燥剂和传热流体传递进入或流出所述液体干燥剂或传热流体端口，其中所述导管位于所述外壳结构的一部分上。
19.如权利要求17所述的三通热交换器，其还包括金属过滤器，所述金属过滤器固定到所述外壳、固定到空气入口、固定到所述三通热交换器。
20.如权利要求17所述的三通热交换器，其中所述外壳包括底部面板，所述底部面板包括用于去除任何液体干燥剂泄漏、传热流体泄漏或冷凝物的开口。
21.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述面板组件被配置成使得气流、传热流体流和液体干燥剂流都在水平方向上或者都在竖直方向上。
22.如权利要求1所述的三通热交换器，其中所述面板组件被配置成使得气流、传热流体流和液体干燥剂流中的一者或两者在水平方向上，并且其他在竖直方向上。
23.一种制造用于液体干燥剂空调系统的三通热交换器的方法，其包括以下步骤：
(a)通过以下步骤来制造多个面板组件中的每一个：
(i)用允许水蒸气穿过其传递的微孔片材覆盖两个板中的每个板的外表面，使得在每个微孔片材与每个板的所述外表面之间限定液体干燥剂通道；
(ii)将所述两个板接合到框架结构，
其中所述框架结构界定中心空间并且所述两个板覆盖所述中心空间的相对侧；
其中所述框架结构包括液体干燥剂入口端口、液体干燥剂出口端口、传热流体入口端口和传热流体出口端口；
其中所述板各自具有与所述外表面相反的内表面，并且所述板被接合到所述框架以在由所述板的所述内表面和所述框架限定的所述中心空间中限定传热流体通道，其中所述传热流体入口端口和所述传热流体出口端口与所述传热流体通道流体连通；并且
其中所述液体干燥剂入口端口和所述液体干燥剂出口端口与所述液体干燥剂通道流体连通；以及
(b)将所述面板组件以堆叠布置，使得一个面板组件上的所述微孔片材中的一个面向相邻面板组件上的所述微孔片材中的一个，并且在其间限定气流通道，并且使得所述面板组件的所述框架的所述液体干燥剂入口端口被对准以形成液体干燥剂入口歧管，并且所述面板组件的所述框架的所述液体干燥剂出口端口被对准以形成液体干燥剂出口歧管，其中所述面板组件的所述框架的所述传热流体入口端口被对准以形成传热流体入口歧管，并且所述面板组件的所述框架的所述传热流体出口端口被对准以形成传热流体出口歧管。
24.如权利要求23所述的方法，
其中所述板的所述内表面和所述框架限定液体干燥剂入口空间，并且其中所述板的所述内表面和所述框架限定液体干燥剂出口空间；并且
其中所述板各自在所述液体干燥剂入口空间处包括多个间隔开的开口，使得所述液体干燥剂入口空间与所述液体干燥剂通道流体连通，并且所述板各自在所述液体干燥剂出口空间处包括多个间隔开的开口，使得所述液体干燥剂出口空间与所述液体干燥剂通道流体连通。
25.如权利要求24所述的方法，其中将所述板接合到所述框架包括将所述板沿着分开地外接所述传热流体通道、所述液体干燥剂入口空间和所述液体干燥剂出口空间中的每一个的焊接或热密封线热密封或焊接。
26.如权利要求23所述的方法，其还包括提供密封O形环或垫圈，所述密封O形环或垫圈在相邻面板组件的所述液体干燥剂入口端口之间、相邻面板组件的所述液体干燥剂出口端口之间、相邻面板组件的所述传热流体入口端口之间以及相邻面板组件的所述传热流体出口端口之间。
27.如权利要求26所述的方法，其还包括以密封布置将所述多个面板组件夹在一起。
28.如权利要求23所述的方法，其中所述板被使用粘合剂接合到所述框架。
29.如权利要求23所述的方法，其还包括将网放置在每个面板组件的所述传热流体通道中，以便维持所述传热流体通道的给定厚度。
30.如权利要求23所述的方法，其中所述板中的每一个包括在其外表面上的凸起样式的特征件，并且所述方法还包括将所述微孔片材附接到所述凸起样式的特征件以形成所述液体干燥剂通道。
31.如权利要求23所述的方法，其还包括在每个板的所述外表面上形成覆盖层以增强与所述微孔片材的结合。
32.如权利要求23所述的方法，其还包括将所述三通热交换器固定在外壳结构中，所述外壳结构提供用于通过所述三通热交换器的气流的密封路径。
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