EA009344B1

EA009344B1 - Теплообменник и способ его выполнения

Info

Publication number: EA009344B1
Application number: EA200500740A
Authority: EA
Inventors: Йоханнес Антониус Мария Раиндерс
Original assignee: Оксицелл Холдинг Б.В.
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2007-12-28
Also published as: EP1558888A1; TWI316598B; EP1597527B1; AU2003285311A1; TW200409899A; MXPA05004511A; CA2504243A1; JP2006511786A; NL1022794C2; EA200500740A1; BR0315811A; WO2004040220A1; WO2004040219A1; KR20050065650A; PL375205A1; PL208687B1; US20060124287A1; EP1597527A1; AU2003274830A1; ATE514045T1

Abstract

Способ получения теплообменника из формуемого ламината (1, 11, 105), образованного из металлического слоя и термосвариваемого слоя, в соответствии с которым ламинат уплотняют при нагреве и под давлением к самому себе или к другому подобному ламинату с образованием канала для прохождения теплообменной среды. Теплообменник предпочтительно содержит множество ребер (3, 106, 107), образованных на ламинате (1, 11, 105) для увеличения теплопередачи, и может также содержать водоудерживающий слой (204).

Description

Настоящее изобретение относится к теплообменному элементу и формуемому слоистому материалу (ламинату) для производства такого теплообменного элемента, в частности для использования в теплообмене между двумя потоками текучих сред, например в теплообменнике испарительного типа. Настоящее изобретение также относится к способу выполнения такого теплообменного элемента.

В общем, известны теплообменники, предназначенные для теплообмена между двумя потоками текучих сред, в которых разделительная стенка разделяет два потока текучих сред. Задача многих таких устройств состоит в увеличении площади поверхности разделительной стенки для увеличения эффективной теплопередачи между двумя текучими средами. Для увеличения до максимума температурного градиента стенка будет тонкой и в таких случаях проводимость материала стенки не является критичной, если ее общая площадь достаточно велика. Из документа ЕР0777094 известно устройство, в котором для производства теплообменного элемента используется гофрированный лист.

Для образования разделительной стенки было также предложено использовать металлический лист, образующий ϋ-образные изгибы. Такое устройство известно из патента США 4384611. Традиционные металлические теплообменники для соединения деталей теплообменника между собой использовали различные технологии. Типовые технологии соединения включают в себя гофрирование, сварку, пайку и склеивание. Было установлено, что использование таких технологий имеет определенные недостатки, связанные с затратами, целостностью и сложностью соединения и процедурой соединения. Особенно в тех случаях, где стенка снабжена дополнительными ребрами для достижения требуемой теплопередачи, соединение ребер со стенкой является трудной задачей.

В низкотемпературных применениях, таких как бытовые регенераторы тепла и конденсационные охлаждающие устройства, часто используют полимерные и аналогичные материалы, поскольку они относительно дешевы для производства и просты для формования в требуемых конфигурациях. Конденсационное охлаждающее устройство является особым видом испарительного теплообменника, который пытается понизить (приблизить) температуру воздушного потока как можно ближе к температуре конденсации. Для воздуха при заданной абсолютной влажности точкой росы является температура, при которой воздух достигает относительной влажности 100%, при которой имеет место насыщение и влага дополнительно не может абсорбироваться. Тепло удаляется из воздушного потока продукта благодаря испарению некоторого количества жидкости в другом рабочем воздушном потоке. Такой процесс теоретически чрезвычайно эффективен и не требует компрессора, так как является случаем традиционных холодильных циклов. Для реализации таких циклов было предпринято много попыток, но практические решения вызывали большие трудности при приближении к точке росы в большинстве температурных диапазонов.

Непрямой испарительный газоохладитель известен из патента США 4976113, выданного Гершуни и др., где потоки продукта и рабочего воздуха подают противотоком. Известны другие устройства, которые работают, по существу, в поперечном потоке, такие как устройство, известное из И82003/0033821, выданного Майзотченко и др. Учения настоящего изобретения могут, таким образом, быть приложены к устройствам обоих вышеуказанных описаний, содержания которых включены сюда полностью посредством ссылки. Далее термин конденсационное охлаждающее устройство будет использоваться по отношению к устройствам, которые охлаждают текучую среду до или почти до своей исходной точке росы путем теплопередачи, чтобы вызвать испарение жидкости в рабочей текучей среде, работающей при температуре насыщения или около ее температуры насыщения. В частности, в случае конденсационных охлаждающих устройств было обнаружено, что желательно использовать ребра, прикрепленные к разделительной стенке для достижения необходимого теплопереноса в условиях, в которых температурный градиент через стенку является небольшим.

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается теплообменный элемент, содержащий формуемый ламинат из металлического слоя и термоплавкого слоя, причем ламинат уплотнен под нагревом и давлением на него или к аналогичному ламинату, с образованием канала для прохождения потока теплообменной среды. Благодаря обеспечению такого формуемого ламината могут быть просто получены сложные конфигурации, например изгибы, ребра и аналогичные элементы, которые являются непроницаемыми для текучей среды, а также гарантируют хорошую теплопередачу и прочность.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения металлический слой содержит алюминий, в частности мягкий прокаленный алюминий, который может быть легко пластически деформирован. Другие подобные металлы также могут быть использованы, но было установлено, что мягкий прокаленный алюминий является особенно дешевым и простым для обработки. В частности, благодаря выбору материала, который является относительно неупругим, невероятно, чтобы деформация ламината вызывала отделение термосвариваемых секций. Такие силы могут альтернативно или дополнительно быть уменьшены выбором относительно тонкого металлического слоя в виде фольги. Металлический слой предпочтительно может иметь толщину, составляющую 25-120 мкм, а более предпочтительно около 70 мкм.

В конкретном варианте осуществления термосвариваемый слой, по существу, имеет одинаковую протяженность с металлическим слоем и может быть нанесен в виде покрытия на одну или на обе стороны металлического слоя.

- 1 009344

В зависимости от природы и предполагаемого использования теплообменного элемента ламинат может дополнительно содержать дополнительные слои. Для улучшения соединения или для обеспечения защиты от коррозии между металлическим слоем и термосвариваемым слоем может потребоваться слой грунтовки или аналогичного материала. Такая грунтовка может быть также пигментирована или иначе окрашена для улучшения эстетического эффекта или для оптимизации теплопередачи. Кроме того, для использования в качестве испарительного теплообменника, увлажнителя или для улучшенного капиллярного затекания - водоудерживающий слой или слой для транспортировки воды может быть предусмотрен поверх некоторых или всех поверхностей ламината. Этот слой может быть приклеен посредством термосвариваемого слоя или иным способом.

В соответствии с первой конструкцией теплообменника ламинат может быть образован в извилистой или гофрированной форме для образования множества ребер, чтобы в соответствии с этим обеспечить увеличенную площадь поверхности. В этом контексте увеличенная площадь поверхности, очевидно, означает увеличенную площадь поверхности для заданного объема.

В соответствии с альтернативной конструкцией теплообменника ламинат может быть обеспечен на одной или обеих поверхностях с множеством ребер или других конструкций, находящихся в теплопроводной связи с ламинатом для увеличения площади его поверхности. Благодаря предпочтительному использованию ламината металл/термоклей, как описано выше, для этих ребер, они также могут быть просто соединены путем сочетания нагрева и давления. Ребра могут быть дополнительно снабжены другими элементами, увеличивающими площадь поверхности, или элементами для разрушения пограничных слоев используемых текучих сред. Такие элементы могут принимать форму вентиляционных решеток или отверстий в ребрах.

Подходящей формой канала для прохождения потока является форма удлиненной плоской трубы, в общем, прямоугольного поперечного сечения. Для использования в теплообменном узле некоторое количество таких каналов для прохождения потока может быть расположено бок о бок в соответствующем корпусе, благодаря чему поток первичной текучей среды может проходить через трубу, а поток вторичной текучей среды может проходить над ее наружной стороной. Труба может содержать один ламинат, сложенный на себя и соединенный по краям вдоль одного удлиненного шва. В альтернативном варианте она может быть образована из двух половин, состоящих из первого и второго участков ламината, уплотненных друг к другу вдоль соответствующих краев.

В соответствии с особенно предпочтительным применением настоящего изобретения плоская труба на внутренней и внешней поверхностях ламината содержит реберные секции. Реберные секции на внутренних поверхностях поддерживают одна другую и помогают сохранить механическую жесткость трубы. Это особенно предпочтительная конструкция, которая обеспечивает возможность использования такого очень тонкого гофрированного материала. Для использования в качестве конденсационного охлаждающего устройства, по меньшей мере, реберные секции на внешних поверхностях снабжены водоудерживающими слоями. Внутренняя часть трубы может, таким образом, служить в качестве первичного канала для прохождения сухого потока, а внешняя часть трубы может образовывать часть вторичного канала для прохождения влажного потока.

Настоящее изобретение также относится к способу выполнения теплообменника, предусматривающему обеспечение пластически деформируемого первого металлического ламината; обеспечение пластически деформируемого второго ламината; пластическое формование первого ламината, в общем, в гофрированную конфигурацию, имеющую серию несколько углублений; соединение первого ламината со вторым ламинатом в серии углублений для образования теплопередающей стенки с теплопроводными ребрами; и уплотнение второго ламината самого к себе или к другому подобному ламинату с образованием канала для прохождения потока.

Предпочтительно, либо первый, либо второй ламинат содержит термосвариваемый слой, и первый и второй ламинаты соединяют вместе посредством термосклеивания при первой температуре.

Как первый, так и второй ламинат являются предпочтительными ламинатами, как описано выше. В этом случае второй ламинат может содержать термосвариваемый слой, отличаясь от первого ламината тем, что второй ламинат может быть уплотнен к самому себе или к другому подобному ламинату посредством термосклеивания при второй температуре, которая меньше первой температуры. В этом случае ребра могут быть сначала соединены со вторым ламинатом перед формованием второго ламината в канал для прохождения потока.

Способ может дополнительно предусматривать стадию разделения первого ламината на секции перед соединением со вторым ламинатом. Было установлено, что отдельные реберные секции, отделенные друг от друга, могут препятствовать теплопередаче вдоль теплообменника и могут также содействовать поддержанию турбулентного потока посредством разрушения пограничного слоя. Это может быть также достигнуто путем образования вентиляционных решеток в первом ламинате до соединения его со вторым ламинатом.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения способ дополнительно предусматривает образование водоудерживающего слоя на первой поверхности первого ламината, причем вторую поверхность первого ламината соединяют со вторым ламинатом. Теплообменный

- 2 009344 элемент, получаемый в этом случае, может быть идеально использован в конденсационном охлаждающем устройстве для увлажнения сухого воздуха или в устройстве для регенерации тепла.

Настоящее изобретение также относится к способу выполнения теплообменника, содержащего два набора каналов для прохождения потока среды, расположенных взаимно переплетенными, причем наборы каналов образуют, соответственно, первичный контур среды и вторичный контур среды, через которые проходят два потока среды, которые физически разделены и находятся в теплообменном контактном взаимодействии;

теплопроводные стенки, разделяющие указанные каналы, и корпус, в котором размещены стенки, ограничивающие каналы, причем с корпусом соединяются по меньшей мере одно входное отверстие и два выходных отверстия для двух наборов каналов.

Способ предусматривает:

(a) обеспечение пластически деформируемой пластины, например, из полимерного материала или из металла, например меди или алюминия;

(b) обеспечение по меньшей мере одной металлической полосы, отформованной, в общем, в виде волнообразной конфигурации, например из меди или алюминия, которая может служить в качестве ряда ребер;

(c) пластическую деформацию пластины так, чтобы она приобретала краевую область, посредством которой она может быть соединена с подобной пластиной;

(б) перед или после стадии (с) соединение полосы с пластически деформируемой пластиной посредством внешних поверхностей волнообразной конфигурации, направленных к полосе, так, чтобы создавалась теплопроводная стенка с теплопроводными ребрами;

(е) повторение стадий (а), (Ь), (с) и (б) несколько раз для получения некоторого количества теплопроводных стенок с ребрами;

(ί) соединение этих стенок, по меньшей мере двух, друг с другом при использовании краевых областей, полученных в соответствии со стадией (с), так, чтобы выбранное количество таких стенок было размещено взаимно параллельно; и (д) размещение этих стенок в корпусе.

Таким образом, обеспечивается способ выполнения теплообменника, который может быть осуществлен очень недорого, быстро и с большой надежностью, так что такие теплообменники могут быть получены также в условиях массового производства при значительно сниженных затратах по сравнению с уровнем техники.

Пластическая деформация может осуществляться любым соответствующим способом, причем выбор ограничивается частично природой и типом используемого материала. Может быть использовано, например, прессование, термоформование, формование в вакууме, инжекционное формование.

В частности, в важном случае, когда используется алюминий, способ может предпочтительно осуществляться так, чтобы пластическая деформация в соответствии со стадией (с) выполняется в холодном состоянии.

Например, способ может выполняться так, чтобы пластина и/или ребра обеспечивались до стадии (б) с адгезивным слоем и чтобы стадия (б) осуществлялась путем прессования пластины и ребер друг против друга, по меньшей мере, в положении контактных поверхностей, возможно, при нагреве.

Например, для этой цели может быть использована простая пресс-форма, которая обеспечивает необходимую адгезию посредством давления и возможного нагрева в течение определенного времени. Необходимо гарантировать, чтобы тепловое сопротивление, обеспечиваемое адгезивным слоем, было ниже заданного значения. Это означает, что адгезивный слой данной теплопроводности может иметь только ограниченную толщину после формирования соединения.

Особые преимущества обеспечиваются способом, в котором адгезивный слой по существу покрывает пластину и/или ребра полностью и защищает их от коррозии. Таким образом, адгезивный слой выполняет функцию адгезива и антикоррозионного покрытия.

Например, способ можно осуществлять так, что адгезивный слой наносят в виде фольги.

В частности, когда термопластичный пластик наносят в качестве материала для пластически деформируемой пластины, способ может осуществляться так, что адгезивный слой образуется вместе с пластиной посредством совместной экструзии в виде ламинированного экструдата.

Важный вариант способа имеет особый признак, который заключается в том, что пластина и/или ребра состоят из материала, с которым адгезивный слой сцепляется с трудом, например из алюминия, и что часть адгезивного слоя, обращенная к алюминию, сцепляется с ним через слой грунтовки.

Слой грунтовки обеспечивает превосходную адгезию адгезивного слоя с алюминием. Без грунтовки эта адгезия оставляла бы желать лучшего и не могла бы обеспечивать надежности теплообменника.

Последний характерный способ может быть предпочтительно реализован так, чтобы грунтовка имела выбранный цвет, узор и/или текстуру и чтобы адгезивный слой был прозрачным. Грунтовка может быть, например, золотистого цвета. Пластина теплообменника приобретает, таким образом, чрезвычайно привлекательный внешний вид. Цвет, узор и/или текстура могут также служить в качестве маркировки компонентов теплообменника с глазком для легкой идентификации категории при выборе технических

- 3 009344 условий.

В еще одном варианте осуществления способ имеет характерную особенность, которая заключается с том, что грунтовка и/или покрытие содержит серебро, так что адгезивный слой имеет противомикробное действие. Этот вариант осуществления имеет преимущество, не требуя каких-либо мер предосторожности в отношении, например, бактериального загрязнения.

В соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения, способ имеет характерный признак, который заключается в том, что готовые пластины с ребрами склеены друг с другом в чередующихся парах при использовании краевых областей и при этом количество образованных таким образом пар уложено в стопу до стадии (д). Например, готовые пластины или стенки могут быть идентичными.

Последний вариант осуществления способа может, в частности, реализовываться так, чтобы адгезия имела место благодаря предварительному нанесению на пластины адгезивного слоя и обжатию краевых областей друг против друга, возможно, при нагреве. Этот способ может быть также реализован исключительно просто, недорого и быстро.

Последний описанный способ может дополнительно быть реализован так, чтобы пластины сцеплялись между собой через лист, который заранее размещен между ними и который снабжен с обеих сторон адгезивным слоем, и чтобы соответствующие краевые области, направленные друг к другу, и предпочтительно также соответствующие внешние поверхности ребер, направленные друг к другу, сцеплялись таким образом, будучи сдавливаемыми вместе, возможно при нагревании, например, благодаря подаче горячего воздуха.

В одном варианте осуществления теплообменника, по меньшей мере, ребра во втором контуре прохождения потока текучей среды снабжены гидрофильным и пористым или волокнистым покрытием, состоящим, например, из микропористого портланд-цемента, причем этот слой поддерживается влажным с помощью увлажняющего средства, образующего часть теплообменника, так что, благодаря испарению из него посредством вторичной среды, соответственно охлаждаются слой, вторичные ребра, стенка, первичные ребра и, в конечном счете, первичная среда, при этом слой имеет небольшую толщину, так что во влажном состоянии он имеет достаточно низкое тепловое сопротивление и теплообменник может работать как конденсационное охлаждающее устройство.

Для получения хорошей механической прочности, коррозионной стойкости и теплопередачи в сочетании с относительно низкой стоимостью теплообменник может иметь характерный признак, который заключается в том, что лист выполнен в виде ламината, содержащего металлический внутренний слой, который покрыт с обеих сторон пластиковыми внешними слоями. Например, внутренний слой может состоять из алюминия толщиной порядка 25 мкм. Пластиковые внешние слои, которые могут быть образованы из любого подходящего пластика, могут, например, также иметь толщину порядка 25 мкм или менее. При такой небольшой толщине тепловое сопротивление, обеспечиваемое пластиковыми внешними слоями, является незначительным.

В соответствии с другим объектом настоящего изобретения теплообменник может иметь признак, который заключается в том, что каждый из двух листов сложен в прямоугольную волнообразную форму, причем две волнообразные формы имеют одинаковый шаг и расположены взаимно переплетенными с относительной продольной ориентацией 90°.

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны только посредством примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых на фиг. 1а показан вид в перспективе пластикового листа, отформованного путем термоформования, на обеих сторонах которого расположены теплопроводные ребра;

на фиг. 1Ь показана фаза, в которой лист сложен вдоль двух линий сгиба так, что стенки перемещаются по направлению друг к другу;

на фиг. 1с - конечное положение, в котором две стенки расположены фиксировано во взаимно параллельном положении;

на фиг. 2а, 2Ь и 2с - виды, соответствующие варианту выполнения по фиг. 1а, 1Ь и 1с, с аналогичной шириной, но большей длиной;

на фиг. 3 а - вид в перспективе листа, имеющего в области стенок прямоугольные отверстия для прохождения ребер;

на фиг. 3Ь - вид в перспективе теплопроводной стенки, на обеих сторонах которой расположены ребра, которые проходят в отверстия листа по фиг. 3 а;

на фиг. 4 - вид в перспективе с частичным вырывом теплообменника, в котором корпус не показан для ясности изображения;

на фиг. 5а и 5Ь - виды в перспективе с разных сторон конденсационного охлаждающего устройства;

на фиг. 6 - вид в перспективе части конденсационного охлаждающего устройства;

на фиг. 7 - вид, соответствующий варианту по фиг. 4;

на фиг. 8 - вид в перспективе с вырезом альтернативного варианта осуществления по фиг. 3 а и фиг. 3Ь;

на фиг. 9 - схематичный вид в перспективе теплообменника, образованного из двух листов, сложенных взаимно чередующимся образом;

- 4 009344 на фиг. 10а - очень схематичный вид компрессионной формы для моделирования пластины в теплообменной стенке;

на фиг. 10Ь - очень схематичный вид расположения полос ребер на каждой стороне стенки;

на фиг. 10с - вид теплообменной стенки, имеющей теплопроводные ребра, расположенные на ней;

на фиг. 106 - укладка в стопу четырех таких стенок с ребрами для образования внутренней части теплообменника по изобретению;

на фиг. 11 показан альтернативный вариант осуществления, в котором теплообменные стенки, а также ребра склеены друг с другом посредством адгезивной фольги;

на фиг. 12 - вид в перспективе практического варианта осуществления полосы ребер; и на фиг. 13 - вид в перспективе отформованной стенки.

На фиг. 1 показан отформованный лист 1, состоящий из тонкого материала типа фольги, например из полистирола, поливинилхлорида (РУС) или полиэтилентерефталата (РЕТ). Возможно использование таких материалов для получения относительно небольшой толщины стенки, например порядка 0,1 мм. Недорогое производство с небольшой длительностью производственного цикла возможно, например, при термоформовании.

Лист 1 снабжен на обеих сторонах схематично показанными группами ребер, которые на фиг. 1 обозначены ссылочным номером 2 для первичного контура проходящего потока среды и ссылочным номером 3 для вторичного контура проходящего потока среды.

Следует обратить внимание на тот факт, что ребра 2, 3 показаны очень схематично. В этом варианте осуществления они состоят из полос ограниченной длины, отформованных зигзагообразно в продольном направлении, то есть в направлении прохождения потока среды. Однако этот аспект не является значительным для настоящего изобретения.

В листе 1 для отклонения соответствующего потока среды образованы отклоняющие перегородки

4. Этот объект будет дополнительно разъяснен со ссылкой на фиг. 4.

Лист 1 дополнительно имеет ряд конденсационных выпускных отверстий в форме воронкообразных конструкций с промежуточными треугольными конфигурациями 5 для дренажа воды. Это может быть, например, конденсационная вода, хотя в случае работы теплообменника в качестве конденсационного охлаждающего устройства она может быть также избыточной водой, добавляемой во вторичный контур текучей среды.

Как будет очевидно из сравнения трех последовательных стадий, показанных на фиг. 1а, 1Ь и 1с, стенки 8, 9 сгибают по направлению друг к другу вдоль линий 6 и 7 сгиба с образованием сложенной конфигурации, как показано на фиг. 1с. Конструкция, получаемая в этом случае, является элементом группы таких элементов, образующих вместе теплообменник. В этом отношении ссылка может быть сделана, например, на фиг. 4, 5а, 6 и 7.

Этот теплообменник может служить, например, в качестве конденсационного охлаждающего устройства. Как описано выше, в этом случае должно быть гарантировано, например, периодическое смачивание теплообменной поверхности во вторичном контуре текучей среды. Это подразумевает, что ребра 3 должны быть снабжены покрытием, которое является гидрофильным и которое имеет открытую пористую или волокнистую структуру, так что быстрое распределение воды или другой испаряемой жидкости могло осуществляться посредством капиллярного всасывания. Способ, который обеспечивает это смачивание, лежит вне объема настоящего изобретения и не будет описан дополнительно. На фиг. 5 это смачивание показано символически.

Во время производственной фазы, в которой ребра уже нанесены, лист 1 по фиг. 1а обрабатывают, по меньшей мере, путем смачивания ребер, в любом случае на их внешней стороне, и затем путем нанесения строительного раствора в виде порошка на ребра посредством его распыления. Получаемое таким образом покрытие из портланд-цемента может иметь толщину порядка, например, 50 мкм. Вышеуказанный способ хорошо поддается управлению и обеспечивает гидрофильное и буферизирующее воду покрытие. Ребра 2 в первичном контуре не снабжены таким покрытием, поскольку в первичном контуре испарения воды не происходит.

Свободные края 10 стеночных частей 8, 9 переносят в направлении друг к другу, как показано на фиг. 1Ь, и соединяют друг с другом, как показано на фиг. 1с, например, посредством склеивания, сварки или подобным образом. Очевидно, что герметизацию первичного канала среды получают аналогичным способом. Для герметизации вторичного канала среды, в котором продолжаются ребра 3, необходимы другие обеспечения, в частности, герметизирующее средство должно взаимодействовать с корпусом.

На фиг. 2а, 2Ь и 2с показаны конструкции, аналогичные конструкциям по фиг. 1а, 1Ь и 1с, за исключением того, что длина в направлении прохождения потока среды имеет большую величину. В этом случае следует отметить, что направление потока среды продолжается в направлении вытянутых линий ребер 3. На фиг. 2 лист обозначен ссылочным номером 11.

На фиг. 3а показан лист 21, общая конструкция которого соответствует конструкции 1, показанной на фиг. 1. Однако лист 21 не снабжен ребрами 2, 3, но вместо этого снабжен двумя перфорациями 22, 23. В эти перфорации входят ребра 24, которые размещены на теплопроводной стенке 25, например, посредством сварки или пайки. Ребра, а также стенка могут быть выполнены, например, из меди. Ребра, обозна

- 5 009344 ченные ссылочным номером 26, аналогичным образом размещены на другой стороне стенки. Соответствующие блоки ребер устанавливают в перфорации 22, 23. Теплопроводная стеночная часть 25 герметично сцепляется с пластиной 21, например, посредством клея. Получаемая конструкция имеет внешний вид, аналогичный виду по фиг. 1а. Конструкция отличается от конструкции по фиг. 1а в том отношении, что плоская или стеночная часть 25 продолжается на нижней стороне листа 1. Безусловно, необходимо принимать во внимание, что стеночная часть 25 должна легко изгибаться вдоль шарнирных линий 6.

В отношении фиг. 3Ь следует отметить, что ребра 26 показаны контурными линиями только для ясности. Безусловно, они не видны на этом виде в перспективе.

На Фиг. 4 показана внутренняя часть 31, то есть без корпуса или кожуха, конденсационного охлаждающего устройства с отсутствующими ребрами. Несколько узлов 32, сравнимых с узлом по фиг. 1с, размещены в основании 33. Как кратко описано выше, вода может вытекать через выпускные отверстия 34 для воды через отверстия 35 в основании 33.

На каждом из фиг. 5а и фиг. 5Ь показано конденсационное охлаждающее устройство 41 с двумя узлами 42, 43. Как показано на фиг. 5Ь, первичный поток 44 среды допускается внутрь с одной стороны. На другой стороне часть этого первичного потока, указанная ссылочным номером 45, выходит наружу. Другая часть 46 возвращается как частичный поток и проходит поверх смоченных ребер 47. Увлажненный таким образом вторичный воздушный поток 48 откланяется вверх отклоняющими перегородками 49 и покидает узел 41с верхней стороны.

На фиг. 6 показано основание в форме лотка 51, в котором расположены несколько узлов 52. В этом варианте осуществления также используются отклоняющие перегородки 53. Ребра не нарисованы. Отверстия между воронками 54 обеспечивают доступ к дну лотка для воды, вытекающей через выпускное отверстие 55.

На фиг. 7 показана конструкция, относящаяся к конструкции по фиг. 4. Узлы 61 имеют иначе отформованное дренажное обеспечение.

На фиг. 8 показаны два узла 71, полученные на основе принципов, описанных со ссылкой на фиг. 3а и фиг. 3Ь. Медная пластина или фольга 72 опирается на ребра обеих сторон, которые расположены в определенном порядке в соответствующих блоках 73, 74, 75. Идентичные ребра расположены на невидимой стороне. Их устанавливают в соответствии со стрелкой 176 через соответствующие отверстия 76, 77, 78 в предварительно подготовленный лист 79. Аналогично конструкции, показанной на фиг. 1с, стенки сложены в верхней шарнирной области во взаимно параллельное положение, после чего свободные края 10 склеивают между собой. В отличие от конструкции по фиг. 1 в этом варианте осуществления используют одну линию 80 сгиба, которая образована как надрез, по существу, с жесткой областью на каждой стороне, так что также вследствие соответствующего формируемого взаимодействия нижних стеночных частей 83, 84 конечное взаимное расстояние стенок 81, 82 соответствует выбранному расстоянию.

Это расстояние может, например, быть выбрано таким, чтобы ребра давили друг на друга. Посредством соответствующей прижимной конструкции можно благодаря этому достигнуть того, чтобы узлы 71 (которых может быть более двух) образовывали механически, по существу, жесткий пакет. Таким образом, ребра делают существенный вклад в механическую прочность получаемого в конечном счете теплообменника.

На фиг. 9 показан альтернативный вариант осуществления теплообменника по изобретению. Теплообменник 90 содержит два листа 91, 92, каждый из которых сложен в соответствующей прямоугольной форме волны с идентичным шагом или длиной. Листы 91, 92 расположены взаимно переплетающимися с относительной продольной ориентацией 90°. Коллекторы, необходимые для подачи и выпуска потока первичной и вторичной среды, не показаны на этом схематическом чертеже. Теплообменник 90 содержит ребра, обозначенные ссылочным номером 93.

Как и в варианте осуществления по фиг. 3, в варианте осуществления по фиг. 9, теплообменник 90 может предпочтительно иметь такую конфигурацию, чтобы ребра 93 находились в теплообменном контакте друг с другом через соответствующие отверстия в листе 91, 92, например через теплопроводные несущие пластины 94. Это позволяет избегать того, чтобы тепловое сопротивление через два листа 91, 92 становилось очевидным в местоположении ребер. Ребра 93 и несущие пластины 94 должны в этом случае быть в самом непосредственном возможном тепловом контакте друг с другом, например, посредством теплопроводного клеевого слоя (например, тонкого чувствительного к давлению или термически активированного пластикового клеевого слоя), посредством сварного соединения, пайки, механического соединения или аналогичного соединения.

На фиг. 10а показана открытая форма, состоящая из нижней части 101 и соответствующей ей верхней части 102 формы, которая может быть закрыта при движении верхней части в направлении, указанном стрелкой 103, для побуждения пластической холодной деформации алюминиевой пластины 104, которая покрыта на обеих сторонах клеевым слоем, активируемым нагревом и давлением. Было установлено, что для использования с алюминием пригоден адгезив на основе поливинилхлорида/полиакрилата. Он может быть нанесен толщиной приблизительно 3 мкм, предпочтительно в комбинации с поливинилхлоридной грунтовкой в виде термоплавкого клеевого лака толщиной приблизительно 2 мкм.

На фиг. 10Ь показано, что полосу ребер 106, 107 размещают на обеих сторонах на сформированной

- 6 009344 таким образом, отформованной теплообменной стенки 105 и затем сжимают в направлении, указанном стрелками 108, 109, соответственно. Следует указать, что нижние поверхности 120 ребер 107 и верхние поверхности 110 ребер 106 также предпочтительно снабжены клеевым слоем, активируемым нагревом и давлением, который может быть того же типа, что и тот, который наносили на пластину 104. В альтернативном варианте он может быть выбран с более высокой температурой плавления, предотвращая в соответствии с этим ослабление соединения ребер в процессе термосклеивания пластины 104.

На фиг. 10с показана стенка 105 с полосами ребер 106, 107, расположенными на ней.

На фиг. 106 показан способ соединения между собой нескольких идентичных теплообменных стенок 105 с ребрами 106, 107, расположенными на них, с образованием внутренней части теплообменника, которая должна быть затем также размещена в соответствующем корпусе, имеющем впускные и выпускные отверстия для первичной и вторичной среды, а также с соответствующими коллекторами, в соответствии с чем указанные впускные и выпускные отверстия могут быть правильно соединены с различными каналами в теплообменном узле 111, показанном на фиг. 106. На фиг. 106 также показано, как два набора ребер 107 поддерживаются друг против друга для обеспечения усиленной конструкции. Между ребрами 107, показанными на фиг. 106, для увеличения стабильности конструкции может быть предусмотрена фольга 121.

На фиг. 11 показан альтернативный вариант, в котором адгезивная фольга 112 размещена между двумя готовыми стенками с ребрами, после чего посредством соответствующего сжатия краевых областей 113 с фольгой 112 между ними в направлении, указанном стрелками 114, и посредством сжатия ребер 107 друг против друга с фольгой 112 между ними в направлении, указанном стрелками 115, создается механически очень прочная конструкция, которая вследствие прочного соединения между стенками 105 посредством адгезивной фольги 112 способна выдерживать повышенное внутреннее давление в соответствующей теплообменной среде. Очень эффективный способ вызвать плавление адгезивной фольги 112 под некоторым давлением состоит в подаче горячего воздуха через пространство, занимаемое ребрами 107. В соответствии с этим после требуемого размягчения и последующего охлаждения в течение короткого времени осуществляется требуемое сцепление. Адгезивный слой 112 фольги получают из полимерного материала, имеющего относительно низкую температуру размягчения и плавления по сравнению с температурой размягчения и плавления термоплавкого адгезива на ребрах.

Хотя на фиг. 10а-11 показаны каналы для прохождения потока, образуемые посредством соединения двух аналогичных участков ламината, следует отметить, что конструкция, получаемая сгибанием одного ламината, снабженного, например, ребрами на обеих поверхностях, также может быть получена аналогично тому, как показано на фиг. 1-3.

На фиг. 12 более подробно показана полоса ребер 107, например, из меди или алюминия, схематически показанная на предыдущих чертежах. Эта полоса может быть выполнена в виде ламината, состоящего из базового слоя меди или алюминия, слоя грунтовки, нанесенного на него, и антикоррозионного адгезивного слоя, нанесенного на них, активируемого нагревом и давлением для соединения полосы ребер 107 со стенкой 105. Ламинат также снабжен влагоудерживающим слоем 204 на его верхней поверхности.

Влагоудерживающий слой 204 образован из волокнистого нетканого материала. Хотя ссылка делается на влагоудерживающий слой, вполне очевидно, что этот слой фактически является слоем для удержания и освобождения жидкости. Схематично показанный слой 204 имеет очень открытую структуру, так что металлический ламинат может быть ясно виден через промежутки между волокнами слоя 204. Примером материала, используемого для образования водоудерживающего слоя, является смесь 50/50 полиэфир/вискоза основной массой 20 г/м², выпускаемая на промышленной основе компанией Ьаи1ог Β.ν. в Нидерландах. Другим примером материала является полиэфирное волокно с полиамидным покрытием с базовым весом 30 г/м², выпускаемое на промышленной основе под торговым названием Со1ЬаскТМ компанией Со1Ьои6 Ν.ν. в Нидерландах. Могут быть также использованы другие материалы, имеющие подобные свойства, содержащие синтетические и натуральные волокна, например шерсть. При необходимости влагоудерживающий слой может быть покрыт или иначе обработан для обеспечения антибактериальных или других свойств, противодействующих обрастанию.

Влагоудерживающий слой 204 может адгезивно прикреплен к металлическому слою по всей площади ламината 1. Было установлено, что превосходные результаты для использования с алюминием и волокнами компании Ьаи1ог, как указано выше, обеспечивает двух микронный слой двухкомпонентного полиуретанового адгезива. При нанесении таким тонким слоем его влияние на теплопередачу является незначительным. Могут быть также использованы другие влагоудерживающие слои, например портландцемент, как указано выше.

В соответствии с фиг. 12 полоса содержит отдельные ребра 216, причем каждое снабжено вентиляционными решетками 218 в форме удлиненных щелей, проникающих через ламинат (на чертеже показаны только вентиляционные решетки на первом ребре). Вентиляционные решетки 218 расположены группами. Первая группа 220 служит для направления потока к поверхности, тогда как вторая группа 222 направляет поток от поверхности. Таким образом, некоторая часть потока воздуха, проходящего вдоль ребер 216 в направлении, указанном стрелкой А, будет направляться через ламинат к нижней второй по

- 7 009344 верхности. Поток воздуха, следующий направлению, указанному стрелкой В, будет подаваться в направлении наружу второй группой вентиляционных решеток. В этом случае поток воздуха альтернативно проходит по первой поверхности, где он может принимать влагу, благодаря испарению из влагоудерживающего слоя, следуя затем вдоль второй поверхности, где он может непосредственно принимать тепловую энергию для повышения своей температуры.

В дополнение к их функции в направлении потока между поверхностями ребер 216 вентиляционные решетки 218 также служат для разрушения пограничных слоев, которые могут создаваться при прохождении воздуха вдоль поверхностей. В дополнение к вентиляционным решеткам 218 или вместо них могут быть также предусмотрены другие разрушительные элементы. Кроме того, хотя ребра 216, показанные на фиг. 12, являются прямолинейными, могут быть также получены криволинейные или зигзагообразные ребра. Полагают, что такие формы ребер являются предпочтительными для разрушения пограничных слоев, которые создаются в потоке вдоль ребер, поскольку каждый раз, когда ребро изменяет направление, турбулентный поток устанавливается повторно. Для ребер также возможны различные формы поперечного сечения, включая гофры квадратной, трапециевидной, прямоугольной, колоколообразной формы и волнообразной формы типа синусоида. В частности, следует отметить, что основание или подошва 208 ребра должна быть предпочтительно, как можно более плоской, с острыми углами, чтобы увеличить до максимума площадь теплопередачи к пластине 105.

Помимо вентиляционных решеток 218 ребра 216 снабжены проводящими перемычками 224. Эти перемычки 224 выполнены в виде разрезов через ламинат по существу по всей высоте ребра 216. Они предназначены для предотвращения нежелательной передачи тепла вдоль ребер 216 в направлении воздушного потока.

Полоса ребер 107 предпочтительно образована при использовании стандартной технологии гофрирования. Приготовленный ламинат из рулона подходящей ширины может подаваться через пару рифленых валиков, которые могут образовывать ребра 216, решетки 218 и тепловые перемычки 224 за один проход. Получаемый в результате продукт может быть затем нарезан на полосы ребер 107 соответствующего размера для дальнейшей обработки.

На фиг. 13 показана теплообменная стенка 116, образованная из ламината по изобретению с относительно неглубокими профилями 117 жесткости на обеих коротких сторонах, в дополнение к изогнутым краям 118с торцевыми фланцами 119, причем изогнутые края 118 могут действовать в качестве отражательных порогов. В этом отношении следует отметить, что в большинстве случаев применения нет необходимости использовать плавно закругленную конфигурацию отклоняющих перегородок, как показано, например, на фиг. 1а. Потоки сред, в общем, являются постоянными, так что нет необходимости бояться нежелательных потерь.

Теплообменная стенка 116, показанная на фиг. 13, является симметричной. Это не может быть существенным во всех случаях.

Хотя описанные выше примеры иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что различные другие конструкции также могут рассматриваться как соответствующие духу и объему настоящего изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Теплообменный элемент, содержащий по меньшей мере один формуемый ламинат, включающий металлический слой и по меньшей мере один термосвариваемый слой, причем ламинат снабжен на обеих поверхностях множеством, в общем, гофрированных ребер, имеющих водоудерживающий слой и имеющих несколько подошв, причем ребра соединены в подошвах при нагреве и под давлением с ламинатом и находятся в теплопроводной связи с ним для увеличения эффективной площади поверхности ламината, при этом ламинат соединен при нагреве и под давлением с самим собой или с другим аналогичным ламинатом с образованием канала для прохождения потока теплообменной среды, у которого ребра имеются как на внутренней, так и на внешней стороне.
2. Теплообменный элемент по п.1, в котором металлический слой содержит мягкий прокаленный алюминий.
3. Теплообменный элемент по любому предшествующему пункту, в котором термосвариваемый слой, по существу, имеет такую же протяженность, что и металлический слой.
4. Теплообменный элемент по любому предшествующему пункту, в котором канал для прохождения потока представляет собой удлиненную плоскую трубу, в общем, прямоугольного поперечного сечения.
5. Способ изготовления теплообменника, содержащего по меньшей мере один теплообменный элемент по п.1, предусматривающий получение пластически деформируемого первого ламината, один из слоев которого является металлическим слоем;

получение пластически деформируемого второго ламината, один из слоев которого является метал

- 8 009344 лическим слоем, причем ламинат имеет первую и вторую поверхности;

пластическое формование первого ламината, в общем, в гофрированную конфигурацию, имеющую несколько подошв;

разделение первого ламината на секции;

соединение секций первого ламината как с первой, так и со второй поверхностями второго ламината в нескольких подошвах, с образованием теплопередающей стенки с теплопроводными ребрами на обеих сторонах и сваривание второго ламината с самим собой или с другим аналогичным ламинатом с образованием канала для прохождения потока, при этом по меньшей мере первый или второй ламинат содержит термосвариваемый слой и первый и второй ламинаты соединяют вместе путем термосварки.
6. Способ по п.5, в котором первый ламинат содержит первую и вторую поверхности, причем первая поверхность снабжена водоудерживающим слоем, а вторую поверхность соединяют со вторым ламинатом.
7. Способ по любому из пп.5 или 6, дополнительно предусматривающий стадию образования вентиляционных решеток в первом ламинате до соединения его со вторым ламинатом.