具有微孔隔膜的能量交換組件的制作方法
【專利說明】具有微孔隔膜的能量交換組件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及且要求申請?zhí)枮镹0.14/192,019的美國專利申請的優(yōu)先權，該優(yōu)先權申請為2014年2月27日提交的標題為“具有微孔隔膜的能量交換組件”的申請，而申請?zhí)枮镹0.14/192，019的美國專利申請涉及且要求申請?zhí)枮镹0.61/784，638的美國專利臨時專利申請的優(yōu)先權，該優(yōu)先權申請為2013年3月14日提交的標題為“具有微孔隔膜的空氣對空氣能量回收芯”，在此，通過引用整體明確地將其并入。
【背景技術】
[0003]本申請所公開的實施方式通常涉及包括有微孔隔膜的能量交換組件，例如，能量回收芯(energy recovery core)。
[0004]能量交換組件用于在流體之間傳遞能量，例如可感測的能量和/或潛在的能量。例如，空氣對空氣能量回收芯(air-to-air energy recovery core)用于供暖、通風和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)應用，以在兩股氣流之間傳遞熱量(可感測的能量)和濕度(潛在的能量)。典型的能量回收芯被配置為通過利用被排出到建筑物的空氣對室外空氣預處理到所需條件。例如，外部空氣或供應空氣被引導通過能量回收芯接近排放空氣。供應空氣流和排放空氣流之間的能量于其間被傳遞。在冬天，例如，冷的且干燥的外部空氣通過具有溫暖的且濕潤的空氣的能量傳遞被加熱和加濕。像這樣，外部的空氣的可感測的能量和潛在的能量增加，同時排放空氣的可感測的能量和潛在的能量減少。能量回收芯通常會在供應空氣進入建筑物之前減少供應空氣的后期調(diào)節(jié)，從而降低系統(tǒng)所使用整體能量。
[0005]空氣對空氣能量回收芯可包括隔膜(membrane)，熱量和濕度能夠通過該隔膜在空氣流之間被傳遞。隔膜可利用間隔件(spacer)與相鄰的隔膜分離。在能量回收芯中，被傳遞的熱量的量通常由兩股氣流之間的溫差和對流熱傳遞系數(shù)以及隔膜的材料性能決定。在能量回收芯中的傳遞的濕度的量通常受兩股空氣流的濕度差和對流傳質(zhì)系數(shù)的約束，但也取決于隔膜的材料性能。
[0006]一種應用在能量回收芯中的已知類型的隔膜是無孔吸濕隔膜。這種隔膜具有吸濕涂層，該吸濕涂層與樹脂基材材料或者類似紙的基材材料結合。該吸濕涂層用于促使?jié)穸韧ㄟ^隔膜傳遞，同時基材用作額外的支撐層。吸濕涂層可以配置為允許在標準操作壓差下極少量空氣通過隔膜傳遞。然而，隔膜傳遞濕度的能力的通常取決于空氣的相對濕度。在非常潮濕的環(huán)境中，吸濕隔膜具有低蒸汽擴散阻力。同樣地，包括這種隔膜的能量回收芯在供暖調(diào)節(jié)和制冷調(diào)節(jié)之間一般具有很大的潛在效能的變化。
[0007]另一種應用在能量回收芯中的已知類型的隔膜是一種復合聚合物隔膜(composite polymer membrane)。該復合聚合物隔膜具有蒸汽聚合物薄隔膜，該蒸汽聚合物薄隔膜包覆在多孔聚合物基材上。該聚合物薄隔膜被用來在標準操作壓差下來促使?jié)穸葌鬟f通過隔膜和阻止氣流通過隔膜。多孔聚合物基材可用于增強隔膜，同時允許水汽穿過其中傳遞。但是加入和結合多重聚合物層在一起會增加傳遞濕度通過隔膜的阻力(即，蒸汽擴散阻力)ο根據(jù)在復合隔膜中使用的聚合物隔膜，蒸汽擴散阻力可能高度依賴于空氣流的相對濕度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文公開的一些實施方式提供了一種能量交換組件，其可以包括一個或多個隔膜面板。該一個或多個隔膜面板可包括微孔(microporous)隔膜，該微孔隔膜的孔尺寸在0.02微米(μ m)和0.3微米(μ m)之間，且孔隙率(porosity)在45%和80%之間。
[0009]可選擇地，能量交換組件可進一步包括多個間隔件，該多個間隔件限定空氣通道。該空氣通道可被配置為接收空氣流從中穿過。一個或多個隔膜面板的每一個可被布置在兩個間隔件之間。該一個或多個隔膜面板(panel)可被配置為允許可感測的能量(sensibleenergy)和潛在的能量(latent energy)穿過空氣通道之間的一個或多個隔膜面板傳遞?？蛇x擇地，該微孔隔膜的孔尺寸可在0.04微米(μ m)和0.2微米(μ m)之間。該微孔隔膜的孔隙率可在50%和75%之間。該微孔隔膜可具有小于40秒/米(sec/m)的蒸汽擴散阻力，以及小于0.06ft3/min/ft2的透氣率。
[0010]本文所公開的一些實施方式提供了一種能量交換系統(tǒng)，該能量交換系統(tǒng)可包括配置為引導供應空氣到封閉結構的供應空氣流路徑、配置為引導來自封閉結構的再生空氣(regenerat1n air)到外部環(huán)境的再生空氣流路徑和布置在供應空氣流路徑和再生空氣流路徑內(nèi)的能量交換組件。該能量交換組件可包括多個間隔件和多個隔膜面板。每個隔膜面板可包括微孔隔膜，該微孔隔膜的孔尺寸在0.02微米(μπι)和0.3微米(μπι)之間，且孔隙率在45%和80%之間。每個間隔件可被放置在兩個隔膜面板之間，以限定兩個隔膜面板之間通過間隔件的空氣通道。該空氣通道可被配置為接收空氣流從中穿過。該隔膜面板可配置為允許可感測的能量和潛在的能量穿過空氣通道之間的隔膜面板傳遞。
【附圖說明】
[0011]圖1示出了根據(jù)本文所公開的一種實施方式的能量交換組件的透視俯視圖。
[0012]圖2示出了根據(jù)本文所公開的一種實施方式的圖1所示的能量交換組件的兩個相鄰的層的透視分解俯視圖。
[0013]圖3示出了根據(jù)本文所公開的一種實施方式的圖1所示的能量交換組件的兩個相鄰的層的端視圖。
[0014]圖4示出了根據(jù)本文所公開的一種實施方式的圖1所示的能量交換組件的放大的微孔隔膜。
[0015]圖5示出了三個隔膜之間的蒸汽擴散阻力相對于平均相對濕度的比較的曲線圖。
[0016]圖6示出了根據(jù)本文公開的一種實施方式的能量交換系統(tǒng)可操作地連接到封閉結構的簡化示意圖。
[0017]在實施方式被詳細說明之前，應當理解的是，這些公開的實施方式并不局限于其在下面的描述所闡述的或附圖中所示出的應用到的構造的細節(jié)和部件的布置。本文所公開的內(nèi)容能夠是其他實施方式，并且以多種方式實踐或實施。另外，應當理解的是，本文使用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應被認為是限制。使用“包括”和“包含”及其變型是指包括其后列出的項目及其等同物以及附加的項目及其等同物。
【具體實施方式】
[0018]前文的概述和接下來對一些實施方式的詳細說明在結合附圖來閱讀時將更好地被理解。在本文所用，部件或步驟以單數(shù)列舉，并且前面有“一個”或“一”應該被理解為不排除所述部件或步驟為復數(shù)，排除除非這樣明確地規(guī)定的情況。此外，提到“一種實施方式”不是意圖解釋為排除體現(xiàn)了列舉的特征的額外的實施方式。而且，除非明確說明與此相反，實施方式“包括”或“具有” 一個或多個具有特定性質(zhì)的部件可包括不具有該性質(zhì)的附加的這種部件。
[0019]圖1示出了根據(jù)本文所公開的一種實施方式的能量交換組件10的透視俯視圖。該能量交換組件10可以是能量回收芯、板式熱交換器或諸如此類的配置為在液體流(例如，第一空氣流12和第二空氣流14)之間傳遞能量。同樣地，該能量交換組件10可以是空氣對空氣能量回收芯組件。
[0020]能量交換組件10可包括多個微孔隔膜16，該多個微孔隔膜16被間隔件18分隔。隔膜16可以由被配置為允許可感測的和潛在的能量于其間傳遞的微孔材料形成。隔膜16可以被設計成具有可實現(xiàn)所希望的透氣性和透濕性的平衡的孔徑和孔隙率。例如，該微孔隔膜16的特性可以被設計成增加蒸汽穿過隔膜16的傳遞，同時減少空氣穿過隔膜16的傳遞。通過堆疊隔膜16和間隔件18，形成允許第一空氣流12和第二空氣流14通過能量交換組件10的通道19。
[0021]能量交換組件10可被定向，以使第一空氣流12可以是要被調(diào)節(jié)的外部空氣，而第二空氣流14可以是排氣、回氣或者用于在外部空氣被供應到下游HVAC設備和/或封閉空間之前調(diào)節(jié)外部空氣的清除空氣作為供應空氣。熱能和濕度可以在第一空氣流12和第二空氣流14之間通過能量交換組件10中的隔膜16被傳遞。
[0022]該微孔隔膜16和間隔件18可以在外部直立支架20、底座22和頂壁24之間被固定。如圖所示，支架20通?？晌挥谀芰拷粨Q組件10的拐角處。底座22、頂壁24和支架20提供主殼體，該主殼體限定內(nèi)腔，隔膜16和間隔件18被固定在該內(nèi)腔