適于能量交換器的膜支撐組件的制作方法
【專利說(shuō)明】適于能量交換器的膜支撐組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是非臨時(shí)申請(qǐng)且要求享有于2013年3月7日提交的、標(biāo)題為“適于能量交換器的膜支撐組件(Membrane Support Assembly for an Energy Exchanger) ”的序列號(hào)為61/774，184的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該序列號(hào)為61/774，184的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)與于2012年8月24日提交的、標(biāo)題為“適于能量交換器的膜支撐組件(Membrane Support Assemblyfor an Energy Exchanger) ”的序列號(hào)為61/692，793的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)相關(guān)且要求該臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該序列號(hào)為61/692，793的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)明確地以其全文通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)的實(shí)施例一般涉及用于在封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)調(diào)節(jié)空氣的能量交換系統(tǒng)，以及更具體地涉及適于能量交換器的膜支撐組件。
【背景技術(shù)】
[0004]封閉結(jié)構(gòu)，諸如入住的建筑物、工廠等通常包括用于調(diào)節(jié)室外通風(fēng)空氣和/或再循環(huán)空氣的加熱/通風(fēng)/空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)。HVAC系統(tǒng)通常包括供應(yīng)空氣流路和排氣氣流流路。供應(yīng)空氣流路接收預(yù)調(diào)節(jié)空氣，例如室外空氣或混合有再循環(huán)空氣的室外空氣，并將該預(yù)調(diào)節(jié)空氣引導(dǎo)和分配到封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)。預(yù)調(diào)節(jié)空氣由HVAC系統(tǒng)調(diào)節(jié)以便提供具有所需溫度和濕度的排放到封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)的供應(yīng)空氣。排氣氣流流路將空氣排放回到結(jié)構(gòu)之外的環(huán)境。在沒(méi)有能量回收的情況下，通常需要大量的輔助能量來(lái)調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣，在具有與所需的供應(yīng)空氣的溫度和濕度顯著不同的極端室外空氣條件的環(huán)境中尤其如此。因此，能量交換或回收系統(tǒng)通常被用于從排氣氣流流路中恢復(fù)能量。從排氣氣流流路中的空氣恢復(fù)的能量用于減少調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣所需的能量。
[0005]傳統(tǒng)的能量交換系統(tǒng)可利用定位在供應(yīng)空氣流路和排氣氣流流路兩者中的能量回收裝置(例如，能量輪和可滲透的板式交換器)或者熱交換裝置(例如，回轉(zhuǎn)式熱交換器、板式交換器、熱力管交換器和環(huán)行熱交換器)。液體-空氣膜能量交換器(LAMEE)被流控地耦聯(lián)，以使得液態(tài)干燥劑以類似于典型采用乙二醇水溶液作為耦聯(lián)流體的環(huán)行熱交換器的環(huán)行回路的方式在LAMEE之間流動(dòng)。
[0006]通常，LAMEE通過(guò)薄的柔性膜在液態(tài)干燥劑和空氣之間傳遞熱量和濕氣。平板式LAMEE包括由膜分隔的一系列交替的液態(tài)干燥劑和空氣通道。典型地，在膜之間的液體通道內(nèi)的液體壓力高于膜外部的空氣壓力。因此，柔性膜趨向于向外彎曲或凸出到空氣通道內(nèi)。
[0007]為了避免由于膜凸出而過(guò)度限制空氣流，LAMEE的空氣通道相比于液體通道是相對(duì)較寬的。此外，支撐結(jié)構(gòu)通常設(shè)置于膜之間以便限制膜凸出的量。然而，相對(duì)較寬的空氣通道和支撐結(jié)構(gòu)通常削弱LAMEE的性能。簡(jiǎn)而言之，由于較大的空氣通道寬度，空氣通道內(nèi)的熱量和濕氣傳遞的阻力是相當(dāng)較高的，而支撐結(jié)構(gòu)可能會(huì)阻塞顯著量的膜傳遞區(qū)域。因此，為了滿足性能目標(biāo)，需要大量的膜面積，而這增加了成本，并導(dǎo)致LAMEE較大。此外，空氣通道內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的壓降，其也不利地影響LAMEE的運(yùn)行性能和效率。
[0008]在平行板式LAMEE內(nèi)從空氣通道傳遞到膜的熱量由下述表達(dá)成:
[_ qs=h (Ts-Tm)
[0010]其中qs是在膜處的每單位面積的熱通量，h為局部熱傳遞系數(shù)，T 3是局部膜溫度，以及^是空氣的局部總體平均溫度。對(duì)于給定的溫度差(Ts-Tm)而言，熱量在該溫度差下傳遞到膜的速率取決于傳遞系數(shù)h，其與空氣通道寬度和空氣流動(dòng)特性相關(guān)。質(zhì)量(例如，濕氣)的傳遞由類似的關(guān)系式?jīng)Q定。即，質(zhì)量通量取決于質(zhì)量傳遞系數(shù)hm，以及總體空氣流量和在表面處的空氣之間的濃度(例如，濕度)差異。所述系數(shù)h*hm對(duì)于給定的通道幾何形狀和流動(dòng)條件而言通過(guò)熱量和質(zhì)量的傳遞類比而與彼此相關(guān)。傳遞系數(shù)由被稱為努塞爾數(shù)的無(wú)量綱參數(shù)表達(dá)成:
[0011]Nu = hDh/k
[0012]其中Dh為空氣通道的水力直徑，對(duì)平行板來(lái)說(shuō)，其等于空氣通道寬度的兩倍，而k是空氣的熱導(dǎo)率。典型的LAMEE在空氣通道內(nèi)產(chǎn)生層流(即，沒(méi)有湍流的平穩(wěn)的空氣流)。
[0013]公知的LAMEE包括金屬、玻璃、或塑料棒，其置于空氣通道內(nèi)以便維持空氣通道的寬度。此外，金屬網(wǎng)被用作膜和桿之間的額外支撐結(jié)構(gòu)。金屬棒可夾置于空氣通道內(nèi)的金屬網(wǎng)之間，金屬網(wǎng)進(jìn)而夾置于桿和膜之間。在一般情況下，桿的縱向軸線平行于空氣流。通過(guò)空氣通道的空氣流典型為層流。然而，桿通常占據(jù)空氣通道內(nèi)相當(dāng)大的空間。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)空氣通道的層流空氣流在空氣通道和膜之間產(chǎn)生相對(duì)低的熱量和濕氣傳遞速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本公開(kāi)的某些實(shí)施例提供一種膜支撐組件，其被配置成與能量交換器一起使用，所述能量交換器諸如液體-空氣膜能量交換器，空氣-空氣膜交換器，液體-液體膜能量交換器，或甚至非膜熱交換器。膜支撐系統(tǒng)被配置成定位于流體通道內(nèi)(諸如空氣或液體通道)的第一膜和第二膜之間。膜支撐組件可包括被配置成在第一膜和第二膜之間跨過(guò)的至少一個(gè)支撐構(gòu)件。所述支撐構(gòu)件被配置成維持所述流體通道的間隔。膜支撐組件還可包括連接到所述支撐結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)湍流促進(jìn)器。湍流促進(jìn)器被配置成促進(jìn)所述流體通道內(nèi)的流體湍流。流體通道內(nèi)的流體湍流增強(qiáng)了流體通道以及第一膜和第二膜之間的能量傳遞。
[0015]湍流促進(jìn)器可垂直于支撐構(gòu)件。湍流促進(jìn)器可沿支撐構(gòu)件的縱向軸線定中心。湍流促進(jìn)器可相對(duì)于所述支撐構(gòu)件的縱向軸線偏移。湍流促進(jìn)器可鄰近支撐構(gòu)件側(cè)向邊緣連接到支撐構(gòu)件。所述支撐構(gòu)件可包括至少一個(gè)平面支撐支桿。
[0016]湍流促進(jìn)器可包括圓化的前端(諸如半橢圓形)，其通過(guò)中間部分連接到鈍化端部。備選地，湍流促進(jìn)器可包括圓柱形支柱，塊狀支柱，橢圓形支柱，三角形支柱和/或穿孔篩。穿孔篩可平行于支撐構(gòu)件的縱向軸線。
[0017]支撐構(gòu)件可包括具有圓化波峰和波谷的波狀支撐構(gòu)件。所述支撐構(gòu)件可包括具有連接梁的圓齒狀支撐構(gòu)件，該連接梁連接到比其更寬的連接接頭。所述支撐構(gòu)件可包括多個(gè)貫穿其形成的開(kāi)口。
[0018]湍流促進(jìn)器可包括至少一個(gè)湍流促進(jìn)連接接頭。所述支撐構(gòu)件可包括連接到所述湍流促進(jìn)連接接頭的平行支撐梁。
[0019]湍流促進(jìn)器可包括穿孔篩。穿孔篩可平行于支撐構(gòu)件的縱向軸線。此外，支撐構(gòu)件可包括沿著支撐構(gòu)件至少一部分定位的穿孔篩。
[0020]某些實(shí)施例提供一種能量交換系統(tǒng)，其被被配置成在第一流體(諸如空氣流或液體流)和第二流體(諸如空氣流或液體流)之間交換能量。能量交換系統(tǒng)可包括限定第一液體通道和第二液體通道的第一膜和第二膜，在第一膜和第二膜之間限定的空氣通道，其中所述空氣通道被配置成允許空氣在其中通過(guò)，并且其中空氣接觸膜以使在第一液體通道和第二液體通道內(nèi)的空氣和液體之間交換能量，以及膜支撐組件位于空氣通道內(nèi)的第一膜和第二膜之間。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖。
[0022]圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的液體-空氣膜能量交換器的側(cè)面透視圖。
[0023]圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)置在液體-空氣膜能量交換器的能量交換空腔內(nèi)的面板的正視圖。
[0024]圖4示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)置在液體-空氣膜能量交換器的膜之間的膜支撐組件的正視圖。
[0025]圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0026]圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的前端視圖。
[0027]圖7示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的頂視圖。
[0028]圖8示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的湍流促進(jìn)器。
[0029]圖9示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的湍流促進(jìn)器。
[0030]圖10示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的湍流促進(jìn)器。
[0031]圖11示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的湍流促進(jìn)器。
[0032]圖12示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的頂視圖。
[0033]圖13示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的頂視圖。
[0034]圖14示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0035]圖15示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0036]圖16示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0037]圖17示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0038]圖18示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0039]圖19示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0040]圖20示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的膜支撐組件的等距視圖。
[0041]圖21示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的流體-流體能量交換器的等距視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]結(jié)合附圖閱讀將可更好地理解前述概要以及隨后的特定實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明。在本文中，以單數(shù)形式敘述的且利用單數(shù)冠詞描述的元件或步驟應(yīng)被理解成不排除復(fù)數(shù)個(gè)所述元件或步驟，除非這種排除被明確闡明。此外，對(duì)于“一個(gè)實(shí)施例”的參考并不意旨被解釋成排除還包含所列舉特征的附加實(shí)施例的存在。而且，除非明確地闡明為相反的情況，否則“包括”或“具有”一個(gè)元件或者多個(gè)具有特定特性的元件的實(shí)施例可包括附加的不具有該特性的這種元件。
[0043]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在能量交換系統(tǒng)(諸如LAMEE)或各種其它流體-流體能量交換器(諸如空氣-空氣能量交換器，或者液體-液體能量交換器)的流體通道(諸如空氣通道)內(nèi)使用傳遞增強(qiáng)裝置(諸如湍流促進(jìn)器)可顯著提高熱量與質(zhì)量的傳遞系數(shù)。例如，在LAMEE中，可通過(guò)在空氣流中產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)模式(諸如，漩渦，渦流，或其它此類湍流)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞的增強(qiáng)。在空氣流內(nèi)產(chǎn)生湍流增加傳遞的潛勢(shì)，這是因?yàn)樾郎u、渦流和其它此類湍流將空氣通道內(nèi)的空氣朝向LAMEE的膜猛烈地混合。各種置于空氣通道內(nèi)的固體形狀可以產(chǎn)生渦流，并在空氣流內(nèi)產(chǎn)生混合。高效和高性能的傳遞增強(qiáng)裝置產(chǎn)生顯著增強(qiáng)的傳遞速率而在空氣流內(nèi)不產(chǎn)生動(dòng)過(guò)大的壓降。過(guò)大的壓降可能會(huì)有損