用于在流體流之間進(jìn)行熱交換或質(zhì)量傳遞的片材、包括這種片材的裝置以及制造該片材 ...的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材(1)，該片材(1)設(shè)置有限定敞開通道(3，5)的波紋，其中每隔一個(gè)敞開通道(3)是波紋敞開通道(3)，其中每個(gè)波紋敞開通道(3)的橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)(3a，3b)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)(3a，3b)之間的兩個(gè)峰部(3c，3d)和谷底(3e)，其中波紋敞開通道(3)的所述兩個(gè)通道端點(diǎn)(3a，3b)限定該波紋敞開通道(3)的嘴部，其中位于每對(duì)波紋敞開通道(3)中間的其余敞開通道是中間敞開通道(5)，其中波紋敞開通道(3)和中間敞開通道(5)具有在相反方向上的嘴部。這里還公開了包括這種片材的裝置和制造該片材的方法。
【專利說明】
用于在流體流之間進(jìn)行熱交換或質(zhì)量傳遞的片材、包括這種 片材的裝置以及制造該片材的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開總體上涉及流體流之間的熱交換或質(zhì)量傳遞，更具體而言涉及一種用于熱 和/質(zhì)量傳遞的片材、包括這種片材的裝置以及制造這種片材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如在大多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域中一樣，用于流體流之間的質(zhì)量傳遞的裝置和熱交換器的制 造商努力尋找節(jié)約成本的簡(jiǎn)單生產(chǎn)方法。
[0003] JP2004132589公開了一種包括波紋片材的熱交換器。波紋形成了熱交換器的流動(dòng) 通道。片材每隔一個(gè)通道是敞開通道，其余通道是封閉通道。封閉通道是通過將蓋子粘附至 片材的原始敞開的通道而獲得的。然后堆疊并層壓兩個(gè)這種片材而形成多個(gè)封閉通道。
[0004] JP2004132589中公開的熱交換器的缺點(diǎn)是片材的層壓需要附加過程步驟。除了層 壓步驟之外，還可能需要片材表面活化的過程步驟以便能夠進(jìn)行層壓。而且，粘合劑昂貴并 且可能對(duì)環(huán)境有害。此外，層壓步驟還使生產(chǎn)線變化復(fù)雜性。不同應(yīng)用可能需要不同片材材 料，這又可能需要利用不同類型的粘合劑進(jìn)行層壓。因而，如果片材材料發(fā)生變化，還需要 考慮到關(guān)于合適的粘合劑和用于該材料的表面活化劑的考慮。
[0005] DE 296 20 248U1公開了一種具有多個(gè)異型片材的熱交換器。每個(gè)片材包括多個(gè) 敞開的"波紋通道"，其中每個(gè)波紋通道都具有構(gòu)成多個(gè)波紋的兩個(gè)端點(diǎn)、兩個(gè)峰部和谷部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述問題，本公開的總體目的是提供一種用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材， 該片材至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0007] 另一個(gè)目的是提供一種用于熱交換或質(zhì)量傳遞的裝置。
[0008] 第三目的是提供一種制造用于熱交換或質(zhì)量傳遞的片材的方法。
[0009] 因而，根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì) 量傳遞的片材，該片材設(shè)置有限定敞開通道的波紋，其中每隔一個(gè)敞開通道是波紋敞開通 道，其中每個(gè)波紋敞開通道橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)之間的谷底 和兩個(gè)峰部，其中波紋敞開通道的所述兩個(gè)通道端點(diǎn)限定該波紋敞開通道的嘴部，其中位 于每對(duì)波紋敞開通道中間的其余敞開通道是中間敞開通道，其中波紋敞開通道和中間敞開 通道具有在相反方向上的嘴部。
[0010] 可由此獲得的效果是這些片材不需要粘合劑來將它們堆疊以制造用于在流體流 之間進(jìn)行質(zhì)量傳遞的裝置或熱交換器。在相對(duì)于限定片材的通道的主波紋而言的次波紋的 意義上來說，每隔一個(gè)通道都具有限定每個(gè)這種通道的波紋的谷底和兩個(gè)峰部。通過這種 結(jié)構(gòu)，可以以其中一個(gè)片材的具有谷底和兩個(gè)峰部的每個(gè)敞開通道接合另一個(gè)片材的中間 通道（即，位于均具有谷底和兩個(gè)峰部的兩個(gè)敞開通道之間的通道）的方式對(duì)片材進(jìn)行堆 疊。特別地，具有谷底和兩個(gè)峰部的每個(gè)敞開通道的橫截面形狀防止兩個(gè)相鄰堆疊片材的 橫向相對(duì)移動(dòng)。而且，該結(jié)構(gòu)還防止片材朝向彼此移動(dòng)。因而對(duì)于朝向彼此和側(cè)面的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)來說，堆疊片材是固定的。結(jié)果，因而對(duì)于堆疊多個(gè)片材以形成用于在流體流之間進(jìn)行熱 交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置來說，不需要粘合劑。
[0011] 而且，DE 296 20 248 U1沒有公開在相反方向上具有嘴部的波紋敞開通道和中間 敞開通道。可由此獲得的效果是，在組裝若干片材以形成用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置 時(shí)獲得了用于密封每個(gè)單獨(dú)封閉通道的四個(gè)緊固點(diǎn)/附裝點(diǎn)。
[0012] 在DE 296 20 248 U1中，多個(gè)封閉通道在堆疊片材時(shí)通過由敞開波紋通道形成， 具體而言，當(dāng)組裝兩個(gè)片材時(shí)形成了五個(gè)封閉通道。然而，這些片材相對(duì)于彼此是敞開的。 任何時(shí)候在兩個(gè)片材之間出現(xiàn)壓力差，每組五個(gè)封閉通道都被打開，由此獲得混合流體流。 [0013]通過根據(jù)這里提供的第一方面獲得四個(gè)固定點(diǎn)，當(dāng)堆疊若干這種片材時(shí)，封閉通 道進(jìn)行接合并互鎖，使得可以一直獲得每個(gè)封閉通道中的封閉流體流。該互鎖致使壓力敏 感性降低，并且實(shí)現(xiàn)了片材的局部運(yùn)動(dòng)較少。
[0014 ]熱交換和/或質(zhì)量傳遞中的未混合流體流比混合流體流更高效。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述兩個(gè)峰部位于距離在所述通道端點(diǎn)之間延伸的直線第一 距離的位置處，并且所述谷底位于距離所述直線第二距離的位置處。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述谷底布置在所述兩個(gè)峰部之間。之間具有谷底的兩個(gè)峰 部的幾何結(jié)構(gòu)提供了兩個(gè)堆疊片材的鎖定機(jī)構(gòu)。兩個(gè)堆疊片材由此能夠互鎖而使得可以限 制相對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)和相向運(yùn)動(dòng)。
[0017] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述兩個(gè)峰部的區(qū)段的橫截面形狀與布置在所述每隔一 個(gè)敞開通道之間的任一個(gè)敞開通道的橫截面形狀一致。中間敞開通道(即，位于均具有谷底 和兩個(gè)峰部的兩個(gè)通道之間的敞開通道)的橫截面形狀因而使兩個(gè)堆疊片材能夠接合或互 鎖。每對(duì)堆疊片材因此移位例如通道寬度的一半，從而使得中間敞開通道的一部分與連接 兩個(gè)峰部的區(qū)段對(duì)準(zhǔn)并布置在該區(qū)段內(nèi)。
[0018] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述通道端點(diǎn)中的第一個(gè)端點(diǎn)和所述峰部中的第一個(gè)峰 部的整個(gè)區(qū)段與連接所述谷底和所述峰部中的第二個(gè)峰部的整個(gè)區(qū)段平行。
[0019] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述通道端點(diǎn)中的第二個(gè)端點(diǎn)和所述峰部中的第二個(gè)峰 部的整個(gè)區(qū)段與連接所述谷底和所述峰部中的第一個(gè)峰部的整個(gè)區(qū)段平行。連接通道端點(diǎn) 與峰部的區(qū)段還限定中間敞開通道的側(cè)壁。也就是說，具有谷底和兩個(gè)峰部的兩個(gè)相鄰敞 開通道的面對(duì)彼此的兩個(gè)這種區(qū)段因而限定了中間通道的側(cè)壁。通過設(shè)置如上限定的平行 區(qū)段，可以獲得具有連接兩個(gè)峰部的區(qū)段的中間通道的橫截面的波紋。
[0020] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述每隔一個(gè)通道中的每個(gè)通道具有基本M形橫截面。
[0021] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述片材是熱交換器片材。
[0022] 根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳 遞的裝置，該裝置包括多個(gè)根據(jù)第一方面的片材，多個(gè)片材被堆疊成使得每對(duì)相鄰片材的 敞開通道限定流體流動(dòng)通道。
[0023] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，片材的所述通道端點(diǎn)接合相鄰片材的相應(yīng)谷底。
[0024] -個(gè)實(shí)施方式包括流體入口和流體出口，其中每個(gè)流體入口被布置成將流體引導(dǎo) 到兩個(gè)相鄰片材的流體流動(dòng)通道內(nèi)，并且每個(gè)流體出口被布置成將流體從兩個(gè)相鄰片材的 流體流動(dòng)通道引導(dǎo)出，其中每個(gè)流體入口和流體出口具有漸縮形狀。
[0025] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)流體入口具有平行于所述流體流動(dòng)通道的縱向延伸部的 入口嘴部，其中每個(gè)入口嘴部被布置成與片材的橫向端齊平，其中每個(gè)流體入口從所述橫 向端朝向所述片材的另一個(gè)橫向端延伸，并且其中每個(gè)流體入口朝向流體流動(dòng)通道的通道 入口嘴部從所述橫向端漸縮至另一個(gè)橫向端。由此，可以降低可能影響最接近入口嘴部的 通道中的流動(dòng)的文氏管效應(yīng)，從而可以在每個(gè)流體流通道中獲得基本均勻的流體分布。結(jié) 果，可以增加裝置的流體產(chǎn)出量，因而增加裝置的效率。
[0026] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)流體出口具有平行于所述流體流動(dòng)通道的縱向延伸部的 出口嘴部，其中每個(gè)出口嘴部被布置成與片材的橫向端齊平，其中每個(gè)流體出口從所述橫 向端朝向所述片材的另一個(gè)橫向端延伸，并且其中每個(gè)流體出口朝向流體流動(dòng)通道的通道 出口嘴部從所述橫向端漸縮至另一個(gè)橫向端。
[0027] 由此，具體層的流體流通道的所有流體流通道之間的總壓將都平衡。結(jié)果，可以增 加裝置的流體產(chǎn)出量，因而增加裝置的效率。
[0028] 根據(jù)本公開的第三方面，提供了一種制造用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì) 量傳遞的片材的方法，其中所述方法包括：
[0029] a)提供片材坯料；
[0030] b)將所述片材坯料波紋化以形成敞開通道，使得每隔一個(gè)通道具有這樣的橫截 面，該橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)之間的谷底和兩個(gè)峰部，
[0031] 其中波紋敞開通道的所述兩個(gè)通道端點(diǎn)限定該波紋敞開通道的嘴部，其中位于每 對(duì)波紋敞開通道中間的其余敞開通道是中間敞開通道，其中波紋敞開通道和中間敞開通道 具有在相反方向上的嘴部。
[0032] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，通過1)熱成形或2)沿著折疊線折疊來進(jìn)行波紋化的步驟a)。 因此，可以提供一種生產(chǎn)方法，其中在組裝包括多個(gè)堆疊片材的用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞 的裝置時(shí)，可以以簡(jiǎn)單方式將每個(gè)片材坯料波紋化，而不必利用任何粘合劑或附加部件來 獲得堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。
[0033] 根據(jù)本公開的第四方面，提供了一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳 遞的片材，該片材設(shè)置有限定敞開通道的波紋，其中每隔一個(gè)敞開通道的橫截面具有兩個(gè) 通道端點(diǎn)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)之間的谷底和兩個(gè)峰部。
[0034]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述兩個(gè)峰部位于距離在所述通道端點(diǎn)之間延伸的直線第一 距離的位置處，并且所述谷底位于距離所述直線第二距離的位置處。
[0035] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述谷底布置在所述兩個(gè)峰部之間。之間具有谷底的兩個(gè)峰 部的幾何結(jié)構(gòu)提供了兩個(gè)堆疊片材的鎖定機(jī)構(gòu)。兩個(gè)堆疊片材由此能夠互鎖而使得可以限 制相對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)和相向運(yùn)動(dòng)。
[0036] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述兩個(gè)峰部的區(qū)段的橫截面形狀與布置在所述每隔一 個(gè)敞開通道之間的任一個(gè)敞開通道的橫截面形狀一致。
[0037] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述通道端點(diǎn)中的第一個(gè)端點(diǎn)和所述峰部中的第一個(gè)峰 部的整個(gè)區(qū)段與連接所述谷底和所述峰部中的第二個(gè)峰部的整個(gè)區(qū)段平行。
[0038] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，連接所述通道端點(diǎn)中的第二個(gè)端點(diǎn)和所述峰部中的第二個(gè)峰 部的整個(gè)區(qū)段與連接所述谷底和所述峰部中的第一個(gè)峰部的整個(gè)區(qū)段平行。
[0039] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述每隔一個(gè)通道中的每個(gè)通道具有基本M形橫截面。
[0040] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述片材是熱交換器片材。
[0041] 根據(jù)本公開的第五方面，提供了一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳 遞的裝置，該裝置包括多個(gè)根據(jù)第四方面的片材，多個(gè)片材被堆疊成使得每對(duì)相鄰片材的 敞開通道限定流體流動(dòng)通道。
[0042] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，片材的所述通道端點(diǎn)接合相鄰片材的相應(yīng)谷底。
[0043] -個(gè)實(shí)施方式包括流體入口和流體出口，其中每個(gè)流體入口被布置成將流體引導(dǎo) 到兩個(gè)相鄰片材的流體流動(dòng)通道內(nèi)，并且每個(gè)流體出口被布置成將流體從兩個(gè)相鄰片材的 流體流動(dòng)通道引導(dǎo)出，其中每個(gè)流體入口和流體出口具有漸縮形狀。
[0044] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)流體入口具有平行于所述流體流動(dòng)通道的縱向延伸部的 入口嘴部，其中每個(gè)入口嘴部被布置成與片材的橫向端齊平，其中每個(gè)流體入口從所述橫 向端朝向所述片材的另一個(gè)橫向端延伸，并且其中每個(gè)流體入口朝向流體流動(dòng)通道的通道 入口嘴部從所述橫向端漸縮至另一個(gè)橫向端。
[0045] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，每個(gè)流體出口具有平行于所述流體流動(dòng)通道的縱向延伸部的 出口嘴部，其中每個(gè)出口嘴部被布置成與片材的橫向端齊平，其中每個(gè)流體出口從所述橫 向端朝向所述片材的另一個(gè)橫向端延伸，并且其中每個(gè)流體出口朝向流體流動(dòng)通道的通道 出口嘴部從所述橫向端漸縮至另一個(gè)橫向端。
[0046] 根據(jù)本公開的第六方面，提供了一種制造用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì) 量傳遞的片材的方法，其中所述方法包括：
[0047] a)提供片材坯料；
[0048] b)將所述片材坯料波紋化以形成敞開通道，使得每隔一個(gè)通道具有這樣的橫截 面，該橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)之間的谷底和兩個(gè)峰部，
[0049] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，通過1)熱成形或2)沿著折疊線折疊來進(jìn)行波紋化的步驟a)。
[0050] 總體來說，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都應(yīng)該根據(jù)它們?cè)诩夹g(shù)領(lǐng)域中的普通含 義來解釋，除非另有明確定義。所有對(duì)"一 /該元件、設(shè)備、部件、裝置等"的引用都應(yīng)該開放 地解釋為指代該元件、設(shè)備、部件、裝置等的至少一個(gè)示例，除非另有明確說明。
【附圖說明】
[0051] 現(xiàn)在將參照附圖以舉例方式描述本發(fā)明構(gòu)思的【具體實(shí)施方式】，其中：
[0052] 圖la描繪了用于熱交換或質(zhì)量傳遞的片材的實(shí)施例的示意性立體圖；
[0053]圖lb描繪了圖la中的片材的橫截面的一部分；
[0054] 圖lc描繪了用于熱交換或質(zhì)量傳遞的片材的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；
[0055] 圖2示出了用于熱交換或質(zhì)量傳遞的橫截面堆疊的片材的立體圖；
[0056]圖3a至圖3b示意性描繪了具有流體入口和流體出口的片材的實(shí)施例的正視圖； [0057]圖3c描繪了包括流入入口和流體出口的兩個(gè)堆疊片材的立體圖；
[0058]圖4描繪了用于熱交換或質(zhì)量傳遞的裝置，該裝置包括多個(gè)片材；
[0059]圖5a描繪了圖4中的裝置的變型，該變型包括通道分割片材；
[0060]圖5b描繪了圖5a中的裝置的變型；
[0061] 圖6描繪了生產(chǎn)用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材的方法的流程圖；以及
[0062] 圖7描繪了片材坯料的實(shí)施例的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的構(gòu)思，在這些附圖中示出了例示性實(shí)施方 式。然而，本發(fā)明的構(gòu)思可以以許多不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)該解釋為限于這里闡述的實(shí)施 方式，相反，這些實(shí)施方式是以舉例方式提供的，從而使得該公開將全面完整，并且將本發(fā) 明構(gòu)思的范圍充分地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在整個(gè)描述中相同的附圖標(biāo)記表示相同元 件。
[0064] 圖1描繪了用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材1的實(shí)施例。片材1具有形成多個(gè)敞開 通道3、5的多個(gè)波紋。一對(duì)片材1可以被堆疊從而由堆疊片材1的敞開通道3、5形成封閉的流 體流動(dòng)通道。多個(gè)片材1可以被堆疊而形成用于在流體流之間進(jìn)行質(zhì)量傳遞的裝置或熱交 換器，或者具備這兩種所述功能的裝置。片材1的具體應(yīng)用取決于片材1的材料的特征。為 此，片材1可以由對(duì)于可能在熱交換器或質(zhì)量傳遞應(yīng)用中利用的流體如水、空氣或任何其他 流體來說不可滲透的、可滲透的或可半滲透的材料制成。
[0065] 片材1的相鄰敞開通道3、5具有在相反方向上的嘴部。每隔一個(gè)敞開通道即敞開通 道3具有波紋。敞開通道3在下文中將被稱為波紋敞開通道3。每個(gè)波紋敞開通道3的波紋沒 有形成片材1的敞開通道3、5的波紋突出，因而相對(duì)于限定敞開通道的波紋可以被看作次波 紋。位于每對(duì)波紋敞開通道3中間的其余敞開通道即敞開通道5在下文中將被稱為中間敞開 通道5。中間敞開通道5具有這樣的橫截面形狀，當(dāng)以與另一個(gè)片材1的相應(yīng)次波紋對(duì)準(zhǔn)的方 式布置一個(gè)片材1的每個(gè)中間敞開通道5的方式堆疊兩個(gè)片材1時(shí)，該橫截面形狀允許中間 敞開通道5與另一個(gè)片材1的波紋敞開通道5的波紋接合。因而，每個(gè)波紋敞開通道3的波紋 限定了用于與另一個(gè)片材1的中間敞開通道5接合的裝置。
[0066] 圖lb示出了圖la中的片材1的一部分的剖視圖。每個(gè)波紋敞開通道3具有兩個(gè)限定 敞開通道3的嘴部的兩個(gè)通道端點(diǎn)3a和3b。在波紋敞開通道3的通道端點(diǎn)3a、3b之間是兩個(gè) 峰部3c和3d以及具有谷底3e的谷部。波紋敞開通道3的兩個(gè)峰部3c和3d以及谷底3e限定該 波紋敞開通道3的波紋或次波紋。
[0067] 應(yīng)該注意，當(dāng)在該公開中說到峰部和谷部時(shí)，這些特征獲得它們?cè)谄?位于水平 位置而使得敞開通道3和5在波紋敞開通道3的嘴部面向下的情況下水平延伸時(shí)的預(yù)期含 義。
[0068] 兩個(gè)峰部3c、3d位于距離在通道端點(diǎn)3a之間延伸的直線L第一距離dl的位置處。谷 底3e位于距離直線L第二距離d2的位置處。第一距離dl與第二距離d2不同。具體而言，第一 距離dl大于第二距離d2。
[0069]連接其中一個(gè)通道端點(diǎn)3a與波紋敞開通道3的兩個(gè)峰部3c、3d中的第一峰部3c的 整個(gè)區(qū)段3f與連接谷底3e與峰部3c、3d中的第二峰部3d的整個(gè)區(qū)段3h平行。連接另一個(gè)通 道端點(diǎn)3b與第二峰部3d的整個(gè)區(qū)段3g與連接谷底3e與第一峰部3c的整個(gè)區(qū)段3i平行。具體 而言，連接波紋敞開通道3的橫截面的傾斜變化點(diǎn)的每隔一個(gè)區(qū)段都平行。因而，當(dāng)在波紋 敞開通道3的嘴部面向下的情況下水平布置敞開通道3、5時(shí)，每個(gè)波紋敞開通道3具有基本M 形橫截面。波紋敞開通道3沿著其整個(gè)縱向延伸部都具有該橫截面形狀。
[0070]谷底3e布置在兩個(gè)峰部3c和3d之間。在橫截面中，從該具體幾何結(jié)構(gòu)用作接收另 一個(gè)片材1的中間通道5的裝置的意義上說，兩個(gè)峰部3c和3d之間的谷底3e的該結(jié)構(gòu)可以被 看作是切口。具體而言，連接兩個(gè)峰部3c和3d的波紋敞開通道3的區(qū)段3g、3h的橫截面形狀 與任何中間敞開通道5的橫截面形狀一致。
[0071]圖lc示出了圖la中的片材1的變型的一部分的剖視圖。圖lc例示了另選通道形狀 設(shè)計(jì)的多種可能中的一種。圖lc中描繪的片材1'具有形成敞開通道3'和5'的多個(gè)波紋。每 隔一個(gè)敞開通道都被波紋化，并且是波紋敞開通道3 '。如上所述，其余敞開通道即相鄰于波 紋敞開通道3'的那些敞開通道被稱為中間敞開通道5'。如能夠看到的，片材1'的總體橫截 面結(jié)構(gòu)與圖la和圖lb的相同。每個(gè)波紋敞開通道3'的橫截面包括兩個(gè)通道端點(diǎn)3a'和3b'以 及布置在兩個(gè)通道端點(diǎn)3a'和3b'之間的兩個(gè)峰部3c'、3d'以及谷底3e'。片材1和片材1'之 間的區(qū)別在于谷底3e'是平面的，并且中間敞開通道5'具有平面部分。中間敞開通道5'的橫 截面形狀與連接波紋敞開通道3 '的兩個(gè)峰部3c '和3d '的區(qū)段一致。
[0072]其他變型包括其中將通道端點(diǎn)和峰部互連的區(qū)段具有樓梯結(jié)構(gòu)的布置。而且，波 紋敞開通道以及中間通道可以是非對(duì)稱的。
[0073]圖2示出了已經(jīng)被堆疊的兩個(gè)片材1的一部分的立體圖。上部片材1的中間敞開通 道5已經(jīng)被布置在谷部中并且擱置在限定于下部片材1的兩個(gè)峰部3c和3d之間的谷底3e上。 因而，通過面向兩個(gè)片材1的波紋敞開通道3的成對(duì)的中間敞開通道5而形成流體流動(dòng)通道 11。兩個(gè)片材1向側(cè)面移位，使得一個(gè)片材的每個(gè)中間敞開通道5布置在另一個(gè)片材的相應(yīng) 波紋敞開通道3的兩個(gè)峰部之間。每對(duì)相鄰片材1因而相對(duì)于彼此交錯(cuò)，使得其中一個(gè)片材1 的中間通道5接合另一個(gè)片材的兩個(gè)峰部之間的相應(yīng)谷底。堆疊片材的波紋因而可以是相 同的，從而簡(jiǎn)化制造過程。
[0074]圖3a示意性地描繪了兩個(gè)或更多個(gè)堆疊片材1的正視圖。每個(gè)片材1可以具有與片 材1成一體的端部或附裝至片材1的端部件。這些端部或端部件典型地不被波紋化，然而它 們也可以被波紋化。端部或端部件布置在敞開通道3、5的各端處，即，布置在敞開通道3、5的 入口和出口處。
[0075] 當(dāng)堆疊兩個(gè)片材1時(shí)，兩個(gè)片材1的端部或端部件都例如通過焊接或通過粘合劑而 結(jié)合。當(dāng)結(jié)合兩個(gè)端部或端部件時(shí)，將其一部分留下不密封，從而形成嘴部，使得流體可進(jìn) 入如此創(chuàng)建的流體入口或退出如此創(chuàng)建的流體出口。這樣一對(duì)片材1的密封的端部或端部 件由此形成用于該對(duì)片材1的流體入口 7和流體出口 9。當(dāng)將每對(duì)都具有流體入口和流體出 口的兩對(duì)這樣堆疊的片材1再次堆疊時(shí)，一對(duì)的已經(jīng)結(jié)合的端部或端部件將不與另一對(duì)的 已經(jīng)結(jié)合的端部或端部件結(jié)合。取而代之，限定在兩對(duì)堆疊片材1之間的流體流動(dòng)通道可以 用作逆流層。每個(gè)流體入口和每個(gè)流體出口因而僅供一層流體流動(dòng)通道（即，一對(duì)片材)使 用。
[0076] 流體入口 7被布置成將流體引導(dǎo)到兩個(gè)堆疊片材1的流體流動(dòng)通道11內(nèi)，并且流體 出口 9被布置成引導(dǎo)從相同的兩個(gè)堆疊片材1的流體流動(dòng)通道11退出的流體。流體入口 7因 而被布置在流體流動(dòng)通道11的一端處，而流體出口 9布置在流體流動(dòng)通道11的另一端處。流 體入口 7和流體出口 9均具有漸縮形狀。
[0077]流體入口 7具有用于接收流體流的入口嘴部7a。流體入口 7被布置成將經(jīng)由入口嘴 部7a接收的流體引導(dǎo)到流體流動(dòng)通道11內(nèi)。
[0078] 流體入口 7具有相對(duì)于通道入口嘴部la而言的遠(yuǎn)端7b。入口嘴部7a平行于流體流 動(dòng)通道11的縱向延伸部。入口嘴部7a可以與片材1的橫向端lc對(duì)準(zhǔn)。流體入口 7從橫向端lc 延伸至片材的另一個(gè)橫向端Id。流體入口 7朝向流體流動(dòng)通道11的通道入口嘴部la從與入 口嘴部7 a對(duì)準(zhǔn)的橫向端1 c漸縮到另一個(gè)橫向端1 d。
[0079] 流體出口9具有用于分配已經(jīng)流過流體流動(dòng)通道11的流體的出口嘴部9a。流體出 口9具有相對(duì)于通道出口嘴部lb而言的遠(yuǎn)端％。出口嘴部9a平行于流體流動(dòng)通道11的縱向 延伸部。出口嘴部9a可以與片材1的橫向端Id對(duì)準(zhǔn)。流體出口 9從所述橫向端延伸到片材1的 另一個(gè)橫向端1 c，其中流體出口 9朝向流體流動(dòng)通道11的通道出口嘴部lb從與出口嘴部9a 對(duì)準(zhǔn)的橫向端1 d漸縮到另一個(gè)橫向端1 c。
[0080] 一般來說，流體入口應(yīng)該具有延伸部，從而能夠?qū)⒘黧w引導(dǎo)到一對(duì)毗連片材1的所 有流體流動(dòng)通道11內(nèi)，并且流體出口部件應(yīng)該具有延伸部以能夠?qū)⒘黧w從一對(duì)毗連片材1 的所有流體流動(dòng)通道11引導(dǎo)出。因而，流體入口和流體出口不一定必須沿著片材的橫向邊 緣之間的整個(gè)距離延伸。只要它們?cè)谠摲较蛏系难由焓沟迷谝粚恿黧w流動(dòng)通道中每個(gè)流體 入口沿著通道入口嘴部延伸并且使得每個(gè)流體出口沿著所有流體流動(dòng)通道11的通道出口 嘴部延伸就足夠了。
[0081 ]流體入口 7和流體出口 9的高度尺寸優(yōu)選小于流體流動(dòng)通道11的高度尺寸。流體入 口和流體出口的高度尺寸可以例如為流體流動(dòng)通道的高度尺寸的一半。該比率的其他變型 當(dāng)然以也是可行的。流體入口和流體出口比流體流動(dòng)通道具有更小的高度尺寸的比例便于 不同方向上的流動(dòng)分布，即，其方便包括多個(gè)堆疊片材的裝置中的逆流。具體而言，不同高 度尺寸比率在兩個(gè)流動(dòng)方向上提供了不同的壓降。
[0082] 根據(jù)圖3a中的實(shí)施例，入口嘴部7a和出口嘴部7b對(duì)角地布置。入口嘴部7a和出口 嘴部9a因而被布置在相反方向上。流體入口 7和流體出口 9相對(duì)于片材1的布置的另一個(gè)實(shí) 施例在圖3b中描繪出。根據(jù)該變型，入口嘴部7a和出口嘴部9a面向相同方向。入口嘴部相對(duì) 于出口嘴部的具體取向通常取決于應(yīng)用以及將用所述片材組裝的用于熱交換或質(zhì)量傳遞 的具體裝置。
[0083] 圖4描繪了用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置13的剖視圖。該裝置包括如上所述那 樣布置的多個(gè)堆疊片材1。根據(jù)該實(shí)施例，所有片材1都以相同取向堆疊，即，所有片材的所 有波紋敞開通道的兩個(gè)峰部都面向相同方向。裝置13可以進(jìn)一步包括可以布置多個(gè)堆疊片 材的結(jié)構(gòu)諸如支架或框架(未在圖中示出）。由此可以在所有方向上維持它們的相互位置。
[0084] 裝置13的成對(duì)的片材1可以包括如上所述的流體入口和流體出口，從而使得將經(jīng) 受熱交換和/或質(zhì)量傳遞的流體能夠流過裝置13。裝置13可以有利地用作逆流流體流交換 裝置。該裝置13因而可以被布置成該裝置13的每隔一層流體流動(dòng)通道11可以在第一方向上 接收流體流，而其余層的流體流動(dòng)通道11可以在與第一方向相反的第二方向上接收流體 流。
[0085] 圖5a描繪了可以布置在用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置中的多個(gè)堆疊片材的橫 截面的一部分。在每個(gè)相鄰片材1之間的是通道分割片材14。通道分割片材14具有類似于以 上描述的波紋敞開通道的波紋敞開通道3"以及根據(jù)該實(shí)施例也具有波紋的中間通道5"。通 道分割片材14的所有敞開通道3"、5"因而都具有波紋。每個(gè)中間敞開通道5"具有峰部和兩 個(gè)谷底，因而所述波紋相對(duì)于波紋敞開通道3"的兩個(gè)峰部和一個(gè)谷底構(gòu)造倒置。通道分割 片材14適合于布置在每對(duì)相鄰片材1之間。通道分割片材14用作在兩個(gè)相鄰片材1之間創(chuàng)建 的流體流動(dòng)通道的分割元件。如能夠在圖5a中看到的，由片材1和通道分割片材14的中間敞 開通道5和5"限定的每個(gè)通道Cl的橫截面尺寸與限定在通道分割片材14的中間通道5"和片 材1的波紋敞開通道3之間的其余通道C2相比都更小。而且，每個(gè)通道C1都被具有比通道C1 大的橫截面尺寸的通道C2包圍。
[0086]圖5b描繪了圖5b中的布置的變型。在圖5b的變型中，該布置包括與圖5a中不同的 另一種類型的通道分割片材。而且，圖5b中的通道分割片材14具有起伏輪廓，其中每個(gè)敞開 通道具有相等高度，而不是具有如圖5a中的M-W輪廓。然而，根據(jù)具體應(yīng)用和期望的流體流 特征，可以在用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置中使用通道分割片材的任何組合。
[0087] 通道分割片材14'包括平面區(qū)段14'a和波紋區(qū)段14'b。波紋區(qū)段14'b設(shè)置在每對(duì) 平面區(qū)段14'a之間。通道分割片材14'被布置成夾在兩個(gè)相鄰片材1之間。每個(gè)波紋區(qū)段14' a與片材1的中間敞開通道5和谷部一致。每個(gè)平面區(qū)段14'a的寬度尺寸使得每個(gè)波紋區(qū)段 14'a能夠被布置成夾在一個(gè)片材1的中間敞開通道5和另一個(gè)片材1的谷部之間。平面區(qū)段 14'a提供了通道分割片材14'的通道分割特性，并且每個(gè)平面區(qū)段14'a被布置成特別在中 間敞開通道5和波紋敞開通道3之間將由兩個(gè)相鄰片材1形成的流體流動(dòng)通道分開。平面區(qū) 段14'a將流體流動(dòng)通道分成通道C3和C4。通道C3和C4的橫截面尺寸通過根據(jù)熱交換和/或 質(zhì)量傳遞的具體應(yīng)用和期望規(guī)格以適當(dāng)方式確定平面區(qū)段14'a和波紋區(qū)段14'b的尺寸來 確定。作為圖5b中所示的布置的另選方案，用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置例如可以僅在 與片材1組合時(shí)才包括通道分割片材14'。
[0088] 根據(jù)一個(gè)變型，所述通道分割片材可以是片材坯料或可變形片材。當(dāng)將片材坯料 或可變形片材布置在兩個(gè)片材1之間時(shí)，片材坯料或可變形片材通過這兩個(gè)片材成形。具體 而言，初始可能基本不成形或可能不具有預(yù)期成形設(shè)計(jì)的片材坯料或可變形片材能夠在片 材1的中間通道被布置在另一個(gè)片材1的兩個(gè)峰部之間且通道分割片材布置在這兩個(gè)片材1 之間的情況下獲得與例如通道分割片材14'即該通道分割片材的材料折疊時(shí)類似的形狀。 因此，在用于熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置的生產(chǎn)中可以將片材坯料或可變形片材放置在 片材1上面，其中將另一個(gè)片材1放置在片材坯料或可變形片材上面，使得片材坯料或可變 形片材在其中一個(gè)片材的中間通道布置在另一個(gè)片材的兩個(gè)峰部之間的那些位置中折疊。 片材坯料或可變形片材由此被拉伸或張緊而形成位于折疊或波紋化區(qū)段之間的平面區(qū)段。 由此形成通道分割片材。
[0089] 用于片材坯料或可變形片材的合適材料的示例可以為薄膜材料，例如Gore-Tex? 或基于纖維素的材料。
[0090] 圖5a和圖5b中所示的構(gòu)造在例如利用液體作為熱傳遞介質(zhì)來影響氣體溫度的熱 交換系統(tǒng)中是有利的。液體通常具有比氣體大的熱容量，并且在兩種流體之間獲得熱平衡 狀態(tài)的液體量可以因而總體上小于氣體量。通過圖5a和圖5b中所示的構(gòu)造及其任何變型， 可以實(shí)現(xiàn)更有效的熱交換器。包括如圖5a和圖5b中所示的構(gòu)造的裝置因而可以利用其更大 量的流體傳遞容量用于將改變其溫度的氣體。而且，利用該布置的裝置的尺寸可以減小。
[0091] 用于圖5a中所示的布置的應(yīng)用的實(shí)施例是油冷裝置，其中包括片材1和14的構(gòu)造 的裝置可以被修改成使得油可以流過通道C1，而氣體可以流過通道C2。
[0092] 參照?qǐng)D6和圖7,將更詳細(xì)地描述制造片材如片材1的方法。在步驟a)中，提供片材 坯料。在步驟b)中，將片材坯料波紋化以形成敞開通道3、5,使得每隔一個(gè)通道都具有這樣 的橫截面，該橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)和位于兩個(gè)通道端點(diǎn)之間的谷底以及兩個(gè)峰部。
[0093] 在圖7中，示出了片材坯料15的一個(gè)實(shí)施例。片材坯料15包括多個(gè)折疊線17和19。 當(dāng)折疊線17已經(jīng)被折疊時(shí)，折疊線17形成波紋敞開通道3的谷底和兩個(gè)峰部。當(dāng)折疊線19已 經(jīng)被折疊時(shí)，折疊線19形成中間通道5。因此，對(duì)于該變型來說，波紋化的步驟b)可以涉及到 沿著折疊線17和19折疊片材坯料15。折疊線17和19可以例如通過折痕而形成。
[0094] 作為提供折疊線以形成片材坯料的另選方案，波紋化的步驟可以通過例如熱成形 或?qū)⑵呐髁喜y化的任何其他方法來進(jìn)行。另一個(gè)另選方案是直接擠出波紋片材的形狀 或者擠出包括多個(gè)片材的整個(gè)裝置。
[0095] 在另外的可選步驟中，可以以交錯(cuò)方式堆疊多個(gè)片材。每對(duì)相鄰的流體入口和流 體出口的遠(yuǎn)端可以被附裝至彼此以由此形成用于流體入口和流體出口二者的遠(yuǎn)端壁，由此 形成流體流引導(dǎo)件。在流體入口和流體出口與片材坯料成一體的情況下，可以在步驟b)中 將流體入口和流體出口波紋化。典型地，流體入口和流體出口的波紋與敞開通道3和5的波 紋不同。流體入口和流體出口的橫截面形狀因而通常與敞開通道3和5的橫截面形狀不同。
[0096] 這里提供的片材1及其變型可以為剛性貨柔性的。
[0097]根據(jù)一個(gè)變型，在制造過程中已經(jīng)折疊波紋的情況下片材沿著波紋線例如折疊線 是柔性的。在沿著裝置13的周邊從任一側(cè)施加壓力時(shí)該裝置13都可變形的意義上來說，該 裝置13可以由此成為柔性的。因?yàn)檠b置的體積在運(yùn)輸過程中可以減小，因而這是有益的。裝 置因而可以為了運(yùn)輸而變形，并且之后得到其初始形狀以進(jìn)行安裝。
[0098] 如之前指出的，片材(包括通道分割片材)可以由不可滲透、可滲透或可半滲透材 料制成。該裝置可以由均具有相同特性的片材形成。所有片材因而可以是不可滲透的、可滲 透的或可半滲透的。另選地，所述裝置可以包括具有不同可滲透性特性的片材的組合。例 如，一個(gè)次組片材可以是可滲透的，而另一個(gè)次組片材可以是不可滲透的。每隔一個(gè)片材可 以例如是可滲透的，而其余片材可以是不可滲透的。
[0099] 所述片材(包括通道分割片材)可以例如由金屬如不銹鋼、鋁、銅或適合于熱傳遞 的任何其他金屬、塑料如PE、PP、PET、PS、PPS、聚碳酸酯、尼龍、可半滲透膜如PEM像全氟磺 酸、或者用于熱交換或質(zhì)量傳遞應(yīng)用的任何其他合適材料例如泡沫碳或多孔片材制成。還 可以想到，所述片材可以包括不同材料的混合物。
[0100]以上參照若干實(shí)施例大體描述了本發(fā)明的構(gòu)思。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn) 識(shí)到的，在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思的范圍內(nèi)，以上公開的實(shí)施方式以外的其 他實(shí)施方式同樣可行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材（1; Γ )，該片材（1; Γ )設(shè) 置有限定敞開通道(3,5)的波紋，其中每隔一個(gè)敞開通道(3)是波紋敞開通道(3)，其中每個(gè) 波紋敞開通道(3)的橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)之 間的谷底(3e)和兩個(gè)峰部(3c，3d)， 其中波紋敞開通道(3)的所述兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)限定該波紋敞開通道(3)的嘴部， 其中位于每對(duì)波紋敞開通道(3)中間的其余敞開通道是中間敞開通道(5)，其中波紋敞開通 道(3)和中間敞開通道(5)具有在相反方向上的嘴部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材（1;Γ)，其中所述兩個(gè)峰部(3c，3d)位于距離在所述通道 端點(diǎn)（3a，3b)之間延伸的直線(L)第一距離(dl)的位置處，并且所述谷底(3e)位于距離所述 直線(L)第二距離(d2)的位置處。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的片材（1;Γ)，其中所述谷底(3e)布置在所述兩個(gè)峰部(3c， 3d)之間。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的片材（1;Γ)，其中連接所述兩個(gè)峰部（3a，3b)的 區(qū)段(3g，3i)的橫截面形狀與布置在所述每隔一個(gè)敞開通道(3)之間的任一個(gè)敞開通道(5) 的橫截面形狀一致。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的片材（1;Γ)，其中連接所述通道端點(diǎn)中的第一個(gè) 端點(diǎn)（3a)和所述峰部中的第一個(gè)峰部(3c)的整個(gè)區(qū)段(3f)與連接所述谷底(3e)和所述峰 部中的第二個(gè)峰部(3d)的整個(gè)區(qū)段(3h)平行。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的片材（1;Γ)，其中連接所述通道端點(diǎn)中的第二個(gè) 端點(diǎn)（3b)和所述峰部中的第二個(gè)峰部(3d)的整個(gè)區(qū)段(3g)與連接所述谷底(3e)和所述峰 部中的第一個(gè)峰部(3c)的整個(gè)區(qū)段(3i)平行。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的片材（1;Γ)，其中所述每隔一個(gè)通道(3)中的每 個(gè)通道具有基本Μ形橫截面。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的片材（1; Γ )，其中所述片材（1; Γ )是熱交換器片 材。9. 一種用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳遞的裝置（13)，該裝置包括多個(gè)如 權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的片材（1; Γ )，多個(gè)片材（1; Γ )被堆疊成使得每對(duì)相鄰片材 (1; Γ )的敞開通道(3)限定流體流動(dòng)通道(11)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置（13)，其中片材（1;Γ)的所述通道端點(diǎn)（3a，3b)接合相 鄰片材(1;1'）的相應(yīng)谷底(3e)。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置（13)，該裝置包括流體入口（7)和流體出口（9)，其 中每個(gè)流體入口（7)被布置成將流體引導(dǎo)到兩個(gè)相鄰片材(1)的流體流動(dòng)通道(11)內(nèi)，并且 每個(gè)流體出口（9)被布置成將流體從兩個(gè)相鄰片材(1)的流體流動(dòng)通道(11)引導(dǎo)出，其中每 個(gè)流體入口（ 7)和流體出口（ 9)具有漸縮形狀。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置（13)，其中每個(gè)流體入口（7)具有平行于所述流體流動(dòng) 通道(11)的縱向延伸部的入口嘴部(7a)，其中每個(gè)入口嘴部(7a)被布置成與片材(1;Γ)的 橫向端齊平，其中每個(gè)流體入口（7)從所述橫向端朝向所述片材（1; Γ )的另一個(gè)橫向端延 伸，并且其中每個(gè)流體入口（7)朝向流體流動(dòng)通道（11)的通道入口嘴部（la)從所述橫向端 漸縮至另一個(gè)橫向端。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置（13)，其中每個(gè)流體出口（9)具有平行于所述流體 流動(dòng)通道（11)的縱向延伸部的出口嘴部(9a)，其中每個(gè)出口嘴部(9a)被布置成與片材（1; Γ )的橫向端齊平，其中每個(gè)流體出口（ 9)從所述橫向端朝向所述片材（1; Γ )的另一個(gè)橫向 端延伸，并且其中每個(gè)流體出口（9)朝向所述流體流動(dòng)通道（11)的通道出口嘴部（lb)從所 述橫向端漸縮至另一個(gè)橫向端。14. 一種制造用于在流體流之間進(jìn)行熱交換和/或質(zhì)量傳遞的片材（1;Γ)的方法，其中 所述方法包括： c) 提供片材還料(15); d) 將所述片材坯料（15)波紋化以形成敞開通道(3,5)，使得每隔一個(gè)通道(3)具有這樣 的橫截面，該橫截面具有兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)和位于所述兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)之間的谷 底(3e)和兩個(gè)峰部(3c，3d)， 其中波紋敞開通道(3)的所述兩個(gè)通道端點(diǎn)（3a，3b)限定該波紋敞開通道(3)的嘴部， 其中位于每對(duì)波紋敞開通道(3)中間的其余敞開通道是中間敞開通道(5)，其中波紋敞開通 道(3)和中間敞開通道(5)具有在相反方向上的嘴部。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中通過1)熱成形或2)沿著折疊線（17,19)折疊來進(jìn) 行波紋化的步驟a)。
【文檔編號(hào)】F28D9/00GK105849496SQ201480071415
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年11月6日
【發(fā)明人】約翰·西韋爾科利夫
【申請(qǐng)人】空對(duì)空瑞典股份有限公司