专利名称：注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在流体之间进行热量交换的热量交换器的结构和制造方法，适用于封闭运行的气-气、气-液、液-液之间的热量交换，主要应用于带热量回收的新风换气空调系统和热量回收预热热水系统，尤其强调的是其自镶嵌契合的单元结构使复杂的热交换器成型制造成为简单可靠的低成本组装。
背景技术：
目前，公知的适用于封闭运行的气-气热量交换器主要有转轮蓄热式和平板逆流或交叉流热交换式。平板式热量交换器具有效率高没有交叉污染的特点，其成型样式有多种。平板式热交换器一般由三部分构成一是多个分离流层的隔板，二是每层隔板之间的支撑体，三是在垂直方向不同层分别在左右边或前后边封闭的通道以形成交叉流或逆流，这样相邻通道内的不同温度的流体通过隔层板进行热量交换。虽然层叠型平板热交换器原理简单，但已知的各种成型式样和工艺都存在着制造工艺精度要求高，需要粘结、钎焊，手工制造困难，机械制造设备昂贵、热交换效率低等问题。
下面例举已知的各种层叠型平板热交换器的成型方式和加工工艺不难看出其制造的难处与不足图13是一种挤塑成型的钙塑板型材，材质是高分子合成材料，要求有高的导热性和抗静电性，部件101和部件102厚度尺寸在0.2mm以内，部件101是上下两层流体进行热量交换的界面，部件102支撑起上下两层101部件，同时还起到封闭流道作用即流体只能沿管壁方向流动而其垂直方向流体不能穿过。图14是用多个图13中的型材相交90°交替分层叠放、粘结而成的热交换器。小于0.1mm壁厚的挤出模具和多料共混挤塑成型很难在低成本下实现。同时多个图13型材装配成图14热交换器需要用粘胶粘合，这就在上下层流体之间形成了双层界面，导热性降低一半。更重要的是塑料和粘胶的导热性很差也很难提高，不利于得到高的热交换效率，所以挤塑型材制造热交换器存在热交换效率低下，成套挤出机成本高昂的问题。
图15是波浪瓦楞板与平板粘接或焊接成的单层板，中间的波浪瓦楞板(104)起到支撑和分离流道的作用。型材的材料可以是预处理过的纤维纸或铝箔，部件103和部件104厚度尺寸小于0.1～0.3mm。多个图15单层板型材相交90°交替分层叠放、粘结即可成为图16热交换器。为保证热交换效率，纤维纸或金属(铝)箔的厚度极薄，其与平板的长宽比数量级差了千倍以上，更重要的是需要数百层的叠加，这样在叠加、粘接成型热交换器时机械设备的垂直方向的尺寸定位和压力控制精度要求很高，难以低成本生产。同时多层粘接时胶粘剂的温度和速度很难控制。由于一个热交换器有多达上百层单层板叠加粘接而成，没有施胶固定前大面积的极薄的铝箔很容易范性形变，所以手工粘贴组装无法实现。
图17是多层铝箔相叠，垂直方向上下相邻的铝箔在边缘交替压边封口，部件105为奇数层左右压边封口，部件106为偶数层前后压边封口。为保证热交换效率，铝箔的厚度小于0.1mm，长宽大于200mm，多层压边成型的时候机械精度要求很高，取料、送料、定位、支撑、施压、粘结需要用昂贵的高精度机械设备，难以低成本生产。由于一个热交换器有多达上百层单层板叠加连接而成，极薄的铝箔很容易范性形变，所以无法手工生产制造。
发明内容
平板式空气-空气热交换器由成百上千张厚度0.1mm量级和长宽几百毫米以上量级的导热薄板在垂直方向组合叠加而成，同时需要在水平面的前后和左右方向形成互相不串通的风道。虽然层叠型平板热交换器原理简单，但由于成型材料极薄(0.1mm)，面积大(长宽都在几百毫米以上)，加上数量大(几百张到上千张)，组合成型的时候存在着成型式样和制造方法的巨大困难。由于成型材料的厚度与其平面尺寸存在着巨大的数量级差别，组合装配的时候取料、送料、定位、接合都需要高精度、复杂昂贵的机械制造设备，手工装配无法完成。
本发明将复杂的热交换器结构化解为一些简单的最小循环模块，这些最小循环模块由预先制作出的冲边倒角的铝箔(图3)和注塑成型的塑料框架(图2)组合而成(图4)，再由这些最小循环模块组成最终的热交换器(图1)。这样就把热交换器一次成型需要的高精度垂直和水平定位、接合压力的高精度控制等难点分解为低复杂度的预制件制作，这些预制件都有互相契合和镶嵌结构，可以做到热交换器总装成型的时候铝箔(图3)和塑料支架(图2)有自定位、自锁紧、自封闭边界的结构，装配时只需用简单设备或手工即可完成实现高精度、低成本、大批量的空气-空气热交换器制造。
本发明的五金冲件和注塑部件在三维空间上是多层次结构，互相装配的时候形成以子母扣形式和壳-体配合形式为特点的组合结构。这些最小单元上的三维凸凹结构保证了热交换器整体装配时的空间精确定位、互相锁定，并保证了热交换器物理特性需要的特别的封闭流道。
本实用新型的技术方案包括第一步预先制作热交换器的最小单元1-注塑成型的塑料框架(图2)和热交换器的最小单元2-冲边倒角铝箔(图3)，第二步通过装配两个最小单元1和两个最小单元2形成热交换器整体构成中的一个最小循环模块(图4)，图12是这个装配过程的爆炸图，第三步反复循环第二步最终装配形成平板式热交换器(图1)。
预制件最小单元1(图2)-塑料框架为三层结构部件8在中间层面起到支撑覆盖在其上的铝箔和分离流道的作用，即流体只能沿8的方向流动，垂直于8的方向的气流将被阻挡；部件5为下层的突条部分；部件4为上层的塑料条，其中有凹槽(部件6)该凹槽在塑料支架上下装配的时候与部件5形成子母扣结构而互相镶嵌契合，同时部件4把离散的部件8连接在一起；部件7为部件4上的子母扣结构的中空孔柱，塑料支架上下装配的时候不同支架上的部件7互相镶嵌契合。最小单元1(图2)有如下几个关键特征4个塑料支架上下两两交叉装配的时候，部件5与部件6是子母口结构，起定位和收口作用；部件7与部件7也是子母扣结构，起定位和最终的锁紧固定作用；部件3的外侧与部件4的内侧回想靠紧，夹紧嵌于其间部件11和部件12。这样就完成了铝箔和支架之间的互相定位、固定、和收口封边。
预制件最小单元2(图3)-冲边倒角铝箔同样为三层结构其整体为位于中间层的铝箔平面(10)，左右方向的两边为向上冲边倒角(11)，前后方向的两边为向下冲边倒角(12)。装配时(图12)部件11和部件12嵌入部件6，并被部件5压住，完成子母扣的锁紧封边，形成封闭流道，完全阻止气流1(1)与气流2(2)的混合。最小单元2(图3)有如下几个关键特征整个铝箔的形状结构保证它正好嵌入上下层塑料支架装配后留下的间隙之中；部件11和部件12的结构使得铝箔在边界上嵌入塑料支架的部件5和部件6形成的子母扣中，以此达到铝箔安装时的定位、固定和封边收口。
最小循环模块(图4)的组装成型依照图12顺序为预制件最小单元2(图3)平放，其上覆盖一个预制件最小单元1(图2)，其上再覆盖一个预制件最小单元2(图3)，不过这个预制件安装的时候先绕其垂直轴旋转90°，最后其上再覆盖一个预制件最小单元1(图2)，同样这个预制件安装的时候先绕其垂直轴旋转90°。
最终装配完的热交换器(图1)由于部件3到12的结构不仅保证了热交换器功能需要的物理特征-流道空间的分隔，同时实现了热交换器装配需要的结构特征-自定位、自锁定和紧固收边。
本实用新型通过预先制造一些有结构的标准中间件，化解了整体热交换器的成型难点，通过简单的组合装配，利用预制件的自定位、自锁紧、自封闭边界等功能和结构，实现高精度、低成本、大批量的空气-空气热交换器制造，特别强调的是这些互相镶嵌契合的结构。
图1是本发明的实施方式1的热交换器的立体图。
图2是构成图1的预制件最小单元1-塑料框架的立体图。
图3是构成图1的预制件最小单元2-冲边铝箔的立体图。
图4是两个图2和两个图3实体在垂直方向交错叠加后构成的最小循环模块的立体图。
图5是构成图2的塑料框架单元的主视图。
图6是构成图2的塑料框架单元的侧视图。
图7是构成图2的塑料框架单元的顶视图。
图8是构成图2的塑料框架单元的仰视图。
图9是构成图3的冲边铝箔单元的主视图。
图10是构成图3的冲边铝箔单元的侧视图。
图11是构成图3的冲边铝箔单元的顶视图。
图12是构成图4的两个图2和两个图3装配的爆炸图。
图13是一种挤塑成型的钙塑板型材立体图。
图14是用多个图13中的型材相交90°交替分层叠放后的热交换器立体图。
图15是波浪瓦楞板与平板粘接或焊接而成的单层板单元立体图。
图16是用多个图15中的单元相交90°交替分层叠放后的热交换器立体图。
图17是多层铝箔相叠，垂直方向上下相邻的铝箔在边缘交替压边封口形成的热交换器立体图。
图中1.热交换器气流方向1，2.热交换器气流方向2，3.塑料框架的最外侧支撑隔离风道条，4.塑料框架锁闭冲边铝箔的子母扣结构的凹槽部分，5.塑料框架锁闭冲边铝箔的子母扣结构的突条部分，6.塑料框架锁闭冲边铝箔的子母扣结构的凹槽，7.多个塑料框架上下层自定位、自锁闭和总体固定的子母扣结构的中空孔柱，8.塑料框架的非最外侧支撑隔离风道条，9.塑料框架的支撑隔离风道条的圆角端头，10.冲边铝箔单元主体，11.冲边铝箔单元的向上翻边，12.冲边铝箔单元的向下翻边，101.水平隔离壁，102.垂直间隔支撑壁，103.水平隔离壁，104.波浪隔离支撑壁，105.奇数层左右压边封口，106.偶数层前后压边封口。
实施方式1图1是本发明实施方式1的立体图，即平板式空气-空气热交换器。流体1在流道1(1)中流过，流体2在流道2(2)中流过，两种不同温度的流体通过热交换器在不发生物质交换混合的情况下进行热量交换。图2是塑料框架单元的立体图，图3是冲边铝箔单元的立体图。
第一步，制造出塑料框架单元(图2)和冲边铝箔单元(图3)，它们的结构特征分别为部件4和部件5构成自定位、自锁闭子母扣结构，上下两个塑料框架单元(图2)装配的时候，部件5将与部件6耦合，部件11或者部件12镶嵌于部件6中，部件3将与部件4的内侧靠合，部件7也是圆柱形中空的自锁子母扣结构，部件8和9用于支撑铝箔和分隔流道。
第二步，最小循环体装配(图12，图4)，整个平板式热交换器是由几百个塑料框架单元和冲边铝箔单元装配组成，其最小循环体包括两个塑料框架单元和两个冲边铝箔单元。具体装配步骤就是先取一个塑料框架单元平放，再取一个冲边铝箔单元通过沟槽定位契合地放于该塑料框架上，形成装配I，再取一个塑料框架单元先绕其垂直中心轴旋转90°，然后平放在装配I上形成装配II，这里面用到部件7的自定位，再取一个冲边铝箔单元先绕其垂直中心轴旋转90°，然后平放在装配II上，放置得时候依然利用沟槽来进行铝箔和塑料框架之间的定位，最终即形成最小装配循环体(图4)，第三步，反复循环第二步过程，直至达到热交换器的设计层教，然后用通体固定杆穿过部件7的中心孔后两端锁定，完成一个热交换器的装配。
实施方式2
根据热交换气流走向的设计，本发明的具体实施方案可对基本成型单元的总体几何形状做一些相应改动。可以是正方形，可以是长方形，可以是六边菱形或多边形，可以是圆形也可以是椭圆形。这些实施方案只是形状尺寸上的改变，改变的是热交换器的需要的物理功能特性，不改变结构功能特性，故此不再展开说明。
权利要求1.一种注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，包括成百上千个分隔流层的导热隔板、隔板之间的支撑体和垂直各层不同的不同开口方向组成，本实用新型的特征在于冲边倒角的铝箔和注塑成型的塑料支架装配时互为相互契合和镶嵌的三层结构，冲边倒角的铝箔与注塑成型的塑料支架互为壳-体结构，支架与支架互为子母扣结构。
2.权利要求1所述的注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，其特征在于包括大量冲边倒角的铝箔，每个铝箔在空间上为三层结构，四个边分别被冲成了向上翻边倒角和向下翻边倒角(11，12)，冲边倒角的形状正好契合于上下两层塑料支架组合时预留的间隙(5，6)，用以形成铝箔边界的固定和收口。
3.权利要求1所述的注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，其特征在于包括大量注塑成型的塑料支架，每个塑料支架在空间上为三层结构，每个塑料支架的中间层由位于同一层面上平行排列的多个塑料条(3，8)组成，这些塑料条起着支撑上下铝箔的作用，同时形成隔离的流道。
4.权利要求1所述的注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，其特征在于包括大量注塑成型的塑料支架，每个塑料支架在空间上为三层结构，每个塑料支架的上层由两个塑料条组成，该塑料条(4)中间开槽(6)，该塑料条下方固定连接所有中层隔离风道条(9，8，3)，使这些离散的中层隔离风道条形成一个固定整体，同时在塑料条的两端有子母扣结构的中空孔柱(7)用于装配时定位和固定。
5.权利要求1所述的注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，其特征在于包括大量注塑成型的塑料支架，每个塑料支架在空间上为三层结构，每个塑料支架的下层由两个塑料突出条组成，该塑料突出条(5)装配时可嵌入凹槽(6)，装配时该塑料突出条与部件4、部件6、部件11、部件12一起作用，共同形成铝箔与支架的互相定位、锁紧、封边的结构，并同时形成热交换器需要的互相隔离的方向不同的气流通道。
6.权利要求1所述的注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器，其特征在于整体热量交换器包括大量相同结构的冲边倒角的铝箔和注塑成型的塑料支架，组合时最小的循环单元是由两个或者四个同样结构的铝箔和塑料支架通过水平方向旋转交叉装配组合而成，整体热交换器由大量这种最小循环单元组合而成，这种整体结构不采用热熔、粘胶或者钎焊等方法来达到铝箔、支架的装配时的互相定位、固定和封边收口。
专利摘要注塑装配成型的逆流或交叉流平板式空气热量交换器涉及一种封闭运行的空气－空气热交换器的结构和制造方法，主要应用于空气－空气热交换热量回收。产品形状为多层互相隔离的通道组合成的立方体或适合的多面体。每一层由支架和支架之间的导热隔层组成。通过预先制作出冲边倒角的铝箔和注塑成型的塑料框架，把难以成型的复杂的热交化器结构化解成简单的装配元件。五金冲件和注塑部件在三维空间上都是互相配合多层次结构，装配在一起的时候形成以子母扣形式和壳－体配合形式为特点的组合结构。其中的三维凸凹结构保证了热交换器整体装配时的空间精确定位、互相锁定和封边收口，同时构成了热交换器物理特性所需要的特别的封闭的逆流或交叉流流道。
文档编号F28D9/00GK2762044SQ20032010335
公开日2006年3月1日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者张洪 申请人:张洪