一种单层骨架、双层骨架、高效全热交换芯体及优化方法与流程

本发明涉及新风系统全热交换的，尤其涉及一种单层骨架。

背景技术：

1、新风系统，是一种能不断地将室内污浊空气排出，同时引进室外新鲜空气，并有效控制风量、增加能量回收，营造健康、良好、高品质室内生活环境的环保节能系统。作为独立的空气处理系统，其包含管道、风机、热交换芯、过滤器等。其中热交换芯是其核心组成部分，根据能量回收类型的不同，分为显热交换和全热交换两种新风系统。

2、全热交换新风系统，分隔层采用纸或者高分子膜。在运行时，室外新风和室内排风在热交换芯内分层逆向或交叉流动，由于分隔层两侧的气流存在温差和蒸汽分压差，故在分隔板产生传热传质现象，新风获取排风的焓值，即全热交换过程。传质过程能回收排风中的潜热，故综合传热性能比显热交换要强。

3、热交换芯的性能指标主要有换热效率和流动阻力。影响因素有：流速、流道结构、温差、接触面积、分隔层材质等。

4、现有技术的热交换芯一般是六边形结构，层高在2～3mm，流道呈s型，每层有7～8条流道，从入口到出口流道的宽度保持不变，且每条流道宽度一致，流道为平直型。单层热交换芯骨架层层叠加，层与层之间的分隔层采用纸或高分子膜，形成整体热交换芯的结构。这种流道区域分为逆流区和叉流区，逆流区为中间区域，此区域两层气流方向相反，接触面积大，故换热效率高，为热交换芯的核心换热区。叉流区为靠近进出口的区域，流道与逆流区流道成一定角度，两层气流方向交叉，热交换效率较逆流区低。流动阻力主要形成于逆流区和叉流区的交界处。

5、目前这种热交换芯普遍存在换热效率较低的现象，这有悖于其作为节能设备的功效。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单层骨架、包括该单层骨架的双层骨架、包括该双层骨架的高效全热交换芯体及适用于该单层骨架、双层骨架、高效全热交换芯体的流道优化方法方法。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种单层骨架，其中，包括：

4、上边框和下边框；

5、固定筋，所述上边框和所述下边框的每一端均通过两所述固定筋相连接，两所述固定筋之间形成入口或出口；

6、流道筋，若干所述流道筋设于所述上边框和所述下边框之间，每一所述流道筋的每一端均夹设于两所述固定筋之间，两相邻的所述流道筋之间、所述流道筋与所述上边框之间、以及所述流道筋与所述下边框之间形成流道；

7、其中，所述流道筋包括：相互连接的第一部分、第二部分和第三部分；

8、其中，所述第二部分在第一直线的方向上延伸，所述第一部分、所述第一直线、所述第三部分位于第一平面内；

9、其中，所述第一部分、所述第三部分均相对于所述第一直线弯折设置，且所述第一部分、所述第三部分的弯折方向相反；

10、其中，所述第二部分在与所述第一直线相交的第二方向上弯曲以形成波浪形。

11、上述的单层骨架，其中，所述上边框和所述下边框均包括相互连接的平直部和波浪形部；

12、所述上边框的所述平直部与所述下边框的所述波浪形部通过两所述固定筋相连接，所述上边框的所述波浪形部与所述下边框的所述平直部通过另两所述固定筋相连接；

13、所述上边框、所述下边框、以及所述固定筋形成六边形。

14、上述的单层骨架，其中，所述平直部上开设有定位孔和固定槽；

15、所述波浪形部上开设有第一固定孔和第二固定孔。

16、上述的单层骨架，其中，所述第一固定孔处设有凸起结构，所述第二固定孔处设有与所述凸起结构相匹配的凹陷结构。

17、上述的单层骨架，其中，所述流道的宽度自所述上边框至所述下边框的方向依次增大。

18、一种双层骨架，其中，包括两个所述单层骨架，其中，两个所述单层骨架在第二方向上堆叠布置，且两个所述单层骨架的所述流道筋的的所述第一部分、所述第三部分均交叉布置；

19、其中，两个所述单层骨架之间还设有分隔层。

20、上述的双层骨架，其中，两个所述单层骨架中的一个的所述固定筋插入两个所述单层骨架中的另一个的所述固定槽。

21、上述的双层骨架，其中，所述上边框和所述下边框均包括相互连接的平直部和波浪形部，所述波浪形部上开设有第一固定孔和第二固定孔，所述第一固定孔处设有凸起结构，所述第二固定孔处设有与所述凸起结构相匹配的凹陷结构；

22、其中，两个所述单层骨架中的一个的所述凸起结构插入两个所述单层骨架中的另一个的所述凹陷结构

23、一种高效全热交换芯体，其中，包括多个所述的双层骨架，多个所述双层骨架在第二方向上堆叠布置，两个所述双层骨架之间也设有所述分隔层；

24、其中，还包括：

25、上盖板和下盖板，多个所述双层骨架堆叠于所述上盖板和所述下盖板之间；

26、第一定位柱，两个所述第一定位柱分别贯穿所述双层骨架中的每一个所述上边框、所述下边框上的定位孔，每一所述第一定位柱的两端分别于所述上盖板和所述下盖板固定连接；

27、第二定位柱，所述第二固定柱贯穿所述双层骨架中的每一个所述上边框、所述下边框上的第一固定孔和第二固定孔。

28、一种流道优化方法，其中，适用于所述单层骨架，所述流道优化方法包括：

29、s1、建立流道的流体域模型，所述流体域为空气流通区域，所述空气流通区域包括两个在第二方向上堆叠布置的所述单层骨架，且两个所述单层骨架的所述流道筋的的所述第一部分、所述第三部分均交叉布置，两个所述单层骨架的空气流通区域在交界面接触，两个所述单层骨架的空气流通区域之间的分隔层不建模；

30、s2、建立以下参数：

31、l为所述流体域的整体长度，h为所述流体域的高度，l和h保持不变；

32、a为所述流道的进口与侧边夹角；

33、r1为所述流道筋的弯折处的圆角；

34、所述流道筋的所述第一部分处的流道为进口叉流区的流道，所述流道筋的所述第二部分处的流道为逆流区的流道，所述流道筋的所述第三部分处的流道为出口叉流区的流道；

35、其中，所述进口叉流区的流道宽度保持恒定；

36、其中，w1、w2至w8为各流道的所述逆流区的流道宽度、同时也是各流道的所述出口叉流区的流道宽度；

37、设定定常数c，使wn+1＝wn+c；

38、t为所述单层骨架的层高；

39、r2为所述波浪形的圆角；

40、s3、对a、c、t、r1、r2五个变量进行正交设计；

41、s4、使用cfd软件对所述流体域模型进行模拟，使用层流模型，设定入口速度、新风入口温度、排风入口温度、交界面耦合设定膜厚、材料比热、材料密度、材料热导率，仿真输出，根据单位阻力下的热效率确定正交设计表的最佳方案。

42、本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

43、(1)本发明能够提高热交换效率。波状流道提升了对流换热的面积，且在产生表面法向的分速度，增强传热传质现象。

44、(2)本发明提高了出风均匀性，采用渐变流道设计，使各个流道的出口风速一致。

45、(3)本发明结构牢固，制作工艺简单，部件采用注塑成型，双层配对的两个骨架结构一致，只需要一副模具。

46、(4)本发明的优化设计周期短，采用cfd模拟方法优化流道设计，比传统的打样实验法更高效，成本更低。

47、(5)本发明性能平衡，引入单位阻力下的热效率ε，以此为依据确定合理的各参数的数值，使热交换效率和流动阻力达到均衡的值。