CN102151497B - 一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜及其制备方法与应用。亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜包括基底层、疏水层和亲水层；疏水层涂敷在基底层的第一面上，用于释放水蒸汽；亲水层涂敷在基底层的第二面，用于吸收水蒸汽；亲水层的整体进入到基底层中，亲水层的第一面与基底层的第二面聚合；亲水层的第二面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔，释放亲水层内液状水的界面。通过在基底层的一面上涂敷亲水层能够促进空气中水蒸汽的吸收。同时，通过在基底层的另一面上涂敷疏水层能够促进水蒸汽的蒸发，从而提高水蒸汽透过膜内部的水蒸汽的移动速度，并能够提良好的透湿性能。

Description

一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜，特别涉及一种用于进行空气调湿及调温的全热交换元件中的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜及其制备方法与应用。

背景技术

为制造室内的舒适环境，出现了一种具有调温调湿功能的空调装置，这种空调装置具有加湿功能和除湿功能，在空气干燥的冬季从室外空气(大气)中吸取水分并向室内输送该水分，使室内保持爽快的相对湿度；在梅雨季节等湿度高的季节对室内空气进行除湿。而且，在工业用空调设备中，为了维持在室内生产的物品、或保管的物品、机械等的最佳条件，还有一种能够进行严密的湿度控制的空调装置。具有这种调湿调温效果的空调中，为了不损坏制冷或制暖效果且可进行换气，使用在换气时使其在供气与排气之间进行全热交换的全热交换元件。

现有的全热交换元件，主要有旋转式全热交换器和静止式全热交换器。旋转式全热交换器具有转轮，该转轮是在特殊加工纸或铝板层上浸透吸湿剂并将其层叠成蜂窝状而组成。该全热交换器通过旋转转轮，使排气和供气交替通过蜂窝状通路，从而使旋转的转轮重复进行蓄热吸湿运行以及放热放湿运行过程，向室内提供新鲜的空气及向室外排放污染的空气的同时，进行温度(湿热)与湿度(潜热)交换。但是，旋转式全热交换器存在排气与供气之间易发生空气泄漏以及制造、维护管理转轮的费用高的问题。

静止式全热交换器具有如下结构：使具有透湿性的多个热交换元件蜂窝状地相互垂直交叉且层叠而形成蜂窝状通道，并在蜂窝状通道内排气与供气分别通过相邻的垂直交叉的通道，排气与供气之间的湿热通过热传导进行交换、潜热通过水分透湿进行交换的结构。这种热交换元件，需要兼备导热性和透湿性，而且希望具有气体选择性(主要为阻止CO₂通过)，并希望防止供气与排气相混合。一直以来，作为热交换元件使用特殊加工纸，但这些特殊加工纸存在热湿回收器的回收率低、供气与排气间易发生混合及泄漏等问题。于是，在日本专利文献特开平7-133994中公开了一种用隔膜代替这种特殊加工纸，具有在高分子树脂多孔板上设置硬化的透湿性树脂层结构的热交换膜。而且，在日本专利文献特开2006-150323中，还公开了使多孔质膜与加强材料相熔接，将加强材料层叠到透湿性树脂外部为止的隔膜。但是，专利文献特开平7-133994所公开的热交换膜由于透湿性树脂外露在热交换膜的表面，耐水性低，且透湿性树脂容易与因结露产生的水滴一同被冲洗。此外，为解决专利文献特开平7-133994中因热交换膜的透湿性树脂的结露造成的耐水性问题而提出的利文献特开2006-150323公开的隔膜，由于隔膜的厚度很厚，因此空气阻力变大，潜热交换的效率低。

发明内容

本发明的目的在于解决上述缺陷和不足，提供一种具有良好的透湿性，且气体选择性能良好的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜。

本发明的目的还在于提供上述亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制备方法。

本发明的第三目的在于提供含有上述亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的全热交换单元。

本发明所谓“亲水性”、“疏水性”是表示表面易濡湿程度；与材料的表面相接触的水分子被材料表面的分子与水珠内的水分子双方拉紧，如果水分子之间的拉力大于水分子与材料表面分子的拉力，水珠不会在材料表面濡湿扩展，保持水珠的状态，不易濡湿，材料与水之间的界面张力大，这种材料的性质定义为疏水性。相反，当被材料表面的分子拉拽的力大时，构成水分子的水珠接连不断地被材料表面的分子拉拽，濡湿扩展，材料与水之间的界面张力小。这种材料的性质定义为亲水性。

本发明中，“亲水层”是指亲水膜，具有强吸湿能力，使水分子选择性地透过，且可阻挡其他气体分子透过的膜。“疏水层”是指多孔质疏水膜，可避免微细孔内水分子的凝结且水分子透过时的阻力小的膜。

本发明中，通过在基底层的一面涂敷亲水层，可促进空气中水蒸汽的吸收的同时，通过在基底层的另一面涂敷疏水层，可促进水蒸汽的蒸发，提高水蒸汽透过膜内部的水蒸汽的移动速度，并可提良好的透湿性能。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜，包括：

基底层；基底层是面密度为20～80g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂；

疏水层；疏水层由5～15重量份的聚偏氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物和聚三氟氯乙烯中的一种与2～10重量份的聚乙二醇加入到二甲基乙酰胺溶剂中，形成疏水性膜用涂敷液涂敷在基底层的第一面，用于释放水蒸汽；疏水层为内部形成有多个孔道的多孔质膜，疏水层包括外露部和内入部；外露部是从基底层的第一面露出的部分；内入部是从基底层的第一面进入到基底层内部的部分；

亲水层；亲水层由聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素和甲基丙烯树脂中的任意一种与氯化锂为主要原料制成亲水性膜用涂敷液，涂敷在基底层的第二面，用于吸收水蒸汽；亲水层的整体进入到基底层中，亲水层的第二面与基底层的第二面聚合；亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔，释放亲水层内液状水的界面。

所述基底层优选面密度为50g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯制备的无纺布。

所述基底层的厚度优选为50～100μm。

所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将面密度为40～60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制成无纺布作为基底层；

(2)将2～10重量份的聚乙二醇和5～15重量份的聚偏氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚三氟氯乙烯加入到二甲基乙酰胺溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时；然后静置5小时以上，制得疏水性膜用涂敷液；

(3)在基底层的第一面上涂敷疏水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成用于释放水蒸汽的疏水层；

(4)以重量份数计，以聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素和甲基丙烯树脂中的任意一种与氯化锂为主要原料，加入水中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时，静置5小时以上，获得亲水性膜用涂敷液；

(5)在基底层的第二面上涂敷由步骤4得到的亲水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成吸收水蒸汽的亲水层。

优选地，所述步骤(3)涂敷膜的厚度控制在20～60μm；涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50％RH以下；完成涂敷后，在水中水洗8小时，然后进行干燥。

优选地，所述步骤(5)涂敷膜的厚度控制在20～60μm；涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50％RH以下；完成涂敷后，用热风进行干燥。

本发明亲水层由聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素、甲基丙烯树脂中的任意一种与氯化锂为主要原料制成亲水性膜用涂敷液，涂敷在基底层的第二面形成，具体可以通过如下几种方式实现：

(1)选择聚乙烯醇为亲水膜的主要成分：以重量份数计，在100-150份纯水中，加入2-15份聚乙烯醇好0.1-0.15份氯化锂，在90～100℃下搅拌1-2小时，配制成聚乙烯醇溶液，静置24小时以上，制成亲水性膜用涂敷液。

(2)选择聚丙烯酸钠为亲水膜的主要成分：以重量份数计，将2-15份的聚丙烯酸钠和0.05-0.15份的氯化锂加入到100-200份纯水中，在90-100℃下搅拌1-2小时，加入0.03-0.1份的丙三醇、0.1-0.3份的过硫酸钾及0.01-0.03份的酞酸，在70-90℃下搅拌1-2小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

(3)选择三乙酰纤维素为亲水膜的主要成分：以重量份数计，将2-10份的三乙酰纤维素和0.08-0.3份的氯化锂加入到100-150份的丙酮中，在60-70℃下搅拌1-2小时，加入0.1-0.3份的二氧六环和0.1-0.2份的顺丁烯二酸进行搅拌，配制成溶液，静置1-2天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

(4)选择甲基丙烯树脂为亲水膜的主要成分：以重量份数计，用80-120份的二甲亚砜溶解2-10份的甲基丙烯树脂和0.1-0.15份的氯化锂，在90-100℃下搅拌1-2小时，加入30-50份的蒸馏水，在90-100℃下搅拌1-2小时，配制成溶液，溶液静置1-3天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

一种全热交换单元：由多个全热交换元件、多个第一垫片部件及多个第二垫片部件层叠而成；所述全热交换元件是由所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜构成的平板状部件；第一垫片部件和第二垫片部件为波板状部件，全热交换元件通过第一垫片部件或第二垫片部件间隔配置，以使第一空气流流动的多个第一流路与第二空气流流动的多个第二流路形成交叉；所述第一空气流是向室内供应新鲜的空气的供气流，第二空气流是将在室内污染的空气向室外排放的排气流。

所述第一垫片部件及第二垫片部件配置成使第一流路与第二流路相互垂直。

通过在基底层的一面涂敷亲水层可促进吸收空气中水蒸汽的同时，通过在基底层的另一面涂敷疏水层可促进水蒸汽的蒸发，可提高水蒸汽透过膜内部的水蒸汽的移动速度，还可提良好的透湿性能。由于疏水层的一部分进入到基底层中，因此基底层与疏水层的剥离强度变大。亲水层的第二面形成于基底层的第二面上，亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔可释放亲水层内液状水的界面。

由于亲水层的整体进入到基底层中，对结露的耐久性良好。而且，由于亲水层的第二面形成在基底层的第二面上，膜厚变小，空气阻力也小。

过去因在高分子树脂多孔板上设置硬化的透湿性树脂层，而且在该透湿性树脂层上设置加强布料时，为使凝结水流下而不停留在膜表面，且防止降低热交换效率，使多孔质膜与加强材料的表面亲水化。其结果水蒸汽在多孔质表面凝结且不易蒸发，降低了渗透速度及扩散速度的同时，降低了透湿性能。

本发明中，由于在亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔可释放亲水层内液状水的界面，凝结水在疏水层的界面蒸发，水蒸汽在疏水层内移动。水蒸汽不会凝结在疏水层的表面，渗透速度变大。

本发明的其他侧面方面，基底层是面密度为40～60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂。基底层的面密度不足40g/m²时，基底层的强度容易变得不足。此外，基底层的面密度大于60g/m²时，由于水蒸汽透过的阻力变大，会降低水蒸汽透过量。因此，作为基底层，优选地选择面密度为40～60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂，进一步优选地选择面密度为50g/m²的无纺布。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

对亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜进行实验的结果，在同等实验条件下，该复合膜的水蒸汽交换效率比同等厚度的单层固体亲水膜高50％～200％。本发明的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜具有良好的渗透性和气体选择性，拥有较高强度可广泛应用于水处理技术、空调系统、能源、化学、冶金及生化系统等领域，尤其适用于空气除湿与空调换气的全热回收过程。

附图说明

图1表示亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜结构示意图；

图2表示全热交换单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

一、亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜

图1为亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜结构示意图。如图1所示，亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜包含基底层、疏水层和亲水层。亲水层涂敷在基底层的第二面(图1中为基底层的上面)上，吸收来自大气的水蒸汽。疏水层相对基底层，涂敷在亲水层相反侧的基底层的第一面上，向室内释放从亲水层吸收的水蒸汽。

基底层采用面密度为40～60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂，厚度为50～100μm。当基底层的面密度不足40g/m²时，基底层的强度会变得不足。此外，当基底层的面密度大于60g/m²时，由于水蒸汽透过时的阻力变大，易降低水蒸汽透过量。因此，作为基底层，优选地选择面密度为40～60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂为佳。本实施例中采用了面密度为50g/m²的无纺布。

疏水层为内部形成有多个孔道的多孔质膜，包括外露部和内入部。外露部是从基底层的第一面露出的部分。内入部是从基底层的第一面进入到基底层内部的部分。亲水层的第二面与基底层的第二面聚合，使亲水层的整体进入到基底层中。亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔，可释放亲水层内液状水的界面。这里涉及的第一面是指图中向下的一面；第二面是指图中向上的一面。

疏水层采用聚偏氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯中的任意一种，厚度为30～100μm，优选地、平均细孔经为0.1～2μm为佳。本实施例中采用了厚度为40μm的聚偏氟乙烯。

亲水层采用聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素、及甲基丙烯树脂中的任意一种，厚度为5～20μm。同时，为增加亲水层的极性，亲水层中添加主成分质量1％～5％的氯化锂。

二、亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的除湿工序

新鲜的外界空气(OA)在亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的上方移动，且作为供气(SA)被送往室内。此时，大气中的水蒸汽被吸收凝结在亲水层的表面，以冷凝水的状态在亲水膜内移动。另一方面，大气中的臭气被亲水层阻挡。

亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔可释放亲水层内液状水的界面。冷凝水在该亲水层与疏水层的界面上蒸发，作为水蒸汽在疏水层内移动。在疏水层内，水蒸汽不会凝结在微细孔的表面，水蒸汽的渗透速度变大。之后，水蒸汽从疏水层外露部的表面被释放到室内的空气(RA)中，最终作为废气(EA)被排放到室外。

一直以来，在高分子树脂多孔板上设置硬化的透湿性树脂层，而且在该透湿性树脂层上设置加强布料时，为使凝结水流下而不停留在膜表面，且防止降低热交换效率，使多孔质膜与加强材料的表面亲水化。其结果水蒸汽在多孔质表面凝结且不易蒸发，降低了渗透速度及扩散速度的同时，降低了透湿性能。

但是在本发明中，由于冷凝水在该亲水层与疏水层的界面蒸发并作为水蒸汽在疏水层内移动，且在位于亲水层的相反侧的基底层设置了疏水层，在疏水层内水蒸汽不会凝结在微细孔的表面，水蒸汽的渗透速度变大。

三、亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制造方法：

亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制作工序：

步骤1：作为基底层，准备市场上销售的无纺布。所述无纺布是由20～80g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制成。

步骤2：为形成疏水层，作为疏水性膜用涂敷液，制备聚偏氟乙烯类树脂(PVDF)溶液。将5～15g的PVDF和2～10g的聚乙二醇(PEG)加入到80～120g二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。然后静置5小时，可获得疏水性膜用涂敷液PVDF溶液。

步骤3：在基底层的第一面上涂敷疏水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成用于释放水蒸汽的疏水层。在20～80g/m²的无纺布的第一面上涂敷步骤2中制备的PVDF溶液。将涂敷膜的厚度控制在20～60μm。此时，进行涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50％RH以下。完成涂敷后，在水中水洗8小时，然后进行干燥。

步骤4：为形成亲水层，作为亲水性膜用涂敷液，制备聚乙烯醇类树脂(以下称PVA)。向2～8g的PVA和1～2g的氯化锂(LiCL)中加入90～110g的水，并且加入戊二醛0.03g和二甲基亚砜(以下称DMSO)7g，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。将上述溶液静置5小时，可获得PVA溶液。

步骤5：在基底层的第二面上涂敷由步骤4得到的亲水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成吸收水蒸汽的亲水层。在这里，在步骤3中涂敷了PVDF的无纺布的相反面上涂敷步骤4中制备的PVA溶液。将涂敷膜的厚度控制在20～60μm。此时，进行涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50％RH以下。完成涂敷后，用热风进行干燥。

上述实施例所示亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制作工序为一个示例，除此之外，用下列方法也可制造用于形成亲水性膜的涂敷液以及用于形成疏水性膜的涂敷液。

四、用于形成亲水性膜涂敷液的制造方法

1、选择聚乙烯醇为亲水膜的主要成分

实施例1

120g的纯水中，添加4g的聚乙烯醇和0.12g的氯化锂，在90～100℃下搅拌1小时，配制成聚乙烯醇溶液，将上述溶液静置24～36小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例2

100g的纯水中，添加2g的聚乙烯醇和0.10g的氯化锂，在90～100℃下搅拌1.5小时，配制成聚乙烯醇溶液。将上述溶液静置24小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例3

150g的纯水中，添加15g的聚乙烯醇和0.15g的氯化锂，在100℃下搅拌2小时，配制成聚乙烯醇溶液。将上述溶液静置3天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

2、选择聚丙烯酸钠为亲水膜的主要成分

实施例4

将15g的聚丙烯酸钠和0.15g的氯化锂加入到200g纯水中，在100℃下搅拌2小时。并且，加入0.1g丙三醇、0.1g的过硫酸钾及0.01g的酞酸，在70℃下搅拌1小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例5

将2g的聚丙烯酸钠和0.06g的氯化锂加入到100g纯水中，在90℃下搅拌1小时。并且，加入0.03g丙三醇、0.2g的过硫酸钾及0.02g的酞酸，在80℃下搅拌2小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例6

将10g的聚丙烯酸钠和0.05g的氯化锂加入到160g纯水中，在95℃下搅拌1.5小时。并且，加入0.06g丙三醇、0.3g的过硫酸钾及0.03g的酞酸，在90℃下搅拌1.5小时，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

3、选择三乙酰纤维素为亲水膜的主要成分

实施例7

将2g三乙酰纤维素和0.08g的氯化锂加入到100g的丙酮中，在60℃下搅拌1小时。并且，加入0.1g的二氧六环和0.1g的顺丁烯二酸进行搅拌，配制成溶液。将上述溶液静置1天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例8

将5g三乙酰纤维素和0.25g的氯化锂加入到120g的丙酮中，在65℃下搅拌1.5小时。并且，加入0.2g的二氧六环和0.15g的顺丁烯二酸进行搅拌，配制成溶液。将上述溶液静置1天半，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例9

将10g三乙酰纤维素和0.1g的氯化锂加入到150g的丙酮中，在70℃下搅拌2小时。并且，加入0.3g的二氧六环和0.2g的顺丁烯二酸进行搅拌，配制成溶液。将上述溶液静置2天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

4、选择甲基丙烯树脂为亲水膜的主要成分

实施例10

用100g的二甲亚砜溶解5g的甲基丙烯树脂和0.15g的氯化锂，在90℃下搅拌1小时。并且，加入40g的蒸馏水，在95℃下搅拌1.5小时，配制成溶液。将上述溶液静置2天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例11

用120g的二甲亚砜溶解10g的甲基丙烯树脂和0.10g的氯化锂，在100℃下搅拌1小时。并且，加入50g的蒸馏水，在100℃下搅拌2小时，配制成溶液。将上述溶液静置3天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

实施例12

用80g的二甲亚砜溶解2g的甲基丙烯树脂和0.10g的氯化锂，在95℃下搅拌1.5小时。并且，加入30g的蒸馏水，在90℃下搅拌1小时，配制成溶液。将上述溶液静置1天，得到用于形成亲水膜的涂敷液。

五、用于形成疏水性膜涂敷液的制造方法

实施例13：选择聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为疏水膜的主要成分

将12g的PVB和6g的PEG(分子量6000)加入到82g的DMAC溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。之后，静置5小时，得到用于形成疏水膜的涂敷液PVB溶液。

实施例14：选择聚砜树脂(PSU)为疏水膜的主要成分

将12g的PSU和6g的PEG(分子量6000)加入到82g的DMAC溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。之后，静置5小时，得到用于形成疏水膜的涂敷液PSU溶液。

实施例15：选择聚四氟乙烯(PTFE)为疏水膜的主要成分

将15g的PTFE和6g的PEG(分子量6000)加入到79g的DMAC溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。之后，静置5小时，得到用于形成疏水膜的涂敷液PTFE溶液。

实施例16：选择乙烯·四氟乙烯共聚物(ETFE)为疏水膜的主要成分

将12g的ETFE和6g的PEG(分子量6000)加入到82g的DMAC溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。之后，静置5小时，得到用于形成疏水膜的涂敷液ETFE溶液。

实施例17：选择聚三氟氯乙烯(PCTFE)为疏水膜的主要成分

将13g的PCTFE和6g的PEG(分子量6000)加入到81g的DMAC溶剂中，在30℃～50℃下搅拌1～2小时。之后，静置5小时，得到用于形成疏水膜的涂敷液PCTFE溶液。

六、全热交换单元

图2为包括亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的全热交换单元200的示意图。全热交换单元200由多个全热交换元件201、多个第一垫片部件202及多个第二垫片部件203层叠而成，在两个空气流(第一空气流F1、第二空气流F2)之间同时进行湿热与潜热的热交换。第一空气流F1是向室内供应(OA→SA)新鲜的空气的供气流，第二空气流F2是将在室内污染的空气向室外排放(RA→EA)的排气流。如图2所示，全热交换元件201是由亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜构成的平板状部件，间隔一定间隙配置以使空气流F1流动的多个第一流路204与空气流F2流动的多个第二流路205交叉形成。第一垫片部件202为波板状部件，配置成使其与隔着每个第一流路204相向的每一对全热交换元件的双方相接触，且保持每一对全热交换元件201的间隔。第二垫片部件203是与第一垫片部件202相同的波板状部件(波板状是指第二垫片部件203与第一垫片部件202整体呈波纹状结构)，配置成使其与间隔每个第二流路205相向的每一对全热交换元件201的双方相接触，且保持每一对全热交换元件201的间隔。优选地，第一垫片部件202及第二垫片部件203配置成使第一流路204与第二流路205相互垂直，且使空气流F1与空气流F2朝相互交叉的方向流动。如上所述，由于全热交换单元具有多个全热交换元件201及多个垫片部件202、203层叠的结构，多个第一流路204与多个第二流路205交叉形成。

性能测试：

对于图2所示的全热交换单元(简称新芯体)，全热交换元件201是由亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜构成的平板状部件，亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜包括基底层、疏水层和亲水层，选用实施例5作为亲水膜的涂敷液，选用实施例15作为疏水膜的涂敷液，基底层选用面密度为50g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯制备的无纺布，厚度为80μm；实施例15疏水膜的涂敷液涂敷在基底层的第一面，疏水层为内部形成有多个孔道的多孔质膜，疏水层包括外露部和内入部；外露部是从基底层的第一面露出的部分；内入部是从基底层的第一面进入到基底层内部的部分；亲水层用实施例5制备的涂敷液涂敷在基底层的第二面，亲水层的整体进入到基底层中，亲水层的第二面与基底层的第二面聚合；亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔，释放亲水层内液状水的界面。另外，作为对比例，采用传统透湿纸作为如图2所示的全热交换元件201制备全热交换单元(简称传统芯体)。采用全热交换器热湿交换效率测试台对图2所示的全热交换单元(简称新芯体)和传统芯体进行性能检测，根据直接检测的冷、热流体的进出口温度和含湿量，由本领域通用公式(1)～((3)计算芯体的显热效率、潜热效率和焓效率，测试结果如表1所示，测试条件如下：

夏天工况，室内温度：干球温度27℃、湿球温度20℃；室外温度：干球温度35℃、湿球温度29℃。风量：250m³/h。

表1全热交换单元性能测试结果

芯体参数	传统芯体	新芯体
			显热交换效率εs(％)	80	70
潜热交换效率εL(％)	54	66
			焓交换效率(％)	60	67

${\mathrm{\ϵ}}_s=\frac{(T_{\mathrm{hi}}-T_{\mathrm{ho}})+(T_{\mathrm{ci}}-T_{\mathrm{co}})}{2(T_{\mathrm{hi}}-T_{\mathrm{ci}})}---\left(1\right)$

其中T_hi、T_ci、T_ho、T_co(℃)分别为热、冷流体进口和出口的温度

${\mathrm{\ϵ}}_L=\frac{({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{hi}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ho}})+({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ci}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{co}})}{2({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{hi}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ci}})}---\left(2\right)$

ω_hi、ω_ci、ω_ho、ω_co(kg/kg(干空气))分别为热、冷流体进口和出口的含湿量。

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{tot}}=\frac{(H_{\mathrm{hi}}-H_{\mathrm{ho}})+(H_{\mathrm{ci}}-H_{\mathrm{co}})}{2(H_{\mathrm{hi}}-H_{\mathrm{ci}})}---\left(3\right)$

H_hi、H_ci、H_ho、H_co(kJ/kg)分别为热、冷流体进口和出口的焓值H的表达式为：

H＝c_pT+ω(2501+1.836T)    (4)

其中c_p为比热容，单位是kJ/(kg.k)

其结果表明，与透湿纸制备的全热交换单元相比，由本发明提供的亲水与疏水复合膜制备的全热交换单元的显热交换效率和焓交换效率相当，潜热交换效率提高了22.2％，因此，由本发明提供的亲水与疏水复合膜制备的全热交换单元具有较高的热交换效率。

Claims (8)

1.一种亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜，其特征在于包括：

基底层：基底层是面密度为40-60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂；

疏水层：疏水层由5-15重量份的聚偏氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物和聚三氟氯乙烯中的一种与2-10重量份的聚乙二醇加入到二甲基乙酰胺溶剂中，形成疏水性膜用涂敷液涂敷在基底层的第一面，用于释放水蒸汽；疏水层为内部形成有多个孔道的多孔质膜，疏水层包括外露部和内入部；外露部是从基底层的第一面露出的部分；内入部是从基底层的第一面进入到基底层内部的部分；

亲水层：亲水层由聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素和甲基丙烯树脂中的任意一种与氯化锂为主要原料制成亲水性膜用涂敷液，涂敷在基底层的第二面，用于吸收水蒸汽；亲水层的整体进入到基底层中，亲水层的第二面与基底层的第二面聚合；亲水层的第一面与疏水层的内入部相接触的边界上，形成有通过疏水层表面部的孔，释放亲水层内液状水的界面。

2.根据权利要求1所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜，其特征在于：所述基底层是面密度为50g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯制备的无纺布。

3.根据权利要求1或2所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜，其特征在于：所述基底层的厚度为50-100μm。

4.权利要求1所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将面密度为40-60g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制成无纺布作为基底层；

（2）将2-10重量份的聚乙二醇和5-15重量份的聚偏氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚三氟氯乙烯加入到二甲基乙酰胺溶剂中，在30-50℃下搅拌1-2小时；然后静置5小时以上，制得疏水性膜用涂敷液；

（3）在基底层的第一面上涂敷疏水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成用于释放水蒸汽的疏水层；

（4）以重量份数计，以聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三乙酰纤维素和甲基丙烯树脂中的任意一种与氯化锂为主要原料，加入水中，在30-50℃下搅拌1-2小时；静置5小时以上，获得亲水性膜用涂敷液；

（5）在基底层的第二面上涂敷由步骤4得到的亲水性膜用涂敷液，并使其干燥，形成吸收水蒸汽的亲水层。

5.根据权利要求4所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）涂敷膜的厚度控制在20-60μm；涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50%RH以下；完成涂敷后，在水中水洗8小时，然后进行干燥。

6.根据权利要求4所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）涂敷膜的厚度控制在20-60μm；涂敷作业的室内温度保持在26℃以下，室内湿度保持在50%RH以下；完成涂敷后，用热风进行干燥。

7.一种全热交换单元，其特征在于：由多个全热交换元件、多个第一垫片部件及多个第二垫片部件层叠而成；所述全热交换元件是由权利要求1所述的亲水与疏水复合式水蒸汽透过膜构成的平板状部件；第一垫片部件和第二垫片部件为波板状部件，全热交换元件通过第一垫片部件或第二垫片部件间隔配置，以使第一空气流流动的多个第一流路与第二空气流流动的多个第二流路形成交叉；所述第一空气流是向室内供应新鲜的空气的供气流，第二空气流是将在室内污染的空气向室外排放的排气流。

8.根据权利要求7所述的全热交换单元，其特征在于：第一垫片部件及第二垫片部件配置成使第一流路与第二流路相互垂直。

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