CN104848470B - 纳米材料、其制作方法及应用其的除湿装置、除湿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用用于除湿的混合型纳米材料及其制作方法及应用该材料的除湿装置。一种纳米材料，所述纳米材料为有机混合物与无机混合物按一定的比例关系混合而成，有机混合物为智能纳米材料智能纳米材料由智能异丙基丙烯酰胺聚合物、纳米硅胶、石墨烯、碳纳米管混合制成，所述有机混合物的重量比为7%～50%；所述无机混合物为基底材料，所述无机混合物的重量比为50%～93%；所述智能纳米材料包覆于所述基底材料表面。本发明的有益效果是：通过在除湿装置的内部使用纳米材料，作为低温再生吸湿剂，避免高温耗能的再生过程；选择吸湿剂的复合材料比例，风机与水泵的运转速度；通过在控制器上安装远程手机控制装置，关闭或打开空调系统。

Description

纳米材料、其制作方法及应用其的除湿装置、除湿方法

技术领域

本发明涉及材料生产及材料应用领域，尤其是一种用于除湿的混合型纳米材料及其制作方法及应用该材料的除湿装置。

背景技术

60年前，瑞典著名发明家和企业家卡尔·蒙特(Carl Munters，1897-1989)与马库斯·瓦伦堡先生(Marcus Wallenberg)和另外两人共同成立了蒙特公司。他最初的想法是开发通过蒸发降温除湿的空调系统，该系统的关键组件是除湿转轮和蒸发垫。该发明当时还得到了著名科学家爱因斯坦的赞赏，从此转轮和蒸发的方法一直沿用至今。空气湿度过大温度过高不仅影响人的生活环境，还直接影响工农业生产及产品的储存,如汽车与药物的制造与仓储，因此人们必须采取有效的措施来保证空气温湿度符合要求。于是,各种除湿降温技术得到了广泛的关注和发展，于此同时随着环境与能源问题的日益严重，以低品位热能或冷量结合远程控制启停的空调系统将成为大势所趋。

目前存在的空气除湿减温技术包括制冷冷凝除湿法，固体动态吸附除湿法和静态吸附除湿法及溶液除湿法。制冷冷凝除湿法采用氟利昂作制冷剂对大气臭氧层有破坏作用同时除湿空间湿负荷较大时，待处理空气需要降到很低的露点温度，从而要求蒸发温度低，由此会导致蒸发器表面结霜，并且除湿设备结构复杂，耗电量大。静态吸附除湿法是利用液体吸湿剂(如溴化锂、氯化锂)和固体吸湿剂(如硅胶)来吸收空气中的水分。由于吸湿剂的吸湿量有限，只能适用于有限的封闭空间，同时吸湿剂需要定期更换，对大空间和有严格除湿要求的场所难以适用，因此应用范围较小。动态转轮除湿法是利用固体吸湿剂，再生温度都接近120度高温，消耗的电能非常大。溶液除湿法效率较高，清洁空气，但存在带液问题，工业盐腐蚀周围环境。

转轮的主要缺点是，转动部件需要电机每分每秒不停地转动，而转动阀门只要间隙性的动作，比如每600秒，只动1秒；节约许多能量。其次，因为热区与冷区之间需要在转动中绝热，密封的代价比较高昂，比如玻璃纤维必须依赖昂贵的进口原料，才能做到切口光滑平整；采用转向阀门方法后，不存在转动部件，热区与冷区之间的绝热就容易许多，只需要国产原材料，节能效率问题都迎刃而解。再其次，传统转轮只解决除湿问题，降温需要蒸发，但蒸发是一种相变，需要很大的能量；空调耗掉了全人类三分之一的能量。

本发明采用热交换器代替蒸发器，利用亲水与疏水状态的表面能非相变转化原理，从而更加节约能量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：1.现有除湿设备在除湿时，采用的除湿剂对大气臭氧层有破坏且除湿装置耗电量大；2.吸湿剂剂量有限，只能适用于有限的封闭空间，同时吸湿剂需要定期更换，应用范围较小；3.转轮方法的能耗比较高，材料都是进口的，比较昂贵；4.溶液方法的存在带液问题，风量受限，腐蚀环境，材料都是进口的，也比较昂贵。

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种转向阀门与表面能转化方案，以进一步提高能量使用效率，延长机器的使用寿命。

为解决上述技术问题，采用如下技术方案：一种纳米材料，所述纳米材料为有机混合物与无机混合物按一定的比例关系混合而成，所述有机混合物为智能纳米材料，所述智能纳米材料由智能异丙基丙烯酰胺聚合物、纳米硅胶、石墨烯、碳纳米管混合制成，所述有机混合物的重量比为7％～50％；所述无机混合物为基底材料，所述无机混合物的重量比为50％～93％；所述智能纳米材料包覆于所述基底材料表面。基底材料为陶瓷基底或玻璃纤维，在基底材料外涂覆智能纳米材料，所述智能纳米材料具有良好的吸湿性能。

进一步地，所述智能纳米材料还包括以下组分：二氧化钛、分子筛三氧化二铝粉末。二氧化钛具有良好的亲水性，分子筛三氧化二铝可以重复利用。根据对不同地区环境温度下除湿效率的要求和除湿成本的平衡选择适合的比例。南方地区抗紫外线的二氧化钛材料比例高点，北方地区耐低温三氧化二铝材料比例高点。

进一步地，所述智能纳米材料各组分的重量配比如下：

智能异丙基丙烯酰胺聚合物5％～24％

纳米硅胶24％～75％

石墨烯5％～12％

碳纳米管5％～6％

二氧化钛5％～12％

分子筛三氧化二铝粉末5％～24％。

一种制作纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，所述智能纳米材料和纳米硅溶液以一定比例混合，调成糊状，所述智能纳米材料为75％重量比，所述纳米硅溶液为25％重量比；

第二步，前面调成糊状的智能纳米材料和纳米硅溶液的混合物涂覆于高强度玻璃纤维纸的表面，压合成一层瓦楞纸与两层平板纸，所述智能纳米材料和纳米硅溶液的混合物重量比为66.7％，所述高强度玻璃纤维纸的重量比为33.3％；

第三步，将二氧化钛烧结到20纳米大小，混入纳基陶瓷粘土，做成细管中空平板形状；

第四步，将第二步压合成的半干的平板瓦楞复合纸垂直压合到第三步生成的陶瓷板上。

一种利用纳米材料提高除湿效率的装置，包括风机、液泵，还包括：除湿调温端，用于对通过的空气进行除湿调温；再生端，用于除湿调温端的除湿调温能力再生；循环管道，用于液体或空气的循环；所述除湿调温端和所述再生端通过循环管道连接；所述除湿调温端和所述再生端内部有根据权利要求1中所述的纳米材料。各端都有纳米材料构成，在低温条件下不会发霉。

进一步地，所述循环管道上连接有氯化钙液体循环装置、废热或/和废冷收集器，所述废热收集器的热端通向所述再生端的再生陶瓷，所述废冷收集器的冷端通向除湿调温端的除湿调温陶瓷。

进一步地，所述除湿调温端包括固体调温除湿端和液体调温芯；所述再生端包括固体再生端和液体再生芯；所述循环管道包括气体转向管道和液体循环管道；所述固体调温除湿端、固体再生端和气体转向管道组成固体除湿调温装置；所述液体调温芯、废热或/和废冷收集器、液体循环管道、液体再生芯组成液体调温装置；所述固体除湿调温装置和液体调温装置通过风道转向开关与液体循环开关切换两端状态。所述固体除湿调温装置和所述液体调温装置通过风道或液体转向开关联机成协同转换的整体。根据气候环境的工程要求，选择工作模式的切换速度，当要求的风量较大时，切换速度快；当要求的湿度较低时，液体循环速度快。根据除湿调温要求的不同，选择箱体的大小，风机与水泵的转速。

进一步地，所述固体除湿调温端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器，所述固体再生端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器。所述气体转向管道上连接湿度传感器，根据传感器读数调节风机的速度，所述液体循环管道上连接温度传感器，根据传感器读数调节盐水水泵的速度，所述整个装置受所述远程网络控制器控制。所述固体除湿装置与液体调温装置设置于一机柜内，且所述固体除湿装置的固体除湿端和固体再生端通过转向风道相连接，转向风道与转向阀门每隔一定时间同步变换一次方向；反转除湿和再生的功能；所述固体除湿端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器，以及液体降温芯，所述固体再生端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器、以及液体升温芯；降温液体与废冷热交换器相连，升温液体与废热热交换器相连。所述液体调温装置的液体除湿端降温芯和液体再生端升温芯通过液体转向管道相连接；所述液体除湿端降温芯包括设置于出水口和进水口的温度传感器；所述液体再生端升温芯包括设置于出水口和进水口的温度传感器；热盐水与冷盐水的循环速度由进出口的温度决定。

进一步地，还包括有手机远程控制器，用于控制所述提高除湿效率的装置的启动或停止，所述手机远程控制器连接所述除湿端和再生端。便于用手机远程开关整个空调装置。通过纳米材料及远程控制器提高相关耗能设备运行效率，降低不必要的能耗，通过陶瓷密封热量循环系统确保固体的最低除湿再生能耗指标及液体的大风量绝对无飘逸指标。

一种利用权利要求6所述的装置提高除湿调温效率的方法，在风机的作用下，待处理空气通过风道进入除湿调温端，在手机远程控制器的作用下控制空气的温湿度；所述风道转向开关与液体循环开关按一定速度切换所述除湿调温端和所述再生端。在进风机的作用下，室外的待处理空气通过风道进入除湿端，通过远程网络控制器控制空气的除湿；空气经过除湿调温后，进入室内；室内的旧空气，通过出风机，回到再生端，在再生端用于除湿能力的再生，然后排到室外；通过以上两个步骤的交叉重复，除湿调温装置不停地运转工作。

本发明的有益效果是：(1)通过在除湿装置的内部使用纳米材料，作为低温再生吸湿剂，避免高温耗能的再生过程。(2)根据除湿效率的要求，对风量和温度的不同要求，选择吸湿剂的复合材料比例，箱体大小，风机与水泵的运转速度。(3)通过在控制器上安装远程手机控制装置，关闭或打开空调系统，避免不必要的浪费。

附图说明

图1固体除湿装置除湿与再生转向交替结构图；

图2液体调温装置的结构示意图；

图3纳米材料制备流程图；

图4废热、废冷收集器结构示意图；

图5瓦楞陶瓷结构图示意图；

图6 P2P手机控制空调系统图；

图7除湿调温装置的总体流程图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明进行详细说明。

实施例1

如图3所示是纳米材料制备流程图，将10微米细孔硅胶与水凝消毒胶复合粉末与20纳米10微米碳管棉混合，加入1微米鳞片石墨稀粉，继续搅拌，均匀后，加入1纳米分子筛三氧化二铝粉末，继续搅拌，均匀后，用水和20纳米硅溶胶按比例调成水状，用涂布机按2：1的比例涂于国产玻璃纤维表面，半干状态，再压合成一片瓦楞纸，与上下两片平板纸结构。同时将二氧化钛烧结到20纳米大小，混入纳基陶瓷粘土，做成细管中空平板形状。

如图5所示，烧结成型后把半干的平板瓦楞复合纸垂直压合到陶瓷版上。

实施例2

将5份重量比的智能异丙基丙烯酰胺聚合物、与75份重量比的纳米硅胶混合，加入5份重量比的石墨烯，继续搅拌，均匀后，加入5份重量比的纳米碳管，继续搅拌后加入5份重量比的分子筛二氧化钛粉末，加入5份重量比的二氧化钛制成智能纳米材料，智能纳米材料加入纳米硅溶液，所述智能纳米材料和硅溶液的重量比为3:1，调成水状，用涂布机按2：1的比例涂于国产玻璃纤维表面，半干状态，再压合成一片瓦楞纸，与上下两片平板纸结构。同时将二氧化钛烧结到20纳米大小，混入纳基陶瓷粘土，做成细管中空平板形状。

如图5所示，烧结成型后把半干的平板瓦楞复合纸垂直压合到陶瓷版上。

实施例3

将24份重量比的智能异丙基丙烯酰胺聚合物、与24份重量比的纳米硅胶混合，加入12份重量比的石墨烯，继续搅拌，均匀后，加入6份重量比的纳米碳管，继续搅拌后加入24份重量比的分子筛二氧化钛粉末，加入10份重量比的二氧化钛制成智能纳米材料，智能纳米材料加入纳米硅溶液，所述智能纳米材料和硅溶液的重量比为3:1，调成水状，用涂布机按2：1的比例涂于国产玻璃纤维表面，半干状态，再压合成一片瓦楞纸，与上下两片平板纸结构。同时将二氧化钛烧结到20纳米大小，混入纳基陶瓷粘土，做成细管中空平板形状。

如图5所示，烧结成型后把半干的平板瓦楞复合纸垂直压合到陶瓷版上。

实施例4

图1是固体除湿装置除湿与再生转向交替结构图，图中示出的除湿调温端与固体再生端通过风道转向开关联机成乒乓运转方式，控制器根据风量要求大小确定来回切换的时间间隔；同时根据温湿度传感器搜集来的信息确定风机速度，空气流动次序是：待处理空气分别经①风道进入固体除湿装置，被干燥后的新风经过风道②送入室内，室内的回风经过⑤流通，由④进入固体再生，回到③，再经风道排出室外。

图2是液体调温装置结构示意图，根据图1及图2所示，该系统以通风模式运行，工作气流完全来自室外。外界空气进入固体除湿箱，其中的水分被纳米材料按自由束缚式吸附，湿度降低。由于吸附过程中大量吸附热的释放，空气和吸附剂温度都升高。为了降低空气温度，冷的氯化钙饱和水在水泵的带动下，经过陶瓷芯，降低吸附剂以及空气温度。风机带动下，干冷空气进入室内。除湿箱的长宽高与形状都可以根据具体环境要求任意设计，不局限于固定厚度的圆形。

来自室内的排气直接作为再生介质送入再生箱。回收来自热的氯化钙饱和水的热量后除湿剂温度升高，表面能同时得到转化，水分被纳米材料按束缚自由式释放，再生后的热湿空气排到室外。当除湿材料、箱体结构和运行工况一定时，除湿空调性能取决于其系统切换与运转速度。图中示出的除湿箱与再生箱是同一箱体，交替运行在不同的状态而已。

实施例5

与实施例1不同的是，本实施例中，所述循环管道上连接有氯化钙液体循环装置、废热或/和废冷收集器，所述废热收集器的热端通向所述液体再生端的再生陶瓷，所述废冷收集器的冷端通向除湿调温端的除湿调温陶瓷。

如图4所示，废能量的回收有冷媒与热媒两种，都采用比热较高的氯化钙饱和水溶液，热循环通常可以利用简单的太阳能热水器，直接将溶液通上屋顶，或通过附加的热交换器，与屋顶下来的热水进行二次交换。其它工业锅炉余热，或深层地下热水，也可以用来代替太阳能，只要温度达到65度就可以，温度越高，单位体积的风量可以做的越大，只要不高过110度。冷端通常可以用井水，压缩机制热空调废冷，半导体热箱废冷等，只要温度低于17度就可以，同样温度越低，单位体积的风量可以做的越大，只要不低于盐水的冰点，通常为零下10度，就可以。

图7是除湿调温装置的总体流程图，空调控制系统主要包括了温度传感器，湿度传感器及水泵与风机速度调节器。待除湿调温空气进入系统进行一次性处理。四个转向阀门联动，切换工作状态；其中温度指的是空气干球温度，百分数表示的是相对湿度。

冷媒和热媒在水泵的作用下，分别进入冷热回收芯体进行全部热交换，交换后温湿度降低的新风进入室内。在除湿箱内新风和低温的除湿固体接触并进行热质传递在交换中新风温度下降的同时湿度也会下降，从而变成温度和湿度都适合的送风进入房间。与此同时，在再生箱里经过全热交换后温度升高的回风和高温固体接触并进行热质传递，在交换中回风的温湿度升高且湿度增加，最后成为排风排到室外大气中。

再生芯溶液在再生泵的作用下循环，不停地运送废热。与此同时，另外一路溶液在除湿泵的作用下循环，不停地运送废冷。如此往复交替，除湿降温，一步到位。

实施例6

图6是P2P手机控制空调系统图，手机采用P2P的方案，直接控制空调控制器，不经过任何服务器，以确保经过网络云上的安全性，加密在手机上用APP的方式遵循M2M协议进行，解密在空调控制器按嵌入式方法进行，这里对称密码生成方式不用常规的异或加减运算，而是采用专门的32字节256位换位算法，以节约运算过程中消耗的能量；将控制指令换位成伪白噪音，防止黑客攻击。

本发明改进了气体，固体和液体除湿系统的效率，不仅可以用在空调系统，还可以用在任意需要除湿的设备与环境下。也可以单纯地做成颗粒状小包装可重复使用除湿剂，只要在太阳底下晒到32度以上就可以完全恢复功效，可以用来代替一次性干燥剂。根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其他变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纳米材料，其特征在于，所述纳米材料为有机混合物与无机混合物按一定的比例关系混合而成，所述有机混合物为智能纳米材料，所述智能纳米材料由智能异丙基丙烯酰胺聚合物、纳米硅胶、石墨烯、碳纳米管、二氧化钛、分子筛三氧化二铝粉末混合制成，所述有机混合物的重量比为7％～50％；所述无机混合物为基底材料，所述无机混合物的重量比为50％～93％；所述智能纳米材料包覆于基底材料表面，所述智能纳米材料各组分的重量配比如下：智能异丙基丙烯酰胺聚合物5％～24％；纳米硅胶24％～75％；石墨烯5％～12％；碳纳米管5％～6％；二氧化钛5％～12％；分子筛三氧化二铝粉末5％～24％。

2.一种制作权利要求1所述的纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，所述智能纳米材料和纳米硅溶液以一定比例混合，调成糊状，所述智能纳米材料为75％重量比，所述纳米硅溶液为25％重量比；

第二步，前面调成糊状的智能纳米材料和纳米硅溶液的混合物涂覆于高强度玻璃纤维纸的表面，压合成一层瓦楞纸与两层平板纸，所述智能纳米材料和纳米硅溶液的混合物重量比为66.7％，所述高强度玻璃纤维纸的重量比为33.3％；

第三步，将二氧化钛烧结到20纳米大小，混入纳基陶瓷粘土，做成细管中空平板形状；

第四步，将第二步压合成的半干的平板瓦楞复合纸垂直压合到第三步生成的陶瓷板上。

3.一种利用纳米材料提高除湿效率的装置，包括风机、液泵，其特征在于，还包括：除湿调温端，用于对通过的空气进行除湿调温；再生端，用于除湿调温端的除湿调温能力再生；循环管道，用于液体或空气的循环；所述除湿调温端和所述再生端通过循环管道连接；所述除湿调温端和所述再生端内部有根据权利要求1中所述的纳米材料。

4.根据权利要求3所述的利用纳米材料提高除湿效率的装置，其特征在于，所述循环管道上连接有氯化钙液体循环装置、废热或/和废冷收集器，所述废热收集器的热端通向所述再生端的再生陶瓷，所述废冷收集器的冷端通向除湿调温端的除湿调温陶瓷。

5.根据权利要求4所述的利用纳米材料提高除湿效率的装置，其特征在于，所述除湿调温端包括固体调温除湿端和液体调温芯；所述再生端包括固体再生端和液体再生芯；所述循环管道包括气体转向管道和液体循环管道；所述固体调温除湿端、固体再生端和气体转向管道组成固体除湿调温装置；所述液体调温芯、废热或/和废冷收集器、液体循环管道、液体再生芯组成液体调温装置；

所述固体除湿调温装置和液体调温装置通过风道转向开关与液体循环开关切换两端状态。

6.根据权利要求5所述的利用纳米材料提高除湿效率的装置，其特征在于，所述固体调温除湿端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器，所述固体再生端包括设置于出风口和进风口的温湿度传感器，还包括有手机远程控制器，用于控制所述提高除湿效率的装置的启动或停止，所述手机远程控制器连接所述除湿调温端和再生端。

7.一种利用权利要求6所述的装置提高除湿调温效率的方法，其特征在于，在风机的作用下，待处理空气通过风道进入除湿调温端，在手机远程控制器的作用下控制空气的温湿度；所述风道转向开关与液体循环开关按一定速度切换所述除湿调温端和所述再生端。