CN111363341B - 热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其制备方法和转轮热交换器 - Google Patents

热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其制备方法和转轮热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其制备方法和转轮热交换器。热交换基材：将复合石墨烯包覆金属材料与复合改性剂混合，湿法成膜得到多孔导热薄膜材料。转轮热交换器转芯载体，包括热交换基材。转轮热交换器转芯，包括转轮热交换器转芯载体和涂覆层，涂覆层的原料包括吸湿干燥剂、有机分散剂和溶剂。转轮热交换器转芯的制备方法：将吸湿干燥剂、有机分散剂和溶剂混合得涂覆剂，然后将涂覆剂负载至转轮热交换器转芯载体上，有氧煅烧。转轮热交换器，包括转轮热交换器转芯。使用本申请提供的热交换基材制得的转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯和转轮热交换器，热交换效率高、寿命长，具有自洁净功能。

Description

热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其 制备方法和转轮热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器领域，尤其涉及一种热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其制备方法和转轮热交换器。
背景技术
近年来，随着能源的日益紧缺，节能成为能源界关注的一大焦点。据统计，建筑能耗约占社会总能耗的30％以上，目前仍然以每年1％的速度增长。美国建筑能耗占总能耗比重的40％以上。建筑能耗包括采暖、空调、照明、热水、家用电器和其他动能能耗。其中，采暖、空调和通风占65％。随着能源需求的不断增长，发展各种建筑节能技术对解决能源紧缺具有积极意义。全热交换器被誉为当今最成功的节能设备之一。全热交换器一直未能得到推广和普及。其主要原因为现有全热交换器的热湿交换材料性能不佳，换热效率低。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热交换基材、转轮热交换器转芯载体、转轮热交换器转芯及其制备方法和转轮热交换器，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种热交换基材，其制备方法包括：
将复合石墨烯包覆金属材料与复合改性剂混合，湿法成膜得到多孔导热薄膜材料即可；
所述复合石墨烯包覆金属材料中的金属材料包括铝、氧化铝、铜、锌、银、铁、锰中的一种或多种，所述复合改性剂包括超高分子量聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯中的一种或多种；
所述复合石墨烯包覆金属材料和所述复合改性剂的质量比为(0.01-1): (2-100)。
可选地，所述复合石墨烯包覆金属材料和所述复合改性剂的质量比可以是例如0.01：2、0.01：10、0.01：50、0.01：100、0.5：20、1：50、1： 100等(0.01-1):(2-100)之间的任意值。
优选地，所述复合石墨烯包覆金属材料中的石墨烯包括氧化石墨烯、高温还原石墨烯、化学还原石墨烯中的一种或多种。
可选地，所述热交换基材包括波纹式热交换基材和平板式热交换基材。
优选地，所述平板式热交换基材的厚度为0.05-0.15mm；所述波纹式热交换基材波峰与波谷之间高度差为1.5-5mm。
可选地，所述平板式热交换基材的厚度可以为0.05mm、0.06mm、 0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、 0.15mm以及0.05-0.15mm之间的任一值；所述波纹式热交换基材波峰与波谷之间高度差可以为1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、 4.5mm、5.0mm以及1.5-5mm之间的任一值。
一种转轮热交换器转芯载体，包括所述的热交换基材。
优选地，所述载体呈瓦楞形蜂窝状，由波纹式热交换基材和平板式热交换基材交替堆叠得到。
一种转轮热交换器转芯，包括所述的转轮热交换器转芯载体和涂覆层，所述涂覆层的原料包括吸湿干燥剂、有机分散剂和溶剂；
优选地，所述吸湿干燥剂包括硫酸钠、氯化钠、氯化锂、分子筛、硅胶、吸水树脂、活性氧化铝中的一种或多种，所述有机分散剂包括十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种，所述溶剂包括水；
优选地，所述吸湿干燥剂占所述原料的总质量的10％-30％，所述有机分散剂占所述原料的总质量的0.1％-1％；
优选地，所述转轮热交换器转芯的直径为200～3500mm，厚度为 10～350mm。
可选地，所述吸湿干燥剂占所述原料的总质量的比例可以为10％、15％、 20％、25％、30％以及10％-30％之间的任一值，所述有机分散剂占所述原料的总质量的比例可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、 0.9％、1.0％以及0.1％-1％之间的任一值；所述转轮热交换器转芯的直径可以为200mm、500mm、1000mm、1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、 3500mm以及200-3500mm之间的任一值，厚度可以为10mm、50mm、 100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm以及10-350mm之间的任一值。
一种所述的转轮热交换器转芯的制备方法，包括：
将所述吸湿干燥剂、所述有机分散剂和所述溶剂混合得到涂覆剂，然后将所述涂覆剂负载至所述转轮热交换器转芯载体上，干燥、有氧煅烧得到所述转轮热交换器转芯。
优选地，所述负载采用浸渍、喷涂或淋洗工艺中的任一种；
优选地，所述干燥采用热风或微波干燥，时间为3-12h；
优选地，所述有氧煅烧的温度为350-500℃，时间为0.5-12h。
可选地，所述干燥的时间可以为3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、 11h、12h以及3-12h之间的任一值；所述有氧煅烧的温度可以为350℃、400℃、450℃、500℃以及350-500℃之间的任一值，时间为可以为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h以及0.5-12h之间的任一值。
一种转轮热交换器，包括所述的转轮热交换器转芯。
优选地，所述的转轮热交换器还包括传动装置、自控调速装置和机体；
优选地，所述传动装置包括凹齿和与所述凹齿配合的链条，所述自控调速装置包括控制所述转轮热交换器转芯的转速的马达和用于检测所述转轮热交换器转芯的转速的电气转速传感器、机械转速传感器或光电传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1.本申请提供的热交换基材和转轮热交换器转芯载体，选用复合石墨烯包覆金属材料作为传热载体，使其导热系数大幅提高，在相同新风和排风风量条件下，温度交换效率和焓交换效率比普通板翅全热交换器提升60％以上；
2.本申请提供的转轮热交换器转芯，具有净化和自净功能，主要表现为选用涂覆剂分子量小，且涂层表面光滑，具有选择性吸附性能，对水分具有较强的吸附能力，但异味和细菌不易吸附在表面，因此具有一定的净化功能。同时光滑的表面及交替改变气流方向的层流，使其灰尘可自动脱落，使其本身具有良好的自净作用；
3.本申请提供的转轮热交换器转芯的制备方法，采用廉价、高效的吸湿性干燥剂作为涂覆层，采用合适的配浆涂覆工艺，使涂覆层分子与载体纳米级孔隙镶嵌，从而使其紧密结合，可经受高压水/风冲洗，并不影响其性能改变；
4.本申请提供的转轮热交换器，成本低、寿命长、热交换率高。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说 A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和 B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A 和/或B包括(A和B)和(A或B)。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
选用纳米级氧化石墨烯包覆铜粉、聚氨酯，将氧化石墨烯包覆铜粉按质量比0.1:7加入聚氨酯溶液中，通过湿法成膜工艺形成厚度为0.07mm的多孔导热薄膜材料作为热交换基材。将基材折叠形成波纹式基材，其中的峰高与峰谷之间高度为2mm，将该波纹式基材与平板式基材交替堆叠，制成直径为500mm，厚度为100mm的转轮热交换器转芯载体。采用质量分数为10％的硅胶和质量分数为0.2％的十二烷基硫酸钠通过球磨混料配置成涂覆液，将制备好的芯体基材浸渍到该涂覆液中5min，取出，去掉多余的涂覆液，并在100℃热风条件下干燥6h，将干燥好的芯体放入350℃马弗炉中鼓风煅烧3h，得转轮热交换器转芯。将该转轮热交换器转芯与传动装置、自控调速装置及机体进行组装，形成转轮热交换器。
该转轮热交换器在转速为7rmp/min，进出风量为1000m3/h的工况条件下，温度交换效率为76％，焓交换效率为85％。
实施例2
选用纳米级化学还原石墨烯包覆铝粉、超高分子量聚乙烯，将化学还原石墨烯包覆铝粉按质量比0.2:8加入超高分子量聚乙烯溶液中，通过湿法成膜工艺形成厚度为0.1mm的多孔导热薄膜材料作为热交换基材。将基材折叠形成波纹式基材，其中的峰高与峰谷之间高度为2.5mm，将该波纹式基材与平板式基材交替堆叠，制成直径为300mm，厚度为50mm的转轮热交换器转芯载体。采用质量分数为15％的分子筛和质量分数为0.3％的聚丙烯酰胺通过球磨混料配置成涂覆液，将制备好的芯体基材浸渍到该涂覆液中3min，取出，去掉多余的涂覆液，并用微波干燥6h，将干燥好的芯体放入500℃马弗炉中鼓风煅烧3h，得转轮热交换器转芯。将该转轮热交换器转芯与传动装置、自控调速装置及机体进行组装，形成转轮热交换器。
该转轮热交换器在转速为8rmp/min，进出风量为700m3/h的工况条件下，温度交换效率为69％，焓交换效率为82％。
实施例3
选用纳米级氧化石墨烯包覆铁粉、超高分子量聚乙烯，将氧化石墨烯包覆铁粉按质量比0.15:7加入超高分子量聚乙烯溶液中，通过湿法成膜工艺形成厚度为0.07mm的多孔导热薄膜材料作为热交换基材。将基材折叠形成波纹式基材，其中的峰高与峰谷之间高度为1.5mm，将该波纹式基材与平板式基材交替堆叠，制成直径为1000mm，厚度为250mm的转轮热交换器转芯载体。采用质量分数为15％的硅胶和质量分数为0.2％的聚丙烯酰胺通过球磨混料配置成涂覆液，将制备好的涂覆液喷淋在芯体基材上，并用微波炉干燥6h，将干燥好的芯体放入400℃马弗炉中鼓风煅烧3h，得转轮热交换器转芯。将该转轮热交换器转芯与传动装置、自控调速装置及机体进行组装，形成转轮热交换器。
该转轮热交换器在转速为6rmp/min，进出风量为5000m3/h的工况条件下，温度交换效率为75％，焓交换效率为86％。
对比例1
与实施例1相比，不同之处在于采用的涂覆剂不同，涂覆剂配方及制备方法具体为：
将导湿高分子聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯及其有机溶剂丙酮配置成质量分数16％的涂覆剂溶液。
测试对比例1制得的转轮热交换器，其性能数据为：
在转速为6rmp/min，进出风量为5000m3/h的工况条件下，温度交换效率为55％，焓交换效率为63％。
对比例2
与实施例1相比，不同之处在于，采用铝箔作为热交换基材。其中铝箔通过质量分数为1.5％的硫酸浸洗，使铝箔表面形成多孔结构，有利于涂覆材料的附着。
测试对比例2制得的转轮热交换器，其性能数据为：
在转速为8rmp/min，进出风量为700m3/h的工况条件下，温度交换效率为60％，焓交换效率为65％。
本发明选用常见原材料作为转轮全热交换器的基本材料，采用特殊固化工艺，通过孔径配比，使吸湿性干燥剂镶嵌在基材的孔隙中，经干燥后牢固结合，且表面平滑，可实现低能耗、高效率的能量回收，同时该转轮全热交换器具有自清洁和净化功能，减少后期维护成本，延长使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种转轮热交换器转芯，其特征在于，包括转轮热交换器转芯载体和涂覆层；
所述载体呈瓦楞形蜂窝状，由波纹式热交换基材和平板式热交换基材交替堆叠得到；
所述热交换基材的制备方法包括：
将复合石墨烯包覆金属材料与复合改性剂混合，湿法成膜得到多孔导热薄膜材料即可；
所述复合石墨烯包覆金属材料中的金属材料包括铝、氧化铝、铜、锌、银、铁、锰中的一种或多种，所述复合改性剂包括超高分子量聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯中的一种或多种；
所述复合石墨烯包覆金属材料和所述复合改性剂的质量比为（0.01-1）:（2-100）。
2.根据权利要求1所述的转轮热交换器转芯，其特征在于，所述复合石墨烯包覆金属材料中的石墨烯包括氧化石墨烯、高温还原石墨烯、化学还原石墨烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的转轮热交换器转芯，其特征在于，所述平板式热交换基材的厚度为0.05-0.15mm；所述波纹式热交换基材波峰与波谷之间高度差为1.5-5mm。
4.根据权利要求1所述的转轮热交换器转芯，其特征在于，所述涂覆层的原料包括吸湿干燥剂、有机分散剂和溶剂。
5.根据权利要求4所述的转轮热交换器转芯，其特征在于，所述吸湿干燥剂包括硫酸钠、氯化钠、氯化锂、分子筛、硅胶、吸水树脂、活性氧化铝中的一种或多种，所述有机分散剂包括十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种，所述溶剂包括水；所述吸湿干燥剂占所述原料的总质量的10%-30%，所述有机分散剂占所述原料的总质量的0.1%-1%。
6.根据权利要求4所述的转轮热交换器转芯，其特征在于，所述转轮热交换器转芯的直径为200-3500mm，厚度为10-350mm。
7.一种权利要求4-6任一项所述的转轮热交换器转芯的制备方法，其特征在于，包括：
将所述吸湿干燥剂、所述有机分散剂和所述溶剂混合得到涂覆剂，然后将所述涂覆剂负载至所述转轮热交换器转芯载体上，干燥、有氧煅烧得到所述转轮热交换器转芯。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述负载采用浸渍、喷涂或淋洗工艺中的任一种；
所述干燥采用热风或微波干燥，时间为3-12h；所述有氧煅烧的温度为350-500℃，时间为0.5-12h。
9.一种转轮热交换器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的转轮热交换器转芯。
10.根据权利要求9所述的转轮热交换器，其特征在于，还包括传动装置、自控调速装置和机体；
所述传动装置包括凹齿和与所述凹齿配合的链条，所述自控调速装置包括控制所述转轮热交换器转芯的转速的马达和用于检测所述转轮热交换器转芯的转速的电气转速传感器、机械转速传感器或光电传感器。
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