DE2645742A1

DE2645742A1 - Speichermaterial fuer waerme- und/oder stoffuebertragung

Info

Publication number: DE2645742A1
Application number: DE19762645742
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Dr Fetzer
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1976-10-09
Filing date: 1976-10-09
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2645742C2

Description

Kraftanlagen AG, Im Breitspiel 7, 69OO Heidelberg 1

Speichermaterial für Wärme- und/oder Stoffübertragung

Die Erfindung betrifft ein Speichermaterial für Wärme- und/oder Stoffübertragung zwischen Gasströmen, insbesondere Speichermaterial für die Verwendung in umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschern.

Es besteht ein alter Vorschlag, nichtmetallische, die Wärme schlecht leitende Werkstoffe, wie Kunststoffe, Asbest, Papier oder Textilgewebe je nach den Arbeitstemperaturen auszuwählen und als Speicherstoffe in umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschern, beispielsweise für den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen Raumab- und -zuluft einzusetzen (CH-PS 33^ 078).

Papier und Textilgewebe haben sich nicht durchsetzen können, nachdem dem breiten Einsatz dieser Werkstoffe eine geringe Naßfestigkeit und Formbeständigkeit, leichte Entflammbarkeit, geringe Beständigkeit gegen Agenzien, z.B. mineralische oder organische Säuren, entgegenstehen, und darüber hinaus die Gefahr der Verrottung besteht, wodurch das Material zugleich auch zu hygienischen Bedenken Anlaß gibt.

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Wenngleich Kunststoffe wiederholt als Austauschmaterial benannt wurden, so liegen für Kunststoffwerkstoffe keine Erfahrungen über den technischen Einsatz vor. Dem Einsatz von Kunststoffen als Wärmespeichermaterial stehen die Kunststoffen in der Regel eigenen wärmeisolierenden und dem Einsatz als Stoffaustauschmaterial ihre wasserabweisenden Eigenschaften entgegen.

Von allen bekannten Werkstoffen hat sich allein Asbestpapier mit den verschiedensten Imprägnierungen zur Erhöhung der Haltbarkeit und/oder zur Erhöhung der hygroskopischen.Eigenschaften technisch durchsetzen können und seine vorzüglichen Eigenschaften hinsichtlich Austauschwirkungsgrad und Festigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen sowie Entflammbarkeit über vif^le Jahre hindurch unter Beweis gestellt.

Andererseits bedarf es aufwendiger Herstellungsverfahren, insbesondere zahlreicher Verfahrensstufen der unterschied lichsten Art, um dem Asbestpapier die hygroskopischen und mechanischen Eigenschaften zu verleihen, die den erfolgreichen Einsatz als Austauschmaterial in umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschem für den Wärme- und Feuchtetausch erst ermöglicht haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Speichermaterial für Wärme- und/oder Stoffübertragung anzugeben, das sich im Vergleich zu dem bekannten Asbest-Speichermaterial einfacher herstellen und leicht mit hygroskopischen Stoffen versehen laßt und sich dabei durch hohe Naßfestigkeit und QuellfeatLgkeit auszeichnet.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein vliesartiges Material aus Runststoffasem, bei denen die Fasern unter Erhaltung der Faserstruktur durch Kleben, Anlösen oder Aufschmelzen zu einem Raumgerüst verbunden sind, und durch wenigstens teilweise Füllung der Porenräume mit einem oder mehreren hygroskopischen Salzen. Es hat sich gezeigt, daß das vliesartig· Material aufgrund seiner Struktur mit einer Vielzahl von feinsten, zwischen den Fasern gebildeten Poren oder Zwischenräumen hervorragend als Trägermaterial für die Imprägnierung mit hygroskopischen Salzen geeignet ist, wobei die Füllung des Material mit solchen Salzen durch Tränken mit dem gelösten Salz und anschließendes Trocknen erfolgt. Infolge der Kapillarwirkung der feinen Zwischenräume wird eine gleichmäßige Durchfeuchtung mit Salzlösung und dementsprechend eine gleichmäßige Einbringung des Salzes gewährleistet. Obwohl die meisten Kunststoffe an sich feuchtigkeitsabweisend sind, gelingt es, das hygroskopische Salz in feinster Verteilung ie vliesartigen Material einzubringen, so daß die angestrebte gute Feuchtigkeitsaustauschwirkung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Materials als Speichermaterial in umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschern erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von mindestens zwei Gruppen unterschiedlicher Kunststoffasem und das thermische Aufschmelzen der Fasern der einen Gruppe auf diejenigen der anderen. Gegenüber dem Verkleben der Kunststoffasern an den Kreuzungsstellen, insbesondere mit Klebern hoher Oberflächenspannung bietet das Aufschmelzen den Vorteil der Erhaltung des Porenvolunens in der ursprünglichen Größe.

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Bei der Herstellung des vliesartigen Materials durch thermisches Aufschmelzen können die Fasern der einen Gruppe aus ein·* Kunststoffmaterial mit einer höheren Erweichungstemperatur als die Fasern der anderen Gruppe gewählt werden. Bei der Vliesherstellung können die Fasern der beiden Gruppen dann gemischt werden, worauf das Gemisch auf eine oberhalb der einen Fasergruppe und unterhalb der anderen Fasergruppe ..liegende Temperatur erwärmt und nach dem Anschmelzen der Fasern mit niedrigerer Erweichungstemperatur miteinander verpreßt werden.

Alternativ oder gleichzeitig können die Fasern der einen Gruppe auch dicker als die Fasern der anderen Gruppe gewählt werden, so daß bei kurzzeitiger Erwärmung der Fasern in die Nähe der Erweichungstemperatur die dünneren Fasern stärker anschmelzen, während die dickeren Fasern noch weitgehend stabil sind. Wenn das so erwärmte Fasergemisch dann gepreßt wird, wird wieder die angestrebte Vliesstruktur erreicht.

Als Material für die Faser kann ein Kunststoffmaterial aus der Gruppe der Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat gewählt werden, das sich als für den vorliegenden Fall geeignet erwiesen hat.

Alternativ kommen auch Fasermaterialien aus der Gruppe der aromatischen Polyamide oder Polyurethane in Frage.

Im Unterschied zu den bekannten unterschiedlich hergestellten Papier- oder Pappqualitäten, bei denen die Verbindung der Zellstoffaeern untereinander mit Hilfe von Bindemitteln er folgt, die die Porenräume mehr oder minder vollständig ver-

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schließen, wird der Zusammenhalt der Faserstruktur beim erfindungsgemäßen Speichermaterial also durch Verkleben oder Aufschmelzen der Fasern an ihren Kreuzungsstellen unter Erhaltung der Faserstruktur und weitgehend oder vollständig auch des Porenvolumens erreicht.

Die Verwendung von Kunststoffen bedeutet eine Abkehr von der herrschenden Auffassung, daß Kunststoffe aufgrund ihrer schlechten wärmeleitenden Eigenschaften als Speichermaterial für Wärme- und Stoffaustausch in umlaufenden Regenerativwärmetauschern ungeeignet seien.

Die Porenräume des vliesartigen Körpers werden dann vorzvgsweise in der oben bereits angedeuteten Weise mit Lithiumchlorid und/oder Kalziumchlorid gefüllt, die in Form einer Lösung eingebracht werden können. Unter Verwendung von Netzmitteln läßt sich das Einbringen hygroskopischer Salze in die Faserstruktur erleichtern, so daß die Tränkung unter normalen Umgebungebedingungen, insbesondere Druck und Temperatur, vorgenommen werden kann. Hierzu eignen sich vor allem nicht ionogene Netzmittel.

Um den vliesartigen Körper erforderlichenfalls zu versteifen, kann in die gebildeten Porenräume auch ein die Festigkeit erhöhendes Material eingebracht werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise an Kieselsäure zu denken, wobei das vliesartige Material mit Wasserglas gefüllt wird, worauf ein· Ausfällbehandlung mit einer Säure, beispielsweise Salzsäure, erfolgt.

Durch die hohe Festigkeit der so erhaltenen Struktur des Speichermaterials stehen für den Aufbau eines Rotors eines

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umlaufenden Wärmetauschers unterschiedliche Wege offen, um die Kanäle für den Durchgang der wärme- und stoffaustauschenden Gase innerhalb der Speichermasse zu erhalten, bei spielsweise können abwechselnd gewellte und glatte Platten oder Bänder geschichtet werden, oder die Anordnung kann auch so erfolgen, daß Platten oder Bänder des erfindungsgemäßen Materials abwechselnd mit anderen Werkstoffen geschichtet werden. Auch das Aufkaschieren des erfindungsgemäßen Speichermaterials auf geeignete Trägerwerketoffe ist möglich.

Neben dem erfindungsgemäß erreichten großen Porenvolumen und damit der Imprägnierfähigkeit hat das erfindungsgemäße Speichermaterial den Vorteil, daß es nicht verrottet und damit auch hygienisch einwandfrei ist. Weiterhin besteht eine chemische Beständigkeit gegenüber einer großen Zahl aggressiver Agenzien, wie mineralischen und organischen Säuren, selbst gegenüber Phosphor- und Flußsäure, sowie gegenüber organischen Lösungsmitteln. Die thermische Beständigkeit erlaubt - je nach dem verwendeten Kunststoffmaterial - Betriebstemperaturen bis zu 200⁰C. Da das erfindungsgemäße Speichermaterial selbstlöschend und nicht nachglimmend ist, ist es auch bezüglich des Brandverhaltene für den vorgesehenen Anwendung*zweck geeignet.

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Claims

/I Patentansprüche Bsa==asssssai3SsasEE>:s:ns3ns

1. Speichermaterial für Wärme- und/oder Stoffübertragung zwischen Gasströmen, Insbesondere Speichermassenmaterial für die Verwendung in umlaufenden Regenerativ-Wärmetau-8ehern, gekennzeichnet durch ein vliesartiges Material aus Kunststoffasern, bei denen die Fasern unter Erhaltung der Faserstruktur Jeweils an den Berührungspunkten durch Kleben, Anlösen oder Aufschmelzen zu einem Raumgerüst verbunden sind, und durch wenigstens teilweise Füllung der Porenräume mit einem oder mehreren hygroskopischen Salzen.

2. Speichermaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei Gruppen unterschiedlicher Kunststoffasern und durch thermisches Aufschmelzen der Fasern der einen Gruppe auf diejenigen der anderen.

3. Speichermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der einen Gruppe aus einem Kunststoffmaterial mit einer höheren Erweichungstemperatur als die Fasern der anderen Gruppe bestehen.

h. Speichermaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der einen Gruppe dicker als die Fasern der anderen Gruppe sind.

5. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Fasern au· der Gruppe der Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat gewählt ist.

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6. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenräume des vliesartigen Materials mit Lithiumchlorid und/oder Kalziumchlorid gefüllt sind.

7. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vliesartige Material durch in die gebildeten Porenräume eingebrachtes; die Festigkeit erhöhendes Material versteift ist.

8. Speichermaterial nach Anspruch 7ι dadurch gekennzeichnet, daß Kieselsäure zur Erhöhung der Festigkeit im vliesartigen Material niedergeschlagen ist.

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