DE2732989C2 - Verfahren zum Herstellen eines aufwickelbaren Rotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aufwickelbaren Rotors zur Verwendung in einem regenerativen Austauscher für Feuchtigkeit und Wärme mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Es ist bekannt (US-PS 37 02 156), die Schichten aus faserförmigem, nicht brennbarem Material, beispielsweise aus Asbestpapier herzustellen, das als Träger für eine hygroskopische Substanz, vorzugsweise eine hygroskopische Salzlösung verwendet wird. Lithiumchlorid ist die für diesen Zweck am häufigsten verwendete Substanz.

Auf diese Weise lassen sich den bekannten Rotoren sehr gute Eigenschaften verleihen, wozu jedoch ein erheblicher Herstellungsaufwand erforderlich ist. Damit der Rotor insbesondere im feuchten Zustand ausreichend mechanisch fest ist, müssen die Schichten nach dem Wellen und nach dem Aufwickeln imprägniert und die äußeren Oberflächen des Rotors durch Schleifen oder Fräsen nachgearbeitet werden.

Die Schichten lassen sich auch aus Aluminiumfolie anfertigen (S-PA 76 05 703-3). Solche Rotoren sind feuerfest und weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf. doch fehlt eine wesentliche Eigenschaft, nämlich das hygroskopische Verhalten.

Es ist bekannt (DE-OS 22 43 408), Aluminiumflächen durch Eintauchen in eine schwach alkalisch wirkende wäßrige Lösung anzuätzen und damit die Oberfläche hydrophil ?.u machen. Damit erhält man eine gleichmäßige Kondensatausbildung aus den behandelten Flächen, da die Tropfenbildung des Kondensats vermieden wird.

Ausgehend von der den Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 bildenden DE-OS 22 43 408 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den aus Aluminiumfolie hergestellten Schichten hervorragende hygroskopische Eigenschaften zu verleihen, wobei das Herstellungsverfahren einfach und die Materialkosten gering sein sollen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit dem Verfahren erhaltenen hygroskopischen Eigenschaften beruhen auf Adsorption, und es hat sich herausgestellt, daß man Feuchtigkeitstransfe^-Eigenschaften erhält, die vergleichbar sind mit denen, die bei der Rotorherstellung unter Verwendung hochporöser Folien erhalten werden, welche aus Asbest oder Ton gefertigt sind, wobei mit Lithiumchlorid als hygroskopischer Substanz gearbeitet wird.

In vielen Anwendungsfällen, bei denen der Rotor in einer Klimaanlage verwendet wird, besteht die Gefahr, daß Verunreinigungen in der Abluft, z. B. Fette oder öle die Oberflächen des Rotors mit einem dünnen Film überziehen, der die Diffusion der Feuchtigkeit in die hygroskopische Beschichtung und aus dieser heraus mehr oder weniger behindert (für den Fall, daß die hygroskopische Beschichtung ein festes Sorptionsmedium ist). Die feinen Poren und Kapillaren der Beschichtung, in denen die Feuchtigkeit kondensiert, können leicht verstopft werden. Wird dagegen als hygroskopische Substanz eine Salzlösung verwendet, so wird die gesamte benetzte Oberfläche aktiv, während die Flüssigkeit in den durch die Verunreinigungen gebildeten Film einsickert und durch diesen durchzubrechen sucht.

Eine nicht behandelte Aluminiumfolie hat jedoch nicht die Fähigkeit, eine ausreichende Menge der Salzlösung auf ihrer Oberfläche zurückzuhalten. Es wurde nun herausgefunden, daß bei der Erzeugung einer porösen Beschichtung auf einer Aluminiumfolie durch Behandlung derselben mit Alkalialuminat eine größere Menge an Salzlösung zurückgehalten werden kann als bei einer nicht behandelten Oberfläche. Durch die Behandlung mit Aluminat wird ferner eine Unterlage erhalten, auf der weitere Beschichtungen festhaftend aufgebracht werden können, durch welche die Porosität weiter erhöht wird. Durch eine derartige Beschichtung, bei der durch Zugabe eines Pulvers zu der Natriumaluminatlösung beim Eintauchen des Rotors eine zusätzliehe Beschichtung erhalten wurde, kann das Absorptionsvermögen der Folienoberflächen erheblich vergrößert werden. Ist der Rotor einmal mit Aluminat behandelt, so kann er auch in Wasserglas eingetaucht werden und dann einer Kohlendicxydatmosphäre ausgesetzt werden. Hierdurch wird eine zusätzliche Schicht bestehend aus chemisch ausgefälltem Siliziumdioxyd erhalten, durch welche die Porosität ebenfalls erhöht ist.

Bei der Verwendung einer Salzlösung als hygroskopischer Substanz ist die Frage der möglicherweise erfolgenden Korrosion des Trägers von größter Bedeutung. Umfangreiche Versuche haben gezeigt, daß Lithiumchlorid nicht verwendet werden kann. Der Träger wird durch Korrosion viel zu rasch angegriffen.

Ein anderes Lithiumsalz, nämlich Lithiumnitrat, führt praktisch zu keinerlei Korrosion der mit Aluminat behandelten Aluminiumfolie. Zugleich erhält man mit Lithiumnitrat hervorragend gute hygroskopische Eigenschaften der Folie in dem Bereich der relativen Luftfeuchte, der für den gleichzeitigen Austausch von Feuchtigkeit und Wärme hier interessiert, nämlich bei einer relativen Luftfeuchte von mehr als 10—20%. Auch Kaliumbromid und Natriumchlorid führen auf aluminatbehandelten Oberflächen zu einer erheblich kleineren Korrosion als Lithiumchlorid; sie sind allerdings nicht ganz so günstig wie Lithiumnitrat Es wurde herausgefunden, daß von den hygroskopischen Eigenschaften her Kaliumbromid besonders geeignet ist.

Die oben beschriebenen Substanzen und Verfahren, die dazu verwendet werden, dem Rotor Adsorptionsund Absorptionseigenschaften zu geben, sind nicht teuer und lassen zu, daß die Prinzipien des in der schwedischen Patentanmeldung 76 05 703-3 beschriebenen Herstellungsverfahren weiter angewandt werden können. Dies führt zusammen zu Herstellungskosten, die erheblich geringer sind als die Kosten, die in der Vergangenheit zur Herstellung eines hocheffizienten Trans ferrotors erforderlich waren.

Der Rotor wird mit einem Verfahren hergestellt, bei dem zwei Bänder aus Aluminiumfolie verwendet werden, deren Stärke 0,03 bis 0,1 mm beträgt. Das eine Band wird mit Wellungen versehen, die eine Höhe von 1 bis 3 mm aufweisen. Dann wird es an dem anderen Band, das im wesentlichen eben bleibt, befestigt. Dies kann z. B. unter einfacher Verwendung eines Klebers erfolgen, wie dies genauer in der oben angeführten schwedischen Patentanmeldung beschrieben ist. Die sog. »Einzelwellungen« werden dann zu einem zylindrischen Rotor der gewünschten Größe geformt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die AIuminatfolien mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalialuminates behandelt, das in Form von Kalium-, Natriumoder Liihiumaluminat oder einer Mischung dieser Substanzen vorliegen kann. Die Imprägnierung mit der Lösung erfolgt in einem ersten Schritt, bei dem der fertige Rotor in ein Bad aus einer 15—20%igen Aluminatlösung eingetaucht oder die Lösung in einem großen Strom auf den Rotor gegossen wird. Vorzugsweise beträgt die Aluminatkonzentration der Lösung 16—17%. Das Bad befindet sich auf Raumtemperatur oder auf einer etwas niedereren Temperatur, z. B. 18° C. Die Behandlungsdauer ist verhältnismäßig kurz, z. B. 3 Minuten. Die Kanäle des Rotors sind hierbei zumindest teilweise mit der Aluminatlösung gefüllt. Während dieses Herstellungsschrittes werden die Oberflächen der Folien geätzt, so daß dann später eine poröse Beschichtung an ihnen haften kann.

Diese Beschichtung wird in dem nachstehend erläuterten Herstellungsschritt erzeugt, wenn der Rotor aus dem Imprägnierungsbad herausgehoben worden ist, so daß die Lösung zum größten Teil die Kanäle verlassen hat. Ein Film bzw. eine Haut OtT Lösung verbleibt jedoch auf den Oberflächen des Rotors, wobei die Kanäle unmittelbar nach dem Ausleeren der Lösung in eine horizontale Lage gebracht werden. Die in den Kanälen des Rotors befindliche Flüssigkeit, die aus dem Imprägnierungsbad stammt, wird nun unter der Wärmeentwicklung umgesetzt und transformiert, wodurch die Temperatur der Folie erheblich vergrößert wird. Hierdurch wird Aluminium, das einen Bestandteil der Flüssigkeit bildet, auf die Oberflächen niedergeschlagen und bleibt als hygroskopische Beschichtung hauptsächlich in Form von Hydroxyden auf den Oberflächen der Folien haften. Dabei wird zugleich Wasserstoffgas freigesetzt. Die Reaktion läuft über eine längere Zeitspanne hinweg als die, während der der Rotor in das Bad eingetaucht wird. Vorzugsweise läuft die Reaktion solange weiter, wie noch Wasser in den Kanälen verbleibt. Nach Beendigung der Reaktion wird der Rotor saubergewaschen, wobei Wasser und lösliche Restsubstanzer, entfernt werden. Vorteilhafterweise wird vor dem Waschen der Rotor langsam abgekühlt, um Brüche an den Kontaktflächen zwischen der Beschichtung und dem Folienträger infolge von thermischen Spannungen zu verhindern. Die Beschichtung wird dadurch weiter verstärkt, daß man die Folien des Rotors während einer Zeit von etwa 48 Stunden in feuchter Atmosphäre altern läßt. Hierdurch wird eine Vergrößerung der Korngröße in der an den Folien haftenden Beschichtung erhalten, und die Gefahr einer Zersetzung wird weiter vermindert.

Der zweite Herstellungsschritt führt zu einer porösen Zusatzschicht auf jeder Seite der Folie mit einer Dicke von 10 bis 20 μ. Die Gewichtszunahme bei einer Folie mit einer Dicke von beispielsweise 50 μ kann etwa 10% betragen. Die Hauptbestandteile der Beschichtung bestehen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Aluminiumhydroxyde, die bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren der Imprägnierlösung entnommen werden und somit nicht durch Umwandlung der Aluminiumfolie selbst erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Behandlung der Folienoberflächen wird durchgeführt, nachdem der Rotor geformt worden ist. Dieses Verfahren ist im Hinblick auf die Festigkeit des Rotors von besonderem Vorteil.

Die hygroskopische Beschichtung kann dadurch verstärkt werden, daß der Rotor wiederholt in die Aluminatlösung eingetaucht wird, wobei genauso zu verfahren ist, wie bei dem ersten Herstellungsschritt. Darüber hinaus kann ein zermahlenes oder pulverisiertes festes Adsorptionsmedium, z. B. Silicagel in einer Stufe des Tauchverfahrens der Aluminatlösung zugegeben werden. Ein derartiges Pulver hängt sich an die Oberfläche der Folie an, ohne daß seine Adsorptionseigenschaften in nennenswertem Ausmaße verschlechtert werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ί. Verfahren zum Herstellen eines aufwickelbaren Rotors zur Verwendung in einem regenerativen Austauscher für Feuchtigkeit und Wärme zwischen zwei Gasströmen, bei dem der Rotor aus dünnen, aus Aluminiumfolien bestehenden Schichten zusammengesetzt ist, und die Schichten abwechselnd eben und gewellt ausgebildet sind und eine Vielzahl durchgehender paralleler Strömungskanäle für die beiden Gasströme bilden, u^d bei dem die Oberflächen der Schichten eine poröse hygroskopische Beschichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Aluminiumhydroxid bestehende Beschichtung durch Fällung aus einer auf die Oberflächen aufgebrachten Alkalialuminatlösung hergestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalialuminat Natriumaluminat verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Aluminat erst nach dem Aufwickeln des Rotors erfolgt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aluminatbehandlung eine zusätzliche Beschichtung mittels eines anorganischen Pulvers durch Einmischen des Pulvers in die Aluminatlösung erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver Silikagel verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenschicht eine Lösung von Lithiumnitrat als Korrosionsinhibitor zugesetzt wird.