DE2935695A1

DE2935695A1 - Mittel fuer den vollstaendigen austausch von energie und verfahren zum herstellen des mittels

Info

Publication number: DE2935695A1
Application number: DE19792935695
Authority: DE
Inventors: Emerson H Newton
Original assignee: Wing Industries Inc
Current assignee: Atrium Windows and Doors Inc
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1980-09-11
Also published as: JPS55121400A; DE7925067U1; US4361620A; US4290789A

Description

Anmelder: Wing Industries Inc.
Granford F. J-. / TJBA

B e s c h r e i b u η g;

Mittel für den vollständigen Austausch von Energie und Verfahren

zum Herstellen des Mittels

Die Erfindung betrifft ein Mittel für den vollständigen Austausch von Energie, eine Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie unter Verwendung des Mittels und ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix für den vollständigen Austausch von Energie mit diesem Mittel.

Die Erfindung befaßt sich demnach mit Austauschvorrichtungen , mit denen feuchte und/oder lantent und sensibel vorhandene Wärme zwischen zwei strömenden Medien ausgetauscht wird, beispielsweise zwischen der frischen Eingangsluft und den austretenden Luftströmen in einem Luftaufbereitungssystem, zum Zwecke der Verminderung des Gehalts an Wärme und Feuchtigkeit, die äüdei-enfalls der eintretenden Luft zu- oder abgeführt werden müßte, un sie für die Verwendung zu temperieren. Die Erfindung befaßt sich somit insbesondere mit Übertragungselementen oder-Katrizes für Wärme und Peuchte, die in solchen Austauschvorrichtungen eingesetzt sind, und mit ihrer Herstellung.

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. · 2S35695

Obwohl die vorliegende Erfindung bei Austauschvorrichtungen vom Stand-Typ oder anderen Arten für diese Zwecke und auch für andere Anwendungen, beispielsweise auf dem Gebiet der Peuchi^ntfernung anwendbar ist, wurde versucht, das Energieaustauschmittel in einer Austauschvorrichtung des Rotations-Typs zu verbessern, um in Vorrichtungen für die vollständige Bückgewinnung und den vollständigen Austausch verwendet werden zu können; die Erfindung soll deshalb anhand dieser Verwendung beschrieben werden.

Kurze Darstellung der Offenbarung:

Das Kittel für die vollständige Umwandlung von Energie ist in einer Energieaustauschvorrichtung zum Übertragen von Wärme und Feuchte zwischen zwei Luftströmen in einem Luftaufbereitungssystem angeordnet. Das Austauschmittel enthält einen Aluminiumträger, der einen Überzug ausHpO-haltigenaes Kalziums und Aluminiums oder Hydroxiden des Kalziums und Aluminiums aufweist, um der Wärmeübertragungsoberfläche die Fähigkeit zu vermitteln, sowohl latente als auch fühlbare Wärmeenergie (latent and sensible heat energy) zu übertragen» Der Überzug wird hergestellt, indem die gereinigte Oberfläche des Aluminiumträgers einer erwärmten, vorzugsweise siedenden Lösung wasserlöslicher Verbindungen des Kalziums und Aluminiums ausgesetzt wird, die vorzugsweise gleiche Teile wasserhaltigen Kalziumnitrats und trasserhaltigen Aluminiumnitrats enthält, deren pH-Wert in einen Bereich von etwa 7 bis 11, vorzugsweise 8 bis 9i durch Zufügung von Alkalihydroxiden gebracht viorden ist, wodurch in der Lösung ein gemischter gelatinöser niederschlag aus wasserhaltigen Oxiden bzw. Hydroxiden des Kalziums und Aluminiums entsteht. Nachdem der Aluminiumträger mit dieser Lösung beschichtet ist, beispielweise durch Eintauchen des Aluminiumträgers in diese Lösung, bildet sich durch weitere Reaktion mit dem Aluminium eine Umwandlungsteilschicht, die wasserhaltiges Kalziumaluminat unmittelbar in Nachbarschaft zur Oberfläche des Aluminiumträgers enthält, die

*/ Oxiden - 5 -

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wiederum die unlösliche, gelähnliche Kiederschlagsteilschicht aus wasserhaltigen Kalzium- und Aluminiumoxiden oder -Hydroxiden an diese "befestigt.

Grundlage für die vorliegende Erfindung;

Eine Hotationsaustauschvorrichtung (rotary regenerator), die üblicherweise auch als "Wärmeaustauschrad" bezeichnet wird, ist überbrückend und für die Rotation zwischen benachbarten, jedoch getrennten Zuleitungs- und Ableitungskanälen für Gas montiert. Das Bad besteht hauptsächlich aus einer gasdurchlässigen Matrix oder einem Mittel, durch die sowohl die eintretenden als auch die austretenden Gasströme hindurchgehen. Die Matrix ist in der Lage, Feuchte und/oder thermische Energie aus einem Gasstrom zu absorbieren und nachfolgend, nach weiterer Rotation, dem zweiten Gasstrom zuzuführen. Ist es beispielsweise gewünscht, einen in das Luftaufbereitungssystem eines Gebäudes eintretenden Frischluftstrom während der kalten Jahreszeit zu erwärmen und mit Feuchte zu versehen, sondert das Rad sowohl die fühlbare als auch die latente Wärmeenergie aus dem war_wmen und feuchten austretenden Luftstrom, der in Gegenrichtung im benachbarten Ausleitungskanal strömt, durch Beschickung der Radmatrix ab, woraufhin das Rad rotiert, wobei der Matrixbereich weiterentwickelt wird und auf diese Weise die fühlbare und die latente Wärmenergie auf die kühlere, trockenere eintretende Luft überträgt, die durch den Einleitungskanal eiiBfcrömt. In der warmen Jahreszeit ist es demgegenüber erforderlich, Peuchte und Wärme dem eintretenden Luftstrom zu entnehmen, der in klimatisierten (air-conditioned) Gebäuden verwendet wird, wobei unter diesen Umständen die Matrix zunächst die fühlbare und latente Wärme der eintretenden Luft absorbiert, und danach das Rad in den kühleren, trockenen austretenden Luftstrom rotiert, der die fühlbare und latente Energie von der Rp.dmatrix absorbiert und diese Energie außerhalb des klimatisierten Raumes verteilt. Auf diese

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Weise werden durch, die Vorrichtung in der Winterzeit die Menge an Wärmeenergie und Feuchte, die zur Erwärmung des eintretenden Frischluftstromes erforderlich sind,, und in der Sommerzeit die Menge an Kühlung und Entfeuchtung der Frischluft, die sonst erforderlich wären, beträchtlich verringert.

Ein Material, das als Wärmeübertragungsmittel in solchen Rädern für den vollständigen Wärmeenergieaustausch verwendet worden ist, ist Asbest in Form von alternierend flachen und gewellten Asbestpapierlagen, die mit einem hygroskopischen Salz, beispielsweise Xithiumbromid oder Lithiumchlorid, für die verbesserte übertragung von Feuchte imprägniert waren. Obwohl solche Wärme und Feuchte austauschenden Mittel auch aus Zellulosepapier gemacht worden sind, wie es beispielsweise in der CA-PS 629 879 beschrieben ist, oder aus beschichtetem oder speziell behandeltem Papier für die verbesserte Übertragungsfähigkeit für latente oder fühlbare Wärme oder zur Verbesserung der Festigkeit, hergestellt worden sind, wie beispielsweise in der US-PS 3 664 095 beschrieben, ist festgestellt worden, daß Asbest gegenüber Papier oder anderem Materialien wesentlich besser ist, zumindest im Hinblick auf den Übertragungsgrad für latente Wärme und Feuchte und im Hinblick auf die Wirksamkeit im Vergleich mit Mitteln vergleichbarer Abmessungen. In der US-PS 3 398 510 ist beispielsweise ein Vergleich aufgeführt zwischen den Eigenschaften von Zellulosepapier und Asbestpapier bei Verwendung in solchen Hadern, xvenn auch mehr als Verwendung für die Feuchteübertragung als für den vollständigen Wärmeaustausch.

Aus verschiedenen Gründen ist es Jedoch erwünscht in besonderen Anwendungsfällen ein Mittel für den vollständigen Austausch der Wärmeenergie anzugeben, das aus einem anderen Material als Asbest hergestellt ist, dessen Wirksamkeit des Austausches von latenter und fühlbarer Wärmeenergie jel>ch nahezu der von impräg-

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nierteia Asbest material entspricht oder nahekommt.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine solche Alternative für ein Mittel zum Wärmeaustausch anzugeben.

Es ist darauf hinzuweisen, daß ganz aus Metall als Mittel bestehende Mder, die durch spiralförmiges Aufwickeln von Polien entweder aus rostfreiem Stahl oder Aluminium auf eine Nabe, wie es beispielsweise in der FS-PS 3 702 i56 oder in der GA-PS 629 879 beschrieben ist, im allgemeinen dort zur Anwendung gelangen, v;o beabsichtigt ist, nur fühlbare Wärme wiederzugewinnen oder auszutauschen* Solche Metallräder sind offensichtlich nicht in der Lage, beträchtliche Mengen an latenter Wärmeenergie oder an feuchtigkeit zurückzugewinnen oder zu übertragen.

Ein geeignetes Mittel oder eine Matrix für den Energieaustausch sollte in der Tat nicht nur . eine vergleichbare Wirksamkeit des Austausches sowohl der latenten als auch der fühlbaren Wärme gegenüber einer solchen Matrix aus mit hygroskopisuchen Substanzen, z.B. Lithiumchlorid, haben, sondern muß auch anderen Erfordernissen solcher Vorrichtungen gerecht werden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für den Energieaustausch anzugeben, die allen diesen Kriterien gerecht wird. Beispielsweise muß die Vorrichtung und deshalb auch ihr Material für die Energieaustauschmatrix praktisch feuerfest und bakteriostatisch sein und eine ausreichende Spannungsund Errosionsfestigkeit für den vorgesehenen Gebrauch aufweisen für beispielsweise einenLuftstrom mit bestimmter oder sehr hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 150 bis etwa 500 m/min. Das Mittel muß eine einfache Herstellung ermöglichen und die Herstellungskosten sollen denen von Asbesträdern etwa entsprechen.

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Beschreibung der Erfindung;

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist durch die Merkmale der Patentansprüche gekennzeichnet.

In ihrer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß ein Rad für den vollständigen Energieaustausch mit einem Energie übertragenden Mittel versehen ist, das alternierend aus flachen und gewellten Lagen eines Aluminiumkörpers gebildet ist, der eine der Unmrandlung dienende Schicht aus einem Komplex oder einer Mischung aus wasserhaltigen Oxiden oder Hydroxiden von Kalzium und Aluminium enthält, die den Oberflächenbereichen des Energieübertragungsmittels die Fähigkeit verleiht, sowohl latente Wärmeenergie als auch fühlbare Wärmeenergie zu übertragen. Die Bezeichnung "der Umwandlung dienende Schicht" schließt eine Schicht ein, deren chemische Natur wenigstens teilweise von der chemischen Natur des Trägerkörpers, im vorliegenden Falle des Aluminiums, bestimmt wird. Diese Schicht ist deshalb auf und fest verbunden mit dem Aluminiumträger,durch chemische Reaktion mit seiner Aluminiumoberfläche gebildet. Material auf Aluminiumbasis ist sowohl wegen der ihm inherenten hohen Fähigkeit, fühlbare Wärme zu übertragen als auch wegen seiner anderen gewünschten Eigenschaften ausgewählt, einschließlich der Einfachheit der Fabrikation in Form einer aufgewickelten Matrix für den Energieaustausch.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist.der Kalzium-Aluminium-Hydroxid-Überzug teilweise vorgebildet, indem wasserhaltige Nitrate von Aluminium und Kalzium und Natriumhydroxid vor der Beschickung des Aluminiumträgers verwendet werden, und der letztlich gebildete überzug deshalb als Zxtfeifachstruktur auftritt mit einer dünnen Umwandlungsteilschicht, die unmittelbar in Nachbarschaft zum und durch weitere Reaktion mit dem Aluminium träger auf der Matrix gebildet ist, und eine aufgetrocknete, gelähnliche Oberflächenteilschicht, die den Best der Dicke des

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Überzuges ergibt. Der Überzug ist gut anhaftend und verschleißfest und in gutem Maße sehr wasserabsorbierend. Diese zuletzt angegebene Eigenschaft bewirkt, daß das mit dem überzug versehene Rad eine Wirksamkeit für den vollständigen Wärmeenergie-

übergang aufweist, der mit demjenigen eines*imprägniertem Asbest versehenen Rades vergleichbar ist.

Das bevorzugte Verfahren, durch das der Überzug auf dem Aluminiumträger aufgebracht wird, schließt entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung eine vorangehende Reinigung und leichte Ätzung der Oberfläche des Basismaterials des Aluminiumkörpers und danach das Eintauchen desselben in die Beschichtungslösung ein.

Obwohl dies auch auf andere Weise durchgeführt werden kann, sollte der Aluminiumträger vorzugsweise zu einer aufgewickelten Radmatrix aus alternierend angeordneten flachen und gewellten Lagen gebildet sein, wenn er gereinigt und beschichtet wird.

Obwohl verschiedene Reinigungsmittel und Reinigungstechniken für die Reinigung des Aluminiumträgers vor der Beschichtung angewandt werden können, sollte im vorliegenden bevorzugten Verfahren der Aluminiumträger zunächst mit Dampf gereinigt v/erden, damit Schmutz entfernt wird und er für den nachfolgenden Eintauchvorgang in den alkalischen Reiniger vorgewärmt wird, vorzugsweise in eine Lösung von Natriumhydroxid in Wasser. Nach einer solchen Reinigung wird der Aluminiumträger mit heißem Wasser abgespült und erneut mittels Dampf gereinigt, bevor er in die Beschichtungslösung eingetaucht wird.

Eine bevorzugte Beschichtungslösung ist eine Aufschlämmung von gleichen Gewichtsteilen löslichen wasserhaltigen Aluminiumnitrats und löslichem wasserhaltigen Kalziumnitrats in Wasser, der Natriumhydroxid zugeführt wird, um Mischhydroxide in gelatinöser Form auszufällen. Die Bereiche für die Badzusammensetzung

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für die Besehichtungsind etwa wie folgt:

Aluminiumnitrat.9 HpO: 60 bis 120g/l Kalziumnitrat, χ H«0 (15 bis 15,5% E): 60 bis 120g:l (wobei χ etwa gleich 1,0 ist)

Natriumhydroxid: etwa 20 bis 25g/l für einen pH-Wert des Bades

von 8,0 bis 9,0.

Die Zusammensetzung dieser kolloidalen, gelähnlichen Aufschlämmung kann beträchtlich durch Änderung des pH-Wertes verändert werden, weshalb, worauf bereits hingewiesen wurde^ der pH-Wert der Ausgangsaufschlämmung auf einen Bereich zwischen etwa y,0 und etwa 11,0 einzustellen ist, vorzugsweise 8,0 bis 9jO, indem mehr oder weniger Natriumhydroxid zugefügt wird. Obwohl hinreichend gute Überzüge bei Temperaturen von etwa 80 bis etwa 1O2°C unter Verwendung einer Eintauchzeit von 5 "bis €0 Minuten hergestellt werden können, sollte der zu überziehende Aluminiumkörper vorzugsweise in eine siedende Aufschlämmung für 30 bis 35 Minuten eingetaucht, dann herausgezogen und ohne Spülung getrocknet werden.

Die auf diese Weise erzeugte Dualstruktur des Überzuges ist aus einem Gemisch wasserhaltiger Oxide und/oder Hydroxide von Kalzium und Aluminium zusammengesetzt, in der das Verhältnis von Kalzium zu Aluminium im trockenen Überzug etwa 1 : 1 bis 2,5 '· 1» vorzugsweise etwa 2:1, beträgt. Die Analyse zeigt, daß nur 2 kristalline Phasen im getrockneten Überzug vorhanden sind; diese sind Calcit (Kalziumkarbonat), der durch Karbonisierung von Kaiziunhydroxid mit Kohlendioxid in Luft erhalten werden kann, und Aluminiumhydroxid, während der Rest des Überzuges amorph ist und wahrscheinlich aus einer Kombination 'wasserhaltiger Oxide von Kalzium und Aluminium besteht. Die Umwandlungsteilschicht des Überzuges enthält eine Mischung xvasserhaltiger Oxide und/oder Hydroxide von Kalzium und Aluminium, die wasserhaltiges Kalziumaluminat einschließt, das durch Reaktion zwischen

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dem Aluminium des Aluminiumträgers mit den Mischhydroxiden im Beschichtungsbad gebildet wird.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Menge des Überzuges, der auf der Oberfläche der Trägermatrix aus Aluminiummaterial aufgetragen oder gebildet ist, in weiten Grenzen variieren kann. Für viele Anwendungen beträgt das Trockengewicht des Überzuges etwa

P P

5,3 bis etwa 32,3g/m (etwa 0,5 bis etwa 3,0 g/ft ) der Oberfläche der Aluminiumträgermatrix, vorzugsweise etwa 16 bis etwa 27 g/m² (etwa 1,5 bis etwa 2,5g/ft²).

13e Schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele:

Zur Erläuterung der Aufgabe, der Merkmale und der Vorteile der vorliegenden Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

Die Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftaufbereitungssystems , in dem ein Rad montiert ist, das entsprechend der Erfindung vollständige Rückgewinnung und Austausch von Wärmeenergie ermöglicht;

Fig. 2 in Draufsicht, teilweise aufgebrochen, das entsprechend der Erfindung ausgestaltete Rad für vollständige Rückgewinnung und Austausch von Wärmeenergie; und

Fig. 3 stark vergrößert einen Teilausschnitt im Querschnitt des mit dem Überzug versehenen Aluminiumträgers, das das Mittel für den vollständigen Austausch von Wärme bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist.

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Gemäß I¹Xg. 1 ist eine Vorrichtung 10 für vollständige Rückgewinnung und übertragung von Wärme entsprechend der vorliegenden Erfindung in ein Luftaufbereitungssystem eingebaut, das mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet ist undefes in einem Gebäude (nicht gezeigt) für kontinuierliche Zuführung frischer TJmgebungsluft und für die Ableitung verbrauchter Luft sorgt. Die Vorrichtung enthält ein Ead für vollständige Rückgewinnung und Austausch von Wärmeenergie, das gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist und das auf der gestrichelt eingezeichneten Welle 12 montiert ist; das Rad überbrückt durch Rotation einen Lufteingangskanal 21 und einen Luftaustrittskanal 22, um sowohl latente als auch fühlbare Wärmeenergie, zusammen mit oder ohne Feuchte, vom Austrittsluftstrom 14, der aus dem Innenraum oder ähnlichem R auf den gegenläufig strömenden frischen Luftstrom 15 aus der Atmosphäre A zu übertragen. Ein Gebläse bewirkt die Strömung des austretenden Luftstromes 14 durch das Rad 11, und ein Gebläse 24 bewirkt entsprechend den Frischluftstrom 15·

Gemäß den Figuren 2 und 3 enthält das Rad 11 ein Mittel oder eine Matrix für die vollständige übertragung von Wärmeenergie und Feuchte, das allgemein mit dem Bezugszeichen 30 angedeutet ist. Das Mittel oder die Matrix ist aus alternierenden dünnen Schichten aus flachen überzogenem Aluminiumträger 31 und gewelltem überzogenem Aluminiumträger 32 aufgebaut, deren offene Enden der Wellungen eine Vielzahl paralleler Durchlässe 33 durch das Rad 11 bilden, und zwar in Richtung seiner Tiefe, um den Durchfluß von Luft zu ermöglichen. Die gleichmäßige lichte Weite der Wellungen ist derart, daß ein Durchgengsdurchmesser von etwa 1,5 um bis 3>1 nun (0,06" bis 0,12") im vollständigen Rad vorhanden ist. Die alternierenden flachen und gewellten Schichten oder Streifen sind spiralförmig auf eine zylindrische Wickelnabe 34 aus Metall aufgewickelt, bis das Rad den gewünschten Durchmesser erreicht hat» Ein äußeres, peripher angeordnetes Metallband 35 ist um den Wickel gelegt; die Tiefe bzw. Breite

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der Wickelnabe 34 des Mittels 30 und des äußeren Bandes 35 sind vorzugsweise gleich, so daß die gegenüberliegenden Stirnflächen des Rades 11 eben sind»

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist auf jeder der Stirnflächen des Hades eine Vielzahl im Winkel zueinander stehender, radial nach außen gerichteter Metallspeichen 36 angeordnet, die das Mittel 30 zusammenhalten und die Struktur des Eades insgesamt verfestigen. Die äußeren Enden der Speichen 36 liegen ebenfalls in der Fläche der jeweiligen Stirnseiten des Rades Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 16 solcher Speichen, 8 auf jeder Stirnseite des Rades, zwischen der Wickelnabe /?4 und dem äußeren Band 35 angeordnet, obwohl auch weniger oder mehr Speichen verwendet sein können. Jede Speiche ist 3/16" Stahl, 101,6 mm tief und ist in einer entsprechend bemessenen Nut angeordnet, die radial von der Wickelnabe 34 über das Mittel 30 und das äußere Stahlband 35 verläuft, das ebenfalls mit der Nut versehen ist, um die Speichen aufzunehmen. Jede Speiche 36 ist beispielsweise durch Schweißung gut am äußeren Band 35» an der Nabe 34 und an zwischendurch gegebenenfalls vorgesehenen Bändern 37 befestigt, die von der Speiche gekreuzt werden. Im Hinblick auf diese Bänder 37 ₅ wenn der Außendurchmesser des Rades mehr als 915 ™& (36") beträgt, kann das kontinuierliche Aufwickeln der gewellten und flachen Aluminiumstreifen unterbrochen werden und es kann ein ringförmiges Stahlband 37» öas ebenfalls die gleiche Breite wie das Band 35 hat, dicht um den Wickel/gelegt und befestigt werden, beispielsweise durch Schweißen, und zwar an einer Stelle, die radial nach außen von der Nabe 14 sich befindet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann das Rad 11 eine Vielzahl solcher ringförmiger Bänder 37 aus Metall aufweisen, von denen jedes entsprechend um aufeinanderfolgende Windungen des gewellten Materials nach außen zunehmend angebracht werden kann, bis der gesamte gewünschte Durchmesser des Rades 11 erreicht ist, der 3?6 m und mehr betragen kann. Die Speichen 56 können auch weiter reichen und an eine

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innere zylindrische Nabe 38 angeschweißt sein, mit der das Ead für die Rotation auf der Welle 12 (Fig.1) montiert ist. Ein Motor (nicht gezeigt) der Vorrichtung 11 treibt das Rad mit relativ geringer Geschwindigkeit an, die nicht größer ist als 40 Umdrehungen pro Hinute.

Es ist vorher schon darauf hingewiesen worden, daß die vorliegende Erfindung ein Mittel 30 für den vollständigen Austausch von Wärme vorschlägt, das durch spiralförmiges Aufwickeln eines flachen beschichteten Aluminiumträgers 31 und gereLlter beschichteter Aluminiumträger 32 hergestellt ist. Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn der Überzug 40, der auf der gesamten freien Oberfläche der gewellten und der flachen Aluminiumträgerschichten aufgebracht ist, eine Doppelstruktur aufweist, die durch die dünne Umwandlungsteilschicht 41, die auf dem Aluminiumträger durch Reaktion der Beschichtungsaufschlämmung C die noch beschrieben wird) mit dem Aluminiummaterial 43 erreicht wird, un_wd die aufgetrocknete, gelähnliche Teilschicht 42 auf der Oberfläche angedeutet ist.

Der Überzug 40 ist nicht nur am Aluminiumträger gut anhaftend, sondern er ist auch sehr stark wasserabsorbierend, so daß er ein sehr wirksamer Überträger für latente Wärmeenergie ist. Der Aluminiumträger 43 ist ein ausgezeichnetes Übertragungsmaterial für fühlbare Wärmeenergie, so daß das beschichtete Aluminiummedium 30 sowohl latente als auch fühlbare Wärmeenergie zwischen zwei Luftströmen in der gewünschten Weise zurückgexvinnen und übertragen kann.

Έ'ύν die Zusammensetzung und die Art der Herstellung des Überzuges 40 auf dem Trägermaterial 43 auf Aluminiumbasis ist zunächst zu bemerken, daß der zu behandelnde Trägerkörper 43 im allgemeinen in Porm von dünnen Blechen oder I'olien vorliegt, die eine für die Wellung oder sonstige andere Struktur, wie sie vorher beschrieben ist, notwendig ist, auftieist. Allgemein liegt

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die Dicke des Aluminiumträgers im Bereich von 0,0635 1,27 mm (2,5 bis 50 mil)» sie beträgt jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform 0,0762 mm (3 mil). Verschiedene Arten von Aluminium können verwendet werden, und der Überzug 40 kann aus in weitem Bereich variierenden Aluminiumlegierungen hergestellt werden. Die Begriff "Aluminiumträger" bzw."Trägermaterial auf Aluminiumbasis" schließen dies ein.

Die Oberfläche des Aluminiumträgers sollte frei von Verschmutzungen , öl und anderen Oberflächenverunreigungen sein, die die chemische Reaktion fördern und damit die Haftung zwischen dem Metall und dem Überzug. Demzufolge sollte die Oberfläche des Aluminiumträgers mechanisch gereinigt werden, beispielsweise durch Sandstrahlung oder ähnliches, oder durch Reinigung mittels Dampf, oder die Oberfläche kann mit organischen Lösungsmitteln gereinigt werden, beispielsweise mit niederen Kohlenwasserstoffen wie Hexah,Oktan und Isooktan. Diese Vorbehandlungen können auch in Kombination angewandt werden.

Eine bevorzugte Vorbehandlung entsprechend der vorliegenden Erfindung sieht jedoch zunächst eine Reinigung mittels Dampf und danach das Eintauchen des Aluminiumträgers in ein wässriges alkalisches Bad vor, in welchem die Oberfläche leicht angeäzt wird. Während Lithium-und Kaiiumhydroxid für befriedigende Ergebnisse verwendet werden können, ist Natriumhydroxid aus Kostengründen und besseren Ergebnissen ein bevorzugtes alkalisches Vorbehandlungsmittel. Für Vorbehandlungszwecke sollte die Kenge an Alkalimaterial im Bad ausreichend sein, um die Reinigung und eine leichte alkalische Ätzung der Aluminiumoberfläche zu bewirken, sie sollte jedoch nicht so stark sein, daß irgendwelche merklichen Teile des Aluminiums abgetragen v/erden. Es wurde gefunden, daß das Vorbehandlungsbad bis zu etwa 40 g/l Natriumhydroxid enthalten kann, obwohl eine bevorzugte Lösung eine Konzentration von 12 g/l aufweist. Die relativ gut verdünnte Lösung ergibt, wenn sie bis auf etvra 50° C ( 120° F) erwärmt ist, eine ausreichend gute Reinigung und leichte iitzung nach 2 ein-

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minutigen Tauchvorgängen des Aluminiumträgers.

Nach einer solchen Vorbehandlung wird der Aluminiumträger mit warmem Wasser gespült, und zwar entweder in einem Spülgefäß oder durch Überleiten des Wassers über die gereinigte Oberfläche, wonach der Aluminiumträger beschichtet werden kann.

Es sind zwar verschiedene lösliche organische und anorganische Kalzium- und Aluminiummaterialien für die Zubereitung der Beschichtungslösung verwendbar, jedoch sind Nitrate zu bevorzugen, weil sie auf das Aluminium nicht korrosiv einwirken. Deshalb sind Kalziumnitrat und Aluminiumnitrat besonders bevorzugte lösliche Verbindungen für die Zubereitung des gelatinösen Niederschlages, darüberhinaus sind diese Verbindungen auch wirtschaftlich und ermöglichen die leichte Verwendung von Abfallprodukten. Letzteres unterstreicht einen anderen Vorteil, der durch das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erreichen ist: die Überschüsse, die nach der Behandlung verbleiben, sind nicht schädlich und gegenwärtig kein Verarbeitungsproblem. Ein bevorzugtes Überzugsbad wird hergestellt, indem wasserhaltige Nitrate von Aluminium und Kalzium in Ifeser gelöst werden und unter Verwendung von Natriumhydroxid Aluminium- und Kalziumhydroxide ausgefällt werden. Das Bad ist somit zweiphasig, die flüssige Phase enthält alle Ionen von Nitrat und Natrium, während Kalzium und Aluminium sowohl in der Flüssigkeit als auch im Niederschlag vorhanden sind. Weil die Löslichkeiten der Hydroxide von Kalzium und Aluminium sich mit dem pH-Wert verändern, verändern sich auch die relativen Mengen in jeder Phase. Bei niedrigen pH-Werten ( 7 bis 9) ist Kalziumhydroxid löslicher als bei höheren pH-Werten (10 bis 11). Das Umgekehrte gilt für Aluminiumhydroxid und bei noch höheren pH-Werten (12 bis 1?) löst sich Aluminiumhydroxid auf, um Aluminationen AlO^" zu bilden. Im bevorzugten niedrigen Bereich der pH-Werte von 7 bis 9 enthält der Niederschlag bedeutend mehr Aluminiumhydroxid und beträchtlich weniger Kalziumhydroxid.

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ttlf

Gute Ergebnisse wurden mit einem Ca/Al-Atomverhältnis von 1 : 1 bis 4 : 1 erhalten. Bei manchen Ausfuhrungsformen ist ein Ca/Al-Verhältnis von 2 : 1 bis 3 ! 1 zu bevorzugen. Wie bereits erwähnt, werden in dem gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsbeispiel gleiche Gewichtsmengen wasserhaltigen Kalziumnitrats und wasserhaltigem Aluminiumnitrate in Wasser gelöst, wodurch ein Ca/Al-Verhältnis von 2,98 : 1 erreicht wird.

Die Konzentration der löslichen Salze in der wässrigen Lösung kann über einen weiten Bereich verändert werden. Sind die Lösungen zu verdünnt, so ist der Niederschlag sehr spärlich und das Verfahren wird unwirksam. Andererseits wird das Verfahren bei der Arbeit mit oder oberhalb der Sättigungskonzentration der löslichen Verbindungen kompliziert und erhöht die Kosten. Es ist dementsprechend, erwünscht, daß die Lösungen Konzentrationen von etwa 50 g/l bis etwa 120 g/l von jeder der beiden löslichen Komponenten enthalten. In dem vorher erwähnten bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration jeder der zugefügten Komponenten etwa 76,7 g/l (0,64 pounds per gallon).

Nachdem die Lösung aus den Nitraten von Kalzium und Aluminium zubereitet ist, wird das Alkali hinzugefügt, um den gelatinösen Niederschlag zu erzeugen. Die bevorzugte Natriumhydroxid- Konzentration beträgt etwa 20 bis 25 g/l , um den pH-Wert des Beschichtungsbades auf etwa 8,0 bis 9,0 einzustellen. Las auf diese Weise zubereitete Beschichtungsbad wird auf wenigstens 79,4° C (175° F) erwärmt, und bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird es zum Sieden gebracht.

Nachdem der gelatinöse Niederschlag in gewünschter Weise im Bad gebildet worden ist, wird die Oberfläche des Aluminiumträgers, die wie vorstehend beschrieben, gereinigt und gespült wurde, dem Beschichtungsbad ausgesetzt, vorzugsweise durch Ein-· tauchen des vollständig «herges-feLlten Rades 11 in das Bad. Der überzug 40, der sich auf der Oberfläche des Aluminiumträgers

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durch, das Eintauchen in das Bad bildet, kann als Niederschlag angesehen werden, jedoch ist es besser, den Überzug als Kombinationsniederschlag und Umwandlungsteilschicht zu betrachten, wobei beide Teile des Überzuges Kalzium- und Aluminiumhydroxide und/oder Oxide enthalten, und die Umwandlungsteilschicht oder -Lage ferner ein wasserhaltiges Kalziumaluminat enthält. In jedem Fall ist der Überzug 40 nach seiner Entstehung nicht sehr dick, Jedoch ausreichend haltbar.

Die Eintauchzeit des Bades in das Beschichtungsbad kann 5 bis 60 Minuten betragen. In vielen Ausführungsbeispielen ist der Überzug im wesentlichen vollständig nach einer Zeit von 10 bis 20 Minuten erzeugt« In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch wird der Aluminiumträger in die kochende Aufschlämmung für etwa 30 bis 35 Minuten eingetaucht» Nachdem der Überzug auf der Oberfläche des Aluminiumträgers gebildet wurde, wird die Matrix (das Bad) aus dem Bad entfernt und zum Abtropfen belassen und, falls vorteilhaft, mit einem Strom warmer Luft getrocknet. Nach der Trocknung ist der entstandene Überzug sehr haftfest und weist ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf. Wie vorher schon vermerkt, ist der Überzug in der Lage, Feuchte leicht zu absorbieren und leicht abzugeben unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, und ein Aluminiumrad, das derart beschichtet ist, kann deshalb sowohl latente als auch fühlbare Wärmeenergie mit hohem Wirkungsgrad zurückgewinnen und übertragen, und zwar in mit Kadern mit Asbestauflage vergleichbarer Weise.

Um die Wirkungen verschiedener Zusammensetzungen des Beschichtungsbades zu verdeutlichen, einschließlich seiner pH-Werte , Beschichtungstemperatur und der Einwirkungsdauer des Beschichtungsbades auf den Aluminiumträger in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, wurden durch Variation eines oder mehrere dieser Faktoren Ei-gebnisse erhalten, die nachfolgend beschrieben v/erden.

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Es wird über die Beschichtung kleiner Aluminium- Testplatten und über die Beschichtung von Prüfrädern berichtet, die aus alternierend flachen und gewellten Aluminiumschichten aufgewickelt waren. In manchen Fällen betrug, worauf hingewiesen wird, der Durchmesser des Rades 203 mm (8"), während in anderen Fällen der Durchmesser nahezu 1 m (965,2mm = 38") betrug. In allen Fällen bestand der Aluminiumträger aus Aluminiumfolie mit-einer Dicke von 0,0762 mm (3 mil),· das relative Absorptionsvermögen für Feuchte des entstandenen Überzuges wurde in manchen Fällen, wo angegeben, durch einen einfachen Wassertropftest bestimmt.Bei diesem Verfahren wird ein einzelner Tropfen deioniserten Wassers auf die beschichtete Aluminiumplatte ,die horizontal gehalten wird, aufgebracht, und es wird der Durchmesser der Ausbreitung des Wasserstropfens innerhalb eines bestimmten Zeitraumes notiert. Es wird hieraus angenommen, daß dies eine qualitative Anzeige für die Absorptionsfähigkeit des Überzuges ist; diese Methode ist zum Vergleich von überzügen unter verschiedenen Bedingungen verwendbar. Die Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung von ßädern wurde in üblicher Weise bestimmt, wobei Messungen der Luftgeschwindigkeit und Messungen der Temperatur feuchter und trockener Kugeln vorgenommen werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.

Überzüge auf Aluminiumplatten:

Bei einem ersten Versuch wurden 2 Kalzium-Aluminium-Hydroxid-Aufschlänniungen unter Verwendung folgender Mengen zubereitet:

	Losung Nr. 1	Lösung iTr. 2
Calciumnitrat, g/l	57	100
Aluminiumnitrat, g/l	91	80
Ca/Al-Verhältnis	1,93	3,86
Natriumhydroxid, für einen pH-Wert von	10,5	8

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Die Aluminiumplatten wurden in die kochende Aufschlämmung für 15 fcis 30 Minuten eingetaucht, herausgenommen und ohne Spülung getrocknet, Die entstandenen weißen Überzüge eines jeden Bades waren sehr gut anhaftend und sehr stark wasserabsorptiv.

Die Ergebnisse weiterer Yersuche mit entsprechenden Aluminiumplatten, die mit verschiedenen Konzentrationen von Aluminium- und Kalziumnitraten bei verschiedenen pH-Werten, Eintauchzeiten und Eintauchtemperaturen durchgeführt wurden, sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.

In den Betten, von denen in Tabelle 1 berichtet wird, werden zwei Konzentrationen, nämlich 60 und 120 g/l (0,5 und 1,0 pounds per gallon) für jedes Nitrat bei 4 pH-Werten, nämlich 8, 9₅ 10 und 11 untersucht, Die Aluminiümplatten wurden in den 8 Bädern während 30 Minuten bei Siedetemperatur behandelt» Das niedriger konzentrierte Bad ergibt schwerere Überzüge, jed-Q^cli keinen bleibenden Trend des Überzuggewichtes, und das Ca-Al-^Yerhältnis scheint offensichtlich mit der Änderung des pH-Wertes von 8 auf 11 einherzugehen. Die maximale tfasserabsorption, gemessen durch das Ausbreitverhältnis des Wasserstropfens, wurde auf Platten beobachtet, die im konzentrierteren Bad bei pH-Werten von 9 bis 10 beschichtet wurden.

Bei der anderen Versuchsserie (Tabelle 2) wurden -die Einflüsse der Tauchzeit und der Beschichtungstemperatur in einem kochenden Bad geprüft, das 76,7 g/l wasserhaltige Nitrate von Kalzium und Aluminium bei einem pH-Wert von 9?0 enthielt· Ein gleichmäßiger Trend des Überzugsgewichtes wurde nach den ersten 5 Minuten beobachtet. Der Unterschied im Überzugsgewicht und im Ca-Al-Yerhaltnis sind auf unterschiedliche Anteile gelatinösen Filmes zurück zuführen, der an der Platte nach ihrer Entfernung anhaftet.

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Tabelle 1

Angaben für Ca/Al--H£droxid-überzüge_bei_2_Kon

(Die in der zweiten Spalte angegebenen Konzentrationen gelten jeweils für Ca(NO₇)p. χΗ_?Ο (mit 15,5%N) und Al(NO,), . 91^0 in dem Bad.)

	Beisp. Ko.	BadKonz. g/l	pH des dos am Auf. -	Ba- Ende	Überzugs gewicht a. d. Platten g/m²	% Ca im über zug	% Al im Über zug	Ca/Al- verhält- nis
O C*J	1A	60	8,1 -	7,4	18	7,49	5-76	1.30
Ö	2A	60	9-1 -	7.7	27-5	9.01	4.98	1.81
O CJ	3A	60	10.Ο	9-5	17.8	7-76	7.04	1.10
-J'	4A	60	11.0-	9.9	14	8.14	6.61	1.23
O (Xt	1B	120	8.0 -	7.4	7-5	7-76	6.26	1.24
cn	2B	120	9.0 -8	.1 .	8.7	7-94	6.74	1.18
O	JB	120	10.0-	8.8	9.7	8.02	7-87	1.02
	4B	120	11.0-	9-8	9-5	8.47	6.83	1.24

Wassertropfenprüfung

Durchmesser nach Durchmesser nach min , 1,58mm Trocknen d.Tropfens

12 17

15 .19

19 24

19 23

20 25 20 24 19 22

cn cn co cn

Tabelle 2

Temj>eraturen_a_stets unter_Verwendung der

Wasserhaltiges Aluminiumnitrat 76,7 g/1, wasserhaltiges Kalziumnitrat 76,7 g/l,
Natriumhydroxid; für einen pH-Wert von 9,0; Ca/Al-Verhältnis = 2,98.

Anmerkung; Inden ersten 15 Hinuten waren die Überzüge in allen Fallen ungleichmäßig.

Überzüge, hergestellt bei Siedetemperatur.

	Tauch	Gew.des	Gew.des	11,62	%Ca	6,57	2,01	Ca/Al-	Diametrale Aus	Haftung des Über
O (JU	zeit (min)	Überzugs Überzugs g/dm² g/m^	19,84	6,10	6,50	4,35	Verhält- nis	breitung eines Wassertropfens	zuges an der Ober fläche der Platte
O O	5	0,1157	14,o5	7,25	8,15	4,15	0,93	16	sehr schlecht
co	10	0,1984	14,63	5,62	9,89	4,41	1,12	16	recht gut
-J	15	0,1405	19,90	5,29	7,65	5,95	0,69	17	gut
"*»	20	0,1466	14,35	7,16	9,08	5-Λ7	0,53	16	schlecht
O	25	0,1993	25,43	5,55	6,85	6,47	0,94	17	gut
cn O)	30	0,1436	18,20	7,21	8,10	0,61	18	gut
O	35	0,2539	14,74	7,10	9,81	1,05	18	gut
	40	0,1820	10,09	5,36	11 ,62	0,88	16	gut
	45	0,1471	16,82	4,55	9,50	0,55	14	gut
	50	0,1007	18,50	5,35	8,70	0,39	16	schlecht
	55	0,1682		6,80	Überzüge,	0,59	16	gut
	60	0,1846	4,20		7,02	0,78	12	gut
			10,54		6,75	hergestellt	bei 80⁰C
	5	0,0417	20,66	7,92	3,49	12	sehr schlecht
	10	0,1059	19,05	7,91	1,55	12	schlecht
	15	0,2061	7,34	6,98	1,91	14	recht gut
	20	0,1904	26,04	8,20	1,79	14	gut
	25	0,0734	17,19	7,43	1,17	16	recht gut
	¹ 30	0,2600		1,50	12	gut
	ro 35 VN	0,1718	1,15	13	gut

Das Ausmaß der Ausbreitung eines Wassertropfens scheint in keinem Verhältnis zum Überzugsgewicht zu stehen, obowohl eine Beschichtungszeit von 30 bis 35 Minuten bei Kochtemperatur als Optimum anzusehen ist. Schichten, die bei 80°C (175° i¹) hergestellt sind, scheinen weniger effektiv zu sein, als solche, die bei Kochtemperatur hergestellt sind.

In einer dritten Versuchsserie wurde der Einfluß untersucht, der durch Variierung des Ca-Al-Verhältnisses im Beschichtungsbad eintritt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Vier

1 1-Bäder wurden zubereitet, die Ca-Al-Verhältnisse von 1, 2, 3 und 4 bei konstant gehaltenem Aluminiumnitratanteil von 76,7 s/l hatten. Alle Bäder wurden bei Kochtemperatur und bei einem pH-Wert von 9,0 betrieben. Drei Aluminiumplatten mit den Abmessungen 101,6 mm χ 101,6 mm ( 4" χ 4") wurden in jedes Bad eingesetzt, jeweils bei 10, 20 und 30 Minuten. Nach dem Trocknen der Platten über Nacht bei Zimmertemperatur wurde die Ausbreitung von Wasserstropfen auf jeder Prüftafel in Intervallen bis zur 15 Minuten bestimmt. Mit einer Ausnahme hatten die Platten, die in Bädern mit Ca-Al-Verhältnissen von 1 oder

2 hergestellt waren, eine größere Ausbreitung des Wasserstropfens zu gleichen Zeiten, als Platten mit Ca-Al-Verhältnis von

3 und 4. Die besten Ergebnisse sind offensichtlich mit einer Platte zu erreichen, die für 30 Minuten in einem Bad behandelt wurde, das gleiche Mengen von Kalzium und Aluminium enthielt, obwohl dieses Bad auch das verdünnteste ist. Auf diese Weise zeigt sich die bevorzugte Bad-Zusammensetzung und die Tauchzeit.

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Tabelle 3

Wassertropfenausbreitun^sversuche auf Aluminimaplatten mit den Abmessungen 101,6 mm χ 101,6 mm in Bädern mit unterschiedlichen Ca/al-Verhältnissecu

	Ca/Al- ■■ VeriäLtnis im Bad	Mittlerer	0,5 mj	Durchmesser de	35	;s Vassertrop-
	1	fens (mm)	15	nach -	35
Platte BTr.	2	Beschich- tungszeit (min)	14		18	min 15 min
1	3	10	11	Ln 2 min 5 (getrocknet)	22	36
2	4	10	11	27	36	40
	1	10	13	21	25	18
4	2	10	10	14 ■	20	31
5	3	20	12	16	27	44
6	4	20	11	21	44	34
7	1	20	17	20	33	22
8	2	20	16	16	21	34
9	3	30	11	18	23	46
10	4	30	12	29	40
11	30	24	26
12	30	16	27
	18

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030037/05S0

.. -&■■ ■-

Überzüge auf Testrädern mit einem Durchmesser von 203-2 mm:

Vier Aluminiumtesträder mit dem angegebenen Durchmesser wurden mit einem Verfahren beschichtet, das in Tabelle 4 wiedergegeben ist. Die gleiche Lösung wurde bei der Beschichtung der Räder und 2 verwendet. Eine neue Lösung der gleichen Zusammensetzung wurde bereitet und für die Beschichtung der Räder 3und 4 verwendet. Die Räder wurden nach dem Reinigen mit war«^mem Wasser gespült, nicht jedoch nach dem Beschichten. Der Überschuß an Lösung, der an dem Rad nach dem Entfernen aus dem Bad verblieb, wurde durch Abschütteln entfernt. Ein Teil der verbliebenen Feuchte wurde mit einem Strom kalter Luft herausgeblasen, wonach der Überzug bei Zimmertemperatur zum Trocknen stehengelassen wurde. Die Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung der Räder 1, 3 und 4 waren sehr ähnlich und sehr stabil bei allen Feuchtigkeitsgehalten. Das besondere Verhalten des Rades 2, das im Gegensatz zum üblichen Trent der niedrigeren Wirksamkeit bei höherer Feuchte steht, ist unerklärbar.

Im Hinblick auf das Rad Nr. 3 in Tabelle 4, das gute Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung hatte, wurde eine flache Aluminiumversuchsplatte im gleichen Bad zusammen mit dem Rad beschichtet, und es wurden sowohl das Gewicht des trockenen Überzuges als auch das Ca/Al-Verhältnis im trockenen Überzug bestimmt in der Annahme, daß der Überzug auf dem Rad 3 das gleiche Überzugsgewicht und das gleiche Ca/Al-Verhältnis hat. Das Ü"berzugsgewicht auf der trockenen Versuchsplatte betrug 24,27 g/m und das Ca/Al-Verhältnis war 2,04.

- 26 -

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-X-

Tabelle 4

Die Räder xv'urd en mit folgenden Reinigern und Maßnahmen gereinigt: Rad 1 Rad 2 E§d_l Rad 4

ÜTatriummetasilikat 45 g/l Wyandotte-BN-hetall-

Natriumhydroxid 4 g/l reiniger 45 g/l

Temperatur: Temperatur: Temperatur :

80 - 62,2°C 65,5°C 71 - 76,6°C

Eintauchteit: Eintauchzeit: Eintauchzeit: 2 min. 10 Tauchungen 5 - 10 min. zu 2 see.

Die Räder wurden mit folgenden Badzusammensetzungen und Maßnahmen

beschichtet:

Kaliumnitrat 77g/l (0,64 Ibs/gal.) Aluminiumnitrat 77g/l (0,64 Ibs/gal.) Natriumhydroxid 25g/l (0,21 Ibs/gal.)

Rad 1 Rad"2 Rad 5 Rad 3

pH-Wert	9,0	9,5	9,0	⁰C	fo.	Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung	38%	71%	9,1
Eintauchzeit 35 min	35 min	35 min	101	101	Feuchtigkeit 76%	55%	69%	35 min
	Temgeraturverlauf im Beschichtungsbad	98	100	Feuchtigkeit 85%	68%	67%
Min.		98	99	Feuchtigkeit 73%
0	102	100	100	101
2	98	101	101	99
5	99	101	101	99
10	101	101	101	100
15	101	101	101	100
20	101	101 ·	101	100
25	101	101
30	102	101
35	102	101

geringe
mittl.	68%
hohe	68%

- 27 -

7/0580

-Jtf-

Überzüge auf Hadern mit einem Durchmesser von 963,2mm (58");

Zwei Räder von Produktionsart mit dem angegebenen Durchmesser wurden mittels Verfahren und unter Bedingungen beschichtet, die denen ähnlich waren, die "bei den in Tabelle 4 beschriebenen Testrädern angewandt wurden. Die Maßnahmen wurden in drei Stahltanks aus 1,6 mm dicken Platten mit einem Durchmesser von 1,22 m und einer Höhe von 0,61 m durchgeführt. Die drei Tanks waren Je zur Hälfte mit 454-,6 Liter Reinigungslösung , Spülwasser und Beschichtungslösung gefüllt. Die Lösungen wurden mittels Stahlrohrdampfschlangen erhitzt, die auf dem Boden jedes Tanks lagen. Jedes Rad des oben angegebenen Durchmessers wurde in horizontaler Lage auf einem dreibeinigen, geschweißten Rohrständer gehalten und von Tank zu Tank mit einem elektrischen Kettenflaschenzug bewegt.

Das erste Red wurde in einem heißen alkalischen Reiniger gereinigt, der aus je 11,34 kg pro 454,6 1 (25 lbs pro 100 gallons) von Wyandotte-BN-Reiniger und Natriumhydroxid zusammengesetzt^ Die Temperatur der Reinigungslösung betrug etwa 70°C. "Vor dem Eintauchen des Rades in die Reinigungslösung wurde es mit Dampf bestrahlt, um jeden Schmutz oder Staub zu entfernen, und dann etwa auf die Temperatur des Reinigungsbades erhitzt. Das Reinigungsbad in dieser Zusammensetzung war jedoch so stark alkalisch und so heiß, daß sich eine große Menge Schaum durch die Reaktion des Aluminiums mit dem Natriumhydroxid der Lösung gebildet hat, der schon nach wenigen Sekunden aus dem Tank auslief. Das Rad wurde so schnell als möglich herausgehoben, wonach die weitere Reinigung nach dem Abkühlen der Lösung durch fünfmaliges Hinein- und Herausheben des Rades durchgeführt wurde. Nach dem Heinigen wurde das Rad im nächsten Tank gespült, nach dem Herausheben mit Dampf bestrahlt und dann in cas kräftig siedende Überzugsbad für 35 Minuten eingetaucht. Die Badzusammensetzung war die gleiche, wie sie im vorherigen Beispiel bei den Rädern mit kleinerem Durchmesser verwendet wurde, nämlich 76,7 g/l (64 lbs pro 100 gallons) je von Aluminiumnitrat und Kalziumnitrat und 25 g/l Natriumhydroxid ( 20 lbs pro 100 gallons). Die Lösung wurde am vorangehenden

- 28 Ö3003770560

Tage zubereitet, eine Stunde gekocht und dann abgekühlt. Kurs vor dem Beschichten des Rades wurde der pH-Wert der Lösung mit Natriumhydroxid auf 9?2 eingestellt. Nach dem Herausheben des Hades aus dem Beschichtungsbad wurde es für einige Minuten abgetropft , wonach die überschüssige Flüssigkeit entfernt wurde. Das Rad wurde einige St_unden getrocknet« Die Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung dieses Rades unter hochfeuchten Bedingungen (19,8 g Feuchte pro 1000 g trockener Luft; 0,021 lbs moisture per pound of dry air) betrug 70% der fühlbaren Wärme und 71% der latenten Wärme in einem Luftstrom, der mit mittlerer Geschwindigkeit strömte. Diese Werte sind denen für die Wirksamkeit der vollständigen Wärmerückgextfinnung ähnlich, die bei den ■vier beschichteten Rädern mit einem Durchmesser von 203,2 mm bei hohem Feuchtigkeitsgehalt (67 bis 75%) ermittelt iirurden.

Vor der Behandlung des zweiten großen Rades wurde die BeschichtungslÖsung auf ihre Ausgangszusammensetzung gebracht, indem 1088 g (2,4 lbs) Kalziumnitrat, 680 g (1,5 lbs) Aluminiumnitrat und 200 g (0,44 lbs) Natriumhydroxid hinzugefügt wurden» Der pH-Wert war mit 9?9 etwas hoch und wurde durch Hinzufügen von 50 ml Salpetersäure auf 9₅8 gesenkt. Froben des Bades wurden vor und nach der Beschichtung entnommen.

Bei der Behandlung des zweiten Rades wurden nur der Reinigungstank und der Beschichtungstank, je gefüllt mit 454,6 1 , verwendet Das Spülen nach dem Reinigen wurde mittels durch das Rad fließendem Wasser bewirkt. Die Reinigungsbehandlung wurde im wesentlichen in der gleichen V/eise durchgeführt, wie beiwersten Rad, mit der Ausnahme, daß das Reinigungsbad nur aus einer Lösung von 4,536 kg (10lbs) Natriumhydroxid bestand und bei etwa 50⁰C (120° F) betrieben wurde. Die verdünnte Reinigungsflüssigkeit (12g/l) hat wiederum mit dem Aluminium reagiert, jedoch wesentlich schwächer, so daß das Aufschäumen durch das Herausnehmen des Rades nach einer Eintauchzeit von 1 Minute kontrolliert werden konnte. Zv;ei Tauchungen waren ausreichend, das Rad zu reinigen und leicht anzu-

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ätzen; diese .Reinigungstechnik ist deshalb gegenwärtig zu bevorzugen. Hach dem Reinigen und Spülen wurde das Had in das kochende Beschichtungsbad für 35 Minuten eingetaucht. Nach dem Herausnehmen aus dein Bad wurde die überschüssige Flüssigkeit entfernt und das Bad in horizontaler Lage zu«Trocknen belassen.

Eine wirksamere Trocknungsbehandlung kann durchgeführt werden, indem das Rad in vertikaler Lage gedreht und ein warmer Luftstrom durchgleitet wird. Diese Methode ermöglicht es, daß mehr Überzug in dem Rad verbleibt, und ergibt eine bessere Beeinflussung der Dicke des Überzuges und vermeidet Zerstörungen.

Die Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung beim zweiten großen Rad unter den gleichen Feuchtebedingungen bei gleicher mittlerer Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes betrug 70% fühlbare Wärme und 50 % latente Wärme. Der Grund für die geringere Rückgewinnung latenter Wärme auf diesem zweiten Rad ist nicht klar. Er kann auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein: Höherer pH-Wert (9,8 anstelle von 9?2), Unterschiede in der Trocknungstechnik, die die Menge an am Rad anhaftendem gelatinösen Niederschlag beeinflußt, und /oder Wirkungen des Beschichtungsbades mit dem Ergebnis, daß .Änderungen in der Zusammensetzung desselben und des Überzuges eintreten. Eine Testplatte aus einem flachen Aluminiumkörper , der in dem gleichen Bad zusammen mit dem sweiten Rad beschichtet wurde, hatte ein Überzugsgewicht von 18,19g/^m auf der Oberflächenschicht des Aluminiumträgers.

Es ist darauf hinzuweisen, daß derartige Überzüge für die Übertragung latenter Wärme auch auf Aluminiumgeflecht oder Matrizes aus Aluminiumwolle hergestellt werden können, die üblicherweise als Alternative zu aufgewickelten gewellten Matrizes aus Aluminiumschichten bei solchen Rädern für den vollständigen Energieaustausch verwendet v/erden.

Die Erfindung ist anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben worden, die die der Erfndung zugrunde liegende Aufgabe lösen.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.)Mittel für den vollständigen Austausch von Energie, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Aluminiumträger enthält, der· mit einem !feuchte absorbierenden Überzug versehen ist, der Hydroxide oder Hydratoxide von Kalzium und Aluminium enthält.

2. Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug auf dem Aluminiunträger eine Umxvandlungsteilschicht und eine gelatinöse Teilschicht auf der ümxvandlungsteilschicht enthält.

3. Mittel für den vollständigen Austausch von Eneigie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Urnvanclungeteilschicht v/ass^haltiges Kr.lziumaluininat enthält.

4-, Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach

Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsteilschicht und die gelatinöse Teilschicht je eine Mischung aus wasserhaltigen Kalzium- und Aluminiumoxiden enthält.

5. Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kalzium zu Aluminium im Überzug von etwa 1 : 1 zu etwa

2-ι 5 J Ί ι gerechnet als Gewichts verhältnis, beträgt.

6. Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 5ι dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kalzium zu Aluminium im wesentlichen 2 : 1 beträgt.

7. Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Überzuges auf dem Aluminiumträger etwa 5j38 bis 32,3 g/m ( 0,5 bis 3jO g/ft ) der Aluminiumträgeroberfläche beträgt,

8. Mittel für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Über-

2 2

zuges etwa 16 bis 27 g/m (1,5 bis 2,5 g/ft ) beträgt.

9. Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie,

die ein Mittel zur empfindlichen und latenten Übertragung von Wärmeenergie in An- oder Abwesenheit von Feuchte zwischen zwei Luftströmen, zwischen denen die Vorrichtung angeordnet ist, enthält, daß das Mittel eine Habe, eine Vielzahl von Lagen aus gewelltem Schichtmaterial und eine entsprechende Vielzahl von Lagen aus flachem Schichtmaterial, die alternierend zv;ischeneinander angeordnet sind, enthält, daß diese vielen Lagen jeweils in Form von Streifen aus den jeweiligen Materialien spiralförmig auf und um die Nabe gewickelt sind, wobei das Wärmeübertragungsmittel innerhalb ringförmiger Bereiche angeordnet ist, die von der liabe nach außen weisen,

- 2a -

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daß die Wellungen der Lagen aus dem gewellten Schichtmatei'ial zueinander derart parellel angeordnet sind, daß sie zusam-.· : men mit den jeweils zugehörigen Lagen aus flachem Schichtmaterial Durchlässe für den Luftstrom durch das Mittel bilden und das Mittel in der aufgewickelten !Form festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Schichtmaterialien ein Aluminiumträger ist, der an seiner dem Luftdurchgang zugewandten Oberfläche einen anhaftenden Überzug aufweist, der eine Mischung von wasserhaltigen Kalzium- und Aluminiumoxiden enthält.

10.Vorrichtung zur vollständigen Umwandlung von Energie nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der anhaftende Überzug eine Umwandlungsüberzugsschicht auf der Oberfläche des AIu-„ miniumträgers und eine gelatinöse Überzugsschicht auf der Umwandlungsüberzugsschicht enthält, wobei die Umwandlungsüberzugsschicht ebenfalls wasserhaltiges Kalziumaluminat enthält.

11.Verfahren zur Herstellung einer Matrix für den vollständigen Austausch von Energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein latente Energie umwandelnder Überzug auf der Oberfläche eines Aluminiumträgermaterials gebildet wird, indem eine Lösung hergestellt wird, die wasserlösliche Kalzium- und Aluminiumsalze enthält und deren pH-Wert in einem Bereich von etwa 7 bis 11 eingestellt wird, damit sich ein gelatinöser Niederschlag bildet, und daß die Oberfläche des Aluminiumträgers mit diesem Niederschlag versehen wird.

12.Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis von Kalzium zu Aluminium in der Lösung von etwa 1 : 1 bis etwa 4:1 reicht.

1J. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der

- 2b -

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pH-Wert der Lösung mit Alkalimetallhydroxid in den Bereich

von etwa 7 bis 11 gebracht wird.

14.Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallhydroxid Natriumhydroxid verwendet wird.

15«Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert auf etwa 8 bis etwa 9 gebracht wird.

16.Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Lösung während der Beschickung der Oberfläche des Aluminiumträgers mit dem gelatinösen niederschlag im Bereich von 7O⁰C bis zum Siedepunkt der Lösung liegt.

17»Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalziumsalz Kalziumnitrat und als Aluminiumsalz Aluminiumnitrat verwendet werden.

18.Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Nitrate von Kalzium und Aluminium-hydratisierte Nitrate verwendet wezxlen und daß die Konzentration jedes dieser Nitrate in der Lösung im Bereich von etwa ^O bis ei;wa 120 g/l liegt.

19«Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Aluminiumträgers mit dem gelatinösen Niederschlag während einer Zeit von etwa 5 bis 60 Minuten beschickt wird.

20.Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalzium- und Aluminiumsalze in gleichen Gewichtsteilen von wasserhaltigem Kalziumnitrat und wasserhaltigem Aluminiumnitrat eingesetzt werden, daß der pH-Wert der Lösung durch Hinzufügung von Natriumhydroxid auf einen pH-Wert im Bereich von etwa 8 bis etwa 9 gebracht wird, daß die Temperatur der Lösung im wesentlichen auf ihrer Siedetemperatur gehalten

- 2c -

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wird und daß die Oberfläche des Aluminiumträgers mit dem gelatinösen Niederschlag während einer Zeit von etwa 20 "bis etwa 35 Minuten beschickt wird.

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