DE3907167C2 - Verfahren zur Herstellung eines Entfeuchterelements - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines EntfeuchterelementsInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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Description
Die JP-Patentanmeldung, die der vorliegenden Anmeldung zugrunde
liegt, ist eine Zusatzanmeldung zur JP-Patentanmeldung 86969/1985,
die am 22. April 1985 eingereicht wurde.
Die vorliegende Anmeldung ist hinsichtlich ihres Erfindungsge
genstandes mit der am 28. August 1987 eingereichten Patent
anmeldung DE 737 28 859 A1 verwandt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ent
feuchterelements, das dazu dient, kontinuierlich ein entfeuch
tetes Gas wie z. B. trockene Luft zu erhalten, indem ein Aus
gangsgas und ein desorbierendes Gas abwechselnd durch das Ent
feuchterelement hindurchgeleitet werden. Das Entfeuchterelement
besteht aus einem Block mit vielen kleinen Kanälen, der ein fe
stes Adsorptionsmittel enthält, das zum reversiblen Adsorbieren
der darauf gebildeten Feuchtigkeit befähigt ist.
Bekannte Entfeuchterelemente oder -rotoren wurden hergestellt,
indem ein Block aus Papier mit vielen kleinen Kanälen gebildet
und mit hygroskopischen Mitteln (Feuchteabsorptionsmitteln) wie
z. B. Lithiumchlorid und Lithiumbromid imprägniert wurde. Solche
bekannten Entfeuchterrotoren haben Nachteile wie z. B. eine Kon
densation oder ein Übertreiben bzw. Mitreißen von Tau und kön
nen in Luft, die eine relative Feuchte von wenigstens 80% hat,
nicht verwendet werden.
Aus JP-Patentanmeldung 206849/1984 ist ein Verfahren zur Her
stellung eines Feuchtigkeitsaustauscherelements mit einem Ent
feuchterelement bekannt, bei dem aus aufeinandergeschichteten
Blättern bzw. Bahnen aus Papier mit niedriger Dichte, das aus
anorganischen Fasern wie z. B. Keramikfasern besteht, ein Block
mit vielen kleinen Kanälen gebildet wird. Die Blätter bzw. Bah
nen oder der Block wird vor oder nach dem Blockbildungsvorgang
mit Wasserglaslösung durchtränkt bzw. imprägniert und dann er
hitzt und getrocknet, bis die Wasserglaslösung zu hydratisier
tem Wasserglas mit einem Wassergehalt von 3 bis 20% eingeengt
ist, wonach der Block in einer Säurelösung durchfeuchtet wird,
so daß Wasserglas und Säure unter Erzeugung von Kieselsäure-Hy
drogel reagieren. Der Block wird danach gewaschen und getrock
net, wodurch ein festes Entfeuchterelement für einen Feuchtig
keitsaustauscher erhalten wird, das hauptsächlich aus Kiesel
säure-Aerogel mit einer Matrix aus Papier aus anorganischen Fa
sern besteht. Bei diesem Verfahren wird im Vergleich zu einem
Verfahren, bei dem im Handel erhältliches pulverförmiges Kiesel
säure-Aerogel an Papier aus anorganischen Fasern angeklebt wird,
erreicht, daß festes Kieselsäure-Aerogel nicht nur an der Ober
fläche des Papiers aus anorganischen Fasern, sondern auch in
den Öffnungen bzw. Zwischenräumen zwischen den Fasern des Pa
piers fest anhaftet, was zu einem Entfeuchterelement führt, das
keine Nachteile wie z. B. eine Kondensation oder ein Übertreiben
bzw. Mitreißen von Tau hat und eine größere physische bzw. me
chanische Festigkeit und ein verbessertes Feuchtigkeitsadsorp
tionsvermögen zeigt.
Zu den Aerogelen, die eine Feuchtigkeits- oder Gasadsorptions
wirkung zeigen, gehören ferner Aktivkohle und Adsorptionsmittel
aus der Gruppe der Tonerdegele und der Kieselsäure-Tonerde-Gele.
Aus der DE-A-37 28 859 ist ein Feuchtigkeitsaustausch
element bekannt, welches nach einem Verfahren hergestellt
wird, das die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
stehenden Schritte (a) bis (f) umfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her
stellung eines Entfeuchterelements mit einer verbesserten Halt
barkeit und einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 mit den im kennzeichnen
den Teil angegebenen Merkmalen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einer porösen Bahn-
bzw. Blattmatrix aus anorganischen Fasern eine feste Wabenstruk
tur aus Metallsilicat-Aerogel gebildet, was darauf beruht, daß
Adsorptionsmittel, die aus Aerogelen von Metallsilicaten wie
z. B. Aluminiumsilicat bestehen, durch Umsetzung von Wasserglas
mit einer Lösung eines Metallsalzes wie z. B. eines Aluminiumsal
zes leicht erzeugt werden können.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Blatt, ein Bogen bzw. eine
Bahn (nachstehend als Bahn bezeichnet) aus Papier mit sehr ge
ringer Dichte (d. h., mit einer Flächenmasse von nicht mehr als
100 g/m2 im Falle eines Papiers mit einer Dicke von 0,2 mm),
dessen Hauptbestandteil anorganische Fasern wie z. B. Keramikfa
sern sind, hergestellt. Eine plane bzw. glatte Bahn und eine
gewellte Bahn aus diesem Papier aus anorganischen Fasern werden
zur Bildung eines Blockes mit vielen kleinen Kanälen abwech
selnd aufeinandergeschichtet bzw. laminiert.
Um die Papierherstellung zu erleichtern, wird in das Papier aus
anorganischen Fasern eine geringe Menge organischer Fasern wie
z. B. Holzschliff bzw. Holzzellstoff oder organischer Kunstfa
sern eingemischt. Die auf die Gesamtmasse der gemischten Fasern
bezogene Menge der verwendeten organischen Fasern beläuft sich
nur auf einige Masseprozent. Das Entfeuchterelement ist während
seiner Entfeuchtung einer heißen, weniger feuchten desorbieren
den Luft mit einer Temperatur von 120 bis 180°C ausgesetzt, die
bei einem Einlaß in das Entfeuchterelement eintritt, um das Ent
feuchterelement zu reaktivieren. Wenn dieser Vorgang abläuft,
würden die vorstehend erwähnten organischen Fasern dazu neigen,
zu verbrennen und das Entfeuchterelement zu beschädigen. Zur
Vermeidung eines solchen Problems wird die Bahn oder der Block
mit erhitzter Luft von 300 bis 500°C behandelt oder gebrannt,
um die organischen Substanzen aus dem Papier zu entfernen. Die
ser Schritt kann vor oder nach der Bildung des Blockes aus den
glatten und den gewellten Bahnen aus Papier aus anorganischen
Fasern durchgeführt werden. Wenn die Bahnen mit einem anorga
nischen Klebstoff wie z. B. Wasserglas laminiert bzw. aufeinan
dergeschichtet werden, ist die Wirkung des Brennens vor dem La
minieren dieselbe wie nach dem Laminieren; wenn die Bahnen je
doch mit einem polymeren organischen Klebstoff wie z. B. Polyvi
nylacetat, Epoxyharz und Ethylen-Vinylacetat-Copolymer aufein
andergeschichtet bzw. laminiert werden, sollte das Brennen nach
dem Laminieren durchgeführt werden, um diesen organischen Kleb
stoff sowie die anderen organischen Bestandteile zu entfernen.
Die glatten und die gewellten Bahnen werden mit Natriumsilicat-
Wasserglaslösung durchtränkt und zur Trockne erhitzt, so daß
die Wasserglaslösung auf den Bahnen eingeengt wird. Dies kann
vor oder nach dem Schritt des Laminierens durchgeführt werden.
Der laminierte und mit Wasserglas durchtränkte bzw. imprägnier
te Block wird in einer Metallsulfatlösung durchfeuchtet, die
aus einer Aluminiumsulfatlösung und einer Magnesiumsulfatlösung
ausgewählt ist. Durch die Umsetzung des Wasserglases und des
Metallsulfats wird Metallsilicat-Hydrogel erzeugt, ohne daß die
ursprüngliche Form des Blockes verletzt wird. D. h., die vielen
kleinen Kanäle bleiben unbeschädigt. Überschüssiges Metallsul
fat und Metallsilicat-Hydrogel, das nicht auf dem Papier aus
anorganischen Fasern getragen wird, werden durch Waschen des
Blockes entfernt. Der Block wird dann zur Trockne erhitzt, wo
durch ein festes Wabenelement für einen Entfeuchter erhalten
wird, bei dem Metallsilicat-Aerogel, der Hauptbestandteil, fest
mit der Matrix aus Papier aus anorganischen Fasern verbunden
ist.
Bei diesem Verfahren wird der Verlust von Wasserglas, das in
der Metallsulfatlösung gelöst ist, verhindert, indem der Block
nach dem Durchtränken des Blockes mit Wasserglas und vor dem
Durchtränken des Blocks mit der Metallsulfatlösung erhitzt wird.
Dadurch wird die Wasserglaslösung eingeengt, wodurch hydrati
siertes oder halbfestes Wasserglas mit einem Wassergehalt von 5
bis 45% gebildet wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachste
hend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher er
läutert.
Fig. 1 ist eine Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur Durchfüh
rung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah
rens.
Fig. 2 ist eine perspektivische Zeichnung, die eine erste Aus
führungsform eines durch das erfindungsgemäße Verfahren gebil
deten Entfeuchterelements zeigt.
Fig. 3 und 7 sind graphische Darstellungen, die einen Vergleich
zwischen dem Entfeuchtungsvermögen von Entfeuchterelementen,
die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet worden sind,
und dem Entfeuchtungsvermögen von Entfeuchterelementen, die
durch ein bekanntes Verfahren gebildet worden sind, zeigen.
Fig. 4 und 5 sind graphische Darstellungen, die das Entfeuch
tungsvermögen von verschiedenen Entfeuchterelementen zeigen,
die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet worden sind.
Fig. 6 ist eine perspektivische Zeichnung eines Entfeuchters,
bei dem das in Fig. 2 veranschaulichte Entfeuchterelement ver
wendet wird, wobei zur Erläuterung ein Teil des Aufbaus wegge
brochen ist.
Fig. 8 ist eine perspektivische Zeichnung, die ein Beispiel ei
nes Entfeuchterelements mit Querstrom zeigt.
Fig. 9 ist eine perspektivische Zeichnung, die ein Beispiel ei
nes Entfeuchterelements mit Gegenstrom zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Paar Riffelwalzen 1 und 2, die an ihrem äuße
ren Umfang gewünschte ineinandergreifende Zähne haben. Gegen
die Riffelwalze 2 wird eine Druckwalze 3 mit einer glatten Zy
linderoberfläche gepreßt. Zwei Klebstoffauftrageinrichtungen 4
und 5 weisen einen Klebstoffbehälter 4a bzw. 5a und eine Kleb
stoffauftragwalze 4b bzw. 5b auf. Die unteren Teile der Kleb
stoffauftragwalzen 4b und 5b sind in einen Klebstoff 6 einge
taucht, der in dem jeweiligen Klebstoffbehälter 4a bzw. 5a auf
bewahrt ist. Der Hauptbestandteil des Klebstoffs 6 ist vorzugs
weise Wasserglas. Die Klebstoffauftragwalze 4b ist in der Nähe
der Riffelwalze 2 angebracht.
Rollen von sehr porösen Papieren 7 und 8 sind bereitgestellt.
Die Papiere 7 und 8 sind aus 70 bis 90% Keramikfasern, 5 bis
20% Holzschliff bzw. Holzzellstoff und 5 bis 10% Bindemittel
hergestellt und haben eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm und im Fall
einer Dicke von 0,2 mm eine Flächenmasse von etwa 70 g/m2.
Das Papier 7 wird zur Bildung von gewelltem Papier 7a zwischen
die geriffelten Walzen 1 und 2 eingeführt. Das gewellte Papier
7a wird in den Eingriffsbereich der geriffelten Walze 2 und der
Klebstoffauftragwalze 4b eingeführt, und der Klebstoff 6 wird
auf den Wellengratbereich des gewellten Papiers 7a aufgetragen.
Das gewellte Papier 7a und das plane bzw. glatte Deckpapier 8
werden zwischen der Riffelwalze 2 und der Druckwalze 3 zusam
mengebracht, um durch Zusammenkleben der Papiere 7a und 8 eine
einseitig mit Deckpapier beklebte Wellpapierbahn 9 zu erhalten.
Der Klebstoff 6 wird durch die Klebstoffauftragwalze 5b der
Klebstoffauftrageinrichtung 5 auf den Wellengratbereich der ein
seitig mit Deckpapier beklebten Wellpapierbahn 9 aufgetragen.
Durch Zusammenkleben und Herumwickeln der mit Klebstoff bestri
chenen Wellpapierbahn 9 um eine Welle 10 wird eine zylinderför
mige Wabenmatrix 11, durch deren beide Enden viele kleine Kanä
le hindurchgehen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, hergestellt.
Die zylinderförmige Wabenmatrix 11 wird mit erhitzter Luft, die
eine Temperatur von 300 bis 500°C hat, behandelt oder gebrannt,
um organische Substanzen zu entfernen, die in dem Papier und in
dem Klebstoff enthalten sind.
Die gebrannte zylinderförmige Wabenmatrix 11 wird in einer
20- bis 35%igen wäßrigen Lösung von Wasserglas Nr. 1 (Masseverhält
nis Siliciumdioxid/Natriumoxid: 2,1/1) durchfeuchtet und bei 80
bis 100°C 1 h lang getrocknet. Es wird eine Wabenmatrix mit ei
ner Schicht aus hydratisiertem oder halbfestem Wasserglas, die
5 bis 45 Masse% Wasser enthält und deren Masse das 2- bis 2,5-
fache der Masse der Papiermatrix beträgt, erhalten. Die Waben
matrix wird unter Rühren in einer 21%igen wäßrigen Lösung von
Aluminiumsulfat durchfeuchtet, wodurch auf dem Papier Aluminium
silicat-Hydrogel erzeugt wird. Natriumsulfat (ein Nebenprodukt),
überschüssiges Aluminiumsulfat und Aluminiumsilicat-Hydrogel,
das nicht auf dem Papier getragen wird, werden durch Waschen
mit Wasser entfernt. Durch Erhitzen und Trocknen der Wabe wird
ein Entfeuchterelement, dessen Hauptbestandteil Aluminiumsili
cat-Aerogel ist, erhalten.
In dem vorstehend erwähnten Beispiel wird die zylinderförmige
Wabenmatrix 11 in der Aluminiumsulfatlösung durchfeuchtet, nach
dem sie in der wäßrigen Wasserglaslösung durchfeuchtet und zum
Trocknen der Wasserglaslösung erhitzt worden ist. In einem an
deren Beispiel werden gebrannte Papiere 7 und 8 aus Keramikfa
sern in einer Wasserglaslösung durchfeuchtet und bis zu einem
geeigneten Wassergehalt getrocknet, so daß die Oberfläche vor
dem Wellungsverfahren etwas klebrig wird. Bei diesem Verfahren
kann ein Teil des etwas klebrigen Wasserglases als Klebstoff
bei dem Verfahren zur Herstellung der einseitig mit Deckpapier
beklebten Wellpapierbahn 9 verwendet werden. Diese zylinderför
mige Wabe 11 wird wieder getrocknet und wird zur Erzeugung von
Aluminiumsulfat-Hydrogel in einer Aluminiumsulfatlösung durch
feuchtet.
Papiere, die für die Bildung der Matrix zu verwenden sind, sind
Papiere aus anorganischen Fasern, deren Hauptbestandteil nicht
nur die vorstehend erwähnten Keramikfasern, sondern auch Glas
fasern, Schlackenfasern, Gesteinsfasern, Kohlenstoffasern und
Mischungen daraus sein können. Asbestfasern werden nicht bevor
zugt, weil sich Asbestfasern in der Lunge festsetzen und weil
bekannt ist, daß eine längere Einwirkung von Asbestfasern Lun
genkrebs, eine besondere Schwellung oder Geschwulst in der
Brust oder am Bauchfell und/oder Asbestose verursacht.
Als wasserlösliche Aluminiumsalze werden Aluminiumsulfat, Alu
miniumnitrat, primäres Aluminiumphosphat und Aluminiumchlorid
verwendet, die im Handel leicht zu tragbaren Preisen erhältlich
sind. Auch wasserlösliche Calciumsalze und Magnesiumsalze wie
z. B. Calciumnitrat, Calciumchlorid, Magnesiumsulfat und Magne
siumchlorid reagieren unter Erzeugung von Silicatgelen mit Was
serglas, weshalb die vorstehend erwähnten Salze von Al, Ca und
Mg bei dem Versuch untersucht wurden.
Fig. 3 zeigt die Gleichgewichtsmengen von Dampf, der bei Normal
temperatur (25°C) durch im Handel erhältliches Kieselsäuregel A
und durch die im Rahmen der Erfindung verwendeten Silicatgele
adsorbiert wird. Vergleichsbeispiele wurden durch Umsetzung von
hydratisiertem Wasserglas mit einer auf 60 bis 70°C erhitzten
20%igen Lösung von Aluminiumsulfat, primärem Aluminiumphos
phat, Aluminiumnitrat, Aluminiumchlorid, Calciumnitrat, Calcium
chlorid, Magnesiumsulfat oder Magnesiumchlorid hergestellt. Ta
belle 2 zeigt die Gleichgewichtsmengen von Dampf, der bei einer
relativen Feuchte von 75% durch diese Aerogele adsorbiert wird:
Aerogel, hergestellt unter Verwendung von Aluminiumsulfat | 37,6% |
Im Handel erhältliches Kieselsäuregel A | 31,0% |
Aerogel, hergestellt unter Verwendung von primärem Aluminiumphosphat | 30,1% |
Aluminiumnitrat | 23,7% |
Magnesiumsulfat | 23,5% |
Magnesiumchlorid | 18,7% |
Aluminiumchlorid | 17,2% |
Calciumnitrat | 13,9% |
Calciumchlorid | 13,0% |
Kieselsäuregel A ist das gewöhnliche Kieselsäuregel und hat ein
starkes Feuchtigkeitsadsorptionsvermögen. Kieselsäuregel B ist
ein Kieselsäuregel mit niedriger spezifischer Oberfläche und ad
sorbiert bei hoher Feuchte große Mengen von Feuchtigkeit.
Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften von Kieselsäuregel A und Kie
selsäuregel B, die im Handel erhältlich sind.
Wie vorstehend und in Fig. 3 gezeigt ist, zeigen Aluminiumsalze
(mit Ausnahme von Aluminiumchlorid) und Magnesiumsulfat ein ge
nauso beachtliches Feuchtigkeitsadsorptionsvermögen wie im Han
del erhältliches Kieselsäuregel A und sind ausreichend wirksam,
um in Entfeuchtern verwendet zu werden. Andere Magnesiumsalze
und Calciumsalze sind nicht ausreichend wirksam, um in Entfeuch
tern verwendet zu werden. Unter den Aluminiumsalzen zeigt
Aluminiumchlorid im Vergleich zu den anderen Aluminiumsalzen
ein niedriges Feuchtigkeitsadsorptionsvermögen, was möglicher
weise darauf zurückzuführen ist, daß Aluminiumchlorid hydroly
siert wurde und die zur Erzeugung des Aluminiumsilicatgels füh
rende Umsetzung infolgedessen nicht in ausreichendem Maße ab
lief.
Natriumsulfat wird als Nebenprodukt erzeugt, wenn die Matrix in
einer Wasserglaslösung durchfeuchtet und mit Aluminiumsulfat be
handelt wird. Wenn Aluminiumsulfat nacheinander derselben Mut
terlauge zugesetzt wird, nimmt der Anteil des Natriumsulfats in
der Flüssigkeit zu. Um die Wirkung des Natriumsulfats zu zeigen,
wurde ein ähnlicher Versuch unter Verwendung einer Lösung durch
geführt, die 19% Aluminiumsulfat und 8,5% Natriumsulfat ent
hielt. Als Ergebnis, das in Fig. 3 in der Al2(SO4)3 + Na2SO4 zu
geordneten Kurve gezeigt ist, wurde genau dasselbe Resultat wie
im Falle der alleinigen Verwendung von Aluminiumsulfat erhalten,
und es wurde klargestellt, daß Natriumsulfat auch im Fall der
Zunahme seiner Menge in der Mutterlauge die Qualität des erhal
tenen Entfeuchterelements überhaupt nicht beeinflußt.
Fig. 4 zeigt die Gleichgewichtsmenge des Dampfes, der bei 25°C
je m2 des vorstehend in dem Beispiel erwähnten Papiers aus Ke
ramikfasern adsorbiert wird, auf dem adsorbierendes Gel festge
halten worden ist, indem es in derselben Weise mit Wasserglas
und dann mit Aluminiumsulfatlösung bei 60 bis 70°C oder bei Nor
maltemperatur; mit 19 bis 21%igen Lösungen von Aluminiumchlorid,
von primärem Aluminiumphosphat, von Aluminiumnitrat, von Magne
siumsulfat, von Magnesiumchlorid, von Calciumnitrat oder von
Calciumchlorid bei 60 bis 70°C oder mit einer Lösung, die 19%
Aluminiumsulfat und 8,5% Natriumsulfat enthielt, bei 60 bis 70°C
durchtränkt bzw. imprägniert wurde.
Fig. 5 zeigt die Gleichgewichtsmengen (Masse-%) des Dampfes,
der bei 25°C in Entfeuchterelementen adsorbiert wird, die gemäß
den vorstehenden Beispielen durch Umsetzung von Wasserglas mit
Aluminiumsulfatlösungen bei 60 bis 70°C oder bei Normaltempera
tur oder mit Lösungen von primärem Aluminiumphosphat, von Alu
miniumnitrat, von Aluminiumchlorid, von Magnesiumsulfat, von
Magnesiumchlorid, von Calciumchlorid, von Calciumnitrat oder
einer Aluminiumsulfat-Natriumsulfat-Mischung bei 60 bis 70°C,
die alle dieselben Konzentrationen hatten, wie sie vorstehend
erwähnt wurden, hergestellt worden sind.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ent
feuchterelements für die Massenfertigung angewendet wird, soll
ten Metallsalze wie z. B. Aluminiumsulfat aufeinanderfolgend der
selben Mutterlauge zugesetzt werden, und Nebenprodukte wie z. B.
Natriumsulfat sollten durch aufeinanderfolgendes Kühlen aus der
Mutterlauge entfernt werden. Im Fall der Verwendung von Natrium
silicat als Wasserglas läuft die zur Bildung von Metallsilicat-
Hydrogel führende Umsetzung in der in Tabelle 4 gezeigten Wei
se ab:
Na2
SiO3
+ Al2
(SO4
)3
→ Al2
(SiO3
)3
+ Na2
SO4
Na2SiO3 + Al(H2PO4)3 → Al2(SiO3)3 + Na3PO4
Na2SiO3 + AlCl3 → Al2(SiO3)3 + NaCl
Na2SiO3 + Al(NO3)3 → Al2(SiO3)3 + NaNO3
Na2SiO3 + MgSO4 → MgSiO3 + Na2SO4
Na2SiO3 + MgCl2 → MgSiO3 + NaCl
Na2SiO3 + Mg(NO3)2 → MgSiO3 + NaNO3
Magnesiumphosphat ist wasserunlöslich und kann nicht verwendet
werden. Von den sieben vorstehend erwähnten Salzen ist Alumi
niumphosphat ziemlich teuer, was seine Verwendung undurchführ
bar macht, und von den sechs übrigen Salzen sind nur wasserlös
liche Salze von Aluminium und von Magnesium zu einem tragbaren
Preis erhältlich. Tabelle 5 zeigt die Wasserlöslichkeit (Masse-
%) der sechs Salze und die Wasserlöslichkeit der drei Nebenpro
dukte der Umsetzung der sechs Salze mit Natriumsilicat bei 60°C
(der Temperatur bei der Umsetzung) und bei 0°C (der Kühltempe
ratur zum Auskristallisieren und Entfernen der Nebenprodukte):
Die Löslichkeiten von NaCl und von NaNO3 in Wasser sind bei
niedrigen Temperaturen hoch und ändern sich nur wenig mit der
Änderung der Temperatur, und ferner ist ihr Unterschied zu den
Löslichkeiten von AlCl3 und MgCl2 bzw. Al(NO3)3 und Mg(NO3)2
nur gering; NaCl und NaNO3 können infolgedessen nicht durch Küh
len der Mutterlauge nach der Umsetzung auskristallisiert und
entfernt werden.
Die Löslichkeit von Na2SO4 ist in warmem Wasser hoch und in kal
tem Wasser niedrig, und die Löslichkeiten von Al2(SO4)3 und von
MgSO4 sind in kaltem Wasser sowie in warmem Wasser hoch; infol
gedessen kann aus den Mutterlaugen, die Na2SO4 und Al2(SO4)3
enthalten oder Na2SO4 und MgSO4 enthalten, durch Kühlen der Mut
terlaugen nach der Umsetzung des Natriumsilicats und des Metall
sulfats nur Na2SO4 auskristallisiert und entfernt werden.
Zu den Verbindungen, die in weitem Sinne als Wasserglas bezeich
net werden, gehört Kaliumsilicat. Auch dieses Kaliumsilicat ist
darauf geprüft worden, ob es in dem erfindungsgemäßen Verfahren
als "Wasserglas" verwendet werden kann.
Tabelle 6 zeigt die Wasserlöslichkeiten (bei 60°C und 0°C) der
Nebenprodukte, die durch die Umsetzung des Kaliumsilicats und
der sechs vorstehend erwähnten Metallsalze erzeugt werden:
Es wird angenommen, daß nur K2SO4 aus der Mutterlauge auskri
stallisiert und entfernt werden kann; Kaliumsilicat ist jedoch
ziemlich teuer und wird nicht bevorzugt.
Fig. 6 zeigt, wie ein Entfeuchter mit dem in Fig. 2 gezeigten
zylinderförmigen Entfeuchterelement 11 aufgebaut ist. Das Ent
feuchterelement 11 wird drehbar in einem Gehäuse 12 gehalten,
das durch ein Trennstück 13 in eine Behandlungszone 14 und eine
Reaktivierungszone 15 eingeteilt wird, und wird durch einen Ge
triebemotor 16 und einen Treibriemen 17 umlaufen gelassen. Aus
gangs- bzw. Speiseluft 18 mit hoher Feuchtigkeit wird in die Be
handlungszone 14 eingeführt, und Wasserdampf wird durch das Ent
feuchterelement 11 aus der Ausgangsluft 18 adsorbiert. In die
Reaktivierungszone 15 wird heiße und weniger feuchte desorbie
rende Luft 19 eingeführt, um das Entfeuchterelement 11 zu reak
tivieren und zu entfeuchten. Auf diese Weise wird kontinuier
lich trockene Luft 20 erhalten. Fig. 6 zeigt ferner eine Lauf
rolle bzw. Riemenscheibe 21, eine Spannrolle 22, eine Gummidich
tung 23 und eine Heizeinrichtung 24 für die desorbierende Luft.
Zum Vergleich wurden Entfeuchter mit dem in Fig. 6 gezeigten
Aufbau unter Verwendung von zwei verschiedenen Entfeuchterele
menten gebaut. Eines wurde gemäß den vorstehend beschriebenen
Beispielen erhalten, indem in der in Fig. 1 gezeigten Weise aus
Papier aus Keramikfasern eine einseitig mit Deckpapier bekleb
te Wellpapierbahn 9 mit einer Wellenlänge bzw. einem Wellenab
stand von 3 mm und einer Wellenhöhe von 2 mm gebildet, mit Luft,
die eine Temperatur von 300 bis 500°C hatte, gebrannt oder be
handelt und zur Bildung einer Wabenmatrix bis zu einem Durch
messer von 320 mm und zu einer Dicke von 200 mm aufgerollt bzw.
aufgewickelt wurde, worauf die erhaltene Wabenmatrix in einer
Wasserglaslösung und in einer Aluminiumsulfatlösung durchfeuch
tet wurde. Der zweite Entfeuchter war ein Absorptionselement
und wurde erhalten, indem aus demselben Papier aus Keramikfa
sern gemäß der Erfindung eine Wabenmatrix bzw. ein Block mit
denselben Abmessungen gebildet und dann mit 8 Masse% (auf die
Masse des gebildeten Blockes bezogen) Lithiumchlorid als Absorp
tionsmittel durchtränkt bzw. imprägniert wurde. Fig. 7 zeigt
die Beziehung zwischen den absoluten Feuchten (g/kg) der Aus
gangsluft bzw. der behandelten Luft 18 am Einlaß und am Auslaß
bei einer 2 m/s betragenden Windgeschwindigkeit der Luft 18 und
der desorbierenden Luft 19 vor dem Entfeuchterelement, bei ei
nem 1 bis 3 betragenden Verhältnis der Durchflußmengen der de
sorbierenden Luft und der Ausgangsluft bzw. der behandelten
Luft während eines gegebenen Zeitraums, bei einer 18 U/h betra
genden Umlaufgeschwindigkeit des Entfeuchterelements, bei einer
20°C betragenden Temperatur der Ausgangsluft am Einlaß und bei
einer 140°C betragenden Temperatur der desorbierenden Luft am
Einlaß, wobei die desorbierende Luft am Einlaß dieselbe absolu
te Feuchte hatte wie die Ausgangsluft am Einlaß.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, wird bei ei
nem Entfeuchterelement ein ausreichendes Adsorptionsvermögen er
zielt und kann eine große Zahl von Entfeuchterelementen aufein
anderfolgend hergestellt werden, wenn Aluminiumsulfat oder Ma
gnesiumsulfat verwendet wird. Wenn Aluminiumchlorid, Magnesium
chlorid oder ein Calciumsalz verwendet wird, reicht die Wirksam
keit der erhaltenen Elemente nicht aus, um als Entfeuchter ver
wendet zu werden, jedoch können sie als Gesamtwärmeenergie-Aus
tauscher eingesetzt werden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist auch ersichtlich, daß Was
serglas, das eine hohe chemische Affinität zu anorganischen Fa
sern zeigt, nicht nur die Oberfläche des Papiers aus anorgani
schen Fasern benetzt, sondern auch in die Öffnungen bzw. Zwi
schenräume zwischen den Fasern des Papiers aus anorganischen
Fasern eindringt und dann mit wasserlöslichem Aluminiumsulfat
oder Magnesiumsulfat reagiert, wodurch ein Silicatgel erzeugt
wird. Die Silicat-Hydrogele werden infolgedessen auch an das
Innere des Papiers aus anorganischen Fasern, das eine geringe
Dichte hat, fest gebunden. Wenn Wasserglas mit Metallsulfaten
reagiert, nachdem das Wasserglas, mit dem das Papier durch
tränkt wurde, eingeengt und getrocknet worden ist, um hydrati
siertes Wasserglas oder halbfestes Wasserglas mit einem Wasser
gehalt von 5 bis 45% zu bilden, beträgt der SiO2-Gehalt in dem
Wasserglas vor seiner Umwandlung in das Gel 50 bis 70%, und
der Wassergehalt des erhaltenen Silicat-Hydrogels beträgt 40
bis 50%; das Gel ist infolgedessen fest; die Bindefestigkeit
des Gels an das Papier aus anorganischen Fasern ist ausreichend,
und es ist nicht möglich, daß sich das Hydrogel, das an das Pa
pier aus anorganischen Fasern gebunden ist, wegen des Waschens
mit Wasser, das nach der Umsetzung erfolgt, ablöst bzw. abfällt.
Ferner wird das Hydrogel, das in dieser Weise erzeugt worden
ist, getrocknet, um ein Aerogel mit 40 bis 50 Vol.-% sehr klei
nen Poren zu bilden, und es schrumpft kaum während des Trock
nens; das Aerogel weist infolgedessen keine Risse auf und kann
nicht in kleine Stücke zerbrechen. Folglich wird ein festes Ae
rogel erhalten, das fest an das Papier gebunden ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen geht ferner hervor, daß das
Entfeuchterelement, das durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt wird, wegen der durch den Brennvorgang erzielten
Entfernung der in der Wabenmatrix enthaltenen organischen Sub
stanzen zuverlässig zur kontinuierlichen Entfeuchtung von Luft
oder anderen inerten Gasen verwendet werden kann, indem das Ent
feuchterelement durch Einführung von heißer Reaktivierungsluft
zum Desorbieren der adsorbierten Feuchtigkeit reaktiviert wird,
während die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß das Entfeuch
terelement durch die Reaktivierungsluft, die eine hohe Tempera
tur hat, angebrannt wird.
Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Entfeuchterelemen
ten wurden zum Formen der Entfeuchterelemente organische oder
anorganische Klebstoffe ohne Feuchtigkeitsadsorptionsvermögen
verwendet. Der mit Klebstoff beschichtete Teil des Entfeuchter
elements leistete keinerlei Beitrag zu der Feuchtigkeitsadsorp
tionsfunktion, und die wirksame Oberfläche des Entfeuchterele
ments war um 10 bis 20% vermindert. Im Rahmen der Erfindung
kann jedoch bei dem Vorgang des Aufeinanderschichtens bzw. La
minierens, durch den die Matrix geformt wird, Wasserglas als
Klebstoff verwendet werden, wobei sich dieses Wasserglas zusam
men mit dem Wasserglas, mit dem die Matrix überall durchtränkt
ist, durch Umsetzung mit Metallsulfaten in Silicat-Aerogel um
wandelt, ohne daß die Zuverlässigkeit der Haftung des Papiers
aus anorganischen Fasern in dem Entfeuchterelement abnimmt.
Dieses Entfeuchterelement zeigt infolgedessen eine um 10 bis 20%
bessere Feuchtigkeitsadsorptionsleistung als das bekannte Ent
feuchterelement.
Aus den vorstehend angegebenen Werten geht hervor, daß das Ent
feuchterelement, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhal
ten wird, eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsadsorptionsleistung
zeigt. Gleichzeitig weist es viele anderen Vorteile auf; so hat
es keine Nachteile wie z. B. eine Kondensation oder ein Über
treiben bzw. Mitreißen von Tau, und es kann in einer Massenfer
tigung mit preiswerten Materialien leicht und zuverlässig her
gestellt werden.
Das Entfeuchterelement kann durch das erfindungsgemäße Verfah
ren nicht nur in Form eines drehbaren Entfeuchterelements, wie
es in Fig. 2 gezeigt ist, sondern auch in Form eines Entfeuch
terelements mit Querstrom, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, oder
in Form eines Entfeuchterelements mit Gegenstrom, wie es in
Fig. 9 gezeigt ist, gebildet werden.
Ein Entfeuchterelement wird durch abwechselndes Aufeinander
schichten bzw. Laminieren von gewelltem Papier und planem bzw.
glattem Deckpapier hergestellt, wobei beide Papiere eine gerin
ge Dichte haben und aus anorganischen Fasern wie z. B. Keramik
fasern bestehen, um eine Wabenmatrix mit vielen kleinen Kanälen,
die durch entgegengesetzte Oberflächen der Wabenmatrix hindurch
gehen, zu bilden. Die gebildete Wabenmatrix wird mit Heißluft
gebrannt, um organische Substanzen zu entfernen, die in den Pa
pierbahnen enthalten sind, oder die Papierbahnen können vor dem
Aufeinanderschichten bzw. Laminieren gebrannt werden. Die Waben
matrix wird nach dem Vorgang des Aufeinanderschichtens bzw. La
minierens mit Wasserglas durchtränkt bzw. imprägniert, oder die
Papierbahnen werden vor dem Vorgang des Aufeinanderschichtens
bzw. Laminierens mit Wasserglas durchtränkt bzw. imprägniert.
In beiden Fällen wird die gebildete Matrix in einer wäßrigen
Lösung von Aluminiumsulfat oder Magnesiumsulfat durchfeuchtet,
um auf den Papieren und in den Öffnungen bzw. Zwischenräumen
zwischen den Fasern der Papiere ein Metallsilicat-Hydrogel zu
bilden. Die geformte Matrix und das Metallsilicat-Hydrogel wer
den gewaschen und getrocknet, wodurch ein physisch bzw. mecha
nisch festes Entfeuchterelement erhalten wird. Die Metallsulfat
lösung wird gekühlt, um Natriumsulfat aus der Lösung auszukri
stallisieren und zu entfernen. Der Metallsulfatlösung wird wei
teres Metallsulfat zugesetzt, um das Verfahren zur Herstellung
eines weiteren Entfeuchterelements zu wiederholen. Der Hauptbe
standteil des Entfeuchterelements ist Metallsilicat-Aerogel,
das als Adsorptionsmittel wirkt und in den Öffnungen bzw. Zwi
schenräumen zwischen den Fasern des Papiers aus anorganischen
Fasern und auf diesem Papier abgeschieden ist.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Entfeuchterelements,
das die folgenden Schritte umfasst:
- a) abwechselndes Aufeinanderschichten bzw. Laminieren einer planen bzw. glatten Bahn und einer gewellten Bahn aus Papieren mit geringer Dichte, um eine Wabenmatrix mit vielen kleinen Kanälen zu bilden, wobei der Hauptbestand teil der Papiere anorganische Fasern sind, die aus Keramik fasern, Glasfasern, Gesteinsfasern, Kohlenstofffasern, Schlackenfasern und Mischungen aus wenigstens zwei der erwähnten Faserarten ausgewählt sind,
- b) Erhitzen der Wabenmatrix auf eine Temperatur von 300 bis 500°C, um organische Substanzen zu entfernen, die in der Wabenmatrix enthalten sind, und um die Dichte der Bahnen zu vermindern,
- c) Durchtränken der Wabenmatrix mit einer wässrigen Lösung von Natriumsilicat-Wasserglas,
- d) Erhitzen und Trocknen der durchtränkten Wabenmatrix, so dass aus dem Natriumsilicat-Wasserglas hydratisiertes Wasserglas oder halbfestes Wasserglas wird,
- e) Durchfeuchten der Wabenmatrix in einer wässrigen Lösung eines Metallsulfats, das aus Aluminiumsulfat und Magnesium sulfat ausgewählt ist, zum Umsetzen des Metallsulfats mit dem Natriumsilicat-Wasserglas, um auf den Bahnen in der Waben matrix und in den Öffnungen bzw. Zwischenräumen zwischen den Fasern in den Bahnen Silicat-Hydrogel zu bilden,
- f) Waschen und Trocknen der Wabenmatrix, um das Silicat- Hydrogel in Silicat-Aerogel umzuwandeln und das Entfeuchter element zu erhalten,
- a) Kühlen der wässrigen Lösung des Metallsulfats, um Natriumsulfat, das als Nebenprodukt der Umsetzung mit dem Natriumsilicat-Wasserglas erzeugt und in der wässrigen Lösung des Metallsulfats gelöst wird, auszukristallisieren und Entfernung des Natriumsulfats, und
- b) Zusatz von Natriumsilicat zu der wässrigen Lösung von Natriumsilicat und Zusatz von Metallsulfat zu der wässrigen Lösung des Metallsulfats nach dem Schritt (g), um die Lösungen für die Wiederholung der Schritte (c) und (e) zur Herstellung des nächsten Entfeuchterelements zu bereiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bahnen vor dem Schritt (a) des Aufeinander
schichtens bzw. Laminierens mit der wässrigen Lösung von
Natriumsilicat-Wasserglas durchtränkt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die plane bzw. glatte Bahn und die gewellte Bahn vor
dem Schritt (a) des Aufeinanderschichtens bzw. Laminierens
mit einer wässrigen Lösung von Natriumsilicat-Wasserglas
durchtränkt und auf eine Temperatur von 300 bis 500°C
erhitzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt (a) ferner das Aufeinanderschichten bzw.
Laminieren der Bahnen mit der wässrigen Lösung von Natrium
silicat-Wasserglas als Klebstoff umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schritt des Erhitzens eine Behandlung der Waben
matrix mit Luft, die eine Temperatur von 300 bis 500°C hat,
umfasst.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893907167 DE3907167C2 (de) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | Verfahren zur Herstellung eines Entfeuchterelements |
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ID=6375643
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