DE3907167C2

DE3907167C2 - Verfahren zur Herstellung eines Entfeuchterelements

Info

Publication number: DE3907167C2
Application number: DE19893907167
Authority: DE
Inventors: Tosimi Kuma; Hiroshi Okano
Original assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK
Current assignee: SEIBU GIKEN FUKUOKA KK
Priority date: 1989-03-06
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2009-03-07
Also published as: DE3907167A1

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.

Tabelle 1

Wasserglas (Na₂O × n SiO₂× x H₂O)

(Japanese Industrial Standard)

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:

Tabelle 2

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.

Tabelle 3

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:

Tabelle 4

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):

Tabelle 5

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:

Tabelle 6

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

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,

gekennzeichnet durch die Schritte

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.