DE7925067U1

DE7925067U1 - Vorrichtung mit einem mittel fuer den vollstaendigen austausch von energie

Info

Publication number: DE7925067U1
Application number: DE19797925067U
Authority: DE
Original assignee: Wing Industries Inc
Current assignee: Atrium Windows and Doors Inc
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1979-12-06
Also published as: US4361620A; DE2935695A1; JPS55121400A; US4290789A

Description

Vorrichtung mit einem Mittel für den vollständigen Austausch

von Energie

Die Erfindung betrifft eine Austauschvorrichtung, mit der feuchte und/oder latent 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 anderenfalls der eintretenden Luft zu- oder abgeführt werden müßte, um sie für die Verwendung zu temperieren. Die Erfindung befaßt sich somit insbesondere Eiit Übertragungselementen oder-Katrizes für Wärme und Feuchte, die in solchen Austauschvorrichtungen eingesetzt sind, und mit ihrer Herstellung.

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

Kurze Darstellung der Offenbarung:

Das Mittel für die vollständige Umwandlung von Energie ist in einer Energieaustauschvorrichtung zum Übertragen von Wärme und Feuchte zwischen zwei Luftströmen in einem Luftaufbereitungsj system angeordnet. Das Austauschmittel enthält einen Aluminiumträger, der einen Überzug ausH^O-haltigenfles Kalziums und AIu-

miniums 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 wasserhaltigen Aluminiumnitrats enthält, deren pH-Wert in einen Bereich von etwa 7 bis 11, vorzugsweise 8 bis 9i durch Zufügung von Alkalihydroxiden gebracht worden 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, beispielsweise durch Eintauchen des Aluminiumträgers in diese Lösung, bildet sich durch v/eitere Reaktion mit dem Aluminium eine Umwandlungsteilschicht, die wasserhaltiges KaTziumaluminat unmittelbar in i.achbarschaft zur Oberfläche des Aluminiumträgers enthält, die

*/ Oxiden _ 5 _

t-

wiederum die unlösliche, gelähnliche Niederschlagsteilschicht 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, jeuoch getrennten Zuleitungs- und Ableitungskanälen für Gas montiert. Das Rad 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_men und feuchten austretenden Luftstrom, der in Gegenrichtung im benachbarten Ausleitungskanal strömt, durch Beschickung der Radmatrix ab, woraufhin das Rad rotiert, wobei der Matrixbereich weitex'entwickelt wird und auf diese Weise die fühlbare und die latente Wärmenergie auf die kühlere, trockenere eintretende Luft überträgt, die durch den Einleitungskanal' einströmt. In der warmen Jahreszeit ist es demgegenüber erforderlich, Feuchte und Wärme dem eintretenden luftstrom zu entnehmen, der in klimatisierten (air-cono.itioned) Gebäuden verv/endet wird, wobei unter diesen Umständen die Matrix zunächst die fühlbare und latente Wärme der eintretenden Luft absorbiert, und danach das Had in den kühleren, trockenen austretenden Luftstrom rotiert, der die fühlbare und latente Energie von der Rf.cmatrix absorbiert und diese Energie außerhalb des klimatisierten Raumes verteilt. Auf diese

Weise werden durch, die Vorrichtung in der Winterzeit die Menge an Wärmeenergie und leuchte, die zur Erwärmung des eintretenden Irischluft ströme s 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 lithiumbromid 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 Tiitteln 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 Rädern, wenn auch mehr als Verwendung für die leuchteübertragung als für den vollständigen Wärmeaustausch.

Aus verschiedenen Gründen ist es jedoch erwünscht in besonderen Anwendungsfällen ein Kittel für den vollständigen Austausch der '.värnieenergie anzugeben, das aus einem anderen Material als Asbest hergestellt ist, dessen Wirksamkeit des Austausches von latenter und fühlbarer Wärmeenergie jetch nahezu der von iinpräg-

niertem Asbestmateri.al entspricht oder nahekommt.

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

Es ist darauf hinzuweisen, daß ganz aus Metall als Mittel bestehende Räder, die durch spiralförmiges Aufwickeln von Folien entweder aus rostfreiem Stahl oder Aluminium auf eine Nabe, wie es beispielsweise in der US-PS 3 702 156 oder in der CA-FS 629 879 beschrieben ist, im allgemeinen dort zur Anwendung gelangen, wo 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 einenLuftetrom mit bestimmter oder sehr hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 150 bis etwa 300 κ/Ein. Das Mittel muß eine einfache Herstellung ermöglichen und die Herstellungskosten sollen denen von Asbesträdern etwa entsprechen _t

• » · · ···■ «Bff

Beschreibung der Erfindung:

I Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist

I durch die Merkmale der Patentansprüche gekennzeichnet.

S In ihrer "bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung vor,

I daß ein Ead für den vollständigen Energieaustausch mit einem

1 Energie übertragenden Mittel versehen ist, das alternierend

I aus flachen und gewellten Lagen eines Aluminiumkörpers gebildet I ist, der eine der Umwandlung dienende Schicht aus einem Komplex

i oder einer Mischung aus wasserhaltigen Oxiden oder Hydroxiden

I von Kalzium und Aluminium enthält, die den Oberflächenbereichen I des Energieübertragungsmittels die Fähigkeit verleiht, sowohl

1 latente Wärmeenergie als auch fühlbare Wärmeenergie zu übertrager

\ Die Bezeichnung "der Umwandlung dienende Schicht" schließt eine

I Schicht ein, deren chemische Natur wenigstens teilweise von I der chemischen Natur des Trägerkörpers, im vorliegenden Falle \ des Aluminiums, bestimmt wird. Diese Schicht ist deshalb auf Ϊ und fest verbunden mit dem Aluminiumträger,durch chemische Eeak-I tion mit seiner Aluiainiumoberflache gebildet. Material auf * Aluminiumbasis ist sowohl wegen der ihm inherenter 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 Kitrate von Aluminium und Kalzium und Natriumhydroxid vor der Beschickung des Aluminiumträgers verwendet werden, und der letztlich gebildete überzug deshalb als Zweifachstruktur auftritt mit einer dünnen Umv.andlungsteilschicht, 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 Rest der Dicke des

— 9 —

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 Had eine Wirksamkeit für den vollständigen Wärmeenergie-

mif

übergang aufweist, der mit demjenigen eines^vimprägniertera 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 Oberfläcbe des Basismaterials des Aluminiumkörpers und danach das Eintauchen desselben in die Beschichtungslösung ein.

Obwohl dies auch auf andere Weise durchgeführt v/erden 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 Beschickung angewandt v/erden können, sollte im vorliegenden bevorzugten Verfahren der Aluminiumträger zunächst mit Dampf gereinigt v/erden, damit Schmutz entfernt wird und er für den nachfolgenden Eintauchvorgang ic den alkalischen Reiniger vorgewärmt wird, vorzugsweise in eine Lösung von Natriumhydroxid in Wasser. ITp.ch einer solchen Reinigung wird der Alumni..umträger mit heißem Wasser abgespült und erneut mittels Dampf gereinigt, bevor er in die Beschichtungslösung eingetaucht wird.

Eine bevorzugte Beschich"cungslösung ist eine Aufschlämmung von gleichen Gev.-ichtsteiien löslichen wasserhaltigen Aluminiunnitrats und löslichem wasserhaltigen Kaxziunnitrats in Wasser, der Natriumhydroxid zugeführt wird, um Mischhydroxide in gelatinöser Form auszufällen. Die Bereiche für die Badzusammensetzung

- 10 -

für die Beschichtungaind etv/a wie folgt: i

Aluminiumnitrat.9 H₃O: 60 bis 120g/l

Kalziumnitrat, χ HpO (15 bis 15,5% N): 60 bis i20g:l ι

(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 Ausgangsauf schlämmung auf einen Bereich zwischen etwa 7,0 und etwa 11,0 einzustellen ist, vorzugsweise 8,0 bis 9,0, indem mehr oder weniger Natriumhydroxid zugefügt wird. Obwohl hinrei- '; chend gute überzüge bei Temperatures von etwa 80 bis etwa 102°C unter Verwendung einer Eintauchzeit von 5 bis 60 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 v/erden.

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 _t von Kalzium zu Aluminium im trockenen Überzug etv/a 1 : 1 bis 1 2,5 : 1, vorzugsweise etwa 2:1, beträgt. Die Analyse zeigt, j daß nur 2 kristalline Phasen im getrockneten überzug vorhanden j sind; diese sind Calcit (Kalziumkarbonat), der durch Karbonisie- j rung von Kelziumhydroxid mit Kohlendioxid in Luft erhalten wer- I d^n 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 wasserhaltiger Oxide und/oder Hydroxide von Kalzium und Aluminium, die wasserhaltiges Kalziumaluminat einschließt, das durch Reaktion zwischen

- 11 -

dern Aluminium des Aluminiumträgers mit den Mischhydroxiden im 'j 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 5,3 bis etwa 32,3g/m² (etwa 0,5 bis etwa 3,0 g/ft²) der Oberfläche der Aluminiumträgermatrix, vorzugsweise etwa 16 bis etwa 27 g/m² (etwa 1,5 bis etwa 2,5g/ft²).

Beschreibung 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:

Fig. 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 Töilausschnitt im Querschnitt des mit dem uberzu^ vsrsehen^ori A.luminiumträ^rr*ers das des iMittsi für den vollständigen Austausch von Wärme bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist.

- 12 4

Gemäß Fig. 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 undcfes in einem Gebäude (nicht gezeigt) für kontinuierliche Zuführung frischer Umgebungsluft und für die Ableitung verbrauchter Luft sorgt. Die Vorrichtung enthält ein Bad 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 Bad 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 Durchgangsdurchmesser von etwa 1,5 mm bis 3,1 mm (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

- 13 -

der Wickelnabe J4 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 Rades eine Vielzahl im Winkel zueinander stehender, radial nach außen gerichteter rietallspeichen 36 angeordnet, die das Mittel 30 zusammenhalten und die Struktur des Rades 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 371 wenn der Außendurchmesser des Rades mehr als 915 cim (36") beträgt, kann das kontinuierliche Aufwickeln der gewellten und flachen Aluminiumstreifen unterbrochen werden und es kann ein ringförmiges Stahlband 37, das ebenfalls die gleiche Breite wie das Band 35 hat, dicht um den Wickel/gelegt und befestigt v/erden, beispielswei^r J durch Schweißen, und zwar an einer Stelle, die radial nach außen von der Nabe 14 sich befindet. Wie in Pig. 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 36 können auch weiter reichen und an eine

- 14- -

innere zylindrische Nabe 38 angeschweißt sein, mit der das Had für die Eotation 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 Minute.

Es ist vorher schon darauf hingewiesen worden, daß die vorliegende Erfindung ein Mittel 30 für den vollständigen Austausch von warme vorschlägt, das durch spiralförmiges Aufwickeln eines flachen beschichteten Aluminiumträgers 31 und ge\eLlter beschichteter AluEiiniumträger 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 ümwandlungsteilschicht 41, die auf dem Aluminiumträger durch Reaktion der Beschichtungsaufschlämmung ( die noch beschrieben wird) mit dem Aluminiummaterial 43 erreicht wird, un_wd die aufgetrocknete, gelähnliche Teil schicht 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 50 sowohl latente als auch fühlbare Wärmeenergie zwischen zwei Luftströmen in der gewünschten Weise zurückgewinnen und übertragen kann.

Für die Zusammensetzung und die Art der Herstellung des überzug es 40 auf dem Trägermaterial 43 auf Aluminiumbasis ist zunächst zu bemerken, daß der zu behandelnde Tiägerkörper 45 im allgemeinen in Form von dünnen Blechen oder Folien vorliegt, die eine für die Wellung oder sonstige andere Struktur, wie sie vorher beschrieben ist, notwendig ist, aufweist. Allgemein liegt

- 15 -

die Dicke des Aluminiumträgers im Bereich von 0,0635 mm bis
1,27 mm (2,5 ^is 50 mil), sie beträgt jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform 0,0762 mm (3 mil). Verschiedene Arten von
Aluminium können verwendet werden, und der Überzug 4-0 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 Verschmutzun-| gen , öl und anderen Oberflächenverunreigungen sein, die die f¹ 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 I 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 f

Ergebnisse verwendet werden können, ist Natriumhydroxid aus i

Kostengründen und besseren Ergebnissen ein bevorzugtes alkali- s

sches Vorbehandlungsmittel. Für Vorbehandlungszwecke sollte die I Menge an Alkalimaterial im Bad ausreichend sein, um die Reinigung ij und eine leichte alkalische Ätzung der Aluininiumoberfläche zu
bewirken, sie sollte jedoch nicht so stark sein, daß irgendwelche ÜJ

merklichen Teile des Aluminiums abgetragen werden, üs wurde ge- |

funden, daß das Vorbehandlungsbad bis zu etwa 40 g/l Natrium- |

hydroxid enthalten kann, obwohl eine bevorzugte Lösung eine jj

Konzentration von 12 g/l aufweist. Die relativ gut verdünnte
Lösung ergibt, wenn sie bis auf etwa 50° C ( 120° F) erv/ärmt ist,
eine ausreichend gute Reinigung und leichte Ätzung nach 2 ein-

- 1 6 -

y\ CL · ·*-«■

* 4 • ·

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, v/eil sie auf das Aluminium nicht korrosiv einwirken. Deshalb sind Kalziumnitrat und Aluminiumnitrat besonders bevorzugte lösliche Verbindungen für die Zubereitung des gelatinösen Niederschlages, darüb.-arhinaus 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 n^cht schädlich und gegenwärtig kein Verarbeitungsproblem. Ein bevorzugtes Überzugsbad wird hergestellt, indem wasserhaltige Nitrate von Aluminium und Kalzium in feser gelöst v/erden und unter Veri^endung 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

H bis 1?) löst sich Aluminiumhydroxid auf, um Aluninstionen AlO^* zu bilden. In bevorzugten niedrigen Bereich der pH-Werte von 7 bis 9 enthält der Niederschlag bedeutend mehr Aluminiumhydroxid und beträchtlich weniger Kaiziumhydroxid.

Gute Ergebnisse -wurden mit einem Ca/Al-Atomverhäitnis von Λ : 1 "bis 4 : 1 erhalten. Bei manchen Ausführungsformen ist ein Ca/Al-Verhältnis von 2 : Λ bis 3 : 1 zu bevorzugen. Wie bereits erwähnt, werden in dem gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsbeispiel gleiche Gewichtsmengen wasserhaltigen Kalziumnitrats und wasserhaltigem Aluminiumnitrats 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 Ausführungobeispiel 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 , 'im den pH-Wert des Beschichtungsbades auf etwa 8,0 bis 9₅O einzustellen. Das auf diese V/eise zubereitete Beschichtungsbad wird auf wenigstens 79)4 C (175 F) erwärmt, und bsi den. bevorzugten Ausfünrungsbeispiel wird es zum Sieden gebracht.

Nachdem der gelatinöse Niederschlag in gewünschter Weise im Bad gebildet v/orden ist, v.ird die Oberfläche des Aluainiumträgers, die wie vorstehend beschrieben, gereinigt und gespült wurde, dem Beschiclitungsbad ausgesetzt;, vorzugsv/eise durch Eintauchen des vollständig hergestellten Rades 11 in das Bad. Der überzug 40, der sich auf der Oberfläche des Aluniniumträgers

- 18 -

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 Umwandlungsteilechicht oder | -Lage ferner ein wasserhaltiges Kalziuraaluminat enthält. In jedem 1 Fall ist der überzug 40 nach seiner Entstehung nicht sehr dick, j jedoch ausreichend haltbar. j

Die Eintauchzeit des Rades in das Beschichtungsbad kann 5 j bis 60 Minuten betragen. In vielen Ausführungsbeispielen ist j der Überzug im v/esentlichen vollständig nach einEr Zeit von 10 bis 20 Kinuten 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 j wurde, wird die Matrix (das Rad) 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 Aluminiuinrad, das derart beschichtet ist, kann deshalb sowohl latente als auch | fühlbare Wärmeenergie mit hohem Wirkungsgrad zurückgewinnen und übertragen, und zwar in mit Rädern niit Asbestauflage vergleichbarer Weise.

Um die Wirkungen verschiedener Zusammensetzungen des Beschicht Jagsbades zu verdeutlichen, einschließlich seiner pE-Werte , Beschichtungstemperatur und der Einwirkungsdauer des Beschichtungsbsdes auf den Aluminiusiträger in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, wurden durch Variation eines oder mehrere dieser Paktoren Ergebnisse erhalten, die nachfolgend beschrieben werden.

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)_r-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 deionisierten 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 Hadern wurde in üblicher Weise bestimmt, wobei Messungen der laufgeschwindigkeit und Messungen der Temperatur feuchter und trockener Kugeln vorgenommen werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.

Überzüge auf Aluminium-platten:

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

	Lösung Nr. 1	Losung ITr. 2
Calciumnitrat, g/l	57	100
Aluminiumnitrat,' g/I	91	80
Ca/Al-Verhältni s	1,93	3,86

Natriumhydroxid, für einen

pH-wert von 10,5

- 20 -

Die Alumina umplatt en v/urden in die kochende Aufschlämmung für 15 bis 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 Versuche 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 Sefcien, 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, 9, 10 und 11 untersucht, Die Aluminiumplatten wurden in den 8 Bädern während 30 Minuten bei Siedetemperatur behandelt. Das niedriger konzentrierte Bad ergibt schwerere Überzüge, jedoch keinen bleibenden Trend des Überzuggewichtes, und das Ca-Al-Verhältnis scheint offensichtlich mit der Änderung des pH-Wertes von 8 auf 11 einherzugehen. Die maximale Wasserabsorption, 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 Uberzugsgewicht und im Ca-Al-Verhältnis sind auf unterschiedliche Anteile gelatinösen Filmes zurück zuführen, der an der Platte nach ihrer Entfernung anhaftet.

- 21 -

Tabelle

Angaben für 2§/Μ::ϊΐΖ^2ϊ^ί^]-ί£ΐ5!ί2®_^

Siedetemperaturen während_3_0 min und einem_Ca/Al-Verhältnis von 2₂9§_hergestellt_<:i

(Die in der zweiten Spalte angegebenen Konzentrationen gelten jeweils für Ca(NO,)p. xHpO (mit 15, und Al(NO^)₇ . 9^,O in dem Bad.)

• · ■ ν M ·	Beisp. Wo.	BaöKonz. g/l	pH des des am Anf. -	Ba- Ende	Überzugs gewicht a. d. Platten g/m²	% Ca im über zug	% Al im Über zug	Ca/Al- verhält- nis
	1A	60	8,1 -	7,4	18	7,49	5-76	1.30
• · « B	2A	60	9.1 -	7-7	27-5	9.01	4.98	1.81
• · · ·	3A	60	10.0-	9.3	17-8	7-76	7.04	1.10
• ■ ·	4A	60	11.0-	9-9	14	8.14	6.61	1.23
1B	120	8.0 -	7.4	7-5	7-76	6.26	1.24
2B	120	9.0 -8	.1	8*7	7.94	6.74	1.18
3B	120	10.0-	8.8	9.7	8.02	7.87	1.02
	120	11.0-	9.8	9-5	8.47	6.83	1.24
4B

Vassertropfenprüfung

Durchmesser nach Durchmesser nac'i min , 1,58mm Trocknen d.Tropfens

12
15

19
19
20
20
19

Tabelle 2

Überzüge bei verschiedenen_Zeiten und 2 Temgeraturen_₁_stets_unter_Verwendung_der

gleichen Badzusammensetzung

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 Minuten waren die Überzüge in allen Fallen ungleichmäßig.

Überzüge, hergestellt bei Siedetemperatur.

Tauch-	Gew.des	Gew.des	g/m"	%Ca	%A1	2,01	Ca/Al-	Diametrale Aus	Haftung des Über	I
zeit	Überzugs Überzugs	11,62			4,55	Verhält-	breitung eines	zuges an der Ober	ro
(min)	g/dm²	19,84	6,10	6,57	4,15	nis	Wassertropfens	fläche der Platte	ro
5	0,1157	14,o5	7,25	6,50	4,41	0,95	16	sehr schlecht	f
10	0,1984	14,65	5,62	8,15	5,95	1,12	16	recht gut
15	0,1405	19,90	5,29	9,89	5,47	0,69	17	gut
20	0,1466	14,55	7,16	7,65	6,47	0,55	16	schlecht	• · * *
25	0,1995	25,43	5,55	9,08		0,94	17	gut	* · · ·
50	0,1456	18,20	■7,21	6,85	0,61	18	gut
35	0,2559	14,74	7,10	8,10	1,05	18	gut	•
40	0,1820	10,09	5,56	9,81	0,88	16	gut	P · · ·
45	0,1471	16,82	4,55	11,62	0,55	14	gut	* · I · * m m *
50	0,1007	18,50	5,55	9,50	0,59	16	schlecht	• 4 * · * t J * • 1 M *
55	0,1682		6,80	8,70	0,59	16	gut	• •
60	0,1846	4,20		Überzüge,	0,78	12	gut	« ■» · · • D
		10,54	7.02	hergestellt	bei 8O⁰C		¥ ft * «
5	0,0417	20,66	6,75	5,49	12	sehr schlecht	# · ■ • · ■
10	0,1059	19,05	7,92	1,55	12	schlecht
15	0,2061	7,54	7,91	1,91	14	recht gut
20	ö,1904	26,04	6,98	1,79	14	gut
25	0,0754	17,19	8,20	1,17	16	recht gut
50	0,2600		7,45	1,50	12	gut
2 35	0,1718			1,15	15	gut

Das Ausmaß der Ausbreitung eines Wassertropfens scheint in keinem Verhältnis zum Überzugsgewicht zu stehen, obowohl eine Beschichtungszeit von 30 bis 35 Minuten bei Hochtemperatur als Optimum anzusehen ist. Schichten, die bei 80⁰C (175° P) 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 i, 2, 3 und 4 bei konstant gehaltenem Aluminiumnitratanteil von 76j7 g/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.

- 24 -

!Tabelle 3

Wassertropfenausbreitun^sversuche auf Aluminiumplatten mit den Abmessungen 101 -6 mm χ 101,6 mm in Bädern mit unterschiedlichen Ca/al-Verhältnissen.

Mittlerer Durchmesser des Wassertropfens (mm) nach

Platte Ca/Al- -r Beschich- 0,5 min 2 min 5 min 15 Hr, VerlMLtnis tungszeit (getrocknet)

im Bad (min)

1 1 10 15

2 2 10 14

3 3 10 11 4. 4 10 11

5 1 20 13

6 2 20 10

7 3 20 12

8 4 20 11

9 1 30 17

10 2 30 16

11 3 30 11

12 4 30 12

27	35	36
21	35	40
14	18	18
16	22	31
21	36	44
20	25	34
16	20	22
18	27	34
29	44	46
24	33	40
16	21	26
18	23	27

- 25 -

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

ε 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 Bäder 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 Had 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 beⁿ" 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 niediigeren 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 Überaugsgewicht und das gleiche Ca/Al-Verhältnis hat. Tss Überzugsgewicht auf der trockenen VersuchspTatte betrug 24,27 g/m und das Ca/Al-Verhältnis war 2,04.

- 26 -

Tabelle 4

Überzüge auf 4 Aluminium-Versuchsrädern, D = 2O3,2tnm Die Räder wurden mit folgenden Reinigern und Maßnahmen gereinigt: Rad 1 Rad 2 Rad 3 Rad 4

Natriummetasilikat 45 g/l Wyandotte-BN-Metall-Natriumhydroxid 4 g/l reiniger 45 g/l

Temperatur: Temperatur: Temperatur :

80 - 82,2°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:

Kalziumnitrat 77g/l (0,64 lbs/gal.) Aiuminiumnitrat 77g/¹ (0,64 lbs/gal.) Natriumhydroxid 25g/l (0,21 lbs/gal.)

Rad 1 Rad-2 Rad 3 Rad 3

pH-Wert 9,0 9,5 9,0 9,1

Eintauchzeit 35 min 35 min 35 min 35 min

Temperaturverlauf _im_Beschichtungsbad_

Min.	⁰C	⁰C	⁰C	⁰C
0	102	101	101	101
2	98	98	100	99
5	99	98	99	99
10	101	100	100	100
15	101	101	101	100
20	101	101	101	100
25	101	101	101	101
30	102	101	101	101
35	102	101 ·	101	101
	Wirksamkeit der	Wärmerückgewinnung
CJ O —	feuchtigkeit 76%	38%	71%
mittl.	Feuchtigkeit 85%	55%	69%	68%
hohe	Feuchtigkeit 73%	68%	67%	68%

- 27 -

— I

Überzüge auf Bädern mit einem Durchmesser von 965i2mm (38"):

Zvei 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 Rad wurde in einem heißen alkalischen Reiniger gereinigt | der aus je 11,34 kg pro 454,6 1 (25 lbs pro 100 gallons) von 1 Vyandotte-BN-Reiniger und Natriumhydroxid zusammengesetzte Dxe | Temperatur der Reinigungslösung betrug etwa 70 C- Vor dem Ein- I tauchen des Rades in die Reinigungslösung wurde es mit Dampf be- I

strahlt, um jeden Schmutz oder Staub zu entfernen, und dann etwa I 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 Reinigen wurde das Rad im nächsten Tank gespült, nach dem Herausheben mit Lanpf bestrahlt und dann in c as kräftig siedende Überzugsbad für 35 Minuten eingetaucht. Die Badzusammensetzung war die gleiche, wie sie in 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 - I

» ■

Tage zubereitet, eine Stunde gekocht und dann abgekühlt. Kurz vor dem Beschichten des Hades wurde der pH-Wert der Lösung mit Natriumhydroxid auf 9₅2 eingestellt. Nach dem Herausheben des Radetä 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 Wärmerückgewinnung ähnlich, die bei den vier beschichteten Rädern mit einem Durchmesser von 203,2 mm bei hohem Feuchtigkeitsgehalt (67 bis 73%) ermittelt wurden.

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 9,8 gesenkt. Proben des Bades wurden vor und nach der Beschichtung entnommen.

Bei der BeheSQdlung 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 Weise durchgeführt, wie bei«i ersten Rad, mit der Ausnahme, daß das Reinigungsbad nur aus einer Lösung von 4,536 kg (10lbs) Natriumhydroxid bestand und bei etwa 5O⁰C (120° ΐ) 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. Zwei ■Tauchungen waren ausreichend, das Rad zu reinigen und leicht anzu-

- 29 -

• ■ ■ » «ti· · ■ a

atzen; diese Reinigungstechnik ist deshalb gegenwärtig zu bevorzugen. ITach dem Reinigen und Spülen wurde das Rad in das kochende Beschichtungsbad für 35 Minuten eingetaucht. Nach dem Herausnehmen aus dein Bad wurde die überschüssige Flüssigkeit entfernt und das Rad in horizontaler Lage zunTrocknen 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 (9,3 anstelle von 9₅2), 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 zweiten 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 Aluminiumgeflecnt oder Matrizes aus AluHiiniumwolle hergestellt werden können, die üblicherweise als Alternative zu aufgewickelten gewellten Matrizes aus Aluminiumschichten bei solchen Hadern für den vollständigen Energieaustausch verwendet v/erden.

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

Claims

1. Vorrichtung Tür den vollständigen Auetausch von Energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel für den Energieaustausch vorhanden ist, das einen Aluminiumträger enthält, der mit einem anhaftenden, Feuchte absorbierenden Überzug versehen ist, der Hydroxide oder wasserhaltige Oxide von Kalzium und Aluminium enthält.

2. Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug eine ümwandlungsteilschicht auf dem Aluminiumträger und eine ce— latinöse Teilschicht auf der Umwandlungsteilschicht enthält.

3. Vorrichtung zum vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungste!- schicht ein wasserhaltiges Kalziumaluminat enthält.

4. Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie nach. Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Umwandlungsteilschicht und die gelatinöse leilschicht jeweils eine Mischung von wasserhaltigen Oxiden des Kalziums und Aluminiums enthält.

5· Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kalzium zu Aluminium im Überzug etwa 1 : 1 "bis etwa 2,5 : 1, "bezogen auf die Gewichtsverhältnisse, beträgt.

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

7. Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Überzuges auf dem Aluminiumträger etwa 5,4 bis 32,3 g/m (etwa 0,5 "bis etwa 3,0 g/ft ) der Oberfläche des Aluminiumträgers beträgt.

6. Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Überzuges etwa 16 bis 27 g/m² (1,5 bis 2,5 g/ft²) beträgt.

9* Vorrichtung für den vollständigen Austausch von Energie, die ein Austauschinittel zum empfindliche-; und latenten übertrage., von Wärmeenergie, bei An- oder Abwesenheit von Feuchte, zwischen zwei Luftströmen, zwischen denen die Vorrichtung angeordnet ist,enthält, dieses Mittel eine Nabe, eine Vielzahl von Lagen aus gewelltem tchichtmaterial und eine entsprechende Vielzahl von Lagen aus flachem Schichtmaterial, die alternierend zwischeneinander angeordnet s:nd, enthält, wobei die vielen Lagen aus Strciien aus den jeweiligen haterialien auf

- 2a -

und um die Nabe spiralförmig aufgewickelt sind, das Medium * innerhalb ringförmiger Bereiche angeordnet ist, die von der
Nabe nach außen reichen, die Wellungen der Lagen der gewellten Schichten Materialien parallel zueinander derart angeordnet sind, daß sie jeweils zusammen mit den zugehörigen
Lagen aus flachem Schichtmaterial Durchlässe für den Luft- j strom durch das Mittel bilden und das Mittel in der aufge- I rollten Porm festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß j wenigstens eines der Schichtmaterialien ein Aluminiumträger f ist, der einen anhaftenden Überzug an seiner dem Luftdurch- \ gang zugewandten Oberfläche aufweist und eine Mischung aus \ wasserhaltigen Oxiden von Kalzium und Aluminium enthält-

10.Vorrichtung zum vollständigen Austausch von Energie nach An- I Spruch 9? dadurch gekennzeichnet» daß der anhaftende Überzug
eine Umwandlungsüberzugssschicht auf der Oberfläche des Aluminiumträgers und eine gelatinöse Überzugsschicht auf der
Umwandlungsüberzugsschicht enthält und daß die Umwandlungsrüberzugsschicht ebenfalls wasserhaltiges Kalziumaluminat
enthält.