NO143714B - Rotor for regenerativ fuktighets- resp. varmeutveksler samt fremgangsmaate for dennes fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en rotor for en regenerativ utveksler av fuktighet og fortrinnsvis også varme mellom to gass-(luft-) strømmer sammensatt av tynne sjikt, som avvekslende er plane og korrugerte og danner et antall parallelle gjennomgående kanaler for de to medier, idet rotorens korrugerte og eventuelt også plane sjikt består av aluminiumfolier, hvis overflater har et porøst hygroskopisk belegg av aluminiumhydroksyd. De korrugerte sjikt støter mot de plane sjikt langs korrugeringsribber, hvorved kanalene blir skilt fra hverandre i sideretning. Rotoren har vanligvis sylindrisk form, hvorved kanalene forløper parallelt med rotasjonsaksen og munner ut ved rotorens to flatsider.

Et viktig anvendelsesområde for den regenerative utveksler er ventilatorer for tilførsel av friskluft til lokaler, idet til-

og fraluften utveksler fuktighet og varme i rotoren, slik at f.eka vinterstid fraluften avgir varme og fuktighet til tilluften.

Hver luftstrøm har derved til- og avløp som er adskilt fra hverandre og som står i forbindelse med hver sin sone av rotorens si-deflater hvor kanalene munner ut.

Ved fremstillingen av slike rotorer har man hittil anvendt folier eller sjikt av fibrøst, ubrennbart materiale slik som asbestpapir eller på annen måte tilveiebragt høyporøst materiale, slik som keramikk. Sjikt av denne type tjener da som bærer for et hygroskopisk materiale, fortrinnsvis en hygroskopisk saltoppløsning, hvor litiumklorid er det vanligest forekommende materiale.

En rotor av foran beskrevet slag med høyporøse folier eller sjikt kan få overordentlig gode egenskaper slik som ubrennbarhet, høy fuktighetsoverføringsevne og god mekanisk styrke. For å oppnå alle disse egenskaper kreves imidlertid et stort antall arbeids-operasjoner, som gjør disse rotorer relativt dyre og tidskrevende å fremstille. Således må man impregnere foliematerialet med et flertall midler, for å oppnå nødvendig mekanisk styrke, særlig i fuktig tilstand, og denne impregnering må skje efterat foliematerialet er blitt korrugert og viklet opp til rotorform. Videre må man efter disse behandlingstrinn bearbeide rotorens begrens-ningsflater ved bl.a. sliping og fresing for at nødvendig planhet og dimensjonsnøyaktighet skal oppnås.

Ved å utføre sjiktene av aluminiumfolier kan man redusere frem-stillingsomkostningene vesentlig, særlig hvis man anvender den

fremstillingsteknikk som er beskrevet i patentansøkning 7605703-3. En slik rotor kan gis helt akseptable brannegenskaper og mekanisk styrke, men mangler en for en fuktighetsutveksler vesentlig egen-skap, nemlig hygroskopisitet.

Det er oppfinnelsens formål å gi en av aluminiumfolie helt eller delvis fremstilt rotor fullgode hygroskopiske egenskaper under bibehold av en forenklet fremstillingsprosess og lave material-omkostninger.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen som angitt i kravene.

Rotoren fremstilles ifølge en spesiell, verdifull utførelsesform av oppfinnelsen av to baner eller bånd av aluminiumfolie, som kan ha en tykkelse på 0,03 - 0,1 mm. Den ene bane korrugeres til en bølgehøyde på 1 - 3 mm og forenes ved et hensiktsmessig bindemiddel, f.eks. slik som nærmere beskrevet i nevnte patent-ansøkning, med den plane bane, hvorefter denne såkalte enkelt-bølge vikles opp til en sylindrisk rotor av ønsket størrelse.

Ifølge oppfinnelsen behandles nu aluminiumfoliene med en vann-oppløsning av alkalialuminat i form av kalium- natrium- eller litiumaluminat resp. en blanding av disse. Behandlingen eller impregneringen med oppløsningen skjer i et første trinn ved at den ferdigfremstilte rotor dyppes i et bad i en 15 - 20%ig alu-minatoppløsning eller kraftig overhelles med denne oppløsning. Konsentrasjonen er fortrinnsvis 16 - 17% aluminat i oppløsningen. Badet har romtemperatur eller noe under denne slik som 18° og tiden er relativt kort f.eks. 3 min. Under dette trinn skal rotorens kanaler være i det minste i vesentlig grad fylt av alumi-na toppløsningen. Ved behandlingstrinnet etses folieflåtene slik at et porøst belegg derpå kan klebes fast til disse.

Dette belegg dannes i et etterfølgende behandlingstrinn efterat rotoren er løftet opp fra impregneringsbadet slik at mesteparten av oppløsningen er avgått fra kanalene. Imidlertid skal en film eller en hinne av oppløsningen bli værende på rotorens flater, hvilket fortrinnsvis skjer ved at kanalene umiddelbart efter tøm-mingen bringes til å innta en horisontal stilling. Den således fra impregneringsbadet medfølgende væske i rotorens kanaler om-settes nu under frembringelse av varme idet folien utsettes for en kraftig temperaturøkning. Derved utfelles i væsken inngående aluminium og fester seg som et hygroskopisk belegg av hovedsake-lig hydroksyder på folienes flater og samtidig avgår hydrogen. Reaksjonen foregår i lengre tid enn dyppingen fortrinnsvis så lenge vann er igjen i kanalene. Efterat reaksjonen er avsluttet skylles rotoren ren for vannoppløselige restprodukter. Før skyl-lingen er det fordelaktig langsomt å avkjøle rotoren for å hindre brudd i kontaktflaten mellom belegget og foliebæreren på grunn av varmespenninger. Belegget blir ytterligere forsterket ved at rotorens folier får anledning til å eldes i et tidsrom på f.eks. to døgn i fuktig atmosfære. Derved skjer en økning av kornstør-relsen i det på foliene klebende belegg og risikoen for destruk-sjon reduseres ytterligere.

Ved det første behandlingstrinn tilveiebringes som nevnt en ets-ing av folieflaten for å gi denne mulighet til å danne et sikkert feste for det porøse belegg av aluminiumhydroksyder. Påvirkning-en av selve aluminiumfolien blir derved meget ubetydelig, mens det andre behandlingstrinn gir en porøs økning på 10 - 20 på hver side av folien. Vektøkningen ved f.eks. 50 f*™ tykk folie kan være ca. 10%. Beleggets hovedbestanddeler utgjøres av et antall forskjellige aluminiumhydroksyder som altså tas fra impreg-neringsoppløsningen og således ikke ved omdannelse av selve alumi-niumf olien .

Fortrinnsvis gjennomføres behandlingen ifølge oppfinnelsen efterat rotoren er viklet. Det har nemlig vist seg å tilkomme en ef-fekt av verdi for rotorens styrke ved denne fremgangsmåte på en slik måte at en forsterkning av limfugen mellom de plane og de korrugerte baner skjer. En form for brodannelse mellom de porøse sjikt i kontaktflatene mellom foliene synes å finne sted.

En forsterkning av det hygroskopiske belegg kan skje ved gjentatt dypping i aluminatoppløsning i det første behandlingstrinn. Videre kan man tilføre aluminatoppløsningen et finfordelt eller pul-verisert fast adsorpsjonsmiddel, slik som silikagel, i ett av dyppetrinnene. Et slikt pulver fester derved overraskende godt på folieflaten, uten at dets sorpsjonsegenskaper blokeres vesentlig.

De hygroskopiske egenskaper man oppnår på foran angitte måte bygger på adsorpsjon og har vist seg å gi fuktighetsoverførings-egenskpaper sammenlignbare med dem man får i rotorer, fremstillet av de i innledningen nevnte høyporøse foliematerialer av asbest eller keramikk med litiumklorid som hygroskopisk substans.

I mange anvendelsestilfeller i forbindelse med ventilasjon er

der risiko for at forurensninger i fraluften av f.eks. fett eller olje belegger flatene med en tynn hinne, som helt eller delvis kan hindre vannets diffusjon til og fra det hygroskopiske belegg, dersom dette utgjøres av et fast sorpsjonsmiddel. Dettes fine porer og kapillarer, i hvilke vannet kondenserer, kan da lett tettes igjen og inaktiveres. Hvis derimot det hygroskopiske mid-del utgjøres av en saltoppløsning, blir hele den fuktede flate aktiv, samtidig som væsken er tilbøyelig til å trenge inn i og bryte igjennom den forurensede hinne.

Ved slike driftstilfeller er en hygroskopisitet, oppnådd av en saltoppløsning, å foretrekke.

En ubehandlet aluminiumfolie kan imidlertid ikke fastholde en til-strekkelig mengde saltoppløsning på sin overflate. Det viser seg nu at det porøse sjikt man får ved behandlingen av aluminiumfolien med alkalimetallaluminat gjør at denne er i stand til å fastholde en større mengde saltoppløsning enn en ubehandlet overflate. Aluminatbehandlingen gir dessuten feste for andre belegg som øker porøsiteten ytterligere. Et slikt er allerede blitt beskrevet, hvor en innblanding av et pulver ved dypping i natri-umaluminatoppløsning gir et ekstrabelegg. En på denne måte be-handlet folieflate får en vesentlig forsterket evne til å suge opp vann. Man kan også dyppe den aluminatbehandlede rotor i vannglass og derefter eksponere den for karbondioksyd. Derved fås et ekstrabelegg av kjemisk utfelt silisiumdioksyd, som også

øker porøsiteten.

Et spørsmål av vital betydning, når man anvender en saltoppløsning som hygroskopisk substans er i hvilken grad korrosjon av alumini-umf olien kan finne sted. Omfattende prøver har vist at litiumklorid ikke kan anvendes; korrosjonsangrepene blir altfor hurtige.

Det har vist seg at et annet litiumsalt, litiumnitrat, gir prak-tisk talt ingen korrosjonsangrep på den aluminatbehandlede alu-miniumf olie, samtidig som litiumnitratet gir folien overordentlig gode hygroskopiske egenskaper innenfor det spektrum av relative fuktigheter, som er aktuelt ved samtidig fuktighets- og tempera-turutveksling, dvs. ved relative fuktigheter over 10 - 20%.

Også kalsiumbromid og natriumklorid gir vesentlig lavere korrosjonsangrep enn litiumklorid på den aluminatbehandlede overflate, selv om de ikke er like lave som ved litiumnitrat. Sett ut fra hygroskopisk synspunkt gir særlig kalsiumbromiden gode resultat-er .

De midler og den teknikk som foran er beskrevet for å tilveie-bringe ad- resp. absorberende egenskaper for rotoren, er bil-lige og tillater at den fremstillingsprosess som er beskrevet i patentansøkning 7605703-3 i sine hovedtrekk kan bibeholdes. Alt i alt fører dette til fremstillingsomkostninger som er betydelig mindre enn hva man hittil har måttet regne med ved tidligere høyeffektive fuktighetsoverførende rotorer.

I begrepet aluminiumfolie inkluderes også sjikt, som består av

en bærer av ikke metallisk materiale f.eks. fibre av glass eller cellulose eller folie av plast, hvilken er forsynt med et over-trekk eller belegg av aluminium.

Claims (4)

1. Rotor for en regenerativ utveksler av fuktighet og fortrinnsvis også varme mellom to gass-(luft-)strømmer, sammensatt av tynne sjikt som avvekslende er plane og korrugerte, og som danner parallelle, gjennomgående kanaler for de to strømmer, idet rotorens korrugerte og eventuelt også dens plane sjikt består av aluminiumfolier, hvis overflater har et porøst, hygroskopisk belegg av aluminiumhydroksyd, karakterisert ved at det porøse belegg er dannet ved utfelling under utvikling av varme fra en alkali-aluminatoppløsning inneholdende minst 15 vekt% alkalialuminat som er påført overflatene.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av en rotor for en regenerativ utveksler av fuktighet og fortrinnsvis også varme mellom to gass-(luft-)strømmer, hvilken rotor er sammensatt av tynne sjikt som avvekslende er plane og korrugerte, og som danner, parallelle, gjennomgående kanaler for de to strømmer, idet de korrugerte og eventuelt også de plane sjikt er fremstilt av aluminiumfolier, hvor nevnte foliers overflater gis et porøst, hygroskopisk belegg av aluminiumhydroksyd ved behandling med en vandig alkalisk oppløsning, karakterisert ved at rotoren behandles i ett eller flere trinn med en alkalialuminatoppløsning inneholdende minst 15 vekt% alkalialuminat slik at en hinne av oppløsning-en blir sittende på de nevnte overflater, idet utfelling av det porøse belegg skjer under varmeutvikling og mens rotorens kanaler holdes horisontale.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at et ekstra belegg av et uorganisk hygroskopisk pulver tilveiebringes ved ett av behandlings-trinnene ved innblanding av et slikt pulver i aluminatoppløs-ningen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at pulveret utgjøres av et fast adsorpsjonsmiddel, slik som silikagel.