SE507477C2 - Förfarande för framställning av ett element för utbyte av total värmeenergi - Google Patents

Description

507 477 2 problem vid framställning och användning. Särskilt vid korruge- ring kan filmen rivas sönder så att korrugering blir omöjlig.

Viktig är också storleken av de små kanalernas tvärsnitts- area i en vaxkakestruktur bildad genom korrugering och lamine- ring av en film. När de små kanalerna har en alltför stor tvär- snittsarea, blir filmens totala ytarea liten, vilket minskar kontaktarean för passerande luft och minskar effektiviteten av det totala värmeenergiutbytet. När däremot de små. kanalerna har en alltför liten tvärsnittsarea, ökar motståndet för luft eller annan gas som passerar genom elementet (d v s tryckfal- let ökar), vilket kräver en högre drivkraft och omöjliggör ekonomisk drift.

Enligt uppfinningen löses de ovan angivna problemen på följande sätt. Partiklar av hydrofil zeolit eller annat oor- ganiskt adsorptionsmedel innehållande mikroporer med en genom- snittlig diameter av 4-6 Å, d v s adsorptionsmedel som adsor- berar molekyler av vattenånga men knappast adsorberar molekyler av luktämnen, bringas att häfta vid ytan av en film av metall, plast eller liknande, vars tjocklek ligger inom intervallet 0,02-0,15 mm. Filmen korrugeras därpå till en våglängd av 2,5- 5,0 mm och en våghöjd av 1,0-2,6 mm. Plana filmer och korru- gerade filmer lamineras omväxlande för bildning av ett element med många små kanaler.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken fig 1 schematiskt illustrerar den första utföringsformen av förfarandet enligt uppfinningen; fig 2 är en perspektivvy av ett element för utbyte av total värmeenergi framställt enligt föreliggande uppfinning; fig 3 är ett snitt som illustrerar användning av ett element för utbyte av total värmeenergi; fig 4 är en perspektivvy av en del av en korrugerad film; fig 5 är ett diagram över överföringsgrad (%) och överförd mängd (ppm) bensen och toluen som funktion av den genomsnittliga mikropordiametern i ett adsorptionsmedel på ytan av en film; fig 6 är ett diagram som visar hur effektiviteten av det totala värmeutbytet n (%) och det statiska tryckfallet AP (mm H20) ändras vid förändring av en korrugerad films våg- längd och våghöjd; fig 7 är ett diagram som visar hur värmeut- byteseffektiviteten ändras vid förändring av mängden hydrofil 507 477 3 zeolit på ytan av en film; och fig 8 är ett diagram som visar hur värmeutbyteseffektiviteten ändras vid förändring av zeoli- ters genomsnittliga mikropordiameter.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen beskrives nedan i detalj.

Exempel 1 I fig 1 visas en anordning använd vid förfarandet enligt uppfinningen. På ritningen visas ett kärl 1 för bindemedel 2, en torkanordning 3 och ett kärl 4 för adsorptionsmedel 5.

Partiklar av adsorptionsmedlet 5 transporteras medelst en luftström via munstycken 7, 8 till ytan av en film i en kam- mare 9, varvid en fläkt 6 användes. Partiklarna av adsorptions- medlet tillföres via en inmatningstratt 10. På ritningen visas vidare en torkanordning 11, en returledning' 12 som återför partiklar av adsorptionsmedlet 5 från kammaren 9, och en tork- anordning 13.

På båda sidorna av en 30 um tjock aluminiumfilm 14 an- bringas ett bindemedel 2 av polyvinylacetat-typ i ett 10-30 um tjockt skikt genom reglering av spalten mellan två valsar 15.

Efter passagen genom torkanordningen 23 är bindemedelsskiktet halvtorrt (visköst men icke stelnat), vilket innebär att zeolit- partiklar icke kan begravas fullständigt i detta skikt. Filmen med bindemedelsskikt ledes in i kammaren 9, och på båda sidorna av filmen anbringas medelst en luftström partiklar av hydrofil syntetisk zeolit 5 (Zeo1um A-4 från Toyo Soda Co; mikropor- diameter 4 Å) med en diamter av mindre än 100 pm. På båda sidorna av filmen anbringas härvid totalt ca 12 g syntetisk zeolit per m2. Filmen upphettas därefter omedelbart i torkanord- ningen 11, som företrädesvis är en infrarödtork, vid en tempe- ratur av 100-250°C under kort tid, t ex högst 10 sekunder, så att bindemedelt torkas fullständigt och bringas att, stelna.

Samtidigt frigöres gaser adsorberade i zeolitpartiklarnas mikro- porer under bildning av sammanhängande porer som sträcker sig till bindemedelsskiktets yta, så att zeolitpartiklarnas adsorp- tionsförmåga icke hämmas. Filmen upphettas sedan vid hög tempe- ratur (150-220°C) i torkanordningen 13 så att bindemedelsskik- tet stelnar ytterligare och stabiliseras. Genom lämpliga, icke visade metoder, såsom blåsning med luft eller tvättning med 507 477 4 vatten, avlägsnas sedan kontinuerligt zeolitpartiklar som icke har häftat vid ordentligt, så att man erhåller en aluminiumfilm 16 med vidhäftande partiklar av syntetisk zeolit. Filmen 16 frammatas med en hastighet av 0,1-0,5 m/s.

Aluminiumfilmen 16 med vidhäftande syntetisk zeolit korru- geras därefter (se figurerna 2 och 4). En plan film 16 och en korrugerad film 17 bringas att häfta vid varandra och lindas sedan omkring ett nav 18 till en cylindrisk kropp med önskad storlek innehållande 'många små kanaler 19, som sträcker sig mellan de båda ändytorna. Flera fördjupningar göres i radiell riktning i båda ändytorna av cylindern, och i dessa fördjup- ningar anbringas förstärkande ekrar 20, 20. Omkring den cylin- driska ytan lindas en yttre stålplatta 21. Ena änden av varje eker 20 fästes vid ena ändytan av navet 18, och den andra änden fästes vid den yttre stålplattan 21, t ex med hjälp av bultar.

Kantplåtar 22, 22 fästes längs båda kanterna av den yttre stål- plattan 21, och mellan kantplåtarna 22, 22 fästes sammanbin- dande plåtar 23, 23. På detta sätt erhålles ett element för utbyte av total värmeenergi.

Exempel 2 På båda sidorna av en 30 um tjock aluminiumfilm anbringas ett 10-30 um tjockt skikt av ett bindemedel av polyvinylacetat- typ innehållande högst 30 % partiklar av hydrofil syntetisk zeolit (Molecular Sieve 4A från Union Showa Co. Ltd.; mikropor- diameter 4 Å) med en diameter av mindre än 100 um såsom adsorp- tionsmedel och högst 10 % av ett jäsmedel, som sönderdelas vid upphettning under alstring av en gas, företrädesvis koldioxid, såsom natriumvätekarbonat eller ammoniumkarbonat. När bindemed- let är halvtorrt men icke fullständigt torrt, upphettas filmen vid 100-250°C för sönderdelning av jäsmedlet. På samma sätt som i exempel 1 korrugeras därefter aluminiumfilmen, och plana och korrugerade filmer lamineras till varandra, varpå ett element framställes på samma sätt som i exempel 1.

Andra metoder kan också användas. En blandning av binde- medel och jäsmedel kan t ex anbringas på filmen, varefter partiklar av adsorptionsmedel blåses på filmen såsom i exempel 1 och adsorptionsmedlet bringas att häfta. vid filmen genom upphettning. 507,47? 5 Såsom material i filmen kan man förutom aluminium välja andra metaller eller legeringar, t ex aluminiumlegeringar, rostfritt stål, koppar och mässing; plaster, t ex polyvinylklo- rid, polypropen och polyestrar; samt papper, som kan korruge- ras. Ett papper bör huvudsakligen bestå av oorganiska fibrer, så att det icke fattar eld vid kontakt med luft av hög tempera- tur, t ex papper av' keramiska fibrer bestående av 50-90 % keramiska fibrer med en fiberdiameter av ca 5 um och en fiber- längd av 1-5 mm, 30-5 % massa och 10-20 % förstärkande fyll- medel. Såsom bindemedel kan man använda polyvinylacetat, epoxi- harts, silikonharts, akrylharts och liknande. Såsom adsorptions- medel är det nödvändigt att välja ett material som adsorberar vattenmolekyler men knappast luktämnen, framför allt icke sådana luktämnen som alstras i toaletter och kök eller ångor av organiska lösningsmedel. Vattenmolekyler har en diameter av 2,8-3,2 Å, och molekyler av bensen och toluen har en diameter av ca 6,7 Å. Både luktämnen och organiska lösningsmedel har större molekyldiametrar än vatten. För selektiv adsorption av vattenånga i närvaro av luktämnen eller ångor av organiska lösningsmedel användes därför hydrofila oorganiska adsorptions- medel, t ex zeoliter, vars genomsnittliga mikropordiameter ligger inom intervallet 4-6 Å. Upphettning erfordras för desorp- tion av vattenmolekyler adsorberade på adsorptionsmedel med en mikropordiameter av'Z3 Ã, t ex zeolit av typen 3 A, eftersom denna mikropordiameter är nästan lika stor som vattenmolekyler- nas diameter. Vid drift av ett element för utbyte av total värmeeneregi innehållande adsorptionsmedel med en mikropor- diameter av 3 Å är därför effektiviteten av utbytet av latent värmeenergi mycket låg. Av denna anledning användes enligt uppfinningen adsorptionsmedel med en mikropordiameter av minst 4Å.

I fig 23 visas ett cylindriskt element 26 framställt på det sätt som beskrives i exemplen ovan. Detta element kan roteras omkring en axel 24 i ett hölje 25. Genom kanalen 27, 28, 29 och 30 delas elementets 26 ändytor i en zon för ytter- luft OA, en zon för tilluft SA, en zon för returluft RA och en zon för frånluft EA. Elementet 26 roteras med en hastighet av ca 10-15 varv' per' minut, och ytterluft OA och returluft. RA 507 477 6 ledes till elementet. Genom väggarna av de små kanalerna 19 i elementet 26 sker utbyte av total värmeenergi mellan de båda luftströmmarna, och härvid erhålles tilluft SA och frånluft EA.

I fig 5 visas överföringsgrad (%) och överförd mängd (ppm) bensen och toluen som funktion av adsorptionsmedlets mikropor- diameter. Överföring från returluft till tilluft har' härvid bestämts på följande sätt. Man använder ett element framställt på samma sätt som i exempel 1 genom att adsorptionsmedel bringas att häfta vid båda sidorna av en 30 um tjock aluminiumfilm i en mängd av totalt 15 g/m2. Den korrugerade filmen har en våglängd P av 3,4 mm och en våghöjd h av 1,8 mm (se fig 4). Elementet har en tjocklek t av 200 mm (se fig 3). Såsom adsorptionsmedel användes dels Zeolum A-4 (mikropordiameter 4 Å) och dels Zeolum F-9 (mikropordiameter 10 Å) (jämförande exempel), som båda är hydrofila syntetiska zeoliter. Såsom returluft användes luft innehållande 300 ppm bensen eler toluen (båda har en molekyl- diameter av 6,7 Å), och denna luft har en temperatur av 25°C och en absolut fuktighet av 10 g/kg. När hydrofil syntetisk zeolit med en mikropordiameter av 10 Å eller silikagel använ- des, adsorberas bensen och toluen i returluften av elementet och överföres till tilluften, och koncentrationen kan even- tuellt överstiga den nivå vid vilken en människa börjar för- nimma lukten (1,5 ppm för bensen och 0,48 ppm för toluen). Se "Pollution and Poison/Dangerous Objects (Organic Matter Part)" av Hiroshi Horigudri, Sankyo Publishing Co., Ltd, 25 juni 1971, sidan 458. Vid användning av en hydrofil syntetisk zeolit med en mikropordiameter av 4 Å föreligger däremot ingen risk för att koncentrationen av luktämnen överförda till tilluften skall nå upp till de halter som kan förnimmas av människor.

När returluften utgöres av luft innehållande olika luk- tande gaser alstrade :i kök och toaletter, kan överföring av dessa gaser till tilluften vanligen förhindas genom användning av ett enligt uppfinningen framställt element. Eftersom zeoli- ters yttre yta endast är ca 1 % av den totala ytan inklusive mikroporernas yta, är mängden stora partiklar (som inte kan tränga in i ndkroporerna) adsorberade på ytterytan så liten som 0,2-1,0 vikt-%. 507 477 7 I fig 6(a) visas effektiviteten av det totala värmeutbytet n (%) och i fig 6(b) det statiska tryckfallet1flP (mm H20), när utbyte av total värmeenergi genomföres med ett element fram- ställt enligt exempel 1. Härvid bringas Zeolum A-4 att häfta vid båda sidorna av en 30 pm tjock aluminiumfilm i en total mängd av 15 g/m2. Den belagda filmen Ékorrugeras 'till olika våglängder P och våghöjder h enligt nedan.

Våglängd, mm Våghöjd, mm A (jämf. ex) 2,0 1,0 B 2,5 1,3 C 3,4 1,8 D 4,2 2,2 E 5,0 2,6 F (jämf. ex) 6,0 3,6 Elementets tjocklek t är 200 mm. Ytterluften OA har en temperatur av 35°C och en absolut fuktighet av 15 g/kg, och returluften RA har en temperatur av 25°C och en absolut fuk- tighet av 10 g/kg.

I fig 6 anges längs abskissan ytterluftens och returluf- tens hastighet (m/s) vid inloppet till elementet 26. Av resul- taten i fig 6 framgår att när den korrugerade filmens våglängd är mindre än 2,5 mm (t ex 2,0 mm) och våghöjden är mindre än 1,0 mm (t ex 0,8 mm), så ökar det statiska tryckfallet kraf- tigt, vilket ökar den erforderliga drivkraften T-Q-H: där'Tär luftens densitet, Q är luftflödet och H är tryckfallet. Ingen energibesparing är härvid möjlig. Om å andra sidan våglängden är större än 5,0 mm och våghöjden är större än 2,6 mm, blir effektiviteten av det totala värmeutbytet låg, och energibe- sparingen blir lägre än den erforderliga drivenergin.

I fig 7 visas effektiviteten av utbytet av latent värme- energi nx (%) och effektiviteten av utbytet av kännbar värme- energi ns (%), när utbyte av total värmeenergi genomföres med ett element framställt på följande sätt. Zeolum A-4 bringas att häfta vid båda sidorna av en 30 um tjock aluminiumfilm i en total mängd av 4 g, 6 g, 15 g eller 20 g per m2. Den belagda filmen korrugeras till en våglängd P av 3,4 mm och en våghöjd h 507 477 8 av 1,8 mm. Elementets tjocklek t, d. v s längden av' de små kanalerna, är 200 mm. Ytterluften har en temperatur 35°C och en absolut fuktighet av 15 g/kg, och returluften har en tempe- ratur av 27°C och en absolut fuktighet av 10 g/kg. Lufthas- tigheten vid inloppet till elementet är 1-4 m/s. Effektiviteten av utbytet av kännbar värmeenergi är' konstant oberoende av mängden adsorptionsmedel på filmen.

I fig 7 anges längs abskissan ytterluftens och returluf- tens hastighet (m/s) vid inloppet. Av fig 7 framgår, att när mängden adsorptionsmedel på båda sidorna av filmen är minst 6 g(m2, så är effektiviteten av' utbytet av latent värmeenergi förhållandevis hög, t ex så hög som 70 % vid en lufthastighet av 2 m/s när mängden Zeolum A-4 är totalt 6 g/m2. Effektivite- ten av det totala värmeutbytet blir därför hög.

Effektiviteten av det totala värmeutbytet nI kan beräknas enligt följande formel. nI = [uOA - iSA)/(i0A - iRAH x 100 % där i betecknar entalpin för OA, SA eller RA.

När den totala mängden Zeolum A-4 är mindre än 6 g/m2, t ex 4 g/m2, är effektiviteten av utbytet av latent värmeenergi låg, t ex 55 % vid en lufthastighet av 2 m/s. Effektiviteten av det totala värmeutbytet blir därför låg. Om däremot den totala mängden Zeolum A-4 ökas till över 20 g/m2, sker ingen ytterli- gare ökning av effektiviteten av utbytet av latent värmeenergi, utan den enda effekten blir en ökning av kostnaderna. Det är möjligt att partiklar av adsorptionsmedlet kan föras bort med tilluften eller frånluften och att överföringen av luktämnen kan öka när andra adsorptionsmedel än zeoliter användes.

Element för utbyte av total värmeenergi framställes genom att zeoliter med en mikropordiameter av 3 Å, 4 Å, 6 Å eller 9 Ä bringas att häfta vid båda sidorna av en 30 pm tjock aluminium- film i en total mängd av 15 g/m2. I övrigt är framställnings- och driftbetingelserna desamma som vid de i fig 7 redovisade försöken. De erhållna resultaten visas i fig 8, dels effek- tivitetsvärdet nx och dels effektivitetsvärdet ns. Effektivite- ten av utbytet av kännbar värmeenergi är konstant oberoende av den vidhäftande zeolitens mikroporstorlek. Vid användning av en zeolit med en mikroprostorlek av 3 Ã är effektiviteten av 507 477 9 utbytet av latent värmeenergi låg, vilket innebär att effek- tiviteten av det totala värmeutbyte också blir låg (se formeln ovan). Ett dylikt element ger ingen energibesparing, framför allt icke vid behandling av mycket fuktig luft.

Alla de ovan angivna resultaten har erhållits med använd- ning av en aluminiumfilm. Nästan samma resultat erhåles om man istället använder en film av en annan metall eller en plastfilm.

Såsom ovan har beskrivits framställes enligt uppfinningen ett element för utbyte av total värmeenergi genom att partiklar av hydrofil zeolit eller annat oorganiskt adsorptionsmedel med en genomsnittlig mikropordiameter av 4-6 Ã bringas att häfta vid ytan av en film, varefter' plana filmer och. korrugerade filmer med en våglängd av 2,5-5,0 mm och en våghöjd av 1,0-2,6 mm lamineras till varandra och upplindas till ett element med många små kanaler sträckande sig från ändyta till ändyta. Ett dylikt element kan förhindra att luktämnen överföres från returluften till tilluften, och det har också ett tillräckligt kanalöppningsförhållande. Genom att de oorganiska adsorptions- medel som användes i elementet har en genomsnittlig mikropor- diameter av 4-6 Å kan vattenmolekyler lätt adsorberas och desor- beras. Elementet ger också en ekonomiskt tillfredsställande effektivitet av det totala värmeutbytet, det ger låga driftkost- nader eftersom drivkraften blir låg till följd av lågt tryck- fall, och det är billigt att tillverka.

Claims (7)

507 477 10 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för framställning av ett element för utbyte av total värmeenergi; k ä n n e t e c k n a t a v att partiklar av oorganiskt adsorptionsmedel med en genomsnittlig mikropor- diameter av 4-6 Å bringas att häfta vid ytan av en film med hjälp av ett bindemedelsskikt, att filmen korrugeras till en våglängd av 2,5-5,0 mm och en våghöjd av 1,0-2,6 mm, och att plana och korrugerade belagda filmer lamineras till varandra och formas till ett element med många små kanaler.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att det oorganiska adsorptionsmedlet är en hydrofil zeolit.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att partiklarna av oorganiskt adsorptionsmedel bringas att häfta vid på sådant sätt att de delvis begraves i och delvis exponeras utanpå bindemedelsskiktet.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att partiklarna av oorganiskt adsorptionsmedel blåses på ett ofullständigt torkat bindemedelsskikt så att de provisoriskt häftar vid detta, varefter partiklarna och bindemedelsskiktet omedelbart upphettas vid en temperatur av 100-250°C under kort tid så att bindemedlet stelnar och binder partiklarna utan att täppa till mikroporerna i partiklarna.

5. Förfarande för framställning av ett element för utbyte av total värmeenergi, k ä n n e t e c k n a t a v att att ett bindemedel innehållande partiklar av oorganiskt adsorptions- medel med en genomsnittlig mikropordiameter av 4-6 Å och ett jäsmedel anbringas i ett skikt på ytan av en film, att den belagda filmen upphettas vid en temperatur av 100-250°C innan bindemedlet har stelnat så att många sammanhängande porer bildas i bindemedelsskiktet av jäsmedlet, varigenom mikro- porerna i partiklarna icke täppes till, att filmen korrugeras till en våglängd av 2,5-5,0 mm och en våghöjd av 1,0-2,6 mm, och att plana och korrugerade belagda filmer lamineras till varandra och formas till ett element med många små kanaler.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k- n a t a v att filmen är en metallfilm, en plastfilm eller ett papper av oorganiska fibrer. 507' 477 11

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k- n a t a v att den mängd oorganiskt adsorptionsmedel som bringas att häfta vid filmytan är totalt (på båda sidorna av filmen) 6-20 g per m2 filmyta.