WO2012107156A1 - Wärme- und/oder feuchteaustauschelement - Google Patents

Wärme- und/oder feuchteaustauschelement Download PDF

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WO2012107156A1
WO2012107156A1 PCT/EP2012/000146 EP2012000146W WO2012107156A1 WO 2012107156 A1 WO2012107156 A1 WO 2012107156A1 EP 2012000146 W EP2012000146 W EP 2012000146W WO 2012107156 A1 WO2012107156 A1 WO 2012107156A1
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Peter BRÄUTIGAM
Artur Schüller
Hansjürgen BECKER
Hans Klinkenburg
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    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials

Definitions

  • the invention relates to a heat and / or moisture exchange element, e.g. on a heat and / or moisture exchange plate for plate heat and / or
  • moisture exchanger a storage mass layer for rotary heat and / or moisture exchanger ud.dgl ..
  • Such knownplaceelemen te known from the prior art are usually formed of a suitable material which, as far as the exchange element for a rotary heat and / or moisture exchanger is provided at one or both opposed and fluid streams from set surfaces provided with a coating is, wherein this coating is adapted to the particular requirement profile, and, as far as the replacement element is designed as a heat and / or moisture exchange plate for plate heat and / or moisture exchanger, either - when moisture transfer - designed as a membrane, or so far exclusively Heat is to be transmitted - massively provided.
  • a material of the basic element of the heat and / or moisture exchange element is usually a metallic material, such as aluminum, or provided with respect to its required in the relevant technical field here relevant properties with a metallic material ver comparable plastic.
  • Moisture exchanger a storage mass layer for rotary heat and / or moisture exchanger ud.dgl. to create a higher and more precisely adjustable efficiency in the transmission of thermal energy and / or humidity - without noticeable increase in the technical-design effort for its production.
  • a heat and / or moisture exchange plate according to the invention should be mechanically stable and yet permeable to moisture.
  • the heat and / or moisture exchange element formed from a perforated by a plurality of voids structure and designed for water or water vapor selectively permeable and / or storable.
  • the mechanical and the requirements towards ⁇ clearly identified the thermal stability of heat and / or moisture exchange element can hereby be considered to a previously unknown extent.
  • the material matrix of the heat and / or moisture exchange element can be produced with the desired properties.
  • the thermal for the transmission of energy and / or humidity ent ⁇ distinctive characteristics and requirements for the heat and / or moisture exchange element can be taken into account in the preparation of the structure.
  • the heat and / or moisture ⁇ exchange element according to the invention is sintered from a suitable material.
  • a suitably suitable material can be selected and / or assembled.
  • the permeability of the heat and / or moisture exchange element according to the invention which is selective for water or water vapor, can be realized by means of a suitable polymer material.
  • the heat and / or moisture exchange element of the invention may comprise a layer of this polymer material, alternatively, it is possible that the inventive heat and / or moisture exchange element in a
  • Layer area is impregnated with the appropriate polymer material.
  • a suitable material for the material matrix or the broken through a plurality of cavities structure a suitable metal material, an artificial or a ceramic material may be provided.
  • the moisture storage capability of the heat and / or moisture exchange element can be realized by means of a desiccant, e.g. by means of lithium chloride, silica gel, zeolite or the like, which is incorporated in the material matrix or in the structure which is interrupted by a large number of voids.
  • a desiccant e.g. by means of lithium chloride, silica gel, zeolite or the like, which is incorporated in the material matrix or in the structure which is interrupted by a large number of voids.
  • the material matrix may be made of a polyolefin, in particular of a sinterable polyolefin. It has proved to be particularly advantageous if the material matrix or the structure which has been broken through by a large number of voids is produced from a medium molecular weight polyolefin.
  • the structure which has been perforated by a multiplicity of voids can be produced from a polyethylene.
  • a material matrix sintered from a medium molecular weight polyethylene powder has proved to be particularly advantageous.
  • the material matrix of the heat and / or moisture exchange element from polypropylene or polyvinyl chloride.
  • metal compounds in particular metal oxides and metal carbides, come as a material for the material matrix of the heat and / or moisture exchange element in question.
  • the heat and / or moisture exchange element can be made hydrophilic after, during or before the preparation of its structure, wherein in the preparation of its structure preceding hydrophilic adjustment already required for the preparation of its structure raw materials are made hydrophilic.
  • hydrophilic adjustment of the already produced material matrix or structure of the heat and / or moisture exchange element according to the invention can be effected by means of an immersion bath, a spraying process, an application and / or a Entry of suitable materials, such as surfactants, be realized.
  • a medium molecular weight polyethylene powder has been found, which is preferably applied prior to sintering with an additive having a hydrophilic setting of the heat and / or Moisture exchange element causes.
  • the plastic Hostalen® GHR 8110 may be made of the material Hostapur® SAS 60F, which is used for hydrophilic adjustment.
  • the sintered material matrix of the heat and / or moisture exchange element has a specific gravity of about 0.5 ⁇ 0.1, preferably from 0.507 to 0.522 and in particular from 0.517 g / cm 3 .
  • the pore content of the sintered material matrix is according to an advantageous embodiment of the invention about 34 to 44, preferably 38.6 to 40.1, and in particular 39.1 vol .-%.
  • the sintered material matrix advantageously has an average pore diameter of 25 to 35, preferably 30 ⁇ on.
  • the tensile strength of the sintered material matrix is preferably greater than 2.0 N / mm 2 and is preferably between 2.22 to 2.70, in particular 2.45 N / mm 2 .
  • this heat and / or moisture exchange element expediently has an outer spatial structure, for example the outer spatial structure of a heat and / or moisture exchange plate forellestown- and / or-moisture exchanger or the outer spatial structure of an example corrugated memory mass layer of a Rotationseben- and / or
  • Moisture exchanger into which the heat and / or moisture exchange element by means of a suitable deformation process, e.g. a deep-drawing process with vacuum or compressed air, a mold sintering, an embossing or - in the case of a metallic material - a cold stamping, can be brought.
  • a suitable deformation process e.g. a deep-drawing process with vacuum or compressed air, a mold sintering, an embossing or - in the case of a metallic material - a cold stamping
  • the heat and / or moisture exchange element according to the invention or the heat and / or moisture exchange plate according to the invention can be used for a countercurrent heat and / or moisture exchanger.
  • the heat and / or moisture exchange element comprises a base forming the openwork structure and having filler introduced into the voids of the openwork structure of the base
  • the mechanical and thermal requirements of the heat and / or moisture exchange element may be met be taken into account by a corresponding embodiment of the basic part.
  • the base can be made of material and with regard to the design of the perforated structure.
  • the properties and requirements for the transfer of thermal energy and / or humidity Heat and / or moisture exchange elements may be satisfied by the selection of a suitable filler.
  • the structure of the base which is perforated by a large number of voids, is defined by a fabric, e.g. metal filaments, a nonwoven, e.g. made of metal fibers, a knitted fabric, a fine fabric or a sintered material.
  • the base part of the heat and / or moisture exchange element can be designed as a lattice structure.
  • Such lattice structures can be produced in high quality and in an identical embodiment with a comparatively small technical and constructive effort.
  • the lattice structure of the base part can be formed, for example, from a suitable metal material or a suitable plastic.
  • the base part can also be formed from at least one grid mat.
  • Such a polymer material can fill the voids of the perforated structure of the base part with a comparatively small procedural outlay by impregnating the base part with this polymer material.
  • the polymer material may, in particular, be a suitable Nexar® polymer material from Kraton, which, in terms of its permeability to e.g. Water is almost arbitrarily adjustable and, moreover, preferably has a high wet strength.
  • this heat and / or moisture exchange element expediently has an external spatial structure, eg the outer spatial structure of a heat and / or moisture exchange plate forellesuza and / or moisture exchanger or the outer spatial structure of an example corrugated memory mass layer of a Rotationseben- and / or
  • Moisture exchanger into which the heat and / or moisture exchange element by means of a suitable deformation process, e.g. can be brought by means of an embossing.
  • the heat and / or moisture exchange element according to the invention or the heat and / or moisture exchange plate according to the invention can be used for a countercurrent heat and / or moisture exchanger.
  • the deformation process for example the embossing, takes place for producing the outer spatial structure of the heat and / or moisture exchange element, before the filler, for example the suitable polymer material, into the Base part of the heat and / or moisture exchange element is introduced.
  • a heat and / or moisture exchange element according to the invention which serves as a heat and / or moisture exchange plate for a plate heat and / or moisture exchanger, in particular a countercurrent heat and / or moisture exchanger, or as a storage mass layer for a rotary heat and / or moisture exchanger can, is formed from a perforated by a plurality of voids structure and sintered from a plastic.
  • the starting material for the sintering process is a mixture of a medium molecular weight polyethylene powder.
  • This medium molecular weight polyethylene powder is assigned a material mixes, which is to cause a hydrophilic adjustment of the heat and / or moisture exchange element.
  • medium molecular weight polyethylene powder e.g. the plastic Hostalen® GHR 8110, as the hydrophilic setting causing material in particular the material Hostapur® SAS 60F, are used.
  • the material matrix of the sintered heat and / or moisture exchange element has a specific gravity of between 0.507 and 0.522 g / cm 3 and 0.517 g / cm 3 .
  • the pore fraction of the sintered material matrix is between 38.6 and 40.1, preferably 39.1% by volume.
  • the average pore diameter of the material matrix is between 25 and 35, preferably about 30 ⁇ .
  • the sintered material matrix has a tensile strength of 2.22 to 2.70, in particular of 2.45 N / mm 2 .
  • Another embodiment of a heat and / or moisture exchange element according to the invention has a base part and filler.
  • the base is formed as a perforated by a plurality of voids structure.
  • the filler is introduced into the voids of the openwork structure of the base.
  • the openwork structure of the base can be made of a fabric made, for example, of metallic filaments, of a non-woven, e.g. is made of metal fibers, be formed of a knitted fabric, a fine fabric or a sintered material. It is essential for the design of the base part, that this has a plurality of voids or passages, by means of which the structure of the base is broken.
  • the base can also be formed as a lattice structure of a suitable metal material or plastic.
  • the lattice structure can be designed, for example, from metallic threads.
  • the base may have one or more grid mats. Adjacent grid mats can be offset from each other so that the voids of adjacent grid mats are only partially overlapped.
  • the adjustment of the fluid permeability and the thermal properties of the heat and / or moisture exchange element is effected by a polymer material which acts as a filler of the heat and / or moisture exchange element.
  • a polymer material which acts as a filler of the heat and / or moisture exchange element.
  • a suitable Nexar® polymer material from Kraton used which is virtually arbitrarily adjustable in terms of its permeability to eg water and also has a high wet strength.
  • This polymer material may be formed as a non-porous selectively permeable membrane having the above-mentioned high wet strength.
  • the heat and / or moisture exchange element according to the invention can be provided with an outer spatial structure adapted to the specific requirement profile, e.g. the outer spatial structure of a heat and / or moisture exchange plate for countercurrent heat and / or moisture exchanger or the outer spatial structure of a corrugated storage mass layer of a Rotationseben- and / or
  • a deformation process e.g. an imprint, serve.
  • This embossing can be done by embossing the base before the polymeric material is incorporated into the base. It is also possible to deform the heat and / or moisture exchange element by performing the deformation process or embossing after the base is impregnated with the filler.

Abstract

Ein Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement, z.B. eine Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Plattenwärme- und/oder -feuchtetauscher, eine Speichermassenschicht für Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher ud.dgl. soll ohne spürbare Erhöhung des technisch-konstruktiven Aufwands zur Herstellung einen höheren und genauer einstellbaren Wirkungsgrad bei der Übertragung von thermischer Energie und/oder Feuchte zulassen. Hierzu wird vorgeschlagen, dass das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement aus einer durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochenen Struktur ausgebildet und für Wasser bzw. Wasserdampf selektiv durchlässig gestaltet und/oder speicherfähig gestaltet ist.

Description

„Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement, z.B. auf eine Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Plattenwärme- und/oder
-feuchtetauscher, eine Speichermassenschicht für Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher ud.dgl..
Aus dem Stand der Technik bekannte derartige Austauschelemen te sind üblicherweise aus einem geeigneten Werkstoff ausgebildet, der, soweit das Austauschelement für einen Rotations wärme- und/oder -feuchtetauscher vorgesehen ist, an einer oder beiden einander gegenüberliegenden und Fluidströmen aus gesetzten Oberflächen mit einer Beschichtung versehen ist, wobei diese Beschichtung an das jeweils gestellte Anforderungsprofil angepasst ist, und der, soweit das Austauschelement als Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Plattenwärme- und/oder -feuchtetauscher ausgebildet ist, entweder - bei Feuchteübertragung - als Membran ausgestaltet ist, oder soweit ausschließlich Wärme übertragen werden soll - massiv vorgesehen ist. Als Werkstoff des Grundelements des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements ist üblicherweise ein metallischer Werkstoff, z.B. Aluminium, oder ein hinsichtlich seiner auf dem hier einschlägigen technischen Fachgebiet geforderten Eigenschaften mit einem metallischen Werkstoff ver gleichbarer Kunststoff vorgesehen. Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement, z.B. eine Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Plattenwärme- und/oder
-feuchtetauscher, eine Speichermassenschicht für Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher ud.dgl. zu schaffen, das - ohne spürbare Erhöhung des technisch-konstruktiven Aufwands zu seiner Herstellung - einen höheren und genauer einstellbaren Wirkungsgrad bei der Übertragung von thermischer Energie und/oder Feuchte zulässt. Insbesondere soll eine erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte mechanisch stabil und dennoch für Feuchtigkeit durchlässig sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement aus einer durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochenen Struktur ausgebildet und für Wasser bzw. Wasserdampf selektiv durchlässig gestaltet und/oder speicherfähig ist. Die mechanischen und die hin¬ sichtlich der thermischen Stabilität des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements gestellten Anforderungen können hierbei in bisher nicht bekanntem Ausmaß berücksichtigt werden. Je nach den genannten technischen Anforderungen kann die Werkstoffmatrix des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Die für die Übertragung von thermischer Energie und/oder Feuchte ent¬ scheidenden Eigenschaften und Anforderungen an das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement können bei der Herstellung der Struktur berücksichtigt werden.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuch¬ teaustauschelement aus einem geeigneten Werkstoff gesintert. Je nach Anforderungsprofil an die Werkstoffmatrix bzw. die Struktur des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements kann ein entsprechend geeigneter Werkstoff ausgewählt und/oder zusammengestellt werden.
Die für Wasser bzw. Wasserdampf selektive Durchlässigkeit des erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements lässt sich mittels eines geeigneten Polymerwerkstoffs realisieren .
Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement eine Schicht aus diesem Polymerwerkstoff aufweisen, alternativ ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement in einem
Schichtbereich mit dem geeigneten Polymerwerkstoff getränkt ist .
Als geeigneter Werkstoff für die Werkstoffmatrix bzw. die durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur kann ein geeigneter Metallwerkstoff, ein Kunst- oder ein Keramikwerkstoff, vorgesehen sein.
Die Feuchtigkeitsspeicherfähigkeit des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements kann mittels eines Trocknungsmittels realisiert werden, z.B. mittels Lithiumchlorid, Silicagel, Zeo- lith od.dgl., das in die Werkstoffmatrix bzw. in die durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur eingelagert ist.
Die Werkstoffmatrix kann aus einem Polyolefin, insbesondere aus einem sinterfähigen Polyolefin, hergestellt sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Werkstoffmatrix bzw. die durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur aus einem mittelmolekularen Polyolefin hergestellt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements kann dessen durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur aus einem Polyethylen hergestellt sein. Als besonders vorteilhaft hat sich eine aus einem mittelmolekularen Polyethylenpulver gesinterte Werkstoffmatrix erwiesen.
Es ist auch möglich, die Werkstoffmatrix des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements aus Polypropylen oder Polyvinylchlo- rid herzustellen.
Alternativ kommen auch Metallverbindungen, insbesondere Metalloxide und Metallcarbide, als Werkstoff für die Werkstoffmatrix des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements in Frage.
Das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement kann nach, bei oder vor der Herstellung seiner Struktur hydrophil eingestellt werden, wobei bei der der Herstellung seiner Struktur vorangehenden hydrophilen Einstellung bereits die für die Herstellung seiner Struktur benötigten Rohstoffe hydrophil eingestellt werden.
Die hydrophile Einstellung der bereits hergestellten Werkstoffmatrix bzw. Struktur des erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements kann mittels eines Tauchbads, eines Besprühvorgangs, eines Auftrags und/oder eines Eintrags geeigneter Werkstoffe, z.B. von Tensiden, realisiert sein .
Als besonders geeigneter Kunststoff für die Herstellung der Werkstoffmatrix bzw. der Struktur des erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements hat sich insbesondere ein mittelmolekulares Polyethylenpulver herausgestellt, welches vor der Sinterung vorzugsweise mit einem Zusatzstoff beaufschlagt wird, der eine hydrophile Einstellung des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements bewirkt.
Als Kunststoff kann insbesondere der Kunststoff Hostalen® GHR 8110, als für die hydrophile Einstellung sorgender Werkstoff der Werkstoff Hostapur® SAS 60F vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise hat die gesinterte Werkstoffmatrix des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements ein spezifisches Gewicht von ca. 0,5 ± 0,1, vorzugsweise von 0,507 bis 0,522 und insbesondere von 0,517 g/cm3. Der Porenanteil der gesinterten Werkstoffmatrix beträgt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ca. 34 bis 44, vorzugsweise 38,6 bis 40,1, und insbesondere 39,1 Vol.-%. Darüber hinaus weist die gesinterte Werkstoffmatrix vorteilhaft einen mittleren Porendurchmesser von 25 bis 35, vorzugsweise von 30 μπι, auf.
Die Zugfestigkeit der gesinterten Werkstoffmatrix ist vorzugsweise größer als 2,0 N/mm2 und liegt vorzugsweise zwischen 2,22 bis 2,70, insbesondere bei 2,45 N/mm2. Um das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement in einfacher Weise zum Zusammenbau von beispielsweise Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauschern oder Rotationswärme- und/oder -feuchtetauschern verwenden zu können, weist dieses Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement zweckmäßigerweise eine äußere räumliche Struktur auf, z.B. die äußere räumliche Struktur einer Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher oder die äußere räumliche Struktur einer beispielsweise gewellten Speichermassenschicht eines Rotationswärme- und/oder
-feuchtetauschers, in die das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement mittels eines geeigneten Verformungsvorgangs, z.B. eines Tiefziehvorgangs mit Vakuum oder Druckluft, einer Formsinterung, einer Prägung bzw. - im Falle eines metallischen Werkstoffs - einer Kaltprägung, gebracht werden kann.
Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement bzw. die erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für einen Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher nutzen.
Wenn das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement ein Grundteil, das die durchbrochene Struktur ausbildet und Füllstoff aufweist, der in die Hohlstellen der durchbrochenen Struktur des Grundteils eingebracht ist, können die mechanischen und die hinsichtlich der thermischen Stabilität des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements gestellten Anforderungen durch eine entsprechende Ausgestaltung des Grundteils berücksichtigt werden. Je nach den genannten technischen Anforderungen kann das Grundteil werkstoffmäßig und hinsichtlich der Ausgestaltung der durchbrochenen Struktur ausgebildet werden. Die für die Übertragung von thermischer Energie und/oder Feuchte entscheidenden Eigenschaften und Anforderungen an das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement können durch die Auswahl eines geeigneten Füllstoffs befriedigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements ist die durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur des Grundteils durch ein Gewebe, z.B. aus Metallfäden, ein Vlies, z.B. aus Metallfasern, ein Gewirke, ein Feingewebe oder ein gesintertes Material gebildet.
Alternativ ist es möglich, das Grundteil des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements als Gitterstruktur auszugestalten. Derartige Gitterstrukturen können in hoher Qualität und in identischer Ausgestaltung mit einem vergleichsweise geringen technisch-konstruktiven Aufwand hergestellt werden. Die Gitterstruktur des Grundteils kann beispielsweise aus einem geeigneten Metallwerkstoff oder einem geeigneten Kunststoff ausgebildet sein.
Es ist möglich, eine Gitterstruktur des Grundteils aus metallischen Drähten auszubilden.
Das Grundteil kann auch aus zumindest einer Gittermatte ausgebildet sein.
Sofern mehrere Gittermatten vorgesehen sind, ist es möglich, die Hohlstellen benachbarter Gittermatten zueinander versetzt anzuordnen, so dass sich hinsichtlich ihrer Strömungsquerschnitte sich ändernde Durchbrechungen des Grundteils ergeben . Als Füllstoff hat sich ein geeigneter Polymerwerkstoff als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein derartiger Polymerwerkstoff kann mit einem vergleichsweise geringen verfahrenstechnischen Aufwand die Hohlstellen der durchbrochenen Struktur des Grundteils ausfüllen, indem das Grundteil mit diesem Polymerwerkstoff getränkt wird.
Als Polymerwerkstoff kann insbesondere ein geeigneter Ne- xar®-Polymerwerkstoff der Firma Kraton vorgesehen sein, der hinsichtlich seiner Durchlässigkeit für z.B. Wasser quasi beliebig einstellbar ist und der darüber hinaus vorzugsweise eine hohe Naßfestigkeit aufweist.
Um das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement in einfacher Weise zum Zusammenbau von beispielsweise Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauschern oder Rotationswärme- und/oder -feuchtetauschern verwenden zu können, weist dieses Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement zweckmäßigerweise eine äußere räumliche Struktur auf, z.B. die äußere räumliche Struktur einer Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher oder die äußere räumliche Struktur einer beispielsweise gewellten Speichermassenschicht eines Rotationswärme- und/oder
-feuchtetauschers, in die das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement mittels eines geeigneten Verformungsvorgangs, z.B. mittels einer Prägung, gebracht werden kann.
Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement bzw. die erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für einen Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher nutzen. Bei einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements findet der Verformungsvorgang, z.B. die Prägung, zur Herstellung der äußeren räumlichen Struktur des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements statt, bevor der Füllstoff, z.B. der geeignete Polymerwerkstoff, in das Grundteil des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements eingebracht wird .
Alternativ ist es möglich, den Verformungsvorgang bzw. die Prägung zur Herstellung der äußeren räumlichen Struktur des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements durchzuführen, nachdem der Füllstoff, z.B. der geeignete Polymerwerkstoff, in das Grundteil des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements eingebracht ist .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ein erfindungsgemäßes Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement, das als Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für einen Plattenwärme- und/oder -feuchtetauscher, insbesondere einen Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher, oder als Speichermassenschicht für einen Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher dienen kann, ist aus einer durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochenen Struktur ausgebildet und aus einem Kunststoff gesintert.
Als Ausgangsmaterial für den Sintervorgang dient eine Mischung aus einem mittelmolekularen Polyethylenpulver . Diesem mittelmolekularen Polyethylenpulver ist ein Werkstoff zuge- mischt, der eine hydrophile Einstellung des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements bewirken soll.
Als mittelmolekulares Polyethylenpulver kann z.B. der Kunst- stoff Hostalen® GHR 8110, als die hydrophile Einstellung bewirkender Werkstoff insbesondere der Werkstoff Hostapur® SAS 60F, eingesetzt werden.
Die Werkstoffmatrix des gesinterten Wärme- und/oder Feuch- teaustauschelements hat ein spezifisches Gewicht, das zwischen 0,507 und 0,522 g/cm3 bzw. bei 0,517 g/cm3 liegt.
Der Porenanteil der gesinterten Werkstoffmatrix liegt zwischen 38,6 und 40,1, vorzugsweise bei 39,1 Vol.-%.
Der mittlere Porendurchmesser der Werkstoffmatrix liegt zwischen 25 und 35, vorzugsweise bei etwa 30 μιη.
Die gesinterte Werkstoffmatrix hat eine Zugfestigkeit von 2,22 bis 2,70, insbesondere von 2,45 N/mm2.
Es ist möglich, auch in spezieller Weise räumlich geformte Speichermassenschichten, insbesondere gewellte Speichermassenschichten, für Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher aus dem wie vorstehend geschildert gesinterten Kunststoff herzustellen .
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements hat ein Grundteil und Füll- stoff. Das Grundteil ist als durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur ausgebildet. Der Füllstoff ist in die Hohlstellen der durchbrochenen Struktur des Grundteils eingebracht .
Die durchbrochene Struktur des Grundteils kann aus einem Gewebe, das beispielsweise aus Metallfäden hergestellt ist, aus einem Vlies, das z.B. aus Metallfasern hergestellt ist, aus einem Gewirke, aus einem Feingewebe oder aus einem gesinter- ten Material ausgebildet sein. Wesentlich ist für die Ausgestaltung des Grundteils, dass dieses eine Vielzahl von Hohlstellen bzw. Durchlässen aufweist, mittels der die Struktur des Grundteils durchbrochen ist. Das Grundteil kann entsprechend auch als Gitterstruktur aus einem geeigneten Metallwerkstoff oder Kunststoff ausgebildet werden .
Die Gitterstruktur kann beispielsweise aus metallischen Fäden gestaltet sein.
Alternativ kann das Grundteil eine oder mehrere Gittermatten aufweisen. Benachbarte Gittermatten können zueinander versetzt sein, so dass sich die Hohlstellen benachbarter Gitter- matten lediglich teilweise überlagern.
Die Einstellung der Fluiddurchlässigkeit und der thermischen Eigenschaften des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements erfolgt durch einen Polymerwerkstoff, der als Füllstoff des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements fungiert. Hierbei kommt bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen insbesondere ein geeigneter Nexar®-Polymerwerkstoff der Firma Kraton zum Einsatz, der hinsichtlich seiner Durchlässigkeit für z.B. Wasser quasi beliebig einstellbar ist und der darüber hinaus eine hohe Naßfestigkeit aufweist. Dieser Polymerwerkstoff kann als nicht poröse selektiv durchlässige Membran mit der vorstehend bereits erwähnten hohen Naßfestigkeit ausgebildet sein .
Das erfindungsgemäße Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement kann mit einer an das spezielle Anforderungsprofil angepass- ten äußeren räumlichen Struktur versehen werden, z.B. der äußeren räumlichen Struktur einer Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher oder der äußeren räumlichen Struktur einer gewellten Speichermassenschicht eines Rotationswärme- und/oder
-feuchtetauschers . Hierzu kann ein Verformungsvorgang, z.B. eine Prägung, dienen. Diese Prägung kann vorgenommen werden, indem das Grundteil geprägt wird, bevor der Polymerwerkstoff in das Grundteil eingebracht ist. Es ist auch möglich, das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement zu verformen, indem der Verformungsvorgang bzw. die Prägung durchgeführt wird, nachdem das Grundteil mit dem Füllstoff getränkt ist.

Claims

A T E N T A N S P R Ü C H E
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement, z.B. Wärme- und/oder Feuchteaustauschplatte für Plattenwärme- und/oder -feuchtetauscher, Speichermassenschicht für Rotationswärme- und/oder -feuchtetauscher ud.dgl., dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement aus einer durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochenen Struktur ausgebildet und für Wasser bzw. Wasserdampf selektiv durchlässig gestaltet und/oder spei cherfähig gestaltet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 1, das aus einem geeigneten Werkstoff gesintert ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 1 oder 2, das mittels eines geeigneten Polymerwerkstoffs für Wasser bzw. Wasserdampf selektiv durchlässig gestaltet ist .
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 3, das eine Schicht aus dem geeigneten Polymerwerkstoff auf weist .
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 3, das in einem Schichtbereich mit dem geeigneten Polymerwerkstoff getränkt ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem als geeigneter Werkstoff ein geeigneter Metallwerkstoff, Kunst- oder Keramikstoff vor gesehen ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in das Trocknungsmittel, z.B. Lithium chlorid, Silicagel, Zeolith od.dgl., eingelagert ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 6 oder 7, das aus einem Polyolefin hergestellt ist.
9. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das aus einem sinterfähigen Polyolefin hergestellt ist 10. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 9, das aus einem mittelmolekularen Polyolefin hergestellt ist .
11. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, das aus einem Polyethylen hergestellt ist .
12. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 11, das aus einem mittelmolekularen Polyethylenpulver ge- sintert ist.
13. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, das aus einem Polypropylen hergestellt ist.
14. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 6 oder 7, das aus einem Polyvinylchlorid hergestellt ist.
15. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 6 oder 7, das aus Metallverbindungen, insbesondere aus Metalloxiden und Metallcarbiden, hergestellt ist.
16. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, das nach der Herstellung seiner Struktur hydrophil einstellbar ist. 17. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der
Ansprüche 1 bis 15, das bei der Herstellung seiner Struktur hydrophil einstellbar ist.
. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dessen Rohstoffe vor der Herstellung seiner Struktur hydrophil einstellbar sind.
. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 16, bei dem die hydrophile Einstellung mittels eines Tauchbads, eines Besprühvorgangs, eines Auftrags und/oder eines Eintrags geeigneter Werkstoffe, z.B. von Tensiden, realisiert ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 2, das aus einer Mischung gesintert ist, die mittelmolekulares Polyethylenpulver und einen Zusatzstoff enthält, der eine hydrophile Einstellung des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements bewirkt.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem als Kunststoff Hostalen® GHR 8110 vorgesehen ist.
2. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 20 oder 21, bei dem als die hydrophile Einstellung bewirkender Werkstoff Hostapur® SAS 60F vorgesehen ist .
3. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dessen gesinterte Werkstoffmatrix ein spezifisches Gewicht von ca. 0,5 ± 0,1, vorzugsweise von 0,507 bis 0,522, insbesondere von 0,517 g/cm3, aufweist.
4. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dessen gesinterte Werkstoffmatrix einen Porenanteil von 34 bis 44, vorzugsweise von 38,6 bis 40,1, insbesondere von 39,1 Vol.-%, aufweist.
. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dessen gesinterte Werkstoffmatrix ei- nen mittleren Porendurchmesser von 25 bis 35, vorzugswei- se von 30 μπι, aufweist.
6. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 25, dessen gesinterte Werkstoffmatrix eine Zugfestigkeit aufweist, die größer 2,0 N/mm2 ist und vorzugsweise 2,2 bis 2,70, insbesondere 2,45 N/mm2, beträgt .
. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, das eine äußere räumliche Struktur aufweist, z.B. die äußere räumliche Struktur einer Wärme und /oder Feuchteaustauschplatte für Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher oder einer beispielsweise gewellten Speichermassenschicht eines Rotationswärme- und/oder -feuchtetauschers , in die es mittels eines geeigneten Verformungsvorgangs, z.B. eines Tiefziehvorgangs mit Vakuum oder Druckluft, einer Formsinterung, einer Prägung bzw. - im Falle eines metallischen Werkstoffs - einer Kaltprägung, gebracht ist.
Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher, der aus einer Vielzahl von Wärme- und/oder Feuchteaustauschelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 27 ausgebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 1, mit einem Grundteil, das die durchbrochene Struktur ausbildet, und Füllstoff, der in die Hohlstellen der durchbrochenen Struktur des Grundteils eingebracht ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 29, bei dem die durch eine Vielzahl von Hohlstellen durchbrochene Struktur des Grundteils durch ein Gewebe, z.B. aus Metallfäden, ein Vlies, z.B. aus Metallfasern, ein Gewirke, ein Feingewebe oder ein gesintertes Material gebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 29, dessen Grundteil als Gitterstruktur ausgebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 31, bei dem die Gitterstruktur seines Grundteils aus einem geeigneten Metallwerkstoff ausgebildet ist. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 31, bei dem die Gitterstruktur seines Grundteils aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 31 oder 32, bei dem die Gitterstruktur des Grundteils aus metallischen Drähten ausgebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dessen Grundteil aus zumindest einer Gittermatte ausgebildet ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 35, bei dem die Hohlstellen benachbarter Gittermatten zueinander versetzt sind.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dessen Füllstoff ein geeigneter Polymerwerkstoff ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 37, dessen aus der durchbrochenen Struktur ausgebildetes Grundteil mit dem Polymerwerkstoff getränkt ist.
Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach Anspruch 37 oder 38, als dessen Polymerwerkstoff ein geeigneter Ne- xar®-Polymerwerkstoff der Firma Kraton vorgesehen ist, der hinsichtlich seiner Durchlässigkeit für z.B. Wasser quasi beliebig einstellbar ist und vorzugsweise eine hohe Naßfestigkeit aufweist. Wärme- und/oder Feuchteaustauschelement nach einem der Ansprüche 29 bis 39, das eine äußere räumliche Struktur aufweist, z.B. die äußere räumliche Struktur einer Wärme und/oder Feuchteaustauschplatte für Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher oder einer beispielsweise gewellten Speichermassenschicht eines Rotationswärme- und/oder -feuchtetauschers , in die es mittels eines geeigneten Verformungsvorgangs, z.B. einer Prägung, gebracht ist. Gegenstromwärme- und/oder -feuchtetauscher, der aus einer Vielzahl von Wärme- und/oder Feucnteaustausehelemen- ten nach einem der Ansprüche 29 bis 40 ausgebildet ist. Verfahren zur Herstellung eines Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements nach Anspruch 41, bei dem der Verfor mungsvorgang, z.B. die Prägung, zur Herstellung der äuße ren räumlichen Struktur des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements durchgeführt wird, bevor der Füllstoff in das Grundteil des Wärme- und/oder Feuchteaustau schelements eingebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements nach Anspruch 41, bei dem der Verfor mungsvorgang, z.B. die Prägung, zur Herstellung der äuße ren räumlichen Struktur des Wärme- und/oder Feuchteaustauschelements durchgeführt wird, nachdem der Füllstoff in das Grundteil des Wärme- und/oder Feuchteaustau schelements eingebracht wird.
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