УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЛАГО- И/ИЛИ ТЕПЛООБМЕНА, НАПРИМЕР, ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, СОРБЦИОННЫЙ РОТОР, АДСОРБЦИОННЫЙ ВЛАГОПОГЛОЩАЮЩИЙ РОТОР ИЛИ ТОМУ ПОДОБНОЕ Российский патент 2010 года по МПК F28D19/04 B01J20/18 

Изобретение относится к устройству для влаго- и/или теплообмена, например к пластинчатому теплообменнику, сорбционному ротору, адсорбционному влагопоглощающему ротору и тому подобному, с поверхностями для влаго- или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды, и/или забираться потоком текучей среды, и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена и которое образовано из цеолитового материала и вяжущего средства.

Подобного рода устройства для влаго- и/или теплообмена часто используются для поддержания равномерной температуры и кондиционирования воздуха в помещениях.

Помимо этого предусмотрены и другие промышленные цели применения подобного рода устройств для влаго- и/или теплообмена.

Известные из уровня техники подобного рода устройства для влаго- и/или теплообмена имеют, в частности, в случае если влага должна забираться потоком текучей среды, соответственно поток текучей среды должен забирать влагу, недостаток, заключающийся в том, что процессы адсорбции и/или десорбции, которые соответственно имеют место в устройствах влаго- и/или теплообмена, требуют слишком большого промежутка времени, вследствие чего не может реализоваться возможная мощность подобного рода устройств для влаго- и/или теплообмена. Далее, поверхности покрытий, находящиеся под воздействием потоков текучей среды, часто имеют шероховатость, которая ведет к тому, что происходит отложение частиц, содержащихся в потоках текучей среды, что отрицательным образом сказывается на коэффициенте полезного действия соответствующих устройств, и соответственно требуются частые сравнительно трудоемкие мероприятия по очистке и обслуживанию. Кроме того, часто возникают трудности с фиксацией вещества, образующего каркас, соответственно матрицу, устройства для влаго- и/или теплообмена.

Исходя из известного уровня техники в основе изобретения лежит задача, создания устройства для влаго- и/или теплообмена, например пластинчатого теплообменника, сорбционного ротора, адсорбционного влагопоглощающего ротора или тому подобного, у которого будут устранены указанные выше недостатки и который кроме этого может быть изготовлен со сравнительно низкими затратами, касающимися технико-конструктивного исполнения.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью того, что в первом варианте выполнения устройство для влаго- и/или теплообмена, например пластинчатый теплообменник, сорбционный ротор, адсорбционный влагопоглощающий ротор, с поверхностями для влаго- и/или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды, и/или забираться потоком текучей среды, и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена и которое образовано из цеолитового материала с размером частиц <1000 нм и связущего средства, отличается тем, что цеолитовый материал представляет собой синтетический наноцеолит, а толщина покрытия составляет от 1 до 2 мк (10^-6 м).

Наноцеолит может быть выбран таким образом, что он обладает однородным распределением пор с диаметром пор <1,5 нм, преимущественно 0,4 нм.

Частицы цеолитового материала могут иметь нанокристаллическую форму. Связующее средство содержит дисперсионные клеи, например рассол акрилата, к которому может добавляться дополнительно коллоидный SiO₂.

Согласно второму варианту выполнения устройство для влаго- и/или теплообмена, например пластинчатый теплообменник, сорбционный ротор, адсорбционный влагопоглощающий ротор, с поверхностями для влаго- и/или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды, и/или забираться потоком текучей среды, и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена, и которое образовано из цеолитового материала с размером частиц <1000 нм и связущего средства, отличается тем, что цеолитовый материал представляет собой синтетический наноцеолит, и поверхности для влаго- или теплообмена устройства для влаго- и/или теплообмена изготовлены из бумажного материала и пропитаны суспензией, содержащей синтетический наноцеолит, при этом указанное устройство после его пропитки суспензией или в суспензии, содержащей синтетический наноцеолит, состоит, по меньшей мере, на 30, преимущественно от 40 до 80 массовых % из наноцеолитового материала.

Связующее средство содержит дисперсионные клеи, например рассол акрилата, к которому может добавляться дополнительно коллоидный SiO₂.

В качестве материала для создания покрытия поверхностей для влаго- или теплообмена применяется синтетический наноцеолит, который состоит из частиц с размером частиц <1000 нм. Благодаря такой форме цеолитового материала, образующего покрытие, может быть реализована существенно более высокая кинетика адсорбции по сравнению с цеолитовыми материалами, известными из уровня техники, что должно дать в итоге повышение количества адсорбированного, соответственно десорбированного, водяного пара в единицу времени, следствием чего будет повышенный перенос влаги. Благодаря применению наноцеолита, предложенного в соответствии с изобретением в качестве материала покрытия, достигается увеличение его удельной поверхности, при этом этот наноцеолит может хорошо сцепляться при применении соответственно пригодного вяжущего средства с многогранными поверхностями. Использованный в соответствии с изобретением в качестве материала покрытия наноцеолит имеет быструю способность к регенерации. В виде синтетического наноцеолита может быть изготовлен цеолитовый материал с очень равномерным распределением размера частиц. В зависимости от выбора предусмотренного распределения размера частиц для материала покрытия толщина покрытия может подбираться к самым различным спецификациям. Небольшой размер частиц синтетического наноцеолита, примененного в соответствии с изобретением в качестве цеолитового материала, имеет как следствие то, что покрытие на стороне, обращенной к потокам текучей среды, имеет очень низкую шероховатость, вследствие чего соответственно выполненное устройство для влаго- и/или теплообмена имеет значительную сопротивляемость к загрязнению. Выполненные в соответствии с изобретением покрытия могут, в зависимости от выбранных для синтетического наноцеолита более или менее однородных размеров частиц, располагать высокой плотностью упаковки. Для нанесения предложенного в соответствии с изобретением цеолитового материала в качестве покрытия на поверхности для влаго- или теплообмена может применяться как способ центрифугирования, так и способ окунания. Покрытию, выполненному в соответствии с изобретением с помощью наноцеолита, благодаря свойствам наноцеолита в части химии поверхности может придаваться различная форма.

Поскольку пластины теплообменников снабжаются предложенным в соответствии с изобретением покрытием, то имеется возможность обеспечения того, что жидкость, которая должна испаряться на стороне пластины теплообменника, чтобы получить на другой стороне той же пластины теплообменника энергию охлаждения, очень равномерно распределяется на стороне пластины теплообменника, имеющей покрытие, так, что на другой стороне той же пластины теплообменника по ее поверхности имеет место равномерное распределение энергии охлаждения. Это равномерное распределение проявляется в том, что капли жидкости, возникающие благодаря предложенному в соответствии с изобретением покрытию, распределяются очень равномерно по стороне пластины теплообменника, имеющей предложенное в соответствии с изобретением покрытие.

Согласно предпочтительному варианту исполнения предложенного согласно изобретению устройства для влаго- и/или теплообмена наноцеолит выбран таким образом, что он обладает однородным распределением величин пор с диаметром поры <1,5 нм, преимущественным образом 0,4 нм. Благодаря этому может быть обеспечено, что в покрытии не будут задерживаться такие молекулы, которые при известных условиях при длительной работе устройства для влаго- и/или теплообмена могут привести к появлению запаха. Наоборот, водяной пар может предпочтительно восприниматься соответственным образом образованным покрытием и соответственно отдаваться этим покрытием. Таким образом, в таком исполнении покрытие, образованное в соответствии с изобретением из наноцеолита, может быть использовано в качестве особо пригодного при работе устройств для влаго- и/или теплообмена молекулярного сита.

Для работы соответственно образованных устройств для влаго- и/или теплообмена целесообразно, если толщина покрытия, выполненного в соответствии с изобретением, составляет от 0,2 до 100 µ, преимущественно от 1 до 2 µ (10'6 м).

Особо предпочтительное усовершенствование устройства для влаго- и/или теплообмена достигается в том случае, когда адсорбционный влагопоглощающий ротор изготавливается из пригодного для этого бумажного материала и матрица материала этого адсорбционного влагопоглощающего ротора, образующая поверхности для влаго- или теплообмена, пропитывается суспензией, содержащей синтетический наноцеолит.

Эта пропитка может проводиться так долго или в таком количестве, пока - после сушки - матрица вещества адсорбционного влагопоглощающего ротора не будет состоять, по меньшей мере, из 30%, преимущественным образом от 40 до 80 мас.%, материала наноцеолита, предложенного в соответствии с изобретением.

Разумеется, также возможно использовать предложенное в соответствии с изобретением покрытие, когда матрица вещества устройства для влаго- и/или теплообмена образована из других пригодных материалов, например алюминиевой фольги, керамических материалов и т.д.

В качестве вяжущего материала может применяться дисперсионный клей, например рассол акрилата с добавкой при известных обстоятельствах коллоидной окиси кремния. Соответствующее вяжущее средство может также предпочтительно применяться при других материалах, образующих покрытие.

Ниже изобретение более подробно описывается с помощью примеров исполнения.

При первом примере исполнения устройство для влаго- и/или теплообмена, выполненное в качестве адсорбционного влагопоглощающего ротора, снабжается покрытием, которое предложено в соответствии с изобретением, из синтетического наноцеолита с размером частиц в диапазоне 300 нм. Матрица материала адсорбционного влагопоглощающего ротора состоит из соответствующего бумажного материала. Для внесения наноцеолита в матрицу материала адсорбционного влагопоглощающего ротора она пропитывается суспензией, которая содержит наноцеолит с желательным размером частиц. После сушки адсорбционного влагопоглощающего ротора его конечный вес состоит примерно на 50% из наноцеолита.

По сравнению с существующими цеолитовыми материалами цеолитовый материал, примененный для пропитки матрицы материала адсорбционного влагопоглощающего ротора, с частицами в нанокристаллической форме имеет существенно ускоренную кинетику адсорбции/десорбции. Удельная поверхность предложенного в соответствии с изобретением наноцеолита больше, чем у других существующих цеолитовых материалов. Кристаллический наноцеолит, образующий покрытие адсорбционного влагопоглощающего ротора, относительно своего размера поры сравнительно равномерен, и ему задана такая форма, что покрытие имеет однородный размер пор с диаметром, к примеру, 0,4 нм. Благодаря такому исполнению структуры покрытия может быть обеспечено, что адсорбционный влагопоглощающий ротор на длительное время будет защищен от накопления образующих запах молекул, в то время как молекулы водяного пара могут забираться и отдаваться простейшим образом.

Благодаря ускоренной адсорбционной/десорбционной кинетики существенно уменьшается холодильная мощность, которая подлежит установке для работы подобного рода адсорбционного влагопоглощающего ротора - в частности, в тропическом климате, а именно примерно на 50%.

Описанный выше адсорбционный влагопоглощающий ротор после его покрытия имеет ровную гладкую поверхность, чтобы на ней меньше задерживались загрязняющие вещества.

Покрытие в части своей химии поверхности может выполняться по-разному. Оно может наноситься с помощью техники центрифугирования или окунания.

Покрытие благодаря небольшому и однородному размеру частиц имеет очень большую удельную поверхность, и оно может наноситься на многогранные поверхности.

В качестве вяжущего средства применялся акрилатный полимер и коллоидная, аморфная окись кремния со стабилизацией поверхности ионами натрия.

Также сорбционные роторы, чья материальная матрица состоит из других материалов, например из алюминия, могут быть снабжены описанным выше покрытием, при этом будут иметься подобные преимущества, как и в предыдущем случае, связанном с адсорбционным влагопоглощающим ротором, когда материальная матрица была представлена бумажным материалом.

Благодаря небольшому размеру частиц для покрытия получается относительно высокая плотность упаковки и таким образом толщина слоя может быть сравнительно малой. В описанном выше примере исполнения достаточная толщина слоя составила от около 1 до 2 µ (10^-6 м).

Далее возможно применение покрытия, например, на пластинах теплообменника. Когда покрытие, состоящее из описанного выше кристаллического наноцеолита, наносится на одну сторону пластины теплообменника, с помощью этого покрытия может быть достигнуто, что средство увлажнения, использованное для увлажнения этой стороны пластины теплообменника, более равномерно распределяется на этой стороне пластины теплообменника. Это связано с тем, что капли, попадающие на покрытие, благодаря структуре покрытия распределяются более равномерно. Таким образом, на стороне пластины теплообменника, имеющей это покрытие, равномерно отводится тепло испарения, благодаря чему поток текучей среды, который проходит мимо другой стороны пластины теплообменника, охлаждается желаемым образом. Также и при этой форме применения покрытия могут быть получены такие же или подобные преимущества, которые были достигнуты в описаниях, касающихся адсорбционного влагопоглощающего и сорбционного роторов.

Изобретение предназначено для влаго- и/или теплообмена и может быть использовано в теплотехнике. Устройство выполнено с поверхностями для влаго- и/или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды, и/или забираться потоком текучей среды, и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена и которое образовано из цеолитового материала с размером частиц <1000 нм и связующего средства. Цеолитовый материал представляет собой синтетический наноцеолит, при этом толщина покрытия составляет от 1 до 2 мк (10^-6 м). Цеолитовый материал может представлять собой синтетический наноцеолит, при этом поверхности для влаго- и/или теплообмена изготовлены из бумажного материала и пропитаны суспензией, содержащей синтетический наноцеолит. Устройство после его пропитки суспензией или в сузпензии, содержащей синтетический наноцеолит, состоит, по меньшей мере, на 30, преимущественно от 40 до 80 массовых % из наноцеолитового материала. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента полезного действия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

1. Устройство для влаго- и/или теплообмена, например, пластинчатый теплообменник, сорбционный ротор, адсорбционный влагопоглощающий ротор, с поверхностями для влаго- и/или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды, и/или забираться потоком текучей среды, и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена и которое образовано из цеолитового материала с размером частиц <1000 нм и связующего средства, отличающееся тем, что цеолитовый материал представляет собой синтетический наноцеолит, при этом толщина покрытия составляет от 1 дo 2 мк(10^-6 м).

2. Устройство по п.1, у которого наноцеолит выбран таким образом, что он обладает однородным распределением пор с диаметром пор <1,5 нм, преимущественно 0,4 нм.

3. Устройство по п.1 или 2, у которого частицы цеолитового материала имеют нанокристаллическую форму.

4. Устройство по любому из пп.1-3, у которого связующее средство содержит дисперсионные клеи, например, рассол акрилата, к которому может добавляться дополнительно коллоидный SiO₂.

5. Устройство для влаго- и/или теплообмена, например, пластинчатый теплообменник, сорбционный ротор, адсорбционный влагопоглощающий ротор, с поверхностями для влаго- и/или теплообмена, с помощью которых влага и/или тепло могут передаваться потоку текучей среды и/или забираться потоком текучей среды и/или обмениваться между потоками текучей среды, и покрытием, которым покрыты поверхности для влаго- или теплообмена, и которое образовано из цеолитового материала с размером частиц <1000 нм и связующего средства, отличающееся тем, что цеолитовый материал представляет собой синтетический наноцеолит, что поверхности для влаго- или теплообмена устройства для влаго- и/или теплообмена изготовлены из бумажного материала и пропитаны суспензией, содержащей синтетический наноцеолит, при этом указанное устройство после его пропитки суспензией или в суспензии, содержащей синтетический наноцеолит, состоит, по меньшей мере, на 30, преимущественно от 40 до 80 мас.% из наноцеолитового материала.

6. Устройство по п.5, у которого связующее средство содержит дисперсионные клеи, например рассол акрилата, к которому может добавляться дополнительно коллоидный SiO₂.