DE69219903T2

DE69219903T2 - Methode zur behandlung eines kontaktkörpers zum austausch von wärme, feuchtigkeit oder ähnlichen

Info

Publication number: DE69219903T2
Application number: DE69219903T
Authority: DE
Inventors: H Kan Vangbo
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2012-11-07
Also published as: DE69219903D1; AU2922792A; SE9103305L; JPH07500769A; SE506919C2; SE9103305D0; EP0642384B1; JP3273788B2; US5500402A; EP0642384A1; WO1993008910A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Kontaktkörpers für den Austausch von Wärme, Feuchtigkeit oder dergleichen.
Kontaktkörper werden in verschiedenen Bereichen zum Austausch von Feuchtigkeit und/oder Wärme eingesetzt und sind normalerweise aus Papierblättern hergestellt, die vorzugsweise aus einem anorganischen Material bestehen und zu Blöcken, aus denen massive Kontaktkörper hergestellt werden, geformt oder zu Rotoren für den Einsatz als drehbare Austauscher bzw. Kontaktkörper gewickelt werden.
Derartige Körper enthalten eine feuchtigkeits- und/oder wärmeaustauschende Masse aus sich abwechselnden ebenen und gewellten Schichten, die so angeordnet sind, daß die Wellungen eine große Anzahl feiner Kanäle bilden, welche im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die ebenen und die gewellten Schichten werden miteinander kombiniert und haftend aneinander festgemacht, normalerweise durch Verkleben der Schichten, worauf die aus einer ebenen Schicht und einer gewellten Schicht bestehende Struktur, falls ein Rotor hergestellt werden soll, zu einem im wesentlichen zylindrischen Rotor gewickelt wird, in dem die Kanäle parallel zur Rotorachse verlaufen. Wenn massive Kontaktkörper hergestellt werden, wird eine Anzahl derartiger Strukturen zur Herstellung eines Blockes übereinander gestapelt. Die Windungen des Rotors bzw. die den Block bildenden Struktureinheiten werden in der gleichen Weise wie die ebenen und gewellten Blätter haftend miteinander verbunden, beispielsweise durch Kleben.
Bei der Herstellung derartiger Kontaktkörper zum Austausch von Wärme oder Feuchtigkeit ist es bekannt, die Papierblätter der Körper mit einer Wasserglaslösung zu imprägnieren. Die aufgebrachte Wasserglaslösung wird dann aufunterschiedliche Weise behandelt, beispielsweise durch Erwärmen oder Eintauchen der Kontaktkörper in ein Alkohlbad getrocknet (siehe SE Patent Nr.305,170) und dann mit Säure, Salz oder dergleichen behandelt, um Silikagel zu bilden.
Wenn ein Gel mit dem Ziel erzeugt wird, eine für den Austausch von Feuchtigkeit geeignete Struktur herzustellen, ist es wichtig, eine erwünschte mittlere Porengröße und Porengrößenverteilung in gesteuerter Weise zu erzielen. Wenn das Austauschelement dazu benutzt wird, Luft zu entfeuchten, und somit Feuchtigkeit aus der Luft adsorbiert, ändert sich der Feuchtigkeitsgehalt der Luft, wenn die Luft über eine wirksame Adsorptionsfläche strömt, und somit muß das Adsorbens zum Zwecke seiner Wirksamkeit über einen Bereich der Feuchtigkeitsisothermen wirksam sein. Wenn das Austauschelement außerdem über einen größeren klimatischen Bereich wirksam ist, muß dem Gel entsprechende Eigenschaften verliehen werden. Die bedeutet, daß ein wirksames Gel von dem Vorhandensein einer geregelten Porengrößenverteilung abhängig ist.
Die Porenverteilung eines Gels, das aus einer Sikikatlösung oder durch Umwandeln von mehr oder weniger trockenem Wasserglas gebildet wird, kann durch Teilchenwachstum geändert werden. Dieser Mechanismus ist jedoch nicht reversibel, was bedeutet, daß die Porengröße während der gesamten Porenänderungsphase wächst. Dies wiederum bedeutet, daß die mittlere Porengröße des Ausgangsgels kleiner als die mittlere Sollporengröße sein soll, um die Sollporenstruktur in gesteuerter Weise zu erzielen.
Es ist aus der Literatur bekannt, daß es möglich ist, zunächst eine sehr kleine Teilchengröße mit Hilfe starker Säuren und somit einer sehr kleinen Porengröße zu erhalten. Die resultierende Gelierung erfolgt sehr rasch, und die Möglichkeit, den Gelierprozeß zu steuern, ist sehr klein.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln eines Kontaktkörpers der oben angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem auf dem Kontaktkörper ein Silikagel gebildet wird, das eine Steuerung der Porenzahl und der Porengrößenverteilung in der erzeugten Gelstruktur in ausgewählter Weise gesteuert werden können.
Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht durch
b) Behandeln des imprägnierten Körpers mit Säure, um das Wasserglas in ein Silikagel umzuwandeln, das eine erste Porenstruktur besitzt;
c) Aussetzen des behandelten imprägnierten Körpers einer chemischen basischen Lösung, um eine zweite Porenstruktur für das Silikagel zu erhalten, und
d) Stabilisieren der zweiten Porenstruktur durch Aussetzen des Silikagels einer stabilisirenden Lösung, die wasserlösliche anorganische Salze enthält.
Anschließend an das Gelieren in Säure kann das Gel durch Behandeln mit einer chemischen basischen Lösung beeinflußt werden, derart, daß das Wachstum mit gesteuerter Geschwindigkeit voranschreitet. Je nach der Natur der verwendeten Säure, ihrer Konzentration und Temperatur erhält man typischerweise ein Gel, dessen mittlere Porengröße im Bereich von 15 bis 25 Å - bei Anwendung der BET- Meßmethode - liegt. Die mittlere Porengröße kann dann durch Behandeln mit einer basischen Lösung auf den Sollbereich angehoben werden, welcher 20 bis 40 Å beträgt.
Es ist bekannt, daß eine mittlere Sollporengröße sich auch bei fehlender Behandlung in einer chemischen Lösung erzielen läßt, beispielsweise durch Auswahl einer geeigneten Säure oder einer sauren Salzlösung. Die basische Reaktion erfolgt selbst in diesem Fall sehr rasch und ist hierbei schwierig zu steuern. Durch die Behandlung mit einer chemischen basischen Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sowohl die mittlere Porengröße wie auch die Porengrößenverteilung in gesteuerter Weise auf einen Sollbereich einzustellen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf typische Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Zunächst wird der Kontaktkörper, dessen Papierblätter mit Wasserglas imprägniert wurden, in ein Säurebad, beispielsweise in ein Phosphor- oder Schwefelsäurebad, einer Mindestkonzentration getauft, die einer äquivalenten Umwandlung des Wasserglases plus einem geeigneten Überschuß entspricht, so daß der pH-Wert der Struktur immer unter 2,0 liegt. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer vorgegebenen erhöhten Temperatur, wobei die schwächeren Säuren eine höhere Temperatur als die stärkeren Säuren erfordern. Andere Säuren, die bei dem Schritt b) verwendet werden können, sind Salzsäure und Salpetersäure, wenngleich diese Säuren jedoch eine geringere Wirkung als die erstgenannten Säuren haben. Wasserglas oder Natirumsilikat ist eine alkalische Substanz, die einen pH-Wert von > 11,5 hat und die durch Addition eines größeren Anteils organischer oder inorganischer Substanzen geliert werden kann, während der pH-Wert abgesenkt wird. Der pH-Wert ist somit zum Erzeugen der Sollporenstruktur entscheidend, und um eine Sollporenstruktur sehr kleiner Porengröße und sehr kleiner Teilchengröße zu erzielen, ist es notwendig, das Wasserglas rasch bei einem pH-Wert von vorzugsweise weniger als 2,0 umzuwandeln.
Gemäß der Erfindung wird das Silikagel bei dem Schritt b) mit einer kleinen Porenstruktur hergestellt, die bei der weiteren Behandlung gemäß Schritt c) zu einer Sollgröße vergrößert wird, worauf diese Sollporenstruktur in dem Schritt d) stabilisiert wird, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
Bei dem Schritt c) werden Chemikalien zugegeben, die die Porenstruktur auf einen Sollwert bringen, während gleichzeitig die Zeit und Temperatur der Behandlung gesteuert wird. Diese chemische Zugabe beeinflußt den pH-Wert so, daß ein verzögerter pH-Wert bis zu maximal 10, vorzugsweise 7,5 bis 9,5, erhalten wird, der zusammen mit der Badverweilzeit und der Badtemperatur so eingestellt wird, daß der Porenstruktur die gewünschten Eigenschaften, d.h. die Sollporengröße und Sollgrößenverteilung verliehen wird. Die dem Bad zugegebenen Chemikalien sind vorzugsweise Chemikalien, welche für eine natrium- und kaliumfreie alkalische Umgebung sorgen, beispielsweise Chemikalien wie Armonium und Armoniumverbindungen in einer Menge von ungefähr 1 bis 25 g/l oder mehr, wenngleich höhere Werte keinen nennenswert verbesserten Effekt ergeben. Vor der Behandlung des Körpers gemäß dem Schritt c) kann der Kontaktkörper mit Flüssigkeit gespült werden, um den pH-Wert zu erhöhen und hiermit den chemischen Verbrauch bei dem Schritt c) zu reduzieren.
Nachdem die Sollporenstruktur durch Behandlung gemäß den ersten drei Schritten erzielt worden ist, wird die Porenstruktur in dem Schritt d) stabilisiert. Bei diesem letzten Schritt wird der Kontaktkörper eingetaucht, gespült und getrocknet, während Zn-Verbindungen, Phosphate oder Aluminiumverbindungen dem Bad beigegeben werden. Das Spülen des Kontaktkörpers vor dem Schritt d) kann dadurch weggelassen werden, daß die beim Schritt c verwendeten Chemikalien auf geeignete Mengen eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf zwei Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Gegenstand: Eine Rotorstruktur wird mit warmluftgetrocknetem Wasserglas imprägniert.
Gelierung in 3 M-Phosphorsäure
Zeit: 45 Min
Temperatur: 60ºC
PH-Wert: 0,3
Spülen in Wasser 15 Minuten lang (Eliminieren von Reaktionsprodukten und überschüssiger Säure).
Altern in 0,3 % Armoniumbicarbonatlösung
Zeit: 25 Min
Temperatur: 80ºC
PH-Wert: 8
Stabilisieren mit saurer A1-Ionenlösung
Zeit: 40 Min
Temperatur: 60ºC
Konzentration: 1 M
Porenvolumen nach Schritt b): 0,203 cm³/g
nach Schritt c): 0,428 cm³/g
Mittlere Porengröße nach Schritt b): 23 Å
nach Schritt c): 33 Å
Spezifische Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren nach Schritt b): 595 m²/g
nach Schritt c): 450 m²/g
Das fertige Rotormaterial hatte eine Wasseradsorptionsfähigkeit von:
bei 40% RF:, 37,0 g/l Rotormaterial
bei 62% RF 62,5 g/l Rotormaterial
bei 95% RF 93,5 g/l Rotormaterial
bei einem Treibvolumengewicht von 220 kg/m³ und einer Wellungshöhe von 1,8 mm.

Beispiel 2

Die Bedingungen bei diesem Beispiel sind die gleichen wie die obigen Bedingungen:
Gelierung in 6%iger Schwefelsäure
Zeit: 30 Min
Temperatur: Raumtemperatur
PH: 0,6
Spülen in Wasser
Altern in 2,5 %iger Amoniumlösung
Zeit: 60 Min
Temperatur: Raumtemperatur
PH: 8
Spülen in Wasser
Stabilisieren mit einer Aluminiumionenlösung
Zeit: 30 Min
Temperatur: 40ºC
Konzentration: 0,1 M
Porenvolumen nach Schritt c): 0,400 cm³/g
Mittlere Porengröße nach Schritt c): 29 Å
Spezifische Oberfläche gem. dem BET-Verfahren nach dem Altem: 649 m²/g
Die Wasseradsorptionsfähigkeit des Rotormaterials bei 65% RF betrug 82,8 g/l des Rotormaterials.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln eines Kontaktkörpers für den Austausch von Wärme oder Feuchtigkeit mit den folgenden Schritten

a) Imprägnieren des Kontaktkörpers mit Wasserglas, um einen imprägnierten Körper zu erhalten;

b) Behandeln des imprägnierten Körpers mit Säure, um das Wasserglas in ein Silikagel umzuwandeln, das eine erste Porenstruktur besitzt;

gekennzeichnet durch

c) Aussetzen des behandelten imprägnierten Körpers einer chemischen basischen Lösung, um eine zweite Porenstruktur für das Silikagel zu erhalten, und

d) Stabilisieren der zweiten Porenstruktur durch Aussetzen des Silikagels einer stabilisierenden Lösung, die wasserlösliche anorganische Salze enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) das Aussetzen des Silikagels einer natrium- und kaliumfreien alkalischen Umgebung umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) das Anordnen des Körpers in einer chemischen Lösung umfaßt, die Verbindungen enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus wasserlöslichen anorganischen Salzen von Zink, Aluminium und Phosphat besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das Spülen des imprägnierten Körpers nach der Anordnung in der stabilisierenden chemischen Lösung und danach das Trocknen des gespülten imprägnierten Körpers.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) das Anordnen des imprägnierten Körpers in einem sauren Bad zur Reduzierung des pH-Wertes des Wasserglases auf unter 2,0 umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische basische Lösung einen pH-Wert von bis zu 10, vorzugsweise von 7,5-9,5, besitzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische basische Lösung Ammonium und/oder Ammoniumverbindungen in einer Menge von 1-25 g/lit enthält.