熱質弱耦合吸附劑涂層及使用該吸附劑涂層的換熱器的制造方法
【專利摘要】本發明提供的一種熱質弱耦合吸附劑涂層及使用該吸附劑涂層的換熱器，包括：防腐涂層，所述防腐涂層通過第一粘結劑層粘結在換熱器的翅片表面；吸濕劑層，所述吸濕劑層通過第二粘結劑層粘結在所述防腐涂層上；其中所述吸濕劑層為多孔結構，在所述吸濕劑層的孔道內附著吸濕鹽。與現有技術相比，本發明的有益效果如下：通過合理設計涂層的厚度，從而避免了所述換熱器顯熱對流換熱系數的衰減；在同樣顯熱負荷及潛熱負荷下，相比普通翅片管換熱器來說，所需要的蒸發溫度更高；當用作冷凝器時，由于空氣側吸濕劑中的水蒸發，強化了冷凝器空氣側的對流換熱系數，從而增強了冷凝器的散熱能力，降低了所需要的冷凝溫度。
【專利說明】
熱質弱耦合吸附劑涂層及使用該吸附劑涂層的換熱器
技術領域
[0001] 本發明涉及一種熱交換裝置吸附劑涂層，特別涉及一種增強換熱器的潛熱處理能 力、改善換熱器的散熱能力并提高換熱效率的熱質弱耦合吸附劑涂層及使用該吸附劑涂層 的換熱器。
【背景技術】
[0002] 將具有吸濕功能的材料涂覆在換熱器的表面，可構成一種能對空氣潛熱進行高效 處理的換熱器（以下簡稱除濕換熱器），已經有下述換熱器，例如，中國專利CN1864033A、 CN101171459A，即：利用空氣、冷水或者制冷劑將吸濕劑吸濕過程產生的吸附熱及時帶走， 從而在增強潛熱負荷處理能力的同時使得顯熱負荷不會升高，從而避免轉輪除濕過程中會 增加顯熱負荷的問題，特別是可以采用明顯高于空氣露點的冷媒來進行除濕，從而提升了 除濕過程的熱效率。
[0003] 前述的吸濕劑涂覆換熱器，在已公開的專利或其它文獻中，其顯著的特征在于主 要或只用于處理新風的濕負荷，而新風的顯熱負荷及潛熱負荷仍然需要額外的換熱設備或 者空調系統去處理。因此使得整個空調系統占用的空間大，系統的初投資高，系統控制繁 瑣。造成這種現象的原因包括兩個方面:一是目前所采用的吸濕劑基本都是普通硅膠或者 沸石類吸濕劑，前者本身吸濕量小、后者解吸困難同樣導致循環凈吸濕量小，而且換熱器表 面能夠負載的吸濕劑的質量較小，導致吸濕劑很快即吸濕飽和，隨后需要進行加熱再生，因 此由于換熱頻繁切換引起的顯熱損失較大，顯熱換熱難以控制；二是目前缺乏對這類換熱 器熱質傳遞過程的深入研究，已有研究和應用集中于利用其除濕能力，導致換熱器設計失 當，顯熱換熱系數較低，因此難以實現顯熱負荷處理。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種增強換熱器的潛熱處理能力、 改善換熱器的散熱能力并提高換熱效率的熱質弱耦合吸附劑涂層及使用該吸附劑涂層的 換熱器。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供的一種熱質弱耦合吸附劑涂層，包括：防腐涂 層，所述防腐涂層通過第一粘結劑層粘結在換熱器的翅片表面;吸濕劑層，所述吸濕劑層通 過第二粘結劑層粘結在所述防腐涂層上;其中所述吸濕劑層為多孔結構，在所述吸濕劑層 的孔道內附著吸濕鹽。
[0006] 優選地，在所述吸濕劑層與所述第二粘結劑層之間還設有增強劑層。
[0007] 優選地，所述增強劑層為硅基粘結劑。
[0008] 優選地，所述增強劑層的材質為水溶性硅膠或水性復合膠。
[0009] 優選地，所述吸濕劑層的吸濕速率時間常數大于0.001/秒。
[0010] 優選地，所述吸濕劑層的循環凈吸濕量大于0.2千克水/千克干吸濕劑。
[0011]優選地，所述熱質弱耦合吸附劑涂層的厚度為0.1毫米~0.5毫米。
[0012] -種換熱器，包括:翅片；流道，所述流道從所述翅片的一側貫穿所述翅片延伸至 所述翅片的一側;在所述翅片的表面涂布權利要求1至6任意一項所述的熱質弱耦合吸附劑 涂層。
[0013] 優選地，所述翅片的數量為多個，多個所述翅片平行間隔設置。
[0014] 與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
[0015] (1)通過合理設計涂層的厚度，從而避免了所述換熱器顯熱對流換熱系數的衰減；
[0016] (2)通過合理選擇冷媒，從而將換熱器頻繁切換帶來的顯熱損失量降到10%以下， 甚至可以忽略；
[0017] (3)通過合理選擇吸濕劑，延長吸濕過程的持續時間，降低換熱器模式切換的頻 率，從而減輕模式切換對所述換熱器的顯熱處理能力及潛熱處理能力的損害；
[0018] (4)本發明所述的換熱器相比已公開文獻中的除濕換熱器來說，不僅能夠增強除 濕能力，而且能夠同時處理顯熱負荷；
[0019] (5)本發明所述的換熱器用作蒸發器時，在同樣顯熱負荷及潛熱負荷下，相比普通 翅片管換熱器來說，所需要的蒸發溫度更高；當用作冷凝器時，由于空氣側吸濕劑中的水蒸 發，強化了冷凝器空氣側的對流換熱系數，從而增強了冷凝器的散熱能力，降低了所需要的 冷凝溫度。
【附圖說明】
[0020] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯。
[0021] 圖1為本發明熱質弱耦合吸附劑涂層結構示意圖；
[0022] 圖2為本發明熱質弱耦合吸附劑涂層吸濕劑層結構示意圖；
[0023]圖3為本發明換熱器結構示意圖一；
[0024]圖4為本發明換熱器結構示意圖二；
[0025]圖5為本發明換熱器工作示意圖；
[0026] 圖6為本發明為換熱器吸濕-再生循環的P-T圖。
[0027] 圖中：
[0028] 1-防腐涂層 2-第一粘結劑層 3-第二粘結劑層
[0029] 4-增強劑層 5-吸濕劑層 6-翅片
[0030] 7-流道 8-孔道 9-吸濕鹽
【具體實施方式】
[0031] 下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。
[0032] 本發明所述換熱器的特征在于，與沒涂覆吸濕劑層的換熱器在相同工況下的顯熱 對流換熱系數相差在5%以內；同時用作蒸發器時，蒸發器的出風溫度以指數函數形式隨時 間衰減，衰減速率時間常數需大于0.25/秒;所選用的吸濕劑的吸濕量以指數函數形式增 加，時間常數需大于0.001/秒。本發明所述換熱器的熱質弱耦合傳遞特性的特征在于:換熱 器的顯熱處理能力取決于換熱器管內流通的冷媒溫度;換熱器的潛熱處理能力不僅取決于 管內冷媒溫度，還取決于吸附/解吸過程持續的時間長短。
[0033] 如圖1~圖6所示，本發明熱質弱耦合吸附劑涂層是通過第一粘結劑層2附著在換 熱器的翅片6表面上。本發明換熱器包括但不限于翅片管換熱器、微通道換熱器及其它允許 兩種或多種流體之間進行熱交換的結構體。所需要被處理的氣體或汽體包含兩種或以上的 化學物質，其中至少有一種物質是水蒸氣，且水蒸氣的質量在流過換熱器后需要被減少或 增加，同時氣體或汽體的能量增加或減小。而的提供能量的流體可以是液體、氣體、氣液混 合物等能夠為熱交換過程提供冷量或熱量的流體。液體包括但不限于水、甲醇、乙醇、導熱 油等物質。氣體包括但不限于空氣、水蒸氣或其它氣體。氣液混合物包括但不限于兩相共存 的制冷劑、水蒸汽等氣液共存物質。
[0034] 本發明熱質弱耦合吸附劑涂層包括第一粘結劑層2、第二粘結劑層3、吸濕劑層5及 防腐涂層1和增強劑層4。其中第一粘結劑層2將防腐涂層1粘結在換熱器的翅片6表面上，然 后再通過第二粘結劑層3將吸濕劑層5粘結在防腐涂層1上。吸濕劑層5包括多孔結構材料和 內部孔道8內附著的吸濕鹽9。吸濕劑層5包括但不限于水溶性硅膠或水性復合膠等硅基粘 結劑，使用方法是涂覆在吸濕劑層5與第二粘結劑層3之間且不會完全覆蓋掉吸濕劑層5，其 作用是進一步增強吸濕劑層5與翅片6間的粘結性，提高抗脫落能力。
[0035] 具體而言，本發明是通過以下方法實現的：
[0036]第一，根據換熱器的翅片6間距大小，換熱器吸濕劑涂層的膜厚應控制在0.1毫米 ~0.5毫米之間，其目的是盡可能地不改變原有換熱器本身的幾何結構，從而使得換熱器與 沒涂覆吸濕劑層5的換熱器相比，在相同工況下的顯熱對流換熱系數相差在5%以內，避免 因涂覆吸濕劑造成換熱器顯熱對流換熱系數的過分衰減，減小其顯熱處理能力。
[0037]第二，所選用的冷媒種類及冷媒流速、管內側傳熱方式對換熱器的顯熱換熱能力 有較顯著的影響，如果設計不合理將會放大因換熱器頻繁切換工作模式帶來的顯熱損失。 評價這些因素對顯熱損失的指標可以用蒸發器出風溫度隨時間變化的時間常數來表示。換 熱器用作蒸發器時，其出風溫度隨時間的變化可以用指數函數來表示，該指數函數的形式 可以表示為：其中 a、b、KF是常數。KF即是的時間常數，為了避免以上因素對顯 熱損失的影響過大，換熱器的KF值必須大于0.25/秒，從而將換熱器頻繁切換工作模式帶來 的顯熱損失降低到10 %以下。
[0038]第三，換熱器選用的吸濕劑的吸濕速率對換熱器的潛熱處理能力具有重要影響。 換熱器用作蒸發器，當吸濕時間控制在1分鐘~10分鐘之間時，其平均出口空氣含濕量隨時 間的變化可以表示為隨時間線性減小的函數，即：d = a-k X t，其中a，k均為常數。k即為的吸 濕速率時間常數。從工程實用的角度來說，所選用的吸濕劑的k值必須大于0.001/秒，從而 保證換熱器具有明顯的除濕能力。
[0039] 第四，換熱器選用的吸濕劑在典型循環工況下（15°C/80 %RH; 45°C/30%RH)的凈 吸濕量對訴述換熱器的潛熱處理能力具有重要影響，凈吸濕量過小將使得吸濕過程持續時 間較短，吸濕劑即達到飽和，從而增加換熱器模式切換的頻率，降低換熱器的顯熱和潛熱處 理能力。因此，換熱器選用的吸濕劑在典型循環工況下的循環凈吸濕量必須大于0.2千克 水/千克干吸濕劑，從而將吸濕過程的持續時間控制在1分鐘~10分鐘。
[0040] 本發明的換熱器能夠強化熱質傳遞能力的原因可以用圖6來解釋，吸濕劑不同含 濕量時在P-T圖上都對應一條近似直線的等吸濕量線w，假如冷凝器完全再生后吸濕劑的含 濕量為 W2，然后換熱器從冷凝器轉變為蒸發器，假設這個溫度變化時階躍的（即圖6中的C- D過程瞬間完成），然后蒸發器等溫吸濕，隨著吸濕過程持續時間延長，吸濕劑的吸濕量逐漸 增大至wl(即圖6中的D-A過程）。但是在這個過程中吸濕劑表面處濕空氣的含濕量d(或者 水蒸氣分壓力Pair)也在逐漸降低，因此吸濕時間越長吸濕劑表面處濕空氣的時均含濕量 也就越來越高，從而使得濕空氣中時均水蒸氣擴散的動力（即主體濕空氣的含濕量dair與 吸濕劑表面處濕空氣時均含濕量的差)越來越小，最終導致換熱器的吸濕能力越來越小。另 外，本發明換熱器能夠降低蒸發溫度的原因也能夠用圖6來解釋。假如為了滿足送風濕度要 求，傳統蒸發器機器露點（近似為蒸發溫度）所對應的翅片6表面濕空氣的含濕量為 dsurface，而本發明換熱器可以采用更高的蒸發溫度、只需要調節吸濕過程的持續時間使 得吸濕劑表面處濕空氣的時均含濕量等于dsurface即可實現同樣的送風含濕量。如此，本 發明換熱器用作蒸發器處理顯熱負荷時也不再出現傳統蒸發器出風溫度低于送風要求的 情況，避免了能量的白白浪費，同時提高了送風的舒適性。
[0041] 以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述 特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影 響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相 互組合。
【主權項】
1. 一種熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，包括： 防腐涂層，所述防腐涂層通過第一粘結劑層粘結在換熱器的翅片表面； 吸濕劑層，所述吸濕劑層通過第二粘結劑層粘結在所述防腐涂層上;其中 所述吸濕劑層為多孔結構，在所述吸濕劑層的孔道內附著吸濕鹽。2. 根據權利要求1所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，在所述吸濕劑層與所述 第二粘結劑層之間還設有增強劑層。3. 根據權利要求2所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，所述增強劑層為硅基粘 結劑。4. 根據權利要求3所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，所述增強劑層的材質為 水溶性硅膠或水性復合膠。5. 根據權利要求1所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，所述吸濕劑層的吸濕速 率時間常數大于0.001/秒。6. 根據權利要求1所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，所述吸濕劑層的循環凈 吸濕量大于0.2千克水/千克干吸濕劑。7. 根據權利要求1所述的熱質弱耦合吸附劑涂層，其特征在于，所述熱質弱耦合吸附劑 涂層的厚度為0.1毫米~0.5毫米。8. 一種換熱器，包括： 翅片； 流道，所述流道從所述翅片的一側貫穿所述翅片延伸至所述翅片的一側； 其特征在于，在所述翅片的表面涂布權利要求1至6任意一項所述的熱質弱耦合吸附劑 涂層。9. 根據權利要求8所述的換熱器，其特征在于，所述翅片的數量為多個，多個所述翅片 平行間隔設置。
【文檔編號】F28F13/18GK105953632SQ201610316642
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】王如竹, 涂耀東, 葛天舒
【申請人】上海交通大學