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纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-01-24
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-06-25
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-12-22
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-01-24
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910066453.7 申请日 2019-01-24
公开/公告号 CN109827460B 公开/公告日 2020-12-22
授权日 2020-12-22 预估到期日 2039-01-24
申请年 2019年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 F28F13/18C09D183/04C09D7/61 主分类号 F28F13/18
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 4
权利要求数量 5 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 106082254 A,2016.11.09CN 105688802 A,2016.06.22CN 102114392 A,2011.07.06CN 108144575 A,2018.06.12KR 20110088769 A,2011.08.04X. Zheng et al.,.Performance study ofSAPO-34 and FAPO-34 desiccants fordesiccant coated heat exchanger systems. 《Energy》.2015,第93卷88-94.;
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江理工大学 当前专利权人 浙江理工大学
发明人 于博、郑旭 第一发明人 于博
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街5号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州中成专利事务所有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
金祺
摘要
本发明公开了一种纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器,包括翅片管换热器,翅片管换热器的表面设置有复合干燥剂形成的涂层;复合干燥剂包含纳米银粉、类沸石分子筛和粘结剂。本发明还同时公开了其制备方法,包括以下步骤:利用醇类溶剂、粘结剂、水、醋酸配制酸化粘结剂溶液;在酸化粘结剂溶液中加入纳米银粉和类沸石分子筛,经混合,得复合悬浊液;对翅片管换热器的表面进行去油、脱脂、烘干处理后浸入酸化粘结剂溶液,之后取出进行固化;固化后的换热器浸入复合悬浊液中,最后烘干。采用本发明的方法能提升产品的导热性能、平衡吸附性能、吸附‑脱附循环性能。
  • 摘要附图
    纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法
  • 说明书附图:图1
    纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法
  • 说明书附图:图2
    纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-12-22 授权
2 2019-06-25 实质审查的生效 IPC(主分类): F28F 13/18 专利申请号: 201910066453.7 申请日: 2019.01.24
3 2019-05-31 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,其特征是:
纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器,包括翅片管换热器,翅片管换热器的表面设置有复合干燥剂形成的涂层;所述复合干燥剂包含纳米银粉、类沸石分子筛和粘结剂;
制备方法包括以下步骤:
1)、酸化粘结剂溶液的配制:
粘结剂溶液由以下体积含量的成分组成:5%~70%醇类溶剂、5%~20%粘结剂,余量为水;
在粘结剂溶液中加入醋酸并均匀搅拌,直至所得的酸化粘结剂溶液的pH值=4±0.1;
所述粘结剂为硅烷偶联剂;所述硅烷偶联剂为丙基三甲氧基硅烷;
所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种;
2)、在酸化粘结剂溶液中加入纳米银粉和类沸石分子筛,经混合,得复合悬浊液;
所述纳米银粉:类沸石分子筛=1:10~50的质量比;
每20ml的粘结剂溶液加入1~5g的纳米银粉;
所述类沸石分子筛为FAPO-34;
3)、对翅片管换热器的表面进行去油、脱脂、烘干处理后,浸入酸化粘结剂溶液中1~3分钟,之后取出进行固化;
4)、将步骤3)所得的固化后的换热器浸入步骤2)所得的复合悬浊液中,浸泡时间为1~
3分钟;
浸泡结束后取出换热器,烘干,得到纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器;所述烘干为:
先定制烘干用的模具:根据翅片管换热器的长宽高,分别按1.2倍的比例放大后,定制5面封闭、一个侧面开口的不锈钢长方体壳体状容器,然后在容器的顶面挖孔,所述孔的中心与容器顶面的中心相重合;所述孔的大小=翅片管换热器的大小;
将浸泡结束后取出的换热器,从容器的侧面开口处放入容器内,使翅片管换热器正对容器顶面的孔,从而确保翅片管换热器与容器的壳体侧壁保持相同的间距;然后进行烘干。

2.根据权利要求1所述的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,其特征是:所述步骤3)中的固化为于60~80℃固化0.5~1h。

3.根据权利要求2所述的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,其特征是:所述步骤4)中,于80~120℃烘干2~12h。

4.根据权利要求3所述的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,其特征是:纳米银粉的粒径为60~80nm。

5.根据权利要求1~4任一所述的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,其特征是:所述步骤2)的均匀混合为依次经搅拌、超声、再次搅拌。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及除湿热泵空调系统领域,具体涉及一种纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来一种基于除湿换热器(将干燥剂涂覆到紧凑型换热器外表面)的高效紧凑型除湿热泵空调系统能克服转轮除湿空调系统升温除湿的不足,可降低驱动热源温度、提高系统性能,具有巨大的节能效益。除湿换热器涂层的吸附和再生性能对系统的除湿性能有着重要影响。经过对现有技术的检索发现,性能稳定、安全无毒的硅胶以及吸湿性盐改性的复合硅胶干燥剂常被用于除湿换热器系统:Zhao等在Applied Thermal Engineering发表的Experimental investigation on a desiccant dehumidification unit using fin-tube heat exchanger with silica gel coating(2014,63(1):52-58)以及Jiang等在International Journal of Refrigeration发表的Experimental investigation and analysis of composite silica-gel coated fin-tube heat exchangers(2015,51:169-179)。其中,硅胶主要有以下不足:一、水蒸气吸附量小,吸附效能低;二、循环再生温度高,需要在70℃以上热源循环再生;三、热导率低,吸水后硅胶容易破裂。复合硅胶经吸湿性盐改性后,吸附性能有着数倍提升,但需要更高的再生温度,同时仍存在低热导率和吸湿后硅胶易破裂的问题。此外,浸渍的盐颗粒在高湿工况下出现过量吸湿液解,存在腐蚀系统的隐患。鉴于上述问题,可使用约50℃低温热源再生的铁铝磷酸盐等新型类沸石分子筛被尝试用于除湿换热器系统:Freni等在Applied Thermal Engineering上发表的SAPO-34 coated adsorbent heat exchanger for adsorption chillers(2015.82(5):1-7),以及申请者本人在Energy上发表的Performance study of SAPO-34 and FAPO-34 desiccants for desiccant coated heat exchanger systems(2015.93,Part 1:88-94)。但是这类材料依然存在循环吸湿量和热导率较低的问题。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器及其制备方法。
[0004] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器,包括翅片管换热器,翅片管换热器的表面设置有复合干燥剂形成的涂层;所述复合干燥剂包含纳米银粉、类沸石分子筛和粘结剂。
[0005] 本发明还同时提供了上述纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法,包括以下步骤:
[0006] 1)、酸化粘结剂溶液的配制:
[0007] 粘结剂溶液由以下体积含量的成分组成:5%~70%醇类溶剂、5%~20%粘结剂,余量为水;
[0008] 在粘结剂溶液中加入醋酸并均匀搅拌,直至所得的酸化粘结剂溶液的pH值=4±0.1;
[0009] 2)、在酸化粘结剂溶液中加入纳米银粉和类沸石分子筛,经混合,得复合悬浊液;
[0010] 所述纳米银粉:类沸石分子筛=1:10~50的质量比;
[0011] 每20ml的粘结剂溶液加入1~5g的纳米银粉;
[0012] 3)、对翅片管换热器的表面进行去油、脱脂、烘干处理后(此为常规工艺),浸入酸化粘结剂溶液中1~3分钟,之后取出进行固化;
[0013] 4)、将步骤3)所得的固化后的换热器浸入步骤2)所得的复合悬浊液中,浸泡时间为1~3分钟;
[0014] 浸泡结束后取出换热器,烘干,得到纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器。
[0015] 该纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的表面被涂敷复合干燥剂,即,翅片管换热器的表面设置有复合干燥剂形成的涂层,所述复合干燥剂由纳米银粉、类沸石分子筛和粘结剂组成。
[0016] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的改进,步骤的4)中的烘干为:
[0017] 先定制烘干用的模具:根据翅片管换热器的长宽高,分别按1.2倍的比例放大后,定制5面封闭、一个侧面(为对应宽高的1个面)开口的不锈钢长方体壳体状容器,然后在容器的顶面(为对应长宽的1个面)挖孔,所述孔的中心与容器顶面的中心相重合;所述孔的大小=翅片管换热器的大小(即,翅片管换热器横截面的大小)。
[0018] 将浸泡结束后取出的换热器,从容器的侧面开口处放入容器内,使翅片管换热器正对容器顶面的孔,从而确保翅片管换热器与容器的壳体侧壁保持相同的间距;然后进行烘干。
[0019] 此方式能最终确保翅片管换热器的表面形成均匀的涂层。
[0020] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的进一步改进,
[0021] 所述粘结剂为硅烷偶联剂;
[0022] 所述硅烷偶联剂为丙基三甲氧基硅烷;
[0023] 所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种;
[0024] 所述类沸石分子筛为FAPO-34(为一种铁铝磷酸盐,平均孔径为1.8nm)。
[0025] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的进一步改进:
[0026] 所述步骤3)中的固化为于60~80℃固化0.5~1h。
[0027] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的进一步改进:
[0028] 所述步骤4)中,于80~120℃烘干2~12h。
[0029] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的进一步改进:
[0030] 纳米银粉的粒径为60-80nm。
[0031] 作为本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备方法的进一步改进,
[0032] 所述步骤2)的均匀混合为依次经搅拌、超声、再次搅拌。
[0033] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0034] 1)、本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器涂层的吸附性能相比硅胶除湿换热器有显著的提高,最高可提升65%;
[0035] 2)、本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的热导率可比纯沸石分子筛除湿铝片高出1.6倍;纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的热导率最高可比纯硅胶除湿铝片高出7倍。
[0036] 3)、本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器可在更低热源下循环再生,同等循环除湿量条件下再生温度可比纯沸石分子筛除湿换热器低10℃。

实施方案

[0040] 下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0041] 以下案例中:
[0042] 所用的类沸石分子筛均为FAPO-34(铁铝磷酸盐,平均孔径为1.8nm);可购自三菱化学控股株式会社。
[0043] 纳米银粉的粒径为60-80nm。
[0044] 本发明中,没有明确告知的均为在室温下进行。
[0045] 实施例1、纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备,依次进行以下步骤:
[0046] 1)、配制酸化粘结剂溶液:
[0047] 将体积分数90%水、5%乙醇、5%丙基三甲氧基硅烷混合均匀,得粘结剂溶液;
[0048] 在粘结剂溶液中滴入醋酸,调节pH=4,并在约25℃的室温下磁力搅拌4h,得酸化粘结剂溶液;
[0049] 将上述酸化粘结剂溶液按照需要分成2份,分别在下述步骤2)和3)中被使用;
[0050] 2)、在20ml的酸化粘结剂溶液中分别加入1g的纳米银粉和50g的类沸石分子筛,经搅拌(搅拌时间约为15分钟)、超声(超声处理时间约为15分钟)、再次搅拌(搅拌时间约为15分钟);从而实现均匀混合,得复合悬浊液;
[0051] 纳米银粉:类沸石分子筛=1:50的质量比;
[0052] 3)、先将翅片管换热器进行常规的去油、脱脂、烘干处理,具体为:将翅片管换热器浸入0.1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡2分钟从而去除油脂,再用水冲洗(直至洗涤液为中性),接着用乙醇清洗(直至洗涤液不含水),最后于80℃烘干30分钟;
[0053] 将上述烘干处理后的翅片管换热器浸入酸化粘结剂溶液浸泡2分钟;取出后于80℃烘箱内固化(烘干)半小时;
[0054] 4)、将步骤3)所得的固化后的换热器浸入步骤2)所得的复合悬浊液中,浸泡时间为2分钟;
[0055] 浸泡结束后取出换热器,为了保证涂层能均匀涂敷到换热器表面,取出后的换热器必须放置在事先根据换热器尺寸定制的模具中烘干。
[0056] 如图1所述,模具定制方式为:根据换热器(翅片管换热器)的长宽高,分别按1.2倍的比例放大后,定制5面封闭、一个侧面(为对应宽高的1个面)开口的不锈钢长方体壳体状容器,然后在容器的顶面(为对应长宽的1个面)挖孔,所述孔的中心与容器顶面的中心相重合;所述孔的大小=换热器的大小(即,换热器横截面的大小)。
[0057] 将取出后的换热器,从容器的侧面开口处放入不锈钢长方体容器内,使换热器正对容器顶面的孔,从而确保换热器与容器的壳体侧壁保持相同的间距,最终确保涂层能均匀涂敷到换热器表面。
[0058] 将上述装有换热器的模具于120℃烘箱内烘干固化4h小时,得到纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器;该纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的表面被涂敷复合干燥剂,即,翅片管换热器的表面设置有复合干燥剂(纳米银粉、类沸石分子筛和粘结剂)形成的涂层。
[0059] 实验一、将实施例1所得的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的导热性能检测、平衡吸附性能以及吸附-脱附循环性能的检测:
[0060] 1、导热性能检测:
[0061] 从纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器上随机剪下一片除湿铝片,采用闪光法导热分析仪,对试样进行导热系数测量。该分析仪应用激光闪光法原理,用氙灯发射一束脉冲,打在样品的下表面,通过红外探测器测量样品上表面的相应温升,经拟合计算得出样品的热扩散系数与导热系数。
[0062] 所测试的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的导热系数为14.5W/(mK),而纯类沸石分子筛除湿铝片的热扩散系数与导热系数为9.4W/(mK)。因此,相对于纯类沸石分子筛除湿铝片,复合除湿铝片导热系数高出54%。
[0063] 2、平衡吸附性能检测:
[0064] 将恒温恒湿箱设定在某一工况,对随机剪下的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片放入恒温恒湿箱内进行吸附性能检测实验,并用电子天平称重进行定时测量,直至吸附平衡,并于硅胶除湿铝片和纯类沸石分子筛除湿铝片进行比较。当间隔30min所测重量的相对变化小于5%时,认为吸附平衡。在吸附温度为20℃,相对湿度为70%RH工况下,纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片、硅胶除湿铝片以及纯类沸石分子筛除湿铝片的平衡吸附量为0.185g/g,0.112g/g,0.194g/g。因此,纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片较硅胶除湿铝片提升65%,较纯类沸石分子筛除湿铝片下降5%。
[0065] 3、吸附-脱附循环性能检测:
[0066] 在实际运行过程中,通过风道及冷媒的切换,除湿换热器表面的干燥剂会经历吸附和脱附周期性交替的过程。在恒温恒湿箱中,对纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片进行吸湿-解吸的循环工况测试,将能更好的反映基于除湿换热器的高效紧凑型除湿热泵空调系统实际运行过程中的除湿性能。吸附工况仍选取20℃,70%RH工况,脱附工况分别选择45℃,25%RH和55℃,25%RH。吸附和脱附时间分别为半小时。当脱附工况为45℃,25%RH时,纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的循环除湿量为0.071g/g,纯类沸石分子筛除湿铝片的循环除湿量分别为0.073g/g,两者差别不大。当脱附工况为55℃,25%RH时,纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的循环除湿量为0.126g/g,纯类沸石分子筛除湿铝片的循环除湿量分别为0.108g/g,有着17%的提升。
[0067] 备注说明:硅胶除湿铝片,依据《Experimental study on silica gel-LiCl composite desiccants for desiccant coated heat exchanger》的浸渍涂覆法制备而得;
[0068] 纯类沸石分子筛除湿铝片,依据《Performance study of SAPO-34 and FAPO-34 desiccants for desiccant coated heat exchanger systems》的浸渍涂覆法制备而得。
[0069] 实施例2、纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备:
[0070] 1)、配制酸化粘结剂溶液:
[0071] 同实施例1。
[0072] 2)、在20ml的粘结剂溶液中分别加入2g的纳米银粉和50g的类沸石分子筛,经搅拌、超声、再次搅拌,从而实现均匀混合,得到复合悬浊液;
[0073] 纳米银粉:类沸石分子筛=1:25的质量比;
[0074] 步骤3)~步骤4),等同于实施例1。
[0075] 实施例3、纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器的制备:
[0076] 1)、配制酸化粘结剂溶液:
[0077] 同实施例1。
[0078] 2)、在20ml的粘结剂溶液中分别加入5g的纳米银粉和50g的类沸石分子筛,经搅拌、超声、再次搅拌,从而实现均匀混合,得到复合悬浊液;
[0079] 即,纳米银粉:类沸石分子筛=1:10的质量比;
[0080] 步骤3)~步骤4),等同于实施例1。
[0081] 将上述实施例2、实施例3所得的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器如同实验一所述方法进行检测,所得结果与实施例1的对比如表1所述。
[0082] 表1
[0083]
[0084]
[0085] 根据表1可得知,本发明具有如下性能优势:
[0086] 第一.本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器涂层的平衡吸附性能相比硅胶除湿换热器有显著的提高,最高可提升65%;
[0087] 第二.本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿铝片的热导率最大可比纯沸石分子筛除湿铝片提升1.6倍之多;
[0088] 第三.本发明的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器可在更低热源下循环再生,同等循环除湿量条件下再生温度可比纯沸石分子筛除湿换热器低10℃。
[0089] 另,发明人在发明过程中发现:如果在烘干时,取消模具的使用,即,将浸泡结束后取出的换热器直接放入烘箱内进行烘干,会导致换热器表面形成的涂层不均匀,从而造成产品性能的下降。
[0090] 对比例1、保持类沸石分子筛的用量不变,减少纳米银粉的用量,从而使纳米银粉:类沸石分子筛的质量比1:80;其余等同于实施例3。
[0091] 对比例2、将纳米银粉改成石墨粉,用量不变;其余等同于实施例3。
[0092] 将上述对比例所得的复合除湿换热器如同实验一所述方法进行检测,所得结果如表2所述。
[0093] 表2
[0094]
[0095] 另,发明人在发明过程中还发现:纳米银粉:类沸石分子筛的质量比高于1:10时很难制备获得纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器,因为涂层容易出现裂痕。
[0096] 最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

附图说明

[0037] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0038] 图1为本发明所用模具的结构示意图;
[0039] 图2为本发明(实施例1)的纳米银粉掺杂类沸石分子筛复合除湿换热器涂层的扫描电镜图。
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