热质弱耦合吸附剂涂层及使用该吸附剂涂层的换热器的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种热质弱耦合吸附剂涂层及使用该吸附剂涂层的换热器，包括：防腐涂层，所述防腐涂层通过第一粘结剂层粘结在换热器的翅片表面；吸湿剂层，所述吸湿剂层通过第二粘结剂层粘结在所述防腐涂层上；其中所述吸湿剂层为多孔结构，在所述吸湿剂层的孔道内附着吸湿盐。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过合理设计涂层的厚度，从而避免了所述换热器显热对流换热系数的衰减；在同样显热负荷及潜热负荷下，相比普通翅片管换热器来说，所需要的蒸发温度更高；当用作冷凝器时，由于空气侧吸湿剂中的水蒸发，强化了冷凝器空气侧的对流换热系数，从而增强了冷凝器的散热能力，降低了所需要的冷凝温度。
【专利说明】
热质弱耦合吸附剂涂层及使用该吸附剂涂层的换热器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热交换装置吸附剂涂层，特别涉及一种增强换热器的潜热处理能 力、改善换热器的散热能力并提高换热效率的热质弱耦合吸附剂涂层及使用该吸附剂涂层 的换热器。
【背景技术】
[0002] 将具有吸湿功能的材料涂覆在换热器的表面，可构成一种能对空气潜热进行高效 处理的换热器（以下简称除湿换热器），已经有下述换热器，例如，中国专利CN1864033A、 CN101171459A，即：利用空气、冷水或者制冷剂将吸湿剂吸湿过程产生的吸附热及时带走， 从而在增强潜热负荷处理能力的同时使得显热负荷不会升高，从而避免转轮除湿过程中会 增加显热负荷的问题，特别是可以采用明显高于空气露点的冷媒来进行除湿，从而提升了 除湿过程的热效率。
[0003] 前述的吸湿剂涂覆换热器，在已公开的专利或其它文献中，其显著的特征在于主 要或只用于处理新风的湿负荷，而新风的显热负荷及潜热负荷仍然需要额外的换热设备或 者空调系统去处理。因此使得整个空调系统占用的空间大，系统的初投资高，系统控制繁 琐。造成这种现象的原因包括两个方面:一是目前所采用的吸湿剂基本都是普通硅胶或者 沸石类吸湿剂，前者本身吸湿量小、后者解吸困难同样导致循环净吸湿量小，而且换热器表 面能够负载的吸湿剂的质量较小，导致吸湿剂很快即吸湿饱和，随后需要进行加热再生，因 此由于换热频繁切换引起的显热损失较大，显热换热难以控制；二是目前缺乏对这类换热 器热质传递过程的深入研究，已有研究和应用集中于利用其除湿能力，导致换热器设计失 当，显热换热系数较低，因此难以实现显热负荷处理。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种增强换热器的潜热处理能力、 改善换热器的散热能力并提高换热效率的热质弱耦合吸附剂涂层及使用该吸附剂涂层的 换热器。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种热质弱耦合吸附剂涂层，包括：防腐涂 层，所述防腐涂层通过第一粘结剂层粘结在换热器的翅片表面;吸湿剂层，所述吸湿剂层通 过第二粘结剂层粘结在所述防腐涂层上;其中所述吸湿剂层为多孔结构，在所述吸湿剂层 的孔道内附着吸湿盐。
[0006] 优选地，在所述吸湿剂层与所述第二粘结剂层之间还设有增强剂层。
[0007] 优选地，所述增强剂层为硅基粘结剂。
[0008] 优选地，所述增强剂层的材质为水溶性硅胶或水性复合胶。
[0009] 优选地，所述吸湿剂层的吸湿速率时间常数大于0.001/秒。
[0010] 优选地，所述吸湿剂层的循环净吸湿量大于0.2千克水/千克干吸湿剂。
[0011]优选地，所述热质弱耦合吸附剂涂层的厚度为0.1毫米~0.5毫米。
[0012] -种换热器，包括:翅片；流道，所述流道从所述翅片的一侧贯穿所述翅片延伸至 所述翅片的一侧;在所述翅片的表面涂布权利要求1至6任意一项所述的热质弱耦合吸附剂 涂层。
[0013] 优选地，所述翅片的数量为多个，多个所述翅片平行间隔设置。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0015] (1)通过合理设计涂层的厚度，从而避免了所述换热器显热对流换热系数的衰减；
[0016] (2)通过合理选择冷媒，从而将换热器频繁切换带来的显热损失量降到10%以下， 甚至可以忽略；
[0017] (3)通过合理选择吸湿剂，延长吸湿过程的持续时间，降低换热器模式切换的频 率，从而减轻模式切换对所述换热器的显热处理能力及潜热处理能力的损害；
[0018] (4)本发明所述的换热器相比已公开文献中的除湿换热器来说，不仅能够增强除 湿能力，而且能够同时处理显热负荷；
[0019] (5)本发明所述的换热器用作蒸发器时，在同样显热负荷及潜热负荷下，相比普通 翅片管换热器来说，所需要的蒸发温度更高；当用作冷凝器时，由于空气侧吸湿剂中的水蒸 发，强化了冷凝器空气侧的对流换热系数，从而增强了冷凝器的散热能力，降低了所需要的 冷凝温度。
【附图说明】
[0020] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显。
[0021] 图1为本发明热质弱耦合吸附剂涂层结构示意图；
[0022] 图2为本发明热质弱耦合吸附剂涂层吸湿剂层结构示意图；
[0023]图3为本发明换热器结构示意图一；
[0024]图4为本发明换热器结构示意图二；
[0025]图5为本发明换热器工作示意图；
[0026] 图6为本发明为换热器吸湿-再生循环的P-T图。
[0027] 图中：
[0028] 1-防腐涂层 2-第一粘结剂层 3-第二粘结剂层
[0029] 4-增强剂层 5-吸湿剂层 6-翅片
[0030] 7-流道 8-孔道 9-吸湿盐
【具体实施方式】
[0031] 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。应当指出的是，对本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。
[0032] 本发明所述换热器的特征在于，与没涂覆吸湿剂层的换热器在相同工况下的显热 对流换热系数相差在5%以内；同时用作蒸发器时，蒸发器的出风温度以指数函数形式随时 间衰减，衰减速率时间常数需大于0.25/秒;所选用的吸湿剂的吸湿量以指数函数形式增 加，时间常数需大于0.001/秒。本发明所述换热器的热质弱耦合传递特性的特征在于:换热 器的显热处理能力取决于换热器管内流通的冷媒温度;换热器的潜热处理能力不仅取决于 管内冷媒温度，还取决于吸附/解吸过程持续的时间长短。
[0033] 如图1~图6所示，本发明热质弱耦合吸附剂涂层是通过第一粘结剂层2附着在换 热器的翅片6表面上。本发明换热器包括但不限于翅片管换热器、微通道换热器及其它允许 两种或多种流体之间进行热交换的结构体。所需要被处理的气体或汽体包含两种或以上的 化学物质，其中至少有一种物质是水蒸气，且水蒸气的质量在流过换热器后需要被减少或 增加，同时气体或汽体的能量增加或减小。而的提供能量的流体可以是液体、气体、气液混 合物等能够为热交换过程提供冷量或热量的流体。液体包括但不限于水、甲醇、乙醇、导热 油等物质。气体包括但不限于空气、水蒸气或其它气体。气液混合物包括但不限于两相共存 的制冷剂、水蒸汽等气液共存物质。
[0034] 本发明热质弱耦合吸附剂涂层包括第一粘结剂层2、第二粘结剂层3、吸湿剂层5及 防腐涂层1和增强剂层4。其中第一粘结剂层2将防腐涂层1粘结在换热器的翅片6表面上，然 后再通过第二粘结剂层3将吸湿剂层5粘结在防腐涂层1上。吸湿剂层5包括多孔结构材料和 内部孔道8内附着的吸湿盐9。吸湿剂层5包括但不限于水溶性硅胶或水性复合胶等硅基粘 结剂，使用方法是涂覆在吸湿剂层5与第二粘结剂层3之间且不会完全覆盖掉吸湿剂层5，其 作用是进一步增强吸湿剂层5与翅片6间的粘结性，提高抗脱落能力。
[0035] 具体而言，本发明是通过以下方法实现的：
[0036]第一，根据换热器的翅片6间距大小，换热器吸湿剂涂层的膜厚应控制在0.1毫米 ~0.5毫米之间，其目的是尽可能地不改变原有换热器本身的几何结构，从而使得换热器与 没涂覆吸湿剂层5的换热器相比，在相同工况下的显热对流换热系数相差在5%以内，避免 因涂覆吸湿剂造成换热器显热对流换热系数的过分衰减，减小其显热处理能力。
[0037]第二，所选用的冷媒种类及冷媒流速、管内侧传热方式对换热器的显热换热能力 有较显著的影响，如果设计不合理将会放大因换热器频繁切换工作模式带来的显热损失。 评价这些因素对显热损失的指标可以用蒸发器出风温度随时间变化的时间常数来表示。换 热器用作蒸发器时，其出风温度随时间的变化可以用指数函数来表示，该指数函数的形式 可以表示为：其中 a、b、KF是常数。KF即是的时间常数，为了避免以上因素对显 热损失的影响过大，换热器的KF值必须大于0.25/秒，从而将换热器频繁切换工作模式带来 的显热损失降低到10 %以下。
[0038]第三，换热器选用的吸湿剂的吸湿速率对换热器的潜热处理能力具有重要影响。 换热器用作蒸发器，当吸湿时间控制在1分钟~10分钟之间时，其平均出口空气含湿量随时 间的变化可以表示为随时间线性减小的函数，即：d = a-k X t，其中a，k均为常数。k即为的吸 湿速率时间常数。从工程实用的角度来说，所选用的吸湿剂的k值必须大于0.001/秒，从而 保证换热器具有明显的除湿能力。
[0039] 第四，换热器选用的吸湿剂在典型循环工况下（15°C/80 %RH; 45°C/30%RH)的净 吸湿量对诉述换热器的潜热处理能力具有重要影响，净吸湿量过小将使得吸湿过程持续时 间较短，吸湿剂即达到饱和，从而增加换热器模式切换的频率，降低换热器的显热和潜热处 理能力。因此，换热器选用的吸湿剂在典型循环工况下的循环净吸湿量必须大于0.2千克 水/千克干吸湿剂，从而将吸湿过程的持续时间控制在1分钟~10分钟。
[0040] 本发明的换热器能够强化热质传递能力的原因可以用图6来解释，吸湿剂不同含 湿量时在P-T图上都对应一条近似直线的等吸湿量线w，假如冷凝器完全再生后吸湿剂的含 湿量为 W2，然后换热器从冷凝器转变为蒸发器，假设这个温度变化时阶跃的（即图6中的C- D过程瞬间完成），然后蒸发器等温吸湿，随着吸湿过程持续时间延长，吸湿剂的吸湿量逐渐 增大至wl(即图6中的D-A过程）。但是在这个过程中吸湿剂表面处湿空气的含湿量d(或者 水蒸气分压力Pair)也在逐渐降低，因此吸湿时间越长吸湿剂表面处湿空气的时均含湿量 也就越来越高，从而使得湿空气中时均水蒸气扩散的动力（即主体湿空气的含湿量dair与 吸湿剂表面处湿空气时均含湿量的差)越来越小，最终导致换热器的吸湿能力越来越小。另 外，本发明换热器能够降低蒸发温度的原因也能够用图6来解释。假如为了满足送风湿度要 求，传统蒸发器机器露点（近似为蒸发温度）所对应的翅片6表面湿空气的含湿量为 dsurface，而本发明换热器可以采用更高的蒸发温度、只需要调节吸湿过程的持续时间使 得吸湿剂表面处湿空气的时均含湿量等于dsurface即可实现同样的送风含湿量。如此，本 发明换热器用作蒸发器处理显热负荷时也不再出现传统蒸发器出风温度低于送风要求的 情况，避免了能量的白白浪费，同时提高了送风的舒适性。
[0041] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影 响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相 互组合。
【主权项】
1. 一种热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，包括： 防腐涂层，所述防腐涂层通过第一粘结剂层粘结在换热器的翅片表面； 吸湿剂层，所述吸湿剂层通过第二粘结剂层粘结在所述防腐涂层上;其中 所述吸湿剂层为多孔结构，在所述吸湿剂层的孔道内附着吸湿盐。2. 根据权利要求1所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，在所述吸湿剂层与所述 第二粘结剂层之间还设有增强剂层。3. 根据权利要求2所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，所述增强剂层为硅基粘 结剂。4. 根据权利要求3所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，所述增强剂层的材质为 水溶性硅胶或水性复合胶。5. 根据权利要求1所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，所述吸湿剂层的吸湿速 率时间常数大于0.001/秒。6. 根据权利要求1所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，所述吸湿剂层的循环净 吸湿量大于0.2千克水/千克干吸湿剂。7. 根据权利要求1所述的热质弱耦合吸附剂涂层，其特征在于，所述热质弱耦合吸附剂 涂层的厚度为0.1毫米~0.5毫米。8. 一种换热器，包括： 翅片； 流道，所述流道从所述翅片的一侧贯穿所述翅片延伸至所述翅片的一侧； 其特征在于，在所述翅片的表面涂布权利要求1至6任意一项所述的热质弱耦合吸附剂 涂层。9. 根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述翅片的数量为多个，多个所述翅片 平行间隔设置。
【文档编号】F28F13/18GK105953632SQ201610316642
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】王如竹, 涂耀东, 葛天舒
【申请人】上海交通大学