热和水分的交换设备制造技术

本申请公开了一种整体式水分交换元件（ＨＵＸ），其包括至少一片复合膜，所述复合膜布置在至少一个用于流经第一流体的第一腔和至少一个用于流经第二流体的第二腔之间。所述复合膜包括一种至少部分磺化的导湿聚合物，该聚合物包括来自至少一种芳基乙烯基单体的残基；和一个与所述聚合物相粘结的增强基材。本制品可用于许多物理和化学过程以及用在其中水分或其它高极性液体或气体的传递、交换、脱除或输送至关重要的产品中。一个显著的应用是膜能量回收通风设备（ＭＥＲＶ），其中热量和水分在两股气流间传递，这两股气流分别流入和流出空调房屋。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用复合聚合物膜在流体间传递热和水的设备和装置。
技术介绍
顾名思义，整体式水分交换元件(即HUX)是一个设备元件，所述设备能够在贯穿上述元件的一定量的差异或梯度的作用下，将水或其它高极性液体或气体从所述元件的一侧传递到另一侧。HUX元件的一个关键的操作特性是该系统的某些强度特性或广度特性的差异(相对于环境)构成所述特性的梯度变化，从而促使水或其它高极性液体或气体从膜的一侧向另一侧的传质，其中除了所述的水或其它高极性液体或气体外，还可以伴随或者不伴随有电子、质子、离子或分子的流动。正是在这一特性的影响下，液体水或其它高极性液体或气体通过所述选择渗透性膜进行交换。所述水或其它高极性液体或气体的传递可以伴有或不伴有水或其它高极性液体或气体通过蒸发进入(或逸出)所述物流，所述蒸发采用吸热、绝热或其它热力学手段进行；例如液体水或其它高极性液体或气体的蒸发和冷凝，或水或其它高极性液体或气体通过简单扩散进入一种纯液体流。所述膜的贯穿方向必须存在一定量的有限梯度，例如蒸气压差、渗透压或流体静压差、化学势差、热化学势差、电化学势差、磁化学势以及热(温度或热函)势差、电势差、电磁势差、热电势差或电热势差。其中至少应有两种物流，一种物流作为液体或蒸汽流以某种方式提供给所述膜的每一表面，各物流至少在体系的同一种性质上存在差别。将水或其它高极性液体或气体从一个物流传递到另一个物流时体系趋于热力学平衡。本专利技术中物流间的取向关系可以任意选择，可以是逆流、并流、错流、混流、或一个或多个物流几何排列中的任何其它形式。水或其它高极性液体或气体的传递(例如水动力学的、电水动力学的、磁流体动力学、扩散、迁移或对流)持续进行，直到所形成的梯度不足以克服系统的物理化学约束而难以满足持续传递的要求为止。在多数情况中，水或其它高极性液体或气体在物流之间的交换是缓慢的，但是这可能是由于其它的限制因素，如边界层效应、浓差极化、流体静压迟滞、重力、表面张力效应和对流或摩擦的影响。然而一旦这些工程设计或系统影响达到最小化，并且膜对水或其它高极性液体或气体的渗透能力不强时，不可避免的是水或其它高极性液体或气体的交换或传递为速率控制。因此本专利技术的一个重要目的是亲水聚合物膜对水或其它高极性液体或气体有强渗透性，这在许多用途中是十分必要的。所述亲水聚合物膜(配方)必须有支撑载体，并且必须有将所述的两种物流提供到所述表面上的装置。本专利技术的第二个目的是在低成本下通过传统方法将所述三个子元件组装为一体。这就要求用亲水聚合物湿润载体，达到紧密接触并表明与之有优异的结合。因此，本专利技术的第三个目的是载体为一种聚烯烃或聚烯烃混合物，以使上述亲水聚合物的一个组分在化学结构上与载体的一个组分相同。HUX元件设计的普遍性在于水(液体或水蒸气)、其它高极性物质(液体或蒸气)能够在任意二种流体间传递。应用实例是电池堆和设备中的燃料电池物流的预蒸发、增湿和减湿；在压力下干燥气体；三次采油；水作为反应物的化学制品生产工艺的控制；采矿流体中矿物的分离；油水乳浊液的工业分离；为提纯胶悬体和生物有机大分子的微量过滤和超滤；在直接甲醇燃料电池中保持甲醇的含水量；从盐水中分离新鲜水的反渗透；电解池；透渗析；电渗析；压力透渗析；电渗和氯基碱性电池。专利技术概述本专利技术涉及在第一流体和第二流体间进行热量和水分传递的元件。这样的元件包括至少一种复合膜，所述复合膜布置在至少一个用于流经第一流体的第一腔和用于流经第二流体的第二腔之间；其中热和水分可以经由复合膜在第一流体和第二流体之间传递。所述复合膜可包含至少部分磺化的导湿聚合物和一个与其相粘结的增强基材，其中所述聚合物包括来自至少一种芳基乙烯基单体的残基。所述元件还可包括至少一种布置在所述复合膜表面上的隔离物。所述隔离物有垂直于复合膜表面的尺寸，并该尺寸与第一腔的高度相当；至少一个隔离物的纵轴的取向可与在第一腔的第一流体的流向平行。第一腔中的第一流体的流向可以垂直于第二腔中的第二流体的流向，或也许与之相反。在一些实例中，多根合成聚合物肋线被用作隔离物；在其他情况下，隔离物是仅由粘合剂组成的珠子；另外还有隔离物为一由纸或塑料制成的波纹板的情况。本专利技术还涉及含有多个复合膜和多个交替的第一腔和第二腔的元件，彼此之间用复合膜隔离。所述复合膜中的增强基体可为无纺织物，其由合成纤维特别是一种或多种聚烯烃组成。所述复合膜中的导湿聚合物可含有一种添加剂，所述添加剂选自抗氧化剂、抗微生物剂、阻燃剂、紫外稳定剂、亲水性的增塑剂及它们的混合物，特别是含有抗氧剂、抗微生物剂、阻燃剂。可用过氧化物引发剂和有机金属烯醇盐偶联剂，特别是1，1-二-(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷和乙酰丙酮酸铝，或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己炔-3和乙酰丙酮酸铝对导湿聚合物进行交联。附图简介附图说明图1所示为一个用于本专利技术水分交换元件的复合膜。图2是本专利技术的水分交换元件的局部立体图。图3显示出使用本专利技术的水分交换元件实现了较高的热量和水分传递。专利技术详述图1示出了用于本专利技术的水分交换元件的一片复合膜10。该膜包括导湿聚合物的连续薄膜12并以交叉放置的筛孔和网的方式结合于增强基体14上。所述增强基体14对该膜进行加固以使其可被加工，并使该膜承受压差而不弯曲。如图1所示，将粘结于膜10表面的隔离物、肋线(或脊)16沿一个方向排列。膜的另一侧是导湿聚合物12的平坦表面。隔离物16的高度设定了层与层的间隙。当隔离物靠向置于其顶部的膜平面时，通过它形成水分交换元件的空气通道。所述导湿聚合物至少为一种部分硫化的共聚物，这种共聚物包括来自至少一种芳基乙烯基单体的残基。相应地，所述聚合物除含有结构式I和II中烯烃单体的重复单元外，还含有结构式III中来自芳基乙烯基单体的重复单元。 其中R1、R2、R3、R4分别选自氢、腈基、苯基和低级烷基；R5是氢、氯基或低级烷基；R6是氢或甲基；R7是-COOH、-SO3H、-P(O)(OR8)OH、-R9-COOH、-R9-SO3H、-R9-P(O)(OR8)OH；R8是氢或低级烷基；R9是低级烯烃基；Ar为苯基；m、n、0、q为0或50-10000的整数。所述导湿聚合物可是芳基乙烯基单体的嵌段、接枝或统计共聚物。美国专利5,468,574；5,679,482和6,110,616中描述了一些适用的聚合物，这些公开内容在此全部引作参考。嵌段或接枝共聚物含有相当长的由共聚单体组成的均聚物链段。相应地，此处所用的术语“统计”是指不含长的均聚物链段的聚合物，以与嵌段、接枝共聚物相区分。优选所述统计聚合物的多于3个单元的芳基乙烯基单体嵌段中芳基乙烯基总量不超过15％。更优选，所述统计聚合物的特征为不具有很高的全同立构规整度或间同立构规整度。这就是指在统计聚合物的13C NMR谱图中，代表相邻单体取向相同或不同的二元序列中的主链亚甲基和次甲基碳的峰面积不超过主链亚甲基和次甲基碳总峰面积的75％。所述统计共聚物是一个定义明确的技术术语(参见G.Odian聚合原理，1991)，此处所用的术语与一般所应用的一致。统计共聚物来自于两种共聚单体的同步聚合，并且沿共聚物链两种单体的分布遵循Bernoullian(0级Markov)、一级或二级Markov本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在第一流体和第二流体间传递热和水分的元件，所述元件包括：至少一片复合膜，所述复合膜布置在至少一个用于流经第一流体的第一腔和至少一个用于流经第二流体的第二腔之间；其中热和水分可以经由所述复合膜在第一流体和第二流体之间传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫M塞尔皮科，斯科特埃伦贝格，
申请(专利权)人：戴斯分析公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]