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Title:
AIR-COOLING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/015783
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns an air cooling device with at least one evaporating element, means for impregnating the evaporating element with liquid, and means to produce an airflow that comes into contact with the evaporating element. The evaporating element consists of paper impregnated with special polymer, copolymer and polymer mixtures.

Inventors:
Krey, Hans-joachim (Usedomer Strasse 38, Henstedt-Ulzburg, D-24558, DE)
Application Number:
PCT/EP1997/005321
Publication Date:
April 16, 1998
Filing Date:
September 29, 1997
Export Citation:
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Assignee:
DARAMIC, INC. (4838 Jenkins Avenue, North Charleston, SC, 29406, US)
Krey, Hans-joachim (Usedomer Strasse 38, Henstedt-Ulzburg, D-24558, DE)
International Classes:
F24F5/00; F24F6/04; F28C3/08; F28D5/00; B01F3/04; (IPC1-7): F24F6/04; F24F5/00
Foreign References:
US4933117A1990-06-12
EP0707179A21996-04-17
AU1789395A1995-11-16
US5301518A1994-04-12
US5315843A1994-05-31
US5079934A1992-01-14
AU5761394A1994-09-08
CA2044023A11992-04-18
EP0487223A21992-05-27
US4970876A1990-11-20
US4758385A1988-07-19
US4902449A1990-02-20
GB2101728A1983-01-19
AU8060787A1988-05-05
US5374381A1994-12-20
US4500479A1985-02-19
DE3312658C21985-08-29
US5453223A1995-09-26
US4822533A1989-04-18
DE2432308B21981-05-14
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 492 (C - 0773) 26 October 1990 (1990-10-26)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 097, no. 008 29 August 1997 (1997-08-29)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 249 (M - 419) 5 October 1985 (1985-10-05)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 166 (M - 314) 2 August 1984 (1984-08-02)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 096, no. 011 29 November 1996 (1996-11-29)
Attorney, Agent or Firm:
UEXK�LL & STOLBERG (Beselerstrasse 4, Hamburg, D-22607, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Luftkühlungsvorrichtung mit mindestens einem Verdunsterele¬ ment, Mitteln zur Tränkung des Verdunsterelementes mit Flüs sigkeit sowie Mitteln zur Erzeugung eines mit dem Verdun¬ sterelement in Kontakt tretenden Luftstromes, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Verdunsterelement Papier aufweist, welches mit Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen von Styrol, Vinylchlorid und/oder (Meth)acrylaten imprä gniert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere im Abstand voneinander angeordnete Verdunsterelemen¬ te aufweist, die mit einem Halter zu einem Verdunsterblock zusammengefaßt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verdunsterelemente im wesentliche parallel zueinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gek¬ ennzeichnet, daß das Papier Batterieseparatorenpapier oder Filterpapier ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek¬ ennzeichnet, daß das Papier mit 5 bis 50 Gew.% der Polyme¬ ren, Copolymeren oder Polymermischungen, bezogen auf die Papiermasse, imprägniert ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge ennzeichnet, daß das Papier eine Dicke von 0,1 bis 1,5 mm hat.
7. Verwendung von Papier, welches mit Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen von Styrol, Vinylchlorid und/oder (Meth)acrylaten imprägniert ist, als Verdunsterelement oder Komponente davon für eine Luftkühlungsvorrichtung.
Description:
Luftkühlungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Luftkühlungsvorrichtung mit minde¬ stens einem Verdunsterelement, Mitteln zur Tränkung des Verdun¬ sterelementes mit Flüssigkeit sowie Mitteln zur Erzeugung eines mit dem Verdunsterelement in Kontakt tretenden Luftstromes.

Derartige Luftkühlungsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Sie werden wegen des gesteigerten Feuchtigkeitsgehaltes der abgekühlten Luft teilweise auch als Luftbefeuchtungsvorrichtungen bezeichnet.

Solche Vorrichtungen sind zum Beispiel in AU-A-17893/95, US-A-5 301518, US-A-5315843, US-A-5079934, AU-A-57613/94 und CA-A-2 044 023 offenbart. Allen diesen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie ein Verdunsterelement aufweisen, welches aus einem flüssigkeitsabsorbierenden Material, wie zum Beispiel PVC- Schaum, gepreßten Faserplatten oder zelluloseartigem Material besteht.

Weitere zum Aufbau von Verdunsterelementen bei derartigen Vorrichtungen einsetzbare Materialien sind aus dem Stand der

Technik ebenfalls bekannt. So beschreiben EP-B-487223 und US-A-4

970 876 Verdampfungskühler mit Verdampfungselementen, die aus

dünnen Glasfaserplatten bestehen. Gemäß US-A-4 758 385 kann als Verdunstungselement auch eine Platte aus wärmeleitendem Material, zum Beispiel Aluminium, eingesetzt werden, auf das Fiberglas als sogenanntes "Dochtmaterial" laminiert ist.

Auch sind bei bekannten Luftkühlungs- und Befeuchtungsvor¬ richtungen Holzspäne oder Holzwolle zum Aufbau der verwendeten Verdunstungselemente eingesetzt worden. Das aus US-A-4 902 449 bekannte Verdampfungskühlerelement ist aus zelluloseartigen Segmenten, wie Holzspänen, aufgebaut, welche mit vorgeformtem hydrophilen Kunststoffschäum beschichtet sind. GB-A-2 101 728 offenbart eine Verdampfungsfiltereinheit, bei der Holzwolle auf ein Gitter als Träger aufgebracht ist, um eine gute Austausch¬ barkeit der Einheit zu ergeben. Ein Verdunstungselement für Luftkühlvorrichtungen auf Basis von speziellen Holzfasern beschreibt AU-B-80607/87.

Schließlich ist es auch bekannt geworden, Papier als Verdun¬ stungselement oder Komponente davon einzusetzen. Dies geht zum Beispiel aus US-A-5 374 381, US-A-4 500 479, DE-C-33 12 658, US- A-5 453 223, US-A-4 822 533 und DE-B-24 32 308 hervor.

Für den Aufbau von Verdunstungselementen haben sich schließlich Papiere als besonders geeignet erwiesen, die mit Phenol-Formalde- hyd-Harz beschichtet sind. Nachteilig an Papieren mit einer solchen Beschichtung ist, daß sie an die vorbeiströmende Luft insbesondere das physiologisch bedenkliche Formaldehyd abgeben. Das liegt daran, daß die zur Bildung des eingesetzten Harzes stattfindende Reaktion nie vollständig verläuft, so daß stets gewisse Mengen an freiem Formaldehyd und auch freiem Phenol vorhanden sind. Gerade bei in Wohnräumen eingesetzten Luftküh¬ lungsvorrichtungen ist jedoch die Abgabe von diesen Schadstoffen nicht annehmbar und auch gesetzlich begrenzt. Weiter hat es sich gezeigt, daß mit Phenol-Formaldehyd-Harz imprägnierte Papiere mechanisch instabil sind, insbesondere eine nur geringe Kanten¬ bruchfestigkeit aufweisen, so daß ihre Handhabung erschwert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Luftkühlungsvorrichtung mit einem Verdunsterelement zur Verfügung zu stellen, welches kein Formaldehyd an die abzukühlen¬ de Luft abgibt, eine große Menge an zu verdampfender Flüssigkeit aufnehmen und über eine große Oberfläche abgeben kann und eine hohe mechanische Stabilität aufweist, so daß mehrere Verdun- sterlemente zu einem Verdunsterblock zusammengefaßt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Luftkühlungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 gelöst. Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung nach Anspruch 7.

Die erfindungsgemäße Luftkühlungsvorrichtungmit mindestens einem Verdunsterelement, Mitteln zur Tränkung des Verdunsterelementes mit Flüssigkeit sowie Mitteln zur Erzeugung eines mit dem Verdunsterelement in Kontakt tretenden Luftstromes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verdunsterelement Papier aufweist, welches mit Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen von Styrol, Vinylchlorid und/oder (Meth)acrylaten imprägniert ist.

Dabei werden mit (Meth)acrylaten sowohl Methacrylsäureester als auch als Acrylsäureester bezeichnet.

Bevorzugte Polymere, Copolymere oder Polymermischungen von Styrol sind in Form von wäßrigen Dispersionen unter der Marke

Styrofan ® von der BASF erhältlich. Besonders bevorzugt ist dabei das unter der Bezeichnung Styrofan ® 2 D zur Verfügung stehende

Produkt. Bevorzugte Polymere oder Copolymere von Vinylchlorid sind unter der Marke Lutofan ® ebenfalls von BASF erhältlich. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei Lutofan ® 200 D erwiesen.

Bevorzugt einsetzbare Polymere, Copolymere oder Polymermischungen von (Meth)acrylaten können unter der Bezeichnung Primal ®, ins- besondere Primal ® 2321, von Rohm und Haas, Frankfurt, erhalten werden.

Zur Imprägnierung des Papiers mit den Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen wird dies üblicherweise in Lösungen, ins¬ besondere Dispersionen, dieser polymeren Materialien eingetaucht, bis der gewünschte Auftrag erhalten worden ist. Hierzu ist normalerweise eine Behandlung von mehreren Sekunden völlig ausreichend. Anschließend wird überschüssige Lösung oder Dispersion abgetrennt, wozu vor allem Kalanderwalzen eingesetzt werden können. Nach anschließender Trocknung kann das imprägnier¬ te Papier als Verdunεterelement oder Komponente davon eingesetzt werden. Bevorzugt ist dabei eine Trocknung bei erhöhter Tempera¬ tur in einem Trockenofen.

Bei dem eingesetzten Papier handelt es sich insbesondere um voluminöses Papier, weshalb vor allem Batterieseparatorenpapier oder Filterpapier in Frage kommt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Papier eine Dicke von 0,1 bis 1, 2 mm hat, damit es eine große Menge von zu verdunstender Flüssigkeit, wie Wasser, aufnehmen kann.

Abhängig von der Art der eingesetzten Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen sind unterschiedliche Auftragsmengen erforder¬ lich, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften, wie Saughöhe, Eckenbruchfestigkeit und Biegesteifigkeit sowohl in Maschinenrichtung als auch quer zur Maschinenrichtung zu erzielen. Üblicherweise wird das Papier mit 5 bis 50, ins¬ besondere bis 35 Gew.% der Polymeren, Copolymeren oder Polymer¬ mischungen, bezogen auf die Menge an Papier, imprägniert. Gegenüber herkömmlichen für Verdunsterelemente eingesetzten Papieren mit aufgebrachtem Phenol-Formaldehyd-Harz sind bei dem erfindungsgemäß eingesetzten imprägnierten Papier geringere Auftragsmengen erforderlich, um vergleichbare Werte bei den vorstehend genannten mechanischen Eigenschaften zu erhalten.

Zur Erzielung einer besonders großen Oberfläche, von der aus Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verdunstet wird, weist die erfindungsgemäße Luftkühlungsvorrichtung bevorzugt mehrere im

Abstand voneinander angeordnete Verdunsterelemente auf, die mit einem Halter zu einem Verdunsterblock zusammengefaßt sind. Zur Erzielung eines Abstandes zwischen den einzelnen Verdunster¬ elementen können insbesondere Abstandshalter zwischen den Verdunsterelementen vorgesehen oder Rippen auf der Oberfläche des imprägnierten Papieres vorgesehen sein. Weiter hat es sich aus Platzgründen als vorteilhaft erwiesen, wenn die einzelnen Verdunsterelemente imwesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Neben dem Verdunsterelement hat die erfindungsgemäße Luftküh- lungεvorrichtung ebenfalls Mittel zur Tränkung des Verdunster¬ elementes mit Flüssigkeit. Hierfür kommt insbesondere ein Reservoir für die zu verdampfende Flüssigkeit in Frage, in welches das Verdunsterelement eintaucht und aus dem die Flüssig¬ keit infolge Kapilarwirkung des Papieres entnommen und über die gesamte Oberfläche des Papieres verteilt wird. Andererseits ist es ebenfalls möglich, zum Beispiel SprühVorrichtungen vorzusehen, die für eine kontinuierliche Befeuchtung des Verdunsterelementes mit der Flüssigkeit sorgen.

Weiter weist die Luftkühlungsvorrichtung ebenfalls Mittel zur Erzeugung eines mit dem Verdunsterelementes in Kontakt tretenden Luftstromes auf, wozu üblicherweise ein Ventilator oder eine Pumpe eingesetzt wird.

Spezielle erfindungsgemäß geeignete konstruktive Ausführungen des Verdunsterelementes, der Mittel zur Tränkung des Verdunster¬ elementes mit Flüssigkeit sowie der den Luftstrom erzeugenden Mittel sind in dem oben zitierten Stand der Technik beschrieben.

Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäß eingesetzten imprägnierten Papier ist es, daß dieses freies Formaldehyd nicht enthält und gegenüber den herkömmlichen Materialien verbesserte mechanische Eigenschaften, wie gesteigerte Eckenbruchfestigkeit, aufweist. Gerade eine erhöhte Eckenbruchfestigkeit vereinfacht

die Verarbeitung der Papiere und verhindert Schäden an dem Verdunsterlelement, insbesondere wenn Wartungsarbeiten vor allem an noch feuchten Verdunsterlementen durchgeführt werden müssen. Schließlich erweist es sich auch als Vorteil gegenüber den bekannten Verdunsterelementen aus Phenol-Formaldehyd-Harz getränkten Papieren, daß zur Erzielung einer ausreichenden Benetzung der Papiere in der Regel keine zusätzlichen Netzmittel eingesetzt werden müssen.

Gegenüber den ebenfalls bekannten Verdunsterelementen auf Basis von Glasfasern sind die erfindungsgemäß eingesetzten Verdunster¬ elemente darüber hinaus einfacher herstellbar und infolge geringerer Brüchigkeit besser handhabbar und verarbeitbar.

Die Erfindung betrifft schließlich auch noch die Verwendung von dem erfindungsgemäß eingesetzten Papier, welches mit Polymeren, Copolymeren oder Polymermischungen von Styrol, Vinylchlorid und/oder (Meth)acrylat imprägniert ist, als Verdunsterelement oder Komponente davon für eine Luftkühlungsvorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiele

Beispiel 1

Zur Herstellung eines erfindungsgemäß eingesetzten Verdunster¬ elementes wurde ein 300 x 200 mm großes Stück Batterieseparato- renpapier, Typ L 150 von der Firma Cordier, Bad Dürkheim, in einer flachen Schale auf die Oberfläche einer wäßrigen Polysty¬ rol-Dispersion gelegt. Die Polystyrol-Dispersion bestand aus 100 g Styrofan ® 2 D von BASF und 75 g deionisiertem Wasser. Das

Papier wurde innerhalb einer Sekunde durchtränkt. Anschließend wurde überschüssige Dispersion zwischen zwei Kalandarwalzen abge¬ quetscht. Das so imprägnierte Papierblatt wurde anschließend in

einem Umlufttrockenofen 8 Minuten lang bei 200°C getrocknet. Infolge dieser Behandlung wurde ein Auftrag von 35 Gew.-% Polystyrol, bezogen auf die Masse des Papiers, erzielt. Dieses als Verdunsterelement in Luftkühlungsvorrichtungen einsetzbare Papier wurde auf seine Eigenschaften hin wie folgt untersucht.

Sauqhöhe

Hierzu wurden senkrecht hängende Papierstreifen (250 x 15 mm) 1 cm tief in demineralisiertes Wasser eingetaucht. Nach 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30 und 60 Minuten wurden dann die Steighöhen des Wassers gemessen, wobei zu deren besseren Bestimmung dem Wasser gegebenenfalls Methylenblau zugegeben wurde. Die Saughöhe ergab sich als Mittelwert aus mindestens 5 Messungen, und sie betrug bei dem mit Polystyrol imprägnierten Papier nach 60 Minuten in Maschinenrichtung 19 mm.

Eckenbruchfesticrkeit

Hierzu wurden rechteckige Papierblätter eingesetzt, welche bei 60 % Luftfeuchte und Raumtemperatur konditioniert worden waren. Eine Ecke des Papierblattes wurde dann in einem 45°-Winkel bis zum Anschlag in eine Einklemmvorrichtung gesteckt, wobei die Einspanndiagonale 50 mm betrug. Dann wurde die vorstehende Ecke mit der Klammer einer Federwaage gefaßt, wobei die Ecke über eine Länge von 23 mm eingespannt war. Anschließend wurde die Federwaa¬ ge mittels eines Motors mit einer Geschwindigkeit von 1,0 cm/s aufwärts bewegt und beim Abreißen der Papierecke abgelesen.

Die Eckenbruchfestigkeit ergab sich als Mittelwert aus mindestens 20 Einzelmessungen in Newton (N) .

Mit dem mit Polystyrol-Dispersion behandelten Batterieseparato¬ renpapier ergab sich eine Eckenbruchfestigkeit von > 20 N.

Bieqesteifiqkeit

Diese wurde sowohl in als auch quer zur Maschinenrichtung mittels des Biegesteifigkeitsprüfgerätes 58660 der Firma Karl Frank GmbH, Weinheim, bestimmt. Zur Durchführung der Prüfung wurden die Proben zunächst eine halbe Stunde bei 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 % konditioniert. Dann wurden 10 mm breite Probestreifen bei einem Biegewinkel von 10° untersucht.

Die Biegefestigkeit ergab sich als Mittelwert aus 10 Messungen in Millijoule (mJ) .

Mit demmit Polystyrol-Dispersion imprägnierten Batterieseparato¬ renpapier ergab sich eine Biegefestigkeit in Maschinenrichtung (MD) von 4,8 mJ und eine Biegefestigkeit quer zur Maschinenrich¬ tung (CMD) von 3,8 J.

Saughöhe, Eckenbruchfestigkeit und Biegefestigkeit des im¬ prägnierten Batterieseparatorenpapiers waren deutlich höher als bei einem Batterieseparatorenpapier gleichen Typs, welches mit einer gleichen Menge an Phenol-Formaldehyd-Harz imprägniert worden war. Um zum Beispiel die gleichen Biegefestigkeitswerte wie bei dem Phenol-Formaldehyd-Harz imprägnierten Papier zu erreichen, konnte der Polystyrol-Auftrag auf ca. 26 Gew.-% verringert werden.

Beispiel 2

Analog zu Beispiel 1 wurde Batterieseparatorenpapier des Typs L 150 mit 35 Gew.-% Polyacrylsäureester unter Verwendung der handelsüblichen wäßrigen Dispersion Primal 2321 und 1,5 Gew.-% Dihexylsulfosuccinat als Netzmittel imprägniert.

Die entsprechend Beispiel 1 bestimmten physikalischen Eigen- Schäften waren wie folgt:

Sauqhöhe

Sie betrug nach 60 Minuten in Maschinenrichtung 18 mm.

Eckenbruchfestiqkeit

Sie betrug > 20 N.

Bieqesteifiqkeit

Sie betrug in Maschinenrichtung 2,8 mJ.

Beispiel 3

Analog Beispiel 1 wurde das Batterieseparatorenpapier L 150 mit

35 Gew. Polyvinylchlorid unter Verwendung der handelsüblichen Dispersion Lutofan ® 200 D imprägniert.

Die entsprechend Beispiel 1 bestimmten physikalischen Eigen- Schäften waren wie folgt:

Sauqhöhe

Sie betrug nach 60 Minuten in Maschinenrichtung 17 cm.

Eckenbruchfestiqkeit

Sie betrug > 20 N.

Bieqesteifiqkeit

Sie betrug in Maschinenrichtung 2,0 mJ.