[发明专利]包括纳米纤维层的选择性水蒸汽输送膜及其制作方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及了2011年6月7日提交的标题为“包括纳米纤维层的选择性水蒸汽输送膜及其制作方法”的美国临时专利申请序号61/494,122并且要求来自其的优先权权益，该临时专利申请特此通过引用以其全部内容结合。

发明领域

本发明涉及包括一个纳米纤维层和选择性涂层的水蒸汽输送膜。这类膜特别适合用于在全热交换器（enthalpy exchanger）和涉及在气体流之间水分和可任选地热量交换的其他应用中使用，其中很少或没有气体流穿过该膜进行混合。

背景

热回收通风设备（HRV）是一种机械装置，该装置将一种热交换器与一种通风系统相结合用于提供受控的通风到建筑物中。热交换器使用排出的空气来加热或冷却进入的新鲜空气。同样在两种空气流之间交换水分的装置一般被称为能量回收通风设备（ERV），有时还被称为全热回收通风设备或全热交换器。

为了使建筑物具有良好的室内空气品质，它们需要浑浊的室内空气与新鲜的室外空气的交换。出于这个目的ERV可以得以使用并与一种从正被带入建筑物的通风空气中去除过量的湿度或增加湿度到其中的方法结合。除了改善建筑物中的室内空气品质外，ERV的安装将产生节能。例如，在炎热和潮湿的气候下，当冷却的空气从建筑物排出时，可用的能量被浪费了。在ERV中，排出的空气可以用于冷却从外部被带入的较热的空气，从而降低空气调节器的能量消耗负荷和与空气调节相关的能量。在适当设计的情况下，可以降低空气调节器的尺寸。如果建筑物倾向于过度潮湿，ERV可以降低湿度水平，从而降低引起疾病、缺勤以及损失生产力的霉菌、细菌、病毒、以及真菌的可能性。另一方面，在寒冷干燥的气候下，当热空气从建筑物排出时，能量被浪费了，加上会存在进入的空气流过于干燥的另外的问题。除了将热量从排出的空气转移到进入的空气，ERV可以用于从排出的气流中对水蒸汽进行再循环，从而提高湿度水平，由此减少皮肤刺激、干燥、以及由干燥空气引起的呼吸症状。

ERV系统中转移这些空气流之间热量和湿度的一个关键部件被称为ERV芯。两种最常见类型的ERV是基于平面膜板式装置的那些和基于旋转全热轮（enthalpy wheel）装置的那些。平面板式ERV芯包括多个水可渗透性膜层。这两种空气流被引导穿过ERV芯的多个交替层或到其多个相反的侧上，并且热量和湿度经由膜进行转移。全热轮ERV（还被称为能量轮）典型地具有一个涂覆有干燥剂的圆柱形或盘形的蜂巢芯。电动机使该圆柱体旋转，从而在进气与排出空气流之间转移热量和湿度。ERV系统典型地还包括一个外壳、用于使这些空气流移动的多个泵或风扇、管道、还有多个过滤器、控制电子器件以及其他部件。

因为空气被排出主要用于从建筑物中去除浑浊的和污染的空气，所以优选排出的流应该不能在这两种气流穿过ERV时与膜的相反侧上的进入气流相混合。然而，在许多情况下，由于ERV中的密封件或接头处的渗漏和/或由于这些气体穿过该膜材料而存在交叉污染（多个流之间的渗漏）。

优选在ERV芯中所使用的膜是薄的以便允许热量在这两种气流之间充分交换，这是由这些流之间的温度梯度来驱动的。该膜还是水可渗透性的以便允许水分穿过该材料，这是由这两种气流之间的蒸汽压力差或水浓度梯度来驱动的。更薄的膜将倾向于具有更高的热量和水分输送速率。理想地，该膜还是对空气和污染物气体来说不可渗透的，以便防止这两种气流穿过该膜进行混合和交叉。