一种全热交换膜性能检测方法与流程

1.本发明涉及全热交换膜性能检测方法领域，具体涉及一种全热交换膜的透湿量和湿量交换效率性能检测方法。


背景技术：

2.全热交换膜是能量回收型新风系统的核心材料。全热交换膜的能量回收原理是空气显热交换和水蒸气潜热交换，因此其焓交换效率与水蒸气透过率密切相关。现有的水蒸气透过率测试方法主要有astm e-96、gb/t 1037等，采用正杯水法，在23℃、38℃或其他温度下测试其透湿量。正杯水法的测试结果中包含水分蒸发、水分在杯中的对流扩散、水分在杯内与薄膜界面的传递、水分在膜中的传递、水分在膜与空气界面的蒸发等5个过程。当透湿量低于2000g/m2/24h时，正杯水法的测试结果比较准确。然而对于透湿量高于2000g/m2/24h时，水分在膜中的传递已不占主导地位，正杯水法不能有效体现水蒸气透过率的变化。
3.把透湿量为2900g/m2/24h和3100g/m2/24h的薄膜用于全热交换芯块时，按gb/t 21087检测发现两者的焓交换效率变化值远大于透湿量变化值。其中一个原因在于新风系统中的水蒸气是强制对流情况下的流动，与astm e-96、gb/t 1037等方法存在根本性的差异。因此，现有的透湿量检测方法不适合用于全热交换膜的性能评价。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于提供一种全热交换膜性能检测方法，采用可测试透湿量和湿交换效率的全热交换膜性能检测装置，高透湿性材料的透湿量测试装置为全热交换膜和新风行业提供切实有效的关键材料性检测方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种全热交换膜性能检测方法，包括以下步骤：
7.透湿量的计算方法如式(1)所示，湿量交换效率的计算方法如式(2)所示，不同温湿度气体的含湿量可通过查询空气含湿量表获得。
8.透湿量＝(b-a)*l*ρ*1.44/s
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(1)
9.湿量交换效率＝(b-a)*100％/(c-a)
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(2)
10.其中：
11.a为干燥气体管路中的进气的含湿量(即干燥进气管的气体含湿量)，单位为g/kg；
12.b为干燥气体管路中的排气的含湿量(即干燥排气管的气体含湿量)，单位为g/kg；
13.c为加湿气体管路中的进气的含湿量(即加湿进气管的气体含湿量)，单位为g/kg；
14.d为加湿气体管路中的排气的含湿量(即加湿排气管的气体含湿量)，单位为g/kg；
15.l为气体的流量，单位为l/min；
16.ρ为空气的密度，单位为kg/m3；
17.s为全热交换膜中发生水蒸气交换的实际面积，单位为m2。
18.取2款商品化的全热交换膜，按astm e96方法，在水蒸气透过率仪(济南兰光机电
技术有限公司，w3/031)上测试38℃的正杯透湿量。膜a的透湿量为3076g/m2/24h，膜b为2968g/m2/24h。实施例1～8用膜a进行测试，比较例1用膜b进行测试。
19.一种可测试透湿量和湿交换效率的全热交换膜性能检测装置，包括：
20.气源(1)；
21.通过总气管(2)与所述气源(1)连通的干燥管(3)；
22.与所述干燥管(3)出口连接的干燥气体进气支路和加湿气体进气支路；
23.与所述干燥进气支路和加湿进气支路连接的全热交换膜测试夹具；
24.与所述全热交换膜测试夹具练连接的干燥气体排气支路和加湿气体排气支路。
25.所述的全热交换膜测试夹具包括：干燥气体固定板(801)和加湿气体固定板(802)，所述的干燥气体固定板(801)和加湿气体固定板(802)之间为全热交换膜(803)，所述的干燥气体固定板(801)和全热交换膜(803)之间为干燥气体导流板(804)，所述的加湿气体固定板(802)和全热交换膜(803)之间为加湿气体导流板(805)。
26.所述的全热交换膜测试夹具的第一出口和第一进口设置在所述干燥气体固定板(801)上。
27.所述的全热交换膜测试夹具的第二出口和第二进口设置在所述湿气体固定板(802)上。
28.所述的全热交换膜测试夹具的第一出口和第一进口所在的直线与所述的全热交换膜测试夹具的第二出口和第二进口所在的直线为平行，所述的全热交换膜测试夹具的第一出口正对所述全热交换膜测试夹具的第二进口，所述的全热交换膜测试夹具的第一进口正对所述全热交换膜测试夹具的第二出口，为逆流流动方式。
29.所述的全热交换膜测试夹具的第一出口和第一进口所在的直线与所述全热交换膜测试夹具的第二出口和第二进口所在的直线为垂直，为交叉流不的流动方式。
30.干燥气体固定板(801)上设有干燥气体进气孔(810)和干燥气体排气孔(811)，加湿气体固定板(802)上设有加湿气体进气孔(821)和加湿气体排气孔(820)。干燥气体导流板(804)和加湿气体导流板(805)中间设有尺寸相同、10～30mm宽、50～150mm长的矩形干燥气体流道(840)和矩形加湿气体流道(850)。干燥气体进气孔(810)和干燥气体排气孔(811)位于矩形干燥气体流道(840)的两端居中之处；加湿气体进气孔(821)和加湿气体排气孔(820)位于矩形加湿气体流道(850)的两端居中之处。全热交换膜的尺寸大于矩形加湿气体流道(850)，而小于加湿气体固定板(801)。干燥气体固定板(801)、加湿气体固定板(802)、干燥气体导流板(804)和加湿气体导流板(805)上的相同位置分别设有圆形通孔，通过蝶形螺母与螺栓将全热交换膜固定。干燥气体在干燥气体固定板(801)和全热交换膜(803)之间流动，含湿量逐渐升高；加湿气体在加湿气体固定板(801)和全热交换膜(803)之间流动，含湿量逐渐降低。
31.所述的干燥气体进气支路包括：
32.与所述干燥管(3)连接的干燥进气管(201)；
33.设置在所述干燥进气管(201)上的干燥气体进气流量计(401)；
34.与所述干燥进气管(201)连接的干燥气体进气空心圆柱(501)；
35.所述的干燥气体进气空心圆柱(501)的出口与所述全热交换膜测试夹具的第二进口连接。
36.所述的干燥气体进气空心圆柱(501)内部装有干燥气体进气温湿度传感器。
37.所述的加湿气体进气支路包括：
38.与所述干燥管(3)连接的加湿器(7)；
39.与所述加湿器(7)连接的加湿进气管(202)；
40.设置在所述加湿进气管(202)上的加湿气体进气流量计(402)；
41.与所述加湿进气管(202)连接的加湿气体进气空心圆柱(502)；
42.所述的加湿气体空心圆柱(502)的出口与所述全热交换膜测试夹具的第一进口连接。
43.所述的加湿气体进气空心圆柱(502)内部装有加湿气体进气温湿度传感器。
44.所述的干燥气体排气支路包括：
45.与所述全热交换膜测试夹具的第二出口连接的干燥排气管(203)；
46.与所述干燥排气管(203)连接的干燥气体排气空心圆柱(503)；
47.与所述干燥气体排气空心圆柱(503)的出口连接的干燥气体排气流量计(403)。
48.所述的干燥气体排气空心圆柱(503)内部装有干燥气体排气温湿度传感器。
49.所述的加湿气体排气支路包括：
50.与所述全热交换膜测试夹具的第一出口连接的加湿排气管(204)；
51.与所述加湿排气管(204)连接的加湿气体排气空心圆柱(504)；
52.与所述加湿气体排气空心圆柱(504)的出口连接的加湿气体排气流量计(403)。
53.所述的加湿气体排气空心圆柱(504)内部装有加湿气体排气温湿度传感器。
54.干燥气体导流板(804)和加湿气体导流板(805)优选硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶等弹性材料。夹具(8)的干燥气体导流板(804)和加湿气体导流板(805)可根据要求选择逆流或者交叉流的方式，干燥气体导流板(804)和加湿气体导流板(805)还可以提供0.8～4mm的厚度范围，满足新风系统对于新风量和焓交换效率的设计要求。
55.干燥管(3)为分子筛干燥管或膜式干燥管中的一种，为干燥进气管(201)提供稳定的含湿量。分子筛干燥管价格便宜，但是调节湿度的范围比较有限。膜式干燥管可以提供5～50％相对湿度可调的干燥气体，操作方便，并需要过滤器配套使用。
56.加湿器(7)为鼓泡加湿器，为加湿进气管(202)提供稳定的含湿量。加湿管内含有一定量的去离子水，加湿管(7)顶部设有ptfe防水透湿膜，可阻挡微小的液态水进入加湿进气管(202)。
57.气体流量计的精度为0.1l/min，优选数显型的气体流量计；温湿度传感器的精度为0.1℃和0.1％rh，优选数显型的温湿度传感器。当装置气密性良好时，调节干燥进气管(201)和加湿进气管(202)中的气体流量计，确保流量相近。可以根据温湿度传感器得到干燥进气管(201)、加湿进气管(202)、干燥排气管(203)和加湿排气管(204)中的温湿度，利用气体含湿量的变化计算得到透湿量，并通过gb/t21087计算得到潜热交换效率。
58.气源可选择高压氮气瓶或空压机中的一种。高压氮气瓶具有气压高、供气稳定的优点，但是其需要频繁更换。空压机的压力相对较低，但使用方便，可选择压力高、容量大的空压机。优选高压氮气作为气源。
59.气管通过快插接口与各零部件连接，具有方便、气密性高的优点。密封不良的连接点可采用生料带、密封胶进行辅助密封，确保系统的高气密性，降低测试误差。
60.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
61.(1)能够简化水蒸气的传质过程，可有效获得高透湿材料的透湿量和湿交换效率，测试数据科学可靠；
62.(2)能够检测逆流、交叉流等不同流动方式的湿交换效率，还能测试不同气体流量、不同流道厚度下的透湿量和湿交换效率，为预测全热交换部件的性能提供有效依据，为全热交换部件和新风系统的新产品开发提供便利；
63.(3)测试装置设计合理、测试数据稳定性高、结构简单、可在新风行业普及。
附图说明
64.图1是本发明可测试透湿量和湿交换效率的全热交换膜性能检测装置的整体结构示意图；
65.图2是逆流结构的夹具示意图；
66.图3是交叉流结构的夹具示意图；
67.图4是逆流结构的固定板示意图；
68.图5是交叉结构的固定板示意图；
69.图6是逆流结构的导流板示意图；
70.图7是交叉流结构的导流板示意图。
具体实施方式
71.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
72.实施例1
73.一种可测试透湿量和湿交换效率的全热交换膜性能检测装置，整体结构如图1所示，包括气源1，与气源1连接的总气管2，与总气管2相连的干燥管3，与干燥管3连接的干燥进气管201和加湿进气管202；干燥进气管201还包含气体流量计401和空心圆柱501，空心圆柱501内部装有温湿度传感器；加湿进气管202包含气体流量计402、空心圆柱502和加湿器7(标号4为加湿器内部)，空心圆柱502内部装有温湿度传感器；干燥进气管201和加湿进气管202与夹具8相连，夹具8还连接有干燥排气管203和加湿排气管204；干燥排气管203还包含气体流量计403和空心圆柱503，空心圆柱503内部装有温湿度传感器；加湿排气管204还包含气体流量计404和空心圆柱504，空心圆柱504内部装有温湿度传感器；
74.夹具8如图2所示，包含干燥气体固定板801和加湿气体固定板802，干燥气体固定板801和加湿气体固定板802之间为全热交换膜803，干燥气体固定板801和全热交换膜803之间为干燥气体导流板804，加湿气体固定板802和全热交换膜803之间为加湿气体导流板805。干燥气体固定板801和加湿气体固定板802选择10mm厚、130mm长、50mm宽的有机玻璃。干燥气体导流板804和加湿气体导流板805选择硅橡胶。夹具8的干燥气体导流板804和加湿气体导流板805选择逆流的方式，干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为1mm厚度、130mm长、50mm宽。
75.如图4所示，干燥气体固定板801上设有干燥气体进气孔810、干燥气体排气孔811、
固定孔812，加湿气体固定板802上设有加湿气体进气孔821、加湿气体排气孔820、固定孔822。如图6所示，干燥气体导流板804和加湿气体导流板805中间设有尺寸相同、20mm宽、100mm长的矩形干燥气体流道840和矩形加湿气体流道850，以及固定孔841和固定孔851。干燥气体进气孔810和干燥气体排气孔811位于矩形干燥气体流道840的两端居中之处；加湿气体进气孔821和加湿气体排气孔820位于矩形加湿气体流道850的两端居中之处。全热交换膜的尺寸为30mm宽、120mm长。干燥气体固定板801、加湿气体固定板802、干燥气体导流板804和加湿气体导流板805上的相同位置分别设有直径4mm的固定孔，通过蝶形螺母与螺栓将全热交换膜固定。
76.干燥管3为分子筛干燥管。加湿器7为鼓泡加湿器，加湿器7顶部设有ptfe防水透湿膜。数显气体流量计的精度为0.1l/min，数显温湿度传感器的精度为0.1℃和1％rh。气源选择容量为50l的静音型空压机，工作压力为0.4～0.8mpa。气管选择外径8mm的聚氨酯透明气管，通过快插接口与各零部件连接，密封不良的连接点可采用生料带、密封胶进行辅助密封，确保系统的高气密性，降低测试误差。
77.将干燥气体和加湿气体的流量均设置为3l/min，测试干燥气体和加湿气体经过全热交换膜后的温度和湿度，并根据温度和湿度查询含湿量，最终可计算得到透湿量和湿量交换效率。
78.实施例2
79.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为2mm厚度，干燥气体和加湿气体的流量均设置为1l/min。
80.实施例3
81.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为2mm厚度，干燥气体和加湿气体的流量均设置为3l/min。
82.实施例4
83.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为2mm厚度，干燥气体和加湿气体的流量均设置为5l/min。
84.实施例5
85.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为3mm厚度，干燥气体和加湿气体的流量均设置为3l/min。
86.实施例6
87.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体固定板801和加湿气体固定板802选择10mm厚、180mm长、50mm宽的有机玻璃。干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为2mm厚度、180mm长、50mm宽。如图6所示，干燥气体导流板804和加湿气体导流板805中间设有尺寸相同、20mm宽、150mm长的矩形干燥气体流道840和矩形加湿气体流道850。全热交换膜的尺寸为30mm宽、170mm长。干燥气体和加湿气体的流量均设置为3l/min。
88.实施例7
89.装置结构与实施例1相同，其中干燥气体固定板801和加湿气体固定板802选择10mm厚、80mm长、50mm宽的有机玻璃。干燥气体导流板804和加湿气体导流板805的尺寸为2mm厚度、80mm长、50mm宽。如图6所示，干燥气体导流板804和加湿气体导流板805中间设有尺寸相同、20mm宽、50mm长的矩形干燥气体流道840和矩形加湿气体流道850。全热交换膜的
尺寸为30mm宽、70mm长。干燥气体和加湿气体的流量均设置为3l/min。
90.实施例8
91.装置结构与实施例1相同，其中夹具8如图3所示，干燥气体固定板801和加湿气体固定板802如图5所示，厚10mm，长和宽分别为80mm；干燥气体导流板804和加湿气体导流板805如图7所示，厚度2mm，长和宽分别为80mm，流道宽20mm长60mm。
92.比较例1
93.用本发明实施例3的测试条件，对膜b进行测试。
94.测试结果如下表所示。实施例1～8和对比例1的结果表明，astm e96的正杯透湿量测试结果远低于本发明的透湿量，且膜a(实施例3)和膜b(对比例1)在本发明中的透湿量变化值为12.49％(实施例3为9635g/m2/24h，对比例1为8565g/m2/24h)，高于astm e96的正杯透湿量变化值3.64％(膜a的透湿量为3076g/m2/24h，膜b为2968g/m2/24h)，膜a(实施例3)23.08％的湿量交换效率也明显高于膜b(对比例1)的湿量交换效率17.24％。
95.此外，本发明的透湿量和湿量交换效率还能指导全热交换芯块的结构设计。实施例2～4的结果表明，随着流道高度增加，透湿量和湿量交换效率明显下降。实施例1、实施例3、实施例5的结果表明，随着流量增加，透湿量增大而湿量交换效率下降；实施例3、实施例6、实施例7的结果表明，随着流道长度增加，透湿量降低而湿量交换效率下降。实施例3、实施例8的结果表明，逆流的透湿量最高，而交叉流的透湿量最低。
[0096][0097]
本发明能够简化水蒸气的传质过程，可有效获得高透湿材料的透湿量和湿交换效率，测试数据科学可靠。而且本发明还能够检测逆流、交叉流等不同流动方式的湿交换效率，还能测试不同气体流量、不同流道厚度下的透湿量和湿交换效率，为预测全热交换部件的性能提供有效依据，为全热交换部件和新风系统的新产品开发提供便利。本发明测试装置设计合理、测试数据稳定性高、结构简单、可促进新风行业的技术进步。
[0098]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。