CN102261703A - 采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统，包括超声波除湿转轮，超声波发生器，压缩机，冷凝器，节流阀，第一蒸发器，第二蒸发器，第一热管，第二热管，再生空气出风道，再生空气进风道，处理空气出风道，处理空气进风道，处理空气送风机和再生空气排风机；其中，超声波除湿转轮包括局部辐射棒形超声波换能器，吸湿材料，隔板和外壳；局部辐射棒形超声波换能器包括外盖板，内盖板和压电陶瓷晶片。本发明利用中高温热泵的高能效特点对再生空气加热，利用热管元件的高导热特性对潜在废热回收利用，利用超声波强化再生技术，降低转轮除湿剂对再生空气温度要求，最终达到除湿空调系统节能目的。

Description

采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统

技术领域

本发明涉及一种除湿系统，尤其涉及一种采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统。

背景技术

除湿是空气处理的一个重要过程，对于一些特殊工业生产环境(如有低湿度要求)，一般采用转轮除湿系统实现除湿目的。除湿转轮在除湿段内部由密封系统分为处理区域和再生区域，除湿转轮以一定的转速缓慢旋转，以保证整个除湿过程的连续性。当处理空气通过转轮的处理区域时，其中的水蒸汽被转轮中的吸湿介质所吸附，处理空气因自身的水份减少和潜热释放而变成干热空气，转轮因吸湿了一定的水份而逐渐趋向饱和。同时，在再生区域，另一路空气先经过再生加热器后，变成高温空气(一般为100-140度)并穿过吸湿后的饱和转轮，对其中的吸湿介质进行再生以恢复转轮的除湿能力，再生空气因此变成湿空气，通过再生风机将湿空气排到室外。然而，传统除湿转轮能源消耗量大，能量利用率低，这主要由以下两方面原因造成：第一，转轮再生所需的再生温度较高，一方面再生能耗大，再生过程能量损失严重，另一方面处理空气经过转轮后温度较高，势必会增大后续空气处理过程所需的冷能；第二，再生排风是一种高温高湿空气，传统技术中，并没有对再生排风中的能量进行回收，导致大量的能量随排风散失。

经对现有技术的文献检索发现，为降低转轮除湿系统的能耗，中国实用新型CN200920236925.0号，名称为“一种空气热管热能回收节能除湿系统”，提出利用热管技术对转轮除湿处理后的处理空气进行热回收，用于预热再生空气，使再生空气的加热能耗降低；中国专利申请CN200810029440.4号，名称为“转轮除湿系统”，提出将除湿转轮划分为处理区、再生区和热回收区三个区，再生后的除湿材料温度较高，因此，可设置热回收区，再生空气首先通过转轮的热回收区被预热，然后依次通过再生加热器和再生区。以上技术虽然在一定程度上降低了再生加热器能耗，但转轮再生区出口再生空气(处于高温高湿状态)中的能量没有得到有效回收，因此，依然有大量的能量被白白浪费掉。另外，目前所采用的加热再生方式具有能耗大，能效低等缺陷，虽然可以利用太阳能等可再生能源作为再生加热器的能源，但这些能源的品位很难满足常规除湿材料再生温度(100度以上)的要求，因此，超声波再生技术被一些学者和专家提出，如中国专利CN200510110441.8号，名称为“超声波强化再生除湿的除湿空调装置”，提出利用超声波能量对吸附床内的除湿剂进行强化再生，从而可以降低除湿剂的再生温度，使制冷系统的冷凝排热得到有效利用。但该系统除湿和再生是交替进行的，这样势必会导致空气除湿的不稳定性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能稳定地除湿的、能量损失更低的转轮除湿空调系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能稳定地除湿的、能量损失更低的转轮除湿空调系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统，包括：超声波除湿转轮，超声波发生器，压缩机，冷凝器，节流阀，第一蒸发器，第二蒸发器，第一热管，第二热管，再生空气出风道，再生空气进风道，处理空气出风道，处理空气进风道，处理空气送风机和再生空气排风机；其中，所述第一热管具有第一热管蒸发端和第一热管冷凝端；所述第二热管具有第二热管蒸发端和第二热管冷凝端；所述超声波除湿转轮包括局部辐射棒形超声波换能器，吸湿材料，隔板和外壳；所述局部辐射棒形超声波换能器包括外盖板，内盖板和压电陶瓷晶片；所述超声波除湿转轮被分为工作区和再生区，所述工作区和所述再生区在垂直于所述超声波除湿转轮的轴线的截面上为互补的两个扇形区域；所述工作区的进风口和排风口分别与所述处理空气进风道和所述处理空气出风道相连；所述再生区的进风口和排风口分别与所述再生空气进风道和所述再生空气出风道相连；所述局部辐射棒形超声波换能器的电极导线通过位于所述再生区的中间位置的活动电刷和超声波发生器的电输出接口相接触；所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第一蒸发器和所述第二蒸发器相互连接，构成一热泵系统；所述第一蒸发器置于所述处理空气进风道中，位于所述工作区的所述进风口处；所述第一热管蒸发端、所述第二蒸发器和所述处理空气送风机按处理空气流向依次置于所述处理空气出风道中；所述第一热管冷凝端、所述第二热管冷凝端和所述冷凝器按再生空气流向依次置于所述再生空气进风道中；所述第二热管蒸发端和所述再生空气排风机按再生空气流向依次置于再生空气出风道中。

较佳地，所述局部辐射棒形超声波换能器包括管状的内盖板、套设在所述内盖板外的管状的外盖板，以及均匀设置于所述内盖板与所述外盖板间的多个性能参数一致的管弧状的压电陶瓷晶片，其中，多个所述压电陶瓷晶片间隔紧密地固定于所述内盖板的外表面上，相邻两个所述压电陶瓷晶片之间彼此隔离；所述外盖板与多个所述压电陶瓷晶片间为过盈配合。进一步地，所述局部辐射棒形超声波换能器由所述压电陶瓷晶片、所述外盖板和所述内盖板通过热处理方式组装而成；所述热处理方式包括：首先，将所述外盖板的内径加工为预定的负公差，所述内盖板的外径与所述压电陶瓷晶片的内径一致；其次，将多个所述压电陶瓷晶片间隔紧密地固定于所述内盖板的外表面上，相邻两个所述压电陶瓷晶片之间彼此隔离；再次，将所述外盖板加热到所述热处理的温度后套设在所述压电陶瓷晶片的外侧，所述热处理的温度低于所述压电陶瓷晶片的居里温度；最后，冷却到室温，即完成所述局部辐射棒形超声波换能器的组装；其中，所述外盖板的冷却收缩对所述压电陶瓷晶片施加足够大的径向预应力，从而，当单个所述压电陶瓷晶片的电极导线与所述超声波发生器的电输出端相接触时，在所述外盖板上产生和该压电陶瓷晶片相对应的局部辐射面。

较佳地，所述超声波除湿转轮中的所述隔板沿径向方向延伸，所述隔板和所述吸湿材料中的气流通道平行；在垂直于所述超声波除湿转轮的轴线的截面上，所述吸湿材料被所述隔板均等分割成个独立的扇形的单元体，各所述单元体和所述局部辐射棒形超声波换能器的所述局部辐射面相对应；所述单元体的内圆弧面通过四环氧树脂与所述外盖板牢固粘接，所述单元体的外圆弧面和两侧面则分别与外壳和隔板间构成有缝紧密连接关系；所述再生区占所述超声波除湿转轮的横截面积的八分之三，所述工作区占所述超声波除湿转轮的横截面积的八分之五。

较佳地，所述局部辐射棒形超声波换能器中的所述外盖板由铝合金制成，所述内盖板由钢制成，所述压电陶瓷晶片为PZT4型压电晶体材料，所述局部辐射棒形超声波换能器的局部单元谐振频率范围为20kHz～50kHz。

较佳地，所述隔板和所述外壳均采用不锈钢材料制作；所述吸湿材料以蜂窝陶瓷为载体材料，以硅胶为除湿剂材料；所述热泵系统中的所述冷凝器的冷凝温度为70℃以上；所述第一蒸发器和所述第二蒸发器的蒸发温度为15℃～20℃；所述热泵系统的工作工质为无毒、不可燃的中高温热泵工质；所述第一热管和所述第二热管的工作温度区间为20℃～100℃。

超声波强化除湿剂再生的基本原理如下：当超声波能量达到一定阈值后，将在传播介质中产生高频的机械振动效应，这种高频振动一方面有助于破坏固体除湿剂外表面的水气膜，降低除湿剂气侧的传质阻力，提高气侧传质速率；同时，超声波能量被传播介质吸收，介质温度会因此升高，从而提高除湿剂内部的湿扩散速率。由于超声波能量随超声波传播而传递，因此，和热空气再生方法(热传导方式)相比，能量损失将会大幅度降低。

本发明利用中高温热泵系统的高能效特点，对再生空气进行加热，利用热管元件高导热特性对转轮再生区出口再生空气和工作区出口处理空气中的潜在废热进行热回收，对转轮再生区进口再生空气进行预热，以降低再生空气的热泵加热能耗，同时，还利用超声波强化除湿剂再生的方法，降低转轮除湿剂对再生空气温度的要求，以提高热泵系统工作效率。本发明的采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统最终达到除湿空调系统的节能目的，具有很强的适应性和可操作性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统的一个实施例的流程示意图。

图2是图1所示实施例的局部辐射棒形超声波换能器的放大示意图。

图3是图1所示实施例的超声波除湿转轮的示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明装置实施例包括超声波除湿转轮1，超声波发生器2，压缩机3，冷凝器4，节流阀5，第一蒸发器6，第二蒸发器7，第一热管蒸发端8，第一热管冷凝端9，第二热管蒸发端10，第二热管冷凝端11，再生空气出风道12，再生空气进风道13，处理空气出风道14，处理空气进风道15，处理空气送风机16，再生空气排风机17，其中，超声波除湿转轮1包括局部辐射棒形超声波换能器21，吸湿材料22，隔板23，外壳24，局部辐射棒形超声波换能器21包括外盖板18，内盖板19，压电陶瓷晶片20。

如图1所示，超声波除湿转轮1工作区的进风口和排风口分别与处理空气进风道15和处理空气出风道14相连，超声波除湿转轮1再生区的进风口和排风口分别与再生空气进风道13和再生空气出风道12相连，第一热管蒸发端8和第一热管冷凝端9相连，第二热管蒸发端10和第二热管冷凝端11相连，局部辐射棒形超声波换能器21的电极导线通过活动电刷(位于超声波除湿转轮1再生区的中间位置，图中未示出)和超声波发生器2的电输出接口相接触；压缩机3、冷凝器4、节流阀5、第一蒸发器6和第二蒸发器7根据热泵系统原理进行连接；第一蒸发器6置于处理空气进风道15中位于除湿转轮工作区的进风口处，第一热管蒸发端8、第二蒸发器7和处理空气送风机16按处理空气流向依次置于处理空气出风道14中；第一热管冷凝端9、第二热管冷凝端11和冷凝器4按再生空气流向依次置于再生空气进风道13中，第二热管蒸发端10和再生空气排风机17按再生空气流向依次置于再生空气出风道12中。

如图2所示，八块管弧状压电陶瓷晶片20、管状外盖板18和管状内盖板19通过热处理方式加工而成局部辐射棒形超声波换能器21，热处理温度低于压电陶瓷的居里温度，管状外盖板18内径加工一负公差，公差大小视具体情况而定，管状内盖板19的外径和管弧状压电陶瓷晶片20的内径一致，八个性能参数一致的管弧状压电陶瓷晶片20首先间隔紧密固定于管状内盖板19的外表面上，相邻两压电陶瓷晶片20之间彼此隔离，然后利用管状外盖板18冷却收缩对压电陶瓷晶片20施加足够大径向预应力，这样，当单个管弧状压电陶瓷晶片20的电极导线和超声波发生器2的电输出端相接触时，就会在外盖板18上产生和该管弧状压电陶瓷晶片相对应的局部辐射面。

如图3所示，超声波除湿转轮1中的隔板23和吸湿材料22中的气流通道平行，从超声波除湿转轮1的截面看，其中的吸湿材料22被隔板23均等分割成8个独立的扇形单元体，各单元体和局部辐射棒形超声波换能器21的局部辐射面相对应，单元体的内圆弧面和对应的外盖板18的局部辐射面进行牢固粘接，为使超声波有效传入吸湿材料22，粘接剂采用四环氧树脂，单元体的外圆弧面和两侧面则分别与外壳24和隔板23进行有缝紧密连接。超声波除湿转轮1的再生区占转轮横截面积的八分之三，工作区占转轮横截面积的八分之五。

再生空气在再生空气排风机17的作用下，首先经流第一热管冷凝端9，利用热管高导热特性回收处理空气出风道14中的热空气热能，再经流第二热管冷凝端11，同样利用热管高导热特性回收再生空气出风道12中的热空气热能，然后经流冷凝器4，被加热至一定温度后对转轮再生区的固体除湿剂进行再生，最后经流第二热管蒸发端10被冷却后排至室外。被处理湿空气在处理空气送风机16的作用下首先经流第一蒸发器6，被预冷至准饱和状态，然后经流超声波除湿转轮1的工作区，发生升温降湿过程，然后经流第一热管蒸发端8，通过第一热管向再生空气进风道13的进口空气排热，被处理空气的温度有一定程度下降，最后经流第二蒸发器7，被处理空气温度下降至空调房间要求的送风温度状态。

超声波除湿转轮1在电机的带动下缓慢旋转，当其中的某个除湿剂单元体完全进入再生区时，该单元体对应的压电陶瓷晶片20的电极导线和超声波发生器2的电输出端开始接触，此时，该单元体中的除湿剂被一定强度的超声波辐射作用，进入超声波耦合热空气再生过程，当该单元体重新开始进入工作区时，与之对应的压电陶瓷晶片20的电极导线和超声波发生器2的电输出端脱离，此时，该单元体中的除湿剂一部分处于再生区，继续被热空气再生，其它部分则处于工作区，开始进行除湿工作。

本实施例中，局部辐射棒形超声波换能器21中的外盖板18由高强度的铝合金制成，内盖板19由钢制成，压电陶瓷晶片20采用PZT4型压电晶体材料(居里温度为300℃)，局部辐射棒形超声波换能器21的局部单元谐振频率范围为20kHz～50kHz，功率根据除湿转轮的尺寸大小和实际情况确定。隔板23和外壳24均采用结构强度大且抗腐蚀性高的不锈钢材料制作，吸湿材料22选择蜂窝陶瓷等易于超声波传播的载体材料和硅胶等吸湿性能良好且环保的除湿剂材料，热泵系统的冷凝器4冷凝温度要求达到70℃以上，第一蒸发器6和第二蒸发器7的蒸发温度为15℃～20℃，热泵系统的工作工质选择环境友好型、无毒、不可燃且具有较高COP的中高温热泵工质，第一热管和第二热管的工作温度区间为20℃～100℃。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调系统，包括：

超声波除湿转轮，超声波发生器，压缩机，冷凝器，节流阀，第一蒸发器，第二蒸发器，第一热管，第二热管，再生空气出风道，再生空气进风道，处理空气出风道，处理空气进风道，处理空气送风机和再生空气排风机；其中，

所述第一热管具有第一热管蒸发端和第一热管冷凝端；所述第二热管具有第二热管蒸发端和第二热管冷凝端；

所述超声波除湿转轮包括局部辐射棒形超声波换能器，吸湿材料，隔板和外壳；

所述局部辐射棒形超声波换能器包括外盖板，内盖板和压电陶瓷晶片；

所述超声波除湿转轮被分为工作区和再生区，所述工作区和所述再生区在垂直于所述超声波除湿转轮的轴线的截面上为互补的两个扇形区域；

所述工作区的进风口和排风口分别与所述处理空气进风道和所述处理空气出风道相连；所述再生区的进风口和排风口分别与所述再生空气进风道和所述再生空气出风道相连；

所述局部辐射棒形超声波换能器的电极导线通过位于所述再生区的中间位置的活动电刷和超声波发生器的电输出接口相接触；

所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第一蒸发器和所述第二蒸发器相互连接，构成一热泵系统；

所述第一蒸发器置于所述处理空气进风道中，位于所述工作区的所述进风口处；所述第一热管蒸发端、所述第二蒸发器和所述处理空气送风机按处理空气流向依次置于所述处理空气出风道中；所述第一热管冷凝端、所述第二热管冷凝端和所述冷凝器按再生空气流向依次置于所述再生空气进风道中；所述第二热管蒸发端和所述再生空气排风机按再生空气流向依次置于再生空气出风道中。

2.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，

所述局部辐射棒形超声波换能器包括管状的内盖板、套设在所述内盖板外的管状的外盖板，以及均匀设置于所述内盖板与所述外盖板间的多个性能参数一致的管弧状的压电陶瓷晶片，其中，多个所述压电陶瓷晶片间隔紧密地固定于所述内盖板的外表面上，相邻两个所述压电陶瓷晶片之间彼此隔离；所述外盖板与多个所述压电陶瓷晶片间为过盈配合。

3.如权利要求2所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，

所述局部辐射棒形超声波换能器由多个所述压电陶瓷晶片、所述外盖板和所述内盖板通过热处理方式组装而成；所述热处理方式包括：

首先，将所述外盖板的内径加工为预定的负公差，所述内盖板的外径与所述压电陶瓷晶片的内径一致；

其次，将多个所述压电陶瓷晶片间隔紧密地固定于所述内盖板的外表面上，相邻两个所述压电陶瓷晶片之间彼此隔离；

再次，将所述外盖板加热到所述热处理的温度后套设在所述压电陶瓷晶片的外侧，所述热处理的温度低于所述压电陶瓷晶片的居里温度；

最后，冷却到室温，即完成所述局部辐射棒形超声波换能器的组装；

其中，所述外盖板的冷却收缩对所述压电陶瓷晶片施加足够大的径向预应力，从而，当单个所述压电陶瓷晶片的电极导线与所述超声波发生器的电输出端相接触时，在所述外盖板上产生和该压电陶瓷晶片相对应的局部辐射面。

4.如权利要求3所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述超声波除湿转轮中的所述隔板沿径向方向延伸，所述隔板和所述吸湿材料中的气流通道平行；

在垂直于所述超声波除湿转轮的轴线的截面上，所述吸湿材料被所述隔板均等分割成个独立的扇形的单元体，各所述单元体和所述局部辐射棒形超声波换能器的所述局部辐射面相对应；

所述单元体的内圆弧面通过四环氧树脂与所述外盖板牢固粘接，所述单元体的外圆弧面和两侧面则分别与外壳和隔板间构成有缝紧密连接关系；

所述再生区占所述超声波除湿转轮的横截面积的八分之三，所述工作区占所述超声波除湿转轮的横截面积的八分之五。

5.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述局部辐射棒形超声波换能器中的所述外盖板由铝合金制成，所述内盖板由钢制成，所述压电陶瓷晶片为PZT4型压电晶体材料，所述局部辐射棒形超声波换能器的局部单元谐振频率范围为20kHz～50kHz。

6.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述隔板和所述外壳均采用不锈钢材料制作，所述吸湿材料以蜂窝陶瓷为载体材料，以硅胶为除湿剂材料。

7.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述热泵系统中的所述冷凝器的冷凝温度为70℃以上。

8.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器的蒸发温度为15℃～20℃，

9.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述热泵系统的工作工质为无毒、不可燃的中高温热泵工质。

10.如权利要求1所述的转轮除湿空调系统，其特征在于，所述第一热管和所述第二热管的工作温度区间为20℃～100℃。

Images