CN104949231A - 除湿设备与除湿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种除湿设备与除湿方法。除湿设备适于收集外界的气体并除去气体中的水气。除湿设备包括进气管、喉部管、排气管以及连通装置。进气管具有两相对的第一端部与第二端部，其中进气管的截面积自第一端部渐缩至第二端部。喉部管连接第二端部。排气管连接喉部管，其中喉部管位于第二端部与排气管之间，且喉部管的截面积小于排气管的截面积。连通装置连接于集气管与排气管之间。

Description

除湿设备与除湿方法

技术领域

本发明涉及一种除湿设备与除湿方法，且特别是涉及一种采用超音速喷嘴的除湿设备与除湿方法。

背景技术

现有的空调除湿系统常见有冷冻除湿法、除湿轮除湿法、化学除湿法及膜式除湿法等设计，以下将针对前述设计的缺陷提出说明。冷冻除湿法是以冷媒为媒介，并利用压缩与冷却原理进行空气的吸湿与冷却，但是其电力的耗费相当可观。除湿轮除湿法是通过旋转轮来达到除湿的功效，其中旋转轮大致上可分为两相对的吸附侧与再生侧。通常而言，吸附侧填充有树脂以吸收空气中的水气，并于再生侧进行加热再生以去除水气，但是旋转轮可处理的气量较低，故不适用于大型空调，且于加热再生时所耗费的电力也相当可观。

另一方面，化学除湿法是通过洗涤塔(scrubber)的原理，将化学药液与外界空气充分混合，其中化学药液的蒸气分压低于外界空气中的水气的蒸气分压，两者之间的蒸气分压的压差可作为质传驱动力(mass transfer driving force)以进行除湿。然而，当化学药液所吸收的水气量过多而造成其浓度大幅下降时，即需通过加热再生的方式来恢复化学药液的初始浓度以循环利用，但是加热再生时所耗费的电力相当可观。膜式除湿法则是利用高分子透析膜(macromolecular dialysis membrane)来将外界空气中的水气吸附以达到除湿的功效，但是高分子透析膜可处理的气量过低，故不适用于大型空调，且高分子透析膜的材料的成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种除湿设备与除湿方法，可使气体达到超音速(supersonic)以进行除湿，并可降低电力消耗及运作成本。

为达上述目的，本发明的除湿设备，适于收集外界的气体并除去气体中的水气。除湿设备包括进气管、喉部管、排气管以及连通装置。进气管具有两相对的第一端部与第二端部，其中进气管的截面积自第一端部渐缩至第二端部。喉部管连接第二端部。排气管连接喉部管，其中喉部管位于第二端部与排气管之间，且喉部管的截面积小于排气管的截面积。连通装置连接于集气管与排气管之间。

在本发明的一实施例中，上述的喉部管的截面积与排气管的截面积之间的比例为1:1.2。

在本发明的一实施例中，上述的连通装置包括第一连通管、控制阀以及泵。第一连通管连接于集气管与排气管之间。控制阀连接第一连通管。泵连接第一连通管，且位于排气管与控制阀之间。

在本发明的一实施例中，上述的除湿设备还包括气流导引装置。气流导引装置连接进气管，且进气管位于喉部管与气流导引装置之间。

在本发明的一实施例中，上述的除湿设备还包括两皮托管。前述两个皮托管分别设置于气流导引装置内与排气管。

在本发明的一实施例中，上述的气流导引装置包括罩体、多个导引叶片以及第二连通管。这些导引叶片枢设于罩体内，并依罩体的中心轴放射状排列。第二连通管连接于罩体与第一端部之间，且第二连通管的截面积自罩体渐缩至第一端部。

本发明的除湿方法包括以下步骤。首先，提供除湿设备，此除湿设备包括进气管、喉部管、排气管以及连接于集气管与排气管之间的连通装置，其中进气管具有两相对的第一端部与第二端部，且进气管的截面积自第一端部渐缩至第二端部。喉部管连接于第二端部与排气管之间，且喉部管的截面积小于排气管的截面积。接着，通过进气管自第一端部引入外界的气体，并使气体加速以自第二端部进入喉部管，且于通过喉部管时达到超音速。之后，通过喉部管与排气管持续加速气体，并将气体中的水气脱除，

在本发明的一实施例中，上述的除湿方法还包括以下步骤。首先，通过泵抽取排气管内的气体，并通过第一连通管输送至控制阀。接着，通过控制阀连通外界与第一连通管以将排气管内的气体排放至外界，并于进气管内的气压相对高于排气管内的气压后关闭泵与控制阀。之后，通过进气管内的气压与排气管内的气压之间的压差，使得进气管内的气体被推送至喉部管与排气管，且被加速至超音速。

在本发明的一实施例中，在通过喉部管与排气管持续加速气体并产生震波之前还包括以下步骤。首先，通过泵抽取排气管内的气体，并通过第一连通管输送至控制阀。之后，通过控制阀连通进气管与第一连通管以将排气管内的气体输送至进气管，使得气体于通过喉部管时被加速至超音速。

在本发明的一实施例中，上述的除湿方法还包括以下步骤。连接气流导引装置与进气管，其中进气管位于喉部管与气流导引装置之间，并通过气流导引装置收集外界的气体进入进气管，且沿气流导引装置的中心轴旋转。

在本发明的一实施例中，上述的除湿方法还包括以下步骤。分别设置两皮托管于气流导引装置与排气管，以侦测出气体通过气流导引装置时的流速与气体通过排气管时的流速。

基于上述，由于本发明的进气管、喉部管以及排气管构成渐缩渐扩(convergent-divergent)形式的喷嘴，因此根据空气动力学的理论，通过进气管、喉部管以及排气管后的气体可被加速至超音速，进而脱除气体中的水气，并且有助于降低电力消耗及运作成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的除湿设备的示意图。

图2是图1的气流导引装置的正视图。

符号说明

100：电子装置

101：喷嘴

110：进气管

111：第一端部

112：第二端部

120：喉部管

121、131：截面积

130：排气管

140：连通装置

141：第一连通管

142：控制阀

143：泵

150：气流导引装置

151：罩体

152：导引叶片

153：第二连通管

160：皮托管

G：气体

X：轴线

具体实施方式

图1是本发明一实施例的除湿设备的示意图，其中气体G是以箭头表示于图1。请参考图1，在本实施例中，除湿设备100适于收集外界的气体G并除去气体G中的水气。除湿设备100包括进气管110、喉部管120、排气管130以及连通装置140，其中依序连接的进气管110、喉部管120与排气管130为同轴设置以构成喷嘴(nozzle)101。

进气管110具有两相对的第一端部111与第二端部112，其中进气管110垂直于轴线X的截面积自第一端部111渐缩至第二端部112，即呈现出渐缩(convergent)的形式。喉部管120连接于第二端部112与排气管130之间，其中喉部管120垂直于轴线X的多个截面积121(图1仅绘示一个截面积121)互为相等，且排气管130垂直于轴线X的多个截面积131(图1仅绘示一个截面积131)互为相等，但截面积121小于截面积131。也就是说，相连通的喉部管120与排气管130呈现出渐扩(divergent)的形式，且截面积121与截面积131之间的比例可为1:1.2。

由于进气管110垂直于轴线X的截面积自第一端部111渐缩至第二端部112，并且喉部管120的截面积121小于排气管130的截面积131，因此本实施例的进气管110、喉部管120以及排气管130可构成渐缩渐扩(convergent-divergent)形式的喷嘴101。

具体而言，连通装置140包括第一连通管141、控制阀142以及泵143。第一连通管141连接于集气管110与排气管130之间，可适时地将排气管130内的气体G抽离。控制阀142例如是双向阀(two-way valve)连接第一连通管141，其中可视操作上的需要，通过控制阀142来将第一连通管141与外界相连通，或者是将第一连通管141与集气管110相连通。另一方面，泵143连接第一连通管140，且位于排气管130与控制阀142之间。也就是说，连通装置140即例如是通过泵143的开启与关闭，来将排气管130内的气体G抽离，而被抽离的气体G会被排放至外界或输送至集气管110则可由控制阀142所决定。

图2是图1的气流导引装置的正视图。请参考图1与图2，在本实施例中，除湿设备100还包括气流导引装置150。气流导引装置150连接进气管110，且进气管110位于喉部管120与气流导引装置150之间。具体而言，气流导引装置150可包括罩体151、多个导引叶片152以及第二连通管153。这些导引叶片152枢设于罩体151内，并依罩体151的中心轴放射状排列，由于罩体151及第二连通管153例如是与喷嘴101同轴设置，因此罩体151的中心轴与轴线X相当。通常而言，依轴线X旋转的导引叶片152可将外界的气体G引入第二连通管153，并产生离心加速度(例如6×10⁵G)以构成将气体G中的水气分离出来的要件之一。

换言之，气体G例如是大致上依轴线X旋转的涡流(vortex flow)，因此在气体G旋转的过程中，气体G中的水气会受到离心加速度的作用而与气体G分离，其中从气体G中分离出来的水气可因温降而凝结成液滴，且被推送至排气管130后排出。通常而言，排出后的液滴可通过收集槽(图未示)加以回收，而不会四处散落。另一方面，第二连通管153连接于罩体151与第一端部111之间，且第二连通管153垂直于轴线X的截面积自罩体151渐缩至第一端部111。也就是说，彼此连接的气流导引装置150与喷嘴101仍为渐缩渐扩(convergent-divergent)的形式。

在以下的描述中，将针对利用除湿设备100来将气体G加速至超音速，并将气体G中的水气脱除的除湿方法做进一步说明，其中除湿设备100的结构配置已说明如上，在此便不再赘述。请参考图1与图2，首先，通过进气管110自第一端部111引入外界的气体G，并使气体G加速以自第二端部112进入喉部管120。具体而言，气体G例如是通过气流导引装置150所收集并进入进气管110，且基于气体G是利用依轴线X旋转的导引叶片152被引入第二连通管153的情况下，导引叶片152所产生的离心加速度(例如6×10⁵G)可先将气体G中的水气分离出来。此时，气体G沿气流导引装置150的中心轴(即轴线X)旋转。

接着，通过进气管110自第一端部111引入外界的气体G(即由气流导引装置150所收集的气体)，并使气体G加速以自第二端部112进入喉部管120。基于进气管110垂直于轴线X的截面积自第一端部111渐缩至第二端部112，即呈现出渐缩的形式，故根据空气动力学以及质量守恒的理论可得知，通过第二端部112时的气体G的流速会大于通过第一端部111时的气体G的流速。以下为质量守恒方程式(1)。

$\stackrel{\·}{m}=\mathrm{\ρVA}=\mathrm{const}---\left(1\right)$

其中，为气体G的质量流率，ρ为气体G的密度，V为气体G通过截面积A的流速。也就是说，在气体G的质量流率为定值，且进气管110垂直于轴线X的截面积自第一端部111渐缩至第二端部112的情况下，通过第二端部112时的气体G的流速会大于通过第一端部111时的气体G的流速，并于气体G通过喉部管120时被加速至超音速。

此时，被加速至超音速的气体G不再遵循通过截面积越小处时的流速越大，而通过截面积越大处时的流速越小的原理。与之相反的是，当被加速至超音速的气体G自截面积较小处往截面积较大处推送时，其流速会持续地被提升，而始终维持在超音速的状态。也就是说，基于喉部管120的截面积121小于排气管130截面积131，即喉部管120与排气管130设置为截面积渐扩的形式，可由此持续提升被加速至超音速的气体G的流速。

另一方面，为了确保在进气管110处于低压的状态下仍可将气体G推送至喉部管120且达到超音速的流速，可首先通过泵143抽取排气管130内的气体G，并通过第一连通管141输送至控制阀142。接着，通过控制阀142连通外界与第一连通管141以将排气管130内的气体G排放至外界，并于进气管110内的气压相对高于排气管130内的气压后关闭泵143与控制阀142。之后，通过进气管110内的气压与排气管130内的气压之间的压差，使得进气管110内的气体G被顺利地推送至喉部管120与排气管130，且被加速至超音速。

为防止被加速至超音速的气体G在通过喉部管120与排气管130时G产生震波(normal shock)，而影响到气体G的流速（超音速）的维持。故在通过喉部管120与排气管130持续加速气体G并产生震波之前，可先通过控制阀142连通进气管110与第一连通管141以将排气管130内的气体G输送至进气管110，使得气体G在通过喉部管120时仍可顺利地被加速至超音速。其中，气体G通过气流导引装置150时的流速与气体G通过排气管130时的流速，可通过在气流导引装置150与排气管130分别设置对应的皮托管(pitot tube)160以侦测得知。

综上所述，由于本发明的进气管、喉部管以及排气管构成渐缩渐扩(convergent-divergent)形式的喷嘴，因此根据空气动力学的理论，通过进气管、喉部管以及排气管后的气体可被加速至超音速，进而脱除气体中的水气，并且有助于降低电力消耗及运作成本。另一方面，为了确保在进气管处于低压的状态下仍可将气体推送至喉部管且达到超音速的流速，可首先通过泵抽取排气管内的气体，并通过第一连通管输送至控制阀。接着，通过控制阀连通外界与第一连通管以将排气管内的气体排放至外界，并于进气管内的气压相对高于排气管内的气压后关闭泵与控制阀。之后，通过进气管内的气压与排气管内的气压之间的压差，使得进气管内的气体被顺利地推送至喉部管与排气管，且被加速至超音速。

虽然已以实施例公开本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种除湿设备，适于收集外界的气体并除去该气体中的水气，其特征在于，该除湿设备包括：

进气管，具有两相对的第一端部与第二端部，其中该进气管的截面积自该第一端部渐缩至该第二端部；

喉部管，连接该第二端部；

排气管，连接该喉部管，其中该喉部管位于该第二端部与该排气管之间，且该喉部管的截面积小于该排气管的截面积；以及

连通装置，连接于该集气管与该排气管之间。

2.如权利要求1所述的除湿设备，其特征在于，该喉部管的截面积与该排气管的截面积之间的比例为1:1.2。

3.如权利要求1所述的除湿设备，其特征在于，该连通装置包括：

第一连通管，连接于该集气管与该排气管之间；

控制阀，连接该第一连通管；以及

泵，连接该第一连通管，其中该泵位于该排气管与该控制阀之间。

4.如权利要求1所述的除湿设备，其特征在于，还包括：

气流导引装置，连接该进气管，且该进气管位于该喉部管与该气流导引装置之间。

5.如权利要求4所述的除湿设备，其特征在于，还包括：

两皮托管，分别设置于该气流导引装置内与该排气管。

6.如权利要求4所述的除湿设备，其特征在于，该气流导引装置包括：

罩体；

多个导引叶片，枢设于该罩体内，并依该罩体的中心轴放射状排列；以及

第二连通管，连接于该罩体与该第一端部之间，且该第二连通管的截面积自该罩体渐缩至该第一端部。

7.一种除湿方法，其特征在于，包括：

提供除湿设备，包括进气管、喉部管、排气管以及连接于该集气管与该排气管之间的连通装置，其中该进气管具有两相对的第一端部与第二端部，且该进气管的截面积自该第一端部渐缩至该第二端部，该喉部管连接于该第二端部与该排气管之间，且该喉部管的截面积小于该排气管的截面积；

通过该进气管自该第一端部引入外界的气体，并使该气体加速以自该第二端部进入该喉部管，且于通过该喉部管时达到超音速；以及

通过该喉部管与该排气管持续加速该气体加速，并将该气体中的水气脱除。

8.如权利要求7所述的除湿方法，其特征在于，该喉部管的截面积与排气管的截面积之间的比例为1:1.2。

9.如权利要求7所述的除湿方法，其特征在于，该第一连通装置包括：

第一连通管，连接于该集气管与该排气管之间；

控制阀，连接该第一连通管；以及

泵，连接该第一连通管，且位于该排气管与该控制阀之间。

10.如权利要求9所述的除湿方法，其特征在于，还包括：

通过该泵抽取该排气管内的该气体，并通过该第一连通管输送至该控制阀；

通过该控制阀连通外界与该第一连通管以将该排气管内的该气体排放至外界，并于该进气管内的气压相对高于该排气管内的气压后关闭该泵与该控制阀；以及

通过该进气管内的气压与该排气管内的气压之间的压差，使得该进气管内的该气体被推送至该喉部管与该排气管，且被加速至超音速。

11.如权利要求9所述的除湿方法，其特征在于，在通过该喉部管与该排气管持续加速该气体并产生震波之前，还包括：

通过该泵抽取该排气管内的该气体，并通过该第一连通管输送至该控制阀；以及

通过该控制阀连通该进气管与该第一连通管以将该排气管内的该气体输送至该进气管，使得该气体于通过该喉部管时被加速至超音速。

12.如权利要求7所述的除湿方法，其特征在于，还包括：

连接气流导引装置与该进气管，其中该进气管位于该喉部管与该气流导引装置之间，并通过该气流导引装置收集外界的该气体进入该进气管，且沿该气流导引装置的中心轴旋转。

13.如权利要求12所述的除湿方法，其特征在于，该气流导引装置包括：

罩体；

多个导引叶片，枢设于该罩体内并依该罩体的中心轴放射状排列；以及

第二连通管，连接于罩体与该进气管的该第一端部之间，其中该第二连通管的截面积自该罩体渐缩至该进气管的该第一端部。

14.如权利要求12所述的除湿方法，其特征在于，还包括：

分别设置两皮托管于该气流导引装置与该排气管，以侦测出该气体通过气流导引装置时的流速与该气体通过该排气管时的流速。