CN105091173B - 一种太阳能驱动的湿度调控装置及湿度调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能驱动的湿度调控装置及湿度调控方法，该湿度调控装置包括太阳能集热器、保温水箱、吸附床、用于吸附床降温的冷却装置及集水器，太阳能集热器将热量输送至保温水箱；保温水箱将热量输送至吸附床；吸附床上设有至少一个水蒸气排放及收集端口和一个集水端口；冷却装置通过管道连通吸附床；集水器通过管道连通所述集水端口。本发明由于将太阳能的热量通过保温水箱输送至吸附床，且可以通过冷却装置对吸附床进行降温降压，进而通过控制吸附床的解吸和吸附过程实现太阳能驱动本发明湿度调控装置对房间进行除湿或加湿,满足舒适性要求，且该装置无运动部件，稳定性好，结构简单，成本低。

Description

一种太阳能驱动的湿度调控装置及湿度调控方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能驱动的湿度调控装置，属于太阳能集热利用和暖通空调领域。

背景技术

通常影响我们家居环境的主要有三个因素，分别是湿度、清洁度、温度。三点因素中，湿度经常被大部分所忽视。其实湿度对人体健康的影响是非常大的，如果湿度过低，空气干燥，就容易咳嗽，而长期呆在湿度过高的房屋中，人体又容易风湿，所以适宜的湿度对人体的健康起着重要的作用。

传统的除湿或加湿设备需要电能来驱动，随着人们生活水平的提高，对房间舒适度的需求也日益增加，从而极大增加了对电能的需求。与此同时，我国太阳能资源分布广泛、具有极大的开发利用潜力，太阳能资源被视为第五大常规能源系统，如何利用太阳能来实现房间除湿与加湿有着重要的意义。目前利用太阳能的空调系统均存在结构复杂、功能单一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能驱动的湿度调控装置，克服现有技术中的除湿或加湿设备均需要电能驱动且结构复杂、功能单一的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种太阳能驱动的湿度调控装置，包括太阳能集热器、保温水箱及吸附床、用于吸附床降温的冷却装置、集水器，所述太阳能集热器将热量输送至保温水箱；所述保温水箱将热量输送至所述吸附床；所述吸附床上设有至少一个水蒸气排放及收集端口和一个集水端口；所述冷却装置通过管道连通所述吸附床；所述集水器通过管道连接所述集水端口。

本发明的有益效果是：本发明由于将太阳能的热量通过保温水箱输送至吸附床，且可以通过冷却装置对吸附床进行降温降压，进而通过控制吸附床的解吸和吸附过程实现太阳能驱动本发明湿度调控装置对房间进行除湿或加湿,满足舒适性要求。在夏季空气潮湿时，在太阳能驱动下实现除湿功能，能在冬季空气干燥时通过增加空气中含湿量达到加湿的要求，该装置无运动部件，稳定性好，结构简单，成本低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，还包括相变储能罐，所述太阳能集热器通过第一循环管道连通保温水箱内设置的第一换热器，所述相变储能罐安装在所述第一循环管道上；所述第一循环管道上安装有第一循环泵。

采用上述进一步的有益效果是：在第一循环管道上安装有相变储能罐，可以储存一部分能量,以补充阴雨天气辐照不足及夜晚的需求。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述吸附床包括空心柱形本体及空心柱形本体两端的半圆形壳体，所述空心柱形本体的两端设有细孔板，所述空心柱形本体内填充颗粒吸附剂，所述水蒸气排放及收集端口通过水蒸气管道连通所述空心柱形本体一端；所述集水端口设在所述空心柱形本体另一端对应的半圆形壳体上。本发明优选所述颗粒吸附剂为硅胶颗粒。

采用上述进一步的有益效果是：水蒸气排放及收集端口通过水蒸气管道连通所述空心柱形本体一端，颗粒吸附剂解吸或吸附的水蒸气通过水蒸气管道排出或吸入进而方便的实现加湿或除湿的功能，该过程无机械运动，更加方便耐用。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述水蒸气管道上设有第一传质阀门；所述集水端口通过集水蒸汽管道与所述集水器连通，所述集水蒸汽管道上设有第二传质阀门。

采用上述进一步的有益效果是：在需要对房间进行除湿时，第一传质阀门关闭，第二传质阀门打开，通过太阳能对保温水箱传热进而加热吸附床，当吸附床加热干燥后，关闭第二传质阀门，打开第一传质阀门，通过冷却装置对吸附床进行降温，吸附床具有极强的吸附水蒸气的能力，即可以实现除湿功能；当需要对房间进行加湿时，第一传质阀门和第二传质阀门均打开，太阳能对保温水箱传热进而加热吸附床，当吸附床加热干燥后，关闭第一传质阀门，通过冷却装置对吸附床进行降温，此时吸附床通过集水蒸汽管道从集水器吸收大量水蒸气，再关闭第二传质阀门，打开第一传质阀门，太阳能对保温水箱传热进而加热吸附床，即可以实现加湿功能。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述保温水箱通过第二循环管道与所述吸附床内设置的第二换热器连通；所述第二循环管道上设有第二循环泵。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述冷却装置包括冷却水箱及冷却水箱出水管、冷却水箱进水管，所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管的一端均连通所述冷却水箱，其另一端均连通所述第二循环管道；所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管上均设有水阀；所述冷却水箱出水管上设有第三循环泵。

采用上述进一步的有益效果是：冷却水箱中的冷水通过第二循环管道进入第二换热器进而实现对吸附床降温，结构简单，成本低。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管与保温水箱之间的第二循环管道上均设有水阀。

采用上述进一步的有益效果是：在冷却水箱对通过第二换热器对吸附床进行降温时，可以通过关闭所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管与保温水箱之间的水阀，实现冷水在吸附床与冷却水箱之间循环，加快降温的速度。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述保温水箱上还连接有热水出水管道。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述相变储能罐中填充了相变储能小球。

本发明如上所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，进一步，所述相变储能小球的外壳为高密度聚乙烯材料，所述相变储能小球内填充的相变材料为六水氯化钙晶体，相变储能小球中留有10％的余隙容积。

本发明上述所述的太阳能驱动的湿度调控装置的湿度调控方法，包括吸附除湿调控模式和解吸加湿调控模式，

当运行吸附除湿调控模式时，其包括以下步骤：步骤1)，太阳能集热器通过保温水箱将热能传递给吸附床；

步骤2)，吸附床干燥后，使水蒸气排放及收集端口与吸附床连通，集水器与吸附床不连通，通过冷却装置对吸附床进行降温，吸附床通过水蒸气排放及收集端口吸收室内水蒸气进行除湿；

当运行解吸加湿调控模式时，其包括以下步骤：步骤1)，太阳能集热器通过保温水箱将热能传递给吸附床；

步骤2)，吸附床干燥后，使水蒸气排放及收集端口与吸附床不连通，集水器与吸附床连通，通过冷却装置对吸附床进行降温，吸附床通过集水器吸入大量水蒸气；

步骤3)当吸附床吸水饱和后，使水蒸气排放及收集端口与吸附床连通，集水器与吸附床不连通，关闭冷却装置，太阳能集热器通过保温水箱将热量传递给吸附床，吸附床内的水蒸气从水蒸气排放及收集端口溢出实现对室内加湿。

附图说明

图1为本发明一种太阳能驱动的湿度调控装置结构原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、太阳能，2、太阳能集热器，3、第一循环泵，4、相变储能罐，5、玻璃保温棉，6、保温水箱，7、第一换热器，8、相变储能小球，9、第二循环泵，10、冷却水箱，11、第三循环泵，12、第一水阀，13、第二水阀，14、第二换热器，15、颗粒吸附剂，16、第一传质阀门，17、水蒸气排放及收集端口，18、细孔板，19、吸附床，20、第二传质阀门，21、集水器，22、集水端口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种太阳能驱动的湿度调控装置，包括太阳能集热器2、保温水箱6及吸附床19、用于吸附床降温的冷却装置、集水器21，太阳能集热器2将热量输送至保温水箱6；保温水箱6将热量输送至吸附床19；吸附床19上设有至少一个水蒸气排放及收集端口17和一个集水端口22；冷却装置通过管道连通吸附床19；集水器21通过管道连接集水端口22。上述太阳能集热器可以选择平板型太阳能集热器。

本发明在一些具体实施例中还包括相变储能罐，太阳能集热器通过第一循环管道连通保温水箱内设置的第一换热器7，相变储能罐8安装在第一循环管道上；第一循环管道上安装有第一循环泵3。相变储能罐8内储存有变相储能材料，变相储能材料可以为相变储能小球8，相变储能小球的外壳可以选择高密度聚乙烯材料，相变储能小球内填充的相变材料为六水氯化钙晶体，相变储能小球内留有占相变储能小球总容积10％的余隙容积。该相变储能罐可以有效储存一部分能量,以补充阴雨天气辐照不足及夜晚的需求。

本发明在一些示例中保温水箱上还可以连接有热水出水管道，通过热水出水管道可以连接生活用热水装置。

在一些示例，在上述具体实施例，吸附床19可以包括空心柱形本体及空心柱形本体两端的半圆形壳体，空心柱形本体的两端设有细孔板18，其内填充颗粒吸附剂15，水蒸气排放及收集端口17通过水蒸气管道连通空心柱形本体一端，水蒸气排放及收集端口17可以设计成喇叭口形状；所述集水端口22设在空心柱形本体另一端对应的半圆形壳体上。本发明优选颗粒吸附剂可以选择硅胶颗粒，细孔板18可以为细孔金属板。具体地，水蒸气管道上设有第一传质阀门16；集水端口22通过集水蒸汽管道与集水器21连通，集水蒸汽管道上设有第二传质阀门20；保温水箱6通过第二循环管道与吸附床19内设置的第二换热器14连通；第二循环管道上设有第二循环泵9。保温水箱5外面包裹一层玻璃保温棉5来隔热。

在另一些示例中，上述具体实施例中的冷却装置包括冷却水箱10及冷却水箱出水管23、冷却水箱进水管24，冷却水箱出水管23、冷却水箱进水管24的一端均连通冷却水箱10，其另一端均连通第二循环管道；冷却水箱出水管、冷却水箱进水管上分别对应设有第一水阀12、第二水阀13；冷却水箱出水管上设有第三循环泵11。

上述示例的具体工作过程包括以下过程：太阳能加热储能过程中，太阳能集热器2将太阳能转变为热能，第一循环泵3使水在管路中循环流动带出太阳能集热器2中的热量，一部分热量可以储存在相变储能罐4中，将热能转变为化学能，一部分热能在第一循环管道和第一换热器7内循环流动将热量传递至保温水箱6，使水温升高。

在吸附除湿过程中，打开第二循环泵9，关闭第一传质阀门16、打开第二传质阀门20，关闭第一水阀12,第二水阀13，通过太阳能对保温水箱传热进而加热吸附床，当吸附床加热干燥后，打开第一传质阀门16，关闭第二传质阀门20，打开第一水阀12、第二水阀13及第三循环泵11，通过冷却装置的冷却水通过第三循环泵流动来冷却吸附床，吸附床吸附房间的水蒸气实现除湿。

在解吸加湿过程中，打开第二循环泵9，第一传质阀门16和第二传质阀门20均打开，太阳能1对保温水箱传热进而加热吸附床，当吸附床加热干燥后，关闭第一传质阀门16，打开第一水阀12、第二水阀13及第三循环泵11，通过冷却装置对吸附床进行降温，此时吸附床通过集水蒸汽管道从集水器吸收大量水蒸气，再关闭第二传质阀门20，打开第一传质阀门16，太阳能对保温水箱传热进而加热吸附床，即可以实现加湿功能。

本发明如上一种太阳能驱动的湿度调控装置，在另一些具体实施例中，冷却水箱出水管、冷却水箱进水管与保温水箱6之间的第二循环管道上均设有水阀。需要冷却水箱通过第二换热器对吸附床进行降温时，可以通过关闭冷却水箱出水管、冷却水箱进水管与保温水箱之间的水阀，实现冷却水箱中的冷却水仅在吸附床与冷却水箱之间循环，加快降温的速度。

本发明中各个阀门及循环泵的开启及关闭也可以通过PLC逻辑程序控制器控制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，包括太阳能集热器(2)、保温水箱(6)、吸附床(19)、用于吸附床降温的冷却装置及集水器(21)，所述太阳能集热器(2)将热量输送至保温水箱(6)；所述保温水箱(6)将热量输送至所述吸附床(19)；所述吸附床(19)上设有至少一个水蒸气排放及收集端口(17)和至少一个集水端口(22)；所述冷却装置通过管道连通所述吸附床(19)；所述集水器(21)通过管道连接所述集水端口(22)；

所述吸附床(19)包括空心柱形本体及与空心柱形本体两端连接的半圆形壳体，所述空心柱形本体的两端设有细孔板(18)，所述空心柱形本体内填充颗粒吸附剂(15)，所述水蒸气排放及收集端口(17)通过水蒸气管道连通所述空心柱形本体一端；所述集水端口(22)设在所述空心柱形本体另一端对应的半圆形壳体上；

所述水蒸气管道上设有第一传质阀门(16)；所述集水端口(22)通过集水蒸汽管道与所述集水器(21)连通，所述集水蒸汽管道上设有第二传质阀门(20)；

所述冷却装置包括冷却水箱(10)及冷却水箱出水管、冷却水箱进水管，所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管的一端均连通所述冷却水箱，另一端均连通第二循环管道；所述保温水箱(6)通过第二循环管道与吸附床(19)内设置的第二换热器(14)连通；

所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管与保温水箱(6)之间的第二循环管道上均设有水阀。

2.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，还包括相变储能罐(4)，所述太阳能集热器(2)通过第一循环管道连通保温水箱(6)内设置的第一换热器(7)，所述相变储能罐(4)安装在所述第一循环管道上；所述第一循环管道上安装有第一循环泵(3)。

3.根据权利要求2所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，所述第二循环管道上设有第二循环泵(9)。

4.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，所述冷却水箱出水管、冷却水箱进水管上均设有水阀；所述冷却水箱出水管上设有第三循环泵(11)。

5.根据权利要求2所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，所述相变储能罐(4)中填充了相变储能小球(8)。

6.根据权利要求5所述一种太阳能驱动的湿度调控装置，其特征在于，所述相变储能小球(8)的外壳为高密度聚乙烯材料，所述相变储能小球(8)内填充的相变材料为六水氯化钙晶体，所述相变储能小球(8)中留有10％的余隙容积。

7.一种应用于权利要求1至6任一项所述的太阳能驱动的湿度调控装置的湿度调控方法，其特征在于，包括吸附除湿调控模式和解吸加湿调控模式，

当运行吸附除湿调控模式时，其包括以下步骤：步骤1)，太阳能集热器(2)通过保温水箱(6)将热能传递给吸附床(19)；

步骤2)，吸附床干燥后，使水蒸气排放及收集端口(17)与吸附床(19)连通，集水器(21)与吸附床(19)不连通，通过冷却装置对吸附床(19)进行降温，吸附床(19)通过水蒸气排放及收集端口(17)吸收室内水蒸气进行除湿；

当运行解吸加湿调控模式时，其包括以下步骤：步骤1)，太阳能集热器(2)通过保温水箱(6)将热能传递给吸附床(19)；

步骤2)，吸附床干燥后，使水蒸气排放及收集端口(17)与吸附床(19)不连通，集水器(21)与吸附床(19)连通，通过冷却装置对吸附床(19)进行降温，吸附床(19)通过集水器(21)吸入大量水蒸气；

步骤3)当吸附床(19)吸水饱和后，使水蒸气排放及收集端口(17)与吸附床(19)连通，集水器(21)与吸附床(19)不连通，关闭冷却装置，太阳能集热器(2)通过保温水箱将热量传递给吸附床(19)，吸附床内的水蒸气从水蒸气排放及收集端口(17)溢出实现对室内加湿。