CN106895507A - 一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：包括正极板、包覆有氧化石墨烯膜组件的膜基底板、负极板、回风机、新风机、电源控制器、新风进口和出口湿度传感器，膜基底板设置在相向对称设置的正极板与负极板的之间，分别形成新风道和回风道；回风机设置在回风道的进口，新风机设置在新风道的进口，膜基底板的中部和尾部分别设有新风进口和出口湿度传感器；新风机送入的室外新风与回风机送入的室内回风之间形成在包覆有氧化石墨烯膜组件的膜基底板两侧的水蒸气分压力差，所述氧化石墨烯膜组件具有对空气中水蒸气的选择透过性。本发明具有能耗低和效率高等特点，广泛适用于各种需要利用空气直接除湿的场合使用。

Description

一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置
技术领域
本发明属于空气温湿度处理技术领域，特别是涉及一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置。
背景技术
随着人们对室内空气品质的需求不断加大，温湿度独立控制系统成为当今空调领域的研究热点。潮湿的室内环境会影响人的热舒适感，导致细菌生长繁殖，影响人们健康。因此，必须采取有效的措施来保证空气湿度符合要求。
膜除湿是近年来随着膜分离技术发展而产生的新型除湿技术，主要是利用膜的选择透过性，水蒸气可以通过膜而氧气、氮气等不能通过，这样就将水蒸气从空气中分离出来。由于膜分离技术具有设备简单、操作方便、能耗低等优点，因此，膜除湿技术成为当今热门的研究热点。
中国专利申请201310145976.3公开了一种基于电渗析的空气除湿装置，包括直流电源和除湿单元，其中除湿单元包括正电极、负电极、高分子分离膜、塑料膜、除湿室和吹扫室。本发明装置利用直流电场中水蒸气的定向移动以及高分子分离膜对水蒸气分子的较高渗透系数直接对湿空气进行除湿，提高了除湿的效果及准确性，避免了无谓能量的消耗。与传统冷冻除湿装置相比，本发明装置结构简单，操作方便。本发明装置可以使用清洁环保的太阳能光伏发电系统(或风能发电等产生电力的系统)进行驱动，起到了节能减排的效果，有效的利用了各种自然能源。但还存在明显的不足：膜部件繁多，成本较高；同时由于除湿室和吹扫室交替存在，因此会存在互相干扰的情况，使除湿效果降低；且塑料膜不耐高温，安全性能较低，因此直接影响其使用寿命。
中国专利申请201410348907.7公开了一种基于电渗析的高压放电空气除湿装置，包括电源、正极装置、负极装置、分离室和水蒸气分离膜；电源的正极连接到正极装置，电源的负极连接到负极装置；所述水蒸气分离膜设置在分离室内并将分离室分隔成两个互不相通的区域，每个区域内均设有与外界连通的气体出入口，所述正极装置和负极装置分别设置在这两个区域内。本发明利用高压电晕放电使得气体被电离，并在电场中向正电极板移动以及利用高分子分离膜对水蒸气分子的较高渗透系数分离水蒸气分子从而直接对湿空气进行除湿，整个除湿系统结构简单，操作方便。但还存在明显的不足：在高压电场的作用下，聚合物膜容易产生膜极化的现象，导致膜的渗透率降低，进而影响除湿效率；同时利用高压进行除湿，单位时间用电耗能比较大。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，本发明具有能耗低和效率高等特点，广泛适用于各种需要利用空气直接除湿的场合使用。
根据本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：包括正极板、包覆有氧化石墨烯膜组件的膜基底板、负极板、回风机、新风机、电源控制器、新风进口湿度传感器、新风出口湿度传感器，所述膜基底板设置在相向对称设置的正极板与负极板的之间，将正极板与膜基底板之间形成新风道，将负极板与膜基底板之间形成回风道；所述回风机设置在回风道的进口，所述新风机设置在新风道的进口，所述膜基底板的中部设有新风进口湿度传感器，所述膜基底板的尾部设有新风出口湿度传感器；所述新风机送入的室外新风与回风机送入的室内回风之间形成在包覆有氧化石墨烯膜组件的膜基底板两侧的水蒸气分压力差，所述氧化石墨烯膜组件具有对空气中水蒸气的选择透过性；所述正极板连接电源控制器的正极、负极板连接电源控制器的负极，新风进口湿度传感器和新风出口湿度传感器分别通过传输线与电源控制器相连接。
本发明的实现原理是：氧化石墨烯材料作为石墨烯的一种衍生物，是由单层碳原子构成二维网格结构，与石墨烯不同的是，在氧化石墨烯中，分布着大量的极性含氧官能团，包括位于表面的羟基、环氧基和边缘的羧基。由于这些含氧官能团的存在，氧化石墨烯具有良好的亲水性能。因此，选取氧化石墨烯作为选择性透过膜的材料是有利于除湿的。同时由于空气中的水分子是极性分子，水分子中的共用电子对偏向于氧原子一方，使水分子两端分别带有正负电荷。其中电渗析技术是利用直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来的电化学过程。因此，采用电渗析技术可以引导空气中的水蒸气趋向于膜表面运动。本发明的具体实现过程是，首先本发明的新风机将室外新风送入除湿装置中，位于膜基底板中部膜表面的新风进口湿度传感器将室外新风的湿度信息传递给电源控制器，从而给出响应并逐步加大电场；同时位于出风口侧的新风出口湿度传感器将处理后的空气湿度信息传递给电源控制器，当达到合适的送风湿度条件时，则维持电场中的电场强度不变；在电场力的作用下，空气中的极性分子趋向于膜表面运动；通过氧化石墨烯膜组件对空气中水蒸气的选择透过性，以及氧化石墨烯膜组件两侧空气中水蒸气的分压力差，完成吸附和扩散过程；在回风机的作用下，将室内回风送入到除湿装置中，回风风速略大于送风风速，通过反向吹扫的形式，带走氧化石墨烯膜组件中的水蒸气，从而完成解吸过程。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
第一，本发明结合电渗析技术进行空气直接除湿，与常用的膜除湿相比，基于空气中水蒸气分子的极性、氧化石墨烯膜组件的亲水性，在电场作用下，空气中水蒸气趋向于膜表面运动，氧化石墨烯膜组件表面的吸附能力提高。
第二，本发明采用氧化石墨烯膜组件除湿与其他无机膜除湿相比，具有比表面积大，单位氧化石墨烯膜组件面积通水量大的特点。
第三，本发明利用室外新风和室内回风的水蒸气分压力差，循环的工质是空气，因此环保无污染。
第四，本发明设置新风进口湿度传感器和新风出口湿度传感器，通过测得空气中湿度的大小对除湿设备的电场强度进行控制，因此相比于其它电渗析空气除湿，既节能又可控制。
第五，本发明的除湿方式与现有的除湿方式相比，基于氧化石墨烯膜组件的膜表面是由碳原子和含氧官能团组成，因此氧化石墨烯膜具有较小的膜阻，机械强度高、膜亲水性强，且在电场作用下，不易发生膜极化的现象，从而达到高效除湿。广泛适用于各种需要利用空气直接除湿的场合使用。
附图说明
图1是本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置的原理示意图。
图2是图1公开的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置的A-A截面示意图。
图3是本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置的使用流程示意图。
附图中的编号说明：正极板1、氧化石墨烯膜组件2、膜基底板3、负极板4、回风机5、新风机6、电源控制器7、新风进口湿度传感器8、新风出口湿度传感器9、传输线10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
结合图1和图2，本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，包括正极板(1)、包覆有氧化石墨烯膜组件(2)的膜基底板(3)、负极板(4)、回风机(5)、新风机(6)、电源控制器(7)、新风进口湿度传感器(8)、新风出口湿度传感器(9)，所述膜基底板(3)设置在相向对称设置的正极板(1)与负极板(4)的之间，将正极板(1)与膜基底板(3)之间形成新风道，将负极板(4)与膜基底板(3)之间形成回风道；所述回风机(5)设置在回风道的进口，所述新风机(6)设置在新风道的进口，所述膜基底板(3)的中部设有新风进口湿度传感器(8)，所述膜基底板(3)的尾部设有新风出口湿度传感器(9)；所述新风机(6)送入的室外新风与回风机(5)送入的室内回风之间形成在包覆有氧化石墨烯膜组件(2)的膜基底板(3)两侧的水蒸气分压力差，所述氧化石墨烯膜组件(2)具有对空气中水蒸气的选择透过性；所述正极板(1)连接电源控制器(7)的正极、负极板(4)连接电源控制器(7)的负极，新风进口湿度传感器(8)和新风出口湿度传感器(9)分别通过传输线(10)与电源控制器(7)相连接。
本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置的进一步优选方案是：
所述氧化石墨烯膜组件(2)为多层氧化石墨烯膜堆叠构成；所述多层氧化石墨烯膜为2-6层氧化石墨烯膜，最佳为4层氧化石墨烯膜。
所述回风机(5)的风速略大于新风机(6)的风速。
所述的膜基底板(3)的材质包括硅基板、玻璃基底板或PET基底板。
所述新风机(6)与室外新风管连接。
所述回风机(5)与室内回风管连接。
所述新风道进口的室外新风流动方向与回风道进口的室内回风流动方向为相反流动。
所述新风进口湿度传感器(8)和新风出口湿度传感器(9)分别根据空气湿度情况向电源控制器(7)传递控制信号。
结合图3，进一步公开本发明的具体实施例。本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置的使用过程是：当室外新风经由新风机(6)送入本发明除湿装置时，由新风进口湿度传感器(8)测得空气中的湿度，通过传输线(10)将信号传递给电源控制器(7)，所述电源控制器(7)给出响应并逐步加大电场强度，直到新风出口湿度传感器(9)测得出风口的空气湿度符合送风标准，则维持电场强度恒定；一旦当新风进口湿度传感器(8)感应到空气中的湿度较高时，即将信号通过传输线(10)传递给电源控制器(7)，所述电源控制器(7)适度降低给出响应的电场强度，直到新风出口湿度传感器(9)测得出风口的空气湿度符合送风标准，则维持电场强度恒定；从而实现周而复始的循环控制，保证了本发明设备的可靠运行。
本发明的具体实施方式中凡未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：包括正极板(1)、包覆有氧化石墨烯膜组件(2)的膜基底板(3)、负极板(4)、回风机(5)、新风机(6)、电源控制器(7)、新风进口湿度传感器(8)、新风出口湿度传感器(9)，所述膜基底板(3)设置在相向对称设置的正极板(1)与负极板(4)的之间，将正极板(1)与膜基底板(3)之间形成新风道，将负极板(4)与膜基底板(3)之间形成回风道；所述回风机(5)设置在回风道的进口，所述新风机(6)设置在新风道的进口，所述膜基底板(3)的中部设有新风进口湿度传感器(8)，所述膜基底板(3)的尾部设有新风出口湿度传感器(9)；所述新风机(6)送入的室外新风与回风机(5)送入的室内回风之间形成在包覆有氧化石墨烯膜组件(2)的膜基底板(3)两侧的水蒸气分压力差，所述氧化石墨烯膜组件(2)具有对空气中水蒸气的选择透过性；所述正极板(1)连接电源控制器(7)的正极、负极板(4)连接电源控制器(7)的负极，新风进口湿度传感器(8)和新风出口湿度传感器(9)分别通过传输线(10)与电源控制器(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述氧化石墨烯膜组件(2)为多层氧化石墨烯膜堆叠构成。
3.根据权利要求2所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述回风机(5)的风速略大于新风机(6)的风速。
4.根据权利要求3所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述的膜基底板(3)的材质包括硅基板、玻璃基底板或PET基底板。
5.根据权利要求4所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述新风机(6)与室外新风管连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述回风机(5)与室内回风管连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述新风道进口的室外新风流动方向与回风道进口的室内回风流动方向为相反流动方向。
8.根据权利要求7所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述新风进口湿度传感器(8)和新风出口湿度传感器(9)分别根据空气湿度情况向电源控制器(7)传递控制信号。
9.根据权利要求2所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述氧化石墨烯膜组件(2)为2-6层氧化石墨烯膜堆叠构成。
10.根据权利要求9所述的一种基于氧化石墨烯膜电渗析空气直接除湿的控制装置，其特征在于：所述氧化石墨烯膜组件(2)为4层氧化石墨烯膜堆叠构成。
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