CN109764419B - 一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，包括一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，包括储液箱以及设置于储液箱内部的用于去除气体中湿气的除湿单元；除湿单元包括若干除湿圆盘以及穿过所述除湿圆盘中心的转轴(22)；转轴两端穿出储液箱固定于储液箱的侧壁；除湿圆盘包括至少一层用于浸润除湿溶液的润湿层以及所述润湿层表面用于固定润湿层的固定层。本发明装置利用湿润材料的浸润作用对除湿溶液进行布液，并通过除湿圆盘的转动以及湿润材料上溶液的小尺度流动实现传热传质面上的溶液更新，显著减轻了被处理空气的带液问题，同时提升了湿润面的稳定性，在设备安装位置存在摇动、振动的情形下具有优异的应用前景。

Description

一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置

技术领域

本发明涉及一种除湿设备，特别涉及一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置。

背景技术

溶液除湿干燥是一种高效的气体湿度调节方法。在除湿器中，使低水蒸气分压的溶液与需除湿的气体接触，利用水蒸气分压差驱动气体中的水分向溶液中转移，达到降低气体含湿量的目的；在再生器中，使高水蒸气分压的溶液与再生用气体接触，驱动溶液中的水分向气体中转移，达到提升溶液浓度的目的。该技术能够在低品位热能的驱动下实现气体除湿，具有高效利用余热能源的特质，同时也能实现气体温、湿度的解耦处理，提升气体调节过程中的可操作性，具有可观的应用前景。

在传统的溶液除湿/再生装置中，通常利用溶液循环泵来引入大流量的溶液自循环，从而保证填料、降膜板等材料表面具有良好的湿润性，以便维持较大的热湿交换面积。这种方式虽然充分利用了材料的表面积，但是由于溶液流量大，将产生以下问题：(1)溶液循环泵的功耗大，降低了装置运行的经济性；(2)溶液流速过快，导致填料、降膜板等材料表面的溶液薄膜容易破碎并混入气体中，形成液沫携带，影响出口气体品质；(3)若除湿溶液具有腐蚀性，由于上述液沫携带问题，将对气体出口附近设备产生腐蚀作用。

与此同时，在除湿/再生装置的运行过程中，溶液、气体的流量变化以及设备安装位置的摇动、设备的振动等都对除湿/再生装置中的气液接触面产生扰动作用，降低填料表面的湿润性，影响装置的除湿/再生性能，甚至可能威胁装置的正常运作。

利用部分亲水性材料的毛细作用来优化溶液的布液是一种解决上述问题的可行思路，现有技术提出了一种基于毛细作用和滴灌渗透的溶液除湿再生装置，利用多维毛细通道的毛细作用对填料模块进行布液，同时采用较小的溶液循环量，从而在保证填料表面湿润性的同时减小了液相流速，减轻了气体带液问题。但这一方法中溶液循环量的降低将导致溶液更新速度减慢，使得溶液除湿过程中的温升或溶液再生过程中的温降过大，可能导致气液接触面上的传质驱动力不足，影响除湿/再生效率的进一步提升。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，该装置利用湿润材料的浸润作用对除湿溶液进行布液，并通过除湿单元的转动以及湿润材料上溶液的小尺度流动实现传热传质面上的溶液更新，一方面避免了使用溶液自循环时的固有缺陷，另一方面使得传热传质面的湿润性维持稳定，在设备安装位置存在摇动、振动的情形下，如船舶上的溶液除湿再生过程中，具有巨大的应用潜力。

技术方案：本发明所述的一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，包括储液箱以及设置于所述储液箱内部的用于去除气体中湿气的除湿单元；

所述储液箱气体进口端为第一端，所述储液箱气体出口端为第二端；

所述除湿单元包括若干除湿圆盘以及穿过所述除湿圆盘中心的转轴；所述转轴与第一端到第二端的方向垂直，两端穿出储液箱固定于所述储液箱的侧壁；

所述除湿圆盘包括至少一层用于浸润除湿溶液的润湿层以及位于所述润湿层表面用于固定润湿层的固定层。

本发明中所述的储液箱为封闭结构，除所述进液口、出液口与所述气体进口、气体出口之外，与外界区域不连通。

所述气体进口与气体出口分别设置在储液箱未装有转轴的两侧壁面上，且保持足够的高度，避免溶液从气体进口或气体出口流出。

本发明所述的除湿溶液为具有吸湿性的盐溶液、有机溶液或多种溶液组成的混合溶液，如LiCl溶液、LiBr溶液等。

本发明的所述除湿圆盘在除湿溶液中的浸没深度可以等于或小于所述除湿圆盘的半径。

所述储液箱内部沿着第一端至第二端的方向排列有若干除湿单元，实现梯度除湿。

所述储液箱底部设置有用于分隔每个所述除湿单元的折流板，所述折流板的高度不低于所述储液箱内的除湿溶液的高度，折流板在除湿溶液进液口和出液口之间构造出一条曲折的溶液流道，从而在除湿溶液进液口和出液口之间维持稳定的溶液浓度梯度。

所述储液箱底部设置有用于改变除湿溶液温度的换热机构，除湿过程中，换热机构利用冷却介质给除湿溶液降温，再生过程中，换热机构利用加热介质给除湿溶液升温。

所述储液箱在靠近所述第一端位置设置有出液口，所述储液箱靠近所述第二端的位置设置有进液口。

优选地，所述进液口、出液口设置在储液箱的下部位置，并且保持足够的间隔，避免流入的溶液在与储液箱内溶液未充分混合，直接从出口流出。

所述除湿圆盘由两层润湿层以及位于所述润湿层之间的固定层组成。制备固定层的的支撑材料宜采用导热系数较大的材质，如不锈钢、导热塑料等，所述固定层为圆盘结构，或能够将湿润材料支撑成接近圆盘形状的其他结构。

相邻所述除湿圆盘之间留有供气体流通的空隙。

本发明中所述换热机构为肋片管或换热管或其他形式的换热元件。

优选地，当所述换热机构为肋片管，在肋片管内部流通有冷却或加热介质，实现换热，同样地，组成肋片管的材料优选换热系数大的材料。

所述润湿层由湿润材料制成，该湿润材料除了具有亲水性较强的特性，优选不会被除湿溶液腐蚀，且具有较大孔隙率和表面粗糙度的材料，如棉纤维材料、聚乙烯纤维材料等。

所述换热机构不与所述除湿单元接触。

优选地，本发明中所述储液箱、所述转轴、所述固定层、所述肋片管采用不会被除湿溶液腐蚀的材质制成，如不锈钢、塑料等。

工作方法：

(1)如通过在气体进、出口某一侧安装风机制造并维持气体进、出口端的压差，用以克服气体经过装置内部的流动阻力，此时高湿气体从装置的气体进口进入装置；

(2)转轴在电机或其他稳定的动力源的驱动下进行转动，转速可根据工况进行调节，转动方向依气体流动方向选取，使得固定于转轴上的除湿圆盘的上半部分的转动方向与气体流动方向一致，除湿溶液通过润湿层的浸润作用建立热湿交换面，实现除湿溶液的布液，在热湿交换面上，除湿溶液通过除湿圆盘的转动以及润湿层中除湿溶液溶质的自发扩散实现除湿溶液的更新，高湿的气体在除湿圆盘上实现热湿交换；沿着气体流动方向，依次经过除湿单元，实现气体除湿；

(3)吸收有湿气的除湿圆盘，通过润湿层与除湿溶液交换，实现溶液的更新；

有益效果：(1)本发明利用湿润材料组成润湿层，利用润湿材料的毛细作用吸收溶液并维持浸润状态，在气体流经由湿润材料组成的除湿盘表面时建立并维持热湿交换面，此时除湿溶液相对除湿盘的表观流速为零，显著减轻了气体带液问题，同时通过除湿盘的持续转动实现溶液更新，省去了传统装置中的溶液循环泵，降低了运行功耗；(2)湿润材料表面的溶液自由液面受到毛细力、表面张力等作用力的约束，在装置发生一定摇动、振动的情形下不会发生显著变化，避免了常规溶液除湿再生装置中由于安装位置摇动、设备振动而导致的湿润性降低，提升了装置运行的稳定性，特别适用于船舶上的溶液除湿系统等情形；(3)当湿润材料采用棉纤维、聚乙烯纤维等材料时，由于纤维在小尺度下的杂乱排列，湿润材料外表面形成了粗糙结构，附着在材料外表面的溶液薄膜不再平整，能够显著增大气液接触面积，提升装置的除湿/再生性能；(4)在设备启停、变工况等过程中，本发明装置内部的热湿交换面受到的扰动较传统除湿装置显著减轻，能够快速进入并维持稳定的运行状态，响应速度高；(5)当组成固定层的支撑材料为不锈钢、导热塑料等导热系数较大的材料时，在除湿过程中支撑材料将不断吸收湿润材料上的热量，传递给储液箱中的溶液，形成内冷除湿过程，在再生过程中支撑材料将吸收储液箱中溶液的热量，传递给湿润材料，形成内热再生过程，分别提升了除湿与再生过程的效率；(6)对于除湿过程，进入除湿装置的气体依次掠过各列除湿圆盘，每列除湿圆盘上的溶液参数不存在传递，其初始值均为储液箱中的溶液参数，因而形成了多级除湿的形式，提升了除湿效果；(7)对于除湿过程，可通过电机变频等方式控制各级转盘的转速，调节等效液气比，能够适应不同的运行需求，具有广阔的性能优化空间。

附图说明

图1为本发明除湿再生装置的结构示意图；

图2为本发明除湿再生装置安装有除湿圆盘的转轴的示意图；

图3为本发明除湿再生装置除湿圆盘的结构示意图；

图4为本发明除湿再生装置内部结构的俯视示意图；

图5为本发明的对应于图4图示A-A截面的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明所述的一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，包括装有除湿溶液的储液箱1、位于储液箱1内部的沿着气体流动方向分布的四个除湿单元2，储液箱1内盛放有除湿溶液4，除湿单元2下端浸润在除湿溶液4中。

气体进口110位于储液箱1的第一端11侧壁面的上部区域，气体出口120位于储液箱1的第二端12侧壁面的上部区域，气体经气体进口110进入储液箱1内部，经由在储液箱1内部设置的除湿单元梯度除湿，从气体出口120流出实现气体除湿。

如图2所示，每个除湿单元2由多个除湿圆盘21以及转轴22组成，转轴22穿过多个除湿圆盘21的中心，两端穿出储液箱1的两侧壁，将除湿单元2固定于储液箱的内部，穿出侧壁的转轴用于连接电机或其他驱动设备，控制转轴的转动，且转轴22穿出区域使用轴封等方式进行密封。除湿圆盘21以每列多个的形式固定在同一根转轴7上，随转轴22缓慢转动；每根转轴22上固定的除湿圆盘21的个数根据风量与除湿量进行选取，同一根转轴22上相邻除湿圆盘21之间保持适当的间隔，作为气体流道；每个除湿圆盘21的表面沿着气流方向分布，除湿圆盘的此种分布方式最大限度地增加了与气流接触的面积，提高除湿效果。

如图3所示，单个除湿圆盘21中间部分为固定层212，两侧为润湿层211；固定层212由支撑材料制成，可采用导热系数较大的材质，如不锈钢、导热塑料等，固定层的形状可以为圆盘结构，或能够将润湿层支撑成接近圆盘形状的其他结构；润湿层211由湿润材料制成，该湿润材料亲水性较强，不会被除湿溶液腐蚀，且具有较大孔隙率和表面粗糙度，可选用如棉纤维材料、聚乙烯纤维材料等。

除湿圆盘21下端浸润在除湿溶液中，浸没深度可以等于或小于除湿圆盘21的半径，除湿溶液4为具有吸湿性的盐溶液、有机溶液或多种溶液组成的混合溶液，如LiCl溶液、LiBr溶液等。

如图4所示和图5所示，在储液箱1下部区域设置有用于更换除湿溶液4的进液口15和出液口14，进液口15靠近第二端12，出液口靠近第一端11，本实施例中出液口和进液口位于储液箱的一侧壁面的下部区域，两者之间保持足够的间隔，保证更换溶液时，新鲜地除湿溶液4首先更换浸润第二端12的除湿单元2的除湿溶液，依次替换至浸润第一端11的除湿单元2的除湿溶液。

由于气体从第一端11至第二端12流通过程中，每个除湿单元2吸收的气体中湿度浓度不同，故浸润每个除湿单元的局部除湿溶液4的浓度也不同，为了维持该浓度梯度，本发明在储液箱1底端设置有折流板3，折流板3的高度高于除湿溶液4的高度，折流板3将浸润每个除湿单元2除湿溶液与相邻的除湿单元的除湿溶液4隔开，在储液箱1内部形成了相对独立的除湿腔5，折流板3在除湿溶液4的进液口15和出液口14之间构造出一条曲折的溶液流道，折流板3的设置在不影响气体的流通的同时，在除湿溶液进液口和出液口之间维持稳定的溶液浓度梯度，更好地实现梯度除湿。

该装置在持续运行过程中，需要改变除湿溶液4的温度，如除湿过程中，需要对除湿溶液降温，再生过程中，需要加热除湿溶液4，故在每个除湿腔5中设置有一个换热机构13，本实施例中的换热机构13为肋片管，肋片管位于储液箱1下部区域，完全浸没在除湿溶液中，且不与除湿单元2相接触；在溶液除湿过程中，肋片管内部流通冷却介质，在溶液再生过程中，肋片管10内部流通加热介质。

工作流程：

使用时，以除湿过程为例，待除湿气体由气体进口110流入装置内部，首先从第一列除湿圆盘21的间隔区域流过，与第一列除湿圆盘21上的润湿层211表面附着的除湿溶液相接触，进行热湿交换，气体的含湿量降低；

掠过第一列除湿圆盘21后，待除湿气体继续依次掠过各列除湿圆盘21，直至到达气体出口120，转变为干燥气体并从装置中流出，其间每列除湿圆盘21上的溶液参数不存在传递，其初始值均为储液箱1中的溶液参数，因而形成了分级除湿的形式，较传统的溶液除湿过程提升了除湿效果；电机驱动转轴22缓慢转动，带动部分浸没在除湿溶液中的除湿圆盘21一起转动；

储液箱1中的液面附近的少量溶液在除湿圆盘21转动时的粘性力作用下被带离液面，并在毛细力、表面张力的约束下暂时附着在湿润材料8的外表面和内部，实现润湿层211的湿润材料上的溶液更新，且湿润材料上的除湿溶液不存在宏观上的流动，与除湿圆盘21保持相对静止，避免了常规溶液除湿再生装置中由于溶液流速过大而引起的气体带液问题；

位于湿润材料外表面的除湿溶液与待除湿气体相接触，进行热湿交换，溶液的浓度降低，温度升高；在浓度差、温差的作用下，湿润材料外表面的除湿溶液与内部的除湿溶液进行传热传质，外表面上的除湿溶液浓度升高，温度降低，内部的除湿溶液浓度降低，温度升高；在温差的作用下，固定层212吸收湿润材料内部的热量，并传递给储液箱1中液面以下的除湿溶液4，使湿润材料内部溶液的温度降低，除湿能力增强；随着除湿圆盘21的持续转动，附着在湿润材料上的进行过热湿交换的除湿溶液又回到储液箱1中的溶液液面以下，混入储存的溶液中；

浓除湿溶液从进液口15流入除湿装置，混入储液箱1内的除湿溶液中，同时储液箱1内的部分除湿溶液从出液口14流出除湿装置，实现除湿装置内的溶液更新；由于溶液折流板11的存在，溶液从进液口15进入装置直至从出液口14离开装置的过程中，沿溶液流动方向保持着一定的溶液浓度梯度，且浓度降低方向与气体流动方向基本相反，具有逆流除湿的特点，可提升除湿效果；肋片管内部通有冷却介质，对储液箱1内的因为除湿过程而温度升高的除湿溶液进行冷却。

对于具有腐蚀性的除湿溶液，本发明装置中储液箱1，进液口15、出液口14的管道，转轴22，组成润湿层211的湿润材料，组成固定层212的支撑材料以及换热机构13肋片管均采用耐腐蚀的材料制成，以减轻溶液的腐蚀作用。当本发明装置受到摇动、振动作用时，除储液箱1中的溶液自由液面会发生波动外，湿润材料上的气液接触面不发生明显变化，相对于传统的填料型除湿装置运行更加稳定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，包括储液箱（1）以及设置于所述储液箱（1）内部的用于去除气体中湿气的除湿单元（2）；所述储液箱（1）气体进口端为第一端（11），所述储液箱（1）气体出口端为第二端（12）；所述储液箱（1）内部沿着第一端至第二端的方向排列有若干除湿单元（2）；所述储液箱（1）底部设置有用于分隔每个所述除湿单元（2）的折流板（3），所述折流板（3）的高度不低于所述储液箱（1）内的除湿溶液的高度；

所述除湿单元（2）包括若干除湿圆盘（21）以及穿过所述除湿圆盘（21）中心的转轴（22）；所述转轴（22）与第一端（11）到第二端（22）的方向垂直，两端穿出储液箱（1）固定于所述储液箱（1）的侧壁，相邻所述除湿圆盘（21）之间留有供气体流通的空隙；所述除湿圆盘（21）包括至少一层用于浸润除湿溶液的润湿层（211）以及位于所述润湿层（211）表面用于固定润湿层的固定层（212）。

2.根据权利要求1所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述储液箱（1）底部设置有用于改变除湿溶液温度的换热机构（13）。

3.根据权利要求1所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述储液箱（1）在靠近所述第一端（11）位置设置有出液口（14），所述储液箱（1）靠近所述第二端（12）的位置设置有进液口（15）。

4.根据权利要求1所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述除湿圆盘（21）由两层润湿层（211）以及位于所述润湿层（211）之间的固定层（212）组成。

5.根据权利要求2所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述换热机构（13）为肋片管或换热管。

6.根据权利要求1所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述润湿层（211）由湿润材料制成，选自棉纤维材料或聚乙烯纤维材料。

7.根据权利要求2所述的基于溶液浸润的无泵型溶液除湿再生装置，其特征在于，所述换热机构（13）不与所述除湿单元（2）接触。

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