CN111536604A - 一种超声悬浮溶液除湿空调 - Google Patents

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杨自力
陶睿杨
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Abstract

本发明涉及一种超声悬浮溶液除湿空调，包括送风管路、超声驻波系统以及溶液供应系统；所述送风管路依次设有气流入口段、悬浮除湿段以及气流出口段；所述超声驻波系统由超声波信号发生器、超声波换能器、超声波发射面、反射板、升降器构成，用于向所述悬浮除湿段中发射超声波并形成超声驻波场；所述溶液供应系统由溶液液源、给液泵、流量调节阀、溶液入射端、排液口构成，用于将除湿溶液输送至所述悬浮除湿段被所述超声波发射面雾化，溶液液滴在所述超声驻波场作用下悬浮，极大地提高了其在湿空气中的停留接触时间，充分发挥溶液的除湿能力，同时避免液滴随空气飘逸，大幅提高了溶液除湿系统的性能并减少了溶液消耗量。

Description

一种超声悬浮溶液除湿空调
技术领域
本发明涉及一种超声悬浮溶液除湿空调，尤其是一种能够同时增大吸湿面积与时间的超声悬浮溶液除湿空调，属于空气调节领域。
背景技术
空气湿度对建筑环境至关重要，不仅决定着室内人员的热舒适性，对纺织、烟草、电子等很多工业生产也具有重要意义。目前，空调系统中常见的除湿方式主要有冷凝除湿、固体除湿以及溶液除湿。其中，溶液除湿由于可避免对空气的冷却再热处理所产生的能源浪费，由可再生能源驱动，系统结构灵活等优势，表现出了广阔的应用前景。但是，现有溶液除湿空调也存在除湿效率较低，溶液消耗量大、利用率低等技术局限性。
为了更加高效地利用溶液的除湿能力、提高除湿效率，国内外学者一直在探索改进溶液除湿器的结构形式。相关研究表明：溶液干燥湿空气是一个动态的水分吸收(热质交换)过程，通过增大溶液与空气的热质交换面积与作用时间，可提高除湿性能。为此，现有除湿空调常在除湿器内形成溶液液膜，通过增大溶液与湿空气的接触面积以求提升除湿性能；王俐等人在《Improvement of conventional liquid desiccant dehumidificationtechnology》一文中(东南大学学报2010(26)：212-216)中指出：若将溶液从液膜转换为液滴，可进一步增大气液接触面积，理论上可大幅改善除湿器的性能。杨自力、连之伟等人在《Improvement of ultrasonic atomization liquid desiccant dehumidificationsystem》一文中(Energy and Buildings,2014(85):145-154)通过实验指出：将溶液雾化后除湿系统的性能确有改进，但目前雾化除湿系统的实验性能与理论计算性能仍有较大差距。本领域的技术人员认为其原因可能是实验环境的影响及溶液自身性能而引起的。然而，本发明的发明人发现：造成上述现象的原因是决定除湿效果的另一大因素：溶液与空气的有效接触时间过短而导致的。现有系统中只通过一味提升气液接触面积的方式，除湿性能改进空间有限；加之溶液的密度较大、沉降效应显著，溶液液滴在除湿器内受重力作用，来不及充分吸湿就迅速滴落，这都严重限制了系统的除湿效率，溶液的除湿能力也未能完全发挥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现阶段没有能够同时增大除湿溶液面积与吸湿时间以强化除湿性能的技术。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：包括送风管路，所述送风管路沿气流流入方向依次设有气流入口段、悬浮除湿段和气流出口段；
超声波驻波系统，包括超声波信号发生器、超声波换能器、超声波发射面和反射板，所述超声波信号发生器通过超声波换能器连接超声波发射面，超声波发射面和反射板在悬浮除湿段内相对设置，所述超声波信号发生器驱动超声波换能器通过超声波发射面向所述悬浮除湿段内发射超声波，超声波经超声波发射面与反射板的反射叠加在悬浮除湿段内形成超声波驻场及声悬浮力；
溶液供应系统，包括设在悬浮除湿段的溶液入射端，所述溶液供应系统用于将除湿溶液输送至悬浮除湿段并通过溶液入射端入射至超声波发射面雾化。
优选地，所述超声波换能器垂直嵌于所述悬浮除湿段上方，所述反射板设于悬浮除湿段内，与所述超声波发射面竖直对齐。
优选地，所述悬浮除湿段内设有用于调节所述反射板高度的升降器，反射板通过升降器设于悬浮除湿段的底部，实现所述反射板与所述超声波发射面的间距调节。
优选地，所述反射板与所述超声波发射面的间距h应满足h＝n·λ/2，其中，n为正整数，λ为超声波的波长。
优选地，所述溶液供应系统统还包括溶液液源、供液管路、给液泵和流量调节阀；所述溶液液源通过供液管路依次连接给液泵、流量调节阀和溶液入射端，溶液通过所述溶液入射端射向所述超声波发射面并形成溶液液滴，暴露于所述悬浮除湿段的超声驻波场中。
优选地，所述溶液入射端倾斜指向所述超声波发射面，且二者间的距离满足
Figure BDA0002440849170000031
其中，u为所述溶液入射端溶液竖直方向的流速分量，g为重力加速度。优选地，所述送风管路底面设有用于排出除湿口稀溶液的排液口。
优选地，所述气流出口段设有丝网除雾器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明与已有雾化溶液除湿系统中液滴快速坠落不同，超声波换能器在雾化溶液的同时，超声波能够在发射面与反射板的反射叠加下，在除湿器内形成超声驻波场及声悬浮力，使溶液雾滴悬浮于湿空气中，提高各液滴吸湿时间、充分释放溶液的除湿潜力，大幅减少溶液消耗量，同时液滴长时间吸湿长大也可降低随空气飘逸的可能。
2、本发明中使用一套超声波装置，实现了溶液雾化与悬浮两种功能，同时从接触面积与吸湿时间两方面强化溶液除湿的热质交换过程，在不增加能耗的情况下，大幅提高系统的一次除湿效率。
3、本发明中通过超声悬浮溶液延长每个液滴的吸湿时间，实现溶液的高效利用，避免了传统方式中多级除湿器的构建，本发明中系统结构更简单，制造及维护更方便，拥有更好的经济性。
4、本发明利用超声波换能器能够同时雾化并悬浮除湿溶液液滴的特点，在不增加系统能耗的前提下，同时极大提高湿空气与溶液的接触面积与吸湿时间，大幅改善系统的一次除湿效率、减少溶液消耗量，实现溶液除湿能力的充分利用与系统除湿效果大幅改进的效果，有除湿能力强、耗液量少、结构简单等特点，可使雾化溶液除湿系统的除湿效果及节能性均得到明显提升。
附图说明
图1为本发明一种超声悬浮溶液除湿空调的结构示意图。
附图标记：1为送风管路；2为气流入口段；3为悬浮除湿段；4为气流出口段；5为排液口；6为丝网除雾器；7为超声波信号发生器；8为超声波换能器；9为超声波发射面；10为反射板；11为升降器；12为溶液液源；13为给液泵；14为流量调节阀；15为溶液入射端；16为超声波。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，本发明一种超声悬浮溶液除湿空调包括送风管路1、超声驻波系统以及溶液供应系统，送风管路1沿气流流入方向依次设有气流入口段2、悬浮除湿段3以及气流出口段4，送风管路1底面加工有用于排出除湿口稀溶液的排液口5，气流出口段4安装有丝网除雾器6；超声驻波系统由超声波信号发生器7、超声波换能器8、超声波发射面9、反射板10以及升降器11构成，用于将除湿溶液雾化，并在悬浮除湿段3形成超声驻波场及声悬浮力；溶液供应系统由溶液液源12、给液泵13、流量调节阀14以及溶液入射端15构成，用于将除湿溶液输送并入射至超声波发射面9使溶液雾化，在悬浮除湿段3中形成的超声驻波场中悬浮，与气流入口段2而来的湿空气混合、除湿。
超声波换能器8垂直嵌于悬浮除湿段3的上方，超声波信号发生器7通过超声波换能器8连接超声波发射面9，超声波发射面9和反射板10在悬浮除湿段3内相对设置，超声波换能器8在超声波信号发生器7产生的超声波信号驱动下，由超声波发射面9向悬浮除湿段3发射超声波16；反射板10与超声波换能器8对齐，通过升降器11安装在悬浮除湿段3的底部，用以反射来自超声波发射面9的超声波16，超声波16经超声波发射面9与反射板10的反射叠加在悬浮除湿段3内形成超声波驻场及声悬浮力，反射板10由升降器11调节高度，实现反射板10与超声波发射面9的间距调节。
为在悬浮除湿段3中构成超声驻波场及声辐射力，以使溶液液滴在驻波节点处悬浮，反射板10与超声波发射面9的间距应满足h＝n·λ/2，其中，n为正整数，λ为超声波16的波长；超声波16的波长
Figure BDA0002440849170000051
其中，c为在空气中的超声波16的传播速度，f为超声波16的频率，即反射板10与超声波发射面9的间距应为超声波16半波长的整数倍。
溶液供应系统的溶液液源12通过供液管路依次连接给液泵13、流量调节阀14和溶液入射端15，溶液入射端15倾斜指向所述超声波发射面9，溶液由溶液液源12依次流经给液泵13、流量调节阀14后由溶液入射段15倾斜射至超声波发射面9，在超声波发射面9的高频低幅微振下被雾化，暴露于悬浮除湿段的超声驻波场中。为保证溶液能够上射至超声波发射面9，溶液入射端15与超声波发射面9的距离应满足
Figure BDA0002440849170000052
其中，u为入射端溶液的垂直方向速度分量，g为重力加速度。
当本发明工作时，待处理的湿空气由气流入口段2进入送风管路1，在悬浮除湿段3中所形成的超声驻波场中，湿空气与悬浮溶液液滴混合并产生显著热质交换；悬浮液滴在持续吸收空气中的水分后不断稀释、增大，当其吸收足够多的水分后，其重力显著大于对应驻波节点处的声悬浮力，最后将掉落在送风管路1底面，汇集后由所设排液口5排出；所得干燥空气由气流出口段4排出，而其可能携带的极少数溶液雾滴则在被丝网除雾器6拦截后，在送风管路1底面汇集后一并由排液口5排出。

Claims (8)

1.一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：包括送风管路(1)，所述送风管路(1)沿气流流入方向依次设有气流入口段(2)、悬浮除湿段(3)和气流出口段(4)；
超声波驻波系统，包括超声波信号发生器(7)、超声波换能器(8)、超声波发射面(9)和反射板(10)，所述超声波信号发生器(7)通过超声波换能器(8)连接超声波发射面(9)，超声波发射面(9)和反射板(10)在悬浮除湿段(3)内相对设置，所述超声波信号发生器(7)驱动超声波换能器(8)通过超声波发射面(9)向所述悬浮除湿段(3)内发射超声波(16)，超声波(16)经超声波发射面(9)与反射板(10)的反射叠加在悬浮除湿段(3)内形成超声波驻场及声悬浮力；
溶液供应系统，包括设在悬浮除湿段(3)的溶液入射端(15)，所述溶液供应系统用于将除湿溶液输送至悬浮除湿段(3)并通过溶液入射端(15)入射至超声波发射面(9)雾化。
2.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述超声波换能器(8)垂直嵌于所述悬浮除湿段(3)上方，所述反射板(10)设于悬浮除湿段(3)内，与所述超声波发射面(9)竖直对齐。
3.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述悬浮除湿段(3)内设有用于调节所述反射板(10)高度的升降器(11)，反射板(10)通过升降器(11)设于悬浮除湿段(3)的底部，实现所述反射板(10)与所述超声波发射面(9)的间距调节。
4.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述反射板(10)与所述超声波发射面(9)的间距h应满足h＝n·λ/2，其中，n为正整数，λ为超声波(16)的波长。
5.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述溶液供应系统统还包括溶液液源(12)、供液管路、给液泵(13)和流量调节阀(14)；所述溶液液源(12)通过供液管路依次连接给液泵(13)、流量调节阀(14)和溶液入射端(15)，溶液通过所述溶液入射端(15)射向所述超声波发射面(9)并形成溶液液滴，暴露于所述悬浮除湿段(3)的超声驻波场中。
6.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述溶液入射端(15)倾斜指向所述超声波发射面(9)，且二者间的距离满足
Figure FDA0002440849160000021
其中，u为所述溶液入射端(15)溶液竖直方向的流速分量，g为重力加速度。
7.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述送风管路(1)底面设有用于排出除湿口稀溶液的排液口(5)。
8.如权利要求1所述的一种超声悬浮溶液除湿空调，其特征在于：所述气流出口段(4)设有丝网除雾器(6)。
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