CN210089001U - 一种干式空气冷却除湿膜及由其组成的除湿装置 - Google Patents

Abstract

一种干式空气冷却除湿膜，其特征在于，由依次铺设的表面选择层、吸湿多孔导热支撑层、多孔绝热层和解吸多孔导热支撑层组成；所述表面选择层和吸湿多孔导热支撑层位于除湿装置的吸湿腔一侧，所述解吸多孔导热支撑层位于除湿装置的解吸腔一侧。本实用新型还公开了由该干式空气冷却除湿膜组成的除湿装置。该除湿装置通过采用冷媒温度高于待除湿空气的露点温度的高温冷源对待除湿空气进行冷却，实现对待除湿空气冷却的同时提高了除湿效率，且除湿过程不会析出凝结水，确保了除湿膜两侧的空气维持干态，不存在泄露污染问题；抽气泵、压气泵以及管道上的实用新型，便于调节吸湿腔、解吸腔的气压，进而使除湿膜两侧形成水蒸气分压差，提高除湿效率。

Description

一种干式空气冷却除湿膜及由其组成的除湿装置

技术领域

本实用新型涉及空气干燥除湿系统及其工艺领域，尤其是涉及一种干式空气冷却除湿膜及由其组成的除湿装置。

背景技术

空气湿度是评价室内空气环境的重要指标，现有调试技术包括冷凝除湿、吸收/吸附除湿、膜除湿等。

冷凝除湿需要低温冷源来实现露点除湿，这对冷水机组有较高的要求，也限制了制冷机组效率的提高。另外，很多情况下冷凝除湿空调系统往往需要对冷却除湿后的空气进行再热处理之后才能送入室内环境，这种先过冷再加热的空气处理方式在热力学上不是最优的，且能耗相对较高。

吸收/吸附式除湿技术是利用吸湿材料来吸收空气中的水蒸气，常见的有转轮除湿技术和溶液除湿技术。吸收/吸附式除湿技术具有除湿效率高的优点，但是吸湿材料再生问题是制约其应用的主要问题。为了保障除湿系统连续不断的运行，现有技术往往需要利用电能或热能来使吸湿材料可以再生，而再生能耗是吸收/吸附除湿系统的主要能耗部分。也就是说，只有在用于吸湿材料再生的能源是廉价且易得的情况下，吸收/吸附除湿系统才是理想的除湿系统。此外，吸收/吸附除湿技术往往需要吸湿材料和空气直接接触，这很容易造成空气的污染，带来健康隐患。

膜除湿技术是通过膜材料的选择透过性进行除湿，即空气中的水分子可以很容易的通过膜，而其他物质很难通过膜，最后在膜的渗透侧通过真空或吹扫的方式将膜内的水分子解吸出实现除湿。

CN101574612公开了一种非接触膜除湿装置，该装置结合膜除湿和溶液除湿的优点，在膜的待除湿空气侧通入待处理空气，在膜的渗透侧通入吸湿溶液，该装置除湿效率高；但该装置除湿膜两侧的空气和溶液同时存在，容易出现泄漏污染，且运行能耗较高。

CN105972724A提出了一种三流体膜除湿装置，该装置利用冷水的低水蒸气分压，湿空气的高水蒸气分压，在膜的两侧形成水蒸气分压差，促使湿空气中的水蒸气进入冷水中实现除湿；但该装置除湿膜两侧的空气和溶液同时存在，容易出现泄漏污染，且运行能耗较高。

CN103406000A公开了一种利用低温不饱和空气进行除湿的方法和装置，装置包括除湿装置、预冷装置、外壳和隔板，隔板将外壳分隔为再生通道和除湿通道，除湿装置的再生侧置于再生通道内，除湿装置的除湿侧和预冷装置均置于预冷装置内。低温不饱和空气通过除湿装置的再生侧对除湿剂进行再生，被处理空气先通过预冷装置被冷却至饱和状态，再通过除湿装置的除湿侧被除湿，低温不饱和空气和被处理空气逆流；除湿过程的预冷换热器上有冷凝水析出，容易滋生病菌。该利用低温不饱和空气进行除湿的装置中的除湿装置会发生热量传递，进而导致该装置的运行能耗偏高。

此外，大量研究文献表面，膜除湿在高相对湿度的环境下具有较高的除湿效率，但现有技术对除湿膜中热量传递控制较少，难以满足市场对除湿装置低能耗的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种同时设置绝热层和导热层、膜两侧热量传递小且空气除湿效率高的干式空气冷却除湿膜，以及由其组成的除湿装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种干式空气冷却除湿膜，由依次铺设的表面选择层、吸湿多孔导热支撑层、多孔绝热层和解吸多孔导热支撑层组成；所述表面选择层和吸湿多孔导热支撑层位于除湿装置的吸湿腔一侧，所述解吸多孔导热支撑层位于除湿装置的解吸腔一侧。

在某一示范实施例中，所述多孔绝热层的厚度大于解吸多孔导热支撑层和吸湿多孔导热支撑层的厚度。

进一步，所述多孔绝热层的厚度≥5mm，尤其是，当多孔绝热层的厚度为5~10mm，有效第防止了除湿膜两侧的热量传递，保证了吸湿腔内第一预热器对待除湿空气的冷却效果。

所述除湿膜为亲水除湿膜。

在某一示范实施例中，所述表面选择层由离子液体（常温熔融）、聚乙烯醇、三甘醇、二醋酸纤维素等吸水材料制备而成，对空气中的水分子具有选择吸收性，并且在一定程度上阻止空气中其他成分通过。

在某一示范实施例中，所述吸湿多孔导热支撑层和解吸多孔导热支撑层由铜粉、铝粉、不锈钢粉等烧结而成，或者由丝状导热材料编织而成，为多孔结构，并且具有一定的机械强度，导热性能良好。

在某一示范实施例中，所述多孔绝热层为多孔结构，并且由气凝胶毡、玻璃纤维、石棉、硅酸盐等绝热性能良好的材料制成。

本发明解决其技术问题所采用的进一步技术方案是：

一种干式空气冷却除湿装置，包括上述除湿膜、除湿器、预冷换热器、第一换热器、第二换热器、冷源和热源，所述除湿膜安装在除湿器内，并将除湿器分隔成吸湿腔和解吸腔；所述吸湿腔远离除湿膜的一端设有待除湿空气进气管和干燥空气排气管；所述冷源的冷媒温度高于待除湿空气的露点温度，其一端与设置在待除湿空气进气管上的预冷换热器连通，另一端与设置在吸湿腔内的第一换热器连通；所述解吸腔内设有与热源连通的第二换热器，解吸腔远离除湿膜的一端设有吹扫空气进气管和吹扫空气排气管。

在某一示范实施例中，所述吹扫空气进气管上设有预热换热器，所述预热换热器与热源的一端连通，热源的另一端与设置在解吸腔内的第二换热器连通。

在某一示范实施例中，所述吹扫空气排气管上设有抽气泵，使解吸腔处于负压状态；所述待除湿空气进气管上设有压气泵，所述干燥空气排气管和吹扫空气进气管上设有控制阀。

在某一示范实施例中，所述冷源与预冷换热器、第一换热器的管路上设有控制阀；热源与预热换热器、第二换热器的管路上设有控制阀。

在某一示范实施例中，所述控制阀为手动阀门或电磁阀。

其中所述热源为冷凝热、太阳能、废热等廉价热源。

所述换热器的吸湿腔和解吸腔、待除湿空气进气管、吹扫空气进气管上安装有多功能监测器，如MS8607压力温度和湿度三合一数字气压传感器。

一种干式空气冷却除湿装置的工作原理：待除湿空气通过预冷换热器冷却后泵送至吸湿腔内，吸湿腔内的第一换热器使靠近除湿膜侧的空气维持在较高的湿度，经除湿膜除湿后从其另一侧（解吸腔一侧的解吸多孔导热支撑层）排出；吹扫空气通过预热换热器预热后进入解吸腔，解吸腔内的第二换热器使靠近除湿膜侧的空气维持在较高的温度，便于高效吸收解吸多孔导热支撑层解吸流出的水分子，进而对除湿膜进行再生，吹扫空气在吸收除湿膜解吸流出的水分子后通过抽气泵的抽吸从解吸腔的另一侧排出。

本发明一种干式空气冷却除湿膜的有益效果：

本发明的干式空气冷却除湿膜在吸湿多孔导热支撑层和解吸多孔导热支撑层之间设置了多孔绝热层，有效防止热量通过除湿膜中的多孔导热支撑层传递，进而保障冷却效果；通过表面选择层采用离子液体（常温熔融）、聚乙烯醇、三甘醇、二醋酸纤维素等吸水材料制备而成，对吸湿腔内的水分进行高效吸收，提高了除湿膜的除湿效率。

本发明一种干式空气冷却除湿装置的有益效果：

本发明通过采用冷媒温度高于待除湿空气的露点温度的高温冷源对待除湿空气进行冷却，由于冷源温度低于露点温度，待除湿空气在预冷换热器、第一换热器中与冷源进行热交换时，不会形成冷凝水，进而避免了待除湿空气在除湿过程中出现凝结水的现象，实现了对待除湿空气冷却的同时提高了除湿效率。

相对现有技术中采用吸湿溶液的膜除湿装置，本发明的除湿膜两侧均为空气，不存在泄露污染问题；其内采用聚乙烯醇等吸水材料作为传质介质和铜粉等传热介质，促进水蒸气传递，提高了除湿效率。

本发明的冷源的一端与预热换热器连通，其另一端与设置在吸湿腔内的第一预热器连通，充分利用了制冷过程中的能源；且通过冷凝热、太阳能、废热等廉价热源对吹扫空气进行加热，使亲水除湿膜两侧的气流具有不同的干度，便于除湿膜内水分子的流动与解吸。

本发明通过抽气泵和压气泵，便于调节位于除湿膜两侧的吸湿腔、解吸腔的气压，进而使除湿膜两侧形成水蒸气分压差，提高除湿效率。

附图说明

图1—为实施例1中一种干式空气冷却除湿装置的结构示意图；

图2—为图1中除湿膜的截面结构图；

图3—为实施例1中一种干式空气冷却除湿装置中空气处理过程的焓湿图；

图4—为实施例2中一种干式空气冷却除湿膜的结构示意图。

图中： 1—待除湿空气进气管， 2—干燥空气排气管，3—吹扫空气进气管， 4—吹扫空气排气管；101—预冷换热器，102—预热换热器，103 —第一换热器，104—第二换热器， 201—干燥空气排气阀，202—吹扫进气阀；301—冷源控制阀A，302—冷源控制阀B，303—热源控制阀A， 304—热源控制阀B；401—压气泵， 402—抽气泵；500—除湿膜，501—表面选择层， 502—吸湿多孔导热支撑层， 503—多孔绝热层， 504—解吸多孔导热支撑层； 601—冷源， 602—热源；701—待除湿空气多功能监测器，702—吹扫空气多功能监测器，703—吸湿腔多功能监测器，704—解吸腔多功能监测器；801—吸湿腔，802—解吸腔；900—半导体制冷片，901—冷源， 902—热源。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1~2，本实施例的一种干式空气冷却除湿装置，包括除湿膜500、除湿器、预冷换热器101、第一换热器103、第二换热器104、冷源601和热源602，所述除湿膜500安装在除湿器内，并将除湿器分隔成吸湿腔801和解吸腔802；所述吸湿腔801远离除湿膜500的一端设有待除湿空气进气管1和干燥空气排气管2；所述冷源601的冷媒温度高于待除湿空气的露点温度，其一端与设置在待除湿空气进气管1上的预冷换热器101连通，另一端与设置在吸湿腔801内的第一换热器103连通；所述解吸腔802内设有与热源602连通的第二换热器104，解吸腔802远离除湿膜500的一端设有吹扫空气进气管3和吹扫空气排气管4。

冷源601的冷媒温度高于待除湿空气的露点温度，有效防止了除湿过程中在换热器表面出现凝结水，提高了除湿效率，也避免了溶液泄露污染的现象。为了增加除湿膜500的表面选择层501附近空气的相对湿度，在吸湿腔801内设置第一换热器103，并且在除湿膜500内设置了吸湿多孔导热支撑层502，第一换热器103冷却除湿膜500和周围的空气，降低待除湿空气温度，提高待除湿空气的相对湿度；为了减小亲水除湿膜500靠近解吸腔802这一侧空气的相对湿度，在吸湿腔801内设置第二换热器104，并且在亲水除湿膜500内设置了解吸多孔导热支撑层504。第二换热器104将热量传给亲水除湿膜500和周围的空气，增加吹扫空气温度，降低吹扫空气的相对湿度。

如图2所示，所述除湿膜500由依次铺设的表面选择层501、吸湿多孔导热支撑层502、多孔绝热层503和解吸多孔导热支撑层504组成；所述表面选择层501和吸湿多孔导热支撑层502位于除湿装置的吸湿腔801一侧，所述解吸多孔导热支撑层504位于除湿装置的解吸腔802一侧。除湿膜500中的多孔绝热层503的作用是从一定程度上阻止吸湿多孔导热支撑层502和解吸多孔支撑层之间的热量传递，进而确保了制冷效果。

所述多孔绝热层503的厚度大于解吸多孔导热支撑层504和吸湿多孔导热支撑层502的厚度，且多孔绝热层503的厚度为5~10mm，保证了多孔绝热层503对吸湿腔801和解吸腔802之间的热量传递的抑制效果。

所述除湿膜500为亲水除湿膜500。

所述表面选择层501由离子液体（常温熔融）、聚乙烯醇、三甘醇、二醋酸纤维素等吸水材料制备而成，对空气中的水分子具有选择吸收性，并且在一定程度上阻止空气中其他成分通过。

所述吸湿多孔导热支撑层502和解吸多孔导热支撑层504由铜粉、铝粉、不锈钢粉等烧结而成，为多孔结构，并且具有一定的机械强度，导热性能良好。

所述多孔绝热层503为多孔结构，并且由气凝胶毡、玻璃纤维、石棉、硅酸盐等绝热性能良好的材料制成。

所述吹扫空气进气管3上设有预热换热器102，所述预热换热器102与热源602的一端连通，热源602的另一端与设置在解吸腔802内的第二换热器104连通。

所述吹扫空气排气管4上设有抽气泵402，使解吸腔802处于负压状态；所述待除湿空气进气管1上设有压气泵401，所述干燥空气排气管2和吹扫空气进气管3上设有控制阀，包括干燥空气排气阀201和吹扫进气阀202；

所述冷源601与预冷换热器101、第一换热器103的管路上设有控制阀；热源602与预热换热器102、第二换热器104的管路上设有控制阀，包括冷源601控制阀A 301、冷源601控制阀B 302、热源602控制阀A 303 和热源602控制阀B 304。

所述控制阀为电磁阀。

所述热源602为冷凝热、太阳能、废热等廉价热源602，有利于充分利用制冷过程中的能源。

所述换热器的吸湿腔801和解吸腔802、待除湿空气进气管1、吹扫空气进气管3上安装有多功能监测器，分别为吸湿腔多功能监测器703、解吸腔多功能监测器704、待除湿空气多功能监测器701和吹扫空气多功能监测器702，多功能监测器可以选用如MS8607压力温度和湿度三合一数字气压传感器。

所述吸湿腔801内设有第一换热器103，待除湿空气通过预冷换热器101冷却后泵送至吸湿腔801内，经除湿膜500除湿后从吸湿腔801的另一侧排出；吹扫空气通过预热换热器102预热后进入解吸腔802，并经抽气泵402从解吸腔802的另一侧排出。

本发明一种干式空气冷却除湿膜500的工作原理：

如图1所示，待除湿空气由入口1进入预热换热器101中，来自冷源601（冷媒温度大于待除湿空气的露点温度，又称高温冷源）的高温冷媒和待除湿空气发生热量交换，在无凝结水的前提下冷却待除湿空气并使其温度降低，接着待除湿空气经由压气泵401进入除湿器的吸湿腔801内。

设置在吸湿腔801内的第一换热器103的冷媒由高温冷源601提供，第一换热器103通过辐射和对流传热，使除湿膜500的表面选择层501附近的空气维持较高的相对湿度，待除湿空气中的水分子被除湿膜500的表面选择层501吸收后，在抽气泵402的抽吸作用下，依次经过吸湿多孔导热支撑层502、多孔绝热层503和解吸多孔导热支撑层504后进入解吸腔，实现对待除湿空气的除湿，除湿后的干燥空气经干燥空气排气管2流出。

同时，吹扫气体由吹扫空气进气管3进入预热换热器102中，来自热源602的热媒和吹扫气体发生热量交换，加热后的吹扫气体进入除湿器的解吸腔802中。

热源602提供设置在解吸腔802内的第二换热器104的热媒，第二换热器104通过辐射和对流传热，使除湿膜500中最外侧的解吸多孔导热支撑层503附近的吹扫空气维持较低的相对湿度，低的相对湿度的吹扫气空气有利于水分子从除湿膜500中解吸出来。最后，吹扫气体和解吸出来的水蒸气在抽气泵402的作用下由吹扫空气排气管4排出，完成除湿。

干燥空气排气阀201和压气泵401相互配合，根据需要调节吸湿腔内的压力；吹扫进气阀202和抽气泵402相互配合，根据需要调节解吸腔内的压力，使解吸腔维持在负压环境（解吸腔内的绝对压力≤500mbar），且绝对压力值小于吸湿腔的绝对压力值。

该干式空气冷却除湿装置空气处理过程的焓湿变化如图3所示。点A为待除湿空气的焓湿状态参数点，经过预冷换热器和第一换热器的干式冷却后，温度降低但没有达到露点温度，对应附图3中的状态点B1，由于冷源的冷媒温度低于露点温度，故状态点B1不在图3中的饱和曲线上，相应地，待除湿空气冷却时不会冷凝形成冷凝水，有效避免了换热器上病菌滋生的现象；然后，吸湿腔内空气中的水分子被除湿膜的表面选择层吸收并排出，使吸湿腔内的待除湿空气的湿度降低，最终待除湿空气达到状态点C1，即为通过除湿装置除湿后的干燥空气。

同样的，从外界进入预热换热器102之前的吹扫空气的焓湿状态参数点也对应图3中的点A，经过预热换热器102和第二换热器104加热后，吹扫空气的温度上升，达到状态点B2，然后，位于除湿膜解吸腔一侧的解吸多孔导热支撑层上解吸流出的水分子进入解吸腔，解吸腔内的吹扫空气吸收除湿膜解吸流出的水分子，其湿度逐渐上升，达到吹扫空气达到状态点C2；位于状态点B2~C2之间的吹扫空气距离饱和蒸汽线较远，相对湿度较低，能够吸收更多的水分子，不会出现水滴析出的现象，解吸腔一侧将始终保持干燥，这将进一步提高除湿效率。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的一种干式空气冷却除湿装置，存在以下不同：

冷源和热源由同一设备提供，如半导体制冷片或小型空气源热泵。

参照图4，当半导体制冷片900同时提供冷源601和热源602，由于珀耳帖效应通电后的半导体制冷片900会同时产生制冷和发热的作用，利用半导体制冷片900的冷端901作为待除湿空气冷却的冷源601，利用半导体制冷片900的热端902作为吹扫气体加热的热源602。此时，整套装置更加紧凑小巧，适用于小型制冷除湿需求的环境。

当小型空气源热泵同时提供冷源601和热源602，小型空气源热泵的蒸发器作为冷源601，同时该热泵的冷凝器作为热源602，根据需要，可进一步利用太阳能同时作为热源602。此时该装置灵活性高，适用于中等除湿需求的环境。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (10)

1.一种干式空气冷却除湿膜，其特征在于，由依次铺设的表面选择层、吸湿多孔导热支撑层、多孔绝热层和解吸多孔导热支撑层组成；所述表面选择层和吸湿多孔导热支撑层位于除湿装置的吸湿腔一侧，所述解吸多孔导热支撑层位于除湿装置的解吸腔一侧。

2.如权利要求1所述干式空气冷却除湿膜，其特征在于，所述多孔绝热层的厚度大于解吸多孔导热支撑层和吸湿多孔导热支撑层的厚度。

3.如权利要求2所述干式空气冷却除湿膜，其特征在于，所述多孔绝热层的厚度≥5mm。

4.如权利要求1或2所述干式空气冷却除湿膜，其特征在于，所述除湿膜为亲水除湿膜。

5.如权利要求4所述干式空气冷却除湿膜，其特征在于，所述表面选择层由离子液体、聚乙烯醇、三甘醇或二醋酸纤维素吸水材料制备而成；所述吸湿多孔导热支撑层和解吸多孔导热支撑层由铜粉、铝粉或不锈钢粉烧结而成，或者由丝状导热材料编织而成；所述多孔绝热层由气凝胶毡、玻璃纤维、石棉或硅酸盐制成，呈多孔结构。

6.一种干式空气冷却除湿装置，包括如权利要求1~5任一项所述的除湿膜，以及除湿器、预冷换热器、第一换热器、第二换热器、冷源和热源，所述除湿膜安装在除湿器内，并将除湿器分隔成吸湿腔和解吸腔；所述吸湿腔远离除湿膜的一端设有待除湿空气进气管和干燥空气排气管；所述冷源的冷媒温度高于待除湿空气的露点温度，其一端与设置在待除湿空气进气管上的预冷换热器连通，另一端与设置在吸湿腔内的第一换热器连通；所述解吸腔内设有与热源连通的第二换热器，解吸腔远离除湿膜的一端设有吹扫空气进气管和吹扫空气排气管。

7.如权利要求6所述干式空气冷却除湿装置，其特征在于，所述吹扫空气进气管上设有预热换热器，所述预热换热器与热源的一端连通，热源的另一端与设置在解吸腔内的第二换热器连通。

8.如权利要求6或7所述干式空气冷却除湿装置，其特征在于，所述吹扫空气排气管上设有抽气泵，使解吸腔处于负压状态；所述待除湿空气进气管上设有压气泵，所述干燥空气排气管和吹扫空气进气管上设有控制阀。

9.如权利要求6或7所述干式空气冷却除湿装置，其特征在于，所述冷源与预冷换热器、第一换热器的管路上设有控制阀；热源与预热换热器、第二换热器的管路上设有控制阀。

10.如权利要求6或7所述干式空气冷却除湿装置，其特征在于，所述换热器的吸湿腔和解吸腔、待除湿空气进气管、吹扫空气进气管上安装有多功能监测器。

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