CN218794988U - 基于金属有机框架材料的除湿板、除湿装置及干燥系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物料干燥技术领域，公开了一种基于金属有机框架材料的除湿板、除湿装置及干燥系统，本实用新型的基于金属有机框架材料的除湿装置板包括板体和骨架，所述板体由金属有机框架材料掺杂于低临界溶解温度型温敏聚合物制成，所述板体竖立设置，所述板体上设有引流槽道，所述引流槽道从所述板体的上端向所述板体的下端汇聚连通设置，所述引流槽道的下端设有出水口；所述骨架设置在所述板体内，所述骨架能够支撑所述板体。其能够将干燥物料的废气中的水分脱出，使废气进行余热循环，提高热效率，降低干燥材料再生或水汽冷凝的能源消耗。

Description

基于金属有机框架材料的除湿板、除湿装置及干燥系统

技术领域

本实用新型涉及物料干燥技术领域，具体涉及一种基于金属有机框架材料的除湿板、除湿装置及干燥系统。

背景技术

干燥泛指将湿物料中的水分去除或其他湿分的各种操作，干燥的目的在于使物料便于储存、运输和使用，干燥操作被广泛用于化工、食品、轻工、纺织、农林产品加工和建材等各个部门，干燥技术在解决物料发霉变质、不便于运输等问题的同时，也产生了巨大的能源消耗。在整个工业生产结构中，干燥是能源消耗量最大的工序之一，占全世界工业能耗的10％～15％。

在物料的干燥过程中，从干燥室排出的废气具有一定余热，但是也含有较高的水分。现有技术中有一种辣椒粉生产用干辣椒干燥装置，该装置中脱出的水蒸气由排湿孔排出，达到干燥效果的同时，也有约40％的热量未得到有效利用。若将废气中水分脱出进行余热的循环利用，将起到节能降耗的作用。在工业中，利用硅胶、氯化钙等固体吸附剂等去除水蒸气、工业气体或有机溶液中的水分，或者在化工生产中用热空气、烟道气等加热湿固体物料，使得物料的水分去除。但是固体吸附剂再生有需要额外的热量。

就水分如何脱出进行余热的循环利用，学者提出了不同的实施途径。专利CN208688207U一种卷烟干燥机中，其利用硅胶材料进行气体的干燥；专利CN113008013A一种用于干燥机的加热装置，设有水分吸收组件，利用无水氯化钙颗粒吸收气流内部夹带的水分；专利CN107218790A一种热泵除湿干燥装置，该装置利用热泵系统的蒸发器实现水分的脱出，冷凝器的制冷剂对除湿后空气再次加热循环利用。目前设计制造的干燥装置或干燥技术中，利用热能进行物料的水分脱出流程中，进行余热的循环的技术中关于水分脱出，绝大部分涉及干燥剂的使用和废气的冷凝，涉及干燥剂的再生问题和制冷剂的使用以及能量损失的问题。因此，有必要对现有的物料干燥系统进行改进。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种基于金属有机框架材料的除湿板、除湿装置及干燥系统，本实用新型的除湿板能够将废气中的水分脱出，使废气进行余热循环，提高热效率，降低干燥材料再生或水汽冷凝的能源消耗。

为达上述目的，本实用新型的基于金属有机框架材料的除湿板包括板体和骨架，所述板体由金属有机框架材料掺杂于低临界溶解温度型温敏聚合物制成，所述板体竖立设置，所述板体上设有引流槽道，所述引流槽道从所述板体的上端向所述板体的下端汇聚连通设置，所述引流槽道的下端设有出水口；所述骨架设置在所述板体内，所述骨架能够支撑所述板体。

使干燥物料后的废气流经除湿板并与除湿板表面接触，除湿板上的金属有机框架材料吸附废气中的水分，使废气中的水分脱出，除湿过程中不需要冷凝处理，除湿后的气体温度降低较小，使废气能够进行余热循环，提高热效率。吸附水分的过程中，水分在金属有机框架材料的孔隙内的毛细凝聚形成液态的水；随着处理的气体增多，除湿板的温度升高达到温敏聚合物的低临界溶解温度后，使除湿板材料的体积发生收缩，将吸附产生的液态水释放，经过引流槽道和出水口排出。除湿板的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板可在室温下自然冷却，使除湿板恢复除湿能力，降低能源消耗。

在其中一个实施例中，所述引流槽道的分布形状成树叶叶脉状；所述引流槽道的各分支能够使水液滴产生，从远离所述出水口的一端向靠近所述出水口的一端的，拉普拉斯压差作用力。

水液在引流槽道上流动时引流槽道使水液在流动过程中同时受到拉普拉斯压差作用力作用，增加水液的汇聚流动速度，使水液更快的流出出水口。

在其中一个实施例中，所述骨架对应所述引流槽道的形状设置，并嵌设在所述引流槽道内。

在其中一个实施例中，所述骨架的表面对水液具备不同的润湿性，水液滴在所述骨架表面上的接触角，从所述骨架远离所述出水口的一端向所述骨架靠近所述出水口的一端的方向，逐渐减小。

骨架支承板体，使除湿板的结构更加稳固。同时骨架的表面的润湿性差异对形成润湿性梯度，对液态水沿引流槽道输送起着推动作用，使水液更快流出出水口。

在其中一个实施例中，所述板体中还分散掺杂设有，导热系数大于所述金属有机框架材料的导热系数的导热颗粒。

导热颗粒加快除湿板传递、吸收热量，使温敏聚合物更快达到低临界溶解温度，使金属有机框架材料释放吸附的液态水。

在其中一个实施例中，所述低临界溶解温度型温敏聚合物为聚(N-异丙基丙烯酰胺)，所述金属有机框架材料为MOF-808或MOF-801或MOF-1或MOF-303或MOF-841或MOF-802或MOF-805或MOF-806或MOF-804或UIO-66或MIL-101或MIL-53或MIL-125中的一种或几种。

本实用新型的基于金属有机框架材料的除湿装置包括除湿室和根据上述任意一实施例中所述的基于金属有机框架材料的除湿板，所述除湿室设有进气口和出气口，所述除湿室的底部设有集水槽，所述集水槽的一端设有排水口；所述除湿板间隔设置在所述除湿室内，所述出水口与所述集水槽连通。

本实用新型的基于金属有机框架材料的干燥系统包括干燥室、循环风机、空气加热器，以及上述任意一实施例中所述的基于金属有机框架材料的除湿装置，所述空气加热器的出气口与所述干燥室的进气口连接，所述干燥室的排气口与所述除湿室的进气口连接，所述除湿室的出气口与所述循环风机的进气口连接，所述循环风机的出气口与所述空气加热器的进气口连接。

使用时，空气加热器先将空气加热后送入干燥室，干燥物料后的废气进入除湿装置的除湿室脱出水分，除湿后的气体温度降低较小，在循环风机的加压下，除湿后的气体再次进入空气加热器补充热量，空气能够在整个干燥系统中进行余热循环，提高了干燥系统的热效率。除湿板的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板可在室温下自然冷却，恢复除湿能力，进一步降低能源消耗。

在其中一个实施例中的基于金属有机框架材料的干燥系统，还包括送风机、湿度传感器和控制阀，所述送风机的出气口与所述干燥室的进气口连接，所述送风机的进气口与所述空气加热器的出气口和所述干燥室的排气口连接；所述湿度传感器和所述控制阀设置在所述干燥室与所述除湿室之间的连接管路上，所述湿度传感器的信号用于控制所述控制阀，和控制所述送风机的进气口与所述干燥室的排气口选择性连通。

湿度传感器监测干燥室流入除湿室的废气的湿度，当废气的湿度低于目标值使，送风机能够将干燥室排出的废气再次送入干燥室的进气口，使干燥气体能够充分利用。

在其中一个实施例中的基于金属有机框架材料的干燥系统，还包括空气补充调节器，所述空气补充调节器与所述空气加热器的进气口连接，所述空气补充调节器根据所述除湿室内的气压可选择的开启或关闭。

空气补充调节器根据除湿室内的气压从外部补入空气，使有足量的空气进入干燥室对物料进行干燥，提高干燥系统的能源利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一实施例提供的除湿板的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的基于金属有机框架材料的除湿装置主视图；

图3为图2所示的基于金属有机框架材料的除湿装置的左图；

图4为本实用新型一实施例提供的基于金属有机框架材料的干燥系统的结构示意图；

附图标记：

1-干燥室，2-循环风机，3-空气加热器，4-送风机，5-湿度传感器，6-控制阀，7-空气补充调节器，8-除湿装置；

81-除湿室，811-进气口，812-出气口，82-集水槽，821-排水口，83-除湿板，831-板体，8311-引流槽道，8312-出水口，832-骨架，84-隔板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

需要理解的是，在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。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或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

请参阅图1至图3，一实施方式中基于金属有机框架材料的除湿板83包括板体831和骨架832，其用于对干燥物料后的废气进行除湿处理，能够将废气中的水分脱出，进行余热循环，提高热效率，降低干燥材料再生或水汽冷凝的能源消耗。

具体的，请参阅图1，除湿板83包括板体831和骨架832。板体831由金属有机框架材料掺杂于低临界溶解温度型温敏聚合物制成。板体831竖立设置，板体831上设有引流槽道8311，引流槽道8311从板体831的上端向板体831的下端汇聚连通设置。引流槽道8311的下端设有出水口8312。骨架832设置在板体831内，骨架832能够支撑板体831。

该实施方式中的除湿板83使用时，使干燥物料后的废气流经除湿板83并与除湿板83表面接触。除湿板83上的金属有机框架材料吸附废气中的水分，使废气中的水分脱出，除湿过程中不需要冷凝处理，除湿后的气体温度降低较小，使废气能够进行余热循环，提高热效率。吸附水分的过程中，水分在金属有机框架材料的孔隙内的毛细凝聚形成液态的水；随着处理的气体增多，除湿板83的温度升高达到温敏聚合物的低临界溶解温度后，使除湿板材料的体积发生收缩，将吸附产生的液态水释放，经过引流槽道8311和出水口8312排出。除湿板83的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板83可在室温下自然冷却，使除湿板83恢复除湿能力，降低能源消耗。

需要说明的是，金属有机骨架材料是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料。一实施方式中，金属有机框架材料为MOF-808或MOF-801或MOF-1或MOF-303或MOF-841或MOF-802或MOF-805或MOF-806或MOF-804或UiO-66或MIL-101或MIL-53或MIL-125中的一种或几种。金属有机框架材料也可以使其他高比表面积、高孔隙率的金属有机框架材料。低临界溶解温度型温敏聚合物为分子链上具有亲水与疏水基团，材料吸热上升至一定温度时材料体积会发生收缩，也会有可逆的亲水-疏水性转变的热敏性高分子材料。一实施方式中，低临界溶解温度型温敏聚合物为聚(N-异丙基丙烯酰胺)。可以理解的是，低临界溶解温度型温敏聚合物也可以更具废气温度的不同选择其他材料。板体831可以通过模板法使温敏聚合物与粉末状的金属有机框架材料成型为板状结构。除湿板83与废气接触时，温敏聚合物上的亲水基团以及金属有机框架材料对水进行吸附，吸附在金属有机框架材料孔隙表面的水蒸气饱和、冷凝，并随着重力和表面能克服水的聚结而渗出。当温度达到温敏聚合物的低临界溶液温度后，温敏聚合物发生亲水性到疏水性的相变，体积收缩，实现液态水迅速排出。经过引流槽道8311和出水口8312排出。

一实施方式中，引流槽道8311的分布形状成树叶叶脉状；引流槽道8311的各分支能够使水液滴产生，从远离出水口8312的一端向靠近出水口8312的一端的，拉普拉斯压差作用力。具体的，引流槽道8311的各分支从远离出水口8312的一端向靠近出水口8312的一端，成横截面半径连续增大的圆锥形结构(可以是完整圆锥或不完整圆锥)。例如引流槽道8311的各分支可设置成仙人掌刺形状。水滴在引流槽道8311上流动时引流槽道8311使水液在流动过程中同时受到拉普拉斯压差作用力作用，增加水液的汇聚流动速度，使水液更快的流入集水槽82。一实施方式中，骨架832对应引流槽道8311的形状设置，并嵌设在引流槽道8311内。具体的，骨架832对应引流槽道8311的各个分支走向设置。一实施方式中，骨架832的表面对水液具备不同的润湿性。水液滴在骨架832表面上的接触角，从骨架832远离出水口8312的一端向骨架832靠近出水口8312的一端的方向，逐渐减小。可以理解的是，润湿性是固体表面的一项重要性质，而润湿性又主要取决于表面能的大小。当固体的表面能越低，表面的疏水性越强，水液滴在骨架832表面上的接触角就越大。反之，固体表面能越高，亲水性越强，水液滴在骨架832表面上的接触角越小。骨架832的表面对水液的不同润湿性可以通过骨架832表面的不同度粗糙度或不同材料涂岑实现。骨架832支承板体831，使除湿板83的结构更加稳固。同时骨架832的表面的润湿性差异对形成润湿性梯度，对液态水沿引流槽道8311输送起着推动作用，使水液更快的流出出水口8312。骨架832可采用铜、铝等金属板材料通过机加等方式成型。一实施方式中，引流槽道8311沿其汇聚方向的反方向，引流槽道8311设置为多级分叉结构。骨架832对应设置为多级分叉结构，且相邻两级分叉结构之间的润湿性差异使水液滴在骨架832对应表面上的接触角差8°～12°。水液滴在骨架832相邻两级分叉结构之间受到的推动作用比较明显，同时也便于骨架832设置更多级的分支。使骨架832的分叉级数与相邻两级分叉结构之间的润湿性梯度作用力相协调，便于充分、快速的集水。

一实施方式中，板体831中还分散掺杂设有，导热系数大于金属有机框架材料的导热系数的导热颗粒。导热颗粒加快除湿板83传递、吸收热量，使温敏聚合物更快达到低临界溶解温度，使金属有机框架材料释放吸附的液态水。优选的，导热颗粒可以选用导热性能好的金属微粒，金纳米粒子、银纳米粒子、铜纳米粒子等。

上述基于金属有机框架材料的除湿板83使用时，使干燥物料后的废气流经除湿板83并与除湿板83表面接触，除湿板83上的金属有机框架材料吸附废气中的水分，使废气中的水分脱出，除湿过程中不需要冷凝处理，除湿后的气体温度降低较小，使废气能够进行余热循环，提高热效率。吸附水分的过程中，水分在金属有机框架材料的孔隙内的毛细凝聚形成液态的水；随着处理的气体增多，除湿板83的温度升高达到温敏聚合物的低临界溶解温度后，使除湿板材料的体积发生收缩，将吸附产生的液态水释放，经过引流槽道8311和出水口8312排出。除湿板83的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板83可在室温下自然冷却，使除湿板83恢复除湿能力，降低能源消耗。

请参阅图1至图3，本实用新型一实施方式中的基于金属有机框架材料的除湿装置8包括干燥室1和根据上述任意一实施方式中的基于金属有机框架材料的除湿板83。除湿室81设有进气口811和出气口812。除湿室81的底部设有集水槽82，集水槽82的一端设有排水口821。除湿板83间隔设置在除湿室81内，出水口8312与集水槽82连通。具体的，干燥物料后的废气从进气口811送入除湿室81，除湿板83与废气接触进行脱水处理，处理后的气体从出气口812送出。一实施方式中，除湿板83平行间隔设置。进气口811和出气口812，相对设置在除湿板83的间隙延伸方向的两侧。干燥物料后的废气能够分散流入除湿板83的间隙内，增加废气与除湿板83的接触面积，使废气中的水分被充分吸附、脱出。一实施方式中，除湿室81与集水槽82之间设有隔板。除湿板83的下端贯穿隔板伸入集水槽82。隔板防止集水槽82内的液态水再次蒸发进入除湿室81，提高除湿板83的利用效率。

请参阅图1至图4，本实用新型一实施方式中的基于金属有机框架材料的干燥系统包括干燥室1、循环风机2、空气加热器3，以及上述任意一实施例方式的基于金属有机框架材料的除湿装置8。干燥室1根据干燥物料设置。循环风机2可以采用风扇、鼓风机等，使空气在各个设备之间流动。

请参阅图4，具体的，空气加热器3的出气口与干燥室1的进气口连接，干燥室1的排气口与除湿室81的进气口811连接，除湿室81的出气口812与循环风机2的进气口连接，循环风机2的出气口与空气加热器3的进气口连接。使用时，空气加热器3先将空气加热后送入干燥室1，干燥物料后的废气进入除湿装置8的除湿室81脱出水分，除湿后的气体温度降低较小，在循环风机2的加压下，除湿后的气体再次进入空气加热器3补充热量进入下一循环。循环过程中损耗的空气量仅需要少量的环境空气补充，与除湿后的废气同时在空气加热器3中加热，由于除湿后的废气具备一定的余热，因而在空气加热器3中加热的时间变短，整个干燥系统的运行效率得以提高。除湿板83的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板83可在室温下自然冷却，恢复除湿能力。进一步降低能源消耗。一实施方式中，空气加热器3为太阳能加热器。以节约能源。一实施方式中，除湿装置8的数量为多个。除湿装置8并联设置，干燥室1和循环风机2可选择的同时与一个或多个除湿装置8连接。除湿装置8的数量为多个，工作时可以先选择部分除湿装置8进行除湿处理，部分除湿装置8自然冷却恢复除湿能力，减少能源的利用。

一实施方式中的基于金属有机框架材料的干燥系统，还包括送风机4、湿度传感器5和控制阀6。送风机4的出气口与干燥室1的进气口连接，送风机4的进气口与空气加热器3的出气口和干燥室1的排气口连接。湿度传感器5和控制阀6设置在干燥室1与除湿室81之间的连接管路上。湿度传感器5的信号用于控制控制阀6，和控制送风机4的进气口与干燥室1的排气口选择性连通。湿度传感器5监测干燥室1流入除湿室81的废气的湿度，当废气的湿度低于目标值使，送风机4能够将干燥室1排出的废气再次送入干燥室1的进气口，使干燥气体能够充分利用。具体的，控制阀6可以为电控或液控的流量阀或开关阀。送风机4为风扇或鼓风机等。可以理解的是，控制阀6和送风机4等可以通过控制器进行控制。湿度传感器5能够将测量的信号输送到控制器，并使控制器对应控制控制阀6和送风机4。

一实施方式中的基于金属有机框架材料的干燥系统，还包括空气补充调节器7。空气补充调节器7与空气加热器3的进气口连接，空气补充调节器7根据除湿室81内的气压可选择的开启或关闭。具体的，除湿室81内可以设置压力传感器或其他气体压力测试装置，空气补充调节器7的控制器通过压力传感器或气体压力测试装置的信号控制空气补充调节器7启停。空气补充调节器可以为空气泵等设备。空气补充调节器7根据除湿室81内的气压从外部补入空气，使有足量的空气进入干燥室1对物料进行干燥，提高干燥系统的能源利用效率。

上述基于金属有机框架材料的干燥系统使用时，空气加热器3先将空气加热后送入干燥室1，干燥物料后的废气进入除湿装置8的除湿室81脱出水分，除湿后的气体温度降低较小，在循环风机2的加压下，除湿后的气体再次进入空气加热器3补充热量，空气能够在整个干燥系统中进行余热循环，提高了干燥系统的热效率。除湿板83的温度超过温敏聚合物的低临界溶解温度后，除湿板83可在室温下自然冷却，恢复除湿能力，进一步降低能源消耗。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，包括板体和骨架，所述板体由金属有机框架材料掺杂于低临界溶解温度型温敏聚合物制成，所述板体竖立设置，所述板体上设有引流槽道，所述引流槽道从所述板体的上端向所述板体的下端汇聚连通设置，所述引流槽道的下端设有出水口；所述骨架设置在所述板体内，所述骨架能够支撑所述板体。

2.根据权利要求1所述的基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，所述引流槽道的分布形状成树叶叶脉状；所述引流槽道的各分支能够使水液滴产生，从远离所述出水口的一端向靠近所述出水口的一端的，拉普拉斯压差作用力。

3.根据权利要求1或2中所述的基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，所述骨架对应所述引流槽道的形状设置，并嵌设在所述引流槽道内。

4.根据权利要求3所述的基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，所述骨架的表面对水液具备不同的润湿性，水液滴在所述骨架表面上的接触角，从所述骨架远离所述出水口的一端向所述骨架靠近所述出水口的一端的方向，逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，所述板体中还分散掺杂设有，导热系数大于所述金属有机框架材料的导热系数的导热颗粒。

6.根据权利要求1所述的基于金属有机框架材料的除湿板，其特征在于，所述低临界溶解温度型温敏聚合物为聚(Ｎ-异丙基丙烯酰胺)，所述金属有机框架材料为MOF-808或MOF-801或MOF-1或MOF-303或MOF-841或MOF-802或MOF-805或MOF-806或MOF-804或UIO-66或MIL-101或MIL-53或MIL-125中的一种。

7.一种基于金属有机框架材料的除湿装置，其特征在于，包括除湿室和根据权利要求1~6任意一项中所述的基于金属有机框架材料的除湿板，所述除湿室设有进气口和出气口，所述除湿室的底部设有集水槽，所述集水槽的一端设有排水口；所述除湿板间隔设置在所述除湿室内，所述出水口与所述集水槽连通。

8.一种基于金属有机框架材料的干燥系统，包括干燥室、循环风机、空气加热器，其特征在于，还包括根据权利要求7中所述的基于金属有机框架材料的除湿装置，所述空气加热器的出气口与所述干燥室的进气口连接，所述干燥室的排气口与所述除湿室的进气口连接，所述除湿室的出气口与所述循环风机的进气口连接，所述循环风机的出气口与所述空气加热器的进气口连接。

9.根据权利要求8所述的基于金属有机框架材料的干燥系统，其特征在于，还包括送风机、湿度传感器和控制阀，所述送风机的出气口与所述干燥室的进气口连接，所述送风机的进气口与所述空气加热器的出气口和所述干燥室的排气口连接；所述湿度传感器和所述控制阀设置在所述干燥室与所述除湿室之间的连接管路上，所述湿度传感器的信号用于控制所述控制阀，和控制所述送风机的进气口与所述干燥室的排气口选择性连通。

10.根据权利要求8或9中所述的基于金属有机框架材料的干燥系统，其特征在于，还包括空气补充调节器，所述空气补充调节器与所述空气加热器的进气口连接，所述空气补充调节器根据所述除湿室内的气压可选择的开启或关闭。

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