CN101699177B - 再生式除湿换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制冷技术领域的再生式除湿换热器，所述除湿换热器包括冷却系统、加热系统、除湿换热系统，除湿换热系统又分为处理区和再生区，三个系统通过管道连接起来，除湿换热系统处理区与冷却系统通过管道连接，再生区通过管道与加热系统连接，通过除湿区和再生区的相互切换可以实现连续除湿。本发明分别通过对换热器或金属片进行干燥剂涂布处理，然后得到再生式除湿换热器，该除湿换热器采用内管的冷却水和热水对干燥剂进行冷却和加热，水的对流换热系数远高于气体对流换热系数，有利于干燥剂的除湿和再生，装置尺寸也更加紧凑，能提高除湿换热器的综合性能。

Description

再生式除湿换热器

本发明是由专利申请号为：200910045066.1，专利申请名称为：“再生式除湿换热器及其制作方法”，专利申请人为：上海交通大学，专利申请日为：2009年1月8日的专利分案申请。

技术领域

本发明涉及一种制冷技术领域的换热器，具体是一种再生式除湿换热器。

背景技术

空气除湿技术主要包括冷冻除湿、压缩空气除湿和干燥剂除湿几种方法。压缩空气除湿方法需要将空气进行压缩，提高水蒸气分压，水蒸气凝结后进行分离获得干燥空气，这种方法在风量小的场合有效，但不适宜于大风量。冷冻除湿是将空气温度降低到露点温度，使空气中水分冷凝，达到除湿的目的。这种方法性能稳定、可靠、可连续性工作，在高温、高湿地区应用效率较高。在露点为8℃～10℃以上的场合有效。但是冷冻除湿也存在以下缺点：(1)受限于冷却介质的温度，冷却除湿无法提供低露点或超低露点的送风工况；(2)温度、湿度不能实现单独控制，为了达到较低的湿度往往需要将空气首先处理到较低的温度，然后再将空气加热，到达送风的温湿度要求，这样更浪费了能源；(3)当送风要求的露点低于-4℃以下时，因常规制冷系统蒸发器结霜问题，设备运行效率将大幅降低，能耗大大增加。

干燥剂除湿主要是利用干燥剂优良的吸湿特性来满足除湿的目的。干燥剂除湿主要包括固体除湿和液体除湿。固体除湿是利用多孔介质的毛细作用将空气中的水分吸附到干燥剂上的。固体除湿又包括固定床除湿和转轮除湿。固体除湿设备简单，在低湿下仍能有良好的除湿效果，能够将空气处理到较低的露点，能够达到-40℃～-60℃，而且将干燥剂除湿技术与冷盘管结合起来可以实现温湿度单独控制，改善了室内空气品质。液体除湿采用氯化锂等液体干燥剂水溶液的喷雾吸收水分。干燥剂除湿能够利用太阳能、废热等低品位热能，它克服了冷冻除湿和压缩空气除湿共有的电耗大的缺点，系统具有较大的通风量以及干燥剂能除去空气中污染物而能保证室内空气品质。但干燥除湿也存在不足：在除湿过程，干燥剂吸收水分时会放出大量的吸附热，吸附热使干燥剂的温度升高而导致干燥剂的吸收水分的能力下降，同样，吸附热也会使处理风的温度升高，这样就增加了对处理风降温的能耗。

经对现有技术的文献检索发现，为了解决吸附热使干燥剂的温度升高而导致干燥剂的吸收水分的能力下降的问题，北京航空航天大学袁卫星、郑毅等人【内冷却紧凑式固体除湿器实验研究，北京航天航空大学学报，2006年9月，第1101页】研究制造了粘贴型内冷却紧凑式叉流除湿器。该除湿器结构形式和换热原理与属于紧凑式换热器的叉流板翅式换热器相似，是普通固定床式除湿器的改进形式，其将硅胶颗粒粘贴在除湿器主边处理气流流道的翅片上，考虑到硅胶吸收水分时具有较高的吸附热，在除湿器次边通过气流对主边流道进行冷却，与转轮除湿器相比，次边的冷却作用是明显的，有效地解决了吸湿剂的吸附热问题，实验表明，该除湿器中硅胶的动态吸湿率高达12.4％。但这种除湿器体积较大，与常规干燥剂除湿设备比，单位体积的上胶量少(金属结构总质量18.6kg，硅胶的总质量为1.9kg)以及叉流除湿器安装难度较大。此外，气体对流换热系数较低，这也不利于干燥剂的除湿/再生。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种再生式除湿换热器。本发明采用金属表面干燥剂涂层技术，具有加工容易，成本低廉，易于安装等特点，同时能够用作冷却换热器，在对处理空气进行除湿过程同时，还能起到降温的作用，整个装置综合能源利用效率高，还能有效改善室内空气品质，是一种节能环保的除湿换热技术。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的再生式除湿换热器的制作方法为以下两种中的任一种：

第一种：再生式除湿换热器的制作方法包括如下工序：

①将粘合剂涂布在清洁干净的管翅换热器上，并通过压缩空气机去掉多余的粘合剂，使管翅除湿器表面形成一层均匀的粘合剂薄层。

②把固体粉末干燥剂均匀涂布在粘合剂上面，其目的是在换热翅片表面固化干燥剂颗粒，满足吸湿要求。

③对涂布了干燥剂颗粒的换热器进行烘干处理，以保证粘合剂和固体粉末干燥剂很好结合。

④根据设定的除湿效果，可选择对换热器再次进行干燥剂涂布处理，以生成强化干燥剂吸湿表面。在此，干燥剂可采用不同于②中干燥剂的材料，通过使用第二类干燥剂表面强化处理，用以提高除湿部件的吸湿性以求提高部件的除湿性能。

⑤对经过所述工艺的换热器进行烘干处理，以保证干燥剂颗粒固定在换热器上面，得到除湿换热器。

第二种：再生式除湿换热器的制作方法包括如下工序：

①将粘合剂涂布在清洁干净的金属片上，使金属片表面形成一层均匀的粘合剂薄层。

②把固体粉末干燥剂均匀涂布在粘合剂上面，其目的在于在换热翅片表面固化干燥剂粒子，满足吸湿要求。

③对涂布了干燥剂的金属片进行烘干处理，以保证粘合剂和固体粉末干燥剂固定在金属片上面。

④根据设定的除湿效果，可选择对处理后的金属片再次进行干燥剂涂布处理，以生成强化干燥剂吸湿表面。在此，干燥剂可采用不同于②中干燥剂的材料，通过使用第二类干燥剂表面强化处理，用以提高除湿部件的吸湿性以求提高部件的除湿性能。

⑤对经过所述工艺的金属片进行烘干处理，以保证干燥剂颗粒固定在金属片上面。

⑥把金属片和金属管制成除湿换热器，所制成的除湿换热器结构形式和换热原理与属于紧凑式换热器的管翅换热器相同。

以上两种制作方法中所述的粘合剂可以是乳胶粘结剂，但应用不仅限于此粘合剂。

以上两种制作方法中所述的干燥剂材料可以是硅胶、分子筛、氧化铝，但应用不仅限于上述干燥剂。

通过本发明上述方法所制造的除湿换热器，在对处理空气进行除湿同时，还能起到降温冷却的作用，装置综合能源利用效率高，还能有效改善室内空气品质，是一种节能环保的除湿换热技术。

通过采用以上两种方法，可以用简单的步骤完成除湿换热器的制造，所述的除湿换热器除湿效果好，结构简单，价格便宜。

本发明中，除湿换热器使用的干燥剂可采用低品位热源(50～90℃)进行再生，空调冷凝器余热、太阳能热水和热空气等均可用于装置再生。常用的干燥剂包括硅胶、分子筛、氧化铝等。

本发明所涉及的再生式除湿换热器，分为三个系统：冷却系统、加热系统、除湿换热系统，三个系统通过管道连接起来，除湿换热系统处理区与冷却系统通过管道连接，再生区通过管道与加热系统连接。

所述的除湿换热系统包括处理区和再生区。

所述的处理区包括：双向风机、除湿换热器和调风阀。连接方式为：双向风机的一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器相连，除湿换热器另一端与调风阀相连，调风阀的另一端与送风口相连，除湿后的处理风或混合风在双向风机的作用下被送入室内。

所述的再生区包括：双向风机、除湿换热器和调风阀。连接方式为：双向风机的一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器相连，除湿换热器另一端与调风阀相连，调风阀的另一端与回风口相连，排风吸收除湿换热器蒸发出来的水分，并在双向风机的作用下被排到室外。

所述的双向风机为通过开关切换可以实现正反两个方向送风的风机，每个双向风机亦可以由两个单向风机代替，但两个单向风机的安装位置决定于风管的布置情况。

本发明的工作原理是：(1)空调降温季节，在除湿换热器内管通以热介质而对干燥剂持续加热，干燥剂的水分被释放出来并被排风带走，即再生作用；在再生完全后的除湿换热器内管通以冷却介质，冷却介质能带走干燥剂吸附水分时放出的吸附热以维持干燥剂表面较低的水蒸气分压力来吸附空气中水分，即除湿作用。在标准夏季工况下，经过除湿换热器处理的送风，可以达到降低温度及合适的含湿量。(2)取暖季节，把再生风调整到合适的温湿度状态，送入室内；处理风排到室外。

本发明除湿换热器采用内管的冷却水和热水对干燥剂进行冷却和加热，水的对流换热系数远高于气体对流换热系数，有利于干燥剂的除湿和再生，装置尺寸也更加紧凑，能提高除湿换热器的综合性能。

本发明相对于现有干燥剂除湿技术具有如下的优点及效果：(1)除湿换热器制作工艺简单，价格便宜。(2)换热器除湿系统结构简单，易于安装，设备投资费用低。(3)结构紧凑，提高了除湿换热器单位体积的干燥剂涂覆量。(4)在同等工况和几何结构条件下，水的对流换热系数远高于气体对流换热系数，这都有利于干燥剂的除湿和再生，从而能提高除湿换热器系统的综合性能。

附图说明

图1为除湿换热器的制造方法一工序示意图。

图2为除湿换热器的制造方法二工序示意图。

图3为图1、图2所述除湿换热器的翅片涂层截面示意图。

图4为本发明所述可利用低品位热源的基于再生式除湿换热器的除湿过程示意图。

图5为本发明所述可利用低品位热源的基于再生式除湿换热器的热泵除湿过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例所涉及的再生式除湿换热器制作方法如图1、3所示：

在清洁烘干工序(S1)，把规格为202×168×25mm、翅片间距为1mm管翅换热器1和规格为202×168×25mm、翅片间距为0.5mm管翅换热器2清洁干净并用电热恒温鼓风干燥箱对其烘干，烘干温度为40℃±0.2℃，烘干后换热器1和换热器2的质量分别为483.58g和513.78g。把烘干后的管翅换热器置于室内自然冷却后，在涂布粘合剂工序(S2)，对其涂布粘合剂，涂布后，用压缩空气机去掉多余的粘合剂以免堵塞换热通气道，使管翅除湿器表面形成一层均匀的厚度约为0.1mm的粘合剂薄层。将涂布粘合剂工序(S2)处理后的管翅换热器暴露于空气约10分钟，使粘合剂中的部分水分蒸发掉，然后进行涂布固体干燥剂粉末工序(S3)，可把硅胶固体粉末均匀洒在粘合剂上面，其目的是在换热翅片表面固化干燥剂颗粒，满足吸湿要求。然后通过第一烘干工序(S4)对涂布了干燥剂颗粒的换热器进行烘干处理，以保证粘合剂和固体粉末干燥剂很好结合，烘干温度为100℃±0.2℃，直到质量保持不变为止。经过第一烘干工序(S4)烘干后换热器1和换热器2的质量分别为520.29g和553.87g。

根据设定的除湿效果，对换热器施行涂布第二类干燥剂工序(S5)：把经过第一干燥工序(S4)处理后的换热器进一步通过涂布粘合剂固化干燥剂，其目的在于通过使用第二类干燥剂(可以与第一类干燥剂相同或不同)表面强化处理，用以提高除湿部件的吸湿性以求提高部件的除湿性能。最后，通过第二烘干工序(S6)对经过所述工艺的换热器进行烘干处理，烘干温度为100℃±0.2℃，以保证干燥剂颗粒固定在换热器上面，从而得到除湿换热器成品。

根据设定的干燥剂量，须对涂布第二类干燥剂工序(S5)和第二烘干工序(S6)反复多次。由于所述的两个换热器的翅片间距不同，最后，上完干燥剂的换热器1和换热器2的质量分别为673.54g和638.97g。

通过把用上述方法制成的除湿换热器1和除湿换热器2串联安装在风管中，实验表明：当室外温、湿度分别为26.2℃和65.5％，除湿时在除湿换热器1和除湿换热器2内管通以25.5℃的冷水，风量为183.24m3和h，再生温度为60℃、70℃和80℃的最大除湿量风别为6.266g和kg、10.972g和kg和11.167g和kg。

实施例2

本实施例所涉及的再生式除湿换热器制作方法如图2.3所示：

在清洁烘干工序(S1)，把厚度约为0.2mm、质量为1.00g的金属片清洁干净并用电热恒温鼓风干燥箱对其烘干，烘干温度为40℃±0.2℃。把烘干后的管翅换热器置于室内自然冷却后，再进行涂布粘合剂工序(S2)，之后用压缩空气机去掉多余的粘合剂，使金属片表面形成一层均匀的厚度约为0.1mm的粘合剂薄层。将涂布粘合剂工序(S2)处理后的金属片暴露于空气约10分钟，使粘合剂中的部分水分蒸发掉，然后进行涂布固体干燥剂粉末工序(S3)，把硅胶固体粉末均匀洒在粘合剂上面，其目的是在金属片表面固化干燥剂颗粒，满足吸湿要求。然后通过第一烘干工序(S4)对涂布了干燥剂颗粒的金属片进行烘干处理，以保证粘合剂和固体粉末干燥剂很好结合，烘干温度为100℃±0.2℃，直到质量保持不变为止。经过第一烘干工序(S4)烘干后金属片的质量2.07g。

根据设定的除湿效果，对换热器施行涂布第二类干燥剂工序(S5)：进一步通过涂布粘合剂固化干燥剂，其目的在于通过使用第二类干燥剂(可以与第一类干燥剂相同或不同)表面强化处理，用以提高除湿部件的吸湿性以求提高部件的除湿性能。最后，通过第二烘干工序(S6)对经过所述工艺的金属片进行烘干处理，烘干温度为100℃±0.2℃，以保证干燥剂颗粒固定在金属片上面。

根据设定的干燥剂量，须对涂布第二类干燥剂工序(S5)和第二烘干工序(S6)反复多次。最后，上完干燥剂后金属片的质量为2.90g。

所述的金属片大小及形状可以根据需要而定，通过工序(S7)，把金属片和金属管组装成除湿换热器成品。

实验表明，用以上方法制造的金属片的吸湿率高达13.33％。

实施例3

本实施例所涉及的再生式除湿换热器，具体结构如图4所示，冷却系统为冷却塔系统1，加热系统为太阳能集热器系统2。

本实施例包括：冷却塔系统1、太阳能集热器系统2、除湿换热系统3，其中除湿换热系统3又分为再生区33和处理区32，三个系统通过水管连接。

所述冷却塔系统1包括：冷却塔4，水泵5，喷淋器6，水泵7，阀门8，冷水箱9。其连接关系为：水泵5一端与冷水箱9通过水管相连，水泵5的另一端与冷却塔4相连接，冷却塔4的另一端与阀门8相连，阀门8的另一端与冷水箱9相连，冷水箱9的水在水泵5的作用下经过冷却塔4冷却后再回到冷水箱9，形成一个回路；冷却塔4里的冷却水通过水泵6抽到冷却塔4的上方由喷淋器6喷向盘管。

所述的太阳能集热器系统2包括：太阳能集热器10，水泵11，阀门12，太阳能水箱13。其连接关系为：阀门12的一端与太阳能水箱13相连，另一端通过水管与水泵11相连，水泵11的另一端与太阳能集热器10相连接，太阳能集热器10的另一端通过水管与太阳能水箱13相连，太阳能水箱13的水在水泵11的作用下经过太阳能集热器10加热后回到太阳能水箱13里面，形成一个回路。

所述的除湿换热系统3又分为再生区33和处理区32，其设备包括：阀门14，阀门15，阀门16，阀门17，阀门18，阀门19，阀门20，阀门21，双向风机22，除湿换热器23，调风阀24，水泵25，水泵26，调风阀27，除湿换热器28，双向风机29，回风口30，送风口31。处理区32分为水循环子系统和处理风子系统，处理风子系统连接关系为：双向风机22一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器23连接，除湿换热器23的另一端与调风阀24相连接，调风阀24使通向送风口31的风管处于开启状态。水循环子系统的连接关系为：除湿换热器23通过水管与阀门17相连接，阀门17的另一端与冷水箱9相连接，冷水箱9的出水口与阀门16相连接，阀门16的另一端通过水管与水泵25相连接，水泵25与除湿换热器23连接，冷水箱9的水在水泵25的作用下依次通过阀门16、水泵25、除湿换热器23和阀门17后再回到冷水箱9中，形成一个回路。再生区33分为水循环子系统和再生风子系统，再生风子系统连接关系为：双向风机29一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器28连接，除湿换热器28的另一端与调风阀27相连接，调风阀27使通向回风口30的风道处于开启状态。水循环子系统的连接关系为：除湿换热器28通过水管与阀门21相连接，阀门21的另一端与太阳能水箱13相连接，太阳能水箱13的出水口与阀门20相连接，阀门20的另一端通过水管与水泵26相连接，水泵26与除湿换热器28连接，太阳能水箱13的水在水泵26的作用下依次通过阀门20、水泵26、除湿换热器28和阀门21后再回到太阳能水箱13中，形成一个回路。

本实施例还可以通过以下切换使得原来的处理区32和再生区33的功能切换，也就是，原来的处理区32变为再生区，具有再生功能，原来的再生区33变为处理区，具有除湿功能。所述的切换方式为：关闭阀门16、阀门17，开启阀门14、阀门15，在水泵25的作用下太阳能水箱13的热水通过除湿换热器23再回到太阳能水箱13，形成一个回路；关闭阀门20和阀门21，开启阀门18和阀门19，冷水箱9的水在水泵26的作用下经过除湿换热器28再回到冷水箱9中，形成一个回路。与此同时，调风阀24使通向回风口30的风道处于开启状态，来自回风口30的回风在双向风机22的作用下经过除湿换热器23后排到室外；调风阀27使通向送风口31的风道处于开启状态，室外新风或新风和回风的混合风在双向风机29的作用下经过除湿换热器28后被送到送风口31。

所述的双向风机为通过开关切换可以实现正反两个方向送风的风机，每个双向风机亦可以由两个单向风机代替，但两个单向风机的安装位置决定于风管的布置情况。

通过对再生区和处理区的功能切换可以保证上述系统能连续地除湿。

在冬季，可将再生风引入室内，实现向室内供暖，并增湿。处理风排出室外。

实施例4

本实施例所涉及的再生式除湿换热器，具体结构如图5所示，该系统为热泵除湿系统，其包括：双向风机1、8，第除湿换热器2、7，调风阀3、6，还包括外围设备--压缩机9，四通阀10，膨胀阀11，风道12、13。

所述的双向风机为通过开关切换可以实现正反两个方向送风的风机，每个双向风机亦可以由两个单向风机代替，但两个单向风机的安装位置决定于风管的布置情况。

所述的调风阀起切换风道的作用。

如图5(a)所示：制冷剂经过压缩机9压缩以后温度升高并经过除湿换热器7对其加热，此时除湿换热器7在热泵系统中作为冷凝器；制冷剂经过膨胀阀11以后温度下降，并经过除湿换热器2，此时除湿换热器2在热泵系统中作为蒸发器，最后制冷剂再回到压缩机9，形成一个封闭的回路。

首先调整调风阀3使通向送风口4的风管处于开启状态和调整调风阀6使通向回风口5的风管处于开启状态。除湿换热器2安装在风道13中，室外风或排风和回风的混合风在双向风机1的作用下经过除湿换热器2并被除去水分，然后被送到送风口4；除湿换热器7安装在风道12中，排风在双向风机8的作用下经过除湿换热器7并吸收其蒸发出来的水分，然后被排到室外。

如图5(b)所示：切换热泵系统中制冷剂的流动方向，同时调整调风阀3使通向回风口5的风管处于开启状态和调整调风阀6使通向送风口4的风管处于开启状态，此时，此时除湿换热器7在热泵系统中作为蒸发器，此时除湿换热器2在热泵系统中作为冷凝器。排风在双向风机1的作用下经过除湿换热器2并吸收其蒸发出来的水分，然后被排到室外；室外风或排风和回风的混合风在双向风机8的作用下经过除湿换热器7并被除去水分，然后被送到送风口4。

通过对所述的(a)、(b)两种模式相互切换可以实现连续除湿。

在冬季，可将再生风引入室内，实现向室内供暖，并增湿，处理风排出室外。

Claims (3)

1.一种再生式除湿换热器，包括：冷却系统、加热系统、除湿换热系统，三个系统通过管道连接起来，除湿换热系统处理区与冷却系统通过管道连接，再生区通过管道与加热系统连接，其特征在于：所述的除湿换热系统包括处理区和再生区，其中：

所述的处理区包括：双向风机、除湿换热器和调风阀，连接方式为：双向风机的一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器相连，除湿换热器另一端与调风阀相连，调风阀的另一端与送风口相连，除湿后的处理风或混合风在双向风机的作用下被送入室内；

所述的再生区包括：双向风机、除湿换热器和调风阀，连接方式为：双向风机的一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器相连，除湿换热器另一端与调风阀相连，调风阀的另一端与回风口相连，排风吸收除湿换热器蒸发出来的水分，并在双向风机的作用下被排到室外；

所述的处理区分为水循环子系统和处理风子系统，处理风子系统连接关系为：双向风机一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器连接，除湿换热器的另一端与调风阀相连接，调风阀使通向送风口的风管处于开启状态，水循环子系统的连接关系为：除湿换热器通过水管与阀门相连接，阀门的另一端与冷水箱相连接，冷水箱的出水口与阀门相连接，阀门的另一端通过水管与水泵相连接，水泵与除湿换热器连接，冷水箱的水在水泵的作用下依次通过阀门、水泵、除湿换热器和阀门后再回到冷水箱中，形成一个回路，再生区分为水循环子系统和再生风子系统，再生风子系统连接关系为：双向风机一端通向室外，另一端通过风管与除湿换热器连接，除湿换热器的另一端与调风阀相连接，调风阀使通向回风口的风道处于开启状态，水循环子系统的连接关系为：除湿换热器通过水管与阀门相连接，阀门的另一端与太阳能水箱相连接，太阳能水箱的出水口与阀门相连接，阀门的另一端通过水管与水泵相连接，水泵与除湿换热器连接，太阳能水箱的水在水泵的作用下依次通过阀门、水泵、除湿换热器和阀门后再回到太阳能水箱中，形成一个回路。

2.根据权利要求1所述的再生式除湿换热器，其特征是，所述的双向风机为通过开关切换能实现正反两个方向送风的风机。

3.根据权利要求1或2所述的再生式除湿换热器，其特征是，所述的双向风机或者由两个单向风机代替。

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