CN113041779A - 一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法及除湿床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温紧凑型叉流板式换热固体吸附除湿方法，其包括如下步骤：(1)设置一恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床；(2)吸附除湿过程；(3)脱附再生过程；(4)重复步骤(2)～(3)，直至空气除湿作业结束。本发明还提供了一种实施上述方法的除湿床，包括立方体金属壳体、板、波纹状金属导热翅片，纵向贯通的空气除湿通道层；横向贯通的空气恒温通道层；所述空气除湿通道层内的金属导热翅片表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层；所述除湿通道层与恒温通道层有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间相互封闭。本发明将除湿与换热集成在一个装置内，结构紧凑、除湿效率高，且能有效利用低品位余热，绿色无污染，节能环保。

Description

一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法及除湿床

技术领域

本发明属于工业制冷和热能利用技术领域，具体涉及一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法及除湿床。

背景技术

目前，在暖通、电力、药品生产和食物加工等行业的一些加工工艺过程，经常需要使用干燥空气进行换热、烘干等作业。但目前商品化的空气除湿装置相对较昂贵，尤其是小型除湿装置，一般都采用吸收式制冷，不但需要专门的冷却塔，投资高，设备复杂，而且占地多，浪费水；现有的液体除湿机组，其再生温度高，而且有腐蚀性，设备同样复杂昂贵。上述两种除湿设备对于小型企业等用户来说，都是不经济和不节能的。

此外，空气温度和湿度与人体的舒适度密切相关，空气温度过高或过低，都会对人造成不舒适。在民用、商用通风***、工业通风***也经常需要空气除湿作业，但是其采用的空气除湿设备，都需要消耗大量电能，运行成本高，也不节能和不环保。

现有技术中的叉流式板式热交换器采用优质亲水铝箔/环氧树脂铝箔材料，两路空气交叉流动，可以将两个通道的空气完全分开，避免任何气味和水分的传递。但是其不具有除湿功能。而市场上现有的转轮式固体吸附除湿机组不但构造复杂，价格昂贵，而且再生温度高，需要使用常规能源的高温蒸汽才能进行再生。

现有技术中，中国实用新型专利ZL201820916087.0公开了一种恒温型双向流除湿机，其包括机箱箱体，机箱箱体的前端安装有回风口和送风口、蒸发器和冷凝器；热交换腔位于前侧，连通送风口和排风风道，热交换腔内安装有热交换器；排风腔位于后侧，连通排风风道和排风出口，排风腔内安装有排风风机。本实用新型具有前后四个风口，前后端均是一进一出的风口，形成双向流风道；通过热交换器将除湿过程中产生的热量通过热交换将热量随排风流排出，使除湿后的送风温度降低保持恒温效果。其设有分立式的除湿腔及热交换器，二者各自完成除湿及热交换功能，整体体积大、效率低、设备及运行成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述换热除湿设备的不足，提供一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法及除湿床，通过改进的紧凑型高效叉流式吸附除湿床结构设计及工艺条件控制，将除湿与热交换过程集中在一个装置内，提高传热效率、能有效利用低品位余热；通过对固体颗粒工作时温湿度的控制，提高除湿及再生的效率，达到节约设备成本，降低能耗、节能的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)设置一恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其包括一立方体金属壳体，以及设置在该壳体内的多层金属隔板；其中，在上下相邻两层金属隔板之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层；所述空气除湿通道层内的金属导热翅片表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层；所述除湿通道层与恒温通道层有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间均为封闭；各个除湿通道层通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组；各个恒温通道层通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组；

(2)吸附除湿过程：向除湿通道组的进气口，通入需要除湿的设定温度的高湿度空气，各空气除湿通道层内的金属导热翅片表面设置的多孔固体吸附颗粒材料，将空气中的水分通过其表面孔状结构凝结成小水珠、并将其吸附、锁住，同时放出热量，在其出气口输出干燥的空气，完成除湿作业；多孔固体吸附颗粒材料所产生的热量，通过金属隔板传递到相邻的恒温通道层中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层内的空气温度保持在常温水平、使多孔固体吸附颗粒材料持续进行吸附作业；

(3)脱附再生过程：向除湿通道层进/出气口，通入设定温度范围的热空气，其热能使金属导热翅片表面设置的多孔固体吸附颗粒材料吸附的小水珠，吸热汽转化成水蒸气，并将水蒸气随气流带走、进/出气口排出，使多孔固体吸附颗粒材料恢复吸附能力，完成再生；通入热空气、使固体吸附颗粒材料再生的过程中，超出设定温度范围的热量，通过金属隔板传递到相邻的恒温通道层中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层内的空气温度保持在设定的水平、使多孔固体吸附颗粒材料持续进行脱附再生作业；

(4)重复步骤(2)～(3)，直至空气除湿作业结束。

所述步骤(1)中设置在金属导热翅片表面的多孔固体吸附颗粒材料层，是由除湿剂颗粒通过胶黏剂粘结在金属导热翅片表面上形成的结构层，且其厚度不超过3mm。

所述除湿剂颗粒为固体颗粒，其是由石墨烯和硅胶粉末组成的复合材料制成，或碳纤维和硅胶粉末组成的复合材料制成，其粒径为70±5μm；所述的胶黏剂为羧甲基纤维素胶黏剂，其醚化度为0.5至0.8。

所述步骤(1)中的除湿床的立方体金属壳体及金属隔板，所采用的金属材料为铝，所述金属壳体及金属隔板构成的立方体内设置的空气除湿通道组的长度、宽度、高度与湿空气通量均为正相关；立方体内设置的空气恒温通道组的长度、宽度、高度与湿空气通量及再生热空气温度值均为正相关；且所述空气恒温通道组的通道总体积大于除湿通道组的总体积。

所述步骤(2)中通入除湿通道组的设定温度的待除湿高湿度空气，其相对湿度为70％RH至90％RH，温度为20℃至40℃；其吸附除湿作业过程设定的温度范围为20℃至50℃；该除湿过程中，使用常温空气对湿热空气进行降温，降温后的空气更接近饱和状态，同时将温度控制在除湿剂颗粒的最佳工况范围内，以提高除湿效率。

所述步骤(3)中，通入除湿通道组的设定温度的低品位能热空气的温度为90℃至120℃，其脱附再生作业过程设定的温度范围为30℃至100℃。

一种实施上述方法的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其特征在于，包括呈立方体的金属壳体，设置在该壳体内的多层金属隔板；其中，在上下相邻两层金属隔板之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层；所述空气除湿通道层内的金属导热翅片表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层；所述除湿通道层与恒温通道层有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间相互封闭；各个除湿通道层通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组；各个恒温通道层通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组。

所述的立方体金属壳体及金属隔板均为金属铝制成，设置在该壳体内的多层金属隔板的厚度小于等于2mm。

所述除湿通道层(2)与恒温通道层(3)的单层高度小于等于8mm，

所述的金属导热翅片为金属铝制成，其厚度小于等于3mm；其中设置于恒温通道层(3)内的金属导热翅片，比设置于除湿通道层(2)的金属导热翅片，褶皱少3～5个，使恒温通道层(3)内的空气通道截面积大于除湿通道层(2)。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明提出的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法及除湿床，将除湿与热交换集成在一个装置中，结构紧凑，容易制造及操作使用，与此同时还大大提高了传热效率；本发明提供的除湿床具有结构紧凑，成本较低，传热效率高，再生温度低的特点，能有效利用低品位余热，绿色无污染，节能环保。

2、本发明通过在金属导热翅片粘结固体除湿剂颗粒形成多孔固体吸附颗粒材料层，与金属隔板一起构成除湿通道层，可大幅提高空气接触表面积，同时通过相邻通道层的板式叉流式换热方式，控制该颗粒的工作温度，大幅提高除湿吸附及脱附再生的效率；通过相邻层交替设置、使各通道中不同温度的空气交叉流动，可实现空气与空气之间快速热交换，可使除湿通道层中的温度保持稳定。

3、本发明提供的除湿床采用的叉流板翅式显热交换器，是在各层金属平板(金属隔板)之间紧密地放置波纹状的金属导热翅片，并在每一层的四周密封，具有单位体积传热面积大、传热效率高、流体阻力小、热容量小、结构紧凑及同时允许几种介质进行热交换等优点；使本除湿床结构紧凑、无运动部件、可靠性强、使用寿命长。

4、本发明提供的各层之间的金属导热翅片，主要作用是强化传热，也有增强两金属隔板强度的作用，在这种热交换器中相邻两通道之间的热交换，一部分通过隔板传递热量，但绝大部分热量是通过波纹翅中传递的，因为平板之间均设有波纹翅片，因而大大增加了传热面积，所以它的单位体积内的传热面积比一般管式热交换器大10倍以上。金属导热翅片通过各通道之间的不同设置方向的组合，可得到叉流、逆流等形式的热交换器。它具有单位体积传热面积大、传热效率高、流体阻力小、热容量小、结构紧凑及同时允许几种介质进行热交换等优点。

5、本发明提供的除湿床结构紧凑、体积小、适合各种场合。本发明的方法及装置可广泛应用于暖通、电信、电力、纺织、汽车、食品、医疗、农业、畜牧业、烤房、烘干、焊接和锅炉等行业中的通风换气、能量回收、降温、加温、除湿与废热回收。

附图说明

图1为本发明实施例除湿床的整体外形结构示意图；

图2为图1中除湿通道层的局部放大结构示意图。

图中：100、吸附除湿床；1、立方体金属壳体；2、空气除湿通道层(组)；3、空气恒温通道层(组)；4、金属隔板；5、金属导热翅片；6、多孔固体吸附颗粒材料层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1和图2，本发明实施例提供的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其包括如下步骤：

(1)设置一恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床100，其包括一立方体金属壳体1，以及设置在该壳体1内的多层金属隔板4；其中，在上下相邻两层金属隔板4之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片5，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层2；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层3；所述空气除湿通道层2内的金属导热翅片5表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层6；所述除湿通道层2与恒温通道层3有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间均为封闭；各个除湿通道层2通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组2；各个恒温通道层3通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组3；

所述设置在金属导热翅片表面的多孔固体吸附颗粒材料层6，是由除湿剂颗粒通过胶黏剂粘结在金属导热翅片5表面上形成的结构层，且其厚度不超过3mm。

所述除湿剂颗粒为固体颗粒，其是由石墨烯和硅胶粉末组成的复合材料制成，或碳纤维和硅胶粉末组成的复合材料制成，其粒径为70±5μm；所述的胶黏剂为羧甲基纤维素胶黏剂，其醚化度为0.5至0.8。

所述的除湿床的立方体金属壳体1及金属隔板4，所采用的金属材料为铝；所述金属壳体1及金属隔板4构成的立方体内设置的空气除湿通道组2的长度、宽度、高度与湿空气通量均为正相关；立方体1内设置的空气恒温通道组3的长度、宽度、高度与湿空气通量及再生热空气温度值均为正相关；且所述空气恒温通道组3的通道总体积大于除湿通道组的总体积；本实施例中，所述除湿床100的整体长宽高分别为240mm*240mm*240mm，处理风量为50m³/h；

(2)吸附除湿过程：向除湿通道组2的进气口，通入需要除湿的设定温度的高湿度空气，各空气除湿通道层2内的金属导热翅片5表面设置的多孔固体吸附颗粒材料层6，将空气中的水分通过其表面孔状结构凝结成小水珠、并将其吸附、锁住，同时放出热量，在其出气口输出干燥的空气，完成除湿作业；多孔固体吸附颗粒材料6所产生的热量，通过金属隔板4传递到相邻的恒温通道层3中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层2内的空气温度保持在常温水平、使多孔固体吸附颗粒材料6持续进行吸附作业；

通入除湿通道组2的设定温度的待除湿高湿度空气，其相对湿度为70％RH至90％RH，温度为20℃至40℃；其吸附除湿作业过程设定的温度范围为20℃至50℃；该除湿过程中，使用常温空气对湿热空气进行降温，降温后的空气更接近饱和状态，同时将温度控制在除湿剂颗粒的最佳工况范围内，以提高除湿效率。

(3)脱附再生过程：向除湿通道层2进/出气口，通入设定温度范围的热空气，其热能使金属导热翅片5表面设置的多孔固体吸附颗粒材料6吸附的小水珠，吸热汽转化成水蒸气，并将水蒸气随气流带走、进/出气口排出，使多孔固体吸附颗粒材料6恢复吸附能力，完成再生；通入热空气、使固体吸附颗粒材料6再生的过程中，超出设定温度范围的热量，通过金属隔板4传递到相邻的恒温通道层3中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层2内的空气温度保持在设定的水平、使多孔固体吸附颗粒材料6持续进行脱附再生作业；

通入除湿通道组的设定温度的低品位能热空气的温度为90℃至120℃，其脱附再生作业过程设定的温度范围为30℃至100℃。

(4)重复步骤(2)～(3)，直至空气除湿作业结束。

一种实施前述方法的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床100，包括呈立方体的立方体金属壳体1，设置在该壳体1内的多层金属隔板4；其中，在上下相邻两层金属隔板4之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片5，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层2；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层3；所述空气除湿通道层2内的金属导热翅片5表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层6；所述除湿通道层2与恒温通道层3有多层、交替排列、上下设置；各通道层2、3之间相互封闭；各个除湿通道层2通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组2；各个恒温通道层3通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组3。

所述的立方体金属壳体1及金属隔板4均为金属铝制成，设置在该壳体内的多层金属隔板的厚度小于等于2mm，本实施例中壳体厚度选择2mm，隔板厚度选择1.1mm。

所述除湿通道层2与恒温通道层3的单层高度小于等于8mm。本实施例中选择8mm。

所述的金属导热翅片5为金属铝制成，其厚度小于等于3mm；其中设置于恒温通道层3内的金属导热翅片，比设置于除湿通道层2的金属导热翅片5，褶皱少3～5个，使恒温通道层3内的空气通道截面积大于除湿通道层2。

所述恒温通道层3为横向贯通，向其内部流道通入常温空气，以对流和导热的方式对相邻的除湿通道层2在吸附除湿过程中产生的热量进行传递，以维持除湿通道层2中的温度处于设定的范围。

本发明可运用热回收空气处理机组进行除湿作业，或者应用于各种通风***中，如应用于民用、商用通风***、工业通风***。

本发明提供的除湿床，为模块化结构设计，可根据通风量、除湿量等参数，选择任何尺寸的截面以及板叠加厚度的组合,且其没有运动部件，设备维护费用少。

本发明提供的除湿床结构紧凑、体积小、适合各种场合。本发明的方法及装置可广泛应用于暖通、电信、电力、纺织、汽车、食品、医疗、农业、畜牧业、烤房、烘干、焊接和锅炉等行业中的通风换气、能量回收、降温、加温、除湿与废热回收。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)设置一恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其包括一立方体金属壳体，以及设置在该壳体内的多层金属隔板；其中，在上下相邻两层金属隔板之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层；所述空气除湿通道层内的金属导热翅片表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层；所述除湿通道层与恒温通道层有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间均为封闭；各个除湿通道层通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组；各个恒温通道层通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组；

(2)吸附除湿过程：向除湿通道组的进气口，通入需要除湿的设定温度的高湿度空气，各空气除湿通道层内的金属导热翅片表面设置的多孔固体吸附颗粒材料层，将空气中的水分通过其表面孔状结构凝结成小水珠、并将其吸附、锁住，同时放出热量，在其出气口输出干燥的空气，完成除湿作业；多孔固体吸附颗粒材料所产生的热量，通过金属隔板传递到相邻的恒温通道层中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层内的空气温度保持在常温水平、使多孔固体吸附颗粒材料持续进行吸附作业；

(3)脱附再生过程：向除湿通道层进/出气口，通入设定温度范围的热空气，其热能使金属导热翅片表面设置的多孔固体吸附颗粒材料吸附的小水珠，吸热汽转化成水蒸气，并将水蒸气随气流带走、进/出气口排出，使多孔固体吸附颗粒材料恢复吸附能力，完成再生；通入热空气、使固体吸附颗粒材料再生的过程中，超出设定温度范围的热量，通过金属隔板传递到相邻的恒温通道层中、并被在其中流动的常温空气气流及时带走，使各除湿通道层内的空气温度保持在设定的水平、使多孔固体吸附颗粒材料持续进行脱附再生作业；

(4)重复步骤(2)～(3)，直至空气除湿作业结束。

2.根据权利要求1所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，所述步骤(1)中设置在金属导热翅片表面的多孔固体吸附颗粒材料层，是由除湿剂颗粒通过胶黏剂粘结在金属导热翅片表面上形成的结构层，且其厚度不超过3mm。

3.根据权利要求2所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，所述除湿剂颗粒为固体颗粒，其是由石墨烯和硅胶粉末组成的复合材料制成，或碳纤维和硅胶粉末组成的复合材料制成，其粒径为70±5μm；所述的胶黏剂为羧甲基纤维素胶黏剂，其醚化度为0.5至0.8。

4.根据权利要求1所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，所述步骤(1)中的除湿床的立方体金属壳体及金属隔板，所采用的金属材料为铝，所述金属壳体及金属隔板构成的立方体内设置的空气除湿通道组的长度、宽度、高度与湿空气通量均为正相关；立方体内设置的空气恒温通道组的长度、宽度、高度与湿空气通量及再生热空气温度值均为正相关；且所述空气恒温通道组的通道总体积大于除湿通道组的总体积。

5.根据权利要求1所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，所述步骤(2)中通入除湿通道组的设定温度的待除湿高湿度空气，其相对湿度为70％RH至90％RH，温度为20℃至40℃；其吸附除湿作业过程设定的温度范围为20℃至50℃；该除湿过程中，使用常温空气对湿热空气进行降温，降温后的空气更接近饱和状态，同时将温度控制在除湿剂颗粒的最佳工况范围内，以提高除湿效率。

6.根据权利要求1所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通入除湿通道组的设定温度的低品位能热空气的温度为90℃至120℃，其脱附再生作业过程设定的温度范围为30℃至100℃。

7.一种实施权利要求1～6之一所述方法的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其特征在于，包括立方体金属壳体，设置在该壳体内的多层金属隔板；其中，在上下相邻两层金属隔板之间的空间内均设有一横截面呈“W”字形的波纹状金属导热翅片，当其空隙为纵向贯通时、形成空气除湿通道层；当其空隙为横向贯通时、形成空气恒温通道层；所述空气除湿通道层内的金属导热翅片表面上设有多孔固体吸附颗粒材料层；所述除湿通道层与恒温通道层有多层、交替排列、上下设置；各通道层之间相互封闭；各个除湿通道层通过除湿进/出气口彼此连通、形成除湿通道组；各个恒温通道层通过恒温进/出气口彼此连通、形成恒温通道组。

8.根据权利要求7所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其特征在于，所述的立方体金属壳体及金属隔板均为金属铝制成，设置在该壳体内的多层金属隔板的厚度小于等于2mm。

9.根据权利要求7所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其特征在于，所述除湿通道层与恒温通道层的单层高度小于等于8mm。

10.根据权利要求7所述的恒温紧凑型叉流式固体吸附除湿床，其特征在于，所述的金属导热翅片为金属铝制成，其厚度小于等于3mm；其中设置于恒温通道层内的金属导热翅片，比设置于除湿通道层的金属导热翅片，褶皱少3～5个，使恒温通道层内的空气通道截面积大于除湿通道层。

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