空調(diào)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)

林慧穎 朱鳴鳴

摘 要：轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)技術(shù)相比機(jī)械制冷空調(diào)有諸多優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能潛力大，本文介紹了該系統(tǒng)的工作原理和專利發(fā)展歷程，并歸納總結(jié)了相關(guān)專利申請(qǐng)的主要研究方向。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪除濕；空調(diào)；專利申請(qǐng)

引言

濕度是空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，除濕常用的方法有冷卻除濕，液體吸收劑除濕，固體吸附劑除濕，膜法除濕以及轉(zhuǎn)輪除濕等，旋轉(zhuǎn)式除濕轉(zhuǎn)輪有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它能夠同時(shí)回收顯熱（溫度）和潛熱（濕度），因而具有較大的節(jié)能應(yīng)用潛力，近十幾年來(lái)被廣泛應(yīng)用在空調(diào)系統(tǒng)中。

一、轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)工作原理

轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的原理是濕空氣通過(guò)含吸濕劑的轉(zhuǎn)輪，在水蒸氣的分壓力差的作用下，水分被吸濕劑吸收或吸附，轉(zhuǎn)輪上布滿蜂窩狀的流道，空氣進(jìn)入流道時(shí)，與流道壁進(jìn)行熱濕交換，流道壁本身含有固體吸濕劑，它被空氣冷卻時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力小于處理空氣的水蒸氣分壓力，其中水蒸氣被吸附到吸濕劑中，與此同時(shí)轉(zhuǎn)輪本身的顯熱和吸附產(chǎn)生的吸附熱使空氣溫度升高，隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，這部分流道的吸濕量逐漸趨于飽和，當(dāng)這些吸濕后的流道旋轉(zhuǎn)到再生區(qū)時(shí)，熱空氣流過(guò)這些蜂窩狀流道，含有固體吸濕劑的流道壁被加熱，其對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力高于再生空氣中的水蒸氣分壓力，將吸濕劑中的水分脫離出來(lái)，隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)和脫附的進(jìn)行，蜂窩狀的吸濕劑流道恢復(fù)了吸濕能力，又被旋轉(zhuǎn)到吸濕區(qū)，這樣周而復(fù)始，除濕過(guò)程得以連續(xù)進(jìn)行，因此轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)在除濕過(guò)程中還會(huì)伴隨著對(duì)再生空氣熱量的回收。

二、發(fā)展歷程

除濕轉(zhuǎn)輪是由熱回收式轉(zhuǎn)輪逐漸演變而來(lái)，最早的相關(guān)專利申請(qǐng)誕生于1935年的歐洲，將金屬絲網(wǎng)做成圓形然后轉(zhuǎn)起來(lái)，接下來(lái)又有了氧化鋁轉(zhuǎn)輪，但兩種轉(zhuǎn)輪吸濕性較差。1946年，美國(guó)人Pennington Neal A申請(qǐng)了轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)的專利，并于1949年獲得了專利權(quán)。后來(lái)相繼出現(xiàn)了硅膠轉(zhuǎn)輪和分子篩轉(zhuǎn)輪，此時(shí)的轉(zhuǎn)輪吸濕效果好，人們可以根據(jù)需要更有側(cè)重點(diǎn)的選擇轉(zhuǎn)輪種類，以對(duì)空氣進(jìn)行除濕或者熱回收。中國(guó)有關(guān)專利申請(qǐng)是在1989年，中國(guó)建筑科學(xué)研究院空氣調(diào)節(jié)研究所申請(qǐng)了一種轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備，主要是改變?cè)偕諝馔ǖ婪较?，提高轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備的應(yīng)用性能。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從吸附材料、效率評(píng)價(jià)、轉(zhuǎn)輪數(shù)值模型、傳熱傳質(zhì)分析理論以及再生熱源等不同角度對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)進(jìn)行了研究。轉(zhuǎn)輪除濕常用的吸附材料有氯化鋰、硅膠、沸石分子篩，但這些吸附劑都有一些缺陷，當(dāng)前主要任務(wù)是開發(fā)高效吸附劑，提高除濕能力，減小設(shè)備體積。對(duì)于除濕轉(zhuǎn)輪效率的定義主要有分別通過(guò)顯熱和潛熱效率進(jìn)行定義分析、通過(guò)“火用”的效率進(jìn)行定義分析以及采用處理空氣和再生空氣的進(jìn)出口相對(duì)濕度表示轉(zhuǎn)輪除濕效率，目前業(yè)內(nèi)也沒有特別統(tǒng)一的分析定義方法。現(xiàn)在許多學(xué)者采用不同的分析方法得到最優(yōu)的系統(tǒng)性能優(yōu)化方案。對(duì)于再生熱源的研究主要集中在冷凝器釋放的熱量、燃?xì)?、廢熱以及太陽(yáng)能等作為再生熱源對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)除濕劑再生進(jìn)行研究。

三、專利申請(qǐng)中技術(shù)研究方向

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)專利申請(qǐng)的主要方向有轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置、轉(zhuǎn)輪材質(zhì)的選擇、轉(zhuǎn)輪工作穩(wěn)定性便利性的改進(jìn)以及再生風(fēng)加熱方式的改進(jìn)，本文基于檢索到的諸多專利文獻(xiàn)中，找出了若干篇比較有代表性的專利申請(qǐng)供大家研究。

1、轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置

湖南科技大學(xué)（公開號(hào)CN102261701A）提出了一種多級(jí)熱回收復(fù)合除濕新風(fēng)空氣處理機(jī)，通過(guò)多級(jí)熱回收，減少再生空氣的加熱能耗和處理空氣的冷卻能耗，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)，兩級(jí)復(fù)合除濕，能有效提高機(jī)組的除濕能力。清華大學(xué)（公開號(hào)CN102226552A）提出了一種采用固體吸濕劑的新風(fēng)除濕機(jī)，能有效避免被除濕空氣和再生空氣混合，并且將制冷系統(tǒng)與固體吸濕系統(tǒng)很好的結(jié)合起來(lái)，提高了除濕機(jī)組的整體性能。

2、轉(zhuǎn)輪材質(zhì)的選擇

上海交通大學(xué)（公開號(hào)CN102261703A）提出了一種采用熱管熱回收和超聲強(qiáng)化再生的轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)，采用超聲波除濕轉(zhuǎn)輪，利用超聲波強(qiáng)化再生技術(shù)，降低轉(zhuǎn)輪除濕劑對(duì)再生空氣溫度要求，最終達(dá)到除濕空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能目的。財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院（公開號(hào)CN101537302A）提出了一種除濕裝置及其再生結(jié)構(gòu)，通過(guò)產(chǎn)生連續(xù)式帶電循環(huán)氣流來(lái)脫附吸附組件上的水份，取代傳統(tǒng)以電熱脫附方式的除濕裝置，利用帶電粒子脫附干燥技術(shù)，可利用高能帶電粒子所形成的驅(qū)動(dòng)力及電場(chǎng)，直接改變水分子與除濕結(jié)構(gòu)體間的吸附力，以使水汽由吸附組件上脫附。

3、轉(zhuǎn)輪工作穩(wěn)定性便利性的改進(jìn)

無(wú)錫羅特新風(fēng)技術(shù)有限公司（公開號(hào)CN104654539A）提出了一種能夠檢修報(bào)警式熱回收轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪框架中部設(shè)有紅外發(fā)生接收裝置，轉(zhuǎn)輪芯體上設(shè)有檢測(cè)孔，紅外發(fā)生接收裝置和檢測(cè)孔位于同一圓周位置上，能夠在轉(zhuǎn)輪芯體工作發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)報(bào)警提醒維修人員進(jìn)行維修，避免對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)空轉(zhuǎn)，給設(shè)備正常工作提供保障。江蘇豪森維爾科技有限公司（公開號(hào)CN105276710A）提出了一種熱回收式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組，在除濕轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)輪架下方設(shè)置有與轉(zhuǎn)輪架相配合的導(dǎo)軌，使得不需拆卸機(jī)組就可以將除濕轉(zhuǎn)輪拉出清洗、維修，且再生風(fēng)機(jī)和轉(zhuǎn)輪連接處的密封條可以很好的保證系統(tǒng)的密封性，不影響整個(gè)熱回收轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組的正常工作。

4、再生風(fēng)加熱方式

廣東申菱空調(diào)設(shè)備有限公司（公開號(hào)CN201866867U）提出了一種帶熱回收功能的轉(zhuǎn)輪除濕裝置，通過(guò)再生電加熱器連接熱回收器，并且再生電加熱器設(shè)置于除濕轉(zhuǎn)輪和熱回收器之間形成一氣流循環(huán)回路，一方面可大幅度降低再生電加熱器的能耗，另一方面也可顯著降低除濕轉(zhuǎn)輪處理后的熱氣流的冷卻能耗以節(jié)能。南京師范大學(xué)（公開號(hào)CN201255472Y）提出了一種蓄能型空調(diào)除濕系統(tǒng)，高溫環(huán)路熱泵的冷凝熱作為除濕轉(zhuǎn)輪吸附劑再生所需的高溫?zé)嵩矗煌瑫r(shí)輔助以太陽(yáng)能作為除濕轉(zhuǎn)輪吸附劑再生所需的高溫?zé)嵩?；使熱源和熱匯的能量都得到充分利用是一種既節(jié)能又環(huán)保的系統(tǒng)形式。

結(jié)語(yǔ)：

除濕是空調(diào)系統(tǒng)的重要任務(wù)之一，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)與傳統(tǒng)制冷空調(diào)相比具有健康、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。從目前的專利申請(qǐng)趨勢(shì)看，接下來(lái)的主要研究方向應(yīng)從高效緊湊的除濕設(shè)備、高效廉價(jià)的除濕劑、高效的系統(tǒng)形式、低能耗的再生手段等方面入手，減小系統(tǒng)體積，降低設(shè)備成本，提高系統(tǒng)效率，進(jìn)而增強(qiáng)轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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