摘要：太阳能除湿空调系统中，再生器是溶液除湿系统中的重要传热传质部件。本文着重分析液体除湿空调系统中溶液的再生原理和再生过程。经大量再生器结构的对比及分析了各类再生器装置的优缺点后选择设计了再生器的基本结构并对再生器的蓄能特性进行了分析。

关键词：太阳能  再生器  除湿器  浓溶液罐  填料塔

1.引言

^[1]除湿是工业生产和人们日常生活经常遇到的问题。当大气的温度降到低于露点温度时，存在于大气中的水分就会冷凝成雾或露，这对工业生产有着严重的影响。地下室仓库的墙壁，经常被空气中水蒸气凝结的水浸泡，从而使保管的物品受潮、发霉。针对包头“金兴药用胶囊有限公司”生产工艺要求，对太阳能液体除湿空调提出评价和优化方案。

液体除湿空调^[2]以具有吸湿性能溶液为工作介质，通过溶液与空气的直接接触，从而实现对空气的除湿处理过程。近年来，溶液除湿空调系统得到了较快发展，并在一些工程中得到了应用。^[3]除湿器和再生器是溶液除湿空调系统最重要的组成部件，传热传质效果直接影响整个系统的性能。其中，再生器是使溶液浓缩再生，以供除湿器继续利用。由于太阳能液体除湿空调系统的效率和工作稳定性取决于再生过程的效率和工作稳定性，因此，再生过程传热传质的研究对于太阳能液体除湿空调的发展十分重要。

2.除湿溶液的再生原理

吸湿后的稀溶液从外界获取热量使水分从除湿溶液蒸发到空气中的过程为溶液再生。溶液表面的蒸汽压P_S和空气的蒸汽压P_V的压差是水分传质的驱动势。浓度和温度是影响除湿溶液表面蒸汽压的两个主要因素，对稀释后的稀溶液加热，就可以实现 P_S>P_V,再生过程就会发生。目前广泛应用的闭式再生都采用填料塔式，以增大蒸发面积，如图1所示。

图1  再生器示意图

再生是经过太阳能集热器加热的稀溶液在上部喷淋，同时将环境空气直接或经过预热采取顺流或逆流的方式吹过填料床体，以带走蒸发掉的水分。再生器外壁应保持绝热，埋在填料内部的热水管用于供给水分蒸发带走的热量，这样便可达到绝热除湿的目的。

3.各种再生器的研究现状及其优缺点

3.1绝热型除湿再生装置

在绝热型除湿再生装置中，空气与溶液进行传热传质的同时会存在相变潜热的释放和吸收过程，使空气和溶液的温度同时发生变化，而这一变化恰恰抑制和降低了传 质推动力，从而在一定程度上影响了再生器的性能^[2]。

在绝热型再生器中，空气吸收除湿溶液中水蒸气后，绝大部分水分蒸发的气化潜热进入空气，使得溶液的温度显著降低，伴随水分的质量传递，空气和溶液都产生了很大范围的温度变化，这反映出其本身热湿传递过程的不匹配性。改善吸湿式空气处理方式的关键就是保证传热、传质的驱动力均匀，并且通过另一热源补充空气与吸湿 介质间传质产生的相变潜热，以减少这一过程的不可逆损失。

3.1.1解决问题的方法

    在绝热再生过程中，加上加热装置^[3]，采用填料中埋置热水管的方式来补偿水分蒸发带走的热量，使再生过程近似于等温过程。由溶液泵作为动力使循环溶液喷洒在填料上与空气进行热质交换，同时吸湿溶液在流经填料时与填料中的热水管路进行热交换补偿其能量损失。如果单元内循环的溶液量足够大，降湿液通过这样一个单元的温度变化量又较小时，其不可逆损失可大大减少。多个装置可以串联起来，从而实现接近等温的逆流传质。此方法与Khan等做的内燃型再生器^[4]有很大的相似之处，在他们做出的模拟分析中得出：内热型再生器的性能是溶液的质量流量、热水的质量流量和温度、空气和热水侧的传热特性、溶液浓度、冷热溶液混合参数的函数。在部分负荷运行的条件下，可以利用太阳能再生，但是在设计负荷下，需要太阳能和辅助加热器来满足要求。

4.叉流再生装置

4.1叉流再生系统再生器工作原理

^[5]叉流再生系统包括再生器、浓溶液罐、稀溶液罐、溶液泵等。实验过程中，再生器的气液接触形式为叉流。溶液泵从稀溶液罐中抽取稀溶液，经过调节阀、换热器和流量计后送入再生器顶部的布液装置。溶液在再生器中润湿填料并与来流空气进行 热量交换，溶液中的水分蒸发到空气中，浓缩再生后的溶液流入浓溶液罐。设置填料的目的是为了增加空气与溶液之间的有效接触面积，从而增加其传热传质能力。该装置的优点在于使用Celdck规整填料及浓溶液罐进行储能。其工作系统图如图2所示。

1.       太阳能集热器 2.再生器 3.除湿器 4.冷却器 5.直接蒸发冷却器 6.7.溶液泵 8.调节泵

图2 蓄能型太阳能液体除湿空调系统

4.1.1叉流再生系统的优点利用

^[6]太阳能液体除湿空调系统中，能量在液体除湿剂中以化学能的形式而不是以热能的形式存在，蓄能潜力大，且在一般的存储条件下不会发生耗散；它的蓄能能力比 冰高3~5倍；再生温度低，可以利用太阳能或其它低位余热和废热。溶液的蓄能能力是指可以存储的浓溶液的吸湿能力。通过再生后的浓溶液储存在浓溶液槽中，就相当于存储了能量。实际应用时，将浓溶液与稀溶液混合至除湿器进口浓度后送入除湿空调中使用，产生制冷效应。它和冰蓄冷的功能是一致的，只是所蓄的并非直接的冷量，而是溶液吸收水分的能力。当太阳能辐射无法使再生器正常工作或在夜晚时，调节泵停止工作。为了实现白天蓄能，太阳能集热器应加大集热面积，以使储液槽能存储比白天除湿空调系统正常运行时所需的更多浓溶液，在设定的时间内仍可继续使用，以实现空调系统的连续运行。

5.内蒙古科技大学毕业生设计的再生器

5.1再生器的结构^[7]

实验装置如图3所示。

1.气体换热器  2.碘钨灯  3.集热型再生室  4.液体换热器

图3  再生器实验模型

该设备的主体部分由具有集热器功能的再生室、空气换热器、液体换热器和模拟太阳光的光源组成。由入口进入的稀溶液在液体换热器中先从排出的热溶液中吸热升温，然后再进入再生室。经换热器的稀溶液从顶端进入再生室的上层，由于上端拦液坝的作用，溶液形成覆盖整个再生室宽度的液膜往下流动，形成降膜蒸发。为了增强集热效果和改善液膜流动分布的均匀性，隔板上面铺一层黑色棉布，液膜顺着棉布往下流动时被加热，水分被蒸发变成浓溶液，由再生室底部排液管流到液体换热器，向输入的稀溶液放热降温后从出口排出，即完成溶液再生过程。强迫流动的空气在气体换热器中吸热升温，再从再生室的上层底端流入，在往上端流动的过程中带走从溶液中蒸发出来的水蒸气并被加热。为了充分利用流至再生器上端热空气的能量，该装置 让热空气通过中间隔板上端留出的狭缝流到再生室下层，让高温空气再给液膜的底部加热，然后从下层的下端排出，进入空气换热器再一次回收能量才排出。

5.1.1该再生器的优点和不足

该再生器利用了再生和除湿部分的换热设备，节省了能源，使太阳能得以充分利用，其空气的流动形式又充分利用了能量的回收。但在实验中该装置使用黑棉布作为形成液膜和吸收太阳能的物质，这样做得的实验并不理想，因为除湿溶液流经黑棉布 时必定腐蚀黑棉布，使其利用价值降低。另外，空气与液体混合时被加热的效果也不是很好，致使空气与液体的温差过大而引起的不可逆损失过大。                         

6.其它方面的再生器研究现状

对于除湿后的溶液再生，许多学者进行了研究；P.Gandhidasan比较了传统加热再生法和低级热源再生法，指出低级热源可以有效地再生液体干燥剂，并且再生量随着换热效率和低级热源的进口温度的增加而增加^[8]。M.V.Rane等人则开发了一种两步再生液体干燥剂的方法；可以大大地节省再生所需的能量^[9]。除了传统的热能再生外，也有人尝试了利用机械能的膜再生，结果表明在同样的操作条件下，再生Cacl₂所需的渗透压远小于再生Licl所需的渗透压。与此同时，太阳能再生液体干燥剂也被广泛利用^[11]。

7.再生器的设计研究

根据以上再生器的对比分析，集各类再生器的优点设计了再生器的结构为“液体喷淋填料再生器”如图4所示。

 

 

1.       填料片 2、3. 液泵 4. 混合装置 5. 换热器

图4 液体喷淋填料再生器

该再生器由若干个再生单元组成。每个再生单元均为一个填料装置。相当于多级 串联再生。空气通过每个单元时，经上下反复流动冲刷液体而吸湿，这样做既增加了空气与吸湿液的接触时间，又可按空气含水量的逐渐降低来调节阀门改变除湿液流量。同时在每个填料塔中设置热水盘管，用来补偿再生液中水分蒸发带走的热量。在空气进入再生装置前经热交换器对其进行预热，这样可以使空气温度更加接近除湿液温度，减小其不可逆损失，达到绝热除湿的目的。此外，又设有浓溶液储液罐，此设备是利用了太阳能白天储能供夜间使用的状况来设定的，所储溶液越浓，说明所储能量越大。

参考文献

[1]  张立志编著.除湿技术.化学工业出版社2005（2）

[2]  江亿，李震.除湿法空调及系统，暖通空调新技术，2002（4）：5-9

[3]  刘小华，江亿等著.温湿度独立, 控制空调系统.北京：中国建筑工业出版社，2006

[4]  AY Khan,LAD Laboy.      Analysis of heat and mass transfer performance of internally heated liquid desiccant regenerators.proc.of the 30^th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference,1995,Nol.2,375-380

[5]  赵云.太阳能液体除湿空调系统的研究[D]，南京：东南大学，2002

[6]  太阳能学报，第27卷，第1期，2006年1月

[7]  崔璐娟.内蒙古科技大学本科毕业论文

[8]  Gandbidas an P.Quick performance prediction of liquid desiccant regeneration in a packed bed [J].Solar Energy,2005,79(1);47-55

[9]  Rane MV,Reddy S V K,Easow R R. Energy efficient liquid clesiccant-based dryer [J]. Applied Thermal Engineering 2005,25(5/6),769-781

[10]  Al-Farayed hi A A, Gandhidasan·P, A hned SY. Regeneration of liquid desiccants using membran technology [J]. Energy Conversion and Management, 1999,40(13)

[11]  Gandhida·san P. cloed-type solar regenerater:analysis and simulation [J]. Journal of energy Resources Technology, Transactions of the ASME,1995,