LiCl溶液除濕空調(diào)再生性能的實驗研究

王凌杰，岳 嶺

（1.蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215000；2.東南電梯股份有限公司，江蘇蘇州，215000）

LiCl溶液除濕空調(diào)再生性能的實驗研究

王凌杰1，岳 嶺2

（1.蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215000；2.東南電梯股份有限公司，江蘇蘇州，215000）

LiCl溶液的再生性能是溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、運行的關(guān)鍵，再生性能的優(yōu)劣決定了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。本文通過實驗探討了各種參數(shù)的變化對LiCl溶液再生性能的影響，可為溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。

LiCl溶液；除濕空調(diào)；再生；性能

0　引言

與常規(guī)的除濕空調(diào)設(shè)備相比，液體除濕空調(diào)系統(tǒng)具有除濕能力強、可采用低品味熱源驅(qū)動、環(huán)保性能好、可去除空氣中的塵埃、滅菌等有害物、可全新風(fēng)運行、耗電量低等特點。因此液體除濕空調(diào)越來越被廣泛應(yīng)用于各類空調(diào)工程中，作為新風(fēng)或送風(fēng)除濕處理首選的末端設(shè)備。

液體除濕空調(diào)的除濕運行的穩(wěn)定性取決于溶液除濕劑再生能力的大小以及再生過程的穩(wěn)定性，溶液再生能力直接影響整個空調(diào)系統(tǒng)能否維持在設(shè)計的除濕水平。若溶液的再生能立不足以補償除濕側(cè)的吸濕量，一方面會導(dǎo)致因溶液濃度的下降而使其除濕能力降低，另一方面則會使溶液總量增加，液位逐漸上升至高位且不可恢復(fù)，最終導(dǎo)致除濕空調(diào)系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)。因此，對液體除濕空調(diào)而言，不僅需要研究其除濕特性，除濕劑再生性能的研究也具有非常重要的意義。

液體除濕空調(diào)一般常用的液體除濕劑有LiBr溶液、CaCl2溶液和LiCl鹽溶液等。CaCl2溶液除濕能力不高，一般只有在優(yōu)先考慮設(shè)備的經(jīng)濟性時才使用。LiBr溶液的除濕性能較好，但其再生溫度較高，限制了其在商用除濕空調(diào)領(lǐng)域的使用。LiCl溶質(zhì)在通常情況下不分解，不揮發(fā)，溶液表面蒸氣壓低，吸濕能力大，是一種良好的吸濕劑，除濕和再生性能指標(biāo)都較為令人滿意。隨著工藝的進(jìn)步，溶液腐蝕材料的問題基本得到了解決，LiCl溶液除濕劑的應(yīng)用得到推廣。本文使用LiCl溶液進(jìn)行試驗，對其再生性能與各影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行了分析研究。

圖1　再生試驗裝置系統(tǒng)示意圖1-風(fēng)機 2-風(fēng)閥 3-盤管加熱器 4-球閥1 5-過濾器 6-補水裝置 7-溶液泵 8-球閥2 9-調(diào)節(jié)閥1 10-調(diào)節(jié)閥2 11-溶液換熱

1　溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)的工作機理

液體除濕空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為除濕側(cè)與再生側(cè)兩部分。除濕部分的工作原理為：濃度較大、溫度較低的LiCl液體除濕劑從蜂巢填料的上部經(jīng)噴淋管流下，并在填料上分布成液體膜，濕空氣的流動方向和液膜流動方向呈逆流、順流或垂直交叉流動三種方式，濕空氣通過填料間隙與除濕劑液膜發(fā)生傳熱傳質(zhì)過程，液體除濕劑吸收空氣中的水蒸氣，實現(xiàn)干燥空氣的目的。液體除濕劑吸收水分后其濃度逐漸降低，除濕能力也逐漸下降。因此，為了重復(fù)使用稀釋后的除濕劑溶液，需要將其濃縮再生處理，將溶液濃度提高以后再次利用于空氣干燥處理。

液體除濕空調(diào)系統(tǒng)再生部分的工作方式與除濕部分相近，LiCl稀溶液被加熱后噴淋在蜂巢填料上形成液膜，在填料的表面上與再生空氣進(jìn)行熱濕交換。再生過程的工作機理是：再生空氣中的水蒸氣分壓力低于LiCl溶液表面水蒸氣的分壓力，這兩個分壓力之差是水蒸氣擴散的驅(qū)動力，可使溶液的水分向再生空氣中擴散，從而實現(xiàn)稀溶液的濃縮處理。在再生過程中，只有當(dāng)溶液的水蒸氣分壓力高于再生空氣中的水蒸氣分壓力時，再生過程才可以進(jìn)行，分壓力之差越大，越有利于再生過程的進(jìn)行。

LiCl溶液的再生方法有兩種，一種是加熱溶液增大稀溶液表面的水蒸氣分壓力，以提高水蒸氣的擴散能力；另一種方法是加熱空氣，含濕量一定的再生空氣，由于溫度提高，其相對濕度減小，吸收水蒸氣的能力增強，與稀溶液接觸后可吸收溶液的水分，使稀溶液濃縮。一般在溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)中，為保證溶液的再生能力，可以將兩種方法同時使用。

圖3　再生性能與溶液流量的關(guān)系

圖4　再生性能與溶液溫度的關(guān)系

圖5　再生量與溶液質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖6　再生量與再生空氣溫度的關(guān)系

2　溶液再生實驗系統(tǒng)設(shè)計

LiCl溶液的再生實驗系統(tǒng)如圖1所示，試驗裝置采用了逆流式再生設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)置了兩個換熱器，一個是翅片盤管換熱器，用于加熱空氣，另外一個是溶液換熱器，用于提高再生溶液的溫度。兩個換熱器均采用熱水作為加熱介質(zhì)，熱水供水溫度為70℃。

如圖1，調(diào)節(jié)閥1與調(diào)節(jié)閥2分別調(diào)節(jié)盤管加熱器和溶液換熱器的熱水流量，從而調(diào)節(jié)再生空氣和溶液的溫度。調(diào)節(jié)風(fēng)閥的開度可改變再生風(fēng)量，球閥2可調(diào)節(jié)再生溶液的噴淋流量，設(shè)置球閥1目的是為了方便更換溶液過濾器的需要。

為了再生試驗各參數(shù)測量的需要，裝置中設(shè)置了相應(yīng)的傳感器。其中，風(fēng)機出口與盤管加熱器之間設(shè)置了溫、濕度傳感器，以測量盤管加熱器進(jìn)口空氣的溫度和相對濕度。盤管加熱器與蜂巢填料之間的位置設(shè)置了溫、濕度傳感器，用以測量與再生溶液進(jìn)行熱濕交換的空氣參數(shù)。蜂巢出口處的傳感器測量再生空氣出口的溫度及相對濕度。溫、濕度傳感器選擇瑞士VECTOR溫濕度傳感器，型號為SDC-H1T1，測溫范圍-40°C～140 °C，相對濕度范圍5%～100%。此外，在溶液噴淋管上安裝了熱電偶以測量溶液的噴淋溫度，再生溶液流量可由管路上安裝的流量計（序號17）直接測量。再生空氣的流量由安裝在系統(tǒng)出風(fēng)管處的噴口進(jìn)行測量（圖1上未示出）。系統(tǒng)采用Agilent34970A數(shù)據(jù)采集儀完成試驗所需數(shù)據(jù)的交換，實驗過程中每5min采集一次數(shù)據(jù)。

2.1蜂巢填料的選擇

再生裝置本體材質(zhì)為10mm厚的PE板材焊接而成。蜂巢采用規(guī)整波紋填料，該種填料是經(jīng)特殊處理的多層波紋纖維疊合而成，波紋板波高7mm，層間為45°×45°交錯對置，能有效地增加溶液的潤濕面積，增強傳熱傳質(zhì)效果。填料的比表面積為297m2/m3，孔隙率約88%。所采用的填料原料中添加了特殊化學(xué)成分，可有效防止LiCl溶液的腐蝕。再生填料的總體尺寸為900×600×700（長×寬×高），稀釋后的除濕溶液在其上部噴淋并在其表面上形成液膜。

2.2溶液噴淋裝置的設(shè)計

為保證LiCl稀溶液在蜂巢填料上部均勻噴灑，本裝置采用國外設(shè)備常用的雙孔噴淋管組件。整個噴淋裝置由多個等距布置的噴淋管組成，每個噴淋管中部設(shè)有管接頭，可通過軟管與供液總管相連接。噴淋管的結(jié)構(gòu)如圖2所示。溶液出口直徑為Φ2.5mm的小孔，兩排孔軸線間的夾角為90o，可有效增強溶液的噴灑密度，使溶液的噴淋更加均勻。

圖2　噴淋管結(jié)構(gòu)簡圖

2.3補水系統(tǒng)的設(shè)計

再生裝置的底部設(shè)有溶液槽，可貯存一定濃度的LiCl溶液。在再生試驗進(jìn)行中，由于稀溶液不斷散失水分，溶液的濃度逐漸提高，從而難以保證溶液再生特性的研究，因此，本試驗系統(tǒng)在溶液槽內(nèi)設(shè)置了自動補水裝置，使用純水進(jìn)行補水。該裝置由補水管和浮球閥組成，浮球閥采用塑料材質(zhì)以防止腐蝕。若溶液被濃縮，溶液槽內(nèi)液位降低，則浮球閥自動增大開度，進(jìn)入溶液內(nèi)的水量增加，溶液液位維持恒定，從而保證槽內(nèi)溶液的濃度穩(wěn)定不變。

3　實驗結(jié)果與分析

LiCl溶液再生性能的影響因素很多，諸如再生空氣的溫度、相對濕度、流量、稀溶液的噴淋溫度、濃度、溶液的循環(huán)量等。本試驗采用了控制變量法，即保持其它因素恒定不變，僅研究某一因素與再生量之間的關(guān)系。

圖3～圖8為試驗中僅改變某一影響因素得到的LiCl溶液再生量的試驗結(jié)果。當(dāng)再生空氣的溫度保持36.5℃、流量為3120m3/h、溶液溫度為42.0℃時得到圖3所示的結(jié)果。

其它結(jié)果的試驗條件分別如下：

①再生空氣的溫度為36.5℃、流量3120m3/h、溶液流量64L/min、溶液質(zhì)量濃度約37.4%；

②再生空氣的溫度為36.4℃、流量3120m3/h、溶液流量64L/min、溶液溫度為43.6℃；

③再生空氣的流量為3120m3/h、溶液溫度40.5℃、溶液流量64L/min、質(zhì)量濃度約37.4%；

④再生空氣的溫度為42.8℃、溶液流量64L/min、溶液溫度43.6℃，溶液質(zhì)量濃度約36.2%；

⑤再生空氣的流量為3055m3/h、溶液流量64L/min、溶液溫度為43.8℃、質(zhì)量濃度約36.2%；

由3～圖5可以看出，在再生空氣參數(shù)不變的條件下， 改變?nèi)芤旱难h(huán)量、溫度以及質(zhì)量濃度對再生量均有影響。溶液溫度越高、溶液質(zhì)量濃度越小再生量越大，其原因是提高了溶液表面的水蒸氣分壓力，使得其與再生空氣中水蒸氣分壓力的差值增大，導(dǎo)致傳質(zhì)的驅(qū)動力增強，加快傳質(zhì)過程的進(jìn)行，從而再生量就越大，另外增大溶液噴淋量也可以提高再生量。

由圖6～圖8可知，在含濕量不變的情況下，提高再生空氣的溫度，可減小其相對濕度，空氣變得更干燥，有利于再生過程的進(jìn)行。增大空氣流量使傳熱與傳質(zhì)的面積增加，可適當(dāng)提高其再生量，但提高幅度并不是很大。而降低再生空氣的含濕量，則降低了其水蒸氣分壓力，從而增大了水蒸氣分壓力差，溶液再生過程也就進(jìn)行得更順利。

圖7　再生量與再生空氣流量的關(guān)系

圖8　再生量與再生空氣含濕量的關(guān)系

4　結(jié)論

通過LiCl溶液再生性能的實驗研究，得出如下結(jié)論：

⑴提高LiCl溶液和進(jìn)入蜂巢填料空氣的溫度，可以有效提高再生量，為保證液體除濕空調(diào)系統(tǒng)除濕量與再生量的動態(tài)平衡，應(yīng)盡可能對溶液和再生空氣進(jìn)行加熱，以提高兩者的溫度，這是最容易實現(xiàn)的方法。

⑵增大溶液和再生空氣的流量也可以提高再生量，但同時會增大泵與風(fēng)機的功率，應(yīng)在滿足設(shè)備運行所需的再生量的前提下合理選擇溶液泵和再生風(fēng)機，以降低設(shè)備功耗。

⑶再生空氣的含濕量越低再生效果越好，因此，應(yīng)選擇相對干燥的空氣作為再生空氣。若液體除濕空調(diào)系統(tǒng)是以新風(fēng)作為再生空氣，再生量則會因室外環(huán)境的影響而產(chǎn)生較大的變化，設(shè)計再生器時應(yīng)以最惡劣的環(huán)境條件作為設(shè)計參數(shù)，以保證設(shè)備的正常運行。

［1］ 顧潔等.氯化鋰液體除濕器的試驗研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.2006.3

［2］ 陳穎等.一種蜂窩紙氈填料用于除濕液體再生過程的實驗研究［J］. 制冷學(xué)報. 2007.6

［3］ 沈鈺龍，柳建華.液體除濕空調(diào)再生性能分析［J］.制冷.2008.3.

［4］ 王強，王剛.液體除濕空調(diào)系統(tǒng)溶液再生性能的理論研究與實驗分析［J］.制冷與空調(diào).2010.8

計方法、制冷工程的教學(xué)與研究工作。

Performance Study on Regeneration of LiCl Liquid Dehumidification Air-conditioning

Wang Lingjie1，Yue Ling2
（1.Suzhou Institute of Trade&Commerce，Jiangsu 215000；2.DongNan Elevator Co.，Ltd Jiangsu，215000）

The running stability of the dehumidification air-conditioning system is determined by the regeneration performance of LiCl solution.The influence of various parameters on the regeneration performance of LiCl solution is discussed based on experiments in this article.The result can provide a suggestion for the design of liquid dehumidification air-conditioning system.

LiCl solution；dehumidification air-conditioning；regeneration；performance

TU834

A

王凌杰（1971-），男，工學(xué)碩士，教師，主要從事現(xiàn)代制冷機械設(shè)