关于太阳能溶液除湿系统再生器实验的探索

作者：郑晓敏

  本文基于某洞窟除湿空调工程，以太阳能作为主要再生热源，电加热器作为辅助再生热源，进行了溶液除湿系统的除湿溶液再生过程热质交换特性的实验研究，可为太阳能溶液除湿系统再生器的设计提供依据。

1溶液再生原理

    溶液对空气除湿后，其浓度降低，为使溶液连续不断地有效发挥除湿能力，须通过加热方式将稀溶液进行再生，使其浓度提高。溶液再生的主要驱动力是溶液表面的水蒸气分压力P，与环境空气的水蒸气分压力P。。的压差，当Pr>P。时再生过程发生。

2实验系统

2.1工作原理

图1为太阳能溶液再生系统的流程图。

    在再生风机驱动下，空气进入再生器环箱；通过再生器箱体下部侧孔，并在导流板的作用下进入再生器箱体，由下至上流动，从再生器顶部排出。待再生的除湿溶液从液箱流出，被太阳能集热器加热升温：除湿溶液流人再生器，自上而下流动，与再生空气发生热质交换后，经导流板流入回液箱，回到液箱。如果除湿溶液经过太阳能加热后未达到要求的喷淋温度，可由辅助加热器加热溶液，使之达到再生要求。

2.2实验装置

利用太阳能真空管集热器加热除湿溶液，除湿溶液为氯化锂溶液。太阳能加热装置如图2所示。

    再生器为逆流喷淋塔式结构。再生器直径为250 mm，高度为890 mm，在其内部高度为700mm处设有一喷嘴，喷嘴位于再生器中心。再生器材料为无规共聚聚丙烯(PPR)，使再生器具有良好的防腐蚀性能。实验时，再生器设置4个温度测点，各个测点位于再生器内部不同截面的中心位置，距喷嘴的距离分别为10，220，430，640 mm。本实验采用DRS-15A型湿空气发生器来控制调节进入再生器空气的温度和湿度。实验加热温度为25—80℃，加湿量为29 kg/h。

3实验结果

3.1溶液入口参数和送风温度对出口溶液浓度的影响

实验中进口空气温度为28℃，相对湿度为69%；溶液进口浓度为24.5%．喷淋温度为37～45℃。当溶液喷淋流量分别为500，400，300 L/h时，再生器出口溶液浓度变化如图3所示。

    从图3中可以看出，溶液喷淋流量越大，再生器出口溶液浓度越高。再生器出口溶液浓度直接影响再生效果，出口溶液浓度越高，再生器的再生效率越高。这是南于在其它参数不变的情况下，随着溶液喷淋流量的增加，空气与溶液问的传热传质系数增加所致。从图3还可以看出，溶液喷淋流量一定时，随着溶液喷淋温度的增加，再生器出口溶液浓度增大。

当溶液喷淋流量为500L／h，其他参数不变，送风温度分别为30，32，34，36℃时，再生器出口溶液浓度的变化如图4所示。

    图4显示，再生器送风温度提高，再生器出口溶液浓度增大。当空气湿度相同时，送风温度升高而空气中水蒸气分压不变，溶液与空气温差减小，溶液温度降低的幅度减小，有利于溶液再生。

3.2溶液入口参数对再生器内温度的影响

在溶液进口的体积流量为500 L/h，空气进口温度为28℃，相对湿度为690/0，溶液进口浓度为24.5%条件下，当喷淋温度分别为37，39，42，44℃时，再生器内各测点的温度变化如图5所示。

    由图5可以看出，测点距喷嘴分别为10，270，430 mm时，随着测点与喷嘴距离的增加，测点温度降低：但是距喷嘴640 mm处的测点温度高于距喷嘴430 mm处的测点温度。如果空气与溶液只发生传热交换，那么距离喷嘴位置越远，再生器内温度越低。在再生器内部，空气与溶液既发生传热交换，又发生传质交换，随着溶液蒸发，放出气化潜热，使得再生器内温度升高。当溶液临近空气人口时，溶液表面与入口空气间的水蒸气分压之差较大，溶液水分蒸发量较大，传质对再生器内温度的影响要大于传热对再生器内温度的影响，导致测点温度有所提高。

图6以喷淋温度42℃为例，给出了3种不同溶液喷淋流量下各测点温度的变化。随着喷淋流量的增加，测点温度相应升高。

3.3填料对再生器再生性能的影响

  将直径为25 mm的球形填料加入再生器中，添加高度510 mm。实验中，溶液喷淋流量为500Uh，空气进口温度为28℃，相对湿度为69%，溶液进口浓度为24.5%。图7给出了喷淋温度为42℃时，再生器内有无填料工况下各测点温度的变化。由图7可见，有填料时的测点温度低于无填料时相应的测点温度。

当喷淋温度为37—45℃时，有填料与无填料溶液出口浓度变化如图8所示。由图8可见，当再生器各进口参数相同时，随溶液喷淋温度的升高，溶液出口浓度也升高；且相同溶液喷淋温度下，再生器内部有填料时溶液出口浓度较无填料时高35%—65%。在其他参数相同的情况下，再生器内充装了填料后，增加了溶液与空气的接触面积，溶液与空气的热质交换得到增强，再生器出口溶液浓度增高，提高了再生器的再生效率。

4结论

太阳能溶液除湿空调再生器的溶液出口浓度随着喷淋流量、喷淋温度和送风温度的增大而增大。由于氯化锂溶液再生所需温度较低，特别适于以太阳能为再生热源。在再生过程中，溶液与空气既发生传热交换，又发生传质交换，溶液温度沿着溶液流动方向先降低后升高。再生器内部添加填料，增加了气液接触面积，有效地增强了气液间热质交换，使再生器出口温度降低，出口溶液浓度提高35%～65%，有利于除湿过程的进行。

5摘要：结合工程实例进行了太阳能溶液除湿系统除湿溶液再生实验，研究了除湿溶液再生过程的热质交换特性，得到了不同溶液人口参数下再生器内部各测点温度，揭示了不同空气和溶液入口参数对出口溶液浓度的影响和填料对再生器热质交换的影响。文章可为太阳能溶液除湿系统再生器的设计提供依据。