溶液除湿再生性能实验的研究发展

刘立宁

摘 要：溶液再生过程是溶液除湿系统重要的传热传质过程。本文对一些学者关于溶液除湿系统再生性能的实验研究进行了简单的介绍和总结。

关键词：溶液除湿；溶液再生；再生性能

引言

传统空调通常采用冷却除湿的方式将空气的温度处理到露点温度以下，实现空气的除湿和降温。但这种方式不仅使压缩制冷系统由于蒸发温度的降低而导致性能系数降低，而且会在表冷器表面生成凝结水使霉菌滋生，从而影响空气品质[1]。然而，溶液除湿方法可将除湿与降温过程分开，解决了上述问题。

再生过程是溶液除湿系统重要的传热传质过程，再生性能的高低直接影响了除湿过程中除湿性能的强弱。为了充分利用低品位能源，可以使用太阳能、工业废热、冷凝热等作为除湿溶液的再生热源，这样既可以使运行成本降低，又可减少废热的排放，同时达到了节能和环保的双重目的[2]。

1 再生机理

除湿过程是浓溶液从被处理空气中吸收水分，并放出潜热的过程；而溶液的再生过程正好与其相反即除湿后的稀溶液从外界获取热量使水分从溶液蒸发到空气中的过程。溶液表面的蒸气压和空气的蒸气压的差值是水分传递的驱动势，但是这个差值大于零时溶液的再生过程才能够发生。影响除湿溶液表面蒸气压的两个重要因素是浓度和温度。在除湿器中浓溶液由于吸收水分而浓度降低，此时它的蒸气压逐渐变大，当它的蒸气压高于被处理空气蒸气压时，除湿过程停止，而将吸湿后的稀溶液通过低品位热源的加热升温到一定值后，通入再生器与空气接触，只要保持它的蒸气压与接触的空气的蒸气压的差值为正，再生过程就会发生。

2 国外某些再生过程的实验研究

Martin和Goswami实验测试了三甘醇溶液在聚丙烯Rauschert Hilflow环散装填料的逆流填料塔再生装置中的热质交换过程。Fumo和Goswami分析了以LiCl溶液为吸湿溶液在上述逆流填料塔中溶液与湿空气的再生热质交换过程[2]。Longo G A[3]等实验测试了分别采用LiBr溶液、LiCl溶液和KCOOH溶液，使用塑料环散装填料的逆流填料塔的除湿再生过程，对于3种溶液的再生性能也进行了比较。国内许多学者也对再生过程进行了不同程度的研究，文章意在主要对他们的研究进行介绍和总结。

3 国内有关再生过程的研究

在国内，许多学者对溶液除湿的再生性能都进行了研究。本文总结的这类研究包括以下两方面内容：溶液和空气的进口参数及热源温度等对再生性能的影响；比较两种不同的除湿溶液再生过程的传热传质性能。

3.1 溶液和空气进口参数及热源温度等对再生性能的影响

（1）2005年时东南大学的殷勇高、张小松等人，基于以溴化锂溶液为除湿剂的除湿系统，对其溶液的再生过程进行了实验研究[4]，该实验主要研究了热源温度对系统再生性能的影响情况。实验的再生系统由填料塔式再生器、加热器、浓稀溶液槽、风机、溶液泵、管道及相应的测控系统组成。实验工况为：空气质量流量为0.09768 kg/s，LiCl溶液的质量流量为0.071 kg/s，LiCl溶液进口浓度为20%，再生器入口空气的干球温度为27.5 ℃，相对湿度60%，热源温度的变化范围为55.5～77.5 ℃。

实验测定了热源温度对入口空气含湿量、再生量和传质系数的影响，结果表明热源温度对空气含湿量的变化影响很大，随着热源温度的降低，空气含湿量的变化也有所下降；随着热源温度的升高，系统的再生量和传质系数都增大，系统再生性能增强，尤其在热源温度达到75 ℃以后，这种增强更加显著。

（2）同样在2005年，清华大学的刘晓华、江亿等人搭建了叉流再生器性能测试试验台[2]，以溴化锂溶液为除湿剂，测试了溶液和空气进口参数对再生性能的影响。该实验采用总换热量、全热效率、再生量和再生效率描述再生器的热质交换性能，前两者表征全热换热能力，后两者表征传质能力。实验主要由空气处理系统、溶液再生系统和热水系统三部分组成。表冷器、加热器、加湿器、风机等组成了空气处理系统，用于控制再生器进口的空气参数；再生器、浓溶液罐、稀溶液罐、溶液泵等组成了溶液再生系统；热水系统用来调节进入再生器的溶液温度。通过实验，此文献得出了溶液与空气进口参数对再生效果的影响如表1所示。

表1 溶液与空气进口参数对再生效果的影响趋势

以上3组实验虽然是在实验装置和参数不同的情况下进行的，但它们得出的溶液和空气进口参数对再生性能的影响效果是基本相符的。

3.2 LiBr和LiCl溶液的再生传热传质性能对比

清华大学的易晓勤、刘晓华等人为了比较LiBr和LiCl溶液的再生传热传质性能，于2010年搭建了一组溶液再生实验台，分别采用了LiBr和LiCl溶液实验测试了一系列在除湿空调的再生器中常见的工况[3]，本次实验再生器的气液接触形式為叉流。

该实验最终得出：在LiCl溶液浓度为32%，LiBr溶液浓度与其等效为46.52%，其它各条件相同时，LiBr溶液的再生量比LiCl溶液的再生量略高约0.5 g/s；进口参数等效的条件下，低浓度区内LiCl溶液的再生量比LiBr溶液的再生量稍高，高浓度区内LiBr溶液的再生量稍高；在LiBr溶液浓度大于46%（等效LiCl溶液浓度为31.35%）以后使用LiBr溶液的再生量略高。

4 结束语

溶液再生过程是溶液除湿系统的重要环节，再生器中再生量的变化直接影响着系统能否维持在设计的制冷量水平上，所以以上对影响再生量的各参数的实验研究，为提高溶液除湿系统的效率和保证系统的稳定运行提供了依据。

东南大学的李秀伟、张小松等人曾提出以LiCl和CaCl2的混合溶液作为除湿剂的想法，并对其相关的热物性进行了研究。杜张和刘韫刚也提出了以LiCl和CaCl2的混合溶液作为除湿剂，并测试了它的除湿性能。由于混合液在经济性和除湿性能上都占有优势，因此对其再生性能的研究会是个新的方向。

参考文献

[1]高煜，张欢，由世俊，等.利用蒸发式冷凝器再生除湿溶液时传质系数的实验研究[J].暖通空调，2012，42（1）：65～68.

[2]刘晓华，江亿，常晓敏，等.溶液除湿空调系统中叉流再生装置热质交换性能分析[J].暖通空调，2005，35（12）：10～15.

[3]易晓勤，刘晓华，江亿，等.两种除湿溶液的再生性能对比实验研究[J].太阳能学报，2010，31（2）：168～172.

[4]殷勇高，张小松，权硕，等.溶液除湿冷却系统的再生性能实验研究[J].工程热物理学报，2005，26（6）：915～917.