干燥空气的自然作用,几千年一直为人类所熟悉,古埃及人借干燥气候将人工制品贮存至今的技术就曾闻名于世,在今天,美国亚利桑那州沙漠里的自然干燥空气同样被用来长期贮存飞行器材和其它物质。
然而,对于干燥空气的需求不能仅依赖于持续干燥的自然气候,人们需要人为地制造干燥空气,即除去空气中的水分或称去湿。现代的去湿方法主要有两种一一冷却去湿和干燥剂去湿。
1.冷却去湿:通过冷却盘管使含有水汽的空气温度降至露点,水汽即从空气中冷凝出来。在密封式制冷系统中,冷却的空气还要流经制冷系统的热损失盘管,由此而产生的潜热会释放出来,使得在设备的出口的空气被再度加热干燥。
同直接蒸发一样,在这种去湿方法中采用的二次冷却系统也引进了冷冻水、盐水以及乙烯或丙二醇。这些化合物要求在冷却温度低于0°c的情况下使用。这样将不可避免地会引起盘管上结霜或结冰,因此需要采用双盘管换向系统和除霜循环系统。
冷却去湿的方式有:
①露点维持:对于20℃、相对湿度50%或露点温度高于10℃的条件,最宜采用这种制冷去湿方式。
②加热泵式:其中的机械系统都可以理解成加热泵,但在今天这一概念主要用以描述空气被冷却,去湿和再加热的过程。该方法可用于控制密闭空间的湿度(目前正在大力推广)或干燥密闭隔离室内的产品。
热泵加热的方式完全可代替传统的加热通风的干燥去湿方法。在传统的方法中,热量是被用来提高产品的温度和蒸发产品所含的水分。而采用加热泵方式,则可通过冷凝作用回收潜热以帮助产品水分的蒸发,从而减少了能量的损失,其热化系数甚至可高达3.0。该方式的适用温度范围是25 ~ 80℃,常用于干燥木材、木质机械、棉、毛、纤维、纱、陶瓷、砖块、灰泥材料以及食品、糕点等。
③过渡干燥:在该方式中,将需要除湿的材料与干燥剂共处,使材料在温度高达80℃的条件下自然释放水分。但这里需要借助较大的空气流量来提高干燥效果。为避免过度干燥或干燥剂“表面硬化”——这会引起干燥时间延长,故须严格控制系统的技术条件。
这种干燥技术采用了内封闭式,即初始热量由辅助热提供9由于机械设备如风机或压缩机的发热将产生少量的过热,所以封闭小室的温度通过一个小型的通风系统来稳定(温度平衡器)。这种方式的优点是:运行费用低(可以减少一半),干燥时间短。从而利于产品的质量提高,同时还可明显地减少事故发生和随之而引起的运行障碍。
2.干燥剂去湿:贮存小物品时,干燥剂长期被用来降低湿度的危害和抑制腐蚀。这些干燥剂在小容器内处于湿度饱和状态时,只要加热便失去水分,于是可再用(高保真度的视频包装中所使用的硅胶封袋就是一例)。干燥剂去湿是通过其表面低蒸发压力的形成而吸收空气中的水分实现的,当空气中所含水分的蒸发压力高于干燥剂表面的蒸发压力时,空气中水分子就向干燥剂移动,从而使空气湿度降低。
加热含水分的干燥剂,可以提高干燥剂表面蒸发压力而使上述过程逆向进行,干燥剂中水分释放到排除的气流中后,干燥剂又变干燥,这就是干燥剂的再生循环。
总之,干燥剂去湿与冷却减湿的适用范围是不同的,它多用于露点较低的空气和气体的干燥,不存在结霜、运行效率低、再度加热、除霜循环等问题。干燥剂减湿器常与传统的制冷设备共同运行,后者是通过恰当的冷却来控制温度。这无疑是一种同时控制温度和湿度最有效的方法。干燥剂去湿的方式有:
①固定台架式:在该系统中,固体干燥剂(硅分子筛、活性氧化铝等)被填入两个或更多的容器中。一面让需干燥的空气穿过其中某一个容器,吸收其水分,另一面让热空气通过另一容器使干燥剂所含水分蒸发,干燥剂获得再生。为了不使效率降低,这里要通过控制换向阀来控制干燥容器。
虽然在生产上此类设备因固体干燥剂的填入显得笨重,而且在环境空气的处理中,与轻型连续再生干燥器相比正逐渐被淘汰,但是,它在低露点压缩空气的干燥中仍被广泛采用,它可以通过加热或不加热而利用压缩空气实现再生循环。这类系统在工作容量上相对要小一些。
②旋转台架式:本方式原理与固定台架式原理相似。旋转台分为八个部分或更多,每一部分都填满干燥剂,通过装在需要干燥的和使干燥剂再生的气流间移动的齿杆带动而旋转。
③液体吸收式:该类系统运行方式与喷雾洗涤器相似,去湿设备将液体干燥剂(氯化镅)喷射到需去湿的空气中,空气中水分被液体干燥剂吸收,温度提高,同时液体稀释。稀释后的液体干燥剂还要送入再生器,经再次加热后喷向气流使水分蒸发。再生循环是根据干燥剂的稀释程度来控制的,最后干燥剂冷却返回空气调节器。该方式可使湿度显著降低。由于具备洗涤的效果又使空气得到一定程度的净化。
由于运行系统的复杂性,上述方式只在大型的定点生产中应用。采用该方式时应注意使干燥平衡过程相对湿度值高于15%,否则易发生结晶,若相对湿度低于15%时就不宜采用此方式。-
④蜂窝状旋转器:于1956年设计出的这种独特的去湿机构——采用填满了干燥剂的圆盘式叶片并能缓慢旋转。目前,这种机构的材料应用了半陶瓷制品,外形就像压制成圆盘状的瓦楞纸板。填满了干燥剂的圆盘不断旋转,可保证持久干燥。
实际上,水分在270°扇形区内被吸收,干燥剂仅散布在90°扇形区内。该装置有以下优点:运行和控制简单,适用范围广,效率高。此外,还有尺寸较小、重量轻和几乎不需保养(由于运动部件很少)等特点。
圆盘中填入的干燥剂可根据其用途和功效来选择,一般有氯化锂、硅胶、分子筛等。
对未来去湿技术的展望,目前以提高效率为目的的加热泵式减湿循环过程已发展到通过混合的辅助性热交换器来完成,而以提高设备运行温度使之超过100℃为目的的热聚式去湿系统的研究已有了新的进展。另外,人们还在积极寻找和探讨CFC制冷剂的替代物,以维持和提高目前的运用范围及温度。
在干燥剂去湿的领域内,为了提高效率,人们同样在进行积极的研究,其目的主要是为了减少再生过程的能耗及干燥空气流中热量的损失,也即减少冷却对热量的需求。为了确定系统控制的允许极限,以便使设备更有效地运行,徽信息处理控制学和固态电子学也正在迅速地深入到去湿领域。
随着人们对去湿重要性认识的提高,减湿技术目前已拥有广泛的市场。由于大多数空调企业对去湿过程并未明确定义,整个去湿市场的规模还很难预测。在民用市场中,最有独立发展潜力的多半是贮藏和防腐。去湿过程与加热过程相比,前者能量的利用率比后者要大得多,当去湿与全控式贮藏相结合时,每年将有巨大的节约潜力。
[Refrigeration and Air Conditioning,1991年1月]