淺析蜂巢轉輪除濕原理

 

蜂巢轉輪的構成

蜂巢轉輪包括蜂巢轉輪輪體、蜂巢固定架、中心軸承、齒輪（鏈輪、皮帶輪）與電動機。蜂巢轉輪輪體是由陶瓷纖維及有機添加劑製成的陶質蜂巢輪體，再以分子篩及矽膠為基材經高溫燒結使之表面堅硬並強力吸附於蜂巢內部，在陶瓷纖維轉輪的表面均勻布著許多細微小孔，如此大大增加了與潮濕空氣的接觸面積、提高吸濕能力。

 

由於採用了陶瓷纖維，蜂巢轉輪輪體有不易脫落、無粉末化、不老化、可重複清洗再使用的優點；蜂巢固定架兩端用高度密封性能的矽橡膠製成的隔板將轉輪整個表面分成三個扇區：除濕區、再生區和冷卻區；通過電動機帶動齒輪（鏈輪、皮帶輪）轉動使蜂巢轉輪輪體在蜂巢固定架的密封區內圍繞中心軸承連續轉動、從而除濕區、再生區和冷卻區可以連續交替循环的工作。

 

                                               

                                                                图1: 蜂巢转轮轮体                                                                  图2: 蜂巢转轮

 

蜂巢轉輪除濕原理 

當需要除濕的潮濕空氣(稱處理空氣)進入除濕處理區域，進入除濕處理區的空氣首先經過冷卻後由轉輪底部慢慢通過轉輪的細微小孔流向轉輪上部，濕空氣中的水蒸氣被轉輪中的活性矽膠及分子篩所吸附，從而得到乾燥，乾燥後的空氣則通過送風機送出；隨著吸收水分的增加，處理扇區漸漸趨於飽和狀態，為了其穩定的除濕性能，就需要對轉輪中的吸濕劑進行再生還原，這時，趨於飽和的轉輪除濕區在馬達的驅動下，慢慢轉入再生區域，開始再生過程(實質是將水分趕出吸附劑，進入再生空氣的過程)。

 

图3 : 蜂巢转轮除湿原理图 

再生區的空氣通過過濾和高溫加熱後以與除濕區相反的氣流方向通過轉輪，飽和狀態下的扇區經過高溫空氣加熱升溫後，吸附能力大大下降，水分快速蒸發、釋放出來，釋放出的水氣通過再生風機排出；由於再生過程轉輪輪體溫度升高，為了維持高效的除濕能力需要對其降溫，這時，再生區慢慢轉入冷卻區，開始冷卻過程，冷卻區利用部分經過過慮、冷卻、除濕後的乾燥氣體對經過再生空氣處理的再生區域進行冷卻和排出殘留的有水分的空氣，從而恢復到吸收能力強的吸濕區，冷卻區排出的空氣再次進入循環。

 

     

                                                          圖4: 除濕區空氣流向圖                                                      圖 5 : 再生區空氣流向

 

转轮本体参数的影响

• 吸濕劑品質分數的影響

除濕轉輪是由不能吸濕的支撐材料和吸濕劑組成的，吸濕劑所占總的品質的百分比稱為吸濕劑品質分數f。研究表明，在相同的品質下，f值增大，吸濕劑的品質增加，除濕機出口的空氣濕度降低，在0~0.6之間，吸濕劑品質分數對除濕性能的影響最大，超過0.6後其影響能力大為減弱，在實際應用中一般取f值為0.8~0.85，而且減小金屬支撐材料的比例也可以有效降低除濕轉輪的總熱容量，有利於改善轉輪系統的除濕性能。

 

• 吸濕劑表面積的影響

吸濕劑表面積即與氣體接觸的面積：小孔越多，孔徑越小，接觸面積越大越有利於吸濕，並且減少吸濕劑內部擴散的距離，縮短了再生階段的時間，但是會使氣流穿透阻力增加。

 

• 吸濕劑溫度的影響

吸濕劑的溫度：在除濕區處理過程中吸濕劑溫度相對需要較低，同一吸濕劑溫度越低吸濕能力越強，而在再生處理過程中的吸濕劑溫度越高，越有利於提高吸濕劑表面水蒸汽的壓力，加速吸濕劑水分的汽化。 

 

• 轉輪轉速的影響

轉輪轉速：提高轉速可以使換熱效果增強，但是這樣由於吸濕劑在再生區停留的時間變短，得不到充分的再生，會使除濕效果降低；轉速太低則使吸濕劑在除濕區停留的時間過長，會造成靠近再生區的部分區域的吸附劑由於飽和而失去繼續除濕的能力，也會降低除濕效果；所以根據實際情況選擇合適的轉速是較關鍵的步驟，一般轉速為8~22r/hr。

 

• 再生區扇形角的影響

再生扇形角主要體現了除濕區與再生區的吸濕劑所占的比例；在空氣流量一定的條件下，再生區扇形角太小會使吸附劑不能充分再生，降低除濕效果；再生區域太大，又會使除濕區域與冷卻區域減小，吸附劑得不到充分冷卻，也會降低除濕性能，因此必定存在一個最優比例。

在實際應用中，對再生區扇形角的要求應該兼顧以下方面的考慮：吸附劑再生容易，並且能夠得到充分再生；出口處的處理空氣濕度也可以降得很低；除濕機具有較高的性能係數。滿足以上綜合要求才能夠可以較好地確定再生區扇形角。一般情況下，因為再生空氣的溫度較高，轉輪的再生區域約占轉輪總面積的1/4，即再生區扇形角為90°。若改變再生空氣溫度、再生空氣的流量等，為使之能夠有效再生，都需要改變除濕轉輪再生區扇形角。

 

空氣參數對轉輪除濕性能的影響

轉輪除濕系統中的空氣包括處理空氣和再生空氣，處理空氣的參數(溫度、濕度、流速等)直接影響到轉輪除濕機的除濕性能，而再生空氣的參數(溫度、濕度、流速等)直接影響到除濕機的再生性能，進而影響除濕機的吸附除濕性能，因此這兩者是相互制約的。瞭解兩類空氣中各參數的影響，對於配置合適的系統，使之高效、節能運行是有利的。

 

• 口處處理空氣溫度的影響

分析吸附劑在不同溫度下的吸附等溫線可以知道同一類吸附劑在相同的壓力下，溫度越高，吸附劑的吸附能力越低；吸濕劑的吸濕性能也是隨著空氣溫度的升高而降低的。在實際工程中通過降低進口空氣的溫度來提高除濕轉輪的性能，可以通過預冷措施來降低除濕轉輪進口的處理空氣溫度，使轉輪對較低溫度的空氣進行除濕。

 

• 進口處處理空氣濕度的影響

在乾球溫度相同時，空氣的相對濕度越大，其含濕量也越大，空氣中水蒸汽的分壓力越接近飽和水蒸汽分壓力，與吸濕劑表面空氣的壓力差增大，增大了除濕的推動力，可以使設備的除濕量增加；在含濕量相同時，空氣中水蒸汽的分壓力是定值，此時空氣的相對濕度越大，其乾球溫度越低，除濕轉輪表面空氣的飽和水蒸汽分壓力越低，有利於除濕過程的進行；在相對濕度相同時，空氣的含濕量越高，空氣的乾球溫度也越高，處理空氣的溫度升高會使得除濕轉輪表面的飽和空氣溫度升高，從而使之飽和水蒸汽分壓力也升高，這對於空氣的除濕是不利的；但是空氣含濕量的增加會使得空氣中的水蒸汽分壓力相應升高，這是除濕的有利因素；因此對除濕過程的影響需要將兩者綜合考慮；實際應用中，將空氣的露點溫度作為空氣濕度的控制量。

 

• 處理空氣流速的影響

空氣的流速越低，空氣與吸濕劑的接觸時間越多，兩者之間的熱、質交換也越充分，但是單位面積的處理空氣量較小。增大空氣的流速，會使對流換熱係數和傳質係數增加，這是空氣與吸濕劑之間的對流傳質的有利因素；但是風速增大也使兩者之間的接觸時間縮短，可能會使得處理空氣在轉輪中還沒有被有效除濕就出轉輪，對除濕不利，可能導致空氣不能達到預定的濕度。故合適的空氣流速也是轉輪除濕系統的重要參數。處理空氣流速對於實際工程應用的影響主要體現在處理空氣流量的確定，在除濕轉輪的規格確定之後，處理空氣的流量不應該超出轉輪的額定流量。

 

• 再生空氣參數的影響

在實際應用中，更容易控制的是再生空氣的參數，因此我們更關注再生空氣對除濕機性能的影響：空氣含濕量不變時，提再生高空氣的溫度，不但可以加強汽化和帶走水分的能力，而且可以對吸濕劑進一步升溫，提高吸濕劑表裏之間水分的擴散速率，對恒速乾燥階段和減速乾燥階段都有利，但是每種吸濕劑都存在允許的最高溫度值；空氣的含濕量越低，帶走吸濕劑中水分的能力越強，乾燥過程的推動力越大，因而乾燥速率越高；再生空氣的流速直接影響吸濕劑再生速度的大小，對流換熱係數因流速的增加而增大，傳熱係數也因流速的增加而增加，這樣使總的再生過程時間都縮短了；而且可以通過調節再生空氣的流速來適應處理空氣流量及狀態參數的變化。總之再生空氣流速的增加強化了再生過程，使得轉輪的再生速度加快，但是此時不改變再生區扇形角，可能會再生後的轉輪區域被加熱，升高吸濕劑的溫度，從而影響吸濕過程的進行；而且從系統的能耗考慮，流速增加會導致再生熱量的需求增大，在轉輪再生側的換熱效率降低；所以在額定工況下應慎重考慮改變空氣流速，若改變再生空氣流速，應相應調節再生區扇形角，再生空氣的溫度等參數，在實際的應用中，用戶來改變再生區扇形角是不可行的，因此多採用調節再生空氣溫度的方法。