LiCl溶液除湿空调再生性能的实验研究

王凌杰，岳 岭

（1.苏州经贸职业技术学院，江苏苏州，215000；2.东南电梯股份有限公司，江苏苏州，215000）

LiCl溶液除湿空调再生性能的实验研究

王凌杰1，岳 岭2

（1.苏州经贸职业技术学院，江苏苏州，215000；2.东南电梯股份有限公司，江苏苏州，215000）

LiCl溶液的再生性能是溶液除湿空调系统设计、运行的关键，再生性能的优劣决定了系统运行的稳定性。本文通过实验探讨了各种参数的变化对LiCl溶液再生性能的影响，可为溶液除湿空调系统的设计提供依据。

LiCl溶液；除湿空调；再生；性能

0　引言

与常规的除湿空调设备相比，液体除湿空调系统具有除湿能力强、可采用低品味热源驱动、环保性能好、可去除空气中的尘埃、灭菌等有害物、可全新风运行、耗电量低等特点。因此液体除湿空调越来越被广泛应用于各类空调工程中，作为新风或送风除湿处理首选的末端设备。

液体除湿空调的除湿运行的稳定性取决于溶液除湿剂再生能力的大小以及再生过程的稳定性，溶液再生能力直接影响整个空调系统能否维持在设计的除湿水平。若溶液的再生能立不足以补偿除湿侧的吸湿量，一方面会导致因溶液浓度的下降而使其除湿能力降低，另一方面则会使溶液总量增加，液位逐渐上升至高位且不可恢复，最终导致除湿空调系统无法正常运转。因此，对液体除湿空调而言，不仅需要研究其除湿特性，除湿剂再生性能的研究也具有非常重要的意义。

液体除湿空调一般常用的液体除湿剂有LiBr溶液、CaCl2溶液和LiCl盐溶液等。CaCl2溶液除湿能力不高，一般只有在优先考虑设备的经济性时才使用。LiBr溶液的除湿性能较好，但其再生温度较高，限制了其在商用除湿空调领域的使用。LiCl溶质在通常情况下不分解，不挥发，溶液表面蒸气压低，吸湿能力大，是一种良好的吸湿剂，除湿和再生性能指标都较为令人满意。随着工艺的进步，溶液腐蚀材料的问题基本得到了解决，LiCl溶液除湿剂的应用得到推广。本文使用LiCl溶液进行试验，对其再生性能与各影响因素之间的关系进行了分析研究。

图1　再生试验装置系统示意图1-风机 2-风阀 3-盘管加热器 4-球阀1 5-过滤器 6-补水装置 7-溶液泵 8-球阀2 9-调节阀1 10-调节阀2 11-溶液换热

1　溶液除湿空调系统的工作机理

液体除湿空调系统结构上分为除湿侧与再生侧两部分。除湿部分的工作原理为：浓度较大、温度较低的LiCl液体除湿剂从蜂巢填料的上部经喷淋管流下，并在填料上分布成液体膜，湿空气的流动方向和液膜流动方向呈逆流、顺流或垂直交叉流动三种方式，湿空气通过填料间隙与除湿剂液膜发生传热传质过程，液体除湿剂吸收空气中的水蒸气，实现干燥空气的目的。液体除湿剂吸收水分后其浓度逐渐降低，除湿能力也逐渐下降。因此，为了重复使用稀释后的除湿剂溶液，需要将其浓缩再生处理，将溶液浓度提高以后再次利用于空气干燥处理。

液体除湿空调系统再生部分的工作方式与除湿部分相近，LiCl稀溶液被加热后喷淋在蜂巢填料上形成液膜，在填料的表面上与再生空气进行热湿交换。再生过程的工作机理是：再生空气中的水蒸气分压力低于LiCl溶液表面水蒸气的分压力，这两个分压力之差是水蒸气扩散的驱动力，可使溶液的水分向再生空气中扩散，从而实现稀溶液的浓缩处理。在再生过程中，只有当溶液的水蒸气分压力高于再生空气中的水蒸气分压力时，再生过程才可以进行，分压力之差越大，越有利于再生过程的进行。

LiCl溶液的再生方法有两种，一种是加热溶液增大稀溶液表面的水蒸气分压力，以提高水蒸气的扩散能力；另一种方法是加热空气，含湿量一定的再生空气，由于温度提高，其相对湿度减小，吸收水蒸气的能力增强，与稀溶液接触后可吸收溶液的水分，使稀溶液浓缩。一般在溶液除湿空调系统中，为保证溶液的再生能力，可以将两种方法同时使用。

图3　再生性能与溶液流量的关系

图4　再生性能与溶液温度的关系

图5　再生量与溶液质量浓度的关系

图6　再生量与再生空气温度的关系

2　溶液再生实验系统设计

LiCl溶液的再生实验系统如图1所示，试验装置采用了逆流式再生设计。系统设置了两个换热器，一个是翅片盘管换热器，用于加热空气，另外一个是溶液换热器，用于提高再生溶液的温度。两个换热器均采用热水作为加热介质，热水供水温度为70℃。

如图1，调节阀1与调节阀2分别调节盘管加热器和溶液换热器的热水流量，从而调节再生空气和溶液的温度。调节风阀的开度可改变再生风量，球阀2可调节再生溶液的喷淋流量，设置球阀1目的是为了方便更换溶液过滤器的需要。

为了再生试验各参数测量的需要，装置中设置了相应的传感器。其中，风机出口与盘管加热器之间设置了温、湿度传感器，以测量盘管加热器进口空气的温度和相对湿度。盘管加热器与蜂巢填料之间的位置设置了温、湿度传感器，用以测量与再生溶液进行热湿交换的空气参数。蜂巢出口处的传感器测量再生空气出口的温度及相对湿度。温、湿度传感器选择瑞士VECTOR温湿度传感器，型号为SDC-H1T1，测温范围-40°C～140 °C，相对湿度范围5%～100%。此外，在溶液喷淋管上安装了热电偶以测量溶液的喷淋温度，再生溶液流量可由管路上安装的流量计（序号17）直接测量。再生空气的流量由安装在系统出风管处的喷口进行测量（图1上未示出）。系统采用Agilent34970A数据采集仪完成试验所需数据的交换，实验过程中每5min采集一次数据。

2.1蜂巢填料的选择

再生装置本体材质为10mm厚的PE板材焊接而成。蜂巢采用规整波纹填料，该种填料是经特殊处理的多层波纹纤维叠合而成，波纹板波高7mm，层间为45°×45°交错对置，能有效地增加溶液的润湿面积，增强传热传质效果。填料的比表面积为297m2/m3，孔隙率约88%。所采用的填料原料中添加了特殊化学成分，可有效防止LiCl溶液的腐蚀。再生填料的总体尺寸为900×600×700（长×宽×高），稀释后的除湿溶液在其上部喷淋并在其表面上形成液膜。

2.2溶液喷淋装置的设计

为保证LiCl稀溶液在蜂巢填料上部均匀喷洒，本装置采用国外设备常用的双孔喷淋管组件。整个喷淋装置由多个等距布置的喷淋管组成，每个喷淋管中部设有管接头，可通过软管与供液总管相连接。喷淋管的结构如图2所示。溶液出口直径为Φ2.5mm的小孔，两排孔轴线间的夹角为90º，可有效增强溶液的喷洒密度，使溶液的喷淋更加均匀。

图2　喷淋管结构简图

2.3补水系统的设计

再生装置的底部设有溶液槽，可贮存一定浓度的LiCl溶液。在再生试验进行中，由于稀溶液不断散失水分，溶液的浓度逐渐提高，从而难以保证溶液再生特性的研究，因此，本试验系统在溶液槽内设置了自动补水装置，使用纯水进行补水。该装置由补水管和浮球阀组成，浮球阀采用塑料材质以防止腐蚀。若溶液被浓缩，溶液槽内液位降低，则浮球阀自动增大开度，进入溶液内的水量增加，溶液液位维持恒定，从而保证槽内溶液的浓度稳定不变。

3　实验结果与分析

LiCl溶液再生性能的影响因素很多，诸如再生空气的温度、相对湿度、流量、稀溶液的喷淋温度、浓度、溶液的循环量等。本试验采用了控制变量法，即保持其它因素恒定不变，仅研究某一因素与再生量之间的关系。

图3～图8为试验中仅改变某一影响因素得到的LiCl溶液再生量的试验结果。当再生空气的温度保持36.5℃、流量为3120m3/h、溶液温度为42.0℃时得到图3所示的结果。

其它结果的试验条件分别如下：

①再生空气的温度为36.5℃、流量3120m3/h、溶液流量64L/min、溶液质量浓度约37.4%；

②再生空气的温度为36.4℃、流量3120m3/h、溶液流量64L/min、溶液温度为43.6℃；

③再生空气的流量为3120m3/h、溶液温度40.5℃、溶液流量64L/min、质量浓度约37.4%；

④再生空气的温度为42.8℃、溶液流量64L/min、溶液温度43.6℃，溶液质量浓度约36.2%；

⑤再生空气的流量为3055m3/h、溶液流量64L/min、溶液温度为43.8℃、质量浓度约36.2%；

由3～图5可以看出，在再生空气参数不变的条件下， 改变溶液的循环量、温度以及质量浓度对再生量均有影响。溶液温度越高、溶液质量浓度越小再生量越大，其原因是提高了溶液表面的水蒸气分压力，使得其与再生空气中水蒸气分压力的差值增大，导致传质的驱动力增强，加快传质过程的进行，从而再生量就越大，另外增大溶液喷淋量也可以提高再生量。

由图6～图8可知，在含湿量不变的情况下，提高再生空气的温度，可减小其相对湿度，空气变得更干燥，有利于再生过程的进行。增大空气流量使传热与传质的面积增加，可适当提高其再生量，但提高幅度并不是很大。而降低再生空气的含湿量，则降低了其水蒸气分压力，从而增大了水蒸气分压力差，溶液再生过程也就进行得更顺利。

图7　再生量与再生空气流量的关系

图8　再生量与再生空气含湿量的关系

4　结论

通过LiCl溶液再生性能的实验研究，得出如下结论：

⑴提高LiCl溶液和进入蜂巢填料空气的温度，可以有效提高再生量，为保证液体除湿空调系统除湿量与再生量的动态平衡，应尽可能对溶液和再生空气进行加热，以提高两者的温度，这是最容易实现的方法。

⑵增大溶液和再生空气的流量也可以提高再生量，但同时会增大泵与风机的功率，应在满足设备运行所需的再生量的前提下合理选择溶液泵和再生风机，以降低设备功耗。

⑶再生空气的含湿量越低再生效果越好，因此，应选择相对干燥的空气作为再生空气。若液体除湿空调系统是以新风作为再生空气，再生量则会因室外环境的影响而产生较大的变化，设计再生器时应以最恶劣的环境条件作为设计参数，以保证设备的正常运行。

［1］ 顾洁等.氯化锂液体除湿器的试验研究［J］.农业工程学报.2006.3

［2］ 陈颖等.一种蜂窝纸毡填料用于除湿液体再生过程的实验研究［J］. 制冷学报. 2007.6

［3］ 沈钰龙，柳建华.液体除湿空调再生性能分析［J］.制冷.2008.3.

［4］ 王强，王刚.液体除湿空调系统溶液再生性能的理论研究与实验分析［J］.制冷与空调.2010.8

计方法、制冷工程的教学与研究工作。

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，工学硕士，教师，主要从事现代制冷机械设