專利名稱：一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域，尤其是暖通空調(diào)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)空氣的除濕處理是夏季空調(diào)系統(tǒng)的主要任務(wù)之一?，F(xiàn)有的除濕方式多以冷凝除濕方 式為主，即采用制冷機(jī)(多為以氟利昂為制冷劑的電動(dòng)制冷機(jī))制備出低溫冷水，低溫冷 水再通過(guò)表冷器將空氣的溫度降低到露點(diǎn)以下凝結(jié)出水分實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的除濕處理過(guò)程。由 于要求的冷水溫度很低，制冷機(jī)工作在低蒸發(fā)溫度情況下，導(dǎo)致制冷機(jī)性能系數(shù)較低；冷 凝除濕后的空氣濕度雖滿足要求、但溫度過(guò)低，有時(shí)還需要再熱從而造成能源的浪費(fèi)；由 于凝結(jié)水的存在，盤管等容易滋生霉菌，造成室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化。
目前也有采用硅膠、分子篩等固體吸附除濕方式，或者采用溴化鋰溶液、氯化鋰溶液 等液體吸收除濕方式。目前空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用較多的固體吸附除濕方式是固體轉(zhuǎn)輪形式的除 濕器，轉(zhuǎn)輪的四分之三扇區(qū)為除濕區(qū)、四分之一扇區(qū)為再生區(qū)，轉(zhuǎn)輪以一定的速度旋轉(zhuǎn)從 而實(shí)現(xiàn)除濕、再生過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行。但由于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)除濕過(guò)程的內(nèi)部冷卻 和對(duì)再生過(guò)程的內(nèi)部加熱，因而在除濕過(guò)程中空氣的濕度降低、但溫度增加，升溫的除濕 過(guò)程顯著制約了固體吸附劑(或稱固體吸濕劑)的除濕能力，也使得固體吸附劑要求的再 生溫度顯著升高， 一般轉(zhuǎn)輪再生溫度在100 13(TC。如果能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)冷的除濕過(guò)程、內(nèi)熱 的再生過(guò)程，則會(huì)顯著降低固體除濕器的再生溫度，并顯著提高其能源利用效率。
半導(dǎo)體制冷方式具有機(jī)械制冷所沒(méi)有的無(wú)振動(dòng)、無(wú)制冷劑、工作簡(jiǎn)單可靠等重要特點(diǎn)， 而且半導(dǎo)體材料優(yōu)值系數(shù)的提高為半導(dǎo)體的應(yīng)用提供了條件。雖然目前大制冷量范圍的半 導(dǎo)體制冷方式的能源利用效率仍然低于壓縮式制冷方式，但在小制冷量范圍內(nèi)，半導(dǎo)體則 顯示出一定優(yōu)勢(shì)。不少學(xué)者利用半導(dǎo)體制冷方式設(shè)計(jì)出多種形式的半導(dǎo)體除濕機(jī) (ZL91226440.3， ZL00129卯0.X等)，但該除濕機(jī)的原理是利用半導(dǎo)體制冷方式產(chǎn)生很低 的溫度，由于此溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于空氣的除濕處理，其本質(zhì)上為冷凝 除濕方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于半導(dǎo)體制冷方式，采用固體吸附劑的除濕器。 本發(fā)明的特征之一在于，含有半導(dǎo)體制冷片、以及固體吸濕劑，在前半個(gè)周期，其 中用于被處理空氣除濕的第一固體吸濕劑粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的冷端，用于供再生空 氣把自己吸濕后的水分帶走的第二固體吸濕劑粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的熱端，在后半個(gè) 周期，伴隨著半導(dǎo)體電流方向的轉(zhuǎn)換，在所述被處理空氣和再生空氣各自風(fēng)道不變的條件 下，使所述半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)180度。在所述的后半個(gè)周期，伴隨著半導(dǎo)體電流方向的轉(zhuǎn) 換，同時(shí)轉(zhuǎn)換風(fēng)閥使被處理的空氣通過(guò)是在前半周期內(nèi)再生空氣的風(fēng)道，使再生空氣通 過(guò)在所述前半周期內(nèi)被處理空氣的通道。
本發(fā)明的特征之二在于，含有半導(dǎo)體制冷片、翅片式擴(kuò)展表面換熱器和固體吸濕劑， 在前半個(gè)周期，其中第一翅片式擴(kuò)展表面換熱器直接貼附于所述半導(dǎo)體制冷片的冷端， 第一固體吸濕劑粘附于所述第一翅片式擴(kuò)展表面換熱器，用于被處理空氣的除濕，第二翅 片式擴(kuò)展表面換熱器直接粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的熱端，第二固體吸濕劑粘附于所述第 二翅片式擴(kuò)展表面換熱器，供再生空氣把自己吸濕后的水分帶走，在后半個(gè)周期，伴隨著 所述半導(dǎo)體制冷片中電流方向的轉(zhuǎn)換，在所述被處理空氣和再生空氣各自風(fēng)道不變的條件 下，使所述半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)180度。在所述的后半個(gè)周期伴隨著所述半導(dǎo)體制冷片中電 流方向的轉(zhuǎn)換，同時(shí)轉(zhuǎn)換風(fēng)閥，使被處理空氣通過(guò)前半個(gè)周期內(nèi)再生空氣的風(fēng)道，使再生 空氣通過(guò)所述前半個(gè)周期內(nèi)被處理空氣的風(fēng)道。所述的翅片式擴(kuò)展表面換熱器用熱管換熱 器代替。
本發(fā)明的特征還在于，所述的基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器依次串接成一個(gè)多級(jí) 固體吸附除濕器。
本發(fā)明為采用半導(dǎo)體制冷方式與固體吸附劑結(jié)合的新型除濕器。半導(dǎo)體制冷的冷端用 于冷卻固體吸附劑、提高其除濕能力，熱端用于加熱固體吸附劑、作為其再生的熱源。由 于實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部冷卻的固體除濕過(guò)程、內(nèi)部加熱的固體再生過(guò)程，因而固體除濕的性能較常 規(guī)系統(tǒng)有顯著提高，并顯著降低了再生溫度的要求。同時(shí)，對(duì)空氣的除濕過(guò)程是由冷卻了 的固體吸附劑實(shí)現(xiàn)，不再需要將冷端溫度降低至空氣露點(diǎn)溫度之下，因而半導(dǎo)體制冷方式 的冷端溫度顯著提高，從而提高


圖l:固體吸濕劑與半導(dǎo)體制冷相結(jié)合的除濕器基本工作原理a.前半周期半導(dǎo)體1 上部為熱端、下部為冷端，b.后半周期模式I:風(fēng)闊轉(zhuǎn)換+半導(dǎo)^2電流轉(zhuǎn)換(1上部為冷端、 下部為熱端)，C.后半周期模式II:半導(dǎo)體片旋轉(zhuǎn)+半導(dǎo)體電流轉(zhuǎn)換(l上部為熱端、下部 為冷端)。
圖2:帶有擴(kuò)展表面與熱管形式的半導(dǎo)體制冷除濕器a.帶有擴(kuò)展表面形式(圖la中 A-A剖面)，b.熱管形式的散熱器。
圖3:多級(jí)半導(dǎo)體制冷除濕器a.前半周期半導(dǎo)體上部為熱端、下部為冷端，b.后 半周期模式I:風(fēng)閥轉(zhuǎn)換+半導(dǎo)體電流轉(zhuǎn)換(半導(dǎo)體上部為冷端、下部為熱端)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要特征是將半導(dǎo)體制冷方式與固體吸附除濕方式有機(jī)的結(jié)合。固體吸濕劑 分別置于半導(dǎo)體制冷裝置的冷端與熱端。被處理空氣流過(guò)冷端并與固體吸濕劑直接接觸實(shí) 現(xiàn)熱量與質(zhì)量的傳遞過(guò)程，被處理空氣的濕度降低、溫度也有所降低，直接送入室內(nèi)。再 生空氣(可為室內(nèi)排風(fēng))流過(guò)半導(dǎo)體制冷的熱端，與固體吸濕劑直接接觸，帶走吸濕劑中 的水分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于固體吸濕劑的再生處理過(guò)程。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后，改變半導(dǎo)體中的電 流方向，同時(shí)將半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)或者利用風(fēng)閥實(shí)現(xiàn)被處理空氣與再生空氣流道的轉(zhuǎn)換等 方式，實(shí)現(xiàn)固體吸濕劑除濕與再生過(guò)程的轉(zhuǎn)換，從而完成整個(gè)處理過(guò)程的循環(huán)。半導(dǎo)體制 冷方式的冷端冷量和熱端的熱量均得到了有效的利用，其冷端用于冷卻固體吸濕劑、提高 其除濕能力，熱端用于加熱固體吸濕劑、作為其再生的熱源。
半導(dǎo)體制冷裝置的冷端和熱端可以與翅片式等各種形式的擴(kuò)展表面結(jié)合起來(lái)或者與 熱管散熱器結(jié)合起來(lái)，再將固體吸濕劑粘附于擴(kuò)展表面或者熱管表面。這樣， 一方面提高 了半導(dǎo)體制冷裝置的散熱、散冷性能，有效降低了半導(dǎo)體制冷裝置冷端與熱端的溫差，從 而顯著提高了半導(dǎo)體制冷的效率；另一方面增加了固體吸濕劑與空氣之間的接觸面積，提 高了二者之間的傳熱傳質(zhì)能力。
由于半導(dǎo)體制冷裝置在小溫差情況下，具有更高的制冷效率。因而，可采用多個(gè)帶有
固體吸濕劑的半導(dǎo)體制冷裝置串接的形式，實(shí)現(xiàn)多級(jí)的除濕處理過(guò)程。這樣，半導(dǎo)體制冷裝置在每一級(jí)中的工作溫差顯著降低，從而整個(gè)系統(tǒng)的制冷效率獲得了顯著提高。
圖1 圖3給出了實(shí)現(xiàn)此功能的固體吸濕劑與半導(dǎo)體制冷相結(jié)合的除濕器的工作原理。 圖1為此功能的半導(dǎo)體制冷除濕器的基本工作原理。由半導(dǎo)體制冷片l、固體吸濕劑2 和3組成。固體吸濕劑2和3分別粘附于半導(dǎo)體制冷片的兩端。在圖l (a)所示的前半周 期內(nèi)，被處理空氣(下層通道)流過(guò)半導(dǎo)體制冷片冷端冷卻的固體吸濕劑3，吸濕劑3吸 收空氣中的水分，空氣被除濕；再生空氣(上層通道)流過(guò)半導(dǎo)體制冷片熱端加熱的固體 吸濕劑2，空氣帶走吸濕劑中的水分，吸濕劑2被再生。在圖l (b)所示的后半周期內(nèi)， 再生空氣和被處理空氣通過(guò)風(fēng)閥的切換(上層通道變?yōu)楸惶幚砜諝?，下層通道變?yōu)樵偕?氣)，同時(shí)改變半導(dǎo)體制冷片的電流方向；被處理空氣(上層通道)通過(guò)流過(guò)半導(dǎo)體制冷 片冷端冷卻的固體吸濕劑2被除濕，再生空氣(下層通道)流過(guò)半導(dǎo)體制冷片熱端加熱的 固體吸濕劑3實(shí)現(xiàn)吸濕劑的再生。圖1 (a)和圖1 (b)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的除濕一再生循 環(huán)處理過(guò)程。圖l (b)所示的后半周期也可以變?yōu)閳D1 (c)所示的流程，空氣風(fēng)道不變， 通過(guò)半導(dǎo)體制冷片的旋轉(zhuǎn)和電流方向的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖1 (c)所示的后半周期內(nèi)，被處 理空氣(下層通道)流過(guò)制冷片冷端冷卻的固體吸濕劑2實(shí)現(xiàn)除濕處理過(guò)程，再生空氣(上 層通道)流過(guò)制冷片熱端加熱的固體吸濕劑3實(shí)現(xiàn)吸濕劑的再生。
圖1中所示的半導(dǎo)體制冷片1和固體吸濕劑2和3可以改變?yōu)閳D2 (a)所示的帶有翅 片的擴(kuò)展表面形式或者圖2 (b)所示的帶有熱管換熱器的形式。翅片式擴(kuò)展表面4或者熱 管換熱器5直接貼附于半導(dǎo)體制冷片1上，固體吸濕劑2和3粘附于翅片式擴(kuò)展表面4或 者熱管換熱器表面5上。半導(dǎo)體制冷除濕器的工作原理與圖l相同，此處不再贅述。與圖 1相比，圖2形式的半導(dǎo)體制冷除濕器將獲得更優(yōu)的除濕能力。
圖3為多級(jí)的半導(dǎo)體制冷除濕器的工作原理。圖3中半導(dǎo)體制冷片的冷端與熱端均采用 熱管換熱器以增加其排冷/熱能力，圖中的熱管換熱器也可以改變?yōu)槌崞问降臄U(kuò)展表面。 圖3所示為三級(jí)除濕器，也可為其他級(jí)數(shù)的除濕器。圖3 (b)所示的后半周期也可改變?yōu)?圖l (c)所示的通過(guò)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體制冷片+轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體制冷片的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。
流程一參看圖l，本除濕器包括半導(dǎo)體制冷片l、固體吸濕劑2和3、被處理空氣 通道和再生空氣通道。固體吸濕劑2和3分別粘附于半導(dǎo)體制冷片1的兩側(cè)。在前半周期 內(nèi)，被處理空氣流過(guò)半導(dǎo)體制冷片l冷端冷卻的固體吸濕劑3被除濕，再生空氣流過(guò)半導(dǎo)體制冷片熱端加熱的固體吸濕劑2實(shí)現(xiàn)吸濕劑的再生。在后半周期內(nèi)，可以通過(guò)切換風(fēng)閥 +改變半導(dǎo)體制冷片電流方向，或者通過(guò)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體制冷片+改變半導(dǎo)體制冷片電流方向， 實(shí)現(xiàn)固體吸濕劑2與被處理空氣的除濕處理過(guò)程、固體吸濕劑3與再生空氣的再生處理過(guò) 程。圖1中的半導(dǎo)體制冷片可以采用圖2所示外加翅片式擴(kuò)展表面4或者熱管換熱器5的 形式，固體吸濕劑2和3再粘附于表面4或表面5上。
流程二參看圖3，本除濕器包括半導(dǎo)體制冷片l、固體吸濕劑2和3、熱管換熱器5、 被處理空氣通道和再生空氣通道。固體吸濕劑2和3粘附于熱管換熱器5的表面。本除濕器 為多組半導(dǎo)體制冷除濕單元所組成的多級(jí)除濕器，其工作原理與圖l所示的單級(jí)除濕器類 似，此處不再贅述。圖3中的三級(jí)也可改變?yōu)槠渌?jí)數(shù)。圖3中的熱管換熱器5也可改變?yōu)?翅片式擴(kuò)展表面4。
權(quán)利要求
1、一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，其特征在于，含有半導(dǎo)體制冷片、以及固體吸濕劑，在前半個(gè)周期，其中用于被處理空氣除濕的第一固體吸濕劑粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的冷端，用于供再生空氣把自己吸濕后的水分帶走的第二固體吸濕劑粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的熱端，在后半個(gè)周期，伴隨著半導(dǎo)體電流方向的轉(zhuǎn)換，在所述被處理空氣和再生空氣各自風(fēng)道不變的條件下，使所述半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)180度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，其特征在于，在所述的后半個(gè)周期，伴隨著半導(dǎo)體電流方向的轉(zhuǎn)換，同時(shí)轉(zhuǎn)換風(fēng)閥使被處理的空氣通過(guò) 在前半周期內(nèi)再生空氣的風(fēng)道，使再生空氣通過(guò)在所述前半周期內(nèi)被處理空氣的通道。
3、 一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，其特征在于，含有半導(dǎo)體制冷片、翅 片式擴(kuò)展表面換熱器和固體吸濕劑，在前半個(gè)周期，其中第一翅片式擴(kuò)展表面換熱器直 接貼附于所述半導(dǎo)體制冷片的冷端，第一固體吸濕劑粘附于所述第一翅片式擴(kuò)展表面換熱 器，用于被處理空氣的除濕，第二翅片式擴(kuò)展表面換熱器直接粘附于所述半導(dǎo)體制冷片的 熱端，第二固體吸濕劑粘附于所述第二翅片式擴(kuò)展表面換熱器，供再生空氣把自己吸濕后 的水分帶走，在后半個(gè)周期，伴隨著所述半導(dǎo)體制冷片中電流方向的轉(zhuǎn)換，在所述被處理 空氣和再生空氣各自風(fēng)道不變的條件下，使所述半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)180度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，其特征在于，在 所述的后半個(gè)周期伴隨著所述半導(dǎo)體制冷片中電流方向的轉(zhuǎn)換，同時(shí)轉(zhuǎn)換風(fēng)閥，使被處理 空氣通過(guò)前半個(gè)周期內(nèi)再生空氣的風(fēng)道，使再生空氣通過(guò)所述前半個(gè)周期內(nèi)被處理空氣的 風(fēng)道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，其特征在于，所 述的翅片式擴(kuò)展表面換熱器用熱管換熱器代替。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3中所述的任何一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕 器，其特征在于，所述的基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器依次串接成一個(gè)多級(jí)固體吸附 除濕器。 '
全文摘要
一種基于半導(dǎo)體制冷的固體吸附除濕器，屬于空氣除濕器技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，含有半導(dǎo)體制冷片、粘附于半導(dǎo)體制冷片冷端用于被處理空氣除濕的第一固體吸濕劑，以及粘附于半導(dǎo)體制冷片熱端供再生空氣帶走自己已吸收水分的第二固體吸濕劑。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后，在所述被處理空氣、再生空氣所使用的風(fēng)道不變的條件下，使半導(dǎo)體制冷片旋轉(zhuǎn)180度，同時(shí)伴隨著半導(dǎo)體制冷片中電流方向的轉(zhuǎn)換，也可用風(fēng)閥的轉(zhuǎn)換來(lái)代替半導(dǎo)體制冷片的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)固體吸濕劑也可通過(guò)翅片式擴(kuò)展表面換熱器或者熱管換熱器間接地粘附在半導(dǎo)體制冷片的冷端與熱端。也可串接成多級(jí)除濕器。本申請(qǐng)具有大大提高半導(dǎo)體制冷效率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24F3/12GK101476757SQ20091007717
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者劉曉華, 常曉敏, 濤 張, 震 李, 億 江 申請(qǐng)人:清華大學(xué)