一種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，包括電源、正極裝置、負極裝置、分離室和水蒸氣分離膜；電源的正極連接到正極裝置，電源的負極連接到負極裝置；所述水蒸氣分離膜設置在分離室內并將分離室分隔成兩個互不相通的區域，每個區域內均設有與外界連通的氣體出入口，所述正極裝置和負極裝置分別設置在這兩個區域內。本發明利用高壓電暈放電使得氣體被電離，并在電場中向正電極板移動以及利用高分子分離膜對水蒸氣分子的較高滲透系數分離水蒸氣分子從而直接對濕空氣進行除濕，整個除濕系統結構簡單，操作方便。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及空氣除濕、熱濕獨立處理的【技術領域】，具體涉及一種基于電滲析原理 的新型高壓放電空氣直接除濕裝置。 -種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置
【背景技術】
[0002] 空氣除濕是制冷空調和環境熱濕控制的關鍵，對于建筑與工業節能意義重大。目 前的空氣除濕技術主要包括冷凍法除濕、液體吸濕劑除濕、轉輪除濕等。由于冷凍水溫度有 限，冷凍除濕的除濕能力有限，且冷水機組降低出水溫度后其能耗也有所提高；液體吸濕劑 除濕存在較嚴重的腐蝕問題；轉輪除濕的除濕能力較強，但轉輪再生須要高品位的電能或 蒸氣。因此有必要尋求一種高效低能耗并且穩定可靠的空氣除濕技術。
[0003] 電滲析（ED)是膜分離技術中的一種，它是在直流電場作用下，以電位差為動力， 利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來的電化學分離過程。在電滲析 器中，陽離子交換膜（CM)和陰離子交換膜（AM)交替安裝在陰極和陽極中間，并將電滲析器 分割為依次間隔的淡化室、濃縮室，以及位于負電極旁邊的陰極室和位于正電極旁邊的陽 極室。在電場作用下，電滲析器中的陰陽離子分別向陽極和陰極進行遷移。在遷移過程中， 陰陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交換膜，并分別被陽離子交換膜和陰離子交換膜 阻止遷移。這個過程造成電滲析器中一些隔室（濃縮室）的溶液濃度有所提高，而另一些 隔室（淡化室）的溶液濃度有所降低。
【發明內容】
[0004] 要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本發明提出一種基于電滲析的高壓放 電空氣除濕裝置，解決現有的空氣除濕方法或多或少存在的耗能高、腐蝕嚴重的技術問題。
[0005] 技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：
[0006] -種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，包括電源、電極結構、分離室和水蒸氣 分離膜；所述電極結構包括正極裝置和負極裝置，電源的正極連接到正極裝置，電源的負極 連接到負極裝置；所述水蒸氣分離膜設置在分離室內并將分離室分隔成兩個互不相通的區 域，每個區域內均設有與外界連通的氣體出入口，所述正極裝置和負極裝置分別設置在這 兩個區域內。
[0007] 具體水蒸氣分離膜如何設置可以多樣，如作為平面的隔檔設置在分離室內，水蒸 氣分離膜與分離室配合將分離室劃分成左右兩個區域，還可以將水蒸氣分離膜卷成圓形置 于分離室中間，將分離室分成內外兩個區域。每個區域均有與外界連通的出入口，可以將需 要處理的濕度較高的空氣通入放有負極裝置的區域，在負極裝置附近的空氣被高壓擊穿電 離產生大量正離子和自由電子，自由電子在電場力作用下飛向正極裝置，由于水蒸氣和氧 氣為負電性氣體，所以在飛越過程中自由電子會被水蒸氣和氧氣捕獲形成分子型負離子并 一起向正極裝置移動；然而，由于水分子可以通過氫鍵與聚合物鏈節中極性基團發生作用， 使聚合物被溶脹、塑化，且水分子自身可通過分子間氫鍵聚集成簇，這些因素導致了水蒸氣 分子在水蒸氣分離膜中的透過行為不再符合其它氣體的透過規律，水蒸氣分離膜對水蒸氣 分子較高的溶解系數和擴散系數使得負離子氣體向正電極板移動過程中，水蒸氣分子被選 擇性的透過，而其他負離子氣體不能被透過，所以水蒸氣到達了正極裝置所在的區域，其他 還留在了負極裝置所在的區域，這樣水蒸氣就被分離了出來，實現了對濕空氣的除濕。
[0008] 進一步的，在本發明中，所述電源為高壓直流電源，電壓大于電極結構的起暈電壓 且小于電極結構的擊穿電壓。
[0009] 進一步的，在本發明中，所述水蒸氣分離膜的膜材料為對水蒸氣分子具有高選擇 透過性的高分子材料，如聚酰亞胺膜材料、醋酸纖維素膜材料、磺化的聚合物膜材料等。這 類材料對水蒸氣分子的透過性極高，但對其他分子的透過性極低，所以可以用在本發明中 并起到關鍵作用。
[0010] 進一步的，在本發明中，所述正極裝置和負極裝置均設置在各自所在區域的遠離 水蒸氣分離膜的位置處。兩個區域若是左右分布，比如正極裝置設置在左邊的區域，負極裝 置設置在右邊的區域，可以將正極裝置貼近左邊的區域的最左側放置，負極裝置貼近右邊 的區域的最右側放置；兩個區域若是內外分布，比如正極裝置設置在水蒸氣分離膜的外側， 負極裝置設置在水蒸氣分離膜的內側，可以將正極裝置也卷成圓形套在水蒸氣分離膜外并 貼緊分離室側壁，相應的負極裝置設置在水蒸氣分離膜卷成的圓形的中心位置。
[0011] 進一步的，在本發明中，所述正極裝置為電極板，所述負極裝置為電極線。這樣二 者形成的電場線會在負極的電極線處最密集，即電極線處場強最大，那么電極線處的空氣 最容易被電離。
[0012] 進一步的，在本發明中，所述電極板接地。這樣電極線處形成負電暈，負電暈區可 傳導負電荷，為負極性分子吸引電子提供前提，同時也為裝置的安全性提供保障。
[0013] 進一步的，在本發明中，所述電極線為一根。
[0014] 進一步的，在本發明中，所述電極線為多根，且相互平行排列，以避免局部電場強 度過高擊穿兩電極之間空間。
[0015] 有益效果：
[0016] 本發明利用高壓電暈放電使得氣體被電離，并在電場中向電極板移動以及利用高 分子分離膜對水蒸氣分子的較高滲透系數分離水蒸氣分子從而直接對濕空氣進行除濕，整 個除濕系統結構簡單，操作方便；
[0017] 由于高分子分離膜的引入提高了除濕的效果及準確性，避免了無謂能量的消耗；
[0018] 并且除濕過程中只需提供使電極線附近空氣電離的電能，盡管所需電壓較高，但 正極裝置與負極裝置之間空間內的氣體并未完全擊穿，通過的電流很微弱，因此消耗電能 很小，與傳統的將空氣冷卻到露點溫度以下的除濕方法相比，不需要消耗多余的冷量和熱 量，節能環保，且在除濕過程中不會產生腐蝕等負面影響。
[0019] 本發明雖然是從電滲析原理受到啟發，但與傳統的電滲析不完全相同，二者的轉 換需要克服較多的困難。傳統的電滲析是在直流電場的作用下，溶液中帶電離子選擇性地 透過離子交換膜并被分離出來的過程，其一直用于電解質水溶液的淡化、濃縮、分離、提純。 表面上電滲析的實現技術和應用領域與空氣除濕毫不相關，但考慮到空氣除濕本質上是分 離出水蒸氣分子的過程，因此可將水蒸氣分子設想為溶液中的需分離的離子，而將空氣中 其他氣體分子設想為在外力作用下與水蒸氣分子具有不同運動特性的離子，相對應的，選 用對水蒸氣分子具有選擇透過的高分子氣體分離膜用于分離水蒸氣分子。此外，借鑒電滲 析技術，采用直流電場作為分離空氣中水蒸氣分子的外在推動力，但水蒸氣分子不同于溶 液中的自由離子可在電場作用下直接定向移動，其顯示為電中性，在低壓的直流電場作用 下不會發生移動，因此，考慮到水蒸氣分子的分子結構易于吸附自由電子從而形成分子性 負電荷的特性，并結合電暈過程中電極可放電產生大量自由電子的過程，故在本專利中利 用電暈放電使得水蒸氣分子荷電并在電場作用下移動，在水蒸氣分子移動過程中即可利用 高分子分離膜選擇透過從而分離出水蒸氣分子，實現除濕過程，即本發明的基于電滲析的 高壓放電空氣除濕裝置。與電滲析裝置相比，兩者的原理有相通之處，但適用的領域和對象 完全不同；且外加驅動力雖都是直流電源，但實現條件不同，此空氣除濕裝置采用高壓電極 結構，且需產生電暈效應；此外，在電滲析裝置中使用的用于選擇透過不同極性離子的離子 分離膜在本發明中也適應性地改變為對水蒸氣分子有選擇透過的高分子材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明的系統原理圖；
[0021] 圖2是本發明的一種形式的分離室的結構示意圖；
[0022] 圖3是圖2的俯視圖；
[0023] 圖4為本發明的另一種形式的分離室的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0025] 如圖1至圖3所示，一種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，包括高壓直流電源 6、電極板1、電極線2、分離室和高分子分離膜3 ;高壓直流電源6的正極連接到電極板1，高 壓直流電源6的負極連接到電極線2 ;所述高分子分離膜3由聚酰亞胺膜材料制成并設置 在分離室內與分離室內壁配合將分離室分隔成左右兩個互不相通的區域，右邊區域為除濕 室4,左邊區域為吹掃室5,所述電極板1設置在吹掃室5的最左邊且與高分子分離膜3平 行，所述電極線2有多根且彼此平行地設置在除濕室4的最右邊。
[0026] 將除濕室4的進氣口與需要除濕的濕空氣的空氣管道連接，將除濕室4的出氣口 與為用戶提供空氣的空氣管道連接，所述吹掃室5的進氣口和出氣口分別與吹掃氣的進風 管和排風管連接。
[0027] 在直流高壓電場作用下，所述電極線2附近的電場強度最高，當超過空氣擊穿場 強時，電極線2周圍的氣體電離，產生大量正離子和自由電子，自由電子在電場力的作用下 飛向電極板1的過程中，所述除濕室4內空氣中的水蒸氣、氧氣等負電性氣體易與自由電子 結合形成負離子，并在靜電場中向電極板1移動，當運動到對水分子具有較高滲透系數的 高分子分離膜3處時，水分子繼續透過高分子分離膜3進入到吹掃室5并繼續向電極板1 移動最終聚集在電極板1附近，而其他分子被攔截繼續留在除濕室4內，從而完成與除濕室 4內空氣中其他氣體的分離，這個過程造成除濕室4中濕空氣的水蒸氣含量有所降低，而相 鄰吹掃室5中空氣的水蒸氣含量有所增大。
[0028] 將水蒸氣含量降低的空氣從除濕室4的出氣口中輸送給用戶使用，如圖1所示，最 右側的空間為用戶使用區域，吹掃室5的進氣口吸取空氣作為吹掃氣通入吹掃室5中并吹 走吹掃室5中潮濕的空氣從排風管中排出，以保證除濕過程穩定高效的進行。
[0029] 如圖4所示，為本發明另一種形式的分離室，其基本原理與圖1至圖3中的第一種 形式的分離室類似，只是將水蒸氣分離膜3卷成圓形置于分離室中間，將分離室分成內外 兩個區域，其中位于水蒸氣分離膜3內部的為除濕室4,位于水蒸氣分離膜3外部與分離室 內壁之間為吹掃室5,除濕室4中心位置放置有一根電極線2,分離室內壁與水蒸氣分離膜 3同心，貼合分離室內壁布置也呈圓形的電極板1。其余連通方式以及工作過程均與第一種 形式的分離室相同，在此不再贅述。
[0030] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：包括電源、電極結構、分離 室和水蒸氣分離膜；所述電極結構包括正極裝置和負極裝置，電源的正極連接到正極裝置， 電源的負極連接到負極裝置；所述水蒸氣分離膜設置在分離室內并將分離室分隔成兩個互 不相通的區域，每個區域內均設有與外界連通的氣體出入口，所述正極裝置和負極裝置分 別設置在這兩個區域內。
2. 根據權利要求1所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述電 源為高壓直流電源，電壓大于電極結構的起暈電壓且小于電極結構的擊穿電壓。
3. 根據權利要求1所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：水蒸氣 分離膜的膜材料為對水蒸氣分子具有高選擇透過性的高分子材料。
4. 根據權利要求1所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述正 極裝置和負極裝置均設置在各自所在區域的遠離水蒸氣分離膜的位置處。
5. 根據權利要求1所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述正 極裝置為電極板。
6. 根據權利要求1所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述負 極裝置為電極線。
7. 根據權利要求3所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：水蒸氣 分離膜的膜材料為聚酰亞胺膜材料或醋酸纖維素膜材料或磺化的聚合物膜材料。
8. 根據權利要求5所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述電 極板接地。
9. 根據權利要求6所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述電 極線為一根。
10. 根據權利要求6所述的基于電滲析的高壓放電空氣除濕裝置，其特征在于：所述電 極線為多根，且相互平行排列。
【文檔編號】B01D53/26GK104083994SQ201410348907
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】許堯, 張小松, 黃世芳, 程清 申請人:東南大學