超声波技术在空调除湿剂强化再生中的应用研究进展

　　吸附/吸收除湿技术是温湿度独立控制空调系统发展的关键^[1-2]，而除湿剂再生则又是吸附/吸收除湿技术工作的核心。目前常采用热再生方法对除湿剂材料再生温度的要求比较苛刻，即只有在较低再生温度情况下，温湿度独立控制空调系统的节能效果才能得到体现。但再生温度降低后，除湿剂的工作性能及利用率也将随之降低，意味着系统不能满足实际除湿量要求。为此，超声波强化除湿剂再生技术被提出^[3]。其核心思想就是利用功率超声波的“机械效应”和“热效应”对除湿剂进行强化再生^[4-5]，以改善除湿剂低品位热源再生的实际应用性能，提高低品位能源在除湿剂再生中的能量利用率。和热再生方法比较，超声波再生的节能潜力体现在以下两方面：1)弥补了低温再生条件下除湿剂工作性能的降低，这就为大量低温热源在除湿剂再生中的有效利用提供条件;2)超声波能量传递方式和热空气能量传递方式有着本质区别，前者是随声波进行传递，而后者则是依靠热传导方式，因此，超声波能量传递速度快，能迅速渗入材料内部转化为有利于除湿剂再生的内能，能量利用效率提高。在多个科研基金资助下，上海交通大学姚晔等^[6-12]对该技术进行了大量的研究工作，相关研究成果已发表于国际期刊杂志上，为便于和国内同行学者专家交流和探讨，在此对目前取得的关键成果进行简单总结，并对该领域未来研究提出几点建议。

　　1 固体除湿剂超声波强化再生

　　1.1 机理阐述

　　固体除湿剂再生过程实际上是水分从除湿剂内部依次向表面和再生空气迁移的过程。如图1所示，水分迁移过程存在两种阻力：固体除湿剂内部湿扩散阻力(Rsoild)和固体除湿剂气侧传质阻力(Rair)。超声波在固体中传播时，会引起固体介质质点交替的压缩与伸张，产生“机械振动效应”，诱发固体内部高频微小振动，引起多孔材料中热空气产生剧烈扰动，使固体除湿剂外表面空气层紊流度增强，破坏除湿剂外表层水蒸汽膜，提高固体除湿剂与热空气之间的热湿交换系数降低固体除湿剂气侧传质阻力;另一方面，超声波的“热效应”使介质内部温度升高，从而增加固侧湿扩散系数，降低固体除湿剂内部湿扩散阻力，加快固侧内部水分向外表面迁移速率，使得固体除湿表面空气层含湿率(ds)增加，除湿剂气侧传质动力差增大^[6-7]。

　　1.2 强化效果实验研究

　　实验系统原理如图2所示，实验台系统细节部分请参考文献^[9]。实验材料为普通常规除湿剂硅胶(粗孔)。实验工况：再生空气温度45℃，55℃，65℃和75℃;超声波频率21kHz,26kHz和35kHz，功率20W，40W和60W。所有再生实验，通过硅胶的再生空气质量流量约为0.025kg/s，环境空气温、湿度分别为28.0±1.0℃和75±5%。