专利名称：一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器的制作方法
技术领域：
本发明属于能源领域，尤其是暖通空调领域。
背景技术：
对空气的除湿处理是夏季空调系统的主要任务之一。现有的除湿方式多以冷凝除湿方 式为主，即采用制冷机(多为以氟利昂为制冷剂的电动制冷机)制备出低温冷水，低温冷 水再通过表冷器将空气的温度降低到露点以下凝结出水分实现对空气的除湿处理过程。由 于要求的冷水温度很低，制冷机工作在低蒸发温度情况下，导致制冷机性能系数较低；冷 凝除湿后的空气湿度虽满足要求、但温度过低，有时还需要再热从而造成能源的浪费；由 于凝结水的存在，盘管等容易滋生霉菌，造成室内空气品质恶化。
目前也有采用硅胶、分子筛等固体吸附除湿方式，或者采用溴化锂溶液、氯化锂溶液 等液体吸收除湿方式。目前空调系统中应用较多的固体吸附除湿方式是固体转轮形式的除 湿器，转轮的四分之三扇区为除湿区、四分之一扇区为再生区，转轮以一定的速度旋转从 而实现除湿、再生过程的连续运行。但由于转轮的旋转，很难实现对除湿过程的内部冷却 和对再生过程的内部加热，因而在除湿过程中空气的湿度降低、但温度增加，升温的除湿 过程显著制约了固体吸附剂(或称固体吸湿剂)的除湿能力，也使得固体吸附剂要求的再 生温度显著升高， 一般转轮再生温度在100 13(TC。如果能够实现内冷的除湿过程、内热 的再生过程，则会显著降低固体除湿器的再生温度，并显著提高其能源利用效率。
半导体制冷方式具有机械制冷所没有的无振动、无制冷剂、工作简单可靠等重要特点， 而且半导体材料优值系数的提高为半导体的应用提供了条件。虽然目前大制冷量范围的半 导体制冷方式的能源利用效率仍然低于压縮式制冷方式，但在小制冷量范围内，半导体则 显示出一定优势。不少学者利用半导体制冷方式设计出多种形式的半导体除湿机 (ZL91226440.3， ZL00129卯0.X等)，但该除湿机的原理是利用半导体制冷方式产生很低 的温度，由于此温度低于空气的露点温度从而实现对于空气的除湿处理，其本质上为冷凝 除湿方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于半导体制冷方式，采用固体吸附剂的除湿器。 本发明的特征之一在于，含有半导体制冷片、以及固体吸湿剂，在前半个周期，其 中用于被处理空气除湿的第一固体吸湿剂粘附于所述半导体制冷片的冷端，用于供再生空 气把自己吸湿后的水分带走的第二固体吸湿剂粘附于所述半导体制冷片的热端，在后半个 周期，伴随着半导体电流方向的转换，在所述被处理空气和再生空气各自风道不变的条件 下，使所述半导体制冷片旋转180度。在所述的后半个周期，伴随着半导体电流方向的转 换，同时转换风阀使被处理的空气通过是在前半周期内再生空气的风道，使再生空气通 过在所述前半周期内被处理空气的通道。
本发明的特征之二在于，含有半导体制冷片、翅片式扩展表面换热器和固体吸湿剂， 在前半个周期，其中第一翅片式扩展表面换热器直接贴附于所述半导体制冷片的冷端， 第一固体吸湿剂粘附于所述第一翅片式扩展表面换热器，用于被处理空气的除湿，第二翅 片式扩展表面换热器直接粘附于所述半导体制冷片的热端，第二固体吸湿剂粘附于所述第 二翅片式扩展表面换热器，供再生空气把自己吸湿后的水分带走，在后半个周期，伴随着 所述半导体制冷片中电流方向的转换，在所述被处理空气和再生空气各自风道不变的条件 下，使所述半导体制冷片旋转180度。在所述的后半个周期伴随着所述半导体制冷片中电 流方向的转换，同时转换风阀，使被处理空气通过前半个周期内再生空气的风道，使再生 空气通过所述前半个周期内被处理空气的风道。所述的翅片式扩展表面换热器用热管换热 器代替。
本发明的特征还在于，所述的基于半导体制冷的固体吸附除湿器依次串接成一个多级 固体吸附除湿器。
本发明为采用半导体制冷方式与固体吸附剂结合的新型除湿器。半导体制冷的冷端用 于冷却固体吸附剂、提高其除湿能力，热端用于加热固体吸附剂、作为其再生的热源。由 于实现了内部冷却的固体除湿过程、内部加热的固体再生过程，因而固体除湿的性能较常 规系统有显著提高，并显著降低了再生温度的要求。同时，对空气的除湿过程是由冷却了 的固体吸附剂实现，不再需要将冷端温度降低至空气露点温度之下，因而半导体制冷方式 的冷端温度显著提高，从而提高
图l:固体吸湿剂与半导体制冷相结合的除湿器基本工作原理a.前半周期半导体1 上部为热端、下部为冷端，b.后半周期模式I:风阔转换+半导^2电流转换(1上部为冷端、 下部为热端)，C.后半周期模式II:半导体片旋转+半导体电流转换(l上部为热端、下部 为冷端)。
图2:带有扩展表面与热管形式的半导体制冷除湿器a.带有扩展表面形式(图la中 A-A剖面)，b.热管形式的散热器。
图3:多级半导体制冷除湿器a.前半周期半导体上部为热端、下部为冷端，b.后 半周期模式I:风阀转换+半导体电流转换(半导体上部为冷端、下部为热端)。
具体实施例方式
本发明的主要特征是将半导体制冷方式与固体吸附除湿方式有机的结合。固体吸湿剂 分别置于半导体制冷装置的冷端与热端。被处理空气流过冷端并与固体吸湿剂直接接触实 现热量与质量的传递过程，被处理空气的湿度降低、温度也有所降低，直接送入室内。再 生空气(可为室内排风)流过半导体制冷的热端，与固体吸湿剂直接接触，带走吸湿剂中 的水分，从而实现对于固体吸湿剂的再生处理过程。经过半个周期后，改变半导体中的电 流方向，同时将半导体制冷片旋转或者利用风阀实现被处理空气与再生空气流道的转换等 方式，实现固体吸湿剂除湿与再生过程的转换，从而完成整个处理过程的循环。半导体制 冷方式的冷端冷量和热端的热量均得到了有效的利用，其冷端用于冷却固体吸湿剂、提高 其除湿能力，热端用于加热固体吸湿剂、作为其再生的热源。
半导体制冷装置的冷端和热端可以与翅片式等各种形式的扩展表面结合起来或者与 热管散热器结合起来，再将固体吸湿剂粘附于扩展表面或者热管表面。这样， 一方面提高 了半导体制冷装置的散热、散冷性能，有效降低了半导体制冷装置冷端与热端的温差，从 而显著提高了半导体制冷的效率；另一方面增加了固体吸湿剂与空气之间的接触面积，提 高了二者之间的传热传质能力。
由于半导体制冷装置在小温差情况下，具有更高的制冷效率。因而，可采用多个带有
固体吸湿剂的半导体制冷装置串接的形式，实现多级的除湿处理过程。这样，半导体制冷装置在每一级中的工作温差显著降低，从而整个系统的制冷效率获得了显著提高。
图1 图3给出了实现此功能的固体吸湿剂与半导体制冷相结合的除湿器的工作原理。 图1为此功能的半导体制冷除湿器的基本工作原理。由半导体制冷片l、固体吸湿剂2 和3组成。固体吸湿剂2和3分别粘附于半导体制冷片的两端。在图l (a)所示的前半周 期内，被处理空气(下层通道)流过半导体制冷片冷端冷却的固体吸湿剂3，吸湿剂3吸 收空气中的水分，空气被除湿；再生空气(上层通道)流过半导体制冷片热端加热的固体 吸湿剂2，空气带走吸湿剂中的水分，吸湿剂2被再生。在图l (b)所示的后半周期内， 再生空气和被处理空气通过风阀的切换(上层通道变为被处理空气，下层通道变为再生空 气)，同时改变半导体制冷片的电流方向；被处理空气(上层通道)通过流过半导体制冷 片冷端冷却的固体吸湿剂2被除湿，再生空气(下层通道)流过半导体制冷片热端加热的 固体吸湿剂3实现吸湿剂的再生。图1 (a)和图1 (b)实现了一个完整的除湿一再生循 环处理过程。图l (b)所示的后半周期也可以变为图1 (c)所示的流程，空气风道不变， 通过半导体制冷片的旋转和电流方向的变化来实现。在图1 (c)所示的后半周期内，被处 理空气(下层通道)流过制冷片冷端冷却的固体吸湿剂2实现除湿处理过程，再生空气(上 层通道)流过制冷片热端加热的固体吸湿剂3实现吸湿剂的再生。
图1中所示的半导体制冷片1和固体吸湿剂2和3可以改变为图2 (a)所示的带有翅 片的扩展表面形式或者图2 (b)所示的带有热管换热器的形式。翅片式扩展表面4或者热 管换热器5直接贴附于半导体制冷片1上，固体吸湿剂2和3粘附于翅片式扩展表面4或 者热管换热器表面5上。半导体制冷除湿器的工作原理与图l相同，此处不再赘述。与图 1相比，图2形式的半导体制冷除湿器将获得更优的除湿能力。
图3为多级的半导体制冷除湿器的工作原理。图3中半导体制冷片的冷端与热端均采用 热管换热器以增加其排冷/热能力，图中的热管换热器也可以改变为翅片形式的扩展表面。 图3所示为三级除湿器，也可为其他级数的除湿器。图3 (b)所示的后半周期也可改变为 图l (c)所示的通过旋转半导体制冷片+转换半导体制冷片的电流方向来实现。
流程一参看图l，本除湿器包括半导体制冷片l、固体吸湿剂2和3、被处理空气 通道和再生空气通道。固体吸湿剂2和3分别粘附于半导体制冷片1的两侧。在前半周期 内，被处理空气流过半导体制冷片l冷端冷却的固体吸湿剂3被除湿，再生空气流过半导体制冷片热端加热的固体吸湿剂2实现吸湿剂的再生。在后半周期内，可以通过切换风阀 +改变半导体制冷片电流方向，或者通过旋转半导体制冷片+改变半导体制冷片电流方向， 实现固体吸湿剂2与被处理空气的除湿处理过程、固体吸湿剂3与再生空气的再生处理过 程。图1中的半导体制冷片可以采用图2所示外加翅片式扩展表面4或者热管换热器5的 形式，固体吸湿剂2和3再粘附于表面4或表面5上。
流程二参看图3，本除湿器包括半导体制冷片l、固体吸湿剂2和3、热管换热器5、 被处理空气通道和再生空气通道。固体吸湿剂2和3粘附于热管换热器5的表面。本除湿器 为多组半导体制冷除湿单元所组成的多级除湿器，其工作原理与图l所示的单级除湿器类 似，此处不再赘述。图3中的三级也可改变为其他级数。图3中的热管换热器5也可改变为 翅片式扩展表面4。
权利要求
1、一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，其特征在于，含有半导体制冷片、以及固体吸湿剂，在前半个周期，其中用于被处理空气除湿的第一固体吸湿剂粘附于所述半导体制冷片的冷端，用于供再生空气把自己吸湿后的水分带走的第二固体吸湿剂粘附于所述半导体制冷片的热端，在后半个周期，伴随着半导体电流方向的转换，在所述被处理空气和再生空气各自风道不变的条件下，使所述半导体制冷片旋转180度。
2、 根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，其特征在于，在所述的后半个周期，伴随着半导体电流方向的转换，同时转换风阀使被处理的空气通过 在前半周期内再生空气的风道，使再生空气通过在所述前半周期内被处理空气的通道。
3、 一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，其特征在于，含有半导体制冷片、翅 片式扩展表面换热器和固体吸湿剂，在前半个周期，其中第一翅片式扩展表面换热器直 接贴附于所述半导体制冷片的冷端，第一固体吸湿剂粘附于所述第一翅片式扩展表面换热 器，用于被处理空气的除湿，第二翅片式扩展表面换热器直接粘附于所述半导体制冷片的 热端，第二固体吸湿剂粘附于所述第二翅片式扩展表面换热器，供再生空气把自己吸湿后 的水分带走，在后半个周期，伴随着所述半导体制冷片中电流方向的转换，在所述被处理 空气和再生空气各自风道不变的条件下，使所述半导体制冷片旋转180度。
4、 根据权利要求3所述的一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，其特征在于，在 所述的后半个周期伴随着所述半导体制冷片中电流方向的转换，同时转换风阀，使被处理 空气通过前半个周期内再生空气的风道，使再生空气通过所述前半个周期内被处理空气的 风道。
5、 根据权利要求3所述的一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，其特征在于，所 述的翅片式扩展表面换热器用热管换热器代替。
6、 根据权利要求1或权利要求3中所述的任何一种基于半导体制冷的固体吸附除湿 器，其特征在于，所述的基于半导体制冷的固体吸附除湿器依次串接成一个多级固体吸附 除湿器。 '
全文摘要
一种基于半导体制冷的固体吸附除湿器，属于空气除湿器技术领域，其特征在于，含有半导体制冷片、粘附于半导体制冷片冷端用于被处理空气除湿的第一固体吸湿剂，以及粘附于半导体制冷片热端供再生空气带走自己已吸收水分的第二固体吸湿剂。经过半个周期后，在所述被处理空气、再生空气所使用的风道不变的条件下，使半导体制冷片旋转180度，同时伴随着半导体制冷片中电流方向的转换，也可用风阀的转换来代替半导体制冷片的旋转。同时固体吸湿剂也可通过翅片式扩展表面换热器或者热管换热器间接地粘附在半导体制冷片的冷端与热端。也可串接成多级除湿器。本申请具有大大提高半导体制冷效率的优点。
文档编号F24F3/12GK101476757SQ20091007717
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者刘晓华, 常晓敏, 涛 张, 震 李, 亿 江 申请人:清华大学