基于复合微孔膜的空气除湿器及除湿装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合微孔膜除湿器，包括端头、法兰、纵长的中段管壳结构、支柱、接头、冷水出入口流道、空气出入口流道，两侧端头为固定膜丝的两端，分别通过接头和法兰与冷水出入口流道连通，使得低温冷水流入膜丝内部，管壳结构内容纳若干成簇的中空纤维复合微孔膜丝并与两侧端头密封连接，且其中心轴线上设置的支柱为支持结构，确保膜丝有足够的机械强度，低温冷水进入膜丝内部，并与管壳结构侧面上设置的空气出入口流道进出的高温高湿的空气换热后，送入密封舱内使用。本发明专利技术不仅同时降低湿空气的温度和湿度，而且在膜层微孔内的毛细力和水蒸汽分压差的共同主导下，实现水蒸汽向冷水的传输过程，可直接全部回收航天器舱内宝贵的水蒸汽。

Air dehumidifier and dehumidification device based on composite microporous membrane

The invention discloses a composite microporous membrane dehumidifier, which comprises an end, a flange, a longitudinal middle tube shell structure, a prop, a joint, a cold water inlet and outlet runner and an air inlet and outlet runner. The two ends of the fixed membrane wire are connected with the cold water inlet and outlet runner through a joint and a flange, respectively, so that the cold water enters the membrane. Inside the filament, the shell structure contains clusters of hollow fiber composite microporous filaments and is sealed and connected with the ends on both sides, and the supporting structure is arranged on the central axis to ensure that the filament has sufficient mechanical strength, and cold water enters the inside of the filament, and the air inlet and outlet channels on the side of the shell structure are arranged. The high temperature and high humidity air is sent to the sealed cabin after heat exchange. The invention not only reduces the temperature and humidity of wet air at the same time, but also realizes the transfer process of water vapor to cold water under the joint domination of capillary force and partial pressure difference of water vapor in the film micropor, and can directly recover the precious water vapor in the spacecraft cabin.

【技术实现步骤摘要】
基于复合微孔膜的空气除湿器及除湿装置
本专利技术属于航天器环境控制领域，具体涉及一种航天器基于复合微孔膜的空气除湿部件与相应系统，解决航天器舱内空气的湿度进行精确控制问题，降低空气除湿的功耗、提高可靠性。
技术介绍
湿度控制技术是载人航天器环控生保技术的重要方面，其基本任务是为航天员提供舒适的湿度环境。航天员舒适环境相对湿度要求为28％-65％，当相对湿度低于25％或高于80％时，航天员在轨工作时间不能超过12h。除此以外，由于载人航天器舱内空间狭小，电子设备众多，航天员因工作和生理呼吸等活动不断产生水蒸汽，当相对湿度偏高时，可能在舱内设备的低温表面出现水蒸汽冷凝，产生结露，可能会造成电子设备短路，电化学腐蚀等后果，甚至危及航天器的安全；偏高的相对湿度，可能加速微生物的生长和繁殖，增大航天员感染疾病的几率。而相对湿度偏低又可能引起静电现象。因此对航天器舱内空气的湿度进行精确控制，并尽量降低空气除湿的功耗、提高可靠性，已成为航天器环境控制领域一项重要的技术。航天器湿度控制技术从最早的干燥剂、吸湿剂和吸湿材料，发展到现已广泛用于载人飞船、航天飞机和空间站的冷凝干燥器。根据活动量不同，航天员产湿量在50-155g/h，平均日产湿量1800g。干燥剂、吸湿剂和吸湿材料等被动湿度控制方法已不能满足载人航天器的发展需要。以冷凝干燥器为代表的主动湿度控制技术发展较多，在各国载人航天器上得到广泛应用，技术成熟，但在微重力下的空气除湿方法，均是将湿空气的冷凝和气水分离过程分开进行，需要消耗较多的电功、且有运动机械，冷凝水无法回收利用。膜法除湿主要利用膜的选择透过性进行气体除湿，具有除湿过程连续进行、无腐蚀问题、无需阀门切换、无运动部件、系统可靠性高、分离效率高、易维护、压降小、能耗小等优点，近年来，利用膜的选择性和透过性，对空气进行除湿的技术有了重大发展。中国专利《三流体膜除湿装置和方法》(ZLCN201610170275.9)提出了一种同轴三流体膜除湿装置，该装置主要由膜管、金属套管及外壳三部分组成，由内而外依次是冷水、湿空气、热水，冷水在最内层的膜管内流动，湿空气在膜管与套管之间的环形通道内流动，热水在套管和外壳之间的环形通道内流动。冷水提供较低的水分压，与高水分压的湿空气之间形成水蒸气分压力差，水蒸气会在膜两侧水蒸气分压力差的作用下通过膜孔进入冷水，从而达到除湿的目的。该方法需同时提供冷源和热源，系统结构复杂，设备较多。采用膜材料的新型空气除湿装置和技术，非常适合在航天器的环境控制系统中应用，具有较好的应用前景。此方法不仅同时降低湿空气的温度和湿度，而且在膜层微孔内的毛细力和水蒸汽分压差的共同主导下，实现水蒸汽向冷水的传输过程，不仅巧妙克服微重力下气液分离的难题，还可直接全部回收航天器舱内宝贵的水蒸汽。由此可见，膜除湿技术在航天领域的应用具有广阔前景，具有积极的现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可用于航天微重力环境的空气除湿方法和设备，能同时完成湿空气减焓除湿、气液分离和水蒸汽冷凝回收三种任务，满足航天器的应用需求。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术复合微孔膜的除湿器，是基于“气-液型”疏水复合微孔膜的除湿过程：其中，复合微孔膜将湿空气和低温冷水分隔开，低温冷水在复合膜的内侧管道内流过，热湿空气在膜管外表面流过，水蒸汽在低温的膜表面冷凝成微液层，微液层只能吸收水蒸汽，有效阻止干空气进入膜层；微液层中的水在表面张力作用下迅速进入膜层内的微孔，微孔内的液态水在表面张力、内外压力差共同作用下向膜层渗流，之后经液-汽相变过程，以水蒸汽的形式进入膜层微孔，再在水蒸汽压力梯度和重力等的共同作用下向冷水侧扩散，并最终在冷水表面冷凝后被冷水吸收带走，从而对热湿空气减焓除湿和气液分离。复合微孔膜除湿器，包括两侧的端头、法兰、纵长的中段管壳结构、支柱、接头、密封圈、冷水入口流道、冷水出口流道、空气入口流道和空气出口流道构成，两侧端头为固定复合微孔膜丝的两端，分别通过接头和法兰与冷水入口流道和冷水出口流道连通，并确保每根膜丝的入口和出口处通畅，使得低温冷水顺利流入膜丝内部，纵长的中段管壳结构容纳紧密封装在两侧端头的若干纵长的中空纤维复合微孔膜丝并且与两侧端头密封连接，纵长中段结构中心轴线上设置的支柱为支持结构，确保若干中空纤维复合微孔膜丝有足够的机械强度，低温冷水从冷水入口流道进入，流经端头进入膜丝内部，从冷却入口流道流出，进入冷水循环系统，纵长的中段管壳结构侧面上分别靠近两侧端头的位置设置有空气入口流道和空气出口流道，高温高湿的空气从空气入口流道进入，与中空纤维膜丝传热传质后，降低了温度和湿度的空气从空气出口流道流出，送入密封舱内使用。其中，中空纤维膜丝通过疏水性的复合微孔膜支撑，膜管内壁是疏水层，管中的冷水在正常或较低压力下不能向管外侧渗透，保证水蒸汽在表面冷凝后进入膜内，膜管外壁向内壁的传递具有单向性。其中，中空纤维膜丝以成簇组合形式固定在中段管壳结构的壳内，两端紧密固定在两侧的端头中。其中，中空纤维膜丝为直径在1.1mm-1.9mm的空心结构，膜厚在100μm-200μm可变。其中，中空纤维膜丝的微孔膜的孔隙率为50％-80％。其中，法兰与接头连接处设置有密封圈。复合微孔膜除湿装置，包括复合微孔膜除湿器、风机、水泵、辐射散热器、单向阀和集水器，风机将热湿空气送入复合微孔膜除湿器中，热湿空气在除湿器内流经复合微孔膜的管束外侧，水蒸汽完成减焓减湿的除湿过程，变为冷干空气后重新进入舱内环境；随着湿空气焓热的不断加入，膜管内的冷水温度升高，升温后的水在水泵泵送下流经航天器的辐射散热器后降低温度，从而再次成为低温冷水进入除湿器的冷水入口流道，冷却水冷凝出的水通过单向阀被集水器收集。其中，运行时，低温冷水和高湿空气以逆流形式工作，低温冷水在中空纤维膜丝的管内流动，高湿空气在壳侧以横掠管壳截面积流动，空气侧端头直接连至风道的预留法兰接口，水侧端头留出可接水路的螺纹口，通过软管连接至循环水路。本专利技术的装置不仅同时降低湿空气的温度和湿度，而且在膜层微孔内的毛细力和水蒸汽分压差的共同主导下，实现水蒸汽向冷水的传输过程，不仅巧妙克服微重力下气液分离的难题，还可直接全部回收航天器舱内宝贵的水蒸汽。可为航天器的舱内空气湿度控制新技术提供很好的实践基础和试验基础。附图说明图1是本专利技术的复合微孔膜的空气除湿方法中水蒸气透过中空纤维膜丝的示意图，水蒸气传质过程包括湿空气侧的对流传质、膜内扩散以及冷水侧的对流传质。图2是本专利技术的复合微孔膜除湿器的结构示意图，如图中所示除湿器采用一种管壳式结构，中空纤维膜丝以成簇组合形式固定在除湿器中段纵长管壳结构的壳内，其中，1、端头，2、法兰，3、中段管壳结构，4、支柱，5、接头，6、密封圈，7、冷水入口流道，8、冷水出口流道，10、空气入口流道，9、空气出口流道，中空纤维膜丝未标示。图3是本专利技术的复合微孔膜除湿器装置的结构示意图，图中，包括复合微孔膜除湿器、风机、水泵、辐射散热器、单向阀和集水器组成。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的复合微孔膜除湿方法和装置进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本专利技术的保护范围进行任何限制。参见图1，图1显示了本专利技术的复合微孔膜的空气除湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合微孔膜除湿器，包括两侧的端头、法兰、纵长的中段管壳结构、支柱、接头、密封圈、冷水入口流道、冷水出口流道、空气入口流道和空气出口流道构成，两侧端头为固定复合微孔膜丝的两端，分别通过接头和法兰与冷水入口流道和冷水出口流道连通，并确保每根膜丝的入口和出口处通畅，使得低温冷水顺利流入膜丝内部，纵长的中段管壳结构容纳紧密封装在两侧端头的若干纵长的中空纤维复合微孔膜丝并且与两侧端头密封连接，纵长中段结构中心轴线上设置的支柱为支持结构，确保若干中空纤维复合微孔膜丝有足够的机械强度，低温冷水从冷水入口流道进入，流经端头进入膜丝内部，从冷却入口流道流出，进入冷水循环系统，纵长的中段管壳结构侧面上分别靠近两侧端头的位置设置有空气入口流道和空气出口流道，高温高湿的空气从空气入口流道进入，与中空纤维膜丝传热传质后，降低了温度和湿度的空气从空气出口流道流出，送入密封舱内使用。

【技术特征摘要】
1.复合微孔膜除湿器，包括两侧的端头、法兰、纵长的中段管壳结构、支柱、接头、密封圈、冷水入口流道、冷水出口流道、空气入口流道和空气出口流道构成，两侧端头为固定复合微孔膜丝的两端，分别通过接头和法兰与冷水入口流道和冷水出口流道连通，并确保每根膜丝的入口和出口处通畅，使得低温冷水顺利流入膜丝内部，纵长的中段管壳结构容纳紧密封装在两侧端头的若干纵长的中空纤维复合微孔膜丝并且与两侧端头密封连接，纵长中段结构中心轴线上设置的支柱为支持结构，确保若干中空纤维复合微孔膜丝有足够的机械强度，低温冷水从冷水入口流道进入，流经端头进入膜丝内部，从冷却入口流道流出，进入冷水循环系统，纵长的中段管壳结构侧面上分别靠近两侧端头的位置设置有空气入口流道和空气出口流道，高温高湿的空气从空气入口流道进入，与中空纤维膜丝传热传质后，降低了温度和湿度的空气从空气出口流道流出，送入密封舱内使用。2.如权利要求1所述的除湿器，其中，中空纤维膜丝通过疏水性的复合微孔膜支撑，膜管内壁是疏水层，管中的冷水在正常或较低压力下不能向管外侧渗透，保证水蒸汽在表面冷凝后进入膜内，膜管外壁向内壁的传递具有单向性。3.如权利要求1或2所述的除湿器，其中，中空纤维膜丝以成簇组合形式固定在中段管壳结构的壳内，两端紧密固定在两侧的端头中。4.如权利要求3所述的除湿器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚永红，王晶，陶东兴，吕剑锋，纪欣言，侯雅琴，袁卫星，方以锦，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11