空気分離システムのコンプレッサーの電力消費を低減し、コンプレッサーの運転信頼性を向上させるため、本論文ではコンプレッサーの吸気除湿に用いる多段マトリックス構造の冷却除湿器を提案し、多段冷却除湿実験台を構築して除湿器の除湿性能を試験した。実験結果は、入口空気の含湿量と温度がそれぞれ11.7 g/(kg乾燥空気)及び24.4 ℃に固定された場合、空気の質量流量が0.48 kg/sから0.78 kg/sに増加すると、空気出口の含湿量は7.1 g/(kg乾燥空気)から7.7 g/(kg乾燥空気)に増加したことを示している。入口空気の質量流量及び温度がそれぞれ0.53 kg/s及び25.2 ℃に固定され、冷却水温度が6.9 ℃から11.9 ℃に上昇すると、空気出口の含湿量は7.1 g/(kg乾燥空気)から9.4 g/(kg乾燥空気)に増加した。同時に、除湿器内部の熱・質量移動過程の定常数値モデルを構築し、シミュレーション結果を実験結果と比較した。結果は、除湿器出口空気の含湿量及び温度に関するモデルの平均誤差がそれぞれ8.6%及び2.1%であり、良好な信頼性を示した。さらに、多段マトリックス構造と単段クロスフロー構造の冷却除湿器の除湿性能をシミュレーション研究し、多段構造の採用により除湿効率が効果的に向上することを明らかにした。入口空気流量及び冷却水質量流量がそれぞれ0.53 kg/s及び0.3 kg/sの場合、多段構造の除湿量は4.3%向上し、除湿効率は2.5%向上した。充填モジュールの長さを増加させることで除湿効率を高めることが可能である。直方体充填モジュールの体積が0.054 m3に固定され、モジュール長さが0.14 mから0.28 mに増加すると、伝質係数は4.3 g/(m2·s)から6.5 g/(m2·s)に増加し、除湿効率は66.4%から79.2%に上昇した。

冷却除湿;充填塔;数値シミュレーション;除湿効率