[发明专利]一种外压式中空纤维膜加湿器

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种外压式中空纤维膜加湿器，属于加湿技术领域。 

背景技术

加湿器是一种常见的用于增加环境湿度的设备：在民用领域，加湿器可以提高并保持周围生活环境的湿度，防止人们因气候干燥而产生口干、皮肤瘙痒等不适症状或产生疾病；在工业领域，电子、半导体、防爆工厂等生产场所对环境湿度有很高的要求，因湿度不够所引起的静电足以造成爆炸的危险，特别需要提出的是在燃料电池行业，由于电池中的质子交换膜在一定的湿度下才能维持较高的质子传导率，因此常用的方法是在燃料电池内装配加湿器以保证质子交换膜的湿度。 

加湿器最常见的类型是超声加湿器和电加热加湿器，它们都需要通过将水雾化来进行加湿，但是产生的水雾容易与空气中的固体颗粒物结合形成“雾气”，人吸入“雾气”后极易发生呼吸道和肺部疾病，并且水雾扩散、蒸发后，水中的镁、钙等无机盐会残留在加湿器器壁上，形成“白粉”，这既增加了清洗的难度，也容易腐蚀、损坏设备，使得设备的寿命缩短。 

为了使得加湿器在实现加湿的同时又不产生“雾气”与“白粉”，有研究人员提出了湿膜加湿器，湿膜加湿器内设吸水性材料，由于湿膜加湿器在工作时是通过吸水性材料吸附水分后，由干燥空气蒸发这部分吸附的水分来加湿空气的，无需雾化，所以在其工作过程中不会产生“雾气”和“白粉”。但是，湿膜加湿器在运行时，水中的细菌会被气流吹到空气中，从而危害到人体的健康。 

为了解决湿膜加湿器无法截留水中细菌的问题，近年来有人提出了中空纤维膜加湿器，包括壳体和与其连接的由多根中空纤维膜集束而成的中空纤维膜组件，中空纤维膜的内、外部，一侧通水，另一侧通干燥空气，装置运行时利用中空纤维膜的选择透过性，即中空纤维膜表面的孔径只适于水透过，而水中的细菌则无法透过，从而可以使一侧的水透过膜到达另一侧加湿干燥的空气，同时细菌因不能透过膜而被拦截下来。 

中空纤维膜加湿器分为内压式和外压式两种；内压式指工作时中空纤维膜的内侧通水，外侧通空气。反之外压式是中空纤维膜的外侧通水，内侧通空气。内压式中空纤维膜加湿器运行时，干燥空气沿中空纤维膜的径向流动，由于中空纤维膜集束排列，中空纤维膜间的缝隙很小，干燥空气难以穿过膜间缝隙与中空纤维膜束中心的膜接触，使得真正可以接触到干燥空气的中空纤维膜面积减少。加之中空纤维膜的两端与壳体相连接，而干燥空气流动到上述连接边角处的量很少，因此从整体上来看内压式中空纤维膜加湿器内可接触到干燥空气进而利用所透过的水分加湿空气的膜面积较少，导致加湿器的加湿效率较低；而外压式中空纤维膜加湿器克服了内压式中空纤维膜加湿器的上述缺点，现有的外压式中空纤维膜加湿器有其常规的结构。如中国专利文献CN101534934A公开了一种外压式中空纤维膜加湿器，包括壳体和置于其中的由多根中空纤维膜集束而成的加湿膜，中空纤维膜的外部为水流道，内部为空气流道，水流道中的水会穿过膜到达膜内部加湿干燥空气。现有的外压式中空纤维膜加湿器中，中空纤维膜外部流动的液态水很容易流进膜间的缝隙以及膜与壳体的连接处，同时干燥空气在中空纤维膜内部沿其轴向流动，所有膜面积均可接触到空气并可透过水分，因此外压式中空纤维膜加湿器的加湿效率相比内压式中空纤维膜加湿器有很大的提高。 

由于长期以来本领域的技术人员一直认为中空纤维膜加湿器要获得很高的加湿效率，需要有很大的膜面积，从而可以提高单位时间内通过膜表面到达膜另一侧用于加湿空气的水量。因此现有技术中一直采用内径小于或等于1mm的中空纤维膜，从而可以在有限的空间内获得很大的膜面积，有助于加湿器加湿效率的提高。按照这种普遍的技术观点，结合现有技术中外压式中空纤维膜加湿器的常规结构，申请人分别采用内径为0.8mm、1mm的中空纤维膜制作了两种外压式中空纤维膜加湿器。经测试发现，当所制作的外压式中空纤维膜加湿器的加湿量都为240g/h时，其消耗功率分别为148w和120w，而常用加湿器达到240g/h加湿量的正常功耗仅几十瓦，可见申请人结合本领域普遍的技术观点和现有技术所制作的外压式中空纤维膜加湿器的耗能过高，使用时势必会造成能源的浪费，实用性不强。 

再有，测试还发现，申请人分别采用内径为0.8mm、1mm的中空纤维膜制作的上述两种外压式中空纤维膜加湿器，其加湿过程中除了有湿润的空气从空气流道中排出到外界外，还不断有液态水从中空纤维膜内部的空气流道中排出，空气流道中的液态水不仅阻碍了气体的流动，而且为了不影响加湿器的运行，所排出的液态水需要进行收集处理，这样也不便于加湿器的使用。 

发明内容