一种光伏一体化的电解质膜除湿空调系统的制作方法

本实用新型涉及除湿装置技术领域，具体涉及集太阳能光伏系统、电解质膜除湿系统以及蓄能系统于一体的电解质膜除湿空调系统。

背景技术：

我国南方等亚热带地区常年处于高温高湿状态，每平方米民用或商用建筑空调负荷每年可高达200kWh，其中用于处理湿度的能耗高达30％。除湿方式不仅严重影响室内空气品质及人员健康，亦对建筑能耗有极大影响。而目前广泛采用的除湿方式均存在较多问题，如冷凝除湿法除湿能力有限，能源浪费高；溶液除湿法再生过程复杂，设备装置多，且可能出现溶液二次污染空气导致风道、家具腐蚀及危害人体健康的严重后果；而转轮除湿占地面积过大、性能易衰减等限制了实际应用。同时，目前民用或商用建筑通常采用集中式能源系统对空气进行处理；而分布式热湿调控系统因其较高的能源利用效率，更好的室内舒适度等引起了学者们的关注。

另一方面，我国太阳能资源丰富，以广东地区为例，全省年太阳日辐射量在2.9～4kWh.m^-2之间。光伏系统可利用光生伏特效应将光能直接转变为直流电能。但目前分布式光伏并网存在一定难度，损耗较大；自发自用的分布式系统可使光伏发电的系统性能达到最优。

电解质膜除湿是一种新颖的独立湿度调控技术，通过在电解质膜两侧施加直流电压，使得阳极侧空气水蒸气发生电解反应而湿度降低。该除湿技术采用单一电能，无需再生装置，有较宽的可操作温度和低露点除湿性能。专利97101826.X公布了一种针对精密仪器仪表的电解质膜除湿装置，以及专利CN201157747公布了一种针对密闭设备的电解除湿装置，但均采用高品位电能驱动，且应用范围局限于设备仪器内部，不适合用于建筑物内的空调除湿。

因此，针对民用或商用建筑内对于个性化热湿调控系统的需要，同时高效率的利用太阳能这一清洁能源，本实用新型设计一种与光伏组件有机结合的电解质膜除湿系统，可与建筑围护结构一体化，分布于各个用户末端，根据用户要求更好的调节室内热湿环境，实现低能耗、分布式的湿度控制，推进除湿空调系统的工业化进程。

技术实现要素：

本实用新型针对民用或商用建筑中对于分布式热湿调控系统的需要，提供一种集太阳能光伏系统、电解质膜除湿系统以及蓄能系统于一体的电解质膜除湿空调系统，该系统采用太阳能光伏系统供电，分布于各个用户末端，根据用户要求低能耗、个性化的调节室内热湿环境。

本实用新型采用的技术方案如下。

一种光伏一体化的电解质膜除湿空调系统，由光伏组件、蓄电池、控制输出电路和除湿模块组成；

所述光伏组件与蓄电池连接；所述蓄电池与控制输出电路连接；所述控制输出电路与除湿模块连接；所述光伏组件与建筑已有立面结合，并与建筑已有立面之间设置有夹层；所述除湿模块设置于光伏组件与建筑已有立面之间的夹层内，或嵌入所述建筑已有立面内；

所述除湿模块由靠近建筑已有立面一侧至靠近光伏组件一侧，依次包括除湿空气气道、阳极集电层、质子交换膜电极、阴极集电层和清扫空气气道；

所述控制输出电路的正极和负极分别与阳极集电层和阴极集电层连接；

所述除湿空气气道和清扫空气气道均在上、下或两侧分别设置有进气口和出气口，进气口外均装有变频风机；所述除湿空气气道内部安装有第一风阀；所述清扫空气气道内部安装有第二风阀；所述除湿空气气道的进气口处和出气口处设置有第一温湿度传感器和第二温湿度传感器。

进一步地，所述建筑已有立面包括建筑外围护墙、外承重墙或窗。

进一步地，工作时，所述除湿空气气道内通入待除湿空气；所述清扫空气气道内通入清扫空气，包括室内或室外空气。

进一步地，所述除湿模块设置于光伏组件与建筑已有立面之间的夹层内时，所述除湿空气气道为建筑已有立面和阳极集电层之间可供空气流通的夹层；所述清扫空气气道为阴极集电层和光伏组件背光面之间可供空气流通的夹层。

进一步地，工作时，光伏组件及蓄电池通过控制输出电路与除湿模块连接，并通过控制输出电路的调节直接或部分为模块提供直流电压；除湿空气气道内待除湿空气中的水蒸气在阳极集电层与质子交换膜电极接触处的表面上发生2H₂O→4H⁺+O₂+4e^- (1)反应，待除湿空气湿度降低；反应(1)生成的氢质子穿过质子交换膜电极，并在阴极集电层与质子交换膜电极接触处的表面上发生4H⁺+O₂+4e^-→2H₂O (2)反应。

更进一步地，工作时，所述控制输出电路根据用户需求，采集除湿空气气道的进气口处和出气口处的第一温湿度传感器和第二温度传感器的信号，并与设定值比较；当高于设定值时，调节除湿空气气道进气口外的变频风机或第一风阀的开度调低待除湿空气流量；若低于设定值，调高待除湿空气流量，个性化控制室内湿度。

更进一步地，工作时，清扫空气气道内清扫空气将反应产生的水分子以及光伏组件产生的多余热量带出，使除湿模块可持续运行，同时维持光伏组件的温度；若光伏组件的温度高于设定值，通过调节清扫空气气道进气口外的变频风机或第二风阀开度调高清扫空气的流量。

更进一步地，工作时，所述控制输出电路根据太阳辐射情况进行调节：太阳辐射强，太阳能充足时，光伏组件通过控制输出电路提供除湿模块运行的电力，并将多余电能用于为蓄电池充电；太阳辐射弱，太阳能不足时，通过控制输出电路调节，利用蓄电池储存的电能为除湿模块的运行供电；若蓄电池储能也不足时，调用市电提供电能，维持系统正常运行。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型的除湿空调系统，通过光伏组件及蓄电池为电化学除湿模块提供直流电压，使得除湿模块阳极侧空气中水蒸气发生电解反应，空气湿度降低而产生除湿效果；

(2)本实用新型的除湿空调系统中，工作时，清扫空气将多余水分带走的同时，还带走光伏组件多余的热量，光伏组件受温度效应影响较小；

(3)本实用新型的除湿空调系统可与建筑已有立面结合，结构简单紧凑，可分布于各个房间的建筑外立面，进行分布式除湿；且通过控制输出电路的调节，最大程度应用光伏发电自发自用，实现低能耗除湿。

附图说明

图1为实施例中除湿模块设置于光伏组件与建筑已有立面之间的夹层内的光伏一体化的电解质膜除湿空调系统的结构示意图；

图2为实施例中除湿模块设置于建筑已有立面内的光伏一体化的电解质膜除湿空调系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步阐述，但本实用新型不限于以下实施例和附图。

实施例1

本实施例一种光伏一体化的电解质膜除湿空调系统，由光伏组件10、蓄电池11、控制输出电路12和除湿模块14组成；

光伏组件10与蓄电池11连接；蓄电池11与控制输出电路12连接；控制输出电路12与除湿模块14连接；光伏组件10与建筑已有立面结合，并与建筑已有立面13之间设置有夹层；

除湿模块14设置于光伏组件10与建筑已有立面13之间的夹层内(如图1所示)，或除湿模块14嵌入所述建筑已有立面13内(如图2所示)；

建筑已有立面13包括建筑外围护墙、外承重墙或窗；

除湿模块14由靠近建筑已有立面一侧至靠近光伏组件10一侧，依次包括除湿空气气道4、阳极集电层2、质子交换膜电极1、阴极集电层3和清扫空气气道5；

控制输出电路12的正极和负极分别与阳极集电层2和阴极集电层3连接；

除湿模块14设置于光伏组件10与建筑已有立面之间的夹层内时，如图1所示，除湿空气气道4为建筑已有立面13和阳极集电层2之间可供空气流通的夹层；所述清扫空气气道5为阴极集电层3和光伏组件10背光面之间可供空气流通的夹层；除湿空气气道4和清扫空气气道5的高度为10～1000mm；

除湿空气气道4和清扫空气气道5均在上、下或两侧分别设置有进气口和出气口，进气口外均装有变频风机；除湿空气气道4内部安装有第一风阀6；清扫空气气道5内部安装有第二风阀7；除湿空气气道4的进气口处和出气口处分别设置有第一温湿度传感器8和第二温湿度传感器9；

工作时，除湿空气气道4内通入待除湿空气；清扫空气气道5内通入清扫空气，包括室内或室外空气；

工作时，光伏组件10及蓄电池11通过控制输出电路12与除湿模块14连接，并通过控制输出电路12的调节直接或部分为提供除湿模块14直流电压；除湿空气气道4内待除湿空气中的水蒸气在阳极集电层2与质子交换膜电极1接触处的表面上发生2H₂O→4H⁺+O₂+4e^-(1)反应，空气湿度降低；反应(1)生成的氢质子穿过质子交换膜电极1，并在阴极集电层2与质子交换膜电极1接触处的表面上发生4H⁺+O₂+4e^-→2H₂O (2)反应；

工作时，控制输出电路12根据用户需求，采集除湿空气气道4的进气口处和出气口处的第一温湿度传感器8和第二温度传感器9的信号，并与设定值比较；当高于设定值时，调节除湿空气气道4进气口外的变频风机或第一风阀6的开度调低待除湿空气流量；若低于设定值，调高待除湿空气流量；

工作时，清扫空气气道5内清扫空气将反应2产生的水分子以及光伏组件10产生的多余热量带出，使除湿模块可持续运行，同时维持光伏组件10的温度；若光伏组件(10)的温度高于设定值，通过调节清扫空气气道5进气口外的变频风机或第二风阀7开度调高清扫空气的流量；

工作时，控制输出电路12根据太阳辐射情况进行调节：太阳辐射强，太阳能充足时，光伏组件10通过控制输出电路12提供除湿模块14运行的电力，并将多余电能用于为蓄电池11充电；太阳辐射弱，太阳能不足时，通过控制输出电路12调节，利用蓄电池11储存的电能为除湿模块14的运行供电，若蓄电池11储能也不足时，调用市电提供电能，维持系统正常运行。

本实用新型的光伏一体化的电解质膜除湿空调系统通过光伏组件及蓄电池为电化学除湿模块提供直流电压，使得除湿模块阳极侧空气水蒸气发生电解反应，空气湿度降低而产生除湿效果；通过控制输出电路调节，最大程度应用光伏发电自发自用，实现低能耗除湿。同时，清扫空气将多余水分带走的同时，还带走光伏组件多余的热量，光伏组件受温度效应影响较小；并且，本实用新型可与建筑已有立面结合，结构简单紧凑，可分布于各个房间的建筑外立面，进行分布式除湿。

显而易见地，所述描述的仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据本实用新型获得的其他可替代、修改或同等变形等，均在本实用新型保护范围内。