發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種除濕系統(tǒng)和除濕方法，并且具體涉及一種用于使用干燥劑涂布的流體-空氣熱交換器來控制過程或位置中的空氣濕度的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明背景

眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成改變供應(yīng)空氣的溫度和濕度，以在受調(diào)節(jié)的空間中達(dá)到指定的熱條件。通常，受調(diào)節(jié)的空間內(nèi)的濕蒸汽產(chǎn)生是適度的，并且因此，空調(diào)系統(tǒng)上的大部分潛熱能負(fù)荷在將供應(yīng)(或新鮮)空氣的濕度降低至指定范圍時(shí)產(chǎn)生，而不是在從空間內(nèi)的再循環(huán)空氣流中除去水蒸氣時(shí)產(chǎn)生。

例如，在建筑物中，除了必須添加或移除顯熱以保持指定的內(nèi)部建筑物溫度外，還可能需要從進(jìn)入建筑物的空氣中除去過量的水蒸氣，以保持指定的內(nèi)部濕度范圍。這種顯熱和濕度控制通常形成空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的一部分。

進(jìn)入所居住的建筑物(其可包括住宅建筑物和商業(yè)建筑物等)的通風(fēng)空氣的通常的指定范圍在22℃至23℃的范圍內(nèi)，并且相對濕度通常在50％至65％的范圍內(nèi)。該相對濕度對應(yīng)于每千克空氣9.73g至13.4g水(絕對濕度)之間的范圍。

當(dāng)外部條件為熱和潮濕時(shí)(例如，33℃和90％的相對濕度)，濕度比大約為35.4g水/kg空氣。如果通過除去顯熱將這種空氣轉(zhuǎn)移到一定位置并冷卻到較低的指定的溫度范圍，則當(dāng)空氣冷卻并且然后隨著進(jìn)一步冷卻而發(fā)生冷凝時(shí)，相對濕度可能達(dá)到100％。在這個(gè)例子中，當(dāng)外部空氣被冷卻至指定的內(nèi)部溫度時(shí)，必須從每千克空氣中除去多達(dá)20g的水，以便在23℃下產(chǎn)生55％的指定相對濕度。

存在各種已知的用于對過程或位置內(nèi)的空氣進(jìn)行除濕的技術(shù)。一種方法是通過熱冷凝(thermalcondensation)，其涉及使空氣抽吸穿過冷表面。隨著空氣冷卻并且相對濕度達(dá)到100％，空氣中的水蒸氣凝結(jié)為液體水滴。例如，風(fēng)扇可以將潮濕的空氣抽吸在保持在11℃或低于11℃的冷凝盤管上。冷凝盤管導(dǎo)致空氣中的一些水蒸氣冷凝，留下最大濕度比為9.9g/kg空氣的空氣。然后將空氣再加熱到適于供應(yīng)到受調(diào)節(jié)空間的溫度，例如再加熱至大約18℃。

然而，這種方法需要大量的機(jī)械能，該機(jī)械能通常是從電能轉(zhuǎn)換而來的。這種機(jī)械能被用于操作逆向蘭金循環(huán)熱泵(reverserankinecycleheatpump)，該逆向蘭金循環(huán)熱泵必須在冷凝盤管中提供冷卻至11℃或低于11℃溫度的制冷劑流體，以實(shí)現(xiàn)小于9.9g水/kg空氣的絕對濕度(對應(yīng)于在受調(diào)節(jié)空間中在22℃下約50％的指定相對濕度)。當(dāng)供應(yīng)空氣被冷卻至大約11℃時(shí)，這種冷卻供應(yīng)空氣的方法導(dǎo)致大量的顯冷卻負(fù)荷，以及在該溫度下冷凝來自供應(yīng)空氣的水蒸氣所需的潛能負(fù)荷。這種潛能組分隨環(huán)境濕度而變化。例如，除去20g的水蒸氣需要除去大約45,000j的潛能。這是1000m²的辦公空間的通常的峰值需求，表示每千平方米通風(fēng)空間多達(dá)45kw的連續(xù)潛冷卻負(fù)荷。供應(yīng)空氣溫度降低到低于12℃，且然后再加熱到指定的最終供應(yīng)空氣溫度。要冷卻空氣并然后再加熱空氣需要另外的顯熱能。

這種類型的逆向蘭金循環(huán)熱泵空調(diào)裝備必須能夠處理由經(jīng)過冷凝盤管的高濕度供應(yīng)空氣施加的潛熱負(fù)荷，該冷凝盤管被冷至大約小于11℃，以在供應(yīng)空氣中產(chǎn)生所需的最終的絕對濕度。當(dāng)在高環(huán)境溫度和高濕度的條件中操作時(shí)，顯冷卻負(fù)荷和潛冷卻負(fù)荷都很大，并且這些負(fù)荷必須通常通過逆向循環(huán)熱泵來滿足。由于在熱潮濕時(shí)間段中溫差增加，這些泵的工作效率較低，需要增加輸入通常源自于化石或核燃料動力發(fā)電機(jī)的電能或機(jī)械能。該設(shè)備的大小必須設(shè)計(jì)成在供應(yīng)空氣系統(tǒng)所需的峰值冷卻負(fù)荷下運(yùn)行，但通常以較低的功率運(yùn)行，導(dǎo)致在這些時(shí)候輸入能量在運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步降低。在城市地區(qū)，建筑物空調(diào)可以在夏季月份高峰時(shí)段形成電網(wǎng)上總負(fù)載的多達(dá)35％。這種負(fù)載對于所需的電網(wǎng)容量以及因此對電網(wǎng)的成本有顯著的影響，這可能導(dǎo)致為了滿足這種高峰夏季冷卻負(fù)荷而使發(fā)電設(shè)備的尺寸過大，并且消耗大量的化石燃料，從而產(chǎn)生很大量的溫室氣體。

另一種已知的除濕方法使用離子膜。使用離子膜技術(shù)的器械在分子水平上操作。水蒸氣通過電解作用除去。這種除濕發(fā)生的速率太低，實(shí)際無法用于空調(diào)系統(tǒng)中。

再一種方法涉及使用吸附/干燥劑技術(shù)。使用這種技術(shù)的除濕器械通過將高的相對濕度的供應(yīng)空氣暴露于干燥劑來工作，干燥劑在水分子結(jié)合到干燥劑表面時(shí)吸附水分。當(dāng)飽和或接近飽和時(shí)，干燥劑從潮濕的供應(yīng)空氣路徑中移除，并且通過應(yīng)用加熱將吸附的水分從干燥劑中除去。

申請人已知的直接從空氣中除去水的唯一商業(yè)上可獲得的吸附系統(tǒng)使用了包含涂布有干燥劑材料的大量蜂窩網(wǎng)的大型輪，該輪旋轉(zhuǎn)通過兩股分開的空氣流。第一空氣流是干燥干燥劑材料的熱空氣流，并且第二空氣流是從供應(yīng)空氣中除去水蒸氣的供應(yīng)空氣流。水蒸氣通過吸附直接從空氣流中除去，且然后隨著輪旋轉(zhuǎn)，飽和的干燥劑返回到再生熱空氣流，再生熱空氣流在再生循環(huán)期間使吸附的水從蜂窩網(wǎng)蒸發(fā)。因此，干燥器輪旋轉(zhuǎn)通過交替的吸附部分和再生部分。干燥劑再生所需的高溫空氣通過從專用源(通常通過燃燒化石燃料提供)直接加熱來提供，或通過供應(yīng)給位于空氣流中的大型熱交換器(大尺寸由空氣的低比熱容決定)的間接產(chǎn)生的熱能來提供。旋轉(zhuǎn)輪很昂貴，并且由于它的大尺寸以及易碎的蜂窩結(jié)構(gòu)而易于隨時(shí)間損壞。需要密封件來防止兩股空氣流混合，并且這些密封件隨著時(shí)間的推移也易于發(fā)生機(jī)械故障。再生循環(huán)在高溫、接近水的沸點(diǎn)下進(jìn)行，這需要大量熱能輸入，通常來自化石燃料源，比如氣體燃燒器。供應(yīng)的能量必須超過供應(yīng)空氣流的潛熱負(fù)荷，以使干燥劑材料再生。蜂窩上的干燥劑材料在再生循環(huán)結(jié)束時(shí)處于高溫并且在旋轉(zhuǎn)進(jìn)入供應(yīng)空氣流中時(shí)，使供應(yīng)空氣的溫度增加，導(dǎo)致增加的顯冷卻負(fù)荷，該增加的顯冷卻負(fù)荷在供應(yīng)空氣調(diào)節(jié)過程中的其它地方必須滿足。

本發(fā)明的一個(gè)目的是克服至少一些上述問題，或?yàn)楣娞峁┮环N有用的替代方案。

已經(jīng)包括在本說明書中的任何關(guān)于文獻(xiàn)、動作、材料、器具、物品等的討論僅僅是為了提供本發(fā)明的上下文的目的。不應(yīng)該認(rèn)為承認(rèn)任何或全部先前的討論構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的一部分，或者是在本發(fā)明的任何權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日之前存在的本發(fā)明領(lǐng)域中的公知常識。

發(fā)明概述

根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于向過程或位置提供除濕空氣的除濕系統(tǒng)，該除濕系統(tǒng)包括：

流體-空氣熱交換器，其包括涂布有干燥劑材料的外部空氣側(cè)表面，其中在吸附循環(huán)期間，流體在一定溫度下通過熱交換器，該溫度導(dǎo)致水蒸氣從被允許或被強(qiáng)制穿過熱交換器的空氣流中除去；

允許或強(qiáng)制空氣流在吸附循環(huán)期間穿過所述熱交換器的裝置；以及

在再生循環(huán)期間加熱干燥劑材料的裝置，以使吸附水通過汽化從干燥劑材料中除去，從而將干燥劑材料再生成一定狀態(tài)，該狀態(tài)允許干燥劑材料在隨后的吸附循環(huán)中從空氣流中除去水蒸氣。

在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)還包括：

在吸附循環(huán)期間冷卻干燥劑材料的裝置，以便將所述溫度保持在足以使水蒸氣從空氣流中除去的范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻干燥劑材料的裝置是流體-空氣熱交換器，其中冷卻是通過使冷卻流體通過流體-空氣熱交換器來實(shí)現(xiàn)的。

在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱干燥劑材料的裝置是流體-空氣熱交換器，其中加熱是通過使加熱流體通過流體-空氣熱交換器來實(shí)現(xiàn)的。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括在進(jìn)入所述熱交換器的入口處的二通閥，該二通閥可操作以在向熱交換器供應(yīng)加熱流體和向熱交換器供應(yīng)冷卻流體之間切換。

在可替代的實(shí)施方式中，加熱流體和冷卻流體是來自共同源的在進(jìn)入熱交換器之前根據(jù)熱交換器是在操作吸附循環(huán)還是在操作再生循環(huán)而被加熱或冷卻的流體。

在一個(gè)實(shí)施方式中，允許或強(qiáng)制空氣流的裝置是一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)扇。

在一個(gè)實(shí)施方式中，流體-空氣熱交換器呈翅片散熱器的形式，其包括流體流動管和涂布有所述干燥劑材料的相關(guān)聯(lián)的加熱/冷卻翅片。

在一個(gè)實(shí)施方式中，流體-空氣熱交換器和用于允許或強(qiáng)制空氣流的裝置布置在用于將環(huán)境空氣輸送到位置中的管道系統(tǒng)中。

在一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，流體-空氣熱交換器和用于允許或強(qiáng)制空氣流的裝置形成模塊的一部分，所述模塊可附接到用于將環(huán)境空氣輸送到位置的管道系統(tǒng)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該位置是建筑物內(nèi)部。

在一個(gè)實(shí)施方式中，允許或強(qiáng)制空氣流穿過熱交換器的裝置在空氣供應(yīng)模式和空氣返回模式下交替地操作，以在空氣供應(yīng)模式下允許或強(qiáng)制空氣流經(jīng)過流體-空氣熱交換器到達(dá)該位置，在空氣返回模式下將空氣流從位置抽出。

在一個(gè)實(shí)施方式中，返回空氣被供應(yīng)到過程。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括：

第二流體-空氣熱交換器，其與所述流體-空氣熱交換器并行操作，其中當(dāng)流體-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，第二流體-空氣熱交換器操作所述再生循環(huán)，并且反之亦然，以確保向所述位置連續(xù)供應(yīng)除濕空氣；

切換每個(gè)熱交換器在吸附循環(huán)和再生循環(huán)之間的操作的裝置；以及

空氣處理裝置，其提供：通過在所述再生循環(huán)下操作的熱交換器的空氣不被提供到位置，并且通過在所述吸附循環(huán)下操作的熱交換器的空氣被提供到位置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)被配置為向過程提供除濕空氣。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該過程是蒸發(fā)冷卻過程。

在一個(gè)實(shí)施方式中，蒸發(fā)冷卻過程包括允許或強(qiáng)制一定體積的干燥空氣穿過一定體積的流體的表面區(qū)域，由此一定體積的空氣通過蒸發(fā)方式導(dǎo)致所述流體的溫度降低。

在一個(gè)實(shí)施方式中，一定體積的流體被保持在槽(tank)中，并且一定體積的空氣被允許或被強(qiáng)制穿過槽中的流體主體的頂表面區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施方式中，一定體積的流體在冷卻塔中呈液滴形式，并且一定體積的空氣被允許或被強(qiáng)制穿過每個(gè)液滴的表面區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施方式中，已經(jīng)通過蒸發(fā)冷卻過程將其溫度降低的一定體積的流體作為用于在吸附循環(huán)期間冷卻干燥劑材料的冷卻流體供應(yīng)到流體-空氣熱交換器。

在一個(gè)實(shí)施方式中，蒸發(fā)冷卻過程用于使干燥空氣在進(jìn)入位置或另一個(gè)過程之前冷卻和/或再濕潤。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括：

第二流體-空氣熱交換器，其在過程的下游操作，其中當(dāng)流體-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，第二流體-空氣熱交換器操作所述再生循環(huán)，并且反之亦然；

切換每個(gè)熱交換器在吸附循環(huán)和再生循環(huán)之間操作的裝置；

對允許或強(qiáng)制空氣流穿過熱交換器的裝置的操作模塊進(jìn)行切換的裝置，以確保向該過程連續(xù)供應(yīng)除濕空氣，使得當(dāng)流體-空氣熱交換器操作吸附循環(huán)時(shí)，空氣流被抽吸穿過流體-空氣熱交換器以向過程提供除濕空氣，同時(shí)第二流體-空氣熱交換器操作再生循環(huán)，并且當(dāng)?shù)诙黧w-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，空氣流被抽吸穿過第二流體-空氣熱交換器以向過程提供除濕空氣，同時(shí)流體-空氣熱交換器操作再生循環(huán)。

在一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，系統(tǒng)還包括：

第二流體-空氣熱交換器，其與所述流體-空氣熱交換器并行操作，其中當(dāng)所述流體-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，第二流體-空氣熱交換器操作所述再生循環(huán)，并且反之亦然，以確保向所述過程連續(xù)供應(yīng)除濕空氣；

切換每個(gè)熱交換器在吸附和再生循環(huán)之間操作的裝置；以及

空氣處理裝置，其提供：通過在所述再生循環(huán)下操作的熱交換器的空氣不被提供給過程，并且通過在所述吸附循環(huán)下操作的熱交換器的空氣被提供給過程。

另一方面，本發(fā)明提供了一種對提供給過程或位置的空氣進(jìn)行除濕的方法，所述方法包括：

在吸附循環(huán)期間，對用于允許或強(qiáng)制空氣流穿過流體-空氣熱交換器的裝置進(jìn)行操作，該流體-空氣熱交換器包括涂布有干燥劑材料的外部空氣側(cè)表面，其中流體在一定溫度下通過熱交換器，該溫度使水蒸氣通過干燥劑材料經(jīng)由吸附從空氣流中除去；

在再生循環(huán)期間，加熱干燥劑材料，以導(dǎo)致吸附水通過汽化從干燥劑材料中除去，從而將干燥劑材料再生成一定狀態(tài)，該狀態(tài)將允許干燥劑材料在隨后的吸附循環(huán)中從空氣流中除去水蒸氣。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括：

在吸附循環(huán)期間冷卻干燥劑材料，以便將所述溫度保持在足以使水蒸氣從空氣流中除去的范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻干燥劑材料包括使冷卻流體通過流體-空氣熱交換器。

在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱干燥劑材料包括使加熱流體通過流體-空氣熱交換器。

在一些實(shí)施方式中，該方法還包括：

操作與所述流體-空氣熱交換器并行的第二流體-空氣熱交換器，使得當(dāng)流體-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，第二流體-空氣熱交換器操作所述再生循環(huán)，并且反之亦然，以確保向所述位置或過程連續(xù)供應(yīng)除濕空氣；以及

處理空氣使得通過在所述再生循環(huán)下操作的熱交換器的空氣不被提供到位置或該過程，并且通過在所述吸附循環(huán)下操作的熱交換器的空氣被提供到位置或過程。

在一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，該方法用于向位于流體-空氣熱交換器下游的過程提供除濕空氣，并且還包括：

在該過程的下游操作第二流體-空氣熱交換器，使得當(dāng)流體-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，第二流體-空氣熱交換器操作所述再生循環(huán)，并且反之亦然；

對允許或強(qiáng)制空氣流穿過熱交換器的裝置的操作模式進(jìn)行切換，以確保向該過程連續(xù)供應(yīng)除濕空氣，使得當(dāng)流體-空氣熱交換器操作吸附循環(huán)時(shí)，空氣流被抽吸穿過流體-空氣熱交換器以向過程提供除濕空氣，同時(shí)第二流體-空氣熱交換器操作再生循環(huán)，并且當(dāng)?shù)诙黧w-空氣熱交換器操作所述吸附循環(huán)時(shí)，空氣流被抽吸穿過第二流體-空氣熱交換器以向過程提供除濕空氣，同時(shí)流體-空氣熱交換器操作再生循環(huán)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該過程是蒸發(fā)冷卻過程，其包括：

允許或強(qiáng)制一定體積的干燥空氣穿過一定體積的流體的表面區(qū)域，由此一定體積的空氣通過蒸發(fā)方式導(dǎo)致所述流體的溫度降低。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括：

將已經(jīng)通過蒸發(fā)冷卻過程降低其溫度的一定體積的流體作為用于在吸附循環(huán)期間冷卻干燥劑材料的冷卻流體供應(yīng)到流體-空氣熱交換器。

附圖簡要描述

被并入到并且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖圖示了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于向位置提供除濕空氣的除濕系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)實(shí)施方式的用于向蒸發(fā)過程提供除濕空氣的除濕系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)另一實(shí)施方式的用于向蒸發(fā)過程提供除濕空氣的包含兩個(gè)熱交換器的除濕系統(tǒng)的示意圖；

圖4是根據(jù)另一實(shí)施方式的用于向蒸發(fā)過程提供除濕空氣的包含兩個(gè)并行操作的熱交換器的除濕系統(tǒng)的示意圖；以及

圖5是根據(jù)又一實(shí)施方式的用于將除濕空氣提供到位置并且隨后提供到蒸發(fā)過程的除濕系統(tǒng)的示意圖。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式

下面參考附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明。雖然描述包括示例性的實(shí)施方式，但是其他實(shí)施方式也是可能的，并且可以對所描述的實(shí)施方式進(jìn)行改變，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。在任何可能的情況下，在全部實(shí)施方式和以下描述中將使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同和相似的部分。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的除濕系統(tǒng)10在圖1中示意性地示出，并且包括至少一個(gè)干燥劑涂布的熱交換器12以及允許或強(qiáng)制空氣穿過熱交換器12并且進(jìn)入位置的裝置。要理解的是，當(dāng)圖1中所示的實(shí)施方式針對向點(diǎn)提供除濕的空氣時(shí)，系統(tǒng)10同樣也可以被配置為向如下所述的過程提供除濕的空氣。在所示的實(shí)施例中，允許或強(qiáng)制空氣穿過熱交換器12的裝置是呈風(fēng)扇14的形式，風(fēng)扇14被配置為經(jīng)由管道16將空氣流抽吸到位置，其中該位置可以例如是建筑物的內(nèi)部。管道16可以容納熱交換器12和風(fēng)扇14，然而，其它安裝配置和布置也是可能的。例如，熱交換器12和風(fēng)扇14可以形成便攜式除濕模塊(未示出)的可連接到管道系統(tǒng)的部分。使用能夠允許或強(qiáng)制空氣流進(jìn)入位置并且經(jīng)過熱交換器的其它裝置也是可能的，例如，風(fēng)扇14可以由在打開時(shí)允許空氣通過熱交換器12的調(diào)節(jié)器(damper)或其他處理裝備(圖1中未示出)代替。

因此，空氣流在通過干燥劑涂布的熱交換器12后被抽入建筑物內(nèi)，干燥劑涂布的熱交換器12用于通過吸附從空氣流中除去水蒸氣，從而對空氣除濕。被干燥材料吸附的水本文有時(shí)稱為“吸附水”，并且熱交換器12本文有時(shí)稱為“干燥器”。熱交換器12可以是翅片散熱器類型的，其包括用于容納流體的熱交換器管18，該流體被用于加熱和/或冷卻涂布有干燥劑材料(未示出)的相關(guān)聯(lián)的翅片20。在一個(gè)實(shí)施方式中，流體是水，因?yàn)槠涓邿崛?、豐富并且易于處理。干燥劑材料可以是任何合適的材料，例如任何沸石吸附劑。

為了顯冷卻翅片20，并且因此顯冷卻干燥劑材料以允許在吸附循環(huán)期間從空氣流中除去水蒸氣，通過熱交換器管18的流體需要保持在比干燥劑材料低的溫度下。因此，熱交換器12在吸附循環(huán)期間在冷卻模式中操作。在吸附循環(huán)期間冷卻干燥劑材料使吸附的熱能從干燥劑中除去，并且因此允許從供應(yīng)空氣流中進(jìn)一步吸附水蒸氣。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識到，可以操作風(fēng)扇14和熱交換器12以便在吸附循環(huán)期間在較低的相對濕度下將新鮮空氣供應(yīng)到位置或過程。

系統(tǒng)10還可以操作再生循環(huán)，以使干燥劑材料再生，且然后繼續(xù)從進(jìn)入的空氣中吸取水分。在再生循環(huán)期間，從干燥劑材料中除去吸附水。這可以通過在加熱模式中操作熱交換器12來實(shí)現(xiàn)，由此通過熱交換器管18的流體處于比干燥劑材料高的溫度。干燥劑材料可以經(jīng)由翅片20直接加熱。與使用干燥技術(shù)的已知除濕系統(tǒng)不同，只需要低溫?zé)嵩磥砑訜崃鹘?jīng)管16的流體以加熱干燥劑材料。例如，在再生循環(huán)測試中，加熱流體24的溫度在進(jìn)入熱交換器管18時(shí)測得為73℃，在從熱交換器管18離開時(shí)再次測得為59℃。再生循環(huán)通過在加熱期間在132秒的時(shí)間間隔內(nèi)，以1.67g/s的平均速率解吸附而從除濕系統(tǒng)10除去總共220g的水。進(jìn)入除濕系統(tǒng)10的空氣為20.2℃，空氣濕度比為11.75g/kg，且離開的空氣的溫度為44℃，并且空氣濕度比為16.47g/kg，且空氣以0.35kg/s通過系統(tǒng)10。

在吸附循環(huán)期間通過熱交換器管18的流體本文有時(shí)稱為“冷卻流體”，并且在再生循環(huán)期間通過熱交換器管18的流體本文有時(shí)稱為“加熱流體”。

在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)10可以形成更普通的建筑物加熱通風(fēng)和冷卻(hvac)系統(tǒng)的一部分，并且可以是使用例如從太陽能集熱器(未示出)獲得的低溫(熱)能量源來提供除濕空氣的有用的附屬物。

由于系統(tǒng)10在從供應(yīng)空氣中除去不需要的水分(例如，在建筑供應(yīng)空氣的情況下，實(shí)現(xiàn)絕對濕度低至3g/kg空氣)方面的有效性而沒有顯著的效率損失，系統(tǒng)10只需要間歇地操作從供應(yīng)空氣中去除水分，以在位置或過程中保持指定的熱環(huán)境。單個(gè)干燥器或作為單個(gè)單元工作的干燥器陣列(每一個(gè)在吸附循環(huán)或再生循環(huán)中都同時(shí)操作)可以提供供應(yīng)空氣需求，而不需要連續(xù)供應(yīng)脫濕的空氣。這也可以簡化操作除濕過程所需的控制結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。

干燥劑材料可以通過冷卻供應(yīng)到熱交換器12的流體而保持在與干燥劑材料的溫度相比足夠低的溫度下。在一個(gè)實(shí)施方式中，并且如下面進(jìn)一步描述的，熱交換器12可以被配置為在每個(gè)吸附循環(huán)和再生循環(huán)中所使用的流體之間切換。在某些情況下，在再生循環(huán)中使用的流體可以與再生循環(huán)中使用的流體相同。例如，在再生循環(huán)期間通過熱交換器的加熱流體可以在另一過程中適當(dāng)?shù)乩鋮s，使得它也適合在吸附循環(huán)期間用作冷卻流體，并且反之亦然。

由于吸附劑材料在30℃或甚至高于30℃下操作的性質(zhì)，在吸附循環(huán)中使用的流體不需要冷卻至如在迄今已知的冷凝盤管除濕機(jī)中的小于12℃的典型冷凝盤管溫度范圍。因此，熱交換器管18中的流體所需的溫度可以通過源自蒸發(fā)裝置(其形成如下文進(jìn)一步描述的系統(tǒng)30的一部分)的冷卻流體獲得，或甚至在水的溫度與干燥劑材料的溫度相比足夠低的情況下通過自來水或雨水供應(yīng)獲得。

以這種方式除去供應(yīng)空氣中的多余的濕氣，可以通過例如盤管式熱交換器使用最小所需顯熱能有效地顯式加熱或冷卻所得的供應(yīng)空氣。該系統(tǒng)還可以允許通過直接蒸發(fā)冷卻來處理顯冷卻負(fù)荷，以產(chǎn)生針對位置或過程指定的溫度和相對濕度條件。

圖1還圖示了根據(jù)實(shí)施方式的用于允許加熱流體24或冷卻流體26進(jìn)入熱交換器管18的與熱交換器輸入相關(guān)聯(lián)的二通閥22。二通閥22的操作導(dǎo)致閥22交替地將冷卻流體26和加熱流體24(分別用于吸附循環(huán)和再生循環(huán))供給到熱交換器管18。閥22的操作可以通過適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)構(gòu)(未示出)來控制。這種控制機(jī)構(gòu)可以是例如電子控制機(jī)構(gòu)，并且可以構(gòu)成或形成整個(gè)系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)的一部分，還用于間歇地操作風(fēng)扇14并且在可逆風(fēng)扇的情況下例如用于操作風(fēng)扇的流動方向。

可以被控制的其它部件包括例如可以用于使空氣流和空氣處理器械(例如調(diào)節(jié)器)進(jìn)一步冷卻或再加濕的任何下游部件。系統(tǒng)還可以包括測量某些條件(例如，供應(yīng)空氣的溫度和濕度、經(jīng)過干燥器后的空氣的溫度和濕度、以及在到達(dá)目標(biāo)位置或過程后空氣的溫度和濕度)的裝置，以便確定這些不同的部件的操作模式需要改變的程度。本發(fā)明不限于任何一種特定的控制機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)或方法。

在假定位置具有有限的管道容量的情況下，可以使用雙向風(fēng)扇，例如，從該位置排出的空氣必須通過相同的管道系統(tǒng)被抽回，處理的空氣通過該管道系統(tǒng)供應(yīng)到位置。因?yàn)橄到y(tǒng)10允許處理的空氣被間歇地即在吸附循環(huán)期間而不在再生循環(huán)期間提供給位置，風(fēng)扇可以在再生循環(huán)期間反向操作，以便將排出的空氣從位置抽出至大氣中。

圖2圖示了示例性系統(tǒng)30，在該系統(tǒng)30中除濕空氣被提供給過程而不是位置。具體地，該過程是根據(jù)實(shí)施方式的下游蒸發(fā)冷卻過程。為了簡潔起見，執(zhí)行與系統(tǒng)10的部件相同或相似功能的系統(tǒng)30的部件使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。系統(tǒng)30以蒸發(fā)冷卻過程為特征，該蒸發(fā)冷卻過程涉及在風(fēng)扇14的下游與空氣流管道16分離的一定體積的水32，該一定體積的水32具有暴露于空氣流的自由表面34。當(dāng)系統(tǒng)30運(yùn)行吸附循環(huán)時(shí)，如先前關(guān)于系統(tǒng)10所述的，熱交換器12下游的濕度降低，這使得干燥后空氣的濕球溫度降低。降低的濕度允許當(dāng)空氣從自由表面34上方經(jīng)過時(shí)改善空氣的蒸發(fā)冷卻。蒸發(fā)冷卻還可以用于反過來對另外的可能不期望干燥的空氣增加濕度。

因此，在溫暖干燥的空氣從一定體積的水32的自由表面34上方經(jīng)過時(shí)，干燥空氣中的低的水分壓允許從自由表面的蒸發(fā)過程，以當(dāng)干燥空氣穿過自由表面34時(shí)帶走水蒸氣。帶走的水蒸氣團(tuán)的汽化潛熱導(dǎo)致空氣和水體的溫度降低。因此，進(jìn)入的空氣可以通過一定體積的水32被冷卻和再加濕到期望的水平，同時(shí)水體也有所冷卻。

以這種方式，水體可以被冷卻到低于環(huán)境濕球溫度的溫度。這可以通過添加用于一定體積的水32循環(huán)所需的裝備來實(shí)現(xiàn)，例如管件和單個(gè)泵。圖2示出了例如進(jìn)入一定體積的水32的溫水管線36和離開一定體積的水32的冷水管線38的使用。由于流體可能接近于大氣壓力，并且在至少一個(gè)位置通向大氣，所以移動空氣和冷卻流體所需的額外能量輸入是低的，從而導(dǎo)致與機(jī)械操作的蒸汽壓縮循環(huán)相比較好的電性能系數(shù)(ecop)。

上述涉及允許或強(qiáng)制一定體積的空氣穿過一定體積的水32的自由表面34以產(chǎn)生冷卻的流體的蒸發(fā)冷卻過程是本申請人共同未決申請的主題。該共同未決的申請描述了一定體積的流體可同樣在冷卻塔中呈液滴的形式，其使空氣流能夠穿過液滴以冷卻流體。要理解的是，本發(fā)明不限于可以提供除濕空氣的任何一個(gè)過程。

技術(shù)人員將理解，作為過程(比如上述蒸發(fā)冷卻過程)的副產(chǎn)物產(chǎn)生的冷卻流體可以被轉(zhuǎn)移用于在另一個(gè)位置或過程中使用。在一個(gè)實(shí)施方式中，并且如下文關(guān)于圖4的實(shí)施方式所述的，冷卻的流體可以作為吸附循環(huán)期間的冷卻流體被供應(yīng)返回到熱交換器12。

圖3圖示了另一示例性系統(tǒng)40，在系統(tǒng)40中除濕空氣被提供給過程而不是位置。在所示的實(shí)施方式中，該過程是先前描述的蒸發(fā)冷卻過程，然而，這僅作為示例。來自系統(tǒng)10和系統(tǒng)30的相同或相似功能的部件使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。系統(tǒng)40包括位于一定體積的水32的自由表面34的上游和下游的兩個(gè)熱交換器42和44。每個(gè)熱交換器以相反的模式操作，使得在任何時(shí)候，一個(gè)熱交換器將操作吸附循環(huán)，而另一個(gè)熱交換器將操作再生循環(huán)，并且反之亦然，操作模式可控制地切換。

在這個(gè)實(shí)施方式中，溫暖和/或潮濕的空氣可以從環(huán)境引入，并且穿過干燥劑涂布的熱交換器42，在該熱交換器42中，溫暖和/或潮濕的空氣在吸附循環(huán)期間被除濕，穿過自由表面34，在那里除濕的空氣通過帶走水蒸氣除去潛熱而使水體32冷卻，并且最終穿過處于再生循環(huán)的第二干燥劑涂布的熱交換器44。以這種方式，一定體積的水32被連續(xù)冷卻，并且干燥劑涂布的熱交換器42和44可以通過反轉(zhuǎn)空氣路徑以及顛倒加熱流體流24或冷卻流體流26而在交替的吸附循環(huán)/再生循環(huán)中運(yùn)行。

圖3還圖示了與熱交換器輸入相關(guān)聯(lián)的閥46，其根據(jù)被提供流體運(yùn)行再生循環(huán)或吸附循環(huán)的熱交換器而允許加熱流體24或冷卻流體26進(jìn)入熱交換器管18。

圖4圖示了根據(jù)又一實(shí)施方式的系統(tǒng)50，在系統(tǒng)50中除濕空氣被提供給過程而不是位置。在所示的實(shí)施方式中，該過程是早前描述的蒸發(fā)冷卻過程，然而，這僅作為示例。來自系統(tǒng)10、30和40的相同或具有相似目的的部件使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。系統(tǒng)50可以包括一對并行操作的干燥劑涂布的熱交換器52和54，熱交換器52和54被交替地從熱源(未示出)供應(yīng)冷卻流體26和加熱流體24，并且具有如前所述的在兩個(gè)源和兩個(gè)操作模式之間切換的裝置。還示出了至少一種允許或強(qiáng)制空氣流獨(dú)立地穿過熱交換器52和54的裝置。在所示的實(shí)施方式中，呈現(xiàn)兩個(gè)通風(fēng)扇14的形式，但是可以同樣地使用具有適當(dāng)控制的調(diào)節(jié)部件(未示出)的單個(gè)風(fēng)扇。

在已經(jīng)使供應(yīng)的空氣通過涂布的熱交換器52和54后，空氣可以由空氣處理器(例如與熱交換器52相關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)器56和58以及與熱交換器54相關(guān)的調(diào)節(jié)器60和62)可控制地引導(dǎo)。已經(jīng)用于再生循環(huán)的空氣經(jīng)調(diào)節(jié)器56或60允許而離開系統(tǒng)，而已經(jīng)干燥過的空氣通過調(diào)節(jié)器58和62被引導(dǎo)到下游。例如，如果熱交換器52在再生循環(huán)中操作并且熱交換器54在吸附循環(huán)中操作，則調(diào)節(jié)器56將打開并且調(diào)節(jié)器58將被關(guān)閉以允許該空氣離開系統(tǒng)。同時(shí)，調(diào)節(jié)器62將打開并且調(diào)節(jié)器60關(guān)閉以允許干燥的空氣向下游行進(jìn)到過程。當(dāng)切換熱交換器的操作模式時(shí)，每個(gè)調(diào)節(jié)器也被控制以從打開切換到關(guān)閉，或者反之亦然。

如前所述，該過程可以包括將通過蒸發(fā)待被冷卻的水體66的自由表面64暴露于由操作吸附循環(huán)的熱交換器供應(yīng)的干燥空氣流的裝置。從該過程冷卻的水當(dāng)在再生循環(huán)中操作或用于一些其他的過程時(shí)可以供回到系統(tǒng)中作為冷卻流體用于熱交換器。在這點(diǎn)上，系統(tǒng)50還可以包括閥68和閥70，閥68在打開時(shí)，允許將冷卻水供給到一個(gè)或兩個(gè)熱交換器中，閥70在打開時(shí)允許將水從一個(gè)或兩個(gè)熱交換器中供回到一定體積的水32。

圖5圖示了示例性系統(tǒng)80，該系統(tǒng)80類似于圖2的系統(tǒng)在于其被配置成允許將除濕空氣供應(yīng)到過程，但除了包括在被返回過程之前向位置提供干燥空氣的裝置82之外。在所示的實(shí)施方式中，該過程是前面所描述的蒸發(fā)冷卻過程，然而，這只是舉例。來自圖2的系統(tǒng)30中的相同或具有相似目的的部件使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。技術(shù)人員應(yīng)理解，將干燥空氣提供到位置并將排出空氣從位置返回到過程的裝置可以是使用適當(dāng)?shù)目諝馓幚硌b備比如調(diào)節(jié)器(未示出)的一個(gè)或更多個(gè)附加風(fēng)扇和附加管道系統(tǒng)(未示出)。干燥空氣供應(yīng)至位置且然后供應(yīng)至過程可被有利地使用，其中位置和過程可相比于利用環(huán)境空氣操作更有效地操作。

本發(fā)明提供的好處應(yīng)該是顯而易見的。技術(shù)人員將理解，流體-空氣熱交換器可以在外部(空氣側(cè))表面上用干燥劑材料涂布，并且用于通過吸附過程從空氣中除去夾帶的水蒸氣。干燥劑材料在環(huán)境溫度下或高于環(huán)境溫度吸附水分，并且所得到的空氣流與供應(yīng)空氣的濕度相比具有降低的濕度。然后干燥劑材料可以通過添加熱量而被干燥/再生，以通過添加汽化潛能驅(qū)使水返回至汽態(tài)?？梢詮奶柲軣嵩椿蚱渌聪驘峤粨Q器流體添加低位熱量(低至60℃)，以提供解吸的能量以在再生循環(huán)期間從干燥劑材料中除去水?？梢允褂梦崃黧w(等于或高于23℃)來除去吸附過程期間吸附的熱量。優(yōu)點(diǎn)是空氣的干燥可以在不需要較低溫度的冷凝盤管的情況下實(shí)現(xiàn)，從而消除了對逆循環(huán)熱泵的需要。在再生循環(huán)期間使用的低位熱量可以從可再生源，比如太陽能集熱器獲得，減少或消除了對化石燃料或核燃料供電的電能輸入的需要。

顯而易見的是，允許或強(qiáng)制空氣流穿過一個(gè)或更多個(gè)熱交換器的裝置可以是風(fēng)扇或一系列風(fēng)扇。還應(yīng)當(dāng)理解的是，風(fēng)扇的速度可以根據(jù)熱交換器的操作模式來控制。例如，可以使用雙速風(fēng)扇(2-speedfan)在吸附循環(huán)和再生循環(huán)之間變換空氣速率。如圖4的實(shí)施例所示，系統(tǒng)還可以包括在循環(huán)之間選擇用于過程和廢氣的空氣路徑的裝置，并且用于吸附循環(huán)的流體可以由熱交換器下游的蒸發(fā)冷卻裝置供應(yīng)。允許空氣流穿過干燥劑涂布的熱交換器的裝置的另一個(gè)實(shí)施例是空氣處理裝備，比如調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器當(dāng)打開時(shí)允許空氣流移動通過熱交換器。

在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以非常好地使本發(fā)明具有進(jìn)一步的優(yōu)勢和改進(jìn)。雖然本發(fā)明已經(jīng)示出和描述了被認(rèn)為最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)進(jìn)行偏離，偏離不限于本文公開的細(xì)節(jié)但要符合權(quán)利要求的全部范圍，以便包含任何和所有等同的器具、器械、系統(tǒng)和/或方法。

在本發(fā)明的所附的任何權(quán)利要求和概述中，除了由于表達(dá)語言或必要的含義上下文另有要求之外，“包括(comprising)”一詞以“包括(including)”的意義使用，即所指定的特征可能與本發(fā)明的各種實(shí)施方式中的另外的特征相關(guān)聯(lián)。