可變的干燥劑控制能量交換系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】可變的干燥劑控制能量交換系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求申請(qǐng)日為2013年3月13日，名稱為“可變的干燥劑控制能量交換系統(tǒng)和方法(Variable Desiccant Control Energy Exchange System and Method，，的美國(guó)專利申請(qǐng)13/801，280的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明中的實(shí)施例大體涉及用于調(diào)節(jié)密閉結(jié)構(gòu)中空氣的能量交換系統(tǒng)，更具體的，涉及一種用于調(diào)節(jié)、改變或其它控制能量交換系統(tǒng)中的干燥劑參數(shù)的系統(tǒng)和方法。
[0004]密閉結(jié)構(gòu)，例如使用的建筑、工廠等通常包括用于調(diào)節(jié)室外通風(fēng)和/或循環(huán)空氣的供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(heating/ventilat1n/air condit1ning, HVAC)系統(tǒng)。該HVAC系統(tǒng)通常包括供氣流道和排氣流道，供氣通道接收預(yù)調(diào)節(jié)的空氣，例如外部空氣或與循環(huán)空氣混合的外部空氣，并將預(yù)調(diào)節(jié)的空氣引向和分配至密閉結(jié)構(gòu)，預(yù)調(diào)節(jié)的空氣通過(guò)HVAC系統(tǒng)調(diào)節(jié)以提供具有期望的溫度和濕度的供應(yīng)空氣，排放至密閉結(jié)構(gòu)中，排氣流道將空氣排放回結(jié)構(gòu)外部的環(huán)境中。沒(méi)有能量恢復(fù)，調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣通常需要大量的附加能量，尤其在具有與所需要的空氣溫度和濕度非常不同的極端的外部空氣環(huán)境中。相應(yīng)地，能量交換或恢復(fù)系統(tǒng)用于從排氣流道恢復(fù)能量。
[0005]傳統(tǒng)的能量交換系統(tǒng)可采用位于供氣流道和空氣返回流道的能量恢復(fù)設(shè)備(例如，能量輪(energy wheel)和滲透板式交換器(permeable plate exchangers))或熱量交換設(shè)備(例如，能量輪，板式交換器、熱管交換器(heat-pipe exchanger)和循環(huán)熱交換器(runaround heat exchanger))。液體-空氣膜能量交換器(Liquid-to-air membraneenergy exchangers, LAMEEs)可流體連接，使得干燥劑液體在循環(huán)回路中的LAMEEs之間流動(dòng)，與通常使用乙二醇水(aqueous glycol)作為連接流體的循環(huán)熱交換器相似。
[0006]通常地，傳統(tǒng)的HVAC系統(tǒng)的尺寸由具體密閉結(jié)構(gòu)的冷卻、加熱和通風(fēng)的最大負(fù)荷決定，在一些系統(tǒng)中，向密閉結(jié)構(gòu)中的每個(gè)房間供應(yīng)定量的空氣，這樣，供給每個(gè)房間的空氣的溫度大體相似。在其它系統(tǒng)中，空氣的量可通過(guò)阻尼器、供應(yīng)路徑、排氣路徑等改變。例如，為改變特定房間的溫度，可混合從冷卻路徑和加熱路徑的輸出。
[0007]通常地，雖然已知的系統(tǒng)能夠改變獨(dú)立的、不同的房間、區(qū)域或空間的溫度，然而濕度通常不能獨(dú)立控制?？墒遣煌姆块g、區(qū)域或空間基于潛在的負(fù)載(例如，在每個(gè)特定區(qū)域的人數(shù))可具有不同的濕度水平和/或不同的濕度水平需求。而在已知系統(tǒng)中，當(dāng)濕度改變，所有房間的濕度通常相應(yīng)地改變。另外，已知系統(tǒng)可使用相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)的能量以改變溫度和/或濕度。進(jìn)一步的，已知系統(tǒng)通常冷卻空氣至露點(diǎn)以除濕。這樣，為改變濕度水平，供給至房間的空氣可低于所期望的溫度，并經(jīng)常需要額外的加熱設(shè)備來(lái)提高所供給的空氣的溫度。因?yàn)槭褂妙~外的加熱設(shè)備，較多的能量用于調(diào)節(jié)供給至房間的空氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種用于向至少一個(gè)密閉結(jié)構(gòu)提供調(diào)節(jié)的空氣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括至少一個(gè)調(diào)節(jié)模塊，該調(diào)節(jié)模塊包括配置為向至少一個(gè)密閉結(jié)構(gòu)提供調(diào)節(jié)的空氣的調(diào)節(jié)能量交換器。所述調(diào)節(jié)模塊配置為流通干燥劑以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)該調(diào)節(jié)模塊的空氣，所述調(diào)節(jié)模塊配置為接收加熱濃縮干燥劑或冷卻稀釋干燥劑中的一種或兩種以改變流經(jīng)所述調(diào)節(jié)模塊的干燥劑的溫度和/或濃度。優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)模塊可配置為接收冷卻濃縮干燥劑或加熱稀釋干燥劑中的一種或兩種以改變流經(jīng)所述調(diào)節(jié)模塊的干燥劑的溫度和/或濃度。所述調(diào)節(jié)模塊可包括配置為流通干燥劑和調(diào)節(jié)空氣的調(diào)節(jié)液體-空氣膜能量交換器(UVMEE) ο
[0009]所述調(diào)節(jié)模塊可包括加熱分接線路和冷卻分接線路，所述加熱分接線路連接所述調(diào)節(jié)模塊的熱交換器至配置為流通加熱濃縮干燥劑的加熱環(huán)路，所述冷卻分接線路連接所述熱交換器至配置為流通冷卻稀釋干燥劑的冷卻環(huán)路。所述調(diào)節(jié)模塊也可或可選擇地包括至少一個(gè)配置為接收干燥劑的干燥劑混合室、與所述混合室連接的加熱分接線路和與所述混合室連接的冷卻分接線路。所述干燥劑混合室可配置為從所述加熱分接線路接收加熱濃縮干燥劑或從所述冷卻分接線路接收冷卻稀釋干燥劑并混合所述干燥劑混合室中的干燥劑。
[0010]所述系統(tǒng)也可包括配置為再生干燥劑的干燥劑再生模塊，所述干燥劑再生模塊可包括配置為再生干燥劑的再生LAMEE。所述系統(tǒng)也可包括可操作地與所述干燥劑再生模塊連接的熱源，所述熱源配置為通過(guò)所述干燥劑再生模塊與干燥劑液流交換可感知能量。所述系統(tǒng)也可包括可操作地通過(guò)熱栗與所述干燥劑再生模塊連接的加熱模塊，所述系統(tǒng)也可包括配置為控制干燥劑溫度和濃度改變的控制子系統(tǒng)，所述系統(tǒng)也可包括配置為稀釋干燥劑的水源，所述系統(tǒng)也可包括配置為繞過(guò)至少一個(gè)調(diào)節(jié)模塊旁通氣流的旁路管道。
[0011]所述的至少一個(gè)調(diào)節(jié)模塊可包括多個(gè)調(diào)節(jié)和/或過(guò)濾模塊，所述多個(gè)調(diào)節(jié)模塊中的每個(gè)可操作地與多個(gè)密閉結(jié)構(gòu)中的一個(gè)連接。再生模塊可操作地與所述多個(gè)調(diào)節(jié)模塊中的每個(gè)連接，干燥劑連接管道可連接所述多個(gè)調(diào)節(jié)模塊中的至少一個(gè)和所述多個(gè)調(diào)節(jié)模塊中的至少另一個(gè)。
[0012]所述系統(tǒng)也可包括配置為流通加熱濃縮干燥劑的加熱環(huán)路以及配置為流通冷卻稀釋干燥劑的冷卻環(huán)路，熱栗可操作地連接在所述加熱環(huán)路和所述冷卻環(huán)路之間。
[0013]所述系統(tǒng)也可包括與所述加熱環(huán)路連接的濃縮干燥劑存儲(chǔ)槽，所述濃縮干燥劑存儲(chǔ)槽可配置為向所述加熱環(huán)路提供額外的濃縮干燥劑。
[0014]本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種向至少一個(gè)密閉結(jié)構(gòu)提供調(diào)節(jié)的空氣的方法，所述方法可包括監(jiān)測(cè)密閉結(jié)構(gòu)中的空氣的溫度、監(jiān)測(cè)密閉結(jié)構(gòu)中的空氣的濕度水平、使用至少一個(gè)調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)密閉結(jié)構(gòu)中的空氣。其中調(diào)節(jié)操作包括在空氣和流經(jīng)所述調(diào)節(jié)模塊的干燥劑之間交換可感知的和潛在的能量、基于溫度監(jiān)測(cè)操作控制干燥劑的溫度以及基于濕度監(jiān)測(cè)操作控制干燥劑的濃度。
[0015]所述方法可包括通過(guò)與所述調(diào)節(jié)模塊連接的加熱環(huán)路流通加熱濃縮干燥劑，以及通過(guò)與所述調(diào)節(jié)模塊連接的冷卻環(huán)路流通冷卻稀釋干燥劑。另外，所述方法可包括通過(guò)連接在所述加熱環(huán)路和所述冷卻環(huán)路之間的熱栗在所述加熱環(huán)路和所述冷卻環(huán)路之間交換可感知能量。額外的濃縮干燥劑可通過(guò)濃縮干燥劑存儲(chǔ)槽提供給所述加熱環(huán)路。
[0016]控制所述濃度的操作可包括將來(lái)自所述加熱環(huán)路的加熱濃縮干燥劑和來(lái)自所述冷卻環(huán)路的冷卻稀釋干燥劑中的一種或兩種與所述的至少一個(gè)調(diào)節(jié)模塊的混合室中的干燥劑混合。控制所述溫度的操作可包括將所述調(diào)節(jié)模塊中的干燥劑與來(lái)自所述加熱環(huán)路的加熱濃縮干燥劑或來(lái)自所述冷卻環(huán)路的冷卻稀釋干燥劑中的一種或兩種之間交換可感知會(huì)bi。
[0017]所述方法也可包括用干燥劑再生模塊再生加熱濃縮干燥劑。進(jìn)一步的，所述方法可包括使用熱源加熱流體，并在流經(jīng)所述干燥劑再生模塊的干燥劑液流和所述流體之間交換可感知能量。所述方法也可包括可操作地通過(guò)熱栗連接加熱模塊和所述干燥劑再生模塊。
[0018]所述方法也可包括用來(lái)自水源的水稀釋干燥劑。進(jìn)一步的，所述方法可包括繞過(guò)所述調(diào)節(jié)模塊旁通氣流，所述方法也可包括用干燥劑連接管道連接第一和第二調(diào)節(jié)模塊，并通過(guò)所述干燥劑連接管道在所述第一和第二調(diào)節(jié)模塊之間傳送干燥劑。
[0019]應(yīng)該理解的是，所述系統(tǒng)和方法可使用加熱濃縮干燥劑、冷卻稀釋干燥劑、加熱稀釋干燥劑和/或冷卻稀釋干燥劑，以及在其中的各種干燥劑。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體-空氣膜能量交換器的側(cè)面透視圖；
[0022]圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體-空氣膜能量交換器的能量交換腔中的面板的前視圖；
[0023]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0024]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0026]圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)的示意圖；
[0028]圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的密閉結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0029]圖10為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的向密閉結(jié)構(gòu)提供調(diào)節(jié)的空氣的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，上述概要與下面的一些實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明一樣將會(huì)被更好地理解。在此所使用的，用單數(shù)描述的元件或步驟以及產(chǎn)生的“一”或“一個(gè)”應(yīng)被理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非該排除被詳細(xì)闡明。進(jìn)一步的，提到的“一個(gè)實(shí)施例”不應(yīng)解釋為排除也包括所描述的特征的其它實(shí)施例的存在。而且除非作相反的明確描述，實(shí)例“包括”或“具有”一個(gè)元件或多個(gè)具有特殊性質(zhì)的元件可能包括其它不具有該性質(zhì)的元件。[0031 ] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了控制提供給調(diào)節(jié)模塊的干燥劑參數(shù)(比如溫度和濃度)的系統(tǒng)和方法，所述調(diào)節(jié)模塊配置為向一個(gè)或更多個(gè)密封結(jié)構(gòu)提供調(diào)節(jié)的空氣。例如，本發(fā)明提供更改、調(diào)節(jié)、改變、變化或另外的控制提供給調(diào)節(jié)模塊的干燥劑的溫度和/或濃度的系統(tǒng)和方法，通過(guò)控制提供給調(diào)節(jié)模塊的干燥劑的參數(shù)，本發(fā)明的實(shí)施例能夠在一個(gè)或多個(gè)密閉結(jié)構(gòu)中有效調(diào)節(jié)溫度和濕度水平。
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量交換系統(tǒng)100的示意圖，系統(tǒng)100配置為部分或全部的調(diào)節(jié)供應(yīng)給密閉結(jié)構(gòu)101的空氣。系統(tǒng)100可包括與密閉結(jié)構(gòu)101流體連通的調(diào)節(jié)模塊102、干燥劑再生模塊104、與調(diào)節(jié)模塊102和干燥劑再生模塊104流體連通的加熱濃縮干燥劑環(huán)路106 ( “加熱環(huán)路”)、與調(diào)節(jié)模塊102和干燥劑再生模塊104流體連通的冷卻稀釋干燥劑環(huán)路108 ( “冷卻環(huán)路”)、與冷卻水環(huán)路108流體連通的水供給裝置110和控制子系統(tǒng)112。應(yīng)理解的是，系統(tǒng)100的組件是為清楚和簡(jiǎn)單畫(huà)出的，不是按比例畫(huà)出的。
[0033]調(diào)節(jié)模塊102和干燥劑再生模塊104可固定在密閉結(jié)構(gòu)101的不同的部分上，例如，調(diào)節(jié)模塊102和干燥劑再生模塊104可安裝在密閉結(jié)構(gòu)101的頂部、固定在密閉結(jié)構(gòu)101的外側(cè)、放置在密閉結(jié)構(gòu)101的整體結(jié)構(gòu)(plenums)或者內(nèi)部的腔室中和/或類似結(jié)構(gòu)。同樣的，加熱環(huán)路106和冷卻環(huán)路108可包括如固定在密閉結(jié)構(gòu)101的外側(cè)或內(nèi)側(cè)的密封管道?？刂谱酉到y(tǒng)112可位于密閉結(jié)構(gòu)101內(nèi)，并與調(diào)節(jié)模塊102和干燥劑再生模塊104可操作地交互?？蛇x擇地，控制子系統(tǒng)112的位置可遠(yuǎn)離密閉結(jié)構(gòu)101。
[0034]加熱環(huán)路106可流通所經(jīng)過(guò)的加熱濃縮干燥劑。例如，加熱環(huán)路106中的濃縮干燥劑的溫度可為20°C或更高，而冷卻環(huán)路108中的濃縮干燥劑的溫度可小于20°C。另外，加熱環(huán)路106中的干燥劑濃度可為30%或更高，而冷卻環(huán)路108中的干燥劑濃度可小于30%。例如，加熱環(huán)路106中的濃縮干燥劑的溫度可在25°C _28°C之間，而干燥劑濃度可在30-50%之間。冷卻