專利名稱：用于除濕的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及除濕系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及用于對(duì)包圍空間中的空氣進(jìn)行除濕的液體干燥劑再生器(LDR)和用于除濕的方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利No.6,266,975公開了一種基于蒸氣壓縮機(jī)的干燥劑(鹽水)再生器。所述再生使干燥劑保持為一濃縮物，因?yàn)榧词乖诔睗駰l件下有效蒸氣仍然減少。美國(guó)專利No.6,463,750公開了一種用于對(duì)包圍空間中的空氣進(jìn)行除濕的系統(tǒng)，其包括空氣/鹽水熱交換器，用于加熱從外部引入熱交換器內(nèi)的冷新鮮空氣和用于通過(guò)蒸氣凝結(jié)對(duì)封閉空間內(nèi)的所述空氣進(jìn)行除濕。

發(fā)明內(nèi)容
與上述除濕系統(tǒng)不同的是，本發(fā)明基于一種從水溶液中除去水的再生器。低級(jí)別的廢熱可有效地用于這種生成裝置。
本發(fā)明的一寬泛的目的是提供一種用于除濕的再生系統(tǒng)和方法，以及一種基于通過(guò)從干燥劑中去除液體的液體干燥劑的方法，所述干燥劑在與包圍空間中的待除濕空氣接觸之前被加熱。
由此根據(jù)本發(fā)明，提供一種液體干燥劑再生器系統(tǒng)，其包括具有第一干燥劑入口的干燥劑/空氣熱交換器和干燥劑容器；所述容器具有第一干燥劑出口、第二干燥劑出口和第二干燥劑入口；所述第一干燥劑入口和所述第一干燥劑出口可以與用于給所述干燥劑施加熱量的裝置連接，并且所述第二干燥劑入口將稀釋干燥劑導(dǎo)入所述容器，所述第二干燥劑出口將濃縮干燥劑導(dǎo)出所述容器，所述第二干燥劑入口和所述干燥劑出口與用于將熱量施加給流入所述容器的稀釋干燥劑的干燥劑/干燥劑熱交換器連接。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種除濕方法，其包括設(shè)置具有第一干燥劑入口的干燥劑/空氣熱交換器和干燥劑容器；所述容器具有第一干燥劑出口、第二干燥劑出口和第二干燥劑入口；所述第一干燥劑入口和所述干燥劑出口可以與用于給所述干燥劑施加熱量的裝置連接；所述第二干燥劑入口使稀釋干燥劑循環(huán)，并且所述第二干燥劑出口將干燥劑引導(dǎo)到所述容器并與用于將熱量施加給流入所述容器的稀釋干燥劑的干燥劑/干燥劑熱交換器連接，和以高于水從干燥劑蒸發(fā)的水的蒸發(fā)速率的速率推進(jìn)所述濃縮干燥劑。


現(xiàn)在結(jié)合一些優(yōu)選實(shí)施例并且參照以下附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，以便可以更充分地理解本發(fā)明。
現(xiàn)在詳細(xì)地具體參照附圖，需要強(qiáng)調(diào)的是，圖示的細(xì)節(jié)是作為示例并且僅僅用于圖解論述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，示出它們以便提供被認(rèn)為是本發(fā)明原理和概念方面的最有用和易于理解的說(shuō)明。在這方面，除了從本質(zhì)上理解本發(fā)明所必須的細(xì)節(jié)外，沒有試圖更詳細(xì)地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的說(shuō)明使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能獲知本發(fā)明的多種形態(tài)如何實(shí)際實(shí)施。
在附圖中，圖1是根據(jù)本發(fā)明用于除濕的再生系統(tǒng)的示意性剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于除濕的再生系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性剖視圖；圖3是圖2的實(shí)施例的兩級(jí)系統(tǒng)的示意性剖視圖，和圖4是根據(jù)本發(fā)明用于除濕的再生系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明用于除濕的再生系統(tǒng)2，其包括液體干燥劑再生器4，其具有用于接收稀釋液體干燥劑，例如鹽水的入口6和用于排出濃縮干燥劑的出口8。入口6和出口8都穿過(guò)熱交換器10。例如本身可以從上述的美國(guó)專利No.6,266,975和No.6,463,750中得知的，它的教導(dǎo)在此引作參考，再生器4包括空氣/干燥劑熱交換器12、滴液室14、干燥劑容器16和將空氣引入滴液室14中的吹風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇18?？蛇x擇地，滴液室14可以設(shè)置有用于在將空氣引導(dǎo)到滴液室中之前加熱該空氣的空氣加熱器20。
此外還設(shè)置有從蒸汽發(fā)生器24接收熱量的干燥劑加熱器22，所述發(fā)生器從透平26獲取氣體，而透平26經(jīng)由燃燒室30從氣體壓縮機(jī)28接收氣體。所述加熱器22通過(guò)管道32與干燥劑容器16連接，并且通過(guò)管道36與干燥劑入口34連接。從空氣冷卻器38排出的空氣被喂給到氣體壓縮機(jī)28，所述空氣冷卻器38通過(guò)泵41與閃蒸器40流體連通。該閃蒸器可操作地經(jīng)由蒸氣壓縮機(jī)42與蒸氣干燥劑冷凝器44以及大氣蒸發(fā)器46連接。再生器4的干燥劑容器16和蒸發(fā)器46通過(guò)穿過(guò)熱交換器10的管道48、50流體連通。還設(shè)置有流體推進(jìn)泵52、54、56。
干燥劑再生器4使經(jīng)由入口6流入再生器4的稀釋干燥劑與經(jīng)由出口8從再生器4排出的濃縮干燥劑進(jìn)行熱交換。與稀釋干燥劑的溫度相比，濃縮干燥劑的溫度高，其將熱量從再生器4引入到蒸氣冷凝器44。所述熱量提升稀釋干燥劑的溫度，所述干燥劑用作蒸氣沉(vapor sink)。高溫提升干燥劑的蒸氣壓力并且降低其作為蒸氣沉的效果。當(dāng)與再生器交換的干燥劑太少時(shí)，再生器中的干燥劑濃度可能變得過(guò)高并且蒸氣壓力過(guò)小，換句話說(shuō)，蒸氣壓力可能低于再生器中空氣的蒸氣壓力。這種狀況會(huì)停止再生過(guò)程。此外，在低的交換率下，干燥劑的濃度能變得很高，以致液體會(huì)結(jié)晶并且停止其功能。
液體干燥劑的特點(diǎn)在于蒸氣壓力，其低于在相同溫度下的水的蒸氣壓力。在相同溫度下的干燥劑蒸氣壓力與水蒸氣壓力的比率被定義為“活度”α。由此，例如，干燥劑LiCl在S＝25％的濃度下的特點(diǎn)在于，其蒸氣壓力為相同溫度下的水的蒸氣壓力的一半，并且具有α＝50％的活度。在S＝40％時(shí)，活度α＝25％。
將S1設(shè)定為溶液中干燥劑的稀釋濃度(kg鹽/kg溶液)和將S2設(shè)定為再生器中的干燥劑濃度(S2＞S1)。如果M1是流入再生器的質(zhì)量流量，M2是從再生器排出的干燥劑排放量，并且如果E是在再生器處從干燥劑中去除的蒸氣質(zhì)量，則干燥劑(鹽)的質(zhì)量平衡需要滿足M1S1＝M2S2(1)總的質(zhì)量流通量平衡是M1＝M2+E (2)用S1乘以方程2并且用方程1代入，則得出M2(S2-S1)＝ES1，或M2＝ES1/(S2-S1)(3)求解M1，得到M1＝ES2/(S2-S1)(4)(僅參照?qǐng)D2和圖4的實(shí)施例)為了形成穩(wěn)定狀態(tài)，E應(yīng)當(dāng)?shù)扔谡魵庠诟稍飫┥夏Y(jié)的速率，例如在85％的相對(duì)濕度和18℃的溫度下C＝E＝10千克/小時(shí)，其表現(xiàn)為許多溫室中工況的特征。蒸氣含量是W＝11g蒸氣/千克空氣。
為了將溫室維持在所需氣候下，需要除濕器去除溫室中的蒸氣負(fù)荷。例如，在給定的包圍空間中，蒸氣負(fù)荷是10千克/小時(shí)或2.78克/秒。
除濕的三種模式是公知的1)與引入所述單元的設(shè)計(jì)空氣的焓相比，干燥劑的焓和溫度大。干燥劑的焓定義為在干燥劑界面處的空氣的焓。
2)干燥劑的焓與被引入空氣干燥劑直接接觸蒸氣冷凝器的空氣的焓相同(焓不變的交換)。
3)干燥劑的焓低于空氣的焓。
為了在上述情況(1)、(2)中有效，干燥劑活度α應(yīng)該比包圍空間處所需的相對(duì)濕度小αα＜RH(相對(duì)濕度)。實(shí)際上，RH和α之間的差值應(yīng)超過(guò)20％。否則，每千克空氣將去除少于1克的蒸氣，這需要大空氣流和大系統(tǒng)，以便去除蒸氣負(fù)荷。這是昂貴和耗能的。由此，在安裝于DRH＝85％的溫室中的除濕器中，稀釋干燥劑的活度應(yīng)該是αα＜65％。對(duì)于氯化鋰，S1＞20％。對(duì)于使用CaCl干燥劑的相同活度的情況，S1＞25％。
在再生器4中，干燥劑的蒸氣壓力應(yīng)該比引入空氣干燥劑熱交換器的空氣的蒸氣壓力高，所述熱交換器具體是空氣冷卻器38和閃蒸器40。干燥劑的溫度由熱源的性質(zhì)決定。由此，在再生器4中，在58處(圖1)的噴出口溫度是60℃，干燥劑溫度是50℃。如果空氣溫度是30℃和RH＝70％，則蒸氣壓力是30mb。為了允許蒸發(fā)，干燥劑活度應(yīng)該超過(guò)25％，對(duì)于LiCl干燥劑，S2＜40％。在較低活度和較高濃度的情況下，干燥劑不能在所述溫度下蒸發(fā)并且再生器將停止工作。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其圖示具有熱再生系統(tǒng)2的單級(jí)再生器。圖示的是再生器4，其由干燥劑蒸發(fā)器60、水蒸氣冷凝器62、水冷卻器/空氣加熱器64和干燥劑除濕器66組成。干燥劑除濕器66和蒸發(fā)器60的容器16經(jīng)由干燥劑到干燥劑熱交換器68流體連通。此外還設(shè)置有循環(huán)泵70、72和從水蒸氣冷凝器62的容器16排放水的水出口74。干燥劑蒸發(fā)器60經(jīng)由干燥劑入口管道36和干燥劑出口管道38連接到由加熱器78供熱的干燥劑熱交換器76。此外還設(shè)置有用于推進(jìn)干燥劑通過(guò)熱交換器76的循環(huán)泵80。
一種類似的兩級(jí)再生器在圖3中示出。如圖所示，所述第二級(jí)進(jìn)一步包括經(jīng)由蒸氣壓縮機(jī)86與干燥劑蒸氣冷凝器84流體連通的閃蒸器82。蒸氣冷凝器84可操作地經(jīng)由熱交換器88與干燥劑蒸發(fā)器60的容器16互相連接。冷凝器84和蒸發(fā)器60之間的流體循環(huán)利用泵90實(shí)現(xiàn)，泵90也推進(jìn)流體使之流向和流出干燥劑除濕器66。熱交換器76與干燥劑鍋爐92流體連通，所述鍋爐由燃料燃燒器94加熱。此外還設(shè)置有熱交換器96。熱交換器76利用來(lái)自干燥劑鍋爐92的蒸汽加熱蒸發(fā)器60中的干燥劑。
熱量和蒸氣通過(guò)水蒸氣冷凝器62回收。水通過(guò)空氣加熱器64將熱量傳遞給包圍空間。進(jìn)入冷凝器62的水的溫度通常比包圍空間的溫度高10℃左右，例如對(duì)于18℃下的溫室，所述水的溫度是例如28℃或更高。水在冷凝器62處被左右加熱大約10℃，然后水溫在28-38℃之間變化。在38℃時(shí)，水蒸氣壓力是76mb。在28℃時(shí)，水蒸氣壓力是38mb。為了允許干燥器在蒸發(fā)器60中蒸發(fā)，干燥劑的蒸氣壓力應(yīng)該超過(guò)在冷凝器62處的水的蒸氣壓力。
再生器中的干燥劑由熱水加熱器78(圖2)或鍋爐92(圖3)加熱到例如75℃的溫度。在該溫度下，干燥劑的活度應(yīng)該大于25％，并且例如LiCl的含鹽量應(yīng)該為S2＜40％。實(shí)際上，對(duì)于在所述活度的CaCl鹽水，液體將會(huì)結(jié)晶。
對(duì)于S1＞20％和S2＜40％的情況，例如S1＝22％和S2＝38％的情況，和對(duì)于10千克/小時(shí)的蒸氣負(fù)荷的情況，適用方程4M1＝10*S2/(S2-S1)。
由此，M1＝10*38/(38-22)＝2.375*10＝23.75千克/小時(shí)。
對(duì)流向再生器的干燥劑質(zhì)量流量的實(shí)際限制是M1＝E°S2/(S2-S1)。對(duì)于實(shí)際的全部用途而言，再生器的濃度是S2＜2S1，并且因此M1＞2E。
當(dāng)流入再生器的入流量不超過(guò)2E時(shí)，干燥劑會(huì)結(jié)晶。活性最大的干燥劑，例如LiBr,僅僅在高溫下起作用，其在再生器中產(chǎn)生材料耗損。
為了提高本發(fā)明的再生器的效率，在稀釋干燥劑和濃縮干燥劑流之間設(shè)置熱交換器68(圖2)、88(圖3)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在圖4中示出。圖示的是干燥劑再生器98，空氣-水冷凝器100可操作地與再生器連接。此外還圖示了與再生器98和冷凝器100流體連通的熱交換器102、104。加熱器106與再生器98的入口108和出口110連接，用于加熱再生器中的干燥劑。被加熱的干燥劑通過(guò)泵112以預(yù)定速率進(jìn)行循環(huán)。
已經(jīng)確定的是，當(dāng)干燥劑的質(zhì)量流量大于加濕水的質(zhì)量流量，例如至少是蒸發(fā)水質(zhì)量流量的兩倍時(shí)，能獲得良好的效果。此外，流入干燥劑蒸發(fā)器的空氣質(zhì)量流量應(yīng)該以倍數(shù)10超過(guò)干燥劑蒸發(fā)，在再生器中的干燥劑的循環(huán)質(zhì)量流通量應(yīng)該大于干燥劑蒸發(fā)率至少10倍。
此外，值得注意的是，流入再生器的稀釋干燥劑和流出再生器的濃縮干燥劑之間的關(guān)系受到設(shè)置在系統(tǒng)中用于將干燥劑推進(jìn)到再生器中的循環(huán)泵的控制。此外，為了使干燥劑/空氣熱交換器有效，在熱交換器中使用的填充物質(zhì)內(nèi)的空氣的雷諾數(shù)應(yīng)該小于2000。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明不限于上述圖解實(shí)施例的細(xì)節(jié)，在不脫離本發(fā)明精神或?qū)嵸|(zhì)性特征的情況下，本發(fā)明可以采用其它具體形態(tài)來(lái)實(shí)施。因此本發(fā)明的實(shí)施例被認(rèn)為是在各個(gè)方面作為解釋性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求表述而不是由前述的說(shuō)明表述，并且因此在權(quán)利要求等同物的含義和范圍內(nèi)的所有改變都意味著包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種液體干燥劑再生器系統(tǒng)，其包括具有第一干燥劑入口的干燥劑/空氣熱交換器和干燥劑容器；所述容器具有第一干燥劑出口、第二干燥劑出口和第二干燥劑入口；所述第一干燥劑入口和所述第一干燥劑出口可以與用于給所述干燥劑施加熱量的裝置連接，和所述第二干燥劑入口將稀釋干燥劑導(dǎo)入所述容器，并且所述第二干燥劑出口將濃縮干燥劑導(dǎo)出所述容器，所述第二干燥劑入口和所述干燥劑出口與用于將熱量施加給流入所述容器的稀釋干燥劑的干燥劑/干燥劑熱交換器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用于施加熱量的所述裝置包括來(lái)自燃燒過(guò)程的排氣。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用于施加熱量的所述裝置包括蒸氣冷凝器和加熱器。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器是鍋爐。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中利用燃料燃燒器或通過(guò)蒸汽來(lái)加熱所述鍋爐。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中從所述干燥劑產(chǎn)生的蒸汽被引導(dǎo)以加熱干燥劑蒸發(fā)器的干燥劑。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述排氣是從經(jīng)由一燃燒室與一氣體壓縮機(jī)流體連通的氣體透平獲得。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述氣體壓縮機(jī)從一空氣冷卻器接收空氣。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于可控制地使流入所述再生器的稀釋干燥劑和流出所述再生器的濃縮干燥劑之間的流量進(jìn)行循環(huán)的泵裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述干燥劑/干燥劑熱交換器可以與一稀釋干燥劑容器連接。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中再生器中的干燥劑流的質(zhì)量流量至少是凝結(jié)水容積的兩倍。
12.一種除濕方法，其包括設(shè)置具有第一干燥劑入口的干燥劑/空氣熱交換器和干燥劑容器；所述容器具有第一干燥劑出口、第二干燥劑出口和第二干燥劑入口；所述第一干燥劑入口和所述第一干燥劑出口可以與用于給所述干燥劑施加熱量的裝置連接，并且所述第二干燥劑入口將稀釋干燥劑導(dǎo)入所述容器，所述第二干燥劑出口將濃縮干燥劑導(dǎo)出所述容器，所述第二干燥劑入口和所述干燥劑出口與用于將熱量施加給流入所述容器的稀釋干燥劑的干燥劑/干燥劑熱交換器連接，和以高于水從干燥劑蒸發(fā)的蒸發(fā)速率的速率推進(jìn)所述濃縮干燥劑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述再生器中的質(zhì)量流量控制到大于水蒸發(fā)速率至少10倍的步驟。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括將流入所述干燥劑/空氣蒸發(fā)器的空氣質(zhì)量流量控制成以至少為10的倍數(shù)超過(guò)干燥劑蒸發(fā)率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中從所述干燥劑/干燥劑熱交換器排出的空氣將熱量和蒸氣傳遞給水蒸氣冷凝器，所述熱量進(jìn)一步從冷凝器經(jīng)由空氣/水熱交換器傳遞到空氣包圍空間，其中從所述水蒸氣冷凝器排出的冷凝水返回到所述干燥器/空氣熱交換器，由此在干燥劑/空氣蒸發(fā)器和所述水蒸氣冷凝器之間閉合形成空氣回路。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述再生器去除在干燥劑蒸氣冷凝器處冷凝的水并且冷凝蒸氣穿過(guò)蒸氣壓縮機(jī)到閃蒸器中。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述再生器去除來(lái)自空氣/干燥劑除濕器的水。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括在流入所述再生器的稀釋干燥劑流和流出所述再生器的濃縮干燥劑流之間建立熱交換關(guān)系的步驟。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括以大于蒸發(fā)速率多于10倍的質(zhì)量流量使所述干燥劑在再生器中循環(huán)的步驟。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述干燥劑/空氣熱交換器以小于2000的雷諾數(shù)進(jìn)行操作。
全文摘要
提供一種液體干燥劑再生器系統(tǒng)(2)，其包括具有第一干燥劑入口(34)的干燥劑/空氣熱交換器(12)和干燥劑容器(16)。所述容器(16)具有第一干燥劑出口(32)、第二干燥劑出口(8)和第二干燥劑入口(6)。所述第一干燥劑入口(34)和所述第一干燥劑出口(32)可以與熱源(22)連接，所述第二干燥劑入口(6)引導(dǎo)容器(16)的稀釋干燥劑，并且所述第二干燥劑出口(8)將濃縮干燥劑導(dǎo)出所述容器(16)。所述第二干燥劑入口(6)和所述干燥劑出口(8)與用于將熱量施加給流入所述容器的稀釋干燥劑的干燥劑/干燥劑熱交換器(10)連接。此外還提供一種除濕方法。
文檔編號(hào)F24F3/14GK101014807SQ200580028959
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者G·阿薩夫 申請(qǐng)人:Agam能源系統(tǒng)有限公司