使用採用液體吸溼劑的分級式工藝的空氣調節方法與流程

2023-06-09 18:16:32 1

本發明涉及空氣調節、加溼以及除溼。

背景技術：

大多數現有的空氣調節系統的主要不足在於它們沒有能力去除高水平的溼度、例如與由(在美國是強制的)美國供暖、製冷以及空氣調節工程協會(ASHRAE)標準以及由於健康原因所要求的大量外部空氣相關的那些溼度。已經嘗試了許多除溼劑系統以便經濟地解決這個問題，但沒有一個獲得很高的市場佔有率。

在建築物中所使用的用於加熱和冷卻的能量包括超過30％的在美國所使用的總能量。該能量的大部分來自於化石燃料源，並且化石燃料的使用水平目前引起了很大的關注。特別是，空氣調節器幾乎完全是由電力提供能量，而大部分電力來自於化石燃料。空氣調節器所使用的電能也引起了很大的電力消耗高峰，該很大的電力消耗高峰要求很高水平的發電設備的昂貴的峰值發電容量。因此，它在空氣調節器在其使用電能或者由非電源或者非化石燃料源來提供能量更有效時可能是可取的。

使用壓縮機的空氣調節器只能從在潮溼的氣候中的空氣中去除的一小部分溼度。這導致提供過多的容量和很低的製冷溫度用於除溼並需要再加熱提供至建築物的空氣。所有這些因素都需要相當大的電力供應和能量消耗。美國能源部指出這可能等於60％的在空氣調節中所使用的能量。所供應的大量(全球大約31％)的初級能量產生廢熱，該廢熱可能被收集並用於很低溫度的能量使用、例如以下所描述的空氣調節器。

基於吸溼劑的除溼器和空氣調節器在過去75年中已經在許多場合上推向市場，但由於很多原因它們並沒有被很好地接受。首先，它們購買起來很昂貴而且通過使用它們所節省的任何能量節約都不足以收回對於大多數的建築物的業主和運營商而言在時間尺度上被認為是很經濟的資本成本。其次，一些液體吸溼劑系統易於允許將液體吸溼劑的液滴帶入到被調節的空間中，這是非常不期望的。

Albers等人的美國專利US5123481描述了空氣冷卻和除溼工藝。在在US5123481中，Albers等人在空氣流中使用區段和區隔件或熱交換器以將熱傳遞至在第二腔室中的空氣流，其中，水作為熱沉被蒸發。

還是Albers等人的美國專利US4982782、US5020335以及US5020588使用了熱連接區隔件和多個氣體流。

Lowenstein的美國專利US5351497使用低流速吸溼劑系統，該低流速吸溼劑系統既未使用湍流熱交換也未使用多個區段。

Hargis的US8268060B2公開了使用液體吸溼劑和壓縮機以及熱交換器的裝置。Hargis將吸溼劑流分成兩部分，兩部分中的只有一部分通過熱交換器。因此，Hargis使空氣流曝露在不同溫度下而不是不同相對溼度下的兩個(或者更多)吸溼劑級。Hargis還使用外部空氣流而不是從建築物排出更乾燥的排出空氣來再生吸溼劑。

Forkosh所持有美國專利US6487872、US6494053、US6575228和US6976365使用液體吸溼劑並通常使用壓縮機以提供熱沉和能量源。Forkosh在除溼器或者再生器中使用單個槽並且因此吸溼劑混合成單一濃度。因此由Forkosh所描述的「級」不能將吸溼劑分成不同濃度。

Albers和Yuan為使用壓縮機和液體吸溼劑的裝置申請了美國專利US2005/0109052A1。儘管該裝置具有不同的區段，但是它沒有布置成用於將在這些區段的每一個區段中進入和離開的熱分開。將熱從熱源(壓縮機)到傳熱傳質物質(吸溼劑)的熱傳遞發生在這些區段中的僅一個區段處，並且該方法的目的被闡述為在區段之間的吸溼劑中形成「溫度梯度」而不是濃度梯度。

需要有一種除溼和/或空氣調節裝置，其使得能夠使用更低溫度的再生熱源和不太冷的冷源。

技術實現要素：

在空氣調節器的一個實施例中，為100％外部空氣的空氣流通過在多個區段中與濃度逐步變化的液體吸溼劑接觸來進行溼度控制。在空氣比所需要的空氣溼度大時，它通過與在多個區段中的具有大的溼潤表面的介質上分配的濃縮液體吸溼劑接觸來除溼。在空氣比所需要的空氣溼度小時(在冬季模式中)，水添加到空氣調節器中的吸溼劑。供給到該裝置中的吸溼劑的濃度決定了供給到被調節空間的空氣的溼度大小。使冷卻流體通過熱交換器通過與冷卻的吸溼劑接觸來冷卻空氣。因此，在所有的季節中，空氣溼度和溫度可以通過給空氣調節器供應合適的加熱或冷卻流體以及合適的吸溼劑濃度來控制。

冷卻流體平行地供應到在空氣調節器的每個區段中的每個熱交換器，且以實質上相同的溫度使得離開吸溼劑以及因此來自所處理的空氣的熱傳遞最大。這使得在每個區段中的焓變最大，並使得能夠使用比在冷卻流體串聯供應到每個熱交換器時更低的來源溫度。正如將是很明顯的且在圖1中的溼度圖中可看出的，在每個區段中所需要的焓因為由於不等的潛熱負載而不同的負載而可以不同。更大的負載增加了在該區段中吸溼劑的溫度，並因此增大了通過熱交換器傳遞到在該區段中的冷卻流體的傳熱係數。同樣的觀點也適用於在吸溼劑再生器中的每個區段使用共同的加熱源的有效性。

所描述的設備和方法的某些有效性的有貢獻特徵是由濃度將吸溼劑分到多個區段中，其中，空氣首先由最稀釋的吸溼劑來處理。這將引起該區段的溫度上升。正如可在圖1的溼度圖上所看到的，在該區段中空氣除溼的量受限於吸溼劑的濃度和可通過冷卻流體所去除的熱量。空氣移動至下一區段，在那裡吸溼劑更濃縮並且空氣進一步地被乾燥直到達到允許的吸溼劑濃度和熱量去除。需要多個區段以獲得也就是說0.004含溼量的很低的空氣溼度，並且可獲得的含溼量受限於從再生器流動的吸溼劑的濃度(和因此與它接觸的空氣的相對溼度)。在再生器中或者在用於在冬季加熱和加溼空氣的設備中發生相反的過程。再生器的操作將在以下進行檢查，並且它將示出了由加熱流體的溫度所限制的吸溼劑的最大濃度。

上面提到的一些之前所提出的空氣調節器使用不允許產生全湍流(雷諾數至少為300，優選為500或更多)的熱傳遞區隔件或其它熱交換器，並因此限制在流體之間的熱傳遞率。當熱交換器用於目前的設備和方法中時，從而以所設計的速率泵送流體以引起湍流提供了很高的傳熱係數，並且因此使熱交換器的尺寸和成本最小。

所提出的方法通常可使用以合理的成本相對容易地獲得的元件而不是要求將使設備的成本很高的非常專用的元件。

涉及使用所提出方法的設備的性能的權利要求的意義在於，在使用相對高溫度的冷卻源時，其它方法不能在冷卻的供應空氣中獲得如此低的溼度條件。例如，可以認為的是能夠採用在62華氏度(17℃)的冷卻液體在常規的空氣調節器可能要求在50華氏度(10℃)或者以下、即在冷卻器系統中典型的是43華氏度(6℃)的冷卻流體的條件下運行本發明設備的實施例。同樣地，涉及再生器的性能的權利要求的意義在於，其它的方法在使用相對低溫度的加熱源時不能獲得如此濃縮的吸溼劑溶液。獲得這些高性能的方法可通過參考圖1的溼度圖來展示。

所提出的方法使得能夠在使用溫度相當地接近於供給空氣(例如比9華氏度(5℃)更冷)的冷卻流體時將供應到所調節的空間的具有接近於空氣的平衡水平的相對溼度的空氣流與濃縮的液體吸溼劑接觸。

該方法還使得液體吸溼劑能夠通過空氣流再濃縮，與要求大且昂貴的設備或高溫以獲得相同結果的大多數其它方法相比，該空氣流在環境溫度溫度以上(例如比30華氏度(17℃)更熱)被最低限度地加熱。

在一個實施例中，提供簡單的控制裝置用於控制吸溼劑的濃度。

所提出的方法還允許通過稀釋的吸溼劑在冬季模式中加溼供應空氣。稀釋吸溼劑增加了它的容積且因此將需要在一個或多個吸溼劑槽裡提供過多的容積。然而，在許多實施例中，不希望在設備中具有大的槽或者吸溼劑的容積並因此可設置單獨的便宜的存儲器。這有三個目的：1.能夠適應吸溼劑容積的變化；2.濃縮的吸溼劑和稀釋的吸溼劑在單個容器或者多個容器中分開；3.存儲吸溼劑使得空氣調節器在不能獲得加熱源時可運行一段時間(只要運行泵和風扇的輔助電源仍然可用)。

在一個實施例中，吸溼劑的濃度在要求或者需要時適當的增加可通過再生器完成，所述再生器構造成類似於空氣調節器但是用於從吸溼劑蒸發水。再生器使用空氣流以再濃縮吸溼劑，其中空氣優選地取自所調節的空間或者比外部空氣更乾燥的其它來源。由於建築物排出空氣因為由於洩漏的損失和例如空氣不能從其經濟地收集的浴室中的排氣扇通常在體積上比供應空氣小，再生器可設計成使得它可通過施加更多的熱量以從吸溼劑中去除所需要的水分的質量來使用比空氣調節器的空氣流更低的流。建築物排出空氣在再生器中通過使用通過熱交換器以回收廢熱的加熱流體(例如排出空氣)來首先加熱。空氣接著在每一級通過與在每一級處的熱交換器中所加熱的吸溼劑接觸來加熱空氣，因此降低了排出空氣的相對溼度，並且使得它能夠以逐步方式通過在每一步驟處的相對溼度逐漸降低的空氣來從吸溼劑中蒸發水。所獲得的吸溼劑的最大濃度與空氣的最小相對溼度直接相關，並且吸溼劑的平衡相對溼度應該在空氣的相對溼度的2至5％內，並且在優選的實施例中是在空氣的相對溼度的2％以內。一旦被再濃縮，液體吸溼劑在空氣調節器中被再使用以從外部空氣中去除水分。在冬季，離開建築物的空氣中一些能量和水分在再生器中使用吸溼劑吸收熱量和溼度來回收，熱量和溼度接著在空氣調節器中再使用以添加到進來的空氣中。

在一個實施例中，空氣調節器和再生器在結構上是模塊化的，並且在空氣調節器和再生器中的模塊可以是相同的或類似的，但是具有可變的尺寸以適應在每個裝置中的空氣流。包括區段的模塊和所容納的吸溼劑墊的數量可變化成適應氣候和構造整個設備所要求的操作要求。在空氣調節器中具有更多的模塊使得空氣的相對溼度能夠更緊密地匹配供應至空氣調節器的吸溼劑的相對溼度。在再生器中具有更多的模塊使得通過液體吸溼劑所獲得的相對溼度能夠更緊密地接近用於再生的空氣的最小相對溼度。

完整的空氣調節器的實施例包括一系統，該系統包括:空氣調節器；吸溼劑再生器；可選擇地，在以加溼模式操作時具有備用容量以容納添加至系統的水的容積的吸溼劑存儲裝置；以及在系統使用時將系統填充至所需要的水平的足夠的液體吸溼劑。

在設備的外部，該系統的該實施例還包括:在冷卻季節中冷卻流體以從系統去除顯能和潛能的源；在加熱季節中加熱流體以加熱和加溼外部空氣的源；加熱流體以從吸溼劑中蒸發水分的源；驅動泵和風扇並操作控制器的電能或者其它的原動力的供給；以及被處理以去除大部分鹽以在需要時提供加溼的水源。

在一個實施例中，提供了冷卻和除溼外部空氣流的方法，所述方法包括:使空氣流在至少兩級的每一級中與液體吸溼劑吸收器相接觸；使用在每一級由共同的冷卻流體所供應的外部冷卻源在吸收器外部將用於每一所述級的吸溼劑冷卻；使吸溼劑在上述級之間相對於空氣流的流動逆流流動，使得空氣的溼度在每個步驟處通過與吸溼劑的接觸而減少，並且在每一級中的濃度明顯地高於在之前的級中的吸溼劑的濃度。

在一實施例中，提供了加熱和加溼外部空氣流的方法，所述方法包括:使空氣流在至少兩個不同的接觸級與稀釋的液體吸溼劑蒸發器接觸；在每個所述級期間，在每一級處在蒸發器外部使用共同的外部加熱源加熱吸溼劑；使得吸溼劑在上述級之間相對於空氣流的流動逆流流動，從而使得空氣的溼度在每個步驟處通過與稀釋的吸溼劑接觸而增大。

在一實施例中，提供了再濃縮液體吸溼劑的方法，所述方法包括:使空氣流在至少兩個級的每一個級與液體吸溼劑蒸發器接觸；在每一級處使用由共同的加熱流體所供應的外部加熱源在吸收器外部加熱在每個所述級的吸溼劑；並使得吸溼劑在所述級之間相對於空氣的流動逆流流動，從而使得在每一級處的吸溼劑的濃度明顯地高於在其它級中的吸溼劑的濃度。

在一個實施例中，提供一種用於在強制通過設備的空氣流、外部能量流體源以及液體吸溼劑流之間進行熱量和水分交換的設備，該設備包括:基本相同的至少兩個單獨的但是連接的模塊，每個模塊包括:用於使液體吸溼劑與空氣接觸的吸收器/蒸發器，用於在吸收器/蒸發器上分配液體吸溼劑的液體吸溼劑分配器、在吸收器/蒸發器外部以通過來自外部能量流體源的流體冷卻/加熱液體吸溼劑的熱交換器、在吸收器/蒸發器和熱交換器之間可操作地再循環液體吸溼劑的泵；引導空氣流通過吸收器/蒸發器的外殼；以及在吸收器/蒸發器下方以收集在吸收器/蒸發器上所分配的液體吸溼劑的槽。

附圖說明

所公開的實施例的以上的和其它的方面、特徵和優點從連同以下附圖所提供的它們的實施例的以下更詳細的描述將更為明顯。在附圖中：

圖1是溼度圖；

圖2是空氣調節裝置的示意性側正視圖；

圖3是吸溼劑再生裝置的示意性側正視圖；

圖4是圖2或圖3的裝置的一個區段的平面圖；

圖5和圖6是類似於圖3和圖4的可替代的實施例的視圖；

圖7是吸溼劑存儲器的示意性側正視圖；以及

圖8是可替代方式的吸溼劑存儲器的示意性側正視圖。

具體實施方式

通過參考示例性實施例的以下詳細描述以及附圖將更好地理解本發明的方法和裝置的各種特徵和優點。儘管這些附圖描述了所設想的方法和裝置的實施例，但是對於那些本領域的普通技術人員明顯的是，它們不應當解釋為排除了可替代的或等效的實施例。

參見附圖且最初參見圖2和圖3，大體上通過附圖標記1所標示且稱之為「裝置1」的第一裝置用於調節進入空氣流3。在夏季，裝置1可用於冷卻和除溼進入空氣流。在冬季，裝置1可用於加熱和加溼進入空氣流。大體上通過附圖標記2所標示的且稱之為「裝置2」的第二裝置用於通過使用空氣流4來濃縮液體吸溼劑。每個裝置的結構是模塊化的，其中，一個模塊54、55、56、58、59或者60包括空氣外殼20，所述空氣外殼具有共同組成一個區段的介質墊21、吸溼劑分配器23和吸溼劑盆或者槽30，加上形成模塊的熱交換器22和泵24。在圖2和圖3中所示的裝置1和2具有更詳細地示出的三個模塊。裝置1按照空氣流方向的順序包括第一模塊54、中間模塊55以及最後模塊56。裝置2按照空氣流的方向的順序包括第一模塊58、中間模塊59以及最後模塊60。獨立於另一個的任一裝置可不具有中間模塊55、59或者具有超過一個中間模塊，因此在每個裝置1和裝置2中可能總計只有兩個模塊或者可能總計具有超過三個模塊。在模塊之間的吸溼劑流動可通過在圖2中所示的管27實現。管27在相鄰的模塊的槽30之間提供節流。對於管27可替換地是，在模塊之間的吸溼劑流可通過其它方式、例如正如在圖3中所示的從吸溼劑泵24至下一個區段的側流來獲得，其中，在每個區段中吸溼劑水平通過裝置28來控制，如果在其製造中所使用的材料、例如大多數塑料是耐吸溼劑的時，該裝置可類似於馬桶浮子閥。

現在參考圖5和圖6，該設備的另一個實施例除了以下所描述的之外與在圖3和圖4中所示的是一樣的。相同元件使用相同附圖標記，並且為了簡化不重複描述這些組件。在圖5和圖6所示的設備中，在熱交換器22的出口處取得饋送到下一個區段的側流並且經由在圖5中所示的單個管傳送至上遊墊21的尾側。正如之前所描述的，在每個區段中的浮子28感測槽30中的液體水平，並且操作閥29，所述閥控制在單個管中進入到那個區段的流量。在將來自同一區段中的泵24的吸溼劑分配到墊墊21上的吸溼劑分配器23中的噴嘴可布置成不延伸到墊21的來自相鄰區段的側流所供應到的尾側。因此，在空氣調節器(裝置1)中更濃縮的吸溼劑在它與更少濃縮的吸溼劑在鄰近區段中混合之前用於對空氣除溼。正如墊21上的在圖5和6中的分開線所示的，可通過將墊21分成兩個部分(主要部分和尾側部)以在更強的吸溼劑到達槽30之前避免任何稀釋而獲得在性能上的進一步的改進。

圖7示出了包括容器40的單個容器存儲器。中等密度浮子41減少攪拌並且用於將更濃縮的吸溼劑與更稀的吸溼劑中分開。在液體本體表面上的浮子42允許將傳送至存儲器的稀釋的吸溼劑9處於液體本體的頂部並且允許通過泵43從存儲器取走的稀釋的吸溼劑10處於液體本體的頂部。柔性管49允許浮子42在不受限制的情況下升高和下降。管將濃縮的吸溼劑11傳送至存儲器的底部。泵44從容器的底部以流8取走濃縮的吸溼劑。附接至中等密度浮子41的可選擇的校準杆47指示在容器中的濃縮的吸溼劑的量。

圖8示出了將在一個容器中的稀釋的吸溼劑與在另一個容器中的濃縮的吸溼劑更完全地分開的兩個容器存儲器，並且兩個容器存儲器包括如在圖7中所示的相同的元件並還包括將稀釋的吸溼劑容器與濃縮的吸溼劑容器連接的管45。管45連接至稀釋的吸溼劑容器的底部並且通過柔性管49附接至在濃縮的吸溼劑容器中的中等密度浮子41，並且如圖所示穿過中等密度浮子41的頂部開口，使得稀釋的吸溼劑如果需要能夠流至濃縮的吸溼劑容器而只在浮子41之上。相反地，只有比由浮子41的密度所設定的閾值更稀的吸溼劑可回流至稀釋的吸溼劑容器，因為當在該容器中所有的吸溼劑被濃縮時，浮子41將上升至在濃縮的吸溼劑容器中液體的頂部。

因此，不管是單個存儲器還是兩個存儲器或者其它類似的實施例可用於分別從裝置1或者2接收流9或者11，並且可分別將流8或者10返回至裝置1或者2。通過這種方式，如果在存儲器中可獲得充分濃縮或者足夠稀釋的吸溼劑時，裝置1和2二者中的任何一者均可獨立地運行一段時間。

圖1以溼度圖示出了溫度和溼度變化的示例，該溫度和溼度變化是由於在空氣流3和4中在冷卻季節操作模式中對用於每個具有四個區段的裝置進行高除溼而發生。絕熱除溼和可感測的冷卻線說明了整個聚集過程並且不旨在更精確地模擬該過程。

如在圖2中所示，在裝置1中，由風扇或者其它空氣運動裝置34所引起的外界空氣流3從空氣入口25首先流經通過冷凝從空氣流3中部分除溼的可選擇的冷卻盤管36，並且接著流經以氣密方式連接在一起的每一個包括設備的區段的許多模塊而流到可選擇地包括除霧器26的出口39。最接近入口25的區段此處稱之為區段1並且在圖2中如在模塊54中示出。空氣運動裝置可位於裝置中任何方便且有效的位置或者在任一端處連接至裝置並使空氣流3離開裝置到所調節的空間。所述裝置的每個模塊包括允許空氣在沒有過度的阻力(每個墊最大大約0.1英寸水位計或者25帕斯卡)的情況下通過的介質墊21。每個墊由分配裝置23通過由泵24從盆30經由熱交換器22泵送至墊21的吸溼劑均勻地溼潤，所述熱交換器根據供應空氣流3所需要的溫度、即該設備是在冷卻模式還是在加熱模式來冷卻或者加熱吸溼劑。在優選的實施例中，來自泵24的流7應當連同用於在所述裝置中所用的熱交換器22的性能數據以及下一級的大體的標線一起確定。

冷卻流體5從外部源51供應到裝置1並且可經由流6返回至該外部源用於再冷卻或者一些其它的目的。流到可選擇的盤管36的冷卻流體可來自同一源並且可在流動至熱交換器之後並行或者連續地流動。在優選實施例中，熱交換器22是由耐吸溼劑的材料製成的板式熱交換器，但是不同於板式熱交換器的其它裝置也可用於冷卻吸溼劑。例如，當所述設備連同作為冷源51的熱泵一起使用時，使用地熱迴路或者其它形式的熱交換器，用於冷卻劑或者吸附流體。用於進入熱交換器的流體5的典型冷卻源可例如為地熱迴路、來自冷卻器的返回冷卻水流、或者來自壓縮機的冷卻製冷劑，也就是說只要源流體比所需要的流動到所調節的空間的供應空氣流3要冷9華氏溫度(5℃)。

流動通過裝置1的吸溼劑流由在區段1中去除泵24的輸出的一部分的流9引起。吸溼劑流9引起在裝置1中的吸溼劑的水平下降。當在裝置1的水平降低至預設水平時，浮子開關或者多個開關28啟動吸溼劑流8流動到所述裝置1中到在圖2中所示的作為模塊56的距區段1最遠的區段中。正如以上在圖5和圖6中已經描述的，濃縮的吸溼劑8能夠可選擇地傳送至在模塊56中的墊的尾側。吸溼劑接著經由管27或者通過來自每個泵24的部分流或者以上所描述的其它可替代的方式流經所述裝置到如上所述的每個區段，所述泵24通過在相鄰區段中的水平調節器28控制。離開第一區段(模塊54)的流9的流率由機構37和閥48來確定，所述機構和閥測量和控制吸溼劑濃度並增加或者減少流，使得吸溼劑的稀釋適用於再生器(裝置2)。另外使用機構37，通過閥48的所需要的流可由通過所述裝置1的空氣流3的溼度變化來計算。

在裝置2的優選實施例中，當空氣流4遠離空氣流3的入口排放到大氣中時，由風扇或者其它空氣運動裝置32引起的空氣流4從空氣進口29流經以氣密方式連接在一起的多個模塊化區段到出口33。空氣運動裝置可位於所述裝置中的任何方便且有效的位置處或者在任一端處連接至所述裝置，使得引起空氣流4流經所述裝置。在大多數應用中，空氣流4將取自建築物排出空氣，因為這是具有可獲得的最低含溼量的空氣並且因此將更好地濃縮吸溼劑。空氣流4可利用離開所述裝置2的空氣流4的顯熱藉助於熱回收盤管或者空氣對空氣的板式熱交換器(此處未示出並且其是標準的HVAC實施方式)可選擇地預加熱。

當可選擇的產品26和36被省略時，所述裝置2與所述裝置1大體上相同。在所述裝置2中的區段的操作與所述裝置1大體上相同，除了在所述裝置1中液體吸溼劑在空氣上的作用通常是冷卻和除溼，而在所述裝置2中其作用是加熱和加溼空氣從而再濃縮液體吸溼劑。

在所述裝置1和裝置2中，泵24引起液體吸溼劑7以一定的水平表面積速率即1.5至2加侖每分鐘每平方英尺的速率(60-80升每分鐘每平方米)在介質墊上流動。對於大約6英尺(2米)每秒的水平空氣流3和4的速率而言，這是令人滿意的流率。如果要求更高的空氣流速率但是仍然小於10英尺(3米)每秒，接著液體流率7可不得不減小以防止形成可能轉移到空氣流裡的吸溼劑液滴。為了最佳性能，空氣流速度應該儘可能均勻地跨過墊的端面以防止局部地轉移。吸溼劑在介質墊21的頂部上的分配應該是均勻的，並且這可通過分配器23起作用，所述分配器由具有以一定間隔分布的孔的管排構成，使得具有橫跨介質墊水平表面均勻地間隔的20至30孔每平方英尺(200-300每平方米)。該裝置23在圖4中所示用於單個區段，但是也可使用將液體吸溼劑均勻地分配到墊23上的其它機構。

在裝置1或裝置2任一個中的介質墊21的材料是耐吸溼劑的且墊在可它們所使用的溫度下保持不變形的材料。該介質可能是可蒸發冷卻器介質、例如那些由瑞典的Kista的Munters AB以商標CELDEK售賣的那些介質，或者該介質的更高溫度的版本、例如由Munters AB以商標GLASDEK售賣的那些介質，以及在化工塔中在所需要的地方所使用的那些介質、例如由加利福尼亞的Agoura Hills的Lantec產品公司銷售的那些介質。

如在圖3中所示，在所述裝置2中的熱交換器接收加熱流體15的流，加熱流體的流以相同的方式將在每個區段中將液體吸溼劑加熱成用於所述裝置1和流5的所描述的液體吸溼劑。加熱流體可經由流16返回至外部加熱源52，用於再加熱或者一些其它目的。

與大多數HVAC裝置的優異的實施方式一樣，所述區段外殼20和熱交換器22的外表面應當是絕熱的，以減少到大氣中熱損失。該絕熱可以是常規的，並且為了簡化和清楚而不進一步地說明或者描述。

液體吸溼劑可以是當與空氣流接觸時能夠產生較低的相對溼度的溴化鋰或者氯化鋰或者二者或其它液體吸溼劑的混合物的濃縮水溶液。使用溴化鋰能夠比氯化鋰在空氣流3中獲得更低的相對溼度，儘管每一種在平衡時可形成在空氣中的12％相對溼度。液體吸溼劑必須適於從空氣流3中去除水分以達到用於具體應用的所期望的水平。也可以是其它的液體吸溼劑、例如氯化鈣，但一些其它液體吸溼劑的具有毒性和/或溫度和溼度範圍不足的缺點。作為優選的吸溼劑被選定的鋰鹽溶液在正常濃度下/溫度範圍內不凝固並且對包括嚴重急性呼吸綜合症(SARS)病毒的所有測試的細菌和病毒具有有利的殺菌作用。所述裝置1還用作空氣淨化裝置，用於淨化可繞過正常的空氣過濾器的細顆粒、花粉和芽胞。從空氣去除的材料被衝刷到吸溼劑中並且在從泵24到熱交換器22的再循環管線(流7)中由盒式過濾器31收集。

在整個設備的優選實施例中，來自裝置2的濃縮的吸溼劑流11流動到如圖7中所示的存儲器，當需要時它作為流8從存儲器被泵送至所述裝置1。來自裝置1的吸溼劑流9流動至存儲裝置的不同部分並且在需要時作為流10被泵送到裝置2中。如所描述的，在夏季操作時，裝置1作為除溼器，並且裝置2作為再生器，來自裝置1的流9是稀釋吸溼劑溶液，並被傳送至存儲器頂部。來自裝置2的流11是濃縮吸溼劑溶液，並且被傳送至存儲器的底部。至裝置1的流8是濃縮吸溼劑溶液，並且從存儲器的底部提取。至裝置2的流10是稀釋吸溼劑溶液，並從存儲器的頂部提取。在冬季，當裝置1作為加溼器時，將通常沒有流9，因為作為流12被添加的所有水將蒸發到空氣流3中並且因此在需要時流到被調節的空間中。裝置2可在冬季用作焓回收裝置，在這種情況下，流11被切換成作為流13直接到裝置1，並且流9作為流10直接到裝置2。該切換在改變操作模式時由標準程序通過使管道T閥啟動來獲得並且此處未示出。

更濃縮的吸溼劑與在吸溼劑存儲器中的稀釋的吸溼劑保持分開。然而，在可替代方案實施例中，如果在每個裝置的每個區段的槽30中如所需要將吸溼劑保持最小工作水平和最大工作水平以保持吸溼劑流動通過熱交換器22並且流動在每個區段中的墊21上流動時，吸溼劑存儲器是可省略的且吸溼劑流9可作為流10直接地流到到裝置2並且吸溼劑流11作為流8可直接流到裝置1。

增大或者減少流11經由傳感器35或者通過計算進入和離開裝置2的空氣流4的溼度的差值來控制來自裝置2的吸溼劑濃度。在該傳感器35的一個實施例中，在裝置2的區段1中濃縮的吸溼劑的一部分從墊21流到溢流到槽30裡的小盆中。因此，在傳感器盆中的吸溼劑是由裝置2所形成的大部分的濃縮的吸溼劑的樣品。傳感器35包含一機構、例如連接至被校準以讀取具體的重力和因此讀取吸溼劑的濃度的壓力感測裝置的浮子。閥50採用傳感器35或者通過計算來操作，以將吸溼劑的濃度保持在與在空氣流3中所需要的相對溼度和加熱源15的溫度一致的水平。

在裝置1中，類似的傳感器37或者所描述的計算方式與閥48一起使用以確保吸溼劑流9已被充分地稀釋，因為到存儲器和到裝置2中的吸溼劑流應當被稀釋，用於再生器的合適且經濟的操作。

該設備功能如下:

在冷卻/除溼模式中，該模式限定為在空氣流3需要通過裝置1進行除溼時，熱源流體5是冷的，並且在系統處於操作中、即泵和空氣運動裝置發揮如上所述的作用時，空氣流3被冷卻並且通過與可選擇的冷卻盤管36接觸而部分除溼，接著由通過裝置1的吸溼劑模塊54、55和56的通道除溼和冷卻並且流動至它需要的調節空間的產品中。吸溼劑流8將通常需要被濃縮，從而用於裝置1以同時冷卻空氣並從空氣中除溼。該過程在如上所述的區段中逐步稀釋吸溼劑並且稀釋的吸溼劑經由流9離開裝置1。

裝置2經由流10接收來自存儲器或者直接地來自裝置1的稀釋的吸溼劑，所述流10流到裝置2的最接近於在圖3中所示的空氣流出口33的、作為模塊60的一部分的區段中。吸溼劑通過重力流過連接管27或者通過來自用於裝置1的在如所描述的相鄰區段中的泵24的部分流來流動。當吸溼劑到達區段1(作為模塊58示出)時，濃縮的吸溼劑的部分流11通過泵24泵送至存儲裝置或者直接地泵送至裝置1，並且通過傳感器35或者計算以及通過閥50來控制。

在每個裝置的每個區段中的空氣中的溫度和溼度的變化在圖1用溼度圖表示，其中對於一個示例而言，每個裝置包括四個區段。在裝置1的區段1中，外部空氣流3通過已冷卻的吸溼劑經歷兩個過程(隔熱除溼和冷卻)的組合。在圖1中的用於每個區段的兩個線(由以等焓的對角線來表示的絕熱除溼，以及由以固定溼度的水平線所表示的冷卻)分別示出了兩個過程，雖然在吸溼劑由泵24以一定的速率泵送時它們或多或少同時發生，該一定的速率是吸溼劑流到下一個區段的速率的若干倍。

空氣流的除溼和冷卻的量受限於在該區段的吸溼劑的蒸氣壓力(其是它濃度的函數)以及經由在該模塊中的熱交換器22所傳遞的到吸溼劑的熱量的量。在區段1中與空氣接觸的吸溼劑已經通過其它區段並且因此被相對地稀釋，但是在區段之間吸溼劑的流率是這樣的，即吸溼劑充分地濃縮以去除空氣流3的一小部分水分。空氣進入區段2並以相同的方式由比在區段1中的吸溼劑更濃縮的進入區段2的吸溼劑來處理。

在圖1中，示出了四個區段以將外部空氣3由95華氏度(35℃)和0.025含溼量(HR＝每空氣品質的水分質量)處理到處於65華氏度(18℃)和0.004HR的空氣流3中的供給條件。在該示例中的冷卻流體5是大於60華氏度(15.5℃)並且橫跨熱交換器具有大約5華氏度(3℃)的溫度差。進來的吸溼劑流8應當被充分地濃縮以形成供給空氣流3所需要的相對溼度。在設計設備時，必須確保冷卻流體5的溫度和在裝置1中的熱交換器22的尺寸足以從外部空氣流3中去除最大量的焓，以達到供給空氣流所需要的條件。

在裝置2中吸溼劑的再濃縮也在圖1中用溼度圖的更高溫度的部分示出。空氣流4如之前所描述的可選擇地預加熱並且接著進入裝置2的區段1，在那裡它被除溼以濃縮已經通過交換器22加熱的吸溼劑。用於加熱的水平線和用於絕熱加溼的等焓線在圖1中表示它，儘管兩個過程實際上或多或少同時發生。空氣接著在空氣流方向下遊通過如在圖3中所示的作為模塊59的裝置2的區段2，其中，空氣進一步地加熱並且吸溼劑通過蒸發到空氣中來濃縮。

在圖1中示出了用於裝置1和2的每一個的四個區段，其中，空氣以數字表示的順序(區段1、接著區段2、接著區段3、接著區段4，對應的在圖2中為模塊54、55、55、56以及在圖3中為模塊58、59、59、60)通過它們。吸溼劑正如已經描述的以與空氣相反的方向流動。根據正如更早描述的操作條件可具有兩個區段或者更多區段。如果更稀釋的吸溼劑足夠用於所需要的最大除溼，接著則需要更少的區段，而對於非常濃縮的吸溼劑而言，將需要更多的區段。用於在每個區段中的熱交換器22中的加熱吸溼劑的加熱流體15的溫度也影響所需要的區段數量。所描述的多區段工藝的主要的優點在於使用相對低的溫度的能力，該相對低的溫度容易從低成本熱源、例如廢熱、太陽能加熱水以及可從冷卻器獲得的熱水獲得，所有這些均以大約130至140華氏度(54至60℃)可便宜地獲得。

在冬季模式中的在建築物控制要求加熱進入的空氣時的操作不需要涉及使用裝置2以改變吸溼劑濃度，儘管裝置2可用於回收來自建築物排出空氣的熱量和溼氣。在冬季，進入的空氣具有很低的溼度並且因此希望加溼，這可通過流到裝置1中的水12來實現。這在最後一個區段中(在模塊56中)將吸溼劑稀釋到它使空氣流3加溼的點。由於水在這些情況下從已稀釋的吸溼劑中蒸發，水流12將根據需要通過在模塊56中的水平傳感器28操作以維持已稀釋的吸溼劑的水平。在裝置1的區段1中的吸溼劑儘管部分地被稀釋但是作為殺菌劑將仍然保持足夠地活性。標準水處理設備(未示出)被用在必須處理水流12的地方以去除可能影響吸溼劑的作用或者引起殘餘物堆積的雜質。

在冬季模式中使用裝置2的熱量和溼度回收可通過使用裝置2和裝置1的區段1作為焓運行循環迴路的兩個部分來實現。因此，裝置2在夏季模式中但是在沒有由其是關閉的流15中添加熱量的情況下操作。吸溼劑流10在夏季模式中時進入，並且吸溼劑從來自建築物的排出空氣中拾取熱量和水分。吸溼劑流11離開裝置2並且閥50完全打開。與夏季模式操作的不同之處在於流11作為流13按照規定路線發送到裝置1的區段1中、泵送到墊21上並用於預加熱和預加溼室外的空氣流3。

在夏季和冬季模式之間的切換如同以上並且通過將裝置1中的流從吸溼劑(流8)改變成水(流12)來獲得，並且反向切換涉及變回吸溼劑以及也再啟動裝置2。在激活冬季模式並且吸溼劑已經稀被釋之後，流11切換到與流13連接而不是到存儲裝置。

在裝置1或者2的任一者中，當使用重力饋送管27時，吸溼劑水平可根據可位於一個或多個盆30中的方便的位置處的水平傳感器28通過打開或關閉吸溼劑進流8或者10來控制。可通過打開泵43或者44或者可替換地在具有足夠的壓力以引起流10或者8時通過打開流量閥(未示出)而代替泵來獲得流動的啟動。

在任一裝置中，在所泵送的吸溼劑流用在區段之間時，水平控制器28是浮子致動控制閥，其除了在最後一個區段28中控制在存儲器中的泵43或44之外還用於直接控制吸溼劑的流入。

可以看出的是，本領域的技術人員能夠構造和運行以上所描述的設備，以獲得空氣流的冷卻或加熱和除溼或加溼，從而在建築物中提供受控制的條件。

在前面所寫的描述使得普通技術人員能夠獲得和使用目前被認為它的最好的模式的情況，那些普通的技術人員將理解和領會到此處的具體實施例、方法和示例所存在的變化、組合以及等同方式。因此，本發明不限於以上所描述的實施例、方法和示例，而是拓展到在本發明範圍和精神內的所有實施例和方法。

因此，當為了說明本發明的範圍時，應當參考所附的權利要求而不是前述的說明書。本發明的多個方面包括所附權利要求的任何兩個或多個特徵的組合。