除溼器和除溼方法
2023-07-20 00:29:46 1
專利名稱：除溼器和除溼方法
技術領域：
本申請涉及除溼器，並且特別地涉及乾燥用的除溼器。
背景技術：
在最近的幾十年中，冷卻和除溼在建築物和工業中的利用率具有顯著的增加。許多研究人員集中在研究利用再生能源和廢熱源的冷卻循環的改進上。可替代地，已經引入旋轉乾燥輪(rotary desiccant wheel)用於對提供的空氣除溼，以部分地移去潛在的熱負荷。
圖1(現有技術)示出了設計用於商業建築的乾燥系統的典型實例。在處理側，DW從處理空氣(process air)中吸收溼氣，從而導致對室外空氣的除溼和加熱。RR降低了處理空氣的溫度。離開RR的冷卻且乾燥的處理空氣通過蒸發冷卻器(evaporative cooler)EC1,蒸發冷卻器將溼氣增加到所述空氣並將其溫度進一步降低以提供用於調節空氣的室內設計狀態。來自於被調節空間的熱風在其返迴路徑上通過EC2、RR、電熱器和DW，從而形成DCS操作的再生側(regeneration side)。來自被調節空間的空氣的溫度與溼度一起通過EC2降低。在RR中的熱傳遞產生熱的並且溼的再生氣體，RR對EC2的產物操作。從RR排出的熱空氣在加熱器中被進一步加熱，以受控方式提供TR。通過進一步的吸溼，即增溼作用，以在操作周期的終點形成溼且被冷卻了的空氣，熱且乾燥的空氣被用於旋轉DW的再生。然而，旋轉乾燥輪的維護成本比較高。
發明內容
本申請公開了一種用於大氣溼空氣的除溼的除溼器，該除溼器使用低溫餘熱(waste heat)驅動處理除去室外空氣的溼氣。熱被供給到除溼器用於乾燥劑的再生，所述乾燥劑可用於在批次操作處理中執行除溼。除溼器的節能能夠高達常規蒸汽壓縮除溼器的25%。所公開的除溼器幾乎不使用運動部件。其包括多個乾燥劑床，所述乾燥劑床允許提供空氣的水分含量的降低。假如低級熱能源可用，這導致節約大量的電能。在電能價格較高的地方，以及在潛熱百分比較高的地方或者在所需的空氣露點是低的乾燥劑除溼的地方，所公開的除溼器特別有效。根據第一示例性方面，提供了一種除溼器，構造用於在第一操作構造和第二操作構造之間交替循環，該除溼器包括:第一乾燥床，所述第一乾燥床構造用於執行所述第一操作構造中的吸附以及用於執行所述第二操作構造中的解吸附；和第二乾燥床，所述第二乾燥床構造用於執行所述第一操作構造中的解吸附以及用於執行所述第二操作構造中的吸附。除溼器可進一步包括流入通道和流出通道，其中第一乾燥床被布置在第一流動通道中，所述第一流動通道位於所述流入通道和所述流出通道之間，並且其中所述第二乾燥床被布置在第二流動通道中，所述第二流動通道位於所述流入通道和所述流出通道之間。第一乾燥床和第二乾燥床每個均可包括熱交換盤管(heat exchange coil),所述熱交換盤管構造用於允許流體從中通過。所述除溼器可進一步包括冷卻水供給源，所述冷卻水供給源構造用於在所述第一操作構造中將冷卻流體提供到所述第一乾燥床的熱交換盤管，以及用於在所述第二操作構造中將冷卻流體提供到所述第二乾燥床的熱交換盤管。所述除溼器可進一步包括熱流體供給源，所述熱流體供給源構造用於在所述第一操作構造中將熱流體提供到所述第二乾燥床的熱交換盤管以及在所述第二操作構造中將熱流體提供到所述第一乾燥床的熱交換盤管。第一乾燥床和第二乾燥床每個均可包括在「Z」構型中布置的多個吸附劑餅。每個吸附劑餅包括熱交換盤管的布置在兩片金屬網之間的一部分，並且其中熱交換盤管的限定在兩片金屬網之間的所述部分周圍的空隙的空間被填充矽膠。除溼器可進一步包括設置在第一乾燥床和流出通道之間的第一附加熱交換盤管，並且進一步包括設置在第二乾燥床和流出通道之間的第二附加熱交換盤管。第一附加熱交換盤管可以構造用於在第一操作構造中使冷卻流體從中通過和用於在第二操作構造中使熱流體從中通過，並且其中第二附加熱交換盤管構造用於在第一操作構造中使熱流體從中通過和用於在第二操作構造中使冷卻流體從中通過。除溼器可進一步包括另外的熱交換盤管，所述另外的熱交換盤管設置在流出通道中用於冷卻通過流出通道被引導到空氣處理單元的空氣。第一流動通道和第二流動通道可在流出通道的上遊端處為開放地流體連通。根據第二示例性方面，提供了除溼方法，所述方法包括:(a)所述除溼器的第一乾燥床作為吸附床執行吸附並且所述除溼器的第二乾燥床作為解吸附床執行解吸附；(b)所述第二乾燥床作為所述吸附床執行吸附並且所述第一乾燥床作為所述解吸附床執行解吸附；並且(C)從步驟(a)重複所述方法。第一乾燥床執行吸附作用可包括將進入的空氣從流入通道引導到容納第一乾燥床的第一流動通道中，並且第二乾燥床執行吸附作用可包括將進入的空氣從流入通道引導到容納第二乾燥床的第二流動通道中。第一乾燥床執行吸附可包括使冷卻流體通過第一乾燥床的熱交換盤管，第二乾燥床執行解吸附可包括使熱流體通過第二乾燥床的熱交換盤管，第二乾燥床執行吸附可包括使冷卻流體通過第二乾燥床的熱交換盤管，第一乾燥床執行解吸附可包括使熱流體通過第一乾燥床的熱交換盤管。該方法可進一步包括將已通過所述吸附床的空氣在所述空氣被引導到空氣處理單元之前附加冷卻。該方法可進一步包括將已通過吸附床的空氣在所述空氣被引導到解吸附床之前附加加熱。附圖簡述現在將參考附圖描述優選實施方式，其中:圖1(現有技術)是乾燥輪除溼器的示意性管路和裝置圖及其運行曲線(operational curve)；圖2是除溼器的示例性實施方式的示意性側向截面圖；圖3是圖2的除溼器的示意性透視圖；圖4是圖2的除溼器的示意性管路和裝置圖5(a) ,5(b)和5 (c)分別是吸附劑餅的示意性側視圖、頂視圖和透視圖；圖6是圖2的除溼器的乾燥床的示例性構造的示意性透視圖，該乾燥床包括多個圖5中的吸附劑餅；圖7是圖2的除溼器中的氣流的含溼量(humidity ratio)的曲線圖；圖8是基於心理測量圖表(psychometric chart)的除溼處理的曲線圖；圖9是圖2的除溼器兩側上的相對溼度分布曲線圖；圖10是圖2的除溼器的流出空氣的溫度分布的曲線圖；圖11是示例性除溼方法的流程圖；圖12是除溼器的可替代的示例性實施方式；和圖13是除溼器的另一可替代的示例性實施方式。具體的優選實施方式下面將參考圖2至圖13描述除溼器10和除溼方法100的示例性實施方式。如圖2和圖3所示，除溼器10包括流入通道13、流出通道15和兩個乾燥床20、30。除溼器10構造用於在第一操作構造102和第二操作構造104之間交替循環。在任一時間，兩個乾燥床20、30中的一個作用為吸附床而兩個乾燥床20、30中的另一個同時作用為解吸附床。在流入通道13的下遊端處，流入通道13分離成為兩個流動通道22、32。第一流動通道22容納(house)第一乾燥床20，而第二流動通道32容納第二乾燥床30。在一示例性實施方式中，通過將第一流動通道22定位在第二流動通道32之上，兩個乾燥床20、30布置成一個乾燥床20在另一個乾燥床30上面。可替代地，通過並排定位兩個流動通道22、32，乾燥床20、30可被並排布置。兩個流動通道22、32會聚在流出通道15的上遊端，兩個流動通道22、32在流出通道15的上遊端處彼此開放的流體連通。流入通道13、流出通道15和兩個流動通道22、32優選地由鍍鋅鋼構構造。第一節氣閘24設置在第一流動通道22中且位於流入通道13和第一乾燥床20之間，使得打開該第一節氣閘24允許空氣從流入通道13直接流到第一流動通道22中，而閉合第一節氣閘24阻止空氣從流入通道13直接流到第一流動通道22中。類似地，第二節氣閘34設置在第二流動通道中且位於流入通道13和第二乾燥床30之間，使得打開第二節氣閘34允許空氣從流入通道13直接流到第二流動通道32中，而閉合第二節氣閘34阻止空氣從流入通道13直接流到第二流動通道32中。第一輔助節氣閘26為第一乾燥床20提供。當打開時，第一輔助節氣閘26允許空氣從第一流動通道22離開所述除溼器。類似地，第二輔助節氣閘36為第二乾燥床30提供。當打開時，第二輔助節氣閘36允許空氣從第二流動通道32離開所述除溼器。兩個乾燥床20、30構造用於交替執行吸附功能和解吸附功能。在除溼器10的第一操作構造102中，第一乾燥床20通過作用為吸附床執行吸附作用，而第二乾燥床30通過作用為解吸附床執行解吸附作用。一般地，當第一乾燥床20已經充滿吸附的水蒸汽時，除溼器10切換103至第二操作構造104。然而，如果發現在第一操作構造102中的操作一些時間後，吸附的效率顯著下降，則切換103可較早地發生。在除溼器10的第二操作構造104中，第二乾燥床30通過作用為吸附床執行吸附,而第一乾燥床20通過作用為解吸附床執行解吸附。當第二乾燥床30已經充滿吸附的水蒸汽或者當在第二操作構造104中的操作一些時間之後，吸附的效率被認為顯著下降時，除溼器10切換105至第一操作構造102。在操作期間，由此，除溼器10在第一操作構造102和第二操作構造104之間交替循環。兩個乾燥床20、30每個均包括構造用於允許流體從中通過的熱交換盤管。在第一操作構造102中，空氣在除溼器10中在由如圖2和圖4中所示的箭頭指示的方向上移動。首先，新鮮空氣或者外界空氣通過流入通道13被吸到除溼器10中。這可通過在流入通道13的上遊端處提供適當構造的風機12實現。進入的空氣然後通過作用為吸附床的第一乾燥床20。這以如下方式實現:打開第一節氣閘24和閉合第二節氣閘34，使得來自流入通道13的進入的空氣僅被引導到第一流動通道22中，而被阻止直接進入到第二流動通道32中。第一輔助節氣閘26也在第一操作構造102中被保持閉合。進入的空氣中的水蒸汽由此被第一流動通道22中的第一乾燥床20中的吸附劑吸收。在吸附期間，來自冷卻流體供給源40的溫度為約20°C至32°C的冷卻流體70循環通過吸附床20以移除吸附的熱。吸附劑的性能通過吸附床20中的吸附劑的溫度來控制。典型地，離開吸附床20的空氣可具有約34°C的溫度和55%的相對溼度。在空氣已經通過穿過吸附床20而被乾燥後，所述空氣從第一流動通道22穿過流出通道15到達空氣處理單元或者AHU (未示出)，以被冷卻至要求的溫度。吸附的熱可通過被重定向至熱源，或者被用於其它應用諸如室內供暖系統被恢復。當以第一操作構造102操作除溼器10時，第二乾燥床30經歷解吸附作用、被再生或被準備用於在除溼器10的下一循環中執行吸附作用。這是因為第二乾燥床30可能已經充滿水蒸汽，所述水蒸汽來自於以第二操作構造104操作的除溼器10的先前除溼周期。為了再生，來自熱流體供給源50的約65°C至85°C的溫度的熱流體80循環通過第二乾燥床30以加熱第二乾燥床30中的吸附劑，以使水蒸汽被從第二乾燥床30中解吸附。循環的熱流體80可通過任何適當手段加熱，包括微波或通過使用其它熱源，諸如工業廢熱、太陽熱、地熱或者電力或任意兩種或更多種熱源的任意組合。通過打開第二輔助節氣閘36，離開第一流動通道22的少量空氣進入第二流動通道32並且隨後在已經通過第二乾燥床30之後離開除溼器10。通過吹掃由第二乾燥床30中的被加熱的吸附劑所釋放的水蒸汽，促進了第二乾燥床30的解吸附處理。當完成解吸附處理時，第二乾燥床30準備在除溼器10切換至第二操作構造104時再次執行吸附作用。在第二操作構造104中，第一節氣閘24閉合，而第二節氣閘34打開。第一輔助節氣閘26打開，而第二輔助節氣閘36閉合。這樣，來自流入通道13的進入的空氣被引導到第二流動通道32中，以用於由第二乾燥床30進行流體蒸汽的吸附。此外，離開第二流動通道32的一小部分經由打開的第一輔助節氣閘26進入第一流動通道22、通過第一乾燥床20並離開除溼器10。這促進了在第一乾燥床20中的吸附劑的解吸附以便再生第一乾燥床20。由此，除溼器10通過控制第一和第二節氣閘24、34的打開和閉合，控制第一和第二輔助節氣閘26、36的打開和閉合，以及另外控制分別用於吸附床和解吸附床的冷卻流體70和熱流體80的循環，在第一操作構造102和第二操作構造104之間交替。循環至兩個乾燥床20、30的熱流體80和冷卻流體70，優選地通過提供若干個利用可編程邏輯控制(PLC)控制的閥60來控制。閥60優選地是三通電磁閥(solenoid valve)。每個乾燥床20、30僅需要設有單個流體入口 23、33和單個流體出口 25、35，因為在任一時刻僅冷卻流體70或熱流體80穿過每個乾燥床20、30的熱交換盤管。如圖4所示，當以第一操作構造102操作除溼器10時，來自冷卻塔40的冷卻流體70用冷卻流體泵42循環到作用為吸附床20的第一乾燥床20。來自熱流體箱50的熱流體80用熱流體泵52被循環到作用為解吸附床30的第二乾燥床30。當除溼器10切換到以第二操作構造104操作時，閥60被切換使得來自冷卻塔40的冷卻流體70循環到作用為吸附床30的第二乾燥床30，而來自熱流體箱50的熱流體80循環到作用為解吸附床20的第一乾燥床20。優選地，水被用作冷卻流體70以及熱流體80，儘管可替代地或除水之外，還可以使用空氣。每個乾燥床20、30優選地包括多個吸附劑餅90。在圖5中示出了一示例性吸附劑餅90。安裝在乾燥床20、30中的餅90中的每一個，包括包括有翼片換熱管(finned heatexchange tubes)的熱交換盤管的一部分,在所述翼片換熱管中，冷卻流體70和熱流體80根據除溼器是以上述的第一操作構造102還是以第二操作構造104操作而交替通過。所述翼片優選地由鋁製成，而管優選地由銅製成。如圖5中所示，每個吸附劑餅90包括布置在兩片金屬網92之間的熱交換盤管94的一部分。熱交換盤管94的限定在兩片金屬網92之間的所述部分周圍的空隙的空間被填充吸附劑。
用於吸附劑餅90中的吸附劑的材料應該是吸水的多孔材料，該吸水的多孔材料具有高的比表面微孔面積。表面微孔面積優選地大於500m2/g。餅90的吸附劑的優選形式是矽膠。優選矽膠是因為矽膠的更大的微孔表面面積、對流體分子的極度親合性和良好的吸溼能力。在50% 97%附近的相對溼度中，矽膠的性能通常要好於其它乾燥材料。此夕卜，它的再生溫度在62°C 85°C範圍內也是低的。本除溼器中使用的矽膠是日本的FujiSilysia(富士矽)出產的RD 2060型。矽膠的優選形式的規格在下面的表格I中給出。
權利要求
1.一種除溼器，構造用於在第一操作構造和第二操作構造之間交替循環，所述除溼器包括: 第一乾燥床，所述第一乾燥床構造用於執行所述第一操作構造中的吸附以及用於執行所述第二操作構造中的解吸附；和 第二乾燥床，所述第二乾燥床構造用於執行所述第一操作構造中的解吸附以及用於執行所述第二操作構造中的吸附。
2.根據權利要求1所述的除溼器，進一步包括流入通道和流出通道，其中所述第一乾燥床被布置在第一流動通道中，所述第一流動通道位於所述流入通道和所述流出通道之間，並且所述第二乾燥床布置在第二流動通道中，所述第二流動通道位於所述流入通道和所述流出通道之間。
3.根據權利要求1或2所述的除溼器，其中所述第一乾燥床和所述第二乾燥床每個均包括熱交換盤管，所述熱交換盤管構造用於允許流體流過所述熱交換盤管。
4.根據權利要求3所述的除溼器，進一步包括冷卻水供給源，所述冷卻水供給源構造用於在所述第一操作構造中將冷卻流體提供至所述第一乾燥床的所述熱交換盤管，以及用於在所述第二操作構造中將冷卻流體提供至所述第二乾燥床的所述熱交換盤管。
5.根據權利要求4所述的除溼器，進一步包括熱流體供給源，所述熱流體供給源構造用於在所述第一操作構造中將熱流體提供至所述第二乾燥床的所述熱交換盤管，以及用於在所述第二操作構造中將熱流體提供至所述第一乾燥床的所述熱交換盤管。
6.根據前述權利要求中任一項所述的除溼器，其中所述第一乾燥床和所述第二乾燥床每個均包括以「Z」構型布置的多個吸附劑餅。
7.當權利要求 6引用權利要求3至5中任一項時，根據權利要求6所述的除溼器，其中每個吸附劑餅包括被布置在兩片金屬網之間的熱交換盤管的一部分，並且其中，在熱交換盤管的限定在所述兩片金屬網之間的所述部分周圍的空隙的空間被填充矽膠。
8.根據權利要求2所述的或當權利要求3至7中任一項在引用權利要求2時所述的除溼器，進一步包括設置在所述第一乾燥床和所述流出通道之間的第一附加熱交換盤管，並且進一步包括設置在所述第二乾燥床和所述流出通道之間的第二附加熱交換盤管。
9.根據權利要求8所述的除溼器，其中所述第一附加熱交換盤管構造用於在所述第一操作構造中使冷卻流體從中通過和用於在所述第二操作構造中使熱流體從中通過，並且其中所述第二附加熱交換盤管構造用於在所述第一操作構造中使熱流體從中通過和用於在所述第二操作構造中使冷卻流體從中通過。
10.根據權利要求2所述的或者根據權利要求3至9中任一項在引用權利要求2時所述的除溼器，進一步包括另外的熱交換盤管，所述另外的熱交換盤管設置在所述流出通道中用於冷卻通過所述流出通道被引導到空氣處理單元的空氣。
11.根據權利要求2所述的或者根據權利要求3至10中任一項在引用權利要求2時所述的除溼器，其中所述第一流動通道和所述第二流動通道在所述流出通道上遊端處為開放的流體連通。
12.—種除溼的方法，所述方法包括: (a)所述除溼器的第一乾燥床作為吸附床執行吸附並且所述除溼器的第二乾燥床作為解吸附床執行解吸附；(b)所述第二乾燥床作為所述吸附床執行吸附並且所述第一乾燥床作為所述解吸附床執行解吸附；並且 (c)從步驟(a)重複所述方法。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一乾燥床執行吸附包括將進入的空氣從流入通道引入到容納所述第一乾燥床的第一流動通道中，並且其中所述第二乾燥床執行吸附包括將進入的空氣從流入通道引入到容納所述第二乾燥床的第二流動通道中。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中所述第一乾燥床執行吸附包括使冷卻流體通過所述第一乾燥床的熱交換盤管，其中所述第二乾燥床執行解吸附包括使熱流體通過所述第二乾燥床的熱交換盤管，其中所述第二乾燥床執行吸附包括使冷卻流體通過所述第二乾燥床的熱交換盤管，並且其中所述第一乾燥床執行解吸附包括使熱流體通過所述第一乾燥床的熱交換盤管。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的方法，進一步包括將已通過所述吸附床的空氣在所述空氣被引導到空氣處理單元之前附加冷卻。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的方法，進一步包括將已通過吸附床的空氣在所述空氣被引導到解吸附床之前附加加熱。
全文摘要
一種除溼器，該除溼器被構造用於在第一操作構造和第二操作構造之間交替循環。該除溼器包括第一乾燥床，該第一乾燥床構造用於執行第一操作構造中的吸附並且用於執行在第二操作構造中的解吸附；和第二乾燥床，該第二乾燥床構造用於執行第一操作構造中的解吸附以及用於執行第二操作構造中的吸附。
文檔編號B01D53/14GK103140273SQ201180006911
公開日2013年6月5日 申請日期2011年1月21日 優先權日2010年1月22日
發明者伍金泉, 秒昂, 柳秀治, 楚卡瓦, 彼得特·巴潤·薩哈, 梁少泉 申請人:新加坡國立大學, 新加坡君悅酒店