用於周期性加溼和除溼室內空氣的帶有全熱交換器的吸附空調系統的操作方法

2023-11-01 07:14:12

專利名稱：用於周期性加溼和除溼室內空氣的帶有全熱交換器的吸附空調系統的操作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用至少一個全熱交換器的空調系統的操作方法。
背景技術：
US 6745826B2中公開了具有多個板的熱交換器，所述板相互平行布置並形成多個筒狀的平行的通道。水流經這些通道。空氣沿與水流方向成橫向的方向通過板間的間隙。 此外，液體乾燥劑在形成間隙的板的表面上從上至下流動，以使得空氣潮溼。在離開間隙後，液體乾燥劑(吸附溶液)被收集並被恢復以重新使用。採用這種恢復的方式，必須要再次從空氣中去除所吸收的水分。這可以通過採用需要熱的附加的熱交換器實現。該熱可以通過例如鍋爐或者太陽能吸收器提供。因此這種方法需要熱能或高投資費用、更多空間以及相當多的維護費用。DE 19952639A1中公開了一種採用被循環地引導的吸溼性吸附溶液吸水和脫水的方式的空氣調節方法，該方法包括如下步驟a)通過吸附空氣流中所含水分的方法來乾燥待調節的空氣流；b)通過同時採用低溫熱和周圍空氣而脫水的方法再生由於吸水而具有低濃度的吸附溶液。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種用於操作使用至少一個全熱交換器或者熱交換器的空調設備的方法，其中，熱交換表面在一側和用於冷卻或者加熱空氣的流體接觸，並且在另一側與待除溼或加溼的空氣以及吸溼性吸附溶液接觸，以使得流體與吸附溶液以同向流方式被引導通過全熱交換器，並且流體與空氣以逆向流的方式被引導通過全熱交換器，利用該全熱交換器，吸附溶液的恢復無需額外的能量，並且該全熱交換器以在很大程度上無需維護的方式操作。根據本發明，通過使用具有權利要求1中的特徵的方法能夠實現該目的。該方法進一步有利的組成將在從屬權利要求中推導出。空調設備在除溼操作以及加溼操作中根據空氣的溫度和/或溼度而被應用，並且吸附溶液在循環操作中從儲存裝置中引導到全熱交換器中，再從全熱交換器引導回儲存裝置中，其中由除溼操作引起的吸附溶液的含水量的增長在加溼操作中會降低，並且考慮到在除溼操作時在儲存裝置中的吸附溶液產生的濃度梯度，吸附溶液從儲存裝置中的具有較高濃度的區域引導到全熱交換器，並從全熱交換器引導到儲存裝置中的具有較低濃度的區域，並且，在加溼操作中，吸附溶液從儲存裝置中的具有較低濃度的區域引導到全熱交換器中，並從全熱交換器引導回儲存裝置中的具有較高濃度的區域，由於以上事實，成功之處在於除溼操作以及加溼操作以期望的方式執行，其中整體上顯著地節省了能耗。上述優勢是由於以下事實產生的，除溼操作通常需要由流體冷卻空氣，而加溼操作通常需要由流體加熱空氣。儲存裝置中的吸附溶液的濃度以自然濃度梯度的方式從上到下增加，並且在除溼操作中吸附溶液從儲存裝置的下部引導到全熱交換器並從全熱交換器引導到儲存裝置的上部，並且在加溼操作中吸附溶液從儲存裝置的上部引導到全熱交換器並從全熱交換器引導到儲存裝置的下部。力求在除溼操作中吸附溶液通過所述全熱交換器而產生的濃度減小量儘可能高。 採用這種方式，成功之處在於，吸附溶液吸收和釋放水分的循環能夠持續一整年，並不需要特別大的儲存裝置。有利地，在冷卻操作中吸附溶液在離開儲存裝置和回到儲存裝置期間的濃度減小量至少為15%。


在下文中本發明通過附圖中示出的一個示例性實施方式而更詳細地說明。示出了 圖1是在除溼操作或冷卻操作中的空調設備；圖2是在加溼操作或加熱操作中的根據圖1的空調設備。
具體實施例方式附圖中所示的空調設備包括兩個以相同方式構造的全熱交換器1和2，其中全熱交換器1用於冷卻和除溼供給空氣3或者用於加熱和加溼供給空氣3，並且全熱交換器2用於通過被全熱交換器1加熱或冷卻的室內的流出空氣4來加熱或冷卻流體，該流體在全熱交換器1中用於冷卻或加熱供給空氣。優選地，水被用作一種合適的流體。例如，全熱交換器1和2在每種情況下均包括具有一個或多個細管組的細管通風裝置，該細管組優選地由以豎直方式彼此平行地布置的細管組成，其中該通風裝置並沒有示出。這些細管是外徑在0.5mm到5mm之間的軟塑料管。細管通風裝置在每種情況下均包括用於分別向全熱交換器1和2供給流體的普通供給導管5和6，以及分別從相應的全熱交換器1和2中引出流體的普通回流導管7和8。一方面，全熱交換器1的前嚮導管5和全熱交換器2的回流導管8相互連接，另一方面，全熱交換器2的供給導管6和全熱交換器1的回流導管7相互連接，使得流體在循環時依次流經這兩個全熱交換器1和2的細管通風裝置。泵9確保流體的持續循環。供給導管和回流導管被布置成使得該流體從上到下流進全熱交換器1和2，同時供給空氣或者流出空氣4以與此相反的逆流方向從下到上流動。優選地隨著供給空氣的冷卻，力求為供給空氣除溼，同時與此相反，通過對供給空氣的加熱，希望供給空氣會被額外加溼。為此，位於容器11內的吸溼性吸附溶液通過入口 10被供給至該全熱交換器1。細管在其開口端被該吸附溶液浸潤，並且該吸附溶液沿著細管向下流向出口 12，通過出口 12被傳送回容器11。計量泵13保持吸附溶液不斷地循環。為達到高除溼和加溼效果，需要細管在其整個長度內被該吸附溶液均勻浸溼。即使為了增加全熱交換器的效率而使得該吸附溶液的供應量儘可能低，可以通過使用具有小於20°接觸角的親水或疏水表面的細管達到該目的。為此，優選地細管被包上無紡布。該吸溼性吸附溶液有用地是濃度範圍為約15%到40%的水狀的LiCl溶液。另外的適合的吸附溶液是CaCl2溶液或者這兩者的混合物。考慮到具體重量和供給方向的控制，容器11中以這樣的方式產生濃度梯度形成具有較高濃度的(濃)吸附溶液的較低區域14，和具有較低濃度(稀)的吸附溶液的較高區域15。當然，在這些區域內部從上到下也會出現濃度梯度。在圖1所示的冷卻操作中，其中供給空氣3同時在全熱交換器1中被加溼，入口 10 連接到鄰近容器11底部的允通口 16，因此濃吸附溶液供給到細管中。在吸附溶液在細管中向下流動期間，吸附溶液吸收供給空氣中的溼氣，因此吸附溶液的含水量會增加並且其濃度降低。如此獲得的稀吸附溶液隨後通過出口 12和位於容器11中吸附溶液表面的浮子 17引導回容器11。以這種方式，在冷卻操作中容器11中吸附溶液的體積會增加。在上述的空調設備中，通過全熱交換器在每種情況下用於供給空氣和流出空氣， 會發生極高程度的熱回收，這使得不必要對供給空氣進行附加的加熱或冷卻。在第一全熱交換器1中的供給空氣3在冷卻或夏季的操作中被冷卻和除溼。流體 (冷卻水)循環流過全熱交換器1和2。該流體在冷卻和除溼供給空氣3時在第一全熱交換器1的通風裝置中被冷卻。在流出空氣4在上遊安置的加溼器中以絕熱的方式冷卻到其露點溫度後，該流體在第二全熱交換器2的通風裝置中被流出空氣4再次冷卻。該流出空氣4通過此方式被加熱和加溼，隨後被排出建築物。在圖2所示的加熱操作或者冬天的操作中，供給空氣3在第一全熱交換器1中被加熱和加溼。流體從現在開始在全熱交換器1中被冷卻並通過回流導管7以及供給導管6 被弓I導進入第二全熱交換器2，在流體通過回流導管8和供給導管5弓丨導回全熱交換器1之前，該流體在第二全熱交換器2中被流出空氣4加熱。加熱操作中，一方面浮子17和入口 10，另一方面允通口 16和出口 12，通過適當的調節閥互相連接。因此來自容器11的稀吸附溶液被用於浸溼細管，並且吸附溶液在通過全熱交換器1時，其水分由於供給空氣3的溼化作用而被吸走，因此其作為濃吸附溶液通過出口 12和允通口 16流到容器11的區域14。通過這種方式，吸附溶液體積的減少量以與提供給供給空氣3的溼度量對應的方式產生。因此通過冷卻操作而被稀釋的吸附溶液可以在加熱操作中恢復。通過經由計量泵13控制引導到全熱交換器1的吸附溶液的量，可以確定供給空氣3被加溼的程度和吸附溶液因此而被濃縮的程度。冬天室內設定的溼度容限相當高，因此，會存在較大的調整範圍。可以通過這種方式非常精確地設定濃度增加，濃度增加補償了先前冷卻操作中的濃度減少。容器11中必須儲存初始吸附溶液且附加儲存在冷卻操作直至恢復期間吸附溶液從供給空氣3中吸收的全部水量。使用具有例如10000m3/h供給空氣速度的空調設備，在具有約2000m2有用面積的辦公室中利用其可以進行空氣調節，於是在中歐的氣候條件下， 每年夏天會吸收大約14500公升水。容器11的儲存容積可以採用儘可能高濃度的濃吸附溶液和採用儘可能低濃度的稀吸附溶液而被最小化。因此對本實例來說，對於採用40%的濃溶液和20%，30%或者 35%的稀溶液的LiCl吸附溶液，分別要求儲存體積為四、58或者116m3。因此，為減少儲存容量，濃吸附溶液和稀吸附溶液的濃度差儘可能大是有用的，有利地，濃度差大於15%。該濃度差可以通過全熱交換器1中的吸附溶液的通過量來控制。通過量越小，濃度差越大。然而對於均勻浸溼來說最小通過量是必要的，以使得在一次流經全熱交換器1 時通常不會達到濃度差的期望值。然而，於是，存在從出口 12退出的吸附溶液直接通過入口 10進入全熱交換器1的可能性，因此吸附溶液經過全熱交換器1不止一次，直到其達到理想的濃度差，並被引導到容器11中。在加熱情況下，流出空氣的絕熱冷卻在其進入全熱交換器2之前停止。相反，全熱交換器2的細管通風裝置的水噴灑或者潤溼繼續進行，因為採用這種方式增加了效率。此外，在任一情況下，全熱交換器的大部分會在較低溫度下被在冷卻時脫離流出空氣的冷凝水加溼。如果全熱交換器2的細管通風裝置在加熱或冬天的操作中也由吸附溶液潤溼，則空調設備的總效率還可能進一步顯著增加。因此，入口 18和出口 19為此而設計。為此，吸附溶液也類似地從容器11中取出並被引導回容器11中。由於細管表面被吸附溶液浸溼， 因此空氣的露點溫度會提升，使得通過潮溼的流出空氣和細管表面間接觸而產生的冷凝熱在更高的溫度下有效。這樣，使用被LiCl吸附溶液潤溼的細管通風裝置，當在20°C的空氣溫度下時冷凝熱可能已經被釋放。相反，使用沒有受到潤溼的通風裝置並且假設流出空氣溫度為22°C且相對溼度為50%，則直到露點溫度降為低於約11°C才不會受到影響。由於採用吸附溶液潤溼細管通風裝置也可以大大降低冰的形成溫度，因此避免全熱交換器2的細管中形成冰的措施也被摒棄了。最終，吸附溶液也可以被用作流經兩個全熱交換器1和2的細管的流體的防凍劑。 在加熱操作中，回流導管7中的流體的溫度幾乎被降到外部空氣溫度。因此必須在流體中增加防凍劑，並且這種防凍劑通常由丙三醇溶液組成。然而這樣會顯著增加流體的粘性，因此由泵10持久地施加的功率可以增加4倍。另外，這種防凍劑會使熱轉換變差，並且流體的特定熱容量會減小，因此流體的通過量需要增加。如果採用吸附溶液作為防凍劑，則上述缺點將顯著減少。吸附溶液在容器11中通過簡單的閥門裝置以及合適的連接導管導入到細管通風裝置中，其中，各自主要的外部溫度集中採用如下方式調整在所需要的溫度足夠高的情況下儘可能低。
權利要求
1.一種用於操作其中使用至少一個全熱交換器(1)的空調設備的方法，其中，熱交換表面在一側和用於冷卻或者加熱空氣(3)的流體接觸，在另一側與待除溼或加溼的空氣(3)以及吸溼性吸附溶液接觸，以使得所述流體與所述吸附溶液以同向流方式被引導通過全熱交換器(1)，並且所述流體與所述空氣(3)以逆向流的方式被引導通過全熱交換器 ⑴，其特徵在於，所述空調設備在除溼操作以及加溼操作中根據所述空氣(3)的溫度和/ 或溼度而被應用，並且所述吸附溶液在循環操作中從儲存裝置(11)引導到所述全熱交換器(1)中，並從所述全熱交換器(1)引導回所述儲存裝置(11)中，其中由除溼操作引起的所述吸附溶液的含水量的增長在加溼操作中會逆轉，並且考慮到在除溼操作時在所述儲存裝置中的所述吸附溶液產生的濃度梯度，所述吸附溶液從所述儲存裝置(11)中的具有較高濃度的區域引導到所述全熱交換器(1)，並從所述全熱交換器 (1)引導到所述儲存裝置(11)中的具有較低濃度的區域，並且在加溼操作中，所述吸附溶液從所述儲存裝置(11)中的具有較低濃度的區域引導到所述全熱交換器(1)中，並從所述全熱交換器(1)引導回所述儲存裝置(11)中的具有較高濃度的區域。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述儲存裝置(11)中的所述吸附溶液的濃度從上到下增加，並且在除溼操作中所述吸附溶液從所述儲存裝置(11)的下部(14)引導到全熱交換器(1)中，並從所述全熱交換器(1)引導到所述儲存裝置(11)的上部(15)， 並且在加溼操作中，所述吸附溶液從所述儲存裝置(11)的上部(1 引導到所述全熱交換器(1)，並從所述全熱交換器(1)引導回所述儲存裝置(11)的下部(14)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在所述除溼操作中所述吸附溶液通過穿過所述全熱交換器(1)而產生的濃度減小量儘可能高。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述吸附溶液在被引導回所述儲存裝置之前在所述全熱交換器(1)中運行多次。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述吸附溶液的濃度減小量通過單位時間內引導入所述全熱交換器(1)中的所述吸附溶液的量來控制。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的方法，其特徵在於，在所述冷卻操作中，所述吸附溶液在離開所述儲存裝置(11)和引導回所述儲存裝置(11)期間的濃度減小量至少為 15%。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，含水的LiCl溶液用作所述吸附溶液。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述儲存裝置(11)中的含水的LiCl溶液的濃度在15%到40%的範圍內。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，所述吸附溶液用作防凍劑混合到所述流體中。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特徵在於，使用至少兩個全熱交換器 (1,2),所述流體在封閉循環中依次流經該兩個全熱交換器，其中，在所述除溼操作中，第一全熱交換器(1)用於冷卻和除溼供給空氣(3)，並且第二全熱交換器(2)用於通過流出空氣 (4)冷卻所述流體，並且在所述加溼操作中，所述第一全熱交換器(1)用於加熱和加溼供給空氣(3)，並且所述第二全熱交換器(2)用於通過所述流出空氣(4)加熱所述流體。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第二全熱交換器( 的熱交換表面也被所述吸附溶液浸溼。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，所述第二全熱交換器O)中所述吸附溶液的濃度梯度與所述第一全熱交換器(1)中所述吸附溶液的濃度梯度相反。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其特徵在於，所述流出空氣(4)在進入所述第二全熱交換器( 之前以絕熱的方式被冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種使用至少一個全熱交換器(1)的空調系統的操作方法，其中熱交換表面與用於冷卻和加熱空氣(3)的流體接觸，還與待除溼或加溼的空氣以及吸溼性吸附溶液接觸。流體與吸附溶液以同向流的方式被引導且流體與空氣以逆向流方式被引導通過全熱交換器。空調系統在除溼操作和加溼操作中根據空氣溫度和/或溼度來應用。吸附溶液以循環方式從儲存單元(11)中引導到全熱交換器中，再從全熱交換器引導回儲存單元中。在除溼操作中吸附溶液的含水量的增加在加溼操作中被降低。
文檔編號F24F5/00GK102165267SQ200980136395
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者唐納德·赫布斯特 申請人:唐納德·赫布斯特