干燥劑空氣調節方法和系統的制作方法
【專利說明】干燥劑空氣調節方法和系統
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月I日提交的名稱為控制干燥劑制冷機中3向熱交換器的方法(METHODS FOR CONTROLLING 3-ffAY HEAT EXCHANGERS IN DESICCANT CHILLERS)的美國臨時專利申請第61/771，340號的優先權，其以引用的方式并入本文中。
【背景技術】
[0003]本申請大體涉及液體干燥劑除濕并冷卻或加熱并除濕進入空間的空氣流的用途。更確切地說，本申請涉及操作2或3向液體干燥劑物質所需的控制系統和利用微孔膜使液體干燥劑與空氣流隔離的熱交換器。此類熱交換器可以使用重力誘導的壓力(虹吸)以使微孔膜適當地連接到熱交換器結構。用于此類2和3向熱交換器的控制系統的獨特之處在于其必須確保在不會對流體過度施壓且不會將干燥劑過度濃縮或濃縮不足的情況下將適當量液體干燥劑涂覆于膜結構。此外，控制系統需要與建筑物的新鮮空氣通風的需求相對應并且需要調節室外空氣條件，同時維持適當干燥劑濃度并且防止干燥劑結晶或不當稀釋。另外，控制系統需要能夠通過與來自空間的信號(如恒溫器或恒濕器)反應來調節供應給空間的空氣的溫度和濕度。控制系統還需要監視外部空氣條件并且在冷凍條件下通過降低干燥劑濃度適當地保護設備，以避免結晶。
[0004]液體干燥劑已與習知蒸氣壓縮HVAC設備平行使用以有助于降低空間，尤其需要大量室外空氣或建筑物空間本身內具有大濕度負荷的空間中的濕度。潮濕氣候，如佛羅里達州邁阿密(Miami，FL)需要許多能量以適當地處理(除濕并冷卻)空間占用者舒適性所需的新鮮空氣。習知蒸氣壓縮系統僅具有將空氣除濕并傾向于過度冷卻的能力，時常需要能量密集型再加熱系統，這就明顯增加了總能量成本，因為再加熱會使冷卻系統增添另一熱負荷。液體干燥劑系統已使用許多年并且通常在從空氣流中去除水分方面相當有效。然而，液體干燥劑系統通常使用濃縮鹽溶液，如LiCl、LiBr或CaCl2和水的離子溶液。此類鹽水甚至在小量下即具有強腐蝕性，因此多年來已進行許多嘗試以防止干燥劑帶入待處理的空氣流中。近年來已通過利用微孔膜含有干燥劑開始努力消除干燥劑帶入的風險。如膜的實例為EZ2090聚丙烯，由北卡羅來納州夏洛特市28273，南湖街13800號的西哥德有限責任公司(Celgard, LLC, 13800South Lakes Drive Charlotte, NC 28273)制造的微孔膜。膜約65%為打開區域且具有約20 μπι的典型厚度。此類膜在結構上孔徑極均勻(10nm)且足夠薄以不產生明顯熱障。然而此類超疏水性膜通常難以粘著并且容易受損。可出現若干故障模式:如果對干燥劑加壓，那么膜與其支撐結構之間的結合可能失效，或膜的孔可以一定方式變形使得其不再能夠耐受液體壓力并且可以出現干燥劑穿透。此外，若干燥劑在膜后結晶，則晶體可以穿透膜本身，從而對膜產生永久性損害并且導致干燥劑滲漏。另外，這些膜的使用壽命不確定，從而使得需要在任何滲漏可以甚至清楚看見之前很好地檢測膜失效或劣化。
[0005]液體干燥劑系統通常具有兩種獨立功能。系統的調節側針對所需條件調節空氣，其通常使用恒溫器或恒濕器進行設定。系統的再生側提供液體干燥劑的重新調節功能以使得其可以在調節側上再使用。液體干燥劑通常在兩側之間栗吸，這意味著控制系統還需要視條件需要確保液體干燥劑在兩側之間適當地平衡，并且適當地處理余熱和水分而不會使得干燥劑過度濃縮或濃縮不足。
[0006]因而，仍保持需要提供有成本效益、可制造并且有效的方法的控制系統，以一定方式控制液體干燥劑系統以便維持適當干燥劑濃度、液面、對空間溫度和濕度要求的反應、對空間占用要求的反應以及對室外空氣條件的反應，同時保護系統免于結晶及其它可能的損害事件。此外，控制系統需要確保子系統適當地平衡并且液面維持在合宜的設定點。控制系統還需要對液體干燥劑膜系統的劣化或完全失效提出警告。
【發明內容】
[0007]本文提供了用于使用液體干燥劑將空氣流有效除濕的方法和系統。根據一個或多個實施例，液體干燥劑作為降膜在支撐板表面往下流。根據一個或多個實施例，微孔膜含有干燥劑并且空氣流以主要垂直取向引導到膜表面上并且由此自空氣流吸收潛熱與顯熱到液體干燥劑中。根據一個或多個實施例，支撐板填充有較佳以方向相反于空氣流的方向流動的熱傳遞流體。根據一個或多個實施例，系統包含經由液體干燥劑去除潛熱及顯熱的調節器及自系統去除潛熱及顯熱的再生器。根據一個或多個實施例，調節器中的熱傳遞流體通過制冷劑壓縮機或外部冷的熱傳遞流體來源來冷卻。根據一個或多個實施例，再生器通過制冷劑壓縮機或熱的熱傳遞流體外部來源來加熱。根據一個或多個實施例，冷的熱傳遞流體可以繞過調節器并且熱的熱傳遞流體可以繞過再生器，由此允許獨立控制供應空氣的溫度和相對濕度。根據一個或多個實施例，調節器的冷的熱傳遞流體另外引導穿過冷卻盤管并且再生器的熱的熱傳遞流體另外引導穿過加熱盤管。根據一個或多個實施例，熱的熱傳遞流體具有獨立方法或排熱，如經由另一盤管或其它適當熱傳遞機構。根據一個或多個實施例，系統具有多個制冷劑環路或多個熱傳遞流體環路以使經調節器控制空氣溫度和通過控制再生器溫度控制液體干燥劑濃度獲得類似效果。在一個或多個實施例中，熱傳遞環路由獨立栗提供服務。在一個或多個實施例中，熱傳遞環路通過單一共享栗提供服務。在一個或多個實施例中，制冷劑環路為獨立的。在一個或多個實施例中，將制冷劑環路耦接以使得一個制冷劑環路僅處理調節器與再生器之間的一半溫差，并且另一制冷劑環路處理剩余溫差，使得每一環路更高效地起作用。
[0008]根據一個或多個實施例，液體干燥劑系統在系統的調節器側采用熱傳遞流體并且在系統的再生器側采用類似熱傳遞流體環路，其中熱傳遞流體可以任選地經由切換閥由調節器引導到系統的再生器側，由此使熱能經由熱傳遞流體由再生器傳遞到調節器。所述操作方式適用于以下情況，其中引導穿過再生器的來自空間的回流空氣的溫度高于室外空氣溫度，并且因而回流空氣的熱能可以用以加熱傳入的供應空氣流。
[0009]根據一個或多個實施例，制冷劑壓縮機系統可逆，以使得將來自壓縮機的熱能引導到液體干燥劑調節器并且通過制冷劑壓縮機自再生器去除熱能，由此使調節器和再生功能逆轉。根據一個或多個實施例，使熱傳遞流體逆轉，但不利用制冷劑壓縮機并且利用冷和熱的熱傳遞流體外部來源，由此使熱能由系統的一側傳遞到系統的相反側。根據一個或多個實施例，冷和熱的熱傳遞流體的外部來源空閑，而熱能由系統的一側傳遞到另一側。
[0010]根據一個或多個實施例，液體干燥劑膜系統采用間接蒸發器以產生冷的熱傳遞流體，其中使用冷的熱傳遞流體以使液體干燥劑調節器冷卻。此外，在一個或多個實施例中，間接蒸發器接收一部分先前通過調節器處理的空氣流。根據一個或多個實施例，調節器與間接蒸發器之間的空氣流可經由一些便利構件調節，例如經由一組可調節遮板或經由風扇轉速可調節的風扇。根據一個或多個實施例，調節器與間接蒸發器之間的熱傳遞流體可調節，以使得通過調節器處理的空氣還可通過調節穿過調節器的熱傳遞流體量來調節。根據一個或多個實施例，間接蒸發器可以空閑并且熱傳遞流體可以一定方式在調節器與再生器之間引導使得來自空間的回流空氣的熱能回收于再生器中并且經過引導加熱經由調節器引導的空氣。
[0011]根據一個或多個實施例，使用間接蒸發器為空間的供應空氣流提供加熱、潮濕的空氣，同時使用調節器為同一空間提供加熱、潮濕的空氣。這允許系統在冬季條件下為空間提供加熱、潮濕的空氣。將調節器加熱并且自干燥劑中脫附水蒸氣并且還可以加熱間接蒸發器并且自液體水脫附水蒸氣。在一個或多個實施例中，水為海水。在一個或多個實施例中，水為廢水。在一個或多個實施例中，間接蒸發器使用膜以防止自海水或廢水帶入非理想元素。在一個或多個實施例中，間接蒸發器中的水并未循環回到間接蒸發器的頂部，如冷卻塔中將發生，但蒸發20%與80%之間的水并且舍棄其余部分。
[0012]根據一個或多個實施例，液體干燥劑調節器自間接蒸發器接收冷或溫熱的水。在一個或多個實施例中，間接蒸發器具有可逆空氣流。在一個或多個實施例中，可逆空氣流在夏季條件下產生潮濕廢氣流，并且在冬季條件下使空間產生潮濕供應空氣流。在一個或多個實施例中，潮濕夏季空氣流自系統排出并且在夏季條件下使用所產生的冷水冷卻調節器。在一個或多個實施例中，使用潮濕冬季空氣流以及調節器加濕空間的供應空氣。在一個或多個實施例中，空氣流可通過變速風扇變化。在一個或多個實施例中，空氣流可經由遮板機構或一些其它適合方法改變。在一個或多個實施例中，間接蒸發器與調節器之間的熱傳遞流體還可以引導穿過再生器，由此自來自空間的回流空氣吸收熱能并且將此類熱能遞送到那個空間的供應空氣流。在一個或多個實施例中，熱傳遞流體接收來自外部來源的補充熱或冷。在一個或多個實施例中，此類外部來源為地熱環路、太陽能水環路或來自現有設施的熱環路，如組合熱電系統。
[0013]根據一個或多個實施例，調節器接收空氣流，其通過風扇牽引穿過調節器，而再生器接收空氣流，其通過第二個風扇牽引穿過再生器。在一個或多個實施例中，進入調節器中的空氣流包含外部空氣和回流空氣的混合物。在一個或多個實施例中，回流空氣的量為零并且調節器僅接收外部空氣。在一個或多個實施例中，再生器接收外部空氣和來自空間的回流空氣的混合物。在一個或多個實施例中，回流空氣的量為零并且再生器僅接收外部空氣。在一個或多個實施例中，使用遮板使來自系統的再生器側的一些空氣傳送到系統的調節器側。在一個或多個實施例中，調節器中的壓力低于環境壓力。在其它實施例中，再生器中的壓力低于環境壓力。
[0014]根據一個或多個實施例，調節器接收空氣流，其通過風扇推送穿過調節器，在調節器中產生高于環境壓力的壓力。在一個或多個實施例中，此類正壓有助于確保膜相對于板結構保持平坦。在一個或多個實施例中，再生器接收空氣流，其通過風扇推送穿過再生器，在再生器中產生高于環境壓力的壓力。在一個或多個實施例中，此類正壓有助于確保膜相對于板結構保持平坦。
[0015]根據一個或多個實施例，調節器接收空氣流，其通過風扇推送穿過調節器，在調節器中產生高于環境壓力的正壓。在一個或多個實施例中，再生器接收空氣流，其通過風扇牽引穿過再生器，在再生器中產生與環境壓力相比的負壓。在一個或多個實施例中，進入再生器的空氣流包含來自空間的回流空氣和自調節器空氣流遞送到再生器中的外部空氣的混合物。
[0016]根據一個或多個實施例，空氣流的最低壓力點經由一些適合手段，如經由軟管或導管以一定方式連接到高于干燥劑儲槽的氣袋，以便確保干燥劑經由虹吸作用自調節器或再生器膜模組流回，且其中虹吸通過確保系統中的最低壓力高于儲槽中的干燥劑而增強。在一個或多個實施例中，此類虹吸作用確保膜保持于相對于支撐板結構平坦的位置。
[0017]根據一個或多個實施例，使用光學或其它適合傳感器監視離開液體干燥劑膜結構的氣泡。在一個或多個實施例中，