干燥剂空气调节方法和系统的制作方法
【专利说明】干燥剂空气调节方法和系统
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月I日提交的名称为控制干燥剂制冷机中3向热交换器的方法(METHODS FOR CONTROLLING 3-ffAY HEAT EXCHANGERS IN DESICCANT CHILLERS)的美国临时专利申请第61/771，340号的优先权，其以引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]本申请大体涉及液体干燥剂除湿并冷却或加热并除湿进入空间的空气流的用途。更确切地说，本申请涉及操作2或3向液体干燥剂物质所需的控制系统和利用微孔膜使液体干燥剂与空气流隔离的热交换器。此类热交换器可以使用重力诱导的压力(虹吸)以使微孔膜适当地连接到热交换器结构。用于此类2和3向热交换器的控制系统的独特之处在于其必须确保在不会对流体过度施压且不会将干燥剂过度浓缩或浓缩不足的情况下将适当量液体干燥剂涂覆于膜结构。此外，控制系统需要与建筑物的新鲜空气通风的需求相对应并且需要调节室外空气条件，同时维持适当干燥剂浓度并且防止干燥剂结晶或不当稀释。另外，控制系统需要能够通过与来自空间的信号(如恒温器或恒湿器)反应来调节供应给空间的空气的温度和湿度。控制系统还需要监视外部空气条件并且在冷冻条件下通过降低干燥剂浓度适当地保护设备，以避免结晶。
[0004]液体干燥剂已与习知蒸气压缩HVAC设备平行使用以有助于降低空间，尤其需要大量室外空气或建筑物空间本身内具有大湿度负荷的空间中的湿度。潮湿气候，如佛罗里达州迈阿密(Miami，FL)需要许多能量以适当地处理(除湿并冷却)空间占用者舒适性所需的新鲜空气。习知蒸气压缩系统仅具有将空气除湿并倾向于过度冷却的能力，时常需要能量密集型再加热系统，这就明显增加了总能量成本，因为再加热会使冷却系统增添另一热负荷。液体干燥剂系统已使用许多年并且通常在从空气流中去除水分方面相当有效。然而，液体干燥剂系统通常使用浓缩盐溶液，如LiCl、LiBr或CaCl2和水的离子溶液。此类盐水甚至在小量下即具有强腐蚀性，因此多年来已进行许多尝试以防止干燥剂带入待处理的空气流中。近年来已通过利用微孔膜含有干燥剂开始努力消除干燥剂带入的风险。如膜的实例为EZ2090聚丙烯，由北卡罗来纳州夏洛特市28273，南湖街13800号的西哥德有限责任公司(Celgard, LLC, 13800South Lakes Drive Charlotte, NC 28273)制造的微孔膜。膜约65%为打开区域且具有约20 μπι的典型厚度。此类膜在结构上孔径极均匀(10nm)且足够薄以不产生明显热障。然而此类超疏水性膜通常难以粘着并且容易受损。可出现若干故障模式:如果对干燥剂加压，那么膜与其支撑结构之间的结合可能失效，或膜的孔可以一定方式变形使得其不再能够耐受液体压力并且可以出现干燥剂穿透。此外，若干燥剂在膜后结晶，则晶体可以穿透膜本身，从而对膜产生永久性损害并且导致干燥剂渗漏。另外，这些膜的使用寿命不确定，从而使得需要在任何渗漏可以甚至清楚看见之前很好地检测膜失效或劣化。
[0005]液体干燥剂系统通常具有两种独立功能。系统的调节侧针对所需条件调节空气，其通常使用恒温器或恒湿器进行设定。系统的再生侧提供液体干燥剂的重新调节功能以使得其可以在调节侧上再使用。液体干燥剂通常在两侧之间栗吸，这意味着控制系统还需要视条件需要确保液体干燥剂在两侧之间适当地平衡，并且适当地处理余热和水分而不会使得干燥剂过度浓缩或浓缩不足。
[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统，以一定方式控制液体干燥剂系统以便维持适当干燥剂浓度、液面、对空间温度和湿度要求的反应、对空间占用要求的反应以及对室外空气条件的反应，同时保护系统免于结晶及其它可能的损害事件。此外，控制系统需要确保子系统适当地平衡并且液面维持在合宜的设定点。控制系统还需要对液体干燥剂膜系统的劣化或完全失效提出警告。
【发明内容】
[0007]本文提供了用于使用液体干燥剂将空气流有效除湿的方法和系统。根据一个或多个实施例，液体干燥剂作为降膜在支撑板表面往下流。根据一个或多个实施例，微孔膜含有干燥剂并且空气流以主要垂直取向引导到膜表面上并且由此自空气流吸收潜热与显热到液体干燥剂中。根据一个或多个实施例，支撑板填充有较佳以方向相反于空气流的方向流动的热传递流体。根据一个或多个实施例，系统包含经由液体干燥剂去除潜热及显热的调节器及自系统去除潜热及显热的再生器。根据一个或多个实施例，调节器中的热传递流体通过制冷剂压缩机或外部冷的热传递流体来源来冷却。根据一个或多个实施例，再生器通过制冷剂压缩机或热的热传递流体外部来源来加热。根据一个或多个实施例，冷的热传递流体可以绕过调节器并且热的热传递流体可以绕过再生器，由此允许独立控制供应空气的温度和相对湿度。根据一个或多个实施例，调节器的冷的热传递流体另外引导穿过冷却盘管并且再生器的热的热传递流体另外引导穿过加热盘管。根据一个或多个实施例，热的热传递流体具有独立方法或排热，如经由另一盘管或其它适当热传递机构。根据一个或多个实施例，系统具有多个制冷剂环路或多个热传递流体环路以使经调节器控制空气温度和通过控制再生器温度控制液体干燥剂浓度获得类似效果。在一个或多个实施例中，热传递环路由独立栗提供服务。在一个或多个实施例中，热传递环路通过单一共享栗提供服务。在一个或多个实施例中，制冷剂环路为独立的。在一个或多个实施例中，将制冷剂环路耦接以使得一个制冷剂环路仅处理调节器与再生器之间的一半温差，并且另一制冷剂环路处理剩余温差，使得每一环路更高效地起作用。
[0008]根据一个或多个实施例，液体干燥剂系统在系统的调节器侧采用热传递流体并且在系统的再生器侧采用类似热传递流体环路，其中热传递流体可以任选地经由切换阀由调节器引导到系统的再生器侧，由此使热能经由热传递流体由再生器传递到调节器。所述操作方式适用于以下情况，其中引导穿过再生器的来自空间的回流空气的温度高于室外空气温度，并且因而回流空气的热能可以用以加热传入的供应空气流。
[0009]根据一个或多个实施例，制冷剂压缩机系统可逆，以使得将来自压缩机的热能引导到液体干燥剂调节器并且通过制冷剂压缩机自再生器去除热能，由此使调节器和再生功能逆转。根据一个或多个实施例，使热传递流体逆转，但不利用制冷剂压缩机并且利用冷和热的热传递流体外部来源，由此使热能由系统的一侧传递到系统的相反侧。根据一个或多个实施例，冷和热的热传递流体的外部来源空闲，而热能由系统的一侧传递到另一侧。
[0010]根据一个或多个实施例，液体干燥剂膜系统采用间接蒸发器以产生冷的热传递流体，其中使用冷的热传递流体以使液体干燥剂调节器冷却。此外，在一个或多个实施例中，间接蒸发器接收一部分先前通过调节器处理的空气流。根据一个或多个实施例，调节器与间接蒸发器之间的空气流可经由一些便利构件调节，例如经由一组可调节遮板或经由风扇转速可调节的风扇。根据一个或多个实施例，调节器与间接蒸发器之间的热传递流体可调节，以使得通过调节器处理的空气还可通过调节穿过调节器的热传递流体量来调节。根据一个或多个实施例，间接蒸发器可以空闲并且热传递流体可以一定方式在调节器与再生器之间引导使得来自空间的回流空气的热能回收于再生器中并且经过引导加热经由调节器引导的空气。
[0011]根据一个或多个实施例，使用间接蒸发器为空间的供应空气流提供加热、潮湿的空气，同时使用调节器为同一空间提供加热、潮湿的空气。这允许系统在冬季条件下为空间提供加热、潮湿的空气。将调节器加热并且自干燥剂中脱附水蒸气并且还可以加热间接蒸发器并且自液体水脱附水蒸气。在一个或多个实施例中，水为海水。在一个或多个实施例中，水为废水。在一个或多个实施例中，间接蒸发器使用膜以防止自海水或废水带入非理想元素。在一个或多个实施例中，间接蒸发器中的水并未循环回到间接蒸发器的顶部，如冷却塔中将发生，但蒸发20%与80%之间的水并且舍弃其余部分。
[0012]根据一个或多个实施例，液体干燥剂调节器自间接蒸发器接收冷或温热的水。在一个或多个实施例中，间接蒸发器具有可逆空气流。在一个或多个实施例中，可逆空气流在夏季条件下产生潮湿废气流，并且在冬季条件下使空间产生潮湿供应空气流。在一个或多个实施例中，潮湿夏季空气流自系统排出并且在夏季条件下使用所产生的冷水冷却调节器。在一个或多个实施例中，使用潮湿冬季空气流以及调节器加湿空间的供应空气。在一个或多个实施例中，空气流可通过变速风扇变化。在一个或多个实施例中，空气流可经由遮板机构或一些其它适合方法改变。在一个或多个实施例中，间接蒸发器与调节器之间的热传递流体还可以引导穿过再生器，由此自来自空间的回流空气吸收热能并且将此类热能递送到那个空间的供应空气流。在一个或多个实施例中，热传递流体接收来自外部来源的补充热或冷。在一个或多个实施例中，此类外部来源为地热环路、太阳能水环路或来自现有设施的热环路，如组合热电系统。
[0013]根据一个或多个实施例，调节器接收空气流，其通过风扇牵引穿过调节器，而再生器接收空气流，其通过第二个风扇牵引穿过再生器。在一个或多个实施例中，进入调节器中的空气流包含外部空气和回流空气的混合物。在一个或多个实施例中，回流空气的量为零并且调节器仅接收外部空气。在一个或多个实施例中，再生器接收外部空气和来自空间的回流空气的混合物。在一个或多个实施例中，回流空气的量为零并且再生器仅接收外部空气。在一个或多个实施例中，使用遮板使来自系统的再生器侧的一些空气传送到系统的调节器侧。在一个或多个实施例中，调节器中的压力低于环境压力。在其它实施例中，再生器中的压力低于环境压力。
[0014]根据一个或多个实施例，调节器接收空气流，其通过风扇推送穿过调节器，在调节器中产生高于环境压力的压力。在一个或多个实施例中，此类正压有助于确保膜相对于板结构保持平坦。在一个或多个实施例中，再生器接收空气流，其通过风扇推送穿过再生器，在再生器中产生高于环境压力的压力。在一个或多个实施例中，此类正压有助于确保膜相对于板结构保持平坦。
[0015]根据一个或多个实施例，调节器接收空气流，其通过风扇推送穿过调节器，在调节器中产生高于环境压力的正压。在一个或多个实施例中，再生器接收空气流，其通过风扇牵引穿过再生器，在再生器中产生与环境压力相比的负压。在一个或多个实施例中，进入再生器的空气流包含来自空间的回流空气和自调节器空气流递送到再生器中的外部空气的混合物。
[0016]根据一个或多个实施例，空气流的最低压力点经由一些适合手段，如经由软管或导管以一定方式连接到高于干燥剂储槽的气袋，以便确保干燥剂经由虹吸作用自调节器或再生器膜模组流回，且其中虹吸通过确保系统中的最低压力高于储槽中的干燥剂而增强。在一个或多个实施例中，此类虹吸作用确保膜保持于相对于支撑板结构平坦的位置。
[0017]根据一个或多个实施例，使用光学或其它适合传感器监视离开液体干燥剂膜结构的气泡。在一个或多个实施例中，