气体湿度调节方法和调节器与流程

本发明涉及控制空气中的水分即湿度，例如在医院、疗养院、办公室、体育设施、食品工厂和药厂中的湿度的一种气体湿度调节方法和一种调节器。

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背景技术：
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这种调节器被称为使用液体干燥剂(干燥剂)的液体干燥剂空调器。液体干燥剂空调器与热泵结合，以分离潜热和显热，并且可构建节能空调系统。

例如，专利文献1中公开了一种湿式干燥剂装置。该湿式干燥剂装置包括允许水分吸收到液体干燥剂(吸收剂)中的除湿单元、释放液体干燥剂中的水分的再循环单元、将吸收剂从除湿单元输送到再循环单元的除湿单元泵、以相反的方向输送吸收剂的再循环单元泵、以及在预定条件下驱动泵的泵控制器。

具体地，除湿单元包括壳体和在壳体中设置有翅片等的结构。用于供给待处理空气的入口设置在壳体的下部，而用于排出处理的除湿的空气的出口设置在壳体的上部。当液体干燥剂倒入该结构中时，来自入口的待处理空气与液体干燥剂接触，以将来自待处理空气的水分吸收入液体干燥剂。经受处理的除湿的空气从出口排出。

再循环单元具有与除湿单元相同的配置。当从除湿单元吸收水分的液体干燥剂倒入该结构中时，从入口再循环的空气与液体干燥剂接触，以将液体干燥剂中的水分除去到空气中，然后加湿的空气从出口排出。

[引用清单]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利公开no.2010-54136

[发明概述]

[技术问题]

在具有根据专利文献1的相关技术构造的湿式干燥剂装置中，除湿单元中的液体干燥剂的温度通过当待处理的空气中的水分被吸收到液体干燥剂中时产生的热量升高。因此，液体干燥剂的饱和蒸气压在该情况下增加，从而抑制水分吸收到液体干燥剂中。这会降低湿度控制效率。

另外，当将吸收了水分的液体干燥剂倒入该结构中时，液体干燥剂的温度在再循环单元中降低，从而抑制水分从液体干燥剂移动到再循环的空气中。这会降低湿度控制效率。

本发明的目的是提供一种气体湿度调节方法和一种调节器，其能够在湿度控制期间调节温度并提高湿度控制效率。

[问题的解决方案]

为了实现该目的，在本发明的气体湿度调节方法中，具有热交换管的气液接触部设置在气液接触壳体中，该气液接触壳体具有用于供给待处理气体的入口和用于排出处理过的气体的出口，使用作液体干燥剂的第一介质流到气液接触部上，并使用于调节温度的第二介质通过热交换管。在这种状态下，待处理气体从入口供给至气液接触壳体，气液接触通过气液接触部上的第一介质形成，以便将水分从待处理的气体吸收到第一介质中，然后处理过的气体从出口排出。

因此，待处理的气体和第一介质在气-液接触部上形成气-液接触，并且待处理的气体中的水分被吸收到用作液体干燥剂的第一介质中。此时，第二介质通过构成气液接触部的热交换管，以调节气液接触部上的第一介质的温度。这可以加速除湿或加湿，从而提高湿度控制效率。

[发明的有益效果]

根据本发明的气体湿度调节方法，可以在湿度控制期间调节温度，由此改善湿度控制效率。

[附图的简要说明]

[图1]图1是示意性地示出根据一个实施方式的包括除湿器和加湿器的空气湿度调节器的说明图。

[图2]图2(a)是表示除湿器或加湿器的气液接触部上的气液接触结构的正视图，并且图2(b)是示意性地表示气液接触结构的说明图。

[图3]图3(a)是表示除湿器或加湿器中的气液接触结构的透视图，并且图3(b)是表示相关技术的气液接触部上气液接触结构的透视图。

[图4]图4是表示实施例或对比例中的第一介质的流速与绝对湿度的关系的图。

图4中的x轴显示了第一种介质的流速(单位“kg/m²·s”)。图4中的y轴显示第一介质的绝对湿度(单位“g/kg”)。

图4中点的含义表示对于如下每个实施例的溶液获得的结果：

实施例1:；实施例2:△；实施例3:◇；

实施例4:□；实施例5:×；实施例6:*；

实施例7:+；对比例1:○。

[图5]图5是显示实施例和对比例中第一介质的粘度与饱和蒸气压之间的关系的图。

图5中的x轴显示第一介质的粘度(单位“mpa·s”)。图5中的y轴表示第一介质的饱和蒸气压(单位“kpa”)。

图5中点的含义表示对于如下每个实施例的溶液获得的结果：

实施例1:；实施例2:△；实施例3:◇；

实施例4:□；实施例5:×；实施例6:*；

实施例7:+；对比例1:○。

[图6]图6是表示实施例或对比例中的第一介质的流速与绝对湿度的关系的图。

图6中的x轴表示第一介质的流速(单位“kg/m²·s”)。图6中的y轴显示第一介质的绝对湿度(单位“g/kg”)。

图6中点的含义表示对于如下每个实施例的溶液获得的结果：

实施例1至4(平均值):；对比例1:○。

[实施方式的说明]

下面将根据附图具体描述本发明的实施方式。

图1是示出根据本实施方式的气体湿度调节器10的示意图。调节器10包括彼此连接的除湿器11和加湿器12。除湿器11和加湿器12具有相同的基本配置。下面将首先讨论除湿器11。

如图1所示，在构成气体湿度调节器10的气液接触壳体13的侧壁13a上形成用于供给空气作为待处理的气体的入口14，以及在气液接触壳体13的上壁13b上形成用于排出处理过的空气的出口15。

如图2(a)和2(b)所示，气液接触壳体13包括一个弯曲的热交换管17，翅片16设置在热交换管17的表面上。热交换管17构成用作气液接触部18的除湿单元。热交换管17和翅片16由诸如铝、不锈钢或合金的金属制成，并且可以改善热交换功能。

如图3(a)所示，例如，热交换管17包括水平平行排列成五排的弯曲的管19，管19垂直延伸以便以规则的间隔弯曲。如图3(b)所示，相关技术的气液接触用气液接触部18具有以规则间隔布置的纸接触构件51。气液接触部18构造成使得吸收剂沿着接触构件51的表面流动。

如图1所示，在喷洒管21底部具有多个排出口20的喷洒管21设置在热交换管17的上方。用于接收第一介质22的接收盘23设置在热交换管17的下方。水和主要由离子液体组成的溶液的混合溶液作为第一介质22从喷洒管21的排出口20喷洒到翅片16和热交换管17，从而第一介质22附着并停留在热交换管的表面上，并且过量的第一介质22被收集在接收盘23中。

此外，流速计32和温度计33连接到热交换管17的入口，而温度计33连接到热交换管17的出口。这种配置允许测量第二介质24的流速和温度。

从喷洒管21喷洒的第一介质22优选具有0.5至10kg/m²·s的流速。如果第一介质22的流速低于0.5kg/m²·s，则只有少量水分从空气吸收到第一介质22中，不利地导致差的除湿功能。如果第一介质22的流速高于10kg/m²·s，则流速过大，使得空气中的水分很难再吸收。因此，不期望改善除湿功能，并且可能浪费第一介质22。

在除湿器11中，从入口14供给的空气与热交换管17的表面上的翅片16和第一介质22接触，空气与流动的第一介质22接触，空气中的水分被第一介质22中的离子液体吸收，然后除湿的空气从出口15排出。

主要由离子液体组成的溶液优选用作液体干燥剂。优选使用的具有高吸水性和对金属高非腐蚀性的离子液体用化学式c⁺a^-表示，其中c⁺是1,3-二烷基咪唑鎓阳离子，a^-是酸阴离子。作为烷基，优选含有1至4个碳原子的烷基，更优选甲基或乙基。优选的酸阴离子是磺酸根阴离子、磷酸根阴离子或羧酸根阴离子。

1,3-二烷基咪唑鎓阳离子通过下列化学式(1)表示：

[式1]

其中r¹和r²是含有1-4个碳原子的烷基。

具体地，离子液体选自1,3-二甲基咪唑鎓乙酸盐(阴离子为ch3coo^-)，1,3-二甲基咪唑鎓甲基磺酸盐(阴离子为so3h^-)，1-乙基-3-甲基咪唑鎓二乙基磷酸盐[阴离子为(c2h5)2po3^-]，1,3-二甲基咪唑鎓丙酸盐(阴离子是c2h5coo^-)。最优选地，离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑鎓二乙基磷酸盐[阴离子是(c2h5)2po3^-]。当离子液体选自1,3-二甲基咪唑鎓乙酸盐(阴离子为ch3coo^-)，1,3-二甲基咪唑鎓甲基磺酸盐(阴离子为so3h^-)，1-乙基-3-甲基咪唑鎓二乙基磷酸盐[阴离子为(c2h5)2po3^-]，1,3-二甲基咪唑鎓丙酸盐(阴离子为c2h5coo^-)，优选在40℃至90℃，特别是50℃至80℃，甚至更优选45℃至70℃，甚至更优选50℃至60℃，最优选55℃下进行加湿。

主要由离子液体组成的溶液含有介质例如水和其他组分。溶液中含有的离子液体的量优选为60至99质量％，优选60至90质量％，或者70至99质量％。如果没有另外说明，“质量％”给出了某种物质(例如离子液体)相对于完全溶液重量的百分比。

离子液体令人满意地起到具有适当粘度的液体干燥剂的作用，因此第一介质22用作水和主要由离子液体组成的溶液的混合溶液。第一介质22中的离子液体优选具有60至90质量％，优选70至80质量％的浓度。如果离子液体的浓度低于60质量％，则混合溶液中离子液体的浓度极低，从而离子液体的吸水性不利地降低。如果离子液体的浓度超过90质量％，则混合溶液的粘度过度增加，导致空气与离子液体之间的接触不良，从而使吸水性恶化。

当离子液体的浓度为80质量％时，第一介质22优选在35℃下具有低饱和蒸气压。例如，饱和蒸气压优选为1.9kpa或更低。然而，具有低饱和蒸气压的离子液体可能变得不稳定，因此希望选择性地使用各种离子液体。如果第一介质22的饱和蒸气压超过1.9kpa，则由于汽液平衡，吸水性不利地降低。

第一介质22的粘度优选为13至21mpa·s。如果第一介质22的粘度低于13mpa·s，则第一介质22具有高饱和蒸汽压，不利地降低了吸水性。如果第一介质22的粘度高于21mpa·s，则第一介质22的流动性降低并且使空气与第一介质22之间的气液接触劣化，从而降低了吸水性。

在热交换管17中，第二介质24流动并与热交换管17的表面以及翅片16的表面上的第一介质22进行热交换(主要通过冷却)。这调节第一介质22的温度以调节吸水性。第二介质24可以是水，氢氟烃(hfc)或氢氟烯烃(hfo)。考虑到热交换能力和易处理性，水是最优选的。

第二介质24的温度优选等于或低于第一介质22的温度。此时，第一介质22的吸水性在气液接触部18上增加，从而提高除湿效率。

容器25放置在接收盘23下方。收集在接收盘23中的第一介质22储存并累积在容器25中。第一连接管26的一端连接到容器25的底部。

加湿器12将在下面讨论。加湿器12的基本构造与除湿器11的基本构造相同。因此，相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其说明。

连接到除湿器11的容器25的第一连接管26经由阀31通过设置在除湿器11和加湿器12之间的热交换器27连接到加湿器12的喷洒管21。在加湿器12中的热交换管17构成用作气液接触部18的加湿单元。第二连接管28的一端连接到加湿器12中的容器25的底部。第二连接管28经由阀31通过热交换器27连接到除湿器11的喷洒管21。另外，流速计32和温度计33连接到第一连接管26和第二连接管28，以便测量第一介质22的流速和温度。

第二介质24的温度优选等于或高于第一介质22的温度。此时，在气液接触部18上从第一介质22释放的水增加，从而提高了加湿效率。

在加湿器12中，从入口14供给的空气与热交换管17表面上的第一介质22和流动的第一介质22的液滴接触，并且第一介质22中的水分被释放到空气中，并且然后加湿的空气从出口15排出。

下面将描述根据本实施方式的空气湿度调节器10和调节方法的效果。

如图1所示，在潮湿空气的除湿中，含有离子液体的第一介质22从除湿器11中的喷洒管21的排出口20喷洒到用作气液接触部18的翅片16和热交换管17。在这种状态下，潮湿空气从气液接触壳体13的入口14吹至气液接触部18。

此时，空气与第一介质22的液滴和附着在热交换管17的表面上的第一介质22接触，引起气液接触。由于第一介质22包含具有高吸水性的离子液体，因此空气中的水分被吸收到气液接触部18上的离子液体中，从而降低空气中的水分，实现除湿。

另外，第二介质24通过气液接触部18上的热交换管17。这在第二介质24和热交换管17的表面上的第一介质22之间进行热交换。具体地说，在热交换管17表面上的第一介质22被冷却，从空气到离子液体中的水分吸收被加速。这还可以抑制由水分吸收到离子液体中产生的热量引起的温度升高。因此，空气可以以高的除湿速率快速除湿。

下面将描述具体讨论的实施方式的效果。

(1)在本实施方式的空气湿度调节方法中，使第一介质22流到除湿器11中的气液接触部18的热交换管17上。同时，第二介质24通过热交换管17。在这种状态下，空气从入口14供给到气液接触壳体13，并且气体-液体接触通过在气体-液体接触部18上的第一介质22形成，从而从空气中将水分吸收到第一介质22中。之后，处理过的空气从出口15排出。

因此，空气和第一介质22在气液接触部18上形成气液接触，并且空气中的水分被吸收到用作液体干燥剂的第一介质22中。在这种情况下，第二介质24通过构成气液接触部18的热交换管17，因此可以在气液接触部18上调节第一介质22的温度，从而加速除湿。

在加湿器12中，除湿器11的第一介质22从第一连接管26供给到喷洒管21，然后喷洒到气液接触部18。此时，供给到气液接触壳体13的空气与第一介质22实现气液接触，然后第一介质22中的水分释放到空气中。同样在这种情况下，第二介质24通过热交换管17，并且因此可以在气液接触部18上调节第一介质22的温度，从而加速加湿。

这可以有效地在夏季对室内空气进行除湿，并有效地在冬季对室内空气进行加湿。因此，本实施方式的空气湿度调节方法可以调节湿度控制期间的温度，从而提高湿度控制效率。

(2)第一介质22是水和主要由离子液体组成的溶液的混合溶液。因此，可以调节用作液体干燥剂的离子液体的粘度，以改善气液接触。这可以有效地发挥离子液体的吸水性，从而提高湿度控制效率。

(3)离子液体用化学式c⁺a^-表示，其中c⁺是1,3-二烷基咪唑鎓阳离子，a^-是酸阴离子。通过这种方式，适当的离子对设计选择有利于电离。这可以改善第一介质22的吸水性并防止对金属的腐蚀。

(4)1,3-二烷基咪唑鎓阳离子的烷基优选为甲基或乙基。酸阴离子是羧酸根阴离子、磺酸根阴离子或磷酸根阴离子。这些离子液体特别具有高吸水性，从而有助于提高湿度控制效率。

(5)第一介质22中的离子液体优选具有60至90质量％、优选70至80质量％的浓度。在这种情况下，离子液体的粘度可以设定在合适的范围内，从而适当地发挥基于离子液体的吸水性。

(6)当离子液体具有80质量％，优选20质量％的水浓度时，第一介质22在35℃下的饱和蒸气压为1.9kpa或更低，优选为1.8kpa或更低，更优选为1.2kpa或更低，甚至更优选1.0kpa或更低，并且粘度为13至21mpa·s，优选14至16mpa·s。因此，第一介质22在气液接触部18上具有适当的饱和蒸气压和适当的粘度，从而有效地发挥离子液体的吸水性。

(7)第一介质22的流速为0.5至3kg/m²·s，优选0.5至1.0kg/m²·s。这可以提高气液接触部18上第一介质22与空气之间的接触效率，从而获得高湿度控制效率。

(8)在用于空气湿度调节方法的调节器10中，用作气液接触部18的热交换管17以蜿蜒曲折的方式设置在气液接触壳体13中，所述气液接触壳体13包括用于供给空气的入口14和用于排出处理过的空气的出口15。将第一介质22喷洒到热交换管17的喷洒管21设置在热交换管17的上方，第二介质24通过热交换管17。

因此，在气液接触部18上，在空气和第一介质22之间实现气液接触。此时，第二介质24调节第一介质22的温度，从而提高湿度控制效率。

(9)调节器10包括成对的除湿器11和加湿器12。设置第一连接管26以将收集在除湿器11的容器25中的第一介质22引导到加湿器12的喷洒管21。设置第二连接管28以将收集在加湿器12的容器25中的第一介质22引导到除湿器11的喷洒管21中。

这可以同时提高除湿器11中的除湿效率和加湿器12中的加湿效率，从而提高除湿器11和加湿器12中的能量效率。

(10)热交换管17和翅片16由金属，优选铝，不锈钢或合金，甚至更优选铝或不锈钢制成，最优选铝。因此，热量在气液接触部18上有效地交换，从而提高了吸水性。

[实施例]

下面将根据实施例和对比例更具体地描述实施方案。测量本文引用的参数的值，并且参数的值可通过以下相应方法再现：

“绝对湿度”是指相对于每给定质量的干燥空气(以kg计)的水蒸汽总质量(以g计)。它可以通过本领域技术人员已知的方法测量，例如iso/tr18931:2001(en)。

“饱和蒸气压”通过以下中描述的方法测定：oecdguidelinesforthetestingofchemicals(1981):testno.104,items14–19“staticmethod”，于2006年3月23日采用。

用本领域技术人员已知的科里奥利流速计测定溶液的“流速”。

本文使用的“粘度”是指动态粘度。动态粘度的测量通过dineniso3104(“多范围毛细管”)在指定温度(例如在35℃)下进行。本说明书中给出的所有粘度值均指使用该方法时获得的粘度值。

密度测量用din51757，方法4(“biegeschwinger-verf.”＝“弯曲振动器方法”)进行。

(实施例1至7和对比例1)

在实施例1至7中，在以下条件下使用图1中的空气湿度调节器10测试空气湿度调节方法：

[第一介质22]

实施例1：

80质量％1,3-二甲基咪唑鎓乙酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为1.0kpa，在35℃下的粘度为14mpa·s

实施例2：

80质量％1,3-二甲基咪唑鎓甲基磺酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为1.9kpa，并且在35℃下的粘度为13mpa·s

实施例3：

80质量％1-乙基-3-甲基-咪唑鎓二乙基磷酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为1.8kpa，在35℃下的粘度为21mpa·s

实施例4：

80质量％1,3-二甲基咪唑丙酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为1.2kpa，在35℃下的粘度为16mpa·s

实施例5：

80质量％1-乙基-3-甲基-咪唑鎓四氟硼酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为3.5kpa，并且在35℃下的粘度为4mpa·s

实施例6：

80质量％1-乙基-3-甲基咪唑鎓硝酸盐和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为2.8kpa，并且在35℃下的粘度为21mpa·s

实施例7：

80质量％的1,3-二甲基咪唑鎓氯化物和氯化锂(质量比为5:1)的混合物和20质量％水的混合溶液，在35℃下的饱和蒸气压为1.9kpa，并且在35℃下粘度为52mpa·s

对比例1：

作为吸收剂的氯化锂(在35℃下33质量％的水溶液)，在35℃下的饱和蒸气压为1.8kpa，在35℃下的粘度为4mpa·s

[除湿器11]

空气作为经受处理的气体：温度34℃，绝对湿度19.5g/kg，流速216m³/h[图3(a)中，测定l＝0.1m，h＝0.4m，流速为1.5m/s，并且因此得到0.1×0.4×1.5×3600＝216m³/h。]

第一介质22：温度为17℃

第二介质24：温度为17℃，流速为6l/min

[加湿器12]

空气作为经受处理的气体：温度34℃，绝对湿度19.5g/kg，流速216m³/h(如除湿器11的情况)

第一介质22：温度为50℃

第二介质24：温度为50℃，流速为2.5l/min

改变第一介质22的流速，并在用作处理过的气体的空气中测量绝对湿度。图4显示了测量结果。

在对比例1中，使用根据相关技术的板式热交换器和气液接触器测试空气湿度调节方法。图4显示了测试结果。

根据图4的结果，在实施例1至4中，当第一介质22的流速为0.5至3kg/m²·s，特别是0.5至1.0kg/m²·s的低流速时，处理过的空气的绝对湿度降低至目标湿度或更低，即13g/kg或更低。由于在图3(a)中确定l＝0.1m和w＝0.2m，所以第一介质22的通道横截面积为0.02m²。通过将第一介质22的流速(kg/s)除以第一介质22的通道横截面积来计算流速。

在实施例5至7中，当第一介质22的流速为0.5至3kg/m²·s时，绝对湿度降至13至15g/kg。

在对比例1中，处理过的空气具有14至18g/kg的高绝对湿度，并且当吸收剂具有2kg/m²·s或更低的低流速时，绝对湿度不会降低至13g/kg或更低。这是因为用作气液接触部18的纸接触构件51没有抑制温度升高，妨碍了热交换。此外，对比例1中的干燥剂对金属具有高度腐蚀性，因此金属翅片16或金属热交换管17不可用。

[第一介质的粘度与饱和蒸气压之间的关系]

根据上述方法测量实施例1至7和对比例1中使用的第一介质22或吸收剂的粘度和饱和蒸汽压。图5显示了测量结果。

如图5所示，实施例1至4中的第一介质22具有低饱和蒸气压和相对高的粘度。实施例5至7中的第一介质22具有相对高的饱和蒸气压，低粘度或高粘度。对比例1中的吸收剂具有低饱和蒸气压和低粘度。

[测试第一介质22中离子液体的浓度]

如实施例1至4中那样测试空气湿度调节方法，同时将实施例1至4中使用的第一介质22中的离子液体的浓度变化5质量％从50质量％改变至95质量％，并且第一介质22的流速为2kg/m²·s。表1显示了测试结果，其中良好(用“○”表示)表示不高于13g/kg的绝对湿度，不好(用“×”表示)表示不低于13g/kg的绝对湿度，未测试(由“-”表示)表示具有高粘度的未测试状态。

表1

如表1的试验结果所示，第一介质22中的离子液体优选具有60至90质量％的浓度。

[加湿器12的加湿试验]

如在实施例1至4中的除湿器11的除湿试验中，在加湿器12的条件下进行加湿试验。此外，确定第一介质22的流速与绝对湿度之间的关系。测试结果如图6所示。

图6显示了实施例1至4中绝对湿度的平均值。在对比例1中类似地进行了加湿试验。试验结果示于图6中。

如图6所示，当第一介质22在加湿试验中具有低流速时，实施例1至4中的绝对湿度高于对比例1中的绝对湿度。

[加湿器12加湿期间的温度影响]

在实施例1至4中，进行加湿试验，同时第一介质22的流速为2kg/m²·s，第一介质22的温度从30℃变为90℃。表2显示了测试结果，其中良好(由“○”表示)表示不低于22g/kg的绝对湿度，不好(由“×”表示)表示低于22g/kg的绝对湿度。

表2

如表2所示，在加湿期间在40至90℃的温度下获得适当的加湿。

该实施方式可以以如下具体形式改变：

允许第一介质22通过的第一连接管26或第二连接管28可设置有用于与第二介质24进行热交换的热交换器，通过与第二介质24的热交换来加速第一介质22的温度调节。

喷洒管21的排出口20的开口直径可以变化，以便调节从排出口20流动的第一介质22的液滴尺寸。

气液接触壳体13中的容器25可以省略，第一介质22可以收集在气液接触壳体13的下部。在这种情况下，第一连接管26或者第二连接管28的一端连接到气液接触壳体13。

[参考标志清单]

10调节器

11除湿器

12加湿器

13气液接触壳体

13a气液接触壳体侧壁

13b气液接触壳体上壁

14入口

15出口

16翅片

17热交换管

18气液接触部

19管

20排出口

21喷洒管

22第一介质

23接收盘

24第二介质

25容器

26第一连接管

27热交换器

28第二连接管

31阀

32流速计

33温度计

51纸接触构件