CN101014807B - 用于除湿的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种液体干燥剂再生器系统(2)，其包括具有第一干燥剂入口(34)的干燥剂/空气热交换器(12)和干燥剂容器(16)。所述容器(16)具有第一干燥剂出口(32)、第二干燥剂出口(8)和第二干燥剂入口(6)。所述第一干燥剂入口(34)和所述第一干燥剂出口(32)可以与热源(22)连接，所述第二干燥剂入口(6)引导容器(16)的稀释干燥剂，并且所述第二干燥剂出口(8)将浓缩干燥剂导出所述容器(16)。所述第二干燥剂入口(6)和所述干燥剂出口(8)与用于将热量施加给流入所述容器的稀释干燥剂的干燥剂/干燥剂热交换器(10)连接。此外还提供一种除湿方法。

Description

用于除湿的系统和方法
技术领域
本发明涉及除湿系统和方法，更具体地，涉及用于对包围空间中的空气进行除湿的液体干燥剂再生器(LDR)和用于除湿的方法。 
美国专利No.6,266,975公开了一种基于蒸气压缩机的干燥剂(盐水)再生器。所述再生使干燥剂保持为一浓缩物，因为即使在潮湿条件下有效蒸气仍然减少。美国专利No.6,463,750公开了一种用于对包围空间中的空气进行除湿的系统，其包括空气/盐水热交换器，用于加热从外部引入热交换器内的冷新鲜空气和用于通过蒸气凝结对封闭空间内的所述空气进行除湿。 
与上述除湿系统不同的是，本发明基于一种从水溶液中除去水的再生器。低级别的废热可有效地用于这种生成装置。 
本发明的一宽泛的目的是提供一种用于除湿的再生系统和方法，以及一种基于通过从干燥剂中去除液体的液体干燥剂的方法，所述干燥剂在与包围空间中的待除湿空气接触之前被加热。 
由此根据本发明，提供一种液体干燥剂再生器系统，其包括：具有第一干燥剂入口的干燥剂/空气热交换器和干燥剂容器；所述干燥剂容器具有用于导出浓缩液体干燥剂的第一干燥剂出口、用于导出浓缩液体干燥剂的第二干燥剂出口和用于接收稀释液体干燥剂的第二干燥剂入口；所述第一干燥剂入口和所述第二干燥剂出口与用于给所述浓缩液体干燥剂施加热量的加热装置连接；所述第二干燥剂入口将稀释液体干燥剂导入所述干燥剂容器；并且所述液体干燥剂再生器系统还包括连接在所述第二干燥剂出口和所述加热装置之间的泵，所述泵用于从所述干燥剂容器向所述加热装置泵送浓缩液体干燥剂，并且使被加热后的浓缩液体干燥剂从所述加热装置返回到所述第一干燥剂入口；其特征在于：所述第二干燥剂入口和所述第一干燥剂出口均与用于将热量施加给流入所述干燥剂容器的稀释液体干燥剂的干燥剂/干燥剂热交换器连接，干燥剂/空气热交换器和干燥剂容器都与空气接触，干燥剂再生器使经由第二干燥剂入口流入干燥剂再生器的稀释干燥剂与经由第一干燥剂出口从干燥剂再生器排出的浓缩干燥剂进行热交换，与稀释干燥剂的温度相比，浓缩干燥剂的温度高，从而将热量从干燥剂再生器引入到一蒸气冷凝器，并且所述热量提升稀释干燥剂的温度，所述稀释干燥剂用作蒸气沉。 
本发明进一步提供一种除湿方法，其包括：设置具有第一干燥剂入口的干燥剂/空气热交换器和干燥剂容器；所述干燥剂容器具有用于导出浓缩液体干燥剂的第一干燥剂出口、用于导出浓缩液体干燥剂的第二干燥剂出口和用于接收稀释干燥剂的第二干燥剂入口；所述第一干燥剂入口和所述第一干燥剂出口与用于给所述浓缩液体干燥剂施加热量的加热装置连接，并且所述第二干燥剂入口将稀释干燥剂导入所述干燥剂容器，所述第二干燥剂出口将浓缩液体干燥剂导出所述干燥剂容器，所述第二干燥剂入口和所述第一干燥剂出口与用于将热量施加给流入所述干燥剂容器的稀释干燥剂的干燥剂/干燥剂热交换器连接，和以高于水从干燥剂蒸发的蒸发速率的速率传送所述浓缩干燥剂，所述方法还包括：从所述干燥剂容器向所述加热装置泵送浓缩液体干燥剂，并且使被加热后的浓缩液体干燥剂从所述加热装置返回到所述第一干燥剂入口；使干燥剂/空气热交换器和干燥剂容器都与空气接触，利用干燥剂再生器使经由第二干燥剂入口流入干燥剂再生器的稀释干燥剂与经由第一干燥剂出口从干燥剂再生器排出的浓缩干燥剂进行热交换，与稀释干燥剂的温度相比，浓缩干燥剂的温度高，从而将热量从干燥剂再生器引入到一蒸气冷凝器，并且利用所述热量提升稀释干燥剂的温度，所述稀释干燥剂用作蒸气沉。 
附图说明
现在结合一些优选实施例并且参照以下附图对本发明进行说明，以便可以更充分地理解本发明。 
现在详细地具体参照附图，需要强调的是，图示的细节是作为示例并且仅仅用于图解论述本发明的优选实施例，示出它们以便提供被认为是本发明原理和概念方面的最有用和易于理解的说明。在这方面，除了从本质上理解本发明所必须的细节外，没有试图更详细地表示本发明的结构细节，结合附图的说明使得本领域技术人员能获知本发明的多种形态如何实际实施。 
在附图中， 
图1是根据本发明用于除湿的再生系统的示意性剖视图； 
图2是根据本发明用于除湿的再生系统的另一实施例的示意性剖视图； 
图3是图2的实施例的两级系统的示意性剖视图，和 
图4是根据本发明用于除湿的再生系统的又一个实施例的示意性剖视图。 
具体实施方式
图1示出根据本发明用于除湿的再生系统2，其包括液体干燥剂再生器4，其具有用于接收稀释液体干燥剂，例如盐水的入口6和用于排出浓缩干燥剂的出口8。入口6和出口8都穿过热交换器10。例如本身可以从上述的美国专利No.6,266,975和No.6,463,750中得知的，它的教导在此引作参考，再生器4包括空气/干燥剂热交换器12、滴液室室14、干燥剂容器16和将空气引入滴液室14中的吹风机或风扇18。可选择地，滴液室14可以设置有用于在将空气引导到滴液室中之前加热该空气的空气加热器20。 
此外还设置有从蒸汽发生器24接收热量的干燥剂加热器22，所述发生器从透平26获取气体，而透平26经由燃烧室30从气体压缩机28接收气体。所述加热器22通过管道32与干燥剂容器16连接，并且通过管道36与干燥剂入口34连接。从空气冷却器38排出的空气被喂给到气体压缩机28，所述空气冷却器38通过泵41与闪蒸器40流体连通。该闪蒸器40可操作地经由蒸气压缩机42与蒸气干燥剂冷凝器44以及大气蒸发器46连接。再生器4的干燥剂容器16和蒸发器46通过穿过热交换器10的管道48、50流体连通。还设置有流体推进泵52、54、56。 
干燥剂再生器4使经由入口6流入再生器4的稀释干燥剂与经由出口8从再生器4排出的浓缩干燥剂进行热交换。与稀释干燥剂的温度相比，浓缩干燥剂的温度高，其将热量从再生器4引入到蒸气冷凝器44。所述热量提升稀释干燥剂的温度，所述干燥剂用作蒸气沉(vapor sink)。高温提升干燥剂的蒸气压力并且降低其作为蒸气沉的效果。当与再生器交换的干燥剂太少时，再生器中的干燥剂浓度可能变得过高并且蒸气压力过小，换句话说，蒸气压力可能低于再生器中空气的蒸气压力。这种状况会停止再生过程。此外，在低的交换率下，干燥剂的浓度能变得很高，以致液体会结晶并且停止其功能。 
液体干燥剂的特点在于蒸气压力，其低于在相同温度下的水的蒸气压力。在相同温度下的干燥剂蒸气压力与水蒸气压力的比率被定义为“活度”α。由此，例如，干燥剂LiCl在S＝25％的浓度下的特点在于，其蒸气压力为相同温度下的水的蒸气压力的一半，并且具有α＝50％的活度。在S＝40％时，活度α＝25％。 
将S1设定为溶液中干燥剂的稀释浓度(kg盐/kg溶液)和将S2设定为再生器中的干燥剂浓度(S2＞S1)。如果M1是流入再生器的质量流量，M2是从再生器排出的干燥剂排放量，并且如果E是在再生器处从干燥剂中去除的蒸气质量，则干燥剂(盐)的质量平衡需要满足 
M1S1＝M2S2    (1) 
总的质量流通量平衡是： 
M1＝M2+E    (2) 
用S1乘以方程2并且用方程1代入，则得出： 
M2(S2-S1)＝ES1，或M2＝ES1/(S2-S1)    (3) 
求解M1，得到： 
M1＝ES2/(S2-S1)    (4) 
(仅参照图2和图4的实施例) 
为了形成稳定状态，E应当等于蒸气在干燥剂上凝结的速率，例如在85％的相对湿度和18 ℃的温度下C＝E＝10千克/小时，其表现为许多温室中工况的特征。蒸气含量是W＝11g蒸气/千克空气。 
为了将温室维持在所需气候下，需要除湿器去除温室中的蒸气负荷。例如，在给定的包围空间中，蒸气负荷是10千克/小时或2.78克/秒。 
除湿的三种模式是公知的： 
1)与引入所述单元的设计空气的焓相比，干燥剂的焓和温度大。干燥剂的焓定义为在干燥剂界面处的空气的焓。 
2)干燥剂的焓与被引入空气干燥剂直接接触蒸气冷凝器的空气的焓相同(焓不变的交换)。 
3)干燥剂的焓低于空气的焓。 
为了在上述情况(1)、(2)中有效，干燥剂活度α应该比包围空间处所需的相对湿度小：αα<RH(相对湿度)。实际上，RH和α之间的差值应超过20％。否则，每千克空气将去除少于1克的蒸气，这需要大空气流和大系统，以便去除蒸气负荷。这是昂贵和耗能的。由此，在安装于DRH＝85％的温室中的除湿器中，稀释干燥剂的活度应该是αα<65％。对于氯化锂，S1>20％。对于使用CaCl干燥剂的相同活度的情况，S1>25％。 
在再生器4中，干燥剂的蒸气压力应该比引入空气干燥剂热交换器的空气的蒸气压力高，所述热交换器具体是空气冷却器38和闪蒸器40。干燥剂的温度由热源的性质决定。由此，在再生器4中，在58处(图1)的喷出口温度是60℃，干燥剂温度是50℃ 。如果空气温度是30℃和RH＝70％，则蒸气压力是30mb。为了允许蒸发，干燥剂活度应该超过25％，对于LiCI干燥剂，S2<40％。在较低活度和较高浓度的情况下，干燥剂不能在所述温度下蒸发并且再生器将停止工作。 
现在参照图2，其图示具有热再生系统2的单级再生器。图示的是再生器4，其由干燥剂蒸发器60、水蒸气冷凝器62、水冷却器/空气加热器64和干燥剂除湿器66组成。干燥剂除湿器66和蒸发器60的容器16经由干燥剂到干燥剂热交换器68流体连通。此外还设置有循环泵70、72和从水蒸气冷凝器62的容器16排放水的水出口74。干燥剂蒸发器60经由干燥剂入口管道36和干燥剂出口管道38连接到由加热器78供热的干燥剂热交换器76。此外还设置有用于推进干燥剂通过热交换器76的循环泵80。 
一种类似的两级再生器在图3中示出。如图所示，所述第二级进一步包括经由蒸气压缩机86与干燥剂蒸气冷凝器84流体连通的闪蒸器82。蒸气冷凝器84可操作地经由热交换器88与干燥剂蒸发器60的容器16互相连接。冷凝器84和蒸发器60之间的流体循环利用泵90实现，泵90也推进流体使之流向和流出干燥剂除湿器66。热交换器76与干燥剂锅炉92流体连通，所述锅炉由燃料燃烧器94加热。此外还设置有热交换器96。热交换器76利用来自干燥剂锅炉92的蒸汽加热蒸发器60中的干燥剂。 
热量和蒸气通过水蒸气冷凝器62回收。水通过空气加热器64将热量传递给包围空间。进入冷凝器62的水的温度通常比包围空间的温度高10℃左右，例如对于18℃下的温室，所述水的温度是例如28℃或更高。水在冷凝器62处被左右加热大约10℃，然后水温在28-38℃之间变化。在38℃时，水蒸气压力是76mb。在28℃时，水蒸气压力是38mb。为了允许干燥器在蒸发器60中蒸发，干燥剂的蒸气压力应该超过在冷凝器62处的水的蒸气压力。 
再生器中的干燥剂由热水加热器78(图2)或锅炉92(图3)加热到例如75℃的温度。在该温度下，干燥剂的活度应该大于25％，并且例如LiCl的含盐量应该为S2＜40％。实际上，对于在所述活度的CaCl盐水，液体将会结晶。 
对于S1＞20％和S2＜40％的情况，例如S1＝22％和S2＝38％的情况，和对于10千克/小时的蒸气负荷的情况，适用方程4：M1＝10＊S2/(S2-S1)。 
由此，M1＝10＊38/(38-22)＝2.375＊10＝23.75千克/小时。 
对流向再生器的干燥剂质量流量的实际限制是：M1＝ES2/(S2-S1)。对于实际的全部用途而言，再生器的浓度是S2＜2S1，并且因此M1＞2E。 
当流入再生器的入流量不超过2E时，干燥剂会结晶。活性最大的干燥剂，例如LiBr，仅仅在高温下起作用，其在再生器中产生材料耗损。 
为了提高本发明的再生器的效率，在稀释干燥剂和浓缩干燥剂流之间设置热交换器68(图2)、88(图3)。 
本发明的另一个实施例在图4中示出。图示的是干燥剂再生器98，空气-水冷凝器100可操作地与再生器连接。此外还图示了与再生器98和冷凝器100流体连通的热交换器102、104。加热器106与再生器98的入口108和出口110连接，用于加热再生器中的干燥剂。被加热的干燥剂通过泵112以预定速率进行循环。 
已经确定的是，当干燥剂的质量流量大于加湿水的质量流量，例如至少是蒸发水质量流量的两倍时，能获得良好的效果。此外，流入干燥剂蒸发器的空气质量流量应该以倍数10超过干燥剂蒸发，在再生器中的干燥剂的循环质量流通量应该大于干燥剂蒸发率至少10倍。 
此外，值得注意的是，流入再生器的稀释干燥剂和流出再生器的浓缩干燥剂之间的关系受到设置在系统中用于将干燥剂推进到再生器中的循环泵的控制。此外，为了使干燥剂/空气热交换器有效，在热交换器中使用的填充物质内的空气的雷诺数应该小于2000。 
本领域技术人员可以理解的是，本发明不限于上述图解实施例的细节，在不脱离本发明精神或实质性特征的情况下，本发明可以采用其它具体形态来实施。因此本发明的实施例被认为是在各个方面作为解释性的而不是限制性的，本发明的范围由所附的权利要求表述而不是由前述的说明表述，并且因此在权利要求等同物的含义和范围内的所有改变都意味着包含在其中。 

Claims (17)

1.一种液体干燥剂再生器系统(2)，其包括：
具有第一干燥剂入口(34)的干燥剂/空气热交换器(12)和干燥剂容器(16)；
所述干燥剂容器具有用于导出浓缩液体干燥剂的第一干燥剂出口(8)、用于导出浓缩液体干燥剂的第二干燥剂出口和用于接收稀释液体干燥剂的第二干燥剂入口(6)；
所述第一干燥剂入口和所述第二干燥剂出口与用于给所述浓缩液体干燥剂施加热量的加热装置(22)连接；
所述第二干燥剂入口将稀释液体干燥剂导入所述干燥剂容器(16)；并且
所述液体干燥剂再生器系统还包括连接在所述第二干燥剂出口和所述加热装置(22)之间的泵(52)，所述泵用于从所述干燥剂容器(16)向所述加热装置(22)泵送浓缩液体干燥剂，并且使被加热后的浓缩液体干燥剂从所述加热装置(22)返回到所述第一干燥剂入口(34)；
其特征在于：所述第二干燥剂入口(6)和所述第一干燥剂出口(8)均与用于将热量施加给流入所述干燥剂容器的稀释液体干燥剂的干燥剂/干燥剂热交换器(10)连接，
干燥剂/空气热交换器(12)和干燥剂容器(16)都与空气接触，干燥剂再生器(4)使经由第二干燥剂入口(6)流入干燥剂再生器(4)的稀释干燥剂与经由第一干燥剂出口(8)从干燥剂再生器(4)排出的浓缩干燥剂进行热交换，
与稀释干燥剂的温度相比，浓缩干燥剂的温度高，从而将热量从干燥剂再生器(4)引入到一蒸气冷凝器(44)，并且
所述热量提升稀释干燥剂的温度，所述稀释干燥剂用作蒸气沉。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述加热装置(22)包括来自燃烧过程的排气。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述加热装置(22)包括加热器。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述加热器是锅炉。
5.如权利要求4所述的系统，其中利用燃料燃烧器(94)或通过蒸汽来加热所述锅炉。
6.如权利要求2所述的系统，其中所述排气是从经由一燃烧室(30)与一气体压缩机(28)流体连通的气体透平(26)获得。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述气体压缩机从一空气冷却器(38)接收空气。
8.如权利要求1所述的系统，其进一步包括用于能控制地使流入所述再生器的干燥剂容器(16)的稀释干燥剂和流出所述再生器的干燥剂容器(16)的浓缩干燥剂之间的流量进行循环的泵装置(56)。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述干燥剂/干燥剂热交换器(10)与所述干燥剂容器(16)连接。
10.如权利要求1所述的系统，其中再生器中的干燥剂流的质量流量至少是凝结水质量流量的两倍。
11.如前述任一项权利要求所述的系统，还包括蒸气冷凝器(62)，用于冷凝从干燥剂散发的水蒸气，并且通过水冷却器/空气加热器(64)将冷凝热传递到包围空间中。
12.一种除湿方法，其包括：
设置具有第一干燥剂入口的干燥剂/空气热交换器(12)和干燥剂容器(16)；所述干燥剂容器具有用于导出浓缩液体干燥剂的第一干燥剂出口(8)、用于导出浓缩液体干燥剂的第二干燥剂出口和用于接收稀释干燥剂的第二干燥剂入口(6)；所述第一干燥剂入口和所述第一干燥剂出口与用于给所述浓缩液体干燥剂施加热量的加热装置(22)连接，并且所述第二干燥剂入口将稀释干燥剂导入所述干燥剂容器，所述第二干燥剂出口将浓缩液体干燥剂导出所述干燥剂容器，所述第二干燥剂入口和所述第一干燥剂出口与用于将热量施加给流入所述干燥剂容器的稀释干燥剂的干燥剂/干燥剂热交换器(10)连接，和
以高于水从干燥剂蒸发的蒸发速率的速率传送所述浓缩干燥剂，所述方法还包括：
从所述干燥剂容器(16)向所述加热装置(22)泵送浓缩液体干燥剂，并且使被加热后的浓缩液体干燥剂从所述加热装置(22)返回到所述第一干燥剂入口(34)；
使干燥剂/空气热交换器(12)和干燥剂容器(16)都与空气接触，利用干燥剂再生器(4)使经由第二干燥剂入口(6)流入干燥剂再生器(4)的稀释干燥剂与经由第一干燥剂出口(8)从干燥剂再生器(4)排出的浓缩干燥剂进行热交换，
与稀释干燥剂的温度相比，浓缩干燥剂的温度高，从而将热量从干燥剂再生器(4)引入到一蒸气冷凝器(44)，并且
利用所述热量提升稀释干燥剂的温度，所述稀释干燥剂用作蒸气沉。
13.如权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括将流入所述干燥剂/空气热交换器的空气质量流量控制成至少以10倍超过干燥剂蒸发速率。
14.如权利要求13所述的方法，其中从所述干燥剂/空气热交换器排出的空气将热量和水蒸气传递给一水蒸气冷凝器(62)，所述热量进一步从该水蒸气冷凝器经由一空气/水热交换器(64)传递到空气包围空间，其中从所述水蒸气冷凝器排出的空气返回到所述干燥器/空气热交换器，由此在干燥剂/空气热交换器和所述水蒸气冷凝器(62)之间闭合形成空气回路。
15.如权利要求14所述的方法，其中去除在一水蒸气冷凝器(62)处冷凝的水并且传送被冷凝的蒸气穿过一蒸气压缩机(42)到一干燥剂蒸发器(60)中。
16.如权利要求12所述的方法，其进一步包括在流入所述干燥剂容器的稀释干燥剂流和流出所述干燥剂容器的浓缩干燥剂流之间建立热交换关系的步骤。
17.如权利要求12所述的方法，其中流过所述干燥剂/空气热交换器的空气流的雷诺数小于2000。
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