CN102042645B - 除湿空调系统及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及除湿空调系统及其运转方法，可以实现大幅的节能。该除湿空调系统中设有露点温度传感器(13)，用于检测向干燥室(200)供给的供气(SA)的露点温度(由冷水盘管(4)冷却后的处理侧的已干燥的空气的露点温度)，作为供气露点温度(tdpv)发送给控制装置(14)。如果供气露点温度(tdpv)低，则控制装置(14)降低再生侧风机(1)及电机(6)(驱动除湿转子(3)的电机)的转速。此外，不仅是供气(SA)的露点温度，还可以检测回气(RA)的露点温度等。另外，还可以只降低再生侧风机(1)的转速。此外，该除湿空调系统既可以是不具备冷水盘管(4)的类型，也可以是使回气(RA)不返回到处理侧的空气中的类型。

Description

除湿空调系统及其运转方法
技术领域
本发明涉及一种使用了跨设在再生侧的空气流路与处理侧的空气流路上、边旋转边连续地从处理侧的空气中吸湿及向再生侧的空气中排湿的除湿转子的除湿空调系统及其运转方法。
背景技术
目前，采用一种使用了除湿转子的除湿空调系统作为用于使冷冻仓库、电池工厂等保持较低湿度的空调(参照例如专利文献1、2)。
除湿转子形成为圆板状，并制成使空气能够在其厚度方向上贯通的结构。除湿转子的表面上设有以多孔性无机化合物为主要成分的固体吸附物。作为该多孔性无机化合物可以使用细孔径为0.1～20nm左右的吸附水分的化合物，例如硅胶、沸石、高分子吸附剂等固体吸附剂。此外，除湿转子由电机驱动，绕中心轴旋转，连续地从处理侧的空气中吸湿及向再生侧的空气中排湿。
图9表示使用了除湿转子的以往的除湿空调系统的概要。在该图中，1为形成再生侧的空气流的再生侧风机，2为形成处理侧的空气流的处理侧风机，3为跨设在再生侧的空气流路L1及处理侧的空气流路L2上的除湿转子，4为对处理侧的由除湿转子3吸湿后的已干燥的空气进行冷却的冷水盘管(冷却装置)，5为对除湿转子3排湿前的空气进行加热的热水盘管(加热装置)，6为使除湿转子3旋转的电机，7为对利用冷水盘管4冷却后的处理侧的已干燥的空气(供气)SA的温度进行测量的温度传感器，8为对利用热水盘管5加热后的再生侧的空气(再生用空气)SR的温度进行测量的温度传感器，除湿空调机100由这些部件构成。
冷水CW通过冷水阀9供给到除湿空调机100的冷水盘管4，热水HW通过热水阀10供给到热水盘管5。此外，对冷水盘管4设有控制器11，对热水盘管5设有控制器12。控制器11控制冷水阀9的开度，以使得温度传感器7测量的供气SA的温度tspv与设定温度tssp一致。控制器12控制热水阀10的开度，以使得温度传感器8测量的再生用空气SR的温度trpv与设定温度trsp一致。200是接受从除湿空调机100供给的供气SA的干燥室(被空气调节空间)。
处理侧
在该除湿空调系统中，来自干燥室200的回气RA回到处理侧的由除湿转子3吸湿前的空气中。在该例子中，回气RA与外部空气OA混合，形成处理侧的由除湿转子3吸湿前的空气。需要说明的是，来自干燥室200的回气RA的量为固定的。另外，与回气RA混合的外部空气OA的量由未图示的室压控制装置来控制，以使得干燥室200中的室压恒定。
在处理侧，在回气RA与外部空气OA的混合空气通过除湿转子3时，该空气中所含的水分被除湿转子3的固体吸附剂所吸附(吸湿)。而且，通过该除湿转子3吸湿后的回气RA与外部空气OA的混合空气、即利用除湿转子3除湿后的回气RA与外部空气OA的混合空气被输送到冷水盘管4进行冷却，并作为供气SA供给到干燥室200。
再生侧
另一方面，在再生侧，引入外部空气OA作为再生侧空气，输送到热水盘管5进行加热。由此，使得外部空气OA的温度上升，相对湿度下降。这种情况下，外部空气OA达到超过100℃的高温。该相对湿度下降后的高温外部空气OA作为再生用空气SR输送到除湿转子3，对除湿转子3的固体吸附剂进行加热。
即，除湿转子3进行旋转，在处理侧从回气RA与外部空气OA的混合空气中吸附水分后的固体吸附剂，在面向再生用空气SR时被加热。由此，使水分脱离固体吸附剂，而向再生用空气SR排湿。吸收来自该固体吸附剂的水分后的再生用空气SR作为排气EA被排出。
这样，在已有的除湿空调系统中，使除湿转子3以一定的旋转速度旋转，并且还使再生侧风机1及处理侧风机2的转速固定(额定转速)，在除湿转子3中连续地从回气RA和外部空气OA的混合空气(处理侧空气)中吸湿及向再生用空气SR中(再生侧空气)排湿，持续从除湿空调机100向干燥室200的供给供气(干燥空气)SA。
专利文献1：日本特开2006-308229号公报
日本专利2：日本特开2001-241693号公报
然而，在上述已有的除湿空调系统中，以除湿转子3的处理侧的吸湿量为峰值时作为基准，按照能够排出该峰值时所吸附的水分的方式，将至除湿转子3的再生侧的空气量设为一定，因此存在热水盘管5及冷水盘管4中的能量消耗较为剧烈、运转成本变得非常大的问题。
即，在处理侧的空气(回气RA与外部空气OA的混合空气)的含水量较少的情况下，除湿转子3的固体吸附剂所吸附的水分较少。因此，在再生侧，从除湿转子3的固体吸附剂脱离的水分也较少。尽管如此，供给到除湿转子3的再生侧的空气(再生用空气SR)的量也是以处理侧的吸湿量为峰值时的吸湿量作为基准的恒定量。
因此，向除湿转子3供给必要量以上的再生用空气SR，该部分能量在热水盘管5中被白白地浪费。此外，位于除湿转子3的再生侧的部分因再生用空气SR的供给而被加热，该被加热的部分由于除湿转子3的旋转而移动到处理侧。因此，从除湿转子3的再生侧向处理侧的热移动量增多，使除湿转子3的回气RA与外部空气OA的混合空气的温度上升，由于该混合空气的温度的上升，所以在冷水盘管4中的能量的消耗量增加。
此外，在图9中，除湿空调机100为具有冷水盘管4的类型，但是，也存在不具备冷水盘管4的类型。即，也存在对除湿转子3除湿后的空气不进行冷却而将其作为供气SA输送到干燥室200的类型的除湿空调机(外调机)。在这种类型的除湿空调机(外调机)中，冷水盘管4中不发生能量的消耗，但是热水盘管5中发生能量的消耗，由于在该热水盘管5中的能量消耗增加，所以运转成本变得非常大。
发明内容
本发明是为了解决该问题而做出的，因此，其目的在于提供一种能够实现大幅节能的除湿空调系统及其运转方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种除湿空调系统，其具有：形成再生侧的空气流的再生侧风机；形成处理侧的空气流的处理侧风机；除湿转子，其跨设在再生侧的空气流路与处理侧的空气流路上，边旋转边连续地从处理侧的空气中吸湿和向再生侧的空气中排湿；加热装置，其对再生侧的除湿转子排湿前的空气进行加热；被空气调节空间，其接受处理侧的由除湿转子吸湿后的已干燥的空气的供给，所述除湿空调系统还设有：含水量检测单元，其对在处理侧的已干燥的空气流过流路中规定位置的含水量进行检测；和控制单元，其根据该含水量检测单元检测出的含水量控制再生侧的空气的流量。
在本发明中，检测出在处理侧的已干燥的空气所流过的流路中规定位置的含水量，根据该检测出的含水量控制再生侧的空气的流量。例如，在检测出的含水量变少的情况下，减少再生侧的空气的流量。这种情况下，由于再生侧的空气流量变少，使得来自加热装置的再生用空气的温度上升。这里，若进行控制使再生用空气的温度保持固定，则加热装置中的加热量下降，减少在加热装置中消耗的能量。此外，由于再生侧的空气的流量变少，使得除湿转子从再生侧向处理侧的热移动量变少，由此抑制处理侧的通过了除湿转子的空气的温度上升。由此，在具有冷却装置的类型中，在冷却装置中消耗的能量也减少。
发明效果
根据本发明，因为设为对在处理侧的已干燥的空气所流过的流路中规定位置的含水量进行检测，根据该检测出的含水量控制再生侧的空气的流量，所以在检测出的含水量变少的情况下，减少再生侧的空气的流量，从而能够减少加热装置中消耗的能量(在具有冷却装置的类型中还降低冷却装置中消耗的能量)，实现大幅节能。
附图说明
图1是表示本发明除湿空调系统一实施方式(实施方式1)的概要的图。
图2是用来说明在实施方式1的除湿空调系统中的控制装置所具有的节能功能的流程图。
图3是表示本发明除湿空调系统又一实施方式(实施方式2)的概要的图。
图4是用来说明在实施方式2的除湿空调系统中的控制装置所具有的节能功能的流程图。
图5是例示除湿转子的再生侧的空气流量变少前的温度分布的图。
图6是表示检测来自干燥室的回气的露点温度(回气露点温度)例子的图。
图7是表示检测来自干燥室的排气的露点温度(排气露点温度)例子的图。
图8是表示使通过除湿转子除湿的处理侧的空气作为再生侧的空气返回到除湿转子的例子的图。
图9是表示已有的除湿空调系统的概要的图。
图中符号说明
1...再生侧风机；2...处理侧风机；3...除湿转子；4...冷水盘管；5...热水盘管；6...电机；7，8...温度传感器；9...冷水阀；10...热水阀；11、12...控制器；13...露点温度传感器；14(14-1，14-2)...控制装置；INV1，INV2...逆变器；L1...再生侧空气流路；L2...处理侧空气流路；100...除湿空调机；200...干燥室(被空气调节空间)。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
实施方式1
图1是表示本发明除湿空调系统一实施方式(实施方式1)的概要的图。在该图中，与图9相同的符号表示与参照图9进行说明的构成要素相同或等同的构成要素，因而省略对其的说明。
在该实施方式1中，在再生侧风机1上附设有逆变器INV1，从而能够调整再生侧风机1的转速。此外，通过露点温度传感器13检测向干燥室200供给的供气SA的露点温度(由冷水盘管4冷却后的处理侧的干燥空气的露点温度)，将该露点温度传感器13检测到的供气SA的露点温度(供气露点温度)tdpv提供给控制装置14(14-1)。
控制装置14-1作为本实施方式的特有功能，具有控制再生侧风机1的转速的功能(将该功能称为节能功能)，该控制功能是通过由处理器、存储装置构成的硬件以及协调这些硬件实现作为控制装置的各种功能的应用程序实现的。下面，根据图2所示的流程，对控制装置14-1所具有的节能功能进行说明。
控制装置14-1以固定周期获取来自露点温度传感器13的供气露点温度tdpv(步骤S101)，将该供气露点温度tdpv与事先设定的供气露点温度的设定值tdsp进行比较(步骤S102)。另外，这种情况下，供气露点温度tdpv还表示供气SA的含水量，供气露点温度tdpv高表示供气SA的含水量多，供气露点温度tdpv低表示供气SA的含水量少。
tdpv＜tdsp的情况
若供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp低(tdpv＜tdsp，步骤S102的“是”)，控制装置14-1就会降低再生侧风机1的转速(步骤S103)。这种情况下，控制装置14-1求出供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd(Δtd＝|tdpv-tdsp|)，将与该差值Δtd对应的控制输出S1输出给逆变器INV1，以使再生侧风机1的转速降低供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd所对应的大小。
由此，减少供给到除湿转子3的再生空气SR的量，减少除湿转子3的再生侧的水分的脱离量，减少处理侧的水分的吸附量，供气露点温度tdpv上升，并与供气露点温度的设定值tdsp一致。
在该控制中，若再生侧风机1的转速下降，则再生侧的空气的流量减少，来自热水盘管5的再生用空气SR的温度上升。这种情况下，对热水盘管5设置的控制器12控制热水阀10的开度，以使再生用空气SR的温度tdpv保持为设定温度tdsp。由此，使得供给到热水盘管5的热水HW的供给量(加热量)减少，减少在热水盘管5中消耗的能量。
此外，由于减少再生侧空气的流量，除湿转子3从再生侧向处理侧的热移动量减少。因此，可以抑制在处理侧通过了除湿转子3的空气的温度上升。这种情况下，对冷水盘管4设置的控制器11控制冷水阀9的开度，使供气SA的温度tspv保持为设定温度tssp。由此，减少向冷水盘管4供给的冷水CW的供给量(冷却量)，在冷水盘管4中消耗的能量也减少。
此外，由于降低再生侧风机1的转速，还会减少驱动再生侧风机1所需要的能量。
这样，在本实施方式中，供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp低时，则在热水盘管5、冷水盘管4中消耗的能量减少，此外，也会减少驱动再生侧风机1所需要的能量，在处理侧、再生侧都可以实现大幅地节能。特别是，在热水盘管5、冷水盘管4中消耗的能量的减少量极大，能够实现称得上爆发性的节能。
tdpv＞tdsp的情况
供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp高(tdpv＞tdsp，步骤S104的“是”)时，则控制装置14-1提高再生侧风机1的转速(步骤S105)。这种情况下，控制装置14-1求出供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd(Δtd＝|tdpv-tdsp|)，将与该差值Δtd对应的控制输出S1输出给逆变器INV1，再生侧风机1的转速提高供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd所对应的大小。
由此，增加供给到除湿转子3的再生空气SR的量，除湿转子3在再生侧的水分的脱离量增加，增加处理侧的水分的吸附量，供气露点温度tdpv下降，与供气露点温度的设定值tdsp一致。
实施方式2
图3是表示本发明除湿空调系统另一实施方式(实施方式2)的概要的图。
在该实施方式2中，在再生侧风机1附设逆变器INV1，从而能够调整再生侧风机1的转速。此外，在驱动除湿转子3的电机6上附设有逆变器INV2，从而能够调整电机6的转速。此外，通过露点温度传感器13检测向干燥室200供给的供气SA的露点温度(由冷水盘管4冷却后的处理侧的干燥空气的露点温度)，将该露点温度传感器13检测的供气SA的露点温度(供气露点温度)tdpv提供给控制装置14(14-2)。
控制装置14-2，作为本实施方式的特有功能具有控制再生侧风机1的转速以及电机6的转速的功能(将该功能称为节能功能)，该控制功能通过由处理器、存储装置构成的硬件以及协调这些硬件实现作为控制装置的各种功能的应用程序来实现。下面，根据图4所示的流程，对控制装置14-2所具有的节能功能进行说明。
控制装置14-2以固定周期获取来自露点温度传感器13的供气露点温度tdpv(步骤S201)，将该供气露点温度tdpv和事先设定的供气露点温度的设定值tdsp进行比较(步骤S202)。
tdpv＜tdsp的情况
若供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp低(tdpv＜tdsp，步骤S202的“是”)，则控制装置14-2降低再生侧风机1的转速以及电机6的转速(步骤S203)。这种情况下，控制装置14-2求出供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd(Δtd＝|tdpv-tdsp|)，将与该差值Δtd对应的控制输出S1及S2输出给逆变器INV1及INV2，使再生侧风机1的转速以及电机6的转速降低供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd所对应的大小。
在该控制中，再生侧风机1的转速下降时，则再生侧的空气流量变少，从热水盘管5出来的再生用空气SR的温度上升。这种情况下，对热水盘管5设置的控制器12控制热水阀10的开度，以使再生用空气SR的温度trpv保持为设定温度trsp。由此，使得向热水盘管5供给的热水HW的供给量(加热量)减少，减少在热水盘管5中消耗的能量。
此外，通过减少再生侧的空气流量，使得除湿转子3从再生侧向处理侧的热移动量减少。因此，可以抑制通过除湿转子3的处理侧的空气的温度上升。这种情况下，对冷水盘管4设置的控制器11控制冷水阀9的开度，以使供气SA的温度tspv保持为设定温度tssp。由此，减少向冷水盘管4供给的冷水CW的供给量(冷却量)，也减少了在冷水盘管4中消耗的能量。
需要说明的是，再生侧空气的流量减少时，则除湿转子3中的温度分布发生变化。即，除湿转子3中的温度分布发生变化。在实施方式1中，除湿转子3中的温度分布的变化随再生侧空气流量的变化小，且只控制再生侧空气的流量。与此相反，在实施方式2中，假设除湿转子3中的温度分布变化较大，匹配再生侧空气流量的控制来控制除湿转子3的转速。
图5是例示除湿转子3的再生侧的空气流量变少前的温度分布的图。在使电机6的转速(除湿转子3的转速)不下降，保持为一定的情况下，由于再生侧空气的流量变少，使得该温度分布向低的方向变化。因此，在本实施方式中，设为使电机6的转速也下降，且不会使该温度分布发生变化。
由此，在保持除湿转子3中的温度分布的状态下，减少向除湿转子3供给的再生空气SR的量，减少除湿转子3的再生侧的水分的脱离量，减少处理侧的水分的吸附量，供气露点温度tdpv上升，与供气露点温度的设定值tdsp一致。
这样，在本实施方式中，供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp低时，则在热水盘管5、冷水盘管4中消耗的能量减少，此外，驱动除湿转子3所需要的能量以及驱动再生侧风机1所需要的能量也减少，处理侧、再生侧都可以实现大幅节能。
tdpv＞tdsp的情况
供气露点温度tdpv比供气露点温度的设定值tdsp高(tdpv＞tdsp，步骤S204的“是”)时，则控制装置14-2提高再生侧风机1的转速以及电机6的转速(步骤S205)。这种情况下，控制装置14-2求出供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd(Δtd＝|tdpv-tdsp|)，将与该差值Δtd对应的控制输出S1及S2输出给逆变器INV1及INV2，将再生侧风机1的转速及电机6的转速提高供气露点温度tdpv与供气露点温度的设定值tdsp的差值Δtd所对应的大小。
由此，在保持除湿转子3中的温度分布的状态下，增加向除湿转子3供给的再生空气SR的量，增加除湿转子3的再生侧的水分的脱离量，处理侧的水分的吸附量增加，供气露点温度tdpv下降，并与供气露点温度的设定值tdsp一致。
需要说明的是，在上述实施方式中，设置为由露点温度传感器13检测向干燥室200供给的供气SA的露点温度(供气露点温度)，然而，如图6的实施方式2的变形例所示，还可以设置为：通过露点温度传感器13检测来自干燥室200的回气RA的露点温度(回气露点温度)，根据该露点温度传感器13检测的回气露点温度tdpv与事先规定的回气露点温度设定值tdsp的差值Δtd来控制再生侧风机1以及电机6的转速。
此外，如图7的实施方式2的变形例所示，还可以设置为：通过露点温度传感器13检测来自干燥室200的排气EXA的露点温度(排气露点温度)，根据该露点温度传感器13检测的排气露点温度tdpv与事先规定的排气露点温度设定值tdsp的差值Δtd来控制再生侧风机1以及电机6的转速。
此外，露点温度的检测点并非必须是供气SA、回气RA、排气EXA，也可以在利用除湿转子3吸湿后的处理侧的已干燥的空气(干燥空气)所流过的流路中，对任一点的露点温度进行检测。此外，并非必须设置为对露点温度进行检测，也可以设置为对湿度进行检测。检测湿度的情况既可以为检测相对湿度，也可以为检测绝对湿度。
此外，还可以设置为例如，检测回气RA的露点温度，根据该检测出的回气RA的露点温度按照供气SA的露点温度成为设定值的方式来控制再生侧风机1及电机6的转速(级联控制)。
此外，如图8的实施方式2的变形例所示，还可以设置为使利用除湿转子3吸湿后的处理侧的空气作为再生侧的空气回到除湿转子3。这种情况可以想到如下的各种方式：如图8中实线所示，使利用除湿转子3吸湿后的处理侧的空气通过热水盘管5供给到除湿转子3的方式；如图8中虚线所示，将利用除湿转子3吸湿后的处理侧的空气输送到除湿转子3的再生侧加热，使用该除湿转子3的再生侧加热后的空气通过热水盘管5再次供给到除湿转子3的方式等。
此外，在上述实施方式中，再生侧空气的流量并非必须通过再生侧风机1的转速进行控制，也可以设置为例如在再生侧空气流路中设置风门，通过调整该风门的开度进行控制。此外，再生侧风机1并非必须设置在除湿转子3的后段(再生侧的空气出口侧)，也可以为设置在除湿转子3的前段(再生侧的空气入口侧)。
此外，在上述实施方式中，设置为使来自干燥室200的回气RA回到向除湿转子3供给的吸湿前的处理侧的空气；然而，也可以设置为没有来自干燥室200的回气RA、只将外部空气OA作为处理侧空气供给给除湿转子3。
此外，在上述实施方式中，加热再生侧空气的加热装置为热水盘管，冷却处理侧的干燥后的空气的冷却装置为冷水盘管；然而，加热装置、冷却装置并不限于热水盘管、冷水盘管。
此外，在上述实施方式中，将除湿空调机100设置为具有冷水盘管4的类型，然而，也可以为不具有冷水盘管4的类型。即，还可以设置为对利用除湿转子3除湿后的空气不进行冷却就作为供气SA输送给干燥室200的类型的除湿空调机(外调机)。
在这种类型的除湿空调机(外调机)中，冷水盘管4中不发生能量消耗，但是，热水盘管5中会发生能量消耗。这种情况通过减少再生侧的空气流量，使热水盘管5中的能量消耗减少，来实现大幅节能。
本发明的除湿空调系统及其运转方法作为用来保持较低湿度的空调，可以应用在锂电池工厂、食品工厂、物流仓库等各种领域。

Claims (7)

1.一种除湿空调系统，具有：形成再生侧的空气流的再生侧风机；形成处理侧的空气流的处理侧风机；除湿转子，其跨设在所述再生侧的空气流路与所述处理侧的空气流路上，边旋转边连续地从处理侧空气中吸湿和向再生侧空气中排湿；加热装置，其对再生侧的由所述除湿转子排湿前的空气进行加热；被空气调节空间，其接受处理侧的由所述除湿转子吸湿后的已干燥的空气的供给，其特征在于，具有： 
含水量检测单元，其检测所述处理侧的已干燥的空气流过流路中规定位置的含水量； 
控制单元，其根据利用该含水量检测单元检测出的含水量控制所述再生侧的空气的流量。 
2.根据权利要求1所述的除湿空调系统，其特征在于， 
所述控制单元，根据所述含水量检测单元检测出的含水量来控制所述再生侧的空气的流量以及所述除湿转子的转速。 
3.根据权利要求1所述的除湿空调系统，其特征在于， 
所述含水量检测单元检测向所述被空气调节空间供给的供气中的含水量。 
4.根据权利要求1所述的除湿空调系统，其特征在于， 
所述含水量检测单元，检测从所述被空气调节空间流出的空气中的含水量。 
5.根据权利要求1～4中任一项所述的除湿空调系统，其特征在于， 
所述含水量检测单元将所述含水量以露点温度的形式测出。 
6.根据权利要求1～4中任一项所述的除湿空调系统，其特征在于， 
所述含水量检测单元将所述含水量以湿度的形式测出。 
7.一种除湿空调系统的运转方法，其适用于权利要求1所述的除湿空调系统，该除湿空调系统的运转方法的特征在于，包括： 
含水量检测步骤，所述除湿空调系统的含水量检测单元检测所述处理侧的已干燥的空气流过流路中规定位置的含水量； 
控制步骤，所述除湿空调系统的控制单元根据该含水量检测步骤检测出的含水量控制所述再生侧的空气的流量。 
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