CN102165267A - 用于周期性加湿和除湿室内空气的带有全热交换器的吸附空调系统的操作方法 - Google Patents

用于周期性加湿和除湿室内空气的带有全热交换器的吸附空调系统的操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用至少一个全热交换器(1)的空调系统的操作方法，其中热交换表面与用于冷却和加热空气(3)的流体接触，还与待除湿或加湿的空气以及吸湿性吸附溶液接触。流体与吸附溶液以同向流的方式被引导且流体与空气以逆向流方式被引导通过全热交换器。空调系统在除湿操作和加湿操作中根据空气温度和/或湿度来应用。吸附溶液以循环方式从储存单元(11)中引导到全热交换器中，再从全热交换器引导回储存单元中。在除湿操作中吸附溶液的含水量的增加在加湿操作中被降低。

Description

用于周期性加湿和除湿室内空气的带有全热交换器的吸附空调系统的操作方法
技术领域
本发明涉及一种使用至少一个全热交换器的空调系统的操作方法。
背景技术
US 6745826B2中公开了具有多个板的热交换器，所述板相互平行布置并形成多个筒状的平行的通道。水流经这些通道。空气沿与水流方向成横向的方向通过板间的间隙。此外，液体干燥剂在形成间隙的板的表面上从上至下流动，以使得空气潮湿。在离开间隙后，液体干燥剂(吸附溶液)被收集并被恢复以重新使用。采用这种恢复的方式，必须要再次从空气中去除所吸收的水分。这可以通过采用需要热的附加的热交换器实现。该热可以通过例如锅炉或者太阳能吸收器提供。因此这种方法需要热能或高投资费用、更多空间以及相当多的维护费用。
DE 19952639A1中公开了一种采用被循环地引导的吸湿性吸附溶液吸水和脱水的方式的空气调节方法，该方法包括如下步骤：
a)通过吸附空气流中所含水分的方法来干燥待调节的空气流；
b)通过同时采用低温热和周围空气而脱水的方法再生由于吸水而具有低浓度的吸附溶液。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于操作使用至少一个全热交换器或者热交换器的空调设备的方法，其中，热交换表面在一侧和用于冷却或者加热空气的流体接触，并且在另一侧与待除湿或加湿的空气以及吸湿性吸附溶液接触，以使得流体与吸附溶液以同向流方式被引导通过全热交换器，并且流体与空气以逆向流的方式被引导通过全热交换器，利用该全热交换器，吸附溶液的恢复无需额外的能量，并且该全热交换器以在很大程度上无需维护的方式操作。
根据本发明，通过使用具有权利要求1中的特征的方法能够实现该目的。该方法进一步有利的组成将在从属权利要求中推导出。
空调设备在除湿操作以及加湿操作中根据空气的温度和/或湿度而被应用，并且吸附溶液在循环操作中从储存装置中引导到全热交换器中，再从全热交换器引导回储存装置中，其中由除湿操作引起的吸附溶液的含水量的增长在加湿操作中会降低，并且考虑到在除湿操作时在储存装置中的吸附溶液产生的浓度梯度，吸附溶液从储存装置中的具有较高浓度的区域引导到全热交换器，并从全热交换器引导到储存装置中的具有较低浓度的区域，并且，在加湿操作中，吸附溶液从储存装置中的具有较低浓度的区域引导到全热交换器中，并从全热交换器引导回储存装置中的具有较高浓度的区域，由于以上事实，成功之处在于除湿操作以及加湿操作以期望的方式执行，其中整体上显著地节省了能耗。上述优势是由于以下事实产生的，除湿操作通常需要由流体冷却空气，而加湿操作通常需要由流体加热空气。
储存装置中的吸附溶液的浓度以自然浓度梯度的方式从上到下增加，并且在除湿操作中吸附溶液从储存装置的下部引导到全热交换器并从全热交换器引导到储存装置的上部，并且在加湿操作中吸附溶液从储存装置的上部引导到全热交换器并从全热交换器引导到储存装置的下部。
力求在除湿操作中吸附溶液通过所述全热交换器而产生的浓度减小量尽可能高。采用这种方式，成功之处在于，吸附溶液吸收和释放水分的循环能够持续一整年，并不需要特别大的储存装置。
有利地，在冷却操作中吸附溶液在离开储存装置和回到储存装置期间的浓度减小量至少为15％。
附图说明
在下文中本发明通过附图中示出的一个示例性实施方式而更详细地说明。示出了：
图1是在除湿操作或冷却操作中的空调设备；
图2是在加湿操作或加热操作中的根据图1的空调设备。
具体实施方式
附图中所示的空调设备包括两个以相同方式构造的全热交换器1和2，其中全热交换器1用于冷却和除湿供给空气3或者用于加热和加湿供给空气3，并且全热交换器2用于通过被全热交换器1加热或冷却的室内的流出空气4来加热或冷却流体，该流体在全热交换器1中用于冷却或加热供给空气。优选地，水被用作一种合适的流体。
例如，全热交换器1和2在每种情况下均包括具有一个或多个细管组的细管通风装置，该细管组优选地由以竖直方式彼此平行地布置的细管组成，其中该通风装置并没有示出。这些细管是外径在0.5mm到5mm之间的软塑料管。细管通风装置在每种情况下均包括用于分别向全热交换器1和2供给流体的普通供给导管5和6，以及分别从相应的全热交换器1和2中引出流体的普通回流导管7和8。一方面，全热交换器1的前向导管5和全热交换器2的回流导管8相互连接，另一方面，全热交换器2的供给导管6和全热交换器1的回流导管7相互连接，使得流体在循环时依次流经这两个全热交换器1和2的细管通风装置。泵9确保流体的持续循环。供给导管和回流导管被布置成使得该流体从上到下流进全热交换器1和2，同时供给空气或者流出空气4以与此相反的逆流方向从下到上流动。
优选地随着供给空气的冷却，力求为供给空气除湿，同时与此相反，通过对供给空气的加热，希望供给空气会被额外加湿。为此，位于容器11内的吸湿性吸附溶液通过入口10被供给至该全热交换器1。细管在其开口端被该吸附溶液浸润，并且该吸附溶液沿着细管向下流向出口12，通过出口12被传送回容器11。计量泵13保持吸附溶液不断地循环。
为达到高除湿和加湿效果，需要细管在其整个长度内被该吸附溶液均匀浸湿。即使为了增加全热交换器的效率而使得该吸附溶液的供应量尽可能低，可以通过使用具有小于20°接触角的亲水或疏水表面的细管达到该目的。为此，优选地细管被包上无纺布。
该吸湿性吸附溶液有用地是浓度范围为约15％到40％的水状的LiCl溶液。另外的适合的吸附溶液是CaCl2溶液或者这两者的混合物。考虑到具体重量和供给方向的控制，容器11中以这样的方式产生浓度梯度：形成具有较高浓度的(浓)吸附溶液的较低区域14，和具有较低浓度(稀)的吸附溶液的较高区域15。当然，在这些区域内部从上到下也会出现浓度梯度。
在图1所示的冷却操作中，其中供给空气3同时在全热交换器1中被加湿，入口10连接到邻近容器11底部的允通口16，因此浓吸附溶液供给到细管中。在吸附溶液在细管中向下流动期间，吸附溶液吸收供给空气中的湿气，因此吸附溶液的含水量会增加并且其浓度降低。如此获得的稀吸附溶液随后通过出口12和位于容器11中吸附溶液表面的浮子17引导回容器11。以这种方式，在冷却操作中容器11中吸附溶液的体积会增加。
在上述的空调设备中，通过全热交换器在每种情况下用于供给空气和流出空气，会发生极高程度的热回收，这使得不必要对供给空气进行附加的加热或冷却。
在第一全热交换器1中的供给空气3在冷却或夏季的操作中被冷却和除湿。流体(冷却水)循环流过全热交换器1和2。该流体在冷却和除湿供给空气3时在第一全热交换器1的通风装置中被冷却。在流出空气4在上游安置的加湿器中以绝热的方式冷却到其露点温度后，该流体在第二全热交换器2的通风装置中被流出空气4再次冷却。该流出空气4通过此方式被加热和加湿，随后被排出建筑物。
在图2所示的加热操作或者冬天的操作中，供给空气3在第一全热交换器1中被加热和加湿。流体从现在开始在全热交换器1中被冷却并通过回流导管7以及供给导管6被引导进入第二全热交换器2，在流体通过回流导管8和供给导管5引导回全热交换器1之前，该流体在第二全热交换器2中被流出空气4加热。
加热操作中，一方面浮子17和入口10，另一方面允通口16和出口12，通过适当的调节阀互相连接。因此来自容器11的稀吸附溶液被用于浸湿细管，并且吸附溶液在通过全热交换器1时，其水分由于供给空气3的湿化作用而被吸走，因此其作为浓吸附溶液通过出口12和允通口16流到容器11的区域14。通过这种方式，吸附溶液体积的减少量以与提供给供给空气3的湿度量对应的方式产生。
因此通过冷却操作而被稀释的吸附溶液可以在加热操作中恢复。通过经由计量泵13控制引导到全热交换器1的吸附溶液的量，可以确定供给空气3被加湿的程度和吸附溶液因此而被浓缩的程度。冬天室内设定的湿度容限相当高，因此，会存在较大的调整范围。可以通过这种方式非常精确地设定浓度增加，浓度增加补偿了先前冷却操作中的浓度减少。
容器11中必须储存初始吸附溶液且附加储存在冷却操作直至恢复期间吸附溶液从供给空气3中吸收的全部水量。使用具有例如10000m3/h供给空气速度的空调设备，在具有约2000m2有用面积的办公室中利用其可以进行空气调节，于是在中欧的气候条件下，每年夏天会吸收大约14500公升水。
容器11的储存容积可以采用尽可能高浓度的浓吸附溶液和采用尽可能低浓度的稀吸附溶液而被最小化。因此对本实例来说，对于采用40％的浓溶液和20％，30％或者35％的稀溶液的LiCl吸附溶液，分别要求储存体积为29、58或者116m3。因此，为减少储存容量，浓吸附溶液和稀吸附溶液的浓度差尽可能大是有用的，有利地，浓度差大于15％。
该浓度差可以通过全热交换器1中的吸附溶液的通过量来控制。通过量越小，浓度差越大。然而对于均匀浸湿来说最小通过量是必要的，以使得在一次流经全热交换器1时通常不会达到浓度差的期望值。然而，于是，存在从出口12退出的吸附溶液直接通过入口10进入全热交换器1的可能性，因此吸附溶液经过全热交换器1不止一次，直到其达到理想的浓度差，并被引导到容器11中。
在加热情况下，流出空气的绝热冷却在其进入全热交换器2之前停止。相反，全热交换器2的细管通风装置的水喷洒或者润湿继续进行，因为采用这种方式增加了效率。此外，在任一情况下，全热交换器的大部分会在较低温度下被在冷却时脱离流出空气的冷凝水加湿。
如果全热交换器2的细管通风装置在加热或冬天的操作中也由吸附溶液润湿，则空调设备的总效率还可能进一步显著增加。因此，入口18和出口19为此而设计。为此，吸附溶液也类似地从容器11中取出并被引导回容器11中。由于细管表面被吸附溶液浸湿，因此空气的露点温度会提升，使得通过潮湿的流出空气和细管表面间接触而产生的冷凝热在更高的温度下有效。这样，使用被LiCl吸附溶液润湿的细管通风装置，当在20℃的空气温度下时冷凝热可能已经被释放。相反，使用没有受到润湿的通风装置并且假设流出空气温度为22℃且相对湿度为50％，则直到露点温度降为低于约11℃才不会受到影响。由于采用吸附溶液润湿细管通风装置也可以大大降低冰的形成温度，因此避免全热交换器2的细管中形成冰的措施也被摒弃了。
最终，吸附溶液也可以被用作流经两个全热交换器1和2的细管的流体的防冻剂。在加热操作中，回流导管7中的流体的温度几乎被降到外部空气温度。因此必须在流体中增加防冻剂，并且这种防冻剂通常由丙三醇溶液组成。然而这样会显著增加流体的粘性，因此由泵10持久地施加的功率可以增加4倍。另外，这种防冻剂会使热转换变差，并且流体的特定热容量会减小，因此流体的通过量需要增加。
如果采用吸附溶液作为防冻剂，则上述缺点将显著减少。吸附溶液在容器11中通过简单的阀门装置以及合适的连接导管导入到细管通风装置中，其中，各自主要的外部温度集中采用如下方式调整：在所需要的温度足够高的情况下尽可能低。

Claims (13)

1.一种用于操作其中使用至少一个全热交换器(1)的空调设备的方法，其中，热交换表面在一侧和用于冷却或者加热空气(3)的流体接触，在另一侧与待除湿或加湿的空气(3)以及吸湿性吸附溶液接触，以使得所述流体与所述吸附溶液以同向流方式被引导通过全热交换器(1)，并且所述流体与所述空气(3)以逆向流的方式被引导通过全热交换器(1)，
其特征在于，所述空调设备在除湿操作以及加湿操作中根据所述空气(3)的温度和/或湿度而被应用，并且所述吸附溶液在循环操作中从储存装置(11)引导到所述全热交换器(1)中，并从所述全热交换器(1)引导回所述储存装置(11)中，
其中由除湿操作引起的所述吸附溶液的含水量的增长在加湿操作中会逆转，并且考虑到在除湿操作时在所述储存装置中的所述吸附溶液产生的浓度梯度，所述吸附溶液从所述储存装置(11)中的具有较高浓度的区域引导到所述全热交换器(1)，并从所述全热交换器(1)引导到所述储存装置(11)中的具有较低浓度的区域，并且在加湿操作中，所述吸附溶液从所述储存装置(11)中的具有较低浓度的区域引导到所述全热交换器(1)中，并从所述全热交换器(1)引导回所述储存装置(11)中的具有较高浓度的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储存装置(11)中的所述吸附溶液的浓度从上到下增加，并且在除湿操作中所述吸附溶液从所述储存装置(11)的下部(14)引导到全热交换器(1)中，并从所述全热交换器(1)引导到所述储存装置(11)的上部(15)，并且在加湿操作中，所述吸附溶液从所述储存装置(11)的上部(15)引导到所述全热交换器(1)，并从所述全热交换器(1)引导回所述储存装置(11)的下部(14)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述除湿操作中所述吸附溶液通过穿过所述全热交换器(1)而产生的浓度减小量尽可能高。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸附溶液在被引导回所述储存装置之前在所述全热交换器(1)中运行多次。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述吸附溶液的浓度减小量通过单位时间内引导入所述全热交换器(1)中的所述吸附溶液的量来控制。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述冷却操作中，所述吸附溶液在离开所述储存装置(11)和引导回所述储存装置(11)期间的浓度减小量至少为15％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，含水的LiCl溶液用作所述吸附溶液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述储存装置(11)中的含水的LiCl溶液的浓度在15％到40％的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述吸附溶液用作防冻剂混合到所述流体中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少两个全热交换器(1，2)，所述流体在封闭循环中依次流经该两个全热交换器，其中，在所述除湿操作中，第一全热交换器(1)用于冷却和除湿供给空气(3)，并且第二全热交换器(2)用于通过流出空气(4)冷却所述流体，并且在所述加湿操作中，所述第一全热交换器(1)用于加热和加湿供给空气(3)，并且所述第二全热交换器(2)用于通过所述流出空气(4)加热所述流体。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二全热交换器(2)的热交换表面也被所述吸附溶液浸湿。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第二全热交换器(2)中所述吸附溶液的浓度梯度与所述第一全热交换器(1)中所述吸附溶液的浓度梯度相反。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述流出空气(4)在进入所述第二全热交换器(2)之前以绝热的方式被冷却。
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