CN104169653A - 用于控制固体干燥剂除湿器的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明大体公开了一种干燥剂除湿器控制系统。特别地，本发明涉及一种使用转子(通常称为转轮)对处理气流进行除湿的固体干燥剂除湿器。本发明提供了一种用于控制干燥剂除湿器的新的设备和一种控制这样的除湿器的改进的方法，并且还提供了设置有这样的控制系统的除湿器。

Description

用于控制固体干燥剂除湿器的设备和方法
技术领域
本发明大体涉及一种干燥剂除湿器控制系统。特别地，本发明涉及一种使用转子(通常称为转轮)对处理气流进行除湿的固体干燥剂除湿器。本发明提供了一种用于控制干燥剂除湿器的新的设备和一种控制这样的除湿器的改进的方法，并且还提供了设置有这样的控制系统的除湿器。
背景技术
除湿是从空气中除去水分的处理。存在对空气进行除湿的若干种已知方法。然而，两种最常用的方法使用制冷和干燥剂。在基于制冷的除湿方法中，使水分凝结在冷却盘管上，从而从流经冷却盘管的气流除去水分。在基于干燥剂的除湿中，用于除湿的处理使用吸收或吸附。基于吸收的处理使用液体或固体干燥剂，而基于吸附的处理使用固体干燥剂，如硅胶、活性氧化铝、分子筛等。
基于干燥剂的除湿器系统可以为双塔循环型的、或连续旋转型的。待干燥的空气通常被称为处理空气，而用于再生干燥剂的空气被称为再生或再激活空气。
基于制冷的除湿系统在其可以除去的水分方面受限。这是因为，低于一定的露点湿度时会出现冷却盘管的冻结，因此需要使系统更加复杂的除霜循环。当空气被干燥到所需湿度时，其对于除湿空间或处理往往过冷。结果，该空气必须经受再加热处理以在使用前使其温度升高至期望水平。
另一方面，干燥剂除湿器系统在不对空气进行冷却的情况下使空气干燥，并且因此可以实现对于许多工业应用所必需的非常低的露点而不具有结霜或冻结的问题。干燥剂除湿器用途的常见示例在用于药物生产的医药领域中、食品加工领域中以及需要处于比单独使用制冷在技术上或经济上可以实现的相对湿度或露点更低的相对湿度或露点的空气的各种制造工艺中。
大多数干燥剂除湿器通常包括限定两组或更多组通风区(通常被称为扇区)的壳体，使得两个或更多个分立的气流可以通过转轮。转轮包含大量小的轴向布置通道，使得两个或更多个气流可以在不显著交叉混合的情况下通过转轮。该通道的壁被浸渍有干燥剂，从而在干燥剂与通过它的气流之间提供有较大接触面积。第一气流(处理气流)通过转轮并通过浸渍在转轮中的干燥剂进行除湿。第二气流(再激活气流)被加热并通过转轮，以驱逐出吸收或吸附在处理扇区中的水分。转轮在处理扇区和再激活扇区之间连续旋转，使得处理空气除湿为连续处理。一个或更多个另外的气流可以通过转轮以提高除湿性能和/或减少除湿器的能量需求。
干燥剂除湿器使用大量的热能来再生或再激活干燥剂。因此，多年来，试图使所需热能的量最小化已引起极大关注。通常，这些努力集中于干燥剂床或转轮的构造的改进，以及响应于受控空间中的湿负荷或处理空气、针对干燥剂除湿器系统的容量控制的控制策略。
美国专利公开号US2010/0031528A1公开了控制用于使产品干燥的供给气体的水分含量的处理。此文献中所描述的处理包括：如果需要的话，加热供给气体；确定供给气体的温度和水分含量；然后使供给气体与旋转的干燥剂转轮接触；以及回收经除湿的供给气体。结合干燥剂的相应吸着等温线使用与气体温度和水分含量相关的数据来控制干燥剂转轮的旋转。此文献规定了使用闭合回路的过热蒸汽作为再生介质，以减少沸石再生的高能耗。尽管此文献涉及利用压力变送器来监测和确保由风扇产生的恒定气体流量并且利用专用变送器来测量供给气体的水分含量，但没有公开用于测量温度或水分含量的具体手段。因此，用于确定供给气体的温度或水分含量的方法必然局限于与闭合回路蒸汽供应系统可以一起使用的方法。
美国专利5,188,645公开了使用干态干燥剂除湿器来进行露点调整的方法和设备。此文献中所公开的方法未使用确保水分或温度值的确定的任何控制机构，而似乎代之以依赖于提供预定的温度值。
美国专利7,690,582公开了一种湿度控制设备，在该湿度控制设备中，通过改变干燥剂转轮的旋转速度来改变第一气流和第二气流之间的热交换量以及在第一气流和第二气流之间的水分交换量。使用两种固定的转轮速度，一种用于在夏季天气期间对空气进行除湿，另一种用于在冬季天气期间进行加热和加湿。该湿度控制设备在两个位置(除湿操作和加湿/加热操作)之间进行切换。此专利的发明具体地依赖于避免使用切换阀。所使用空气的温度的测量似乎只进行一次，并且似乎是预定参数的函数。这并未提供系统操作中的灵活性。
日本专利公开号2010-110736公开了如下方法：该方法用于提高干态干燥剂除湿器的运转效率，同时保持在该干态干燥剂除湿器的出口处的空气的恒定露点湿度。此文献中所公开的方法包括：控制再激活空气流，使得对平均再激活出口温度进行测量并将其保持为固定值。根据此文献，如果平均再激活空气出口温度保持为固定值，则认为干燥剂被完全再激活。此文献还描述了控制具有顺序地位于再激活扇区与处理扇区之间的吹洗扇区的干态干燥剂单元的操作的方法和设备。通过吹洗扇区的空气流与再激活空气流同流且与处理空气流逆流。处理排出空气流的一部分被用于吹洗空气流。通过吹洗扇区的空气流被控制为使得在其排出时保持恒定的空气温度。干燥剂转子速度可以与再激活空气流成比例地进行调节。吹洗扇区使用转轮中的余热用于再激活处理的一部分。使用平均的再激活和吹洗排出温度。此文献中的方法和设备几乎排他地依赖于对再激活空气流的控制，以将平均再激活出口温度保持为预定的固定值。这里的方法未提供所期望的必要的操作灵活性，并且没有使得能够进行动态控制。日本专利公开号2010-247041描述了一种在控制除湿器的操作中实现明显高度稳定的可变控制操作的方法。在此方法中，可以检测并控制供给空气的平均露点温度，以常规地满足要求。该系统根据除湿负荷的变化等来控制转子的转数或吸附转子系统的除湿器的再生温度。该方法可用于具有顺序地位于再激活扇区与处理扇区之间的吹洗扇区的干态干燥剂除湿器。此文献实质上涉及如下方法：依据该方法，通过测量通过处理扇区的平均空气温度上升来推断除湿负荷。受控变量可以包括转子转速、再激活空气流量和温度、吹洗扇区空气流量和处理空气流量。吹洗扇区空气流可以沿任一方向，并且吹洗空气源可以来自处理空气供给或处理空气排出。再者，这里的方法未提供所期望的必要的操作灵活性，并且没有使得能够进行动态控制，原因在于此方法几乎排他地依赖于测量通过处理扇区的平均空气温度上升来确保其保持为预定值。
日本专利公开号08-141352公开了一种连续诊断转子的劣化并预测替换转子的时间的方法。该方法包括：测量在第二级除湿器中的再生空气的平均出口温度，以诊断第一级除湿器上的转子的劣化。此公开的方法和设备关于具有两个串联除湿器的除湿系统，其中第一除湿器对作为用于第二除湿器的入口空气的至少一部分的环境空气进行预调节。此公开的实质包括：通过测量通过第二除湿器的再激活空气的温度下降来推断在第一除湿器中发生的除湿的量。此专利特定于具有两个串联除湿器的系统，并且缺乏对于基于固体干燥剂的除湿系统所期望的必要灵活性。
日本专利公开号2001-099451公开如下方法和设备：其中，除湿器中的再激活所需的热量被最小化，并且其中，用加热的空气来再激活转子。在此公开中，转子利用再激活空气来被加热，从而在两个或更多个再激活扇区中移动。紧接在已移至再激活部之后的转子温度较低，但转子在移动的同时被加热，并且再激活空气入口温度上升。在再激活部中形成沿着干燥剂转子的旋转方向的温度分布。此公开的方法和设备本质上涉及具有两个或更多个再激活扇区的除湿器，其中在随后扇区中入口空气温度逐渐上升。另一实施方式示出与相应的再激活扇区配对的多个单独的100％吹洗扇区。再者，此文献的公开未提供在基于固体干燥剂的除湿系统中以动态方式实现操作控制的灵活性的任何解决方案。
美国专利6,751,964公开了一种集成式干态干燥剂制冷空调系统。该设备包括改变干燥剂转子的旋转速度来控制从供给气流除去的水分量或转移至供给气流的热量的机构。此文献的公开的范围显然允许干燥剂转轮在夏季时被用作除湿器并且在冬季时用作焓恢复转轮。此文献的目的和主旨尝试灵活性，但是是在与为了使热能消耗最小化而对基于固体干燥剂的除湿器进行的控制操作所需的场景不同的场景下尝试灵活性。
PCT国际公开号WO2004/055443A1公开了一种冷却和除湿系统，其包括至少一个蒸发器、至少一个可变速制冷压缩机以及至少一个冷凝器和单个干燥剂转轮。由蒸发器冷却后的空气的至少一部分通过干燥剂转轮的一个部分，并且冷凝器空气的至少一部分通过除湿器的另一部分。压缩机的速度受控于供给气流、再激活气流和/或制冷系统中的至少一个条件。为了基于从制冷系统可得到的热量来保持恒定的再激活温度，要求保护冷凝器空气流(因此再激活空气流)的可变体积。没有提及可变的干燥剂转子速度。
明显地，尽管已做出各种尝试来改进使用过程中的热能消耗，但是这些方法中没有一种方法已经成功地提供基于固体干燥剂的除湿系统的操作控制的期望灵活性。实际上，似乎本领域中使在基于固体干燥剂的除湿器的操作期间的热能消耗最小化的尝试都集中在特定情况，而非尝试全面并且因此灵活的控制系统和方法。
本发明的目的
本发明的重要目的为提供确保操作中的最大灵活性的控制固体干燥剂除湿器的方法和系统。
本发明的另一目的为提供一种控制固体干燥剂除湿器的方法，其具有与转子中的扇区数无关的应用，并且实际上能够根据扇区数来适应。
本发明的又一目的为提供一种基于固体干燥剂的除湿系统，其在操作控制方面具有显著高水平的灵活性，其中需要控制的参数能够由用户选择。
本发明的又一目的为提供一种控制固体干燥剂除湿器的动态控制方法，其连续地感测并监测在旋转轮中的不同位置处的温度，并使得能够推断在转轮的任何给定位置处发生的除湿。
本发明的又一目的为提供一种设备和方法，该设备和方法需要最少的费用并且仍在操作方面灵活，由此提供的更好数据生成以便监测干燥剂转轮中的再激活。
发明内容
根据本发明的各目的，在一个实施方式中，本发明提供了一种控制旋转式固体干燥剂除湿器的设备，该旋转式固体干燥剂除湿器使用干燥剂转轮并且设置有处理扇区和再激活扇区。该设备实质上包括：中央控制单元；一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器在操作上与中央控制单元相关联地提供，以便尤其是测量进入处理扇区的空气温度、进入再激活扇区的空气温度、离开处理扇区的空气的平均本体温度、离开再激活扇区的空气的平均本体温度、正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的处理扇区的空气的温度、正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的再激活扇区的空气的温度中的一个或更多个。在使用预定算法处理由传感器生成的数据之后在中央控制单元中生成输出信号，并且输出信号被引导至设备部件中的一个或任意组合，所述设备部件包括处理空气移动装置、再激活空气移动装置、再激活空气加热装置、处理空气预冷却装置(如果使用的话)以及干燥剂转轮旋转装置。
在本发明的另一实施方式中，中央控制单元为PLC单元。
在本发明的另一实施方式中，所述设备可以设置有接近处理扇区而定位的传感器，以测量进入处理扇区的空气的湿度并且将由此生成的数据提供至中央控制单元。
在本发明的另一实施方式中，所述设备可以包括如下传感器：所述传感器通过测量离开处理扇区的空气的平均本体湿度来向中央控制单元提供数据。
在本发明的另一实施方式中，在处理扇区周围包括旁通管道，设置有用于根据来自中央控制单元的输出信号控制空气通过旁通管道的流动的装置，并且设置有用于根据来自中央控制单元的输出信号控制空气通过所述转轮的处理扇区的流动的装置。
在本发明的另一实施方式中，所述设备还包括如下传感器：所述传感器通过在处理空气和旁通空气已混合之后测量处理空气的湿度来向中央控制单元提供数据。
在本发明的另一实施方式中，所述除湿器被设置有：吹洗扇区，该吹洗扇区顺序地位于再激活扇区和处理扇区之间；以及用于使气流通过吹洗扇区并引导所述气流使之成为进入所述转轮的再激活扇区的空气的至少一部分的装置。
在本发明的又一实施方式中，接近吹洗扇区的表面而设置一个或更多个传感器，以感测离开吹洗扇区的空气的平均本体温度并且将所生成的数据提供至中央控制单元。
在本发明的又一实施方式中，接近吹洗扇区的表面而设置一个或更多个传感器，以感测正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开吹洗扇区的空气的温度并且将所生成的数据提供至中央控制单元。
在本发明的另一实施方式中，设置有如下装置：所述装置控制通过吹洗扇区的空气流，并且在操作上受控于来自中央控制单元的输出信号。
在本发明的另一实施方式中，在处理扇区和再激活扇区之间顺序地布置有第一扇区；在再激活扇区和处理扇区之间顺序地布置有第二扇区；并且设置有用于使气流通过这两个扇区进行再循环的装置。
在本发明的又一实施方式中，设置有如下至少一个传感器：所述至少一个传感器感测在所述转轮的至少一侧的再循环气流的温度并且将由此生成的数据提供至中央控制单元。
在本发明的又一实施方式中，所述用于使气流通过这两个扇区进行再循环的装置经由如下输出信号在操作上与中央控制单元相关联：所述输出信号基于由测量再循环气流的温度的传感器所感测到的数据而生成的。
本发明还提供了一种控制旋转式固体干燥剂除湿器的改进的方法，该旋转式固体干燥剂除湿器使用具有至少处理扇区和再激活扇区的干燥剂转轮。该方法包括：提供中央控制单元和位于与所述固体干燥剂除湿器的旋转轮的表面接近的确定位置处的一个或更多个传感器。传感器被校准为感测并测量以下参数中的任何一个或更多个：进入处理扇区的空气温度；进入再激活扇区的空气温度；离开处理扇区的空气的平均本体温度；离开再激活扇区的空气的平均本体温度；正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的处理扇区的空气的温度；以及正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的再激活扇区的空气的温度。所生成的数据点由所述一个或更多个传感器提供至中央控制单元，该中央控制单元基于预定算法来处理数据。中央控制单元然后生成各个输出信号来控制设备部件的任意组合，该设备部件包括处理空气移动装置、再激活空气移动装置、再激活空气加热装置、处理空气预冷却装置(如果使用的话)以及干燥剂转轮旋转装置。
在一个实施方式中，所述方法包括设置传感器来测量进入处理扇区的空气的湿度并将数据提供至中央控制单元。
在另一实施方式中，所述方法包括设置如下传感器：该传感器测量离开处理扇区的空气的平均本体湿度并将数据提供至中央控制单元。
在又一实施方式中，在处理扇区周围设置有旁通管道；设置有用于控制空气通过旁通管道的流动的装置，并且设置有用于控制空气通过所述转轮的处理扇区的流动的装置。这两个相应的控制装置响应于来自中央控制单元的相应输出信号，由此控制通过旁通管道和处理扇区的空气流。
在另一实施方式中，设置传感器以在处理空气和旁通空气已混合之后测量处理空气的湿度，然后将所生成的数据发送至中央控制单元用于处理并生成适当的输出信号。
在所述方法的另一实施方式中，在再激活扇区与处理扇区之间顺序地设置吹洗扇区，并且设置用于使气流通过吹洗扇区并引导所述气流使之成为进入所述转轮的再激活扇区的空气的至少一部分的装置。设置传感器来感测离开吹洗扇区的空气的平均本体温度并将其提供至中央控制单元。
在本发明的又一实施方式中，正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前、使用一个或更多个传感器来感测离开所述转轮的吹洗扇区的空气的温度，并且将此数据传输至中央控制单元。
在本发明的又一实施方式中，通过由中央控制单元生成并发送至空气流控制装置的输出信号来控制通过吹洗扇区的空气流。
在本发明的又一实施方式中，通过用于再循环的装置使空气流在第一扇区和第二扇区之间进行再循环，所述第一扇区顺序地布置在处理扇区和再激活扇区之间，所述第二扇区顺序地布置在再激活扇区和处理扇区之间，所述用于再循环的装置被设置用于使气流通过这两个扇区进行再循环。
在本发明的又一实施方式中，通过至少一个传感器来感测在所述转轮的至少一侧的再循环气流的温度，并且将所生成的数据转发至中央控制单元用于进行处理。
在本发明的另一实施方式中，通过来自中央控制单元的输出信号来控制所述气流的再循环。
本发明的改进的方法和设备包括连续地测量进入和离开处理扇区和再激活扇区的空气的温度。测量离开转轮的处理气流和/或再激活气流的平均或本体温度。另外，正好在转轮旋转到下一扇区中之前在处理和/或再激活排出通风区中测量空气的局部温度。此局部温度可以在正好在转轮旋转到下一扇区中之前在转轮的离开空气面处的仅一个点处或者角度上相隔几度的两个或更多个点处进行测量。
在任何角度位置处离开转轮的空气的温度为在转轮的旋转中在该点发生的水分吸附或解吸的量的间接量度。该温度信息被用作至控制器的输入数据的一部分，该控制器包括一个或更多个控制算法以优化除湿器的性能。控制算法可以被设计为以一种或更多种方式来优化除湿器性能，包括最大除湿性能、在处理空气系统中的最少冷却剂使用、和/或最少的再激活加热能。至控制器的另外的输入数据可以包括在除湿空间或处理中的温度和/或湿度测量值以及外部空气温度和/或湿度。
与空气湿度相比，测量空气温度显著更容易、更少花费且更可靠。可以使用简单且廉价的温度测量器件，例如热电偶和热敏电阻器。本发明的独特特征之一为：测量进入和离开干燥剂转轮的空气温度以推断在转轮旋转期间在转轮的任何给定角度位置处发生的除湿或再激活。
附图说明
下面包括伴随本说明书的附图的非限制性描述。
图1为基本的固体干燥剂除湿器的示意图。这种类型的除湿器的布置和操作特性在本领域中是众所周知的。
图1A示出当转轮1通过处理扇区2和再激活扇区3时、作为时间的函数的转轮1中的任何给定点的角度位置。在再激活扇区3中所示的时间段短于在处理扇区2中所示的时间段，与处理扇区2和再激活扇区3的相对尺寸成正比。
图2示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、转轮1内的任何给定角度位置的处理空气5的排出湿度与在处理扇区2中花费的时间之间的关系。可以看出吸附波对排出空气5的湿度的影响。
图3示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、转轮1内的任何给定角度位置的处理空气5的排出温度与在处理扇区2中花费的时间之间的关系。可以看出吸附波对排出空气5的温度的影响。
图4示意性示出在转轮1旋转通过再激活扇区3时、转轮1内的任何给定角度位置的再激活空气8的排出温度与在再激活扇区3中花费的时间之间的关系。可以看出解吸波对排出空气8的温度的影响。
图5示意性示出在转轮1旋转通过再激活扇区3时、转轮1内的任何给定角度位置的再激活空气8的排出湿度与在再激活扇区3中花费的时间之间的关系。可以看出解吸波对排出空气8的湿度的影响。
图6示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、在各个角度位置处转子1的速度和空气质量流对处理排出空气5的湿度的影响。
图7示意性示出在转轮1旋转通过再激活扇区3时、在各个角度位置处转子1的速度和空气质量流对再激活排出空气8的温度的影响。
图8示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、在各个角度位置处局部吹洗扇区13对处理排出空气5的湿度的影响，该吹洗扇区13顺序地布置在处理扇区2和再激活扇区3之间。
图9示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、在各个角度位置处局部吹洗扇区13对处理排出空气5的温度的影响。
图10示意性示出在转轮1旋转通过再激活扇区3时、在各个角度位置处局部吹洗扇区13对再激活排出空气8的温度的影响。
图11示意性示出在转轮1旋转通过处理扇区2时、在各个角度位置处闭合回路吹洗18、18a布置对处理空气5的离开湿度的影响。
图12示意性示出根据本公开的再激活控制布置，其中指出了温度感测点并且指出了受控分量。
图13示意性示出根据本公开的用于具有局部吹洗扇区13的除湿器的再激活控制布置，其中指出了温度感测点并且指出了受控分量。
图14示意性示出根据本公开的用于具有闭合回路吹洗18、18a布置的除湿器的再激活控制布置，其中指出了温度感测点和受控分量。
图15示意性示出根据本公开的处理控制布置，其中指出了温度感测点和受控分量。
具体实施方式
现在将参照附图的详细描述来说明本发明的方法和系统。
图1为示出干态(或固体)干燥剂除湿器的基本元件的示意图。该干态干燥剂除湿器包括包含媒介的转子1(或转轮)，该媒介包含与转轮1的旋转轴平行的许多小通道。转轮1中的媒介包括载体基质，该载体基质包含对水具有强亲和力的干燥剂材料，如硅胶或卤化物盐。干燥剂材料被浸渍到媒介中使得通过通道的空气暴露于该干燥剂。在当前开发状态下，该媒介通常为按重量计约80％的活性干燥剂。转轮1包含在壳体中，该壳体限定用于两种不同空气流的两组通风区(或扇区)。通风区包括接近转轮1的表面的气封，使得两种气流彼此隔离并且气流之间的交叉泄漏最小。在操作期间，待除湿的气流通过转轮的一个扇区(通常被称为处理扇区2)。干燥剂吸附或吸收来自空气的水蒸汽，使得离开转轮1的处理空气4比进入转轮1的空气干燥。在一时间后，干燥剂已经吸收如此多的水蒸汽以至于其从空气中带走水的能力减弱，而必须除去干燥剂中的水以恢复其除湿能力。这在再激活(或再生)扇区3中实现。在该扇区中，第二气流通过转轮1。该气流在进入转轮1之前使用外部热源6(如电阻加热、天然气和/或使用蒸汽、热水的加热盘管等)进行加热。在加热之后，进入再激活扇区3的空气的相对湿度低于离开处理扇区2的空气的相对湿度，使得干燥剂将其所包含水的一部分释放给通常被排放到外部环境的再激活气流8。干燥剂转轮1在处理扇区和再激活扇区之间连续旋转，使得除湿处理是连续的，并且离开处理扇区2的空气的湿度是稳定的。
当干燥剂从空气中除去水蒸汽时，水蒸汽基本上凝结到干燥剂的表面中或上。当水蒸汽凝结时，其由于水的相位变化而产生热量。所产生的热是发生凝结时的温度的函数，但在通常的操作温度处，其为约1,000BTU/磅凝结水。当水蒸汽凝结到干燥剂中或上时，生成通常被称为吸着热的额外热量。吸着热从在高相对湿度下仅几BTU/磅水变化到在极低的相对湿度下超过1,000BTU/磅水。对于通常的操作条件，吸着热为约100BTU/磅，所以作为典型值，凝结热加上吸着热的总和为约1,100BTU/磅水。干燥剂媒介通常为按重量计约80％的活性干燥剂，并且干燥剂在水蒸汽中将具有其重量约30％的吸着能力。媒介的热容量通常为约0.5BTU/磅/华氏度，而进入干燥剂的水蒸汽的总吸着热通常为150至300BTU/磅媒介，因此可以看出，在与来自空气中的水蒸汽的吸着热相比时媒介的热容量较小。除了进入处理气流之外，没有地方供热量可去。该机制为：所吸附的水迅速将媒介加热至比通过媒介的空气更高的温度，并且较温暖的媒介反过来加热空气。由于如今典型媒介的几何结构，媒介与空气之间的传热速率较高，使得任何点处的转轮1中的媒介的温度在该点处的空气温度的几度范围内。
可以容易地看出，上述处理的逆处理可以应用于除湿器的再激活扇区3。
传热和传质通常不会沿着空气流的方向贯穿媒介的深度而发生；其在从空气流进入扇区的时间一直到空气流离开该扇区的时间通过媒介(沿着空气流的方向)的“区域”或“波”中发生。通过识别转轮1的旋转中的具体位置或时间并且绘制这些位置处的瞬时性能，可以图形化表示吸附波和解吸波的行为。
图1A示出在本文献各处将用于描述在转轮1旋转通过扇区时转轮1的行为/性能的时间/位置点。应当指出的是：
●处理扇区2中所示的时间间隔与再激活扇区3中所示的时间间隔不同。为了说明的目的，在处理扇区2和再激活扇区3两者中均选择5个时间间隔。这意味着每个扇区中的时间增量与扇区的大小比率成反比-例如，如果构造被分扇区为90度的再激活3和270度的处理2，则再激活3的时间间隔将与处理2的时间间隔的1/3一样长。
●吸附/解吸波性能用于说明的目的。实际波形会基于干燥剂的类型、凹槽的几何形状、空气质量流速、转子速度、处理和再激活入口空气条件以及其他变量而发生变化。
为简单起见，图2至图11示意性示出处理气流4和再激活气流7沿同一方向通过转轮1。在实际应用中，处理气流4和再激活气流7通常沿相反的方向通过转轮1。
图2示出吸附波如何作为时间的函数而通过转轮1的处理扇区2。可以看出，随着吸附波接近转轮1的处理排出面(突破)，排出湿度随转轮1的角度位置急剧增加。
图3示出温度波如何作为时间的函数而通过转轮1的处理扇区2。可以看出，一旦在向处理扇区2中的旋转的开始几度中除去再激活热残留，处理空气5的温度上升就相当好地跟踪在转轮1的任何给定角度位置处处理空气5的水分降低。这意味着可以测量朝向处理扇区2的端部的处理离开空气5的温度并将其与处理空气入口4的温度和平均处理离开空气温度进行比较，以推断在该位置处转轮1的水分去除性能。
图4和图5类似于图2和图3，但示出解吸波和相应的温度波如何通过转轮1的再激活扇区3。可以看出，一旦在转轮1旋转的开始几度中已经实现了转轮1媒介的初始加热，再激活空气8的温度下降就相当好地跟踪在转轮1的任何给定位置处再激活空气7的水分摄取。
图6示出典型除湿器的转轮1的速度和处理侧2的质量流对处理侧2的性能的总体影响。可以看出，处理空气流4和转子速度两者均对单位性能具有显著影响。如之前所述，可以在转轮1旋转的最后几度中通过平均处理空气5的排出温度和局部处理空气5的排出温度来推断处理侧2的除湿性能。许多变量可以进行调整以根据控制策略的目标来优化除湿器的性能。
图7示出典型除湿器的转轮1的速度和再激活侧3的质量流对再激活侧3的性能的总体影响。该曲线图示出再激活排出空气8的温度与转子1的位置之间的关系。由于测量离开再激活空气8扇区的空气的湿度的困难和费用，基于在任何角度位置处再激活空气7的进入温度和离开转轮1的排出空气8的温度来推断任何位置处的再激活排出空气8的湿度的能力是用于优化干态干燥剂除湿器的性能的任何尝试的必要信息。
图8和图9示出局部吹洗13扇区对干态干燥剂除湿器的性能的影响。该曲线图示出，对于给定的入口空气条件，局部吹洗13通常提高除湿性能，但处理空气4的湿度降低与处理空气4的温度上升之间的相同总的关系仍然存在。通过监测朝向处理排出扇区2的端部的处理排出空气5的温度并将其与处理入口空气4的温度进行比较，存在提高除湿器的性能和/或降低能耗的机会。
图10示出局部吹洗13对再激活排出空气8的温度的影响。排出温度由于吹洗扇区13的节能而略微升高，但随着转轮1旋转出再激活扇区3，排出空气8的温度的特征性上升保持。这指出了优化除湿器性能以实现若干性能目标——包括提高的除湿性能、降低的再激活6的能耗、改进的部分负荷性能等——中的一个或更多个的可能性。
图11示出闭合回路吹洗18、18a对处理离开空气5的温度的影响。平均处理空气5的温度有所降低，并且除湿器的除湿能力有所增加，但处理离开空气5的温度的朝向除湿循环的端部的特征性下降表明除湿波突破处理扇区2的离开空气面。如果测量和比较平均处理空气排出空气5的温度和正好在转轮旋转到下一扇区中之前通过转轮的处理空气4的温度，该信息可以用于优化除湿器的性能以实现一个或更多个目标，包括提高的除湿性能、降低的再激活6的能耗、改进的部分负荷性能等。
图12示出使用本发明的控制方法和设备的基本除湿器。该控制方法和设备包括中央控制器12，通常为可编程逻辑控制器(PLC)、楼宇自动化系统(BAS)等。此特定控制布置的目标为优化再激活处理的性能。再激活处理可以被优化为实现若干目标——包括最小的再激活热6使用、处理空气4的最大除湿以及对处理气流的最小排热——中的一个或更多个。
感测变量包括以下中的一项或更多项的任意组合：
a)进入转轮1的再激活空气7的温度
b)平均再激活排出空气8的温度
c)在转轮1从再激活扇区3旋转到处理扇区2之前，在一个或更多个角度点处的再激活排出空气8的温度
d)处理空气4的入口温度
e)平均的处理空气5的排出温度
受控变量可以包括以下中的一项或更多项的任意组合：
f)转轮1的旋转速度
g)再激活风扇11的速度(再激活空气流7)
h)再激活空气7的热输入6
除了增加吹洗扇区13以提高除湿性能、减少再激活热6需求以及减小从再激活扇区3到处理扇区2的再激活热残留之外，图13示出与图12中描述的除湿器类似的除湿器。该控制方法和设备类似于图12，但以下各项被增加为可能的感测和受控变量：
感测变量：
●吹洗扇区13的平均排出空气14的温度
受控变量：
●吹洗扇区13的空气流控制，通常为阻尼器。
除了增加了闭合回路吹洗18、18a系统之外，图14示出与图12中描述的除湿器类似的除湿器。闭合回路吹洗18、18a系统包括位于处理扇区2和再激活扇区3之间的两个吹洗扇区18、18a，其中独立的风扇15使气流通过两个吹洗扇区18、18a进行再循环。增加吹洗18、18a回路以提高除湿性能、减少再激活热6需求以及/或者减小从再激活扇区3到处理扇区2的再激活热残留。应当指出的是，在闭合回路18、18a中的空气流可在沿相对于处理空气流4和再激活空气流7的任一方向，这取决于所需的特定系统性能。该控制方法和设备12类似于图12，但以下各项被增加为可能的感测和受控变量：
感测变量包括以下中的一项或更多项的任意组合：
i)在转轮1的处理入口4侧的吹洗回路16的温度
j)在转轮1的再激活入口7侧的吹洗回路17的温度
受控变量包括以下中的一项或更多项的任意组合：
k)吹洗回路风扇15
除了将相同的感测和控制原理应用于处理扇区2而非再激活扇区3之外，图15示出与图12所示的那些类似的除湿器以及控制系统和方法。
感测变量包括以下中的一项或更多项的任意组合：
l)处理入口空气4的温度
m)平均处理排出空气5的温度
n)正好在转轮1旋转到再激活扇区3中之前，在一个或更多个角度位置处的处理排出空气5的温度
受控变量包括以下中的一个或更多个：
o)转轮1的旋转速度
p)再激活风扇11的速度
本领域技术人员将理解，在图13和图14中描述的用于感测和控制除湿器的再激活部3的原理也可以应用于除湿器的处理部2。
中央控制单元优选地为可编程逻辑控制器(PLC)。该器件提供最经济有效方法的优点，通过该方法，可以控制具有多个感测变量的单元，并且所生成的多个控制输出信号通常为除湿器所需。PLC还使得能够使用这样的单个控制程序：该控制程序包括用于本发明的各种实施方式的所有控制选项以及启用或禁用特定应用所需要的选项的能力。
中央控制单元还可以包括楼宇自动化系统(BAS)。在此情况下，除湿器的控制功能包含在用于整个楼宇或处理的较大型计算机控制系统中。在另一实施方式中，中央控制单元包括设置有针对所感测变量的多个输入和比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivation)控制输出的能力的多个单回路控制器。在另一实施方式中，中央控制单元包括特别地设计为提供本发明所需的感测输入和控制输出的专用单板计算机。
在本发明中使用的温度传感器包括热敏电阻器、热电偶以及铂电阻温度检测器。根据待测量/感测的变量和在特定除湿应用中需要的精度水平，还可以使用这些传感器类型的任意组合。
常用的湿度传感器包括通过以下方式来测量空气的露点湿度的冷镜式湿度传感器：使该冷镜式湿度传感器在冷藏镜上通过并且测量开始在镜上形成凝结(露)的温度。尽管这些仪器是高度精确的且快速响应于空气湿度的改变，但其也具有高成本和高维护。在湿度测量中，如果被测量的变量为空气的湿度比(例如以水的克数/干燥空气的千克数为单位)，则进行计算将露点湿度转换为湿度比。这些计算可以在仪器内进行。这需要仪器包括温度传感器和电子元件来执行此计算。当PLC被用作中央控制单元时，可以由PLC完成该计算。
湿度传感器还可以包括测量空气的相对湿度的薄膜电容型湿度传感器。与冷镜式湿度传感器相比，这些传感器基本上较便宜且需要较少的维护，但不能快速响应空气湿度的变化且不是非常精确。如果目标是测量空气的湿度比，则进行计算以将相对湿度转换成湿度比。这些计算可以在仪器内进行，该仪器需要温度传感器和电子元件来执行此计算。如果使用PLC，则可以由PLC完成该计算。
还可以使用吸湿纤维型传感器。这些传感器利用随着空气的相对湿度变化而改变长度并且吸收或解吸水分的天然纤维，如马毛或合成纤维。长度变化被测量并用于机械地改变装置(如在刻度盘上指针)的位置。这种类型的湿度计是最便宜的，但也是最不精确的，且其相对较慢地响应空气湿度的变化。这种类型的传感器已很少用于控制干燥剂除湿器。
本领域技术人员还将理解的是，处理2和再激活3的感测和控制的任何组合可以用于针对任何特定应用来优化干态干燥剂除湿器的性能。

Claims (26)

1.一种用于控制旋转式固体干燥剂除湿器的设备，所述旋转式固体干燥剂除湿器具有干燥剂转轮并且设置有处理扇区和再激活扇区，所述设备实质上包括：中央控制单元；一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器接近所述处理扇区和所述再激活扇区而定位并且在操作上与所述中央控制单元相关联，以便尤其是测量进入所述处理扇区的空气温度、进入所述再激活扇区的空气温度、离开所述处理扇区的空气的平均本体温度、离开所述再激活扇区的空气的平均本体温度、正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的所述处理扇区的空气的温度、正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的所述再激活扇区的空气的温度、正好在所述转轮旋转出所述处理扇区和/或所述再激活扇区之前的空气温度、在吹洗再循环回路任一侧的空气温度中的一个或更多个，所述中央控制单元设置有处理单元以利用预定算法来处理所接收的数据并生成输出信号，所述中央控制单元在操作上与除湿器部件中的一个或更多个除湿器部件连接以向所述一个或更多个除湿器部件发送输出信号并且控制所述一个或更多个除湿器部件的运转，所述除湿器部件包括处理空气移动装置、再激活空气移动装置、再激活空气加热装置、处理空气预冷却装置(如果使用的话)以及干燥剂转轮旋转装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中央控制单元为PLC单元、楼宇自动化系统单元、或设置有针对所感测变量的多个输入和比例-积分-微分控制输出的能力的一组多个单回路控制器、或特别地设计为提供所感测的输入和控制输出的专用单板计算机。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备设置有接近所述处理扇区而定位的传感器，以测量进入所述处理扇区的空气的湿度并且将由此生成的数据提供至所述中央控制单元。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括如下传感器：所述传感器通过测量离开所述处理扇区的空气的平均本体湿度来向所述中央控制单元提供数据。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述处理扇区周围设置有旁通管道，设置有用于根据来自所述中央控制单元的输出信号控制空气通过所述旁通管道的流动的装置，并且设置有用于根据来自所述中央控制单元的输出信号控制空气通过所述转轮的所述处理扇区的流动的装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述设备设置有如下传感器：所述传感器通过在处理空气和旁通空气已混合之后测量所述处理空气的湿度来向所述中央控制单元提供数据。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述除湿器被设置有：吹洗扇区，所述吹洗扇区顺序地位于所述再激活扇区和所述处理扇区之间；以及用于使气流通过吹洗扇区并引导所述气流使之成为进入所述转轮的所述再激活扇区的空气的至少一部分的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，接近所述吹洗扇区的表面而设置一个或更多个传感器，以感测离开所述吹洗扇区的空气的平均本体温度并且将所生成的数据提供至所述中央控制单元。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，接近所述吹洗扇区的表面处而设置一个或更多个传感器，以感测正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述吹洗扇区的空气的温度并且将所生成的数据提供至所述中央控制单元。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，设置有如下装置：所述装置控制通过所述吹洗扇区的空气流，并且在操作上受控于来自所述中央控制单元的输出信号。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述处理扇区和所述再激活扇区之间顺序地布置有第一扇区；在所述再激活扇区和所述处理扇区之间顺序地布置有第二扇区；并且设置有用于使气流通过所述第一扇区和所述第二扇区进行再循环的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，设置有如下至少一个传感器：所述至少一个传感器感测在所述转轮的至少一侧的再循环气流的温度并且将由此生成的数据提供至所述中央控制单元。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述用于使气流通过这两个扇区进行再循环的装置经由如下输出信号在操作上与所述中央控制单元相关联：所述输出信号是基于由测量再循环气流的温度的传感器所感测到的数据而生成的。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或更多个传感器为热敏电阻器、热电偶、铂电阻温度检测传感器或其任意组合。
15.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述湿度传感器为冷镜式湿度传感器、薄膜电容型湿度传感器或吸湿过滤器型湿度传感器。
16.一种用于控制旋转式固体干燥剂除湿器的方法，所述旋转式固体干燥剂除湿器具有干燥剂转轮并且设置有至少处理扇区和再激活扇区，所述方法包括：
(a)通过设置在与所述干燥剂转轮的表面接近的确定位置处的一个或更多个传感器感测并测量以下参数中的任何一个或更多个：进入所述处理扇区的空气温度；进入所述再激活扇区的空气温度；离开所述处理扇区的空气的平均本体温度；离开所述再激活扇区的空气的平均本体温度；正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的所述处理扇区的空气的温度；正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前离开所述转轮的所述再激活扇区的空气的温度；正好在所述转轮旋转出所述处理扇区和/或所述再激活扇区之前的空气温度；以及在吹洗再循环回路任一侧的空气温度；
(b)将由所述一个或更多个传感器生成的数据转发至中央控制单元；
(c)根据预定算法来处理在所述中央控制单元中接收的所述数据；
(d)生成输出信号并将所述输出信号转发至一个或更多个设备部件，所述一个或更多个设备部件包括处理空气移动装置、再激活空气移动装置、再激活空气加热装置、处理空气预冷却装置以及干燥剂转轮旋转装置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，测量进入所述处理扇区的空气的湿度并将所测量的湿度转发至所述中央控制单元。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，感测离开所述处理扇区的空气的平均本体湿度并将所感测的平均本体湿度转发至所述中央控制单元。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述处理扇区周围设置有旁通管道，并且经由响应于来自所述中央控制单元的相应输出信号的相应控制装置来控制通过所述旁通管道或所述处理扇区的空气流。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，在处理空气和旁通空气已混合之后感测并测量所述处理空气的湿度，然后将所生成的数据发送至所述中央控制单元以用于进行处理并生成适当的输出信号。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括：使气流通过顺序地设置在所述再激活扇区与所述处理扇区之间的吹洗扇区，并引导所述气流使之成为进入所述转轮的所述再激活扇区的空气的至少一部分；以及感测离开所述吹洗扇区的空气的平均本体温度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，正好在所述转轮旋转到下一顺序扇区中之前、使用一个或更多个传感器来感测离开所述转轮的所述吹洗扇区的空气的温度，并且将此数据发送至所述中央控制单元。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，通过由所述中央控制单元生成并发送至空气流控制装置的输出信号来控制通过所述吹洗扇区的空气流。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，通过用于再循环的装置使空气流在第一扇区和第二扇区之间进行再循环，所述第一扇区顺序地布置在所述处理扇区和所述再激活扇区之间，所述第二扇区顺序地布置在所述再激活扇区和所述处理扇区之间，所述用于再循环的装置被设置为使气流这两个扇区进行再循环。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过至少一个传感器来感测在所述转轮的至少一侧的再循环气流的温度，并且将所生成的数据转发至所述中央控制单元以用于处理。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，通过来自所述中央控制单元的输出信号来控制所述气流的再循环。
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