CN105899278B - 固体干燥剂冷却系统 - Google Patents

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Abstract

提供了固体干燥剂冷却系统和实施固体干燥剂冷却循环的方法，所述固体干燥剂冷却系统包括用于在其中固体干燥剂(132)接触待除湿的空气源(112)的第一位置和其中固体干燥剂被再生的第二位置(124)之间的固体干燥剂的循环移动的干燥剂支撑结构体(130)。优选在所述第一位置处设置热交换布置(138)。所述热交换布置(138)提供热交换流体(119)(例如水)与含有所述干燥剂的管子(132)的热交换或热接合。所提出的方法和装置冷却所述干燥剂，同时执行空气(112)的除湿。优选地，热交换流体(119)在或邻近于所述干燥剂支撑结构体的纵向轴线位置处被提供至所述干燥剂支撑结构体(130)，以从所述干燥剂支撑结构体径向流动。

Description

固体干燥剂冷却系统
技术领域
本发明总体而言涉及其中一定质量的固体干燥剂在其中所述干燥剂将空气流除湿的主动位置和其中热空气(通常采用空气)从所述干燥剂蒸发水分的再生位置之间循环移动的这种类型的固体干燥剂冷却系统。
背景技术
干燥剂转轮主要用于在特别是当需要低湿度时的工业或商业应用中干燥空气。因为干燥空气是关键的要求，因此将大的转轮与大量的高温再生加热组合以获得可以被或可以不被其他下游设备冷却的非常干燥的热空气。然而，对于至建筑物空调的应用而言，空气的干燥和冷却都是重要的，并且能量效率是至关重要的。当工艺空气流在除湿干燥剂转轮中被干燥时，它还因为放热吸附过程和经由转轮蓄热体(thermal mass)来自所述转轮的再生侧的热量的携带两者而经历了加热。这种加热同时限制了可以实现的除湿量并且还使得逸出的工艺空气更热因而甚至即使在随后蒸发冷却后也限制了可实现的最低温度。
这导致研究者提出了多转轮中冷的干燥剂循环[Desiccant properties andtheir affect on cooling system performance.Collier,R.1989,ASHRAETransactions，第1卷，第823-827页]、多级中冷循环[Technical development of rotarydesiccant dehumidification and air conditioning:a review La,D.等人，2010，Renewable and Sustainable Energy Reviews，第14卷，第130-147页]和转轮允许集成冷却[Double-stage dehumidification in a two-rotor desiccant cooling processequipped with a multi-divided adsorbent rotor.Kodama,A.等人，12,Japan:JapanSociety of Chemical Engineers,2009,Journal of Chemical Engineering of Japan，第42卷，第930-936页]。
然而，在固体干燥剂转轮的情形中，将工艺空气冷却引入旋转的干燥剂阵列中自然会导致比当使用间歇方法时更复杂的设计，并且改进的性能的证明尚未实现。在“Performance of a multipass honeycomb adsorber regenerated by a direct hotwater heating.Kodama,A.等人，s.l.:Springer,2005,Adsorption，第11卷，第603-608页”，作者已经研发出经由在单独的通道中的冷却空气流以及具有另外的热水通道的再生侧加热引入工艺空气冷却的多路径交叉流干燥剂转轮涉设计。在他们的设计中，冷却空气流沿轴向流动并且工艺空气流和再生空气流沿垂直于转轮轴线的方向流入和流出所述转轮。然而，作者发现由于转轮结构体的高热容量而导致转轮的性能低于预期。
已经由Narayanan,R.,Saman,W.,&White,S.提出了基于平行板类型布置的内部冷却转轮设计(2013)。A non-adiabatic desiccant wheel:modelling and experimentalvalidation.Applied Thermal Engineering,(61),178-185。)。在他们的设计，冷却空气以轴向方向穿过转轮轮毂进入并在垂直于轴线的交替通道中逸出所述转轮。虽然这种转轮没有被构造，但是当冷却被激活时单个通道中的测试结果表示除湿性能的显著增加。
尽管除湿性能有所提高，但是仍有进一步改善干燥剂转轮设计和操作的范围。
对整个说明书中的现有技术的任意讨论不应被视为承认这样的现有技术是本领域中广泛公知的或形成公知常识的一部分。
本发明的一个目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个，或提供可用的替代方案。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
适于在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的固体干燥剂的循环移动的干燥剂支撑结构体，
和包括热交换流体入口、热交换流体出口以及它们之间的至少一个通道的热交换布置，从而使得：
流入所述通道中的热交换流体适于热接合所述干燥剂，同时维持与其流体隔离。
尽管本发明的方面将参照热交换流体进行说明，但是优选的热交换流体是一种液体，最优选水，但也可以使用乙醇或二醇。
在本发明的另一个方面提供了一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的含有干燥剂的结构体，所述含有干燥剂的结构体包括：
多个空气流通道，其基本上平行于含有在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中生成所述干燥剂的第二位置之间移动的干燥剂的纵向轴线；和
热交换布置，其包括：
热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
至少一个热交换流体通道，其引导热交换流体从入口径向地流过空气流通道，所述热交换流体通道被布置成与空气流通道呈热交换关系且独立于空气流通道。
优选地，在至少所述第一位置处设置所述加热交换器。在进一步的实施方案中，所述干燥剂支撑结构体具有多个含有干燥剂的空气流通道。布置热交换通道以使得所述热交换流体在第一位置处与空气流通道热接合但与空气流通道流体隔离。所述第一位置优选在所述第二位置的下方并且所述热交换流体从所述入口、通过所述空气流通道流至所述出口。
在一个优选形式中，所述空气流通道以基本上相对于所述干燥剂支撑结构体的纵向轴线相互平行的阵列形式延伸。
所述结构体可以具有被安装用于围绕纵向轴线旋转的圆筒形构造，并优选具有圆筒形壳体。优选纵向轴线是基本上水平的。所述空气流通道优选是从纵向轴线径向设置的隔室或导管。至所述结构体的热交换流体入口优选在或邻近于所述干燥剂支撑体纵向轴线处，所述干燥剂支撑结构体围绕所述纵向轴线旋转或摆动。热交换流体出口可以被径向设置在所述热交换流体入口的外部，从而使得所述热交换流体从所述入口径向向外流至所述出口。
所述干燥剂支撑结构体可连接到将待除湿的空气供应至空气流通道并除去经除湿的空气的管道(ducting)。所述热交换通道的入口还可以可连接到热交换流体(例如水)的供应。
在一个优选的实施方案中，所述空气流通道是含有固体干燥剂并被布置成相对于所述纵向轴线基本上相互平行的阵列的隔室导管。所述热交换通道通至所述导管的外部，以维持与所述导管内的干燥剂热接触但与所述导管内的干燥剂流体隔离。所述结构体可设置有形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。所述至少一个径向挡板提供将热交换流体从所述入口引导通过所述导管并返回至所述结构体的出口的热交换流体通道。优选地，设置有至少两个径向挡板，限定出产生通过所述入口和出口之间的导管的热交换流体的两个或更多个路径的热交换通道。在另一个实施方案中，所述出口也可以是在纵向轴线上，最好在纵向轴线的与所述入口相对的末端处。
在另一优选形式中，所述隔室通过热交换通道隔开地从所述纵向轴线径向延伸。
所述热交换通道优选沿着至少所述结构体中的纵向轴线的一部分延伸。
在另一方面，本发明还提供了实施固体干燥剂冷却循环的方法，所述方法包括在其中使所述固体干燥剂通过将水分吸附至所述干燥剂而接触待除湿的空气流的第一位置和其中不与所述空气流接触的第二位置之间循环移动一定质量的固体干燥剂，由此在所述第一位置处将所述固体干燥剂流体隔离，但通过热交换流体将所述固体干燥剂热接合以冷却所述固体干燥剂。
所述方法优选还包括在所述第二位置中再生所述固体干燥剂的步骤；所述第二位置包括接触所述干燥剂的被加热的空气流。
在一个实施方案中，冷却步骤在热交换通道中进行，穿过所述热交换通道，热交换流体以与所述干燥剂热交换连通的形式流过所述固体干燥剂；冷却流体优选是水。在冷却步骤中，可以通过使热交换流体在所述干燥剂支撑结构体的除湿或第一位置中整体向下流动而利用重力的优势。
在一个可选实施方案中，所述热交换流体在重力和干燥剂支撑结构体的循环移动的作用下移动。
所述方法优选使用如上述实施方案中任一项描述的固体干燥剂冷却系统进行。
在另一个方面，本发明可以提供一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的含有干燥剂的结构体，所述含有干燥剂的结构体包括：
多个含有干燥剂的空气流通道，所述干燥剂在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中生成所述干燥剂的第二位置之间移动；和
热交换布置，其包括：
中心热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
从所述入口的至少一个热交换流体通道，所述热交换流体通道被布置成与所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道，所述热交换流体通道包括：
形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。
本发明还可以提供一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的干燥剂转轮，所述干燥剂转轮包括：
多个含有干燥剂的空气流通道，所述干燥剂被定位成基本上平行于在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中生成所述干燥剂的第二位置之间移动的纵向轴线；和
热交换布置，其包括：
中心热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
从所述入口的至少一个热交换流体通道，所述热交换流体通道被布置成与所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道，所述热交换流体通道包括：
形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。
除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等是以与排他或详尽的意义相反的包容性的意义来解释；也就是说，以“包括但不限于”的意义来解释。
附图说明
现在将通过实施例的方式仅参照所附附图进一步描述本发明，其中：
图1是示出了关键部分的根据本发明的第一实施方案的干燥剂转轮的3-D图像；
图2是根据本发明的第一实施方案的干燥剂冷却系统构造的示意性端视图；
图3是根据本发明的第二实施方案的干燥剂转轮构造的示意性端视图；
图4是表示本发明的第三实施方案的截面图的示意图；
图5A和图5B分别是干燥剂转轮结构体的第四实施方案的剖面图和详细视图；
图6是示出了冷却水流道和关键测量参数的图5A和图5B的干燥剂转轮的操作的示意图；
图7A-图7D是具有内部冷却的HRso(虚线)与不具有内部冷却的HRso(实线)的比较。左侧-Tsi＝25℃，右侧-Tsi＝35℃。第一行和第三行-Tr＝50℃，第二行和第四行-Tr＝80℃；
图7E-图7H是具有内部冷却的Tso(虚线)与不具有内部冷却的Tso(实线)的比较。左侧-Tsi＝25℃，右侧-Tsi＝35℃。第一行和第三行-Tr＝50℃，第二行和第四行-Tr＝80℃；
图8A是具有不同的冷却水流速的Tso、Two和除湿的变化的曲线图。
图8B是具有冷却的热交换转轮(三角形)和不具有冷却的热交换转轮(圆圈)与使用相同干燥剂的常规转轮(方形)的比较；和
具体实施方式
下面描述的方法和装置提供了一种用于通过冷却干燥剂改善干燥剂转轮的性能、特别是改善除湿性能的机制。
典型的干燥剂支撑结构体，在这种情况下，干燥剂转轮示于图1中。干燥剂转轮130与旋转管壳式热交换器没有什么不同。多根管子132以在隔开的端盘134之间基本相互平行的阵列形式延伸。这些管子132都挤满了干燥剂材料。该布置围绕纵向轴线131旋转，空心中心轴133穿过纵向轴线131。驱动板150可以协助干燥剂转轮130的旋转。
熟练的技术人员将掌握适于与所述设备和方法一起使用的干燥剂类型包括：硅胶、沸石和聚合物干燥剂材料。
图1中所示的干燥剂转轮还包括将在下面讨论的具有穿过其中的排水孔或通孔140的周壁或壳体139。
图2中示出了转轮的操作。当干燥剂转轮130旋转时，各干燥剂填充管132在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间循环。所述第一除湿位置通常在所述第二再生位置的下方，如在图2中更清楚地所示。
在图2中所示的实施方案中，干燥剂转轮130的下半部分限定出第一或去湿位置。在此第一位置中，工艺空气流112在下半部分中被提供至干燥剂填充管132。由此当供应的工艺空气流112沿管子的内部向下传送时被除湿，与所述干燥剂材料接触。这一切发生在所述第一位置中，即所述管子的下半部分/轨道。所得的经除湿的空气流114逸出并在需要时使用。
干燥剂转轮130的上半部分限定出第二或再生位置。再生流，优选热空气124，被送入干燥剂填充管132中，以再生所述干燥剂。逸出管子132的出口流126将具有比入口流124更高的水分含量。这种再生步骤干燥并且基本上“更新”干燥剂，所述干燥剂当传送回至所述下半部分或第一“除湿”位置时准备接收进一步的工艺空气112。
如上所提及的，已经提出各种技术来在热再生空气流124之后冷却干燥剂。然而，本申请人已经认识到将内部冷却引入干燥剂转轮130中本身导致性能增益的增加。
当干燥剂从工艺空气流112吸附水分时有效地冷却所述干燥剂的构造示于图2中。在此构造中，冷却流体被用于当干燥剂材料在第一位置处再次除湿供应空气112时冷却干燥剂材料。冷却流体的物理要求是它比干燥剂管132周围的空间中的流体密度更大。这使得所述流体在重力的影响下流入并穿过干燥剂结构体。当干燥剂材料除湿供应空气时冷却所述干燥剂材料的最实用的流体是水。然而，在某些情况下，可以使用其他冷却流体，例如乙醇或二醇。
在图1和图2的实施方案中示出的干燥剂转轮包括基本上与干燥剂转轮130的旋转的纵向轴线同轴的进料管136。事实上，在实施方案中，此管136可以是干燥剂转轮130围绕其旋转的轮轴(axle)。管136可被安装在空心轴133中，所述空心轴被固定到转轮130并与其一起旋转。
冷却塔135将冷却水119提供到轴133中的管136。管136和轴133具有许多径向通孔，以允许水离开并在重力作用下向下穿过干燥剂转轮130传送，并随后穿过周壁140中的通孔139并进入干燥剂转轮所在的贮存器138中。在储存器138中的冷却流体例如水137的水平可以通过合适的堰、浮子或其他控制装置来控制。优选流体137的水平和贮存器被维持在使得通过第一位置传送的所有干燥剂管132被完全浸没在冷却液中的这样的高度。
当干燥剂转轮130旋转时，管子132通过落下的冷却液接触并也被浸入冷却浴或贮存器138中待被冷却。这增强了如前所述的除湿过程。当转轮130继续旋转时，管子132从冷却浴中出来，并进入再生区域，在所述再生区域中，如上所述，热空气124穿过管子132传送以通过蒸发吸附在其上的水分来再生干燥剂材料。
因此，可以看出，每个干燥剂管循环通过其中穿过所述管子传送的空气被除湿以及所述管子自身被冷却的第一位置循环，然后至其中所述干燥剂被再生的第二位置。
本领域的技术人员将清楚所述干燥剂与所述转轮内的热交换流体流体隔离。然而，热交换流体与干燥剂管的接触提供了管子以及因此含有在其中的干燥剂的热交换(即冷却)。如将在下面讨论的，这种创新的方法比传统的干燥剂冷却系统提供了既紧凑又可靠的结构以及改进的性能。
图3示出了本发明的另一个实施方案。在此实施方案中，干燥剂转轮设置有干燥剂阵列331，而不是单独的干燥剂管132。但是，在所述干燥剂转轮通过其中空气被除湿且干燥剂阵列被冷却的第一位置和其中干燥剂阵列被再生的第二位置循环的方面，图3中所示的装置的操作类似于图2中所示的操作。
在图3的示例实施方案中，冷却水319被用于冷却干燥剂阵列331。来自冷却塔390的冷却水319经由轴336被送入干燥剂转轮330中的中心通道333中。水然后在重力下落入穿过干燥剂阵列331中的径向通道337。径向通道337充当用于从干燥剂阵列331除去吸附的热量的传热表面。径向离开干燥剂转轮331的水319被收集在贮存器338中并被传送回冷却塔335。
如图2中所示的实施方案，合适水平的冷却液339被维持在贮存器338内。当干燥剂阵列旋转穿过所述贮存器时，干燥剂阵列331被冷却。当通道333和通道337旋转进入第二再生位置中时，水将排出通道333和通道337，从而避免了在再生段中的干燥剂阵列的不希望的冷却。
装置的又一实施方案示于图4中。在图4中，冷却水119进入干燥剂转轮130的中心固定轴136。在图4中所示的实施方案不一定需要如图2和图3中所示的贮存器。相反地，干燥剂转轮可被密封，以允许冷却水119的通道被完全维持在所述转轮内。中心轴136经由轮轴壳体133的形式的外部转轴被安装至所述转轮，所述轮轴壳体相对于干燥剂转轮结构体的其余部分是固定的。中心轴136经由允许转轮和轴136之间的相对旋转运动的轴承被安装在轮轴壳体133中。
如图2和图3中所示的实施方案，在干燥剂转轮旋转的下半部分即第一位置中，待除湿的空气112被提供给干燥剂管132，穿过所述管传送从而接触所述干燥剂并作为经除湿的空气流114逸出。
在干燥剂转轮的旋转的上半部分即第二位置中，热空气再生流124被提供到干燥剂管132以更新在其中的干燥剂，从而产生相对潮湿的再生空气出口流126。
但是，与图2和图3的干燥剂转轮中所示的实施方案不同，图4具有在面板134之间延伸的密封的外周壁139。
轮轴壳体133和中心轴136设置有径向通孔，所述径向通孔可以提供用于冷却液流入和流出干燥剂转轮的流体入口150和流体出口151。设置合适的密封件以防止冷却液的泄漏。冷却液119流入轴136中，穿过入口150，然后主要在重力作用下向下流向干燥剂转轮130的下部外周壁139。冷却液119穿过安装在转轮结构体中的干燥剂管132中的热交换通道传送并与所述干燥剂管132接触。管132，如以上所讨论的，通常被布置成相对于转轮的纵向旋转轴线基本上相互平行的阵列。优选地，所述干燥剂转轮的下部区域填充有冷却液119，或至少填充至确保所有的干燥剂管132在它们通过第一位置传送的期间被浸没在冷却液119中的水平。
冷却液还可以经由中心轴136离开第一位置。用于加热液体的出口151也可以被设置在轴136上。可设置冷却液贮存器140，以确保冷却液(例如水)在干燥剂转轮中的水平被维持。
挡板144也可以设置在所述转轮内，所述挡板将冷却水以逆流路径145引导至待除湿的空气112。所述挡板可从转轮轴线径向延伸，并且被适当地塑形和定位，以使得在当冷却液接近出口时将最终路径中的冷却液向中心轴136引导返回。在所述壳体133和中心轴136中的通孔提供至中心轴136(所述中心轴对于出口端处的长度的一部分而言至少是空心的)中的导管的流体通道的方面，中心轴136以及轮轴壳体133在液体排出侧(即所述干燥剂转轮的出口)的结构类似于入口/供应侧(即入口)。这使得待移除的冷却液119在中心轴136处并任选地在返回到冷却塔135之前被传送至贮存器140。
测试装置
图5A和图5B是被容纳在圆形端板5之间并被容纳在外部壳体12内的基于管壳式热交换器的测试干燥剂转轮结构体的剖面图和详细视图。
如图1至图4所示的实施方案，待除湿的工艺空气在所述转轮的第一位置(下半部分)处流过涂覆有干燥剂的通道内部铝管，并且再生空气在第二位置(上半部分)处流过所述通道。
图5A和图5B的铝管穿过允许空气穿过管子传送的端板12延伸。该结构体设置有轮轴壳体2(参见图5B)，以安装到中心轴36，用于围绕该轴的旋转运动。轮轴壳体2是具有提供与干燥剂管之间和干燥剂管周围的热交换通道流体连通的径向通孔24的圆筒形结构。轴36通过轴承13被安装在轮轴壳体中并且至少沿其长度的一部分是空心的，提供具有径向开口23的流体导管22。这些径向开口23与轮轴壳体2中的径向开口24配合，以提供用于热交换液体(例如水、乙醇、二醇等)进入干燥剂转轮中的热交换通道的流动通道。设置密封件14以保护轴承13并密封穿过所述轮轴壳体的流动通道的边界。
热交换流体穿过转轮围绕其旋转的固定中心轴36进入，然后在穿过所述转轮的其他圆周壳体中的孔离开之前在所述转轮的下半部分中的管子的外部周围行进。热交换流体可以用于加热再生侧或冷却工艺空气侧。在一个优选的实施方案中，使用水作为冷却剂介质来冷却工艺空气侧。
出于试用本发明的方法和设备的目的，干燥剂转轮结构体包括788根具有9.6mm的外径和8.7mm内径的200mm长的管子，并且通过在所述转轮的每个末端处的三个独立的面板(具有400mm的外径)维持11.7mm的中心到中心的间距。每个末端具有两个位于所述板之间的橡胶密封垫圈，以防止冷却剂水泄漏出所述转轮而进入空气流中。所述管被填充有超吸附性聚合物干燥剂材料，所述材料形成具有约1.2mm的水力直径和0.13mm的管内半壁厚度的通道。
使用的超吸附性聚合物干燥剂材料被举例在Lee,J.和Lee,D.Y(2012)Sorptioncharacteristics of a novel polymeric desiccant Int.J.of Refrigeration V 35,PP1940-1949中。由于可用的干燥剂材料，所述管子仅填充有长度为150mm的干燥剂。用允许更换管子的紧固件将整个组件维持在一起。所述转轮的总的旋转质量约为13.3kg。
图5A和图5B的测试装置在图6中示意性地示出。
使用在澳大利亚的CSIRO的控制气候测试装置(Controlled Climate TestFacility)进行实验性测试。该装置被设计为在特定的温度和湿度条件下提供两股经调节的空气流，并测量出口空气状态和流速。使用的测量和设备的进一步细节被详述在“Characterisation of desiccant wheels with alternative materials at lowregeneration temperatures”.White,S等人，8，2001，International Journal ofRefrigeration，第34卷，第1786-1791页中。
参照图6，使用具有通过ADAM 4080计数器在十秒期间内计数的脉冲的Gems霍尔效应传感器测量直接从主体(mains)120流动的冷却液(即水119)和入口体积流速。该传感器通过体积测量校准并且指示误差均小于2％。使用两个A级RTD传感器(±0.2℃的精度)测量水入口温度Twi和水出口温度Two。入口传感器被设置在流量计的正面且出口传感器被放置在其中收集有从所述转轮离开的水的池(bund)中。入口温度未受控制，但是在测试期间变动小(<2℃)。一旦所有的传感器测量读数对于一组给定的输入条件而言都是稳定的，则用每秒取样的点开始测量周期，持续30分钟。给出的结果是在这30分钟周期内的平均值。
如前面的实施方案，在第一位置、即下部区域中，工艺空气112被提供给干燥剂管132并且经除湿的空气114从所述干燥剂管逸出。
再生空气流124通过加热线圈125加热。这种再生空气流穿过干燥剂旋转的第二位置、即上半部分中的干燥剂管132传送。逸出再生区域的所得的空气流126处在较高的水分含量中，因为它将水分从管子132内的干燥剂中移除。
针对工艺空气入口温度Tsi＝25℃、35℃、再生空气温度Tr＝50℃、80℃、以及相等的工艺空气和再生空气入口绝对湿度比4.9≤HRi≤23.5gkg-1，测量所述转轮的性能。对于所有测试而言，转轮空气表面速度被恒定在2.15±0.lms-1。在空气入口条件的每个组合下，在具有和不具有水冷却下进行测试。对于没有水冷却的测试而言，所述转轮被完全耗尽所有的水。如下面所讨论的，在针对测试的其余部分被固定在8.5Lmin-1之前，针对一个条件改变水流速。Twi未受控制且在测试与测试之间在25℃和28℃之间变化。
在图6中，对于具有冷却(虚线)和不具有冷却(实线)的两者中的每种情形，将工艺空气出口湿度比HRo和温度Tso作为HRi的函数进行了比较。对于所有情形而言，当采用水冷却时，HRo和Tso两者都较低。对于Tr＝80℃而言，相比于没有水冷却的情形，水冷却导致产生另外的0.5-3gkg-1的除湿。对于Tr＝50℃而言，改进较少；在0.2-2gkg-1之间。因水冷却导致的Tso的减小越大，则除湿增加得越多。甚至对于Twi>Tsi而言，由于穿过所述转轮的供应空气的加热的减少而导致冷却水仍然具有显著积极的影响。
图7A-图7D是具有内部冷却的HRso(虚线)与不具有内部冷却的HRso(实线)的比较。左侧-Tsi＝25℃，右侧-Tsi＝35℃。第一行和第三行-Tr＝50℃，第二行和第四行-Tr＝80℃。
图7E-图7H是具有内部冷却的Tso(虚线)与不具有内部冷却的Tso(实线)的比较。左侧-Tsi＝25℃，右侧-Tsi＝35℃。第一行和第三行-Tr＝50℃，第二行和第四行-Tr＝80℃。
针对Tsi＝35℃、Tr＝80℃和HRi＝16gkg-1，研究了变化的水流速的影响。水流速变化达到8.5Lmin-1(约2.8倍于供应空气流速的水质量流速)。除湿量(HRi-HRo)、空气和水出口温度的变化示于图8A中，即Tso、Two和具有不同冷却水流速的除湿的变化。曲线1是对除湿的影响。曲线2是对空气出口温度的影响，并且曲线3是对水出口温度的影响。
虽然除湿性能随着冷却水流速的增加而提高，但似乎当较高的冷却水流速没有提供空气的进一步冷却时接近于极限。但是，对于这种高流速而言，甚至对于高的水流速而言，Tso和Two之间仍然维持着显著差异。这是由于其为惰性管子在水离开再生区域之后冷却水所花费的有限时间引起的。也就是说，这里所报告的工艺空气出口温度实际上是工艺流中的所有管子的平均出口温度；并且自从每个管子在再生区域中的时间长度从零变化到转轮旋转时间的一半。这样的温度差可能会随着经由管壁和内部管结构的水和空气之间的热阻的降低而减少。
针对Tsi＝35℃、Tr＝80℃和变化的HRi，将具有聚合物干燥剂插入物(inserts)的内部热交换转轮的性能与具有相同的聚合物干燥剂的常规转轮的性能进行比较。结果示于图8B中。曲线1针对根据本发明的具有内部热交换的冷却干燥剂转轮。曲线2针对不具有冷却的内部热交换轮，并且曲线3针对具有相同的聚合物干燥剂的常规转轮。在没有冷却时，热交换转轮递送比常规转轮少的除湿，但是在具有内部冷却时，除湿量高出约1gkg-1。在没有冷却时的性能的下降很可能是由于热交换转轮的较高热质量引起的。
通过用胶水密封的单一的2mm厚的端板替换每个末端处的三个端板可以容易地降低热交换转轮的总热质量。这将使总热质量降低3.5kg-约9.8kg。将干燥剂插入物的长度从150mm增加至200mm全管长度也会使干燥剂显著地增加至惯性质量分数并由此进一步改进除湿性能。最后，实际上，对于其他的干燥剂材料而言，相对性能改善可能是更高的，因为已知所使用的特定聚合物导致通常较低的工艺空气出口温度高于例如硅胶或沸石。
当使用以接近于空气入口温度供应的冷却水时，结果显示出相比于常规转轮显著改进的性能。通过对设计的小改动来降低总热质量，并提高干燥剂质量分数，进一步改进是可能的。模块化设计对于使用类似于用于构造壳管式换热器的那些的工艺的制造而言是简单的。
在整个说明书中，应该理解，术语“热交换关系”是指流体之间的热接合或热交换。提及为“流体隔离的”或“独立于”的热交换流体时，空气流通道应被理解为限定穿过所述空气流通道的热交换流体和空气之间没有接触。换言之，在所述空气流通道中的热交换流体和空气之间存在流体屏障，但热量或热交换可受到影响。
提及“在纵向轴线处或其附近”的热交换流体入口，其应该被认为是与“在或邻近于纵向轴线”相同的范围并且简单地是指被提供给干燥剂转轮的旋转的纵向轴线附近的位置的热交换流体的必要功能并且至少在一个位置处，热交换流体将不干扰干燥剂转轮的正常功能。
本领域技术人员还将理解在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以对示出的实施方案进行修改和变化。
例如，在本发明的另一种变型中，提供的固体干燥剂冷却系统包括：
被安装用于固体干燥剂围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的纵向轴线循环移动的含有干燥剂的结构体，所述含有干燥剂的结构体包括：
多个含有在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中所述干燥剂被再生的第二位置之间移动的干燥剂的空气流通道；和
在所述第一位置中冷却所述固体干燥剂的热交换布置，所述布置包括：
在所述纵向轴线处或其附近的热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
从所述入口的至少一个通道，其被布置成与所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道。
上述实施方案的固体干燥剂冷却系统可以包括基本上平行于纵向轴线穿过所述含有干燥剂的结构体延伸的空气流通道。
在进一步的实施方案中，本发明提供了固体干燥剂冷却系统：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的含有干燥剂的结构体，所述含有干燥剂的结构体包括：
多个空气流通道，其基本上平行于含有在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中所述干燥剂被再生的第二位置之间移动的干燥剂的纵向轴线；和
在所述第一位置中冷却所述固体干燥剂的热交换布置，所述布置包括：
热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
至少一个热交换流体通道，其将热交换流体从所述入口径向地引导通过所述空气流通道，所述热交换流体通道与所述所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道。
前述任一实施方案的固体干燥剂冷却系统可包括可连接到热交换流体的供应的热交换通道的入口。
前述任一实施方案的固体干燥剂冷却系统可包括具有被安装用于围绕纵向轴线旋转的圆筒形构造的含有干燥剂的结构体。
前述任一实施方案的固体干燥剂冷却系统可包括基本上是水平的纵向轴线。
前述任一实施方案的固体干燥剂冷却系统可包括作为从纵向轴线径向设置的隔室或导管的空气流通道和/或作为含有所述干燥剂的导管的空气流通道。
前述任一实施方案的干燥剂冷却系统可以包括通至所述导管的外部并与所述导管呈热交换关系的热交换通道，所述含有干燥剂的结构体设置有形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。
所述至少一个径向挡板可接壤所述热交换流体通道，所述热交换流体通道将空气道导管从所述入口传送并返回至所述结构体的出口。
如果设置了至少两个径向挡板，则所述热交换通道可以在所述入口和出口之间提供两个或更多个导管的路径。
前述任一实施方案的干燥剂冷却系统可包括在所述纵向轴线上、优选在纵向轴线的与所述入口相对的末端处的出口。
前述任一实施方案的干燥剂冷却系统可包括从纵向轴线径向延伸通过热交换通道隔开的隔室。
前述任一实施方案的干燥剂冷却系统可包括热交换流体，其是一种在重力作用下移动穿过热交换通道的液体。
可选地，热交换流体在重力和结构体的循环移动的作用下移动。
前述任一实施方案的干燥剂冷却系统可包括被布置用于当所述空气流通道在第一位置中时待与所述空气流通道呈热交换关系的热交换流体的热交换通道。
任一前述实施方案的干燥剂冷却系统可包括在第二位置下方的第一位置，并且从所述入口流动的热交换流体通过空气流通道流至所述出口。
本发明还可以提供一种实施固体干燥剂冷却循环的方法，所述方法包括在其中固体干燥剂位于空气流中并且通过将水分吸附至所述干燥剂来将该空气除湿的第一位置和其中不与所述空气流接触的第二位置之间在固体干燥剂冷却转轮中循环移动一定质量的固体干燥剂，当所述固体干燥剂在所述第一位置处从所述空气吸附水分时通过被引入所述固体干燥剂冷却转轮中的热交换流体冷却所述固体干燥剂。
所述实施固体干燥剂冷却循环的方法还可以包括在所述第二位置再生所述固体干燥剂的步骤；所述第二位置是被加热的空气流。
上述冷却步骤可以在热交换通道中进行，热交换流体通过所述热交换通道与所述干燥剂热交换连通。
优选地，所述流体整体地向下流入干燥剂的除湿位置中，在所述干燥剂内热交换连通。
在仍然进一步的实施方案中，本发明提供了一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的含有干燥剂的结构体，所述含有干燥剂的结构体包括：
多个含有干燥剂的空气流通道，所述干燥剂在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中生成所述干燥剂的第二位置之间移动；和
在所述第一位置中冷却所述固体干燥剂的热交换布置，其包括：
中心热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
从所述入口的至少一个热交换流体通道，所述热交换流体通道被布置成与所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道，所述热交换流体通道包括：
形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。
在又一个进一步的实施方案中，本发明提供了一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
被安装用于围绕在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的干燥剂的纵向轴线的循环移动的干燥剂转轮，所述干燥剂转轮包括：
多个含有干燥剂的空气流通道，所述干燥剂被定位成基本平行于在其中所述固体干燥剂位于待除湿的空气通路中的第一位置和其中生成所述干燥剂的第二位置之间移动的纵向轴线；和
在所述第一位置中冷却所述固体干燥剂的热交换布置，其包括：
中心热交换流体入口，
热交换流体出口，以及
从所述入口的至少一个热交换流体通道，所述热交换流体通道被布置成与所述空气流通道呈热交换关系并独立于所述空气流通道，所述热交换流体通道包括：
形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。

Claims (18)

1.一种固体干燥剂冷却系统，其包括：
适于在其中固体干燥剂接触待除湿的空气源的第一位置和其中所述固体干燥剂被再生的第二位置之间的固体干燥剂的循环移动的干燥剂支撑结构体，
和包括热交换流体入口、热交换流体出口以及它们之间的至少一个热交换通道的热交换布置，从而使得：
流入所述热交换通道中的热交换流体，所述热交换流体适于热接合所述固体干燥剂，同时维持与其流体隔离，
其中在所述第一位置处设置所述热交换布置，所述热交换流体是液体，
其中所述干燥剂支撑结构体具有多个含有固体干燥剂的空气流通道，
其中所述热交换流体的水平被维持在使得通过所述第一位置传送的所有空气流通道被完全浸没在所述热交换流体中的这样的高度。
2.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述空气流通道包括穿过所述干燥剂支撑结构体的基本上相互平行的阵列。
3.如权利要求2所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述干燥剂支撑结构体具有被安装用于围绕纵向轴线旋转的圆筒形构造。
4.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述空气流通道包括从所述干燥剂支撑结构体的纵向轴线径向设置的隔室或导管。
5.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换流体入口位于或邻近于所述干燥剂支撑结构体的纵向轴线处。
6.如权利要求5所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换流体出口被径向设置在所述热交换流体入口的外部，从而使得所述热交换流体从所述热交换流体入口径向向外流至所述热交换流体出口。
7.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中在所述第一位置处设置热交换流体的储存器，以在所述第一位置中浸没并冷却所述空气流通道。
8.如权利要求5所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换流体出口位于或邻近于所述干燥剂支撑结构体的纵向轴线，并与所述热交换流体入口隔开。
9.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换通道通至所述空气流通道的外侧。
10.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述含有固体干燥剂的干燥剂支撑结构体被设置成具有形成所述热交换通道的一部分的至少一个径向挡板。
11.如权利要求10所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述至少一个径向挡板限定出将所述热交换流体从所述热交换流体入口传送通过所述空气流通道并返回至所述干燥剂支撑结构体的热交换流体出口的热交换流体通道。
12.如权利要求7-11中任一项所述的固体干燥剂冷却系统，其中在所述干燥剂支撑结构体中设置至少两个径向挡板，从而提供产生所述热交换流体通过所述热交换流体入口和热交换流体出口之间的空气流通道的两个或更多个路径的热交换通道。
13.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换流体在重力作用下移动穿过所述热交换通道。
14.如权利要求1所述的固体干燥剂冷却系统，其中所述热交换流体在重力和所述干燥剂支撑结构体的循环移动的作用下移动。
15.一种实施固体干燥剂冷却循环的方法，所述方法包括在其中使所述固体干燥剂通过将水分吸附至所述固体干燥剂而接触待除湿的空气流的第一位置和其中不与所述空气流接触的第二位置之间循环移动一定质量的固体干燥剂，由此在所述第一位置处将所述固体干燥剂流体隔离，但通过热交换流体热接合以冷却所述固体干燥剂，其中所述热交换流体是液体，以及
在所述第一位置处维持所述热交换流体的水平以热接合所述固体干燥剂。
16.如权利要求15所述的实施固体干燥剂冷却循环的方法，其进一步包括通过使所述固体干燥剂与加热的空气流相接触而在所述第二位置处再生所述固体干燥剂的步骤。
17.如权利要求15或16所述的实施固体干燥剂冷却循环的方法，其中在固体干燥剂冷却转轮中提供固体干燥剂，将所述热交换流体供应到被设置在或邻近于所述固体干燥剂冷却转轮的旋转的纵向轴线处的位置，从而使得所述热交换流体基本上径向通过所述第一位置行进。
18.如权利要求1-14中任一项所述的固体干燥剂冷却系统用于空气源的除湿的用途。
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