CN109073324A - 通过多相板片式热交换器进行的空气调节 - Google Patents
通过多相板片式热交换器进行的空气调节 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于两种空气介质的多相板片式热交换器，其中，用于热传递的面(13a)被液体(3、4)浸润，并且主介质(1)是温暖且潮湿的新鲜空气(15)，而副介质(2)是居住的房间中冷且干燥的排放空气(16)，排放空气相对于主介质(1)反向流动，其中，板片间隙(1a)的用于主介质(1)的表面以吸湿溶液(17a)浸润，而板片间隙(2a)的用于副介质(2)的表面以水(18)浸润，并且在这里，在热交换器(14)中进行吸湿溶液(17b)的再生，为此，板片间隙(1a)的用于主介质(1)的表面以预热的、稀释的吸湿溶液(17b)浸润，并且在这里，副介质(2)是在初次穿过热交换器(14)之后升温并且饱含蒸汽空气(15c)，从而在板片间隙(1a)的用于副介质(2)的表面上在其冷却时通过形成冷凝水而回收蒸发热量。
Description
技术领域
房间空气调节消耗着全球电量供应的很高的份额并且也参与了对地球的CO2排放。能量节约可以通过热回收、尤其是经由热交换器实现。但是热量不仅以相关材料的热容而且更多的还以所参与的水蒸汽的焓来存储或运输。只有当冷却、加温、冷凝和蒸发是同时且在同一地点发生时，才能够高效地进行热回收。这需要对热交换器原理重新设计方案，在此应对其展开说明。
背景技术
空气调节在夏天优选通过电运行的致冷机实现或者在冬天通过燃烧可燃的物质实现。为了达到舒适的气温，通常须将空气中的水蒸汽通过冷凝分离出来，或者通过蒸发添加水蒸汽。为此所需要的能量消耗在极端情况下是相同温度区间内单纯冷却或加温无蒸汽的空气所需要的能量的多倍。冷凝水被丢弃，而不是被用于蒸发制冷。
因此所提到的调节的通风系统应在使用空气/空气热交换器的情况下在节约能量方面进行辅助。在冬天，虽然有可能以此将外界温度几乎升到内室温度，但是这些被加温的新鲜空气极其干燥并且须事后在输送能量的情况下被加湿。在夏天，问题更加严重：这是因为相比干燥的室内空气和外界温度下的相同空气之间的焓差，潮湿炎热的外界空气与凉爽干燥的室内空气之间的焓差要大得多。
因此，在专利文献A192/2015中描述了一种空气/空气热交换器，其中，来自新鲜空气的、于冷却时形成的冷凝物被输送给排放空气，以便在其中蒸发并在此将释放的冷凝热作为蒸发热地进行补偿。
然而却无法在需要调节空气的房间内所具有的温度下对空气进行实际的制冷，尽管为了消除其它的热量输入诸如太阳辐射或者电脑散热可能是有必要的。因此，在这种构思中必须总是使用活性的双制冷系统，它通常要承担整个制冷负荷的一多半。
一个额外的问题基于一以下事实，即，为热交换器表面进行持续的加湿可能会导致细菌或其它的微生物滋生，长此以往会导致堵塞或甚至导致疾病的传播。
由DE 10 2010 011707 A1已知了一种进入空气与排出空气之间的热交换器，在该热交换器中，这两股空气流通过导热的壁分隔开，所述壁在两侧具有吸水的表面，从而在其中一侧上吸湿液体通过吸收水蒸汽来从温热且潮湿的空气中吸取热量并且该热量穿过分隔壁在另一侧上进入较冷的空气流中并将水从强烈含水的吸湿溶液中蒸发出，由此对较冷的空气加温并对较热的空气制冷。与此同时，在热交换器的温热的区域中通过吸收的方式的富集水的吸湿溶液能够在热交换器的冷的区域中通过蒸发又再生。
由WO 2016/037232 A1已知了一种间接的蒸发制冷器，其中，该蒸发制冷器具有板片式热交换器，其中，在第一流动路径中，空气被引导穿过板片式热交换器的干燥区域，并且在第一流动路径的末端处一部分空气沿着相反的方向被引导穿过潮湿的第二流动路径，从而在第二流动路径中发生的制冷通过蒸发来对第一流动路径中的空气进行制冷。
由US 2005/0210907 A1同样已知了一种间接的蒸发制冷器，其中，在第一流动路径中的气体已经有一部分被引导到第二流动路径中。
由DE 20 33 206 A1已知了一种用于对多通道系统中的空气进行干燥的设备，其中，通过气化在相邻的腔室中对空气进行冷却和干燥。为了使壁变的潮湿或者使吸收介质再生，设置有能移动的设备。
由WO 2004/085946 A1已知了一种板片式热交换器，在该板片式热交换器上方布置有喷雾设备用于对空气进行附加的冷却。
发明内容
原则上应该能够通过合适的热交换器在夏天通过蒸汽制冷实现全部的制冷工作，因为相比潮湿炎热的外界空气与凉爽干燥的室内空气之间的焓差，干燥的室内空气与外界温度下的、饱含蒸汽的空气之间的焓差必定更大。但是，实践中出于熵的原因这种对比关系并不完全正确。
毕竟在许多的空气调节状况中，当人们仅在排气侧向热交换器输送足够的水，就能够实现纯粹的蒸发制冷。在空气湿度过高的情况下，空气可以通过吸湿溶液去湿。
反之，针对在寒冷的季节中对寒冷的潮湿空气加温，通过除湿干燥来加温空气是可能的。
本发明的任务因此如下：
-针对外界环境的不同的气候情况，通过蒸发制冷或通过借助除湿的空气干燥来加热而对房间进行空气调节；
-热交换器中的卫生条件；
-通过吸湿溶液或水的气化来调节待调节空气的房间内的空气湿度；
-在水分被吸收之后通过同一设备来再生吸湿溶液，其中，会以可能的方式发生结晶过程，但结晶过程并不允许干扰整个过程；
-针对整个设备的尽可能紧凑的结构形式。
提出的任务和子任务的解决方案以及可以能从中预期的结果
根据本发明通过一种新型的多相板片式热交换器来实现通过纯粹的蒸发制冷或通过借助除湿的空气干燥来加热而对房间进行空气调节的任务。
多相板片式热交换器是用于两种气态的、具有不同的温度和不同的蒸汽含量的介质的板片式热交换器，各一个能调节的鼓风机使所述介质在反向流或并行流中运动，其中，所涉及到的介质之间的、活性的热传递面在一个或两个表面上被一种或者两种不同的、缓慢流动的液体浸润，这些液体与相应的介质处于直接的热交换作用下，从而会发生蒸发或者冷凝，并且因为在此液体出现的浓度变化也会发生结晶或者晶体的溶解，其中，这些液体从外部被泵送到它们的、位于热交换器板片之间的特定的进入位置，并且从那里开始因为毛细效应的力、空气流、涡流、重力或特别的板片造型的挤压力而作为或多或少地厚的液膜以穿过板片式热交换器的方式运动，从而互相对应的介质和液体通常不在相同的方向上流动。
为了能够成功地运行这种多相热交换器，提出了一个额外的任务，即，要将所提到的液体以液滴形式引入热交换器的间隙，但是其中，引入到每个间隙中的量不应剧烈变化。要解决这个任务有三个方法：
-将液体从存储罐输送到热交换器板片之间的进入位置，使得导管在泵之后扇状散开成毛细管或软管的束，所述毛细管或软管在相应的指定位置上通入热交换器。
-将液体从存储罐输送到热交换器板片之间的进入位置，使得导管在泵之后导入热交换器板片之间的共同的连接通道，所述连接通道由穿过这些板片的、完全一致地相对应的缺口形成，其中，在每个应导入液体的板片间隙中都设置有节流机构，用于使液体以液滴形式从连接通道进入间隙。
-将板片间隙入口之前的液体从喷嘴中喷洒出去，其中，在此存在的液滴不应该太小，以便在液滴碰撞到需要浸润的面上之前与空气的热交换效果保持得很小。尤其是在大型设备中建议采用这种布置方式。
实验证明，虽然相比用共同的连接通道横跨地穿过所有的板片的替选方案，通过毛细管进行液体输送从耗费上来说要明显复杂和昂贵得多，但是液体在所有的板片上的分布要明显均匀得多，由此也使设备的效率明显提高。
同样从实验中得出结论，仅通过毛细管或者喷嘴对需要输送的液体进行准确定量是非常不精准的，因为极小的污染物会改变流动阻力并因此在相同泵送强度的情况下也会改变穿流量。因此更好的是，使泵以间歇冲击的方式工作，其中，冲击时长和冲击之间的时间间隔可以根据合适的传感器测得的数据进行变化，这些传感器获知热交换器中的热传递以及蒸发和冷凝功率。
一旦向板片表面引导了准确的量的所提到的液体，那么就提出下一个任务，也就是均匀地浸润这些板片的表面。
该任务通过以下方式得以解决，即，活性的热传递面的表面通过沟槽、细密多孔的表面、摩痕、刮痕和/或纤维涂层、以及吸水材料的涂层或者也可以通过多种这些措施的组合来有利于液膜的均匀分布、或者晶体的局部附着或者晶体的继续运输。在实验中，用超吸水的TiO2纳米晶体对热传递面进行涂层被证明非常符合目的。
为了解决在需要调节空气的房间内通过吸湿溶液或者气化的水来调节空气湿度的任务，一方面可以采用等焓转移，另一方面可能需要额外地加温或制冷。等焓转移在根据本发明的多相热交换器中可以通过以下方式实现，即，将相同的空气流导入所提到的热交换器的主侧和副侧，使得这两股流并行且沿相同的方向流动，其中，为了浸润热交换器面而在两股流中使用相同的液体。如果这种液体是水，那么在等焓转移时空气流被制冷，它与此同时饱含水蒸汽。而如果这种液体是一种吸湿溶液，那么在等焓转移时空气流被加温。借此于是可以在第一种情况下实现制冷效果，在第二种情况下实现加热效果。
而如果空气流在去湿期间被吸湿溶液制冷，那么热交换器通过另一种介质进行附加的制冷可以很有帮助。为此也可以使用根据本发明的多相热交换器，其中，在主侧将需要去湿的空气连同浸润热交换器面的吸湿溶液以反向的方式一起导入，并且在副侧上是需要制冷的介质，它根据需要可以同向流动或者反向流动并且可以是气态的或者也可以是液体形式的。
反之，在空气流于加湿时应变热的情况下，例如提出了在水被吸收以后再生吸湿溶液的任务。在这里需要加温，当可以为副介质输送热量时，同样也可以在多相热交换器中进行加温。
当在所描述的多相板片式热交换器中，介质的或者液体的输送流或者热交换器的各个部段自身以导热的方式与能够对这些区域进行加热或制冷的、分隔开的温度调节介质或电加热装置处于导热接触状态时，这两个任务可以同时解决。
具有外部温度调节可能性的装置及其房间需求强调了上述任务的重要性，即，为整个设备寻找一种尽可能紧凑的结构形式。该任务通过将一个多相热交换器与两个或者多个用于加热或制冷目的的板片式热交换器组合起来得以解决，其中，这种组合由唯一的板片组构成，并且各个子热交换器分别在这个组的板片上形成完全一致的区域。
确保热交换器中的卫生条件的任务和在需要调节空气的房间内通过吸湿溶液限定空气湿度的任务共同地如下解决，即，用来浸润多相板片式热交换器中的活性表面的液体可以包含水或者其它溶剂，如吸湿盐、致冷剂、消毒剂或湿润剂。已经提及的、以TiO2纳米晶体对热传递面进行涂层在这个背景之下具有附加的有利效果。通过TiO2的公知的光催化的特性，在照亮热交换器面时，通常可能附着在表面上的有机物质或微生物就会被化学分解并且它们的残余被液体冲走。为了这个目的，要么必须用透明的人工材料制造多相热交换器，要么必须想办法使光照到热交换器板片间隙内。
总而言之，通过纯粹的蒸发制冷对房间进行空气调节并且同时通过吸湿溶液限制需要调节空气的房间内的空气湿度的任务如下地得以解决，即，在多相板片热交换器中，主介质是居住的房间的热且潮湿的外界空气，而副介质是居住的房间的被消耗的但却相对干燥且凉爽的空气，它相对于主介质反向流动，并且以吸湿溶液浸润板片间隙的用于主介质的内表面，其中，这种液体和空气沿相反的方向流动，而板片间隙的用于副介质的内表面被能沿任意方向流动的水浸润。由此得到接近室温的新鲜空气，但是湿度却比室内湿度要小得多。如果要对房间进行制冷，那么在这样对新鲜空气进行干燥以后紧接着利用制冷效应对其进行等焓加湿，由此能够使温度明显低于室内空气的露点。
通过吸湿空气干燥加热房间的任务如下地得以解决，即，在多相板片式热交换器中，主介质是居住的房间的冷的外界空气，而副介质是居住的房间被消耗的但却相对潮湿且温暖的空气，这种副介质相对于主介质反向地流动，并且在这种情况下，板片间隙的用于副介质的内表面被吸湿溶液所浸润，其中，这种液体和空气沿相反的方向流动，而板片间隙的用于主介质的内表面被能在任意方向上流动的水浸润。由此得到接近室温但是相对湿度比室内湿度要明显大得多的新鲜空气。如果现在使这些潮湿的新鲜空气经受等焓干燥直至达到所希望的室内湿度，那么得到的温度就会远远高于所具有的室温。要注意的是，在外界温度低于零度时，针对外界空气的水蒸汽饱和状态，要在多相热交换器中为了浸润活性表面设置合适的防冻保护。在这里可以在低温范围内替代纯水地添加具有低的固有蒸汽压力的防冻液。
通过蒸发制冷或者通过借助吸湿空气干燥来加热而对房间的进行空气调节的任务的附带条件是，针对外界环境的不同的气候情况解决该任务。根据本发明通过以下方式得以解决，即，将多个所提到的多相热交换器组合成一个系统。这样的话，为了对空气干燥的房间进行制冷，在实施先前所描述的制冷过程之前首先在多相热交换器中加湿排放空气以进行等焓气化就会有意义的。这同样适用于对相对干燥的房间进行加热。在这种情况下，首先在多相热交换器中加湿排放空气以进行等焓气化也会是有意义的。
反之有利的是，在潮湿的热带气候中，在新鲜空气进入到先前所描述的制冷过程之前先在多相热交换器中进行预干燥用以进行等焓干燥。
在没有明显的能量输送的情况下为房间加热或制冷的可能性绝不是永动机。吸湿盐溶液是一种高效的能量载体。于是例如浓缩的LiCl溶液可以从潮湿的空气中吸取其自身体积10到15倍的水量。所得到的、能够从一升的浓缩LiCl溶液中释放的冷凝热于是就如在燃烧一升加热油的情况下产生的热量一样多。因此，浓缩的吸湿溶液也可以用作热存储器，它能够在不降低热量的情况下任意长时间地存储潜在的能量。
在这种溶液吸收水分并且因此被稀释且变得无效以后，通过相同类型的设备再生稀释溶液的任务通过多相板片式热交换器得以解决，其中，主介质是热且潮湿的外界空气，并且其中，板片间隙的用于主介质的内表面以预加温的、稀释的且不太能吸湿的、相对于主介质反向流动的溶液浸润，并且其中，相对于主介质反向流动的副介质是在最初穿过热交换器之后附加地被加温且在蒸汽方面几乎饱和的相同的空气，由此使得在板片间隙的用于副介质的内表面上在其冷却时形成冷凝水，冷凝水与副介质同向地以冷却的方式离开热交换器。
因为不排除在所描述的干燥过程中为了再生吸湿溶液而形成盐结晶并且当它从热交换器通过流动被运走时可能会导致系统的堵塞的，所以作为附加的任务值得期待的是，这样的结晶留在它们形成的地方，然后在下一次的制冷阶段(前提是所述下一次的制冷阶段在相同的设备中发生)再次通过冷凝水被溶解。当多相板片式热交换器的安放方式使得它的板片都水平地安置且存在横向于流方向的、结晶由于重力而沉积在其中的沟槽或波状纹路时，就可以实现这种情况。
附图说明
图1a至1d示出了使用多相板片式热交换器的四种不同的可能性，也就是
图1a示出了具有多相板片式热交换器和吸湿的空气干燥部的单级制冷设备的示意图，
图1b示出了利用相同的设备的溶液再生，
图1c示出了借助多相板片式热交换器对空气进行等焓加湿和制冷，
图1d示出了借助多相板片式热交换器对空气进行等焓干燥和加温，
图2a和2b示出了横向穿过具有主介质和副介质的引导部以及对板进行浸润的液体层的板片的剖面图，
在此，图2a示出了具有竖直的板的热交换器，并且示出通过毛细管输送液体，并且图2b示出了横向穿过水平的板通过分配通道输送液体。
图3示出了制冷设备的三级式布置的简图，其包括多相板片式热交换器和两个等焓的空气加湿器，
图4示出了加热设备的三级式布置的简图，其包括多相板片式热交换器、等焓空气加湿器和等焓空气干燥器，
图5示出了简图，其中，通过多相板片式热交换器形式的空气加湿器实现图1b所示的、用于溶液再生的蒸汽输送。
具体实施方式
图1a示出了根据本发明的多相板片式热交换器是如何在温暖潮湿的气候中用于具有制冷功能的通风系统的。现实中通常由大量借助板片形成的腔室所组成的多相板片式热交换器14在构思上通过两个彼此靠置的腔室14a、14b表示，这两个腔室由活性面13a相互分隔开，其中，这两个腔室的上面的那个腔室14a表示主侧的热交换器板片间隙，下面的那个腔室14b表示副侧的热交换器板片间隙。粗线条表示热交换器，细的实线表示空气流，虚线表示起浸润作用的液体。在主侧14a上，热且潮湿的新鲜空气15在热交换器中与吸湿溶液17a、17b进行接触。在溶液17a中凝结的水蒸汽和在这个过程中形成的热量以穿过活性面13a的方式输出到热交换器的副侧14b。被冷却到室内空气温度和被去湿的新鲜空气15导入需要制冷的房间。通过水凝结而稀释的吸湿溶液17b离开热交换器14，然后被输送给图1b中描述的再生系统。在副侧14b上，来自需要制冷的房间的凉爽且干燥的排放空气16与水18进行接触，其中，与此同时在主侧14a有由于冷凝而产生的热量以及由于对新鲜空气15的制冷而产生的热量来用于一部分水18的蒸发。这些热量由此从主侧14a被吸走，因此总体上在新鲜空气中产生制冷效果。剩余的水18在这个过程中仅略微地被加温，并且流回到储备罐中。
图1b作为多相板片式热交换器14的另一个应用示例示出了对通过在图1a中的制冷过程而稀释的并因此不能使用的吸湿溶液17b的再生。这相应于对水进行脱盐的在能量方面特别有利的方式，为此同样也有许多的应用场合。在主侧14a上，新鲜空气15在此与加温了的、经稀释的吸湿溶液17b接触，在此未示出加热，这些吸湿溶液的温度必须足够高，从而能够使其蒸汽压力高于新鲜空气15的蒸汽压力。然后，新鲜空气15就吸收额外的水蒸汽直到其饱和。但是因为新鲜空气15也同时朝着升温的溶液17b的反方向流动，所以它自身变得越来越热并且能够吸收额外的水蒸汽，并且最终变成热的、几乎在蒸汽方面饱和的空气15c。通过这个过程使得溶液17b冷却，而与此同时，它的浓度上升，由此使得它作为浓缩的冷溶液17b离开热交换器，并且可以重新被用于制冷过程。副侧14b用于冷凝热的能量回收，这些冷凝热之所以会产生，是因为热的、饱含蒸汽的空气15b被导向热交换器14b的副侧，在这里，它由主侧14a吸取热量，由此使得它被冷却并且在此产生的、多余的蒸汽19在主侧14a和副侧14b之间的活性面13a上冷凝，并因此在主侧14a上提供冷凝热量用于溶液水蒸发。但是，被加湿的新鲜空气15在离开主侧14a以后的蒸汽含量往往不足以持久地维持所描述的能量回收过程。必须在它从主侧14a切换到副侧14b的位置处将少量的热蒸汽20输送给空气15。
图1c示出了如何通过多相板片式热交换器14形式的空气加湿器14c对新鲜空气15进行等焓加湿和制冷。流入的新鲜空气15首先划分成2股流，它们相互并行地被导入以多相板片式热交换器14的形式存在的空气加湿器14c的主侧14a和副侧14b，在那里它们与浸润活性面13a且允许沿任意方向流动的水接触。在此，蒸发的水18由此逐渐地使新鲜空气15在湿度方面饱和并且在此使其冷却。
图1d示出了借助多相板片式热交换器14形式的空气干燥器14d对新鲜空气15进行等焓干燥和加温的过程。流入的新鲜空气15首先被划分成2股，它们相互并行地被导入以多相板片式热交换器14的形式存在的空气干燥器14d的主侧14a和副侧14b，在那里它们与浸润活性面13a且以有利的方式相对于新鲜空气15反向运动的吸湿溶液17a、17b接触。在此，来自潮湿的新鲜空气15的水蒸汽在吸湿溶液17a、17b中凝结，并且由此逐渐地使新鲜空气15干燥，并且在此对它加温。
图2a示出了横向穿过多相板片式热交换器的板片的示意性剖面图，它通过泵11、12和在液体路径主要由重力决定的情况下作为节流机构起作用的毛细管5、7输送液体，在该情况下建议竖直地设置板片，这是因为这样就在每个热交换器板片间隙1a、1b中都能够毫无问题地用液体3、4浸润两个邻接的表面，其中，画出了对主介质1和副介质2以及浸润板片13的液体层3、4的引导方式。此外，还可以看出构造得类似毛细管5、7的、用于排导剩余液体的管道系统6、8。这些剩余液体，不管是水18还是稀释的吸湿溶液17b，都能够要么通过重力运动至存储罐要么通过泵运动至其它的系统任务。要注意的是，这些液体导管和排放导管不仅对于垂直安置的热交换器板片起作用，而且当板片表面的设计或者涂层能够确保它总是被液体浸润时，也对任意倾斜的板片起作用。尤其是当板片表面由细密多孔的或细密纤维的材料构成时，效果特别好。
图2b示出了横向穿过水平的多相板片式热交换器的板片的示意性剖面图，它通过泵11、12和横向穿过热交换器板片13的连接通道9、10输送液体，其中，在穿过分别相对应的介质1、2的间隙的缺口处，分别有小的、具有节流功能的开口9a、10a使得能够以液滴形式供给液体层3、4。在这里也在图中绘出了用于排导剩余液体的管道系统6、8。当然，以在这里所示的、通过横向穿过热交换器板片13的连接通道9、10输送液体的类似方式进行液体排导也可以实现目的。剩余液体、无论是水18还是稀释的吸湿溶液17b，都可以要么通过重力运动至存储罐要么运动至其它的系统任务。当总能确保被液体浸润，这种方式的液体输送和排导也可以对于具有任意倾斜度的板片有效。
图3示出了布置在热的外界的环境空气A和需要制冷的房间B内的空气之间的三级式制冷系统的简图，它由一个多相板片式热交换器14和两个构造方式和在图1c中所示那样的、等焓的空气加湿器14c和14c'组成。来自环境A的新鲜空气15在多相板片式热交换器14中的主侧14a通过浸润活性面13a的、在空气15的反方向上运动的吸湿溶液17a、17b去湿。在此产生的热量通过多相板片式热交换器14的活性面13a导到副侧14b上，在那里，来自需要制冷的房间B的排放空气16朝着外界环境A的方向流动。因为副侧14b上的活性面13a被过量提供的水18浸润，所以在副侧14b上蒸发到排放空气16中的水18的多少与主侧14a提供的热量相对应。这些流入多相板片式热交换器14中的排放空气16已经比被调节空气的房间B中的空气要更冷并且更潮湿，因为它们已经经过了等焓的空气加湿器14c，在那里它们通过吸收水18冷却至被调节空气的房间B的露点并且在湿度方面饱和。在不考虑这一点的情况下，这些饱和的排放空气16在多相板片式热交换器14中可以进一步吸收水蒸汽，因为它们通过吸收从对新鲜空气去湿的过程中产生的热量而自身加温。另一方面，基于以下事实，即，排放空气16以被调节空气的房间B的露点温度流入多相板片式热交换器14中，所以使得现在已经干燥的新鲜空气15在离开多相板片式热交换器14时也具有接近露点的温度。这些冷且干燥的新鲜空气15现在被导向等焓的空气加湿器14c'，在那里，它们通过重新用水18加湿被带到明显低于被调节空气的房间B的露点之下的温度。
图4示出了布置在外界的冷的环境空气A与需要加热的房间B内的空气之间的三级式加热系统的简图，它由一个多相板片式热交换器14、构造方式如在图1c和图1d中所示那样的一个等焓的空气加湿器14c和一个等焓的空气干燥器14d组成。来自A的新鲜空气15在多相板片式热交换器14的主侧14a内通过浸润活性面13a的、被过量提供的水加湿。为此所需要的热量通过多相板片式热交换器14的活性面13a从副侧14b吸取，在那里，来自需要加热的房间B的排放空气16朝着外界环境A的方向流动。因为活性面13a在副侧14b上被朝着排放空气16相反的方向运动的吸湿溶液17a、17b浸润，所以在主侧14a上被蒸发到新鲜空气15中的水18的多少与副侧14b的热量供应相对应。流入多相板片式热交换器14的排放空气16比被调节空气的房间B中的空气要更冷并且更潮湿一些，因为它们已经经过了等焓的空气加湿器14c，在那里它们通过吸收水18而润湿直至最佳值，这个最佳值可以针对每个单独的情况从潮湿空气的焓数据中计算出来。在实践中，这里建议通过可编程的芯片配合相应的温度和湿度传感器以及流动测量仪进行自动的控制。这种控制在所述情况下通过被输送的水18的量与空气流16的比例关系起作用。在等焓的空气加湿器14c中进行加湿的优点在于，此后提供了足够的水蒸汽，从而能够通过它们在多相板片式热交换器14中的吸湿溶液17a、17b中的冷凝来实现对新鲜空气15的彻底加湿。此后，新鲜空气15以在蒸汽方面饱和的方式并且具有比房间B内的主导温度并不低多少温度地离开多相板片式热交换器14，并且被引导给等焓的空气干燥器14d，在那里它们通过吸湿溶液17a、17b在同时加温的情况下被干燥，并且此后可以被用于对被调节空气的房间B的加温。
图5示出了一个简图，其中，用于图1b所示的溶液再生的蒸汽输送是通过类似于图1c所示地构造而成的空气加湿器14c实现的，然而在此却放弃了等焓，因为这里输送了热水。按照现有技术存在许多种蒸汽制造机。然而按照在此所描述的多相板片式热交换器14类型的空气加湿器14c被证明对于再生吸湿溶液的任务特别高效，因为它仅恰好消耗除了可再利用的冷凝热之外该过程要消耗的蒸汽量。对浸润活性面13a的吸湿溶液17c、17a的干燥在多相板片式热交换器14的主侧14a上通过以下方式得以实现，即，在它的副侧14b上凝结的水蒸汽19提供必要的过程热量。因为要蒸发的热的吸湿溶液17c具有的蒸汽压力低于相同温度的饱和新鲜空气15的蒸汽压力，所以这些新鲜空气15在多相板片式热交换器14中无法达到为了在这个温度下发生冷凝时所需要的100％的湿度。因此，人们将来自多相板片式热交换器14的主侧14a的热的且非常潮湿的新鲜空气15引导向空气加湿器14c，在那里它们与反向流中的热水18a接触。在此，新鲜空气15被进一步加温并且在蒸汽方面饱和。一旦它们之后在多相板片式热交换器14中被导回到副侧14b上，那么发生凝结的水蒸汽的量恰好与为了维持多相板片式热交换器14的主侧14a上的干燥过程所需的一样多。为了优化整个过程，必须如下地选择空气加湿器14c中的热水18a的温度，使得离开多相板片式热交换器14的新鲜空气15的温度尽可能接近它在整个过程之前就具有的温度。
附图标记列表
A 环境
B 经调节空气的房间
1 气态的主介质
1a 用于主介质的板片间隙
2 气态的副介质
2a 用于副介质的板片间隙
3 用于浸润主介质热交换器间隙的内壁的液体
4 用于浸润副介质热交换器间隙的内壁的液体
5 用于输送主介质液体的毛细管
6 用于导走主介质液体的管道
7 用于输送副介质液体的毛细管
8 用于导走副介质液体的管道
9 用于向主介质输送液体的连接通道
9a 连接通道(9)中或者毛细管(5)端部处的具有节流作用的很小的开口
10 用于向副介质输送液体的连接通道
10a 连接通道(10)中或者毛细管(75)端部处的具有节流作用的很小的开口
11 用于主侧的溶液泵
12 用于副侧的溶液泵
13 热交换器板片
13a 热交换器的活性面(＝主介质和副介质之间的分隔壁)
14 多相板片式热交换器
14a 多相板片式热交换器的主侧
14b 多相板片式热交换器的副侧
14c 多相板片式热交换器形式的空气加湿器
14d 多相板片式热交换器形式的空气干燥器
15 需要制冷的房间的周围环境中的新鲜空气
15a 升温的、饱含蒸汽的新鲜空气
16 来自经调节空气的房间的排放空气
17a 浓缩的吸湿溶液
17b 稀释的吸湿溶液
17c 升温的、稀释的吸湿溶液
18 水
19 凝结的水
20 热蒸汽
Claims (15)
1.用于两种或两种以上的气态介质(1、2)的多相板片式热交换器(14)，一个或者多个能调节的鼓风机使所述气态介质在反向流或平行流中运动，所述气态介质具有不同的温度和不同的蒸汽含量，其特征在于，用于在所涉及到的介质(1、2)之间进行热传递的活性面(13a)在一个或者两个表面上由一种或者两种不同的、缓慢流动的液体(3、4)浸润，所述液体与相应的介质(1、2)处于直接的相互作用中，从而能够发生蒸发或冷凝并且由于在此所出现的液体中的浓度变化也能够发生结晶或者晶体的溶解，其中，所述液体(3、4)从外部泵送到它们的位于热交换器板片(13)之间的特定的进入位置(9a、10a)，并且从那里开始作为浸润的液膜沿着活性面(13a)以穿过板片式热交换器(14)的方式运动，其中，互相对应的介质(1、2)和液体(3、4)能够彼此间并行地流动或者彼此间反向地流动。
2.根据权利要求1所述的多相板片式热交换器，其特征在于，从存储罐至用作热交换器板片(13)之间的进入位置的小的开口(9a、10a)的液体输送如下地进行，即，使得导管在泵(11、12)之后扇状散开成管道或软管形式的毛细管(5、7)的束，所述毛细管在相应的小的开口(9a、10a)处通入所述热交换器。
3.根据权利要求1所述的多相板片式热交换器，其特征在于，液体从存储罐输送至用作热交换器板片(13)之间的液体进入端的小的开口(9a、10a)如下地进行，即，使得导管在泵(11、12)之后引导至热交换器板片(13)之间的共同的连接通道(9、10)，所述连接通道由穿过这些板片(13)的、完全一致地相对应的缺口形成，其中，在每个应引入液体的板片间隙(1a、1b)中都设置有节流机构(9a、10a)，用于使液体以液滴形式从连接通道(9、10)穿流到间隙(1a、2a)中。
4.根据以上权利要求中任一项所述的多相板片式热交换器，其特征在于，介质(1、2)的或液体(3、4)的输送流或者热交换器(14)的各个部段自身以导热的方式与能够对这些区域进行加热或制冷的、分隔开的温度调节介质或电加热装置接触。
5.根据以上权利要求中任一项所述的两个或两个以上的多相板片式热交换器与根据以上权利要求中任一项所述的另外的板片式热交换器的组合，其特征在于，这种组合由唯一的板片组构成，并且各个子热交换器分别构成这个组的板片上的完全一致的区域。
6.根据以上权利要求中任一项所述的多相热交换器或者这些热交换器的组合，其特征在于，所提到的液体(3、4)能够包含水或其它溶剂，如吸湿盐、致冷剂、消毒剂或者湿润剂。
7.根据以上权利要求中任一项所述的热交换器或者这些热交换器的组合，其特征在于，用于热传递的活性面(13a)的表面(3、4)以机械的方式通过沟槽、细密多孔的表面、摩痕、刮痕和/或纤维涂层、以及通过吸水的材料和涂层或者也可以通过多种这些措施的组合来实现液膜的均匀分布或者晶体的局部附着或者晶体的继续运输。
8.根据以上权利要求中任一项所述的多相板片式热交换器，其特征在于，主介质(1)是需要制冷的房间的周围环境中的热且潮湿的新鲜空气(15)，而副介质(2)是这个经制冷的房间的所消耗的干燥且凉爽的排放空气(16)，所述副介质相对于主介质(1)沿反方向流动，并且板片间隙(1a)的用于主介质的内表面以吸湿溶液(17a)浸润，其中，液体(3)和主介质(1)沿相反的方向流动，而板片间隙(2a)的用于副介质(2)的内表面以能够在任意方向上流动的水(18)浸润。
9.根据以上权利要求中任一项所述的多相板片式热交换器，其特征在于，所述主介质(1)是需要制冷的房间的周围环境中的热且潮湿的新鲜空气(15)，并且板片间隙(1a)的用于主介质(1)的内表面以根据权利要求4所述的附加地预热的、稀释的、相对于主介质反向流动的吸湿溶液(17c)浸润，并且相对于主介质(1)反向流动的副介质(2)是相同的但却经加温的新鲜空气(15c)，所述相同的但却经加温的新鲜空气在最初穿过所述多相热交换器(14)之后被加温并且借助附加的蒸汽(20)近似饱和，并且在板片间隙(2a)的用于副介质(2)的内表面上在其冷却时形成冷凝水，冷凝水以相对于副介质(2)同向地经冷却地离开所述多相热交换器(14)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的多相板片式热交换器，其特征在于，所述多相板片式热交换器如下地安放，使得其板片水平地安置并且存在横向于流方向的沟槽或波状纹路。
11.两个根据权利要求1-8中任一项或多项所述的多相板片式热交换器的组合，其特征在于，需要制冷的房间(B)的排放空气(16)在用作空气加湿器(14c)的第一多相板片式热交换器(14)中被等焓地加湿并冷却至其露点，并且随后，在第二多相板片式热交换器(14)中一方面通过水(18)加湿和加温，并且另一方面相对于来自周围环境(A)的热且潮湿的新鲜空气(15)反向流动地受引导，这些新鲜空气在此同时通过吸湿溶液(17a、17b)干燥并且几乎冷却到需要制冷的房间(B)的露点。
12.两个根据权利要求11所述的多相板片式热交换器与根据权利要求1至8中任一项所述的第三多相板片式热交换器的组合，其特征在于，来自第二多相板片式热交换器(14)的、干燥的且几乎冷却到需要制冷的房间(B)的露点的新鲜空气(15)在用作空气加湿器(14c)的第三多相板片式热交换器(14)中等焓地进一步冷却。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的多相板片式热交换器与根据权利要求1至8中任一项所述的用作空气干燥器(14d)的多相板片式热交换器(14)的组合，其特征在于，来自周围环境(A)的温暖潮湿的新鲜空气(15)在原本的多相板片式热交换器(14)中以相对于排放空气(16)反向流动的方式被冷却并利用吸湿溶液(17a、17b)进一步干燥之前，首先在用作空气干燥器(14d)的多相板片式热交换器(14)中在等焓加温的情况下借助吸湿溶液(17a、17b)预干燥。
14.三个根据权利要求1至8中任一项所述的多相板片式热交换器的组合，其特征在于，需要加温的房间(B)的排放空气(16)在用作空气加湿器(14c)的第一多相板片式热交换器(14)中等焓地加湿，并且随后，在第二多相板片式热交换器(14)中一方面利用吸湿溶液(17a、17b)来干燥，并且另一方面相对于来自周围环境(A)的、冷的新鲜空气(15)反向流动地受引导，与此同时，这些新鲜空气通过水(18)来加湿并且通过排放空气(16)的干燥而被加温，并且在这里，这些经加湿且略微加温的新鲜空气在用作空气干燥器(14d)的第三多相板片式热交换器(14)中被等焓地干燥并加温，并且从那里被输送用于对房间B的加温。
15.两个根据权利要求1至8中任一项所述的多相板片式热交换器的组合，所述组合用于经稀释的吸湿溶液(17b)的再生，以便使它们通过水分提取又变成浓缩的吸湿溶液(17a)，其特征在于，新鲜空气(15)被导入第一多相板片式热交换器(14)的主侧(14a)，在那里它相对于浸润这个多相板片式热交换器(14)的活性面(13a)的升温的、稀释的吸湿溶液(17c)反向地流动，并且随后，它在此升温且具有几乎饱和的湿度地进入到用作空气加湿器(14c)的第二多相板片式热交换器(14)中，在那里，活性面(13a)被热水浸润，从而进一步升温并加湿新鲜空气(15)，并且在那里，新鲜空气(15)随后重新被引导到第一多相板片式热交换器(14)，然而却是引导至它的副侧(14b)，在那里，它又被冷却并且使多余的蒸汽在第一多相板片式热交换器(14)的活性面(13a)上冷凝，由此为从稀释的吸湿溶液(17b)中提取水分提供必要的热量。
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