CN109475807B - 用于连续吸收水的装置和空气冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，用于使用液体干燥剂吸收水并通过蒸发被吸收的水而再生所述液体干燥剂。所述装置可还用于空气冷却器中。

Description

用于连续吸收水的装置和空气冷却器
技术领域
本发明涉及一种用于从气体中吸收水的装置和一种从气体中吸收水的方法，其中，该过程是连续过程，其中液体干燥剂被再生。所述装置可用于加湿器中以制备冷却且加湿的空气。
背景技术
存在从空气中提取水的多种方式，但其中许多方式效率不佳。
通过使用液体干燥剂，空气中的蒸气或水可被吸收和储存在干燥剂中。可储存在液体干燥剂中的水量取决于干燥剂在不同湿度下的吸收能力。为了使用相同干燥剂吸收新的蒸气，干燥剂需要再生。当液体干燥剂被加热时，干燥剂中的蒸气压增大。当液体干燥剂中的蒸气压变得高于周围蒸气压时，被吸收的水蒸发。以此方式，液体干燥剂可再生和重新使用。每秒可吸收/解吸的水量m可被描述如下：
Figure BDA0001937463680000011
其中，
Figure BDA0001937463680000012
是每秒吸收/解吸的水量，k是材料常数，A是吸湿材料的面积，Pm是液体干燥剂中的蒸气压，Pa是液体干燥剂周围的气体中的蒸气压。
已经发明用于使用蒸气压缩系统除湿的多种方法。WO2011/062554公开一种装置，用于使用水吸收材料从空气中吸收水或湿气。通过以下方式从所述材料中去除水：加热材料以蒸发水和使所形成的水汽冷凝在装置壁上。
US5,351,497公开了液体干燥剂在空调中的用途，其中，气体通过液体干燥剂被处理并同时被冷却。液体干燥剂可通过加热液体干燥剂以去除水而再生。
吸附冷却技术目前受困于为了冷却空气而需要大量水。这种限制性很强，特别是在缺水地区。
然而，需要一种能量效率更高的液体干燥剂再生方式以及一种更加高效的能量使用方式。克服这些问题将会产生更加高效的方法来控制空气湿度和冷凝水蒸气。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种克服现有技术的缺陷的装置。
在第一方面，本发明涉及一种用于从气体吸收水的装置，包括：
第一壳体(2)，其具有第一气体入口(4)和第一气体出口(5)；至少一个用于配发液体干燥剂的机构(7)；可选的用于增加所述气体与所述液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构(9)；可选的除雾器(11)，其沿气流方向布置在所述用于配发液体干燥剂的机构(7)之后；具有出口(15)的液体干燥剂收集部(13)；
由此，所述装置被构造成允许气体从所述第一壳体的所述第一气体入口(4)经由机构(9)流动且通过所述第一气体出口(5)排离，由此，所述装置被构造成允许所述液体干燥剂配发并与所述气流接触且在所述干燥剂收集部(13)处被收集；
至少一个第二壳体(21)，其包括第一入口(22)、出口(30)；第二加热装置(23)或第二换热器，其被构造成加热所述第二壳体中的所述液体干燥剂以产生蒸气(W1)，其中所述第二换热器(29)具有入口和出口(28)且其中所述第二换热器与所述第二壳体(21)中的所述液体干燥剂热接触，其中所述第二壳体(21)与具有出口(67)的第三换热器(65)或压缩机(27)连通，其中所述第三换热器被构造成冷凝来自所述第二壳体的所述蒸气(W1)中的水而且所述压缩机(27)被构造成压缩所述蒸气(W1)，并且其中所述压缩机(27)与所述第二换热器(29)的所述入口连通；
可选的主第一换热器(19)，其具有与所述液体干燥剂收集部(13)的所述出口(15)连通的第一入口(18)、与第二壳体(21)的第一入口(22)连通的第一出口、与所述第二壳体(21)的第一出口(30)连通的第二入口、与所述用于配发液体干燥剂的机构(7)连通的第二出口(33)；
其中，至少一个泵布置在所述装置中，并被构造成利于所述液体干燥剂从所述出口(15)流动到所述用于配发液体干燥剂的机构(7)；
由此，所述装置被构造成允许排离出口(15)的所述液体干燥剂可选地经入口(18)进入所述主第一换热器(19)且经入口(22)进入所述第二壳体(21)中，并允许液体干燥剂经所述第一出口(30)排离所述第二壳体(21)经入口(32)到所述可选的主第一换热器(19)而且经出口(33)排离所述主第一换热器(19)而到所述用于配发液体干燥剂的机构(7)；其中，所述装置进一步被构造成：通过所述第二加热装置(23)和/或所述第二换热器(29)加热所述第二壳体(21)中的所述液体干燥剂以生成蒸气；其中，所述装置被构造成允许所述蒸气在所述第三换热器(65)中换热以冷凝水，该水可从所述出口(67)收集，或者允许所述蒸气在所述压缩机(27)中压缩，并且其中所述蒸气被允许在所述第二换热器(29)中冷凝并通过所述出口(28)排离。
在一个实施例中，所述装置还包括：控制单元(36)；传感器(14)，其布置在所述干燥剂收集部(13)中且适于确定所述干燥剂中的水含量，并且其中所述传感器(14)与所述控制单元(36)通信；至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7)，并且其中所述机构(7)是喷射机构；
其中，所述第一壳体包括被构造成允许水平气流的部件，并且其中所述至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7)布置在所述部件中；
其中，所述第二壳体还包括被布置在所述压缩机(27)之前的除雾器(80)；
其中，副第一换热器(19')布置在所述主第一换热器(19)与第二壳体(21)之间，并且其中所述副第一换热器具有分别与所述主第一换热器(19)的所述第一出口(20)和所述第二换热器(28)的所述出口连通的第一入口(24)和第二入口(35)，以及相应的第一出口(26)和第二出口(31)，其中所述第一出口与所述第二壳体的所述第一入口(22)连通。
在第二方面，本发明涉及一种空气冷却器，包括根据本发明所述的装置，并还包括：加湿器，其包括：具有第一入口(40)和第一出口(42)的第三壳体(38)；用于配发水的机构(44)；可选的用于增加所述气体与所述水之间的接触时间和接触面积的机构(48)；可选的布置在所述用于配发水的机构(46)后的除雾器；具有出口(52)的水收集部件(50)，其中所述第一壳体的所述第一气体出口(5)与所述第三壳体(38)的所述第一入口(40)连通。
在第三方面，本发明涉及一种空气冷却器，包括根据如前文公开的根据本发明所述装置的实施例的所述装置，并还包括：加湿器，所述加湿器包括：具有第一入口(40)和第一出口(42)的第三壳体(38)，和用于配发水的机构(44)；
其中所述第三壳体(38)包括被构造成允许水平气流的部件，并且其中所述用于配发水的机构(44)布置在所述部件中，并且其中所述用于配发水的机构(44)被布置为使得：水的配发基本沿所述气流方向进行；
其中所述用于配发水的机构(44)与所述副第一换热器(19')的所述第二出口(31)连通；
其中所述空气冷却器还包括冷却装置(60)，其中所述冷却装置与所述主第一换热器的所述第二出口(33)、所述副第一换热器的所述第二出口(31)和/或所述水收集部件(50)和所述干燥剂收集部(13)中的每个连通，并且其中所述冷却装置分别沿所述液体干燥剂和水的流动方向布置在所述用于配发液体干燥剂的机构(7)和所述用于配发水的机构(44)之前；
其中，所述空气冷却器还包括：可选的限制器(66)，其布置在所述副第一换热器(19')的所述第二出口(31)与所述冷却装置(60)之间；
其中，所述空气冷却器包括：布置在所述冷却装置(60)与所述至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7)之间的泵(68)，布置在所述冷却装置(60)与所述至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7’)之间的泵(70)；布置在所述冷却装置与用于配发水的机构(44)之间的泵(72)；
其中所述第一壳体的所述第一气体出口(5)与所述第三壳体(38)的所述第一入口(40)连通。
以下呈现的实施例可应用于本发明的所有方面。
附图说明
图1a)-图1c)是本发明的横截面示意图。
图2是本发明的区段的横截面示意图。
图3是本发明的横截面示意图。
图4是本发明的横截面示意图。
图5是吸收水的方法的示意流程。
图6是加湿和冷却空气的方法的示意流程。
具体实施方式
在本申请中，用词“水吸收性材料”、“水吸收材料”、和“吸湿材料”被可互换地使用。
本发明的目的在于：从气体(优选地为空气)中提取水，以生产水或者从诸如空气之类的气体中去除水。后者可用于例如但不限于：室内环境的除湿或空调装置中。本发明也可用于干燥诸如木材或木料之类的物质。
用于水吸收的装置
根据本发明的装置被设计用于：从气体中(例如从空气中)吸收水。所述装置可集成于另一装置中或者可为独立装置。
现在参见图1a)-图1c)。根据本发明的装置1包括：水吸收区段α和液体干燥剂再生区段β，其中，气体在水吸收区段α中干燥，而用于吸收水或湿气的液体干燥剂在再生区段β中再生。图中的各区段被示意性标记且应被看作是非限制性的。装置1包括：第一壳体2，其具有第一气体入口4和第一气体出口5且其中所述入口和出口可均使用任意适合机构而可密封以封闭或密封所述入口和出口。封闭或密封入口或出口的适合机构可为阀、止回阀、门、闸板或闸门。壳体可热绝缘。壳体2包括至少一个用于配发液体干燥剂的机构7；和用于增加气体与液体干燥剂S1之间的接触时间和/或接触面积的机构9。用于增加气体与液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构9可沿气流方向布置在用于配发液体干燥剂的机构7之前，或者其可被布置为与用于配发液体干燥剂的机构相邻或接触。用于配发液体干燥剂的机构7可以相对于气流垂直或接近于垂直的角度布置在壳体2中。壳体2还包括具有出口15的液体干燥剂收集部13，以允许移除被收集的液体干燥剂。液体干燥剂收集部13优选地被布置在第一壳体2的底部，使得液体干燥剂在与气流接触之后将会下落或向下流到收集部。收集部13可以是与壳体2可分离的部件，或者，其可为壳体2的不可分离的部件。收集部13可由与第一壳体2相同的材料制成，或者，其可由另一材料制成。
在一个实施例中，壳体包括两个用于配发液体干燥剂的机构7。在另一实施例中，壳体包括三个或更多个用于配发液体干燥剂的机构。当存在有多于一个用于配发液体干燥剂的机构时，每个机构可配发不同的液体干燥剂或不同浓度的液体干燥剂。优选地，区段α包括：两个或更多个用于配发液体干燥剂的机构7，例如三个或更多个用于配发液体干燥剂的机构7，优选地，配发再生的和浓度更高的干燥剂的机构7'沿气流方向布置在所述机构之后。这据信是从气体中吸收水的更高效方式。
液体干燥剂S1可以是可从气体或空气中吸收水的任何溶液。所述溶液包含任何适合吸收材料，其中吸收材料可为LiCl、CaCl2、MgCl2、NaNO3、硫酸盐或对于本领域技术人员而言已知的任何适合材料或者它们的组合。在一个实施例中，液体干燥剂包含LiCl、CaCl2或MgCl2，优选地为LiCl或MgCl2，更优选地为MgCl2(氯化镁)。氯化镁的优点在于，包含其的液体干燥剂吸收水达较高程度，其具有低反应性、具有低毒性、便宜，而且其不会显著增大液体干燥剂中的水的沸腾温度。吸收材料可采取盐、颗粒或粉末的形式。液体干燥剂的浓度近饱和、饱和或过饱和。在一个实施例中，液体干燥剂对于吸收材料而言饱和或过饱和。
壳体2的入口4和出口5以及机构7、9被布置为使得：气体A1可从壳体2的第一入口4流动，允许气体接触用于增加气体与液体干燥剂S1之间的接触时间和接触面积的机构9。液体干燥剂通过机构7而连续或不连续地配发，使得通过壳体2的气体A1接触液体干燥剂。用于增加气体与液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构9可采取挡板、颗粒或珠粒、或者颗粒层或珠粒层的形式。气体A1中的水或湿气被液体干燥剂中的水吸收材料吸收，而通过出口5排离的气体A2是干燥的或者至少比A1干燥，并比A1具有更高的温度，这是因为，蒸发能量被释放而加热所述气体。为了避免液体干燥剂被气流动流载离或者作为最后的干燥步骤，除雾器11可布置在用于配发液体干燥剂的机构7之后。
为了控制通过壳体的气流，风扇或泵3可布置在壳体2的入口4或出口5处。泵或风扇3也可布置在入口4之前。
用于配发液体干燥剂的机构可为任何适合机构，且在一个实施例中为喷射机构。在另一实施例中，用于配发液体干燥剂的机构7和/或7'是冷却垫或蒸发器垫。为了将液体干燥剂更均匀地分配到机构7和/或7'，可使用分配器。新的或再生的液体干燥剂于是添加到分配器，分配器可为在底部中具有孔或穿孔的容器，并且位于机构7和/或7'的之上。从机构7和/或7'配发的液体干燥剂应采取一定形式而使得：允许液体干燥剂与通过第一壳体的气体接触，此后液体干燥剂在液体干燥剂收集部13处被收集。当用于配发液体干燥剂的机构是冷却垫或蒸发器垫时，所述垫优选地基本垂直于气流布置。液体干燥剂设置在所述垫的顶部处。可使用任何适合的冷却垫或蒸发器垫，例如来自Hutek的CeLPad0760或CeLPad0790。使用冷却垫或蒸发器垫的优点在于：用于增加接触时间和接触面积的机构9于是不再必要，这是因为，所述垫自身用作这样的机构9。传感器14可布置在液体干燥剂收集部13中并适于确定干燥剂中的水含量。传感器优选地与控制单元36通信。由于气体A1中的水的吸收，因而被收集的液体干燥剂S2比被配发的液体干燥剂S1具有更高的水含量。液体干燥剂S1应被配发为使得允许最少量液体干燥剂沿气流方向继续行进。这可例如通过以下方式实现：调节液体干燥剂的配发力，或者调节液体干燥剂含量或液体干燥剂性质(例如密度或粘度)，或者使用冷却垫或蒸发器垫作为机构7。具有更高水含量的液体干燥剂S2被允许通过出口15排离，并可经由第一入口18运输到至少一个换热器19。液体干燥剂在至少一个换热器19(可选地19')中换热，并经由第一出口20离开换热器，使得液体干燥剂S3比S2具有更低的温度。液体干燥剂S2也可经由线路R1使用调整器76'再循环，并使用机构7配发。调整器76'适于控制液体干燥剂的流动方向，即，干燥剂应经由线路R1再循环还是应再生。液体干燥剂可再循环，直到水吸收材料饱和或达到预定饱和水平。液体干燥剂在被配发之前可使用冷却装置60冷却。新的或新鲜的液体干燥剂使用被构造为供应液体干燥剂的液体干燥剂供应装置62进行供应。装置62可与控制单元36通信，以监控新的或新鲜的液体干燥剂的需要。装置62可与第二壳体21或优选地通过冷却装置60与用于配发液体干燥剂的机构7连通。新的、新鲜的、再循环的或再生的液体干燥剂可使用冷却装置60被冷却至所希望的温度。冷却装置可以是但不限于：风扇和换热器、吸附冷却装置或热泵。通过降低再循环液体干燥剂或者再生干燥剂的温度，干燥剂可获得低于周围空气的温度。这将使所述装置成为高效冷却除湿装置。
所述装置还包括再生区段β。当液体干燥剂的水含量已达到预定值时或经预定时间之后，使干燥剂再生。干燥剂再生区段包括：可选的第一换热器19(主第一换热器)以及可选的19'(副第一换热器)、第二壳体21、可选的限制器66、可选的流动控制机构76和78。
要再生的干燥剂经由入口18进入可选的第一换热器19且经出口20排离，然后经由入口24进入可选的副第一换热器19'且经出口35排离，并然后使用泵74经由入口22至第二壳体21。干燥剂此时已通过离开壳体21的冷凝水(在副换热器中)和浓缩干燥剂(在主换热器中)的流(例如逆流)加热。液体干燥剂可在进入第二壳体21之前进一步使用第一加热装置23'加热。第一加热装置23'可为电热器、区域加热、太阳能加热、或任何适合的热加热器。第二壳体21可热绝缘以使能量损失最少。
每个第二壳体21包括第一入口22、第一出口30、第二加热装置23和/或与液体干燥剂S3热接触的第二换热器29。第二加热装置23布置成将壳体内的干燥剂加热至水的沸点。第二加热装置23可为电热器、区域加热、太阳能加热、或任何适合的热加热器。第二壳体的入口22和第一出口30可以是可密封的。第二壳体21可连接到压缩机27，压缩机27可被布置在壳体21之内或之外。压缩机优选地布置在壳体内以限制能量损失，压缩机27与第二换热器29连通。压缩机27可为适合的泵，例如真空泵。当壳体连接到外部压缩机27时，壳体具有与压缩机27连通的第二出口25。第二壳体21还可包括：布置在出口25之前的除雾器80。
液体干燥剂S3经由第一入口22进入第二壳体21，第一入口22与主或副换热器19或19'的第一出口20或26连通。加热装置或第二换热器(可与控制单元36通信)加热第二壳体中的液体干燥剂以蒸发水而形成更浓缩的液体干燥剂S4。由第二加热装置23添加的热量取决于例如进入第二壳体的液体干燥剂的温度、由第二换热器29将多少热量提供给液体干燥剂(若第二换热器存在)、和第二壳体21中的压力。第二壳体中的压力可使用泵减小以降低液体干燥剂的沸点。
现在参见图1a)。如果第二壳体仅包括第二加热装置23，则蒸气W1经由出口25(以及可选的除雾器80)排离第二壳体，并进入第三换热器65中。在第三换热器中，水冷凝，冷凝水W3可在出口67被收集。浓缩的液体干燥剂可经由出口30排离。在一个实施例中，第二壳体21中的液体干燥剂的浓度在水蒸发后约为30－70％或略低于干燥剂盐的析出点。浓缩的液体干燥剂S4然后通过收集的液体干燥剂S2稀释，然后经由出口30排离，从而使干燥剂更易于泵送。
现在参见图1b)和1c)。蒸气W1在加热过程中产生，其进入(可选地经由第二出口25进入)压缩机27。第二出口25可以是可密封的。除雾器80可被布置在压缩机27之前以捕获小滴，除雾器优选地布置在第二壳体21内。蒸气W1在压缩机27中压缩以获得蒸气W2(其具有的沸点高于第二壳体中的液体干燥剂的沸点)，蒸气W2然后被允许进入换热器29，在其中蒸气与第二壳体21中的液体干燥剂S3换热。当蒸气冷凝时，蒸发热在放热反应中释放。蒸发热通过换热器29被传送到干燥剂。换热使得蒸气W2降温，这使得冷凝物W3形成，冷凝物W3可经由第二换热器的出口28排离，其中液体干燥剂S3通过来自蒸气W2的热量被加热。出口28可与出口31(在此可将水从装置1取出)连通。优选地，冷凝水W3进入副第一换热器19'，在此与液体干燥剂S2'换热，然后再进入第二壳体21。单位时间从出口28收集的水W3的量优选地与单位时间随气体A1进入第一壳体的水量相似或相同。液体干燥剂S1-S4的指称应仅被看作示意性的，而非限制性的。所述装置可还包括调整器76、78，以控制液体干燥剂的流动和调整管道和第一壳体和第二壳体中的压力。还可存在限制器66，其布置在第一换热器19'的出口31或第二换热器29的出口28与用于配发水的机构44或冷却装置60之间，以调整水压力。如果出口31或出口28与水收集部50连通，则限制器布置在出口31或出口28与所述部50之间。在限制器66(其可为任何适合类型的膨胀箱或调整器)中，流的压力优选地降低至大约周围压力。当如图1c)中使用两个或更多个第二壳体21时，每个第二壳体包括第二换热器，可选地还包括第二加热装置23。所形成的蒸气W1可在压缩机27(其可为适合的泵，例如真空泵)中压缩，压缩机27与第二换热器连通，如前所述。可存在一个或多个压缩机27，例如每个壳体具有一个压缩机，但优选地，存在仅一个压缩机用于所有的第二壳体。这种具有两个或更多个第二壳体的设定更易于放大工艺。
第二壳体21中的液体干燥剂S3通过以下方式浓缩：通过使用加热装置23和/或换热器29加热液体干燥剂进行蒸发而去除水。浓缩的液体干燥剂S4经由第一出口30排离第二壳体21，并经由第二入口32进入换热器19。液体干燥剂S4在换热器19中与液体干燥剂S2换热，使得液体干燥剂S4降温形成液体干燥剂S1'，其经由第二出口33排离换热器19。离开壳体21的干燥剂将具有低的水浓度和低的蒸气压力。
装置1包括至少一个泵，例如17或34，所述泵被构造成利于液体干燥剂从液体干燥剂收集部13经由换热器19流动到第二壳体21中并进入换热器19中并到用于配发液体干燥剂的机构7。泵的数量应根据需要设置以利于液体干燥剂和水溶液或水可在根据本发明的装置和空气冷却器内运输。泵的数量可为一个、两个、三个、四个、五个或六个或更多个。在一个实施例中，根据本发明的装置包括至少两个泵17、34。
用于本发明的泵可布置在所述装置中的任何适合位置。在一个实施例中，泵可为线性泵、隔膜泵、活塞泵或旋片泵中的一个或多个。泵的选择可取决于想要的压力。性能系数(COP)值应尽可能高。
为了使吸收过程更高效而且为了保持排离第一壳体的气体A2的温度，所述装置可还包括被布置在第一壳体2中的换热器58。换热器58可使用任何适合冷却介质冷却通过第一壳体2的气体。在一个实施例中，换热器使用入流气体A1作为冷却介质在水吸收过程中与所述气体换热。在另一实施例中，换热器使用周围空气作为冷却介质。换热器58中使用的冷却介质可在冷却装置60中冷却后进入换热器58。排离第一壳体的干燥气体A2将于是具有与入流气体A1相同或非常相似的温度，用作冷却介质的气体A1将排离换热器而成为A1'。换热器58可布置为与用于增加气体与液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构9热接触。在一个实施例中，换热器58布置为与配发的液体干燥剂热接触。
在一个实施例中，所述装置包括：
第一壳体2，其具有第一气体入口4和第一气体出口5；至少一个用于配发液体干燥剂的机构7；可选的用于增加气体与液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构9；可选的除雾器11，其沿气流方向布置在所述用于配发液体干燥剂的机构7之后；具有出口15的液体干燥剂收集部13；
由此，所述装置被构造成允许气体从所述第一壳体的所述第一气体入口4经由机构9流动到且通过所述第一气体出口5排离，由此，所述装置被构造成允许所述液体干燥剂配发并与所述气流接触且在所述干燥剂收集部13处被收集；
主第一换热器19，其具有与所述液体干燥剂收集部13的所述出口15连通的第一入口18、与第二壳体21的第一入口22连通的第一出口、与所述第二壳体21的第一出口30连通的第二入口、与所述用于配发液体干燥剂的机构7连通的第二出口33；
第二壳体21，包括：第一入口22、和压缩机27、出口30；第二加热装置或加热器23，其被构造成加热所述第二壳体中的所述液体干燥剂以产生蒸气；第二换热器29，具有入口和出口28，其中所述第二换热器与所述第二壳体21中的所述液体干燥剂热接触，压缩机27被构造成压缩所产生的蒸气，其中所述压缩机27与所述第二换热器29的入口连通；
其中，至少一个泵布置在所述装置中，并被构造成利于所述液体干燥剂从所述出口15流动到所述用于配发液体干燥剂的机构7；
由此，所述装置被构造成允许所述液体干燥剂排离出口15而经由入口18进入所述主第一换热器19且经由入口22进入所述第二壳体21中，并允许液体干燥剂经由所述第一出口30排离所述第二壳体21而经由入口32至所述主第一换热器19而且经由出口33排离所述主第一换热器19至所述用于配发液体干燥剂的机构7；其中，所述装置进一步被构造成：通过加热器或加热装置23和/或所述第二换热器29加热所述第二壳体21中的所述液体干燥剂以生成蒸气；其中，所述装置被构造成允许所述蒸气在所述压缩机27中压缩，其中所述蒸气被允许在所述第二换热器29中冷凝并通过所述出口28排离。
现在参见图2。所述装置可用作空气冷却器10。空气冷却器包括：用于从气体中吸收水的装置1和加湿器γ。加湿器包括：具有第一入口40和第一出口42的第三壳体38，至少一个用于配发水溶液的机构44，可选的用于增加所述气体与所述水溶液W3(例如水)之间的接触时间和接触面积的机构48(其可沿气流方向布置在用于配发水的机构44之前)。用于配发水的机构44优选地布置为使得：水的配发基本沿气流方向或沿平行于气流的方向进行。机构44可包括嘴件或喷嘴，其具有沿气流方向的开口或出口。加湿器或冷却区段γ还包括具有出口52的水收集部50，加湿器可包括沿气流方向布置在第一入口40之前的换热器54，而且其还可包括布置在用于配发水的机构46后的除雾器。水收集部50可为与壳体38可分离的部分，或者，其可为壳体38的不可分离的部分。收集部50可由与第一壳体38相同的材料制成，或者，其可由另一材料制成。优选地，用于配发水溶液的机构布置为使得：水溶液沿气流方向配发。这将使冷却更高效。
换热器54与第一壳体的第一出口5连通，使得经由出口5排离第一壳体的气体A2在换热器54中冷却，以提供气体A3。用于配发水的机构44可与在再生区段β中的第二换热器的出口28或31连通，使得从入流气体A1提取或吸收的水重新使用以对气体A2/A3加湿。泵72可布置构造成将水从出口28或31运输到机构44。气体A3通过水溶液W3加湿，排离气体A4的温度也低于气体A3，这是因为蒸发能量被吸收而冷却所述气体。在水收集部50处收集的水可作为水溶液W3重新使用(线路R2)。新的或新鲜的水使用被构造成供应水或水溶液的水供应装置64供应，水供应装置64可以可选地经由冷却装置60与机构44或与水收集部50连通。装置64优选地与控制单元36通信以监控水质量和新的或新鲜水的需要。水优选地在配发之前使用冷却装置60冷却。
经由线路R1、R2再循环的液体干燥剂或水可在通过机构7或44重新配发之前使用冷却装置60冷却。冷却装置布置在出口15或52与配发机构7或44之间。
所述装置的不同部件(例如，第一壳体至第三壳体、泵、换热器和第二壳体)通过适合的管道56连接。管道56应优选地绝缘以使能量损失最少且避免管道中冷凝。所述装置可还包括：任意适合数量的泵或风扇，其被构造成运输气体或液体干燥剂或水。
装置1可还包括：控制单元36，其被构造成优化能量和从气体中提取的水量以及用于再生液体干燥剂的性能。控制单元可控制：至少一个泵17、34、60、70、72、74的压力；第一加热装置23'和第二加热装置23施加到第二壳体21中的液体干燥剂的热量；和与进入第一入口4的气体的量和所述气体中的水的量相关的压缩机27的工作压力，以优化排离出口28的水的量。控制单元还控制限制器66和液体干燥剂的浓度。控制单元36可包括一个或多个传感器，传感器布置在所述装置中(例如在第二壳体21中，与液体干燥剂热接触)、加热装置23中、压缩机27和/或限制器66中、管道56中、液体干燥剂或水收集部13或50处、相应的第一壳体或第三壳体的第一入口4或40处。控制单元优选地包括适合的软件以调节所述装置的不同部件的设定或性能。
第一加热装置23'和第二加热装置23可使用电、燃料电池、太阳能操控或以任何其它适合方式操控，热量可通过区域加热、电、微波(例如通过微波炉原理)、或者通过太阳能而供应。
第一壳体和第三壳体可布置在基本水平或竖直的位置。在一个实施例中，通过第一壳体和/或第三壳体的气流大致水平。这可通过使入口4和40布置在与出口5和42基本相同的水平面中实现。第一壳体2或第三壳体38还可包括：在第一入口4/40与第一出口5/42之间的部件或区段，其中所述部件被构造成允许水平气流，其中至少一个用于配发液体干燥剂的机构7布置在所述部件或区段中。在一个实施例中，所述部件或区段是第一壳体或第三壳体的气体与液体干燥剂或水接触的部件或区段。具有水平气流使所述装置更加高效，这在用于配发液体干燥剂的机构7相对于气流以垂直或接近于垂直的角度布置在壳体2中时变得甚至更加显见。
不同的区段α、β、γ可布置在公共壳体中或者单独地布置。区段α、γ在此被描述为不同的区段，不过可仅为一个区段，其中出口5和入口40相同，见图3。
所述装置优选地被构建以使能量损失最少。例如，压缩机27可为绝热的、等温的或等熵的，对于周围环境具有最少的能量损失。在一个实施例中，压缩机是绝缘的。压缩机应尽可能少地压缩蒸气得以获得高效率。压缩机应将蒸气压缩得恰好足以使得蒸气的沸点高于第二壳体21中的液体干燥剂的沸点。在一个实施例中，压缩机27将蒸气从约300－800毫巴(例如400－700毫巴)压缩到1.1－2.5巴(例如1.2－2巴或1.3－1.8巴)。压缩机可布置在第二壳体外(图1b－1c和图3)或者第二壳体内(图4)。当压缩机布置在第二壳体内时，气体的压缩优选地等温进行，这有利于使得压缩过程中产生的热量可用于加热第二壳体中的液体干燥剂。因此，压缩机应布置为与液体干燥剂热接触。除了通过加热液体干燥剂而节省能量以外，蒸气或水汽不必压缩那么多，这进而也节省能量。
壳体的壁可由金属或金属合金制成，但不限于此。然而，由热绝缘材料制成的壁将减少热损失，因而适合材料的非限制性列表是玻璃棉、塑料、泡沫塑料、橡胶、泡沫橡胶、或它们的组合。因此，第一壳体和/或第二壳体的壁优选地由热绝缘材料制成。第一壳体或第二壳体的内表面所具有的热绝缘值可小于1λ(Wm-1K-1)，优选地小于0.5λ。在一个实施例中，第二壳体21热绝缘。在一个实施例中，第一壳体和/或第二壳体在内表面内侧上具有热绝缘材料并在外侧上具有金属或金属合金。另外，壳体(第一壳体和/或第二壳体)可具有的厚度使得：热导小于0.02Wm1，优选地小于0.005Wm1。
第二壳体21可热绝缘于第二加热装置23而使得在液体干燥剂加热过程中不加热壳体。壳体可由不透明材料制成，在一个实施例中，壳体具有小窗用于查看。
第二加热装置23的温度应足以蒸发液体干燥剂中的一些水。在一个实施例中，温度是第二壳体中的液体干燥剂的沸腾温度。在一个实施例中，温度是80℃或更高，或者90℃或更高，或者100℃或更高。在一个实施例中，第二壳体中的压力使用适合的泵减小。
第一壳体2的壁和底部可以被构建成使得：液体干燥剂易于沿壁流动并在收集部13处聚集。这可以通过在壳体壁中或沿壳体壁具有凹槽、沟槽、通道等而实现，它们可沿壳体底板朝向收集部13进一步延续。这些凹槽、沟槽或通道可由憎水材料制成或被覆盖以憎水材料。底板可被构建成使得：来自壁和来自吸湿材料的所有水被聚集。这可通过使底部倾入部13中的一个或多个部位中而实现。
当来自气体的水蒸气被干燥剂吸收时，在蒸气到水的相变过程中释放蒸发热。用于配发干燥剂的机构7和干燥剂流被布置为使得：蒸发和来自气体的水的热量通过干燥剂而远离壳体2传送，例如通过使液体干燥剂基本竖直配发、而同时使气流基本水平而实现。当气体和干燥剂具有相同的蒸气压时，干燥剂将不再吸收任何水蒸气。不过，如果在两种介质之间存在温度差，则热能将仍在气体与干燥剂之间交换。因此，排离出口5的气体或者空气的温度和蒸气压可与进入第一壳体2之前的液体干燥剂的温度和蒸气压相同。因此，与进入壳体的气体相比，气体的温度可较低，气体的含湿量可较低。当通过第一壳体和/或第二壳体的气流如图3和图4的实施例中所公开的那样呈水平时，这甚至更显著。
进入γ区段的除湿的气体或空气可以具有与干燥剂相同的蒸气压和温度、以及因而相对较低的湿度。相对较低的湿度将会允许气体通过吸附冷却(即，加湿)进行冷却。气体的吸附冷却或加湿在此通过本领域技术人员已知的任何机构进行，该机构在此是指用于配发水的机构44。用于吸附冷却的水可以但不限于从水收集部50获取。由于离开除湿区段α的气体将会具有与液体干燥剂相同或相似的温度，因而用于吸附冷却的水应优选地具有与气体相同的温度(或者更优选地比气体温度更低)，所用的水可使用泵72被引导通过冷却装置60。
本发明的一个优点在于，能效很高。由于水、蒸发能量和来自气体的热能被传送到干燥剂，因而干燥剂需要冷却和再生。不过，由于蒸发能量高，即，2260kJ/kg，因而干燥剂的温度变化将比水浓度的变化大得多。作为示例，如果1千克干燥剂吸收10克水，则由于蒸发能量所致的温度升高可为5.3开尔文，而浓度仅变化0.4％。
空气冷却器
本发明的一个实施例涉及一种空气冷却器10，在图3、4中示意性公开，其中包括上述的所有三个区段α、β和γ。
除湿区段α包括：壳体2(具有气体入口4和气体出口5)；两个或优选地三个或更多个用于配发水吸收干燥剂的机构7、7'；优选地用于增加气体与水吸收干燥剂之间接触时间和/或接触面积的机构9；和除雾器11(其优选地布置在出口5之前)。
现在，参见图4中的区段γ：吸附冷却区段。吸附冷却区段包括：具有入口40和出口42的壳体2(对应于第三壳体38)；至少一个用于配发水溶液或水的机构44；具有出口52的水收集部50。用于配发水的机构布置为使得：水的配发基本沿气流方向进行。水收集部50可连接到新的或新鲜的水的外部供应器64。在两个区段α和γ之间，可存在密封机构，例如适合类型的阀、止回阀、门、闸板或闸门。
干燥剂被收集在部13中，并可经由线路R1再循环。来自部13的干燥剂可使用泵68运输到冷却装置60。干燥剂然后经由机构7再循环回到第二壳体2。当干燥剂再循环时，液体干燥剂中的水含量每次将会增大，液体干燥剂可需要再生。传感器14被构造成确定部13中的液体干燥剂中的水含量，并与控制单元36通信。
除湿区段α的出口5与吸附区段γ的入口40连通，并可通过适合管道连接以允许来自除湿区段的干燥气体进入吸附区段中。在一个实施例中，出口5和入口40是相同的。
现在，参见区段β：干燥剂再生区段。再生区段可为任意前述的再生区段。区段β可包括：副第一换热器19'，可选的除雾器80，可选的第一加热装置23'和可选的限制器66，进入第二壳体21的液体干燥剂可由此在进入第二壳体前通过两个换热器19、19'加热。泵或压缩机27布置在第二壳体21之内或之外，其中压缩机优选地与液体干燥剂热接触以将在压缩过程中产生的任何热量传送给液体干燥剂。
浓缩的或再生的干燥剂S4使用泵70被运输到换热器19。离开壳体21的干燥剂将具有低的水浓度和低蒸气压，由此，再生的干燥剂将被运输到冷却装置60(温度在此进一步降低)并然后运输到用于配发再生干燥剂的机构7'(其沿气流方向布置在用于配发液体干燥剂的机构之后)。
吸收水和冷却空气的方法
根据本发明的方法及气体和液体流将现在参照图5a)和图5b)描述。在以下描述中，所指气流(A1-A2)和液体干燥剂(S1-S4)应被看作仅为例示性的，而非限制性的。
气流A1被允许经由第一入口4进入第一壳体(100)。液体干燥剂S1被配发(102)，气流A1与液体干燥剂以及可选的用于增加气体与液体干燥剂之间接触时间和接触面积的机构9接触。水或湿气被允许由液体干燥剂中的水吸收材料吸收(104)。已与气流接触的液体干燥剂S2然后被收集(106)，气流A2被允许经出口5排离第一壳体2(108)。液体干燥剂S2被允许经出口15排离第一壳体，然后优选地使用换热器19(可选地和19')换热(110)，或者液体干燥剂通过第一加热装置23'加热(110)。排离至少一个可选的换热器的被加热的液体干燥剂S3被收集(112)在第二壳体21中。所述方法的进一步的步骤现在根据图5a)和图5b)描述。
现在参见图5a)。使用第二加热装置23从被收集的液体干燥剂蒸发水(114)，对蒸发的水进行换热(116)而形成冷凝物，水被收集(120)。浓缩的液体干燥剂S4从第二壳体取出(122)。
现在参见图5b)。使用第二加热装置23和/或第二换热器从被收集的液体干燥剂蒸发水(114)，蒸发的水被压缩(116)以获得比第二壳体中液体干燥剂的沸点更高的沸点，或者对蒸气进行换热(116)。被压缩的蒸发水与第二壳体中的液体干燥剂换热(118)，使得液体干燥剂被加热且换热器中的蒸气冷却为冷凝物，水被收集(120)。浓缩的液体干燥剂S4从第二壳体区出(122)，且浓缩的液体干燥剂可选地与液体干燥剂S2换热(124)以形成液体干燥剂S1/S1'。液体干燥剂S1/S1'可选地使用冷却装置60冷却。
当所述装置用于产生加湿的冷气体或空气时，所述方法还包括图6中所示步骤。排离第一壳体2的干燥的气体A2被提供(126)并可然后使用任意适合冷却介质换热(A3)(128)。在一个实施例中，所述介质是使用换热器的周围空气或气体，例如A1。在一个实施例中，液体干燥剂在配发之前使用冷却装置60冷却。水溶液或水W3被配发(130)，使气流A3与水溶液以及可选的用于增加气体与水溶液或水之间接触时间和接触面积的机构9接触(132)。已接触气流的水溶液然后被收集(134)。气体当与被配发溶液接触时被加湿，蒸发能量被吸收，从而冷却气体，冷却的加湿的气体排离(136)。可选地，在再生过程中产生且在步骤120中收集的水可选地可使用换热器19'换热并使用冷却装置60冷却。在步骤120中收集的水可被收集在水收集部50中。

Claims (29)

1.一种用于从气体吸收水的装置(1)，包括：
第一壳体(2)，所述第一壳体(2)具有：第一气体入口(4)和第一气体出口(5)；至少一个用于配发液体干燥剂的机构(7)，其中所述机构是冷却垫或蒸发器垫；以及具有出口(15)的液体干燥剂收集部(13)；
其中，所述装置(1)被构造成允许气体从所述第一壳体的所述第一气体入口(4)流动且通过所述第一气体出口(5)排离，其中，所述装置被构造成允许所述液体干燥剂配发并与气流接触且在所述干燥剂收集部(13)处被收集；
至少一个第二壳体(21)，所述第二壳体(21)包括：第二壳体第一入口(22)、第二壳体第一出口(30)；第二换热器，其被构造成加热所述第二壳体中的液体干燥剂以产生蒸气(W1)，其中所述第二换热器(29)具有入口和出口(28)，且其中所述第二换热器与所述第二壳体(21)中的所述液体干燥剂热接触，其中所述第二壳体(21)与压缩机(27)连通，其中所述压缩机(27)被构造成压缩所述蒸气(W1)，并且其中所述压缩机(27)与所述第二换热器(29)的所述入口连通；
其中，至少一个泵布置在所述装置中，被构造成利于所述液体干燥剂从所述液体干燥剂收集部(13)的所述出口(15)流动到所述用于配发液体干燥剂的机构(7)；
其中，所述装置被构造成：通过所述第二换热器(29)加热所述第二壳体(21)中的所述液体干燥剂；其中，所述装置被构造成允许所述蒸气在所述压缩机(27)中压缩，并且其中所述蒸气被允许在所述第二换热器(29)中冷凝并通过所述出口(28)排离。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一壳体(2)具有用于增加所述气体与所述液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构(9)。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一壳体(2)具有第一壳体除雾器(11)，所述第一壳体除雾器(11)沿气流方向布置在所述用于配发液体干燥剂的机构(7)之后。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置(1)被构造成允许气体从所述第一壳体的所述第一气体入口(4)经由用于增加所述气体与所述液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构(9)流动且通过所述第一气体出口(5)排离。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置(1)包括：
主第一换热器(19)，所述主第一换热器(19)具有与所述液体干燥剂收集部(13)的所述出口(15)连通的主第一换热器第一入口(18)、与所述第二壳体(21)的所述第二壳体第一入口(22)连通的主第一换热器第一出口、与所述第二壳体(21)的所述第二壳体第一出口(30)连通的主第一换热器第二入口、和与所述用于配发液体干燥剂的机构(7)连通的主第一换热器第二出口(33)，
其中，所述装置被构造成允许排离所述液体干燥剂收集部(13)的出口(15)的所述液体干燥剂经由所述主第一换热器第一入口(18)进入所述主第一换热器(19)且经所述第二壳体第一入口(22)进入所述第二壳体(21)中，并允许液体干燥剂经由所述第二壳体第一出口(30)排离所述第二壳体(21)而经主第一换热器第二入口(32)到所述主第一换热器(19)而且允许液体干燥剂经由所述主第一换热器第二出口(33)排离所述主第一换热器(19)而到所述用于配发液体干燥剂的机构(7)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压缩机(27)布置在所述第二壳体(21)之内或之外。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述压缩机是等熵的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，还包括：风扇或泵，所述风扇或泵被构造成优化通过所述第一壳体(2)的气流。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第一壳体水平取向，并且其中所述装置包括至少两个泵。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置包括三个泵。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置包括四个泵。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，还包括控制单元(36)，所述控制单元(36)被构造成至少优化：至少一个泵(34)的压力、第二加热装置(23)施加到所述第二壳体(21)中的所述液体干燥剂的热量、和与进入所述第一气体入口(4)的气体的量以及所述气体中的水的量相关的所述压缩机(27)的工作压力，以优化排离所述第二换热器的所述出口(28)的水的量。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述第二壳体是热绝缘的。
14.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置还包括：副第一换热器(19')，所述副第一换热器(19')具有：与所述主第一换热器(19)的所述主第一换热器第一出口(20)连通的副第一换热器第一入口(24)、与所述第二壳体的所述第二壳体第一入口(22)连通的副第一换热器第一出口(26)、与所述第二换热器的所述出口(28)连通的副第一换热器第二入口(35)、和副第一换热器第二出口(31)。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述用于增加所述气体与所述液体干燥剂之间的接触时间和接触面积的机构(9)采取挡板、颗粒或珠粒、或者颗粒层或珠粒层的形式。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，换热器(58)布置在所述第一壳体(2)中，被构造成在水吸收过程中冷却所述气体。
17.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置还包括：控制单元(36)；传感器(14)，所述传感器(14)布置在所述干燥剂收集部(13)中且适于确定所述干燥剂中的水含量，其中所述传感器(14)与所述控制单元(36)通信；至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7)，其中所述机构(7)是喷射机构；
其中，所述第一壳体包括被构造成允许水平气流的部件，并且其中所述至少两个用于配发液体干燥剂的机构(7)布置在所述部件中；
其中，所述第二壳体还包括被布置在所述压缩机(27)之前的第二壳体除雾器(80)；并且
其中，副第一换热器(19')布置在所述主第一换热器(19)与所述第二壳体(21)之间，并且其中所述副第一换热器具有：分别与所述主第一换热器(19) 的所述主第一换热器第一出口(20)和所述第二换热器的所述出口(28)连通的副第一换热器第一入口(24)和副第一换热器第二入口(35)，以及相应的副第一换热器第一出口(26)和副第一换热器第二出口(31)，其中所述副第一换热器第一出口与所述第二壳体的所述第二壳体第一入口(22)连通。
18.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二壳体包括第二换热器，并且其中所述第二壳体与所述压缩机(27)连通，并且其中所述装置还包括：第二加热装置(23)，所述第二加热装置(23)被构造成加热所述第二壳体中的所述液体干燥剂或者被构造成加热在进入所述第二壳体(21)之前的所述液体干燥剂。
19.根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置包括两个或更多个第二壳体(21)，其中每个第二壳体包括第二换热器(29)并且其中每个第二壳体与所述压缩机(27)连通。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置还包括：第二加热装置(23)，所述第二加热装置(23)被构造成加热每个第二壳体中的所述液体干燥剂或者被构造成加热在进入每个第二壳体(21)之前的所述液体干燥剂。
21.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述液体干燥剂是氯化镁(MgCl2)的水溶液。
22.一种除湿器，包括根据权利要求1至21中任一项所述的装置。
23.一种空气冷却器，包括根据权利要求1至21中任一项所述的装置，并且还包括：加湿器，所述加湿器包括：具有第一入口(40)和第一出口(42)的第三壳体(38)；用于配发水的机构(44)；具有出口(52)的水收集部件(50)，其中所述第一壳体的第一气体出口(5)与所述第三壳体(38)的所述第一入口(40)连通。
24.根据权利要求23所述的空气冷却器，其中，所述用于配发水的机构(44)被布置为使得水的配发沿气流方向进行。
25.根据权利要求23所述的空气冷却器，其中，所述加湿器包括用于增加所述气体与所述水之间的接触时间和接触面积的机构(48)。
26.根据权利要求23所述的空气冷却器，其中，所述加湿器包括布置在所述用于配发水的机构(44)后的除雾器。
27.一种空气冷却器，包括根据权利要求14所述的装置，还包括加湿器，所述加湿器包括：具有第一入口(40)和第一出口(42)的第三壳体(38)，和用于配发水的机构(44)；
其中所述第三壳体(38)包括被构造成允许水平气流的部件，并且其中所述用于配发水的机构(44)布置在所述部件中，并且其中所述用于配发水的机构(44)被布置为使得，水的配发沿气流方向进行；
其中所述用于配发水的机构(44)与所述副第一换热器(19')的所述副第一换热器第二出口(31)连通；
其中所述空气冷却器还包括冷却装置(60)，其中所述冷却装置与所述主第一换热器的所述主第一换热器第二出口(33)、所述副第一换热器的所述副第一换热器第二出口(31)和/或所述水收集部(50)和所述干燥剂收集部(13)中的每个连通，并且其中所述冷却装置分别沿所述液体干燥剂和水的流动方向布置在所述用于配发液体干燥剂的机构(7)和所述用于配发水的机构(44)之前；
其中，所述空气冷却器包括：布置在所述冷却装置(60)与至少两个所述用于配发液体干燥剂的机构(7)之间的第一泵(68)，布置在所述冷却装置(60)与至少两个所述用于配发液体干燥剂的机构(7’)之间的第二泵(70)，和布置在所述冷却装置与用于配发水的机构(44)之间的第三泵(72)；并且
其中所述第一壳体的所述第一气体出口(5)与所述第三壳体(38)的所述第一入口(40)连通。
28.根据权利要求27所述的空气冷却器，其中，所述空气冷却器还包括：限制器(66)，所述限制器(66)布置在所述副第一换热器(19')的所述副第一换热器第二出口(31)与所述冷却装置(60)之间。
29.根据权利要求27所述的空气冷却器，其中，所述第二换热器布置在所述第二壳体(21)内。
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