CN111373201A - 除湿系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工艺气体除湿系统(2)，工艺气体除湿系统(2)包括具有吸湿剂(6)的工艺气体除湿单元(4)，工艺气体除湿系统(2)还包括吸湿剂再生系统(8)，吸湿剂再生系统(8)包括再生气体闭合回路(10)、再生气体流产生装置(12)和热泵(16)，再生气体闭合回路(10)被设置成经过工艺气体除湿单元(4)，再生气体流产生装置(12)用于在再生气体闭合回路(10)中产生再生气体流(14)，热泵(16)包括冷凝器(18)、蒸发器(20)和热泵制冷剂(22)，其中再生气体闭合回路(10)被设置成经过冷凝器(18)和蒸发器(20)以在再生气体(24)和热泵制冷剂(22)之间交换热量，其中，除湿系统(2)包括再生气体水分去除辅助系统(26)、再生气体热旁路系统(28)、装置(34)和装置(36)，再生气体水分去除辅助系统(26)布置在蒸发器(20)的下游和冷凝器(18)的上游，再生气体热旁路系统(28)被布置为将从除湿单元(4)的上游和冷凝器(18)的下游的进气再生气体(30)的热量交换到除湿单元(4)的下游和蒸发器(20)的上游的出气再生气体(32)，装置(34)设置成启用和停用再生气体水分去除辅助系统(26)和再生气体热旁路系统(28)。本发明还涉及一种用于工艺气体除湿的方法。

Description

除湿系统和方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1和15的前序部分的工艺气体除湿系统和方法。
背景技术
在许多不同的行业领域，例如农业、汽车、化学加工等，将大气或工艺气体(例如封闭在或流入到诸如储藏室、生产设施、数据中心等空间的气体)保持相对湿度是非常重要的，在规定的范围内，以防止发生诸如腐蚀、电气故障、细菌生长等不期望的影响。
实现此目的的一种方法是从空间中去除工艺气体和通过除湿器重新引入该工艺气体和/或将新的工艺气体引入到该空间中，该除湿器从工艺气体中去除多余的水分。
除湿器可以例如使用除湿器中的吸湿剂从工艺气体中吸收水分。为了使工艺气体连续被除湿，水分也需从吸湿剂中连续被除去。
具有吸湿剂(该吸湿剂从工艺气体中吸收水分，然后该吸湿剂被再生)的除湿器的一个实施例是具有干燥剂转子的除湿器，其中该干燥剂例如是硅胶。这里，具有干燥剂的转子被设置成在两个分离的气体流中缓慢旋转，一个工艺气体流将水分释放到干燥剂，一个再生气体流从干燥剂中去除水分。
此外，如果再生气体被用于干燥剂的干燥，则还需依次从再生气体中除去水分。这可以通过冷却再生气体来完成，由此水分可以从再生气体中凝结并除去，然后在重新使用之前对再生气体进行重新加热，从而使再生气体能够从水分吸湿剂中收集更多的水分。
一种可能的方式是使用热泵干燥和加热再生气体。
JPS 62 180 720 A示出了一种用于加热和冷却再生气体的热泵。
在诸如北欧国家(例如瑞典)、加拿大和俄罗斯北部地区，随着室外气体的温度和室外气体的水分含量的变化，因此工艺气体的性质也会类似变化，有时在处理再生气体时需要很高的热量，因此热泵尚未用作除湿装置的主要热源，在再生气体的条件超出了热泵可以运行的极限时，必须长时间关闭再生气体和热泵的处理。高热量的需求限制了热泵的可用运行时间。在这种情况下，由于条件对于热泵来说太苛刻了，直接式电加热器必须长时间使用，安装热泵作为除湿装置的主要热源在商业上没有吸引力。
本发明解决了在工艺气体的温度和水分含量的变化下将热泵用作除湿装置的主要热源的问题。
发明内容
通过包括工艺气体除湿单元的工艺气体除湿系统及对工艺气体除湿的方法来解决在工艺气体的温度和水分含量的变化下将热泵作为除湿单元的主要热源的问题，该工艺气体除湿系统包括吸湿剂、再生气体闭合回路、和热泵，所述再生气体闭合回路被设置成经过所述工艺气体除湿单元，所述热泵包括冷凝器、蒸发器和热泵制冷剂，以在再生气体和所述热泵制冷剂之间交换热量，根据权利要求1的特征部分，该除湿系统包括再生气体水分去除辅助系统、再生气体热旁路系统、装置，所述再生气体水分去除辅助系统布置在所述蒸发器的下游和所述冷凝器的上游，所述再生气体热旁路系统被布置为将从所述除湿单元的上游和所述冷凝器的下游的进气再生气体的热量交换到所述除湿单元的下游和所述蒸发器的上游的出气再生气体，所述装置设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统和所述再生气体热旁路系统，根据权利要求15的特征部分，上述方法包括以下步骤：当所述除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量超过所述热泵的设计能力时，通过启用再生气体水分去除辅助系统和停用的再生气体热旁路系统来运行所述除湿系统，以及当所述除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量少于所述热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统和启用再生气体热旁路系统来运行所述除湿系统。
通过该工艺气体除湿系统，其包括具有吸湿剂的工艺气体除湿单元、再生气体闭合回路、和热泵，所述再生气体闭合回路被设置成经过所述工艺气体除湿单元，所述热泵包括冷凝器、蒸发器和热泵制冷剂，以在再生气体和所述热泵制冷剂之间交换热量，该除湿系统包括再生气体水分去除辅助系统、再生气体热旁路系统、装置，所述再生气体水分去除辅助系统布置在所述蒸发器的下游和所述冷凝器的上游，所述再生气体热旁路系统被布置为将从所述除湿单元的上游和所述冷凝器的下游的进气再生气体的热量交换到所述除湿单元的下游和所述蒸发器的上游的出气再生气体，所述装置设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统和所述再生气体热旁路系统，相比于常规的热泵加热器或直接式加热器的运行，该工艺空气除湿系统能获得热泵运行时间增长，从而具有节约电能的优点。此外，可以利用更多的可用的废热，并可以提高传递到再生空气的热量的温度。因此，可以将热泵用作位于工艺气体状态变化的地方的除湿单元的热源，所述工艺气体状态是由于季节或工艺气体状态变化的其他原因而变化的。
通过对工艺气体进行除湿的方法，该方法包括以下步骤：当所述除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量超过所述热泵的设计能力时，通过启用再生气体水分去除辅助系统和停用的再生气体热旁路系统来运行所述除湿系统，以及当所述除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量少于所述热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统和启用再生气体热旁路系统来运行所述除湿系统。相比于常规的热泵加热器或直接式加热器的运行，该方法能获得热泵运行时间增长，从而具有节约电能的优点。此外，可以利用更多的可用的废热，并可以提高传递到再生空气的热量的温度，因此，可以将热泵用作位于工艺气体状态变化的地方的除湿单元的热源，所述工艺气体状态是由于季节或工艺气体状态变化的其他原因而变化的。
根据本发明的一方面，所述再生气体水分去除辅助系统包括布置在所述再生气体闭合回路中的至少一个送风入口和至少一个排风出口，其中所述至少一个送风入口布置在所述至少一个排风出口的上游，所述再生气体水分去除辅助系统还包括用于调节送风气流的调节装置和用于调节排风气流的调节装置。由此获得的优点是，可以对多余的水分进行排风以在工艺气体的高除水率下维持热泵的稳定运行状态。
根据本发明的一方面，所述调节装置为由电机控制的气流调节器。因此获得的优点是，可以自动控制热泵的工作状态以增加热泵的正常运行时间。
根据本发明的一方面，设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统的所述装置为水分指示及控制装置，所述装置设置成测量所述再生气体水分去除辅助系统的下游的所述再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的所述再生气体中的水分含量来控制所述调节装置。由此获得的优点是，可以在蒸发器处获得恒定的露点。
根据本发明的一方面，所述吸湿剂再生系统包括设置成加热送风气流的辅助加热器。由此获得的优点是，避免了在添加潜在的冷送风气体时发生冷凝。
根据本发明的一方面，设置成启用和停用所述辅助加热器的装置为辅助温度指示及控制装置，所述装置设置成测量在另一个所述辅助加热器的下游流动的送风气流的温度，并且被设置成响应于所测量的送风气流中的温度来控制所述辅助加热器的运行。由此获得的优点是，可以自动控制消除冷凝风险。
根据本发明的一方面，所述再生气体水分去除辅助系统包括至少一个过冷器，其中所述再生气体闭合回路布置为经过所述过冷器。由此获得的优点是，可以对多余的水分进行去除以在工艺气体的高除水率下维持热泵的稳定运行状态。
根据本发明的一方面，设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统的所述装置为水分指示及控制装置，所述装置设置成测量所述再生气体水分去除辅助系统的下游的所述再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的所述水分含量来启用或停用所述过冷器。由此获得的优点是，可以在蒸发器处获得恒定的露点。
根据本发明的一方面，所述再生气体热旁路系统包括用于从进气再生气体吸收热量的热交换器、用于将热量排放至出气再生气体的热交换器、连接上述的所述热交换器、制冷剂和制冷剂泵的所述制冷剂闭合回路。由此获得的优点是，在较低的工艺气体的除水率下也可以获得供应到热泵的蒸发器的热量。
根据本发明的一方面，设置成启用和停用所述再生气体热旁路辅助系统的所述装置为温度指示及控制装置，所述温度指示器设置成测量在所述蒸发器的下游的所述再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的所述温度来控制所述制冷剂泵的运行。由此获得的优点是，随着工艺气体的除水率的降低，气体热旁路的需求可以被连续地监测和控制。
根据本发明的一方面，所述再生气体热旁路系统包括热交换器和进气再生气体旁通回路，所述热交换器布置成用于从进气再生气体吸收热量，以及用于将热量排放至出气再生气体，其中，所述热交换器布置在所述再生气体闭合回路中的所述除湿单元的下游，并且其中所述进气再生气体旁通回路布置成经过上述热交换器，其中，所述进气再生气体旁通回路和再生气体闭合回路中的其他的气流调节器控制流过所述进气再生气体旁通回路的再生气体的量。由此获得的优点是，在较低的工艺气体的除水率下也可以获得供应到热泵的蒸发器的热量。
根据本发明的一方面，所述吸湿剂再生系统包括辅助加热器，所述辅助加热器设置成在所述冷凝器的下游和所述除湿单元的上游以加热再生气体。由此获得的优点是，不必为极端的外围条件而设计热泵，而是为节约最多电能而设计最合适的条件。
根据本发明的一方面，设置成启用和停用所述辅助加热器的所述装置为辅助温度指示及控制装置，所述装置设置成测量在所述辅助加热器的下游的所述再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的所述温度来控制所述辅助加热器的运行。由此获得的优点是，对于具有热泵的装置和不具有热泵的装置，可以使用对再生气体温度控制的相同控制策略。
根据本发明的一方面，所述热泵至少包括压缩机和膨胀阀。
根据本发明的一方面，所述除湿方法还包括以下步骤：当所述除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量等于所述热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统和停用再生气体热旁路系统来运行所述除湿系统。由此获得的优点是，获得了热泵的最大效率。
附图说明
本发明将参照附图将更详细地进行阐述，其中：
图1示例性地示出了根据本发明的第一实施例的除湿系统；
图2示例性地示出了根据本发明第二实施例的除湿系统；
图3示例性地示出了根据本发明的热泵的另一种实施例；并且
图4示例性地示出了根据本发明的热泵的又一种实施例。
优选实施方式的描述
图1示例性地示出了工艺气体除湿系统2，该工艺气体除湿系统2包括具有吸湿剂6的工艺气体除湿单元4，该工艺气体除湿系统2还包括吸湿剂再生系统8，该吸湿剂再生系统8包括再生气体闭合回路10、再生气体流产生装置12和热泵16，该再生气体闭合回路10被设置成经过工艺气体除湿单元4，该再生气体流产生装置12用于在再生气体闭合回路10中产生再生气体流14，该热泵16包括冷凝器18、蒸发器20和热泵制冷剂22，其中再生气体闭合回路10被设置成经过冷凝器18和蒸发器20以在再生气体24和热泵制冷剂22之间交换热量，其中除湿系统2包括再生气体水分去除辅助系统26、再生气体热旁路系统28、装置34、36，该再生气体水分去除辅助系统26布置在蒸发器20的下游和冷凝器18的上游，该再生气体热旁路系统28被布置为将从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的热量交换到除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，装置34、36设置成启用和停用再生气体水分去除辅助系统26和再生气体热旁路系统28。
根据图1所示的实施例，布置在蒸发器20的下游和冷凝器18的上游的再生气体水分去除辅助系统26包括布置在再生气体闭合回路10中的至少一个送风入口38和至少一个排风出口40，其中至少一个送风入口38布置在至少一个排风出口40的上游，再生气体水分去除辅助系统26还包括用于调节送风气流44的调节装置42和用于调节排风气流48的调节装置46。
调节装置42、46例如可以是由电机控制的气流调节器，即调节气体流量的阀或板，并且设置成启用和停用再生气体水分去除辅助系统26的装置34可以为水分指示及控制装置，该装置34设置成测量再生气体水分去除辅助系统26的下游的再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的水分含量来控制由电机控制的气流调节器。
根据图1所示的实施例，再生气体热旁路系统28被布置为将从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的热量交换到除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，该再生气体热旁路系统28包括用于从进气再生气体30吸收热量的热交换器50、用于将热量排放至出气再生气体32的热交换器52、连接热交换器50、52、制冷剂56和制冷剂泵58的制冷剂闭合回路54。
设置成启用和停用再生气体热旁路系统28的装置36可以为温度指示及控制装置，该装置36设置成测量在蒸发器20的下游的再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的温度来控制制冷剂泵的运行，即，启动制冷剂泵，以便从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的交换热量，并利用这些热量加热除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，或停止制冷剂泵。
在图1中，热泵以压缩热泵为例。如果使用压缩热泵，则热泵16还至少包括如图1所示的压缩机60和膨胀阀62。另一方面，如果使用吸收式热泵，则该热泵不包括任何膨胀阀。
进一步地，如图1所示，可选地，吸湿剂再生系统8可以包括辅助加热器64，该辅助加热器64设置成在冷凝器18的下游和除湿单元4的上游加热再生气体。设置成启用和停用辅助加热器64的装置66可以为辅助温度指示及控制装置，该装置66设置成测量在辅助加热器64的下游的再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的温度来控制辅助加热器64的运行，例如，从而无级地控制从辅助加热器64增加到再生气体流的热效应的量(the amount of heat effect)。
进一步地，如图1所示，可选地，吸湿剂再生系统8可以包括另一个设置成加热送风气流44的辅助加热器68。设置成启用和停用该另一个辅助加热器68的装置70可以为辅助温度指示及控制装置，该装置70设置成测量在另一个辅助加热器68的下游的送风气流的温度，并且被设置成响应于所测量的送风气流中的温度来控制辅助加热器68的运行，例如以无级地控制从该另一个辅助加热器68增加到送风气流的热效应的量。
用于在再生气体闭合回路10中产生再生气体流14的再生气体流产生装置12可以是风扇。
图2示例性地示出了工艺气体除湿系统2，该工艺气体除湿系统2包括具有吸湿剂6的工艺气体除湿单元4，该工艺气体除湿系统2还包括吸湿剂再生系统8，该吸湿剂再生系统8包括再生气体闭合回路10、再生气体流产生装置12和热泵16，该再生气体闭合回路10被设置成经过工艺气体除湿单元4，该再生气体流产生装置12用于在再生气体闭合回路10中产生再生气体流14，该热泵16包括冷凝器18、蒸发器20和热泵制冷剂22，其中再生气体闭合回路10被设置成经过冷凝器18和蒸发器20以在再生气体24和热泵制冷剂22之间交换热量，其中除湿系统2包括再生气体水分去除辅助系统26、再生气体热旁路系统28、装置34、36，该再生气体水分去除辅助系统26布置在蒸发器20的下游和冷凝器18的上游，该再生气体热旁路系统28被布置为将从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的热量交换到除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，装置34、36设置成启用和停用再生气体水分去除辅助系统26和再生气体热旁路系统28。
根据图2所示的实施例，布置在蒸发器20的下游和冷凝器18的上游的再生气体水分去除辅助系统26包括布置在再生气体闭合回路10中的至少一个过冷器72，其中再生气体闭合回路10布置为经过该过冷器72，以及设置成启用和停用再生气体水分去除辅助系统26的装置34可以为水分指示及控制装置，该装置34设置成测量再生气体水分去除辅助系统26的下游的再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的水分含量来启用和停用过冷器72。在该图中，示出了过冷器72布置在再生气流产生装置12的下游，可选地，该过冷器72可以布置在再生气流产生装置12的上游。
根据图2所示的实施例，再生气体热旁路系统28被设置成将被布置为将从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的热量交换到除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，该再生气体热旁路系统28包括热交换器53和进气再生气体旁通回路55，该热交换器53布置成用于从进气再生气体30吸收热量，以及用于将热量排放至出气再生气体32，其中，上述热交换器53布置在再生气体闭合回路10中除湿单元4的下游，并且其中进气再生气体旁通回路55布置成经过上述热交换器53，其中，进气再生气体旁通回路55和再生气体闭合回路10中的其他的气流调节器57、59设置成控制流过进气再生气体旁通回路55的再生气体的量。
设置成启用和停用再生气体热旁路系统28的装置36可以为温度指示及控制装置，该装置36设置成测量在蒸发器20的下游的再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的温度来控制气流调节器57、59的操作，即，打开进气再生气体旁通回路55中的气流调节器57并关闭再生气体闭合回路10中的气流调节器59，以便从除湿单元4的上游和冷凝器18的下游的进气再生气体30的交换热量，并利用这些热量加热除湿单元4的下游和蒸发器20的上游的出气再生气体32，或关闭进气再生气体旁通回路55中的气流调节器57并打开再生气体闭合回路10中的气流调节器59。
在图2中，热泵以压缩热泵为例。如果使用压缩热泵，则热泵16还至少包括如图2所示的压缩机60和膨胀阀62。另一方面，如果使用吸收式热泵，则该热泵不包括任何膨胀阀。
进一步地，如图2所示，可选地，吸湿剂再生系统8可以包括辅助加热器64，该辅助加热器64设置成在冷凝器18的下游和除湿单元4的上游以加热再生气体。设置成启用和停用辅助加热器64的装置66可以为辅助温度指示及控制装置，该装置66设置成测量在辅助加热器64的下游的再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的再生气体中的温度来控制辅助加热器64的运行，例如，从而无级地控制从辅助加热器64增加到再生气体流的热效应的量。
图2中所示的热泵可以用图1中所示的热泵代替，反之亦然。
图2所示的再生气体水分去除辅助系统26可以由图1所示的再生气体水分去除辅助系统26代替，反之亦然。
图2所示的再生气体热旁路系统28可以由图1所示的再生气体热旁路系统28代替，反之亦然。
图3示例性地示出了根据本发明的热泵16的另一种实施例，该热泵16包括蒸发器20和冷凝器18。图1或图2所示的热泵可以用图3所示的热泵代替。图3中的热泵与图2中所示的热泵的不同之处在于，图3中的热泵是两级热泵(two-step heat pump)，该热泵包括额外的冷凝器74、额外的蒸发器76、多个压缩机60、78和多个膨胀阀62、80、以及用于循环流体的循环泵82。
图4示例性地示出了根据本发明的热泵16的又一种实施例，该热泵16包括蒸发器20和冷凝器18。图1或图2所示的热泵可以用图4所示的热泵代替。图4中的热泵与图2中所示的热泵的不同之处在于，图4中的热泵是两级热泵(two-step heat pump)，包括额外的冷凝器74、额外的蒸发器76、多个压缩机60、78和多个膨胀阀62、80。
现在参考图1至图4：
热泵16尽可能地在恒定的运行状态下运行是有利的，因为这样就能够将热泵设计为在特定的恒定运行状态下具有最佳运行性能。
根据本发明，为了使热泵16尽可能地实现恒定的运行状态，依据再生气体地水分含量调节出气再生气体32的温度，该再生气体已经通过冷凝在蒸发器20中被除湿，并且如有必要，来自再生气体中残留的多余水分在蒸发器20的下游被除去。
因此，即使工艺气体的温度和水分含量随时间变化，该热泵也能够在恒定的运行状态下运行。
此外，再生气体24在再生气体闭合回路10中流动。该闭合回路的构造增加了再生气体闭合回路10中的水分含量。本发明的一个重要方面是再生气体回路的闭合回路构造。通过具有闭合回路，除了冷凝器和除湿单元4之间的部分外，再生气体可以保持在回路中的饱和状态。随着温度的降低，达到饱和所需的气体中的水蒸气的量也降低。
在运行中，热泵16的蒸发器20对存在于湿润的出气再生气体32中的水分进行冷凝，并且热泵16的冷凝器18在升高的温度下返回热能以加热进气再生气体30。由于在闭合回路中在高水分比下可获得大量潜热，因此热泵冻结的风险较低，这使再生系统对寒冷环境的敏感性降低，并因此在运行中更稳定。这种稳定性的增强使其能够利用再生气体中的大部分废热，并且与具有用于再生气体流的开环构造的热泵相比，热泵16的冷凝器18能够更多地增加进气再生气体30的温度。
使用上述用于再生气体流的闭合构造，热泵的性能将被设计为用于长运行时间的热泵以及该热泵能够冷凝除湿单元4从高湿度的进气工艺气体中收集的水分的情况。该热泵16可以与再生处理辅助设备配合，例如，用于从再生气体中去除多余水分的除湿系统，以及用于在进气再生气体和出气再生气体之间进行热交换的热旁路系统，则热泵16将能够处理进气工艺气体的湿度变化的情况。
再生系统适于应对工艺气体的季节性变化，例如在北欧国家(如瑞典)中发现的季节性变化。
本发明的另一个重要方面是再生处理辅助设备。
为了能够为热泵提供尽可能恒定的运行状态，再生系统具有A、B和C三种运行模式。
A：当除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量超过热泵的设计能力时，选择第一运行模式A。在该运行模式下，热泵16中的蒸发器20不能将通过除湿单元4从进气工艺气体流中去除的所有水分进行冷凝，未被蒸发器20去除的多余水分保留在蒸发器20的下游的再生空气中。在该运行模式下，在再生气体进入热泵16中的冷凝器18之前，再生气体中的多余水分被去除了。多余的水分的去除是使用多余水分去除系统完成的。
去除这种多余水分的一种方法是使用一种多余水分去除系统，该多余水分去除系统包括至少一个排风出口40和至少一个送风入口38。然后，通过布置在蒸发器20的下游和冷凝器18的上游的至少一个排风出口40，将包含多余水分的再生气体从再生气体回路中排出。通过布置在蒸发器20的下游且在至少一个排风出口38的上游的至少一个送风气体入口进入再生气体回路的送风气体来代替被排出的上述气体。去除该多余水分的另一种方式是在蒸发器20的下游使用额外的冷却器，例如热泵中的过冷器。
B：当除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量等于热泵的设计能力时，选择第二种运行模式B。在该运行模式下，通过除湿单元4从进气工艺气体中去除的所有水分通过热泵16中的蒸发器20进行冷凝，从而使热泵具有最佳的处理性能。因此，在热泵16的蒸发器20的下游的再生气体中没有多余的水分。
要注意的是，热泵的设计能力取决于热泵的运行范围，并且如果热泵包括压缩机并且热泵中压缩机的转速可以在一个区间或范围内变化，即，如果热泵具有调节比(turn-down ratio)，则热泵的设计能力可以在一个区间或一个范围内变化。
C：当除湿单元工艺气体的除水率需要的热量少于热泵的设计能力时，选择第三种运行模式C。在该运行模式下，如果除湿单元4的出气再生气体32没有任何出气再生气体的温度或水分含量的变化而进入蒸发器20，则热泵的能力高于使除湿单元4中的水分吸收剂再生所需的热量需求。如果温度或水分含量没有变化，则热泵16中的蒸发器20将从再生气体中冷凝比所需的水分更多的水分，即，更多的水分通过除湿单元4从送气工艺气流中去除。为了平衡来自再生气体的水分的这种不必要的冷凝，热量通过热旁路(即旁路热流)被引导，从而利用进气再生气体流的热量加热出气再生气体。以这种方式，热泵可以以恒定的速率运行，并且蒸发器20中形成的冷凝物的量可以与通过除湿单元从工艺气体流中去除的湿气的量保持相等。
对于热泵的设计能力，如果热泵中压缩机的转速可以在一个区间或范围内变化，即热泵的具有调节比，则热泵的设计能力可以在一定的区间或范围内变化：
例如，如果压缩机的运行转速可以在压缩机的最大转速的20％-100％的范围内，如果压缩机的转速大于运行模式B中所需的压缩机的最大转速的100％，则使用运行模式A，如果转速小于运行模式B中所需的压缩机的最大转速的20％，则使用运行模式C。
为了在以上三种运行模式A、B和C之间切换，除湿系统包括控制系统和传感器，其中湿度和温度传感器检测再生气体的水分含量和温度，并且其中控制系统响应于该输入来控制调节装置，例如热旁路泵和用于送风入口的流体的气流调节器和排风出口的流体的气流调节器。该控制系统可以包括中央控制单元或多个独立的控制单元，每个控制单元控制一个或多个调节装置。
通过能够在上述三种运行模式A、B和C之间进行切换，热泵的运行时间可以最大化，因为即使在变化的工艺气体条件下，热泵也可以在恒定的状态下运行。热泵运行状态的稳定性使得一年中大部分可用的运行时间都可以运行热泵，并因此与运行直接加热器或常规热泵加热器相比，可以节省电能。
因此，通过根据本发明的除湿系统对工艺气体除湿的除湿方法包括以下步骤：
-当除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量超过热泵的设计能力时，通过启用再生气体水分去除辅助系统26和停用的再生气体热旁路系统28来运行除湿系统，以及
-当除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量少于热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统26和启用再生气体热旁路系统28来运行除湿系统，以及还可以包括以下步骤：
-当除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量等于热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统26和停用再生气体热旁路系统28来运行除湿系统。
如上所述，如果热泵中的压缩机的转速可以在一个区间或范围内变化，即，如果热泵具有调节比，则热泵的设计能力可以在一个区间或一个范围内变化。
目标是使热泵尽可能长时间地运行。
在夏季条件下，工艺气体中的湿度较高，将使用运行模式A。在冬季条件下，工艺气体中的湿度较低，将使用运行模式C。在工艺气体的温度和湿度随季节变化的区域，运行模式B的使用范围取决于热泵的调节比。
在下文中，参考图1和2：
再生气体的温度和水分含量沿再生气体闭合回路变化。热泵制冷剂的温度也会变化。以下给出的温度仅是为了举例说明这些差异以及再生气体和热泵制冷剂之间的热交换，而不以任何方式限制本发明：
当再生气体进入工艺气体除湿单元4时，它是“干燥的”，并且可以具有例如大约130℃的温度，该温度范围优选地约为90-150℃，更优选地约为110-130℃，最优选地约为120-130℃。
在工艺气体除湿器中，再生气体从吸湿剂6中收集水分，并在此过程中被冷却。
当再生气体进入热泵中的蒸发器时，它是“湿的”，并且可以具有例如大约40℃的温度。
当热泵制冷剂进入蒸发器时，其可以具有大约30℃的温度。
在蒸发器中，再生气体被热泵制冷剂冷却，并且通过冷凝从再生气体中除去水分。
当热泵制冷剂进入冷凝器时，其可以具有约120℃的温度。
当再生气体进入热泵中的冷凝器时，再生气体可以具有约25℃-30℃的温度。
在冷凝器中，再生气体被热泵制冷剂加热。
用于在再生气体回路中产生再生气体流的装置可以例如是再生气体风扇。
优选地，用于在再生气体回路中产生再生气体流的装置布置在至少一个送风入口的下游和至少一个排风出口的上游。通过加热送风气体，避免了该气体在用于在再生气体回路中产生再生气体流的装置中冷凝，例如在再生气体风扇中。在离开蒸发器的再生气体具有高含水量的情况下，因此还避免了在再生气体回路中用于产生再生气体流的装置中冷凝和腐蚀，例如在再生气体风扇中。
吸湿剂6可以是布置在干燥剂轮中的干燥剂或布置在工艺气体除湿单元4中的干燥剂转子。吸湿剂6可以是硅胶。

Claims (16)

1.一种工艺气体除湿系统(2)，所述工艺气体除湿系统(2)包括具有吸湿剂(6)的工艺气体除湿单元(4)，所述工艺气体除湿系统(2)还包括吸湿剂再生系统(8)，所述吸湿剂再生系统(8)包括再生气体闭合回路(10)、再生气体流产生装置(12)和热泵(16)，所述再生气体闭合回路(10)被设置成经过所述工艺气体除湿单元(4)，所述再生气体流产生装置(12)用于在所述再生气体闭合回路(10)中产生再生气体流(14)，所述热泵(16)包括冷凝器(18)、蒸发器(20)和热泵制冷剂(22)，其中所述再生气体闭合回路(10)被设置成经过所述冷凝器(18)和所述蒸发器(20)以在再生气体(24)和所述热泵制冷剂(22)之间交换热量，其特征在于，所述除湿系统(2)包括再生气体水分去除辅助系统(26)和再生气体热旁路系统(28)，所述再生气体水分去除辅助系统(26)布置在所述蒸发器(20)的下游和所述冷凝器(18)的上游，所述再生气体热旁路系统(28)被布置为将从所述除湿单元(4)的上游和所述冷凝器(18)的下游的进气再生气体(30)的热量交换到所述除湿单元(4)的下游和所述蒸发器(20)的上游的出气再生气体(32)，还包括设置成用于启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统(26)和所述再生气体热旁路系统(28)的装置(34、36)。
2.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述再生气体水分去除辅助系统(26)包括布置在所述再生气体闭合回路(10)中的至少一个送风入口(38)和至少一个排风出口(40)，其中所述至少一个送风入口(38)布置在所述至少一个排风出口(40)的上游，所述再生气体水分去除辅助系统(26)还包括用于调节送风气流(44)的调节装置(42)和用于调节排风气流(48)的调节装置(46)。
3.根据权利要求2所述的除湿系统，其特征在于，所述调节装置(42、46)为由电机控制的气流调节器。
4.根据权利要求2或3所述的除湿系统，其特征在于，设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统(26)的所述装置(34)为水分指示及控制装置，所述装置(34)设置成测量所述再生气体水分去除辅助系统(26)的下游的所述再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的所述再生气体中的水分含量来控制所述调节装置(42、46)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的除湿系统，其特征在于，所述吸湿剂再生系统(8)包括设置成加热送风气流(44)的辅助加热器(68)。
6.根据权利要求5所述的除湿系统，其特征在于，设置成启用和停用所述辅助加热器(68)的装置(70)为辅助温度指示及控制装置，所述装置(70)设置成测量在所述辅助加热器(68)的下游的送风气流的温度，并且被设置成响应于所测量的送风气流中的温度来控制所述辅助加热器(68)的运行。
7.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述再生气体水分去除辅助系统(26)包括至少一个过冷器(72)，其中所述再生气体闭合回路(10)布置为经过所述过冷器(72)。
8.根据权利要求7所述的除湿系统，其特征在于，设置成启用和停用所述再生气体水分去除辅助系统(26)的所述装置(34)为水分指示及控制装置，所述装置(34)设置成测量所述再生气体水分去除辅助系统(26)的下游的所述再生气流中的水分含量，并且被设置成响应于所测量的所述水分含量来启用或停用所述过冷器(72)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的除湿系统，其特征在于，所述再生气体热旁路系统(28)包括用于从进气再生气体(30)吸收热量的热交换器(50)、用于将热量排放至出气再生气体(32)的热交换器(52)、连接所述热交换器(50，52)、制冷剂(56)和制冷剂泵(58)的所述制冷剂闭合回路(54)。
10.根据权利要求9所述的除湿系统，其特征在于，设置成启用和停用所述再生气体热旁路辅助系统(28)的所述装置(36)为温度指示及控制装置，所述装置(36)设置成测量在所述蒸发器(20)的下游的所述再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的所述温度来控制所述制冷剂泵的运行。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的除湿系统，其特征在于，所述再生气体热旁路系统(28)包括热交换器(53)和进气再生气体旁通回路(55)，所述热交换器(53)布置成用于从进气再生气体(30)吸收热量，以及用于将热量排放至出气再生气体(32)，其中，所述热交换器(53)布置在所述再生气体闭合回路(10)中的所述除湿单元(4)的下游，并且其中所述进气再生气体旁通回路(55)布置成经过上述热交换器(53)，其中，所述进气再生气体旁通回路(55)和再生气体闭合回路(10)中的其他的气流调节器(57、59)设置成控制流过所述进气再生气体旁通回路(55)的再生气体的量。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的除湿系统，其特征在于，所述吸湿剂再生系统(8)包括辅助加热器(64)，所述辅助加热器(64)设置成在所述冷凝器(18)的下游和所述除湿单元(4)的上游以加热再生气体。
13.根据权利要求12所述的除湿系统，其特征在于，设置成启用和停用所述辅助加热器(64)的所述装置(36)为辅助温度指示及控制装置(66)，所述装置设置成测量在所述辅助加热器(64)的下游的所述再生气流的温度，并且被设置成响应于所测量的所述温度来控制所述辅助加热器(64)的运行。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的除湿系统，其特征在于，所述热泵至少包括压缩机(60)和膨胀阀(62)。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的除湿系统对工艺气体除湿的方法，其特征在于，所述除湿的方法包括以下步骤：
-当所述除湿单元的工艺气体的除水率需要的热量超过所述热泵的设计能力时，通过启用再生气体水分去除辅助系统(26)和停用再生气体热旁路系统(28)来运行所述除湿系统，以及
-当所述除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量少于所述热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统(26)和启用再生气体热旁路系统(28)来运行所述除湿系统。
16.根据权利要求15所述的对工艺气体除湿的方法，其特征在于，所述除湿的方法还包括以下步骤：
-当所述除湿单元的工艺气体的除水率所需的热量等于所述热泵的设计能力时，通过停用再生气体水分去除辅助系统(26)和停用再生气体热旁路系统(28)来运行所述除湿系统。
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