CN1135726A - 增湿器及空气增湿方法 - Google Patents

Abstract

一增湿器系统包括一位于一壳体内的喷射系统，它将雾状水珠喷射到一除雾器之上，使之拦截雾状水珠。雾状水珠在液态时被除雾器捕获并几乎完全被转化成蒸汽态，由此增加气流的湿度。一位于除雾器下流的湿度传感器检测气流湿度。一控制器根据湿度传感器的信息控制喷射水量以使湿化的气流维持预定的湿度。一第二增湿器包括一加热装置，该装置产生一高温区以在瞬间将引入其间的水蒸发到气流中去。

Description

增湿器及空气增湿方法

本发明是1993年11月4日提出的美国专利申请系列号08/145,596的部分延续，整个那篇专利申请在此引为参考。

发明背景

本发明总体上涉及增湿器及对工业建筑物增湿的方法，尤其涉及用于油漆间增湿的设备和方法。

传统上用于大型建筑物和油漆间的工业用空气增湿通常采用有皱纹的纸板或玻璃纤维，并加以树脂材料，作为贮存将被蒸发到空气气流中水分的吸收底板。这些吸收底板常常被布置成有好几英尺高、数英尺厚的矩形板。其上架空的管道将水呈瀑布状地带至板上，被吸收底板所吸收。然后一股气流被强制穿过吸收底板，同时采集其中的水分，从而增加了气流的湿度。

使用上述吸收底板的工业用增温器存在许多问题。

首先，为保证吸收底板充分饱和，必须向吸收底板提供大量的水。结果造成大量的水也同时从吸收底板排入位于其下面的收集槽中。这些废水通常在作处理后再循环利用。因此这种附加的废水增加了整个装置在废水处理方面的负担，也加大运行成本。

第二，为使吸收底板拥有足够的水分以实现必需的增温功能，吸收底板通常有数英尺厚。于是为使气流穿过吸收底板需要一大的压力差，这样反过来就需要使用较大的风扇或风机以提供足够的压力差。同时，大型的吸收底板也增加了增湿器的总体尺寸。

第三，当增湿器关机后，流向吸收底板的水流一般也停止了，这就会导致吸收底板最终干燥。这样在从干燥的初始状态启动时，需要相当长的时间使吸收底板重新饱和。

第四，由于吸收底板的巨大尺寸和其内贮存的大量的水，很难快速而精确地将从增湿器排出的气流的湿度调节到理想的水平。这种不精确可对油漆间带来尤为不利的影响，因为对于油漆适当地粘附于零部件，严格控制湿度水平是决定性的因素。因此，需要有一种能快速而精确地调节气流湿度的工业用增湿器。

最后，吸收底板从瀑布状流过的水中积累水垢，当水垢积累足以充满底板时，必须更换底板，否则，水垢颗粒会从中脱离，污染湿化了的气流。

本发明的试图克服存在于利用大型吸收底板的用于建筑物和油漆间的传统的工业用增湿器中的上述问题。

本发明概略

本发明涉及一种控制气流湿度的增湿器和一种湿化气流的方法。一这种增湿器的第一实施例包括一壳体，它具有一用来接收将被湿化的气流的上流入口和一用来在气流被湿化后将其排出的下流出出。同时增湿器还有一喷射装置用来将雾状水珠喷射至气流中。一位于壳体内的除雾器用来拦截雾状水珠。除雾器由拉长了的交织在一起但互相之间又有足够间距的单纤维组成，使得气流能自由穿过其中而充分靠近地流动，从而使雾状水珠在尚处于液态时即被除雾器捕获，并在流过单纤维时基本上完全被转化成蒸汽或气态，形成增加了湿度的气流。

一位于除雾器下流的湿度传感器，检测湿化气流的相对湿度。一控制器对检测到的湿度作出反应，控制喷射至气流中的水的总量，以维持预定的从下流出口排出的气流的湿度水平。

理想的是，由多个平面网格底板层构成除雾器，其中包括一上流网格底板和一下流网格底板，每一层总体上的定向垂直于气流流动的方向。上流层的单纤维网格可粗于下流层的网格，使得上流层接收较大的水珠而下流层则接收已经过上流层的较小的水珠。单纤维最好用无吸收性的，不易燃的材料制成，如聚丙烯或其它塑料。

喷射装置最好包括多个间隔开的喷嘴和多个带有致动器的阀门，其中的致动器可选择由控制器控制，以调节从喷嘴喷射出的水量。每一喷嘴可喷射除雾器的一单独部分，当所有的喷嘴都喷射水时，基本上整个除雾器都为雾状水珠所覆盖。

最好提供一个加热装置，从中排出的热量由控制器可变地控制。另外，还可包括一清洗机构以周期性地将除雾器中的水垢清除出去。

还揭示了增湿器的一第二实施例，其中包括一壳体，壳体具有一用来接收将被湿化的气流的上流入口和一用来排出已被湿化的气流的下流出口。一风扇通过空气流动与壳体相沟通。该风扇产生穿过壳体的气流。一同样位于壳体内的加热装置，具有一提供高温区以加热气流的热源。一供水装置将水引入高温区，使之被立即蒸发到气流中去。湿度和温度传感器位于除雾器的下流以检测排出气流的湿度和温度水平。这些传感器与控制器相连通，使控制器能控制维持湿度和温度的设定水平所必需的供水量和供热量。这一功能是通过启动或调节与控制器相连的水、气阀门而实现的。

位于加热装置下游的除雾器最好能除去悬浮于气流中的所有水珠，使没有水珠能从下游出口排出。比较理想的是，发热装置是一燃烧器，它燃烧可燃气体并产生火焰以形成高温区。此外，供水装置包括一喷嘴，将水引入火焰区以蒸发水份。再有，增湿器可包括位于加热装置上流和下流的第一和第二温度传感器。这些温度传感器与控制器相连，以控制传送到气流中的热量，由此来控制排出气流的温度。

根据本发明构造的一第三实施例有一接收气流的上流入口、用来湿化气流的装置和一用于排出湿化空气的下流出口。一加热装置的位置使之能基本上垂直向下地引导火焰。受压水份和受压空气被供入火焰，使得水实际上瞬间被蒸发到气流中。增湿器的结构使气流进入入口后继续向下经过加热装置。就在水被蒸发或气流的区域下面，增湿器的壳体迫使气流转过一直角，继续水平地穿过除雾器。下流的湿度和温度传感器用于检测排出气流的湿度和温度。这些传感器与控制器相连以控制供水量和热源温度。控制器通过有选择地开启水气阀门而进行操作。

如同第一和第二实施例一样，第三实施例能用于湿化空气同时又防止水珠逸出系统。这一点很重要，因为这种水珠可对所控制的环境，如油漆间带来不利的影响。

所讲授的湿化气流的第一种方法包括如下步骤。一气流穿过一壳体向下流流动，水珠被喷射到气流中并被截获和聚合于一除雾器。除雾器最好有交织的拉长纤维以充分地截获和聚合水珠，以将其从气流中消除。水珠以这样一种方式流经纤维，使水珠在纤维内不断更新其表面，最终蒸发到气流中。然后，气流的湿度在除雾器的下流被检测到。由此再来调节除雾器中的喷射水量，以维持除雾器下流预定的湿度水平。

该方法还可包括在除雾器上流加热气流，由此控制气流的温度。再有，除雾器可用酸性溶液清洗以清除其中的水垢。

还揭示了湿化空气的第二种方法的实施例。这一方法包括提供一高温区，以加热流经于此的气流。向该高温区提供一定量的水，使之基本上在一瞬间就蒸发到气流中去以增加气流中的水蒸汽含量，从而提高相对湿度。高温区下流的气流湿度和温度被检测。根据检测到的湿度和温度，可以调节提供给高温区的水量以及由高温区所传递的热量，以将湿化的气流的湿度和温度保持于一预定的水平。高温区最好通过用一燃烧器燃烧一种可燃气体以产生一种火焰来形成。

理想的是，通过至少一个管嘴向火焰喷射水珠来提供一定量的水，使水基本上在瞬间得到蒸发。另外，还可高温区的下流处提供一除雾器，以基本消除任何尚未从气流中蒸发掉的水珠。因此，排出的湿化气流一般是不含水珠的。

在第三种操作方法中，受压空气连同水被注入高温区。受压空气有助于汽化过程。

本发明的目的之一在于提供一种增湿器，该增湿器使用一种交织拉长纤维的除雾器来收集喷射水珠，并将其蒸发到气流中。

本发明的目的之二在于提供一种增湿器，该增湿器利用引入到高温区的水，使之在瞬间基本上完全地蒸发到气流中去。

本发明的目的之三在于使用一种除雾器来从湿化了的气流中去除水珠，使水珠不能对诸如油漆间的外部环境造成不利影响。

本发明的目的之四在于提供一种工业用增湿器，该增湿器使用一种不吸收水分的蒸发底板并能快速而精确地在广阔的相对湿度范围内以不超过±1％的公差提供大量的湿化空气，而所有这一切只要几分种时间就可做到，几乎不用或根本不必涉及启动时间。

本发明的目的之五在于提供一种增湿器，该增湿器与相同输出能力的传统的工业用增湿器相比较几乎不产生废水。

本发明的目的之六在于提供一种增湿器，该增湿器在气流通过的过程中只产生相对来说小的静压损失，因此只需相对小型的风扇或风机以生成气流。

本发明的目的之七在于提供一种较传统的具有相同输出能力的工业用增湿器更为集成化的增湿器。

本发明的目的之八在于提供一种增湿器，该增湿器具有一清洗机构以从蒸发底板上清除掉水垢，使水垢的积累达到最小化，从而延长蒸发底板的工作寿命。

本发明的目的之九在于增加注入高湿区水的能量，以加强水的蒸发。在本发明的一较佳实施例中，受压空气被用来增加注入水的能量。

其它大小与本发明可比的已有技术的增湿器需用大量的水，而水必须去购买，其后又有净化的问题。而本发明中实际上不存在被浪费的水，这样由于降低了购水量和净化费用，从而减少了运行成本。另外，由于没有水被浪费掉，因而无需在水中加入杀虫剂以防止水份造成的生物体生成事件。

本发明的其它目的从本发明的几个较佳实施例的以下描述和附图中将会变得明了。

附图概述：

图1是根据本发明一第一实施例所造的一增湿器的局部剖面立体图；

图2是用于图7的增湿器的一喷射装置的正视图；

图3是喷射装置一喷嘴的不完全的剖视图，其中水被喷射到除雾器上，未被蒸发掉的水则被疏导到一收集槽中；

图4是水珠经过第一和第二层网格底板的不完全的示意图，其中的水聚合于网格底板并由此而蒸发掉；

图5A是图图4中一网格底板的不完全的立体图；

图5B是图5A中沿5B-5B的剖面图；

图6是增湿器中与控制器相连的工作部件的示意图；

图7是本发明一第二实施例的局部剖面立体图；

图8是图7中的增湿器的工作示意图；

图9是被多个水喷嘴所围绕的燃烧器的正视图；

图10是根据本发明的另一较佳实施例所构造的增湿器系统的顶视图；

图11是图10的增湿器系统的后视图；

图12是图10的增湿器系统中沿12-12的剖面图；

图13是图10的增湿器系统的局部剖面透视图；

图14是图13中沿14-14的加热装置剖面图；以及

图15是图12至图14中的加热装置，连同向其供水及供加压空气的装置的示意图。

较佳实施例详述：

回到各图，其中相同的参考标号表示相同的部件，图1中增湿器10是根据本发明一第二实施例所构造的。该增湿器被用来加热和湿化纵向经过流向下流的气流。一对箭头表明气流方向。增湿器10包括一支承一加热装置14的壳体12和一将水珠向一除雾器20上喷射的喷射装置16。一个用虚线示出的通门21位于壳体12之内，用来通达除雾器20和喷射装置16。一可伸缩的通道22用于将一位于壳体12内的出口24与一抽风机或风扇相连。壳体12有一入口28位于其上流端，其上带有一调节挡板30用来关闭入口28和部分地调节流过增湿器10的空气流动。壳体12由多块金属板经适当连接在一起后形成一纵向延伸的矩形通道。钢支柱31构成一支承金属板的框架。一内含一控制器42的控制箱43附于壳体口之外。

加热装置14最好是一个燃烧一种可燃气体的燃烧器，可选用伊利诺州Eclipse Combustion of Rockford公司生产的型号为AH的产品。

位于壳体12之内的还有一对温度传感器32和34以及一对湿度传感器36和38。传感器32和36位于加热装置14和除雾器20之间。传感器34和38位于除雾器20的下流。在这一应用中，湿度传感器36和38一般对存在于气流中的蒸汽很敏感。传感器36和38可用来测量相对湿度、露点等指标，但最好将相对湿度作为评估量。虽然在本较佳实施例中，所示的上、下流温度和相对湿度传感器呈现分离状态，但实际上它们是组合成一单个湿度调节器单元。

如图6所示，控制器42控制增湿器10的工作。尤其是，控制器42从传感器32、34、36和38接受输入，而将输出信号送到加热装置14、调节档板30、喷射装置16和风机26，以控制排出增湿器10的空气的湿度和温度。此外，控制器42还控制多个电磁调节阀，如后详述。

如最佳地示于图1和图2的那样，喷射装置16包括第一、第二和第三导管44、46和48，这些导管内装置水并分别与喷嘴52、54和56流体相连。一连接导管50通过阀门51将导管49，46和48流体地连接于一供受压水装置53。

第一导管44是C形的，其上有位于矩形外形角上的喷嘴52。第二导管46呈菱形，其上在各个角上布置有喷嘴54。最后，第三导管48带有单个管嘴56，它位于第一和第二导管44和46的中央。当所有的喷嘴52、54和56都工作时，它们所提供的喷射方式总体上可覆盖整个的除雾器20。可以理解，还有不同形状的喷嘴布局也能确保水珠喷射覆盖除雾器20的大部。同样也可用不同类型的喷嘴来产生具有不同最大尺寸的水珠。

第一、第二和第三导管44、46和48通过各自的致动器60、62和64与一供水装置53相连，每一致动器是一电控电磁阀，用来调节供给各管路44，46和48的水量。控制器42单独控制喷射装置16的致动器60，62和64，并由此调节由喷嘴52，54和56排出的水量。可以由致动器60、62和64中的任何一个、两个或三个一起工作以提供为达到除雾器20下流所希望的相对湿度水平所需的适量的水。

喷嘴52，54和56可选用马萨诸塞州Greenfield的Bete FogNozzle，Inc.公司的型号PJ15的不锈钢材料的产品。

喷射装置16还包括一清洗装置66用于从除雾器20中除去水垢。清洗装置66包括一容器67用来贮存酸性溶液(例如一种弱的硫酸溶液H₂SO₄)和一电磁阀68，它与导管50和喷嘴52，54和56流体相连。当阀门68开启使酸性溶液向除雾器喷射时，阀门53关闭使供水装置53停止供水。这种酸性喷射将除雾器20上的水垢清除。阀门51和58也由控制器42控制。

除雾器20由装于一矩形框架71上的多层互连的网格底板76和78所组成。多根水平和垂直支承条72如图1所示的那样附于矩形框架。塑料系结(未示)用来将网格底板76和78紧固于支承条72上。框架71可滑动地插入，可在壳体12的范围内安装就位并且易于移去。支承条72最好用不锈钢，但也可用纤维增强塑料、铝或各种高强度低重量的材料。

现在来看图4、5A和5B。图4示意性地示出了一对网格底板76和78的一部分，它们总体呈平面状，有纵向相隔一定间距，垂直面向气流流动方向。网格底板76和78最好如属于Pederson的美国专利号No.4,022,596那样构造，该篇专利在此引为参考。网格底板76和78由佛罗里达州Perrine的Kimre股份有限公司生产并可向其购得。尤其可采用B-Gon型的除雾器底板。

图5A表示网格底板76和78由交织纤维70组成，形成一方底锥形的方阵80。一组平行纤维列70与另一组平行纤维列70相正交，如图5B所示。纤维70这种别致的交叉结构提供了高空隙度，使气流容易从中穿过，同时又具有良好的去除喷射水珠的效果。去除效率是捕获的经过网格底板的液态水珠的比率。空隙度是底板中自由空间的体积相对于底板所占总体积的比值。

上述网格是本发明的较佳实施例，但其它具有交织或互连纤维或其它类似物的网格，只要也能有效地去除水珠而不产生显著的压差损失，也应属于本发明的范围。纤维70最好用塑料制成，最理想的是用聚丙烯制成。其它材料，较理想的是不易燃材料，也可用来形成网格76和78。

如图4所示，除雾器20包括两层或更多层的底板，它们均衡排列基本上与穿过增湿器10的气流的流动方向垂直。上流网格底板由纤维70组成的网格76要比上流层网格76更粗。另外，上流网格底板76的纤维70的直径最好比下流网格底板的更大。由于示范性的目的，图4中仅示出两层网格底板76和78，实际上在第一实施例中，较理想的是采用四至五层这样的平面网格底板。网格的粗糙度和网格底板的空隙率随着从上流向下流方向而减小。

根据增湿器70的使用要求，可采用更多更细的网格底板层以增加除雾器20的去除效能。例如对汽车喷漆车间，就要求有很高的去除效能。而仅对一般的增湿目的，则可用去除效能低得多的除雾器。

以下是预期的增湿过程的机理。来自一个或多个喷嘴50，52或54的水珠被喷射至除雾器20上。较大的水珠被上流层76所截获并沿纤维70所聚合。流过粗糙上流层76的较小的水珠被下流层78所截获并被去除。被聚合的水珠由于重力而沿垂直延伸的纤维70向下运动。同样，由于吸附力，被聚合的水珠也沿着水平方向延伸的纤维70运动。

随着水珠沿纤维70运动并与与此相交的纤维70相遇，水珠的外表面不断地经历表面更新。亦即，水珠翻腾将其内部转化成外表面，而位于水珠外表面的水分子则被转换到内部。这样，实际上水珠的所有部分都被暴露于经过除雾器20的热气流中。这种不断的表面更新加速了水珠的蒸发，增加了气流的湿度。

由于带有水珠的气流流过各个纤维70，除雾器20对后面的气流或者说沿运离正被处理的气流相对于纤维70的运动方向形成涡旋。因此，这些涡旋沿正被处理的大量气流的流动方向运动，并随即与垂直布置的纤维70相遇。由于这一作用，又由于其有适一作用的各个纤维70的数量和长度有可观的增加，气流不断地经受这种旋转接触。这种接触增加了气流的暴露，使其中的液态水珠蒸发并去除。

理想的是，所有的水珠都蒸发到气流中去，以达到所希望的排出增湿器70的湿度水平。但在实际操作上，并不是所有的水珠都被蒸发掉的。有些水珠向下掉入一收集槽82中。槽82连接一出口排水管86，该排水管又连接一贮水箱或一水处理系统(均未示出)或水未被利用排出。

最好经过除雾器20的所有水珠都被网格底板76和78所截获。如果水珠从增湿器10中逃逸，它们可能对周围环境带来不利影响，例如对油漆间这些水珠会给油漆与被漆部件之间粘附性带来问题。

这样，除雾器20就要设计成能去除高百分比的来自喷射装置16的水珠。在除雾器20中使用更细的网格和更小直径的纤维，同时采用更多层的底板，可提高去除水珠的百分比。不过，需要有更大的压差来使气流通过除雾器20。还有，气流经过除雾器20的速度越快，去除效率就越低。因此气流流过增湿器10的速度应限制在一个可接受的水平上，使能充分地去除水珠。较佳的是，气流速度不超过每分钟500英尺。

在操作时，通过调节挡板30和风机26的速度可使预先设定的量的空气被送入增湿器10。气流经过一加热装置14并在该处加热。这一加热使空气的温度和湿度达到一预定的水平，而这一温度和湿度要经上流的温度和湿度传感器32和36所校验。然后来自传感器32和36的信号被传送至控制器42。温度和湿度还被下流的温度和湿度传感器所校验，校验信号也被输入至控制器42。

有选择地开启一个、两个或所有三个致动器60、62或64，而使水珠喷射至除雾器20。加热装置14和来自喷射装置16的水流根据传感器32、34、36和38所测到的参数而调节，以快速而精确地使排出的气流达到预定的湿度和温度水平。

当除雾器20中的水垢量积累到一预定的量，风机26和阀门51被关闭，阀门68开启。一定量的弱酸性溶液经阀门68，致动器60、62和64以及喷嘴52、54和56而被释放出来。酸性溶液由除雾器20收集，使水垢进入溶液。然后充满水垢的酸性溶液流入收集槽82。这样，除雾器20需作更换的频度较之不具备这种水垢去除特性的装置来得低。如果允许过量的水垢积累，则水垢会从除雾器20中跑出并污染气流。

根据检测到的温度和湿度的变化，喷射装置16被调节得使增湿器10输出希望的温度和湿度。同样，通过改变形成除雾器20的底板的厚度和形式可以优化压差下降和去除效率。由于水珠是附着于除雾器20而不是像传统吸收底板那样被吸收掉，输出的湿度水平能快速而准确地调整到精确的水平，最好是公差为±1％的相对湿度。使用增湿器10，实际上可使所有喷射的水被蒸发。因此，相对来说几乎很少有水被排到收集槽82中。这使得其后必须由废水处理厂处理的水量达到最小。此外，增湿器10可随时立即开动，而不像传统增湿器需要先浸透一大块吸收底板。

根据本发明的一第二实施例示于图7。增湿器100包括一壳体102，它连接一入口通道104，通道上有一入口106用于接收气流。壳体的下流端有一出口110。可伸缩的通道112将出口110与一风扇或风机114相连。风机114有一位于矩形输出120的筛网116。壳体102也是由附连于钢支柱109的金属板所形成。一门105供进入壳体102内部。一控制箱111附于壳体102。

在壳体102的上流端提供了一加热装置112以对流经增湿器100的气流加热。加热装置发射火焰124以加热经过的气流。可以理解，任何类似的加热装置，只要能提供一高温区用于容纳水份并将其在相对的一瞬间从液态蒸发为气态，都可用来代替加热装置122。通过加热装置122向气流提供的热量由位于控制箱111内的控制器148，经气阀154所控制。位于加热装置122上流的是一挡板126，它也被用来控制壳体102上流端的张开度。

一供水装置130向加热装置122提供水。一水箱132存有备用水。一浮体阀门组件133确保水箱132中的水随时可泵入加热装置122。导管134将水从水箱132带入加热装置134。一泵136用来向导管134中的水加压。在该较佳实施例中，这一压力维持一约为200psi的常压。在导管134的远端有多个喷嘴140和142。喷嘴140和142的布置将喷射的水引入火焰124的中心线。当来自喷嘴140和142的水遇到火焰124时，水基本上在一瞬间就从液态转化为蒸汽态，从而增加了气流中的水蒸汽。

喷嘴140和142最好如图9所示沿加热装置122的横向中心线方向相隔6英寸的间距。例如对一20英尺长的加热装置，需用40个喷嘴140和142。同样，如所示的那样，喷嘴140和142可在加热装置122的上、下交替地布置。最理想的喷嘴是每个能提供0.1gpm(加仑/分钟)的水量。

一除雾器144位于壳体102的中部。除雾器144最好也能像第一实施例那样使用网格底板。但由于基本上所有从喷嘴140和142喷射出的水份都在遇到火焰124时被汽化了，只需要用一对网格底板层就可达到所希望的去除效能。同时，与第一实施例的较厚的除雾器20相比较，通过除雾器144的压差下降更小。

具有横向地在入口通道104和风机114内延伸的探头158和156的上流湿度计150和下流湿度计152被用来检测温度和相对湿度。作为替换，这些温度计也可位于壳体102下流的远处(如位于油漆间或需要加热和湿化的空间)。但是它们必须足够近以得到流经增湿器100的气流的相对湿度和温度的精确读数。这就使得控制器对检测到的空气状况迅速作出反应。如果气流以过快的速度通过壳体，来自喷嘴140和142的喷射会在被火焰124完全汽化以前被吹向下流。因此，敢流的最大速度可通过操纵风机114并与挡板126相配合而得到控制以防气流中夹杂过多的水珠。同样，如果水珠以过快的速度送入除雾器114，则水珠也不能被有效地去除。与前述一样，气流通过除雾器144的速度最好不超过每分钟500英尺。

在工作时，加热装置122接受来自阀门154的可燃气体以加热气流。与此同时，风机114工作，以产生以一预定的速度通过增湿器110的气流。湿度计152校验排出气流的相对湿度和温度。同样，湿度计150估计上流的相对湿度和温度。然后湿度计将有代表性的信号送入控制器148。

来自水箱132的水被泵入喷嘴140和142以增加气流的湿度。当来自喷嘴140和142的喷射水珠遇到火焰124时，水珠从液态转化为气态。

任何未被火焰124蒸发掉的水珠都被夹杂入气流并被除雾器144所捕获。如在第一实施例中所描述，水珠然后在除雾器144中被蒸发掉，几乎或根本没有液态水从增湿器100中逃逸。

根据来自湿度计150和152的输入，控制器148调节加热装置122和供水阀门141和143以使排出增湿器100的气流达到预定的相对湿度和温度。第一实施例中的清洗机构也可同样用于第二实施例。

根据本发明而构造的一第三增湿系统200如图10至图15所示。系统200包括一壳体202，壳体含有一底板204(图12)，一后壁206，一背壁208和一门210。门210从后壁206开启，供进入壳体202。门210上有一窗212。底板204向下朝一收集水槽214倾斜。槽214位于底板204的最低点。壳体202最好由多块金属板构成，这些板合在一起形成一与图1至图9所示的增湿系统类似的细长的矩形通道。

增湿器的壳体202形成一用来接纳待湿化空气的入口126。壳体202可位于或邻近一建筑物218，例如一汽车制造厂房。进入入口216的空气可以来自建筑物218之外的大气。

一具有格栅的通道220位于入口216之内。空气由位于靠近壳体202出口120的风扇114(图7)被抽入壳体。风扇114和出口120在图10至图15中未被示出。在壳体202内配有折流板222、224、226、228(图12)，以进一步控制壳体202中空气的流动。折流板基本上沿增湿器和200的全程宽度方向延伸(亦即，从图10中的后壁206至前壁230)。

一用于产生一高温区的加热装置234(图13)位于入口216之内。在所示实施例中，加热装置234燃烧天然气而高温区则是所得的火焰236(图15)。加热装置234在结构和操作上类似于图8的加热装置122。加热装置234(图15)具有一开口238，带有小孔244的扩散板240和242以及一使空气流过开孔244与可燃气体混合的风扇246。火焰236经点燃开口238内的气体而产生。如图12所示，加热装置234所处的位置使火焰236基本上垂直向下地投射。

通过托架264，266将不锈钢或镀黄铜的喷嘴260，262附于加热装置234上(图14)。喷嘴260、262具有位于火焰236附近的开孔268，270。开孔268，270朝向火焰方向。一水导管272和一空气导管274平行连于每一喷嘴260、262，最好是再通过连接导管276、278、280、282相连。水和空气导管272、274通过前壁230上的开孔284、286进入壳体202。

一水压表300连于水导管272。水压表300监测进入喷嘴260、262的水的压力。为调节经过喷嘴260、262的水流，还在导管272上配备了一供水阀302。阀门302可手动控制或也可如后面详加讨论的以响应下流传感器152的湿度信号的方式自动控制。向导管272的供水可通过与第一和第二实施例类似的水箱和水泵系统132、136进行。在图10至图15中未示出水箱和水泵系统132、136。

一气压表304连于导管274，以监测进入喷嘴260、262的空气的压力。在所示实施例中，导管274内的空气压力维持在每平方英寸约20至40磅的范围内(psig)。同样有一供空气的阀门306连于导管274。在本发明的一较佳实施例中，空气压力保持为一个所希望的压力常数。在本实施例中，在喷射出的气/水混合物308(图15)的气水比值通过控制水阀门302而得以控制。尽管如此，还是配备了一空气阀门使在需要时有可能改变空气压力和整个关闭供气。空气导管274连接于一受压空气供应装置310。配备了一卸压阀312以从导管274中卸去过量的压力。

运行时，气/水混合物308(图15)经喷嘴开口268、270向火焰236喷射。火焰236瞬间将夹杂于气/水混合物308中的水蒸发，从而增加了围绕加热装置234流向的气流的湿度。来自空气导管274的受压空气由于增加了喷射水的能量而有助于蒸发过程。当受压空气排出喷嘴260、262时，它会迅速膨胀。这一膨胀将能量转换于水的蒸发过程。

不像已有技术的增湿器，本发明(尤其在此处揭示的第二和第三实施例中)能在几乎是一瞬间的时间内响应温度和/或湿度的变化。如果在出口120处测得湿度有变化，供水阀门302立即启动将出口120处的湿度水平回复到希望的水平上。如在出口120处测得有温度变化，气体控制阀门314(图14)立即启动，使在出口120处的空气温度回复到希望的水平。

例如，当下流湿度计152测得湿度低于希望的水平时，控制器开动供水阀门302，造成注入火焰236的水量增加，这样就使得出口120处的空气湿度回到希望的预定水平。

进一步，系统200可如此控制，当增加或减少向火焰236的供水量时，不会降低排出系统200的空气温度。系统200还可如此控制，不管入口216处的大气温度如何变化，出口120处的温度保持不变。特别是，如果发现出口120处的温度降低，气体阀门314会被开得更大以增加加热装置234的供气量，由此迅速将湿化空气的温度恢复到希望的水平。如果在出口120处的温度高于希望的值，则通过部分关闭气体阀门314而减少向加热装置234的供气量，这样使得在出口120处的调节空气迅速回复到希望的水平。

在发明中，所希望的从系统200排出的调节空气的温湿度可预先设定和/或在大的温湿度范围内改变。进一步，排出系统200的空气的温湿度可在接近的公差范围内自动控制，不管入口216和出口120处的温湿度条件如何。

增湿器系统200可便利地防止任何水珠通过出口120而进入工作区。首先，加热装置234的位置使得火焰向下沿气流方向投射。这样使得任何未被火焰236蒸发掉的水由于重力和惯性而向下流并被收集于一槽214中。第二，气流的流速(由风机114所控制)在整个增湿器200内相对较慢，这样气流不会有将水吹离火焰236的倾向，从而保证了基本上所有的水珠在火焰236之内蒸发。第三，任何未被火焰236蒸发掉的水珠被下流的除雾器320(图12和13)所收集。在实用时，火焰236中的蒸发过程应该是如此完全，以致水珠从来不会到达除雾器320，除非是系统200首先启动。

喷嘴260、262在沿加热装置234的宽度中心线方向的间距最好在约4至6英寸的范围内。

在本申请和权利要求中使用的术语“湿度传感器”指的是用来估计气流中水蒸汽的存在度的传感器。这种探测器包括探测相对湿度、露点或类似量等种类。同样，如在权利要求中所用的，术语“湿度”一般是指有关一定体积空气中所包含的水蒸汽量的任何数量关系，如相对湿度或露点。

在本发明的示例中，进入入口216的空气的温度范围为-20°F至100°F，相对湿度范围为0％至100％。在所示实施例中，离开出口120的空气温度范围为55°F至90°F，相对湿度为50％至90％。

Claims (35)

1.一种用来控制气流湿度的空气增湿器，包括：

一壳体，该壳体包括一用来接纳待湿化空气的上流入口和一用来将已湿化的空气排出的下流出口；

一位于壳体内用来对气流加热的加热装置；

一位于壳体内用来将雾状水珠喷射至受热气流的喷射装置；

一位于壳体内用来截获雾状水珠的除雾器，除雾器由拉长的交织单纤维组成，这些单纤维之间有足够的间距使得气流能自由地通过，但纤维又充分地接近使水珠在液态时即能被除雾器捕获，并在沿所述单纤维流动中基本上完全被转换成蒸汽态，从而增加气流的湿度；

一用来控制从喷射装置喷射的水量的控制器；

一位于除雾器下流的第一湿度传感器，用于检测气流湿度，该湿度传感器与控制器相连通；以及，

其特征在于，控制器根据第一湿度传感器所检测的湿度，控制来自喷射装置的喷射水量，以保持下流出口排出气流的相对湿度为一预定值。

2.如权利要求1所述的空气增湿器，其特征在于：

所述单纤维由非吸水性材料制成。

3.如权利要求1所述的空气增湿器，其特征在于：

除雾器包括多层网格底板，其中包括一上流网格底板和一下流网格底板，每一层面总体上垂直于气流流动方向，上流层单纤维网格要比下流层的网格粗，其中上流层截获大颗粒水珠，而下流层则截获穿过上流层的小颗粒水珠。

4.如权利要求1所述的空气增湿器，其特征在于：

除雾器是一多层接触介体，其特点是：

a.一第一组纤维材料；

b.所述第一组中的每一纤维基本成直线并与该组中其它纤维平行；

c.所述第一组中的每一纤维与该组中每一其它纤维同时在垂直和水平方向上保持间距；

d.一第二组纤维材料与所述第一组相交织；

e.所述第二组中的每一纤维与该组中其它纤维相平行；

f.所述第一组的所述纤维与所述第二组中的纤维相垂直；

g.所述第二组的每纤维以交织方式延伸穿过所述第一组的纤维，其几何排列适应于所述第一组每一纤维在垂直和水平方向上的相对位置；

h.所述第二组的每一所述纤维包括多个基本是直线的部分，随着所述部分成一定角度的连接提供了所述的几何排列；以及

j.所述第二组的成角度的几何排列和所述第一组具有间距的所述相对位置给所述介体提供的截面厚度比形成所述几何排列前更厚。

5.如权利要求1所述的空气增湿器，其特征在于：

喷射装置包括至少一个致动器和至少一个与此流体连接的喷嘴，喷嘴喷射水珠而致动器则调节流向喷嘴的水量，致动器由控制器控制。

6.如权利要求5所述的空气增湿器，其特征在于：

喷射装置有多个相互间隔开的喷嘴和多个致动器，致动器被选择成由控制器所控制，以调节从喷嘴喷射出的水量。每一喷嘴喷射除雾器一单独的部分，而当所有喷嘴喷射水时，除雾器底板上基本被雾状水珠所覆盖。

7.如权利要求1所述的空气增湿器，还包括：

一位于除雾器上流的湿度传感器，用于检测湿化前气流的湿度。

8.如权利要求1所述的增湿器，还包括：

用来将水垢从除雾器中的清洗装置。

9.如权利要求1所述增湿器，其特征在于：

湿度传感器检测相对湿度。

10.一种湿化气流的方法，包括：

将一伸长交织单向纤维的除雾器装于一壳体内；

使一气流朝下流方向穿过该壳体；

使水珠向气流喷射；

在除雾器内充分地截获并聚合水珠，使之通过沿纤维方向运动蒸发于气流之中，达到从气流中清除水珠的目的；

检测除雾器下流气流的湿度；以及

调节喷射到除雾器上的水量，以将除雾器下流的湿度保持于一预定的水平。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

安装除雾器包括安装伸长交织单纤维的上流和下流的网格底板层，每一层面总的垂直于气流流动方向，上流层的单纤维网格比下流层的粗，其中上流层截获较大的水珠而下流层则截获穿过上流层的较小的水珠。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

水珠的喷射包括提供至少一个与一致动器连接的喷嘴，该致动器可改变喷嘴喷出的水量。

13.如权利要求10所述的方法，还包括：

检测除雾器上流的气流湿度。

14.如权利要求10所述的方法，还包括：

对除雾器上流的气流加热，由此控制气流的温度。

15.如权利要求10所述的方法，还包括：

用一种酸性溶液清洗除雾器以去除其中的水垢。

16.一种用来控制气流湿度的空气增湿器，该空气增湿器包括：

一壳体，具有一用来接纳待湿化气流的上流入口和一用来排出已湿化的气流的下流出口；

一具有热源、位于壳体内的加热装置，该装置提供一用来加热气流的高温区；

一用来将水导入高温区使水能基本在瞬间蒸发到气流中去的供水装置；

一用来控制供水装置向高温区提供的水量的控制器。

一位于加热装置下流的第一湿度传感器用于检测包含汽化水的气流的湿度；

一位于加热装置下流的第一温度传感器用于检测加热装置下流的气热的温度；

其特征在于，控制器控制喷射的水量和从加热装置排出的热量，以使从下流出口排出的气流保持预定水平的湿度和温度。

17.如权利要求16所述的空气增湿器，还包括：

一与壳体气流连通的风扇，用于产生流经壳体的气流。

18.如权利要求16所述的空气增湿器，还包括：

一位于加热装置下流的除雾器，用于去除夹杂于气流中的水珠，使没有水珠能从下流出口排出。

19.如权利要求16所述的空气增湿器，其特征在于：

加热装置是一燃烧可燃气体的燃烧器，由此产生火焰形成一高温区；以及

供水装置包括一将水导入火焰使之蒸发的喷嘴。

20.如权利要求16所述的空气增湿器，其特征在于：

供水系统包括多个向火焰喷射水的供水系统，控制器有选择地控制来自各个喷嘴的水量。

21.如权利要求16所述的空气增湿器，还包括：

位于加热装置上流的第二湿度和温度传感器，它们被用于检测加热装置上流的湿度和温度。

22.一种用于在空气增湿器湿化空气的方法，该方法包括：

提供一用于加热流经该地的气流的高温区；

向高温区提供一定量的水，水几乎在一瞬间被蒸发到气流中去，这样就增加了气流中水蒸气的含量；以及，

调节向高温区的供水量以及由高温区向气流传送的热量，以使高温区下流的气流的湿度和温度保持一预定的水平。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：

高温区通过用一燃烧器燃烧可燃气体、产生火焰而形成，火焰部位即为高温区。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：

提供一定量的水，包括喷射水至火焰，使水通常在瞬间蒸发到气流中去。

25.如权利要求22所述的方法，还包括：

在高温区下流提供一除雾器，以基本上去除所有夹杂于气流中的水珠，使湿化了的气流不再含有水珠。

26.一用于湿化气流的系统，所述系统包括：

一具有一入口以接纳气流的壳体；

一提供一高温区的加热装置；

向高温区喷射水的装置；以及

向处在高温区中的水增加能量，使水基本上在瞬间蒸发到气流中。

27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述增加能量的装置包括喷射装置，以协同地向高温区喷射受压空气和水。

28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述喷射装置包括多个喷嘴，所述喷嘴在高温区的相对两侧对齐。

29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述加热装置是一燃烧器，高温区是一团火焰，而所述喷嘴通过位于火焰两侧的托架与所述燃烧器相连。

30.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述加热装置是一燃烧器，高温区是一团火焰，燃烧器的布置使火焰引至向下方向。

31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，所述壳体有一垂直的入口部分和一水平部分，所述燃烧器位于所述入口部分，所述壳体的布置使气流流过所述入口部分，然后转向所述水平部分。

32.如权利要求31所述的系统，还包括：位于水平部分下流的传感装置，以检测气流的湿度和温度，以及一用来控制向高温区提供的水量和控制所述对所述传感装置作出反应的加热装置的控制器。

33.一用来控制气流的湿度的系统，所述系统包括：

一具有一入口以接纳气流的壳体；

一提供了一高温区的加热装置，所述加热装置位于所述壳体内；

用于喷射水和受压空气至高温区的喷嘴，如此，使得水基本上在一瞬间蒸发到气流中；

位于加热装置下流，用于检测气流的湿度和温度的感应装置；以及，

一用来控制经喷嘴向高温区提供的水量和用来控制对所述传感装置作出反应的加热装置的控制器。

34.如权利要求33所述的系统，还包括一除雾器以从气流中去除水珠，所述除雾器位于所述加热装置和所述传感装置之间。

35.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述加热装置是一燃烧器，而高温区则是一团火焰。

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