CN1175215C - 干燥剂辅助空调系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种将干燥剂辅助空调器与热泵设备相结合的高效空调系统，在其中通过选择启动模式运行能在所有状态下快速启动系统。此干燥剂辅助空调系统包括一回收热交换器，用来从在再生通道中干燥剂设备下游流动的再生空气里回收热量给在热泵循环通道中流动的制冷剂，以用作热泵设备的蒸发热。

Description

干燥剂辅助空调系统
一般地，本发明涉及空调系统，具体地涉及使用用于干燥剂再生(regeneration)及冷却处理空气的热泵设备或制冷设备的干燥剂辅助空调系统。
在美国专利No.2,700,537中公开了干燥剂辅助空调系统的已知先有技术的一个例子。早期的空调系统干燥剂类型要求有在100-150℃温度工作的热源以便再生干燥剂材料(水分吸附剂)，并需要使用象电加热器和沸腾器这样的高温热源。最近的发展允许一些干燥剂在60-80℃再生，系统的低温运行已成为可能。这样的低温热源是电驱动蒸气压缩热泵或制冷机的结合，用于干燥剂再生及冷却处理空气。
图15是USP 4,430,864中公开的先有技术的一个例子，它包括：处理空气通道A；再生空气通道B；两个干燥剂床103A，103B；及用于干燥剂再生和冷却处理空气的热泵设备200。热泵设备200装配有两个埋置在两干燥剂床103A、103B中的热交换器，一个干燥剂床用作高/低温热源。一个干燥剂床用来流动处理空气以进行水分吸附，而另一干燥床用来流动再生空气以进行干燥剂再生。在某一时间完成这些处理之后，利用切换阀门105、106来转换再生空气和处理空气，以便进行相反步骤。
上述技术中，高/低温源和干燥剂设备分别集成为一个整体，与空调系统的冷却效应相应的热量变为热泵(制冷机)的热负载。因此整个系统的热效率受热泵的功率所限，系统内不会获得额外效应。因而，可得出结论：系统的复杂性不值得努力。
为解决这一问题，可考虑下面类型的结构。那就是，如图16所示，在再生空气通道上放置一高温源220来加热再生空气，而在处理空气通道上放置一低温源210来冷却处理空气。还装配一热交换器104，用于在干燥剂之后的处理空气和干燥剂之前的再生空气之间传导显热。在所示例子中，干燥剂设备是一干燥剂轮103，可旋转而与处理空气通道A和再生空气通道B相交。
在这一系统中，如图17中的空气湿度图所示，整个系统可得到由显热交换器产生的冷却效应加上由热泵设备产生的冷却效应而得的总冷却效应(ΔQ)，因而导致整个系统比图15所示的系统更高的热效率和更紧凑的设计。
然而，即使在这一系统中，在系统停用一段长时间后，干燥剂材料自然地吸附环境中的水分，这样在系统工作的启动状态下，它的吸附能力下降。这一效果由图17中的虚线表示，它显示在启动阶段系统中不能产生充分的干燥。干燥剂出口处的空气温度不会升高(状态L)，结果，显然交换器104中处理空气和再生空气之间的温度差很小，这样热交换也低，并且再生空气的高温热源220的入口温度也低(状态R)。在这些状态下运行热泵设备，再生空气不能加热到足够的高温(状态S)。因此，干燥剂材料的吸附能力得不到恢复而延迟系统的满负荷运行。
因此需要开发一种将干燥剂再生和冷却处理空气结合起来的高效空调器，以便使系统能快速达到它在所有状态下的满负荷运行能力。
上述目的由下面的干燥剂辅助空调系统来实现，它包括：流动处理空气的处理空气通道；流动再生空气的再生空气通道；能选择性地与处理空气通道或再生空气通道连通的干燥剂设备；热泵设备，其具有一压缩机，一蒸发器、一冷凝器及在其中流动制冷剂的热泵循环通道，该热泵为加热再生空气提供加热热源并为冷却处理空气提供冷却热源；回收热交换器，用来从再生通道中在干燥剂设备的下游方向流动的再生空气里回收热量给在热泵循环通道中流动的制冷剂，以用作热泵设备的蒸发热。
本发明的另一方面是一干燥剂辅助空调系统，它包括：流动处理空气的处理空气通道；流动再生空气的再生空气通道；能选择性地与处理空气通道或者再生空气通道相连通的干燥剂设备；热泵设备，其具有一压缩机、一蒸发器、一冷凝器及流动制冷剂的热泵循环通道，热泵为加热再生空气提供加热热源并为冷却处理空气提供冷却热源；促再生装置，因来暂时促进再生空气的再生能力。
图1是本发明干燥剂辅助空调器的第一实施例的示意图。
图2是表示第一实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图3是本发明干燥剂辅助空调器的第二实施例的示意图。
图4是表示正常工作模式下第二实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图5是本发明干燥剂辅助空调器的第三实施例的示意图。
图6是表示第三实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图7是本发明干燥剂辅助空调器的第四实施例的示意图。
图8是表示正常工作模式下第四实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图9是本发明干燥剂辅助空调器的第五实施例的示意图。
图10是表示第五实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图11是本发明干燥剂辅助空调器的第六实施例的示意图。
图12是表示正常工作模式下第六实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图13是本发明干燥剂辅助空调器的第7实施例的示意图。
图14是表示第7实施例的干燥剂空调循环的空气湿度图。
图15是本发明传统上的干燥辅助空调器的示意图。
图16是另一传统的干燥剂辅助空调器的示意图。
图17是图16所示的传统干燥剂辅助空调器的空气湿度图。
参照图1-2将解释第一实施例。
图1是干燥剂辅助空调系统的第一实施例示意图。蒸气压缩热泵部分或系统的制冷部分包括蒸发器(冷却设备)240、冷凝器(加热设备)220、压缩机260和膨胀阀250，经通道201、202、203和204环流制冷剂来进行制冷循环。在蒸发器240和压缩机260之间的制冷剂通道272上经由阀271安装一回收热交换器270，用于与再生空气进行热交换。还安装有带阀273的旁通道274，以便能通过操作阀271、273来控制回收热交换器270和旁通道274的制冷剂流。
图1所示的干燥剂辅助空调器的空调部分说明如下：空调器101通过通道107与吹风机102的入口连通；吹风机102的出口通过通道108与干燥剂轮103连通；来自干燥剂轮103的处理空气的出口通过通道109与再生空气的显热交换器104连通；来自热交换器104的处理空气出口通过通道110与蒸发器240连通；来自蒸发器240的处理空气出口通过通道112与增湿器105连通；以及来自增湿器105的处理空气出口通过通道113与空调间101连通；由此完成处理空气的处理循环。
同时，再生空气通道如下：室外环境经通道124与吹风机140的入口相连；吹风机140的出口与可同处理空气进行热交换的显热交换器104连通；来自显热交换器104的再生空气出口通过通道125与另一热交换器121的低温侧入口连通；显热交换器121的低温侧出口通过通道126与冷凝220连通；冷凝器220的再生空气出口通过通道127与干燥剂轮103的再生空气入口连通；干燥剂轮103的再生空气出口通过通道129与显热交换器121的高温侧入口连接；显热交换器121的高温侧出口与回收热交换器270连通；回收热交换器270的再生空气出口通过通道131与外部空间连通，因而完成再生空气循环。图1中，划圈的字母标志K-V是指与图3中的相应的空气热动力状态，SA表示供气，RA表示回气，OA表示室外空气及EX表示排气。
将解释干燥剂辅助空调系统的蒸气压缩热泵部分的冷却循环。
首先，将说明正常工作模式，其中使用热泵从再生空气中回收不到热。在正常模式，阀273打开而阀271关闭来启动旁通路274以便流动制冷剂，而停止热交换器270。在这一循环中，制冷剂从蒸发器(冷却设备)240中的处理空气提取蒸发热并被蒸发。制冷剂蒸气通过通道204和旁通道274进入压缩机260并被压缩。在压缩之后，制冷剂蒸气通过通道201进入冷凝器(加热器)220并释放凝结热给再生空气，并被凝结。凝结的制冷剂通过通道202进入膨胀阀250，并在减压和膨胀后，返回到蒸发器(冷却设备)240。
下面，将解释启动模式的情形，其中使用热泵可从再生空气回收热。在启动模式，阀273关闭而阀271打开。因此，旁通道270不能运行，而热交换器270成为运行状态。在如此配置的循环中，制冷剂首先从蒸发器(冷却设备)240提取凝结热而部分被蒸发，并通过通道204、272进入热交换器270。在热交换器270中，从蒸发器(冷却设备)240排出的制冷剂，也就是未蒸发的制冷剂蒸发以便冷却再生空气。制冷剂蒸气通过通道205进入压缩机260，在被压缩后通过通道201进入冷凝器(加热设备)220去凝结同时释放凝结热给再生空气。凝结的制冷剂通过通道202进入膨胀阀250，在减压和膨胀后，返回到蒸发器(冷却设备)240。
下面，将解释当同干燥剂辅助空调系统相结合时为从再生空气回收其热量的蒸气压缩热泵的运行。该器件的运行(其中从再生空气回收热不能进行)与传统系统一样，不再加以解释。图2是第一实施例中空调部分运行的空气湿度图，其中可从再生空气回收热。
图1中，来自空调房间101的环境空气(处理空气)通过通道107导入吹风机102去加压并通过通道108送到干燥剂轮103。在干燥剂轮103中，通过除去水分降低环境空气的湿度比，同时将吸收热释放到处理空气，提高它的温度。
温度较高湿度较低的处理空气通过通道109送到显热交换器104，通过与室外空气(再生空气)热交换被冷却。然后冷却的空气通过通道110送到蒸发器240去进一步冷却。
这一过程与处理空气的显热变化相对应，并且温度变化为10-15℃，因而如果处理空气未加热到足够有便于制冷剂和处理空气间热传导的温度差，例如在启动阶段，则制冷剂不能完全蒸发，而未蒸发的部分将在热交换器270中蒸发。蒸发器240中冷却的处理空气送到增湿器105中经过水喷淋或蒸发式增湿按等焓过程被冷却，并通过通道113返回空调间101。
在这一例子中，使用室外空气作为再生空气按如下进行干燥剂材料的再生。室外空气(再生空气)OA通过通道124导入吹风机140去加压并送到显热交换器104，冷却处理空气，在这一处理中提高它自身的温度。热空气OA通过通道125流入下一个显热交换器121并通过与再生后的  用过的(spent)高温再生空气进行热交换而提高它的温度。来自热交换器121的再生空气通过通道126流入冷凝器220来提高它的温度，以便降低它的相对湿度。来自冷凝器220降低湿度的再生空气穿过干燥剂轮103，从干燥剂轮里除去水分使其再生。来自干燥剂103的用过的空气流过通道129，进入显热交换器121以便在再生前预热再生空气，并通过通道130流入回收热交换器去蒸发未蒸发的制冷剂，同时通过蒸发热来冷却，并向外排出作为废气。
参照图2所示的空气湿度图能解释上述过程。空调房间101里的环境空气(处理空气：状态K)通过通道107导入吹风机102去加压，并流过通道108到达干燥剂轮103，这样由于水分吸附到干燥剂轮中的水分吸附剂上它的湿度比将降低，同时它的温度由于吸附热而升高(状态L)。低湿度高温度的空气流过通道109到达显热交换器104，并通过与再生空气热交换被冷却(状态M)。冷却的空气流过通道110到达蒸发器240去进一步冷却(状态N)。冷却的空气流过通道112到达增湿器105，这样通过水喷淋或蒸发式增湿按等焓方式降低它的温度(状态p)，并通过通道113返回到空调间101。按上述方式，在房间里的回气(状态K)和供气(状态p)之间产生的焓差ΔQ用来冷却空调间101。
再生干燥剂如下。室外空气(OA：状态Q)通过通道124引入吹风机140，被加压，送到显热交换器104，冷却处理空气并提高它自身的温度(状态R)，流入通道125及下一个显热交换器121，与废高温空气交换热这样它自身的温度升高(状态S)。来自显热交换器121的再生空气流过通道126到达冷凝器220并被加热以提高它的温度及降低它的相对湿度(状态T)。来自冷凝器220的加热空气流过通道127到达干燥剂轮103，由此除去吸附的水分(状态U)。
从干燥剂轮103排出的用过的空气流通过通道129到达显热交换器121，在再生处理前预热再生空气，并降低它自身的温度(状态V)，而后流入通道130到达回收热交换器270来蒸发未蒸发的制冷剂，同时通过蒸发热来冷却(状态W)，在此之后通过通道131排到外面作为废气。上述干燥剂再生和环境空气的减湿及冷却过程重复进行，提供干燥剂辅助空调过程。一般实践中使用从空调房间排出的空气作再生空气，在本发明中也是这样，重复循环排出的房间空气用作再生空气是没有问题的，将得到同样结果。
在具有上述结构的干燥剂辅助空调系统中，通过操作旁通道274上的阀273和通道272上的阀271到合适的开或关状态来调整系统运行以适合环境。更具体地，当处理空气温度低到不能回收充足的热量时，在冷却循环中通过热交换器270回收再生空气拥有的热量，以增加可从冷凝器获得的凝结热，并且这种额外热量用于冷凝器(加热设备)220中来加热再生空气以便干燥剂再生。当处理空气已获得充分高温并由此能从处理空气回收充分热量时，旁通道274启动来停止热交换器270的运行，而系统回复到系统的正常模式，其中从处理空气回收的热起了主要作用。
尽管本实施例的空调系统包括具有蒸气压缩制冷循环的热泵与干燥剂辅助空调器的结合，但其他具有热泵送能力的热泵诸如吸收式热泵也是适用的。这也能通过回收再生空气拥有的热来增加凝结热并利用它用于与本实施例相同方式的干燥剂再生。而且，在上述实施例中，制冷剂和空气在冷凝器220和蒸发器240中直接进行热交换，这也可由使用诸如水这样的热媒质的传统间接热交换方式来代替。
图3是第二实施例的基本结构示意图。在图1所示的第一实施例的结构中，使用单个热泵，即单个制冷循环单元，并且回收热交换器和冷却热交换器串联安装在制冷循环中。在第二实施例中，并行安装两个热泵，第一制冷循环中的蒸发器位于处理空气通道中以便与通过干燥剂设备的减湿处理空气进行热交换，而第二制冷循环中的蒸发器位于再生空气通道中用于与在再生干燥剂设备后的用过的再生空气进行热交换。
上述干燥剂辅助空调系统的蒸气压缩热泵部分的制冷循环给出如下。第一循环中的制冷剂在蒸发器240中从该空气里提取潜蒸发热以被蒸发，通过通道204引入冷凝器260中被压缩，并通过通道201送到冷凝器220中被凝结同时释放凝结热给再生空气。凝结的制冷剂经通道202到达膨胀阀250来膨胀并降低压力，然后它流入并返回蒸发器240。在热泵的第二循环中，制冷剂在蒸发器340里从该空气中提取潜蒸发热以被蒸发，通过通道304引入压缩机360中被压缩，并通过通道301送到冷凝器320中被凝结同时释放凝结热给再生空气。凝结的制冷剂经通道302到达膨胀阀350来膨胀并降低压力，然后它流入并返回蒸发器340。
上述过程可参照图4所示的空气湿度图进行解释。引入的返回空气(处理空气：状态K)通过通道107导入吹风机102被加压，并流过通道108到达干燥剂轮103这样由于水分吸附到水分吸附剂上它的湿度比将降低同时由于吸收热它的温度升高(状态L)。低湿度高温度的空气流过通道109到达显热交换器104，并通过与再生空气进行热交换被冷却(状态M)。冷却的空气流过通道110到达蒸发器240去更一步冷却(状态N)。由此冷却的空气送到增湿器105，这样通过水喷淋或蒸发式增湿按等焓方式降低它的温度(状态P)，并通过通道112返回到空调间101。
使用用于再生的室外空气来再生已吸附水分的干燥剂如下。室外空气(OA：状态Q)经通道124引入吹风机140被加压，送到显热交换器104，冷却处理空气并提高它自身的温度(状态R)，流入通道126到达冷凝器220并由第一热泵加热以提高它的温度(状态S)。来自冷凝器220的加热空气流过通道127到达冷凝器320，由第二热泵加热到60-80℃之间的最终温度，这样它的相对湿度降低(状态T)。带降低湿度的再生空气流过干燥剂轮103由此除去吸附的水分，并使其湿度升高温度降低(状态U)。从干燥剂轮103排出的用过的气流过通道129到达蒸发器340去被回收其剩余热，并降低它自身的温度(状态V)而后流入通道130以被排出作为废气。上述干燥剂再生和环境空气的减湿及冷却重复地进行以提供干燥剂辅助空调过程。一般实践中使用从空调房间排出的空气作再生空气，在本发明中也是这样，重复循环排出的房间空气用作再生空气是没有问题的，并将得到同样结果。
具有上述结构的干燥剂辅助空调系统提供启动运行模式如下。在第一热泵循环中，从干燥剂后的处理空气提取的显热用来加热干燥剂前的再生空气(状态R-S)，而同时，在第二热泵循环中，用作干燥剂后的再生空气热交换器的蒸发器启动，由从干燥剂后的再生空气提取的热量加热干燥剂前的再生空气(状态S-T)。采用这样的结构，即使在启动状态，当干燥剂材料没有充分的吸附能力，并且显热交换器104出口处的再生空气温度低时，这样状态R和状态Q靠近，在干燥剂103的入口处加热再生空气到状态T成为可能，由此增强干燥剂材料的再生能力，并能快速恢复干燥剂吸附能力，因而提供具有优良启动性能的空调系统。
完成启动状态后，当干燥剂103正恢复其完全吸附能力时，第二热泵循环可以关闭。
在该实施例中，第二热泵循环中的冷凝器320置于再生空气通道上第一热泵循环中的冷凝器220的下游。这是因为，当第二循环的热泵关闭时，与其它的相比冷凝器220和蒸发器240之间的温差产生较小变化，而结果压缩机的压缩比的变化也较小，由此在第一热泵循环中获得压缩机的稳定性能。
图5是基于对第二实施例的改进的第三实施例示意图。在这一实施例中也有两个热泵循环，然而区别在于使用了冷凝器320和切换阀370，以便能够在两个蒸发器340A、340B间选择性切换。蒸发器340A置于再生空气通道中并与干燥剂后的再生空气进行热交换，如图3中所示的情形，而蒸发器340B置于第一热泵循环中显热交换器104和蒸发器240之间的再生空气通道上，并与来自显热交换器的处理空气进行热交换。
在这一结构中，当通过操作切换阀370选择优选的再生模式或启动模式时，这样在第二热泵循环中启动蒸发器340A作为干燥剂后的再生空气的热交换器，这一过程与第二实施例精确一致来从干燥剂后的再生空气回收热以加热干燥剂前的再生空气，因而优点也相同。也就是，即使当优态R和Q如图4所示靠近时，由于在启动状态下不充分的干燥剂吸附能力，以及显热交换器104出口处的再生空气温度低，而将再生空气加热到状态T成为可能，因此能够促进干燥剂再生能力，并允许快速恢复整个空调系统。
当完成启动模式时，操作切换阀370来启动蒸发器340B，它可与干燥剂后的处理空气进行热交换。通过这样做，此过程变为增强式冷却模式，其中从干燥剂前的处理空气回收的热被进一步利用，用来加热第一和第二热泵循环中干燥剂前的再生空气。
参照图6的空气湿度图进一步解释空调系统的运行。导入的返回空气(处理空气：状态K)被通过通道107引入吹风机102被加压，而后流过通道108到达干燥剂轮103，这样由于水分吸附到水分吸附剂上它的湿度比将降低而由于吸附热它的温度升高(状态L)。低湿度高温度的空气流过通道109到达显热交换器104，并通过与再生空气热交换被冷却(状态M)。冷却的空气流过通道110到达第二热泵的蒸发器340B中被冷却(状态M′)，然后流动到达第一热泵的蒸发器240中进一步冷却(状态N)。由此冷却的空气经通道111送到增湿器105，这样通过水喷淋或蒸发式增湿按等焓方式降低它的温度(状态P)，并经通道112返回到空调间101。
使用室外空气作再生空气再生干燥剂如下。室外空气(OA：状态Q)经过通道124引入吹风机140，被加压，送到显热交换器104，冷却处理空气并提高它自身的温度(状态R)，经通道126流入第一热泵的冷凝器220，由从蒸发器240泵送的热量加热来提高它的温度(状态S)。来自冷凝器220的再生空气流过通道127到达第二热泵的冷凝器320，并由从蒸发器340B泵送的热量加热到60-80℃间的最终温度(状态T)，这样它的相对湿度降低。带降低湿度的再生空气流过干燥剂轮103，由此除去吸附的水分(状态U)。从干燥剂轮103排出的用过的空气流过通道129到达蒸发器340A，由于切换阀370的位置它不会运行，然后流入通道130温度不变化被排出。
具有上述结构的空调系统产生许多好处，不仅快速恢复干燥剂再生能力是可能的，而且完成启动阶段后，可切换热泵循环来加强从处理空气回收热以加热再生空气，因而更进一步冷却处理空气。这使得改进了系统整体的冷却效率和高能量利用。
在该实施例中，第二热泵循环的冷凝器320置于再生空气通道B上第一热泵循环中的冷凝器220下游，蒸发器340B置于处理空气通道A上第一热泵循环中的蒸发器240上游。这样做的原因是这样安排可防止在第一或第二热泵循环中的压缩机上有过多的压缩机负载。这是因为，在正常模式的运行中，第一热泵循环中冷凝器220和蒸发器240间的温差(状态S和N间的温差)和第二热泵循环中冷凝器320和蒸发器340B之间的温差(状态T和M′间的温差)被平均，因而要求两个压缩机大约同样的压缩比，这样第一热泵循环中压缩机260和第二热泵循环中压缩机360的负载对时间求平均，从而能避免在任一压缩机上过多的负载。
图7是第四实施例的示意图。在这一系统中，有关蒸气压缩热泵设备200和处理空气通道A的部分与图16所示的传统系统的相同。在再生空气的冷凝器(加热设备)220出口与再生空气进入干燥剂轮103的入口之间的再生空气通道B上，一辅助加热设备310通过通道127、128与通道B连接。辅助加热设备310在本实施例中仅用于快速地再生干燥剂材料，因此采用低成本且容易控制的电加热器。处理空气通道A在干燥剂设备103的出口处装有温度传感器360，用来输出信号给控制器350以便控制加热设备310到电源320间的电开关330。
下面解释具有上述结构的干燥剂辅助空调系统的运行。
首先，将解释热泵的蒸气压缩制冷循环。制冷剂通过从干燥剂轮103排出的处理空气提取潜蒸发热而被蒸发，并通过通道204由压缩机260抽取去压缩，而后压缩的制冷剂经通道201流入冷凝器(加热设备)220，在其中它凝结同时释放凝结热给干燥剂前的再生空气。凝结的制冷剂经通道202进入膨胀阀250，在减少它的压力并膨胀后，返回蒸发器(冷却设备)240。
下面，参照图8说明热回收操作，当在长时间不用后干燥剂材料已失去其吸附能力时进行这一操作以便启动模式的运行。这一操作模式用来缩短干燥剂再生时间。在这一模式中，干燥剂的水分吸附能力被降低，导致产生较少吸附热，并且，干燥剂103出口处的温度也降低。温度传感器360感知温度下降，并通过温度控制器350的作用，接通电开关330，而启动电加热设备(辅助加热设备)310。
用作再生空气的室外空气(状态Q)通过通道124引入吹风机140，被加压，送入显热交换器104。如上所述，干燥剂103的水分吸附能力低，不能产生仅能引起处理空气小量温度升高(状态R)的吸附热，导致处理空气温度的小量升高。这也引起显热交换器104中的再生空气的小量升高，并且再生空气不发生温度变化地穿过。来自显热交换器104的再生空气经通道126流入冷凝器220，由热泵200加热提高它的温度(状态S)。来自冷凝器220的再生空气流过通道127到达辅助加热器310，达到60-80℃间的最终温度(状态P)，这样它的相对湿度降低。来自辅助加热设备310的已降低湿度的再生空气流过干燥剂轮103，由此除去吸附的水分(状态U)。从干燥剂轮103排出的剩余气流过通道129，以向外排出作为废气。
如上述，当干燥剂材料的水分吸附能力已降低时，辅助加热设备能用来加热干燥剂前的再生空气。这使得具有优越的快速启动特征的空调系统得以实现。
应当指出，用在本实施例中作为辅助加热设备310的电加热器可用其它加热源来代替，例如基于蒸汽或热水的热交换器。在这种情况下，可用电磁阀或电动阀代替本实施例中所用的电开关330来控制控制器350。与热泵设备相比较，诸如电加热器的辅助加热设备比热泵设备更迅速地提供高温热。然而，假如企图使用热泵设备来获得高温，最好是辅助加热设备置于干燥剂设备的上游及冷凝器的下游，以避免过于提高压缩机的压缩比。
在图7所示的本实施例中，由处于干燥剂设备出口处的温度传感器测量排出处理空气的温度来检测水分吸附能力的失去。可使用其它技术来检测干燥剂设备失去吸附能力，例如直接检测干燥剂后的处理空气在出口处的高相对湿度，或测量其它参数，例如温度、相对湿度和焓值这些变量中的至少两个，来计算例如绝对湿度这样的参数，作为调整的基础。也可以测量处理空气在干燥剂设备的出口/入口处的温差，并根据温差阈值作出判定。还有，测量处理空气在干燥剂设备入口/出口处的相对湿度，并根据相对湿度阈值作出判定。
当由辅助加热设备310加热干燥剂设备继续时，干燥剂材料的水分吸附能力得以恢复而导致吸附热增加，并且干燥剂设备103出口处的温度(状态L)沿图8中虚线所示的等焓线逐渐增加。当水分吸附能力充分增加时，状态L的温度变得高于干燥剂设备103的出口处已知的预定值。在本实施例中，这是由控制器350检测的并且辅助加热设备310的运行停止，恢复正常模式的运行。该方法也归因于能量保存。正常运行模式前面已经解释。
图9是基于对图5所示第五实施例的改进的第七实施例基本结构示意图。与前面的实施例的区别在于安装两个蒸发器240A、240B利用切换阀270选择性地与热泵设备连通。一个蒸发器240A提供对干燥剂后的再生空气的热交换功能，而另一蒸发器240B提供对干燥剂后的处理空气的热交换功能。冷凝器220构成干燥剂前的再生空气的热交换器。这一结构与第三实施例的图5所示第二冷却单元相同。
图10是空气湿度图，表示蒸发器240A的运行，它在具有上述结构的干燥剂辅助空调系统中起干燥剂后的再生空气的热交换器作用。当由于长时间不用干燥剂设备的去湿能力较低时，在系统运行的启动阶段也使用这一结构。在该系统运行中，开动再生空气的吹风机同时处理空气的吹风机停止。而且，通过控制器350接通电开关330启动辅助加热设备310。还有，冷却循环的切换阀270被启动来选择蒸发器240A，用来与再生空气热交换。
如上所述，当启动系统时干燥剂设备103的水分吸附能力低，热泵设备200的热泵循环能够从干燥剂后的再生空气回收热，传导热量给干燥剂前的再生空气。因此，少量额外原始资本投资足够给系统带来很大好处。与电加热器相比，已知热泵设备的性能系数要高约3-4倍，这样热泵设备是节约能量的，并且它们的运行成本较低。该系统的设计阻止使用小功率辅助加热设备，而且原始资本投资低，运行成本也低。结果是已得出具备快速启动特征的高效且经济的空调系统。
尽管电加热器提供了比热泵设备高的热，但布置辅助电加热器要求引起一些注意。最好辅助加热设备置于再生空气通道中干燥剂设备的上游及冷凝器的下游。
用作干燥剂后的处理空气的热交换器的蒸发器240B的运行与图7所示的结构相同，已参照图8所示的图进行了解释。当干燥剂材料的吸附能力完全恢复时在启动阶段模式完成后使用该正常运行模式。
图11表示对图7所示的第四实施例改进的第六实施例。这种改进涉及风门370的出现，它置于再生空气通道B的通道129中干燥剂轮103的下游。风门370的出口通过通道130与室外环境连通。对辅助加热设备310和风门370安装一控制器350，用来在干燥剂设备的水分吸附能力不充分时于启动运行模式之中开动辅助加热设备310以及调整风门370的开启。在启动模式中，风门370限制再生空气流，以便由辅助加热设备310进行快速加热。
图12是系统在启动模式中的空气湿度图，其中干燥剂设备的去湿能力仍很低。在此期间，即启动模式，控制器350不启动处理空气的吹风机102及热泵设备200，因此处理空气不循环，并且蒸发器240和冷凝器220不运行来冷却或加热处理空气或再生空气。
室外空气(状态Q)作为再生空气由吹风机140通过通道124引入被加压，加压的处理空气送入显热交换器104。在显热交换器104中，由于处理空气不循环，没有热量交换。因此，再生空气流过，不会升高它的温度。显热交换器104排出的再生空气送到冷凝器(加热设备)220，但因为热泵设备不运行，它的温度不会升高并流过后不改变其温度(状态S)。冷凝器(加热设备)220经通道127排出的再生空气在辅助加热设备310中被加热。由于流速受风门370的限制，并且空气的热功率低，少量热足够将再生空气的温度增加到60-80℃(状态T)，这与正常模式运行时处于同样水平，由此产生低相对湿度的再生空气。辅助加热设备370排出的并且具有足够低湿度的再生空气流过干燥剂轮103来从干燥剂材料中除去水分，因而再生干燥剂材料。已流过干燥剂轮103的再生空气经通道129和风门370排到室外环境。
如上所述，即使在干燥剂设备的去湿能力很低时，也能利用辅助加热设备310加热再生空气，并利用风门370调整其开启来限制流量而进行启动运行模式，这样能产生具有为再生干燥剂材料所需要的低湿度的高温再生空气。干燥剂设备恢复到其满运行状态的吸附能力。当控制器350判断干燥剂设备的吸附能力已完全恢复时，风门370开启，辅助加热设备310停止，而吹风机102启动。
如上面解释的，通过首先限制再生空气的流速来产生低相对湿度的高温再生空气，由此构成启动模式的运行。在干燥剂吸附能力已完全恢复后，启动处理空气通道上的热泵设备和吹风机来快速升高从干燥剂设备排出的处理空气温度。因此，从显热交换器排出的空气温度也提高，并由于热泵效应，冷凝器出口处的再生空气温度也提高，由此产生低相对湿度的再生空气。这些步骤确保较短的启动时间，并能得到优良运行的空调系统。当较低的吸附能力运行足够或需要及早启动时，也可能不等到干燥剂吸附能力完全恢复，控制器350能调整来改变诸如吹风机速度这样的运行参数。
在本实施例中，可由多种设备检测不充分的去湿能力。允许使用定时器来测量不用时间，这样当已过了预定时间时，可自动选择启动运行模式。也允许安装一测量装置，用来确定干燥剂设备上承载的吸附量。也允许这样安排，即在规定时间的开始总跟着启动模式步骤。能使用定时器，或温度来确定启动过程的完成。还有，测量干燥剂后的再生空气的再生空气温度是可能的，并利用当再生过程完成时不再产生吸附热这一现象，可将再生空气的温度升高到稳定水平来指示再生过程的完成，以开始正常运行模式。通过测量干燥剂设备入口/出口处的相对湿度差，可使用处理空气的相对湿度差来确定结束点。
图13表示第七实施例。在本实施例中，已去掉第六实施例中所用的辅助加热设备，并在处理空气通道上，从干燥剂设备的下游侧到上游侧的吹风机入口安装旁通道381、382。还在旁通道381、382之间的安装风门380。采用这一结构，能提供如第六实施例情形的启动模式。如同在前面的实施例中，在启动模式中，也就是由于长时间不用当干燥剂设备的去湿能力已降低时所选择的，需要干燥剂再生。
参照图14，系统的空气湿度图将解释启动模式的运行。引入的返回空气(处理空气：状态K)与来自干燥剂轮103的旁路空气(状态L)汇合而被混合(状态J)，流过通道107被引入吹风机102，由此被加压，再流过通道108以穿过干燥剂轮103，这样它的湿度比将由于水分吸附到水分吸附剂上而降低，同时由于吸附热它的温度升高(状态L)。在吸附阶段所吸附的水分量对应于状态J和状态L之间的热动力差，这一差值小于旁通道关闭时正常模式运行的状态J和状态L间的差值。更低湿度更高温度的空气流入两个支流。一个流过通道109到达显热交换器104，通过与再生空气进行热交换被冷却(状态M)，流过通道110到达蒸发器240中进一步冷却(状态N)，流入增湿器105，这样它的温度通过水喷淋或蒸发式增温按等焓方式降低(状态P)，并经通道112返回到空调间101。另一个流过旁通道381、382及风门380，与状态K的处理空气相混合。
在再生空气通道，通过由控制器350调整风门370的开启来减少再生空气流量。再生空气(状态Q)由吹风机140经通道124抽取被加压，而后加压的处理空气送到显热交换器104中去冷却处理空气并提高它自己的温度(状态R)。在显热交换器104中，因为再生空气被减少了流速只有较少的热功率，所以它可由热泵加热到最终温度60-80℃(状态T)，以便具有低相对湿度。具有低相对湿度的再生空气流过干燥剂轮103，除去干燥剂材料中的水分，因而再生干燥剂材料。已流过干燥剂轮103的再生空气利用风门370通过通道129、130排到室外环境。
如上所述，使用两个基本方法来缩短启动过程。第一，控制器350用来控制风门370的开启由此减少再生空气的流量，并使用热泵设备200增加再生空气的温度，以减少其湿度并恢复它的再生的能力。第二，在吹风机102和干燥剂设备103之间的旁通道循环处理空气，以防止水分从室外环境引入。这两个基本步骤在对干燥剂吸附能力进行快速恢复上是有效的。
按上述实施例的运行，即使在启动模式，也可能供应一些低温度和低湿度的处理空气。在本实施例中，允许使用再生空气通道B上冷凝器220下游的辅助加热设备，如第六实施例的情形。还有，在第六和第七实施例中，可使用控制器代替或与风门一起来控制吹风机的旋转速度，以减少处理空气的流量。采用这样的结构，减少处理空气和干燥剂设备之间的接触量是可能的。由此控制干燥剂材料中的水分吸附。

Claims (28)

1、一种干燥剂辅助空调系统，包括：
流动处理空气的处理空气通道；
流动再生空气的再生空气通道；
能选择性地与所述处理空气通道或所述再生空气通道连通的干燥剂设备；
热泵设备，具有一压缩机、一蒸发器、一冷凝器及在其中流动制冷剂的热泵循环通道，所述热泵为加热所述再生空气提供加热热源并为冷却所述处理空气提供冷却热源；
回收热交换器，用来从所述再生通道中在所述干燥剂设备的下游方向流动的所述再生空气里回收热量给在所述热泵循环通道中流动的所述制冷剂，以用作为所述热泵设备中的蒸发热。
2、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，还包括用来按照所选的所述系统运行模式选择性地启动所述回收热交换器的切换装置。
3、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，其中所述回收热交换器在所述热泵循环通道中与所述蒸发器串行安装。
4、如权利要求3所述的干燥剂辅助空调系统，其中所述回收热交换器在所述热泵循环通道中安装在所述蒸发器的下游。
5、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，其中所述回收热交换器在所述热泵循环通道中与所述蒸发器并行安装。
6、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，还包括第二热泵设备，该设备包括与所述热泵设备并行安装的热泵循环通道。
7、如权利要求2所述的干燥剂辅助空调系统，还包括一控制器，用来判断运行模式并操作所述切换装置。
8、如权利要求7所述的干燥剂辅助空调系统，还包括一传感器，用来直接或间接地感知所述干燥剂设备的吸附能力。
9、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，还包括一显热交换器，用来在所述再生空气通道中所述冷凝器上游流动的再生空气与在所述处理空气通道中所述蒸发器上游流动的处理空气之间交换显热。
10、如权利要求1所述的干燥剂辅助空调系统，还包括一显热交换器，用来在所述再生空气通道中所述冷凝器上游流动的再生空气与在所述再生空气通道中所述干燥剂设备的下游流动的再生空气之间交换热量。
11、一种干燥剂辅助空调系统，包括：
流动处理空气的处理空气通道；
流动再生空气的再生空气通道；
能选择性地与所述处理空气通道或所述再生空气通道连通的干燥剂设备；
热泵设备，具有一压缩机、一蒸发器、一冷凝器及在其中流动制冷剂的热泵循环通道，所述热泵为加热所述再生空气提供加热热源并为冷却所述处理空气提供冷却热源；
促再生装置，用来暂时促进所述再生空气的再生能力。
12、如权利要求11的干燥剂辅助空调系统，其中所述促再生装置包括促温度升高的装置，用来促进在所述再生通道中所述干燥剂设备的上游流动的所述再生空气温度升高。
13、如权利要求12的干燥剂辅助的空调系统，其中所述促温度升高的装置包括一辅助加热设备。
14、如权利要求13的干燥剂辅助空调系统，其中所述辅助加热设备包括一电加热器。
15、如权利要求13的干燥剂辅助空调系统，其中所述辅助加热设备包括一热交换器，它是由流动蒸汽热水的热源流体通道来提供的。
16、如权利要求13所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述辅助加热设备包括一第二热泵设备。
17、如权利要求16所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述第二热泵设备提供另一冷却所述处理空气的冷却热源。
18、如权利要求12所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述促温度升高的装置包括一气流控制器装置，用来在所述再生空气通道里控制再生空气流速。
19、如权利要求11所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述促再生装置包括一阻止吸附的装置，用来阻止水分吸附到所述干燥剂设备上。
20、如权利要求19所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述阻止吸附的装置包括一处理空气控制装置，用来控制流过所述干燥剂设备的处理空气的流速。
21、如权利要求20所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述处理空气控制装置包括一风门。
22、如权利要求19所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述阻止吸附的装置包括一处理空气旁通道，用来将至少一部分干燥剂后的处理空气返回到干燥剂前的处理空气通道。
23、如权利要求11所述的的干燥剂辅助空调系统，其中所述促再生装置包括一促温度升高的装置，用来促进在所述再生通道中所述干燥剂设备上游流动的所述再生空气温度升高；以及一阻止吸附的装置，用来阻止水分吸附到所述干燥剂设备上。
24、如权利要求11所述的干燥剂辅助空调系统，还包括切换装置，用来按照所选的运行模式选择性地启动所述促再生装置。
25、如权利要求24所述的干燥剂辅助空调系统，还包括一控制器，用来判断运行模式并操作所述切换装置。
26、如权利要求25所述的的干燥剂辅助空调系统，还包括一传感器，用来直接或间接地感知所述干燥剂设备的吸附能力。
27、如权利要求11所述的的干燥剂辅助空调系统，还包括一显热交换器，用来在所述再生空气通道中所述冷凝器上游流动的再生空气与在所述处理空气通道中所述蒸发器上游流动的处理空气之间交换显热。
28、如权利要求11所述的的干燥剂辅助空调系统，还包括一显热交换器，用来在所述再生空气通道中所述冷凝器上游流动的再生空气与在所述再生空气通道中所述干燥剂设备下游流动的再生空气之间交换热量。
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