CN1945141B - 一种干燥剂空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种干燥剂空调系统，其特征在于：该系统配备有引入路径、供给路径和干燥剂轮，引入路径将过程空气引入地热热交换器，供给路径将由所述地热热交换器冷却后的过程空气引入待被空气调节的空间，干燥剂轮以延伸方式布置在引入路径和供给路径上，引入路径和供给路径通过地热热交换器组成连续的空气路径，当该干燥剂轮被转动时，干燥剂轮的各个部分被连续地定位到所述引入路径和供给路径上，该干燥剂轮由冷却之前的过程空气再生，然后过程空气由地热热交换器冷却，冷却后的过程空气由所述干燥剂轮除湿。

Description

一种干燥剂空调系统
技术领域
本发明涉及一种利用地热能的干燥剂空调系统，其中，过程空气通过一地热热交换器以进行热交换并被提供至待被空气调节的空间。
背景技术
地面以下5至100米的地下温度是常年稳定的，并且大约为15℃(±2℃)。因此，有人提出和使用一种利用地热能的空调系统(日本专利公布号2005-9737)，其中，过程空气(室内空气或室外空气)通过地热热交换器以进行热交换并被提供至待被空气调节的空间。这种空调系统被称作环境友好系统，其能量消耗和CO2的产生都很少并且是防止热岛现象的有效手段。
当这种利用了地热能的空调系统被用于调节房间空气的目的时，由于地下温度大约为15℃，因此过程空气可以被冷却至大约20℃。该大约20℃的温度是低于室温的，因此，空调负荷中的显热负荷可以通过地热热交换器去除。但是，冷却后的空气仅仅被冷却至约20℃，该温度高于待被空气调节的空间的预期的露点温度(当待调节的空间温度为26℃并且相对湿度为50％时，该露点温度通常为15℃)，因此，潜热负荷无法被有效地去除。从而，存在房间湿度会变高的问题。
为了除湿，有必要利用低于露点温度(15～16℃)的约5～10℃的低温热源将房间内的空气冷却，为此，就需要另一个不具有利用地热能优点的空调装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种节能和环境友好的实用的空调系统，它可以在不需要其它人工低温热源的情况下向房间提供冷却和除湿后的空气。
为了实现上述目的，提供了一种干燥剂空调系统，其特征在于，该系统配备有引入路径、供给路径和干燥剂轮，引入路径将过程空气引入地热热交换器，供给路径将由所述地热热交换器冷却后的过程空气引入待被空气调节的空间，干燥剂轮以延伸方式布置在引入路径和供给路径上，引入路径和供给路径通过地热热交换器组成连续的空气路径，当该干燥剂轮被转动时，干燥剂轮的各个部分被连续地定位到所述引入路径和供给路径上，该干燥剂轮由冷却之前的过程空气再生，然后过程空气由地热热交换器冷却，冷却后的过程空气由所述干燥剂轮除湿。
在所述的发明中，被引入的过程空气首先将干燥剂轮再生，接着过程空气通过引入地热热交换器而被冷却并去除水份，在干燥剂轮中除湿，然后作为具有预期的露点温度的过程空气被提供至待被空气调节的空间。
在所述的干燥剂空调系统中，用于加热所述引入的过程空气或前述干燥剂轮的加热装置被提供于前述的引入路径中。
在所述的发明中，被引入引入路径或干燥剂轮的过程空气被加热，从而促进了引入空气对干燥剂轮的再生。
在所述的干燥剂空调系统中，远红外加热器被用作上述的加热装置。
在所述的发明中，干燥剂轮的再生通过一结构简单又便宜装置促成。
所述的干燥剂空调系统可使加热介质流入地下的加热介质通道被用作前述的地热热交换器，气-液热交换部设在地上的加热介质通道的区域中，并且过程空气通过气-液热交换部冷却。
在所述的发明中，提供了一种可以有效利用地热能的干燥剂空调系统。
所述的干燥剂空调系统可以提供一种节能和环境友好的空调系统，通过该系统可以在不需要人工低温热源的条件下将冷却和除湿后的空气提供到房间中。
附图说明
图1示出了本发明第一实施例的干燥剂空调系统。
图2是用于描绘第一实施例的干燥剂空调系统工作过程的温湿图。
图3示出了本发明第二实施例的干燥剂空调系统。
图4示出了本发明第三实施例的干燥剂空调系统。
图5是用于描绘第三实施例的干燥剂空调系统工作过程的温湿图。
图6示出了本发明第四实施例的干燥剂空调系统。
图7是用于描绘第四实施例的干燥剂空调系统工作过程的温湿图。
图8示出了本发明第五实施例的干燥剂空调系统。
图9是用于描绘第五实施例的干燥剂空调系统工作过程的温湿图。
图10示出了本发明第六实施例的干燥剂空调系统。
具体实施方式
在下文中，本发明的实施例将参照附图加以描述。
图1示出了本发明第一实施例的干燥剂空调系统。该系统具有安装在建筑物12附近的地热热交换器14，建筑物12形成待被空气调节的空间10；引入路径16，其中来自房间10(待被空气调节的空间)内的回流空气RA作为压缩气体被吸入并被引入地热热交换器14；供给路径18，其中在地热热交换器中由热交换装置冷却的空气被提供到待被空气调节的空间10；干燥剂除湿装置22，它使用干燥剂轮20，干燥剂轮20以一种延伸方式布置在所述引入路径16和供给路径上以中断它们；以及将空气送入那些路径中的鼓风机24。
该干燥剂空调系统被构造于外壳34中，该外壳形成一圆筒或圆盘形内部空间。干燥剂轮20以自由转动的方式布置在该外壳34的内部。外壳34内的空间由包含轴线的平面的分隔板36分隔为上部空间和下部空间，其中一个空间连接到形成再生区域40的引入路径16上，干燥剂轮20在该再生区域40中被引入的空气再生(干燥剂轮20中的水份被去除)。另一个空间连接到形成吸附区域42的供给路径18上，提供的空气在该吸附区域42中由所述干燥剂轮20除湿(水份被干燥剂轮20吸收)。干燥剂轮20的另一侧(靠在干燥剂轮20上的与引入路径或供给路径相反的一侧)是紧密地封闭的。该干燥剂轮20配备有使所述干燥剂轮以一预定速度转动的驱动发动机38。
就干燥剂轮20而言，它可以采用一种公知的干燥剂轮，其中预先确定的多孔干燥剂(吸附剂)被制成具有蜂窝状加固结构的圆盘状材料。用于干燥剂的原料优选地使用这样一种材料，即在相对湿度从70％到100％的范围内材料的吸附量和解吸量大的材料，例如具有丙烯基团的功能性有机吸附剂(functional organic sorptive agent)、硅胶或活性炭，并且更优选地是使用一种在高相对湿度范围内抗真菌和抗细菌性能高的材料(例如具有丙烯基团的功能性有机吸附剂)。
地热热交换器14例如配备有循环形加热介质通道50，该通道通过将具有良好导热性的金属或合成树脂制成的管道埋入地下约20～100米的深度形成，其中所述金属例如可以是铜或铝。加热介质例如水由泵52驱动在地下和地上的区域之间循环。地上的加热介质通道的区域被引入外壳34内并形成与过程空气进行热交换的气-液热交换部54。该气-液热交换部54具有用于增加其接触面积的蛇形管和用以引入冷凝水的排水管56。
在该实施例中，一远红外加热器(加热装置)46安装在引入路径16的入口处，或换句话说，以面对(encountering)着所述干燥剂轮20的方式位于进风口44内。当来自待被空气调节的空间10的空气的相对湿度高或其绝对湿度高或其温度低时，使用上述加热装置，并且可根据需要来安装它。在那样的情况下，可能的情况是，将一湿度传感器安装在待被空气调节的空间10内，当其探测到的湿度高时使该远红外加热器46工作。也可能将一加热器埋入干燥剂轮20中作为另一个加热装置，并且当加热器的部分处在引入路径16一侧时使加热器工作。还有一种可能是，将用热水与过程空气换热的热交换器作为加热装置安装在干燥剂轮20的上游侧，并且将由太阳能集热器收集的热作为热水的热源。
尽管没有在附图中示出，可能安装有公知的控制装置并通过使用安装在待被空气调节的空间内等处的各种传感器等来执行各种操作控制。例如，干燥剂空调系统既可以手动模式也可以自动模式操作。在自动操作模式下，当安装在待被空气调节的空间内的湿度传感器探测到的湿度(相对湿度、露点温度或绝对湿度)高于预定允许的上限时，转动干燥剂轮20；反之，当探测到的湿度低于该预定允许值，停止干燥剂轮20。
下文中，当除湿和冷却操作由房间内的空气循环实施时，利用如上构造的干燥剂空调系统的动作将参照附图2中的温湿图加以描述。顺便提一下，下面描述中的温度、湿度和其它数值都仅仅是举例。
在图2中，来自房间10的回流空气RA处于A状态，例如其相对湿度为约80％。由于该相对湿度比较高，远红外加热器46开始工作，加热干燥剂轮20的再生区域40的表面，并且将流过干燥剂轮的引入空气加热到B状态，在B状态例如在接触干燥剂时的相对湿度为约70％。如果回流空气RA的相对湿度是约70％，则远红外加热器46不工作，它将从B状态开始。
被加热的B状态的引入空气在穿过干燥剂轮20的时候由干燥剂轮20去除了水份，这时发生了等焓变化，变为相对湿度接近100％的C状态。C状态下的引入空气被进一步送入地热热交换器14，在气-液热交换部54被冷却到接近20℃，其水份沿饱和线进行露点冷凝分离，将绝对湿度降低并变为D状态。这时，从C状态到D状态的过程中，在气-液热交换部产生了所谓的湿表面热交换，空气和地热源之间的热交换以极高的传热系数进行。
温度和绝对湿度都被降低的D状态的过程空气在吸收区域42处经过干燥剂轮20，并且被除湿变为E状态，该E状态几乎符合期望的15℃的露点温度，然后过程空气通过供给路径18提供至房间内。顺便提一下，上述说明基于状态的变化是理想的这一假定。但实际上，B位于70％湿度的等相对湿度线(iso-relative humidity)下方，而E则在该等相对湿度曲线上方。
这样，在该干燥剂空调系统中，冷却和除湿仅仅通过自然热源执行，该热源就是地热能。因此，不需要其它的气体低温热源和空调装置，并且提供了一种既节约能源和费用又环境友好的空调系统。还有的其它优点是，由于只有一个空气路径，因此只需要一个鼓风机24即可。此外，由于整体构造简单、装备费用低廉，即使安装在建筑物的中间楼层也是可行的。
此外，由于在本实施例中使用了远红外加热器46，再生空气入口侧的干燥剂轮20由其辐射热干燥并接下来被旋转切换至除湿区域。因此，优点是从过程空气吸收的水份量增加而热损失很少。顺便提一下，由于A状态至B状态的加热温度低，太阳热或低温排热可以被利用，因此还可以实现进一步的能量节约效果和生态效应。
图3示出了本发明第二实施例的干燥剂空调系统，并且由于其基本构造与前述实施例相同，因此细节上的描述将被省略，并且对应的结构以相同的标记表示。该实施例与前述实施例的不同点在于将一分支管道58引入布置在供给路径18上的冷却热交换器60，加热介质通道50的加热介质的一部分被分支到该分支管道58。结果，如图2中从E状态到F状态的路径所示，由于干燥剂轮20除湿而导致的温度上升被降低并将该降温后的空气提供至房间内以提高房间的冷却效果。此外，在本实施例中，来自太阳能电池62的电力被引入远红外加热器64用于预热，以提高节能效果。
图4示出了本发明第三实施例的干燥剂空调装置，其中，室外的补充空气被处理为过程空气并提供入房间内的空间。地热热交换器14A是空气被直接引入地下这样一种类型并且例如由具有良好导热性的金属诸如铜或铝制成的双管构造而成。所述双管被埋入地下5至10米的深处并且靠近其底部的温度被保持在大约15℃。其内管26在外管28底部的上方打开，构成一条在内管26的外部和内部上下往复运动的空气通道，外部和内部空气通道被设置为具有大致相同的横截面面积。在该例子中，外管28和内管26被分别地连接到引入路径16和供给路径18上。在外管28的底部具有一排水泵32，它将冷凝水排放到排水沟30中。
在如图所示的例子中，虽然只安装了一个地热热交换器14A，但通常可根据待被空气调节的空间10的大小安装多个交换器。该多个地热热交换器14A并联连接到干燥剂除湿装置22。在这种状况下，可视情况安装一开关阀以控制工作的交换器数目，从而可以选择所使用的地热热交换器14A的数目。当然也可以为每个地热热交换器14A都单独配备一干燥剂除湿装置22。顺便提一下，地热热交换器14A被布置的位置既可以在建筑物外部，也可在内部。
与前述实施例相同，形成圆筒或圆盘状内部空间的外壳34被安装在地面上，干燥剂除湿装置22被构造在该外壳34内部。该干燥剂除湿装置22具有干燥剂轮20、分隔板36和发动机38。干燥剂轮20以可自由转动方式安装，分隔板36在包含轴线的面处将干燥剂轮20前后的内部空间分隔以构成为两部分空间，发动机38以一预定转速旋转和驱动所述干燥剂轮20。两部分空间中的一个连接到形成再生区域40的引入路径16上，干燥剂轮20在该再生区域40中被引入的空气再生(在干燥剂轮20中水份被去除)。另一个部分空间连接到形成一吸附区域42的供给路径18上，提供的空气在该吸附区域42中由所述干燥剂轮20除湿(水份被干燥剂轮20吸收)。
就干燥剂轮20而言，与前述实施例中的一样，可以采用一种公知的干燥剂轮，其中预先确定的多孔干燥剂(吸附剂)被制成具有蜂窝状加固结构的圆盘状材料。用于干燥剂的原料优选地使用这样一种材料，即在相对湿度从70％到100％的范围内材料的吸附量和解吸量大的材料，例如具有丙烯基团的功能性有机吸附剂、硅胶或活性炭，并且更优选地是使用一种在高相对湿度范围内抗真菌和抗细菌性能高的材料(例如具有丙烯基团的功能性有机吸附剂)。
和前述实施例一样，一远红外加热器(加热装置)46安装在引入路径16的入口处，或换句话说，以面对着所述干燥剂轮20的方式位于进风口44内。当室外的补充空气的相对湿度高或其绝对湿度高或其温度低时，使用上述加热装置，并且它可根据需要来安装。在那样的情况下，可能的情况是，将一湿度传感器安装在室外，当其探测到的湿度高时使该远红外加热器46工作。也可能将一加热器埋入干燥剂轮20中作为另一个加热装置，并且当加热器的部分处在引入路径16一侧时使加热器开始工作。还有一种可能是，将用热水与过程空气换热的热交换器作为加热装置安装在干燥剂轮20的上游侧，并且将由太阳能集热器收集的热作为热水的热源。
此外，可能安装有公知的控制装置并通过使用安装在待被空气调节的空间内等处的各种传感器等来执行各种操作控制。例如，干燥剂空调系统既可以手动模式也可以自动模式操作。在自动操作模式下，当安装在待被空气调节的空间内的湿度传感器探测到的湿度(相对湿度、露点温度或绝对湿度)高于预定允许的上限时，转动干燥剂轮20；反之，当探测到的湿度低于该预定允许值，停止干燥剂轮20。
下文中，利用如上构造的干燥剂空调系统的动作将参照附图5中的温湿图加以描述。顺便提一下，下面描述中的温度、湿度和其它数值都仅仅是举例。
在图5中，室外的补充空气处于A状态，例如，其相对湿度为约80％。由于该相对湿度比较高，远红外加热器46开始工作，加热干燥剂轮20的再生区域40的表面，并且将流过干燥剂轮的引入空气加热到B状态，在B状态例如在接触干燥剂时的相对湿度为约70％。该引入空气在穿过干燥剂轮20的时候由干燥剂轮20去除了水份，这时发生了等焓变化，变为相对湿度接近100％的C状态。C状态下的引入空气被进一步送入地热热交换器14A，被冷却到接近20℃，其水份沿饱和线进行露点冷凝分离，将绝对湿度降低并变为D状态。这时，从C状态到D状态的过程中，在地热热交换器处产生了所谓的湿表面热交换，空气和地热源之间的热交换以极高的传热系数进行。
温度和绝对湿度被降低的D状态的过程空气在以吸收区域42处经过干燥剂轮20，并且被除湿变为E状态，该E状态几乎符合期望的15℃的露点温度，然后过程空气通过供给路径18提供至房间内。顺便提一下，上述说明基于状态的变化是理想的这一假设。但实际上，B位于70％湿度的等相对湿度线下方，而E则在该等相对湿度曲线上方。
在上面的描述中，当室外补充空气的相对湿度低于70％时，则上述循环的执行使远红外加热器46保持关闭。
这样，在该干燥剂空调系统中，冷却和除湿仅仅通过自然热源执行，该热源就是地热能。因此，不需要其它的气体低温热源和空调装置，并且提供了一种既节约能源和费用又环境友好的空调系统。还有的其它优点是，由于只有一个空气路径，因此只需要一个鼓风机24即可。此外，由于整体构造简单、装备费用低廉，即使安装在建筑物的中间楼层也是可行的。
此外，由于在本实施例中使用了远红外加热器46，再生空气入口侧的干燥剂轮20由其辐射热干燥并接下来被旋转切换至除湿区域。因此，优点是从过程空气吸收的水份量增加而热损失很少。顺便提一下，由于A状态至B状态的加热温度低，太阳热或低温排热可以被利用，因此还可以实现进一步的能量节约效果和生态效应。
图6示出了本发明的另一个实施例，该干燥剂空调系统以这样一种方式被构造：重新取代室外补充空气的来自房间的回流空气被冷却、除湿并被提供到房间内。图7是给出了描绘该过程的温湿图的附图。在图4的实施例中，房间内的空气与室外补充空气进行通风，因此，尽管处理工作的负荷变大，但仍可以保持房间内空间环境的卫生。相反，在这一实施例的情况下，具有较低相对湿度的房间内的空气用作过程空气，结果好处是，虽然还需要单独考虑通风问题，但处理的负荷降低，并且在过程空气出口处获得的湿度(绝对湿度)可以变低。
除过程空气的初始阶段A不同之外，本实施例的过程与前述实施例中的情况是基本相同的。当房间内的将要被引入的空气的相对湿度高，或换句话说，当绝对湿度高或温度低时，和前述情况相同，加热装置(远红外加热器)才被使用。因此，它可以根据需要来安装。在那种情况下，可以在房间内安装温度或湿度传感器，以控制所述加热装置的工作。
图8示出了本发明的另一个实施例，并且该干燥剂空调系统配备有分别通向室外补充空气和房间的进气口44a和44b。因此，它以这样一种方式被构造：室外补充空气和回流空气都被吸入、冷却/除湿并同样向房间提供。当回流空气和室外补充空气像这样被混合以形成过程空气时，图4中实施例的通风功能、图6中实施例的降低处理负荷的功能、以及降低过程空气出口处获得的湿度(绝对湿度)的功能可以同时实现。
图9是用于描绘该实施例中过程的温湿图的附图。除过程空气的初始状态A不同外，该过程基本上与前述实施例中的过程相同，因此，该过程的描述被省略。
图10示出了本发明的另一个实施例，开关风门48a、48b被分别安装在进气口44a、44b处，因此室外补充空气和来自房间的回流空气都可以根据需要而被吸入。当每个风门48a、48b的打开和关闭被控制时，所有前述三个实施例中任一形式的操作都是可能的。
附图中参考标记的说明
10            待被空气调节的空间
12            建筑物
14，14A       地热热交换器
16            引入路径
18            供给路径
20            干燥剂轮
22            干燥剂除湿装置
24            鼓风机
26            内管
28            外管
30            排水沟
32            排水泵
34            外壳
36            分隔板
38            发动机
40            再生区域
42            吸附区域
44，44a，44b  进气口
46            远红外加热器
48a，48b      开关风门
50            加热介质通道
52            泵
54            气-液热交换部
56            排水管
58            分支管
60            冷却热交换器
62            太阳能电池
64            远红外加热器

Claims (4)

1.一种干燥剂空调系统，其特征在于：该系统配备有引入路径、供给路径和干燥剂轮，引入路径将过程空气引入地热热交换器，供给路径将由所述地热热交换器冷却后的过程空气引入待被空气调节的空间，干燥剂轮以延伸方式布置在引入路径和供给路径上，引入路径和供给路径通过地热热交换器组成连续的空气路径，当该干燥剂轮被转动时，干燥剂轮的各个部分被连续地定位到所述引入路径和供给路径上，该干燥剂轮由冷却之前的过程空气再生，然后过程空气由地热热交换器冷却，冷却后的过程空气由所述干燥剂轮除湿。
2.根据权利要求1所述的干燥剂空调系统，其中，在所述引入路径上提供用于加热所述引入的空气或所述干燥剂轮的加热装置。
3.根据权利要求2所述的干燥剂空调系统，其中，远红外加热器被用作所述加热装置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的干燥剂空调系统，其中，可使加热介质流入地下的加热介质的通道被用作所述地热热交换器，气-液热交换部设在地上的加热介质通道的区域中，并且过程空气通过气-液热交换部冷却。
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