CN107003078B - 除湿***及除湿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种除湿***和除湿方法，并且具体涉及一种用于使用干燥剂涂布的流体‑空气热交换器来控制过程或位置中的空气湿度的***和方法。干燥剂材料在吸附循环期间在环境温度下或高于环境温度下吸附水分，并且所得到的空气流与供应空气的湿度相比具有降低的湿度。然后干燥剂材料可以在再生循环期间通过添加加热流体穿过热交换器而被干燥，以通过添加汽化潜能驱使水回到蒸汽状态。干燥剂材料可以在吸附循环期间通过添加冷却流体穿过热交换器而被冷却以将温度保持在足以使水蒸气从空气流中除去的范围内。

Description

除湿***及除湿方法
发明领域
本发明涉及一种除湿***和除湿方法，并且具体涉及一种用于使用干燥剂涂布的流体-空气热交换器来控制过程或位置中的空气湿度的***和方法。
发明背景
众所周知，空调***必须设计成改变供应空气的温度和湿度，以在受调节的空间中达到指定的热条件。通常，受调节的空间内的湿蒸汽产生是适度的，并且因此，空调***上的大部分潜热能负荷在将供应(或新鲜)空气的湿度降低至指定范围时产生，而不是在从空间内的再循环空气流中除去水蒸气时产生。
例如，在建筑物中，除了必须添加或移除显热以保持指定的内部建筑物温度外，还可能需要从进入建筑物的空气中除去过量的水蒸气，以保持指定的内部湿度范围。这种显热和湿度控制通常形成空调和通风***的一部分。
进入所居住的建筑物(其可包括住宅建筑物和商业建筑物等)的通风空气的通常的指定范围在22℃至23℃的范围内，并且相对湿度通常在50％至65％的范围内。该相对湿度对应于每千克空气9.73g至13.4g水(绝对湿度)之间的范围。
当外部条件为热和潮湿时(例如，33℃和90％的相对湿度)，湿度比大约为35.4g水/kg空气。如果通过除去显热将这种空气转移到一定位置并冷却到较低的指定的温度范围，则当空气冷却并且然后随着进一步冷却而发生冷凝时，相对湿度可能达到100％。在这个例子中，当外部空气被冷却至指定的内部温度时，必须从每千克空气中除去多达20g的水，以便在23℃下产生55％的指定相对湿度。
存在各种已知的用于对过程或位置内的空气进行除湿的技术。一种方法是通过热冷凝(thermal condensation)，其涉及使空气抽吸穿过冷表面。随着空气冷却并且相对湿度达到100％，空气中的水蒸气凝结为液体水滴。例如，风扇可以将潮湿的空气抽吸在保持在11℃或低于11℃的冷凝盘管上。冷凝盘管导致空气中的一些水蒸气冷凝，留下最大湿度比为9.9g/kg空气的空气。然后将空气再加热到适于供应到受调节空间的温度，例如再加热至大约18℃。
然而，这种方法需要大量的机械能，该机械能通常是从电能转换而来的。这种机械能被用于操作逆向兰金循环热泵(reverse Rankine cycle heat pump)，该逆向兰金循环热泵必须在冷凝盘管中提供冷却至11℃或低于11℃温度的制冷剂流体，以实现小于9.9g水/kg空气的绝对湿度(对应于在受调节空间中在22℃下约50％的指定相对湿度)。当供应空气被冷却至大约11℃时，这种冷却供应空气的方法导致大量的显冷却负荷，以及在该温度下冷凝来自供应空气的水蒸气所需的潜能负荷。这种潜能组分随环境湿度而变化。例如，除去20g的水蒸气需要除去大约45,000J的潜能。这是1000m2的办公空间的通常的峰值需求，表示每千平方米通风空间多达45kW的连续潜冷却负荷。供应空气温度降低到低于12℃，且然后再加热到指定的最终供应空气温度。要冷却空气并然后再加热空气需要另外的显热能。
这种类型的逆向兰金循环热泵空调装备必须能够处理由经过冷凝盘管的高湿度供应空气施加的潜热负荷，该冷凝盘管被冷至大约小于11℃，以在供应空气中产生所需的最终的绝对湿度。当在高环境温度和高湿度的条件中操作时，显冷却负荷和潜冷却负荷都很大，并且这些负荷必须通常通过逆向循环热泵来满足。由于在热潮湿时间段中温差增加，这些泵的工作效率较低，需要增加输入通常源自于化石或核燃料动力发电机的电能或机械能。该设备的大小必须设计成在供应空气***所需的峰值冷却负荷下运行，但通常以较低的功率运行，导致在这些时候输入能量在运行期间的转换效率进一步降低。在城市地区，建筑物空调可以在夏季月份高峰时段形成电网上总负载的多达35％。这种负载对于所需的电网容量以及因此对电网的成本有显著的影响，这可能导致为了满足这种高峰夏季冷却负荷而使发电设备的尺寸过大，并且消耗大量的化石燃料，从而产生很大量的温室气体。
另一种已知的除湿方法使用离子膜。使用离子膜技术的器械在分子水平上操作。水蒸气通过电解作用除去。这种除湿发生的速率太低，实际无法用于空调***中。
再一种方法涉及使用吸附/干燥剂技术。使用这种技术的除湿器械通过将高的相对湿度的供应空气暴露于干燥剂来工作，干燥剂在水分子结合到干燥剂表面时吸附水分。当饱和或接近饱和时，干燥剂从潮湿的供应空气路径中移除，并且通过应用加热将吸附的水分从干燥剂中除去。
申请人已知的直接从空气中除去水的唯一商业上可获得的吸附***使用了包含涂布有干燥剂材料的大量蜂窝网的大型轮，该轮旋转通过两股分开的空气流。第一空气流是干燥干燥剂材料的热空气流，并且第二空气流是从供应空气中除去水蒸气的供应空气流。水蒸气通过吸附直接从空气流中除去，且然后随着轮旋转，饱和的干燥剂返回到再生热空气流，再生热空气流在再生循环期间使吸附的水从蜂窝网蒸发。因此，干燥器轮旋转通过交替的吸附部分和再生部分。干燥剂再生所需的高温空气通过从专用源(通常通过燃烧化石燃料提供)直接加热来提供，或通过供应给位于空气流中的大型热交换器(大尺寸由空气的低比热容决定)的间接产生的热能来提供。旋转轮很昂贵，并且由于它的大尺寸以及易碎的蜂窝结构而易于随时间损坏。需要密封件来防止两股空气流混合，并且这些密封件随着时间的推移也易于发生机械故障。再生循环在高温、接近水的沸点下进行，这需要大量热能输入，通常来自化石燃料源，比如气体燃烧器。供应的能量必须超过供应空气流的潜热负荷，以使干燥剂材料再生。蜂窝上的干燥剂材料在再生循环结束时处于高温并且在旋转进入供应空气流中时，使供应空气的温度增加，导致增加的显冷却负荷，该增加的显冷却负荷在供应空气调节过程中的其它地方必须满足。
本发明的一个目的是克服至少一些上述问题，或为公众提供一种有用的替代方案。
已经包括在本说明书中的任何关于文献、动作、材料、器具、物品等的讨论仅仅是为了提供本发明的上下文的目的。不应该认为承认任何或全部先前的讨论构成现有技术基础的一部分，或者是在本发明的任何权利要求的优先权日之前存在的本发明领域中的公知常识。
发明概述
根据一个方面，本发明提供了一种用于向过程或位置提供除湿空气的除湿***，该除湿***包括：
流体-空气热交换器，其包括涂布有干燥剂材料的外部空气侧表面，其中在吸附循环期间，流体在一定温度下通过热交换器，该温度导致水蒸气从被允许或被强制穿过热交换器的空气流中除去；
允许或强制空气流在吸附循环期间穿过所述热交换器的装置；以及
在再生循环期间加热干燥剂材料的装置，以使吸附水通过汽化从干燥剂材料中除去，从而将干燥剂材料再生成一定状态，该状态允许干燥剂材料在随后的吸附循环中从空气流中除去水蒸气。
在一个实施方式中，***还包括：
在吸附循环期间冷却干燥剂材料的装置，以便将所述温度保持在足以使水蒸气从空气流中除去的范围内。
在一个实施方式中，冷却干燥剂材料的装置是流体-空气热交换器，其中冷却是通过使冷却流体通过流体-空气热交换器来实现的。
在一个实施方式中，加热干燥剂材料的装置是流体-空气热交换器，其中加热是通过使加热流体通过流体-空气热交换器来实现的。
在一个实施方式中，该方法还包括在进入所述热交换器的入口处的二通阀，该二通阀可操作以在向热交换器供应加热流体和向热交换器供应冷却流体之间切换。
在可替代的实施方式中，加热流体和冷却流体是来自共同源的在进入热交换器之前根据热交换器是在操作吸附循环还是在操作再生循环而被加热或冷却的流体。
在一个实施方式中，允许或强制空气流的装置是一个或更多个风扇。
在一个实施方式中，流体-空气热交换器呈翅片散热器的形式，其包括流体流动管和涂布有所述干燥剂材料的相关联的加热/冷却翅片。
在一个实施方式中，流体-空气热交换器和用于允许或强制空气流的装置布置在用于将环境空气输送到位置中的管道***中。
在一个可替代的实施方式中，流体-空气热交换器和用于允许或强制空气流的装置形成模块的一部分，所述模块可附接到用于将环境空气输送到位置的管道***。
在一个实施方式中，该位置是建筑物内部。
在一个实施方式中，允许或强制空气流穿过热交换器的装置在空气供应模式和空气返回模式下交替地操作，以在空气供应模式下允许或强制空气流经过流体-空气热交换器到达该位置，在空气返回模式下将空气流从位置抽出。
在一个实施方式中，返回空气被供应到过程。
在一个实施方式中，该***还包括：
第二流体-空气热交换器，其与所述流体-空气热交换器并行操作，其中当流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然，以确保向所述位置连续供应除湿空气；
切换每个热交换器在吸附循环和再生循环之间的操作的装置；以及
空气处理装置，其提供：通过在所述再生循环下操作的热交换器的空气不被提供到位置，并且通过在所述吸附循环下操作的热交换器的空气被提供到位置。
在一个实施方式中，***被配置为向过程提供除湿空气。
在一个实施方式中，该过程是蒸发冷却过程。
在一个实施方式中，蒸发冷却过程包括允许或强制一定体积的干燥空气穿过一定体积的流体的表面区域，由此一定体积的空气通过蒸发方式导致所述流体的温度降低。
在一个实施方式中，一定体积的流体被保持在槽(tank)中，并且一定体积的空气被允许或被强制穿过槽中的流体主体的顶表面区域。
在一个实施方式中，一定体积的流体在冷却塔中呈液滴形式，并且一定体积的空气被允许或被强制穿过每个液滴的表面区域。
在一个实施方式中，已经通过蒸发冷却过程将其温度降低的一定体积的流体作为用于在吸附循环期间冷却干燥剂材料的冷却流体供应到流体-空气热交换器。
在一个实施方式中，蒸发冷却过程用于使干燥空气在进入位置或另一个过程之前冷却和/或再湿润。
在一个实施方式中，该***还包括：
第二流体-空气热交换器，其在过程的下游操作，其中当流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然；
切换每个热交换器在吸附循环和再生循环之间操作的装置；
对允许或强制空气流穿过热交换器的装置的操作模块进行切换的装置，以确保向该过程连续供应除湿空气，使得当流体-空气热交换器操作吸附循环时，空气流被抽吸穿过流体-空气热交换器以向过程提供除湿空气，同时第二流体-空气热交换器操作再生循环，并且当第二流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，空气流被抽吸穿过第二流体-空气热交换器以向过程提供除湿空气，同时流体-空气热交换器操作再生循环。
在一个可替代的实施方式中，***还包括：
第二流体-空气热交换器，其与所述流体-空气热交换器并行操作，其中当所述流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然，以确保向所述过程连续供应除湿空气；
切换每个热交换器在吸附和再生循环之间操作的装置；以及
空气处理装置，其提供：通过在所述再生循环下操作的热交换器的空气不被提供给过程，并且通过在所述吸附循环下操作的热交换器的空气被提供给过程。
另一方面，本发明提供了一种对提供给过程或位置的空气进行除湿的方法，所述方法包括：
在吸附循环期间，对用于允许或强制空气流穿过流体-空气热交换器的装置进行操作，该流体-空气热交换器包括涂布有干燥剂材料的外部空气侧表面，其中流体在一定温度下通过热交换器，该温度使水蒸气通过干燥剂材料经由吸附从空气流中除去；
在再生循环期间，加热干燥剂材料，以导致吸附水通过汽化从干燥剂材料中除去，从而将干燥剂材料再生成一定状态，该状态将允许干燥剂材料在随后的吸附循环中从空气流中除去水蒸气。
在一个实施方式中，该方法还包括：
在吸附循环期间冷却干燥剂材料，以便将所述温度保持在足以使水蒸气从空气流中除去的范围内。
在一个实施方式中，冷却干燥剂材料包括使冷却流体通过流体-空气热交换器。
在一个实施方式中，加热干燥剂材料包括使加热流体通过流体-空气热交换器。
在一些实施方式中，该方法还包括：
操作与所述流体-空气热交换器并行的第二流体-空气热交换器，使得当流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然，以确保向所述位置或过程连续供应除湿空气；以及
处理空气使得通过在所述再生循环下操作的热交换器的空气不被提供到位置或该过程，并且通过在所述吸附循环下操作的热交换器的空气被提供到位置或过程。
在一个可替代的实施方式中，该方法用于向位于流体-空气热交换器下游的过程提供除湿空气，并且还包括：
在该过程的下游操作第二流体-空气热交换器，使得当流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然；
对允许或强制空气流穿过热交换器的装置的操作模式进行切换，以确保向该过程连续供应除湿空气，使得当流体-空气热交换器操作吸附循环时，空气流被抽吸穿过流体-空气热交换器以向过程提供除湿空气，同时第二流体-空气热交换器操作再生循环，并且当第二流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，空气流被抽吸穿过第二流体-空气热交换器以向过程提供除湿空气，同时流体-空气热交换器操作再生循环。
在一个实施方式中，该过程是蒸发冷却过程，其包括：
允许或强制一定体积的干燥空气穿过一定体积的流体的表面区域，由此一定体积的空气通过蒸发方式导致所述流体的温度降低。
在一个实施方式中，该方法还包括：
将已经通过蒸发冷却过程降低其温度的一定体积的流体作为用于在吸附循环期间冷却干燥剂材料的冷却流体供应到流体-空气热交换器。
附图简要描述
被并入到并且构成该说明书的一部分的附图图示了本发明的几个实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的优点和原理。在附图中：
图1是根据本发明的实施方式的用于向位置提供除湿空气的除湿***的示意图；
图2是根据实施方式的用于向蒸发过程提供除湿空气的除湿***的示意图；
图3是根据另一实施方式的用于向蒸发过程提供除湿空气的包含两个热交换器的除湿***的示意图；
图4是根据另一实施方式的用于向蒸发过程提供除湿空气的包含两个并行操作的热交换器的除湿***的示意图；以及
图5是根据又一实施方式的用于将除湿空气提供到位置并且随后提供到蒸发过程的除湿***的示意图。
本发明的具体实施方式
下面参考附图详细描述了本发明。虽然描述包括示例性的实施方式，但是其他实施方式也是可能的，并且可以对所描述的实施方式进行改变，而不背离本发明的精神和范围。在任何可能的情况下，在全部实施方式和以下描述中将使用相同的附图标记来指示相同和相似的部分。
根据一个实施方式的除湿***10在图1中示意性地示出，并且包括至少一个干燥剂涂布的热交换器12以及允许或强制空气穿过热交换器12并且进入位置的装置。要理解的是，当图1中所示的实施方式针对位置提供除湿的空气时，***10同样也可以被配置为向如下所述的过程提供除湿的空气。在所示的实施例中，允许或强制空气穿过热交换器12的装置是呈风扇14的形式，风扇14被配置为经由管道16将空气流抽吸到位置，其中该位置可以例如是建筑物的内部。管道16可以容纳热交换器12和风扇14，然而，其它安装配置和布置也是可能的。例如，热交换器12和风扇14可以形成便携式除湿模块(未示出)的可连接到管道***的部分。使用能够允许或强制空气流进入位置并且经过热交换器的其它装置也是可能的，例如，风扇14可以由在打开时允许空气通过热交换器12的调节器(damper)或其他处理装备(图1中未示出)代替。
因此，空气流在通过干燥剂涂布的热交换器12后被抽入建筑物内，干燥剂涂布的热交换器12用于通过吸附从空气流中除去水蒸气，从而对空气除湿。被干燥材料吸附的水本文有时称为“吸附水”，并且热交换器12本文有时称为“干燥器”。热交换器12可以是翅片散热器类型的，其包括用于容纳流体的热交换器管18，该流体被用于加热和/或冷却涂布有干燥剂材料(未示出)的相关联的翅片20。在一个实施方式中，流体是水，因为其高热容、丰富并且易于处理。干燥剂材料可以是任何合适的材料，例如任何沸石吸附剂。
为了显冷却翅片20，并且因此显冷却干燥剂材料以允许在吸附循环期间从空气流中除去水蒸气，通过热交换器管18的流体需要保持在比干燥剂材料低的温度下。因此，热交换器12在吸附循环期间在冷却模式中操作。在吸附循环期间冷却干燥剂材料使吸附的热能从干燥剂中除去，并且因此允许从供应空气流中进一步吸附水蒸气。
因此，本领域技术人员已经认识到，可以操作风扇14和热交换器12以便在吸附循环期间在较低的相对湿度下将新鲜空气供应到位置或过程。
***10还可以操作再生循环，以使干燥剂材料再生，且然后继续从进入的空气中吸取水分。在再生循环期间，从干燥剂材料中除去吸附水。这可以通过在加热模式中操作热交换器12来实现，由此通过热交换器管18的流体处于比干燥剂材料高的温度。干燥剂材料可以经由翅片20直接加热。与使用干燥技术的已知除湿***不同，只需要低温热源来加热流经管16的流体以加热干燥剂材料。例如，在再生循环测试中，加热流体24的温度在进入热交换器管18时测得为73℃，在从热交换器管18离开时再次测得为59℃。再生循环通过在加热期间在132秒的时间间隔内，以1.67g/s的平均速率解吸附而从除湿***10除去总共220g的水。进入除湿***10的空气为20.2℃，空气湿度比为11.75g/kg，且离开的空气的温度为44℃，并且空气湿度比为16.47g/kg，且空气以0.35kg/s通过***10。
在吸附循环期间通过热交换器管18的流体本文有时称为“冷却流体”，并且在再生循环期间通过热交换器管18的流体本文有时称为“加热流体”。
在一个实施方式中，***10可以形成更普通的建筑物加热通风和冷却(HVAC)***的一部分，并且可以是使用例如从太阳能集热器(未示出)获得的低温(热)能量源来提供除湿空气的有用的附属物。
由于***10在从供应空气中除去不需要的水分(例如，在建筑供应空气的情况下，实现绝对湿度低至3g/kg空气)方面的有效性而没有显著的效率损失，***10只需要间歇地操作从供应空气中去除水分，以在位置或过程中保持指定的热环境。单个干燥器或作为单个单元工作的干燥器阵列(每一个在吸附循环或再生循环中都同时操作)可以提供供应空气需求，而不需要连续供应脱湿的空气。这也可以简化操作除湿过程所需的控制结构和机械结构。
干燥剂材料可以通过冷却供应到热交换器12的流体而保持在与干燥剂材料的温度相比足够低的温度下。在一个实施方式中，并且如下面进一步描述的，热交换器12可以被配置为在每个吸附循环和再生循环中所使用的流体之间切换。在某些情况下，在再生循环中使用的流体可以与吸附循环中使用的流体相同。例如，在再生循环期间通过热交换器的加热流体可以在另一过程中适当地冷却，使得它也适合在吸附循环期间用作冷却流体，并且反之亦然。
由于吸附剂材料在30℃或甚至高于30℃下操作的性质，在吸附循环中使用的流体不需要冷却至如在迄今已知的冷凝盘管除湿机中的小于12℃的典型冷凝盘管温度范围。因此，热交换器管18中的流体所需的温度可以通过源自蒸发装置(其形成如下文进一步描述的***30的一部分)的冷却流体获得，或甚至在水的温度与干燥剂材料的温度相比足够低的情况下通过自来水或雨水供应获得。
以这种方式除去供应空气中的多余的湿气，可以通过例如盘管式热交换器使用最小所需显热能有效地显式加热或冷却所得的供应空气。该***还可以允许通过直接蒸发冷却来处理显冷却负荷，以产生针对位置或过程指定的温度和相对湿度条件。
图1还图示了根据实施方式的用于允许加热流体24或冷却流体26进入热交换器管18的与热交换器输入相关联的二通阀22。二通阀22的操作导致阀22交替地将冷却流体26和加热流体24(分别用于吸附循环和再生循环)供给到热交换器管18。阀22的操作可以通过适当的控制机构(未示出)来控制。这种控制机构可以是例如电子控制机构，并且可以构成或形成整个***控制机构的一部分，还用于间歇地操作风扇14并且在可逆风扇的情况下例如用于操作风扇的流动方向。
可以被控制的其它部件包括例如可以用于使空气流和空气处理器械(例如调节器)进一步冷却或再加湿的任何下游部件。***还可以包括测量某些条件(例如，供应空气的温度和湿度、经过干燥器后的空气的温度和湿度、以及在到达目标位置或过程后空气的温度和湿度)的装置，以便确定这些不同的部件的操作模式需要改变的程度。本发明不限于任何一种特定的控制机构、***或方法。
在假定位置具有有限的管道容量的情况下，可以使用双向风扇，例如，从该位置排出的空气必须通过相同的管道***被抽回，处理的空气通过该管道***供应到位置。因为***10允许处理的空气被间歇地即在吸附循环期间而不在再生循环期间提供给位置，风扇可以在再生循环期间反向操作，以便将排出的空气从位置抽出至大气中。
图2图示了示例性***30，在该***30中除湿空气被提供给过程而不是位置。具体地，该过程是根据实施方式的下游蒸发冷却过程。为了简洁起见，执行与***10的部件相同或相似功能的***30的部件使用相同的附图标记来标示。***30以蒸发冷却过程为特征，该蒸发冷却过程涉及在风扇14的下游与空气流管道16分离的一定体积的水32，该一定体积的水32具有暴露于空气流的自由表面34。当***30运行吸附循环时，如先前关于***10所述的，热交换器12下游的湿度降低，这使得干燥后空气的湿球温度降低。降低的湿度允许当空气从自由表面34上方经过时改善空气的蒸发冷却。蒸发冷却还可以用于反过来对另外的可能不期望干燥的空气增加湿度。
因此，在温暖干燥的空气从一定体积的水32的自由表面34上方经过时，干燥空气中的低的水分压允许从自由表面的蒸发过程，以当干燥空气穿过自由表面34时带走水蒸气。带走的水蒸气团的汽化潜热导致空气和水体的温度降低。因此，进入的空气可以通过一定体积的水32被冷却和再加湿到期望的水平，同时水体也有所冷却。
以这种方式，水体可以被冷却到低于环境湿球温度的温度。这可以通过添加用于一定体积的水32循环所需的装备来实现，例如管件和单个泵。图2示出了例如进入一定体积的水32的温水管线36和离开一定体积的水32的冷水管线38的使用。由于流体可能接近于大气压力，并且在至少一个位置通向大气，所以移动空气和冷却流体所需的额外能量输入是低的，从而导致与机械操作的蒸汽压缩循环相比较好的电性能系数(ECOP)。
上述涉及允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的水32的自由表面34以产生冷却的流体的蒸发冷却过程是本申请人共同未决申请的主题。该共同未决的申请描述了一定体积的流体可同样在冷却塔中呈液滴的形式，其使空气流能够穿过液滴以冷却流体。要理解的是，本发明不限于可以提供除湿空气的任何一个过程。
技术人员将理解，作为过程(比如上述蒸发冷却过程)的副产物产生的冷却流体可以被转移用于在另一个位置或过程中使用。在一个实施方式中，并且如下文关于图4的实施方式所述的，冷却的流体可以作为吸附循环期间的冷却流体被供应返回到热交换器12。
图3图示了另一示例性***40，在***40中除湿空气被提供给过程而不是位置。在所示的实施方式中，该过程是先前描述的蒸发冷却过程，然而，这仅作为示例。来自***10和***30的相同或相似功能的部件使用相同的附图标记标示。***40包括位于一定体积的水32的自由表面34的上游和下游的两个热交换器42和44。每个热交换器以相反的模式操作，使得在任何时候，一个热交换器将操作吸附循环，而另一个热交换器将操作再生循环，并且反之亦然，操作模式可控制地切换。
在这个实施方式中，温暖和/或潮湿的空气可以从环境引入，并且穿过干燥剂涂布的热交换器42，在该热交换器42中，温暖和/或潮湿的空气在吸附循环期间被除湿，穿过自由表面34，在那里除湿的空气通过带走水蒸气除去潜热而使水体32冷却，并且最终穿过处于再生循环的第二干燥剂涂布的热交换器44。以这种方式，一定体积的水32被连续冷却，并且干燥剂涂布的热交换器42和44可以通过反转空气路径以及颠倒加热流体流24或冷却流体流26而在交替的吸附循环/再生循环中运行。
图3还图示了与热交换器输入相关联的阀46，其根据被提供流体运行再生循环或吸附循环的热交换器而允许加热流体24或冷却流体26进入热交换器管18。
图4图示了根据又一实施方式的***50，在***50中除湿空气被提供给过程而不是位置。在所示的实施方式中，该过程是早前描述的蒸发冷却过程，然而，这仅作为示例。来自***10、30和40的相同或具有相似目的的部件使用相同的附图标记标示。***50可以包括一对并行操作的干燥剂涂布的热交换器52和54，热交换器52和54被交替地从热源(未示出)供应冷却流体26和加热流体24，并且具有如前所述的在两个源和两个操作模式之间切换的装置。还示出了至少一种允许或强制空气流独立地穿过热交换器52和54的装置。在所示的实施方式中，呈现两个通风扇14的形式，但是可以同样地使用具有适当控制的调节部件(未示出)的单个风扇。
在已经使供应的空气通过涂布的热交换器52和54后，空气可以由空气处理器(例如与热交换器52相关联的调节器56和58以及与热交换器54相关的调节器60和62)可控制地引导。已经用于再生循环的空气经调节器56或60允许而离开***，而已经干燥过的空气通过调节器58和62被引导到下游。例如，如果热交换器52在再生循环中操作并且热交换器54在吸附循环中操作，则调节器56将打开并且调节器58将被关闭以允许该空气离开***。同时，调节器62将打开并且调节器60关闭以允许干燥的空气向下游行进到过程。当切换热交换器的操作模式时，每个调节器也被控制以从打开切换到关闭，或者反之亦然。
如前所述，该过程可以包括将通过蒸发待被冷却的水体66的自由表面64暴露于由操作吸附循环的热交换器供应的干燥空气流的装置。从该过程冷却的水当在吸附循环中操作或用于一些其他的过程时可以供回到***中作为冷却流体用于热交换器。在这点上，***50还可以包括阀68和阀70，阀68在打开时，允许将冷却水供给到一个或两个热交换器中，阀70在打开时允许将水从一个或两个热交换器中供回到一定体积的水66。
图5图示了示例性***80，该***80类似于图2的***在于其被配置成允许将除湿空气供应到过程，但除了包括在被返回过程之前向位置提供干燥空气的装置82之外。在所示的实施方式中，该过程是前面所描述的蒸发冷却过程，然而，这只是举例。来自图2的***30中的相同或具有相似目的的部件使用相同的附图标记标示。技术人员应理解，将干燥空气提供到位置并将排出空气从位置返回到过程的装置可以是使用适当的空气处理装备比如调节器(未示出)的一个或更多个附加风扇和附加管道***(未示出)。干燥空气供应至位置且然后供应至过程可被有利地使用，其中位置和过程可相比于利用环境空气操作更有效地操作。
本发明提供的好处应该是显而易见的。技术人员将理解，流体-空气热交换器可以在外部(空气侧)表面上用干燥剂材料涂布，并且用于通过吸附过程从空气中除去夹带的水蒸气。干燥剂材料在环境温度下或高于环境温度吸附水分，并且所得到的空气流与供应空气的湿度相比具有降低的湿度。然后干燥剂材料可以通过添加热量而被干燥/再生，以通过添加汽化潜能驱使水返回至汽态。可以从太阳能热源或其他源向热交换器流体添加低位热量(低至60℃)，以提供解吸的能量以在再生循环期间从干燥剂材料中除去水。可以使用微热流体(等于或高于23℃)来除去吸附过程期间吸附的热量。优点是空气的干燥可以在不需要较低温度的冷凝盘管的情况下实现，从而消除了对逆循环热泵的需要。在再生循环期间使用的低位热量可以从可再生源，比如太阳能集热器获得，减少或消除了对化石燃料或核燃料供电的电能输入的需要。
显而易见的是，允许或强制空气流穿过一个或更多个热交换器的装置可以是风扇或一系列风扇。还应当理解的是，风扇的速度可以根据热交换器的操作模式来控制。例如，可以使用双速风扇(2-speed fan)在吸附循环和再生循环之间变换空气速率。如图4的实施例所示，***还可以包括在循环之间选择用于过程和废气的空气路径的装置，并且用于吸附循环的流体可以由热交换器下游的蒸发冷却装置供应。允许空气流穿过干燥剂涂布的热交换器的装置的另一个实施例是空气处理装备，比如调节器，该调节器当打开时允许空气流移动通过热交换器。
在不偏离本发明范围的情况下，可以非常好地使本发明具有进一步的优势和改进。虽然本发明已经示出和描述了被认为最实用和优选的实施方式，但是应当认识到，可以在本发明的范围和精神内进行偏离，偏离不限于本文公开的细节但要符合权利要求的全部范围，以便包含任何和所有等同的器具、器械、***和/或方法。
在本发明的所附的任何权利要求和概述中，除了由于表达语言或必要的含义上下文另有要求之外，“包括(comprising)”一词以“包括(including)”的意义使用，即所指定的特征可能与本发明的各种实施方式中的另外的特征相关联。

Claims (17)

1.一种除湿***，包括：
流体-空气热交换器，其包括涂布有干燥剂材料的外部空气侧表面，其中在吸附循环期间流体在一定温度下通过所述流体-空气热交换器，所述温度使水蒸气从被允许或被强制穿过所述流体-空气热交换器的空气流中除去；
在所述吸附循环期间允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的装置；
在再生循环期间加热所述干燥剂材料以使吸附水通过汽化从所述干燥剂材料中除去从而将所述干燥剂材料再生成一定状态的装置，所述状态将允许所述干燥剂材料在随后的吸附循环中从空气流中除去水蒸气；
在所述吸附循环期间冷却所述干燥剂材料以便将所述温度保持在足以使水蒸气从所述空气流中除去的范围内的装置，其中冷却所述干燥剂材料的所述装置是所述流体-空气热交换器，其中冷却通过使冷却流体通过所述流体-空气热交换器来实现；以及
蒸发装置，其包括一定体积的流体，其中蒸发冷却过程包括允许或强制一定体积的干燥空气穿过所述蒸发装置中的所述一定体积的流体的表面区域，由此所述一定体积的干燥空气使得通过蒸发使所述一定体积的流体的温度降低，
其中已经通过所述蒸发冷却过程降低其温度的所述一定体积的流体作为冷却流体供应给所述流体-空气热交换器且用于在所述吸附循环期间冷却所述干燥剂材料。
2.根据权利要求1所述的除湿***，其中，加热所述干燥剂材料的所述装置是所述流体-空气热交换器，其中加热通过使加热流体通过所述流体-空气热交换器来实现。
3.根据权利要求2所述的除湿***，还包括在进入所述流体-空气热交换器的入口处的二通阀，所述二通阀是可操作的以在向所述流体-空气热交换器供应加热流体和向所述流体-空气热交换器供应冷却流体之间切换。
4.根据权利要求2所述的除湿***，其中，所述加热流体和所述冷却流体是来自共同源的流体，该流体在进入所述流体-空气热交换器之前根据所述流体-空气热交换器是在操作吸附循环还是在操作再生循环而被加热或冷却。
5.根据权利要求1所述的除湿***，其中允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的所述装置是一个或更多个风扇。
6.根据权利要求1所述的除湿***，其中，所述流体-空气热交换器呈翅片散热器的形式，所述翅片散热器包括流体流动管和涂布有所述干燥剂材料的相关的加热冷却翅片。
7.根据权利要求1所述的除湿***，其中所述流体-空气热交换器和用于允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的所述装置被布置在管道***中，所述管道***用于将环境空气输送到位置中。
8.根据权利要求7所述的除湿***，其中，所述流体-空气热交换器和用于允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的所述装置形成模块的一部分，所述模块可附接到用于将环境空气输送到所述位置中的管道***。
9.根据权利要求8所述的除湿***，其中所述位置是建筑物内部。
10.根据权利要求7所述的除湿***，其中，允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的所述装置在空气供应模式和空气返回模式下交替地操作，以在所述空气供应模式下允许或强制空气流经过所述流体-空气热交换器到达所述位置，在所述空气返回模式下从所述位置吸出空气流。
11.根据权利要求10所述的除湿***，其中，所返回的空气被供应至所述蒸发冷却过程。
12.根据权利要求7所述的除湿***，还包括：
第二流体-空气热交换器，其与所述流体-空气热交换器并行操作，其中当所述流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，所述第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然，以确保除湿空气连续供应到所述位置；
使所述流体-空气热交换器和所述第二流体-空气热交换器中的每个在吸附循环和再生循环之间切换操作的装置；以及
空气处理装置，其提供：通过在所述再生循环中操作的所述流体-空气热交换器或所述第二流体-空气热交换器的空气不被提供到所述位置，并且通过在所述吸附循环中操作的所述流体-空气热交换器或所述第二流体-空气热交换器的空气被提供到所述位置。
13.根据权利要求1所述的除湿***，其中，所述一定体积的流体被保持在槽中，并且所述一定体积的干燥空气被允许或被强制穿过所述槽中的流体主体的顶表面区域。
14.根据权利要求1所述的除湿***，其中所述一定体积的流体在冷却塔中呈液滴的形式，并且所述一定体积的干燥空气被允许或被强制穿过每个液滴的表面区域。
15.根据权利要求1所述的除湿***，其中所述蒸发冷却过程被用于在进入位置或另外的过程之前冷却和/或再加湿干燥空气。
16.根据权利要求1所述的除湿***，还包括：
第二流体-空气热交换器，其在所述蒸发冷却过程的下游操作，其中当所述流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，所述第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然；
切换所述流体-空气热交换器和所述第二流体-空气热交换器中的每个在吸附循环和再生循环之间操作的装置；
用于对允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的装置的操作模式进行切换的装置，以确保对所述蒸发冷却过程连续供应除湿空气，使得当所述流体-空气热交换器操作吸附循环时，空气流被抽吸穿过所述流体-空气热交换器以向所述蒸发冷却过程提供除湿空气，同时所述第二流体-空气热交换器操作再生循环，并且当所述第二流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，空气流被抽吸穿过所述第二流体-空气热交换器以向所述蒸发冷却过程提供除湿空气，同时所述流体-空气热交换器操作所述再生循环。
17.一种对提供给过程或位置的空气进行除湿的方法，所述方法包括：
在吸附循环期间对用于允许或强制空气流穿过流体-空气热交换器的装置进行操作，所述流体-空气热交换器包括涂布有干燥剂材料的外部空气侧表面，其中流体在一定温度下通过所述流体-空气热交换器，所述温度导致水蒸气通过所述干燥剂材料经由吸附从所述空气流中被除去；
在再生循环期间加热所述干燥剂材料以导致吸附水通过汽化从所述干燥剂材料中除去，从而将所述干燥剂材料再生成一定状态，所述状态将允许所述干燥剂材料在随后的吸附循环中从空气流中除去水蒸气；
在所述吸附循环期间冷却所述干燥剂材料，以便将所述温度保持在足以使水蒸气从所述空气流中除去的范围内，其中冷却所述干燥剂材料包括使冷却流体通过所述流体-空气热交换器；
其中加热所述干燥剂材料包括使加热流体通过所述流体-空气热交换器；
操作在所述过程下游的第二流体-空气热交换器，使得当所述流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，所述第二流体-空气热交换器操作所述再生循环，并且反之亦然；以及
切换允许或强制空气流穿过所述流体-空气热交换器的装置的操作模式，以确保向所述过程连续供应除湿空气，使得当所述流体-空气热交换器操作吸附循环时，空气流被抽吸穿过所述流体-空气热交换器以向所述过程提供除湿空气，同时所述第二流体-空气热交换器操作再生循环，并且当所述第二流体-空气热交换器操作所述吸附循环时，空气流被抽吸穿过所述第二流体-空气热交换器以向所述过程提供除湿空气，同时所述流体-空气热交换器操作再生循环，
其中所述过程包括允许或强制所述除湿空气穿过一定体积的流体的表面区域，由此所述除湿空气使得通过蒸发使所述一定体积的流体的温度降低；并且
将已经通过所述过程降低其温度的所述一定体积的流体作为冷却流体供应给所述流体-空气热交换器或所述第二流体-空气热交换器以在所述吸附循环期间冷却所述干燥剂材料。
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