空調(diào)系統(tǒng)及其使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空調(diào)系統(tǒng)，包括:
干燥器，其包括膜接觸器，所述膜接觸器具有用于氣流的第一通道，以及用于干燥劑流的第二通道，這些通道通過膜隔開；
加濕器，其包括膜接觸器，所述膜接觸器具有用于氣流的第一通道，以及用于水性液體的第二通道，這些通道通過膜隔開；
再生器，其用于重新產(chǎn)生干燥劑流，
其中，在操作時(shí)氣流流經(jīng)位于入口與出口之間的干燥器和加濕器，且其中在操作時(shí)干燥劑流在包括干燥器和再生器的回路中流動(dòng)。
[0002]本發(fā)明還涉及這種空調(diào)系統(tǒng)的使用。
【背景技術(shù)】
[0003]基于在所謂的膜接觸器上進(jìn)行傳質(zhì)傳熱操作的空調(diào)系統(tǒng)在嘗試提高效率方面受到關(guān)注?；旧?，這種系統(tǒng)包括干燥器，加濕器以及再生器。盡管這種操作的理解十分復(fù)雜，但其示意圖看起來非常簡單。事實(shí)上，這種系統(tǒng)為多相和多腔反應(yīng)器，其中發(fā)生傳質(zhì)和傳熱。在干燥劑流中存在其它復(fù)雜的因素:如果干燥劑溶液變的過濃，則會(huì)形成結(jié)晶，這會(huì)減少膜接觸器中的傳質(zhì)，甚至阻塞干燥劑流。然而，系統(tǒng)的有效操作需要干燥劑相對高的濃度。其中另一個(gè)復(fù)雜的因素在于世界不同的地區(qū)需要明顯不同的空氣處理，以獲得被人們所認(rèn)可的所謂舒適區(qū)域。
[0004]空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)例子來自US6887302。該文件建議使用計(jì)量裝置，該計(jì)量裝置用于加入水以增加干燥劑流中的水含量，以及用于其的控制裝置。通過對干燥劑流加入水，可改善膜接觸器的操作，從而可在加濕和脫濕之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而，這個(gè)已知的方法有能量上的不足，因?yàn)楹茈y在需要時(shí)從該干燥劑流中再次去除水分。此外，水分的去除有效地使該干燥劑流變薄，但不會(huì)明顯地快速獲得均勻性。
[0005]空調(diào)系統(tǒng)的另一個(gè)例子來自W02009/094032A1。該在先文件公開了一種模塊設(shè)計(jì)，其中的冷卻流體流，干燥劑流以及氣流集成到單一的多水平模塊中。如圖1所示，氣流(氣流入口)與液體干燥劑流平行流動(dòng)。這相對于逆流設(shè)計(jì)來說減少了整體的傳熱和傳質(zhì)效率。
[0006]空調(diào)系統(tǒng)的另一個(gè)例子來自Dr Manuel Conde-Petit的文章，特別是“利用膜接觸器的用于空調(diào)的打開吸收系統(tǒng)”(Open absorpt1n systems for air-condit1ningusing membrane contactors , 15.Schweizerisches Status-Seminar << Energie- undUmweltforschung im Bauwesen?)，2008年9月11-12蘇黎世，以及對瑞典政府的“利用膜接觸器的用于冷卻以及空調(diào)的打開吸收系統(tǒng)”(Open absorpt1n system for coolingand air condit1ning using membrane contactors, 2006 Annual report)，為了清楚說明，這些出版物分別被稱為2008年報(bào)告和2006年報(bào)告。
[0007]在此，Conde建議使用模塊設(shè)計(jì)。2008年報(bào)告中的圖12和13展示了這樣設(shè)計(jì)、制造以及測試的系統(tǒng)。2008年報(bào)告的圖3展示了更詳細(xì)的圖。從圖12中可以清楚看到，系統(tǒng)具有用于處理氣體的第一氣體入口以及用作再生器中的氣流的第二氣體入口。來自再生器的氣體作為廢氣而被除去。該再生器單元還包括熱交換器，其中氣體的入口相對于流經(jīng)再生器的廢氣來說相對冷卻。稱為ABS或吸收器的干燥器，以及稱為GEN或解吸器的再生器用作氣流，干燥劑流以及水的三流接觸器。2008年的報(bào)告中指出“從一開始，在要建造的產(chǎn)品中有必要設(shè)有連續(xù)的冷卻吸收器以及連續(xù)的加熱解吸器”。
[0008]在2006年的報(bào)道中詳細(xì)地說明了該三流膜接觸器。其從相同或不同尺寸(截面)的五個(gè)結(jié)構(gòu)板建造而來，其中的膜構(gòu)成氣體通道和溶液通道之間的界面。氣流和水流以逆流的方式在平行通道中流動(dòng)。干燥劑流在大致垂直于氣流和水流通道而延伸的通道中流動(dòng)。結(jié)構(gòu)板由聚合物材料制成，并在切成合適尺寸后通過銑削來修整。由于板的壁厚度較小(0.1-0.3 mm)，根據(jù)2006年的報(bào)告，這一工作是精細(xì)的。結(jié)構(gòu)板填充有水，并在導(dǎo)熱金屬板的頂部進(jìn)行冷凍。該冷凍板隨后利用金屬板作為載體來進(jìn)行銑削，精細(xì)的多步驟生產(chǎn)為Conde所使用的模塊的一個(gè)明顯缺陷。因此理想的是獲得具有易于制造的模塊、同時(shí)仍能滿足操作整體過程的需求的改善的空調(diào)系統(tǒng)。事實(shí)上，所述模塊由Conde為最優(yōu)的傳質(zhì)和傳熱而設(shè)計(jì)，如認(rèn)為有必要而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的冷卻或加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的第一目的在于提供一種改善的空調(diào)系統(tǒng)，其具有易于制造、又符合穩(wěn)定和穩(wěn)健操作要求的模塊。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述類型的空調(diào)系統(tǒng)，其可適用于不同的氣候條件，且其操作可進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)現(xiàn)有的氣候條件。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的空調(diào)系統(tǒng)。
[0012]在空調(diào)系統(tǒng)中要獲得的目的包括具有膜接觸器的干燥器，該膜接觸器設(shè)有用于氣流的第一通道以及用于干燥劑流的第二通道，這些通道通過膜來隔開，具有膜接觸器的加濕器，該膜接觸器設(shè)有用于氣流的第一通道以及用于水性液體的第二通道，這些通道通過膜來隔開；以及用于再生成干燥劑流的再生器。在此，在操作中氣流流過入口和出口之間的干燥器以及加濕器，且在操作中干燥劑流在包括干燥器和再生器的回路中流轉(zhuǎn)。此外，干燥器包括熱交換器的以及膜接觸器的串聯(lián)連接，其中熱交換器將來自入口的氣流與來自再生器的干燥劑流連接，且在膜接觸器中熱交換后的氣流和熱交換后的干燥劑流相連接，以用于干燥氣流。優(yōu)選地，氣流和干燥劑流在熱交換器和膜接觸器的至少其中之一內(nèi)相互逆流，這有利于效率。
[0013]這些目的還在用于氣流處理的這種空調(diào)系統(tǒng)的使用中獲得。
[0014]發(fā)明人理解，在沒有使用三流接觸器或類似模塊的情況下可獲得穩(wěn)定的操作，其中該模塊中的冷卻流體、氣流和干燥劑流是一體的。此外，可使用熱交換器和膜接觸器的串聯(lián)連接，它們都具有用于氣流和干燥劑流的通道。氣流在此首先通過具有干燥劑流的熱交換器進(jìn)行加熱。隨后，該氣流利用干燥劑流進(jìn)行去濕。該干燥劑流的進(jìn)一步冷卻具有的優(yōu)點(diǎn)為:該干燥劑流在較低的溫度下具有較低的蒸氣壓，使得它可容易地吸收來自氣流中的水蒸氣。對于該冷卻干燥劑流附近的負(fù)效應(yīng)來說，該氣流被冷卻了。
[0015]本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)在于，該再生模塊不需要與熱交換器或與加濕器模塊的尺寸相同。其優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)這些模塊的表面面積可得到優(yōu)化。此外，也會(huì)出現(xiàn)由于干燥劑流冷卻引起的干燥劑結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。此外，使用不同尺寸的隔離模塊可允許氣候適應(yīng)性。表面的優(yōu)化不僅依賴氣候，還依賴設(shè)計(jì)，例如價(jià)格和熱量可用性，以及空間可用性。干燥器的尺寸一般取決于特定氣候下的輸入氣體的潮濕性。再生器的尺寸例如可為空調(diào)預(yù)期功率的函數(shù)。
[0016]在合適的實(shí)施例中，設(shè)有用于氣流的熱交換器，在該熱交換器中的氣流利用冷卻流體來進(jìn)行冷卻。這種熱交換器的存在導(dǎo)致在調(diào)節(jié)氣流上有進(jìn)一步的多變性。氣流的調(diào)節(jié)一般理解為通過其溫度和濕度軸構(gòu)成的焓濕圖的路徑方式。本發(fā)明的干燥器可進(jìn)行優(yōu)化從而在沒有顯著改變溫度的情況下降低濕度。本發(fā)明的加濕器提供了濕度的增加以及相應(yīng)的溫度下降。該熱交換器在沒有改變濕度的情況下提供了溫度的下降。
[0017]該熱交換器可描述成非直接的蒸發(fā)冷卻器，其中的冷卻流體通過尤其對于水(水蒸氣)來說的大致不可滲透的壁來與氣流隔開。該冷卻流體特別是冷卻液體，尤其是水冷卻液體，以及流體流，如氣體的結(jié)合。該冷卻液體和流體流通過膜來隔開，該膜為水可滲透的。冷卻液體的蒸發(fā)導(dǎo)致該冷卻液體以及鄰近于該冷卻液體的氣流的冷卻。
[0018]最適合地，該氣流熱交換器連接在干燥器和加濕器之間進(jìn)行連接，但可替代地，其可進(jìn)行并聯(lián)連接。在另一個(gè)替代例中，系統(tǒng)中的氣流熱交換器的集成通過可切換閥來設(shè)置，使得其可根據(jù)季節(jié)，以并聯(lián)或串聯(lián)的方式使用。
[0019]在此的另一個(gè)例子中，三個(gè)模塊的干燥器，熱交換器以及加濕器的至少其中之一設(shè)有用于氣流的旁路通道，且可設(shè)置控制器，利用旁路通道或所述模塊的其中之一或兩者來控制氣流。在此處可設(shè)置