[发明专利]用于液态干燥剂空气调节器的热量和质量交换器

说明书

技术领域

本发明涉及热量和质量交换器，并且更具体地，涉及用于从空调空间提取显热和潜热的热量和质量交换器。

背景技术

传统的蒸汽压缩空气调节器通过被维持在露点温度以下的蒸发器表面上的冷凝从空气提取潜热(水蒸汽)。这种传统方法的主要问题在于，潜热去除、除湿由蒸发器温度控制，并且因此不能在独立于恒温器调节的空气温度的情况下被控制。在潜热载荷高的高湿度环境中，湿度对恒温器温度的依赖性导致经调节空气中存在不舒适的、高的相对湿度，由于内壁上的冷凝物和霉菌(mould)的积聚，而对用户的直接舒适性和长期健康产生不利影响。而且，与期望的出口湿气含量相对应地将空气冷却至露点温度的要求或者需要″过加热″和重新加热空气，或者需要在空气高效混合的情况下以低的流量供给空气，从而在整个房间内实现舒适的空气条件；这两种方法在热力学上是无效率的。

干燥剂能够从高于露点的温度下从气流中吸收水蒸汽。可以通过调节被称为″再生″或″解吸″的干燥剂干燥条件从而独立于温度控制吸收率。液态干燥剂具有能够以液态将吸收的湿气运送至空调空间之外的、能够执行再生的″散热器″的优点。这种功能对于今天占据市场主流的分体式空气调节器来说是非常有利的。该发明的目标是提供一种紧凑的、重量轻的并且成本有效的空气-干燥剂-制冷剂混合器，其能够连续地冷却低流量的诸如氯化锂溶液之类的腐蚀性液态干燥剂，产生比现有液态干燥剂蒸汽压缩空气调节(LDVCAC)系统更高的蒸发压力，并且因此在运转循环中产生更高的性能系数(COP)。

US 2122012(Smith)描述了一种空气调节器，其中吸湿性液体(干燥剂)由蒸发制冷剂预先冷却，使得它随后能够从室内气流中吸收水蒸汽。通过冷凝制冷剂释放出来的热量被用于加热液态干燥剂，液态干燥剂随后接着暴露于干燥或″再生″干燥剂的室外气流，将它的浓缩物返回至第一状态。在吸收装置中，干燥剂被分配至多个直立的、大致平行的板的顶部，并且干燥剂以薄膜形式下落，因此将大的表面区域暴露至空气。

各种LDVCAC专利，包括但不限于US 4259849(Griffiths)、US6976365(Drykor)、US7360375(CRF)和来自Advantix、Kathabar和American Genius Corporation的商用系统，遵循在US 2122012中提出的基本方法，其中干燥剂被预先冷却并且被允许在吸收其期间获得显热。在这些系统中，干燥剂流量必须高，以使整个吸收器范围内的干燥剂温度增加最小化。在这种高流量下，气流中的干燥剂液体形成和后续转移需要相当多地过滤已有空气，导致高的压力损失。此外，高的流量需要大的内部热交换器来回收稀释的干燥剂流和浓缩的干燥剂流之间的热量。

虽然前文所述的专利通过利用预先冷却的干燥剂通过隔热质量交换器吸收湿气，但在现有技术中可以发现质量交换器被冷却以便于改善质量转移的各种示例；这种交换器在本文中称为热量和质量交换器(HMX)。

US 5022241(Wilkinson)描述了具有气冷HMX的液态干燥剂空气调节器。预先冷却的过程空气水平低移动通过交替的通道，而经调节空气垂直移动越过下落的液态干燥剂膜。在该发明中，过程空气通过蒸发冷却器中的增湿被切实地冷却。过程空气必须足够干燥以使得通过干燥剂吸收产生的所有热量都能够作为潜热在排出的过程气流中被带走。因此这种系统不适合潮湿气候。

在US 6745826 B2(Lowenstein)、WO 03/019081 A1(Lavemann)和WO10/89315 A2(Krause)中已经提出了用于液态干燥剂系统的水冷式热量和质量交换器。在所有情况中，交换器整体上由具有多个挤出式冷却剂通道的聚合物构成。这些发明具有制造简单、成本低、并且耐腐蚀性干燥剂的优点，但由于材料的疏水特性，需要结构化或带涂层的表面以能够良好的润湿。水由于它在大气压力处的沸点高而与诸如R410a之类的制冷剂相比作为冷却剂是不实际的。因此这种水基冷却系统限于单相使用，单向使用进入冷却剂的最低温度限制到可以通过采用冷却塔或辅助冷却器实现的温度。这种对辅助冷却设备的依赖性使得水对于小型空气调节(AC)系统而言不是最佳的冷却剂。