[发明专利]改进用于低湿应用的干燥剂除湿装备的性能的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用固体干燥材料去除空气中或其它气体中的湿气的装置。本发明具体涉及热-再激活的干燥剂除湿机，该干燥剂除湿机利用含有固体干燥剂材料的旋转阵列或转轮连续对空气或其它气体除湿。本发明更具体地还涉及热-再激活的干燥剂除湿机，该干燥剂除湿机需要以非常低的湿气含量连续将空气或其它气体输送到一个空间或处理作业，该低含量例如是每磅干空气有0.1克水分(0.0143克水分/千克干空气)或更少。在这些应用场合中，尽可能多的干燥空气通常要从该空间或处理作业经除湿机返流再循环，以尽量减少除湿机上的水分负载。但通常需要一些来自更潮湿的来源的空气例如外部空气或周围设备的空气，以对上述空间或处理作业加压来避免来自更潮湿周边区域的空气漏入上述空间或处理作业中，和/或补偿需为室内人员提供通风空气和/或带走不希望有的蒸汽、烟雾或灰尘而从所述空间或处理作业耗掉的空气。这种加压/补偿空气要被干燥到与除湿机所输送的其余空气相同的非常低的湿度，并且尽管补充空气部分通常占流过除湿机的总空气流的很小比例，但其通常占了除湿机的除湿负载的大部分。在极端情况下，除湿机需要被设计用于应对100%来自更潮湿区域的空气，并仍要在同样极低含水率下将其输送至上述空间或处理作业中。

尽管本申请描述了用于空气除湿的装置和方法，本领域的任何技术人员应该明白，用于除空气以外的其它气体的除湿的相同方法和类似设备都被包含在申请范围之内，该其它气体为例如惰性气体或天然气。

背景技术

在现有技术中，利用固体干燥剂对空气除湿是众所周知的。下文将描述利用干燥剂进行空气除湿的常见技术。

图1示出固体干燥剂除湿机的基本构件。该除湿机包括具有阵列的转动件(常称为轮1)，该阵列包含大量轴向布置的平行小通道，所以多股独立气流能穿过轮1而不会明显交叉混合。该阵列的特征还在于含有粘附到通道壁上或作为所述通道壁的一体部分的大量吸附材料，如硅胶或分子筛或吸收材料如氯化锂。这些吸着性材料通常被称为干燥剂。该通道通常由带有干燥剂的、平面状和波纹状基材的交错层形成。在当前发展状况下，通常干燥阵列重量的80%是活性干燥剂。干燥剂材料具有亲水性，因此能将接触到的空气中的水分去除。所以，潮湿气流在通过阵列时能被除湿。

一段时间后，干燥剂将已含有水。随着干燥剂吸收水分，其亲水能力降低，直到其不再能干燥空气为止，此时干燥剂与流入的湿气流达到相对湿度平衡。干燥剂吸收的水分必须被去除。要做到这一点，干燥剂轮1设有限定多个腔室或通风室的壳体，以使两股独立气流可以经过所述轮1。该壳体配备有邻近轮1表面的气密封以有效避免气流泄漏或交叉混合。该壳体还配备有使轮1持续旋转的机构，从而所述阵列交替暴露在处于壳体的不同区域中的两股气流下，该区域常被称为扇区。气流中的一股是被除湿的空气，常被称为处理空气6。另一股气流被加热10以降低其相对湿度。这被称为再激活或再生气流8。当已加热的再激活气流8通过轮1的再激活扇区3时，其加热10载水干燥剂以使在处理扇区2被吸收的水从干燥剂中蒸发出并被再激活气流9带走。

吸附剂如硅胶和分子筛的平衡相对湿度与吸湿量可以通过控制制造过程的化学性质而适应于各种不同的应用场合。各种不同类型的吸附剂的一般特性已在2009ASHRAE基础手册中有所描述。

图2(摘自ASHRAE基础手册)示出了常用吸附剂的吸湿量与平衡相对湿度曲线的总体形状。这些吸湿量与平衡相对湿度(R.H.)曲线通常称为等温线。对于低相对湿度应用场合，通常使用类型I等温线的干燥剂，因为其能适应于在平衡相对湿度低于10%的条件下有效达到其所有吸附量。所以，类型I吸附剂非常适用于进入除湿机的处理空气处于低相对湿度的应用，但是，该类型吸附剂也有两个缺点：

1.吸附热随着平衡相对湿度的降低而升高，以至于在低的平衡相对湿度下，吸收每单位湿气而排到处理空气6中的热量大幅增加。这通常会增加位于除湿机下游的处理空气调节装置的冷却负载。此外，较高的吸附热导致处理扇区2中媒介的温度较高，降低了其对处理空气6的除湿能力。

2.再激活空气8的相对湿度须降低至将干燥剂中的水分驱出，所以相比于不需要完全干燥的空气7的应用场合所要求的280F或更低温度，再激活空气8须被加热到更高温度，通常在300F到320F范围内。这增加再激活空气8加热所需要的能量，也提高留在再激活扇区3的干媒介的温度。