可变的干燥剂控制能量交换系统和方法
【专利说明】可变的干燥剂控制能量交换系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本发明要求申请日为2013年3月13日，名称为“可变的干燥剂控制能量交换系统和方法(Variable Desiccant Control Energy Exchange System and Method，，的美国专利申请13/801，280的优先权。
【背景技术】
[0003]本发明中的实施例大体涉及用于调节密闭结构中空气的能量交换系统，更具体的，涉及一种用于调节、改变或其它控制能量交换系统中的干燥剂参数的系统和方法。
[0004]密闭结构，例如使用的建筑、工厂等通常包括用于调节室外通风和/或循环空气的供热通风与空气调节(heating/ventilat1n/air condit1ning, HVAC)系统。该HVAC系统通常包括供气流道和排气流道，供气通道接收预调节的空气，例如外部空气或与循环空气混合的外部空气，并将预调节的空气引向和分配至密闭结构，预调节的空气通过HVAC系统调节以提供具有期望的温度和湿度的供应空气，排放至密闭结构中，排气流道将空气排放回结构外部的环境中。没有能量恢复，调节供应空气通常需要大量的附加能量，尤其在具有与所需要的空气温度和湿度非常不同的极端的外部空气环境中。相应地，能量交换或恢复系统用于从排气流道恢复能量。
[0005]传统的能量交换系统可采用位于供气流道和空气返回流道的能量恢复设备(例如，能量轮(energy wheel)和渗透板式交换器(permeable plate exchangers))或热量交换设备(例如，能量轮，板式交换器、热管交换器(heat-pipe exchanger)和循环热交换器(runaround heat exchanger))。液体-空气膜能量交换器(Liquid-to-air membraneenergy exchangers, LAMEEs)可流体连接，使得干燥剂液体在循环回路中的LAMEEs之间流动，与通常使用乙二醇水(aqueous glycol)作为连接流体的循环热交换器相似。
[0006]通常地，传统的HVAC系统的尺寸由具体密闭结构的冷却、加热和通风的最大负荷决定，在一些系统中，向密闭结构中的每个房间供应定量的空气，这样，供给每个房间的空气的温度大体相似。在其它系统中，空气的量可通过阻尼器、供应路径、排气路径等改变。例如，为改变特定房间的温度，可混合从冷却路径和加热路径的输出。
[0007]通常地，虽然已知的系统能够改变独立的、不同的房间、区域或空间的温度，然而湿度通常不能独立控制。可是不同的房间、区域或空间基于潜在的负载(例如，在每个特定区域的人数)可具有不同的湿度水平和/或不同的湿度水平需求。而在已知系统中，当湿度改变，所有房间的湿度通常相应地改变。另外，已知系统可使用相对高的标准的能量以改变温度和/或湿度。进一步的，已知系统通常冷却空气至露点以除湿。这样，为改变湿度水平，供给至房间的空气可低于所期望的温度，并经常需要额外的加热设备来提高所供给的空气的温度。因为使用额外的加热设备，较多的能量用于调节供给至房间的空气。
【发明内容】
[0008]本发明的某些实施例提供一种用于向至少一个密闭结构提供调节的空气的系统。该系统可包括至少一个调节模块，该调节模块包括配置为向至少一个密闭结构提供调节的空气的调节能量交换器。所述调节模块配置为流通干燥剂以调节经过该调节模块的空气，所述调节模块配置为接收加热浓缩干燥剂或冷却稀释干燥剂中的一种或两种以改变流经所述调节模块的干燥剂的温度和/或浓度。优选地，所述调节模块可配置为接收冷却浓缩干燥剂或加热稀释干燥剂中的一种或两种以改变流经所述调节模块的干燥剂的温度和/或浓度。所述调节模块可包括配置为流通干燥剂和调节空气的调节液体-空气膜能量交换器(UVMEE) ο
[0009]所述调节模块可包括加热分接线路和冷却分接线路，所述加热分接线路连接所述调节模块的热交换器至配置为流通加热浓缩干燥剂的加热环路，所述冷却分接线路连接所述热交换器至配置为流通冷却稀释干燥剂的冷却环路。所述调节模块也可或可选择地包括至少一个配置为接收干燥剂的干燥剂混合室、与所述混合室连接的加热分接线路和与所述混合室连接的冷却分接线路。所述干燥剂混合室可配置为从所述加热分接线路接收加热浓缩干燥剂或从所述冷却分接线路接收冷却稀释干燥剂并混合所述干燥剂混合室中的干燥剂。
[0010]所述系统也可包括配置为再生干燥剂的干燥剂再生模块，所述干燥剂再生模块可包括配置为再生干燥剂的再生LAMEE。所述系统也可包括可操作地与所述干燥剂再生模块连接的热源，所述热源配置为通过所述干燥剂再生模块与干燥剂液流交换可感知能量。所述系统也可包括可操作地通过热栗与所述干燥剂再生模块连接的加热模块，所述系统也可包括配置为控制干燥剂温度和浓度改变的控制子系统，所述系统也可包括配置为稀释干燥剂的水源，所述系统也可包括配置为绕过至少一个调节模块旁通气流的旁路管道。
[0011]所述的至少一个调节模块可包括多个调节和/或过滤模块，所述多个调节模块中的每个可操作地与多个密闭结构中的一个连接。再生模块可操作地与所述多个调节模块中的每个连接，干燥剂连接管道可连接所述多个调节模块中的至少一个和所述多个调节模块中的至少另一个。
[0012]所述系统也可包括配置为流通加热浓缩干燥剂的加热环路以及配置为流通冷却稀释干燥剂的冷却环路，热栗可操作地连接在所述加热环路和所述冷却环路之间。
[0013]所述系统也可包括与所述加热环路连接的浓缩干燥剂存储槽，所述浓缩干燥剂存储槽可配置为向所述加热环路提供额外的浓缩干燥剂。
[0014]本发明的某些实施例提供一种向至少一个密闭结构提供调节的空气的方法，所述方法可包括监测密闭结构中的空气的温度、监测密闭结构中的空气的湿度水平、使用至少一个调节模块调节密闭结构中的空气。其中调节操作包括在空气和流经所述调节模块的干燥剂之间交换可感知的和潜在的能量、基于温度监测操作控制干燥剂的温度以及基于湿度监测操作控制干燥剂的浓度。
[0015]所述方法可包括通过与所述调节模块连接的加热环路流通加热浓缩干燥剂，以及通过与所述调节模块连接的冷却环路流通冷却稀释干燥剂。另外，所述方法可包括通过连接在所述加热环路和所述冷却环路之间的热栗在所述加热环路和所述冷却环路之间交换可感知能量。额外的浓缩干燥剂可通过浓缩干燥剂存储槽提供给所述加热环路。
[0016]控制所述浓度的操作可包括将来自所述加热环路的加热浓缩干燥剂和来自所述冷却环路的冷却稀释干燥剂中的一种或两种与所述的至少一个调节模块的混合室中的干燥剂混合。控制所述温度的操作可包括将所述调节模块中的干燥剂与来自所述加热环路的加热浓缩干燥剂或来自所述冷却环路的冷却稀释干燥剂中的一种或两种之间交换可感知會bi。
[0017]所述方法也可包括用干燥剂再生模块再生加热浓缩干燥剂。进一步的，所述方法可包括使用热源加热流体，并在流经所述干燥剂再生模块的干燥剂液流和所述流体之间交换可感知能量。所述方法也可包括可操作地通过热栗连接加热模块和所述干燥剂再生模块。
[0018]所述方法也可包括用来自水源的水稀释干燥剂。进一步的，所述方法可包括绕过所述调节模块旁通气流，所述方法也可包括用干燥剂连接管道连接第一和第二调节模块，并通过所述干燥剂连接管道在所述第一和第二调节模块之间传送干燥剂。
[0019]应该理解的是，所述系统和方法可使用加热浓缩干燥剂、冷却稀释干燥剂、加热稀释干燥剂和/或冷却稀释干燥剂，以及在其中的各种干燥剂。
【附图说明】
[0020]图1为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0021]图2为根据本发明的实施例的液体-空气膜能量交换器的侧面透视图；
[0022]图3为根据本发明的实施例的液体-空气膜能量交换器的能量交换腔中的面板的前视图；
[0023]图4为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0024]图5为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0025]图6为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0026]图7为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0027]图8为根据本发明的实施例的能量交换系统的示意图；
[0028]图9为根据本发明的实施例的密闭结构的示意图；
[0029]图10为根据本发明的实施例的向密闭结构提供调节的空气的方法流程图。
【具体实施方式】
[0030]当结合附图阅读时，上述概要与下面的一些实施例的详细说明一样将会被更好地理解。在此所使用的，用单数描述的元件或步骤以及产生的“一”或“一个”应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非该排除被详细阐明。进一步的，提到的“一个实施例”不应解释为排除也包括所描述的特征的其它实施例的存在。而且除非作相反的明确描述，实例“包括”或“具有”一个元件或多个具有特殊性质的元件可能包括其它不具有该性质的元件。[0031 ] 本发明的实施例提供了控制提供给调节模块的干燥剂参数(比如温度和浓度)的系统和方法，所述调节模块配置为向一个或更多个密封结构提供调节的空气。例如，本发明提供更改、调节、改变、变化或另外的控制提供给调节模块的干燥剂的温度和/或浓度的系统和方法，通过控制提供给调节模块的干燥剂的参数，本发明的实施例能够在一个或多个密闭结构中有效调节温度和湿度水平。
[0032]图1为根据本发明的实施例的能量交换系统100的示意图，系统100配置为部分或全部的调节供应给密闭结构101的空气。系统100可包括与密闭结构101流体连通的调节模块102、干燥剂再生模块104、与调节模块102和干燥剂再生模块104流体连通的加热浓缩干燥剂环路106 ( “加热环路”)、与调节模块102和干燥剂再生模块104流体连通的冷却稀释干燥剂环路108 ( “冷却环路”)、与冷却水环路108流体连通的水供给装置110和控制子系统112。应理解的是，系统100的组件是为清楚和简单画出的，不是按比例画出的。
[0033]调节模块102和干燥剂再生模块104可固定在密闭结构101的不同的部分上，例如，调节模块102和干燥剂再生模块104可安装在密闭结构101的顶部、固定在密闭结构101的外侧、放置在密闭结构101的整体结构(plenums)或者内部的腔室中和/或类似结构。同样的，加热环路106和冷却环路108可包括如固定在密闭结构101的外侧或内侧的密封管道。控制子系统112可位于密闭结构101内，并与调节模块102和干燥剂再生模块104可操作地交互。可选择地，控制子系统112的位置可远离密闭结构101。
[0034]加热环路106可流通所经过的加热浓缩干燥剂。例如，加热环路106中的浓缩干燥剂的温度可为20°C或更高，而冷却环路108中的浓缩干燥剂的温度可小于20°C。另外，加热环路106中的干燥剂浓度可为30%或更高，而冷却环路108中的干燥剂浓度可小于30%。例如，加热环路106中的浓缩干燥剂的温度可在25°C _28°C之间，而干燥剂浓度可在30-50%之间。冷却