DE60022747T2

DE60022747T2 - Klimaanlage mit entfeuchter

Info

Publication number: DE60022747T2
Application number: DE60022747T
Authority: DE
Inventors: Mordechai Forkosh; Dan Forkosh; Tomy Forkosh
Original assignee: Drykor Ltd
Current assignee: Drykor Ltd
Priority date: 1999-03-14
Filing date: 2000-02-20
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: MY129517A; MXPA01009334A; EP1169603B1; AU776359B2; ZA200001300B; AU2004214545B2; HK1045558A1; US6494053B1; JP4359398B2; ES2251357T3; WO2000055546A1; CN1213251C; TW457360B; ATE305120T1; EP1169603A1; AU2686500A; DE60022747D1; CN1343292A; NZ514751A; JP2002539413A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Regelsystemen für Umgebungsbedingungen und spezieller das Gebiet von Systemen, die Entfeuchtung und Klimatisierung kombinieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen verringern Klimatisierungssysteme nicht nur die Temperatur der Umgebungsluft, sondern sie entfernen auch wesentliche Mengen von Wasser aus ihr. Dies gilt insbesondere, wenn die Klimaanlage "frische" Luft behandelt, die von außerhalb der kontrollierten Umgebung zugeführt wird. Jedoch ist eine solche kombinierte Klimatisierung/Entfeuchtung im Allgemeinen ineffizient. Weiter, da etwas von der möglichen Kühlverlustleistung der Klimaanlage zur Entfeuchtung verwendet wird, ist die effektive Kühlleistung der Klimaanlage signifikant verringert.
Es ist im Stand der Technik bekannt, für eine Entfeuchtung von Luft zu sorgen, bevor sie gekühlt wird. In einigen Fällen sind die Mechanismen des Entfeuchters und der Klimaanlage nicht als Einheit ausgebildet. In solchen Fällen ist, obwohl es einen Anstieg in der Kühlleistung der Klimaanlage gibt, der Gesamtwirkungsgrad des Systems verhältnismäßig schlecht.
Das US-Patent 4,984,434 beschreibt ein als Einheit ausgebildetes System, bei dem zu kühlende Luft zuerst entfeuchtet wird, indem sie durch einen Entfeuchter vom Trockenmitteltyp hindurchgeschickt wird, bevor sie durch Kontakt mit einem Verdampfer einer Klimaanlage gekühlt wird. Eine Regeneration des Trockenmittels wird ausgeführt, indem das wasserhaltige Trockenmittel über den Kondensator des Klimatisierungssystems geschickt wird.
Dieses System leidet unter einer Anzahl von Beschränkungen. Zuerst entfeuchtet es die gesamte Luft, die gekühlt wird. Da der größte Teil der zum Entfeuchter zugeführten Luft aus dem kontrollierten Raum (und folglich schon ziemlich trocken) ist, entfernt der Entfeuchter nicht viel Wasser aus der Luft und liefert folglich nicht viel Kühlung für den Kondensator. Dies würde einen Gesamtanstieg in der Temperatur des Trockenmittels und eine Verringerung im Wirkungsgrad von sowohl dem Entfeuchter als auch der Klimaanlage hervorrufen. Ein zweites Problem besteht darin, dass ein solches System nicht modular ist, d.h. der Entfeuchter muss als Teil des Systems bereitgestellt werden. Weiter scheint eine Hinzufügung eines Entfeuchters zu einem vorhandenen Klimatisierungssystem und eine Integration des Entfeuchters und der Klimaanlage, um das System dieses Patents zu bilden, unmöglich zu sein.
Ein anderer Typ von Entfeuchtungs-/Klimatisierungssystem ist auch bekannt. Bei diesem Typ von System, wie z.B. in den US-Patenten 5,826,641, 4,180,985 und 5,791,153 beschrieben, wird ein trockenes Trockenmittel in die Luftzufuhr der Klimaanlage platziert, um die zugeführte Luft zu trocknen, bevor sie gekühlt wird. Abwärme (in der Form von Abluft aus dem Kondensator) von der Klimaanlage wird dann mit den Trockenmittel in Kontakt gebracht, das Feuchtigkeit aus der zugeführten Luft absorbiert hat, um das Trockenmittel zu trocknen. Jedoch ist aufgrund der verhältnismäßig niedrigen Temperatur der die Klimaanlage verlassenden Luft der Umfang eines Trocknens, der von dem Trockenmittel verfügbar ist, verhältnismäßig niedrig.
Das oben angegebene US-Patent 4,180,985 beschreibt auch ein System, das Flüssigtrockenmittel als das Trockenmedium für das Entfeuchtungssystem verwendet. Hier verringert gleichfalls die niedrige Temperatur des Abgases von der Klimaanlage im Wesentlichen den Wirkungsgrad des Systems.
Entfeuchter nach dem Stand der Technik auf Grundlage von Trockenmitteln erfordern im Allgemeinen die Bewegung des Trockenmittels von einem ersten Gebiet, in dem es Feuchtigkeit absorbiert, zu einem zweiten Regenerationsgebiet. Im Fall von Festtrockenmitteln wird diese Förderung erzielt, indem das Trockenmittel physisch von einer Entfeuchtungsstation zu einer Regenerationsstation bewegt wird, z.B., indem das Trockenmittel auf einem sich drehenden Rad, einem Band oder dergleichen angebracht wird. Bei Flüssigtrockenmittelsystemen werden im allgemeinen zwei Pumpen bereitgestellt, eine zum Pumpen der Flüssigkeit zur Regenerationsstation und die andere zum Pumpen der Flüssigkeit von der Regenerationsstation zur Entfeuchtungsstation. In einigen Ausführungsformen wird eine einzige Pumpe verwendet, um von einer Station zu der anderen zu pumpen, wobei der Rückfluss schwerkraftgespeist ist.
Der Betrieb von standardmäßigen Klimatisierungssystemen und der Trockenmittelsysteme, die oben beschrieben sind, wird mit Hilfe von 1 veranschaulicht. 1 stellt eine grafische Darstellung von Temperatur gegen absolute Feuchtigkeit dar, bei der die Iso-Enthalpie- und Iso-Relativfeuchtigkeits-Kurven übereinander angeordnet sind. Normale Klimaanlagen arbeiten nach dem Prinzip, die zugeführte Luft zu kühlen, indem sie über Kühlschlangen geschickt wird. Vorausgesetzt, dass sich die Anfangsluftbedingungen bei der mit einem X gekennzeichneten Stelle befinden, wird die Luft zuerst gekühlt (Kurve 1), bis ihre relative Feuchtigkeit 100% beträgt, an welchem Punkt ein weiteres Kühlen mit einer Kondensation von Feuchtigkeit in der Luft verbunden ist. Damit es eine Entfernung von Flüssigkeit aus der Luft gibt, muss sie auf eine Temperatur gekühlt werden, die sich ein gutes Stück unter einer Behaglichkeitszone 4 befindet. Die Luft wird erwärmt, um sie zur Behaglichkeitszone zu bringen, im Allgemeinen, indem sie schon in dem Raum, der gekühlt wird, mit wärmerer Luft gemischt wird. Dieses übermäßige Kühlen, um eine Entfeuchtung zu erzielen, ist unter gewissen Bedingungen eine Hauptursache eines geringen Wirkungsgrads in solchen Systemen.
Normale Entfeuchtersysteme erwärmen die Luft tatsächlich, während sie Luft aus ihr entfernen. Während einer Entfeuchtung (Kurve 2) ändert sich die Enthalpie kaum, da es keine Entfernung von Wärme aus dem System von Luft/Trockenmittel gibt. Dies führt zu einem Temperaturanstieg von sowohl dem Trockenmittel als auch der Luft, die getrocknet wird. Diese Zusatzwärme muss dann durch das Klimatisierungssystem entfernt werden, wobei sein Wirkungsgrad verringert wird.
In allen Entfeuchtersystemen muss mechanische Kraft ausgeübt werden, um das Trockenmittel in mindestens einer Richtung zwischen einem Regenerierabschnitt und einem Entfeuchtungsabschnitt derselben zu fördern. Für Flüssigkeitssysteme werden Pumpen bereitgestellt, um Flüssigkeit zwischen den zwei Abschnitten oder zwischen Reservoiren in den zwei Abschnitten in beide Richtungen zu pumpen. Obwohl ein solches Pumpen notwendig zu sein scheint, um Feuchtigkeit und/oder Trockenmittelionen zwischen den zwei Abschnitten zu fördern, wird die Förderung auch von einer unerwünschten Wärmeübertragung begleitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betrifft eine Kombination von Entfeuchter/Klimaanlage, bei der ein verhältnismäßig geringer Integrationsgrad bereitgestellt wird. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird durch den Kondensator erzeugte Wärme verwendet, um Flüssigkeit aus dem Trockenmittel zu entfernen. Jedoch wird anders als beim obigen angegebenen Stand der Technik der Klimaanlagenkondensator weiterhin durch Außenluft gekühlt. Die erwärmte Luft, die die Klimaanlage verlässt, die Abwärme enthält, wird verwendet, um Feuchtigkeit aus dem Trockenmittel zu entfernen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die erwärmte Luft die alleinige Quelle von Energie zur Regeneration des Trockenmittels ist, wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine Wärmepumpe verwendet, um Energie von verhältnismäßig kaltem Trockenmittel zu übertragen, um das Trockenmittel während einer Regeneration zu erwärmen, zusätzlich zu der Wärme, die vom Abgas des Klimatisierungsteils des Systems zugeführt wird. Dies führt zu einem System, bei dem die Klimalage die Luft nicht überkühlen muss, um Feuchtigkeit zu entfernen, und der Entfeuchter erwärmt die Luft nicht, um Feuchtigkeit zu entfernen. Dies steht im Gegensatz zu Systemen nach dem Stand der Technik, bei denen einer oder der andere von diesen ineffizienten Schritten ausgeführt werden muss.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird eine Kombination von Entfeuchter/Klimaanlage verwendet, bei der nur "frische" unbehan delte Luft einer Entfeuchtung unterzogen wird, bevor sie durch die Klimaanlage gekühlt wird. Dies ermöglicht, dass sowohl der Entfeuchter als auch die Klimaanlage mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, da der Entfeuchter nur auf "frische" Nassluft einwirkt, und die Klimaanlage nur verhältnismäßig trockene Luft kühlt.
Folglich ist in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die Menge an durch die Klimaanlage erzeugter Abwärme verhältnismäßig hoch, und die Wärmeerfordernisse des Entfeuchters sind verhältnismäßig niedrig, da ein Hauptteil der Wärme zur Regeneration durch die Wärmepumpe geliefert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein einfaches Verfahren zur Integration einer Klimaanlage und eines Entfeuchters bereitgestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Klimaanlage und der Entfeuchter separate Einheiten ohne Leitungskanäle für Luft, die die Einheiten verbinden. Jedoch liefert anders als nicht als Einheit ausgebildete Einheiten nach dem Stand der Technik die vorliegende Erfindung Vorteile einer Verwendung von Abwärme aus der Klimaanlage, um Regenerationsenergie für den Entfeuchter zu liefern.
Gemäß einem Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird im stationären Zustand Feuchtigkeit vom Entfeuchterteil eines Systems zum Regenerator gefördert, ohne dass die Notwendigkeit einer Förderung von Flüssigkeit vom Regenerator zurück zum Entfeuchter besteht.
Im Allgemeinen muss in Flüssigentfeuchtersystemen Feuchtigkeit vom Entfeuchterabschnitt zum Regeneratorabschnitt gefördert werden. Da die Feuchtigkeit in der Form eines feuchtigkeitsreichen (geringe Konzentration) Trockenmittels vorliegt, wird dies ausgeführt, indem das Trockenmittel gepumpt oder sonst gefördert wird. Da das Trockenmittel auch Trockenmittelionen enthält, müssen diese zum Entfeuchter rückgeführt werden, um das Trockenmittelionenniveau aufrechtzuerhalten, das zur Entfeuchtung erforderlich ist. Dies wird im Allgemeinen erzielt, indem Hochkonzentrationstrockenmittel vom Regenerator- zum Entfeuchterabschnitt gepumpt wird. Jedoch wird zusätzlich zum Pumpen von Ionen Feuchtigkeit ebenfalls gefördert. Während die Zusatzenergie, die zum Pumpen verwendet wird, signifikant oder nicht signifikant sein kann, ist die unbeabsichtigte Wärmeübertragung, die beim Pumpen der Feuchtigkeit zurück zum Entfeuchter mit inbegriffen ist, bei Verringerung des Wirkungsgrads des Systems signifikant.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Reservoire in dem Entfeuchter- und Regeneratorabschnitt mit einem Durchgangsweg verbunden, der nur begrenzten Fluss ermöglicht. Vorzugsweise nimmt der Durchgangsweg die Form einer Öffnung in einer Wand an, die den zwei Reservoiren gemeinsam ist.
Während eines Betriebs erhöht die Absorption von Feuchtigkeit im Entfeuchtungssbschnitt das Volumen im Entfeuchterreservoir, was zum Fluss durch Schwerkraft von feuchtigkeitsreichem (niedrige Konzentration) Trockenmittel vom Entfeuchterreservoir zum Regeneratorreservoir führt. Dieser Fluss führt auch einen Fluss von Trockenmittelionen mit sich, der zum Entfeuchterabschnitt rückgeführt werden muss. Wie oben angezeigt, wird dies im Stand der Technik erzielt, indem ionenreiche Trockenmittellösung vom Regenerator- zum Entfeuchterabschnitt gepumpt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rückfluss von Ionen durch Diffusion von Ionen über eine Öffnung vom Hochkonzentrationsregeneratorreservoir zum Niedrigkonzentrationsreservoir erzielt. Die Erfinder haben gefunden, dass überraschenderweise Diffusion ausreicht, um eine erforderliche Konzentration von Ionen im Entfeuchterabschnitt aufrechtzuerhalten und dass der Rückfluss nicht mit einer unerwünschten Wärmeübertragung verbunden ist, die mit der Förderung von (heißer) Feuchtigkeit zusammen mit den Ionen verbunden ist, wie im Stand der Technik.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden keine Pumpen verwendet, um Trockenmittel in beide Richtungen zwischen den Reservoiren oder zwischen dem Entfeuchterabschnitt und dem Regenerator zu fördern.
Es wird folglich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Klimatisierungs- und Entfeuchtersystem zum Steuern der Umgebung eines kontrollierten Bereichs gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14 und davon abhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren beschrieben, wobei identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, vorzugsweise mit derselben oder gleichen Ziffer in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, beschriftet sind.
1 stellt Kühl- und Entfeuchtungskurven für herkömmliche Klimatisierungs- und Entfeuchtungssysteme dar;
2 stellt schematisch eine Entfeuchtereinheit dar, die in einem kombinierten Entfeuchtungs-/Klimatisierungssystem verwendbar ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 stellt schematisch eine zweite Entfeuchtereinheit dar, die in einem kombinierten Entfeuchtungs-/Klimatisierungssystem verwendbar ist, gemäß einer aternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 stellt schematisch ein Entfeuchtereinheitssystem dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das auch in Entfeuchtungs-/Klimatisierungssystemen verwendbar ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 stellt die Entfeuchtungskurven für die Systeme, die in Bezug zu den 2, 4 beschrieben sind, zusammen mit denjenigen für herkömmliche Klimatisierungs- und Entfeuchtungssysteme dar; und
6 ist eine schematische grafische Darstellung eines kombinierten Entfeuchter/Klimaanlage-Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Entfeuchter, die in den PCT-Anmeldungen PCT/IL97/00372, eingereicht am 16.
November 1997, und PCT/IL98/00552, eingereicht am 11. November 1998, des Erfinders beschrieben sind, deren Offenbarungen hierin durch Bezug aufgenommen sind, als Entfeuchter 42 verwendet. Diese Anmeldungen wurden am 27. Mai 1999 als WO99/26025 bzw. WO099/26026 veröffentlicht. Sie wurden nach der Einreichung der Anmeldung veröffentlicht, wovon die vorliegende Anmeldung Priorität beansprucht, und wurden durch Bezug darin aufgenommen. Im Hinblick auf die Nützlichkeit dieser Entfeuchter in der vorliegenden Erfindung sind die darin beschriebenen Entfeuchter in Einzelheit hierin beschrieben.
Mit Bezug zuerst auf 2 umfasst ein Entfeuchtungssystem 10, wie in den obigen angegebenen Anmeldungen beschrieben, als seine zwei Hauptabschnitte eine Entfeuchtungskammer 12 und eine Regeneratoreinheit 32. Der größte Teil der Luft tritt in die Entfeuchtungskammer 12 über einen Feuchtlufteinlass 14 ein und getrocknete Luft verlässt die Kammer 12 über einen Trockenluftauslass 16.
Vorzugsweise wird Trockenmittel 28 durch eine Pumpe 20 von einem Trockenmittelreservoir 30 über ein Leitungsrohr 13 zu einer Reihe von Düsen 22 gepumpt. Diese Düsen sprengen einen feinen Sprühregen des Trockenmittels in das Innere der Kammer 12, die vorzugsweise mit einem Zelluloseschwammmaterial 24 gefüllt ist, wie es im Allgemeinen im Stand der Technik für solche Zwecke verwendet wird. Bevorzugter wird das Trockenmittel einfach auf das Schwammmaterial aufgetröpfelt. Das Trockenmittel perkoliert langsam abwärts durch das Schwammmaterial in das Reservoir 30. Der größte Teil von Luft, die über den Einlass 14 in die Kammer eintritt, kommt mit den Trockenmitteltröpfchen in Kontakt. Da das Trockenmittel hygroskopisch ist, absorbiert es Wasserdampf aus der feuchten Luft, und es wird trocknere Luft durch den Auslass 16 ausgestoßen. Vorzugsweise ist das Reservoir 30 unten an der Kammer 12 angeordnet, so dass das Trockenmittel vom Schwamm 24 direkt in das Reservoir fällt.
In dieser Ausführungsform pumpen eine Pumpe 35 und ein zugeordneter Motor 37 Trockenmittel von einem Fortsatz des Reservoirs 30 in das Leitungsrohr 13. Ein Teiler 38 empfängt Trockenmittel vom Leitungsrohr 13 und sendet einen Teil des Trockenmittels zu den Düsen 22 und einen Teil zur Regeneratoreinheit 32. Ein Ventil oder eine Drosselstelle 39 (vorzugsweise ein steuerbares Ventil oder eine Drosselstelle) können vorgesehen sein, um den Anteil des Trockenmittels zu steuern, das dem Regenerator 32 zugeführt wird. Wenn ein steuerbares Ventil oder Drosselstelle verwendet wird, wird die Menge von Trockenmittel vorzugsweise ansprechend auf die Menge von Feuchtigkeit im Trockenmittel gesteuert.
Eine Kammer 34 umfasst einen Wärmetauscher 36, der das Trockenmittel erwärmt, um einen Teil des Wasserdampfs, den es absorbiert hat, zu vertreiben, wodurch es regeneriert wird.
Regeneriertes Flüssigtrockenmittel wird über ein Leitungsrohr 40 und ein Rohr 42 von Schwammmaterial, wie z.B. dasjenige, das die Kammer 12 füllt, zurück zum Reservoir 30 gefördert. Das Rohr 40 ist vorzugsweise in einer Kammer 58 enthalten, die einen Einlass 60 und einen Auslass 62 aufweist. Luft, im Allgemeinen von außerhalb des Bereichs, in dem die Luft modifiziert wird, z.B. von einem Klimatisierungsabgas, wie unten beschrieben, tritt in die Kammer über den Einlass 60 ein und führt zusätzliche Feuchtigkeit ab, die von dem noch heißen Trockenmittel im Rohr 42 verdampft wird. Die beim Auslass 62 austretende Luft führt diese Feuchtigkeit ab und auch Feuchtigkeit, die vom Trockenmittel im Regenerator entfernt wurde. Vorzugsweise saugt ein Gebläse (nicht dargestellt) am Ausgang 62 Luft aus der Kammer 58.
Alternativ oder zusätzlich wird Wärme vom regenerierten Flüssigtrockenmittel zum eintretenden Trockenmittel oder in den Regenerator übertragen, indem die zwei Trockenmittelströme in einer Wärmeübertragungsstation (nicht dargestellt) in thermischen (aber nicht physischen) Kontakt gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Wärmepumpe verwendet werden, um zusätzliche Energie vom kühleren Trockenmittel, das den Regenerator verlässt, zum heißeren Trockenmittel, das in den Regenerator eintritt, zu übertragen, so dass das Trockenmittel, das zum Reservoir zurückkehrt, tatsächlich kühler als das Trockenmittel ist, das in die Kammer 58 eintritt.
Vorzugsweise ist ein Wärmepumpensystem 44 vorgesehen, das Wärme aus dem Trockenmittel im Reservoir 30 gewinnt, um Energie zum Wärmetauscher 36 zu liefern. Vorzugsweise umfasst diese Wärmepumpe (zusätzlich zum Austauscher 36, der der Kondensator des Systems ist) einen zweiten Wärmetauscher 46 im Reservoir 30, der der Verdampfer des Systems ist, und ein Entspannungsventil 56. Diese Übertragung von Energie führt zu einer verringerten Temperatur des Trockenmittels, das mit der Luft, die getrocknet wird, in Kontakt kommt, wodurch die Temperatur der getrockneten Luft verringert wird. Zweitens verringert diese Übertragung von Energie das Gesamtenergieerfordernis zum Betrieb des Regenerators im Allgemeinen bis zu einem Faktor von 3. Da die Energie, die durch den Regenerationsprozess verwendet wird, das Hauptenergieerfordernis für das System ist, kann diese Verringerung in einer Energieverwendung einen größeren Effekt auf den Gesamtwirkungsgrad des Systems aufweisen. Zusätzlich kann dieses Verfahren zum Erwärmen des Trockenmittels im Regenerator durch direkte Erwärmung unter Verwendung einer Heizwicklung oder von Abwärme von der zugeordneten Klimaanlage ergänzt werden.
Es sollte ersichtlich sein, dass der Anteil von Wasserdampf im Trockenmittel im Reservoir 30 und im regenerierten Trockenmittel im Allgemeinen innerhalb gewisser Grenzen sein muss, welche Grenzen von dem speziellen Trockenmittel abhängen, das verwendet wird. Eine untere Grenze für das erforderliche Feuchtigkeitsniveau ist dasjenige, das benötigt wird, um das Trockenmittel zu lösen, so dass das Trockenmittel in Lösung ist und nicht kristallisiert. Jedoch, wenn das Feuchtigkeitsniveau zu hoch ist, wird das Trockenmittel beim Entfernen von Feuchtigkeit aus der Luft, die in die Kammer 12 eintritt, ineffizient. Folglich ist es vorzuziehen, dass das Feuchtigkeitsniveau überwacht und gesteuert wird. Es sollte angemerkt werden, dass einige Trockenmittel selbst in der Abwesenheit von absorbierter Feuchtigkeit flüssig sind. Das Feuchtigkeitsniveau in diesen Trockenmitteln braucht nicht so genau gesteuert zu werden. Jedoch sollte selbst in diesen Fällen der Regenerationsprozess (der Energie verbraucht) nur ausgeführt werden, wenn sich das Feuchtigkeitsniveau im Trockenmittel über einem gewissen Niveau befindet.
Diese Überwachungsfunktion wird im Allgemeinen durch Messung des Trockenmittelvolumens ausgeführt, das mit zunehmender Feuchtigkeit ansteigt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Messen des Volumens von Flüssigkeit im Reservoir erfolgt durch Messung des Drucks in einem um 180 Grad gedrehten Behälter 50, dessen Öffnung in der Flüssigkeit im Reservoir platziert ist. Ein Rohr 52 führt vom Behälter 50 zu einem Druckmessgerät 54. Wenn das Trockenmittelvolumen von der Absorption von Feuchtigkeit ansteigt, steigt der Druck, der durch das Messgerät 52 gemessen wird, an. Da das Trockenmittelvolumen in der Entfeuchterkammer und im Regenerator ziemlich konstant ist, ergibt dies eine gute Anzeige der Menge von Trockenmittel und folglich der Menge von Feuchtigkeit, die im Trockenmittel mitgeführt wird. Wenn das Feuchtigkeitsniveau über einen voreingestellten Wert ansteigt, wird die Wärme in der Kammer 34 eingeschaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, wenn das Feuchtigkeitsniveau unter einen gewissen anderen unteren voreingestellten Wert fällt, der Heizer ausgeschaltet.
Andere Faktoren, die die Einschalt- und Ausschaltpunkte des Regenerationsprozesses beeinflussen können, sind die Temperatur der trockenen Luft, der Regenerationswirkungsgrad und der Wärmepumpenwirkungsgrad. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann es ratsam sein, für ein gewisses direktes Erwärmen von Trockenmittel im Regenerationsprozess zu sorgen.
In anderen Ausführungsformen werden Wärmepumpen oder andere Wärmeübertragungseinrichtungen (zwecks Einfachheit nicht dargestellt) bereitgestellt, um Wärme von der getrockneten Luft, die aus der Kammer 12 austritt, und/oder von der erwärmten feuchten Luft, die die Regeneratorkammer 34 verlässt, zu über tragen, um das Trockenmittel auf seinem Weg zu der oder in die Kammer 34 zu erwärmen. Wenn Wärmepumpen verwendet werden, kann die Quelle der Wärme bei einer Temperatur liegen, die niedriger als die des Trockenmittels ist, zu dem sie übertragen wird.
Es sollte ersichtlich sein, dass ein Kühlen des Trockenmittels im Reservoir zu getrockneter Luft führen kann, die den Entfeuchter verlässt, die dieselbe oder vorzugsweise eine niedrigere Temperatur aufweist, als die feuchte Luft, die in den Entfeuchter eintritt, selbst vor jeglichem zusätzlichem fakultativem Kühlen der trockenen Luft. Dieses Merkmal ist besonders nützlich, wo der Entfeuchter in heißen Gegenden verwendet wird, in denen die Umgebungstemperatur schon hoch ist.
Wie oben angezeigt, ist eines der Probleme mit Entfeuchtersystemen das Problem eines Bestimmens der Menge von Wasser in der Trockenmittellösung, so dass der Entfeuchterlösungswassergehalt in einem zweckmäßigen Bereich gehalten werden kann.
Ein selbstregelnder Entfeuchter 100, der in Bezug zum Wassergehalt der Trockenmittellösung selbstregelnd ist und folglich keinerlei Messung des Volumens oder Wassergehalts der Trockenmittellösung benötigt, ist in 3 dargestellt. Weiter arbeitet der Entfeuchter, bis eine vorbestimmte Feuchtigkeit erreicht ist, und hört dann auf, die Feuchtigkeit zu verringern, ohne jegliche Steuerungen oder Unterbrechungen.
Der Entfeuchter 100 gleicht dem Entfeuchter 10 von 1, mit mehreren signifikanten Unterschieden. Zuerst erfordert das System keinerlei Messung des Wassergehalts und weist folglich kein Volumenmaß für das Trockenmittel auf. Jedoch kann eine solche Messung als eine Sicherheitsmaßnahme bereitgestellt werden, wenn die Lösung zu konzentriert wird.
Zweitens überträgt die Wärmepumpe Wärme zwischen zwei Strömen von Trockenmittellösung, die vom Reservoir 30 (das bequemerweise in zwei Teile 30A und 30B, die durch Leitungsrohre 30C verbunden sind, geteilt ist) gefördert werden, d.h. einem ersten Strom, der zu den Düsen 22 durch ein Pumpensystem 130 über einen Leitungskanal 102 gepumpt wird, und einem zweiten Strom, der durch ein Pumpensystem 132 über einen Leitungskanal 104 zu einer Regeneratoreinheit 32 gepumpt wird.
Vorzugsweise sind die Leitungsrohre 30C (einschließlich der dargestellten Umgehungsleitungsrohre) so konstruiert, dass ihre Hauptwirkung darin besteht, ein gemeinsames Niveau der Lösung in den Teilen 30A und 30B zu erzeugen. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass die zwei Reservoirteile unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Dies führt notwendigerweise zu unterschiedlichen Konzentrationen von Trockenmittel. Jedoch wird es als allgemein wünschenswert erachtet, für ein wenig Mischen zwischen den Abschnitten zu sorgen, indem über die dargestellten Umgehungsleitungsrohre ein wenig gepumpt wird, um Feuchtigkeit von einem Teil zum anderen zu fördern. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Temperaturunterschied von 5°C oder mehr aufrechterhalten, bevorzugter 10°C oder mehr und am bevorzugtesten 15°C oder selbst mehr. Folglich befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Reservoirteil 30A bei einer Temperatur von 30°C oder mehr, und der Reservoirteil 30B befindet sich bei einer Temperatur von 15°C oder weniger.
In 3 ist eine unterschiedliche Konstruktion für die Regeneratoreinheit 32 dargestellt, die derjenigen des Entfeuchterabschnitts ähnelt. Weiter weist in 3 kein Abschnitt ein Zelluloseschwammmaterial auf. Ein solches Material kann zu der Ausführungsform von 3 hinzugefügt werden oder kann von der Ausführungsform von 2 weggelassen werden und durch den Spritzmechanismus von 3 ersetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die entweder auf 2 oder 3 anwendbar ist, werden Spritzdüsen nicht verwendet. Vielmehr werden die Spritzdüsen durch ein Tropfkörpersystem ersetzt, von dem Flüssigkeit auf den Zelluloseschwamm auf getröpfelt wird, um den Schwamm fortlaufend anzufeuchten. Solche Systeme sind z.B. in der oben angegebenen PCT/IL98/00552 dargestellt.
Indem man zu 3 zurückkehrt, gewinnt ein Wärmepumpensystem 44 Wärme aus der Trockenmittellösung im Leitungskanal 102 und überträgt sie auf das Trockenmittel im Leitungskanal 104. Das Wärmepumpensystem 44 enthält vorzugsweise zusätzlich zu den Komponenten, die in der Ausführungsform von 2 enthalten sind, einen fakultativen Wärmetauscher 136, um etwas von der Wärme vom Kältemittel, das den Wärmetauscher 104 verlässt, zur Regenerierluft zu übertragen. Vorzugsweise wird der Kompressor auch durch die Regenerierluft gekühlt. Jedoch, wenn die Luft sehr heiß ist, kann zusätzliche Luft, die im Regenerator nicht verwendet wird, zum Kühlen des Kompressors und des Kältemittels verwendet werden. Alternativ wird nur solche Luft für ein solches Kühlen verwendet.
Das resultierende Erwärmen der in den Regenerator eintretenden Luft erhöht die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit aus dem Trockenmittel zu entfernen. Die Wärmepumpe 44 wird so eingestellt, dass sie eine feste Wärmemenge fördert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Feuchtigkeitssollwert durch Steuern der Wärmemenge bestimmt, die zwischen den zwei Strömen gefördert wird.
Man erwäge das System, das in 3 dargestellt ist, wobei die Luft in die Entfeuchterkammer 12 bei 30 Grad C und 100% Feuchtigkeit eintritt. Man nehme ferner an, dass die Flüssigkeitsmenge, die aus der Luft entfernt wird, ihre Feuchtigkeit auf 35% verringert, ohne dass die Temperatur verringert wird. In dieser Situation würde die Wärmemenge, die zwischen den Strömen von Trocken mittellösung gefördert wird, gleich der Verdampfungswärme des aus der Luft entfernten Wassers sein, so dass die Temperatur der Trockenmittellösung, die von der Kammer 12 in das Reservoir 20 fällt, bei derselben Temperatur wie von derjenigen ist, die in sie eintritt, außer dass sie eine gewisse Feuchtigkeitsmenge aus der Luft absorbiert hat.
Man nehme ferner an, dass der Regenerator so eingerichtet ist, dass er bei dieser selben Temperatur und Feuchtigkeit dieselbe Wassermenge aus der Trockenmittellösung entfernt. Dies kann eine Wärmezufuhr (zusätzlich zu der Wärme, die von der Wärmepumpe verfügbar ist) erfordern.
Man nehme weiter an, dass die in die Entfeuchterkammer eintretende Luft eine geringere Feuchtigkeit, z.B. 80%, aufweist. Für diese Feuchtigkeit wird weniger Flüssigkeit entfernt (da der Wirkungsgrad einer Wasserentfernung von der Feuchtigkeit abhängt), und folglich geht die Temperatur der Trockenmittellösung, die die Entfeuchterkammer verlässt, ebenfalls zurück. Jedoch, da weniger Wasser in die Trockenmittellösung von der Entfeuchterkammer eintritt, geht die aus der Lösung im Regenerator entfernte Wassermenge auch zurück. Dies führt zu einem neuen Gleichgewicht, wobei weniger Wasser entfernt ist und sich die Trockenmittellösung bei einer niedrigeren Temperatur befindet. Ein Trockenmittel von niedrigerer Temperatur führt zu einer kühleren Luft. Folglich ist die Temperatur der austretenden Luft auch verringert. Jedoch bleibt die relative Feuchtigkeit im Wesentlichen dieselbe. Es sollte ersichtlich sein, dass eine Temperaturverringerung von zugeführter Luft im Wesentlichen dieselbe Wirkung aufweist.
Im Allgemeinen ist das System selbstregelnd, wobei der Entfeuchtungsvorgang bei einem gewissen Feuchtigkeitniveau unterbrochen wird. Das Feuchtigkeitsniveau, bei dem dies stattfindet, hängt von dem Vermögen der Lösung, die von den Düsen 22 verspritzt wird, Feuchtigkeit zu absorbieren, und der Fähigkeit der Lösung und von dem Vermögen der Lösung, die von den Düsen 22' verspritzt wird, Feuchtigkeit freizusetzen, ab.
Im Allgemeinen wird, wenn die Luft am Einlass 14 weniger feucht (relative Feuchtigkeit) wird, der Entfeuchter weniger fähig, Feuchtigkeit aus ihr zu entfernen. Folglich wird die Lösung bei jedem Durchlauf durch den Leitungskanal 102 gekühlt, und der Prozentsatz von Trockenmittel in der Lösung in 30B erreicht ein gewisses Niveau. Ähnlich, wenn weniger Feuchtigkeit aus der Luft entfernt wird, wird die Lösung in 30A konzentrierter, und weniger Feuchtigkeit wird aus ihr entfernt (alles was geschieht, ist, dass sie erwärmt wird. Bei einem gewissen Punkt halten sowohl eine Entfernung als auch Absorption von Feuchtigkeit durch die Lösung an, da die respektiven Lösungen, die in die Entfeuchter- und Regeneratorkammer eintreten, im dynamischen Gleichgewicht mit der Luft sind, zu der oder von der Feuchtigkeit normalerweise gefördert wird.
Es sollte ersichtlich sein, dass dieser Feuchtigkeitspunkt durch Ändern der Wärmemenge, die zwischen den Lösungen in den Leitungskanälen 102 und 104 gefördert wird, eingestellt werden kann. Wenn eine größere Wärme übertragen wird, ist das Trockenmittel in der Entfeuchtungskammer kühler, und das Trockenmittel in der Regenerationskammer ist heißer. Dies verbessert die Feuchtigkeitsförderfähigkeit von sowohl der Entfeuchtumgskammer als auch dem Regenerator, und der Feuchtigkeitsgleichgewichtspunkt wird verringert. Für weniger von der Entfeuchterseite zur Regeneratorseite gepumpte Wärme ergibt sich eine höhere Feuchtigkeit. Zusätzlich hängt der Sollwert etwas von der relativen Feuchtigkeit der in den Regenerator eintretenden Luft ab.
4 stellt einen anderen Entfeuchter 200 dar, bei dem kein Pumpen von Trockenmittel erforderlich ist. Außer wie unten beschrieben, ähnelt er im Allgemeinen dem Entfeuchter von 3, außer dass es kein Pumpen der Trockenmittelflüssigkeit zwischen den Sümpfen 30A und 30B gibt. (4 weist ein etwas unterschiedliches Layout gegenüber demjenigen von 3 auf.) Die Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass eine geeignet geformte und dimensionierte Öffnung, wie z.B. eine Öffnung 202, die die zwei Sümpfe verbindet, eine geeignete Weise liefert, um eine erforderliche Förderung zwischen den zwei Sümpfen bereitzustellen.
Im Allgemeinen akkumuliert in einem Flüssigtrockenmittelsystem, wie z.B. demjenigen der 3 oder 4, der Sumpf 30B (der Sumpf der Entfeuchtungskammer 12) zusätzliche Feuchtigkeit mehr als der Sumpf 30A (der Sumpf des Regenerators 32). Diese zusätzliche Feuchtigkeit muss zum Sumpf 30A oder direkt zum Regenerator gefördert werden, um die Feuchtigkeit aus dem Trockenmittel zu entfernen. Zusätzlich ist die Konzentration des Trockenmittels im Sumpf 30B viel geringer als diejenige im Sumpf 30A, und der Anteil an Trockenmittel im Sumpf 30A muss fortwährend erhöht werden, so dass der Wirkungsgrad und das Trockenvermögen einer Regeneration hoch gehalten werden.
Eine Weise, um mit diesem Problem fertig zu werden, besteht darin, einen einzigen Sumpf zu verwenden, wie in dem Gerät von 2. Jedoch führt dies zu im Wesentlichen derselben Temperatur für die Trockenmittel, die von einer Entfeuchtung verwendet werden, und denjenigen, die regeneriert werden. Dies führt zu einem Verlust an Wirkungsgrad.
Im Entfeuchter von 3 werden die Sümpfe separat gehalten und Pumpen werden verwendet, um die Flüssigkeit von einem Sumpf zu dem anderen zu pumpen. Dies ermöglicht, dass ein Temperaturunterschied zwischen den Sümpfen und folglich zwischen dem Regenerator- und den Entfeuchtungsabschnitt aufrechterhalten wird. Wie oben angezeigt, ist das Rohr 30C so konstruiert, dass nur eine minimale Flüssigkeitsförderung zwischen den Sümpfen stattfindet, wobei ein verhältnismäßig hoher Temperaturunterschied bewahrt wird.
Jedoch ist die Förderung von Flüssigkeit in 3 ineffizient, da Trockenmittel unvermeidlich vom Entfeuchtungsabschnitt zum Regenerator gefördert wird, und Feuchtigkeit zum Entfeuchtungsabschnitt vom Regenerator gefördert wird. Zusätzlich, um den Temperaturunterschied zu bewahren, wird ein unerwünschtes Gleichgewicht von Feuchtigkeit und Trockenmitteln in den Sümpfen auch bewahrt, selbst wenn es durch das Pumpen verringert wird. (Die Trockenmittelkonzentration ist im Regeneratorsumpf höher als im Sumpf des Entfeuchterabschnitts.) Diese beiden Effekte führen zu verringertem Wirkungsgrad von beiden Abschnitten des Entfeuchters.
Die Vorrichtung von 4 löst dieses Problem, indem die Trockenmittel und Salze durch Diffusion zwischen den Flüssigkeiten in den Sümpfen gefördert werden, statt dass Trockenmittellösung zwischen den Sümpfen gepumpt wird. Folglich werden auf einer Nettobasis nur Trockenmittellsalzionen vom Regeneratorsumpf zu den Pumpen gefördert, und es wird auf einer Nettobasis nur Feuchtigkeit vom Entfeuchtersumpf zum Regeneratorsumpf gefördert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Öffnung 202 zwischen den Sümpfen 30A und 30B bereitgestellt. Die Größe und Positionierung dieser Öffnung wird so gewählt, dass eine Förderung von Ionen von Wasser und Lösungsmittesalz zwischen den Sümpfen ohne einen unerwünschten Betrag an Wärmeübertragung insbesondere vom heißeren zum kühleren Reservoir geliefert wird. In der Praxis kann die Größe der Öffnung erhöht werden, so dass bei voller Entfeuchtung der Fluss von Wärme zwischen den Sümpfen bei einem akzeptablen Niveau liegt. Wenn das Loch zu groß ist, scheint es einen Wärmefluss vom heißeren Regeneratorreservoir zum kühleren Entfeuchterreservoir zu geben. Ein unerwünschter Wärmefluss kann bestimmt werden, indem die Temperatur in der Nähe des Lochs gemessen wird und sie mit der Temperatur in der Masse der Lösung im Sumpf verglichen wird. Wenn das Loch zu groß ist, gibt es im Allgemeinen einen signifikanten thermischen Fluss vom Sumpf 30B zum Sumpf 30A. Wenn die Lochgröße zu sehr verringert wird, wird die Förderung von Ionen verringert und der Gesamtwirkungsgrad wird verringert.
Es sollte ersichtlich sein, dass die Ausführungsform von 4 vorzugsweise Temperaturunterschiede von der gleichen Größenordnung wie (oder selbst größer als) diejenige von 3 liefert.
Während die Größe vorzugsweise empirisch bestimmt wird, wie oben beschrieben, ist in einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden, experimentellen System die Öffnung rechteckig mit gerundeten Ecken mit einer Breite von 1–3 cm (vorzugsweise etwa 2 cm) und einer Höhe von 1–10 cm, abhängig vom Vermögen des Systems. Vorzugsweise ist das Loch unten am Trenneinsatz zwischen den Reservoiren platziert, um einen Vorteil aus der höheren Salzkonzentration im Regeneratorreservoir am Boden des Reservoirs zu ziehen. Die zusätzliche Höhe ermöglicht, dass das System selbst unter extremen Bedingungen arbeitet, wenn etwas Kristallisation (die die Öffnung blockieren kann) am Boden des Reservoirs auftritt.
Es sollte ersichtlich sein, dass die Abmessungen und die Positionierung der Öffnung oder der Öffnungen von vielen Faktoren abhängt und dass das oben angegebene Beispiel experimentell bestimmt wurde.
Einige Besonderheiten über den Entfeuchter von 4 sollten angemerkt werden. Es gibt einen Nettofluss von Feuchtigkeit über die Öffnung 202 vom Reservoir 30B zum Reservoir 30A, wenn das System einen stationären Zustand erreicht hat und die Luftbedingungen konstant sind. In der Tat, da der Entfeuchterabschnitt fortlaufend Feuchtigkeit zum Trockenmittel hinzufügt und der Regenerator fortlaufend Feuchtigkeit aus ihm entfernt, ist dies zu erwarten. Während eines Betriebs ist die Konzentration von Ionen im Reservoir 30A im Allgemeinen höher als diejenige im Reservoir 30B. Dies trifft zu, weil das Trockenmittel in 30A fortlaufend konzentriert wird und dasjenige in 30B fortlaufend verdünnt wird. Dieser Unterschied in der Konzentration verursacht einen Diffusionsstrom von Ionen vom Reservoir 30A zum Reservoir 30B über die Öffnung 202. Jedoch wird dies durch den Fluss von Ionen vom Reservoir 30B zu 30A ausgeglichen, der durch den Fluss von Lösung in diese Richtung hervorgerufen wird. Dies führt zu keinem Nettofluss von Ionen von einem Reservoir zum anderen. Während Perioden sich ändernder Bedingungen der zugeführten Luft kann es einen Übergangsnettofluss von Ionen geben.
Während eines Inbetriebsetzungsübergangsprozesses erhöht sich die Gesamtmenge von flüssiger Trockenmittellösung durch die Hinzufügung von aus der Luft entfernter Feuchtigkeit. Dies bedeutet, dass es während dieser Übergangsperiode eine Nettoförderung von Trockenmittelionen vom Reservoir 30B zu 30A gibt, was dazu führt, dass während eines stationären Zustands die Konzentration von Trockenmittel im Reservoir 30B geringer als diejenige im Reservour 30A ist.
In einem praktischen System ist während eines stationären Zustands die Temperatur des Trockenmittels im Reservoir 30B 15°C, und die Konzentration ist 25 Gew.-% Salz. Vorzugsweise ist das Salz, das verwendet wird, Lithiumchlorid, da dies ein stabiles Salz mit einem verhältnismäßig hohen wasserentziehenden Vermögen ist. Lithiumbromid ist ein sogar besseres Trockenmittel, aber es ist weniger stabil; es kann auch verwendet werden. Andere verwendbaren Salze umfassen Magnesiumchlorid, Calciumchlorid und Natriumchlorid. Andere Flüssigtrockenmittel, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, können auch verwendet werden.
Die Temperatur und Konzentrationen für das Reservoir 30A ist 4000 und 35%. Es sollte ersichtlich sein, dass die Konzentration im Reservoir 30A höher sein kann (ohne Kristallisation) als diejenige im Reservoir 30B, was auf die höhere Temperatur des Trockenmittels zurückzuführen ist. Wenn das System stoppt, treten die Konzentrationen und Temperaturen bald ins Gleichgewicht. Natürlich variieren diese Zahlen breit, abhängig unter anderem von der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft, die klimatisiert wird, und dem "Sollwert" des Entfeuchters (wie durch die Wärmepumpeneinstellung bestimmt).
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt es außer über die Öffnung keine Förderung von Materialien zwischen den Reservoiren, und es werden keine Pumpen zur Förderung verwendet.
5 stellt eine grafische Darstellung, die derjenigen von 1 ähnelt, dar, außer dass die Trockenmittelsysteme der 2–4 durch eine Linie 3 dargestellt sind. Dies zeigt, dass das Kühlen des Trockenmittels in der Entfeuchterseite durch die Wärmepumpe nur zu einer kleinen Änderung in der Temperatur der Luft führt. Dies bedeutet, dass die Luft, die durch den Entfeuchter behandelt wird, weder durch die Klimaanlage gekühlt werden muss (wie im Fall der Trockenmittelsysteme nach dem Stand der Technik), noch dass sie erwärmt werden muss, wie es notwendig ist, wenn Klimatisierungssysteme verwendet werden, um die Feuchtigkeit zu entfernen. Dies ermöglicht, dass die Klimatisierungssysteme die Aufgabe, die sie ausführen, am besten ausführen, d.h. Entfernen von Wärme aus der Luft, während sie von jeglichen Nebeneffekten, einen Entfeuchter mit sich gekoppelt zu haben, entlastet sind, z.B., dem Erwärmen der Luft in der Klimaanlage durch den Entfeuchter.
6 ist ein Blockdiagramm eines kombinierten Entfeuchter/Klimaanlage-Systems 310 im Kontext einer gespaltenen Klimaanlage 312, wie sie normalerweise verwendet wird, um einen umschlossenen Bereich, wie z.B. einen großen Raum 314 in einem Haus, zu kühlen. Die Klimaanlage 312 umfasst in ihrer einfachsten Form einen Raumlufteinlass 316, der Raumluft über einen Leitungskanal 318 zu einem Verdampfer 320 zuführt, der die Luft kühlt. Luft aus dem Raum wird durch ein Gebläse 322 in den Verdampfer 320 gesaugt und verlässt den Verdampfer über einen Raumluftauslass 324 zum Raum 314.
Erwärmtes Kältemittel wird durch einen Kompressor 324 (dargestellt in einem Außenteil der Klimaanlage 312) komprimiert und zu einem Kondensator 328 geschickt. Der Kondensator 328 wird durch Außenluft gekühlt, die durch ein Gebläse 332 in einen Kühleinlass 330 gesaugt wird. Erwärmte Luft verlässt den Außenteil 326 über einen Abwärmeauslass 334.
Das gekühlte komprimierte Kältemittel wird in einer Expansionsvorrichtung 336 expandiert und kehrt zum Verdampfer 320 zurück, um zum Kühlen der Raumluft verwendet zu werden.
Zusätzlich umfasst die Klimaanlage 312 einen Frischlufteinlass 338, durch den Frischluft in den Raum gebracht wird. Die Menge an Frischluft wird im Allgemeinen durch ein Luftklappen- oder Prallblechsystem 340, 341 gesteuert.
Entweder eines oder beides, Luftklappen oder Prallbleche 340, 341, können abhängig vom Betrag und Typ einer Kontrolle über den Anteil von erforderlicher Frischluft zur Verfügung gestellt werden. Die Frischluft wird mit der Luft, die aus dem Raum gesaugt wird, gemischt und wird dem Verdampfer 320 zugeführt.
Die Klimaanlage 312, wie beschrieben, ist in der Konstruktion vollständig herkömmlich. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können andere Typen von Klimatisierungssystemen verwendet werden, wenn es zweckdienlich erscheint.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird eine Entfeuchtereinheit 342 verwendet, um den Wirkungsgrad und die Kühlleistung der Klimaanlage zu erhöhen.
In einem vereinfachten Blockdiagramm umfasst der Entfeuchter 342 eine Trockeneinheit 344, die Außenluft über einen Nasslufteinlass 346 empfängt und getrocknete Luft aus einem Trockenluftauslass 348 herausschickt. Die Luft wird in der Einheit 344 getrocknet, indem sie durch einen Nebel oder dergleichen von flüssigem Trockenmittel oder Trockenmittellösung geschickt wird. Feuchtigkeit in der Luft wird durch das Trockenmittel adsorbiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht der Trockenluftauslass 348 mit dem Frischlufteinlass 338 der Klimaanlage 312 vorzugsweise über einen Leitungskanal 349 in Verbindung. Vorzugsweise, da die Impedanz der Trockeneinheit verhältnismäßig niedrig ist, wird keine Luftpumpe zusätzlich zum Gebläse 322 der Klimaanlage benötigt. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine bereitgestellt werden.
Trockenmittel mit adsorbiertem Wasser wird zu einem Regenerator 350 gefördert, in dem das Trockenmittel regeneriert wird, indem Feuchtigkeit aus ihm durch Erwärmen des Trockenmittels entfernt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Erwärmung (und das Abführen des aus dem Trockenmittel entfernten Wasserdampfs) zustande gebracht, indem heiße Luft durch das Trockenmittel geschickt wird (vorzugsweise befindet sich das Trockenmittel in einer Nebel- oder einer anderen feinverteilten Form). Die heiße verhältnismäßig trockene Luft tritt über einen Einlass 352 in den Entfeuchter ein und tritt über einen Auslass 354 aus. Diese heiße Luft wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bequem und effizient bereitgestellt, indem der Abwärmeauslass 334 der Klimaanlage 312 mit dem Einlass 352 des Entfeuchters verbunden wird. Da der Druckabfall im Regenerator 350 sehr niedrig ist, wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kein Gebläse oder andere Luftpumpe zusätzlich zum Gebläse 332 der Klimaanlage 312 benötigt, um die Luft durch den Regenerator zu bewegen.
Während in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung keine zusätzlichen Gebläse zum Bewegen von Luft in den oder aus dem Entfeuchter erforder lich sind, könnte ein solches Gebläse oder solche Gebläse vorhanden sein, wenn zweckmäßig, wie z.B., wenn ein selbstständiger Entfeuchter und Klimaanlagen als Einheit auszubilden sind, wie hierin beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung teilen sich die Kühlanlage und der Entfeuchter eine gemeinsame Schalttafel, von der beide gesteuert werden und von der vorzugsweise sämtliche obigen Funktionen ein- oder ausgeschaltet oder eingestellt werden können.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird eines von den Systemen der 1–3 als der Entfeuchter 342 verwendet. In diesen Ausführungsformen der Erfindung entspricht der Durchlass 348 von 4 dem Durchlass 16 der 1–3, der Durchlass 352 entspricht dem Durchlass 60, der Durchlass 346 entspricht dem Durchlass 14, und der Durchlass 354 entspricht dem Durchlass 62. Es sollte weiter ersichtlich sein, dass der Entfeuchter 342 in 4 in einer sehr schematischen Form dargestellt ist und dass z.B. die Platzierung der Elemente unterschiedlich sein kann und viele Elemente in 4 nicht dargestellt sind. Zusätzlich sind für die Ausführungsform der 3 die in 4 dargestellten Pumpen nicht vorhanden. Weiter sind die Wärmepumpen der 1–3 in 4 nicht dargestellt, obwohl sie vorzugsweise im System vorhanden sind.
Das System 310 weist gegenüber dem Stand der Technik eine Anzahl von Vorteilen auf. Wie aus 4 leicht bemerkt werden kann, kann der Entfeuchter 342 ein Zusatz zur Klimaanlage 312 sein, die eine Standardeinheit sein kann. Die Aufgabe eines Trocknens von ankommender Luft, die auf eine äußerst ineffiziente Weise durch die Klimaanlage ausgeführt wird, ist einem effizienteren Entfeuchter übertragen worden, der Abwärme von der Klimaanlage für den größten Teil seiner Energie nutzt (nur Energie, um das Trockenmittel zwischen dem Trockner 344 und dem Regenerator 350 zu pumpen, ist erforderlich). Das Vermögen des Klimaanlagensystem zum Kühlen wird verbessert, da es nicht länger die Luft zu trocknen braucht. Der Wirkungsgrad der kombinierten Einheit steigt tatsächlich mit ansteigender Temperatur an, im Gegensatz zu normalen Klimaanlagensystemen. Während die Wärme, die verfügbar ist, die Wärme ist, die durch die Klimaanlage beim Kühlen sämtlicher Luft entwickelt wird, trocknet der Entfeuchter nur einen Teil der Luft, d.h. denjenigen, der in den Raum eintritt. Dieses Gleichgewicht bedeutet, dass den Erwärmungserfordernissen für den Entfeuchter im Allgemeinen durch das Klimaanlagenabgas leicht entsprochen wird.
Zusätzlich, während Klimatisierungssysteme zur Verwendung in Situationen hoher Feuchtigkeit, niedriger Temperatur nicht geeignet sind, ist das System der vorliegenden Erfindung in diesen Situationen auch wirkungsvoll.
Ein Kombinationsgerät, wie z.B. dasjenige, das oben beschrieben ist, hat eine um 60% größere Kühlleistung als die Klimaanlage selbst und eine 30%-tige Wirkungsgradverbesserung gegenüber der Verwendung einer Klimaanlage für sich alleine für dieselbe Zimmerluftqualität gezeigt.
Die Erfindung ist im Kontext von speziellen nicht beschränkenden Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch kommen Fachleuten andere Kombinationen von Klimatisierung und Entfeuchtern gemäß der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, in den Sinn. Z.B. wird in 2 die Wärme aus Flüssigtrockenmittel im Sumpf entfernt. Alternativ könnte sie aus Flüssigtrockenmittel, das zur Trockenkammer gefördert wird, entfernt werden. In den 3 und 4 wird die Wärme aus Flüssigtrockenmittel gepumpt, während es zur Trockenkammer gefördert wird. Alternativ könnte sie aus dem Flüssigtrockenmittel in einem Sumpf entfernt werden, der Trägerflüssigkeit aus der Trockenkammer empfängt. 2 stellt einen anderen Typ von Regenerator als die 3 und 4 dar. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Regeneratortypen austauschbar. 2 stellt dar, dass die Wärme durch die Wärmepumpe zur Flüssigkeit in der Regenerationskammer übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann sie zum Flüssigtrockenmittel übertragen werden, das zur Regenerationskammer transportiert wird (wie in den 3 und 4). Schließlich, obwohl es in den Figuren nicht dargestellt ist, könnte die Wärme für alle beiden 3 und 4 zur Flüssigkeit im Sumpf 30A übertragen werden. Außerdem, während in den bevorzugten Ausführungsformen viele Merkmale darstellt sind, sind einige dieser Merkmale, obwohl sie wünschenswert sind, nicht wesentlich.
Wie in den Ansprüchen verwendet, bedeuten die Ausdrücke "umfassen", "einschließen" oder "aufweisen" oder ihre Paronyme "einschließlich, aber nicht beschränkt auf".

Claims

Entfeuchtersystem, umfassend: ein Flüssigtrockenmittel in zwei Reservoiren (30A, 30B), von denen eines eine höhere Trockenmittelkonzentration als das andere enthält; eine Entfeuchtereinheit (12), in die feuchte Luft eingeführt wird und aus der nach Entfeuchtung durch Flüssigtrockenmittel, das zu derselben gefördert wird, weniger feuchte Luft entfernt wird; eine Regeneratoreinheit (32), die Trockenmittellösung aufnimmt, die Feuchtigkeit aus der feuchten Luft absorbiert hat und diese aus ihr entfernt; und einen Durchgangsweg (202), der die Reservoire verbindet, über welchen Durchgangsweg es während eines stationären Betriebs des Entfeuchters einen Nettofluss von Feuchtigkeit von dem Reservoir mit der geringeren Trockenmittelkonzentration zu dem anderen Reservoir gibt, ohne dass es einen Nettofluss von Trockenmittelionen durch den Durchgangsweg gibt, wobei es kein Pumpen von Flüssigtrockenmittel von einem Reservoir zu dem anderen gibt.
Entfeuchter nach Anspruch 1, bei dem der Durchgangsweg eine Öffnung ist, so dass das Niveau von Flüssigtrockenmittel in den zwei Reservoiren dasselbe ist.
Entfeuchter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Förderung von Feuchtigkeit durch Schwerkraft erfolgt.
Entfeuchter nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem es keine Förderung von Flüssigtrockenmittel zwischen den Reservoiren gibt, außer über Öffnungen, die die Reservoire verbinden.
Entfeuchter nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem die zwei Reservoire ein erstes Reservoir (30A) umfassen, das das Flüssigtrockenmittel von der Entfeuchtungskammer aufnimmt, nachdem das Trockenmittel Feuchtigkeit daran absorbiert.
Entfeuchter nach Anspruch 5, bei dem Flüssigtrockenmittel vom ersten Reservoir zur Entfeuchtungskammer gefördert wird.
Entfeuchter nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem die zwei Reservoire ein zweites Reservoir (30B) umfassen, das das Flüssigtrockenmittel von dem Regenerator nach Entfernung von Feuchtigkeit davon aufnimmt.
Entfeuchter nach Anspruch 7, bei dem Flüssigtrockenmittel von dem zweiten Reservoir zur Regenerierkammer gefördert wird.
Entfeuchter nach einem der Ansprüche 1–8 und umfassend eine Wärmepumpe (48, 36, 56, 44), die Wärme von verhältnismäßig kühlerem Flüssigtrockenmittel zu verhältnismäßig wärmerem Flüssigtrockenmittel fördert.
Entfeuchter nach Anspruch 9, bei dem die Wärmepumpe Wärme von dem Reservoir mit der geringeren Konzentration von Trockenmittel zu demjenigen mit der höheren Konzentration von Trockenmittel pumpt.
Entfeuchter nach einem der Ansprüche 1–10, bei dem ein Temperaturunterschied von mindestens 5°C zwischen dem ersten und zweiten Reservoir aufrechterhalten wird.
Entfeuchter nach Anspruch 11, bei dem der Temperaturunterschied mindestens 10°C beträgt.
Entfeuchter nach Anspruch 11, bei dem der Temperaturunterschied mindestens 15°C beträgt.
Verfahren zum Entfeuchten unter Verwendung eines Entfeuchters mit einer Entfeuchtereinheit (12) mit einem ersten Reservoir (30A) von Flüssigtrockenmittel und einem Regenerator (32) mit einem zweiten Reservoir (30B) von Flüssigtrockenmittel, wobei das Flüssigtrockenmittel ein in Wasser gelöstes Trockenmittel umfasst, wobei Flüssigkeit in dem ersten und zweiten Reservoir durch einen Durchgangsweg (202) verbunden ist, wobei das Verfahren umfasst: Einführen von feuchter Luft in die Entfeuchtereinheit, so dass Feuchtigkeit aus der feuchten Luft entfernt wird, wobei das Flüssigtrockenmittel im ersten Reservoir verdünnt wird und sein Volumen erhöht wird; Entfernen von Feuchtigkeit aus dem Regenerator, so dass das Flüssigtrockenmittel im zweiten Reservoir konzentrierter und im Volumen verringert wird; Fördern von Flüssigtrockenmittel von dem ersten Reservoir zu dem zweiten Reservoir durch Fließenlassen von feuchtigkeitshaltigem Flüssigtrockenmittel und einer Menge von Trockenmittel von dem ersten zu dem zweiten Reservoir über den Durchgangsweg; und Fördern einer Menge von Trockenmittelionen, die gleich besagter Menge ist, vom zweiten Reservoir zum ersten Reservoir über den Durchgangsweg, so dass es während eines stationären Betriebs des Entfeuchters keinen Nettofluss von Trockenmittelionen durch den Durchgangsweg gibt, wobei es kein Pumpen von Flüssigtrockenmittel von einem Reservoir zu dem anderen gibt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Flüssigtrockenmittel nicht von einem Reservoir zu dem anderen Reservoir gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Flüssigkeit zwischen den Reservoiren nur über Öffnungen zwischen den Reservoiren gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, bei dem Flüssigtrockenmittel von dem ersten Reservoir zu dem zweiten Reservoir nur durch Schwerkraft gefördert wird.