用于具有非常低露点的产物空气的干燥系统的制作方法

1.在干燥系统的领域内，本文详细描述了一种用于以降低的能量成本生产具有非常低露点的工业用空气(即，非常干燥的工业用空气)的干燥系统。这样的系统非常适合于例如生产对湿气非常敏感的应用(例如用于锂电池生产的洁净室)的调节空气或用于生产湿度非常低的气体。


背景技术：

2.在干燥系统的领域内，本文详细描述了一种用于以降低的能量成本生产具有非常低露点的工业用空气(即，非常干燥的工业用空气)的干燥系统。这样的系统非常适合于例如生产对湿气非常敏感的应用(例如用于锂电池生产的洁净室)的调节空气或用于生产湿度非常低的气体。
3.在本领域中，已知制造用于产生具有非常低露点(例如低于
‑
30℃或更低的露点)的所得空气的干燥系统。在本领域中，干燥系统是已知的，其适用于产生具有非常低露点的所得空气。然而，通常这些系统不能够产生工业用空气，即用于工业目的的、大体积且处于高流速的空气，或者不能够以合理的能源或运作成本产生完全可用的工业用空气。因此，在本公开内容中，工业用空气涵盖用于诸如建筑物、洁净室或其他生产设施的中央空气调节、喷雾干燥塔、流化床干燥器等目的的空气，其对于充分的功能而言都依赖于具有明确指定性质的空气的高体积和流速。因此，本发明涉及用于产生具有非常低露点(即非常干燥的工业用空气)的工业用空气的干燥系统，并且在本文的上下文中进行讨论。
4.在本发明的上下文中，具有非常低露点的工业用空气应理解为表示露点低于
‑
30℃，但优选低于
‑
40℃，低于
‑
50℃，更优选低于
‑
55℃，并且甚至更优选低于
‑
60℃的工业用空气。在本发明的一些实施例中，所得产物空气的露点可能低于
‑
65℃，低于
‑
70℃，低于
‑
75℃，或低于
‑
80℃。在其它实施例中，所得产物空气的露点进一步高于
‑
100℃、进一步高于
‑
95℃、进一步高于
‑
90℃或进一步高于
‑
85℃。优选地，本发明的产物空气的露点为
‑
55℃至
‑
80℃、
‑
60℃至
‑
75℃或
‑
65℃至
‑
70℃。
5.在产生干燥的工业用空气的领域中，利用包括旋转式干燥剂干燥器(也称为干燥转轮或旋转式干燥剂干燥器)的干燥系统是众所周知的。这些系统的优点是它们能够出于工业目的对大体积例如流量超过1000m3/h的进入空气进行快速减湿。在这种干燥系统中，待干燥的空气穿过嵌入在旋转轮中的干燥剂层，从而变得更干燥和更温暖，此后该旋转式干燥剂干燥器的潮湿部分通过旋转被传递到空气干燥和干燥剂再生的部分并且返回到吸收位置。取决于进入空气，这种旋转式干燥剂干燥器能够产生大体积且处于具有低于0℃露点的宽范围的高流速的工业用空气。
6.同样在生产具有非常低露点例如低于
‑
30℃的工业用空气的领域中，旋转式干燥剂干燥器已经发现了广泛的用途，甚至用于提供具有低于
‑
40℃或
‑
50℃的露点的工业用空气。
7.然而，当运作包括用于提供
‑
30℃或更低温度的工业用空气的旋转式干燥剂干燥
器的干燥系统时，一个显著问题是用于运作干燥系统的能量成本。例如，在锂电池生产领域内，估计能量的主要成本来自于对电池单元的质量至关重要的各种干燥室的运作(埃林森(ellingsen)等人在《工业经济》杂志(j.industrial ecology)的第18卷第1期的113至124页)。
8.图1、图2a和图2b详细描述了包括现有技术的旋转式干燥剂干燥器的干燥系统(10、20)，用于产生具有非常低露点的工业用空气，例如在申请人为布瑞埃尔(bryair)的wo2011/161693中所讨论的。图1中详细描述的干燥系统基于1
‑
转子系统，而图2a和2b中详细描述的干燥系统基于两个有序的旋转式干燥剂干燥器。用于产生具有非常低露点的工业用空气的现有技术干燥系统的具体问题是这些干燥系统依赖于预冷却至低于露点的进入空气，并且随后通过干燥剂转轮干燥冷却后的进入空气，该过程耗能并且在卫生方面存在问题，因为产生了冷凝水，在微生物或细菌污染可能成为风险之前必须去除冷凝水。特别地，在无菌性是一个问题的情况下，冷凝水带来了不受欢迎的挑战。
9.为了克服现有技术的问题，本发明人设计出一种用于产生具有非常低露点的工业用空气的干燥系统，该干燥系统包括至少3个有序设置的旋转式干燥剂干燥器，本发明的干燥系统具有改进的能量效率，同时避免了液态水的产生以及相关联的生物污染风险。
10.在现有技术中，已经提出在用于产生具有非常低露点的工业用空气的干燥系统中设置3个有序旋转式干燥剂干燥器(参见jp2001038137)，以获得具有在90℃至110℃之间的非常低露点的工业用空气，所提出的干燥系统包括在第1
‑
转子之前的强制冷却单元，用于将进入空气冷却至相同进入空气的露点以下，其中再生空气在进入空气与再循环的产物空气混合之后被回收。
11.本系统与现有技术的不同之处在于，在其他元素中，再生空气在进入空气与再循环的产物空气混合之前被回收。由此，再生空气不包括高价值的产物空气，节约了能量，并且防止了低于露点的进入空气的冷却。


技术实现要素：

12.根据本发明，在此公开了一种用于生产具有非常低露点的工业用空气的3
‑
转子干燥系统30，该干燥系统包括三个旋转式干燥剂干燥器2、21、22，每个旋转式干燥剂干燥器2、21、22包括干燥部2a、21a、22a和再生部2b、21b、22b，所述旋转式干燥剂干燥器2、21、22依次设置并且共用公共再生空气流动路径9和公共进入空气流动路径6、7，所述公共再生空气流动路径9用于使再生空气通过所述旋转式干燥剂干燥器2、21、22的所述相应再生部2a、21b、22b，且所述公共进入空气流动路径6、7用于使进入空气通过所述旋转式干燥剂干燥器2、21、22的所述相应干燥部2a、21a、22a，用于将所述进入空气减湿为具有非常低露点的产物空气；
13.其中，用于返回空气的混合点1设置在第一旋转式干燥剂干燥器2与第二旋转式干燥剂干燥器21之间的所述公共进入空气流动路径6、7上，从而限定出：
14.产物空气流动路径7，用于将具有非常低露点的、经减湿的产物空气提供至位于用于返回空气的所述混合点1下游的使用位置4，和所述产物空气流动路径7上设置有所述第一旋转式干燥剂干燥器2的所述干燥部2a，和
15.进入空气流动路径6，位于用于返回空气的所述混合点1上游，用于将进入空气提
供至所述混合点1，和所述进入空气流动路径6上设置有所述第二旋转式干燥剂干燥器21的所述干燥部21a；
16.其中，用于进入空气的分流点12，设置在用于返回空气的所述混合点1和所述第二旋转式干燥剂干燥器21之间，进入空气作为再生空气从所述分流点12沿所述再生流动路径9分流，所述第二旋转式干燥剂干燥器21位于所述进入空气流动路径6的第一区段6a上；
17.其中，所述第一旋转式干燥剂干燥器2的净化部2c和所述再生部2b设置在所述再生流动路径9上，用于经由空气流动路径9e的所述再生空气首先穿过所述净化部2c，随后经由加热器5穿过所述再生部2b，所述加热器5设置在所述再生流动路径9上、在9b上的所述净化部2c和所述再生部2b之间；
18.其中，所述第二旋转式干燥剂干燥器21的所述再生部21b设置在所述再生流动路径9上的所述第一干燥器2的所述再生部2之后，和
19.其中，初始旋转式干燥剂干燥器22，设置在所述进入空气流动路径6上的所述第二旋转式干燥剂干燥器21上游和所述再生流动路径9上的所述第二旋转式干燥剂干燥器21下游，其中在所述再生流动路径9上、在9d上的所述第二旋转式干燥剂干燥器21和所述初始旋转式干燥剂干燥器22之间设置有中间加热器53，所述中间加热器53用于在再生空气穿过所述初始旋转式干燥剂干燥器22的所述再生部22b之前对其进行中间加热；
[0020]3‑
转子干燥系统30还包括返回空气流动路径8和一个或多个空气移动装置，所述返回空气流动路径8用于将返回空气从使用位置4提供到用于返回空气的所述混合点1。
[0021]
通过提供本发明的干燥系统30、40、50，可以提供具有非常低露点的工业用空气。
附图说明
[0022]
图1是用于产生具有非常低露点的工业用空气的现有技术1
‑
转子干燥系统10a、10b；
[0023]
图2a是用于产生具有非常低露点的工业用空气的现有技术2
‑
转子干燥系统20a；
[0024]
图2b是用于产生具有非常低露点的工业用空气的现有技术2
‑
转子干燥系统20b；
[0025]
图3是本发明实施例的3
‑
转子干燥系统30；
[0026]
图4是本发明实施例的3
‑
转子干燥系统40a、40b；
[0027]
图5是本发明实施例的3
‑
转子干燥系统50a、50b；
[0028]
图6是本发明的3
‑
转子干燥系统30的效率的仿真。
具体实施方式
[0029]
在图1a和图1b中详细示出了现有技术的两个相应的1
‑
转子干燥系统10a、10b，用于产生具有非常低露点的工业用空气并且将所产生的空气供应至使用位置4。贯穿本公开，现有技术的干燥系统10、20和本发明的干燥系统30、40、50以及图1的两个干燥系统10a、10b，优选地在用于房间4的空气调节的场景下详细说明，用于举例说明现有技术的系统和本发明的系统背后的运作原理。然而，应理解的是，虽然将从房间空气调节方面对来自干燥系统10、20、30、40、50的产物空气的使用位置或使用空间4进行讨论，但是这样的说明仅仅是出于举例说明的目的，并且本发明的干燥系统适合用于除了空气调节之外的许多其他场景，在这些场景下需要具有非常低露点的工业用空气。
[0030]
通常，产物空气经由产物空气流动路径7被提供至使用位置4，并且可作为返回空气从相同的使用位置4沿着返回空气流动路径8被排出，或可选地，沿着用于排出空气的附加流动路径4a被排出。由此，使用位置4不构成本发明的干燥系统30、40、50的一部分。
[0031]
然而，本发明的干燥系统30、40、50和现有技术的干燥系统10、20是在房间和生产设施的空气调节场景下说明的，以便说明和讨论其在生产锂电池的生产线中的使用方面的优点和缺点。
[0032]
由于锂的极度吸湿性和快速的、潜在爆炸性、当与水接触时燃烧的特性，供应具有非常低露点的工业用空气用于维持非常干燥的、经调节的空气的建筑空间，例如洁净室或用于生产锂电池的生产空间，是具有高失败倾向的锂电池生产的特别重要的方面。在目前的标准下，在生产建筑领域内，工业用空气的生产规格在
‑
20℃下至
‑
60℃的露点范围内。即使在这些标准下，据估计总的生产线效率仅为理论最大值的约50％到60％，这至少不是由于难以控制生产建筑和洁净室中的空气湿度。
[0033]
为了在所产生的工业用空气的使用过程中维持产生具有非常低露点的工业用空气，现有技术的干燥系统10a、10b、20a、20b以及本发明的干燥系统30、40、50依赖于在减湿器和使用位置4之间的大部分经干燥的空气的再循环，使得在运作期间仅需足够的环境空气作为进入空气来进入干燥系统，以便补偿产物空气在运作期间的损失。在现有技术的系统10、20和在本发明的系统30、40、50中，进入空气在作为再生空气为旋转式干燥剂干燥器2服务后，也作为排出空气离开，旋转式干燥剂干燥器2可以包含在干燥系统10、20、30、40、50中作为减湿器。通常，产物空气在运作期间可控地损失，例如通过维持建筑物空间过压以防止污染物通过扩散进入。在图1中，这由阴影线流动路径4a表示，用于让排出空气离开经空气调节的房间4。
[0034]
现有技术的1
‑
转子干燥系统10a、10b围绕用于返回空气的混合点1构建，沿着进入空气流动路径6提供进入空气，进入空气在混合点1处与沿着返回流动路径8的返回空气混合，并且作为用于产物空气减湿和干燥剂再生的混合空气，分别沿着产物空气流动路径7和再生空气流动路径9分配。在现有技术的干燥系统10a、10b的正常运作下的产物空气流动路径7、使用位置4、返回空气流动路径8和混合点1形成用于空气循环的半封闭回路，在干燥系统10的运作期间，大致恒定体积的空气流在该半封闭回路内循环。
[0035]
为了使用现有技术的1
‑
转子干燥系统10a、10b产生具有非常低露点即低于
‑
30℃的产物空气，在到达混合点1之前，进入空气首先经由设置在进入空气流动路径6上的冷却和冷凝单元3对进入空气中所含的水份进行冷却和冷凝。
[0036]
现有技术干燥系统10中包括的冷却和冷凝单元3必须具有足够的冷却和冷凝能力，以在混合点1处获得足够干燥的进入空气，使得当干燥的进入空气与返回空气在混合点1处混合时，对于旋转式干燥剂干燥器2的干燥部2a来说，沿着产物空气流动路径7分流的混合气体足够干燥，以将混合空气中的剩余水去除到足以在产物空气中获得给定目标露点的程度，该干燥部2a设置在混合点1和使用位置4之间的产物空气流动路径7上。经验已经表明，为了提供合适的冷却和冷凝单元3，必须接受关于高运作成本、频繁的服务和维护(相关联的生产中止)以及从冷却和冷凝单元3去除冷凝水的折中。
[0037]
在现有技术的干燥器10的混合点1处，如所提及的混合空气被分成两个气流，一个用于沿着产物空气流动路径7的通道获得产物空气，和一个用于沿着再生空气流动路径9的
通道的再生空气。在两个流动路径7、9中设置有共用旋转式干燥剂转轮2，包括干燥部2a、再生部2b和净化部2c，其中，干燥部2a设置在产物空气流动路径7上，使得混合空气可以穿过该干燥剂转轮2跨过干燥部2a，由此变成具有非常低露点的产物空气，并且再生部2b和净化部2c设置在再生空气流动路径9上，使得混合空气可以首先在净化部2c处，随后在再生部2b处穿过该干燥剂转轮2。在净化部2c与再生部2b之间，混合空气在加热器5中经加热变成再生空气，该加热器5设置在再生空气流动路径9、在9b上的净化部2c与再生部2b之间。由此，该再生空气可以在通过再生部2b的通道时使干燥剂转轮2再生，由此在现有技术的1
‑
转子干燥器10中，用过的再生空气作为排出空气被丢弃。在所有附图中，干燥剂转轮2上示出的粗箭头指示出在现有技术的干燥系统10a、10b的运作期间的最佳旋转方向，并且因此指示出优选的旋转方向。在图1a和图1b中，最佳旋转方向是从干燥部2a到再生部2b到净化部2c。
[0038]
在1
‑
转子干燥系统10中，并且在再生空气已经穿过干燥剂转轮2的再生部2b之后，与通过加热器5之后相比现在已经变得冷却和潮湿的再生空气作为排出空气被排出。现有技术的1
‑
转子系统10a、10b的具体问题在于，虽然与在加热器5处加热之后相比排出空气已经变得冷却，但是用过的再生空气与环境空气或用于干燥系统10的进入空气相比仍然是热的。典型地，如果要求通过干燥部2a之后获得的产物空气满足具有非常低露点的所需规格，则通过加热器5之后再生空气的温度必须在140℃至170℃的范围内，以用于获得1
‑
转子干燥系统10a、10b中的干燥剂转轮2的充分再生。因为这使得产物空气在通过干燥部2a之后非常热，所以这已经导致开发用于在使用位置4处使用之前调节产物空气的1
‑
转子干燥系统10的两个变体10a、10b。
[0039]
在1
‑
转子干燥系统第一种变体10a中，冷却器31被设置在干燥部2a的通道7b之后的产物空气流动路径7上；相应地，在1
‑
转子干燥系统第二种变体10b中，冷却器32被设置在产物空气流动路径7上的混合点1与干燥部2a之间的7a上，并且中间加热器51被设置在干燥部2a的通道7b之后的产物空气流动路径7上。干燥系统10b和冷却器32通常在需要额外冷却以增加干燥剂干燥器2的效率的情况下实施。冷却器31、32可以仅提供冷却，但也可以类似于冷却和冷凝单元3那样在一个单元中提供冷却器和冷凝器，但与设置在进入空气流动路径6中的冷却和冷凝单元3相比，这不是必需的。
[0040]
除了上述元件之外，干燥系统10包括(未示出)一个或多个空气移动装置，例如泵、风箱或风扇，该一个或多个空气移动装置设置在流动路径(6至9)上，用于根据干燥系统的需要和使用移动干燥系统中的空气。
[0041]
贯穿本公开，所有干燥系统10、20、30、40、50及其实施例包括诸如上文所详述的空气移动装置。然而，在本公开的上下文中，本领域技术人员应该能够根据其一般知识将这种空气移动装置应用于移动空气的流动路径中，因此所包括的空气移动装置在本公开中不再进一步详述。
[0042]
用于生产具有非常低露点的工业用空气的1
‑
转子干燥系统10虽然运作起来最昂贵，但考虑到制造和安装不太复杂，因此尽管存在上述问题仍享有广泛的应用。然而，出于运作的经济性的原因，它们被构造成在它们的极限处或接近它们的极限处运作，这为额外的能力留下非常小的空间，如果需要的话。
[0043]
现有技术的2
‑
转子干燥系统20，如图2a和2b所示，与1
‑
转子干燥系统10具有多个相同的缺点，但也广泛应用。通常，2
‑
转子干燥系统的结构比1
‑
转子干燥系统的结构更复
杂，因此也更昂贵，然而，2
‑
转子干燥系统的运作成本通常较低，并且与现有技术的1
‑
转子干燥系统相比，2
‑
转子干燥系统可以以过剩能力被安装。
[0044]
现有技术的用于产生具有非常低露点的工业用空气的2
‑
转子干燥系统20a、20b均包括两个旋转式干燥剂干燥器2、21，每个旋转式干燥器2、21均包括干燥部2a、21a和再生部2b、21b，其中，旋转式干燥器2a、21a依次设置并且共用公共再生空气流动路径9和公共进入空气流动路径6、7，其中，公共再生空气流动路径9用于使进入空气通过用于对进入空气进行减湿的旋转式干燥器2、21的相应干燥部2a、21a；公共进入空气流动路径6、7用于使进入空气通过旋转式干燥器2、21的相应干燥部2a、21a，以对进入空气减湿。用于返回空气的混合点1设置在两个干燥器2、21之间的公共进入空气流动路径6、7上，从而限定产物空气流动路径7，该产物空气流动路径7用于将具有非常低露点的、经减湿的产物空气提供至用于返回空气的混合点1下游的使用位置4，在产物空气流动路径7上设置有第一旋转式干燥剂干燥器2的干燥部2a；和限定位于用于返回空气的混合点1上游的进入空气流动路径6，该进入空气流动路径6用于将进入空气提供至混合点1，在产物空气流动路径6上设置有第二旋转式干燥剂干燥器21的干燥部21a。用于混合空气的分流点11设置在用于返回空气的混合点1与第一干燥器2上游的产物空气流动路径7的第一区段7a上的第一干燥器2之间，混合空气从该分流点11经由混合空气流动路径9a沿着再生流动路径9作为再生空气分流。在混合点1与分流点11之间设置有冷却器32。第一干燥器2的净化部2c和再生部2b设置在再生流动路径9上，使得再生空气首先穿过净化部2c，随后经由加热器5穿过再生部2b，该加热器5设置在再生流动路径9上的净化部2c和再生部2b之间的9b上。进一步地，第二干燥器21的再生部21b设置在再生流动路径9上的第一干燥器2的再生部2之后，并且在再生流动路径9上的第一干燥器2与第二干燥器21之间的9c上设置有中间加热器52，用于在穿过第二干燥器21的再生部21b之前对再生空气进行中间加热。进一步地，现有技术的2
‑
转子干燥系统还包括用于将来自使用位置4的返回空气提供至用于返回空气的混合点1的返回空气流动路径8以及一个或多个空气移动装置。
[0045]
根据使用情况，现有技术的2
‑
转子干燥系统20a、20b可以分别包括(20a)加热器51，其设置在第一干燥器2的下游7b的产物空气流动路径7上(图2a),或(20b)冷却器31，其设置在第一干燥器2的下游7b的产物空气流动路径7上(图2b)。在两个图中，可以存在用于排出空气的附加流动路径4a。
[0046]
如对于1
‑
转子干燥系统所观察到的，在使用中，产物空气流动路径7、使用位置4和再生流动路径8形成用于空气循环的半封闭回路，在干燥系统20的运作期间，大致恒定体积的空气流在该半封闭回路内循环。用于空气循环的半封闭回路的目的是将对新鲜进入空气的需要减少到系统损失所需的量，包括受控损失和旋转式干燥器再生。通常，循环的返回空气将具有接近干燥系统的目标露点的露点(因此具有比进气更高的值)，并且因此可以在与混合点1处的进入空气混合之前、在没有强制处理的情况下再循环。
[0047]
通常，现有技术的2
‑
转子干燥系统需要大约10℃的进入空气用作进入空气，并且相应地，在允许环境空气作为现有技术的干燥系统20的进入空气之前常常需要冷却。因此，图2b中示出的设置在通向第二干燥器21的进入空气流动路径6上游的冷却和冷凝单元3通常在现有技术的两个系统20a、20b中都存在。不管怎样，2
‑
转子系统的冷却器52中的冷却必须相当密集，以便提高干燥剂的效率且为第一旋转式干燥器2的净化部2c提供混合空气，该
混合气体被充分冷却以补偿离开加热器5的再生空气的加热。离开加热器5之后的再生空气的温度保持高，大约130℃到140℃，并且在通过中间加热器52之后的再生空气的温度必须保持高，通常高于100℃。
[0048]
本发明基于本发明人对现有设备的上述观察，其中对于目前使用的干燥系统10、20在安装和运作成本之间没有发现足够的平衡。
[0049]
本发明的目的是引入用于产生具有非常低露点的工业用空气的3
‑
转子干燥系统30、40、50，例如具有低于
‑
30℃、低于
‑
40℃、优选地低于
‑
50℃、更优选地低于
‑
55℃并且甚至更优选地低于
‑
60℃的露点，其中为了降低本发明的干燥系统的运作成本，通过使用3
‑
转子系统所增加的安装成本可以在约3年的时间跨度内分摊。在本发明的一些实施例中，所得产物空气的露点可以低于
‑
65℃、低于
‑
70℃、低于
‑
75℃、低于
‑
80℃或甚至低于
‑
85℃。这些系统特别适合于随后产生具有非常低湿度的工业用气体，但是气体品质的增加是以增加用于减湿的能耗为代价的。
[0050]
本发明还建立在本发明人的观察结果上，即现有技术干燥系统10、20的共同问题是，为了获得中间加热器52的100℃以上的再生空气温度和加热器5的130℃以上的再生空气温度，需要高有效能的热源，例如高功率电力、蒸汽、可燃气体加热，这些热源通常在安装和运作成本方面都是昂贵的。
[0051]
同样地，本发明还基于本发明人的观察结果，即现有技术干燥系统10、20的共同问题是，在上述第一旋转式干燥器2中的最终减湿之前，低值进入空气与高值返回空气混合，从而导致在用于空气循环的半封闭回路中循环造成的空气污染，该半封闭回路由产物空气流动路径7、使用位置4和再生流动路径8在使用中形成。因此，随着更多的高值返回空气从半封闭回路转向用于再生空气，第一旋转式干燥器2上的负载增加。
[0052]
因此，根据本发明，在此公开：
[0053]
一种用于产生具有非常低露点的工业用空气的3
‑
转子干燥系统30，包括三个旋转式干燥剂干燥器2、21、22，每个旋转式干燥剂干燥器2、21、22包括干燥部2a、21a、22a和再生部2b、21b、22b，该旋转式干燥剂干燥器2、21、22依次设置并且共用公共再生空气流动路径9和公共进入空气流动路径6、7，该公共再生空气流动路径9用于使再生空气通过该旋转式干燥剂干燥器2、21、22的该相应再生部2a、21b、22b，和该公共进入空气流动路径6、7用于使进入空气通过该旋转式干燥剂干燥器2、21、22的该相应干燥部2a、21a、22a，以将该进入空气减湿为具有非常低露点的产物空气；
[0054]
其中，用于返回空气的混合点1设置在该第一旋转式干燥剂干燥器2与第二旋转式干燥剂干燥器21之间的该公共进入空气流动路径6、7上，从而限定出：
[0055]
‑
产物空气流动路径7，用于将具有非常低露点的、经减湿的产物空气提供至位于用于返回空气的该混合点1下游的使用位置4，和该产物空气流动路径7上设置有该第一旋转式干燥剂干燥器2的该干燥部2a，和
[0056]
‑
进入空气流动路径6，位于用于返回空气的该混合点1上游，用于将进入空气提供至该混合点1，和该进入空气流动路径6上设置有该第二旋转式干燥剂干燥器21的该干燥部21a；
[0057]
其中，用于进入空气的分流点12，设置在用于返回空气的该混合点1和该第二旋转式干燥剂干燥器21之间，进入空气作为再生空气从该分流点12沿该再生流动路径9分流，该
第二旋转式干燥剂干燥器21位于该进入空气流动路径6的第一区段6a上；
[0058]
其中，该第一旋转式干燥剂干燥器2的净化部2c和该再生部2b设置在该再生流动路径9上，用于经由空气流动路径9e的该再生空气首先穿过该净化部2c，随后经由加热器5穿过该再生部2b，该加热器5设置在该再生流动路径9上、在9b上的该净化部2c和该再生部2b之间；
[0059]
其中，该第二旋转式干燥剂干燥器21的该再生部21b设置在该再生流动路径9上的该第一干燥器2的该再生部2之后，和
[0060]
其中，初始旋转式干燥剂干燥器22，设置在该进入空气流动路径6上的该第二旋转式干燥剂干燥器21上游和该再生流动路径9上的该第二旋转式干燥剂干燥器21下游，其中在该再生流动路径9上、在9d上的该第二旋转式干燥剂干燥器21和该初始旋转式干燥剂干燥器22之间设置有中间加热器53，该中间加热器53用于在再生空气穿过该初始旋转式干燥剂干燥器22的该再生部22b之前对其进行中间加热；
[0061]3‑
转子干燥系统30还包括返回空气流动路径8和一个或多个空气移动装置，该返回空气流动路径8用于将返回空气从使用位置4提供到用于返回空气的该混合点1。
[0062]
本发明的干燥系统30、40、50的一个特别的优点是它们可以在不包括冷却器的情况下运作，特别是不包括冷却和冷凝单元，但仍然提供具有非常低露点例如低于
‑
30℃的产物空气。
[0063]
其根本原因部分在于，本发明通过在用于返回空气的混合点1之前使再生空气分流，克服了在用于空气循环的半封闭回路中循环的空气的再生空气污染问题，该半封闭回路在使用中由产物空气流动路径7、使用位置4和再生流动路径8形成，而且大部分湿气在进入空气经历进一步的处理步骤之前以低成本通过初始旋转式干燥剂干燥器22去除，并且其中，在干燥过程的最后站点去除包括最大湿度的排出空气。
[0064]
在优选的实施例中，初始旋转式干燥剂干燥器22去除按重量计至少90％的包含在进入空气中的初始含水量，按重量计去除至少95％，按重量计至少96％，按重量计至少97％，按重量计至少98％，或优选地按重量计至少98.5％的包含在进入空气中的初始含水量。
[0065]
然而，为了获得具有最低露点例如低于
‑
50℃的产物空气，如果使用位置4是用于人类使用的房间或建筑空间，则对于产物空气质量和对于空气调节两者而言，冷却可能是必要的。在图3中，示例了包括冷却器33的本发明的3
‑
转子干燥系统30的优选实施例。
[0066]
根据本发明的一实施例，该3
‑
转子干燥系统30进一步包括冷却器33，该冷却器33设置在该进入空气流动路径6上、在6b上的该第二旋转式干燥剂干燥器21和该初始旋转式干燥剂干燥器22之间。在以下实例中，我们给出了实现包括一个冷却器33的实施例的本发明的3
‑
转子干燥系统30的仿真值以及现有技术10a、20b的对应实施例的对比数据。
[0067]
进一步包括冷却器33的该实施例的一个特别的优点是由于大部分的初始含水量已经通过初始旋转式干燥器的吸收从进入空气中去除，冷却器33仅需要提供低强度冷却，如从低于60℃、从低于55℃、从低于50℃、从低于45℃、从低于40℃、或从低于35℃和低至室温如在15℃至25℃或20℃之间的冷却。
[0068]
特别地，本发明的优点在于，其不需要预冷的进入空气以有效地生产具有非常低露点的工业用空气。现有技术的干燥系统10、20通常需要预冷的进入空气，根据行业标准，
该进入空气在进入现有技术的干燥系统之前已经被冷却到10℃。本发明的干燥系统30、40、50甚至在进入空气处于环境温度时也是起作用的。然而，在本发明的优选实施例中，本发明的干燥系统30、40、50包括预冷器3，其用于基于摄氏度差将进入空气冷却到接近进入空气的露点，例如用于将进入空气冷却到高于进入空气的露点的15％、高于进入空气的露点10％、或高于进入空气的露点5％。
[0069]
同样，本发明的干燥系统30、40、50的一个特别的优点是，当对于给定的使用位置4的产物空气设想相同的目标露点时，与现有技术的干燥系统10、20相比，可以减少进入空气体积。在实例2中示出了以下情况：对于相同的体积流量，通过使用本发明的干燥系统30、40、50对露点的改进是在6℃至8℃之间，相应地，通过降低本发明的系统中的体积流量，露点中的一些有益差异可以用于降低体积流量，并且因此与现有技术相比增加了本发明的干燥系统的经济效益。
[0070]
由于通过该另外两个旋转式干燥剂干燥器2、21没有使通过该冷却器33之后的温度显著增加，因此，通常在进入使用位置4例如房间或建筑空间之前，可以省去用于控制最终产物空气的温度的进一步冷却或加热。
[0071]
在本发明的实施方式中，3
‑
转子干燥系统30还包括用于混合空气的分流点11，该分流点11设置在用于返回空气的该混合点1和该第一旋转式干燥剂干燥器2之间、位于该第一旋转式干燥剂干燥器2上游的该产物空气流动路径7的第一区段7a上，用于混合空气作为再生空气从该分流点11经由混合空气流动路径9a沿着该再生流动路径9分流。
[0072]
如从图3可以观察到，当提供根据本发明的分流点12时，用于循环空气的半封闭回路实际上可以是封闭回路。于是，并且为了防止在使用位置4中的压力增长，使用位置4必须包括用于排出空气的流动路径4a，或者过剩循环空气可以用于再生空气，这是通过再生空气通过第一旋转式干燥剂干燥器2的净化部2c之前，沿着连接到再生空气流动路径9的空气流动路径9e的混合空气流动路径9a使过剩循环空气在用于混合空气的分流点11处分流来实现的。
[0073]
在本发明的一些实施例中，用于混合空气的分流点11可以代替用于在本发明的干燥系统30、40、50中的进入空气的分流点12。由此，例如通过添加如在此详细设置的初始旋转式干燥剂干燥器22使得改进现有的2
‑
转子干燥系统变为可能。然而，本发明的该变体系统将比在此详细描述的本发明的优选系统30、40、50更低效。
[0074]
在本发明的一实施例中，该3
‑
转子干燥系统40a进一步包括中间加热器52，该中间加热器52设置在该再生流动路径9上、在9c上的该第一旋转式干燥剂干燥器2和该第二旋转式干燥剂干燥器21之间，用于在再生空气穿过该第二旋转式干燥剂干燥器21的该再生部21b之前对其进行中间加热。图4a中详细示出了其中一个示例性实施例40a。
[0075]
通常，离开第一旋转式干燥剂干燥器2的再生部2b的再生空气即使在再生第一旋转式干燥器2之后仍然是热的并且非常干燥的，并且在正常运作下，不必在第一旋转式干燥器2与第二旋转式干燥器21之间提供中间加热器。然而，本发明的干燥系统40a在有意运作于接近极限的情况下，提供所提及的中间加热器52是特别有益的。
[0076]
在本发明的一些实施例中，该中间加热器52可以替代设置在第二旋转式干燥剂干燥器21和初始旋转式干燥剂干燥器22之间的中间加热器53。由此，例如通过添加如本文所详述设置的初始旋转式干燥剂干燥器22使得改进现有的2
‑
转子干燥系统变为可能。然而，
该变体系统将比本文所详述的本发明的优选系统30、40、50更低效。
[0077]
在本发明的一实施例中，该3
‑
转子干燥系统40b进一步包括至少一个过滤器41至43，该至少一个过滤器41至43设置在该公共进入空气流动路径6、7上，用于从该进入空气中去除游离的微粒。在图4b中详述的本发明一示例性且优选的实施例40b中，本发明的干燥系统40b包括至少三个过滤器41至43，每个相应的过滤器按过滤器类别以升序的方式被设置在前面的对应旋转式干燥剂干燥器2、21、22的下游。总体上，考虑到响应于给定的技术说明，将经过滤的产物空气提供至使用位置4是在本领域技术人员的技能范围内。在一特别优选的实施例40b中，过滤器3(43)是f6级过滤器，过滤器2(42)是选自过滤器级别为f6至f9的过滤器，和过滤器1(41)是f9级过滤器。在本干燥系统40b的实施例中，对于要求特别低微粒类别的使用位置4，在过滤器1(41)的下游设置一hepa过滤器。
[0078]
在本发明的一实施例中，该3
‑
转子干燥系统50进一步包括冷却器32，该冷却器32设置在该产物空气流动路径7上、在该第一旋转式干燥剂干燥器2之前。
[0079]
在本发明的一实施例中，3
‑
转子干燥系统50a还包括中间加热器51，该中间加热器51设置在该产物空气流动路径7上、该第一旋转式干燥剂干燥器2下游7b上(参见图5a)。在本发明的另一实施例中，该3
‑
转子干燥系统50a还包括冷却器31，该冷却器31设置在该产物空气流动路径7上、该第一旋转式干燥剂干燥器2下游的7b上(参见图5b)。由此，并且根据现有技术，供应到使用位置4的产物空气可以在使用之前进行空气调节，这特别适合于在建筑物空间和房间诸如洁净室中使用。
[0080]
根据本领域的旋转式干燥剂干燥器的当前标准，干燥剂转轮中包含的干燥剂可以是硅胶、沸石、活性氧化铝等，或其任意组合。优选地，用于本发明的旋转式干燥剂干燥器2、21、22包含选自硅胶、沸石或其组合的干燥剂，并且特别优选为硅胶。下文给出的计算是基于包含硅胶的旋转式干燥剂转轮。
[0081]
进入空气可以是环境空气；然而，优选的是进入空气是经预处理的环境空气，该环境空气已经被预处理以去除例如灰尘颗粒、微生物或细菌污染物等。在本发明的一些实施例中，本发明的干燥系统30、40、50可以包括用于预处理空气以便提供进入空气的装置，该装置设置在该初始旋转式干燥剂干燥器22之前的进入空气流动路径6上。
[0082]
实例
[0083]
为了记录本发明的干燥系统30在其最广泛方面的性能，我们已经仿真了具有现有技术的1
‑
转子和2
‑
转子干燥系统的本干燥系统30的总体性能，其中在仿真中，转子的尺寸在相应的干燥系统之间保持恒定。同样地，进气体积流量和目标产物空气体积流量保持恒定。
[0084]
仿真是基于空气与转子材料之间的动态质量和热传递的计算，其中在计算中，考虑到干燥剂吸附等温线、动态传热传质以及仿真工具生产商专有的实验确定的参数和输入数据。为了一致性，我们在来自两个不同生产商的两个不同仿真工具上测试。如果在6到8次迭代之后所得数据并未在两次连续迭代之间偏离多于一个标准变化，那么仿真被视为是收敛的。
[0085]
仿真结果显示于例1和图6以及例2和下表1中。
[0086]
例1：
[0087]
使用4300m3/h、10℃@90％rh(7.6g/kg水(h2o))下的用于1
‑
转子和2
‑
转子系统的标
准进入空气规格，用于将1300m3/h的空气交换为在半封闭回路中循环的30000m3/h，其中，产物空气在经过最后的旋转式干燥器2之后具有
‑
68℃的非常低露点，本发明的干燥系统30在其最广泛的方面的仿真显示(参见图6)，在干燥系统30中的任何点处既不必加热至超过73℃也不必冷却至低于10℃。实际上，离开冷却器33的空气在另外两个2、21旋转式干燥器中不被加热超过1.1℃，并且因此当使用位置4是例如用于锂电池生产的洁净室或建筑空间时，适合于使用位置4的空气调节。
[0088]
本发明的干燥系统30、40、50的一个特别的优点是仅需要低温加热来再生该第一旋转式干燥剂干燥器2，很少高于75℃。由此该系统可以利用低热源进行再生，例如来自其他局部加热、太阳能、区域加热等的热水。
[0089]
进入空气的空气温度增加的另一个且显著的优点是，通过能够在大约室温下运作本发明的干燥系统30、40、50，水冷凝、热/冷损失、到外部的热桥的问题被显著地最小化。这进一步节省了用于干燥系统的箱体的构造，因为将需要较少的绝热以用于维持期望的运作温度。
[0090]
实例2
‑
对比
[0091]
使用以上规格，但使用48000m3/h的更逼真的空气生产流量作为进入空气，在1
‑
转子干燥系统10a、2
‑
转子干燥系统20a和本发明的干燥系统30之间在其最广泛的方面的对比研究。结果在下面的表1中报告：
[0092]
如从对比数据可以观察到，本发明的3
‑
转子解决方案在两年后已经比1
‑
转子更具成本效益，并且在3年后已经比1
‑
转子和2
‑
转子干燥系统两者更具成本效益，同时提供与1
‑
转子和2
‑
转子干燥系统相比具有更低露点的产物空气，低6℃到8℃。
[0093]
关于露点的额外能力，不仅用于最小化在预期使用位置4处的产物空气的品质问题，而且如果预期使用位置4是锂电池的生产空间，则增加在电池的生产空间出爆炸风险的缓解。如以上所讨论的，它还可以用于减少通过本发明的干燥系统的空气的总流量。
[0094]
表1：对比结果
[0095]
系统1
‑
转子2
‑
转子3
‑
转子空气流量48000m3/h48000m3/h48000m3/h产物空气露点
‑
55℃
‑
57℃
‑
63℃能耗113kw80kw37kw安培164a116a54a安装成本(指数)100109.6112.51年之后的成本(指数)270.5288.1318.02年之后的成本(指数)341.2338.0341.33年之后的成本(指数)411.8388.0364.4
[0096]
实例3
‑
与jp2001038137的比较
[0097]
为了对比，本发明的设置相对于jp2001038137的3
‑
转子系统进行了测量，使用如例1和例2详述的仿真参数，目的是研究在两个不同系统中具有进入空气的返回空气的混合点1相对于再生空气的分流点12的放置效果，即研究在混合点1之前或之后分流再生空气的效果。
[0098]
这种比较的问题在于，本发明系统30、40、50和现有技术系统最初没有被配置为提
供相同的产物空气，因此为了执行对比必须做一些修改。特别地，jp2001038137的3
‑
转子系统包括用于低于露点冷却的预冷器3，其在本发明的系统中不存在，其中，如果在所有系统中使用预冷，则预冷决不会低于进入空气的露点。因此，下面的对比不是本系统与现有技术系统的直接对比，而是仅仅探索混合点1的位置对本公开3
‑
转子系统的影响。
[0099]
因此，本公开的仿真实现了jp2001038137中详细描述的所有特征(除了如详细描述的没有实施预冷却)，即冷却器33和32，以及所有加热器5、52、53。
[0100]
如所讨论的，本系统在没有冷却器32的情况下也是有效的，这不是jp2001038137中公开的系统的情况。同样地，本系统也适合在没有加热器52的情况下使用，这两个差异提供了用于获得合适品质的产物空气的运作和投资的缩减成本(参考如图6)。
[0101]
本比较将两个系统进行比较，其中，与本发明的意图一致，不执行进入空气的预冷却；另其中，执行预冷却至预冷却的进入空气的露点的5％以内。
[0102]
在这些条件下，具有不同位置的混合点1的两个3
‑
转子系统获得的所得产物空气比较为：
[0103]
表2：产物空气特性
‑
无预冷
[0104][0105]
从仿真结果可以看出，在相同的仿真条件下，与改进的现有技术转子相比，所得产物空气具有更好的规格，并且进一步地，所消耗的总能量低于12.5kw。
[0106]
表3：产物空气特性
‑
预冷却
[0107][0108]
从仿真结果可以看出，在相同的仿真条件下，与改进的现有技术转子相比，所得产物空气具有更好的规格，而消耗的总能量略高于0.7kw。
[0109]
该额外的能量支出是特定仿真限制的人工因素。在所给出的仿真中，假设返回空气在经过使用位置4之后具有24℃的返回温度，这导致用于加热在改进的现有技术的3
‑
转子系统中的再生空气的能量消耗略微降低。但是如果经过使用位置4之后的温度更低，例如20℃至22℃(通常是舒适的情况)，则在现有技术的改进的3
‑
转子系统中用于加热所消耗的能量将比本发明的3
‑
转子系统同等或略微高一些。
[0110]
一致地，在两个仿真中，与现有技术的改进的3
‑
转子系统相比，通过本发明的3
‑
转子系统传输空气所需的能量少10％，这是一致的结果并且与进入空气的空气成分(例如进气的初始含水量)无关，进入空气的空气成分影响了参数，例如加热和冷却所花费的能量。
[0111]
然而，值得注意的是，本发明的主要优点在于，仅实施预冷器3、冷却器33和加热器5、53的本发明的系统适合于提供高品质的产物空气，甚至具有与同样实施冷却器32和加热器52的jp2001038137的改进的现有技术系统相同的品质，将图6的仿真结果与表2和表3的数据进行比较，因此证明了本发明的系统可以降低的运作成本和投资来实施以获得适合的高品质的产物空气。
[0112]
总结性评论
[0113]
如在权利要求中使用的术语“包括”不排除其它元件或步骤。如在权利要求中使用的术语“一”或“一个”不排除多个。尽管为了说明的目的已经详细描述了本发明，但是应当理解，这样的细节仅仅是为了该目的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以在其中进行修改。