專利名稱：?jiǎn)喂苁降耐瑫r(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳熱和傳質(zhì)的方法。這里所說(shuō)的傳熱和傳質(zhì)是指能量的運(yùn)動(dòng)，該能量用于加熱或冷卻一種流體(液體或氣體)或蒸發(fā)一種液體或冷凝一種蒸汽，這時(shí)能量一定會(huì)通過(guò)氣/液、氣/固或液/固的交界處或它們的結(jié)合處進(jìn)行交換。傳質(zhì)是指蒸發(fā)的液體從液相變成氣相的運(yùn)動(dòng)，或者是冷凝的蒸汽從氣相變成液相的運(yùn)動(dòng)。
在由本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)明的，1989年5月23日公開的題目為“同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置”的美國(guó)專利4832115中，使用了對(duì)只少一個(gè)腔室的幾段用于一種氣體通過(guò)的某一腔室內(nèi)的流體進(jìn)行分區(qū)濕處理的方法，并且描述了流體通過(guò)腔室各段的遷移運(yùn)動(dòng)，該遷移運(yùn)動(dòng)是利用在包括有至少兩個(gè)腔室，并且腔室之間具有熱傳導(dǎo)壁的一種設(shè)備內(nèi)的流體來(lái)進(jìn)行的。所提及的該美國(guó)專利有利地采用了同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法，它具有多種用途，例如溫度濕度調(diào)節(jié)、凈化等等。
雖然采用兩個(gè)熱連接室給傳熱和傳質(zhì)提供了良好的環(huán)境，但這種結(jié)構(gòu)加大了制造的難度，尤其是在室的大小變得至關(guān)重要的更是如此。因此我們就感到需要一個(gè)具有單一腔室的進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的、能同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置。
本發(fā)明的一個(gè)特征是提供一種有氣體流過(guò)一個(gè)單個(gè)腔室的用于同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供了一種改進(jìn)的傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置，在該方法和裝置中，有一種氣體通過(guò)一個(gè)具有幾個(gè)段的腔室，利用在呈現(xiàn)出遷移運(yùn)動(dòng)的腔室內(nèi)的流體對(duì)上述各段進(jìn)行濕處理。
本發(fā)明還有一個(gè)特征是提供了一種改進(jìn)的用于同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)的方法和裝置，其中至少一個(gè)導(dǎo)管具有延伸并通過(guò)該腔室的熱傳導(dǎo)表面，該導(dǎo)管為該方法提供了熱有源元件。
按照本發(fā)明，通過(guò)利用一種氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)上述和其它特征。該氣體一般限定為非凝結(jié)性蒸汽或氣體，并且在多數(shù)情況下是周圍的空氣。這種氣體通常流給一個(gè)與熱源和某一情況下的冷源有熱連接的空腔。本文中的熱連接意思是流體(氣體或液體)從一個(gè)空腔被送到靠近熱傳遞阻擋層的地方，使熱能夠從空腔傳到一個(gè)冷源或從一個(gè)源傳到一個(gè)空腔。在本文中提到的氣體通常在接近常壓下運(yùn)行，壓力的變化只是由摩擦損失引起的。由于熱源和冷源與空腔內(nèi)的氣體是有不同的溫度，于是造成氣體從空腔的一端到另一端時(shí)溫度和絕對(duì)濕度的變化。這些變化使氣體接近于一個(gè)蒸汽-液體平衡值并因此而容易接收或失掉蒸汽。平衡值是蒸汽-液體平衡的濃度或溫度。蒸汽-液體平衡可以被說(shuō)成是物質(zhì)從流體的蒸汽相的逃逸趨勢(shì)恰好與同溫同壓的逃逸相相平衡。
濕態(tài)干燥劑(為液體干燥劑)被施加到部分空腔或全部腔內(nèi)。液體干燥劑是一種吸濕液如氯化鋰(Licl)、溴化鋰(LiBr)或氯化鈣(CaCl2)等。這種濕法應(yīng)用是分區(qū)進(jìn)行的。這意思是(1)該空腔沿長(zhǎng)度方向分成幾段順序排列的段，各段的寬度可以是相等的或不等的。(2)將各段之間的濕式干燥劑的不受控制的混合減少到最低限度;(3)將空腔的各濕處理段按順序排列，以便使空腔的傳入和傳出熱量以某種方式進(jìn)行，該方式在空腔長(zhǎng)度的一個(gè)方向上連續(xù)改變各區(qū)濕式干燥劑的溫度;(4)當(dāng)對(duì)一個(gè)段，也包括它的熱交換阻擋層進(jìn)行濕處理時(shí)，大部分濕式干燥劑在一個(gè)段由保持一個(gè)所需要的持續(xù)時(shí)間，因?yàn)?a)干燥劑的溫度趨近于該段內(nèi)氣體的溫度和/或冷源或與空腔段熱連接的熱源的溫度和/或與該空腔段熱連接的氣體溫度(b)由于氣體和濕式干燥劑的蒸汽-液體的平衡被打破，蒸發(fā)或冷凝的預(yù)定程度就使得氣體和濕式干燥劑流入該氣體，或從該氣流中流出。
提供了多個(gè)段的濕式干燥劑進(jìn)行遷移運(yùn)動(dòng)。這種遷移運(yùn)動(dòng)的含義是(1)濕式干燥劑進(jìn)入和離開某一段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，其中濕式干燥劑在流出徑濕處理的段時(shí)的溫度和濕度要不同于濕式干燥劑進(jìn)入該濕處理段的溫度和濃度;和(2)濕處理段的某些部分濕式干燥劑離開該段而進(jìn)入相鄰的濕處理段。各段之間的遷移運(yùn)動(dòng)使得一個(gè)段的濕式干燥劑的溫度和組份影響著相鄰段的濕式干燥劑的溫度和組份，這種順序在許多濕處理段重復(fù)進(jìn)行，使這些濕式干燥劑形成至少一個(gè)總的定向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伴隨著溫度和組份也順序地發(fā)生變化。遷移運(yùn)動(dòng)的大小由用任何方法加入減少空腔中的濕式干燥劑來(lái)控制，這使得濕式干燥劑在進(jìn)行濕處理的段內(nèi)要有一個(gè)持續(xù)時(shí)間。
在運(yùn)行中，存在從濕式干燥劑向氣流蒸發(fā)或從氣流中凝結(jié)的地方，與遷移運(yùn)動(dòng)相配合的分區(qū)濕處理會(huì)出現(xiàn)下面的現(xiàn)象。首先，當(dāng)一個(gè)段主要由相同的濕式干燥劑進(jìn)行濕處理時(shí)，當(dāng)時(shí)局部的濕式干燥劑的溫度和組份被迫使發(fā)生變化。其次，當(dāng)遷移運(yùn)動(dòng)從一個(gè)段進(jìn)行到另一個(gè)段時(shí)，一個(gè)段的濃度影響著下一個(gè)段的濕式干燥劑的組份，而在下一段，干燥劑的組份又被蒸發(fā)和冷凝加以改變。以上方式可使所選擇的干燥劑在空腔的整個(gè)長(zhǎng)度上發(fā)展和保持其性能參數(shù)的變化率。
用于實(shí)施本發(fā)明的裝置由一個(gè)空腔和一個(gè)冷源組成，該冷源一般貫穿在整個(gè)空腔長(zhǎng)度上。利用一個(gè)低壓鼓風(fēng)機(jī)這樣的機(jī)械裝置將氣體送入空腔。多個(gè)液體區(qū)通常是利用分離泵作用和散布裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種散布通常包括對(duì)冷源阻擋層的噴淋，但也可以進(jìn)一步包括用于增加空腔空氣與濕式干燥劑的接觸面積的濕處理方法，比如用液滴噴霧的方法。所分區(qū)的數(shù)量應(yīng)足以使?jié)袷礁稍飫┑臏囟冉咏谧羁拷稍飫┒ㄟ^(guò)的氣體的溫度，并且在濕式干燥劑內(nèi)也會(huì)呈現(xiàn)出任何明顯的濃度變化。在大多數(shù)情況下濕式干燥劑的遷移運(yùn)動(dòng)是在空腔的整個(gè)長(zhǎng)度上從一個(gè)段向另一個(gè)段進(jìn)行的。用于這種運(yùn)動(dòng)的裝置通常是位于空腔內(nèi)的槽。該裝置還進(jìn)一步包括一個(gè)熱源，它一般也設(shè)置在空腔的整個(gè)長(zhǎng)度上，該熱源靠向空腔內(nèi)進(jìn)行熱傳遞的方式向空腔供熱。熱源的熱可以由壓縮流出空腔的氣體來(lái)供給?？涨唬湓春蜔嵩赐ㄟ^(guò)熱傳導(dǎo)阻擋層來(lái)進(jìn)行熱連接。阻擋層(通常為塑料管或金屬管的壁)提供與空腔共有的傳熱邊界。在冷源內(nèi)的流體是液體干燥劑，而在熱源中的流體是從氣體中獲得的能夠冷凝的蒸汽。
本發(fā)明可以用傳熱、傳質(zhì)和能量平衡這些術(shù)語(yǔ)來(lái)表示。能量在空腔和熱源及冷源之間的傳導(dǎo)總是包含顯熱的傳遞，并且一般來(lái)說(shuō)，至少還包含一種涉及到蒸發(fā)或冷凝的潛熱的傳遞。顯熱是液體干燥劑的溫度變化所需的熱量，不發(fā)生流體干燥劑狀態(tài)的變化。潛熱是將水從流體干燥劑中蒸發(fā)出來(lái)或?qū)⑺淠揭后w干燥劑中所需的熱量，不發(fā)生溫度或壓力的變化。
基本傳熱是在氣體通過(guò)空腔時(shí)，由向氣體內(nèi)或從氣體中傳入傳出熱量的熱交換建立起來(lái)的。這種變化是由空腔氣體與液體、冷源和熱源之間的溫差引起的。一般說(shuō)來(lái)，熱源溫度要比空腔氣體和液體的溫度高，而冷源則低，因此能從空腔內(nèi)傳入和傳出熱量。
基本的能量和質(zhì)量的守恒可以應(yīng)用于空腔氣體。這種守恒表明輸入氣體(它的溫度和含濕量)的焓加上傳入和傳出冷熱源的熱量等于空腔氣體輸出的焓。輸入空腔的氣體含濕量與輸出空腔的氣體含濕量的差支配著水是進(jìn)入空腔內(nèi)的液體干燥劑中去還是從干燥劑中除去。液體干燥劑對(duì)于調(diào)節(jié)空腔氣體的焓值來(lái)說(shuō)其作用是微乎其微的。在大多數(shù)情況下液體干燥劑在成為空腔液體之前先流過(guò)冷源，因此可以自動(dòng)消除干燥劑內(nèi)可能出現(xiàn)的溫度轉(zhuǎn)變。在分置式空調(diào)情況下，進(jìn)入空腔的液體干燥劑與流出空腔的液體干燥劑之間的任何溫差，對(duì)于影響空腔氣體的焓值來(lái)說(shuō)基本上是微不足道的。
在大多數(shù)應(yīng)用中，由于干燥劑的溫度的緣故，只需冷源對(duì)空腔氣體的焓值產(chǎn)生最小的影響。然而，在分置式空調(diào)的情況下，由冷源(可以包括一種流體，如冷卻水或油)吸收的熱量等于空腔氣體通過(guò)該空腔時(shí)的焓值減少量。由于與空腔氣體逆流的液體干燥劑吸收了水份，所以使空腔氣體的含濕量降低。
在需要冷源和熱源的應(yīng)用中，需要對(duì)液體干燥劑再生。輸入的低溫低濕空腔氣體的焓值由于有能量從較熱的熱源傳遞到空腔氣體而增加了?？涨粴怏w的溫度和濕度得到了提高。由于水從在空腔內(nèi)最初通過(guò)冷源作移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的液體干燥劑中蒸發(fā)出來(lái)，使氣體的濕度增加。氣體以高溫高濕狀態(tài)(增焓)從空腔排出，并壓縮到一定的壓力，這樣，當(dāng)冷卻時(shí)，氣體由于水蒸氣飽和而變成飽和氣體，其溫度要高于排出空腔的氣體溫度。然后經(jīng)壓縮的飽和氣被用作熱源流體。當(dāng)壓縮的氣體流過(guò)熱源時(shí)，它被冷卻并使水蒸汽冷凝，同時(shí)向空腔氣體放出顯熱和潛熱，該空腔有加熱和蒸發(fā)現(xiàn)象發(fā)生。空腔氣體獲得的焓值基本上等于壓縮氣體損失的焓值。壓縮氣體流出熱源時(shí)，其壓力被釋放，并且或者作為空腔氣體進(jìn)行再循環(huán)或者排出。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的用于單管傳熱和傳質(zhì)的裝置的平面示圖，它包括了剖視部分。該圖顯示了一個(gè)輔助的水蒸發(fā)器，一個(gè)輔助氣體壓縮器和氣體的運(yùn)動(dòng);和圖2是圖1的裝置沿2-2線取的示意剖視圖。
1、對(duì)附圖的詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D1和圖2，圖中顯示了本發(fā)明的一種裝置，該裝置一律用標(biāo)號(hào)10表示，同時(shí)氣體運(yùn)動(dòng)裝置標(biāo)為12，輔助水蒸發(fā)器為14，附加氣體壓縮機(jī)為16。圖中所示的裝置10是一個(gè)長(zhǎng)方體，它有側(cè)壁20和22，端壁24和26，頂壁28和底壁30，這些壁可以用塑料或耐腐蝕金屬構(gòu)成，可以在壁上復(fù)蓋絕緣材料層32。盡管各裝置的方向可以是水平的或垂直的，以及盡管它們具有彎曲的表面或形狀，或者可以接受的各種不同的尺寸，但各側(cè)壁通常是垂直或接近垂直方向的?？涨?4的長(zhǎng)度一般在低于2米到12米的范圍內(nèi)，其高度從不到1米到2-3米之間，其最大極限高度取決于材料的可利用度。為了清楚起見，圖中所畫出的空腔34的寬度有些不成比例，過(guò)去所建造的空腔寬度在3到15mm范圍內(nèi)，盡管也可采用其它寬度。作為容器的槽36用于盛空腔34內(nèi)的液體。
應(yīng)以某種方式對(duì)空腔34進(jìn)行濕潤(rùn)，該方式應(yīng)在空腔長(zhǎng)度上形成和保持濕潤(rùn)液的溫度差異和這些濕潤(rùn)液內(nèi)的組分差異。較好的濕潤(rùn)方式是分區(qū)進(jìn)行濕潤(rùn)的，因而有必要將空腔長(zhǎng)度分成許多段，這里分成了三段(用標(biāo)號(hào)38，40和42表示)，這樣，在這些段中，各段之間的液體就不會(huì)在很大的范圍內(nèi)進(jìn)行混合。各段內(nèi)的濕潤(rùn)也可以由不同的方式來(lái)完成。例如，液體44可以通過(guò)標(biāo)號(hào)為46的管從槽36中排出并通過(guò)泵48返回到空腔34中，在泵48處，液體被形成液滴50而通過(guò)散布裝置52噴入空腔34中，這里所用的散布裝置為霧化噴嘴。許多這種泵和散布裝置都在各段38，40和42中設(shè)置有槽的排放管46，并且這些排放管位于這些段內(nèi)的中央部位。這些泵和散布裝置可以給整個(gè)空腔提供濕處理，而且可以保持液體的濕度和槽36整個(gè)長(zhǎng)度上的合適的濃度完整性。段的濕處理裝置也可以包括位于頂壁28下方的如朝下方噴霧的噴霧裝置或溢流裝置等裝置，各段液體的分隔可以利用各段之間的分離層54而得到加強(qiáng)，并且在某些情況下，噴霧隔離器也可用于隔離層54上方到空隙的頂部之間，以便減少各段液體的混合。由于位于隔離層54內(nèi)的液流管56，可能會(huì)使槽36內(nèi)的液體40流動(dòng)。例如可能會(huì)發(fā)生從管58的入口向管60的出口的遷移運(yùn)動(dòng)，這樣就會(huì)在各段38，40和42之間形成遷移流動(dòng)。
冷源62是從空腔34內(nèi)的氣體或液體中去除熱量的任何裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，包含一種流動(dòng)液的管子就起冷源的作用，并且在圖1和圖2中為一根管盤，其中冷源62的壁用作冷源62和空腔34之間的阻擋層，同時(shí)提供共同的傳熱邊界。在其它結(jié)構(gòu)中，盤管可以是各段38，40和42內(nèi)垂直方向的螺旋形管，或者也可以是壁22，它將熱傳入固定在該壁上的一個(gè)冷源內(nèi)。液體可以經(jīng)管64流到冷源62內(nèi)，并利用管66使其從槽36中流出，或者也可利用閥68和管70將它改造引入槽36內(nèi)。在其它運(yùn)行方式中，液體可以通過(guò)管66進(jìn)入冷源62，并通過(guò)管64從槽36中排出。液體通過(guò)空隙34內(nèi)并從一個(gè)段流向另一個(gè)段的過(guò)程中，它的溫度隨著所吸熱量的增加而增加。另外，冷源62也可以包含沸騰液體，它的溫度保持低于各段38，40和42的溫度。
熱源72是將熱量提供給空腔34的氣體或液體的任何裝置，并且熱源72的優(yōu)選的和可供選擇的實(shí)施例可以像冷源62的實(shí)施例一樣，其壁也可以作用熱源72和空腔34之間的阻擋層，同時(shí)還用作共同的傳熱邊界。在運(yùn)行其間，加壓并因此而受熱的空氣徑管74進(jìn)入熱源72，并徑管76及調(diào)節(jié)閥78流出空腔34，調(diào)節(jié)閥也可以選用其它形式的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，如孔板或透平。由于熱源溫度高于與它接近的各段的溫度，所以熱源能將熱能傳給空腔34的各段。利用氣體的冷卻和蒸汽的冷凝使熱量從熱源72中釋放出來(lái)，氣體和蒸汽是通過(guò)管74進(jìn)入熱源72的。
用作冷源62和熱源72的材料最好是從塑料金屬、無(wú)機(jī)玻璃或它們的組合中而選擇出來(lái)的材料制成的管。在高壓應(yīng)用中和在壓力極不相同的地方，應(yīng)采用更堅(jiān)固的材料?？梢岳么植诘牟牧蟻?lái)增大冷源62和熱源72的表面積。
參照?qǐng)D1，用于推動(dòng)氣體通過(guò)空腔34的裝置與氣體運(yùn)動(dòng)裝置12是同一裝置，該裝置靠管80連接在裝置10上。盡管氣體運(yùn)動(dòng)裝置12在圖中是處在裝置10的前面，但也可位于氣體通路上的其它點(diǎn)處。氣體運(yùn)動(dòng)裝置12可以是分扇，鼓風(fēng)機(jī)或其它以恒定氣體運(yùn)動(dòng)或胍動(dòng)式氣體運(yùn)動(dòng)方式輸送氣體的裝置。還有其它氣體運(yùn)動(dòng)形式會(huì)出現(xiàn)在空腔內(nèi)，其中這種運(yùn)動(dòng)是以不同于從空腔一端向另一端的方向進(jìn)行的。這種運(yùn)動(dòng)可以包括自然對(duì)流或強(qiáng)迫對(duì)流，對(duì)流是由比如在氣態(tài)空間內(nèi)部的液體噴射或由具有低摩擦損失的獨(dú)立分散引起的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖2，用于冷卻來(lái)自裝置10的出口氣體的裝置可以是輔助水蒸發(fā)器14，圖中該蒸發(fā)器通過(guò)管82與裝置10相連?？梢岳谜舭l(fā)器填料或利用噴入氣態(tài)空間的液體來(lái)對(duì)輔助水蒸發(fā)器14內(nèi)的氣體進(jìn)行濕處理。噴霧裝置同樣設(shè)置在裝置10內(nèi)，它包括出口管46，泵48和噴霧嘴52。水通過(guò)管84進(jìn)入輔助水蒸發(fā)器14，使較小體積的水通過(guò)管86流出，以避免無(wú)機(jī)物的聚集。
再參照1，在大多數(shù)情況下，氣體是通過(guò)管道88從裝置10或輔助水蒸發(fā)器14中流到外界環(huán)境中去的。在一些專門的應(yīng)用中，氣體再循環(huán)到空腔34中，同時(shí)氣體的溫度也上升。在一種方法中，氣體流過(guò)管道90時(shí)由輔助氣體壓縮機(jī)16將其壓縮，從而使氣體的溫度得到提高。輔助氣體壓縮機(jī)的軸功率可由電動(dòng)機(jī)，燃?xì)鈾C(jī)或渦輪機(jī)提供。氣體在管道74內(nèi)在壓力下繼續(xù)運(yùn)行并流過(guò)帶壓熱源72，由閥78將其釋放出來(lái)。
2、對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述分式空調(diào)本發(fā)明的部分目標(biāo)在于將其應(yīng)用于分置式空調(diào)方法中，如應(yīng)用于商業(yè)樓和家庭的分離系統(tǒng)中。在這些系統(tǒng)中，可以看出分置的主機(jī)與水冷卻器和液體干燥劑再生器之間是分離的，該分置的主機(jī)可以設(shè)置建筑物管道機(jī)構(gòu)上或固定在墻上或天花板上，而水冷卻器和液體干燥劑再生器可以設(shè)置在建筑物外部?？磮D1和圖2，來(lái)自水冷卻器的冷卻水流過(guò)冷源62時(shí)，吸收通過(guò)空腔34的氣流中的熱量，該氣流是由氣體運(yùn)動(dòng)裝置12驅(qū)動(dòng)的。一般情況下，15℃的冷卻水可以徑管66進(jìn)入冷源62，吸收熱量后以21℃的溫度徑管64流出冷源62并返回到水冷卻器。空氣可以在27℃和50%的相對(duì)濕度狀態(tài)下進(jìn)入空腔34，并順次從段38流到段39，然后流到段40，并以降低了的能態(tài)(如26℃和20%相對(duì)濕度)流出空腔34。從氣流中去除的能量進(jìn)入了冷源62。從流過(guò)空腔34的氣流中去除的水份被具有足夠濃度的液體干燥劑吸收以減少空氣的相對(duì)濕度。在運(yùn)行中，來(lái)自干燥劑再生器的液態(tài)干燥劑徑管58進(jìn)入槽36內(nèi)。在段42中，使這種液體干燥劑噴入到空氣流中并淋濕冷卻源62，這樣有助于冷源去除空氣中的水份并且促進(jìn)了從段42到冷源62的熱傳遞。然后液體干燥劑經(jīng)流動(dòng)管56流到段40，然后再流到含有更多水的段38，但在空氣流通過(guò)各段時(shí)，液體干燥劑仍具有減少空氣流不同的相對(duì)濕度的能力。這時(shí)含有所吸收的水分的液體干燥劑經(jīng)管60流出槽36，并可以返回到一個(gè)液體干燥劑再生器中去。流出空腔34的空氣可以保持較低的相對(duì)濕度狀態(tài)，或者可以徑管道82流過(guò)輔助水蒸發(fā)器14，使空氣狀態(tài)達(dá)到13℃和100%相對(duì)濕度部分或全部飽和。用于給空氣加濕的水可以由管84提供，同時(shí)管86可將來(lái)自輔助水蒸發(fā)器14的水排走?？梢杂伤鋮s器，出水管64或其它方便的水源向管84供水。
交替進(jìn)行除濕，供熱和蒸汽吸收的裝置10可以使用一種液體干燥劑從氣體中除去水蒸汽。這三種應(yīng)用都同樣是干燥劑/蒸汽相互作用的結(jié)果;(1)通過(guò)干燥一種氣體以除去蒸汽來(lái)進(jìn)行除濕，(2)由于在去除蒸汽時(shí)有熱量釋放出來(lái)，因而加熱了氣體，(3)利用氣體中的干燥劑例如，吸收蒸汽并將水份儲(chǔ)存起來(lái)，然后在隨后的液體;干燥劑再生過(guò)程中將水份除去。
對(duì)于上面提到的所有應(yīng)用中(參照?qǐng)D1和圖2)，來(lái)自干燥劑再生器的經(jīng)濃縮的干燥劑通過(guò)管60進(jìn)入冷源62，這時(shí)的溫度比如是38℃。在干燥通過(guò)冷源62運(yùn)動(dòng)期間，它的濕度增加了。然后干燥劑流徑閥68并經(jīng)管70流入槽36中，并槽44內(nèi)的干燥劑在段42內(nèi)進(jìn)行分區(qū)噴淋。然后干燥劑順次通過(guò)段40和38，通過(guò)與空腔34內(nèi)的氣體進(jìn)行接觸冷卻和吸收了水份，直到在大約41℃的狀態(tài)下經(jīng)管60流出并返回到干燥劑再生器。氣體、通常是空氣(比如是32℃和60%相對(duì)濕度的空氣)由氣體運(yùn)動(dòng)裝置12將其送入空腔34。在段38中，這種氣體與分布在氣體空間內(nèi)的液體干燥劑相接觸，并淋濕使水蒸汽脫離氣體并進(jìn)入液體的冷源62，同時(shí)還促進(jìn)了向冷源62的熱傳遞。由于釋放出凝結(jié)熱，使氣體的溫度也同時(shí)提高。在達(dá)到氣/液平衡后，氣體順次流過(guò)各段，在與逆流運(yùn)動(dòng)的液體干燥劑的相互配合下進(jìn)行干燥和加熱處理。在段42內(nèi)，氣體最初與進(jìn)入的干燥劑接觸時(shí)，它的溫度基本不降低，由于氣體的加熱同時(shí)由于冷源62的吸熱使干燥劑的溫度接近于氣體的溫度。氣體經(jīng)管道82以比如54℃溫度和10%相對(duì)溫度排出空腔34。在上述狀態(tài)下裝置10起到一個(gè)除濕器的作用，氣體的水蒸汽含量由于除濕作用而降低為原來(lái)含量的二分之一。因?yàn)闅怏w溫度提高裝置10可把它看作熱泵。最后，由于氣體被干燥，使液體干燥劑水份增加，所以裝置10在所給出的例子內(nèi)作為一個(gè)蒸汽吸收器而起作用，某些水份也被收集在干燥劑再生器內(nèi)。
液體干燥劑的再生在另一種應(yīng)用中，裝置10作為液體干燥劑再生器運(yùn)行，其中使氣體受熱并導(dǎo)致水從干燥劑中蒸發(fā)出來(lái)。然后從一定壓力對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，這樣，當(dāng)冷卻時(shí)，水蒸汽開始在大于蒸發(fā)過(guò)程時(shí)的溫度下開始冷凝，因此冷凝能量可重新用于蒸發(fā)。
看圖1和圖2，可利用氣體運(yùn)動(dòng)裝置12向段38供給43℃和10%相對(duì)濕度的氣體，并使該氣體暴露于從散布裝置52噴射出的液體干燥劑。由于有熱源72供應(yīng)熱量，水就蒸發(fā)到氣體中。氣體逐漸地從一個(gè)段運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)段，并獲取熱量和水份，并利用管道82，在120℃和30%相對(duì)濕度下流出空腔34。接著氣體流過(guò)管道90，由輔助氣體壓縮機(jī)16將其壓縮。約為246℃的已加壓的高溫氣/蒸汽混合物經(jīng)管道74流入熱源72。在段42中，這種氣/蒸汽混合物冷卻并冷凝成約127℃，同時(shí)放出一些熱量給氣體和液體干燥劑噴射液。當(dāng)氣體/蒸汽混合物在熱源72內(nèi)運(yùn)動(dòng)并通過(guò)段40和38時(shí)進(jìn)一步冷卻和冷凝并通過(guò)管道76和閥78排出空腔34而進(jìn)入大氣，因而提供了49℃的氣流和水流。在另一種方案中，氣體在較低壓力下流到管道80，不需要使用獨(dú)立的氣體運(yùn)動(dòng)裝置12。
對(duì)需再生的干燥劑進(jìn)行預(yù)熱，然后經(jīng)管64以比如37℃的溫度下進(jìn)入冷源62。在段38中，由于熱源72的溫度和段38內(nèi)的液體和氣體的溫度較高，所以這種流體的溫度將會(huì)上升。冷源68中的流體在獲取了熱量之后，順次流過(guò)段40和42，并以類似方式加熱到約120℃，并通過(guò)閥68和管70進(jìn)入槽36。在段42內(nèi)，槽液44通過(guò)散布裝置52散布在氣體空間中，該散布裝置使液體形成噴霧液滴50，并使它們與氣/液直接接觸，因而增強(qiáng)了熱源72和冷源62上的傳熱傳質(zhì)系數(shù)。讓液體干燥劑中蒸發(fā)出水分進(jìn)入段42內(nèi)的氣/蒸汽混合物中，同時(shí)使槽36的液體干燥劑部分再生。利用熱源72內(nèi)氣體的冷卻和蒸汽冷凝來(lái)為蒸發(fā)提供所需的能量。在進(jìn)行了足夠的蒸發(fā)之后，槽液44液流到段40并再次使干燥劑部分再生，然后流到段38，在該干燥劑已全部再生，并經(jīng)管60使干燥劑排出槽36。
上述描述包括了對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)行作的說(shuō)明，但這不意味著限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍只有權(quán)利要求限定。從上述描述中可以看出，所屬領(lǐng)域的普通專業(yè)人員在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以作許多明顯的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.用于改變濕式干燥劑的溫度和組分的裝置，所述裝置包括一個(gè)空腔，它包括有多個(gè)段；一個(gè)濕處理裝置，用于分區(qū)地用所述濕式干燥劑對(duì)多個(gè)所述的段進(jìn)行濕處理；遷移裝置，它與所述濕處理裝置相連，用于在相鄰段之間為所述濕式干燥劑提供遷移運(yùn)動(dòng)；一個(gè)冷源，它在所述空腔內(nèi)，有一種流體流過(guò)該冷源；一個(gè)傳熱阻擋層，它與所述空腔和所述冷源熱連接；一個(gè)流體流動(dòng)裝置，它控制著流過(guò)所述冷源的一種濕式干燥劑的流動(dòng)；一個(gè)氣體流動(dòng)裝置，它控制氣體通過(guò)所述空腔的流動(dòng)，其中所述氣體的溫度和所述液體的溫度引起了所述空腔與所述冷源之間通過(guò)所述熱傳遞阻擋層的傳熱，其中在濕處理期間，所述濕式干燥劑的溫度要低于所述濕式干燥劑的沸點(diǎn)溫度，其中所述濕式干燥劑和所述氣體之間在所述段內(nèi)的互相作用引起了所述濕式干燥劑的溫度和組份的改變，對(duì)于每個(gè)所述濕處理段，所述氣體與所述濕式干燥劑接近于達(dá)到蒸汽一液體的平衡，其中由于所述濕式干燥劑和所述遷移運(yùn)動(dòng)的相互作用，引起在相鄰段內(nèi)的所述濕式干燥劑的溫度和組份及所述液體的溫度在通過(guò)所述空腔時(shí)發(fā)生變化。
2.按照權(quán)利要求1的用于改變濕式干燥劑的溫度和組份的裝置，其特征在于它還包括散布裝置，因此所述液流被選作所述濕式干燥劑。
3.按照權(quán)利要求1的用于改變濕式干燥劑的溫度和組份的裝置，其特征在于它還包括一個(gè)熱源，所述熱源提供一種含蒸汽的氣體，其中所述含蒸汽氣體冷凝時(shí)將熱量傳遞給所述空腔的所述段。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征是還包括一個(gè)壓縮裝置，用于壓縮離開所述空腔的所述氣體，并將所述壓縮氣體供給所述熱源。
5.用于將水蒸汽從空氣中去除的裝置，所述裝置使用一種液體干燥劑，所述裝置包括一個(gè)空腔，它被分成多個(gè)段;液體干燥劑散布裝置，用于散布在所述多個(gè)段的每一個(gè)段內(nèi)的所述液體干燥劑;一個(gè)遷移流動(dòng)裝置，用于使所述液體干燥劑在所述段之間流動(dòng);一個(gè)冷源，它與所述段熱連接;和一個(gè)氣體運(yùn)動(dòng)裝置，它與所述空腔相連;所述氣體運(yùn)動(dòng)裝置，它驅(qū)使所述氣體與在所述冷源內(nèi)運(yùn)動(dòng)的所述液體干燥劑同向地流過(guò)所述空腔，然后所述液體干燥劑從所述冷源中流出并流入所述段，并以與所述氣體運(yùn)動(dòng)方向相反的遷移運(yùn)動(dòng)方式流動(dòng);其中所述氣體的溫度提高，而絕對(duì)溫度降低，相對(duì)濕度也降低;所述氣體順流地流過(guò)所述空腔，將各段的冷凝熱傳給所述液體干燥劑;在各段內(nèi)所述氣體和所述液體干燥劑接近于達(dá)到氣/液平衡狀態(tài);其中所述段之間的所述遷移運(yùn)動(dòng)使一個(gè)段內(nèi)的所述液體干燥劑的溫度和組份影響著相鄰段內(nèi)的所述液體干燥劑的溫度和組份;其中所述氣體和所述液體干燥劑同向地將熱傳給所述冷源內(nèi)的所述液體干燥劑。
6.用于冷卻空氣并給空氣除濕的裝置，其中所述裝置使用一種液體干燥劑，所述裝置包括一個(gè)空腔，它被分成多個(gè)段;一個(gè)液體干燥劑散布裝置，它用于在所述多個(gè)段的每一段內(nèi)散布所述液體干燥劑;一個(gè)遷移流動(dòng)裝置，用于使所述液體干燥劑在各段之間流動(dòng);一個(gè)冷源，它與所述段熱連接;一個(gè)水分配裝置，用于使水流流過(guò)所述冷源;和一個(gè)氣體運(yùn)動(dòng)裝置，它與所述空腔相連，用于使所述氣體與在所述冷源內(nèi)運(yùn)動(dòng)的水流逆向地在所述空腔內(nèi)流動(dòng)，所述液體干燥劑流過(guò)所述段并且以遷移運(yùn)動(dòng)的形式，與所述氣流逆向地流動(dòng);其中所述水分配裝置使水蒸發(fā)到從所述空腔中流出的所述氣體中，所述氣體在流過(guò)所述空腔時(shí)變得溫度和濕度較低，同時(shí)將各段的冷凝熱傳遞給所述液體干燥劑，所述氣體和所述液體干燥劑在各段內(nèi)接近于達(dá)到氣/液平衡狀態(tài)，所述段之間的所述遷移運(yùn)動(dòng)使一個(gè)段內(nèi)的所述液體干燥劑的溫度和組份影響著相鄰段內(nèi)的所述液體干燥劑的溫度和組份，所述冷凝熱和顯熱同向地傳遞給所述段內(nèi)的所述冷源中的所述水。其中從所述冷源中流出的水的溫度要大大高于進(jìn)入所述冷源的水的溫度，所述氣體再流出所述空腔之后由所述水進(jìn)一步冷卻。
7.用于從液體干燥劑中去除水份的裝置，所述裝置包括一個(gè)空腔，它被分成多個(gè)段;一個(gè)液體干燥劑散布裝置，用于將液體干燥劑散布在所述多個(gè)段的每一個(gè)段內(nèi);一個(gè)遷移流動(dòng)裝置，用于使所述液體干燥劑在各段之間作遷移運(yùn)動(dòng);一個(gè)冷源，它與所述段連接并有所述液體干燥劑通過(guò)該冷源流動(dòng)，一個(gè)熱源，它與所述段熱連接并氣體流過(guò)該熱源;一個(gè)氣體運(yùn)動(dòng)裝置，用于使在所述氣體以與在所述冷源內(nèi)的液體干燥劑的運(yùn)動(dòng)方向同向地在所述空腔內(nèi)流動(dòng);一個(gè)氣體壓縮裝置，它與所述空腔相連，其中所述液體干燥劑從所述冷源中流出并流入所述段，它以所述遷移運(yùn)動(dòng)的形式與所述氣流逆向地流動(dòng)，所述氣體離開所述空腔后被壓縮成高壓和高溫氣體，然后返回并流過(guò)所述熱源內(nèi)的所述空腔;在所述空腔內(nèi)的氣體在各段內(nèi)獲得熱量和水份，并且在各段內(nèi)與所述液體干燥劑一起接近于達(dá)到氣/液平衡狀態(tài)，在所述段之間的所述液體干燥劑的所述遷移運(yùn)動(dòng)使得在一個(gè)段內(nèi)的所述液體干燥劑的溫度和組份影響著一個(gè)相鄰段內(nèi)的液體干燥劑的溫度和組份，所述液體干燥劑和所述氣體接收了來(lái)自所述熱源并通過(guò)熱傳遞方式傳來(lái)的顯熱和用于蒸發(fā)的熱，所述氣體和所述液體干燥劑也將熱傳入所述冷源，其中蒸汽在所述熱源內(nèi)冷凝和所述冷源液體的溫度提高都是由于熱傳遞引起的。
全文摘要
一種傳熱傳質(zhì)的方法及其裝置，它應(yīng)用于液體干燥劑溶液的再生，濕氣體的供熱用于空調(diào)的氣體的冷卻和除濕和從空氣中吸收水分。一般在常壓下使用一種運(yùn)動(dòng)氣體，在一個(gè)能量傳遞空腔內(nèi)的接近的但是不斷變化的氣體和液體干燥劑的溫度之間形成不斷變化的蒸汽-液體平衡。對(duì)空腔進(jìn)行分區(qū)濕處理，使物質(zhì)傳入和傳出運(yùn)動(dòng)氣體。在冷熱源之間的增強(qiáng)的溫差形成了通過(guò)熱傳導(dǎo)阻擋層的進(jìn)行的熱傳遞。
文檔編號(hào)B01D53/26GK1062205SQ9111144
公開日1992年6月24日 申請(qǐng)日期1991年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月30日
發(fā)明者W·F·艾伯斯, J·R·貝克曼 申請(qǐng)人:沃爾特·F·艾伯斯