用這種設(shè)計(jì)極大地減少了形成氣溶膠的傾向。
[0054]如附圖3中所說(shuō)明的，入口吸濕性工作流體14被栗送到在降膜式接觸器熱交換器
16頂部處的分配集箱中。參考附圖4(其是單個(gè)分配集箱的截面)，吸濕性工作流體17被栗送穿過(guò)分布孔18，該分布孔的位置接近垂直于(處于90°)管集箱19的軸線，在該管集箱處，吸濕性工作流體17濕化由合適材料(例如，編織織物、塑料墊料或金屬濾網(wǎng))構(gòu)成的降膜吸液芯20。膜吸液芯支撐件21用來(lái)維持每個(gè)吸液芯區(qū)段的形狀。如附圖3中所說(shuō)明的，吸濕性工作流體溶液的分布膜22在重力作用下一直向下流動(dòng)到容器24中的工作流體23的表面。入口氣流25水平地流經(jīng)在降膜薄板26之間的空氣接觸器。在附圖3中所說(shuō)明的構(gòu)型中，在降膜區(qū)段26之間，熱傳遞和質(zhì)量傳遞發(fā)生在吸濕性工作流體的分布膜22和氣流25之間。雖然附圖3說(shuō)明了錯(cuò)流構(gòu)型，但應(yīng)理解到，如果基于干燥劑的吸濕性流體保持穩(wěn)定(吸濕性干燥劑呈溶液)以防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶，則此構(gòu)型也有可能是逆流、并流或混合流。
[0055]如附圖1中所說(shuō)明的，過(guò)程顯熱交換器4能夠具有本領(lǐng)域中已知的任何間接顯熱交換器的形式，例如殼管式或板式交換器。顯熱交換器的一個(gè)特定實(shí)施例(其對(duì)于這種服務(wù)而言是有利的)是降膜式熱交換器。附圖5A中說(shuō)明了過(guò)程熱交換器27的可替代實(shí)施例的示意圖。附圖5B中說(shuō)明了沿附圖5A中所指示的剖面線觀察的過(guò)程熱交換器27的截面圖。參考附圖5B，過(guò)程流體28 (其被冷卻)在管29內(nèi)流動(dòng)。冷的吸濕性工作流體30沿管29的頂部分布以形成在管29的外側(cè)在重力作用下向下流動(dòng)的膜表面。氣流31流過(guò)降膜組件，該氣流是通過(guò)自然對(duì)流或者通過(guò)來(lái)自風(fēng)扇或吹風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制氣流所產(chǎn)生的。
[0056]當(dāng)吸濕性工作流體30從管29的表面上流過(guò)時(shí)，熱量通過(guò)傳導(dǎo)從過(guò)程流體28被傳遞通過(guò)管壁進(jìn)入吸濕性工作流體膜中。隨著膜受熱，其濕蒸汽壓力上升并且可上升到發(fā)生蒸發(fā)至周圍氣流31的點(diǎn)，由此將熱能耗散到氣流。降膜熱傳遞作為用于在低溫差的情況下達(dá)到高熱傳遞速率的有效手段在本領(lǐng)域中是眾所周知的。降膜式熱交換器的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用是當(dāng)過(guò)程流體28經(jīng)歷從蒸汽到液體的相變時(shí)(如在蒸汽冷凝器中)，其中溫度是等溫的并且熱通量能夠是高的。
[0057]附圖6中說(shuō)明了散熱系統(tǒng)10的另外的實(shí)施例。散熱系統(tǒng)10合并有膜冷卻式過(guò)程顯熱交換器以調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣接觸器潛熱交換器8的氣流的一部分。如附圖6中所說(shuō)明的，通過(guò)在殼體33內(nèi)部的吸濕性工作流體的降膜來(lái)冷卻過(guò)程顯熱交換器32。環(huán)境空氣34被吸入到過(guò)程顯熱交換器殼體33中并流凈膜冷卻式熱交換器，在此處，環(huán)境空氣從吸濕性流體膜接收到一定數(shù)量的蒸發(fā)水分。更高濕度的氣流在35處被傳導(dǎo)到空氣接觸器潛熱交換器8的入口36，在此處，氣流35與吸濕性工作流體12的噴霧逆流地流動(dòng)。也可經(jīng)由可替代的開(kāi)口 38將額外的環(huán)境空氣引入到空氣接觸器潛熱交換器8的入口。
[0058]在附圖6中所說(shuō)明的實(shí)施例中，從過(guò)程顯熱交換器32釋放的濕蒸汽被添加到空氣接觸器的入口氣流，并由此使水分含量增加有限的量從而高于環(huán)境濕度水平。這種作用將傾向于禁止水分從吸濕性工作流體12的蒸發(fā)，并將引起容器吸濕性溶液I的穩(wěn)態(tài)水分含量的有限的增加，使得基于干燥劑的吸濕性流體保持穩(wěn)定(吸濕性干燥劑呈溶液)以防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶。附圖6中所說(shuō)明的實(shí)施例在干旱環(huán)境中和在干燥天氣期間可為優(yōu)選的，以便抑制水分從吸濕性工作流體的過(guò)度蒸發(fā)。
[0059]附圖7中說(shuō)明了散熱系統(tǒng)10的另外的實(shí)施例。散熱系統(tǒng)10合并有空氣接觸器潛熱交換器8以調(diào)節(jié)穿過(guò)膜冷卻式過(guò)程顯熱交換器33的氣流。如附圖7中所說(shuō)明的，在出口 39處離開(kāi)空氣接觸器潛熱交換器8的氣流的一部分被傳導(dǎo)到過(guò)程熱交換器殼體33的入口。此氣流接著流過(guò)膜冷卻式過(guò)程顯熱交換器32，在此處，氣流從吸濕性膜水分蒸發(fā)接收水分。
[0060]在高的環(huán)境濕度條件期間，當(dāng)容器吸濕性溶液I的凈濕蒸汽含量增加時(shí)，出口39處的空氣將具有比進(jìn)入空氣接觸器潛熱交換器8的環(huán)境空氣9的濕蒸汽含量更低的濕蒸汽含量。因此，將通過(guò)使膜冷卻式過(guò)程顯熱交換器32暴露至來(lái)自出口 39的這種更低濕度的氣流而非更高濕度的環(huán)境空氣來(lái)獲得一些優(yōu)勢(shì)。更低濕度的空氣將促進(jìn)膜冷卻式過(guò)程顯熱交換器32中的蒸發(fā)和潛熱傳遞。附圖7中所說(shuō)明的實(shí)施例對(duì)于高濕度條件而言可為優(yōu)選的，因?yàn)楫?dāng)使用膜冷卻式過(guò)程熱交換器(例如，32)時(shí)其將增強(qiáng)潛熱傳遞分量。但是，在任何情況下，在散熱系統(tǒng)10的操作期間，基于干燥劑的吸濕性流體保持穩(wěn)定(吸濕性干燥劑呈溶液)以防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶。
[0061]附圖8中說(shuō)明了散熱系統(tǒng)10的另外的實(shí)施例。散熱系統(tǒng)10使用預(yù)備機(jī)構(gòu)用于將吸濕性工作流體水分含量增加到高于能夠通過(guò)與環(huán)境空氣達(dá)到平衡所獲得的吸濕性工作流體水分含量。附圖8中所呈現(xiàn)的第一可替代方案是直接通過(guò)添加液態(tài)水流42來(lái)增加吸濕性工作流體I的水分含量。在所呈現(xiàn)的另外的可替代方案中，使吸濕性工作流體I循環(huán)穿過(guò)吸收器潛熱交換器43，在此處，其暴露至氣流44ο與環(huán)境空氣9相比，氣流44具有更高的濕蒸汽可用性。因此，穿過(guò)吸收器潛熱交換器43的吸濕性工作流體返回到容器2，并且具有的水分含量比在空氣接觸器潛熱交換器8中可達(dá)到的水分含量更高。氣流44的源可包括:已通過(guò)霧化或者噴霧使水蒸發(fā)到其中的環(huán)境空氣、來(lái)自干燥工藝的排氣流、在有空調(diào)設(shè)備的室內(nèi)空間的通風(fēng)期間所置換的高濕度空氣的排氣流、來(lái)自濕式蒸發(fā)冷卻塔的排氣流或來(lái)自燃燒源及相關(guān)聯(lián)的煙氣處理系統(tǒng)的煙氣流。附圖8中所說(shuō)明的此類可替代方案的益處是在低散熱需求時(shí)期期間(例如，在夜間)增加吸濕性工作流體I的水分含量，以達(dá)成在當(dāng)散熱需求高時(shí)的時(shí)期期間提供額外的潛冷能力的目的，使得基于干燥劑的吸濕性流體保持穩(wěn)定(吸濕性干燥劑呈溶液)，以防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶。
[0062]參考附圖9，說(shuō)明了本發(fā)明的散熱系統(tǒng)100的另外的實(shí)施例，其使用分級(jí)的多個(gè)錯(cuò)流空氣接觸器、直接接觸潛熱交換器102和103。本發(fā)明的此實(shí)施例包括用于調(diào)節(jié)發(fā)生在散熱系統(tǒng)100中的顯熱傳遞對(duì)潛熱傳遞的量的機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，熱能在更冷的環(huán)境時(shí)期期間以更高(但仍可允許)的溫度耗散，以便在峰值環(huán)境溫度期間維持冷卻能力。
[0063]本發(fā)明的散熱系統(tǒng)100的此實(shí)施例使用與過(guò)程顯熱交換器106和107(其與熱負(fù)荷相互作用)結(jié)合使用的錯(cuò)流空氣接觸器熱交換器102和103的分級(jí)序列。來(lái)自一級(jí)的反饋被傳遞到相鄰級(jí)，該反饋呈氣流101中增大的蒸汽壓力及服務(wù)于熱負(fù)荷的吸濕性工作流體104、105的降低的溫度的形式。在組合的情況下，這些機(jī)構(gòu)減少了熱負(fù)荷中被傳遞到初始、更冷級(jí)102(其含有在更冷時(shí)期期間被吸收的許多水分)的比例，并防止了來(lái)自最終、更熱級(jí)103的過(guò)度蒸發(fā)。
[0064]如附圖9中所說(shuō)明的，分級(jí)構(gòu)型散熱系統(tǒng)100利用環(huán)境氣流101，該環(huán)境氣流進(jìn)入干燥劑-空氣錯(cuò)流空氣接觸器熱交換器，并且穿過(guò)液體-空氣接觸的第一級(jí)102且隨后穿過(guò)液體-空氣接觸的第二級(jí)103。接觸區(qū)段102和103被描繪為具有以分別從容器104和105吸取的流體進(jìn)行濕化的液體膜-支撐介質(zhì)的錯(cuò)流空氣接觸器潛熱交換器。待冷卻的流體在108處進(jìn)入系統(tǒng)并且首先進(jìn)入顯熱交換器106，在此處，待冷卻的流體經(jīng)歷與來(lái)自第二級(jí)容器105的干燥劑溶液的熱傳遞。部分冷卻的流體接著進(jìn)入熱交換器107，在此處，部分冷卻的流體進(jìn)一步經(jīng)歷與來(lái)自第一級(jí)容器104的干燥劑溶液的熱傳遞。
[0065]本發(fā)明的此實(shí)施例的關(guān)鍵性特征包括:I)大致分離的工作流體回路，其允許在回路之間建立干燥劑濃度梯度;2)每個(gè)回路具有用于直接接觸環(huán)境氣流從而允許發(fā)生熱傳遞和質(zhì)量傳遞的機(jī)構(gòu)，并且每個(gè)回路具有用于間接接觸待冷卻的流體使得能夠發(fā)生顯熱傳遞的機(jī)構(gòu);3)氣流與每個(gè)干燥劑回路級(jí)循序接觸;4)每個(gè)干燥劑回路與待冷卻的流體進(jìn)行循序的熱交換接觸，使得待冷卻的流體之間的循序接觸方向與環(huán)境氣流的接觸方向相反；以及最后5)改變熱負(fù)荷在回路當(dāng)中的分布的能力，以便通過(guò)初始回路來(lái)使可逆的水分循環(huán)的量最大化，同時(shí)防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶。
[0066 ]直接空氣-干燥劑溶液接觸方法能夠使用本領(lǐng)域中已知的任何熱交換器來(lái)實(shí)施，包括噴霧接觸器熱交換器、降膜式熱交換器或濕式結(jié)構(gòu)化填充介質(zhì)熱交換器，只要其能使基于干燥劑的吸濕性流體保持穩(wěn)定(吸濕性干燥劑呈溶液)以防止干燥劑從基于干燥劑的吸濕性流體中結(jié)晶。優(yōu)選實(shí)施例合并有以錯(cuò)流構(gòu)型運(yùn)行的降膜式介質(zhì)熱交換器102和103。所附接的膜防止在漂移時(shí)形成由氣流帶出的細(xì)液滴或氣溶膠，同時(shí)錯(cuò)流構(gòu)型允許方便地隔離干燥劑回路。
[0067]附圖10中說(shuō)明了附圖9中所說(shuō)明的散熱系統(tǒng)100的優(yōu)選操作的示例，且其示出了對(duì)于兩級(jí)式散熱系統(tǒng)100在兩級(jí)中均使用干燥劑溶液的熱傳遞分量的圖。參考附圖9，接觸區(qū)段102將包括級(jí)I，并且接觸區(qū)段103將包括級(jí)2。散熱系統(tǒng)100的每級(jí)具有顯熱傳遞分量和潛熱傳遞分量;級(jí)I的顯熱傳遞分量標(biāo)為110，并且級(jí)I的潛熱傳遞分量標(biāo)為111。級(jí)2的顯熱傳遞分量和潛熱傳遞分量分別標(biāo)為112和113。由熱負(fù)荷所排出的總顯熱對(duì)于此示例是恒定的，并且標(biāo)為114;此外，其充當(dāng)所有其它熱傳遞分量的正則化因子并且具有I kW/kW的值。這是被傳遞到附圖9中的熱交換器106和107中的冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷。附圖10中的最終熱傳遞分量是傳遞到氣流115的顯熱，如將從附圖9中的跨越直接接觸介質(zhì)的兩級(jí)的空氣溫度變化所確定的。
[0068]可以基于總熱負(fù)荷114分別在級(jí)I和2中的分布(例如，110和112)來(lái)區(qū)分附圖10中所描繪的操作階段。在如附圖10中所說(shuō)明的6:00左右，此比值處于最小;幾乎全部熱負(fù)荷由級(jí)2顯式地耗散掉且在級(jí)I中極少。但是，在此期間，通過(guò)從大氣吸收水分來(lái)補(bǔ)充級(jí)I中的吸濕性流體，如由此時(shí)的負(fù)的潛熱值(111)所指示的。除恒定的熱負(fù)荷(114)之外，相關(guān)聯(lián)的吸收熱也被排出到大氣，如由高于總熱負(fù)荷的空氣顯熱傳遞(115)所指示的。
[0069]在如附圖10中所說(shuō)明的接近8:00和16:00之間，當(dāng)環(huán)境干球溫度開(kāi)始上升時(shí)，更多的熱負(fù)荷從級(jí)2傳遞到級(jí)I。選擇熱負(fù)荷的這種漸進(jìn)式傳遞的分布曲線以維持所需的冷卻能力，并且控制先前被吸收在級(jí)I吸濕性流體中的大氣水分的蒸發(fā)?？紤]到與顯熱傳遞相比蒸發(fā)冷卻的快速性質(zhì)，將熱負(fù)荷逐漸引入到級(jí)I，以便獲得所吸收水分的最大益處，這在附圖10中發(fā)生在接近14:00或下午中間左右，通常當(dāng)環(huán)境空氣溫度達(dá)到一天的峰值時(shí)。并且此時(shí)，到空氣的顯熱傳遞處于最小，因?yàn)闊嶝?fù)荷的一部分經(jīng)由潛冷(主要在級(jí)I中)被耗散掉。
[0070]在接近18:00，如附圖10中所說(shuō)明的，級(jí)I顯熱傳遞與級(jí)2顯熱傳遞的比值處于最大;超過(guò)此時(shí)間，當(dāng)環(huán)境干球溫度冷卻時(shí)，熱負(fù)荷逐漸移回到級(jí)2。從級(jí)I吸濕性流體傳遞熱負(fù)荷還允許其冷卻并開(kāi)始從空氣中重新吸收水分。
[0071]以所描述的方式進(jìn)行的操作使級(jí)I中的干燥劑溶液在以下兩個(gè)極端狀態(tài)之間進(jìn)行循環(huán):I)熱負(fù)荷最小并且同時(shí)暴露至最低的日常環(huán)境溫度；以及2)熱負(fù)荷最大并且暴露至峰值日常環(huán)境溫度。這種布置增加了系統(tǒng)中每單位質(zhì)量干燥劑的可在級(jí)I流體中進(jìn)行可逆交換的水的質(zhì)量。在沒(méi)有干燥劑溶液的保水能力(moisture capacity)的此類“伸展”的情況下，將需要特別大數(shù)量的溶液來(lái)提供相同水平的基于潛熱的能量存儲(chǔ)。
[0072]來(lái)自級(jí)I的濕蒸汽吸收和解吸因此減小或增加級(jí)2處所經(jīng)歷的蒸汽壓力，從而降低級(jí)2的潛熱傳遞(項(xiàng)113)。因此，極大地減小了將級(jí)2吸濕性流體用作熱存儲(chǔ)介質(zhì)的重要性，并且與級(jí)I的吸濕性流體相比，減少了此吸濕性流體所需的量。
[0073]顯然，環(huán)境