[發(fā)明專利]具有吸濕性工作流體的散熱系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480053735.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN105579804A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C.L.馬丁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 能源及環(huán)境研究中心基金會(huì)
• 主分類號(hào): F28B9/06
• 分類號(hào): F28B9/06;F28C1/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌;譚祐祥

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2013年7月29日提交的美國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)?3/953,332的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益， 其公開整體上通過引用并入本文中。

關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明

本發(fā)明是在政府支持下根據(jù)美國(guó)能源部（DOE）授予的標(biāo)題為“關(guān)于化石能源相關(guān)資源 的研究與開發(fā)的EERC–DOE聯(lián)合項(xiàng)目（EERC–DOEJointProgramonResearchand DevelopmentforFossilEnergy-RelatedResources）”的合作協(xié)議號(hào)（DE-FC26- 08NT43291）下所做出的。政府享有本發(fā)明中的一些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將降級(jí)的熱能耗散到環(huán)境空氣中。

背景技術(shù)

熱能耗散在工業(yè)上是一項(xiàng)普遍任務(wù)，其主要依賴于大量的冷卻水來滿足需求。普 通排熱過程包括熱電廠里的蒸汽冷凝、空調(diào)和制冷裝備中的制冷劑冷凝以及化學(xué)制造期間 的工藝?yán)鋮s。在發(fā)電廠和制冷系統(tǒng)的情況下，需要在盡可能的低溫下并且使水份損失最少 來將熱能耗散到操作環(huán)境以獲得最優(yōu)的資源利用。

在當(dāng)?shù)丨h(huán)境具有合適、容易獲得、低溫的水源（例如，河流、海洋或湖泊）的情況下， 能夠直接提取冷卻水。但是，由于對(duì)水源的競(jìng)爭(zhēng)和認(rèn)識(shí)到水源的各種用途對(duì)環(huán)境的影響日 益增加，所以預(yù)計(jì)在未來這些冷卻條件中很少是可用的。在缺乏合適、容易獲得的冷卻劑源 的情況下，在所有地域可用的唯一的另外的常見冷源是環(huán)境空氣。當(dāng)前使用顯熱傳遞和潛 熱傳遞兩者來將熱量排到空氣。在顯冷中，直接將空氣用作冷卻劑來冷卻過程熱交換器的 一側(cè)。對(duì)于潛冷，將液態(tài)水用作中間傳熱流體。熱能主要以蒸發(fā)的水蒸汽的形式傳遞到環(huán)境 空氣，并且具有空氣的最小溫升。

這些技術(shù)通常用在工業(yè)上，但每種技術(shù)具有明顯的缺點(diǎn)。在顯冷情況下，與液體相 比，空氣是較差的冷卻劑，并且空氣冷卻過程所產(chǎn)生的效率會(huì)是欠佳的。空氣冷卻熱交換器 中的空氣側(cè)傳熱系數(shù)總是遠(yuǎn)低于液體冷卻熱交換器或冷凝工藝中的情況，并且因此需要大 的熱交換表面積以達(dá)成優(yōu)良的性能。除更大的表面積需求之外，空氣冷卻熱交換器接近用 于冷卻的空氣的環(huán)境干球溫度的冷卻限制，其可在一天期間改變30°到40°F并且可在一天 中最熱的數(shù)小時(shí)期間妨礙冷卻能力。空氣冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常是工藝效率和熱交換器成本之 間的折衷辦法。選擇最低初始成本選項(xiàng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的使用壽命具有負(fù)面的能量消耗影響。

在潛熱耗散中，冷卻效率高得多，并且排熱溫度在整天期間更為一致，因?yàn)闈袷嚼? 卻塔將接近用于冷卻的空氣的環(huán)境露點(diǎn)溫度，而非用于冷卻的空氣的振蕩干球溫度。與這 種冷卻方法相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵性缺點(diǎn)或問題是冷卻中所使用的相關(guān)聯(lián)的水消耗，這在許多地方 是有限的資源。獲得用于濕式冷卻系統(tǒng)操作的足夠用水權(quán)耽擱了工廠許可，限制了廠址選 擇，并且給新發(fā)展的對(duì)手造成了非常明顯的弱點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)美國(guó)專利3,666,246公開了一種散熱系統(tǒng)，其使用在蒸汽冷凝器（熱負(fù) 荷）和與環(huán)境氣流接觸的直接接觸熱質(zhì)交換器之間循環(huán)的水性干燥劑溶液。在此系統(tǒng)中，迫 使液體溶液接近主導(dǎo)的環(huán)境干球溫度和濕蒸汽壓力。為防止吸濕性干燥劑過度干燥和從溶 液析出，將循環(huán)的吸濕性干燥劑流的一部分回收到空氣接觸器，而不從熱負(fù)荷吸收熱量。這 樣引起空氣接觸器中的平均溫度更低并且?guī)椭鷶U(kuò)大系統(tǒng)的操作范圍。

使未受熱的吸濕性干燥劑溶液再循環(huán)對(duì)于接近20°C和接近50%的相對(duì)濕度的環(huán)境 條件而言是有效的，如由美國(guó)專利3,666,246中描述的示例所說明的，但在更干燥、濕度更 小的環(huán)境中，必須增加未受熱的再循環(huán)吸濕性干燥劑流的量以防止吸濕性干燥劑溶液結(jié) 晶。當(dāng)環(huán)境空氣的水分含量減小時(shí)，所需的再循環(huán)流增加以成為總流量的越來越大的比例， 使得冷凝器沒有發(fā)生顯著冷卻，由此降低散熱系統(tǒng)的冷卻能力，在極端情況下甚至接近零 或者沒有明顯的冷卻。最終，一旦吸濕性干燥劑在主導(dǎo)的環(huán)境條件下不再是穩(wěn)定的液體，則 即使再大量的再循環(huán)流也無法防止未受熱的吸濕性干燥劑溶液結(jié)晶。

將瞬時(shí)環(huán)境條件用作吸濕性干燥劑溶液的方法條件將美國(guó)專利3,666,246中的散 熱系統(tǒng)的操作限于接近30%或更大的相對(duì)濕度（使用優(yōu)選的MgCl₂吸濕性干燥劑溶液）。否 則，吸濕性干燥劑可完全干透并從溶液析出。這種限制將排除在經(jīng)歷顯著更干燥的天氣模 式、濕度更小的空氣并且可以說需要改進(jìn)干式冷卻技術(shù)的世界地區(qū)中操作和使用美國(guó)專利 3,666246中所描述的散熱系統(tǒng)。