專利名稱：：多級(jí)液體除濕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多級(jí)液體除濕方法，屬空氣調(diào)節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的液體除濕一般只有一級(jí)，采用逆流或叉流的氣液接觸方式，如附圖1、附圖2所示，1為待處理的氣體，2為處理過的氣體；3為稀溶液，流入再生器(圖中未示出)；4為濃溶液，來自再生器；5為除濕循環(huán)液，在循環(huán)過程中可考慮對(duì)除濕液進(jìn)行冷卻(圖中未示出冷卻液及熱交換器)；10為逆流除濕器；20為叉流除濕器。由于除濕液是不斷循環(huán)的，其有效的溶液濃度只是除濕器底部液槽中稀溶液的濃度，而不是從再生器流出的濃溶液的濃度。典型的情況包括美國(guó)Kathabar公司的液體除濕器和以色列Drykor公司的除濕器，前者為逆流，后者為叉流。中國(guó)專利CN98811237.X“除濕器裝置”及CN00804974.2“除濕器及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)”描述了Drykor公司的除濕器產(chǎn)品。其它有關(guān)液體除濕的專利包括CN97115278.0“空氣調(diào)節(jié)方法及其設(shè)備”；CN98812934.5“液體干燥劑式除濕器和空調(diào)器”；US6216489及6216483“l(fā)iquiddesiccantairconditioner”；US6156102及US6138470“Portableliquiddesiccantdehumidifier”和US5351497“l(fā)ow-flowinternally-cooledliquiddesiccantabsorber”等均采用一級(jí)除濕方法。一級(jí)液體除濕的缺點(diǎn)是顯而易見的不能形成有效的逆流傳質(zhì)傳熱，更不能采用非對(duì)稱的傳熱(冷卻)方式以充分利用自然冷源，也不能針對(duì)不同的氣體條件采用不同的氣液傳質(zhì)手段和傳熱(冷卻)手段。其除濕效率較低；濃稀除濕溶液濃度差小，再生器與除濕器之間的溶液交換量大，傳熱負(fù)荷大，導(dǎo)致再生器效率下降，再生器不易實(shí)現(xiàn)多級(jí)再生。除濕器體積大，傳熱傳質(zhì)面積大。同時(shí)也不易對(duì)處理空氣的干度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能靈活調(diào)節(jié)處理后氣體的干度，提高效率，減少傳熱負(fù)荷的多級(jí)液體除濕方法。本發(fā)明為多級(jí)液體除濕方法，其特征在于液體除濕分為兩級(jí)或兩級(jí)以上，每級(jí)的液體獨(dú)立循環(huán)，每級(jí)液體的濃度均不同，但級(jí)與級(jí)之間存在溶液的單向遷移，即由溶液濃度高的級(jí)向溶液濃度低的級(jí)遷移，溶液濃度最高的級(jí)由外界補(bǔ)充一定量的溶液，溶液濃度稀的級(jí)向外界排出一定的溶液，從而將待處理的氣體，通過各級(jí)后成干燥氣體。所述待處理的氣體可依次通過各級(jí)，被不斷的干燥，形成逆流傳熱傳質(zhì)。所述各級(jí)的循環(huán)溶液可選擇采用不同的冷卻方式或不采用冷卻，形成非對(duì)稱的傳熱傳質(zhì)。所述待處理的氣體可從同一級(jí)吸入，從同一級(jí)或不同級(jí)排出。所述待處理的氣體可從不同的級(jí)吸入，從同一級(jí)或不同級(jí)排出。所述各級(jí)的氣液傳質(zhì)可采用噴淋或填料等方式。所述待處理的氣體可為空氣或天然氣，壓縮空氣等。所謂逆流傳熱傳質(zhì)，或者說對(duì)稱傳熱傳質(zhì)，是指?jìng)鳠醾髻|(zhì)分布符合或接近逆流傳熱傳質(zhì)，即傳熱傳質(zhì)動(dòng)力均勻，并不代表流體一定是逆向流動(dòng)。所謂非對(duì)稱傳熱傳質(zhì)，是指?jìng)鳠醾髻|(zhì)動(dòng)力不均勻，不符合逆流傳熱傳質(zhì)分布。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種多級(jí)液體除濕方法，其效率高，傳熱傳質(zhì)面積小，可以靈活利用各種冷卻方式和氣液接觸方式，并能針對(duì)各種不同的氣體條件進(jìn)行優(yōu)化。除濕后的氣體露點(diǎn)低，并可以靈活地調(diào)節(jié)處理后空氣的干度。與再生器尤其是集中再生器相配，所需要再生的溶液量大為減少，有利于提高再生器的效率，減小傳熱負(fù)荷及溶液泵的能耗等；同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)蓄能和溶液的集中再生等。本發(fā)明可用于空氣、天然氣、壓縮空氣等氣體的干度調(diào)節(jié)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一級(jí)逆流液體除濕原理示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一級(jí)叉流液體除濕原理示意圖；圖3為本發(fā)明所述多級(jí)液體除濕原理示意圖；圖4為對(duì)稱的傳質(zhì)傳熱分布圖；圖5為非對(duì)稱的傳質(zhì)傳熱分布圖；圖6為本發(fā)明的一種典型實(shí)施方案示意圖；圖7為本發(fā)明的另一種典型實(shí)施方案示意圖；圖8為圖7所示A-A面結(jié)構(gòu)剖視圖；圖9為圖7所示B-B面結(jié)構(gòu)剖視圖；圖10為本發(fā)明的又一種典型實(shí)施方案示意圖；圖11為圖8所示A-A面結(jié)構(gòu)剖視圖；圖12為圖8所示B-B面結(jié)構(gòu)剖視圖；圖13為圖6所示的具體實(shí)施方案示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)中典型的一級(jí)液體除濕原理圖。圖1是氣液逆流接觸的方式，圖中的循環(huán)液5可采用冷卻介質(zhì)冷卻，圖中未示出。從圖中可以看出，由于循環(huán)液5是循環(huán)的，雖然氣液是逆流接觸的，除濕并未實(shí)現(xiàn)真正的逆流傳質(zhì)。圖2是氣液叉流接觸的方式，當(dāng)然更不可能實(shí)現(xiàn)逆流傳熱傳質(zhì)。需要說明的是，循環(huán)液5的流量，與濃溶液3或稀溶液4的流量相比，要大數(shù)倍或一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在溶液與氣體接觸(自上而下)的一個(gè)循環(huán)中，溶液濃度變化很小。圖3中，除濕器30分為I、II、III、IV四級(jí)(本發(fā)明不限于四級(jí))，雖然每一級(jí)均為叉流，由于各級(jí)的溶液濃度不一樣，四級(jí)組合起來，配合相應(yīng)的循環(huán)液5冷卻方式，可實(shí)現(xiàn)逆流傳熱傳質(zhì)。待處理的氣體，即高溫高濕的氣體1先進(jìn)入第I級(jí)，然后依次通過各級(jí)，最后變?yōu)楦稍锏臍怏w2。每一級(jí)均有其獨(dú)立的循環(huán)液5，其濃度分別為C1、C2、C3、C4。C1＜C2＜C3＜C4，符合逆流傳質(zhì)的原則，即含濕量高的氣體對(duì)應(yīng)稀的溶液，含濕量低的氣體對(duì)應(yīng)濃的溶液。對(duì)于每一級(jí)可分別采用不同的冷卻方式或冷卻介質(zhì)，圖中未示出循環(huán)液的冷卻方式。如果冷卻介質(zhì)的布置也依據(jù)逆流原則來組合，即第一級(jí)的冷卻介質(zhì)溫度高，最后一級(jí)的冷卻介質(zhì)溫度低，這就使得整個(gè)除濕過程1→2接近理想的逆流傳質(zhì)傳熱，即如圖4所示的對(duì)稱傳熱傳質(zhì)分布(相對(duì)于非對(duì)新傳熱傳質(zhì)分布而言，如圖5所示)。在圖4、圖5中，Ta、Pa分別代表為1→2的氣體溫度分布和水蒸氣的分壓分布。Tla、Pla分別代表除濕液的溫度分布和水蒸氣的分壓分布，I、II、III、IV分別對(duì)應(yīng)不同的級(jí)。由圖4可以看出，氣液之間的傳質(zhì)傳熱動(dòng)力分布符合逆流傳熱傳質(zhì)的原則。再回到圖3，3代表在第IV級(jí)補(bǔ)充的濃溶液，4代表從第I級(jí)流出的稀溶液，6為各級(jí)之間遷移的溶液，溶液由高濃度的級(jí)向低濃度級(jí)遷移。值得說明的是，每一循環(huán)液5的流量較遷移溶液6、濃溶液3、稀溶液4大，循環(huán)液5在四級(jí)中的總流量較遷移溶液6、濃溶液3、稀溶液4大數(shù)倍或一個(gè)數(shù)量級(jí)。圖5為一個(gè)非對(duì)稱的傳質(zhì)傳熱分布。如圖所示，I、II、III級(jí)中的溶液平均溫度是相同的(對(duì)稱分布時(shí)是不同的)，這是因?yàn)樵谀承l件下，如I、II、III級(jí)均采用自然冷源冷卻的情況下，I、II、III級(jí)可采用同樣的自然冷源獲得同樣的溶液溫度而不會(huì)增加額外的代價(jià)，當(dāng)然Pla還是不同的，這是因?yàn)闈馊芤菏怯写鷥r(jià)的。比較非對(duì)稱傳熱傳質(zhì)分布與對(duì)稱傳熱傳質(zhì)分布，前者的傳熱傳質(zhì)動(dòng)力大。再回到圖1，如果在某些特定的條件下，如果循環(huán)液的流量5與濃溶液3的流量相同的，二者可合二為一，即溶液直接從除濕裝置的上部引入，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)理想的逆流傳質(zhì)傳熱分布，但仍不能實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的傳質(zhì)傳熱分布。如果將1→2也分為若干段，每段溶液的平均溫度是不同的，而不能象圖3中所示的那樣，前幾段的溶液平均溫度是相同的。總之，本發(fā)明不僅可實(shí)現(xiàn)逆流傳熱傳質(zhì)分布，還可實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱傳熱傳質(zhì)分布，在很多場(chǎng)合，有利于充分利用自然的或無代價(jià)的冷源，增大傳質(zhì)傳熱動(dòng)力。圖3中1’、2’分別表示待處理的氣體1可以從不同級(jí)引入或干燥后的氣體2’從不同級(jí)排出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱傳熱傳質(zhì)或非對(duì)稱傳熱傳質(zhì)，或靈活地處理不同的氣體和產(chǎn)生不同的氣體。圖3中各級(jí)氣液傳質(zhì)傳熱方式及相關(guān)的冷卻方式可采用不同的方式或其混合方式。圖6、圖7、圖10分別代表了三種典型方式，當(dāng)然還可以有更多其它的方式，或其混合方式，即不同級(jí)可采用不同方式，但均未超出本發(fā)明的范圍。圖6是一個(gè)典型的逆流傳質(zhì)傳熱分布實(shí)現(xiàn)方式。待處理空氣1依次與Pd1、Pd2、Pd3、Pd4四級(jí)相接觸，最后成為干燥空氣2。Pd1至Pd4為填料，與此對(duì)應(yīng)有溶液泵Pl1至P14，溶液泵Pl1將Pd1底部中的溶液輸送至熱交換器Hex1進(jìn)行冷卻后從Pd1上部引入，通過合適的液體分布器(圖中未示出)分布溶液，溶液在填料中與氣體接觸，實(shí)現(xiàn)傳熱傳質(zhì)，然后依靠重力流至底部，完成該級(jí)溶液的循環(huán)，其它級(jí)與此相同。填料Pd2、Pd3、Pd4的作用與Pd1相同，熱交換器Hex2、Hex3、Hex4與Hex1的作用相同，溶液泵Pl2、Pl3、Pl4與Pl1相同。值得說明的是，圖中各級(jí)之間的填料布置是分開的，這主要是為了說明的方明，事實(shí)上大多數(shù)情況下是緊連的。另外一點(diǎn)是，圖中未示出各級(jí)之間溶液的遷移，以及自外部流入Pd4的濃溶液和自Pd1流出的稀溶液。Hex1的一側(cè)為溶液，另一側(cè)為冷卻水，來自Pc4。Pc1至Pc4亦為填料。冷卻氣體與冷卻水在Pc4中接觸，冷卻水得到冷卻。Pw4為水泵，Pw4將Pc4底部的冷卻水輸送至Hex1，冷卻水被加熱后回到Pc4頂部，通過布液器后被均勻分布在Pc4中，其與冷卻氣體進(jìn)行傳熱傳質(zhì)后流入Pc4底部，完成一個(gè)循環(huán)。其它級(jí)與此相同，Pc1、Pc2、Pc3的作用與Pc4相同，Pw1、Pw2、Pw3與Pw4作用相同。C1為冷卻氣體，C2為經(jīng)過Pc1、Pc2、Pc3、Pc4各級(jí)傳熱傳質(zhì)后的高溫高濕氣體。圖中同樣未示出各級(jí)之間水的遷移及水的補(bǔ)充和排出。值得說明的是，一般需在Pc4補(bǔ)充水，水由溫度高的級(jí)向溫度低的級(jí)遷移。此外還需定期將水排空換新水，以防止水中礦物質(zhì)積累過多。圖7為一種典型的非對(duì)稱傳熱傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)方式。圖7中分為5級(jí)，40為除濕器，它由冷卻通道7和除濕通道8等組成，如圖8、9所示，在冷卻通道7中，有氣體和水兩種介質(zhì)，水沿通道壁流入底部水槽Bw1、Bw2、Bw3、Bw4、Bw5，水在流過其表面的空氣中蒸發(fā)吸收熱量，冷卻除濕通道。通道中的水是通過水泵來循環(huán)，圖中未示出。冷卻通道7被分隔為5段以對(duì)應(yīng)5級(jí)，水槽也被分隔為5段。在第一級(jí)中，冷卻空氣由C1-1流入，從C2-1排出，圖7中符號(hào)⊙表示氣體垂直紙面進(jìn)入，結(jié)合圖9可以更清楚看出氣體的流向。其它級(jí)與第一級(jí)相同，C1-2、C1-3、C1-4、C1-5與C1-1功能相同，C2-2、C2-3、C2-4、C2-5對(duì)應(yīng)C2-1。在除濕通道8中，分為5級(jí)，但空氣的流動(dòng)是連續(xù)的，即除濕通道8中未有物理隔離和分級(jí)設(shè)施，但對(duì)應(yīng)不同的級(jí)有不同的溶液槽，分別為Bd1、Bd2、Bd3、Bd4、Bd5，其溶液濃度不同，Bd1溶液濃度最小，Bd5溶液濃度最大。在除濕通道8中，不同級(jí)對(duì)應(yīng)冷卻通道的不同級(jí)。待處理空氣1連續(xù)的依次通過不同的級(jí)變?yōu)楦稍锟諝?，在不同級(jí)中的溶液濃度不一樣，其除濕是通過將溶液均勻分布在壁面上，吸收流過除濕通道空氣中的水分來實(shí)現(xiàn)的，而除濕過程中產(chǎn)生的熱量傳遞到冷卻通道。除濕液通過溶液泵(圖中未示出)來循環(huán)。除濕液的布液未示出。具體的除濕器40的詳細(xì)結(jié)構(gòu)亦未在圖中示出，圖7、圖8與圖9反映了除濕器40的基本原理。圖10為本發(fā)明的第三種典型實(shí)現(xiàn)方案，其基本結(jié)構(gòu)與圖7的方案類似，不同之處在于圖7中冷卻通道7的介質(zhì)為氣體和水，水在氣體中蒸發(fā)吸收除濕通道的熱量，而在圖10中，其冷卻通道中的介質(zhì)為水。在圖10中，其每一級(jí)冷卻通道中的水是獨(dú)立循環(huán)的，如在第一級(jí)中，冷卻水W1-1，進(jìn)入到冷卻通道中，經(jīng)過如圖10中箭頭方向所示的上下幾個(gè)往復(fù)，吸收除濕通道中的熱量后，變?yōu)閃2-1后排出。由圖10可知，每一級(jí)的冷卻通道7中，需分割成幾個(gè)部分，以利于冷卻水按圖示的方向流動(dòng)。其它級(jí)與第一級(jí)的情況相同，冷卻水W1-2、W1-3、W1-4、W1-5分別對(duì)應(yīng)W1-1，而W2-2、W2-3、W2-4、W2-5分別對(duì)應(yīng)W2-1。圖11、圖12分別對(duì)應(yīng)圖10中A-A、B-B面。同樣，圖10、圖11及圖12，與圖7、圖8、圖9類似，只是反映了除濕器50的基本情況，未示出具體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖13是圖6所示方法的一個(gè)實(shí)際算例，圖中標(biāo)示了待處理空氣1初始狀態(tài)溫度、經(jīng)過各級(jí)后的狀態(tài)溫度和最終狀態(tài)溫度，同時(shí)也標(biāo)示了冷卻空氣的初始狀態(tài)溫度、經(jīng)過各級(jí)后的狀態(tài)溫度和最終狀態(tài)溫度。DB表示干球溫度，WB表示濕球溫度，RH表示相對(duì)濕度。圖13中未給出溶液的種類及其濃度，圖13中使用的溶液為溴化鋰溶液，其最高濃度即濃溶液濃度為58％，最低濃度即稀溶液的濃度為50％。權(quán)利要求1.一種多級(jí)液體除濕方法，其特征在于液體除濕分為兩級(jí)或兩級(jí)以上，每級(jí)的液體獨(dú)立循環(huán)，每級(jí)液體的濃度均不同，但級(jí)與級(jí)之間存在溶液的單向遷移，即由溶液濃度高的級(jí)向溶液濃度低的級(jí)遷移，溶液濃度最高的級(jí)由外界補(bǔ)充一定量的溶液，溶液濃度稀的級(jí)向外界排出一定的溶液，從而將待處理的氣體，通過各級(jí)后成干燥氣體。2.按權(quán)利要求1所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述待處理的氣體依次通過各級(jí)，被不斷的干燥，形成逆流傳熱傳質(zhì)。3.按權(quán)利要求1所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述各級(jí)的循環(huán)溶液選擇采用不同的冷卻方式或不采用冷卻，形成非對(duì)稱的傳熱傳質(zhì)。4.按權(quán)利要求1或2，3所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述待處理的氣體從同一級(jí)吸入，從同一級(jí)或不同級(jí)排出。5.按權(quán)利要求1或2，3所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述待處理的氣體從不同的級(jí)吸入，從同一級(jí)或不同級(jí)排出。6.按權(quán)利要求1或2，3，4所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述各級(jí)的氣液傳質(zhì)采用噴淋或填料等方式。7.按權(quán)利要求1或2，3所述多級(jí)液體除濕方法，其特征在于所述待處理的氣體為空氣或天然氣，壓縮空氣。全文摘要本發(fā)明涉及一種多級(jí)液體除濕方法，屬空氣調(diào)節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域：
，其特征在于液體除濕分為兩級(jí)或兩級(jí)以上，每級(jí)的液體獨(dú)立循環(huán)，每級(jí)液體的濃度均不同，但級(jí)與級(jí)之間存在溶液的單向遷移，即由溶液濃度高的級(jí)向溶液濃度低的級(jí)遷移，溶液濃度最高的級(jí)由外界補(bǔ)充一定量的溶液，溶液濃度稀的級(jí)向外界排出一定的溶液，從而將待處理的氣體，通過各級(jí)后成干燥氣體。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，靈活利用各種冷卻方式和氣液接觸方式，其效率高，傳熱傳質(zhì)面積小，除濕后的氣體露點(diǎn)低，并可以靈活地調(diào)節(jié)處理后空氣的干度。本發(fā)明可用于空氣、天然氣、壓縮空氣等氣體的干度調(diào)節(jié)。文檔編號(hào)F24F3/14GK1415909SQ02144128公開日2003年5月7日申請(qǐng)日期2002年9月28日優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日發(fā)明者袁一軍,夏國(guó)興申請(qǐng)人:袁一軍,夏國(guó)興