[发明专利]用于湍流式耐腐蚀换热器的方法和系统

说明书

公开了用在空气调节系统中的湍流式耐腐蚀换热器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月19日提交的发明名称为《用于湍流式耐腐蚀换热器的方法和系统(METHODS AND SYSTEMS FOR TURBULENT,CORROSION RESISTANT HEATEXCHANGERS)》的美国临时专利申请号61/906,219和2014年3月12日提交的发明名称也为《用于湍流式耐腐蚀换热器的方法和系统(METHODS AND SYSTEMS FOR TURBULENT,CORROSION RESISTANT HEAT EXCHANGERS)》的美国临时专利申请号61/951,887的优先权，所述两个申请特此以引用方式并入。

背景技术

本申请一般来说涉及使用液体吸湿剂对进入空间的气流进行除湿和冷却。更具体来说，本申请涉及使用微孔膜将液体吸湿剂与气流分离，其中使流体流(空气、冷却流体和液体吸湿剂)湍流地流动，使得在流体之间可以出现高的热湿传递速率。本申请还涉及两种或三种流体之间的耐腐蚀换热器。此类换热器可以使用重力诱导压力(虹吸)来使微孔膜恰当地附接至换热器结构。

液体吸湿剂已与常规蒸汽压缩HVAC设备并行使用以帮助减少空间中的湿气，特别是在需要大量户外空气或在建筑空间自身内部具有大湿气负荷的空间中。潮湿气候，例如佛罗里达州迈阿密，需要大量能量来恰当地处理(除湿和冷却)新鲜空气，所述新鲜空气是使空间的居住人感到舒适所需要的。常规蒸汽压缩系统仅具有有限的除湿能力并且往往过度冷却空气，由此通常需要能量密集型再加热系统，所述系统明显增加总体能量成本，因为再加热会给冷却盘管增添额外热负荷。液体吸湿剂系统已用了许多年并且在从气流移除湿气上通常相当有效。然而，液体吸湿剂系统通常使用浓盐溶液，例如LiCl、LiBr或CaCl₂和水的溶液。此类浓盐水是强腐蚀性的，甚至少量也如此，因此多年来已进行了许多尝试来防止吸湿剂留在待处理的气流中。一种方法(通常被分类为封闭式吸湿剂系统)通常用在被称作吸收式制冷机的设备中，将浓盐水放在真空容器中，所述真空容器接着容纳吸湿剂。由于空气不是直接暴露于吸湿剂下，因此此类系统不会有吸湿剂颗粒留在供给气流中的任何风险。然而，就原始成本和维护成本来说，吸收式制冷机往往是昂贵的。开放式吸湿剂系统允许气流与吸湿剂之间的直接接触，通常是通过使吸湿剂流过与冷却塔中所用的那些填充床类似的填充床。除了仍具有残留风险之外，此类填充床系统还具有其它缺点：填充床对气流的高阻力导致较大的风机功率和填充床上的压力降，因此需要更多能量。此外，除湿过程是绝热的，因为在水蒸汽吸收至吸湿剂中期间释放的冷凝热无处可去。因此，吸湿剂与气流通过冷凝热的释放而加热。这导致温暖的、干燥气流，而干冷气流是所要的，因此使得需要后除湿冷却盘管。较温暖的吸湿剂在吸收水蒸汽上的效率还以指数方式降低，这迫使系统将更大量的吸湿剂供应至填充床，这又需要较大的吸湿泵功率，因为吸湿剂起到吸湿剂与传热流体的双重作用。较大的吸湿剂注入速率还致使吸湿剂残留的风险增加。一般来说，气流速率需要保持为完全在湍流区以下(低于～2,400的雷诺数)以防止残留。将微孔膜施加至液体吸湿剂的表面具有若干优点。第一，它防止任何吸湿剂逸出(残留)至气流并且变成建筑物中的腐蚀源。第二，膜允许使用湍流气流来增强热湿传递，这又产生小系统，因为它可以更紧凑地建置。微孔膜持留吸湿剂通常是因为它是疏水性的，并且吸湿剂的穿透可能发生，但仅在明显高于操作压力的压力下发生。膜上面的气流中的水蒸汽通过所述膜扩散至下伏吸湿剂中，从而导致较干燥的气流。如果吸湿剂同时比气流冷，那么冷却功能也将发生，从而导致同时发生的冷却与除湿作用。