本发明专利技术涉及一种散热系统设备和操作方法，其将吸湿性工作流体用于广泛多种环境中以使吸收在吸湿性工作流体中的水被释放来最小化散热系统设备中的水消耗，从而在几乎没有水可供用于冷却系统中的环境中实现有效冷却。所述系统包括低挥发性、吸湿性工作流体以直接将热能排到环境空气。工作流体的低挥发性和吸湿性性质防止流体的完全蒸发以及用于冷却的水的净消耗，并且直接接触热交换允许产生较大界面表面积以达到有效热传递。特定操作方法防止干燥剂在各种环境条件下从吸湿性工作流体中结晶。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有吸湿性工作流体的散热系统相关申请的交叉引用本申请要求2013年7月29日提交的美国技术申请号13/953,332的优先权的权益，其公开整体上通过引用并入本文中。关于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术是在政府支持下根据美国能源部(DOE)授予的标题为“关于化石能源相关资源的研究与开发的EERC-DOE联合项目(EERC-DOE Joint Program on Research andDevelopment for Fossil Energy-Related Resources)，，的合作协议号(DE-FC26-08NT43291)下所做出的。政府享有本专利技术中的一些权利。
本专利技术涉及将降级的热能耗散到环境空气中。
技术介绍
热能耗散在工业上是一项普遍任务，其主要依赖于大量的冷却水来满足需求。普通排热过程包括热电厂里的蒸汽冷凝、空调和制冷装备中的制冷剂冷凝以及化学制造期间的工艺冷却。在发电厂和制冷系统的情况下，需要在尽可能的低温下并且使水份损失最少来将热能耗散到操作环境以获得最优的资源利用。在当地环境具有合适、容易获得、低温的水源(例如，河流、海洋或湖泊)的情况下，能够直接提取冷却水。但是，由于对水源的竞争和认识到水源的各种用途对环境的影响日益增加，所以预计在未来这些冷却条件中很少是可用的。在缺乏合适、容易获得的冷却剂源的情况下，在所有地域可用的唯一的另外的常见冷源是环境空气。当前使用显热传递和潜热传递两者来将热量排到空气。在显冷中，直接将空气用作冷却剂来冷却过程热交换器的一侧。对于潜冷，将液态水用作中间传热流体。热能主要以蒸发的水蒸汽的形式传递到环境空气，并且具有空气的最小温升。这些技术通常用在工业上，但每种技术具有明显的缺点。在显冷情况下，与液体相比，空气是较差的冷却剂，并且空气冷却过程所产生的效率会是欠佳的。空气冷却热交换器中的空气侧传热系数总是远低于液体冷却热交换器或冷凝工艺中的情况，并且因此需要大的热交换表面积以达成优良的性能。除更大的表面积需求之外，空气冷却热交换器接近用于冷却的空气的环境干球温度的冷却限制，其可在一天期间改变30°到40° F并且可在一天中最热的数小时期间妨碍冷却能力。空气冷却系统设计通常是工艺效率和热交换器成本之间的折衷办法。选择最低初始成本选项会对系统的使用寿命具有负面的能量消耗影响。在潜热耗散中，冷却效率高得多，并且排热温度在整天期间更为一致，因为湿式冷却塔将接近用于冷却的空气的环境露点温度，而非用于冷却的空气的振荡干球温度。与这种冷却方法相关联的关键性缺点或问题是冷却中所使用的相关联的水消耗，这在许多地方是有限的资源。获得用于湿式冷却系统操作的足够用水权耽搁了工厂许可，限制了厂址选择，并且给新发展的对手造成了非常明显的弱点。现有技术美国专利3，666，246公开了一种散热系统，其使用在蒸汽冷凝器(热负荷)和与环境气流接触的直接接触热质交换器之间循环的水性干燥剂溶液。在此系统中，迫使液体溶液接近主导的环境干球温度和湿蒸汽压力。为防止吸湿性干燥剂过度干燥和从溶液析出，将循环的吸湿性干燥剂流的一部分回收到空气接触器，而不从热负荷吸收热量。这样引起空气接触器中的平均温度更低并且帮助扩大系统的操作范围。使未受热的吸湿性干燥剂溶液再循环对于接近20°C和接近50%的相对湿度的环境条件而言是有效的，如由美国专利3，666，246中描述的示例所说明的，但在更干燥、湿度更小的环境中，必须增加未受热的再循环吸湿性干燥剂流的量以防止吸湿性干燥剂溶液结晶。当环境空气的水分含量减小时，所需的再循环流增加以成为总流量的越来越大的比例，使得冷凝器没有发生显著冷却，由此降低散热系统的冷却能力，在极端情况下甚至接近零或者没有明显的冷却。最终，一旦吸湿性干燥剂在主导的环境条件下不再是稳定的液体，则即使再大量的再循环流也无法防止未受热的吸湿性干燥剂溶液结晶。将瞬时环境条件用作吸湿性干燥剂溶液的方法条件将美国专利3，666，246中的散热系统的操作限于接近30%或更大的相对湿度(使用优选的MgCl2吸湿性干燥剂溶液)。否贝ij，吸湿性干燥剂可完全干透并从溶液析出。这种限制将排除在经历显著更干燥的天气模式、湿度更小的空气并且可以说需要改进干式冷却技术的世界地区中操作和使用美国专利3,666246中所描述的散热系统。另外，虽然美国专利3，666，246中所描述的散热系统公开了可替代地操作所述系统以吸收大气中的水分并随后使其蒸发，但所公开的散热系统设计规避了散热系统的这种操作模式的大部分。使用美国专利3，666，246中所描述的散热系统，假设在更冷的夜间数个小时期间大气中的水分已被吸收到吸湿性干燥剂溶液中，当环境温度在清晨开始变暖时，则将开始从吸湿性干燥剂蒸发掉水，因为其不具有用于抑制在清晨过渡周期期间减少过度的水分蒸发的机制，并且当环境温度和冷却需求通常更高时其没有办法在白天循环期间(例如，下午)留住过多的水分以供稍后更有益的使用。相反地，当散热系统中的吸湿性干燥剂溶液的蒸汽压力超出环境空气的压力时，则散热系统中的吸收在吸湿性干燥剂中的水将开始蒸发，而不管其是有成效地使热能从热负荷耗散，还是浪费地从环境气流吸收能量。已提出对这些基本冷却系统的改进。已投入显著的精力至在一天中的最热时候期间使用蒸发式冷却来增加空气冷却冷凝器的混合式冷却概念中。与完整潜冷相比，这些系统能够使用更少的水，但系统性能的任何提高是直接与基于水的增加的量有关，因此这些系统并未解决水消耗的根本问题。尽管存在满足工业工艺的冷却需求是一项基本的工程任务的事实，但仍需要显著的改进，主要是消除水消耗，且同时以合理的成本来维持高效冷却。总之，需要相对于当前方法被改进的散热技术。由于需要巨大的热交换表面积并且由于在最热的环境温度期间不利于其传热性能，所以使用空气进行的显冷是昂贵的。潜冷或蒸发式冷却具有优选的冷却性能，但其消耗大量的水，而水在一些地域是有限的资源。
技术实现思路
本专利技术涉及散热系统设备和操作方法，其将吸湿性工作流体用于广泛多种环境中以使吸收在吸湿性工作流体中的水被释放，以最小化散热系统设备中的水消耗，从而在几乎没有水可供用于冷却系统中的环境中实现有效冷却。【附图说明】图1是根据本专利技术的一个实施例的散热系统的示意图。图2A是描绘用于计算本专利技术的一个实施例的动态响应的输入温度条件的图表。图2B是描绘响应于图2A的循环性输入温度分布曲线所计算的本专利技术的热传递分量的图表。图3是描绘本专利技术的可替代实施例的错流空气接触器的示意图。图4是图3的空气接触器中所示的其中管集箱的截面细节图。图5A是描绘本专利技术的可替代实施例的降膜过程热交换器的示意图。图5B是如从所指示的剖面线观察的图5A中的过程热交换器的剖视图。图6是本专利技术的可替代实施例的示意图，其合并有降膜过程热交换器以预先调节空气接触器入口空气。图7是本专利技术的可替代实施例的示意图，其合并有空气接触器以预先调节降膜过程热交换器。图8是本专利技术的可替代实施例的示意图，其合并有预备机构以增加工作流体的水分含量。图9是本专利技术的可替代实施例的示意图，其合并有分级的多个错流空气接触器。图10说明图9中所说明的本专利技术的可替代实施例的操作。图11是本专利技术的可替代实施例的示意图，其包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用吸湿性工作流体的散热方法，其包括：从过程热交换器移除热量以吸收热能用于使用所述吸湿性工作流体进行耗散；使用流体‑空气接触器实现从所述吸湿性工作流体到所述环境大气和到具有比所述环境大气更少水蒸汽或更多水蒸汽的气体的组合式散热；使用工作流体‑空气接触器实现所述吸湿性工作流体与大气以及与具有比所述环境大气更少水蒸汽或更多水蒸汽的所述气体的至少一部分之间的双向水分质量传递；以及维持吸湿性流体为液体，从而防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：CL马丁，
申请(专利权)人：能源及环境研究中心基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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