膜蒸发增强型蒸汽冷凝器制造技术

设置了包括一系列重复的蒸发和/或冷凝通道的膜式蒸发冷凝器（MEC），每个序列的通道包括将蒸汽冷凝成液体的冷凝通道，蒸发通道和零至一百个蒸发‑冷凝通道。冷凝通道具有不可渗透材料的壁，其在冷凝通道的外部与包含LEM的液体蒸发介质（TEM）管道共享该壁。LEM管道包括湿气传递膜（MTM），其中LEM可以蒸发到蒸发通道或蒸发‑冷凝通道中，该通道可以放大传热的效果，以进行额外的质量传递。

Membrane evaporation enhanced steam condenser

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜蒸发增强型蒸汽冷凝器相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月29日提交的美国临时申请序列号62/551,537的权益，该临时申请的公开内容通过引用其整体(包括所有图形、表格和附图)的方式并入本文。
技术介绍
传热介质的相变用于有效地移动热能。通常，冷凝器用于传递蒸汽中的热量，使其达到饱和并凝结成液体，释放出热量，该热量通过非渗透性表面传递到工作流体，该工作流体将热量通过另一个单独的过程传递给最终散热器。工作流体可以是气体，例如环境空气，其中加热的流体与大气混合以有效地耗散热输入。尽管仅受到影响，但冷凝器内工作流体的饱和温度必须超过工作流体的干球(dry-bulb)温度。因为没有发生质量交换，所以工作流体温度在吸收热量时会升高。由于空气的密度和比热相对于蒸汽冷凝的相变所释放的热来说非常低，因此需要大体积流量以使得工作流体的温度升高不会增加饱和温度。使用液体冷却剂(通常是水)将热量传递到单独的蒸发冷却装置(冷却塔)可以降低冷凝器所需的饱和温度。当水蒸发到冷却空气中时，它仅需要超过冷却空气的湿球(wet-bulb)温度，而在很多时候，湿球温度显著低于干球温度。拥有一个单独的冷却塔的不利之处在于冷凝器的冷却仅是显热的(sensible)；限制了工作流体的温度上升，并需要高流速。传统的冷却塔技术对蒸发流体中溶解固体的浓度施加了严格的限制，以避免形成水垢沉积物。另外，由于小水滴释放到环境中会引起安全问题，因为这些水滴会携带致命的细菌，例如军团杆菌(legionella)。这要求仔细维护和定期加氯或其他氧化剂，这增加了责任和劳动量，通常限制了冷却塔在大型设备中的应用。多年来，人们已经进行了各种尝试来组合冷却塔和冷凝器组件，方法是将液态水喷洒到热交换器的表面上，以蒸发冷却直接覆盖在与发生冷凝的表面相对的热交换表面的流体薄膜。将蒸发冷却与蒸汽冷凝相结合，可以将蒸发冷却的优点整合到一个组件中，从而改善包装并消除泵送水的麻烦。由于从冷凝蒸汽中释放出的相变热对蒸发冷却的相变热吸收的阻力可以忽略不计，因此工作流体的流速不需要很高，以应对显热交换的温度升高。工作流体(例如水)的全部蒸发往往会在热交换表面上留下水垢沉积物，从而严重降低性能。当不能可靠地控制水膜的厚度和蒸发速率时，操作员可以像常规冷却塔操作员一样限制工作流体的溶解固体浓度。就像冷却塔一样，被雾化成环境空气流的裸露水是细菌的潜在来源。现有技术中的这些缺陷可以通过单个组件来解决，该单个组件将具有合适几何形状的流动通道的选择性膜与固定在一起的支撑结构结合在一起，而无需使用额外的垫片，其中复杂的3D几何结构会产生效率提高。为此，提出了实用的膜式蒸发冷凝器及其在冷却和除湿系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的实施方式针对一种膜式蒸发冷凝器(MEC)，其中布置了用于蒸发和/或冷凝的重复序列(sequence)的通道，每排通道包括用于将蒸汽冷凝成液体的冷凝通道，蒸发通道，和零至一百个蒸发-冷凝通道。冷凝通道具有至少一个蒸汽入口和用于液体和/或蒸汽的至少一个出口，并且位于不渗透材料的两个壁之间，其中冷凝通道的不渗透材料的所有壁不终止重复序列的通道，冷凝通道的不渗透材料的所有壁包括与相邻的用于容纳液体蒸发介质(LEM)的LEM管道共享的壁。LEM管道位于非渗透性材料的第一壁和包含水分传递膜(MTM)的第二壁之间，LEM管道外部的MTM的表面是一个将LEM从LEM管道中蒸发掉的位置。LEM管道包括至LEM管道的一个或多个LEM入口。在本专利技术的一些实施方式中，MEC包括一个或多个蒸发-冷凝通道，每个蒸发-冷凝通道由LEM管道、非渗透性材料的第二壁限定，其提供了一个用于将从MTM蒸发的LEM冷凝为LEM冷凝物的位置，LEM管道的LEM入口，LEM管道的LEM出口和LEM冷凝物的出口。蒸发通道的所有壁都不会终止重复序列的通道，即LEM管道，其中LEM管道的MTM之间的空间或MTM与终端蒸发通道的不可渗透壁之间的末端空间允许将气态工作流体从一个或多个干工作流体入口运输到一个或多个湿工作流体出口。根据本专利技术的实施方式，MEC可以是交替的冷凝通道和蒸发通道的重复序列。在本专利技术的另一个实施方式中，在冷凝通道和蒸发通道之间按通道顺序可以有1至10个，或者甚至多达100个蒸发-冷凝通道。MTM可以是AqualyteTM，LEM是水。LEM可以来自一个来源或相同或不同材料的多个来源。当LEM是非饮用水时，由于LEM冷凝物可以是纯净水，因此MEC可以充当净水器。可以过滤非饮用水以去除可能使LEM管道淤塞的固体。过滤器可以是约20微米或更细。蒸发通道的LEM和蒸发-冷凝通道的LEM可以来自不同的来源。在本专利技术的实施方式中，MEC可以采用蒸汽压缩设备。例如，来自蒸发通道的湿工作流体可以是压缩设备的输入，压缩设备的输出可以输送到冷凝通道的蒸汽入口。一个或多个泵可以联接至冷凝通道、蒸发-冷凝通道和蒸发通道中的至少一个。在本专利技术的实施方式中，MEC包括至少一个蒸发冷却器和除湿器，每个蒸发冷却器和除湿器在第一MTM和第二MTM之间具有LEM通道，并且在第一MTM和无孔材料的第一壁之间具有真空蒸发管道，在第二MTM和第二壁之间的冷凝管道包括无孔材料，其中蒸发通道的湿工作流体出口连接到冷凝管道。如上所述，本专利技术的实施方式涉及一种制备MEC的方法。在一个实施方式中，该方法包括以交替的顺序提供多个冷凝通道和蒸发通道，将蒸汽入口连接到至少一个管道以连接到蒸汽源，将LEM入口连接到至少一个管道以连接到LEM源，将干燥的工作流体入口连接到至少一个管道以连接至干燥的工作流体源，将液体出口连接到通往至少一个储存器，再循环设备、或排出(drain)的至少一个管道，并可选地，将LEM出口连接到通往至少一个储存器、再循环设备或排出的至少一个管道。在本专利技术的另一实施方式中，该方法包括以下附加步骤：提供多个蒸发-冷凝通道，并将LEM冷凝物出口连接至通往至少一个储罐、再循环设备或排水管的至少一个管道。在本专利技术的另一实施方式中，该方法还包括提供至少一个蒸发冷却器和除湿器，将湿工作流体出口连接至冷凝管道，以及将真空蒸发管道连接至真空源。真空源是连接到MEC内流体流的吸气器。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施方式的膜式蒸发冷凝器(MEC)，其具有一系列重复的冷凝通道和蒸发通道。图2示出了根据本专利技术的实施方式的多效MEC，其中在每一对冷凝通道和蒸发通道之间插入了多个蒸发-冷凝通道。图3示出了根据本专利技术的实施方式的多效MEC，其中在每一对冷凝通道和蒸发通道之间插入多个蒸发-冷凝通道，并且使用多个液体蒸发介质(LEM)源。图4示出了根据本专利技术实施方式的包括流体入口和出口的MEC的布置。图5示出了根据本专利技术实施方式的可包括在MEC中的蒸发冷却器和除湿器。具体实施方式本专利技术的实施方式涉及膜式蒸发冷凝器(MEC)，其中冷凝流体(可以是水或任何其他实用的可冷凝流体)和工作流体(可以是水或任何其他实用的蒸发流体)驻留在非渗透性传热表面的相反两侧，在该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.膜式蒸发冷凝器（MEC），包括用于蒸发和/或冷凝的重复序列的通道，每个序列通道包括：/n冷凝通道，其用于将蒸汽冷凝为液体，所述冷凝通道包括：/n不可渗透材料的两个壁，其中不终止重复序列通道的通道的不可渗透材料的两个壁是与用于容纳液体蒸发介质（LEM）的LEM管道的不可渗透材料的壁共享的壁，所述LEM管道包括：/n不可渗透材料的第一壁；和第二壁，所述第二壁包括湿气传递膜（MTM），在LEM管道外部的MTM的表面是用于将LEM从LEM管道蒸发的位置；/n至LEM管道的至少一个LEM入口；/n用于蒸汽的至少一个蒸汽入口；和/n用于液体的至少一个液体出口；和/n零到一百个蒸发-冷凝通道，每个通道包括：LEM管道；包括不可渗透的材料的第二壁，第二壁是将从MTM蒸发的LEM冷凝成LEM冷凝物的位置；/n至LEM管道的至少一个LEM入口和至少一个LEM出口；和/n至少一个LEM冷凝物出口；和/n蒸发通道，其中所有不终止重复序列通道的所有壁都包括LEM管道以及LEM管道的MTM之间的空间或MTM与终端蒸发通道的不可渗透壁之间的末端空间，并且其中每个蒸发通道具有至少一个工作流体入口和至少一个工作流体出口。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170829 US 62/551,5371.膜式蒸发冷凝器（MEC），包括用于蒸发和/或冷凝的重复序列的通道，每个序列通道包括：
冷凝通道，其用于将蒸汽冷凝为液体，所述冷凝通道包括：
不可渗透材料的两个壁，其中不终止重复序列通道的通道的不可渗透材料的两个壁是与用于容纳液体蒸发介质（LEM）的LEM管道的不可渗透材料的壁共享的壁，所述LEM管道包括：
不可渗透材料的第一壁；和第二壁，所述第二壁包括湿气传递膜（MTM），在LEM管道外部的MTM的表面是用于将LEM从LEM管道蒸发的位置；
至LEM管道的至少一个LEM入口；
用于蒸汽的至少一个蒸汽入口；和
用于液体的至少一个液体出口；和
零到一百个蒸发-冷凝通道，每个通道包括：LEM管道；包括不可渗透的材料的第二壁，第二壁是将从MTM蒸发的LEM冷凝成LEM冷凝物的位置；
至LEM管道的至少一个LEM入口和至少一个LEM出口；和
至少一个LEM冷凝物出口；和
蒸发通道，其中所有不终止重复序列通道的所有壁都包括LEM管道以及LEM管道的MTM之间的空间或MTM与终端蒸发通道的不可渗透壁之间的末端空间，并且其中每个蒸发通道具有至少一个工作流体入口和至少一个工作流体出口。


2.根据权利要求1所述的MEC，其中，所述通道序列具有零个蒸发-冷凝通道，包括重复序列的交替的冷凝通道和蒸发通道。


3.根据权利要求1所述的MEC，其中所述通道序列在通道的序列中具有1至10个蒸发-冷凝通道。


4.根据权利要求1所述的MEC，其中MTM是AqualyteTM，并且LEM是水。


5.根据权利要求1所述的MEC，其中LEM来自一个来源。


6.根据权利要求1所述的MEC，其中LEM来自多个来源。


7.根据权利要求1所述的MEC，其中LEM是非饮用水。


8.根据权利要求7所述的MEC，还包括在LEM入口之前的过滤器。


9.根据权利要求1所述的MEC，还包括蒸汽压缩装置，其中蒸发通道的湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·约翰逊，拉苏尔·纳斯尔·伊斯法哈尼，
申请(专利权)人：戴斯分析公司，
类型：发明
国别省市：美国;US