CN105579804A - 具有吸湿性工作流体的散热系统 - Google Patents

具有吸湿性工作流体的散热系统 Download PDF

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Abstract

本发明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。

Description

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日提交的美国实用新型申请号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
本发明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–DOEJointProgramonResearchandDevelopmentforFossilEnergy-RelatedResources）”的合作协议号（DE-FC26-08NT43291）下所做出的。政府享有本发明中的一些权利。
技术领域
本发明涉及将降级的热能耗散到环境空气中。
背景技术
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）。否则，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。
发明内容
本发明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是根据本发明的一个实施例的散热系统的示意图。
图2A是描绘用于计算本发明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发明的热传递分量的图表。
图3是描绘本发明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是描绘本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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中所说明的本发明的可替代实施例的操作。
图11是本发明的可替代实施例的示意图，其包括渗透膜水分提取单元。
图12是本发明的可替代实施例的示意图，其包括真空蒸发器。
具体实施方式
本文中所描述的散热系统是对基于干燥剂（吸湿性）的流体冷却系统中的技术状态的改进，其通过合并有用于调节在散热系统中发生的显热传递（例如唯一作用在于改变温度所交换的热量）对潜热传递（例如没有温度改变所交换的热量）的量的机构，使得基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（溶液中的吸湿性干燥剂）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。以简单的形式，散热系统包括：至少一个吸湿性干燥剂-空气直接接触热交换器，其用于进行显热传递和潜热传递结合的热交换；至少一个显热交换器，其用于随所使用的热交换流体的温度的改变进行热交换；以及至少一种干燥剂（吸湿性）流体，其用作散热系统中的热交换流体以与大气交换水从而维持干燥剂（吸湿性）流体的含水量。在本文中所描述的散热系统中，热能在更冷的环境周期期间以更高（但仍可允许）的温度耗散掉，以便在峰值环境温度期间维持冷却能力。在一些实施例中，防止干燥剂结晶包括充分防止干燥剂全部结晶。在一些实施例中，防止干燥剂结晶能够包括充分防止干燥剂结晶但允许发生少于特定少量的结晶，例如，其中，不超过存在于溶液中的约0.000,000,001重量百分比或更少的干燥剂结晶，或例如不超过存在于溶液中的约0.000,000,01、0.000,000,1、0.000,001、0.000,01、0.000,1、0.001、0.01、0.1、1、1、1.5、2、3、4、5重量百分比或不超过约10重量百分比的干燥剂结晶。
本文中所描述的散热系统包括与热负荷相互作用的直接接触式空气-流体潜热交换器和显热交换器的逆流、分级序列。来自直接接触式空气-流体潜热交换器的一级的反馈被传递到直接接触式空气-流体潜热交换器的另一级，该反馈是以气流中的蒸汽压力增大及服务于热负荷的吸湿性干燥剂工作流体的温度降低的形式。在组合的情况下，与热负荷相互作用的直接接触式空气-流体潜热交换器和显热交换器的此类逆流、分级序列减少了热负荷中被传递到直接接触式空气-流体潜热交换器的初始、更冷级（其含有在更冷时期期间被吸收的许多水分）的比例，并防止了来自直接接触式空气-流体潜热交换器的最终、更热级的过度蒸发。
本文中所描述的散热系统各自使至少一种（或多种不同类型）的吸湿性工作流体循环，以将热量从需要冷却的工艺直接传递到环境空气。吸湿性流体在其与预期的当地环境条件处于热和蒸汽压力平衡的条件下呈液相，使得基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定，以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。吸湿性流体包括吸湿性物质和水的溶液。在一个实施例中，与水相比，吸湿性物质自身应具有极低的蒸汽压力，以便防止流体的吸湿性组分在循环操作期间的显著损失。吸湿性组分能够是选自已知用来吸引湿蒸汽并与水形成具有降低的水蒸汽压力的液体溶液的化合物的纯物质或物质的混合物。吸湿性组分包括当前用于干燥操作或除湿操作的所有材料，包括吸湿性无机盐，例如，LiCl、LiBr、CaCl2、ZnCl2；吸湿性有机化合物，例如乙二醇、丙二醇、三甘醇；或无机酸，例如H2SO4等。
从合适的显热交换器的过程中移除热能，该显热交换器在其一侧上具有过程流体流且在其另一侧上具有吸湿性工作流体冷却剂流。此显热交换器能够采取任何已知的热交换装置的形式，包括壳管式热交换器、板框式热交换器或降膜式热交换器。被冷却的过程流体包括单相流体、液体或气体，或能够是经历相变（例如，蒸汽冷凝成液体）的流体。因此，由吸湿性过程流体所呈现的热负荷能够是明显的（例如，具有温度变化）或潜在的（其为等温的）。流经显热交换装置的另一侧，吸湿性工作流体冷却剂能够显式地移除热量（例如，在没有蒸汽空间的密封装置中），或在允许溶液中的水分部分蒸发的情况下其能够提供显热和潜热移除的结合，例如，在降膜式热交换器中。
在已使用显热交换器将热能从过程流体传递到吸湿性工作流体之后，使吸湿性流体循环到空气接触潜热交换器，在此处，该吸湿性流体直接暴露于环境空气以进行散热。潜热交换器是以此方式构造，使得在干燥剂溶液与空气之间产生大量的界面表面积。可使用任何众所周知的方法来产生界面区域，例如通过包括将液体直接喷雾到空气中、将吸湿性溶液流分布遍及散装填料、或使吸湿性液体溶液的降膜沿结构化表面向下。能够针对特定情形以最有利的方式来引导气流和吸湿性干燥剂溶液流，例如逆流（其中吸湿性干燥剂溶液可在重力作用下向下流动而空气向上流动）、错流（其中吸湿性干燥剂溶液流是在与气流正交的方向上）、并流（其中吸湿性干燥剂溶液和空气在同一方向上流动）或任何中间的流动类型。
通过空气穿过潜热交换器的对流运动来增强潜热交换器内部的热传递和质量传递过程。可通过几种方法或此类不同方法的组合来实现对流流动。用于实现对流气流的第一种方法是经由自然对流机构，例如通过潜热交换器内部的暖空气和更冷的周围环境空气之间的浮力差。这种效果将自然地使对流气流循环穿过合适设计的室，在该室处，通过潜热交换器中的暖溶液来加热空气。用于实现对流气流的另一种方法包括由风扇或吹风机所产生的强制气流以使空气流经潜热交换器。另外的对流气流方法包括使用来自以足够质量流率和速度抽出的一股溶液的动量传递将气流诱导到潜热交换器中。
在潜热交换器内部，相互关联的热传递和质量传递过程发生在用作工作流体的吸湿性溶液与气流之间，最终引起热能从溶液传递到空气。当空气与吸湿性溶液接触时，其将交换水分质量和热能以便接近平衡，这对于吸湿性液体及其周围大气而言需要温度和水蒸汽压力的匹配。由于吸湿性溶液的蒸汽压力部分地取决于温度，所以常常达到这样的条件，即，在该条件下，吸湿性溶液主要通过潜热传递（以匹配环境蒸汽压力）来快速达到其等效的露点温度，并且接着通过空气和吸湿性溶液之间的更缓慢的热传递过程（以匹配环境温度）来限制进一步的蒸发或冷凝。
潜热交换器内的热传递和质量传递的净量取决于潜热交换器的特定设计以及吸湿性溶液和环境空气的进入条件。但是，随着吸湿性溶液穿过潜热交换器，可能的结果包括以下情形：吸湿性溶液会经历水分的净损失（溶液中所含有的热能的一部分在水分蒸发期间作为潜热被释放；这增加了气流的湿度含量）；吸湿性溶液会经历水分含量方面的净增益（此类情况发生在空气中的蒸汽压力高于溶液中的蒸汽压力时，并且水分被吸湿性溶液所吸收，使得吸收的潜热被释放到吸湿性溶液中且显式地传递至空气）；以及吸湿性溶液处于不发生净水分变化的稳定状态（任何蒸发均被等效量的重新吸收所抵消，或反之亦然）。
在穿过潜热交换器之后，吸湿性溶液已经由单独的显热传递或者通过显热传递与潜热传递的组合将热能释放到环境空气（以及任何伴随的水分含量变化）。接着将吸湿性溶液收集在容器中，将选择该容器的尺寸以针对给定的环境地域和热负荷分布曲线来提供整体冷却系统的最佳动态性能。能够领会到，容器能够响应于环境条件方面的动态变化来更改冷却系统的时间常数。例如，在夜间和清晨的几个小时期间，通常当昼夜温度处于最小并且可收集过多水分时，将最大程度上促进环境大气中的吸湿能力。在另一个极端，在下午期间，当昼夜温度达到峰值并且会存在吸湿性溶液水分含量的净损失时，环境大气中的水分蒸发将是最主导的。因此，对于环境大气中的连续操作系统而言，可以选择容器及其操作方法以便优化对在夜间期间获得的过多水分的存储，使得其能够在第二天下午期间进行蒸发，以维持冷却能力并确保基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定，以防止吸湿性干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
容器自身能够是其中维持溶液的平均性质的单个混合罐。容器还包括旨在贯穿整个昼夜循环保持水收集的分布的分层罐或一系列单独的罐，使得能够计量出所收集的水以提供最大益处。
本散热系统包括使用吸湿性工作流体以将热能从过程流移除，并且通过工作流体与环境空气的直接接触来将其耗散到大气。这实现了对散热系统非常有益的几种特征，包括：1)使用工作流体以将过程热交换器中集中的热传递通量联接到环境空气散热的更低密度的热传递通量；2)允许工作流体与环境空气之间存在较大的界面表面积；3)提高工作流体-空气热传递速率，同时进行质量传递；以及4)通过循环性地从空气吸收湿蒸汽和将湿蒸汽释放到空气来减弱日常温度波动。
参考附图1，说明了使用存储容器2中的吸湿性工作流体1的散热系统10的一个实施例，吸湿性工作流体通过泵3被抽取并循环穿过过程显热交换器4。在过程热交换器中，吸湿性工作流体从过程流体移除热能，其中过程流体进入热侧入口5并经由热侧出口6离开。过程流体能够是需要显冷的单相（气体或液体），或其能够是在过程热交换器中经历相变（例如，蒸汽冷凝成液体）的两相流体。
在过程热交换器4中吸收热能之后，吸湿性工作流体按路径运送到分配喷嘴7，在此处，吸湿性工作流体以逆流方式暴露至流经空气接触器潜热交换器8的空气。流经附图1中的空气接触器的环境气流是从底部环境空气入口9垂直地到顶部空气出口11，并且通过受热空气的浮力和动力风扇13进行辅助。分布在空气接触器中的吸湿性工作流体12由于重力与气流逆流地向下流动。在空气接触器潜热交换器8的底部，吸湿性工作流体与入口气流分离并且返回到容器2中的存储溶液1。
在空气接触器潜热交换器8中，在吸湿性工作流体和气流之间交换热能和水分两者，但由于吸湿性溶液工作流体的保湿特征，防止了吸湿性工作流体的完全蒸发，并且基于干燥剂吸湿性工作流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
如果在环境空气温度、环境湿度不变并且过程显热交换器4中的热负荷恒定的情况下连续操作散热系统10，则将在空气接触器潜热交换器8中达到稳态的温度和浓度分布曲线。在这些条件下，所存储的吸湿性工作流体1的净水分含量将保持不变。其并不是指在空气接触器潜热交换器8中在所分配的吸湿性工作流体12和气流之间不交换水分，而是表示从吸湿性工作流体12蒸发的任何水分在吸湿性溶液返回到容器2之前从环境气流中被重新吸收。
但是，在达到上述稳态条件之前并且在改变环境条件的时间期间，散热系统10可在吸湿性工作流体1中的水分含量具有净损失或净增益的情况下进行操作。当在吸湿性工作流体水分具有净损失的情况下进行操作时，潜热能的等效分量有助于散热系统10的整体冷却能力。在这种情况下，通过增加离开空气接触器潜热交换器8的气流11的湿蒸汽含量来实现额外的冷却能力。
相反地，当在吸湿性工作流体水分（水）含量具有净增益的情况下进行操作时，潜热能的等效分量必须由吸湿性工作流体吸收并通过显热传递被耗散到气流。在这种情况下，散热系统10的整体冷却能力由于释放到吸湿性工作流体的额外的潜热能而减小。与入口环境空气9相比，离开空气接触器潜热交换器8的气流11现将具有减少的水分含量。
作为附图1中所说明的散热系统10的可替代实施例，散热系统10使用以经由补充气流入口41进入的补充气流40进行补充的入口环境空气9的相对湿度。当使用时，气流40能够是含有足够湿蒸汽的任何气流，包括已通过雾化或者喷雾使水蒸发到其中的环境空气、来自干燥工艺的排气流、在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度空气的排气流、来自湿式蒸发冷却塔的排气流或来自燃烧源及相关联的烟气处理系统的烟气流。使用补充的气流40的益处是提高空气接触器潜热交换器8中的湿度水平并且在具有低环境湿度的气候中有助于水分吸收至分散的吸湿性工作流体12中。还应理解到，补充的气流40将仅当需要水分吸收以向循环冷却能力提供净利益时（例如，其中所吸收的水分将在随后的峰值冷却需要时间期间被蒸发）或当需要补充湿度以防止吸湿性工作流体的过度水分（水）损失时才起作用，使得基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
在操作本文中所描述的散热系统10并且具有所阐述的净水分变化的作用的情况下，能够领会到循环操作的性能特征。附图2A中说明了环境空气干球温度和露点温度的循环输入状况的图。该循环具有24小时的周期并且旨在是昼夜温度变化的理想化表示。空气的水分含量对于附图2A的输入数据而言是恒定的，因为空气水分含量通常在昼夜循环并不明显改变。
附图2B中说明了所计算的本发明的热传递响应，其对应于附图2A的输入数据。热传递的两个分量是显热传递和潜热传递，并且其总和表示系统的总冷却能力。如附图2B中所示，显热传递分量（Q显热）随环境温度异相变化，因为显热传递与吸湿性工作流体和气流温差（所有其它条件保持相等）直接成正比。在实践中，常规空气冷却热交换器由此事实所限制。在发电厂蒸汽冷凝器的情况下，这是最不期望的热传递限制，因为在一天中的最热时候分期间冷却能力处于最小，这常常对应于发电的最大需求时期。
附图2B中所说明的潜热传递分量（Q潜热）取决于环境水分含量以及吸湿性工作流体的水分含量和温度。根据附图2B中所使用的标记惯例，当潜热传递分量为正时，发生蒸发且具有水分的净损失，并且潜热能被耗散到环境空气；当潜热传递分量为负时，吸湿性溶液吸收水分，并且潜热能量被添加至工作流体，由此减小整体冷却能力。在附图2A中所说明的理想化昼夜循环期间，附图2B中所说明的潜热传递分量表示，当环境温度分别达到循环最小值和最大值时交替地发生水分吸收和解吸。但是，在一个完整的循环期间，与环境空气的净的水传递为零，例如在夜间期间所吸收的水分等于在第二天期间所蒸发的水分，因此不存在净的水消耗。
在附图2B中将散热系统10的净冷却能力说明为显热传递分量和潜热传递分量的总和（Q显热+Q潜热）。如所说明的，潜热传递分量通过以蒸发冷却（附图2B中所说明的区域E1）补充日间冷却能力来对整个系统起到热阻尼的作用。这种蒸发的热传递通过在昼夜温度最大期间（区域E2）弥补下降的显热传递来提高整体热传递。这对于类似其中在一天中的最热时候期间需要峰值转换效率的发电厂蒸汽冷凝器的情况而言是特别有益的。
当所吸收的潜能量（区域E3）被释放到工作流体中且必须耗散到气流时，对日间热传递的这种促进的代价发生在夜间。在此期间，散热系统10的总系统冷却能力从其潜在值（区域E4）减少了相等的量。但是，这在实践中能够适应，因为夜间环境温度较低并且整体传热仍是可接受的。对于蒸汽发电厂而言，对峰值发电的需求在夜间也通常最小。
关于空气接触器热交换器构型，吸湿性工作流体与周围空气的直接接触允许以比真空密封式空气冷却冷凝器或散热器通常所需更少的材料和资源投入来产生较大的表面积。溶液-空气界面区域能够通过工业中通常使用的任何机构来产生，例如喷雾接触器热交换器、湿式填料床热交换器（具有规则或散装填料）或降膜式接触器热交换器。
附图1中所说明的空气接触器热交换器8被说明为逆流喷雾接触器热交换器。虽然喷雾布置是用于产生较大界面表面积的有效方式，但是在实践中，此类设计会使不期望夹带的气溶胶被气流带出喷雾接触器热交换器。附图3中说明了用于防止夹带的空气接触器热交换器的可替代实施例，其设计成用于最小化液滴形成和液体夹带的错流、降膜式接触器热交换器。在此类实验装置上的微粒取样已证明使用这种设计极大地减少了形成气溶胶的倾向。
如附图3中所说明的，入口吸湿性工作流体14被泵送到在降膜式接触器热交换器16顶部处的分配集箱中。参考附图4（其是单个分配集箱的截面），吸湿性工作流体17被泵送穿过分布孔18，该分布孔的位置接近垂直于（处于90°）管集箱19的轴线，在该管集箱处，吸湿性工作流体17湿化由合适材料（例如，编织织物、塑料垫料或金属滤网）构成的降膜吸液芯20。膜吸液芯支撑件21用来维持每个吸液芯区段的形状。如附图3中所说明的，吸湿性工作流体溶液的分布膜22在重力作用下一直向下流动到容器24中的工作流体23的表面。入口气流25水平地流经在降膜薄板26之间的空气接触器。在附图3中所说明的构型中，在降膜区段26之间，热传递和质量传递发生在吸湿性工作流体的分布膜22和气流25之间。虽然附图3说明了错流构型，但应理解到，如果基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶，则此构型也有可能是逆流、并流或混合流。
如附图1中所说明的，过程显热交换器4能够具有本领域中已知的任何间接显热交换器的形式，例如壳管式或板式交换器。显热交换器的一个特定实施例（其对于这种服务而言是有利的）是降膜式热交换器。附图5A中说明了过程热交换器27的可替代实施例的示意图。附图5B中说明了沿附图5A中所指示的剖面线观察的过程热交换器27的截面图。参考附图5B，过程流体28（其被冷却）在管29内流动。冷的吸湿性工作流体30沿管29的顶部分布以形成在管29的外侧在重力作用下向下流动的膜表面。气流31流过降膜组件，该气流是通过自然对流或者通过来自风扇或吹风机的强制气流所产生的。
当吸湿性工作流体30从管29的表面上流过时，热量通过传导从过程流体28被传递通过管壁进入吸湿性工作流体膜中。随着膜受热，其湿蒸汽压力上升并且可上升到发生蒸发至周围气流31的点，由此将热能耗散到气流。降膜热传递作为用于在低温差的情况下达到高热传递速率的有效手段在本领域中是众所周知的。降膜式热交换器的一个优选应用是当过程流体28经历从蒸汽到液体的相变时（如在蒸汽冷凝器中），其中温度是等温的并且热通量能够是高的。
附图6中说明了散热系统10的另外的实施例。散热系统10合并有膜冷却式过程显热交换器以调节进入空气接触器潜热交换器8的气流的一部分。如附图6中所说明的，通过在壳体33内部的吸湿性工作流体的降膜来冷却过程显热交换器32。环境空气34被吸入到过程显热交换器壳体33中并流净膜冷却式热交换器，在此处，环境空气从吸湿性流体膜接收到一定数量的蒸发水分。更高湿度的气流在35处被传导到空气接触器潜热交换器8的入口36，在此处，气流35与吸湿性工作流体12的喷雾逆流地流动。也可经由可替代的开口38将额外的环境空气引入到空气接触器潜热交换器8的入口。
在附图6中所说明的实施例中，从过程显热交换器32释放的湿蒸汽被添加到空气接触器的入口气流，并由此使水分含量增加有限的量从而高于环境湿度水平。这种作用将倾向于禁止水分从吸湿性工作流体12的蒸发，并将引起容器吸湿性溶液1的稳态水分含量的有限的增加，使得基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。附图6中所说明的实施例在干旱环境中和在干燥天气期间可为优选的，以便抑制水分从吸湿性工作流体的过度蒸发。
附图7中说明了散热系统10的另外的实施例。散热系统10合并有空气接触器潜热交换器8以调节穿过膜冷却式过程显热交换器33的气流。如附图7中所说明的，在出口39处离开空气接触器潜热交换器8的气流的一部分被传导到过程热交换器壳体33的入口。此气流接着流过膜冷却式过程显热交换器32，在此处，气流从吸湿性膜水分蒸发接收水分。
在高的环境湿度条件期间，当容器吸湿性溶液1的净湿蒸汽含量增加时，出口39处的空气将具有比进入空气接触器潜热交换器8的环境空气9的湿蒸汽含量更低的湿蒸汽含量。因此，将通过使膜冷却式过程显热交换器32暴露至来自出口39的这种更低湿度的气流而非更高湿度的环境空气来获得一些优势。更低湿度的空气将促进膜冷却式过程显热交换器32中的蒸发和潜热传递。附图7中所说明的实施例对于高湿度条件而言可为优选的，因为当使用膜冷却式过程热交换器（例如，32）时其将增强潜热传递分量。但是，在任何情况下，在散热系统10的操作期间，基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
附图8中说明了散热系统10的另外的实施例。散热系统10使用预备机构用于将吸湿性工作流体水分含量增加到高于能够通过与环境空气达到平衡所获得的吸湿性工作流体水分含量。附图8中所呈现的第一可替代方案是直接通过添加液态水流42来增加吸湿性工作流体1的水分含量。在所呈现的另外的可替代方案中，使吸湿性工作流体1循环穿过吸收器潜热交换器43，在此处，其暴露至气流44。与环境空气9相比，气流44具有更高的湿蒸汽可用性。因此，穿过吸收器潜热交换器43的吸湿性工作流体返回到容器2，并且具有的水分含量比在空气接触器潜热交换器8中可达到的水分含量更高。气流44的源可包括：已通过雾化或者喷雾使水蒸发到其中的环境空气、来自干燥工艺的排气流、在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度空气的排气流、来自湿式蒸发冷却塔的排气流或来自燃烧源及相关联的烟气处理系统的烟气流。附图8中所说明的此类可替代方案的益处是在低散热需求时期期间（例如，在夜间）增加吸湿性工作流体1的水分含量，以达成在当散热需求高时的时期期间提供额外的潜冷能力的目的，使得基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液），以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
参考附图9，说明了本发明的散热系统100的另外的实施例，其使用分级的多个错流空气接触器、直接接触潜热交换器102和103。本发明的此实施例包括用于调节发生在散热系统100中的显热传递对潜热传递的量的机构。在本发明的此实施例中，热能在更冷的环境时期期间以更高（但仍可允许）的温度耗散，以便在峰值环境温度期间维持冷却能力。
本发明的散热系统100的此实施例使用与过程显热交换器106和107（其与热负荷相互作用）结合使用的错流空气接触器热交换器102和103的分级序列。来自一级的反馈被传递到相邻级，该反馈呈气流101中增大的蒸汽压力及服务于热负荷的吸湿性工作流体104、105的降低的温度的形式。在组合的情况下，这些机构减少了热负荷中被传递到初始、更冷级102（其含有在更冷时期期间被吸收的许多水分）的比例，并防止了来自最终、更热级103的过度蒸发。
如附图9中所说明的，分级构型散热系统100利用环境气流101，该环境气流进入干燥剂-空气错流空气接触器热交换器，并且穿过液体-空气接触的第一级102且随后穿过液体-空气接触的第二级103。接触区段102和103被描绘为具有以分别从容器104和105吸取的流体进行湿化的液体膜-支撑介质的错流空气接触器潜热交换器。待冷却的流体在108处进入系统并且首先进入显热交换器106，在此处，待冷却的流体经历与来自第二级容器105的干燥剂溶液的热传递。部分冷却的流体接着进入热交换器107，在此处，部分冷却的流体进一步经历与来自第一级容器104的干燥剂溶液的热传递。
本发明的此实施例的关键性特征包括：1)大致分离的工作流体回路，其允许在回路之间建立干燥剂浓度梯度；2)每个回路具有用于直接接触环境气流从而允许发生热传递和质量传递的机构，并且每个回路具有用于间接接触待冷却的流体使得能够发生显热传递的机构；3)气流与每个干燥剂回路级循序接触；4)每个干燥剂回路与待冷却的流体进行循序的热交换接触，使得待冷却的流体之间的循序接触方向与环境气流的接触方向相反；以及最后5)改变热负荷在回路当中的分布的能力，以便通过初始回路来使可逆的水分循环的量最大化，同时防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
直接空气-干燥剂溶液接触方法能够使用本领域中已知的任何热交换器来实施，包括喷雾接触器热交换器、降膜式热交换器或湿式结构化填充介质热交换器，只要其能使基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。优选实施例合并有以错流构型运行的降膜式介质热交换器102和103。所附接的膜防止在漂移时形成由气流带出的细液滴或气溶胶，同时错流构型允许方便地隔离干燥剂回路。
附图10中说明了附图9中所说明的散热系统100的优选操作的示例，且其示出了对于两级式散热系统100在两级中均使用干燥剂溶液的热传递分量的图。参考附图9，接触区段102将包括级1，并且接触区段103将包括级2。散热系统100的每级具有显热传递分量和潜热传递分量；级1的显热传递分量标为110，并且级1的潜热传递分量标为111。级2的显热传递分量和潜热传递分量分别标为112和113。由热负荷所排出的总显热对于此示例是恒定的，并且标为114；此外，其充当所有其它热传递分量的正则化因子并且具有1kW/kW的值。这是被传递到附图9中的热交换器106和107中的冷却系统的热负荷。附图10中的最终热传递分量是传递到气流115的显热，如将从附图9中的跨越直接接触介质的两级的空气温度变化所确定的。
可以基于总热负荷114分别在级1和2中的分布（例如，110和112）来区分附图10中所描绘的操作阶段。在如附图10中所说明的6:00左右，此比值处于最小；几乎全部热负荷由级2显式地耗散掉且在级1中极少。但是，在此期间，通过从大气吸收水分来补充级1中的吸湿性流体，如由此时的负的潜热值（111）所指示的。除恒定的热负荷（114）之外，相关联的吸收热也被排出到大气，如由高于总热负荷的空气显热传递（115）所指示的。
在如附图10中所说明的接近8:00和16:00之间，当环境干球温度开始上升时，更多的热负荷从级2传递到级1。选择热负荷的这种渐进式传递的分布曲线以维持所需的冷却能力，并且控制先前被吸收在级1吸湿性流体中的大气水分的蒸发。考虑到与显热传递相比蒸发冷却的快速性质，将热负荷逐渐引入到级1，以便获得所吸收水分的最大益处，这在附图10中发生在接近14:00或下午中间左右，通常当环境空气温度达到一天的峰值时。并且此时，到空气的显热传递处于最小，因为热负荷的一部分经由潜冷（主要在级1中）被耗散掉。
在接近18:00，如附图10中所说明的，级1显热传递与级2显热传递的比值处于最大；超过此时间，当环境干球温度冷却时，热负荷逐渐移回到级2。从级1吸湿性流体传递热负荷还允许其冷却并开始从空气中重新吸收水分。
以所描述的方式进行的操作使级1中的干燥剂溶液在以下两个极端状态之间进行循环：1)热负荷最小并且同时暴露至最低的日常环境温度；以及2)热负荷最大并且暴露至峰值日常环境温度。这种布置增加了系统中每单位质量干燥剂的可在级1流体中进行可逆交换的水的质量。在没有干燥剂溶液的保水能力（moisturecapacity）的此类“伸展”的情况下，将需要特别大数量的溶液来提供相同水平的基于潜热的能量存储。
来自级1的湿蒸汽吸收和解吸因此减小或增加级2处所经历的蒸汽压力，从而降低级2的潜热传递（项113）。因此，极大地减小了将级2吸湿性流体用作热存储介质的重要性，并且与级1的吸湿性流体相比，减少了此吸湿性流体所需的量。
显然，环境空气温度的日常模式并非和用于附图10的仿真结果的日常模式一样规律和可预测的。但是，本发明的散热系统10的此实施例的价值在于：其是用于变更冷却系统的时间常数使得能够抑制具有24小时量级的周期和跟在环境天气中通常所遭遇的振幅量级上的循环变化的方法，并且控制潜热传递的量以便防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
虽然附图9的图仅示出了空气接触和热负荷热传递的不同的两级，但应理解到，能够将此概念扩展为包括多个序列的此类级，并且刚才所述的一般条件将单独地适用于随后的任何两级，或更广泛而言，跨越在一组初始接触级和一组后续级之间的整个系统。
在所概述的操作模式中，当（一个或多个）初始级具有与（一个或多个）后续级相比相对更低的干燥剂浓度时，达到最大的水保持能力。一系列级能够含有以分层方式维持的同种干燥剂以便维持不同的浓度梯度。可替代地，分开的级能够采用不同的干燥剂溶液以便满足整体系统目标（包括水分保持能力和材料成本）。但是，在任何情况下，在整个散热系统100的操作期间，每级的基于干燥剂的吸湿性流体必须保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
本发明的散热系统100存在另外的实施例，其中初始级回路含有纯净水并且仅随后的（一个或多个）后续级含有吸湿性干燥剂溶液。在本发明的散热系统100的此构型中，保持了先前所提及的益处：保存潜热耗散，并且将蒸发热传递转换为空气的显热。但是，在这种情况下，初始级流体的蒸汽压力绝不低于环境空气的蒸汽压力，并且在更冷的夜间温度期间在初始级中不吸收水分，当使用干燥剂流体时，情况也是如此。而且，在任何情况下，在整个散热系统100的操作期间，每级的基于干燥剂的吸湿性流体必须保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
参考附图11，描述了一种散热系统的方法和设备的可替代实施例，其用于补充基于干燥剂的液体吸湿性散热系统200中的液体吸湿性干燥剂工作流体的含水量。在散热系统200中，使用存在于液体吸湿性干燥剂和品质降级的水源之间的固有渗透梯度以通过正向渗透膜206从降级水源将相对纯净的水提取到干燥剂工作流体。通过正向渗透所传递的水的品质足以防止不期望成分过度积聚在吸湿性干燥剂流体回路中，并且因此极大地扩大了能够用来补充基于干燥剂的液体吸湿性散热系统200的操作的水质的范围，前提是基于干燥剂的吸湿性流体保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
添加到散热系统200的工作流体的水提供了若干益处以改进将热传递到大气的性能。首先，所添加的水使吸湿性干燥剂溶液的湿蒸汽压力增加，从而增加了当通过直接接触环境空气来冷却热吸湿性干燥剂时所能够发生的潜冷的比例。这有效地增加了每单位的干燥剂-空气接触表面所能够耗散的热量。第二，所添加的水的含量使吸湿性干燥剂溶液的饱和温度降低，其中饱和温度是通过蒸发冷却来使溶液冷却所达到的最小温度。通过降低吸湿性干燥剂溶液的饱和温度，能够针对在其它方面等效的大气条件来达到更低的冷却温度。第三，与将被用于散热系统（例如，200）中的干燥剂吸湿性溶液相比，水通常是较优的传热流体，并且将更高比例的水添加到吸湿性干燥剂溶液将改进吸湿性干燥剂溶液的相关热性质。在基于干燥剂的散热系统200中，使用冷的干燥剂吸湿性流体以在热交换器中从热负荷显式地吸收热，因此优选流体具有优良的传热性质。添加水使干燥剂吸湿性溶液的特定热容增加，并且其降低了黏度。在组合的情况下，这些性质改进能够通过减小给定热负荷的所需溶液流率和通过减小干燥剂吸湿性溶液对泵送的抵抗性来降低附加泵送负荷。
除改进干燥剂吸湿性流体散热系统200的性能之外，还能够将所公开发明的散热系统200看作用于减小降级水源的容量的高能效方式，该降级水源存在困难的处理难度。正向渗透是高度选择性的工艺，其能够用来将水与降级水源中所发现的一系列广泛的有机和无机杂质分离，并且当由水源与散热系统中的干燥剂之间的渗透梯度来驱动时，其也是高能效的。以此方式省去水对于具有零液体排放要求的设施而言能够是水管理的整体部分。
如附图11中所说明的，可替代实施例是基于液体干燥剂的散热系统200，其与正向渗透级联接用于收获补水。散热系统200的大体运行包括使液体干燥剂吸湿性溶液201循环穿过显热交换器202，在此处，该液体干燥剂吸湿性溶液从热负荷吸收热量。使受热的干燥剂吸湿性溶液直接暴露至在干燥剂-空气潜热交换器204中的环境气流203，在此处发生显热传递和潜热传递的组合以冷却干燥剂吸湿性液体，使得其能够连续地从热负荷传递热量。
通过干燥剂吸湿性溶液205的第二回路将补水添加到液体干燥剂溶液，该补水沿正向渗透膜206的一侧流动。在正向渗透膜206的相对侧上的是从正向渗透级热交换器206'的一侧上的入口207到出口208的品质降级的水流。由于干燥剂吸湿性溶液201的渗透压力高于流经渗透级热交换器206'的降级水源的渗透压力，所以得以建立用来传递水209跨越正向渗透膜206的渗透压力梯度。所传递的水209变得与干燥剂吸湿性溶液201混合并且用于散热回路中。
在存在过度冷却能力时，也可以液态水的形式从干燥剂吸湿性液体提取溶液中的水分。附图12说明了用于蒸汽式动力系统300中的本发明的散热系统的实施例，其包括干燥剂蒸发器308，使得从干燥剂蒸发器308释放的蒸汽遇到补给水，并且直接在发电厂的基于吸湿性流体的散热系统310中冷凝。蒸汽式动力系统300包括产生用于动力涡轮机304的蒸汽的锅炉302。初级蒸汽涡轮机排气315按特定路径被运送到基于吸湿性流体的散热系统310用于冷凝回到锅炉给水。二级蒸汽排气流按特定路径被运送到显热交换器306，以在基于干燥剂的吸湿性流体进入吸湿性流体真空蒸发器308之前加热基于干燥剂的吸湿性流体的滑流。干燥剂蒸发器308包括真空式蒸发器，该真空式蒸发器用于从来自显热交换器306的干燥剂吸湿性水蒸发水以作为待用作锅炉的补给水的蒸发水，并且使任何过量水经由过量水龙头314离开系统300用于存储以供随后在系统300中的使用。根据潜热交换器310中所使用的干燥剂吸湿性液体（其随后通过干燥剂吸湿性蒸发器308所蒸发）的类型，过量的自由水的量将不同于干燥剂吸湿性蒸发器308以供用作系统300的补给水。但是，在任何情况下，在散热系统的操作期间，基于干燥剂的吸湿性流体必须保持稳定（吸湿性干燥剂呈溶液）以防止干燥剂从基于干燥剂的吸湿性流体中结晶。
以上论述仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员将容易从此类论述和从附图和权利要求书认识到，在不违背如下列权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下，能够在其中做出各种改变、修改和变化。
额外实施例
实施例1提供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。
实施例2提供根据实施例1的散热方法，其中，所述吸湿性工作流体包括含有以下各项中至少一项的水溶液：氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）、氯化锂（LiCl）、溴化锂（LiBr）、氯化锌（ZnCl2）、硫酸（H2SO4）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸钠（Na2SO4）、氯化钾（KCl）、硝酸钙（Ca[NO3]2）、碳酸钾（K2CO3）、硝酸铵（NH4NO3）、乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、二丙二醇及其任何组合。
实施例3提供根据实施例1到2中任一项的散热方法，其中，所述气体包括以下各项中至少一项：含有足够的湿蒸汽的气流，例如已通过雾化或者喷雾使水蒸发到其中的环境空气；来自干燥工艺的排气流；在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度空气的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及相关联的烟气处理系统的烟气流。
实施例4提供根据实施例1到3中任一项的散热方法，其中，所述过程热交换器包括热力发电的冷凝器或制冷循环的冷凝器中的一者。
实施例5提供根据实施例1到4中任一项的散热方法，其中，所述流体-空气接触器以包括逆流、并流或错流运行中的至少一种相对运动来运行。
实施例6提供根据实施例1到5中任一项的散热方法，其中，通过以下各项中至少一项来增强所述流体-空气接触器：通过动力风扇进行的环境空气的强制或诱导通风；由受热空气和冷却空气之间的浮力差产生的自然对流气流；以及由所喷雾的工作流体至空气中的动量传递所产生的诱导气流。
实施例7提供根据实施例1到6中任一项的散热方法，其中，使用来自以下各项中至少一项的额外湿度来补充所述环境气流：直接进入所述气流中的水的喷雾、薄雾或雾；来自干燥工艺的排气流；包括在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度的排出气体的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及任何相关联的烟气处理设备的烟气排气流。
实施例8提供根据实施例1到7中任一项的散热方法，其中，通过使用以下各项中至少一项将水分添加到所述吸湿性工作流体来增强整体的传热性能：
将液态水直接添加到所述吸湿性工作流体；
经由正向渗透水提取单元的正向渗透膜使相对纯净的水直接吸收到吸湿性流体中；
通过工作流体从位于工艺空气接触器外部的含水分气流吸收气相水分，其中所述含水分气流包括以下各项中至少一项：
通过喷雾或者雾化使水已蒸发到其中的环境空气；
来自燃烧源及其相关联的烟气处理设备的烟气；
来自干燥工艺的排气；
在具有空调设备的室内空气的通风期间所置换的高湿度的排出气体；以及
来自湿式蒸发冷却塔的排气流。
实施例9提供根据实施例1到8中任一项的散热方法，其中，通过所述吸湿性工作流体的流膜来冷却所述过程热交换器，从而使得在从过程流体吸收热能期间能够发生显热传递和潜热传递两者。
实施例10提供根据实施例9中任一项的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在至所述空气接触器的入口处用于提升入口气流湿度水平。
实施例11提供根据实施例9到10中任一项的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在所述空气接触器的出口处用于接收相对于环境空气大气被除湿的空气。
实施例12提供一种散热方法，其包括：
使用低挥发性吸湿性工作流体从吸收热能的过程热交换器移除热量；
使用流体-空气接触器和另外的气体实现从所述低挥发性吸湿性工作流体到空气的组合式散热；
使用工作流体-空气接触器实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体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。
实施例13提供根据实施例12的散热方法，其中，所述吸湿性工作流体包括含有以下各项中至少一项的水溶液：氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）、氯化锂（LiCl）、溴化锂（LiBr）、氯化锌（ZnCl2）、硫酸（H2SO4）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸钠（Na2SO4）、氯化钾（KCl）、硝酸钙（Ca[NO3]2）、碳酸钾（K2CO3）、硝酸铵（NH4NO3）、乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、二丙二醇及其任何组合。
实施例14提供根据实施例12到13中任一项的散热方法，其中，所述过程热交换器包括热力发电的冷凝器或制冷循环的冷凝器中的一者。
实施例15提供根据实施例12到14中任一项的散热方法，其中，所述流体-空气接触器以包括逆流、并流或错流运行中的至少一种相对运动来运行。
实施例16提供根据实施例12到15中任一项的散热方法，其中，通过以下各项中至少一项来增强所述流体-空气接触器：通过动力风扇进行的环境空气的强制或诱导通风；由受热空气和冷却空气之间的浮力差产生的自然对流气流；以及由所喷雾的工作流体至空气中的动量传递所产生的诱导气流。
实施例17提供根据实施例12到16中任一项的散热方法，其中，所述气体包括以下各项具有额外湿度的气体中至少一项：直接进入所述气体中的水的喷雾、薄雾或雾；来自干燥工艺的排气流；包括在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度的排出气体的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及任何相关联的烟气处理设备的烟气排气流。
实施例18提供根据实施例12到17中任一项的散热方法，其中，通过使用以下各项中至少一项将水分添加到所述吸湿性工作流体来增强整体的传热性能：
将液态水直接添加到所述吸湿性工作流体；
通过正向渗透水提取单元的正向渗透膜将相对纯净的水直接吸收到所述吸湿性流体中；
通过工作流体从位于空气接触器外部的含水分气流吸收气相水分，其中所述含水分气流包括以下各项中至少一项：通过喷雾或者雾化中至少一种使水已蒸发到其中的环境空气；来自燃烧源及其相关联的烟气处理设备的烟气；来自干燥工艺的排气；在具有空调设备的室内空气的通风期间所置换的高湿度的排出气体；以及来自湿式蒸发冷却塔的排气流。
实施例19提供根据实施例12到18中任一项的散热方法，其中，通过所述吸湿性工作流体的流膜来冷却所述过程热交换器，从而使得在从过程流体吸收热能期间能够发生显热传递和潜热传递两者。
实施例20提供根据实施例19的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在至所述空气接触器的入口处用于提升入口气流湿度水平。
实施例21提供根据实施例19到20中任一项的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在所述空气接触器的出口处用于接收相对于环境空气大气被除湿的空气。
实施例22提供根据实施例12到21中任一项的散热方法，其中，实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体之间的双向水分质量传递包括使用工作流体-空气接触器和真空蒸发器。
实施例23提供根据实施例12到22中任一项的散热方法，其中，实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体之间的双向水分质量传递包括正向渗透水提取单元的正向渗透膜的使用。
实施例24提供实施例1到23中任一者或任一组合的设备、方法、组合物或系统，其可选地进行配置使得可使用或可从中选择所叙述的所有元件或选项。

Claims (23)

1.一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。
2.根据权利要求1所述的散热方法，其中，所述吸湿性工作流体包括含有以下各项中至少一项的水溶液：氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）、氯化锂（LiCl）、溴化锂（LiBr）、氯化锌（ZnCl2）、硫酸（H2SO4）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸钠（Na2SO4）、氯化钾（KCl）、硝酸钙（Ca[NO3]2）、碳酸钾（K2CO3）、硝酸铵（NH4NO3）、乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、二丙二醇及其任何组合。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的散热方法，其中，所述气体包括以下各项中至少一项：含有足够的湿蒸汽的气流，例如已通过雾化或者喷雾使水蒸发到其中的环境空气；来自干燥工艺的排气流；在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度空气的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及相关联的烟气处理系统的烟气流。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的散热方法，其中，所述过程热交换器包括热力发电的冷凝器或制冷循环的冷凝器中的一者。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的散热方法，其中，所述流体-空气接触器以包括逆流、并流或错流运行中的至少一种相对运动来运行。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的散热方法，其中，通过以下各项中至少一项来增强所述流体-空气接触器：通过动力风扇进行的环境空气的强制或诱导通风；由受热空气和冷却空气之间的浮力差产生的自然对流气流；以及由所喷雾的工作流体至空气中的动量传递所产生的诱导气流。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的散热方法，其中，使用来自以下各项中至少一项的额外湿度来补充所述环境气流：直接进入所述气流中的水的喷雾、薄雾或雾；来自干燥工艺的排气流；包括在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度的排出气体的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及任何相关联的烟气处理设备的烟气排气流。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的散热方法，其中，通过使用以下各项中至少一项将水分添加到所述吸湿性工作流体来增强整体的传热性能：
将液态水直接添加到所述吸湿性工作流体；
经由正向渗透水提取单元的正向渗透膜使相对纯净的水直接吸收到吸湿性流体中；
通过工作流体从位于工艺空气接触器外部的含水分气流吸收气相水分，其中所述含水分气流包括以下各项中至少一项：
通过喷雾或者雾化使水已蒸发到其中的环境空气；
来自燃烧源及其相关联的烟气处理设备的烟气；
来自干燥工艺的排气；
在具有空调设备的室内空气的通风期间所置换的高湿度的排出气体；以及
来自湿式蒸发冷却塔的排气流。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的散热方法，其中，通过所述吸湿性工作流体的流膜来冷却所述过程热交换器，从而使得在从过程流体吸收热能期间能够发生显热传递和潜热传递两者。
10.根据权利要求9所述的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在至所述空气接触器的入口处用于提升入口气流湿度水平。
11.根据权利要求9到10中任一项所述的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在所述空气接触器的出口处用于接收相对于环境空气大气被除湿的空气。
12.一种散热方法，其包括：
使用低挥发性吸湿性工作流体从吸收热能的过程热交换器移除热量；
使用流体-空气接触器和另外的气体实现从所述低挥发性吸湿性工作流体到空气的组合式散热；
使用工作流体-空气接触器实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体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。
13.根据权利要求12所述的散热方法，其中，所述吸湿性工作流体包括含有以下各项中至少一项的水溶液：氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）、氯化锂（LiCl）、溴化锂（LiBr）、氯化锌（ZnCl2）、硫酸（H2SO4）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸钠（Na2SO4）、氯化钾（KCl）、硝酸钙（Ca[NO3]2）、碳酸钾（K2CO3）、硝酸铵（NH4NO3）、乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、二丙二醇及其任何组合。
14.根据权利要求12到13中任一项所述的散热方法，其中，所述过程热交换器包括热力发电的冷凝器或制冷循环的冷凝器中的一者。
15.根据权利要求12到14中任一项所述的散热方法，其中，所述流体-空气接触器以包括逆流、并流或错流运行中的至少一种相对运动来运行。
16.根据权利要求12到15中任一项所述的散热方法，其中，通过以下各项中至少一项来增强所述流体-空气接触器：通过动力风扇进行的环境空气的强制或诱导通风；由受热空气和冷却空气之间的浮力差产生的自然对流气流；以及由所喷雾的工作流体至空气中的动量传递所产生的诱导气流。
17.根据权利要求12到16中任一项所述的散热方法，其中，所述气体包括以下各项具有额外湿度的气体中至少一项：直接进入所述气体中的水的喷雾、薄雾或雾；来自干燥工艺的排气流；包括在有空调设备的室内空间的通风期间所置换的高湿度的排出气体的排气流；来自湿式蒸发冷却塔的排气流；以及来自燃烧源及任何相关联的烟气处理设备的烟气排气流。
18.根据权利要求12到17中任一项所述的散热方法，其中，通过使用以下各项中至少一项将水分添加到所述吸湿性工作流体来增强整体的传热性能：
将液态水直接添加到所述吸湿性工作流体；
通过正向渗透水提取单元的正向渗透膜将相对纯净的水直接吸收到所述吸湿性流体中；
通过工作流体从位于空气接触器外部的含水分气流吸收气相水分，其中所述含水分气流包括以下各项中至少一项：通过喷雾或者雾化中至少一种使水已蒸发到其中的环境空气；来自燃烧源及其相关联的烟气处理设备的烟气；来自干燥工艺的排气；在具有空调设备的室内空气的通风期间所置换的高湿度的排出气体；以及来自湿式蒸发冷却塔的排气流。
19.根据权利要求12到18中任一项所述的散热方法，其中，通过所述吸湿性工作流体的流膜来冷却所述过程热交换器，从而使得在从过程流体吸收热能期间能够发生显热传递和潜热传递两者。
20.根据权利要求19所述的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在至所述空气接触器的入口处用于提升入口气流湿度水平。
21.根据权利要求19到20中任一项所述的散热方法，其中，所述过程热交换器放置在所述空气接触器的出口处用于接收相对于环境空气大气被除湿的空气。
22.根据权利要求12到21中任一项所述的散热方法，其中，实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体之间的双向水分质量传递包括使用工作流体-空气接触器和真空蒸发器。
23.根据权利要求12到22中任一项所述的散热方法，其中，实现所述低挥发性吸湿性工作流体与所述空气以及与另外的气体之间的双向水分质量传递包括正向渗透水提取单元的正向渗透膜的使用。
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