CN107208909B - 具有形成降膜的可湿层的热质传递装置 - Google Patents

具有形成降膜的可湿层的热质传递装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液体除湿剂的降膜，所述液体除湿剂与气体流直接接触，所述降膜允许在气体流(空气)与所述除湿剂之间进行水蒸气传递，实现空气的减湿和/或加湿。薄膜一方面由与支撑结构接触的可湿层构建，并且另一方面直接构建在所述支撑结构上。所述装置可安装在空调系统的吸收器(调节器)侧或解吸器(再生器)侧或者安装在这两侧上；所述空调系统例如为液体除湿空调(LDAC)应用。

Description

具有形成降膜的可湿层的热质传递装置
技术领域
本公开涉及将液体用于热质传递过程的装置，包括但不限于空调系统。具体地，本文所公开的装置尤其适用于在气体与液体之间具有直接接触的系统，例如液体除湿空调(LDAC)应用，在所述应用中，热质传递使用液体除湿剂的降膜来实现。热质传递面板包括与支撑结构接触的一个或多个液体除湿剂可湿层。
背景技术
将液体除湿剂用于空气减湿已有超过75年的已知历史。在暖通空调(HVAC)系统中应用液体除湿剂来减湿已有多年。用于空调的开放式吸收系统是理想的，因为它们具有相对简单的设计且在相对低的温度下具有驱动能量。液体除湿空调(LDAC)是一种示例性开放式吸收系统。
热质交换(HMX)模块已被研究并尝试用在LDAC系统中。一些模块设计包含三个流路：一个流路用于除湿剂，一个流路用于空气，并且一个流路用于冷却剂；并且其它设计包含两个流路：一个流路用于除湿剂，并且一个流路用于空气。某些设计在系统的吸收器侧而不是解吸器侧的性能方面提供有益效果，并且液体除湿空调(LDAC)系统的总体商业成功极为有限。
美国专利7,269,966(Lowenstein)公开了一种热质交换组件，该热质交换组件具有定位在相邻板之间的空间中并且连同液体供应组件在多个位置处与相邻板接触的可湿基底，该液体供应组件将液体从源传送到板的上部区域。
发明内容
本发明提供了热质传递装置：部件、面板、模块和系统，以及其制作和使用方法。
在一个方面，一种利用液体除湿剂进行水蒸气交换的热质传递部件包括：支撑结构；以及与支撑结构接触的可湿层；其中可湿层具有基本上平滑的表面。
可参考本发明的任意方面独立地或组合地使用的其它特征如下。
可湿层可在接收到液体除湿剂的重力供给时有效地形成液体除湿剂的降膜。可湿层可在接收到液体除湿剂的重力供给时有效地形成液体除湿剂的薄膜。可湿层可与支撑结构分离。可湿层的厚度可在1至50密耳的范围内。干燥状态下的可湿层可在300秒或更少的时间内被标称为35重量％的氯化锂溶液的液滴完全湿润。可湿层还可包括一个或多个吸滴特征结构。
热质传递部件可具有多种规格。
可湿层包括隔膜或纤维片。可湿层可包括纤维取向为基本上平行于支撑结构的平面的纤维片。纤维片可包括经等离子体处理的纺粘聚酯。
可湿层可包括微孔隔膜，该微孔隔膜的平均孔径在约0.02至约10.0微米的范围内，并且最大孔径在0.1至15微米的范围内。多孔隔膜可包括经等离子体处理的尼龙隔膜，该尼龙隔膜的表面被氧化并且包含硅氧化物、硅氢化物和/或硅氢氧化物。
支撑结构可包括框架或板。框架或板可包含热固性塑料、热塑性材料、纤维素材料或带涂层的金属。支撑结构可包括板，该板包括用于热传递流体的内部流体通道。
另一个方面是一种热质传递面板，其包括：本文所公开的热质传递部件中的任一种；与热质传递部件的可湿层相邻的气体接触区；以及靠近可湿层的入口端的流体分配系统。
可湿层可位于由流体分配系统的一部分和支撑结构限定的间隙中。流体分配系统的表面可包括疏除湿剂涂层。流体分配系统可包括与可湿层流体连通的歧管。流体分配系统可包括与热质传递部件的可湿层和/或支撑结构相邻的上封头。上封头可与支撑结构成为一体。热质传递面板还可包括靠近可湿层的出口端的流体收集系统。流体收集系统可包括与可湿层流体连通的容器。流体收集系统可包括与热质传递部件的可湿层和/或支撑结构相邻的下封头。下封头可与支撑结构成为一体。下封头可包括阶梯状特征结构以在出口端处形成由下封头和可湿层限定的贮存器。
一个详细的方面是热质传递面板，其包括：支撑结构；与支撑结构接触的至少一个可湿层，该可湿层包括一个或多个吸滴特征结构；与所述可湿层相邻的多个气体接触区；流体分配系统，该流体分配系统包括在可湿层的入口端处与支撑结构相邻的多个上封头；以及流体收集系统，该流体收集系统包括在可湿层的出口端处与支撑结构相邻的多个下封头，每个下封头包括阶梯状特征结构以在出口端处形成由下封头和可湿层限定的贮存器；其中所述至少一个可湿层在接收到液体除湿剂的重力供给时有效地形成液体除湿剂的降膜。
本文所公开的热质传递面板还可包括限定在上封头与支撑结构的表面之间的有效间隙，其中通过可湿层的面宽的通量在0.05至20ml/min/in的范围内。上封头的表面包括疏除湿剂涂层。间隙材料可定位在上封头与支撑结构的表面之间。在一个详细的实施方案中，第一可湿层与支撑结构接触，并且第二可湿层与第一可湿层接触，并且间隙材料定位在第一可湿层与第二可湿层之间。另一个详细的实施方案规定，第一可湿层和第二可湿层包括纺粘聚酯介质，并且间隙材料包括有孔的聚合物膜。
在另一个实施方案中，提供了一种在空气与液体除湿剂之间进行水蒸气交换的方法，该方法包括：使根据本文任意实施方案所述的热质传递面板与空气接触，所述空气的水蒸气压不同于在热质传递部件的可湿层上形成膜的液体除湿剂的平衡蒸气压；其中空气与热质传递面板接触后的湿度不同于与热质传递面板接触前的湿度。
另一个方面是一种制作热质传递面板的方法，该方法包括：获得可湿层；任选地在可湿层的表面上提供一个或多个特征结构以提供多种规格；使可湿层与支撑结构接触以形成热质传递部件；靠近热质传递部件的入口端提供流体分配系统以形成热质传递面板。在可湿层的表面上提供一个或多个特征结构的步骤可为压印、压延、形成疏性图案、或它们的组合的形式。
本发明的这些及其它方面在以下具体实施方式中有所描述。在任何情况下都不应将以上发明内容理解为是对要求保护的主题的限制。
附图说明
所包括的附图用于提供对本文所述发明的进一步理解，并且所述附图并入和构成本说明书的一部分。附图示出示例性实施方案。通过参考以下具体实施方式结合附图考虑时，可更好地理解某些特征，其中在整个附图中相似附图标号指代相似的部件，并且其中：
图1为示例性热质传递部件的透视示意图；
图1A为包括纤维片的示例性可湿层的显微照片；
图1B为包括纤维片的另一个示例性可湿层的另一个显微照片；
图1C至图1D提供了包括纤维片的又一个示例性可湿层的以两个不同放大率得到的另外的显微照片；
图1E至图1F提供了包括纤维片的另一个示例性可湿层的以两个不同放大率得到的其它显微照片；
图1G至图1H提供了包括纤维片的另一个示例性可湿层的以两个不同放大率得到的其它显微照片；
图2为另一个示例性热质传递部件的透视分解示意图；
图3为示例性热质传递面板的侧视图；
图4为另一个示例性热质传递面板的透视分解示意图；
图5为上封头几何结构的示意性侧视图；
图5A为层材料和有效间隙厚度的示意图；
图6为下封头几何结构的示意性侧视图；
图7为示例性热质传递模块的一部分的透视图；
图8为示例性热质传递模块的侧视图；
图9为另一个示例性热质传递模块的示意图；
图10为示例性热质传递LDAC系统的示意图，该热质传递LDAC系统使用用于调节的第一双流路热质传递模块以及用于再生的第二双流路热质传递模块；
图11为示例性热质传递LDAC系统的示意图，该热质传递LDAC系统使用用于调节的第一三流路热质传递模块以及用于再生的第二三流路热质传递模块；
图12为另一个示例性热质传递LDAC系统的示意图，该热质传递LDAC系统使用用于调节的第一双流路热质传递模块以及用于再生的第二双流路热质传递模块；
图13至图14提供了实施例6的模块的调节器模式测试的图表；
图15提供了实施例6的模块的再生器模式测试的图表；
图16提供了实施例7的模块的调节器模式测试的图表；
图17提供了实施例7的模块的再生器模式测试的图表；
图18提供了用于测量降膜厚度的设备的示意图；
图19A提供了薄带或膜的形成的示意图，图19A'提供了薄带或膜的形成的横截面，并且图20A提供了薄带或膜的形成的照片；
图19B提供了相比于图19A的珠或细流的形成的示意图，图19B'提供了相比于图19A'的珠或细流的形成的横截面，并且图20B提供了相比于图20A的珠或细流的形成的照片；并且
图21为示例性上封头几何结构的示意性侧视图。
附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解，在给定附图中指代部件的标号的使用并不旨在限制另一附图中标记有相同标号的部件。
具体实施方式
提供了将液体用于热质传递过程的装置，包括但不限于空调系统，例如，允许热和水蒸气直接在空气与液体除湿剂之间传递从而实现空气减湿和/或加湿的液体除湿空调(LDAC)应用。所述装置可安装在LDAC系统的吸收器(调节器)侧或解吸器(再生器)侧或安装在这两侧。
在使用重力供给的直接接触式热质传递系统中，理想的是，具有与气体流接触的液体的薄膜。构建薄膜最大程度减少了液体在暴露至气体流时的夹带(烟雾化)。这在(例如)使用腐蚀性盐(通常为氯化锂水溶液(LiCl/H2O))作为热质传递流体的LDAC应用中是重要的。为了促进形成液体的薄膜，使用了除湿剂，例如，与支撑结构接触的可湿层。所述层是基本上平滑的，基本上不含可导致烟雾化和/或在非重力方向上的不期望流动的突出部。可能有利的是，层可相对于支撑结构移动。即，层可在支撑结构上滑移或滑动，但通常将通过表面张力保持与支撑结构接触。一些设计可在一个位置处将层附接到支撑结构，例如，沿层和支撑结构两者的顶部边缘附接。其它设计可在各个位置处将层粘到支撑结构。可湿层和支撑结构组合部件是根据需要以任意尺寸和形状轻松制备的。该部件继而与其它可轻松定制的零部件组装以形成面板和模块。总体设计使用最少数量的零件，这适合自动化组装。此类策略为实现出色的热质传递提供了简单而经济的方式。
出于本申请的目的，下列术语应当具有下文所示的各种含义。
“热质传递部件”是与其它部件组合使用以实现质传递和/或热传递的结构。部件提供了形成除湿剂的降膜的基本功能。示例性部件包括支撑结构和接触支撑结构的可湿层。膜由可湿层中和/或上的液体除湿剂的重力供给形成。
“热质传递面板”提供多个功能，诸如水蒸气分离、控制降膜形成、以及分配和保留除湿剂。热质传递面板可包括本文所公开的任何热质传递部件以及与跟流体分配系统组合的可湿层相邻的气体接触区。
“气体接触区”是一个区域，在该区域中，气体诸如空气直接接触液体诸如液体除湿剂从而导致热质传递。
“流体分配系统”包括控制流体诸如液体除湿剂的传送的特征结构。即，流体分配系统限定正被传送到热质传递部件的流体的位置、量和流速。
“流体收集系统”包括控制流体诸如液体除湿剂的接收的特征结构。即，流体收集系统限定正从热质传递部件去除的流体的位置、量和流速。
“热质传递模块”是多个热质传递面板的组件，用于以实际的商业量实现质传递和/或热传递。
“热质传递系统”是至少一个模块与一个或多个流体供应(例如，除湿剂)以及其它热质传递单元的组合，用于在期望的位置处实施质传递和/或热传递。
“亲水”、“亲”或“可湿”意指液体除湿剂能够湿润层的空隙表面并且侵入并湿润层的孔。该效应可由公式(1)来量化，该公式为液体侵入带纹理固体提供了标准，这取决于该液体对该固体的固有可湿性以及纹理的详情：
Figure BDA0001320167180000061
其中θ是液体与没有任何纹理(即，光滑)的固体的接触角，φs是固体所占的投影面积的分数(介于0与1之间)，并且r(≥1)是固体的真实表面积与其投影面积的比率。对于多孔固体，r无穷大，这就意味着，θ≤90°，即接触角小于90°的任何液体，将最终侵入多孔材料中。公式(1)仅预测给定液体是否将侵入多孔材料，但它不预测将以多快的速度发生。多孔材料的这个特征使其区别于液体侵入条件较受限的仅在其表面上具有纹理的固体。例如，对于φs＝0.1且r＝2，θ≤62°，意味着仅接触角小于62°的液体才将能够侵入固体纹理。因此，这种情景下的“亲水”意味着θ≤90°，优选地θ应尽可能小并且优选地为θ≤75°。(David Quéré.Annual Review of Materials Research.2008.38:71–99(David Quéré，《材料研究年度评论》，2008年，38:71–99)。)
“可湿层”是指相对于其长度和宽度较薄并且可被液体除湿剂溶液湿润的材料。测量可湿性的一个方法是，将干燥片与期望的除湿剂接触，并且确定期望的除湿剂完全湿润片所用的时间。例如，在300秒(或甚至60秒，或甚至30秒)或更少的时间内用氯化锂溶液(标称浓度35％)的液滴完全湿润的干燥片是可湿的。对“完全湿润”的提及意指在水平取向上片的表面上不留可见的珠或液滴(水平芯吸测试)。
合适的可湿层具有有效地形成降膜、同时最大程度减少烟雾化的表面和厚度。理想的表面是外形基本上平滑、具有极少乃至不具有独立突起或突出部的那些表面。即，从宏观结构的观点讲，表面相当平坦，但从微观结构的观点讲，材料被构造成有利于流动。因此，对于包含纤维的层，优选的实施方案是纤维在流动平面中定向地取向的那些实施方案。对于包含隔膜的层，表面具有固有平滑性。隔膜的厚度为大约1至15密耳，或者甚至1至10密耳。纤维层的厚度为大约1至125密耳，或者甚至1至50密耳。
优选的可湿层还是柔性的、连续的、分离的和/或均匀的(任意组合)。对柔性的提及意指结构是非刚性的并且可在无损坏的情况下卷到自身上并且展开。在一个或多个实施方案中，此类结构可在无损坏的情况下围绕一定半径卷绕180度，该半径小于或等于层厚度的五倍(或二点五倍、或者甚至小于或等于一倍)。对连续材料的提及意指层是不间断的并且支撑结构的热质交换表面完全被层覆盖。基本上均匀的层是指该层的形成导致得到如下的材料：材料的横截面在孔体积和/或厚度方面都是一致的。分离的层是与支撑结构分离地形成并且可完好地从支撑结构去除的层。
例如，“可湿隔膜”是指可被液体除湿剂溶液湿润的柔性、分离、连续且基本上均匀的结构。测量可湿性的一个方法是，将干燥隔膜与期望的除湿剂接触，并且确定期望的除湿剂完全湿润隔膜所用的时间。例如，在300秒(或甚至60秒，或甚至30秒)或更少的时间内用氯化锂溶液(标称浓度35％)的液滴完全湿润的干燥隔膜是可湿的。对“完全湿润”的提及意指在隔膜的表面上不留可见的珠或液滴。借助于用于制作层的材料和/或通过改性，隔膜是可湿的或亲水的。示例性隔膜是微孔的，例如适用于微滤(MF)或超滤(UF)。其它示例性隔膜是直接形成在无孔基底上的膜。例如，可将尼龙涂料浇铸到无孔尼龙膜或米卡塔(Micarta)板上，涂料在相转化条件下聚合，导致直接在基底上形成尼龙隔膜。此类尼龙隔膜将是膜或板上的连续层。
例如，“可湿纤维片”是指由可被液体除湿剂溶液湿润的任何材料的纤维形成的柔性、分离、连续且基本上均匀的结构。测量可湿性的一个方法是，将干燥纤维片与期望的除湿剂接触，并且确定期望的除湿剂完全湿润纤维片所用的时间。例如，在300秒(或甚至60秒，或甚至30秒)或更少的时间内用氯化锂溶液(标称浓度35％)的液滴完全湿润的干燥纤维片是可湿的。对“完全湿润”的提及意指在片的表面上不留可见的珠或液滴。借助于用于制作层的材料和/或通过改性，纤维片是可湿的或亲水的。
“热传递流体”是至少有效具备一种介质至另一种介质的热传递的材料。通常，热传递流体用在封闭系统中，并且在此类条件下是稳定的。示例性热传递流体是水。其它示例性流体包括但不限于：二醇水溶液(例如，乙二醇、二乙二醇或丙二醇)；制冷剂，该制冷剂在使用期间在液体与气体之间发生相位变化(例如，卤代甲烷、液态丙烷和二氧化碳)；以及油(例如，矿物油、硅油、氟碳油和合成油)。对热传递流体的提及包括有效地用于热传递和质传递两者的那些流体。
“热质传递流体”是同时有效实现一种介质至另一种介质的热传递和一种介质至另一种介质的质传递的材料。液体除湿剂就是一种类型的热质传递流体。
“液体除湿剂”是吸湿材料，它能够基于分压差从溶液吸收水蒸气或者将水蒸气解吸到溶液中。合适的除湿剂的示例是卤盐(诸如氯化锂、氯化钙和它们的混合物、以及溴化锂)和二醇(诸如三乙二醇和丙二醇)。
相对于层对“改性”的提及意指，赋予层亲水性，这例如在使用具有本质疏水性的聚合物来形成层或者在期望增强任何材料的除湿剂可湿性时是需要的。以一定的方式处理隔膜来赋予其亲水性。为赋予隔膜亲水性，改性包括但不限于在用来制备隔膜的涂料中引入共聚物、用涂层对隔膜进行后处理、氧化隔膜、以及对隔膜进行等离子体处理。
“多孔隔膜”是可渗透分离材料，该可渗透分离材料具有作为其结构的一部分的孔。
本文中对术语“多孔隔膜”的使用意在包括微孔隔膜，该微孔隔膜的平均孔径在约0.02至约10.0微米的范围内，并且最大孔径在0.1至15微米的范围内。
术语“孔径”是指对隔膜的孔的量度。“平均流量孔”可通过适当的ASTM-F316-70和/或ASTMF316-70(1976年重新审核版)测试来确定。最大孔径可根据ASTM F-316-03通过“第一泡点”测量来确定。对于一体形成的隔膜，可使用扫描电子显微镜(SEM)图像来确定平均孔径或最大孔径。
“薄膜”是除湿剂在层的表面上的覆盖。在可湿材料上，液体除湿剂开始以“带”的形式流动，所述带是具有低接触角的渗透到层中并且遍布层的液体除湿剂的平坦区域。需注意的是，非可湿材料将不形成带，而是由于较大的接触角，出现“珠”。根据分离带的表面覆盖的量或百分比可根据LDAC的应用按需要改变。在一些情况下，覆盖可为至少25％、50％、75％或更多。在一些实施方案中，覆盖为100％。隔膜上的膜厚度可在10至50密耳的范围内。纤维片上的膜厚度可在<1-50密耳的范围内。随着膜厚度减小，流动主要在层中。
对“降膜”的提及意指液体除湿剂由于重力而向下流动可发生在可湿层中和/或上。降膜可包括层的表面上的薄膜。
对“侧向流”的提及意指流动发生在层的宏观结构和微观结构中，例如发生在由隔膜或纤维片中的纤维和/或微孔形成的通道中。一般来讲，当层在竖直方向上取向时，宏观结构实现因重力所致的侧向流。微观结构通常实现因芯吸所致的侧向流。
对“多种规格”或“双规格”的提及意指层自身的结构或者与支撑结构的组合的结构具有至少两种标称上不同的尺寸和/或形状和/或材料和/或特征。多种规格或双规格的存在有助于将因芯吸力所致的侧向流与所连接的较大孔或通道中因重力所致的整体流相组合。
可湿层
使用与支撑结构接触的可湿层促进形成降膜，从而简化了形成直接接触式热质传递面板、模块和总系统。层可以是柔性的、连续的、分离的和/或均匀的(任意组合)，从而使得能够预测其形成降膜的能力。层的表面基本上平滑，从而最大程度降低除湿剂液体烟雾化的可能性。层在本文所述的设计中的有用之处在于，由于在竖直方向上取向时的毛细作用，它们有效地将液体保留在大部分孔结构中。层可由可在本质上具有或者通过处理而赋予可湿性的任何材料制成。层的材料包括但不限于纤维素材料以及聚合物材料诸如热固性塑料和热塑性材料。多孔隔膜是一种类型的合适层。纤维片是另一种类型的合适层。层可为合适材料/结构的复合物或层合物。层的厚度可针对具体的应用和除湿剂流选择，并且可在1至50密耳的范围内。优选如下的层：这些层可由各种浓度下的液体除湿剂(诸如5至50重量％、10至45重量％、或30至40重量％、或甚至35重量％的LiCl溶液)不断湿润并且在不超过60℃的温度范围内与该LiCl溶液具有稳定相容性。减湿应用的典型的有用范围是30至40重量％的浓度。
附连到面板的材料的分离层是尤其有用的实施方案。具体地，基本上平滑的分离层的有用之处在于，它最大程度减小了除湿剂夹带的风险。在宏观规格下，不包含与介质表面垂直的纤维突出部的纤维材料使它们基本上平滑。在宏观规格下，隔膜具有固有平滑性，因为不存在纤维并且因此其不可能具有垂直于表面的纤维突出部。在微观规格下，隔膜结构的表面以及纤维的表面可具有可有助于可湿性的表面粗糙度。微观规格下的这种类型的表面粗糙度肉眼不可见，并且不同于宏观规格下存在的平滑表面。在操作期间，微观规格特征结构将覆盖有除湿剂膜，该除湿剂膜将由于表面张力而难以烟雾化。平滑表面防止纤维突出部进入易于形成除湿剂烟雾化液滴的空气流中。
具有平滑表面且为有用层的隔膜材料的示例是来自3M净化公司(3MPurification Inc.)的尼龙隔膜BLA080。具有平滑表面且可用作层的纤维片的示例是来自Fiberweb公司(Fiberweb Inc.)的
Figure BDA0001320167180000111
2214纺粘聚酯介质。这两种材料都可以经等离子体改性以改善可湿性。基本上平滑且为有用层的湿铺纤维素和玻璃介质的示例是来自3M净化公司(3M Purification Inc.)的1MDS介质。纺粘材料以连续的方式制成，这种连续的方式构建连续纤维，所述连续纤维通过多孔移动收集器带利用真空抽拉来互相缠结和收集。这就构建了连续的纤维结构，其中纤维的取向平行于构建基本上平滑表面的介质表面。可使用压辊以及任选的加热来进一步压延介质，以进一步增大表面平滑性。湿铺材料通过制作通常由水和悬浮纤维构成的浆料来形成，所述水和悬浮纤维被引入到多孔移动带，通过该多孔移动带抽拉真空。真空使浆料脱水，并使纤维在大体上平行于构建基本上平滑表面的介质表面的取向上铺下。可使用压辊进一步压延湿铺介质，以增大表面平滑性。
分离层的有用之处还在于，它们不必附连到支撑结构，但为了在引入液体除湿剂之前固定层，在相对较少的点处附连。由于液体除湿剂穿过上封头被引入，因此在层湿透时，表面张力的自然效应允许层适形并适用于面板上的支撑结构。材料粘附到支撑结构的表面，但能够移动并适应以使得分离层的褶皱和屈曲被最大程度减少。面板必须在广温度范围下操作，尤其是当认为面板需要在调节和再生模式下都操作时更是如此，并且与支撑结构具有相对较少附接点的分离层可在没有褶皱和屈曲的情况下以不同于支撑结构的速率膨胀和收缩。褶皱和屈曲增大了在层表面相对于空气流变得不规则时的夹带几率。这尤其可用于将分离层附连在面板顶部附近或上封头位置处，同时面板其余部分中的附接可被最大程度减少。这就允许在引入液体除湿剂时以及在应用中预期的面板膨胀和收缩期间分离层相对于支撑结构移动和调整。
形成在可湿层的表面上的薄膜不需要完全覆盖在整个湿润表面上。沿表面向下流动的膜带将允许表面在热质传递面板中仍有效地发挥作用。这是因为，湿润层的除湿剂分布在其孔中或者纤维与膜带之间，所述膜带通过未被带覆盖、仍经受传导性热传递和扩散性盐迁移的附近区域。此外，在层内仍出现少量除湿剂流，因此，在与流动带的边界处存在一些动力学混合。湿润层确保了带是平坦的(即，每个带是薄膜)，并且这最大程度减少了因除湿剂烟雾化所致的夹带概率。可在层上增加疏水特征结构以进一步增强带的形成并确保带跨可湿层的宽度分布。
一旦液体除湿剂被吸入层中，例如隔膜的孔或片的纤维中，在一定程度上将流体保留在层中便是有利的特征。将流体保留在层中可发生在可湿纤维的孔结构中或表面上，或可湿隔膜的空隙表面上。在正常环境条件下，液体除湿剂将不会干透，并且层将保持湿润且随时可用。这在某个停工周期或循环之后重新开始形成膜时是尤其有用的。在停歇周期之后除湿剂流在支撑的可湿隔膜层上的重新开始有时可导致膜不被完全重新形成而是倾向于形成流的分叉。理论上，这可通过瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-TaylorInstability)来解释，这种不稳定性发生在沿层的面向下流动的液膜的界面处。这种流动前沿不稳定性解释了流体倾向于以多个不规律的间隔(即，每个分叉的中心之间的距离)形成分叉并且汇集成多股流体流而不是形成连续膜。管理面板上的流传播可通过以下方式来实现：在隔膜表面上直接提供疏除湿剂流道或其它图案并且由此影响跨面板的流体覆盖。
本公开中所述的降膜面板中的液流取决于用液体湿润下方表面层的能力。图19A示出了图5的部分热质传递面板的横截面的前视示意图，其中可湿层504上由液体贮存器524供应的除湿剂形成的降膜为液体带513的形式。良好的可湿性由低接触角(图19A'中的θ)来表征，所述低接触角导致形成薄带或膜。图19B为比较示意图，示出了部分热质传递面板的前视图，其中珠519和细流521由液体贮存器524供应到层504的除湿剂形成。不良的可湿性由高接触角(图19B'中的θ)来表征，所述高接触角导致形成流动的珠或蜿蜒的细流。图20A中示出了带流513的照片，其中液体除湿剂(LiCl，35％浓度)流经经等离子体处理的尼龙隔膜504以及在该隔膜上流动。另一方面，图20B示出了蜡棉表面503上的同一种除湿剂的照片，该蜡棉表面具有非可湿性，从而导致形成珠519。
当将除湿剂引入到可湿层的表面上后，带通常将覆盖大于25％的表面并且更通常地将覆盖大于50％的表面。当需要面板在热质传递方面的最高性能时，将覆盖大于75％(85％、90％、95％或甚至99％)的表面积。在一些实施方案中，覆盖100％的表面积。可以通过调控层顶部处的液头和间隙几何结构来增大除湿剂液体的流量。较高的流量将以较连续的膜增大对面板的覆盖。在给定设计中，间隙几何结构被设定，并且通过改变层顶部处的液头来控制流速。在层内和层上流动的液体除湿剂的量于是取决于层的特性。
一般来讲，隔膜具有显著较低的侧向流速并且倾向于在隔膜的表面上产生较大流量。纤维片通常可在层内支撑较大流量并且在层上实现较薄的表面膜。换句话讲，纤维多孔材料的侧向流容量显著大于隔膜的侧向流容量。对于35％LiCl溶液具有高侧向流芯吸速率的层是尤其有用的。此外，可通过增大或减小层的厚度来调控流容量，因为层的在侧向流上的容量还取决于厚度。纤维层的成本也可能低于隔膜。
较无用的材料包括植绒表面，所述植绒表面具有在一端处锚固到基材的纤维并且于是定向地使纤维朝外指向。这就抑制了主要在流动平面中具有纤维的能力。另外，通过用颗粒涂覆表面来制作的材料固有地具有低侧向流容量，并且在该设计的热质传递面板类型中不是特别有用。
层可以成本效益好的方式制成并且可根据需要切割成各种形状。可将一系列特征结构，例如吸滴特征结构，添加到层的底部。这些特征结构使除湿剂均匀地“抽吸”或“滴落”。可将冠、点、或其它吸滴特征结构添加到层以增强层底部处液膜的传播并且当层以竖直取向安装时促进膜均匀离开层。
可对层的表面进一步改性以提供多种规格或双规格，使得增强流动和/或分布的特征结构被添加到层。例如，可对层进一步改性以构建疏液图案、通道或流道，所述疏液图案、通道或流道管理和传播沿层的面向下的液流并有助于克服流动前沿不稳定性。疏性图案、通道或流道可延伸到隔膜的孔结构中或者纤维片的纤维结构中。疏性区域增强了液膜传播进入薄层，从而增强了膜有效地传递热质的能力。形成疏性图案可通过例如以下方式来实现：将疏性材料诸如粘合剂(即，硅树脂)分散到层上，并且/或者将疏性材料诸如墨水印刷到层上。
也可使用疏液图案来将流引导或限制到层表面的可用于将流体隔绝到分离位置的所选区域。流道是尤其有用的实施方案。即，薄膜可由一系列带组成，所述带沿通过层上的疏水图案构建的流道向下行进。疏性区域的构建可以许多方式来完成，这些方式包括但不限于：使用疏液油漆、墨水或其它涂层，使用粘合剂，或者热压印并皱缩隔膜孔结构或片的纤维结构以对表面能量和液体湿润特性改性从而构建流道或其它图案。改性可发生在表面处并且可延伸到或不延伸到孔结构或纤维结构中。可在层的一面或两面上进行改性。表面处的改性仍允许层内的流体完全湿润孔并且在层结构内流动，这可用于增强与降膜的热质传递。孔结构或纤维结构中的改性可用于将流体串流限制在结构内。图案不必限制为条带。可构建一整个系列的线或曲线，所述线或曲线迫使或抑制液体流到面板的某些区域。如果这些图案改善层上的膜覆盖，那么它们是最有用的。尽管可以有许多不同的图案，但这个理念的优选实施方案是构建以疏液线或条带为边界的流道。流道优选地向上延伸到上封头中，使得在流体离开上封头时，流体留在指定流道中。在液体沿层向下移动时，疏性条带将流体保持在给定流道中，并且因此流体膜内的层覆盖被显著增强。流道隔开的间隔优选为如给定层中要发生分叉的正常间隔所观察到的。连同流道一起存在的任何吸滴特征结构每流道可具有至少一个特征结构(即，冠或点)。这进一步增强了沿层的面向下的均匀膜传播和流动。还有用的是，在流道中沿面板降落的膜形成一组“减速带”，使得如果引入的气体在液体除湿剂流动的交叉流方向上流动，则膜的自然形状出现不规则，所述不规则导致边界层处气体混合并且从而增强气体与液体之间的热质传递。
对层进行表面改性以增强流动和/或分布的另一个可能的方法是，压印、压延或以其它方式对其机械地改性，从而压缩和/或形成增强流动和/或分布的特征结构诸如图案、通道或流道。
可湿层被设计成在至少六个月内在干燥状态下长时间老化后具有稳定的可湿性，其中预期的稳定性在至少1天至超过1年的范围内。其有用之处在于，它允许可湿层(例如多孔隔膜或纤维片)的制造在任何LDAC系统的试运行之前已有充分准备。同样，包含可湿层的任何零部件因此可稳定地干燥存储，直到其投入使用并且与液体除湿剂接触时为止。
可湿多孔隔膜
可湿多孔隔膜促进形成降膜层。隔膜在本文所述的设计中的有用之处在于，它们通常具有合理限定且均匀合理限定的孔形态的基本上平滑的表面，并且由于在竖直方向上取向时的毛细作用，它们还通过将液体保留在大部分孔结构中而有效地提供侧向流。它们也可以成本效益好的方式制造并且在卷对卷处理中进行表面改性。继而可构造出低成本、易于制造的热质交换器。
可湿多孔隔膜上的膜形成与重力供给除湿剂流系统结合地发生。适用于本文的多孔隔膜容易吸入具有高表面张力的湿润流体。隔膜，当以竖直位置安装时，能够隔绝孔中的液体并构建液体滑移表面。液体滑移表面显著增强了形成薄降膜的能力。
多孔隔膜被赋予可湿性或亲水性，并且本文中为了增大可湿性而对隔膜施加的表面改性具有耐久性以及贮存期内的稳定性。
隔膜可针对给定的热质传递应用在材料选择、厚度、孔径、表面处理和表面积方面加以优化。示例性微孔隔膜的平均孔径在约0.02至约10.0微米的范围内；并且最大孔径在0.1至15微米的范围内。就尼龙隔膜而言可如何进一步调控孔径和结构的示例可见于美国专利6,264,044和6,413,070，所述专利以引用方式并入本文。
通过将一个或多个表面特征结构添加到隔膜层的微孔结构，膜层可具有双规格。表面特征结构包括但不限于通过例如压印、压延或其它机械改变进行的表面改性；和/或疏液图案的添加。例如，已被压印的可湿隔膜可为表面/整体流提供第二规格。隔膜的压印面可抵靠支撑结构放置以允许整体流。
优选孔径在0.02微米至10微米范围内的经表面改性的多孔尼龙隔膜，但可以考虑许多不同类型的多孔隔膜，只要它们对用于构建降膜的液体具有固有可湿性或者可被表面改性以使得它们具有可湿性。供考虑的隔膜包括但不限于尼龙(聚酰胺-PA)隔膜、聚醚砜(PES)隔膜、聚砜(PS)隔膜、聚偏二氟乙烯(PVDF)隔膜、聚丙烯腈(PAN)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜、聚乙烯(PE)隔膜、聚四氟乙烯(PTFE)隔膜、聚碳酸酯(PC)隔膜、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)隔膜、和纤维素隔膜。隔膜可与PA隔膜的情况一样具有自然亲水性，或者可被表面改性以赋予它们对特定液体的亲和性。可使用许多亲水化技术，包括在聚合物共混物中使用共聚物和其它添加剂、在隔膜上涂覆亲水材料、使用游离基聚合技术将亲水基团接枝到隔膜表面、辐射接枝、或等离子体处理技术。
具体地，通常可用于赋予多孔材料亲水性的等离子体处理技术在授予3M创新有限公司(3M Innovative Properties Company)的并且以引用方式并入本文的美国专利6,878,419和美国专利7,125,603中有详细描述。如本文所用的用于隔膜等离子体处理的具体技术包括以下各种。在以下条件下处理隔膜诸如尼龙隔膜，其中流速和功率被归一化成电极面积：混有0.5-100重量％硅烷的任选惰性气体(诸如氩气或氮气)，气体流速在0.1至1.0std.cm3/cm2的范围内；氧气流速在0.01至0.1std.cm3/cm2的范围内；压力在100至10,000mTorr的范围内；等离子体功率在0.01至0.5瓦特/cm2的范围内；并且等离子体处理时间在10至1000秒的范围内。
一组具体的条件是：混有2％硅烷的氩气，气体流速为0.3std.cm3/cm2；氧气流速为0.04std.cm3/cm2；压力为990mTorr；等离子体功率为0.08瓦特/cm2；并且等离子体处理时间为30秒。
在存在氧气的情况下用硅烷对隔膜进行等离子体处理得到如下的除湿剂可湿隔膜：隔膜的表面被氧化并且包含硅氧化物、硅氢化物和/或硅氢氧化物(Si-O-Si、Si-O-H和Si-H官能团，可由二次离子质谱法(SIMS)来识别)。
示例性纤维素隔膜包括通用沃特曼公司(GE Whatman)提供的以下材料：混合纤维素酯(ME 27)，普通，0.8μm孔径；以及醋酸纤维素隔膜(ST 69)，1.2μm孔径。
纤维片
可湿纤维片促进形成降膜层。纤维片在本文所述的设计中的有用之处在于，它们可具有基本上平滑的表面。
合适的纤维片具有多种规格或双规格，即，它们具有尤其有用的至少两种不同规格的孔隙率和/或通道。两种不同的规格提供，例如，存在材料的由层中的纤维构建的多孔区域，由于高毛细作用力，所述多孔区域的孔径将液体除湿剂有力地芯吸到孔结构中。小孔还可由于毛细作用力而保留在层的空隙体积的一部分上分布的液体除湿剂，即使当面板以竖直取向安装并且液体除湿剂受到重力时，也是如此。第二规格可与所连接的较大孔或流动通道相关联，所述孔或流动通道也遍布于层并且当面板以竖直取向安装时允许液体除湿剂在层中或层上的较高的整体流。这些所连接的孔或通道具有较低的毛细作用力，但允许层内液体除湿剂的较高侧向流速。所连接的孔或通道内的流动由重力产生。当液流在上封头处停止时，这些所连接的较大孔或通道可排放直到达到以所连接的孔或通道的毛细管长度为基础的平衡。大量液体可保留在层的底部部分中的所连接的较大孔或通道中。液体可保留并遍布于层中与第一规格相关联的较小孔中。由于层已经湿润，因此液体还位于纤维的表面上。这就确保了当流被重新引入穿过上封头时液体除湿剂的均匀且受控的重新开始。
在图1A中，包括双规格的纤维片具有两种不同的特征结构：纤维素纤维形成层以及纤维素纤维压印在表面上，从而得到不同的尺寸和形状。在图1B中，包括双规格的纤维片具有两种不同的材料：纤维素纤维和硅石颗粒，从而得到不同的尺寸和形状。图1B的材料是3M净化公司(3M Purification Inc.)提供的TSM 600，这是一种厚度在14.5至17.5密耳范围内的薄片介质。另一种合适的纤维片是同样由3M净化公司(3M Purification Inc.)提供的TSM 300，这也是一种厚度在14.5至17.5密耳范围内的薄片介质。在图1C至图1D中，包括多种规格的纤维片具有三种不同的特征结构：玻璃纤维、纤维素纤维和通过真空成型得到的表面外形，从而得到不同的尺寸和形状。图1C(20倍放大)至图1D(200倍放大)的材料是3M净化公司(3M Purification Inc.)提供的1MDS，这是一种厚度在17至23密耳范围内的薄片介质。图1E(20倍放大)至图1F(200倍放大)以及图1G(20倍放大)至图1H(200倍放大)全都显示了包含非织造材料的纤维层，该非织造材料包括连续聚酯纤维。可以看到纤维材料中的区域，在所述区域中，纤维之间的间距小从而构建第一规格的孔，例如，标记为“1”的那些区域。纤维材料中的其它区域在纤维之间具有为第二规格的大间距，从而允许液体在层中的较高整体流，例如，标记为“2”的那些区域。材料中的两种类型的区域由此提供多种规格层。图1E至图1F的材料为Fiberweb技术非织造材料公司(Fiberweb Technical Nonwovens)提供的
Figure BDA0001320167180000171
2214纺粘聚酯。图1G至图1H的材料为Fiberweb技术非织造材料公司(Fiberweb Technical Nonwovens)提供的
Figure BDA0001320167180000172
2011纺粘聚酯。纺粘聚酯片可用在一个或多个层中。为合适纤维层的示例性Reemay产品如下。
Figure BDA0001320167180000173
Figure BDA0001320167180000181
还非常有用的是，纤维片中使用的材料具有在液体流动平面中取向的纤维，即，纤维基本上平行于支撑结构的平面，并且较无用的是，纤维的取向为基本上垂直于流动平面或支撑结构的平面。流动平面中纤维的互连网络最大程度减小了夹带风险。流体可在层中沿纤维表面或者在层上侧向流动(即，在层中和/或层上可存在降膜)，并且有最少量的突出部或纤维端部朝外指入正被处理的气体流中。当纤维朝外指向气体流时，存在液体脱离纤维端部并且烟雾化到空气流中从而导致除湿剂夹带的风险。流动平面中的纤维方向性与层的多种规格形态的组合允许层表面中或上的除湿剂的较高流容量、液体相对于要处理的气体流均匀地存在于层中和层上、以及最大程度减小夹带风险。这种设计的层将使面板能够相比先前的可能性针对层的每单位表面积以较广的除湿剂流速范围行进。这尤其可用在双流路(除湿剂和空气)面板设计中，在这种面板设计中，需要的除湿剂流速比三流路设计中要高。层针对每单位表面积以广流速范围行进的能力在热质传递面板的应用中提供了额外的除湿剂控制形式。除湿剂温度和除湿剂流速两者都可被调控以影响热质传递的速率。这可用于LDAC中各种控制算法的开发，该LDAC需要对范围广泛的潜热和显热冷却需求做出响应。
支撑结构
可湿层容易地与支撑结构接触、容易地安装到或附连到支撑结构，以保持竖直位置的取向从而通过重力供给接收除湿剂。支撑结构通常无孔。一般来讲，层与支撑结构连续接触，而不仅是在多个位置处接触。支撑结构可为框架或板。对于板，连续接触意指层与板的全部表面区域接触。对于框架，连续接触意指层的周缘与全部框架接触。就接触而言，层可在支撑结构上滑移或滑动，但通常将通过表面张力抵靠支撑结构保持。一些设计可在一个位置处将层附接到支撑结构，例如，沿层和支撑结构两者的顶部边缘附接。其它设计可在各个位置处将层粘到支撑结构。
支撑结构可由适合应用的材料制成。在具有腐蚀性液体除湿剂的环境中，热固性塑料、热塑性材料或纤维素材料可以是合适的。示例性板是由丙烯酸形成的板。另一种示例性板是为蜡涂覆的纤维素的板。又一种示例性板是由玻璃布和环氧树脂基体(Norplex-Micarta)形成的板。板或框架可由注模热塑性材料、注模热固性塑料或热成型热塑性材料制成。也可使用反应注模来制作支撑结构。板或框架可由扁材材料成形或冲压，包括但不限于对例如热塑性材料或热固性片、纤维素片和/或增强纸板片或刨花板的原料进行模切或激光切割。在直接形成在无孔基底上的隔膜的示例中，无孔膜是支撑结构，例如，无孔尼龙膜。在具有非腐蚀性或温和液体的环境中，预期的是，金属支撑结构或带涂层的金属支撑结构将是合适的。
板形式的一些支撑结构还可包括用于热传递流体的内部流体通道，以提供调节除湿剂温度的能力。于是可以跟与板表面接触的湿润层交换热。板可内部冷却或加热。这可在热质交换器的设计中，并且尤其是在LDAC热质交换器的设计中提供额外的实用性。板可被设计成满足具体应用。热传递流体的流动通道可相对于降落在隔膜的面上的热质传递流体的流动成交叉流、共流或各种弯曲流。板可由两个或更多个部件(即两个板)形成，当粘结在一起时，所述部件形成热传递流体的流动通道。板可由各种金属、塑料或塑料复合材料制成。金属可带有涂层以防止腐蚀。有用的热传递流体的示例包括水和各种二醇溶液。内部热传递流体允许板的内部加热或冷却，这继而允许热质传递流体像正降落到隔膜内和面板的面上那样被加热或冷却。这在LDAC应用中尤其有用，因为液体除湿剂吸收或解吸水的能力与除湿剂的温度直接相关。
可湿层可与换热板的表面直接且紧密接触，这可显著改善板内部的热传递流体(例如水)与在隔膜或纤维片中和上流动的热质传递流体(例如液体除湿剂)之间的热传递。由于液体在隔膜的孔或纤维片的纤维中并且具有一定对流，因此热传递将进一步改善。
隔膜可以多种方式附接到板。可通过湿润层与结构之间的表面张力或者借由将许多热和传递部件组装在一起时的压力来实现层与该支撑结构的接触。即，层可用除湿剂预先湿润并且被平滑到板上，并且表面张力于是将其保持在适当位置。或者，可通过粘合剂诸如胶带或胶水将层附连到结构。例如，可使用双面胶带将层附接在支撑结构的顶部处。可在整个板上使用胶带，并且可安装隔膜并使其干燥。可使用各种粘合剂将隔膜附接到板，只要所述粘合剂不在孔中渗透得过深并且/或者不影响层的亲水性。可在一系列点处或可成直线地将层热粘结或超声焊接到板。一个可能性是，以正确的间隔平行于除湿剂流动方向成直线地焊接，从而构建为除湿剂流提供流道的疏性特征结构。也可将层夹设或固定在边缘处。另外，支撑结构可包括在层被湿润时允许空气逸出的通道以防止空气滞留和起泡。
通道也可放置到支撑结构(即，支撑板)中以提供第二规格。第一规格在层中，并且第二规格允许整体流的通道在层后面。混合发生在沿在层与支撑板之间构建的通道向下行进的整体流与在第一规格的层的孔中较缓慢地向下移动的液体除湿剂之间。
部件
热质传递部件由本文所公开的任何可湿层与任何支撑结构组合形成。图1中示出了示例性热质传递部件100，其中具有入口端108和出口端106的可湿层104与板102形式的支撑结构接触，该支撑结构任选地具有用于热传递流体的一个或多个内部流体通道103。吸滴特征结构105定位在出口端106处。
图2中示出了另一个示例性热质传递部件200，其中具有入口端208和出口端206的可湿层204，在组装后，与框架202形式的支撑结构接触。吸滴特征结构205定位在出口端206处。可湿层可包括促进层与支撑结构组装的一个或多个组装特征结构210。同样，支撑结构，在该实施方案中框架202，还可包括促进支撑结构、层以及其它热质传递部件的组装的一个或多个组装特征结构211。框架式设计的一个优点是，所需层的量削减了一半，从而导致在仅使用层的一面来控制除湿剂膜的面板上实现重大成本节省。第二个优点是，框架可由非常薄的材料制成，所述材料还降低成本并且改善由面板制成的模块的紧凑性。紧凑的模块具有固有的较高功率密度，这是LDAC系统中的一个优点。这种面板设计还适用于使用大容量自动化组装操作进行制造。
面板
热质传递面板由本文所公开的任何热质传递部件连同流体分配系统一起形成。面板可使用粘合剂、塑料焊接(热和超声)或者扣合设计来组装。气体接触区与热质传递部件的层相邻。在图3中，示例性热质传递面板350包括与支撑结构302接触的可湿层304，并且气体接触区312与层304相邻。在该实施方案中，流体分配系统包括用于将流体供应到层304的入口端308的歧管314，并且任选的流体收集系统包括与层304流体连通的容器316。
流体分配系统将液体除湿剂供应到层以用于产生降膜。流体分配系统实现上液体密封件的构建，这于是允许面板可堆叠。上液体密封件防止当在堆叠构型中使用时空气与除湿剂之间串流。空气和除湿剂为交叉流流动。这种设计显著地最大程度减少或消除了热质传递流体被夹带到空气/气体流中，这在使用腐蚀性液体除湿剂的LDAC应用中尤其重要。现有技术使用喷杆和芯吸垫来管理除湿剂流，并且这产生显著的烟雾化问题并从而导致除湿剂被夹带到空气流中。流体分配系统的零件可被赋予疏水性以促进除湿剂脱离系统到达层上。可通过用诸如Rustoleum
Figure BDA0001320167180000211
的产品来处理流体释放表面，来形成示例性超疏水涂层。涂覆有这种材料的表面不会用35％LiCl溶液来湿润，因此它们是疏除湿剂的。流体分配系统可为与隔膜流体连通地定位的分离结构。与面板物理地分离的此类分离结构可包括但不限于由单个管制成的歧管，该管具有用于传送流体的一系列孔。流体分配系统还可由独立零件中的一个或组合形成，所述独立零件包括在面板设计中。例如，上封头可与层/支撑结构部件相关联，并且上封头用于将流体传送到层。层/支撑结构部件的组装可得到多个上封头，所述上封头可组合地形成流体分配系统。
图4提供了另一个示例性热质传递面板450，该热质传递面板包括两个可湿层404，每个可湿层具有吸滴特征结构405、支撑结构402以及与跟支撑结构402相对的表面上的层404相邻的气体接触区412。任选的垫片410被设置用于将层404附连到上封头414。在该实施方案中，流体分配系统包括用于将流体供应到层404的入口端408的上封头414，并且流体收集系统包括与层404流体连通的下封头416。除湿剂流特征结构420设置在上封头414的表面中。任选的组装特征结构411、413分别具有支撑结构402和上封头414。可添加隔件417以设定出口端406处零件之间的间距，并且可添加垫片415以设定入口端408处零件之间的间距。
由可湿层制成的面板可基于通过上封头设计得到的流间隙(即间隙宽度、间隙高度和间隙几何结构)的设计以及施加在面板顶部处的液头的量以不同的流速行进。除湿剂的粘度也将影响其流速。在其中液体流量低的情况下，在层的表面上将存在较少数量的膜带。随着流速增大，层覆盖将增大。还可以间歇地将除湿剂供应到层表面。层仍将用作热质传递表面，因为新鲜除湿剂的周期性补充和交换将能够使除湿剂的温度和浓度得到控制。可湿层设计的一个优点是，能够以广泛的连续除湿剂流速范围使用该部件使面板行进或者使用间歇流来使面板行进。可通过调控除湿剂流速和除湿剂温度来轻松地控制使用可湿层部件的面板或模块。
流间隙宽度、高度和几何结构影响除湿剂流以及流的分布和总体均匀性。上封头间隙522几何结构由其厚度t、长度w、间隙中的如图5所示的分离可湿层504、以及任选地存在于间隙中的如图5A所示的任何额外几何结构526来表征。在图5中，具有热质传递部件500的部分热质传递面板550包括支撑结构502以及分离可湿层504连同气体接触区512和上封头514。降膜511由从液体贮存器524供应的除湿剂形成，该液体贮存器由多个热质传递面板的上封头部分形成。t，从支撑结构表面测量至上封头514，包括层504，并且极大地影响除湿剂流速。对间隙的精确控制是理想的。可通过以下方式实现对间隙尺寸的控制：在间隙连同层中提供如图5A所示的合理限定的间隙材料526(例如，10密耳Delnet)，或者在上封头组件上结合在间隙中构建几何结构的特征结构(即，直接模制或形成在上封头的部件上)，或者利用仅为与层结合的开放式狭槽的间隙。在图21中，具有热质传递部件900的部分热质传递面板950包括支撑结构902以及分离的第一可湿层903和第二可湿层904连同气体接触区912和上封头914，对于该实施方案，该上封头为间隙形成板。除湿剂被供应到上封头间隙922中。间隙材料926(例如，10密耳Delnet)定位在可湿层903、904之间的间隙922中。对于在间隙中构建了额外几何结构的情况，有效间隙te可被定义为：te＝(A-Am)/W，其中A是包括层的间隙的总横截面积，Am是额外几何结构的横截面积，W是上封头的宽度，并且tl是如图5A中所示的分离层的厚度，该图为热质传递面板的上封头几何结构的顶视图。
双流体模块设计的t(或te)的大小预期大体上介于0.003"至0.040"之间，优选地介于0.006"至0.031"之间，其中容差为约±0.002"，优选地±0.001"。对于三液体模块，t可与tl一样低，即，除湿剂仅流经层。
层还定位在间隙内。间隙和层的有效厚度相互作用以提供通过间隙的通量(按间隙的每开放横截面积计的液体流速＝A–Am)，该通量在可用于液体除湿剂空调应用的范围内。流体既流经间隙的开放区域，又在其离开间隙时侧向流经层。面宽度被定义为在层中和层上承载液体除湿剂的支撑结构上的分离层的宽度。对于双流路模块，有用的流速通常在每英寸宽度0.5至20ml/min的范围内。对于三流路模块，由于模块中第三换热流体与液体除湿剂之间的内部换热，有用的流速范围在大小上较小，并且通常在每英寸宽度0.05至2.0ml/min的范围内。
面板的额外的任选特征结构包括作为流体分配系统的一部分的除湿剂流特征结构。此类特征结构定位在部件之间，并且它们促进将基本上均匀的流分布到层的面上。此类特征结构可直接压印、压缩冲压、或模制到上封头部件中。除湿剂流特征结构可与支撑结构成为一体，或者可为定位在相邻面板之间的分离零件。当除湿剂流特征结构与支撑结构成为一体时，它们可被设计成注模模具，该注模模具提供可预测的几何结构和容差。
分离的除湿剂流特征结构可包括但不限于包括挤出幅材材料的聚合物材料、有孔聚合物膜、开孔泡沫、多孔非织造材料、织造材料、或它们的组合。示例性有孔聚合物膜为10密耳聚丙烯Delnet，它可用于将纵向除湿剂流通道构建到层上。示例性挤出幅材为30密耳聚丙烯Naltex(结网)，其中这种材料的结构有助于将除湿剂传播到层上。
流体收集系统引导除湿剂离开层以供进一步处理。流体收集系统实现下流体密封件的构建，这与流体分配系统一样允许面板可堆叠。下液体密封件防止当在堆叠构型中使用时空气与除湿剂之间串流。空气和除湿剂为交叉流流动。流体收集系统可为与层流体连通地定位的分离结构。与面板物理地分离的此类分离结构可包括但不限于管道/管件或者储罐。流体收集系统还可由独立零件中的一个或组合形成，所述独立零件包括在面板设计中。例如，下封头可与层/支撑结构部件相关联，并且下封头用于引导流体离开层。层/支撑结构部件的组装可得到多个下封头，所述下封头可组合地形成流体收集系统。下封头流动通道特征结构可直接压印、压缩冲压、或模制到下封头部件中。
下封头可具有阶梯状设计，该阶梯状设计具有宽区域，在该宽区域中，降落的液膜首先进入下封头并且在膜与下封头的面之间存在空气间隙。可在出口端处由下封头和可湿层限定贮存器。所述宽区域于是以阶梯形式向下延伸至与降膜的平均厚度非常接近的收集间隙厚度。以与通过上封头设计得到的流间隙相同的方式使用垫片或隔垫特征结构保持收集间隙厚度。实际的膜有起伏，并且膜的厚度在膜降落时改变或波动。这种阶梯状下封头设计允许液体稍微积聚在所述宽区域并且然后在液头压力积聚并使通过收集间隙的流增加时排出。此外，层上的滴落和抽吸特征结构可定位在下封头下面，并且进一步用于增大降落液体的速度并将降落液体“抽拉”通过收集间隙并且离开层。这种下封头设计对离开层的液体的流动进行管理，同时将系统的空气处理侧与系统的液体收集和去除部分密封隔离。下封头防止可能导致除湿剂夹带的任何液体积聚或液体飞溅。此外，下封头允许冲洗最终进入除湿剂中的任何潜在碎屑。板能够以允许连续的下封头面对面配接并且因此提供一系列液体/空气密封件的方式堆叠。
在示出了部分热质传递面板550和部件500的图6中，示出了示例性下封头516，该下封头具有在支撑结构502的两面上的可湿层504和所得降膜511。下封头516还包括用于限定间隙517的阶梯状部分516b。
流体流的不均匀性可导致在正压力下时空气泄漏到模块之外或者在负压力下时空气泄漏到模块中。具有有效的流体分配系统(上封头)和收集系统(下封头)就最大程度减少了任何空气泄漏。空气泄漏导致在热质传递系统的操作中能量损失且总体效率低。有效的液体密封件适应各种空气供应。例如，可通过风扇将空气推送到空气接触除湿剂的交叉流区域中从而导致该区域中的正压力的方式来供应空气。或者，可通过风扇将空气抽拉到空气接触除湿剂的交叉流区域之外从而导致该区域中的负压力的方式来供应空气。
模块
热质传递模块可包括：一个或多个支撑结构；与支撑结构相邻的气体接触区；流体分配系统，该流体分配系统包括限定流体贮存器的一个或多个上封头；以及流体收集系统，该流体收集系统包括具有阶梯状特征结构的一个或多个下封头；以及至少一个端板。模块可构造成任何期望的尺寸以满足具体应用的需求。
热质传递模块也由本文所公开的任何热质传递面板连同至少一个端板一起形成。通常，在两个端板之间设置有多个面板。将面板组装成模块引起面板之间的间隙，为了控制空气接触区，理想地将所述间隙保持为彼此相距基本上均匀的距离。即，面板之间的间隙(入口端处的流间隙以及出口端处的收集间隙)理想地是基本上均匀的。间隙沿面板的整个入口边缘以及相对于彼此是基本上均匀的。空气流的均匀性是期望的。
在面板被组装在一起后，构建成上贮存器以跨多个面板馈入除湿剂。一个公用液头于是供应液体除湿剂，并且每个面板受到相同的液头压力，该液头压力被表示为“h”并在图5中示出。因此，每个可湿层与所有流体分配系统流体连通。
在流体分配系统中，可提供垫片以便实现基本上均匀的空气间隙。相似地，在流体收集系统中，可提供垫片以便实现基本上均匀的空气间隙。一般来讲，空气间隙越小越好。在一个或多个实施方案中，间隙为约1/8"。
图7提供了示例性热质传递模块600的一部分的透视图，该示例性热质传递模块包括端板601a和601b，所述端板容纳与可湿层604接触并且通过机械紧固件606附接在一起的支撑结构602。可湿层604包括形成通道608的疏性条带。如本文所公开以及在图5和图6中分别举例说明的那样，流体分配系统和流体收集系统被添加到图7的实施方案。空气入口开口610以相对于除湿剂流的交叉流供应空气。
图8为示例性热质传递模块700的侧视图，该示例性热质传递模块包括端板701a和701b，所述端板容纳多个支撑结构702，每个支撑结构都与可湿层704接触。贮存器712形式的用于供应除湿剂的流体分配系统通过以规则的图案组合上封头支撑结构来形成。隔件716定位在支撑结构703之间。流体收集盘714形式的流体收集系统接收除湿剂。空气入口开口710以相对于除湿剂流的交叉流供应空气。空气出口开口在面板的与空气入口开口相对的端部处。
任选地，可在模块的空气入口开口上游和/或空气出口开口的下游设置空气过滤器。图9为另一个示例性热质传递模块800的示意图，该示例性热质传递模块包括外壳830和第一空气过滤器832。来自第一空气过滤器的空气于是进入模块的空气入口开口。从模块的空气出口开口离开的空气于是可进入第二空气过滤器，该第二空气过滤器在外壳830的与第一空气过滤器相对的侧上。示例性第一空气过滤器，或预滤器，是3M净化公司(3MPurification Inc.)提供的MERV A8过滤器，该过滤器是一种微型褶式过滤器，包括100％合成介质，该合成介质防水防湿并且100％不含金属。示例性第二空气过滤器，或终滤器，是3M净化公司(3M Purification Inc.)提供的MERVA13过滤器，该过滤器有效地去除灰尘、棉绒、花粉、孢子以及许多其它常见的颗粒污染物。除了减湿性能之外，与模块组合的过滤器将提供高水平的颗粒去除以及改善的室内空气质量。在离开模块的空气出口开口的空气下游的MERVA13驻极体过滤器将在模块失效的情况下提供捕集任何烟雾化除湿剂的冗余能力。归因于驻极体技术，这两个过滤器都以非常低的压降来实现其颗粒去除效率水平，并且这连同热质传递模块的低压降设计最大程度降低了使空气移动通过模块所需的风扇功率。
系统
热质传递系统结合了本文所公开的任何热质传递模块连同除湿剂供应。图10至图12提供了可使用本文所公开的任何本发明的热质传递模块的系统的示例性流程图。图10、图11和图12示出结合了本文所公开的HMX模块的LDAC系统。图10和图12示出结合了双流路HMX模块的LDAC系统，并且图11示出结合了三流路HMX模块的LDAC系统。所有所示出的LDAC系统都使用蒸气加压系统来产生热的和冷的换热流体。换热流体可以是水。
在图10中，构造了结合了双流路(2FP)HMX模块的LDAC系统，其中进入调节器或再生器的液体除湿剂在进入HMX模块之前首先通过热交换器，该热交换器在换热流体与液体除湿剂之间交换热。热交换器可由耐腐蚀金属、带涂层的金属、或者塑料制成以防止热交换器被液体除湿剂腐蚀。第一热质传递单元(HMX1)接收室外空气，所述室外空气被调节以降低湿度(潜热载荷)，并且然后被引导至显热交换器以进行温度控制，并且然后作为供应空气提供。除湿剂在进入HMX1之前由第一热交换器(HX1)冷却并且在离开HMX1后循环回到除湿剂槽。第二热质传递单元(HMX2)接收用于从除湿剂中去除湿气从而对其再生的回流和/或室外空气。
在图11中，示出了结合了三流路(3FP)HMX模块的LDAC系统，其中换热流体被引入到支撑结构中，该支撑结构可由具有内部加热和冷却通道的板组成。板直接与在与支撑结构接触的层上和中流动的液体除湿剂交换热。板可由耐腐蚀金属、带涂层的金属、或者塑料制成以防止板腐蚀。三流路模块设计实现了供使用的较低的除湿剂流速，因为液体除湿剂的温度可保持在模块内部，这继而保持了对调节器和再生器两者中的质传递都加以驱动的蒸气压差。第一热质传递单元(HMX1)接收室外空气，所述室外空气被调节以降低湿度(潜热载荷)，并且然后被引导至显热交换器以进行温度控制，并且然后作为供应空气提供。除湿剂在离开HMX1后循环回到除湿剂槽。第二热质传递单元(HMX2)接收用于从除湿剂中去除湿气从而对其再生的回流和/或室外空气。HMX1的支撑板接收冷却水以在使用期间冷却除湿剂。
在图12中，构造了结合了双流路(2FP)HMX模块的LDAC系统，其中除湿剂首先经过除湿剂对除湿剂热交换器，该除湿剂对除湿剂热交换器在离开HMX模块的液体除湿剂与朝着HMX模块流动的液体除湿剂之间交换热。这个额外的热交换器提供了可提高LDAC系统效率的内部系统热回收。在离开除湿剂对除湿剂热交换器后，液体除湿剂经过第二热交换器，该第二热交换器以与图10中所示的系统相同的方式在液体除湿剂与热传递流体之间交换热。第一热质传递单元(HMX1)接收室外空气，所述室外空气被调节以降低湿度(潜热载荷)，并且然后被引导至显热交换器以进行温度控制，并且然后作为供应空气提供。除湿剂在进入HMX1之前由第一热交换器(HX1)冷却并且在离开HMX1后循环回到除湿剂槽。第二热质传递单元(HMX2)接收用于从除湿剂中去除湿气从而对其再生的回流和/或室外空气。相对于图10的系统使用额外的热交换器，以进一步调节除湿剂温度。
在描述本发明的若干示例性实施方案之前，应当理解本发明不限于下面说明书提到的构造或方法步骤的细节。本发明能够有其他实施方案，并且能够以各种方式实施或执行。
实施例
实施例1
尼龙隔膜的等离子体处理
在美国专利7,887,889中所详细描述的MARC2等离子体系统中存在氧气的情况下，使用混有2％硅烷(SiH4)的硅烷与氩气的混合物来对尼龙隔膜幅材(BLA080)进行等离子体处理，但是也为该应用研发了不同的条件。用于这些运行的功率保持为1000瓦特。在典型的运行中，室被抽压至低于50mTorr的基准压力，并且工艺气体流速被调节和保持，压力被控制在990mTorr的设定点，等离子体在1000瓦特下激发，并且幅材以所指示的速度平移，对应于在等离子体中30秒的滞留时间。
等离子体处理的条件：
Figure BDA0001320167180000281
对亲除湿剂特性的稳定性进行分析。以0％(水)至40％(以5％为增量)的不同浓度制备氯化锂水溶液。根据时间(达113天)评估这些溶液的经等离子体处理的隔膜的可湿性。在这项研究中用于评估隔膜的可湿性的测试是，在隔膜为水平取向的情况下在隔膜的表面上放置液滴，并且记录湿润开始的时间而不是液滴完全消失的时间。当用该测试进行评估时，在达至少113天的时间内，经等离子体处理的隔膜相对于35重量％的LiCl溶液保持基本上不变的可湿性水平。
实施例2
制备根据实施例1制备的经等离子体改性的尼龙隔膜(BLA080)，其中流道以疏液条带为边界。通过用来自标记笔的墨水标记隔膜而形成的通道宽度为大约1/4”，该墨水相对于35重量％的氯化锂溶液具有疏性。将隔膜组装到如图7所示的面板中。用这种墨水对隔膜划分流道非常有效地提供抑制液体串流到另一流道的疏性条带。
隔膜上的液体除湿剂降膜的厚度由定制的设备来测量，该设备的示意图在图18中示出。测量原理基于使用除湿剂的导电性来检测膜面，然后使用测微计头(最小计数为0.001")来测量膜厚度。一共在九个点处进行测量—跨膜宽度(10")的三个点(间隔3.5")以及膜往下的三个点(间隔6")。除湿剂在由支撑结构502(例如，板)支撑的可湿层504(例如，隔膜)上流动，从而形成降膜511。过程涉及以约0.001"的增量将测微计轴525朝着降膜511(如图18所示)转动直到它触碰到膜的面，这由LED的灯光来指示。一旦检测到膜面，便转动轴直到它触碰到隔膜，这由轴的棘轮的滑移来指示。将轴从膜检测点到隔膜表面所行进的距离记录为除湿剂降膜的厚度。针对三个测微计中的每一者重复这个过程，并且对值进行平均化处理以得到整个10"宽膜在该位置处的代表性测量值。这些实验中测得的膜厚度在0.01"至0.03"的范围内，其中趋势为，随着流速增加，膜厚度增大。
实施例3
用不同形式的分离纤维片对上封头几何结构的各种构型进行测试，所述分离纤维片以与支撑板接触的方式与形成用于除湿剂流的间隙的上封头组装在一起。表1中提供了介质、几何结构和观察结果的汇总。水平芯吸测试是指当介质为水平的时，35重量％LiCl的除湿剂溶液完全芯吸到介质中所需的总时间。所测试的每种介质都在出口端处具有冠形式的吸滴特征结构(一系列均匀间隔的三角形点)。每种介质与丙烯酸支撑板安装在一起以接收除湿剂溶液的重力流从而使得介质的表面是竖直的，换句话讲，介质的表面基本上平行于除湿剂流。
表1
Figure BDA0001320167180000291
Figure BDA0001320167180000301
Figure BDA0001320167180000311
a＝等离子体处理：混有一定百分比硅烷的氩气的气体流速：4000std.cm3/min
氧气气体流速：500std.cm3/min
处理压强：990mTorr
等离子体功率：1000W
线速度：2ft/min
对于3-A，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂首先出现珠状端部的痕纹，但仅持续约20秒，然后除湿剂开始芯吸到层中并排放到冠之外。一旦层完全湿润，便有带沿层的表面向下行进，但这些带难以看到并且冠外的所有流都是均匀的。
对于3-B，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂首先出现珠状端部的痕纹，持续约40秒，然后除湿剂开始芯吸到层中并排放到冠之外。一旦层完全湿润，便有比3-A(SofPull介质)观察到的更多的可视带沿层的表面向下行进。
对于3-C，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂首先出现珠状端部的痕纹。一旦层完全湿润，便有可视带沿层的表面向下行进。
对于3-D，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂首先出现珠状端部的痕纹，但珠不及3-C(相同的层，具有海报纸板)所宣称的那样。一旦介质完全湿润，便有可视带沿层的表面向下行进。另外，在测试期间层开始打弯并形成曲线。
对于3-E，在层初始湿透期间未看到珠状痕纹。在测试期间，层没有打弯。在30mL/min和60mL/min下，来自冠的流跨底部并不是完全均匀的。在测试期间，在层的顶部上不存在可视带。观察到除湿剂在共同包含层的Delnet材料与纸巾之间流动。这通过以下方式来发现：注意到从冠滴落的珠从Delnet材料的顶部出来并且在降落时使冠点的端部抬升。
对于3-F，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂形成下行至冠的带，在除湿剂流动时，带向外伸展。一旦介质完全湿润，仍有带沿层的表面向下行进，并且冠外的所有流都是均匀的。
对于3-G，随着除湿剂从间隙出现并进入层中和层上，除湿剂形成下行至冠的带，在除湿剂流动时，带向外伸展。一旦层完全湿润，便仍有带沿层的表面向下行进。冠外的流不均匀。
对于3-H和3-I，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂首先出现珠状端部的痕纹，所述珠状端部下行至冠。一旦层完全湿润，便有带沿层的表面向下行进。冠外的流不均匀。
对于3-J，随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，除湿剂出现珠状端部的痕纹，所述珠状端部下行至冠。一旦层被湿润(在8分钟后仍然观察到一些干燥区块)，便有带沿层的表面向下行进。尤其是在30mL/min下，冠外的流不均匀。在60mL/min下，来自冠的流在一定程度上变均匀。观察到除湿剂在层的表面上流动。
对于3-K，将疏水墨水添加到3-J的Reemay层以形成流道。随着除湿剂从间隙出现、进入层中和层上，沿层向下行进的可视带的厚度存在明显减小。在层初始湿透期间，没有可视液滴沿墨水向下行进。容易看到带在上封头的正下方，但它们在其沿层的表面向下行进的下部变平坦。冠外的流在所有流速下都相对均匀。
对于3-L，使用Reemay介质的两个片来形成层并填充间隙，一个片具有与支撑板相对地定位的墨划流道，并且另一个片不具有流道。层定位在板上，使得冠在板的底部上方1/4"处。随着除湿剂从层出现在间隙中，沿靠近上封头的层在若干点处存在显示在表面上的小带。在层初始湿透期间，没有可视液滴沿墨水向下行进。容易看到带在上封头的正下方，但它们在其沿层的表面向下行进的下部变平坦。冠外的流在所有流速下都相对均匀。
对于比较例3-M，除湿剂根本不吸收到层中，而是以珠形式沿层向下行进。即使在使用橡胶滚轴尝试将除湿剂引导至层中之后，除湿剂仍以珠形式离开进入集液器。从以下材料中得到了这些相同的结果：软木、米色织物、卡片纸料、闪光纸板、仿景观材料、和毡(植绒)海报纸板。
实施例3-N
根据图21制备上封头几何结构的另一个构型：将10密耳Delnet的条带定位在两个可湿层之间。可湿层是可湿纤维片(Reemay 2214纺粘聚酯)，该可湿纤维片在300秒或更少的时间内用35％氯化锂水溶液的液滴完全湿润。可湿层以一定方式组装到热质传递面板中，使得10密耳Delnet条带定位于其间的两个可湿层挤压位于由流体分配系统构建的流间隙中。两个层都定位在面板的一面并且与支撑结构相对。液体除湿剂被馈给到间隙中并且沿Delnet间隙材料中的通道向下行进，该间隙材料以一定方式取向使得通道在竖直方向上。Delnet条带被切割成与间隙高度相同的高度。间隙材料允许流体离开可湿层之间的间隙。这使流体能够以非常均匀且受控的方式流动。吸滴特征结构定位在可湿层的底部。除湿剂跨可湿层相当均匀地传播。这种设计最大程度降低了在离开间隙时形成除湿剂液滴、珠或痕纹的几率，否则可能导致在使用期间除湿剂烟雾化。
实施例4
使用多个丙烯酸板作为支撑结构和端板来制作降膜热质传递(HMX)模块。为了制作可湿隔膜，用水预先湿润隔膜并且然后将隔膜浸入液体除湿剂中，这样盐就可以扩散到隔膜孔中的液体中。然后使用3M双面胶带将具有冠形式的吸滴特征结构的可湿隔膜在顶部处附接到每个所述支撑结构。使用与支撑结构组合的各种厚度的垫片原料来构建上封头间隙，该上封头间隙将液体除湿剂馈给到每个支撑板的每个面上。下封头以类似方式制作。支撑板为1/8"厚。将两个1/2"厚端板与六个螺纹系杆组合使用以牢固地使板接触并且在上封头处的板之间提供密封从而导致形成上贮存器。还为大约1/4"的空气间隙间距提供上封头和下封头。模块安装在热质传递性能测试台的测试管道中并加以密封，使得空气以交叉流方式或者水平地在板之间通过并且通过从贮存器传送的液体除湿剂降膜。除湿剂流到隔膜冠特征结构，流经下封头，从模块流出，并且滴落到安装在测试台上的可循环除湿剂的收集盘中。模块顶部处的除湿剂馈给以及模块底部处的除湿剂收集发生在正被处理的空气流外部，从而最大程度降低除湿剂夹带的可能性。仅隔膜中和隔膜表面上的降膜暴露至空气流。模块容积(不包括端板)＝10.5"×12"×5"＝630in3(0.0103m3)。
性能测试台能够将具有已知组成的热且湿的空气供应到定位在测试管道中的模块。可通过监测模块针对任何给定入口条件而产生的出口条件来表征模块的性能。测试台包含控制件和仪表，因此在调节操作模式或再生操作模式期间可控制和/或测量以下变量：空气流速、入口空气干球温度、入口空气相对湿度、除湿剂流速、除湿剂入口温度、除湿剂出口温度、出口处的除湿剂浓度、出口空气干球温度、以及出口空气相对湿度。
通过计算潜热效率εl和显热效率εs来表征性能，所述潜热效率和显热效率被定义为：
Figure BDA0001320167180000341
Figure BDA0001320167180000342
其中ωi和ωo分别是面板(或模块)入口和出口处的空气的湿度比，并且ωmin(Td,i,xi)是出口处的与除湿剂温度Td,i和模块入口处的浓度(质量分数)xi对应的空气的最低可能湿度比。在公式(2)中，Tdb,i和Tdb,o是面板(或模块)入口和出口处的空气干球温度。
这个原型模块的测试结果提供在表2至表3中。
表2：测试条件—调节模式
Figure BDA0001320167180000351
表3：结果：用手持式温度/湿度探头(Omega HH314)获得的出口空气读数
Figure BDA0001320167180000352
测试1和测试2中跨模块的空气侧压降被测出是极低的(～1Pa)。
实施例5
使用Norplex Micarta板作为支撑结构和端板，由此来制作HMX模块。每个支撑结构的厚度为0.015"。端板为0.50"厚。上封头部件和下封头部件也由经激光切割的米卡塔(Micarta)制成。使用经等离子体改性的亲水尼龙6,6隔膜，该隔膜具有实施例2的隔膜设计的疏水流道。每个面板之间的空气间隙间距为大约0.100"。使用10密耳Delnet来构建间隙间距。该模块中面板之间的较小间距改善了模块的堆积密度和性能。还在上封头与下封头之间约中点处在面板之间添加了小泡沫隔件，以在模块操作期间发生的预期热膨胀和收缩期间稳定板。模块尺寸为61/2"(宽)×12"(高)×101/2"(深)，包括上贮存器和下封头，从而得到819in3(0.0134m3)的模块容积(包括端板)。
在AHRI标准920的空气入口条件下对模块进行热质传递的性能测试。ANSI/AHRI920标准的名称为“Performance Rating of DX-Dedicated Outdoor Air System Units”(DX-专用室外空气系统单元的性能评定)，并且提供为如何测试处理100％室外空气以实现通风的空调器提供了参考。根据ANSI/AHRI 920标准，“A”条件的入口空气的干球温度为35℃并且湿球温度为26℃。这相当于大约49％的相对湿度。在各种空气流速下测试模块，并且绘制潜热效率和显热效率的曲线图。此外，针对每个测试点计算模块的功率密度。功率密度被定义为功率的量(做功的速率P＝功/时间或者P＝能量/时间)除以模块的总容积。模块的总容积包括上封头和下封头，而不仅包括直接接触器容积。
所使用的除湿剂为浓度为大约35％的LiCl溶液。除湿剂入口温度为大约20℃。在研究中描绘了两种不同的标称除湿剂流速(1LPM(升每分钟)和2LPM)。根据通过模块的空气流速来描绘调节器性能。在制冷空调和供暖协会(Air-Conditioning,Heating,&Refrigeration Institute)AHRI标准920条件下得到的实施例5模块调节器性能结果的图表提供于图13至图14中。图13提供了在～1LPM的除湿剂流速下显热效率百分比、潜热效率百分比以及功率密度(kW/m3)相对于空气CFM的结果，并且图14提供了在～2LPM的除湿剂流速下显热效率百分比、潜热效率百分比以及功率密度(kW/m3)相对于空气CFM的结果。
对于再生器性能的测试，针对每个测试点监测除湿剂流速，并且该除湿剂流速在大约1.1LPM至2.7LPM的范围内。除湿剂流速的影响包含在效率和功率密度计算中。除湿剂入口温度为大约40℃。为再生模式使用室内空气。入口空气的干球温度在24.5℃至26.1℃的范围内，并且相对湿度在36％至48％的范围内。实施例5模块再生器性能的结果的图表提供在图15中。图15提供了显热效率百分比和潜热效率百分比以及功率密度(kW/m3)相对于空气CFM的结果。
实施例6
以与实施例6相同的方式制作HMX模块，修改之处在于所使用的经等离子体改性的亲水尼龙6,6隔膜不具有实施例1的隔膜设计的疏水流道，并且上封头的底面用超疏水涂层(Rustoleum
Figure BDA0001320167180000361
)处理以增强除湿剂从上封头离开前往隔膜的能力。这种涂层消除了模块中的任何内部滴落，并且确保在隔膜表面上形成均匀的液膜，这对于确保最大程度降低除湿剂烟雾化和夹带的任何几率是重要的。该模块还使用10密耳Delnet(PP有孔膜)来在上封头中构建除湿剂馈给间隙。
所使用的除湿剂为浓度为大约35％的LiCl溶液。除湿剂入口温度为大约20℃。在研究中描绘了1升每分钟(LPM)的标称除湿剂流速。根据通过模块的空气流速来描绘调节器性能。在制冷空调和供暖协会(Air-Conditioning,Heating,&Refrigeration Institute)AHRI标准920条件下得到的实施例6模块调节器性能结果的图表提供于图16中。图16提供了在～1LPM的除湿剂流速下显热效率百分比和潜热效率百分比以及功率密度(kW/m3)相对于空气CFM的结果。
对于再生器性能的测试，监测除湿剂流速。除湿剂流速的影响包含在效率和功率密度计算中。除湿剂入口温度为大约40℃。为再生模式使用室内空气。入口空气的干球温度在24.5℃至26.1℃的范围内，并且相对湿度在36％至48％的范围内。实施例6模块再生器性能的结果的图表提供在图17中。图17提供了显热效率百分比和潜热效率百分比以及功率密度(kW/m3)相对于空气CFM的结果。
实施例7
测试
还根据流速和设计对使用实施例5至实施例6的HMX模块的性能测试台进行了LiCl夹带测试。目标是最大程度减少乃至消除操作期间液体除湿剂的烟雾化。除湿剂通常为腐蚀性非常高的氯化锂溶液。当挟带在经调节的空气流中后，它可导致设备和管道系统腐蚀并且可引起环境、健康和安全问题。为测试在操作期间模块下游是否存在锂，制定了测试协议。
性能测试台在模块后面具有减小的截面，这就使管道的横截面朝着3"(宽)×2"(高)开口减小，该开口与正被测试的模块的排放端相距31"。具有多孔隔膜的气体捕集盒定位在该排放点处并且附接到空气采样泵以便测量在操作期间来自模块的LiCl释放量。在采样之后，进行多孔隔膜的提取，并且使用ICP分析来分析该多孔隔膜以量化存在的锂量。进行计算以确定空气流中的锂浓度。在通过模块的若干不同空气流速下进行测试。表4汇总了实施例5的结果，并且表5汇总了实施例6的结果。
表4：实施例5的测试
Figure BDA0001320167180000381
表5：实施例6的测试
Figure BDA0001320167180000382
在性能测试期间，实施例5至实施例6的原型模块还表现出能够基于在调节器模式与再生模式之间的来回切换处理在大约15℃至40℃的范围之外的热应力和温度循环。
实施例5至实施例6的压降也根据空气流来确定，该空气流的结果提供在表6中。
表6：实施例6的测试
空气流(CFM) 压降(Pa)
10 1.74
20 4.48
30 7.72
40 9.96
50 13.5
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的提及意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不一定指的是本发明的同一实施方案。此外，具体特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
尽管已参考具体实施方案描述了本文的发明，但应当理解，这些实施方案仅说明性地表示本发明的原理和应用。对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明的方法和设备作出各种修改和变型。因此，预期的是本发明包括在所附权利要求及其等同形式范围内的修改和变型。

Claims (28)

1.一种热质传递面板，包括利用液体除湿剂进行水蒸气交换的热质传递部件，所述热质传递部件包括：
支撑结构；以及
与所述支撑结构接触的亲水性可湿层，所述可湿层包括隔膜或纤维片；
其中所述热质传递面板包括：
靠近所述可湿层的入口端的流体分配系统，所述流体分配系统包括在所述可湿层的所述入口端处与所述支撑结构相邻的多个上封头；以及
靠近所述可湿层的出口端的流体收集系统，所述流体收集系统包括在所述可湿层的所述出口端处与所述支撑结构相邻的多个下封头；
其中所述可湿层具有基本上平滑的表面，并且在干燥状态下的所述可湿层在300秒或更少的时间内被标称为35重量％的氯化锂溶液的液滴完全湿润，
其中所述可湿层包括纤维取向为基本上平行于所述支撑结构的平面的纤维片，并且所述可湿层包括包含经等离子体处理的纺粘聚酯的纤维片，其中所述可湿层包括微孔隔膜，所述微孔隔膜的平均孔径在0.02至10.0微米的范围内并且最大孔径在0.1至15微米的范围内，其中所述可湿层包括多孔隔膜，所述多孔隔膜包括经等离子体处理的尼龙隔膜，所述尼龙隔膜的表面被氧化并且包含硅氧化物、硅氢化物和/或硅氢氧化物。
2.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层在接收到所述液体除湿剂的重力供给时有效地形成所述液体除湿剂的降膜。
3.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层在接收到所述液体除湿剂的重力供给时有效地形成所述液体除湿剂的薄膜。
4.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层与所述支撑结构分离。
5.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层的厚度在1至50密耳的范围内。
6.根据权利要求1所述的热质传递面板，其具有双规格，双规格意指层自身的结构或者与支撑结构的组合的结构具有两种标称上不同的尺寸和/或形状和/或材料和/或特征。
7.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层还包括一个或多个吸滴特征结构。
8.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述支撑结构包括框架或板。
9.根据权利要求8所述的热质传递面板，其中所述框架或所述板包含热固性塑料、热塑性材料、纤维素材料或带涂层的金属。
10.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述支撑结构包括板，所述板包括用于热传递流体的内部流体通道。
11.根据权利要求1所述的热质传递面板，还包括与所述热质传递部件的所述可湿层相邻的气体接触区。
12.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层位于由所述流体分配系统的一部分和所述支撑结构限定的间隙中。
13.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述流体分配系统的表面包括疏除湿剂涂层。
14.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述流体分配系统包括与所述可湿层流体连通的歧管。
15.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述上封头与所述支撑结构成为一体。
16.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述流体收集系统包括与所述可湿层流体连通的容器。
17.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述下封头与所述支撑结构成为一体。
18.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述下封头包括阶梯状特征结构以在所述出口端处形成由所述下封头和所述可湿层限定的贮存器。
19.根据权利要求1所述的热质传递面板，其中所述可湿层包括疏性图案形成流道。
20.一种热质传递面板，包括：
支撑结构；
与所述支撑结构接触的至少一个可湿层，所述可湿层包括一个或多个吸滴特征结构；
与所述可湿层相邻的多个气体接触区；
流体分配系统，所述流体分配系统包括在所述可湿层的入口端处与所述支撑结构相邻的多个上封头；以及
流体收集系统，所述流体收集系统包括在所述可湿层的出口端处与所述支撑结构相邻的多个下封头，每个下封头包括阶梯状特征结构以在所述出口端处形成由所述下封头和所述可湿层限定的贮存器；
其中所述至少一个可湿层在接收到液体除湿剂的重力供给时有效地形成所述液体除湿剂的降膜，
其中在干燥状态下的所述可湿层在300秒或更少的时间内被标称为35重量％的氯化锂溶液的液滴完全湿润，
其中所述可湿层包括纤维取向为基本上平行于所述支撑结构的平面的纤维片，并且所述可湿层包括包含经等离子体处理的纺粘聚酯的纤维片，其中所述可湿层包括微孔隔膜，所述微孔隔膜的平均孔径在0.02至10.0微米的范围内并且最大孔径在0.1至15微米的范围内，其中所述可湿层包括多孔隔膜，所述多孔隔膜包括经等离子体处理的尼龙隔膜，所述尼龙隔膜的表面被氧化并且包含硅氧化物、硅氢化物和/或硅氢氧化物。
21.根据权利要求20所述的热质传递面板，还包括限定在所述上封头与所述支撑结构的表面之间的有效间隙，其中通过所述可湿层的面宽的通量在0.05至20ml/min/inch的范围内。
22.根据权利要求20所述的热质传递面板，其中所述上封头的表面包括疏除湿剂涂层。
23.根据权利要求20所述的热质传递面板，还包括定位在所述上封头与所述支撑结构的表面之间的间隙材料。
24.根据权利要求23所述的热质传递面板，其中第一可湿层与所述支撑结构接触，并且第二可湿层与所述第一可湿层接触，并且所述间隙材料定位在所述第一可湿层与所述第二可湿层之间。
25.根据权利要求24所述的热质传递面板，其中所述第一可湿层和所述第二可湿层包括纺粘聚酯介质，并且所述间隙材料包括有孔的聚合物膜。
26.一种在空气与液体除湿剂之间进行水蒸气交换的方法，所述方法包括：
使根据权利要求1所述的热质传递面板与空气接触，所述空气的水蒸气压不同于在所述热质传递部件的所述可湿层上形成膜的液体除湿剂的平衡蒸气压；
其中所述空气与所述热质传递面板接触后的湿度不同于与所述热质传递面板接触前的湿度。
27.一种制作热质传递面板的方法，所述方法包括：
获得亲水性可湿层；
在所述可湿层的表面上提供一个或多个吸滴特征结构以提供双规格，双规格意指层自身的结构或者与支撑结构的组合的结构具有两种标称上不同的尺寸和/或形状和/或材料和/或特征；
使所述可湿层与支撑结构接触以形成热质传递部件；
靠近所述可湿层的入口端提供流体分配系统并靠近所述可湿层的出口端提供流体收集系统以形成热质传递面板；
其中所述流体分配系统包括在所述可湿层的所述入口端处与所述支撑结构相邻的多个上封头，并且所述流体收集系统包括在所述可湿层的所述出口端处与所述支撑结构相邻的多个下封头，其中在干燥状态下的所述可湿层在300秒或更少的时间内被标称为35重量％的氯化锂溶液的液滴完全湿润，
其中所述可湿层包括纤维取向为基本上平行于所述支撑结构的平面的纤维片，并且所述可湿层包括包含经等离子体处理的纺粘聚酯的纤维片，其中所述可湿层包括微孔隔膜，所述微孔隔膜的平均孔径在0.02至10.0微米的范围内并且最大孔径在0.1至15微米的范围内，其中所述可湿层包括多孔隔膜，所述多孔隔膜包括经等离子体处理的尼龙隔膜，所述尼龙隔膜的表面被氧化并且包含硅氧化物、硅氢化物和/或硅氢氧化物。
28.根据权利要求27所述的方法，包括以如下形式在所述可湿层的表面上提供一个或多个吸滴特征结构以提供双规格的步骤：压印、压延、形成疏性图案、或它们的组合。
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