CN1185447C - 多级液体除湿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级液体除湿方法，属空气调节技术领域，其特征在于：液体除湿分为两级或两级以上，每级的液体独立循环，每级液体的浓度均不同，但级与级之间存在溶液的单向迁移，即由溶液浓度高的级向溶液浓度低的级迁移，溶液浓度最高的级由外界补充一定量的溶液，溶液浓度稀的级向外界排出一定的溶液，从而将待处理的气体，通过各级后成干燥气体。本发明针对现有技术中存在的问题，灵活利用各种冷却方式和气液接触方式，其效率高，传热传质面积小，除湿后的气体露点低，并可以灵活地调节处理后空气的干度。本发明可用于空气、天然气、压缩空气等气体的干度调节。

Description

多级液体除湿方法

                       技术领域

本发明涉及一种多级液体除湿方法，属空气调节技术领域。

                       背景技术

传统的液体除湿一般只有一级，采用逆流或叉流的气液接触方式，如附图1、附图2所示，1为待处理的气体，2为处理过的气体；3为稀溶液，流入再生器(图中未示出)；4为浓溶液，来自再生器；5为除湿循环液，在循环过程中可考虑对除湿液进行冷却(图中未示出冷却液及热交换器)；10为逆流除湿器；20为叉流除湿器。

由于除湿液是不断循环的，其有效的溶液浓度只是除湿器底部液槽中稀溶液的浓度，而不是从再生器流出的浓溶液的浓度。

典型的情况包括美国Kathabar公司的液体除湿器和以色列Drykor公司的除湿器，前者为逆流，后者为叉流。

中国专利CN98811237.X“除湿器装置”及CN00804974.2“除湿器及空气调节系统”描述了Drykor公司的除湿器产品。

其它有关液体除湿的专利包括：CN97115278.0“空气调节方法及其设备”；CN98812934.5“液体干燥剂式除湿器和空调器”；US6216489及6216483“liquid desiccant air conditioner”；US6156102及US6138470“Portable liquid desiccant dehumidifier”和US5351497“low-flow internally-cooled liquid desiccant absorber”等均采用一级除湿方法。

一级液体除湿的缺点是显而易见的：不能形成有效的逆流传质传热，更不能采用非对称的传热(冷却)方式以充分利用自然冷源，也不能针对不同的气体条件采用不同的气液传质手段和传热(冷却)手段。其除湿效率较低；浓稀除湿溶液浓度差小，再生器与除湿器之间的溶液交换量大，传热负荷大，导致再生器效率下降，再生器不易实现多级再生。除湿器体积大，传热传质面积大。同时也不易对处理空气的干度进行调节。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种能灵活调节处理后气体的干度，提高效率，减少传热负荷的多级液体除湿方法。

本发明为多级液体除湿方法，其特征在于：液体除湿分为两级或两级以上，每级的液体独立循环，每级液体的浓度均不同，但级与级之间存在溶液的单向迁移，即由溶液浓度高的级向溶液浓度低的级迁移，溶液浓度最高的级由外界补充一定量的溶液，溶液浓度稀的级向外界排出一定的溶液，从而将待处理的气体，通过各级后成干燥气体。

所述待处理的气体可依次通过各级，被不断的干燥，形成逆流传热传质。

所述各级的循环溶液可选择采用不同的冷却方式或不采用冷却，形成非对称的传热传质。

所述待处理的气体可从同一级吸入，从同一级或不同级排出。

所述待处理的气体可从不同的级吸入，从同一级或不同级排出。

所述各级的气液传质可采用喷淋或填料等方式。

所述待处理的气体可为空气或天然气，压缩空气等。

所谓逆流传热传质，或者说对称传热传质，是指传热传质分布符合或接近逆流传热传质，即传热传质动力均匀，并不代表流体一定是逆向流动。所谓非对称传热传质，是指传热传质动力不均匀，不符合逆流传热传质分布。

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种多级液体除湿方法，其效率高，传热传质面积小，可以灵活利用各种冷却方式和气液接触方式，并能针对各种不同的气体条件进行优化。除湿后的气体露点低，并可以灵活地调节处理后空气的干度。与再生器尤其是集中再生器相配，所需要再生的溶液量大为减少，有利于提高再生器的效率，减小传热负荷及溶液泵的能耗等；同时也利于实现蓄能和溶液的集中再生等。本发明可用于空气、天然气、压缩空气等气体的干度调节。

                        附图说明

图1为现有技术中一级逆流液体除湿原理示意图；

图2为现有技术中一级叉流液体除湿原理示意图；

图3为本发明所述多级液体除湿原理示意图；

图4为对称的传质传热分布图；

图5为非对称的传质传热分布图；

图6为本发明的一种典型实施方案示意图；

图7为本发明的另一种典型实施方案示意图；

图8为图7所示A-A面结构剖视图；

图9为图7所示B-B面结构剖视图；

图10为本发明的又一种典型实施方案示意图；

图11为图8所示A-A面结构剖视图；

图12为图8所示B-B面结构剖视图；

图13为图6所示的具体实施方案示意图。

                    具体实施方式

以下结合附图对现有技术及本发明的具体实施方式作进一步描述：

图1和图2是现有技术中典型的一级液体除湿原理图。图1是气液逆流接触的方式，图中的循环液5可采用冷却介质冷却，图中未示出。从图中可以看出，由于循环液5是循环的，虽然气液是逆流接触的，除湿并未实现真正的逆流传质。

图2是气液叉流接触的方式，当然更不可能实现逆流传热传质。

需要说明的是，循环液5的流量，与浓溶液3或稀溶液4的流量相比，要大数倍或一个数量级，因此在溶液与气体接触(自上而下)的一个循环中，溶液浓度变化很小。

图3中，除湿器30分为I、II、III、IV四级(本发明不限于四级)，虽然每一级均为叉流，由于各级的溶液浓度不一样，四级组合起来，配合相应的循环液5冷却方式，可实现逆流传热传质。

待处理的气体，即高温高湿的气体1先进入第I级，然后依次通过各级，最后变为干燥的气体2。每一级均有其独立的循环液5，其浓度分别为C1、C2、C3、C4。

C1＜C2＜C3＜C4，符合逆流传质的原则，即含湿量高的气体对应稀的溶液，含湿量低的气体对应浓的溶液。对于每一级可分别采用不同的冷却方式或冷却介质，图中未示出循环液的冷却方式。如果冷却介质的布置也依据逆流原则来组合，即第一级的冷却介质温度高，最后一级的冷却介质温度低，这就使得整个除湿过程1→2接近理想的逆流传质传热，即如图4所示的对称传热传质分布(相对于非对新传热传质分布而言，如图5所示)。

在图4、图5中，Ta、Pa分别代表为1→2的气体温度分布和水蒸气的分压分布。T1a、P1a分别代表除湿液的温度分布和水蒸气的分压分布，I、II、III、IV分别对应不同的级。由图4可以看出，气液之间的传质传热动力分布符合逆流传热传质的原则。

再回到图3，3代表在第IV级补充的浓溶液，4代表从第I级流出的稀溶液，6为各级之间迁移的溶液，溶液由高浓度的级向低浓度级迁移。

值得说明的是，每一循环液5的流量较迁移溶液6、浓溶液3、稀溶液4大，循环液5在四级中的总流量较迁移溶液6、浓溶液3、稀溶液4大数倍或一个数量级。

图5为一个非对称的传质传热分布。如图所示，I、II、III级中的溶液平均温度是相同的(对称分布时是不同的)，这是因为在某些条件下，如I、II、III级均采用自然冷源冷却的情况下，I、II、III级可采用同样的自然冷源获得同样的溶液温度而不会增加额外的代价，当然P1a还是不同的，这是因为浓溶液是有代价的。比较非对称传热传质分布与对称传热传质分布，前者的传热传质动力大。

再回到图1，如果在某些特定的条件下，如果循环液的流量5与浓溶液3的流量相同的，二者可合二为一，即溶液直接从除湿装置的上部引入，此时可以实现理想的逆流传质传热分布，但仍不能实现非对称的传质传热分布。

如果将1→2也分为若干段，每段溶液的平均温度是不同的，而不能象图3中所示的那样，前几段的溶液平均温度是相同的。

总之，本发明不仅可实现逆流传热传质分布，还可实现非对称传热传质分布，在很多场合，有利于充分利用自然的或无代价的冷源，增大传质传热动力。

图3中1’、2’分别表示待处理的气体1可以从不同级引入或干燥后的气体2’从不同级排出，以实现对称传热传质或非对称传热传质，或灵活地处理不同的气体和产生不同的气体。

图3中各级气液传质传热方式及相关的冷却方式可采用不同的方式或其混合方式。

图6、图7、图10分别代表了三种典型方式，当然还可以有更多其它的方式，或其混合方式，即不同级可采用不同方式，但均未超出本发明的范围。

图6是一个典型的逆流传质传热分布实现方式。待处理空气1依次与Pd1、Pd2、Pd3、Pd4四级相接触，最后成为干燥空气2。Pd1至Pd4为填料，与此对应有溶液泵P11至P14，溶液泵P11将Pd1底部中的溶液输送至热交换器Hex1进行冷却后从Pd1上部引入，通过合适的液体分布器(图中未示出)分布溶液，溶液在填料中与气体接触，实现传热传质，然后依靠重力流至底部，完成该级溶液的循环，其它级与此相同。填料Pd2、Pd3、Pd4的作用与Pd1相同，热交换器Hex2、Hex3、Hex4与Hex1的作用相同，溶液泵P12、P13、P14与P11相同。

值得说明的是，图中各级之间的填料布置是分开的，这主要是为了说明的方明，事实上大多数情况下是紧连的。另外一点是，图中未示出各级之间溶液的迁移，以及自外部流入Pd4的浓溶液和自Pd1流出的稀溶液。

Hex1的一侧为溶液，另一侧为冷却水，来自Pc4。Pc1至Pc4亦为填料。冷却气体与冷却水在Pc4中接触，冷却水得到冷却。Pw4为水泵，Pw4将Pc4底部的冷却水输送至Hex1，冷却水被加热后回到Pc4顶部，通过布液器后被均匀分布在Pc4中，其与冷却气体进行传热传质后流入Pc4底部，完成一个循环。

其它级与此相同，Pc1、Pc2、Pc3的作用与Pc4相同，Pw1、Pw2、Pw3与Pw4作用相同。C1为冷却气体，C2为经过Pc1、Pc2、Pc3、Pc4各级传热传质后的高温高湿气体。图中同样未示出各级之间水的迁移及水的补充和排出。

值得说明的是，一般需在Pc4补充水，水由温度高的级向温度低的级迁移。此外还需定期将水排空换新水，以防止水中矿物质积累过多。

图7为一种典型的非对称传热传质实现方式。图7中分为5级，40为除湿器，它由冷却通道7和除湿通道8等组成，如图8、9所示，在冷却通道7中，有气体和水两种介质，水沿通道壁流入底部水槽Bw1、Bw2、Bw3、Bw4、Bw5，水在流过其表面的空气中蒸发吸收热量，冷却除湿通道。通道中的水是通过水泵来循环，图中未示出。

冷却通道7被分隔为5段以对应5级，水槽也被分隔为5段。在第一级中，冷却空气由C1-1流入，从C2-1排出，图7中符号⊙表示气体垂直纸面进入，结合图9可以更清楚看出气体的流向。

其它级与第一级相同，C1-2、C1-3、C1-4、C1-5与C1-1功能相同，C2-2、C2-3、C2-4、C2-5对应C2-1。

在除湿通道8中，分为5级，但空气的流动是连续的，即除湿通道8中未有物理隔离和分级设施，但对应不同的级有不同的溶液槽，分别为Bd1、Bd2、Bd3、Bd4、Bd5，其溶液浓度不同，Bd1溶液浓度最小，Bd5溶液浓度最大。

在除湿通道8中，不同级对应冷却通道的不同级。待处理空气1连续的依次通过不同的级变为干燥空气2，在不同级中的溶液浓度不一样，其除湿是通过将溶液均匀分布在壁面上，吸收流过除湿通道空气中的水分来实现的，而除湿过程中产生的热量传递到冷却通道。除湿液通过溶液泵(图中未示出)来循环。除湿液的布液未示出。具体的除湿器40的详细结构亦未在图中示出，图7、图8与图9反映了除湿器40的基本原理。

图10为本发明的第三种典型实现方案，其基本结构与图7的方案类似，不同之处在于：图7中冷却通道7的介质为气体和水，水在气体中蒸发吸收除湿通道的热量，而在图10中，其冷却通道中的介质为水。在图10中，其每一级冷却通道中的水是独立循环的，如在第一级中，冷却水W1-1，进入到冷却通道中，经过如图10中箭头方向所示的上下几个往复，吸收除湿通道中的热量后，变为W2-1后排出。

由图10可知，每一级的冷却通道7中，需分割成几个部分，以利于冷却水按图示的方向流动。

其它级与第一级的情况相同，冷却水W1-2、W1-3、W1-4、W1-5分别对应W1-1，而W2-2、W2-3、W2-4、W2-5分别对应W2-1。图11、图12分别对应图10中A-A、B-B面。同样，图10、图11及图12，与图7、图8、图9类似，只是反映了除湿器50的基本情况，未示出具体的详细结构。

图13是图6所示方法的一个实际算例，图中标示了待处理空气1初始状态温度、经过各级后的状态温度和最终状态温度，同时也标示了冷却空气的初始状态温度、经过各级后的状态温度和最终状态温度。DB表示干球温度，WB表示湿球温度，RH表示相对湿度。

图13中未给出溶液的种类及其浓度，图13中使用的溶液为溴化锂溶液，其最高浓度即浓溶液浓度为58％，最低浓度即稀溶液的浓度为50％。

Claims (7)

1.一种多级液体除湿方法，其特征在于：液体除湿分为两级或两级以上，每级的液体独立循环，每级液体的浓度均不同，但级与级之间存在溶液的单向迁移，即由溶液浓度高的级向溶液浓度低的级迁移，溶液浓度最高的级由外界补充一定量的溶液，溶液浓度稀的级向外界排出一定的溶液，从而将待处理的气体，通过各级后成干燥气体。

2.按权利要求1所述多级液体除湿方法，其特征在于所述待处理的气体依次通过各级，被不断的干燥，形成逆流传热传质。

3.按权利要求1所述多级液体除湿方法，其特征在于所述各级的循环溶液选择采用不同的冷却方式或不采用冷却，形成非对称的传热传质。

4.按权利要求1或2，3所述多级液体除湿方法，其特征在于所述待处理的气体从同一级吸入，从同一级或不同级排出。

5.按权利要求1或2，3所述多级液体除湿方法，其特征在于所述待处理的气体从不同的级吸入，从同一级或不同级排出。

6.按权利要求1或2，3，4所述多级液体除湿方法，其特征在于所述各级的气液传质采用喷淋或填料等方式。

7.按权利要求1或2，3所述多级液体除湿方法，其特征在于所述待处理的气体为空气或天然气，压缩空气。

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