CN1851378A

CN1851378A - 一种以液体为媒介的气体全热交换方法

Info

Publication number: CN1851378A
Application number: CN 200610050601
Authority: CN
Inventors: 叶立英; 萨弗·锐法特
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-29
Filing date: 2006-04-29
Publication date: 2006-10-25

Abstract

本发明公开了一种以液体为媒介的气体全热交换方法。循环液体在间接换热的热源气体与热沉气体之间循环，循环液体与热源气体换热获得热量，循环液体与热沉气体换热释放热量，热源气体的热量通过液体传递给热沉气体，实现热源气体与热沉气体之间的换热，循环液体与气体的换热是逆流换热，循环液体的循环是通过流体驱动设备实现的，循环液体的循环流量须通过流量调节装置进行调节。本发明具有简单、实用、高效节能等优点，运用该方法制作的系统成本低，体积小，效率高，系统灵活。该方法尤其适用于流量大，热沉气体与热源气体相距较远的场合。

Description

一种以液体为媒介的气体全热交换方法

技术领域

本发明涉及一种以液体为媒介的气体全热交换方法。

背景技术

本发明涉及一种以液体为媒介的气体全热交换方法，即液体在不直接换热的热沉气体与热源气体之间循环，液体与热源气体换热获得热量，液体与热沉气体换热释放热量，热源气体的热量通过液体传递给热沉气体，实现热源气体与热沉气体之间的换热。

现有的换热方式分为直接式换热和蓄热式换热，前者主要是采用有两个隔离换热通道的热交换器实现气体的直接换热。蓄热式换热器主要有两种形式，一种是热转轮式换热器，另一种是双塔式的换热器。前者，转轮的一半吸热，另一半放热，吸热与放热通过转轮的旋转来实现，后者是一个塔吸热，另一塔放热，气体通过阀门控制交替通过两个塔，实现气体的换热。两者均是以固体蓄热物质为媒介，即热源气体将热量传递给固体蓄热物质，再从固体蓄热物质释放热量给热沉气体。

上述两种方式均有其缺陷，直接热式要求换热气体均通过一个热交换器直接换热，这对于大流量的气体换热，尤其是热源气体与热沉气体相距甚远的情况，十分不适宜，有时甚至是不可能实现的。

而对于蓄热式换热器，其蓄能与能量释放的转换结构较复杂。

两者均不适合多个热源气体与多个热沉气体之间的换热，采用上述两种形式的换热方式进行多个热源气体与多个热沉气体之间的换热，会使得换热系统非常复杂，设备制造难度大。

还有一种气体换热方式，是采用热管进行换热，采用热管换热也有其局限性，如制造成本高，不同温度换热所需要的媒介不一样，热管传热的距离不能太长等。

发明内容

本发明在于提供一种以液体为媒介的气体全热交换方法。

它是循环液体在间接换热的热源气体与热沉气体之间循环，循环液体与热源气体换热获得热量，循环液体与热沉气体换热释放热量，热源气体的热量通过液体传递给热沉气体，实现热源气体与热沉气体之间的换热，循环液体与气体的换热是逆流换热，循环液体的循环是通过流体驱动设备实现的，循环液体的循环流量须通过流量调节装置进行调节。

所述的液体流量调节是根据液体和气体的特性及两股气体的流量来进行，液体流量的最佳值为：Q＝min(L1，L2)×η×Δh/η_t×c×Δt。流量调节是自动调节。循环液体与气体的换热是通过循环液体与气体直接接触实现的。循环液体与气体的换热是通过液体可渗透的气液间壁来实现的。循环液体与气体的换热是通过液体不可渗透的气液间壁来实现的，热源气体换热过程中产生的冷凝液须输送至热沉气体中蒸发。热沉气体与热源气体之间有多个循环液体的循环。热源气体、热沉气体为一个或多个。在液体循环过程中，引入热源气体和热沉气体以外的冷热源。所述的气体是空气，液体是盐溶液或水。

本发明充分利用液体的特性，如流动性等实现气体全热交换。通过液体与气体的逆流换热及气体与液体流量的匹配，实现气体间的高效全热交换。本发明易于实现大流量气体之间全热交换，易于实现相距较远，或不能直接接触的气体之间的全热交换。

本发明简单可行的实现了多个气体间的全热交换，具有简单、灵活、实用、高效节能等优点，运用该方法制造的系统成本低，设备体积小，换热效率高，系统灵活。

本发明为原来不可能进行换热的场合，如换热气体相距遥远，两股气体不能直接接触等情况，提供了一种可行的换热方法，可广泛应用于工业领域的废热利用，空调系统的能量利用等场合。

附图说明

图1是以液体为媒介的气体全热交换方法的原理示意图；

图2是本发明的液体与气体换热方式示意图；

图3是本发明的多个热沉气体与多个热源气体换热示意图；

图4是本发明的引入其它冷热源时换热示意图；

图5是本发明的空气全热回收示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明利用液体循环进行气体间的换热。循环液体在间接换热的热源气体与热沉气体之间循环，循环液体与热源气体换热获得热量，循环液体与热沉气体换热释放热量，热源气体的热量通过液体传递给热沉气体，实现热源气体与热沉气体之间的换热，循环液体与气体的换热是逆流换热，循环液体的循环是通过流体驱动设备实现的，循环液体的循环流量需通过流量调节装置进行调节。

液体循环包括闭式循环和开式循环两种方式，气体之间的换热，可通过多个液体循环实现，如图1(a)，1(b)，1(c)所示。

图1(a)为循环液体闭式循环的情形，1为气液换热装置I，其中有热源气体L1流过，液体Q通过循环C进入1，在其中吸收热量，2为气液换热装置II，其中有热沉气体L2流过，液体Q通过循环C进入2，在其中释放热量，循环C构成一个封闭循环。液体Q通过泵3驱动，其流量调节通过流量调节装置4进行，液体Q与气体L₁，L₂的换热为逆流换热。

在逆流换热情况下，两股气体L1，L2的最大换热量为Δh×min(L1，L2)，其中Δh为两股气体的最大焓差，min(L1，L2)为两股气体中的最小流量。而循环液体能够携带的最大热量为Q×Δt×c，其中Q为液体流量，Δt为两股气体间的最大温差，c为液体的比热。

在一定的气体全热交换效率η情况下，需要的换热量为η×Δh×min(L1，L2)。

在一定气液交换效率η_t情况下，循环液体能够携带的热量为η_t×Q×Δt×c。

上述两个热量相等，即η×Δh×min(L1，L2)＝η_t×Q×Δt×c。

所以Q＝η×Δh×min(L1，L2)/(η_t×Δt×c)。

即在保证效率η、η_t的情况下，所需流量如上式所示。

由于气体流量L₁，L₂，以及最大焓差，最大温差均会随着负荷变动，所以流量调节采取自动调节，可以实现最佳的全热交换效率。

由于图1(a)中循环液体采用的是闭式循环，热源气体中的冷凝液体(con)需通过某种方式，如图1-a中泵5，输送至热沉气体蒸发吸热，使得循环液体在热源气体中所吸取的热量能在热沉气体中得以释放，从而实现两股气体的全热交换。

图1(b)中，循环液体的循环是开式循环，循环液体与气体直接接触或通过液体可渗透的气液间壁接触，两种情形均使得循环液体中的循环有别于图1-a中情形。即循环液体Q从气液换热装置II的底部经泵3输送至气液换热装置I的顶部，并与逆向流动的热源气体L₁进行逆流换热，吸取热量后，落入气液换热装置I的底部，落入I底部的液体Q再经泵3输送至气液换热装置II的顶部，并与逆向流动的热沉气体L₂进行逆流换热，释放热量后，落入气液换热装置II的底部，从而完成一个循环。

如图1(b)所示，完成一个循环需要两个泵3，即液体从气液装置I底部至气液装置II的顶部需要一个泵，而液体从气液换热装置II的底部至气液换热装置I的顶部也需要一个泵。其流量调节也是独立的，因而有两个独立调节装置4。为了避免两股流量的不平衡，可在两个气液装置之间设置一个平衡装置进行液体平衡。图1-b中未示出。

图1(c)表示气体之间的换热，可通过多个液体循环实现，图1-c中示出了二个循环C和C’，其中循环的液体分别为Q和Q’。事实上，气体之间的循环数可多于2个。

图2表示气液换热的方式。图2中有4个图例，代表气液换热的不同方式。

图2(a)中，在气液换热装置1或者2中，气体L₁或L₂与液体Q直接接触，即L₁或L₂如图所示自上而下，而液体Q经喷嘴7雾化后与气体L₁或L₂逆流接触，实现气体与液体逆流换热，气体换热后从气液换热装置上部排出，而液体Q落入下部的液槽6。

图2(b)中，气体L₁或L₂与液体Q，也是通过直接接触换热，与图2-a中不同的是，图2-a采用喷嘴雾化液体实现气液接触，而图2-b中通过气液接触填料8实现气液接触。

图2(c)中，气体与液体不是直接接触进行换热。液体Q进入热交换器9，液体Q与气体L₁或L₂间接换热。液体Q从热交换上部流入，下部流出。

图2(d)中的热交换器可为管翅式热交换器，光管式热交换器等。

热交换器的壁10可采用渗透性的材料制作，允许液体从壁中渗透出来并与气体接触。从而同时实现气液间的同时传热与传质。

图2(d)中热交换器11为板式结构，有液体通道13和气体通道12，液体从上部进入通道13，从下部排出液体通道，气体与液体通道的壁允许气体与液体进行换热。与图2-c类似，气体与液体通道之间的壁也可采用液体可渗透的材料制作，实现气液间的同时传热与传质。

图3表示液体在多股热沉气流与热源气流间的换热，图3尽管只示出二股热沉气流和二股热源气流，并不代表热沉气流和热源气流只能有二股，事实上，它们均可有多股。此外也允许热沉气流与热源气流的数目不一致，如一股热沉气流与二股热源气流进行换热，或三股热沉气流与二股热源气流进行换热。

图4表示可对液体进行加热和冷却。图4中液体Q在进入气液换热装置1之前，先被冷源14冷却，然后与气体L₁接触，吸收L₁的热量，并使L₁冷却，流出1的液体Q在进入气液换热装置2之前，先被热源15加热，然后与气体L₂接触，释放热量给L₂，并使L₂加热。

图5表示利用除湿液Q在两股空气之间循环，实现二股空气的全热回收。

除湿液体Q从气液换热装置1的上部进入，气液换热装置1上部有气液热交换器11，实现空气与液体间的热交换，1的下部有气液直接接触填料8，实现空气与液体间的传热与传质。液体3在4中吸收热量并除湿，使空气L₁温度和湿度降低，液体Q温度升高，浓度降低。空气L₁从4的上部排出，除湿液流入下部液槽6，流入下部液槽6的液体通过泵16输送至2的上部，同样经过2中的11与8与空气L₂进行热交换，使得L₂被加热加湿后流出与2，除湿液被冷却和浓缩后流入2下部的液槽6，最后再通过泵16输送至1的上部，从而完成一个循环，并实现L₁与L₂的全热交换。

Claims

1.一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：循环液体在间接换热的热源气体与热沉气体之间循环，循环液体与热源气体换热获得热量，循环液体与热沉气体换热释放热量，热源气体的热量通过液体传递给热沉气体，实现热源气体与热沉气体之间的换热，循环液体与气体的换热是逆流换热，循环液体的循环是通过流体驱动设备实现的，循环液体的循环流量须通过流量调节装置进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的液体流量调节是根据液体和气体的特性及两股气体的流量来进行，液体流量的最佳值为：Q＝min(L1，L2)×η×Δh/η_t×c×Δt。

3.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的流量调节是自动调节。

4.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的循环液体与气体的换热是通过循环液体与气体直接接触实现的。

5.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的循环液体与气体的换热是通过液体可渗透的气液间壁来实现的。

6.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的循环液体与气体的换热是通过液体不可渗透的气液间壁来实现的，热源气体换热过程中产生的冷凝液需输送至热沉气体中蒸发。

7.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的热沉气体与热源气体之间有多个循环液体的循环。

8.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的热源气体、热沉气体为一个或多个。

9.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：在液体循环过程中，引入热源气体和热沉气体以外的冷热源。

10.根据权利要求1所述的一种以液体为媒介的气体全热交换方法，其特征在于：所述的气体是空气，所述的液体是盐溶液或水。