專利名稱：一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，即液體在不直接換熱的熱沉氣體與熱源氣體之間循環(huán)，液體與熱源氣體換熱獲得熱量，液體與熱沉氣體換熱釋放熱量，熱源氣體的熱量通過液體傳遞給熱沉氣體，實現(xiàn)熱源氣體與熱沉氣體之間的換熱。
現(xiàn)有的換熱方式分為直接式換熱和蓄熱式換熱，前者主要是采用有兩個隔離換熱通道的熱交換器實現(xiàn)氣體的直接換熱。蓄熱式換熱器主要有兩種形式，一種是熱轉(zhuǎn)輪式換熱器，另一種是雙塔式的換熱器。前者，轉(zhuǎn)輪的一半吸熱，另一半放熱，吸熱與放熱通過轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，后者是一個塔吸熱，另一塔放熱，氣體通過閥門控制交替通過兩個塔，實現(xiàn)氣體的換熱。兩者均是以固體蓄熱物質(zhì)為媒介，即熱源氣體將熱量傳遞給固體蓄熱物質(zhì)，再從固體蓄熱物質(zhì)釋放熱量給熱沉氣體。
上述兩種方式均有其缺陷，直接熱式要求換熱氣體均通過一個熱交換器直接換熱，這對于大流量的氣體換熱，尤其是熱源氣體與熱沉氣體相距甚遠的情況，十分不適宜，有時甚至是不可能實現(xiàn)的。
而對于蓄熱式換熱器，其蓄能與能量釋放的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
兩者均不適合多個熱源氣體與多個熱沉氣體之間的換熱，采用上述兩種形式的換熱方式進行多個熱源氣體與多個熱沉氣體之間的換熱，會使得換熱系統(tǒng)非常復(fù)雜，設(shè)備制造難度大。
還有一種氣體換熱方式，是采用熱管進行換熱，采用熱管換熱也有其局限性，如制造成本高，不同溫度換熱所需要的媒介不一樣，熱管傳熱的距離不能太長等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法。
它是循環(huán)液體在間接換熱的熱源氣體與熱沉氣體之間循環(huán)，循環(huán)液體與熱源氣體換熱獲得熱量，循環(huán)液體與熱沉氣體換熱釋放熱量，熱源氣體的熱量通過液體傳遞給熱沉氣體，實現(xiàn)熱源氣體與熱沉氣體之間的換熱，循環(huán)液體與氣體的換熱是逆流換熱，循環(huán)液體的循環(huán)是通過流體驅(qū)動設(shè)備實現(xiàn)的，循環(huán)液體的循環(huán)流量須通過流量調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)。
所述的液體流量調(diào)節(jié)是根據(jù)液體和氣體的特性及兩股氣體的流量來進行，液體流量的最佳值為Q＝min(L1，L2)×η×Δh/ηt×c×Δt。流量調(diào)節(jié)是自動調(diào)節(jié)。循環(huán)液體與氣體的換熱是通過循環(huán)液體與氣體直接接觸實現(xiàn)的。循環(huán)液體與氣體的換熱是通過液體可滲透的氣液間壁來實現(xiàn)的。循環(huán)液體與氣體的換熱是通過液體不可滲透的氣液間壁來實現(xiàn)的，熱源氣體換熱過程中產(chǎn)生的冷凝液須輸送至熱沉氣體中蒸發(fā)。熱沉氣體與熱源氣體之間有多個循環(huán)液體的循環(huán)。熱源氣體、熱沉氣體為一個或多個。在液體循環(huán)過程中，引入熱源氣體和熱沉氣體以外的冷熱源。所述的氣體是空氣，液體是鹽溶液或水。
本發(fā)明充分利用液體的特性，如流動性等實現(xiàn)氣體全熱交換。通過液體與氣體的逆流換熱及氣體與液體流量的匹配，實現(xiàn)氣體間的高效全熱交換。本發(fā)明易于實現(xiàn)大流量氣體之間全熱交換，易于實現(xiàn)相距較遠，或不能直接接觸的氣體之間的全熱交換。
本發(fā)明簡單可行的實現(xiàn)了多個氣體間的全熱交換，具有簡單、靈活、實用、高效節(jié)能等優(yōu)點，運用該方法制造的系統(tǒng)成本低，設(shè)備體積小，換熱效率高，系統(tǒng)靈活。
本發(fā)明為原來不可能進行換熱的場合，如換熱氣體相距遙遠，兩股氣體不能直接接觸等情況，提供了一種可行的換熱方法，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的廢熱利用，空調(diào)系統(tǒng)的能量利用等場合。


圖1是以液體為媒介的氣體全熱交換方法的原理示意圖；圖2是本發(fā)明的液體與氣體換熱方式示意圖；圖3是本發(fā)明的多個熱沉氣體與多個熱源氣體換熱示意圖；圖4是本發(fā)明的引入其它冷熱源時換熱示意圖；圖5是本發(fā)明的空氣全熱回收示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明利用液體循環(huán)進行氣體間的換熱。循環(huán)液體在間接換熱的熱源氣體與熱沉氣體之間循環(huán)，循環(huán)液體與熱源氣體換熱獲得熱量，循環(huán)液體與熱沉氣體換熱釋放熱量，熱源氣體的熱量通過液體傳遞給熱沉氣體，實現(xiàn)熱源氣體與熱沉氣體之間的換熱，循環(huán)液體與氣體的換熱是逆流換熱，循環(huán)液體的循環(huán)是通過流體驅(qū)動設(shè)備實現(xiàn)的，循環(huán)液體的循環(huán)流量需通過流量調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)。
液體循環(huán)包括閉式循環(huán)和開式循環(huán)兩種方式，氣體之間的換熱，可通過多個液體循環(huán)實現(xiàn)，如圖1(a)，1(b)，1(c)所示。
圖1(a)為循環(huán)液體閉式循環(huán)的情形，1為氣液換熱裝置I，其中有熱源氣體L1流過，液體Q通過循環(huán)C進入1，在其中吸收熱量，2為氣液換熱裝置II，其中有熱沉氣體L2流過，液體Q通過循環(huán)C進入2，在其中釋放熱量，循環(huán)C構(gòu)成一個封閉循環(huán)。液體Q通過泵3驅(qū)動，其流量調(diào)節(jié)通過流量調(diào)節(jié)裝置4進行，液體Q與氣體L1，L2的換熱為逆流換熱。
在逆流換熱情況下，兩股氣體L1，L2的最大換熱量為Δh×min(L1，L2)，其中Δh為兩股氣體的最大焓差，min(L1，L2)為兩股氣體中的最小流量。而循環(huán)液體能夠攜帶的最大熱量為Q×Δt×c，其中Q為液體流量，Δt為兩股氣體間的最大溫差，c為液體的比熱。
在一定的氣體全熱交換效率η情況下，需要的換熱量為η×Δh×min(L1，L2)。
在一定氣液交換效率ηt情況下，循環(huán)液體能夠攜帶的熱量為ηt×Q×Δt×c。
上述兩個熱量相等，即η×Δh×min(L1，L2)＝ηt×Q×Δt×c。
所以Q＝η×Δh×min(L1，L2)/(ηt×Δt×c)。
即在保證效率η、ηt的情況下，所需流量如上式所示。
由于氣體流量L1，L2，以及最大焓差，最大溫差均會隨著負荷變動，所以流量調(diào)節(jié)采取自動調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)最佳的全熱交換效率。
由于圖1(a)中循環(huán)液體采用的是閉式循環(huán)，熱源氣體中的冷凝液體(con)需通過某種方式，如圖1-a中泵5，輸送至熱沉氣體蒸發(fā)吸熱，使得循環(huán)液體在熱源氣體中所吸取的熱量能在熱沉氣體中得以釋放，從而實現(xiàn)兩股氣體的全熱交換。
圖1(b)中，循環(huán)液體的循環(huán)是開式循環(huán)，循環(huán)液體與氣體直接接觸或通過液體可滲透的氣液間壁接觸，兩種情形均使得循環(huán)液體中的循環(huán)有別于圖1-a中情形。即循環(huán)液體Q從氣液換熱裝置II的底部經(jīng)泵3輸送至氣液換熱裝置I的頂部，并與逆向流動的熱源氣體L1進行逆流換熱，吸取熱量后，落入氣液換熱裝置I的底部，落入I底部的液體Q再經(jīng)泵3輸送至氣液換熱裝置II的頂部，并與逆向流動的熱沉氣體L2進行逆流換熱，釋放熱量后，落入氣液換熱裝置II的底部，從而完成一個循環(huán)。
如圖1(b)所示，完成一個循環(huán)需要兩個泵3，即液體從氣液裝置I底部至氣液裝置II的頂部需要一個泵，而液體從氣液換熱裝置II的底部至氣液換熱裝置I的頂部也需要一個泵。其流量調(diào)節(jié)也是獨立的，因而有兩個獨立調(diào)節(jié)裝置4。為了避免兩股流量的不平衡，可在兩個氣液裝置之間設(shè)置一個平衡裝置進行液體平衡。圖1-b中未示出。
圖1(c)表示氣體之間的換熱，可通過多個液體循環(huán)實現(xiàn)，圖1-c中示出了二個循環(huán)C和C’，其中循環(huán)的液體分別為Q和Q’。事實上，氣體之間的循環(huán)數(shù)可多于2個。
圖2表示氣液換熱的方式。圖2中有4個圖例，代表氣液換熱的不同方式。
圖2(a)中，在氣液換熱裝置1或者2中，氣體L1或L2與液體Q直接接觸，即L1或L2如圖所示自上而下，而液體Q經(jīng)噴嘴7霧化后與氣體L1或L2逆流接觸，實現(xiàn)氣體與液體逆流換熱，氣體換熱后從氣液換熱裝置上部排出，而液體Q落入下部的液槽6。
圖2(b)中，氣體L1或L2與液體Q，也是通過直接接觸換熱，與圖2-a中不同的是，圖2-a采用噴嘴霧化液體實現(xiàn)氣液接觸，而圖2-b中通過氣液接觸填料8實現(xiàn)氣液接觸。
圖2(c)中，氣體與液體不是直接接觸進行換熱。液體Q進入熱交換器9，液體Q與氣體L1或L2間接換熱。液體Q從熱交換上部流入，下部流出。
圖2(d)中的熱交換器可為管翅式熱交換器，光管式熱交換器等。
熱交換器的壁10可采用滲透性的材料制作，允許液體從壁中滲透出來并與氣體接觸。從而同時實現(xiàn)氣液間的同時傳熱與傳質(zhì)。
圖2(d)中熱交換器11為板式結(jié)構(gòu)，有液體通道13和氣體通道12，液體從上部進入通道13，從下部排出液體通道，氣體與液體通道的壁允許氣體與液體進行換熱。與圖2-c類似，氣體與液體通道之間的壁也可采用液體可滲透的材料制作，實現(xiàn)氣液間的同時傳熱與傳質(zhì)。
圖3表示液體在多股熱沉氣流與熱源氣流間的換熱，圖3盡管只示出二股熱沉氣流和二股熱源氣流，并不代表熱沉氣流和熱源氣流只能有二股，事實上，它們均可有多股。此外也允許熱沉氣流與熱源氣流的數(shù)目不一致，如一股熱沉氣流與二股熱源氣流進行換熱，或三股熱沉氣流與二股熱源氣流進行換熱。
圖4表示可對液體進行加熱和冷卻。圖4中液體Q在進入氣液換熱裝置1之前，先被冷源14冷卻，然后與氣體L1接觸，吸收L1的熱量，并使L1冷卻，流出1的液體Q在進入氣液換熱裝置2之前，先被熱源15加熱，然后與氣體L2接觸，釋放熱量給L2，并使L2加熱。
圖5表示利用除濕液Q在兩股空氣之間循環(huán)，實現(xiàn)二股空氣的全熱回收。
除濕液體Q從氣液換熱裝置1的上部進入，氣液換熱裝置1上部有氣液熱交換器11，實現(xiàn)空氣與液體間的熱交換，1的下部有氣液直接接觸填料8，實現(xiàn)空氣與液體間的傳熱與傳質(zhì)。液體3在4中吸收熱量并除濕，使空氣L1溫度和濕度降低，液體Q溫度升高，濃度降低?？諝釲1從4的上部排出，除濕液流入下部液槽6，流入下部液槽6的液體通過泵16輸送至2的上部，同樣經(jīng)過2中的11與8與空氣L2進行熱交換，使得L2被加熱加濕后流出與2，除濕液被冷卻和濃縮后流入2下部的液槽6，最后再通過泵16輸送至1的上部，從而完成一個循環(huán)，并實現(xiàn)L1與L2的全熱交換。
權(quán)利要求
1.一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于循環(huán)液體在間接換熱的熱源氣體與熱沉氣體之間循環(huán)，循環(huán)液體與熱源氣體換熱獲得熱量，循環(huán)液體與熱沉氣體換熱釋放熱量，熱源氣體的熱量通過液體傳遞給熱沉氣體，實現(xiàn)熱源氣體與熱沉氣體之間的換熱，循環(huán)液體與氣體的換熱是逆流換熱，循環(huán)液體的循環(huán)是通過流體驅(qū)動設(shè)備實現(xiàn)的，循環(huán)液體的循環(huán)流量須通過流量調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的液體流量調(diào)節(jié)是根據(jù)液體和氣體的特性及兩股氣體的流量來進行，液體流量的最佳值為Q＝min(L1，L2)×η×Δh/ηt×c×Δt。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的流量調(diào)節(jié)是自動調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的循環(huán)液體與氣體的換熱是通過循環(huán)液體與氣體直接接觸實現(xiàn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的循環(huán)液體與氣體的換熱是通過液體可滲透的氣液間壁來實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的循環(huán)液體與氣體的換熱是通過液體不可滲透的氣液間壁來實現(xiàn)的，熱源氣體換熱過程中產(chǎn)生的冷凝液需輸送至熱沉氣體中蒸發(fā)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的熱沉氣體與熱源氣體之間有多個循環(huán)液體的循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的熱源氣體、熱沉氣體為一個或多個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于在液體循環(huán)過程中，引入熱源氣體和熱沉氣體以外的冷熱源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法，其特征在于所述的氣體是空氣，所述的液體是鹽溶液或水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以液體為媒介的氣體全熱交換方法。循環(huán)液體在間接換熱的熱源氣體與熱沉氣體之間循環(huán)，循環(huán)液體與熱源氣體換熱獲得熱量，循環(huán)液體與熱沉氣體換熱釋放熱量，熱源氣體的熱量通過液體傳遞給熱沉氣體，實現(xiàn)熱源氣體與熱沉氣體之間的換熱，循環(huán)液體與氣體的換熱是逆流換熱，循環(huán)液體的循環(huán)是通過流體驅(qū)動設(shè)備實現(xiàn)的，循環(huán)液體的循環(huán)流量須通過流量調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有簡單、實用、高效節(jié)能等優(yōu)點，運用該方法制作的系統(tǒng)成本低，體積小，效率高，系統(tǒng)靈活。該方法尤其適用于流量大，熱沉氣體與熱源氣體相距較遠的場合。
文檔編號F28D19/00GK1851378SQ20061005060
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者葉立英, 薩弗·銳法特 申請人:葉立英