使用選擇性傳遞膜的流體處理系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本文公開了用于對(duì)來自流體的組分進(jìn)行冷卻和/或從流體分離該組分的系統(tǒng)和方法。此類系統(tǒng)和方法可包括分離器(例如除濕器)、制冷器和/或氣體發(fā)生器中的一個(gè)或多個(gè)，它們中的每一個(gè)可包括選擇性傳遞膜。此類系統(tǒng)和方法可用于廣泛的應(yīng)用，包括例如對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和/或除濕。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本專利申請(qǐng)要求2010年9月7日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/380,520的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)全文以引用方式并入本文中。
技術(shù)介紹
如今的絕大多數(shù)熱泵和制冷系統(tǒng)采用在蒸氣-壓縮動(dòng)力學(xué)循環(huán)上的變化。這種方法改變惰性工作流體的壓力以調(diào)控其相關(guān)的飽和溫度，這使得可以在流體改變相時(shí)橫跨金屬表面?zhèn)鬟f顯熱。該技術(shù)是成熟的，并且已深入發(fā)展，但仍存在一些缺陷。例如，許多最高效的制冷劑對(duì)大氣具有不期望的效應(yīng)，例如由氯氟烴(CFC)和氫氯氟烴(HCFC)制冷劑造成的臭氧層耗竭。雖然氫氟烴(HFC)制冷劑不消耗臭氧層，但其具有顯著的直接全球變暖潛勢(shì)(GWP)。盡管制冷劑通常包含在封閉系統(tǒng)中，但目前的工業(yè)實(shí)踐在2007年通過釋放這些高全球變暖潛勢(shì)(GWP)氣體而向大氣中增加了 144.9公噸C02的等同物。此外，使用在隔離制冷劑的壁上的顯熱傳遞往往需要在濕空氣的飽和溫度以下的過冷卻，以通過冷凝降低其水含量，該要求限制了過程的可能熱力學(xué)效率。因此，一直需要改善的空調(diào)和制冷系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一個(gè)方面，本專利技術(shù)提供一種用于獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣流，其中除濕器包括第一選擇性傳遞膜，該第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于濕空氣在一定條件下在第一膜的第一表面附近的流入和除濕后的空氣在第一膜的第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過第一膜輸送至第一膜的第二表面，以在第一膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；提供穿過冷卻器的暖空氣的流動(dòng)以提供冷卻后的空氣流，其中冷卻器包括熱交換器，該熱交換器用于使用冷卻后的含水液體進(jìn)行冷卻且被構(gòu)造用于流過交換器的暖空氣的流入和冷卻后的空氣的流出，暖空氣的流入導(dǎo)致變暖的液體，并且其中熱交換器被構(gòu)造成使變暖的液體流到制冷器，其中制冷器包括第二選擇性傳遞膜，該第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于變暖的液體在一定條件下在第二膜的第一表面附近的流入和變冷后的液體在第二膜的第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過第二膜輸送至第二膜的第二表面，以在第二膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；以及通過氣體發(fā)生器對(duì)分離后的水蒸氣加壓以便除去，其中氣體發(fā)生器包括第三選擇性傳遞膜，該第三選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使分離后的水蒸氣在一定條件下在第三膜的第一表面附近流動(dòng)，所述條件足以允許水蒸氣的至少一部分穿過第三膜輸送至第三膜的第二表面。在某些實(shí)施例中，用于獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的上述方法還可包括一種用于通過使用第四選擇性傳遞膜從第二含水液體傳遞水而補(bǔ)充熱交換器所用的含水液體中的水的方法，其中鄰近第四膜的第一表面的第二含水液體中的水的濃度足夠高于鄰近第四膜的第二表面的熱交換器含水液體中的水的濃度，以造成水從第四膜的第一表面向第四膜的第二表面的正向滲透，同時(shí)基本上限制鄰近第四膜的第一表面的第二含水液體的其它組分向第四膜的第二表面的傳遞，從而增加鄰近第四膜的第二表面的熱交換器含水液體中的水的濃度。在一些實(shí)施例中，在第四膜的第一和第二表面之間的水濃度的差異由增加水的分壓的熱梯度引起。熱梯度可以例如通過使用例如太陽能熱源、地?zé)岷?或廢熱排放捕獲環(huán)境溫差而引起?？蛇x地，第二含水液體還可包括諸如防凍劑的添加劑?？蛇x地，第二含水液體還可包括溶解的鹽和/或礦物。此類用于補(bǔ)充水的方法可根據(jù)需要用于本文所述其它系統(tǒng)和方法中。在另一個(gè)實(shí)施例中，本專利技術(shù)提供一種用于獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括:除濕器，其被構(gòu)造成提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣的流，其中除濕器包括第一選擇性傳遞膜，該第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于濕空氣在第一膜的第一表面附近的流入和除濕后的空氣在第一膜的第一表面附近的流出，所述濕空氣的流入允許水蒸氣穿過第一膜輸送至第一膜的第二表面，以在第一膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；冷卻器，其被構(gòu)造成提供穿過冷卻器的暖空氣的流動(dòng)以提供冷卻后的空氣流，其中冷卻器包括熱交換器，該熱交換器用于使用冷卻后的含水液體進(jìn)行冷卻且被構(gòu)造用于流過交換器的暖空氣的流入和冷卻后的空氣的流出，暖空氣的流入導(dǎo)致變暖的液體，并且其中熱交換器被構(gòu)造成使變暖的液體流到制冷器，其中制冷器包括第二選擇性傳遞膜，該第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于變暖的液體在第二膜的第一表面附近的流入和變冷后的液體在第二膜的第一表面附近的流出，所述變暖的液體的流入允許水蒸氣穿過第二膜輸送至第二膜的第二表面，以在第二膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；以及氣體發(fā)生器，其被構(gòu)造成通過氣體發(fā)生器對(duì)分離后的水蒸氣加壓并除去，其中氣體發(fā)生器包括第三選擇性傳遞膜，該第三選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使分離后的水蒸氣在第三膜的第一表面附近流動(dòng)，以允許水蒸氣的至少一部分穿過第三膜輸送至第三膜的第二表面。在另一方面，本專利技術(shù)提供一種用于對(duì)空氣除濕的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣的流，其中除濕器包括第一選擇性傳遞膜，該第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于濕空氣在一定條件下在第一膜的第一表面附近的流入和除濕后的空氣在第一膜的第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過第一膜輸送至第一膜的第二表面，以在第一膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；以及通過氣體發(fā)生器對(duì)分離后的水蒸氣加壓并除去，其中氣體發(fā)生器包括第二選擇性傳遞膜，該第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使分離后的水蒸氣在一定條件下在第二膜的第一表面附近流動(dòng)，所述條件足以允許水蒸氣的至少一部分穿過第二膜輸送至第二膜的第二表面。在另一方面，本專利技術(shù)提供一種用于對(duì)空氣除濕的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括:除濕器，其被構(gòu)造成提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣的流，其中除濕器包括第一選擇性傳遞膜，該第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于濕空氣在第一膜的第一表面附近的流入和除濕后的空氣在第一膜的第一表面附近的流出，所述濕空氣的流入允許水蒸氣穿過第一膜輸送至第一膜的第二表面，以在第一膜的第二表面附近提供分離后的水蒸氣；以及氣體發(fā)生器，其被構(gòu)造成通過氣體發(fā)生器對(duì)分離后的水蒸氣進(jìn)行加壓并除去，其中氣體發(fā)生器包括第二選擇性傳遞膜，該第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使分離后的水蒸氣在第二膜的第一表面附近流動(dòng)，以允許水蒸氣的至少一部分穿過第二膜輸送至第二膜的第二表面。在另一方面，本專利技術(shù)提供一種用于獨(dú)立地對(duì)來自流體(例如濕空氣)的組分(例如水)進(jìn)行冷卻和分離的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:提供具有第一組分的流體穿過分離器的流動(dòng)，以提供分離后的第一組分和至少一部分已除去第一組分的流體的流，其中分離器包括第一選擇性傳遞膜，該第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于具有第一組分的流體在一定條件下在第一膜的第一表面附近的流入和具有至少一部分第一組分已被除去的流體在第一膜的第一表面附近的流出，所述條件足以允許第一組分的至少一部分穿過第一膜輸送至第一膜的第二表面，以在第一膜的第二表面的附近提供分離后的第一組分(例如，水蒸氣)；提供穿過冷卻器的暖流體的流動(dòng)以提供冷卻后的流體流，其中冷卻器包括熱交換器，該熱交換器用于使用具有第二組分(例如水)的冷卻后的液體(例如，含水液體，其可選地包括諸如防腐蝕添加劑和防凍劑的添加劑本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.09.07 US 61/380,5201.一種用于獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的方法，所述方法包括: 提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣的流，其中所述除濕器包括第一選擇性傳遞膜，所述第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述濕空氣在一定條件下在所述第一膜的第一表面附近的流入和所述除濕后的空氣在所述第一膜的所述第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過所述第一膜輸送至所述第一膜的第二表面，以在所述第一膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣； 提供穿過冷卻器的暖空氣的流動(dòng)以提供冷卻后的空氣流，其中所述冷卻器包括熱交換器，所述熱交換器用于使用冷卻后的含水液體進(jìn)行冷卻且被構(gòu)造用于流過所述交換器的暖空氣的流入和所述冷卻后的空氣的流出，所述暖空氣的所述流入導(dǎo)致變暖的液體，并且其中所述熱交換器被構(gòu)造成使所述變暖的液體流到制冷器，其中所述制冷器包括第二選擇性傳遞膜，所述第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述變暖的液體在一定條件下在所述第二膜的第一表面附近的流入和所述變冷后的液體在所述第二膜的所述第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過所述第二膜輸送至所述第二膜的第二表面，以在所述第二膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣；以及 通過氣體發(fā)生器加壓所述分離后的水蒸氣以便除去，其中所述氣體發(fā)生器包括第三選擇性傳遞膜，所述第三選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使所述分離后的水蒸氣在一定條件下在所述第三膜的第一表面附近流動(dòng)，所述條件足以允許所述水蒸氣的至少一部分穿過所述第三膜輸送至所述第三膜的第二表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過使用第四選擇性傳遞膜從第二含水液體傳遞水而補(bǔ)充在所述熱交換器所用的含水液體的水，其中鄰近所述第四膜的第一表面的第二含水液體中的水的濃度足夠高于鄰近所述第四膜的第二表面的所述熱交換器含水液體中的水的濃度，以造成水從所述第四膜的所述第一表面向所述第四膜的所述第二表面的正向滲透，同時(shí)基本上限制鄰近所述第四膜的所述第一表面的所述第二含水液體的其它組分向所述第四膜的所述第二表面的傳遞，從而增加鄰近所述第四膜的所述第二表面的所述熱交換器含水液體中的水的濃度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第四膜的所述第一和第二表面之間的水濃度的差異由增加所述水的局部壓力的熱梯度引起。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述熱梯度通過捕獲選自包括太陽能熱源、地?zé)岷蛷U熱排放在內(nèi)的組的環(huán)境溫差而引起。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二含水液體還包括防凍劑。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二含水液體還包括溶解的鹽和/或礦物。7.一種用于獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 除濕器，其被構(gòu)造成提供穿過所述除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和所述除濕后的空氣的流，其中所述除濕器包括第一選擇性傳遞膜，所述第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述濕空氣在所述第一膜的第一表面附近的流入和所述除濕后的空氣在所述第一膜的所述第一表面附近的流出，所述濕空氣的所述流入允許水蒸氣穿過所述第一膜輸送至所述第一膜的第二表面，以在所述第一膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣； 冷卻器，其被構(gòu)造成提供穿過所述冷卻器的暖空氣的流動(dòng)以提供冷卻后的空氣流，其中所述冷卻器包括熱交換器，所述熱交換器用于使用冷卻后的含水液體進(jìn)行冷卻且被構(gòu)造用于流過所述交換器的暖空氣的流入和所述冷卻后的空氣的流出，所述暖空氣的所述流入導(dǎo)致變暖的液體，并且其中所述熱交換器被構(gòu)造成使所述變暖的液體流到制冷器，其中所述制冷器包括第二選擇性傳遞膜，所述第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述變暖的液體在所述第二膜的第一表面附近的流入和所述變冷后的液體在所述第二膜的所述第一表面附近的流出，所述變暖的液體的所述流入允許水蒸氣穿過所述第二膜輸送至所述第二膜的第二表面，以在所述第二膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣；以及 氣體發(fā)生器，其被構(gòu)造成通過所述氣體發(fā)生器對(duì)所述分離后的水蒸氣加壓并除去，其中所述氣體發(fā)生器包括第三選擇性傳遞膜，所述第三選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使所述分離后的水蒸氣在所述第三膜的第一表面附近流動(dòng)，以允許所述水蒸氣的至少一部分穿過所述第三膜輸送至所述第三膜的第二表面。8.一種用于對(duì)空氣除濕的方法，所述方法包括: 提供穿過除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和除濕后的空氣的流，其中所述除濕器包括第一選擇性傳遞膜，所述第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述濕空氣在一定條件下在所述第一膜的第一表面附近的流入和所述除濕后的空氣在所述第一膜的所述第一表面附近的流出，所述條件足以允許水蒸氣穿過所述第一膜輸送至所述第一膜的第二表面，以在所述第一膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣；以及 通過氣體發(fā)生器將所述分離后的水蒸氣加壓并除去，其中所述氣體發(fā)生器包括第二選擇性傳遞膜，所述第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使所述分離后的水蒸氣在一定條件下在所述第二膜的第一表面附近流動(dòng)，所述條件足以允許所述水蒸氣的至少一部分穿過所述第二膜輸送至所述第二膜的第二表面。9.一種用于對(duì)空氣除濕的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 除濕器，其被構(gòu)造成提供穿過所述除濕器的濕空氣流動(dòng)以提供分離后的水蒸氣和所述除濕后的空氣的流，其中所述除濕器包括第一選擇性傳遞膜，所述第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于所述濕空氣在所述第一膜的第一表面附近的流入和所述除濕后的空氣在所述第一膜的所述第一表面附近的流出，所述濕空氣的所述流入允許水蒸氣穿過所述第一膜輸送至所述第一膜的第二表面，以在所述第一膜的所述第二表面附近提供所述分離后的水蒸氣；以及 氣體發(fā)生器，其被構(gòu)造成通過所述氣體發(fā)生器對(duì)所述分離后的水蒸氣加壓并除去，其中所述氣體發(fā)生器包括第二選擇性傳遞膜，所述第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于使所述分離后的水蒸氣在所述第二膜的第一表面附近流動(dòng)，以允許所述水蒸氣的至少一部分穿過所述第二膜輸送至所述第二膜的第二表面。10.一種用于對(duì)來自流體的組分獨(dú)立地進(jìn)行冷卻和分離的方法，所述方法包括: 提供具有第一組分的流體穿過分離器的流動(dòng)，以提供所述分離后的第一組分和至少一部分已除去所述第一組分的所述流體的流，其中所述分離器包括第一選擇性傳遞膜，所述第一選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于具有所述第一組分的所述流體在一定條件下在所述第一膜的第一表面附近的流入和至少一部分已除去所述第一組分的所述流體在所述第一膜的所述第一表面附近的流出，所述條件足以允許所述第一組分的至少一部分穿過所述第一膜輸送至所述第一膜的第二表面，以在所述第一膜的所述第二表面的附近提供所述分離后的第一組分；提供穿過冷卻器的暖流體的流動(dòng)以提供冷卻后的流體流，其中所述冷卻器包括熱交換器，所述熱交換器用于使用具有第二組分的冷卻后的液體進(jìn)行冷卻且被構(gòu)造用于流過所述交換器的暖流體的流入和所述冷卻后的流體的流出，所述暖流體的所述流入導(dǎo)致變暖的液體，并且其中所述熱交換器被構(gòu)造成使所述變暖的液體流到制冷器，其中所述制冷器包括第二選擇性傳遞膜，所述第二選擇性傳遞膜被構(gòu)造用于具有所述第二組分的所述變暖的液體在一定條件下在所述第二膜的第一表面附近的流入和所述變冷后的液體在所述第二膜的所述第一表面附近的流出，所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：SG埃倫伯格，B約翰遜，H許，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：戴斯分析公司，
類型：
國別省市：