[发明专利]蒸气-液体热量和/或质量交换装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC§119(e)要求2010年8月10日提交的、题为“Vapor-Liquid Heat and/or Mass Exchange Device（蒸气-液体热量和/或质量交换装置）”的美国临时专利申请第61/372,213号的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明总地涉及热量和/或质量交换装置。

背景技术

吸收型热泵是对于使用合成制冷剂的蒸气压缩系统的有利于环境的替代，该合成制冷剂通常用在家用和商用空调、冷却器以及热泵中。不同于将高级别电气或机械能量作为输入来驱动系统的蒸气压缩系统，吸收型热泵靠更易于获得且低级别的热能来运行，该低级别热能能够通过生物燃料和化石燃料的燃烧来获得、能够来自于大量不使用的废热源以及来自于太阳热能。例如，来自于卡车或柴油发电机的废气的热量能用作热输入。

在冷却模式运行中，该热输入用于提供冷却和/或去湿，而在加热模式运行中，热输入用于将环境热量泵到更高的温度由于原则上蒸气压缩系统的压缩机在吸收型热泵中被以下部件的组合所替代：解吸器、吸收器、液体溶液泵以及回热溶液热交换器，所以，这些吸收型热泵的热量与质量交换更加强烈，由此，需要添加传递表面面积和/或热量和质量传递能力。由于相对较大的热量和质量传递率的需求，吸热型热泵通常与大规模的商用和工业冷却器应用有关。

迄今为止，在输送高性能系数（COP）的同时实现具有较小覆盖面积的紧凑设计变为主要的挑战。COP能定位为所期望的输出、冷却或加热与输入能量的比值。若干个诸如双重效果、三重效果和用来改善COP而开发的发生器-吸收器热交换循环之类的先进吸收循环，均依赖于附加的内部回热来提高性能，还着重于对高的单位体积热量与质量传递率的需要。在传统的系统中，尤其是在小容量或紧凑的系统中，这些循环还未广泛地得到实施，主要因为缺乏实际可行和紧凑的热量与质量交换装置。

在使用两个普通的工作流体对（即，溴化锂-水和氨-水）的吸收系统中，在诸如吸收和解吸之类的二元流体过程中，包括二元流体的耦合热量和质量传递。对于其它不够普通的工作流体，则需要多组分（超过两种）的热量与质量传递过程。在氨-水系统中，由于在全部系统内存在着液态和蒸气态的吸收剂（水）和制冷剂（氨），如此的二元流体过程发生在系统内的所有部件中，包括冷凝器、蒸发器、精馏器和回热式热交换器。

对于在可利用分散提供的在容量上比工业规模小的废热或太阳热能的紧凑的高通量结构中实施吸收系统，则热量与质量交换器通常包括若干特征。这些特征可包括工作流体的较低热量和质量传递阻力、工作流体和将其耦合于紧凑容积的外部热源和散热器的所需传递表面积、耦合流体的较低阻力、较低的工作流体和耦合流体压降，从而由于部件中压降带来的饱和温度下降而减少寄生功率消耗并且还减小驱动温差损耗，以及甚至是工作流体或耦合流体在整个部件上的分布。典型的传统吸收部件的概念不符合对于实现紧凑高通量设计极为重要的这些标准中的一个或多个。

发明内容

简而言之，本发明的示例实施例是一种蒸气-液体热量和/或质量传递装置，该传递装置便于在相对紧凑的环境内在蒸气和液体流之间进行热量和/或质量传递。为了对于给定的部件容积在包括例如解吸或吸收的过程中实现所期望程度的质量/热量交换，根据本发明的实施例，提供逆流流动结构，其中耦合流体沿相对于工作流体溶液逆流的方向流动。在一些示例中，工作流体溶液是通过使氨吸收在水中而构成的二元流体。根据耦合流体用作加热还是冷却功能，升高或降低工作流体溶液的温度，致使氨从水溶液中解吸出或者吸收到水溶液中。

这些解吸和吸收过程是能由这些实施例实现在二元或多组分流体中所进行的逆流相变热量和质量传递过程的两个代表性示例。在本发明的示例实施例中，本发明是解吸器，该解吸器由匹配垫片形成，这些匹配垫片在连结好后形成微通道或其它蒸气-液体空腔。成对匹配垫片（本文有时称为单元）能与其它匹配垫片或单元配对，以提高解吸器的解吸能力，因此使得部件能适用于匹配各种应用，而无需进行显著的重设计或重加工。