[发明专利]使用选择性传递膜的流体处理系统和方法

说明书

本文公开了用于对来自流体的组分进行冷却和/或从流体分离该组分的系统和方法。此类系统和方法可包括分离器(例如除湿器)、制冷器和/或气体发生器中的一个或多个，它们中的每一个可包括选择性传递膜。此类系统和方法可用于广泛的应用，包括例如对空气进行冷却和/或除湿。

本申请是申请日为2011年9月7日、申请号为201180043124.2且发明名称为“使用选择性传递膜的流体处理系统和方法”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2010年9月7日提交的美国临时申请No. 61/380,520的优先权，该申请全文以引用方式并入本文中。

背景技术

如今的绝大多数热泵和制冷系统采用在蒸气-压缩动力学循环上的变化。这种方法改变惰性工作流体的压力以调控其相关的饱和温度，这使得可以在流体改变相时横跨金属表面传递显热。该技术是成熟的，并且已深入发展，但仍存在一些缺陷。例如，许多最高效的制冷剂对大气具有不期望的效应，例如由氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)制冷剂造成的臭氧层耗竭。虽然氢氟烃(HFC)制冷剂不消耗臭氧层，但其具有显著的直接全球变暖潜势(GWP)。尽管制冷剂通常包含在封闭系统中，但目前的工业实践在2007年通过释放这些高全球变暖潜势(GWP)气体而向大气中增加了144.9公吨CO2的等同物。此外，使用在隔离制冷剂的壁上的显热传递往往需要在湿空气的饱和温度以下的过冷却，以通过冷凝降低其水含量，该要求限制了过程的可能热力学效率。

因此，一直需要改善的空调和制冷系统。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种用于独立地对空气进行冷却和除湿的方法。在一个实施例中，该方法包括：提供穿过除湿器的湿空气流动以提供分离后的水蒸气和除湿后的空气流，其中除湿器包括第一选择性传递膜，该第一选择性传递膜被构造用于湿空气在一定条件下在第一膜的第一表面附近的流入和除湿后的空气在第一膜的第一表面附近的流出，所述条件足以允许水蒸气穿过第一膜输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离后的水蒸气；提供穿过冷却器的暖空气的流动以提供冷却后的空气流，其中冷却器包括热交换器，该热交换器用于使用冷却后的含水液体进行冷却且被构造用于流过交换器的暖空气的流入和冷却后的空气的流出，暖空气的流入导致变暖的液体，并且其中热交换器被构造成使变暖的液体流到制冷器，其中制冷器包括第二选择性传递膜，该第二选择性传递膜被构造用于变暖的液体在一定条件下在第二膜的第一表面附近的流入和变冷后的液体在第二膜的第一表面附近的流出，所述条件足以允许水蒸气穿过第二膜输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离后的水蒸气；以及通过气体发生器对分离后的水蒸气加压以便除去，其中气体发生器包括第三选择性传递膜，该第三选择性传递膜被构造用于使分离后的水蒸气在一定条件下在第三膜的第一表面附近流动，所述条件足以允许水蒸气的至少一部分穿过第三膜输送至第三膜的第二表面。

在某些实施例中，用于独立地对空气进行冷却和除湿的上述方法还可包括一种用于通过使用第四选择性传递膜从第二含水液体传递水而补充热交换器所用的含水液体中的水的方法，其中邻近第四膜的第一表面的第二含水液体中的水的浓度足够高于邻近第四膜的第二表面的热交换器含水液体中的水的浓度，以造成水从第四膜的第一表面向第四膜的第二表面的正向渗透，同时基本上限制邻近第四膜的第一表面的第二含水液体的其它组分向第四膜的第二表面的传递，从而增加邻近第四膜的第二表面的热交换器含水液体中的水的浓度。在一些实施例中，在第四膜的第一和第二表面之间的水浓度的差异由增加水的分压的热梯度引起。热梯度可以例如通过使用例如太阳能热源、地热和/或废热排放捕获环境温差而引起。可选地，第二含水液体还可包括诸如防冻剂的添加剂。可选地，第二含水液体还可包括溶解的盐和/或矿物。此类用于补充水的方法可根据需要用于本文所述其它系统和方法中。