一种以液体为媒体的传热传质系统的制作方法

本实用新型涉及一种以液体为媒介的传热传质系统，尤其涉及一种液体在热源和热沉之间自由流动并多次传热传质的系统。

背景技术：

涉及到液体的传热传质的应用较多，典型的包括采用溶液循环的热回收、溶液除湿、蒸发冷却、海水淡化及溶液浓缩等。

图1所示是典型的溶液全热回收系统，溶液在新风与回风中循环，所需的溶液循环量较大，热回收效率低。

图2所示的是典型的溶液除湿系统，溶液被外在冷源冷却后，再与空气接触实现除湿，或者溶液被外在热源加热后，与空气接触实现溶液再生，无论除湿还是再生，均需要较大的溶液循环量。溶液除湿过程中所需冷量与溶液再生所需要的热量均不能及时得到补充。导致效率降低。

传统的间接蒸发冷却，包括露点间接蒸发冷却，一般采用间壁式换热结构，一侧为干通道，另一侧为湿通道，两者交潜排列，由于湿通道中有水，同时还有两股空气，导致换热结构复杂，水容易泄露至干通道，两股风的布置困难。

除湿/加湿型海水淡化装置或溶液浓缩装置，一般也采用间壁式结构，一侧为空气和海水，另一侧空气和冷凝水，需保证两侧的空气不混合，海水和冷凝水彻底分开，其结构也相当复杂，对于大型装置，其通道布置、海水布液，冷凝水的收集等也相当有难度。

鉴于上述原因，需要找到一种结构简单，成本低廉，系统可靠，效率高，能耗低的传热传质系统来实现上述各种应用包括，全热回收，溶液除湿，蒸发冷却及海水淡化等。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以液体为媒体的传热传质系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种以液体为媒体的传热传质系统，包括多个第一传热传质通道、多个第二传热传质通道、溶液槽、泵和溶液管道，所述第一传热传质通道、第二传热传质通道水平布置，交替排列于溶液槽上方，溶液管道一端与溶液槽相连，另一端延伸至第一传热传质通道和第二传热传质通道上方；所述泵安装在溶液管道上。

进一步地，所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过隔离装置隔离而成；所述隔离装置为一个带有孔的液槽，或为液体可以透过但空气不能通过的多孔板。

进一步地，所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过换热管隔离而成，换热管内为第一传热传质通道，换热管外为第二传热传质通道。

进一步地，所述第一传热传质通道的出口与所述第二传热传质通道的入口相连。

进一步地，所述第一传热传质通道的出口与所述第二传热传质通道的入口通过管道相连，且管道上设置有加热器或者加热加湿器。

进一步地，所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过第一换热管和第二换热管构成；第一换热管和第二换热管交错布置，第一换热管内为第一传热传质通道，第二换热管内为第二传热传质通道。

一种以液体为媒体的传热传质系统，路的一部分流道位于第一传热传质通道中，另一部分流道位于第二传热传质通道中；且所述流体回路中，位于第一传热传质通道中的流道和位于第二传热传质通道中的流道交替排布。

进一步地，第一传热传质通道中的流道和第二传热传质通道中的流道均由管道构成，或均由第一溶液槽、溶液管道和布液装置构成；所述管道为换热管，或膜管；所述布液装置位于第一溶液槽上方，所述布液装置通过溶液管道连接位于另一传热传质通道中的第一溶液槽。

进一步地，系统包含两个流体回路；且所述流体回路均由第一溶液槽、溶液管道和布液装置构成，一个流体回路中的布液装置安装在另一个流体回路中的第一溶液槽底面上。

一种以液体为媒体的传热传质系统，包括多个第一传热传质通道、多个第二传热传质通道、泵和流体回路；所述流体回路的一部分流道位于第一传热传质通道中，另一部分流道位于第二传热传质通道中；且所述流体回路中，位于第一传热传质通道中的流道和位于第二传热传质通道中的流道交替排布。

本实用新型的有益效果在于：

对于全热回收和溶液除湿而言，采用本系统，溶液与空气和冷(热)源进行多次换热，大大减少溶液流量，从而可以减少泵的功率，同时大幅度提高全热回收和除湿效率，并减小成本。

对于间接蒸发冷却和海水淡化而言，通过水或者海水的多次传热传质实现换热，将蒸发冷却的干湿通道，及海水淡化的蒸发和冷凝通道彻底分离布置，大大简化传质传热结构，易实现低成本，高效和大型的设备。

附图说明

图1为传统的以溶液为媒介的全热回收系统；

图2为传统的溶液除湿或再生系统；

图3为本实用新型的液体与热源与热沉均进行热质交换的系统1；

图4为本实用新型的液体与热源与热沉均进行热质交换的系统2；

图5为图3、图4所示系统的第一种实现方式；

图6为图3、图4所示系统的第二种实现方式；

图7为图3、图4所示系统的第三种实现方式；

图8为图3、图4所示系统的第四种实现方式；

图9为图3、图4所示系统的第五种实现方式；

图10为本实用新型的液体与热源与热沉的一种进行热质交换，另一种进行热交换的系统；

图11为本实用新型的液体与热源与热沉的一种进行热质交换，另一种进行热交换的系统；

图12为本实用新型的液体与热源与热沉均进行热交换的系统；

图13为本实用新型的间接蒸发冷却系统；

图14为本实用新型的露点蒸发冷却系统；

图15为本实用新型的蒸发冷凝式全热回收系统；

图16为本实用新型的海水淡化或溶液浓缩系统；

图17为图13、图14、图15及图16所示系统的实现方式之一；

图18为本实用新型的溶液除湿系统；

图19为本实用新型的溶液除湿系统；

图20为本实用新型的全热回收系统。

图21为本实用新型的液体与热源与热沉的一种进行热质交换，另一种进行热交换的系统。

图22为实现传热传质的另一种系统；

图23为实现传热传质的另一种系统；

图24-26为图24的具体的具体实现形式。

具体实施方式

本实用新型目的在于实现一种以液体为媒体的传热传质方法，该方法中，流动的液体L多次交替与流体A、流体B进行交换，实现流体A、流体B之间的传热或传质传热，液体L可与流体A、流体B两者进行热交换，但不进行质交换；或液体L与流体A、流体B两者进行热质交换；或液体L与流体A、流体B两者中的一种进行热交换，另一种进行热质交换。

实现上述传热传质方法的系统，包括第一传热传质通道和第二传热传质通道，液体L交替多次与第一传热传质通道和第二传热传质通道的物质接触，在接触第一传热传质通道时与物质A进行热交换、或质交换、或同时进行热质交换，在接触第二传热传质通道时与物质B进行热交换、或质交换、或同时进行热质交换；所述的液体L与传热传质通道中物质的多次交错接触，通过以下两种形式实现：

(1)将多个第一传热传质通道和多个第二传热传质通道的交错排列，且相互隔离第一传热传质通道与第二传热传质通道位于液体L流过的流体通道中，液体L顺序与其接触实现；结构如下：包括多个第一传热传质通道、多个第二传热传质通道、溶液槽、泵和溶液管道，所述第一传热传质通道、第二传热传质通道水平布置，交替排列于溶液槽上方，溶液管道一端与溶液槽相连，另一端延伸至第一传热传质通道和第二传热传质通道上方；所述泵安装在溶液管道上。物质A位于第一传热传质通道内，物质B位于第二传热传质通道内，如图1～21所示。系统中第一传热传质通道和第二传热传质通道的构建形式包括：

(a)所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过隔离装置隔离而成；所述隔离装置为一个带有孔的液槽，或为液体可以透过但空气不能通过的多孔板，此时，位于第一传热传质通道中的流体A和第二传热传质通道内的B直接与流体L接触，因此，液体L与A、B两者同时进行热质交换，如图2。

(b)或所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过换热管隔离而成，换热管内为第一传热传质通道，换热管外为第二传热传质通道。此时，位于换热管内的B不与液体L直接接触，位于换热管外、即第二传热传质通道内的流体A直接与流体L接触，因此，液体L与A、B两者中的一种进行热交换，另一种进行质交换，如图10；

(c)或所述第一传热传质通道和第二传热传质通道通过第一换热管和第二换热管隔离而成；第一换热管和第二换热管交叉布置，第一换热管内为第一传热传质通道，第二换热管内为第二传热传质通道。此时，位于换热管内的A和B不与液体L直接接触，因此，液体L可与A、B两者进行热交换，但不进行质交换，如图12。

(2)液体L流经的流体回路的一部分流道位于第一传热传质通道中，另一部分流道位于第二传热传质通道中。且所述流体回路中，位于第一传热传质通道中的流道和位于第二传热传质通道中的流道交替排布。液体L在第一传热传质通道和第二传热传质通道之间多次往返，液体L交替与第一传热传质通道和第二传热传质通道中的物质接触。如图22～26所示，物质A位于第一传热传质通道内，物质B位于第二传热传质通道内。液体L流经的流体回路的构建形式包括：

(a)由管状形式构建，如图22所示，当所述管为换热管时，液体L可与A、B两者进行热交换，但不进行质交换；当所述管由膜材料构建时，液体L与A、B两者同时进行热质交换，或其中一个系统中进行热交换，另一个系统中进行质交换。

(b)由第一溶液槽3000、管道1003和布液装置4000构建，如图23所示。图24中，通过布液装置4000为底面开有多孔的溶液槽，增大了热质交换的效率；图25和26中，将两组热质交换的环路进行叠合，一个流体回路中的布液装置安装在另一个流体回路中的第一溶液槽底面上。图25和26的区别在于，图26中，左右两个通道(第一传热传质通道1000和第二传热传质通道2000)的地位相同，因此，一般用于全热回收；图25中，两者地位不同，液体L先经过第一传热传质通道1000，与A进行交换，然后再与B进行交换，可用于海水淡化等。

液体L与A、B进行交换时，其流动可为自由流动，即依重力自上而下的流动，如图5所示，也可以为受迫流动，其流动不依靠重力驱动，其流动也以限于的自上而下的流动，可以自下而上，或者其它形式，如水平流动。

本实用新型提出的系统可以用于溶液除湿、海水淡化、溶液浓缩、蒸发冷却、空气全热交换及显热交换、液体与液体的换热、气体与液体的换热等。

如图3所示，气体A与B均与液体L通过热质交换体11进行热质交换，隔离装置12将气体A与B隔离，但是允许液体L通过，其具体工作原理如下，气体A与B在隔离的传热传质通道内水平流动，液体L在泵1的驱动下，从底部溶液槽3经过管道2到达传热传质芯体10的上部，然后在重力作用下，自上而下，多次交替与A、B两种流体进行热质交换，最后落入溶液槽，如此不断循环，实现A与B的全热交换。

当L为除湿液时，除湿液的浓度可以实现自动平衡，即从A中得到的水分或释放给A的水分，传递给B或从B中得到，当需要调节A、B的出风状态参数，如让温度更低，或湿度更大时，可以补充水；相反，如希望出风温度高，湿度低时，可以配置溶液再生器补充浓的除湿液。

当L为水时，A、B的出风状态接近饱和，液体水蒸发量大于水蒸汽的冷凝，需通过补水补充消耗的水量。

如图3所示，液体L的温度多次交替变化，即t1-t2-t1-t2-t1，同样流量可以实现多次热量的交换，图1所示系统，只有温度的一次交替变化，而本系统可以有多次温度的交替变化，如本系统交替变化的次数为10时，简单的类比，在同样换热量的情况下，本系统的流量可以是图1所示系统的1/10。

因此本系统可以通过流量的优化，通过大幅度降低流量，实现高的换热量、即高换热效率，小的泵，意味小的电耗；同时具有小的溶液量、小的溶液槽、小的尺寸等实现低成本。

图4与图3不同在于：图4中采用了多个泵，图中显示了两个泵，即1和4，如图3相比，可以更好的实现A与B的逆流交换。

图5至图9显示了图3与图4系统的不同实现方式。

图5采用了填料111，填料可以是不同形式的规则填料或者散堆填料，隔离装置12为一个带有孔的液槽。同理，图24-26中，也可以采用填料111。

图6中仍然采用了填料111，与图5不同在于隔离装置12，为液体可以透过但空气不能通过的多孔板，如疏松的陶瓷板、纤维板等。

图7中的热质交换体采用带有膜的结构112，包括膜1121和膜支撑1122，液体L在膜覆盖的膜支撑1122中流动，膜结构112之间形成气体通道，并采用隔离装置12隔离气体A和B。

图7的结构与图5，图6相比有如下好处，液体L连续的流动，从气体A通道到气体B通道，液体没有受到隔离装置的影响，更能保证液体的均匀的与气体进行热质交换，第二个优点是液体与气体没有直接接触，能够防止气体携带液体的发生，最后一个好处是，由于膜本身能够承受一定的压力，液体的流动可以是为受迫流动，即流动不限于的自上而下的流动，可以自下而上，或者其它形式，如水平流动，这样使得系统可以更为灵活布置，如在高度受限的场合，可以使液体水平流动，减少设备的高度。

图7中显示的为液体自由流动的情况，当然可以实现液体受迫流动，如将图7中的液体槽与膜的结构112连接并密封，即可以实现液体的在112内的自下而上的流动。

图8中含有热质交换体131，131为液体可以渗透但气体不能通过的多孔体，其中含有气体通道132，通过隔离装置12(D1、D2、D3)的隔离即可以将气体A、B隔离，同时液体交替与A、B进行交换。

图9采用图8类似的结构，热质交换体和隔离装置合为一体，131为液体可以渗透但气体不能通过的多孔体，其中含有气体通道132，通过隔离装置12(D1、D2、D3)的隔离即可以将气体A、B隔离，同时液体交替与A、B交替进行交换，不同之处在于，图9中还设有液体通道143，这样能够保证有更大的液体流量。

如图10所示，液体L与A、B的一种进行热质交换，另一种进行热交换，包括热交换体21，如换热管，热质交换体22，如填料等，由于液体L只与A、B的一种进行热质交换，所以液体的质发生改变，当液体为溶液时，其浓度发生变化，所以需要与外置的浓度调节装置6相连。当B为冷源时，气体A与溶液接触被除湿，浓度调节装置6再生溶液，当B为热源时，浓度调节装置需要补充水分，气体A与溶液接触被加湿。

其工作原理如下，溶液槽3内的溶液经过泵通过管道2至装置上部，与B进行换热，被冷却或者加热，然和与A进行热质交换，被加热或者冷却，然后再与B进行换热，在与B进行换热，再与A进行热质交换，如此多次，落入溶液槽，气体A被除湿或者加湿。

由于多次交替的与A、B交换，所以溶液流量与图2的系统相比可以小很多，甚至低一个数量级。

在此基础上，所述换热管与溶液管道之间还可以通过换热器相连，如图21所示。

常规的溶液除湿系统，其溶液循环流量大，与再生器，即本图中的浓度调节装置交换的流量一般小一个数量级，本实用新型的系统，由于循环溶液流量大大减少，可以让循环溶液流量和与再生器交换的流量一致，即所有循环流量全部通过再生器，这样可以更有效的保证溶液浓度，同时减少系统调节难度和复杂程度，图11即显示的上述情形。

当液体为水时，浓度调节装置6就变成了一个排水装置和补水装置，即对气体A除湿时，需要排出冷凝水，对气体A进行加湿时，需要补水，并有可能定期排水，以降低水中的杂质。

图10、图11显示的结构可以实现气体的除湿和加湿，实现气体加湿的过程，实际上也是对液体实现了浓缩，因此可用于废水的浓缩等，也可以用来实现溶液的浓缩，即图中的浓度调节装置也可以采用图10所示的结构来实现。

如图12所示，液体L与A、B只进行换热，包括第一换热体31，如换热管或者换热板，和第二换热体32，和壳体33，图中采用密封壳体显示的是液体受迫流动，当然也可以是自由流动。A、B可以为气体，液体或者多相流体，甚至是固体的不同组合之间的换热，一个典型的应用如高压的氟利昂与海水的换热，海水的强腐蚀可采用塑料材质，而高压的氟利昂需要采用金属材料，不能使用塑料，目前的办法是采用钛等昂贵的难于加工的金属制作换热器。本实用新型采用通用的铜管实现氟利昂与液体的换热，采用塑料实现海水与液体的换热，从而实现高压的氟利昂与海水的换热，当然这样的一个途径要求，液体的流量小且实现高效换热，本实用新型正好满足上述要求。

图13为间接蒸发冷凝系统，常规的间接蒸发冷却系统一般采用间壁示换热结构，主要问题是密封，要求换热壁一侧亲水，材料难以选择，对于大风量，难于布置风流，本实用新型将干侧或湿侧分离，布置灵活，材料选择容易。

图13中，包括热质交换体41，热交换体42，其工作原理如下，水槽3内的水经过泵通过管道2泵至装置上部，与第一干空气B进行热质交换，水被冷却，然后与第二干空气A进行换热，水被加热，干空气A冷却，然后再与B进行热质交换，在与B进行热质交换，再与A进行换热，如此多次，落入水槽，气体A被冷却。

图14显示的为露点间接蒸发冷却，其结构完全相同，与图13不同，仅仅在于空气的流动方式，第一传热传质通道的出口与所述第二传热传质通道的入口相连。第一空气A被液体L被冷却后，分成两部分，一部分变为C作为产品空气，另一部分通过管道流入到第二传热传质通道，作为第二空气与液体进行热质交换，使水冷却，然后排出。

图15表示的是蒸发冷凝式全热回收系统，也是一种蒸发式冷却系统，原理与图13基本相同，唯一不同的是，图13的两股空气均为干气体，没有气体的除湿，A、B两股气体可以相同，如均为室外干空气，也可以不同。而图15中的存在气体的除湿，即气体A被加湿增焓的同时，气体B被除湿冷却，产生冷凝水cw，气体A、B一定不同且存在焓差，如一为室外空气，另一为室内空气。图15中的结构与图13中的结构基本相同，唯一不同在于，图15中的热质交换体51需要设置排水孔(图中未显示)，而图14中的41不需要，图15中的热交换体52与图13中的41可以相同。

图16与图15的50有相同的结构，但图16的系统为海水淡化或者溶液浓缩系统，同时需要外界热量输入，将所述第一传热传质通道的出口与所述第二传热传质通道的入口通过管道相连，且管道上设置有加热器或者加热加湿器。其原理如下：状态a的空气经过热质交换体51与海水进行热质交换被加热加湿，变为状态b，海水被冷却，同时浓度升高，然后空气经过加热器或者加热加湿器H，其焓值升高变为状态c，其能量来自于外界输入，然后经过热交换体52，与海水进行换热，海水温度升高，空气被冷却除湿变为状态d排出，并产生冷凝水cw。简单的说空气，A被海水加热加湿，然后经过H其焓增加，变为空气B，空气B与海水L换热并加热海水L，同时空气B析出冷凝水cw。

被加热的海水L，再与下层的空气进行换热，重复上面的过程，最后，海水落入底部槽体3，然后由泵1经过管道泵至装置上部，海水不断浓缩，并产生冷凝水cw，槽体3内的海水，需要不断排出，并补充海水，图中未显示。

上述过程也可以用于溶液的浓缩。

图17为图13、图14、图15及图16所示系统的实现方式之一。

图18中的溶液除湿系统采用了两个在图10及图11中显示的结构，即20A和20B，构成系统HA和HB。

即溶液除湿系统两个对称的子系统HA、HB组成，HA包括结构20A，溶液槽60A，泵61A，管道62A，HB包括结构20B，溶液槽60B，泵61B，管道62B，溶液槽60A和60B之间有管道63连接，实现溶液交换。

20A中的热交换体21A与20B中的热交换体21B，和压缩机71、节流阀72及氟利昂管道等构成热泵系统，21A为蒸发器，21B为冷凝器。

空气Ki经过热质交换体22A与被21A冷却的溶液L进行热质交换，被除湿冷却，变为Ko，溶液L被加热，然后流入下一层的热交换体21A被冷却，重复上述过程，最后落入溶液槽，然后再经过泵送入到装置上部。

KA中溶液变稀，需要与KB进行溶液交换，图中采用管道63实现溶液交换，KB即为溶液再生器。

空气Ei经过热质交换体22B与被21B加热的溶液L进行热质交换，被加热加湿，变为Eo，溶液被冷却和浓缩，然后流入下一层的热交换体21B被加热，重复上述过程，最后落入溶液底部，然后再经过泵送入到装置上部。

图19与图18的基本结构类似，有以下不同：图19中，21A采用冷却水W1冷却，21B采用热水W2加热，图18中，21A和2B采用氟利昂进行冷却和加热。事实上，图19也可采用氟利昂进行冷却和加热，图18也可以采用水进行冷却和加热。其二，图19中，采用了两股液体，其三，溶液循环流量等于除湿和再生交换的流量。

空气Ki经过热质交换体22A与被21A冷却的溶液L进行热质交换，被除湿冷却，变为Ko，溶液被加热，然后流入下一层的热交换体21A被冷却，重复上述过程，最后落入溶液底部，然后再经过泵送入到装置上部。

KA中溶液变稀，需要与KB进行溶液交换，图中采用管道63实现溶液交换，KB即为溶液再生器。

空气Ei经过热质交换体22A与被21A加热的溶液L两股进行热质交换，被加热加湿，变为Eo，溶液被冷却和浓缩，然后流入下一层的热交换体21A被加热，重复上述过程，最后落入溶液槽60A，一股溶液经过换热器82被加热，然后再与热交换体21B换热后被加热，空气Ei经过热质交换体22B与被21B加热的溶液L进行热质交换，被加热加湿，变为Eo，溶液被冷却和浓缩，然后流入下一层的热交换体21B被加热，重复上述过程，最后落入溶液槽60B，然后再经过泵83通过换热器82被冷却后送入到装置上部；另一股溶液经过换热器81被加热，然后再与热交换体21B换热后被加热，再经过热质交换体22B与空气进行热质交换，溶液被冷却和浓缩，然后流入下一层的热交换体21B被加热，重复上述过程，最后落入溶液槽60B，然后再经过泵84通过换热器81被冷却后送入到装置上部。经过泵送入到装置上部。

图20中全热回收系统，包括芯体，芯体具有交替的开口942和闭口941，交替的开口942和闭口941将两股空气分开；溶液槽置于芯体下方，泵91和92与溶液槽93相连，溶液管道911和921与泵出口相连，并至延伸芯体上方，导风装置94位于芯体两侧。导风装置94通过交替的开口942和闭口941将两股空气分开。

图中显示的空气F为新风，R为室内空气，通过溶液实现全热交换，F变为S送入室内，R变为E排出导室外。