鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器的制造方法

鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器的制造方法
【专利摘要】在一种鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器中，一个流体源供应一种载气流，该载气流包括一种处于蒸汽相的可凝流体。在该冷凝器的每一级中的一个腔室中都含有作为一个池的这种处于液体形式的可凝流体，并且该载气被鼓泡通过该池来使该流体冷凝进该池中。来自冷凝的能量被回收到一种在导管中的冷却剂中，该导管穿过该冷凝器的这些级中的液体。该鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器可以用在例如一个增湿-除湿系统中，该增湿-除湿系统用于纯化一种液体，例如水。
【专利说明】鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器
[0001]背景
[0002]在本世纪，如在2010年5月20日发行的《经济学家》(The Economist)中的“关于水的特别报告(Special Report on Water)”中所说明的,淡水短缺将超越能源短缺而成为人类的全球关注点，并且这两个挑战紧密联系在一起。淡水是人类以及其他有机体的最基本需求之一；每个人每天最少需要消耗约两升。世界还面临着来自农业和工业过程的更大的淡水需求。
[0003]由水供应不足造成的危害尤其尖锐。淡水短缺可以导致多种危机，包括饥荒、疾病、死亡、被迫大规模迁徙、跨地区冲突/战争、以及崩溃的生态系统。尽管对于淡水的需求很关键并且短缺的后果严峻，但淡水的供应还是尤其受限的。地球上97.5%的水是咸的，并且剩余的水中约70%作为冰被锁定(大多在冰帽以及冰川中)，只剩下地球上所有水的一小部分来作为可供使用的淡(非盐)水。
[0004]此外，地球的淡的并且可供利用的水并不是均匀分布的。例如，人口稠密的国家(诸如印度和中国)有许多地区遭受供应短缺。再者，淡水的供应往往是季节上不一致的。同时，对于淡水的需求正在全球各地增长。水库正在干涸；含水层正在下降；河流正在消失；并且冰川和冰帽正在收缩。增长的人口增加了需求，农业以及增进的工业化也是如此。气候变化在很多地区造成了甚至更多的威胁。因此，面临水短缺的人们的数量正在增加。然而，天然存在的淡水典型地被限制于地区流域；并且水的运输是昂贵的并且需消耗大量能源的。
[0005]另一方面，用于从海水(或者更小程度上，从半咸水)产出淡水的许多现有工艺需要大量能源。反渗透(RO)是目前领先的淡化技术。在大规模工厂中，与大约lkWh/m3的理论最小值相比,所需的比电量在30%回收率下可以低到4kWh/m3 ;更小规模的RO系统(例如，在船上)的效率更低。
[0006]其他现有的海水淡化系统包括基于热能的多级闪蒸(MSF)蒸馏、以及多效蒸馏(MED)，这两者都是需要消耗大量能源以及资金的工艺。然而，在MSF和MED系统中，最高盐水温度以及热输入的最高温度是受限的，以便防止硫酸钙沉淀，硫酸钙沉淀会导致在传热设备上形成坚硬的水垢。
[0007]增湿-除湿(HDH)淡化系统包括一个增湿器以及一个除湿器作为其主要部件，并且使用一种载气(例如空气)来在该热源与该盐水之间传递能量。在该增湿器中，热海水与干空气直接接触，并且此空气变为被加热的并且增湿的。在该除湿器中，使该被加热的并且增湿的空气与冷海水(间接)接触并且被除湿，产出纯水以及除湿空气。诸位发明人中的一些人也是以下包括涉及用于对水进行纯化的HDH工艺的补充讨论的专利申请书的发明人:2009年9月4日提交(代理人案卷号麻省理工学院-13607)的美国申请序列号12/554，726 ;2009年10月5日提交(代理人案卷号麻省理工学院-13622)的美国申请序列号12/573,221 ;以及2011年2月15日提交(代理人案卷号麻省理工学院-14295)的美国申请序列号13/028，170。
[0008]在美国专利号6，919，000B2中描述的来自佛罗里达大学的一种方法通过使用一个直接接触冷凝器代替标准的间接接触除湿器来降低与不凝气体相关联的热阻。这种方法由于来自进入该除湿器的湿空气的能量没有被直接回收来预热该海水而是以能量效率为代价来增大该冷凝器中的传热速率的。因此，虽然降低了该除湿装置的成本，但能量成本增加。
[0009]概述
[0010]在此描述了单级的和多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器(在此在别处被简称为冷凝器)以及其操作。该设备以及方法的多种不同实施例可以包括以下描述的某些或所有的元件、特征以及步骤。
[0011]在该多级鼓泡塔式冷凝器中，一个流体源供应一种载气流，该载气流包括一种可凝流体。该多级冷凝器至少包括一个第一级以及一个第二级，这些级中的每一个级都包括一个入口、一个出口以及与该入口和该出口处于流体联通的一个腔室。该鼓泡塔式冷凝器的第一级的该入口与该流体源相联接，并且该第一级的出口与该第二级的入口处于流体联通以便有助于来自该流体源的载气流流动经过该第一级的腔室并且然后经过该第二级的腔室。该处于液相的可凝流体填充该第一级和该第二级的这些腔室，从而使得当该载气流从每一级的入口流到出口时，会与该液体直接接触地经过，该液体是静止的或与该载气流处于逆向流动的。
[0012]可以使用该设备以及方法来以一种有成本效益的方式从一种液体混合物(包括但不限于海水、半咸水以及废水)中分离出纯水，这能得到与以前的方法相比实质性地降低的成本。该设备以及方法的实施例可以提供很多优点。首先，基于在公开文献中给出的鼓泡塔的数据，该多级鼓泡塔式冷凝器中的传热系数估计为7kW/m2.K (BP,比当前现有技术水平高至少一个数量级)。这个传热系数即使不高于蒸汽膜状冷凝也与其相当。第二，使用一种新颖的多级化技术可以维持高的能量回收。第三，可以在该设备以及方法中采用多重提取来进一步增加热回收。第四，由于能量成本以及设备成本都被降低，因此降低了系统的总成本。
[0013]附图简要说明
[0014]图1是一个单级鼓泡塔式冷凝器的截面图解。
[0015]图2是一个增湿-除湿水纯化系统的实施例的示意性图解，该增湿-除湿水纯化系统包括一个多级鼓泡塔式冷凝器。
[0016]图3绘制了从这些鼓泡塔的顶部起的跨过一个多级鼓泡塔式冷凝器中的多个塔的温度特征曲线。
[0017]图4绘制了一个单级鼓泡塔式冷凝器中的从该鼓泡塔的顶部起的温度特征曲线。
[0018]图5是一个多重提取增湿-除湿水纯化系统的实施例的示意性图解，该多重提取增湿-除湿水纯化系统包括一个多级鼓泡塔式冷凝器。
[0019]在这些附图中，贯穿这些不同的视图，相似的参考符号参指相同的或类似的部分；并且使用上撇号来对共享了相同的参考数字的相同或相似的物件的多种情况加以区分。这些附图无需是按比例的，而是重点放在展示以下讨论的多个特定原理上。
[0020]详细说明
[0021]从以下对于在本(这些)发明的更宽范围内的多种不同概念以及具体实施例的更具体的阐述，将会清楚本(这些)发明的多个不同方面的前述的以及其他特征和优点。以上介绍的以及以下更详细地讨论的主题的多个不同方面可以用众多方式中任一种方式来实现，这是因为该主题并不受限于任何特定方式的实现方式。主要是出于展示的目的提供了多个具体实现方式以及应用。
[0022]除非在此另外限定、使用或表征，在此使用的术语(包括技术术语以及科学术语)应被理解为具有与其在相关技术的背景下为人们所接受的意义相一致的含意，并且不应被理解为一种理想化的或过于正式的含意，除非在此明确地如此进行了限定。例如，如果提及一种具体成分，则该成分可以实质性上是纯的，但由于可能适用的实际的并且不完美的现实情况而并非完美地是纯的；例如，可以将潜在存在着至少微量的杂质(例如，按重量或体积计少于1%或2%)理解成仍然落入本说明书的范围内；同样地，如果提及一种特定形状，则该形状旨在包括例如由于机加工容差产生的来自理想形状的不完美的变体。[0023]虽然可以在此使用第一、第二、第三等术语来描述不同的元件，但这些元件并不受限于这些术语。这些术语仅仅被用来将一个元件与另一个区分开。因此，以下讨论的一个第一元件可以被称为一个第二元件而不脱离这些示例性实施例的传授内容。
[0024]为便于阐述，在此可能使用了诸如“在…上方”、“在…下方”、“左边”、“右边”、“在…前面”、“在…后面”等等的空间相对性术语来说明如在这些图中展示的一个元件相对另一个元件的关系。应理解的是，这些空间相对性术语、以及所展示的构形是旨在除了涵盖在此所描述的以及在这些图中所描绘的取向之外还涵盖该设备在使用或操作中的不同的取向。例如，如果这些图中的设备被翻转，则被描绘成在其他元件或特征的“下方”或“之下”的元件就应是取向成在这些其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“在…上方”可以涵盖在…上方以及在…下方两种取向。该设备可以被以另外的方式定向(例如，旋转90度或以其他取向)并且应相应地理解在此使用的空间相对性描述词。
[0025]再者，在本披露中，当一个元件被称为“在”、“被连接到”或“被联接到”另一个元件“上”时，除非另外说明，它可以是直接地在、被连接到或被联接到另一个元件上的，或者可以存在有中间元件。
[0026]在此使用的术语是出于描述具体实施例而并不旨在对示例性实施例加以限制的目的的。如在此使用的，除非上下文另外指明，单数形式(诸如“一种”以及“一个”)旨在同样包括复数形式。另外，术语“包括(includes)”、“包括(including)” “包括(comprises)”以及“包括(comprising)”指明存在所提到的元件或步骤，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件或步骤。
[0027]不凝气体的存在可以大幅度增大与冷表面上的蒸汽膜状冷凝相关联的热阻。对于在一个增湿-除湿系统的除湿器(冷凝器)中存在的典型的摩尔分数(约70%)的空气(不凝气体)而言，传热系数可以低到为纯蒸汽冷凝(在多效蒸馏以及多级闪蒸系统中)的百分之一。按绝对值计，传热系数可以低到10W/m2*K。因此，有利的是降低与该不凝气体相关联的热阻，而同时保留由在背景中指出的诸位发明人的先前专利申请书中所描述的方法所带来的能量效率的有利增大。
[0028]在图1中提供了一个单级鼓泡塔式冷凝器12的实施例的剖视图。这个鼓泡塔14含有一池液体15 (例如，本实施例中的蒸馏水)。液体15被托在该鼓泡塔腔室内部的一个气泡产生器44上。气体腔室17和19被分别定位在该液体的下方和上方。在该液体下方的腔室17允许一种潮湿的载气从导管32’借助一个压缩机/鼓风机34穿过气泡产生器44中的多个孔口而以气泡21的形式被泵送入液体15中，而在气泡产生器44包括一个排孔管网来通过其泵送载气的情况下可以省略该下部的腔室17。与一个流体源(例如海水)相联接的一个盘管20蛇行穿过冷凝器12中的水15，从而允许将热量从该腔室中的水15传递给正引导通过盘管20的海水。相应地，冷流体在左下部进入盘管20并且在右上部作为加热的流体离开。在穿过液体15之后，干燥的载气聚集在该腔室顶部的气体腔室19中并且通过气体导管32’’被抽出。
[0029]气泡产生器44可以具有例如为1.25m的直径，并且可以具有多个孔口，每个孔口都具有例如Imm的直径以用于产生大致相同直径的气泡。气泡产生器44可以是例如一个筛板的形式，其中载气是通过该筛板中的这些孔口来泵送的。可替代地，气泡产生器44可以是有多个用于分配载气的排孔管的一个喷布器的形式，其中该喷布器通过这些排孔管来分配气泡，而这些排孔管可以是从一个中心导管延伸的。该喷布器中的这些排孔管具有的特征可以是载气被从一个外部源泵送而穿其而过的这些排孔管的例如一种辐射状的、多同心环状的、蛛网状的、或轴辐轮型的构形。
[0030]该鼓泡塔的所有部件(例如，所有壁件以及该气泡产生器)可以是取向成与竖直方向成角度α，相对于竖直方向(例如，相对于沿着一个弧度穿过地球的中心的一个轴线)在0°与60°之间。由于鼓泡塔14是以一个角度来取向的，所以静液压头从PgH减小到PgH.(cos α)，其中P是密度(kg/m3)，g是重力加速度(9.81m/s2)，并且h是该塔中的液体的高度。静液压头的这种减小会带来高达50%的流体压力降的减小。然而，这种压力降将会带来较高角度(α >45° )下的流体侧传热系数的减小。这是因为，在较高角度下，液体循环将不以常规的方式建立。然而，对于优化的设计而言，具有更少压力降的这种成角度的构形可以提供能量成本上的显著节省。
[0031]在图2中示出了在一个增湿-除湿(HDH)水纯化器系统10中的一个多级鼓泡塔式冷凝器的实施例，其中该除湿器是一个多级的、鼓泡塔式的、蒸汽混合物冷凝器(也被称为“鼓泡器”)12，而不是使用一个间接接触式热交换器(这在常规HDH系统很常见)来对潮湿的载气(例如，潮湿空气)进行除湿并且有效率地产出液体淡水。载气是用来自增湿器24中的一种液体成分(例如，海水或废水)的汽化水来进行增湿的；并且然后该载气中夹带的水蒸汽经由导管32’运输到鼓泡塔式冷凝器12，在此处该潮湿空气中的水被冷凝以产出淡(即，实质上纯的)水。
[0032]该液体成分(例如海水)是从一个源16 (例如一个储箱)提供的，并且通过一个泵36来循环通过该系统，该泵可以被安装在源16与鼓泡塔式冷凝器12之间的导管18中。使这种液体成分经由安装在每一级14中的内部导管20而穿过冷凝器12的每一个级14，其中这些级14中的每一级的设计都可以与图1的单级鼓泡塔的设计实质性地匹配。在这个实施例中，使这种液体成分经由邻接的外部导管18而在多个级14之间穿过以便对该该液体成分进行预热。这些内部导管20可以具有从导管20延伸的导热表面(例如翅片)23 (如图2所示)来增大从这些级14中的液体到正在穿过盘管20的液体成分的热传递。在离开鼓泡塔式冷凝器12的底部(第一)级14’中的内部盘管20之后，在将该液体成分通入增湿器24并且通过一个喷嘴26进行雾化并且散布之前，该液体成分穿过一个附加的导管18而到达一个加热器22 (例如，一个太阳能热水器或一个废热源)，该加热器进一步将该液体成分加热(例如，到80。。)。[0033]在该增湿器内部，以例如聚氯乙烯(PVC)填料的形式提供了填充材料28来协助气体流动并且增大与该载气相接触的液体表面积以便增大被汽化进入该载气的可汽化液体的份额。增湿器24的本体(以及除湿器12和导管18和32)可以是由例如不锈钢形成的，并且实质上是不透蒸汽的。在一个实施例中，增湿器24实质上是圆柱形的、具有约2.5m的高度以及约0.5m的半径。
[0034]增湿器24和除湿器12都是模块式结构的(即，各自处于一个分开的并且分立的装置的形式)，并且是实质上彼此热分离的。这种增湿器24和除湿器12是“实质上热分离的”特征表述应理解为是被构造成在增湿器24与除湿器12之间只有很少的或没有通过该设备的直接传导性的热能传递，而此特征表述并不排除在这些腔室之间携带热能的质量流(通过气体和/或液体流)。因此，这一“实质上热分离”的特征表述将该设备与例如一种露点蒸发设备区分开，该露点蒸发设备包括一个在增湿器与除湿器之间的共享的传热壁。在本披露的设备中，增湿器24和除湿器12不需要共享任何将有助于它们之间的热传导的共用壁。
[0035]该载气从用于导管32’ ’ ’ ’的端口向上流过由增湿器24界定的腔室而到达用于导管32’的端口，在此处处，该载气以较高的汽化液体含量离开。该载气的增湿是通过将该液体成分从增湿器24的顶部处的一个或多个喷嘴26向下喷洒而通过一个包括有填充材料28的区域来实现的，在该区域处，该液体成分中的一些水将蒸发，同时该液体成分的未蒸发残余物(例如盐水)向下流动通过一个雨区到达由增湿器24界定的腔室的底部，在该底部处，通过一个导管18将盐水排入一个盐水收集储箱30中。同时，载气向上移动通过增湿器24并且与该液体成分相接触，特别是在这个有填充材料28的床层中，以便用从该液体成分蒸发的水蒸汽来对该载气进行增湿。因此，在经由导管32’从增湿器24中抽出并且借助一个压缩机/鼓风机34而泵送通过这种多级鼓泡塔式冷凝器12的第一级14’的入口之前，该载气可以是水蒸汽饱和的。在具体实施例中，可以将一个空气加热器和/或一个空气压缩机或热力蒸汽压缩机安装在导管32’中，以便在将载气泵送入除湿器12之前对该载气进行加热和/或压缩。在导管32’中安装了一个空气压缩机或热力蒸汽压缩机的情况下，可以将一个互补的空气膨胀机安装在导管32’ ’ ’ ’中以便在将载气循环回到增湿器24时使该载气膨胀。在其他实施例中，由于操作上的考虑，可以将压缩机/鼓风机34定位在通向增湿器24的导管32’’’’中。
[0036]这种海水通过在除湿器12内部的盘管20的流动可以确保在冷凝过程期间热量被直接回收以对该液体成分(例如，本实施例中的海水)进行预热。鼓泡塔式冷凝器12包括多个级14，每一级都填充有一池液体(例如，蒸馏水)，用一个压缩机/鼓风机34以及一个气泡产生器44来使潮湿的、热的载气穿过这池液体，该气泡产生器将气体气泡注入该池中，或通过该气泡产生器将气泡注入该池中。
[0037]从增湿器(蒸发器)24排出的富含水蒸汽的载气穿过(例如，以70°C的温度)从增湿器24的顶部延伸的导管32’，并且被鼓泡通过除湿器12中的这些级14中的每一级，在那里载气被冷却并且除湿。载气聚集在每一级14的顶部处，并且从在每一级14的顶上的出口经由一个导管32进入并且穿过下一级14的入口并且穿过气泡产生器44，这种气泡产生器产生载气气泡，随后这些载气气泡穿过这一级14中的蒸馏水，并且然后载气再次聚集在该塔的顶部处。此过程在每个后续的塔中按顺序重复。[0038]当前这种除湿器12中的低压力降可以保持低的泵送功率，从而能够实现一种经济上可行的系统。这种对于维持低泵送功率的强调与化学工业中的许多鼓泡塔形成了对t匕，在这些化学工业鼓泡塔中，主要关注点是热传递和质量传送，并且在这些鼓泡塔中，压力降可能并不是重要的设计约束条件。每一级14中的气泡室中的压力降很大程度上是由于以下三个因素而产生的:(I)在产生气泡的气泡产生器44处的压头损失，(2)当这些气泡上升通过该液体时载气与蒸馏水之间的摩擦，以及(3)静液压头。由于静液压头是对跨过一个给定的级14的总压力降的最大贡献因子，因此有利的是将每一级14的高度(在这些图中所示的取向上竖直地测量的)保持为低的。例如，为了获得低于IkPa的压力降，所有这些级14的总高度共计小于约lm。典型地，这种高度约束自身表现为一种低高宽比鼓泡塔的形式，在这种低高宽比鼓泡塔中，塔高度与直径(在所示取向上水平地测量的)的比小于I。在具体实施例中，该塔的直径为0.5至lm，而该塔的高度为0.05至0.1m (因为该塔的高宽比为约0.Do
[0039]因为载气被每一级14中的液池冷却，所以载气的温度增湿器12中从每一级14到下一级可以下降至少5°C。例如，在从第一级14’的出口到第二级14”的入口的导管32’’中，载气可以具有例如约60°C的温度，而在从第二级14”的出口到第三级14’’’的入口的导管32’’’中的载气可以具有例如约50°C的一个降低的温度。当载气通过顶部导管32’’’’离开鼓泡塔式冷凝器12时，该载气循环回到增湿器24的底部(具有降低的可汽化液体的含量)，其温度可以被进一步降低到例如约30°C。在工艺启动期间的初始瞬态周期中，湿热载气中的水蒸汽将潜热传递给每一级14中的水(其中建立了自然循环回路);并且最终以稳定状态达到这种水级14中的混合平均温度。一旦实现稳定状态，冷凝热就会由被传送通过盘管20的海水直接抽走。以此方式，实现了直接热回收。
[0040]在冷凝蒸汽是水的情况下，在每一级14中进行的载气除湿会将水从该载气中释放到使得载气鼓泡从其中通过的蒸馏水中。通过导管38从每一级14将水(相当于由该载气的除湿所提供的水的增量)排到一个纯水收集储箱40中。可替代地，可以经由一个导管来将这种液体(例如水)从第三级14’’’的池中抽取出来并且送到更低温度的第二级14’’，并且经由另一个导管从第二级14’’中将其抽取出来并且送到又更低温度的第一级14’，最终将其从多级鼓泡塔式冷凝器12中抽取出来作为产品。
[0041]虽然可以使用一个单一的级/塔14，但在鼓泡塔式冷凝器12中使用多个级会将海水被预热到的温度推向可能的最高值(该载气入口的温度)。通过一个多级鼓泡塔式冷凝器中的温度特征曲线(图3中所示)以及一个单级鼓泡塔式冷凝器中的温度特征曲线(图4中所示)可以清楚地理解这种级化的效果，如图3中所示，此处可以看到在该多级鼓泡塔式冷凝器的曲线图中海水出口温度要高得多。图3中所绘制的水平线段46 (约308K)，48 (约318Κ)，50 (约327Κ)，52 (约335Κ)，54 (约342Κ)，56 (约348Κ)中的每一个线段都表示在一个六级鼓泡塔式冷凝器中的一个对应塔级14中的温度，此处图表的横轴表示从鼓泡塔式冷凝器12的顶部到底部的无量纲距离(即，基准线46表示最上级14的温度)。对角线58表示随着与鼓泡塔式冷凝器12的顶部相距的距离而变的、海水流过鼓泡塔式冷凝器12时海水的温度。同时，看到单级鼓泡塔式冷凝器中的温度60 (图4中所示)在整个鼓泡塔式冷凝器中是实质性地恒定的(在323Κ)并且大致等于入口和出口载气温度的平均值。
[0042]另外，如图5中所示，多级鼓泡塔式冷凝器12展现出使得能够借助中间交换导管42来从这些鼓泡塔级之间抽取/注入海水的直接优势，此处中间交换导管42是在一个三级鼓泡塔式冷凝器系统的第一级14’与第二级14’ ’之间以及第二级14’ ’与第三级14’ ’ ’之间与这个鼓泡塔式冷凝器12联接的。在增湿器24的腔室中的多个对应的中间级处的中间托盘43’和43’ ’中收集咸水，并且将其注入外部导管18中，海水通过这些外部导管对应地在级14’与14’’之间以及级14’’与14’’’之间流动。在其他实施例中，取决于操作的条件，可以反转注入/抽取的方向(例如，可以将咸水从冷凝器12中抽取出来并且注入增湿器
24中)。这样的抽取流动就能够构建出热力学平衡的系统。在另外的实施例中，可以抽取/注入潮湿的载气而不是抽取/注入咸水。由于鼓泡塔式冷凝器中较高的传热系数以及较低的端温差，在此所描述的设备(例如图5中所示的设备)可以提供就除湿以及其效率而言优越的性能。
[0043]在阐述本发明的实施例时，为了清晰性起见使用了专用术语。为了说明的目的，专用术语旨在至少包括以类似的方式操作来达到类似的结果的技术和功能等效物。另外，在本发明的一个具体实施例包括多个系统元件或方法步骤的某些情况下，可以用一个单个元件或步骤来代替那些元件或步骤；同样地，可以用服务于同一目的的多个元件或步骤来代替一个单个元件或步骤。进一步地，在此处为本发明的实施例指定了对于多种不同性质的参数的情况下，除非另外说明，可以按百分之一、五十分之一、二十分之一、十分之一、五分之一、三分之一、二分之一、三分之二、四分之三、五分之四、十分之九、二十分之十九、五十分之四十九、百分之九十九等(或以1、2、3、4、5、6、8、10、20、50、100等的因数向上)，或按其四舍五入的近似值来向上或向下调节那些参数。此外，虽然已经参照本发明的具体实施例展示并且说明了本发明，本领域的普通技术人员将理解，在其中可以作出在形式以及细节上的多种不同替代以及更改而不脱离本发明的范围(例如，该冷凝液体可以是不同于水的一种成分；在该鼓泡塔式冷凝器中可以使用更多或更少的级；并且可以容易地改变那些级的构形)。再者，其他方面、功能以及优点也在本发明的范围内；并且本发明的所有实施例并不必需达成所有优点或具有以上所述的所有特征。另外，与一个实施例有关的、在此所讨论的元件以及特征同样可以与其他实施例相结合地使用。在整个文本中引用的参考资料(包括参考文本、期刊文章、专利、专利申请书等)的内容通过引用以其全文结合在此；并且来自这些参考资料的适当的部件、步骤、以及特征表述任选地可能或可能不被包括在本发明的实施例中。再者，在背景部分中表明的部件以及步骤是本披露的整体部分，并且在本发明的范围内可以与本披露中在别处所阐述的部件以及步骤相结合地使用或将其取代。在方法权利要求中，除非另外说明或通过这些术语以及语法措辞暗示，在按特定的顺序列举多个级(为了便于参考而添加或未添加有顺序性开头字符)的情况下，这些级不应被解释为在时间上受限于它们被列举的顺序。
【权利要求】
1.一种多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，包括: 供应一种载气的一个流体源，该载气包括一种处于蒸汽相的可凝流体； 该鼓泡塔式冷凝器的至少一个第一级和一个第二级，其中每一级都包括一个入口、一个出口以及与该入口和该出口处于流体联通的一个腔室，其中该鼓泡塔式冷凝器的第一级的该入口与该流体源相联接，并且其中该第一级的出口与该第二级的入口处于流体联通以便有助于来自该流体源的载气流动经过该第一级的腔室并且然后经过该第二级的腔室，其中该处于液相的可凝流体填充该第一级和该第二级的这些腔室，从而使得当该流体从每一级的入口流到出口时，会穿过该液体并且与其接触；以及 一个导管，该导管穿过该第一级中的以及该第二级中的液体以便将来自该冷凝器中的冷凝的能量回收到一种穿过该导管的冷却剂中。
2.如权利要求1所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，其中该液体是水。
3.如权利要求1所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，其中填充这些腔室的液体是与来自该流体源的载气处于逆向流动的或是处于静止的。
4.如权利要求1所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，进一步包括从该导管延伸的多个表面，其中这些表面增大了该导管与该流体之间的传热速率。
5.如权利要求1所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，其中该冷却剂包括水。
6.如权利要求1所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，进一步包括与各级的入口联接的一个气泡产生器以便在该液体中产生该载气的气泡。
7.如权利要求6所述的多级鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，其中该气泡产生器选自(a)一个筛板以及(b) —个辐射状的、环状的、蛛网状的、以及轮型喷布器。
8.一种增湿-除湿系统，包括: 一个增湿器,该增湿器包括一个载气入口和一个载气出口 ；一个液体入口和一个液体出口，其中该液体入口与一个流体源相联接；以及一个腔室，其中从该液体入口引入的液体能够按一种逆流安排来与含有一种处于蒸汽相的可凝流体的一种从该载气入口引入的载气相接触，并且其中该液体的一部分可以汽化进入该载气中；以及 一个鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器，该鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器包括至少一个第一级，该第一级包括一个载气入口、一个载气出口以及一个腔室，该腔室被构形为含有与该载气入口和该载气出口处于流体联通的一个液池，其中该冷凝器的载气入口与该增湿器的载气出口处于流体联通，并且其中该冷凝器的载气出口与该增湿器的载气入口处于流体联通。
9.如权利要求8所述的增湿-除湿系统，其中该鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器进一步包括一个第二级，该第二级也包括一个载气入口、一个载气出口以及一个腔室，该腔室被构形为含有与该第二级的载气入口和载气出口处于流体联通的一个液池，其中该第一级的载气出口与该第二级的载气入口处于流体联通以便有利于来自该增湿器的载气在返回到该增湿器之前流动经过该第一级的腔室并且然后经过该第二级的腔室。
10.如权利要求9所述的增湿-除湿系统，进一步包括与该增湿器的液体入口处于流体联通的液体源，该液体源提供包括一种可汽化组分的一种液体。
11.如权利要求10所述的增湿-除湿系统，进一步包括一池的该处于液相的液体的可汽化组分，该可汽化组分填充了该鼓泡塔式冷凝器的第一和第二级的这些腔室。
12.如权利要求11所述的增湿-除湿系统，进一步包括与各级的入口相联接的一个气泡产生器以便在该液体中产生该载气的气泡。
13.如权利要求9所述的增湿-除湿系统，进一步包括: 一个液体成分源；以及 一个导管，该导管从该液体成分源穿过该鼓泡塔式冷凝器的每一级的腔室以便回收来自冷凝的能量。
14.如权利要求13所述的增湿-除湿系统，进一步包括一个中间交换导管，该中间交换导管与在(a)该第一级和该第二级与(b) —个中间级处的增湿器腔室之间的导管相联接以用于在他们之间传送该液体成分。
15.如权利要求13所述的增湿-除湿系统，其中该液体成分包括水。
16.如权利要求8所述的增湿-除湿系统，其中含有该液体的腔室具有小于I的高度与直径的高宽比。
17.如权利要求8所述的增湿-除湿系统，其中含有该液体的腔室是与竖直方向成一个角度的。
18.一种用于从载气流中冷凝出流体的方法，该方法包括: 将一种包括处于蒸汽相的可凝流体的载气流鼓泡通过一个鼓泡塔式冷凝器的第一级中的第一池处于液相的流体，其中该载气流与该第一池相接触，并且其中该载气流中的处于蒸汽相的流体的一部分冷凝进入该第一池中； 从该鼓泡塔式冷凝器的第一级将具有降低的该处于蒸汽相的流体的含量的载气流排出；并且 使一种冷却剂穿过一个导管，该导管穿过该第一级中的液相流体以便将来自该鼓泡塔式冷凝器中的冷凝的能量回收到穿过该导管的该冷却剂中。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 使该载气流穿过一个增湿器，在将该载气流从该第一级排出之后，在该增湿器处将额外的蒸汽相流体加入到该载气流中；并且然后 将该载气流重新引入该鼓泡塔式冷凝器的第一级并且使该载气流再次穿过该第一池。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 将该载气流从该鼓泡塔式冷凝器的第一级通到该鼓泡塔式冷凝器的一个第二级中； 将该载气流鼓泡通过该鼓泡塔式冷凝器的第二级中的一个第二池的处于液相的流体，其中该载气流与该第二池相接触，并且其中该载气流中的处于蒸汽相的流体的至少一部分冷凝进入该第二池中；并且 从该鼓泡塔式冷凝器的第二级将具有降低的该处于蒸汽相的流体的含量的载气流排出。
21.如权利要求20所述的方法，其中该第一级中的液体比该第二级中的液体暖至少5。
22.如权利要求18所述的方法，其中该流体是水。
23.如权利要求18所述的方法，进一步包括通过使水从一种盐溶液蒸发来产生该载气流中的水蒸汽。
24.如权利要求23所述的方法，其中在使水从该盐溶液蒸发之前，用一个太阳能加热器或一个废热源来加热该盐溶液。
25.如权利要求23所述的方法，进一步包括使该盐溶液穿过该鼓泡塔式冷凝器的每一级中的导管以便对该盐溶液进行预加热以用于水蒸发。
26.如权利要求18所述的方法，进一步包括从该第一池中抽取该处于液相的流体。
27.如权利要求1所述的方法，其中穿过该导管的冷却剂是一种包括该处于液相的可凝流体的液体成分。
28.如权利要求18所述的方法，其中穿过该导管的冷却剂是一种包括该处于液相的可凝流体的液体成分。
【文档编号】B01D5/00GK103842044SQ201280045601
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2011年9月23日
【发明者】普拉卡什·戈文丹, 格雷戈里·蒂尔, 罗南·麦戈文, 约翰·林哈德, 穆斯塔法·埃尔沙卡维 申请人:麻省理工学院, 法赫德国王石油矿产大学