体的速率强烈地取决于工作条件，并且该速率可以通 过以下方式来进行控制：通过改变从一个电压源供应至变速风扇66的电压来调节风扇66 的速度，或通过调节抽提导管60、62、64中的压降（例如，通过使用在该导管中的一个可调 节阀并通过控制该阀以使穿过该导管的通道的直径膨胀或收缩）。在具体实施例中，载气混 合物（或液体组合物）的流速可以在该过程期间动态地改变（增加或减少）。
[0115] 图1的上述系统是一种水加热的空气封闭式露天水系统，该系统从增湿器12至除 湿器14中具有三次空气抽提。导管26、34以及30中的状态a至d用于表示液体流的不 同状态，并且导管16和18中的状态e和f表示在除湿之前和之后的湿空气的不同状态。 基于由G. P. Narayan等人，"太阳能驱动的增湿-除湿脱盐用于小规模分散化水生产的潜 力（The Potential of solar-driven humidification-dehumidification desalination for small-scale decentralized water production)"，《可再生与可持续能源综述》 (Renewable and Sustainable Energy Reviews)，第 14 卷，第 1187-1201 页（2010)列出的 HDH的不同分类，存在该系统的几种其他实施例。
[0116] 组合的热量和质量传递装置中的热平衡：
[0117] "控制体积"平衡：
[0118] 为了理解HME装置中的热力学平衡，首先考虑一个热交换器的更简单的情况。在 无限大热传递面积的极限情况中，这一装置中的熵产生率是由所谓的热不平衡或残余不可 逆性所致，这与使得交换热的这些流的热容率不相等的条件相关联。换言之，一个热交换 器（具有恒定的流体流热容量）据称在热容率比为一时是热"平衡的"（具有零残余不可逆 性）。这种热力学平衡概念对于热交换器来说为熟知的，最近被扩展至HME装置。
[0119] 为了定义HME装置中的一种热"平衡的"状态，通过与热交换器类比将关于组合的 热量和质量交换的一个改进的热容率比定义为冷流的总焓率的最大变化与热流的总焓率 的最大变化的比率。这些最大变化是通过定义任一流可以在该装置的出口处达到的理想状 态来定义的。例如，一个冷流可以在该出口处达到的理想状态将是在该热流的入口温度；并 且一个热流可以在该出口处达到的理想状态将是在该冷流的入口温度。
【主权项】
1. 一种用于降低组合的热量和质量传递装置中的热力学不可逆性的方法，该方法包 括： 将一种载气混合物的一个流引导穿过一个组合的热量和质量传递装置中的一个流体 流动路径； 使热量和质量通过W下方式从该载气混合物传递或传递至该载气混合物；与包括呈液 体状态的一种可蒸发的组分的一种液体组合物直接或间接相互作用，W便经由使该可蒸发 的组分从该液体组合物中蒸发或经由使该可蒸发的组分从该载气混合物中冷凝来实质性 地改变该载气混合物中的可蒸发的组分的含量，从而产生一个载气混合物流，该载气混合 物流具有的可蒸发的组分的浓度不同于在该热量和质量传递过程之前该载气混合物中的 可蒸发的组分的浓度； 改变W下各项中的至少一项的质量流率；(a)该载气混合物，该改变通过从该组合的 热量和质量传递装置中的流体流动路径中的至少一个中间位置抽提或注入该载气混合物 进行；和化）该液体组合物，该改变通过从该热量和质量传递装置中的流体流动路径中的 至少一个中间位置抽提或注入该液体组合物进行；并且 调节在该组合的热量和质量传递装置中的载气混合物或液体组合物的流W便降低该 装置中的平均局部洽夹点。
2. 如权利要求1所述的方法，其中该装置中的最小局部洽夹点是小于约2化J/kg干燥 空气。
3. 如权利要求1所述的方法，该载气混合物或该液体组合物的流是动态地改变的。
4. 如权利要求1所述的方法，其中该液体组合物被加热至不超过该液体组合物中的结 垢组分的沉淀温度的一个温度。
5. 如权利要求1所述的方法，其中该可蒸发的组分是水。
6. -种用于降低增湿-除湿系统中的热力学不可逆性的方法，该方法包括： 将包含一种可蒸发的组分和一种载气的一种载气混合物的一个流引导穿过一个填充 床增湿器中的一个流体流动路径； 将热量和质量通过W下方式传递至该载气混合物；与包含呈液体状态的可蒸发的组分 作为其组分之一的一种液体组合物直接相互作用，W便经由使可蒸发的组分从该液体组合 物中蒸发来实质性地增加该载气混合物中的可蒸发的组分的含量； 将该载气混合物从该增湿器引导至一个除湿器，在该除湿器中热量和质量通过W下方 式从该载气混合物传递：与在该除湿器中的一个流体流动路径中的液体组合物间接相互作 用，从而减少该载气混合物中的可蒸发的组分的含量并且预热该液体组合物； 改变W下各项中的至少一项的质量流率；(a)该载气混合物，该改变通过从该增湿器 中的流体流动路径中的至少一个中间位置抽提该载气混合物并且在该除湿器中的一个相 应位置处注入该抽提的载气混合物进行；和化）该液体组合物，该改变通过从该增湿器中 的流体流动路径中的至少一个中间位置抽提该液体组合物并且在该除湿器中的一个相应 位置处注入该液体组合物进行；并且 调节在该增湿器和该除湿器中的该些流体流动路径的多个中间位置之间的载气混合 物或液体组合物的流W便降低该除湿器中的平均局部洽夹点。
7. 如权利要求6所述的方法，其中该增湿器和该除湿器W小于约2化J/kg干燥空气的 一个最小洽夹点运行。
8. 如权利要求6所述的方法，其中该载气混合物或该液体组合物的该些抽提和注入沿 着在该增湿器中和该除湿器中的该些流体流动路径中的多个中间位置之间延伸的一个或 多个离散的导管发生。
9. 如权利要求6所述的方法，其中在该增湿器中和该除湿器中的该些流体流动路径之 间的载气混合物或液体组合物的该些抽提和注入沿着跨过该增湿器中和该除湿器中的该 些流体流动路径的大多数连续地延伸的多个中间位置发生。
10. 如权利要求6所述的方法，其中该增湿器和该除湿器W-种热力学平衡状态运行， 相较于一种恒定的流与流温差状态，该热力学平衡状态更接近于一种恒定的局部湿度比差 状态。
11. 如权利要求6所述的方法，其中多个中间位置之间的载气混合物或液体组合物的 流率是动态地改变的。
12. 如权利要求6所述的方法，其中该液体组合物被加热至不超过该液体组合物中的 结垢组分的沉淀温度的一个温度。
13. 如权利要求12所述的方法，其中该增湿器和该除湿器的压力是基于在该液体组合 物的温度下水的蒸汽压来选择并确立的。
14. 如权利要求13所述的方法，其中该液体组合物被加热至不大于65°C的一个温度。
15. 如权利要求12所述的方法，其中该些结垢组分包括硫酸巧和硫酸儀中的至少一 种。
16. 如权利要求12所述的方法，其中该些结垢组分包括碳酸巧和碳酸氨巧中的至少一 种。
17. 如权利要求6所述的方法，其中该可蒸发的组分是水。
18. 如权利要求1所述的方法，其中该装置是在低于大气压的一个压力下运行。
19. 如权利要求6所述的方法，其中该系统是在低于大气压的一个压力下运行。
【专利摘要】一种载气混合物被引导穿过一种组合的热量和质量传递装置(12，14)中的一个流体流动路径(16，18)，该组合的热量和质量传递装置可以在亚大气压下运行。使热量和质量通过以下方式从该载气混合物传递或传递至该载气混合物：与包括呈液体状态的一种可蒸发的组分的一种液体组合物相互作用以便经由蒸发或冷凝来实质性地改变该载气混合物中的可蒸发的组分的含量。该载气混合物的质量流率通过从该流体流动路径中的至少一个中间位置抽提/注入(60，62，64)该载气混合物来改变，和/或该液体组合物的质量流率通过从该流体流动路径中的至少一个中间位置抽提/注入该液体组合物来改变。对该载气混合物或该液体组合物的流进行调节以降低平均局部焓夹点。
【IPC分类】B01D5-00, C02F1-14, C02F1-10, B01D1-00, B01D1-14, C02F1-04, C02F1-12
【公开号】CN104540564
【申请号】CN201380034058
【发明人】普拉卡什·戈文丹, 格雷戈里·蒂尔, 罗南·麦戈文, 约翰·林哈德, 萨瑞塔·达斯, 卡里姆·彻海耶博, 赛义德·祖贝尔, 穆罕默德·安塔尔
【申请人】麻省理工学院, 法赫德国王石油矿产大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2013年7月2日
【公告号】CA2875826A1, EP2872229A1, US8496234, US20140014212, WO2014014660A1