專利名稱：冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將溶液引入冷卻裝置的方法和設(shè)備。具體來說，本發(fā)明涉及從熱源移除熱量的方法和設(shè)備，但并非局限于此。
背景技術(shù)：
熱交換器常用于從工業(yè)過程中移除過剩的熱量。典型的熱交換器包括管殼式熱交換器，這種熱交換器具有部分地封閉在外罩或外殼內(nèi)的一段管路。將攜帶過剩熱量的工業(yè)過程流體引入所述管路，同時使例如水等冷卻劑通過隔開的入口和出口流經(jīng)所述外殼。水從所述過程流體中移除過剩的熱量。這樣，離開所述外殼的水的溫度高于進入所述外殼的冷卻劑的溫度。將被加熱的水流在冷卻塔中冷卻，然后將其再循環(huán)返回并通過所述外殼。由此可以連續(xù)進行除熱。
大多數(shù)冷卻塔中裝有多孔的填充材料，這些填充材料稱為鋪料(decking)或填料(packing)。將水引入到冷卻塔頂部并且通過鋪料滴落，同時將空氣吹過所述鋪料，從而使部分水蒸發(fā)。蒸發(fā)作用(蒸發(fā)冷卻)導(dǎo)致的熱量損失降低了余下的水的溫度。將冷卻了的水再循環(huán)至熱交換器。
發(fā)生蒸發(fā)時，例如溶解的固體等雜質(zhì)在再循環(huán)的水中累積。由于例如生物的生長、結(jié)垢、腐蝕和/或淤渣沉積，這樣的雜質(zhì)會引起淤塞。可以通過從該系統(tǒng)中排出一部分再循環(huán)水來降低雜質(zhì)含量。以這種方式進行的排水稱為“泄料”。
引入補給水以補充系統(tǒng)中的總水量的損失。補給水用例如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和分散劑來處理。這些添加劑往往較為昂貴，并且必須將其連續(xù)加入補給水中，從而增加了整個過程的成本。
冷卻系統(tǒng)的水質(zhì)對冷卻塔和熱交換器的熱效率和壽命有顯著影響。
在空氣冷卻器中，來自周圍環(huán)境的熱空氣吹過濕鋪料或填料?？諝獾臒崃總鬟f給濕鋪料，導(dǎo)致包含在鋪料中的水蒸發(fā)。結(jié)果，從冷卻器出來的空氣的溫度低于引入冷卻器的空氣的溫度。水蒸發(fā)時，水中的雜質(zhì)會沉積在鋪料上。這類沉積物對空氣冷卻器的熱效率和壽命有不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種將溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置的方法，所述方法包括a)將選擇性滲透膜安裝在第一溶液和第二溶液之間，所述第二溶液的溶質(zhì)濃度高于所述第一溶液，以致溶劑從所述第一溶液流過所述選擇性滲透膜以稀釋所述第二溶液；b)將所述第二溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置，在所述蒸發(fā)冷卻裝置中，利用蒸發(fā)作用將溶劑從所述第二溶液中除去；以及c)將所述第二溶液從步驟b)再循環(huán)到步驟a)，以從所述第一溶液中汲取溶劑。
所述蒸發(fā)冷卻裝置優(yōu)選為冷卻塔或空氣冷卻器。適合的空氣冷卻器包括家用和工業(yè)用的空氣冷卻器。
所述膜的選擇性可防止所述第一溶液中的不需要的溶質(zhì)和其他雜質(zhì)進入所述第二溶液。
所述第一溶液可以是混有雜質(zhì)的水流，例如為海水、微咸水、河水和來自例如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的廢水流。當使用這樣的溶液時，使水有選擇地通過所述的膜來稀釋所述第二溶液。
第二溶液可以包括海水、微咸水和工業(yè)過程流體。適合的工業(yè)過程流體可以來自例如淡化工廠(例如熱淡化工廠和/或反滲透工廠)的含鹽殘余物；以及含水排出物，例如通常用作傳統(tǒng)的冷卻塔的補給水的含水排出物。可以在使用前將所用的海水、微咸水和工業(yè)過程流體濃縮。作為替代或在此基礎(chǔ)上，可以在本發(fā)明的處理過程中將所用的海水、微咸水和/或工業(yè)過程流體濃縮，從而使得與步驟a)中的膜接觸的溶液的溶質(zhì)(總?cè)芙恹})濃度高于所述第一溶液的溶質(zhì)濃度。例如，可以使用所述蒸發(fā)冷卻裝置通過蒸發(fā)作用來從所述第二溶液中除去溶劑，從而產(chǎn)生濃縮的第二溶液，所述濃縮的第二溶液可以在步驟a)中用于從第一溶液中汲取溶劑。通過在步驟a)和b)之間在封閉環(huán)路中再循環(huán)第二溶液，可以將溶解在所述第二溶液中的溶質(zhì)“固定”。這樣，在這種封閉環(huán)路中，可以循環(huán)使用包含例如不良雜質(zhì)(諸如有毒的和放射性物質(zhì))的工業(yè)過程流體，所述封閉環(huán)路將所述雜質(zhì)與周圍環(huán)境隔離。
當將海水、微咸水和工業(yè)過程流體用作所述第二溶液時，希望加入添加劑，例如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑或分散劑，以減小或避免在所述過程中的淤塞和腐蝕。當所述第二溶液在步驟a)和步驟b)之間在封閉環(huán)路中再循環(huán)時，可以將這些添加劑“固定”在該系統(tǒng)中。這樣，可以不必將這類添加劑不斷地加入所述第二溶液中。
所述第二溶液可以具有已知的組成。例如，在一個實施方案中，通過將已知量的溶質(zhì)引入已知量的溶劑中，從而形成所述第二溶液。這樣，所述第二溶液可以基本上由溶解在選定溶劑中的選定溶質(zhì)組成?？梢栽诓襟Ea)之前形成該第二溶液。通過以這種方式形成所述第二溶液，可以產(chǎn)生基本上潔凈的溶液。這樣，可以使所述第二溶液中會淤塞冷卻系統(tǒng)的懸浮粒子、生物物質(zhì)和/或其他成分的濃度較低。所述第二溶液更優(yōu)選基本上不含這類成分。在一個實施方案中，在所述第二溶液中包含諸如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑等添加劑?？梢栽诜忾]環(huán)路中再循環(huán)所述第二溶液，使得例如可以在步驟a)和b)中將其連續(xù)地再利用。在這樣的實施方案中，所述第二溶液的成分被有效地“固定”在所述環(huán)路中。這樣，一旦形成所述第二溶液，可以不必進一步添加溶質(zhì)和/或諸如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑等添加劑。
在所述第二溶液中的溶劑優(yōu)選為水。
在所述第二溶液中的溶質(zhì)(滲透劑)優(yōu)選為水溶性溶質(zhì)，例如水溶性鹽。適合的鹽包括銨鹽和金屬鹽，例如堿金屬(例如，Li、Na、K)和堿土金屬(例如，Mg和Ca)鹽。所述鹽可以是氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氮化物、磷酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、溴酸鹽、碳化物、高氯酸鹽、次氯酸鹽、鉻酸鹽、氟硅酸鹽、氟硫酸鹽、硅酸鹽、氰化物和氰酸鹽?？梢允褂靡环N以上的鹽。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述第二溶液的溶質(zhì)為鈉鹽和/或鉀鹽。這樣，可以通過將已知量的鈉鹽和/或鉀鹽溶解在水中，從而形成所述第二溶液。在一個實施方案中，通過將氯化鈉溶解在水中來形成所述第二溶液。在進一步的優(yōu)選實施方案中，所述第二溶液可以是氨和二氧化碳的溶液，其中含有所形成的水成物質(zhì)碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨(參見WO 02/0608025)。最初用于步驟a)的第二溶液的溶質(zhì)或總?cè)芙恹}(TDS)濃度可高于第一溶液的溶質(zhì)或總?cè)芙恹}濃度。
在本發(fā)明的步驟a)中，將第一溶液置于半透膜的一側(cè)。將具有較高溶質(zhì)濃度(因此而具有較低溶劑濃度)的第二溶液置于所述膜的另一側(cè)。結(jié)果，溶劑通過所述膜從低溶質(zhì)濃度的一側(cè)(高溶劑濃度)流向高溶質(zhì)濃度(低溶劑濃度)的一側(cè)。流動沿著濃度梯度進行。這樣，不需要高壓來引起溶劑流動。然而，可以在所述膜的兩側(cè)施加壓力差，以便例如提高水的通量。
即使當不施加壓力來使溶劑從所述第一溶液流向所述第二溶液時，溶劑(例如水)從所述第一溶液流進所述第二溶液后，所述第二溶液的壓力也會升高(當水用作溶劑時，為滲透壓)。這是因為溶劑從所述第一溶液進入所述第二溶液的流動沿著濃度梯度發(fā)生?？梢允褂眠@種壓力來促進所述第二溶液向本發(fā)明的后續(xù)處理步驟轉(zhuǎn)移。例如在沒有泵的協(xié)助下，這種壓力足可以將所述第二溶液轉(zhuǎn)移至后續(xù)處理步驟。在一個實施方案中，過剩的壓力被轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。這樣，在所述第二溶液中產(chǎn)生的壓力(例如，滲透壓)可以用于減小能耗和/或提高整個過程的傳熱效率。
在一個實施方案中，來自于步驟a)的稀釋的第二溶液可以與另外的選擇性滲透膜的一側(cè)接觸，同時將溶質(zhì)濃度高于所述稀釋的第二溶液的第三溶液與該膜的另一側(cè)接觸。由于所述第二溶液的溶劑濃度高于所述第三溶液，所以溶劑從所述第二溶液流過所述膜以稀釋所述第三溶液。像所述第二溶液那樣，所述第三溶液可以基本上由溶解在選定的溶劑中的選定的溶質(zhì)組成。這樣，通過重復(fù)步驟a)一次或多次，可以更好地控制引入冷卻塔的溶液的組成。
所述第三溶液和/或后續(xù)溶液可以由與所述第二溶液相關(guān)的任何上述溶液形成。這樣，所述第三溶液和/或后續(xù)溶液中的溶劑優(yōu)選為水。
在所述第三溶液和/或第二溶液中的溶質(zhì)(滲透劑)優(yōu)選為水溶性溶質(zhì)，例如水溶性鹽。適合的鹽包括銨鹽和金屬鹽，例如堿金屬(例如，Li、Na、K)和堿土金屬(例如，Mg和Ca)鹽。這些鹽可以是氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氮化物、磷酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、溴酸鹽、碳化物、高氯酸鹽、次氯酸鹽、鉻酸鹽、氟硅酸鹽、氟硫酸鹽、硅酸鹽、氰化物和氰酸鹽。可以使用一種以上的鹽。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述第三溶液和/或后續(xù)溶液的溶質(zhì)為鈉鹽和/或鉀鹽。這樣，可以通過將已知量的鈉鹽和/或鉀鹽溶解在水中，從而形成所述第三溶液和/或后續(xù)溶液。在一個實施方案中，通過將氯化鈉溶解在水中來形成所述第三溶液和/或后續(xù)溶液。在另一實施方案中，所述第三溶液和/或后續(xù)溶液可以是氨和二氧化碳的溶液，其中含有所形成的水成物質(zhì)碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨(參見WO 02/060825)。
所述第三溶液和/或后續(xù)溶液可以包含與所述第二溶液相同的溶質(zhì)和溶劑。作為所述第二溶液、第三溶液和/或后續(xù)溶液，也可以使用不同的溶液。
在一個實施方案中，在所述第三溶液和/或后續(xù)溶液中包含諸如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑等添加劑。如后文所詳述的那樣，可以在封閉環(huán)路中將所述第三溶液和/或后續(xù)溶液再循環(huán)，使得例如在步驟a)和步驟b)中將其連續(xù)地再利用。在這樣的實施方案中，將所述第三溶液和/或后續(xù)溶液的成分有效地“固定”在所述環(huán)路中。這樣，一旦形成所述第三溶液和/或后續(xù)溶液，就不必進一步添加溶質(zhì)和/或諸如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑等添加劑。
在步驟b)中，將所述第二溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置中。所述冷卻裝置優(yōu)選包含溶劑(例如水)可以從其上蒸發(fā)的載體材料。所述載體材料優(yōu)選為多孔的，并且有利的是可以具有大的表面積。所述載體材料可以由塑料、金屬、陶瓷和諸如木材等天然材料制造。
在使用中，將所述第二溶液與所述載體材料接觸。然后可以使諸如空氣等氣體通過濕潤的載體材料，從而使所述第二溶液的溶劑蒸發(fā)。根據(jù)所述溶液和所述氣體的相對溫度的差異，蒸發(fā)冷卻的結(jié)果使得所述溶液或所述氣體的溫度降低。所述冷卻的溶液或氣體可以用作冷卻劑，用以例如從熱源移除熱量或冷卻周圍的空氣。
由步驟b)流出的溶液再循環(huán)到步驟a)。來自步驟b)的第二溶液可以直接再循環(huán)至步驟a)以汲取第一溶液中的溶劑。作為選擇，第二溶液也可以在一個或多個中間步驟之后再循環(huán)至步驟a)。例如，來自步驟b)的第二溶液可在再循環(huán)至步驟a)之前用于移除熱源的熱量。在一個實施方案中，第二溶液在再循環(huán)至步驟a)之前被用作熱交換器中的冷卻劑?？梢岳缭诜忾]環(huán)路中使第二溶液再循環(huán)。需要的話，可以在環(huán)路中加入附加成分，所述附加成分為例如溶質(zhì)、溶劑和選自例如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑等添加劑。
適宜的蒸發(fā)冷卻裝置的實例包括冷卻塔和諸如家用及工業(yè)用的空氣冷卻器等空氣冷卻器。
空氣冷卻器通常包括裝有多孔性填充材料(例如鋪料或填料)的外罩。第二溶液被導(dǎo)入空氣冷卻器中并潤濕填充材料。當來自周圍環(huán)境的熱空氣吹過填充材料時，第二溶液的部分溶劑(例如水)蒸發(fā)。由于蒸發(fā)(蒸發(fā)冷卻)造成熱量損失而使空氣的溫度降低。因而，流出空氣冷卻器的空氣的溫度低于導(dǎo)入空氣冷卻器中的空氣的溫度。流出空氣冷卻器的空氣可以用作例如熱交換器的冷卻劑。作為選擇，流出的空氣也可以用來冷卻例如房間等封閉空間。
冷卻塔通常包括多孔性填充材料，該多孔性填充材料稱為鋪料(填料)。將第二溶液導(dǎo)入冷卻塔的頂部并使其通過鋪料滴落，同時使諸如空氣等冷卻劑吹過鋪料，導(dǎo)致第二溶液的部分溶劑蒸發(fā)。由于蒸發(fā)(蒸發(fā)冷卻)造成熱量損失而使剩余的第二溶液的溫度降低。
進行蒸發(fā)時，第二溶液的濃度變大。如果第二溶液中存在污染物，則可以通過除去進入冷卻塔中的部分第二溶液(例如，作為排出液)而至少除去部分污染物。這種脫除被稱為泄料。
在本發(fā)明的方法中可以使用任何適宜的冷卻塔。適宜的冷卻塔的實例包括自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔。
步驟a)之后，第二溶液可用于從熱源移除過剩的熱(步驟d)。因而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，本發(fā)明提供從熱源移除熱量的方法。假定步驟d)中使用的第二溶液的溫度低于熱源的溫度，則可以在步驟b)的將第二溶液導(dǎo)入蒸發(fā)冷卻裝置之前和/或之后實施步驟d)。在一個實施方案中，可以在步驟b)的將第二溶液在冷卻塔中冷卻之前和/或之后實施步驟d)。
在一個實施方案中，第二溶液用作熱交換器中的冷卻劑，以從例如來自發(fā)電廠的蒸汽等工業(yè)過程流體中移除熱量。例如，熱交換器可以是管殼式熱交換器，該熱交換器具有部分封閉在外罩或外殼中的一段管路。將工業(yè)過程流體導(dǎo)入該管路中，同時使第二溶液經(jīng)隔開的入口和出口流經(jīng)外殼。第二溶液從該過程流體中移除過剩的熱量。因而，流出外殼的第二溶液的溫度比進入外殼的第二溶液的溫度高。
一旦第二溶液在移除熱量的步驟d)中被加熱，就可以在步驟a)中再次使用。然而，如果在步驟a)中再次使用第二溶液，則應(yīng)當使與選擇性滲透膜接觸的第二溶液中的溶質(zhì)的總濃度比第一溶液中的溶質(zhì)濃度高，從而可以使得第一溶液的溶劑流過選擇性滲透膜而進入第二溶液。因此，在一個優(yōu)選的實施方案中，需要控制第二溶液中的溶劑去除，以確保與選擇性滲透膜接觸的第二溶液具有所需濃度。在一個實施方案中，第二溶液可以在在步驟a)中再次使用之前被冷卻(例如在冷卻塔中)。
在步驟c)中，步驟a)、b)和可供選擇的步驟d)中所用的溶液可以在封閉環(huán)路中循環(huán)。根據(jù)需要，可以將附加成分加入所述封閉環(huán)路中，所述附加成分有例如溶質(zhì)、溶劑和選自諸如防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑和/或分散劑的添加劑。
在本發(fā)明的方法中可以使用任何適宜的選擇性膜。也可以配置一系列的膜。適宜的膜包括乙酸纖維素(CA)和三乙酸纖維素(CTA)(例如在McCutcheon等的Desalination 174(2005)1-11中描述的那些材料)以及聚酰胺(PA)膜。所述膜可以為平面狀或采取管狀或中空纖維的形態(tài)。特別是當未施加高壓以引發(fā)溶劑由第一溶液流向第二溶液時，可以采用薄的膜。如果需要，所述膜可以由例如網(wǎng)狀支撐體等支撐結(jié)構(gòu)支撐。
在一個實施方案中，可以在外罩或外殼中配置一個或多個管狀膜?？梢詫⒌谝蝗芤簩?dǎo)入外罩中，同時可以將第二溶液導(dǎo)入管路中。當?shù)谝蝗芤旱娜軇舛雀哂诘诙芤旱娜軇舛葧r，溶劑將透過膜從第一溶液擴散進入第二溶液中。于是，第二溶液將被逐漸稀釋，而第一溶液將被逐漸濃縮?？梢杂晒苈穬?nèi)部將稀釋的第二溶液回收，同時可以將濃縮的第一溶液由外罩中移除。
當采用平面狀膜時，可以將該片材卷繞，使得在橫斷面上形成螺旋線形狀。
膜的孔隙直徑的選擇取決于需要分離的溶劑分子的大小?？梢允褂镁哂性试S兩種以上不同種類的溶劑分子通過該膜的孔隙直徑的膜。膜的孔隙直徑優(yōu)選對于水的通過具有選擇性。更為理想的是，選擇膜的孔隙直徑，以防止溶質(zhì)和其他污染物由第一溶液流向第二溶液。典型的孔隙直徑為1～100，優(yōu)選5～50，如10～40。
溶劑透過選擇性膜的流動通常受熱狀態(tài)的影響。因而，如果需要，可以對膜的任一側(cè)的溶液進行加熱或冷卻?？梢詫⑷芤杭訜嶂?0℃～90℃的較高的溫度，例如60℃～80℃。作為選擇，也可以將溶液冷卻至-20℃～40℃，例如5℃～20℃。可以對膜一側(cè)的溶液進行加熱，同時對另一側(cè)的溶液進行冷卻。也可以單獨對每種溶液進行加熱或冷卻。而且如果需要，可以在膜的任一側(cè)進行化學反應(yīng)。
為提高滲透步驟的效率，可以對第一和/或第二溶液進行處理以減少膜的淤塞和結(jié)垢。從而，可以將防垢劑和/或防淤塞劑添加至這兩種溶液之一或這兩種溶液中。盡管并不要求，但可以對膜的第一溶液側(cè)施加壓力以增大通過膜的水流速度。例如，可以施加1×105Pa～5×105Pa[1bar～5bar]的壓力，優(yōu)選2×105Pa～4×105Pa[2bar～4bar]的壓力。與此同時或作為選擇，可以減小膜的第二溶液側(cè)的壓力。例如，壓力可以小于1×105Pa[1bar]，優(yōu)選小于0.5×105Pa
。
為增大通過膜的流速，也可以改變第一溶液和/或第二溶液的粘度。例如，可以使用粘度調(diào)節(jié)劑。
本發(fā)明的方法還可包括從第一溶液中除去污染物(例如懸浮顆粒和生物物質(zhì))的預(yù)處理步驟。與此同時或作為選擇，可以向第一溶液中添加控制結(jié)垢的閾值抑制劑(threshold inhibitor)。而且可以采用改變第一溶液pH的預(yù)處理步驟。當海水用作原料時，優(yōu)選使用從深海抽吸的海水，這是因為深海海水通常含有較少的污染物。
本發(fā)明的另一實施方案提供一種將溶液導(dǎo)入蒸發(fā)冷卻裝置中的設(shè)備，所述設(shè)備包括外罩，該外罩包括選擇性滲透膜，所述選擇性滲透膜用于隔離第一溶液和溶質(zhì)濃度比第一溶液更高的第二溶液，所述膜的構(gòu)造使得溶劑有選擇地由所述膜的第一溶液側(cè)流入所述膜的第二溶液側(cè)，蒸發(fā)冷卻裝置，和從外罩中移除第二溶液的單元，和將所述第二溶液導(dǎo)入所述蒸發(fā)冷卻裝置的單元。
本發(fā)明的設(shè)備還可以包括熱交換器。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明的這些方面和其他方面進行說明，在附圖中圖1是本發(fā)明的第一實施方案的設(shè)備的示意圖，圖2是本發(fā)明的第二實施方案的設(shè)備的示意圖，圖3是本發(fā)明的第三實施方案的設(shè)備的示意圖，和圖4是本發(fā)明的第四實施方案的設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1，圖1提供了用于產(chǎn)生冷空氣流的設(shè)備10。
設(shè)備10包括外罩12和空氣冷卻器14。外罩12包括選擇性滲透膜16，所述選擇性滲透膜16用于隔離海水18和通過將已知量的氯化鈉溶解在水中而形成的溶液20。
使用時，海水18穿過外罩12在膜16的一側(cè)循環(huán)，同時氯化鈉溶液20穿過外罩12在膜16的相反一側(cè)循環(huán)。與膜16接觸的氯化鈉溶液20具有比海水18更高的總?cè)芙恹}(溶質(zhì))濃度。因而，水通過滲透作用由膜16的海水側(cè)流向膜16的溶液側(cè)。
水通過膜16的流動稀釋了氯化鈉溶液20。將稀釋的溶液20由外罩12中移除并導(dǎo)入空氣冷卻器14中?？諝饫鋮s器14包括多孔性填充材料(未示出)。溶液20被導(dǎo)入空氣冷卻器14的頂部并潤濕多孔性材料。
當來自周圍環(huán)境的熱空氣22吹過濕潤的多孔性材料時，空氣22的熱傳遞至濕潤的多孔性材料，導(dǎo)致溶液20中的水蒸發(fā)。結(jié)果，由冷卻器14流出的空氣24的溫度比導(dǎo)入冷卻器14中的空氣22的溫度低。流出的空氣24可以用來冷卻例如房間等封閉空間。
隨著水從溶液20中蒸發(fā)，溶液20變得更濃。將該濃縮的溶液20經(jīng)管線26從空氣冷卻器14中移出，并且在封閉環(huán)路中再循環(huán)到外罩12中的膜16的溶液側(cè)。與膜16接觸的溶液20的濃度比膜16另一側(cè)的海水18的濃度高。
圖2的設(shè)備與圖1的設(shè)備類似。為此，相同的標記表示相同的部件。然而，與圖1的設(shè)備不同的是，圖2的設(shè)備包括串聯(lián)使用的兩個外罩12a和12b。
第一外罩12a包括選擇性滲透膜16a，所述選擇性滲透膜16a用于隔離海水18和通過將已知量的氯化鈉溶解在水中而形成的溶液20a。第二外罩12b包括選擇性滲透膜16b，所述選擇性滲透膜16b用于隔離來自第一外罩12a的溶液20a和通過將已知量的氯化鈉溶解在水中而形成的溶液20b。
使用時，海水18穿過外罩12a在膜16a的一側(cè)循環(huán)，同時氯化鈉溶液20a穿過外罩12a在膜16a的相反一側(cè)循環(huán)。與膜16a接觸的氯化鈉溶液20a具有比海水18更高的總?cè)芙恹}(溶質(zhì))濃度。因而，水通過滲透作用由膜16a的海水側(cè)流向膜16a的溶液側(cè)。
水通過膜16a的流動稀釋了氯化鈉溶液20a。稀釋的溶液20a穿過外罩12b在膜16b的一側(cè)循環(huán)，同時氯化鈉溶液20b穿過外罩12b在膜16b的相反一側(cè)循環(huán)。與膜16b接觸的氯化鈉溶液20b具有比溶液20a更高的總?cè)芙恹}(溶質(zhì))濃度。因而，水通過滲透作用流過膜16b而稀釋氯化鈉溶液20b。將稀釋的溶液20b以參考圖1所描述的方式導(dǎo)入空氣冷卻器14中。隨著水通過滲透作用流過膜，氯化鈉溶液20a逐漸變濃并再循環(huán)至外罩12a中。
圖3提供了用于從工業(yè)過程流體中移除熱量的設(shè)備100。
設(shè)備100包括外罩110、熱交換器112和冷卻塔114。外罩110包括選擇性滲透膜116，所述選擇性滲透膜116用于隔離海水118和通過將已知量的氯化鈉溶解在水中而形成的溶液120。
使用時，海水118穿過外罩110在膜116的一側(cè)循環(huán)，同時氯化鈉溶液120穿過外罩110在膜116的相反一側(cè)循環(huán)。與膜116接觸的氯化鈉溶液120具有比海水118更高的總?cè)芙恹}(溶質(zhì))濃度。因而，水通過滲透作用由膜116的海水側(cè)流向膜116的溶液側(cè)。
水通過膜116的流動稀釋了氯化鈉溶液120。將該稀釋溶液120導(dǎo)入冷卻塔114中。冷卻塔114包括多孔性填充材料，該多孔性填充材料稱為鋪料(未示出)。將溶液120導(dǎo)入冷卻塔114的頂部并使其通過鋪料滴落，同時使冷空氣126吹過鋪料，導(dǎo)致溶液120中的部分水蒸發(fā)。由于蒸發(fā)(蒸發(fā)冷卻)造成熱量損失而使剩余的溶液120的溫度降低。然而，由于蒸發(fā)導(dǎo)致了水的損失，剩余溶液的濃度比進入冷卻塔114中的溶液的濃度大。
將冷卻的溶液120導(dǎo)入熱交換器112中。在熱交換器112中，溶液120用作冷卻劑以將工業(yè)過程流體124中的熱量移除。工業(yè)過程流體124的熱量通過熱交換器112的壁傳遞至溶液120。因而，溶液120的溫度升高。
將溶液120經(jīng)管線128從熱交換器112中抽出并再次導(dǎo)入至封閉環(huán)路中的膜116的溶液側(cè)。與膜116接觸的溶液120的濃度比膜116的另一側(cè)的海水118的濃度高。
圖4的設(shè)備與圖3的設(shè)備類似。因而，相同的標記表示相同的部件。然而，與圖3的設(shè)備不同的是，在將來自外罩110的溶液120導(dǎo)入冷卻塔114之前先將其導(dǎo)入熱交換器112中。
權(quán)利要求
1.一種將溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置的方法，所述方法包括a)將選擇性滲透膜安裝在第一溶液和第二溶液之間，所述第二溶液的溶質(zhì)濃度高于所述第一溶液，以致溶劑從所述第一溶液流過所述選擇性滲透膜以稀釋所述第二溶液；b)將所述第二溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置，在所述蒸發(fā)冷卻裝置中，利用蒸發(fā)作用將溶劑從所述第二溶液中除去；以及c)將所述第二溶液從步驟b)再循環(huán)到步驟a)，以從所述第一溶液中汲取溶劑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟c)中，通過至少步驟a)和步驟b)將所述第二溶液在封閉環(huán)路中再循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括步驟d)在步驟a)之后，使所述第二溶液與熱源接觸以從所述熱源移除熱量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二溶液用作熱交換器中的冷卻劑以從所述熱源移除熱量。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，在步驟(c)中，通過至少步驟a)、b)和d)將所述第二溶液在封閉環(huán)路中再循環(huán)。
6.如權(quán)利要求3～5中任一項所述的方法，其中在步驟b)之后進行步驟d)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述蒸發(fā)冷卻裝置包括空氣冷卻器。
8.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的方法，其中所述蒸發(fā)冷卻裝置包括冷卻塔。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述第一溶液為海水、微咸水、河水和/或廢水。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述第二溶液包括海水、微咸水和/或來自工業(yè)過程的水。
11.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中通過將至少一種溶質(zhì)引入至少一種溶劑中從而形成所述第二溶液。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中引入所述第二溶液中的所述溶質(zhì)為水溶性溶質(zhì)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中引入所述第二溶液中的所述溶質(zhì)為銨鹽、堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述鹽為氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽、重碳酸鹽、氨基甲酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氮化物、磷酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、溴酸鹽、碳化物、高氯酸鹽、次氯酸鹽、鉻酸鹽、氟硅酸鹽、氟硫酸鹽、硅酸鹽、氰化物和/或氰酸鹽。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述第一溶液和/或第二溶液包含添加劑，所述添加劑選自防垢劑、緩蝕劑、生物殺滅劑或分散劑中的至少一種物質(zhì)。
16.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，將在步驟a)中由溶劑通過所述膜的流動而產(chǎn)生的壓力用于促進所述第二溶液轉(zhuǎn)移到步驟b)。
17.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中通過以下方式進行步驟a)i)將選擇性滲透膜安裝在第一溶液和第二溶液之間，所述第二溶液的溶質(zhì)濃度高于所述第一溶液，以致溶劑從所述第一溶液流過所述選擇性滲透膜以稀釋所述第二溶液；和ii)將選擇性滲透膜安裝在被稀釋的第二溶液和另一種溶液之間，所述另一種溶液的溶質(zhì)濃度高于所述被稀釋的第二溶液，以致所述被稀釋的第二溶液的溶劑流過所述選擇性滲透膜以稀釋所述另一種溶液。
18.一種將溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置的設(shè)備，所述設(shè)備包括外罩，該外罩包括選擇性滲透膜，所述選擇性滲透膜用于隔離第一溶液和溶質(zhì)濃度比第一溶液更高的第二溶液，所述膜的構(gòu)造使得溶劑有選擇地由所述膜的第一溶液側(cè)流入所述膜的第二溶液側(cè)，蒸發(fā)冷卻裝置；和從所述外罩移除第二溶液的單元，和將所述第二溶液導(dǎo)入所述蒸發(fā)冷卻裝置的單元。
19.如本文所述并參考附圖得出的方法。
20.如本文所述并參考附圖得出的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及將溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置(14)的冷卻方法和冷卻設(shè)備，所述方法包括a)將選擇性滲透膜(16)安裝在第一溶液(18)和第二溶液(20)之間，所述第二溶液(20)的溶質(zhì)濃度高于所述第一溶液(18)，以致溶劑從所述第一溶液(18)流過所述選擇性滲透膜(16)以稀釋所述第二溶液(20)；b)將所述第二溶液引入蒸發(fā)冷卻裝置(14)，在蒸發(fā)冷卻裝置(14)中，利用蒸發(fā)作用將溶劑從所述第二溶液(20)中除去；以及c)將所述第二溶液(20)從步驟b)再循環(huán)到步驟a)，以從所述第一溶液(18)中汲取溶劑。
文檔編號F28F25/00GK1980727SQ200580020626
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者阿卜杜勒薩拉姆·阿勒-馬亞齊, 阿德爾·沙里夫 申請人:薩里大學