УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
DEVICE FOR ENERGY RECOVERY

Изобретение относится к устройству для восстановления энергии и примесей из дыма, газов, паров или летучих жидкостей, в частности к дымоходу.
В качестве примера мы рассматриваем дымоход для извлечения дыма, при этом далее под термином «дым» понимается любое газообразное соединение, которое может быть очищено и/или охлаждено для восстановления тепла.
Дым, выделяемый промышленными или бытовыми бойлерами, как известно, содержит мелкие частицы, загрязнители и избыточную тепловую энергию, которая является восстанавливаемой. См., например, U.S. 2010/0212607, в котором рассматривается эта область и связанные с ней проблемы, или CN 202253704 U, в котором используются струи воды.
Учитывая важность состояния окружающей среды и степень доступной экономии, необходимо устройство, которое обеспечивает:
- снижение выбросов твердых частиц и загрязняющих веществ; и/или
- снижение температуры дыма выхлопа, исходящих из дымоходов; и/или
- одновременное восстановление части тепловой энергии, принадлежащей дыму; и/или
- улучшение энергетического баланса промышленных/городских отопительных установок, таким образом, снижая связанные с ними эксплуатационные расходы; и/или
- высокую эффективность и простую конструкцию.
В документе ЕР 2221539 раскрыта система, в которой для промывки дыма используют воду. Действия с водой проводят путем разбрызгивания: вода выходит из отверстий, предусмотренных на обмотке или трубопроводах, и забирает тепло и пыль.
С этой целью предложено устройство для восстановления энергии из дыма или газов, такое как указано в прилагаемой формуле изобретения, где в зависимых пунктах формулы изобретения определяются предпочтительные варианты.
На фиг. 10 показана упрощенная диаграмма общей архитектуры устройства. Оно содержит две последовательно расположенных ступени А, В, при этом дым FF для очистки и/или охлаждения сначала попадает в ступень А, а оттуда он попадает в ступень В, из которой он затем выходит.
Внутрь двух ступеней А, В вводится вода, она разбрызгивается и направляется внутрь ступеней А, B в виде вуалей или завес из проточной воды. Вода выходит из ступеней А, В через соответствующие каналы U1, U2. Существует две скорости A1, В1 потока воды в соответствующих ступенях А, В, и они могут быть регулируемыми предпочтительно так, чтобы общая скорость Pt потока оставалась приблизительно постоянной и чтобы разделить ее на две скорости PA, РВ потока на впускных отверстиях A1, В1. Следовательно, если скорость РА потока повышается, то скорость РВ потока снижается, т.е. РА+РВ=K, постоянной.
Постоянная K установлена для извлечения из дыма FF максимального количества тепла, тогда как значения РА, РВ установлены для определения температуры или скорости потока воды, исходящей из двух ступеней А, В.
Следует отметить, что конструкция с двумя (или более) ступенями А, В предпочтительно обеспечивает извлечение большого количества тепла из дыма FF. Фактически, дым FF может поступать на ступень А с высокой температурой, а вода, выходящая из канала U1, может иметь максимальную температуру 85-90°С, иначе она превратится в пар. Дым, попадающий на ступень В, таким образом, не может иметь температуру ниже, чем температура воды в трубопроводе U1, и, таким образом, он все еще содержит большое количество извлекаемого тепла. Задачей следующей ступени (или ступеней) является лишь извлечение запаса остаточной энергии дыма FF путем его выпуска в окружающую среду, например, при 30°С.
Вода в ступенях А, В образует вуали или завесы VL перпендикулярно направлению подачи дыма FF, поэтому дым FF вынужден пересекать их, высвобождая большое количество тепла и примесей.
Предпочтительно, вуали или завесы VL образованы путем предоставления воде возможности падать с перегородок или стенок на различных уровнях, которые определяют путь для дыма FF.
В общем, для извлечения тепла и/или примесей из дыма, или газов, или паров может быть использована любая подходящая жидкость, предпочтительно вода.
Преимущества устройства и способа все же станут более понятны из следующего описания их предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 проиллюстрирован, в схематическом виде, дымоход;
на фиг. 2 проиллюстрирован, в виде в частичном разрезе, дымоход;
на фиг. 3 проиллюстрирован дымоход, проиллюстрированный на фиг. 2, во втором виде в разрезе;
на фиг. 4 показан схематический вид в разрезе второго варианта устройства;
на фиг. 5 показан вид в перспективе третьего варианта устройства;
на фиг. 6 показан развернутый вид в перспективе варианта, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7 показан вид в разрезе варианта, показанного на фиг. 5, в соответствии с плоскостью VII;
на фиг. 8 показан вид в разрезе варианта, показанного на фиг. 5, в соответствии с плоскостью VIII;
на фиг. 9 показан вид в перспективе компонентов, находящихся внутри устройства, показанного на фиг. 5.
2
В вариантах осуществления, представленных далее, одинаковые номера указывают на идентичные части, тогда как HO указывает на путь воды.
Установка 1 для восстановления энергии восстанавливает тепловую энергию, сгенерированную нагревательным устройством, таким как бойлер 2.
Внутри установки 1 дым, выходящий из бойлера 2, будет выпущен внутрь устройства 3, имеющего лабиринтный внутренний трубопровод. Устройство 3 состоит из коробчатого элемента или полого внешнего корпуса, который открыт в верхнем конце 6. Внутри устройства 3 находится первая перегородка 4, вторая перегородка 5 и третья перегородка 5а, выступающие из стенок корпуса и направленные во взаимно противоположные стороны друг от друга.
Перегородки 4, 5, 5а вынуждают дым проходить по лабиринтному и, следовательно, не прямому пути F.
Перегородка 4 расположена в наклонном положении относительно вертикали со свободным концом, направленным вверх, тогда как перегородки 5 и 5а расположены в основном параллельно верхнему концу 6 лабиринтного канала 3.
На верхнем конце 6 вводится дымовая труба 7, внутри которой расположен разбрызгиватель 8 воды, которая при падении перехватывает в противотоке поток дыма F, который выходит из канала 3.
Вода, выходящая из разбрызгивателя 8, обеспечивает первую промывку дыма F. Путь воды, которая имеет нисходящее движение вследствие гравитации, ориентирован перегородками 4, 5 в направлении первого выпускного канала 9, который введен в нижний конец 10 перегородки 4. Вода, которая нагрета посредством промывки дыма, проходит через выпускной канал 9 и выпускается, например, при температуре приблизительно 95°С внутрь емкости 11.
В частности, перегородки 4, 5, 5а (или, в общем, внутренние перегородки или некоторые из внутренних перегородок устройства) расположены таким образом, что вода вытекает из разбрызгивателя 8 на них и, проходя от одной к другой, образует вертикальную вуаль или завесу V. Эта вуаль или завеса V вклинивается или пересекает путь дыма F между перегородками 4, 5, 5а. Таким образом, дым F вынужден проходить через вуаль или завесу V, передавая ему как тепло, так и пыль или частицы, которые затем удаляются вместе с водой.
Дымовая труба 7, расположенная над устройством 3, имеет форму в основном перевернутой буквы «U», свободный конец 12 которой расположен внутри дымохода 13 и направлен вниз. Дымоход 13 имеет защитную опорную раму 14 для свободного конца 12 и для поддержки второго разбрызгивателя 15, расположенного внутри дымохода 13 в положении над свободным концом 12.
Дым F2, который выходит из свободного конца 12, поднимается в направлении верхнего выпускного отверстия 16 дымохода 13 и разбрызгивается в противотоке посредством второго разбрызгивателя 15, который обеспечивает его вторую промывку.
В частности, разбрызгиватель 15 выполнен с возможностью образования потолка или горизонтального слоя воды Т, так что дым F2 обязательно его пересечет с таким же результатом, как был получен при использовании вуали V.
Вода, выделяемая разбрызгивателем 15, падает под действием гравитации на конвейер 17, расположенный в основании дымохода 13 ниже свободного конца 12, для переноса воды через второй выпускной канал 18 во второй бак 19.
Конвейер 17 имеет загрузочную воронку 20, которая переправляет воду, выходящую из разбрызгивателя 15, после нагрева посредством дыма F1 внутрь прямой трубы 21, на нижнем конце которой расположен сужающийся элемент 22, который переправляет воду в выпускной трубопровод 18 в направлении второго резервуара, при температуре, например, приблизительно 30°С.
Сами количество воды, использованное для разбрызгивания дыма, и давление дыма сбалансированы для исключения любой проблемы, связанной с давлением или разрежением, приводящей к возгоранию. Точнее говоря, вода в этом случае может снизить температуру дыма, вредного для окружающей среды, которая бы без настоящей установки составляла приблизительно 70-90°С, если он исходит от конденсационных бойлеров, и приблизительно 170-400°С, если он исходит от неконденсационных бойлеров, или печей, или сушилок.
Кроме того, вода способна поглотить большую часть взвешенных тонких частиц пыли, которые, таким образом, выводятся и направляются вместе с обработанной водой в сливе на теплообменники.
На фиг. 4 показан вариант устройства, который в отличие от предыдущего подходит для горизонтального течения дыма.
Устройство 50 состоит из двух скрепленных ступеней. Первая образована посредством полого внешнего корпуса 52, имеющего впускное отверстие 54 и выпускное отверстие 56 для дыма F3. Дым может горизонтально пересекать внутреннюю часть корпуса 52.
Внутри корпуса расположен ряд перегородок 60, наклоненных в направлении выпускного отверстия 56 и расположенных приблизительно на нижней стенке и верхней стенке. Спереди у верхних перегородок 60 имеются насадки 62, функцией которых является разбрызгивание воды как в направлении соседних перегородок, так и вниз, чтобы образовать одну или несколько вуалей из воды V перпендикулярно (по вертикали) пути дыма F3.
Как и раньше, функция перегородок 60 состоит из 3 частей:
- участие в образовании вуали V;
- перехват и накопление тепла дыма F3 и его передача потоку проточной воды, который образуется на поверхности перегородок 60;
- продвижение дыма F3 в направлении вуалей V.
Выпускное отверстие 56 соединено с каналом 70, изогнутым вниз, который входит внутрь корпуса 76 и выходит посредством одного из своих выпускных отверстий 74 на воронку 72. На уровне, выше выпускного отверстия 74, внутри корпуса 76 имеются насадки 78, например, расположенные вокруг канала 70, которые предназначены для распыления воды относительно трубопровода 70, чтобы образовать горизонтальную вуаль или потолок VH из воды.
В основании корпуса 68 имеется выпускное отверстие 80 для воды, а сверху - выпускное отверстие 82 для дыма F3.
Дым F2 попадает в устройство 50 через впускное отверстие 54 и во время прохождения в направлении выпускного отверстия 56 вынужден пересекать различные вуали V из воды. Он выходит охлажденным и очищенным, отдав тепло и грязь воде, которая течет под действием гравитации через отверстие 86 в дне корпуса 52. Посредством трубопровода 70 дым попадает в корпус 76, где во время возвращения обратно к выходу 80 должен пересечь другие вуали из воды VH, через которые он дополнительно охлаждается и очищается. Нагретая вода выходит из корпуса 76 через отверстие 80.
На фиг. 5 и далее показан еще один вариант 100 устройства. Оно состоит из трех модулей или ступеней:
- модуля 110 восстановления энергии, который находится сбоку,
- выпускного модуля 140, на оба из которых наложен
- второй модуль 170 восстановления энергии.
Модуль 110 содержит полый коробчатый корпус 138, содержащий, например, нижние впускное отверстие 135 для дыма F4 и выпускное отверстие 134 для дыма F4.
Корпус 138 содержит перегородки 112, расположенные для создания извилистого пути для поднимающегося дыма F4. Разбрызгиватели 118 воды вводят воду в верхнюю часть корпуса 138, при этом вода, как и раньше, падает с перегородки 112 на другую перегородку, образуя в воздухе и на поверхности перегородок 112 вуали V из воды, а затем удаляется посредством канала 116, расположенного на нижнем конце перегородки 112, расположенной на самом нижнем месте. Работа модуля 110 в основном осуществляется так же, как и раньше.
Выпускной модуль 140 содержит коробчатый полый корпус 142, например вытянутый и в форме параллелепипеда, с входным отверстием 146 для входа дыма F4 и воды, а также с трубкой 147 для выпуска воды и/или дыма.
Модуль 140 предназначен для восстановления воды, нагретой дымом F4.
Второй модуль 170 содержит коробчатый полый корпус 172, например в форме параллелепипеда или куба. Корпус 172 содержит отражатель 174 для дыма, например стенку с секцией в форме перевернутой буквы «U», расположенной как над выпускным отверстием 134, так и над входным отверстием 146. Отражатель 174 имеет такие размеры, чтобы образовать внутри корпуса 172 средство для отражения дыма F4. Внутри полости отражателя 174 находится одна или несколько пластин 190 (фиг. 9), наклон которых может быть отрегулирован, например, вручную извне, относительно горизонтальной плоскости. Отражатель 174 имеет основные фланцы 178, имеющие часть 176 меньшего растяжения. Следовательно, если отражатель 174 установлен внутри корпуса 170, то часть 176 составляет отверстие в направлении расположенного внизу входного отверстия 146.
Сбоку от отражателя 174 над фланцами 178 установлены ребра 180, 172, имеющие такую же длину, как и корпус, и имеющие регулируемый наклон, например вручную извне, относительно горизонтальной плоскости. Рядом с ребрами 180 находятся насадки 182 для воды, которые образуют приблизительно горизонтальный потолок из воды VH.
Верхняя часть корпуса 172 имеет щели 196 для выхода дыма F4, и внутри находятся ребра 198, наклоненные вниз, которые проходят от его внутренней стенки.
Работа осуществляется следующим образом.
Дым F4 входит через впускное отверстие 136 и поднимается внутри корпуса 138, сталкиваясь и нагревая различные перегородки 112, а также передает тепло и пыль воде во время прохождения через вуали V. Падающая и нагретая вода удаляются посредством канала 116.
После пересечения выпускного отверстия 134 дым F4 достигает пластинок 190 и отражателя 174 и отражается в направлении входного отверстия 146 внутри корпуса 142. Оттуда небольшая его часть снова попадает на модуль 170, проходя через отверстие, оставленное частью 176, тогда как оставшийся дым медленно движется в направлении выпускного отверстия 147 посредством завесы воды, поступающей из разбрызгивателей 182. Дым, который входит внутрь корпуса 172, достигает ребер 180 и пересекает потолок из воды VH, тем самым очищаясь. Очищенный и охлажденный дым F4 поднимается внутрь модуля 170 и выходит через щель 196. На этом последнем пути последние частицы воды внутри дыма F4 собираются на ребрах 198 и падают вниз. Струйки воды, сгенерированные посредством ребер 198, также предназначены для извлечения тепла и пыли из дыма F4, с которым они сталкиваются в противотоке во время падения.
Регулировка ребер 180, 190 (ручная или автоматическая) позволяет регулировку потока дыма F4. Их в общем легко регулировать, так что отсутствует снижение скорости дыма F4, а также избыточное давление в расположенном спереди бойлере 2. Достаточно, например, использовать датчик скорости путем его введения в поток дыма и, следовательно, отрегулировать ребра 180, 190 также посредством электронной схемы и приводов. Ребра 180 также предназначены для ограничения количества дыма, высвобождаемого в окружающую среду через щель 196.
Ребра 180, 190 или подобные средства или элементы, несомненно, могут быть реализованы в каждом описанном варианте.
В общем, является предпочтительным то, что скорость потока струй воды является регулируемой, предпочтительно, управляемым способом и независимо для каждой струи. Так что можно отрегулировать выходную температуру воды из различных водоотводов устройств: чем больше воды циркулирует, тем менее горячей она будет.
В общем, является предпочтительным то, что направление струй воды также направлено в направлении соседних струй, так что вода, текущая по перегородкам, не только отводит от них тепло, но также образует тонкий слой воды, который дополнительно очищает дым.
В общем, является предпочтительным расположение нескольких ребер, таких как ребра 198, внутри устройства, свисающего с внутренних стенок любого или каждого модуля или ступени, для усиления и расширения преимуществ, связанных с ними.
Это отражается в вариантах, в которых описана общая двухступенчатая конструкция, показанная на фиг. 10, со следующими соответствиями:
1-й вариант: ступень А → корпус 3; ступень В → элементы, показанные на фиг. 2 и 3;
2-й вариант: ступень А → корпус 52; ступень В → корпус 76;
3-й вариант: ступень А корпус 110; ступень В корпус 140.
Следует понимать, что устройство как из схемы, показанной на фиг. 2, так и из вариантов осуществления способно удалить большую часть дыма вместе с водой, значительно снижая выбросы в атмосферу.
В общем, является предпочтительным то, что внутренняя секция ступеней А, В (см., например, объем корпуса 138 или 52) значительно превышает внутреннюю секцию канала, который несет дым или газы, с тем преимуществом, что осуществляется их расширение и отсутствует нагрузка на бойлер 2 или их источник в общем. Предпочтительным соотношением является соотношение, при котором указанная секция ступени по меньшей мере в 2-3 раза больше секции впускного канала.
В описанных устройствах пыль улавливается посредством прохождения или распыления воды и будет отделена от воды посредством слива, а затем помещена в баки. Вода, очищенная, но горячая, может быть возвращена, например, в нагревательные системы во время циклов обработки или выпущена в бытовые системы центрального отопления.