УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА ПОСРЕДСТВОМ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ, УСТАНОВКА И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
DEVICE FOR PRODUCTION AND TREATMENT OF GAS FLOW BY MEANS OF LIQUID VOLUME, INSTALLATION AND METHOD FOR IMPLEMENTATION FOR DEVICE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к производству и обработке воздушного потока, пропускаемого через объем жидкости. Оно находит применение в таких разнообразных областях, не ограничиваясь ими, как например рекуперация тепла газового потока, и в частности, потока горячего воздуха или промышленных дымовых газов, производство газового потока, нагреваемого или охлаждаемого при прохождении указанного объема жидкости, производство газового потока с контролируемой температурой и/или контролируемой абсолютной влажностью, увлажнение или осушение газового потока, очистка или фильтрация газового потока, обогрев или климатизация помещения или производственных, непроизводственных или жилых зданий, контроль гигрометрии помещения или производственных, непроизводственных или жилых зданий. Производимый газовый поток может быть также использован для охлаждения, обогрева, увлажнения или осушения любого типа объекта или поверхности.
Уровень техники
Применение жидкости, такой, например, как вода, для обработки и, в частности, для нагрева или охлаждения газового потока посредством теплообмена между жидкостью и газовым потоком с использованием прямого контакта газового потока с жидкостью, является старой техникой, преимуществом которой является ее экологичность, так как она позволяет, в частности, избегать использования теплоносителей типа хладагентов. Целью нагрева или охлаждения газового потока, в частности воздушного потока, может быть, например, производство газового потока с контролируемой температурой и/или целью может быть, например, производство газового потока с контролируемой абсолютной влажностью.
Первое известное решение с использованием данной техники заключается в пропускании газового потока через завесу из мелких брызг жидкости или через проницаемую для газа и содержащую жидкость поверхность обмена, например, такую как пропитанный водой текстильный материал, или в обеспечении циркуляции газового потока в контакте с увлажненными пластинами. Основной недостаток такого типа решения заключается в очень незначительном энергетическом кпд теплообмена между жидкостью и газовым потоком и в получаемых незначительных количествах воздуха.
Второе известное решение заключается в пропускании газового потока, в частности воздушного потока, прямо через содержащийся в сосуде объем жидкости посредством инжектирования воздушного потока в объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости. Данный тип решения описан, например, в международной патентной заявке WO 2006/138287, в американском патенте US 4697735 (фиг. 3) и немецкой патентной заявке DE 10153452. Преимуществом данного второго технического решения является возможность достижения более высокого энергетического кпд теплообменов между жидкостью и газовым потоком, чем в первом техническом решении. Тем не менее, описанные в этих публикациях решения не позволяют работать со значительными расходами газа и не позволяют быстро обрабатыватьзначительные объемы газа и энергетический кпд теплообменов между жидкостью и газовым потоком остается невысоким. В частности, описанные в этих публикациях решения не подходят, например, для эффективного и быстрого охлаждения высокотемпературных газовых потоков, таких, например, как промышленные дымовые газы, или для эффективной и быстрой рекуперации тепла газового потока.
В американском патенте US 5908491 также предложено устройство, позволяющее очищать воздух, пропуская его через объем воды с тем, чтобы отфильтровать содержащуюся в воздухе пыль. Данное устройство включает содержащий указанный объем воды закрытый сосуд, в котором снижено давление, чтобы всасывать наружный воздух и создавать путем всасывания воздушный поток, прошедший через содержащейся в закрытом сосуде объем воды. Данное решение не позволяет работать со значительными расходами воздуха. К тому же оно не используется и, кроме того, не подходит для эффективного осуществления теплопереноса между воздушным потоком и объемом воды при значительном расходе воздуха.
Техническая проблема, решаемая изобретением
Техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в том, чтобы предложить новое техническое решение, позволяющее улучшить производство и обработку газового потока посредством содержащегося в сосуде объем жидкости, и в частности, позволяющее эффективно обработать газовый поток со значительным расходом.
Раскрытие сущности изобретения
3
Таким образом, первым объектом изобретения является устройство для производства и обработки газового потока, причем указанное устройство содержит, сосуд, нижняя часть которого погружена в открытое в верхней части средство подачи жидкости и включающий в себя, с одной стороны, по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости, обеспечивающее сообщение нижней части сосуда со средством подачи жидкости таким образом, что нижняя погружная часть сосуда содержит некоторый объем указанной жидкости, а, с другой стороны, включающий в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие для газового потока, расположенное выше поверхности содержащегося в сосуде объема жидкости; кроме того, устройство содержит средство производства и инжектирования газового потока, включающее в себя по меньшей мере один инжекционный трубопровод, нижняя часть которого погружена в содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости и переходит в верхнюю часть внутри сосуда за пределами указанного объема жидкости; при этом в своей нижней погружной части указанный инжекционный трубопровод содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное ниже поверхности указанного объема жидкости; причем указанное средство производства и инжектирования газового потока включает в себя компрессор, соединенный с непогружной частью инжекционного трубопровода или с выпускным отверстием сосуда, и позволяет в ходе работы создавать и вводить поступающий снаружи сосуда входящий газовый поток в непогружную часть инжекционного трубопровода с расходом по меньшей мере 100 м/ч, таким образом, что обеспечено прохождение указанного входящего газового потока через выпускное отверстие в нижней погружной части инжекционного трубопровода и его введение в указанный содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости, с обеспечением подъема обработанного в результате прямого контакта с указанным объемом жидкости выходящего газового потока снова внутрь сосуда за пределами инжекционного трубопровода и его выпуска за пределы указанного сосуда с прохождением через выпускное отверстие сосуда.
3
Вторым объектом изобретения является устройство для производства и обработки газового потока, причем указанное устройство содержит сосуд, нижняя часть которого погружена в средство подачи жидкости и включающий в себя, с одной стороны, по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости, обеспечивающее сообщение нижней части сосуда со средством подачи жидкости таким образом, что нижняя погружная часть сосуда содержит некоторый объем указанной жидкости, а, с другой стороны, включающий в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие для газового потока, расположенное выше поверхности содержащегося в сосуде объема жидкости; кроме того, устройство включает в себя средство производства и инжектирования газового потока, включающее в себя по меньшей мере один инжекционный трубопровод, нижняя часть которого погружена в содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости и переходит в верхнюю часть внутри сосуда за пределами указанного объема жидкости; в своей нижней погружной части указанный инжекционный трубопровод включает в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное ниже поверхности указанного объема жидкости; причем указанное средство производства и инжектирования газового потока включает в себя компрессор, соединенный с непогружной частью инжекционного трубопровода, и позволяет в ходе работы создавать и вводить поступающий снаружи сосуда входящий газовый поток в непогружную часть инжекционного трубопровода с расходом по меньшей мере 100 м/ч таким образом, что обеспечено прохождение указанного входящего газового потока через выпускное отверстие в нижней погружной части инжекционного трубопровода и его введение в указанный содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости, и с обеспечением подъема обработанного в результате прямого контакта с указанным объемом жидкости выходящего газового потока снова внутрь сосуда за пределами инжекционного трубопровода и его выпуска за пределы указанного сосуда с прохождением через выпускное отверстие сосуда.
3
Третьим объектом изобретения является устройство для производства и обработки газового потока, причем указанное устройство содержит сосуд, нижняя часть которого погружена в средство подачи жидкости и включающий в себя по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости, обеспечивающее сообщение нижней части сосуда со средством подачи жидкости таким образом, что нижняя погружная часть сосуда содержит некоторый объем указанной жидкости, а, с другой стороны, включающий в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие для газового потока, расположенное выше поверхности содержащегося в сосуде объема жидкости; кроме того, устройство включает в себя средство производства и инжектирования газового потока, включающее в себя по меньшей мере один инжекционный трубопровод, нижняя часть которого погружена в содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости и переходит в верхнюю часть внутри сосуда за пределами указанного объема жидкости; причем в своей нижней погружной части указанный инжекционный трубопровод включает в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное ниже поверхности указанного объема жидкости; причем указанное средство производства и инжектирования газового потока позволяет в ходе работы создавать и вводить поступающий снаружи сосуда входящий газовый поток в непогружную часть инжекционного трубопровода с расходом по меньшей мере 100 м/ч и без изменения наружного давления над жидкостью средства подачи снаружи сосуда и таким образом, что обеспечено прохождение указанного входящего газового потока через выпускное отверстие в нижней погружной части инжекционного трубопровода и его введение в указанный содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости, с обеспечением подъема обработанного в результате прямого контакта с указанным объемом жидкости выходящего газового потока снова внутрь сосуда за пределами инжекционного трубопровода и его выпуска за пределы указанного сосуда с прохождением через выпускное отверстие сосуда.
Другим объектом изобретения является установка, выполненная с возможностью рекуперации тепла входящего газового потока, причем указанная установка включает одно или другое из вышеупомянутых устройств, в котором температура жидкости ниже температуры входящего в сосуд газового потока, и систему рекуперации энергии, позволяющую рекуперировать, по меньшей мере, часть тепла, уловленного жидкостью средства подачи указанного устройства.
Объектом изобретения является также установка, включающая в себя по меньшей мере две расположенные впереди и сзади по потоку вышеописанные установки для рекуперации тепла газового потока, установленные каскадом, таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частично и предпочтительно полностью использование выходящего газового потока устройства передней по потоку установки в качестве входящего газового потока устройства задней по потоку установки.
Другим объектом изобретения является способ нагрева, и/или охлаждения, и/или увлажнения, и/или осушения помещения с применением по меньшей мере одного вышеупомянутого устройства, сконфигурированного таким образом, что вводимый в сосуд устройства входящий газовый поток является воздушным потоком, и внутрь помещения поступает выходящий из устройства воздушный поток.
Другим объектом изобретения является способ производства газового потока, в частности воздушного потока, из входящего газового потока, в частности входящего воздушного потока, в котором используют вышеупомянутую установку и, по меньшей мере, часть тепла, уловленного в средство подачи жидкости, используют для нагрева.
Другим объектом изобретения является способ рекуперации тепла в воздухе помещения или осушения помещения с рекуперацией тепла посредством вышеупомянутой установки, в котором входящий газовый поток, вводимый в сосуд устройства установки, является воздушным потоком, поступающим, по меньшей мере, частично изнутри помещения.
Другим объектом изобретения является способ создания буферной зоны внутри помещения, в которой контролируют влажность и/или содержание пыли, отличающийся тем, что применяют вышеупомянутое устройство, которое сконфигурировано таким образом, что входящий в сосуд устройства газовый поток является воздушным потоком, поступающим, по меньшей мере, частично снаружи помещения, при эотм выходящий из сосуда устройства воздушный поток, по меньшей мере, частично поступает в помещение.
Другим объектом изобретения является способ фильтрации и/или очистки газового потока, в частности воздушного потока с помощью, по меньшей мере, вышеупомянутого устройства или вышеупомянутой установки таким образом, содержащий частицы и/или загрязняющие вещества входящий газовый поток вводят в сосуд устройства и, по меньшей мере, часть указанных частиц и/или загрязняющих веществ улавливается жидкостью средства подачи устройства.
В частности, входящий газовый поток содержит промышленные дымовые газы, а именно, промышленные дымовые газы, имеющие высокую температуру.
Согласно второму аспекту техническая проблема, решаемая изобретением состоит в том, чтобы предложить новое техническое решение, позволяющее эффективно рекуперировать тепло газового потока и использовать значительный расход газового потока.
3
Таким образом, другим объектом изобретения является установка, выполненная с возможностью рекуперации тепла входящего газового потока и включающая в себя устройство для производства и обработки указанного входящего газового потока (F) и систему рекуперации энергии, причем указанное устройство включает в себя сосуд, содержащий объем жидкости, температура которой ниже начальной температуры входящего в сосуд газового потока, и включающий в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие для газового потока, расположенное выше поверхности указанного объема жидкости; при этом указанное устройство также включает в себя средство производства и инжектирования газового потока, выполненное с возможностью в ходе работы создавать и вводить поступающий снаружи сосуда входящий газовый поток в содержащийся в сосуде указанный объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости и таким образом, что обеспечен подъем обработанного в результате прямого контакта с указанным объемом жидкости выходящего газового потока снова внутрь сосуда и его выпуск за пределы указанного сосуда с прохождением через выпускное отверстие сосуда; при этом указанная система рекуперации энергии позволяет рекуперировать, по меньшей мере, часть тепла, уловленного жидкостью; отличающаяся тем, что средство производства и инжекции газового потока включает в себя по меньшей мере один инжекционный трубопровод, нижняя часть которого погружена в содержащийся в нижней погружной части сосуда объем жидкости и переходит в верхнюю часть внутри сосуда за пределами указанного объема жидкости; при этом в своей нижней погружной части указанный инжекционный трубопровод включает в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное ниже поверхности указанного объема жидкости, при этом средство производства и инжектирования газового потока включает в себя компрессор и позволяет создавать и вводить в непогружную часть указанного инжекционного трубопровода указанный входящий газовый поток с расходом по меньшей мере 100 м/ч.
Другим объектом изобретения является установка, выполненная с возможностью рекуперации тепла входящего газового потока и включающая в себя устройство для производства и обработки указанного входящего газового потока и систему рекуперации энергии; указанное устройство включает в себя сосуд, содержащий объем жидкости, температура которой ниже температуры входящего в сосуд газового потока, и содержащий по меньшей мере одно выпускное отверстие для газового потока, расположенное выше поверхности указанного объема жидкости; указанное устройство включает в себя, кроме того, средство производства и инжектирования газового потока, позволяющее в ходе работы создавать и вводить поступающий снаружи сосуда входящий газовый поток в содержащийся в сосуде указанный объем жидкости ниже поверхности указанного объема жидкости с обеспечением, таким образом, подъема обработанного в результате прямого контакта с указанным объемом жидкости выходящего газового потока снова внутрь сосуда и его выпуска за пределы указанного сосуда с прохождением через выпускное отверстие сосуда; причем указанная система выполнена с возможностью рекуперации, по меньшей мере, части тепла, уловленного жидкостью; сосуд включает один или несколько отражателей, позволяющих обеспечить циркуляцию выходящего газового потока от объема жидкости до выпускного отверстия, принуждая его совершить одно или несколько изменений направления, чтобы воспрепятствовать выбросу жидкости через выпускное отверстие.
Согласно данному второму аспекту объектами изобретения также являются:
- установка, включающая в себя по меньшей мере две описанные выше установки, расположенные впереди и сзади по потоку, для рекуперации тепла газового потока, установленные каскадом, таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично и предпочтительно полностью, использовать выходящий из устройства передней по потоку установки газовый поток в качестве входящего газового потока устройства задней по потоку установки;
- способ производства газового потока, в частности воздушного потока, из входящего газового потока, в частности входящего воздушного потока, в котором применяют вышеупомянутую установку и, по меньшей мере, часть тепла, уловленного жидкостью, используют для нагрева;
- способ рекуперации тепла воздуха помещения или осушения помещения с рекуперацией тепла с помощью вышеупомянутой установки, в котором входящий газовый поток, вводимый в сосуд устройства установки, является воздушным потоком, по меньшей мере, частично поступающим изнутри помещения;
- способ создания буферной зоны внутри помещения с возможностью контроля в ней влажности и/или содержания пыли, отличающийся тем, что используют вышеупомянутую установку, причем устройство сконфигурировано таким образом, что входящий в сосуд устройства газовый поток является воздушным потоком, поступающим, по меньшей мере, частично снаружи помещения, и в котором выходящий из сосуда устройства воздушный поток, по меньшей мере, частично поступает внутрь помещения;
- способ фильтрации и/или очистки газового потока, а именно воздушного потока с помощью по меньшей мере одной вышеупомянутой установки, в котором содержащий частицы и/или загрязняющие вещества входящий газовый поток поступает в сосуд устройства установки, и, по меньшей мере, часть данных частиц и/или загрязняющих веществ улавливается жидкостью устройства.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания нескольких частных вариантов осуществления изобретения, причем указанные частные варианты осуществления описаны в качестве неограничительных и неисчерпывающих примеров изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- фиг. 1 схематически представляет первый вариант осуществления устройства согласно изобретению, позволяющего осуществлять производство и обработку газового потока посредством объема жидкости;
- фиг. 2 схематически представляет второй вариант осуществления устройства согласно изобретению, позволяющего осуществлять производство и обработку газового потока посредством объема жидкости;
- фиг. 3 схематически представляет третий вариант осуществления одной части устройства согласно изобретению, позволяющего осуществлять производство и обработку газового потока посредством объема жидкости;
- фиг. 4 схематически представляет четвертый вариант осуществления одной части устройства согласно изобретению, позволяющего осуществлять производство и обработку газового потока посредством объема жидкости;
- фиг. 5 схематически представляет первый вариант установки с использованием устройства по фиг. 1 и с возможностью рекуперации тепла газового потока;
- фиг. 6 схематически представляет второй вариант установки с использованием устройства по фиг. 1 и с возможностью рекуперации тепла газового потока;
- фиг. 7 схематически представляет третий вариант установки с использованием устройства по фиг. 1 и с возможностью рекуперации тепла газового потока;
- фиг. 8 схематически представляет четвертый вариант установки с использованием двух смонтированных каскадом устройств по фиг. 1 и с возможностью рекуперации тепла газового потока;
- фиг. 9 схематически представляет пятый вариант установки с использованием устройства по фиг. 1 и с возможностью рекуперации тепла газового потока;
- фиг. 10 схематически представляет один вариант установки с использованием устройства по фиг. 1 и с возможностью создания буферной зоны с контролируемыми влажностью или содержанием пыли.
Осуществление изобретения
В конкретном варианте осуществления по фиг. 1 устройство 1 для производства и обработки газового потока включает сосуд 10, открытое в верхней части средство 11 подачи жидкости L, например, средство подачи воды, и средство 12 производства и инжекции газового потока F, входящего в объем V жидкости, содержащийся в сосуде 10.
Изобретение не ограничено использованием воды в качестве жидкости L, а распространяется и на любой другой тип жидкости. В качестве неограничительных и неисчерпывающих примеров, интерес может представлять использование жидкости L, температура затвердевания которой при атмосферном давлении ниже 0°, такой например, как вода, содержащая добавки типа солей, глицидов, гликоля. Также, интерес может представлять использование в качестве жидкости L масла.
Сосуд 10 содержит ограничивающие внутреннюю камеру 10с верхнюю стенку 10а и боковую стенку 10b и включает впускное отверстие 10d для жидкости большого сечения. В другом варианте это отверстие 10d большого сечения может быть заменено несколькими впускными отверстиями для жидкости меньшего сечения.
Нижняя часть сосуда 10 погружена в содержащийся в средстве 11 подачи объем жидкости L, не касаясь дна 11а средства 11 подачи жидкости.
Впускное отверстие 10d для жидкости обеспечивает возможность сообщения нижней части 10е сосуда 10 со средством 11 подачи жидкости таким образом, что погружная нижняя часть 10е сосуда содержит часть данной жидкости L в виде объема V жидкости.
Сосуд 10 также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие 10g для газового потока, расположенное выше поверхности S содержащегося в сосуде 10 объема V жидкости, и на проиллюстрированном примере размещенное вблизи верхней стенки 10а сосуда 10.
Средство 12 производства и инжектирования газового потока F включает по меньшей мере один инжекционный трубопровод 120, нижняя часть (120а) которого погружена в содержащийся в нижней погружной части сосуда объем (V) жидкости и переходит в верхнюю часть внутри сосуда (10) за пределами указанного объема (V) жидкости.
В данном конкретном примере этот инжекционный трубопровод 120 образован вертикальной прямоугольной трубой, пересекающей верхнюю стенку 10а сосуда 10, и открытой с обоих ее концов, верхнего и нижнего.
Данный инжекционный трубопровод 120, таким образом, включает в своей нижней погружной части 120а по меньшей мере одно выпускное отверстие 120с, расположенное ниже поверхности S указанного объема V жидкости и выше уровня впускного отверстия 10d для жидкости нижней погружной части 10е сосуда 10.
Глубина погружения Н1 в жидкость инжекционного трубопровода 120, то есть расстояние Н1 между отверстием 120с и поверхностью S объема V жидкости, меньше глубины погружения Н2 сосуда в средство 11 подачи жидкости, то есть высоты Н2 объема V жидкости в сосуде 10.
Средство 12 производства и инжектирования газового потока F включает, кроме того, аэравлическое средство 121, позволяющее в ходе работы создавать и вводить входной газовый поток F, поступающий снаружи сосуда 10 в верхнюю непогружную часть 120с инжекционного трубопровода. В частном варианте по фиг. 1 это аэравлическое средство 121 включает, в частности, газовый компрессор 121а, выход которого соединен с верхним впускным отверстием 120d инжекционного трубопровода 120 через канал 121b, а вход соединен с впускным патрубком 121с, установленным с возможностью сообщения с воздухом снаружи сосуда 10. Данный компрессор 121а позволяет путем всасывания создавать газовый потто F и вводить этот газовый поток F под давлением в инжекционный трубопровод 120 через верхнее впускное отверстие 120d инжекционного трубопровода 120.
Компрессор 121а может быть газовым компрессором любого известного типа, позволяющего создавать газовый поток (центробежным вентилятором, осевым вентилятором, насосом и т.д.).
3
3
3
Изобретение преимущественно позволяет работать с расходом газа на выходе компрессора 121а, который может быть значительным, а именно выше 100 м/ч, более конкретно выше 1000 м/ч, еще более конкретно в некоторых областях применения выше 10000 м/ч.
Во время работы компрессора 121а созданный компрессором 121а газовый поток F поступает под давлением в инжекционный трубопровод 120 через верхнее впускное отверстие 120d данного трубопровода, проходит через выпускное отверстие 120с в нижней погружной части инжекционного трубопровода 120 и поступает в указанный объем V жидкости, содержащейся в нижней погружной части 10е сосуда 10 ниже поверхности S указанного объема V жидкости, не изменяя наружного давления над жидкостью средства 11 подачи снаружи сосуда 10. Таким образом, в проиллюстрированном частном случае, когда компрессор 121а работает, наружное давление над жидкостью L средства 11 подачи снаружи сосуда 10 не изменяется и остается равным атмосферному давлению.
Более конкретно газовый поток F поступает в указанный объем V жидкости в направлении вниз.
Компрессор 121а выбран так, чтобы создавать газовый поток F с давлением в инжекционном трубопроводе 120 над жидкостью выше давления столба жидкости Н1 в погружной части 120а инжекционного трубопровода 120с тем, чтобы иметь возможность выпуска газа в объем V жидкости за пределы инжекционного трубопровода 120.
Газ, подаваемый в объем V жидкости, проходит через объем V жидкости, снова поднимаясь к поверхности S указанного объема V жидкости под действием скорости газа и выталкивающей силы, и снова выходит внутрь сосуда 10 и снаружи инжекционного трубопровода 120, образуя выходящий газовый поток F', обработанный посредством прямого контакта с указанным объемом V жидкости. Этот выходящий газовый поток F' снова поднимается внутри сосуда 10 вне инжекционного трубопровода 120 и выходит за пределы указанного сосуда 10, пройдя через выпускное отверстие 10g сосуда 10.
Более конкретно, значения глубины погружения Н1 и Н2 рассчитаны, в частности, с учетом давления газа в инжекционном трубопроводе 120 над жидкостью так, чтобы весь газ, введенный в содержащийся в нижней погружной части 10е сосуда 10 объем V жидкости, снова поднялся в объем V жидкости 10d и снова вышел в сосуд 10 над жидкостью и за пределами инжекционного трубопровода 120, при этом никакая часть этого газа не должна пройти через нижнее впускное отверстие 10d сосуда 10 в объем жидкости, находящийся за пределами сосуда 10. Когда температура объема V жидкости в сосуде 10 отличается от температуры газового потока F перед его вводом в объем V жидкости, между газом и жидкостью имеют место теплообмены теплосодержанием и скрытой теплотой.
жидкости
начальная
жидкости
Когда температура Т объема жидкости ниже начальной температуры Т газового потока F перед введением в объем жидкости, происходит охлаждение газового потока F'. Более конкретно температура выходящего газового потока F' практически равна температуре Т объема жидкости. Отсюда одновременно следует, что газовый (воздушный) поток F', выходящий из устройства 1, был осушен по сравнению с входящим газовым потоком F, причем абсолютная влажность (вес воды на объем воздуха) в выходящем газовом потоке F' ниже абсолютной влажности входящего газового потока F.
жидкости
начальная
И наоборот, когда температура Т объема жидкости выше начальной температуры Т, происходит нагрев газового потока F'. Отсюда одновременно следует, что газовый поток F', выходящий из устройства 1, был увлажнен по сравнению с входящим газовым потоком F, причем абсолютная влажность (вес воды на объем воздуха) в выходящем газовом потоке F' выше абсолютной влажности входящего газового потока F.
Глубина Н1 погружения инжекционного трубопровода 120 должна быть достаточно большой для обработки газового потока в результате его прохождения через объем V жидкости и более конкретно, при необходимости, для эффективного и достаточного теплопереноса между жидкостью и инжектируемым в объем V жидкости газом, который позволял бы при необходимости охлажденному или нагретому жидкостью газовому потоку F' иметь температуру, близкую и предпочтительно практически идентичную температуре жидкости. Наоборот, данная глубина Н1 погружения не должна быть слишком большой, чтобы избежать слишком больших размеров компрессора 121а. Таким образом, глубина Н1 предпочтительно находится в пределах 20-200 мм и предпочтительно в пределах 30-50 мм. Тем не менее, изобретение не ограничено этими конкретными величинами.
Так же для обеспечения наилучшей эффективности высота Н2 объема V жидкости предпочтительно не должна быть слишком большой и предпочтительно меньше 500 мм и более предпочтительно в пределах 40-500 мм. Тем не менее, изобретение не ограничено этими конкретными величинами.
В другом применении устройство 1 согласно изобретению может быть использовано для фильтрации или очистки входящего газового потока F путем его пропускания через объем V жидкости. В данном применении температура объема жидкости может быть выше или ниже температуры входящего газового потока F, или быть практически равной температуре входящего газового потока F. Когда температура объема жидкости практически равна температуре входящего газового потока F, то на выходе устройства 1 производят отфильтрованный или очищенный выходящий газовый поток F', который не был нагрет или охлажден, а имеет практически такую же температуру, что и входящий газовый поток F.
На фиг. 2 представлен другой вариант осуществления устройства 1' согласно изобретению, в котором инжекционный трубопровод 120 ограничен вертикальной стенкой Р внутри сосуда 10 и частью боковой стенки 10с сосуда 10.
На фиг. 3 представлен другой вариант осуществления устройства 1'' согласно изобретению, причем на этой фигуре показаны только сосуд 10 и компрессор 121а, а средство 11 подачи жидкости не показано. В данном варианте боковая стенка 10с сосуда 10 имеет трубообразную форму, но в рамках изобретения может иметь и любую другую геометрию.
В варианте по фиг. 3 сосуд 10 в своей не предназначенной для погружения в жидкость верхней части 10f включает несколько пластинок 14, 14', 14'', играющих роль отражателей. Данные пластинки 14, 14', 14'' зафиксированы внутри сосуда 10 одна над другой с таким промежутком между пластинками 14, чтобы образовать несколько расположенных одна над другой камер Е1, Е2, Е3 и Е4. Каждая пластинка 14, 14', 14'' находится в герметичном контакте по всей своей периферии с боковой стенкой 10с сосуда 10. В ходе работы, когда нижняя часть сосуда погружена в средство подачи жидкости, первая камера Е1 ограничена поверхностью объема V жидкости и нижней пластинкой 14. Вторая камера Е2 ограничена нижней пластинкой 14 и промежуточной пластинкой 14'. Третья камера Е3 ограничена промежуточной пластинкой 14' и верхней пластинкой 14''. Четвертая камера Е4 ограничена верхней пластинкой 14'' и верхней стенкой 10а сосуда 10.
Число пластинок 14, 14', 14'' и камер Е1, Е2, Е3 и Е4 не является ограничительным для изобретения, причем устройство 1 может включать одну единственную пластинку 14, ограничивающую две камеры, или больше трех пластинок, ограничивающих больше четырех камер.
Каждая пластинка 14, 14', 14'' включает сквозное отверстие 140, имеющее практически такое же сечение, что и инжекционный трубопровод 120. Данные сквозные отверстия 140 расположены на одной линии по вертикали и инжекционный трубопровод 120 пропущен через данные отверстия 140, при этом трубопровод 120 находится в герметичном контакте по всей своей наружной периферии с каждой пластинкой 14, 14', 14'' на уровне каждого отверстия 140 для пропуска трубы.
Каждая пластинка 14, 14', 14'' также включает, по меньшей мере, одно сквозное отверстие 141, обеспечивающее сообщение между собой двух соседних камер и, таким образом, обеспечивающее прохождение выходящего из объема V жидкости газового потока F' из одной камеры в другую, начиная с нижней камеры Е1 и до выпускного отверстия 101.
Данные отверстия 141 смещены по вертикали одно относительно другого и не находятся на одной линии с отверстием 101 для выпуска воздуха сосуда 10 с тем, чтобы заставить указанный воздушный поток F' несколько раз изменить направление.
В ходе работы нижняя часть 10е сосуда 10 погружена в средство 11 подачи жидкости, при этом имеет место подъем выходящего из объема V жидкости воздушного потока F' снова внутрь сосуда 10 с циркуляцией через отражатели 14, 14', 14'' и с несколькими последовательными изменениями направления, потом происходит его выпуск за пределы сосуда 10 через выпускное отверстие 10n.
На фиг. 4 представлен другой вариант, отличающийся от варианта на фиг. 3 тем, что к выпускному отверстию 10g для воздуха сосуда 10 присоединен компрессор, создающий газовый поток F, входящий через впускное отверстие 120d инжекционного трубопровода 120 посредством всасывания, а не вдувания.
В обоих вариантах по фиг. 3 и 4, когдав объеме V жидкости возникают завихрения, которые могут быть значительными и способными вызывать выбросы капель жидкостей, увлекаемых выходящим газовым потоком F', отражатели 14, 14', 14'' образуют препятствие на пути этих капель и благодаря последовательным изменениям направления воздуха, обусловленным отражателями, позволяют избежать выброса жидкости через выпускное отверстие 10g за пределы сосуда одновременно с выходящим воздушным потоком F'. Благодаря отражателям 14, 14', 14'' ни одна капля не вылетает за пределы сосуда. Отсюда преимущественно следует, что значения расхода воздушных потоков F и F' могут быть очень значительными и/или что объем сосуда может быть небольшим, что позволяет уменьшить габаритные размеры устройства и при этом избежать выброса капель жидкости за пределы сосуда устройства.
На фиг. 5 представлена установка для рекуперации тепла газового потока F с использованием устройства 1 по фиг. 1. Разумеется, для воплощения данной установки также можно использовать устройства, показанные на фиг. 2-4.
В данной установке пофиг. 5 средство 11 подачи жидкости, например, является средством подачи воды и может быть факультативно снабжено блоком 110 обработки воды, позволяющим, например, поддерживать контролируемый уровень рН воды и, например, нейтральный рН, и/или фильтровать воду L с целью удаления примесей или загрязняющих веществ. Кроме того, установка снабжена системой 2 типа теплового насоса, позволяющей рекуперировать части тепла жидкости L средств 11 подачи.
Данная система 2 рекуперации тепла, в частности, включает теплоноситель, циркулирующий в замкнутом контуре 20. Указанный замкнутый контур 20 содержит испаритель 21, погруженный в жидкость L средства подачи, конденсатор 22, расположенный снаружи средства 11 подачи жидкости, компрессор 23, расположенный между выходом испарителя 21 и входом конденсатора 22, редукционный клапан 24, расположенный между выходом конденсатора 22 и входом испарителя 21.
В процессе функционирования компрессор 121 посредством всасывания через впускной патрубок 121с создает горячий и/или влажный газовый поток F. Данный газовый поток F создается всасыванием, например, из атмосферного воздуха внутри или снаружи здания или путем улавливания горячих и/или влажных дымовых газов, выпускаемых дымовой трубой или аппаратом, и в частности, промышленной дымовой трубой.
жидкости
Температура Т жидкости L, например воды, в средстве 11 подачи ниже начальной температуры газового потока F. Во время прохождения газа в содержащемся в сосуде 10 устройства объеме V жидкости происходит его охлаждение и осушение, при этом газ F', выходящий из устройства 1, имеет температуру ниже температуры входящего газового потока Fти при этом абсолютная влажность (вес воды на объем воздуха) в выходящем газовом потоке F' ниже абсолютной влажности входящего газового потока F. Этот выходящий газовый поток F' перенаправляют, например, наружу здания или к зоне (внутренней или наружной), где требуется холод и меньшая влажность.
Во время прохождения в объеме V жидкости газ отдает свое тепло объему V жидкости, что происходит, с одной стороны, благодаря теплосодержанию, обусловленному разностью температур газа F и жидкости 11, а, с другой стороны, благодаря скрытой теплоте, обусловленной водяным паром, содержащимся в газе F и конденсирующемуся в жидкость 11. Чем больше разность температур между жидкостью 11 и входящим газовым потоком F, тем больше тепла возвращают в жидкость 11. Улавливание и распределение этого тепла происходит в средстве 11 подачи жидкости большего объема. Повышение в результате этого температуры жидкости L в средстве 11 подачи позволяет нагревать теплоноситель, циркулирующий в парообразном состоянии в испарителе 21. Поэтому все тепло или его часть, переданное жидкости L средства 11 подачи входящим газовым потоком F, рекуперируется вследствие нагревания теплоносителя в испарителе 21, что способствует снижению температуры средства 11 подачи жидкости, и переносится до конденсатора 22, на уровне которого происходит конденсация теплоносителя в жидкое состояние и восстановление тепла.
Если газовый поток F содержит загрязняющие вещества, растворимые в жидкости средства 11 подачи или частицы (например, газовый поток F, образованный из загрязняющих промышленных дымовых газов), то средство 11 подачи жидкости L преимущественно позволяет уловить, по меньшей мере, часть этих загрязняющих веществ и произвести более чистый выходящий поток F'.
Установка по фиг. 5 может быть, в частности, использована для обработки высокотемпературных промышленных дымовых газов (например, при 1000°С) с возможностью их охлаждения ниже 100°С, очистки от загрязняющих веществ и рекуперации значительной части тепла этих промышленных дымовых газов через средство 11 подачи жидкости и систему 2 рекуперации энергии.
На фиг. 6 представлена установка рекуперации энергии, отличающаяся от той, что представлена на фиг. 5, тем, что в системе рекуперации энергии 2' в качестве теплоносителя использована непосредственно жидкость L из средства 11 подачи, что обеспечивает возможность по замкнутому циклу питать резервуар 25 для аккумулирования энергии (например, дополнительное средство подачи жидкости) или устройство 25 (например, тепловой или тому подобный насос), позволяя рекуперировать тепловую энергию тепла, аккумулируемого в жидкости 11. Таким образом, система рекуперации энергии 2' включает замкнутый контур, в котором циркулирует часть жидкости L средства подачи, выполняющая функцию теплоносителя.
На фиг. 7 представлена установка рекуперации энергии, отличающаяся от той, что представлена на фиг. 5, тем, что в системе рекуперации энергии 2'' использован промежуточный теплообменник 26, в котором теплоноситель циркулирует по замкнутому циклу. Часть 26а промежуточного теплообменника 26 погружена в жидкость 11, а часть 26b находится за пределами жидкости L и позволяет осуществлять теплоперенос теплоносителем в испаритель 21 снаружи средства 11 подачи жидкости L.
Неограничительные примеры применения установок согласно изобретениюпо Фиг. 5-7
Пример 1. Рециркуляция наружу воздуха, загрязненного внутри жилища или помещения, с рекуперацией энергии
3
Воздух внутри жилища или помещения имеет относительную влажность порядка 60% и температуру примерно 20°С. Средство 11 подачи содержит воду с температурой примерно 3°С. Энергия, рекуперированная в воду на м воздуха составляет:
3
Теплосодержание: примерно 20 кДж/м
3
Скрытая теплота: примерно 10 кДж/м
Пример 2. Рекуперация энергии в воздух, имеющий относительную влажность порядка 80% и температуру примерно 50°С.
3
Средство 11 подачи содержит воду с температурой примерно 6°С. Энергия, рекуперированная в воду на м воздуха составляет:
3
Теплосодержание: примерно 54 кДж/м
3
Скрытая теплота: примерно 152 кДж/м
На фиг. 8 представлена многоступенчатая установка, включающая две установки 11, 12, идентичные установке из фиг. 5 и смонтированные каскадом, при этом газовый поток F', выходящий из расположенной впереди по потоку установки 11, используется как входящий газовый поток F в установке 12, расположенной сзади по потоку.
Такая многоступенчатая установка пофиг. 8 особенно подходит для охлаждения и рекуперации энергии в несколько последовательных этапов в случае таких высокотемпературных газовых потоков, как например, промышленные дымовые газы.
На фиг. 9 представлена установка рекуперации энергии, а при необходимости и осушения воздуха внутри помещения или жилища 3, работающая по замкнутому контуру, благодаря которой охлажденный и в случае необходимости осушенный выходящий поток воздуха F1' снова инжектируется в указанное помещение 3. В данной установке воздух, снова подаваемый в помещение, предварительно нагревается теплообменом с конденсатором 22 системы рекуперации энергии 2. Другая часть энергии, переданная конденсатору 22, может быть рекуперирована другим путем (стрелка А).
Неисчерпывающим и неограничительным образом помещение 3 может быть, например, крытым бассейном. Помещение 3 также может быть любым типом помещения, в котором находятся люди или животные, при этом установка позволяет таким образом рекуперировать энергию, являющуюся результатом деятельности людей или животных.
На фиг. 10 представлена установка рекуперации энергии, позволяющая создать внутреннюю буферную зону 4, где осуществляется контроль влажности или концентрации пыли в воздухе. В данной установке выходящий поток воздуха F', осушенный и/или отфильтрованный прохождением через объем V воды, подвергается нагреву блоком 5 тепловой обработки перед его введением в нижнюю буферную зону 4. В данной установке система 2 рекуперации энергии является факультативной.
В проиллюстрированных на прилагаемых фигурах вариантах осуществления выпускное отверстие 120с инжекционного трубопровода 120 расположено выше уровня впускного отверстия 10d для жидкости нижней погружной части 10е сосуда. В другом варианте выпускное отверстие 120с инжекционного трубопровода 120 может быть расположено на уровне или ниже уровня впускного отверстия 10d для жидкости нижней погружной части 10е сосуда 10.
В проиллюстрированных на прилагаемых фигурах вариантах осуществления уровень жидкости L в сосуде 10 одинаков в инжекционном трубопроводе 120 и снаружи инжекционного трубопровода 120. В другом варианте можно использовать гидравлический насос для закачивания жидкости в средстве 11 подачи и для подачи этой закачанной жидкости в сосуд 10 снаружи инжекционного трубопровода 120 таким образом, что глубина Н1 погружения инжекционного трубопровода 120 (то есть высота Н1 жидкости в инжекционном трубопроводе 120) постоянно остается меньше высоты Н2 жидкости в сосуде 10 и снаружи инжекционного трубопровода 120. В этом случае выпускное отверстие 120с инжекционного трубопровода 120 может быть расположено на одном уровне или ниже уровня впускного отверстия 10d для жидкости в нижней погружной части 10е сосуда 10.
В проиллюстрированных на прилагаемых фигурах вариантах осуществления средство 11 подачи образовано баком, открытым в верхней части. В другом варианте образующий средство 11 подачи бак или его аналог может быть закрытым.