РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ
ENERGY RECIRCULATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в общем относится к организации сбора отходов, а более конкретно к системам сбора отходов, в которых применяют вакуум для отсасывания отходов со свалки отходов к централизованному пункту сбора отходов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы сбора отходов стационарного типа, работающие с помощью вакуума, являются весьма широко используемыми для сбора в основном бытовых отходов или канцелярского мусора в жилых или деловых зонах, однако их также используют для сбора отходов лечебных учреждений и т.д. В таких системах накопленные отходы последовательно отсасывают из отдельных удаленных свалок или пунктов сбора в централизованный пункт сбора. Пункты сбора находятся на значительном расстоянии и соединены с централизованным пунктом сбора системой труб. Из-за значительных расстояний транспортировки по меньшей мере для отходов из наиболее удаленных пунктов сбора требуется сравнительно мощный вакуум для надежной доставки накопленных отходов без образования пробки из соответствующих пунктов сбора в централизованный пункт сбора.
Мощный вакуум создают посредством множества устройств для создания вакуума, количество которых изменяется в зависимости от размера, а также от сложности системы сбора отходов и от расстояния до пунктов сбора отходов от централизованного пункта сбора. Эти устройства для создания вакуума потребляют много энергии, что отрицательно влияет на экономическую эффективность всей системы сбора отходов. Такое большое потребление энергии также нежелательно с общей экологической точки зрения.
В течение многих лет предпринимали попытки уменьшить потребление энергии устройствами для создания вакуума, которые являются основными потребителями энергии всей системы. Один подход состоит в сокращении активных периодов работы устройств для создания вакуума. Однако при непрерывно возрастающих объемах получаемых отходов и при тенденции к тому, чтобы системы сбора отходов обслуживали большие жилые, деловые или другие зоны, требуемая производительность устройств для создания вакуума скорее стремится к возрастанию. Теоретически альтернативными решениями могли бы быть уменьшение объема системы за счет использования системы транспортных труб меньшего диаметра или понижение давления создаваемого вакуума. На практике такие решения являются неприемлемыми, так как они существенно увеличивают чувствительность системы к образованию пробок и засорению системы труб.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общей целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствования систем сбора отходов, работающих с помощью вакуума, путем снижения количества энергии, теряемой в системах.
В частности, целью изобретения является предложение способа рекуперации и рециркуляции энергии, потребляемой устройствами для создания вакуума вакуумных систем сбора отходов.
В частности, дополнительной целью изобретения является обеспечение системы рекуперации и рециркуляции энергии, приспособленной для осуществления способа по изобретению.
Эти и другие цели достигнуты в изобретении, определенном прилагаемой формулой изобретения.
Данное изобретение относится к системам сбора отходов такого типа, где накопленные отходы транспортируют посредством низкого вакуума в транспортных трубах, ведущих от удаленных пунктов сбора к централизованному пункту сбора. Централизованный пункт содержит источник вакуума системы, состоящий по меньшей мере из одного устройства для создания вакуума. В такой системе значительное снижение количества энергии, теряемой в системе, достигают путем извлечения тепловой энергии из отходящего воздушного потока устройства для создания вакуума, путем возвращения извлеченной тепловой энергии в определенную зону, в которой собирают отходы, и путем использования таким образом извлекаемой тепловой энергии для отопления или охлаждения в определенной зоне, таким образом обеспечивая очень эффективную рециркуляцию потребленной и, в противном случае, теряемой энергии в определенную зону, а также снижение локальной нагрузки на окружающую среду системы сбора. Это повышает экономическую эффективность, а также экологичность системы.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения это применяют к системам сбора отходов, которые снабжены устраняющим запах фильтрующим элементом на основе активированного угля в отходящем воздушном потоке. В соответствии с данным аспектом тепловую энергию извлекают выше по потоку от фильтрующего элемента с активированным углем, таким образом увеличивая эффективность, а также срок эксплуатации фильтрующего элемента путем снижения температуры воздуха.
В воплощениях изобретения теплоту отводят путем пропускания отходящего воздушного потока через теплообменник или, альтернативно, через теплосборник, перед выпуском указанного потока воздуха в атмосферу.
В другом воплощении нагретую текучую среду из теплообменника/теплосборника используют в особенности для подачи тепла в отопительную систему и/или систему водопроводной воды для указанной определенной зоны.
В другом воплощении нагретую текучую среду используют для подачи тепла в районную отопительную сеть.
Предпочтительные дополнительные разработки основных идей изобретения, а также его воплощений определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущества, предоставляемые настоящим изобретением, в дополнение к тем, которые описаны выше, легко оценить при чтении приведенного ниже подробного описания воплощений изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данное изобретение, совместно с его дополнительными целями и преимуществами, лучше понять со ссылкой к нижеследующему описанию, совместно с приложенными чертежами, в которых:
Фиг.1 является схематической иллюстрацией основной системы сбора отходов для управления сбором отходов, накапливаемых в определенной жилой зоне;
Фиг.2 является более подробной схематической иллюстрацией, частично в разрезе, частей системы сбора отходов Фиг.1;
Фиг.3 является схематической иллюстрацией воплощения системы рекуперации тепловой энергии согласно изобретению;
Фиг.4 является схематической иллюстрацией установки для рециркуляции тепловой энергии, извлекаемой системой рекуперации тепла по Фиг.3;
Фиг.5 является схематической иллюстрацией альтернативной установки для рециркуляции тепловой энергии, извлекаемой системой рекуперации тепла по Фиг.3, и
Фиг.6 представляет собой схематическим вид, частично в сечении, воплощения объединенного контейнера с фильтром и теплообменником для применения в системе рекуперации тепловой энергии по изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее изобретение поясняют со ссылкой на иллюстративные воплощения системы рекуперации и рециркуляции тепловой энергии по изобретению, которые показаны в прилагаемых чертежах. Иллюстративные воплощения изобретения показаны на Фиг.3-6 и относятся к применению изобретения к системе 1 вакуумного сбора отходов стационарного типа, которая частично и схематично изображена на Фиг.1 и 2. Необходимо подчеркнуть, что иллюстрации приведены с целью описания предпочтительных воплощений изобретения и не подразумевают ограничение изобретения до подробностей, показанных здесь.
На Фиг.1 и 2 показан пример традиционной системы 1 вакуумного сбора отходов стационарного типа, обслуживающей определенную жилую зону SA. Отходы складывают в пунктах сбора отходов 3, 3' или 3'' (см. Фиг.2) внутри или снаружи зданий В1-В3 зоны SA. Дополнительные подробности, относящиеся к различным видам свалок или пунктов сбора отходов, можно обнаружить, например, в EP 1401742 B1. Накопленные отходы последовательно удаляют из пунктов сбора 3, 3' или 3'' посредством транспортной системы 2 труб, проложенных под землей G. Конкретно, собранные отходы отсасывают из пунктов сбора 3, 3', 3'' в контейнер 19 для отходов в централизованном пункте 4 сбора отходов с помощью сильного вакуума, создаваемого источником 5 вакуума в указанном пункте 4. Источник 5 вакуума содержит ряд устройств 6 для создания вакуума, которые в иллюстрируемых воплощениях представляют собой последовательно соединенные всасывающие вентиляторы, которые приводятся в действие электродвигателями (не показанными отдельно). Необходимо подчеркнуть, что изобретение не ограничено применением всасывающих вентиляторов в качестве устройств 6 для создания вакуума. В других применениях для сбора отходов, в которых данное изобретение можно успешно использовать, устройства для создания вакуума могут представлять собой турбины или насосы. Количество используемых устройств для создания вакуума приспособлено к размеру и сложности системы 1, а также к ожидаемым объемам и составу отходов.
Как отмечено во введении, процесс создания мощного вакуума, требуемого для обеспечения безопасной транспортировки собранных отходов из пунктов 3, 3', 3'' сбора в пункт 4, является весьма энергозатратным. С одной стороны, потери энергии происходят в приводных двигателях устройств для создания вакуума. В применениях с всасывающими вентиляторами энергетический КПД приводных двигателей составляет порядка 80%. Однако было обнаружено, что дополнительно к этим потерям энергии значительная часть энергии, подаваемой к устройствам для создания вакуума, преобразовывается в тепло. Точнее, давление ниже атмосферного и воздушный поток, вырабатываемый устройствами для создания вакуума, в очень большой степени преобразуются в тепло при росте давления в устройствах. Фактически в практических применениях примерно до 70% общей энергии, подаваемой в устройства для создания вакуума, преобразуется в тепло. Это тепло или тепловую энергию ранее теряли, просто выбрасывая в атмосферу с отходящим воздушным потоком. Теряемая таким образом энергия заметно ухудшает экономическую эффективность всей системы, а также представляет собой учитываемый фактор при оценке оказываемой системой нагрузки на окружающую среду.
В больших и более сильно загруженных системах 1 сбора отходов несколько мощных устройств 6 для создания вакуума, три или более, могут работать от 5 до 10 часов ежедневно для безопасного удаления всех отходов W, накопленных в различных, удаленных друг от друга пунктах сбора 3, 3', 3''. Проведенные теперь эксперименты и вычисления показали, что в системе сбора отходов, при использовании трех всасывающих вентиляторов 6 для получения требуемого разрежения и воздушного потока, с отходящим воздухом всасывающего вентилятора может быть выпущена в атмосферу и, таким образом, безвозвратно потеряна тепловая энергия порядка 220 кВт. Такая теряемая энергия также будет вызывать значительную локальную нагрузку на окружающую среду.
Теперь обнаружено, что существенного улучшения экономической эффективности всей системы 1 сбора отходов, а также общих и локальных экологические выгод можно достичь путем рекуперации тепла из отходящего воздуха устройств 6 для создания вакуума перед его выпуском в атмосферу и путем рециркуляции указанного тепла или тепловой энергии с целью отопления или охлаждения.
Воплощение системы рекуперации и рециркуляции энергии, предлагаемой согласно изобретению, далее описано более подробно со ссылкой на Фиг.3 и 4. Система рекуперации и рециркуляции энергии интегрирована в систему 1 сбора отходов общего типа, описанную выше. При удалении отходов W, накопленных в отдельном пункте сбора отходов 3, 3', 3'' или во всей ветви системы 1, всасывающие вентиляторы 6 (три вентилятора в приведенной в качестве примера системе 1) источника 5 вакуума системы приводят в действие для создания требуемого разрежения. Затем открывают соответствующий воздушный входной клапан AV (см Фиг.1) и, в подходящем случае соответствующий клапан ветви (не показан), для создания вакуумного воздушного потока VAF через систему 2 труб. Этот низкий вакуум в свою очередь создает поток WF отходов из соответствующей части системы 1 по направлению к централизованному пункту сбора 4.
Вакуумный воздушный поток VAF и поток WF отходов поступают в контейнер 19 для отходов, в котором отходы W отделяют от воздушного потока VAF и собирают. Отделенный вакуумный воздушный поток VAF поступает в вентиляторы 6 и нагревается от деталей вентиляторов, приобретая значительное тепло от их работы по созданию вакуума. Нагретый отходящий воздушный поток EAS всасывающего вентилятора пропускают из вентиляторов 6 через систему 10 труб для отходящего воздуха всасывающего вентилятора и, в большинстве случаев, через глушитель 12 и выпускают в атмосферу через выходное отверстие 11 для отходящего воздуха всасывающего вентилятора.
В одном воплощении системы рекуперации и рециркуляции тепловой энергии по изобретению в системе 10 труб для отходящего воздуха всасывающего вентилятора установлен теплообменник 7 для рекуперации большей части тепла, содержащегося в отходящем воздушном потоке EAS всасывающего вентилятора. Теплообменник содержит текучую среду FM, которой передается тепло отходящего воздушного потока EAS всасывающего вентилятора и которая соединена непосредственно или косвенно с отопительной системой HS и/или с системой водопроводной воды TWS определенной зоны SA, для рекуперации и рециркуляции в противном случае теряемого тепла путем возвращения его в определенную зону с целью отопления. Другими словами, текучая среда FM теплообменника 7 может состоять из фактической текучей среды указанной отопительной системы HS и/или системы водопроводной воды TWS или может находится в теплообменном контакте с этими системами через дополнительный теплообменник 13, показанный на Фиг.4.
В другом воплощении системы рекуперации и рециркуляции тепловой энергии по изобретению в системе 10 труб для отходящего воздуха всасывающего вентилятора установлен теплосборник 13', который содержит текучую среду FM' сборника, предназначенную для нагревания отходящим воздушным потоком EAS всасывающего вентилятора. В этом случае указанная нагреваемая текучая среда FM' сборника таким же образом соединена с отопительной системой HS и/или с системой водопроводной воды TWS определенной зоны SA для передачи туда тепла. Предпочтительно нагретую текучую среду FM' сборника таким образом транспортируют в тепловой насос 13', поставляющий тепло в отопительную систему/систему водопроводной воды, как подобным образом показано на Фиг.4.
В описанном воплощении изобретения рекуперированное тепло подают рециклом в определенную зону SA, из которой были собраны отходы W. Другими словами, такое воплощение изобретения предполагает, что сбор отходов в первом направлении из определенной зоны SA в централизованный пункт 4 сбора дополняют рециркуляцией тепла, рекуперированного из отходящего воздуха вентилятора, в противоположном направлении, обратно в определенную зону SA в целях отопления. Общие экологические выгоды состоят в снижении потребления тепловой энергии в определенной зоне и прямые локальные экологические выгоды состоят в значительном уменьшении температуры выпускаемого отходящего воздуха вентилятора.
В большинстве систем 1 сбора отходов централизованный пункт 4 сбора отходов включает устраняющий запах фильтрующий элемент 8, такой как фильтры 8А, 8В, показанные на Фиг.6, для фильтрации отходящего воздушного потока EAS вентилятора из источника 5 вакуума системы, перед выпуском указанного воздушного потока в атмосферу. Такие фильтры запаха часто требуются в санитарных целях. Теперь обнаружено, что в таких системах с использованием устраняющих запах фильтрующих элементов, содержащих фильтры на основе активированного угля, предложенная система рекуперации тепла обеспечивает дополнительные преимущества, когда теплообменник или теплосборник, 7 и 7' соответственно, установлены в отходящем потоке EAS вентилятора, выше по потоку от фильтрующего элемента 8 на основе активированного угля. Получаемое понижение температуры воздуха, поступающего в фильтрующий элемент 8, не только улучшает эффект поглощения запаха фильтрующим элементом 8, но также увеличивает срок его эксплуатации. Последний факт не является незначительным, так как вследствие него снижаются обычно очень высокие текущие расходы на замену активированного угля в фильтрах.
Предпочтительно система также содержит фильтрующий элемент 9 для пыли и частиц, который установлен в отходящем воздушном потоке EAS выше по потоку от теплообменника/теплосборника 7 и 7' для предотвращения загрязнения поверхностей теплообменника или теплосборника и, таким образом, для поддержания их хороших теплообменных характеристик, даже после длительного использования.
В соответствии с изобретением предложенный иллюстративный способ рекуперации и рециркуляции тепловой энергии, следовательно, включает стадии извлечения теряемой тепловой энергии из отходящего воздушного потока EAS всасывающего вентилятора, затем передачи извлеченной тепловой энергии текучей среде FM, FM' и подачи рециклом указанной нагретой текучей среды непосредственно или косвенно в определенную зону SA в целях отопления.
Как отмечено выше, способ рекуперации и рециркуляции тепловой энергии согласно изобретению можно преимущественно применять в системе 1 сбора отходов, в которой отходящий воздушный поток EAS из источника 5 вакуума системы централизованного пункта 4 сбора отходов фильтруют устраняющим запах фильтрующим элементом 8 на основе активированного угля, перед выпуском указанного воздушного потока в атмосферу. Путем извлечения тепловой энергии из отходящего воздушного потока EAS всасывающего вентилятора, выше по потоку от такого фильтрующего элемента 8, достигают описанных выше дополнительных преимуществ изобретения.
Проводя отходящий воздушный поток EAS вентилятора, из всасывающего вентилятора или вентиляторов 6 через теплообменник 7 или, альтернативно, через теплосборник 7, перед выпуском указанного воздушного потока EAS в атмосферу, не только обеспечивают требуемую рекуперацию из него энергии, но также получают рассмотренное выше значительное уменьшение нагрузки на окружающую среду, вызываемое выбросом перегретого отходящего воздуха.
Хотя использование нагретой текучей среды FM для подачи рециклом тепловой энергии в отопительную систему HS и/или систему водопроводной воды TWS определенной зоны SA не снижает потребление энергии действующей системы 1 сбора отходов, рекуперация тепла и подача его рециклом в зону, таким образом, являются очень существенным фактором не только при рассмотрении экономической эффективности системы 1 сбора отходов, но также при рассмотрении всей зоны с экологической точки зрения.
Эти выгодные эффекты получают независимо от того, используют ли нагретую текучую среду FM из теплообменника непосредственно или косвенно (через упомянутый выше дополнительный теплообменник 13) в отопительной системе HS и/или в системе водопроводной воды TWS для определенной зоны SA или нагретую текучую среду из теплосборника 7' пропускают в тепловой насос 13', поставляющий тепло в отопительную систему HS и/или в систему водопроводной воды TWS определенной зоны SA.
На Фиг.6 показано иллюстративное воплощение объединенного контейнера 20 с фильтром и теплообменником, подходящего для использования в системе по изобретению для рекуперации и рециркуляции тепла. С одной стороны контейнер 20 снабжен входным отверстием 17, к которому присоединена система 10 труб для отходящего воздуха всасывающего вентилятора, для проведения отходящего газового потока EAS сначала через фильтрующий элемент 9 для пыли и частиц, который в этом воплощении включает два последовательно соединенных фильтра 9А, 9В. Ниже по потоку от фильтрующего элемента 9 установлен теплообменник 7, получающий горячий и теперь чистый отходящий воздушный поток EAS для извлечения из него тепла. После теплообменника установлен устраняющий запах фильтрующий элемент 8, содержащий два последовательно соединенных фильтра 8А и 8В из активированного угля, в которые подают теперь значительно более охлажденный отходящий воздушный поток EAS, таким образом значительно улучшая действие угольных фильтров. Практически не имеющий теперь запаха отходящий воздушный поток EAS затем покидает контейнер 20 через выходное отверстие 18 и его выпускают через выходное отверстие 11 для отходящего воздуха всасывающего вентилятора.
В альтернативном описанному выше воплощении основные принципы изобретения можно применить для обеспечения таких же преимуществ путем поставки извлеченной тепловой энергии в районную отопительную сеть DHN, как очень схематично показано на Фиг.5, или в аналогичную систему централизованного коммунального отопления. В таком применении текучую среду FM, нагретую отходящим воздушным потоком EAS устройства для создания вакуума, предпочтительно используют для предварительного нагрева обратного потока RF районной отопительной сети DHN через соответствующее теплообменное устройство 113.
Принципы изобретения для рекуперации и рециркуляции энергии можно также с большим преимуществом использовать в применениях с уже существующей системой теплового насоса, возможно в сочетании, например, с установками, использующими теплоту грунта и/или солнечное тепло для максимизации и, таким образом, оптимизации применения теплового насоса таких установок.
Хотя изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой лишь на применение для определенной жилой зоны, изобретение никак не ограничено такими применениями. Основные принципы изобретения можно применить для обеспечения таких же преимуществ по рекуперации энергии, экологических преимуществ и преимуществ подачи рециклом в системах сбора отходов, предназначенных для служебных, деловых и медицинских зон и т.д.
Более того, описанные выше иллюстративные воплощения изобретения относятся к использованию рекуперированной тепловой энергии в отопительной коммунальной системе, такой как описанная отопительная система HS, и/или система водопроводной воды TWS, или районная отопительная сеть DHN. Поэтому следует подчеркнуть, что настоящее изобретение не ограничено таким использованием рекуперированной тепловой энергии в целях отопления, но, подобным образом, включает применения, в которых рекуперированную тепловую энергию используют в целях охлаждения посредством подачи в охладительные коммунальные системы. Известны технологии, на основании которых тепло трансформируют в холод посредством сорбции даже без использования холодных сред или компрессоров.
Изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время рассматривают как наиболее практические и предпочтительные воплощения, однако необходимо понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми воплощениями. Поэтому изобретение подразумевает включение различных модификаций и равноценных компоновок, находящихся в пределах сущности и объема изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.