CN110267737A - 用于通过自动调节的液体体积制备和处理气流的设备 - Google Patents

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Abstract

用于气流(F)制备和处理的设备，包括具有至少一个第一气流排出口(2b)的交换室(2)、向交换室供应液体(L)的装置(3；4)、排出交换室(2)中容纳的液体(L)的装置(3；5)及气动装置(6)，气动装置在运行时能通过抽吸或吹送产生来自交换室(2)外的进入气流(F)，使得进入气流(F)被引入交换室(2)中容纳的液体体积(V)中，及经过与液体体积直接接触获得处理的输出气流(F')在交换室内上升，通过排出口(2b)排出交换室(2)外。设备还包括用于在输出气流(F')中测量的第一操作参数(Xout)的第一测量装置(7)或用于测量交换室(2)中容纳或来自交换室的液体中化合物的浓度(CLout)或测量交换室(2)中容纳或来自交换室的液体的pH值(pHout)的第一操作参数(Xout)的第一测量装置。设备包括电子调节装置(9)，其能自动控制交换室供液装置(3；4)和交换室排液装置(3；5)，以至少根据第一操作参数(Xout)自动调节交换室内的液体高度(h)。

Description

用于通过自动调节的液体体积制备和处理气流的设备
技术领域
本发明涉及通过进行液体体积自动调节的液体体积来制备和处理气流。本发明应用于各类领域，例如非穷尽性地：气流中的热量回收，特别是热空气流或工业烟气中的热量回收；使气流通过液体体积来制备加热或冷却的气流；制备温度受控的气流和/或绝对湿度受控的气流；气流加湿或除湿；气流净化或过滤；通过气流与液体发生器化学反应来处理气流；场所或工业建筑、商业建筑或住宅建筑供暖或空调；场所或工业建筑、商业建筑或住宅建筑空气湿度控制。
背景技术
使用液体例如水来处理气流、特别是使气流和液体直接接触并通过液体和气流之间热交换来加热或冷却气流，这是一种古老的技术，其具有环保的优点，因为这种技术尤其避免了使用冷却剂型载热剂。气流的加热或冷却、特别是空气流的加热或冷却，可以例如旨在产生具有受控温度的气流和/或旨在产生具有受控绝对湿度的气流。
实施该技术的已知的第一技术解决方案在于使气流通过微细液滴幕，或使气流通过可渗透液体并且含有该液体的交换表面例如浸水纺织材料，或使气流流动与湿板接触。这种类型的解决方案的主要缺点在于液体和气流之间的热交换的能量效率非常低，以及可以获得的空气流量少。
已知的第二技术解决方案在于通过将气流在液体体积表面下方注入到所述液体体积中，使气流、特别是空气流直接通过容纳在交换室中的液体体积。例如在国际专利申请WO2006/138287和美国专利US4697735(图3)中描述了这种类型的解决方案。在国际专利申请WO 2015/086979和WO2016/071648中也描述了这种类型的解决方案。该第二技术解决方案的优点在于：可以实现比第一技术解决方案更高的液体和气流之间热交换的能量效率。
在该第二技术解决方案中，气流和液体体积之间的交换取决于气流通过的液体高度。液体高度越高，这种交换就越多。例如，当液体用于加热或冷却气流时，交换室中的液体高度越高，气流和液体之间每单位时间交换的热量就越大。当液体用于捕获气流中的化合物时，交换室中的液体高度越高，液体中每单位时间捕获的该化合物的量越大。
在一些应用中，在交换室入口处的气流中的压力和/或在交换室出口处的气流中的压力可以以不受控制的方式变化，这自动地导致交换室中液体高度改变，以补偿这种压力变化。液体高度的这种变化引起设备的操作点的变化，气流和交换室中的液体体积之间的交换以不受控的方式发生不利改变。
在一些应用中，即使在交换室入口处的气流中的压力和在交换室出口处的气流压力随时间恒定，也可以证明有用的是能够改变设备的操作点，因此能够改变气流和液体体积之间的交换水平，以例如使其达到最佳水平。
更一般地，存在通过使气流穿过交换室中容纳的液体体积来自动调节制备和处理气流的设备的操作点的需要。
发明内容
发明目的
本发明旨在提出一种新的技术解决方案，该方案能够制备通过容纳在交换室中的液体进行处理的气流并自动调节设备的操作点。
发明概述
因此，本发明旨在一种用于制备和处理气流的设备，所述设备包括：交换室，交换室具有至少一个第一气流排出口；供液装置，用于向交换室供应液体，使得交换室能够容纳液体体积，并且所述交换室的第一气流排出口定位于交换室内容纳的液体体积的表面上方；排液装置，用于排出容纳在交换室中的液体；以及气动装置，气动装置在运行时能够通过抽吸或吹送产生来自交换室外部的进入气流，使得进入气流在交换室中容纳的液体体积的表面的下方被引入到所述液体体积中，以及使得经过与所述液体体积直接接触获得处理的输出气流在交换室内上升，并通过交换室的第一气流排出口被排出到所述交换室之外。
根据本发明的特征，所述设备还包括用于在输出气流中测量的第一操作参数(Xout)的第一测量装置、或者用于测量交换室中容纳的液体中或来自交换室的液体中化合物的浓度(CLout)或测量交换室中容纳的液体或来自交换室的液体的pH值(pHout)的第一操作参数(Xout)的第一测量装置；并且，所述设备包括电子调节装置，电子调节装置能够尤其在设备运行期间自动控制交换室的供液装置和交换室的排液装置，以至少根据所述第一操作参数(Xout)自动调节交换室内的液体高度(或换言之液位)。
更具体地，但可选地根据本发明，本发明的设备可以包括在权利要求2至15中任一项定义的、单独地或以组合方式采用的后述附加的和可选的技术特征。
本发明还旨在至少一个上述设备用于制备通过穿过容纳在设备交换室中的液体体积获得处理的至少一种气流的用途。
更具体地，本发明旨在至少一个上述设备用于过滤和/或净化和/或冷却和/或加热进入气流的用途。
更具体地，本发明旨在至少一个上述设备用于处理以下气流中的一种气流的用途：源于燃烧的进入气流；或含有工业烟气、特别是高温工业烟气的进入气流；或含有选自下列化合物中的至少一种化合物的气流：氮氧化物Nox、挥发性有机化合物COV、硫氧化物SOx、多环芳烃HAP、CO、CO2、NH3、氯胺。
附图说明
本发明的特征与优势将通过阅读以下对本发明的一些特殊实施方式的详细说明而得以体现，这些特殊实施方式参照示意性附图以本发明的非限制性和非穷尽性示例方式加以描述，附图中：
-图1是根据本发明的第一设备的示意图；
-图2是根据本发明的第二设备的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述根据本发明的用于制备和处理气流的设备的若干实施例。这些设备可用于其中有用的是使气流通过液体体积中来处理气流的所有应用中。这些设备也可以因此用于各种领域中，例如非穷尽性地：气流中的热量回收，特别是热空气流或工业烟气中的热量回收；使气流穿过所述液体体积来制备加热或冷却的气流；制备温度受控和/或绝对湿度受控的气流；气流加湿或除湿；气流净化或过滤；通过气流穿过液体发生化学反应进行气流处理；场所或工业建筑、商业建筑或住宅建筑供暖或空调；场所或工业建筑、商业建筑或住宅建筑空气湿度控制。制备的气流还可用于任何类型的物体或表面冷却、加热、加湿或除湿。
参照图1的特殊实施方式，用于气流制备和处理的设备1A包括交换室2和为池3形式的液体储存器，其容纳液浴L，例如水。
本发明不限于使用水作为液体L，而是延伸至任何其他类型的液体。作为非限制性的和非穷尽的示例，可能有益的是在某些应用中使用在大气压下固化温度低于0℃的液体L，例如含有盐类、糖类、乙二醇、酒精类的添加剂的水。也可能有益的是使用油作为液体L。
更具体地，在图1的实施方式中，池3气密地封闭，使得容纳在池3中的液浴L与交换室2外部压力隔绝，例如当设备1A处于露天时与大气压隔绝。
在另一变型中，池3可以是开放的，使得交换室2外部的液体体积例如处在大气压下。
每个交换室2的下部20的下表面是开放的，因此形成液体入口2a。每个交换室2的下部20均定位于池3中，使得通过以足够的液位填充池3，每个交换室2的下部20浸入容纳在池3中的液浴中，每个交换室2的浸入部分容纳液体体积V。
交换室2在其上部包括至少一个气流排出口2b，该排出口2b定位于容纳在交换室2中的液体体积V的上方。
为了向池3供应新液体，设备1A还包括用于供给新液体的供液装置4，该供液装置包括在液浴上方通到池3的供液管40，供液管配有供液阀41，用以可控制向池3供应新液体。在该实施方式中，池3和向池3供应液体的供液装置4形成用于向交换室2供应液体的供液装置。
设备1A还包括排液装置5，该排液装置包括其基部在容纳于池3中的液浴表面下方与池3内部连通的排液管50，排液管配有排液阀51，用以可控制排放液体到池3之外。在该实施方式中，池3和所述排液装置5形成用于排放交换室2中容纳的液体的排液装置。
在未示出的另一实施方式中，如国际专利申请WO2015/086979中所描述的，交换室在下部不能浸入池3中，而是在下部被封闭，并通过管道直接获得液体供应而无需使用池3。
设备1A还包括气动装置6，其在运行时能够产生来自交换室2外部的进入气流F，使得进入气流F在交换室2中容纳的液体体积V的表面S下方被引入所述液体体积中，以及通过与所述液体体积直接接触而处理过的输出气流F'在交换室2内部上升，通过交换室2的排出口2b被排放到所述交换室2的外部。
在图1的特定实施例中，气动装置6在运行中能够通过抽吸产生来自交换室2外部的进入气流F。在另一个变型中，气动装置6在运行中能够通过吹送产生进入气流F。
在图1的特定实施例中，气动装置6包括风扇60，风扇的进气口60a连接到交换室2的排出口2b。
风扇60可以例如是离心式风扇或任何已知类型的气体压缩机，例如轴流式风扇、泵等。
气动装置6还包括注入装置61，注入装置可将进入气流F在容纳于交换室2中的液体体积V的表面S下方引入所述液体体积中。
在图1的特定实施例中，注入装置61包括定位于交换室2内部的竖直的注入管610，注入管在上部包括用于气流进入的进气口610a，以及在下部包括用于排放气流的气流排出口610b。进气口610a与定位于交换室2外部的用于气流进入的进气管道611连通。该进气管道包括用于气流进入的进气口611a。
根据应用，该进气口611a可以例如通向露天，或者可以连接到其中捕获气流F的任何设备或任何设施。
当使风扇60运行时，则使交换室2内部降压。当风扇60运行时，由于池3密闭，因而在交换室2外部且在液浴L上方的池3中压力等于注入管610进口处的进入气流F中的压力Pin。该压力Pin大于交换室2中的液体体积上方的压力Pout。
压力差ΔP(ΔP＝Pin-Pout)在交换室2中(图1)表现为交换室2内的液位(图1/高度h)升高以及在交换室2外部的池3中液位(图1/高度H)下降。
交换室2中的液位h和液体体积V取决于该压力差ΔP。
当风扇60运转时，其抽吸进入气流F，进入气流则通过注入管610的进气口610a进入交换室2的注入管610。该(未处理的)进入气流F被引入到注入管610的未浸入部分中，通过注入管610的浸入下部的排出口610b，在交换室2的浸入下部中所容纳的液体体积V的表面S下方被引入所述液体体积中。通过与容纳在交换室2中的所述液体体积直接接触获得处理的排出气流F'在注入管610外在交换室2内上升，通过交换室的排出口2b排出到所述交换室外。该排出气流F'被风扇60抽吸，以气流F"(图1)的形式排出。
根据应用，该风扇60的空气排出口60b可以例如通向露天，或者可以连接到管道(未示出)以便将气流F"输送至另一个设备或另一个设施中，而没有直接排向自由空气。
当交换室2中的液体体积V的温度与气流F在被引入液体体积V之前的温度不同时，气体和液体之间发生显热和潜热式热交换。
当液体体积的温度Tliquide低于气流F在被引入液体体积中之前的初始温度Tinitiale时，气流F'获得冷却。更具体的说，输出气流F'的温度已经降低，可以例如大体上与液体体积的温度Tliquide一致。与此同时导致出自设备1A的输出气流F'相较进入气流F而言获得除湿，输出气流F'中的绝对湿度(每单位体积空气中的水的重量)低于进入气流F的绝对湿度。
相反，当液体体积的温度Tliquide高于初始温度Tinitiale时，输出气流F'获得加热，输出气流F'的温度可以例如大体上与液体体积的温度Tliquide一致。与此同时导致出自设备1A的输出气流F'相较进入气流F而言获得加湿，输出气流F'中的绝对湿度(每单位体积空气中的水的重量)高于进入气流F的绝对湿度。
在一些应用中，设备1A可用于通过进入气流F穿过液体体积V来对该进入气流进行过滤或净化。设备1A还可用于通过进入气流F穿过液体体积V来冷凝或蒸发进入气流F携带的一种或多种化合物。根据应用，液体体积的温度可以高于或低于进入气流F温度，或者大体上与进入气流F温度相等。当液体体积的温度大体上与进入气流F温度相等时，在设备1A出口处产生既未加热也未冷却、温度大体上与进入气流F相同的输出气流F'。
在图1的实施方式中，风扇60可以通过抽吸产生气流F和F'。在另一个变型中，风扇60可以连接到注入管610的进气口610a上，以便通过吹送而不再通过抽吸来产生这些气流F和F'。
参照图1，该设备1A包括用于在输出气流F'中测量的第一操作参数Xout的第一测量装置7，在本例中，其在交换室2中位于液体L体积的上方。
设备1A还包括用于在进入气流F中测量的第二操作参数Xin的第二测量装置8，在本例中，其在进气管道611中并靠近注入管610的进气口610a。
设备1A还包括电子调节装置9，其在设备运行期间能够自动控制供液装置4和排液装置5，以便通常至少根据该第一操作参数Xout、例如至少一个设定值XC自动调节交换室2内液体的高度h(或者换言之液位)。
更具体地，电子调节装置9能够自动控制供液装置4和排液装置5，以便还根据第二操作参数Xin、优选根据差值Xout-Xin(绝对值或代数值)自动调节交换室2中的液体高度h。
例如，当Xout大于XC时，或者当差值Xout-Xin(绝对值)大于XC时，电子调节装置9自动控制供液装置4，以便增加交换室2中的液位h。相反，当Xout小于XC时，或者当差值Xout-Xin(绝对值)小于XC时，电子调节装置9自动地控制排液装置5，以便降低交换室2中的液位h。
在许多应用中，在交换室2入口处的气流F中的压力Pin和/或在交换室2出口处的气流F'中的压力Pout可以发生不受控制的变化，因为缺少调节装置9，这自动导致交换室2中液体高度h变化以补偿压力变化。液体高度的这种变化引起设备操作点的变化，交换室中的液体体积和气流之间的交换不受控制地发生不利改变。还在一些应用中，即使在交换室2入口处气流中的压力Pin和在交换室2出口处气流的压力Pout一直恒定，但可以证实有用的是能使设备操作点变化，因此能使气流和液体体积之间的交换水平变化，例如以便使其变得最佳。
因此，在第一实施例中，第一操作参数Xout可以是处理过的气流F'中的压力Pout(Xout＝Pout)，而第二操作参数Xin可以是进入气流F中的压力Pin(Xin＝Pin)，第一和第二测量装置7和8例如是皮托探针。
通过根据压力Pout、更具体地根据压力差Pout-Pin自动调节交换室2中的液体高度h，确保设施操作点、因此进入气流F和室2内液体之间的交换质量始终恰当，而不受压力Pin和Pout影响。
在第二实施例中，第一操作参数Xout可以是在处理过的气流F'中测得的温度Tout(Xout＝Tout)，而第二操作参数Xin可以是在进入气流F中测得的温度Tin(Xin＝Tin)，在这一情况中第一和第二测量装置7和8为温度探测器。
在第三实施例中，第一操作参数Xout可以是在处理过的气流F'中测得的(化学或颗粒)组分的浓度Cout(Xout＝Cout)，而第二操作参数Xin可以是在进入气流F中测得的该组分的浓度Cin(Xin＝Cin)，在这一情况中第一和第二测量装置7和8为该组分的探测器。
以非限制性和非穷尽性示例的方式，在处理由燃烧烟气、尤其是工业烟气构成的气流时，化学组分可以是氮氧化物(NOx)，在交换室中使用液体体积来捕获这些氮氧化物。在其他应用中，捕获到液体中的化合物可以非限制性且非穷尽地选自下表：COV(挥发性有机化合物)、SOx、HAP(多环芳烃)、CO、CO2、NH3、氯胺。
图2中示出了本发明的另一设备1B，其与图1的设备1A的不同之处在于使用了：
–用于在交换室2中容纳的液体中测量的第一操作参数(Xout)的第一测量装置7'，
–用于在交换室2外部的池3中容纳的液体中测量的第二操作参数(Xin)的第二测量装置8'。
在另一变型中，可以在来自交换室2的液体中测量第一操作参数(Xout)。
在另一变型中，所述第二操作参数(Xin)可以在新液体被引入池3中之前、因此在被引入交换室2中之前在新液体中测得，例如在阀41的上游或下游在供液管40中测得。
在本发明的框架下，该第一操作参数(Xout)可以是交换室2内容纳的液体中的化合物的浓度(CLout)，而第二操作参数可以是交换室2外部的液体中的该化合物的浓度(CLin)。
在本发明的框架中，该第一操作参数(Xout)可以是交换室2中容纳的液体的pH值(pHout)，而第二操作参数可以是交换室2外部的液体的pH值(pHin)，在这一情况下，第一和第二测量装置7'和8'是pH测量探针。
在本发明的一改进变型中，除了调节交换室2中的液体高度h之外，电子调节装置9还可以被设计、例如被编程控制成以自动地控制阀41和51，以便优选地在设备运行期间，根据在交换室2的液体中或来自交换室2的液体中测得的参数和/或在引入交换室2之前的新液体中测得的参数例如液体的pH值和/或液体中化合物的浓度和/或液体温度、和/或根据在进入气流F中测得的参数和/或在输出气流F'中测得的参数例如特别是气流温度或气流中组分的浓度，能连续或断续地更新交换室2中的液体。

Claims (18)

1.一种用于制备和处理气流(F)的设备，所述设备包括：交换室(2)，交换室具有至少一个第一气流排出口(2b)；供液装置(3；4)，用于向交换室供应液体(L)，使得交换室(2)能够容纳液体体积(V)，并且所述交换室的第一气流排出口(2b)定位于交换室内容纳的液体体积(V)的表面(S)上方；排液装置(3；5)，用于排出容纳在交换室(2)中的液体(L)；以及气动装置(6)，气动装置在运行时能够通过抽吸或吹送产生来自交换室(2)外部的进入气流(F)，使得进入气流(F)在交换室(2)中容纳的液体体积(V)的表面(S)的下方被引入到所述液体体积中，以及使得经过与所述液体体积直接接触获得处理的输出气流(F')在交换室内上升，并通过交换室(2)的第一气流排出口(2b)被排出到所述交换室(2)之外，其特征在于，所述设备还包括用于在输出气流(F')中测量的第一操作参数(Xout)的第一测量装置(7)、或者用于测量交换室(2)中容纳的液体中或来自交换室(2)的液体中化合物的浓度(CLout)或测量交换室(2)中容纳的液体或来自交换室(2)的液体的pH值(pHout)的第一操作参数(Xout)的第一测量装置(7')；并且，所述设备包括电子调节装置(9)，电子调节装置能够自动控制交换室的供液装置(3；4)和交换室的排液装置(3；5)，以至少根据所述第一操作参数(Xout)自动调节交换室内的液体高度(h)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一操作参数(Xout)是交换室(2)中在液体体积上方测得的压力(Pout)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一操作参数(Xout)是输出气流(F')的温度(Tout)。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一操作参数(Xout)是输出气流(F')中组分的浓度(Cout)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还包括用于在输出气流(F')外部测量第二操作参数(Xin)的第二测量装置(8；8')，其特征在于，电子调节装置(9)能够自动控制交换室(2)的供液装置(3；4)和交换室(2)的排液装置(3；5)，以还根据所述第二操作参数(Xin)自动调节交换室(2)内的液体高度(h)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，第二测量装置(8)能够在进入气流(F)中测量所述第二操作参数(Xin)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，第二操作参数(Xin)是在进入气流(F)中测得的压力(Pin)。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，第二操作参数(Xin)是进入气流(F)的温度(Tin)。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，第二操作参数(Xin)是进入气流(F)中组分的浓度(Cin)。
10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，第二操作参数(Xin)是在交换室(2)外部的液体中的化合物的浓度(CLin)。
11.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，第二操作参数(Xin)是在交换室(2)外部的液体的pH值(pHin)，尤其是在引入交换室(2)之前的新液体中的pH值(pHin)。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的设备，其特征在于，电子调节装置(9)能够根据第一操作参数(Xout)和第二操作参数(Xin)之差值自动控制交换室(2)的供液装置(3；4)和交换室(2)的排液装置(3；5)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，用于向交换室(2)供应液体的供液装置(3；4)包括液体(L)储存器(3)，交换室(2)的下部包括至少一个液体入口(2a)并浸入在液体储存器(3)中。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，液体储存器(3)密闭，使得液体储存器(3)中在液体上方的压力(Pin)等于进入气流(F)中的压力。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，电子调节装置(9)能够自动控制交换室的供液装置(3；4)以及交换室的排液装置(3；5)，以便根据在交换室(2)的液体中或来自交换室(2)的液体中测得的参数和/或在引入交换室(2)之前的新液体中测得的参数例如液体的pH值和/或液体中化合物的浓度和/或液体温度、和/或根据在进入气流(F)中测得的参数和/或在输出气流(F')中测得的参数例如特别是气流温度或气流中组分的浓度，能连续或断续地更新交换室(2)中的液体。
16.至少一个根据前述权利要求中任一项所述的设备的用途，所述设备用于制备至少一种气流(F')，所述至少一种气流通过使进入气流(F)经过设备的交换室(2)中容纳的液体体积而获得处理。
17.根据权利要求16所述的用途，所述设备用于过滤和/或净化和/或冷却和/或加热进入气流(F)。
18.根据权利要求16或17所述的用途，所述设备用于处理以下气流中的一种气流：源于燃烧的进入气流(F)；或含有工业烟气、特别是高温工业烟气的进入气流(F)；或含有选自下列化合物中的至少一种化合物的气流：氮氧化物Nox、挥发性有机化合物COV、硫氧化物SOx、多环芳烃HAP、CO、CO2、NH3、氯胺。
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