CN113438982A - 用于咖啡烘焙器的温度控制式排气流滤水器 - Google Patents

用于咖啡烘焙器的温度控制式排气流滤水器 Download PDF

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Abstract

一种旋风冷却器‑分离器，包括：竖直定向的处理塔，该处理塔限定内部空间并具有排气入口和烟囱，该排气入口布置在上部中，该烟囱具有排气出口；排气流导管，该排气流导管通过所述排气入口与所述处理塔的所述内部空间流体连通，其中，所述排气入口被构造成在进入所述内部空间的排气流中引起旋风流体运动；冷却水源；以及多个喷嘴，所述多个喷嘴围绕所述处理塔的内壁布置，并且与所述冷却水源流体连通以将冷却水从上方喷入所述内部空间中并喷入被引入到所述内部空间中的排气流中，以便使挥发性有机化合物和有机酸冷却、冷凝并沉淀并且从排气流中夹带并去除微粒。

Description

用于咖啡烘焙器的温度控制式排气流滤水器
技术领域
本发明最一般地涉及排气处理设备，更具体地，涉及湿式洗涤器，再具体地，涉及用于咖啡烘焙器的旋风冷却器-分离器烟气和VOC冷凝/沉淀和排气过滤系统。其特征可以是与灰尘/烟气收集系统联接的油蒸汽回收系统，以从气态废物流中分离出油蒸汽和固体微粒。
背景技术
美国有超过4000台商用咖啡烘焙器，还有30,000多家特色咖啡店，其中的许多咖啡店都包括小批量烘焙器。这些小型烘焙器使用小容量焙烘机，例如，每批容量为25磅的批量烘焙器。相比之下，商业和工业连续式烘焙器的容量可能超过每小时四吨。所有焙烘过程都会导致空气污染排放物。这些排放物包括：(1)微粒物，主要由咖啡糠组成；(2)可冷凝的挥发性有机化合物(VOC)；以及(3)有机酸；以及(4)燃料燃烧副产物，例如CO和CO2，后两种气体主要是因为烘焙器通常是燃气系统。此外，咖啡焙烘会产生有气味的化合物，例如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和有毒化合物(例如丙烯醛、乙醛和甲醛)。虽然咖啡生产中的其它一些操作会导致排放物，但焙烘是气态污染的主要来源。焙烘设施附近的邻居经常(并且可以理解地)抱怨有烟气和气味。
咖啡焙烘所造成的空气污染排放物问题已经十分严重，以致产生了排放物标准和法规，二者都规定在国家一级的EPA法规(例如，EPA AP-42，第五版，第1卷，第9章：食品以及农业行业，第13.2节，“咖啡烘焙”)和当地法规(例如，加利福尼亚州的许多空气质量区颁布并实施了有关来自烘焙器的烟气和气味的法规)中。大多数标准和法规都要求销毁所有VOC和有害污染物中的至少95-99％。加利福尼亚州的AP-42.地区规则通常要求最大容量超过11磅(5千克)的任何咖啡焙烘器都获得许可。如果咖啡加工和焙烘的设备或工艺每天排放超过10磅的微粒物(PM10)、氮氧化物(NOx)、挥发性有机化合物(VOC)或硫氧化物(SOx)，则申请许可必须包括最佳可用控制技术(BACT)分析。除了非常大的装置之外，咖啡烘焙器通常不会触发BACT要求；然而，一旦触发，空气质量管理控制区将实施严格的指导方针。
因此，不仅出于希望避免高额罚款的动机，而且出于希望对环境进行负责任的管理并被当地居民视为“好邻居”的动机，咖啡烘焙器和国内工业咖啡烘焙器制造商已尝试通过多种方式来满足监管方案：(1)通过忽略该问题并希望逃避监管审查；或(2)通过使用诸如灯之类的电源来制作并使用焙烘时有更清洁的排气的系统(即，减少了NOx或CO2但几乎没有减少烟气、气味和VOC的系统)。这个更负责任的选择可以通过多种方式来实现，包括通过使用红外热而不是热空气的烘焙器来进行。然而，这是一个相对较新的、仍然比较少见且昂贵的技术方案。更常见的是，特别是对于大型烘焙器，通过用后燃燃烧器(afterburners)燃烧排气产物来实现污染减轻。较大的焙烘设施甚至可以采用催化或再生式热氧化器，其中一些包括将排气再循环回到烘焙器中，以再次被加热至焙烘温度。即使这样，这些方法中的每一种都涉及使用热量来焚烧排气内容物，因此消耗了大量的能量。
空气污染是一个古老而棘手的问题，因此可以理解的是，减少空气污染的技术是一门成熟的技术，但其重要性丝毫没有减弱。长期以来，人们一直在使用多种类型的排气清洁器(包括湿式洗涤器和旋风湿式洗涤器)来减轻工业排气管(exhaust stacks)中的空气污染。本领域的示例性专利包括以下专利。这些专利仅是代表性的，既不一定是最显著的，也仅占可用的相关参考文献的一小部分。
授予Sanga的美国专利No.3,835,796公开了一种用于焚化炉的排气清洁器，其包括从焚化炉延伸的水平净化管道。该净化管道具有：内部喷嘴，这些内部喷嘴用于沿排气烟的流动方向喷水；以及竖直管道，该竖直管道也设有用于向上和向下喷水的内部喷嘴。该清洁器的竖直管道的顶部具有挡板净化器。在该竖直净化管道下方设有一个排水箱。
授予Fattinger的美国专利No.4,251,236教导了一种工艺和处理装置，用于净化含有气态或固态形式的污染物的工业炉尾气。它们在蒸发冷却器中被处理，然后在干式净化器中被处理，最后在洗涤器中通过洗涤液被处理。蒸发冷却器中的尾气的温度被保持在露点以上，并且洗涤器中的洗涤液通过泥浆分离器被循环，然后从污泥分离器中抽出污染物的悬浮液或溶液，并且被进给到蒸发冷却器中并在蒸发冷却器中的混合空间内与热的尾气混合。
授予Cox的美国专利No.5,017,203公开了一种湿式洗涤器，该湿式洗涤器限定了蜿蜒的路径，在该路径中，通过将洗涤液投射到旋转的螺旋桨上以实现洗涤液的雾化，从而实现被污染的气体与洗涤液之间的接触。通过使夹带洗涤液的空气在平行于气体流布置的紧密相邻的柔性振动片之间穿过从而在夹带洗涤液的空气中产生湍流来增强排气流的净化。
授予Jonsson的美国专利No.5,076,818描述了一种用于从排气流中分离和去除微粒、氮和硫的氧化物以及其它空气污染物质的系统。该系统包括顺序运行的预冷却子系统、洗涤子系统、中和子系统和清洁子系统。该设备包括空气净化轮阵列，在该空气净化轮阵列上，水连续离心地流动，与穿过轮阵列朝向气体排出点行进的空气接触。
授予Liu等人的美国专利No.5,176,723公开了一种用于气体流(例如燃烧烟道气体或柴油机排气)的微粒去除系统。处理该气体流以允许非常细的微粒在短时间内在气体流导管中凝结，然后对该气体流进行调节以在低温下(例如通过喷水)使气体流饱和。然后，使包含微粒的饱和气体流通过微粒生长室，在微粒生长室中将蒸汽喷射到该气体中，以使气体流中的微粒过饱和，并且通过水在微粒周围冷凝而使微粒生长到约1微米大小，然后通过常规的微粒去除装置去除微粒。
授予Lilja等人的美国专利No.5,178,653公开了一种湿式洗涤器，该湿式洗涤器用于处理多个洗涤塔中的多种不同的气体流。洗涤后的气体的微滴分离在由若干个气缸构成的旋风式的、均匀的微滴分离器中进行。
授予Renegar等人的美国专利No.5,216,898描述了一种雾化水喷嘴组件，该雾化水喷嘴组件包括在加热的冷却室中的空气雾化喷嘴，每个喷嘴都连接到冷却水源。外导管内侧的内导管将喷嘴与压缩空气源互连。穿过外导管的水会同时冷却外导管和内导管。由喷嘴产生的锥形喷雾图案在冷却室内形成圆形阵列。
Kim的美国专利申请公报No.2016/0243487公开了一种旋风集尘器，该旋风集尘器将灰尘与从咖啡焙烘机排出的排气分离。该集尘器使用水喷雾，可以通过布置喷嘴以将水喷到集尘器本体中的其它喷嘴上来防止喷嘴堵塞。水沿着入口内的向下倾斜的一侧流动，从而使气体流入到集尘器的本体中。单独的供水管线连接到入口。
从前述专利中可以看出，湿式旋风洗涤器是已知的。此外，用于减少咖啡烘焙中的PM和VOC的湿式旋风洗涤器是已知的，例如参见Kim的’487专利。然而，尽管Kim的’487专利和所引用的其它技术反映了本发明人所知道的当前技术水平，但是还没有人教导一种雾化/喷雾旋风冷却器-分离器，该旋风冷却器-分离器仔细地控制排气温度以将其维持在能量有效的窗口中以最佳地吸收PM，同时还从排气中沉淀和分离出VOC。因此，对这些专利的参考和讨论旨在帮助履行申请人公开的坦诚义务，以公开可能与本发明权利要求的审查有关的信息。但是，谨此提出，上述专利均未公开、教导、暗示、显示或以其它方式使本文所述的发明单独地或在组合考虑时显而易见。
发明内容
本发明特别适合用于减少和/或消除来自咖啡烘焙的管制排放物，但是更一般地，本发明的系统可以用于处理来自饭店、啤酒厂和蒸馏厂、食品加工厂、化肥加工商和制造商、家禽加工部门、提炼厂(meet rendering plants)、垃圾焚烧厂、塑料工业、计算机制造厂、牲畜部门、化学部门以及许多其它生产微粒和有味副产物的工业和制造部门的排气。
本发明的旋风冷却器-分离器提供了从气态废物流中冷凝和沉淀出有害烟气和VOC的装置。它是通过降低热的气态排气流的温度并然后严格控制热的气态排气流的温度下降来实现的。
本发明的系统使用旋风分离器的能量加上雾化水的动力来从排出空气中冷凝、沉淀并去除微粒和可冷凝的有机化合物，抑制气味并将可见烟气减少多达80％。水主要被引入处理塔的上部室中，以在排出空气首先进入时获得最大的蒸发和冷却。
该系统的目的和优点是，它可以对其水进行循环利用，并且需要最低的日常维护。
另一个目的和优点是：由于将进入的焙烘空气冷却至低于150℉的温度水平，该系统大大降低了焙烘火灾的风险，结果，排气管和旋风分离器保持清洁并且没有潜在的可燃性沉积物。
本发明的又一个目的和优点在于，它减少了操作者受伤的风险，因为排气管和旋风分离器在工作期间被引入到本发明系统中的雾化的水微粒保持凉爽，所以排气管和旋风分离器摸起来仅是温的。
本发明系统的另一个目的和优点是：它不需要绝缘的双壁A类烟囱管或围绕旋风分离器的防护装置。
本发明系统的另一个目的和优点是：它可以在任何咖啡烘焙器上工作，并且可适于在已经存在的旋风分离器之后进行安装。
本发明的另一个目的和优点(虽然不是最终的目的和优点)是：由于排气管和旋风分离器保持清洁且没有可能部分地或完全阻塞烘焙器的气流的沉积物的事实，因此本发明可以维持烘焙器的最佳气流，这样可以更好地控制咖啡焙烘过程，并且减小其它方法产生的背压问题。
从前述内容可以理解，本发明的系统包括一种用于对咖啡烘焙器排气流进行冷却以从排气流中沉淀出VOC并捕获PM的方法。
本发明的系统包括温度控制，该温度控制在不干扰空气流动的情况下确保足够的冷却，从而使压降最小。
本发明的系统可以在系统的每个端部(输入端和输出端)处包括鼓风机，以确保在整个空气流中的压降最小。
在操作中，本发明提高了旋风冷却器-分离器中烟气与水接触的效率，从而导致更有效地捕获从涡流出口出来的污染物。测试表明，该系统可减少烟气，抑制异味并去除几乎所有糠、灰尘和油污。它不消耗化石燃料，不产生温室气体，也不产生附加的NOx或VOC。这是通过紧凑的设计实现的，这种紧凑的设计非常适合典型的商用咖啡焙烘设施的空间要求。
前述发明内容概括地阐述了本发明的更重要的特征，以便可以更好地理解以下具体实施方式，并且可以更好地理解本发明对本领域的贡献。本发明的附加特征将在对本发明的优选实施例的详细描述中进行描述，这些优选实施例形成了本文提出的权利要求的主题。
因此，在详细解释本公开的优选实施例之前，应当理解，本公开的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造和布置的细节。本文描述的本发明的设备能够具有其它实施例并能够以各种方式来实践和执行。
附图说明
当考虑本发明的以下详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上述目的之外的其它目的将变得明显。这样的描述参考了附图，其中：
图1是本发明的温度控制式旋风水冷却器-分离器的上透视图；
图2是其前正视图；
图3是沿着图4的剖面线3-3截取的前正视截面图；并且
图4是其俯视图，其中移除了过滤器桶。
具体实施方式
参照图1至图4，其中在各个视图中，相同的附图标记指代相同的部件，图中示出了一种新的且改进的清洁器，用于来自咖啡焙烘系统(在本文中大体上以10表示)的气态排气流。
结构特征：图1至图4示出了本发明的创新性的温度控制式排气流旋风水冷却器-分离器10的实施例，其包括竖直定向的处理室或处理塔12，该处理器室或处理塔12具有上筒形部14、终止于下筒形部18的中间锥形部16、在该上筒形部的顶部上的盖20、穿过该盖布置的烟囱22，并且可以具有以可操作方式联接在其出口26处或在内部包括的风扇或鼓风机24(未示出，但可理解)，并且该风扇或鼓风机24补充了适度的自然通风或短烟囱的烟囱效果(stack effect)，以将排气流向上抽并从该处理塔中抽出，从而将烟道气体直接排放到大气中。输入风扇将空气从烘焙器中推出或抽出，然后将空气推入到旋风分离器(cyclone)中，因此存在使空气移动的恒定正压。在一些实施例中，可以提供可安装在旋风分离器上方某处的风扇，以不断地将空气通过烘焙器吸入并进入旋风冷却器-分离器中。
与该处理塔的内部空间30流体连通的排气流导管28与鼓风机32流体连通，该鼓风机32将来自咖啡烘焙器的排气流抽入到和/或驱动到该处理塔中。排气流导管28相对于处理塔12向下成大约5度的角度，以使水能够凝结回到处理塔中。该处理塔本身通过用支架36联接到该塔的竖直支撑件34固定在竖立位置。可以考虑以下任一种构造：要么单个鼓风机/风扇24在带有两个鼓风机/风扇24、32的该系统的末端(排气端)上，后者(鼓风机/风扇32)在该系统的前端(排气输入端)上。这些鼓风机/风扇被构造成产生非常小的压降，从而最大程度地减小或完全消除了对焙烘过程的任何潜在不利影响。在第一构造中，该系统为烘焙器空气流提供了优势，这是因为在整个焙烘过程中，可以使用排气管的端部上的单个鼓风机来抽吸空气。因为该系统从排气入口28通过旋风分离器一直到最终的排气出口26都保持清洁，所以可以将该鼓风机放置在焙烘房外部在屋顶或墙壁上，在此处该鼓风机将产生很小噪音并且确保负压沿着整个空气路径。但是可以理解的是，热鼓风机/风扇是对该鼓风机/风扇的可选补充，该风机/风扇始终位于烘焙器内部或作为焙烘排出空气的唯一空气运动源。总而言之，烘焙器可以包括单个入口风扇32，该单个入口风扇32将空气吸入旋风分离器中；或者该焙烘器可以在出口烟囱的排气出口26处具有单个出口风扇24，以作为唯一空气运动源。
捕集盆40布置在该处理塔的下筒形部18的敞口端38的正下方，该捕集盆40收集来自处理塔的溶液中的水和污染物，并且通过排放斜槽42(坝和溢流道)将所述水和污染物排放到水箱44中，并且捕集盆40还利用捕集盆支撑件40'被支撑在所述竖直支撑件上。
水箱(滤篮)44包括两个过滤器：第一精细过滤器，用于过滤掉排出水中的很小微粒以防止喷嘴的堵塞；以及第二较粗过滤器，用于过滤掉糠，以供系统操作员间歇处理。这些未被示出，但在本领域中是众所周知的。
水箱(滤篮)44包括小孔隙度网筛和用于捕获和收集大微粒糠的膜滤器、以及用于从处理水中去除VOC的吸附过滤器(例如，活性炭)。这些未被示出，但在本领域中是众所周知的。下筒形部用作捕集盆并且包括坝49，该坝49是面板，其被构造成将顺时针方向或逆时针方向的流动水引向所述溢流道；该坝被相应地定向并且还与由旋风分离器引起的流动方向协作，也就是说，旋风分离器和捕集盆中的流体流的方向是相同的。在替代实施例中，该旋风分离器和捕集盆中的流体流可以被构造成在相反的方向上，因此，当从上方观察时，旋风分离器中的流体流可以是逆时针方向的，而捕集盆的流体流可以是顺时针方向的，或者反过来。
接下来，该处理塔包括多个穿孔，带有喷嘴的水喷射口被布置成穿过所述多个穿孔，以将雾化的水引入到处理塔内部。首先，围绕该塔的上筒形部14布置有多个间隔开的水喷射口和喷嘴46，这些水喷射口和喷嘴46通过流体管线48与水源流体连通。接下来，多个等间隔的喷射口和喷嘴50被布置成穿过盖20并且到盖20下方，所述多个喷射口和喷嘴50由流体管线52供给，以润湿首先从排气入口28进入该处理塔的气态排气流。水通过流体管线被引入，即，首先从再循环流体管线54被引入，并且还通过流体管线52被引入，其中该再循环流体管线54通过优选位于捕集盆40正下方的泵56将处理水进给回到该润湿系统中。在该处理塔中的多个位置中的任意位置处可以布置附加的喷射口和喷嘴，包括下筒形部18中的喷嘴55，这些喷嘴55可以是不同种类的并且用于不同的目的；即，可以在捕集盆40中采用一个或多个喷嘴，以在捕集盆中产生并维持水的循环流(即，漩涡)。该漩涡将水和糠沿所述排放斜槽的方向推进，以帮助将糠从捕集盆中移出并进入到过滤器桶中。尽管喷嘴46和50优选是相同类型的喷嘴，但喷嘴55是不同种类的喷嘴，因为其目的不是水的细雾化，而是水射流的强力推进以引起漩涡。此时，水漩涡的另一个目的是防止微粒沉降到捕集盆的底部。
广泛的测试表明，水喷射口和喷嘴无需相互对准即可进行自我清洁。相反，喷嘴孔口往往不会堵塞，因为油会迅速从排气流中被去除。专门设计喷嘴孔口和水输出量，以产生高的水雾化效果。这提高了将废空气流冷却到夹带油的汽化点以下的速度。
系统控制可以是手动的，具有简单的开/关操作。然而，优选地，该系统包括PLC或优选包括PID控制器60，其具有用户界面或以其它方式与该系统中的多个传感器进行电子通信，所述多个传感器包括：(1)在排气入口28处的温度传感器62；以及(2)在处理塔的下筒形部18处的温度传感器64；以及(3)在烟囱24中的温度传感器66。所述PID控制器可以是专用的，也可以是独立的，或者与现场或非现场网络连接的服务器进行有线或无线通信68，以提供IoT功能。由于这些特征已在工业IoT中变得司空见惯，以在处理、制造和生产中优化操作效率、自动化和维护，因此在本文中无需对这些特征进行详细描述。
如下面更全面地描述的，控制系统在该系统中的若干点处监测排出空气温度并且调节喷嘴处的水输出量以产生有效的水微滴云团70，这些水微滴云团70足以使排出空气温度从排出空气入口处的高输入温度迅速下降到约120℉。维持水量和微滴尺寸之间的有效关系是至关重要的，以便在较小的水滴蒸发之前迅速冷却空气并夹带微粒而不释放它们。
操作特征：在操作中，本发明以多种方式改进了现有技术的系统。该系统使用带有水喷射的旋风涡流，其主要目的是结合微粒物并使油冷凝，以便它们在离心力作用下与空气分离。然后，该系统的性能是水微滴尺寸以及水微滴如何与排出空气中所含的微粒物相互作用的结果。在微粒物被结合到汽化的水微粒的情况下，旋风分离器旋涡分离出附着有排气微粒物的水和油微粒、以及糠(焙烘过程的另一种副产物)。
系统调整的重点是确保有效降低排出空气温度。这通过以一定的速率和一定的体积引入足够大量的水来实现，该一定的速率和一定的体积使水蒸发引起迅速冷却。在实施例中，这可以使用具有非常细的喷雾的喷嘴来实现。由于表面积与体积之比，较小的水微粒更易于加热，因此迅速蒸发。可以根据该塔的内部空间专门设计喷嘴喷雾模式，以增强蒸发和洗涤效果。
在实施例中，本发明的系统在输入端和输出端处包括鼓风机。因此，来自咖啡焙烘器的排气经由在烘焙器输出烟道上或在该烟道后面不远处的鼓风机被“推”入到处理系统的入口中，并且处理过的烟气和气味也被排气管终端鼓风机“抽吸通过”该系统的烟囱处的输出端。这增强了离开烘焙器的气流，并且提高了流经该系统的排气管的、处理过的空气的速度。由于本发明的处理系统变成焙烘过程副产物糠的收集区域，因此这种操作方案潜在地消除了对咖啡烘焙器上的外部糠旋风分离器的需要。
在其它实施例中，仅采用出口鼓风机，集中于将空气抽吸穿过该系统并且仅将风扇施加到相对清洁的空气流中，从而减少了由于将风扇置于热且脏的输入空气流中而产生的维护需求。
本发明的旋风冷却器-分离器通过利用微粒物的密度差来工作。排气蒸汽被冷却到其从排气流中聚结的程度，这导致密度大大增加。然后，有机化合物相对于排出空气处于增加的密度，并且在由旋风分离器引起的离心运动中被分离。
如本领域的技术人员所理解的，来自焙烘过程的排气的组成极其复杂，包括至少40种构成烟气的不同有机化合物。即便如此，化合物的汽化比热并不是关键的，因为它们仅占排出空气的一小部分，并且该系统冷却全部体积的排出空气。因此，基于来自喷嘴的雾化水微粒的数量和质量来冷却所述排出空气流。关键因素是与热排出空气接触的水微粒的表面积。水微滴越小，每单位水量的表面积越大，因此减少了所需的水量。如果微滴大，将需要更多的水。因此，精致的雾化是有利的。然而，测量液滴尺寸并不是至关重要的，因为唯一的平衡就是以该微滴尺寸提供的水量足以实现必要的冷却至120℉。因此，监测空气温度并控制水输出量来实现必要的冷却是基本的反馈回路：冷却必须足以确保有机化合物聚结成能够被旋风分离器分离的液体。也可以控制其它因素(水量、微滴尺寸、水温)，但所有这些都没有基本的空气温度因素重要。所有其它这些因素都可以改变以实现温度目标。
与常规旋风分离器相比，本发明的排气处理系统通过添加水以快速润湿微粒、增加微粒的重量并由此增强将微粒甩向旋风分离器的侧面(在旋风分离器，微粒被冲到集水器中)的旋风效果，本发明的排气处理系统更有效地从排出空气中抽出微粒(糠、灰尘、灰烬)。此外，该系统通过将油(包括VOC)从蒸汽状态改变为液体状态而将这些油(包括VOC)从排出空气中抽出，其中将油从蒸汽状态改变为液体状态是通过在旋风分离器内足够早地将空气迅速冷却到低于120℉使得离心力有时间将油抽到侧面而实现的。为了减少离开该系统的烟气，必须将空气温度冷却至120℉以下，以允许VOx蒸气聚结，密度增加并且通过旋涡的旋风作用被分离。这使用控制器来控制，该控制器从所述流中的多个离散点获取温度数据并对该温度数据做出响应。
在一些实施例中，可以使用PID控制器；在其它实施例中，简单的警报可以提供排气温度已经超过预定阈值(例如，120℉)的必要警报。
在一些实施例中，可以采用位于系统排气口附近的VOC传感器来收集数据，以供烘焙器和地方当局使用。
在第一点处，温度传感器62测量到该系统的入口空气，从而可以监测到该系统的输入排出空气温度。该第一位置数据点改进了关于在焙烘过程的其它阶段的温度的估计值。输入排气温度超过约350℉并不少见。
还通过传感器64在第二点处获取温度。在该第二点处，无论输入温度如何，排出空气温度都必须降低至120℉，以便有时间将液体和固体从该系统中分离出来。应当注意，对本发明系统的测试表明，在旋风分离器顶部进行的测量通常低于100℉。这里的温度必须在自由的气流中获取，而不是在该系统的壁上获取，这是因为循环水会将壁冷却到低于空气温度并提供所述排出空气温度的不准确的测量值。
可以使用温度传感器或探针66在第三点处进行第三温度测量。该第三测量提供了额外的数据点，该数据点验证点2处的测量并且提供总体冷却的总结。该点处的温度也必须低于120°F。
温度数据被馈送到控制系统中，该控制系统要么通过有线连接到温度传感器，要么进行无线通信。该控制系统控制从水循环系统和/或再循环系统输出的水。这可以通过两种不同的方式来完成。在第一实施例中，通过由伺服马达控制的可变阀(闸阀或球阀)对过剩容量泵进行节流。在空气温度升高时，通过打开该阀并减小阀两端的压降来提供额外的水。在第二实施例中，控制回路向可变输出泵馈送，其中基于所测量到的温度来调节泵输出量。随着温度升高，泵输出量增加，以维持适当的温度下降。两种控制系统都使用所进入的空气作为焙烘过程中事物如何变化的指示器，并且还使用该信息来调整(bias)水控制系统。
尽管前面的书面描述和附图提供了本发明的优选实施例的完整和完全的公开，但是它们并非将本发明限制于所示出和描述的确切结构、尺寸关系和操作。本领域技术人员将容易想到各种修改、替代构造、改变和等同形式，并且可以在不脱离本发明的真实精神和范围的情况下适当地采用它们。这样的改变可能涉及替代部件、结构布置、尺寸、形状、形式、功能、操作特征等。因此，以上描述和说明不应解释为限制本发明的范围。

Claims (25)

1.一种旋风冷却器-分离器，包括：
竖直定向的处理塔，所述处理塔限定内部空间并具有排气入口和烟囱，所述排气入口布置在上部中，所述烟囱具有排气出口；
排气入口流导管，所述排气入口流导管通过所述排气入口与所述处理塔的所述内部空间流体连通，其中，所述排气入口被构造成在进入所述内部空间的排气流中引起旋风流体运动；
冷却水源；以及
多个喷嘴，所述多个喷嘴围绕所述处理塔的内壁布置，并且与所述冷却水源流体连通以将冷却水从上方喷入所述内部空间中并喷入被引入到所述内部空间中的排气流中，以便使挥发性有机化合物和有机酸冷却、冷凝并沉淀并且从所述排气流中去除微粒。
2.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述竖直定向的处理塔包括上筒形部和锥形部，所述锥形部布置在所述上筒形部下方并与所述上筒形部成一体。
3.根据权利要求2所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述多个喷嘴包括水雾化器。
4.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，还包括下筒形部，所述下筒形部在所述锥形部下方并具有敞口下端，其中，所述锥形部布置在所述上筒形部和所述下筒形部之间并包括中间锥形部。
5.根据权利要求4所述的旋风冷却器-分离器，还包括捕集盆，所述捕集盆布置在所述处理塔的所述下筒形部的所述敞口下端的正下方，用于收集溶液中的水以及被捕获和冷凝的污染物，并且用于通过排放斜槽将所述水和污染物排出到水箱中。
6.根据权利要求5所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述排放斜槽包括坝和溢流道。
7.根据权利要求5所述的旋风冷却器-分离器，还包括水喷射口，并且所述水喷射口布置在所述上筒形部下方，以促进并维持所述排气流的旋风运动。
8.根据权利要求7所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述水喷射口布置在所述下筒形部中，并且被构造成在所述捕集盆中引起水的循环流动。
9.根据权利要求7所述的旋风冷却器-分离器，还包括水再循环系统和在所述水箱中的过滤器，所述水再循环系统用于将排出的水循环回到所述处理塔中。
10.根据权利要求4所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述处理塔还包括盖和烟囱，所述盖在所述上筒形部的顶部上，所述烟囱被布置成穿过所述盖。
11.根据权利要求10所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述排气流导管与所述上筒形部的所述内部空间流体连通。
12.根据权利要求11所述的旋风冷却器-分离器，还包括鼓风机，所述鼓风机用于通过所述入口导管从加热系统抽取排气流并将所述排气流推入到所述处理塔中。
13.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，还包括鼓风机，所述鼓风机用于通过所述入口导管从加热系统抽取排气流并将所述排气流推入到所述处理塔中。
14.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述排气入口流导管相对于所述处理塔向下成一定角度。
15.根据权利要求14所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述排气入口流导管的向下角度为大约5度角，以使得水冷凝能够从所述排气流导管回流到所述处理塔中。
16.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，其中，排出空气的移动由至少一个鼓风机促动。
17.根据权利要求16所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述至少一个鼓风机是布置在所述排气流导管上的单个鼓风机。
18.根据权利要求17所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述至少一个鼓风机包括布置在所述处理塔的排气端上的单个鼓风机。
19.根据权利要求18所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述至少一个鼓风机包括两个鼓风机，包括：第一鼓风机，所述第一鼓风机位于所述处理塔的排气管上；以及第二鼓风机，所述第二鼓风机位于所述处理塔的排气输入端上，其中，所述第一鼓风机沿着所述排气流的从输入口到所述排气输入端再到所述排气管的整个空气路径产生负压。
20.根据权利要求19所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述第一鼓风机和所述第二鼓风机被构造成产生最小压降，从而不会不利地影响所述处理塔之前的加热过程。
21.根据权利要求20所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述排气管上的所述单个鼓风机与来自工业加热系统的空气流体连通，从而将空气抽吸穿过所述处理塔和所述加热系统，所述工业加热系统将排出空气释放到所述处理塔中。
22.根据权利要求1所述的旋风冷却器-分离器，还包括捕集盆，所述捕集盆布置在所述处理塔的所述下筒形部的所述敞口下端的正下方，用于收集溶液中的水以及被捕获和冷凝的污染物，并且用于通过排放斜槽将所述水和污染物排出到水箱中。
23.根据权利要求22所述的旋风冷却器-分离器，还包括系统控制器和多个传感器，所述多个传感器布置在所述处理塔中并且与所述控制器进行电子通信，所述多个传感器包括在所述排气入口处的温度传感器、在所述处理塔的所述下筒形部中的温度传感器以及在所述烟囱中的温度传感器。
24.根据权利要求23所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述控制器是PID控制器，所述PID控制器与现场或非现场网络连接的服务器进行电子通信，以提供物联网(“IoT”)功能。
25.根据权利要求23所述的旋风冷却器-分离器，其中，所述系统控制器在所述冷却器-分离器中的若干个点处监测排出空气温度，并且调节所述喷嘴处的水输出量以产生有效的水微滴云团，所述水微滴云团足以将排出空气温度从所述排出空气入口处的高输入温度迅速降低到约120℉。
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