专利名称：水的冷凝设备和方法
技术领域：
本发明涉及由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的设备和方法。
背景技术：
众所周知，通过冷却水蒸气或含水蒸气的气体，可由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水并分离，为此使用冷却水进行冷却。按这种已知的第一种方法，热量排放给冷却水，接着冷却水在冷却塔内再冷却，此时大量水因蒸发而损失。与之不同，已知由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水是在封闭的循环内实施， 在这种情况下，水蒸气或含水蒸气的气体借助气态冷却剂，例如冷却空气冷却。收集冷凝的水并供进一步利用。当然，此第二种方法与第一种方法相比关系到明显高得多的运行成本。无论实施第一种方法还是实施第二种方法，都有大量热能未被利用而损失。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种水的冷凝设备和方法，它们可以实现更经济地利用在水蒸气或含水蒸气的气体内的热能和水。关于由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的设备方面的技术问题，通过此设备包括以下部分得以解决包括容器，它有至少一个第一孔、至少一个第二孔和至少一个第三孔，以及包括设在容器内部的传热区，它可至少局部通流，其中，在容器的内部，借助传热区分为第一区和第二区，以及其中，所述至少一个第一孔汇入第一区内，而所述至少一个第二孔和至少一个第三孔汇入第二区内。在这里，对传热区的可通流的区域的理解是，传热区在那里有通道和/或开式空隙，并因而存在气体和/或水蒸气的渗透性。针对由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的方法方面的技术问题，在采用按本发明的设备的情况下通过轮流实施下列循环得以解决通过将第一种形式上为水蒸气或含水蒸气的气体的过程气体经由所述至少一个第一孔引入容器的第一区内实施冷凝循环；为了凝结为水和加热传热区将第一种过程气体穿过传热区转移到第二区内；将冷凝水通过容器的所述至少一个第三孔，以及将第一种过程气体的气态残余物通过容器的所述至少一个第二孔排出；以及通过将第二种形式上为冷却气体的过程气体经由所述至少一个第二孔引入容器的第二区内实施吹气循环；为了冷却传热区将第二种过程气体穿过传热区转移到第一区内；以及将加热的第二种过程气体通过容器的所述至少一个第一孔排出。按本发明的设备有简单的结构方式，并因而可以经济地制成。此设备和按本发明的方法，允许比用迄今已知的方法和设备能够做到的更加充分地利用储存在水蒸气或含水
3蒸气的气体内的热能和水。此外，按本发明的设备和按本发明方法的运行成本，与迄今所使用设备和方法的运行成本相比明显降低。在正常情况下冷凝水是纯水或几乎纯的水，以及大多可以例如作为给水直接供给或重新供给工业过程。但与之不同，如果需要，冷凝水也可以供给质量控制和/或处理装置。这尤其在规定的纯度、PH值之类对于进一步利用冷凝水有重要意义时是有利的。在从属权利要求中提供设备和方法优选的扩展设计并在下面详细说明。对于设备已经证实有利的是，容器有一条纵轴线，以及纵轴线通过所述至少一个第一孔和所述至少一个第二孔的中心或重心延伸。此外业已证实有利的是，容器设计有旋转对称的周面，在这种情况下所述纵轴线用作旋转轴。特别优选的是，容器设计有圆形周面，它在其下侧设有平的、曲拱形或锥形底板，以及在其上侧设有罩状或锥形盖。容器优选地用钢制造。此外业已证实有利的是，所述至少一个第一孔和所述至少一个第三孔设在容器底面的区域内，以及此外所述至少一个第二孔设在容器顶面的区域内。在这里所述至少一个第三孔特别优选地设在容器最深的地方，例如设在容器底板内。因此基于重力收集在那里的冷凝水直接和无需借助其他辅助设备，如泵之类地流出。尤其业已证实有利的是，将所述至少一个尤其引入水蒸气或含水蒸气的气体用的第一孔设在容器底板中心。因此优选地所述至少一个第三孔设在围绕设在中心的所述至少一个第一孔的半径上。所述至少一个第二孔优选地在容器顶面构成罩状或锥形盖的末端。 在这里所述至少一个第一孔有利地与所述至少一个第二孔对齐地布置。但也可以根据容器的结构类型，采用所述至少一个第一、第二和第三孔不同的布局。例如细长的容器也可以平放，而不是直立安置。在这种情况下，所述至少一个第一孔优选地设在一侧，以及所述至少一个第二孔优选地设在与之位置相对的那一侧。所述至少一个第三孔优选地在容器中部区内设在容器的最下面的位置上。此外业已证实也有利的是，在容器底面的区域内设形式上为例如接片、沟槽之类的导引系统，它们将冷凝水朝所述至少一个第三孔可靠地引出。传热区优选地从容器的所述至少一个第一孔处于其中的区域，例如底面，尤其底板出发，朝所述至少一个第二孔的方向管状延伸。在这里，传热区含有第一区并在所述至少一个第一孔上方例如形成一个罩形结构。传热区的背对容器内所述至少一个第一孔的端部封闭所述的管状区，并在这里设计为平面、锥形或穹顶形。优选地，传热区的管状区设计为可以通流。在这里封闭管状区的端部同样设计为可以通流，但也可以设计为不渗透水蒸气或含水蒸气的气体。平的端部尤其由隔热板构成，它对于水蒸气或含水蒸气的气体不渗透。这种隔热板优选地用一种有较低热导率的材料制成，它尤其在达300°C的温度范围内有最大 201^)-1的热导率，例如熔炼刚玉。传热区的可通流的区域尤其包括至少一个颗粒材料层和/或至少一个纤维层和/ 或至少一个纺织层和/或至少一个格栅层和/或至少一个网层和/或至少一块多孔板。为了构成颗粒材料层，业已证实陶瓷和/或聚合材料是适用的，例如ALN、充填石墨的塑料之类的。适用于构成纤维层的纤维例如由金属，尤其钢组成。格栅层和网层优选地由金属丝，尤其由钢组成。颗粒材料与格栅层或网层的组合、颗粒材料与多孔板的组合、颗粒材料、纤维与格栅和网层的组合、或颗粒材料、纤维与多孔板的组合是特别优选的。特别优选的是，传热区的可通流的区域至少部分包含一些材料，这些材料在达 300°C的温度范围内有大于ZOWOiiKr1的热导率，尤其大于ZOWGiiKr1业已证实恰当的是，传热区的可通流的区域，在其面朝第一区的表面至少局部配备有可通流的第一分界层，和/或在其面朝第二区的表面至少局部配备有可通流的第二分界层。优选地传热区通过由格栅、网或多孔板组成的同心的管构成，它们分别提供一个分界层。在管之间形成环形间隙，在环形间隙内通过充填颗粒材料和/或纤维来构成颗粒材料层和/或纤维层。在这里，格栅或网的网眼或多孔板的孔，它们的尺寸确定为，使充填的颗粒材料和/纤维不能通过它们进入。在这里纺织层是指单层或多层针织物、针织品、织物或无纺布。它可以由陶瓷纤维或纱线和/或玻璃纤维和/或金属纤维和/或塑料纤维构成。此外也有利的是，多个不同构型的可通流的区域从第一孔出发沿第一区，和/或多个不同构型的可通流的层从第一区出发朝第二区的方向彼此相继地设在传热区内。不同的可通流的区域和/或层，主要的区别在它们的孔隙率和/或热导率和/或颗粒密度和/ 或粒度或纤纵长度分布等方面。对于方法业已证实有利的是，在吹气循环中，在引入第二种过程气体前，关闭所述至少一个第三孔，并在吹气循环实施后重新打开所述至少一个第三孔。通过关闭所述至少一个第三孔，可靠防止第二种过程气体，至少部分在未利用的情况下，通过所述至少一个第三孔逸出。与关闭所述至少一个第三孔不同，若在所述至少一个第三孔的区域内造成一个反压力，也可以防止第二种过程气体通过所述至少一个第三孔逸出。这例如可以这样实现， 艮口，第二种过程气体不仅经由所述至少一个第二孔，而且也通过所述至少一个第三孔引入容器内。在这里冷凝和吹气循环的最佳节奏，取决于设备的几何构型、构成设备的材料选择以及还有具体的过程参数，如第一种过程气体的量及温度、冷凝水量、第二种过程气体的温度等，并针对每个设备以简单的方式通过实验确定。
图1至4应作为范例说明可能的设备及可能的方法。其中图1表示处于冷凝循环时的第一种设备的纵剖面；图2表示图1所示第一种设备处于吹气循环时的纵剖面；图3表示处于冷凝循环时的第二种设备的纵剖面；以及图4表示图3所示第二种设备处于吹气循环时的纵剖面。
具体实施例方式图1表示处于冷凝循环的第一种设备1的纵剖面，设备1用于由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水。第一种设备1具有不锈钢制成的容器2，它有圆形周面、平的底板形式的底面加和锥形盖形式的顶面2b。在容器2的底面加中，第一孔3处于中央以及成组的多个第三孔如、恥处于围绕它的一个半径上，在此视图中只能看到其中两个第三孔。在第一孔3上连接第一接管6。在第三孔如、恥上连接第三接管8a、8b。在容器2的顶面2b， 在中央设计第二孔4，其上连接第二接管7。容器2有纵轴线，在这里纵轴线延伸通过第一孔3和第二孔4的中心。在容器2内部设传热区9，它将容器2内部分为第一区10和第二区11。因此第一孔3汇入第一区10内，而第二孔4和第三孔如、513汇入第二区11内。传热区9从容器2 底面加出发朝第二孔4的方向在容器2内部管状延伸，以及在其背对容器2底面加的那一端终止在隔热板9d内。隔热板9d由熔炼刚玉构成。在传热区9的管状区内设第一分界层9a和第二分界层％，它们分别由不锈钢格栅构成管状以及设置并固定在它们之间的环形间隙内的颗粒材料层9c。此颗粒材料层9c由ALN构成。在采用所述设备1由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的方法中，首先实施冷凝循环。此时将第一种形式上为水蒸气或含水蒸气的气体的过程气体P1经由第一接管6通过第一孔3引入容器2的第一区10内。接着，第一种过程气体P1穿过传热区9的可通流的管状区，转移到第二区11内(用箭头表示)。在此过程中进行第一种过程气体P1W冷却并凝结为水W。与此同时进行传热区9的加热。冷凝的水W按照重力朝容器2的底面加的方向流动，并通过容器2的第三孔5a、恥引出到第三接管8a、8b中。此外在这里可以设置没有表示的形式上为例如接片、沟槽之类的导引系统，它们将冷凝水W可靠地引出到第三孔fe、 恥内。现在冷凝水W可例如作为给水，直接或在实行质量控制和/或处理后，供给或重新供给工业过程作进一步利用。与第一种过程气体P1相比较冷的第一种过程气体P1的气态残余物Rpi，通过容器 2的第二孔4例如向周围环境排出。图2表示图1所示第一种设备1相同的纵剖面，但处于吹气循环。在这里相同的附图标记表示同样的部分。在吹气循环中，将第二种形式上为冷却空气的过程气体P2，经由第二接管7和第二孔4引入容器2的第二区11内。为防止在将第二种过程气体P2引入容器2的第二区11内期间，第二种过程气体P2通过第三孔5ajb逸出，第三孔5ajb分别借助没有单独表示的阀关闭。第二种过程气体P2穿过事先已借助第一种过程气体P1加热的传热区9的可通流的管状区，转移到容器2的第一区10内(用箭头表示)。此时进行传热区9的冷却并加热第二种过程气体P2。最后将已加热的第二种过程气体P2'通过容器2的第一孔3和第一接管6引出。 现在已加热的第二种过程气体P2'可以供给工业过程作进一步利用。现在，在设备1中轮流重复实施冷凝循环(见图1)和吹气循环(见图幻。在另一个冷凝循环开始前，重新释放第三孔fe、5b，因而冷凝水W可通过它们流出。图3表示第二种设备100处于冷凝循环时的纵剖面，设备100用于由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水，它的结构类似于按图1的第一种设备1。相同的附图标记表示同样的部分。在容器2内部设传热区9'，它将容器2内部分为第一区10和第二区11。因此第一孔3汇入第一区10内，而第二孔4和第三孔如、513汇入第二区11内。传热区9'从容器 2底面加出发朝第二孔4的方向在容器2内部管状延伸，以及在其背对容器2底面加的那一端以穹顶9e的形式终止。传热区9'全部可以通流以及配备有第一分界层9a和第二分界层％，它们分别由不锈钢格栅构成穹顶的形式。它们之间设置并固定由充填石墨的塑料构成的颗粒材料层9c。在借助设备100由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的方法中，如已针对图1 说明的那样，首先实施冷凝循环。图4表示图3所示第二种设备100相同的纵剖面，但处于吹气循环。在这里相同的附图标记表示同样的部分。在吹气循环中，将第二种形式上为冷却空气的过程气体P2,经由第二接管7和第二孔4引入容器2的第二区11内。此外，也将第二种形式上为冷却空气的过程气体P2,经由第三接管8a、8b和第三孔fe、5b引入容器2的第二区11内，以便造成一个反压力并防止第二种过程气体P2通过第三孔如、恥逸出。第二种过程气体P2穿过事先已借助第一种过程气体P1加热的传热区9'转移到容器2的第一区10内(用箭头表示)。在此过程中进行传热区9'的冷却并加热第二种过程气体P2。最后将已加热的第二种过程气体P2'通过容器2的第一孔3和第一接管6引出。 现在已加热的第二种过程气体P2'可以供给工业过程作进一步利用。现在，在设备100中轮流重复实施冷凝循环(见图幻和吹气循环(见图4)。在另一个冷凝循环开始前，重新释放第三孔fe、5b，因而冷凝水W可通过它们流出。在作为范例选择的附图中所表示的容器设计，第一、第二和第三孔在容器上的布局，以及传热区的形状和构型方面，存在其他多种设计可能性，专业人员可以在不付出创造性的劳动的情况下交替地选择。例如容器2不仅可以按直立的位置，如图1至4所示，而是也可以平放地工作，在这种情况下所述至少一个第三孔设置在圆形周缘的最低处并相应地改造传热区。
权利要求
1.一种由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的设备(1、100)，包括-容器O)，它有至少一个第一孔(3)、至少一个第二孔(4)和至少一个第三孔(5a、 5b)，以及-设在容器O)内部的传热区(9、9')，它至少可以局部通流，-其中，在容器O)的内部，借助传热区(9、9')分为第一区(10)和第二区(11)，以及其中，所述至少一个第一孔C3)汇入第一区(10)内，而所述至少一个第二孔(4)和至少一个第三孔(5a,5b)汇入第二区(11)内。
2.按照权利要求1所述的设备，其中，容器(2)有一条纵轴线，以及其中，所述纵轴线通过所述至少一个第一孔(3)和所述至少一个第二孔的中心或重心延 伸。
3.按照权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个第一孔(3)和所述至少一个第三孔(fe、5b)设在容器( 底面Qa)的区域内，以及此外所述至少一个第二孔 (4)设在容器(2)顶面Qb)的区域内。
4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其中，传热区(9、9')从容器(2)的底面Qa) 出发，朝所述至少一个第二孔的方向管状延伸。
5.按照权利要求1至4之一所述的设备，其中，传热区(9、9')包括至少一个颗粒材料层(9c)和/或至少一个纤维层和/或至少一个纺织层和/或至少一个格栅层和/或至少一个网层和/或至少一块多孔板。
6.按照权利要求1至5之一所述的设备，其中，此外传热区(9、9')还包括隔热板 (9d)，它不渗透水蒸气或含水蒸气的气体。
7.一种借助按照权利要求1至6之一所述设备(1、100)由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的方法，包括下列轮流实施的循环通过将第一种形式上为水蒸气或含水蒸气的气体的过程气体经由所述至少一个第一孔⑶引入第一区(10)内实施冷凝循环；为了凝结为水和加热传热区(9、9')，将第一种过程气体穿过传热区(9、9')转移到第二区(11)内；将冷凝水通过容器O)的所述至少一个第三孔(5ajb)，以及将过程气体的气态残余物通过所述至少一个第二孔(4)排出；以及通过将第二种形式上为冷却气体的过程气体经由所述至少一个第二孔引入第二区(11)内实施吹气循环；为了冷却传热区(9)将第二种过程气体穿过传热区(9)转移到第一区(10)内；以及将加热的第二种过程气体通过所述至少一个第一孔( 排出。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，在吹气循环中，在引入第二种过程气体前关闭所述至少一个第三孔(5ajb)，并在吹气循环实施后重新打开所述至少一个第三孔(5ajb)。
9.按照权利要求7所述的方法，其中，在吹气循环中，将第二种过程气体还经由所述至少一个第三孔(5a,5b)引入第二区(11)内。
全文摘要
本发明涉及一种由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的设备(1、100)。此外本发明涉及一种借助这种设备(1、100)由水蒸气或由含水蒸气的气体冷凝为水的方法，其中，轮流实施冷凝循环和吹气循环。
文档编号E03B3/28GK102458613SQ201080027141
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月12日 优先权日2009年4月17日
发明者J.米尔克, K.斯特莱茨 申请人:西门子公司