CN1839289A

CN1839289A - 用于除湿的方法和设备

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Publication number: CN1839289A
Application number: CNA2004800240758A
Authority: CN
Inventors: N·埃里克森; L·斯文宁森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: NO20061262L; SE527166C2; SE0302277L; CN1839289B; US7694432B2; WO2005019750A1; EP1656529A1; JP2007502961A; SE0302277D0; US20070074420A1

Abstract

本发明涉及对不同物质进行除湿、干燥等的方法和设备。本发明主要开发用于污水污泥(7)的除湿，但是它可以用于包括如薄脆饼干和意大利面食的食品在内的多种不同物质。污泥(7)或其它物质通过热辐射在腔室(1)中被除湿或干燥。热辐射是通过用于热辐射的一个或多个元件(2)发出的。热辐射集中到水在其中具有辐射能吸收峰值的一个或多个不同的波长范围中。空气在腔室(1)中循环以带走从物质蒸发的水分。

Description

用于除湿的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于对多种不同物质进行除湿、干燥等的方法和设备。被除湿等的物质可以是化学和有机材料，比如污水污泥、染料、食品、人或动物的一部分。

现有技术

本发明基于使用热辐射的概念。

热辐射具有在两个物体之间传递能量时不需要媒质的特性。这类似于向地球输送的太阳的能量。

具有相对较短波长的辐射会穿入将被除湿、干燥等的物质的表面层的开口中。通过这些开口的辐射将从水分子到水分子反射多次。如果水分被足够地吸收，通过物质的分子结构中形成的开口发出的任意部分的辐射可能性就较低。因此，物质就会形成黑色表面。

上述过程可以命名为“空隙辐射”，因此适用于波长短于表面结构的开口的辐射。由于将被除湿的物质的分子结构中的小开口，辐射将会各向同性，即强度沿所有方向相同。

在将被除湿并且具有其空隙的物质的内部，辐射将具有基尔霍夫定律所描述的光谱分布：

\frac{e_{1} (λ, T)}{α_{1} (λ, T)} = \frac{e_{2} (λ, T)}{α_{2} (λ, T)} = \cdot \cdot \cdot \cdot e_{s} (λ, T)

以及关于总强度的斯忒藩—波耳兹曼定律：

E_{s} = {&Integral;}_{0}^{\infty} e_{s} (λ, T) dλ = σ T^{4}

本发明主要开发用于对污水污泥进行处理即除湿、卫生或干燥，但是本领域技术人员可以意识到它可以用于多种不同的物质。

本发明也适合于对一些食品除湿或进行干燥。合适的食品可以是薄脆饼干、意大利面食等。

为了简化起见，将主要使用污水污泥作为实例来描述本发明的说明。目前完全处理的污水污泥通常加热到800-900摄氏度的区域中的高温。这种高温对所使用的设备尤其是在加热过程中接纳污泥的容器提出了要求。然而，污水污泥通常用于陆地填充物或沉积物。

发明内容

本发明基于仅仅使用辐射能(热辐射)加热污泥或其它物质的概念，并且所使用的辐射包含水在其中具有高吸收系数的波长范围。在其它波长处的辐射就会降低。

热源被用于发射热辐射。汽化的水分将由循环空气从将被除湿的物质表面带走。物质的水分的汽化是通过吸收和反射实现的。热源将在水在其中具有高吸收容量的波长处发射热辐射，且吸收系数大于1000cm^-1。

在其中水具有高吸收容量的窄波长段中的辐射能，辐射能直接传递给将被除湿的物质中的水分子。这就会导致相对短的干燥时间、相对低的能量消耗并且通常对将被除湿的物质没有负面影响。使用上文所述的“空隙原理”除湿的能量消耗很低。

对于污水污泥，在干燥之后的水分比应该为20％或更低。通过使用本发明的方法，水分比可以减小到20％之下。在干燥过程中，污泥也将被净化至特定的程度。当污泥在过程中被加热至70-120摄氏度时，污泥中的大多数细菌将被杀死。经过净化的污泥可以循环使用，即它可以被置于例如田间来种植农作物。

本发明的方法可以用作再循环生态系统的一部分。通过这种系统，可以实现多个优点。干燥并且净化的物质例如污水污泥可以沉积或燃烧。于是减少了垃圾的数量，从而减少了资源的使用。如果除湿后的污泥被燃烧，就可以回收不同的物质，同使用新鲜的原材料相比，会节约资源和能量。可以从燃烧之后的灰烬中回收重金属、铬、镍、铜等。可以回收植物营养，例如在植物的栽培中使用的作为有限资源的磷。除湿和净化的污泥通常具有高能量值，例如2.5-3.5兆瓦小时/吨。因此，它可以用作燃料。

附图说明

图1是依照本发明的干燥腔室的透视图。

图2是依照本发明的改进腔室的剖面侧视图。

图3是依照本发明的腔室的草图形式中的“开”端视图。

图4是将在本发明的腔室中使用的热源的一个实例的剖视图。

具体实施方式

图1-3显示了干燥设备的一个实施例，包括在其内进行干燥污泥或其它物质的干燥腔室1。

下方使用的词语“元件”2指的是辐射源。元件设计成发射包括所选波长区域的辐射的设备。在一个实施例中，元件2由被管14围绕的中心电阻器15制成。在其它实施例中，电阻器由热水替换为元件2的辐射源。同样，其它能量媒质也可以用作辐射源。不依赖于所使用的能量媒质，它应该由管14围绕。另外，可以通过使用等离子或电介质而使能量媒质更有效。

元件2可以被放入机架或框架12中。反射器通常放入与元件连接。为了实现辐射的良好反射，反射器通常由铝、不锈钢或其它高反射物质制成。在所使用的频率中，这些物质显示了超过95％的反射系数。作用在反射器上的辐射由反射器导引回污泥上。并未对所使用的反射器做要求，但是它们的确对降低能量消耗做出贡献。通常，元件2沿任意可选的方向布置，无论是否相对于干燥腔室1的纵向方向。

通常，腔室的壁在内部覆盖有用于在上述所选波长区域中反射的不锈钢和/或耐酸钢、铝或类似的高反射物质。换句话说，干燥腔室的内部设计成大型反射器。壁通常是热绝缘的。如图1中所示，在腔室1的每个端部设置有门21。在其它实施例中，仅仅在腔室1的一端具有门21，在该情形中污泥7或其它物质在同一端放入腔室1中和从腔室1中取出。

污泥7通常接纳在传送带13上。在一些实施例中，不锈钢传送带13被用于支撑将被除湿的物质，从而将一些辐射反射回污泥7上。在一些实施例中，传送带13由不锈钢铁丝网等制成。如果传送带具有网孔形式，一些元件2就会放入传送带的中心，即位于传送带的上和下水平部分之间。在其它实施例中，污泥7接纳在一个或多个托架上，托架可以卷入干燥腔室1并且从干燥腔室1中转出。同时，托架可能具有高反射物质例如不锈钢的污泥接收表面。如果传送带13设置在腔室1中，污泥7通常在传送带的一端放入并且在另一端放出。在除湿过程中，传送带通常静止。

干燥腔室1通常置于支腿19上。干燥腔室1在所示实施例中设置有循环风扇4和通风节气阀11。进气口16和出气口17置于腔室1的相对端处。进气口16和出气口17通常均配有节气阀从而分别打开和闭合入口16和出口17。通常，进气口和出气口的区域分别由隔板20与适当的干燥腔室1分隔开。隔板20通常具有用于传送带13的开口。另外，设置了用于循环空气的管道3，来回收能量。热交换器18被放入管道3中用于再循环。管道3包括热交换器18，热交换器18可以对干燥腔室中的空气进行除湿和再循环。另外，节气阀11放置在管道3的每个端部。

在一个实施例中，如图2所示，循环风扇4的主动部分被放入管道3中。在其它实施例中，如图1所示，循环风扇4的主动部分被放入腔室1内部。循环风扇4不管确切的放置如何，都会对干燥腔室1中的空气进行循环，因此可以输送离开污泥7的表面的水分。风扇系统用于循环环绕污泥的空气，因此从污泥的表面带走水分。在本发明中，通常利用1-5米/秒的流速。

使用通风节气阀11来调节气流速度和干燥腔室1中的除湿速度。在一些实施例中，存在一个以上的节气阀11。

在干燥设备中，布置了指示器5来测量干燥腔室1中和/或离开和/或供给到干燥腔室1的空气的温度。同时可以控制污泥7的温度。可以使用用于不同温度的不同指示器测量“湿”和“干”温度。对于“湿”温度计，水通过蒸发而被冷却直至平衡，即蒸发和挥发的热量相等。可以通过湿温度控制腔室1的节气阀11。通常使用测量污泥7的温度的指示器9。所述指示器9被放入污泥7中。在特定实施例中，还存在指示器6，它用于测量干燥腔室1的水分比。为了对腔室中的空气湿度进行精确的监控，可以使用测量相对空气湿度的指示器6。在一些实施例中会使用湿度计作为相对空气湿度的指示器。为了测量污泥7中水分的减小，在特定实施例中会使用称重器。称重可以在放置在天平或载荷感应元件10上的腔室中执行。所述天平或载荷感应元件10在一些实施例中集成到放置腔室1的支腿19上。

在本发明的一些实施例中，使用置于输送带13下方的冷凝器8。利用冷凝器8可以回收一些能量。

如上文所述，污泥3的干燥是借助于元件2实现的。这些元件2发射适用于水的吸收的有限波长间隔的辐射。

在依照图4的实施例中，元件2包括电阻器15，电阻器15布置在管14的中心并且在来自电压电源的电流经由导体(未显示)经过电阻器时被加热。

波长段选择在大约2-20微米的范围内，并且通常在大约5-20微米的范围内，该范围包括水在其中的辐射吸收最大的波长。在这种情况下，可以利用在这些范围中水具有高于1000cm^-1的吸收系数的峰值的这一事实。

水的吸收在大约3微米、6-7微米和10-20微米处具有峰值。在大约7微米和10微米之间，水的吸收系数较低，落在1000cm^-1之下。因此，为了使元件2的辐射效应最大化，元件2应当在其中水具有最大吸收的频率处具有最大强度，同时应当降低在其它波长处的辐射。

因此，本发明的一个目的是具有辐射，辐射在其中水具有高吸收系数的波长处具有最大强度，而在其它波长处的强度降低。在3微米处的峰值很低并且需要非常高的温度来使之更适于使用。另外，很难并且事实上不能在波长范围大约为4-6微米处降低辐射。有鉴于此，元件的辐射强度指向大约6-7微米和10-20微米的间隔，并且强度在中间区域即大约7-10微米内降低。因此，就以给出最大效应的方式来使用辐射能量。

强度依照下列公式而取决于元件的材料：

I＝I₀e^-αx

其中I是强度，e是自然对数并且α是取决于围绕电阻器15的管14等的材料的常数。通过改变材料，可以控制元件2的辐射的光谱和位置。依照本发明，这是以元件2的辐射如上所述适用于水的吸收的方式使用的。因此，依照本发明，围绕电阻器15的材料可以选择成给出元件2的期望的辐射光谱。所述材料可以是给出期望性质的任何材料。依照已知技术，已存在多个实例，这些实例通过适当的材料选择和适当的电流力来获得辐射源的工作温度，该工作温度使水在其中能最好地吸收辐射的波长间隔内的辐射最大化。

通常，传送带13在处理阶段静止，因此污泥7在处理阶段也会静止。处理阶段通常是自动过程，通过使用上文的所述的不同指示器中的一个或多个进行控制。可以使用腔室1或污泥7的水分比或时间作为独立变量来对过程进行控制。通过在循环空气或污泥7中使用温度计，可以分别在腔室1或污泥7的特定温度水平处进行除湿。这些温度的组合可以用作依赖变量。

通常会设置控制系统(PLC系统)以响应从指示器5、6、9、10接收的信号来控制元件2、风扇4和节气阀11。控制系统也可以被称作记录和计算单元。通常过程是自动运行的，但是本领域的技术人员可以意识到，该过程也可以通过连续地监控指示器5、6、9的值而人工运行。

可以借助于元件2来控制干燥腔室1中的温度。在过程中，通常可以将污泥7的温度保持在固定的水平上(例如±1摄氏度)。还可以将腔室1的温度保持在固定的水平上。为了保持任意的所述固定温度水平，可以分别基于污泥7或腔室1的温度打开和关闭元件2。为了处理污水污泥，腔室1中的空气温度保持在大约150摄氏度并且污水污泥的温度保持在大约50-120摄氏度。过程会进行直至污泥7的水分比减小到预定的水平。作为水分水平的替代方案，该过程可以运行预先确定的时间。若要杀死细菌，通常在过程的末端短期升高污泥7的温度。

在除湿过程之后，都会处理污泥7，而无论在可能的燃烧之前或是之后是否回收任意材料，无论它是否摊在地面上，无论它是否用作燃料等。

可以根据如上所述的相同原理执行用于食品例如薄脆饼干、意大利面食等的干燥过程。所使用的指示器的类型和数量将适用于将被干燥的材料。

Claims

1.一种用于对干燥腔室(1)中的不同物质除湿、干燥等的方法，其特征在于，使用集中到水在其中具有辐射能吸收峰值的不同波长范围的热辐射，并且空气在腔室(1)中循环以带走从物质蒸发的水分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个元件(2)布置在发射热辐射的干燥腔室中并且发射的辐射集中到其中水具有大于大约1000cm^-1的吸收系数的确切波长范围中，而辐射在其它区域中降低。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，辐射集中到大约6-7微米和大约10-20微米的波长范围中，而辐射在中间范围即大约7-10微米中降低。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对物质和/或腔室(1)的主要水分比和/或温度进行监控。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过一个或多个指示器(6，9)监控物质和/或腔室的水分比。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过监控腔室(1)总重的称重器(10)监控物质和/或腔室的水分比。

7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，腔室中的空气通过风扇(4)、放置在腔室(1)的一端的进气口(16)和放置在腔室的相对端的出气口(17)循环；空气通过从腔室(1)的一端通向相对端的管道(3)进行再循环；热交换器(18)被放入管道(3)中；设置一个或多个节气阀(11)来使空气从腔室(1)中放出；和/或冷凝器(8)被放入腔室(1)中。

8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将被除湿的物质等接纳在腔室(1)中的传送带(13)上。

9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将被除湿的物质接纳在一个或多个托架上。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，热辐射在腔室(1)内部上的高反射物质上和传送带(13)的表面上或接收物质的托架上反射。

11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，它用于污水污泥(7)的除湿和/或净化。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在加湿周期中，污水污泥(7)保持在70-120摄氏度的区间范围中的恒定温度处。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，它用作再循环生态系统的一部分。

14.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，它用于干燥食品例如薄脆饼干或意大利面食。

15.一种用于依照如上述权利要求中任一项所述的方法除湿、干燥等的设备，其特征在于，它包括干燥腔室(1)，所述干燥腔室(1)包括布置在干燥腔室中用于发射热辐射的至少一个元件(2)；设置了风扇(4)来用于干燥腔室中空气的循环；设置了指示器(5，6，9)来检测腔室(1)和/或将被除湿、干燥等的物质的温度和/或水分比；而且设置了控制系统(PLC系统)响应从指示器(5，6，9)接收的信号来控制元件(2)和风扇(4)。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，元件(2)安装在机架(12)中并且机架(12)具有显示出高反射比的表面。

17.如权利要求15或16所述的设备，其特征在于，干燥腔室(1)由在内部由显示出高反射比或覆盖有显示出高反射比的物质的腔室构成。干燥腔室(1)设置有用于对腔室(1)中的空气进行再循环的进气口(16)、出气口(17)、风扇系统(4)、管道(3)和一个或多个通风节气阀(14)；设置了指示器(9，10)来检测干燥腔室(1)中的温度和空气湿度；设置了指示器(27)来检测木料的重量；并且向计算和控制设备(12)供给来自所有指示器(7-10，27)的信号。

18.如权利要求15至17中任一项所述的设备，其特征在于，传送带(13)和/或冷凝器(8)放置在腔室(1)的内部。

19.如权利要求15至18中任一项所述的设备，其特征在于，每个元件(2)包括由管(17)等围绕的电阻器(15)和/或围绕电阻器(15)的部分由具有给出期望辐射光谱性质的物质制成。