專利名稱：冷卻設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
當(dāng)偏遠(yuǎn)的地區(qū)具有可用的自然資源時(shí)，常常需要在不具備常規(guī)的基礎(chǔ)建設(shè)和公共設(shè)施的情況下建立工業(yè)工廠以利用該自然資源。尤其是，當(dāng)該地區(qū)位于荒涼區(qū)并靠近海時(shí)，有利地，現(xiàn)場(chǎng)將海水用于冷卻目的并將軟水的消耗減到最小。
本發(fā)明允許將不純凈的水源用于工業(yè)工廠內(nèi)的冷卻目的。
背景技術(shù)：
工業(yè)工廠常常具有一空氣分離設(shè)備。這種工廠通常通過(guò)與來(lái)自空氣分離裝置的廢氣直接接觸來(lái)降低用于冷卻的水的溫度，然后通過(guò)與被降溫的水直接接觸來(lái)冷卻壓縮空氣流。該后面的、被降溫的水與壓縮空氣流之間的直接熱交換所需的水質(zhì)要求是不純凈的水例如海水所不能滿足的。
解決該問(wèn)題的方法是利用空氣分離工廠的廢氣通過(guò)不純凈的水與廢氣之間的直接接觸來(lái)降低不純凈的水(例如海水)的溫度，然后在被降溫的不純凈的水和軟水的閉合回路之間進(jìn)行熱交換。制得的被降溫的軟水隨后可以通過(guò)直接接觸來(lái)冷卻空氣流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備包括一冷卻裝置，該冷卻裝置用于通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體，以形成被冷卻的壓縮氣體，由此形成被冷卻的壓縮氣體流以及升溫的具有第一純度的水流；一第一熱交換器，該第一熱交換器用于通過(guò)與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流；以及一用于將被冷卻的具有第一純度的水送到冷卻裝置的管路。
具有第一純度的水中給定雜質(zhì)(諸如鹽)的摩爾百分?jǐn)?shù)小于具有第二純度的水。特別是，具有第一純度的水可以是軟水，具有第二純度的水可以是不純凈的水，如海水。
本發(fā)明的另一目的是提供一種冷卻方法，該冷卻方法包括通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體；通過(guò)在第一熱交換器中與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流，并形成被冷卻的具有第一純度的水；將被冷卻的具有第一純度的水的至少一部分送到冷卻裝置。


為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)說(shuō)明。在附圖中，相似的部件具有相同或相似的參考標(biāo)記，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一體式冷卻設(shè)備的示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備包括一冷卻裝置，該冷卻裝置用于通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體，由此形成被冷卻的壓縮氣體流以及升溫的具有第一純度的水流；一第一熱交換器，該第一熱交換器用于通過(guò)與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流；以及一用于將被冷卻的具有第一純度的水送到冷卻裝置的管路。
具有第一純度的水中給定雜質(zhì)(例如鹽)的摩爾百分?jǐn)?shù)小于具有第二純度的水。尤其是，具有第一純度的水可以是軟水，具有第二純度的水可以是不純凈的水，諸如海水。
該設(shè)備可包括一第二熱交換器，該第二熱交換器是直接接觸式熱交換器；一用于將具有第二純度的水流送到第二熱交換器的管路；一用于將來(lái)自低溫蒸餾裝置的至少一股流的至少一部分送到第二熱交換器以冷卻具有第二純度的水流的管路；以及一用于將被冷卻的具有第二純度的水流送到第一熱交換器的管路。
所述冷卻裝置可以是間接接觸式或直接接觸式熱交換器。
來(lái)自低溫蒸餾裝置的流優(yōu)選選自富氮?dú)怏w、富氬氣體和富氧氣體。
如果所述壓縮氣體是空氣，則所述設(shè)備包括用于將壓縮氣體作為原料送到低溫蒸餾裝置的管路。
所述壓縮氣體可以是低溫蒸餾裝置的產(chǎn)物。
此外，本發(fā)明提供一種冷卻方法，該方法包括通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體；通過(guò)在第一熱交換器中與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流，并形成被冷卻的具有第一純度的水；以及將被冷卻的具有第一純度的水的至少一部分送到冷卻裝置。
該方法可包括將具有第二純度的水流送到第二熱交換器；將來(lái)自低溫蒸餾裝置的至少一股流的至少一部分送到第二熱交換器以冷卻具有第二純度的水流；以及將被冷卻的具有第二純度的水流送到第一熱交換器。
所述壓縮氣體可以是空氣，且該方法可包括將所述壓縮氣體送到前端凈化裝置然后作為原料送到低溫蒸餾裝置。
所述壓縮氣體可以是低溫蒸餾裝置的產(chǎn)物。
參考圖1，低溫空氣分離裝置17位于不純凈的水源3如湖或海附近。用泵從濕式主冷卻塔6(第一冷卻塔)的水槽4抽取不純凈的水1，所述水的一部分9送到直接接觸式塔5的頂部，在該頂部不純凈的水流通過(guò)與干燥的廢氣7直接接觸而被降溫。干燥的廢氣優(yōu)選是來(lái)自低溫空氣分離裝置17的富氮?dú)怏w7。該富氮?dú)怏w7溫度為5-40℃并被完全干燥，并因此通過(guò)蒸發(fā)潛熱的產(chǎn)生來(lái)對(duì)不純凈的水9降溫以形成被降溫的不純凈的水。富氮?dú)怏w所要求的溫度典型是這樣一溫度，即氣體在該溫度下從空氣分離裝置17的主熱交換器的高溫端排出。不純凈的水9的流動(dòng)由閥V1來(lái)控制，該閥受用于檢測(cè)塔5底部液位的LIC控制。不純凈的水9被泵送到熱交換器11，并在該熱交換器中與純水流13進(jìn)行熱交換，從而形成被降溫的純水。
純水流13被送到另一直接接觸式冷卻塔15(第二冷卻塔)的頂部，該冷卻塔用于冷卻來(lái)自空氣分離裝置17或另一個(gè)空氣分離裝置的主空氣壓縮機(jī)20的空氣流19。純水(流)13被送到除霧器14下方的一位置，并由閥V2控制其流動(dòng)。從該第二冷卻塔15的頂部出來(lái)的被冷卻的空氣21被送到凈化裝置(未示出)進(jìn)行冷卻并隨后送到低溫空氣分離裝置17的塔體?？諝夥蛛x裝置17制造氧氣18以及也可能是氬氣以備例如在氣-液轉(zhuǎn)化裝置或其它消耗很大量氧氣的類似工藝中現(xiàn)場(chǎng)使用。
不純凈的水的另一部分23被送到熱交換器25，并在該熱交換器中冷卻來(lái)自第二冷卻塔15的純水流27。
在熱交換器11下游，不純凈的水9與在熱交換器25中升溫的不純凈的水23混合以形成流26。流26然后被送回到濕式冷卻塔6并在其中通過(guò)與引入的環(huán)境空氣流的直接接觸或風(fēng)機(jī)強(qiáng)制作用下的蒸發(fā)而被冷卻。落入水槽4的被冷卻的不純凈的水隨后在系統(tǒng)中再循環(huán)。
純水27通過(guò)泵29被抽取并分成三股流。流13被送到熱交換器11，流31經(jīng)由閥V4在溫度高于流13以被冷卻的水進(jìn)入冷卻塔15的溫度下被送到第二冷卻塔15的中間高度，流33被送到其它消耗純水的裝置，例如現(xiàn)場(chǎng)的冷卻回路(例如，壓縮機(jī)內(nèi)部冷卻器)。升溫的流33然后與冷卻塔15底部的水的剩余部分混合以形成流27。
應(yīng)注意，為直接接觸式熱交換器的冷卻塔15可以由間接接觸式熱交換器代替。
應(yīng)理解，在第二冷卻塔15中被冷卻的氣體19可以是任何需要冷卻的氣體。
由于壓縮空氣流19中的濕氣在冷卻塔15中凝結(jié)，回路中純水的體積增加。該純水不包含溶解的礦物質(zhì)，且由于空氣中的二氧化碳產(chǎn)生的碳酸而略顯酸性。通常沒(méi)有必要對(duì)該純水進(jìn)行中和以避免腐蝕。但是，注入蘇打以調(diào)節(jié)其PH值是非常有用的。通過(guò)容積與塔中凝結(jié)水的體積相當(dāng)?shù)呐乓浩?5對(duì)第二冷卻塔15中的水位進(jìn)行控制。必須至少時(shí)不時(shí)地除去來(lái)自空氣凝結(jié)水的額外的水。該被排除的水35可以注入不純凈的水的回路(虛線)，或者可以用作用于另一用途的相對(duì)較純的水源。被排除的水的流動(dòng)由閥V3控制，所述閥V3由監(jiān)測(cè)塔15底部液位的LIC控制。
排污器37用于將不純凈的水的濃度保持在可接受的范圍內(nèi)，使得鹽濃度不會(huì)過(guò)分增加。
通過(guò)經(jīng)由LIC根據(jù)水槽4中的水位進(jìn)行控制的閥V5至少時(shí)不時(shí)地補(bǔ)充不純凈的水40以補(bǔ)償經(jīng)由排污器37以及蒸發(fā)和流動(dòng)損失造成的水量損失。
空氣分離裝置17的壓縮機(jī)20通常由蒸汽透平43驅(qū)動(dòng)。蒸汽透平冷凝器45可以通過(guò)使用部分不純凈的水47來(lái)冷卻，升溫的不純凈的水47然后被送回到濕式冷卻塔6。應(yīng)理解，由于壓縮機(jī)20可以由其它裝置驅(qū)動(dòng)，所以不必存在所述蒸汽透平。
可以看到，所述設(shè)備不消耗任何除不純凈的水40之外的水。由于唯一與待冷卻的氣體接觸的水是純凈的，所以不存在污染氣體的危險(xiǎn)。
純水回路的體積減小，并因此不存在這樣的危險(xiǎn)，即冷卻塔溢流或者水流向下游敏感儀器例如空氣分離裝置17的前端凈化裝置。
應(yīng)理解，盡管上面只示出并說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出許多變型。
權(quán)利要求
1.一種一體式冷卻設(shè)備，包括a)壓縮氣體的源；b)一冷卻裝置，該冷卻裝置用于通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體，由此形成被冷卻的壓縮氣體流以及升溫的具有第一純度的水流；c)一第一熱交換器，該第一熱交換器用于通過(guò)與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流；以及d)一用于將被冷卻的具有第一純度的水送到冷卻裝置的管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括e)一為直接接觸式熱交換器的第二熱交換器；f)一用于將具有第二純度的水流送到第二熱交換器的管路；g)一用于將來(lái)自低溫蒸餾裝置的至少一股流的至少一部分送到第二熱交換器以冷卻具有第二純度的水流的管路；以及h)一用于將被冷卻的具有第二純度的水流送到第一熱交換器的管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述來(lái)自低溫蒸餾裝置的流選自下列氣體構(gòu)成的組a)富氮?dú)怏w；b)富氬氣體；以及c)富氧氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置是直接接觸式熱交換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置是間接接觸式熱交換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮氣體是空氣，并且所述設(shè)備還包括用于將壓縮氣體作為原料送到低溫蒸餾裝置的管路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮氣體是低溫蒸餾裝置的產(chǎn)物。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括一第三熱交換器；一用于將升溫的具有第一純度的水從冷卻裝置送到第三熱交換器的管路；以及一用于將具有第二純度的不純凈的水送到第三熱交換器的管路。
9.一種冷卻方法，包括a)通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體；b)通過(guò)在第一熱交換器中與具有第一純度的水流間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流，并形成被冷卻的具有第一純度的水；以及c)將被冷卻的具有第一純度的水的至少一部分送到冷卻裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括d)將具有第二純度的水流送到第二熱交換器；e)將來(lái)自低溫蒸餾裝置的至少一股流的至少一部分送到第二熱交換器以冷卻具有第二純度的水流；以及f)將被冷卻的具有第二純度的水流送到第一熱交換器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述壓縮氣體是空氣，并且所述方法還包括將壓縮氣體作為原料送到低溫蒸餾裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述壓縮氣體是低溫蒸餾裝置的產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷卻設(shè)備和方法。一種一體式冷卻設(shè)備和方法包括壓縮氣體的源(20)；一冷卻裝置(15)，該冷卻裝置用于通過(guò)與具有第一純度的水進(jìn)行熱交換來(lái)冷卻壓縮氣體以形成被冷卻的壓縮氣體(21)，并由此形成被冷卻的壓縮氣體流以及升溫的具有第一純度的水流；一第一熱交換器(11)，該第一熱交換器用于通過(guò)與具有第一純度的水流(13)間接進(jìn)行熱交換來(lái)加熱具有低于第一純度的第二純度的水流(9)；以及一用于將被冷卻的具有第一純度的水送到冷卻裝置(15)的管路。
文檔編號(hào)F28C1/00GK101076699SQ200580042737
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者P·費(fèi)爾 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司