用于对混凝土组分的混合物进行冷却的方法和设备与流程

1.本发明的主题是用于对混凝土组分的混合物进行冷却的方法和设备。本发明特别地涉及用于使用来自水的蒸发的潜热(latent heat)来对混凝土组分的混合物进行冷却的方法和设备。混凝土是通过将适当剂量的建筑骨料(沙子、砾石、碎石)与粘合剂如水泥混合而获得的建筑混合体，该建筑混合体然后在有水的情况下被激发。特别地，表征混凝土混合物的水与水泥的比率是混合物设计的基本参数，不得改变，因为它必须适合于保证混凝土具有基于建筑师的以及基于要使用的原材料的特性的需求的所需性能水平。另外，水与水泥的比率对于保证混合体的正确流动性和最重要的混凝土的最终强度都是尤为重要的。因此，该比率不能随意改变。


背景技术：

2.为了形成混凝土，将混凝土的各种组分以所需剂量倒入单个容器中，以形成混凝土组分的混合物。该混合物包含预定量的建筑骨料、水泥和水。然后将所述混合物的组分混合或揉合(knead)，以将它们拌合(amalgamate)并形成混凝土混合物。
3.混凝土以流体状态浇注并逐渐转变为固态，这种反应称为混凝土的凝固。替代性地，混凝土可以浇注成rcc(“碾压混凝土”的首字母缩写词)的形式，rcc用于水坝的建造。
4.在凝固期间，会发生各种化学-物理反应，这些反应发生在水泥的水化期间。
5.在凝固期间，混凝土必须尽可能保持在潮湿的环境中，以保证水泥水化过程的完全进行，从而使混凝土具有良好的机械性能和强度性能。
6.另外，在凝固期间，混凝土必须保持在允许的最高温度以下，以避免热应力。
7.该问题尤其适用于在高温和/或低湿度环境中浇注冷混凝土的情况、和/或浇注用于大型工程比方说例如水坝和地基的情况。
8.在这种情况下，可能会形成裂缝。
9.通过在浇注时限制冷混凝土的温度可以防止裂缝的形成。事实上，对于冷混凝土的温度，存在严格的标准。例如，在一些情况下，冷混凝土的温度不得超过25℃。另外，申请人确定的是，为了在高温环境中浇注混凝土，可能需要将混凝土冷却至可能低至10℃或更低的温度。
10.为了满足这些要求，已经采取了各种措施。
11.已经提出并使用了在将混凝土的各种组分如建筑骨料物料组合成混凝土组分的混合物之前单独冷却混合物的这些组分的方法。
12.例如，已知的是在混合之前冷却建筑骨料物料以用水或用空气形成混凝土。
13.一种已知的系统为此目的而使用冰和冷水。在该系统中，需要保持可供使用的一些冷水和一些冰，这意味着要消耗特定的、大量的能量来补偿热的散发，而不是直接冷却混凝土本身。另外，可以通过该系统实现的冷度受到很大限制，这是因为冰和冷水是混合物中唯一具有冷却能力的组分，所述组分仅占整个混合物的约5％。因此，在非冷却混凝土的平均温度为约30℃的典型情况下，使用仅冰和冷水的系统不允许将建筑骨料或混凝土冷却至
低于25℃的温度。
14.对于冷却，另一种已知系统使用冷水、冰和冷空气，它们被吹入冷却筒仓。这种技术使得可以预冷较大骨料，但不能预冷较细骨料。事实上，这种技术要求骨料本身的尺寸“足够”大，以构成在大功率风扇的推动下允许空气在混凝土石自身之间移动的“多孔”块。因此，构成混凝土混合物总量的约40％的沙子和水泥不能以这种方式进行预冷。因此，在非冷却混凝土的平均温度为约30℃的典型情况下，使用冷水、冰和冷空气的系统无法将建筑骨料或混凝土冷却至低于22℃的温度。此外，除了使用仅水和冰的情况下所描述的问题之外，还存在由于供给风扇所需的电功率高而导致的问题，该电功率在实际情况下可以达到生产设备的标称容量的每m3/h的1kw的量级。
15.另外，用水或用空气冷却不适合用于小尺寸建筑骨料的情况。事实上，最细的颗粒会被冲走或吹走，从而改变从冷却过程输出的冷却物料的特性。此外，细建筑骨料的沉积物具有如此低的孔隙率，以至于实际上抑制了冷空气在颗粒之间的流动。
16.在更复杂的已知系统中，除了使用冷水和冰之外，较大的骨料(碎石)在缓慢前进的传送带上被冷却，其中，冷水的射流在该传送带上喷射到碎石本身上。另一方面，沙子穿过旋转筒，冷空气的流被以与沙子的流相反的方向吹入该旋转筒中。虽然该系统较为复杂，但该系统并不允许将混凝土冷却至低于12℃的温度。另外，明显的是，该解决方案涉及附加部件的存在，从而使得增加设备的成本和复杂性。此外，这种类型的设备是与rcc的生产不兼容的，因为与常规混凝土不同，rcc必定是含有细颗粒的。因此，与常规混凝土的建筑骨料不同，rcc的建筑骨料不得冲洗，以免丢失所述细颗粒。由于湿式传送带起到冲洗系统的作用，这会导致细颗粒的去除，而这些细颗粒对于rcc的生产来说是必不可少的，因此使得该技术的使用与rcc的生产不兼容。
17.另外，上述方法涉及相当大的能量消耗，因为需要将这些建筑骨料物料在冷却后保持在较低温度，直到混凝土混合为止。因此，需要提供附加的冷却功率，以在冷却过程与使用之间经过的整个时间内将建筑骨料的温度保持在所需的水平。在混凝土的生产和配送线下游的设备中的一个设备发生故障期间，储存冷却的建筑骨料也是昂贵的。事实上，如果上游或下游的设备停工或发生故障，温度的保持是不能中断的，因为整个热骨料筒仓的冷却可能需要多于一天的时间。
18.很明显，与这些方法相关的能量消耗非常高。
19.除了上述与现有技术相关的缺点之外，申请人还发现，所述冷却系统需要几个小时的冷却时间，因此该时间是非常长的。
20.其他已知系统涉及使用真空来冷却建筑骨料。在这些系统中，骨料物料被润湿并供给至密封罐，在该密封罐中，压力被降低，从而导致一些水的蒸发，以及随后骨料的冷却。
21.如此冷却的骨料然后接纳水泥以形成混凝土混合物。
22.为了获得冷混凝土，因此需要冷却建筑骨料，以补偿由于添加先前未冷却的水泥而引起的热供给。然而，这种冷却不仅成本高，而且效率低，因为它不能获得足够冷且处于所需温度的混凝土混合物。
23.此外，涉及对各种尺寸的建筑骨料进行真空冷却的现有技术尤其不能令人满意。事实上，大直径石头的体积与表面积的比率是大于较小石头的体积与表面积的比率的。因此，润湿较大石头的水在较大石头的内部体积没有冷却到所需温度的情况下就被蒸发，而
这与较小的石头不同，较小的石头由于其表面积与体积的高比率而趋于迅速冷却。
24.另外，申请人已经试验了用于真空冷却建筑骨料的已知系统，并且发现了各种技术和热力学限制，这些限制使得混凝土的温度极难达到低于15℃。此外，对水泥冷却的缺乏使得需要将骨料冷却至与所使用的真空技术不兼容的水平。
25.事实上，已经发现需要为这些冷却设备供给预冷的骨料。骨料的这种预冷涉及冷却且绝缘的料斗的使用，这会在电能和投资方面产生更大的成本。实践试验表明，在对建筑骨料进行预冷的情况下，对于生产设备的标称容量的每m3/h，热散布为约1kw。
26.另外，这些系统不能保证在冷却过程期间水与水泥的比率保持不变。因此，关于所产生的混合体中所含水的残留量的不确定性使得最终混合体中水与水泥的比率是不确定的。
27.用增加的水量进行操作的事实加剧了此问题。
28.因此，在所有情况下，都不可能符合混凝土配方中指定的水的比例或水与水泥的比率。
29.此外，根据现有技术的用于通过蒸发进行真空冷却的系统不能符合标准所指示的产品配量的混合时间和精度，尤其是不能防止混凝土形成后混凝土的所谓的离析的风险。
30.另外，根据现有技术的用于通过蒸发进行真空冷却的系统在冷却过程所需的能量和时间方面都不能令人满意。
31.另外，可以通过已知系统获得的对建筑骨料的冷却通常不足以达到所需的浇注温度。


技术实现要素：

32.本发明解决的技术问题是提供一种用于对混凝土的组分的混合物进行冷却的方法和设备，该方法和设备在结构方面和功能方面被设计为至少部分地消除参照现有技术描述的缺点中的一个或更多个缺点。本发明通过根据所附权利要求书生产的用于对混凝土的一定剂量的组分进行冷却的方法和设备来解决该问题。
33.根据本发明的一方面，提供了一种用于对混凝土的组分的混合物进行冷却的方法，该方法包括：将处于第一初始温度的第一给定量的组分装载在气密密封的第一罐中，其中，所述组分用于形成混凝土并且包括预定的第一量的水。
34.优选地，第一量的水通过由混凝土混合物的设计所确定的水与水泥的比率来施加。
35.第一罐中的压力也被调节以获得第一过渡真空度。
36.另外，该方法优选地包括：对气密密封的冷凝室内的压力进行调节，以获得比第一过渡真空度大的基本真空度，即，使得冷凝室中的压力低于第一罐中的压力。
37.随后，第一罐与冷凝室被操作性地连接，以使第一罐中的内部压力和冷凝室中的内部压力基本均等，从而获得所产生的真空度，由此引起来自第一罐的水朝向冷凝室的至少部分的蒸发，进而使第一罐中的组分的温度降低。有利地，水的蒸发包括从发生蒸发的环境提取与水的蒸发潜热相对应的一定量的能量，并且因此包括对气密密封的第一罐中的组分进行冷却。
38.优选地，该方法还包括：使从第一罐蒸发的水在冷凝室中冷凝，以及将经冷凝的水
从冷凝室输送至第一罐。
39.根据另一有利的方面，并且优选地没有延迟，经冷凝的蒸汽以冷液态水的形式重新进入冷凝室中，直接进入蒸发出蒸汽的混合体中，从而保证水与水泥的比率贯穿整个过程都是符合要求的。
40.该方法包括：从第一罐收集处于比第一初始温度低的第一输出温度的组分。第一输出温度取决于下述各因素：比如引入第一罐中的物料的热惯性和量、物料的初始温度、以及在此过程期间蒸发/冷凝的水的量。
41.通过作用于所述变量，因此可以通过根据本发明的方法来获得具有所需温度的混凝土组分的混合物。
42.因此，根据本发明的方法使得可以利用水的蒸发潜热来对包括预定的给定量的水的混凝土组分的混合物进行冷却。
43.冷凝水从冷凝室到第一罐的再循环使得可以保持第一罐中混凝土组分的混合物中存在的预定第一量的水基本不变。
44.因此，这也使得可以对混凝土组分的混合物进行冷却而基本上不改变在所述混合物中提供的水的量。
45.通过根据本发明的方法，由此获得了混凝土组分的冷混合物。另外，通过对所述混凝土组分的混合物进行混合，获得了适合于立即浇注的混凝土组分的混合体，而不需要进一步修改或调整组分混合物自身的组成。
46.另外，形成所需混凝土组分混合物所需的水量是被冷却的。
47.有利地，组分包括呈预定的相对比例的骨料物料、水泥和水，以获得所需的混凝土配方。
48.各组分是以使得水和水泥呈根据所需的混凝土配方的预定比例的量装载的。
49.优选地，惰性物料选自沙子、砾石或碎石。有利地，骨料物料还包括填料或添加剂。
50.将冷凝水从冷凝室输送至第一罐使混凝土组分混合物中的预定量的水基本恢复。通过这种方式，本发明使得可以冷却混凝土而基本不改变具有各组分的混合物中存在的水量并且因此基本不改变混凝土的最终性能。
51.在排放到第一罐外之前，混凝土组分混合物的组分可以混合在一起，以在第一罐内形成混凝土组分的混合体。
52.替代性地，已经混合但尚未冷却的混合体的制备可以在第一罐外的专用混合罐中进行。
53.在一些变型中，混凝土组分的混合物通过机械混合器来混合及揉合。
54.根据本发明的第二方面，提供了一种用于通过可以彼此互连的气密密封的多个罐对混凝土的组分的混合物进行冷却的方法，其中，每个罐连接至共用的冷凝室。
55.有利地，罐的所述相互互连使得可以减少单个罐的能量消耗和循环时间，并且还使得可以增加每个罐的比容量。
56.在起始阶段，该方法包括：对气密密封的所述多个罐内的和冷凝室内的压力进行调节，以获得初始真空度，即低于大气压力的内部压力程度。
57.根据该方法，气密密封的所述多个罐和气密密封的冷凝室被操作性地连接，并且操作性地连接至彼此的气密密封罐和冷凝室内的压力被调节，以获得初始真空度。
58.在常规操作中，该方法包括：将处于第一初始温度的第一量的组分装载在气密密封的所述多个罐中的第一罐中，该组分用于形成混凝土并且包括第一预定量的水。
59.此时，第一罐与气密密封的所述多个罐中的第二罐被操作性地连接，以使第一罐中的内部压力与第二罐中的内部压力基本均等，从而获得残余真空度，第一罐具有等于大气压力的初始内部压力程度，第二罐具有低于大气压力的初始内部压力程度。
60.然后，处于第二初始温度的第二量的组分被装载到第二罐中，这些组分用于形成混凝土，这些组分包括第二预定量的水。
61.优选地，第二初始温度和第二预定水量分别基本等于第一初始温度和第一预定水量。
62.随后，第一罐内的压力被调节以在第一罐中获得第一过渡真空度。此外，气密密封的冷凝室内的压力也被调节，以获得比第一过渡真空度大的基本真空度，即，使得冷凝室中的压力低于第一罐中的压力。优选地，冷凝罐中的压力应尽可能得低。
63.随后，该方法包括：将第一罐与冷凝室操作性地连接，以使第一罐中的内部压力和冷凝室中的内部压力基本均等从而获得所产生的真空度，由此引起容纳在第一罐中的水朝向冷凝室的至少部分的蒸发，从而使第一罐中的组分的温度降低。
64.在第一罐中蒸发的水在冷凝室中冷凝，并且优选地重新进入第一罐中，如下文更好地说明的。至此，第一罐中的冷却过程结束。
65.然后，第一罐与第二罐被操作性地连接，以使第一罐中的内部压力和第二罐中的内部压力基本均等，从而获得另外的残余真空度，第二罐具有等于大气压力的初始内部压力程度，第一罐具有低于大气压力的内部压力程度。
66.这允许在排放冷却物料之前利用第一罐内的真空度，从而通过其中第一罐从第二罐吸入空气的真正的“真空循环”使压力调节过程更快且更节能，否则这些空气会被常规的泵送系统清空。
67.此后，该方法包括：从第一罐收集处于比第一初始温度低的第一输出温度的混凝土组分的混合物。
68.该方法可以重复多次，以不时地利用罐中产生的真空来限制总能量消耗以及对组分进行冷却所需的时间。
69.根据本发明的另一有利方面，所述方法还包括：将处于第三初始温度的第三量的组分装载在第一罐中，所述组分用于形成所述混凝土，所述组分包括相关的第三预定量的水。
70.随后，第二罐内的压力被调节以在第二罐中获得第二过渡真空度。
71.此外，冷凝室内的压力被调节为比第二过渡真空度大的另外的基本真空度，即，使得冷凝室中的压力低于第二罐中的压力。
72.此后，该方法包括：将第二罐与冷凝室操作性地连接，以使第二罐中的内部压力和冷凝室中的内部压力基本均等从获得所产生的另外的真空度，由此引起容纳在第二罐中的水朝向冷凝室的至少部分的蒸发，从而使第二罐中的组分的温度降低。
73.有利地，该方法包括：使从第二罐蒸发的水在冷凝室中冷凝，并且优选地，使从第二罐蒸发的水重新进入第二罐中，如下文更好地说明的。
74.然后，需要将第一罐与第二罐操作性地连接，以使第一罐中的内部压力和第二罐
中的内部压力基本均等，从而获得第二另外的残余真空度，第一罐具有等于大气压力的初始内部压力程度，第二罐具有低于大气压力的初始内部压力程度。
75.最后，组分被以低于第二初始温度的第二输出温度从第二罐收集。根据一方面，冷凝水被从冷凝室输送至第一罐和第二罐，以保持相应的所述第一预定量的水和所述第二预定量的水不变。
76.这使得可以基本不改变具有各种量的混凝土组分的混合物的水含量。
77.优选地，第一罐和第二罐被操作性地连接至单个循环真空源，该单个循环真空源被构造成对第一罐和第二罐中的内部压力进行调节。
78.混凝土组分的混合物可以被在相应的罐中混合，以在各组分被排放到已经在其中被冷却的罐外之前形成混凝土混合体。
79.通过这种方式，该方法有利地使得可以生产准备好浇注的混凝土，而无需花费更多时间来对混凝土组分的混合物进行混合。
80.这种布置结构可以促进热交换，从而促进罐中所有组分的均匀冷却。
81.事实上，由于基本的热力学原因，体积与表面积之比高的石头难以用蒸发技术来冷却，因为与石头本身所包含的水的等级相比，从石头表面蒸发的水的等级在能量方面相当于最小量的能量。另一方面，将石头混合到湿润的均匀混合物中，确保了石头表面在整个过程中始终保持被湿润，从而通过使石头表面上的水蒸发来释放石头自身的热。
82.替代性地，混合可以在供具有混凝土组分的混合物被冷却的罐外、在专用混合罐中进行。
83.在一些变型中，混凝土组分的混合物通过机械混合器来混合。
84.基本真空度的值和/或另外的基本真空度的值和/或过渡真空度的值和/或另外的过渡真空度的值被选择成使得：通过内部压力的均等来获得中间真空度的期望值和/或所产生的另外的真空度的期望值。
85.根据另一方面，提供了一种用于对混凝土的组分的混合物进行冷却的冷却设备，该冷却设备包括：气密密封的第一罐，该第一罐被构造成接纳处于第一初始温度的给定量的组分，其中，该组分用于形成混凝土并且包括预定量的水；以及冷凝系统，以对从第一罐蒸发的水进行冷凝。冷凝系统包括冷凝器和被构造成接纳所蒸发的水的气密密封的冷凝室。
86.该设备还包括再循环管，该再循环管被设计成将来自冷凝室的经冷凝的水输送至第一罐，以保持第一罐中的组分中的所述预定量的水基本不变。
87.优选地，冷凝室中的水蒸汽在冷凝温度下与冷凝器接触而凝结，并且有利地在冷凝温度下再次输送至第一罐。冷凝器允许在低温下冷凝所蒸发的水，以免降低真空源的效率。
88.有利地，根据本发明的设备还包括至少一个互连阀，所述至少一个互连阀被构造成将第一罐操作性地连接至冷凝室。
89.根据一个变型，该设备还包括至少一个真空源，以对冷凝室中的内部压力进行调节并对第一罐中的压力进行调节。根据优选的方面，真空源包括被称为“基本真空源”的第一真空源和被称为“循环真空源”的第二真空源，这些真空源分别被设计成对冷凝室和第一罐中的压力进行调节。
90.根据一些优选实施方式，用于对混凝土进行冷却的设备包括气密密封的多个罐，气密密封的所述多个罐中的每个罐被设计成接纳处于相关的第一初始温度的相关量的用于形成混凝土的组分，该组分包括相应的第一预定量的水和第二预定量的水。
91.有利地，提供连接管道以操作性地连接罐，从而使通过一系列连接而连接至彼此的罐中的压力均等，由此允许减少设备的能量消耗。
92.这允许始终保持冷却和泵送过程的操作，以使得降低能量消耗并消除死区时间。
93.根据另一有利的方面，该方法使用在一个罐中产生的真空以对第二罐进行部分地减压，从而在气密密封的罐被清空之前最大限度地使用罐内存在的残余真空度。
94.优选地，该设备还包括冷凝系统以对从所述多个罐中的罐蒸发的水进行冷凝，所述冷凝系统包括冷凝器和被构造成对所蒸发的所述水进行收集的气密密封的冷凝室。
95.根据本发明的另一方面，冷凝系统包括彼此分开的多个冷凝室，每个冷凝室在该冷凝室的内部中包括相关的冷凝器。根据本发明的该方面，冷凝室的数量等于该设备所包括的气密密封罐的数量，每个冷凝室被设计成操作性地连接至相关的气密密封罐。
96.优选地，该设备还包括至少一个互连阀，以将所述冷凝室操作性地连接至所述多个罐中的罐，从而使所蒸发的水从第一罐或第二罐流动至冷凝室。
97.然后，至少一个真空源被提供，以对冷凝室中的内部压力和所述多个罐中的罐中的内部压力进行调节。优选地，基本真空源被提供，以对冷凝室中的内部压力进行调节，并且循环真空源被提供，以对气密密封的所述多个罐中的每个罐中的内部压力进行调节。
98.优选地，该设备包括至少一个均等用阀(equalisation valve)，所述至少一个均等用阀被构造成将所述多个罐中的第一罐与第二罐操作性地连接，以使所述第一罐和所述第二罐中的内部压力基本均等。因此，在存在具有残余真空度并容纳有经冷却的混凝土的至少一个罐以及内部压力等于大气压力并容纳有待冷却的混凝土的至少一个其他罐的条件下，然后使气密密封的两个罐之间的内部压力均等(equalisation)。所述均等在减小了容纳有经冷却的混凝土的罐中的真空度情况下实现了残余真空度的部分再循环，以及有利于容纳有仍待冷却的混凝土的罐中的真空度。
99.所述均等是有利的，因为它允许利用在一个罐中进行的减压以降低另一罐中的压力。这种减压会因将经冷却的组分从罐排出而丧失。
100.因此，容纳有经冷却组分的混合物的罐内的残余真空度的部分再循环是有利的，因为它减少了达到对容纳有待冷却组分的混合物的另一罐内的物料进行冷却所需的真空度所需的时间和能量。
101.根据另一有利的方面，使用多个互连的罐产生经济优势，因为它允许冷却单元在用于混凝土的罐中的一个罐上进行操作，而其他罐则从事可以在冷却活动之前或之后进行的其他活动中的一种活动，比方说例如对罐进行装载/卸载的阶段和内部压力的均等。通过这种方式，冷却单元连续工作，并且冷却单元的使用由用于冷却混凝土的罐共享，这些罐然后通过管道网而连接至单个冷凝室。
102.类似地，循环真空源、即泵送单元可以为罐一个接一个地依次提供服务而无需停止。事实上，每次停止都将对应于资源利用不足，并且因此对应于相应的成本。
103.根据另一有利的方面，该设备包括再循环管，该再循环管可以将来自冷凝室的经冷凝的水输送至所述多个罐中的相关罐，以保持所述预定量的水基本不变。
104.另外，气密密封的所述多个罐中的每个罐优选地包括混合器，该混合器被设计成对罐内的混凝土组分的剂量进行混合。通过这种方式，该设备可以供给已揉合的冷却混凝土。
105.根据一方面，气密密封的所述多个罐中的每个罐和/或冷凝室设置有隔热覆盖物。这种布置结构使得可以提高冷却过程的效率。
106.优选地，气密密封的第一罐的容量和气密密封的所述多个密封罐中的每个其他罐的容量被确定，以通过在对于冷却大体积物料的工业需求与对于减小气密密封罐的体积的需求之间提供最佳折衷从而加快所述罐中的内部压力的调节过程并且限制调节内部压力的能量消耗来优化设备的操作。
107.有利地，气密密封罐的容量值被确定为满足真空源的泵送单元的尺寸要求。
108.优选地，气密密封的所述多个罐中的第一罐的容量在0.3m3与0.7m3之间，优选地在0.4m3与0.6m3之间，甚至更优选地，第一罐的容量基本等于0.5m3。
109.优选地，气密密封的所述多个罐中的每个罐具有基本相同的容量。通过这种方式，可以使罐的生产标准化。另外，这一特性简化了一个罐与另一罐之间或一个罐与冷凝室之间的内部压力的均等。
110.有利地，根据本发明的用于进行冷却的方法和设备使得可以非常快速地、几乎瞬时地冷却混凝土组分的混合物。有利地，本发明使得可以直接在原地、即在要浇注混凝土的位置冷却该混合物。根据一方面，本发明因此消除了将混凝土的组分在低温下保持较长时间段直到混凝土被揉合及浇注的时刻的需要。本发明因此还消除了实现这种需要的能量成本。
111.总之，与现有技术的系统相比，根据本发明的用于进行冷却的方法和设备允许30％至40％的能量节约。
112.根据另一有利的方面，本发明使得可以将混凝土组分的混合物冷却至10℃或甚至更低的温度。在这方面，气密密封罐内和冷凝室内的压力值根据冷却前混凝土组分混合物的初始温度和冷却后所述混合物的最终温度而被调节。
附图说明
113.本发明的特征和优点将通过参照附图作为非限制性示例示出的优选实施方式的详细描述而变得更加明显，在附图中：
[0114]-图1和图2是根据本发明的实施方式的用于对混凝土组分的混合物进行冷却的设备的立体图；
[0115]-图3是图1和图2中的冷却设备的框图；
[0116]-图4是根据本发明的第二实施方式的用于对混凝土组分的混合物进行冷却的设备的框图。
具体实施方式
[0117]
附图示出了根据本发明的用于对混凝土组分的混合物进行冷却的冷却设备100。
[0118]
根据本发明的冷却设备适用于使用水的蒸发的潜热来对混凝土组分的混合物进行冷却。
[0119]“混凝土组分的混合物”是指一起装载到密封的密封罐中的所需量的建筑骨料物料(比方说例如沙子、砾石、碎石)、粘合剂(例如水泥)和水的混合物。特别地，水以预定量存在于混凝土组分的所述混合物中，以符合由混凝土配方指示的水的比例、或水与水泥的比率。
[0120]
图1至图3示出了根据本发明的冷却设备100，该冷却设备100包括第一气密密封罐1，该罐1被设计成容纳给定量的用于形成混凝土的组分的混合物。
[0121]
设备100包括第一罐1、冷却器5、冷凝室4和冷凝器41，该冷凝器41布置在冷凝室4内并且操作性地连接至冷却器5。另外，6表示基本的真空源，该真空源操作性地连接至冷凝室4，并且7表示循环的真空源，该真空源操作性地连接至罐1。设备100还具有互连阀11，该互连阀11构造成操作性地连接第一罐1和冷凝室4。
[0122]
优选地，设备100在结构方面和功能方面被设计成使得冷凝室4布置在第一罐1的上方。有利地，这种布置允许利用重力，以促进将来自冷凝室4的冷凝水经由再循环管10再循环至第一罐1，如下文更好地说明的。根据一个方面，第一罐1设置有至少一个装载口和至少一个排放口。
[0123]
第一罐1可以具有料斗14，以便于将具有混凝土组分的混合物的组分装载到第一罐1中的操作。
[0124]
在启动设备100的阶段，冷却器5被开启并且允许经过一定时间而达到期望的冷却温度。
[0125]
在常规操作中，第一量q1的混凝土组分被以初始温度tin1倒入第一罐1中。所述初始温度tin1是倒入第一罐1中的组分的平均温度并且取决于各个组分的温度。
[0126]
优选地，对第一罐1进行装载需要所述罐的排放口关闭并且装载口打开。
[0127]
在操作中，所述第一罐1中的压力被调节，以在第一罐1中获得第一过渡真空度ptl。
[0128]
另外，气密密封的冷凝室4内的压力被调节，以在所述冷凝室4中获得大于第一过渡真空度ptl的基本真空度p2，即，使得冷凝室4中的压力低于第一罐1中的压力。
[0129]
还需要将第一罐1和冷凝室4操作性地连接，以使第一罐1中的内部压力和冷凝室4中的内部压力基本均等，从而获得中间真空度p3，并引起水从第一罐1向冷凝室4的至少部分的蒸发“vap”，从而使第一罐1中的所述组分的温度降低。水的蒸发包括与水的蒸发潜热对应的一定量的能量的提取，并且因此包括对罐1内的混凝土组分进行冷却。
[0130]
根据一个方面，第一罐1与冷凝室4之间的压力均等通过打开互连阀11的作用来进行。优选地，压力的均等和水的蒸发经由被打开的互连阀11来进行。
[0131]
从罐1中的组分中的水的蒸发获得的水蒸汽到达容纳有冷凝器41的冷凝室4，冷凝器41通过冷却器5保持在冷凝温度。冷凝室4中的与处于冷凝温度的冷凝器41接触的水蒸汽凝结为冷凝水“con”并将趋于收集在冷凝室中。
[0132]
优选地，同时冷凝水“con”被从冷凝室4输送至第一罐1，以保持第一罐1中的第一预定量的水基本不变。优选地，冷凝水的这种再循环经由再循环管10来进行。根据有利的方面，再循环管10使得可以对冷凝水“con”进行收集并对冷凝水“con”进行输送，从而保持冷凝器41与来自外部环境的热相隔离。根据另一有利的方面，再循环管10可以经由互连阀11将蒸发水“vap”从第一罐1输送至冷凝室4，并且还可以对冷凝水“con”进行收集并再次将冷
凝水“con”输送至第一罐1。
[0133]
根据一个方面，第一罐1包括这样的阀，该阀被构造为一旦冷却循环在所述第一罐内结束，就消除第一罐1内的残余真空度。在实践中，所述阀使第一罐1中的内部压力与外部大气压力均等。有利地，残余真空度的消除允许第一罐1的排放口的打开。
[0134]
在冷却过程结束时，各组分被以低于所述第一初始温度tinl的输出温度toutl从第一罐1收集，所述第一输出温度toutl是从第一罐1收集的物料的平均温度。
[0135]
第一输出温度toutl可以在5℃与25℃之间，这取决于影响参数，比如引入第一罐中的物料的热惯性和量、所述物料的初始温度、以及在此过程期间蒸发/冷凝的水的量。
[0136]
根据优选实施方式，冷凝器41接纳来自冷却器5的冷却水。
[0137]
根据一个方面，设备100包括操作性地连接至冷却器5并且连接至冷凝器41的贮蓄罐13。贮蓄罐13可以构造成接纳由冷却器5冷却的水并允许这些水进入冷凝器41中。有利地，贮蓄罐13可以防止由于调节的间歇而导致的冷却水的温度的连续快速变化。根据另一有利的方面，贮蓄罐13可以将冷却器5的压缩机每小时打开/关闭的次数限制在可接受的值，尤其是在冷却过程停止的情况下将有意或无意地使冷却器5的压缩机每小时打开/关闭的次数限制在可接受的值，需要保证冷却器5具有一定的操作稳定性。这要归功于贮蓄罐13中容纳的一定量的储存水。
[0138]
根据图4所示的另一实施方式，贮蓄罐13’被构造为接纳来自冷凝器41’的水并允许水进入冷却器5’中，以保证冷却器5’连续具有水头。
[0139]
根据一个方面，混凝土组分的混合物的各组分被混合、即被揉合，以将这些组分拌合并形成混凝土混合体。根据一个方面，设备100包括混合器9，该混合器9可以由混凝土组分的混合物生产所述混凝土混合体。优选地，如图3所示，混合器9被安置在第一罐1内，以在冷却过程期间对所述混合物进行混合或揉合。该解决方案可以减少对准备好浇注的混凝土混合体进行生产所需的时间。有利地，设备100允许建筑骨料的冷却或已生产的混凝土的冷却或碾压混凝土(rcc)的冷却。
[0140]
图4示出了根据本发明的替代实施方式的冷却设备100’，其中，与先前描述的部件相对应的部件将用带有撇号的相同附图标记表示并且将不进行详细描述。
[0141]
在图4的实施方式中，设备100’包括多个罐200’，所述多个罐200’中的每个罐被设计成接纳待冷却的混凝土混合物的组分。
[0142]
所述多个罐200’包括至少一个第一罐1’、一个第二罐2’和一个第三罐3’。根据未示出的其他变型，可以提供多于或等于两个的不同数量的罐。
[0143]
罐通过均等用阀12’彼此互连，以允许将残余真空从一个罐再循环至另一个罐。优选地，所述多个罐200’中的每个气密密封罐设置有均等用阀12’，该均等用阀12’专用于将罐操作性地连接至其他气密密封罐中的一个或更多个气密密封罐。
[0144]
另外，设备100’包括冷凝室4’以及置于冷凝室4’与所述多个罐200’中的各个罐1’至3’之间的互连阀11’。
[0145]
根据一个方面，在冷凝室4’内提供有单个冷凝器41’，该冷凝器41’可以对来自气密密封的所述多个罐200’中的每个罐1’至3’的蒸发水“vap”进行冷凝，而不是对于每个罐的单独的冷凝器。这种布置结构使得可以降低设备成本，因为设备包括采用单个冷凝器41’、用于所述冷凝器41’的冷却回路的单个水泵51’、以及单个基本真空源6’，以对冷凝室
4’进行减压。根据一种变型，基本真空源6’可以包括多个真空泵，比方说例如三个真空泵，以允许使用更大尺寸的冷凝器41’。根据另一有利的方面，由于负载损失的减少，比方说例如通过冷凝器管束的负载损失的减少，使用单个较大尺寸的冷凝器41’使得可以提高能量效率，并且由于用于热交换的表面积的范围更大，比方说例如用于穿过冷凝器自身的相同量的冷却水的热交换的表面积的范围更大，使用单个较大尺寸的冷凝器41’也使得可以降低能量消耗。
[0146]
有利地，每个罐1’至3’设置有用于装载待冷却的混凝土组分的口部和用于排放经冷却的混凝土的口部，这两个口部均未在图中示出。
[0147]
在设置有所述多个罐200’的设备100’上实现的用于对混凝土进行冷却的方法包括操作以下循环。
[0148]
在起始阶段，打开冷却器5’，并允许经过一定时间以使冷却器达到所需的温度，并且同时对所述多个气密密封罐200’和冷凝室4’内的压力进行调节以获得初始真空度。
[0149]
优选地，所述多个气密密封罐200’中的罐和同样被气密密封的冷凝室4’是操作性地连接至彼此的，以获得具有基本均匀的内部压力的单一环境。在实践中，互连阀11’和均等用阀12’被打开以将多个气密密封罐200’中的罐1’至3’与冷凝室4’操作性地连接至彼此。
[0150]
另外，罐1’至3’有利地被以密封方式封闭以将罐1’至3’与外部环境隔离，并且所述多个气密密封罐200’中的罐1’至3’内的压力以及冷凝室4’内的压力被调节，以在罐1’至3’的所述环境内获得均匀的初始真空度。均匀的初始真空度通过基本真空源6’或循环真空源7’获得并且可以对应于例如等于10毫巴的压力值。
[0151]
互连阀11’和均等用阀12’的关闭使起始阶段结束。
[0152]
然后将处于第一初始温度tin1的第一量q1的组分装载到第一罐1’中，所述组分用于形成所述混凝土，所述组分包括第一预定量的水。
[0153]
第一初始温度tin1代表平均温度，该平均温度取决于混凝土的各个组分的温度。此时，第一罐1’和第二罐2’是操作性地连接的，以使第一罐1’中的内部压力和第二罐2’中的内部压力基本均等而获得残留真空度pr，第一罐1’具有等于大气压力patm的初始内部压力程度，第二罐2’具有低于大气压力patm的初始内部压力程度。
[0154]
然后将处于第二初始温度tin2的第二量q2的组分装载到第二罐2’中，所述组分用于形成所述混凝土，所述组分包括第二预定量的水。
[0155]
与第一初始温度tin1一样，第二初始温度tin2也代表平均温度，该平均温度取决于混凝土的各个组分的温度。
[0156]
优选地，第二量q2和第二初始温度tin2分别基本等于第一量q1和第一初始温度tin1。
[0157]
还必须对第一罐1’内的压力进行调节以在第一罐1’中获得第一过渡真空度ptl。
[0158]
还对气密密封的冷凝室4’内的压力进行调节，以在冷凝室4’中获得比第一过渡真空度ptl大的基本真空度p2，即，使得冷凝室4’中的压力低于第一罐1’中的压力。
[0159]
此后，将第一罐1’与冷凝室4’操作性地连接，以使第一罐1’中的内部压力与冷凝室4’中的内部压力基本均等，从而获得所产生的真空度p3，由此引起容纳在第一罐1’中的水朝向冷凝室4’的至少部分的蒸发“vap”，从而使第一罐1’中的所述组分的温度降低。
[0160]
然后使从第一罐1’蒸发的水在冷凝室4’中冷凝。
[0161]
随后，将第一罐1’与第二罐2’操作性地连接，以使第一罐1’中的内部压力和第二罐2’中的内部压力基本均等，从而获得另外的残余真空度pr’，第二罐2’具有等于大气压力patm的初始内部压力程度，第一罐1’具有低于大气压patm的初始内部压力程度。
[0162]
根据一个方面，第一罐1’与第二罐2’之间的压力均等由于打开一个或更多个均等用阀12’的作用而发生。根据一个方面，设备100’包括连接管道15’，该连接管道15’操作性地连接所述多个罐200’中的每个罐，以使罐内的内部压力均等。
[0163]
此时，可以从第一罐1’收集处于比所述第一初始温度tinl低的第一输出温度toutl的所述组分。
[0164]
根据一个方面，冷凝水被再次从冷凝室4’输送至第一罐1’，以保持第一罐1’内的水量与初始水量相比基本不变。这是为了符合由混凝土配方指示的水的相对比例以及根据所述配方所指示的水与水泥的比率。有利地，从第一罐1’蒸发的水被以冷水的形式恢复至混合体。优选地，冷凝室4’和第一罐1’通过再循环管10’操作性地连接，该再循环管10’可以将冷凝水再次输送到对混凝土组分的混合物进行容纳的第一罐1’中。
[0165]
根据另一有利的方面，所述多个罐200’中的任何罐1’至3’的再循环管10’包括位于冷凝室4’内的热交换部分43’下方的上部开口42’。有利地，再循环管10’可以将蒸发水“vap”从罐经由互连阀11’朝向冷凝器41’的热交换部分43’输送。反过来，由于位于上部开口42’上方的热交换部分43’的位置，热交换部分43’可以仅对来自所述罐并由所述再循环管10’输送的蒸发水“vap”进行冷凝。
[0166]
另外，上部开口42’被构造为仅接纳来自热交换部分43’的冷凝水“con”，以再次将水输送至罐。这种布置结构可以使罐的输出部处的蒸发水“vap”的量与再次输送至所述罐的冷凝水“con”的量基本相等。
[0167]
根据一方面，热交换部分43’可以是冷凝器41’的管束，所述管束具有交换表面，该交换表面的尺寸使得对来自所述多个气密密封200’中的罐的蒸发水“vap”的量进行冷凝。
[0168]
根据一方面，根据本发明的方法通过将用于形成所述混凝土的第三量q3的组分装载到第一罐1’中来继续进行，所述组分包括处于第三初始温度tin3的相关的第三预定量的水。
[0169]
然后需要对第二罐2’内的压力进行调节，以在第二罐2’中获得第二过渡真空度pt2。
[0170]
另外，与第一罐1’所经历的阶段类似，将冷凝室4’内的压力调节为比第二过渡真空度pt2大的另一基本真空度p2’，即，使得冷凝室4’中的压力低于第二罐2’中的压力。
[0171]
此后，需要将第二罐2’与冷凝室4’操作性地连接，以使第二罐2’中的内部压力与冷凝室4’中的内部压力基本均等，从而获得所产生的另外的真空度p3’，由此引起容纳在第二罐2’中的水朝向冷凝室4’的至少部分的蒸发“vap”，从而使第二罐2’中的所述组分的温度降低。
[0172]
由第二罐2’蒸发的水然后被在冷凝室4’中冷凝。
[0173]
随后，将第一罐1’与第二罐2’操作性地连接，以使第一罐1’中的内部压力和第二罐2’中的内部压力基本均等，从而获得第二另外的残余真空度pr”，第一罐1’具有等于大气压力patm的初始内部压力程度，第二罐2’具有低于大气压力patm的初始内部压力程度。
[0174]
最后，所述组分可以被以低于所述第二初始温度tin2的第二输出温度tout2从第二罐2’收集，所述第二输出温度tout2是从罐2’收集的物料的平均温度。
[0175]
根据一方面，循环真空源7’包括真空罐8’，该真空罐8’操作性地连接至所述多个气密密封罐200’中的每个罐，以对所述多个气密密封罐200’中的每个罐中的内部压力的调节进行加速。
[0176]
根据一方面，根据本发明的设备100’和用于冷却的方法可以用于在没有石以及没有粘合剂、比方说例如水泥的情况下对水和沙子的混合物进行冷却。
[0177]
根据另一有利的方面，基本真空源6’包括真空罐8’，该真空罐8’操作性地连接至冷凝室4’，以对调节冷凝室4’内的基本真空度所需的时间进行加速。
[0178]
根据优选的实施方式，所述多个气密密封罐200’中的每个罐1’至3’包括混合器9’，该混合器9’被设计成用于对罐自身内的混凝土组分进行混合。
[0179]
根据另一有利的方面，为冷凝室4和/或为用于冷却混凝土的罐1’至3’中的一个或更多个罐提供热隔绝，以减少从外部吸收热，从而减少冷却过程所需的能量消耗和时间。
[0180]
优选地，提供至少一个间隙16’，该间隙16’可以置于所述多个罐200’中的罐1’至3’的外壁与安置在所述罐内的混合器9’之间、或者置于冷凝器41’与冷凝室4’的外壁之间，所述间隙16’能够被减压以使所述混合器9’或所述冷凝器41’热隔绝。
[0181]
有利地，间隙16’围绕并封闭冷凝室4’或冷却罐，以减少从外部吸收热。
[0182]
因此，本发明解决了所提出的问题，并且实现了许多优点，包括：
[0183]
·
可以将混凝土(常规混凝土和rcc两者)组分的混合物冷却至10℃或更低；
[0184]
·
冷凝水的再循环，以使混凝土组分的混合物中提供的根据混凝土的预定配方的水量基本不改变；
[0185]
·
用于混凝土的包括较小待清空体积的多个紧凑的罐的使用以及因此设备成本的降低；
[0186]
·
设计成用于容纳混凝土组分的混合物的罐之间的互连逻辑，这使得可以始终保持冷却和泵送过程的运转，从而消除死区时间；
[0187]
·
包括与所引用的现有技术相比的大于30％的能量节约的冷却过程；
[0188]
·
可以使用单个冷凝器来对从用于混凝土的多个罐蒸发的水进行冷凝；
[0189]
·
排出经冷却的物料之前混凝土组分罐内的残余真空度的使用；
[0190]
·
在几分钟内即可投入生产并且允许混凝土在不到一小时的时间内冷却的冷却过程；
[0191]
·
允许以下冷却过程：实时地冷却混凝土而不受上游或下游的设备状态的影响并且不需要能量来预冷建筑骨料或保持温度。