用于水净化的方法和装置制造方法及图纸

一种用于从输入液体产生净化液体的装置，包括：蒸发室，其中蒸发室充满有输入液体；和具有通道的冷凝室，其中通道布置在输入液体中，其中液体饱和的气体由输入液体在蒸发室中产生，其中液体饱和的气体被引导入通道的第一端部，且其中净化液体在通道的第二端部被输出。

【技术实现步骤摘要】
交叉引用本申请要求来自2012年1月11日提交的、具有申请号61/585,293的标题为“MethodandApparatusforWaterPurification”的临时专利申请，以及来自2012年11月16日提交的、具有申请号61/727,661的标题为“MethodsandApparatusesforWaterPurification”的临时专利申请的优先权。所述申请通过引用并入本文。专利
本专利技术大体涉及用于水净化的方法和装置，且特别地涉及使用加湿除湿(“HDH”)来水净化的方法和装置。背景缺乏清洁的饮用水仍然是世界上许多地方中疾病、痛苦和最终死亡的主要原因。即使水是公众可用的，但很多时候，可用的水受农业中使用的化学品，如受工业污染或受渗入给水中的污水污染。此外，在靠近海洋的地区具有高盐度的水源，且因此不适合饮用。集中处理的水在世界上许多地方也是不安全的，因为正压在水的分配网络中不是始终被保持。分配网络中的泄漏会导致该系统中水的污染。此外，水在初始处理之后被存储的多个位置如储罐，缺乏任何类型的持续监督和卫生设施。特别地，储罐不经常被清洗，从而成为污染源且拥有它们自己的以各种昆虫、动物、细菌生长和藻类生长的生态系统。瓶装水的使用已经在大城市增长。然而，在农村地区，这是不可能的，也没有预期的，因为运输瓶装水到最终用户往往是困难的，且因为瓶装水的塑料的乱用已经引起了处置和回收的噩梦。为了努力解决现有供水的这些难题，在过滤领域已经进行广泛的努力来净化水源。现有的过滤技术要求使用具有多个阶段的过滤器的不断更换的消耗品，以保持系统处于最佳状态。一旦这些消耗品由于疏忽或不可用性而没有被替换，来自这些系统的输出水(另外称作产物水)的质量严重下降，而且在许多情况下由于内部污染而变得比实际输入的水更恶化。有两种普通类别的水净化技术：一种是基于蒸发和冷凝、或热蒸馏的原理，而另一种是基于膜过滤。在膜过滤技术中，反渗透(“RO”)和电渗析是最具代表性的。对于热蒸馏，存在可用于大规模、高容量设备的各种真空热脱盐技术，以及更适合于小型净化设备的常压蒸馏技术，也称为HDH。近年来基于RO的技术的迅速发展由于其低的初始投资成本和高能源效率而使RO成为所有水净化技术中的喜爱物。对于海水脱盐，RO的比能成本(当使用能量回收时)为4至7千瓦时/吨净化水之间，而使用MSF(多级闪蒸)和MED(多效蒸发蒸馏)的大部分大的热脱盐设备具有20至200千瓦时/吨之间的比能消耗。HDH系统费用在这方面甚至更糟糕，具有从150千瓦时/吨至超过400千瓦时/吨的范围内的比能成本。该比较的唯一的例外是机械蒸汽压缩(“MVC)，它可以实现与RO的比能消耗水平相媲美的比能消耗水平，范围从4千瓦时/吨至仅低于12千瓦时/吨)。然而，热蒸馏通常产生具有明显低于1ppm(百万分之一)的TDS(总溶解固体)水平的高度净化的水，而RO设备产生低于20ppm左右的水纯度将是不切实际的。RO还无法滤除重量轻的溶解的化学分子，如果它们的尺寸可比RO膜的平均孔径。RO还更容易发生膜的积垢、结垢和堵塞，并且如果膜直接暴露于空气，快速氧化可以容易地破坏该膜。尽管所有的水净化技术需要预处理或预过滤，以减少积垢的可能性，并确保主净化过程的正确操作，但RO通常需要更多的预处理，以保护其膜免于故障，且RO膜的标准半衰期在两年左右，因此其消耗品的成本代表其总操作成本的大部分。RO的低初始成本优点主要在于它的特殊的填充密度或面积与体积之比率。虽然热蒸馏依赖于热交换表面来回收潜热，以降低其能源成本，但RO和其他膜技术依赖于大的过滤表面，以分离清洁的水与盐水，因此填充密度在两种类净化技术中起到非常重要的作用。具有大的表面积不仅可以增加水产量，而且可以降低表面负载系数，表面负载系数是每单位表面积的净化水产量的速率。减少表面负载在降低水生产速率的成本上可明显改善操作效率，因为它大大降低了RO系统和热蒸馏设备两者中的内部熵产。虽然MVC热蒸馏技术在比能成本方面已经在很大程度上紧跟上RO，但由于其低得多的填充密度，其初始投资成本仍远高于可比的RO技术。HDH系统通常在成本上低于RO，并且由于其低温常压操作而具有产生比RO更纯的水的潜力。然而，这些系统的极低比能效率一直是它们被广泛接受的主要障碍。另一个缺点是，现有的蒸馏技术是太昂贵的以致不能实现，这是因为这些技术使用大量的能量来将水转化为蒸气，之后重新冷凝饱和的气体，和因为这些技术通常由昂贵的不锈钢或其它昂贵的金属建造。现有的蒸馏技术的主要缺点之一是，需要采用高强度材料，用于容器和热交换壁。HDH部分地通过使用常压蒸发(加湿)和冷凝(除湿)来解决问题，这避免了需要利用高强度材料，并用更便宜且更薄的材料如塑料基材替换它们。现有的蒸馏技术的另一个缺点是热交换表面的相对较低的填充密度，或者表面与体积之比率。通过举例的方式，螺旋缠绕式过滤器和中空管反渗透过滤器具有较高数量级的填充密度，并对于相同的容量允许建立更小的过滤设备。在蒸馏设备的情况下，较高的填充密度还可能意味着对于相同的水生产能力，热交换表面上较低的负载，这明显提高了潜热回收效率，同时保持相同的水生产能力。一些现有的蒸馏技术的还另一个缺点是缺乏直接的2相到2相的热交换。为了具有直接的潜热交换，蒸发器和热交换表面的冷凝器侧两者必须属于同一壁。此外，常见的热交换壁的两侧都必须含有2相流，这意味着两侧应在复合流中具有液相成分和气相成分。图1示出了使用HDH来水净化的现有技术方法和装置的图。现有技术包括在蒸发室12和冷凝室14之间的垂直的热交换壁10。进料水16靠近蒸发室12的顶部，经由喷雾器18向下喷雾。鼓风机20对着来自蒸发室12的底部的进料水的落下的雾气28吹风。在蒸发室12的底部还有盐水托盘22，用于存储浓盐水24，没有蒸发的进料水的残余物。盐水托盘22中的盐水24可通过蒸发室12的盐水出口26被去除。垂直热交换壁10允许潜热从冷凝室14流动到蒸发室12(参见该一般方向的虚线箭头)。当进料水16的一部分蒸发时，饱和的气体被引导至冷凝室14中。冷凝室14然后使饱和的气体冷凝，并产生产物水30。产物水30汇集并经由出口34被引导出冷凝室，用于储存或使用。未冷凝的气体在开环过程中在冷凝室14的底部附近经由空气出口32引导出冷凝室14。由于潜热交换过程不完全回收潜热用于重复使用，所以需要以加热器36的形式的附加热源，来将另外的蒸汽引入冷凝室14并预热进料水。通过将冷凝室12放置为与蒸发室14并排，仅通过作为热交换壁的共同的壁10分离，从水蒸汽的冷凝产生的潜热被转移到蒸发器，以加热进料水，这消除了HDH蒸馏方法的主要缺点之一。不幸地，由于现有技术的设计，一些低效率是明显的。首先，垂直热交换壁10未得到充分利用，这是因为大多数的潜热转移从在冷凝室14中的气体被低效率地转移到蒸发室12中的其它气体。这是由于热交换壁10的垂直布置，以及由于进料水16向下进入蒸发室12的雾气。在垂直热交换壁布置中，首先由Nusselt研究的膜状冷凝，通常被认为是更有效的冷凝机构，因为液膜冷凝物的外边界处释放的潜热被直接转移到热交换表面，而无需通过气体。然而，为了使这种情况发生，热交换表面必须对所述液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从输入液体产生净化液体的装置，包括，蒸发室，其中所述蒸发室充满有所述输入液体；和冷凝室，其具有通道，其中所述通道布置在所述输入液体中，其中由所述输入液体在所述蒸发室中产生液体饱和的气体，其中所述液体饱和的气体被引导入所述通道的第一端部中，且其中所述净化液体在所述通道的第二端部被输出，其中所述通道的壁是热交换壁，且其中潜热在所述输入液体和所述通道之间经由所述通道的所述壁转移，且所述装置还包括气泡产生机制，其中所述冷凝室中的所述液体饱和的气体的一部分经由所述气泡产生机制再循环至所述蒸发室，其中所述装置还包括用于再循环所述液体饱和的气体的所述一部分的P‑阱通道，其中所述P‑阱通道将所述蒸发室连接至所述冷凝室，且其中所述冷凝室中的压力超过所述蒸发室中的压力。

【技术特征摘要】
2012.01.11 US 61/585,293;2012.11.16 US 61/727,661;1.一种用于从输入液体产生净化液体的装置，包括，蒸发室，其中所述蒸发室充满有所述输入液体；和冷凝室，其具有通道，其中所述通道布置在所述输入液体中，其中由所述输入液体在所述蒸发室中产生液体饱和的气体，其中所述液体饱和的气体被引导入所述通道的第一端部中，且其中所述净化液体在所述通道的第二端部被输出，其中所述通道的壁是热交换壁，且其中潜热在所述输入液体和所述通道之间经由所述通道的所述壁转移，且所述装置还包括气泡产生机制，其中所述冷凝室中的所述液体饱和的气体的一部分经由所述气泡产生机制再循环至所述蒸发室，其中所述装置还包括用于再循环所述液体饱和的气体的所述一部分的P-阱通道，其中所述P-阱通道将所述蒸发室连接至所述冷凝室，且其中所述冷凝室中的压力超过所述蒸发室中的压力。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷凝室是面板的阵列，且其中所述面板中的每个具有所述通道中的多个通道。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述通道中的所述多个通道沿着相应的面板以行对齐。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述通道中的被选择的通道是穿孔通道，其中所述输入液体进入所述穿孔通道的内部，且其中所述穿孔通道的末端被密封以防止所述输入液体充满所述冷凝室。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道是管。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述管各自具有隔离物，其中所述管组合在一起，且其中所述输入液体在所述管之间流入。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述管中的每个的径向中心等距于邻近管的径向中心。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道是水平方向、或者倾斜方向、或者垂直方向。9.根据权利要求1所述的装置，还包括具有入口和出口的压缩机，其中所述压缩机经由所述入口接收所述液体饱和的气体，其中所述压缩机对所述液体饱和的气体加压，且其中被所述压缩机加压的液体饱和的气体经由所述出口排出到所述通道。10.根据权利要求1所述的装置，还包括沉积室，其中所述沉积室连接于所述蒸发室，用于允许所述输入液体中较重的颗粒沉降在所述沉积室中。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述沉积室具有用于从所述沉积室泵送颗粒的数控和/或模拟控制或机械控制的泵。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述沉积室具有多个连通水平，以允许每一个所述连通水平处具有不同的颗粒浓度。13.根据权利要求1所述的装置，还包括用于净化由所述蒸发室提供的所述液体饱和的气体的静电沉淀器。14.一种用于从输入液体产生净化液体的装置，包括：蒸发室，其中所述蒸发室充满有所述输入液体；冷凝室，其包括面板的阵列，其中所述面板中的每个具有沿着相应的面板以行对齐的多个通道，其中所述通道是水平方向、或者倾斜方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惠明，李一群，纳拉扬·D·拉朱，陈亚明，
申请(专利权)人：张惠明，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG