高效脱盐制造技术

本发明专利技术的实例提供了用于20C到800C温度范围内热传递系统的系统和方法。所述系统由配置的热管组成，使得其适合常规热交换器内部，更有效地从热流体中传递或回收热，且能够在没有用户干预的情况下运行非常长的时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效脱盐本专利技术涉及使用常规技术(包括反向渗透、正向渗透、热蒸馏系统、膜蒸馏系统、电氧化和透析)从盐溶液(从高浓度海水到淡盐水)脱盐领域。尤其是，本专利技术的实施例涉及用于热交换和回收的热管、脉冲热管、先进热管(advancedheatpipes)、热虹吸管(thermosiphons)的使用，从而实现整体能效的显著提升。相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月2日递交的美国临时专利申请No.62/126,991的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本申请中。
技术介绍
在水脱盐应用中的两类主要技术：一类基于渗透现象，另一类基于部分真空下的蒸馏现象。在第一类技术中，尽管正向渗透(FO)系统正逐渐被关注，但该技术商业化发展不足，现有工厂中反向渗透(RO)仍然占主导。在蒸馏系统中，相对于多闪蒸系统(MSF)，多效蒸馏(MED)似乎提供了更高的能效，尤其是与进一步降低能量消耗的蒸汽压缩结合时。但是，在高于室温的运行温度使用时，基于渗透的系统提供了增加的效率。因此，为该系统提供有效的热转换技术是有优势的，以提升的它们的性能。由于大部分脱盐设备是在具有大量容易获取的废热能源的区域中运行的，许多这样的设备利用热交换以对废热能源再次利用。但是，热交换是基于热传导性，其中热流体通过金属板将热传导到低温流体。因此，常规的热交换的特征是需要大的面积以及热流体和冷流体之间相对大的温差。需要改进的热交换设备，其可以在更低的温差下运行，且能够将废热能源用于脱盐。
技术实现思路
本专利技术的实例提供了一种改进的在多个工业应用中高效地传热的方法，包括利用基于渗透的技术、热蒸馏系统、膜蒸馏系统、电氧化或电透析系统中的某一种进行盐水溶液脱盐。本专利技术提供了用先进热管取代常规热交换器(包括薄膜式蒸馏器)的实例，先进热管的特征是非常薄的管壁(低于1-2毫米)和优良的管芯(wick)材料，该材料可提供非常小的温差和极高的热传导系数。本专利技术的一些实例提供了一种热管理系统，包括取代常规热交换器(包括薄膜式蒸馏器)的热管、热虹吸管或先进热管，在高于室温下操作的蒸馏系统中实现热交换，且在20-800C的温度范围内可以从多种热源中传热。本专利技术的一些实例提供了一种热管理系统，其中蒸馏系统可以是MED、MSF、蒸汽压缩、膜蒸馏、电氧化或电透析系统等。本专利技术的一些实例提供了一种热管理系统，其中热管、热虹吸管或先进热管可以取代正向渗透/反向渗透等系统中的常规热交换器。常规的热管通常是由商业化购买的金属管制备的，且壁厚通常在1/16”至1/4”的范围内。先进热管依靠金属筛网支架(metalscreenscaffolds)，以保持机械完整性，其壁厚低于1-2毫米，偶尔会低到一毫米以内，因此显著增强了包封材料的热传导性。热管的壁厚可以约为0.1,0.2,0.3.,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5毫米或更高。类似地，常规的管芯(wick)包括凹槽、金属网以及具有良好开孔孔隙率的烧结金属颗粒。金属烧结管芯包括大小为几微米烧结在一起的金属(例如，铜、钢、钛或各种不同的金属合金)微球(在特定的情况下，大小为亚微米)。金属微球可以为约0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.5,4.0,4.5,5.0微米或更大。虽然这些管芯材料有助于内部工作流体的相变，它们也形成了热交换的热障。优良的管芯材料包括凹槽、筛网和更小孔径(从60纳米至几百纳米，例如，60,75,100,125,150,175,200,225,250,275,300,325,350,375,400纳米或更高)的烧结金属以及更薄的整体厚度(几微米，例如，1,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.2,2.4,2.6,2.8,3.0,3.2,3.4,3.6,3.8,4.0微米或更高)。可选地，优良的管芯材料可以包括沿着热管中心轴向放置的多孔材料，从而不会成为热交换的障碍。附图说明图1描述了几个利用热管的热交换实施例。图2描述了在水平薄膜蒸发系统中使用热管。图3描述了正向渗透图解。图4描述了反向渗透图解。图5描述了多效蒸馏系统。具体实施方式本文公开了实施例，在某些情况下以示例性的方式或通过参考一幅或多图附图的形式。但是，特定实施例的任何公开内容都仅仅是示例性的，不能被视为本专利技术的全部范围。热蒸馏系统，例如MED，使用水平薄膜蒸馏管传递和回收热能。然而,这种系统具有几个操作问题，例如，引起盐局部结晶的热点(dry-spots)，水平管内液体的冷凝造成的低效率，水平管蒸汽逐渐冷凝造成的温度损失。需要能够克服这些问题的热交换装置。膜蒸馏系统依赖在液/气界面由非常小的弯(月)液面的弯曲引起的蒸汽压的增加。供液中更高的温度自然会增加界面上的蒸汽压力，从而使得该系统热效率更高。尽管有多种方式增加系统的温度，热管在交换热能方面是最有效的，因此，可以用于增加这样的蒸馏系统的整体效率。电氧化系统利用带电正极氧化溶解的污染物而运行。另外，液相中更高的温度可以增加液体中分子的动能，从而改善电极的电气性能，热管是一种提供额外的所需热能的可选方式。在透析中，尤其是在电透析中，杂质通过半渗透膜的扩散被电池势增强。正如在其他的液体系统中，高温可以显著地增加分子和离子扩散。热管非常适合提供所需的热能。本专利技术的一个重要优势是利用热管的热交换机制。如本专利技术所述，热管能够提供一种交换热的装置，其几乎是热力学可逆的，即一种迁移晗时几乎没有效率损失的系统。在一些实施例中，用于热交换的系统(其实施例在本文中有描述)与其他系统和装置结合，以提供更有利的特征。例如，该系统可以与以下专利中公开的任意装置或方法联用：2005年5月2日递交的美国临时专利申请No:60/676870(名称为“太阳能整列装置(SOLARALIGNMENTDEVICE)”)，2005年7月6日递交的美国临时专利申请No:60/697104(名称为“可视的水流指示器(VISUALWATERFLOWINDICATOR)”)，2005年7月6日递交的美国临时专利申请No:60/697106(名称为“恢复饮用水的矿物含量的装置(APPARATUSFORRESTORINGTHEMINERALCONTENTOFDRINKINGWATER)”)，2005年7月6日递交的美国临时专利申请No:60/697107(名称为“改进的旋风除雾器(IMPROVEDCYCLONEDEMISTER)”)，2004年12月1日递交的PCT申请No:US2004/039993(名称为“改进的自净水处理装置(IMPROVEDSELF-CLEANINGWATERPROCESSINGAPPARATUS)”)，2004年12月1日递交的PCT申请No:US2006/040103(名称为“水净化系统(WATERPURIFICATIONSYSTEM)”)，2008年12月3日递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热管理系统，包括热管、热虹吸管或先进热管，所述热管、热虹吸管或先进热管取代包括薄膜式蒸发器在内的常规热交换器，所述热管、热虹吸管或先进热管在高于室温的温度下运行的蒸馏系统中实现热传递，所述热管、热虹吸管或先进热管可以在20C到800C的温度范围内传递来自多种热源的热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.02 US 62/126,9911.一种热管理系统，包括热管、热虹吸管或先进热管，所述热管、热虹吸管或先进热管取代包括薄膜式蒸发器在内的常规热交换器，所述热管、热虹吸管或先进热管在高于室温的温度下运行的蒸馏系统中实现热传递，所述热管、...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤金·梯也尔，加里·卢姆，
申请(专利权)人：西尔万资源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US