專利名稱：用于蒸餾的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分別根據(jù)權(quán)利要求1和5的用于蒸餾，例如從海水中提取淡水的裝置和其方法。
背景技術(shù)：
在許多情況下，人們幾乎不能獲取淡水，但可以有許多辦法獲取海水。這種例子可以是小的島嶼群落、行進(jìn)長的距離而不與陸地接觸的船只和在海上的平臺(tái)或類似的裝置。
今天，有幾種類型的淡化裝置以從海水中提供淡水，如例如描述于US4,391,676和WO93/10048中的那樣。這些裝置都使用類似于普通熱交換器的系統(tǒng)，同時(shí)海水被蒸發(fā)并且濕氣被壓縮和冷凝。
大多數(shù)已知的淡化裝置具有相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此制造和操作它們是昂貴的。裝置的部件也需要頻繁的關(guān)閉和維護(hù)，這進(jìn)一步增加了成本。最經(jīng)常的是，海水腐蝕了裝置的不同部件，從而一些部件必須不時(shí)地替換。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供具有穩(wěn)定操作，幾乎不需要維護(hù)并且便宜和節(jié)能的蒸餾裝置和方法。
本發(fā)明用分別根據(jù)權(quán)利要求1和5的特征部分的裝置和方法實(shí)現(xiàn)該目的。另外的優(yōu)選特征將從獨(dú)立權(quán)利要求中顯現(xiàn)。
本發(fā)明基于使海水沸騰，并冷凝濕氣以生產(chǎn)淡水的舊原則。根據(jù)本發(fā)明，新的裝置和新的方法用來提供淡水。該裝置和方法也可以用于其他蒸餾目的，但本專利出版物將僅僅描述海水的蒸餾。
根據(jù)本發(fā)明的裝置主要包括兩個(gè)管路系統(tǒng)，其中第一管路系統(tǒng)包括入口和下部以及上部出口，第二系統(tǒng)包括入口和出口，同時(shí)第一系統(tǒng)的上部出口通過壓縮機(jī)連接到第二系統(tǒng)的入口。在第一管路系統(tǒng)中部分蒸餾流體蒸發(fā)，在第二管路系統(tǒng)中濕氣冷凝成蒸餾物，同時(shí)管路系統(tǒng)中的流體互相熱交換。
在濕氣被冷凝成蒸餾物的狀態(tài)下，第二管路系統(tǒng)成形為一排垂直的腔室。腔室的入口平行連接，以使得濕氣僅僅通過一個(gè)腔室。
平行連接這個(gè)表述，在本上下文中它是指平行連接的物件這樣連接以使得流體在每一個(gè)物件中流動(dòng)的可能性相等。流入一個(gè)物件的流體不允許進(jìn)入其他平行連接的物件。
第一管路系統(tǒng)主要包括蒸餾流體的入口，濕氣的上部出口，同時(shí)該出口連接到第二管路系統(tǒng)的入口，以及蒸餾殘余物的第二出口，因?yàn)閮H僅一些蒸餾流體會(huì)蒸發(fā)。在入口和出口之間，第一管路系統(tǒng)包圍第二管路系統(tǒng)。在最簡單的實(shí)施方案中，第一管路系統(tǒng)是帶有入口和下部以及上部出口的空間，其中第二管路系統(tǒng)置于該空間中。明顯地，該空間必須這樣成形以使得從室的濕氣出口連接到置于該空間里面的第二管路系統(tǒng)的入口，例如通過管路穿過空間中的壁延伸并延伸至第二管路系統(tǒng)的入口，并因此成形為第二管路系統(tǒng)的出口。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，第一管路系統(tǒng)可以包圍許多第二管路系統(tǒng)，其中第二管路系統(tǒng)的入口平行連接。
引入的蒸餾流體和流出的蒸餾物的溫度應(yīng)該接近于沸點(diǎn)，以使得管路系統(tǒng)之間的熱交換基本上導(dǎo)致蒸發(fā)和冷凝。
實(shí)施例本發(fā)明將在下面參照附圖描述為從海水生產(chǎn)淡水的過程，其中
圖1表示根據(jù)本發(fā)明，裝置的第二管路系統(tǒng)的垂直縱向橫截面圖，圖2表示沿著圖1中的線I-I，第二管路系統(tǒng)的垂直橫截面圖，圖3表示沿著圖2中的線II-II，根據(jù)圖1和2的第二管路系統(tǒng)的水平橫截面圖，x
圖4表示從側(cè)面看，根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施方案，和圖5表示從上面根據(jù)圖4的裝置。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明，裝置的第二管路系統(tǒng)2的垂直縱向橫截面圖，同時(shí)濕氣冷凝成淡水。第二管路系統(tǒng)包括在一排的許多腔室3，應(yīng)該根據(jù)正在進(jìn)行的過程、裝置總的設(shè)計(jì)和將要蒸餾的數(shù)量將腔室的數(shù)目最優(yōu)化。由于圖的限制，圖1表示隨機(jī)數(shù)目。該排的每一腔室3形成有在上部末端的濕氣入口4以及在下部末端的冷凝物/淡水的出口5。入口平行連接以使得濕氣平行進(jìn)入每一腔室3。出口這樣連接以使得淡水平行離開每一腔室。腔室3隔一段距離在一排中裝配，同時(shí)每一腔室的深度d，和腔室之間的距離構(gòu)成了第二管路系統(tǒng)2的長度1。
在圖2中表示沿著圖1中的線I-I的橫截面圖，并且該橫截面圖顯示了在其中一個(gè)腔室內(nèi)的垂直壁6。每一腔室3優(yōu)選包括兩個(gè)同樣的，熱傳導(dǎo)材料的垂直壁6，同時(shí)壁6構(gòu)成了腔室3中的高度h和寬度b。每一腔室3優(yōu)選具有垂直延伸，同時(shí)高度h大于寬度b并且兩者顯著地大于深度d。垂直壁6形成有濕氣的上部入口4和冷凝物的下部出口5。在該闡述的實(shí)施方案中，壁6帶有皺折7。這對(duì)于使得裝置運(yùn)轉(zhuǎn)不是必需的，但提供了優(yōu)選的實(shí)施方案。通過具有這些皺折7，在第二管路系統(tǒng)2外部的腔室3之間的海水可以在腔室3之間移動(dòng)，以使得對(duì)壁6的橫向熱交換是最佳的并且水蒸發(fā)得更快。在該闡述的實(shí)施方案中，壁6的上部形成圓形的尖，同時(shí)濕氣入口4置于該尖上。這對(duì)于裝置適當(dāng)?shù)剡\(yùn)轉(zhuǎn)并不是必備的，但將引起較好的濕氣分離和同時(shí)輸送的水將偏斜并回落到第一管路系統(tǒng)1中的海水表面上。
構(gòu)成腔室中的高度h和寬度b的垂直壁6，優(yōu)選與沿著垂直側(cè)邊的兩個(gè)垂直內(nèi)壁8、和沿著下邊緣的水平內(nèi)壁相互固定，形成腔室的底部。同樣在上部末端，壁6將與內(nèi)壁相互固定。最后提到的內(nèi)壁會(huì)是水平的或是傾斜的，將由內(nèi)壁6的上邊緣的形狀決定，同時(shí)內(nèi)壁優(yōu)選遵循這種形狀。隔開壁6的內(nèi)壁8的寬度應(yīng)該/必須當(dāng)然是相等的，以使得腔室3水平地和垂直地在整個(gè)腔室3中得到相同的深度延伸d。內(nèi)壁8也可以優(yōu)選是熱傳導(dǎo)材料。
垂直壁6可以優(yōu)選與至少一內(nèi)壁8沖切出來，并彎曲以配合。在這種方式中，每一腔室需要較小數(shù)目的部件和連接件。不同的部件優(yōu)選例如通過焊接而永久固定。
如所提及的那樣，不同的腔室3排列成排，并且入口3和出口5都平行連接。在圖1的實(shí)施方案中，腔室3從第一個(gè)到最后一個(gè)互相固定以使得濕氣入口4和冷凝物出口5每一個(gè)是穿過整個(gè)腔室3的一條管路，同時(shí)管路開放穿過每一腔室。明顯地，這可以以許多其他的方式完成。
圖3表示從上面看，部分水平橫截面的第二管路系統(tǒng)。在圖中的線III-III左側(cè)，管路系統(tǒng)被切開，在線的右側(cè)是從上面看的管路系統(tǒng)。由于圖的限制，僅僅畫出關(guān)于濕氣入口4的第一和最后的腔室3。從圖中得出這樣的結(jié)果入口4與所有其他的腔室3開口連接，并且腔室3在上部末端關(guān)閉。相對(duì)地，它們當(dāng)然也在它們的下部末端關(guān)閉，除了上述的冷凝物出口5之外。
如圖中所示，濕氣入口4和冷凝物出口5直接互相相對(duì)地安置，以腔室3的寬度方向?yàn)橹行摹＿@不是必需的，但以這種方式獲得腔室3中最好的濕氣分布以及最好的冷凝物收集。
如上所述，第二管路系統(tǒng)2置于第一管路系統(tǒng)1的里面，并且管路系統(tǒng)1，2中的流體互相熱交換因?yàn)榈诙苈废到y(tǒng)2的腔室3中的濕氣將加熱第一系統(tǒng)1中的海水直至沸騰。在最簡單的實(shí)施方案中，第一管路系統(tǒng)1包括大的空間9，與入口10和出口11，12。海水通過入口10引入，并通過下部出口11引出。在空間9中，海水將與第二管路系統(tǒng)2的腔室3中穿過壁6的濕氣熱交換，同時(shí)海水將在腔室3之間流動(dòng)，并且部分海水將蒸發(fā)。因此，第二管路系統(tǒng)2將安置于海水中，同時(shí)濕氣入口4將在水面的上方，同時(shí)冷凝物的出口5將在水面的下方。
在第一管路系統(tǒng)1的上部出口12和第二管路系統(tǒng)的入口4之間裝置一壓縮機(jī)13，其壓縮濕氣以使得溫度增加并使得熱交換正常工作。這也將提高壓力，以使得第二管路系統(tǒng)2的壓力大于第一管路系統(tǒng)的壓力。
流入第一管路系統(tǒng)的入口10的海水與第二管路系統(tǒng)2的外部接觸。海水將由第二管路系統(tǒng)2的腔室3的濕氣加熱，并且海水中的部分水將蒸發(fā)并向上上升。經(jīng)常地，濕氣將帶有海水的液滴。在第一管路系統(tǒng)1的第一個(gè)末端，有濕氣出口12，濕氣通過它可以從第一管路系統(tǒng)1中流出。由濕氣攜帶的海水液滴將下落到海水表面。穿過第一管路系統(tǒng)的上部出口12流出的濕氣被引入到壓縮機(jī)13，在那里壓力和溫度增加。然后壓縮的濕氣被引入到第二管路系統(tǒng)2的入口4，并將被置于第二管路系統(tǒng)2外部的海水冷卻。濕氣被冷凝并可以作為淡水移去。第一管路系統(tǒng)1還有海水的出口11，沒有蒸發(fā)的部分海水將通過它引出。由于蒸發(fā)，這些海水將比引入的海水具有更高的鹽濃度。這個(gè)差值應(yīng)該保持低的，因?yàn)辂}濃度的增加將提高水的沸點(diǎn)和管路系統(tǒng)的腐蝕。
在圖4和5中，表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的側(cè)視圖和俯視圖。第一管路系統(tǒng)1包括四個(gè)第二管路系統(tǒng)2，用虛線表示，同時(shí)到四個(gè)第二管路系統(tǒng)2的入口4平行連接。
第一管路系統(tǒng)1還有一個(gè)海水的入口10和一個(gè)出口11，以及濕氣的上部出口12。如圖4中所示，在第一管路系統(tǒng)的上部末端，在濕氣出口12之前，提供液滴收集器14。液滴收集器14導(dǎo)致了濕氣中的海水液滴將從濕氣中分離，從而改進(jìn)了蒸餾。在其分布到在圖4和5中作為虛線框表示的四個(gè)第二管路系統(tǒng)2之前，將濕氣收集并引到壓縮機(jī)13。四個(gè)第二管路系統(tǒng)2每一個(gè)有一個(gè)濕氣入口4，和一個(gè)冷凝物出口5。該入口和出口平行連接，并且出口聚集在一起以使得該裝置僅有一個(gè)出口。
在闡述的實(shí)施方案中，分別在第二管路系統(tǒng)的上部和下部末端的相同縱向末端上顯示了濕氣入口4和冷凝物出口5。管路系統(tǒng)當(dāng)然也可以這樣排列以使得入口4和出口5被安置在相對(duì)的縱向末端上。
第一和第二管路系統(tǒng)應(yīng)該優(yōu)選由抗海水的材料，例如鈦制得。如果該裝置用于其他蒸餾目的，管路系統(tǒng)應(yīng)該由抗將被蒸餾的流體的材料制得。另外，第二管路系統(tǒng)優(yōu)選應(yīng)該由熱傳導(dǎo)材料制得，以使得在第一和第二管路系統(tǒng)之間的熱交換最佳。第一管路系統(tǒng)可以優(yōu)選由較少熱傳導(dǎo)的材料，例如復(fù)合材料制得，以使得對(duì)環(huán)境的熱損失最小。
該裝置和方法當(dāng)然也可以用于其他蒸餾目的，例如從醇和水的混合物中蒸餾醇，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。本發(fā)明將不限于所闡述的和上述的本發(fā)明的實(shí)施方案，同時(shí)將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。本發(fā)明也定義了所述特征的結(jié)合和亞結(jié)合，以及這些特征的改進(jìn)和變化，在下列權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。
權(quán)利要求
1.用于蒸餾，例如從海水中提取淡水的裝置，包括至少在一排的許多腔室(3)，蒸餾流體的入口(10)，蒸餾殘余物的出口(11)，蒸餾物的出口(5)，和氣體壓縮機(jī)(13)，特征在于—該裝置包括兩個(gè)管路系統(tǒng)(1，2)，其中—第一管路系統(tǒng)(1)包括蒸餾流體的入口(10)和蒸餾殘余物的出口(11)，以及濕氣的出口(12)，和—第二管路系統(tǒng)(2)有在一排的許多腔室(3)，每一排(3)有濕氣的上部入口(4)和蒸餾物的下部出口(5)，同時(shí)入口(4)平行連接，并且出口(5)平行連接，—第一管路系統(tǒng)(1)的濕氣出口(12)通過壓縮機(jī)(13)連接到第二管路系統(tǒng)(2)的出口(4)，并且—在蒸餾流體的入口(10)、蒸餾殘余物的出口(11)和濕氣出口(12)之間，第一管路系統(tǒng)(1)包圍第二管路系統(tǒng)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，特征在于第一管路系統(tǒng)(1)含有兩個(gè)或更多的第二管路系統(tǒng)(2)，同時(shí)第二管路系統(tǒng)(2)的入口(4)平行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，特征在于第二管路系統(tǒng)(2)的每一個(gè)腔室(3)有兩個(gè)垂直壁(6)，提供腔室(3)的高度(h)和寬度(b)，并且壁(6)是熱傳導(dǎo)材料。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于第二管路系統(tǒng)(2)的濕氣入口(4)和蒸餾物出口(5)沿每個(gè)腔室(3)的寬度尺寸處在中心。
5.通過使用根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，用于蒸餾，例如從海水中提取淡水的方法，特征在于—蒸餾流體被引入第一管路系統(tǒng)(1)，其中流體在第二管路系統(tǒng)(2)的腔室(3)之間流動(dòng)，蒸餾流體與腔室(3)中的濕氣熱交換以使得部分流體蒸發(fā)并且腔室(3)中的部分濕氣冷凝，—流體的濕氣通過第一管路系統(tǒng)(1)中的上部出口(12)排出并被引入氣體壓縮機(jī)(13)，—濕氣從氣體壓縮機(jī)(13)中引出并引入第二管路系統(tǒng)(2)的腔室(3)，在那里它與蒸餾流體熱交換并冷凝，和—冷凝的濕氣通過蒸餾物的出口(5)排出并從裝置中移去。
全文摘要
用于蒸餾，例如從海水中提取淡水的裝置。該裝置包括至少在一排的許多腔室(3)，蒸餾流體的入口(10)，蒸餾殘余物的出口(11)，蒸餾物的出口(5)和氣體壓縮機(jī)(13)。另外，該裝置包括兩個(gè)管路系統(tǒng)(1，2)，其中第一管路系統(tǒng)(1)有蒸餾流體的入口(10)和蒸餾殘余物的出口(11)，以及濕氣的出口(12)。第二管路系統(tǒng)(2)有在一排的許多腔室(3)，每一排(3)有濕氣的上部入口(4)和蒸餾物的下部出口(5)。入口(4)平行連接，并且出口(5)平行連接。第一管路系統(tǒng)(1)的濕氣出口(12)通過壓縮機(jī)(13)連接到第二管路系統(tǒng)(2)的出口(4)，并且在蒸餾流體的入口(10)、蒸餾殘余物的出口(11)和濕氣出口(12)之間，第一管路系統(tǒng)(1)包圍第二管路系統(tǒng)(2)。本發(fā)明也提供通過使用這種裝置的蒸餾方法。
文檔編號(hào)B01D1/22GK1604873SQ02825393
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者奧拉夫·E·桑德斯塔德 申請(qǐng)人:Gnd水有限公司