專利名稱：脫鹽設備和方法
脫鹽設備和方法
背景技術：
多年來，為了將液體或氣霧劑轉變成氣相流體，已經研發了許多類型的裝置。例 如，已經研發了許多這樣的裝置以對水脫鹽，以便從水中移除過量的鹽和其他礦物。含鹽的 水或鹽水通常包含相當大濃度的溶解鹽。海水具有大約35，OOOppm或35克/升的鹽度。海 水不適于飲用，也不適于灌溉農作物。可以對水脫鹽，從而將其轉化成適于人類食用或灌溉的淡水。大規模的脫鹽通常 使用大量的能量以及專門的、昂貴的基礎設施。因此，使用脫鹽后的水來代替來自河流或地 下水的淡水是非常昂貴的。脫鹽的三種方法包括真空蒸餾、反滲透和多級閃蒸。在真空蒸餾中，在小于大氣壓力的壓力下將水煮沸。當蒸汽壓力等于周圍壓力時 發生液體的沸騰，并且蒸汽壓力隨著溫度而增加。由于溫度的降低，節省了能量。反滲透技術包含半滲透膜和壓力，用于將鹽與水分離。可以使用比熱蒸餾少的能 量。然而，脫鹽仍然強烈耗能。
發明內容
在實施例中，提供一種脫鹽設備，包括彼此相對的第一端和第二端，在第一端與第 二端之間的線形成軸線，第一端形成用于接收從中通過的并且在比周圍大氣壓力高的壓力 下的氣流的至少一個端口，且第一端形成用于接收從中通過的并且在比周圍大氣壓力高的 壓力下的鹽水的至少一個端口，第二端形成用于提供純凈水蒸氣的流出的至少一個輸出 口，并且第二端形成用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出的至少一個輸出口 ；以及在第一 端與第二端之間延伸的至少一個管殼，該管殼圍繞用于將鹽水蒸發到氣流中的多個室，至 少一個室形成與第一端和第二端之間的軸線大致平行地布置的多個通道，且形成從通道的 多個端口，并且所述端口布置在大致相互平行且與第一端和第二端之間的軸線大致垂直的 多行中。在另一個實施例中，提供一種方法，包括在比周圍大氣壓力高的壓力下將氣流提 供至脫鹽設備；在比周圍大氣壓力高的壓力下將鹽水提供至脫鹽設備；在氣流中形成渦 流，以從鹽水蒸發水蒸氣；以及將氣流中的水蒸氣提供至冷凝器，從而獲得純凈水。還公開了其他實施例。
附示了在下面討論的特定實施例，并且是說明書的一部分。圖1-圖3圖示了脫鹽設備的透視圖。圖4圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽裝置的輸入部分。圖5圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的處理部分中的處理室的放大圖。圖6和圖7圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的分離器部分中的分離器室的 放大透視圖。
圖9-圖16圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的處理部分的室中的ν形杯結 構的多種橫截面圖。圖17-圖19圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的處理部分的一個室中的三行 ν形杯。圖20-圖21圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的處理部分的一個室中的五行 ν形杯。圖22圖示了在圖1-圖3中示出的脫鹽設備的分離器部分的其中一個分離器室中 的分隔件。圖23是根據本發明的一個實施例的脫鹽過程的示意圖。在整個附圖中，相同的附圖標記和描述表示相似的、但不必需相同的元件。
具體實施例方式下面描述說明性實施方案和各個方面。當然應該意識到，在任何這樣的實際實施 方案的開發中，必須做出大量具體實施的決定，以實現開發者的具體目標，諸如遵守系統相 關的和商業相關的約束條件，所述決定根據不同的實施而不同。此外，應該意識到，這樣的 開發工作可能是復雜的且耗時的，但是對于受益于本公開的本領域技術人員來說卻是常規 的任務。如在整個說明書和權利要求中所使用的，如在說明書、包括權利要求中使用的詞 語“包含”和“具有”具有與詞語“包括”相同的含義。現在轉到附圖，并且具體地轉到圖1-圖3，示出了脫鹽設備10的實施例。例如， 可以設置彼此相對的第一端15和第二端20。在第一端15與第二端20之間的線形成軸線 25(圖1)。第一端15可以形成用于接收從中通過的并且在比周圍大氣壓力高的壓力下的 氣流30AF的至少一個端口 30。第一端15可以形成用于接收從中通過的并且在比周圍大氣 壓力高的壓力下的鹽水35SW的至少一個端口 35。第二端20可以形成用于提供純凈水蒸氣 的流出的至少一個輸出口 45，并且第二端形成用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出的至 少一個輸出口。可以設置在第一端15與第二端20之間延伸的至少一個管殼50。管殼50可以圍 繞用于將鹽水35SW蒸發到氣流30AF中的多個室55 (參見圖2和圖3)，至少一個室55可 以形成與第一端15和第二端20之間的軸線25大致平行地布置的多個通道60。從通道60 的多個端口 65可以形成在至少一個室55中。端口 65可以布置在大致相互平行且與第一 端15和第二端20之間的軸線25大致垂直的多行70中。仍然參考圖1-圖3，第一端15可以包括輸入本體75，該輸入本體75具有氣流連 接器80、流體連接器85和閥門組件90。氣流連接器80可以配置成接收用于向所述氣流連 接器提供氣流30AF的管子95。流體連接器85可以配置成接收用于向所述流體連接器提供 鹽水35SW的管子100。閥門組件90配置成調節向閥門組件提供的鹽水35SW的流量。可以調節氣流和鹽水的輸入，用于在脫鹽設備內有效蒸發。例如，氣流連接器80 可以配置成以大約SOpsi的壓力將氣流30AF提供到脫鹽設備10中。氣流連接器80可以 配置成以大約10至50立方英尺每分鐘(cfm.)的容量提供氣流30AF。氣流連接器80可以 配置成在大約100°至150 °F的溫度下提供氣流30AF。
流體連接器85可以配置成以比氣流的壓力大大約5至IOpsi的壓力提供鹽水 35SW，從而提供壓力差，以允許鹽水35SW進入氣流。在一個實施例中，脫鹽設備10可以從 純凈水蒸氣中提供至少IOml每分鐘的水。在另一個實施例中，脫鹽設備10可以從純凈水 蒸氣中提供至少13. 5ml每分鐘的水。輸出口可以提供以通向與致冷器連通的通道115，以將水蒸氣冷凝成無鹽的水。在 一個實施例中，輸出口 45可以配置成用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出，并且配置成 將混合物提供至分離器瓶，從而將混合物進一步處理成無鹽的水。參考圖1-圖3，管殼50 可以包括相互流體連通的處理部分105和分離器部分110。處理部分105可以配置成從第 一端15接收氣流30AF和鹽水35SW。處理部分105可以配置成在分離器部分110之前使至 少一部分鹽水35SW蒸發。分離器部分110可以配置成將水蒸氣排放至與致冷器連通的通 道115，以將水蒸氣冷凝成無鹽的水，并且將水、鹽和空氣的混合物排放到與連通致冷器的 通道115分離的單獨通道45中。為了將來自鹽水的水蒸發到氣流中，處理部分105引導氣流和鹽水經過室55的端 口 65，以形成圍繞軸線25的至少一個渦流，從而將來自鹽水的水蒸氣蒸發到氣流中。例如， 裝置中的一個或多個處理器可以配置成沿著氣流的方向產生壓降，并且該壓降使液體蒸發 到氣流中。在示例性實施例中，八個處理器中的每一個均可以提供壓降，從而將液體蒸發。 每個處理器中的壓降均可以在0.75至4磅每平方英寸(psi)的范圍內。在一個實施例中， 形成處理部分105的多個室55可以包括不同類型的ν形杯120。這些不同類型的ν形杯 120包括限制性ν形杯102R、三行ν形杯120R3和五行ν形杯120R5。限制性ν形杯120R 可以配置成在其中產生氣流30AF和鹽水35SW的壓降。這增加了在限制性ν形杯120R之 前朝著第一端15的壓力，并且允許氣流30AF保持額外的水蒸氣。處理部分105可以配置 成在分離器部分110之前最大程度使鹽水35SW蒸發。分離器部分110可以配置成防止鹽從用于提供純凈水蒸氣的流出的輸出口 40排 出。在實施例中，處理部分105可以配置成在第二端20之前提供鹽水的另外的蒸發。可以設置一個或多個法蘭125以將處理部分105和分離器部分110分別連接至輸 入本體75和輸出口 40，與將它們相互連接在一起一樣。在不同的實施例中，法蘭125可以 是可移除的，用于清潔或修理脫鹽設備10。在替代性實施例中，法蘭125可以與管殼50 — 體形成，或者可以從脫鹽設備10省去。如圖2和圖3所最佳圖示的那樣，可以在每個室55之間圍繞每個ν形杯120的遠 端(朝著脫鹽設備10的第二端20)設置環135。環135可以由彈性材料形成，起可移除墊 圈的功能。在其它實施例中，室55可以相對于彼此以其它流體緊密的方式形成。參考圖6，示出了一連串的分離器室135。在實施例中，一個或多個分離器室135 可以形成有分隔件140。可以通過每一個分隔件140提供出口 142。在分離器室135中，具 有鹽的水的流動通常沿著路徑145，并且水蒸氣通常沿著路徑150。出口 142的半徑產生了 這些路徑145、150，從而防止鹽進入輸出口 401。具有凸緣40F的輸出口 401的這一結構避 免路徑145、150的混合，并且允許沉積物、鹽和任何其他非蒸汽材料的聚集，以便通過通道 45分別地收集。這些材料經過第二端20，并且可以分別地進行處理。如果在輸出口 401處 沒有凸緣40F，則路徑145內的材料可能會與路徑150混合，從而污染路徑150中的水蒸氣。 現在看圖7，示出了具有用于水蒸氣的輸出口 40的第二端20的透視圖。圖7圖示了用于鹽水和其他污染物的輸出口 45。圖8圖示了脫鹽設備10的橫截面圖。室55示出有出口 122，該出口 122從朝著第 一端15的部分通向隨后的室或者朝著第二端20的分離器部分110。如上所述，可以通過經 由多個端口 65的氣流而在每一個室55中形成渦流。氣流與鹽水和任何水蒸氣一起通過從 朝著第一端15的部分到多行70的通道60，被接收到每個室55中。在行進經過端口 65并 形成渦流之后，氣流經過出口 122繼續朝著第二端20行進。這一結構的典型實施例也可以在圖9中看到。從左至右，沿著與在圖1-圖8中所 示的相同的方向，攜帶鹽水的氣流與任何顆粒物質和蒸汽一起，經過通道60而進入ν形杯 120。接下來，氣流被引導經過多個端口 65以形成渦流。氣流隨后從出口 122出現，用于在 另一個ν形杯120或分離器部分110中處理。圖10圖示了相互處于正交關系的氣流通道 60和行70。可替代地，通道60和行70可以相對于彼此以另一個角度配置。參考圖11，圖示了將朝著第一端15的ν形杯120的橫截面移除的透視圖。從ν形 杯120的內部，能夠看到朝著第二端20的出口 122。另外，示出了端口 65以及用于將氣流 引導到杯120內部的通道60和行70。圖12提供了與圖11相似的ν形杯120的示例圖。 在該圖中，出口 122不可見，但是在ν形杯120的朝著第二端20的端處的槽中設置環130。 圖13是另一個圖，其中在ν形杯120內朝著第一端15觀察橫截面圖。在圖13中示出了通 向端口 65的通道60和行70。在一個實施例中，ν形杯120可以包括與行70連通的端口 65，如圖14所示。看圖15，并且在一個實施例中，可以設置內部軌道155，以從通道60供給切向的通 道70。由于這一結構，可以設置具有五行或三行端口 65的較低阻力的ν形杯120。在圖16中圖示了限制性ν形杯120R。在圖17-圖19中圖示了三行ν形杯120R3。 在圖20和22中圖示了五行ν形杯120R5。圖22是具有出口 142的分隔件140的透視圖，所述分隔件140具有用于防止水蒸 氣與分離室中的其它流體和材料混合并回流的凸緣。現在參考圖23，示出了涉及鹽水的脫鹽的示例性方法2300。方法2300可以包括 2305，在比周圍大氣壓力高的壓力下將氣流提供至脫鹽設備。方法2300可以進一步包括 2310，在比周圍大氣壓力高的壓力下將鹽水提供至脫鹽設備。方法2300還可以包括2315， 在氣流中形成渦流，以從鹽水蒸發水蒸氣。方法2300可以包括2320，將氣流中的水蒸氣提 供至冷凝器，從而獲得純凈水。在實施例中，方法2300可以包括形成渦流在室中發生。例如，這可以包括在將氣 流中的水蒸氣提供至冷凝器之前，在相互串聯的多個室中形成多個旋渦。方法2300還可以包括調節到脫鹽裝置的氣流的流量。可以在大約SOpsi的壓力 下提供進入脫鹽設備的氣流。可以在大約10至50cfm的容量下提供進入脫鹽設備的氣流。 可以在大約100°至150 溫度下提供進入脫鹽設備的氣流。方法2300還可以包括調節到進入脫鹽裝置中的鹽水的流量。可以在大約比氣 流壓力大5至IOpsi的壓力下提供進入脫鹽設備的鹽水，從而提供壓力差，以允許鹽水進入 氣流。利用上面指定的規范，例如，脫鹽設備可以從純凈水蒸氣提供至少IOml每分鐘的水。 然而，脫鹽設備可以從純凈水蒸氣提供至少13. 5ml每分鐘的水。
權利要求
1.一種脫鹽設備，包括彼此相對的第一端和第二端，在所述第一端與所述第二端之間的線形成軸線，且所述 第一端形成用于接收從中通過的并且在比周圍大氣壓力高的壓力下的氣流的至少一個端 口，所述第一端形成用于接收從中通過的并且在比所述周圍大氣壓力高的壓力下的鹽水的 至少一個端口，所述第二端形成用于提供純凈水蒸氣的流出的至少一個輸出口，并且所述 第二端形成用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出的至少一個輸出口 ；以及在所述第一端與所述第二端之間延伸的至少一個管殼，所述管殼圍繞用于將鹽水蒸發 到所述氣流中的多個室，至少一個所述室形成與所述第一端和所述第二端之間的所述軸線 大致平行地布置的多個通道，同時形成從所述通道的多個端口，并且所述端口布置在大致 相互平行且與所述第一端和所述第二端之間的所述軸線大致垂直的多行中。
2.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中所述第一端包括輸入本體，所述輸入本體具 有氣流連接器、流體連接器和閥門組件，其中所述氣流連接器配置成接收用于向所述氣流 連接器提供所述氣流的管子，其中所述流體連接器配置成接收用于向所述流體連接器提供 鹽水的管子，并且其中所述閥門組件配置成調節向所述閥門組件提供的鹽水的流量。
3.根據權利要求2所述的脫鹽設備，其中所述氣流連接器配置成以大約SOpsi的壓力 提供氣流。
4.根據權利要求2所述的脫鹽設備，其中所述氣流連接器配置成以大約10至50cfm的容量提供氣流。
5.根據權利要求2所述的脫鹽設備，其中所述氣流連接器配置成以大約100°至 150下的溫度提供氣流。
6.根據權利要求2所述的脫鹽設備，其中所述流體連接器配置成以比所述氣流的壓力 大大約5至IOpsi的壓力提供所述鹽水，從而提供壓力差，以允許鹽水進入所述氣流。
7.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中所述第二端從所述純凈水蒸氣中提供至少 IOml每分鐘的水。
8.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中所述第二端從所述純凈水蒸氣中提供至少 13. 5ml每分鐘的水。
9.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中用于提供所述純凈水蒸氣的流出的所述至少 一個輸出口包括氣流連接器，其被配置成將所述水蒸氣提供至與致冷器連通的通道，以將 所述水蒸氣冷凝成無鹽的水。
10.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出的所 述至少一個輸出口配置成將所述混合物提供至分離器瓶，以將所述混合物進一步處理成無 鹽的水。
11.根據權利要求1所述的脫鹽設備，其中所述至少一個管殼包括彼此相互流體連通 的處理部分和分離器部分，所述處理部分配置成接收來自所述第一端的氣流和鹽水，且所 述處理部分配置成在所述分離器部分之前使至少一部分所述鹽水蒸發，所述分離器部分配 置成將水蒸氣排放至與致冷器連通的通道，以將所述水蒸氣冷凝成無鹽的水，并且將與連 通所述致冷器的所述通道分離的水、鹽和空氣的混合物排出。
12.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中所述處理部分引導所述氣流和所述鹽水經 過所述室的所述端口，以形成圍繞所述軸線的至少一個渦流，以便將來自所述鹽水的水蒸氣蒸發到所述氣流中。
13.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中形成所述處理部分的所述多個室包括不同 類型的杯，并且所述不同類型的杯包括限制性ν形杯、三行ν形杯和五行ν形杯。
14.根據權利要求13所述的脫鹽設備，其中所述限制性ν形杯配置成在其中產生所述 氣流和所述鹽水的壓降，從而增加在所述限制性ν形杯之前朝著所述第一端的壓力，并且 允許所述氣流保持額外的水蒸氣。
15.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中所述處理部分和所述分離器部分每一個均 配置成在所述多個室的至少一個室中產生大約0. 75至4psi的壓降。
16.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中所述處理部分配置成在所述分離器部分之 前最大程度使所述鹽水蒸發。
17.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中所述分離器部分配置成防止鹽從用于提供 純凈水蒸氣的流出的所述至少一個輸出口排出。
18.根據權利要求11所述的脫鹽設備，其中所述處理部分配置成在所述第二端之前提 供所述鹽水的另外的蒸發。
19.一種方法，包括在比周圍大氣壓力高的壓力下將氣流提供至脫鹽設備；在比周圍大氣壓力高的壓力下將鹽水提供至所述脫鹽設備；在所述氣流中形成渦流，以從所述鹽水中蒸發水蒸氣；以及將所述氣流中的所述水蒸氣提供至冷凝器，從而獲得純凈水。
20.根據權利要求19所述的方法，其中形成所述渦流在室中發生。
21.根據權利要求19所述的方法，進一步包括在將所述氣流中的所述水蒸氣提供至所 述冷凝器之前，在相互串聯的多個室中形成多個渦流。
22.根據權利要求19所述的方法，進一步包括調節到達所述脫鹽設備的所述鹽水的流量。
23.根據權利要求19所述的方法，其中進入所述脫鹽設備的所述氣流具有大約SOpsi 的壓力。
24.根據權利要求19所述的方法，其中進入所述脫鹽設備的所述氣流具有大約10至 50cfm的容量。
25.根據權利要求19所述的方法，其中進入所述脫鹽設備的所述氣流具有大約100° 至150 溫度。
26.根據權利要求19所述的方法，其中進入所述脫鹽設備的所述鹽水具有比所述氣流 的壓力大大約5至IOpsi的壓力，從而提供壓力差，以允許所述鹽水進入所述氣流。
27.根據權利要求19所述的方法，其中所述脫鹽設備從所述純凈水蒸氣中提供至少 IOml每分鐘的水。
28.根據權利要求19所述的方法，其中所述脫鹽設備從所述純凈水蒸氣中提供至少 13. 5ml每分鐘的水。
全文摘要
公開了一種脫鹽設備，以及涉及脫鹽的方法。在實施例中，脫鹽設備包括用于接收從中經過的氣流的至少一個端口，用于接收從中經過的鹽水的至少一個端口，用于提供純凈水蒸氣的流出的至少一個輸出口，和用于提供水、鹽和空氣的混合物的流出的至少一個輸出口；以及用于將鹽水蒸發到所述氣流中的多個室，至少一個所述室形成布置在多行中的多個端口。在實施例中，方法包括將氣流提供至脫鹽設備；將鹽水提供至脫鹽設備；在氣流中形成渦流，以從鹽水蒸發水蒸氣；以及將氣流中的水蒸氣提供至冷凝器，從而獲得純凈水。
文檔編號B01D21/26GK102137701SQ200980131778
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月11日 優先權日2008年8月13日
發明者凱利·P·洛克, 小布魯斯·E·納度 申請人:萊特塞德股份有限公司