本發(fā)明涉及用于凈化流體的方法及設備，尤其涉及在流體凈化中比較有用的蒸發(fā)/冷凝單元以及采用這些單元的淡化/凈化方法。

背景技術：

全球淡水日益短缺。淡水消耗以比經濟增長更快的速率增長，然而傳統淡水供應的可用性本質上已不變。地球上的97％的水以咸水的形式存在。因此，對解決全球淡水短缺而言，尋找節(jié)能且環(huán)保的淡化方法是重要的挑戰(zhàn)。

最近，對改進淡化技術的嘗試已集中在對已有技術的逐步改進上。一般地說，存在兩大類淡化技術。第一類是膜基技術，例如，使海水穿過選擇性膜的反滲透法。第二類淡化技術是熱/蒸發(fā)技術，例如，利用蒸餾來凈化水的多級閃蒸和多效加濕法。

使用至今的這兩類技術具有包括高設置/運行成本、高能量輸入需求和/或產生污染在內的顯著缺點。

除了海水淡化之外，此類技術還用于清潔污水。許多產業(yè)使用水作為原材料而導致水污染。此類產業(yè)實例包括采礦/選礦、化學加工和精煉、石油精煉、釀酒、包括水力壓裂的原油/天然氣提取。清潔在這些類型產業(yè)中被污染的水通常是昂貴的，并且與淡化一樣也需要高等級的能量輸入。

試圖降低熱/蒸發(fā)凈化技術的能量需求，已經開發(fā)出了使用廢熱和/或諸如太陽能等替代能源的方法。

此外，已試圖開發(fā)“低溫”凈化方法，其中，通過使用減壓或破碎水來產生液滴以使蒸發(fā)速率最大，從而在100℃以下的溫度下蒸餾水。

許多蒸發(fā)方法已著眼于使用噴嘴以實現破碎。已發(fā)現在此類方法中噴嘴的使用因若干個原因而成問題。例如，以這種方式使用的噴嘴通常容易被腐蝕或結垢。因需要更換受損噴嘴而增加了運行成本。此外，穿過噴嘴的流體的阻力的增大意味著需要更高的能量來將流體泵送穿過噴嘴。

此外，“低溫”凈化技術基于被動淡化的“太陽能蒸餾器”概念。然而，“低溫”凈化技術在規(guī)模上限于每天最多生產幾百公升的清潔流體。

WO02/09837公開了低溫流體凈化系統的實例。文獻中所公開的方法使用外部熱源來加熱所輸入的海水。該方法必須使用高成本獲取和操作的低壓腔。

另一個已知低溫流體凈化系統是Mage-TiNOX(http://www.mage-watermanagement.com/)。該系統是太陽能供電的多效加濕淡化技術。不利的是，該技術需要重且昂貴的金屬壓力容器。

因此，仍然需要這樣的低溫流體凈化技術：該技術解決并理想地克服了一些或全部上述問題以及現有流體凈化系統的已知其他缺點。

技術實現要素：

根據第一方面，本發(fā)明提供一種用于凈化流體的設備，該設備包括蒸發(fā)單元和冷凝單元，

其中，所述蒸發(fā)單元包括：蒸發(fā)單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；污染流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；廢物出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個豎向隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分，并均限定蒸發(fā)區(qū)域的上限，其中，每個蒸發(fā)區(qū)域均設置有流體蒸汽出口；

所述冷凝單元包括：冷凝單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；冷凝流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；冷凝流體出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個豎向隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分，并均限定冷凝區(qū)域的上限，每個冷凝區(qū)域均設置有流體蒸汽入口；

最上面蒸發(fā)區(qū)域的所述流體蒸汽出口與最下面冷凝區(qū)域的所述流體蒸汽入口連接，并且

最下面蒸發(fā)區(qū)域的所述流體蒸汽出口與最上面冷凝區(qū)域的所述流體蒸汽入口連接。

在優(yōu)選實施例中，多個蒸發(fā)區(qū)域在不同溫度下運行，使得最上面蒸發(fā)區(qū)域在最高溫度下運行且最下面蒸發(fā)區(qū)域在最低溫度下運行。類似地，多個冷凝區(qū)域在不同溫度下運行，使得最上面冷凝區(qū)域在最低溫度下運行且最下面冷凝區(qū)域在最高溫度下運行。

根據第二方面，本發(fā)明提供了一種用于凈化流體的設備，該設備包括蒸發(fā)單元和冷凝單元，

其中，所述蒸發(fā)單元包括：蒸發(fā)單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；污染流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；廢物出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個間隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分并均限定蒸發(fā)區(qū)域的上限，其中，每個蒸發(fā)單元均設置有流體蒸汽出口；

所述冷凝單元包括：冷凝單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；冷凝流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；冷凝流體出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個間隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分并均限定冷凝區(qū)域的上限，每個冷凝區(qū)域均設置有流體蒸汽入口；

多個蒸發(fā)區(qū)域在彼此不同的溫度下運行，而多個冷凝區(qū)域在彼此不同的溫度下運行，

在最高溫度下運行的所述蒸發(fā)區(qū)域的所述流體蒸汽出口與在最高溫度下運行的所述冷凝區(qū)域的所述流體蒸汽入口連接，并且

在最低溫度下運行的所述蒸發(fā)區(qū)域的所述流體蒸汽出口與在最低溫度下運行的所述冷凝區(qū)域的所述流體蒸汽入口連接。

在該方面的優(yōu)選實施例中，所述最上面蒸發(fā)區(qū)域在最高溫度下運行，而所述最下面蒸發(fā)區(qū)域在最低溫度下運行，并且所述最上面冷凝區(qū)域在最低溫度下運行，而所述最下面冷凝區(qū)域在最高溫度下運行。

在這兩個方面的優(yōu)選實施例中，在第二高溫度下運行的蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽出口與在第二高溫度下運行的冷凝區(qū)域的流體蒸汽入口連接，而在第二低溫度下運行的蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽出口與在第二低溫度下運行的冷凝區(qū)域的流體蒸汽入口連接?？梢詾槿我鈹盗康膮^(qū)域采用該互聯系統(基于匹配溫度或基于相反高度順序)。

根據第三方面，本發(fā)明涉及一種用于凈化流體的方法，該方法包括：

設置蒸發(fā)單元，所述蒸發(fā)單元包括：蒸發(fā)單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；污染流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；廢物出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個間隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分并均限定蒸發(fā)區(qū)域的上限；

設置冷凝單元，所述冷凝單元包括：冷凝單元腔室，其具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁；冷凝流體入口，其位于所述上部區(qū)域中；冷凝流體出口，其位于所述下部區(qū)域中；以及多個間隔開的破碎板，其均橫跨腔室寬度的至少一部分并均限定所述冷凝區(qū)域的上限；

將污染流體供應至所述蒸發(fā)單元的所述污染流體入口，并允許所述污染流體流動穿過所述蒸發(fā)單元腔室，以變?yōu)橹辽俨糠直徽舭l(fā)；

在彼此不同的溫度下操作多個蒸發(fā)區(qū)域，并在彼此不同的溫度下操作多個冷凝區(qū)域；

將來自在最高溫度下運行的所述蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽供應至在最高溫度下運行的所述冷凝區(qū)域；

將來自在最低溫度下運行的所述蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽供應至在最低溫度下運行的所述冷凝區(qū)域；

將冷凝流體供應至所述冷凝單元的所述冷凝流體入口，并允許所述冷凝流體流動穿過所述冷凝單元腔室，從而導致蒸發(fā)流體變?yōu)橹辽俨糠直焕淠?；并?/p>

從所述冷凝單元腔室中取出所述冷凝流體。

在方法的優(yōu)選實施例中，最上面蒸發(fā)區(qū)域在最高溫度下運行，而最下面蒸發(fā)區(qū)域在最低溫度下運行，并且所述最上面冷凝區(qū)域在最低溫度下運行，而最下面冷凝區(qū)域在最高溫度下運行。

因此，至少在方法的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供了在凈化流體中使用的包括腔室的蒸發(fā)單元，該腔室構造成使得：當使用單元時，腔室具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁，腔室還包括位于上部區(qū)域中的污染流體入口、位于下部區(qū)域中的廢物出口、流體蒸汽出口和橫跨腔室的至少一部分的至少一個破碎板，該破碎板包括破碎裝置。

對低能耗流體凈化技術的設計改進的主要挑戰(zhàn)是需要在不輸入大量能量且不使用低壓的情況下可靠地蒸發(fā)液體。本文所述主題的發(fā)明人已開發(fā)出能夠實現該目標的蒸發(fā)單元。與某些現有技術方法一樣，通過破碎流體來實現蒸發(fā)。然而，在本發(fā)明的蒸發(fā)單元中，通過允許流體流動穿過設置在破碎板中的破碎裝置并下落穿過腔室而造成蒸發(fā)，來簡單地實現破碎；因此，在不需要在低壓下操作腔室且不需要使用噴嘴的情況下，有利地實現破碎。

至少在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供了一種凈化流體的方法，包括：

設置蒸發(fā)單元，該蒸發(fā)單元包括具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁的腔室，并包括橫跨腔室的至少一部分的破碎板，該破碎板包括破碎裝置，

將具有比流體沸點低約30℃的溫度的污染流體供應到所述腔室中及至少一個破碎板的上表面上，

允許污染流體流動穿過破碎裝置并向下穿過腔室，從而導致流體變?yōu)橹辽俨糠直徽舭l(fā)，并且

從腔室中提取已蒸發(fā)的流體蒸汽。

如本文所使用的那樣，術語“流體”用于涵蓋任意液體物質。在本發(fā)明的實施例中，流體可以是水。

術語“污染”用于限定含有雜質的流體，可以使用蒸餾法使雜質與流體分離。在本發(fā)明的實施例中，雜質可以溶解或懸浮在流體中。可以使用本發(fā)明的實施例來凈化的污染流體的實例包括海水、咸水、苦咸水、廢水和灰水。

熱污染流體被供應到破碎板的上表面上。可以使用任意合適的加熱源加熱污染流體。在優(yōu)選實施例中，利用太陽能、廢熱和/或余熱加熱污染流體?？梢栽诶缁剂习l(fā)電或核能發(fā)電等工業(yè)過程中產生作為副產物的廢熱和/或余熱。可以例如借助于熱交換器來直接或間接地加熱污染流體。

在本發(fā)明的實施例中，腔室中的壓力是大氣壓力，和/或熱污染流體僅在重力作用下(即，不需要任何機械輔助)流動穿過破碎裝置。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，腔室還包括熱空氣入口。流入到腔室中且穿過下落穿過腔室的破碎流體的熱空氣(其本身可以包括小比例的流體蒸汽)有助于破碎流體的蒸發(fā)。當熱空氣入口位于腔室的下部區(qū)域中時，因為熱空氣因對流而上升穿過腔室，從而產生阻礙破碎流體流動的逆流，所以提高了蒸發(fā)速率。可以使用對本領域的技術人員而言已知的任意裝置(包括風扇)來將熱空氣泵送到腔室中。在替代實施例中，可以不加熱空氣。

當從上方觀察時，存在的一個、一些或所有破碎板可以具有任意形狀(例如，它們可以為圓形、正方形、多邊形)或具有任意厚度(例如，≤約1mm，≤約2mm，≤約5mm)。所采用的一個、一些或所有破碎板可以由阻礙蒸發(fā)過程的任意材料(例如，鋼、鋁、塑料)形成和/或設置有上翹邊緣。

可以在本發(fā)明的腔室中采用任意數量的破碎板。優(yōu)選地使用多個(例如，可以使用在1、2或3至4、5、6、7、8以上的范圍內的數量)破碎板。在某些實施例中，所使用的破碎板的數量在2至7或3至5的范圍內。

每個破碎板均限定蒸發(fā)區(qū)域的上限。因此，對包括單個破碎板的實施例而言，存在從破碎板向下延伸的單個蒸發(fā)區(qū)域。在包括多個破碎板的蒸發(fā)單元中，最上面蒸發(fā)區(qū)域的上端將由最上面破碎板限定，而其下端將由第二高破碎板限定。

蒸發(fā)區(qū)域的高度將隨破碎板之間的間隔變化而變化。蒸發(fā)區(qū)域的高度越高，下落穿過蒸發(fā)區(qū)域的破碎流體的速度越快。因此，空氣速度的變化能夠以較低能源成本實現與降低氣壓的效果類似的效果。

通過使用空氣的質量/體積與流體流量之間的焓守恒概念來計算相對溫度、空氣流量和區(qū)段尺寸，該焓守恒概念涉及使用標準的計量(psychometric)計算裝置(例如，http://www.psychrometric-calculator.com/HumidAirWeb.aspx)。

在本發(fā)明的實施例中，蒸發(fā)區(qū)域具有從約75cm至約200cm的高度。

為了使蒸發(fā)單元的使用者能夠修改穿過腔室的破碎流體的速度，一個、一些或所有破碎板的位置和/或高度可以是可變的。在實施例中，所有破碎板的高度/位置可以是可變的。作為選擇，可以固定最下面和/或最上面破碎板，而一些或所有其他破碎板的高度/位置可以是可變的。

可以優(yōu)選地將蒸發(fā)區(qū)域保持在不同溫度下。因此，在本發(fā)明的實施例中，一個、一些或所有蒸發(fā)區(qū)域設置有溫度控制裝置。另外或作為選擇，可以通過調節(jié)進入到整個腔室或進入到一些或所有獨立蒸發(fā)區(qū)域中的熱空氣的溫度和/或流量來控制蒸發(fā)區(qū)域中的溫度?？梢酝ㄟ^使用一系列泵和/或風扇來實現上述內容。

可以設想到，在存在多個蒸發(fā)區(qū)域的蒸發(fā)單元的運行中，由于對流的影響，最上面蒸發(fā)區(qū)域將在較高溫度下運行，而較低蒸發(fā)區(qū)域將在較低溫度下運行。因此，在此類實施例中，最上面蒸發(fā)區(qū)域可以在約60℃或約70℃至約80℃或約90℃的溫度下運行，而最下面蒸發(fā)區(qū)域可以在約40℃或約50℃至約60℃或約70℃的溫度下運行。最上面蒸發(fā)區(qū)域與最下面蒸發(fā)區(qū)域之間的蒸發(fā)區(qū)域(如果存在的話)可以在最上面蒸發(fā)區(qū)域的運行溫度與最下面蒸發(fā)區(qū)域的運行溫度之間的溫度下運行。

還可以設想的是，在存在多個蒸發(fā)區(qū)域的蒸發(fā)單元的運行中，最上面蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽含量將高于最下面蒸發(fā)區(qū)域的流體蒸汽含量。最上面蒸發(fā)區(qū)域與最下面蒸發(fā)區(qū)域之間的蒸發(fā)區(qū)域(如果存在的話)可以具有最上面蒸發(fā)區(qū)域的蒸汽含量與最下面蒸發(fā)區(qū)域的蒸汽含量之間的蒸汽含量。

設置在一個、一些或所有破碎板中的破碎裝置優(yōu)選地包括貫穿破碎板的開口。這些開口(當從上方觀察時)可以具有任意形狀，例如，圓形、正方形、矩形、星形、其他多邊形或它們的混合。開口可以設置為規(guī)則或不規(guī)則的圖案。

開口的尺寸優(yōu)選地定為使要蒸發(fā)的流體的破碎最大化。例如，開口的平均直徑可以在約0.5mm、約1mm、約1.5mm至約5mm、約7.5mm或約10mm的范圍內。另外或作為選擇，開口的平均面積在約1mm、約2mm、約3mm至約10mm、約15mm或約20mm的范圍內。

在上述開口的替代實施例中，一個或多個破碎板設置有邊緣，邊緣的上沿設置有圍繞其周部的一系列凹口。凹口優(yōu)選地構造成使進入到蒸發(fā)室中的流體均勻分布。為了形成流體的均勻分布，優(yōu)選的是，破碎板是大致水平化的(即，水平的)。為了實現這點，優(yōu)選地為破碎板設置水平調節(jié)系統，以便于在安裝單元時準確找平。在優(yōu)選布置中，設置有調節(jié)螺釘，優(yōu)選地圍繞破碎板設置有以120°的間隔隔開的三個螺釘。

凹口(當從側面觀察時)可以具有任意形狀，例如，圓形、正方形、矩形、星形、其他多邊形或它們的混合。開口可以設置為規(guī)則或不規(guī)則的圖案，并且尺寸應優(yōu)選地定為不超過破碎板的邊緣高度的25％。

為了進一步使破碎最大化，一個、一些或所有蒸發(fā)區(qū)域可以設置有破碎體。這種破碎體的實例包括拉西環(huán)(Raschig ring)等。破碎體優(yōu)選地由諸如塑料、陶瓷或不銹鋼等電化學惰性材料形成。在一些實施例中，存在的破碎體通過聯接或安裝在腔室的壁部中或通過設置在例如電化學惰性支撐柵格等支撐部上而被支撐。

在本發(fā)明的各方面中采用的破碎板優(yōu)選地為是大致平面的，并具有超過厚度至少五倍的寬度。破碎板具有優(yōu)選地為大致平坦的上表面。然而，也可以采用上表面稍微下凹、凸出等的布置。

如上文相對于具有帶凹口邊緣的破碎板的實施例所述的那樣，優(yōu)選的是，每個破碎板均是大致水平的。這適用于所有類型的破碎板，并確保單元的最佳性能。然而，如下文討論的那樣，假定一些實施例在水平的某個公差內，則這些實施例可以適當地工作。

在本發(fā)明的蒸發(fā)單元中使用的一個、一些或所有破碎板優(yōu)選地具有與腔室的縱軸大致垂直的平面。本文所使用的術語“大致垂直”指的是：破碎板的平面與垂直于腔室縱軸的水平面偏離不超過20°，或更優(yōu)選地不超過10°、5°或2°。

在存在多個破碎板的情況下，優(yōu)選的是，至少兩個破碎板的平面是大致平行的。在某些實施例中，在蒸發(fā)單元中存在的所有破碎板的平面是大致平行的。本文所使用的術語“大致平行”指的是：破碎板的平面變化不超過20°，或更優(yōu)選地不超過10°、5°或2°。

為了使來自腔室的下部區(qū)域的熱空氣的逆流能夠阻礙向下穿過腔室的熱污染流體，破碎板優(yōu)選地橫跨腔室直徑的一部分而不是整個腔室直徑。因此，在本發(fā)明的實施例中，一個、一些或所有破碎板可以延伸腔室直徑的至少約50％、至少約60％、至少約70％或至少約80％。

另外或作為選擇，一個、一些或所有破碎板可以部分或全部延伸橫跨腔室，并可以包括蒸汽通道。

這點的一個例外可能是最上面破碎板(即，其最鄰近污染流體入口)，該最上面破碎板在一些實施例中可以延伸橫跨整個腔室和/或不設置有蒸汽通道。

一個替代實施例是對除最上面破碎板之外的所有破碎板使用多孔板或格柵。該實施例有利于向空氣流提供較低阻力。

本發(fā)明的蒸發(fā)單元中所包括的破碎板優(yōu)選地位于腔室中，使得經由污染流體入口進入腔室的流體被直接傳送或容易地被引導至最靠近的破碎板的上表面。因此，在本發(fā)明的一些實施例中，腔室的從污染流體入口向下延伸的縱軸穿過最接近污染流體入口的破碎板(并且在某些實施例中，穿過所有存在的破碎板)。

在存在多個破碎板的情況下，這些破碎板優(yōu)選地設置為使得一些(并非全部)污染流體可以從一個破碎板直接下落到另一個破碎板，而無需額外裝置來將污染流體從一個破碎板引導至另一個破碎板。然而，在某些實施例中，腔室的側壁可以設置有流體引導裝置。

因此，在采用多個破碎板的情況下，優(yōu)選的是，當從腔室的上部區(qū)域沿著腔室的縱軸(即，向下穿過腔室)觀察時，至少兩個破碎板(并且更優(yōu)選地是所有破碎板)至少部分重疊、或更優(yōu)選地完全重疊。這種布置可以用于增加空氣流動阻力，因此，可以采用對除了最上面破碎板之外的所有破碎板使用多孔板或格柵的替代實施例，以減小增大的阻力。

在使用本發(fā)明的蒸發(fā)單元期間，可以預料的是，單元的例如破碎板、破碎體和/或腔室本身等部件將被侵蝕或結垢。另外或作為選擇，在某些緊急情況下，流體蒸發(fā)單元的快速運送(例如，通過空運)和快速部署可能是至關重要的。因此，在本發(fā)明的實施例中，蒸發(fā)單元是模塊化的。

例如，存在的一個、一些或所有破碎板和/或破碎體可以與腔室或設置在腔室中的用于安裝或支撐破碎板/破碎體的裝置分離(優(yōu)選地為可手動分離)。以這種方式布置蒸發(fā)單元有利于能夠容易地從單元中移走被侵蝕或結垢的破碎板/破碎體，并用最少的運行停機時間進行替換/除垢。

另外或作為選擇，腔室可以設置為能夠聯接在一起的一系列部件。

雖然本發(fā)明的蒸發(fā)單元的使用將導致大比例的污染供應物蒸發(fā)，但也存在下落穿過腔室進入到下部區(qū)域中的一部分未蒸發(fā)流體。該部分流體中的雜質和污染物的比例將高于污染流體供應物中所存在的雜質和污染物的比例。雖然這將通常防止一部分流體被供應回到污染流體供應物中，但在本發(fā)明的實施例中，蒸發(fā)單元設置有用于使高污染污濁流體供應物(即，具有一定濃度的雜質/污染物且需要防止被供應回到污染流體供應物中的高濃度流體)與污染流體供應物(其可以被供應回到污染流體供應物中)分離的廢物分離裝置。

腔室可以由以下任意材料形成：該材料對使用本發(fā)明的方法而采用的條件和試劑表現出可接受程度的耐受性。有利的是，因為本發(fā)明的方法不需要低壓來有效地發(fā)揮作用，所以蒸發(fā)單元的腔室不需要像現有技術的“低溫”流體凈化方法中所采用的蒸發(fā)單元的腔室那樣堅固(和昂貴)。

腔室的橫截面可以是任意形狀，例如圓形、橢圓形、正方形或矩形。具有圓形橫截面的腔室可以被簡單地制造并具有結構剛性，但也可以在不損失效率的情況下使用其他形狀的腔室。在某些實施例中，腔室的橫截面形狀與位于腔室中的一個、一些或所有破碎板的橫截面形狀大致相同。

在本發(fā)明的實施例中，可以在蒸發(fā)單元中采用高度在約2米與20米之間或約5米至15米的腔室。腔室可以具有從約20cm至約2米或從約50cm至約1米的直徑。

優(yōu)選地從腔室中經由一個或多個流體蒸汽出口抽取本發(fā)明的蒸發(fā)單元中產生的流體蒸汽。流體蒸汽出口優(yōu)選地位于腔室的側壁中和/或優(yōu)選地設置有遮擋部(例如，由Munters DRIFdek形成的塊體)，以防止正在排出的凈化流體蒸汽被污染流體污染。在某些實施例中，每個蒸發(fā)區(qū)域均設置有流體蒸汽出口。

可以在每個蒸發(fā)區(qū)域中設置多個流體蒸汽出口，多個流體蒸汽出口優(yōu)選地定位成與限定蒸發(fā)區(qū)域上限的上破碎板相鄰且位于上破碎板下方。流體蒸汽出口優(yōu)選地圍繞蒸發(fā)室的周部等距地間隔開。多個出口優(yōu)選地為例如2至8之間的數值。出口應被間隔開，以取得使蒸汽抽取最大化與使氣體流動的障礙最小化之間的平衡。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用以60°的間隔間隔開的六個出口。

優(yōu)選地，如上所述，由各個出口抽取的任意破碎流體應為最小或零，以防止交叉污染。為了實現這點，出口優(yōu)選地以大于10°且小于45°的角度向下傾斜。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，選定20°的角度。排氣道的口部應優(yōu)選地位于下側，并可以與標準的商購除水器裝配在一起，以進一步防止流體傳輸。用于防止流體傳輸的更優(yōu)選特征是圍繞出口的上邊緣上裝配小(例如，5mm至10mm)邊緣，以形成防止可能的流體進入出口的外懸部。

來自各個出口的蒸汽優(yōu)選地被抽取到用于向外轉移的圓環(huán)中。

優(yōu)選地將流體蒸汽從蒸汽單元供應至冷凝單元。本領域的技術人員將熟悉可以用于冷凝從本發(fā)明的蒸發(fā)單元得到的流體蒸汽的多種類型的冷凝單元。

然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，優(yōu)選地通過將流體供應到冷凝單元來冷凝蒸發(fā)流體，該冷凝單元包括具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁的冷凝室，并包括橫跨腔室的至少一部分的至少一個破碎板，該破碎板包括破碎裝置，

將冷凝流體供應到所述腔室中及至少一個破碎板的上表面上，

允許冷凝流體流動穿過破碎裝置并向下穿過腔室，從而導致蒸發(fā)流體變?yōu)橹辽俨糠直焕淠?；并?/p>

從腔室中取出冷凝流體。

在本發(fā)明的實施例中，冷凝室中的壓力是大氣壓力，和/或冷凝流體僅在重力作用下(即，不需要任何機械輔助)流動穿過破碎裝置。

冷凝流體是凈化流體(即，已使用凈化設備凈化的流體)或純凈流體(即，得到的具有高等級純度的流體)或它們的混合物。作為實例，在水凈化處理的情況下，冷卻流體可以是已經過淡化處理的水或淡水。

冷凝流體為液態(tài)，并優(yōu)選地具有約0℃、約10℃、約20℃或約30℃至約40℃、約50℃或約60℃的溫度。

冷凝單元可以設置有與本發(fā)明的蒸發(fā)單元相同的結構特征，因此，冷凝單元中可以包括上文所述的蒸發(fā)單元的特征。

例如，冷凝區(qū)域的腔室可以如上所述那樣定尺寸/成形，或可以具有與蒸發(fā)區(qū)域的腔室相同的模塊化構造。破碎板的高度/位置可以如上文討論的那樣是可變的(優(yōu)選地為可手動調節(jié))。

在使用中，流體蒸汽例如經由一個或多個流體蒸汽入口被供應到冷凝室中。液態(tài)的冷凝流體被供應到位于冷凝單元的腔室中的破碎板的上表面上。然后，冷凝流體流動穿過破碎裝置并下落穿過腔室，從而增大冷凝流體的表面積。隨著冷凝流體流動穿過熱流體蒸汽，蒸汽被冷卻，從而使蒸汽冷凝來形成凈化流體。

這又使冷凝流體被加熱，但優(yōu)選地不會蒸發(fā)。優(yōu)選地從腔室中經由凈化流體出口抽取熱冷凝流體以及凈化流體。該凈化流體出口可以位于腔室的下部區(qū)域中。

從冷凝室經由凈化流體出口抽取的流體優(yōu)選地具有小于約100ppm、更優(yōu)選地小于約50ppm且最優(yōu)選地小于約20ppm的總溶解(TDS)含量。

在本發(fā)明的實施例中，從腔室經由凈化流體出口抽取的熱冷凝流體/凈化流體可以用于加熱被供應到蒸發(fā)單元中的污染流體。如果使用熱交換器實現了這點，則冷凝流體/凈化流體混合物的溫度將減小，這意味著冷凝流體/凈化流體混合物可以用作要被供應回到冷凝室的上部區(qū)域中的冷凝流體。另外或作為選擇，可以經由新鮮流體離開管線從系統中抽取冷凝流體/凈化流體混合物的一部分。

冷凝單元的腔室可以設置有能夠位于腔室的上部區(qū)域中的熱空氣出口。在本發(fā)明的實施例中，熱空氣(其可以包含相對低比例的水蒸汽)可以經由熱空氣入口而被供應到蒸發(fā)單元的腔室中。

如上所述，冷凝單元優(yōu)選地具有與蒸發(fā)單元類似的結構。例如，冷凝單元可以包括具有如上所述構造的破碎裝置的多個破碎板。冷凝區(qū)域的腔室可以包括如上文所討論的那樣能夠優(yōu)選地設置在蒸發(fā)區(qū)域的腔室中的一定數量的破碎板。破碎板如上文所討論的那樣優(yōu)選地位于/成角度地設置在冷凝單元的腔室中。

破碎板將均限定向下延伸的區(qū)域(為了清晰起見，在本文中將稱為冷凝區(qū)域)。

冷凝區(qū)域還可以設置有如上所述的破碎體，并且流體蒸汽入口可以設置有也如上所述的遮擋部。

在優(yōu)選實施例中，從定位在各個蒸發(fā)區(qū)域中的流體蒸汽出口延伸的流體蒸汽供應部將與被確定為使蒸發(fā)和冷凝最大化的特定冷凝區(qū)域聯接。更具體地說，從各蒸發(fā)區(qū)域抽取的蒸汽將在溫度和流體蒸汽含量方面變化。通常來說，朝向蒸汽單元的腔室上端的蒸發(fā)區(qū)域將處于較高溫度，并且從這些腔室抽取的蒸汽比從該腔室下方的腔室抽取的蒸汽承載有更多的流體蒸汽。在冷凝室中，朝向腔室上部的冷凝區(qū)域將在較低溫度下運行，而朝向冷凝單元的腔室下部的冷凝區(qū)域將較暖。

已經發(fā)現：通過將從最上面蒸發(fā)區(qū)域(蒸發(fā)區(qū)域中的在最高溫度下運行的蒸發(fā)區(qū)域)抽取的蒸汽供應到冷凝室最下部處的冷凝區(qū)域(冷凝區(qū)域中的在最高溫度下運行的冷凝區(qū)域)中，來實現最佳結果。當從最下面蒸發(fā)區(qū)域(蒸發(fā)區(qū)域中的在最低溫度下運行的蒸發(fā)區(qū)域)抽取的蒸汽被供應到最上面冷凝區(qū)域(冷凝區(qū)域中的在最低溫度下運行的冷凝區(qū)域)中時，也可以實現最佳結果。該互連系統可被持續(xù)用于任意數量的額外蒸發(fā)/冷凝區(qū)域。例如，第二熱(且第二高)蒸發(fā)區(qū)域可以與第二低(且第二熱)冷凝區(qū)域連接，而第二冷(且第二低)蒸發(fā)區(qū)域可以與第二高(且第二冷)冷凝區(qū)域連接。

可以看到的是，本發(fā)明不僅提供克服了現有技術的問題的蒸發(fā)單元，而且還提供高效發(fā)揮作用且具有與蒸發(fā)單元類似的優(yōu)點(尤其是當與蒸發(fā)單元一起使用時)的冷凝單元。

因此，根據至少優(yōu)選實施例，本發(fā)明提供了在凈化流體中使用的包括冷凝室的冷凝單元，冷凝室構造成使得：當使用單元時，腔室具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁，腔室還包括位于上部區(qū)域中的冷凝流體入口、位于下部區(qū)域中的凈化流體出口、流體蒸汽入口和橫跨腔室的至少一部分的至少一個破碎板，該破碎板包括破碎裝置。

根據另一個優(yōu)選方面，本發(fā)明提供一種凈化流體的方法，包括：

設置冷凝單元，該冷凝單元包括具有上部區(qū)域、下部區(qū)域和側壁的冷凝室，并包括橫跨腔室的至少一部分的至少一個破碎板，該破碎板包括破碎裝置，

將蒸發(fā)流體供應到冷凝室中，

將冷凝流體供應到所述腔室中及至少一個破碎板的上表面上，

允許冷凝流體流動穿過破碎裝置并向下穿過腔室，從而導致蒸發(fā)流體變?yōu)橹辽俨糠直焕淠?；并?/p>

從腔室中取出冷凝流體。

在本發(fā)明的這些方面中，冷凝室可以如上文所述那樣構造和建造。

如本領域的技術人員將認識到的那樣，在使用中，可以手動操作或可以利用控制系統操作本發(fā)明的所有方面的設備和方法。因此，根據本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，提供了一種用于控制本發(fā)明的所有方面的單元和方法的控制系統。

根據本發(fā)明的額外優(yōu)選方面還提供了數據載體，該數據載體包括用于控制控制系統的計算機可讀指令，該控制系統用于控制本發(fā)明的所有方面的單元和方法。

附圖說明

現在，僅參考附圖通過舉例來進一步描述本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的蒸發(fā)單元的截面圖；

圖2是從根據優(yōu)選實施例的本發(fā)明的蒸發(fā)單元的腔室的縱軸向下看的視圖；

圖3是圖2的實施例的蒸發(fā)室上部的截面圖；

圖4是示出了根據優(yōu)選實施例的破碎板的邊緣的一部分的側視圖；

圖5是本發(fā)明的流體凈化系統的視圖；

圖6是根據本發(fā)明的替代實施例的蒸發(fā)單元的截面圖；以及

圖7是蒸發(fā)室中部的截面圖，示出了空氣抽取部位。

具體實施方式

在圖1中，示出了蒸發(fā)單元(10)。蒸發(fā)單元包括腔室(12)，該腔室(12)具有位于其上部區(qū)域(16)處的污染流體供應部(14)。

與其他淡化或流體處理系統相比，腔室(10)尺寸定為具有12米的高度，以允許：集裝箱化，以便于運輸(用標準的40英尺集裝箱)；以及快速安裝，以在緊急情況下快速部署。

蒸發(fā)單元的上區(qū)段構造為可拆卸組件，使得可以從裝置中提起破碎體(22)和最上面破碎板(18')以進行外部除垢。腔室的該最上部中出現最大量的水垢，因此，容易從腔室的這部分中移走部件將允許：用外部動力清洗填充介質，并由此以環(huán)保的方式快速且低成本地進行除垢，從而縮短通常與該活動相關的停機時間。

腔室被分成由破碎板(18)限定上端的五個蒸發(fā)區(qū)域(20)。在所示實例中，雖然僅在最上面蒸發(fā)區(qū)域中示出破碎體，但所有蒸發(fā)區(qū)域都包含例如拉西環(huán)等破碎體(22)。

可以從僅包括單個蒸發(fā)區(qū)域(20)的蒸發(fā)單元中得到可接受的結果，但當存在多個蒸發(fā)區(qū)域(20)時，能夠觀察到改善的性能。

腔室(10)的下部區(qū)域(24)處設置有熱空氣入口(26)。

在使用中，經由供應部(14)向蒸發(fā)單元(10)供應暖流體或熱流體。流體(28)被供應到內部設置有開口的最上面破碎板(18')的上表面上。存在的破碎板(18)可以具有圓形、正方形或矩形形狀或其他形狀。破碎板中的開口可以具有可變直徑，并設置為規(guī)則或不規(guī)則的圖案，或具有不同的尺寸、形狀和構造。

被供應到最上面破碎板(18')上的熱流體(28)流動穿過破碎開口，并產生液體的熱液滴，該熱液滴因重力而下落穿過腔室(10)。液滴通過與諸如電化學惰性隨機填充材料等破碎體(22)接觸來進一步破碎成更小的液滴。這種材料可以是塑料、陶瓷或不銹鋼拉西環(huán)。破碎體的選擇取決于要凈化的流體的類型和操作溫度。破碎體(22)可以被電化學惰性支撐柵格支撐，該電化學惰性支撐柵格允許流體液滴進入到下個區(qū)段中。

同時，熱空氣經由熱空氣入口(26)被風扇泵送到腔室(10)中，并被送到腔室(10)的下部區(qū)域(24)中。熱空氣穿過熱流體液滴造成蒸發(fā)，從而使具有流體蒸汽的空氣在不同溫度下飽和。

殘余濃縮污染物被收集在腔室底部處，以經由廢物出口(30)被最終排出。

為了使蒸發(fā)最大化，通過構造且優(yōu)化各區(qū)域(20)的高度來使穿過蒸發(fā)區(qū)域(20)的空氣速度變化，從而調節(jié)在風扇的相同輸入功率作用下空氣/蒸汽混合物必須通過的體積。因此，空氣速度的變化能夠以較低能源成本實現與降低氣壓的效果類似的效果。

已蒸發(fā)的流體可以經由一系列流體蒸汽出口(32)從腔室中排出，并經由流體蒸汽管線(34)被運走。在腔室(10)中的出口處放置有諸如由Munters DRIFdek或類似材料形成的塊體等遮擋部(36)，以防止空氣/蒸汽流中的液滴的任意交叉污染，并且還防止任意其他可能的污染問題(例如，軍團桿菌)。如可以看到的那樣，每個蒸發(fā)區(qū)域(20)的上端均設置有蒸汽流體出口(32)。

在圖2中，提供沿著腔室縱軸穿過腔室的俯視圖。在該布置中，腔室(10)和破碎板(18)這兩者均為圓形。在下破碎板(18)定位在最上面破碎板(18)正下方時，僅最上面破碎板(18')是可見的。換句話說，最上面破碎板(18)與下破碎板(18)完全重疊。

破碎板(18)部分地(而非完全地)延伸橫跨腔室(10)，以使熱空氣能夠向上流動。為了進一步實現這點，破碎板(18)設置有蒸汽通道(38)。熱流體從污染流體供應部(14)經由破碎板(14')基部中的管道被向上泵送到最上面破碎板上。借助于圍繞破碎板以120°的間隔定位的調節(jié)螺釘(21)使破碎板水平。在使用之前利用此類調節(jié)螺釘裝配各破碎板并使破碎板水平，以確保流體在塔狀物橫截面區(qū)域上的均勻分布。

在圖3中，示出了破碎板(18)的側視圖，該側視圖示出了破碎板(18)中的熱流體入口和水平調節(jié)螺釘(21)的實際布置。為簡單起見，僅示出一個螺釘，但實際上每個破碎板均具有3個螺釘。

在圖4中，示出了破碎板(18)的一側的一部分的側視圖，以示出沿著上邊緣切割出的凹口的形狀，該凹口有助于將熱流體(28)分配到蒸發(fā)室中。

在圖5中，提供了示出圖1至圖4所示的蒸發(fā)單元與本發(fā)明的冷凝單元一起運行的視圖。冷凝單元構造成與蒸發(fā)單元類似，并且采用在前面加“1”的相應附圖標記。

可以看到的是，被供應到蒸發(fā)單元中的污染流體通過與加熱源(50)熱交換而被加熱，該加熱源(50)可以是來自工業(yè)過程的廢熱或余熱源，或者可以由可替代能源提供。蒸發(fā)室(10)的下部區(qū)域(26)中的污染流體分開進入到已處理且不能夠回收的污濁流體的污染流體供應部(52)以及污染流體供應部(54)污染流體供應部(54)由污染流體補充管線(60)進行補充，并因與經由凈化流體出口(130)離開冷凝室(110)的流體熱交換而被加熱。然后，污染流體供應物經由熱交換器(62)并隨后經由污染流體入口(14)被輸送回到蒸發(fā)室(10)中。

冷凝室(110)中的冷凝區(qū)域(120)被供應有從蒸發(fā)區(qū)域(20)中抽取的流體蒸汽。冷凝流體被供應到最上面破碎板(118')的上表面上，該冷凝流體隨后被破碎，并在重力作用下穿過冷凝室(110)。隨著該流體穿過腔室(110)，從冷卻飽和蒸汽中冷凝出額外流體。然后，該額外凈化流體被收集在腔室(110)的下部區(qū)域(124)中，并從下部區(qū)域(124)中經由凈化流體出口(130)被取出。在所示裝置中，所有冷凝區(qū)域(120)都被填充有例如拉西環(huán)等破碎體(未示出)。

由于該冷凝過程，冷凝流體變暖。該變暖凈化流體經由管線(56)進入橫流式熱交換器(64)，在橫流式熱交換器(64)中，所獲取的熱量被回收并用于在污染流體進入外部加熱源(50)進行進一步加熱之前預加熱污染流體。

然后，凈化流體的供應物(56)被分離到凈化流體離開管線(58)中，而凈化且已冷卻的流體的剩余部分經由冷卻流體入口(114)進入冷卻腔(110)中。

流體蒸汽出口管線(34)將蒸發(fā)流體從特定蒸發(fā)區(qū)域(20)運送至最合適的冷凝區(qū)域(120)，以使由風扇(66)驅動的蒸發(fā)和冷凝最大化。可以看到的是，所有蒸發(fā)區(qū)域中的在最高溫度下運行的最上面蒸發(fā)區(qū)域(20')經由管線(34)與冷凝區(qū)域中的在最高溫度下運行的最下面冷凝區(qū)域(120″)連接。在最低溫度下運行的最下面蒸發(fā)區(qū)域(20″)與冷凝區(qū)域中的在最低溫度下運行的最上面冷凝區(qū)域(120')連接。第二熱(且第二高)蒸發(fā)區(qū)域與第二低(且第二熱)冷凝區(qū)域連接，而第二冷(且第二低)蒸發(fā)區(qū)域與第二高(且第二冷)冷凝區(qū)域連接。該互連系統可被持續(xù)用于任意數量的額外蒸發(fā)/冷凝區(qū)域。

冷凝室(110)設置有熱空氣出口(126)，該熱空氣出口(126)將熱空氣(其可以包含少量的流體蒸汽)經由熱空氣入口(124)運送到蒸發(fā)單元中。

圖6示出了圖1的蒸發(fā)室的替代實施例，在該蒸發(fā)室中，用蒸汽抽取器(32')替換流體蒸汽出口(32)。在圖7中示出了蒸汽抽取過程的側視圖。蒸汽抽取器(32')部分突出到蒸發(fā)室(10)中，并圍繞腔室的壁部等距地間隔開。在各抽取器(32')的端部處存在用于防止污染流體液滴轉移的除水器(36')。為了進一步防止這種轉移，抽取器上側裝配有外懸部。蒸汽抽取器被放入到環(huán)形形狀的導管(37)中，該導管(37)又連接至與冷凝室連接的主導管(34)。

實例1

如圖5所示構造的高度為12米且直徑為75cm的蒸發(fā)單元和冷凝單元用于對鹽水進行淡化。蒸發(fā)單元和冷凝單元包括五個蒸發(fā)/冷凝區(qū)域。海水輸入溫度和蒸發(fā)區(qū)域溫度如下：

輸入熱咸水85℃

區(qū)段1(最上面)76℃

區(qū)段2 70℃

區(qū)段3 64℃

區(qū)段4 57℃

區(qū)段5(最下面)52℃

從在這些條件下操作上述單元得到的結果證實：可以實現每24小時超過18,000公升的蒸餾水輸出。使用標準電導儀測量水質，并且發(fā)現總溶解固體水平小于20ppm。