專利名稱：水凈化系統(tǒng)的制作方法
200880014789.9
水凈化系統(tǒng)
相關(guān)申請圖7是水凈化系統(tǒng)的實施例的控制電路的視圖； [0023圖8是示例性脫氣器設(shè)備的橫截面圖； 圖9是與電磁除垢器集成的熱量回收系統(tǒng)的視圖； [0024圖IO是與水軟化集成的熱量回收系統(tǒng)的視圖；0025圖ll是水軟化裝置的視圖；在優(yōu)選實施例中，預(yù)熱管穿過所述蒸發(fā)室或在蒸發(fā)室鄰近通 過，且預(yù)熱管構(gòu)造成使得入口水經(jīng)過所述預(yù)熱管的流速允許其在所述蒸 發(fā)室中或所述蒸發(fā)室附近具有一定范圍的停留時間，該停留時間足以將 預(yù)熱管中的水溫升高至約90'C或更高。依據(jù)系統(tǒng)規(guī)模及用于水的通過量 的系統(tǒng)容量，所述預(yù)加熱功能可受益于允許有效的熱交換的材料及構(gòu)造。 可替換地，在某些實施例中，結(jié)構(gòu)的耐久性、空間考慮、維護方便性、 材料的可用性或費用以及其它考慮因素可影響本發(fā)明在該方面的設(shè)計選 擇。依據(jù)期望的系統(tǒng)吞吐量以及基于影響系統(tǒng)設(shè)計的因素所作 出的其它設(shè)計選擇，蒸發(fā)室基本上可具有任意尺寸及構(gòu)造。例如，所述 蒸發(fā)室可具有約1加侖或2加侖至10加侖、11至100加侖、101至1000 加侖或更大的體積容量。因為本發(fā)明的系統(tǒng)可完全升級，所以所述蒸發(fā) 室的尺寸是可變化的，并可根據(jù)需要加以選擇。同樣，蒸發(fā)室的構(gòu)造可 根據(jù)需要而變化。例如，所述蒸發(fā)室可以是圓柱形、球形、矩形或任何 其它形狀。離開蒸發(fā)室的蒸汽一般不含有微粒、沉積物及其它污染物。然而，沸騰作用可使某些污染物被攜帶入蒸汽相中，例如在空氣/水界面
處所形成霧的微滴表面上?？衫贸F器從這種載有污染物的霧中分離潔凈的蒸汽。各種除霧器為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，包括那些采用篩子、
擋板等以基于尺寸及流動性從霧分離蒸汽的那些除霧器。優(yōu)選的除霧器是基于差別密度利用氣旋作用從霧分離蒸汽的那些除霧器。氣旋分離器 的工作原理是使流體或氣體以徑向運動高速運動，從而對所述流體或氣 體的組分施加離心力。常規(guī)氣旋分離器具有在某些情形中可有助于角加 速度的圓錐形部分。然而，在優(yōu)選實施例中，所述系統(tǒng)中所用的旋風(fēng)分 離除霧器不具有圓錐形部分，而基本是平的?？刂茪庑蛛x器的分離效
率的關(guān)鍵參數(shù)是蒸汽入口的尺寸、用于潔凈蒸汽和用于載有污染物的霧 的兩個出口的尺寸、以及進口點與出口點之間的壓差。本發(fā)明的某些實施例包括用于防止水垢聚集在蒸餾系統(tǒng)的 表面上的多種方法及設(shè)備。依據(jù)待處理水的特征，例如形成水中的離子 的水垢成分，這些方法中的一種或多種方法可以單獨地或相互結(jié)合地使 用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以將多種除垢裝置應(yīng)用于多種蒸餾裝 置的許多不同的部件。例如，本文中所述的室或通路中的任何一個都可 以從目前公開的除垢裝置中的某些受益。因而，雖然多種除垢器中的某 些被描繪為應(yīng)用于特定的室，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，這些除 垢器在蒸餾系統(tǒng)的其它含有液體的部分中也可以是有益的。
0064防止水垢形成的一種方法是通過向流入蒸餾器中的進入水 流疊加電磁場，并且向預(yù)熱器中所容納的水中疊加類似的電磁場。電場 或磁場激勵電離的物質(zhì)，特別是在含有高濃度的鈣離子、鎂離子和磷酸 鹽離子的水溶液中發(fā)現(xiàn)的那些電離的物質(zhì)。當(dāng)這些離子被激勵時，它們 從通常在硬水垢形成中會遇到的那些離子以不同的結(jié)晶形式沉淀。例如， 鈣離子以文石而非方解石的形式沉淀，并且文石明顯較小程度地粘附到 固體表面和/或形成更容易以懸浮形式保持的較軟且較不稠密的固相。水 垢控制機制對于電場或磁場是類似的，并且因此任何形式的電磁能都將 具有類似的效應(yīng)。然而，在某些實施例中，施加在一對電極上的電壓足 夠小，以防止由于水的電解而導(dǎo)致電損。該電壓的大小可以例如是小于 10伏、小于5至6伏、或小于1至2伏。本發(fā)明的一個實施例提供一對 或多對電極，例如，用于測量水的電導(dǎo)率電極、用于水垢控制以及用于 同時地測量電導(dǎo)率的雙重用途的電極。因而，在某些實施例中，可以使 用電子除垢器?？梢允褂煤芏喾N電磁裝置，并且可以采用變化的電壓大 小，例如，電壓的范圍可以是小于毫伏、幾個毫伏至l伏、或者更大。磁單元(electromagnetic cell)的先 進的蒸餾系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。其中一個單元位于水入口處并且接觸入口 水管，而第二個單元位于沸騰室或煮器中或與該沸騰室或煮器接觸。在 圖9中所示的實施例中，給水308經(jīng)由水入口 324進入所述系統(tǒng)，在該 水入口 324處，電磁除垢器321根據(jù)以上所述的機制激勵存在于水308 中的離子并減少水垢的形成。給水308可以通過熱管306加熱，該熱管 306用于在所述給水308進入煮器318以前預(yù)加熱該水，所述煮器318 在該實施例中包含第二電磁除垢器321。水蒸發(fā)成蒸汽并隨后進入脫氣 器307，在該脫氣器處，來自離開脫氣器307的廢氣310的能量可以經(jīng) 由熱管306轉(zhuǎn)移到煮器318中的水。水蒸汽也進入除霧器315，所述除 霧器315進一步除去廢物并產(chǎn)生清潔蒸汽325，所述清潔蒸汽325進入 蒸汽壓縮機326。所述清潔蒸汽325在制冷回路322中冷卻，并變成存 儲在產(chǎn)物罐323中的產(chǎn)物水。在某些實施例中，除垢器例如通過在給定 時間周期內(nèi)將聚集的水垢減少了 1-10、 10-20、 20-40、 40-50、 50-55、 55-60、 60-70、 70-80、 80-90%或更多而能夠顯著地減少水祐的量。

圖11是水軟化裝置401的詳細(xì)示意圖。在圖11中，水通過 入口 308進入所述裝置，并通過閥330 (例如，電磁閥)凈皮導(dǎo)向到兩個 交替路徑中的一個。電磁閥330連接到定時裝置，該定時裝置在至少兩 個填充有離子交換樹脂的濾罐331和332之間周期性地切換水流。樹脂 材料332的尺寸可以小于200篩目(mesh)，并優(yōu)選小于325篩目，從 而充分地細(xì)密以提供對于用鈉離子有效地交換鈣離子和鎂離子所必需的 表面積。在水通過離子交換濾罐以后，水流過允許軟水進入所述蒸餾系 統(tǒng)中的預(yù)加熱階段的閥330。當(dāng)進入水在一個濾罐中軟化時，含有用過 的樹脂的另一個濾罐331用由于重力而從容納罐332中流出的濃縮鹽水 溶液沖洗，從而再生離子交換濾罐，以用于它的下一個循環(huán)。在可以是 10-20、 20-30、 30-40、 40-50、 50-60、 60-70、 70-80、 80-90、 90-100、 100-1000 小時或更長時間的預(yù)定間隔之后，切換閥330,以使進入的水流轉(zhuǎn)向到 經(jīng)過再生的濾罐，從而提供離子交換裝置的連續(xù)操作。其中防止或減少硬水垢形成的水凈化系統(tǒng)的另 一 個實施例 包括向可以沉積硬水垢的表面(例如，脫氣器壁上和珠子上以及煮器的 內(nèi)表面上)施加特殊涂層。諸如碳酸鈣、碳酸鎂、磷酸鐵和其它化學(xué)成 分的形成水垢的物質(zhì)是離子物質(zhì)。例如，在構(gòu)成水垢的分子中的4丐離子 或鐵離子是帶正電的陽離子，而在這些分子中的碳酸鹽離子或磷酸鹽離 子是帶負(fù)電的陰離子。靜電力有助于這些分子的相互吸引并用于這些分 子的初期粘合到極性表面，例如，不銹鋼或玻璃珠，在不銹鋼和玻璃珠 中，電荷不均勻地分布在構(gòu)成表面的分子中。不銹鋼和玻璃中的電極性 分別來源于它們的金屬和硅酸鹽的結(jié)構(gòu)。在不銹鋼的情形中，鐵原子、 鎳原子和鉻原子在材料的表面中實際上用作陽離子并且提供吸引形成水 垢的物質(zhì)的、極化的、帶正電的表面。在玻璃的情形中，玻璃分子的硅 酸鹽部分實際上用作陰離子，并從而提供吸引形成水垢的物質(zhì)的、極化 的、帶負(fù)電的表面。在其中防止或減少硬水垢形成的水凈化系統(tǒng)的某些實施例 中，煮器和脫氣器的表面涂覆有非極性的涂層，例如，碳氟聚合物(例 如，Teflon8涂層)。脫氣器中的玻璃珠的表面被類似地涂覆，從而在預(yù) 加熱的水通過脫氣器并在煮器中蒸發(fā)時向該預(yù)加熱的水提供非極性的表 面。從而，即使進入的水是硬的或被形成水垢的化學(xué)成分高度礦化而使
34水垢可以沉積，這種水垢也將不粘附或吸附到脫氣器或煮器的表面上， 而將以懸浮形式保持，直到所述水垢在蒸餾循環(huán)的結(jié)束時排出為止。
示例性水凈化系統(tǒng)經(jīng)過脫氣的水在脫氣器40的底部44附近排放到蒸發(fā)室50 中。蒸發(fā)室50優(yōu)選地包括至少兩個部分上部分52和下部分53。所述 兩個部分在部分連接處54處連接。在優(yōu)選實施例中，蒸發(fā)室50—般是 圓柱形，上部分52的直徑比下部分53的直徑更大。在某些實施例中， 部分連接處54基本上是水平的；而在其它實施例中，部分連接處54可 具有傾斜取向。蒸發(fā)室加熱元件56位于下部分53的底部55處，并且與 該底部55密切接觸。在連接處54處或其附近的是蒸發(fā)室排放口 60。在本發(fā)明的其它實施例中，所述脫氣器的外部分也可對所述 脫氣器體積的內(nèi)部分提供有效的絕熱，以便使進入水的溫度保持在水沸 點附近。在某些實施例中，根據(jù)粒子的熱保持能力而選擇所述粒子自身。 這可以節(jié)省能量并形成更有效的脫氣系統(tǒng)。
[0123在某些實施例中，本發(fā)明的脫氣器設(shè)計提供穩(wěn)態(tài)路徑以將經(jīng) 過脫氣的水帶入到蒸發(fā)室中，同時避免蒸汽的過量放出(evolution)的 需要。這是因為蒸汽加熱脫氣器外殼，并且因為它可在一個區(qū)中容易地 進入脫氣器，同時單獨的區(qū)允許冷凝和使所述經(jīng)過脫氣的水流出所述系 統(tǒng)。通過防止過量的蒸汽放出，可避免可能出現(xiàn)的鹽沉淀到粒子中的問 題。
[0124在某些實施例中，脫氣器可以比當(dāng)前使用的型號更緊湊，因 為系統(tǒng)的不同粒徑可形成大的表面積。因而，可以最小化所述脫氣器的 高度，從而產(chǎn)生更緊湊的設(shè)計。
[0125在某些實施例中，與常規(guī)脫氣器相比，本發(fā)明的脫氣器可更 有效地從樣品除去雜質(zhì)。例如，在某些實施例中，圖8中的脫氣器可從 流速高達30毫升/分鐘的水中除去40ppm ( parts per million )的氯。在 某些實施例中，它可除去流速高達20毫升/分鐘的水中的2ppm的氨。 在某些實施例中，它可除去流速高達30毫升/分鐘且達到其溶解度極限 的常見氣體，例如空氣。
脫氣器實施例
實施例3 制備脫氣器設(shè)備
[0126寬l"x高12"的不銹鋼圓筒配備有不銹鋼進水口和不銹鋼出氣口/出7JC口，如圖8所示(在替換實施例中，可使用寬l〃x高8"、寬1.5"x 高8"、寬3.5〃x高12"的裝置)。該單元附接至蒸發(fā)室設(shè)備的頂部。隨后， 使用潔凈的球形玻璃珠按照如下方式填充所述圓筒。使用直徑約為8毫米 的玻璃珠填充外部區(qū)域。隨后，使用直徑約為6毫米的珠填充中間層。然 后，使用直徑約為4毫米的玻璃珠填充中心區(qū)域。所述脫氣器配備有不銹 鋼蓋單元。加熱所述蒸發(fā)室并使蒸汽通過脫氣器。 一旦脫氣器升溫后，預(yù) 加熱待處理水，隨后將其加入到所述脫氣器的頂部。離開脫氣器的水中具 有減少量的揮發(fā)性化合物。當(dāng)所述裝置到達穩(wěn)定溫度時，它幾乎從含有下 列濃度的水中完全除去氣體40ppm氯，2ppm氨，和達到溶解度極限的 空氣中的大部分天然氣體。
實施例4
使用按比例擴大的脫氣器設(shè)備來凈化飲用水 [0127在2加侖蒸發(fā)室系統(tǒng)的頂部裝配實施例3的脫氣器設(shè)備。隨 后以5毫升/分鐘至50毫升/分鐘的速率經(jīng)由已經(jīng)預(yù)熱的脫氣器的入口泵 送待凈化的水。(在其它實施例中，可使用高達數(shù)升/分鐘)。將進入脫 氣器的水預(yù)熱至約200。C的溫度。水基本上在處于水沸點的狀態(tài)下進入 所述脫氣器。當(dāng)處理大體積的水時，脫氣器頂部的溫度可降低幾度(降 到98°C )。使用約10%至20%的進入水通過量作為驅(qū)動脫氣器的蒸汽， 且其約有一半在所述脫氣器中再次冷凝(雖然蒸汽使用可減少至低于1% 的水通過量)。經(jīng)過凈化的水下降到蒸發(fā)室中，使其冷卻，并取樣以測 定揮發(fā)性污染物水平。通過使用該方法，除去揮發(fā)性污染物，并且凈化 水。
[01281所述單元可以連續(xù)操作，因此它可以在需要對水實施脫氣的 時候操作。來自脫氣器的排放速率根據(jù)玻璃珠的填充及尺寸而定，并且 在約1秒至數(shù)分鐘之間變化。
[0129在某些實施例中，用于凈化水的系統(tǒng)(本文中公開了該系統(tǒng)的實施例)可與其它系統(tǒng)和裝置組合使用，以提供其它有益特征。例如，
所述系統(tǒng)可與公開于下列文獻中的任意裝置或方法組合使用2005年5月2日提交的標(biāo)題為SOLAR ALIGNMENTDEVICE的美國臨時專利申請No.60/676870;2005年7月6日提交的標(biāo)題為VISUAL WATER FLOWINDICATOR的美國臨時專利申請No.60/697104; 2005年7月6日提交的標(biāo)題為APPARATUS FOR RESTORING THE MINERAL CONTENTOF DRINKING WATER的美國臨時專利申請No.60/697106; 2005年7月6日提交的標(biāo)題為IMPROVED CYCLONE DEMISTETR的美國臨時專利申請No.60/697107; 2004年12月 1日提交的PCT申請No.US2004/039993 ; 2004年 12 月 1 日提交的 PCT 申請No.US2004/039991;和2003年12月2日提交的美國臨時專利申請No.60/526，580;上述申請通過參考全部結(jié)合于此。
[0130本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，這些方法和裝置是用于或能夠用于實現(xiàn)所述目的，并獲得所述結(jié)果及優(yōu)點以及各種其它優(yōu)點及益處。本文所述的方法、程序及裝置是優(yōu)選實施例的現(xiàn)有代表，并且是示例性的而非作為本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠想到其中的變化和其它用途，這些變化和其他用途均包括在本發(fā)明的精神內(nèi)，并且由公開內(nèi)容的范圍所限定。
[0131對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，在不背離本發(fā)明的范圍及精神的情況下，可對本文所公開的本發(fā)明進行各種替換及修改。
[0132本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本文所述的本發(fā)明的許多方面和實施例可相互獨立地實施或相互組合地實施。因此，各個實施例的組合屬于本文所公開的發(fā)明的范圍。
[0133將所有專利和公布通過參考并入本文中，就如同將每一個單獨的公布都具體地且個別地通過參考而結(jié)合。
[0134在本文中以例示方式描述的本發(fā)明可在缺少未在本文中具實施。所用術(shù)語及表述是用作說明性的而非限制性術(shù)語，并且在使用這 些術(shù)語及表述時并不排除所示及所述特性或其一部分的等效物。應(yīng)理解， 可在所公開的本發(fā)明范圍內(nèi)進行各種修改。因此，應(yīng)理解，盡管已經(jīng)通 過優(yōu)選實施例及任選特性具體公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可采 用本文所公開的概念的修改形式及變化形式，且這樣的修改形式及變化 形式被視為屬于所述公開內(nèi)容所界定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種水凈化系統(tǒng)，所述水凈化系統(tǒng)包括入口水管、煮器、廢物出口、產(chǎn)物出口和除垢裝置，其特征在于，所述除垢裝置選自由軟水器、電子除垢器、超聲波除垢器、碳氟化合物涂層以及它們的某些組合所組成的群組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述除垢裝置包括電 子除垢器，所述電子除垢器接觸所述入口水管，并被構(gòu)造成向所述系統(tǒng) 中的液體施加電場。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括預(yù)熱 器和脫氣器，并且其中，所述電子除垢器接觸所述入口水管并且減少形 成在所述預(yù)熱器、脫氣器和煮器中的至少一個上的硬水垢。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子除垢器在所 述脫氣器的上游的位置中接觸所述入口水管，并且減少形成在所述煮器 中的硬水垢。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述除垢器包括軟水 器，所述軟水器位于所述煮器的上游，以減少形成在所述煮器上的硬水 垢。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟水器包括兩個 或更多個濾罐，所述兩個或更多個濾罐與所述入口水管并行地連接，其 中，每個所述濾罐都包括離子交換樹脂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟水器被構(gòu)造成 允許在所述兩個或更多個濾罐之間切換，以經(jīng)由第 一 濾罐軟化來自所述 入口水管的水，而同時至少第二濾罐正用鹽水溶液處理以再生所述樹脂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被構(gòu)造成允 許將再生所述第二濾罐的樹脂的鹽水傳送至排放口 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括被定時裝置控制的開關(guān)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述除垢器包括接觸所述煮器的超聲波產(chǎn)生裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波產(chǎn)生裝置接觸所述脫氣器，并減少形成在所述脫氣器中的硬水垢。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述除垢裝置包括 具有碳氟聚合物的涂層，所述涂層位于所述煮器的表面上，并且所述系 統(tǒng)還包括操作地連接至所述煮器的脫氣器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括操 作地連接至所述煮器的脫氣器，并且其中，所述脫氣器包括構(gòu)造成促進 水和蒸汽混合的基質(zhì)，并且其中，所述除垢裝置包括在所述脫氣器的所述基質(zhì)的至少一部分上的碳氟聚合物的涂層。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供用于水凈化的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可以包括用于減少水蒸餾系統(tǒng)中的水垢聚集的裝置和方法。
文檔編號B03D3/06GK101678367SQ200880014789
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者D·M·湯姆, E·蒂爾斯 申請人:森林圣源公司