技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水凈化和脫鹽領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及采用自動(dòng)程序從水中除去基本上所有的多種多樣的雜質(zhì)的系統(tǒng)和方法，該自動(dòng)程序在幾個(gè)月至幾年的期限內(nèi)需要最小限度的清潔或維護(hù)，并且每單位的輸入水能產(chǎn)出相對(duì)較高的產(chǎn)物水并且具有超低的能量需求。

背景技術(shù)：

水凈化技術(shù)正快速成為現(xiàn)代生活的基本方面，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的水資源日益缺乏，用于飲用水的市政分配系統(tǒng)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)在衰退，并且不斷增加的用水量會(huì)耗盡水井和水庫(kù)，引起鹽水污染。另外，許多活動(dòng)正引起水源的進(jìn)一步污染，這些活動(dòng)包括例如密集耕作、汽油添加劑以及有毒的重金屬。這些問(wèn)題正導(dǎo)致水系統(tǒng)中微生物、細(xì)菌、鹽類、MTBE、氯酸鹽、高氯酸鹽、砷、汞、甚至是用于對(duì)飲用水進(jìn)行消毒的化學(xué)物質(zhì)的水平不斷增加并且應(yīng)該應(yīng)對(duì)。

而且，雖然地球的四分之三被海洋覆蓋，但是淡水資源只占整個(gè)地球水的約3％，并且由于人口增長(zhǎng)和全球變暖，這些水正變得稀缺。所有淡水的約69％存在于冰帽和冰川中，隨著不斷增強(qiáng)的全球消融，這些淡水變得不可恢復(fù)，所以小于1％能被實(shí)際利用并且絕大多數(shù)(超過(guò)90％)是蓄水層內(nèi)的地下水，而這些蓄水層正逐漸被人類活動(dòng)和鹽水侵入所污染。因此，急需能將鹽水(包括海水和鹽湖水)轉(zhuǎn)變成淡水的技術(shù)，同時(shí)清除多種多樣的污染物。

傳統(tǒng)的脫鹽和水處理技術(shù)，例如反滲透(RO)過(guò)濾熱蒸溜系統(tǒng)(像多效蒸餾(MED))、多級(jí)閃蒸(MSF)或壓汽蒸餾，幾乎不能處理鹽堿環(huán)境中存在的多種水污染物。另外，雖然它們是商業(yè)上可利用的，但是它們通常需要多個(gè)處理階段或需要結(jié)合多種技術(shù)以達(dá)到合格的水質(zhì)。當(dāng)鹽堿容量增加時(shí)，RO系統(tǒng)需要承受較高水壓，這使得它們?cè)谏虡I(yè)脫鹽中變得日益昂貴，并且它們通常浪費(fèi)超過(guò)30％的引入水，使得它們?cè)谌狈r(shí)吸引力日益減少。較少的傳統(tǒng)技術(shù)，例如紫外(UV)光照射或臭氧處理，對(duì)病毒和細(xì)菌是有效果的，但是幾乎不能清除其他污染物，例如溶解氣體、鹽類、碳?xì)浠衔镆约安蝗苄怨腆w。另外，大多數(shù)的蒸餾技術(shù)雖然能較好地清除一類污染物，但是通常不能處理所有類型的污染物。

由于商業(yè)脫鹽設(shè)備通常是需要一至三年時(shí)間建造的復(fù)雜的工程項(xiàng)目，它們通常是資本密集型的并且很難從一個(gè)地方移至另一地方。它們的復(fù)雜性以及對(duì)多種技術(shù)的依賴性也使得它們的維護(hù)成本容易很高。因此，由于RO設(shè)備被設(shè)計(jì)成能在穩(wěn)定壓力和流動(dòng)條件下持續(xù)工作，較大的壓力波動(dòng)或電力中斷會(huì)損壞更換成本很高的膜；該技術(shù)需要徹底地預(yù)處理引入水以防止阻塞RO膜。熱蒸餾系統(tǒng)常常依靠真空以通過(guò)使用給定量的熱能抽取不斷增加的蒸汽來(lái)增加水的回收率；但是，大規(guī)模系統(tǒng)中的真空系統(tǒng)會(huì)由于泄露而變得麻煩而且需要機(jī)械加固。熱系統(tǒng)也依賴于熱交換器以回收一些冷凝熱，但是熱交換器易于堵塞和結(jié)垢并且需要頻繁的維護(hù)。

因此，連續(xù)的和自清潔的、能抵抗腐蝕、輕便緊湊并且能回收利用大部分的輸入水、以及相對(duì)較便宜且低維護(hù)成本的成熟蒸餾系統(tǒng)顯得是解決全球性的不斷增加的水污染問(wèn)題和水匱乏的最好的長(zhǎng)期選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種改良的脫鹽和水凈化系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括入口、預(yù)熱器、脫氣裝置、多個(gè)蒸發(fā)室和除霧器、產(chǎn)物冷凝器、廢物出口、產(chǎn)物出口、多個(gè)用于熱量傳遞和回收的熱管以及控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)使得以最少的使用者介入或清潔來(lái)持續(xù)地進(jìn)行凈化和脫鹽。所述系統(tǒng)能從被污染的水樣本中清除多種污染物類型，包括微生物污染物、放射性污染物、金屬、鹽類、揮發(fā)性有機(jī)物和非揮發(fā)性有機(jī)物中。在本系統(tǒng)的實(shí)施方式中，所生產(chǎn)的水的體積可為引入水體積的約20％至約95％。所述系統(tǒng)包括垂直疊加排列的蒸發(fā)室、冷凝器和預(yù)熱器，所述垂直疊加排列在每天生產(chǎn)1000加侖至5000萬(wàn)加侖的水的情況下是緊湊的，因而是輕便的。

所述系統(tǒng)也可包括用于輸入水的流量控制器。流量控制器可包括壓力調(diào)節(jié)器、泵、螺線管、閥、孔等等。壓力控制器能維持水壓在約0kPa至250kPa(0至36psi)之間。流量控制器能維持水流速度在0.5至3500加侖/分鐘之間。所述系統(tǒng)能包括沉淀物捕集器、沙子過(guò)濾器等等。同樣，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括關(guān)閉控制裝置。所述關(guān)閉控制裝置可以例如是人工控制裝置、溢流控制裝置、儲(chǔ)水罐容量控制裝置、蒸發(fā)室容量控制裝置或類似的控制裝置。反饋控制系統(tǒng)可基于例如產(chǎn)物水儲(chǔ)水罐中的水的量、經(jīng)過(guò)產(chǎn)物出口的產(chǎn)物水流量、水流時(shí)間、無(wú)水流時(shí)間、蒸發(fā)室內(nèi)的水量、泄露的檢測(cè)結(jié)果、蒸發(fā)室壓力、輸出水質(zhì)(總?cè)芙夤腆w)、蒸發(fā)室壓差、蒸發(fā)室溢流壩浮球等等。

此外，所述系統(tǒng)具有預(yù)熱器，預(yù)熱器將引入水加熱至脫氣裝置內(nèi)所需的溫度。離開預(yù)熱器的水的溫度至少約為96℃。預(yù)熱罐可具有螺旋設(shè)置的葉片從而使得引入水在儲(chǔ)水罐內(nèi)循環(huán)多圈，因此提供能實(shí)現(xiàn)預(yù)熱的駐留時(shí)間。引入水切線地(tangentially)進(jìn)入預(yù)熱器，被熱管逐漸加熱直至達(dá)到所需的溫度，并且經(jīng)下水管離開預(yù)熱器，該下水管與脫氣裝置連接，或者在無(wú)需脫氣時(shí)直接與下蒸發(fā)室連接。

脫氣裝置可處于實(shí)質(zhì)上垂直的方向，具有上端和下端。被預(yù)熱的水在上端進(jìn)入脫氣裝置，而被脫氣的水靠近下端離開脫氣裝置。在本系統(tǒng)中，來(lái)自最高蒸發(fā)室的蒸汽能靠近下端進(jìn)入脫氣裝置，并且能靠近上端離開脫氣裝置。所述脫氣裝置包括基體(matrix)，其通過(guò)朝脫氣裝置內(nèi)氣體流動(dòng)的相反方向逆向流動(dòng)所述引入水而便于混合水和蒸汽并且除去基本上所有的有機(jī)物、揮發(fā)物和氣體。所述氣體例如是蒸汽、空氣、氮?dú)獾鹊取Ｋ龌w可包括實(shí)質(zhì)上球形的顆粒。但是，所述基體也可包括非球形的顆粒。所述基體可包括具有選定的尺寸的顆粒，所述尺寸能使得顆粒在所述脫氣裝置內(nèi)均勻填裝。所述基體也可包括不同尺寸的顆粒，并且所述顆粒按照尺寸梯度地被設(shè)置在脫氣裝置內(nèi)。水離開脫氣裝置時(shí)可本質(zhì)上不含有機(jī)物和揮發(fā)性氣體。

上部的蒸發(fā)室可包括圓柱的或矩形的罐，所述罐具有多孔底部，所述多孔底部能容納多個(gè)熱傳遞管。上部的蒸發(fā)室也可包括中央排泄裝置，所述中央排泄裝置可為與下蒸發(fā)室流體連通的下水管，或處于蒸發(fā)室的底部，或兩者皆可。蒸發(fā)室也可包括自清潔介質(zhì)，自清潔介質(zhì)包括多個(gè)顆粒，排泄裝置具有開口，所述開口的大小使得顆粒不會(huì)通過(guò)底部排泄裝置，所述開口的形狀不與顆粒的形狀互補(bǔ)。蒸發(fā)室可包括用于至少在靠近蒸發(fā)室的被加熱區(qū)的區(qū)域內(nèi)干擾沉淀物的積累的自清潔介質(zhì)。所述介質(zhì)可包括多個(gè)顆粒。所述顆粒實(shí)質(zhì)上可為球形。所述顆?？删哂型ㄟ^(guò)蒸發(fā)室內(nèi)的水的沸騰來(lái)實(shí)質(zhì)上持續(xù)地?cái)噭?dòng)所述顆粒的特性。所述特性可以例如是比重、大小、形態(tài)、群體數(shù)量等等。所述顆?？删哂羞x定的硬度，所述硬度使得所述顆粒沖刷所述蒸發(fā)室，而本質(zhì)上不會(huì)侵蝕所述顆?；蛘舭l(fā)室。另外，所述顆?？捎商沾?、金屬、玻璃或石材組成。所述顆粒的比重可大于約1.0且小于約8.0，或者更優(yōu)選地，在約2.0至約5.0之間。

上部的除霧器可被靠近蒸發(fā)室的上表面設(shè)置。來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽可在壓力下進(jìn)入除霧器。除霧器可包括壓差，并且壓差可不低于125至約2500Pa。除霧器可適于通過(guò)氣旋作用或通過(guò)給被蒸汽攜帶的薄霧狀顆粒提供機(jī)械障礙來(lái)分離清潔蒸汽和廢蒸汽。清潔蒸汽與廢蒸汽的比率可大于約10:1?？刂葡到y(tǒng)能調(diào)整參數(shù)從而調(diào)節(jié)蒸汽質(zhì)量。蒸汽質(zhì)量例如可包括清潔蒸汽純度、清潔蒸汽與廢蒸汽的比率等等。所述參數(shù)可包括例如清潔蒸汽出口的凹入位置、除霧器內(nèi)的壓差、對(duì)蒸汽入口的流動(dòng)的阻力和對(duì)蒸汽出口的流動(dòng)的阻力等參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)。

來(lái)自除霧器的清潔蒸汽進(jìn)入上部的冷凝器，上部的冷凝器包括用于給蒸汽施加循環(huán)運(yùn)動(dòng)的葉片，因此加強(qiáng)其在冷凝器中的駐留時(shí)間以及確保完全的蒸汽冷凝。所述冷凝器罐為圓柱形的或矩形的罐，具有多孔的頂部，多孔的頂部容納多個(gè)熱管。熱管移除蒸汽的冷凝熱并且將所述熱量傳遞至上部的預(yù)熱器或上部的蒸發(fā)室。產(chǎn)物水能經(jīng)產(chǎn)物出口離開產(chǎn)物冷凝器。

在上部的冷凝器下可設(shè)置有多級(jí)沸騰和冷凝，因此回收熱量用于多級(jí)蒸餾。除了最后一級(jí)(即，底部蒸發(fā)室)外，每級(jí)由蒸發(fā)室、除霧器、冷凝器和多個(gè)熱管組成，所有的這些裝置都與上述的裝置相同。

底部蒸發(fā)室與上部的蒸發(fā)室相同，只是熱量源被放置在蒸發(fā)室下或蒸發(fā)室自身內(nèi)部。用于蒸發(fā)的熱量可以是電力、天然氣、石油或其他的碳?xì)淙剂?，或者是任何能提供超過(guò)約110℃或更高的溫度的廢熱源。

更加詳細(xì)地，本文涉及一種水凈化和脫鹽系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括入口、預(yù)熱器、脫氣裝置、多個(gè)蒸發(fā)室、除霧器、熱管以及產(chǎn)物冷凝器、廢物出口、多個(gè)產(chǎn)物出口、加熱室和控制系統(tǒng)，其中冷凝熱被回收并被重新用于另外的蒸發(fā)，其中蒸餾能量可由電力、油的燃燒、碳?xì)浠衔锏娜紵蛱烊粴獾娜紵驈U熱組成，并且所述控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)凈化和脫鹽的連續(xù)操作而不需要使用者介入或清潔，并且所述系統(tǒng)能從被污染的水樣中清除多種污染物類型，包括微生物污染物、放射性污染物、金屬、鹽類、揮發(fā)性有機(jī)物和非揮發(fā)性有機(jī)物；從而使得當(dāng)被污染的水的污染物類型的水平比表1的MCL欄中所示水平高達(dá)25倍時(shí)，在所述系統(tǒng)內(nèi)凈化的水的所有污染物類型的水平低于表1的MCL欄中所示的水平。

另一方面，所述系統(tǒng)生產(chǎn)的凈化水的體積占輸入水的體積的約20％至約95％之間。

另一方面，所述系統(tǒng)經(jīng)過(guò)至少約兩個(gè)月的使用而不需要清潔。

另一方面，所述系統(tǒng)經(jīng)過(guò)至少約一年或更長(zhǎng)時(shí)間的使用而不需要清潔。

另一方面，所述系統(tǒng)包括入口開關(guān)，用以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)入口的水流。

另一方面，入口開關(guān)包括選自螺線管、閥和孔的機(jī)構(gòu)。

另一方面，入口開關(guān)被控制系統(tǒng)控制。

另一方面，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括關(guān)閉控制裝置。

另一方面，所述關(guān)閉控制裝置選自人工控制裝置、溢流控制裝置、冷凝器容量控制裝置以及蒸發(fā)室容量控制裝置。

另一方面，所述控制系統(tǒng)基于蒸發(fā)室內(nèi)的溫度傳感器、冷凝器浮球和溢流探測(cè)器的至少一個(gè)的反饋來(lái)控制入口。

另一方面，所述控制系統(tǒng)基于來(lái)自凈化系統(tǒng)的反饋控制所述開關(guān)。

另一方面，所述反饋基于選自以下的至少一個(gè)特征：產(chǎn)物水容器內(nèi)的水量、經(jīng)過(guò)產(chǎn)物出口的產(chǎn)物水流量、水流時(shí)間、無(wú)水流時(shí)間、蒸發(fā)室內(nèi)的水量、泄露的探測(cè)、蒸發(fā)室壓力、輸出水質(zhì)(總?cè)芙夤腆w)、蒸發(fā)室的壓差以及經(jīng)過(guò)蒸發(fā)室溢流壩浮球的水運(yùn)動(dòng)。

另一方面，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括流量控制器。

另一方面，所述流量控制器包括壓力調(diào)節(jié)器。

另一方面，所述壓力調(diào)節(jié)器將水壓保持在約0kPa至250kPa之間(0至36psi)。

另一方面，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括沉淀物捕集器。

另一方面，離開預(yù)熱器的水溫度為至少約96℃。

另一方面，所述脫氣裝置處于實(shí)質(zhì)上垂直的方向，具有上端和下端。

另一方面，來(lái)自預(yù)熱器的被加熱的水靠近上端進(jìn)入所述脫氣裝置。

另一方面，被加熱的水靠近下端離開所述脫氣裝置。

另一方面，來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽靠近下端進(jìn)入所述脫氣裝置。

另一方面，所述蒸汽靠近上端離開所述脫氣裝置。

另一方面，所述脫氣裝置包括便于混合水和蒸汽的基體。

另一方面，所述基體包括實(shí)質(zhì)上球形的顆粒。

另一方面，所述基體包括非球形的顆粒。

另一方面，所述基體包括具有選定尺寸的顆粒，所述尺寸使得所述顆粒在所述脫氣裝置內(nèi)被均勻填裝。

另一方面，所述基體包括尺寸不同的顆粒，其中所述顆粒按照尺寸梯度地被設(shè)置在脫氣裝置內(nèi)。

另一方面，離開所述脫氣裝置的水本質(zhì)上不含有機(jī)物和揮發(fā)性氣體。

另一方面，蒸發(fā)室包括多個(gè)傳遞熱量的熱管，所述熱量從下冷凝器被轉(zhuǎn)移。

另一方面，所述蒸發(fā)室進(jìn)一步包括排泄設(shè)備，其中所述排泄設(shè)備位于所述蒸發(fā)室的中間或接近所述蒸發(fā)室的中部。

另一方面，所述蒸發(fā)室進(jìn)一步包括自清潔介質(zhì)，所述自清潔介質(zhì)包括多個(gè)顆粒，所述多個(gè)顆粒被裝入包圍每個(gè)熱管的同心多孔圓柱體內(nèi)。

另一方面，蒸發(fā)室包括用于至少在靠近蒸發(fā)室內(nèi)的熱管的區(qū)域干擾沉淀物積累的自清潔介質(zhì)。

另一方面，所述介質(zhì)包括多個(gè)顆粒。

另一方面，所述顆粒本質(zhì)上為球形的。

另一方面，所述顆粒具有通過(guò)蒸發(fā)室內(nèi)的水的沸騰能實(shí)質(zhì)上持續(xù)地?cái)噭?dòng)所述顆粒的特性。

另一方面，所述特性選自比重、大小、形態(tài)、群體數(shù)量和成分。

另一方面，所述顆粒具有選定的硬度，其中所述硬度使得所述顆粒沖刷所述蒸發(fā)室，而本質(zhì)上不會(huì)侵蝕所述顆?；蛘舭l(fā)室。

另一方面，所述顆粒由陶瓷、金屬、玻璃或石材組成。

另一方面，所述顆粒的比重大于約1.0且小于約8.0。

另一方面，所述顆粒的比重在約2.0至約5.0之間。

另一方面，所述加熱室進(jìn)一步包括電加熱元件、氣體燃燒器或燃油器、或從廢熱源傳遞熱量的熱管，并且其中所述加熱室靠近所述蒸發(fā)室的底部。

另一方面，除霧器被靠近蒸發(fā)室的上表面放置。

另一方面，來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽在壓力下進(jìn)入除霧器。

另一方面，除霧器被構(gòu)造成能產(chǎn)生壓差，其中所述壓差不少于125至2500Pa。

另一方面，除霧器適于通過(guò)氣旋作用分離清潔蒸汽和廢蒸汽。

另一方面，蒸發(fā)室通過(guò)折流防護(hù)裝置和金屬凹槽防止冷凝的液滴進(jìn)入除霧器。

另一方面，清潔蒸汽與廢蒸汽的比例大于約10:1。

另一方面，蒸汽質(zhì)量包括選自以下的至少一種質(zhì)量：清潔蒸汽純度、清潔蒸汽與廢蒸汽的比例以及清潔蒸汽的總體積。

另一方面，除霧器控制參數(shù)包括選自以下的至少一種參數(shù)：清潔蒸汽出口的凹入位置、除霧器的壓差、對(duì)蒸汽入口的流動(dòng)的阻力和對(duì)蒸汽出口的流動(dòng)的阻力。

另一方面，所述系統(tǒng)包括用于冷卻冷凝器產(chǎn)物的熱管。

另一方面，產(chǎn)物水經(jīng)產(chǎn)物出口離開產(chǎn)物冷凝器。

另一方面，廢水經(jīng)廢物出口離開所述系統(tǒng)。

另一方面，所述控制系統(tǒng)將產(chǎn)物水轉(zhuǎn)至廢棄排出物直到所述系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行溫度。

在另一實(shí)施方式中，本文涉及一種用于對(duì)水凈化和脫鹽的方法，包括以下步驟：提供引入水的來(lái)源，所述引入水包括至少一種第一濃度的污染物；將所述引入水通過(guò)預(yù)熱器，所述預(yù)熱器能將引入水的溫度上升到超過(guò)90℃；通過(guò)朝脫氣裝置內(nèi)的氣體流動(dòng)的反方向逆向流動(dòng)所述引入水而分離本質(zhì)上所有的有機(jī)物、揮發(fā)物和氣體；在能形成蒸汽的條件下將所述引入水保持在蒸發(fā)室內(nèi)10至90分鐘或更長(zhǎng)的平均駐留時(shí)間；將蒸汽從蒸發(fā)室排放至氣旋除霧器；在除霧器內(nèi)分離清潔蒸汽和包含污染物的廢物從而使得清潔蒸汽的產(chǎn)量至少比來(lái)自除霧器的廢物產(chǎn)量大約4倍；將清潔蒸汽冷凝成產(chǎn)出的被凈化的水，所述凈化的水包括至少一種第二濃度的污染物，其中所述第二濃度小于所述第一濃度；以及將來(lái)自冷凝器的熱量回收并傳遞至上部的蒸發(fā)室或預(yù)熱器，從而使得被回收的熱量至少為冷凝熱的50％。

另一方面，所述至少一種污染物包括選自微生物、放射性核素、鹽類和有機(jī)物中的污染物；并且其中所述第二濃度不高于表3所示的濃度，并且其中所述第一濃度至少為所述第二濃度的約10倍。

另一方面，所述第一濃度至少比所述第二濃度大約25倍。

另一方面，所述氣體選自蒸汽、空氣和氮?dú)狻?/p>

另一方面，所述加工步驟被自動(dòng)地重復(fù)至少約三個(gè)月而不需要清潔或維護(hù)。

另一方面，所述加工步驟被自動(dòng)地重復(fù)至少約一年而不需要清潔或維護(hù)。

另一方面，疊加排布的蒸發(fā)室、冷凝器和預(yù)熱器被封閉在具有多孔板的金屬殼內(nèi)，多孔板將蒸發(fā)室與冷凝器分離。

另一方面，所述多孔板允許熱管、脫氣裝置、除霧器、鹽水溢流管和廢蒸汽管通過(guò)。

另一方面，蒸發(fā)室、預(yù)熱器和熱管的構(gòu)建材料由不腐蝕的鈦合金制成。

另一方面，所述不腐蝕的鈦合金包括Ti-6Al-4V合金。

另一方面，所述蒸發(fā)室、預(yù)熱器和熱管包括鍍有不腐蝕的氟氯烴聚合物的普通鋼或其他金屬或合金。

附圖說(shuō)明

圖1A和1B是脫鹽/水凈化系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施方式、也就是雙倍蒸餾結(jié)構(gòu)和三倍蒸餾結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖2是底部蒸發(fā)室的示意圖；

圖3是底部蒸發(fā)室的正視圖；

圖4(a)至圖4(e)顯示了可能的加熱結(jié)構(gòu)；

圖5是冷凝器的示意圖；

圖6是冷凝器的平面圖；

圖7A和7B是用于雙倍和三倍蒸餾結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)室的示意圖；

圖8是冷凝器的示意圖；

圖9是預(yù)熱器的示意圖；

圖10是預(yù)熱器的平面圖；

圖11是預(yù)熱器的正視圖；

圖12是脫氣裝置的示意圖；

圖13是脫氣裝置的正視圖；

圖14是折流防護(hù)裝置和金屬凹槽的示圖；

圖15是折流防護(hù)裝置的圖示；

圖16是氣旋除霧器的示意圖；

圖17是熱管的示意圖；

圖18是用于圖示熱管的自清潔特征的示圖；

圖19是用于附接熱管以提供無(wú)泄漏操作的可能結(jié)構(gòu)的示圖；

圖20是脫鹽和水凈化系統(tǒng)的實(shí)施方式的控制線路的示圖；

圖21是疊加設(shè)置的脫鹽系統(tǒng)的替代性實(shí)施方式的正視圖；

圖22是用于脫鹽系統(tǒng)的替代性實(shí)施方式的多孔板的示圖；

圖23是疊加設(shè)置的脫鹽系統(tǒng)的替代性實(shí)施方式的平面圖。

具體實(shí)施方式

在本文中在某些情況下以示范性的方式或通過(guò)參考一個(gè)或多個(gè)附圖公開了本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，這種特定實(shí)施方式的公開僅是示范性的，并不代表本發(fā)明的全部范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式包括用于水凈化和脫鹽的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。優(yōu)選實(shí)施方式提供了廣泛的水凈化，這種水凈化是全自動(dòng)的并且在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不需要清潔或使用者介入。例如，本文中所公開的系統(tǒng)能在無(wú)使用者控制或介入的情況下運(yùn)行2、4、6、8、10或12個(gè)月，或更長(zhǎng)的時(shí)間。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該系統(tǒng)能自動(dòng)運(yùn)行1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15年，或更長(zhǎng)的時(shí)間。

因此，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種水凈化和脫鹽系統(tǒng)，其至少包括用于鹽水、被污染的水或海水的入口、預(yù)熱器、脫氣裝置、一個(gè)或多個(gè)蒸發(fā)室、一個(gè)或多個(gè)除霧器、一個(gè)或多個(gè)具有產(chǎn)物出口的產(chǎn)物冷凝器、廢物出口以及控制系統(tǒng)，其中離開出口的產(chǎn)物水本質(zhì)上是純凈的，并且所生產(chǎn)的產(chǎn)物水量至少為輸入水量的約10、15或20％，并且控制系統(tǒng)使得能持續(xù)地運(yùn)行凈化系統(tǒng)而不需要使用者的介入。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所生產(chǎn)的產(chǎn)物水量至少為輸入水量的約25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98或99％，或者更多。因此，該系統(tǒng)在獲取輸入水和/或處理廢水相對(duì)昂貴并且不方便的情況下效果很好。該系統(tǒng)相比許多其他系統(tǒng)，在每單位輸入水或廢水的產(chǎn)物水產(chǎn)量方面更加有效率。

在不同的實(shí)施方式中，本質(zhì)上純凈的水是滿足下述標(biāo)準(zhǔn)的任一個(gè)的水：相對(duì)于任何的污染物來(lái)說(shuō)，水被凈化至比輸入水純凈度高出至少25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、250、500、750、1000倍或更多的純度。在其他實(shí)施方式中，相對(duì)于存在于輸入水中的多種污染物來(lái)說(shuō)，本質(zhì)上純凈的水是被純化至前述水平之一的水。也即，在這些實(shí)施方式中，水的純凈度或品質(zhì)與一種或多種污染物的濃度有關(guān)，并且實(shí)質(zhì)上純凈的水是指例如輸入水中的這些污染物的濃度與產(chǎn)物水中相同污染物的濃度的比率為25或更高的水。

在其他實(shí)施方式中，水的純凈度能通過(guò)傳導(dǎo)率測(cè)量出，其中超純水的傳導(dǎo)率通常小于約0.1μ西門子/cm，而蒸餾水的傳導(dǎo)率通常為約0.5。在這些實(shí)施方式中，產(chǎn)物水的傳導(dǎo)率通常處于約0.1至0.77之間，典型地處于約0.2至0.6之間，優(yōu)選地處于約0.2至0.5之間、0.2至0.4之間、或0.2至0.3之間。傳導(dǎo)率是總?cè)芙夤腆w(TDS)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，并且是水在鹽類、離子、礦物質(zhì)等方面的純凈度的良好指標(biāo)。

作為選擇，水的純凈度能通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量，例如，表1和2列出的現(xiàn)行的美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)的標(biāo)準(zhǔn)，以及表2列出的其他公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式能從一系列的污染物中減少任何一種或更多的污染物，包括例如表1所列出的任何污染物，其中最終的產(chǎn)物水的所述污染物水平處于或低于標(biāo)記有“MCL”(最大濃度水平)的一欄中所指定的水平，其中輸入水的所述污染物的水平多達(dá)所指定的MCL的約25倍。同樣，在一些實(shí)施方式中，對(duì)于一些污染物，當(dāng)輸入水的污染物比MCL或產(chǎn)物水高出30-、40-、50-、60-、70-、80-、90-、100-、150-、250-、500-、或1000倍或更多倍時(shí)，本發(fā)明系統(tǒng)能清除污染物至MCL水平。

雖然任何系統(tǒng)從輸入水清除污染物的能力在某種程度上與輸入水中的總雜質(zhì)水平有關(guān)，但是本發(fā)明系統(tǒng)特別適于從單一的原料流中清除大多數(shù)的截然不同類型的污染物，從而生產(chǎn)能與蒸餾水相比的以及在某些情況下能與超純水相比的水。應(yīng)當(dāng)提及的是，表1中“測(cè)試水”欄包含EPA測(cè)試中所使用的水中的污染物的濃度水平。本發(fā)明水凈化系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式通常能清除比該欄目中所列出數(shù)量更多數(shù)量的初始污染物。但是，當(dāng)然，對(duì)應(yīng)于“測(cè)試水”欄所述的污染物水平同樣在本發(fā)明實(shí)施方式的能力范圍內(nèi)。

表1

第四組：2種高揮發(fā)性的VOC+2種非揮發(fā)物

第五組：2種高揮發(fā)性的VOC+2個(gè)非揮發(fā)物

第六組：3種高揮發(fā)性的VOC+3種非揮發(fā)物

第七組：3種高揮發(fā)性的VOC+3種非揮發(fā)物

第八組：3種高揮發(fā)性的VOC+3種非揮發(fā)物

第九組：3種高揮發(fā)性的VOC+3種非揮發(fā)物

第十組：3種高揮發(fā)性的VOC+3種非揮發(fā)物

第十一組：4種揮發(fā)物+5種非揮發(fā)性的PCB

第十二組：5種揮發(fā)性的VOC+5種非揮發(fā)性的PCB

第十三組：6種VOC的平衡

水的純凈度和/或凈化過(guò)程的效率的確定可依賴于系統(tǒng)能清除一系列污染物的能力。對(duì)于許多生物污染物，目標(biāo)是清除本質(zhì)上所有活的污染物。表2列出了水源的其他普通污染物和用于測(cè)試污染物水平的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案。對(duì)于普通的水污染物，表1和2列出的試驗(yàn)方案在超文本轉(zhuǎn)換協(xié)議www.epa.gov/safewater/mcl.html#mcls中可得到。用于測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法，EPA/600/4-88-039，1988年12月，1991年7月修訂。方法547、550和550.1位于用于測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄I，EPA/600-4-90-020，1990年7月。方法548.1、549.1、552.1和555位于用于測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄II，EPA/600/R-92-129，1992年8月。方法502.2、504.1、505、506、507、508、508.1、515.2、524.2、525.2、531.1、551.1和552.2位于用于測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄III，EPA/600/R-95-131,1995年8月。方法502.2、504.1、505、506、507、508、508.1、515.2、524.2、525.2、531.1、551.1和552.2位于用于測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄III，EPA/600/R-95-131，1995年8月。方法1613的名稱為“同位素稀釋法高分辨氣相色譜/高分辨質(zhì)譜測(cè)定四到八氯代二噁英和呋喃”，EPA/821-B-94-005，1994年10月。通過(guò)引用整體地將上述方法中的每一個(gè)加入本文。

表2

表3-用于系統(tǒng)驗(yàn)證的示范性污染物

1、MCLG＝最大濃度限值指標(biāo)

2、MFL＝百萬(wàn)纖維細(xì)胞/升

3、pCi/l＝皮克居里/升

4、本質(zhì)上沒(méi)有可檢測(cè)的生物污染物

水凈化和脫鹽系統(tǒng)的整體說(shuō)明

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如圖1A和圖1B所示的，水凈化和脫鹽系統(tǒng)由垂直疊加設(shè)置的第一、第二以及第三蒸發(fā)室(也被稱為鍋爐、沸騰室或沸騰槽)1、3和5以及冷凝器(也被稱為冷凝室)2、4和6組成，借此熱源被提供在疊層的底部，在疊層頂部設(shè)置有預(yù)熱器(也被稱為預(yù)熱室)7，在系統(tǒng)的頂部設(shè)置有脫氣裝置8從而從進(jìn)來(lái)的水中清除揮發(fā)性有機(jī)化合物，多個(gè)除霧器(也被稱為除霧裝置)9被設(shè)置用來(lái)從每個(gè)蒸發(fā)室中清除污染性薄霧狀顆粒，多個(gè)熱管10被設(shè)置用來(lái)從每個(gè)冷凝器中回收熱量并且將這些熱量傳遞至上部的蒸發(fā)室，并且設(shè)置有廢蒸汽出口11以清除和排泄水污染物。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人來(lái)說(shuō)也可使用垂直疊加設(shè)置的各種替代性結(jié)構(gòu)，例如，橫向設(shè)置蒸發(fā)室、冷凝器以及預(yù)熱器等。

圖21、22和23圖示了垂直疊加設(shè)置的蒸發(fā)室1、3和5和冷凝器2、4和6的替代性實(shí)施方式，借此熱源被設(shè)置在疊層的底部，在疊層的頂部設(shè)置有預(yù)熱器7，在系統(tǒng)的頂部設(shè)置有冷凝器8以從引入水中清除揮發(fā)性的有機(jī)化合物，設(shè)置有多個(gè)除霧器9以從每個(gè)蒸發(fā)室清除污染性薄霧狀顆粒，設(shè)置有多個(gè)熱管10以從每個(gè)冷凝器中回收熱量并且將該熱量傳遞至上部的蒸發(fā)室，以及設(shè)置有廢水出口11以清除和排泄水污染物。在該替代性的實(shí)施方式中，所有的蒸發(fā)室、冷凝器以及預(yù)熱器被裝入外殼300內(nèi)，并且各個(gè)罐被平板分離裝置302隔開，這些平板中的一些是多孔板301從而能容納熱管10、脫氣裝置8、熱鹽水溢流管29、廢蒸汽管11和除霧器9的通過(guò)。該替代性實(shí)施方式賦予制造上某些成本優(yōu)勢(shì)，并且提供了使熱損失最小化的更簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

包含污染物的引入水，例如鹽水或海水，連續(xù)地在上部進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)入預(yù)熱器儲(chǔ)水罐7。進(jìn)入系統(tǒng)的流量被流量控制器控制，流量控制器可為定量流動(dòng)泵、具有控制閥的可變流量泵或控制引入液流壓力的各種電子控制傳感器。關(guān)于流量控制器，任選地，流量控制器能通過(guò)變化壓力來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的水流，并且這種壓力變化能通過(guò)探測(cè)在系統(tǒng)內(nèi)引入水的更大需求量而被發(fā)信號(hào)告知。這種流量的可變控制，而非流量的二進(jìn)制控制，能獲得特定的系統(tǒng)效率。選擇性地，進(jìn)入系統(tǒng)的引入流量可根據(jù)接收到的信號(hào)而被控制，該信號(hào)指示系統(tǒng)能接收用于凈化過(guò)程的額外水。這種需要更多引入水的反饋可來(lái)自于系統(tǒng)內(nèi)的各種位點(diǎn)，包括例如蒸發(fā)室1、3和5內(nèi)的水平面、產(chǎn)物冷凝器2、4和6內(nèi)的水平面、進(jìn)入脫氣裝置8的被預(yù)熱的水的溫度、離開蒸發(fā)室的蒸汽的溫度或體積等。

其他的控制和反饋點(diǎn)能在系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行中提供另外的有益效果，例如在系統(tǒng)的任何位置探測(cè)水質(zhì)、在系統(tǒng)內(nèi)的任何位置探測(cè)水或蒸汽的體積、探測(cè)能指示系統(tǒng)故障的泄露或溫度等。所述系統(tǒng)的實(shí)施方式設(shè)想了所有的這種控制和控制的結(jié)合。這些控制包括例如探測(cè)注水、蒸發(fā)室容量等的控制。在各種實(shí)施方式中，反饋可為定性的和/或定量的。反饋可包括例如產(chǎn)物冷凝器中的水量、流經(jīng)產(chǎn)物出口的產(chǎn)物水流、水流時(shí)間、蒸發(fā)室內(nèi)的水量、探測(cè)泄露、蒸發(fā)室壓力、輸出水質(zhì)(例如測(cè)量總?cè)芙夤腆w)、系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)室或其他位置的壓差、經(jīng)過(guò)蒸發(fā)室溢出的水流等。

一旦通過(guò)電力、天然氣或油的燃燒器或廢熱提供熱能并且系統(tǒng)被開啟，系統(tǒng)就被配置成基本上在系統(tǒng)的壽命周期中全自動(dòng)控制。系統(tǒng)包括各種反饋機(jī)制以避免溢流以及用以調(diào)節(jié)水流、水壓、輸出以及連續(xù)清潔，從而不需要正常情況下的使用者介入。預(yù)熱器7內(nèi)的液位探測(cè)器、側(cè)浮控開關(guān)、定時(shí)器、溫度傳感器以及功率表都屬于控制器。

關(guān)閉控制器包括人工控制器、溢流控制器(可為系統(tǒng)底部的漂浮物或濕氣探測(cè)器)、冷凝器容量控制器和蒸發(fā)室容量控制器。除具有二進(jìn)制、開/關(guān)、引入水開關(guān)或其他參數(shù)的控制器外，系統(tǒng)進(jìn)一步具有各種控制器，例如基于壓力或流量的流動(dòng)控制器、壓力調(diào)節(jié)器等。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，壓力調(diào)節(jié)器能調(diào)節(jié)引入水壓力從而使壓力例如位于0-250kPa之間。在其他實(shí)施方式中，壓力可為10、20、30、40、50、75、100、125、150、175、200、225、275、300、350、400、450、或500kPa，或更高。壓力調(diào)節(jié)(任選地結(jié)合其他參數(shù)的調(diào)節(jié))能削弱系統(tǒng)內(nèi)的水流量和速度。例如，壓力調(diào)節(jié)結(jié)合系統(tǒng)的尺寸能提供2.5至132,000升/分鐘或更大的水流速度。雖然本文中所記載的系統(tǒng)主要根據(jù)相對(duì)大規(guī)模的水生產(chǎn)來(lái)描述，但是系統(tǒng)能被升級(jí)至任何的水生產(chǎn)量。因此，對(duì)于水流量沒(méi)有上限或下限。但是示范性的流速包括10至500毫升/分鐘、5至1,000升/分鐘、30至30,000升/分鐘、400至200,000升/分鐘等范圍。

系統(tǒng)可進(jìn)一步包括沉淀物捕集器，其能從引入水中清除沉淀物，從而避免這些沉淀物過(guò)早地淤塞系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中已知有各種沉淀物捕集器，并且能被選擇用于本發(fā)明的系統(tǒng)。同樣，為了最小化使用者介入和清潔需要，沉淀物捕集器本身可具有自清潔的特性。例如，沉淀物捕集器具有交替沙濾器或旋轉(zhuǎn)篩，其中從污濁篩至新篩的旋轉(zhuǎn)能被設(shè)備內(nèi)的水壓差驅(qū)動(dòng)，從而使得當(dāng)篩子到達(dá)堆積的污染物的飽和位置時(shí)，其被轉(zhuǎn)換到?jīng)]有被污染物弄臟的篩子。在一些實(shí)施方式中，污濁篩或沙濾器能被放置到水的流動(dòng)路徑中從而使得水朝與流經(jīng)篩子的初始流動(dòng)方向相反的方向流經(jīng)沙濾器或篩子，因此將污染物趕至廢物路徑或排出。因此，本文所記載的系統(tǒng)可使用傳統(tǒng)的以及自清潔的污染物捕集器。

水凈化和脫鹽系統(tǒng)的預(yù)熱功能優(yōu)選地使用預(yù)熱器7。但是，該功能可通過(guò)多種不同的方式來(lái)進(jìn)行，只要結(jié)果是流入系統(tǒng)的鹽水或海水到達(dá)脫氣裝置8時(shí)溫度約90℃或更高。因此，預(yù)熱功能以多種不同形式被實(shí)施，包括例如圓柱罐、矩形罐或任何類型的不同構(gòu)造，這些構(gòu)造具有高的表面積與內(nèi)部體積比的設(shè)計(jì)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如圖9、10和11所示的，預(yù)熱器被多個(gè)熱管10加熱，熱管10經(jīng)過(guò)底部穿過(guò)預(yù)熱器。如圖9所示，P表示用于脫氣的預(yù)熱水。這些熱管將冷凝熱從冷凝器傳遞給引入的海水或鹽水。當(dāng)海水或鹽水經(jīng)過(guò)孔71進(jìn)入預(yù)熱器7，隨著水以螺旋形式(預(yù)熱器底部的螺旋葉片賦予的)流動(dòng)，引入水逐漸被熱管10加熱至接近沸騰溫度。當(dāng)引入海水或鹽水在靠近預(yù)熱器的上部中央處接近沸騰溫度時(shí)，其通過(guò)管82離開預(yù)熱器并且靠近脫氣裝置8的頂部進(jìn)入脫氣裝置。預(yù)熱器的尺寸和結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)充分的駐留時(shí)間從而將預(yù)熱器中的水溫提升至約90℃或更高。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和系統(tǒng)生產(chǎn)水的能力，預(yù)熱功能可受益于可實(shí)現(xiàn)充分的熱交換的材料和結(jié)構(gòu)。選擇性地，在一些實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)的耐久力、空間因素、維護(hù)方便性、材料的可獲得性或費(fèi)用以及其他的因素可影響本發(fā)明這個(gè)方面的設(shè)計(jì)選擇。

在一些實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)能有利地在非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下(例如高海拔)工作。在高海拔，水(包括鹽水或海水)的沸點(diǎn)低于100℃，因此對(duì)蒸發(fā)室以正常速度施加熱量將會(huì)產(chǎn)生更大量的蒸汽并將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的更大量的產(chǎn)出。在這些實(shí)施方式中，顯然預(yù)熱溫度也會(huì)受影響?？紤]到較低的蒸發(fā)室溫度和較低的冷凝器溫度，預(yù)熱至期望的溫度能通過(guò)讓水在預(yù)熱器內(nèi)具有較長(zhǎng)駐留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)具有相同的流速時(shí)將預(yù)熱器的體積構(gòu)造的更大或具有相同的體積時(shí)將預(yù)熱器的流速構(gòu)造的更低。但是，由于蒸發(fā)室內(nèi)的提高的蒸汽生成水平，在大多數(shù)的實(shí)施方式中，并不贊成將預(yù)熱管內(nèi)的流速調(diào)低以實(shí)現(xiàn)有利的駐留時(shí)間和期望的預(yù)熱溫度。這是因?yàn)檎羝a(chǎn)生的較高速度意味著對(duì)引入水的需求相應(yīng)較高。

脫氣通過(guò)圖12和13所示的蒸汽脫附實(shí)現(xiàn)的。如圖12所示，M表示來(lái)自鍋爐的蒸汽，N表示被脫氣的水。如圖13所示，X表示水入口，Y表示氣體。脫氣裝置性能的關(guān)鍵因素是傳質(zhì)比率：垂直脫氣裝置內(nèi)向下的水質(zhì)量比向上的蒸汽質(zhì)量。實(shí)際上，脫氣功能可使用各種能實(shí)現(xiàn)水與氣體的傳質(zhì)逆流的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，氣體是蒸汽；在其他的實(shí)施方式中，氣體可為空氣、氮?dú)獾鹊取Ｋc蒸汽混合的速率和行為受脫氣裝置柱介質(zhì)的大小、構(gòu)造和填充以及介質(zhì)顆粒之間的空隙體積的影響。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，介質(zhì)顆粒填充以形成螺旋。脫氣裝置的性能受經(jīng)過(guò)脫氣裝置的蒸汽和水的速率和體積影響；這可受例如蒸汽入口和出口孔的大小、水流速率等因素控制。涉及脫氣裝置的功能和設(shè)計(jì)的有用信息在Williams和Robert編寫的The Geometrical Foundation of Natural Structure:A Source Book of Design,New York；Dover,1979中有提供，該文件通過(guò)引用被整體加入本文。

因此，對(duì)引入水流速的控制、避免脫氣裝置內(nèi)大的蒸汽泡等有助于脫氣裝置的有效功能。當(dāng)這些參數(shù)不在期望的范圍內(nèi)時(shí)，在脫氣裝置內(nèi)會(huì)發(fā)生溢流或噴射。引入水的溢流在脫氣裝置內(nèi)形成水柱，并且噴射會(huì)將水和蒸汽一起射到脫氣裝置外，任何一個(gè)這種現(xiàn)象都會(huì)干涉到脫氣裝置的性能。因此，合乎需要的是在能最小化溢流和噴射并且具有水流入和蒸汽流出之間的平衡的區(qū)域內(nèi)操作。本發(fā)明實(shí)施方式的脫氣裝置特別重要，原因在于它并不是被設(shè)計(jì)成像許多傳統(tǒng)的脫氣裝置那樣能嚴(yán)格地清除一種污染物，而是能非常有效地清除多種污染物。在典型的引入水的污染物例如為1ppm的設(shè)置中，該步驟目的是降低至50、40、10、5、2或1ppb。

對(duì)水脫氣一般通過(guò)加熱引入水以增加揮發(fā)性化合物的蒸汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在每種化合物的沸點(diǎn)，溶解氣體的溶解度降至零并且氣體隨后將離開水。例如，在飲用水中發(fā)現(xiàn)的多種揮發(fā)性物質(zhì)都是含氯化合物，含氯化合物通常在顯著低于水的沸點(diǎn)的溫度下具有非常大的分壓力。因此，許多這些物質(zhì)能通過(guò)將水加熱至約200-210℉(93-99℃)的溫度以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)拿摎鈦?lái)從水中被清除。但是，這些物質(zhì)不會(huì)立刻完全脫離水；因此，需要一定的時(shí)間來(lái)完全清除溶解的氣體。

現(xiàn)有的脫氣裝置的設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)在于它們很少能控制脫氣裝置中被加熱的水的駐留時(shí)間。因此，當(dāng)引入水中存在過(guò)量的揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)，可能不會(huì)有充分的駐留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的揮發(fā)性物質(zhì)的脫氣。另外，許多脫氣裝置在沒(méi)有壓力控制的情況下運(yùn)行，當(dāng)水蒸汽是選定的用于實(shí)現(xiàn)將揮發(fā)性物質(zhì)大量轉(zhuǎn)移出系統(tǒng)的介質(zhì)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的水蒸汽損失。

脫氣裝置設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題是可擴(kuò)展性。雖然大的工業(yè)脫氣裝置在大的壓降以及大的液體和氣體(對(duì)于傳質(zhì)和脫氣是有效的)的體積的情況下運(yùn)行，但小的脫氣裝置就不能很好地按比例縮小。所需要的是更加緊湊的能實(shí)現(xiàn)額外的駐留時(shí)間并且也能限制廢蒸汽量的脫氣裝置。

在一些實(shí)施方式中，設(shè)置了具有同心層顆粒的脫氣裝置，其中顆粒的內(nèi)層被構(gòu)造成能導(dǎo)致顆粒之間相對(duì)較小的空間，而顆粒的外層被構(gòu)造成能導(dǎo)致顆粒之間相對(duì)較大的空間。在各種實(shí)施方式中，顆粒在脫氣裝置中呈現(xiàn)出隨機(jī)的和規(guī)整的填充。顆?？捎衫缃饘佟⒉Ａб约八芰系炔牧现瞥?。脫氣裝置在頂部可具有水入口。脫氣裝置可在頂部具有廢蒸汽出口并且在底部具有熱蒸汽入口和水出口。

在一些實(shí)施方式中，設(shè)置有脫氣設(shè)備，這種脫氣設(shè)備具有能容納同心層顆粒的容器，其中顆粒的內(nèi)層被構(gòu)造成能導(dǎo)致顆粒之間較小的空間，顆粒的中間層被構(gòu)造成能導(dǎo)致顆粒之間中等的空間，而顆粒的外層被構(gòu)造成能導(dǎo)致顆粒之間較大的空間。介質(zhì)空間使得系統(tǒng)內(nèi)的水蒸汽開始從氣相冷凝，而較小的空間足以使得該過(guò)程能持續(xù)從而使得水蒸汽轉(zhuǎn)變成液態(tài)水。

在其他實(shí)施方式中，脫氣裝置容器在底部、容器的外邊緣處具有蒸汽入口。蒸汽入口使得來(lái)自蒸發(fā)室的熱蒸汽在外邊緣處進(jìn)入容器并且加熱脫氣裝置的內(nèi)側(cè)的外邊緣。容器具有位于容器的頂部的蒸汽出口，廢蒸汽從該蒸汽出口脫離系統(tǒng)。容器具有位于容器頂部的水入口。容器具有位于容器底部的凈化水出口。水出口例如位于容器的中心底部。容器裝滿顆粒。在一些實(shí)施方式中，具有三種尺寸的顆粒，而每個(gè)給定尺寸的顆粒位于同心區(qū)域；因此，在一些實(shí)施方式中，有三個(gè)同心區(qū)域，每個(gè)具有給定尺寸的顆粒。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，顆粒是玻璃珠。在更加優(yōu)選的實(shí)施方式中，有三種尺寸的顆粒，最大尺寸的顆粒位于容器的最外面的區(qū)域，而最小尺寸的顆粒位于容器的最里面區(qū)域。

一些實(shí)施方式包括緊湊、更加有效率的脫氣裝置。該脫氣裝置優(yōu)選地使用空隙變化的同心層從而使得在脫氣裝置內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)允許蒸汽通過(guò)的區(qū)域以及產(chǎn)生另一個(gè)促使水蒸汽冷凝的區(qū)域。脫氣裝置包括脫氣裝置內(nèi)的顆粒，顆粒增加了脫氣裝置內(nèi)的表面面積，因此能實(shí)現(xiàn)要被凈化的水的更長(zhǎng)的駐留時(shí)間。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)的多孔性通過(guò)不同尺寸的顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這些實(shí)施方式中，外層中的顆粒具有相對(duì)較大的尺寸從而使得熱蒸汽能更加容易地從蒸汽源(例如蒸發(fā)室)進(jìn)入并且通過(guò)脫氣裝置。這種自來(lái)蒸發(fā)室的熱蒸汽也能作為保持系統(tǒng)內(nèi)溫度接近沸點(diǎn)的絕緣體。在較大尺寸顆粒的外層的內(nèi)部是中等尺寸的顆粒。中等尺寸顆粒層具有足夠的滲透性和較長(zhǎng)的駐留時(shí)間，從而允許更高比例的揮發(fā)性物質(zhì)被脫氣。氣孔和顆粒的這種中等尺寸層更加適合將蒸汽冷凝成水，因?yàn)樵陬w粒之間有更小的間隙。內(nèi)層包括較小尺寸的顆粒，從而使得氣孔大部分裝滿脫氣水，脫氣水通過(guò)重力流入蒸發(fā)室。

脫氣系統(tǒng)優(yōu)選地靠近蒸發(fā)室設(shè)備。優(yōu)選地，脫氣單元位于蒸發(fā)室的頂部。這使得來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽直接從蒸發(fā)室上升進(jìn)入脫氣裝置。這也使得來(lái)自脫氣裝置的被脫氣的水直接排入蒸發(fā)室。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識(shí)到，在蒸發(fā)室和脫氣裝置之間不需要任何明顯的分隔物。在一個(gè)實(shí)施方式中，只有用于保持顆粒的屏蔽物將脫氣裝置和蒸發(fā)室分隔開。

顆?？梢允侨魏涡螤畹模缜蛐蔚?、半球形的、無(wú)定形的、長(zhǎng)方形的、橢圓形的、正方形的、圓形的、多面體的、不規(guī)則的(例如砂礫)等等。顆粒表面能如期望的一樣變化，例如實(shí)體的、多孔的、半多孔的、鍍膜的或被構(gòu)造得提供長(zhǎng)駐留時(shí)間等等。優(yōu)選地，顆粒是球形的并且無(wú)孔的。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到不同尺寸顆粒相互之間會(huì)具有不同尺寸的間隙(粒間空間)。例如，較大的玻璃球比較小的玻璃球會(huì)具有更大的間隙。粒間空間的大小基于顆粒的尺寸、顆粒的形狀以及其他因素而變化。通常，較大的球形顆粒也會(huì)導(dǎo)致較大空隙。也就是，在球體之間會(huì)有相對(duì)較大的間隙。同樣，較小的顆粒會(huì)有較小的粒間空間，從而導(dǎo)致更加適合蒸汽冷凝成液態(tài)水的環(huán)境。

顆粒能由任何合適的材料制成。示范性的材料包括但并不限于金屬、玻璃、復(fù)合材料、陶瓷、塑料、石材、纖維素材料、含纖維材料等等。如果需要可使用材料的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員能針對(duì)每種具體的目的確定合適的材料。優(yōu)選地，所述材料由玻璃制成。所選擇的材料優(yōu)選地能抵抗長(zhǎng)時(shí)間的高溫使用，而不會(huì)有明顯的開裂、破裂、其他的損壞，或者浸析有毒材料到水中。如果需要，不同尺寸的顆粒能由不同材料制成。例如，外部顆粒能由金屬材料制成，中間層由耐溫塑料制成，而中心層由玻璃制成。所挑選的材料優(yōu)選地能抵抗由于加熱程序所引起的破壞、生銹或破裂。

在一些實(shí)施方式中，不是改變顆粒的尺寸，而是改變顆粒的其他特性，例如顆粒的表面特性。另外，如果需要，能采用不同尺寸的顆粒的混合物來(lái)填充脫氣裝置，其中填充過(guò)程允許尺寸逐漸減小的顆粒填充脫氣裝置的中心區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，使用整個(gè)層上都一致的顆粒來(lái)填充這些層。在其他實(shí)施方式中，這些層是不同種類的并且能容納其他形狀的珠子、顆粒、玻璃絨等等。顆粒的異質(zhì)性不僅包括尺寸，也包括例如成分、表面特性、密度、比熱、潤(rùn)濕性(疏水性與親水性)、硬度、展延性等等。優(yōu)選地，如上所討論的，無(wú)論何種形式的異質(zhì)性都被分布在脫氣裝置內(nèi)的同心環(huán)上，即使在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中也可考慮不是同心的其他排列。

可通過(guò)使用本發(fā)明的方法來(lái)進(jìn)行水處理而能被清除或減少的揮發(fā)性污染物的例子包括但不限于甲基叔丁基醚、苯、四氯化碳、氯苯、鄰二氯苯、對(duì)二氯苯、1,1-二氯乙烯、順式-1,2-二氯乙烯、反式-1,2-二氯乙烯、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,2-二氯丙烷、乙苯、苯乙烯、四氯乙烯、1,2,4-三氯苯、1,1,1,-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、三氯乙烯、甲苯、乙烯基氯、二甲苯、天然氣體(例如氧、氮、二氧化碳、氯、溴、氟和氫)、其他揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)(例如甲酸、乙肼、甲基丙烯酸甲酯、丁基乙胺、丁醇、丙醇、乙醛、乙腈、丁胺、乙胺、乙醇、甲醇、丙酮、烯丙胺、烯丙醇、乙酸甲酯、氫氧化銨和氨水)等等。

如圖7A和7B所示，一旦引入的鹽水或海水已經(jīng)被脫氣，它就在重力作用下流入下方的蒸發(fā)室3。根據(jù)系統(tǒng)的期望生產(chǎn)能力以及基于影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素而作出的其他設(shè)計(jì)選擇，沸騰罐可以是任何尺寸和構(gòu)造的。例如，蒸發(fā)室的容量可為約100加侖或2,000-10,000加侖、11,000-100,000加侖或更多。因?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)是完全可擴(kuò)展的，蒸發(fā)室的尺寸是可變化的并且能如期望地被選擇。同樣，蒸發(fā)室的構(gòu)造能如期望地變化。例如，蒸發(fā)室能是圓柱形的、球形的、矩形的或任何其他形狀。在優(yōu)選實(shí)施方式中，蒸發(fā)室3是圓柱形的、被多個(gè)穿過(guò)蒸發(fā)室底部的熱管10貫穿、具有中心定位的卸料管以及具有設(shè)置在蒸發(fā)室頂部的除霧器9，所述卸料管將過(guò)量的熱鹽水向下帶入下方的蒸發(fā)室。在此優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，攜帶來(lái)自脫氣裝置頂部的揮發(fā)性組分的廢蒸汽11也垂直經(jīng)過(guò)蒸發(fā)室。來(lái)自除霧器91的清潔蒸汽向上流入上方的冷凝器4。

因?yàn)閮艋到y(tǒng)的操作是持續(xù)的，鹽水或海水通過(guò)煮沸被部分地濃縮，并且蒸發(fā)室3內(nèi)的濃度由蒸餾階段的數(shù)量決定。因此，如果使用兩個(gè)階段的蒸餾，蒸發(fā)室內(nèi)的鹽度被保持在被排出的廢棄鹽水的值的一半或約12％。如果使用三階段的蒸餾，蒸發(fā)室3內(nèi)的鹽度會(huì)達(dá)到約23％的最終鹽水濃度的約三分之一。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，蒸發(fā)室僅通過(guò)重力經(jīng)排水管排水。在其他實(shí)施方式中，蒸發(fā)室的排泄通過(guò)泵吸作用驅(qū)動(dòng)。對(duì)蒸發(fā)室3的持續(xù)排泄使得蒸發(fā)室內(nèi)的沸騰流體維持恒定的水平，并且這種持續(xù)的排泄也避免了沉淀物、鹽類和其他顆粒在蒸發(fā)室內(nèi)的沉淀。

圖18圖示了防止蒸發(fā)室內(nèi)積垢的自清潔機(jī)制。水垢趨于優(yōu)先在較熱的表面上形成，在蒸發(fā)室3內(nèi)，較熱的表面對(duì)應(yīng)于每個(gè)熱管10的上表面。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱管被多孔轉(zhuǎn)筒27和多個(gè)陶瓷球28包圍。自清潔介質(zhì)能選自多個(gè)合適選擇對(duì)象的任一種。這些選擇對(duì)象包括任何形狀的玻璃或陶瓷珠子或球體、石材、合成結(jié)構(gòu)等等。在每種情況下，自清潔介質(zhì)的特性被選擇使得通過(guò)沸水的攪動(dòng)移動(dòng)自清潔介質(zhì)的單個(gè)顆粒，但是這種移動(dòng)會(huì)被自清潔介質(zhì)的物理特性克服，引起每個(gè)顆粒再次下降到每個(gè)熱管的側(cè)面和蒸發(fā)室的底部、擊打并且撞出任何的沉淀物或水垢。例如，具有相對(duì)高的比重但是具有相對(duì)小的表面積與體積比的自清潔介質(zhì)可以與大體上相當(dāng)于第二自清潔介質(zhì)的方式起作用，第二自清潔介質(zhì)具有較低的比重但是具有相對(duì)較大的表面積與體積比。在每種情況下，本領(lǐng)技術(shù)人員可選擇能實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的形態(tài)和成分的組合。在一些實(shí)施方式中，使用自清潔的替代性方法，例如應(yīng)用超聲波能量。

自清潔介質(zhì)的設(shè)計(jì)選擇中的另一考慮因素是自清潔介質(zhì)的硬度。通常，硬度應(yīng)當(dāng)大致相當(dāng)于組成蒸發(fā)室的材料的硬度。這就能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)使用自清潔介質(zhì)，而不會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)或蒸發(fā)室的壁和底部的磨蝕。在蒸發(fā)室的加熱元件位于腔室的內(nèi)部的一些實(shí)施方式中，例如具有熱管10的情況，自清潔介質(zhì)的硬度和其他特性能被選擇從而避免磨蝕和/或其他方式損壞加熱元件以及蒸發(fā)室本身。

由于蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)提供的自清潔功能和蒸發(fā)室的清潔介質(zhì)，本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)在正常使用壽命內(nèi)不需要清潔。在一些實(shí)施方式中，在2、3、4、5或6個(gè)月內(nèi)不需要清潔。在其他實(shí)施方式中，在9、12、18、24、30或36個(gè)月內(nèi)不需要清潔。在其他實(shí)施方式中，在4、5、6、7、8、9、10年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不需要清潔。

水在蒸發(fā)室內(nèi)的駐留時(shí)間能在基于引入水的性質(zhì)和系統(tǒng)的期望性能而在一定范圍內(nèi)變化。合適的范圍通過(guò)各種因素確定，包括引入水中是否有生物污染物。有效清除生物污染物所需的在蒸發(fā)室經(jīng)受高溫的時(shí)間是變化的。一些生物污染物比其他的污染物更快地易受高溫影響。在許多實(shí)施方式中，短至10分鐘的駐留時(shí)間足以殺掉大多數(shù)的生物污染物。在其他實(shí)施方式中，為了更加徹底地消除一系列的生物污染物，更長(zhǎng)的駐留時(shí)間可能是合乎需要的。蒸發(fā)室內(nèi)的駐留時(shí)間范圍的上限值通常由效率因素決定，該效率因素涉及產(chǎn)生產(chǎn)物水的速度與用于將選定量的水維持在沸點(diǎn)的能量相比較。因此，蒸發(fā)室內(nèi)的駐留時(shí)間可與用于水到達(dá)沸點(diǎn)并且放出蒸汽的最小時(shí)間一樣小，直至有利于清除生物污染物的時(shí)間點(diǎn)，例如可以是10、15、20、25、30、35、40、45分鐘等。另外，在其他實(shí)施方式中可選擇較長(zhǎng)的駐留時(shí)間，例如50、60、70、80和90分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。

蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通常沒(méi)有顆粒、沉淀物和其他污染物。但是，沸騰作用能導(dǎo)致某些污染物被帶入汽相，例如在空氣/水的分界面形成的薄霧的微滴的表面上。另外，蒸汽能在蒸發(fā)室頂部的下側(cè)冷凝成液滴，如圖14所示。這種液滴14能橫向移動(dòng)并且能隨蒸汽流S一起進(jìn)入除霧器裝置9。金屬凹槽13防止這種液滴移動(dòng)以及污染蒸汽流。另外，折流防護(hù)裝置15也可給由蒸汽攜帶的薄霧狀顆粒提供障礙。如圖12所示，標(biāo)號(hào)12表示鍋爐頂部。圖15提供了設(shè)置在蒸發(fā)室下側(cè)的折流防護(hù)裝置的圖片。

除上面的蒸汽清潔機(jī)制外，使用除霧器能將清潔蒸汽與薄霧負(fù)載的污染物分離。各種除霧器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，包括那些使用防護(hù)屏、折流板等，從而能根據(jù)尺寸和移動(dòng)性分離蒸汽和薄霧的除霧器。優(yōu)選的除霧器是那些能使用氣旋作用以基于密度差分離蒸汽和薄霧的除霧器。氣旋基于沿徑向運(yùn)動(dòng)高速地移動(dòng)流體或氣體的原理工作，從而給流體或氣體的組分施加離心力。常規(guī)的氣旋具有錐形截面，在某些情況下錐形截面有助于角加速度。控制漩渦分離的效率的關(guān)鍵參數(shù)是蒸汽入口的尺寸、兩個(gè)分別用于清潔蒸汽和負(fù)載污染物的薄霧的出口的尺寸、以及進(jìn)入位置和出口位置之間的壓差。

如圖3和16所示，除霧器通常被放置在蒸發(fā)室1或3內(nèi)或上方，以允許蒸汽從蒸發(fā)室經(jīng)進(jìn)料口92進(jìn)入除霧器。經(jīng)所述進(jìn)料口進(jìn)入除霧器的蒸汽具有初始速度，初始速度主要與蒸發(fā)室和除霧器之間的壓差和進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常，除霧器的壓差約0.5至10英寸的水柱－約125至2500Pa。進(jìn)料口通常被設(shè)計(jì)成不會(huì)對(duì)進(jìn)入氣旋的蒸汽產(chǎn)生重大的阻力。在較高的速度時(shí)，例如在氣旋錐形區(qū)域93，相對(duì)不及薄霧濃厚的清潔蒸汽朝氣旋中心移動(dòng)，同時(shí)薄霧朝外圍移動(dòng)。位于氣旋中心的清潔蒸汽出口91具有用于清潔蒸汽的出口點(diǎn)，同時(shí)位于氣旋底部的薄霧出口94允許薄霧從除霧器流出。清潔蒸汽從除霧器到達(dá)冷凝器，同時(shí)薄霧再次直接進(jìn)入蒸發(fā)室。在典型的操作中，清潔蒸汽與薄霧的比例至少為約2:1，更一般地為3:1、4:1、5:1或6:1；優(yōu)選為7:1、8:1、9:1或10:1，更加優(yōu)選地大于10:1。除霧器的選擇能基于多個(gè)因素來(lái)調(diào)整，包括例如清潔蒸汽出口的位置和大小、除霧器的壓差、除霧器的結(jié)構(gòu)和尺寸等等。其他關(guān)于除霧器設(shè)計(jì)的信息在2005年7月6日申請(qǐng)的、美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮?0/697107、名稱為改良的氣旋除霧器中有提供，該申請(qǐng)通過(guò)引用整體地加入本文。本文所披露的除霧器在清除亞微顆粒污染物方面極其有效。相比較而言，其他設(shè)計(jì)的除霧器(例如防護(hù)屏型的和折流板型的除霧器)在清除亞微顆粒污染物方面效率較低。

清潔蒸汽在通常直接位于每個(gè)蒸發(fā)室上方的冷凝器內(nèi)被冷凝。過(guò)多的熱量被散熱器、風(fēng)扇、熱交換器或熱管耗盡。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱量被熱管從冷凝器移除，如圖5、6和8所示。如圖5所示，R表示熱流，標(biāo)號(hào)23表示同心或螺旋葉片。如圖8所示，標(biāo)號(hào)81表示脫氣裝置口。用于從冷凝蒸汽將熱量轉(zhuǎn)移至引入水的熱管的討論在2005年10月14日提交的、美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮?0/727,106、名稱為節(jié)能蒸餾系統(tǒng)中和2008年9月9日提交的、美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2/090,248、美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)為2009/0218210、名稱也是節(jié)能蒸餾系統(tǒng)中有提供，上述兩個(gè)申請(qǐng)文件的內(nèi)容通過(guò)引用整體地被加入本文。

清潔蒸汽從除霧器通過(guò)管91進(jìn)入冷凝器2或4或6。當(dāng)清潔蒸汽進(jìn)入冷凝器，蒸汽以螺旋形式旋轉(zhuǎn)，這能增加駐留時(shí)間并且使得冷凝最有效率。冷凝器內(nèi)的蒸汽的螺旋運(yùn)動(dòng)由螺旋葉片實(shí)現(xiàn)。冷凝熱被多個(gè)設(shè)置在冷凝器上表面的熱管10移除。當(dāng)熱量被熱管移除并且向上轉(zhuǎn)移至上方的蒸發(fā)室或預(yù)熱器時(shí)，蒸汽冷凝成產(chǎn)物水，產(chǎn)物水經(jīng)清潔水出口24流出。廢蒸汽管11和將熱鹽水從上方的蒸發(fā)室運(yùn)送到下方的蒸發(fā)室的鹽水溢流管29穿過(guò)冷凝器。

圖2和3圖示了底部蒸發(fā)室和加熱系統(tǒng)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)?？赡茉诙嗉?jí)蒸餾中使用的中間沸騰器和冷凝器完全類似于上述沸騰器和冷凝器，這里不再重復(fù)。底部蒸發(fā)室1代表通過(guò)蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)最后一級(jí)的鹽水濃縮，并且來(lái)自該階段的廢棄的鹽水濃度約為23％或低于23％的鹽分，從而能防止在系統(tǒng)的任何位置結(jié)晶。熱的鹽水經(jīng)過(guò)管29進(jìn)入底部蒸發(fā)室1，這會(huì)導(dǎo)致幾英寸水的超液壓，或者足夠保持比最高的蒸發(fā)室高5-25℃的沸騰溫度，因此確保在多個(gè)蒸餾階段之間充分的熱傳遞。放置在蒸發(fā)室內(nèi)側(cè)并且連接至廢蒸汽的排泄流11的另一管使蒸發(fā)室內(nèi)的沸騰鹽水維持恒定水平，并且持續(xù)地移除廢鹽水和任何的懸浮顆粒。蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入除霧器9，在除霧器9內(nèi)蒸汽被清潔。如圖2-3所示，H表示來(lái)自第二蒸發(fā)室的熱鹽水，B表示鹽水出口，標(biāo)號(hào)91表示來(lái)自除霧器的清潔蒸汽，標(biāo)號(hào)22表示來(lái)自第二蒸發(fā)室的液壓超壓力。

用于蒸餾的能量由設(shè)置在蒸發(fā)室1底部的加熱罐21提供。圖4顯示了多個(gè)不同的用于提供熱量的結(jié)構(gòu)。圖4(a)顯示了本發(fā)明主題是能量不可知論(agnostic)的事實(shí)。用于脫鹽的系統(tǒng)能使用任何形式的能量作為能源211，包括電力，天然氣、燃油或碳?xì)浠衔铮踔潦菑U棄的熱源，只要它們能提供高于120-130℃的溫度的熱量。圖4(b)顯示了最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其由油或氣體燃燒器212組成。圖4(c)描繪了電加熱器，其具有電源216和電阻加熱器213。圖4(d)顯示了使用電阻加熱器213的電阻加熱，電阻加熱器被絕緣襯214包圍并且連接至熱管215的功率源216，熱管215隨后將熱量傳遞至蒸發(fā)室。圖4(e)顯示了通過(guò)使用熱管215來(lái)利用廢熱217。

圖17顯示了傳統(tǒng)熱管運(yùn)行的原理。熱管由密封金屬管17組成，密封管17部分真空，部分裝有少量的工作流體18，工作流體通常是水，并且也可裝有具有毛細(xì)作用的芯線19。熱源25提供焓形式的能量給熱管的一端，并且該能量引起工作流體18蒸發(fā)。工作流體的蒸汽立即充滿管內(nèi)，因?yàn)楣苁翘幱诓糠终婵?。一旦工作流體的蒸汽到達(dá)熱管的溫度稍低的相反端，蒸汽就冷凝并且提供同樣的冷凝熱形式的焓。當(dāng)工作流體冷凝成液體，就被具有毛細(xì)作用的芯線吸收，芯線將液體運(yùn)送回起始點(diǎn)。因?yàn)檎舭l(fā)熱定義上是等于冷凝熱，熱管非常有效地傳遞熱量，而不存在溫度上可感知損失，除了經(jīng)過(guò)壁的熱量損失。如圖17所示，標(biāo)號(hào)16表示冷側(cè)。

圖19顯示了用于將熱管附接至蒸發(fā)室3和冷凝器2以防止泄露的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。圓襯36被焊接或以其他方式附接至熱管10。較小直徑的襯套被焊接或附接至蒸發(fā)室底部26或者冷凝器頂部37。螺栓34在壓力下附接這些襯套從而壓縮O形環(huán)33。

蒸發(fā)室和預(yù)熱器的構(gòu)造材料可以是任何能抵抗鹽水環(huán)境腐蝕的材料。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，蒸發(fā)室和預(yù)熱器用鈦合金制成，例如已知的能抵抗熱海水腐蝕的Ti-6A1-4V。選擇性地，當(dāng)傳統(tǒng)的碳鋼鍍有特殊的含氯氟烴聚合物(例如)或多種能抵抗沸騰溫度和鹽堿環(huán)境的聚合物時(shí)，也可使用傳統(tǒng)的碳鋼。這些構(gòu)造材料只是示范性的并不是作為本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以考慮選擇性的材料和鍍層，例如其他的金屬和合金，這些都包含在本發(fā)明構(gòu)思內(nèi)并且被本發(fā)明公開的范圍限定。

在一些實(shí)施方式中，在本文中披露了實(shí)施方式的用于凈化水的系統(tǒng)能與其他系統(tǒng)和設(shè)備結(jié)合以提供額外的有益特點(diǎn)。例如，所述系統(tǒng)能與下述文件中公開的任何設(shè)備或方法結(jié)合在一起使用：2005年5月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮?0/676870、名稱為太陽(yáng)能模組裝置的文件；2005年7月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/697104、名稱為可視的水流量指示器的文件；2005年7月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/697106、名稱為用于恢復(fù)飲用水中的礦物質(zhì)成分的設(shè)備的文件；2005年7月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/697107、名稱為改良的氣旋除霧器的文件；2004年12月1日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S2004/039993的文件；2004年12月1日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S2004/039991的文件；2006年10月13日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S06/40103的文件，2006年10月16日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S06/40553的文件；2007年3月2日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S2007/005270的文件，2008年3月21日提交的PCT申請(qǐng)?zhí)枮閁S2008/003744的文件以及2003年12 月2日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/526,580的文件，上述申請(qǐng)的每個(gè)通過(guò)引用被整體地加入本文。

本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，這些方法和裝置適于實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)并且獲得上述目的和優(yōu)點(diǎn)以及其他的優(yōu)點(diǎn)和效果。本文中所記載的方法、步驟和裝置目前只代表優(yōu)選的實(shí)施方式并且是示范性的并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員的改變和其他使用也包含在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)并且被本發(fā)明公開的范圍限定。

控制設(shè)備

通過(guò)參考圖20有助于此處的論述。當(dāng)主功率開關(guān)被打開時(shí)，控制電路確定開始程序，并且隨后持續(xù)操作。初始，開啟進(jìn)水泵，進(jìn)水泵開始以恒定的流速向整個(gè)系統(tǒng)供給水。使用者輸入包括“開始”、“中止/保持”以及維護(hù)模式，并且使用者狀態(tài)能通過(guò)顯示器、遠(yuǎn)程終端或因特網(wǎng)顯示運(yùn)行模式和傳感器狀態(tài)。頂部的蒸發(fā)室上的溫度傳感器探測(cè)低于水沸點(diǎn)的溫度，并且激活電磁閥，電磁閥將所有冷凝器的輸出轉(zhuǎn)換至廢水排泄。傳感器輸入包括一個(gè)或更多的蒸發(fā)室溫度、脫氣裝置溫度、除霧器溫度、引入水的濁度(總?cè)芙夤腆w)、輸出水濁度(總?cè)芙夤腆w)以及水溢流。同時(shí)，同樣的溫度傳感器開啟能量輸入開關(guān)，能量輸入開關(guān)開啟能量并且輸入至加熱室。根據(jù)加熱系統(tǒng)是否使用電力、氣體、燃油或廢熱運(yùn)行，輸入開關(guān)分別開啟能量給線圈、開啟燃料供給并點(diǎn)燃燃燒器或打開廢熱供給。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到溫度，上方蒸發(fā)室內(nèi)的傳感器達(dá)到沸點(diǎn)溫度，在該溫度點(diǎn)傳感器開啟電磁閥，電磁閥關(guān)閉所有冷凝器的排水并且允許產(chǎn)出水傳輸。

控制電路包括多個(gè)安全裝置，當(dāng)開啟警告燈或音頻信號(hào)時(shí)，所有的安全裝置關(guān)閉系統(tǒng)。位于產(chǎn)品出口的傳導(dǎo)傳感器持續(xù)監(jiān)控水質(zhì)，并且當(dāng)水質(zhì)惡化超過(guò)預(yù)先確定點(diǎn)時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)。具體地，運(yùn)行狀態(tài)包括水質(zhì)預(yù)警、水質(zhì)誤差以及運(yùn)行模式，例如開啟、正常、維護(hù)和關(guān)閉；外部系統(tǒng)控制可通過(guò)水源流動(dòng)或蒸發(fā)室加熱實(shí)現(xiàn)。類似地，加熱室的溫度傳感器防止系統(tǒng)過(guò)熱。位于廢水排泄流處的電導(dǎo)探測(cè)器探測(cè)廢棄鹽水的濃度以及當(dāng)濃度超過(guò)23％的鹽度時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)從而防止系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)晶問(wèn)題。脫鹽作用的控制能通過(guò)輸入流控制或通過(guò)蒸發(fā)室排泄來(lái)實(shí)現(xiàn)。

顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本文所公開的發(fā)明進(jìn)行替代和修改不會(huì)超出本發(fā)明的范圍和構(gòu)思。

本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本文所提出的本發(fā)明的觀點(diǎn)和實(shí)施方式能被相互分開地或相互結(jié)合地實(shí)施。因此，分開的實(shí)施方式的結(jié)合也屬于本文所公開的本發(fā)明的范圍。

所有的專利和公開文件在相同的程度上通過(guò)引用被加入本文，就如果每個(gè)單獨(dú)的文件被明確地和單獨(dú)地指出通過(guò)引用被加入一樣。

本文中適于圖示地記載的發(fā)明能在缺少任何元件或本文中沒(méi)有明確披露的限制時(shí)被實(shí)施。所使用的術(shù)語(yǔ)和表述被用作說(shuō)明書的術(shù)語(yǔ)而不是說(shuō)明書的限制，并且不存在使用這些術(shù)語(yǔ)和表述時(shí)顯示排除所示和所描述的特征的等同物或部分。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，各種修改也可能術(shù)語(yǔ)本發(fā)明所公開的范圍。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，雖然本發(fā)明被通過(guò)優(yōu)選實(shí)施方式和選擇性特征明確地公開，但是本文所公開的構(gòu)思的修改和變化也能被本領(lǐng)域技術(shù)人員使用，并且這些修改和變化被認(rèn)為屬于通過(guò)公開所界定的發(fā)明范圍。