CN101641293B - 用于净化液体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种用于净化包含液体颗粒和残余颗粒的液体的方法和装置，所述方法包括以下步骤：加热待净化的具有液体颗粒和残余颗粒的液体；将液滴形式的液体运送到净化空间中；向液滴和冷凝表面施加相似的电荷；在净化空间中蒸发液体颗粒；凝结经蒸发的液体颗粒，以在冷凝表面上形成凝结水；分别排出凝结水和未蒸发的残余颗粒。

Description

用于净化液体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于净化包含液体颗粒和残余颗粒的液体的方法。据此能够从例如海水中产生基本上纯净的水。

背景技术

已知的用于淡化海水从而将海水转化成淡水的系统是膜蒸馏。这里盐水被加热，其中水分蒸发并穿过膜，之后水蒸汽凝结在一个相对冷的冷凝表面上并且将热释放给要被加热的盐水。凝结水(condensation)作为基本上纯净的淡水然后被排出。

膜的使用是整个净化过程一个昂贵的方面。不仅膜的生产和购买昂贵，膜也容易受到污染，它们的操作因而开始不太有效。另外的问题是许多膜基本上是温度敏感的，特别是在较高的温度下变得不能有效地使用。液体的蒸发还需要大量的能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净化液体的方法，其中净化以更有效的方式进行。

本发明提供了一种用于净化包含液体颗粒和残余颗粒的液体的方法，该方法包括以下步骤：

-加热待净化的具有液体颗粒和残余颗粒的液体；

-将液滴形式的液体运送到净化空间中；

-向液滴和冷凝表面施加相似的电荷；

-使液体颗粒在净化空间中蒸发；

-在冷凝表面上凝结经蒸发的液体颗粒；

-分别排出凝结水和未蒸发的残余颗粒。

通过加热待净化的液体并且在净化空间中分散或汽化该加热的液体，液体可以有效地蒸发。向液滴施加电荷以使液滴变得不稳定。一旦超过临界点，这些液滴然后以带电粒子雾的形式分散。这些颗粒的直径大约为10微米级或更小。也可以重复汽化所述颗粒的过程(“电喷雾”)。液体从颗粒蒸发。因此获得有效的蒸发过程。然后，蒸发的液体寻找到一个表面以在其上凝结。向冷凝表面施加与施加到残余颗粒的电荷相似的电荷，以使液体的残余颗粒被冷凝表面排斥并且只有经蒸发的液体颗粒凝结在该冷凝表面上。冷凝表面在这里具有比颗粒的温度低的温度。然后，基本上纯净的液体流通过分别收集凝结水并排出凝结水而获得。未蒸发的残余颗粒作为残余流而被排出。施加所述电荷的结果，尤其是不需要膜来使经蒸发的液体颗粒与残余颗粒分开。由此获得有利的过程，其操作在使用中没有因为例如污染而受到影响。在有利的实施例中，液体是海水，其被净化成为适合使用的淡水。

在根据本发明优选的实施例中，经蒸发的液体颗粒被引导至冷凝壁。

通过引导液体颗粒至冷凝壁，待净化的大部分液体与残余颗粒分开。该引导步骤可以通过利用额外的气体流和/或压差来进行。由此可通过此过程实现更大的输出。另外的优点是，残余流将包含较少的液体颗粒，例如较高浓度的盐，并且因此较小。

在根据本发明的优选实施例中，加热液体的步骤包括通过热交换器运送液体并且进一步用外部源加热液体。

由于采用了热交换器加热液体，所以可使用从尤其是冷凝过程和/或残余流的剩余物释放出来的能量。外部源对于提供额外的能量以维持所述过程来说是必要的。在有利的实施例中，所述能源体现为额外的热交换器。可以通过使用热交换器以相对简单的方式向液体供应热形式的能量。所述热交换器可以获得例如来自另一个过程的残余能量形式的热，所述另一个过程最好是附近的过程。在此也可以使用例如太阳能。液体的加热优选地与蒸发、冷凝和/或排出逆流发生。过程中所需的能量的使用因此被最有效地管理。优选地进一步向液滴和冷凝表面都施加正电荷。最有效的使用因此是由所涉及物质的性质来的。

在根据本发明的优选实施例中，残余颗粒被冷凝表面排斥而被排出壁(discharge wall)吸引，所述排出壁上的电荷与所述冷凝壁上施加的电荷相反。

通过向液体和向冷凝表面施加电荷，液体中的残余颗粒被该冷凝表面排斥。残余颗粒的流动方向可以进一步通过排出壁的使用来导向，所述排出壁上的电荷与所述冷凝壁上施加的电荷相反。残余颗粒因而被吸引，并且液体的净化被进一步改善。电荷可以通过使用一个或多个电源而被施加。排出壁例如也可以由感应过程被提供有电荷。

在根据本发明的有利的优选实施例中，通过利用盐水和淡水之间的压差使残余流用于产生能量。

膜电位是由使用例如离子选择性膜而产生的，所述膜将盐水和淡水分开。该电位达约80mV。为了使用更大的电压差，小电压差能够可选地通过放置串联的多个室来增大，因而可以产生电。通过使用用于此目的的高度浓缩的盐残余流，可以通过使用膜来实现相对高的电压差，因而可以通过利用该残余流以更有效的方式发电。

本发明还进一步涉及一种用于净化液体的装置。所述装置提供关于上述方法的相同的效果和优点。在根据本发明的装置的有利实施例中，设置了双壁缸(double-walled cylinder)作为热交换器和冷凝表面。通过双壁缸的使用，进入液体流例如可以被外缘加热，之后经分离的流的蒸发、冷凝和排出经过缸的中心来进行。进入液体流当然也可以被引导通过所述缸的中心并且通过外缘排出。通过这样的双壁缸，可以以有效的方式实现有利的装置。

在进一步优选的实施例中待净化的液体被加热到大约200℃，以加强蒸发步骤。

例如通过采用更高的压力将待净化的液体加热到100℃以上，液体流的热量增大。水的大部分将在此蒸发步骤中蒸发。最适温度取决于具体的操作条件，如流速幅度，热交换表面等。待净化的液体的温度将优选地在100℃以上，到约125℃，更优选地到约150℃，并且最优选地到200℃或者更高。将清楚的是，当温度过高时，除其他因素外，热损失将变得如此之大而使过程进展得不太有效。

附图说明

在优选实施例的基础上对本发明的其他优点、特征和细节进行了阐述，其中，参考了附图，在附图中：

图1示出了用于净化液体的已知原理的示意图；

图2示出了根据本发明的方法的示意图；

图3示出了根据图2示图的实施例的示意图；

图4示出了根据本发明的平行连接的净化装置的可替换实施例。

具体实施方式

用于净化液体的装置2(图1)吸收盐流4，例如海水。该盐流4包括每升海水中约35克的盐。在进口侧该盐水具有例如25℃的温度。在非多孔管6中液体被加热到排出流8的约80℃的温度。所述流8进一步被加热元件10加热，并且结果形成约95℃的额外加热的流。然后，额外加热的流12进入多孔管14。水将由于高温而蒸发，并且当水蒸汽流18通过膜或多孔管14的开口16时水将落在相对冷的冷凝表面20上。该纯净的凝结水作为纯净水流22被排出以进一步使用。液体流的没有穿过膜或多孔管14的开口16的残余颗粒作为残余流24被排出。在水蒸汽流18到冷凝表面20的这个过程中，可以可选地采用小负压以促进这一过程。

根据本发明的装置26(图2)吸收盐水28并通过管30运送盐水。在此，将水流从进入流28的约25℃加热到排出流32的约80℃。所述流32然后被加热元件34进一步加热，以形成额外加热的流36。该额外加热的流36具有约95℃的温度。流36被运送到喷雾器或蒸发器38。喷雾器38设置有针状出口(未示出)。喷雾器通过连接件42连接到电源40。电源40通过施加电压向喷雾器中的液体提供电荷。流36然后通过喷雾器38分散在液滴流44中。来自这些液滴的水可以蒸发并且作为水蒸汽流46通过风扇47沿着冷凝表面48的方向运送。冷凝表面48通过连接件52的方式由电源50提供电荷，所述电荷与喷雾器38的电荷相同。只有水蒸汽流46将凝结到冷凝表面48上，并且残余颗粒将作为残余流54被排出。残余颗粒被板56吸引，所述板56可以通过连接件60的方式由电源58提供电荷。板56上的电荷与冷凝壁48上的电荷相反。可选地，板56上的电荷可以通过感应获得。流44可以通过使用风扇49来导向。这里可以使用空气或其他气体。

由于液滴流44的高温，水可以蒸发，然后凝结到冷凝表面48上。这一过程发生在空间61中。冷凝过程中释放的热用于加热进入流28。排出流具有约28℃的温度。在所示实施例中，约10％的水将在例如单个纯化步骤中蒸发，当然这取决于过程参数。

如根据如图2所示操作的用于净化液体的装置62(图3)，由一个双壁缸64形成。所述缸64具有外壁66和内壁68。由海水形成的进入流70流过由外壁66和内壁68形成的通道72。排出流74进一步被加热元件76加热，形成额外加热的流78。热流78被运送到喷雾器80，所述喷雾器80将流78分散成液滴流82。水可以从该流82蒸发并且形成水蒸汽流84，所述水蒸汽流将凝结在相对冷的内壁68上。收集凝结水，并将其作为纯净水流86进一步地运送。剩余的颗粒作为残余流88被进一步运送。喷雾器80通过连接件92连接到电源90。内壁68通过连接件96连接到电源94。残余流88被收集壁98收集，所述收集壁通过连接件102连接到电源100。

进入流从25℃的温度被加热到在排出流74处的约80℃。由于额外加热，使得额外加热的流78具有约95℃的温度。从25℃加热到80℃可以通过利用释放的冷凝热和双壁缸内侧上的流的冷却来实现。流86和88从靠近喷雾器80时的95℃冷却到离开装置62时的28℃。电源90和94向喷雾器80和内壁68施加相同的电荷，其中内壁68用作冷凝表面。另一方面，排出壁98由电源100提供了相反的电荷。残余颗粒因此被所述壁吸引并且不会在冷凝壁68上沉积。残余流88和纯净水流86的纯净分离可以因此而实现。可选地，流可以在风扇和/或例如压差的作用下强制移动。

在净化过程的可替换实施例中，装置104(图4)设置有多个板106。进入流108可选地在这些板或管/缸106之间运送。所述流被设置于进入流108之间的净化空间中释放的冷凝热加热。进入流108以导管110的方式通过一个或多个加热元件112和导管114运送到喷雾器116。所述喷雾器116通过连接件120被提供有来自电源118的电荷。此处，喷雾器可以被提供有来自一个电源118的电荷，或者每个喷雾器均可以设置有其各自的电源。蒸发流122是由风扇124导向的。液体会蒸发并落入板106上的流126中，在板106上冷凝发生在相对冷的表面上。板106通过连接件130被提供有来自电源128的电荷。凝结水通过冷凝流132排出。残余流134落在板136上，所述板136通过连接件140被提供有来自电源138的电荷。进一步的操作原理与上述讨论的实施例中的原理相同。

本发明绝不限于上述优选的实施例；请求保护的权利范围由权利要求书限定，在权利要求书的范围内许多修改是可以想象得到的。因此，例如能够将多个电源合并为一个电源，例如图3中的电源90和94。此外，还能够使用地电场，例如通过把喷雾器80设置到高空气层的电压。为了施加电压，还可以使用例如开尔文电位计(Kelvin pot)，其中，利用静电感应使用下落的水滴来产生电压差，所述静电感应出现在相互连接并且带有相反电荷的两个子系统之间。虽然电荷可以施加到喷雾器38中的液滴，但是例如也可以设想将电荷施加到蒸发流。在对流(例如流44和/或46)的进一步的导向和引导中，可额外使用负压或作为替代地使用风扇。也能够例如使用残余流通过“反向电渗析”的方式发电，所述反向电渗析通过离子选择性膜的方式使盐水和淡水接触。残余流还可以用来以不同的方式产生能源，例如通过“压力延迟渗透”的方式产生能量。其他方法另外也是可以的。所述能量然后例如可以再次用于加热元件76，以实现随后更加有利的净化。还可以设想使例如流36处于高压，以使蒸发过程之后有效地进行。在系统可能的替代配置中，多个净化过程是平行进行的。这使整个系统具有更大的处理能力。不同的平行的子系统中也可以使用相反的电荷。这样额外的优点在于，获得了等数量的带有相似电荷的颗粒。在可能的替代配置中，多个净化步骤顺序和/或重复地执行。由此可以获得更纯净的流。这些配置的组合当然也是可以的。

Claims (10)

1.一种用于净化包含液体颗粒和残余颗粒的盐流的方法，所述方法包括以下步骤：

-加热待净化的具有液体颗粒和残余颗粒的盐流；

-将液滴形式的盐流运送到由冷凝表面限定的净化空间中；

-向液滴和冷凝表面施加相同的电荷；

-使液体颗粒在净化空间中蒸发；

-凝结经蒸发的液体颗粒，以在冷凝表面上形成凝结水，其中，经蒸发的液体颗粒被引导至冷凝表面，其中，残余颗粒被冷凝表面排斥；

-分别通过冷凝表面排出凝结水和未蒸发的残余颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其中，盐流包含盐水。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，加热盐流的步骤包括：

-通过热交换器运送盐流；

-进一步用外部源加热所述盐流。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，盐流的加热步骤发生的方向与蒸发、冷凝和/或排出步骤发生的方向相反。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中，向液滴和冷凝表面施加的电荷是正电荷。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，残余颗粒被排出壁吸引，所述排出壁上的电荷与所述冷凝表面上施加的电荷相反，并且通过所述排出壁排出未蒸发的残余颗粒。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过利用盐水和淡水之间的压差使未蒸发的残余颗粒用于产生能量。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中，待净化的盐流被加热到200℃，以加强蒸发步骤。

9.一种用于净化包含液体颗粒和残余颗粒的盐流的装置，所述装置包括：

-供给系统，用于包含液体颗粒和残余颗粒的盐流；

-加热系统，加热系统的一端连接到供给系统，用于加热由供给系统供给的盐流；

-喷雾器，连接到加热系统的另一端，用于将液体颗粒分散在净化空间中；

-冷凝表面，经蒸发的液体凝结在所述冷凝表面上，净化空间由冷凝表面限定；

-至少一个电源，用于向液滴和冷凝表面施加电荷；

-第一排出系统，连接到冷凝表面，用于排出冷凝后的液体颗粒；

-第二排出系统，连接到净化空间，用于从盐流排出残余颗粒。

10.如权利要求9所述的装置，其中，设置双壁缸作为热交换器和冷凝表面。

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