CN101874000B

CN101874000B - 水净化

Info

Publication number: CN101874000B
Application number: CN2008801173867A
Authority: CN
Inventors: 马克·克里斯多佛·托金
Original assignee: Design Technology and Innovation Ltd
Current assignee: Design Technology and Innovation Ltd
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: GB0719390D0; IL204881A0; AU2008306620B2; US20100314237A1; AP2010005245A0; AR068679A1; AU2008306620A1; MX2010003692A; EG26909A; CN101874000A; US8753487B2; WO2009044157A3; CL2008002953A1; EP2205529A2; WO2009044157A2

Abstract

蒸发装置(100)具有内管(10)和外管(20)。内管(10)由亲水性膜制成，如Dutyion^TM。外管(20)优选地由容易吸收太阳辐射并且是很好的导热体的材料制成。内管(10)和外管(20)之间具有间隙(30)，用于空气流动。内管(10)容纳有非净水流。亲水性膜使水穿到内管(10)的外部，成为蒸汽，但是阻止杂质穿过。在间隙(30)流动的空气带走水蒸气，并且加湿后的空气退出蒸发装置。随后，如，在冷凝器冷却该加湿后的空气以收集蒸汽并且提供净化水。

Description

水净化

技术领域

本发明涉及水的净化，尤其涉及在净化水时使用的蒸发装置。

背景技术

越来越需要适用于饮用和灌溉的水。因此，越来越需要净化非净水，如海水。

德国专利申请No.10230668描述了一种用于净化“原(raw)”水的方案，其中，当空气穿过杆结构时，对空气进行加湿，同时原水在杆表面上滴下。然后，使用冷凝器从加湿后的空气提取净化水。

欧洲专利申请No.1362833A2公开了一种包括水源和亲水性膜的净水设备。亲水性膜使水能够穿过该膜成为蒸汽，并且阻止杂质穿过。该专利说明书包含对合适的亲水性材料的描述，以及在使用由亲水性材料制成的袋灌溉植物时产生的实验结果。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在净化水中使用的蒸发装置，该蒸发装置包括设置在第二管内的第一管，其中，所述第一管包括亲水性膜，并且其中，在所述第一管和第二管之间设置有间隙用于空气流动。

因此，本发明提供了具有设置在外管内的内管的蒸发装置(或可替换地，全蒸发装置)，该内管包括亲水性膜，管之间具有间隙用于空气流动。在使用中，在内管中的非净水可以全蒸发穿过内管，并且对间隙中的空气进行加湿。使用设置在外管内的内管可以引导空气靠近亲水性膜，以提供有效的加湿。本发明还提供了一种可以容易地由入射在外管上太阳辐射进行加热的结构，尤其是加热间隙中的空气。这提高了空气通过装置的对流，并且产生在间隙中存在的更暖的空气，更暖的空气能够携带比更冷空气更大量的水蒸汽。这提高了装置的加湿能力。

在一个实施方式中，所述第一管与所述第二管大致同轴地设置。这样的结构可以提供有效的加湿，并且制造简单。在其他实施方式中，所述第一管的至少一部分可以是盘绕的或者设置成Z字结构。该卷优选地与第二管基本同轴。同样地，Z字形通常设置为在外管中心。内管本身可以是光滑的或者起皱的。通常地，无论通过盘绕、Z字形、起皱或其他方式来提供大表面积的亲水性膜的结构都提供更有效的加湿。

所述间隙可以包含用于在流过该间隙的空气中引起湍流的装置。湍流造成阻力，使空气在装置中花费更长的时间。因此，空气具有更多的时间以从亲水性膜的表面带走全蒸发的水分子。从而，总体上提高了通过空气带走水分。用于引起湍流的所述装置可以包括附接到所述第一管的外侧或所述第二管的内侧或这两者的翅片。附加地或可替换地，第一管的外侧或第二管的内侧或这两者可以是粗糙的或波状的，例如，起皱的或带螺纹的。

第二管可以包括金属，例如，铜。这提高了从第二管的外侧到第二管的内侧的热吸收和热传导，从而有助于优化到间隙中空气的热传递。

所述第二管的所述内侧可以涂有黑色物质。这提高了热从第二管的内表面到间隙中空气的辐射。

所述第一管和所述第二管优选地设置为在所述间隙中互不接触，例如，通过悬挂所述管的一个或两个，或者通过采用间隔体。该特征促进了在第一管的整个外表面上的空气流动。

蒸发装置可以包括用于容纳所述蒸发装置的蒸发模块。所述蒸发模块可以包括具有向外弯曲的窗的长壳体。这用于通过以类似温室的方式工作来提高太阳辐射的收集。这可以进一步提高蒸发装置以及尤其是间隙中空气的加热。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于净化水的系统，该用于净化水的系统包括：

进水通道，其用于提供非净水；

蒸发器，其用于使用由所述进水通道提供的所述非净水通过全蒸发对空气进行加湿；以及

冷凝器，其用于从所述蒸发器加湿后的所述空气冷凝净化水，其中，所述进水通道提供的所述非净水在被提供给所述蒸发器之前冷却所述冷凝器。

同样地，根据本发明的第三方面，提供了一种净化水的方法，该净化水的方法包括：

通过进水通道提供非净水；

使用由所述进水通道提供的所述非净水，通过全蒸发用蒸发器对空气进行加湿；以及

用冷凝器从加湿后的空气冷凝净化水，其中，所述进水通道提供的所述非净水在被提供给所述蒸发器之前冷却所述冷凝器。

这样，用于加湿的非净水还可以用于实现冷凝。这避免了需要分别为蒸发器和冷凝器提供水。重要地是，在冷凝过程中非净水被加热，结果是提供给蒸发器的水比直接提供给蒸发器的水更暖。这具有的益处是有助于加湿和冷凝，而系统的整体能量要求有效地未净增。

所述进水通道可以包括加热装置，其用于在非净水被提供给所述冷凝器之后并且被提供给所述蒸发器之前对所述非净水进行加热。加热非净水可以改善加湿作用。但是，非净水在通过加热装置加热非净水之前的初始提供温度仍然实现了冷凝。该结构的另一个优势是加热装置中非净水的对流可以促进非净水流过进水通道。但是，在一些实施方式中，例如在非净水源和系统的出口之间有一个大头，这可能不足以促进非净水流过进水口。因此，可以设置用于推动水通过所述进水通道的泵。

所述加热装置可以设置为采用太阳能，这使得能够低成本工作和低环境影响。

所述进水通道可以包括沉积物收集器。该特征减小了沉积物抑制非净水在系统中流动的可能性。

蒸发器可以包括上面描述的蒸发装置。所述第一管和所述第二管可以设置为与排气口下方的进气口大致垂直。该结构通过对流促进了间隙中空气的流动。

但是，系统可以包括用于迫使所述空气通过所述间隙的迫使装置。例如，风扇可以吹或吸空气。这个特征可以增加被加湿的空气量，并且提高通过空气带走水蒸汽。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明，在附图中：

图1是蒸发装置的第一优选实施方式的透视图；

图2是图1的蒸发装置的沿X-X线的截面图；

图3是图1的蒸发装置的沿Y-Y线的截面图；

图4是蒸发装置的第二优选实施方式的透视图；

图5是蒸发装置的第三优选实施方式的透视图；

图6是净水系统的示意性框图；

图7是蒸发器模块的透视图；以及

图8是图7的蒸发器模块的沿Z-Z线的截面图。

具体实施方式

参见图1至图3，示出了一种具有内管10和外管20的蒸发装置100。内管10由诸如Dutyion^TM的亲水性膜制成。在欧洲专利EP1362833A2中描述了合适的亲水性膜。外管20优选地由容易吸收太阳辐射并且是很好的导热体的材料(如金属(如铜))制成，但是其他材料(如，塑料)也是合适的。外管20的内侧22可以涂有黑色物质，如黑漆，以促进已经由外管20吸收的热在外管20内朝向内管10辐射。

在内管10和外管20之间具有间隙30，用于空气流动。在图1至图3中，内管10和外管20大致同轴地设置，以便于空气流动，但这不是必须的。优选地，内管10与外管20不接触，从而使空气流入所有在内管10周围的间隙；这可以例如通过提供间隔体40来实现。设置内管10和外管20不接触的另一个合适方式是通过绳或线将内管10悬挂在外管20内。

在使用中，内管10含有水，该水可以是非净水(如，海水)。内管 10的一个端部12可以通过管道连接到这种水的源，为此，可以在端部12设置连接器(图1至图3中未示出)。而且，水可以通过另一个管道被引离内管10的端部14，为此，可以在端部14设置连接器(图1至图3中未示出)。

图1至图3中示出的内管10和外管20具有圆形截面，但这不是必须的。方形的或其他形状的截面也是合适的。

有利的是，在内管10和外管20之间的间隙30内的气流是湍流，因为这促进水分从内管10的亲水性膜被吸收到空气中。湍流的气流造成阻力，该阻力使空气花费更长的时间通过间隙30，从而给空气更长的时间以进行加湿。因此，蒸发装置100可以包括用于产生湍流的装置，如在气道中的障碍物。这样的障碍物可以设置在内管10的外侧上，外管20的内侧上，或这两者上。在图1至图3所示出的实施方式中，蒸发装置100具有设置在外管20的内侧上的翅片50，用于产生湍流。

在第二和第三优选实施方式中，如图4和图5中所示出的，内管10与外管20非同轴地设置，而是在外管20的至少一部分内分别是卷绕的或具有Z字结构。这些结构使得内管10对于给定长度的外管20而言具有更大表面积的亲水性膜，这提高了在间隙30中流动的空气的加湿。可以使用其他结构的内管10。无论使用什么结构，认为有用的是，确保在内管10中没有尖点，由于往往在亲水性膜中的尖点中或尖点附近形成水滴(这是不期望的)。

参见图6，示出了一种包括如参照图1至图5描述的蒸发装置100的净水系统500。可以使用一个或更多个这样的蒸发装置100；在图6中，示出了包括一组五个蒸发装置100的蒸发器510。为了使这样的一组蒸发装置100能够进行模块化组装，各蒸发装置100的内管10可以设置有扣合连接器，该扣合连接器可以自行打开，使得当将蒸发装置100添加到该组中时蒸发装置100自动变为水回路的一部分，并且当从该组移除蒸发装置100时，该扣合连接器会自行关闭。优选地，各蒸发装置100设置有大致垂直的外管20，以通过对流促进气流在间隙30中向上流动。

净水系统500还包括用于将非净水运送到各蒸发装置100的第一内管10的内部的进水通道520。由于非净水通过蒸发装置100中的亲水性膜被汽化并且对间隙30中的空气进行加湿，因此补充的非净水通过进水通道520进入第一内管10。在图6中所示的蒸发器510中，各蒸发装置100的第一内管10并行地联结到进水通道520。

净水系统500还包括用于向各蒸发装置100的间隙30提供空气516的进气口512。当各蒸发装置100设置有大致垂直的外管20时，进气口512优选地在蒸发装置100的下端，因为间隙30中的空气被加热时将通过对流自然上升。可以通过将各蒸发装置100的下端安装在地平面之上，来设置这样的进气口512。用于将空气516从各蒸发装置100的间隙30排出的排气口514设置在各蒸发装置100的上端部。

冷凝器530从加湿后的空气冷凝出水蒸汽，从而形成净化水。优选地，冷凝器530设置在蒸发器510上方，使得加湿后的空气可以容易地进入冷凝器530。在其他实施方式中，气道(如，管道等)可以设置在蒸发器510和冷凝器530之间，以将加湿后的空气从蒸发器510引导到冷凝器530。净化水经过出口535从冷凝器530排出。

蒸发装置100可以设置为通过太阳能加热。由蒸发装置100的外管20吸收太阳能，进而，加热间隙30内的空气，并且较低程度地加热内管10内的非净水。由于可以获得更大量的蒸发能，因此通过该加热提高了全蒸发过程。类似地，因为暖空气可以比冷空气保持更多的水蒸汽，因此通过加热提高了整体加湿作用。同样地，随着加热间隙30中的空气，空气通过对流而流动，通过蒸发装置100的底部吸入未加湿的空气，并且使更多的空气被加湿。

如图6所示，冷凝器530可以位于进水通道520中，使得非净水在流向蒸发器510的途中经过冷凝器530。在冷凝器530处，因为非净水可以是从海或地下水源取得的，所以非净水通常是比较冷的。因此，其可以操作以保持冷凝器530较冷，并且促进冷凝。在非净水达到蒸发器510之前，在冷凝器530中还提高了非净水的温度。这具有的益处是进一步加热蒸发器510，从而提高了全蒸发过程和加湿作用，原因与上述原因相同。

进水通道520包括可选的加热器540，该加热器540用于在向蒸发器510提供加热后的非净水之前加热非净水。这还可以提高全蒸发过程和空气的加湿，如上所述。加热器540可以是，例如，根据太阳能工作的太阳能热沉，从而减小系统500对环境的影响。如果采用加热器540以加热非净水，并且使非净水经过冷凝器530，则加热器540应当位于冷凝器530的下游，使得冷凝器530接收尽可能最冷的非净水。在加热器540中加热水还可以提供在进口通道520的在加热器540内的部分中的非净水中的对流，足以使水流过通道520。即使没有加热器，系统中在别处加热的水将通过对流有助于水循环。

进气口512包括可选的风扇550，该风扇550用于迫使空气通过间隙30。风扇550可以设置为将空气吹过间隙30或将空气吸过间隙30。这样，可以提供更大的空气流速，这可以提高通过空气带走水蒸汽。

进水通道520包括可选的沉积物收集器560，该沉积物收集器560用于减小沉积物抑制非净水在系统500中流动的可能性。沉积物收集器560优选地位于冷凝器530、加热器540和蒸发器510的上游。

同样地，在图6所示的实施方式中，具有用于将非净水从蒸发器510中的各蒸发装置100的内管10排出的排水通道570。这使得能够建立非净水的流动，这使得最近加热的非净水流进各蒸发装置100，从而带来上述的加热水的益处，并且还减小沉积物在蒸发器510或进水通道520的组成部分中积累的可能性，这种积累可以降低系统500的效率。可选择地，可以提供泵580，用于将非净水通过进水通道520泵送到排水通道570，从而改善非净水的流动。泵580可以是太阳能供给能量的，以提供低成本操作和低环境影响。从排水通道570排出的水可以返回到非净水源590，如海、井或储液器。

可选择地，来自排水通道570的非净水可以返回联结到进水通道520，只有通过全蒸发失去的水需要从非净水源进行补充。这样，再使用非净水，这降低了对补充非净水的供给的要求，使系统500适用于在不具有充足的非净水供给的位置净化水。

参见图6和图7，在本发明的另一个优选实施方式中，蒸发装置100 可以容纳在蒸发模块600中。各模块600包括具有窗620的壳体610。壳体610是长形的，并且可以容纳一个或更多个蒸发装置100。壳体610优选地由绝缘材料制成。

窗620优选地从壳体610向外弯曲。这有助于使模块600收集的太阳辐射量最大化。窗620的内表面优选地具有涂层，该涂层减少了通过窗620从模块600逃离的太阳辐射量。

在使用中，模块600可以安装在接收大量太阳辐射的位置中，如在建筑物的外部上。可替换地，它可以是便携的。由于壳体610的绝缘性质和窗620的向内反射，接收的太阳辐射被收集在模块600中，例如，像高效的温室。因此，改善了通过太阳辐射加热模块600中的蒸发装置100。

图6中所示的系统500的蒸发器510可以包括一个或更多个蒸发模块600。蒸发模块600的个数可以以与蒸发装置100的个数相同的方式变化。

系统500还可以配置为以其他方式适应不同位置的当时环境。例如，可以采用不同形式的冷凝器530。在世界的寒冷区域中，由环境温度冷却的玻璃片，如建筑物的一部分，可以足以执行所需的冷凝，而在具有充足的太阳能供给的其他位置中，使用主动冷却供给动力的冷凝器，例如，主动冷却翅片，可以是更合适的。

在说明书和权利要求书中所提到的加湿(或等同于水化)、净化和加热不旨在分别表示任何预定的湿度、纯度和温度，而仅仅分别表示湿度、纯度和温度的增加。

Claims

1.一种在净化水时使用的蒸发装置，该蒸发装置包括设置在第二管内的第一管，其中，所述第一管包括亲水性膜，并且其中，在所述第一管和所述第二管之间设置有间隙，用于空气流动，其中，所述间隙包含用于在流过所述间隙的空气中引起湍流的装置。

2.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述第二管与所述第一管同轴地设置。

3.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述第一管的至少一部分是卷绕的或者设置成Z字结构。

4.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述用于引起湍流的装置包括附接到所述第一管的外侧或所述第二管的内侧或这两者的翅片。

5.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述第二管包括金属。

6.根据权利要求5所述的蒸发装置，其中，所述金属是铜。

7.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述第二管的内侧涂有黑色物质。

8.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，所述第一管和所述第二管设置为在所述间隙中互不接触。

9.根据权利要求1所述的蒸发装置，该蒸发装置包括用于容纳所述蒸发装置的蒸发模块。

10.根据权利要求9所述的蒸发装置，其中，所述蒸发模块包括具有向外弯曲的窗的长壳体。

11.一种用于净化水的系统，该用于净化水的系统包括：

进水通道，其用于提供非净水；

包括权利要求1所述蒸发装置的蒸发器，其用于使用所述进水通道提供的所述非净水通过全蒸发对空气进行加湿；以及

冷凝器，其用于从所述蒸发器加湿后的所述空气冷凝净化水，所述进水通道提供的所述非净水在被提供给所述蒸发器之前冷却所述冷凝器。

12.根据权利要求11所述的用于净化水的系统，其中，所述进水通道包括加热装置，该加热装置用于在所述非净水已经被用于冷却所述冷凝器之后并且在被提供给所述蒸发器之前对所述非净水进行加热。

13.根据权利要求12所述的用于净化水的系统，其中，所述加热装置设置为采用太阳能。

14.根据权利要求11所述的用于净化水的系统，该用于净化水的系统包括用于推动水通过所述进水通道的泵。

15.根据权利要求11所述的用于净化水的系统，其中，所述进水通道包括沉积物收集器。

16.根据权利要求11所述的用于净化水的系统，其中，所述非净水被设置为流过所述蒸发装置的所述第一管。

17.根据权利要求16所述的用于净化水的系统，其中，所述第一管和所述第二管被设置为与排气口下方的进气口垂直。

18.根据权利要求16所述的用于净化水的系统，该用于净化水的系统包括用于迫使所述空气通过所述间隙的迫使装置。

19.一种净化水的方法，该净化水的方法包括以下步骤：

通过进水通道提供非净水；

使用由所述进水通道提供的所述非净水，通过全蒸发用包括权利要求1所述蒸发装置的蒸发器对空气进行加湿；以及

20.根据权利要求19所述的净化水的方法，该净化水的方法包括以下步骤：在所述非净水已经被用于冷却所述冷凝器之后并且在被提供给所述蒸发器之前，对所述非净水进行加热。

21.根据权利要求20所述的净化水的方法，该净化水的方法包括以下步骤：采用太阳能以加热所述非净水。

22.根据权利要求19所述的净化水的方法，该净化水的方法包括以下步骤：使用泵推动水通过所述进水通道。

23.根据权利要求19所述的净化水的方法，该净化水的方法包括使用沉积物收集器在所述进水通道中收集沉积物。

24.根据权利要求19所述的净化水的方法，其中，对所述空气进行加湿的步骤包括使所述非净水流过所述蒸发装置的所述第一管。

25.根据权利要求24所述的净化水的方法，其中，所述第一管以及所述第二管垂直地设置，所述方法包括使所述空气向上穿过所述间隙。

26.根据权利要求24所述的净化水的方法，该净化水的方法包括以下步骤：迫使所述空气通过所述间隙。