專利名稱：用于凈化液體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化包含液體顆粒和殘余顆粒的液體的方法。據(jù)此 能夠從例如海水中產(chǎn)生基本上純凈的水。
背景技術(shù)：
已知的用于淡化海7JC從而將海水轉(zhuǎn)化成淡水的系統(tǒng)是膜蒸餾。這里鹽水 被加熱，其中水分蒸發(fā)并穿過膜，之后水蒸汽凝結(jié)在一個相對冷的冷凝表面
上并且將熱釋放給要被加熱的鹽水。凝結(jié)水(condensation)作為基本上純凈 的淡水然后被排出。
膜的使用是整個凈化過程一個昂貴的方面。不僅膜的生產(chǎn)和購買昂貴， 膜也容易受到污染，它們的操作因而開始不太有效。另外的問題是許多膜基 本上是溫度敏感的，特別是在較高的溫度下變得不能有效地使用。液體的蒸 發(fā)還需要大量的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種凈化液體的方法，其中凈化以更有效的方式進行。
本發(fā)明提供了 一種用于凈化包含液體顆粒和殘余顆粒的液體的方法，該 方法包括以下步驟
-加熱待凈化的具有液體顆粒和殘余顆粒的液體； -將液滴形式的液體運送到凈化空間中； -向液滴和冷凝表面施加相似的電荷； -使液體顆粒在凈化空間中蒸發(fā)； 畫在冷凝表面上凝結(jié)經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒； -分別排出凝結(jié)水和未蒸發(fā)的殘余顆粒。
通過加熱待凈化的液體并且在凈化空間中分散或汽化該加熱的液體，液 體可以有效地蒸發(fā)。向液滴施加電荷以使液滴變得不穩(wěn)定。 一旦超過臨界點，這些液滴然后以帶電粒子霧的形式分散。這些顆粒的直徑大約為IO微米級或
更小。也可以重復(fù)汽化所述顆粒的過程("電噴霧")。液體從顆粒蒸發(fā)。因此 獲得有效的蒸發(fā)過程。然后，蒸發(fā)的液體尋找到一個表面以在其上凝結(jié)。向 冷凝表面施加與施加到殘余顆粒的電荷相似的電荷，以使液體的殘余顆粒被 冷凝表面排斥并且只有經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒凝結(jié)在該冷凝表面上。冷凝表面在 這里具有比顆粒的溫度低的溫度。然后，基本上純凈的液體流通過分別收集 凝結(jié)水并排出凝結(jié)水而獲得。未蒸發(fā)的殘余顆粒作為殘余流而被排出。施加
所述電荷的結(jié)果，尤其是不需要膜來使經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒與殘余顆粒分開。 由此獲得有利的過程，其操作在使用中沒有因為例如污染而受到影響。在有 利的實施例中，液體是海水，其被凈化成為適合使用的淡水。
在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒被引導(dǎo)至冷凝壁。
通過引導(dǎo)液體顆粒至冷凝壁，待凈化的大部分液體與殘余顆粒分開。該 虧I導(dǎo)步驟可以通過利用額外的氣體流和/或壓差來進行。由此可通過此過程實 現(xiàn)更大的輸出。另外的優(yōu)點是，殘余流將包含較少的液體顆粒，例如較高濃 度的鹽，并且因此較小。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，加熱液體的步驟包括通過熱交換器運送 液體并且進一步用外部源加熱液體。
由于采用了熱交換器加熱液體，所以可使用從尤其是冷凝過程和/或殘余 流的剩余物釋放出來的能量。外部源對于提供額外的能量以維持所述過程來 說是必要的。在有利的實施例中，所述能源體現(xiàn)為額外的熱交換器?？梢酝?過使用熱交換器以相對簡單的方式向液體供應(yīng)熱形式的能量。所述熱交換器 可以獲得例如來自另一個過程的殘余能量形式的熱，所述另一個過程最好是 附近的過程。在此也可以使用例如太陽能。液體的加熱優(yōu)選地與蒸發(fā)、冷凝 和/或排出逆流發(fā)生。過程中所需的能量的使用因此被最有效地管理。優(yōu)選地 進一步向液滴和冷凝表面都施加正電荷。最有效的使用因此是由所涉及物質(zhì) 的性質(zhì)來的。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，殘余顆粒被冷凝表面排斥而被排出壁
(discharge wall)吸引，所述排出壁上的電荷與所述冷凝壁上施加的電荷相 反。
通過向液體和向冷凝表面施加電荷，液體中的殘余顆粒;故該冷凝表面排 斥。殘余顆粒的流動方向可以進一步通過排出壁的使用來導(dǎo)向，所述排出壁上的電荷與所述冷凝壁上施加的電荷相反。殘余顆粒因而^皮吸引，并且液體 的凈化被進一步改善。電荷可以通過使用一個或多個電源而^皮施加。排出壁 例如也可以由感應(yīng)過程^皮提供有電荷。
在根據(jù)本發(fā)明的有利的優(yōu)選實施例中，通過利用鹽水和淡水之間的壓差 使殘余流用于產(chǎn)生能量。
膜電位是由使用例如離子選擇性膜而產(chǎn)生的，所述膜將鹽水和淡水分開。
該電位達約80mV。為了使用更大的電壓差，小電壓差能夠可選地通過放置 串聯(lián)的多個室來增大，因而可以產(chǎn)生電。通過使用用于此目的的高度濃縮的 鹽殘余流，可以通過使用膜來實現(xiàn)相對高的電壓差，因而可以通過利用該殘 余流以更有效的方式發(fā)電。
本發(fā)明還進一步涉及一種用于凈化液體的裝置。所述裝置提供關(guān)于上述 方法的相同的效果和優(yōu)點。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利實施例中，設(shè)置了雙 壁缸(double-walled cylinder)作為熱交換器和冷凝表面。通過雙壁缸的使用， 進入液體流例如可以被外緣加熱，之后經(jīng)分離的流的蒸發(fā)、冷凝和排出經(jīng)過 缸的中心來進行。進入液體流當然也可以被引導(dǎo)通過所述缸的中心并且通過 外緣排出。通過這樣的雙壁缸，可以以有效的方式實現(xiàn)有利的裝置。
在進一步優(yōu)選的實施例中待凈化的液體被加熱到大約200°C,以加強蒸 發(fā)步驟。
例如通過采用更高的壓力將4寺凈化的液體加熱到100。C以上，液體流的 熱量增大。水的大部分將在此蒸發(fā)步驟中蒸發(fā)。最適溫度取決于具體的操作 條件，如流速幅度，熱交換表面等。待凈化的液體的溫度將優(yōu)選地在IO(TC 以上，到約125。C,更優(yōu)選地到約150。C，并且最優(yōu)選地到20(TC或者更高。 將清楚的是，當溫度過高時，除其他因素外，熱損失將變得如此之大而使過 程進展得不太有效。


在優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上對本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細節(jié)進行了闡述， 其中，參考了附圖，在附圖中
圖1示出了用于凈化液體的已知原理的示意圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖3示出了根據(jù)圖2示圖的實施例的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的平行連接的凈化裝置的可替換實施例。
具體實施例方式
用于凈化液體的裝置2 (圖1)吸收鹽流4，例如海水。該鹽流4包括每 升海水中約35克的鹽。在進口側(cè)該鹽水具有例如25。C的溫度。在非多孔管6 中液體#1加熱到排出流8的約80。C的溫度。所述流8進一步^皮加熱元件10 加熱，并且結(jié)果形成約95。C的額外加熱的流。然后，額外加熱的流12進入 多孔管14。水將由于高溫而蒸發(fā)，并且當水蒸汽流18通過膜或多孔管14的 開口 16時水將落在相對冷的冷凝表面20上。該純凈的凝結(jié)水作為純凈水流 22被排出以進一步使用。液體流的沒有穿過膜或多孔管14的開口 16的殘余 顆粒作為殘余流24被排出。在水蒸汽流18到冷凝表面20的這個過程中，可 以可選地采用小負壓以促進這一過程。
根據(jù)本發(fā)明的裝置26 (圖2 )吸收鹽水28并通過管30運送鹽水。在此， 將水流,人進入流28的約25。C加熱到排出流32的約80°C 。所述流32然后^皮 加熱元件34進一步加熱，以形成額外加熱的流36。該額外加熱的流36具有 約95。C的溫度。流36被運送到噴霧器或蒸發(fā)器38。噴霧器38設(shè)置有針狀出 口 (未示出)。噴霧器通過連接件42連接到電源40。電源40通過施加電壓 向噴霧器中的液體提供電荷。流36然后通過噴霧器38分散在液滴流44中。 來自這些液滴的水可以蒸發(fā)并且作為水蒸汽流46通過風(fēng)扇47沿著冷凝表面 48的方向運送。冷凝表面48通過連接件52的方式由電源50才是供電荷，所 述電荷與噴霧器38的電荷相同。只有水蒸汽流46將凝結(jié)到冷凝表面48上， 并且殘余顆粒將作為殘余流54被排出。殘余顆粒被板56吸引，所述板56可 以通過連接件60的方式由電源58提供電荷。板56上的電荷與冷凝壁48上 的電荷相反?？蛇x地，4反56上的電荷可以通過感應(yīng)獲得。流44可以通過1吏 用風(fēng)扇49來導(dǎo)向。這里可以使用空氣或其他氣體。
由于液滴流44的高溫，水可以蒸發(fā)，然后凝結(jié)到冷凝表面48上。這一 過程發(fā)生在空間61中。冷凝過程中釋放的熱用于加熱進入流28。排出流具 有約28。C的溫度。在所示實施例中，約10%的水將在例如單個純化步驟中蒸 發(fā)，當然這取決于過程參數(shù)。
如根據(jù)如圖2所示操作的用于凈化液體的裝置62 (圖3 )，由一個雙壁缸 64形成。所述缸64具有外壁66和內(nèi)壁68。由海水形成的進入流70流過由外壁66和內(nèi)壁68形成的通道72。排出流74進一步^皮加熱元件76加熱，形 成額外加熱的流78。熱流78纟皮運送到噴霧器80，所述噴霧器80將流78分 散成液滴流82。水可以/人該流82蒸發(fā)并且形成水蒸汽流84，所述水蒸汽流 將凝結(jié)在相對冷的內(nèi)壁68上。收集凝結(jié)水，并將其作為純凈水流86進一步 地運送。剩余的顆粒作為殘余流88被進一步運送。噴霧器80通過連接件92 連接到電源90。內(nèi)壁68通過連接件96連接到電源94。殘余流88被收集壁 98收集，所述收集壁通過連接件102連接到電源100。
進入流從25。C的溫度被力。熱到在排出流74處的約80°C。由于額外加熱， 使得額外加熱的流78具有約95。C的溫度。從25。C加熱到80。C可以通過利用 釋^:的冷凝熱和雙壁缸內(nèi)側(cè)上的流的冷卻來實現(xiàn)。流86和88 /人靠近噴霧器 80時的95'C冷卻到離開裝置62時的28°C。電源90和94向噴霧器80和內(nèi) 壁68施加相同的電荷，其中內(nèi)壁68用作冷凝表面。另一方面，排出壁98由 電源IOO提供了相反的電荷。殘余顆粒因此被所述壁吸引并且不會在冷凝壁 68上沉積。殘余流88和純凈水流86的純凈分離可以因此而實現(xiàn)?？蛇x地， 流可以在風(fēng)扇和/或例如壓差的作用下強制移動。
在凈化過程的可替換實施例中，裝置104 (圖4)設(shè)置有多個板106。進 入流108可選地在這些4反或管/缸106之間運送。所述流4皮i殳置于進入流108 之間的凈化空間中釋放的冷凝熱加熱。進入流108以導(dǎo)管110的方式通過一 個或多個加熱元件112和導(dǎo)管114運送到噴霧器116。所述噴霧器116通過連 接件120被提供有來自電源118的電荷。此處，噴霧器可以被提供有來自一 個電源118的電荷，或者每個噴霧器均可以設(shè)置有其各自的電源。蒸發(fā)流122 是由風(fēng)扇124導(dǎo)向的。液體會蒸發(fā)并落入板106上的流126中，在板106上 冷凝發(fā)生在相對冷的表面上。板106通過連接件130被提供有來自電源128 的電荷。凝結(jié)水通過冷凝流132排出。殘余流134落在板136上，所述板136 通過連接件140被提供有來自電源138的電荷。進一步的操作原理與上述討 論的實施例中的原理相同。
本發(fā)明絕不限于上述優(yōu)選的實施例；請求保護的權(quán)利范圍由權(quán)利要求書 限定，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)許多修改是可以想象得到的。因此，例如能夠 將多個電源合并為一個電源，例如圖3中的電源90和94。此外，還能夠4吏 用地電場，例如通過把噴霧器80設(shè)置到高空氣層的電壓。為了施加電壓，還 可以使用例如開爾文電位計(Kelvin pot )，其中，利用靜電感應(yīng)4吏用下落的
8水滴來產(chǎn)生電壓差，所述靜電感應(yīng)出現(xiàn)在相互連接并且?guī)в邢喾措姾傻膬蓚€
子系統(tǒng)之間。雖然電荷可以施加到噴霧器38中的液滴，^f旦是例如也可以i殳想 將電荷施加到蒸發(fā)流。在對流(例如流44和/或46)的進一步的導(dǎo)向和引導(dǎo) 中，可額外使用負壓或作為替代地使用風(fēng)扇。也能夠例如使用殘余流通過"反 向電滲析"的方式發(fā)電，所述反向電滲析通過離子選擇性膜的方式使鹽水和淡 水接觸。殘余流還可以用來以不同的方式產(chǎn)生能源，例如通過"壓力延遲滲透" 的方式產(chǎn)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 于加熱元件76，以實現(xiàn)隨后更加有利的凈化。還可以設(shè)想使例如流36處于 高壓，以使蒸發(fā)過程之后有效地進行。在系統(tǒng)可能的替代配置中，多個凈化 過程是平行進行的。這使整個系統(tǒng)具有更大的處理能力。不同的平行的子系 統(tǒng)中也可以使用相反的電荷。這樣額外的優(yōu)點在于，獲得了等數(shù)量的帶有相 似電荷的顆粒。在可能的替代配置中，多個凈化步驟順序和/或重復(fù)地執(zhí)行。 由此可以獲得更純凈的流。這些配置的組合當然也是可以的。
權(quán)利要求
1、一種用于凈化包含液體顆粒和殘余顆粒的液體的方法，所述方法包括以下步驟-加熱待凈化的具有液體顆粒和殘余顆粒的液體；-將液滴形式的液體運送到凈化空間中；-向液滴和冷凝表面施加相似的電荷；-使液體顆粒在凈化空間中蒸發(fā)；-凝結(jié)經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒，以在冷凝表面上形成凝結(jié)水；-分別排出凝結(jié)水和未蒸發(fā)的殘余顆粒。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，液體包含鹽水。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒被引導(dǎo)至冷 凝壁。
4、 如權(quán)利要求l, 2或3所述的方法，其中，加熱液體的步驟包括 -通過熱交換器運送液體；-進一步用外部源加熱所述液體。
5、 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中，液體的加熱與蒸發(fā)、冷 凝和/或排出逆流發(fā)生。
6、 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中，所述電荷是正電荷。
7、 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中，殘余顆粒被冷凝表面排 斥并被排出壁吸引，所述排出壁上的電荷與所述冷凝壁上施加的電荷相反。
8、 如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中，通過利用鹽水和淡水之 間的壓差使未蒸發(fā)的殘余顆粒用于產(chǎn)生能量。
9、 如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中，待凈化的液體被力。熱到 大約200。C，以加強蒸發(fā)步驟。
10、 一種用于凈化包含液體顆粒和殘余顆粒的液體的裝置，所述裝置包括-供給系統(tǒng)，用于包含液體顆粒和殘余顆粒的液體； -力口熱系統(tǒng)，用于力口熱液體； -噴霧器，用于將液體顆粒分散在凈化空間中； -冷凝表面，經(jīng)蒸發(fā)的液體凝結(jié)在所述表面上； -至少一個電源，用于向液滴和冷凝表面施加電荷；-第一排出系統(tǒng)，用于排出冷凝后的液體顆粒； -第二排出系統(tǒng)，用于從液體排出殘余顆粒。
11、如權(quán)利要求IO所述的裝置，其中，設(shè)置雙壁缸作為熱交換器和冷凝 表面。
全文摘要
本發(fā)明包括一種用于凈化包含液體顆粒和殘余顆粒的液體的方法和裝置，所述方法包括以下步驟加熱待凈化的具有液體顆粒和殘余顆粒的液體；將液滴形式的液體運送到凈化空間中；向液滴和冷凝表面施加相似的電荷；在凈化空間中蒸發(fā)液體顆粒；凝結(jié)經(jīng)蒸發(fā)的液體顆粒，以在冷凝表面上形成凝結(jié)水；分別排出凝結(jié)水和未蒸發(fā)的殘余顆粒。
文檔編號C02F1/12GK101641293SQ200880002570
公開日2010年2月3日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月18日
發(fā)明者格里特·奧達克, 約翰尼斯·寇內(nèi)利斯·瑪麗亞·瑪里尼森, 錫布蘭德·雅各布·梅斯 申請人:可持續(xù)水處理卓越技術(shù)威特斯中心基金會