本公開內(nèi)容大體上涉及膜蒸餾技術(shù)。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及膜蒸餾系統(tǒng)以及用于膜蒸餾系統(tǒng)的新穎的蒸氣壓縮驅(qū)動組件。

背景技術(shù)：

膜蒸餾(md)是熱驅(qū)動的分離過程，其通?？捎糜谑顾慈ルx子或脫鹽。此外，膜蒸餾可在食物處理、有機(jī)材料從水源除去、以及還有但不限于乙醇、纖維素乙醇、金合歡烯和各種生物化學(xué)物質(zhì)(諸如丁醇等)的產(chǎn)生過程中使用。膜蒸餾后面的前提條件是由跨過微多孔膜產(chǎn)生的溫度梯度引起的蒸氣壓差，微多孔膜平衡地分離蒸氣-液體/液體-液體相。在作為新興技術(shù)的膜蒸餾過程中特別關(guān)注的是驅(qū)動蒸氣壓差的手段，且更具體是驅(qū)動蒸氣壓縮來提供跨過微多孔膜的蒸氣壓差。

在熱脫鹽應(yīng)用中，主要設(shè)計(jì)范例是再使用水的蒸發(fā)的潛熱，因?yàn)檫@代表總能量消耗的主要部分。通常使用兩個基本途徑，第一個是將系統(tǒng)分成相繼地較低溫度和蒸氣壓下的多個級，第二選項(xiàng)是再壓縮系統(tǒng)中生成的蒸氣且將蒸氣供給回系統(tǒng)的較高溫度和壓力水平，在該處其可冷凝且潛熱恢復(fù)。

已知的膜蒸餾系統(tǒng)使用廢熱驅(qū)動系統(tǒng)中的蒸氣再壓縮。通常使用的蒸氣再壓縮過程是熱蒸氣壓縮，其中高壓的動力蒸汽注入吸入室中。動力流體的壓能因此轉(zhuǎn)換成動能(動壓頭)，在注入室中產(chǎn)生低(靜)壓力，且因此夾帶存在于該室中的次級流體。兩股流的組合質(zhì)量流然后在高于夾帶流體壓力的壓力下噴射?？蓪?shí)現(xiàn)的壓縮比率取決于動力蒸汽和夾帶的低壓蒸汽的質(zhì)量流和壓力的比率。

純廢熱(大約100℃下的蒸汽)驅(qū)動的膜蒸餾系統(tǒng)的生產(chǎn)率由初級蒸汽的質(zhì)量流和md子系統(tǒng)的級數(shù)限制，即，對于給定量的供應(yīng)蒸汽，最大理論蒸餾質(zhì)量產(chǎn)量與級數(shù)、熱損耗和依賴鹽度的沸點(diǎn)升高相關(guān)。

在膜蒸餾的一個應(yīng)用中，蒸汽鍋爐可用，且通常用于各種目的，諸如，過程加熱以及機(jī)器和發(fā)電機(jī)的機(jī)械驅(qū)動。在此方案中，對于任何額外使用(諸如，由膜蒸餾系統(tǒng))的蒸汽可用性可由于已知系統(tǒng)裝備的瞬時蒸汽需求而貫穿該天經(jīng)歷很寬的變化。當(dāng)已知系統(tǒng)裝備的蒸汽需求碰巧與使用膜蒸餾技術(shù)的期望同時發(fā)生時，很少的額外蒸汽可用于驅(qū)動膜蒸餾系統(tǒng)所需的蒸氣壓縮。在備選方案中，在對于蒸汽的需求減少且并未完全使用蒸汽鍋爐能力時的操作周期期間，鍋爐可保持在較高負(fù)載下，從而供應(yīng)蒸汽來驅(qū)動膜蒸餾系統(tǒng)。

在膜蒸餾的其他應(yīng)用中，來自各種不同能量源的能量(諸如，用于蒸汽產(chǎn)生的電力和燃料)，可用于驅(qū)動膜蒸餾的操作所需的蒸氣壓縮。如果那些能量源的成本隨時間變化，則在費(fèi)用振蕩時在能量源之間交替以降低系統(tǒng)操作成本可在經(jīng)濟(jì)上有利。

因此，需要的是一種新的且改進(jìn)的膜蒸餾驅(qū)動組件和驅(qū)動膜蒸餾系統(tǒng)的方法，其允許膜壓縮機(jī)負(fù)載在構(gòu)件之間分配來以較好適應(yīng)總體系統(tǒng)能量使用的方式供應(yīng)壓縮機(jī)負(fù)載。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在實(shí)施例中，提供了根據(jù)實(shí)施例的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件?；旌险魵鈮嚎s膜蒸餾驅(qū)動組件包括蒸氣壓縮機(jī)、蒸汽膨脹器和聯(lián)接到蒸氣壓縮機(jī)上的原動機(jī)。蒸氣壓縮機(jī)構(gòu)造成接收低壓蒸汽輸入流，且產(chǎn)生壓縮輸出流。蒸汽膨脹器構(gòu)造成接收具有高于低壓蒸汽的壓力的高壓蒸汽輸入流，且產(chǎn)生膨脹輸出流。壓縮輸出流和膨脹輸出流提供中壓蒸汽輸出流。在該組件中，總蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載在蒸汽膨脹器和原動機(jī)之間分擔(dān)。

在備選實(shí)施例中，提供了一種根據(jù)另一個實(shí)施例的膜蒸餾系統(tǒng)。膜蒸餾系統(tǒng)包括膜蒸餾模塊和與膜蒸餾模塊流體連通的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件構(gòu)造成將中壓蒸汽引入膜蒸餾模塊的高溫側(cè)，且從膜蒸餾模塊的低溫側(cè)取出具有低于中壓蒸汽的壓力的低壓蒸汽，從而產(chǎn)生跨過膜蒸餾模塊的溫度梯度?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件包括蒸氣壓縮機(jī)、蒸汽膨脹器和聯(lián)接到蒸氣壓縮機(jī)上的原動機(jī)。蒸氣壓縮機(jī)構(gòu)造成接收低壓蒸汽輸入流，且產(chǎn)生壓縮輸出流。蒸汽膨脹器構(gòu)造成接收具有高于低壓蒸汽的壓力的高壓蒸汽輸入流，且產(chǎn)生膨脹輸出流。壓縮輸出流和膨脹輸出流提供中壓蒸汽輸出流。在該組件中，總蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載在蒸汽膨脹器和原動機(jī)之間分擔(dān)。

在備選實(shí)施例中，提供了一種根據(jù)另一個實(shí)施例的驅(qū)動膜蒸餾系統(tǒng)的方法。該方法包括：供應(yīng)輸入供給流中的未凈化的流體；提供膜蒸餾模塊，其設(shè)置在物體內(nèi)且構(gòu)造成接收輸入供給流且產(chǎn)生輸出產(chǎn)物流動流；供應(yīng)與膜蒸餾模塊流體連通的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件，混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件包括構(gòu)造成從膜蒸餾模塊的低壓側(cè)接收低壓蒸汽輸入流的蒸氣壓縮機(jī)、構(gòu)造成接收具有高于低壓蒸汽的壓力的高壓蒸汽輸入流的蒸汽膨脹器、以及聯(lián)接到蒸氣壓縮機(jī)上的原動機(jī)；使輸入供給流作為流動流經(jīng)過膜蒸餾模塊，同時取回低壓蒸汽；以下至少一者：在混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的蒸氣壓縮機(jī)中壓縮取回的低壓蒸汽以產(chǎn)生壓縮輸出流，以及在混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的蒸汽膨脹器中膨脹輸入高壓蒸汽以產(chǎn)生膨脹輸出流，其中輸入高壓蒸汽具有高于低壓蒸汽的壓力，其中壓縮輸出流和膨脹輸出流提供具有高于取回的低壓蒸汽的壓力的中壓蒸汽輸出流；以及將中壓蒸汽引入膜蒸餾模塊的高溫側(cè)，從而產(chǎn)生跨過md模塊的溫度梯度。對混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的蒸氣壓縮機(jī)的總功率輸入(負(fù)載)在蒸汽膨脹器和原動機(jī)之間分擔(dān)。

這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征從結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中將更好理解。

附圖說明

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的包括混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的膜蒸餾系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的示意圖；

圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的示意圖；

圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的示意圖；且

圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的混合蒸氣壓縮膜蒸餾驅(qū)動組件的示意圖。

具體實(shí)施方式

下文將參照附圖來描述本公開內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施例。在以下描述中，公知的功能或構(gòu)造未詳細(xì)描述，以避免以不需要的細(xì)節(jié)而使本公開內(nèi)容模糊。

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的包括混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件的示例性膜蒸餾系統(tǒng)10的示意圖。對于所示的示例，膜蒸餾系統(tǒng)10包括：膜蒸餾(md)模塊12，其包括多個md膜14以及以交替或交錯構(gòu)造布置的多個熱傳遞薄膜16。膜蒸餾系統(tǒng)10還包括與其流體連通的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件18的使用提供了對純可感知的熱驅(qū)動的多效膜蒸餾的有發(fā)展前景的備選方案，因?yàn)槠淠軌蚴褂幂^高等級的熱源來生成低質(zhì)量流/高壓動力蒸汽來驅(qū)動md模塊12內(nèi)的蒸發(fā)過程。在此構(gòu)造中，膜蒸餾過程可利用與機(jī)械/電氣裝置組合的(廢)熱源以用于驅(qū)動該過程，以便以驅(qū)動蒸餾過程所需的適合的可用能量源為代價通過一個或多個md模塊的最終效果中生成的蒸汽的再壓縮來實(shí)現(xiàn)較高性能。

在示例性實(shí)施例中，md模塊12設(shè)置在物體(諸如，板和框架組件等)內(nèi)，且構(gòu)造成接收具有非期望物質(zhì)(諸如，鹽或其他溶質(zhì)、溶解的氣體、有機(jī)化合物、或來自液體供給源(未示出)的其他雜質(zhì))的未凈化的液體的輸入供給流22。在用于脫鹽時，輸入供給流22可為海水或半咸水。盡管本文中未示出液體供給源，但預(yù)期的是，源可為罐、或任何其他適合的液體供給源(諸如，來自另一個系統(tǒng)的供給流)或與供給源(諸如，水系，諸如海洋或湖泊)連通的入口。示出了輸出流25(諸如鹽水)，且其可構(gòu)造成再循環(huán)回到輸入供給流22中或供給到下游的額外md模塊中。膜蒸餾系統(tǒng)10產(chǎn)生輸出產(chǎn)物流動流(產(chǎn)物流)24，其可為出自md模塊12的稀釋液體，且可相比于輸入供給流22具有較低濃度的非期望種類。在一些示例中，輸出產(chǎn)物流動流24可循環(huán)到額外md模塊以用于進(jìn)一步蒸餾。關(guān)于md模塊12的操作和示例性構(gòu)造的額外信息在andrewp.shapiro的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第8512567號"vaporcompressionmembranedistillationsystemandmethod"中描述，其通過引用以其整體并入本文中。

在示例性實(shí)施例中，md模塊12以一種方式設(shè)置在罐20內(nèi)，使得提供流動流23經(jīng)由輸入供給流22和輸出流25的入流和出流、以及輸出產(chǎn)物流動流24的產(chǎn)生。md模塊12構(gòu)造成包括其中的多個液體流通道和蒸氣流通道。在實(shí)施例中，第一末端蒸氣流通道26形成在罐20的側(cè)壁21和第一md膜28之間且由它們界定。第一液體流通道30形成在第一md膜28和第一熱傳遞薄膜32之間且由它們界定。第二液體流通道34形成在第二md膜36和第二熱傳遞薄膜38之間且由它們界定。第二末端蒸氣流通道40形成在第二熱傳遞薄膜38和罐20的側(cè)壁21之間且由它們界定。交錯的膜28、36和薄膜32、38形成md模塊12。

如之前指出的那樣，膜模塊12由混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18驅(qū)動。在實(shí)施例中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18的入口42聯(lián)接到第一末端蒸氣通道26上，且混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18的出口44聯(lián)接到第二末端蒸氣通道40上?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件18以及通道26和40的聯(lián)接提供中壓下的熱蒸汽引入md模塊12的一側(cè)(熱)、以及低壓下的較冷蒸汽從md模塊12的另一側(cè)(冷)取回。如本文使用的用語"低壓蒸汽"、"高壓蒸汽"和"中壓蒸汽"旨在描述各蒸汽流之間的關(guān)系。通常，對于水脫鹽應(yīng)用，md模塊的冷側(cè)處取回的低壓蒸汽包括具有大約1-50kpa的絕對壓力的蒸汽。同樣，到混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18中且目前描述的高壓蒸汽輸入包括具有通常在75-300kpa的范圍中的絕對壓力的蒸汽。md模塊12的熱側(cè)處的中壓蒸汽輸入包括具有高壓和低壓蒸汽輸入的壓力之間的壓力的蒸汽。

在蒸餾過程期間，液體(諸如輸入供給流22)如由流動流23指出的那樣經(jīng)過md模塊12，且蒸餾產(chǎn)物離開md模塊12作為輸出產(chǎn)物流動流24。更特別地，在實(shí)施例中，待脫鹽的液體經(jīng)由輸入供給流22引入形成在md膜28和熱傳遞薄膜32之間的第一液體流通道30。如圖1中所示，md模塊12可構(gòu)造成使得流動流23是通道26、30、34、40內(nèi)輸送的蒸氣和熱的方向的逆流。備選地，流動流23可并聯(lián)地流過各個md模塊12中的若干液體流通道。

在圖1中所示的實(shí)施例中，分別包括單個md膜14和熱傳遞薄膜16的兩個重復(fù)的md對44形成md模塊12且實(shí)現(xiàn)脫鹽。應(yīng)當(dāng)理解的是，可預(yù)期到任何數(shù)目的md對44可用于形成md模塊12，且圖1的實(shí)施例僅為示范性的且不旨在為限制性的。

在蒸餾過程期間，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18包括來自md模塊12的低溫側(cè)48的低壓蒸汽輸入流46、以及高壓蒸汽輸入流66。低壓蒸汽輸入流46的壓縮引起溫度升高，且與高壓蒸汽輸入流66組合，形成具有高于低壓蒸汽輸入流46的溫度和壓力的溫度和壓力的中壓蒸汽輸出流50。中壓蒸汽輸出流50引入md模塊12的高溫側(cè)52。以此方式，存在跨過md模塊12的溫度梯度。該溫度梯度引起從md模塊12的熱側(cè)52至冷側(cè)48的蒸氣流通道40和26中的逐漸地較低的蒸氣壓。md膜28、36中的每一個的冷側(cè)48上的較低蒸氣壓驅(qū)動穿過md膜28、36的水蒸氣62通量。在各個重復(fù)對44中，經(jīng)過md膜28、36的水蒸氣62冷凝，從而形成冷凝物64，且經(jīng)由輸出產(chǎn)物流動流24收集作為產(chǎn)物水。取決于蒸氣壓縮比率和md模塊12中的重復(fù)對44的數(shù)目，可保持跨過md模塊12的不同溫度和蒸氣壓降。大體上，重復(fù)對44越多且直接地傳遞到蒸發(fā)的冷凝的潛熱的部分越高，則熱效率將越高。對于壓縮的一質(zhì)量單位的蒸氣，合理的是預(yù)期將產(chǎn)生3-10單位的純水形式的產(chǎn)物。

在常規(guī)膜蒸餾構(gòu)造中，冷凝水的潛熱傳遞至供給流的可感知的熱來實(shí)現(xiàn)高熱效率。該常規(guī)過程限制在于，水的潛熱與水的比熱的比率迫使冷凝流的質(zhì)量流遠(yuǎn)小于吸收潛熱的液體流的質(zhì)量流。在公開的實(shí)施例中，冷凝的潛熱直接地傳遞至蒸發(fā)的潛熱。以此方式，輸出產(chǎn)物流動流24(冷凝)和輸入供給流22的質(zhì)量流可為相同的數(shù)量級。這簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且允許了構(gòu)造高效率md模塊。

現(xiàn)在參照圖2-5，在示意圖中示出了用于如本文公開的圖1的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18的多個構(gòu)造。類似的標(biāo)號貫穿圖2-5用于指出類似的元件。在圖2-5的公開實(shí)施例中，蒸餾蒸氣壓縮由外部原動機(jī)(目前描述)(諸如電氣馬達(dá)等)、和使用高壓蒸汽(諸如，圖1的高壓蒸汽輸入流66)同時驅(qū)動。更具體而言，在公開實(shí)施例中的每一個中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件構(gòu)造成蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載由此在蒸汽膨脹器和原動機(jī)(諸如，電氣馬達(dá)等)之間分開。

在使用高壓蒸汽以用于其他目的的設(shè)施中，膜蒸餾系統(tǒng)10可在設(shè)備瞬變或高壓蒸汽需求增加的周期期間主要由原動機(jī)驅(qū)動。在高原動機(jī)操作成本的情形期間，諸如較高電價的一天中的時數(shù)，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可轉(zhuǎn)移至高壓蒸汽膨脹器。在又一個構(gòu)造中，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載在高壓蒸汽膨脹器和原動機(jī)之間分擔(dān)。

本文公開的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18(圖1)可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。更具體而言，公開的驅(qū)動組件可使用正位移、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)和膨脹器構(gòu)造。公開的驅(qū)動組件還可使用單級或多級壓縮機(jī)和膨脹器實(shí)現(xiàn)。實(shí)際的構(gòu)件構(gòu)造可根據(jù)膜蒸餾系統(tǒng)的需要(壓力比率、流率等)而改變。如本文公開的那樣，驅(qū)動組件構(gòu)件之間的聯(lián)接可通過機(jī)械或電氣。聯(lián)接可根據(jù)特定系統(tǒng)要求以各種不同方式實(shí)現(xiàn)，且例如可使用鏈傳動、帶、液壓聯(lián)接件和齒輪聯(lián)接件來實(shí)現(xiàn)。所有提出的構(gòu)造可在可變的軸速度下操作，以尋求可變負(fù)載下的最佳系統(tǒng)效率。

更特別地參照圖2，在該具體實(shí)施例中示出了混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件100，其大體上類似于圖1的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18。在該具體實(shí)施例中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件100構(gòu)造為單軸混合系統(tǒng)。驅(qū)動組件100包括蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106。在優(yōu)選實(shí)施例中，原動機(jī)106是燃?xì)鉁u輪，且蒸汽膨脹器104是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器。在另一個實(shí)施例中，原動機(jī)106是聯(lián)接到往復(fù)蒸汽膨脹器104上的較小速度的機(jī)器，諸如，電氣馬達(dá)或活塞發(fā)動機(jī)。蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106構(gòu)造成包括機(jī)械聯(lián)接件108，且更具體而言構(gòu)造成共用共同的傳動軸110和旋轉(zhuǎn)速度。

混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件100(且更具體是蒸氣壓縮機(jī)102)的入口112(大體上類似于圖1的入口42)，聯(lián)接到md模塊12(且更具體是第一末端蒸氣通道26(圖1))上，以用于接收來自md模塊12(圖1)的低壓蒸汽輸入流46。此外，蒸汽膨脹器104的入口114聯(lián)接到高壓蒸汽源(諸如，鍋爐)上，以用于接收高壓蒸汽輸入流66。蒸氣壓縮機(jī)102的出口118和蒸汽膨脹器104的出口120提供來自蒸氣壓縮機(jī)102的壓縮輸出流122和來自蒸汽膨脹器104的膨脹輸出流124的輸出。在實(shí)施例中，壓縮輸出流122和膨脹輸出流124的混合提供中壓蒸汽輸出流50至md模塊12。更具體而言，出口118和120聯(lián)接到第二末端蒸氣通道40(圖1)上，以用于將中壓蒸汽輸出流50輸入至md模塊12(圖1)。

在實(shí)施例中，在操作期間，原動機(jī)106、和/或高壓蒸汽輸入流66提供驅(qū)動力以用于混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件100。更具體而言，原動機(jī)106可經(jīng)由傳動軸110提供驅(qū)動力至蒸氣壓縮機(jī)102。傳動軸110還可將驅(qū)動力從蒸汽膨脹器104經(jīng)由至蒸氣壓縮機(jī)102的高壓蒸汽66的流的輸入提供至壓縮機(jī)102。因此，壓縮機(jī)102上的負(fù)載在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間分擔(dān)。如之前指出的那樣，在使用高壓蒸汽以用于其他目的的設(shè)施中，膜蒸餾系統(tǒng)12(圖1)可在設(shè)備瞬變或高壓蒸汽需求增加的周期期間主要由原動機(jī)106驅(qū)動。在高原動機(jī)操作成本的情形期間，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可轉(zhuǎn)移至高壓蒸汽膨脹器104。以此方式，驅(qū)動蒸氣壓縮機(jī)102所需的功率可在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間以較好適合總體設(shè)備操作的方式分擔(dān)。

現(xiàn)在參照圖3，在該具體實(shí)施例中示出了混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件150，其大體上類似于圖1的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18。在該具體實(shí)施例中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件150構(gòu)造成一速度比率齒輪混合系統(tǒng)，因此包括機(jī)械聯(lián)接件。類似于之前描述的實(shí)施例，驅(qū)動組件150包括蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106。相比于之前的實(shí)施例，蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106構(gòu)造成包括機(jī)械聯(lián)接件108，且更具體而言構(gòu)造成經(jīng)由第一傳動軸154和第二傳動軸156共用齒輪機(jī)械聯(lián)接件152。在實(shí)施例中，壓縮機(jī)102和蒸汽膨脹器104構(gòu)造成共用第二傳動軸156和旋轉(zhuǎn)速度。原動機(jī)106可在可變速度下操作。在優(yōu)選實(shí)施例中，原動機(jī)106是較低速度原動機(jī)，諸如電氣馬達(dá)或內(nèi)燃機(jī)。

混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件150(且更具體是蒸氣壓縮機(jī)102)的入口112(大體上類似于圖1的入口42)，聯(lián)接到md模塊12(且更具體是第一末端蒸氣通道26(圖1))上，以用于接收來自md模塊12(圖1)的低壓蒸汽輸入流46。此外，蒸汽膨脹器104的入口114聯(lián)接到高壓蒸汽源(諸如，鍋爐)上，以用于接收高壓蒸汽輸入流66。蒸氣壓縮機(jī)102的出口118和蒸汽膨脹器104的出口120提供來自蒸氣壓縮機(jī)102的壓縮輸出流122和來自蒸汽膨脹器104的膨脹輸出流124的輸出。壓縮輸出流122和膨脹輸出流124的混合提供中壓蒸汽輸出流50至md模塊12。更具體而言，出口118和120聯(lián)接到第二末端蒸氣通道40(圖1)上，以用于將中壓蒸汽輸出流50輸入至md模塊12(圖1)。

在操作期間，原動機(jī)106和/或高壓蒸汽輸入流66提供驅(qū)動力以用于混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件150。更具體而言，原動機(jī)106經(jīng)由第一傳動軸154將驅(qū)動力提供至該一速度比率齒輪聯(lián)接件152。在實(shí)施例中，該一速度比率齒輪聯(lián)接件152包括第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件158和第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件160。齒輪聯(lián)接件152響應(yīng)于由原動機(jī)106施加的力而提供第二傳動軸156的旋轉(zhuǎn)移動。齒輪聯(lián)接件152的旋轉(zhuǎn)移動從而將驅(qū)動力從原動機(jī)106經(jīng)由第二傳動軸156傳遞至壓縮機(jī)102和蒸汽膨脹器104。齒輪聯(lián)接件152還可從蒸汽膨脹器104經(jīng)由高壓蒸汽66的流的輸入提供驅(qū)動力至蒸氣壓縮機(jī)102。因此，壓縮機(jī)102上的負(fù)載在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間分擔(dān)。如之前指出的那樣，在使用高壓蒸汽以用于其他目的的設(shè)施中，膜蒸餾系統(tǒng)12(圖1)可在設(shè)備瞬變或高壓蒸汽需求增加的周期期間主要由原動機(jī)106驅(qū)動。在高原動機(jī)操作成本的情形期間，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可轉(zhuǎn)移至高壓蒸汽膨脹器104。驅(qū)動蒸氣壓縮機(jī)102所需的總功率可在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間以較好適合總體設(shè)備操作的方式分擔(dān)。

現(xiàn)在參照圖4，在該具體實(shí)施例中示出了混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件200，其大體上類似于圖1的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18和圖3的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件150。在該具體實(shí)施例中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件200構(gòu)造成兩速度比率齒輪混合系統(tǒng)，因此包括機(jī)械聯(lián)接件。類似于之前描述的圖3的實(shí)施例，驅(qū)動組件200包括蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106。蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106構(gòu)造成包括機(jī)械聯(lián)接件108，且更具體而言構(gòu)造成經(jīng)由第一傳動軸204、第二傳動軸206和第三傳動軸208共用齒輪聯(lián)接件202。更具體而言，原動機(jī)106經(jīng)由第一傳動軸204、齒輪聯(lián)接件202和第二傳動軸206聯(lián)接到蒸氣壓縮機(jī)102上。原動機(jī)106此外經(jīng)由第一傳動軸204、齒輪聯(lián)接件202和第三傳動軸208聯(lián)接到蒸汽膨脹器104上。如描述的原動機(jī)106、壓縮機(jī)102和蒸汽膨脹器104的聯(lián)接允許各個構(gòu)件以不同旋轉(zhuǎn)速度操作?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件200的該實(shí)施例可在使用旋轉(zhuǎn)和往復(fù)機(jī)器兩者以用于蒸氣壓縮和蒸汽膨脹的系統(tǒng)中找到最佳用途。在優(yōu)選實(shí)施例中，原動機(jī)106是較低速度原動機(jī)，諸如電氣馬達(dá)或內(nèi)燃機(jī)。

混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件200(且更具體是蒸氣壓縮機(jī)102)的入口112(大體上類似于圖1的入口42)，聯(lián)接到md模塊12(且更具體是第一末端蒸氣通道26(圖1))上，以用于接收來自md模塊12(圖1)的低壓蒸汽輸入流46。此外，蒸汽膨脹器104的入口114聯(lián)接到高壓蒸汽源(諸如，鍋爐)上，以用于接收高壓蒸汽輸入流66。蒸氣壓縮機(jī)102的出口118和蒸汽膨脹器104的出口120提供來自蒸氣壓縮機(jī)102的壓縮輸出流122和來自蒸汽膨脹器104的膨脹輸出流124的輸出。壓縮輸出流122和膨脹輸出流124的混合提供中壓蒸汽輸出流50至md模塊12。更具體而言，出口118和120聯(lián)接到第二末端蒸氣通道40(圖1)上，以用于將中壓蒸汽輸出流50輸入至md模塊12(圖1)。

在操作期間，原動機(jī)106和/或高壓蒸汽輸入流66提供驅(qū)動力以用于混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件200。更具體而言，原動機(jī)106經(jīng)由第一傳動軸204將驅(qū)動力提供至兩速度比率齒輪聯(lián)接件202。在實(shí)施例中，該兩速度比率齒輪聯(lián)接件包括第一旋轉(zhuǎn)齒輪構(gòu)件210、第二旋轉(zhuǎn)齒輪構(gòu)件212和第三旋轉(zhuǎn)齒輪構(gòu)件214。響應(yīng)于由原動機(jī)106施加的力，第一傳動軸204旋轉(zhuǎn)且提供齒輪聯(lián)接件202(且更具體是第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件210)的旋轉(zhuǎn)移動，其中旋轉(zhuǎn)傳遞至第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件212和第三旋轉(zhuǎn)構(gòu)件214。更具體而言，齒輪聯(lián)接件202提供驅(qū)動力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)構(gòu)件210和212以及第二傳動軸206從原動機(jī)106至壓縮機(jī)102的傳遞。齒輪聯(lián)接件202還提供驅(qū)動力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)構(gòu)件210和214以及第三傳動軸208從原動機(jī)106至蒸汽膨脹器104的傳遞。齒輪聯(lián)接件202還可經(jīng)由高壓蒸汽66的流的輸入將驅(qū)動力從蒸汽膨脹器104提供至蒸氣壓縮機(jī)102。因此，壓縮機(jī)102上的負(fù)載在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間分擔(dān)。如之前指出的那樣，在使用高壓蒸汽以用于其他目的的設(shè)施中，膜蒸餾系統(tǒng)12(圖1)可在設(shè)備瞬變或高壓蒸汽需求增加的周期期間主要由原動機(jī)106驅(qū)動。在高原動機(jī)操作成本的情形期間，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可轉(zhuǎn)移至高壓蒸汽膨脹器104。驅(qū)動蒸氣壓縮機(jī)102所需的總功率可在原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104之間以較好適合總體設(shè)備操作的方式分擔(dān)。壓縮機(jī)102的旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)操作便利性可變。在此方案中，由于齒輪聯(lián)接件，故原動機(jī)106和蒸汽膨脹器104還將以可變旋轉(zhuǎn)速度操作。

現(xiàn)在參照圖5，在該具體實(shí)施例中示出了混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250，其大體上類似于圖1的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件18。在該具體實(shí)施例中，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250構(gòu)造成包括驅(qū)動構(gòu)件之間的電氣聯(lián)接件252。類似于之前描述的實(shí)施例，驅(qū)動組件250包括蒸氣壓縮機(jī)102、蒸汽膨脹器104和原動機(jī)106。此外，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250包括聯(lián)接到蒸汽膨脹器104上的發(fā)電機(jī)254、以及電氣輸入/輸出256。在該具體實(shí)施例中，壓縮機(jī)負(fù)載部分或完全由發(fā)電機(jī)254供應(yīng)，從而與電網(wǎng)(且更具體是電氣輸入/輸出256)并聯(lián)操作。改變發(fā)電機(jī)254的輸出以及由蒸汽膨脹器104的相關(guān)聯(lián)的高壓蒸汽消耗提供了高壓蒸汽輸入流66和電氣輸入/輸出256之間的壓縮機(jī)能量使用的轉(zhuǎn)移。在系統(tǒng)未連接到電氣輸入/輸出256上的備選實(shí)施例中，對混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250的輸入可由一個或多個局部發(fā)電機(jī)供應(yīng)。

在該具體實(shí)施例中，電氣輸入/輸出256聯(lián)接到原動機(jī)106和發(fā)電機(jī)254上，且構(gòu)造成向其提供電能。原動機(jī)106經(jīng)由第一傳動軸154聯(lián)接到蒸氣壓縮機(jī)102上。發(fā)電機(jī)254經(jīng)由第二傳動軸156聯(lián)接到蒸汽膨脹器104上。如描述的原動機(jī)106、壓縮機(jī)102和蒸汽膨脹器104的聯(lián)接允許各個以不同的旋轉(zhuǎn)速度操作?；旌险魵鈮嚎s驅(qū)動組件250可在使用旋轉(zhuǎn)和/或往復(fù)機(jī)器以用于蒸氣壓縮和蒸汽膨脹的系統(tǒng)中找到最佳用途。在優(yōu)選實(shí)施例中，原動機(jī)106是較低速度原動機(jī)，諸如電氣馬達(dá)。

混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250(且更具體是蒸氣壓縮機(jī)102)的入口112(大體上類似于圖1的入口42)，聯(lián)接到md模塊12(且更具體是第一末端蒸氣通道26(圖1))上，以用于接收來自md模塊12(圖1)的低壓蒸汽輸入流46。此外，蒸汽膨脹器104的入口114聯(lián)接到高壓蒸汽源(諸如，鍋爐)上，以用于接收高壓蒸汽輸入流66。蒸氣壓縮機(jī)102的出口118和蒸汽膨脹器104的出口120提供來自蒸氣壓縮機(jī)102的壓縮輸出流122和來自蒸汽膨脹器104的膨脹輸出流124的輸出。壓縮輸出流122和膨脹輸出流124的混合提供中壓蒸汽輸出流50至md模塊12。更具體而言，出口118和120聯(lián)接到第二末端蒸氣通道40(圖1)上，以用于將中壓蒸汽輸出流50輸入至md模塊12(圖1)。

在操作期間，原動機(jī)106和/或高壓蒸汽輸入流66經(jīng)由電氣輸入/輸出256和/或發(fā)電機(jī)254提供驅(qū)動力以用于混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件250。更具體而言，原動機(jī)106經(jīng)由第一傳動軸154將驅(qū)動力提供至壓縮機(jī)102。第一傳動軸154提供驅(qū)動力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)的第一傳動軸154從原動機(jī)106至壓縮機(jī)102的傳遞。第二傳動軸156提供驅(qū)動力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)的第二傳動軸156從蒸汽膨脹器104至發(fā)電機(jī)254的傳遞。因此，壓縮機(jī)102上的負(fù)載在原動機(jī)106、發(fā)電機(jī)254和蒸汽膨脹器104之間分擔(dān)。如之前指出的那樣，在使用高壓蒸汽以用于其他目的的設(shè)施中，膜蒸餾系統(tǒng)12(圖1)在設(shè)備瞬變或高壓蒸汽需求增加的周期期間由原動機(jī)106主要通過使用從電力輸入256取得的能量來驅(qū)動。在用于電力輸入256處可用的能量的高成本的情形下，蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可轉(zhuǎn)移至高壓蒸汽膨脹器104和發(fā)電機(jī)254。驅(qū)動蒸氣壓縮機(jī)102所需的總功率可在電力輸入256和蒸汽膨脹器104之間以較好適合總體設(shè)備操作的方式分擔(dān)。

因此，公開了一種膜蒸餾系統(tǒng)，且更具體是用于膜蒸餾系統(tǒng)的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件，其使用蒸氣壓縮且在蒸汽膨脹器和原動機(jī)之間分配膜壓縮機(jī)負(fù)載。本文公開的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件具有的優(yōu)于常規(guī)機(jī)械驅(qū)動的膜蒸餾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于該系統(tǒng)提供最大能量效率，且增加膜蒸餾系統(tǒng)的操作靈活性。具體而言，混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件提供最佳操作開支下的操作(商業(yè)優(yōu)點(diǎn))，且較好適合總體設(shè)備能量使用。在一個具體情況下，該系統(tǒng)在還使用蒸汽以用于不同于膜蒸餾的其他目的的地點(diǎn)允許蒸汽鍋爐最佳使用，在已經(jīng)具有就位的蒸汽生成能力且考慮對其過程加入膜蒸餾的地點(diǎn)緩解了對提高蒸汽鍋爐能力的需要，且允許降低能量成本，因?yàn)槟ふ麴s系統(tǒng)的蒸氣壓縮機(jī)負(fù)載可隨能量費(fèi)用在相對較短的時間周期(通常幾小時)內(nèi)變化而轉(zhuǎn)移至更方便經(jīng)濟(jì)的能量源。

公開的膜蒸餾系統(tǒng)(且更具體是用于膜蒸餾系統(tǒng)的混合蒸氣壓縮驅(qū)動組件)的另一個優(yōu)點(diǎn)可在md級的較高相對產(chǎn)量中找到。因?yàn)樾枰^少溫度和壓力級，故這些級可相比于純熱系統(tǒng)顯著較大。所得的較高平均蒸汽溫度且因此密度導(dǎo)致相比于跨越較寬溫度范圍的系統(tǒng)中將預(yù)期的較低壓力損耗和較高平均通量。此外，對散熱的需要顯著降低，因?yàn)槌鲎宰罱K級的蒸氣并未在較低溫度下冷凝，而是改為供給回到該系統(tǒng)的高溫級中。

盡管本公開內(nèi)容在典型實(shí)施例中示出和描述，但其不旨在限于所示細(xì)節(jié)，因?yàn)榭蛇M(jìn)行各種改型和置換，而不以任何方式脫離本公開內(nèi)容的精神。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員僅使用例行試驗(yàn)就可想到本文公開的本公開內(nèi)容的其他改型和等同方案，且相信所有此類改型和等同方案在如由以下權(quán)利要求限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。