專利名稱：水蒸餾系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水蒸餾系統(tǒng)，其用于從海水或任何被有機物或無機物污染 的水源利用來自諸如儲熱系統(tǒng)的發(fā)熱裝置的熱量制取飲用水。
背景技術：
迄今已在各種不同技術中提出海水脫鹽的方法。這里介紹兩個主要的方法 作為例子
(a) 蒸餾法
這種方法的一種形式包括把海水的溫度在大氣壓力下升高到IO(TC以上 來產生水蒸汽。然后用環(huán)境空氣或水作為冷卻介質使水蒸汽冷凝成純水。這種
方法有以下優(yōu)點
1. 隨著水的溫度升高到65。C以上，大多數(shù)細菌被殺死；
2. 由于可看見沸騰的發(fā)生，容易對系統(tǒng)進行監(jiān)控；
3. 工作原理容易理解，所以操作人員幾乎不需要培訓；
4. 蒸餾水中殘留的總溶解固態(tài)物(TDS)不超過10ppm。 但是，這種方法也有一些缺點，包括
1. 由于通常采用間接的方式加熱海水，所以效率非常低；
2. 在高溫下海水中的任何固態(tài)物都將凝結，凝結的固態(tài)物會沉積在熱交 換器的表面上，這會使效率進一步降低。
這種蒸餾海水的方法的另一種形式是通過降低蒸餾室里的壓力來降低水
的沸點溫度。這種方法的能量消耗低，所以在船上應用是有利的。這種系統(tǒng)的 主要缺點是，蒸餾溫度太低以至于難以殺死全部細菌，因而通常需要用可產生 臭氧的紫外線燈來殺死蒸餾水中的細菌。由于難以把蒸餾室維持在低于大氣壓 力的壓力下，這種系統(tǒng)不適用于大規(guī)模的裝置。
(b) 反滲透法
反滲透(R.O.)裝置是一種過濾系統(tǒng)，其采用一種薄膜來除去給水中的離
子化的、有機的和懸浮的固態(tài)物。與常規(guī)的過濾不同，薄膜系統(tǒng)把給水分成兩 個流，即一個滲透流和一個濃縮流。滲透流是流過半滲透薄膜的水，而濃縮流 是用于沖洗掉系統(tǒng)中的濃縮的固態(tài)物的那部分給水流。
用泵把水供給到薄膜系統(tǒng)的薄膜室。在每個單獨的薄膜室上用箭頭指示水 流的方向。水被薄膜室里的薄膜分離并以兩個流即滲透流和濃縮流的形式離開 薄膜室。
對于釆用一個以上的薄膜室的系統(tǒng)，滲透流在滲透總管處匯集。每個薄膜 室可用一個滲透管路。通常安裝一個卸壓閥或壓力開關來保護系統(tǒng)，以防滲透 流超壓。然后，滲透流流過一個流量計繼而流向機器的出口點。
濃縮流離開最后一個薄膜室并被分成兩個流，即一個濃縮流和一個循環(huán)
流，每個流有各自的可調整的流量控制閥。濃縮流的閥門有三個功能，即控
制機器內的壓力，控制流向泄放處的濃縮流的量，以及協(xié)助控制系統(tǒng)的回收。
一個循環(huán)閥把預定量的濃縮流引到泵的進口以達到更紊流的交叉流動。
薄膜在不同的壓力下表現(xiàn)出不同的性能，并且除去單價離子和多價離子的 速率或效率不同。
這種方法非常依賴于驅動反滲透系統(tǒng)的各個泵的效率，而就其本性而言， 泵是效率非常低的能量使用者
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的
本發(fā)明的一個目的是在某種程度上減輕或降低上述已有技術的一個或多 個缺點。
本發(fā)明的概述
雖然不必作為本發(fā)明唯一的或者甚至最寬泛的形式，但本發(fā)明的一種形式 涉及一種大量地生產蒸餾的飲用水的系統(tǒng)和過程，其使用一種在諸如具有蒸汽 管路回路的一個或多個儲熱容器之類的儲熱裝置中的發(fā)熱源，效率高達輸送給 儲熱裝置的能量總熱值的70%。
本發(fā)明的系統(tǒng)/方法涉及按照熱力學第二定律實現(xiàn)的卡諾熱機高效循環(huán)的
利用，也涉及蘭金循環(huán)在本方法中的有效蒸餾和源水預熱中的利用。
因此，在一個方面，本發(fā)明提供一種水蒸餾系統(tǒng)，它包括從一個給水源 向一個或多個閃蒸級(flashing stage)供給給水的給水裝置，所述或每個閃蒸 級具有布置成可使其中的至少一部分給水蒸發(fā)的水閃蒸器；布置成可接收在蒸
發(fā)器里由給水變成的蒸汽并把蒸汽的至少一部分變成水的冷凝器；一具有發(fā)熱 源的儲熱裝置，其布置成儲存用于加熱從其中流過的流體介質的熱能；熱交換 裝置，其布置成可使熱的流體介質和來自所述閃蒸級的蒸汽流從其中流過，從 而使來自熱的流體介質的熱量至少部分地傳遞給蒸汽流；以及離開熱交換裝置 的蒸汽流處于升高的溫度，被布置成流往所述冷凝器而被至少部分地冷凝成水 并將它的至少部分潛熱傳遞給蒸發(fā)器。
該儲熱裝置可包括一個或多個容納所述發(fā)熱源的容器。發(fā)熱源可選自包括 石墨、鋰鹽、釩等的一組材料。
熱交換裝置可包括一絕熱管道，該絕熱管道上設有橫跨它布置的眾多碳鋼 翅片管。熱的流體介質流被布置成流進所述管道，來自(各)蒸發(fā)器的蒸汽被 布置成流過碳鋼管。
在一種優(yōu)選的形式中，儲熱裝置布置成把氣體形式的熱的流體介質流供給 到熱交換裝置，而該氣流布置成可把它的至少部分潛熱傳遞給來自(各)閃蒸 器的蒸汽。
在另一種優(yōu)選的形式中，所述一個或多個容器中的每一個是一個帶有用于 呈水蒸汽形式的熱的流體介質流的再生加熱途徑的吸熱散熱器。在這一形式 中，所述一個或多個容器可以有水管回路。
另外優(yōu)選的是，熱交換裝置包括布置在儲熱裝置下游的第一熱交換器和布 置在所述第一熱交換器下游的第二熱交換器以接收來自冷凝器的水的殘余熱 量，以及布置成為了提高從第一熱交換器吸取顯熱和潛熱而升高第一熱交換器 內的供給壓力的泵和/或閥門。
在可能的情況下，儲熱裝置被構造成吸收由至少一個外部能源供應的能量 并把吸收的能量儲存在發(fā)熱源中。較佳地，所述至少一個外源被布置成供應太 陽能和/或電能和/或熱能。有利的是，儲熱裝置被構造成吸收以預定的時間周 期供應的能量。所述時間周期可對應于有關當局規(guī)定的非高峰時段。能量可以
就地生產，例如采礦作業(yè)產生的甲烷或諸如乙烯之類的管道氣體或液體碳氫化 合物，例如煤油，和/或非高峰時段的電能。對某些應用場合，管道氣體可以 是電解水產生的氫氣。儲熱裝置能夠用卡諾循環(huán)供應需要的熱量，該循環(huán)的工 作原理適用。優(yōu)選的是，這種系統(tǒng)還可包括一個加熱爐或鍋爐或已用的噴氣發(fā) 動機，由于它們各有適當量的熱輸出并且安裝起來也很節(jié)省，可將其作為發(fā)熱 源的補充。在發(fā)熱源布置成吸收來自噴氣發(fā)動機的熱的情況中，可將噴氣發(fā)動 機的熱廢氣導引通過一絕熱管道，而該管道上設有橫跨它布置的許多個碳鋼翅
片管。在熱廢氣065(TC)流過熱交換裝置的過程中，熱量被吸收進儲熱裝置， 在鹽水回路管里的海水或其它源水形式的給水在壓力下被加熱到一個高于給 水的預定沸點的預定溫度。
然后，被加熱的水被泵送通過一段管路進入閃速蒸餾室形式的蒸發(fā)器中。 這個閃速蒸餾室被維持在一個允許給水閃速沸騰的真空壓力下。
所述第二熱交換器用于在溫度相對較高的第一熱交換器之前將給水預熱。 為避免無機物在熱交換器管里沉積，可以用一個磁感應泵將水以高速循環(huán)通過 高溫熱交換器，來確保水每通過一次其溫升不超過2'C。這可確保固態(tài)物在熱 交換器管壁上的沉積為最少。
正常情況下，由一個泵把給水打進所述一個或每個閃蒸級，這個泵是由采 用可變頻率驅動(VFD)的數(shù)字控制系統(tǒng)(DCS)控制的，用比例、積分和微 分(PID)控制動態(tài)地控制過程的溫度、流量和壓力。這允許整個系統(tǒng)的自動 化，無需任何干預，或只需很少干預，這可節(jié)省維護費用。
外來的給水可先導引進入起預熱作用的第二熱交換器而后再進入高溫的 第一熱交換器。
外來的給水還可用來在第二熱交換器之內在允許熱量傳遞給外來的給水 的同時冷卻和冷凝來自蒸發(fā)器或真空閃速蒸餾室的蒸汽。
這種系統(tǒng)將產生大量的熱，因此所有高溫的區(qū)域都可用Micropore 保溫 材料進行隔熱包覆。低溫表面區(qū)域可以用聚苯乙烯泡沫材料和鋁箔進行隔熱包 覆。
利用本發(fā)明生產飲用水的預期產量可計算如下
選取一個容量為620千瓦的儲熱裝置，1千瓦小時=3600000焦耳
把蒸汽溫度升高1(TC且壓力升高45Kpa所需的能量二T2 (蒸汽輸出溫度 和壓力)一T1 (蒸汽輸入溫度和壓力)=52920焦耳
所以儲熱容器的輸出為620x3600000 = 2,232,000,000焦耳。 被升高l(TC的蒸汽量
IO(TC的1千克蒸汽x (蒸汽的比熱)xl(TC以及壓力升高45Kpa (預期的 輸入蒸汽和輸出蒸汽之間的溫度和壓力差)二52，920焦耳。
因此，所以在第一個小時里可產生的蒸餾水是2，232,000，000除以52,920 =42,176千克。
所生產的每千克蒸餾水的能量成本二輸入給儲熱容器的能量的成本除以 所生產的水的量。
每千瓦能量有約3,600,000焦耳，這分在(divided into)儲熱容器的輸出 中，其為2,232,000,000焦耳=620千瓦的能量/小時。這乘以每千瓦小時的電 價S0.0262c再除以生產的水42,176千克-620x0.0262/42，176二S0.000385c每升 水。這代表100%熱量回收的情況，如果我們用50%的熱量回收進行計算，則 每升水的費用增加一倍而變?yōu)镾0.000770c。


為了本發(fā)明能夠更容易地被理解并被投入實際應用，下面參照

本 發(fā)明的幾個非限制性的實施例，其中
圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的原理圖。
具體實施例方式
參照圖1，所示的水蒸餾系統(tǒng)10的這一實施例有一個輔助熱交換器12， 其布置成接收在給水管路14里流動的給水，而管路14聯(lián)接于一個諸如鹽水柜 的給水源，在圖中以"給水FEED"表示。從輔助熱交換器12出來的給水被 輸送到一個除氣器16并在該處噴射成噴流。給水中的氣體被釋放出來并通過 管路46和排氣口 VENT排放到大氣中。然后，除氣后的水被輸送到閃蒸級28 里的一個水柜36。應能注意到，盡管對于這一實施例表示出并描述的是一個 閃蒸級28，但是按照本發(fā)明，系統(tǒng)IO可以包括多個閃蒸級。系統(tǒng)10還具有儲熱裝置20，在本實施例中，它呈能量儲存容器的形式并
且它用非高峰時段的電作為能源，用于對儲熱容器20里的諸如石墨的儲能介 質充電。應能理解，也可以用諸如太陽能、風能等來提供能源。雖然只表示出 一個儲熱器，但是應能理解，系統(tǒng)IO可以有多個這樣的儲熱容器。在用非高 峰時段的電給這樣的多個儲熱容器充電時，它們可用作大容積的蒸餾過程中的 發(fā)熱器，其產量可達40-50千升/小時。通過調整儲熱容器的各閥門(未示出) 來控制熱源的工作以產生蒸汽。在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作并用非高峰時段的電作為 熱能，可使儲熱容器的溫度達到S5(TC。蒸汽管22連接在儲熱容器20和主熱 交換器24之間，蒸汽以熱的流體介質的形式進入熱交換器24內。在熱交換器 24處，蒸發(fā)潛熱把熱量傳遞給裝在蒸汽管路26里的蒸汽管(未示出)。在蒸 汽管路26里的那些蒸汽管被供以從閃蒸容器28形式的閃蒸級排出的循環(huán)進給 蒸汽。設置有一個旋轉式閥門30，以允許蒸汽管路26里的進給蒸汽壓力升高 而又不會改變閃蒸容器28里的蒸發(fā)器29內的沸點。在這一實施例中，蒸汽溫 度升高到約ll(TC。在這一情況中，蒸發(fā)器29是垂向管束形式的，給水流過 管束。
循環(huán)泵32連續(xù)不斷地把已經除氣的給水以噴流31的形式供給到蒸發(fā)器 29。海水的固態(tài)物含量一般是35g/l。當隨著給水通過具有用薄壁鈦板制成的 熱交換板的輔助熱交換器12被從儲存環(huán)境的溫度加熱升溫時，海水中的固態(tài) 物仍保持溶解狀態(tài)。給水中的固態(tài)物被固態(tài)物除去裝置44除去，固態(tài)物除去 裝置44把固體物質截留住但允許給水返回到蒸發(fā)器29。
循環(huán)泵32使來自輔助熱交換器12和除氣器16的給水的壓力升高。 設置有一個用于控制循環(huán)泵32從而控制給水流量的可變頻率控制器(未 示出)。旋轉式閥門30的受控轉動可將蒸發(fā)器29保持在大氣壓力狀態(tài)。隨著 熱的給水進入蒸發(fā)器29，水部分地蒸發(fā)，蒸汽流向熱交換器24，在其中蒸汽 膨脹到更高的壓力和溫度。隨后在蒸汽管路26里的溫度升高了的水蒸汽流到 冷凝器35，冷凝器35被在鹽水回路37里流向冷凝柜34的低溫給水冷卻。蒸 餾的水被通過冷凝管路38輸送，流過輔助熱交換器12排放，并把它的潛熱和 顯熱的一個高百分比傳遞給外來的給水。管路38上設置一個冷凝泵40，用以 提高冷凝水的流動。在這一情況中，溫度升高了的水蒸汽進入閃蒸容器28并
且其一部分將與蒸發(fā)器29管束的外表面接觸，在接觸中蒸汽的潛熱能量部分
地傳遞通過管壁加熱其中的給水。接觸管束的外表面的那部分蒸汽將被冷卻而
變成蒸餾水形式的冷凝水。
一個通氣管路46把充氣器16連接到以VENT表示的出氣口 。
儲熱容器20和熱交換器12和24都是封閉在隔熱包覆的隔板內。各閥門
用于調整流經用于預熱外來給水的輔助熱交換器12的給水。給水管路14上設
置一個計量泵，其用于控制這個管路內的給水的流動壓力。
一補充蒸汽模塊39布置成可作為儲熱容器20的補充，其被供以用于對模
塊38加熱的燃料(FUEL)。模塊39還布置成可加熱來自冷凝柜34的冷凝水
并把加熱了的冷凝水提供給閃蒸級28。
盡管上面已經舉例說明了本發(fā)明，但是很明顯，熟悉本技術領域的人可以
對所述的實施例做出各種變化和變型而不會背離在權利要求書中所限定的本
發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種水蒸餾系統(tǒng)，它包括布置成可從給水源向一個或多個閃蒸級供給給水的給水裝置，所述或每個閃蒸級具有布置成可使其中的至少一部分給水蒸發(fā)的水閃蒸器，和布置成可接收在所述蒸發(fā)器里由給水變成的蒸汽并把所述蒸汽的至少一部分變成水的冷凝器；具有發(fā)熱源的儲熱裝置，布置成儲存用于加熱從其中流過的流體介質的熱能；熱交換裝置，布置成可使熱的流體介質和來自所述閃蒸級的蒸汽流流過其中，從而使所述熱的流體介質的熱量至少部分地傳遞給所述蒸汽流；且以升高的溫度離開所述熱交換裝置的所述蒸汽流被布置成流到所述冷凝器以至少部分地通過冷凝作用轉變成水并將其至少部分的潛熱傳遞給所述蒸發(fā)器。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個布置成可使閃蒸 器里產生部分真空的抽氣裝置。
3. 如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱裝置布置成把 熱的流體介質流供給到所述熱交換裝置，并且所述熱的流體介質流布置成可將 其至少部分的潛熱傳遞給來自所述閃蒸器的蒸汽。
4. 如權利要求1到3中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱裝 置包括一個或多個裝有所述發(fā)熱源的容器。
5. 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個容器中的每 一個是帶有用于所述熱的流體介質流的再生加熱路徑的吸熱散熱器。
6. 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱的流體介質流呈水蒸 汽的形式，以及所述或每個容器具有供所述熱的流體介質從其中流過的水管回 路。
7. 如權利要求4到6中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)熱源 可選自包括石墨、鋰鹽、釩等的一組材料。
8. 如權利要求1到7中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換 裝置具有一個或多個熱交換器，每個熱交換器有一絕熱管道，該絕熱管道設有 橫跨該管道布置的多個碳鋼翅片管，所述熱的流體介質流布置成流進所述管 道，而來自所述蒸發(fā)器的蒸汽布置成流過所述碳鋼管。
9. 如權利要求1到8中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換 裝置包括布置在所述儲熱裝置的下游的第一熱交換器和布置在所述第一熱交 換器的下游的第二熱交換器，第二熱交換器接收從所述冷凝器流出的水的殘余 熱量以預熱所述給水。
10. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，設置有可控制地升高所述第 一熱交換器內的蒸汽壓力的泵和/或閥門，從而提高自所述第一熱交換器吸取 顯熱和潛熱。
11. 如權利要求1到10中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括布 置成可使所述給水循環(huán)地流過所述一個或多個閃蒸級的循環(huán)裝置。
12. 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)裝置有一個可控 制的泵，所述泵被布置成將所述給水以設定的壓力和/或流速輸送入所述一個 或多個閃蒸級。
13. 如權利要求1到12中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱 裝置構造成將供自至少一個外部能源供給的能量儲存在所述發(fā)熱源中。
14. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個外部能源被 布置成提供太陽能和/或電能和/或熱能。
15. 如權利要求13或14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱裝置構造成以預定的時間周期接收供應的能量。
16. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時間周期對應于由有 關當局為所述至少一個外部能源規(guī)定的非高峰時段。
17. 如權利要求13到16中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一 個加熱爐和/或鍋爐和/或噴氣發(fā)動機，布置成可作為所述至少一個外部能源的 補充，用于提供可由所述儲熱裝置吸收的熱量。
18. 如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)熱源布置成吸收從 來自所述噴氣發(fā)動機的熱的廢氣直接流過其中的另一個熱交換裝置傳遞來的 熱量。
19. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述另一個熱交換裝置有 一絕熱管道，該絕熱管道設有橫跨管道布置的多個碳鋼翅片管，所述熱的廢氣 布置成流過所述管道并流過所述翅片管，從而使熱量被所述熱交換裝置吸收。
20. 如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可控制的泵布置成使 所述給水以足夠高的速度循環(huán)流動，以最大限度降低無機物在所述蒸發(fā)器里的沉積量。
21. 如權利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可控制的泵布置成使 所述給水以不會使所述給水每流過所述一個或多個閃蒸級一次的溫升超過2 "C的速度循環(huán)流動。
全文摘要
提供了一種用于蒸餾海水或微咸水的水蒸餾系統(tǒng)(10)。這種系統(tǒng)有用于從給水源(FEED)向一個或多個閃蒸級(28)供給給水的給水裝置(14和37)。每個閃蒸級有一個可使其中的至少一部分給水蒸發(fā)的水閃蒸器(29)，以及一個接收蒸汽并把蒸汽的至少一部分變成蒸餾水的冷凝器(35)。一個設有用于儲存熱能的發(fā)熱源的儲熱裝置(20)用于加熱從其中流過的流體介質。一個熱交換裝置(24)接收熱的流體介質并把熱量傳遞給在一定壓力下來自每個閃蒸級的蒸汽流。以升高的溫度離開熱交換裝置的蒸汽流被布置成流到冷凝器而被冷凝成水并將它的部分潛熱傳遞給蒸發(fā)器。
文檔編號C02F1/06GK101102967SQ200580038184
公開日2008年1月9日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權日2004年9月14日
發(fā)明者G·M·帕克頓 申請人:阿跨迪內股份有限公司