本發(fā)明總體涉及加熱液體的領(lǐng)域，以及更具體地涉及用于凈化水的系統(tǒng)和方法。

關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究的聲明

沒有。

背景技術(shù)：

如美國(guó)專利no.7,866,380和7,959,814中所述，全世界最迫切的需求之一是飲用水。每年有數(shù)以千計(jì)的人由于其飲用水受到污染而死亡。在一些地區(qū)，人們被迫花費(fèi)大量時(shí)間從遠(yuǎn)處水源人工運(yùn)送至其家中和村落，而不會(huì)冒險(xiǎn)飲用附近未檢測(cè)的水。

存在很多凈化水的方法。最常用的方法之一是反滲透(ro)。該工藝已使用很長(zhǎng)時(shí)間，但它有它的缺陷。雖然ro系統(tǒng)可能較便宜，但對(duì)于過濾器的替換有著持續(xù)的維護(hù)需求。ro系統(tǒng)中的過濾器由于一直暴露于待凈化的水源而變得堵塞和/或損壞。替換過濾器的成本和有效性以及執(zhí)行該維護(hù)需求的技術(shù)水平可能成為問題。

水凈化的另一種方法包括向水中添加化學(xué)藥品以殺菌。一般而言，化學(xué)藥品應(yīng)用于需要凈化少量水的場(chǎng)合。雖然使用適當(dāng)化學(xué)藥品濃度時(shí)是有效的，但很難一直測(cè)量適當(dāng)?shù)牧?。此外，該凈化系統(tǒng)不能處理水中可能存在的重金屬問題。

將水燒開是殺死水中病菌的另一方法。不幸地是，在污染水為主要問題的世界很多地方，沒有用于加熱水的可用材料，諸如木材等。

在一些特殊領(lǐng)域或行業(yè)中，可能需要熱水和/或蒸汽，但關(guān)鍵是沒有明火用于加熱水。一種這樣的行業(yè)是油田服務(wù)業(yè)。在很多地理區(qū)域發(fā)現(xiàn)原油儲(chǔ)藏，包含高濃度石蠟、蠟晶體烴。這種物質(zhì)雖然在生產(chǎn)涂層、密封劑、蠟燭、橡膠配方、藥物和化妝品方面商業(yè)可用，但在原油生產(chǎn)方面可能存在問題。懸浮在原油中的石蠟易于堵塞油井生產(chǎn)管柱中的孔并減慢原油至表面的流動(dòng)。

多年來已有幾種技術(shù)用于將石蠟的不利影響最小化。這其中包括將熱水、蒸汽或化學(xué)溶劑注射進(jìn)井中，通過加熱石蠟至其熔點(diǎn)之上或以化學(xué)方式改變其成分使石蠟液化來清潔井孔。雖然有效，但所有這些方法都存在其缺陷。

當(dāng)使用熱水方法時(shí)，必須將水輸送至井場(chǎng)，然后在掛載于卡車底盤或拖車中的液化石油氣或柴油鍋爐中加熱。水的獲得在井場(chǎng)是常見問題，并且當(dāng)用于在鍋爐容器中加熱水或原油的明火位于井口附近時(shí)，井口附近可能大氣中具有高濃度天然氣，這存在不安全的狀況。

蒸汽方法通常需要電廠建設(shè)，其利用油田天然氣發(fā)電并將廢棄的蒸汽用管道輸送至用于注射的各井口。雖然這消除了靠近井口的明火，但其涉及大量的資本支出，這使得其僅在相對(duì)較小區(qū)域具有高度集中的井時(shí)才變得經(jīng)濟(jì)上可行。用管道輸送蒸汽至單獨(dú)偏遠(yuǎn)的井有時(shí)是不可行的，由于在蒸汽到達(dá)井之前損失了太多熱量。這可能導(dǎo)致僅蒸餾水被輸送至井口。

化學(xué)溶劑方法將溶劑容器位于井口附近，并且然后通過井的泵送單元的各沖程將其注射至井下。雖然該方法消除井口附近的明火并且不需要大量資本支出，但其在操作方面增加了大量成本?；瘜W(xué)藥品較昂貴，與運(yùn)輸相關(guān)聯(lián)的成本和危險(xiǎn)化學(xué)藥品的處理較昂貴，并且將這些化學(xué)藥品添加至原油中使得提煉過程更加昂貴。

由于水力壓裂所需大量水和公眾對(duì)飲用水污染的關(guān)心，來自油氣井的采出水和壓裂水的處理和/或清理變成了越來越重要的另一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種凈化污染水(至飲用水標(biāo)準(zhǔn))的系統(tǒng)和方法，其使用一種方法以通過離心力影響懸浮固體的分離和通過相變化以移除溶解的固體，污染水包括海水、油田壓裂水、酸性礦井水、污水等。該方法還能夠殺菌并且移除voc’s(揮發(fā)性有機(jī)化合物)。不需要過濾器、過濾膜或化學(xué)藥品。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種水凈化系統(tǒng)，其包括高溫水槽、無焰熱源、筒形容器(水力旋流器巢)、第一泵、蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x、以及蒸汽冷凝器和熱交換器。高溫水槽具有第一進(jìn)水口、第二進(jìn)水口、第一出水口和第二出水口。無焰熱源具有進(jìn)口和出口，進(jìn)口連接至高溫水槽的第二出水口，出口連接至高溫水槽的第二進(jìn)水口。筒形容器(水力旋流器巢)布置在高溫水槽中，并具有溢流腔、潛流腔、布置在溢流腔與潛流腔之間的進(jìn)入腔、連接至溢流腔的第一出口、連接至進(jìn)入腔的進(jìn)口、以及連接至潛流腔的第二出口。一組或多組水力旋流器布置在筒形容器中。各組水力旋流器中的水力旋流器以并聯(lián)結(jié)構(gòu)布置，并且每個(gè)水力旋流器具有布置在筒形容器的進(jìn)入腔中的切向進(jìn)口、布置在所述容器的溢流腔中的溢流口、以及布置在筒形容器的潛流腔中的潛流口。第一泵連接至高溫水槽的第一出口和筒形容器的進(jìn)口。蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x連接至筒形容器的第一出口。蒸汽冷凝器和熱交換器具有蒸汽進(jìn)口和凈化水出口，其中蒸汽進(jìn)口連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種水凈化系統(tǒng)，其包括污染水源、油/固體分離器、第三泵、低溫水槽、發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器、第五泵、高溫水槽、第二泵、無焰熱源、熱吸收閥、筒形容器(水力旋流器巢)、第一泵、蒸汽除霧器、蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x、蒸汽冷凝器和熱交換器、以及第四泵。第三泵連接至污染水源和油/固體分離器。低溫水槽具有液體/氣體分離器、連接至油/固體分離器的第一進(jìn)口、第二進(jìn)口、第三進(jìn)口、第四進(jìn)口、第一出水口、第二出水口、第三出水口和出氣口。發(fā)動(dòng)機(jī)具有連接至燃料箱和低溫水槽的出氣口的燃料吸入口、以及連接至低溫水槽的第二進(jìn)口的排氣口。熱交換器熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，并具有進(jìn)水口和連接至低溫水槽的第三進(jìn)口的出水口。第五泵連接至低溫水槽的第三出水口和熱交換器的進(jìn)水口。高溫水槽具有第一進(jìn)水口、第二進(jìn)水口、第一出水口和第二出水口。第二泵連接至低溫水槽的第一出水口和高溫水槽的第一進(jìn)口。無焰熱源具有連接至高溫水槽的第二出水口的進(jìn)口和連接至高溫水槽的第二進(jìn)水口的出口。熱吸收閥連接在無焰熱源和低溫水槽之間。筒形容器(水力旋流器巢)布置在高溫水槽內(nèi)，并具有溢流腔、潛流腔、布置在溢流腔與潛流腔之間的進(jìn)入腔、連接至溢流腔的第一出口、連接至進(jìn)入腔的進(jìn)口、以及連接至潛流腔的第二出口。一組或多組水力旋流器布置在筒形容器中。各組水力旋流器中的水力旋流器以并聯(lián)結(jié)構(gòu)布置，并且每個(gè)水力旋流器具有布置在筒形容器的進(jìn)入腔中的切向進(jìn)口、布置在筒形容器的溢流腔中的溢流口、以及布置在筒形容器的潛流腔中的潛流口。第一泵連接至高溫水槽的第一出口和筒形容器的進(jìn)口。蒸汽除霧器連接至筒形容器的第一出口和低溫水槽的第四進(jìn)水口。蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x連接至蒸汽除霧器。蒸汽冷凝器和熱交換器具有蒸汽進(jìn)口、凈化水出口、進(jìn)水口和出水口，其中，蒸汽進(jìn)口連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x，并且出水口連接至低溫水槽的第二進(jìn)口。第四泵連接至低溫水槽的第二出水口和蒸汽冷凝器和熱交換器的進(jìn)水口。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于凈化污染水的方法。使用無焰熱源對(duì)高溫水槽中的污染水進(jìn)行加熱，其中，加熱的污染水使筒形容器和一組或多組水力旋流器受熱。將加熱的污染水泵送進(jìn)入筒形容器的進(jìn)口，使加熱的污染水進(jìn)入水力旋流器的切向進(jìn)口，水力旋流器將加熱的污染水分離為蒸汽和固體/濃縮物，蒸汽經(jīng)水力旋流器的溢流口和筒形容器的第一出口離開，固體和濃縮物經(jīng)水力旋流器的潛流口和筒形容器的第二出口離開。使用蒸汽冷凝器和熱交換器將蒸汽冷凝為凈化水。使用控制器將高溫水槽中的加熱的污染水保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種用于凈化污染水的方法。通過如下方式對(duì)低溫水槽中的污染水進(jìn)行預(yù)熱：(1)將來自低溫水槽的污染水泵送至蒸汽冷凝器和熱交換器的進(jìn)水口，在蒸汽冷凝器和熱交換器中，來自蒸汽的第一熱量傳遞至污染水；以及(2)將污染水從低溫水槽泵送至熱交換器的進(jìn)口，熱交換器熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)處，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱量傳遞至污染水。通過將來自蒸汽冷凝器和熱交換器的出水口的預(yù)熱的污染水與來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口的排出氣混合，進(jìn)一步加熱預(yù)熱的污染水并捕獲來自發(fā)動(dòng)機(jī)的揮發(fā)氣體。在低溫水槽中，使用液體/氣體分離器將捕獲的揮發(fā)氣體與預(yù)熱的污染水分離。將分離的揮發(fā)氣體與燃料混合，并在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒分離的揮發(fā)氣體和燃料。將預(yù)熱的污染水從低溫水槽泵送至高溫水槽。使用無焰熱源對(duì)高溫水槽中的預(yù)熱的污染水進(jìn)行加熱，其中，加熱的污染水使筒形容器和一組或多組水力旋流器受熱。將加熱的污染水泵送進(jìn)入筒形容器的進(jìn)口，使加熱的污染水進(jìn)入水力旋流器的切向進(jìn)口，水力旋流器將加熱的污染水分離為蒸汽和固體/濃縮物，蒸汽經(jīng)水力旋流器的溢流口和筒形容器的第一出口離開，固體和濃縮物經(jīng)水力旋流器的潛流口和筒形容器的第二出口離開。使用蒸汽冷凝器和熱交換器將蒸汽冷凝為凈化水。使用控制器將高溫水槽中的加熱的污染水保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。

根據(jù)下列附圖、說明和權(quán)利要求，對(duì)于該領(lǐng)域技術(shù)人員，其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將更加明了。此外，雖然上文列舉了具體優(yōu)點(diǎn)，但不同實(shí)施例可包括所有或一些這些列舉的優(yōu)點(diǎn)、或不包括上述列舉優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

結(jié)合附圖參照下述說明，本發(fā)明的上述及其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)更容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水凈化系統(tǒng)的方塊圖；

圖2a至圖2e是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的筒形容器(水力旋流器巢)的圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明示出的一個(gè)實(shí)施例用于凈化水的方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例用于凈化水的方法的過程流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的水凈化系統(tǒng)的方塊圖；以及

圖6a至圖6b是根據(jù)本發(fā)明所示的另一實(shí)施例的用于凈化水的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

雖然下文詳細(xì)討論了本發(fā)明的不同實(shí)施例的制造和使用，應(yīng)該理解本發(fā)明提供了很多可實(shí)施的創(chuàng)造性概念，其可體現(xiàn)在具體上下文的寬范圍的變化。本文討論的具體實(shí)施例僅為具體方式的示例，用以制造和使用本發(fā)明并且不會(huì)限制本發(fā)明的范圍。本文的討論主要涉及凈化污染水(即，任何不適合人類消費(fèi)的水)，但應(yīng)該理解本發(fā)明的概念適用于用來處理液體的任意系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明提供一種用于凈化污染水(至飲用水標(biāo)準(zhǔn))的系統(tǒng)和方法，其使用一種方法以通過離心力影響懸浮固體的分離和通過相變化以移除溶解的固體，污染水包括海水、油田壓裂水、酸性礦井水、污水等。該方法還能殺菌并且移除voc’s(揮發(fā)性有機(jī)化合物)。不需要過濾器、過濾膜或化學(xué)藥品。

可使用任意方法對(duì)于過程所需的待處理水進(jìn)行預(yù)熱，這些方法包括名稱為“無火焰生成熱水的系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利no.7,866,380b2(2011年1月11日授權(quán))以及名稱為“無火焰生成熱水的系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利no.7,959,814b2(2011年6月14日授權(quán))中描述的無火焰方法，其全部?jī)?nèi)容在此以引用的方式并入本文。其他方法包括地?zé)?、工業(yè)方法或電廠余熱。實(shí)際上，任意形式的余熱均可利用。

將該預(yù)熱的水引入高壓(例如100psi)高溫(高達(dá)300華氏度)不通風(fēng)的加工容器中。水溫根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)(沸點(diǎn))而不同。在操作中，通過中等壓力(例如400psi)泵將水從該容器中連續(xù)抽出，中等壓力泵向熱水施加動(dòng)能(水包含熱能，但其在壓力下保持為液體)。

將流動(dòng)的水引入水力旋流器的“巢”中，通過將水力旋流器浸入不通風(fēng)的容器中將其加熱至引入水的溫度。水力旋流器在功能上以并聯(lián)和串聯(lián)布置。加熱的水沿切向進(jìn)入第一“組”以并聯(lián)方式排列的水力旋流器。獨(dú)特的孔增加水速，產(chǎn)生高達(dá)100g的力。這些力導(dǎo)致固體在水力旋流器外側(cè)的水的層流。溶解的固體也被迫進(jìn)入外側(cè)，在中心生成的較新鮮的水(具有較低沸點(diǎn))和低壓區(qū)域(龍卷風(fēng)效應(yīng))。水(仍然為液體)沿著水力旋流器向下，在接近底部的位置其豎向速度停止。在該點(diǎn)允許水閃蒸為蒸汽并經(jīng)渦流管離開進(jìn)入蒸汽室，在蒸汽室可以收集所有水力旋流器產(chǎn)生的蒸汽。

盡管將水力旋流器加熱至處理水的溫度(由于水蒸發(fā)產(chǎn)生的熱)，水并未全部閃蒸為蒸汽。這些水，現(xiàn)在更濃縮并具有更高沸點(diǎn)，被順序引導(dǎo)至另一組重復(fù)上述過程的水力旋流器。這經(jīng)過水力旋流器的“巢”繼續(xù)進(jìn)行，直到最大量的水閃蒸為蒸汽并仍然允許濃縮液流動(dòng)。在水力旋流器的“巢”中，可安裝或插入獨(dú)特的水力旋流器，以改變處理容量，從而有助于改變懸浮和溶解固體的濃度。

計(jì)算蒸汽室中收集的蒸汽焓(并且在水由無焰熱源(例如動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器)完全加熱或部分加熱的情況下)，其吸收變化剛好提供足夠能量以有利于該過程。因此，優(yōu)化了效率。收集蒸汽并且回收冷凝熱，產(chǎn)生蒸餾水并增加所有工藝效率。在一些情況下，該蒸餾水實(shí)際上對(duì)于其預(yù)期用途來說過于干凈。在這種情況下，加熱的水(已殺菌)可與蒸餾水混合，提供具有理想礦物質(zhì)含量水平并增加該工藝的水的總生產(chǎn)能力的水。

現(xiàn)在更詳細(xì)的描述本發(fā)明的各實(shí)施例。

現(xiàn)在參見附圖1，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水凈化系統(tǒng)100的方塊圖。水凈化系統(tǒng)100包括高溫水槽102、無焰熱源112、筒形容器(水力旋流器巢)118、第一泵148、蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150、以及蒸汽冷凝器和熱交換器152。高溫水槽102具有第一進(jìn)水口104、第二進(jìn)水口106、第一出水口108和第二出水口110。無焰熱源112具有連接至高溫水槽102的第二出水口110的進(jìn)口114以及連接至高溫水槽102的第二進(jìn)水口106的出口116。無焰熱源112可以為動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器、特斯拉發(fā)生器、地?zé)釤嵩?、工業(yè)處理熱源、電廠余熱或其組合。特斯拉發(fā)生器是特斯拉汽輪機(jī)與特斯拉泵的組合。在壓力下將液體泵送至板組件的中心(類似于特斯拉汽輪機(jī)中在壓力下注射蒸汽)，在板組件中，一半板由原動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)車、或旋轉(zhuǎn)的基本任何東西)旋轉(zhuǎn)，并且另一半板保持靜止(如在特斯拉泵中)。特斯拉發(fā)生器對(duì)引入板之間的任意液體進(jìn)行加熱。

控制器158可連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150和無焰熱源112，以基于來自蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150或其他傳感器的數(shù)據(jù)將污染水在規(guī)定溫度范圍內(nèi)保持在高溫水槽102中?？刂破?58也可連接至系統(tǒng)100內(nèi)的其他傳感器和/或系統(tǒng)100中的前述裝置。例如，通過調(diào)節(jié)經(jīng)過無焰熱源112的水流速能夠控制規(guī)定的溫度。也可以通過調(diào)節(jié)連接在無焰熱源112與低溫水槽102之間的吸收閥以控制規(guī)定的溫度。

動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器可以類似或等同于由islandcity、llc或twindiscs公司提供的裝置，并且通常包括具有輸入端、輸出端和靜止殼體內(nèi)的第一組徑向葉片的靜止殼體、和布置在靜止殼體內(nèi)具有第二組徑向葉片的轉(zhuǎn)子。在具體實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器大約具有12英寸的直徑和6英寸的寬度。這些尺寸可根據(jù)所需產(chǎn)量而變化。在一些實(shí)施例中，其由鋁制成，但在他實(shí)施例中其也可以由其他材料制成。動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器可僅由兩個(gè)移動(dòng)部件構(gòu)成。以約1800轉(zhuǎn)/分運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)使動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器旋轉(zhuǎn)，其引起內(nèi)部輪旋轉(zhuǎn)并壓縮流經(jīng)此處的水分子，從而產(chǎn)生摩擦，摩擦能夠生熱。用于系統(tǒng)的電源可以為發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)。規(guī)定的溫度可以大于或等于212華氏度(100攝氏度)、大于殺死水中致病菌所需的溫度、大于或等于250華氏度(121攝氏度)、大于或等于300華氏度(148攝氏度)、大于或等于咸水淡化所需的溫度、大于或等于熔化石蠟所需的溫度、大于或等于生成蒸汽所需的溫度、或任意其他所需溫度。

筒形容器(水力旋流器巢)118設(shè)置在高溫水槽102中。第一泵148連接至高溫水槽102的第一出口108和筒形容器118的進(jìn)口130。蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150連接至筒形容器118的第一出口122。蒸汽冷凝器和熱交換器152具有連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150的蒸汽進(jìn)口154和凈化出水口156。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2a至圖2e，示出筒形容器(水力旋流器巢)118的非限制性實(shí)例。筒形容器(水力旋流器巢)118具有包括第一出口122的溢流腔120、具有第二出口126的潛流腔124、具有設(shè)置在溢流腔120和潛流腔124之間的進(jìn)口130的進(jìn)口腔128。將一組或多組或階段的水力旋流器138(參見下文)布置在筒形容器118內(nèi)。各組水力旋流器138中的水力旋流器140以并聯(lián)結(jié)構(gòu)布置。每個(gè)水力旋流器140具有布置在筒形容器118的進(jìn)口腔128中的切向進(jìn)口142、設(shè)置在筒形容器118的溢流腔120中的溢流口144、以及設(shè)置在筒形容器118的潛流腔124中的潛流口146。

截面圖a-a(圖2b)示出筒形容器(水力旋流器巢)118的頂部和頂板202。截面圖b-b(圖2c)示出了溢流腔120的底部和旋流器上板204，旋流器上板204是水力旋流器頂部保持裝置，其在清理進(jìn)口腔128時(shí)移除。截面圖c-c(圖2d)示出進(jìn)口腔128頂部和內(nèi)部階段138i、138j和138k的以1.5:1比例的放大圖，以描述具有可移除蓋板204的備用水力旋流器孔(如示出的有六個(gè)(6))。由分隔物、間隔物或環(huán)狀物206限定水力旋流器138a-138k的組或階段，分隔物、間隔物或環(huán)狀物206使特定組或階段的水力旋流器138中的水力旋流器140并聯(lián)操作(也參見附圖2e)。通道或通路208將污染水160的流動(dòng)從前一組或階段的水力旋流器的輸出口引入至下一組或階段的水力旋流器的輸入口，從而使多組或階段的水力旋流器串聯(lián)操作。箭頭示出污染水16流經(jīng)一組或多組或階段的水力旋流器138a-138k。注意可使用很多不同的結(jié)構(gòu)。例如，如果僅使用一組或階段的水力旋流器138，示出的所有水力旋流器140會(huì)并聯(lián)操作?？蛇x地，各同心圓可構(gòu)造為作為一組或階段的水力旋流器138操作，其中示出的水力旋流器140作為五組或階段操作。截面圖d-d(圖2e)示出潛流腔124的頂部。用于各階段從上部進(jìn)口腔128經(jīng)過分隔物的計(jì)時(shí)略微提前(參見圖2e)。本文附圖中示出或描述的任意尺寸僅為所示實(shí)施方式的示例?？梢允褂闷渌叽?。同樣地，可以使用其他類型的水力旋流器巢或系統(tǒng)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖2a至圖2e，污染水160可以為海水、咸水、廢水、污水、徑流水、雨水排水、采出水、壓裂水、壓載水、冷水機(jī)水、井水或任意其他類型的基于水的液體，將污染水160泵送進(jìn)入高溫水槽102的第一進(jìn)水口104。無焰熱源112對(duì)高溫水槽102中的污染水進(jìn)行加熱。由高溫水槽102中加熱的污染水使筒形容器118受熱。第一泵148將加熱的污染水泵送進(jìn)入筒形容器118的進(jìn)口130，使加熱的污染水進(jìn)入水力旋流器140的切向進(jìn)口142。水力旋流器140將加熱的污染水分離為蒸汽162和固體及濃縮物164。蒸汽162經(jīng)水力旋流器140的溢流口144和筒形容器118的第一出口122離開。固體和濃縮物164經(jīng)水力旋流器140的潛流口146和筒形容器118的第二出口126離開。蒸汽冷凝器和熱交換器152將蒸汽162轉(zhuǎn)變?yōu)閮艋?66。連接在筒形容器118的第一出口122與蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150之間的蒸汽除霧器168能夠用于從蒸汽162結(jié)合并移除污染水珠。此外，如果不需要蒸餾水，可將干凈的水添加進(jìn)凈化水166。

在一個(gè)實(shí)施例中，水力旋流器140布置為使其切向進(jìn)口142在各階段內(nèi)并聯(lián)。各階段與其前一階段和后一階段串聯(lián)。最后階段由連接至筒形容器118第二出口126的噴射器170排空，其產(chǎn)生真空并且以氣動(dòng)方式攜載廢水或固體離開以清理。

在另一實(shí)施例中，各階段以同心圓布置，較大數(shù)目的階段(和水力旋流器)包含在外圓中，其數(shù)目朝中心降低。通過小心控制圍繞水力旋流器“巢”的水套中的水的熱通量，如果應(yīng)用需要，該過程可閃蒸或多或少的水，同時(shí)消毒未閃蒸的水并且減少懸浮固體。

現(xiàn)在參見圖3，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于凈化水的方法300的流程圖。在方塊302中提供水凈化系統(tǒng)，諸如圖1、圖2、圖4和圖5中描述的或其他適當(dāng)系統(tǒng)。在方塊304中，使用的無焰熱源加熱高溫水槽中的污染水，其中，加熱的污染水對(duì)筒形容器和一組或多組水力旋流器進(jìn)行加熱。在方塊306中，加熱的污染水被泵送至筒形容器的進(jìn)口，使加熱的污染水進(jìn)入水力旋流器的切向進(jìn)口，并且水力旋流器將加熱的污染水分離為蒸汽和固體/濃縮物，蒸汽經(jīng)水力旋流器的溢流口和筒形容器的第一出口離開，固體和濃縮物經(jīng)水力旋流器的潛流口和筒形容器的第二出口離開。在方塊308中，使用蒸汽冷凝器和熱交換器將蒸汽冷凝為凈化水。在方塊310中，使用控制器將高溫水槽中的污染水保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。可選地，在方塊312中，使用連接在筒形容器的第一出口與蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x之間的蒸汽除霧器將污染水珠結(jié)合并從蒸汽移除。

上述過程是一個(gè)連續(xù)的“生產(chǎn)(thruput)”(一旦實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定)。但是，也可以對(duì)本發(fā)明編程，以允許“批次”處理。當(dāng)待處理的廢水具有多于一種需要移除并分離的成分時(shí)，這可能是尤為重要的特征。實(shí)例包括但不限于礦井徑流水和電鍍漂洗水。在這兩種情況中，水包含酸和重金屬。在操作中，“批次”在一定溫度下處理，以允許一種成分“沸騰”出來、而將剩余成分留在流出的廢水中。該流出變?yōu)樾隆芭巍钡牧魅搿８淖兲幚頊囟纫栽试S另一成分“沸騰”出來。該過程能夠根據(jù)需要進(jìn)行多次，并且唯一的要求是不同成分具有不同的沸點(diǎn)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于凈化水的方法400的處理流程圖。第三水泵404將污染水從污染水源402經(jīng)油/固體分離器406(例如水力旋流器)泵送并進(jìn)入低溫水槽408，油/固體分離器406將油和固體從污染水移除。第三水泵410將水泵送至發(fā)動(dòng)機(jī)水套和附件熱交換器412。來自發(fā)動(dòng)機(jī)414水套及其附件的熱量被傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)水套中的水和附件熱交換器412。然后加熱的水流回低溫水槽408。溶解在隔開低溫水槽408的擋板415左側(cè)水中的揮發(fā)氣體蒸發(fā)并被引入發(fā)動(dòng)機(jī)吸入口416，并與燃料一起燃燒。

第四水泵418將水從低溫水槽408中擋板415右側(cè)泵送至蒸汽熱回收熱交換器152。然后加熱的水從蒸汽熱回收熱交換器152流至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口420，在此其與熱的排出氣混合且二者一起流動(dòng)、熱交換、返回低溫水槽408。此時(shí)冷卻的排出氣經(jīng)通風(fēng)口422流出低溫水槽408進(jìn)入大氣。

第二水泵424將水從低溫水槽408泵送進(jìn)入高溫水槽102。諸如動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器等無焰熱源112從高溫水槽102泵送并加熱水。吸收閥426通過從無焰熱源112中轉(zhuǎn)移一部分流體以改變產(chǎn)生的熱量和流入高溫水槽102來調(diào)節(jié)壓力。

第一水泵148將來自高溫水槽102的水泵送至水力旋流器的“巢”，水力旋流器的“巢”以物理方式安裝在高溫水槽102中。溫度閥428允許水從第一水泵148經(jīng)產(chǎn)生壓降的可調(diào)節(jié)孔430并進(jìn)入高溫水槽102循環(huán)，直到實(shí)現(xiàn)所需水溫。

高溫水在壓力下進(jìn)入受熱的水力旋流器“巢”118，并進(jìn)入第一階段的受熱的水力旋流器。沿切向流進(jìn)各受熱的水力旋流器140；水的動(dòng)能產(chǎn)生“g”力。這些“g”力引起水流分層，迫使具有質(zhì)量的懸浮和溶解的固體至受熱的水力旋流器140的外側(cè)，在受熱的水力旋流器140的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生低壓區(qū)域。豎向速度將該流動(dòng)帶至各受熱的水力旋流器140底部，在底部允許水閃蒸為蒸汽。沒有閃蒸為蒸汽的濃縮水能夠流進(jìn)第二受熱的水力旋流器階段。該方法繼續(xù)至其他階段，直到實(shí)現(xiàn)水變換為蒸汽。濃縮水與懸浮固體一起從最后階段流進(jìn)濃縮液槽432。

來自所有水力旋流器階段的蒸汽在受熱的水力旋流器“巢”118中匯合，并流經(jīng)蒸汽除霧器168，在此污染水珠被結(jié)合并從蒸汽移除。之后，蒸汽流進(jìn)蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150。蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150測(cè)量蒸汽的流量、溫度和壓力。嵌入的算法(控制器)計(jì)算蒸汽中的熱能量并調(diào)節(jié)吸收閥424以確保蒸汽生產(chǎn)得到優(yōu)化。蒸汽從蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150流進(jìn)蒸汽熱回收熱交換器152，在此從蒸汽移除熱將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗⑶壹訜醽碜缘蜏厮?08的水并流向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口420。來自蒸汽熱回收熱交換器152的冷凝水流經(jīng)水密閉輸送計(jì)量?jī)x434，在此將其出售給顧客并存儲(chǔ)在新鮮水槽436中。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的水凈化系統(tǒng)500的方塊圖。水凈化系統(tǒng)包括污染水源402、油/固體分離器406、第三泵404、低溫水槽408、發(fā)動(dòng)機(jī)414、熱交換器412、第五泵410、高溫水槽102、第二泵424、無焰熱源112、熱吸收閥426、筒形容器(水力旋流器巢)118、第一泵148、蒸汽除霧器168、蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150、蒸汽冷凝器和熱交換器152、以及第四泵418。污染水可以為海水、咸水、廢水、污水、徑流水、雨水排水、采出水、壓裂水、壓載水、冷水機(jī)水、井水或任意其他類型的基于水的液體。第三泵404連接至污染水源402和油/固體分離器406。低溫水槽408具有液體/氣體分離器502、連接至油/固體分離器406的第一進(jìn)口504、第二進(jìn)口508、第三進(jìn)口514、第四進(jìn)口530、第一出水口518、第二出水口534、第三出水口516、出氣口506、以及通風(fēng)口422，通風(fēng)口422允許冷卻排出氣從低溫水槽408流出進(jìn)入大氣。

發(fā)動(dòng)機(jī)414具有燃料吸入口416和排氣口420，燃料吸入口416連接至燃料箱504和低溫水槽408的出氣口506，排氣口420連接至低溫水槽408的第二進(jìn)口508。熱交換器412熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)414以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)414，并且具有進(jìn)水口510和出水口512，出水口512連接至低溫水槽408的第三進(jìn)口514。第五泵406連接至低溫水槽408的第三出水口516和熱交換器412的進(jìn)水口510。

高溫水槽102具有第一進(jìn)水口520、第二進(jìn)水口528、第三進(jìn)水口538、第一出水口108和第二出水口524。第二泵424連接至低溫水槽408的第一出水口518和高溫水槽102的第一進(jìn)口520。無焰熱源112具有進(jìn)口522和出口526，進(jìn)口522連接至高溫水槽102的第二出水口524，出口526連接至高溫水槽102的第二進(jìn)水口528。無焰熱源112可以為動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器、特斯拉發(fā)生器、地?zé)釤嵩?、工業(yè)處理熱源、電廠余熱或其組合。特斯拉發(fā)生器是特斯拉汽輪機(jī)與特斯拉泵的組合。在壓力下將液體泵送至板組件的中心(類似于特斯拉汽輪機(jī)中在壓力下注射蒸汽)，在板組件中，一半板由原動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)車、或旋轉(zhuǎn)的基本任何東西)旋轉(zhuǎn)，并且另一半板保持靜止(如在特斯拉泵中)。特斯拉發(fā)生器對(duì)引入板之間的任意液體進(jìn)行加熱。熱吸收閥426連接在無焰熱源112和低溫水槽408之間。

控制器158可連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150和無焰熱源112或熱吸收閥426或無焰熱源112和熱吸收閥426二者，以基于來自蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150或其他傳感器的數(shù)據(jù)，將高溫水槽102中的污染水保持在規(guī)定溫度之內(nèi)?？刂破?58也能連接至系統(tǒng)100內(nèi)的其他傳感器和/或系統(tǒng)100中前述的裝置。例如，規(guī)定溫度可以通過調(diào)節(jié)流經(jīng)無焰熱源112的水的流速進(jìn)行控制。規(guī)定溫度也可通過調(diào)節(jié)連接在無焰熱源112和低溫水槽102之間的吸收閥進(jìn)行控制。

動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器可以類似或等同于islandcity、llc公司提供的裝置，并且通常包括具有進(jìn)口、出口和靜止殼體內(nèi)的第一組徑向葉片的靜止殼體、和布置在靜止殼體內(nèi)具有第二組徑向葉片的轉(zhuǎn)子。在具體實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器大約具有12英寸的直徑和6英寸的寬度。在一些實(shí)施例中，其由鋁制成，但在其他實(shí)施例中其也可以由其他材料制成。動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器可僅由兩個(gè)移動(dòng)部件構(gòu)成。以約1800轉(zhuǎn)/分運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)使動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器旋轉(zhuǎn)，其引起內(nèi)部輪旋轉(zhuǎn)并壓縮流經(jīng)此處的水分子，從而產(chǎn)生摩擦，摩擦能夠生熱。用于系統(tǒng)的電源可以為發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)。規(guī)定的溫度可以大于或等于212華氏度(100攝氏度)、大于殺死水中致病菌所需的溫度、大于或等于250華氏度(121攝氏度)、大于或等于300華氏度(148攝氏度)、大于或等于咸水淡化所需的溫度、大于或等于熔化石蠟所需的溫度、大于或等于生成蒸汽所需的溫度、或任意其他所需溫度。

筒形容器(水力旋流器巢)118設(shè)置在高溫水槽102中。前面參照?qǐng)D1和圖2描述了筒形容器(水力旋流器巢)的實(shí)例?？梢允褂闷渌残稳萜?水力旋流器巢)118和水力旋流器組。第一泵148連接至高溫水槽102的第一出口108和筒形容器118的進(jìn)口130。固體和濃縮液槽164連接至筒形容器118的第二出口126。水溫閥428連接在第一泵148和筒形容器118的進(jìn)口130之間。可調(diào)節(jié)孔430連接至水溫閥428和高溫水槽102的第三進(jìn)水口538。

蒸汽除霧器168連接至筒形容器的第一出口122和低溫水槽408的第四進(jìn)口530。蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150連接至蒸汽除霧器168。蒸汽冷凝器和熱交換器152具有連接至蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x150的蒸汽進(jìn)口154、凈化出水口156、連接至低溫水槽408的第二進(jìn)口508和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口420的進(jìn)水口和出水口532。第四泵418連接至低溫水槽408的第二出水口534和蒸汽冷凝器和熱交換器152的進(jìn)水口536。密閉輸送計(jì)量?jī)x434連接至蒸汽冷凝器和熱交換器152的凈化水出口156。凈化水槽436連接至密閉輸送計(jì)量?jī)x434。

注意到第一混合裝置540可設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)414的排氣口420、蒸汽冷凝器和熱交換器152的出水口532、以及低溫水槽408的第二進(jìn)口508之間并連接至它們，以適當(dāng)?shù)鼗旌?、控制壓力并防止發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣和水的回流。類似地，第二混合裝置542可設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)414的燃料吸入口416、燃料箱504和低溫水槽408的出氣口506之間并連接至它們，以適當(dāng)?shù)鼗旌?、控制壓力并防止燃料和揮發(fā)氣體的回流。

本發(fā)明的具體實(shí)施例可以為移動(dòng)式(例如裝在拖車上等)或永久設(shè)置，并且可以安裝在邊遠(yuǎn)區(qū)域(例如鉆井或采礦場(chǎng)地)或?yàn)榱松嫘枰苿?dòng)式的水的災(zāi)區(qū)。在一些實(shí)施例中，需要無明火或加熱件將水加熱至規(guī)定的溫度或更高。此外，通過對(duì)系統(tǒng)增加發(fā)電機(jī)組，該系統(tǒng)能夠發(fā)電用于照明和用于室內(nèi)或建筑物取暖的輻射熱。

當(dāng)需要對(duì)咸水進(jìn)行處理時(shí)，使已經(jīng)達(dá)到212華氏度(100攝氏度)的水流經(jīng)產(chǎn)生真空的水力旋流器，然后使水閃蒸為蒸汽。此時(shí)，鹽從水中分離并且濃鹽水經(jīng)水力旋流器底部降落，同時(shí)純蒸汽逸出并流經(jīng)熱交換器，熱交換器將其冷凝為液體形式。

現(xiàn)在參照?qǐng)D6a至圖6b，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于凈化水的方法600的流程圖。在方塊302中提供水凈化系統(tǒng)，諸如在圖1、圖2、圖4和圖5中描述的或其他適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)。在方塊602中，從污染水源將污染水泵送進(jìn)入低溫水槽。注意，在污染水進(jìn)入低溫水槽之前可以將油和/或固體從污染水移除。在方塊604中對(duì)污染水進(jìn)行預(yù)熱，通過：(1)將污染水從低溫水槽泵送至蒸汽冷凝器和熱交換器的進(jìn)水口，在此來自蒸汽的第一熱量被傳遞至污染水；以及(2)將污染水從低溫水槽泵送至熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的熱交換器的進(jìn)口，在此來自發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱量被傳遞至污染水。在方塊606中，通過將來自蒸汽冷凝器和熱交換器的出水口的預(yù)熱的污染水與來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口的排出氣混合，對(duì)污染水進(jìn)一步預(yù)熱并且捕獲來自發(fā)動(dòng)機(jī)的揮發(fā)氣體。在方塊608中，使用液體/氣體分離器從低溫水槽中的預(yù)熱的污染水中分離捕獲的揮發(fā)氣體。在方塊610中，分離的揮發(fā)氣體與燃料混合，并且分離的揮發(fā)氣體和燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。在方塊612中，將預(yù)熱的污染水從低溫水槽泵送至高溫水槽。

在方塊304中，使用無焰熱源對(duì)高溫水槽中的預(yù)熱的污染水進(jìn)行加熱，其中，加熱的污染水使筒形容器和一組或多組水力旋流器受熱。在方塊306中，將加熱的污染水泵送進(jìn)入筒形容器的進(jìn)口，使加熱的污染水進(jìn)入水力旋流器的切向進(jìn)口，水力旋流器將加熱的污染水分離為蒸汽和固體/濃縮物，蒸汽經(jīng)水力旋流器的溢流口和筒形容器的第一出口離開，固體和濃縮物經(jīng)水力旋流器的潛流口和筒形容器的第二出口離開。在方塊308中，使用蒸汽冷凝器和熱交換器將蒸汽冷凝為凈化水。在方塊310中，使用控制器將高溫水槽中的污染水保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。在方塊312中，使用連接在筒形容器的第一出口與蒸汽產(chǎn)生計(jì)量?jī)x之間的蒸汽除霧器，使污染水珠能夠結(jié)合并從蒸汽移除。

雖然參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下可進(jìn)行各種其他變化、替換和變形。例如，雖然參照包含在各系統(tǒng)中的多個(gè)部件描述了本發(fā)明，這些部件可以組合、重新布置、重置大小或定位，以適應(yīng)具體需求和應(yīng)用。本發(fā)明在這些配件及其內(nèi)部件的布置方面具有很大的靈活性。

例如，一些實(shí)施例可利用除了柴油機(jī)之外的發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)械裝置，以驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)熱發(fā)生器。取決于具體需要和應(yīng)用，具體實(shí)施例可以不使用一個(gè)或多個(gè)部件，諸如一個(gè)或多個(gè)示出的熱交換器、過濾器和泵等。該領(lǐng)域技術(shù)人員可確定多種其他變化、替換、變形、變更和改進(jìn)，并且本發(fā)明包括所有這些變化替換、變形、變更和改進(jìn)，只要其落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。