本發(fā)明涉及用于真空蒸餾水以用于純化、凈化、回收利用或脫鹽以及其它類似處理目的的設備。該設備被設想用于例如污染的礦井或工業(yè)廢水的凈化和回收利用(以及隨后的再利用)中，以及還用于生產(chǎn)可飲用的水的海水和微咸水的脫鹽中得到特定應用。

發(fā)明背景

水能夠通過使水沸騰以產(chǎn)生水蒸汽的方法來蒸餾。蒸汽基本上不含鹽和其它污染物，因此允許蒸汽隨后冷凝以產(chǎn)生基本上無鹽的可飲用的或未被污染的凈化水，留下待被以適當?shù)姆绞教幚砗统サ柠}或其它污染物的濃縮廢溶液(鹽水)。

這種方法的效率可以通過將水上方的壓力降低到小于其蒸汽壓力(小于大氣壓力)來改進，以便降低水的沸點，并且從而降低能量需求。然而，當然在于真空下操作系統(tǒng)的增加的成本和復雜性以及通過在較低溫度下操作可獲得的效率和成本的改進之間存在平衡。

這種系統(tǒng)的另一個益處是，它允許在蒸汽管路(vapour line)中引入壓縮機以增加蒸汽的壓力，并且從而增加蒸汽的溫度，允許隨后存儲在蒸汽中的熱用作用于使水沸騰的熱源。實際上，當從蒸汽中提取熱以使水沸騰時，蒸汽可以冷凝以釋放其熱，這為生產(chǎn)和進一步加工純化的、凈化的、回收的或可飲用的水提供合理的能量有效的方法。

本發(fā)明的目的是提供一種改進的真空蒸餾設備。

發(fā)明概述

本發(fā)明提供了一種用于從源水的供應部(supply of seed water)生產(chǎn)經(jīng)處理的水的真空蒸餾設備，所述設備包括：

蒸餾罐，其具有底部和頂部，所述蒸餾罐還具有至少部分地圍繞冷凝罐布置的真空蒸發(fā)室；

源水入口，其與蒸發(fā)室流體連通；

飽和蒸汽出口，其與蒸發(fā)室的頂部流體連通；

蒸汽管路，其用于將飽和蒸汽從飽和蒸汽出口轉(zhuǎn)移到用于使飽和蒸汽過熱的壓縮機，蒸汽管路然后將過熱蒸汽轉(zhuǎn)移到在冷凝罐的頂部處的膨脹器；冷凝罐包括具有經(jīng)處理的水的儲器的冷凝室；

其中，在使用中，過熱蒸汽在從膨脹器離開時冷凝，使得冷凝水沿冷凝室向下流到經(jīng)處理的水的儲器以形成經(jīng)處理的水，并且熱從冷凝的過熱蒸汽和冷凝水通過冷凝罐轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室，以加熱蒸發(fā)室中的源水，以形成飽和蒸汽。

在整個本說明書中，術語“源水”將用于指待被設備處理的水的供應部(海水，微咸水或來自采礦地點的廢水)，并且術語“經(jīng)處理的水”將用于指由該設備產(chǎn)生的水(可飲用的或純化的等)。術語“總?cè)芙夤腆w”(TDS)在本文中用于指溶解在水中的任何礦物質(zhì)、鹽、金屬、陽離子或陰離子的量，但不包括懸浮固體，懸浮固體是在水中既不溶解也不沉降的任何顆?；蛭镔|(zhì)。據(jù)說微咸水具有0.5克鹽每升和15克鹽每升(ppt)之間的TDS量，而海水通常為15克鹽每升和50克鹽每升(ppt)之間，而被污染的水可以具有的TDS水平超過50克每升(ppt)。

如上文提及的，蒸餾罐包括至少部分地圍繞冷凝罐布置的真空蒸發(fā)室，這理想地允許冷凝罐的完全表面區(qū)域可接觸蒸發(fā)室內(nèi)的水和蒸汽。在一種形式中，蒸餾罐是豎直圓柱形罐，并且真空室是圍繞冷凝罐布置的環(huán)形蒸發(fā)室，該冷凝罐呈軸向地布置在蒸發(fā)室內(nèi)的圓柱形冷凝柱的形式。在這種形式中，蒸發(fā)室完全封裝冷凝罐，以使冷凝罐與蒸發(fā)室接觸的表面積最大化。

在另一種形式中，蒸餾罐是正方形或矩形的外部罐，并且冷凝罐是類似形狀的但較小的內(nèi)部罐，外部罐和內(nèi)部罐之間的空間因此界定蒸發(fā)室。在該形式中，冷凝罐可以僅在兩側(cè)較小，使得蒸發(fā)室實際上具有兩個室，在冷凝罐的一側(cè)各一個。正是這種類型的布置被設想為滿足蒸發(fā)室“至少部分地圍繞”冷凝罐的要求。

在優(yōu)選的形式中，蒸發(fā)室被設定尺寸為足夠大以允許處理期望生產(chǎn)量的源水，但足夠小以避免在必須加熱大體積的源水時浪費能量。在這方面，設想，本發(fā)明的設備的大部分實施方案將僅需要蒸發(fā)室具有在100mm至1000mm范圍內(nèi)的寬度(無論蒸餾罐是圓柱形的還是正方形/矩形的，并且無論設備的高度以及蒸餾罐和冷凝罐的相對尺寸如何)，該寬度是蒸發(fā)室在冷凝罐和蒸餾罐之間的距離。在優(yōu)選形式中，該寬度將在200mm至600mm的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選地在200mm至400mm的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，蒸餾罐在其底部處是開口的并且位于源水供應部儲器(seed water supply reservoir)內(nèi)，其中冷凝罐基本上延伸蒸餾罐在蒸發(fā)室內(nèi)的整個高度，其自身由蒸發(fā)室密封并具有頂壁和底壁。蒸餾罐的底部因此通過儲器中的源水與大氣密封，使得源水在操作期間通過蒸發(fā)室內(nèi)側(cè)的真空圍繞冷凝罐，在蒸發(fā)室的下部部分內(nèi)側(cè)被提起，從而在蒸餾罐內(nèi)側(cè)產(chǎn)生源水柱。在該形式中，源水入口由蒸餾罐的底部的開口端提供，該開口端直接位于源水供應部儲器內(nèi)，并且源水供應部儲器可以是天然儲器(例如湖泊、廢水池或尾礦池或海洋)，或可以通過泵從位于遠處的源水源被供應有源水。

在可選擇的形式中，蒸餾罐的底部可以由蒸餾罐的底壁密封，并且源水可以通過任何合適形式的源水入口供應到蒸發(fā)室，源水入口位于蒸發(fā)室的底部或頂部處，或位于其間的某處。盡管在優(yōu)選形式中，源水入口將在蒸發(fā)室的底部處。

在本發(fā)明的一種形式中，該設備可以包括在蒸餾罐內(nèi)的多個熱交換板(heat exchange web)，熱交換板從冷凝罐的外部朝向或向蒸餾罐的內(nèi)部徑向地延伸，或從蒸餾罐的內(nèi)部朝向或向冷凝罐的外部徑向地延伸。這種板可以呈凸緣、翼部(fin)、平板或類似物的形式，并且其可以是直的、彎曲的和/或軸向地或徑向地傾斜的，有助于從蒸餾罐的外表面?zhèn)鳠岬皆此?，以及從冷凝室傳熱到源水。此外，熱交換板可以充當用于蒸餾罐的結構支撐物，這有助于蒸餾罐的結構完整性。

如上文提及的，該設備包括蒸汽管路，蒸汽管路用于將飽和蒸汽從蒸發(fā)室的飽和蒸汽出口轉(zhuǎn)移到用于使飽和蒸汽過熱的壓縮機，蒸汽管路然后將該過熱蒸汽轉(zhuǎn)移到在冷凝罐的頂部處的膨脹器。在一種形式中，壓縮機可以位于蒸餾罐的頂部處或其附近，使得有利的是，將蒸汽管路定位在蒸餾罐外側(cè)，使蒸汽管路的長度最小化并且減少在膨脹器之前在蒸汽管路中開始冷凝的可能性(其將可能在壓縮機的任一側(cè)上伴隨發(fā)生蒸汽的溫度的下降)。

在這方面，應當理解，優(yōu)選的是，只有當過熱蒸汽離開冷凝室的頂部處的膨脹器時，開始冷凝，以便最大化可用于從冷凝罐轉(zhuǎn)移到源水的熱，并且還最大化冷凝水(作為經(jīng)處理的水)的捕獲。實際上，應該理解的是，因此優(yōu)選的是，該蒸汽管路是絕熱蒸汽管路，以防止熱從其中損失。

然而，設想，在其中蒸餾罐是豎直圓柱形罐的實施方案中，壓縮機將更優(yōu)選地位于或朝向蒸餾罐的底部，考慮到本實施方案中的蒸餾罐可能具有在15m至20m或更大的范圍內(nèi)的高度，并且因此將難以在這種結構的頂部處支撐壓縮機。在這種形式中，蒸汽管路將從蒸餾罐的頂部沿其外部向下延伸到在蒸餾罐的底部處或接近蒸餾罐的底部的壓縮機，向上返回到在冷凝罐的頂部處的膨脹器。在這種形式中，蒸汽管路可以布置成在蒸餾罐外部向下延伸(到壓縮機)，但在蒸發(fā)室內(nèi)、在冷凝室內(nèi)、或在蒸餾罐或冷凝罐的壁中的一個(作為其整體部分)內(nèi)(從壓縮機)向上延伸。在一種這樣的形式中，蒸汽管路可以在冷凝室內(nèi)向上延伸，并且可以被配置成基本上居中在冷凝室內(nèi)(例如軸向地)，以幫助為冷凝罐提供一些結構支撐。

過熱蒸汽在從冷凝罐的膨脹器離開時冷凝，使得冷凝水沿冷凝室向下流動，以在經(jīng)處理的水的儲器中形成經(jīng)處理的水。在一種形式中，膨脹器僅僅是蒸汽管路的開放出口，出口呈向下指向冷凝室的弓形噴嘴的形式。

應當理解，在所有形式中，冷凝罐用作熱交換器，以允許從離開膨脹器的冷凝的過熱蒸汽傳熱，并且冷凝水在冷凝室中向下流動，從冷凝室通過冷凝罐的壁向蒸發(fā)室發(fā)生傳熱，以加熱蒸發(fā)室，從而使源水沸騰并形成飽和蒸汽。該傳熱的較大部分將朝向設備的頂部發(fā)生，其中冷凝的過熱蒸汽的溫度是最大的，其中傳熱沿設備的高度向下降低。

這種布置的益處是，源水的表面上方的蒸汽經(jīng)受較高的溫度，這有助于從源水的表面蒸發(fā)，而不在加熱該大量源水時浪費能量。

在另一優(yōu)選形式中，多個熱交換板也可以設置在冷凝室內(nèi)，優(yōu)選地從蒸汽管路的外部朝向冷凝室的內(nèi)壁或向冷凝室的內(nèi)壁徑向地延伸通過冷凝室。可選擇地，例如在蒸汽管路不位于冷凝室內(nèi)的情況下，這些板可以從冷凝室的內(nèi)壁徑向向內(nèi)地延伸。這種板可以呈凸緣、翼部、平板或類似物的形式，并且其可以是直的、彎曲的和/或軸向地或徑向地傾斜的，以幫助冷凝水沿冷凝室向下流動，有助于從過熱蒸汽傳熱至源水。

另外，這種板可以在冷凝室內(nèi)為蒸汽管路提供支撐，優(yōu)選地在冷凝室內(nèi)軸向地支撐蒸汽管路，以便將冷凝室界定為類似于蒸發(fā)室的優(yōu)選形式的環(huán)形室。

在另一種形式中，在冷凝罐的底端處，蒸汽管路可以布置成包括“U形管”或小罐，用于收集在設備處于啟動模式并正在達到其操作條件時在蒸汽管路中形成的任何冷凝物。

經(jīng)處理的水的儲器作為冷凝室的下部部分，經(jīng)處理的水在從過熱蒸汽冷凝之后在該儲器內(nèi)匯集，該儲器優(yōu)選地包括經(jīng)處理的水的出口，該出口允許經(jīng)處理的水從儲器中除去。在優(yōu)選形式中，經(jīng)處理的水的出口是管，該管從冷凝罐延伸通過蒸發(fā)室內(nèi)的源水，并且然后在高于源水水平的高度處穿過蒸餾罐的外壁。通過經(jīng)過源水，經(jīng)處理的水中的任何剩余的熱被理想地轉(zhuǎn)移到源水，以在水經(jīng)受上文提及的類型的蒸發(fā)之前幫助加熱該水。

此外，水的出口管的這種配置允許經(jīng)處理的水用作閥，以禁止任何物質(zhì)例如從下游進入冷凝室，從而允許設備作為開放系統(tǒng)操作，而沒有另外的機械閥。

另外，在經(jīng)處理的水的出口管內(nèi)，脫氣過程可以開始于氣體能夠在其自然通過經(jīng)處理的水時被提取，從而經(jīng)由排氣出口或附接的粒狀碳過濾器或類似裝置被提取。

本發(fā)明的設備還可以包括熱交換加速器。在一種形式中，熱交換加速器可以是能夠從源水儲器接收水的水夾套，該夾套以以下方式布置在蒸餾罐的壁內(nèi)或作為蒸餾罐的壁的一部分，該方式將夾套的外部暴露于蒸餾罐的外部(并且因此暴露于外部環(huán)境)并且將夾套的內(nèi)部暴露于蒸發(fā)室。

優(yōu)選地，水夾套將位于或朝向蒸發(fā)室的頂部，其中操作溫度是最高的，以使該源水的蒸發(fā)最大化。在這種形式中，來自源水儲器的水可以泵送通過夾套，不僅允許從蒸發(fā)室傳熱到該源水，而且還允許熱從蒸餾罐的外部轉(zhuǎn)移到循環(huán)的源水，以進一步有助于加熱源水。

水夾套可以呈半滲透性材料或網(wǎng)狀物或螺旋線圈或類似材料的形式，以用于以下目的：給予下行水(descending water)阻力，以使相變(蒸發(fā))過程能夠發(fā)生。

還在本發(fā)明的這種形式中，盡管還更通常地，在其中熱交換加速器未被并入設備中的實施方案中，蒸餾罐的外部可以包括補充傳熱裝置，用于幫助熱從外部環(huán)境轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室。這種補充傳熱裝置可以是以普通方式布置在蒸餾罐的外表面(整個外表面或僅外表面的一部分)上的一系列傳熱翼部或類似物，或可以是用于增大可用于被加熱的外表面積的另一種配置的壁表面或形狀。

例如，外表面可以形成有波紋部而不是翼部。在這方面，設想，本發(fā)明的設備將常常用于其中日間溫度是相當高(在30℃至45℃的范圍內(nèi))的環(huán)境中，因此通常將有用的是，設備的能量效率能夠在蒸發(fā)室中在蒸發(fā)源水時受益于這樣高的外部溫度。

理想地，在設備包括上文提到的傳熱加速器的情況下，蒸餾罐將包括這種補充傳熱裝置，該補充傳熱裝置至少圍繞罐的其中設置水夾套的部分，以直接幫助加熱循環(huán)通過該夾套的源水。

關于源水儲器，應當理解，該儲器中的源水的鹽含量(或其他污染物的濃度)將隨著蒸發(fā)發(fā)生而增加。因此，將優(yōu)選的是，從設備中連續(xù)地提取源水的至少一部分，以用新鮮源水替換，以確保源水儲器中的水的污染物含量不增加到不合意的程度。實際上，在本發(fā)明的一些形式中，將必需包括固體廢物提取系統(tǒng)，以便從中除去可能積聚在源水儲器的底部處的任何沉淀的污染物(例如鹽)。當然，在本發(fā)明的設備直接位于天然儲器內(nèi)的情況下，可能不需要這樣的提取系統(tǒng)。

實際上，本發(fā)明的設備可以調(diào)節(jié)源水的加工速率，以產(chǎn)生多達接近100％的固體鹽水(或廢料)。然而，這可能不是理想的操作范圍，并且可能優(yōu)選的是，目標是回收80％的廢料。提取系統(tǒng)可以采取螺旋鉆(augur)的形式，其將從設備中提取廢料；或采取抽吸裝置或泵送裝置的形式，用于除去廢物材料，以用于根據(jù)需要進一步處理或加工。

關于壓縮機，將理解的是，與本發(fā)明的設備一起使用的壓縮機可以由任何合適的能源供以動力。在大部分形式中，設想，能源將是可再生能源，例如太陽能動力系統(tǒng)。系統(tǒng)可以由許多來源供以動力和加熱，包括但不限于電、環(huán)境熱、太陽能、來自發(fā)動機的熱、地熱、天然氣、渦輪風電場(turbine wind farm)、柴油和任何其它能源或熱源、或來自在設備的位置處進行的其他過程的廢熱。

最后，雖然本發(fā)明的設備是真空蒸餾設備，但在其中在特定位置中的外部溫度是極其高的一些情況下，在產(chǎn)生初始真空之后，可以是可能的是，通過減少壓縮機的操作或通過利用從蒸發(fā)室直接到冷凝室的另外的蒸汽管路繞過壓縮機，來減少壓縮機進行工作的需求，同時保持冷凝室中的真空?？梢栽O想，該設備可以包括合適的控制裝置，以根據(jù)需要監(jiān)測和控制壓縮機和任何旁路管路的操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于從源水的供應部生產(chǎn)經(jīng)處理的水的真空蒸餾裝置，所述設備包括：

蒸發(fā)室，蒸發(fā)室用于接收并蒸發(fā)源水；

熱源，熱源用于向蒸發(fā)室供應熱；

冷凝室，冷凝室與蒸發(fā)室流體連通，用于接收和冷凝被蒸發(fā)的源水；

減壓器，減壓器與蒸發(fā)室連通，用于促進源水的蒸發(fā)；以及

多個冷卻翼部，其設置在冷凝室內(nèi)，被蒸發(fā)的源水能夠在該冷卻翼部上冷凝，翼部布置成轉(zhuǎn)移冷凝的蒸汽用于收集在經(jīng)處理的水的出口處。

根據(jù)優(yōu)選的實施方案，熱源設置在冷凝室內(nèi)，在用于減小蒸發(fā)室內(nèi)的壓力的裝置的上游的位置處。

優(yōu)選地，蒸發(fā)室和冷凝室共享共同的壁以實現(xiàn)它們之間的傳熱。

優(yōu)選地，該設備還包括設置在冷凝室的基部內(nèi)的多個加熱翼部。在優(yōu)選的實施方案中，加熱翼部和冷卻翼部一起形成熱泵回路的一部分。

優(yōu)選地，用于減小蒸發(fā)室內(nèi)的壓力的裝置是設置在冷凝儲器的底部處的風扇，風扇被配置為將蒸汽再循環(huán)到源水供應部中。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于從源水的供應部生產(chǎn)經(jīng)處理的水的真空蒸餾裝置，所述設備包括：

蒸發(fā)室，蒸發(fā)室用于接收并蒸發(fā)源水；

冷凝室，其設置在蒸發(fā)室內(nèi)并具有與蒸發(fā)室流體連通的開口上端，用于接收被蒸發(fā)的源水；以及

減壓器，減壓器與蒸發(fā)室連通，用于促進源水的蒸發(fā)；

其中收縮部設置在冷凝室的上部部分中，以促進進入冷凝室的蒸汽的冷凝。

在優(yōu)選形式中，收縮部是形成在冷凝室的上部部分中的孔。

附圖簡述

已經(jīng)簡要描述了本發(fā)明涉及的一般概念，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的設備的優(yōu)選實施方案。然而，應當理解，以下描述不限制以上描述的一般性。

在附圖中：

圖1a和圖1b是根據(jù)本發(fā)明的設備的第一優(yōu)選實施方案的示意圖，從側(cè)面(圖1a)的示意圖和從上方(圖1b)的透視示意圖；

圖2a、圖2b和圖2c是顯示圖1a和圖1b的第一實施方案的下部部分(圖2a)、中間部分(圖2b)和上部部分(圖2c)的局部截面圖；以及

圖3a和圖3b是根據(jù)本發(fā)明的設備的第二優(yōu)選實施方案的示意圖，從一側(cè)(圖3a)的示意圖和從另一側(cè)(圖3b)的透視示意圖。

附圖詳述

參考圖1a、圖1b、圖2a、圖2b和圖2c，本發(fā)明的真空蒸餾設備10的第一優(yōu)選實施方案包括具有底部14和頂部16的蒸餾罐12，在該實施方案中，罐12是豎直圓柱形罐。蒸餾罐12具有圍繞冷凝罐20布置的真空蒸發(fā)室18，冷凝罐20本身是圓柱形柱，其居中地布置在罐12內(nèi)，以便處于與罐12同軸。在該實施方案中，因此可以看出(在圖1b中更清楚)，蒸發(fā)室18是圍繞軸向冷凝罐20布置的環(huán)形室。

設備10還包括與蒸發(fā)室18流體連通的源水入口22。罐12在其底部14處是開口的并且示出為位于源水供應部儲器24內(nèi)，其中冷凝罐20基本上延伸罐12在蒸發(fā)室18內(nèi)的整個高度。實際上，蒸發(fā)室18被示出為通過頂壁28和底壁26由蒸發(fā)室18密封。因此，罐12的底部通過儲器24中的源水與大氣密封，使得源水在設備10(在真空下)的操作期間在罐12內(nèi)側(cè)，在蒸發(fā)室18中并且圍繞冷凝罐20通過蒸發(fā)室18內(nèi)側(cè)的真空被提起，以形成高度X的柱23，該高度由罐12的尺寸和室20內(nèi)的真空度確定。在這方面，在罐12的高度在15m至20m(可能)的范圍內(nèi)的情況下，罐12中的源水的高度X不可能高于10.3m，最大值是由于在經(jīng)受抽吸時能夠在正常大氣壓條件下被支撐的自然水頭(natural head of water)。

在該實施方案中，設備10還包括與蒸發(fā)室18的頂部16流體連通的飽和蒸汽出口30和用于將飽和蒸汽從出口30轉(zhuǎn)移到位于設備10的底部處的壓縮機34的蒸汽管路32，以用于使離開蒸發(fā)室18的飽和蒸汽過熱。如可以看出，蒸汽管路32然后經(jīng)由蒸汽管路32a延續(xù)，以將過熱蒸汽從壓縮機34轉(zhuǎn)移到冷凝罐20的底部。

在該實施方案中，冷凝罐20包括冷凝室21以及冷凝室21內(nèi)的蒸汽管路32、32a的在內(nèi)部配置的延伸部36，該延伸部36允許過熱蒸汽從冷凝柱20的底部流動到頂部。示出蒸汽管路延伸部36基本上居中地位于冷凝室21內(nèi)，盡管在室21內(nèi)略微偏移，以便不精確地軸向布置。在該實施方案中，冷凝罐20用作熱交換器，以允許熱從離開膨脹器40的冷凝的過熱蒸汽和從沿冷凝室21向下流動的冷凝水，通過冷凝室21以及通過冷凝罐20的壁轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室18，以加熱蒸發(fā)室18，以便使源水的至少表面沸騰并且形成在蒸發(fā)室18中上升的飽和蒸汽，以經(jīng)由飽和蒸汽出口30離開蒸發(fā)室18。

在蒸汽管路延伸部分36的頂部處，示出了膨脹器40，膨脹器40僅僅是蒸汽管路延伸部36的延伸部分，具有相同直徑，呈向下指向的弓形出口的形式。在過熱蒸汽已經(jīng)行進蒸汽管路延伸部36的全部長度(full extent)后，由于蒸汽管路延伸部理想地是絕熱管路而沒有損失任何能量，離開膨脹器40的蒸汽返回作為飽和蒸汽，該飽和蒸汽準備冷凝經(jīng)純化的水滴，在冷凝室21的頂部處開始溫度降低，這隨著熱轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室而沿冷凝室21的長度向下繼續(xù)降低。這導致冷凝水沿冷凝室21向下流動以在冷凝室21的底部部分42中作為經(jīng)處理的水匯集，底部部分42因此形成上文提及的經(jīng)處理的水的儲器44。

在本實施方案中，蒸餾罐12具有20m的高度和3m的直徑。冷凝柱20具有2m的直徑和16m的高度，注意到，冷凝柱20被配置在蒸發(fā)室18內(nèi)，使得其底壁和頂壁(26,28)布置成(分別)離開蒸餾罐12的底部和頂部約2m。在這種形式中，源水高度X將通常處于9m至10m的范圍內(nèi)，這取決于各種操作參數(shù)，并且經(jīng)處理的水的儲器44中的經(jīng)處理的水的高度Y通常將處于2m至5m的范圍內(nèi)。理想地，這將導致環(huán)形蒸發(fā)室的寬度為約0.5m。

設備10的該第一實施方案還包括在冷凝罐20內(nèi)的多個熱交換板，熱交換板從冷凝罐20的壁的內(nèi)部朝向蒸汽管路延伸部36徑向地延伸通過冷凝室21。當冷凝物沿冷凝室21向下流動時，示出呈徑向地突出的翼部形式的這類板有助于增加傳熱的量。

經(jīng)處理的水的儲器44包括經(jīng)處理的水的出口52，該出口52允許從儲器44中除去經(jīng)處理的水。經(jīng)處理的水的出口52是管52a，管52a從冷凝罐20延伸通過在環(huán)形蒸發(fā)室18內(nèi)的源水，在高于源水水平X的高度處穿過蒸餾罐12的外壁。通過經(jīng)過源水，經(jīng)處理的水中的任何剩余的熱被轉(zhuǎn)移到源水，以在水經(jīng)受上文提及的類型的蒸發(fā)之前幫助加熱該水。

源水儲器24示出為具有傾斜底壁56，傾斜底壁56形成固體廢物提取系統(tǒng)的一部分，固體廢物提取系統(tǒng)還包括用于從設備10中提取固體廢物的螺旋鉆58。在這方面，應當理解，儲器中的源水的鹽含量(或其它污染物的濃度)將隨著蒸發(fā)發(fā)生而增加。因此，可取的是，從設備10中連續(xù)地提取可能積聚在源水儲器24的底部處的任何沉淀的污染物(例如鹽)的至少一部分。

蒸餾罐21的外部包括用于幫助從外部環(huán)境傳熱到蒸發(fā)室18的補充傳熱裝置。這種補充傳熱裝置在圖中示出為布置在蒸餾罐12的外表面上的一系列傳熱翼部59。

蒸餾罐21還包括呈水夾套60的形式的熱交換加速器，水夾套60以網(wǎng)狀內(nèi)襯的形式布置成圍繞蒸餾罐21的內(nèi)壁。水夾套60能夠經(jīng)由泵62和循環(huán)水管路64接收來自源水儲器的水。因此，源水可以從源水儲器24直接地泵送到蒸發(fā)室18的頂部，并且在源水向下流動時滴在水夾套上。因此，將該循環(huán)水暴露于朝向蒸發(fā)室18的頂部的較高溫度，加上由于蒸餾罐21外部暴露于外部氣候條件而產(chǎn)生的任何增加的熱，增加了在蒸發(fā)室18中發(fā)生的蒸發(fā)的量。

最后，關于第一實施方案的壓縮機34，應當理解，壓縮機34可以由任何合適的能源供以動力。然而，在大部分實施方案中，設想能源將是可再生能源，例如太陽能動力系統(tǒng)。

盡管圖示和描述為具有環(huán)繞冷凝室20的蒸發(fā)室18，但應當理解，該順序可以顛倒，使得蒸發(fā)室18設置在冷凝室20內(nèi)，這允許來自冷凝室20的熱被傳送到蒸發(fā)室18以增大設備10的效率。

參考圖3a和圖3b，本發(fā)明的真空蒸餾設備110的第二優(yōu)選實施方案包括呈矩形罐形式的蒸餾罐112。蒸餾罐112具有圍繞冷凝罐120布置的真空蒸發(fā)室118，冷凝罐120本身是居中地布置在罐112內(nèi)的正方柱。在該實施方案中，因此可以看出，蒸發(fā)室118僅部分地圍繞冷凝罐120，其中在蒸發(fā)室118內(nèi)與冷凝罐120的兩側(cè)和底部接觸。

由于其較小的尺寸和模塊性質(zhì)，設備110被設想為作為間歇系統(tǒng)操作。因此，源水入口僅僅提供進入蒸發(fā)室118以向其中添加合適量的源水。雖然可以提供，但因而不存在圖3a和圖3b中示出的作為源水入口的永久性夾具。

在該實施方案中，設備110還包括與蒸發(fā)室118流體連通的飽和蒸汽出口130和用于將飽和蒸汽從出口130轉(zhuǎn)移到位于設備110的頂部處的壓縮機134的蒸汽管路132，以用于使離開蒸發(fā)室118的飽和蒸汽過熱?？梢钥闯?，蒸汽管路132是短的并且經(jīng)由蒸汽管路132a延續(xù)以將過熱蒸汽從壓縮機134轉(zhuǎn)移到冷凝罐120。

冷凝罐120包括冷凝室121，并且用作熱交換器，以允許熱從離開膨脹器140的冷凝的過熱蒸汽和從沿冷凝室121向下流動的冷凝水，通過冷凝室121并且通過冷凝罐120的壁轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室118，以加熱蒸發(fā)室118，以便使源水的至少表面沸騰，并且形成在蒸發(fā)室118中上升的飽和蒸汽，以經(jīng)由飽和蒸汽出口130離開蒸發(fā)室118。

膨脹器140僅僅是蒸汽管路132a的延伸部，具有相同直徑，呈向下指向的出口的形式。離開膨脹器140的蒸汽返回作為飽和蒸汽，該飽和蒸汽準備冷凝經(jīng)純化的水滴，在冷凝室121的頂部處開始溫度降低，其隨著熱轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室118而沿冷凝室121向下繼續(xù)降低。這導致冷凝水沿冷凝室121向下流動，以在冷凝室121的底部部分中作為經(jīng)處理的水匯集(圖3a和圖3b中未示出)，底部部分因此形成上文提及的經(jīng)處理的水的儲器，經(jīng)處理的水經(jīng)由經(jīng)處理的水的出口152從該經(jīng)處理的水的儲器中除去。

在該實施方案中，壓縮機134示出為由呈太陽能面板180形式的太陽能動力系統(tǒng)供以動力。此外，設備110被示出為在容器中模塊化，使得其可以容易地運輸?shù)狡渲欣缧枰嬘盟坎⑶耀@得例如鹽水供應部作為源水的地點。

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的真空蒸餾設備210。設備210配置成用于是特別有毒的源水。

設備210包括具有真空蒸發(fā)室218和冷凝室220的蒸餾罐212。在該實施方案中，設備210被配置成使得蒸發(fā)室218和冷凝室220共享共同的壁230，以促進它們之間的傳熱。

由于真空蒸發(fā)室218和冷凝室220設置在蒸餾罐212內(nèi)，所以它們具有與蒸餾罐212基本相同的高度，其中冷凝室220和蒸餾罐212在其上部部分彼此開放，以便流體連通，并且允許被蒸發(fā)的源水從真空蒸發(fā)室218流動到冷凝罐220。

設備210在圖4中以縱向橫截面示出，具有圓形的上部部分。與此一致，設備210在橫向橫截面中可以是圓柱形的，或設備210可以具有大致矩形的橫截面，或呈大致正方形或矩形形式。

設備210包括與蒸發(fā)室218流體連通的源水入口222。罐212在其底部處是開口的，并且示出為位于源水供應部儲器224內(nèi)。罐212的底部通過儲器224中的源水與大氣密封，使得在設備210的操作(在真空下)期間，源水在罐212內(nèi)側(cè)由蒸發(fā)室218內(nèi)側(cè)的真空在蒸發(fā)室218中被提起到水平X，以形成高度X的柱223，該高度由罐212的尺寸和室218內(nèi)的真空度確定。在這方面，在罐212的高度在15m至20m(可能)的范圍內(nèi)的情況下，罐212中的源水的高度X不可能高于約10.3m，最大值是由于當經(jīng)受抽吸時能夠在正常大氣壓條件下被支撐的自然水頭。在優(yōu)選形式中，可以在蒸發(fā)室218中形成50％至90％的真空。

冷凝罐220用作熱交換器，以允許熱從冷凝的過熱蒸汽通過冷凝罐220的壁230轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室218，以將熱供應到蒸發(fā)室218，以用于加熱源水以形成飽和蒸汽。

為了在蒸發(fā)室218內(nèi)產(chǎn)生真空，提供用于減小壓力或抽吸裝置的裝置。在一種形式中，抽吸裝置是設置在蒸發(fā)室218內(nèi)的風扇226或真空泵。風扇226可以由電馬達驅(qū)動，盡管可以使用其他形式的驅(qū)動器，這取決于在安裝地點可用的能量的類型。優(yōu)選的是，馬達和風扇226設置在蒸發(fā)室內(nèi)，使得由馬達產(chǎn)生的熱可以在蒸發(fā)室218中使用，盡管在其他形式中，風扇226可以設置成遠離蒸發(fā)室218并且經(jīng)由導管流體連通，該導管通向蒸發(fā)室218的基部，以便在蒸發(fā)室218中產(chǎn)生真空。

至少一種冷卻構件和至少一種加熱構件在蒸發(fā)室218內(nèi)。在圖示的實施方案中，至少一種冷卻構件是多個傾斜的冷卻翼部228，并且至少一種加熱構件是多個傾斜的加熱翼部232。在其它形式中，加熱構件/冷卻構件可以呈平板、網(wǎng)狀物或線圈的形式。此外，翼部可以呈配置成阻擋過熱蒸汽流動的擋板的形式，并且可以以與本領域中認可的實踐一致的角度傾斜。在一個示例中，翼部可以以在1度至10度的范圍內(nèi)的角度傾斜。在優(yōu)選形式中，翼部以7度的角度傾斜。應當理解，冷卻翼部228和加熱翼部232的傾斜角度可以不同。

冷卻翼部228設置在冷凝室220的上半部中，并且在使用中，冷凝翼部228用于冷凝蒸汽，使得可以收集液體。當蒸汽在冷卻翼部228的表面上冷卻時，在翼部上形成冷凝物或水滴，并且由于翼部是傾斜的，水分在作為經(jīng)處理的水進入管道236用于運輸之前，沿著翼部行進并且進入收集點234。如圖4中所圖示的，冷卻翼部228各自具有足夠的長度，以便重疊，使得冷凝物從上部翼部流到下部翼部上。

加熱翼部232設置在收集點234下方和風扇226的上游，并且用于加熱或過熱設備中剩余的未冷凝蒸汽，之后剩余的未冷凝蒸汽通過與蒸發(fā)室218流體連通的導管240返回到源水224，以加熱源水224并且促進蒸發(fā)。在導管240內(nèi)，優(yōu)選地，存在止回閥(check valve)，止回閥被配置成僅當已經(jīng)超過預先確定的壓力時使蒸汽進入源水224，并且被配置成防止未經(jīng)處理的水回流到冷凝室220中。

在優(yōu)選的形式中，冷卻翼部228可以與熱泵的蒸發(fā)器熱連通，并且加熱翼部232可以與熱泵的冷凝器熱連通，優(yōu)選地是相同的熱泵。在這種布置中，熱損失可以被最小化，因為過量的熱被捕獲用于在設備的其他區(qū)域中再使用，以用于最大化產(chǎn)生經(jīng)處理的水的效率。在該熱泵中，工作流體可以是二氧化碳或氮氣。

在優(yōu)選的實施方案中，蒸餾罐212(以及因此蒸發(fā)室18和冷凝罐220)具有在5m至100m范圍內(nèi)的高度。在一個示例中，蒸餾罐212具有約20m的高度并且橫截面為圓形，其中直徑為3m。壁230布置成在罐212的頂點的2米內(nèi)延伸。在該形式中，源水高度X將通常處于5.5m至10.3m的范圍內(nèi)，這取決于各種操作參數(shù)。

靠近蒸發(fā)室218的基部或在蒸發(fā)室218的基部中，可以提供螺旋鉆以用于從設備210中提取固體廢物。在這方面，應當理解，儲器中的源水的鹽含量(或其它污染物的濃度)將隨著蒸發(fā)發(fā)生而增加。因此，可取的是，從設備210中連續(xù)地提取可能積聚在源水儲器224的底部處的任何沉淀的污染物(例如鹽)的至少一部分。此外，還可以提供碎片過濾器(debris filter)，以在進入蒸發(fā)室218之前從源水供應部224中除去固體碎片。

蒸餾罐212的外部可以包括補充傳熱裝置，補充傳熱裝置用于幫助將熱從外部環(huán)境轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室218。這種補充傳熱裝置可以呈布置在蒸餾罐212的外表面上的一系列傳熱翼部的形式。

蒸餾罐212還可以包括呈水夾套形式的熱交換加速器，水夾套配置成呈網(wǎng)狀內(nèi)襯的形式圍繞蒸發(fā)室218的內(nèi)壁。水夾套能夠接收從源水儲器中泵送的水，并且當水向下流動時滴在水夾套上。因此，將這種循環(huán)水暴露于朝向蒸發(fā)室218的頂部的較高溫度，加上由于蒸餾罐212外部暴露于外部氣候條件而產(chǎn)生的任何增加的熱，以預熱源水，從而增加在蒸發(fā)室218中發(fā)生的蒸發(fā)的量。

應當理解，設備210、特別是風扇226可以由任何合適的能源供以動力。然而，在大部分實施方案中，設想能源將是可再生能源，例如太陽能動力系統(tǒng)。

設備210還包括氣體提取通風口(gas extraction vent)，以通過將氣體排放到大氣來減少冷凝室中的壓力累積(pressure build up)，以將設備內(nèi)的壓力保持低于預先確定的水平。氣體提取閥可以設置成接近出口236。另外的泵或風扇可以設置成與氣體提取通風口流體連通，以用于提取蒸汽。

圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的真空蒸餾設備310。設備310包括具有真空蒸發(fā)室318和冷凝室320的蒸餾罐312。在該實施方案中，設備310被配置成使得蒸發(fā)室318環(huán)繞冷凝室320以促進其間的傳熱。在這方面，冷凝室320設置在蒸發(fā)室318內(nèi)，并且蒸發(fā)室318和冷凝室320是同心圓柱，盡管應當理解，同心對于該實施方案不是必要的。還將理解，蒸發(fā)室318可以僅部分地圍繞冷凝室320延伸，例如作為部分圓柱。

可以通過許多手段將熱添加到真空蒸發(fā)室318，優(yōu)選地使用容易獲得的廢熱。在一個示例中，使用來自馬達驅(qū)動風扇326的熱，并且在這樣的示例中，蒸汽可以用于潤滑馬達和風扇。在另一個實施方案中，太陽能熱能用于加熱源水，使用組合的PV電力電池/熱電池或太陽能收集器。還可以使用內(nèi)部鉛錘加熱線圈(internally plumbed heating coil)，以及煤或柴油燃燒或通過產(chǎn)生摩擦的裝置。

由于冷凝室320設置在真空蒸發(fā)室318內(nèi)，冷凝室320必然具有較低的高度，盡管優(yōu)選地使高度差最小化。蒸發(fā)室318和冷凝室320在其上部部分彼此開放，以便是流體連通的，并且允許蒸發(fā)的源水從真空蒸發(fā)室318流到冷凝罐320。

設備310優(yōu)選地橫向橫截面是圓柱形的，盡管設備310可以具有大致矩形的橫截面，或呈大致正方形或矩形形式。

設備310包括與蒸發(fā)室318流體連通的源水入口322。罐312在其底部處是開口的并且示出為位于源水供應部儲器324內(nèi)。罐312的底部通過儲器324中的源水與大氣密封，使得在設備310(在真空下)的操作期間，源水通過蒸發(fā)室318內(nèi)側(cè)的真空在罐312內(nèi)側(cè)被提起到蒸發(fā)室318中的水平X，以形成高度X的柱323，該高度由罐312的尺寸和室318內(nèi)的真空度確定。在這方面，在罐312的高度在15m至20m(可能)的范圍內(nèi)的情況下，罐212中的源水的高度X不可能高于約10.3m，最大值是由于當經(jīng)受抽吸時能夠在正常大氣壓條件下被支撐的自然水頭。在優(yōu)選形式中，可以在蒸發(fā)室318中形成50％至90％的真空。

由于蒸發(fā)室318和冷凝罐320共享共同的壁330，來自冷凝室320的熱可以轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室318，用于加熱源水以形成飽和蒸汽。

為了在蒸發(fā)室318內(nèi)產(chǎn)生真空，提供用于減小壓力或抽吸裝置的裝置。在一種形式中，抽吸裝置是設置在蒸發(fā)室318內(nèi)的在其上部部分中的風扇326或真空泵。風扇326可以由電馬達驅(qū)動，盡管可以使用其他形式的驅(qū)動器，這取決于安裝地點可用的能量類型。優(yōu)選的是，馬達和風扇326設置在蒸發(fā)室內(nèi)，使得由馬達產(chǎn)生的熱可以用于蒸發(fā)室318中，盡管在其它形式中，風扇326可以設置成遠離蒸發(fā)室318，并且經(jīng)由導管流體連通，該導管通向蒸發(fā)室318的基部，以便在蒸發(fā)室318中產(chǎn)生真空。

風扇326的下游是收縮部327，其用于促進冷凝室320內(nèi)的冷凝。通過風扇的低壓蒸汽以類似于冷凝器或膨脹閥的方式的方式加速，以在蒸汽的壓力減緩和增大之前通過收縮部327以促進冷凝。

在一個示例中，蒸發(fā)室318具有20m的高度，并且冷凝罐320具有約18m的高度并且橫截面為圓形，具有3m的直徑。在該形式中，源水高度X將通常處于9m至10m的范圍內(nèi)，這取決于各種操作參數(shù)。為了確保從冷凝室充分地傳熱到水柱323，水的高度優(yōu)選地為7m。

靠近蒸發(fā)室318的基部或在蒸發(fā)室318的基部中，可以設置螺旋鉆以用于從設備310中提取固體廢物。在這方面，應當理解，儲器中的源水的鹽含量(或其它污染物的濃度)將隨著蒸發(fā)發(fā)生而增加。因此，可取的是，從設備310中連續(xù)地提取可能積聚在源水儲器324的底部處的任何沉淀的污染物(例如鹽)的至少一部分。此外，還可以提供碎片過濾器，以在進入蒸發(fā)室318之前從源水供應部324除去固體碎片。

蒸餾罐312的外部可以包括補充傳熱裝置，補充傳熱裝置用于幫助熱從外部環(huán)境轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)室318。這種補充傳熱裝置可以呈布置在蒸餾罐312的外表面上的一系列傳熱翼部的形式。

蒸餾罐312還可以包括呈水夾套形式的熱交換加速器，水夾套呈網(wǎng)狀內(nèi)襯的形式布置成圍繞蒸發(fā)室318的內(nèi)壁。水夾套能夠接收從源水儲器泵送的水，并且當水向下流動時滴在水夾套上。因此，將這種循環(huán)水暴露于朝向蒸發(fā)室318的頂部的較高溫度，加上由于蒸餾罐312外部暴露于外部氣候條件而產(chǎn)生的任何增加的熱，以預熱源水，從而增加在蒸發(fā)室318中發(fā)生的蒸發(fā)的量。

應當理解，設備310、特別是風扇326可以由任何合適的能源供以動力。然而，在大部分實施方案中，設想能源將是可再生能源，例如太陽能動力系統(tǒng)。

設備310還包括氣體提取通風口，以通過將氣體排放到大氣來減少在冷凝室中的壓力累積，以將設備內(nèi)的壓力保持低于預先確定的水平。氣體提取閥可以設置在風扇326上方。另外的泵或風扇可以設置成與氣體提取通風口流體連通，用于提取蒸汽。

在所描述和圖示的實施方案中，為了增加設備的容量，應當理解，可以增加設備的高度。在其中高物體不是合意的情況下，設備可以至少部分地埋在地面中。此外，為了減小水柱的高度，可以將許多設備中的一個堆疊在另一個的頂部。此外，可以提供包括多個相同或不同配置的設備的組件。這種類型的組件可以包括從上文描述的實施方案中選擇的不同配置的設備。

在一個示例中，系統(tǒng)包括與設備310組合的設備210。每個設備優(yōu)選地經(jīng)由在蒸發(fā)室218、318之間的可操作的門連通。這樣的系統(tǒng)將允許源水被蒸餾，直到漿料被獲得并干燥，使得其特別可用于從漿料中提取水。用于該設備的應用的一個特定示例是制造橄欖油和從在該制造中產(chǎn)生的漿料中提取水。在使用中，這種漿料可以懸浮在蒸發(fā)室218內(nèi)的過濾袋中，用于進行初始水提取，之后將門打開以允許漿料進一步干燥，從而使水提取最大化。

本領域技術人員將理解，所描述的實施方案需要能源用于操作。該能源可以例如源自化石燃料，即氣體、油或煤的燃燒?？蛇x擇地，可以利用可再生來源，例如風能或太陽能。在具有大量熱的位置例如沙漠中，該熱可以用于蒸發(fā)源水，從而減少或消除運行系統(tǒng)所需的能量。無論是否可獲得大量的外部大氣熱，任何的這種熱都優(yōu)選地用于蒸發(fā)源水以增加系統(tǒng)的效率。

本領域技術人員將理解，所描述的實施方案具有許多不同的應用，比如例如但不限于商業(yè)廢水、從水中除去化學污染、從開采尾礦(mining tailing)中提取水以及清潔被壓裂過程污染的水。還應當理解，在設備中使用的材料，例如不銹鋼或塑料，將根據(jù)本領域中認可的實踐來選擇。

另外的示例包括向遙遠或無動力的地點比如人道主義使命或軍事行動的地點提供經(jīng)處理的水。

所描述的實施方案可以是固定結構或可以被配置成便攜式的。例如，實施方案可以被配置成用于傾卸(tilting)，以便承載在卡車/拖車的后部上。這樣的實施方案可以固定到卡車，以便使可以在地點之間容易運輸?shù)囊苿釉O備便攜。具有開口基部的實施方案容易適應于新的地點，因為該設備僅僅能夠被放置在水源中并被操作。

已經(jīng)僅通過示例的方式描述了實施方案，并且修改在所公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。