專利名稱：用于水巴氏消毒和發(fā)電的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及水的凈化，具體地說(shuō)是涉及水的巴氏消毒和渦輪發(fā)電。
背景技術(shù)：
用于凈化廢水的傳統(tǒng)方法包括氯化處理、暴露于紫外線(UV)輻射和超濾。遺憾的是，這些方法的每一種都存在缺陷。
氯化處理涉及用氯或氯化物對(duì)水進(jìn)行處理。如果氯濃度足夠大，則經(jīng)過(guò)處理的水容易出現(xiàn)不好的氣味和味道。一些人對(duì)非常少量的氯的氣味和味道就反感。另外，氯化處理對(duì)人們的健康有害。如果水源包含形成作為有機(jī)材料(例如樹葉、草、木材或動(dòng)物廢棄物)分解的一部分的腐殖質(zhì)，對(duì)這種水進(jìn)行氯化處理會(huì)產(chǎn)生出三鹵甲烷(THMs)。因?yàn)門HMs在地下水中很少出現(xiàn)，所以它們主要在使用地表水源時(shí)涉及到。環(huán)境保護(hù)總署認(rèn)為持續(xù)飲用其THMs含量大于0.10毫克/升的水源會(huì)致癌。
通過(guò)暴露于紫外線輻射對(duì)水進(jìn)行處理比較復(fù)雜并且維護(hù)麻煩。它涉及使用UV燈，這些燈必須定期更換。UV處理還往往利用反射器來(lái)使UV光朝著水聚集。這些反射器必須不時(shí)地進(jìn)行清潔。還有，一般需要經(jīng)過(guò)UV處理室的水流為層流，以促進(jìn)UV曝光的均勻性。這需要使用折流板和專門設(shè)計(jì)的處理室，這就增大了成本。
過(guò)濾涉及使水流過(guò)一系列過(guò)濾器。與UV處理一樣，過(guò)濾維護(hù)麻煩。這些過(guò)濾器必須定期清潔和/或更換。另外，過(guò)濾往往是一個(gè)緩慢的過(guò)程。
巴氏消毒法是另一種已知的凈化水的方法。它涉及將水加熱至至少150-170°F的溫度。巴氏消毒法通常在水量較小時(shí)進(jìn)行，例如在營(yíng)地和其它偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村地方。有時(shí)采用小型便攜式太陽(yáng)能水巴氏消毒裝置或太陽(yáng)能炊具來(lái)利用太陽(yáng)熱能將水消毒。一般來(lái)說(shuō)，由于加熱大量水的費(fèi)用很高，所以對(duì)于大規(guī)模水處理沒有采用巴氏消毒法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案認(rèn)識(shí)到可將前面完全不同進(jìn)行的發(fā)電和水巴氏消毒方法之間相結(jié)合的新機(jī)會(huì)。所示的實(shí)施方案采用了來(lái)自渦輪發(fā)電的熱廢氣來(lái)將大量水進(jìn)行巴氏消毒。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生能量并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括一渦輪機(jī)、一發(fā)電機(jī)、一熱交換機(jī)和一熱源。渦輪機(jī)被制成為用來(lái)接收工作流體流，并且將工作流體流設(shè)定為用來(lái)使渦輪機(jī)的葉片和輸出軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)與渦輪機(jī)的輸出軸連接并且被設(shè)定成用來(lái)將輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成能量。熱交換機(jī)具有第一和第二內(nèi)部腔室。第一腔室被設(shè)置成用來(lái)接收離開渦輪機(jī)的工作流體，而第二腔室被設(shè)置成用來(lái)接收水，例如來(lái)自市政廢水池的未處理或甚至部分受熱的廢水。熱交換機(jī)的這些腔室被設(shè)置成用來(lái)允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換。熱量從熱工作流體流向相對(duì)較冷的水以最好將水溫升高至至少水巴氏消毒溫度。熱源被設(shè)置成用來(lái)向流經(jīng)渦輪機(jī)和熱交換機(jī)的第一腔室的工作流體加熱。通常，熱源向位于熱交換機(jī)上游的工作流體加熱。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱源向位于渦輪機(jī)上游和下游的工作流體施加熱量。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生電能并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括一渦輪發(fā)電機(jī)和一熱交換機(jī)。渦輪發(fā)電機(jī)被設(shè)定成用來(lái)將工作流體流轉(zhuǎn)變成電能。熱交換機(jī)具有第一和第二在流體上分開的內(nèi)部腔室?！霸诹黧w上分開”在這里用來(lái)表示將腔室設(shè)置成不允許在這些腔室內(nèi)的流體混合在一起。第一內(nèi)部腔室被設(shè)置成用來(lái)接收來(lái)自渦輪發(fā)電機(jī)的工作流體排出流，而第二內(nèi)部腔室被設(shè)置成用來(lái)接收水。這些腔室被設(shè)置成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換，從而優(yōu)選地在第二腔室內(nèi)對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒。在更狹義的方面中，該系統(tǒng)還包括被設(shè)定成用來(lái)向流進(jìn)渦輪發(fā)電機(jī)的工作流體施加熱量的熱源。
在又一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生能量和對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的方法。使工作流體(在所示實(shí)施方案中為空氣)流動(dòng)穿過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)。該工作流體流使得渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生出能量。在工作流體離開渦輪發(fā)電機(jī)之后，將該工作流體引向熱交換機(jī)的兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室中的第一個(gè)。這些腔室被設(shè)定成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于這兩個(gè)腔室中的第二個(gè)內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換。在第一腔室內(nèi)的工作流體的溫度高于水巴氏消毒溫度。使水流動(dòng)穿過(guò)熱交換機(jī)的第二腔室，最初水的溫度低于水巴氏消毒溫度。允許流經(jīng)第二腔室的水吸收來(lái)自位于第一腔室內(nèi)的工作流體的熱量。如此控制流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室的水的流速，即，使水溫升高至巴氏消毒溫度。
在再一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生電能并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的方法。將空氣泵送穿過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)?？諝馐箿u輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生出電能。在空氣離開渦輪發(fā)電機(jī)之后，熱量從空氣傳遞給水，從而使水溫升高至至少水巴氏消毒溫度。
為了概括本發(fā)明及其優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的一些目的和優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在上面進(jìn)行了說(shuō)明并且在下面將進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然，要理解的是根據(jù)本發(fā)明的任意具體實(shí)施方案不必實(shí)現(xiàn)所有這些目的或優(yōu)點(diǎn)。因此，例如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以按照實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化如在這里所示出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)而不必實(shí)現(xiàn)如在這里所示出或建議的其它目的或優(yōu)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。
所有這些實(shí)施方案都處于在這里所披露的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從參照附圖給出的優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳細(xì)說(shuō)明中將很容易了解本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方案，本發(fā)明并不限于在這里所披露的任意具體優(yōu)選實(shí)施方案。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的水巴氏消毒和發(fā)電系統(tǒng)的流程圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中使用的熱交換機(jī)的示意圖；圖3為示出了其中將來(lái)自廢水的消化氣用作在管式燃燒器處的附加熱源的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖；以及圖4為示出了其中來(lái)自廢水的消化氣與天然氣燃料源混合的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于產(chǎn)生電能的公知方法是讓流體例如蒸汽或氣體以高速流動(dòng)穿過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)。渦輪發(fā)電機(jī)通常包括與發(fā)電機(jī)連接的渦輪機(jī)。該渦輪機(jī)包括渦輪葉片和輸出軸。發(fā)電機(jī)一般包括可以與渦輪機(jī)輸出軸連接的軸。發(fā)電機(jī)軸裝配有用于將軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成電能的磁鐵。通常，使工作流體處于過(guò)熱氣體狀態(tài)以促使在更高的速度下流動(dòng)穿過(guò)該渦輪機(jī)。流體流動(dòng)穿過(guò)渦輪機(jī)葉片以使渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)。磁鐵的電磁場(chǎng)的隨后運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生出電流。發(fā)電機(jī)一般包括用于收集和存儲(chǔ)所產(chǎn)生出的能量的附加設(shè)備。還有更多基于這些基本原理的用于發(fā)電的精心制造的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案利用已經(jīng)離開渦輪發(fā)電機(jī)之后的工作流體的熱量來(lái)對(duì)水進(jìn)行巴式消毒。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案認(rèn)識(shí)到在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和水巴氏消毒之間的接合機(jī)會(huì)。
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的水巴氏消毒和發(fā)電系統(tǒng)5的流程圖。該系統(tǒng)5包括水巴氏消毒子系統(tǒng)6和發(fā)電子系統(tǒng)8，每個(gè)系統(tǒng)都由圖1中的虛線表示。如下面所述一樣，水巴氏消毒子系統(tǒng)6接收廢水流出物12并且輸出經(jīng)巴氏消毒的凈水30。同時(shí)，發(fā)電子系統(tǒng)8從穿過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)61的如空氣或水(但是優(yōu)選為空氣)的過(guò)熱工作流體流產(chǎn)生出電能。有利的是，如下面所述一樣，水巴氏消毒子系統(tǒng)6利用了從發(fā)電子系統(tǒng)8排出的熱量，這為容易與發(fā)電子系統(tǒng)8分離的部分能量，從而在這兩個(gè)子系統(tǒng)之間產(chǎn)生協(xié)同作用。
本說(shuō)明書先從該系統(tǒng)5的結(jié)構(gòu)部件的說(shuō)明開始，之后說(shuō)明該系統(tǒng)的操作。
水巴氏消毒子系統(tǒng)6的主要部件為第一熱交換機(jī)16、第二熱交換機(jī)20和存儲(chǔ)容器24。該子系統(tǒng)6還包括多個(gè)用于在這些部件之間連接的流動(dòng)通道?，F(xiàn)在將對(duì)該子系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行說(shuō)明。
第一熱交換機(jī)16如下面所述一樣與四個(gè)水流動(dòng)通道連接。“流動(dòng)通道”在這里表示一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)通路或腔室，它們可以采取多種不同尺寸和結(jié)構(gòu)。第一熱交換機(jī)16包括兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室。第一腔室用作在廢水輸入流動(dòng)通道14和預(yù)熱水流動(dòng)通道18之間的管道，而第二腔室用作在經(jīng)巴氏消毒水流動(dòng)通道26和凈水輸出流動(dòng)通道28之間的管道。雖然在圖1中沒有顯示出，但是第一熱交換機(jī)16的兩個(gè)腔室如在熱交換機(jī)領(lǐng)域中所公知的一樣優(yōu)選地被構(gòu)造成用來(lái)增強(qiáng)在位于這兩個(gè)腔室內(nèi)的流體之間的熱交換。優(yōu)選的是，將這兩個(gè)腔室構(gòu)成為相互之間具有很大的接觸表面積以促進(jìn)在它們之間進(jìn)行更多的熱傳遞。
圖2為適用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的熱交換機(jī)80的示意圖。具體地說(shuō)，該熱交換機(jī)80適合用作在圖1中所示的第一熱交換機(jī)16和/或第二熱交換機(jī)20(下面所述的)以及如所要求的任意附加熱交換機(jī)。該熱交換機(jī)80包括兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室A和B，并且具有將這些腔室分開的界面82。該熱交換機(jī)80包括入口84和88以及出口86和90。該腔室A與入口84和出口88連接，而腔室B與入口88和出口90連接。雖然圖2顯示為二維示圖，但是要理解的是該熱交換機(jī)80為三維結(jié)構(gòu)。因而這些腔室A和B為三維腔室。雖然腔室B以兩個(gè)部分顯示出，但是要理解的是腔室B如腔室A一樣為一個(gè)連續(xù)腔室。雖然該示意圖的界面82顯示為兩個(gè)簡(jiǎn)單的線性線段，但是要理解的是該界面82優(yōu)選地被構(gòu)造成在腔室A和腔室B之間形成很大接觸表面積，從而促進(jìn)在它們之間更多的熱傳遞。這兩個(gè)腔室在流體上分開。因此，流體1可以通過(guò)入口84和出口86流動(dòng)穿過(guò)腔室A，并且流體2可以通過(guò)入口88和出口90流動(dòng)穿過(guò)腔室B，并且這兩種流體在熱交換機(jī)80內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)任何混合。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，第二熱交換機(jī)20如下面所述一樣與兩個(gè)水流動(dòng)通道和兩個(gè)氣流通道連接。與第一熱交換機(jī)16一樣，第二熱交換機(jī)20包括兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室。第一腔室用作在預(yù)熱水流通道18和經(jīng)巴氏消毒水流通道22之間的管道。第二腔室用作在氣流通道66和氣流排出通道68之間的管道。雖然沒有顯示出，但是第二熱交換機(jī)20的兩個(gè)腔室如在熱交換機(jī)領(lǐng)域中所公知的一樣優(yōu)選地被構(gòu)造成用來(lái)提高在位于這兩個(gè)腔室內(nèi)的流體之間的熱交換。優(yōu)選的是，將這兩個(gè)腔室構(gòu)造成為相互之間具有很大的接觸表面積以促進(jìn)在它們之間進(jìn)行更多的熱傳遞。
經(jīng)巴氏消毒水流動(dòng)通道22用作在第二熱交換機(jī)20和存儲(chǔ)容器24之間的管道。經(jīng)巴氏消毒水流動(dòng)通道26如上面所述一樣使存儲(chǔ)容器24與第一熱交換機(jī)16的內(nèi)部腔室中的一個(gè)連接。巴氏消毒子系統(tǒng)6的水流動(dòng)通道的一個(gè)或多個(gè)可以完全或部分絕緣以防止熱損失或增益。在一個(gè)實(shí)施方案中，所有流動(dòng)通道都被絕緣。當(dāng)然，優(yōu)選地在每個(gè)熱交換機(jī)中的這些腔室之間沒有任何絕緣。
發(fā)電子系統(tǒng)8的主要部件為燃料源42(優(yōu)選為天然氣)、氣體壓縮機(jī)46、泵41、氣體點(diǎn)燃室50、渦輪發(fā)電機(jī)61和管式燃燒器64。該子系統(tǒng)8還包括多個(gè)用于在這些部件之間連接的流動(dòng)通道?，F(xiàn)在對(duì)該子系統(tǒng)8的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
氣體燃料源42通過(guò)未壓縮氣體流動(dòng)通道44與氣體壓縮機(jī)46和管式燃燒器64連接。氣體燃料源42優(yōu)選地包括天然氣，例如甲烷、丙烷或丁烷，但是也可以為其它氣體。氣體壓縮機(jī)46通過(guò)壓縮氣體流動(dòng)通道48與氣體點(diǎn)燃室50連接。氣體點(diǎn)燃室50也與氣流通道52和渦輪機(jī)入口氣流通道54連接。在所示的實(shí)施方案中，設(shè)置泵41來(lái)將在泵入口39處接收到的空氣40泵送進(jìn)氣流通道52。氣體點(diǎn)燃室50優(yōu)選地包括天然氣點(diǎn)火器(也未示出)，例如電火花發(fā)生器、火焰發(fā)生器或其它類似的裝置。渦輪機(jī)入口氣流通道54與渦輪發(fā)電機(jī)61的入口連接。在所示的實(shí)施方案中，渦輪發(fā)電機(jī)61包括具有與發(fā)電機(jī)60連接的輸出軸58的渦輪機(jī)56?！皽u輪發(fā)電機(jī)”在這里用來(lái)表示渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的組合，渦輪機(jī)輸出軸被構(gòu)造成用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
渦輪機(jī)56的流體輸出通過(guò)“排出”氣流通道62與管式燃燒器64連接。離開渦輪機(jī)56進(jìn)入氣流通道62的氣流有時(shí)在這里被稱為“渦輪機(jī)廢氣”。管式燃燒器64也與通向第二熱交換機(jī)20的上述氣流通道66連接。也與第二熱交換機(jī)20連接的氣流排出通道68通向用于將氣體排向外界的煙道70。如本領(lǐng)域所知的一樣，優(yōu)選地設(shè)置連續(xù)排放監(jiān)測(cè)(CEM)系統(tǒng)72來(lái)監(jiān)測(cè)在氣流排出通道68中的空氣質(zhì)量?？梢詫l(fā)電子系統(tǒng)8的氣流通道中的一個(gè)或多個(gè)完全或局部絕緣以防止熱損失或增益。在一個(gè)實(shí)施方案中，所有流動(dòng)通道都被絕緣。
現(xiàn)在將對(duì)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的整個(gè)系統(tǒng)5的操作進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，發(fā)電子系統(tǒng)8將過(guò)熱氣流轉(zhuǎn)變成電能。優(yōu)選地通過(guò)氣流通道52將等于或接近室溫(如59°F)的空氣40泵送進(jìn)氣體點(diǎn)燃室50。同時(shí)，大約為100psig的天然氣通過(guò)未壓縮氣體流動(dòng)通道44從氣體燃料源42流進(jìn)氣體壓縮機(jī)46。該壓縮機(jī)46將氣體壓縮至更高的壓力(例如，318psig)，從而該氣體在點(diǎn)燃時(shí)將具有大大增加的發(fā)熱能力。該加壓氣體通過(guò)壓縮氣體流動(dòng)通道48流進(jìn)氣體點(diǎn)燃室50。在氣體點(diǎn)燃室50中，加壓天然氣與空氣40混合。天然氣點(diǎn)燃裝置(未示出)在空氣40的存在下將加壓天然氣點(diǎn)燃，從而將大量熱量釋放進(jìn)空氣中。結(jié)果，使在氣體點(diǎn)燃室50內(nèi)的空氣進(jìn)入過(guò)熱加壓氣體狀態(tài)。在該情況下，過(guò)熱氣體(包括由點(diǎn)燃而來(lái)的排煙)通過(guò)渦輪機(jī)入口氣流通道54高速流進(jìn)渦輪機(jī)56。高速過(guò)熱空氣流使得渦輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使輸出軸58轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)60按照上述方式將該轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成電能。
在過(guò)熱空氣流經(jīng)渦輪機(jī)56之后，它繼續(xù)通過(guò)排出氣流通道62進(jìn)入管式燃燒器64。該管式燃燒器64通過(guò)未壓縮氣體流動(dòng)通道44接收天然氣。在一可選實(shí)施方案中，管式燃燒器64可以接收來(lái)自壓縮氣體流動(dòng)通道48的壓縮氣體流。與氣體點(diǎn)燃室50一樣，該管式燃燒器64優(yōu)選地包括天然氣點(diǎn)火器(未示出)，例如電火花發(fā)生器、火焰發(fā)生器或其它類似的裝置。在管式燃燒器64內(nèi)部，將天然氣點(diǎn)燃以在空氣通過(guò)氣流通道66向前流進(jìn)第二熱交換機(jī)20的兩個(gè)內(nèi)部腔室中的一個(gè)時(shí)向它施加額外的熱量。要理解的是，管式燃燒器64雖然是優(yōu)選的，但不是必要的。在第二熱交換機(jī)20內(nèi)部，如下面所述那樣空氣由于與更冷的水進(jìn)行熱交換而明顯冷卻。冷卻空氣通過(guò)氣流排出通道68離開第二熱交換機(jī)20。冷卻空氣通過(guò)煙囪70向外界排出。
為了符合排放標(biāo)準(zhǔn)，第二熱交換機(jī)20優(yōu)選地包括用于在空氣通過(guò)煙囪70排放到外界之前將它凈化的催化劑。優(yōu)選的是，利用選擇催化還原(SCR)催化劑來(lái)將氮氧化物(Nox)排放物還原。SCR催化劑可以與還原劑例如氨基或脲基化合物結(jié)合使用。如本領(lǐng)域所公知的那樣也可以使用其它催化劑例如CO催化劑以符合排放標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，CEM系統(tǒng)72優(yōu)選用來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)煙囪排放進(jìn)周圍環(huán)境中的空氣質(zhì)量以確保符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
在操作中，水巴氏消毒子系統(tǒng)6通過(guò)使廢水12流動(dòng)穿過(guò)熱交換機(jī)16和20來(lái)將廢水排放物12進(jìn)行巴氏消毒。在進(jìn)入水巴氏消毒子系統(tǒng)6之前，廢水排放物12處于或接近室溫(例如，60-66°F)。廢水12通過(guò)廢水輸入流動(dòng)通道14流進(jìn)第一熱交換機(jī)16的兩個(gè)內(nèi)部腔室中的一個(gè)。雖然未示出，但是可以設(shè)置泵來(lái)將廢水12泵送進(jìn)輸入流動(dòng)通道14?？蛇x的是，廢水12可以僅借助重力例如通過(guò)垂直設(shè)置在第一熱交換機(jī)16上方的收集容器流進(jìn)輸入流動(dòng)通道14。在一些結(jié)構(gòu)中，可以設(shè)置過(guò)濾器來(lái)在廢水流進(jìn)第一熱交換機(jī)16之前從廢水12中將較大的碎屑過(guò)濾掉。
要理解的是，可以有其它用來(lái)將來(lái)自渦輪機(jī)廢氣的熱量傳遞給未經(jīng)巴氏消毒的廢水。例如，可以任選地設(shè)置用來(lái)將在第二熱交換機(jī)20內(nèi)的來(lái)自渦輪機(jī)廢氣的熱量傳遞給第一熱交換機(jī)16內(nèi)部的廢水。也可以采用其它熱交換結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。
在第一熱交換機(jī)16的兩個(gè)內(nèi)部腔室中的一個(gè)內(nèi)，廢水吸收來(lái)自位于這兩個(gè)腔室的另一個(gè)內(nèi)的熱的經(jīng)巴氏消毒的水的熱量(下面所述)。這使廢水的溫度升高至巴氏消毒或接近巴氏消毒溫度(例如，優(yōu)選地至少為130°F、更優(yōu)選為至少135°F并且最好為140-148°F)。然后加熱的水通過(guò)預(yù)熱水流動(dòng)通道18流入第二熱交換機(jī)20的兩個(gè)內(nèi)部腔室中的一個(gè)。在第二熱交換機(jī)20中，水從流經(jīng)熱交換機(jī)20的另一個(gè)內(nèi)部腔室的熱空氣吸收額外的熱量。這導(dǎo)致水溫更進(jìn)一步升高至巴氏消毒水平(例如，優(yōu)選地為150-170°F，更優(yōu)選為至少160°F，并且最好為160-161°F)。經(jīng)巴氏消毒的水經(jīng)巴氏消毒水流動(dòng)通道22流進(jìn)存儲(chǔ)容器24。要理解的是，存儲(chǔ)容器24可以從設(shè)計(jì)中刪除或移動(dòng)至輸出水流動(dòng)通道28下游，以用作隨后階段的收集容器。經(jīng)巴氏消毒的水繼續(xù)通過(guò)經(jīng)巴氏消毒水流動(dòng)通道26進(jìn)入第一熱交換機(jī)16的沒有包含來(lái)自廢水輸入流動(dòng)通道14的輸入廢水流出物12的內(nèi)部腔室。如上所述，熱巴氏消毒水將熱量送給更冷的廢水12，從而使得經(jīng)巴氏消毒水的溫度下降，優(yōu)選地回到大致室溫(例如，76°F)。冷卻的經(jīng)巴氏消毒水作為清潔輸出水30通過(guò)凈水輸出流動(dòng)通道28離開第一熱交換機(jī)16。
還要理解的是，優(yōu)選地設(shè)有用來(lái)控制流經(jīng)第二熱交換機(jī)20的水的流速的流量控制器。優(yōu)選的是，如此控制流經(jīng)第二熱交換機(jī)20的水，即，該水能夠吸收足夠的來(lái)自渦輪機(jī)排出氣流的熱量，從而其溫度升高至水巴氏消毒溫度并持續(xù)足以將該水進(jìn)行巴氏消毒的一段時(shí)間。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，來(lái)自氣體燃料源42并且處于未壓縮氣體流動(dòng)通道44中的天然氣燃料為大約100psig并且提供了大約7.1MMBtu/hr的能量。在氣體壓縮機(jī)46中將氣體壓縮之后，該氣體優(yōu)選地為大約318psig并且提供了大約74.6MMBtu/hr的能量。在一個(gè)實(shí)施方案中，渦輪發(fā)電機(jī)61為由Solar Turbines of San Diego，CA銷售的TAURUS 70-T10301S。在海平面以上海拔200英尺的高度、室溫為59°F并且濕度為60％的條件下，該具體的渦輪發(fā)電機(jī)其總功率輸出為7.160MW。在所有這些條件下，在氣流通道62中的渦輪機(jī)廢氣其流速大約為210,044lb/hr并且其溫度大約為916°F。優(yōu)選的是，從在未壓縮氣流通道44中的天然氣施加給在管式燃燒器64中的空氣的附加熱量使得氣體溫度到達(dá)大約1034°F。在優(yōu)選實(shí)施方案中，離開第二熱交換機(jī)20的冷卻空氣其溫度大約為250°F，并且以大約為210,385lb/hr的速度從煙囪70流出。
在該優(yōu)選實(shí)施方案中，將熱交換機(jī)16和20以及存儲(chǔ)容器24的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置成每天可對(duì)大約1000萬(wàn)加侖的廢水排放物12進(jìn)行巴氏消毒。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將該系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置成每天可對(duì)上述量的兩倍進(jìn)行巴氏消毒。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以通過(guò)下述方式調(diào)整系統(tǒng)5的容量改變熱交換機(jī)16和20的尺寸和熱傳遞量、改變存儲(chǔ)容器24和水流動(dòng)通道的尺寸、選擇不同的具有不同加熱能力的天然氣燃料和/或選擇具有不同渦輪機(jī)排出氣流特性的渦輪發(fā)電機(jī)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，將熱交換機(jī)構(gòu)造成為每天巴氏消毒優(yōu)選地至少為500萬(wàn)、更優(yōu)選地至少為1000萬(wàn)、再優(yōu)選至少為1500萬(wàn)并且最好至少為2000萬(wàn)加侖的廢水。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，水保持在巴氏消毒溫度下優(yōu)選地至少為2秒、更優(yōu)選至少5秒再優(yōu)選至少為10秒，并且最好為至少15秒。一般來(lái)說(shuō)，水溫越高，巴氏消毒所需的時(shí)間越少。優(yōu)選在至少160°F的溫度下將水巴氏消毒至少5秒。在200°F下，巴氏消毒時(shí)間優(yōu)選為至少兩秒。水巴氏消毒溫度(即，在水流動(dòng)通道22中的水的溫度)優(yōu)選為150-212°F并且更優(yōu)選為155-200°F。在150-170°F的范圍中進(jìn)行消毒是理想的，因?yàn)楦邷囟刃枰l(fā)電子系統(tǒng)8產(chǎn)生更多熱量，這反過(guò)來(lái)將增加成本和/或降低生產(chǎn)速率。水巴氏消毒溫度優(yōu)選至少為160°F。
本發(fā)明預(yù)期在城市等級(jí)上具有特別的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性。本發(fā)明使得市政當(dāng)局能夠按照成本效益方式生產(chǎn)出能量并且就地對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒。所產(chǎn)生出的能量可以補(bǔ)充從更大的電力公司購(gòu)買的能量。經(jīng)巴氏消毒的水可以用于當(dāng)?shù)厥褂谩Ｈ缭诋?dāng)?shù)鼗虺鞘械燃?jí)處使用一樣，水巴氏消毒和發(fā)電系統(tǒng)5的渦輪機(jī)56優(yōu)選地為相對(duì)較小尺寸。在一個(gè)實(shí)施方案中，渦輪機(jī)56能夠產(chǎn)生出可達(dá)到50MW的功率，并且更優(yōu)選產(chǎn)生出可達(dá)1000MW的功率。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，水巴氏消毒和發(fā)電系統(tǒng)5每產(chǎn)生出1MW的能量能夠處理大約200,000加侖的水。該系統(tǒng)5優(yōu)選地每產(chǎn)生出1MW的能量能夠處理至少100,000加侖并且更優(yōu)選至少為500,000加侖的水。該系統(tǒng)5最好每產(chǎn)生出1MW的能量能夠處理200,000-1,500,000加侖的水。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該系統(tǒng)每產(chǎn)生出1MW的能量能夠處理1.4百萬(wàn)加侖的水。
普通技術(shù)人員將理解的是，該水消毒子系統(tǒng)6不必如在這里所示出的那樣包括兩個(gè)熱交換機(jī)。例如，可以通過(guò)使用單個(gè)熱交換機(jī)來(lái)接收渦輪機(jī)排出氣流(例如，消除第一熱交換機(jī)16并且將廢水12直接引導(dǎo)入第二熱交換機(jī)20)來(lái)將廢水12進(jìn)行巴氏消毒。但是，兩個(gè)熱交換機(jī)是優(yōu)選的，因?yàn)檫@明顯增大了子系統(tǒng)6的巴氏消毒能力。如果使用單個(gè)熱交換機(jī)，它必須使廢水12的溫度從室溫或接近室溫升高到至少150-170°F的巴氏消毒溫度，增加大約100°F。為了使溫度升高這么多，必須限制通過(guò)單個(gè)熱交換機(jī)的水流速度，從而使水能夠從渦輪機(jī)排出氣流吸收足夠的熱量。在單個(gè)熱交換機(jī)布置中，估計(jì)該系統(tǒng)每產(chǎn)生出1MW的能量能夠?qū)?50,000加侖的水進(jìn)行巴氏消毒。但是，通過(guò)利用所示的兩個(gè)熱交換機(jī)16，20，第一熱交換機(jī)16能夠?qū)U水12預(yù)熱至大約140°F。這樣，第二熱交換機(jī)20只需使水溫升高10-31°F(優(yōu)選至150-171°F，最好至160-161°F)。這可以允許更高的水流速度。估計(jì)采用兩個(gè)熱交換機(jī)的該系統(tǒng)5每產(chǎn)生出1MW的能量能夠消毒1.4百萬(wàn)加侖的水。采用兩個(gè)熱交換機(jī)的另一個(gè)好處在于，經(jīng)巴氏消毒的水被冷卻至接近室溫。雖然所示的實(shí)施方案使用了兩個(gè)熱交換機(jī)，但是普通技術(shù)人員將理解的是，該系統(tǒng)5可以包括任意數(shù)量的按照在圖1中所示的方式串聯(lián)連接的熱交換機(jī)。
雖然所示的實(shí)施方案采用天然氣來(lái)加熱流進(jìn)并且離開渦輪發(fā)電機(jī)的空氣，但是要理解的是，也可以通過(guò)采用任選的發(fā)熱源(例如核能或燃燒煤)來(lái)獲得本發(fā)明的這些益處。要理解的是，可以采用任意形式的能量來(lái)加熱流進(jìn)并且離開渦輪發(fā)電機(jī)的空氣。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，該水巴氏消毒和發(fā)電系統(tǒng)5可以利用來(lái)自經(jīng)預(yù)熱和氧化的廢水的所謂“消化氣”作為用于加熱發(fā)電子系統(tǒng)8的工作流體的燃料源。優(yōu)選的是，在廢水12進(jìn)入第一熱交換機(jī)16之前將它預(yù)熱并且氧化。預(yù)熱和氧化促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)并且使廢水釋放出消化氣，通常為甲烷氣體。在點(diǎn)火時(shí)，消化氣能夠向工作流體施加額外的熱量。
圖3顯示出利用消化氣作為用于發(fā)電子系統(tǒng)的工作流體的附加熱源的本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案，其中將消化氣送入管式燃燒器64。預(yù)先將廢水12收集在腔室或容器95中。如上所述，將廢水12預(yù)熱和/或氧化以將消化氣釋放進(jìn)與氣體壓縮機(jī)97連接的消化氣流動(dòng)通道96。需要將消化氣壓縮以便將消化氣的熱產(chǎn)生容量?jī)?yōu)選地升高至與在優(yōu)選實(shí)施方案中的天然氣42相適應(yīng)的程度。在壓縮機(jī)97內(nèi)將消化氣壓縮之后，它通過(guò)消化氣流動(dòng)通道98流進(jìn)管式燃燒器64，在那里它與在該優(yōu)選實(shí)施方案中的來(lái)自天然氣流動(dòng)通道44的天然氣42混合。在可選實(shí)施方案中，壓縮機(jī)97從設(shè)計(jì)中被刪除，并且優(yōu)選地具有從容器95到管式燃燒器64的單個(gè)不受阻礙的消化氣流動(dòng)通道。
圖4示出利用消化氣作為用于發(fā)電子系統(tǒng)的工作流體的附加熱源的另一個(gè)實(shí)施方案，其中消化氣與該優(yōu)選實(shí)施方案的天然氣燃料源42直接混合。消化氣通過(guò)消化氣流動(dòng)通道99從容器95中流出并且進(jìn)入氣體壓縮機(jī)100。在壓縮機(jī)100內(nèi)將消化氣壓縮之后，在該優(yōu)選實(shí)施方案中它通過(guò)消化氣流動(dòng)通道101直接流進(jìn)天然氣源42中。在該實(shí)施方案中，消化氣與渦輪機(jī)56上游的工作流體混合。在一些情況中，將消化氣導(dǎo)入渦輪機(jī)56會(huì)帶來(lái)?yè)p壞渦輪機(jī)的危險(xiǎn)和/或可能降低渦輪機(jī)性能，在該情況下圖3的實(shí)施方案優(yōu)于圖4的實(shí)施方案。但是，在不存在消化氣損壞渦輪機(jī)的危險(xiǎn)時(shí)(或者在這種危險(xiǎn)可以忽略不計(jì)時(shí))，圖4的實(shí)施方案在一些情況中是優(yōu)選的。在可選實(shí)施方案中，壓縮機(jī)100從設(shè)計(jì)中刪除，優(yōu)選地具有從容器95到該優(yōu)選實(shí)施方案的天然氣燃料源42的單個(gè)不受阻礙的天然氣流動(dòng)通道。
雖然已經(jīng)在一些優(yōu)選實(shí)施方案和實(shí)施例中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員要理解的是，本發(fā)明延伸超出這些具體披露的實(shí)施方案到其它可選實(shí)施方案和/或本發(fā)明的用途及其顯而易見的改變和等同方案。另外，除了上述說(shuō)明的之外，本發(fā)明的各個(gè)特征可以單獨(dú)使用或者與本發(fā)明的其它特征結(jié)合使用。因此，在這里所披露的本發(fā)明的范圍不應(yīng)該受到上述具體實(shí)施方案的限制，而是應(yīng)該通過(guò)公正理解下面權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生能量并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括渦輪機(jī)，將其構(gòu)造成用來(lái)接收工作流體流，并且將工作流體流設(shè)定為用來(lái)使渦輪機(jī)的葉片和輸出軸旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)，它與渦輪機(jī)輸出軸連接并且被構(gòu)成用來(lái)將輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成能量；熱交換機(jī)，它具有第一和第二內(nèi)部腔室，將第一腔室構(gòu)造成用來(lái)接收離開渦輪機(jī)的工作流體，而將第二腔室構(gòu)造成用來(lái)接收水，使這些腔室如此構(gòu)造，即，允許在處于第一腔室內(nèi)的工作流體和處于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換以使在第二腔室中的水的溫度升高到至少水巴氏消毒溫度；以及以可操作的方式連接的熱源，其用來(lái)向流經(jīng)渦輪機(jī)和熱交換機(jī)的第一腔室的工作流體加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體包括空氣。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水巴氏消毒溫度為150-170°F。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水巴氏消毒溫度至少為160°F。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)所產(chǎn)生的每1MW能量能夠?qū)χ辽?00,000加侖的水進(jìn)行巴氏消毒。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)所產(chǎn)生的每1MW能量能夠?qū)χ辽?00,000加侖的水進(jìn)行巴氏消毒。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述系統(tǒng)構(gòu)造成使所述熱源向位于渦輪機(jī)上游并流入該渦輪機(jī)中的工作流體施加熱量。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述系統(tǒng)構(gòu)造成使所述熱源向位于渦輪機(jī)下游并從該渦輪機(jī)流出的工作流體施加熱量。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述發(fā)電機(jī)構(gòu)造成用來(lái)將所述輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成電能。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源包括天然氣燃料源。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣燃料源為從由甲烷、丙烷和丁烷構(gòu)成的組中選出的一種。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括氣體壓縮機(jī)，它具有輸入端和輸出端，該氣體壓縮機(jī)的輸入端與所述天然氣燃料源的輸出端連接，將所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)造成用來(lái)壓縮從天然氣燃料源接收到的天然氣并且允許被壓縮的天然氣流動(dòng)穿過(guò)氣體壓縮機(jī)的輸出端；以及天然氣點(diǎn)燃室，它具有與氣體壓縮機(jī)的輸出端連接的天然氣輸入端和被構(gòu)造成用來(lái)接收工作流體的工作流體輸入端，所述天然氣點(diǎn)燃室具有與渦輪機(jī)的輸入端連接的輸出端，該天然氣點(diǎn)燃室包括用于將天然氣燃料點(diǎn)燃以便向位于天然氣點(diǎn)燃室內(nèi)的工作流體施加熱量的天然氣點(diǎn)火器。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣點(diǎn)燃室的天然氣點(diǎn)火器包括電火花發(fā)生器和火焰發(fā)生器中的一種。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括輔助天然氣點(diǎn)燃室，它具有與所述天然氣燃料源連接的第一輸入端和與渦輪機(jī)的輸出端連接的第二輸入端，所述輔助天然氣點(diǎn)燃室具有與熱交換機(jī)的第一腔室連接的輸出端，該輔助天然氣點(diǎn)燃室包括用于將天然氣燃料點(diǎn)燃以便向位于輔助天然氣點(diǎn)燃室內(nèi)的工作流體施加熱量的天然氣點(diǎn)火器。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助天然氣點(diǎn)燃室包括一管式燃燒器。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源包括煤。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源包括核能。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換機(jī)為第二熱交換機(jī)，該系統(tǒng)還包括具有在流體上分開的第一和第二內(nèi)部腔室的第一熱交換機(jī)，所述第一熱交換機(jī)的腔室被構(gòu)造成允許在處于第一熱交換機(jī)的第一腔室內(nèi)的水和處于第一熱交換機(jī)的第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換，所述第一熱交換機(jī)的第一腔室具有被構(gòu)造成用來(lái)接收廢水的輸入端和與所述第二熱交換機(jī)的第二腔室的輸入端連接的輸出端，所述第一熱交換機(jī)的第二腔室具有連接用來(lái)接收從第二熱交換機(jī)的第二腔室的輸出端排出的水的輸入端，所述第一熱交換機(jī)的第二腔室還具有被構(gòu)造成用來(lái)排出水的輸出端。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換機(jī)的第一腔室具有被構(gòu)造成用來(lái)接收離開渦輪機(jī)的工作流體的輸入端和被構(gòu)造成用來(lái)將工作流體排放到外界環(huán)境中的輸出端。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括催化劑，其用來(lái)凈化位于熱交換機(jī)的第一腔室內(nèi)的工作流體，從而使在熱交換機(jī)的第一腔室中的工作流體的質(zhì)量符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑包括CO和SCR中的一種或兩種。
22.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括連續(xù)排放物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其用來(lái)監(jiān)測(cè)從熱交換機(jī)的第一腔室的輸出端排出的工作流體的質(zhì)量。
23.一種用于產(chǎn)生電能并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括被構(gòu)造成用來(lái)將工作流體流轉(zhuǎn)變成電能的渦輪發(fā)電機(jī)；以及具有在流體上分開的第一和第二內(nèi)部腔室的熱交換機(jī)，所述第一內(nèi)部腔室被構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自渦輪發(fā)電機(jī)的工作流體排出流，第二內(nèi)部腔室被構(gòu)造成用來(lái)接收水，將這些腔室構(gòu)造成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換以對(duì)在第二腔室內(nèi)的水進(jìn)行巴氏消毒。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括被構(gòu)造成用來(lái)向流進(jìn)渦輪發(fā)電機(jī)的工作流體施加熱量的熱源。
25.一種用于產(chǎn)生能量并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括渦輪機(jī)，其被構(gòu)造成用來(lái)接收工作流體流，將工作流體流設(shè)定成用來(lái)使渦輪機(jī)的葉片和輸出軸旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)，它與渦輪機(jī)輸出軸連接并且被構(gòu)造成用來(lái)將輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成能量；具有第一和第二內(nèi)部腔室的熱交換機(jī)，將第一腔室構(gòu)造成用來(lái)接收離開渦輪機(jī)的工作流體，而將第二腔室構(gòu)造成用來(lái)接收水，將這些腔室構(gòu)造成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換；以及熱源，將其構(gòu)造成向流經(jīng)渦輪機(jī)和熱交換機(jī)的第一腔室的工作流體加熱。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源被構(gòu)造成向流經(jīng)渦輪機(jī)和熱交換機(jī)的第一腔室的工作流體施加足夠的熱量，從而使工作流體熱得足以將流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室的水的溫度升高到至少水巴氏消毒溫度。
27.一種用于產(chǎn)生電能并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)，它包括渦輪發(fā)電機(jī)，其被構(gòu)造成用來(lái)將工作流體流轉(zhuǎn)變成電能；以及具有在流體上分開的第一和第二內(nèi)部腔室的熱交換機(jī)，將所述第一內(nèi)部腔室構(gòu)造成用來(lái)接收來(lái)自渦輪發(fā)電機(jī)的工作流體的排出流，將第二內(nèi)部腔室構(gòu)造成用來(lái)接收水，將這些腔室構(gòu)造成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于第二腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換。
28.一種用于產(chǎn)生能量和對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的方法，它包括使工作流體流經(jīng)渦輪發(fā)電機(jī)，該工作流體流使渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生出能量；在工作流體離開渦輪發(fā)電機(jī)之后，將該工作流體引入熱交換機(jī)的兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室中的第一個(gè)腔室中，這些腔室被構(gòu)造成允許在位于第一腔室內(nèi)的工作流體和位于這兩個(gè)腔室中的第二個(gè)腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換，在第一腔室內(nèi)的工作流體的溫度高于水巴氏消毒溫度；讓水流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室，開始時(shí)該水的溫度低于水巴氏消毒溫度；使流經(jīng)第二腔室的水能夠吸收來(lái)自位于第一腔室內(nèi)的工作流體的熱量；以及控制流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室的水的流速，從而水溫升高至至少巴氏消毒溫度。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在工作流體流進(jìn)渦輪發(fā)電機(jī)之前將它加熱。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述工作流體的加熱包括將工作流體與點(diǎn)燃的天然氣燃料混合。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括在將天然氣燃料與工作流體混合之前，在氣體壓縮機(jī)內(nèi)將天然氣燃料壓縮。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，加熱所述工作流體包括使所述工作流體吸收來(lái)自燃燒的煤的熱量。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，加熱所述工作流體包括使所述工作流體吸收核能。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在所述工作流體離開所述渦輪發(fā)電機(jī)之后并且在其進(jìn)入熱交換機(jī)的第一腔室之前將它加熱。
35.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述熱交換機(jī)為第二熱交換機(jī)，并且使水流經(jīng)所述第二熱交換機(jī)的第二腔室的步驟包括使未經(jīng)巴氏消毒的水流動(dòng)穿過(guò)第一熱交換機(jī)的兩個(gè)在流體上分開的內(nèi)部腔室中的第一個(gè)腔室，將第一熱交換機(jī)的這些腔室構(gòu)造成允許在位于第一熱交換機(jī)的第一腔室內(nèi)的未經(jīng)巴氏消毒的水和位于所述第一熱交換機(jī)的兩個(gè)腔室中的第二個(gè)腔室內(nèi)的水之間進(jìn)行熱交換；允許流經(jīng)所述第一熱交換機(jī)的第一腔室的未經(jīng)巴氏消毒水吸收來(lái)自位于第一熱交換機(jī)的第二腔室內(nèi)的水的熱量；使在第一熱交換機(jī)的第一腔室內(nèi)的未經(jīng)巴氏消毒的水從第一熱交換機(jī)流進(jìn)第二熱交換機(jī)的第二腔室；允許位于所述第二熱交換機(jī)的第二腔室內(nèi)的水吸收來(lái)自位于第二熱交換機(jī)的第一腔室內(nèi)的工作流體的熱量，從而使位于第二熱交換機(jī)的第二腔室內(nèi)的水達(dá)到巴氏消毒溫度；以及使處于巴氏消毒溫度的水離開第二熱交換機(jī)的第二腔室并且流經(jīng)第一熱交換機(jī)的第二腔室。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述巴氏消毒溫度為150-170°F。
37.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述巴氏消毒溫度至少為160°F。
38.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括使流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室的水在至少160°F的溫度下保持至少5秒鐘。
39.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括每產(chǎn)生出1MW的能量能夠?qū)χ辽?00,000加侖的水進(jìn)行巴氏消毒。
40.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括每產(chǎn)生出1MW的能量能夠?qū)χ辽?00,000加侖的水進(jìn)行巴氏消毒。
41.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在水流經(jīng)熱交換機(jī)的第二腔室之前將它加熱和氧化，從而使水釋放出消化氣；使消化氣與工作流體混合；以及在存在工作流體的情況下點(diǎn)燃該消化氣，從而使該消化氣向工作流體施加熱量。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括在所述的使消化氣與工作流體混合的步驟之前使消化氣與天然氣混合。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括在所述的使所述消化氣與工作流體混合的步驟之前壓縮所述消化氣。
44.一種用于產(chǎn)生電能并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的方法，它包括將空氣泵送通過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)，該空氣使渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生出電能；以及在空氣離開渦輪發(fā)電機(jī)之后，將熱量從空氣傳遞給水，從而使水溫升高到至少水巴氏消毒溫度。
全文摘要
提供一種用于產(chǎn)生能量并且對(duì)水進(jìn)行巴氏消毒的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括發(fā)電子系統(tǒng)和水巴氏消毒子系統(tǒng)，它們?nèi)缦逻B接在一起。發(fā)電子系統(tǒng)包括一渦輪發(fā)電機(jī)?？諝?或其它適當(dāng)?shù)墓ぷ髁黧w)流動(dòng)穿過(guò)該渦輪發(fā)電機(jī)以通過(guò)已知方法產(chǎn)生出能量。在空氣流進(jìn)渦輪機(jī)之前將空氣加熱以增大其速度以便更多的發(fā)電。水巴氏消毒子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)熱交換機(jī)，其中至少一個(gè)連接用來(lái)接收離開渦輪機(jī)的熱氣流。來(lái)自渦輪機(jī)排出氣流的熱量用來(lái)對(duì)位于熱交換機(jī)內(nèi)的較冷廢水進(jìn)行巴氏消毒。
文檔編號(hào)F02C6/18GK1714230SQ200380103583
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月18日
發(fā)明者格雷戈里·B·瑞安 申請(qǐng)人:格雷戈里·B·瑞安