专利名称：水处理设备和方法
技术领域：
本发明涉用使用水净化装置的问题，该水净化装置被设计成能够在多种场合下，例如家庭，饭馆，旅店，军队，海洋和野外地区连续且完全地完成对水源的净化以及对海水的淡化等方面的工作。该装置能去除所有化学物质，所有的微生物并给水补充基本矿物质。
对消费用纯净水，如餐饮和维护卫生时所用的水的需求是极大的。水的纯净程度和安全性正在全世界范围内遭到破坏。美国城市和许多外国城市中自来水管里的水已不再是安全的了，它已被微生物，化学物质，重金属以及更多的是被地下水和年久失修的分布配送系统的水管道所污染。对城市水处理系统的改进也收效甚微。由于水配送系统的陈旧，渗漏以及在某些情况下被铅制管接头所污染，所以沿水配送系统进行的管道过滤和处理也将不会有多少效果。对我们的城市来讲，水的纯净问题将是一个不能很快解决的大的挑战。因此，绝对有必要立刻解决我们家居用水的纯净问题。
因此，本发明的目的之一是提供一种装置，该装置能够实现在采用水处理系统的地方所应达到的要求，即能够将任何水源转化成为无微生物，无化学品，无氯，味道很正，水质软，且含有矿物质的适合于住宅、公寓、饭馆或其他设施使用的水。
本发明的另一个目的是提供一种水净化的系统，其中，所供应的水是经过一热交换器预热过的，所述热交换器从系统制冷装置中(冷凝器一侧)提取能量，以便保留尽可能多的能量。
本发明的又一个目的是提供一个用于排出所供水中气体的具有薄水层的，离心式的真空室。
本发明的又一个目的是利用独特的且对其知之不多的脱气后的水的物理特征。纯净水在被去掉溶解于其中的气体之后，可以被加热到100℃以上(达到180℃)而不沸腾，但若继续加热，将会产生带有爆发般猛烈的沸腾。该蒸气在100℃的温度下体积是100℃下水的体积的1700倍。
本发明的又一个目的是用一系列三个串联(in line)阀，隔离所述脱气室。这些阀为电子阀并由在线计算机控制器进行控制。
本发明的又一目的使在一定压力下将脱气的供应水加热到260°F，随之将其喷射到加热到350°F的真空室中，并使其在真空室中以爆发方式迅速气化，从而提供压力和气化而使真空室成为冷凝器。
本发明的又一个目的是提供一种温度为20°F的盐水冷却对流热交换器，以将被气化和加压的蒸气冷凝成为常温状态下的化学意义和生物学意义上的净化水。
本发明的又一个目的是提供一个带紫外线光源的蓄水箱，用于维护水的无菌状态，并提供高水位和低水位传感器，用于通过在线微处理器调整系统的工作。
本发明的又一个目的是提供一个增压泵，该泵通过串联的压力传感器可提供一理想的压力以及流过系统的流体，。如果需要的话，所述的该压力和流体的量可通过串联的泵得以小幅提高。
本发明的又一个目的是传递本发明中的水，水从蓄水箱流出，流经一胶质矿物交换柱(以代换微量矿物质)，并最后经过碳过滤柱以保证水质的新鲜及味道。
本发明的又一个目的是提供一种由电(或其他能量源)加热的植物油，该油在预热热交换器中和被加热的真空室中经套管循环流动。
本发明的又一个目的在于提供一个电制冷装置，用于冷却对流冷凝室中的盐水并为预热器提供热量。
本发明的又一目的在于对系统的各部分提供回溅(back wash)能力，这包括一可使系统保持清洁的水垢可溶性饮用水。这一回溅过程由计算机处理器进行定时和排序。
本发明的又一个目的在于提供4个排气离心真空室和4个加热真空蒸发室，其中当传感器根据温度的工作点、压力及真空度指示该单元有效时，每一个室均以批处理方式工作并由计算机控制器排序。
本发明的其他目的和优点要么将在下面的描述中被提到并由此变得更加明显，要么可以通过对本发明的实施来了解。通过在所附权利要求书中特别指出的有关装置和方法，可以得到本发明的所述目的和优点。
根据在此对本发明的原理所做的具体的和广泛的描述，示出了一种水净化装置，其能够在各种场合下，如家庭，饭馆，旅店和军事部门连续，完全地实现水的净化，并在所需场合进行海水淡化。该设备可去除所有化学品，杀死所有微生物并给水补充基本的矿物质。该装置包括由计算机监测和控制的系统，用于给水脱气，超温加热并使水爆发进入真空室中，可在其中立刻得到水蒸气。该水蒸气在一对流冷盐水装置中冷凝并存储在带有紫外线灯的蓄水箱中，并由增压泵将水经一使水保持新鲜并保证去除异味的矿物质补充柱和碳过滤柱送到使用地。
还提供了一容纳装置，用于将本发明装置中的各部件一起组织在一紧凑的罩体内。整个装置由一系列传感器，驱动装置和计算机处理器监控。
最好是，为了安装和操作上的简便，所述容纳装置和所有零部件被以紧凑的方式罩在一起并封装起来。本发明的装置可以置于室内或室外。
在此共同组成并构成本说明书的一部分的有关附图，示出了本发明的最佳实施例并用来解释本发明的原理。
结合附图，根据以下所做的详细说明，可以进一步理解本发明的实质，目的和优点，其中，相同的零件以相同的参考标号表示，其中
图1为一整体示意图，示出了带有各不同部分的整个装置，并示出了其工作机理；图2是有关于输入水预热器单元的详细示意图，该预热器单元对于来自冷却制冷装置冷凝器的水进行预热，图中示出了在对流方向上的热气流和冷输入水的流动情况，其中气体管道被套在水流管道的内侧；图3是脱气离心真空室的详细示意图；图中示出了由计算机排序，按批处理方式工作的4个此类真空室中的一个；图4是对流热交换器的详细示意图，其可以在压力下将脱气水的温度提高至260F。
图5是本发明的加热的真空膨胀室的详细示意图，图中所述膨胀室带有热源和调节器阀机构。
图6是一个用于冷却蒸气馏出液的盐水对流热交换器的详细示意图；图7是一个常温蓄水箱的详细示意图，其带有水位传感器和紫外线处理箱；图8是一个过滤箱的详细示意图，其中1)为矿物质补充柱2)为碳过滤柱。
下面将详细描述了本发明的优选实施例，附图中图示了有关实例。在这些附图中，相同的参考标号用于表示相同部分。
图1-8示意性地图示3本发明的水净化和调节装置。图1示出了本发明整个系统的总体示意性结构。来自水源的未经任何处理的水经管道1进入系统。在图2中，水流随后流入对流热交换器2，在其中，水流被预热且来自压缩机的气体被冷却。水流经管道1进入热交换器2。被加热的致冷剂经管道2a进入热交换器，其中管道2a在管道2b的内横跨整个系统。所有的管道由连接装置2c固持。该系统以对流方式实现流动并提供了最快速的热交换器。所供的水流随后进入总管15并经管道16被分配到图3中的脱气罐11，并由受计算机38调节的阀10控制。
所述4个脱气罐均具有容积大约为4升的以离心方式工作的内罐11i。离心运动由位于罐底部11g上的小型高速马达11h驱动而实现。在罐外有一入流阀10，一出流阀14和一真空阀12。水流入到离心室中，在其中以每分钟3～4千转的速度转动，所述离心室位于一个真空度为18～20英寸的真空室中，该真空室是用循环真空泵9抽真空10～20秒之后得到的。随后，装置停动且真空阀关闭，水被排入到总管40。4个脱气室由计算机排序，其中之一总被充满，另一个为空，且另外二个进行自旋或抽真空。有关脱气的详细操作如下所述。被预热后的所供水经管道16和阀10进入脱气室，并通过障体11j的开口11k进入离心室11i。水被旋转水喷头11d喷射到室11i的内壁上。离心室11i由马达11h带动以每分钟3～5000转的速度转动，同时经管道17保持真空状态。用障体11j和11b防止水对真空状态的影响。真空口11c位于障体11b之上。按顺序，真空状态被施加，离心速度达到最大，并且水被喷射到室11i的内壁上。真空状态解除并经过脱气后的水经管道13和阀14流出。
随后，脱气水进入对流热交换器25，在此，水被加热到260°F。在图4中，被加热到260°F的植物油经管道25b进入到热交换器25中。脱气水流经管道40。在对流交换器中获得热量之后，被加热的脱气水流出管道26。经管道25a流出的油被再次加热。隔离装置43封闭加热油的管道。然后所述水流流入通道26，在此，水经过阀27被喷入被加热的(360°F)真空膨胀室。图5示出了一经过加热的真空膨胀室20。温度为250°F，压力为10PSI的脱气水经阀27和管道28(经过障体20c)，通过喷射口20b喷射到所述室的内壁上。所述室的内表面的温度为350°F。在喷射之前，一真空状态被推入管道23，该管被障体20d挡住。该真空状态被阀24,21和27限定在管内。阀27打开进行喷水，然后阀27关闭且阀21打开，以允许蒸气经开口22排出。所述室然后进行再循环。所述水立即被蒸发，在蒸气经阀21和管道22排入到对流盐水冷却器30中，将各种残余物质留下。图6示出了用于冷却和蒸馏物的盐水对流热交换器。蒸气经管道22进入对流热交换器，被冷却的盐水(20°F)以相反方向经管道30b进入。被冷凝的凉的净化水经管道30a排出，并且载热的盐水经管道30c排出以回到冷却器。冷却的盐水管道由盖8隔离。于是不含微生物的水就被排入到蓄水箱31。图7示出了用于净化水的蓄水箱31。净化水经管道31b进入该水箱。水位传感器39和39a控制着该系统的工作。紫外线管31a保持净化水的无菌状态。水随后由泵32泵入到过滤箱。水位传感器39将数据送到用来控制系统不同工作区的计算机中。水箱中装有紫外线杀菌灯以保证水的持续无菌状态。然后水经泵32被送到使用地。图8示出了本发明的过滤箱，该过滤箱由带管道装置的矿物质补充柱、活性碳过滤柱，自动阀装置和自动回溅装置组成。来自蓄水箱的净化水经管道33a进入矿物质代换装置33。该矿物质代换装置包括有多孔石，该多孔石含有经过仔细计算过的矿物成分，这种多孔石例如可以是具有适当的矿物质胶体的浮石。矿物质胶体混合物被放置在供应水箱33b中并被设计成经过柱33、管道33g和33d按需要的量进行循环。循环完成之后，任何多余物被喷射到33f。该溶液可以根据需要流经管道33g以对整个系统进行回溅工作。来自管道33a的水经过自动回溅系统，管道35进入自动回溅器34a，然后，经过管道34d到达碳过滤柱的底部并且随后流出管道37到达使用地。
预热器(热交换器)25由来自热源和泵29的植物油(260°F)加热，通过泵入管道41并经其航道总管42的植物油，可将真空膨胀室20的热套管保持在350°F的温度上。管道43,41和42均为双用管道(既是入流管，也是出流管)。
由于在本装置的设计中有4个并行的批处理步骤，所以水流与经过系统的水流区别不大。
自动回溅过程由计算机控制，并且可在不需要水箱31的水位指令的情况下进行。
因为在此所教授的本发明原理的精神和实质范围内可以产生多种可变化的不同实施例，并且因为可以针对这里根据法律要求进行了详细描述的实施例做出许多修改，所以应该明白，此处所做的详细介绍是说明性的，而不具有限定意义。
权利要求
1．一种水净化方法，包括以下步骤a)提供一定量的经过脱气的水；b)将经过脱气的水加热到至少260°F；c)将加热后的脱气水喷射到真空室以将其进一步超温加热到至少350°F；并且d)使经过超温加热的脱气水以爆发方式气化，迅速蒸发并在对流冷却器中冷凝。
2．如权利要求1所述的方法，进一步包括将冷凝水排入蓄水箱中的步骤。
3．如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述水经矿物质柱和碳过滤柱泵出，以补充微量矿物质并除去残余异味的步骤。
4．如权利要求1所述的方法，进一步包括将输入水管线与对流热交换器相连接的步骤，以便将输入水预热并冷却制冷装置中的“高侧”气体。
5．如权利要求4所述的方法，其中，所述热交换器还包括位于气体管路之内的第一对流管路。
6．如权利要求4所述的方法，其中，流入到对流交换器的水具有与排出气体相同的温度，并且排出的水与输入的气体具有相同的温度。
7．如权利要求1所述的方法，进一步包括设置电控阀以控制输入水进入系统、保持系统状态或在紧急情况下切断水流通道的步骤。
8．如权利要求1所述的方法，其中，被处理的水经总管和电子阀系统进入离心真空室带，关闭两个电子阀且其中所述离心力构成薄的水层和真空状态并且离心力将在所供水中溶解的气体去除。
9．使用水净化系统的场合，具有a)用于将脱气水加热到至少260°F的装置；b)可接收加热后的水并以爆发方式使水气化的被加热的真空室；以及c)用于冷凝和冷却所述水以供使用的装置。
10．如权利要求9所述的系统，其中，水在对流冷却器中冷凝。
11．如权利要求9所述的系统，进一步包括矿物质柱、碳过滤柱，用于补充微量元素并去除冷凝水中任何残存的异味。
12．如权利要求9所述的系统，进一步包括容纳装置，其中，输入水管同对流热交换器相连接以便对输入水进行预热，同时在制冷装置中冷却“高侧”气体
13．使用所述水净化系统的场合，包括a)将脱气水加热到至少260°F的温度；b)用于接收经过加热的水并以爆发方式蒸发水的被加热的真空室；c)用于冷凝和冷却水以供使用的装置；以及d)在使用之前在水中代换矿物质的装置。
14．如权利要求13所述的系统，进一步包括热交换器，热交换器还包括在气体管道内形成水管道的对流管道。
15．如权利要求13所述的系统，其中，流入对流交换器的输入水与排出的气体温度相同，且所排出的水与所输入的气体温度相同。
16．如权利要求13所述的系统，进一步包括电控阀，用于控制输入水进入系统，在紧急状态下保持或切断水流的通道。
17．如权利要求13所述的系统，其中，设置有连接至总管和电子阀系统的离心真空室带，用以接收冷凝和冷却水。
18．如权利要求13所述的系统，进一步设置有一种经电加热(或气加热或其他能量源加热)的植物油，所述油在所述“预热”热交换器中和被加热的真空室中经套管循环工作。
19．如权利要求13所述的系统，进一步设置有电制冷装置，用于冷却对流冷凝室的盐水并为供水“预热”热交换器提供热量。
20．如权利要求13所述的系统，进一步为系统的各部分设置回溅系统，其中含有水垢溶解的饮用水，用来使系统保持清洁；由计算机处理器对回溅进行定时和排序。
21．如权利要求13所述的系统，其中，所述单元设置了至少4个脱气离心真空室和4个被加热的真空蒸气室，其中当传感器根据温度的工作点、压力及真空度指示该单元有效时，每一个室均以批处理方式工作并由计算机控制器排序。
全文摘要
一种由计算机进行监控的水处理系统,可对水进行排气、超温加热并在真空室(20)内对水进行爆发,得到蒸汽。该蒸汽在冷却对流盐水装置(30)中冷凝,存贮在带有紫外灯的蓄水箱中,并由增压泵输送,经矿物质补充柱(33)和碳过滤柱送到使用场合,保证水质新鲜无异味。
文档编号C02F1/06GK1228714SQ9719757
公开日1999年9月15日 申请日期1997年6月27日 优先权日1996年6月27日
发明者罗伯特·R·霍尔库姆 申请人:罗伯特·R·霍尔库姆