专利名称：脱盐设备和方法
脱盐设备和方法
背景技术：
多年来，为了将液体或气雾剂转变成气相流体，已经研发了许多类型的装置。例 如，已经研发了许多这样的装置以对水脱盐，以便从水中移除过量的盐和其他矿物。含盐的 水或盐水通常包含相当大浓度的溶解盐。海水具有大约35，OOOppm或35克/升的盐度。海 水不适于饮用，也不适于灌溉农作物。可以对水脱盐，从而将其转化成适于人类食用或灌溉的淡水。大规模的脱盐通常 使用大量的能量以及专门的、昂贵的基础设施。因此，使用脱盐后的水来代替来自河流或地 下水的淡水是非常昂贵的。脱盐的三种方法包括真空蒸馏、反渗透和多级闪蒸。在真空蒸馏中，在小于大气压力的压力下将水煮沸。当蒸汽压力等于周围压力时 发生液体的沸腾，并且蒸汽压力随着温度而增加。由于温度的降低，节省了能量。反渗透技术包含半渗透膜和压力，用于将盐与水分离。可以使用比热蒸馏少的能 量。然而，脱盐仍然强烈耗能。
发明内容
在实施例中，提供一种脱盐设备，包括彼此相对的第一端和第二端，在第一端与第 二端之间的线形成轴线，第一端形成用于接收从中通过的并且在比周围大气压力高的压力 下的气流的至少一个端口，且第一端形成用于接收从中通过的并且在比周围大气压力高的 压力下的盐水的至少一个端口，第二端形成用于提供纯净水蒸气的流出的至少一个输出 口，并且第二端形成用于提供水、盐和空气的混合物的流出的至少一个输出口 ；以及在第一 端与第二端之间延伸的至少一个管壳，该管壳围绕用于将盐水蒸发到气流中的多个室，至 少一个室形成与第一端和第二端之间的轴线大致平行地布置的多个通道，且形成从通道的 多个端口，并且所述端口布置在大致相互平行且与第一端和第二端之间的轴线大致垂直的 多行中。在另一个实施例中，提供一种方法，包括在比周围大气压力高的压力下将气流提 供至脱盐设备；在比周围大气压力高的压力下将盐水提供至脱盐设备；在气流中形成涡 流，以从盐水蒸发水蒸气；以及将气流中的水蒸气提供至冷凝器，从而获得纯净水。还公开了其他实施例。
附示了在下面讨论的特定实施例，并且是说明书的一部分。图1-图3图示了脱盐设备的透视图。图4图示了在图1-图3中示出的脱盐装置的输入部分。图5图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的处理部分中的处理室的放大图。图6和图7图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的分离器部分中的分离器室的 放大透视图。
图9-图16图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的处理部分的室中的ν形杯结 构的多种横截面图。图17-图19图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的处理部分的一个室中的三行 ν形杯。图20-图21图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的处理部分的一个室中的五行 ν形杯。图22图示了在图1-图3中示出的脱盐设备的分离器部分的其中一个分离器室中 的分隔件。图23是根据本发明的一个实施例的脱盐过程的示意图。在整个附图中，相同的附图标记和描述表示相似的、但不必需相同的元件。
具体实施例方式下面描述说明性实施方案和各个方面。当然应该意识到，在任何这样的实际实施 方案的开发中，必须做出大量具体实施的决定，以实现开发者的具体目标，诸如遵守系统相 关的和商业相关的约束条件，所述决定根据不同的实施而不同。此外，应该意识到，这样的 开发工作可能是复杂的且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员来说却是常规 的任务。如在整个说明书和权利要求中所使用的，如在说明书、包括权利要求中使用的词 语“包含”和“具有”具有与词语“包括”相同的含义。现在转到附图，并且具体地转到图1-图3，示出了脱盐设备10的实施例。例如， 可以设置彼此相对的第一端15和第二端20。在第一端15与第二端20之间的线形成轴线 25(图1)。第一端15可以形成用于接收从中通过的并且在比周围大气压力高的压力下的 气流30AF的至少一个端口 30。第一端15可以形成用于接收从中通过的并且在比周围大气 压力高的压力下的盐水35SW的至少一个端口 35。第二端20可以形成用于提供纯净水蒸气 的流出的至少一个输出口 45，并且第二端形成用于提供水、盐和空气的混合物的流出的至 少一个输出口。可以设置在第一端15与第二端20之间延伸的至少一个管壳50。管壳50可以围 绕用于将盐水35SW蒸发到气流30AF中的多个室55 (参见图2和图3)，至少一个室55可 以形成与第一端15和第二端20之间的轴线25大致平行地布置的多个通道60。从通道60 的多个端口 65可以形成在至少一个室55中。端口 65可以布置在大致相互平行且与第一 端15和第二端20之间的轴线25大致垂直的多行70中。仍然参考图1-图3，第一端15可以包括输入本体75，该输入本体75具有气流连 接器80、流体连接器85和阀门组件90。气流连接器80可以配置成接收用于向所述气流连 接器提供气流30AF的管子95。流体连接器85可以配置成接收用于向所述流体连接器提供 盐水35SW的管子100。阀门组件90配置成调节向阀门组件提供的盐水35SW的流量。可以调节气流和盐水的输入，用于在脱盐设备内有效蒸发。例如，气流连接器80 可以配置成以大约SOpsi的压力将气流30AF提供到脱盐设备10中。气流连接器80可以 配置成以大约10至50立方英尺每分钟(cfm.)的容量提供气流30AF。气流连接器80可以 配置成在大约100°至150 °F的温度下提供气流30AF。
流体连接器85可以配置成以比气流的压力大大约5至IOpsi的压力提供盐水 35SW，从而提供压力差，以允许盐水35SW进入气流。在一个实施例中，脱盐设备10可以从 纯净水蒸气中提供至少IOml每分钟的水。在另一个实施例中，脱盐设备10可以从纯净水 蒸气中提供至少13. 5ml每分钟的水。输出口可以提供以通向与致冷器连通的通道115，以将水蒸气冷凝成无盐的水。在 一个实施例中，输出口 45可以配置成用于提供水、盐和空气的混合物的流出，并且配置成 将混合物提供至分离器瓶，从而将混合物进一步处理成无盐的水。参考图1-图3，管壳50 可以包括相互流体连通的处理部分105和分离器部分110。处理部分105可以配置成从第 一端15接收气流30AF和盐水35SW。处理部分105可以配置成在分离器部分110之前使至 少一部分盐水35SW蒸发。分离器部分110可以配置成将水蒸气排放至与致冷器连通的通 道115，以将水蒸气冷凝成无盐的水，并且将水、盐和空气的混合物排放到与连通致冷器的 通道115分离的单独通道45中。为了将来自盐水的水蒸发到气流中，处理部分105引导气流和盐水经过室55的端 口 65，以形成围绕轴线25的至少一个涡流，从而将来自盐水的水蒸气蒸发到气流中。例如， 装置中的一个或多个处理器可以配置成沿着气流的方向产生压降，并且该压降使液体蒸发 到气流中。在示例性实施例中，八个处理器中的每一个均可以提供压降，从而将液体蒸发。 每个处理器中的压降均可以在0.75至4磅每平方英寸(psi)的范围内。在一个实施例中， 形成处理部分105的多个室55可以包括不同类型的ν形杯120。这些不同类型的ν形杯 120包括限制性ν形杯102R、三行ν形杯120R3和五行ν形杯120R5。限制性ν形杯120R 可以配置成在其中产生气流30AF和盐水35SW的压降。这增加了在限制性ν形杯120R之 前朝着第一端15的压力，并且允许气流30AF保持额外的水蒸气。处理部分105可以配置 成在分离器部分110之前最大程度使盐水35SW蒸发。分离器部分110可以配置成防止盐从用于提供纯净水蒸气的流出的输出口 40排 出。在实施例中，处理部分105可以配置成在第二端20之前提供盐水的另外的蒸发。可以设置一个或多个法兰125以将处理部分105和分离器部分110分别连接至输 入本体75和输出口 40，与将它们相互连接在一起一样。在不同的实施例中，法兰125可以 是可移除的，用于清洁或修理脱盐设备10。在替代性实施例中，法兰125可以与管壳50 — 体形成，或者可以从脱盐设备10省去。如图2和图3所最佳图示的那样，可以在每个室55之间围绕每个ν形杯120的远 端(朝着脱盐设备10的第二端20)设置环135。环135可以由弹性材料形成，起可移除垫 圈的功能。在其它实施例中，室55可以相对于彼此以其它流体紧密的方式形成。参考图6，示出了一连串的分离器室135。在实施例中，一个或多个分离器室135 可以形成有分隔件140。可以通过每一个分隔件140提供出口 142。在分离器室135中，具 有盐的水的流动通常沿着路径145，并且水蒸气通常沿着路径150。出口 142的半径产生了 这些路径145、150，从而防止盐进入输出口 401。具有凸缘40F的输出口 401的这一结构避 免路径145、150的混合，并且允许沉积物、盐和任何其他非蒸汽材料的聚集，以便通过通道 45分别地收集。这些材料经过第二端20，并且可以分别地进行处理。如果在输出口 401处 没有凸缘40F，则路径145内的材料可能会与路径150混合，从而污染路径150中的水蒸气。 现在看图7，示出了具有用于水蒸气的输出口 40的第二端20的透视图。图7图示了用于盐水和其他污染物的输出口 45。图8图示了脱盐设备10的横截面图。室55示出有出口 122，该出口 122从朝着第 一端15的部分通向随后的室或者朝着第二端20的分离器部分110。如上所述，可以通过经 由多个端口 65的气流而在每一个室55中形成涡流。气流与盐水和任何水蒸气一起通过从 朝着第一端15的部分到多行70的通道60，被接收到每个室55中。在行进经过端口 65并 形成涡流之后，气流经过出口 122继续朝着第二端20行进。这一结构的典型实施例也可以在图9中看到。从左至右，沿着与在图1-图8中所 示的相同的方向，携带盐水的气流与任何颗粒物质和蒸汽一起，经过通道60而进入ν形杯 120。接下来，气流被引导经过多个端口 65以形成涡流。气流随后从出口 122出现，用于在 另一个ν形杯120或分离器部分110中处理。图10图示了相互处于正交关系的气流通道 60和行70。可替代地，通道60和行70可以相对于彼此以另一个角度配置。参考图11，图示了将朝着第一端15的ν形杯120的横截面移除的透视图。从ν形 杯120的内部，能够看到朝着第二端20的出口 122。另外，示出了端口 65以及用于将气流 引导到杯120内部的通道60和行70。图12提供了与图11相似的ν形杯120的示例图。 在该图中，出口 122不可见，但是在ν形杯120的朝着第二端20的端处的槽中设置环130。 图13是另一个图，其中在ν形杯120内朝着第一端15观察横截面图。在图13中示出了通 向端口 65的通道60和行70。在一个实施例中，ν形杯120可以包括与行70连通的端口 65，如图14所示。看图15，并且在一个实施例中，可以设置内部轨道155，以从通道60供给切向的通 道70。由于这一结构，可以设置具有五行或三行端口 65的较低阻力的ν形杯120。在图16中图示了限制性ν形杯120R。在图17-图19中图示了三行ν形杯120R3。 在图20和22中图示了五行ν形杯120R5。图22是具有出口 142的分隔件140的透视图，所述分隔件140具有用于防止水蒸 气与分离室中的其它流体和材料混合并回流的凸缘。现在参考图23，示出了涉及盐水的脱盐的示例性方法2300。方法2300可以包括 2305，在比周围大气压力高的压力下将气流提供至脱盐设备。方法2300可以进一步包括 2310，在比周围大气压力高的压力下将盐水提供至脱盐设备。方法2300还可以包括2315， 在气流中形成涡流，以从盐水蒸发水蒸气。方法2300可以包括2320，将气流中的水蒸气提 供至冷凝器，从而获得纯净水。在实施例中，方法2300可以包括形成涡流在室中发生。例如，这可以包括在将气 流中的水蒸气提供至冷凝器之前，在相互串联的多个室中形成多个旋涡。方法2300还可以包括调节到脱盐装置的气流的流量。可以在大约SOpsi的压力 下提供进入脱盐设备的气流。可以在大约10至50cfm的容量下提供进入脱盐设备的气流。 可以在大约100°至150 温度下提供进入脱盐设备的气流。方法2300还可以包括调节到进入脱盐装置中的盐水的流量。可以在大约比气 流压力大5至IOpsi的压力下提供进入脱盐设备的盐水，从而提供压力差，以允许盐水进入 气流。利用上面指定的规范，例如，脱盐设备可以从纯净水蒸气提供至少IOml每分钟的水。 然而，脱盐设备可以从纯净水蒸气提供至少13. 5ml每分钟的水。
权利要求
1.一种脱盐设备，包括彼此相对的第一端和第二端，在所述第一端与所述第二端之间的线形成轴线，且所述 第一端形成用于接收从中通过的并且在比周围大气压力高的压力下的气流的至少一个端 口，所述第一端形成用于接收从中通过的并且在比所述周围大气压力高的压力下的盐水的 至少一个端口，所述第二端形成用于提供纯净水蒸气的流出的至少一个输出口，并且所述 第二端形成用于提供水、盐和空气的混合物的流出的至少一个输出口 ；以及在所述第一端与所述第二端之间延伸的至少一个管壳，所述管壳围绕用于将盐水蒸发 到所述气流中的多个室，至少一个所述室形成与所述第一端和所述第二端之间的所述轴线 大致平行地布置的多个通道，同时形成从所述通道的多个端口，并且所述端口布置在大致 相互平行且与所述第一端和所述第二端之间的所述轴线大致垂直的多行中。
2.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中所述第一端包括输入本体，所述输入本体具 有气流连接器、流体连接器和阀门组件，其中所述气流连接器配置成接收用于向所述气流 连接器提供所述气流的管子，其中所述流体连接器配置成接收用于向所述流体连接器提供 盐水的管子，并且其中所述阀门组件配置成调节向所述阀门组件提供的盐水的流量。
3.根据权利要求2所述的脱盐设备，其中所述气流连接器配置成以大约SOpsi的压力 提供气流。
4.根据权利要求2所述的脱盐设备，其中所述气流连接器配置成以大约10至50cfm的容量提供气流。
5.根据权利要求2所述的脱盐设备，其中所述气流连接器配置成以大约100°至 150下的温度提供气流。
6.根据权利要求2所述的脱盐设备，其中所述流体连接器配置成以比所述气流的压力 大大约5至IOpsi的压力提供所述盐水，从而提供压力差，以允许盐水进入所述气流。
7.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中所述第二端从所述纯净水蒸气中提供至少 IOml每分钟的水。
8.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中所述第二端从所述纯净水蒸气中提供至少 13. 5ml每分钟的水。
9.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中用于提供所述纯净水蒸气的流出的所述至少 一个输出口包括气流连接器，其被配置成将所述水蒸气提供至与致冷器连通的通道，以将 所述水蒸气冷凝成无盐的水。
10.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中用于提供水、盐和空气的混合物的流出的所 述至少一个输出口配置成将所述混合物提供至分离器瓶，以将所述混合物进一步处理成无 盐的水。
11.根据权利要求1所述的脱盐设备，其中所述至少一个管壳包括彼此相互流体连通 的处理部分和分离器部分，所述处理部分配置成接收来自所述第一端的气流和盐水，且所 述处理部分配置成在所述分离器部分之前使至少一部分所述盐水蒸发，所述分离器部分配 置成将水蒸气排放至与致冷器连通的通道，以将所述水蒸气冷凝成无盐的水，并且将与连 通所述致冷器的所述通道分离的水、盐和空气的混合物排出。
12.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中所述处理部分引导所述气流和所述盐水经 过所述室的所述端口，以形成围绕所述轴线的至少一个涡流，以便将来自所述盐水的水蒸气蒸发到所述气流中。
13.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中形成所述处理部分的所述多个室包括不同 类型的杯，并且所述不同类型的杯包括限制性ν形杯、三行ν形杯和五行ν形杯。
14.根据权利要求13所述的脱盐设备，其中所述限制性ν形杯配置成在其中产生所述 气流和所述盐水的压降，从而增加在所述限制性ν形杯之前朝着所述第一端的压力，并且 允许所述气流保持额外的水蒸气。
15.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中所述处理部分和所述分离器部分每一个均 配置成在所述多个室的至少一个室中产生大约0. 75至4psi的压降。
16.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中所述处理部分配置成在所述分离器部分之 前最大程度使所述盐水蒸发。
17.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中所述分离器部分配置成防止盐从用于提供 纯净水蒸气的流出的所述至少一个输出口排出。
18.根据权利要求11所述的脱盐设备，其中所述处理部分配置成在所述第二端之前提 供所述盐水的另外的蒸发。
19.一种方法，包括在比周围大气压力高的压力下将气流提供至脱盐设备；在比周围大气压力高的压力下将盐水提供至所述脱盐设备；在所述气流中形成涡流，以从所述盐水中蒸发水蒸气；以及将所述气流中的所述水蒸气提供至冷凝器，从而获得纯净水。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述涡流在室中发生。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在将所述气流中的所述水蒸气提供至所 述冷凝器之前，在相互串联的多个室中形成多个涡流。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括调节到达所述脱盐设备的所述盐水的流量。
23.根据权利要求19所述的方法，其中进入所述脱盐设备的所述气流具有大约SOpsi 的压力。
24.根据权利要求19所述的方法，其中进入所述脱盐设备的所述气流具有大约10至 50cfm的容量。
25.根据权利要求19所述的方法，其中进入所述脱盐设备的所述气流具有大约100° 至150 温度。
26.根据权利要求19所述的方法，其中进入所述脱盐设备的所述盐水具有比所述气流 的压力大大约5至IOpsi的压力，从而提供压力差，以允许所述盐水进入所述气流。
27.根据权利要求19所述的方法，其中所述脱盐设备从所述纯净水蒸气中提供至少 IOml每分钟的水。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述脱盐设备从所述纯净水蒸气中提供至少 13. 5ml每分钟的水。
全文摘要
公开了一种脱盐设备，以及涉及脱盐的方法。在实施例中，脱盐设备包括用于接收从中经过的气流的至少一个端口，用于接收从中经过的盐水的至少一个端口，用于提供纯净水蒸气的流出的至少一个输出口，和用于提供水、盐和空气的混合物的流出的至少一个输出口；以及用于将盐水蒸发到所述气流中的多个室，至少一个所述室形成布置在多行中的多个端口。在实施例中，方法包括将气流提供至脱盐设备；将盐水提供至脱盐设备；在气流中形成涡流，以从盐水蒸发水蒸气；以及将气流中的水蒸气提供至冷凝器，从而获得纯净水。
文档编号B01D21/26GK102137701SQ200980131778
公开日2011年7月27日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月13日
发明者凯利·P·洛克, 小布鲁斯·E·纳度 申请人:莱特塞德股份有限公司