通过用经由光缆的太阳光加热对水的净化的制作方法
【专利摘要】一种用于净化水并且将水从水体（50）向上引导的装置（100），所述装置包括：中空的竖直结构，所述结构包括第一空间（110），所述第一空间具有用于待净化的水的供应开口（112）；用于该水的蒸煮装置（111），该蒸煮装置用来自光纤（12）的光来驱动；用于对来自所述蒸煮装置的水蒸气进行冷凝的冷凝器（133）；用于盛装冷凝水的容器（131），所述容器连接到所述冷凝器；以及在所述空间与所述冷凝器之间的用于水蒸气的管道装置（120）。所述空间与所述水体自由地连通。所述容器的出口被布置在所述蒸煮装置中的一个加热位置上方。本发明还涉及一种方法。
【专利说明】通过用经由光缆的太阳光加热对水的净化
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装置和方法，用于净化水并且将水从水体中的一个位置运输到更高高度处的一个所需运送地点。更具体而言，本发明涉及使用太阳能的这种净化和运输。
【背景技术】
[0002]为了产生用于饮用、灌溉等的水，经常需将水脱盐并且/或者将其从传染剂和其他污染物中净化出来。在许多情况下并且在许多地方都存在这样的需要，而此时并没有可靠的电力源。各实例包括在发展中国家、在海上或在孤岛上的小规模使用。此外，通常希望使用的是可再生能量来源，而不是通常源自化石燃料电厂等的电能。因此，有必要使用太阳能来净化水 。
[0003]执行此净化的一种方式是使用太阳能电池来产生电能，该电能随后驱动常规的脱盐和/或净化装备(plant)，例如基于渗透作用。这样的方法效率较低，部分是由于常规太阳能电池的损耗较大。此外，此种设备通常较为复杂，从而导致购置成本较高并且维护昂贵，进而限制了使用领域。
[0004]已提议的另一种方式是使用US3，960，668中描述的那种类型的浮动蒸煮装置，其中将包括蒸煮器的盖子浸入水体中，并且其中使用太阳光来加热蒸煮器，其中太阳光是通过使用布置在水表面上方的透镜而聚焦在所述蒸煮器上。随后将蒸发的蒸气引导到冷凝器中，在所述冷凝器中该蒸气汇集成冷凝的蒸馏水的形式。
[0005]此种装置需要:将待净化的水泵送到蒸煮器中；将残余的水从蒸煮器中泵送出来；以及将净化水从用于盛装冷凝水的容器中泵送出来。此外，还需要各种通风管和其他外围设备。因此，此种装置相对较复杂且昂贵，需要大量维护并且还需要可靠的电源来驱动该设备。透镜相对于日光的角度是可变的，因为该角度在水中是倾斜的，从而导致随着时间的过去光无法聚焦在同一点处。此外，所述装置在其靠近水表面的位置处暴露在自然环境中，由此，水和残余水的飞溅将限制可以聚焦在蒸煮器上的光的量。最后，此种蒸煮装置的效率相对较低，因为需要大量能量来将水体中的水从环境温度加热到沸点。
【发明内容】
[0006]本发明解决了上述问题。
[0007]因此，本发明涉及一种用于净化水的装置，所述装置包括中空结构，所述中空结构又包括:第一空间，所述第一空间包括用于待净化的水的供应开口和用于该水的蒸煮装置，所述蒸煮装置被布置成用于使用聚焦的太阳光的能量来将水加热到沸点，所述聚焦的太阳光经由用于太阳光的供应装置而被供应到第一空间中的某一加热位置；用于对来自蒸煮装置的水蒸气进行冷凝的冷凝器；以及用于水蒸气的管道装置，所述管道装置被布置成用于将水蒸气从所述第一空间带到所述冷凝器中，并且其特征在于，换热器被布置成用于将来自蒸煮装置中已经蒸发的热水蒸气的热能或来自仍然温热且源自该蒸气的冷凝水的热能，传递到将通过所述供应开口被引入到第一空间中的待净化的水。【专利附图】
【附图说明】
[0008]在下文中，将参照本发明的示例性实施例和附图对本发明进行详细描述，在附图中:
[0009]图1a为根据本发明的用于净化并且运输水的第一装置的说明性草图，该装置紧紧固定到底部；
[0010]图1b为根据图1a的装置的说明性草图，但是其中该装置漂浮在表面上；
[0011]图2为根据本发明的用于净化并且运输水的第二装置的说明性草图，该装置包括有光聚焦在其上面的一个蒸煮器，以及一个换热器；
[0012]图3为根据本发明的用于净化并且运输水的第三装置的说明性草图，该装置包括一个蒸煮器和一个换热器；
[0013]图4为根据本发明的用于净化并且运输水的第四装置的说明性草图，该装置包括两个蒸煮器和两个换热器；
[0014]图5为根据本发明的用于净化并且运输水的第五装置的说明性草图，该装置包括根据图1的装置、一个蒸煮器和一个换热器；以及
[0015]图6示出了根据本发明的一个吸引器。
[0016]对于相应细节，所有图共享相同的参考编号。`【具体实施方式】
[0017]图1a和图1b示出了一种装置100，用于净化水并且将作为非净化水的水体50 —部分的净化水从其原始位置从水体50向上运输。装置100包括一个中空结构，该中空结构又包括蒸煮空间110、细长的管道装置120以及上部分130。优选的是，管道装置120采用中空圆柱体的形式，它将蒸煮空间110连接到上部分130，使得这两部分可以自由地彼此连通。在本文中，这两个空间彼此“可以自由地连通”应被解释为，气体和液体可以在这两个空间之间自由地流动，而没有任何中间障碍。
[0018]在操作过程中，装置100至少部分地(优选为完全地)定位成以竖直操作位置浸入水体50中，如图1a和图1b所示，根据优选实施例，在所述竖直位置中，水蒸气可以从蒸煮空间110在管道装置120中基本上笔直地上升。
[0019]蒸煮空间110包括用于来自水体50且尚未净化的水的供应开口 112。此外，在蒸煮空间110中存在一个蒸煮装置111，该蒸煮装置被布置成用于在空间110中的某一加热位置处将非净化水加热到其沸点，使得有足够量的蒸气从该水中分离。
[0020]优选的是，蒸煮空间110采用从下方打开的兜帽形结构的形式，使得足够量的水可以通过自循环在蒸煮空间110中翻滚。这使得，在具有高浓度污染物的水被部分蒸发之后，该水可以用额外的非净化水进行稀释，而无需用自循环以外的某种其他方式来执行混合。同时，优选的是，加热位置被布置在供应开口 112的上方，从而避免尚未蒸发的加热水发生过度稀释这种形式的功率损耗。
[0021]蒸煮装置111从光纤电缆12接收其能量，所述光纤电缆在操作过程中将光从地面60上方(由此也在水体50的表面51上方)的聚光装置10传送到蒸煮装置111。聚光装置10包括镜子11，该镜子本身是常规的并且被布置成用于从较大表面聚焦太阳光并且将该光引导到光纤12中。例如，该装置可以包括一个抛物线型的主反射镜和一个较小的辅助反射镜，后者被布置成用于将主镜所反射的光束引导到光纤端中。优选的是，入射的太阳光所聚焦的表面至少为10m2。这样，可以将足够的光能通过光纤12而向上带到蒸煮装置111，从而在空间110中对水实现足够强烈的蒸煮，由此实现当前目的。
[0022]蒸煮装置111可以利用太阳能，从而用本身常规的方式来加热水，例如通过将入射光导到空间Iio中的一个黑体上，这样该黑体被加热并且间接地加热了水。
[0023]蒸煮空间110的上面对管道装置120开放，使得从蒸煮过程分离出来的蒸气可以通过管道装置120上升并且向前进入上部分130中。后者包括用于对来自蒸煮装置的水蒸气进行冷凝的冷凝器133。
[0024]在图1a和图1b中，所示的装置100均具有两个不同所示类型的冷凝器133。可以了解到，可以使用这两种冷凝器中的任一者，或冷凝器的组合，和/或其他类型的冷凝器。然而，优选的是，冷凝器133被布置成用于通过使用周围水体50中的非净化水进行冷却而将水蒸气冷凝成液态。实现这一目的的最简单方式是，在操作过程中将冷凝器133浸没在水体50的表面51下方。
[0025]因此，有用的冷凝器133的第一实例是与水蒸气和冷凝水隔离的且延伸通过上部分130的管道系统133a，由于在操作过程中上部分130中存在温度梯度，故非净化水能借助于自循环而流动通过该管道系统113a。
[0026]第二实例由一系列凸缘133b构成，所述凸缘要么容纳与水蒸气和冷凝水相隔离的非净化水，要么热连接到该水。
[0027]冷凝器133连接到用于盛装冷凝水的容器131并且与该容器自由连通，该容器被布置成用于汇集使用冷凝器133冷凝的水。因此，管道装置120和用于盛装冷凝水的容器131被设计成使得存在一条用于水蒸气的通道从蒸煮空间110经由冷凝器133而延伸到容器131，从而使得空间110可以与容器131自由连通。优选的是，冷凝器133的冷却构件，例如其冷却凸缘133b，被定位在该通道中并且沿着该通道，在容器131的上方或在该容器的内部。
[0028]如图1a和图1b所示，根据优选实施例，上述通道首先向上延伸通过管道装置120，随后再向下延伸到容器131中。根据所示实施例，实现后者使用的是管道部分120的上部分与容器131之间的基本竖直的分隔壁135，以及上部分130中的密封顶板。容器131，优选是整个容器131，优选被布置在比蒸煮空间110更高的高度处。
[0029]使用这样的构造，冷凝水可以被汇集在容器131中，从而不会通过管道装置120向下倒漏。
[0030]容器131被布置具有冷凝水的出口 134，在操作过程中该出口被布置在容器131中的液位132下方。
[0031]在操作过程中，装置100至少部分地定位成浸入水体50中，其中蒸煮空间110向下。在该位置中，空间110将因此与水体50自由连通。此外，除了非净化水的供应开口 112和冷凝水的出口 134以外，上述结构在操作过程中被布置成是关闭的。换句话说，除了出口134以外，该结构由上方气封和液封的容器构成，即使当该结构被浸入水体50中时，所述容器也可以保留一定量的气态水蒸气。
[0032]此外，在操作过程中，出口 134被布置在蒸煮空间110中的加热位置的上方。[0033]在操作过程中，装置100因此被定位成浸入水体50中，其中非净化水经由开口 112而流入装置100中。优选的是，当装置100浸入水体50中时，出口 134保持密封，使得在操作开始时，一定量的大气被保留在容器中。此后，通过向蒸煮装置111供应光能来开始蒸煮。
[0034]因此，在空间110中从非净化水中分离出来的水蒸气向上流到管道装置120和上部分130中。冷凝水被汇集在容器131中。由此，在操作过程中，在一个平衡状态下，气柱121保持在该结构中，该气柱主要由水蒸气组成并且其一端受限于水表面132且另一端受限于空间110中的水表面113。在操作过程中，有可能通过对供应的光能以及/或者经由出口 134的冷凝水排放进行适当控制，来获得加热位置上方的水表面113的稳定水位。
[0035]由于加热位置被布置在出口 134的下方，因此，空间110中稳定水位113也可以被布置在出口 134的下方。因此，表面113作用在中空结构内的气柱上的水压，以及结构中由于蒸煮而引起的蒸气压力，将在中空结构中产生超压。容器131中的冷凝水中将以此超压为主并且在出口 134处也存在此超压。
[0036]从出口 134起，冷凝水将被引导到地面上方的所需运送位置处，在图1a和图1b中所示为用于盛装净化水的水槽20的形式。由于该水随后被蒸馏，因此它也从(例如)颗粒和盐中净化出来。此外，该蒸煮使得任何微生物均可以被有效地消灭。
[0037]此外，无需用外部泵来将净化水从布置在较低高度处的出口 134向上运输到水槽
20。相反，根据优选实施例，只使用上文所解释的自身压力。优选的是，一方面加热位置(因此，水表面113)与另一方面出口 134之间的高度差(因此也是上述气柱121的高度)，被选择得足够大，从而使所得的自身压力足够将净化水向上推到水槽20中。
[0038]优选的是，出口 134被布置成在水体50的表面51下方打开。这样使可获得的自身压力最大化，同时由于它有助于使冷凝器133被布置在水表面51的下方，因此这也简化了水蒸气的冷凝。
[0039]沿着管道140的阀21被布置成:处于关闭位置时，则保持操作过程中装置100中的压力；而在必要时处于打开位置时，则反过来使净化水被运送到水槽20中。可以了解到，只有那么多水可以从容器131中流出，使得出口 134仍然完全布置在水表面132的下方。如果没有发生流出，那么容器131中的水将溢到管道装置120中，因此装置100应能够自动调节。
[0040]根据图1a和图1b中所示的优选实施例，管道装置120被设计成细长的圆柱体，该圆柱体在操作位置中基本上竖直地延伸。例如，该圆柱体借助于上部分130而在其上端关闭。同时，该圆柱体上部分处的开口允许将水蒸气从蒸煮空间110引导到容器131中。这样使得构造不复杂。
[0041]根据同样在图1a和图1b中示出的尤其优选的实施例，它描绘了装置100的截面，其中整个装置是基本上圆对称的。换句话说，空间110、管道装置120和上部分130均为圆对称的，并且容器131被设计成围绕着管道装置120外围上部分的圆形环。优选地，冷凝器133的冷却构件也是圆对称的，而各种较小设备细节，例如蒸煮装置111和出口 134等，可以是不对称的。
[0042]这样的主要圆对称设置允许装置100获得重量的水平分布，从而使得无需考虑昂贵的负载重新分布构造即可以在水50中在其竖直位置中实现平衡。[0043]装置100优选由合适的塑料材料制成。由于装置100在操作过程中含有一定量的气体，因此它会整体浮动。因此，有必要使其在操作过程中在浸入水50中的竖直位置中实现稳定。
[0044]图1a示出了实现该目的的第一优选方式，它所使用的是固定到底部的固定锚180，该固定锚使用链181等来固持住装置100。
[0045]图1b示出了实现该同一目的的第二优选方式，它所使用的是带有附属锚定绳183等的锚定浮筒182，以及带有相连的锚定链185等的槽184。应了解，槽184和/或浮标182也可以整合在装置100本身中。这种其他方式因此使装置100在其操作的竖直位置中自由浮动，以此使在水净化的小规模和/或临时操作过程中对装置100进行定位时的灵活性变大。在这种情况下，有必要对装置100的总密度和重量分布进行选择，使得它可以在水50中竖直地并且在所需深度处浮动。
[0046]根据上述内容的装置100可以有利地用于只使用太阳能就能从海水中获得脱盐的饮用水。该净化水随后可以如上述，被运送到地面上方的所需运送位置以进行使用。
[0047]这样的装置也可以降低到受污染的井等中，从而实现井中水的泵送和净化的组合操作，从而将水运送到地面上方而获得可饮用的饮用水。
[0048]图2示出了用于对从非净化水的水体50中汇集的水进行净化的根据本发明的第二示例性装置200。
[0049]与装置100类似，装置200包括一个中空结构，该中空结构又包括用于尚未净化的水的第一蒸煮空间210，该蒸煮空间在该示例性实施例中被布置在水体50的水表面51上方。空间210包括用于将该水供应至空间210的供应开口，以及用于该水的蒸煮装置，所述蒸煮装置被布置成用于使用经由聚光装置10被供应到蒸煮空间中某一加热位置的能量来将水加热到沸点。在装置200中，空间210本身构成蒸煮装置，并且聚光装置10包括镜子11，该镜子被布置成用于将入射光直接反射朝向空间210。要么空间210作为整体构成加热位置，要么空间210包括上面聚有太阳光的一个黑体。在后一种情况下，紧邻该黑体的区域构成加热位置。
[0050]此外，所述中空结构包括管道243、冷凝器233a、额外的管道244以及用于盛装净化水的水槽20。在空间210中获得的水蒸气在其自身压力下通过管道到达冷凝器233a中，所述冷凝器将该蒸气冷凝成热水，所述热水优选保持至少90°C的温度。所述热水继续流动，通过管道244并且经由压力控制阀22进入水槽20中。
[0051]在冷凝器233a与阀22之间，热水穿过换热器233b，其中热水中含有的热能被传递到已经从水体50经由管道240进入换热器233b中的尚未净化的水中。
[0052]根据优选实施例，换热器233b为逆流型的，从而允许热水与尚未净化的水之间约90%的温差可以很好地用于随后的水中。这样，到达阀22的冷凝水将保持一个温度，该温度只比水体50中水被吸到管道240中的位置处的主导温度高数十摄氏度。同时，从换热器233b流出的尚未净化的水可以保持为至少70°C。
[0053]与使用太阳能的常规水净化技术相比，这样大大增加了水净化过程的效率，因为只需将进入蒸煮装置210中的水从它在换热器233b之后所保持的温度加热到沸点。
[0054]冷凝器233b不一定是离散部件，如图2所示。相反，冷凝器233a可以由换热器233b构成，或者包括作为一种用于将蒸气冷凝成液态水的子部件的换热器233b。已经在蒸煮装置中蒸发的热水蒸气的热能传递到待净化的水，这随后促进或者引起蒸气被冷凝。这样的实施例在图3至图5中示出。
[0055]此外，蒸气的冷凝可以发生在换热器233b的上游、换热器中或下游。因此，换热器233b可以传递来自蒸气或者来自液态水或者来自这二者组合的热能含量，这均取决于当前应用。[0056]已经在换热器233b中加热的尚未净化的水经由管道241、泵260和额外的管道242并通过其供应开口被带到蒸煮空间210中。泵260被布置成用于从水体50泵送水，并且在超压(由于其中沸腾的压力的原因而存在的超压，它超过空间210中的压力)下将该水供应给蒸煮空间210，使得供应的水可以被压入已经加压的空间210中。
[0057]在一定时间的操作之后，盐、颗粒和/或其他污染物将堆积在空间210中。空间210随后可以被排空，方法是将残余水从空间210中经由供应开口(有利地布置在空间210的底部附近)、经由管道242、泵260以及可能的自来水管道245排出去。例如，这种流出可能通过用泵260将水从空间210中泵送出来，或者通过泵中的阀的临时切换来发生，从而使得管道242可以自由地与管道245连通。
[0058]如果在当前操作位置上缺少可靠的电源，那么优选的是太阳能电池装置30等从入射的太阳光产生电压并且将该电压施加到连接到泵260和/或一个控制装置(可以整合在泵中)的电缆31上，从而对泵和/或根据上述内容的任何阀进行控制。在这种情况下，所述控制装置可以接通或断开装备，使得它只在白天操作。或者，这样的操作通过以下方式变得可以自动控制:泵只在有太阳光且因此在电缆31上存在电压时才被驱动。
[0059]这样的系统使用太阳能提供了有效的水净化。
[0060]图3示出了本发明的采用装置300形式的另一个优选实施例。聚光装置10包括镜子11，类似于图1a和图1b中示出的镜子，该镜子被布置成用于对太阳光聚焦引导到光纤13中以进一步运输到蒸煮装置311，所述蒸煮装置被布置在用于尚未净化的水的蒸煮空间310中。蒸煮装置311可以类似于蒸煮装置111，并且被布置成用于将空间310中待净化的水加热到沸点。空间310的供应开口被布置在待净化的水的水体50的表面51上方。
[0061]由于常规光纤中的光阻尼是有限的，并且由于聚焦的太阳光经由这样的光纤从装置10被引导到蒸煮装置311，因此可以使蒸煮空间310相对于镜子11定位方面的灵活性增加，并且聚焦的太阳光可以更有效地用于蒸煮过程中，因为蒸煮装置310不会在尺寸或其他方面进行调适，从而能直接用入射的太阳光加热。
[0062]从空间310中的水表面312蒸发出来的水蒸气，用对应于上述方式的一种方式，通过空间310的上部分中的出口，通过一个管道并且经由一个换热器333 (优选为逆流型)以及一个转换阀380、一个额外的管道344和一个压力控制阀22，进入用于盛装净化水的水槽20中。
[0063]将待净化的水从尚未净化的水的水体50开始引导，使其经由管道340到达换热器333，在所述换热器中，热水蒸气的热能传递到尚未净化的水中。在该示例性情况下，换热器333还构成冷凝器。
[0064]已经通过蒸煮来加压并且已经穿过换热器333的冷凝水的某一份数(优选小于50%)，从阀380开始被引导，经由管道345而被向下带到水体50的表面51下方，并且到达一个吸引器泵装置370上，所述吸引器泵装置经由供应管道371被供应以尚未净化的水并且它被布置成用于将该水向上泵送到换热器333中以用于加热，并且进一步进入用于尚未净化的水的水槽361中。从布置在高于水体50表面51的高度处的水槽361开始，随后使用泵360、供应管道342和空间310的供应开口，将待净化的水压入空间310中。由于泵装置370将水抬升到容器361中，因此与其他情况相比，泵360可以被设计成具有较小容量。
[0065]吸引器泵装置370被布置成用于只使用一方面管道345中的冷凝水(由于空间310中沸腾的压力而处于超压下)与另一方面水体50中现有的仍未净化的水中主导压力之间的压力差，便将后者向上泵送到容器361中。
[0066]图6示出了这样的装置如何可以基于文丘里效应来设计的一个实例。管道345因此将加压的水向上传送到喷嘴601中的一个位置，在此处它与流经管道371的尚未净化的水流汇合。优选的是，管道345、371在这两个水流汇合的位置处被布置成同心管，其中用于加压水的管道345作为内管。文丘里管602使得流速增加并且因此压力下降，这导致管道371中尚未净化的水与来自管道345的冷凝水流一起被吸入。这样，足够量的尚未净化的水可以只通过使用这两个液体流之间的压力差便被泵送到较大高度处。这样的吸引器泵在所属领域中是为人熟知的，并且相应原理同样适用于使用冷凝器上游的水蒸气，以便将尚未净化的水从水体50向上泵送到表面51上方的一个位置。
[0067]因此，这样，蒸发的水蒸气关于压力和温度的能量含量可以用于增加净化过程的效率，从而使该过程变得更有效。
[0068]图4示出了装置400，它构成本发明的额外示例性实施例，它类似于图3中所示的实施例，但是使用了并联的两个蒸煮空间410和420，每个蒸煮空间均包括用于待净化的水的各自的供应开口、各自的水表面412、422和蒸煮装置411、412，所述蒸煮装置被布置成用于使用太阳能将待净化的水加热到沸点，所述太阳能经由各自的光纤13、14从太阳光聚焦装置10进行运送。
[0069]从水体50开始，待`净化的水被引导经由管道440和换热器433a，所述换热器优选为逆流型，其中热能从第二空间420中蒸发的加压水蒸气传递到待净化的水中，由此该水蒸气也发生冷凝。此后，将加热的尚未净化的水引导通过管道441并且通过其供应开口而进入第一空间410中；以其中蒸发的加压水蒸气的形式将其引导通过管道422进入第二换热器433b中，所述第二换热器也优选为逆流型并且被布置成用于将蒸气(该蒸气由此冷凝)的热能在它到第二空间420的途中传递到待净化的水中；通过管道443到达类似于吸引器泵装置370且被布置成用于从供应结构449向上泵送尚未净化的水的吸引器泵装置471中。
[0070]向上泵送的尚未净化的水与冷凝水混合在一起被引导通过管道444再通过第二换热器433b从而在其中被加热，而后继续通过管道445并且经由其供应开口而进入第二空间420。来自第二空间420的蒸发水蒸气被引导通过管道446到达第一换热器433a，在所述第一换热器中该蒸气被冷却并且冷凝，从而在随后被引导通过管道447到达吸引器泵470，该吸引器泵也类似于吸引器泵370并且被布置成用于以与吸引器泵471操作模式相对应的方式泵送尚未净化的水，所述尚未净化的水从水体50经由供应结构448而向上供应到吸引器泵470。
[0071]切换阀480、481被布置成用于经由各自的管道450、451和压力控制阀23、22而选择性地将一部分或全部的冷凝水从各自的管道447、443引导到用于盛装冷凝水的水槽20中。
[0072]装置400以交替的方式操作。在第一步骤中，第一空间410因此用于蒸煮待净化的水，方法是经由光纤13来供应太阳能。来自第一空间410的加压蒸气用于使用吸引器泵471和换热器433b将待净化的水向上泵送到第二空间并且用于预热所述水，在此第一步骤中不使用太阳能来加热水。由于第二空间420在此情况下没有通过蒸煮来加压，因此无需使用高供应压力便可以将水引导到空间420中。同时，沿着管道441或与第一空间410的供应开口相连的阀482，可以保持在关闭位置中，从而产生第一空间410中沸腾压力的反压力。冷凝水的某一份数(优选至少50%)可以以净化水的形式经由管道451开始引导。
[0073]在第二步骤中，空间410、420均起到与上述类似但相反的作用，并且第二空间420经由光纤14来加热，而第一空间410则用预热的尚未净化的水来填充。阀482在此情况下是打开的，而在第一步骤中保持打开的阀483现保持关闭，从而在第二空间420中产生反压力。图4示出了根据第二步骤的操作过程中的情况。
[0074]在第二步骤之后，第一步骤再重新开始，从而实现交替的循环操作。一个完整循环的合适周期在20分钟至300分钟之间。
[0075]在该实施例中，优选的是这两个空间410、420包括各自蒸煮空间的热绝缘，使得一个空间中预热的水不会在使用经由相应光纤的太阳能对所谈及的此空间开始加热之前冷却到必要温度以下。
[0076]为了控制这些阀以及将起作用的光纤，优选使用控制装置40，该控制装置经由电缆32由太阳能电池装置30来供应能量，所述太阳能电池装置用于从入射的太阳光产生电压。控制装置40也可以被布置成用于打开两个相应空间410、420中的相应底阀(foot-valve) 413、423,以使残余水从将开始填充尚未净化的水的空间中流出，这与从一个步骤到另一个步骤的操作模式切换有关。
[0077]同样优选的是，控制装置40配备有溢出保护功能，从而防止将过多的尚未净化的水供应给目前填有水的空间。
[0078]这样，这两个蒸煮空间410、420中的任一者可以始终经由各自的光纤13、14而用太阳光来加热，从而对水进行蒸煮以净化。同时，当前未加热的空间可以添加新的预热的7JC,以在下一个加热阶段中对水进行净化。除了经由这两个光纤13、14供应的太阳光以外，只在外部供应的能量也是驱动控制装置40所需的能量。
[0079]图5示出了只具有位于地面60上方的一个蒸煮空间510的装置500形式的额外优选实施例。
[0080]与蒸煮空间310、410和420相似，蒸煮空间510包括:蒸煮装置511，它经由光纤13被供应光能并且从太阳光聚焦装置10延伸出去；水表面512 ;以及用于使残余水流出的底闽513。
[0081]来自蒸煮装置511的蒸发水蒸气被引导通过管道542并经由冷凝器/换热器533(类似于上述换热器并且优选为逆流型)、额外的管道543和压力控制阀22而到达用于盛装冷凝水的水槽20。
[0082]根据图1a和图1b相关的上述内容的装置100进一步被布置成至少部分地浸入水体50中，其中开放的蒸煮空间被布置成用于使用通过光纤14运送的太阳能来对尚未净化的水进行蒸煮。如上所述，这样使得装置100的容器中的加压冷凝水的量变多。此加压冷凝水从容器的出口流出，并且被引导通过管道544进入图3和图4相关的上述类型的吸引器泵570中，所述吸引器泵570被布置成用于将冷凝水与通过入口 571被吸到泵中的尚未净化的水一起，向上泵送通过管道540，经由换热器533和额外的管道541并且继续经由其供应开口到蒸煮空间510上并进入空间中。在换热器533中，热能从空间510中蒸发的水蒸气中传递，所述换热器如上所述对向上泵送的水进行预热。
[0083]重要的还有，在空间510的供应开口附近的管道541中获得压力取决于装置100在其气柱的高度方面的尺寸设计(如上所述)，以及装置100与空间510之间的高度差、吸引器泵570的设计、管道544、540、541中以及换热器533等中的压力损耗。根据优选实施例，当根据当前实施例来应用本发明时，这些和其他参数经选择使得管道541中的供应开口处可获得的压力超过在操作过程中空间510中沸腾时的操作压力。换句话说，通过管道541运送的水将保持这样的高压，使得它可以被压入空间510中，从而以与其中存在的水被蒸发的速度相同的速度来填充该空间。如上文关于图2至图4所述，空间510中的压力使用压力控制阀22来控制。
[0084]必要时，待净化的水流到空间510中可以使用随着管道544以及/或者在吸引器泵570中和/或沿着管道540的合适的阀来控制。
[0085]根据优选实施例，底阀513使用日光阀来控制，该日光阀本身是常规的并且有利地被布置成底阀513的一部分并且用于当入射到日光阀上的太阳光的强度下降到预定值以下时打开底阀，从而使得空间510排空残余水。
[0086]因此，这样，可以实现自动调节系统以在白天产生净化的脱盐水并且将其运送到水槽20，该系统也会在黄昏时刻自动排空残余水，从而在第二天，当通过光纤13、14再次开始运送太阳能，该系统重新用待净化的水来填充。这在没有任何外部供应能量的情况下发生，其中只有用镜子11和日光阀捕获到的太阳能。此外，装置500可以用最少的可移动零件来构建，这样降低了系统的维护需求。最后，它可以用标准零件轻易组装，从而使安装成本较为高效。
[0087]上文中已经描述了优选实施例。然而，所属领域的技术人员将明白，可以在不脱离本发明的概念的情况下对所描述的实施例作出许多修改。
[0088]例如，结合图1a和图1b描述的那种类型的装置可以只用作一个太阳能驱动泵，例如用于从井中向上泵送已经可饮用的水。
[0089]此外，图2中所示类型的装置也可以使用根据图1a和图1b的任一装置，或者使用结合图3至图5所述类型的吸引器泵，来供应尚未净化的水。
[0090]图2至图5中所示的装置可以如根据图1a和图1b的装置一样，用于从井中向上泵送并且净化水。
[0091]此外，供应的太阳能可以用于将产生的水蒸气的温度增加到超过100°C，例如到至少120°C或甚至更高，从而实现甚至更好的水消毒。
[0092]因此，本发明不应限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。
【权利要求】
1.一种装置(100)，用于净化水并且将作为非净化水的水体(50) —部分的净化水从其原始位置并从所述水体向上运输，所述装置包括细长的中空结构，所述结构可以放置在所述结构基本上被竖直布置的竖直操作位置中并且又包括: 第一空间(110)，所述第一空间包括用于待净化的水的供应开口(112)和用于该水的蒸煮装置(111)，所述蒸煮装置被布置成用于使用通过光纤(12)被供应到所述第一空间中的某一加热位置的光，来将所述水加热到沸点； 用于对来自所述蒸煮装置的水蒸气进行冷凝的冷凝器(133)； 连接到所述冷凝器的用于盛装冷凝水的容器(131)，所述容器包括在所述装置的操作过程中布置在所述容器中液位(132)下方的出口( 134)；以及 用于水蒸气的管道装置(120)，所述管道装置将所述第一空间的上部分连接到所述冷凝器，使得所述第一空间与用于盛装冷凝水的所述容器自由地连通； 其特征在于所述第一空间被布置成当所述结构处于其操作位置中并且至少部分地浸入所述水体中时与所述水体自由地连通，除了所述供应开口和用于冷凝水的所述出口以外，所述结构在操作过程中被布置成关闭，并且所述容器的所述出口在操作过程中在所述操作位置中时被布置在所述加热位置上方。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于所述冷凝器(133)在操作过程中被布置成浸入所述水体(50)中，并且它被布置成用于使用所述水体周围的水来冷却所述水蒸气。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于所述管道装置(120)和用于盛装冷凝水的所述容器(131)经设计使得，在所述竖直操作位置中，水蒸气可以从所述第一空间(110)被引导到所述容器(131)所通过的通道，包括所述管道装置(120)，它首先向上延伸并且随后向下延伸到所述容器，所述容器被布置在高于所述第一空间的高度处。
4.根据权利要求3所述的装置(100)，其特征在于，在所述竖直操作位置中，所述冷凝器(133)包括冷却构件(133a ;133b)，所述冷却构件被布置在用于盛装冷凝水的所述容器(131)上方或所述容器中的用于水蒸气的所述通道中。
5.根据权利要求3或4所述的装置(100)，其特征在于所述管道装置(120)被设计成细长的圆柱体，所述圆柱体在所述操作位置中被布置成基本上竖直延伸并且在其上端关闭，并且所述圆柱体的所述上端处的开口被布置成用于将水蒸气从所述第一空间(110)引导到用于盛装冷凝水的所述容器(131)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述装置包括一个阀(21)，所述阀限制冷凝水从所述容器(131)中流出来并且由此在其中维持超压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于所述光为太阳光，所述太阳光在操作过程中在所述水体(50)上方的一个位置处被聚焦并且被传送到所述光纤(12)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述出口(134)在操作过程中被布置成在所述水体(50)的所述表面(51)下方打开。
9.一种方法，用于净化水并且将作为非净化水的水体(50) —部分的净化水从其原始位置并从所述水体向上运输到所述水体上方的所需运送位置(20)，所述方法包括以下步骤:a)布置一个至少部分浸入的中空结构，所述中空结构包括:第一空间(110);用于盛装冷凝水的容器(131 )，所述容器包括一个出口( 134)，所述出口被布置在所述容器中的液位(132)下方；以及在所述第一空间与所述容器之间延伸的一个管道装置(120)，经由所述管道装置，所述第一空间和所述容器可以自由地连通； b)向所述第一空间供应待净化的水，并且在其中使用通过光纤(12)被供应到所述第一空间中某一加热位置的光能，来蒸煮该水； c)使所蒸发的水蒸气向上升，使其通过所述管道装置到达冷凝器(133)中，在所述冷凝器中，水蒸气被冷凝，并且随后将所述冷凝水汇集在所述容器中；以及 d)使冷凝水通过所述出口流出，以进一步运输到所述运送位置； 其特征在于，使所述第一空间经由供应开口(112)与所述水体自由连通，以及以下操作的组合:第一，使所述结构除了所述供应开口和用于冷凝水的所述出口以外均关闭；以及第二，使用于冷凝水的所述出口被布置在所述加热位置的上方，由此所蒸发的水蒸气形成气柱，所述气柱在所述加热位置与所述出口之间具有足够的竖直延伸，从而形成非净化水的表面(113)，并且使得所述表面作用于所述气柱上的水压以及所述气柱本身的蒸气压力，产生一个压力，该压力只使用其自身压力便足以将所述冷凝水压出所述出口并且向上到达所述运送位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述冷凝器(133)浸入所述水体(50)中，并且使用周围的非净化水在所述冷凝器中冷却所述水蒸气。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使冷凝水从所述容器(131)中流出将通过使用阀(21)来调节，由此在所述容器中维持超压。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，使所述光能通过在所述水体(50)上方聚焦太阳光来获得，所述太阳光随后被引导到光纤(12)中，所述光纤又将所述太阳光传送到所述第一位置(110)中的所述加热位置上。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，使所述出口(134)被布置成在所述水体(50)的所述表面(51)下方打开。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于所述水体(50)被布置在井中，所述水的净化产生了可饮用的饮用水，并且所需运送位置(20)被布置在地面上方。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于所述水体(50)由海水构成并且所述水的净化包括脱盐。
【文档编号】C02F1/14GK103534211SQ201180067705
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2011年12月28日 优先权日:2010年12月29日
【发明者】罗利夫·永恩格林 申请人:H2Do公司