蒸汽吸收系统的制作方法

专利名称：蒸汽吸收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将蒸汽吸收入液体的系统和方法。该系统具有多种应用，但对液体混合物如具有杂质的水的蒸馏特别有用。也可以应用作为热传递系统。然而，该系统不限于这两种应用。在化学中，吸收是物理或化学现象或过程，其中，原子、分子或离子通过按体积接收而进入一些凝结相。在本申请中，我们特别关注蒸汽进入液体的吸收。
背景技术：
通常，蒸汽吸收技术具有特定的应用。它们通常是相对较慢的过程，除非发生某些化学反应。因此，吸收过程具有相对有限的应用。然而，本发明认识到一种获得非常快的吸收率的方法，其中，不涉及化学反应，其结果是，蒸汽吸收系统可用于之前从未被考虑过的 应用中，或至少不可行的应用中。随着上述新型蒸汽吸收系统的公开，还公开了利用蒸汽吸收系统的新型和改进的蒸馏系统和热传递系统。当然，蒸馏是众所周知的工艺。其通常用于传统的过滤技术在净化液体混合物方面不很有效的场合。传统的蒸馏需要使用热能来引起蒸汽的产生，然后，该蒸汽通过冷凝器以将蒸汽冷凝回液体以供使用。虽然传统的蒸馏通常在净化液体例如水的方面是有效的，但是，能源成本巨大并通常不经济。针对该工艺的改进明显增加了效率，但改进工艺对普通用途的水的净化来说仍然过于昂贵。提高蒸馏工艺效率的努力包括在低压下运行的尝试。众所周知，在低压条件下，液体的蒸发发生得更快。然而，由于与蒸发和冷凝子系统连接的抽真空系统所带来的困难和花费，这样的系统不是很成功。一个尝试的例子公开在US3864215 (Arnold)中。该公开的系统使用文丘里管的低压区域来提供降低的压力。这特别适用于海洋环境，但是由于其还是使用了冷凝器，故仍然有些复杂。热传递系统也是众所周知的。空调和制冷系统从属于这一广义范畴。众所周知，传统热交换系统使用非常大量的能量来传递能量。新型蒸汽吸收系统的使用充分提高了热传递系统的效率或C. O. P. (co-efficient of performance,性能系数)。

发明内容
相应地，本发明提供一种适于接收蒸汽的蒸汽吸收系统，包括具有工作液体的真空泵，其中，蒸汽由工作液体接收并在其中冷凝，以提供与工作液体混合的冷凝液体。根据本发明的一个优选特征，系统内的蒸汽的吸收有效地引起更多的蒸汽的产生。根据本发明的一个优选特征，真空泵为文丘里管真空泵，工作液体为流经文丘里管真空泵以产生对蒸汽产生影响的真空的液体。根据本发明的一个优选特征，提供第一热交换装置来支持蒸汽的产生。
根据本发明的一个优选特征，提供第二热交换装置，以在工作液体流经文丘里管真空泵后，将热量从工作液体中排出。根据本发明的一个优选特征，工作液体流经第一热交换装置，以将热量从工作液体传递至第一热交换装置。根据本发明的一个优选特征，移出来自蒸汽中的冷凝液体以供使用。根据一个优选实施例，系统为蒸馏系统。根据一个优选实施例，系统为热传递系统。根据一个优选实施例，工作液体通过该系统循环。
根据另一个方面，本发明提供一种蒸馏系统，包括适于接收待蒸馏的液体混合物的抽真空腔室，该抽真空腔室在液体混合物上方具有充满气体的空间；与抽真空腔室相连的真空泵，其适用于在气体内部提供降低的压力以引起液体混合物的蒸发，其中，原生液体从抽真空腔室中的气体中流过，以接收和冷凝蒸汽。根据本发明的一个优选特征，原生水的至少一部分经真空泵循环。根据本发明的一个优选特征，提供第一热交换装置以使蒸发的潜热能够由液体混合物接收，从而支持液体混合物的蒸发。根据本发明的一个优选特征，第一热交换装置包括与抽真空腔室的壁相连的特征，以促进从环境中接收蒸发的潜热。。根据本发明的一个优选特征，第一热交换装置包括与抽真空腔室相连的第一热交换装置，热交换液体流经该腔室，以将蒸发的潜热传递至液体混合物，蒸发的潜热由热交换液体从远离第一热交换装置的能源处接收。根据一个优选实施例，真空泵为文丘里管泵，在使用中，液体流流经文丘里管泵以在文丘里喉管部分提供降低的压力。根据一个优选实施例，文丘里管泵具有文丘里喉管部分，该喉管部分配置用来接收来自于抽真空腔室的气体,液体流为原生液体,从而文丘里管泵通过将气体接收入原生液体，来引起抽真空腔室中的气体的降低的压力。根据一个优选实施例，通道与文丘里管泵相连，该通道适于将气体传输至文丘里管泵。根据一个优选实施例，从文丘里管泵中出来的原生水内的热量通过第二热交换装置移出。根据一个优选实施例，第二热交换装置与用于原生液体的通道相连，该原生液体流经地面以将热量传递至地面。根据一个优选实施例，液体混合物控制系统控制抽真空腔室中的液体混合物的进入和离开。根据一个优选实施例，待蒸馏的液体混合物为水，原生液体为与水不相溶的液体。根据一个优选实施例，原生液体为油。根据有一个方面，本发明提供一种使用抽真空腔室对液体混合物进行蒸馏的方法，包括通过由真空泵降低抽真空腔室内的压力使液体混合物蒸发，以提供蒸馏蒸汽，并将蒸馏蒸汽在流经蒸馏蒸汽的原生液体中接收和冷凝。根据本发明的一个优选特征，真空泵为具有文丘里喉管部分的文丘里管真空泵，原生液体流经文丘里管真空泵以在文丘里喉管区域提供降低的压力，蒸馏蒸汽经文丘里喉管区域处的通道取出至文丘里管中，并由原生液体接收和冷凝。根据本发明的一个优选特征，使原生水的至少一部分是循环的。根据本发明的一个优选特征，至少一部分原生水通过从存储罐中接收并在流经真空泵后返回存储罐的方式循环。根据本发明的一个优选特征，提供第一热交换装置以使蒸发的潜热能够由液体混合物接收，以支持液体混合物的蒸发。根据一个优选实施例，第一热交换装置包括与抽真空腔室的壁相连的特征，以促进从环境中接收蒸发的潜热。根据本发明的一个优选特征，第一热交换装置包括与抽真空腔室相连的第一热交换装置，热交换液体流经该腔室，以将蒸发的潜热传递至液体混合物，蒸发的潜热由热交换 液体从远离第一热交换装置的能源处接收。根据一个优选实施例，从文丘里管泵中出来的原生水内的热量通过第二热交换装置移出。根据一个优选实施例，第二热交换装置与用于原生液体的通道相连，该原生液体流经地面或冷水以将热量分别传递至地面或冷水。根据一个优选实施例，原生液体为油，液体混合物为水和其它一种或多种物质的混合物。根据另一个方面，本发明提供一种包括适于接收第一液体的抽真空腔室的热传递系统，至少一个文丘里管真空泵与抽真空腔室相连，以在使用中引起抽真空腔室内部的压力降低，以促进腔室内液体的蒸发，并由此进行冷却，第一热交换器具有使热交换液体流经第一热交换器的液体通道，并与抽真空腔室相连，以提供热量至腔室内的第一液体以支持蒸发，从而冷却热交换液体。根据本发明的一个优选特征，由第一液体蒸发的蒸汽在第二液体的液流内接收和冷凝，该第二液体流经至少一个文丘里管真空泵以产生降低的压力。根据本发明的一个优选特征，第二液体的液流在离开文丘里管真空泵之后，流经第二热交换系统，由此使第二液体冷却。根据本发明的一个优选特征，第二液体以循环的方式返回文丘里管真空泵的进□。根据本发明的一个优选特征，第一液体和第二液体为同一物质，抽真空腔室和文丘里管真空泵形成封闭系统。本发明根据以下若干优选实施例的说明将会更加充分地理解。


本说明参考以下附图进行图I是根据第一实施例的蒸馏系统的示意图；图2是根据第二实施例的蒸馏系统的示意图；图3是根据第三实施例的蒸馏系统的示意图；图4是根据第四实施例的蒸馏系统的示意图5是根据第五实施例的蒸馏系统的示意图；图6是根据第六实施例的热交换系统的示意图。
具体实施例方式这里公开的蒸汽吸收系统的要素为这样一种系统，其通过真空泵的使用，将蒸汽置于真空下，该系统具有工作液体，其中，由工作液体接收蒸汽并在那里冷凝，以提供与工作液体混合的冷凝液体。由此，该系统限定为这样一种系统，通过该系统，蒸汽在被工作液体吸收的时候冷凝，而不是别的替代方案，例如作为气体被液化。特别地，该系统适合于持续处理，特别是适合于蒸汽的吸收过程中产生新的蒸汽。该系统可通过使用文丘里管真空泵而容易地实现，工作液体为流过文丘里管而产生真空的液体。由此，文丘里管产生将蒸汽抽入工作液体中的真空，在工作液体中，蒸汽冷凝。典型的蒸汽可以是水蒸汽或甲醇，许多别的类型的蒸汽也适用。在一些情况下，工作液体是与蒸汽相同的物质。以下对蒸馏系统进行说明，其中，工作液体为水，蒸汽为水蒸汽。在另外一些情况下，工作液体和蒸汽可以是不同的物质。一个实施例使用油作为工作液体，水作为蒸汽，而另一个实施例使用水作为工 作液体，甲醇作为蒸汽。该系统的一个重要方面在于可发生正在进行的蒸发，即，该过程是可持续的。的确，真空泵的使用使蒸汽能够得到补充，因为由于蒸汽的吸收，蒸汽压力降低。对于蒸馏系统来说，可从该系统中提取出馏出物以供使用。相反，热传递系统是封闭系统，不需要(或几乎不需要)提取或添加任何东西。一般来说，该系统在再循环的基础上工作，其中，工作液体通过该系统再循环。但是，在有些配置中那些需要不存在。为了使所说明的蒸汽吸收系统更为有效，需要高效率的真空泵。在由相同的发明人、基于同一基础申请做出的相应申请中，公开了一种改进的文丘里管真空泵。本文余下部分假设使用根据该公开的文丘里管真空泵，并由此将该公开通过参考合并于此。本发明的蒸汽吸收系统的特征通过参考特定实施例的讨论会被理解的最为透彻。本发明的第一实施例旨在一种蒸馏系统，其包括抽真空腔室和真空泵。参考图I对该实施例进行说明。根据第一实施例的蒸馏系统11包括抽真空腔室14，其适于接收要被蒸馏的一些液体。为了说明，该实施例将参考水的蒸馏进行说明，该水在这里相当于次生水，例如被污染或被矿化而不能直接使用的污染水或地下水，但是，在本说明书的后文中将参考其他混合物的蒸馏，包括液体混合物。抽真空腔室14构造为适于通过一个或多个真空泵16抽真空至一个合理的高的程度(优选小于3kPa)。对于本发明来说，抽真空腔室的实际设计不是关键，主要取决于安装的情况。本领域技术人员能够识别合适的设计标准。典型地，抽真空腔室可包括基本为圆柱形的容器，其圆柱21具有基本垂向的轴。两端23、25可通过凸或凹的外形进行加固。但是，其它配置，例如基本为球形的腔室也是可以想到的。抽真空腔室14包括进口 31，和排水口或出口 33。在第一实施例中，第一阀门35与进口 31相连以使次生水根据需要进入腔室。第二阀门37与排水口 33相连以使浓缩溶液在一系列操作的最后从腔室14中排出。抽真空腔室14还包括进入方式，以能够对腔室14的内部进行维护。进入方式通过可移动面板(未示出)或通过移动一端23或25而实现。通过进入腔室，可以移除标尺或其它由次生水沉淀而带来的固体物质。
真空泵16设置用来从腔室14的上半部分中抽取水蒸汽。在第一实施例中，真空泵16为文丘里管泵，如下文所述，文丘里管泵特别适用于本发明。文丘里管泵40包括文丘里管进口 41、文丘里管出口 43和位于文丘里管进口 41和文丘里管出口 43之间的狭窄的文丘里喉管部分45。在第一实施例中，通道47将文丘里管泵16的低压文丘里喉管部分45与抽真空腔室14连接。工作中，文丘里管泵16将抽真空腔室抽至低于抽真空腔室14中的次生水的蒸汽压力。因此，导致次生水在接近正常室温的一个相对低的温度下沸腾。当然，这种效应是众所周知的，通常会在中学理科教室中得到证明。在该实验中，典型地，文丘里管泵与自来水系统的水龙头或阀门相连，流过文丘里管泵并引起压力降低的水多被浪费。在本发明中，已被证实的是，从文丘里管泵中排出的水不只包括进入文丘里管进口 41的水，还包括来自通过通道47从抽真空罐中抽取的蒸汽的水。该蒸汽在进入流经文丘里喉管部分45的水流中之后，几乎立刻冷凝。由此，第一实施例包括接收罐50，其具有通过管52而与文丘里管出口43相连的罐进口 51。再循环出口 53位于接收罐50的底部附近，其将原生水(净化水)供给 至再循环泵55，该泵将原生水泵入文丘里管泵40。可选择再循环泵55的尺寸和类型以适于在所需压力和流速下供给文丘里管泵40。设置取水口 57作为接收罐50的单独出口或管52的端口或从接收罐50中取水使用。控制取水的速率以防止接收罐中的水耗尽。在这个范围内，接收罐可用作存储罐，或可选地，可单独提供存储方式。在工作中，可以看出，水通过再循环泵55从接收罐50中泵入文丘里管泵16，然后返回接收罐50。在这一过程中，水接收在从抽真空腔室14中抽取的水蒸汽的气流中。如下所述，可达到的取水率为从抽真空腔室中取出约I份的水，同时，通过文丘里管泵16泵入约30份的水。由此，该系统可根据要从接收罐50中抽取的水的体积来确定尺寸。可以理解的是，根据第一实施例的装置已经取消了蒸馏系统内传统冷凝系统的需求。冷凝系统典型地被视为蒸馏过程的主要部分，但是在第一实施例中，在文丘里管泵16中自然地进行冷凝。这具有如下文中所述的明显优势。虽然所述蒸馏系统不需要将次生水升高到较高的温度，但尽管如此，可以理解的是，沸腾过程仍需要热能的输入以提供蒸发的潜热。该系统的优势在于，虽然必须提供能量，但由于蒸发系统可设置工作于或接近环境温度或常温，所以可使用低级热源。对于小的单元来说，抽真空腔室14可配置用来从大气中吸取足够的能量。在第一实施例中，抽真空腔室14的圆柱形侧壁具有波纹状的外形以增加表面积，由此便于从大气中吸取热量。在另一个适应性方案中，抽真空腔室的外表面涂黑，以促进对外部环境中的热量的吸收。次生水中所需的温度主要取决于真空泵的性能，特别是所达到的真空程度。同时，可以理解的是，由于压力的降低，可导致汽化出更多的蒸汽。此外，由测试和模拟可以得出，文丘里管系统的良好性能的获得要求在原生水和次生水之间存在明显的不同的温度。原生水的温度应至少比次生水低15°C。优选地，原生水的温度应比次生水低20°C或更多。最好是，次生水的温度在至少40°C附近或更高，由此，该实施例可适于这样一种情况，即环境可从环境中提供潜热能量。在一些位置，次生水已经处于或高于次生水所需的工作温度。在这些情况下，可控的、连续的次生水流通过以稍高于蒸汽的蒸发速率的速率经过抽真空腔室，可容易地提供潜热。这一设置具有以下附加优点，即次生水中盐浓度水平保持在一个略高于引入的次生水的浓度的稳定水平。这样会明显降低抽真空腔室内盐类沉积，并由此降低腔室的维护需求。由于后一原因，次生水的连续流即使在次生水温度很低的情况下也是优选的，这时必须添加补偿加热，如第二实施例所述。在一个完善的适应性方案中，采用反馈控制系统来调节流经抽真空腔室的次生水的水流，以控制温度和/或盐浓度至所需水平。还可以理解的是，在水蒸汽冷凝进水流中时，包含在水蒸汽中的潜热能量将加入流经文丘里管泵16的水中。如下文所述，最好是，流入文丘里管中的原生水的温度明显低于次生水的温度，且在该实施例中，该原生水的温度保持在12°C附近。在第一实施例中，该热能传递至接收罐，在该罐中该热能分散至环境中。如果接收罐也用作具有相对大的容积的存储罐，则只会产生较小的温度上升并易于分散。这种处理热量的方式适于很多地方。在其它地方，可行的是，通过在水存储之前，使出口管道经过地面，从而将热量分散到大地中。其它的适用于不同情况的散热方式对本领域技术人员来说也是显而易见的。第二实施例认识到所需的能量流，并提供这些能量流。参考图2对第二实施例进行说明。第二实施例基本上与第一实施例相同，由此，在附图中，相同的特征由相同的附图标记表不O 第二实施例与第一实施例的不同之处在于包括了蒸发热交换器60，其位于抽真空腔室14中的次生水内，或相反，与抽真空腔室14相连以使来自蒸发热交换器60的热流传递到次生水中。蒸发热交换器60包括交换器进口 61和交换器出口 63。交换器进口 61由来自低级热源的交换流体供给。合适的热源的例子为太阳能加热池，或由地热源加热的水。交换流体由交换器出口 63流出，返回热源以再次加热。可维持流速以控制输入至次生水中的热量，或可选地，可在热源处控制输入至交换流体的热量。可以理解的是，根据该实施例的蒸馏系统的效率取决于文丘里管在降低压力和取走蒸汽方面的效率。传统的文丘里管效率较低，由此，一般将文丘里管真空泵用于其它用途有限且效率不是主要考虑因素的目的。其对于本发明来说不能做到成本效益。然而，在与本申请要求同一优先权的一个审理中的申请中公开了一种改进的文丘里管。这种新型文丘里管的性能全面超越了传统文丘里管的性能，可经济可行地实施本发明。改进的文丘里管的某些实施例包括具有进口管、出口管以及真空口的腔室。由此，可将这样的单元容易地用于第一和第二实施例。改进的文丘里管的其它实施例不具有腔室，直接从其环境中抽取气体或蒸汽。由此，公开了蒸馏系统的第三实施例，其适于包括上述的文丘里管。参考图9对第三实施例进行说明。第三实施例与第一实施例基本相同，所以在附图中，同样的附图标记表示同样的特征。第三实施例与第一实施例的区别在于，文丘里管置于抽真空腔室14的内部，靠近顶端23，而不是在抽真空腔室14的外部并通过通道47与抽真空腔室相连。在其它方面，第三实施例与第一实施例相同，就不再另外说明。在第三实施例的另一个适应性方案中，在蒸汽进入文丘里管的进口处设置过滤装置，以去除任何液滴，并将它们返回次生水中，由此避免原生水的污染。该水不会回到文丘里管中，由此，由蒸汽吸收和冷凝时释放的潜热造成的温度升高不会影响系统运行。虽然改进的真空泵的发展处于萌芽状态，设置中的很多参数都会改变性能，但是，人们相信，会存在用于大型设备的最大最优的尺寸。如果这样，可并行操作多个文丘里管，来移除更大体积的蒸汽。由此，本发明可从小的局部单元升级为适用于城市网状供给的大型系统。可以理解的是，第二实施例可通过与第三实施例的适应性方案相同的方式修改。在第一、第二和第三实施例的适应性方案中，具有冷水连续流，该水流可作为原生水直接供给至文丘里管。这可以是用于城镇的供水的情况。供应至消费者的水可被分为若干小的水流，并流经与一个或多个抽真空腔室相连的多个文丘里管真空泵。虽然冷凝/吸收过程会像所述的那样对水进行加热，但这通常不是问题，特别是在甚至可能是优点的冷环境中。在这样的设施中，水通常是重力供应，这样可以不需要泵来使原生水升压进入文丘里管。如果使用低成本能源来提供潜热，则运行成本会很低。基建成本也是适度的。在没有再循环的情况下，收集的水量会较小，约为存在的原生水的5%至8%，但是，有很多水务局乐于以相对很低的运行和基建成本来达到这样的可用水增加的水平。当然，可通过引入一些再循环来提高生产率。这可通过在蒸馏系统的高度以上设置蓄水池来实现，从该蓄水池中供给原生水，一定比例的水流可泵入蓄水池中。这可由水务局灵活考虑。当雨水充足的 时候，不需要再循环，可以用最小的运行成本提供供给的增长比率。在供给放缓，仍然充足但少于维持存储系统充满所需的量的情况下，可提供一些再循环来保持存储系统接近其容量。由于降水供给降低，存储供给减少，可使再循环增加至更为显著的水平以减慢存储水平的降低，但并不使其停止。如果发生干旱，则存储水平变得关键，可增加再循环从而使蒸馏系统满足几乎全部需求。即使是在只能以有限的程度获得低级能量的情况下，蒸馏成本同其它可选的干旱救济措施相比仍然具有竞争力。值得注意的是，在许多地方，干旱风险的时间与高太阳能可用性的时间(夏天)相一致，所以，通过适当设计的太阳能系统，可获得适度的能量成本。在正常年度中，用于泵送的额外成本可通过不需要泵送的时间容易地分摊和弥补，以维持非常经济的供水。可以看出，根据至今所述实施例的蒸馏系统是有利的，其中，真空泵降低抽真空腔室内的压力，引起腔室中的次生水沸腾，并且其中，产生的水蒸汽直接接收在与真空泵相连的原生水中。由于水蒸汽被直接移至原生水中，因此不需要单独的冷凝单元。同样，沸腾发生在一个明显低于常压下的沸腾温度的温度下，这意味着危险因素明显降低。同样，如上文所述，所需的热量可以相当低的花费由低级能源提供。尤其是对于较大的设施来说，基建成本和维护运行成本一样，都会由于那些有竞争力的技术而大幅降低。虽然本申请已经讨论了关于含有污染物、溶解盐类的污染物的水，或关于混合物例如水和重金属或水和污水的内容，但是，所述的系统可容易地适用于更大的范围的混合物，包括液体的混合物。最为有利的是将该系统用于从乙醇水混合物中蒸馏出乙醇。典型地，当从农作物例如木薯或玉米中提取乙醇时，该工艺产生包括大约20%的乙醇和80%的水的液体混合物。传统地，该混合物在一种工艺中在高温下蒸馏，该工艺需要非常高级的能源，从而影响了生产成本。然而，使用本文所述的蒸馏工艺能够用低级能源代替高级能源。此外，该蒸馏工艺与用于海水的普通的蒸馏工艺的工作过程相反。由于乙醇-水混合物是共沸混合物，抽真空腔室中的次生混合物将通过蒸馏工艺将起始约20%的乙醇浓缩至约96%的乙醇的共沸浓度。抽真空沸腾工艺在产生水的同时还产生一定量的被蒸发的乙醇。该被蒸发的乙醇由文丘里管中的原生水取走，由此不会丢失。虽然原生水中的乙醇浓度相对较低，但接着，在生产工艺的前期可利用原生水从而将乙醇再次蒸馏。由此，没有产量损失却达到了能量成本的实质性降低。在需要乙醇达到比共沸浓度的纯度更高水平的时候，可使用或适应性改进现有的生产技术，以进一步提升浓度。可以理解的是，还有很多其它的蒸馏工艺可从本申请的这些实施例中受益。至今说明的工艺都和蒸馏相关，但是正如上文中提到的，蒸汽吸收工艺在其它应用中也是有效的。为了更好的理解本发明，以下给出操作原则的摘要。I、罐Hl中的盐水在极低的压力下沸腾。通过来自流经文丘里管C2的淡水流的文丘里效应来产生低压。压力最好低于3kPa，并已在试验中产生。这样就可以使水在30-65°C的温度下沸腾。2、由于水从盐水混合物中蒸发出去，必须要在系统中添加能量。注意，如果水以lml/s的速度蒸发，则必须提供2. 4kff的功率来提供潜热。可使用任何可获得的能源，但优选低成本能源，如太阳能或废热。3、由于所使用的文丘里管的有效设计，可通过由淡水水流产生的低压来进行该工艺。抽真空腔室Hl内部的压力可达到3kPa以下。此外，淡水水流应冷却至约10-20°C。温 差是维持沸腾过程的关键。最好是至少20°C的温差，优选更大的温差。如果淡水水流的温度接近罐中盐水的温度，则淡水水流出现涡凹现象，循环的效率大幅降低。4、淡水蒸汽在文丘里管中进入淡水水流。由于淡水水流的温度远远低于水蒸汽，水蒸汽立刻回到溶液中，释放出大量的热。5、现在，C3中的淡水水流的温度明显升高，必须冷却。在该位置上可通过任何能够获得的合适的方式进行冷却，例如泵送地下水。6、由于该循环在非常低的温度下使盐水沸腾，可使用低质量(温度)的热源。人们相信，可在许多地方使用太阳能来将盐水的温度维持在50°C附近。7、由于我们使用低质量热源，从人造热源中输入至系统的能量大幅降低，由此增加了系统的效率。使进入文丘里管真空泵的原生水处于明显低于抽真空腔室内的水的温度下的需求对该系统在某些应用中受到了很大的限制。然而，人们已经发现，原生液体可以是蔬菜或其它油类或其它不混溶的化学药品或油水混合物。在该情况下，油可以处于环境温度下，并不需要冷却至低于抽真空腔室内的海水混合物的温度。由此，参考图4对第四实施例进行说明，该实施例受益于上述优点。第四实施例与第二实施例相似，所以在图中用相同的附图标记表示相同的特征。第四实施例和第二实施例的主要区别，同时实际上也与第一实施例的主要区别在于，将油用作原生液体而不是水，该油流经文丘里管真空泵16。由于油经过文丘里管真空泵16，其降低抽真空腔室14内的盐水混合物的压力，并且引起储藏水以参考第一和第二实施例的上述方式沸腾并蒸发。所产生的油和冷凝水的原生混合物被传到分离装置71的分离器进口 73，而不是直接进行循环。分离装置71可以是沉降罐或气旋分离器或其它适于分离次生水和油的装置的形式。油在油出口 75处从分离装置71中移除并再循环，而蒸馏水从水出口 77取出。当水冷凝的时候，油和冷凝水的原生混合物仍被潜热所加热，但将温度降至抽真空罐内的水混合物以下已经不再重要。由此，提供传统的热交换器81，其可将加热的油的热量移至周围的环境中，使温度降低至略高于环境温度。通过采用油，文丘里管将仍然在该温度下运行良好。油在离开热交换器51之后，或者返回接收罐50，或者实际上可能直接返回文丘里管真空泵的进口。如果使用的话，接收罐50可能仅仅是存储罐，根本不具有冷却功能，虽然在一些应用中最好其可以冷却。可以看出，油或类似物等的使用扩展了本发明的应用范围。如第四实施例所述，将油或类似物用作原生液体可得到进一步的适应性方案，其在本发明的蒸馏系统在许多应用中的适应性方面具有主要的影响。现在参考图5对第五实施例进行说明。第五实施例与第四实施例非常类似，所以在图中，使用相同的附图标记表示相同的特征。第五实施例与第四实施例的区别在于，将从文丘里管真空泵16中流出的油和冷凝水的原生混合物引导至与抽真空腔室14相连的蒸发热交换器60的进口 61。当液体从蒸发热交换器60的出口 62中流出的时候，其传到分离装置71，在该装置中将水和油分离，如第四实施例所述。第五实施例的优点在于，抽真空腔室内蒸发所需的潜热的主要部分都由当水冷凝时返回到油/水混合物中的潜热提供。从根本上，蒸发所需的潜热等于当蒸汽冷凝时返回 到油/水混合物中的潜热。该效率取决于可由蒸发热交换器60所抽取的潜热的程度。使用高效热交换器，一个较小的温度差就能够支持绝大部分潜热的抽取。从油/水混合物中抽取全部能量是不可能的，由此，提供具有进口 67和出口 69的补充热交换器65来接收来自合适的能源的能量，以提供不通过蒸发热交换器取走的额外能量。然而，通过选择适当的油以及文丘里管真空泵的适当设计，需要由第二热交换器65提供的能量的比例会相对较小，从而该系统的整体效率较高。在运行中，可通过从补充热交换器65中输入的能量的范围来控制该系统的平衡。可以通过调节流经补充热交换器65的液体的温度和流速来控制该平衡。至关重要的是，系统的效率取决于文丘里管维持的性能的程度，其中，原生液体的温度高于被蒸发的液体的温度。通过前三个实施例，性能急剧恶化，从而导致系统的运行崩溃。但是如上所述，在使用油的情况下，文丘里管的性能持续。由此，当该系统用于其它液体的蒸馏时，原生液体的选择是重要标准。至此，已经说明了一种系统，其中，通过产生基本的真空来蒸馏液体。为了支持该工艺，除了第五实施例，必须将大量的能量传递至要被蒸馏的液体中，从而提供蒸发的潜热。该热量处于合理的成本是所述蒸馏系统的商业生命力的主要因素。但是，当然，热传递通常是独立存在的。其是所有空调和制冷系统的基础。由此，对本发明的第六实施例进行说明。该系统用作热传递系统，虽然其仅是第四实施例的微小适应性方案。现在参考图6和第二实施例的蒸馏系统，对热传递系统的实施例进行说明。如图6所示，热传递系统111包括适于存储大量制冷液114的抽真空腔室112。一个或多个高性能文丘里管真空泵116通过连接装置118与腔室112相连，以降低抽真空腔室112内部的压力，从而引起冷却液114的沸腾，因此而蒸发。所产生的蒸汽由文丘里管真空泵经过连接装置118，以与上述蒸馏系统的实施例相同的方式取出。如蒸馏系统的第二实施例所述，第一热交换器120与抽真空腔室112相连，以提供温度相对较高的液体至热交换器120，从而提供传递至冷却液114的热量，以提供蒸发的潜热。在该工艺中，热交换液体冷却，该冷却的液体可循环至远处的热交换器，用于空调、制冷等。虽然运行的原理与蒸馏系统相同，但是某些细节不同，因为目标不是取出净化的液体，而是传递热量。由此，该系统配置为使蒸发的液体循环回抽真空腔室。由此，抽真空腔室内的液体为制冷剂，并且发现某些混合液体特别适合，如丙酮/水、甲醇/水和亚油酸/甲醇。在该实施例的余下讨论中，将讨论水/甲醇的使用。在该情况下，制冷液为甲醇而原生液体为水。可选地，供给的水存储在容器122中。来自容器122的水，由泵124以200kPa量级的相对较低的压力泵送至文丘里管真空泵116。由于原生水流过文丘里管而产生的降低的压力引起抽真空容器内的甲醇的沸腾，并产生输送至文丘里管中的蒸汽，在该管中，蒸汽吸收至原生水中并几乎瞬间冷凝为液体。再一次，潜热释放至水/甲醇混合物中，引起混合物的温度升高。水/甲醇混合物离开文丘里管，输送至分离装置126。在分离装置126中，甲醇从水中分离出来，然后被取出。这时，水和甲醇处于升高的温度下。水在从分离装置126中离开之后，输送至一次回路热交换器128，以将热量释放到环境中。由于水的温度不需要降低至环境温度以下，简单的热交换器就足够了。同样，甲醇被加热并优选在返回抽真空腔室112之前，也流经甲醇热交换器130。作为提供一次回路热交换器和甲醇热交换器的替代方案，可在分离装置之前提供单独一个热交换器，来冷却水/甲醇混合物。虽然 由于单独使用一个热交换器，该设置是优选的，但是，对于某些液体混合物也会引入一些问题。不管哪种情况，都会存在这样的应用，其中，通过热交换器的适当使用，使热能用于加热的目的。甲醇热交换器和抽真空腔室112(如果没有甲醇热交换器，则是分离装置126和抽真空腔室112)之间的阀门装置132控制甲醇返回到抽真空腔室112。 正如通过现有的热传递系统，可产生很多适应性方案，所以对本实施例来说也是这样。现有热传递系统的教导将保持对本实施例的可用性。在某些适应性方案中，原生液体和次生液体是同一物质，抽真空腔室和文丘里管真空泵形成封闭系统。包括适于接收第一液体的抽真空腔室的热传递系统，至少一个文丘里管真空泵与抽真空腔室相连，以在使用中引起抽真空腔室内部的压力降低，以促进腔室内液体的蒸发，第一热交换器具有使热交换液体流经第一热交换器的液体通道，并与抽真空腔室相连，以提供热量至腔室内的第一液体以支持蒸发，从而冷却热交换液体。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。在本说明书和权利要求书的全部中，除非另外说明，术语“包括”应理解为暗示包含规定的整体或整体的组，但不排斥任何其它的整体或整体的组。
权利要求
1.一种适于接收蒸汽的蒸汽吸收系统，包括具有工作液体的真空泵，其中，蒸汽由工作液体接收并在其中冷凝，以提供与工作液体混合的冷凝液体。
2.根据权利要求I所述的蒸汽吸收系统，其中，该系统内的蒸汽的吸收有效地引起更多的蒸汽的产生。
3.根据权利要求2所述的蒸汽吸收系统，其中，真空泵为文丘里管真空泵，工作液体为流经文丘里管真空泵以产生对蒸汽产生影响的真空的液体。
4.根据权利要求3所述的蒸汽吸收系统，其中，提供第一热交换装置来支持蒸汽的产生。
5.根据权利要求4所述的蒸汽吸收系统，其中，提供第二热交换装置，以在工作液体流经文丘里管真空泵后，将热量从工作液体中排出。
6.根据权利要求4所述的蒸汽吸收系统，其中，工作液体流经第一热交换装置，以将热量从工作液体传递至第一热交换装置。
7.根据权利要求4至6之一所述的蒸汽吸收系统，其中，移出来自蒸汽中的冷凝液体以供使用。
8.根据权利要求7所述的蒸汽吸收系统，其中，该系统为蒸馏系统。
9.根据权利要求4或权利要求5所述的蒸汽吸收系统，其中，该系统为热传递系统。
10.根据权利要求I至9之一所述的蒸汽吸收系统，其中，工作液体通过该系统循环。
11.一种蒸馏系统，包括适于接收待蒸馏的液体混合物的抽真空腔室，该抽真空腔室在液体混合物上方具有充满气体的空间；与抽真空腔室相连的真空泵，其适用于在气体内部提供降低的压カ以引起液体混合物的蒸发，其中，原生液体从抽真空腔室中的气体中流过，以接收和冷凝蒸汽。
12.根据权利要求11所述的蒸馏系统，其中，原生水的至少一部分经真空泵循环。
13.根据权利要求11或12所述的蒸馏系统，其中，提供第一热交换装置以使蒸发的潜热能够由液体混合物接收，从而支持液体混合物的蒸发。
14.根据权利要求13所述的蒸馏系统，其中，第一热交换装置包括与抽真空腔室的壁相连的特征，以促进从环境中接收蒸发的潜热。
15.根据权利要求14所述的蒸馏系统，其中，第一热交换装置包括与抽真空腔室相连的第一热交换装置，热交换液体流经该腔室，以将蒸发的潜热传递至液体混合物，蒸发的潜热由热交換液体从远离第一热交换装置的能源处接收。
16.根据权利要求11至15之一所述的蒸馏系统，其中，真空泵为文丘里管泵，在使用中，液体流经文丘里管泵以在文丘里喉管部分提供降低的压力。
17.根据权利要求16所述的蒸馏系统，其中，文丘里管泵具有文丘里喉管部分，该喉管部分配置用来接收来自于抽真空腔室的气体，液体流为原生液体，从而文丘里管泵通过将气体接收入原生液体，来引起抽真空腔室中的气体的降低的压力。
18.根据权利要求17所述的蒸馏系统，其中，通道与文丘里管泵相连，该通道适于将气体传输至文丘里管泵。
19.根据权利要求16至18之一所述的蒸馏系统，其中，从文丘里管泵中出来的原生水内的热量通过第二热交换装置移出。
20.根据权利要求19所述的蒸馏系统，其中，第二热交换装置与用于原生液体的通道相连，该原生液体流经地面以将热量传递至地面。
21.根据权利要求11至20之一所述的蒸馏系统，进一歩包括液体混合物控制系统，以控制抽真空腔室中的液体混合物的进入和离开。
22.根据权利要求11至21之一所述的蒸馏系统，其中，待蒸馏的液体混合物为水，原生液体为与水不相溶的液体。
23.根据权利要求22所述的蒸馏系统，其中，原生液体为油。
24.ー种使用抽真空腔室对液体混合物进行蒸馏的方法，包括通过由真空泵降低抽真空腔室内的压カ使液体混合物蒸发，以提供蒸馏蒸汽，并将蒸馏蒸汽在流经蒸馏蒸汽的原生液体中接收和冷凝。
25.根据权利要求24所述的蒸馏方法，其中，真空泵为具有文丘里喉管部分的文丘里管真空泵，原生液体流经文丘里管真空泵以在文丘里喉管区域提供降低的压力，蒸馏蒸汽经文丘里喉管区域处的通道取出至文丘里管中，并由原生液体接收和冷凝。
26.根据权利要求24或25所述的蒸馏方法，其中，使原生水的至少一部分是循环的。
27.根据权利要求24所述的蒸馏方法，其中，至少一部分原生水通过从存储罐中接收并在流经真空泵后返回存储罐的方式循环。
28.根据权利要求24至27之一所述的蒸馏方法，其中，提供第一热交换装置以使蒸发的潜热能够由液体混合物接收，以支持液体混合物的蒸发。
29.根据权利要求28所述的蒸馏方法，其中，第一热交换装置包括与抽真空腔室的壁相连的特征，以促进从环境中接收蒸发的潜热。
30.根据权利要求29所述的蒸馏方法，其中，第一热交换装置包括与抽真空腔室相连的第一热交换装置，热交换液体流经该腔室，以将蒸发的潜热传递至液体混合物，蒸发的潜热由热交換液体从远离第一热交换装置的能源处接收。
31.根据权利要求28至30之一所述的蒸馏方法，其中，从文丘里管泵中出来的原生水内的热量通过第二热交换装置移出。
32.根据权利要求31所述的蒸馏方法，其中，第二热交换装置与用于原生液体的通道相连，该原生液体流经地面或冷水以将热量分别传递至地面或冷水。
33.根据权利要求24至32之一所述的蒸馏方法，其中，原生液体为油，液体混合物为水和其它ー种或多种物质的混合物。
34.ー种包括适于接收第一液体的抽真空腔室的热传递系统，至少ー个文丘里管真空泵与抽真空腔室相连，以在使用中引起抽真空腔室内部的压カ降低，以促进腔室内液体的蒸发，并由此进行冷却，第一热交換器具有使热交换液体流经第一热交換器的液体通道，并与抽真空腔室相连，以提供热量至腔室内的第一液体以支持蒸发，从而冷却热交换液体。
35.根据权利要求34所述的热传递系统，其中，由第一液体蒸发的蒸汽在第二液体的液流内接收和冷凝，该第二液体流经至少一个文丘里管真空泵以产生降低的压力。
36.根据权利要求35所述的热传递系统，其中，第二液体的液流在离开文丘里管真空泵之后，流经第二热交换系统，由此使第二液体冷却。
37.根据权利要求36所述的热传递系统，其中，第二液体以循环的方式返回文丘里管真空泵的进ロ。
38.根据权利要求37所述的热传递系统，其中，第一液体和第二液体为同一物质，抽真空腔室和文丘里管真空泵 形成封闭系统。
全文摘要
一种适于接收蒸汽的蒸汽吸收系统(11)，包括具有工作液体的真空泵(16)，其中，蒸汽由工作液体接收并在其中冷凝，以提供与工作液体混合的冷凝液体。
文档编号B01D5/00GK102858416SQ201180017977
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月10日 优先权日2010年4月9日
发明者杰丹·哈曼, 弗朗西斯卡·贝尔通, 彼德·伍德盖特, 汤姆·吉尔达 申请人:阿巴瑞迪私人有限公司