具有破碎板的逆流液化气蒸发和冷凝设备的制作方法

本发明涉及用于净化流体的方法及设备，尤其涉及在流体净化中比较有用的蒸发/冷凝单元以及采用这些单元的淡化/净化方法。

背景技术：

全球淡水日益短缺。淡水消耗以比经济增长更快的速率增长，然而传统淡水供应的可用性本质上已不变。地球上的97％的水以咸水的形式存在。因此，对解决全球淡水短缺而言，寻找节能且环保的淡化方法是重要的挑战。

最近，对改进淡化技术的尝试已集中在对已有技术的逐步改进上。一般地说，存在两大类淡化技术。第一类是膜基技术，例如，使海水穿过选择性膜的反渗透法。第二类淡化技术是热/蒸发技术，例如，利用蒸馏来净化水的多级闪蒸和多效加湿法。

使用至今的这两类技术具有包括高设置/运行成本、高能量输入需求和/或产生污染在内的显著缺点。

除了海水淡化之外，此类技术还用于清洁污水。许多产业使用水作为原材料而导致水污染。此类产业实例包括采矿/选矿、化学加工和精炼、石油精炼、酿酒、包括水力压裂的原油/天然气提取。清洁在这些类型产业中被污染的水通常是昂贵的，并且与淡化一样也需要高等级的能量输入。

试图降低热/蒸发净化技术的能量需求，已经开发出了使用废热和/或诸如太阳能等替代能源的方法。

此外，已试图开发“低温”净化方法，其中，通过使用减压或破碎水来产生液滴以使蒸发速率最大，从而在100℃以下的温度下蒸馏水。

许多蒸发方法已着眼于使用喷嘴以实现破碎。已发现在此类方法中喷嘴的使用因若干个原因而成问题。例如，以这种方式使用的喷嘴通常容易被腐蚀或结垢。因需要更换受损喷嘴而增加了运行成本。此外，穿过喷嘴的流体的阻力的增大意味着需要更高的能量来将流体泵送穿过喷嘴。

此外，“低温”净化技术基于被动淡化的“太阳能蒸馏器”概念。然而，“低温”净化技术在规模上限于每天最多生产几百公升的清洁流体。

WO02/09837公开了低温流体净化系统的实例。文献中所公开的方法使用外部热源来加热所输入的海水。该方法必须使用高成本获取和操作的低压腔。

另一个已知低温流体净化系统是Mage-TiNOX(http://www.mage-watermanagement.com/)。该系统是太阳能供电的多效加湿淡化技术。不利的是，该技术需要重且昂贵的金属压力容器。

因此，仍然需要这样的低温流体净化技术：该技术解决并理想地克服了一些或全部上述问题以及现有流体净化系统的已知其他缺点。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明提供一种用于净化流体的设备，该设备包括蒸发单元和冷凝单元，

其中，所述蒸发单元包括：蒸发单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；污染流体入口，其位于所述上部区域中；废物出口，其位于所述下部区域中；以及多个竖向隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分，并均限定蒸发区域的上限，其中，每个蒸发区域均设置有流体蒸汽出口；

所述冷凝单元包括：冷凝单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；冷凝流体入口，其位于所述上部区域中；冷凝流体出口，其位于所述下部区域中；以及多个竖向隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分，并均限定冷凝区域的上限，每个冷凝区域均设置有流体蒸汽入口；

最上面蒸发区域的所述流体蒸汽出口与最下面冷凝区域的所述流体蒸汽入口连接，并且

最下面蒸发区域的所述流体蒸汽出口与最上面冷凝区域的所述流体蒸汽入口连接。

在优选实施例中，多个蒸发区域在不同温度下运行，使得最上面蒸发区域在最高温度下运行且最下面蒸发区域在最低温度下运行。类似地，多个冷凝区域在不同温度下运行，使得最上面冷凝区域在最低温度下运行且最下面冷凝区域在最高温度下运行。

根据第二方面，本发明提供了一种用于净化流体的设备，该设备包括蒸发单元和冷凝单元，

其中，所述蒸发单元包括：蒸发单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；污染流体入口，其位于所述上部区域中；废物出口，其位于所述下部区域中；以及多个间隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分并均限定蒸发区域的上限，其中，每个蒸发单元均设置有流体蒸汽出口；

所述冷凝单元包括：冷凝单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；冷凝流体入口，其位于所述上部区域中；冷凝流体出口，其位于所述下部区域中；以及多个间隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分并均限定冷凝区域的上限，每个冷凝区域均设置有流体蒸汽入口；

多个蒸发区域在彼此不同的温度下运行，而多个冷凝区域在彼此不同的温度下运行，

在最高温度下运行的所述蒸发区域的所述流体蒸汽出口与在最高温度下运行的所述冷凝区域的所述流体蒸汽入口连接，并且

在最低温度下运行的所述蒸发区域的所述流体蒸汽出口与在最低温度下运行的所述冷凝区域的所述流体蒸汽入口连接。

在该方面的优选实施例中，所述最上面蒸发区域在最高温度下运行，而所述最下面蒸发区域在最低温度下运行，并且所述最上面冷凝区域在最低温度下运行，而所述最下面冷凝区域在最高温度下运行。

在这两个方面的优选实施例中，在第二高温度下运行的蒸发区域的流体蒸汽出口与在第二高温度下运行的冷凝区域的流体蒸汽入口连接，而在第二低温度下运行的蒸发区域的流体蒸汽出口与在第二低温度下运行的冷凝区域的流体蒸汽入口连接。可以为任意数量的区域采用该互联系统(基于匹配温度或基于相反高度顺序)。

根据第三方面，本发明涉及一种用于净化流体的方法，该方法包括：

设置蒸发单元，所述蒸发单元包括：蒸发单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；污染流体入口，其位于所述上部区域中；废物出口，其位于所述下部区域中；以及多个间隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分并均限定蒸发区域的上限；

设置冷凝单元，所述冷凝单元包括：冷凝单元腔室，其具有上部区域、下部区域和侧壁；冷凝流体入口，其位于所述上部区域中；冷凝流体出口，其位于所述下部区域中；以及多个间隔开的破碎板，其均横跨腔室宽度的至少一部分并均限定所述冷凝区域的上限；

将污染流体供应至所述蒸发单元的所述污染流体入口，并允许所述污染流体流动穿过所述蒸发单元腔室，以变为至少部分被蒸发；

在彼此不同的温度下操作多个蒸发区域，并在彼此不同的温度下操作多个冷凝区域；

将来自在最高温度下运行的所述蒸发区域的流体蒸汽供应至在最高温度下运行的所述冷凝区域；

将来自在最低温度下运行的所述蒸发区域的流体蒸汽供应至在最低温度下运行的所述冷凝区域；

将冷凝流体供应至所述冷凝单元的所述冷凝流体入口，并允许所述冷凝流体流动穿过所述冷凝单元腔室，从而导致蒸发流体变为至少部分被冷凝；并且

从所述冷凝单元腔室中取出所述冷凝流体。

在方法的优选实施例中，最上面蒸发区域在最高温度下运行，而最下面蒸发区域在最低温度下运行，并且所述最上面冷凝区域在最低温度下运行，而最下面冷凝区域在最高温度下运行。

因此，至少在方法的优选实施例中，本发明提供了在净化流体中使用的包括腔室的蒸发单元，该腔室构造成使得：当使用单元时，腔室具有上部区域、下部区域和侧壁，腔室还包括位于上部区域中的污染流体入口、位于下部区域中的废物出口、流体蒸汽出口和横跨腔室的至少一部分的至少一个破碎板，该破碎板包括破碎装置。

对低能耗流体净化技术的设计改进的主要挑战是需要在不输入大量能量且不使用低压的情况下可靠地蒸发液体。本文所述主题的发明人已开发出能够实现该目标的蒸发单元。与某些现有技术方法一样，通过破碎流体来实现蒸发。然而，在本发明的蒸发单元中，通过允许流体流动穿过设置在破碎板中的破碎装置并下落穿过腔室而造成蒸发，来简单地实现破碎；因此，在不需要在低压下操作腔室且不需要使用喷嘴的情况下，有利地实现破碎。

至少在优选实施例中，本发明提供了一种净化流体的方法，包括：

设置蒸发单元，该蒸发单元包括具有上部区域、下部区域和侧壁的腔室，并包括横跨腔室的至少一部分的破碎板，该破碎板包括破碎装置，

将具有比流体沸点低约30℃的温度的污染流体供应到所述腔室中及至少一个破碎板的上表面上，

允许污染流体流动穿过破碎装置并向下穿过腔室，从而导致流体变为至少部分被蒸发，并且

从腔室中提取已蒸发的流体蒸汽。

如本文所使用的那样，术语“流体”用于涵盖任意液体物质。在本发明的实施例中，流体可以是水。

术语“污染”用于限定含有杂质的流体，可以使用蒸馏法使杂质与流体分离。在本发明的实施例中，杂质可以溶解或悬浮在流体中。可以使用本发明的实施例来净化的污染流体的实例包括海水、咸水、苦咸水、废水和灰水。

热污染流体被供应到破碎板的上表面上。可以使用任意合适的加热源加热污染流体。在优选实施例中，利用太阳能、废热和/或余热加热污染流体。可以在例如化石燃料发电或核能发电等工业过程中产生作为副产物的废热和/或余热。可以例如借助于热交换器来直接或间接地加热污染流体。

在本发明的实施例中，腔室中的压力是大气压力，和/或热污染流体仅在重力作用下(即，不需要任何机械辅助)流动穿过破碎装置。

在本发明的优选实施例中，腔室还包括热空气入口。流入到腔室中且穿过下落穿过腔室的破碎流体的热空气(其本身可以包括小比例的流体蒸汽)有助于破碎流体的蒸发。当热空气入口位于腔室的下部区域中时，因为热空气因对流而上升穿过腔室，从而产生阻碍破碎流体流动的逆流，所以提高了蒸发速率。可以使用对本领域的技术人员而言已知的任意装置(包括风扇)来将热空气泵送到腔室中。在替代实施例中，可以不加热空气。

当从上方观察时，存在的一个、一些或所有破碎板可以具有任意形状(例如，它们可以为圆形、正方形、多边形)或具有任意厚度(例如，≤约1mm，≤约2mm，≤约5mm)。所采用的一个、一些或所有破碎板可以由阻碍蒸发过程的任意材料(例如，钢、铝、塑料)形成和/或设置有上翘边缘。

可以在本发明的腔室中采用任意数量的破碎板。优选地使用多个(例如，可以使用在1、2或3至4、5、6、7、8以上的范围内的数量)破碎板。在某些实施例中，所使用的破碎板的数量在2至7或3至5的范围内。

每个破碎板均限定蒸发区域的上限。因此，对包括单个破碎板的实施例而言，存在从破碎板向下延伸的单个蒸发区域。在包括多个破碎板的蒸发单元中，最上面蒸发区域的上端将由最上面破碎板限定，而其下端将由第二高破碎板限定。

蒸发区域的高度将随破碎板之间的间隔变化而变化。蒸发区域的高度越高，下落穿过蒸发区域的破碎流体的速度越快。因此，空气速度的变化能够以较低能源成本实现与降低气压的效果类似的效果。

通过使用空气的质量/体积与流体流量之间的焓守恒概念来计算相对温度、空气流量和区段尺寸，该焓守恒概念涉及使用标准的计量(psychometric)计算装置(例如，http://www.psychrometric-calculator.com/HumidAirWeb.aspx)。

在本发明的实施例中，蒸发区域具有从约75cm至约200cm的高度。

为了使蒸发单元的使用者能够修改穿过腔室的破碎流体的速度，一个、一些或所有破碎板的位置和/或高度可以是可变的。在实施例中，所有破碎板的高度/位置可以是可变的。作为选择，可以固定最下面和/或最上面破碎板，而一些或所有其他破碎板的高度/位置可以是可变的。

可以优选地将蒸发区域保持在不同温度下。因此，在本发明的实施例中，一个、一些或所有蒸发区域设置有温度控制装置。另外或作为选择，可以通过调节进入到整个腔室或进入到一些或所有独立蒸发区域中的热空气的温度和/或流量来控制蒸发区域中的温度。可以通过使用一系列泵和/或风扇来实现上述内容。

可以设想到，在存在多个蒸发区域的蒸发单元的运行中，由于对流的影响，最上面蒸发区域将在较高温度下运行，而较低蒸发区域将在较低温度下运行。因此，在此类实施例中，最上面蒸发区域可以在约60℃或约70℃至约80℃或约90℃的温度下运行，而最下面蒸发区域可以在约40℃或约50℃至约60℃或约70℃的温度下运行。最上面蒸发区域与最下面蒸发区域之间的蒸发区域(如果存在的话)可以在最上面蒸发区域的运行温度与最下面蒸发区域的运行温度之间的温度下运行。

还可以设想的是，在存在多个蒸发区域的蒸发单元的运行中，最上面蒸发区域的流体蒸汽含量将高于最下面蒸发区域的流体蒸汽含量。最上面蒸发区域与最下面蒸发区域之间的蒸发区域(如果存在的话)可以具有最上面蒸发区域的蒸汽含量与最下面蒸发区域的蒸汽含量之间的蒸汽含量。

设置在一个、一些或所有破碎板中的破碎装置优选地包括贯穿破碎板的开口。这些开口(当从上方观察时)可以具有任意形状，例如，圆形、正方形、矩形、星形、其他多边形或它们的混合。开口可以设置为规则或不规则的图案。

开口的尺寸优选地定为使要蒸发的流体的破碎最大化。例如，开口的平均直径可以在约0.5mm、约1mm、约1.5mm至约5mm、约7.5mm或约10mm的范围内。另外或作为选择，开口的平均面积在约1mm、约2mm、约3mm至约10mm、约15mm或约20mm的范围内。

在上述开口的替代实施例中，一个或多个破碎板设置有边缘，边缘的上沿设置有围绕其周部的一系列凹口。凹口优选地构造成使进入到蒸发室中的流体均匀分布。为了形成流体的均匀分布，优选的是，破碎板是大致水平化的(即，水平的)。为了实现这点，优选地为破碎板设置水平调节系统，以便于在安装单元时准确找平。在优选布置中，设置有调节螺钉，优选地围绕破碎板设置有以120°的间隔隔开的三个螺钉。

凹口(当从侧面观察时)可以具有任意形状，例如，圆形、正方形、矩形、星形、其他多边形或它们的混合。开口可以设置为规则或不规则的图案，并且尺寸应优选地定为不超过破碎板的边缘高度的25％。

为了进一步使破碎最大化，一个、一些或所有蒸发区域可以设置有破碎体。这种破碎体的实例包括拉西环(Raschig ring)等。破碎体优选地由诸如塑料、陶瓷或不锈钢等电化学惰性材料形成。在一些实施例中，存在的破碎体通过联接或安装在腔室的壁部中或通过设置在例如电化学惰性支撑栅格等支撑部上而被支撑。

在本发明的各方面中采用的破碎板优选地为是大致平面的，并具有超过厚度至少五倍的宽度。破碎板具有优选地为大致平坦的上表面。然而，也可以采用上表面稍微下凹、凸出等的布置。

如上文相对于具有带凹口边缘的破碎板的实施例所述的那样，优选的是，每个破碎板均是大致水平的。这适用于所有类型的破碎板，并确保单元的最佳性能。然而，如下文讨论的那样，假定一些实施例在水平的某个公差内，则这些实施例可以适当地工作。

在本发明的蒸发单元中使用的一个、一些或所有破碎板优选地具有与腔室的纵轴大致垂直的平面。本文所使用的术语“大致垂直”指的是：破碎板的平面与垂直于腔室纵轴的水平面偏离不超过20°，或更优选地不超过10°、5°或2°。

在存在多个破碎板的情况下，优选的是，至少两个破碎板的平面是大致平行的。在某些实施例中，在蒸发单元中存在的所有破碎板的平面是大致平行的。本文所使用的术语“大致平行”指的是：破碎板的平面变化不超过20°，或更优选地不超过10°、5°或2°。

为了使来自腔室的下部区域的热空气的逆流能够阻碍向下穿过腔室的热污染流体，破碎板优选地横跨腔室直径的一部分而不是整个腔室直径。因此，在本发明的实施例中，一个、一些或所有破碎板可以延伸腔室直径的至少约50％、至少约60％、至少约70％或至少约80％。

另外或作为选择，一个、一些或所有破碎板可以部分或全部延伸横跨腔室，并可以包括蒸汽通道。

这点的一个例外可能是最上面破碎板(即，其最邻近污染流体入口)，该最上面破碎板在一些实施例中可以延伸横跨整个腔室和/或不设置有蒸汽通道。

一个替代实施例是对除最上面破碎板之外的所有破碎板使用多孔板或格栅。该实施例有利于向空气流提供较低阻力。

本发明的蒸发单元中所包括的破碎板优选地位于腔室中，使得经由污染流体入口进入腔室的流体被直接传送或容易地被引导至最靠近的破碎板的上表面。因此，在本发明的一些实施例中，腔室的从污染流体入口向下延伸的纵轴穿过最接近污染流体入口的破碎板(并且在某些实施例中，穿过所有存在的破碎板)。

在存在多个破碎板的情况下，这些破碎板优选地设置为使得一些(并非全部)污染流体可以从一个破碎板直接下落到另一个破碎板，而无需额外装置来将污染流体从一个破碎板引导至另一个破碎板。然而，在某些实施例中，腔室的侧壁可以设置有流体引导装置。

因此，在采用多个破碎板的情况下，优选的是，当从腔室的上部区域沿着腔室的纵轴(即，向下穿过腔室)观察时，至少两个破碎板(并且更优选地是所有破碎板)至少部分重叠、或更优选地完全重叠。这种布置可以用于增加空气流动阻力，因此，可以采用对除了最上面破碎板之外的所有破碎板使用多孔板或格栅的替代实施例，以减小增大的阻力。

在使用本发明的蒸发单元期间，可以预料的是，单元的例如破碎板、破碎体和/或腔室本身等部件将被侵蚀或结垢。另外或作为选择，在某些紧急情况下，流体蒸发单元的快速运送(例如，通过空运)和快速部署可能是至关重要的。因此，在本发明的实施例中，蒸发单元是模块化的。

例如，存在的一个、一些或所有破碎板和/或破碎体可以与腔室或设置在腔室中的用于安装或支撑破碎板/破碎体的装置分离(优选地为可手动分离)。以这种方式布置蒸发单元有利于能够容易地从单元中移走被侵蚀或结垢的破碎板/破碎体，并用最少的运行停机时间进行替换/除垢。

另外或作为选择，腔室可以设置为能够联接在一起的一系列部件。

虽然本发明的蒸发单元的使用将导致大比例的污染供应物蒸发，但也存在下落穿过腔室进入到下部区域中的一部分未蒸发流体。该部分流体中的杂质和污染物的比例将高于污染流体供应物中所存在的杂质和污染物的比例。虽然这将通常防止一部分流体被供应回到污染流体供应物中，但在本发明的实施例中，蒸发单元设置有用于使高污染污浊流体供应物(即，具有一定浓度的杂质/污染物且需要防止被供应回到污染流体供应物中的高浓度流体)与污染流体供应物(其可以被供应回到污染流体供应物中)分离的废物分离装置。

腔室可以由以下任意材料形成：该材料对使用本发明的方法而采用的条件和试剂表现出可接受程度的耐受性。有利的是，因为本发明的方法不需要低压来有效地发挥作用，所以蒸发单元的腔室不需要像现有技术的“低温”流体净化方法中所采用的蒸发单元的腔室那样坚固(和昂贵)。

腔室的横截面可以是任意形状，例如圆形、椭圆形、正方形或矩形。具有圆形横截面的腔室可以被简单地制造并具有结构刚性，但也可以在不损失效率的情况下使用其他形状的腔室。在某些实施例中，腔室的横截面形状与位于腔室中的一个、一些或所有破碎板的横截面形状大致相同。

在本发明的实施例中，可以在蒸发单元中采用高度在约2米与20米之间或约5米至15米的腔室。腔室可以具有从约20cm至约2米或从约50cm至约1米的直径。

优选地从腔室中经由一个或多个流体蒸汽出口抽取本发明的蒸发单元中产生的流体蒸汽。流体蒸汽出口优选地位于腔室的侧壁中和/或优选地设置有遮挡部(例如，由Munters DRIFdek形成的块体)，以防止正在排出的净化流体蒸汽被污染流体污染。在某些实施例中，每个蒸发区域均设置有流体蒸汽出口。

可以在每个蒸发区域中设置多个流体蒸汽出口，多个流体蒸汽出口优选地定位成与限定蒸发区域上限的上破碎板相邻且位于上破碎板下方。流体蒸汽出口优选地围绕蒸发室的周部等距地间隔开。多个出口优选地为例如2至8之间的数值。出口应被间隔开，以取得使蒸汽抽取最大化与使气体流动的障碍最小化之间的平衡。在本发明的优选实施例中，使用以60°的间隔间隔开的六个出口。

优选地，如上所述，由各个出口抽取的任意破碎流体应为最小或零，以防止交叉污染。为了实现这点，出口优选地以大于10°且小于45°的角度向下倾斜。在本发明的优选实施例中，选定20°的角度。排气道的口部应优选地位于下侧，并可以与标准的商购除水器装配在一起，以进一步防止流体传输。用于防止流体传输的更优选特征是围绕出口的上边缘上装配小(例如，5mm至10mm)边缘，以形成防止可能的流体进入出口的外悬部。

来自各个出口的蒸汽优选地被抽取到用于向外转移的圆环中。

优选地将流体蒸汽从蒸汽单元供应至冷凝单元。本领域的技术人员将熟悉可以用于冷凝从本发明的蒸发单元得到的流体蒸汽的多种类型的冷凝单元。

然而，在本发明的优选实施例中，优选地通过将流体供应到冷凝单元来冷凝蒸发流体，该冷凝单元包括具有上部区域、下部区域和侧壁的冷凝室，并包括横跨腔室的至少一部分的至少一个破碎板，该破碎板包括破碎装置，

将冷凝流体供应到所述腔室中及至少一个破碎板的上表面上，

允许冷凝流体流动穿过破碎装置并向下穿过腔室，从而导致蒸发流体变为至少部分被冷凝；并且

从腔室中取出冷凝流体。

在本发明的实施例中，冷凝室中的压力是大气压力，和/或冷凝流体仅在重力作用下(即，不需要任何机械辅助)流动穿过破碎装置。

冷凝流体是净化流体(即，已使用净化设备净化的流体)或纯净流体(即，得到的具有高等级纯度的流体)或它们的混合物。作为实例，在水净化处理的情况下，冷却流体可以是已经过淡化处理的水或淡水。

冷凝流体为液态，并优选地具有约0℃、约10℃、约20℃或约30℃至约40℃、约50℃或约60℃的温度。

冷凝单元可以设置有与本发明的蒸发单元相同的结构特征，因此，冷凝单元中可以包括上文所述的蒸发单元的特征。

例如，冷凝区域的腔室可以如上所述那样定尺寸/成形，或可以具有与蒸发区域的腔室相同的模块化构造。破碎板的高度/位置可以如上文讨论的那样是可变的(优选地为可手动调节)。

在使用中，流体蒸汽例如经由一个或多个流体蒸汽入口被供应到冷凝室中。液态的冷凝流体被供应到位于冷凝单元的腔室中的破碎板的上表面上。然后，冷凝流体流动穿过破碎装置并下落穿过腔室，从而增大冷凝流体的表面积。随着冷凝流体流动穿过热流体蒸汽，蒸汽被冷却，从而使蒸汽冷凝来形成净化流体。

这又使冷凝流体被加热，但优选地不会蒸发。优选地从腔室中经由净化流体出口抽取热冷凝流体以及净化流体。该净化流体出口可以位于腔室的下部区域中。

从冷凝室经由净化流体出口抽取的流体优选地具有小于约100ppm、更优选地小于约50ppm且最优选地小于约20ppm的总溶解(TDS)含量。

在本发明的实施例中，从腔室经由净化流体出口抽取的热冷凝流体/净化流体可以用于加热被供应到蒸发单元中的污染流体。如果使用热交换器实现了这点，则冷凝流体/净化流体混合物的温度将减小，这意味着冷凝流体/净化流体混合物可以用作要被供应回到冷凝室的上部区域中的冷凝流体。另外或作为选择，可以经由新鲜流体离开管线从系统中抽取冷凝流体/净化流体混合物的一部分。

冷凝单元的腔室可以设置有能够位于腔室的上部区域中的热空气出口。在本发明的实施例中，热空气(其可以包含相对低比例的水蒸汽)可以经由热空气入口而被供应到蒸发单元的腔室中。

如上所述，冷凝单元优选地具有与蒸发单元类似的结构。例如，冷凝单元可以包括具有如上所述构造的破碎装置的多个破碎板。冷凝区域的腔室可以包括如上文所讨论的那样能够优选地设置在蒸发区域的腔室中的一定数量的破碎板。破碎板如上文所讨论的那样优选地位于/成角度地设置在冷凝单元的腔室中。

破碎板将均限定向下延伸的区域(为了清晰起见，在本文中将称为冷凝区域)。

冷凝区域还可以设置有如上所述的破碎体，并且流体蒸汽入口可以设置有也如上所述的遮挡部。

在优选实施例中，从定位在各个蒸发区域中的流体蒸汽出口延伸的流体蒸汽供应部将与被确定为使蒸发和冷凝最大化的特定冷凝区域联接。更具体地说，从各蒸发区域抽取的蒸汽将在温度和流体蒸汽含量方面变化。通常来说，朝向蒸汽单元的腔室上端的蒸发区域将处于较高温度，并且从这些腔室抽取的蒸汽比从该腔室下方的腔室抽取的蒸汽承载有更多的流体蒸汽。在冷凝室中，朝向腔室上部的冷凝区域将在较低温度下运行，而朝向冷凝单元的腔室下部的冷凝区域将较暖。

已经发现：通过将从最上面蒸发区域(蒸发区域中的在最高温度下运行的蒸发区域)抽取的蒸汽供应到冷凝室最下部处的冷凝区域(冷凝区域中的在最高温度下运行的冷凝区域)中，来实现最佳结果。当从最下面蒸发区域(蒸发区域中的在最低温度下运行的蒸发区域)抽取的蒸汽被供应到最上面冷凝区域(冷凝区域中的在最低温度下运行的冷凝区域)中时，也可以实现最佳结果。该互连系统可被持续用于任意数量的额外蒸发/冷凝区域。例如，第二热(且第二高)蒸发区域可以与第二低(且第二热)冷凝区域连接，而第二冷(且第二低)蒸发区域可以与第二高(且第二冷)冷凝区域连接。

可以看到的是，本发明不仅提供克服了现有技术的问题的蒸发单元，而且还提供高效发挥作用且具有与蒸发单元类似的优点(尤其是当与蒸发单元一起使用时)的冷凝单元。

因此，根据至少优选实施例，本发明提供了在净化流体中使用的包括冷凝室的冷凝单元，冷凝室构造成使得：当使用单元时，腔室具有上部区域、下部区域和侧壁，腔室还包括位于上部区域中的冷凝流体入口、位于下部区域中的净化流体出口、流体蒸汽入口和横跨腔室的至少一部分的至少一个破碎板，该破碎板包括破碎装置。

根据另一个优选方面，本发明提供一种净化流体的方法，包括：

设置冷凝单元，该冷凝单元包括具有上部区域、下部区域和侧壁的冷凝室，并包括横跨腔室的至少一部分的至少一个破碎板，该破碎板包括破碎装置，

将蒸发流体供应到冷凝室中，

将冷凝流体供应到所述腔室中及至少一个破碎板的上表面上，

允许冷凝流体流动穿过破碎装置并向下穿过腔室，从而导致蒸发流体变为至少部分被冷凝；并且

从腔室中取出冷凝流体。

在本发明的这些方面中，冷凝室可以如上文所述那样构造和建造。

如本领域的技术人员将认识到的那样，在使用中，可以手动操作或可以利用控制系统操作本发明的所有方面的设备和方法。因此，根据本发明的另一个优选方面，提供了一种用于控制本发明的所有方面的单元和方法的控制系统。

根据本发明的额外优选方面还提供了数据载体，该数据载体包括用于控制控制系统的计算机可读指令，该控制系统用于控制本发明的所有方面的单元和方法。

附图说明

现在，仅参考附图通过举例来进一步描述本发明。

图1是本发明的蒸发单元的截面图；

图2是从根据优选实施例的本发明的蒸发单元的腔室的纵轴向下看的视图；

图3是图2的实施例的蒸发室上部的截面图；

图4是示出了根据优选实施例的破碎板的边缘的一部分的侧视图；

图5是本发明的流体净化系统的视图；

图6是根据本发明的替代实施例的蒸发单元的截面图；以及

图7是蒸发室中部的截面图，示出了空气抽取部位。

具体实施方式

在图1中，示出了蒸发单元(10)。蒸发单元包括腔室(12)，该腔室(12)具有位于其上部区域(16)处的污染流体供应部(14)。

与其他淡化或流体处理系统相比，腔室(10)尺寸定为具有12米的高度，以允许：集装箱化，以便于运输(用标准的40英尺集装箱)；以及快速安装，以在紧急情况下快速部署。

蒸发单元的上区段构造为可拆卸组件，使得可以从装置中提起破碎体(22)和最上面破碎板(18')以进行外部除垢。腔室的该最上部中出现最大量的水垢，因此，容易从腔室的这部分中移走部件将允许：用外部动力清洗填充介质，并由此以环保的方式快速且低成本地进行除垢，从而缩短通常与该活动相关的停机时间。

腔室被分成由破碎板(18)限定上端的五个蒸发区域(20)。在所示实例中，虽然仅在最上面蒸发区域中示出破碎体，但所有蒸发区域都包含例如拉西环等破碎体(22)。

可以从仅包括单个蒸发区域(20)的蒸发单元中得到可接受的结果，但当存在多个蒸发区域(20)时，能够观察到改善的性能。

腔室(10)的下部区域(24)处设置有热空气入口(26)。

在使用中，经由供应部(14)向蒸发单元(10)供应暖流体或热流体。流体(28)被供应到内部设置有开口的最上面破碎板(18')的上表面上。存在的破碎板(18)可以具有圆形、正方形或矩形形状或其他形状。破碎板中的开口可以具有可变直径，并设置为规则或不规则的图案，或具有不同的尺寸、形状和构造。

被供应到最上面破碎板(18')上的热流体(28)流动穿过破碎开口，并产生液体的热液滴，该热液滴因重力而下落穿过腔室(10)。液滴通过与诸如电化学惰性随机填充材料等破碎体(22)接触来进一步破碎成更小的液滴。这种材料可以是塑料、陶瓷或不锈钢拉西环。破碎体的选择取决于要净化的流体的类型和操作温度。破碎体(22)可以被电化学惰性支撑栅格支撑，该电化学惰性支撑栅格允许流体液滴进入到下个区段中。

同时，热空气经由热空气入口(26)被风扇泵送到腔室(10)中，并被送到腔室(10)的下部区域(24)中。热空气穿过热流体液滴造成蒸发，从而使具有流体蒸汽的空气在不同温度下饱和。

残余浓缩污染物被收集在腔室底部处，以经由废物出口(30)被最终排出。

为了使蒸发最大化，通过构造且优化各区域(20)的高度来使穿过蒸发区域(20)的空气速度变化，从而调节在风扇的相同输入功率作用下空气/蒸汽混合物必须通过的体积。因此，空气速度的变化能够以较低能源成本实现与降低气压的效果类似的效果。

已蒸发的流体可以经由一系列流体蒸汽出口(32)从腔室中排出，并经由流体蒸汽管线(34)被运走。在腔室(10)中的出口处放置有诸如由Munters DRIFdek或类似材料形成的块体等遮挡部(36)，以防止空气/蒸汽流中的液滴的任意交叉污染，并且还防止任意其他可能的污染问题(例如，军团杆菌)。如可以看到的那样，每个蒸发区域(20)的上端均设置有蒸汽流体出口(32)。

在图2中，提供沿着腔室纵轴穿过腔室的俯视图。在该布置中，腔室(10)和破碎板(18)这两者均为圆形。在下破碎板(18)定位在最上面破碎板(18)正下方时，仅最上面破碎板(18')是可见的。换句话说，最上面破碎板(18)与下破碎板(18)完全重叠。

破碎板(18)部分地(而非完全地)延伸横跨腔室(10)，以使热空气能够向上流动。为了进一步实现这点，破碎板(18)设置有蒸汽通道(38)。热流体从污染流体供应部(14)经由破碎板(14')基部中的管道被向上泵送到最上面破碎板上。借助于围绕破碎板以120°的间隔定位的调节螺钉(21)使破碎板水平。在使用之前利用此类调节螺钉装配各破碎板并使破碎板水平，以确保流体在塔状物横截面区域上的均匀分布。

在图3中，示出了破碎板(18)的侧视图，该侧视图示出了破碎板(18)中的热流体入口和水平调节螺钉(21)的实际布置。为简单起见，仅示出一个螺钉，但实际上每个破碎板均具有3个螺钉。

在图4中，示出了破碎板(18)的一侧的一部分的侧视图，以示出沿着上边缘切割出的凹口的形状，该凹口有助于将热流体(28)分配到蒸发室中。

在图5中，提供了示出图1至图4所示的蒸发单元与本发明的冷凝单元一起运行的视图。冷凝单元构造成与蒸发单元类似，并且采用在前面加“1”的相应附图标记。

可以看到的是，被供应到蒸发单元中的污染流体通过与加热源(50)热交换而被加热，该加热源(50)可以是来自工业过程的废热或余热源，或者可以由可替代能源提供。蒸发室(10)的下部区域(26)中的污染流体分开进入到已处理且不能够回收的污浊流体的污染流体供应部(52)以及污染流体供应部(54)污染流体供应部(54)由污染流体补充管线(60)进行补充，并因与经由净化流体出口(130)离开冷凝室(110)的流体热交换而被加热。然后，污染流体供应物经由热交换器(62)并随后经由污染流体入口(14)被输送回到蒸发室(10)中。

冷凝室(110)中的冷凝区域(120)被供应有从蒸发区域(20)中抽取的流体蒸汽。冷凝流体被供应到最上面破碎板(118')的上表面上，该冷凝流体随后被破碎，并在重力作用下穿过冷凝室(110)。随着该流体穿过腔室(110)，从冷却饱和蒸汽中冷凝出额外流体。然后，该额外净化流体被收集在腔室(110)的下部区域(124)中，并从下部区域(124)中经由净化流体出口(130)被取出。在所示装置中，所有冷凝区域(120)都被填充有例如拉西环等破碎体(未示出)。

由于该冷凝过程，冷凝流体变暖。该变暖净化流体经由管线(56)进入横流式热交换器(64)，在横流式热交换器(64)中，所获取的热量被回收并用于在污染流体进入外部加热源(50)进行进一步加热之前预加热污染流体。

然后，净化流体的供应物(56)被分离到净化流体离开管线(58)中，而净化且已冷却的流体的剩余部分经由冷却流体入口(114)进入冷却腔(110)中。

流体蒸汽出口管线(34)将蒸发流体从特定蒸发区域(20)运送至最合适的冷凝区域(120)，以使由风扇(66)驱动的蒸发和冷凝最大化。可以看到的是，所有蒸发区域中的在最高温度下运行的最上面蒸发区域(20')经由管线(34)与冷凝区域中的在最高温度下运行的最下面冷凝区域(120″)连接。在最低温度下运行的最下面蒸发区域(20″)与冷凝区域中的在最低温度下运行的最上面冷凝区域(120')连接。第二热(且第二高)蒸发区域与第二低(且第二热)冷凝区域连接，而第二冷(且第二低)蒸发区域与第二高(且第二冷)冷凝区域连接。该互连系统可被持续用于任意数量的额外蒸发/冷凝区域。

冷凝室(110)设置有热空气出口(126)，该热空气出口(126)将热空气(其可以包含少量的流体蒸汽)经由热空气入口(124)运送到蒸发单元中。

图6示出了图1的蒸发室的替代实施例，在该蒸发室中，用蒸汽抽取器(32')替换流体蒸汽出口(32)。在图7中示出了蒸汽抽取过程的侧视图。蒸汽抽取器(32')部分突出到蒸发室(10)中，并围绕腔室的壁部等距地间隔开。在各抽取器(32')的端部处存在用于防止污染流体液滴转移的除水器(36')。为了进一步防止这种转移，抽取器上侧装配有外悬部。蒸汽抽取器被放入到环形形状的导管(37)中，该导管(37)又连接至与冷凝室连接的主导管(34)。

实例1

如图5所示构造的高度为12米且直径为75cm的蒸发单元和冷凝单元用于对盐水进行淡化。蒸发单元和冷凝单元包括五个蒸发/冷凝区域。海水输入温度和蒸发区域温度如下：

输入热咸水85℃

区段1(最上面)76℃

区段2 70℃

区段3 64℃

区段4 57℃

区段5(最下面)52℃

从在这些条件下操作上述单元得到的结果证实：可以实现每24小时超过18,000公升的蒸馏水输出。使用标准电导仪测量水质，并且发现总溶解固体水平小于20ppm。