淨化水及產生水蒸汽的系統的製作方法

2023-05-20 17:00:41

專利名稱：：淨化水及產生水蒸汽的系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種淨化水及產生水蒸汽的系統。更具體地說，本發明涉及一種改良方法，該方法使用一系列傳感器及控制系統以將水蒸發、去除已溶解固體以及最大化從汙水經由水平的水處理容器的飲用水的回收。
背景技術：
：脫鹽法(desalinization；亦為desalination或desalinisation)是指一種去除過剩的鹽(excesssalt)、礦物質及來自水中的其它自然或非自然的雜質(contaminant)的方法。過去，脫鹽法將海水轉換成船舶上的飲用水。現代的脫鹽方法仍然使用於船舶及潛艇上，以為船員確保常態的飲用水供應。然而，脫鹽法越來越頻繁地使用於淡水資源缺乏的乾旱地區。在這些地區，來自海洋的鹽水脫鹽成適合食用的淡水(即飲用水)或用於灌溉的淡水。得自脫鹽方法的高濃度廢棄產物通常稱為鹽水(brine)，其具有作為典型的主要副產品的鹽(氯化鈉)。大多數現代的脫鹽法的關注點聚焦於開發符合成本效益的方法，從而提供淡水以用在淡水供應受限的乾旱地區。大規模脫鹽法通常是昂貴的，且通常需要大量的能量及昂貴的基礎設施。舉例來說，世界上最大的海水淡化廠主要採用多階段閃餾法(multi-stageflashdistillation)，且每年可生產300萬立方米(m3)的水。在美國的最大海水淡化廠(desalinizationplant)每天淡化2500萬加侖(95,OOOm3)的水。全世界，近13，000座海水淡化廠每天生產超過120億加侖(4500萬m3)的水。因此，本
技術領域：
有不斷改進脫鹽方法的需求，即降低成本和提高相關系統的效率。脫鹽法可通過許多種不同的方法進行。舉例來說，有數種方法使用簡單的蒸髮式脫鹽方法(evaporation-baseddesalinizationmethod),如多效蒸方法(multiple-effectevaporation；MED或簡禾爾ΜΕ)、蒸汽Bi縮蒸方法(vapor-compressionevaporation；VC)及蒸發_冷凝法(evaporation-condensation)。一般而言，蒸發_冷凝法是大自然在水文循環期間進行的一種自然脫鹽方法。在水文循環中，水從如湖泊、海洋和溪流的來源蒸發到大氣中。蒸發的水隨後接觸較冷的空氣，形成露水或雨水。由此產生的水通常是無雜質的。水文過程可使用一系列蒸發-冷凝過程，而人為地加以複製。在基本操作中，海水被加熱至蒸發。鹽及其它雜質從水中溶解出來，並在蒸發階段期間被遺棄。接著將蒸發的水濃縮、收集及儲存成淡水。過去多年來，蒸發-冷凝系統已經大幅改良，特別是隨著促進該過程的更有效技術的出現。然而，這些系統仍然需要大量的能量輸入來將水蒸發。另一種蒸髮式脫鹽方法，包含如上簡述的多階段閃餾法。多階段閃餾法使用真空蒸餾法。真空蒸餾法是通過在蒸發室中創造真空而在低於大氣壓力下使水沸騰的方法。因此，真空蒸餾法在比MED或VC低許多的溫度下進行，因此需要較少的能量將水蒸發以分離雜質。鑑於不斷上漲的能源成本，此過程是特別理想的。其它脫鹽方法可包含膜體式方法(membrane-basedprocess)，如逆滲透(reverseosmosis；R0)、倒極式電透析(electrodialysisreversal；EDR)、納米過濾(nanofiItration；NF)、正向滲透(forwardosmosis；F0)及膜體蒸溜(membranedistillation；MD)0在這些脫鹽方法中，逆滲透是最廣泛使用的。逆滲透利用半透膜及壓力將鹽其其它雜質從水中分離出來。逆滲透膜被認為是選擇性的。即，該膜對水分子是高滲透性的，但對溶解於其中的鹽和其它雜質是高度不可滲透(impermeable)的。所述膜本身存儲在昂貴的高壓容器中。該容器將所述膜配置成最大化表面積及流過其中的鹽水流速。公知的滲透脫鹽系統典型地使用發展系統內高壓的兩種技術其中之一(1)高壓泵，或(2)離心機。高壓泵有助於將海水過濾通過膜。系統中的壓力根據泵設置及鹽水的滲透壓力而變化。滲透壓力取決於溶液溫度及其中已溶解鹽的濃度。另外，典型地，離心機是更有效率的，但是更難以實施。離心機在高速下旋轉溶液，以分離出溶液中密度不同的材料。與膜結合，懸浮鹽及其它雜質會受制於沿著膜長度的固定徑向加速度。一般而言，逆滲透常見的問題是懸浮鹽的去除及長時間下來膜的堵塞。逆滲透海水淡化水廠的營運費用主要取決於驅動高壓泵或離心機所需的能量成本。液壓能量回收系統可整合到逆滲透系統中，以減輕上漲的關於完全能源密集方法的能源成本。這涉及到輸入能量的回收部分。舉例來說，渦輪特別能在系統中回收能量，其需要高操作壓力及大量體積的海水。渦輪在液壓下降期間將能量回收。因此，基於膜兩側之間的壓力差，能源在逆滲透系統中被回收。鹽水側上的壓力遠高於脫鹽作用側上的壓力。壓力降(pressuredrop)產生相當大的渦輪可回收液壓能量。因此，有利用到而並沒有完全浪費掉逆滲透膜高壓及低壓區段間產生的能量。回收的能量可用來驅動系統的任何組件，包含高壓泵或離心機。渦輪有助於降低整體能量消耗，以進行脫鹽。—般而言，逆滲透系統消耗的能量通常比熱蒸餾法更少，因此，更符合成本效益。雖然逆滲透有效地處理某些鹹水溶液，但逆滲透可能因用於重鹽溶液(如海洋鹽水)而超載及效率低落。其它低效率的脫鹽方法可包含離子交換、冷凍法、地熱脫鹽法、太陽能溼化法(solarhumidification；HDH或MEH)，甲烷水合物結晶法、高等級水回收法或射頻誘發高熱法(RFinducedhyperthermia)0不論方法，脫鹽法仍然為能量密集的。未來的成本及經濟可行性繼續取決於脫鹽技術的價格及運作系統所需能量的成本。在另一替代性脫鹽方法中，Burke,Jr.的美國專利案第4，891，140號披露一種通過破壞性蒸餾將已溶解的礦物質及有機材料從水中分離與去除的方法。其中，水在受控制的壓力下被加熱成水蒸汽。已溶解鹽顆粒及其它雜質在水蒸發時排出溶液之外。整合旋流離心機(integratedhydrocyclonecentrifuge)加速了分離過程。加熱過的高壓淨水通過熱交換及液壓馬達將能量傳送回系統。使用的總體能量因此比上述方法更低。事實上，使用的總體能量基本上與來自系統運作的泵損失及熱損失相等。此種設計的一個特別優點在於無需更換膜。此方法去除了將會傷害或破壞膜式脫鹽裝置的化學物及其它物質。另一專利案，即Wallace的美國專利案第4，287,026號披露了一種方法及裝置，其用以從鹽及其它鹹水中去除溶解固體的形式的鹽及其它礦物質，以生產飲用水。在高溫及高離心速度下，將水強行通過數個脫鹽階段。優選地，內部組件在加速至2馬赫(Mach)下將水旋轉，以有效地從蒸發的水中將已溶解鹽及其它已溶解固體分離及懸浮。懸浮的鹽及其它礦物質受到離心的向外施力以分離地從水蒸汽中排出。經分離及純化的水蒸汽或蒸汽接著冷凝回飲用水。該系統需要遠低於逆滲透及類似過濾系統的運作能量，以有效率地及經濟地將水純化。這種設計的一個缺點是轉動軸構造成垂直腔室。因此，旋轉軸區段只有通過軸承(bearing)和軸承蓋牢固固定在基座單元上。在高轉速下(如超過1馬赫)，振動會造成過度的軸承軸及軸承密封失效。另一個缺點是，一系列的腔室在殼體區段中以螺栓連接在一起。穿孔板(perforatedplate)通過0形環密封耦接至所述區段。因為多個腔室及殼體經由多個螺帽(nut)及螺栓(bolt)連接，殼體及0形環密封長時間下來易因鹽滲透而穿透。特別是，Wallace設計的組件是特別費力的。維修同樣地是勞力密集的，因為需要大量的時間拆開每個殼體區段，包含0型環、螺帽及螺栓。理所當然地，該裝置必須在進行必要的維修後，重新組裝。必須將每個殼體區段小心地重新放在一起，以確保其間的適當密封。因為裝置老化，如0形環漏損(leakage)，該系統也容易出現各種扭矩及維修問題。再者，旋轉軸通過齒輪傳動連接至電源，從而惡化了上述關於軸、承軸及密封的可靠性問題。該系統未披露根據脫鹽化鹽水的滲透壓力調節轉動軸區段速度的手段。因此Wallace脫鹽機的靜態運作效率並不如其它現今的脫鹽裝置。因此，本
技術領域：
需要一種改良系統，其包含監測實時系統信息的傳感器及調整系統的機械操作以最大化水的淨化作用(如水的脫鹽作用)及最小化能量消耗的控制器。此等系統應進一步整合多重回收循環以從近80%的飲用水回收率增加至近96%至99%間的飲用水的回收率、應整合聚合物輔助回收系統以萃取殘留化合物的微量元素(traceelement)，以及應比公知的其它脫鹽系統消耗更低的能量。本發明滿足所述需求且提供進一步的相關優點。
發明內容本發明涉及一種淨化水的系統，如將水脫鹽化及產生水蒸汽(包含蒸汽)。該系統包含限定內腔室的長條形容器。該長條形容器被大致水平地定位。進水口形成在該容器中，用以導入水。多個託盤以彼此互相分隔的關係設置在該內腔室中，所述託盤包含託勺，水及水蒸汽通過所述託勺。所述託勺優選地包含第一直徑的進口及第二較小直徑的出口。多個隔板，典型地為開口板材，設置在所述託盤之間。各隔板具有多個開口，水及水蒸汽通過所述開口。優選地，所述開口具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口。在一具體實施例中，所述隔板中的至少一個隔板包含從隔板前端面延伸的導流器(flowdirector)，該導流器設置成將水及水蒸汽的流動引導向隔板周圍。可轉動軸穿過所述隔板，且附接至託盤以轉動該內腔室中的所述託盤，同時所述隔板維持固定。一驅動器轉動該軸。典型地，低摩擦材料層或軸套(sleeve)或軸承設置在所述隔板及該軸之間。雜質出口形成在該容器中，且典型地，與雜質水槽流體連通。水蒸汽出口亦形成在該容器中，且與用於將水蒸汽冷凝成液態水的水蒸汽回收槽連通。在一具體實施例中，至少一經處理汙水槽流體耦接至該容器，以通過使該經處理汙水通過該系統而再處理該汙水。在一具體實施例中，一控制器用於調整軸的轉動速度或輸入該容器的水量。至少一傳感器與該控制器通信。至少一傳感器設置成判斷以下的至少一者(1)軸或託盤的轉動速度，O)內腔室的壓力，(3)水或水蒸汽的溫度，(4)水輸入速率，或(5)待處理汙水的等級。在一具體實施例中，一渦輪連接至該容器的該水蒸汽出口且可操作地連接至發電機。水被加熱至至少水的沸騰溫度以產生蒸汽，使水蒸汽及/或蒸汽通過可操作地連接至該發電機的渦輪。一經處理水傳回件(treatedwaterreturn)設置在該渦輪及該容器的進水口之間。在一特別優選具體實施例中，該系統附接至可攜式框架(portableframework),該可攜式框架可經由半拖車(semi-trailertruck)、國際標準容器(ISOcontainer)等予以運輸。使用時，該淨化水及產生水蒸汽的方法，包括將具有雜質的水導入容器中的步驟。將該水移送通過一系列由固定的隔板交錯地分離的轉動託盤，從而將該水渦流化及加熱使得該水蒸發，以產生具有至少一些自該水分離的雜質的水蒸汽。典型地，如果系統不包含渦輪及發電機，則將該水加熱至至少華氏100度但低於華氏212度。優選地，將水蒸汽的溫度提高至殺菌溫度。此為通過將所述託盤轉動至水蒸汽溫度達到殺菌溫度的速度而達成。從該容器排出該水蒸汽以與該分離雜質及剩餘的水冷凝分開。使該水蒸汽通過回收槽以冷凝成液態水，該回收槽具有在該水蒸汽的流動路徑中的分隔件。在一具體實施例中，感測包含以下至少之一者的若干條件(1)輸入該容器的水量，(2)所述託盤的轉動速度，(3)該容器中的壓力，(4)該水或水蒸汽的溫度，或(5)分離雜質的等級。響應所述感測條件而可調整所述託盤的轉動速度或輸入該容器的水量。亦可感測保存槽中的該分離雜質及水的等級或該經處理水中的雜質濃度，以及可通過該分離雜質及水再循環通過該容器來再處理該分離雜質及水。從以下更清楚的說明結合通過實施例例示性說明本發明原則的附圖，本發明的其它特徵及優點將變得更清楚。本發明。在所述圖中圖1為根據本發明的淨化水及產生水蒸汽的系統的俯視圖及部分區段示意圖；圖2為圖1的系統的側視圖及部分區段示意圖；圖3為說明其上部為開啟的水處理容器的俯視圖；圖4為根據本發明的附接至可攜式框架的水平水處理容器的端面圖；圖5為具有多個託勺的轉動的託盤的俯視圖；圖6為託盤及託勺部分的剖面圖；圖7為根據本發明使用的隔板的俯視圖；圖8為其前端具有導水器的隔板的側視圖；圖9為說明具有錐形開口的隔板部分的剖面圖；圖10為說明根據本發明的耦接至傳動件及耦接至水處理容器軸的電動馬達的示意圖；圖11為說明根據本發明的類似圖1的本發明系統但說明控制箱及各種傳感器的整合的示意圖；圖12為本發明整合渦輪及發電機的系統的俯視圖；圖13為說明水蒸汽出口的水處理容器的端面圖；以及圖14為圖12的系統的側視圖。具體實施例方式如圖所示，為了說明的目的，本發明是關於淨化水及產生水蒸汽的系統與方法。本發明的方法與系統特別適合於鹽水，如海洋水或其它鹹水的脫鹽法，且優選的處理僅用於示範目的，而本
技術領域：
具有通常知識的技術人員將了解本發明的系統與方法可用於淨化其它水資源。此外，在此，如將更完整描述地，本發明的系統與方法將可用於相對乾淨的水以產生蒸氣形式的水蒸汽，該水蒸汽具有足夠的壓力與溫度，以便通過渦輪，該渦輪可操作地連接至發電機用以產生電力，或其它蒸氣加熱應用。現請參閱圖1及圖2，附圖標記10所示的系統通常包含限定內腔室14的水處理容器或腔室12，其中，從水中將鹽及其它已溶解固體及雜質去除，以製造本質上無礦物質的飲用水。在一具體實施例中，處理容器12通過進水閥(inletvalve)18經由給水槽管20接收來自給水槽(feedtank)16的汙水。如上所述，水的來源可為海水或海洋水、其它半鹹水，或者甚至為經其它雜質汙染的水。再者，本發明展望直接從水源供應汙水，其中，未必需要使用給水槽16。現請參閱圖3，在一特別有利的具體實施例中，容器12由下殼體及上殼體部分12b組成，使得下及上殼體部分1及12b可彼此互相開啟(open)或去除(remove)，以進入容器12的內腔室14中的內容。水處理容器12包含內腔室14中彼此互相分隔的多個轉動託盤22，且具有設置在所述託盤22間的隔板M。此處將更完整地說明，轉動託盤22包含多個託勺26，所述託勺沈以穿過轉動託盤22的方式形成，且隔板M典型地包括具有多個開口(aperture)28的板材，所述開口觀以穿過隔板M的方式形成。隔板M固定至容器12，以形成固定。隔板M可包括設置在容器12的下殼體12a中的下部分以及上部分，該上部分附接至且設置在容器12的上殼體12b中，並設計成在容器12的下及上殼體1及12b彼此互相接合及閉合時形成單一隔板，或者，各隔板可包括附接至下殼體1或上殼體12b的單一片材，且當水及水蒸汽通過隔板時通常還能維持固定。變頻驅動器30控制在電動馬達32、驅動傳動器34及對應的軸36的速度。軸36可轉地耦接至軸承等，典型地為施密特耦接器(Schmittcoupler)或通常位於容器12兩端的陶瓷軸承38及40。軸36延伸穿過託盤22及隔板M，使得軸只轉動託盤22。S卩，託盤22耦接至軸36。軸承或低摩擦材料(例如特氟龍(Teflon)層體或軸套)設置在轉動的軸36及開口板材的隔板M之間，以減小其間的摩擦力，並穩定及支撐旋轉軸36。從圖可見，水處理容器12被大致水平地定位。此方式與瓦力司'0裝置(Wallace'0device)相反，於瓦力司'0裝置中，水處理腔室被大致垂直地定位，且轉動軸頂部由軸承及軸承蓋固定住，轉動軸支撐腔室本身。因此，轉動的軸區段僅牢固地固定在單元的基座。在高速轉動操作速度下，系統中的振動會造成極度的軸承、軸及密封(seal)失效。相反地，將水處理容器12水平地安置在機座結構42能分散沿著容器12的長度的轉動負載以及減少振動，如簡諧振動，其會另外造成極度的軸承、軸及密封失效。再者，將容器12安置在機座結構42提升了系統10的可便攜性。通過各隔板M支撐極快速轉動的軸36，進一步穩定軸及系統，並減少其造成的振動及傷害。如上所述，軸36及託盤22在極高的速度下轉動，如2馬赫(Mach)。其通過託盤22的託勺26將水移送，將水渦流化(swirl)及加熱，以形成水蒸汽，且將雜質、鹽及其它已溶解固體從水蒸汽中拋開及排除。在通過下一個轉動的具託勺26的託盤22再次處理之前，水及水蒸汽隨後通過隔板M的開口28。當水及水蒸汽通過容器12的各子腔室(subchamber)時，水蒸汽的溫度升高，以生成額外的水蒸汽，並將鹽、已溶解固體及其它雜質留在剩餘水中。水及雜質上的離心力將其推向內腔室14的壁及推進一組通道44中，該通道44將雜質及未汽化水(non-vaporizedwater)引導至出口(outlet)26。產生的水蒸汽通過設在容器12中的水蒸汽出口48。因此，水蒸汽與雜質及剩餘的水彼此互相分離。如上所述，軸36轉動託盤22。如上所述，上述多個軸承將軸36支撐在水處理容器12的內部中。軸承典型地由鋼或陶瓷材料所形成。現有技術的脫鹽系統包含在高轉速及高溫下會失效的標準滾筒軸承。因此，公知的脫鹽系統具有與標準滾筒軸承相關的高失效比率。在本發明中，通常在高轉速及高溫下，密封鋼珠軸承或陶瓷軸承38與40比標準滾筒軸承更耐用且不易失效。再者，軸36間歇性地由低摩擦材料支撐，如特氟龍軸套或設置在隔板M及軸36之間的軸承50。這甚至更確保軸36上重量及力量的分散，以及提升系統的操作性及壽命。現請特別參閱圖5及圖6，所示為示範性的具有多個託勺沈的託盤22，所述託勺26以穿過託盤22的方式形成。雖然圖5示出了14個託勺26，須了解的是託勺沈數目可改變且在單一個託盤22中可為數十個，因此，虛線表示各種數目的多個託勺。圖6為託盤22及形成在託盤22中的託勺沈的剖視圖。在一特別具體實施例中，託勺沈為錐形(tapered)，使得託勺沈的進口(inlet)52的直徑大於託勺沈的出口M的直徑。錐形託勺沈本質上為管，該管具有實質上垂直於轉動託盤基底22的水平表面的垂直開口或進口52。因為在錐形託勺的進口52具有較大的體積且在退出口或出口討具有較小體積，水及水蒸汽通過錐形託勺26加速。從錐形託勺沈的進口至出口的體積改變導致起因於文氏管效應(VenturiEffect)的速度增加。因此，水及水蒸汽進一步受到攪拌(agitate)，提高了溫度也提高了速度。這進一步使雜質能從水蒸汽中分離。錐形託勺沈可經由任何公知手段附接至轉動託盤22。須再次了解的是有更多或更少的錐形託勺沈分布在轉動託盤22的全部區域中，託勺26的具體數目及尺寸隨本發明系統10的操作條件而變化。再者，託勺沈的角度可隨託盤22變化，如圖6所示為約45度。即，通過增加旋轉的託勺的角度，例如在後續的託盤上增加25度至31度至36度，在下一個(次一個)託盤上增加至40度、至45度等，旋轉的託盤22的託勺沈的角度增加調節了水蒸汽通過容器12時會升高的水蒸汽壓力。該角度增加亦可用於進一步攪拌及產生水蒸汽，以及提高水蒸汽壓力，該水蒸汽壓力可用於蒸汽渦輪(steamturbine)中，本文將完整說明。現請參閱圖7至圖9，圖7所示為開口板材形式的隔板24。在本情形中，隔板M由第一板件56及第二板件58形成，該第一板件56及第二板件58通過連接件60連接至容器12的內壁。連接件60可包括螺栓、杆或任何其它適合的連接裝置。另外，如上所述，隔板M可由連接至下或上殼體1及12b的單一個單元形成。當以雙板件56及58方式形成時，優選地，當容器12閉合(close)時，板件56及58彼此互相結合，以形成單一個隔板24。如上所述，多個開口28以穿過隔板M的方式形成。圖9為所述開口觀的剖視圖。類似於上述託盤的是，該開口優選包含具有大於出口64直徑的直徑的進口62，使得開口為錐形而增加通過其中的水及水蒸汽的壓力及速度。類似於上述託盤22的是，開口28可形成在整體的隔板板材中，如該系列虛線所示。開口觀的具體數目及尺寸隨系統10的操作條件而變化。現請參閱圖8，所說明的軸36延伸穿過隔板M。在一具體實施例中，圓錐形導水器(cone-shapedwaterdirector)66定位在隔板M的前端。舉例來說，為了飲用水的改良蒸發作用及高還原率，導水器(direCtor)66可具有45度的角度以將剩餘的水及水蒸汽從軸36朝向隔板板材M的周圍或外緣反射。再次參閱圖3及圖4，如上所述，在一優選具體實施例中，容器12形成兩個殼體或區段1及12b。這促成了容器組件的快速檢驗及置換(當有需要時)。優選地，內腔室14的壁及任何其它組件，如託盤22、隔板對、軸36等以碲鎳礦(Melonite)或其它減低摩擦及抗腐蝕物質製成。理所當然地，所述組件可由抗腐蝕及具有低摩擦係數材料構成，如經研磨的不鏽鋼等。容器12的下及上區段1及12b優選為互相連接，使得閉合時其實質為氣密及水密(airandwatertight)。再者，在系統10操作期間，閉合的容器12需要能承受其中水蒸發作用造成的高溫及高壓。現請參閱圖1、圖2及圖10，典型地，傳動器34與電動馬達32及驅動軸36互相連接。傳動器34的速度由變頻驅動器30設定。變頻驅動器30主要由計算機控制器68控制，如將更完整地說明的。請參閱圖10，馬達的軸70通過皮帶74連接至中間軸72。中間軸72通過另一皮帶76連接至軸。圖10中所示的高速工業皮帶及滑輪系統驅動水處理容器12中的軸36。如圖所示，多個皮帶74及76及一組中間軸72將軸36處的轉動輸出速度增加為電動馬達驅動軸70上的電動馬達32施加的轉動輸入速度的數倍。理所當然地，轉動輸入速度對轉動輸出速度的比值可通過改變皮帶74及76及對應的中間軸72的轉動速度而改變。通過將電動馬達驅動軸70經由皮帶74及76耦接至軸36，以及增加傳動器34及腔室12之間軸36上的施密特耦接器，本發明可避免困擾公知脫鹽系統的振動及可靠性問題。請再次參閱圖1，如上所述，水蒸汽經由容器12的水蒸汽出口48導引。水蒸汽經由回收管78通行至水蒸汽回收容器或槽80。水蒸汽接著冷凝且聚集至在水蒸汽回收槽80中的液態水。為促進此過程，在一具體實施例中，如百葉片(louver)形式的多個分隔件82定位在水蒸汽的流動路徑中，使得水蒸汽可聚集及冷凝在百葉片上，並轉變成液態水。接著該液態水被輸送至飲用水存儲槽84或殺菌保存槽86。如果容器12中的水及水蒸汽被加熱至殺菌處理所需的溫度以殺死有害的微生物、斑馬貽貝幼蟲(zebramussellarvae)及其它有害有機物，液態水可在保存槽86中予以處理。在一優選具體實施例中，當系統10的主要目的為將雜質從汙水(如鹽水)中去除以提供飲用水時，水蒸汽的溫度被加熱至華氏(Fahrenheit)100度與低於華氏212度之間。更加優選地，為了殺菌目的，水蒸汽被加熱至華氏140度與華氏170度之間。然而，水蒸汽溫度維持在最低值且優選低於華氏212度，使得水不會沸騰變成更難以從水蒸汽冷凝及聚集至液態水的蒸汽。但是，水的沸騰及高於華氏212度的水蒸汽溫度只有在蒸汽的產生欲用於加熱、發電等目的的情形中為優選的。此等使本發明能對水蒸汽殺菌，以及將水蒸汽冷凝及聚集至液態水而不需要複雜的製冷或冷凝系統，該複雜的製冷或冷凝系統通常需要額外的電力或能量。在一具體實施例中，汙水指脫鹽製程中的鹽水，汙水在出口46處被加以收集，並被輸送至鹽水處理槽88。如圖1所示，可添加聚合物或其它化學物質至鹽水以將微量元素等回收。再者，來自鹽水的鹽可為各種目的加以處理及使用，包含生產食鹽。在一本發明的具體實施例中，通過再次通過系統10將雜質及剩餘的水回收再利用而再處理經處理過的汙水。可執行此過程數次，以使從汙水萃取出的飲用水增加，如增至99%。通過將雜質及廢水從出口46引導至第一鹽水或雜質再處理槽92。如上所述，鹽水或其它雜質形式的剩餘廢水接著通過容器12的進口18被再導入，並通過容器12加以再處理及再循環。額外的飲用水以在水蒸汽回收槽80中冷凝及收集的水蒸汽的形式被萃取出來。剩餘雜質及廢水接著被引導至第二鹽水或雜質再處理槽94。在再處理槽中雜質或鹽水的濃度將會再被提高。如上所述，當處理槽94中已經將廢水或鹽水調節至足夠程度時，該汙水接著通過進口18，以及通過系統10加以循環及再處理。經萃取的飲用水蒸汽被輸送至出口48，並在水蒸汽回收槽80中轉變成液態水。生成的雜質及廢水可接著置入另一個再處理槽中，或置入鹽水處理槽88。須了解的是，初始通過(initialpass-through)的海水將產出例如80%至90%的飲用水。該第一再處理將產出額外量的飲用水，使得全部萃取出的飲用水介於90%至95%之間。通過以極低至近乎不增加單位成本的方式將鹽水回收再利用，使鹽水及剩餘的水再次通過系統可產出99%回收率的飲用水。再者，鹽水或雜質的量可促進微量元素的回收，及/或減低其處理成本。現請參閱圖11，在一優選具體實施例中，將計算機系統整合至本發明的系統10中，該計算機系統基於來自多個傳感器的測量以控制變頻驅動器30，所述傳感器可持續讀取溫度、壓力、流速、組件的轉速及連接至水處理容器12的各種槽的剩餘體積。典型地，所述讀取為實時獲得。舉例來說，溫度及/或壓力傳感器96可用以測量容器12之中或之外的水或水蒸汽的溫度，及其溫度(視需要)。為響應所述傳感器讀取，控制箱68使變頻驅動器30維持軸36的轉動速度、減低軸36的轉動速度或增加軸36的轉動速度，以分別維持水及水蒸汽的溫度及壓力、減低水及水蒸汽的溫度及壓力或增加水及水蒸汽的溫度及壓力。這可達成，例如，確保水蒸汽溫度是在需要的殺菌溫度，以便殺死所有有害的微生物與其它有害有機物。可選地或額外地，傳感器可用於偵測軸36及/或託盤22的轉動速度(RPMQ，以確保系統正確地運轉，以及確保系統在期望的溫度及/或壓力下產生需要的水蒸汽。計算機控制器亦可通過進口18(GPMQ調整輸入的水量，以將相對於水蒸汽及廢水的量為適量的水輸入，去除該廢水使系統10有效率地運作。控制箱68可調整進入容器12的水的流速，或更可調整水輸入。舉例來說，如上所述所指，汙水可來自給水槽16，或可來自任意數目的槽體，包含再處理槽92及94。亦須注意的是，收集儲水槽可流體耦接(fluidlycouple)至進口18，以確保水被純化至若干程度或其它目的，如產生需要比汙水所能提供者還更高的水純度的蒸汽時。藉此，一個或多個傳感器98可追蹤槽體中的數據，以判斷水或廢水/鹽水的等級、濃度，或進入槽體的流速或流出槽體的流速。控制器68可用於切換槽體的輸入及輸出，如將鹽水從第一鹽水再處理槽92再處理至第二鹽水再處理槽94，最後至鹽水處理槽88，如上所述。因此，當第一鹽水再處理槽達到預定程度時，來自給水槽16的流體流動被中斷，從第一鹽水再處理槽92提供替代流體進入容器12。處理過的雜質及剩餘廢水接著被導入第二鹽水再處理槽94，直到達到預定程度。接著將水從第二鹽水再處理槽94通過系統及水處理容器12引導至，例如，鹽水處理槽88。第一鹽水再處理槽92中的鹽水可為接近20%的汙水，其包含全部已溶解固體的大部分。最後被引導至鹽水處理槽88的殘存鹽水可以只包括最初經由給水槽16導入淨化系統的汙水的1%。因此，溫度及壓力傳感器、RPM及流量計可用於控制期望的水輸出，其包含產生殺菌過的水的水蒸汽溫度控制。控制器68可用於控制變頻驅動器30驅動馬達32，以使軸36在足夠高的速度下轉動，以使託盤的轉動使輸入的水沸騰及產生期望溫度及壓力的蒸汽，如圖12所示。圖12說明整合至系統10中的蒸汽渦輪100。蒸汽形式的水蒸汽可在水處理容器12中產生，以驅動高壓、低溫的耦接至發電機102的蒸汽渦輪，以達到符合成本效益及經濟的發電。舉例來說，水蒸汽可在超過華氏600度中及予以加熱，以及在超過1600磅/平方英寸(poundspersquareinch；psi)中予以殺菌處理，超過1600磅/平方英寸足以驅動蒸汽渦輪100。除了來自託盤的增加速度以外，託盤22的託勺沈的圓錐特性及開口板材隔板對的開口觀的圓錐特性的結合亦促進水蒸汽及蒸汽的產生。增加託勺沈的角度，如從第一託盤的25度至最後託盤的45度，亦增加了蒸汽形式的水蒸汽產生及增加其壓力，以能夠驅動蒸汽渦輪100。圖13及圖14說明一具體實施例，其中，蒸汽出口104在容器12的一端形成，蒸汽渦輪100直接連接至蒸汽出口104，使得殺菌過的蒸汽通過蒸汽渦輪100，以轉動葉片106及蒸汽渦輪100的軸108，以經由耦接至蒸汽渦輪100的發電機發電。水蒸汽出口110將水蒸汽輸送至水蒸汽回收槽80等。回收槽80可能需要包含額外的導管、冷凝器、製冷器等，以冷卻蒸氣或高溫水蒸汽，以將其冷凝成液態水。當然地，本
技術領域：
具有通常知識的技術人員將了解到系統10產生的蒸氣可用於其它目的，如加熱目的、來自油井及焦油及油頁巖井等的油的去除。亦將了解到的是，本發明通過傳感器及控制器68的裝置，可產生的低溫及/或壓力的水蒸汽以生產飲用水，水蒸汽可通過出口48直接被引導至水蒸汽回收槽，系統經加速產生高溫水蒸汽或蒸氣，以通過蒸汽渦輪100以發電(視需要)。舉例來說，在夜間時間期間，系統10可用於產生飲用水，而且只需要極少的電力。然而，在白天時間期間，系統10可被調整成產生蒸汽及電力。如上所述，本發明的許多組件，包含變頻驅動器30、電動馬達32、傳動器34及水處理容器12及所述中的組件，可附接至可攜式框架42。本發明的整體系統10可設計成裝入40英尺(foot)長的國際標準容器(ISOcontainer)0該容器可用製冷(HVAC)單元隔絕以用於經控制的操作環境及船運及倉庫。各種槽體，包含給水槽、水蒸汽回收槽、飲用水存儲槽以及雜質/鹽水再處理或處理槽，可裝入可運輸容器，或可分開運輸，且可連接至進口及出口埠(視需要)。因此，本發明的整體系統10可在ISO容器中等經由船舶、半拖車等輕易地予以運輸。因此，本發明的系統10可被攜至需要處理自然災難、軍事行動等之處(即使位置偏遠)。這種裝置促成了本發明系統10的高等級移動性，以及快速調度及快速啟動。雖然為說明的目的已詳細說明了數個具體實施例，但可在不脫離本發明的範圍及精神下進行各種修飾。因此，除了受限於申請的權利要求書以外，本發明並不受限制於上述內容。權利要求1.一種淨化水及產生水蒸汽的系統，包括長條形容器，該長條形容器限定內腔室，該容器被大致水平地定位；進水口，該進水口形成在該容器中；多個託盤，所述多個託盤以彼此互相分隔的關係設置在該內腔室中，所述託盤包含託勺，而水及水蒸汽通過所述託勺，其中，所述託勺包含第一直徑的進口及第二較小直徑的出Π；多個隔板，所述多個隔板設置在所述託盤之間，各隔板具有多個開口，而水及水蒸汽通過所述開口，其中，所述開口具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口；可轉動軸，該可轉動軸穿過所述隔板且附接至所述託盤以轉動該內腔室中的所述託盤；驅動器，該驅動器轉動該軸；雜質出口，該雜質出口形成在該容器中；以及水蒸汽出口，該水蒸汽出口形成在該容器中且與用於將水蒸汽冷凝成液態水的水蒸汽回收槽連通。2.如權利要求1所述的系統，其中，該系統附接至可攜式框架。3.如權利要求1所述的系統，包含低摩擦材料層，該低摩擦材料層設置在所述隔板及該軸之間。4.如權利要求1所述的系統，其中，所述隔板中的至少一個隔板包含從該隔板前端面延伸的導流器，該導流器配置成將水及水蒸汽的流動引導向該隔板周圍。5.如權利要求1所述的系統，包含控制器，該控制器調整該軸的轉動速度或輸入該容器的水量。6.如權利要求5所述的系統，包含至少一個傳感器，所述傳感器與該控制器通信，且所述傳感器配置成判斷以下的至少之一(1)該軸或託盤的轉動速度，(2)該內腔室的壓力，(3)該水或水蒸汽的溫度，(4)水輸入速率，或(5)待處理汙水的等級。7.如權利要求6所述的系統，包含至少一個經處理的汙水槽，該汙水槽流體耦接至該容器，用以通過使經處理的汙水流經該系統來再處理該汙水。8.如權利要求1所述的系統，包含渦輪，該渦輪連接至該容器的該水蒸汽出口且可操作地連接至發電機。9.如權利要求8所述的系統，包含經處理水傳回件，該經處理水傳回件介於該渦輪及該容器的該進水口之間。10.一種淨化水及產生水蒸汽的方法，包括下列步驟將具有雜質的水導入容器中；將該水移送通過一系列由固定的隔板交錯地分離的轉動託盤，從而將該水渦流化及加熱使得該水蒸發，以產生具有至少一些自該水分離的雜質的水蒸汽；從該容器排出該水蒸汽以與該分離雜質及剩餘的水冷凝分開；感測以下條件的至少之一(1)輸入該容器的水量，(2)所述託盤的轉動速度，(3)該容器中的壓力，(4)該水或水蒸汽的溫度，或(5)分離的雜質的等級；以及響應所感測的條件來調整所述託盤的轉動速度或輸入該容器的水量。11.如權利要求10所述的方法，包含使該水蒸汽通過回收槽以冷凝成液態水的步驟，該回收槽具有在該水蒸汽的流動路徑中的分隔件。12.如權利要求10所述的方法，包含使該水蒸汽通過渦輪的步驟，該渦輪可操作地連接至發電機。13.如權利要求12所述的方法，包含將該水加熱至至少水的沸騰溫度的步驟。14.如權利要求10所述的方法，包含通過使該分離的雜質及水再循環通過該容器來再處理該分離的雜質及水的步驟。15.如權利要求14所述的方法，包含感測保存槽中的該分離的雜質及水的等級或經處理的水中的雜質的濃度的步驟。16.如權利要求10所述的方法，包含將該水蒸汽的溫度提高至殺菌溫度的步驟。17.如權利要求16所述的方法，其中，該提高至殺菌溫度的步驟包含使所述託盤轉動至水蒸汽溫度達到殺菌溫度的速度的步驟。18.如權利要求10所述的方法，包含將該水加熱至至少華氏100度但低於華氏212度的步驟。19.如權利要求10所述的方法，其中，所述託盤包含託勺，所述託勺具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口，以及所述隔板具有開口，所述開口具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口。20.如權利要求10所述的方法，包含將該容器被大致水平地定位以及使附接至驅動機構的可轉動軸穿過所述隔板及託盤使得只有所述託盤轉動的步驟。21.如權利要求10所述的方法，包含將該水的流動從該隔板的中央部分引導向該隔板周圍的步驟。22.—種從水中去除雜質及產生水蒸汽的方法，包括下列步驟將具有雜質的水導入容器中；將該水移送通過一系列的由固定的隔板交錯地分離的轉動託盤，從而將該水渦流化及加熱使得該水蒸發，以便由於在足夠高的速度下的託盤轉動而產生具有至少一些自該水分離的雜質的水蒸汽；從該容器排出該水蒸汽以與該分離雜質及剩餘的水冷凝分開；以及通過使該分離的雜質及水再循環通過該容器來再處理該分離的雜質及水。23.如權利要求22所述的方法，包含感測以下條件的至少之一的步驟(1)輸入該容器的水量，(2)所述託盤的轉動速度，(3)該容器中的壓力，(4)該水或水蒸汽的溫度，或(5)分離的雜質的等級。24.如權利要求23所述的方法，包含感測保存槽中的該分離的雜質及水的等級或經處理的水中的雜質的濃度的步驟。25.如權利要求23所述的方法，包含響應所感測的條件來調整所述託盤的轉動速度或輸入該容器的水量的步驟。26.如權利要求22所述的方法，包含使該水蒸汽通過回收槽以將該水蒸汽冷凝成液態水的步驟，該回收槽具有在該水蒸汽的流動路徑中的分隔件。27.如權利要求22所述的方法，包含使該水蒸汽通過渦輪的步驟，該渦輪可操作地連接至發電機。28.如權利要求27所述的方法，包含將該水加熱至至少水的沸騰溫度的步驟。29.如權利要求22所述的方法，包含將該水蒸汽的溫度提高至殺菌溫度的步驟。30.如權利要求四所述的方法，其中，該提高至殺菌溫度的步驟包含使所述託盤轉動至水蒸汽溫度達到殺菌溫度的速度的步驟。31.如權利要求22所述的方法，包含將該水加熱至至少華氏100度但低於華氏212度的步驟。32.如權利要求22所述的方法，其中，所述託盤包含託勺，所述託勺具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口，以及所述隔板具有開口，所述開口具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口。33.如權利要求22所述的方法，包含將該容器被大致水平地定位以及使附接至驅動機構的可轉動軸穿過所述隔板及託盤使得只有所述託盤轉動的步驟。34.如權利要求22所述的方法，包含將該水的流動從該隔板的中央部分引導向該隔板周圍的步驟。35.一種產生水蒸汽的方法，包括下列步驟將水導入容器中；將該水移送通過一系列的由固定的隔板交錯地分離的轉動託盤；在足夠高的速度下轉動託盤，從而將該水渦流化及加熱使得該水蒸發，以便產生具有預定溫度及壓力的水蒸汽；以及使該水蒸汽通過渦輪，該渦輪可操作地連接至發電機。36.如權利要求35所述的方法，包含將該水中的雜質與該水蒸汽分離的步驟。37.如權利要求36所述的方法，包含感測以下條件的至少之一的步驟(1)輸入該容器的水量，(2)所述託盤的轉動速度，(3)該容器中的壓力，(4)該水或水蒸汽的溫度，或(5)分離的雜質的等級。38.如權利要求37所述的方法，包含感測保存槽中的該分離的雜質及水的等級或經處理的水中的雜質的濃度的步驟。39.如權利要求37所述的方法，包含響應所感測的條件來調整所述託盤的轉動速度或輸入該容器的水量的步驟。40.如權利要求35所述的方法，包含使該水蒸汽通過回收槽以冷凝該水蒸汽成液態水的步驟，該回收槽具有在該水蒸汽的流動路徑中的分隔件。41.如權利要求35所述的方法，包含將該水加熱至至少水的沸騰溫度的步驟。42.如權利要求35所述的方法，其中，所述託盤包含託勺，所述託勺具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口，以及所述隔板具有開口，所述開口具有第一直徑的進口及第二較小直徑的出口。43.如權利要求35所述的方法，包含將該容器被大致水平地定位以及使附接至驅動機構的可轉動軸穿過所述隔板及託盤使得只有所述託盤轉動的步驟。44.如權利要求35所述的方法，包含將該水的流動從該隔板的中央部分引導向該隔板周圍的步驟。全文摘要本發明提供一種淨化水及產生水蒸汽的系統與方法，其包含將汙水導入容器中。將該水移送通過一系列由固定的隔板交錯地分離的轉動託盤，從而將該水渦流化及加熱使得該水蒸發，以產生具有至少一些自該水分離的雜質的水蒸汽。從該容器排出該水蒸汽，以與該分離雜質及剩餘的水冷凝分開。可使該水蒸汽通過連接至發電機的渦輪。可通過該容器再循環與再處理經處理的水以提高其純度。文檔編號B01D1/00GK102065964SQ200980122385公開日2011年5月18日申請日期2009年6月23日優先權日2008年6月23日發明者約翰·D·萊利,達納·L·詹森申請人:維爾諾控股有限責任公司