水淨化的製作方法

2023-05-24 12:45:06 1

專利名稱：水淨化的製作方法
技術領域：
本發明涉及水的淨化，尤其涉及在淨化水時使用的蒸發裝置。
背景技術：
越來越需要適用於飲用和灌溉的水。因此，越來越需要淨化非淨水，如海水。德國專利申請No. 10230668描述了一種用於淨化「原(raw) 」水的方案，其中，當空 氣穿過杆結構時，對空氣進行加溼，同時原水在杆表面上滴下。然後，使用冷凝器從加溼後 的空氣提取淨化水。 歐洲專利申請No. 1362833A2公開了一種包括水源和親水性膜的淨水設備。親水 性膜使水能夠穿過該膜成為蒸汽，並且阻止雜質穿過。該專利說明書包含對合適的親水性 材料的描述，以及在使用由親水性材料製成的袋灌溉植物時產生的實驗結果。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種在淨化水中使用的蒸發裝置，該蒸發裝置包 括設置在第二管內的第一管，其中，所述第一管包括親水性膜，並且其中，在所述第一管和 第二管之間設置有間隙用於空氣流動。因此，本發明提供了具有設置在外管內的內管的蒸發裝置(或可替換地，全蒸發 裝置)，該內管包括親水性膜，管之間具有間隙用於空氣流動。在使用中，在內管中的非淨水 可以全蒸發穿過內管，並且對間隙中的空氣進行加溼。使用設置在外管內的內管可以引導 空氣靠近親水性膜，以提供有效的加溼。本發明還提供了一種可以容易地由入射在外管上 太陽輻射進行加熱的結構，尤其是加熱間隙中的空氣。這提高了空氣通過裝置的對流，並且 產生在間隙中存在的更暖的空氣，更暖的空氣能夠攜帶比更冷空氣更大量的水蒸汽。這提 高了裝置的加溼能力。在一個實施方式中，所述第一管與所述第二管大致同軸地設置。這樣的結構可以 提供有效的加溼，並且製造簡單。在其他實施方式中，所述第一管的至少一部分可以是盤繞 的或者設置成Z字結構。該卷優選地與第二管基本同軸。同樣地，Z字形通常設置為在外 管中心。內管本身可以是光滑的或者起皺的。通常地，無論通過盤繞、Z字形、起皺或其他 方式來提供大表面積的親水性膜的結構都提供更有效的加溼。所述間隙可以包含用於在流過該間隙的空氣中引起湍流的裝置。湍流造成阻力， 使空氣在裝置中花費更長的時間。因此，空氣具有更多的時間以從親水性膜的表面帶走全 蒸發的水分子。從而，總體上提高了通過空氣帶走水分。用於引起湍流的所述裝置可以包 括附接到所述第一管的外側或所述第二管的內側或這兩者的翅片。附加地或可替換地，第 一管的外側或第二管的內側或這兩者可以是粗糙的或波狀的，例如，起皺的或帶螺紋的。第二管可以包括金屬，例如，銅。這提高了從第二管的外側到第二管的內側的熱吸 收和熱傳導，從而有助於優化到間隙中空氣的熱傳遞。所述第二管的所述內側可以塗有黑色物質。這提高了熱從第二管的內表面到間隙中空氣的輻射。所述第一管和所述第二管優選地設置為在所述間隙中互不接觸，例如，通過懸掛 所述管的一個或兩個，或者通過採用間隔體。該特徵促進了在第一管的整個外表面上的空 氣流動。 蒸發裝置可以包括用於容納所述蒸發裝置的蒸發模塊。所述蒸發模塊可以包括具 有向外彎曲的窗的長殼體。這用於通過以類似溫室的方式工作來提高太陽輻射的收集。這 可以進一步提高蒸發裝置以及尤其是間隙中空氣的加熱。根據本發明的第二方面，提供了一種用於淨化水的系統，該用於淨化水的系統包 括進水通道，其用於提供非淨水；蒸發器，其用於使用由所述進水通道提供的所述非淨水通過全蒸發對空氣進行加 溼；以及冷凝器，其用於從所述蒸發器加溼後的所述空氣冷凝淨化水，其中，所述進水通道 提供的所述非淨水在被提供給所述蒸發器之前冷卻所述冷凝器。同樣地，根據本發明的第三方面，提供了一種淨化水的方法，該淨化水的方法包 括通過入口通道提供非淨水；使用由所述進水通道提供的所述非淨水，通過全蒸發用蒸發器對空氣進行加溼； 以及用冷凝器從加溼後的空氣冷凝淨化水，其中，所述入口通道提供的所述非淨水在 被提供給所述蒸發器之前冷卻所述冷凝器。這樣，用於加溼的非淨水還可以用於實現冷凝。這避免了需要分別為蒸發器和冷 凝器提供水。重要地是，在冷凝過程中非淨水被加熱，結果是提供給蒸發器的水比直接提供 給蒸發器的水更暖。這具有的益處是有助於加溼和冷凝，而系統的整體能量要求有效地未 淨增。所述進水通道可以包括加熱裝置，其用於在非淨水被提供給所述冷凝器之後並且 被提供給所述蒸發器之前對所述非淨水進行加熱。加熱非淨水可以改善加溼作用。但是， 非淨水在通過加熱裝置加熱非淨水之前的初始提供溫度仍然實現了冷凝。該結構的另一個 優勢是加熱裝置中非淨水的對流可以促進非淨水流過進水通道。但是，在一些實施方式中， 例如在非淨水源和系統的出口之間有一個大頭，這可能不足以促進非淨水流過進水口。因 此，可以設置用於推動水通過所述進水通道的泵。所述加熱裝置可以設置為採用太陽能，這使得能夠低成本工作和低環境影響。所述進水通道可以包括沉積物收集器。該特徵減小了沉積物抑制非淨水在系統中 流動的可能性。蒸發器可以包括上面描述的蒸發裝置。所述第一管和所述第二管可以設置為與排 氣口下方的進氣口大致垂直。該結構通過對流促進了間隙中空氣的流動。但是，系統可以包括用於迫使所述空氣通過所述間隙的迫使裝置。例如，風扇可以 吹或吸空氣。這個特徵可以增加被加溼的空氣量，並且提高通過空氣帶走水蒸汽。


現在將參照附圖僅以示例的方式描述本發明，在附圖中圖1是蒸發裝置的第一優選實施方式的透視圖；圖2是圖1的蒸發裝置的沿X-X線的截面圖；圖3是圖1的蒸發裝置的沿Y-Y線的截面圖；圖4是蒸發裝置的第二優選實施方式的透視圖； 圖5是蒸發裝置的第三優選實施方式的透視圖；圖6是淨水系統的示意性框圖；圖7是蒸發器模塊的透視圖；以及圖8是圖7的蒸發器模塊的沿Z-Z線的截面圖。
具體實施例方式參見圖1至圖3，示出了一種具有內管10和外管20的蒸發裝置100。內管10由 諸如Dutyion 的親水性膜製成。在歐洲專利EP1362833A2中描述了合適的親水性膜。外 管20優選地由容易吸收太陽輻射並且是很好的導熱體的材料(如金屬(如銅))製成，但 是其他材料(如，塑料)也是合適的。外管20的內側22可以塗有黑色物質，如黑漆，以促 進已經由外管20吸收的熱在外管20內朝向內管10輻射。在內管10和外管20之間具有間隙30，用於空氣流動。在圖1至圖3中，內管10 和外管20大致同軸地設置，以便於空氣流動，但這不是必須的。優選地，內管10與外管20 不接觸，從而使空氣流入所有在內管10周圍的間隙；這可以例如通過提供間隔體40來實 現。設置內管10和外管20不接觸的另一個合適方式是通過繩或線將內管10懸掛在外管 20內。在使用中，內管10含有水，該水可以是非淨水(如，海水)。內管10的一個端部 12可以通過管道連接到這種水的源，為此，可以在端部12設置連接器(圖1至圖3中未示 出)。而且，水可以通過另一個管道被引離內管10的端部14，為此，可以在端部14設置連 接器(圖1至圖3中未示出)。圖1至圖3中示出的內管10和外管20具有圓形截面，但這不是必須的。方形的 或其他形狀的截面也是合適的。有利的是，在內管10和外管20之間的間隙30內的氣流是湍流，因為這促進水分 從內管10的親水性膜被吸收到空氣中。湍流的氣流造成阻力，該阻力使空氣花費更長的時 間通過間隙30，從而給空氣更長的時間以進行加溼。因此，蒸發裝置100可以包括用於產 生湍流的裝置，如在氣道中的障礙物。這樣的障礙物可以設置在內管10的外側上，外管20 的內側上，或這兩者上。在圖1至圖3所示出的實施方式中，蒸發裝置100具有設置在外管 20的內側上的翅片50，用於產生湍流。在第二和第三優選實施方式中，如圖4和圖5中所示出的，內管10與外管20非同 軸地設置，而是在外管20的至少一部分內分別是卷繞的或具有Z字結構。這些結構使得內 管10對於給定長度的外內管20而言具有更大表面積的親水性膜，這提高了在間隙30中流 動的空氣的加溼。可以使用其他結構的內管10。無論使用什麼結構，認為有用的是，確保 在內管10中沒有尖點，由於往往在親水性膜中的尖點中或尖點附近形成水滴(這是不期望的)。 參見圖6，示出了一種包括如參照圖1至圖5描述的蒸發裝置100的淨水系統500。 可以使用一個或更多個這樣的蒸發裝置100 ；在圖6中，示出了包括一組五個蒸發裝置100 的蒸發器510。為了使這樣的一組蒸發裝置100能夠進行模塊化組裝，各蒸發裝置100的內 管10可以設置有扣合連接器，該扣合連接器可以自行打開，使得當將蒸發裝置100添加到 該組中時蒸發裝置100自動變為水迴路的一部分，並且當從該組移除蒸發裝置100時，該扣 合連接器會自行關閉。優選地，各蒸發裝置100設置有大致垂直的外管20，以通過對流促進 氣流在間隙30中向上流動。淨水系統500還包括用於將非淨水運送到各蒸發裝置100的第一管10的內部的 進水通道520。由於非淨水通過蒸發裝置100中的親水性膜被汽化並且對間隙30中的空 氣進行加溼，因此補充的非淨水通過進水通道520進入第一管10。在圖6中所示的蒸發器 510中，各蒸發裝置100的第一管10並行地聯結到進水通道520。淨水系統500還包括用於向各蒸發裝置100的間隙30提供空氣516的進氣口 512。 當各蒸發裝置100設置有大致垂直的外管20時，進氣口 512優選地在蒸發裝置100的下端， 因為間隙30中的空氣被加熱時將通過對流自然上升。可以通過將各蒸發裝置100的下端 安裝在地平面之上，來設置這樣的進氣口 512。用於將空氣516從各蒸發裝置100的間隙 30排出的排氣口 514設置在各蒸發裝置100的上端部。冷凝器530從加溼後的空氣冷凝出水蒸汽，從而形成淨化水。優選地，冷凝器530 設置在蒸發器510上方，使得加溼後的空氣可以容易地進入冷凝器530。在其他實施方式 中，氣道(如，管道等)可以設置在蒸發器510和冷凝器530之間，以將加溼後的空氣從蒸 發器510引導到冷凝器530。淨化水經過出口 535從冷凝器530排出。蒸發裝置100可以設置為通過太陽能加熱。由蒸發裝置100的外管20吸收太陽 能，進而，加熱間隙30內的空氣，並且較低程度地加熱內管10內的非淨水。由於可以獲得 更大量的蒸發能，因此通過該加熱提高了全蒸發過程。類似地，因為暖空氣可以比冷空氣保 持更多的水蒸汽，因此通過加熱提高了整體加溼作用。同樣地，隨著加熱間隙30中的空氣， 空氣通過對流而流動，通過蒸發裝置100的底部吸入未加溼的空氣，並且使更多的空氣被 加溼。如圖6所示，冷凝器530可以位於進水通道520中，使得非淨水在流向蒸發器510 的途中經過冷凝器530。在冷凝器530處，因為非淨水可以是從海或地下水源取得的，所以 非淨水通常是比較冷的。因此，其可以操作以保持冷凝器530較冷，並且促進冷凝。在非淨 水達到蒸發器510之前，在冷凝器530中還提高了非淨水的溫度。這具有的益處是進一步 加熱蒸發器510，從而提高了全蒸發過程和加溼作用，原因與上述原因相同。進水通道520包括可選的加熱器540，該加熱器540用於在向蒸發器510提供加 熱後的非淨水之前加熱非淨水。這還可以提高全蒸發過程和空氣的加溼，如上所述。加熱 器540可以是，例如，根據太陽能工作的太陽能熱沉，從而減小系統500對環境的影響。如 果採用加熱器540以加熱非淨水，並且使非淨水經過冷凝器530，則加熱器540應當位於冷 凝器530的下遊，使得冷凝器530接收儘可能最冷的非淨水。在加熱器540中加熱水還可 以提供在進口通道520的在加熱器540內的部分中的非淨水中的對流，足以使水流過通道 520。即使沒有加熱器，系統中在別處加熱的水將通過對流有助於水循環。
進氣口 512包括可選的風扇550，該風扇550用於迫使空氣通過間隙30。風扇550 可以設置為將空氣吹過間隙30或將空氣吸過間隙30。這樣，可以提供更大的空氣流速，這 可以提高通過空氣帶走水蒸汽。
進水通道520包括可選的沉積物收集器560，該沉積物收集器560用於減小沉積物 抑制非淨水在系統500中流動的可能性。沉積物收集器560優選地位於冷凝器530、加熱器 540和蒸發器510的上遊。同樣地，在圖6所示的實施方式中，具有用於將非淨水從增溼器510中的各蒸發 裝置100的內管10排出的排水通道570。這使得能夠建立非淨水的流動，這使得最近加熱 的非淨水流進各蒸發裝置100，從而帶來上述的加熱水的益處，並且還減小沉積物在蒸發器 510或進水通道520的組成部分中積累的可能性，這種積累可以降低系統500的效率。可選 擇地，可以提供泵580，用於將非淨水通過進水通道520泵送到排水通道570，從而改善非淨 水的流動。泵580可以是太陽能供給能量的，以提供低成本操作和低環境影響。從排水通 道570排出的水可以返回到非淨水源590，如海、井或儲液器。可選擇地，來自排水通道570的非淨水可以返回聯結到進水通道520，只有通過全 蒸發失去的水需要從非淨水源進行補充。這樣，再使用非淨水，這降低了對補充非淨水的供 給的要求，使系統500適用於在不具有充足的非淨水供給的位置淨化水。參見圖6和圖7，在本發明的另一個優選實施方式中，蒸發裝置100可以容納在蒸 發模塊600中。各模塊600包括具有窗620的殼體610。殼體610是長形的，並且可以容納 一個或更多個蒸發裝置100。殼體610優選地由絕緣材料製成。窗620優選地從殼體610向外彎曲。這有助於使模塊600收集的太陽輻射量最大 化。窗620的內表面優選地具有塗層，該塗層減少了通過窗620從模塊600逃離的太陽輻射量。在使用中，模塊600可以安裝在接收大量太陽輻射的位置中，如在建築物的外部 上。可替換地，它可以是便攜的。由於殼體610的絕緣性質和窗620的向內反射，接收的太 陽輻射被收集在模塊600中，例如，像高效的溫室。因此，改善了通過太陽輻射加熱模塊600 中的蒸發裝置100。圖6中所示的系統500的蒸發器510可以包括一個或更多個蒸發模塊600。蒸發 模塊600的個數可以以與蒸發裝置100的個數相同的方式變化。系統500還可以配置為以其他方式適應不同位置的當時環境。例如，可以採用不 同形式的冷凝器530。在世界的寒冷區域中，由環境溫度冷卻的玻璃片，如建築物的一部分， 可以足以執行所需的冷凝，而在具有充足的太陽能供給的其他位置中，使用主動冷卻供給 動力的冷凝器，例如，主動冷卻翅片，可以是更合適的。在說明書和權利要求書中所提到的加溼(或等同於水化)、淨化和加熱不旨在分 別表示任何預定的溼度、純度和溫度，而僅僅分別表示溼度、純度和溫度的增加。
權利要求
一種在淨化水時使用的蒸發裝置，該蒸發裝置包括設置在第二管內的第一管，其中，所述第一管包括親水性膜，並且其中，在所述第一管和所述第二管之間設置有間隙，用於空氣流動。
2.根據權利要求1所述的蒸發裝置，其中，所述第二管與所述第一管大致同軸地設置。
3.根據權利要求1所述的蒸發裝置，其中，所述第一管的至少一部分是卷繞的或者設 置成Z字結構。
4.根據上述權利要求中的任意一項所述的蒸發裝置，其中，所述間隙包含用於在流過 所述間隙的空氣中引起湍流的裝置。
5.根據權利要求4所述的蒸發裝置，其中，所述用於引起湍流的裝置包括附接到所述 第一管的外側或所述第二管的內側或這兩者的翅片。
6.根據上述權利要求中的任意一項所述的蒸發裝置，其中，所述第二管包括金屬。
7.根據權利要求6所述的蒸發裝置，其中，所述金屬是銅。
8.根據上述權利要求中的任意一項所述的蒸發裝置，其中，所述第二管的內側塗有黑 色物質。
9.根據上述權利要求中的任意一項所述的蒸發裝置，其中，所述第一管和所述第二管 設置為在所述間隙中互不接觸。
10.根據上述權利要求中的任意一項所述的蒸發裝置，該蒸發裝置包括用於容納所述 蒸發裝置的蒸發模塊。
11.根據權利要求10所述的蒸發裝置，其中，所述蒸發模塊包括具有向外彎曲的窗的 長殼體。
12.一種用於淨化水的系統，該用於淨化水的系統包括 進水通道，其用於提供非淨水；蒸發器，其用於使用所述進水通道提供的所述非淨水通過全蒸發對空氣進行加溼；以及冷凝器，其用於從所述蒸發器加溼後的所述空氣冷凝淨化水，所述進水通道提供的所 述非淨水在被提供給所述蒸發器之前冷卻所述冷凝器。
13.根據權利要求12所述的用於淨化水的系統，其中，所述進水通道包括加熱裝置，該 加熱裝置用於在所述非淨水已經被用於冷卻所述冷凝器之後並且在被提供給所述蒸發器 之前對所述非淨水進行加熱。
14.根據權利要求13所述的用於淨化水的系統，其中，所述加熱裝置設置為採用太陽能。
15.根據權利要求10至14中的任意一項所述的用於淨化水的系統，該用於淨化水的系 統包括用於推動水通過所述進水通道的泵。
16.根據權利要求12至15中的任意一項所述的用於淨化水的系統，其中，所述進水通 道可以包括沉積物收集器。
17.根據權利要求12至16中的任意一項所述的用於淨化水的系統，其中，所述蒸發器 包括根據權利要求1至11中的任意一項所述的蒸發裝置，所述非淨水被設置為流過所述蒸 發裝置的所述第一管。
18.根據權利要求17所述的用於淨化水的系統，其中，所述第一管和所述第二管被設置為與排氣口下方的進氣口大致垂直。
19.根據權利要求17或權利要求18所述的用於淨化水的系統，該用於淨化水的系統包 括用於迫使所述空氣通過所述間隙的迫使裝置。
20.一種淨化水的方法，該淨化水的方法包括以下步驟通過入口通道提供非淨水；使用由所述進水通道提供的所述非淨水，通過全蒸發用蒸發器對空氣進行加溼；以及用冷凝器從加溼後的空氣冷凝淨化水，其中，所述入口通道提供的所述非淨水在被提 供給所述蒸發器之前冷卻所述冷凝器。
21.根據權利要求20所述的淨化水的方法，該淨化水的方法包括以下步驟在所述非 淨水已經被用於冷卻所述冷凝器之後並且在被提供給所述蒸發器之前，對所述非淨水進行 加熱。
22.根據權利要求21所述的淨化水的方法，該淨化水的方法包括以下步驟採用太陽 能以加熱所述非淨水。
23.根據權利要求20至22中的任意一項所述的淨化水的方法，該淨化水的方法包括以 下步驟使用泵推動水通過所述進水通道。
24.根據權利要求20至23中的任意一項所述的淨化水的方法，該淨化水的方法包括使 用沉積物收集器在所述進水通道中收集沉積物。
25.根據權利要求20至24中的任意一項所述的淨化水的方法，其中，所述蒸發器包括 根據權利要求1至11中的任意一項所述的蒸發裝置，對所述空氣進行加溼的步驟包括使所 述非淨水流過所述第一管。
26.根據權利要求25所述的淨化水的方法，其中，所述第一管以及所述第二管大致垂 直地設置，所述方法包括使所述空氣向上穿過所述間隙。
27.根據權利要求25或權利要求26所述的淨化水的方法，該淨化水的方法包括以下步 驟迫使所述空氣通過所述間隙。
28.—種基本如參照附圖所描述的蒸發裝置。
29.—種基本如參照附圖所描述的淨化水的系統。
30.一種基本如參照附圖所描述的淨化水的方法。
全文摘要
蒸發裝置(100)具有內管(10)和外管(20)。內管(10)由親水性膜製成，如DutyionTM。外管(20)優選地由容易吸收太陽輻射並且是很好的導熱體的材料製成。內管(10)和外管(20)之間具有間隙(30)，用於空氣流動。內管(10)容納有非淨水流。親水性膜使水穿到內管(10)的外部，成為蒸汽，但是阻止雜質穿過。在間隙(30)流動的空氣帶走水蒸汽，並且加溼後的空氣退出蒸發裝置。隨後，如，在冷凝器冷卻該加溼後的空氣以收集蒸汽並且提供淨化水。
文檔編號C02F1/14GK101874000SQ200880117386
公開日2010年10月27日 申請日期2008年10月3日 優先權日2007年10月4日
發明者馬克·克裡斯多佛·託金 申請人:設計科技與創新有限公司