具有膜加热的液体净化制造技术

净化系统可以通过膜加热向液体提供有效的加热，净化系统不是加热大量液体，而是可以加热薄层液体，因此减少蒸发液体所需的能量。膜加热可以使用比其他方法更少的能量来蒸发液体。此外，当加热具有溶解的固体(例如盐)的液体(例如海水)时，必须加热液体和固体。随着蒸发的发生，固体浓度增加，而为了促进蒸发，必须向液体提供更多的能量。由于净化系统只加热一层液体，所以需要较少的能量来加热固体，这可以允许在净化液体中有更高的能量效率。这些效率可以使得饮用水的成本降低。还描述了相关的装置、系统、技术和制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有膜加热的液体净化相关申请本申请要求根据35U.S.C.§119(e)于2015年5月13日提交的第62/160,664号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部内容通过引用被明确地包含于此。
在此描述的主题涉及一种利用例如热膜加热和蒸发的液体净化。
技术介绍
脱盐指的是从盐水中除去一定量的盐和其他矿物质的几种方法中的任何一种。脱盐是一种净化液体(特别是水)的形式。盐水可以被脱盐以生产适合人类消费、灌溉或其他用途的淡水。由于能量消耗相对较高，因此海水脱盐的成本一般高于替代品(例如来自河流或地下的、水循环回收、水节约等的淡水)，但是替代品并不总是可用的。一种用于脱盐的示例性方法是低温热脱盐(LTTD)，其利用了低压下水沸腾的优势。真空泵产生水可以在两体积的水之间以8-10℃(46-50°F)的温度梯度沸腾的低压低温环境。冷却的海水可以被供应且被泵送通过盘管以冷凝水蒸气，从而产生净化水。另一种方法是反渗透，其是使用半透膜从饮用水中去除较大颗粒的水净化技术。然而，具有现有的系统和技术生产饮用水是昂贵的。LTTD需要进入深海和从海洋深处抽取海水的能力。反渗透使用昂贵的膜和必须建立的高压，这需要大量的能量。
技术实现思路
与之前的脱盐方法相关的问题可以通过本文描述的当前主题来解决。净化系统可以通过膜加热向液体提供有效的加热，，当加热元件和液体沸点之间的温差大于或等于93℃时膜加热发生。膜加热可能会导致在加热元件上形成蒸汽泡的薄膜，也称为莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)效应。这种蒸汽膜会影响蒸发效率，因为蒸汽膜可以起到绝缘体的作用并减小加热层的有效表面积，从而阻止液体迅速形成蒸汽。在一些实施方式中，当前的主题可以在靠近加热元件的液体和/或蒸汽分子上施加电荷。与带相反电荷的元件相结合，液体和/或蒸汽分子的带电可以导致带电的液体和/或蒸汽分子被拉离加热元件，从而避免蒸汽膜的形成。一方面，用于液体净化的装置包括蒸汽罩和加热层。蒸汽罩用于收集蒸汽。加热层位于蒸汽罩下方并适于浸没在液体中，以使加热层基本上被液体包围并位于距液体表面1毫米至20毫米之间的深度处。加热层进一步适于加热至比液体的沸点更大的至少93摄氏度的温度。另一方面，将高总溶解性固体(TDS)的液体提供给布置在蒸汽罩下方的加热层，使得加热层浸没在高TDS液体内，使得加热层基本上被高TDS液体包围且位于距高TDS液体的表面1毫米至20毫米之间的深度处。将加热层加热至比高TDS液体的沸点更大的至少93℃的温度以产生蒸汽。蒸汽被蒸汽罩和冷凝器收集。一个或多个以下的特征可以被包括在任何可行的组合中。例如，可以包括用于容纳液体的容器。加热层可以被包含在容器内。浮体可以连接到加热层且将加热层悬挂在液体中，以使不管液体的体积如何加热层的深度保持基本恒定。浮体可以进一步连接到蒸汽罩上并将蒸汽罩支撑在液体上方。蒸汽罩可以适于浮在水体上。加热层可以包括至少一个加热元件。加热元件可以包括电加热元件、气体加热元件、强制热液加热元件、红外吸收材料或电磁吸收材料。加热层可以进一步包括带电元件，该带电元件将电荷给予靠近加热层的液体或蒸汽分子。可以包括带相反电荷的元件，以将带电的液体或蒸汽分子拉离加热层，从而阻止加热层上的蒸汽膜的形成。加热层可以包括混合式加热带电元件，该混合式加热带电元件包括加热元件、带电鳍片以及在加热元件和带电鳍片之间的绝缘层。绝缘层可以是电绝缘的并且是导热的。加热层可以适于以距液体的表面1毫米至20毫米之间的深度或距液体的表面5毫米至14毫米的深度浸入液体中。例如，加热层可以适于以约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和/或20毫米的深度浸入液体中(或者可以位于液体内)。加热源可以被包括。加热源可以包括红外源、电磁源或电源。加热源可以包括红外源，并且加热层可以包括红外吸收材料。液体可以是海水、废水或咸水。加热层可以适于加热到至少193摄氏度的温度。输入供应源可以适于控制液体的表面液位。可以使用带电元件对蒸汽进行带电，以避免加热层上的蒸汽层的形成。加热层可以以约14毫米的深度浸入液体中。提供高TDS液体可以包括将蒸汽罩和加热元件放置在海水体中。使用当前的主题，由于可以避免蒸汽膜的形成，所以膜加热可以使用比其他方法更少的能量来蒸发液体。此外，不是加热大量的液体，而是可以加热一薄层液体，因此减少蒸发液体所需的能量。液体薄层的深度可以根据例如应用而变化。此外，当加热具有溶解的固体(例如盐)的液体(例如海水)时，必须加热液体和固体。随着蒸发的发生，固体浓度增加，而为了促进蒸发，必须向液体提供更多的能量。由于净化系统只加热一层液体，所以需要较少的能量来加热固体，这可以允许在净化液体中有更高的能量效率。这些效率可以使得饮用水的成本降低。这里描述的主题提供了许多技术优点。例如，可以提供用于将高TDS液体转化成低TDS液体和/或纯净的液体的低成本系统，这样在液体为水的情况下可以是可饮用的(例如，足以供人消费、灌溉等)。由于不需要半透膜，所以可以降低成本。高TDS液体可以包括海水，来自废水处理厂、制造业和/或工业生产过程的废水以及其他类似的液体。这样的系统几乎没有维护。噪音污染(例如，大型工厂可能产生的噪音)可以被减少或消除。液体可以被自主净化(例如，没有或很少人机交互)。在一些实施方式中，膜加热层或元件可以是可生物降解的，这将减少了污染和浪费。不同于在相对较低的加热温度下在管道内加热少量水的按需式住宅水加热系统，当前主题可以在较高温度下加热大量的液体以蒸发液体，从而达到净化目的。这里描述的主题的一个或多个变化的细节在附图和下面的描述中阐述。这里描述的主题的其它特征和优点在描述、附图和权利要求书是显而易见的。附图说明图1是用于净化诸如海水和/或咸水的液体的示例性净化系统的横截面图；图2是用于净化诸如海水和/或咸水的液体的另一个示例性净化系统的横截面图；图3A是加热层和带相反电荷的板的部分的横截面图；图3B是混合式加热带电元件的示例性实施方式的横截面图；图3C是示例性加热层的俯视图；图4是示出了用于净化液体的示例性过程的概况的过程流程图；图5是示出了蒸发和冷凝阶段的过程流程图；图6是具有附加标记的示例性净化系统的横截面图；图7是示出了具有平行的净化系统的系统的系统框图；以及图8是示出了从平板上蒸发海水的特性的膜系数与膜温度的算图。各附图中的相同附图标记表示相同的元件。具体实施方式图1是用于净化诸如海水和/或咸水的液体且使用膜加热的示例性净化系统100的横截面图。因为不需要半透膜，所以示例性净化系统100可以以比反渗透系统更低的成本来净化液体。净化系统100可以通过膜加热来向液体提供有效的加热。虽然现有的蒸发系统可以使用池式或者池核式加热/沸腾，但是当前的主题是利用当加热元件和液体沸点(或者饱和温度)之间的温差大于或者等于93摄氏度时发生的膜加热。不是加热大量的液体，而是加热一薄层液体，从而减少蒸发液体所需的能量。膜加热可以使用比其他方法更少的能量来实现液体的蒸发。此外，当加热具有溶解的固体(例如盐)的液体(例如海水)时，必须加热液体和固体。随着蒸发的发生，固体浓度增加，并且为了促进蒸发，必须向液体提供更多的能量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于液体净化的装置，所述装置包括：蒸汽罩，用于收集蒸汽；加热层，在所述蒸汽罩的下方，所述加热层适于浸没在液体内，以使所述加热层基本上被所述液体包围并位于距所述液体的表面1毫米至20毫米之间的深度处，所述加热层适于加热到比所述液体的沸点更大的至少93摄氏度的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.13 US 62/160，6641.用于液体净化的装置，所述装置包括：蒸汽罩，用于收集蒸汽；加热层，在所述蒸汽罩的下方，所述加热层适于浸没在液体内，以使所述加热层基本上被所述液体包围并位于距所述液体的表面1毫米至20毫米之间的深度处，所述加热层适于加热到比所述液体的沸点更大的至少93摄氏度的温度。2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：容器，用于容纳所述液体，其中所述加热层被包含在所述容器内。3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：浮体，连接到所述加热层且将所述加热层悬挂在所述液体内，以使无论所述液体的体积如何所述加热层的深度保持基本恒定。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述浮体进一步连接到所述蒸汽罩并且支撑所述蒸汽罩在所述液体上方，其中所述蒸汽罩适于浮在水体上。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热层包括至少一个加热元件，所述加热元件包括电加热元件、气体加热元件、强制热液加热元件、红外吸收材料或电磁吸收材料。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热层进一步包括带电元件，所述带电元件将电荷给予靠近所述加热层的液体或蒸汽分子。7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：带相反电荷的元件，所述带相反电荷的元件用于将带电的液体或蒸汽分子从所述加热层拉离，并阻止在所述加热层上形成蒸汽膜。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热层包括混合式加热带电元件，所述混合式加热带电元件包括：加热元件；带电鳍片；以及在所述加热元件与所述带电鳍片之间的绝缘层，其中所述绝缘层是电绝缘的且是导热的。9.根据权利要求1所述的装置，进一步地包括加热源，所述加热源包括红...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔迈勒·杰弗里，
申请(专利权)人：突破技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US