專利名稱：水處理設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉用使用水凈化裝置的問題，該水凈化裝置被設(shè)計(jì)成能夠在多種場合下，例如家庭，飯館，旅店，軍隊(duì)，海洋和野外地區(qū)連續(xù)且完全地完成對水源的凈化以及對海水的淡化等方面的工作。該裝置能去除所有化學(xué)物質(zhì)，所有的微生物并給水補(bǔ)充基本礦物質(zhì)。
對消費(fèi)用純凈水，如餐飲和維護(hù)衛(wèi)生時所用的水的需求是極大的。水的純凈程度和安全性正在全世界范圍內(nèi)遭到破壞。美國城市和許多外國城市中自來水管里的水已不再是安全的了，它已被微生物，化學(xué)物質(zhì)，重金屬以及更多的是被地下水和年久失修的分布配送系統(tǒng)的水管道所污染。對城市水處理系統(tǒng)的改進(jìn)也收效甚微。由于水配送系統(tǒng)的陳舊，滲漏以及在某些情況下被鉛制管接頭所污染，所以沿水配送系統(tǒng)進(jìn)行的管道過濾和處理也將不會有多少效果。對我們的城市來講，水的純凈問題將是一個不能很快解決的大的挑戰(zhàn)。因此，絕對有必要立刻解決我們家居用水的純凈問題。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在采用水處理系統(tǒng)的地方所應(yīng)達(dá)到的要求，即能夠?qū)⑷魏嗡崔D(zhuǎn)化成為無微生物，無化學(xué)品，無氯，味道很正，水質(zhì)軟，且含有礦物質(zhì)的適合于住宅、公寓、飯館或其他設(shè)施使用的水。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種水凈化的系統(tǒng)，其中，所供應(yīng)的水是經(jīng)過一熱交換器預(yù)熱過的，所述熱交換器從系統(tǒng)制冷裝置中(冷凝器一側(cè))提取能量，以便保留盡可能多的能量。
本發(fā)明的又一個目的是提供一個用于排出所供水中氣體的具有薄水層的，離心式的真空室。
本發(fā)明的又一個目的是利用獨(dú)特的且對其知之不多的脫氣后的水的物理特征。純凈水在被去掉溶解于其中的氣體之后，可以被加熱到100℃以上(達(dá)到180℃)而不沸騰，但若繼續(xù)加熱，將會產(chǎn)生帶有爆發(fā)般猛烈的沸騰。該蒸氣在100℃的溫度下體積是100℃下水的體積的1700倍。
本發(fā)明的又一個目的是用一系列三個串聯(lián)(in line)閥，隔離所述脫氣室。這些閥為電子閥并由在線計(jì)算機(jī)控制器進(jìn)行控制。
本發(fā)明的又一目的使在一定壓力下將脫氣的供應(yīng)水加熱到260°F，隨之將其噴射到加熱到350°F的真空室中，并使其在真空室中以爆發(fā)方式迅速氣化，從而提供壓力和氣化而使真空室成為冷凝器。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種溫度為20°F的鹽水冷卻對流熱交換器，以將被氣化和加壓的蒸氣冷凝成為常溫狀態(tài)下的化學(xué)意義和生物學(xué)意義上的凈化水。
本發(fā)明的又一個目的是提供一個帶紫外線光源的蓄水箱，用于維護(hù)水的無菌狀態(tài)，并提供高水位和低水位傳感器，用于通過在線微處理器調(diào)整系統(tǒng)的工作。
本發(fā)明的又一個目的是提供一個增壓泵，該泵通過串聯(lián)的壓力傳感器可提供一理想的壓力以及流過系統(tǒng)的流體，。如果需要的話，所述的該壓力和流體的量可通過串聯(lián)的泵得以小幅提高。
本發(fā)明的又一個目的是傳遞本發(fā)明中的水，水從蓄水箱流出，流經(jīng)一膠質(zhì)礦物交換柱(以代換微量礦物質(zhì))，并最后經(jīng)過碳過濾柱以保證水質(zhì)的新鮮及味道。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種由電(或其他能量源)加熱的植物油，該油在預(yù)熱熱交換器中和被加熱的真空室中經(jīng)套管循環(huán)流動。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一個電制冷裝置，用于冷卻對流冷凝室中的鹽水并為預(yù)熱器提供熱量。
本發(fā)明的又一目的在于對系統(tǒng)的各部分提供回濺(back wash)能力，這包括一可使系統(tǒng)保持清潔的水垢可溶性飲用水。這一回濺過程由計(jì)算機(jī)處理器進(jìn)行定時和排序。
本發(fā)明的又一個目的在于提供4個排氣離心真空室和4個加熱真空蒸發(fā)室，其中當(dāng)傳感器根據(jù)溫度的工作點(diǎn)、壓力及真空度指示該單元有效時，每一個室均以批處理方式工作并由計(jì)算機(jī)控制器排序。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)要么將在下面的描述中被提到并由此變得更加明顯，要么可以通過對本發(fā)明的實(shí)施來了解。通過在所附權(quán)利要求書中特別指出的有關(guān)裝置和方法，可以得到本發(fā)明的所述目的和優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)在此對本發(fā)明的原理所做的具體的和廣泛的描述，示出了一種水凈化裝置，其能夠在各種場合下，如家庭，飯館，旅店和軍事部門連續(xù)，完全地實(shí)現(xiàn)水的凈化，并在所需場合進(jìn)行海水淡化。該設(shè)備可去除所有化學(xué)品，殺死所有微生物并給水補(bǔ)充基本的礦物質(zhì)。該裝置包括由計(jì)算機(jī)監(jiān)測和控制的系統(tǒng)，用于給水脫氣，超溫加熱并使水爆發(fā)進(jìn)入真空室中，可在其中立刻得到水蒸氣。該水蒸氣在一對流冷鹽水裝置中冷凝并存儲在帶有紫外線燈的蓄水箱中，并由增壓泵將水經(jīng)一使水保持新鮮并保證去除異味的礦物質(zhì)補(bǔ)充柱和碳過濾柱送到使用地。
還提供了一容納裝置，用于將本發(fā)明裝置中的各部件一起組織在一緊湊的罩體內(nèi)。整個裝置由一系列傳感器，驅(qū)動裝置和計(jì)算機(jī)處理器監(jiān)控。
最好是，為了安裝和操作上的簡便，所述容納裝置和所有零部件被以緊湊的方式罩在一起并封裝起來。本發(fā)明的裝置可以置于室內(nèi)或室外。
在此共同組成并構(gòu)成本說明書的一部分的有關(guān)附圖，示出了本發(fā)明的最佳實(shí)施例并用來解釋本發(fā)明的原理。
結(jié)合附圖，根據(jù)以下所做的詳細(xì)說明，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，目的和優(yōu)點(diǎn)，其中，相同的零件以相同的參考標(biāo)號表示，其中

圖1為一整體示意圖，示出了帶有各不同部分的整個裝置，并示出了其工作機(jī)理；圖2是有關(guān)于輸入水預(yù)熱器單元的詳細(xì)示意圖，該預(yù)熱器單元對于來自冷卻制冷裝置冷凝器的水進(jìn)行預(yù)熱，圖中示出了在對流方向上的熱氣流和冷輸入水的流動情況，其中氣體管道被套在水流管道的內(nèi)側(cè)；圖3是脫氣離心真空室的詳細(xì)示意圖；圖中示出了由計(jì)算機(jī)排序，按批處理方式工作的4個此類真空室中的一個；圖4是對流熱交換器的詳細(xì)示意圖，其可以在壓力下將脫氣水的溫度提高至260F。
圖5是本發(fā)明的加熱的真空膨脹室的詳細(xì)示意圖，圖中所述膨脹室?guī)в袩嵩春驼{(diào)節(jié)器閥機(jī)構(gòu)。
圖6是一個用于冷卻蒸氣餾出液的鹽水對流熱交換器的詳細(xì)示意圖；圖7是一個常溫蓄水箱的詳細(xì)示意圖，其帶有水位傳感器和紫外線處理箱；圖8是一個過濾箱的詳細(xì)示意圖，其中1)為礦物質(zhì)補(bǔ)充柱2)為碳過濾柱。
下面將詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖示了有關(guān)實(shí)例。在這些附圖中，相同的參考標(biāo)號用于表示相同部分。
圖1-8示意性地圖示3本發(fā)明的水凈化和調(diào)節(jié)裝置。圖1示出了本發(fā)明整個系統(tǒng)的總體示意性結(jié)構(gòu)。來自水源的未經(jīng)任何處理的水經(jīng)管道1進(jìn)入系統(tǒng)。在圖2中，水流隨后流入對流熱交換器2，在其中，水流被預(yù)熱且來自壓縮機(jī)的氣體被冷卻。水流經(jīng)管道1進(jìn)入熱交換器2。被加熱的致冷劑經(jīng)管道2a進(jìn)入熱交換器，其中管道2a在管道2b的內(nèi)橫跨整個系統(tǒng)。所有的管道由連接裝置2c固持。該系統(tǒng)以對流方式實(shí)現(xiàn)流動并提供了最快速的熱交換器。所供的水流隨后進(jìn)入總管15并經(jīng)管道16被分配到圖3中的脫氣罐11，并由受計(jì)算機(jī)38調(diào)節(jié)的閥10控制。
所述4個脫氣罐均具有容積大約為4升的以離心方式工作的內(nèi)罐11i。離心運(yùn)動由位于罐底部11g上的小型高速馬達(dá)11h驅(qū)動而實(shí)現(xiàn)。在罐外有一入流閥10，一出流閥14和一真空閥12。水流入到離心室中，在其中以每分鐘3～4千轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動，所述離心室位于一個真空度為18～20英寸的真空室中，該真空室是用循環(huán)真空泵9抽真空10～20秒之后得到的。隨后，裝置停動且真空閥關(guān)閉，水被排入到總管40。4個脫氣室由計(jì)算機(jī)排序，其中之一總被充滿，另一個為空，且另外二個進(jìn)行自旋或抽真空。有關(guān)脫氣的詳細(xì)操作如下所述。被預(yù)熱后的所供水經(jīng)管道16和閥10進(jìn)入脫氣室，并通過障體11j的開口11k進(jìn)入離心室11i。水被旋轉(zhuǎn)水噴頭11d噴射到室11i的內(nèi)壁上。離心室11i由馬達(dá)11h帶動以每分鐘3～5000轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動，同時經(jīng)管道17保持真空狀態(tài)。用障體11j和11b防止水對真空狀態(tài)的影響。真空口11c位于障體11b之上。按順序，真空狀態(tài)被施加，離心速度達(dá)到最大，并且水被噴射到室11i的內(nèi)壁上。真空狀態(tài)解除并經(jīng)過脫氣后的水經(jīng)管道13和閥14流出。
隨后，脫氣水進(jìn)入對流熱交換器25，在此，水被加熱到260°F。在圖4中，被加熱到260°F的植物油經(jīng)管道25b進(jìn)入到熱交換器25中。脫氣水流經(jīng)管道40。在對流交換器中獲得熱量之后，被加熱的脫氣水流出管道26。經(jīng)管道25a流出的油被再次加熱。隔離裝置43封閉加熱油的管道。然后所述水流流入通道26，在此，水經(jīng)過閥27被噴入被加熱的(360°F)真空膨脹室。圖5示出了一經(jīng)過加熱的真空膨脹室20。溫度為250°F，壓力為10PSI的脫氣水經(jīng)閥27和管道28(經(jīng)過障體20c)，通過噴射口20b噴射到所述室的內(nèi)壁上。所述室的內(nèi)表面的溫度為350°F。在噴射之前，一真空狀態(tài)被推入管道23，該管被障體20d擋住。該真空狀態(tài)被閥24,21和27限定在管內(nèi)。閥27打開進(jìn)行噴水，然后閥27關(guān)閉且閥21打開，以允許蒸氣經(jīng)開口22排出。所述室然后進(jìn)行再循環(huán)。所述水立即被蒸發(fā)，在蒸氣經(jīng)閥21和管道22排入到對流鹽水冷卻器30中，將各種殘余物質(zhì)留下。圖6示出了用于冷卻和蒸餾物的鹽水對流熱交換器。蒸氣經(jīng)管道22進(jìn)入對流熱交換器，被冷卻的鹽水(20°F)以相反方向經(jīng)管道30b進(jìn)入。被冷凝的涼的凈化水經(jīng)管道30a排出，并且載熱的鹽水經(jīng)管道30c排出以回到冷卻器。冷卻的鹽水管道由蓋8隔離。于是不含微生物的水就被排入到蓄水箱31。圖7示出了用于凈化水的蓄水箱31。凈化水經(jīng)管道31b進(jìn)入該水箱。水位傳感器39和39a控制著該系統(tǒng)的工作。紫外線管31a保持凈化水的無菌狀態(tài)。水隨后由泵32泵入到過濾箱。水位傳感器39將數(shù)據(jù)送到用來控制系統(tǒng)不同工作區(qū)的計(jì)算機(jī)中。水箱中裝有紫外線殺菌燈以保證水的持續(xù)無菌狀態(tài)。然后水經(jīng)泵32被送到使用地。圖8示出了本發(fā)明的過濾箱，該過濾箱由帶管道裝置的礦物質(zhì)補(bǔ)充柱、活性碳過濾柱，自動閥裝置和自動回濺裝置組成。來自蓄水箱的凈化水經(jīng)管道33a進(jìn)入礦物質(zhì)代換裝置33。該礦物質(zhì)代換裝置包括有多孔石，該多孔石含有經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算過的礦物成分，這種多孔石例如可以是具有適當(dāng)?shù)牡V物質(zhì)膠體的浮石。礦物質(zhì)膠體混合物被放置在供應(yīng)水箱33b中并被設(shè)計(jì)成經(jīng)過柱33、管道33g和33d按需要的量進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)完成之后，任何多余物被噴射到33f。該溶液可以根據(jù)需要流經(jīng)管道33g以對整個系統(tǒng)進(jìn)行回濺工作。來自管道33a的水經(jīng)過自動回濺系統(tǒng)，管道35進(jìn)入自動回濺器34a，然后，經(jīng)過管道34d到達(dá)碳過濾柱的底部并且隨后流出管道37到達(dá)使用地。
預(yù)熱器(熱交換器)25由來自熱源和泵29的植物油(260°F)加熱，通過泵入管道41并經(jīng)其航道總管42的植物油，可將真空膨脹室20的熱套管保持在350°F的溫度上。管道43,41和42均為雙用管道(既是入流管，也是出流管)。
由于在本裝置的設(shè)計(jì)中有4個并行的批處理步驟，所以水流與經(jīng)過系統(tǒng)的水流區(qū)別不大。
自動回濺過程由計(jì)算機(jī)控制，并且可在不需要水箱31的水位指令的情況下進(jìn)行。
因?yàn)樵诖怂淌诘谋景l(fā)明原理的精神和實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)可以產(chǎn)生多種可變化的不同實(shí)施例，并且因?yàn)榭梢葬槍@里根據(jù)法律要求進(jìn)行了詳細(xì)描述的實(shí)施例做出許多修改，所以應(yīng)該明白，此處所做的詳細(xì)介紹是說明性的，而不具有限定意義。
權(quán)利要求
1．一種水凈化方法，包括以下步驟a)提供一定量的經(jīng)過脫氣的水；b)將經(jīng)過脫氣的水加熱到至少260°F；c)將加熱后的脫氣水噴射到真空室以將其進(jìn)一步超溫加熱到至少350°F；并且d)使經(jīng)過超溫加熱的脫氣水以爆發(fā)方式氣化，迅速蒸發(fā)并在對流冷卻器中冷凝。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將冷凝水排入蓄水箱中的步驟。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述水經(jīng)礦物質(zhì)柱和碳過濾柱泵出，以補(bǔ)充微量礦物質(zhì)并除去殘余異味的步驟。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將輸入水管線與對流熱交換器相連接的步驟，以便將輸入水預(yù)熱并冷卻制冷裝置中的“高側(cè)”氣體。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述熱交換器還包括位于氣體管路之內(nèi)的第一對流管路。
6．如權(quán)利要求4所述的方法，其中，流入到對流交換器的水具有與排出氣體相同的溫度，并且排出的水與輸入的氣體具有相同的溫度。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置電控閥以控制輸入水進(jìn)入系統(tǒng)、保持系統(tǒng)狀態(tài)或在緊急情況下切斷水流通道的步驟。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，被處理的水經(jīng)總管和電子閥系統(tǒng)進(jìn)入離心真空室?guī)ВP(guān)閉兩個電子閥且其中所述離心力構(gòu)成薄的水層和真空狀態(tài)并且離心力將在所供水中溶解的氣體去除。
9．使用水凈化系統(tǒng)的場合，具有a)用于將脫氣水加熱到至少260°F的裝置；b)可接收加熱后的水并以爆發(fā)方式使水氣化的被加熱的真空室；以及c)用于冷凝和冷卻所述水以供使用的裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，水在對流冷卻器中冷凝。
11．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括礦物質(zhì)柱、碳過濾柱，用于補(bǔ)充微量元素并去除冷凝水中任何殘存的異味。
12．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括容納裝置，其中，輸入水管同對流熱交換器相連接以便對輸入水進(jìn)行預(yù)熱，同時在制冷裝置中冷卻“高側(cè)”氣體
13．使用所述水凈化系統(tǒng)的場合，包括a)將脫氣水加熱到至少260°F的溫度；b)用于接收經(jīng)過加熱的水并以爆發(fā)方式蒸發(fā)水的被加熱的真空室；c)用于冷凝和冷卻水以供使用的裝置；以及d)在使用之前在水中代換礦物質(zhì)的裝置。
14．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱交換器，熱交換器還包括在氣體管道內(nèi)形成水管道的對流管道。
15．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，流入對流交換器的輸入水與排出的氣體溫度相同，且所排出的水與所輸入的氣體溫度相同。
16．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電控閥，用于控制輸入水進(jìn)入系統(tǒng)，在緊急狀態(tài)下保持或切斷水流的通道。
17．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，設(shè)置有連接至總管和電子閥系統(tǒng)的離心真空室?guī)?，用以接收冷凝和冷卻水。
18．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步設(shè)置有一種經(jīng)電加熱(或氣加熱或其他能量源加熱)的植物油，所述油在所述“預(yù)熱”熱交換器中和被加熱的真空室中經(jīng)套管循環(huán)工作。
19．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步設(shè)置有電制冷裝置，用于冷卻對流冷凝室的鹽水并為供水“預(yù)熱”熱交換器提供熱量。
20．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步為系統(tǒng)的各部分設(shè)置回濺系統(tǒng)，其中含有水垢溶解的飲用水，用來使系統(tǒng)保持清潔；由計(jì)算機(jī)處理器對回濺進(jìn)行定時和排序。
21．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述單元設(shè)置了至少4個脫氣離心真空室和4個被加熱的真空蒸氣室，其中當(dāng)傳感器根據(jù)溫度的工作點(diǎn)、壓力及真空度指示該單元有效時，每一個室均以批處理方式工作并由計(jì)算機(jī)控制器排序。
全文摘要
一種由計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的水處理系統(tǒng),可對水進(jìn)行排氣、超溫加熱并在真空室(20)內(nèi)對水進(jìn)行爆發(fā),得到蒸汽。該蒸汽在冷卻對流鹽水裝置(30)中冷凝,存貯在帶有紫外燈的蓄水箱中,并由增壓泵輸送,經(jīng)礦物質(zhì)補(bǔ)充柱(33)和碳過濾柱送到使用場合,保證水質(zhì)新鮮無異味。
文檔編號C02F1/06GK1228714SQ9719757
公開日1999年9月15日 申請日期1997年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
發(fā)明者羅伯特·R·霍爾庫姆 申請人:羅伯特·R·霍爾庫姆