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机械蒸汽再压缩的多腔室压缩机处理方法

阅读:24发布:2020-05-08

专利汇可以提供机械蒸汽再压缩的多腔室压缩机处理方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且机械 蒸汽 再压缩(MVC)的多腔室 压缩机 (6,206,506)和 水 处理 方法,该压缩机带有独立的容积式压缩腔室,用于 热 泵 ,具有两个主要变体:a)往复旋转式运动(6,206),其中压缩腔室(7ν)是基于相同 角 度的同心圆形扇区的径向布置的圆柱形扇区,相应表面的径向布置的 叶片 (20,220)的 活塞 以及叶片的平面通过共同 转子 (14)和轴(16)的轴线,以及b)往复直线运动(506),其中各压缩腔室(52ν)是 串联 布置的 气缸 ,活塞/叶片(50ν)具有相应的圆形表面,并且叶片平面垂直于公共轴(51)。在这两种情况下,轴(16,51)和 电机 都是所有叶片(20ν,50ν)共用的,它们有相同的行程。叶片(20ν,50ν)以及压缩腔室(7ν,52ν)的表面互不相同,因为每个压缩腔室(7ν,52ν)都有各自独立的一对 蒸发 (eν,dν,Lν,bν)和 热交换器 腔室/区域(Cν/eCν,32ν/33ν,132ν,54ν/53ν),在不同的热 力 学状态条件下,所述压缩腔室专 门 吸取,压缩和排放,所分配的 流体 /蒸汽。各级彼此独立,在所述级本身中产生提供蒸发 能量 的介质蒸汽,并且在每个级中独立地控制和调节流量和压缩比CR。,下面是机械蒸汽再压缩的多腔室压缩机处理方法专利的具体信息内容。

1.利用蒸发,冷凝和热交换器室的多效(MEE/MED)或闪蒸(MSF)等的机械蒸汽再压缩(MVC)的脱盐或水处理方法,所述方法使用容积式往复移动压缩机作为热泵,所述压缩机具有压缩腔室,在所述压缩腔室内,对应的活塞/叶片安装在转子/轴上并被移动/驱动,其特征在于:所述压缩机(6,206,306,506)具有多个独立的压缩腔室(7ν,52ν),其中每个压缩腔室与至少一对独立的蒸发(eν,dν,Lν,bν)和冷凝热交换器(Cν/eCν,32ν/33ν,132ν,54ν/53ν)腔室连接,所述压缩腔室专门地从其中吸取,压缩和排放,所分配的蒸汽处在不同的热力学状态条件下。
2.根据权利要求1所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机(6、206、306)是旋转运动的。
3.根据权利要求1所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机(506)是线性运动的。
4.根据权利要求3所述的脱盐或水处理方法,其中,所述蒸发腔室(bν)均被直线地布置。
5.根据权利要求3、4所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(50ν)均被安装到公共驱动轴(51)上,且所述叶片的平面均垂直于所述轴(51)。
6.根据权利要求1、2中任一项所述的脱盐或水处理系统,其中,所述叶片以其平面均经过所述转子(14)和所述轴(16)的所述轴线的方式安装在所述转子(14)/轴(16)上。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20ν,50ν)的表面和各个压缩腔室(7ν,52ν)的横截面均从一个腔室到另一个腔室渐变。
8.根据权利要求1至6所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机具有双重作用。
9.根据权利要求1、2、6、7、8中任一项所述的脱盐或水处理系统,其中,所述蒸发腔室(dν,eν)为基于连续地且径向地布置的同心圆形扇区的圆柱形扇区的形式。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述蒸发腔室是平行六面形(Lν),圆柱形或任何几何形状(bν)。
11.根据权利要求1、2和6至10中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩腔室(7ν)在其侧向终端表面处具有两个相对的带有抽吸和压缩止回阀的抽吸(11ν)子腔室和压缩(12ν)子腔室,所述子腔室均为基于同心圆形扇区的圆柱形扇区的形式。
12.根据权利要求1、2和6至11中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,每个压缩腔室(7ν)在其底部具有抽吸预燃室(246ν,346ν),所述抽吸预燃室占据了所述底部的整个圆形扇区并是压缩腔室的组成部分。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机的壳体由预制的(模块)独立的压缩腔室(7ν,52ν)组装而成。
14.根据权利要求1、2和6至13中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20v)滑入由弹簧(20a)支撑的转子(16)内部的径向布置的狭槽中。
15.根据权利要求1、2和6至14中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20v)通过短臂(121ν)安装至所述转子(14)。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩腔室(7ν,
52ν)分别具有抽吸(21ν,524ν)和压缩(22ν,525ν)止回阀。
17.根据权利要求1至15中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述装置安装在高架上,在所述高架后方安置辅助元件。
18.根据权利要求1、2和6至17中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述驱动机构包括旋转电机(26)、曲轴(27)、连杆(28)、齿条(29)和小齿轮(17)。
1.利用多效(MEE/MED)或闪蒸(MSF)等的机械蒸汽再压缩(MVC)的脱盐或水处理方法,其中每种效果均具有蒸发、冷凝(eν,dν,Lν)和热量交换器(Cν/eCν,32ν/33ν,132ν)腔室,其中压力比、温度提升、真空高度和所要求的流率因每种效果而异,并且共同的进水和盐水循环于各效果,所述方法使用具有容积式往复旋转运动和双重作用的多腔室压缩机(6,206,
306)作为压力比和温度提升的热泵,所述压缩机(6,206,306)带有多个径向布置的压缩腔室(7ν),所述压缩腔室(7ν)内具有对应的叶片(20ν)在相同的行程之后旋转,被安装在共同的所述转子/轴(14/16)上,并且它们的平面经过转子(14)和驱动轴(16)的轴线,所述腔室(7ν)是基于相同角度的同心圆形扇区的径向布置的圆柱形扇区,其中每个压缩腔室(7ν)是一个独立的压缩装置,彼此之间没有流体连接,其中每个效果均与一个压缩装置连接,所述压缩装置专门抽吸、压缩和排放出入所述效果,其特征在于,独立的压缩装置是所述多腔室压缩机(6,206,306)的所述压缩腔室(7ν),其中,所述压缩腔室(7ν)的径向横截面和相应叶片(20ν)的表面从一个压缩腔室(7ν)到另一个压缩腔室(7ν)是不同的。
2.根据权利要求1所述的脱盐或水处理方法,其特征在于,所述蒸发腔室(bν)均直线地布置。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的脱盐或水处理系统,其中,所述蒸发腔室(dν,eν)为基于连续且径向布置的同心圆形扇区的圆柱形扇区的形式。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述蒸发腔室均是平行六面体(Lν),圆柱形或任何几何形状(bν)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,每个压缩腔室(7ν)在其底部承载有抽吸预燃腔室(246ν,346ν),所述抽吸预燃腔室(246ν,346ν)占据所述底部的整个圆形扇区,并是所述压缩腔室的一部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20ν)均滑入由弹簧(20a)支撑的所述转子(16)的内部中的径向布置的狭槽中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20ν)均通过短臂(121ν)安装至所述转子(14)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机的壳体由预制的(模块)独立的压缩腔室(7ν)组装而成。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述蒸发室(Lν)均安装在高架上,在所述高架后方布置辅助元件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述驱动机构包括旋转电机(26)、曲轴(27)、连杆(28)、齿条(29)和小齿轮(17)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20ν)和所述压缩腔室(7ν)的半径均保持恒定,同时它们的高度朝着最低温度的效果阶梯地增加。
12.根据权利要求1至10中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述叶片(20ν)和所述压缩腔室(7ν)的高度均保持恒定,同时它们的半径朝着最低温度的效果阶梯地增加。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的脱盐或水处理方法,其中,所述压缩机的所述叶片的表面是梯形的或另一种形状,从而所述压缩机的顶板具有相应成形的表面。
14.利用多效(MEE/MED)或闪蒸(MSF)等的机械蒸汽再压缩(MVC)的脱盐或水处理方法,其中每种效果均具有蒸发、冷凝(eν,dν,Lν)和热量交换器(Cν/eCν,32ν/33ν,132ν)腔室,其中压力比、温度提升、真空高度和所要求的流率因每种效果而异,并且共同的进水和盐水循环于各效果,所述方法使用具有容积式往复旋转运动和双重作用的多腔室压缩机(6,206,
306)作为压力比和温度提升的热泵,所述压缩机(6,206,306)带有多个径向布置的压缩腔室(7ν),所述压缩腔室(7ν)内具有对应的叶片(20ν)在相同的行程之后旋转,被安装在共同的所述转子/轴(14/16)上,并且它们的平面经过转子(14)和驱动轴(16)的轴线,所述压缩腔室(7ν)是基于相同角度的同心圆形扇区的径向布置的圆柱形扇区,其特征在于,所述多腔室压缩机是多级压缩机,其中压缩级/腔室(7ν)从前一个压缩级/腔室(7ν)吸入蒸汽,而通过逐渐地增加从一个级/腔室(7ν)到另一个级/腔室(7ν))的蒸汽压力将其再压缩到下一个,其中压缩腔室(7ν)的径向横截面和相应的叶片(20ν)的表面从一个压缩腔室(7ν)到另一个压缩腔室(7ν)不同。

说明书全文

机械蒸汽再压缩的多腔室压缩机处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于多级和水处理系统(脱盐,水溶液冷凝等)中的机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor re-Compression,MVC)的容积式、往复运动、转动或线性移动。

背景技术

[0002] 容积式离心和回转式压缩机(齿轮,凸,滑片,螺杆等)被热泵以及现有的单级和多级机械蒸汽再压缩(MVC)系统用于脱盐,工业垃圾,水溶液冷凝工业等领域。通常使用离心式的那一种。这样的应用例如记载在:
[0003] US1,150,713καιUS1,200,996,US5,676,801,WO2014/115079,US5,676,801,US5,772,850,DE3327958,JPS6483890,WO2007/148338,US5,520,008,WO2016/138343,US2,589,
406,DE4431887,WO01/98665,等.
[0004] 热泵开发中的重要角色既有(a)压缩机又有(b)有效的多级系统。
[0005] 关于离心式压缩机,其增长和尺寸受到以下因素的限制:(a)蒸汽的比容非常大,因为最新技术的系统需要在单相中移动大量的低温蒸汽,并且(b)压气机叶片尖端的外周速度不能超过某些限制(噪音等)。
[0006] 用于热泵运行的能量主要是用于压缩机的能量。为了立即启动过程,还必须(仅在启动级)通过外部来源预热给水,直到其达到系统的沸腾温度为止。然后,该过程继续并且仅通过由压缩机对蒸汽进行再压缩而提供的机械能来维持。
[0007] 在其多级版本中,(MVC)系统主要是多效蒸发/脱盐(Multi-Effect Evaporation/Desalination,MEE/MED)类型,通常包括:a)用于整个系统的离心式压缩机(或更罕见的是容积式凸角式压缩机),b)给水的外部多流预热交换器和c)带有盐水喷雾系统的蒸发腔室和冷凝器/热交换器腔室。更具体步来说:
[0008] 盐水从第一级到最后一级循环,不断蒸发,同时温度逐渐降低,盐度逐渐升高。为了在所有级中保持沸腾和蒸发,从第一级到最后级增加真空,从而逐渐降低盐水的沸点。
[0009] 在最先进的机械蒸汽再压缩(MVC)系统中,最后且最冷级产生的蒸汽被单台机械压缩机吸入并压缩,变得过热,其温度上升到系统的最高温度,蒸汽在整个系统的外部流动,并输送到第一且最热级的热交换器,在此处被冷凝为脱盐水,传递显热潜热,用于第一级盐水的沸腾和生产它的饱和蒸汽。该饱和蒸汽被引导并流入第二级的热交换器,加热和蒸发其盐水,并产生其饱和蒸汽,然后将其输送到下一个级,依此类推。
[0010] 每个级的盐水通过同一级内的喷嘴网格泵送和喷射,主要从外部喷射热交换器的表面,在热交换器的内部,上一个级产生的其温度对应先前级和更暖级的温度条件的饱和蒸汽在流动。
[0011] 这些多级系统的缺点是很多且显着的,例如:在热学方面本身,在状态/热力学条件的控制和协调以及在构造/制造水平上。具体是:
[0012] a)熵的显着增加,因为在单相和单个压缩机中,蒸汽以非常高的压缩比(CR>1.8)进行压缩,以覆盖整个多级系统/装置(例如,通过三级系统/装置,所需的总温差为10-12℃,这会大大增加熵)所需的总温差ΔΤmax,
[0013] b)在确定,调节,协调和维持所需的盐水温度和盐度,尤其是在每一级产生并供冷凝至下一级的蒸汽的温度方面,存在很大的困难,
[0014] c)连接各级的庞大的蒸汽管道,因为蒸汽在各级之间通过自然通循环。
[0015] d)庞大且效率低的热交换器,因为蒸汽在热交换器(第一级热交换器除外)中以自然通风(低速)及所有其可行的方式循环。
[0016] e)由于液滴分离器和连接管道中蒸汽压力的损失而减少的蒸汽量(及其产生),由于自然通风而降低了用于蒸汽循环的有效压力(压头和能量损失)。
[0017] 实质性的缺点会降低产量,增加安装/工厂的体积和成本,使标准化和控制变得过于复杂,并且会增加不同级的运行和整体能耗的最小温度差(Δtν)。后者(最小温差的增加)极大地减少了单个压缩机可服务的级数,从而明显降低了工厂的效率。
[0018] 上述缺点源于以下事实:单个压缩机用于整个系统/装置,该压缩机必须通过将蒸汽从最后一个较冷的级的沸点再压缩到系统(第一级)的最高温度Tmax来提高蒸汽的温度。
[0019] 由于这些原因,使用单个压缩机的最新技术必须面对非常不稳定的条件,在许多相互矛盾的参数之间取得平衡,因为:
[0020] a)级之间的温差(Δtν)必须非常小/很低,系统的最大温差ΔTmax也应如此,以免增加熵,同时ΔTmax必须足够高才能达到为了提高系统的整体效率,需要足够多的级数并尽可能多地使用级数(因为ΔΔTmax=ΣΔtν)[对于现有技术而言,很明显,低温度差(Δtv)非常难以控制,维护和协调]。
[0021] b)离心式压缩机的转速以及转子叶片半径的增加受到限制,因为叶片尖端的外周速度不得超过某个最大值。当所有能量压头必须由单个压缩机产生时,这是一项艰巨的任务。如果使用容积式凸角压缩机,则体积和成本要高得多,而收益和产量却要低得多。
[0022] 由于上述条件很难合并,因此与没有进行蒸汽再压缩的相应经典多级热力系统(例如多级闪蒸(Multi-stage Flash Evaporation,MSF)和多效蒸发/脱盐(MEE/MED))相比,可以使用和实现的最大级数非常少。
[0023] 另外,用于所有级的单个压缩机具有相当大的体积和较高的成本,因为它携带大量较大比容的蒸汽,而在为每个级放置独立的压缩机的情况下,虽然在热力学上是合理的,但会带来巨大的结构问题,并提高成本。
[0024] 此外,需要蒸汽在装置的整个长度上运行两次,一次是在内部通过将饱和蒸汽从一个级转移到另一个级,一次是在外部以相反的方向从最后且最冷的级到第一且最热的级进行。这导致热量和压力损失,更高的能耗,调节/调整困难,产量减少,大批量和装置的花费,以及无法标准化(调制)级(制造和运输方面的问题)。
[0025] 由于所有这些原因,制造商更喜欢安装多个并联的单效蒸发器脱盐装置,两级或至多三级装置,以提高日产量,因为每台装置的级数最少,它们可以更好地控制运行条件(更精确地控制级之间所需的热力学状态条件的细微差异),并解决运输它们的问题。在这些应用中,盐水不会在一个装置之间依次循环,而是与每个装置独立地排出,导致并联装置阵列的整体效率降低。

发明内容

[0026] 用于机械蒸汽再压缩(MVC)的容积式往复移动压缩机,具有多个独立的双重作用腔室,用于水处理系统的多级热泵(例如脱盐,工业废水)或水溶液的冷凝等。
[0027] 它们适用于所有已知的热脱盐机械蒸汽再压缩系统(例如MVC-MEE/MED,MVC-MSF等),并且具有以下两种变体:a)往复旋转运动和b)往复线性运动,其中:
[0028] a)在其旋转形式中,压缩腔室是基于以相同的中心角延伸的同心圆扇区的径向排列的圆柱扇区,在对应表面径向设置扁平叶片的各压缩活塞,在各个压缩腔室内往复旋转,并安装在共同的转子/轴上,以及
[0029] b)在线性形式中,连续的压缩腔室以及相应的活塞/叶片被线性地布置,并且优选地是圆形的,并且活塞/叶片线性地往复运动毛,并被安装在共同的轴上。
[0030] 各叶片/活塞的表面以及相应的压缩腔室的表面优选地彼此不同,因为在操作上,每个压缩腔室优选地具有从压缩腔室到压缩腔室的独立的一对蒸发腔室和热交换器室/区域吸收,压缩和排出处于不同的热力学状态条件下分配的流体/蒸汽。每个压缩腔室彼此独立地调节其自身的流量和压缩比CR(以及再加热Δtν)。
[0031] 本文在带有机械蒸汽再压缩(MVC-MSF)的闪蒸脱盐工艺的多级(四级)版本中研究了径向旋转式压缩机,其中:
[0032] 该装置的四个蒸发腔室被两个同轴的圆柱壳所包围,一个外部圆柱壳和一个直径较小的内部套筒,在这两个圆柱壳之间形成了四个径向布置的腔室(圆柱体),这些腔室在横向上彼此分开由四个横向排列的竖直垫片组成。
[0033] 各级的蒸发腔室的顶板由共同且均匀的,优选水平的圆形屋顶覆盖物覆盖。蒸发腔室的底部优选为所有级共用的圆形水平面。
[0034] 具有四个压缩腔室的压缩机位于蒸发腔室的顶部,每个压缩腔室对应于蒸发腔室,每个压缩腔室也是径向布置的圆柱形扇区,并且基于与蒸发腔室几乎相同的圆形扇区。它们被向上突出的大致相同的横向布置的竖直间隔物隔开。
[0035] 在压缩腔室的内部,每个压缩腔室有两个,它们是相同且狭窄,相对朝向各收集腔室(基于圆形扇区),它们在内部受到两个径向布置的竖直间隔件的侧向地限制,在外部受到相应压缩腔室的横向布置的径向竖直间隔件的侧向地限制。
[0036] 所有收集腔室均以相同的锐角中心角βο延伸,并在侧向限制在相应于压缩腔室总有效面积的两倍中心角βο(=2*βο)的区域内,并且通过中间水平间隔件在两个子腔室(下部子腔室或抽吸子腔室,上部子腔室或压缩子腔室)中进行安装。
[0037] 压缩腔室的顶板优选地逐渐地和阶梯地增加,其中第一级的顶板低于第二级的顶板,第二级的顶板低于第三级的顶板,依此类推。
[0038] 压缩腔室以及收集腔室由优选地共用的圆柱形外壳在外部包围,该圆柱形外壳的高度优选地是不均匀的,因为其遵循各个压缩腔室的顶板的高度。
[0039] 在压缩腔室的内部,旋转安装在圆柱形转子上的叶片,该转子在小直径的内套筒内部自由旋转,并终止于(垂直于转子的)旋转轴,并由其驱动。各叶片的表面逐渐增大并对应于压缩腔室的横截面。
[0040] 轴从各级的主要区域出来,并终止于齿轮(小齿轮),该齿轮将其连接至往复回转的驱动系统的传动系统,该传动系统优选位于装置的底部。
[0041] 每个级的两个收集腔室的抽吸子腔室通过其底部是相同或独立的表面,但与该级的各个蒸发腔室的顶板接触,并直接与相应的级下面的蒸发腔室连通,并永久保持打开液滴分离器。
[0042] 抽吸和压缩子腔室分别通过抽吸和压缩止回与各自的压缩腔室连通。
[0043] 止回阀是自动启动的,优选通过改变压缩腔室中的压力来启动。由于该变型的压缩机直接从下面的蒸发腔室吸气,因此它不必像其他应用中那样具有抽吸预燃腔室(例如MVC-MEE/MED)。
[0044] 在蒸发腔室的正下方,并具有大致相同的平面圆形横截面面积,分别形成了四个冷凝腔室,这些冷凝腔室与水蒸气热交换器一起连接,以便通过竖直管道将过热蒸汽与该级的压缩腔室的上方的蒸汽转移。各水蒸气热交换器串联连接,并在给水进入第一级和最热级的设备和蒸发腔室之前预热给水。
[0045] 压缩机在抽吸子腔室中产生较低的压力,从各个下方的蒸发腔室中吸入饱和蒸汽,将其压缩并过热至特定的温度(对于每个级),最后通过竖直管道将其引导至具有热交换器的冷凝腔室,用于预热给水。
[0046] 相同的旋转径向压缩机,但在其基座处具有抽吸式预燃室,也应用于多效蒸发/脱盐装置(MVC-MEE/MED),其中:
[0047] 就蒸发腔室而言,围绕用于该旋转转子/轴通过而形成的狭窄的内部圆柱形套筒,形成了一个中间的宽敞的竖直导管立管,该立管终止于蒸发腔室的顶板。
[0048] 在MVC-MEE/MED应用中,蒸发腔室的形式复杂,水蒸气换热器最好由成束的竖直降膜管组成。它们由水平的前面板(管板)从上到下覆盖,并从中间竖直管道立管内部和周向覆盖,该中间立管将蒸发饱和蒸汽的空间与压缩过热蒸汽的空间隔离开。
[0049] 热交换器在外部和圆周上是敞开的,以使过热蒸汽从压缩腔室下降到通道中,该通道在蒸发腔室的周围形成并进入热交换器的空间。
[0050] 不同之处包括盐水泵送系统,该系统从蒸发腔室的底部泵送盐水,并将其喷洒在竖直管内,过热蒸汽在该竖直管外流动。
[0051] 蒸汽冷凝为脱盐水,一部分盐水蒸发,所产生的饱和蒸汽下降到底部,由于在抽吸预燃室中产生的低压,该蒸汽再次通过中间的竖直立管上升并进入压缩腔室。
[0052] 在那里,它被压缩,其温度上升,并作为过热蒸汽再次向下引导至上述级的水蒸气换热器等。未蒸发的盐水被转移到下一级进行相应的独立处理。
[0053] 在MVC-MEE/MED的另一个变体中,使用相同的旋转径向压缩机,但有以下差异:
[0054] (a)在四个平行六面体的蒸发腔室中,成对并成两排并排,并且
[0055] (b)在蒸发腔室的内部由一束水平管组成的蒸汽水热交换器。
[0056] 管束终止于两个狭窄的竖直收集器/腔室,过热蒸汽的入口收集器和冷凝水的出口收集器,它们都在该级的整个宽度上延伸。
[0057] 在热交换器的顶部有一个盐水喷雾系统,而在下部则是盐水池。
[0058] 在过热蒸汽的入口收集器和各级之间相互成对连接的壁之间,形成了一个狭窄的扁平竖直导管腔室,该腔室平行于过热蒸汽的入口收集器延伸,将盐水池对应于级连接到压缩机的抽吸预热室。
[0059] 在旋转轴位于其中心,而旋转径向压缩机位于其顶部时,圆柱壳形套筒从系统的中心(即四个平行六面体各级的交界处)穿过。
[0060] 压缩机的两个对置的压缩子腔室通过管道连接到过热蒸汽热交换器的入口集热器,该管道在入口收集器顶部的两个相对侧终止,从两个相对点排出过热蒸汽。
[0061] 此变体的操作类似于所有MVC-MEE/MED应用程序。如在MVC-MEE/MED应用中所知,盐水从蒸发腔室的底部抽出,并从外部喷到热交换器水平管束上,饱和蒸汽被吸入,压缩等。
[0062] 在所有MVC-MEE/MED应用程序中,级/效果相对于提供蒸发能量的介质都是相互独立的,因为蒸汽介质来自级/效果本身,而不像现代化的纯热系统MEE/MED(以及MVC-MEE/MED)的技术,其中各个级的蒸汽介质和蒸发热能均来自较早的级和较热的级。
[0063] 在采用机械蒸汽再压缩(MVC-MSF)的多级闪蒸脱盐的另一个实施例中,容积式往复移动双重作用压缩机的不同之处在于,它由依次串联的圆柱形压缩腔室组成,并带有相应的圆形叶片。
[0064] 叶片安装在垂直于其表面的公共水平轴上,该水平轴通过驱动机构往复线性移动。像冷凝腔室和热交换器室一样,蒸发腔室是线性布置的,而不是径向布置的。叶片的表面以及相应的圆柱形压缩腔室的容积也优选逐渐地和阶梯地增加。
[0065] 还存在压缩机的相关抽吸和压缩止回阀以及与蒸发腔室连通以吸入饱和蒸汽的抽吸和压缩管道,以及与冷凝腔室和热交换器进行如闪蒸脱盐(MVC-MSF)中所述的预热和给水的抽吸和压缩管道。
[0066] 蒸汽体积的压缩比(CR)以及温度升高也是此处可调整的属性,新申请程序的运行与旋转径向压缩机的MVC-MSF中已描述的完全相同。。
[0067] 该系统还可以用作多级压缩机,其中腔室从前者吸入,并通过逐步增加各级的压力来将泵送的介质重新压缩到下一个。它也可以用作制冷应用中的多级压缩机或任何气态介质的多级压缩机。附图说明
[0068] 图1显示了带有竖直管的水蒸气冷凝器/热交换器的四级MVC-MSF往复容积式,旋转径向,双重作用多腔室压缩机的横截面1-1;
[0069] 图2示出了公开了压缩腔室的图1的实施例的横截面2-2;
[0070] 图2a示出了图1的实施例的竖直管的水蒸气冷凝器/热交换器的横截面2a-2a;
[0071] 图3示出了具有四个叶片的压缩机的转子;
[0072] 图3a示出了压缩机的内部狭窄套缸的内侧的分解图以及转子的往复旋转运动的密封实施例;
[0073] 图3b显示了将叶片安装到狭槽中,以及带有迷宫式蒸汽捕集器的压缩机叶片边缘的密封实施例;
[0074] 图3c显示了压缩机叶片在转子上的安装细节;
[0075] 图3d示出了具有预制能力的图3c的压缩腔室的内圆柱壁的细节;
[0076] 图4示出了具有旋转达,曲轴连杆的典型的往复旋转运动的机构;
[0077] 图5、6示出了具有旋转径向、往复运动、双重作用压缩机的多效蒸发(MVC-MEE/MED)的实施例的横截面5-5、6-6;
[0078] 图8a,8b示出了具有抽吸预燃室和典型的压缩腔室的完整的旋转径向压缩机;
[0079] 图9、10、11、12显示了具有带有成对布置成两排平行并彼此接触的平行六面体蒸发腔室的旋转径向压缩机的MVC-MEE/MED四级/效果脱盐系统的横截面9-9、10-10、11-11、12-12;
[0080] 图13、14示出了具有往复线性运动的具有多圆柱腔室压缩机的多级闪蒸(MVC-MSF)的实施例的横截面13-13、14-14;
[0081] 图15示出了图13和14的往复线性运动的多圆柱腔室的压缩机的示意图。

具体实施方式

[0082] 图1、2、2a分别显示了采用机械蒸汽再压缩(MVC-MSF)的紧凑型四级闪蒸脱盐工艺的横截面1-1、2-2和2a-2a。
[0083] 该装置由两个同轴的圆柱形外壳,一个外壳1和一个较小直径的内套筒2包围,在这两个外壳之间分别形成了各级的四个径向布置的蒸发腔室eν(e1,e2,e3,e4),其通过四个横向布置的竖直间隔物3ν(31-34)在横向上彼此分离。
[0084] 四个级段的蒸发腔室的顶板由一个共同且均匀的,最好是水平的气密顶盖4ν(41-44)覆盖,在该顶盖下方形成了相应的液滴分离器5ν(51-54),用于保持滴下来的盐水。
[0085] 所有级的蒸发腔室的底部31ν(311-314)以及顶盖4ν优选地对于所有级而言是被分成四个圆形扇区的共同且均匀的圆形水平面。
[0086] 压缩机6位于蒸发腔室的顶盖4ν上,该压缩机6具有四个压缩腔室7ν,该四个压缩腔室7ν径向地布置在蒸发腔室eν上方,它们彼此对应。
[0087] 类似于各蒸发腔室eν,各压缩腔室7ν由向上延伸的相同的竖直间隔件3ν隔开。
[0088] 在每个压缩腔室中分别形成两个相同的,狭窄的,相对的在各压缩腔室7ν的两端,并与竖直垫片3v接触的收集腔室8ν(81-84),这些收集腔室从侧面横向通过两个同样径向地布置的竖直间隔件9ν(91-94)限制,该竖直间隔件9ν(91-94)在压缩腔室7ν的整个高度上延伸,并且在外部通过相应级的径向竖直地横向布置的间隔件3v限制。
[0089] 对于所有级,所有收集腔室8ν对应于中心角β°的面积是同样延伸的圆柱形扇区,并且由较小直径的内套筒-圆柱2在周向和内部限制。在四级版本的本申请中,两个面向内的竖直间隔件9ν以中心角α°=90°-2*β°延伸,并限制了压缩腔室7ν的有效面积以及叶片20ν(201-204)各自的往复旋转运动范围/行程。压缩腔室是基于相同中心角90°(=α°+2*β°)的圆形扇区的圆柱形扇区。
[0090] 收集腔室8ν还被中间的水平平坦的间隔物10ν(101-104)分成两个较小的室:下部或抽吸子腔室11ν(111-114))和上部或压缩子腔室12ν(121-124)。
[0091] 压缩腔室7ν(以及相应的收集腔室8ν)的顶板/覆盖物13ν(131-134)优选地显示出高度的逐步阶梯的增加,第一级的顶板131低于第二级相应的顶板132,然后第二级的低于第三个级的,依次类推。
[0092] 压缩腔室7ν在外部被优选为所有级共用的圆柱形壳体18围绕,该圆柱形壳体18的高度逐步地阶梯地变化并且遵循各个压缩腔室7ν的顶板13ν的高度。
[0093] 顶板13ν还形成紧凑的四级装置的上盖。在四个压缩腔室7ν的内部,使压缩机6转子14径向布置的扁平叶片20ν(201-204)移动,使其伸过套筒2的永久打开的开口122ν,如下所述。
[0094] 每个级的两个收集腔室的两个相对的抽吸子腔室11ν通过其底部与相应级的下面的蒸发腔室eν连通,该底部与相应级的蒸发腔室的顶板4ν相同,并且仍然保留在液滴分离器5ν上方永久打开。
[0095] 吸抽吸子腔室11ν和压缩子腔室12ν都分别通过吸入和压缩止回阀22ν(221-224)和21ν(211-214)与它们各自的压缩机6的各个压缩腔室7ν连通。这些阀自动地并且优选地通过改变各个压缩腔室中的压力来操作。
[0096] 蒸发腔室是空的空间,不包含任何热交换器。在蒸发腔室eν的正下方,并在几乎相同的圆形平面平面图中,分别设置了四个冷凝腔室Cν(C1-C4),其带有水蒸气热交换器eCν(eC1-eC4),最好是包括竖直管30ν(301-304),并通过过热蒸汽的竖直管道19ν连接到该级以上压缩机的压缩腔室7ν上。热交换器eCν在给水40进入系统之前对其进行预热。
[0097] 在图3中,示出了压缩机6的四个叶片20ν和转子14。这些叶片20ν沿着垂直边缘以各种方式安装在在狭窄套筒2内自由旋转的圆柱形转子14上。
[0098] 四个叶片20ν(201-204)的表面优选地彼此不同,因为它们对应于在其内旋转的四个压缩腔室7ν的横截面逐渐增大。转子14终止于竖直轴16,该竖直轴16离开级的主体和套筒2,并且终止于齿轮17将其连接至往复旋转驱动传动系统。
[0099] 图3a示出了内套筒2的内侧的分解图,该内套筒也是压缩机14的压缩腔室7ν的内圆柱形壁,转子14和轴16穿过该内壁。
[0100] 它涉及通过密封叶片20ν在其中移动/行程的开口122ν来密封转子在相邻压缩腔室7ν之间的旋转的实施例。密封是一系列水平和竖直杆23的同心闭合框架,该水平框架和竖直杆23围绕套筒2的内圆柱表面上的开口122ν略微突出,在它们之间形成外围通道和捕获蒸汽的迷宫条件。
[0101] 相应地,在孔122v的下方和上方还沿周向顺序地布置有平行的成排的轧制杆23a。杆23a还与布置在转子14的相对凸部上的相应相等数量的平行排的滚动杆23b配合,并在杆
23a之间一个接一个地插入,从而形成双重迷宫式密封(后者例如适用于图3d的压缩腔室的版本,具有预制功能)。未示出轧制杆23b。
[0102] 在内套筒2的顶部,在上端附近并且在轴16的顶部轴承的正前方,还有一个辅助水蒸气热交换器,用于对在该水蒸气热交换器的壁上的蒸汽的部分给水40进行额外的预热,其从迷宫式杆中逸出的蒸汽冷凝并流动,并作为脱盐水收集在套筒2的底部。未示出热交换器。
[0103] 图3b示出了将叶片安装到具有压缩弹簧20a的狭槽中以及叶片的边缘20的密封的实施方式的细节,该实施例具有沿着所有叶片的边缘延伸的一系列平行的纵向杆25。如图3a中所示,在叶片的两侧之间产生迷宫式蒸汽捕集器。
[0104] 图3c,3d分别示出了通过短臂121ν将压缩机叶片120ν安装到转子14上的变型和细节,以及分别具有独立(模化)压缩腔室的压缩机的变型。该变型的优点在于,在内部套筒2的壁上用于臂121ν的出口的开口222ν是狭窄的横向狭槽,并且因此旋转运动的密封更加容易和有效。
[0105] 在图3d中,内套筒2不再形成压缩腔室7ν的内圆柱形壁,而是在每个压缩腔室之间插入相对的同轴圆柱形壁部分2a并与套筒2接触,用以每个压缩腔室是独立的且单独封闭的形状,并且不直接与套筒2相关联。此外,新的壁部分2a以及压缩腔室的其余覆盖部分等,使得两个预制件(模块)作为单个零件的压缩腔室以及压缩机装置/外壳的运输以及精确,快速的组装。
[0106] 在叶片120ν的中心处,存在可调节(滑动)孔123ν(旁通),以通过使一部分来自低压侧的高压侧的蒸汽通过旁通来调节压缩腔室的排出,该排出不断变化。
[0107] 可能还有其他叶片的安装和密封系统,以及零件的分割,压缩机室的预制和组装等。
[0108] 图4示出了典型的往复旋转运动的机构,该机构优选地由旋转电机26,曲轴27和连杆28实现,该机构通过齿条29和小齿轮17将旋转转换成往复直线运动,然后再次转换成往复旋转。然而,可能存在其他往复旋转驱动系统(例如,特殊的往复旋转或直线运动的电动机等)。
[0109] 每个级的主要因素(即压缩腔室7ν、蒸发腔室eν、冷凝腔室Cν和热交换器eCν腔室)相对应,并且位于彼此之间的正上方,这样,可以将四个级预制为四个独立的圆柱部分(模块)并在安装过程中进行组装,以创建装置的圆柱主体。相应地,叶片和腔室显然可以是(特别是在图3c和3d的变型中)作为部件独立于转子预制并且在安装期间组装到转子上。
[0110] 完成装置安装所需要做的就是管道19ν与冷凝腔室Cν的外部连接,以及(a)热交换器的eCν、(b)盐水、(c)将被除去的脱盐水的外部液压串联连接。
[0111] 旋转径向压缩机6由于其形状和运动而被表征为“风扇”型。
[0112] 转子14的往复旋转运动用作四个独立压缩腔室的多级压缩机。在多级压缩机的入口处产生一个较低的压力,从蒸发腔室eν吸入蒸汽,并将其转移到压缩腔室7ν,在此将其压缩并过热,然后再将它们引导至冷凝腔室Cν。与内燃机的“增压器”系统进行类似的操作,因此,目前的多级压缩机在热脱盐等方面提供了显着的热力学和技术改进。
[0113] 在图1至4的MVC-MSF系统中的压缩机106的运行
[0114] 给水40被泵送并通过多流外部热交换器(未设计),在该处,在被去除的脱盐水44ν和盐水36ν的多流热交换器中被预热。经过预热的给水40在压力下从第四和最冷级通过水蒸气热交换器eCν的竖直管束30ν进入,在所有级中运行,在此处均被相应地冷凝的过热蒸汽逐渐预热,最终给水进入第一级的蒸发腔室e1。冷凝的脱盐水被收集在冷凝腔室Cν的底部并被除去。
[0115] 当给水40进入第一级的蒸发腔室e1时,其一部分经受闪蒸,并且饱和状态下产生的蒸汽被强烈地吸入,通过顶盖41的永久开口进入并穿过液滴分离器51后,进入第一级双收集腔室81的两个抽吸子腔室111。
[0116] 每当第一级的叶片201从其两个末端位置之一开始往复运动时,该末端位置与两个相对的竖直间隔件91,相同,则在叶片后面的收集腔室81的抽吸子腔室111中产生较低的压力。
[0117] 较低的压力打开吸气止回阀211,并且随着叶片201的运动,蒸汽以高速方式进入压缩机第一级的压缩腔室71。强烈的吸力降低了蒸发腔室e1中的蒸汽压力,并导致更强烈的蒸发。
[0118] 在叶片201的冲程和吸入阶段已经完成之后,叶片201沿相反方向移动。压缩腔室71的一部分(先前处于较低压力条件下)现在处于较高压力条件下,吸气止回阀211在其后关闭,同时在新冲程的某个点并且达到所需的高压时,压缩止回阀201在相对的(在叶片运动中)压缩子腔室121中打开。由于叶片的双重作用,蒸汽被连续地吸入和压缩。
[0119] 通过压缩,蒸汽温度升高并过热,并且在相当高的压力下被引导通过外围通道151中的压缩子腔室121的永久开口,并从那里通过第一级的公共竖直导管191下降到给水40的冷凝腔室C1和水蒸气预热交换器eC1。
[0120] 过热蒸汽传递其显热和潜热以预热给水40,并在热交换器的管301的外表面上冷凝,而冷凝液441下降到第一级的腔室C1的底部的圆周通道421。
[0121] 在第一级中没有蒸发的盐水部分361已经失去了温度,并且从蒸发腔室e1的底部被供给到第二级的下一蒸发腔室e2。在此,遵循相同的闪蒸过程和蒸汽压缩,不同之处在于,由于盐水362更冷并且蒸汽压较低,因此该级的真空较高。
[0122] 此外,由于饱和蒸汽的比容(m3/kg)变大,比(k3/kg)降低,因此,为了与第一级相同的产量,需要更大容积的循环。
[0123] 因此,叶片202的表面较大。因此,与第一级相比,吸气量,压缩比(CR)和蒸汽温度升高具有不同的值。
[0124] 在第三和第四(最后)级重复该过程,使叶片20ν的表面逐渐增大,盐水36ν循环并变冷,更多的盐水,压缩蒸汽的温度也逐渐降低。
[0125] 按照盐水相反的顺序,给水40在串联连接的热交换器eCν中逐渐预热,使得温度ta(对应于盐水361的沸腾温度)在进入第一级之前,最终到达。
[0126] 在相对于给水相反的方向上,脱盐水经过流过给水40的初始预热的多流外部水-水热交换器之后被收集和除去。
[0127] 为了使盐水和脱盐水的流动优选地通过重力而移动,可以使蒸发腔室的底部31ν的高度逐渐升高。而且,蒸发腔室eν,冷凝腔室Cν的体积以及水蒸气热交换器eCν的表面可能不相同,但是它们随着级而逐渐变化。
[0128] 图5、6示出了带有往复旋转双重作用旋转径向压缩机的多级蒸发脱盐MVC-MEE/MED的横截面5-5、6-6。
[0129] 四级装置的这种应用类似于MVC-MSF的图1至4在以下几点:
[0130] 它们具有与叶片220ν,转子214,收集腔室208ν,竖直间隔件203ν和209ν,分别具有吸入和压缩止回阀221ν和222ν的子腔室211ν和212ν中的水平平面分隔物210ν和圆周通道215ν相同的旋转径向压缩机206。最后,压缩腔室207ν的高度逐渐升高的平坦顶板213ν和圆柱形外壳218与压缩机206互补。
[0131] 该装置与蒸发腔室dν的径向布置相同,具有共用的顶盖204ν,外围的圆柱壳201,内套筒202,蒸发腔室dν的底部占据四个圆形底部扇区231。
[0132] 关于与图1-4的前述变型MVC-MSF的差异:
[0133] 对于蒸发腔室dν(d1–d4),在外围的圆柱形壳体201和狭窄的内套筒202之间插入有较大的同轴圆柱形壳体236ν。在后面的圆柱形壳体236ν和套筒202之间,形成中间的竖直管道立管46ν,该竖直管道立管46ν终止于顶板204ν的顶部。
[0134] 蒸发腔室dν包含多个热交换器32ν(最好是水蒸气热交换器),其由落下的盐水膜的竖直管束33ν组成。它们设置在腔室dν中,并分别由平坦的前板(管板)34ν和35ν从顶部和底部覆盖,并在内部从大圆柱壳236ν的外围覆盖。
[0135] 平坦的前板(管板)34ν和35ν以及圆柱壳236ν将饱和蒸汽的空间与过热蒸汽的空间隔开。热交换器32ν在外部和外围是敞开的,以使从压缩腔室207ν下降的过热蒸汽进入热交换器32ν的空间。
[0136] 来自压缩机的外围通道215ν并通过竖直管道37ν的过热蒸汽最终到达在蒸发腔室dν的外围并在热交换器32ν的空间中从那里形成的水槽41ν。
[0137] 对于压缩机,在蒸发腔室dν的顶板204ν和压缩腔室207ν之间形成有四个抽吸预燃室246ν(2461-2464),它们位于它们各自的压缩腔室207ν(并且在其收集腔室208ν以下)。抽吸预燃室正好与压缩腔室相对应,并且也是压缩机壳体的组成部分,占据了其下方的整个圆形表面,并由共用的圆柱形壳体218包围。
[0138] 在竖直导管46ν的上端,在蒸发腔室内且在抽吸前腔246ν之前,设置了盐水液滴分离器205ν。
[0139] 在差异之内包括盐水的泵送系统36ν,该系统通过泵38ν从蒸发腔室dν的底部抽出盐水,并将其通过喷雾/喷嘴系统39ν喷射到在蒸发腔室的上部和水蒸气热交换器32ν的竖直管束33ν的上方的平坦的前板(管板)35ν中。各个换热器的表面逐级逐渐地变化。
[0140] 图8a,8b分别示出了具有抽吸预燃室346v和传统压缩腔室的旋转径向压缩机306。
[0141] 压缩机06的运行和MVC-MEE/MED系统的运行
[0142] 给水40在环境温度下被泵送,在多流外部热交换器(未设计)中从去除的盐水36ν和脱盐水44ν中被预加热到特定温度tο,并被馈送到第一级的蒸发腔室d1。
[0143] 入口温度tο略低于盐水的沸点温度t1,该沸点温度t1对应于第一级的蒸发腔室d1中存在的比真空。
[0144] 从腔室d1的底部开始,盐水361被泵381抽吸并通过喷雾系统391在水蒸气热交换器321的降膜管331的内表面处喷雾,其中一部分盐水是通过流过管道331外表面的过热蒸汽S1传递的显热和潜热蒸发。特别是:
[0145] 众所周知,每当压缩机206的第一级的叶片2201从其两个终端位置之一开始往复冲程时,就会在收集腔室2081的抽吸子腔室2111中产生较低的压力,该压力恰好是在叶片后面。
[0146] 较低的压力打开抽吸止回阀2211,并且随着叶片的行程,在通过竖直管道461上升,已经在分离器205处排出了盐水液滴,并且已经进入了压缩机的吸入前室2461中之后,在蒸发腔室d1中产生的饱和蒸汽被强烈抽吸,在上升之后进入第一级的收集腔室2081的抽吸子腔室2111。
[0147] 如从图1-4的先前实施例中已知的,从叶片的形成2201和抽吸阶段完成之后,叶片2201沿相反的方向运动。
[0148] 压缩比CR1对应于第一级的过热蒸汽的所需温度升高。饱和蒸汽被压缩,过热并且其温度从t1升高到t1+Δt1,其中部分Δt1包括:
[0149] a)由于盐度增加,第一级盐水沸点的上升α1,和
[0150] b)温差D1,它将增加过热蒸汽S1的焓,从而引起盐水的较快蒸发。
[0151] 对于第一级的蒸汽总体所需的温度升高,该关系成立:Δt1=α1+D1,或者通常对于随后的级:Δtν=αν+Dν。
[0152] 在热交换器中进行热传递之后,过热蒸汽S1被冷却并冷凝。冷凝水和脱盐水441下降到外围通道411的底部,从那里与其他级的相应冷凝水一起被泵送,并被引导至给水40预热的多流外部水-水热交换器,并从那里送到存储空间。
[0153] 在第一级中尚未蒸发并且温度较低的盐水被送至第二级的下一个蒸发腔室d2。在此遵循相同的蒸发和压缩过程。为了在每个级都实现相同的脱盐水44ν的生产,与第一级(或通常而言,相比之前的级)相比,叶片2202和相应压缩腔室的表面更大。
[0154] 压缩比CR2也变化,以实现过热蒸汽S2的所需温度升高Δt2。第二级的盐水温度为t2的饱和蒸汽被吸入第二级的压缩腔室2072中,被压缩,过热并在第二级中通过相应的外围通道2152和竖直导管372进行加热,与第一级t1+Δt1的相应温度相比,该热交换器处于较低的温度t2+Δt2(该关系成立:tν+Δtν<……
[0155] 在第三级和第四级(最后级)重复该过程,使从级到级循环的盐水变得更冷和更咸,并且过热蒸汽的温度Sν也逐渐降低。
[0156] 该装置可以使用内燃机代替电动机,因此可以同时提供永久的辅助和辅助供热,从而显着提高了启动效率以及传动系统和脱盐效率。
[0157] 图8a,8b,9、10、11、12示出了多级脱盐MVC-MEE/MED的实施例的横截面9-9、10-10、11-11、12-12,其与图5和6的MVC-MEE/MED示出的变体相似:例如:
[0158] 它们具有相同的旋转径向压缩机306,其具有四个腔室和叶片320ν,收集腔室308ν,竖直间隔件303ν和309ν,水平平坦的间隔物310ν,两个子腔室311ν和312ν,抽吸止回阀321ν和压缩止回阀322ν以及抽吸预燃室346ν(3461-3464)。
[0159] 收集腔室308ν和压缩腔室307ν的底部具有分隔平面345ν,在该分隔平面345ν的下方形成了四个抽吸预燃室346ν。抽吸子腔室311ν通过其永久敞开的底部直接与其对应的预燃腔室346ν连接。
[0160] 压缩机还被高度逐渐地和阶梯地增加的平顶板313ν覆盖,并由圆柱形外壳318封闭,而底部347ν形成其下部外盖,同时形成抽吸预燃室346ν的底部。叶片320ν的表面与压缩腔室307ν的横截面一样逐渐地和阶梯地增大。
[0161] 因此,与图5和图6的系统相比,这是相同的系统,但蒸发腔室和热交换器的形状和布置仅有区别,如下所述:
[0162] 带有内部装有热交换器的四个蒸发腔室Lν是纵向的,呈平行六面体形状,成对布置,并成两排平行。两行彼此相邻,形成由四个平行六面体组成的公共平行六面体,所有四个平行六面体均具有公共结点。
[0163] 四个腔室的最大表面安装在高架上,在其下方有管道,泵和所有辅助机械和设备(没有示出)。
[0164] 蒸发腔室Lν的外部覆盖物101ν略微凸出,以便由于内部普遍存在的真空条件而增加刚度。在蒸发腔室Lν内,设置了水蒸气热交换器132ν,它由一束水平的,最好是扁平管133ν组成,该管终止于两个狭窄的竖直集流腔室,过热蒸汽的入口集流腔室110ν和冷凝物44ν的出口集流腔室111ν,分别具有相应的竖直和平坦前板(管板)134ν和135ν。入口集流腔室110ν由前板(管板)134ν及其外部侧壁112ν所限制。
[0165] 在热交换器上方,有盐水喷雾系统139ν,而在下部,则有盐水槽131ν。
[0166] 在入口集流腔室110ν的外侧壁112ν和各级彼此成对地彼此接触的外部覆盖物101ν之间,形成狭窄的,扁平的竖直管道腔室114ν。它们在蒸发腔室Lν的整个宽度和高度上延伸,平行于将水槽131ν的上部与对应于该级的压缩机306的抽吸预燃室346ν连接的入口集流腔室110ν。
[0167] 导管腔室114ν对应于图5-6的相应变型的饱和蒸汽的向上上升的竖直导管46ν。
[0168] 从装置的中心,即从四个级的公共连接点,经过已知的狭窄套筒102,旋转轴316和转子在其中心,压缩机306在其顶部。
[0169] 双压缩子腔室312ν通过双通道337ν连接到热交换器32ν的入口集流腔室110ν,该双重导管终止于入口集流腔室110ν的两个相对侧,由于双重作用而交替地指向,来自收集器腔室两个不同且相对的点的过热蒸汽,增加了热交换系数和热交换器的整体效率。参见图8a,8b。
[0170] 在另一变型中,从每个子腔室312ν到对应的入口集流腔室110νν可能仅存在单个蒸汽导管337ν。
[0171] 压缩机306的运行和图8a、8b和9-12的MVC-MEE/MED系统
[0172] 压缩机306和图5、6的MVC-MEE/MED的操作的相似性是显而易见的。
[0173] 给水40被第四级的排出盐水1364和脱盐水44ν两者预热到已知的特定温度,并且被供应到第一级的蒸发腔室L1。
[0174] 盐水361从蒸发腔室L1的底部被泵送,并且通过上方的喷嘴系统1391从外部喷射到水蒸气热交换器1321的水平管束1331的内部,在水蒸气热交换器1321的内部,第一级的过热蒸汽从中流过,该过热蒸汽通过管道3371下降,并通过入口集流腔室1101分配到管道1331。
[0175] 产生的饱和蒸汽与喷洒的盐水一起在水槽1311中下降,由于在压缩机吸气侧产生的较低压力,该饱和蒸汽被大力吸起并通过竖直导管腔室1141在抽吸预燃室3461中被压缩。
[0176] 过热的蒸汽冷凝,并且作为冷凝水和脱盐水441,沿着水平管1331的长度流动,并且下降到冷凝物的相对的终端集流腔室1111的底部。众所周知,该过程在其他级重复进行。
[0177] 在另一个变型中,如在MVC-MEE/MED的前述两个实施例中已经开发的,蒸发腔室dν和Lν的内部装有热交换器,中间竖直管道46ν/114ν和带有抽吸预燃室246ν/346ν的压缩机,也可以用于MVC-MSF应用程序。
[0178] 这样,MVC-MSF的预热给水40的水蒸气热交换器eCν将代替蒸发腔室dν和Lν内的蒸汽水热交换器32ν/132ν,并且将没有特别需要冷凝腔室Cν。
[0179] 与MVC-MEE/MED的情况一样,冷凝水(脱盐水)从其在外围通道41ν/111ν中的热交换器eCν的底部收集。显然,在MVC-MSF应用程序中不需要盐水的泵送和喷雾器系统,而是将其移除。
[0180] 图13、14以横截面13-13和14-14示意性地示出了三级闪蒸脱盐(MVC-MSF)的多级应用,其中双重作用的容积式往复移动压缩机506(图15)为依次由三个圆柱形压缩腔室52ν(521-523)依次串联组成,并具有相应的圆形叶片50ν(501-503)。
[0181] 各叶片彼此平行并且安装在垂直于其表面的公共水平轴51上,该水平轴51通过驱动机构往复地且线性地运动。
[0182] 新实施例的操作绝对类似于图1至4中已经描述的操作。除了压缩机506是圆柱形的并且蒸发腔室bν(b1-b3)以及热交换器室54ν(541-543)被串联布置(长管热交换器)外,分别具有压缩机的腔室。叶片50ν(501-503)的表面以及各个压缩腔室52ν(521-523)的横截面均具有任何几何形状,也优选逐渐增大。
[0183] 压缩腔室52ν设置在装置的上部,并且优选地在蒸发腔室bν(b1-b3)的外部。在蒸发腔室bν的下方,设有与各级相对应的水蒸气热交换器54ν(541-543)的冷凝腔室,而在本变形例中,热交换器是一束直的水平长管53,在其中给水40循环并逐渐被预热。
[0184] 这里还存在相关的蒸汽的抽吸和压缩,即止回阀524ν和525ν,以及分别与蒸发腔室bν(b1-b3)和热交换器54ν(541-543)的各个冷凝腔室连通的管道543a和543b。
[0185] 给水40在被预热之后首先进入收集器555,被分配到长管53,被逐渐预热到已知的特定温度ta(与第一级的盐水的沸腾温度相对应),通过末端收集器556,管道47和控制阀548进入第一级的蒸发腔室b1,随后进行已知的闪蒸和冷凝过程,如图1-4所示。
[0186] 压缩比(CR)以及温度升高在这里也是独立调节的参数。
[0187] 在另一变型中,压缩机506和压缩腔室位于热交换器室54ν(541-543)和蒸发腔室bν(b1-b3)之间,由此,管道543a和543b的长度将明显较短,没有示出。
[0188] 在另一变型中,热交换器54ν的腔室位于相同平面中并且邻近于相应级的蒸发腔室bν,没有示出。
[0189] 在另一种变型中,蒸发腔室bν是圆柱形的,压缩机506和圆柱形压缩腔室位于各自的蒸发腔室bν内,并且带有给水束的水平长管的热交换器54ν被形成在同轴地围绕蒸发腔室bν的外围圆柱形的扇形套筒,沿整个长度覆盖它们,没有示出。
[0190] 在另一变型中,热交换器54ν均位于蒸发腔室bν内。没有示出。
[0191] 在另一种一般变化中,热交换器不是管状的而是板状的。
[0192] 还有多级脱盐装置MVC-MEE/MED的变型,其中压缩机为圆柱型506。
[0193] 这些级的完全独立性使它们可以分为较小的标准模块和预制模块,以便大型设备/装置易于在容器中运输。
[0194] 在另一种变型中,旋转径向压缩机的叶片表面是梯形或其他形状,从而压缩机的顶板具有相应形状的表面。
[0195] 在旋转径向压缩机的另一种变型中,不是通过逐渐地和阶梯地增加压缩腔室的高度,而是通过保持它们的叶片的半径的长度恒定,而是通过保持压缩腔室的高度恒定来逐步地增加半径。蒸发腔室也可以是不同的类型,例如蒸发腔室是带有可移动的旋转部件的动态类型等。
[0196] 本发明的MVC-MEE/MED和MVC-MSF的所有变体的共同特征是,多级脱盐类似于并且基本上由在其中布置和串联连接的协作的独立单效脱盐装置的阵列组成,其具有简单的共同连接和相互协同作用,例如:
[0197] a)从级到级循环的盐水36ν,b)从级到级循环的脱盐水44ν,c)在通用的多流外部热交换器中对给水进行预热,d)通过通用的水蒸气换热器从最后级到第一级预热给水。
[0198] 最后的协同/特征d)是MVC-MSF变体的主要的一个,但也可以作为MVC-MEE/MED变体的补充存在。
[0199] 另外,图1-4和图5-6的变体的每个级的三个主要元件(例如,压缩腔室,蒸发腔室和热交换器室)相互对应并位于另一个之上(或一个在另一个内部),使得这些级可以预制为独立的圆柱零件(模块),并组装成一个完整的圆柱体,从而形成装置的圆柱体。
[0200] 在平行排列的平行六面体蒸发腔室中也会发生相同的情况。
[0201] 总的好处:
[0202] 由于各级的饱和蒸汽的独立抽吸和同一级内的过热蒸汽的压缩/冷凝都发生,因此增加了相同的蒸汽吸入量的产量。这意味着,与现有技术相比,其明显地具有较高的温度,因此具有较低的比容(包含较大质量的水蒸气)的蒸汽被吸入,其仅从最后一个和较冷的级才通过单个压缩机吸入饱和蒸汽,该蒸汽具有单位的最大比容,因此包含最小的水蒸气质量。
[0203] 由于在压缩腔室的每个抽吸子腔室的入口处产生的压力较低,使抽吸作用更强,因此抽吸量增加,从而提高了产量。
[0204] 由于总的传热系数增加(由于冷凝器/热交换器区域中过热蒸汽的速度增加和强制移动所致),从而减少了热交换器的表面。
[0205] 由于熵的降低,由于在非常小的步骤中进行了独立和部分压缩(较小的CR和较小的两级之间的温度差Δtν),因此降低了单位产量的能量成本(脱盐水的m3)。
[0206] 由于各级的独立控制,调节和操作(更小的总温度差ΔΤmax(因为ΔΤmax=∑Δtν)并且降低了单位能耗已经完成),因此可以更精确地控制状态,并允许最小的允许温差(Δtν)。
[0207] 由于更小且更有效地控制非常小的温度差(Δtν),因此用于该单位的相同总体最大温度差ΔΤmax(=∑Δtν)的级数增加(效率更高)。
[0208] 由于从多个腔室和较小的CR同时进行抽吸和压缩,因此过程启动速度更快。
[0209] 减少单位的体积,减少制造和运输更高生产率单位的能力。
[0210] 除了转子叶片的不同表面(逐渐增加)的明显平衡外,还有一些方法可以补偿由不断变化方向的旋转转矩引起的系统的旋转和往复质量运动,从而最大程度地减小了振动。
[0211] 如果安装多个装置,则安装在同一机架上的每两个相似装置将同时沿相反的方向同步旋转。
[0212] 在另一个变体中,一个装置放置在另一个装置的正上方(以塔状布局布置),两个装置都安装在一个公共框架中,各转子和各轴位于同一竖直轴上,由相同的驱动机构驱动,并在相同的时间进行传输,两个转子的旋转扭矩相反。
[0213] 同样,两个装置也可以水平,串联安装在一个共用的基础框架上,共用的驱动器可以传递相反的旋转扭矩。没有示出。
[0214] 如果圆柱往复移动压缩机506的运动是线性的,则提供:
[0215] a)附着在移动的驱动机构上的质量,该质量在任何时候都与压缩机轴51的主运动相反,或者b)(在一个以上的装置中)具有同一框架的每两个相似且对齐的装置(具有放置在相同轴线上的水平轴51)同步移动,但彼此相对,在它们之间具有相同的驱动单元,且在它们的中心笔直对齐的位置,没有示出。
[0216] 压缩比(CR)调节系统包括并利用了用于气体和蒸汽的容积式往复移动压缩机的所有已知技术,例如:抽吸21ν和压缩22ν止回阀的打开和关闭压力的调节技术,等等[0217] 流量的调节通常通过改变叶片表面的大小,往复运动的频率,还可以通过改变以下的横截面来完成:a)可调滑动开口123在叶片表面上的内部旁路或b)具有可调节控制阀的外部旁路管道,会相应地影响再循环流量部分。没有示出。
[0218] 在恒定频率的往复运动系统中(主要以非常大的尺寸为单位),流量的调整以离散的步长和标称流量的速率来设定,例如:分别为100%,75%,50%,25%或0%。
[0219] 应用:a)在化学工业和食品工业中,通过逐步蒸发和冷凝大部分水或其他溶剂来冷凝水溶液,b)在环境保护中,通过进一步冷凝从反向排出的盐水而冷凝渗透脱盐厂{零液体排放(Zero Liquid Discharge ZLD)}或通过从有毒和工业废物的水溶液中蒸发水来减少其体积并促进其运输和中和反应。
[0220] 特别是在脱盐中,由于达到了最高质量的脱盐水(≥5-6ppm TDS),它可用于需要高质量水的整个化学工业领域。
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