[发明专利]具有膜加热的液体净化

说明书

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。

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。