使用饱和空气流的水蒸馏装置和用于使其性能最大化的方法

摘要

多种蒸馏装置中的一种(10)包括两个塔，一个蒸发塔(14)和一个冷凝塔(16)，由装配有多行狭缝的分隔件(18)分开，将它们分成4个蒸馏阶段。所述蒸发塔(14)包括具有亲水性或可湿性面的板，而所述冷凝塔包括矩形中空板(21)热交换器(22

说明书

技术领域

本发明涉及使用强制饱和湿热空气流并回收冷凝潜热的类型的改进 的水蒸馏装置，以及使其性能最大化的方法。这些蒸馏装置的应用包括使 海水脱盐，并且更一般地，使任何清水去矿质，特别是用于制造超纯水。 本发明还涉及有待转化(食品工业)或破坏(污染的排出废物)的各种工 业水溶液的浓缩，以及将某些挥发性液体与其水溶液(乙醇、酸、碱……) 分离。

背景技术

在(1)1975年的公开号为2,281,896的法国专利申请的图5和(2) 同一年的美国专利3,860,492中，描述并评论了两种通过回收冷凝的潜热 而使用强制饱和湿热空气流的水蒸馏装置。

在法国专利申请的水蒸馏装置中，

-将三个蒸馏阶段在彼此的顶部上放置；

-每个蒸馏阶段包括一对区室，一个用于蒸发，另一个用于冷凝，这 些区室的上部通过管道连通；

-两个下部蒸馏阶段的管道包括用于调节其端口横截面面积的手动 机构；

-用松散包装的可湿性人造螺母来填充这三个蒸发室；

-这三个区室包括三个串联连接的冷凝盘管；

-将机构与所述装置连接，以使水流在低初始温度下，在冷凝室的三 个冷凝盘管中从底部至顶部循环；

-将水加热器与冷凝盘管的上部连接，以使离开的水达到95℃的高 温；

-将用于分配和分布的机构安装在上蒸发室的上方，以在高温下将水 分布在该区室的上部上；

-在下蒸发室的下部安装风扇，以迫使饱和湿热空气流量在所有三个 蒸发室中从底部流至顶部，并在三个冷凝室中从顶部流至底部，以导致所 述蒸发室的循环气流，达到预定温度；

-提供用于收集蒸馏水和浓缩水溶液的机构，分别安装在下冷凝室和 蒸发室的下部。

已将此水蒸馏装置布置为形成这三个蒸馏阶段，以改进热水流和热气 流之间的热交换，或在相反方向上循环的空气和水之间的热交换，其出现 在该装置的蒸发室和冷凝室中。这种解决方案(在该文献中并未证明)实 际上是必要的，因为，根据温度，一千克水的热容量C_pE是恒定的(4.18 kJ/K)，而包含在饱和湿热空气中的标准气压下的一千克干空气的显热容 量CpA随着温度而增加，并表现出在100℃时趋向于无穷大的双曲分支。 在三个蒸馏阶段的情况下，将代表上升和下降空气的焓通量的曲线对转换 成三个曲线段(festoon)两个序列。在这些条件下，我们可将一方面这两 个系列的曲线段和另一方面代表向上和向下流动的水的焓通量(enthalpy flux)的两条平行直线之间的变化大幅度地最小化。由此所达到的总热交换 比将使用单个蒸馏阶段所达到的高得多，并且，在这些条件下，使所产生 的蒸馏水的量大幅度增加。但是，这种水蒸馏装置的性能远远不是最大的。

实际上，在该水蒸馏装置中，具有初始温度T_A0＝20℃的气流和温度 T_low为T_E0＝20℃并且T_high为T_E2＝95℃的水流，在序号从1到3的蒸馏的三 个阶段的上部，对于开环循环的空气，我们具有T_A1＝55℃，T_A2＝75℃， T_A3＝90℃，并且，在冷凝塔的下部是35℃。对于开环循环的水，在三个蒸 发室的下部，从蒸发塔的顶部到底部，我们具有T_E2，85℃，65℃和 T_E3＝40℃。在三个冷凝室的上部，对于水，从冷凝塔的底部到上部，我们 具有T_E0，45℃，65℃和T_E1＝75℃。在这些条件下，该装置的性能系数(CoP) (蒸馏中所使用的热能和水加热器所提供的热能之间的比例)， CoP＝(T_E2-T_E0)/(T_E2-T_E1)＝3.75，其是当所使用的能量较便宜时可接受的平均 值。但是问题是，使用所述装置这种计算的性能系数(CoP)是可能的吗？

为了调查这一点，我们将更密切地查看空气和水所述的温度下。并且， 我们将看到，从技术和经济的观点看，这些温度(明显不是实验性的)并 不适合于产生平均性能，更不用说是高性能。首先，对于三个蒸馏阶段的 蒸发室的上部和冷凝室的下部的空气温度来说，是这种情况。

一开始，所涉及的是选择序号1和2的蒸发室的上部的两个中间空气 温度T_A1和T_A2。该选择通常从极限空气温度开始做出：周围空气所施加 的低温T_A0和相对接近T_E2的高温值T_A3，T_E2是在上蒸发室的上部分配的 水的高温。在蒸馏装置中设置三个蒸馏阶段的结果是，预期代表三个蒸发 室中的上升的饱和湿热空气流的校正焓通量的曲线，是斜率为A＝ΔH/ΔT 的直线的三段的理想序列，ΔH和ΔT是每个蒸发室中的焓通量和空气温 度增加。实际上，代表校正通量的实际曲线由三个曲线段组成，其与直线 偏离并在两个点处成角度地相交。这两条曲线(实际的和最佳的)之间的 最大差异，是每个曲线段的偏转度ΔT_F。对于每个曲线段，偏转度ΔT_F的 值是商ΔH*/A，其中，ΔH*是理想线的中点和在区室的平均温度下空气焓 通量的曲线上的点之间的焓通量的差。在蒸发室的上部和下部中的饱和湿 热空气的极限温度的情况中，如在所述专利中所提到的，即，30(大约)， 55，75和90℃，用饱和湿热空气的比焓H的表，给出对于1kg/s的干空 气的焓通量的值，该干空气是由在每个蒸发室中上升的饱和湿热空气流带 走的。对于湿空气的显著温度(直线段的中间和末端)，我们具有H₉₀＝3887 kW；H_82.5＝1864，H₇₅＝1088；H₆₅＝600；H₅₅＝353；H_42.5＝179和H₃₀＝100kW。 对于下曲线段，我们具有ΔH₁*＝1/2(H₅₅+H₃₀)-H_42.5＝48kW和 A₁＝(H₅₅-H₃₀)/25＝10kW/K，使得ΔT_F1＝4.8℃。对于中曲线段，我们具有 ΔH₂*＝120kW，A₂＝37kW/K和ΔT_F2＝3.2℃。对于上曲线段，我们具有 ΔH₃*＝623kW，A₃＝187kW/K和ΔT_F3＝3.3℃。所有这些值都是不可接受的， 因为其过高。但是，由于下曲线段的偏转ΔT_F1最明显，所以，其是确定 (T_E2-T_E1)时唯一考虑的。这里，其代表水加热器所需的温度增加的1/4，其 导致所述装置的性能系数(CoP)的相应减小。通过总结这些初始评论， 我们看到，为了使水蒸馏装置有效，无法以任意方式确定蒸馏阶段的数量 和蒸发室的上部的空气温度的选择，即使这看起来符合常识。

至于冷凝室下部的温度，由序号1和2的蒸发室和冷凝室之间的两条 连通路径分离的气流的温度，与序号2和3的冷凝室中的下降的气流的温 度，没有理由是相同的。实际上，由于蒸馏阶段的两个区室的结构彼此不 同，所以，可推断出，其相应的热交换系数也是不同的。这些温度的不相 等导致性能系数(CoP)下降，如果其未校正。

另外，由于排入冷凝室的管道的横截面的形状和尺寸，以及这些区室 的横截面的形状都不是指定的，所以，由这些管道偏离的气流进入这些区 室并与从更高序号的区室下降的气流混合的精确条件是未知的。不管是哪 种情况，可推断出，与那些不接触的相比，实际上与盘管紧密接触的气流 是非常小的量。局部地，这是在最初具有不平衡且彼此非常不同的空气/ 水热耦合。总体上，饱和湿热空气的被非常差地冷却，并且，蒸汽在装配 有冷凝盘管的冷凝室中非常差地冷凝。另外，对于冷凝室中的这些盘管处 的热交换，每个单位体积的表面积S/V必须相对较高。由于对于有效的热 空气/水交换的比例是S/V＞150m²/m³，所以，我们可以看到，当使用传 统的锯齿形或螺旋形盘管时，这是不可想象的，其中，S/V＜10m²/m³。该 情况比当用上游和下游歧管平行地装配多个盘管或盘管段时更好。这是所 述文献中并未建议的事物。在任何情况中，传统盘管的螺纹状结构通常在 水流中产生不可接受的压力损失。另外，其成本通常过高，因为可推断出 是金属，其金属对海水的腐蚀作用必须不太敏感。这些讨论的结论很简单： 传统的金属盘管完全不适合于在高性能(性能系数CoP＞4)水蒸馏装置 中完成分配给它们的两个功能，即：用下降的饱和湿热空气流有效地加热 上升的海水流中，以及，在对于相关市场令人满意的经济条件下，冷凝最 大量的由气流携带的水蒸气。

此外，将可湿性人造螺母包装在蒸发塔中，会在由安装在此塔的下部 的风扇吹送的气流中产生显著的压力损失。对于气流，这对相对高的压力 和相对高的局部速度产生需求，这会不可避免地造成，在进入冷凝塔的气 流中存在海水水滴。在处理标准海水的水蒸馏装置的情况中，这导致每升 所产生的蒸馏水具有1至2g的盐含量，使得其消耗不令人满意。在处理 污染工业用水的水蒸馏装置的情况中，阻止其排出，该情况更糟：蒸馏水 保持被污染，并且，阻止其排出。

为了完成在所述文献中公开的水蒸馏装置所提出的问题的讨论，我们 还要注意，针对有待在蒸发塔的上部分布的热水提供的温度T_E2＝95℃，是 过高的温度，长期运行是危险的，因为其会使溶解在水中的某些盐的沉淀 加速，结果，导致大量水垢沉积在所采用的通道内，导致破裂，并且长期 来看，这些通过阻止机器的操作而实现。

将根据美国专利3,860,492的水蒸馏装置设计为，是用于浓缩工业用 水的自动系统。其包括第一蒸馏阶段(表现为两个塔的下半部)，和未确 定数量的布置于其上方的阶段。蒸发塔的可湿润的部件由吊网组成，并且， 冷凝塔的空心热交换部件是冷凝盘管。大部分以上负面评论都适用。另外， 可推断出，此第一阶段中的空气焓曲线的曲线段的箭头明显比上述讨论的 情况中更大。还考虑使用八个阶段的更高性能的蒸馏装置，不进一步详细 描述。

为了总结这两篇文献上的评论，我们可确认，一个确保所述过程表现 出高能量性能的主要条件是，在蒸发塔和冷凝塔的长度中，湿空气和水之 间的温度差尽可能小。将每个塔分成几个阶段的事实(其中，湿空气流量 是不同的，并且，水流流量实际上是恒定的)已经可能整体上减小湿空气 和水之间的温度差。这两篇所述文献都提出了这种解决方案。该法国专利 没有进行说明。该美国专利进行了部分说明，从表现出作为温度函数的饱 和湿空气焓的变化的曲线开始。但是，这两篇专利都未涉及将所述阶段的 每个内的湿空气和水之间的温度差减到最小的方式。

与此主要条件相伴，还具有另一同样重要的条件：明显来自干空气中 的热交换的热交换系数，用于将水蒸气分布在空气中的机制和蒸馏单元的 部件的每单位体积的表面积(S/V)，必须尽可能高，以能够足够减小湿空 气和水之间的温度差。但是，当我们考虑获得良好地掌握饱和湿空气中的 热交换完全不明显的情况时，这更困难。

发明内容

本发明的第一主题涉及各种改进的水蒸馏装置，通过回收冷凝的潜热 而使用强制饱和湿热空气流，包括几个适合于在最佳条件下操作的蒸馏单 元。

本发明的第二主题涉及这种改进的水蒸馏装置，其中，在结构中，在 冷凝室内，通过使用具有非常高的热交换系数的部件，来建立这些最佳条 件。

本发明的第三主题涉及这种改进的水蒸馏装置，其中，在每个蒸馏单 元的两个区室中，通过湿空气和水之间的尽可能低的温度差，来建立这些 最佳条件。

本发明的第四主题是实现这种改进的水蒸馏装置，其具有高的和/或 可变的蒸馏水的日生产量，由易于构造、安装和操作的模块化蒸馏单元组 成。

本发明的第五主题涉及用于使这些各种水蒸馏装置的性能最大化的 方法。

本发明的第六主题涉及这种改进的水蒸馏装置的结构，其适合于使水 脱盐，特别是脱盐海水，使工业用水浓缩，并使挥发性液体与其水溶剂分 离，具有较高的能量产率。

根据在上述法国专利中公开的水蒸馏装置的扩大定义，本发明蒸馏装 置是这样的类型，其中：

-提供数量N的蒸馏单元，序号1的单元最不热，序号N的单元最 热；

-这N个蒸馏单元的每个均包括一对垂直区室，一个用于水的蒸发， 另一个用于蒸汽冷凝，在上部连通；

-这N个蒸发室的每个均由一组可湿性或亲水性的部件占据；

-这N个冷凝室均的每个由空心热交换设备占据，这N个设备串联 连接；

-将机构与所述装置连接，以在低初始温度T_E0下，用质量流量Q_E0提供水流，从而导致水流在这N个空心热交换设备中向上流动；

-将水加热器与这N个空心热交换设备的出口连接，以使在温度T_E1下从其离开的水流，最高达到低于100℃的高温值T_E2。

-将机构安装在装置中，在序号N的蒸发室的部件的上部，在温度 T_E2下分布热水，并导致其向下滴流更低序号的蒸发室的部件；

-将机构安装在装置中，以迫使N个调节的饱和湿热空气流流量在 这N个蒸发室中向上循环，并在这N个冷凝室中向下循环，以分别使在 蒸发室的上部循环的这N个气流最高达预定温度T_A1至T_AN；

-将用于收集蒸馏水流量的机构安装在序号1的冷凝室的下部；

-将用于收集所产生的浓缩水溶液的流量的机构安装在序号1的蒸 发室的下部。

根据本发明，以上定义的宽泛类型的改进的水蒸馏装置的特征在于：

-这N个热交换设备的横截面和高度基本上与这N个冷凝室的那些 相同；

-这N个热交换设备是被装配为以恒定间距隔开的空心聚合物板的 组，每组设置有上游和下游歧管；

-在这N个冷凝室中，将空心板垂直地安装。

根据本发明，这种水蒸馏装置的特征进一步在于，其包括N个适合 于分配总空气流量的穿孔盘，分别进入这N个冷凝室，成为穿透这些区室 的空心板之间的空间的基本上相等的部分空气流量。

根据本发明，这种水蒸馏装置更精确地特征在于，在这N个蒸馏单 元的每个中：

-蒸发室和冷凝室之间的连通包括水平细长矩形窗；

-冷凝室、穿孔盘和空心板的横截面均是矩形的；

-安装穿孔盘，没有明显的边缘部分泄漏，并具有多行孔，位于所有 空心板之上；

-所述孔是长椭圆形的，并以与装配所述板的相同间距形成，其宽度 基本上等于板之间的空间的宽度。

这些简单的设置是新颖且非显而易见的，因为其对具体的非显而易见 的问题提供了实际的解决方案，对其进行考虑是被忽视的和/或到目前为止 未进行说明。首先，具有矩形横截面的冷凝室的选择不是唯一可能的，但 是，明显地，考虑热交换设备由矩形空心板的组件组成的最合理的选择是 唯一的目前市场上可获得的。对于具有非矩形横截面的冷凝室，将基于特 定的几何形状或多种几何形状而布置空心板，其中制造商已经提供了这些 板。

根据本发明，对于水平矩形进入窗，穿透进入这N个蒸馏单元的每 个的冷凝室的饱和湿热空气流，在均匀的水平和平行空气通道(vein of air) 的形式中可实现此效果，该空气通道具有整体上细长的矩形横截面(例如， 40×10cm)。在这些条件下，在序号N的蒸馏单元中，可将这种空气通道 正确地分散在热交换设备的上方，其占据冷凝室的整个横截面(例如，40 ×30cm)。在其他单元中，两个流量(水平的和垂直的)在相同的温度下 进入冷凝室(下面将看到这是为什么和如何这样做)，但是，其混合产生 无序运动和过大压力。

没有明显的侧向泄漏地安装的穿孔盘，通过迫使总气流进入每个冷凝 室，校正这些无序的过大压力的可能作用，从而重新分布成基本上相等的 部分流量，其穿透使热交换设备的垂直空心板分离的空间。

使用具有矩形横截面的冷凝室和以恒定间距装配的矩形空心板，穿孔 盘的穿孔是多行长椭圆形孔，具有与这些板相同的间距。在序号1至N的 每个冷凝室内，在板之间循环的空气的部分流量的相等是压降 Δρ_n＝1/2ρ_nv_n²显著降低的结果，这在其通过孔的过程中产生(ρ_n是进入序 号n的区室的饱和湿热空气的密度，v_n是其通过孔的速度)。结果，可将 穿孔分布的长椭圆形孔和每个冷凝室的分散板(全部的和各个的)的表面 积进一步确定为进行简单的计算，用进入空气的总流量进行，计算其本身， 如下面将看到的。另外，可能用一个或多个具有适当计算的宽度的槽来代 替每行孔，但是，在此情况中，在空心板之间循环的部分气流的分布不太 均匀，并且，在冷凝室内，所执行的热交换不太有效，但通常令人满意。

由于根据本发明的布置的原因，在一方面下降饱和湿热空气的层(3 至6mm厚)，清扫两个(4至6mm厚)，薄壁(＜1mm)的聚合物材料 的空心板的面(例如，30×40cm)和第二窄厚度的(2至4mm)水(在 这些板内上升)之间，执行有效的热交换。尽管聚合物材料的热阻率相对 较高，也可实现此效果。这些气流和水流之间的热交换系数和导热系数很 大，因为使其分散在多个薄壁空心板的两个相对大的面上，装配得彼此靠 近，占据冷凝室的整个体积。这是可能的，因为，当板间距是8mm时， 使用单独的，装配的空心板的热交换器的每单位体积的表面积可达到 S/V＝250m²/m³。这里，导热率比通过由传统的金属盘管(不管其是锯齿 形还是螺旋形)占据的冷凝室的气流和在其中运送的水之间产生的大几十 倍。

此外，如果我们用其目前最新的型号来代替1975年的这些传统的盘 管，换句话说，聚合物材料管束，具有上游和下游歧管，该束的每单位体 积的表面积(取决于制造商，15＜S/V＜110m²/m³)平均保持比装配的空 心板组小三倍。如果将用这种管束来代替空心板，那么，平均来说，这将 导致使空气和水的厚度增大三倍，从而大量减小每单位体积的导热率。下 面将结合这些区室内的饱和湿热空气流的温度和流量，讨论安装在水蒸馏 装置的冷凝室中的，使用空心板的热交换器的另一重要且非显而易见的比 较优势。

除了这些对于聚合物材料的空心板来说特别的初始优点以外，还具有 由根据本发明的穿孔盘提供的优点，换句话说，将每个冷凝室中的进入空 气的总空气流量分成基本上相等的，在空心板之间循环的部分流量。当希 望使装置的性能最大化时，必须确保这些部分流量是相同的。实际上，简 单的计算表明，这些部分空气流量之间的适度失衡(＜20％)将导致使所 达到的热交换的效率除以最多为二，从而使装置的性能除以最多为二。并 且，当我们考虑我们何时寻找甚至更高的目标性能系数时，这更加是这样。 结果，由于根据本发明的这些初始提供的原因，在以此方式改进的水蒸馏 装置中，在每个蒸馏单元的冷凝室内达到的有效热交换导致最大程度的蒸 汽冷凝和最大程度的水加热。

此外，实验已经表明，通过穿孔盘中的长椭圆形孔(其宽度基本上等 于两个空心板之间的距离(＞3mm))，我们排除了这些孔被冷凝水的水 滴阻挡的危险。另外，当存在小于大约10cm的将穿孔盘的两行孔分开的 距离时，将每个从孔离开的部分空气流量有效地分布在两个板之间。

根据本发明，用于使根据本发明的这些水蒸馏装置的性能最大化的方 法的特征在于，根据装置的使用条件，其包括以下预备步骤：

-对待处理的水的质量流量Q_E0选择适当的值，并对将在序号N的蒸 发室的上部分布的水选择45和90℃之间的高温值T_E2，然后采用初始低 空气温度T_A0和水温T_E0；

-选择具有数量N的蒸馏阶段的设装置，其至少是3，最大是6，确 定为空气或水的极限温度之间的差异(T_E2-T_E0)或(T_AN-T_A0)的值的直接函 数；

-选择N个适当的最佳预定温度T_A1至T_AN，这N个蒸发室的上部处 的气流应采用该温度，由此，与在这N个蒸发室中产生的饱和湿热空气的 焓曲线的N个曲线段的直线的偏离，具有令人满意的降幅，其是或多或少 相等的；

-计算干空气的N个近似的质量流量Q_A1至Q_AN，然后计算饱和湿热 空气的N个近似的体积流量Q_S1至Q_SN，其分别在装置的N个蒸馏单元中 循环。

在对待分配和分布的热水选择温度T_E2＜90℃时，将装置部件的尺寸 最小化。90和45℃之间的值T_E2的选择，取决于可用的初级热源(太阳能， 热机，热流出物，燃烧器…)，并且，在可用的地方，是溶解在水中的， 与溶剂分离的挥发性液体(乙醇，酸，碱)的沸点温度。

为了完成根据本发明的方法的各种布置，我们首先使用饱和湿热空气 的焓的表。我们之前看到，与特定蒸发室中的直线偏离的曲线段的偏差是 度数差异，其与代表饱和湿热空气的焓通量的实际值的曲线之间的瓦特数 的最大差异相应，并且，如果该曲线是直线段，那么将产生该偏差。适当 的软件使得，对于每对用于在蒸发塔中上升的气流的极限温度(T_A0，T_AN)， 可能绘制与直线偏离的这N个曲线段的振幅的数字图。在四蒸馏阶段蒸馏 装置中(具有上部水温值T_E2＝85℃，和极限空气温度T_A4＝83℃，T_A0＝33℃)， 序号1至3的蒸发室的上部处的空气的近似最佳温度基本上是：47.5℃， 61℃和73℃。在此情况中，蒸发室中的空气的极限温度之间的四个增量 ΔT_A1至ΔT_A4，从顶部至底部，是10，12，13.5和14.5℃，而与曲线段的 直线的偏离基本上等于1.2℃(由于水的盐度，应对其增加强加的0.5℃的 偏离)。如果我们增加蒸馏阶段的数量，那么，与直线的偏离或曲线段的 偏差减小，但是，对于这些偏差，低于大约0.5℃，数量N增加很少的值。 在根据本发明的改进的水蒸馏装置中，蒸馏阶段的最佳数量的范围可能是 从N＝3到N＝6，作为空气的极限温度之间的差异(T_AN-T_A0)的函数，范 围从35到65℃。实际上，由于技术和经济原因，数字N＝4在所有情况中 都是适合的。

在四个蒸发室内，建立温度T_A1至T_A4以及增量ΔT_A1至ΔT_A4，在这 些区室中，在平均温度T_m1至T_m4下，饱和湿热空气的热容量Cp_A1至Cp_A4是已知的。在序号n的蒸发室中交换的焓通量是：ΔH_Aη＝Q_An.Cp_An.ΔT_An和 ΔH_En＝Q_En.Cp_En.ΔT_En。由于增量ΔT_An和ΔT_En是基本上相等的，并且，Q_En与Q_E0仅稍有不同，所以，序号n的阶段中的干空气的近似质量流量基本 上是Q_An＝Q_E0.Cp_E/Cp_An。给出饱和湿热空气的密度的表使得，可能知道四 个蒸发室中的热空气在平均温度T_m1至T_m4下的近似体积流量Q_S1至Q_S4。 从这些值中，对于每个冷凝室，可以容易计算穿孔盘中孔的总表面积和各 个表面积，以及由于分配板的存在而产生的压降。

例如，对于Q_E0＝100g/s，并且，在序号1的蒸发室中，T_m1＝41℃， Cp_A1＝8.74kW/kg.K，Q_A1＝47.8g/s，我们得到Q_S1＝43.9dm3/s。在序号4的 蒸发室中，T_m4＝79℃和Cp_A4＝102.6kW/kg.K，我们得到Q_A4＝4.1g/s且 Q_S4＝4.92dm3/s。这两个非常不同的流量表明，序号1-4的冷凝室中的气流 逐渐从湍流状态改变至层状状态。这对序号1至4的分配板中的孔产生非 常不同的表面积。此外，这对单独使用在根据本发明的水蒸馏装置中具有 空心板的热交换器，产生不明显的额外证明。

实际上，在干空气的情况中，热交换系数取决于：

-空气的速度(随着速度而增加交换)；

-交换器的特征尺寸(尺寸越小，交换越大)：在空心板的组件的情 况中，其是两个板之间的空气通道的厚度；对于管束，其是管的直径；并 且，概括地说，通道厚度比管的直径小得多；

-空气的物理特性(粘度和热导率)，其稍微依赖于温度。

在空心板的情况中，低于某一空速，流动从一个状态变成另一个状态 (其从湍流变成层流)，并且，交换系数不再取决于速度，而是保持相对 较高，因为特征尺寸较小。当我们处理管束时，不是这样的情况，其中， 从一个流态过渡到另一个流态不太迅速，并且，特征尺寸比板的情况更大。

对于饱和湿空气，在蒸发或冷凝状态下操作，明显的热交换系数取决 于以上定义的干空气的交换系数，但是，另外，在蒸发或冷凝过程中插入 的扩散机制显著地放大了该交换系数，并且，放大系数与饱和蒸汽压力作 为温度函数而增加的速度基本上成正比。结果，在蒸馏装置的最热的冷凝 室(序号N)中(在那里，干空气的等价流量(以及由此其速度)较小)， 使用空心板的热交换器具有比使用管束的热交换器明显更好的性能；并 且，当每单位体积的表面积S/V增加时，这将越来越正确。这对于冷凝室 (其是蒸馏装置的冷却器)来说也将或多或少地适用。

根据本发明，水蒸馏装置是这样的类型，其中：

-使这N个蒸馏单元在彼此顶部上放置，形成两个蒸发塔和冷凝塔；

-并且，在蒸发塔的下部安装风扇；

其特征在于：

-这N个蒸发室包括薄平面支撑部，具有以恒定间距垂直安装的可 湿润或亲水的表面；

-多对区室之间的N个连通路径是N个水平行的垂直槽，具有与前 述相同的间距，形成于将两个区室分离的分隔件中；

-预设风扇控制，并且，固定多行槽的通道的相应横截面；

-已根据设计规格建立了风扇控制的设置和槽的横截面，该设计规格 来自一系列相同水蒸馏装置的第一件装置的最终手动调节。

在一个替代实施方式中，水蒸馏装置是这样的类型，其中：

-使这N个蒸馏单元在彼此的顶部上放置，形成两个蒸发塔和冷凝 塔；

-用可湿润的，松散包装的人造螺母来填充这N个蒸发室；

-在蒸发塔的下部安装风扇；

其特征在于：

-多对区室之间的N个连通路径是矩形细长截面的管道，在上游具 有穿孔水平区域，适于保持所述螺母并允许空气通过，在下游具有所述水 平细长矩形窗；

-在这N个管道的每个中，安装液滴分离器，直接布置在穿孔区域 的下游，紧接着是具有水平细长矩形槽在分隔件；

-预设风扇的控制，并且，固定N个水平槽的相应宽度；

-已根据设计规格建立了风扇控制的设置和槽的宽度，该设计规格来 自一系列相同的蒸馏装置的第一件装置的最终手动调节。

根据本发明，使这两个蒸馏装置的一个或另一个的系列的第一个的性 能最大化的方法，包括以下额外步骤：

-调节风扇速度，以导致之前计算的饱和湿热空气的体积流量Q_S1在 序号1的蒸馏阶段中闭环或开环循环，以使该阶段的蒸发室的上部处的该 气流的温度升高，达到最佳近似预定值T_A1；

-连续调节建立在序号1至(N-1)的蒸馏阶段的蒸发室和冷凝室之间 的连通路径的可调节横截面，以分别使序号2至N的蒸馏阶段的蒸发室的 上部处的气流的温度，达到预定近似最佳值T_A1至T_AN；

-使离开冷凝塔的水的温度T_E1增到最大，以确定风扇和这(N-1)个端 口横截面积的结构规格，(a)通过分别使进入序号2至N的蒸馏阶段的蒸 发室的饱和湿热空气流的温度T_A1至T_A(N-1)，与离开这些相同的蒸馏阶段 的冷凝室的饱和湿热空气流的温度T_A1*至T_A(N-1)*相等，通过稍微校正(N-1) 个连通路径的之前调节的端口横截截面积来实现；并且，(b)通过重新调节 之前由风扇产生的气流流量，特别是当其是同步类型时，通过微小校正电 机的电源电压的频率来实现。

只要选择蒸馏阶段的数量N和N个温度T_A1至T_AN，只要在一定量的 时间(考虑到装置的热惯量，＞1小时)分布并分散热水，便可开始执行 根据本发明的方法，风扇导致空气开环或闭环循环，并且，使分隔件开口 半关闭。只要达到预期温度T_A1，便终止第一调节。包括在由风扇提供的 空气流量中的干空气的质量流量Q_A1，现在和T_A1一样，是近似最佳值。 当在闭环中循环时，冷水的温度T_E0和分隔件中的开口的端口横截面区域 的初始状态决定空气的初始低温T_A0。在此情况中，对于在蒸发室中循环 的气流的流量，T_A1是在此第一调节步骤结束时获得的临时预定温度。

根据本发明的方法中的第二步骤使用用于调节空气通道的横截面的 机构。我们从最低的开口开始，以调节序号2的蒸发室的上部中的气流的 温度T_A2。一旦已经进行调节，我们对序号从3到N增加的蒸发室进行相 同的操作。至少一秒钟重新开始操作，以校正由连续调节不可避免地带来 的温度T_A1至T_AN的变化，因为干空气的质量流量Q_A1至Q_AN及其温度T_A1至T_AN是不相关的。在闭环空气循环的情况中，在蒸发塔的下部吹入的空 气的低温T_A0变得逐渐接近于T_E0(初始水温)。

根据本发明的方法中的第三步骤的目的是，分别使以下温度相等，即， 在(N-1)个最高重叠蒸馏阶段的蒸发室和冷凝室的下部循环的空气的层的 温度T_A1至T_A(N-1)和T_A1*至T_A(N-1)*。当给出序号的冷凝室的下部处的空气 温度与相同序号的蒸发室的下部的空气温度不同时，并不知道在该点涉及 的干空气的质量流量Q_A1至Q_AN是稍微过高，还是过低。实际上，我们从 最高的阶段开始，并且，通过稍微且仔细地增加或减小所述区室之间的连 通路径的端口横截面面积，增加或减小在序号N的蒸发室中循环的空气的 流量。必须等待片刻，以查看此作用是否已经导致两个所述温度彼此更接 近。如果是这种情况，一直继续，直到其相等的点为止。否则，相反地进 行。如果这不足以获得所需的相等，那么，注意最佳的调节，并且，这通 过调节限定序号(N-1)的蒸馏阶段的上部的界限的连通路径的端口横截面 面积来补充，直到发现温度相等时为止。然后，对于序号(N-1)的此蒸馏阶 段，以相同的方式进行，调节限定序号(N-2)的阶段的界限的开口的端口横 截面面积，然后，返回至更高序号的两个开口，以保持序号(N-1)和N的 蒸馏阶段的蒸发室和冷凝室的底部处的温度相等。对所有更低序号的阶段 重新开始该过程，最高达到序号2的阶段。接下来，可推断出，必须调节 由风扇产生的空气流量，以使T_E1增到最大，其是离开冷凝塔的出口处的 水温。

对于闭环循环的空气，我们最后通过使其接近T_E0(其是进入其中的 水温度)，而尽可能多地使冷凝塔的下部中的空气温度T_A0*减到最小，同 时，我们通过使其均接近所分配和分布的水的温度T_E2，而尽可能多地使 该塔的顶部处的空气温度T_AN和水温度T_E1增到最大。那么，蒸馏阶段的 下部和上部处的空气温度将具有最佳的设定点值T_A0C至T_ANC，与初始理 论最佳温度T_A1至T_AN稍微不同，其与对一件特殊蒸馏装置的三项Q_E0、 T_E2和T_E0采用的值相应。在这N个阶段中，水的质量流量的焓通量的表 示f(T)包括两条平行的具有斜率C_pE的直线，其被许多度(T_E2-T_E1)间隔， 并且，空气的焓通量的表示f(T)在这两条直线之间，包括单一线形成的曲 线段，其具有连续极值T_A0C至T_ANC，此线的平均斜率比这两条直线的稍 大。水和空气的极限温度之间的关系是：(T_E1-T_E0)＝(T_E2-T_E3)＜(T_ANC-T_A0C)。

为此，我们要注意，考虑到装置的各种部件的高热惯量，所有用于执 行使一个系列的第一件蒸馏装置的性能最大化的方法的操作要花费几个 小时，此小时数本身与阶段的数量N直接成正比。

在这些条件下，通过执行根据本发明的方法，经验已经表明，通过根 据本发明构造的具有四个蒸馏阶段的水蒸馏装置，对于所产生的蒸馏水的 日流量(其等于装置的蒸发室和冷凝室的总体积的3到5倍)，可能获得 ＞6的性能系数(CoP)。

根据本发明，第二类型的改进的水蒸馏装置的第一模型，具有以上定 义的新水蒸馏装置的一般结构，并具有N个放在彼此上方且形成两个塔 (一个用于蒸发，另一个用于冷凝)的蒸馏单元；

其特征在于

-通过(N-1)个水平分隔件，使这N个蒸馏阶段彼此隔开；

-在每个蒸馏阶段的垂直蒸发室和冷凝室之间，建立两条连通路径， 一条在上部，一条在下部；

-N个变速风扇(明显地，通过使用在冷凝室外部的同步电机来实现)， 其叶片安装在N个蒸馏阶段的下连通路径中，以产生N个分别在这N个 阶段中循环的独立气流；

-用通过这(N-1)个水平分隔件的管道，将这N个蒸馏阶段的冷凝室 的空心部件的组连接在一起；

-在这N个蒸馏阶段的蒸发室的亲水或可湿润的部件的上部和下部， 分别安装用于分配和分布并用于收集在蒸发塔中循环的水的机构，该机构 用于分配和分布序号(N-1)至1的蒸发室，其分别由序号N至2的区室的 收集机构进料。

根据本发明，具有以上定义的新水蒸馏装置的一般结构的第二类型的 改进的水蒸馏装置的第二模型的特征在于：

-将这N个蒸馏单元并置；

-在每个蒸馏单元的垂直蒸发室和冷凝室之间，建立两条连通路径， 一条在上部，一条在下部；

-N个具有可调节流量的风扇(明显地，通过使用在冷凝室外部的同 步电机)，其叶片安装在N个蒸馏单元的下连通路径中，以产生N个分别 在这N个单元中循环的独立气流；

-通过(N-1)个热绝缘管道，使这N个冷凝室的N个空心热交换设备 互相连接；

-这N个蒸发室的N组可湿性或亲水性的部件，在其相应端部的上 部和下部，包括用于分配和分布的机构和用于收集待蒸馏的水的机构；

-在这N个蒸发室之间安装(N-1)个泵和(N-1)个热绝缘管道，用于将 由序号N至2的蒸馏单元的收集机构收集的水排入用于分配和分布序号 (N-1)至1的单元的机构中。

根据本发明，使两个第二类型的改进的水蒸馏装置的一个或另一个的 系列的第一件装置的性能最大化的方法的特征在于，其包括以下额外步 骤：

-连续调节由这N个风扇分别产生的空气的N个流量，以在这N个 蒸馏单元的上部产生近似的预定最佳温度T_A1至T_AN，与所选择的值Q_E0和T_E2相应；

-然后，稍微校正这N个流量，以将T_E1增到最大，其是离开序号N 的热交换器的水温度，并且，显示最佳设定点温度T_A1C至T_A4C；

-对这N个风扇读取最终控制设置，以由其明显地得到用于连续生 产蒸馏装置的规格。

通过后者的提供，可构造两个特别有用的新颖的水蒸馏装置，其适于 用固定入口参数处理水：质量流量Q_E0和高温值T_E2。实际上，这N个蒸 馏单元基本上是相同的，然而，除了每个装置的穿孔盘的多行孔彼此不同 且N个风扇控制设置不同以外。当蒸馏水的日产量较大时(＞10m³/天)， 对这种使用并置蒸馏单元的水蒸馏装置特别感兴趣。实际上，可以构造相 同的，具有中间高度的，比具有相同数量的蒸馏单元的多阶段塔易于处理 的蒸馏单元。

在参数Q_E0和T_E2均是可变的情况中(太阳能)，还存在令人感兴趣 的情况。实际上，如上所述，对于任何组的输入参数Q_E0、T_E2、T_E0和T_A0， 只要设置好温度T_A1至T_AN，便易于计算Q_A1至Q_AN以及Q_S1至Q_SN，从而 计算风扇的操作条件。当使用具有同步电机的风扇时，由此可确定其电源 电压的频率F₁至F_N。为了使具有N个并置单元的水蒸馏装置的性能最大 化，特别易于执行根据本发明的方法，使用计算机，并且，只要输入四个 值Q_E0，T_E2，T_E0和T_A0，便在频率F₁至F_N和将获得的设定点温度T_A1C至T_ANC之间建立对应。为此，通过对四个输入参数Q_E0，T_E2，T_E0和T_A0的每个，执行至少三个操作得到最佳设置，来建立实验数据库。然后，我 们开发将这些数据与N个最佳设定点温度T_A1C至T_ANC并与电机电源电压 的N个频率F₁至F_N相关的软件。这些频率将通过计算机由对Q_E0，T_E2， T_E0和T_A0所选择的值确定，然后，手动地或自动地调节。

为了能够适当地构造以上讨论的不同类型的水蒸馏装置的N个蒸馏 单元的蒸发室和冷凝室的尺寸，根据从待构造的装置流出的蒸馏水的预期 流量，必须确定其导热性CT(瓦特/度)和/或其热阻RT(度/瓦特)。为 此，计算它们。这作为对蒸馏装置的两个塔的结构所考虑的相应部件和结 构的函数而进行。然后，计算蒸发室和冷凝室的基础片层的导热性。然后， 在N个蒸馏阶段的每一个的两个区室的每个的高度上整合这些结果，从而 最终画出两个塔的导热性和热阻的曲线图。估计这些计算的精确度是 10％。已经选择两个塔的结构，下一个步骤是，分别对这N个蒸馏阶段的 两个区室提供适当的热阻。这根据将在设定蒸馏阶段的两个区室中交换的 相等的焓通量ΔH_E和ΔH_A来进行。从一个阶段到另一个阶段，这些通量 是相等的，或不相等的。这也适用于蒸馏单元的两个区室的热阻，符合装 置的几何形状所提出的实际考虑。

附图说明

参考附图，从以下描述中，本发明的特征和优点将变得更明显，其中：

-图1是具有四个蒸馏阶段的水蒸馏装置的图示，特别是用于使海水 脱盐；

-图2是用于浓缩污染的生产用水(工艺水)的类似的水蒸馏装置的 图示；

-图3示出了用于调节分隔件的开口的有效横截面的机构；

-图4示出了通过根据本发明的水蒸馏装置循环的空气和水的焓的 曲线；

-图5示出了用于冷凝室中的空气的分配板；

-图6是根据本发明的具有四个并置蒸馏单元的水蒸馏装置的图示。

具体实施方式

图1示意性地示出了一系列根据本发明的海水蒸馏装置的第一件装 置。其由具有280cm高的绝缘壁12的塔10组成，塔10包括两个塔，一 个是蒸发塔14，冷凝塔16是另一个，由聚合物材料的分隔件18隔开。蒸 发塔14的这组部件由40个并置的2mm厚，240cm高和20cm宽的聚合 物的板20组成，以15mm的间距布置。塔14的总蒸发表面是38.4m²， 其体积是0.29m³。板20涂有0.5mm厚的亲水植绒(flocking)，并且，使 其垂直地并置，板之间的距离是12mm。冷凝塔16是240cm高，并且， 其包括由5cm管道串联的6个热交换器22_1-6，是35cm高和20cm宽， 通过40个垂直安装的矩形空心板23以恒定间距(10mm)并置而形成。 这些空心板23是吹塑成型的，并具有聚合物制成的薄凸起壁(＜1mm) 和3mm的内部厚度，板之间的距离是5mm。将这些装配的空心板的连 接头焊接，以形成由此形成的热交换器的上游和下游歧管。在本申请人提 交的国际专利申请公开WO 2011/145065A1中描述了这些空心板和这些 热交换器。在每个热交换器的上方，安装具有一行孔25_1-4的分配板，该孔 适合于使在空心板之间循环的部分气流相等。图5中示出了这种板的一个 特殊实施方式。塔16的总冷凝表面是29m²，总区室体积是0.19m³。

分隔件18是240cm高，并包括两个宽开口：一个24位于其顶部， 另一个26位于其底部。分隔件18进一步包括三个相同的中间开口28，30 和32，这些开口的每个均是水平行的垂直槽，10cm高和2mm宽，具有 与蒸发塔14的板20相同的间距(15mm)。图3中示出了这样的一行槽。 由于使用也在图3中示出的盖子，这三行槽具有可调节的有效横截面。开 口32的底部位于离塔的底部2m的地方，并且，开口30和28的底部位 于离其1.6m和0.8m的地方。由此，可推断出塔10的四个蒸馏阶段的高 度。塔10的顶部处的两个阶段均包括热交换器22₆，22₅以及两个底部， 分别是两个交换器22₄-22₃和22₂-22₁。将这些热交换器22_1-6的歧管连接的 聚合物管道面向分隔件18的三个开口28，30，32。如上所述地计算由此 布置在塔10中的4个蒸馏阶段的蒸发室和冷凝室的相应热阻。

布置在分隔件18的下部的开口26，装配有用于从冷凝塔16的底部 抽空气并将其在蒸发塔14中向上推动(箭头36)的风扇34。风扇34的 电机是，例如，同步类型的，并由可变频率电压供电。可得到作为电源频 率函数的给出由风扇34提供的空气的最大流量和压力的曲线图。通过聚 合物管道38，将冷凝塔16的热交换器22₁的上游歧管与储存罐连接，以 适当的质量流量Q_E0对其提供待蒸馏的海水。此海水组成设备的冷源。通 过聚合物制成的管道39，将冷凝塔16的热交换器22₆的下游歧管与水加 热器40的入口连接，装配有加热机构，由热交换器42组成，与交换器22_1-6类似。此交换器42由两个上游和下游管道44-46供应，热传递流体在其 中循环，由外部初级热源(未示出)供应。水加热器40具有出口堰48， 热海水50从其滴流，进入盆状件52。此盆状件52在底部穿孔，具有40 对端部带凸缘的孔，与40个覆盖蒸发塔14的40个板20的上部的分配沟 槽(未示出)相应。在冷凝塔16的底部，安装有用于收集蒸馏水56的容 器54；容器54设置有宽开口V的形状的壁部，以及排出管道58。蒸发塔 12和塔10在其公共底部包括用于收集浓缩海水的容器60，容器60设置 有排出管道62。箭头64-66-68表示蒸发塔中的上升的气流，箭头70-72-74 示出了通过分隔件18的开口偏转的空气。箭头76-78-80表示在冷凝塔16 中下降的气流，箭头82表示进入塔16的气流，其通过布置在分隔件18 的上部的开口24。

在一系列相同的蒸馏装置的第一件装置10中，在蒸馏装置的显著位 置安装几个测量以上定义的温度T_A1至T_A4和T_A1*至T_A4*的热电偶；其用 具有白色中心的黑点表示，并与数字转换电路和显示器连接，未示出。两 个分别安装在空心金属插入物(其通过冷凝塔16的入口管道38和出口管 道39的壁部密封地装入孔中)中的热电偶，测量T_E0和T_E1，并且，水加 热器40中的第三热电偶测量T_E2。五个分别位于分隔件18的上开口24、 下开口26和中间开口28，30，32前面的热电偶，测量T_A0和T_A4。三个 以上的分别位于热交换器22₃，22₅，22₆的下部以及冷凝塔16的外壁附近 的热电偶，测量T_A1*，T_A2*和T_A3*。三个分别装入金属插入物的热电偶通 过将热交换器22₂-22₃，22₄-22₅和22₅-22₆连接的管道的壁部，在中间开口 28，30，32处测量在冷凝塔中上升的水温度。

图2是一系列相同的根据本发明的具有四个阶段的水蒸馏装置的第 一件装置100的部分示意性的简化图，其适于浓缩工业用水(污染的流出 物或食品工业水溶液)。为了制造高浓缩液体，此蒸馏装置对闭路循环的 水和开路循环的空气进行操作。周围空气组成装置的冷源。根据图2，将 水蒸馏装置100封闭在箱室中，箱室是240cm高，100cm宽和50cm深， 并具有10cm厚的聚合物材料泡沫制成的绝缘外壁102。蒸馏装置100具 有两个塔，一个是蒸发塔104，另一个是冷凝塔106，由15cm厚且220cm 高的分隔件108隔开。蒸发塔104具有25cm的边的正方形截面，并包括 倾斜的底部110，穿有1cm直径开口的，交错将它们隔开2cm的距离， 在底部3cm的条带未穿孔。底部110的外面是平滑的，并且，其内面在 每个开口周围包括5mm高的套环(collar)。在底部110上，可湿润的人 造螺母松散地堆叠最高至平面112，在分隔件108的上部附近。这些螺母 可以是12mm长的陶瓷或塑料的鞍状物。在倾斜穿孔底部 110的下方，具有区室114，其具有由风扇116占据的圆形开口，具有可 调节气流，能够产生几百帕斯卡的过大压力。在倾斜底部110的下部无孔 条带中，用于排出浓缩水溶液的管道118的垂直部分排出液体。

冷凝塔106包括四个热交换器120_1-4，其具有空心矩形板121和上游 -下游歧管，与图1的交换器22_1-6相似。将这些交换器120_1-4串联，在其 歧管之间具有5cm的间隔，并且，在每个热交换器的上方，安装具有多 行孔123_1-4的分配板，其与图1中的分配板25_1-4和图5中的分配板190相 似。在热交换器120₁的下方，设置具有向外部开口的窗124的区室122， 以及具有排出管道128的凹形底部126。将热交换器120₄的下游歧管经由 管道130与总是充满污水的水加热器132的入口连接。在此水加热器132 中，固定安装热交换器134，其与热交换器120_1-4相同。此热交换器134 设置有上游管道136和下游管道138，与外部热源的出口和入口连接，外 部热源以适当的温度和流量对热交换器134供应热流体。水加热器132设 置有堰部140，热水通过其流入分散盆状件142中，位于这堆填充蒸发塔 104的可湿润人造螺母的顶部112上。盆状件142的底部穿有许多孔，其 具有直立的溢出套环，以交错的方式布置，这些孔是3mm直径且间隔2 cm。

分隔件108是膨胀聚合物制成的。此分隔件108的最下面的部分不包 括任何设备，且其剩余部分由四个独立的运输室144_1-4占据，设置有细长 矩形入口，由多行垂直槽形成，如图3所示。这些槽的宽度小于填充蒸发 塔104的螺母的任何尺寸。运输室(transit chamber)144₁上游的这行槽的 下边缘部分的高度是65cm，并且，其他行槽144_2-4的下边缘部分的高度 分别是105，145和185cm。这些高度是蒸馏装置100的塔104的在彼此 的顶部上放置的蒸发室的顶部的高度。

由于通过运输室144_1-4的入口偏离的气流通常携带工业用水的水滴 (使其浓缩至更大或更小的程度)，所以，这些入口包括液滴分离器，由 挡板145_1-4和偏转器146_1-4形成，其是钩形的，并彼此配合，以留住水滴， 并使其回到蒸发塔104中。在这些挡板以外，将管线布置为通向旋转阀 148_1-4，然后通向使热交换器120_1-4与水加热器132隔开的间隔150_1-4。在 旋转阀148_1-4内，具有直径相对的纵向开口(图中的黑色部分)的旋转圆 柱体装配有手动控制机构，未示出。将旋转阀148₄打开至最大程度，并且， 区室144₄所产生的压降是可忽略的。

将用于排出由蒸馏装置100产生的浓缩污水的管道118与用于自然冷 却水的装置119连接，其在储存罐152的上方排出。槽152具有两个出口 管道，一个154与泵156的入口连接，另一个158设置有电磁阀160，用 于将此浓缩的水排出至工业储存罐。为了封闭蒸馏装置100中的水循环的 回路，管道162将泵156的出口与冷凝塔106的热交换器120₁的上游歧管 连接。将产生待浓缩的污水的工业装置，通过在储存罐152上方排出的管 道164，与蒸馏装置100连接，此管道设置有电磁阀166。与图1中的蒸 馏装置10相似，将热电偶(未示出)安装在蒸馏装置100中的不同的点， 以测量在其中循环的空气和水的显著温度。

在根据图2的蒸馏装置100中，当工业用水在闭路中循环且空气在开 路或闭路中循环，以使在水中溶解的固体浓缩时，必须使用用于冷却的设 备119，优选地是自然冷却，以降低将排入储存罐152的浓缩物的最大初 始温度TE3，并使其成为装置的冷源。如果此冷却不足以使浓缩物降低至 温度TE0(其低于进入蒸发塔的气流的温度T_A0或从冷凝塔离开的气流的 温度_TA0*)，那么，将直接影响蒸馏装置的性能系数(CoP)。再循环的浓 缩液体冷却得越多，CoP的劣化越小。当使其在一组具有亲水或可湿润表 面的垂直支撑部的上部排出时，可获得此微温浓缩物的最大自然冷却，然 后，通过周围空气的自然对流或强制对流，在其下降过程中冷却。当周围 空气的露点足够低时，待回收的液体浓缩物的最终温度T_E0是，如图4所 示，小于T_A0，其是在蒸发塔底部注入的空气的初始低温。

图3示出了垂直槽172的水平行170的一部分，形成于图1的蒸馏装 置10的分隔件18中和图2的蒸馏装置100的分隔件108的运输室144_1-4的入口处。图3还示出了设置在蒸馏装置10的分隔件18中的每行槽前面 的滑盖174。这些槽172是10cm高，2cm宽，并具有15mm的间距。盖 子174包括一行具有与行170的槽的宽度相同的宽度的槽，优选地，具有 随着相关蒸馏阶段的序号减小的高度。此盖子174与螺纹轴176制成一体， 旋转地安装在固定螺母中，未示出。

图4示出了蒸馏装置10中，开路循环的水的焓通量的曲线H_E＝f(T)， 以及闭路循环的空气的曲线H_A＝f(T)，其中，已经正确地进行了所有调节。 直线180和182分别表示上升的冷水流和下降的热水流的增加和减小的焓 通量。这些直线是平行的，其斜率是C_pE。这两条线180-182的端部处的 温度分别是T_E0，T_E1，T_E2和T_E3。曲线184表示在蒸馏装置10中循环的 上升和下降的饱和湿热空气流的焓通量。曲线184具有四个与直线偏离的 曲线段188_1-4，与装置10的四个蒸馏阶段相应。这些曲线段188_1-4的端部 处的温度分别是T_A0C，T_A1C，T_A2C，T_A3C和T_A4C。在曲线段188_1-4的连续 部分和两个上升及下降的直线180与182之间，其之间的水平距离表示蒸 馏装置的蒸发塔14和冷凝塔16的相应部分的各种表观热阻。

图5示出了由聚合物材料制成的穿孔盘190，在根据本发明的水蒸馏 装置的一个冷凝室之上。该区室的热交换器通过并置而形成，并且，与两 个相同的设备平行地放置，该设备具有24个空心板，20cm宽，以10mm 间距装配在5mm间隔上。穿孔盘190是40cm长，33cm宽和3mm厚； 其包括四行192_1-4，每行具有25个由10cm间隔隔开的孔。每行具有23 个长椭圆形孔，例如，长椭圆形孔193，这些是6mm宽和12mm长，在 端部具有两个圆孔，直径6mm。将长椭圆形孔193布置在使空心板隔开 的空间之上，并且，将圆孔布置在端板和冷凝室的壁部之间的空间之上。 穿孔盘190具有三个边缘部分194_1-3，30mm厚和50mm高，以密封两个 冷凝室(在彼此的顶部上放置)和两个孔196_1-2之间的空气管道，使得两 个管道的密封通道在每个冷凝室的两个热交换器之间提供连接。

在讨论所述两个连续生产蒸馏装置的一个或另一个的第一件装置10 或100的操作时，考虑到，一开始，实际上简化并布置蒸馏装置100，以 用与蒸馏装置10相同的方式操作。基础数据是分散和分布的水的质量流 量Q_E0，水温T_E0，T_E2，和空气温度T_A0。例如，对于两件装置，Q_E0＝100g/s， T_E2＝85℃。由于蒸馏装置10和100都使用闭环气流和开环水流操作，我 们得到T_E0＝20℃，然后T_A0＝27℃，和T_A4＝83℃。从这些数据中，我们可 执行以上对风扇和分隔件中的开口的横截面详细描述的调节过程。我们通 过确定气流的温度来开始，我们需要在蒸馏装置10的分隔件18的多行槽 28，30，32和蒸馏装置100的分隔件108的相似的多行处建立。对于27 和83℃的极限温度，我们将具有连续地(近似地)45，61和73℃，以及 基本上18，16，12和10℃的局部步骤。接下来，我们在相当长的周期内 分散并分布热水，以使每件装置的部件达到适当的温度，然后接通风扇34 或116。由于蒸发塔16设置有垂直板，具有以恒定间距并置的可湿润或亲 水的表面以及具有松散包装的可湿润人造螺母的塔104，对气流和其中的 压降提供通道是非常困难的。在这些条件下，同样适用于由风扇产生的空 气的过大压力：对于蒸馏装置10的风扇34，从100到200帕斯卡，对于 蒸馏装置100的风扇116，从300到500帕斯卡。实际上，在蒸馏装置10 中，上升的气流具有均匀的速度，并且，不太可能携带水滴，这使得多行 垂直槽24，26，28，32直接打开进入冷凝塔16。然而，同样的事情并不 适用于蒸馏装置100，因为，在这里，气流可具有显著的局部速度，携带 水和海水的水滴，特别是在布置在入口的上游的这行槽中，该入口是针对 序号1的蒸馏阶段的运输室141₁的入口。这些携带的水和海水的水滴使得 必须存在液滴分离器145_1-4-146_1-4，该液滴分离器使其留下并使其回到蒸 发室。

调节风扇34或116的流量，以使通过蒸馏装置10和100的分隔件 18或108的序号1的这行槽的空气的温度T_A1临时达到45℃。然后，使 用盖子174或旋转阀148_1-3，我们调节蒸馏装置10的所述分隔件的开口 18的端口横截面面积或蒸馏装置100的分隔件108的那些开口的端口横截 面面积，以在序号2和3的蒸发室的顶部，具有温度T_A2＝61℃，然后使 T_A3＝73℃。然后，我们重新调节序号n的盖子174或旋转阀148的设置， 使得，序号n的蒸发室的入口处的温度T_An变得等于相同序号的冷凝室的 出口处的温度T_An*。然后，这些温度组成最佳设定点T_A1C，T_A2C和T_A3C， 其与初始温度仅相差＜15℃。在此之后，我们稍微校正风扇的速度，以将 冷凝塔的出口处的水的温度T_E1增到最大，并使其尽可能地接近T_E2，最 高到例如T_E1＝0.75℃。

这样做之后，容器54或126接收每小时40升的量的蒸馏水，并且， 对于以上对T_E0，T_E1和T_E2给出的值，性能系数(CoP)＝6.5。由水加热 器供应给装置的热功率是P_Ch＝3.8kW，并且，在蒸馏中使用的热功率 P_Dist＝24.7kW，由此，蒸馏装置10或100的蒸发塔和冷凝塔的表观总热导 由CT＝P_Dist/(T_E2-T_E1)＝2470W/K给出。

然后，将风扇34和116的控制设备的设置的值指出为，对蒸馏单元 的区室之间的连通路径的端口横截面面积的设置，并且，这些值用作连续 生产装置的结构规格。这将是风扇的同步电机的频率和值，对于设备10 的四行垂直槽和四个分隔件的水平槽，精确到1/10mm，代替装置100已 调节的值。至于分配板25_1-4和123_1-4中的孔的尺寸，作为在这四个区室中 循环的饱和湿热空气的近似体积流量Q_S1至Q_S4的函数，对每个冷凝室计 算这些尺寸。

将由此构造的水蒸馏装置设计为，用恒定的入口参数Q_E0和T_E2操作。 只要是这样，装置的性能系数(CoP)是最大的，但是，当由于任何原因 而使这些参数的一个和/或另一个参数的值与其初始值稍微偏离时，使蒸馏 装置的整体性能适当地降低，同时仍保持令人满意。

在简化的蒸馏装置10或蒸馏装置100的情况中，收集处理的海水或 半咸水(特别是矿物水、蒸馏水)，并通过增加适当的矿盐，将其转换成 饮用水，同时，将具有低盐浓度的海水直接排入海中。

在所述蒸馏装置100的情况中，操作以产生工业用水的浓缩物，气流 在开环或闭环中循环，水流在闭环中循环。在槽152中收集在设备119(当 空气在闭环中循环时，其变成唯一的冷源)中预先冷却的浓缩物，并使其 循环，直到其浓度足够为止。为此，用泵156抽出在槽152中变得逐渐浓 缩的污水，并将其注入冷凝塔106的热交换器120₁上游的歧管。当此浓度 足够时，使泵156停止，操作用于清空槽152的电磁阀160，并将设定体 积的高度浓缩(5-10倍)的处理水储存在远处的水槽中，等待收集。在此 操作结束时，通过启动电磁阀166一段适当的时间，将新鲜体积的工业用 水倒入储存罐152。在此之后，重新启动泵156。这些操作的周期由试验 决定，取决于设备的效率；通过编程的控制器，周期性地控制电磁阀160 和166及泵156。与所达到的浓缩度一致地，降低去除污水的浓缩物的成 本。对其部分，可收集蒸馏水以在本地使用或排入自然界中。使用相同的 互补子组件，可将具有蒸发塔(其装配有具有可湿润表面的蒸发板)的蒸 馏装置10转换成产生工业废水的浓缩物的装置。并且，反之亦然，可用 蒸馏装置100来产生蒸馏水和高度浓缩的盐水。

图6在A示出了水蒸馏装置200的图示，其由前视图中的四个并置 的蒸馏单元202，204，206和208形成，与图1至图2的蒸馏阶段相似， 分别具有4，3，2和1的序号。图6在B给出了蒸馏单元208的示意图， 如截面C-C所示。

在这些单元的每个蒸发室中，具有100个以15mm的恒定间距垂直 布置的非金属板210，其由于存在适当的凸起(6mm厚，80cm宽和125cm 高)而具有可湿润表面。板的用于交换的总表面积是200m²，蒸发室的体 积是1.5m³。在每个冷凝室中，热交换器212是与图1和图2中的那些相 同的类型(具有上游和下游焊接歧管的空心吹塑板)。每个热交换器212 包括150个空心垂直板213，80cm宽和125cm高，以10mm的间距装配。 板的用于热交换的总表面积是300m²，每个冷凝室的体积是1.5m³。将最 冷的单元208的热交换器212的上游连接器214与连接点216连接，用于 在环境温度(20℃)和适当的过大压力下供应海水。将此热交换器212的 下游连接器(coupling)218与热绝缘管道220连接，其通向蒸馏单元206 的热交换器的上游连接器。这同样适用于单元204和202，其中，热绝缘 管道222和224将这些的第一个的下游连接器与这些的第二个的热交换器 的上游连接器连接。将最热单元202的热交换器的下游连接与水加热器 226的入口连接，水加热器226的出口与盆状件228连接，盆状件228对 各个用于可湿润板210的分散和分布沟槽(未示出)进料。将单元202的 蒸发室的底部布置为，形成用于收集海水的容器230，具有增加的盐含量， 其从其可湿润板210移动。在此容器230中，安装有泵232，其通过热绝 缘管道234与单元206的分配和分布装置的盆状件236连接，单元206包 括收集容器238和泵240。泵240通过热绝缘管道242与单元206的分布 装置的容器244连接，单元206包括收集箱246和泵248。泵248通过热 绝缘管道250与单元208的分布装置的盆状件252连接，单元208包括设 置有排出管道256的收集箱254。与之前的一样，如图5的B处所示，盆 状件252设置有100对溢流堰253a-b，对100个板210的分配和分布沟槽 进料。在图5B上，在冷凝室的上方布置具有多行孔257的分配板，与图 1和图2的分配板25和123相似。在形成于将单元208的蒸发室和冷凝室 隔开的分隔件258中的下开口中，安装风扇叶片260，通过轴262与风扇 的同步电机连接。此电机与其变频电源单元一起用方块264表示，在冷凝 室的外部。此方块包括设置有刻度盘266的手动控制，或由计算机驱动的 自动控制。这四个单元202，204，206和200装配有类似的内部风扇叶片 260_1-4和外部电机单元264_1-4。这些电机的功率和/或风扇叶片的间距适合 于每个单元的操作条件。箭头265和267示出了由风扇产生的气流的闭路 循环的方向。在安装于每个冷凝室的底部的箱子268中收集蒸馏水。将所 有这些箱子与排出管道270连接。通过从一个单元到另一个单元的上升或 下降的水流，来确保并置的蒸馏单元之间的温度连续性。

具有四个并置的蒸馏单元的蒸馏装置非常适合于日产大量的蒸馏水。 对于120kW的水加热器226的功率和待蒸馏的水的4.5kg/s的质量流量 Q_E0，蒸馏装置200的日产量大约是30m³/天。另外，后者明显非常适合 于这样的情况：可用的热能的量在一天内是明显可变的，从而施加或多或 少遵循相同趋势的质量水流量。在此情况中，一旦已经输入参数Q_E0，T_E2， T_E0和T_A0，具有适当的以上定义的软件的计算机，便对电机块提供调节。 然后，以两种可能的方式进行这些设置：(1)对于这四个频率，在计算机 屏幕上读取与控制装置相关的刻度盘(dial)的设定点的值，并在刻度盘 上手动地显示这些值，或者(2)对计算机编程，以直接对这四个频率设 置控制机构。

从这些件装置的特有的定义中，将引入蒸馏装置10和100的改进是 显而易见的，蒸馏装置10和100使用图1和图2所示的在彼此上方放置 的蒸馏单元，以将其转换成多件装置，其中，蒸馏阶段的气流彼此无关。 在四个阶段(其与这两张图上的序号1的事物或多或少相同)之间，这些 将是水平分隔件，将热交换器彼此连接的管道通过该水平分隔件，在每个 阶段中，通过收集待蒸馏的水并分布及分散其来进行补充，与图6中的那 些相同。提供示出了根据图1或图2的装配有这种日常补充设备的水蒸馏 装置的图示是没有意义的。此外，将这两个实施方式组合，组成由两个蒸 馏单元(一个放在另一个之上)形成的组，然后使这些组并置，可以是有 用的。这适合于可简单堆叠的中间高度(＜120cm)的蒸馏单元，不会在 处理时产生任何特殊问题。

本发明不限于参考图1，图2和图6描述的实施方式。

实际上，蒸发室和冷凝室的部件可与那些提出的(具有亲水或可湿润 面、陶瓷或聚合物材料的可湿润螺母的板)不同。在所有情况中，这些部 件都将是非金属的，以避免腐蚀和过高成本的问题。至于蒸发室，这些可 以是任何薄的平面支撑部，特别是由拉伸的编织亲水薄板形成，或者再一 次，由烘焙粘土制造的人造螺母形成。至于冷凝室，可使用由商业上可获 得的设置有主歧管(其与上游和下游辅歧管连接)的齿槽板(alveolar plate) 形成的热交换器。在蒸馏装置200中，使用并置的蒸馏单元，可用可湿润 人造螺母填充蒸发室，并且，每个单元的区室对之间的连通可包括液滴分 离器。除了预设制造的标准蒸馏装置以外，明显地，可将与每个系列的第 一个相同的装置(包括大多数测量和调节机构)投放在市场上，以满足各 个客户。