[发明专利]用于水的净化和再矿化的方法和设备

说明书

公开了一种用于水净化和再矿化的方法和设备。所述设备包括多个热耦合的热电模块，以及用于增强质量传递和能量传递的装置。所述方法提供了一种节能的水净化过程。本发明的设备和方法可以用于以适合家庭用水的速率来获得净化的和/或再矿化的水。

技术领域

本发明涉及水的净化和再矿化领域。具体来说，本发明涉及包括热电单元的用于水的净化和再矿化的方法和设备。

背景技术

瓶装水的消耗正以远高于世界人口的速率增长，一些来源估计和预测,在2005年至2020年之间为8.5％的复合年增长速率。在2016年，以0.7美元每升的平均售价销售了3000亿升的瓶装水。同年，在美国瓶装水的销售量首次超过了碳酸软饮的销售量。基本上所有瓶装水都装在一次性PET瓶中。这些PET瓶中只有一小部分被回收，并且即便被回收，所述回收的PET最终仍会被丢弃。

海洋中的塑料微粒与PET瓶的广泛使用相关联。通常消费者主要是基于瓶装水的安全性和期望的味道及其气味，从而选择瓶装水。尽管分布在大多数发达国家的自来水满足了生物安全性的要求，但其可能包含不适宜的污染物，例如各种化学品，以及让人联想到氯、氯胺化合物或氯胺化合物衍生物的不适宜的气味。在发展中国家，来自水龙头、河流或水井中的可用水甚至不是生物安全的。

在专利文献中已经描述了用于水的净化和/或再矿化的方法和设备。

US3,393,130描述了一种使用热电热泵来蒸馏盐水的设备。所述热电热泵以同心的方式构造，因此其端部处的热流动不能被循环。该设备难以用工业规模来制造。

DE102009010672描述了一种池式蒸发器的布置，该池式蒸发器通过热电元件耦合至冷凝器。所述布置是竖直的，意味着冷凝器被放置在蒸发器上方。这种布置要求冷凝流体被托盘接收，这可能会破坏蒸汽的向上流动，并且在蒸发元件和冷凝元件之间引入不利的间距。池式蒸发器内的自由对流热流动趋于缓慢，意味着需要较大的温度梯度，从而导致较低的热泵效率。而且，所述竖直布置使得有效地闭合热回路(即，在端部热表面与端部冷表面之间交换热量)变得不可能。

US6,893,540描述了一种包括热电冷却器的蒸馏单元。该发明要求使水沸腾然后冷凝。然而，已知的是，当热电冷却器的两端部之间的温度差超过约30℃时，该热电冷却器的效率极低。该文献中描述的对象可以被认为是能源效率低下的。

US4,584,061描述了一种真空脱盐组织，其中盐水在真空下沸腾并冷凝，其中冷凝器在蒸发腔室上方。该文献中公开的对象与先前讨论的文献DE102009010672具有许多相同的缺点。

WO2018/141883描述了一种用于蒸馏水的设备，该设备包括离散的、竖直布置的池内蒸发和冷凝部段，其中仅部分地回收潜热。由于所述竖直布置，所产生的蒸汽需要向下流动，这在物理上是不利的。此外，所描述的设备在接近100℃下实现蒸发，引起了碳质水垢的形成。该设备包含制冷循环，并且必须由固体金属块铸造或加工而成，这使其不适用于大规模商业应用。

US3,212,999描述了一种设备，该设备包括由热电有效元件隔开的离散的池内沸腾腔室和冷凝腔室。水蒸汽必须向上流动，然后向下流动进入冷凝腔室中，以产生期望的效果。如所公开的，该设备基本上是不可拆卸的，并且蒸汽的流动受到严格限制。

WO1999/067004描述了一种用于净化液体和冷却液体的设备和方法，包括与同一热电有效元件接触的两个离散的蒸发腔室和冷凝腔室。尽管声称该设备是模块化的，但是应理解的是，通过将若干个这些设备放置在一起可以实现其模块化。

WO2001/045816描述了一种用于通过使入口水在97℃至100℃之间的温度下池内沸腾来蒸馏水的设备，该设备通过在同一热电有效元件上耦合沸腾和冷凝。预计水蒸汽将在复杂的结构中流动，所述复杂结构涉及若干个向上和向下的尖锐拐角，这对于所有实际应用来说被认为是不利的。