CN102046252A - 液体蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种液体蒸发器(1，101)，包括具有液体入口(3，103)的蒸发腔室(2，102)、具有液体出口(5，105)的冷凝腔室(4，104)、安置有在蒸发腔室(2102)中的蒸发表面(7，107)和在冷凝腔室(4，104)中的冷凝表面(8，108)的导热壁(6，106)、泵结构(9，109)和在蒸发腔室(2，102)和冷凝腔室(4，104)之间的流体连接通道(10，110)，蒸发腔室(2，102)适于包含液体(11，111)，其表面(12，112)邻接气袋(13，113)，连接通道(10，110)止于气袋(13，113)。该液体蒸发器的新式之处在于，连接通道(10，110)设置有阀装置(14，114)，该阀装置允许当气袋(13，113)中的压力超过冷凝腔室(4，104)中的压力时允许从气袋(13，113)向着冷凝腔室(4，104)的流体流动，并阻挡相反方向的流体流动，并且，泵结构(9，109)适于循环地增大或减小气袋(13，113)中的压力，以使得它循环地超过冷凝腔室(4，104)中的压力。这样，其它从气袋(13，113通过连接通道(10，110)泵送到冷凝腔室(4，104)，气体发散热能而在冷凝腔室(4，104)上冷凝，一部分热能通过导热壁(6，106)从冷凝腔室(4，104)传递到蒸发腔室(2，102)，并且冷凝物(26)从冷凝腔室(4，104)通过液体出口(5，105)被导引离开。新式的液体蒸发器(1，101)的优点在于，它通过比现有技术的具有蒸汽压缩的液体蒸发器更少数量的部件形成。

Description

液体蒸发器

技术领域

本发明涉及一种液体蒸发器，包括：具有液体入口的蒸发腔室、具有液体出口的冷凝腔室、安置为具有在蒸发腔室中的蒸发表面和冷凝腔室中的冷凝表面的导热壁、泵结构和在蒸发腔室和冷凝腔室之间的流体连接通道。

背景技术

液体蒸发器典型地用于污水处理、从水分离油、工艺液体的再处理或者海水的除盐。

在已知的液体蒸发器中，液体通过液体入口进入到蒸发腔室以使得在蒸发腔室中形成气袋，一部分液体吸收热能而蒸发到该气袋。压缩机从气袋泵送包含蒸汽的气体通过连接通道到达冷凝腔室，在冷凝腔室中蒸汽散发热能而冷凝。冷凝的饿液体、冷凝物从冷凝腔室通过液体出口被导引离开。当冷凝腔室中的压力超过蒸发腔室中的压力时，冷凝腔室中的蒸汽在高于蒸发腔室中的液体的沸点的温度下冷凝。这样，冷凝腔室中的温度高于蒸发腔室中的温度。因此，一部分热能从冷凝腔室传递通过导热壁到达蒸发腔室，从而再循环用于蒸发腔室中的液体的蒸发。这给出相对于没有热再生的系统大约高至30％的能量节省。

已知的液体转发器有效工作并在大约100l/h或更大的液体流动下经济。它们相对容易地按比例增大而适用于更大的系统。但是，当按比例缩小时，系统由于包括了许多部件而变得相对昂贵和笨重。因此，努力简化液体蒸发器，以使得它能够由更少的部件制成，从而变得既更便宜又更轻便。特别期望避免压缩机，因为压缩机占系统的价格和重量的大部分。此外，压缩机典型地具有有限的寿命，这减小了系统的维修间隔。

发明内容

本发明基于一种液体蒸发器，该液体蒸发器：包括具有液体入口的蒸发腔室、具有液体出口的冷凝腔室、安置为具有在蒸发腔室中的蒸发表面和冷凝腔室中的冷凝表面的导热壁、泵结构和在蒸发腔室和冷凝腔室之间的流体连接通道，其中，蒸发腔室设置用于包含液体，其表面与气袋邻接，连接通道止于气袋。通过提供具有阀装置的连接通道实现简化，其允许当气袋中压力超过冷凝腔室中的压力时流体从气袋流向冷凝腔室，并且阻挡住相反方向的流体流动，以及通过安置泵结构以循环增大和减小气袋中的压力，以使得它循环地超过冷凝腔室中的压力。因为相对容易获得摆动压力，已知的液体蒸发器中的压缩器因此可以由一更简单、更便宜和更轻便的泵结构替换。

泵结构可以安置为以液体被加热的方式提供机械能给蒸发腔室中的液体。当液体温度升高时，液体的蒸发速度增大。通过利用泵结构进行加热，可以避免液体蒸发器中的另一热源。因为热量在蒸发腔室中增加，从系统启动到达到工作温度的时间同样减小。

冷凝腔室可以适于允许蒸汽在导热壁的冷凝表面上冷凝。这使得冷凝热特别良好地传递到导热壁，这提高了系统的效率。

泵结构可以适于通过压缩和膨胀气袋而增大和减小气袋中的压力。这对于增大和减小压力是特别有效的方法。

泵结构可以适于通过移动蒸发腔室中的液体而压缩和膨胀气袋。这样，因为泵必须移动液体而非气体，所以能够使用更简单、更便宜且更轻便的泵结构。

泵结构可以适于通过移动导热壁而压缩和膨胀气袋。这对于压缩和膨胀气袋是特别有效的方法。

蒸发腔室可以安置在蒸发腔室中并由外壁围绕，该外壁完全或者部分地由导热壁形成。这使得特别有效地实现从冷凝腔室到蒸发腔室的热传递。“围绕”是指腔室具有压力密闭外壁，但是其能够设置有用于测量装置等的供应和去除流体的入口。

冷凝腔室可以安置用于围绕蒸发腔室中的转动轴转动。这使得从冷凝腔室到蒸发腔室的热传递甚至更有效。

冷凝腔室的外壁可以安置用于在冷凝腔室的转动过程中循环压缩和膨胀气袋。这样，实现冷凝腔室的外壁可以用作泵结构，以使得可以避免单独的泵结构。

蒸发腔室可以具有横向于转动轴的圆形横截面，并且转动轴可以关于圆形蒸发腔室偏心地安置。这样，冷凝腔室的外壁可以与蒸发腔室的外壁相互作用来以特别简单的方式用作泵结构。“圆形”是指大致圆形的。

冷凝腔室的外壁可以适于使得蒸发腔室中的液体转动以形成液体环。这样，以简单的方式，气袋可以容纳在冷凝腔室的外壁中的凹陷中。液体环是指液体的转动环，其由离心力驱动而贴附到蒸发腔室外壁，并且其具有向着蒸发腔室的中心部分的大致圆形-圆柱表面，这样将保持气体充填。

导热壁可以形成许多叶片。这是在冷凝腔室的转动中形成液体的简单方法，并且同时热能能够有效地从导热壁传递到蒸发腔室中的液体。叶片是板状结构，具有与在转动轴方向的真实部件相切并与关于转动轴的真实径向部件相切的表面。数个叶片可以例如组装起来以形成螺旋状结构或者水磨状结构。

在每个轴向末端，冷凝腔室的外壁可以形成盘状板，叶片紧紧地支撑在该板上。以这种方法，许多楔形形状凹陷形成在冷凝腔室外壁中，每个楔形形状凹陷很好地适于容纳气袋。

叶片内部可形成腔室，每个为冷凝腔室的一部分。这使得在冷凝腔室转动过程中冷凝物能够从冷凝表面抛甩，这提供从冷凝蒸汽到导热壁更有效的热传递。

叶片可以为平的并从转动轴径向延伸。这确保当离心动力将平行于大部分冷凝表面时冷凝物从冷凝表面抛甩的特别有效的方法。进一步地，实现了蒸发腔室中的液体能够以特别有效的方法进行转动。

阀装置可以包括在冷凝腔室的外壁中的许多开口，所述开口围绕转动轴安置。这使得特别易于通过少量部件实现数个阀。

液体出口可以包括静止的收集配置，其具有指向在蒸发腔室中的冷凝腔室转动的转动方向的开口入口。这样，与冷凝腔室一起转动的冷凝物的动能能够用于将冷凝物泵送出冷凝腔室，即使在冷凝腔室的压力会小于环境压力的情况下。这样，可以避免单独的泵。

本发明进一步涉及一种用于蒸发系统中的液体的方法，所述系统包括具有液体入口的蒸发腔室、具有液体出口的冷凝腔室、安置为具有在蒸发腔室中的蒸发表面和在冷凝腔室中的冷凝表面的导热壁、泵结构和在蒸发腔室和冷凝腔室之间的流体连接通道。所述方法使得阀装置位于连接通道中。所述方法包括供应液体通过液体入口到达蒸发腔室，以使得在蒸发腔室中形成气袋，一部分液体在吸收热能的过程中蒸发到该气袋。通过利用泵配置，气袋中的压力循环增大和减小，以使得它循环地超过冷凝腔室中的压力。借助于阀装置，包含蒸汽的气体被从气袋导引通过连接通道达到冷凝腔室，蒸汽在冷凝腔室中散发能量而冷凝，一部分热能从冷凝腔室传递通过导热壁到达蒸发腔室，并且冷凝物从冷凝腔室通过液体出口被导引离开。这使得不使用单独的压缩机的特别简单的热蒸发。

所述方法可以通过使得冷凝腔室围绕蒸发腔室中的转动轴转动并使得蒸发腔室中的液体转动以形成液体环，以及通过冷凝腔室在其转动过程中循环压缩和膨胀气袋而进一步改善。这确保对于执行所述方法可以避免单独的泵配置，因为冷凝腔室的外壁与蒸发腔室外壁一起可以用作泵配置。

附图说明

在下面，基于附图描述本发明，示出：

图1是通过根据本发明的液体蒸发器的简单实施例的示意性纵截面；

图2是通过根据本发明的液体蒸发器的不同的优选实施例的水平截面(图6中A-A)；

图3是通过图2的液体蒸发器的纵截面(在图7中的B-B)；

图3a是图3的截面；

图3b是图3的不同截面；

图4是图2的液体蒸发器在水平截面的透视图；

图5是图2的液体蒸发器在纵截面的透视图；

图6是图2的液体蒸发器的侧视图；

图7是图2的液体蒸发器的底视图；以及

图8是图2的液体蒸发器的阀装置的分解视图。

具体实施方式

除非另有说明，在下文中的方向说明，例如左、右、上和下是参照附图而言的。

在图1中的简单的液体蒸发器1包括：具有液体入口3的蒸发腔室2、具有液体出口5的冷凝腔室4、安置有在蒸发腔室2中的蒸发表面7和在冷凝腔室4中的冷凝表面8的导热壁6、泵结构9和在蒸发腔室2和冷凝腔室4之间的流体连接通道10。蒸发腔室2包含液体11，其表面12邻接气袋13。连接通道10止于蒸发腔室2的顶部以及因此在气袋13中，因为由于重力气袋将留置于此。连接通道10设置有阀装置14，该阀装置14包括第一非回流阀，其允许当气袋13中的压力超过冷凝腔室4中的压力时流体从气袋13向着冷凝腔室4流动，并在阻止在相反方向的流体流动。

泵结构9具有缸体27，其包括可位移的活塞28。经由第一液体通道29，缸体27的第一末端连接到蒸发腔室2。经由第二液体通道30，缸体27的另一末端连接到包含冷凝物26的冷凝腔室4。

经由第二非回流阀31，液体入口3连接到液体源(未示出)，例如设备的污水出口。第二非回流阀31允许当液体源中的压力大于蒸发腔室2中的压力时从液体源到蒸发腔室2的流体流动，并阻挡在在相反方向上的流体流动。经由弹簧装载的第三非回流阀32，液体出口5连接到罐33，其将典型地开口到大气压力。第三非回流阀32允许当冷凝腔室4中的压力超过罐33中的压力一预定值时冷凝腔室4到罐33的流体流动，并阻挡在相反方向上的流体流动。

图1中的液体蒸发器1在获得稳定运行状态后以下面的方式工作。在蒸发腔室2中，一部分液体11蒸发到气袋13中。活塞28在缸体27中以固定周期循环往复。这样，当冷凝物26在相反周期通过第二通道30从冷凝腔室4泵送和泵送到冷凝腔室4时，液体11循环地通过第一通道29从蒸发腔室2泵送和泵送到蒸发腔室2。同时，这供应机械能到液体11和冷凝物26，所述液体和冷凝物被加热。因为液体11的压缩性比气袋13小很多，所以气袋13被循环地压缩和膨胀，这意味着气袋中的压力增大和减小。冷凝腔室4同样如此，但是其中压力在相反周期关于蒸发腔室2中的压力变化。

在周期的第一部分中，其中气袋13中的压力超过冷凝腔室4中的压力，包含蒸汽的气体从气袋13导引通过连接通道10和第一非回流阀到冷凝腔室4。在周期的剩余部分中，非回流阀14阻止流动。这产生泵的效果，其使得冷凝腔室4中的中心压力超过蒸发腔室2中的中心压力，而由于导热壁6温度在两个腔室2、4中基本相同。因为蒸汽的沸点/冷凝温度在高压下高于在低压下，冷凝腔室4中的蒸汽将趋于冷凝。冷凝主要发生在冷凝表面8上，因为这典型地具有在冷凝腔室中的最低温度。蒸汽还在冷凝物的表面26上冷凝，也可以在冷凝腔室4的其它外壁上，但是典型地速度更低。冷凝物26的产生使得产生热量，该热量经由导热壁6导引到蒸发腔室2以贡献于液体11和气袋13的加热。

在周期的第二部分中，当蒸发腔室2中的压力低于液体源中的压力时，液体通过液体入口3和第二非回流阀31被吸取。该液体代替在周期的第一部分过程中被泵送到冷凝腔室4中的气体和蒸汽的量。

在周期的第三部分中，当冷凝腔室4中的压力超过罐33中的压力预定值时，一部分冷凝物26通过液体出口5和第三非回流阀32泵送出冷凝腔室4到罐33。周期的第三部分将典型地与周期的第二部分重叠。周期的第一部分可以和第二和/或第三部分重叠。

在稳定运行状态中，蒸发腔室2和冷凝腔室4中的温度和中心压力处于平衡，这取决于数个因素，例如液体组分、液体源温度和压力、流动液体的量、罐33中的压力、在第三非回流阀32中的弹力、由泵配置9供应到液体11或冷凝物26的能量的量、导热壁6的属性、环境温度和腔室2、4到环境的热损失。通过适当设置液体蒸发器1及其部件的尺度，温度和中心压力因此能够关于待蒸发的液体属性优化地调节到期望的液体流动。这样的调节也可以在液体蒸发器1的操作过程中适当地发生。从导引到罐33的冷凝物26的一部分中的多余热能的能量损失可以这样降低，即通过将这部分冷凝物26导引通过热交换器的热侧并同时将液体源导引通过相同热交换器的冷侧，从而利用否则会损失的热能的一部分来在自液体源的液体到达蒸发腔室2之前加热该液体。从腔室2、4到环境的热损失可以这样降低，即，通过隔绝腔室2、4和/或通过在低的中心压力操作液体蒸发器1，其降低沸点以及因此还降低腔室2、4中的工作温度。两个腔室2、4中的中心压力可以容易地低于环境大气中的压力。

液体蒸发器1通过启动活塞28然后将来自液体源的液体11通过液体入口3和第二非回流阀31加入到蒸发腔室2而启动。为了保证在启动阶段足够的液体进入到蒸发腔室2中，液体源中的压力可以增大，或者，第二非回流阀31可以被迫打开。当通过泵配置9供应到液体11和冷凝物26的能量的量对应于例如从液体蒸发器到环境的净热损失或者作为导引到罐33的一部分冷凝物26中的多余热量时，达到稳定运行状态。为了加速实现稳定运行状态，来自液体源的液体温度可以升高。

在操作过程中，液体蒸发器1将来自液体源的液体分离为被导引离开罐33的冷凝物26和保留在蒸发腔室2中的冷凝物。在液体11中的冷凝物的含量因此将增大。取决于液体的组分，冷凝物可以自动排出，例如通过与蒸发腔室2连接的适当的阀装置。例如，如果冷凝物比液体11更重，从而聚集在蒸发腔室的底部，这将成为可能。可选地，蒸发腔室2可以以规则的间隔手动或自动冲洗以移除冷凝物。

代替包括缸体27和活塞28的泵结构9，泵效果可以通过导热壁6的运动而形成。壁，或者壁的一部分，可以由柔性材料形成，其分别产生向着蒸发腔室2和冷凝腔室4的周期性弯曲。该弯曲可以通过外部装置例如电机驱动的活塞杆或者通过全部用或部分用在电压施加期间弯曲的材料例如压电陶瓷制造壁6的柔性部分而启动。

图2-8涉及根据本发明的液体蒸发器的第二优选实施例。

在图2中的液体蒸发器101包括具有液体入口103(图3)的蒸发腔室102、具有液体出口105的冷凝腔室104、安置为具有在蒸发腔室102中的蒸发表面107和在冷凝腔室104中的冷凝表面108的导热壁106、泵结构109和许多在蒸发腔室102和冷凝腔室104之间的流体连接通道110。冷凝腔室安置为围绕蒸发腔室102中的竖直转动轴116转动并被外壁115围绕，该外壁115具有由导热壁106形成的圆柱部分。蒸发腔室102具有与转动轴116相横向的圆形横截面117，并且转动轴116关于圆形蒸发腔室102偏心安置。导热壁106形成许多叶片119，所述叶片是平的并从转动轴116径向延伸。许多楔形形状的腔室形成在叶片119之间。叶片119内部形成腔室122，其形成冷凝腔室104的一部分。在冷凝腔室104中的冷凝物126示出在腔室122的径向外末端中，其中冷凝物将由于冷凝腔室104的转动而聚集。

蒸发腔室102包含液体111，其被冷凝腔室104的转动带着而围绕竖直轴转动，从而形成液体环118，该液体环118的内圆柱表面112邻接许多径向向外的气袋113，所述气袋定位在叶片119之间的腔室150中。连接通道110止于每个腔室150的径向内部中并因此止于每个气袋113中。每个连接通道110设置有阀装置114，阀装置114具有第一非回流阀，该第一非回流阀允许当气袋113中的压力超过冷凝腔室104中的压力时从各气袋113向着冷凝腔室104的流体流动，并阻止在相反方向的流体流动。每个阀装置114包括在冷凝腔室115的外壁中的开口123，所述开口123安置在转动轴116的周围。阀装置114进一步包括公共的星形阀元件134(图8)，该阀元件的柔性翼片135安置来打开和关闭各个开口123。

如图3所示，冷凝腔室的外壁115的每个轴向末端120形成盘状板121，叶片119紧紧地支撑在该板上。两个盘状板121这样轴向邻接叶片119之间的腔室150。冷凝腔室的外壁115的每个轴向末端120进一步形成板状盘136，该板状盘的周边与相应的盘状板121接合。这产生两个盘状腔室137，该盘状腔室与叶片119内部的腔室122通过盘状板121中的径向取向的缝槽185(图)流体连接。这样，腔室137形成冷凝腔室104的一部分。

蒸发腔室的外壁138由两个部分制成，该两个部分通过穿过该部分上的凸缘140的螺栓139接合。O型圈153安置在凸缘140之间。蒸发腔室102固定到下主轴141和上支撑轴142。主轴141支撑在主轴承143中并被导引通过在转动轴116的延伸部中的蒸发腔室的外壁138的下部。在蒸发腔室102的外面，主轴连接到齿形带轮146，该齿形带轮经由齿形带轮145连接到电机144的驱动轴上的第二齿形带轮154上。电机144经由铰链连接部148(图4)安装在液体蒸发器101上。弹簧149向外按压铰链连接部148，以使得齿形带145保持拉紧。支撑轴142支撑在支撑轴承147中。

液体出口105包括具有轴向管151和两个径向管152的静止的收集配置124。轴向管151被向外导引通过支撑轴142并安置为以使得支撑轴能够关于它转动。两个径向管安置在上盘状腔室137中，并关于转动轴116主要径向取向。每个径向管152的径向内末端被固定和液体连接到轴向管151并在其径向外末端具有开口入口125，该开口入口逆着蒸发腔室102中冷凝腔室104的转动的转动方向指向。开口入口125安置在上盘状腔室137的最径向外末端。

经由第二非回流阀(未示出)，液体入口103连接到液体源(未示出)。第二非回流阀允许当液体源中的压力高于蒸发腔室102中的压力时从液体源到蒸发腔室102的流体流动，并阻止在相反方向的液体流动。液体出口105连接到罐(未示出)，该罐将典型地开口到大气压力。到罐的连接可以包括第三非回流阀，该第三非回流阀允许如果轴向管151中的压力超过罐中的压力则从液体出口105向着罐的流体流动，并阻止在相反方向的流体流动。或者，该连接可以安置为以使得当轴向管151中的压力低于罐中的压力时仅空气而非冷凝物126能够被吸取到液体出口105中。

液体蒸发器101设置有在蒸发腔室的外壁138的上部的中心附近的充填开口155。液体蒸发器101进一步设置有超声波传感器(未示出)，该超声波传感器安置在蒸发腔室的外壁138中的传感器开口156中。相对于蒸发腔室102的中心，传感器开口156布置为与转动轴116相对并比蒸发腔室102的中间的高度稍微低一些。

如图3a所示，主轴141包括下主轴部分157和上主轴部分158。上主轴部分158的下末端为锥形，并且在中间的O圈164中安置在下主轴部分157的上末端中的相应凹陷中。主轴部分157、158通过上紧螺栓160接合，该螺栓的螺纹接合上紧块159的螺纹，该上紧块固定到导热壁106的径向内管状部分。上主轴部分158具有盘状部分，其通过许多螺栓161经由中间的O圈165固定在下板状盘136上。盘状主盖板162经由中间O圈166固定到蒸发腔室的外壁138的底部。主盖板162设置有中心开口，主轴141被导引通过该开口，并且在该开口的径向内部上安置密封件163，该密封件紧紧地抵靠着主盖板162和主轴141配合。主轴承143包括双排球体轴承，其内轴承碗固定到下主轴部分157，其外轴承球体固定到主轴承壳体167，该主轴承壳体167固定到蒸发腔室的外壁138。主轴承壳体167在其上侧上具有中心开口，主轴141导引通过该开口，并且其径向内部设置有密封件，该密封件紧紧抵靠主轴承壳体167和主轴141二者配合。液体蒸发器101的尺寸成形为使得通过主盖板162的主轴141的入口位于液体环的表面112的径向内部。这样，保证了密封件163、168在液体蒸发器101的操作过程中保持干燥，这明显延长密封件163、168和主轴承143的寿命，因为这防止受到液体118中的磨擦颗粒和腐蚀性或化学入侵物质。

如3b所示，支撑轴142包括盘状部分，其借助于许多螺栓170通过中间O圈169固定在上板状盘136上。盘状支撑盖板171通过中间O圈172的方式固定在蒸发腔室的外壁138的顶部上。支撑盖板171提供有中心开口，支撑轴142被导引通过该中心开口，并且在其径向内部安置有密封件173，该密封件紧密地封闭盖板171和支撑轴142二者。支撑轴承147包括球辊子轴承，其内轴承碗固定到支撑轴142，其外轴承碗固定到支撑轴承壳体174，支撑轴承壳体174固定到蒸发腔室的外壁138。辊子轴承允许支撑轴142的方向关于蒸发腔室102有小的变化。支撑轴承壳体174的底部设置有中心开口，支撑轴142被导引通过该中心开口，并且在其径向内部安置有密封件175，密封件175紧密地封闭支撑轴承壳体174和支撑轴142二者。类似于通过主盖板162的主轴141的入口并基于相同的原因，通过支撑盖板171的支撑轴142的入口位于液体环的表面112的径向内部。

向上，支撑轴承壳体174连接到端板176。形成收集配置24的一部分的轴向管151固定到端板176，并因此关于蒸发腔室102固定。通过中间O圈177，轴向管151被导引通过端板176中的中心开口，径向通过支撑轴142并在下面进入盘状腔室137中，在那里它连接到两个径向管152，这样该两个径向管也相对于蒸发腔室102固定。在支撑轴142的最上端处安置密封件179，该密封件紧闭支撑轴142和轴向管151二者，但是允许支撑轴142围绕轴向管151转动。在支撑轴142的最下端，安置有滑动轴承178，该滑动轴承支撑轴向管151。盖180通过螺纹经由中间O圈181固定到端板176的管状部分182，从而在轴向管151的上端上形成出口腔室183。盖180设置有用于连接软管等到液体出口的连接器184。阀装置114连接到导热壁106的径向内管状部分。

图4示出在水平截面的液体蒸发器101的下部。这明显地示出具有叶片119的冷凝腔室104如何偏心地安置在蒸发腔室102中。液体环118沿着蒸发腔室的外壁138分布并形成径向内部的大致圆形-圆柱表面112。液体环的表面112与叶片119相交，以使得在其径向外部中的叶片119之间的每一腔室150包括液体111以及在其径向内部的气袋113。气袋113的体积从腔室150到腔室不同，以使得最大体积存在于腔室150中，该腔室150安置为最远离蒸发腔室的外壁138的圆柱部分，而最小体积存在于腔室150中，该腔室150安置在最靠近壁138的所述部分。

图5示出在竖直截面的液体蒸发器101的一半。图示出在盘状板121中的径向缝槽185，该径向缝槽在叶片119内部连接腔室122到盘状腔室137。蒸发腔室的外壁138的上部和下部设置有许多肋186作为加强件，以避免在蒸发腔室102和周围大气之间的压力差期间这些部分变形。

图6和7从外部、从侧面以及从底部示出液体蒸发器101。进一步地，它们示出截面-A和B-B的布置，它们示出在图2和3中。在这些图中的附图标记对应在其它图中的附图标记。

阀装置114，在图8中示出为拆卸状态，其具有阀座187、星形阀元件134和保持板192。阀座187具有许多沿着它的周边分布的大致三角形的开口188。阀装置114通过未示出的螺栓固定在冷凝腔室104中，所述螺栓被导引通过保持板192、阀元件134和阀座187中的孔194、196、197，以使得阀座187搁置在上盘状板121(图3)上，其形成冷凝腔室的外壁115的一部分。竖直中心管193固定到保持板192，管193被导引通过阀元件134、阀座187和上盘状板121中的相应的中心孔。中心管193确保阀装置的部分192、134、187安置为定心在上盘状板121上。在内部，管193形成为滑动轴承以进一步支撑轴向管151(图3b)。阀元件134具有许多弹性舌部135。当处于搁置位置时，也就是，当它们没有被压力作用时，每个舌部135覆盖开口188。开口188对应板121中的相应开口123，并且与这些相应开口123一起，它们形成各个舌部135和蒸发腔室102中的相应的气袋113之间的流体连接。在每个开口188中，阀座187具有许多壁189，当相应的气袋113中的压力低于冷凝腔室104中的压力时，所述壁适于支撑相应的舌部135，从而保持舌部135在它的搁置位置。在该中情形中，舌部135关闭气袋113和冷凝腔室104之间的流体流动。保持板192的底侧被制造为以使得它在保持板192的外缘附近高于在保持板的径向中心处。这样，当相应的气袋113中的压力高于冷凝腔室104中的压力时，舌部135有向上弯曲的空间。在这种情形下，舌部135移动离开它们的搁置位置，从而打开从涉及的气袋113到冷凝腔室104的流体流动。沿着它的外缘，保持板192包括许多向下指向的销198，当组装阀装置114时，所述销198位于阀元件134和阀座187二者的径向外侧。销198的尺度形成为使得在组装后它们搁置在上盘状板121上，从而保证保持板192和上盘状板121之间的预定的轴向距离，这保证阀座187的优化的轴向组装。在销198之间的空间195背着阀座187中的开口188布置，以使得通过阀装置114的优化流动得以实现。

在已经达到稳定运行状态之后，在图2-8中的液体蒸发器101如下地进行工作：冷凝腔室104在蒸发腔室102中围绕具有转动速度的转动轴116转动，所述转动速度足够高以将液体111带动为如此快的转动以使得它在蒸发腔室的外壁138上形成液体环118。这在液体环的内圆柱表面112和冷凝腔室的外壁115之间，更具地在叶片119之间的腔室150的径向内部，产生许多气袋113。由于液体111的惯性远大于气袋113的惯性以及液体111的压缩性远小于气袋113的压缩性以及转动轴116关于圆形蒸发腔室102从而关于液体环118偏心布置的事实，每个气袋113的体积将在冷凝腔室104的一个转动过程中减小和增大。这样，各个气袋113中的压力将在对应冷凝腔室104的一个转动的持续时间的一个周期中周期性地增大和减小。同时，机械能供应到液体111，以使得它被加热。液体111的一部分蒸发到气袋113中。

在周期的一部分中，其中气袋113中的压力超过冷凝腔室104中的压力，压差使得在阀装置114中的相应舌部打开，并且包含来自气袋113的蒸汽的气体被导引通过上盘状板121中的相应开口123并通过阀装置114到冷凝腔室104。在周期的其余部分，舌部135将覆盖阀座187中的开口188，从而关闭气袋113和冷凝腔室104之间的流动。当所有的气袋113周期性地通过该过程时，泵效果发生，其使得冷凝腔室104中的介质压力超过蒸发腔室102中的介质压力。泵结构通过公共的冷凝腔室104和液体环118形成。由于导热壁106的原因，温度在两个腔室102、104中基本相同。因为蒸汽的沸点/凝结温度在高压下高于在低压下，冷凝腔室104中的蒸汽将趋于冷凝。在冷凝物126的形成过程中，发出热量，其经由导热壁106被导引到蒸发腔室102，从而贡献于液体111和气袋113的加热。

当蒸发腔室102中的介质压力变为低于液体源中的压力时，液体通过液体入口103和第二非返回阀被吸入。该液体替换当前泵送到冷凝腔室104的气体和蒸汽的量。

冷凝主要发生在冷凝表面108上。由于由冷凝腔室104的转动引起的离心力的缘故，冷凝物126从冷凝表面108甩出。这增大冷凝速度，并且冷凝物聚集在冷凝腔室104的径向外部中，也就是在叶片的腔室122的径向外端中和在盘状腔室137的径向外部中，在那里它将与冷凝腔室104一起转动。冷凝物126的一部分将击打其中它将被抓到的静止的收集配置124的开口入口125。由于冷凝物126的惯性的缘故，将发生液体压力，该压力传送通过径向管152和轴向管151。这样，冷凝物126将通过液体出口105泵送出冷凝腔室104，即使冷凝腔室104中的压力低于环境压力。

在稳定运行状态中，蒸发腔室102和冷凝腔室104中的温度和介质压力处于平衡状态，其取决于数个因素，包括液体组分、液体源中的温度和压力、流动液体的量、罐中的压力、收集配置124的设计、通过冷凝腔室104的转动供应到液体111的能量的量、导热壁的属性、环境温度以及蒸发腔室102到环境的热损失。这样，适当的设置液体蒸发器101及其部件的尺度可以允许温度和介质压力关于待蒸发液体属性以及液体的期望流动的优化调节。这样的调节还可以适于液体蒸发器101的操作过程。在被导引到罐的冷凝物126的一部分中的多余热能的能量损失可以通过将这部分冷凝物126导引通过热交换器的热侧并同时从将来自液体源的液体导引通过相同热交换器的冷侧而减少，从而利用否则会损失的热能的一部分在它达到蒸发腔室102之前加热来自液体源的液体。从蒸发腔室102到环境的热损失可以通过隔热蒸发腔室102和/或通过在低的介质压力下操作液体蒸发器101从而导致沸点降低以及因此腔室102、104中的工作温度也降低而得以降低。两个腔室102、104中的介质压力可以容易地低于周围大气中的压力。

液体蒸发器101通过使得冷凝腔室104转动，然后从液体源供应足够量的液体111通过液体入口103和第二非回流阀到蒸发腔室102以使得能够形成液体环118而启动。为了保证在启动阶段的过程中足够量的液体供应到蒸发腔室102，液体源中的压力可以增大，或者第二非回流阀能够被迫打开。或者，液体可以供应通过填充开口155。液体的供应在启动期间以及在由未示出的控制单元进行的液体蒸发器101的操作期间被自动控制，所述控制单元接收来自安置在传感器开口156中的超声波传感器的信号，因此能够测量液体表面112的位置。

液体表面112的位置的确定如下进行。超声波传感器发送声波到液体111中。声波从液体表面112反射，然后撞击到超声波传感器，该超声波传感器发送相应的信号到控制单元。关于发送的声波的时间延迟取决于从超声波传感器到液体表面12的距离，因此能够用作液体环118的径向厚度的直接测量，并因此能够用作蒸发腔室102中的液体量的径向厚度的直接测量。因为液体中的音速取决于液体属性，例如它的组分、压力和温度，这对于补偿这些属性的变化是必需的，其可以例如发生在液体111中的冷凝含量在液体蒸发器101的操作过程中增大时。但是，发送的声波也被叶片119的径向外缘反射，这将从来自超声波传感器的信号显现。因为从超声波传感器到叶片119的径向外缘的最近位置的距离是恒定的，所以液体环118的厚度可以通过比较在来自液体表面112的反射波的信号和来自从叶片119的径向外缘的第一反射波的信号之间的时间延迟而精确地确定。电子滤波器可以用于放大信号或者强调期望测量的信号。当在冷凝腔室104的停止过程中液体表面112在蒸发腔室102的充填过程中击打超声波传感器时，来自超声波传感器的信号将明显变化。超声波传感器因此安置在蒸发腔室102的底部上的一定高度处，以使得该变化可以用于表明蒸发腔室102中的液体量足以使得液体蒸发器101工作。

当通过冷凝腔室104的转动供应到液体111的能量的量对应例如从液体蒸发器101到环境的净热损失，或者作为在导引到罐的冷凝物126的一部分中的多余热量时，实现操作的稳定状态。为了加速获得稳定运行状态，来自液体源的液体的温度可以升高。

在操作过程中，液体蒸发器101将来自液体源的液体分离为被导引到罐的冷凝物126和保留在蒸发腔室102中并且它的液体111分量将增大的冷凝物。取决于液体组分，冷凝物可以例如通过连接到蒸发腔室102的适当的阀装置而自动排出。如果例如冷凝物重于液体111并因此聚集在蒸发腔室102的下径向外部，这将成为可能。或者，蒸发腔室102可以以规则的间隔手动或自动冲放以移除冷凝物。为了蒸发腔室102和冷凝腔室104的外部的手动清洗，保持凸缘140在一起的螺栓139松开，具有支撑轴承147的蒸发腔室的外壁138的上部被移除，螺栓160松开，冷凝腔室104从蒸发腔室102移除。然后，接触液体111的液体蒸发器101的部件能够容易地机械地漂洗或清洗。

液体蒸发器101是由不锈钢(例如AISI316)制成以获得对液体111中的侵入组分的最大可能的阻力。但是，由于简单的设计，液体蒸发器101还可以由例如钛制成，而不会变得实际上更昂贵。阀座187是由塑料材料例如PEEK或者适于抵靠着钢密封并同时防高温和入侵液体的其它材料制成。阀座187胶粘到上盘状板121以防止这两个部件之间的渗漏。

液体蒸发器101具有大致60厘米的高度和大致70厘米的直径。液体环的体积大致为63升。液体蒸发器101在300到1000RPM的冷凝腔室104转速下有效率地工作，并尤其是在大约500RPM下有效率地工作。该速度提供稳定的液体环118、到液体111的足够的机械能供应、从气袋113到冷凝腔室104的有效气体泵送、以及从冷凝表面108的冷凝物126的有效抛甩。

当蒸发水时，液体蒸发器101在30℃和130℃之间的温度有效工作，更高的工作温度会导致更高的蒸发能力。在30℃的工作温度，绝对工作压力为大约0.045巴，在130℃为大约2.7巴。

液体蒸发器101，如图2-8所示，意味着被如图所示地被驱动，具有竖直转动轴116并向上面对支撑轴142。例如，主轴承143和支撑轴承147被进行竖直操作。进一步地，液体111应当保持远离阀装置114以防止液体压力挤压液体111通过阀装置114进入冷凝腔室104中。当冷凝腔室104转动时和当它保持静止时，同样如此。在第一种情形中，所示的液体蒸发器101中的阀装置114将径向地位于液体的内圆柱表面112的内部，这样将不接触液体。在后一种情形中，阀装置114将处于液体的水平表面112的上方，这样也不接触液体。液体蒸发器101可以提供有控制单元，该控制单元例如借助于来自超声波传感器的信号保证供应到蒸发腔室102的液体111的量决不会超过保证阀装置114总是不接触液体111的量。但是，液体蒸发器101可以具有通过适当设置轴承143、147等的尺度、通过适当布置阀装置114和通过适当利用控制算法而用于任何任意的取向，例如具有水平或倾斜的转动轴，或者“倒置”。这样，在原理上，液体蒸发器101将适于用于无重力的状态。

这样，液体蒸发器1、101二者，或者系统，包括具有液体入口3，103的蒸发腔室2，102、具有液体出口5，105的冷凝腔室4，104、安置有在蒸发腔室2，102中的蒸发表面7，107和在冷凝腔室4，104中的冷凝表面8，108的导热壁6，106、泵结构9，109和具有在蒸发腔室2，102和冷凝腔室4，104之间的阀装置114的流体连接通道10，110。用在这些用于蒸发液体11，111的系统中的方法包括通过液体入口3、103供应液体11、111到蒸发腔室2、102，以使得在蒸发腔室2、102中形成气袋113，一部分液体11、111吸收热能在蒸发到该气袋113。利用泵配置9、109将循环地增大或减小气袋113中的压力，以使得它循环地超过冷凝腔室4、104中的压力。通过阀装置114，来自气袋113的气体被导引通过连接通道10、110到冷凝腔室4、104。气体发出热能而在冷凝腔室4、104中冷凝，一部分热能从冷凝腔室4、104通过导热壁6、106传递到蒸发腔室2、102，并且冷凝物26通过液体出口5、105被导引远离冷凝腔室4、104。

用于如图2-8所示的液体蒸发器101(或系统)的方法还包括这样的事实，即，冷凝腔室104围绕蒸发腔室102中的转动轴116转动并使得蒸发腔室102中的液体111转动以使得形成液体环118，并且在它的转动过程中冷凝腔室104循环地压缩和膨胀气袋113。

Claims (19)

1.一种液体蒸发器(1，101)，包括：具有液体入口(3，103)的蒸发腔室(2，102)、具有液体出口(5，105)的冷凝腔室(4，104)、安置有在所述蒸发腔室(2，102)中的蒸发表面(7，107)和在所述冷凝腔室(4，104)中的冷凝表面(8，108)的导热壁(6，106)、泵结构(9，109)和在所述蒸发腔室(2，102)和所述冷凝腔室(4，104)之间的流体连接通道(10，110)，所述蒸发腔室(2，102)适于包含液体(11，111)，其表面(12，112)限定气袋(13，113)，所述连接通道(10，110)止于所述气袋(13，113)，其特征在于，所述连接通道(10，110)设置有阀装置(14，114)，该阀装置允许当所述气袋(13，113)中的压力超过所述冷凝腔室(4，104)中的压力时从所述气袋(13，113)向着所述冷凝腔室(4，104)的流体流动，并阻挡相反方向的流体流动，并且，所述泵结构(9，109)适于循环地增大或减小所述气袋(13，113)中的压力，以使得该压力循环地超过所述冷凝腔室(4，104)中的压力。

2.如权利要求1所述的液体蒸发器，其特征在于，所述泵结构(9，109)适于供应机械能到所述蒸发腔室(2，102)中的所述液体(11，111)以使得所述液体(11，111)被加热。

3.如权利要求1或2所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室(4，104)适于允许在所述导热壁的所述冷凝表面(8，108)上的气体冷凝。

4.如前述任何权利要求所述的液体蒸发器，其特征在于，所述泵结构(9，109)适于通过压缩和膨胀所述气袋(13，113)而增大和减小所述气袋(13，113)中的压力。

5.如前述任何权利要求所述的液体蒸发器，其特征在于，所述泵结构(9，109)适于通过移动所述蒸发腔室(2，102)中的所述液体(11，111)而压缩和膨胀所述气袋(13，113)。

6.如前述任何权利要求所述的液体蒸发器，其特征在于，所述泵结构(9，109)适于通过移动所述导热壁(6，106)压缩和膨胀所述气袋(13，113)。

7.如前述任何权利要求所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室(4，104)安置在所述蒸发腔室(2，102)中并被外壁(115)围绕，该外壁全部地或者部分地由所述导热壁(6，106)形成。

8.如权利要求7所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室(4，104)安置为围绕所述蒸发腔室(2，102)中的转动轴(116)转动。

9.如权利要求8所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室的所述外壁(115)适于在所述冷凝腔的转动过程中循环压缩和膨胀所述气袋(13，113)。

10.如权利要求9所述的液体蒸发器，其特征在于，所述蒸发腔室(2，102)具有与转动轴(116)相横向的圆形横截面(117)，并且所述转动轴(116)关于该圆形蒸发腔室(2，102)偏心地安置。

11.如权利要求9或10所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室的所述外壁(115)适于使得所述蒸发腔室(2，102)中的所述液体(11，111)转动以使得形成液体环(118)。

12.如权利要求9-11的任一项所述的液体蒸发器，其特征在于，所述导热壁(6，106)形成许多叶片(119)。

13.如权利要求12所述的液体蒸发器，其特征在于，所述冷凝腔室的所述外壁(115)的每个轴向末端(120)形成盘状板(121)，所述叶片(119)紧闭该盘状板(121)。

14.如权利要求12或13所述的液体蒸发器，其特征在于，所述叶片(119)形成内腔室(122)，每个内腔室形成所述冷凝腔室(4，104)的一部分。

15.如权利要求12-14的任何一项所述的液体蒸发器，其特征在于，所述叶片(119)是平的并从所述转动轴(116)径向延伸。

16.如权利要求8-15的任何一项所述的液体蒸发器，其特征在于，所述阀装置(14，114)包括围绕所述冷凝腔室的所述外壁(115)中的所述转动轴(116)安置的许多开口(123)。

17.如权利要求8-16的任何一项所述的液体蒸发器，其特征在于，所述液体出口(5，105)包括具有开口入口(125)的静止的收集配置(124)，该开口入口(125)逆着所述蒸发腔室(2，102)中的所述冷凝腔室(4，104)的转动的转动方向指向。

18.一种蒸发系统(1，101)中的液体(11，111)的方法，所述系统包括：具有液体入口(3，103)的蒸发腔室(2，102)、具有液体出口(5，105)的冷凝腔室(4，104)、安置有在所述蒸发腔室(2，102)中的蒸发表面(7，107)和在所述冷凝腔室(4，104)中的冷凝表面(8，108)的导热壁(6，106)、泵结构(9，109)和具有在所述蒸发腔室(2，102)和所述冷凝腔室(4，104)之间的阀装置(14，114)的流体连接通道(10，110)，所述方法包括：通过所述液体入口(3，103)供应液体(11，111)到所述蒸发腔室(2，102)，以使得气袋13，113)形成在所述蒸发腔室(2，102)中，一部分所述液体(11，111)吸收热能而蒸发到所述气袋13，113)，使用所述泵配置(9，109)从而循环增大和减小所述气袋(13，113)中的压力，以使得该压力周期地超过所述冷凝腔室(4，104)中的压力，所述阀装置(14，114)将气体从所述气袋(13，113)导引通过所述连接通道(10，110)到所述冷凝腔室(4，104)，所述气体散发热能而在所述冷凝腔室(4，104)中冷凝，所述热量的一部分通过所述导热壁(6，106)从所述冷凝腔室(4，104)传递到所述蒸发腔室(2，102)，所述冷凝物(26)从所述冷凝腔室(4，104)通过所述液体出口(5，105)被导引离开。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述冷凝腔室(104)围绕所述蒸发腔室(102)中的转动轴(116)转动并使得所述蒸发腔室(102)中的所述液体(111)转动以使得形成液体环(118)，所述冷凝腔室(104)在它的转动过程中循环压缩和膨胀所述气袋(113)。

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