CN102730778A - 螺旋式多效蒸馏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供一种低成本、结构简洁、生产与维护方便、能制作蒸馏水的螺旋式多效蒸馏系统。其技术手段为：包括一蒸馏系统，其是由蒸馏、供热及补水装置组成；蒸馏装置是由一薄片状的螺旋蒸馏片，而其一面为冷凝面，另面为蒸发面、并紧贴有一螺旋蒸发片；螺旋蒸馏片为从供热装置处，以冷凝面、蒸发面的顺序，以一间隔往远离供热装置的方向、而螺旋排列设置，且螺旋蒸馏片间的顶端和底端、分别设有一支撑结构，并形成一螺旋集水沟；而供热装置，为呈圆柱状设置，具有一供热面；另补水装置，具有水槽及补水体，且补水体一端浸泡于水槽内的水中，并另一端与螺旋蒸发片顶端连接，能将水由水槽处、引入螺旋蒸发片中。
Description
技术领域
本发明是涉及一种螺旋式多效蒸馏系统，能利用热能[如：太阳能]，使水[水、污水、欲净化的水]蒸发为水蒸气，再将水蒸气冷凝还原成干净的蒸馏水，是属于净水设备、海水淡化、废水回收、太阳能应用等的专业领域。
背景技术
扩散式多效蒸馏系统为一高效率的热驱动式蒸馏水制作系统，是由Cooper与Appleyard，于公元1967年所提出[P.I.Cooper and J.A.Appleyard.Sun atWork 12(1967)，P.4]。
如图1所示为传统扩散式多效蒸馏系统的原理示意图。其中，传统扩散式多效蒸馏系统，其主要包含：一传统供热装置、一传统补水装置、及数片层迭的传统蒸馏片。
当中最重要结构为传统蒸馏片，传统蒸馏片为薄片状，其中一面为平滑表面，是作为传统冷凝面，好让水蒸气可以在此凝结，传统冷凝面下侧设有传统集水沟，可收集由前述传统冷凝面上，水蒸气所凝结而滴落的蒸馏水；
而另一面紧贴一层作为传统蒸发片的毛细材料，传统补水装置供应待蒸馏的水，由传统蒸发片吸收后，在此吸热蒸发；
传统蒸馏片的层迭方式，为以一传统冷凝面面对另一传统蒸馏片的传统蒸发片的方式层迭，且边线对齐、近距间隔平行排列；
一侧最靠外的传统冷凝面，紧靠传统供热装置，传统供热装置为利用外来热源[如：太阳能、水蒸气]的热能，加热邻近的传统蒸馏片，故此传统蒸馏片的温度为最高，吸附于传统蒸发片上的水，吸收热能、蒸发为水蒸气，水蒸气扩散至对面传统蒸馏片的传统冷凝面上，凝结成蒸馏水；
在此同时，前述凝结过程中所放出的潜热[Latent Heat]，成为这片传统蒸馏片的热源，传导至另一邻近的传统蒸发片上，使其所含的水蒸发，如此重复蒸馏过程，直至最后一片传统蒸馏片，再将热量排出系统，故最后一片传统蒸馏片处，温度为最低。
发明内容
一、本发明所欲解决的问题：
传统扩散式多效蒸馏系统中，蒸馏片应用了毛细材料，作为蒸发片来使用，以达到吸附水、并让水蒸发、最后获得蒸馏水的效果，但是受到毛细材料的影响，整个系统经过一段时日的运作后，毛细材必因水中杂质的污染，而渐渐失去作用，必须要更换蒸馏片，才能继续的运作。
但是，因为传统扩散式多效蒸馏系统，各个部件紧密配合，结构过于复杂紧凑，造成组件损耗后拆换不易，而且蒸馏片为了要维持一定曲度的圆弧面，单片面积不能太大，故大型化尺时有限，并且需要绝热部位较多，机体许多体积被保温材料占据，故[产量/体积比]较小，形成此传统扩散式多效蒸馏系统，制作成本和维护成本偏高，无法普及的原因。
有鉴于此，如何让此种效率优良的扩散式多效蒸馏系统，得以实用化，降低制作成本和维护成本，以使其普及化，便成为本发明欲改进的目的。
二、本发明的技术手段：
本发明目的在于提供一种低成本、结构简洁、生产与维护方便、能制作蒸馏水的螺旋式多效蒸馏系统。
为解决前述问题及达到本发明的目的，本发明技术手段，是这样实现的：
为一种螺旋式多效蒸馏系统，其包括：
一蒸馏系统，该蒸馏系统是由一蒸馏装置、一设于该蒸馏装置中心处的供热装置、以及一设于该蒸馏装置顶端处的补水装置所组成；
所述蒸馏装置是由一片螺旋蒸馏片所组成；
该螺旋蒸馏片为呈薄片状，其一面为供水蒸气凝结用的冷凝面，且另一面为作为蒸发用的蒸发面；
该蒸发面紧贴有一片以毛细材料所制而成、作为蒸发用的螺旋蒸发片，并且来自补水装置之待蒸馏的水，能被吸附于该螺旋蒸发片上；
该螺旋蒸馏片为从供热装置处，以冷凝面、蒸发面的顺序，以一间隔往远离供热装置的方向、而螺旋排列设置，且螺旋蒸馏片的顶端与底端为呈封闭状，以防止水蒸气外泄；
在冷凝面下方，有一供收集由冷凝面滴落之蒸馏水用的螺旋集水沟；
藉由供热装置提供热能，让热能由螺旋蒸馏片之最内侧圈处的冷凝面处，往外传导至此冷凝面相对的蒸发面处，再传导至与此蒸发面紧贴的螺旋蒸发片上，让此处螺旋蒸发片所吸附的水，受热能蒸发为水蒸气，而此水蒸气扩散至位于下一圈处的冷凝面上时、会凝结成蒸馏水，此时，水蒸气凝结为蒸馏水的过程中、所放出的潜热，会往外传导至此冷凝面相对的蒸发面处，再传导至与此蒸发面紧贴的螺旋蒸发片上，又使此处螺旋蒸发片所吸附的水，蒸发为水蒸气，同样，水蒸气会扩散至位于下一圈处的冷凝面上、以凝结成蒸馏水，如此重复蒸馏过程、直至蒸馏系统之螺旋蒸馏片的最外侧圈、最远离供热装置处，以将热量排出至蒸馏系统外。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述供热装置，为呈柱状设置，具有一供热面，该供热面的表面，与相邻螺旋蒸馏片的冷凝面间，更覆盖设有一环状蒸发片，补水装置同时对此环状蒸发片由上方补水，该供热面能将进入供热装置的外来任一型式的能量，转换成为热能后、经由供热面传导至环状蒸发片，使环状蒸发片上的水蒸发，水蒸汽扩散凝结于螺旋蒸馏片之最内侧圈处的冷凝面上；
而所述环状蒸发片，其是为下列之一：单独设置的型式、和螺旋蒸发片为一体设置的型式。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述供热装置，是为一流体容器，且流体容器与供热面、具有良好的热接触、或是同为一体；
而所述流体容器，设有一能供导引任一型式之流体状热媒、流至供热面背面、使热媒所含之热能、能传导至供热面、以被蒸馏装置带走用的输入管；以及
一能导引前述被取热后之热媒离开的输出管。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述供热装置的供热面，更设有一电热装置，该电热装置将电能转换为热能，以透过供热面传送至蒸馏装置。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述供热装置，是由一设于该蒸馏装置中心处、并将蒸馏装置封闭的定位塞体；以及
一能将蒸汽输入蒸馏装置内的蒸汽输入管所组成。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述补水装置，具有至少一个装盛有待蒸馏之水的水槽、及至少一个以毛细材料所制成的补水体，且该补水体的一端、浸泡于水槽内的水中，并另一端与螺旋蒸发片顶端连接，能将水由水槽处、引入螺旋蒸发片中；
而所述补水体，其是为下列之一：可单独拆换的型式、和螺旋蒸发片为一体设置的型式。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述螺旋蒸馏片，其每一圈之两侧边缘间，为呈下列之一的状态：由内侧至外侧而缓缓变低、由内侧至外侧而皆等高、由内侧至外侧而缓缓变高。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述蒸馏系统中，更包括一能将蒸馏水所含之余热，用以预热待蒸馏之水的热回收装置；
所述热回收装置，是包括一第一回热管；
又所述第一回热管的中间段，为设置于螺旋集水沟内、或与螺旋集水沟内之蒸馏水具有良好的热接触，而第一回热管的两端分别为待蒸馏之水之输入端和输出端；
由输入端进入第一回热管的待蒸馏之水，在经过中间段吸收螺旋集水沟内蒸馏水内多余之热能后，再由输出端离开传送至补水装置。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述蒸馏系统中，更包括一能将蒸馏系统所产生之废水，其内所含之余热，用以预热待蒸馏之水的热回收装置；
所述热回收装置，是包括一第二回热管；
又所述第二回热管的中间段，为设置于螺旋蒸发片下端、并与由螺旋蒸发片排出之废水具有良好的热接触，而第二回热管的两端，分别为待蒸馏之水之输入端和输出端；
由输入端进入第二回热管的待蒸馏之水，在经过中间段吸收由螺旋蒸发片排出之废水之多余之热能后，再由输出端离开传送至补水装置。
根据上述的螺旋式多效蒸馏系统，所述蒸馏系统中，更包括一平行于螺旋蒸馏片之轴心、垂直设置于螺旋蒸馏片内、能将螺旋蒸馏片处之各间隔分隔、以形成数个区域的分隔条。
三、对照先前技术之功效：
1.为了让此项效率优良的螺旋式多效蒸馏系统，得以实用化，本发明提出将螺旋式多效蒸馏系统模块化设计之概念；将蒸馏系统分为三个部件，分别为：蒸馏装置、供热装置、补水装置；蒸馏装置包含一片螺旋蒸馏片，以将来自补水装置之水，加上来自供热装置的热能，将水蒸发成水蒸气，再将水蒸气冷凝还原成蒸馏水；供热装置为透过获取外来热量的方式，以提供给蒸馏装置制作蒸馏水时，作为水分蒸发之用的热能来源；补水装置为透过获取外来水的方式，以将待蒸馏之水，输送至蒸馏装置处；各个部件均为各自独立的系统，可分别拆换维修，且部件中所有的毛细组件，均采用可单独拆换的型式；此模块化之设计将使系统在组装上更为简便，且组件损耗后拆换简单，可降低系统维护成本；尤其系统中的毛细组件都是属于快速折损之耗材，若为可轻易单独拆换之设计，毛细组件即可拆下清洗后重复使用，此将大幅提高系统之使用寿命和降低维护成本，系统之实用性将大增。
2.比起传统扩散式多效蒸馏系统的设计，需保温的少得多，整个蒸馏系统几乎所有体积，都作为蒸馏用，其他无关组件所占的体积很少，蒸馏系统外部面积，几乎都作为散热用，散热面积大增，透过螺旋蒸馏片的使用，越外层面积越大，可提高较外层的热傅量，故加入热回收装置后，不只效率提升，产量也会增加，传统扩散式多效蒸馏系统若加入热回收装置，虽可提升效率，但会使总产量降低，而且相较于传统扩散式多效蒸馏系统，螺旋蒸馏片的厚度可以更薄，而不易变型，可大大提升热导率。
3.本发明中，由于螺旋蒸馏片的形状，使得蒸馏片的曲度较大而的拥有较强的结构，故本发明相较于传统扩散式多效蒸馏系统，具有易大型化的优势，只需加大直径和长度。
4.本发明中，螺旋蒸馏片间的间隔，为一由内到外相连通的空间，当供热装置输入过多的热量时，而发生入热超载时，蒸汽可直接往散热面积较大的螺旋蒸馏片之外侧圈处扩散凝结，不像传统扩散式多效蒸馏系统，会溢出蒸馏片造成浪费。
5.本发明中，透过螺旋蒸馏片的使用，为一整片从内到外相连接的单一材料，补水的均匀度佳，不像传统扩散式多效蒸馏系统，有难以均匀补水的问题。
6.本发明中，透过螺旋蒸馏片的使用，让供热装置能以圆柱状为外型，易于制作为耐压的封闭结构，热源的利用将更有效率。
7.蒸馏系统的最大应用，如：海水淡化，因海水含有大量杂质溶解其中，为了防止杂质结晶于毛细材料上、使效能降低，必须不断加入新海水，并将浓缩之废水排除，但所排除之废水含有大量余热，将之直接排除相当可惜；另一方面，本发明蒸馏系统所产生之蒸馏水，亦含有大量余热，若无热水需求，而将之冷却散热、亦是浪费此部份热量；利用热回收装置，可将系统中多余的热能，透过热交换的方式，用以预热待蒸馏的水，或是用来预热热媒，以提升运作效率。
8.本发明中，透过螺旋蒸馏片的使用，仅需将一整条回热管设置于集水沟内，透过管内流体与集水沟内的蒸馏水作热交换，即可作为回收蒸馏水余热之功能；另仅需将一整条回热管设置于蒸发片下方，透过管内流体与由蒸发片排出的废水作热交换，即可作为回收废水余热之功能；故本发明之热回收装置的设置，将变得更为简单，且效率更高。
9.水在螺旋蒸发片上流动时，其流速必须适中，若流量过小、则水内杂质会结晶于毛细材料上，若过大则会将过多热能带走而减低效率；螺旋蒸发片上的水蒸发量，是随着热源热量的变动而作变化，通常我们使用的热源[例如：太阳能]都不是稳定的热源，同时在不稳定的外部条件下，和系统处于不同的运作状况，使得螺旋蒸发片各个部份的蒸发量差，没有一定的规律；如何设定自动调节和分配补水量，使螺旋蒸发片各个部份上的流量都为适中，成为困难的关键技术；一般是将毛细材料一端泡入水中，另一端垂出桶外，则桶内的水就会因毛细力和重力的作用，沿着毛细材料慢慢源源不断从另一端流出桶外，水的流量与材料的毛细力、截面积、水平面与毛细材出水端的位差、毛细材的含水量成正比，而与水平面和转析点最高处的距离呈反比；利用这项原理，为蒸馏片补水是已知最简便有效的方式；传统做法是将蒸馏片上的毛细材料，伸长到水槽内直接泡入水中；因各蒸发片与水槽的距离并不相等，且需各别排列整齐，在组装时较为不便；另一方面，不溶于水的悬浮杂质会卡在毛细材的开头处，而使得整片毛细材提早失效，更换整片材料既麻烦又浪费；本发明提出将补水用的毛细材，和蒸馏片上的毛细材分开的概念；在螺旋蒸发片上面铺设毛细材，作为水分配器，其底面与螺旋蒸发片顶面相接触；另有一为毛细材、一端泡入水槽内之水中、另一端与水分配器顶面接触，是作为补水体；水分配器和补水体可为一整体，亦可分开设置；水由补水体的入水端向下和两边渗透至整体，螺旋蒸发片从水分配器底部吸水；补水体在选定了合适的毛细材与截面积后，即可以控制水槽内水位高低的手段来控制给水流量；毛细材可将水中不溶于水的悬浮杂质拦截，故补水体可兼有第一道过滤功能，水分配器可兼有第二道过滤功能，在水进入螺旋蒸发片前经过初步过滤，可增长蒸发片的寿命，补水体和水分配器若太脏，只要取出清洗或更换即可，而不必像传统需将整组螺旋蒸发片拆解。
10.相较于供热装置，蒸馏装置是属较易耗损的部件，传统供热装置与传统蒸馏装置，设计上为一整体，传统扩散式多效蒸馏系统在维护上较为不便；虽然理论上可以使用各种不同型式热源，但传统的一体式设计，需与整个系统配合，故多是以最方便设计的太阳直接或间接照射的方式，来加热供热装置，其他的取热方式则较少见，故蒸馏器的使用范围受到限制；故本发明提供将供热装置与蒸馏装置分开而独立为单一系统之概念；如此供热装置就可以独立设计制作，同一套蒸馏装置还可搭配不同的热媒，应用方式就可有更多变化。
附图说明
图1：为传统扩散式多效蒸馏系统的原理示意图。
图2：本发明的立体示意图。
图3：本发明的立体分解示意图。
图4：本发明的横剖面示意图。
图5：本发明的横剖面实施示意图。
图6：本发明的纵剖面示意图。
图7：本发明的纵剖面实施示意图。
图8：本发明热能幅射时的横剖面示意图。
图9：本发明实际应用时的立体装置示意图。
图10：为图9的立体分解示意图。
图11：本发明实际应用例的剖面实施示意图。
图12：本发明应用另种支撑结构时的横剖面示意图。
图13：本发明另种实施型态的横剖面示意图。
图14：本发明另种实施型态的横剖面示意图。
图15：本发明另种应用供热装置时的横剖面示意图。
图16：本发明设有间隔条时的立体分解示意图。
图17：本发明设有间隔条时的纵剖面实施示意图。
图18：本发明设有间隔条、并为十字型态排列时的纵剖面实施示意图。
图19：本发明设有间隔条、并为弧线型态排列时的纵剖面实施示意图。
图20：本发明设有间隔条、并为涡旋型态排列时的纵剖面实施示意图。
图21：本发明供热面设有电热装置时的横剖面示意图。
附图标识说明：
1 蒸馏装置 11 螺旋蒸馏片
12 冷凝面 13 蒸发面
131 螺旋蒸发片 14 支撑结构
15 螺旋集水沟 2 供热装置
21 供热面 22 环状蒸发片
23 流体容器 24 输入管
25 输出管 26 定位塞体
27 蒸汽输入管 28 电热装置
3 补水装置 31 水槽
32 补水体 33 水分配器
4 热回收装置 41 第一回热管
42 第二回热管 43 第三回热管
44 滞液器 5 外壳体
51 壳体集水道 6 回收装置
7 引水条 8 水引出装置
9 分隔条 100 蒸馏系统
W 水 HW 水蒸气
DW 蒸馏水 SW 废水
P 热能 M 间隔
S 区域 HC 热媒
A 传统供热装置 B 传统补水装置
C 传统蒸馏片 C1 传统冷凝面
C2 传统蒸发面 D 传统集水沟
具体实施方式
以下依据图面所示的实施例详细说明如后：
如图2所示为本发明的立体示意图，如图3所示为本发明的立体分解示意图，如图4所示为本发明的横剖面示意图，如图6所示为本发明的纵剖面示意图，如图9所示为本发明实际应用时的立体装置示意图，如图10所示为为图9的立体分解示意图，如图12所示为本发明应用另种支撑结构时的横剖面示意图，如图13所示为本发明另种实施型态的横剖面示意图，如图15所示为本发明另种应用供热装置时的横剖面示意图，如图14所示为本发明另种实施型态的横剖面示意图，如图21所示为本发明供热面设有电热装置时的横剖面示意图。
图式中揭示出一种螺旋式多效蒸馏系统，其包括：
一蒸馏系统100，该蒸馏系统100是由一蒸馏装置1、一设于该蒸馏装置1中心处的供热装置2、以及一设于该蒸馏装置1顶端处的补水装置3所组成；
所述蒸馏装置1是由一片螺旋蒸馏片11所组成；
该螺旋蒸馏片11为呈薄片状，其一面为供水蒸气HW凝结用的冷凝面12，且另一面为作为蒸发用的蒸发面13；
该蒸发面13紧贴有一片以毛细材料所制而成、作为蒸发用的螺旋蒸发片131，并且来自补水装置3之待蒸馏的水W，能被吸附于该螺旋蒸发片131上；
该螺旋蒸馏片11为从供热装置2处，以冷凝面12、蒸发面13的顺序，以一间隔M往远离供热装置2的方向、而螺旋排列设置，且螺旋蒸馏片11的顶端与底端为呈封闭状，以防止水蒸气HW外泄；
在冷凝面12下方，有一供收集由冷凝面12滴落之蒸馏水DW用的螺旋集水沟15；
藉由供热装置2提供热能P，让热能P由螺旋蒸馏片11之最内侧圈处的冷凝面12处，往外传导至此冷凝面12相对的蒸发面13处，再传导至与此蒸发面13紧贴的螺旋蒸发片131上，让此处螺旋蒸发片131所吸附的水W，受热能P蒸发为水蒸气HW，而此水蒸气HW扩散至位于下一圈处的冷凝面12上时、会凝结成蒸馏水DW，此时，水蒸气HW凝结为蒸馏水DW的过程中、所放出的潜热，会往外传导至此冷凝面12相对的蒸发面13处，再传导至与此蒸发面13紧贴的螺旋蒸发片131上，又使此处螺旋蒸发片131所吸附的水W，蒸发为水蒸气HW，同样，水蒸气HW会扩散至位于下一圈处的冷凝面12上、以凝结成蒸馏水DW，如此重复蒸馏过程、直至蒸馏系统100之螺旋蒸馏片11的最外侧圈、最远离供热装置2处，以将热量排出至蒸馏系统100外。
其中，将蒸馏系统100分为三个部件，分别为：蒸馏装置1、供热装置2、补水装置3，此模块化之设计将使系统在组装上更为简便，且组件损耗后拆换简单，可降低系统维护成本，尤其系统中的毛细组件，都是属于快速折损之耗材，若为可轻易单独拆换之设计，毛细组件即可拆下清洗后重复使用，此将大幅提高系统之使用寿命和降低维护成本，系统之实用性将大增。
其次，本发明蒸馏系统100几乎所有体积，都作为蒸馏用，其他无关组件所占的体积很少，蒸馏系统100外部面积，几乎都作为散热用，散热面积大增，透过螺旋蒸馏片11的使用，越外层面积越大，可提高较外层的热傅量，而且相较于传统扩散式多效蒸馏系统，螺旋蒸馏片11的厚度可以更薄，而不易变型，可大大提升热导率。
再者，螺旋蒸馏片11间的间隔M，为一由内到外相连通的空间，当供热装置2输入过多的热量时，而发生入热超载时，蒸汽可直接往散热面积较大的螺旋蒸馏片11之外侧圈处扩散凝结，不像传统扩散式多效蒸馏系统，会溢出蒸馏片造成浪费。
另外，透过螺旋蒸馏片11的使用，为一整片从内到外相连接的单一材料，补水的均匀度佳，不像传统扩散式多效蒸馏系统，有难以均匀补水的问题，更让供热装置2能以圆柱状为外型，易于制作为耐压的封闭结构，热源的利用将更有效率。
另一方面，无传统扩散式多效蒸馏系统的集水问题，利用毛细原理，将蒸馏水排出，透过螺旋蒸馏片11的设置，形成一绝对不外漏的螺旋集水沟15，不但能节省持成本，亦能拥有较强的结构，更在制作上也不必要求较高的精度，故不再有水满出或溅出的困扰，更可提高蒸馏水DW的产量和纯度。
上述中，所述供热装置2，为呈柱状设置，具有一供热面21，该供热面21的表面，与相邻螺旋蒸馏片11的冷凝面12间，更覆盖设有一环状蒸发片22，补水装置同时对此环状蒸发片22由上方补水，该供热面21能将进入供热装置2的外来任一型式的能量，转换成为热能后、经由供热面21传导至环状蒸发片22，使环状蒸发片22上的水蒸发，水蒸汽扩散凝结于螺旋蒸馏片11之最内侧圈处的冷凝面12上；
而所述环状蒸发片22，其是为下列之一：单独设置的型式、和螺旋蒸发片131为一体设置的型式。
其中，以此种供热装置2的设置，让热能P能顺利的由供热面21处，传递至蒸馏装置1上。
其次，进入供热装置2的外来任一型式的能量，以蒸气、太阳能、电能等为主，以方便使用。
再者，透过此环状蒸发片22的设置，让热能P能顺利的传出，产生第一次蒸发效果，以于相对冷凝面12上，蒸馏出蒸馏水DW，并同时避免对冷凝面12产生高温灼伤的伤害，更能进一步延长供热装置2的使用寿命。
上述中，所述供热装置2，是为一流体容器23，且流体容器23与供热面21、具有良好的热接触、或是同为一体；
而所述流体容器23，设有一能供导引任一型式之流体状热媒HC、流至供热面21背面、使热媒HC所含之热能P、能传导至供热面21、以被蒸馏装置1带走用的输入管24；以及
一能导引前述被取热后之热媒HC离开的输出管25。
其中，透过此种供热装置2，降低使用上的困扰，并能以较低的成本，让热能P能顺利的由供热面21处，传递至蒸馏装置1之处，而且更能使用不同的热媒HC，以配合不同的机具[如太阳能加热机、蒸汽加热机、液体加热机等]来使用，能增加本发明的泛用性，让各种厂商都能使用。
上述中，所述供热装置2的供热面21，更设有一电热装置28，该电热装置28将电能转换为热能，以透过供热面21传送至蒸馏装置1。
其中，透过此种设置，能让本发明便于应用，降低应用上的难度。
上述中，所述供热装置2，是由一设于该蒸馏装置1中心处、并将蒸馏装置1封闭的定位塞体26；以及
一能将蒸汽输入蒸馏装置1内的蒸汽输入管27所组成。
其中，透过此种供热装置2的应用，能降低成本，提高本发明的运作效果，而且当蒸汽碰到最近的冷凝面12后，还能产生蒸馏水DW，达成一双重蒸馏的效果，形成一额外的补水效果。
上述中，所述补水装置3，具有至少一个装盛有待蒸馏之水W的水槽31、及至少一个以毛细材料所制成的补水体32，且该补水体32的一端、浸泡于水槽31内的水W中，并另一端与螺旋蒸发片131顶端连接，能将水W由水槽31处、引入螺旋蒸发片131中；
而所述补水体32，其是为下列之一：可单独拆换的型式、和螺旋蒸发片131为一体设置的型式。
其中，透过此种补水体32的设置，能在选定了合适的毛细材与截面积后，即可以控制水槽31内水位高低的手段来控制给水流量，并可将水中不溶于水的悬浮杂质拦截，兼有第一道过滤功能。
上述中，所述螺旋蒸馏片11，其每一圈之两侧边缘间，为呈下列之一的状态：由内侧至外侧而缓缓变低、由内侧至外侧而皆等高、由内侧至外侧而缓缓变高。
其次，透过不同的螺旋蒸馏片11设置方式，能应对于不同的应对压力、温度等级，以符合各种厂商的需要，更让本发明能应对不同的厂商需求。
上述中，所述蒸馏系统100中，更包括一能将蒸馏水所含之余热，用以预热待蒸馏之水W的热回收装置4；
所述热回收装置4，是包括一第一回热管41；
又所述第一回热管41的中间段，为设置于螺旋集水沟15内、或与螺旋集水沟15内之蒸馏水DW具有良好的热接触，而第一回热管41的两端分别为待蒸馏之水W之输入端和输出端；
由输入端进入第一回热管41的待蒸馏之水W，在经过中间段吸收螺旋集水沟15内蒸馏水DW内多余之热能P后，再由输出端离开传送至补水装置3。
又上述中，所述蒸馏系统100中，更包括一能将蒸馏系统100所产生之废水SW，其内所含之余热，用以预热待蒸馏之水W的热回收装置4；
所述热回收装置4，是包括一第二回热管42；
又所述第二回热管42的中间段，为设置于螺旋蒸发片131下端、并与由螺旋蒸发片131排出之废水SW具有良好的热接触，而第二回热管42的两端，分别为待蒸馏之水W之输入端和输出端；
由输入端进入第二回热管42的待蒸馏之水W，在经过中间段吸收由螺旋蒸发片131排出之废水SW之多余之热能P后，再由输出端离开传送至补水装置3。
其中，透过此种第一、第二热管41、42的设置方式，将本发明蒸馏系统100中，各处所包含之多余的热能P，以完整的回收于本发明蒸馏系统100中，以提升整体的运作效率。
另外，受到本发明特性的影响，加入热回收装置4后，不只效率提升，产量也会增加，无传统扩散式多效蒸馏系统加入热回收装置4，虽可提升效率，但会有使总产量降低的问题产生，本发明蒸馏系统100的结构，更能展现出扩散式多效蒸馏系统的作用。
另一方面，本发明加入热回收装置4时，较传统扩散式多效蒸馏系统简单，且效率更高，而配合上螺旋蒸馏片11的使用，相较于传统扩散式多效蒸馏系统，具有之单片面积不能太大的问题，只需加大直径和长度，本发明蒸馏系统100非常容易就做到大型化的效果，小型化亦然。
上述中，所述螺旋蒸馏片11，其顶端与底端的封闭处，其端断面为呈U形、以供形成一螺旋集水沟15用。
其中，透过此种应用方式，能降低成本，并让整体的强度强化，减少装置的成本，在不影响装置运作的前提下，让本发明能大量、快速生产。
上述中，所述蒸馏系统100中，更包括一设于外壳体5底端处、能供回收蒸馏装置1所产生之废水SW用的回收装置6；
另所述间隔M处，更设有一位于螺旋蒸馏片11之顶端与底端处、以供形成一螺旋集水沟15用的支撑结构14；
再所述支撑结构14，其位于螺旋蒸馏片11之底端处时、其端断面为呈L形，而其位于螺旋蒸馏片11之顶端处时、其端断面为呈方形。
其中，受到本发明特性的影响，螺旋蒸馏片11的最外层，是螺旋蒸发片131，故螺旋蒸发片131会接触到外界，因此需要一外壳体5，以保护蒸馏装置1，避免污染到蒸馏水DW，以维持蒸馏装置1的运作。
其次，受到本发明螺旋构造的影响，不是所有的水W都能蒸馏为蒸馏水DW，还有会有废水SW[如未蒸发的水、含有杂质的水等]产生，故需要一回收装置6，以回收废水SW，避免造成环境污染的问题。
再者，本发明蒸馏系统100的最大应用，如：海水淡化，因海水含有大量杂质溶解其中，为了防止杂质结晶于毛细材料上、使效能降低，必须不断加入新海水，并将浓缩之废水排除，但所排除之废水含有大量余热，将之直接排除相当可惜，而本发明蒸馏系统100所产生蒸馏水DW时，亦含有大量余热，若无热水需求，而将之冷却散热、亦是浪费此部份热量；利用热回收装置4，可将系统中多余的热能P，透过热交换的方式，用以预热待蒸馏的水W，或是用来预热热媒HC，以提升运作效率。
上述中，所述第一回热管41，其位于螺旋集水沟15之中间段处，更包覆有一材质为毛细材料、能吸收蒸馏水DW内多余之热能P用、并与其内第一回热管41做热交换、以供回收热能P用的滞液器44。
又上述中，热回收装置4，更包括一中间段设置于回收装置6内、以供吸收废水SW内多余之热能P用的第三回热管43，而该第三回热管43的两端，分别凸出于回收装置6的两侧端外，以供输出/输入热媒HC用。
再上述中，所述第三回热管43，其位于回收装置6之中间段处，亦更包覆有一材质为毛细材料、能吸收废水SW内多余之热能P用、并与其内第三回热管43做热交换、以供回收热能P用的滞液器44。
另上述中，所述第一回热管41处的滞液器44，其位于螺旋集水沟15最外侧圈处的一端，并更设有一引水条7，该引水条7的材质为毛细材料，以将进入螺旋集水沟15内的蒸馏水DW排出；
而所述引水条7处，更设有一对应于该引水条7、能将蒸馏水DW引出于外的水引出装置8。
其中，第一回热管41位于螺旋集水沟15处的滞液器44，除了用于热回收之用外，因为位于螺旋集水沟15出口端处的滞液器44一端，更与引水条7连接，所以待滞液器44饱和后，更能藉由滞液器44和引水条7的毛细力，将蒸馏水DW带出，能避免产生水满出或溅出的困扰，一举两得。
其次，因为废水SW内，必定含有多余的热能P，为了避免浪费，更能透过第三回热管43与滞液器44，将回收装置6中废水SW的多余之热能P回收，降低整体能源的耗损。
再者，透过水引出装置8的应用，能直接将蒸馏水DW引出，以供使用，能降低蒸馏水DW被废水SW污染的可能。
另外，被水引出装置8引出的蒸馏水DW，受到本发明螺旋构造的影响，多余的热能P不多，回收价值不大，但欲再进一步提升效率，依旧能于此处，增设回热管[图中未揭示]，以回收此处多余的热能P。
另一方面，被回收的热能，亦能应用于加热水W及/或是热媒HC，以提高本发明的能源应用效率。
上述中，所述补水体32，其为可单独拆换的型式时，与螺旋蒸发片131间，更设置有一以毛细材料所制成的水分配器33。
其中，透过水分配器33的增设，可兼有第二道过滤功能，在水进入螺旋蒸发片131前经过初步过滤，可增长螺旋蒸发片131的使用寿命。
另一方面，如果补水体32和水分配器33若太脏，只要取出清洗或更换即可，而不必像传统一般，需将整组螺旋蒸发片131拆解。
如图16所示为本发明设有间隔条时的立体分解示意图，如图17所示为本发明设有间隔条时的纵剖面实施示意图，如图18所示为本发明设有间隔条、并为十字型态排列时的纵剖面实施示意图，如图19所示为本发明设有间隔条、并为弧线型态排列时的纵剖面实施示意图，如图20所示为本发明设有间隔条、并为涡旋型态排列时的纵剖面实施示意图。
图中揭示出，上述中，所述蒸馏系统100中，更包括一平行于螺旋蒸馏片11之轴心、垂直设置于螺旋蒸馏片11内、能将螺旋蒸馏片11处之各间隔M分隔、以形成数个区域S的分隔条9。
其中，透过分隔条9的应用，将各间隔M分隔、以形成数个区域S，提高整体的效率。
其次，透过区域S的设置，能降低热散逸的机率，让热量的路径，能更接近直线辐射，以提升热效率。
上述中，所述螺旋蒸馏片11，是为下列之一：可挠性金属板片、非可挠性金属板片、可挠性高分子聚合物板片、非可挠性高分子聚合物板片。
其中，使用不同种类的螺旋蒸馏片11，形成不同的应对压力、温度等级，以符合各种厂商的需要，让本发明的整体成本，能应对于不同的厂商需求。
上述中，所述支撑结构14，更能呈下列之一的状态：一字形支撑条、梯形支撑条。
其中，透过不同的支撑结构14，以配合螺旋蒸馏片11，形成具有高低差或无高低差的螺旋集水沟15，以适用于不同的蒸馏装置1，让本发明的应用范围更加的广泛，能符合各厂商的需求。
如图5所示为本发明的横剖面实施示意图，如图7所示为本发明的纵剖面实施示意图，如图8所示为本发明热能幅射时的横剖面示意图，如图11所示为本发明实际应用例的剖面实施示意图。
图式中揭示出，当供热装置2输入热媒HC后，热媒HC的热能P，为由螺旋蒸馏片11的内侧圈处，以冷凝面12、蒸发面13、间隔M的顺序，往螺旋蒸馏片11的外侧圈处、呈辐射状传导。
当热能P由螺旋蒸馏片11之最内侧圈处的冷凝面12处时，首先回往外传导至此冷凝面12相对的蒸发面13处，再传导至与此蒸发面13紧贴的螺旋蒸发片131上，让此处螺旋蒸发片131所吸附的水W，受热能P蒸发为水蒸气HW，而此水蒸气HW扩散至位于下一圈处的冷凝面12上时、会凝结成蒸馏水DW。
此时，水蒸气HW凝结为蒸馏水DW的过程中、所放出的潜热[Latentheat]，会往外传导至此冷凝面12相对的蒸发面13处，再传导至与此蒸发面13紧贴的螺旋蒸发片131上，又使此处螺旋蒸发片131所吸附的水W，蒸发为水蒸气HW。
同样，水蒸气HW会扩散至位于下一圈处的冷凝面12上、以凝结成蒸馏水DW，如此重复蒸馏过程、直至蒸馏系统100之螺旋蒸馏片11的最外侧圈、最远离供热装置2处，以将热量排出至蒸馏系统100外，同时螺旋蒸发片131亦会将废水SW排出于外。
其中，蒸馏水DW会藉由引水条7与水引出装置8的配合来排出，而废水SW会透过回收装置6来排出。
其次，最外层的螺旋蒸发片131，配合外壳体5所产生的蒸馏水DW，亦能透过壳体集水道51让配合水引出装置8，将蒸馏水DW引出。
由此能得知，透过本发明的构造，更模块化、实用化、合理化，相较于现今的传统扩散式多效蒸馏系统，能更具产业利用性、功效性与实用性。
以上，依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，由于符合新颖及进步性要件，遂爰依法提出发明专利申请；惟以上所述仅为本发明之较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，因此举凡与本发明意旨相符的修饰性变化，只要在均等范围内都应含属于本创作专利范围内。
Claims (10)
1.一种螺旋式多效蒸馏系统，其包括：
一蒸馏系统(100)，该蒸馏系统(100)是由一蒸馏装置(1)、一设于该蒸馏装置(1)中心处的供热装置(2)、以及一设于该蒸馏装置(1)顶端处的补水装置(3)所组成；
其特征在于：
所述蒸馏装置(1)是由一片螺旋蒸馏片(11)所组成；
该螺旋蒸馏片(11)为呈薄片状，其一面为供水蒸气(HW)凝结用的冷凝面(12)，且另一面为作为蒸发用的蒸发面(13)；
该蒸发面(13)紧贴有一片以毛细材料所制而成、作为蒸发用的螺旋蒸发片(131)，并且来自补水装置(3)之待蒸馏的水(W)，能被吸附于该螺旋蒸发片(131)上；
该螺旋蒸馏片(11)为从供热装置(2)处，以冷凝面(12)、蒸发面(13)的顺序，以一间隔(M)往远离供热装置(2)的方向、而螺旋排列设置，且螺旋蒸馏片(11)的顶端与底端为呈封闭状，以防止水蒸气(HW)外泄；
在冷凝面(12)下方，有一供收集由冷凝面(12)滴落之蒸馏水(DW)用的螺旋集水沟(15)；
藉由供热装置(2)提供热能(P)，让热能(P)由螺旋蒸馏片(11)之最内侧圈处的冷凝面(12)处，往外传导至此冷凝面(12)相对的蒸发面(13)处，再传导至与此蒸发面(13)紧贴的螺旋蒸发片(131)上，让此处螺旋蒸发片(131)所吸附的水(W)，受热能(P)蒸发为水蒸气(HW)，而此水蒸气(HW)扩散至位于下一圈处的冷凝面(12)上时、会凝结成蒸馏水(DW)，此时，水蒸气(HW)凝结为蒸馏水(DW)的过程中、所放出的潜热，会往外传导至此冷凝面(12)相对的蒸发面(13)处，再传导至与此蒸发面(13)紧贴的螺旋蒸发片(131)上，又使此处螺旋蒸发片(131)所吸附的水(W)，蒸发为水蒸气(HW)，同样，水蒸气(HW)会扩散至位于下一圈处的冷凝面(12)上、以凝结成蒸馏水(DW)，如此重复蒸馏过程、直至蒸馏系统(100)之螺旋蒸馏片(11)的最外侧圈、最远离供热装置(2)处，以将热量排出至蒸馏系统(100)外。
2.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述供热装置(2)，为呈柱状设置，具有一供热面(21)，该供热面(21)的表面，与相邻螺旋蒸馏片(11)的冷凝面(12)间，更覆盖设有一环状蒸发片(22)，补水装置同时对此环状蒸发片(22)由上方补水，该供热面(21)能将进入供热装置(2)的外来任一型式的能量，转换成为热能后、经由供热面(21)传导至环状蒸发片(22)，使环状蒸发片(22)上的水蒸发，水蒸汽扩散凝结于螺旋蒸馏片(11)之最内侧圈处的冷凝面(12)上；而所述环状蒸发片(22)，其是为下列之一：单独设置的型式、和螺旋蒸发片(131)为一体设置的型式。
3.如请求项2所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述供热装置(2)，是为一流体容器(23)，且流体容器(23)与供热面(21)、具有良好的热接触、或是同为一体；
而所述流体容器(23)，设有一能供导引任一型式之流体状热媒(HC)、流至供热面(21)背面、使热媒(HC)所含之热能(P)、能传导至供热面(21)、以被蒸馏装置(1)带走用的输入管(24)；以及
一能导引前述被取热后之热媒(HC)离开的输出管(25)。
4.如请求项2所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述供热装置(2)的供热面(21)，更设有一电热装置(28)，该电热装置(28)将电能转换为热能，以透过供热面(21)传送至蒸馏装置(1)。
5.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述供热装置(2)，是由一设于该蒸馏装置(1)中心处、并将蒸馏装置(1)封闭的定位塞体(26)；以及一能将蒸汽输入蒸馏装置(1)内的蒸汽输入管(27)所组成。
6.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述补水装置(3)，具有至少一个装盛有待蒸馏之水(W)的水槽(31)、及至少一个以毛细材料所制成的补水体(32)，且该补水体(32)的一端、浸泡于水槽(31)内的水(W)中，并另一端与螺旋蒸发片(131)顶端连接，能将水(W)由水槽(31)处、引入螺旋蒸发片(131)中；
而所述补水体(32)，其是为下列之一：可单独拆换的型式、和螺旋蒸发片(131)为一体设置的型式。
7.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述螺旋蒸馏片(11)，其每一圈之两侧边缘间，为呈下列之一的状态：由内侧至外侧而缓缓变低、由内侧至外侧而皆等高、由内侧至外侧而缓缓变高。
8.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述蒸馏系统(100)中，更包括一能将蒸馏水所含之余热，用以预热待蒸馏之水(W)的热回收装置(4)；所述热回收装置(4)，是包括一第一回热管(41)；
又所述第一回热管(41)的中间段，为设置于螺旋集水沟(15)内、或与螺旋集水沟(15)内之蒸馏水(DW)具有良好的热接触，而第一回热管(41)的两端分别为待蒸馏之水(W)之输入端和输出端；
由输入端进入第一回热管(41)的待蒸馏之水(W)，在经过中间段吸收螺旋集水沟(15)内蒸馏水(DW)内多余之热能(P)后，再由输出端离开传送至补水装置(3)。
9.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述蒸馏系统(100)中，更包括一能将蒸馏系统(100)所产生之废水(SW)，其内所含之余热，用以预热待蒸馏之水(W)的热回收装置(4)；
所述热回收装置(4)，是包括一第二回热管(42)；
又所述第二回热管(42)的中间段，为设置于螺旋蒸发片(131)下端、并与由螺旋蒸发片(131)排出之废水(SW)具有良好的热接触，而第二回热管(42)的两端，分别为待蒸馏之水(W)之输入端和输出端；
由输入端进入第二回热管(42)的待蒸馏之水(W)，在经过中间段吸收由螺旋蒸发片(131)排出之废水(SW)之多余之热能(P)后，再由输出端离开传送至补水装置(3)。
10.如请求项1所述的螺旋式多效蒸馏系统，其特征在于：所述蒸馏系统(100)中，更包括一平行于螺旋蒸馏片(11)之轴心、垂直设置于螺旋蒸馏片(11)内、能将螺旋蒸馏片(11)处之各间隔(M)分隔、以形成数个区域(S)的分隔条(9)。
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- 2011-10-14 CN CN201110312249.2A patent/CN102730778B/zh not_active Expired - Fee Related
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