CN103781523B - 水蒸汽蒸馏设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种流体蒸汽蒸馏系统。所述系统包括控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备，所述控制系统包括：排污控制器，用于控制排污阀；源流控制器，用于控制源流阀；和排污液位传感器，所述排污液位传感器与排污控制器和源流控制器通信，所述排污液位传感器将涉及所述排污液位的信号发送至所述排污控制器和所述源流控制器，指示所述排污液位，其中所述源流控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述源流阀，并且其中所述排污控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述排污阀，由此使用所述排污液位传感器信号作为输入，保持所述排污液位和所述源流液位。

Description

水蒸汽蒸馏设备和方法
技术领域
本发明涉及水蒸馏，更具体地涉及一种水蒸汽蒸馏设备、方法和系统。
背景技术
人类中相当大的一部分得不到可靠的清洁水源。例如，加拿大国际发展机构（Canadian International Development Agency）报告称：大约12亿人无法获得安全的饮用水。已公开的报告将每年数百万的、大多数为儿童的死亡归因于与水相关的疾病。很多水净化技术是熟知的，包括碳过滤器、氯化、巴斯德杀菌法和反渗透。这些技术中的很多技术明显受到水质变化的影响而且并未解决可能在发展中国家和任何其它地方中的供水源中发现的各种普通污染物，例如细菌、病毒、有机物、砷、铅、汞和杀虫剂的问题。这些系统中的一些要求供给消耗品，例如过滤器或化学品。而且，这些技术中的一些只能良好适用于要求重大基础设施和高度熟练的操作者的集中式的大型水系统。能够在较小的、分散规模上与水源无关地生产可靠的清洁水而不需要消耗品和经常维护是非常令人期望的，尤其是在发展中国家。
使用蒸汽压缩蒸馏来净化水是熟知的并且可以解决很多的这些问题。然而，使得在大多数发展中国家中建造集中式的大型水系统不可行的不良金融资源、有限的技术资产以及低的人口密度还限制了用于运行蒸汽压缩蒸馏系统的足够的、可负担起的并且可靠的电力的可获得性，并且妨碍了适当维护这种系统的能力。在这种情况中，提高了效率和生产能力同时还降低了系统运行所必需的电力预算和所需的系统维护量的一种改进的蒸汽压缩蒸馏系统和相关部件可以提供一种解决方案。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种流体蒸汽蒸馏系统。该系统包括控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备，该控制系统包括：排污控制器，用于控制排污阀；源流控制器，用于控制源流阀；和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。
本发明该方面的一些实施例包括下列一个或多个：其中控制系统还包括至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。同样地，其中该系统还包括：源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管。由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体。其中热交换器被布置在蒸发器冷凝器的壳体周围。其中热交换器还包括，其中外管是源流体流动路径，并且该至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。其中该至少三个内管被盘绕，以形成大致螺旋形。其中热交换器还包括两端，并且在每一端处都附接连接器，由此连接器形成至蒸发器冷凝器的连接。其中蒸发器冷凝器管还包括管内部的填充物。其中该填充物是杆。其中该蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室。其中该再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。其中控制系统包括至少两个处理器，马达控制引擎处理器和ARM处理器。其中流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定成品流体的导电性。
根据本发明的另一方面，公开了一种流体蒸汽蒸馏设备。该设备包括源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管，由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体；另外，控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备，该控制系统包括：排污控制器，用于控制排污阀；源流控制器，用于控制源流阀；和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。
本发明该方面的一些实施例包括下列一个或多个：至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。其中热交换器被布置在蒸发器冷凝器的壳体周围。其中热交换器还包括，其中外管是源流体流动路径，并且该至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。其中该至少三个内管被盘绕，以形成大致螺旋形。其中热交换器还包括两端，并且在每一端处都附接连接器，由此连接器形成至蒸发器冷凝器的连接。其中蒸发器冷凝器管还包括管内部的填充物。其中该填充物是杆。其中该蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室。其中该再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。其中控制系统包括至少两个处理器，马达控制引擎处理器和ARM处理器。其中流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定成品流体的导电性。
根据本发明的一方面，公开了一种流体蒸汽蒸馏设备。该设备包括：源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管，由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体；另外，控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备。
本发明的该方面的一些实施例包括下列一个或多个：其中，该控制系统包括排污控制器，用于控制排污阀，源流控制器，用于控制源流阀，和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，该排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。其中控制系统包括：至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。其中热交换器被布置在蒸发器冷凝器的壳体周围。其中热交换器还包括，其中外管是源流体流动路径，并且该至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。其中该至少三个内管被盘绕，以形成大致螺旋形。其中热交换器还包括两端，并且在每一端处都附接连接器，由此连接器形成至蒸发器冷凝器的连接。其中蒸发器冷凝器管还包括管内部的填充物。其中该填充物是杆。其中该蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室。其中该再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。其中控制系统包括至少两个处理器，马达控制引擎处理器和ARM处理器。其中流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定成品流体的导电性。
根据本发明的一方面，公开了一种水蒸汽蒸馏系统。该系统包括水蒸汽蒸馏设备，该设备包括：源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管，由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体；另外，控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备；以及，斯特林发动机，其电连接到水蒸汽蒸馏设备，其中该斯特林发动机至少部分地为水蒸汽蒸馏设备提供动力。
本发明的该方面的一些实施例包括下列一个或多个：其中，该控制系统包括排污控制器，用于控制排污阀，源流控制器，用于控制源流阀，和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，该排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。其中用于控制该设备的系统还包括：至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。其中该斯特林发动机包括至少一个摇杆驱动机构，其中该摇杆驱动机构包括：具有摇臂枢轴的摇杆（rocking beam）；至少一个气缸；至少一个活塞，该活塞容纳在各自的气缸内，由此，该活塞能够在各自的气缸内基本直线地往复；具有近端和远端的至少一个联接组件，通过端部枢轴，该近端连接到活塞，并且该远端连接到该摇杆，由此活塞的直线运动被转换成摇杆的旋转运动；容纳该摇杆并且容纳联接组件的第一部分的曲轴箱；通过连杆联接到该摇杆的曲轴，由此，该摇杆的旋转运动被传递给曲轴；容纳所述至少一个气缸、所述至少一个活塞以及所述联接组件的第二部分的工作空间；和用于将该工作空间从曲轴箱密封隔离的密封件。该系统实施例的一些实施例包括下列一个或多个：其中该密封件是滚动隔膜。其中该联接组件还包括活塞杆和联杆，活塞杆和联杆通过联接装置联接到一起。其中该系统还包括曲柄箱中的润滑流体泵。该系统的各种实施例可包括下列一个或多个：其中热交换器围绕蒸发器冷凝器的壳体设置。其中热交换器还包括其中外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。
根据本发明的另一方面，公开了一种水蒸汽蒸馏设备。该设备包括：排污控制器，用于控制排污阀；源流控制器，用于控制源流阀；和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，该排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。
本发明该方面的一些实施例包括下列一个或多个：其中该设备还包括至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。其中该设备还包括：源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管，由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体。其中热交换器被布置在蒸发器冷凝器的壳体周围。其中热交换器还包括，其中外管是源流体流动路径，并且该至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。其中该至少三个内管被盘绕，以形成大致螺旋形。其中热交换器还包括两端，并且在每一端处都附接连接器，由此连接器形成至蒸发器冷凝器的连接。其中蒸发器冷凝器管还包括管内部的填充物。其中该填充物是杆。其中该蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室。其中该再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。其中控制系统包括至少两个处理器，马达控制引擎处理器和ARM处理器。其中流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定成品流体的导电性。
根据本发明的另一方面，公开了一种水蒸汽蒸馏设备。该设备包括控制系统，以控制该水蒸汽蒸馏设备，该控制系统包括：至少一个控制器；空闲状态，其中该至少一个控制器关闭；填充状态，其中源阀开启，并且源流体进入流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；加热状态，其中集水器中的加热器被最大化，直到集水器中的流体达到预定温度；热交换器主状态，其中源阀开启至预定占空比；启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及运行状态，其中流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。
本发明该方面的一些实施例包括下列一个或多个：其中控制系统还包括排污控制器，用于控制排污阀，源流控制器，用于控制源流阀，和排污液位传感器，其与排污控制器和源流控制器通信，该排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至排污控制器和源流控制器，指示排污液位，其中源流控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动源流阀，并且其中排污控制器至少基于该排污液位传感器信号，致动排污阀，由此使用排污液位传感器信号作为输入，保持排污液位和源流液位。其中该设备还包括：源流体输入；蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管，由此，该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；热交换器，其以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出，该热交换器包括外管和至少一个内管；和再生式鼓风机，其以流体方式连接到蒸发器冷凝器，由此，该再生式鼓风机压缩蒸汽，并且由此，压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，由此，压缩蒸汽被转换成成品流体。其中热交换器被布置在蒸发器冷凝器的壳体周围。其中热交换器还包括，其中外管是源流体流动路径，并且该至少一个内管是成品流体流动路径。其中热交换器还包括至少三个内管。其中该至少三个内管被盘绕，以形成大致螺旋形。其中热交换器还包括两端，并且在每一端处都附接连接器，由此连接器形成至蒸发器冷凝器的连接。其中蒸发器冷凝器管还包括管内部的填充物。其中该填充物是杆。其中该蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室。其中该再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。其中控制系统包括至少两个处理器，马达控制引擎处理器和ARM处理器。其中流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定成品流体的导电性。
根据本发明的一方面，公开了一种流体蒸汽蒸馏设备。该设备包括源流体输入和蒸发器冷凝器设备。该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管。该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体。在该流体蒸汽蒸馏设备中还包括以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出的热交换器。该热交换器包括外管和至少一个内管。在该流体蒸汽蒸馏设备中还包括以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器的再生式鼓风机。该再生式鼓风机对蒸汽进行压缩，并且该压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，在该蒸发冷凝器中，压缩蒸汽被转换成成品流体。该流体蒸汽蒸馏设备也包括控制系统。
本发明的该方面的一些实施例包括以下的一个或多个：其中所述热交换器围绕蒸发器冷凝器的壳体设置；其中热交换器还包括其中外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径；其中热交换器还包括至少三个内管；其中该至少三个内管被盘绕以形成大致螺旋形状；其中热交换器还包括两个端部，并且在每个端部处附接有连接器，由此该连接器形成到蒸发器冷凝器的连接；其中所述蒸发器冷凝器管还包括在所述管内部的填充物；其中该填充物是杆；其中所述蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室；并且其中所述再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。
根据本发明的另一方面，公开了一种水蒸汽蒸馏系统。该水蒸汽蒸馏系统包括源流体输入，和蒸发器冷凝器设备。该蒸发器冷凝器设备包括大致柱形的壳体和在该壳体中的多个管。该源流体输入以流体方式连接到蒸发器冷凝器并且该蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并将该压缩蒸汽转换成成品流体。在流体蒸汽蒸馏设备中还包括以流体方式连接到源流体输入和成品流体输出的热交换器。该热交换器包括外管和至少一个内管。在流体蒸汽蒸馏设备中还包括以流体方式连接到蒸发器冷凝器的再生式鼓风机。该再生式鼓风机对蒸汽进行压缩，并且该压缩蒸汽流动到蒸发冷凝器，在该蒸发冷凝器中，所述压缩蒸汽被转换成成品流体。
该水蒸汽蒸馏系统还包括电连接到水蒸汽蒸馏设备的斯特林（Stirling）发动机。该斯特林发动机至少部分地为水蒸汽蒸馏设备提供动力。
本发明的该方面的一些实施例包括：其中该斯特林发动机包括至少一个摇杆驱动机构，其中该摇杆驱动机构包括：具有摇臂枢轴的摇杆（rocking beam）、至少一个气缸和至少一个活塞。所述活塞容纳在各自的气缸内。所述活塞能够在各自的气缸内基本直线地往复。并且，该驱动机构包括具有近端和远端的至少一个联接组件。通过端部枢轴，该远端连接到所述摇杆，并且该近端连接到活塞。所述活塞的直线运动被转换成摇杆的旋转运动。并且，包括有容纳该摇杆并且容纳联接组件的第一部分的曲轴箱。还包括通过连杆联接到该摇杆的曲轴。该摇杆的旋转运动被传递给曲轴。该机器还包括容纳所述至少一个气缸、所述至少一个活塞以及所述联接组件的第二部分的工作空间。包括有用于将该工作空间从曲轴箱密封隔离的密封件。
另外，本发明的该方面的一些实施例包括以下的任何一个或多个：其中该密封件是滚动隔膜；而且，其中该联接组件还包括活塞杆和联杆；其中活塞杆和联杆通过联接装置联接到一起；其中热交换器围绕蒸发器冷凝器的壳体设置；其中热交换器还包括其中外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径；其中热交换器还包括至少三个内管；其中蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到多个管的蒸汽室；并且其中再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。
本发明的这些方面并非意味着是唯一的，并且对于本领域普通技术人员来说，当与所附权利要求和附图相结合阅读时，本发明的其它特征、方面和优点将容易显而易见。
附图说明
通过结合附图来阅读以下详细说明，将会更好地理解本发明的这些及其它特征和优点，在附图中：
图1是水蒸汽蒸馏设备的等轴测视图；
图1A是本公开的示例性实施例的分解图；
图1B是示例性实施例的剖视图；
图1C是示例性实施例的剖视图；
图1D是示例性实施例的组装视图；
图1E是框架的示例性实施例的详细视图；
图1F是可替代实施例的组装视图；
图1G是可替代实施例的组装视图；
图1H是可替代实施例的组装视图；
图2是套管式热交换器组件的示例性实施例的组装视图；
图2A是套管式热交换器的一个实施例的分解图；
图2B是从后方看到的套管式热交换器的示例性实施例的等轴测视图；
图2C是从前方看到的套管式热交换器的示例性实施例的等轴测视图；
图2D是套管式热交换器的一个实施例的剖视图；
图2E是套管式热交换器的可替代实施例的分解图；
图2F是示意了内管的螺旋布置结构的套管式热交换器的一个实施例的切断视图；
图2G是套管式热交换器的可替代实施例的分解图；
图2H是套管式热交换器的示例性实施例的等轴测视图；
图2I是套管式热交换器的示例性实施例的等轴测视图；
图2J是套管式热交换器构造的可替代实施例的组装图；
图2K是套管式热交换器构造的可替代实施例的分解视图；
图2L是套管式热交换器构造的可替代实施例的组装视图；
图2M是套管式热交换器构造的可替代实施例的详细视图；
图2N是套管式热交换器构造的可替代实施例的详细视图；
图2O是套管式热交换器构造的可替代实施例的概图；
图2P是热交换器的可替代实施例的组装视图；
图2Q是热交换器的可替代实施例的分解图；
图2R是热交换器的可替代实施例的截面视图；
图3是用于附接到套管式热交换器的装配组件的连接器的分解图；
图3A是用于套管式热交换器的装配组件的剖视图；
图3B是用于套管式热交换器的装配组件的剖视图；
图3C是第一连接器的示例性实施例的等轴测视图；
图3D是第一连接器的示例性实施例的剖视图；
图3E是第一连接器的示例性实施例的剖视图；
图3F是第一连接器的示例性实施例的剖视图；
图3G是第二连接器的示例性实施例的等轴测视图；
图3H是用于套管式热交换器的装配组件的剖视图；
图3I是第二连接器的示例性实施例的剖视图；
图3J是第二连接器的示例性实施例的剖视图；
图4是蒸发器/冷凝器组件的示例性实施例的等轴测视图；
图4A是蒸发器/冷凝器组件的示例性实施例的剖视图；
图4B是蒸发器/冷凝器的示例性实施例的等轴测剖视图；
图4C是蒸发器/冷凝器组件的可替代实施例的等轴测视图；
图5是集水器的示例性实施例的组装视图；
图5A是集水器的示例性实施例的分解图；
图6是用于集水器组件的凸缘的等轴测详细视图；
图7是蒸发器/冷凝器的示例性实施例的分解图；
图7A是蒸发器/冷凝器组件的示例性实施例的顶视图；
图7B示出针对几种液体沸腾模式的、作为压力的函数的蒸发器的蒸馏物输出率；
图8是用于蒸发器/冷凝器的管的示例性实施例的等轴测视图；
图9是用于蒸发器/冷凝器的管和杆构造的分解图；
图9A是用于蒸发器/冷凝器的杆的示例性实施例的等轴测视图；
图10是集水器管板的示例性实施例的等轴测视图；
图10A是上管板的示例性实施例的等轴测视图；
图11是用于蒸发器/冷凝器的顶部帽体的详细视图；
图12是蒸汽室的示例性实施例的等轴测视图；
图12A是蒸汽室的示例性实施例的等轴测视图；
图12B是蒸汽室的示例性实施例的剖视图；
图12C是蒸汽室的示例性实施例的分解图；
图12D是可替代实施例的等轴测视图；
图12E是蒸汽室的示例性实施例的剖视图；
图12F是蒸汽室的示例性实施例的剖视图；
图13是蒸发器/冷凝器的可替代实施例的组装视图；
图13A是蒸发器/冷凝器的可替代实施例的剖视图；
图13B是示意管的布置的蒸发器/冷凝器的可替代实施例的组装视图；
图13C是示出管的布置结构的蒸发器/冷凝器的可替代实施例的剖视图；
图13D是未安装集水器的蒸发器/冷凝器的可替代实施例的等轴测视图；
图13E是蒸发器/冷凝器的可替代实施例的分解图；
图14是除雾器组件的等轴测视图；
图14A是用于除雾器的帽体的外侧的等轴测视图；
图14B是用于除雾器的帽体的内侧的等轴测视图；
图14C是除雾器组件的剖视图；
图14D是除雾器组件的剖视图；
图15是再生式鼓风机的示例性实施例的组装视图；
图15A是再生式鼓风机组件的示例性实施例的底视图；
图15B是再生式鼓风机组件的示例性实施例的顶视图；
图15C是再生式鼓风机的示例性实施例的分解图；
图15D是再生式鼓风机的示例性实施例的壳体的上部分的外表面的详细视图；
图15E是再生式鼓风机的示例性实施例的壳体的上部分的内表面的详细视图；
图15F是再生式鼓风机的示例性实施例的壳体的下部分的内表面的详细视图；
图15G是再生式鼓风机的示例性实施例的壳体的下部分的外表面的详细视图；
图15H是再生式鼓风机的示例性实施例的剖视图；
图15I是再生式鼓风机的示例性实施例的剖视图；
图15J是再生式鼓风机的示例性实施例的剖视图；
图15K是再生式鼓风机组件的示例性实施例的概图；
图15L是再生式鼓风机的示例性实施例的剖视图；
图16是用于再生式鼓风机的示例性实施例的叶轮组件的详细视图；
图16A是叶轮组件的剖视图；
图17是再生式鼓风机的可替代实施例的组装视图；
图17A是再生式鼓风机的可替代实施例的组装视图；
图17B是再生式鼓风机组件的可替代实施例的剖视图；
图17C是再生式鼓风机组件的可替代实施例的剖视图；
图17D是再生式鼓风机组件的可替代实施例的剖视图；
图17E是再生式鼓风机的可替代实施例的分解图；
图17F是叶轮壳体的组装视图；
图17G是叶轮壳体的分解图；
图17H是叶轮壳体组件的可替代实施例的剖视图；
图17I是叶轮壳体组件的可替代实施例的剖视图；
图17J是叶轮壳体的下部分的底视图；
图17K是叶轮壳体的下部分的内表面的详细视图；
图17L是叶轮壳体组件的上部分的顶视图；
图17M是未安装有盖体的用于叶轮组件的壳体的上部分的顶视图；
图17N是用于叶轮组件的壳体的上部分的内表面的详细视图；
图18是再生式鼓风机的可替代实施例的叶轮组件的详细视图；
图18A是叶轮组件的剖视图；
图19是水位传感器组件的组装视图；
图19A是水位传感器组件的示例性实施例的分解图；
图19B是水位传感器壳体内的沉淀槽的剖视图；
图19C是水位传感器壳体内的排污水传感器和成品水水位传感器蓄存器的剖视图；
图19D是水位传感器组件的可替代实施例的组装视图；
图19E是水位传感器组件的可替代实施例的分解图；
图19F是水位传感器组件的可替代实施例的剖视图；
图19G是水位传感器组件的运行概图；
图19H是水位传感器组件的可替代实施例；
图20是水位传感器组件的等轴测视图；
图20A是水位传感器组件的剖视图；
图21是轴承给水泵的前侧的等轴测视图；
图21A是轴承给水泵的后侧的等轴测视图；
图22是用于水蒸汽蒸馏设备的示例性实施例的来源水流动路径的概图；
图22A是进入热交换器的来源水的概图；
图22B是经过热交换器的来源水的概图；
图22C是离开热交换器的来源水的概图；
图22D是经过再生式鼓风机的来源水的概图；
图22E是离开再生式鼓风机并且进入的来源水的概图
图23是用于水蒸汽蒸馏设备的示例性实施例的排污水流动路径的概图；
图23A是离开蒸发器/冷凝器组件并且进入水位传感器壳体的排污水的概图；
图23B是填充水位传感器壳体内的沉淀槽的排污水的概图；
图23C是填充水位传感器壳体内的排污水水位传感器蓄存器的排污水的概图；
图23D是离开水位传感器壳体并且进入滤器的排污水的概图；
图23E是离开滤器并且进入热交换器的排污水的概图；
图23F是经过热交换器的排污水的概图；
图23G是离开热交换器的排污水的概图；
图24是用于水蒸汽蒸馏设备的示例性实施例的成品水流动路径的概图；
图24A是离开蒸发器/冷凝器组件并且进入水位传感器壳体的成品水的概图；
图24B是进入水位传感器壳体内的成品水水位传感器蓄存器的成品水的概图；
图24C是离开成品水水位传感器蓄存器并且进入热交换器的成品水的概图；
图24D是经过热交换器的成品水的概图；
图24E是离开热交换器的成品水的概图；
图24F是进入水位传感器壳体内的轴承给水蓄存器的成品水的概图；
图24G是离开水位传感器壳体并且进入轴承给水泵的成品水的概图；
图24H是离开轴承给水泵并且进入再生式鼓风机的成品水的概图；
图24I是离开再生式鼓风机并且进入水位传感器壳体的成品水的概图；
图25是用于水蒸汽蒸馏设备的示例性实施例的通气路径的概图；
图25A是允许空气离开排污水传感器蓄存器并且进入蒸发/冷凝器的通气路径的概图；
图25B是允许空气离开成品传感器蓄存器并且进入蒸发/冷凝器的通气路径的概图；
图25C是允许空气离开蒸发器/冷凝器组件的通气路径的概图；
图26是从集水器进入蒸发器/冷凝器组件的管的低压蒸汽的概图；
图26A是经过蒸发器/冷凝器组件的管的低压蒸汽的概图；
图26B是离开蒸发器/冷凝器组件的管并且进入蒸汽室的湿润低压蒸汽的概图；
图26C是流动通过蒸发器/冷凝器组件的蒸汽室的湿润低压蒸汽的概图；
图26D是当低压蒸汽经过蒸汽室时产生排污水的概图；
图26E是离开蒸汽室并且进入再生式鼓风机的干燥低压蒸汽的概图；
图26F是经过再生式鼓风机的干燥低压蒸汽的概图；
图26G是离开再生式鼓风机的高压蒸汽的概图；
图26H是进入蒸汽管的高压蒸汽的概图；
图26I是离开蒸汽管并且进入蒸发器/冷凝器腔室的高压蒸汽的概图；
图26J是从在蒸发器/冷凝器腔室内冷凝的高压蒸汽产生成品水的概图；
图27是示意再生式鼓风机两端的压差与生产一升的成品水所需的能量量之间的关系的图；
图28是示意成品水的生产率与蒸发器/冷凝器组件内的热传递管的数目之间的关系的图；
图29是示意作为与蒸发器/冷凝器腔室的热传递表面积的大小的函数的、蒸发器/冷凝器组件的成品水的生产率的图；
图30是示意与再生式鼓风机两端的压力变化有关的、针对蒸发器/冷凝器腔室内的不同数量的热传递管的热传递表面的效率的图；
图31是示意在再生式鼓风机两端的不同压差下的生产率和由蒸发器/冷凝器组件消耗的能量量的图；
图32是根据特定实施例的转子和定子的剖视图和顶视图，示出了用于输入的支撑结构、叶片和在叶片之间的腔室，以及旋转驱动轴；
图32A是相应于图32所示的实施例的转子和定子的侧顶视图，示出了用于输入和输出的支撑结构、叶片、壳体单元内的偏心构造，以及驱动轴；
图32B是相应于图32和32A所示的实施例的转子和定子的顶视图，示出了用于输入和输出的支撑结构、叶片、壳体单元内的偏心构造，以及驱动轴；
图32C是相应于图32、32A和32B所示的实施例的转子和定子的剖视图，示出了叶片、驱动轴和轴承；
图32D是根据一个实施例的液环泵的剖视图，示出了电容式传感器；
图32E是根据一个实施例的液环泵的剖视图，示出了偏心转子、转子叶片、带有轴承的驱动轴、用于液环泵的旋转壳体单元、静止壳体，以及旋风效果和所引起的薄雾和水滴从蒸汽中的消除；
图32F是液环泵的可替代实施例的概略图；
图32G是转子的可替代实施例的顶视图，示出了多个叶片和这些叶片之间的腔室以及每个单独腔室中的入口孔和出口孔；
图32H是液环泵的进一步的细节，示出了静止的入口端口和旋转驱动轴、转子和壳体单元；
图32I是可存在于液环泵的静止部分与转子部分之间的、将入口孔口与出口孔口分离的密封件的视图；
图33是根据一个实施例的背压调节器的侧视图；
图33A是图33所示的背压调节器的斜向视图；
图33B是具有竖直定位的端口的背压调节器的可替代实施例的侧视图；
图33C是图33B所示的背压调节器的斜向视图；
图33D是背压调节器的可替代实施例的斜向视图；
图33E是图33D的部分C的特写视图，描绘出在背压调节器的端口中的凹口；
图33F是背压调节器的一个实施例的剖切侧视图；
图33G是图33F的部分E的特写视图，描绘出在背压调节器的孔口中的小开口；
图34是在一设备内实现的背压调节器的概图；
图35是水蒸汽蒸馏设备的可替代实施例的概图；
图35A是水位传感器壳体的可替代实施例的详细概图，示意了来源水流体线路与排污水流体线路之间的外部连接阀；
图36是流体分配歧管的泵侧的一个面的视图；
图36A是流体分配歧管的泵侧的第二面的视图；
图36B是流体分配歧管的蒸发器/冷凝器侧的一个面的视图；
图36C是流体分配歧管的蒸发器/冷凝器侧的第二面的视图；
图37是装配组件的可替代实施例的联接器的顶视图；
图37A是图37中的装配组件的可替代实施例的侧视图；
图38是具有各个加热层和肋条的蒸发器/冷凝器的可替代实施例的剖视图；
图38A是蒸发器/冷凝器的可替代实施例的截面细节，示出了肋条如何将蒸汽/蒸发层从液体/冷凝层有效地分隔；
图39是热交换器的可替代实施例的概略图；
图39A是热交换器的可替代实施例的概略图；
图40是包括使用冷传感器的系统的压力测量的水蒸汽蒸馏设备的可替代实施例的概略总图；
图41示出了具有流动通过过滤器单元的进入流和排污水流的倒置过滤器的视图，每个过滤器单元均绕着围绕中心轴线的枢轴接头旋转；
图41A示出了倒置过滤器壳体；
图41B是图41中的倒置过滤器的详细视图；
图41C是多单元倒置过滤器的可替代实施例；
图41D是倒置过滤器的可替代实施例的概图；
图41E是倒置过滤器的一个实施例的流动路径的概图；
图41F是用于改变通过图41E中的倒置过滤器的各个单元的水流的手动开关的概略示意图；
图42是用于分布式设施的监视系统的绘图；
图43是设施的分布式系统的绘图；
图44是将水蒸汽蒸馏设备的可替代实施例并入的系统的可能的实施例的概念流程图；
图44A是用于由图44所示的系统使用的电源的概略框图；
图45A至45E描绘了斯特林循环机的运行原理；
图46示出根据一个实施例的摇杆驱动器的视图；
图47示出根据一个实施例的摇杆驱动器的视图；
图48示出根据一个实施例的发动机的视图；
图49A至49D描绘了根据一个实施例的摇杆驱动器的各种视图；
图50示出了根据一个实施例的轴承型杆连接器；
图51A至51B示出了根据一个实施例的弯曲件；
图52示出了根据一个实施例的四缸双摇杆驱动器布置结构；
图53示出了根据一个实施例的曲轴的截面；
图54A示出了根据一个实施例的发动机的视图；
图54B示出了根据一个实施例的曲轴联接器；
图54C示出了根据一个实施例的空心转子的视图；
图54D示出了根据一个实施例的曲轴的视图；
图54E是根据一个实施例的空心转子和花键轴的截面；
图54F是根据一个实施例的曲轴和花键轴的截面；
图54G是根据一个实施例的空心转子、曲轴和花键轴的各种视图；
图55示出了根据一个实施例的发动机的活塞的运行；
图56A示出了根据一个实施例的工作空间和气缸的展开概略视图；
图56B示出了根据一个实施例的气缸、加热器头部和回热器的概略视图；
图56C示出了根据一个实施例的气缸盖的视图；
图57A示出了根据一个实施例的滚动隔膜以及进行支撑的顶部密封活塞和底部密封活塞的视图；
图57B示出了根据一个实施例的带摇杆驱动的发动机的分解图；
图57C示出了根据一个实施例的气缸、加热器头部、回热器和滚动隔膜的视图；
图57D至57E示出了根据一个实施例的滚动隔膜在运行期间的各种视图；
图57F示出了根据一个实施例的工作空间和气缸的展开概略视图；
图57G示出了根据一个实施例的外燃机的视图；
图58A至58E示出了滚动隔膜的各种实施例的视图；
图59A示出了根据一个实施例的金属波纹管和相关的活塞杆和活塞的视图；
图59B至59D示出了根据一个实施例的金属波纹管隔膜的视图；
图59E至59G示出了根据各种实施例的金属波纹管的视图；
图59H示出了滚动隔膜的概图，标明了各种负载区域；
图59I示出了滚动隔膜的概图，标明了回旋区域；
图60示出了根据一个实施例的活塞和活塞密封件的视图；
图61示出了根据一个实施例的活塞杆和活塞杆密封件的视图；
图62A示出了根据一个实施例的活塞密封垫环的视图；
图62B示出了根据一个实施例的关于垫环的压力图；
图62C和62D示出了根据一个实施例的活塞密封件；
图62E和62F示出了根据一个实施例的活塞杆密封件；
图63A示出了根据一个实施例的活塞密封垫环的视图；
图63B示出了根据一个实施例的关于活塞密封垫环的压力图；
图64A示出了根据一个实施例的活塞杆密封垫环的视图；
图64B示出了根据一个实施例的关于活塞杆密封垫环的压力图；
图65示出了根据一个实施例的活塞引导环的视图；
图66示出了根据一个实施例的工作空间和气缸的展开概略示意图；
图67A示出了根据一个实施例的发动机的视图；
图67B示出了根据一个实施例的发动机的视图；
图68示出了根据一个实施例的曲轴的视图；
图69A至69C示出了根据各种实施例的泵驱动的各种构造；
图70A示出了根据一个实施例的油泵的视图；
图70B示出了根据一个实施例的发动机的视图；
图70C示出了在图70B中描绘的发动机的另一视图；
图71A和71B示出了根据一个实施例的发动机的视图；
图71C示出了根据一个实施例的联接接头的视图；
图71D示出了根据一个实施例的发动机的曲轴和花键轴的视图；
图72A示出了连接到一个设备实施例的发电机的示意性视图；
图72B示出了用于向水蒸汽蒸馏设备提供电力和热量的辅助动力单元的概略表示；
图72C示出了根据一个实施例的系统的概略视图；
图73是水蒸汽蒸馏设备的实施例的流动路径的示意图；
图74是从前方看到的具有连接器的一个实施例的套管式热交换器实施例的等轴测视图；
图74A-74C分别是图74中所示的连接器的一个实施例的等轴测视图、横截面图和端视图；
图75是水任务状态的流程图；以及
图76是用于根据一个实施例的至少一个水蒸汽蒸馏设备的通信系统的示意图。
具体实施方式
定义。如在本说明书和所附权利要求中使用的，以下术语应当具有所指出的含义，除非上下文另有要求。
这里使用的术语“流体”包括任何类型的流体，包括水。因此，虽然在这里参考水描述了示例性实施例和各种其它实施例，但是设备、系统和方法的范围包括任何类型的流体。而且，这里，可以使用术语“液体”来表示示例性实施例，其中该流体是一种液体。
术语“蒸发器冷凝器”这里用于指一种是蒸发器和冷凝器的组合的设备。因此，当一种结构本身既用作蒸发器又用作冷凝器时，该结构被称作蒸发器冷凝器。该蒸发器冷凝器结构在这里被称作蒸发器/冷凝器、蒸发器冷凝器或者蒸发器和冷凝器。此外，在一些情形中，其中蒸发器或冷凝器被单独提及，应该理解该术语不是限制性的并且它指的是蒸发器冷凝器结构。
这里使用的术语“非清洁水”指的是希望在消耗水之前使其更加清洁的任何水。
这里使用的术语“较清洁水”指的是比来源水更加清洁的、作为成品水的水。
术语“来源水”指的是任何进入该设备的水。
术语“成品水”指的是离开该设备的较清洁水。
如这里及任何所附权利要求中使用的，术语“净化”指的是降低一种或多种污染物的浓度或者以其它方式改变一种或多种污染物的浓度。
如这里所使用的，术语“规定水平”指的是如使用者为具体应用而建立的某个预期的浓度水平。规定水平的一个情形可以是限制流体中的污染物水平以进行工业或商业处理。一个实例是将溶剂或反应物中的污染物水平降到可接受的水平，以能够利用化学反应（例如，聚合）实现工业上的大量产出。规定水平的另一种情形可以是如由政府或政府间机构为了安全或健康原因而制定的、流体中的特定污染物水平。实例可能包括用于饮用或者用于特定的健康或医疗应用的水中的一种或多种污染物的浓度，该浓度水平是由诸如世界卫生组织（World Health Organization）或美国环境保护局（U.S.EnvironmentalProtection Agency）组织制定的。
如这里所使用的，术语“系统”可以指任何元件组合，包括但不限于：水蒸汽蒸馏设备（它可以称作水系统或水蒸汽蒸馏系统）和带有诸如斯特林发动机的动力源的水蒸汽蒸馏设备。
这里公开了一种用于将被称作来源水的非清洁水蒸馏成被称作成品水的较清洁水的设备。该设备通过蒸发来源水以从来源水中分离微粒来清洁该来源水。如这里及任何所附权利要求中使用的，术语“净化”指的是将一种或多种污染物的浓度大大降低到小于或等于规定水平或者以其它方式将一种或多种污染物的浓度大大改变到规定的范围内。
来源水可以首先穿过逆流套管式热交换器以升高水的温度。升高来源水的温度降低了在蒸发器/冷凝器内使水蒸发所需的热能的量。来源水可以从热交换器中存在的其它流体流接收热能。通常，这些其它流具有比来源水更高的温度，从而促使热能从该较高温度的流流向较低温度的来源水。
接收经加热的来源水的是蒸发器/冷凝器组件的蒸发器区域。该组件使来源水蒸发以从水分离污染物。可以使用加热元件和高压蒸汽来供应热能。通常，将在初始启动期间使用加热元件，因此在正常运行条件下，热能将由高压蒸汽提供。来源水填充蒸发器/冷凝器的蒸发器区域的内管。当高压蒸汽在这些管的外表面上冷凝时，热能被传导给来源水。该热能使得一些来源水蒸发成低压蒸汽。在来源水转换成低压蒸汽之后，蒸汽可以离开管的出口并穿过分离器。该分离器去除蒸汽内的任何残留水滴，从而确保低压蒸汽在进入压缩机之前是干燥的。
在离开蒸发器/冷凝器的蒸发器区域时，低压蒸汽进入压缩机。压缩机通过该压缩低压蒸汽来形成高压蒸汽。当蒸汽被压缩时，蒸汽的温度升高。在该蒸汽处于升高的温度和压力时，蒸汽离开压缩机。
该高压蒸汽进入蒸发器/冷凝器的冷凝器区域。当蒸汽填充内部空腔时，蒸汽在该空腔内包含的管上冷凝。高压蒸汽将热能传递给该管内的来源水。这种热传递使得蒸汽在所述管的外表面上冷凝，从而产生成品水。该成品水被收集在蒸发器/冷凝器的冷凝器区域的基部中。成品水离开蒸发器/冷凝器的蒸发器区域并进入水位传感器壳体。
水位传感器壳体包含用于确定该设备内的成品水和排污水的量的水位传感器。这些传感器允许操作者根据该设备内的水位来调节所产生的成品水的量或者所进入的来源水的量。
如这里关于各种实施例所描述的，水蒸汽蒸馏设备可以进一步与斯特林发动机相结合使用来形成水蒸汽蒸馏系统。可以通过被电连接到水蒸汽蒸馏设备的斯特林发动机来提供该水蒸汽蒸馏设备所需的动力。
参考图1，示出了水蒸汽蒸馏设备100的一个实施例。为了本说明书的目的，图1所示的实施例将被称作示例性实施例。构思了其它的实施例，其中的一些将在这里予以讨论。设备100可以包括热交换器102、蒸发器/冷凝器组件104、再生式鼓风机106、水位传感器组件108、轴承给水泵110和框架112。也参见关于水蒸汽蒸馏设备100的其它视图和截面的图1A至1E。
参考图1F至1H，这些图示意了水蒸汽蒸馏设备100的可替代实施例。图1F描绘了具有蒸发器/冷凝器组件122的可替代构造的设备120。类似地，图1G公开了具有可替代构造的蒸发器/冷凝器组件122的设备。类似地，图1H示意了不包括图1至lE的水位传感器组件108和轴承给水泵110的设备的另一实施例。
热交换器
现在参考图2至2A，在水蒸汽蒸馏设备的示例性实施例中，热交换器可以是逆流套管式热交换器组件200。在该实施例中，热交换器组件200可以包括在图2A中示意的外管202、多个内管204和一对连接器206。热交换器组件200的可替代实施例可以不包括连接器206。
仍然参考图2至2A，热交换器组件200可以包含几个独立的流体路径。在该示例性实施例中，外管202包含来源水和四个内管204。这些内管204中的三个可以包含由该设备产生的成品水。第四个内管可以包含排污水。
仍然参考图2至2A，热交换器组件200升高了流入的来源水的温度并降低了流出的成品水的温度。当来源水接触内管204的外表面时，热能通过内管204的壁而从较高温度的排污水和成品水传导给较低温度的来源水。升高来源水的温度提高了水蒸汽蒸馏设备100的效率，因为具有较高温度的来源水需要较少的能量来使水蒸发。此外，降低成品水的温度使得水准备好为消费者使用。
仍然参考图2至2A，在该示例性实施例中，热交换器200是具有外管202的套管式热交换器，该外管202具有几个功能。首先，外管202保护并容纳内管204。外管202通过用作内管204与周围环境之间屏障来保护内管204免受腐蚀。另外，通过防止与周围环境的热能交换，外管202还提高了热交换器200的效率。外管202将内管204隔离，从而降低了从周围环境或向周围环境的任何热传递。类似地，外管202可以阻止从内管204的热传递，从而使热传递集中在来源水上并且提高了热交换器200的效率。
仍然参考图2至2A，外管202可以由任何材料制造，但是低导热率是希望的。低导热率是重要的，因为外管202将内管204与周围环境隔离。外管的低导热率提高了热交换器的效率，因为低导热性材料降低了向周围环境的热能损失或热能增益。另外，低导热性材料降低了可能从内管204传递到外管202的热能的量。对热传递的这种阻止允许更多热能被传递到来源水而不是通过外管202从该设备逸出。因此，由具有低导热率的材料制造的外管202允许更多热能被传递到来源水而不是损失掉或者被增加给周围环境。
仍然参考图2至2A，在该示例性实施例中，外管202由清洁的硅树脂制造。除了具有低导热率之外，硅树脂材料还耐腐蚀。这是用于防止热交换器200腐蚀的一个重要特性。外管202内的来源水可能含有化学品和/或其它高度活性的材料。这些材料可能导致由其它材料制成的外管202毁坏，从而降低热交换器200的服务寿命。在可替代实施例中，外管202可以由其它材料制造，例如具有耐高温性的塑料或橡胶。而且，在一个实施例中，外管202由盘绕管组成以增强混合，这提高了热传递效率。
现在参考图2B至2C，另一希望的特性是使外管202具有足够弹性以支持热交换器200在水蒸汽蒸馏设备100内的安装。在一些应用中，用于蒸馏设备的空间可能受到其它环境或状况约束条件的限制。例如，在该示例性实施例中，热交换器200绕蒸发器/冷凝器缠绕。在其它实施例中，热交换器还可以集成到水蒸汽蒸馏设备的绝热盖中以使从环境损失或增加的热量最小。在示例性实施例中，如图2B至2C所示，热交换器200被构造成盘管。为了实现这种构造，内管204滑动到外管202中并然后绕一心轴缠绕。弹性外管202有助于将热交换器200的端部定位在该设备内的特定位置处。因此，具有弹性外管202可以便于热交换器200在水蒸汽蒸馏设备100内的安装。
仍然参考图2B至C，外管202的材料的弹性还可以受到壁厚的影响。壁厚较厚的管具有较小的挠性。然而，较厚的壁厚可以改进该管的热学特性，因为较厚的壁具有较大的热传递阻力。另外，管的壁厚必须足以承受由该管内的来源水产生的内部压力。然而，壁厚增加的管则具有降低的弹性并且增大了热交换器组件的尺寸。壁较厚的管需要更大的弯曲半径，从而影响了热交换器200的安装。相反，壁厚太小的管则趋向于在安装期间扭结。管的这种扭曲可能会限制来源水通过外管202的流动，从而导致热交换器200的效率降低。
外管202的直径可以是能够容纳多个内管204的任何直径。然而，较大的直径降低了管的挠性。挠性的任何降低都可能不利地影响将热交换器安装到水蒸汽蒸馏设备100中。在示例性实施例中，外管202的直径是一英寸。这个直径允许套管式热交换器200在最终安装时绕蒸发器/冷凝器104缠绕并且容纳用于输送成品水和排污水的四个内管204。在可替代实施例中，该热交换器可以具有少至两个的内管204。类似地，在其它实施例中，该热交换器可以具有四个以上的内管204。
现在参考图2A和2D，内管204可以为来源水、成品水和排污水提供单独的流动路径。在该示例性实施例中，这些管包含成品水和排污水。然而，在其它实施例中，内管可以包含另外的流体流。内管204将清洁安全的成品水与被污染的、不卫生的来源水和排污水分离。在该示例性实施例中，有三个用于成品水的内管204和一个用于排污水的内管204。来源水在热交换器200的外管202内行进。在各种其它实施例中，可以改变内管的数目，即，可以包括更多数目的内管或者可以包括更少数目的内管。
仍然参考图2A和2D，内管204通过管壁传导热能。热能通过这些管壁从内管204内的高温成品水和排污水流向低温来源水。因此，内管204优选由具有高导热率的材料制成，另外，优选由耐腐蚀的材料制成。在该示例性实施例中，内管204由铜制造。内管204可以由其它材料例如黄铜或钛制造，优选这些其它材料具有高导热率和耐腐蚀属性。对于来源水和排污水可能是高度浓缩（例如是海水）的应用，内管204可以由铜镍、钛或者热传导塑料制造，但不限于此。
除了管的材料之外，管的直径和厚度也可能影响热能传递率。壁厚较大的内管204可能具有较低的热效率，因为增加该管的壁厚还可增加热传递阻力。在该示例性实施例中，内管204具有0.25英寸的外径。虽然较薄的壁厚增加了热传递率，但是壁厚必须足以在成形或形成时不发生扭曲。壁较薄的管更可能在形成期间扭结、收缩或坍缩。另外，内管204的壁厚必须足以承受由经过该管的水产生的内部压力。
仍然参考图2A和2D，用于提高内管204的热传递率的其它方法可以包括：非均等的内管直径和内管上的用于增强热传递的延伸表面（翼片、针销、肋条等）。另外，外管202可以具有在来源水的水流中引起湍流的带纹理的内表面来增强热传递。因为该带纹理的表面在管202内产生湍流，所以增加了热传递率。该湍流增加了与内管204的发生热传递的外表面相接触的水的量。相比之下，当不具有带纹理的表面时，水可能以更加分层的方式流动。这种分层流动将只允许有限量的水接触内管204的外表面。不与内管204接触的其余水则接收较少的热能，因为内管附近的水与其余水之间的对流热传递不如内管204的外表面附近的热传递那么有效率。带纹理的表面的一些实例可以包括但不限于：浅凹、翼片、隆起或凹槽。在另一实施例中，可以收缩以装配外管从而增加外壳侧流动速度并且因此增强热传递。
现在参考图2E，通常，内管204相互平行地定位。然而，在一些实施例中，内管204被编织或盘绕在一起以形成如图2F至2G所示的螺旋或大致螺旋形状。该螺旋形状增加了用于热传递的表面积大小，因为与具有平行布置结构的内管204相比，该内管204的长度更长。增加的表面积为热传递提供了更大的区域，因此提高了热交换器200的效率。另外，该螺旋形状可以使外管202内的来源水产生湍流，从而如在前描述地提高热传递效率。在该示例性实施例中，热交换器200具有以图2H至2I中示出的螺旋形状布置的四个内管204。
套管式热交换器200的总长度由所期望的设备效率决定。具有更长长度的热交换器200产生更好的效率。在该示例性实施例中，热交换器200大约为50英尺长。这产生了大约90%的效率。可替代地，25英尺的长度产生大约84%的效率。
现在参考图2、2J和2K，热交换器组件200还可以在热交换器200的任一端部处包括连接器206。在示例性实施例中，热交换器200具有位于该组件的任一端部处的两个连接器。这些连接器206连同外管202限定了用于容纳来源水的内部空腔。另外，这些连接器附接到内管204的端部并且为进入和/或离开热交换器200的成品水和排污水提供单独的流体路径。连接器206允许该热交换器组件被以机械方式连接到蒸发器/冷凝器和其它设备部件。在一些实施例中，可以在热交换器200内包括延伸部207以提供用于移走或者向热交换器200供应水的另外端口。
现在参考图2L至2O，这些图示意出具有经过连接器208的三个内管204的热交换器200的可替代实施例。连接器208在热交换器200的任一端部处被密封并附接到内管204和外管202以在外管202内部容纳来源水。可以在连接器208内安装O形环以密封该连接器208与内管204之间的界面。这种类型的密封可以允许内管204独立于连接器208自由移动。此外，如图2N所示，内管204可以布置成螺旋形状。也参考图74-74C，其中示出连接器7400的另一实施例，其可在本文所述的任何实施例中使用。
参考图2P至2R，这些图示意了热交换器的可替代实施例210。在该实施例中，热交换器210是具有金属板212和塑料板214的板式热交换器。金属板212可以由任何金属材料制造，例如不锈钢。其它实施例可以包括但不限于：由钛或金属合金制造的板。塑料板214由能够完成任何的任何类型的塑料制成。在一个实施例中，板式热交换器210由金属和塑料板交替组成，在其它实施例中，如图2R所示，金属板212之后可以是两个或更多个塑料板214。板式热交换器210可以开始和/或结束于由与前一板相同或不同的材料制造的板216。在可替代实施例中，板216可以由金属材料或塑料材料制造。如图2R所示，金属板212由彼此堆叠的两个金属板构成，从而产生用于流体流动的通道。
现在参考图3，逆流套管式热交换器200的示例性实施例可以包括装配组件300。该装配组件支持热交换器200在水蒸汽蒸馏设备100内的安装。另外，装配组件300允许热交换器200从该设备容易地断开以用于维护。该组件可以由图3示出的第一连接器302（还被标识成图2的连接器206）和第二连接器310构成。也参见关于该装配组件300的剖视图的图3A至3B。
仍然参考图3，在该示例性实施例中，装配组件300由黄铜制造。可以使用其它材料来制造装配组件300，包括但不限于：不锈钢、塑料、铜、铜镍或钛。为了安装的目的，优选使该装配组件由与附接到该组件的管类似的材料制造。类似的材料允许使用软焊或焊接技术将该组件安装在水蒸汽蒸馏设备内。装配组件300优选由耐腐蚀并且耐热（250°F）的材料制造。另外，当组件已安装时，该材料优选允许流体密封连接。对于来源水和排污水可能是高度浓缩（例如是海水）的应用，装配组件300可以由铜镍或钛制造，但不限于此。
仍然参考图3，第一连接器302包括第一端部304和第二端部306。如图2至2A所示，第一端部304附接到热交换器200。可以通过使用软管夹子朝着连接器302的第一端部304的外表面夹持外管202来将该连接器附接到热交换器200。热交换器200的内管204也可以在第一端部304处连接到连接器302。这些管可以被软焊到连接器302的热交换器侧。其它附接方法可以包括但不限于：焊接、压配合、机械夹持或嵌件成型。也参见关于该装配组件300的剖视图的图3A至3B。
现在参考图3C，在该实施例中，连接器302的第一端部304可以具有五个端口。如图3D至3E所示，三个端口可以相互流体连通。这种构造可以将多个成品水流组合成一个流。多个成品水流增加了从成品水到来源水的热传递量，因为在热交换器内存在更多的成品水向来源水提供热能。其余端口是分离的并且为排污水和来源水提供图3E至3F所示的流体路径。可替代实施例可以不具有相互流体连通的任何端口。
仍然参考图3C，连接器302具有用于与第二连接器310配合的第二端部306。该第二端部306可以具有为成品水、来源水和排污水提供流动路径的三个端口。成品水流动路径可以包括延伸部308。延伸部308一起地支撑组装连接器302和310，因为延伸部308允许O形环凹槽位于第二连接器310的本体内而不是位于配合表面310上。使O形环凹槽位于第二连接器310的本体内允许通过该连接器组件的流动路径相互靠近地定位而不具有重叠的密封区域。
现在参考图3G至3H，第二连接器310包括第一端部312和第二端部314。如图3所示，第一端部312与第一连接器302配合。该端部还可以包括如图3G所示的延伸部316。延伸部316允许O形环凹槽位于第一连接器302的本体内而不是位于第一连接器302的端部306的表面内。另外，该连接器可以在第一端部312上具有泄漏路径318。该路径围绕用于成品水的端口定位以防止来源水或排污水进入成品水流中。排污水和来源水可能含有影响成品水质量和安全的污染物。该泄漏路径允许排污水和来源水通过图3G至3I示意的排放口320离开该装配组件而不是进入成品水流。除了排放口320之外，该示例性实施例还可以包括在图3I至3J中示意的位于连接器310内的三个独立的流体路径。
可以使用Marmon夹子将第一连接器302组装到第二连接器310以允许该设备提供服务。这种类型的夹子提供了均匀的夹持力并且便于拆解/重新组装连接。将连接器组装到一起的其它方法包括但不限于：使用C形夹子或紧固件（即螺栓和螺母）。另外，连接器302和310的周边可以是渐缩的，如图3E至3F和3I至3J所示，以在安装装配组件300期间接收夹子。在其它实施例中，可以通过将所述连接器焊接或软焊到一起来永久地结合装配组件300。
蒸发器冷凝器
现在参考图4至4B，蒸发器冷凝器的示例性实施例（在这里还被称作“蒸发器/冷凝器”）组件400可以由具有顶部和底部的蒸发器/冷凝器腔室402构成。该腔室402可以包括外壳410、上管板414和下管板412。集水器组件404被附接到下管板412是以容纳流入的来源水。类似地，上凸缘406被附接到上管板414。该凸缘将蒸汽室408连接到蒸发器/冷凝器腔室402。在蒸发器/冷凝器腔室402内的是多个杆416，其中每个杆均被管418包围，如图4A和4B所示。管418与集水器404和上凸缘406流体连通。也参见示意了蒸发器/冷凝器组件的可替代实施例420的图4C。
现在参考图5，集水器组件500（在图4中还被标识为404）可以包括上壳体502、下壳体504、排放配件506、排放管508和加热元件510。也参见关于集水器组件500的分解图的图5A和关于上壳体502的详细视图的图6。集水器组件500包含并加热来源水以及收集由来源水携带的颗粒。当来源水的状态从流体改变为蒸汽时，颗粒被留下并且收集在集水器组件500中。仍然参考图5至5A，集水器组件500可以由耐腐蚀且耐高温的材料制成。耐腐蚀材料是优选的，因为集水器暴露于高温、潮湿且具有腐蚀性的来源水。在示例性实施例中，集水器由不锈钢制造。在可替代实施例中，集水器可以与用于附接加热元件510的可替代构造相结合地由或其它高温塑料制造。对于来源水可能是高度浓缩（例如是海水）的应用，集水器组件500可以由钛、铜镍、船用青铜或高温塑料制造，但不限于此。
仍然参考图5至5A，可以使用集水器组件500的加热元件510来加热来源水。加热元件510在水蒸汽蒸馏设备100的初始启动期间升高了来源水的温度。这个元件提供另外的热能，从而使来源水从流体改变为蒸汽。在示例性实施例中，加热元件510可以是120伏/1200瓦电阻元件电加热器。
仍然参考图5至5A，集水器组件500可以包括具有斜向下表面的底部壳体504，以有助于收集颗粒。底部壳体504可以具有足以在壳体的一个区域中收集颗粒的任何角度。在该示例性实施例中，底部壳体504具有17度斜向下表面。在其它实施例中，底部壳体504可以具有平坦底部。
仍然参考图5至5A，该示例性实施例可以包括由排放配件506和排放管508构成的排放组件。该排放组件提供通向蒸发器/冷凝器的蒸发器区域内部的通道以去除所积聚的颗粒而不必拆解该设备。该排放组件可以位于集水器的底部附近以减少在蒸发器/冷凝器内部的管上的结垢（颗粒的积聚）。通过允许定期去除集水器组件500中的水垢来防止结垢。在集水器组件500中具有较少颗粒降低了颗粒将流入蒸发器/冷凝器的管中的可能性。在该示例性实施例中，排放组件被定位成从底部壳体504的斜向下表面接收颗粒。该排放组件可以由可以被附接到底部壳体504并且耐腐蚀且耐热的任何材料制成。在该示例性实施例中，排放配件506是由不锈钢制造的带有凸缘的卫生配件。现在也参考图73，示出集水器排水7302流动路径。在一些实施例中，集水器排水7302流动路径可用于促进清洁或冲洗设备100。在一些实施例中，可通过阀门，将集水器排水7302流动路径与外部环境密封，该阀门例如，但不限于手动球阀。在一些实施例中，该阀门可能为非手动阀，例如由控制系统控制的致动阀，并且在这些实施例的一些中，清洁和冲洗至少部分是自动的。
仍然参考图5至5A，排放管508可以附接到排放配件506。排放管508提供用于颗粒从排放配件506离开蒸发器/冷凝器组件400的流体通路。排放管508可以由任何材料制造，优选该材料耐腐蚀且耐热并且能够附接到排放配件506。在该示例性实施例中，排放管508由不锈钢制造。排放管508的直径优选足以允许从集水器组件500去除颗粒。更大直径的管是希望的，因为在排空集水器组件500时，排放管508变得被颗粒堵塞的可能性更小。
现在参考图7，蒸发器/冷凝器腔室700的示例性实施例（在图4中还被标识成402）可以包括外壳702（在图4A至4B中还被标识成410）、下凸缘704（还被标识成图5的502和图6的600）、下管板706（还被标识成图4A至4B的412）、多个拉杆708、多个管710（还被标识成图4A至4B的418）、上凸缘712（还被标识成图4的406）和上管板714（还被标识成图4A至4B的414）。也参见关于蒸发器/冷凝器腔室700的组装视图的图7A。
仍然参考图7，外壳702限定内部空腔，在该内部空腔中，热能从高压蒸汽传递给来源水。该热传递支持来源水从流体到蒸汽的相位变化。另外，该热传递还使得流入的蒸汽冷凝成成品水。外壳702可以由具有足够耐腐蚀和强度特性的任何材料制造。在该示例性实施例中，外壳702由玻璃纤维制造。优选的是，该外壳具有足以包含所期数目的管710的内径。多个管710位于该外壳的内部空腔内，所述多个管710具有用于将热能从进入该腔室的高压蒸汽传递给管710内的来源水的表面积。
仍然参考图7，蒸发器/冷凝器腔室700限定用于冷凝高压蒸汽的内部空腔。多个管710位于该空腔内，当蒸汽在所述管的外表面上冷凝时，多个管710将热能从高压蒸汽传递给管内的来源水。通过管壁进行的热传递使得来源水通过被称为薄膜蒸发的过程而经历相位变化，如在2005年8月25日公开的、发明名称为“用于增强相位变化的方法和设备（Methodand apparatus for Phase Change Enhancement）”的美国专利申请公开No.US2005/0183832Al中描述的，该美国专利申请的内容在此通过引用的方式并入。
仍然参考图7，在蒸发器/冷凝器的管710中，可以形成Taylor气泡，该Taylor气泡的外表面包括有与管710的内表面接触的薄膜。当该Taylor气泡在管内升高时，它被加热从而薄膜中的流体转变成在气泡内的蒸汽。
现在参考图7B，通常蒸发器可以以下面两种模式中的任一种运行：池沸腾模式或薄膜模式。在薄膜沸腾中，在管的内壁上产生流体的薄膜以便于从管壁到流体的自由表面的热传递。对于薄膜模式来说，与池沸腾模式相比，相位变化的效率通常增加。图7B示出了代表性蒸发器的在类似条件下针对池沸腾和薄膜沸腾的、作为冷凝器压力的函数的蒸馏物产生速率的差异。底部曲线70对应于池沸腾而中间曲线75对应于薄膜沸腾。如可以从这两条曲线注意到的，薄膜沸腾模式提供了比池沸腾模式明显更高的效率。然而，薄膜沸腾比池沸腾更难以保持。通常使用包括非常小的开口的设备来实现薄膜蒸发。该设备可能容易堵塞，尤其是源流体包含污染物时。另外，在薄膜模式中，在竖管式蒸发器中，水位通常刚好保持在管的顶部上方。由于诸如这种原因，该设备可能还对于该设备的移动和定位是敏感的。
回过来参考图7，在该示例性实施例中，管710具有0.75英寸的外径并且可以由铜制造。在可替代实施例中，管710可以由其它材料制造，包括但不限于：镍铜或其它合成材料。在各种其它实施例中，管的直径可以不同，即，可以更小或更大。对于来源水可能是海水的可能应用，管710可以由铜镍或钛材料制造。这些材料具有高的耐腐蚀属性以便在暴露于高度浓缩的来源水（例如盐水）时保持该管的热传递特性。管710的直径还可以根据很多变量而改变。管710的直径可能受到外壳702的内径和预期的热传递效率大小所限制。另一约束可能是可维修性。较小的直径更难以去除水垢，因为减小的直径限制了通向管壁的内表面的通道。可以通过由外壳702限定的内部空腔的长度以及管板706和714的厚度来确定管710的长度。在该示例性实施例中，管710延伸超过所述管板的端部而进入下凸缘704和上凸缘712中。
现在参考图8，在该示例性实施例中，管800（还被标识成图7A至7B的710）在每个端部附近具有边条802。边条802防止管800滑动穿过下管板706和上管板714中的孔眼。
现在参考图9，可以通过在蒸发器/冷凝器管904内部设置填充物来实现效率提高的相位变化操作。由于流体、填充物和管904之间的相互作用，引入这种填充物可以允许蒸发器呈现薄膜模式的一些特性。该填充物可以是如下的任何材料：该材料被成形为使得与管的内壁附近的空间相比，该材料优先填充管904的管纵向轴线附近的空间。这种填充材料用于使蒸汽集中在该管的壁附近以实现有效的热交换。例如，在该示例性实施例中，填充物可以包括杆902。每个杆902均可以具有任何截面形状，包括柱形或矩形形状。每个填充杆902的截面积可以是适合该管的截面的任何面积。沿着该杆的长度，每个杆902的截面积可以不同。给定的杆902可以在给定的蒸发器管904的整个长度或其任何部分长度上延伸。优选的是，杆材料是疏水性的并且能够重复热循环。在该示例性实施例中，杆902由玻璃纤维填充的或玻璃纤维填充的聚丙烯制造。
仍然参考图9，每个杆902可以定位在管904内的任何位置，优选包括定位在管的上部。在一个特定实施例中，每个杆均为相关联的管的大约一半长度并且大致定位在该管的上半部。针对蒸发器管包括大致位于该管的上半部中的填充材料的代表性蒸发器，图7B中的顶部曲线80示出了薄膜沸腾的沸腾效率的提高。利用这种填充物，相位变化效率也有利地对于该管上方的流体液位、该管相对于竖直方向的定向、用于该管的进给压力以及用于蒸发器的其它运行参数中的变化更不敏感。在该示例性实施例中，杆902具有与管904大致相同的长度。
现在参考图9A，在该示例性实施例中，杆902可以具有从中心向外并且沿着杆902的纵向轴线延伸的多个构件906。这些构件906将杆902保持在管904的中心从而为来源水产生最有效率的流动路径。然而，可以使用任何数目的部件，优选有足够的数目以将杆902保持在管904的中心。在可替代实施例中，杆902可以不具有构件906。在可替代实施例中，可以通过以金属丝缠绕杆902或者在杆902内横向钻孔以支持将杆902定位在管904内的销的安装来将杆902在管904内保持在适当位置。
回过来参考图7，管710（还被标识成图8的800和图9的904）通过一对管板706和714固定在适当位置。使用拉杆708将这些板固紧到外壳702的每个端部。管板706和714具有为来源水进入和离开管710提供通路的多个孔眼。当管710安装在腔室700内时，管板706和714内的孔眼接收管710的端部。下管板706（还被标识成图10中的1002）附接到外壳702的底部。参见关于下管板的详细视图的图10。上管板714（还被标识成图10A中的1004）附接到外壳702的顶部。参见关于上管板的详细视图的图10A。除了上管板714具有位于该板的中心处的另一孔眼之外，两个管板具有类似的尺寸。这个孔眼提供了用于高压蒸汽进入蒸发器/冷凝器腔室700的开口。
仍然参考图7，在该示例性实施例中，上管板714和下管板706可以由制造。这种材料具有低蠕变性、水解稳定性、热稳定性和低的导热率。此外，可以通过机加工或注塑来形成由制造的管板。在可替代实施例中，该管板可以由其它材料制造，包括但不限于G10。
仍然参考图7，管板706和714内的、用于接收管710的多个孔眼的尺寸由管710的外径决定。这些孔眼必须足以接收管710的端部并且还包括密封件。通常，在管板内设置有O形环凹槽以接收O形环。该O形环在内管710与管板706和714之间提供不透水密封。另外，这种类型的密封件简化了构造，便于异种材料在蒸发器/冷凝器内的使用，并且允许管710在重复热循环期间移动。该密封件防止成品水进入图5的集水器500中或者防止来源水进入腔室700。在可替代实施例中，根据管板材料，可以通过使用如下方法将管710安装在管板706和714的孔眼内，该方法包括但不限于：软焊、焊接、压配合、结合（即硅树脂、RTV、环氧树脂等）、铜焊或型锻。
现在参考图10，在该示例性实施例中，O形环凹槽位于管板1002和1004的各种深度处。O形环凹槽的不同深度允许管710更紧密地定位一起，因为来自相邻管的O形环凹槽并不相互交迭。交迭的O形环凹槽不能提供足够的密封，因此每个O形环凹槽必须独立于该管板内的其它O形环凹槽。由于管板内的不同深度处的O形环凹槽的位置不同，所以相邻的O形环凹槽并不相互交迭，从而允许所述管更近地定位在一起。因此，使管710相互更近地定位允许将更多的管安置在蒸发器/冷凝器腔室700内。
回过来参考图7，管板706和714还使用拉杆708固定到下凸缘704和上凸缘712。下凸缘704（还被标识成图5的502和图6的600）将图5的集水器500连接到图7的蒸发器/冷凝器腔室700。另外，下凸缘704为集水器内的来源水提供通向位于下管板706上的管710的进口的流体连通。下凸缘704可以具有任何高度，优选的是该高度足以允许进入管710的来源水均匀地分布。通常，具有一到两英寸高度的凸缘提供了到管710中的来源水的均匀分布。在可替代实施例中，该凸缘的高度可以更高以增加集水器收集颗粒的能力。
仍然参考图7，上凸缘712（还被标识成图11的1100）在管710的出口与图4的蒸汽室408之间提供流体连通。另外，上凸缘712收集当蒸汽经过蒸汽室408时被从低压蒸汽中去除的来源水。该水然后通过位于图11的上凸缘1100一侧的排污水端口1102而从该设备转移出去。
仍然参考图7，下凸缘704和上凸缘712可以由具有足够结构强度以及耐腐蚀和耐温属性的任何材料制造。在一个实施例中，该凸缘可以由制造。在该示例性实施例中，该凸缘可以由镀镍的铝制造。在其它实施例中，下凸缘可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：不锈钢、钛和铜镍。
参考图7至7A，用于接收拉杆708的多个孔眼位于下凸缘704和上凸缘712的外边缘附近。这些杆轴向定位在与外壳702的外周同心并且沿着该外周的螺栓分布圆上。拉杆708的长度由外壳702的长度以及下管板706、下凸缘704、上凸缘712和上管板714的厚度决定。拉杆708可以具有用于将螺纹紧固件附接到拉杆的每个端部上的螺纹端部，从而将蒸发器/冷凝器的部件固定在一起。另外，拉杆708可以由用于此目的的、具有足够强度的任何材料例如不锈钢制造。拉杆708可以由其它材料制造，包括但不限于：青铜、钛、玻璃纤维合成材料和碳钢。在该示例性实施例中，拉杆708可以具有靠近每个端部加工的平坦部分以提供用于接收在安装期间将拉杆保持在适当位置的装置的平坦表面。
现在参考图12至12C，蒸汽室1200（还被标识成图4中的408）可以连接到上凸缘1100（还被标识成图7的712）。在该示例性实施例中，蒸汽室1200可以包括基部1202、蒸汽分离器组件1204、帽体1206和蒸汽管1208。基部1202限定了用于接收在蒸发器/冷凝器腔室700的蒸发器区域的管710内产生的低压蒸汽的内部空腔。基部1202可以具有任何高度从而存在足够空间以允许蒸汽内含有的水滴被分离。蒸汽室的高度允许由蒸汽携带并且被以强制方式从快速释放的蒸汽气泡从管710的出口喷射出的水滴减速并且朝着上凸缘712（还被标识成图11的1100）落回。
仍然参考图12至12C，蒸汽分离器组件1204可以在基部1202内。该组件由篮和网（在图12至12C中未示出）构成。该篮包含一定数量的金属丝网。在该示例性实施例中，蒸汽分离器组件1204通过操纵蒸汽使其穿过一层网而从所进入的低压蒸汽中去除水滴。当蒸汽经过该该网时，水滴开始聚积在该网的表面上。这些液滴可能包含污染物或颗粒。当液滴尺寸增大时，水降落到该篮的底部上。多个孔眼可以位于该篮的底部中以允许将水收集在上凸缘712内。另外，这些孔眼为低压蒸汽进入蒸汽分离器组件1204提供了流体通路。另外，该金属丝网针对位于蒸发器/冷凝器的上凸缘712内的喷溅的排污水提供了屏障。
仍然参考图12至12C，在可替代实施例中，蒸汽分离器组件1204可以包含用于在蒸汽通过或者围绕每个板时从低压水蒸汽中收集水滴的一系列板。这些板操纵蒸汽以使得水滴聚积到该板上。水被收集在该组件中，因为板被布置成在蒸汽的流动路径中形成锐利的弯曲部分。这些弯曲部分降低了蒸汽的速度并且改变了蒸汽的方向。水滴可以由于动量而沿着它们的初始轨迹继续前行。液滴然后可能撞击该组件的、在此处收集液滴的壁或板。当足够的液滴已聚积在该组件的壁或板上时，水滴可以朝着蒸发器/冷凝器的上凸缘406降落。
仍然参考图12至12C，基部1202还可以具有观察窗口1210。这个窗口允许操作该设备的人员在视觉上观察蒸汽室的内部以确定该设备是否正常工作。在其它实施例中，蒸汽室1200可以不包括观察窗口1210。在图12D中示意了该可替代实施例。在另外的其它实施例中，窗口的尺寸和形状可以不同。在一些实施例中，蒸汽室可以包括多个窗口。
在该示例性实施例中，蒸汽分离器组件可以由不锈钢制造。可以使用其它材料，然而，优选这些材料具有耐腐蚀和耐高温属性。其它类型的材料可以包括但不限于：钛、铜镍、电镀铝、纤维合成物和高温塑料。
仍然参考图12至12C，帽体1206附接到基部1202。该帽体和基部限定了用于从低压蒸汽中分离水的内部空腔。另外，帽体1206可以具有两个端口，即图12B、12E和12F中示出的出口端口1211和进口端口1212。该出口端口为干燥的低压蒸汽离开蒸汽室1200提供流体通路。在该示例性实施例中，出口端口1211位于帽体1206的顶表面附近，因为将该端口定位成远离蒸发器/冷凝器的管710的出口促使蒸汽更干燥。然而，在可替代实施例中，出口端口1211在帽体1206内可以具有不同位置。类似地，进口端口1212为高压蒸汽进入蒸汽室1200内的高压蒸汽管1208提供流体通路。在该示例性实施例中，进口端口1212位于帽体1206的顶表面附近。在可替代实施例中，进口端口1212在帽体1206内可以具有不同的位置。在该示例性实施例中，帽体1206由电镀铝制造。其它类型的材料可以包括但不限于：不锈钢、塑料、钛和铜镍。这些端口的尺寸可以影响压缩机两端的压降。
仍然参考图12至12C，蒸汽管1208连接到蒸汽室1200内的进口端口1212。这个管为高压蒸汽穿过蒸汽室并且进入蒸发器/冷凝器腔室的冷凝器区域提供流体通路。蒸汽管1208的内径可以是任何尺寸，只要该管不会不利地影响高压蒸汽从再生式鼓风机到蒸发器/冷凝器腔室的流动。在该示例性实施例中，蒸汽管1208可以由不锈钢制造。可以使用其它材料来制造蒸汽管1208，但是这些材料必须具有足够的耐腐蚀和耐高温属性。这种材料可以包括但不限于：电镀铝、塑料、钛和铜镍。对于来源水可能是高度浓缩（例如是海水）的应用，蒸汽室1200可以由钛、镍、青铜、镍铜和铜镍制造，但不限于此。
现在参考图13至13C，示出了蒸发器/冷凝器组件的可替代实施例1300。在该实施例中，蒸发器/冷凝器组件1300包括集水器1302、蒸发器/冷凝器腔室1304、除雾器组件1306、多个拉杆1308、下凸缘1310和上凸缘1312。参见关于不带集水器1302的蒸发器/冷凝器组件的详细视图的图13D。
现在参考图13E，该蒸发器/冷凝器腔室可以包括外壳1314、多个管1316、下凸缘1310和上凸缘1312。蒸发器/冷凝器腔室1304限定了用于冷凝高压蒸汽的内部空腔。当蒸汽在管1316的外表面上冷凝时，管1316将热能从高压蒸汽传递给该管内的来源水。在该实施例中，管1316可以具有0.75英寸的外径并且由铜制造。在可替代实施例中，管1316可以由其它材料制造，包括但不限于镍铜或其它合成材料。管1316的直径还可以根据很多变量而改变。参见上文关于管直径的、在示例性实施例中的讨论。管1316的长度可以通过由外壳1314限定的内部空腔的长度以及下凸缘1310和上凸缘1312的厚度来确定。
仍然参考图13E，管1316被下凸缘1310和上凸缘1312支撑在由外壳1314限定的内部空腔内，如图13B、13C和13E中所示。每个凸缘均具有围绕该凸缘的中心轴向定位的多个孔眼。这些孔眼可以容纳管1316的端部。另外，下凸缘1310和上凸缘1312还将外壳1314固定在适当位置并且提供通向集水器1302和除雾器组件1306的路径。当来源水填充集水器1302时，一些水开始填充位于外壳1314的内部空腔中的管1316。当热能被传递给管1316中的来源水时，水开始蒸发。来源水的蒸汽通过管1316行进并进入除雾器组件1306中。该蒸汽通过位于上凸缘1312中的孔眼进入除雾器。
仍然参考图13E，使用多个拉杆1308将外壳1314固定到下凸缘1310和上凸缘1312。这些拉杆围绕外壳1314的周边沿着轴向位于外侧。另外，拉杆1308还将除雾器1306固定到上凸缘1312并将集水器1302固定到下凸缘1310。拉杆的长度由外壳1314的长度以及下凸缘1310、上凸缘1312、集水器1302和除雾器1306的厚度决定。拉杆1308可以具有用于将螺纹紧固件附接到拉杆的每个端部上从而将蒸发器/冷凝器的构件固定在一起的螺纹端部。另外，拉杆1308可以由具有足够强度的任何材料制造，例如不锈钢。拉杆1308可以由其它材料制造，包括但不限于：青铜、钛、玻璃纤维合成材料和碳钢。
仍然参考图13E，在该示例性实施例中，外壳1314由玻璃纤维制造。可以使用其它材料，优选这些材料耐腐蚀、具有低导热率和足够的结构强度，以承受在蒸发器/冷凝器组件1300运行期间形成的内部压力。参见对示例性实施例的与外壳的内径尺寸有关的讨论。
仍然参考图13E，集水器1302连接到下凸缘1310并且与蒸发器/冷凝器组件腔室1304的管1316流体连通。集水器1302收集从热交换器进入的来源水。来源水通过位于该集水器的侧壁内的进口端口进入集水器1302。在其它实施例中，该进口端口可以位于一个不同的位置（即，在底部上）。在该实施例中，集水器1302由合成材料G10塑料制成。在其它实施例中，集水器1302可以由具有足够的耐腐蚀和耐高温属性的任何其它材料制造。其它材料包括但不限于:铝、和不锈钢。集水器1302还可以包括加热元件以向来源水提供热能。该热能有助于使来源水从流体改变为蒸汽。
现在参考图14至14C，除雾器组件1400（还被标识成图13的1306）附接到上凸缘1312。该组件可以由图14中示意的帽体1402、蒸汽管1404和薄雾分离器1406构成。帽体1402容纳从蒸发器/冷凝器的蒸发器侧产生的低压蒸汽。如图14A至14C所示，帽体1402可以具有三个端口1408、1410和1412。参见对示例性实施例的蒸汽室的与用于去除水滴的空间高度有关的讨论。另外，帽体1402限定包含在图14、14C和14D中示出的薄雾分离器1406的空腔。
仍然参考图14至14C，第一端口1408可以位于帽体1402的顶表面的中心并且用于接纳蒸汽管1404的第一端部。该端口允许由压缩机产生的高压蒸汽通过蒸汽管1404的第一端部再次进入蒸发器/冷凝器。蒸汽管1404为高压蒸汽在不与进入除雾器组件1400的低压蒸汽混合的情况下通过除雾器组件1400进入蒸发器/冷凝器提供了流体通路。在该实施例中，蒸汽管1404由不锈钢制造。在其它实施例中，该蒸汽管可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：电镀铝、、铜镍和钛。蒸汽管1404的长度必须足以允许与压缩机连接并且穿过整个除雾器组件1400。该蒸汽管的第二端部被接纳在位于上凸缘1312的中心处的端口内。蒸汽管1404的内径可以影响压缩机两端的压降。对于该系统的另一种影响是：蒸汽管1404减少了除雾器内的用于从低压蒸汽中去除水滴的有效空间。
仍然参考图14至14C，蒸汽管1404还可以具有用于接纳薄雾分离器1406的多个外部凹槽。薄雾分离器1406是具有孔眼的圆形板。该孔眼允许低压蒸汽穿过该板。在一个实施例中，在蒸汽管1404的凹槽内安装有多个薄雾分离器。这些板将被定向成使得孔眼相对于前一板位于180°处。另外，最靠近出口端口1410的板将被定向成使得孔眼相对该端口位于180°处。在可替代实施例中，这些板可以在板的顶表面上包括凹槽以收集水滴。这些凹槽可以是渐缩的以允许所收集的水从板流出并且朝着除雾器组件1400的基部降落。可以使用一对扣环和波形垫圈将薄雾分离器1406固定到蒸汽管1404。
仍然参考图14至14C，第二端口1410也可以位于帽体1402的顶表面中并且允许干燥的低压蒸汽离开除雾器组件1400。参见上文对示例性实施例的与出口端口的尺寸和位置有关的讨论。
仍然参考图14至14C，第三端口1412可以位于帽体1402的侧壁内。该端口允许从低压蒸汽中去除的水离开该设备。该端口的位置优选在排污水可以离开除雾器组件1400而不会在该组件内过度积聚排污水的高度处。另外，该端口的高度优选不太低，但是更优选的是足以使排污水的水位保持覆盖管的出口。在该示例性实施例中，管可以连接到端口1412并且排污水可以在离开设备100之前经过水位传感器壳体108和热交换器102。
仍然参考图14至14C，除雾器组件1400可以由具有足够耐腐蚀和耐高温属性的任何材料制造。在该实施例中，除雾器组件由不锈钢制造。该组件可以由其它材料制造，包括但不限于：不锈钢、钛和铜镍。
压缩机
水蒸汽蒸馏设备100可以包括压缩机106。在示例性实施例中，压缩机是再生式鼓风机。可以采用其它类型的压缩机，但是为了该应用的目的，参考示例性实施例描绘并描述了再生式鼓风机。再生式鼓风机的目的是对离开蒸发器/冷凝器的蒸发器区域的低压蒸汽进行压缩以产生高压蒸汽。增加蒸汽的压力升高了蒸汽的温度。这种温度升高是希望的，因为当高压蒸汽在蒸发器/冷凝器的冷凝器区域的管上冷凝时，热能被传递给所进入的来源水。该热传递是重要的，因为从高压蒸汽传递的热能将低压蒸汽供应到再生式鼓风机。
低压蒸汽与高压蒸汽之间的压力变化由所期望的成品水输出量决定。成品水的输出量与高压蒸汽的流量有关。如果从压缩机到蒸发器/冷凝器的冷凝器区域的高压蒸汽的蒸汽流量大于冷凝器接收蒸汽的能力，则蒸汽可能变得过热。相反，如果蒸发器/冷凝器的蒸发器侧产生了比压缩机能够压缩的更多的蒸汽，则蒸发器/冷凝器的冷凝器侧可能不能以全容量运行，因为高压蒸汽从压缩机的流量有限。
现在参考图15至15G，该示例性实施例可以包括用于对来自蒸发器/冷凝器的蒸发器区域的低压蒸汽进行压缩的再生式鼓风机组件1500。如图15C中所示意的，再生式鼓风机组件1500包括限定内部空腔的上壳体1502和下壳体1504。参见关于上壳体1502和下壳体1504的详细视图的图15D至15G。叶轮组件1506位于由上壳体1502和下壳体1504限定的内部空腔中。该壳体可以由各种塑料制造，包括但不限于： 或Polysulfone。可替代地，该壳体可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：钛、铜镍和铝镍青铜。在该示例性实施例中，上壳体1502和下壳体1504由铝制造。在可替代实施例中，可以使用其它材料，优选这些材料具有耐高温、耐腐蚀、不吸水属性并且具有足够的结构强度。该壳体优选具有足够的尺寸以容纳叶轮组件和相关联的内部通路。此外，该壳体优选在静止壳体与旋转叶轮之间提供足够的间隙以避免滑动接触并防止在鼓风机的两级之间发生泄漏。除了间隙之外，上壳体1502和下壳体1504可以是彼此的镜像。
现在参考图15D至15F，上壳体1502和下壳体1504可以具有进口端口1510和出口端口1512。低压蒸汽通过进口端口1510从蒸发器/冷凝器进入鼓风机组件1500。在示例性实施例中，该进口端口被成形为围绕上壳体1502和下壳体1504中的环形流道产生旋流。在对低压蒸汽进行压缩之后，从出口端口1512排出更高压力的蒸汽。在上壳体1502和下壳体1504的进口端口1510与出口端口1512之间，间隙被减小以防止离开鼓风机组件的高压蒸汽与进入该组件的低压蒸汽混合。该示例性实施例可以包括脱流板（stripper plate）1516。在该板处，设于上壳体1502和下壳体1504中的开放流道仅仅允许叶轮片内的高压蒸汽经过进口端口1510附近的、被称为进口区域的区域。
仍然参考图15D至15F，通过脱流板1516移行到进口区域中的高压蒸汽可以不可逆地与所进入的低压蒸汽混合，该低压蒸汽是从进口端口1510进入鼓风机组件1500的。该蒸汽混合可以导致所进入的低压蒸汽的温度升高。因为高压蒸汽在进口区域中膨胀，所以高压蒸汽移行还可以阻挡所进入的低压蒸汽流。上壳体1502和下壳体1504中的减压管道1514抽取在叶轮片中捕集到的压缩蒸汽并且将该蒸汽喷射到进口区域中，从而阻挡所进入的低压蒸汽。
仍然参考图15D至15F，进口端口1510与出口端口1512之间的距离由脱流板1516的尺寸来控制。在该示例性实施例中，脱流板的面积被优化以减少移行到进口区域中的高压蒸汽的量并且使上壳体1502和下壳体1504内的工作流道最大化。
现在参考图15H至15K，在该示例性实施例中，轴1514由加压水进给轴承1516支撑，轴承1516被压入叶轮组件1506中并由轴1514支撑。在该实施例中，轴承可以由石墨制造。在可替代实施例中，轴承可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：特氟隆（Teflon）合成物和青铜合金。
仍然参考图15H至15K，被供应到加压水进给轴承1516的水优选为清洁水，因为水可能进入鼓风机组件1500的压缩腔室。如果水进入压缩腔室，则水将很可能与纯净蒸汽混合。与纯净蒸汽混合的被污染的水将产生被污染的高压蒸汽，在该示例性实施例中，成品水被供应到所述轴承。
希望对该示例性实施例的高速鼓风曲轴承1516进行流体动力润滑。在流体动力运行中，旋转的轴承浮在在润滑剂的薄膜上，并且并不接触静止轴。这种润滑模式具有最低的摩擦系数并且基本上不存在磨损，因为部件之间没有物理接触。
与流体动力运行相比，以其它润滑状态如混合薄膜润滑（Mixed FilmLubrication）和边界润滑（Boundary Lubrication）运行会导致更高的动力损失和更高的磨损率。在该示例性实施例中，鼓风机可以在流体动力润滑、薄膜润滑或者这两者的组合下运行。旋转轴承与静止轴之间的运行间隙、轴承的旋转速度，以及润滑流体的压力和流量可以影响轴承润滑模式。
参考图15H至15K，在流体动力轴承中，限制负载因素可以受到散热能力的影响。当与不被润滑（或者边界润滑的）轴承相比时，流体动力轴承具有另外的散热机制。流体动力轴承的最有效的排热方式是允许润滑流体带走热能。在该示例性实施例中，轴承给水从轴承1516带走热能。在该实施例中，流动通过该轴承的水的体积优选足以使轴承的温度保持在运行极限内。另外，可以改变直径间隙以控制轴承给水的流量，然而，这些间隙优选并不大得足以产生流体动压力损失。
仍然参考图15H至15K，被供应到轴承1516的轴承给水的量优选足以保持流体动力润滑。任何过量的轴承给水都可能不利地影响鼓风机组件1500。例如，过量的水可能使高压蒸汽骤冷从而不必要地降低了该设备的热效率。过量的轴承给水的另一不利影响可以是当过量的轴承给水被从叶轮组件向外喷射并且在壳体壁与所经过的叶轮片之间压迫时由于流体水的剪切而引起的动力损失。
参考图15L，在该示例性实施例中，在鼓风机内设置有用于轴承给水的返回路径1526，以防止过量的轴承给水进入叶轮勺斗（bucket）中。
回过来参考图15H至15K，在该示例性实施例中，轴承给水泵在加压水进给轴承1516的输入端上保持二到五psi的压力。可以通过具有恒定的轴承给水压力来保持轴承给水流量。在该示例性实施例中，可以控制轴承给水的压力以保证到轴承1516的轴承给水的流量。
仍然参考图15H至15K，在该示例性实施例中，叶轮组件可以由使用磁性驱动联接器而非机械密封件的马达驱动。不使用机械密封件从而不产生与相互接触的移动零件相关联的任何摩擦损失。在该实施例中，该磁性驱动联接器可以包括内部转子磁体1518、密封外壳1520、外部磁体1522和驱动马达1508。
仍然参考图15H至15K，内部磁体转子1518可以嵌入在杯体内。在该示例性实施例中，磁体沿着轴向定位。在其它实施例中，磁体可以沿着径向定位。该杯体可以由塑料或金属材料制造。在一些实施例中，杯体材料可以是 或polysulfone，但不限于此。类似地，磁体可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：铁素体、铝镍钴、钐钴和钕铁硼。在示例性实施例中，该杯体附接到叶轮组件1500。在示例性实施例中，杯体被压配合到轴1514上。附接该杯体的其它方法可以包括但不限于：键槽和固定螺丝。
仍然参考图15H至15K，磁性联接外壳1520定位在内部转子磁体1518与外部转子磁体1522之间。磁性联接外壳1520是压力器皿或者是用于鼓风机组件1500的密封外壳。该外壳对鼓风机组件1500内压缩的蒸汽进行密封，从而防止蒸汽逸出到周围环境中。
仍然参考图15H至15K，因为外壳1520位于内部转子磁体1518与外部转子磁体1522之间，所以可能发生涡流损失。如果外壳1520是导电的，则旋转磁场可以导致电流流动通过该外壳，从而可能引起电力损失。相反，由高度电阻性材料制造的外壳1520是优选的，以减小涡流损失量。在该示例性实施例中，可以使用钛来制造磁性联接外壳1520。这种材料提供高的电阻性和耐腐蚀性的组合。耐腐蚀性是优选的，因为在轴承给水与外壳1520之间可能形成接触。在其它实施例中，外壳1520可以由具有更高电阻性和耐腐蚀属性的塑性材料制造。在这些可替代实施例中，外壳1520可以由如下材料制造，该材料包括但不限于： polysulfone和PEEK。
仍然参考图15H至15K，外部转子磁体1522可以连接到驱动马达1508。该马达使外部转子磁体1522旋转，从而使得内部转子磁体旋转以允许叶轮组件1506对位于由上壳体1502和下壳体1504限定的空腔内的低压蒸汽进行压缩。在该示例性实施例中，该驱动马达可以是电动马达。在可替代实施例中，该驱动可以是内燃机或斯特林发动机，但不限于此。
仍然参考图15H至15K，鼓风机组件1500可以被构造成两个单级鼓风机或者一个两级鼓风机。在两个单级鼓风机的运行中，从蒸发器/冷凝器的蒸发器侧进入的低压蒸汽被同时供应到该鼓风机的两个分离的级的两个进口端口。第一级可以在下壳体1504与叶轮组件1506之间的底部处，而第二级可以在上壳体1502与叶轮组件1506之间的顶部处。当叶轮组件1506旋转时，从两个级的进口端口1510进入的低压蒸汽被同时压缩并且高压蒸汽从上壳体1502的出口端口1512和下壳体1504的出口端口1512离开。
仍然参考图15H至15K，相比之下，两级鼓风机具有两个不同的压缩循环。在第一压缩循环期间，来自蒸发器/冷凝器的蒸发器的低压蒸汽被供应到下壳体的进口1514。来自第一级的压缩蒸汽通过下壳体中的出口端口1512离开并被供应到上壳体1502的进口端口1510。在第一级中被压缩的该蒸汽在第二级中被再次压缩。在第二压缩循环之后，该蒸汽可以以增大的压力通过上壳体1502的出口端口1512离开鼓风机组件1500。
对于给定的鼓风机设计，两个单级鼓风机和两级鼓风机这两种构造都具有独特的压力流量曲线。这些曲线表明，与产生更高压差的两级鼓风机相比，两个单级鼓风机产生更高流量的蒸汽。基于系统运行压差，鼓风机的流量和效率取决于鼓风机的流动特性。根据鼓风机组件1500两端的压差，一种构造可能相对于另一种而言是优选的。在该示例性实施例中，鼓风机组件1500具有两个单级鼓风机的构造。
现在参考图16至16A，叶轮组件1600（还被标识成图15的1506）位于由上壳体1502和下壳体1504限定的内部空腔内。叶轮组件1600包括心轴1604和位于叶轮1602的每一侧上的多个叶轮片。在该示例性实施例中，叶轮1602可以由制造并且叶轮心轴1604可以由铝制造。在可替代实施例中，这些零件可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：钛、PPS、可以使用其它材料来制造这些零件，优选这些材料具有耐高温属性且不吸水。另外，叶轮心轴1604可以具有用于轴承给水返回到集水器的通道。这些通道防止轴承给水进入叶轮勺斗。
仍然参考图16至16A，在叶轮1602周边的每一侧上设计有叶轮片以在叶轮旋转时产生一系列的螺旋流动。这种流动使得蒸汽反复穿过叶轮片从而在蒸汽流动通过开放的环形流道时获得另外的能量。可以设计叶轮片的数目和勺斗的容积以优化所期的流量和压差。叶轮片的数目和勺斗的容积相互成反比，因此增加叶轮片的数目会产生更高的压差但流量更低。叶轮1602的外周边上的迷宫式凹槽防止蒸汽在鼓风机组件1500的级上泄漏，由此提高了鼓风机效率。
回过来参考图15H至15K，轴1514附接到上壳体1502和下壳体1504并且是静止的。在该示例性实施例中，轴1514可以由钛制造。在其它实施例中，轴1514可以由如下材料制造，该材料包括但不限于：氧化铝、氮化硅或钛，以及具有涂层以增加耐磨和耐腐蚀属性的不锈钢。另外，轴1514可以具有将轴承给水引导到轴承1516的通道。
仍然参考图15H至15K，具有两级鼓风机构造的鼓风机组件1500可以产生向下的轴向推力。由于叶轮组件1506的顶部处的第二级与该叶轮组件1506的底部处的第一级相比处于更高的压力下，所以产生了该力。在一可替代实施例中，可以利用通过偏置内部转子磁体1518和外部转子磁体1522而产生的相等的反向磁力来平衡该推力。这种构造防止了下方的加压水进给轴承1516的受力面过度磨损。
现在参考图17至17E，示出了可替代的再生式鼓风机实施例1700。该实施例可以包括叶轮壳体组件1702、安装板1704和安装凸缘1706。参见关于再生式鼓风机组件1700的剖视图的图17B至17D。还参见关于再生式鼓风机组件1700的分解图的图17E。
现在参考图17至17E，安装板1704将安装凸缘1706连接到叶轮壳体组件1702。如图17E所示，该安装板还提供如下端口，该端口提供进入叶轮壳体组件1702的下壳体1708中的流体路径。另外，该安装板为轴承给水离开鼓风机组件1700提供通道。
现在参考图17F至17I，叶轮壳体组件1702可以包括下壳体1708、叶轮组件1710和上壳体1712。还参见关于叶轮壳体组件1702的剖视图的图17H-17I。
现在参考图17F至17I，下壳体1708和上壳体1712限定了容纳叶轮组件1710的内部空腔。这个空腔提供用于叶轮压缩所进入的低压蒸汽的空间。蒸汽可以通过位于下壳体1708和上壳体1712内的进口端口进入叶轮壳体组件。在低压蒸汽被叶轮组件1710压缩之后，高压蒸汽可以通过位于下壳体1708和上壳体1712中的出口端口离开。参见关于下壳体1708的详细视图的图17J至17K。另外，下壳体1708和上壳体1712可以由铝、钛、PPS和制造，但不限于此。
仍然参考图17F至17I，上壳体1712可以包括被附接到该壳体的顶表面上的出入盖体1714。参见图17L，它示出了安装有出入盖体1714的上壳体1712的顶视图。该盖体允许接近位于该上壳体的盖体内的端口。参见图17M，它提供了未安装出入盖体1714的上壳体1712的顶视图。该视图示意了位于上壳体1712内的进口端口和出口端口。
现在参考图17N，下壳体1708和上壳体1712可以包括减压管道1716和在所述壳体的内表面上的带板（strip plate）1718。这些特征具有与在鼓风机组件1500的示例性实施例中描述的那些类似的功能。
现在参考图18至18A，由下壳体1708和上壳体1712限定的内部空腔容纳叶轮组件1800（还被标识成图17的1710）。如图18至18A所示，该组件可以包括心轴1802和具有叶轮片的叶轮1804。当低压蒸汽进入叶轮壳体1702的内部空腔时，叶轮组件1800随着该组件旋转而压缩蒸汽。
仍然参考图18至18A，驱动马达提供用于使叶轮1804和叶轮片旋转的旋转能量。轴承1716可以位于心轴的内表面与轴之间。这些轴承支撑所述轴并且允许叶轮1804自由旋转。轴承1716可以位于心轴1802的端部附近。
在该设备的可替代实施例中，可以使用如在2005年1月27日公开的，并且发明名称为“加压蒸汽循环液体蒸馏（Pressurized Vapor Cycle Liquid Distillation）”的美国专利申请公开No.US2005/0016828Al中描述的液环泵来压缩低压蒸汽，该美国专利申请的内容在此通过引用的方式并入。
水位传感器组件
现在参考图19，水蒸汽蒸馏设备100的示例性实施例还可以包括水位传感器组件1900（还在图1中被标识成108）。该组件测量由设备100产生的成品水和/或排污水的量。
现在参考图19至19A，水位传感器组件1900的示例性实施例可以包括沉淀槽1902和水位传感器壳体1904。沉淀槽1902在排污水进入排污水水位传感器槽1912中之前收集在排污水内携带的颗粒。通过该槽通过在排污水流动通过该槽时降低该水的速度来从排污水中去除颗粒。沉淀槽1902限定有内部空间。通过使用从与排放端口1908相对的侧壁到紧邻排放端口1908处延伸的翼片1905，可以将该空间几乎分成两半。该翼片1905可以从该空间的底部延伸到顶部。排污水通过进口端口1906进入并且在该水可以通过水位感测端口1910离开之前必然围绕翼片1905流动。当排污水进入该器皿的本体中时，由于面积增加而速度降低。由于速度降低，排污水中的任何颗粒可以脱离悬浮状态。沉淀槽1902可以由具有耐腐蚀和耐热属性的任何材料制造。在本示例性实施例中，该壳体由制造。在可替代实施例中，沉淀槽1902可以由其它材料制造，包括但不限于：钛、铜镍和不锈钢。
仍然参考图19至19A，沉淀槽1902可以具有三个端口：进口端口1906、排放端口1908和水位传感器端口1910。进口端口1906如图19A至19B所示可以位于沉淀槽1902的顶表面内并且可以邻近于分离翼片1905并且与排放端口1908相对。该端口允许排污水进入该槽。如图19A至19B所示，排放端口1908可以位于沉淀槽1902的底部中。排放端口1908提供通向蓄存器的通道以便从该槽中去除颗粒。在本示例性实施例中，如图19B所示意的，该槽的底部可以朝着排放端口倾斜。如图19A所示意的，水位传感器端口1910可以位于该槽的顶表面内并且还邻近于分离翼片1905，但是在与进口端口1906相对的一侧上。该端口提供了到排污水水位传感器蓄存器1912的流体通路。在图19A中未示出第四端口。该端口允许排污水离开水位传感器组件1900并且进入热交换器。该端口可以位于沉淀槽1902的上半部的侧壁之一内并且远离进口端口1906。
仍然参考图19至19A，在示例性实施例中，可以在排污水离开排污水水位传感器蓄存器1912和沉淀槽1902之后的流动路径内安装滤器。该滤器可以收集大的颗粒同时允许排污水流动到其它设备部件。该滤器可以由具有耐腐蚀属性的材料制造。在示例性实施例中，该滤器由不锈钢制造。另外，过滤元件可以是可拆卸的以支持对元件的清洁。滤器从排污水中去除颗粒以限制进入热交换器的颗粒量。排污水中的过量颗粒可能引起热交换器的内管被水垢和沉淀物堵塞，从而降低热交换器的效率。另外，颗粒可以产生堵塞，从而防止排污水流动通过热交换器。
仍然参考图19至19A，沉淀槽1902与水位传感器壳体1904流体连通。该壳体可以具有三个内部蓄存器，包括但不限于：排污水水位传感器蓄存器1912、成品水水位传感器蓄存器1914和轴承给水蓄存器1916。排污水水位传感器蓄存器1912独立于其它蓄存器以防止由于成品水与排污水混合而产生污染。水位传感器壳体1904可以由具有耐腐蚀和耐热属性的任何材料制造。在本示例性实施例中，该壳体由制造。在其它实施例中，该壳体可以由其它材料制造，包括但不限于：钛、铜镍和不锈钢。在其它实施例中，该壳体可以被不同地成形，优选的是浮球可以具有45度的运动范围并且在该运动期间液位体积恒定变化。
仍然参考图19至19A，排污水水位传感器蓄存器1912位于水位传感器壳体1904内。该蓄存器通过位于沉淀槽1902的顶表面内的测量端口1910与该槽1902流体连通。该蓄存器提供了可以使用水位传感器1918测量由该设备产生的排污水流量的位置。当排污水充满该沉淀槽时，所述水中的一部分通过测量端口1910流入到排污水水位传感器蓄存器1912中。另外，通气端口1923可以位于该蓄存器的顶部内。该端口允许空气从蓄存器逸出，从而允许排污水充满该空腔。该蓄存器的容积必须足以保持一定量的水。容积太小的壳体可能被快速充满并排放，从而不利地影响水位传感器的功能。相比之下，对于给定的容积增加或减小来说，具有大容积的蓄存器由于小的液位高度变化而可以具有较慢的水位传感器响应时间。较大的容积还可以抑制由于设备的运行而产生的任何水位波动。现在也参考图73，在一些实施例中，可包括排污排水7300流体路径，并且该排污排水7300流体路径可与液位传感器组件以流体方式连接。在一些实施例中，排污排水7300流体路径可用于促进清洁或冲洗设备100。在一些实施例中，可通过阀门，将排污排水7300流体路径与外部环境密封，该阀门例如，但不限于手动球阀。在一些实施例中，该阀门可能为非手动阀，例如由控制系统控制的致动阀，并且在一些实施例中，清洁和冲洗至少部分是自动的。
仍然参考图19至19A，成品水水位传感器蓄存器1914可以紧挨着排污水水位传感器蓄存器1912定位。成品水水位传感器蓄存器1914具有进口端口1920和出口端口1922。成品水通过进口端口1920进入该蓄存器并且通过出口端口1922离开该蓄存器。出口端口1922可以位于水位传感器的下端测量点下方以促使水从该蓄存器中流出。类似地，进口端口1920可以位于水位传感器的下端测量点下方以使得由所进入的水引起的干扰最小。在示例性实施例中，进口端口1920和出口端口1922位于水位传感器壳体1904的如图19A所示的一侧上。该蓄存器提供了用于测量由该设备产生的成品水流量的空间。另外，通气端口1923可以位于该蓄存器的顶部内。该端口允许空气从该蓄存器逸出从而允许成品水充满该空腔。
仍然参考图19至19A，成品水水位传感器蓄存器1914与轴承给水蓄存器1916流体连通。如图19C所示，外部端口1924为成品水在成品水水位传感器蓄存器1914和轴承给水蓄存器1916之间的流动提供流体通路。成品水通过外部端口1924进入轴承给水蓄存器1916。另外，轴承给水蓄存器1916具有图19C所示的供应端口1926和返回端口1928。供应端口1926提供流体通路以润滑再生式鼓风机组件内的轴承。类似地，返回端口1928为成品水在润滑再生式鼓风机组件的轴承之后返回提供了流体通路。该供应端口和返回端口可以位于水位传感器壳体1904的如图19C所示的一侧上。
仍然参考图19至19A，为了监视轴承给水蓄存器1916内的成品水的量，可以安装光学水位传感器。在示例性实施例中，该光学水位传感器可以在轴承给水蓄存器1916中位于大约2/3高度处。该传感器感测在该蓄存器内何时存在水，从而指示存在有足以润滑轴承的水。可以通过将该传感器穿入水位传感器壳体1904中来安装传感器。该传感器可以包括O形环以提供不透水密封。在其它实施例中，该传感器可以是电导式传感器、浮控开关、电容式传感器或超声波传感器，但不限于此。
现在参考图19D至19F，示出了具有两个蓄存器的可替代的水位传感器壳体1930。排污水水位传感器蓄存器1932位于该水位传感器壳体1930内。该蓄存器类似于之前描述的、在水位传感器壳体1904内的排污水蓄存器1912并具有与其相同的功能。相比之下，成品水水位传感器蓄存器1934现在包含用于进给到再生式鼓风机的轴承的成品水。这种构造省略了水位传感器壳体1904的轴承给水蓄存器1916。作为替代，成品水被从成品水水位传感器蓄存器中抽出以为再生式鼓风机供水。
仍然参考图19D至19F，成品水水位传感器蓄存器1934可以具有进口端口1935、出口端口1936、返回端口1938和供应端口1940。进口端口1935允许成品水进入蓄存器。类似地，出口端口1936为成品水离开该壳体提供流体通路。此外，供应端口1940允许成品水离开蓄存器以润滑再生式鼓风机的轴承。在经过再生式鼓风机的轴承之后，成品水可以通过返回端口1938再次进入成品水水位传感器壳体。这些端口可以在该壳体中位于任何位置，但是使供应端口1940和返回端口1938位于该壳体的底部附近可以限制对水位传感器的功能的任何不利影响。
现在参考图19G至19H，传感器1942可以定位在水位传感器壳体1904的外侧上以接收来自水位传感器组件1918的输入。在接收来自水位传感器组件1918的输入时，传感器1942可以用信号表示该槽中的水位处于特定范围内或者处于特定水平。在示例性实施例中，该传感器可以是连续模拟传感器。这种类型的传感器提供了对于水位传感器组件1918的位置的连续反馈。当水位传感器内的磁体改变其位置时，产生电压变化，该电压变化被测量并用于确定传感器的位置。其它实施例可以包括但不限于霍尔传感器或簧片开关。图19H示意了水位传感器组件的一个可能的可替代实施例，该水位传感器组件包括一组浮动磁体1944和位置磁体1946。位置磁体1946被附接到水位传感器壳体1904的一侧。
现在参考图20至20A，水位传感器2000（还被标识成图19A和19E的1918）位于排污水水位传感器蓄存器1912和成品水水位传感器蓄存器1914内。这些传感器可以包括基部2002、臂2004和浮球2006。
参考仍然图20至20A，水位传感器2000的示例性实施例可以包括支撑该臂2004和浮球2006的基部2002。该组件还包括两个磁体（未示出）。该基部连接到所述臂和浮球组件并且该组件在小直径轴（未示出）上枢转。另外，基部2002保持两个磁体。这些磁体相互间隔180度定位并且位于基部2002的端面上并且平行于该枢轴。另外，这些磁体可以在基部2002内与所述枢轴共轴地定位。在示例性实施例中，所述磁体可以是具有轴向磁化方向的柱形磁体。
参考仍然图20至20A，水位传感器2000测量臂和球组件相对于枢轴的旋转。在示例性实施例中，最大位移角度是45度。在该实施例中，水位传感器被安装成防止浮球2006位于枢轴正下方。在其它实施例中，最大位移角度可以大到80度。该传感器可以通过壳体的壁监视磁体。这种构造允许传感器不暴露于腐蚀性的排污水并且密封水位传感器壳体。所述基部可以由具有耐腐蚀、耐热和非磁性属性的任何材料制造。在本示例性实施例中，基部2002由G10塑料制造。在可替代实施例中，基部2002可以由其它材料制造，包括但不限于：、钛、铜镍和玻璃纤维层压材。
仍然参考图20至20A，臂2004附接到基部2002。臂2004将基部2002与浮球2006连接。在示例性实施例中，臂2004由G10塑性材料制造。可以使用其它材料来制造臂2004，优选这些材料具有足够的耐高温属性。其它材料可以包括但不限于：不锈钢、塑料、、钛和铜镍。该臂的长度由水位传感器蓄存器的尺寸决定。另外，该示例性实施例具有沿着该臂的纵向轴线定位并且垂直于该臂的纵向轴线的多个孔眼。这些孔眼减轻了臂的重量并且允许该臂对液位变化更敏感。
仍然参考图20至20A，浮球2006固定到臂2004的另一端。浮球2006为水流接触提供了表面区域。由水施加到浮球2006上的力引起水位传感器组件2000绕所述小直径轴枢转。臂的这种位置变化将指示该设备中的水量。该浮球可以由具有耐腐蚀和耐热属性的任何材料制造。另外，该材料优选具有低的吸水率。在本示例性实施例中，浮球由中空的不锈钢制造。对于来源水是高度浓缩（例如是海水）的应用，浮球2006可以由任何高度耐腐蚀的材料制造，包括但不限于：塑料、钛和铜镍。此外，浮球2006优选具有适于定位在水位传感器壳体1904中的适当尺寸，使得该浮球能够自由移动。另外，浮球2006的尺寸由水位传感器蓄存器的尺寸决定。
现在参考图21至21A，轴承给水泵2100（还在图1至1A中被标识成110）可以连接到轴承给水蓄存器1916的供应端口1926。泵2100使得成品水能够从轴承给水蓄存器1916流动到再生式鼓风机。在示例性实施例中，在2psi到2.25psi的压力范围下，流量是60ml/min。可以使用任何类型的泵，优选该泵能够供应足够量的水来为再生式鼓风机内的轴承保持适当的润滑流。另外，泵2100优选是耐热的以承受周围环境的和经过该泵的高温成品水的高温。在示例性实施例中，轴承给水泵110是GOTEC直线式正排量泵，型号为ETX-50-VIC。在可替代实施例中，可以使用其它类型的泵，例如离心泵，优先该泵能够在高温下运行。
控制器
该设备还可以包括控制歧管，该控制歧管具有用于不同的水流动路径的多个控制阀。通常，该歧管可以包括在来源水的进口管线内的控制阀以控制进入该设备的水量。在过压时，控制阀不能打开或者一旦打开便可能无法关闭，因此可以在进口管线内包括调节器以调节来源水的压力。
类似地，该歧管还可以包括位于将排污水送到该设备之外的出口管线内的控制阀。该阀可以允许操作者控制离开该设备的排污水的量。
控制歧管还可以包括位于成品水的出口管线内的控制阀。该阀可以允许操作者控制离开该设备的成品水的量。在示例性实施例中，出口管线的每一段有一个控制阀。类似地，该设备包括通气阀以从蒸发器/冷凝器释放气态化合物。通该气阀通过放出少量蒸汽来保持该设备的运行条件。释放蒸汽防止了该设备过热。类似地，释放蒸汽还防止了可能妨碍该设备发挥功能的化合物在冷凝器空间中的积聚。
通常，这些控制阀可以是相同类型。在示例性实施例中，控制器是由SPARTANSCIENTIFIC,Boardman,Ohio44513制造的、型号为9-4BKR-55723-1-002的螺线管式阀Series4BKR。在可替代实施例中，控制器可以是比例阀，但不限于此。所述控制阀使用零到五伏的电输入来电子地运行。
此外，该设备可以包括如在2005年9月8日公开的、发明名称为“背压调节器（Backpressure Regulator）”的美国专利申请公开No.US2005/0194048Al中描述的背压调节器，该美国专利申请的内容在此通过引用的方式并入。
水蒸汽蒸馏设备可以包括电压调节器。通常，该设备可以接收由常规的壁装电源插座提供的单相电力。然而，在其它国家，电压可能不同。为了解决这种电压差异，可以在该设备中包括电压调节器来确保将正确类型的电压供应到该设备的电部件。
另外，可以在该系统内包括电池以向该设备提供电能。当从电池供应电能时，该设备将优选包括电逆变器以将输入的电力从直流变为交流。在其它实施例中，该设备可以从斯特林发动机和内燃机接收电能。这些实施例也可能需要电逆变器。在其它实施例中，该设备可以包括升压回路以增加被供应到该设备从而为电气部件供电的电压大小。
对水进行蒸馏的方法
本文还公开了一种水蒸汽蒸馏方法，包括以下步骤：过滤来源水、使用热交换器加热来源水、将来源水转换成低压蒸汽、从来源蒸汽中除去水以产生干燥低压蒸汽、将干燥低压蒸汽压缩成高压蒸汽，以及将高压蒸汽冷凝成成品水。
现在参考图22至22A，来源水是被污染的水，它被转换成蒸汽并且稍后被冷凝成称为成品水的清洁纯净水。图22示意了上文公开的设备内的来源水流体路径。如图22A中所示意的，来源水通过连接到热交换器的进口管进入该设备。通常，可以安装泵来使得来源水通过该进口管流入热交换器中。在该进口管内可以存在有安装在来源水进入该管之处和与热交换器的连接处之间的滤器2202，参见图22A。在其它实施例中，调节器2204可以定位在该进口管内以调节来源水到该设备中的流量。类似地，在一个实施例中，阀2206可以定位在该进口管中以将该设备与水源隔离。
仍然参考图22至22A，在运行中，来源水经过滤器2202以去除大的颗粒。这些大的颗粒可以通过堵塞热交换器的进口和排污水阀或者内管而不利地影响该设备的运行。另外，颗粒可以沉积到蒸发器/冷凝器的管上从而降低该设备的效率。在示例性实施例中，滤器2202位于控制阀之前。在其它实施例中，该滤器可以位于进口泵（未示出）之前。在示例性实施例中，滤器2202具有50微米的用户净化器单元。在可替代实施例中，该设备可以不包括滤器2202。在来源水经过滤器2202之后，该水进入热交换器2208。
现在参考图22B，在进入热交换器2208时，来源水可以充满热交换器2208的外管。在示例性实施例中，热交换器是逆流套管式热交换器。来源水大致以环境温度进入热交换器。相反，进入热交换器的成品水和排污水具有高于环境温度的温度。来源水在一端处进入热交换器而成品水和排污水在相对端处进入热交换器。当来源水流动通过热交换器时，成品水和排污水的高热能被从热交换器的内管向外传导给来源水。来源水的该温度增加使得该水能够在蒸发器/冷凝器中更有效率地变成蒸汽。
现在参考图22C至22D，一旦来源水经过逆流套管式热交换器，该水便离开热交换器并且进入再生式鼓风机马达冷却回路。在运行期间，再生式鼓风机马达2210产生热能。该热能必须从鼓风机马达2210中消除以使鼓风机正常运行。当来源水经过鼓风机马达冷却回路时，由鼓风机马达产生的热能被传递给来源水。该热传递允许鼓风机马达保持较低的运行温度并且使来源水的温度升高。更高温度的来源水提高了该设备的效率，因为需要更少的能量来产生来源水到蒸汽的相变。该来源水离开再生式鼓风机马达冷却回路，并通过图22E所示意的集水器2212进入蒸发器/冷凝器。
现在参考图23至23A，该设备中还存在有被称为排污水的高度浓缩的来源水。这种水从设备中去除颗粒以防止在蒸发器/冷凝器的管上结垢。该流体可能含有存在于来源水中的任何非挥发性污染物。这些污染物可以包括但不限于：来自污垢物的结垢、重金属或有机化合物。具体地，这些污垢物可以包括但不限于：碳酸钙、碳酸镁。另外，当经过热交换器时，排污水向来源水传递热能。图23示出了在上文公开的设备内的排污水流体路径。如图23A所示，排污水被收集在蒸汽室2302中。当低压水蒸汽经过蒸汽室2302时，水滴被从水蒸汽中分离。这些液滴积聚在蒸汽室2302的底部并且加入到现有的排污水中。当排污水的水位升高时，该水通过一端口离开蒸汽室2302。通过该端口，排污水离开蒸汽室2302并进入图23A所示意的水位传感器壳体2304。
现在参考图23B至23C，排污水进入水位传感器壳体2304并且填充沉淀槽2306。当排污水经过沉淀槽2306时，该水内的颗粒沉淀到该槽的底部，因此将该水与颗粒分离。使颗粒与该水分离防止了颗粒进入热交换器。当该水中存在颗粒时，可能会不利地影响热交换器。颗粒可以聚积在热交换器的内管中，从而使热交换器具有较低的效率。颗粒可以减少排污水通过内管的流量，从而降低能够传递给来源水的热能的量。在一些情形中，颗粒的聚积可以在内管内产生堵塞，从而妨碍排污水流动通过热交换器。当排污水充满沉淀槽2306时，该水还可以填充图23C所示意的排污水水位传感器蓄存器2308。
现在参考图23D至23G，在离开水位传感器壳体2304时，排污水可以在进入图23E所示的热交换器2312之前先经过滤器2310。滤器2310去除了排污水内的在流动通过水位传感器壳体2304的沉淀槽2306之后残留的颗粒。将颗粒从排污水中去除减少了颗粒在热交换器以及该系统内的阀中的积聚。如图23E所示，排污水进入热交换器2312并填充内管之一。如图23F所示，该水填充热交换器2312。当排污水经过热交换器时，热能通过包含排污水的管而从较高温度的排污水传导给较低温度的来源水。如图23G所示意的，排污水离开热交换器。在离开热交换器之后，排污水流体可以经过混合罐2314以防止从该设备释放蒸汽而可能伤害人员或邻近的物体。蒸汽可以被从冷凝器空间中定期排出以使该设备保持能量平衡。类似地，气态水汽（例如挥发性有机化合物、空气）必须从冷凝器空间中清除以保持该设备的正常运行。蒸汽和气态水汽被释放到具有低温排污水的混合罐2314中。通过将蒸汽混合到排污水中，蒸汽冷凝，从而允许安全地释放蒸汽。在其它实施例中，可以存在位于将热交换器2312和混合槽2314相连的管线中的阀以将该混合罐从该设备隔离或者调节离开该设备的排污水的流量。
现在参考图24至24A，当高压蒸汽接触蒸发器/冷凝器内的管的外表面而冷凝时，形成了成品水。图24示出了上文公开的设备内的成品流体路径。如图24A所示，在蒸发器/冷凝器2402中产生成品水。当高压蒸汽在蒸发器/冷凝器的管的外表面上冷凝时，形成了水滴。这些液滴聚积在蒸发器/冷凝器2402的底部从而产生成品水。如图24A所示意的，当成品水的水位升高时，该水通过一端口离开蒸发器/冷凝器2402并进入水位传感器壳体2404。
现在参考图24B至24E，如图24B所示，成品水可以通过连接到成品水水位传感器蓄存器2406的端口进入水位传感器壳体2404。该蓄存器收集所进入的成品水并且测量由该设备产生的水量。如图24C所示意的，该水离开成品水水位传感器蓄存器2406并进入热交换器2408。当经过热交换器2408时，高温成品水通过热交换器2408的内管将热能传递给低温来源水。图24D示意了经过热交换器2408的成品水。在经过热交换器2408之后，如图24E所示意的，成品水离开该设备。在示例性实施例中，该设备可以包括成品水转移阀2410和成品水阀2412。成品水阀2412允许操作者调节离开该设备的成品水的流量。通常，一旦蓄存器蓄满百分之50，则成品水阀2412便被循环使得进入该蓄存器的水量等于离开该蓄存器的水量。在开始生产的几分钟内的系统初始启动期间，通过打开成品水转移阀2410来丢弃所产生的成品水。一旦确定成品水已具有足够的质量，则成品水转移阀2410关闭并且成品水阀2412开始运行。
现在参考图24F至24H，当成品水充满成品水水位传感器蓄存器2406时，水还可以进入轴承给水蓄存器2410。轴承给水蓄存器2410收集所进入的成品水以润滑再生式鼓风机2412内的轴承。如图24G所示，成品水离开轴承给水槽2410并可以进入泵2414。泵2414将成品水移动到再生式鼓风机。在离开泵2414之后，如图24H所示意的，成品水进入再生式鼓风机2412。
现在参考图24H至24I，在进入鼓风机2412时，成品水在鼓风机的轴承和轴之间提供润滑。在离开再生式鼓风机2412之后，成品水可以通过轴承给水蓄存器2410再次进入水位传感器壳体2404，参见图24I。
现在参考图25至25C，为了支持水在整个设备中的流动，可以设置通气路径。这些路径通过从该设备中去除空气或蒸汽来支持水流动通过该设备。图25中示出了通气路径。图25A示意了从排污水水位传感器蓄存器2502到蒸发器/冷凝器2508的蒸汽室2504的通气路径。该路径允许所述蓄存器内的空气离开，从而允许更多的排污水进入该蓄存器。类似地，图25B示意了从成品水水位传感器蓄存器2506到蒸发器/冷凝器2508的通气路径。该路径允许该蓄存器内的空气离开，从而允许成品水进入该蓄存器。最后，图25C了示出始于蒸发器/冷凝器2508的冷凝器区域的通气路径，以允许该设备内的空气通过混合罐2510离开该设备并进入周围大气中。另外，该通气路径通过从该设备放出少量的蒸汽而有助于保持该设备的平衡。
现在参考图26，在运行中，来源水以图22至22E中所描述的方式进入蒸发器/冷凝器2608的集水器2602。当来源水最初进入集水器2602时，可以使用加热元件将另外的热能传递给该水。通常，可以在水蒸汽蒸馏设备的初始启动期间使用加热元件。在其它情形中通常将不使用加热器。当集水器中的来源水的量增加时，如图26所示意的，该水通过定位在集水器2602和蒸发器/冷凝器2608之间的板2606内的端口流出该集水器并流入蒸发器/冷凝器的管2604中。在该设备的初始启动期间，蒸发器/冷凝器2608的蒸发器部分充满来源水直到在排污水水位传感器蓄存器中存在足够量的水。在初始启动之后，管2604保持充满来源水。
现在参考图26A至26E，一旦处于管2604中，由于从存在于管2604的外侧上的高压蒸汽通过管壁的热能传导，来源水被加热。图26A示意了流动通过蒸发器/冷凝器2608的管2604的湿润低压蒸汽。如图26B所示意的，该湿润低压蒸汽行进穿过蒸发器/冷凝器2608的管2604并进入蒸汽室2610。当蒸汽流动通过蒸汽室2610的内部，该蒸汽内的水滴与该蒸汽分离。这些液滴聚积在蒸汽室2610的基部处并且加入到已经存在于基部中的排污水，参见图26C至26D。排污水以图23至23G中所描述的方式流出该设备。如图26E至26F所示，干燥低压蒸汽离开蒸汽室2610并进入再生式鼓风机2612。
现在参考图26F至26H，一旦处于再生式鼓风机2612中，干燥低压蒸汽便被压缩，从而产生干燥高压蒸汽。在干燥蒸汽被压缩之后，高压蒸汽离开再生式鼓风机2612并进入蒸汽室261的蒸汽管2614。参见图26G至26H，示意了离开鼓风机2612并进入蒸汽室2610的蒸汽管2614的蒸汽。
现在参考图26H至26J，蒸汽管2614与蒸发器/冷凝器2608的内部空腔流体连通。蒸汽管2614为蒸汽从鼓风机2612进入蒸发器/冷凝器2608的冷凝器侧提供了隔离的通路。高压蒸汽被隔离以保持该蒸汽的压力并确保该蒸汽无任何污染物。干燥高压蒸汽离开蒸汽室2610的蒸汽管2614并进入蒸发器/冷凝器2608的内部空腔。参见图26I，示出了蒸发器/冷凝器2608的包含高压蒸汽的内部空腔。当高压蒸汽接触蒸发器/冷凝器2608的管2604的外表面时，蒸汽向管2604传递热能。该能量通过管壁传导给位于管2604内的来源水。当能量从蒸汽传递给管壁时，蒸汽从水汽冷凝成流体。该流体被称作成品水。当水滴在管壁的外侧上形成时，这些液滴向下流动到蒸发器/冷凝器2608的基部。参见图26J，示出了成品水在蒸发器/冷凝器2608的内部空腔内的形成。当该空腔内的成品水的量足够时，如图24至24I所示意的，成品水可以流出蒸发器/冷凝器。
现在参考图27，存在几个可能影响所述设备的性能的因素。这些因素之一是再生式鼓风机两端的压差。图27是示意了生产一升成品水所需的能量量与再生式鼓风机两端的压力变化之间的关系的图。理想地，可能希望运行鼓风机使得能够使用最少的电量来生产最大量的成品水。根据该图，使用最少的能量量使鼓风机在1.5psi和2psi之间的压差下运行产生了一升的成品水。使鼓风机在该范围以上或以下的压力下运行将使生产一升水所需的能量量增加。
现在参考图28，另一可能影响该设备性能的因素是安装在蒸发器/冷凝器组件的内部空腔内的热传递管的数目。图28示意了对于再生式鼓风机两端的给定的压力变化，热传递管的数目与成品水的生产率之间的关系。根据该图，确定了具有更大数目的热传递管增加了成品水的产量。在该曲线图中，每小时产生最大量的成品水的构造是具有85个管的组件。对于低于2psi的压力，产生最少量的水的构造是仅仅具有43个管的组件。
现在参考图29，该图示意了由不同的热传递管构造所产生的成品水的量。在该曲线图中，具有102个热传递管的构造产生了最大量的成品水。相比之下，具有更短的管长和仅仅48个管的构造产生了最少量的成品水。
现在参考图30，尽管具有比其它构造数目更少的管，但是48个热传递管的构造每单位表面积产生更多的水。图30示意了所产生的成品水的量与热传递表面积的大小之间的关系。该图表明具有15英寸的管长的、48个热传递管的构造是最有效率的设计。效率最低的构造是102个热传递管的设计。因此，在蒸发器/冷凝器内具有大数目的管可以生产更多的水，但是具有较少数目的管的设计可以提供最有效率的资源利用。
现在参考图31，该图示意了两种48热传递管设计的性能差异。在该图中，设计的差异是管长。在再生式鼓风机两端的各种压力变化下，该图比较了这两种构造所使用的能量量与水的生产率。在再生式鼓风机两端的压差相等的情况下，具有20英寸长的管的构造产生稍多的成品水但消耗稍少的能量。
控制方法
压缩机两端的压差直接决定了该设备可以产生的成品水的量。为了确保从该设备输出特定量的成品水，可以调节压缩机两端的压差。提高压缩机的速度通常将导致蒸发器/冷凝器两侧上的压差增大。增大压差提高了来源水被蒸发成清洁成品水的速率。
在控制水蒸气蒸馏设备100时的限制因素之一是使该机器运行所需的排污水的量。若没有足够的排污水，则从来源水分离的颗粒将停留在该设备中。颗粒的这种积聚将不利地影响该设备的运行和效率。
为了确保从该设备中去除颗粒，必须存在足量的排污水来将颗粒带到该设备之外。为了确定在特定环境下运行该设备需要多少排污水，必须知道进入该设备的水（来源水）的质量。如果来源水具有高的颗粒浓度，则将需要较多的排污水来吸收并从该设备中去除颗粒。相反，如果来源水具有低的颗粒浓度，则将需要较少的排污水。
为了控制并观测由该设备产生的成品水和排污水的量，可以执行几种不同的控制方法。这些方案可以包括但不限于：测量位于该设备中的蓄存器内的成品水和排污水的水位、测量由该设备产生的成品水和排污水的流量、测量所进入的来源水的质量，以及测量成品水的输出质量。
示例性实施例的水位传感器组件可以测量水的水位和流量。可以根据水位传感器组件的移动来测量水位。当水填充蓄存器时，水引起水位传感器组件的位置变化。
可以通过了解水位传感器组件的位置变化、蓄存器的面积以及与该水位变化相关的时间来确定水的流量。使用浮动传感器来确定流量是有利的，因为使用浮动传感器不引起任何压降。流量可以指示该设备的性能以及该性能是否与该设备的正常运行时一致。这项信息允许操作者确定设备在功能上是否正常。例如，如果操作者确定流量低于正常运行状况，则操作者可以检查进口管线内的滤器是否含有杂质或者蒸发器/冷凝器的管是否结垢。类似地，操作者可以使用流量对该设备进行调节。这些调节可以包括改变所产生的排污水和成品水的量。虽然流量可以指示设备的性能，但是该测量不是必要的。
进口来源水或出口成品水的水质可以用来控制水蒸气蒸馏设备的运行。这种控制方法基于水的质量来确定该机器的运行。在一个实施例中，监视成品水的导电性。当导电性超过规定极限时，则传感器发送信号以关闭该设备。在一些实施例中，该传感器可以是电导传感器，但不限于此。在一个可替代实施例中，可以包括监视排污水的导电性。当排污水的导电性超过规定极限时，则传感器发送信号以增加进入该设备的来源水的量。增加来源水将降低排污水的导电性。在另一实施例中，可以监视来源水的导电性。当导电性超过规定极限时，则传感器发送信号以调节来源水的流量。来源水的导电性越高，则可以使来源水和排污水的流量越高。
在可替代实施例中，该设备可以包括如下的控制方案：其中该设备具有稳态模式。在这种模式期间，该设备减少了所消耗的电力量。在其它实施例中，加热元件可以在这种模式期间继续运行以保持集水器中的来源水的特定温度或温度范围。保持集水器中的来源水的温度缩短了使该机器开始生产更多成品水的时间。另外，在这种模式期间，再生式鼓风机并不发挥作用并且进口阀和出口阀被关闭。
可以在来源水样本上执行以分析来源水质量的测试实例包括但不限于：细菌测试、矿物测试和化学测试。细菌测试指示该样本内可能存在的细菌数量。最常见的细菌测试类型是总大肠菌群。
矿物测试结果可以指示水中的矿物杂质的量。大量的矿物和其它杂质可以造成健康危害并且影响水的外观和有用性。
可以实现的另一种类型的水测试是化学测试。很多人造化学品可能污染供水源并且对水的潜在消费者造成健康危害。除非怀疑在水中存在特殊的化学物质或者特殊类型的化学物质，可以并不例行性地执行此类测试，因为对于未指明的化学污染物而言，该项测试是昂贵的。然而，如果怀疑在来源水中存在特定的化学物质，则可以执行测试。下面描述了一些具体水质测试的实例。
pH值：pH值测量水的相对酸度。7.0的pH值水平被视为中性。纯净水具有7.0的pH值。pH值水平小于7.0的水被视为酸性的。pH值越低，则水越呈酸性。pH值大于7.0的水被视为碱性的或者具有碱性。pH值越高，则它的碱性越强。在美国，天然水的pH值通常在6.5和8.5之间。pH值低于5或高于9.5的淡水源可能无法维系植物或动物物种。可以使用本领域中已知的任何测试方法来确定pH值。
优选直接在来源水测试现场测量pH值，因为温度变化会影响pH值。优选地，如果使用湖、溪、河、池等的水，则在离开“堤岸”的位置处的水源处、从水面下获取水样。
硝酸盐：氮是所有活体植物和动物生成蛋白质所需的元素。在水生态系统中，氮以很多形式存在。它可以与氧结合而形成被称为硝酸盐的化合物。硝酸盐可以来自肥料、污物和工业废物。它们可以引起湖泊或池塘富营养化。当营养（例如硝酸盐和磷酸盐）被加入到水体时产生富营养化。这些营养通常来自农田和草地、污物、清洁剂、动物废弃物和泄漏的腐败性系统的径流物。可以使用本领域中任何已知的测试方法来确定硝酸盐的存在。
浊度：浊度指的是水的清洁度或浑浊度。清洁水具有低的浊度水平而浑浊的水或泥水具有高的浊度水平。可能由于水中的悬浮颗粒例如土、沉淀物、污物和浮游生物而引起高水平的浊度。土可以因腐蚀或者来自附近陆地的径流而进入水中。沉淀物可能因水中的过多活动而例如被鱼或人搅起。污物是由废物排放引起的，而大量浮游生物可能由于水中的过量营养而引起。
当水的浊度高时，水中将存在很多悬浮颗粒。这些固体颗粒将阻挡光线并妨碍水生植物获得它们进行光合作用所需的光线。植物将产生更少的氧由此降低溶氧（DO）水平。植物将更易死亡并且被水中的细菌分解，这将更进一步降低溶氧水平。可以使用本领域中任何已知的测试方法来确定浊度。
大肠菌：当供水源中存在大肠菌类细菌时，这表明供水源可能已被污物或其它分解废物污染。通常，会在水的表面膜上或者在底部的沉淀物中发现更多的大肠菌类细菌。
在人类和其它温血动物的肠道中发现的粪大肠菌是一种大肠菌类细菌。供水源中存在粪大肠菌是该水已被污物所污染的良好指示。可以专门针对粪大肠菌或者针对包括所有大肠菌类菌种并且可以指示粪便污染的总大肠菌类细菌进行测试。可以使用本领域中任何已知的测试方法来确定大肠菌的存在。
在运行中，该产水机可以对来源水和/或成品水执行导电性测试来确定进入和离开该系统的水的质量。可以使用在该系统的进口管线和出口管线内安装的电导传感器来完成该测试。具有高导电性的水表面该水具有较高的杂质的量。相反，具有较低的导电性大小的水表明该水具有较低的杂质水平。这种类型的测试是普通的并且只能提供对所分析的水的纯度/质量的大体指示。
可以完成其它类型的测试来分析以下水杂质/特性的具体水平，包括但不限于：pH值、硬度、氯化物、颜色、浊度、硫酸盐、氯、亚硝酸盐、硝酸盐和大肠菌。通常为了分析进入或离开该机器的水，操作者可以首先获得水样。在获得所期样本之后，然后可以使用可从Colorado州Loveland市的电话为80539-0389的Hach Company公司得到的水测试工具包对水进行测试。测试水纯度的其它方法可以包括将水送到实验室进行分析。
用于对水进行蒸馏的系统
在此还公开的是：上文描述的用于对水进行蒸馏的设备可以实施在如于2007年5月17日公开的、发明名称为“用于分布式设施的系统和方法（Systems and methods forDistributed Utilities）”的美国公开No.US2007/0112530Al中描述的分布式系统中，该美国专利申请的内容在此通过引用的方式并入。此外，还可以在如其内容在此通过引用的方式并入的、于2007年5月17日公开的发明名称为“用于分布式设施的系统和方法（Systemsand methods for Distributed Utilities）”的美国公开No.US2007/0112530Al中描述的分布式系统内包括监视和/或通信系统。
可替代实施例
虽然已经描述了蒸馏器/水蒸气蒸馏设备的示例性实施例，但是也构思了蒸馏器的可替代实施例，包括该蒸馏器的特定元件（即，热交换器、蒸发器冷凝器、压缩机等）的可替代实施例。因此，在一些可替代实施例中，利用在此描述的可替代实施例元件替代了一个或多个元件。在一些实施例中，利用可替代实施例替代了整个蒸馏器，例如，如在一个实施例中描述的系统利用示例性实施例作为蒸馏器，而在其它实施例中，该系统利用可替代实施例。
参考图32至32C，公开了具有液环泵3200的水蒸气蒸馏设备的可替代实施例。图32到32C中示出了该液环泵，该液环泵可以包括完全可旋转的壳体，该壳体最大程度地降低了摩擦损失同时又保持设计简洁性和生产成本效益。如图32中可见，定子3202相对于转子3204静止并且包括入口3206和出口3208。蒸汽在压力P1下被吸入并被送到转子腔室3210中。转子3204从旋转壳体和液环泵所定中的中央轴线Z偏移。当转子3204围绕带有转子轴承3214的中央轴3212转动时，腔室3210的有效容积降低。当蒸汽被沿着旋转路径输送到出口3208中时，蒸汽由此被压缩成压力P2，从而被按路线传送到图1的蒸发器/冷凝器104。优选地，可旋转壳体（未示出）随着液环泵中的液环旋转，以减少由于摩擦引起的能量损失。
参考图32A至32B，定子3202在输入区域和输出区域中具有支撑结构3216。在图32A至32B所示的定子3202的顶视图中，能够看到位于支撑结构3216下方的转子3204的各个叶片3218，以及转子3204的围绕中央轴线的同心放置结构。液环泵的该特定实施例被沿着轴向进给并沿着轴向送流(portd)，并且在运行期间可以具有竖直、水平或其它定向。图32C示出了该实施例的又一视图。
液环泵3200被设计成在相当窄的输入和输出压力范围内运行，从而通常该设备在从5到15psig的范围内运行。可以使用止回阀从图32至32C的腔室3210释放蒸汽来调节设备压力。优选通过围绕转子轴线以特殊旋转角度放置排气端口的出口3208来实现提高的设备性能，其中该特殊角度对应于蒸馏器运行所期望的压力升高。在图32A中示出了用于调节设备压力的特殊端口打开角度的一个实施例。出口3208围绕转子出入口以大约90度的旋转角度放置，从而允许排出来自腔室3210的蒸汽。围绕定子轴线以大的旋转角度放置出口3208将升高设备压力并降低泵通量，而围绕定子轴线以较小的旋转角度放置出口3208将导致设备压力降低和泵通量增加。选择出口3208的放置方式以优化设备压力可以给出提高的泵效率。此外，放置该出口3208以保持设备压力可以通过省略到腔室3210的排气端口处的止回阀来使设备复杂度最小，由此提供更简单、更加成本有效的压缩机。
现在参考图32D，在运行期间，可能希望测量压缩机中的液环的深度来优化性能。在此处公开的实施例中，液环泵壳体3232随着泵中的液环旋转，并且流体的温度通常是大约110摄氏度。测量液环深度的方法包括任何一种常规方法，例如使用超声波传感器、雷达传感器、浮动传感器、流体电导传感器和光学传感器。因为旋转壳体的复杂性，对于该测量来说，使用电容式传感器是一个优选实施例，其中当流体在电容器中的深度改变时，电容器的电容也改变。
仍然参考图32D，从旋转壳体3232的底表面3232A和转子3204的底表面3204A等距地将盘形电容器传感器板3234安装到旋转壳体3232的底部。该电容器因此由壳体3232、转子3204和电容器传感器3234限定。导线3240通过该旋转壳体轴3236中的通路3236A将电容器从电容器传感器3234连接到优选由铁氧体（未示出）制成的磁芯变压器的次级线圈3242。在一个实施例中，次级线圈3242以与电容器板相同的速度旋转，并且与铁氧体磁芯变压器的初级线圈以感应方式连通。初级线圈3238是静止的，并且，给电位测量电容器和来自该电位测量电容器的信号通过该变压器传送，这样使得深度信息能够从旋转位置传送到静止位置。通过确定电容器（C）与变压器次级线圈的电感（L）的LC谐振来测量电容。在一个示例性实施例中，构建LC振荡器电路并且使用振荡频率作为电容的测量量。
参考图32E，该图示意了泵3200的可替代设计，用于防止被污染的流体液滴随着水蒸汽一起被携带并输送到图1的蒸发器/冷凝器104。在这种实施例中，液环泵3200位于蒸发器/冷凝器104的顶部空间内，并且当旋转壳体3232旋转时消除了薄雾，其中该旋转形成旋风效果，从而通过离心力将薄雾和水滴抛出从而与静止壳体碰撞并下行到集水器内的水中。还可以存在翼片3244，该翼片3244从旋转壳体3232外侧延伸以在旋转壳体3232与固定壳体3228之间的环形空间内增强水蒸汽的循环和旋转。设置有蒸汽出口3242，以将蒸汽送至蒸发器/冷凝器104。
现在参考图32F至32G，液环泵3200的可替代实施例可以包括带有外部可旋转壳体3254的环泵3252，该外部可旋转壳体3254封装单个两通道定子/本体3256和转子3258，其中该可旋转壳体3254与静止定子/本体3256之间的密封表面是圆柱形。两通道定子/本体3256相对于泵3252的腔室3260以及转子3258和可旋转壳体3254保持静止，并且包括入口3262和出口3264。蒸汽在压力P1下被吸入并经过入口孔口3266。当入口孔口3266随着转子绕静止定子3256旋转而与转子3258中的入口孔3268对准时，蒸汽通过入口孔3268进入转子腔室3270中。转子3258从中央轴线Z偏移，从而，当转子3258转动时，转子腔室3270的有效容积降低。这样，当蒸汽被沿着旋转路径输送到转子3258中的出口孔3272时，蒸汽被压缩至压力P2。当转子3258转动时，出口孔3272与静止出口3264的出口孔口3274对准，处于压力P2下的蒸汽通过出口孔口3274进入出口3264中，从而被按路线传送到蒸发器/冷凝器。在这种实施例中，可旋转壳体3254随着存在于腔室3260中的水3276旋转，由此减少由于吹风而引起的摩擦能量损失。在壳体3254中还可以存在有小孔3278以允许水3276离开和/或进入腔室3260，由此控制该泵中的流体液位。另外，如图32G，转子3258具有当从上方观察转子3258时显而易见的多个叶片3280。在该视图中还容易看到各个转子腔室3270，以及每个转子腔室3270的各个入口孔3268和出口孔3272。
参考图32H，示出了液环泵的另一可替代实施例，其中可旋转壳体3254和定子3256之间的界面是锥形的而非柱形的。在该实施例中，转子驱动轴3282具有位于允许可旋转转子壳体3254随着转子3258旋转的轴承3284上的端部3286。带有相应的入口孔口3266和出口孔口3274的入口3262和出口3264相对于转子3258和转子壳体3254保持静止。
现在参考图32F、32H和32I，其它进一步的实施例可以包括在静止部分3264和3262与转子3258之间存在的锥形或轴向的密封件3282。在图32I中最清楚可见的锥形实施例中，密封件3282由此将入口孔口3266与转子3258的出口孔口3274分离以防止泄漏。与参考图32至32C（参见上文）讨论的、沿着轴向进给并沿着轴向送流的液环泵的实施例相比，图32E至32I所示的液环泵都沿着轴向进给并沿着径向送流。
在可替代实施例中，水蒸气蒸馏设备可以包括背压调节器。背压调节器可以有助于保持在压力下进行的过程的最佳安全运行。在运行中，水蒸气蒸馏设备可以包括用于将微咸水或海水净化成饮用水的背压调节器，来自启动时的挥发性成分的或者由未按规范运行的压缩机产生的过量设备压力可能对操作者构成危险，如果不以安全的方式缓解这种压力的话。同样，在启动时存在于原料流中的挥发性成分可能提供妨碍该设备正确运行的污染物。背压调节器可以用于缓解过量压力并使运行设备恢复到所期的运行压力。
上文描述的水蒸气蒸馏设备的实施例通常在大气压力以上运行，典型为大约10psig。这种设备有利地在更高压力下提供了更高的蒸汽密度，从而与较低压力下时相比，允许通过正排量泵泵送更多的蒸汽。所引起的更高通量提供了总体上提高的系统效率。此外，更高的通量和更高的系统压力减少了压缩机所需的功率，并且消除了对另外两个泵的需求—一个泵用于泵送已冷凝的成品水，另一个泵用于泵送排污水流。这简化了总体构造，因为与外部压力相比，很多形状能更好地承受内部压力。重要的是，在大气压力以上运行降低了轻微泄漏对总体效率和性能的影响。诸如空气的不凝性气体抑制了冷凝过程，并且将在次大气压力下被放大，其中轻微泄漏将吸入空气，而在大气压力以上运行的系统中将不会发生这种情况。
现在参考图33和33A，这些图描绘了当水蒸气蒸馏设备100在大气压力以上运行时可以结合到该设备中的背压调节器的视图。背压调节器3300具有包含孔口3304的器皿3302。该孔口的一侧连接到可以暴露于波动的升高压力的设备的加压导管（例如，水蒸汽压缩蒸馏设备中的压缩机的出口）。该孔口的另一侧终止于端口3306。该端口3306被球形的可移动止挡件3308覆盖。在距枢销3314固定距离处利用保持器3312将止挡件3308保持到臂3310。臂3310经由枢销3314而通过铰链附接到与孔口端口3306具有固定关系的一点处。臂3310包括从该臂悬垂的配衡质量3316，该配衡质量3316可沿着轴3318移动使得配衡质量3316与枢销3314之间的距离可以变化。在图33所示的实施例中，孔口3304的轴向方向垂直于重力矢量3320的方向。背压调节器还可以包括壳体，该壳体防止异物进入调节器并妨碍内部部件的功能。
仍然参考图33和33A，在运行中，当加压导管中的压力低于给定的设定点时，臂3310相对于重力方向3320保持水平位置；在该实施例中，臂的该位置被称作关闭位置并且对应于覆盖端口3306的止挡件3308。当该导管中的压力超过设定点时，力作用在止挡件3308上，这产生了围绕枢销3314作用的扭矩。该扭矩使得臂3310围绕枢销3314沿逆时针方向旋转，从而导致该臂移动离开其关闭位置并露出端口3306，这允许流体从孔口3304逸出。当该导管中的压力被减小到低于设定点时，气体的力不再足以使臂3310离开其关闭位置；因此，臂3310返回到关闭位置并且止挡件3308覆盖端口3306。
仍然参考图33和33A，臂3310用作在产生可调节力矩时的杠杆并且用于放大由配衡质量3316通过止挡件3308施加到端口3306的力。与止挡件3308竖直地单独作用于孔口3304的顶部上的设计（如高压锅中）相反，这种力的放大减小了关闭孔口3304所需的重量。因此，为了促进从加压导管的快速放气，可以利用比较轻质的、大尺寸止挡件来覆盖大尺寸的端口，该配衡质量用于调节所期的设定点；在选择具体端口尺寸和止挡件属性方面，可以花费更少的设计精力。在本实施例中，增加用于调节配衡质量3316的位置的轴3318允许改变放大率。当配衡质量3316移动到更靠近枢销3314的位置时，放大率减小，从而产生较小的关闭力。如果配衡质量3316离枢销3314移动得更远，则放大率增大，因此增大了关闭力。因此，配衡质量3316的位置有效地用于调节背压调节器的设定点。
当背压调节器用在处于更高海拔下的设备中时，对背压调节器设定点的调节可能是有用的。当大气压力较低时，设备运行压力也相应较低。结果，该蒸馏设备的温度被降低，这可能不利地影响设备性能。同样，这种调节允许人们确定最终用户所期望的、用于背压调节器的设定点。使用配衡质量来施加关闭力还可以降低该背压调节器的成本并减少部件疲劳。在一特定实施例中，可调节配衡质量被设计成允许如下的设定点范围：最低设定点基本小于或等于10psig，而最高设定点基本大于或等于17psig。因此，与只是用作安全泄压阀的装置不同，各个实施例均允许精确的设备压力调整。
现在参考图33B至33C，这些图示意了具有孔口3326的背压调节器3300的可替代实施例，该孔口3326被构造成使得端口3328相对于重力方向3320竖直地定向。因此，其它实施例可以在保持使用可调节配衡质量的同时适应任何孔口定向。
该背压调节器可以构造成在低于设定点时允许小的泄漏率以清除隔绝热交换并抑制系统中的沸腾的、挥发性气体的积聚；然而，调节器被设计成尽管存在这种小的泄漏也允许压力在该加压导管中升高。在一个实施例中，在背压调节器的设定点以下从加压导管释放挥发性成分还可以在背压调节器的臂处于关闭位置时通过专门设计的泄气孔来实现。该泄气孔被构造成当所述导管中的压力低于设定点时允许从所述端口或孔口的特定泄漏率。可以利用本领域技术人员已知的各种装置来设计这种泄气孔。非限制性实例包括：当臂处于关闭位置时将所述止挡件和端口专门定位成允许小的开口；将所述端口设计成使得不能被所述止挡件覆盖的小的开口总是露出；规定当臂处于关闭位置时所述止挡件和端口之间的特定的刚性、非柔性的密封构造；以及将通向所述端口的孔口构造成具有小的开口以允许流体泄漏。
现在参考图33D至33G，这些图示意了允许挥发物在低于设定点时泄漏的背压调节器3300的可替代实施例。在一个可替代实施例中，端口3332具有如图33D所示的凹口3334并且在图33E中描绘了图33D的区域C的细节。因此，当止挡件与端口3332接触并且背压调节器的臂处于关闭位置时，在凹口3334的、允许流体泄漏的位置处存在泄气孔。在背压调节器3300的另一可替代实施例中，孔口3336具有如图33F所描绘的小的开口3338，并且在图33G中描绘了图33F的区域E的放大图。开口3338被构造成使得当止挡件覆盖端口3336时形成泄气孔，因为流体可以通过开口3338泄漏。
可以改变或修改背压调节器的各种特征。例如，背压调节器所使用的止挡件可以具有符合所期运行条件的任何形状、尺寸或质量，这种止挡件不需要如在此讨论的一些实施例中所示的那样为球形。同样，保持器可以利用重量不同但尺寸类似的止挡件来改变该调节器的设定点。类似地，各种实施例可以利用不同尺寸、形状和质量的配衡质量，优选它们适合于所述轴和臂构造（比较图33和33A中的3316与图33B和33C中的3330）；可以通过对于本领域技术人员来说显而易见的各种技术中的任何一种来附接并相对于臂定向这种配衡质量。枢销的放置不需要定位成如图33至33C所示，而是可以定位在有利于提供实现特定的压力设定点所需的机械优点的任何位置。
回过来参考图33，背压调节器3300的其它实施例可以可选地采用之前描述的排放孔口特征。而且，根据为背压调节器提供设定点的止挡件的具体属性，背压调节器3300的实施例可以不采用配衡质量式力调节特征。
水蒸气蒸馏设备的其它实施例可以不使用器皿，而是依靠本质上为该系统的一部分的孔口。在这种情形中，背压调节器臂可以直接附接到该系统的一部分，从而为了调节器的运行，臂、止挡件和配衡质量被适当定向。
现在参考图34，器皿3302包括排放孔口3322。因为背压调节器3300可以在大系统3400的界定区域3402内运行，所以排放孔口3322作为用于使从加压导管3404通过孔口3304清除到界定区域3402中的流体释放的通路。排放孔口3322可以将界定区域3402连接到更大系统的另一区域或者连接到外部环境3406。另外，气体在界定区域3402中的积聚可以导致这种气体冷凝。而且，通过孔口3304清除的气体可以被可能聚积在界定区域3402中的流体的液滴携带。因此，排放孔口3322还可以用于清除在界定区域3402中聚积的任何可冷凝物的积聚物；还可以使用单独的孔口3408来从该界定区域释放可冷凝物。
现在参考图35，在可替代实施例中，该设备可以保持恒定的排污水流量以如下地防止在该设备中结垢和其它积聚。使用水位传感器Ll、阀Vl和来源水泵3506通过反馈控制环来调节前级腔室3504中的水位3502，以保持排污水流3508的适当水流。三通来源水泵注入阀3510被设定为将水泵送到集水器3512中，这引起前级腔室3504中的水位3502升高。随着前级腔室3504中的流体液位3502升高，流体经过坝状屏障3514溢出到包含排污水水位传感器Ll的排污水控制腔室3516中。根据需要，控制排污水阀Vl以允许水从排污水控制腔室3516流动通过热交换器3518从而释出热量并使该排污水流3508冷却，并且允许该水流流出阀Vl，穿过挥发物混合器3520，从而允许冷却来自蒸发器部分3524的热气体和蒸汽3522并然后形成排污水流，作为废弃物3526流出。
仍然参考图35，该设备还可以如下地保持适当的成品水流。成品水水位3528在冷凝器腔室3530中升高并进入容纳有成品水水位传感器L2的成品水控制腔室3532中。使用带有水位传感器L2和阀V2的反馈控制环，控制成品水流3534从成品水控制腔室3532流动通过热交换器3518从而释出热量并使成品水流3534冷却，然后通过阀V2并继续向外流动使成品水流形成为成品水输出3536。
该系统可以优选构造成通过使用流体回收系统补充流体损失来保持液环泵3538的适当水位。存在几种可以在系统运行期间减少来自该环泵的流体的方式，包括：泄漏到下部蓄存器3540中、通过排气端口3542排出，以及蒸发。根据运行参数，例如旋转速度和液环泵3538的通量，泄漏和排出损失可能较大。这些泄漏和排出损失可能要求每小时完全更换该泵中的流体数次。而蒸发损失通常较小。
参考图35，该液环泵3538中的流体液位可以通过添加另外的来源水、成品水来保持，或者为了提高系统效率，优选通过再循环从该液环泵损失的液体水来保持。在一个实施例中，液环泵3538中的流体液位主要通过积聚在下部蓄存器3540中的流体的再循环来保持。可以积聚在下部蓄存器3540中的流体可以来自液环泵3538的泄漏以及来自在排气口3542中被排出、在除雾器3544中被捕集并被泵送到下部蓄存器3540的流体。可替代地，在排气口3542中被排出并在除雾器3544中被捕集的流体可以经由液环泵排气端口而返回。可以利用几种泵送机构之一来对积聚在该下部蓄存器中的流体进行再循环。一个示例性方法是使用虹吸泵。
仍然参考图35，优选在下部蓄存器中保持最小的水深以使虹吸泵能正常工作。在一个实施例中，容纳液环泵水位传感器L3的液环泵控制腔室3546可以用于控制液环泵液位并且控制下部蓄存器3540中的水位。液环泵控制腔室3546以流体方式连接到液环泵3538和下部蓄存器3540。液环泵3538连接到三通来源水注入阀3510并且它还连接到液环泵排放阀V3，该三通来源水注入阀3510被设定为当液环泵3538需要更多水时打开，并且该液环泵排放阀V3在需要将水从液环泵3538排放到排污水流3508中时打开。
仍然参考图35，如果来自下部蓄存器3540的再循环水未主要用于保持液环泵3538中的流体液位，则能够使用冷的来源水或成品水。在使用来源水的情形中，将冷水（它可能比系统温度低大约85摄氏度）引入液环泵3538中将会降低系统效率，或者可替代地，使用用于这种冷的来源水的预先加热器将会增加系统的能量预算。可替代地，使用成品水虽然不会不利地影响系统温度，但是可以降低生产水平，因此还导致系统低效率。在启动时，优选由来源水供应以达到液环泵的初始流体液位。
现在参考图35A，在一个实施例中，可以通过使用在冷侧上邻近热交换器3518定位的、在来源水线路3548和排污水线路3508之间的外部连接阀3550来缩短启动时间。为了在初始注入期间确定蒸发器头部3504中的流体液位，连接阀3550将打开，排污水阀BV将关闭，并且流体将通过来源水线路3548泵送到系统中。连接排污水线路3508和来源水线路3548导致在排污水水位传感器壳体3516和蒸发器头部3504中产生相等的流体高度，由此允许确定蒸发器头部3504中的流体液位并且使得蒸发器能够在启动时被填充到最小所需液位。如图35所示意的，当液环泵3538启动时，使用所需的最小液位缩短了初始暖机时间并防止了通过液环泵3538从蒸发器头部3504溢出到冷凝器3552。
仍然参考图35A，可以监视并控制在排污水流3508中的固体的浓度以防止材料从溶液中析出并因此堵塞系统。还是在启动期间，循环泵3554可以使水循环通过热交换器3518以将热交换器预加热到用于正常运行的适当温度。电导传感器（未示出）可以用于通过测量该流体的导电性来确定总溶解固体（TDS）含量。在特定实施例中，该传感器是电感式传感器，因此无导电材料与流体流相接触。例如，在海水蒸馏期间，如果排污水流3508中的TDS含量升高到规定水平以上，则流体源进给速率增加。增加流体源进给速率将增加排污水流3508的速率，因为蒸馏水的产量作为流体进给速率的函数仅仅稍微变化，并且增加排污水流速率导致TDS的浓度降低，由此保持该系统的总体效率和生产率。
可替代实施例还可以包括在反馈构造中使用水位传感器和可变流量阀的流体控制系统。蒸馏器的最佳运行要求所流入的总流体与所流出的总流体密切匹配。使蒸馏器中的流体液位保持在恒定水平附近实现了该要求。在特定实施例中，所述传感器是电容式水位传感器，它是特别用于测量流体液位的健壮性的传感器。电容式水位传感器没有移动部件并且对污垢不敏感，制造简单而廉价。利用由电容式水位传感器测得的流体液位来控制可变流量阀的打开，由此在水位传感器位置处调节流体液位。流体液位升高使得该阀进一步打开，从而增加流出该传感器空间的流量。相比之下，流体液位下降使得该阀进一步关闭，从而降低流出该传感器空间的流量。
可以使用现场校准技术来确定通过可变流量控制阀的以及来自输入泵的流量。水位传感器和相关的水位传感器空间可以用于确定该传感器空间的填充速率或排空速率。通过适当地配置控制阀，可以确定每个阀的以及来源水泵的流量校准。
在一个实施例中，可以利用阀组（未示出）将用于该系统的所有控制阀合并成可以与流体流动歧管整合的单一部件。还可以结合包括用于全部已溶解固体和排污水流的传感器的控制系统，以及浮阀或者用于控制所述头部中的流体高度/液位的其它装置。
回过来参考图35，另外存在有从头部3504到压缩机3538的蒸汽流动线路3554、用于将蒸汽转移到蒸发器/冷凝器的蒸汽出口3542、从蒸发器/冷凝器前行通过交换器3518的热成品水线路3534（该热成品水线路3534还允许收集热的、已被净化的冷凝成品水3528），以及用于将热的成品水转移到压缩机3538以允许调节水位从而使该水位保持恒定的线路（未示出）。还可以存在有用于系统关闭时的排放线路（未示出）。
现在参考图36至36C，可替代实施例还可以包括流体分配歧管3600。图36示出了流体分配歧管3600的一个特定实施例的泵侧的一个面。形式为未经净化的来源水进给的输入物流动通过端口3602，而排污水流（输出物）流动通过端口3604。成品水形式的另一输出物流动通过端口3606，同时端口/腔室3608为挥发物（输出物）提供通气孔并且端口3610为液环泵提供排放口（输出）。图36A示出了流体分配歧管3600的同一特定实施例的泵侧的另一面。图中明显可见用于挥发物输出的端口/腔室3608以及用于液环泵的排放口3610。在该特定实施例的这个视图中，可看到冷凝器蒸汽除雾器腔室3612，也可看到薄雾收集器和排放区域3614。
具体参考图36B，该图示意了流体分配歧管3600的同一特定实施例的蒸发器/冷凝器侧的一个面。在该视图中易于看到未加工来源水进给端口3602，以及排污水通道端口3604和成品水通道端口3606。另外，可以看到蒸发器蒸汽通道端口3616和冷凝器蒸汽通道端口3618。
具体参考图36C，该图示意了流体分配歧管3600的同一特定实施例的蒸发器/冷凝器侧的另一面。同样，可看到排污水通道端口3604，还可看到液环泵排放端口3606、第二冷凝器蒸汽除雾器3612、蒸发器蒸汽除雾器3620以及薄雾收集器和排放区域3614。而且，在该视图中能够看到集水器液位控制腔室，以及成品水水位控制腔室3622和液环泵供应进给3624。
仍然参考图36至36C，流体分配歧管3600能够省略流体净化系统中的大多数管件，有利地将各种功能并入一个单元，包括流量调整、薄雾消除和压力调整，由此简化制造并显著减少总的组成部件。芯板（core plate）和歧管可以例如由塑料、金属或陶瓷板或者能够承受高温和高压的任何其它非腐蚀性材料制成。用于芯板和歧管的制造方法包括钎焊和包覆模制。
现在参考图37至37A，这些图示意了在特定实施例中允许流体在整个系统中进行接口连接的装配组件。例如，在交换器3518（图35所示）与入口端口/出口端口3220和3208（图32所示）之间可以存在浮动流体接口。图37A示意了可以焊接到热交换器端口（未示出）的连接器3702，其中连接器3702连接到流体接口3704，该流体接口3704又与流体分配歧管连通。图37A示出了沿着线A-A（见图37）的剖视图。连接器3702能够浮动以补偿可能由温度或制造误差引起的对准偏移。通过O形环3706来实现密封。如能够在图37描绘的视图中看到的，O形环密封3706，在线A-A围绕中央轴线旋转90度时，连接器3702和流体接口3704锁定到一起以形成流体接口连接。
现在参考图38至38A，这些图示意了蒸发器/冷凝器3800的另一实施例。如图38中可见，蒸发器/冷凝器3800是扁平式蒸发器/冷凝器并且包含通常由铜镍合金或其它可传热材料制成的多个平行的芯层3802和3804，其中肋条部分3806形成用于引导蒸汽和冷凝流体流动的通道3810和3812。蒸汽入口3814和成品水出口3816歧管（以及未示出的污物入口和挥发物出口歧管）可以经由流体接口连接到液环泵/压缩机。螺栓3818将内芯的蒸发器/冷凝器3800固定到液环泵/压缩机的外壳体的支架上。在运行中，每个交替的水平（如图38和38A所示）行3802和3804均包括蒸发器通道3810和冷凝器通道3812，使得在任何给定层上这两种功能绝不重叠。图38A是图38的细节，更清楚地示出已经组合的蒸发器/冷凝器歧管如何工作。如所示的，行3802并不与行3804互相作用，它们相对于彼此关闭，由此在水平的芯层中将蒸发功能和冷凝功能分离。
现在参考图39，该图示意了在水蒸气蒸馏设备中使用的热交换器的可替代实施例，其中这种热交换器利用可用的系统性热源。在一个特定实施例中，来自多个热源中的至少一个的热量经过例如在图39中描绘的多线路热交换器3902，其中一系列两通道热交换器（例如3904、3906、3908和3910）是垂直的以产生多线路效果。请注意，在图39所示的特定的多线路热交换器实施例中，冷的进入流3912经过所有的热交换器单元3904、3906、3908和3910；一个热源例如热成品水3914流动通过热交换器单元3904和3908；而另一热源例如热排污水流3916流动通过热交换单元3906和3910。以此方式，多个热源可以用于与冷的进入流3912热交换。
现在参考图39A，该图示意了热交换器的可替代实施例。在该实施例中，热交换器可以是单一的多通道热交换器3918。在该特定实施例中，例如，冷的进入流3912以及诸如热成品水3914和热排污水流3916的热源同时但是沿着相反方向流动通过交换器3918，由此使得在单一热交换器3912内，冷的进入流3912能够与两个热源3914和3916热交换。
现在参考图40，一个可替代实施例可以包括测量蒸发器和冷凝器的压力以评估总体系统性能和/或向控制系统提供数据。为了避免使用将需要承受升高的蒸发器/冷凝器4002温度的昂贵传感器，压力传感器PE和PC安装在位于热交换器4004的冷侧与相应的控制阀VE和VC之间的流体线路上。为了避免测量低于系统实际压力的压力（当流体因位于该位置处的压力传感器而流动时这将会发生），控制阀暂时关闭以停止流动。在该“无流动”时段内，从控制阀返回到蒸发器或冷凝器，压力将是恒定的，从而使得能够精确测量系统压力。将不会因这些短的“无流动”时段而对蒸馏器性能产生任何不利的效果。
现在参考图41至41B，该图示意了本公开的另一实施例，包括用于提高最终成品流体的纯度的、位于入口内的过滤机构。具有将至少两个过滤器单元4104和4106连结的枢轴接头4102的多单元倒置过滤器（flip-filter）4100位于过滤器壳体4108内，该过滤器壳体4108引导流体通过过滤器单元4104和4106并且便于过滤器单元4104和4106围绕中央枢轴接头4102旋转。如所示的，排污水流4109经过倒置过滤器单元4104，而同时，进入流体流4110在净化的途中从入口流动通过倒置过滤器单元4106。在一定间隔之后，倒置过滤器开关（未示出）使倒置过滤器4100在倒置过滤器枢轴接头4102处围绕由虚线示出的其中央轴线旋转，使得现在被从脏的进入流体中过滤掉的污染物弄脏的过滤器单元4106被排污水流4109回刷，并且过滤器单元4104变成对进入流体流4110进行过滤的过滤器单元。在这种实施例中，可以分别在过滤器单元4104和4106与排污水流4109和进入流体流4110的流体流动路径之间利用O形环衬垫4112和4114作为密封件。
现在参考图41C至D，该多单元倒置过滤器可以是多部分圆形过滤器4112。具有枢轴点4114的多单元倒置过滤器4112还可以位于过滤器壳体4120内，多个倒置过滤器单元例如4116和4118围绕该枢轴点4114枢转，所述过滤器壳体4120引导流体流动通过各个过滤器单元4116和4118并便于过滤器4112围绕枢轴点4114旋转。如所示的，排污水流4109经过一个倒置过滤器单元4116，而同时，进入流体流4110在净化的途中从入口流动通过倒置过滤器单元4118。如图41中，倒置过滤器开关（未示出）使倒置过滤器4112在倒置过滤器枢轴接头4114处围绕由虚线示出的其中央轴线旋转，使得现在被从脏的进入流体中过滤掉的污染物弄脏的过滤器单元4118被排污水流4109回刷，并且过滤器单元4116变成对进入流体流4110进行过滤的过滤器单元。在各个过滤器单元4116和4118之间利用如由4122和4124示意的一系列密封件，以将流动通过一个过滤器部分流动的排污水流4109与流动通过另一过滤器部分的进入流体流4110分隔开。
现在参考图41E至41F，其它实施例可以包括手动阀4122以改变水流的方向。例如，这种阀允许使用排污水流4109连续清洁每个倒置过滤器的一个单元，并且利用单一操作有效切换哪一个单元被过滤以及哪一个单元被回刷，由此回刷过滤器单元4104或4106而不需要实际上倒置该过滤器4100自身。在一个特定实施例中，当阀4122处于位置A时，过滤器单元4104对进入流体4110进行过滤，并且利用排污水流4109回刷过滤器单元4106。在将阀4100切换到位置B时，过滤器单元4104现在被排污水流4108回刷并且过滤器单元4106现在过滤输入流体4110。
斯特林循环发动机
上述水蒸气蒸馏设备的各种实施例可以在一些实施例中由斯特林循环机（还可以称作斯特林发动机）提供动力。在示例性实施例中，斯特林循环机是于2008年4月18日提交的、具有代理人案号No.170的未决美国专利申请No.12/105,854中描述的斯特林发动机，该美国专利申请的全部内容在此通过引用的方式并入。然而，在其它实施例中，斯特林循环机可以是以下参考文献中描述的任何斯特林循环机：美国专利No.6,381,958；6,247,310；6,536,207；6,705,081；7,111,460；和6,694,731，所有上述美国专利申请的全部内容都在此通过引用的方式并入。
包括发动机和制冷机的斯特林循环机已有很长的技术历史，这在通过引用的方式并入此处的牛津大学出版社（1980）出版的Walker所著《斯特林发动机（StirlingEngines）》中有详细描述。斯特林循环发动机的原理是斯特林热力学循环的机械实现：气缸内的气体的等容加热、气体的等温膨胀（在这期间通过驱动活塞而做功）、等容冷却和等温压缩。在通过引用的方式并入此处的Hargreaves所著的《菲利普斯特林发动机（PhillipsStirling Engine）》（Elsevier，Amsterdam，1991）中讨论了关于斯特林循环机方面的另外的背景和对此作出的改进。
易于参考图45A至45E来描述斯特林循环机的运行原理，其中相同附图标记用于标识相同或相似的部件。在本领域中已知斯特林循环机的很多机械布局结构，因此，仅出于说明性目的来示出由附图标记5110表示的特定的斯特林循环机。在图45A到45D中，活塞5112和排出器5114在气缸5116内以分阶段往复运动进行移动，在斯特林循环机的一些实施例中，气缸5116可以是单个气缸，但是在其它实施例中，可以包括一个以上的气缸。通过密封件来约束在气缸5116内包含的工作流体以防止其在活塞5112和排出器5114周围逸出。如在下面的说明中所讨论的那样，工作流体是根据其热力学属性而选择的，并且通常是处于几个大气压力下的氦，然而，可以使用任何气体（包括任何惰性气体），包括但不限于：氢、氩、氖、氮、空气及其任何混合物。排出器5114的位置决定了工作流体是与热界面5118还是与冷界面5120接触，该热界面5118和冷界面5120分别对应于向工作流体供给热量的和从该工作流体吸取热量的界面。在下面进一步详细讨论了热量的供给和吸取。由活塞5112的位置决定的工作流体的体积被称作压缩空间5122。
在斯特林循环的第一阶段期间，在图45A中描绘了其开始状态，活塞5112对压缩空间5122中的流体进行压缩。因为热量被从该流体释出到周围环境，所以该压缩在大致恒温下发生。在图45B中描绘了斯特林循环机5110在压缩之后的状态。在循环的第二阶段期间，排出器5114朝着冷界面5120的方向移动，使得工作流体从冷界面5120的区域移位到热界面5118的区域。该阶段可以被称作转移阶段。在转移阶段结束时，流体处于更高的压力下，因为已在恒定体积下将工作流体加热。在图45C中通过压力计5124的读数象征性地描绘了升高的压力。
在斯特林循环机的第三阶段（做功冲程）期间，随着从斯特林循环机5110外侧吸收热量，压缩空间5122的体积增加，由此将热量转换为功。在实践中，利用在下面的说明中更详细讨论的加热器头（未示出）来向流体提供热量。如图45D中描绘的，在做功阶段结束时，压缩空间5122充满冷的流体。在斯特林循环机5110的第四阶段期间，通过排出器5114在相反意义上的运动，流体被从热界面5118的区域转移到冷界面5120的区域。在该第二转移阶段结束时，如图45A中描绘的，该流体填充压缩空间5122和冷界面5120，并且准备重复所述压缩阶段。在图45E所示的P-V（压力-体积）图中描绘了斯特林循环。
另外，关于从热界面5118的区域行进到冷界面5120的区域。在一些实施例中，流体可以通过回热器（在图48中被示为5408）。回热器是具有大的表面积与体积比率的基体材料，它用于在流体从热界面5118的区域进入时从流体吸收热量并且在流体从冷界面5120的区域经过时加热流体。
由于在其研发中的几个令人畏惧的难题，总体上尚未在实际应用中使用斯特林循环机。这些难题包括这样一些实际考虑，例如效率和寿命。据此，需要更多的、具有在活塞上的最小侧向负载、增加的效率和寿命的斯特林循环机。
在于2002年5月7日授予Kamen等人的美国专利No.6,381,958中进一步详细讨论了斯特林循环机或斯特林发动机的运行原理，该美国专利的全部内容在此通过引用的方式并入。
摇杆驱动器
现在参考图46至48，以截面形式示出了根据一个实施例的斯特林循环机的实施例。该发动机实施例总体上以附图标记5300标示。虽然将大体上参考图46至48所示的斯特林发动机5300实施例描述斯特林循环机，但是应该理解，很多类型的机器和发动机（包括但不限于制冷机和压缩机）同样可以受益于在此描述的各种实施例和改进，包括但不限于外燃机和内燃机。
图46描绘了用于发动机例如斯特林发动机的摇杆驱动机构5200（术语“摇杆驱动器”被与术语“摇杆驱动机构”同义地使用）的实施例的截面，该摇杆驱动机构5200具有分别容纳在气缸5206和5208内的直线往复式活塞5202和5204。该气缸包括直线轴承5220。摇杆驱动器5200将活塞5202和5204的直线运动转换为曲轴5214的旋转运动。摇杆驱动器5200具有摇杆5216、摇臂枢轴5218、第一联接组件5210和第二联接组件5212。活塞5202和5204分别经由第一联接组件5210和第二联接组件5212联接到摇杆驱动器5200。该摇杆驱动器经由连杆5222联接到曲轴5214。
在一些实施例中，该摇杆以及联接组件的第一部分可以位于曲轴箱中，而气缸、活塞和联接组件的第二部分位于工作空间中。
在图48的曲轴箱5400中，摇杆驱动器5200的大部分位于气缸壳体5402下方。曲轴箱5400是允许具有曲轴5214、摇杆5216、直线轴承5220、连杆5222以及联接组件5210和5212的摇杆驱动器5200运行的空间。曲轴箱5400横向于活塞5202和5204的轴平面与气缸5206和5208相交叉。如还在图46中示出的，活塞5202和5204在各自的气缸5206和5208中往复。气缸5206和5208在曲轴箱5400上方延伸。曲轴5214在气缸5206和5208下方安装在曲轴箱5400中。
图46示出了摇杆驱动器5200的一个实施例。联接组件5210和5212分别从活塞5202和5204延伸，以将活塞5202和5204连接到摇杆5216。在一些实施例中，用于活塞5204的联接组件5212可以包括活塞杆5224和联杆5226。在一些实施例中，用于活塞5202的联接组件5210可以包括活塞杆5228和联杆5230。活塞5204在气缸5208中竖直地运行并且通过联接组件5212连接到摇杆5216的端部枢轴5232。气缸5208为活塞5204的纵向运动提供引导。联接组件5212的附接到活塞5204下部的活塞杆5224在沿着气缸5208轴线的基本直线的往复路径中由其联杆5226轴向驱动。在一些实施例中，活塞杆5224的远端和联杆5226的近端可以经由联接装置5234而被共同地铰接。联接装置5234可以是本领域中已知的任何联接装置，包括但不限于：柔性接头、滚柱轴承元件、铰链、轴颈轴承接头（在图50中被示为5600）和弯曲件（在图51A和51B中被示为5700）。联杆5226的远端可以联接到摇杆5216的在联杆5226的近端下面竖直地并且垂直地定位的一个端部枢轴5232。静止直线轴承5220可以沿着联接组件5212定位以进一步确保活塞杆5224的基本直线的纵向运动并因此确保活塞5204的基本直线的纵向运动。在一示例性实施例中，联杆5226并不经过直线轴承5220。这还保证了活塞杆5224保持基本直线的纵向运动。
在本示例性实施例中，所说联杆可以由铝制成，并且所述活塞杆和连杆由D2工具钢制成。可替代地，所述联杆、活塞杆、连杆和摇杆可以由4340钢制成。其它材料可以用于该摇杆驱动器的部件，包括但不限于：钛、铝、钢或铸铁。在一些实施例中，所使用材料的疲劳强度高于这些部件在运行期间所经受的实际负载。
仍然参考图46至48，活塞5202在气缸5206中竖直运行并且通过联接组件5210连接到摇杆5216的端部枢轴5236。除了其它功能之外，气缸5206还用来为活塞5202的纵向运动提供引导。联接组件5210的活塞杆5228附接到活塞5202的下部并且在沿着气缸5206轴线的基本直线的往复路径中由其联杆5230轴向驱动。在一些实施例中，活塞杆5228的远端和联杆5230的近端经由联接装置5238而被共同地铰接。在各种实施例中，联接装置5238可以包括但不限于：弯曲件（在图51A和51B中被示为5700）、滚柱轴承元件、铰链、轴颈轴承（在图50中被示为5600），或者本领域中已知的联接装置。在一些实施例中，联杆5230的远端可以联接到摇杆5216的一个端部枢轴5236，该端部枢轴5236在联杆5230的近端下面竖直地并且垂直地定位。静止直线轴承5220可以沿着联接组件5210定位以进一步确保活塞杆5228的直线纵向运动并因此确保活塞5202的直线纵向运动。在一示例性实施例中，联杆5230并不经过直线轴承5220以确保活塞杆5228保持基本直线的纵向运动。
联接组件5210和5212将各自活塞5202和5204的交替纵向运动改变为摇杆5216的摆动运动。通过连杆5222将所产生的摆动运动改变为曲轴5214的旋转运动，其中连杆5222的一端以可旋转方式联接到位于摇杆5216中的端部枢轴5232与摇臂枢轴5218之间的连接枢轴5240，并且连杆5222的另一端以可旋转方式联接到曲柄梢5246。摇臂枢轴5218可以基本位于端部枢轴5232和5236之间的中点处并且作为支点以摆动方式支撑摇杆5216，由此引导各自的活塞杆5224和5228进行充分的直线运动。在本示例性实施例中，曲轴5214位于摇杆5216上方，但在其它实施例中，曲轴5214可以定位在摇杆5216下方（如图49B和49D所示）或者在一些实施例中，曲轴5214被定位到摇杆5216的侧面，使得它还具有与摇杆5216平行的轴线。
仍然参考图46至48，该摇杆围绕摇臂枢轴5218摆动，端部枢轴5232和5236遵循弧形路径。因为联杆5226和5230的远端在枢轴5232和5236处连接到摇杆5216，所以联杆5226和5230的远端也遵循该弧形路径，从而相对于它们各自的活塞5202和5204的纵向运动轴线产生角度偏差5242和5244。联接装置5234和5238被构造成使得活塞杆5224和5228所经受的、相对于联杆5226和5230的任何角度偏差5244和5242最小。基本上，角度偏差5244和5242被联接装置5234和5238吸收从而活塞杆5224和5228保持基本直线的纵向运动以减小活塞5204和5202上的侧向负载。也可以在气缸5208或5206内或者沿着联接组件5212或5210放置静止直线轴承5220，以进一步吸收任何角度偏差5244或5242，由此使活塞推杆5224或5228以及活塞5204或5202保持沿着活塞5204或5202的纵向轴线的直线运动。
因此，鉴于活塞5202和5204的往复运动，有必要使活塞5202和5204的运动保持尽可能接近直线，因为相对于活塞5202和5204的往复运动的纵向轴线的偏差5242和5244引起噪音，导致效率降低、对气缸壁的摩擦增加、侧向负载增大并且降低部件的耐久性。因此，另外，气缸5206和5208的排列以及曲轴5214、活塞杆5224和5228、联杆5226和5230和连杆5222的布置结构还可以影响该装置的效率和/或体积。如所讨论的，为了提高活塞运动的直线度，活塞（在图46至48中被示为5202和5204）优选尽可能靠近各自的气缸5206和5208的侧面。
在减小联杆的角度偏差的另一实施例中，联杆5226和5230沿着各自的活塞5204和5202的纵向运动轴线基本直线地往复以减小角度偏差并因此减小被施加到每个活塞5204和5202的侧向负载。该角度偏差限定了联杆5226或5230相对于活塞5204或5202的纵向轴线的偏差。如图46所示，附图标记5244和5242标示了联杆5226和5230的角度偏差。因此，基于摇杆5216的端部枢轴5232与摇臂枢轴5218之间的距离长度，联接组件5212的位置影响联杆5226的角位移。因此，联接组件的位置可以是这样的，即，使得联杆5226的角位移被减小。关于联杆5230，基于摇杆5216的端部枢轴5236与摇臂枢轴5218之间的距离长度，联接组件5210的长度还可以被确定并放置成减小联杆5230的角位移。因此，如图46所示，联杆5226和5230的长度、联接组件5212和5210的长度以及摇杆5216的长度是显著影响并且/或决定联杆5226和5230的角度偏差的重要参数。
该示例性实施例具有直的摇杆5216、摇臂枢轴5218和沿着相同轴线的连接枢轴5240，该摇杆5216具有端点5232和5236。然而，在其它实施例中，摇杆5216可以被弯曲，从而如图49C和49D所示，活塞可以彼此成角度地放置。
现在参考图46至48和图51A至51B，在联接组件的一些实施例中，联接组件5212和5210可以分别包括柔性联杆，该柔性联杆是轴向刚性的，但在联杆5226和5230与活塞5204和5202之间的摇杆5216运动平面中是柔性的。在该实施例中，联杆5226和5230的至少一个部分即弯曲件（在图51A和51B中被示为5700）是弹性的。弯曲件5700用作活塞杆与联杆之间的联接装置。弯曲件5700可以更有效地吸收活塞的由曲轴引起的侧向负载，由此允许其各自的活塞在该活塞的气缸内保持直线纵向运动。该弯曲件5700允许分别在联杆5226和5230与活塞5204或5202之间的摇杆5216平面内的小的旋转。虽然在该实施例中被描绘成是平坦的（这增加了联杆5226和5230的弹性），但弯曲件5700在一些实施例中不是平坦的。弯曲件5700还可以靠近活塞的下部或者靠近联杆5226和5230的远端设置。在一个实施例中，弯曲件5700可以由硬化到58至62RC的#D2工具钢制成。在一些实施例中，在联杆5226或5230上可以存在有一个以上的弯曲件（未示出）以增加联杆的弹性。
在可替代实施例中，如图49C和49D所描绘的，在每个气缸壳体中的活塞的轴线可以沿着不同的方向延伸。在示例性实施例中，如图46至48以及图49A和49B所描绘的，每个气缸壳体中的活塞的轴线基本平行并且优选基本是竖直的。图49A至49D包括了摇杆驱动机构的各种实施例，这些摇杆驱动机构包括与关于图52至54示出并描述的那些类似的附图标记。本领域技术人员将会理解，改变连接枢轴5240沿着摇杆5216的相对位置将改变活塞的冲程。
因此，下列参数的变化，即连接枢轴5240在摇杆5216中的相对位置，活塞杆5224和5228、联杆5230和5226、摇杆5216的长度，以及摇臂枢轴5218的位置将以各种方式改变联杆5226和5230的角度偏差、活塞5204和5202的相位以及装置5300的尺寸。因此，在各种实施例中，可以基于对这些参数中的一个或多个的修改来选择宽的活塞相位角范围和发动机的可变尺寸。在实践中，示例性实施例的联杆5224和5228具有相对于活塞5204和5202的纵向轴线在从-0.5度到+0.5度内的大致侧向的移动。在各种其它实施例中，根据联杆的长度，该角度可以从接近0度到0.75度任意改变。然而，在其它实施例中，该角度可以更大，包括从接近0度到大约20度的任意角度。然而，当联杆长度增加时，曲轴箱/发动机总体高度以及发动机重量也增加。
该示例性实施例的一个特征是：每个活塞都使其联杆基本上延伸到所附接的活塞杆使得它被形成为联接组件。在一个实施例中，如图46所示，用于活塞5204的联接组件5212包括活塞杆5224、联杆5226和联接装置5234。更具体地，活塞杆5224的一个近端附接到活塞5204的下部，并且活塞杆5224的远端通过联接装置5234连接到联杆5226的近端。联杆5226的远端竖直地延伸到摇杆5216的端部枢轴5232。如上所述，联接装置5234可以是接头、铰链、联接器、或者弯曲件或本领域中已知的其它装置，但不限于此。在该实施例中，如上所述，活塞杆5224和联杆5226的长度之比可以决定联杆5226的角度偏差。
在该机器的一个实施例中，发动机例如斯特林发动机在曲轴上采用一个以上的摇杆驱动器。现在参考图52，示出了未遮挡的“四缸”摇杆驱动机构5800。在该实施例中，该摇杆驱动机构具有联接到两个摇杆驱动器5810和5812的四个活塞5802、5804、5806和5808。在本示例性实施例中，该摇杆驱动机构5800用在如下斯特林发动机中，该斯特林发动机至少包括在联接到一对摇杆驱动器5810和5812的四边形布置结构中定位的四个活塞5802、5804、5806和5808，其中每个摇杆驱动器均连接到曲轴5814。然而，在其它实施例中，该斯特林循环发动机包括1到4之间的任意数目的活塞，在又一些实施例中，该斯特林循环发动机包括4个以上的活塞。在一些实施例中，摇杆驱动器5810和5812基本上类似于在上面关于图46至48描述的摇杆驱动器（在图46至48中被示为5210和5212）。虽然在该实施例中活塞被示出为处于气缸外侧，但在实践中，活塞降处于气缸内侧。
仍然参考图52，在一些实施例中，摇杆驱动机构5800具有单个曲轴5814和一对摇杆驱动器5810和5812，该曲轴5814具有适用于在壳体中以轴颈连接的、一对纵向隔开的沿着径向并且相反指向的曲柄梢5816和5818。每个摇杆5820和5822均以枢转方式分别连接到摇臂枢轴5824和5826，并且分别连接到曲柄梢5816和5818。在本示例性实施例中，摇杆5820和5822联接到摇杆轴5828。
在一些实施例中，马达/发电机可以以工作关系连接到该曲轴。在一个实施例中，马达可以位于摇杆驱动器之间。在另一实施例中，马达可以位于外部。术语“马达/发电机”用于表示马达或发电机。
图53示出了曲轴5814的一个实施例。马达/发电机5900例如永磁（“PM”）发电机位于该曲轴上。马达/发电机5900可以位于摇杆驱动器（未示出，在图52中示为5810和5812）之间或其内部，或者可以在曲轴5814的端部处位于摇杆驱动器5810和5812的外侧或外部，如图54A中由附图标记51000所描绘的。
当马达/发电机5900位于摇杆驱动器（未示出，在图52中示为5810和5812）之间时，马达/发电机5900的长度被限制为所述摇杆驱动器之间的距离。马达/发电机5900的直径平方受到曲轴5814与摇杆轴5828之间的距离限制。因为马达/发电机5900的体积与它的直径平方和长度成比例，所以这些尺寸限制导致了具有较短长度和较大直径平方的、有限体积的“短轴”马达/发电机5900。使用“短轴”马达/发电机5900可以减小发动机的总体尺寸，然而，由该内置构造所造成的尺寸限制导致马达/发电机具有有限的体积。
将马达/发电机5900置于摇杆驱动器之间使得马达/发电机5900暴露于由摇杆驱动器的机械摩擦产生的热量。马达/发电机5900的内置定位使得更难以冷却马达/发电机5900，由此增加了由马达/发电机5900产生的热量以及由马达/发电机5900从摇杆驱动器吸收的热量的效果。这可能导致马达/发电机5900过热并最终发生故障。
参考图52和53两图，马达/发电机5900的内置定位还可以导致活塞5802、5804、5806和5808的非等边构造，因为活塞5802、5804、5806和5808分别联接到摇杆驱动器5810和5812，任何距离增加都将导致活塞5802、5804与活塞5806和5808之间的距离增加。活塞的非等边布置结构可以导致燃烧器和加热器头部的热力学运行的低效率，这又可以导致发动机总体效率的降低。另外，活塞的非等边布置结构可以导致更大的加热器头部和燃烧室尺寸。
在图54A中示出了马达/发电机布置结构的示例性实施例。如图54A所示，马达/发电机51000定位在摇杆驱动器51010和51012（在图52中被示为5810和5812）的外部并且位于曲轴51006的端部处。该外侧位置允许马达/发电机51000具有比上述“短轴”马达/发电机（在图53中被示为5900）更大的长度和直径平方。如前所述，马达/发电机51000的体积与它的长度和直径平方成比例，并且因为外置马达/发电机51000可以具有更大的长度和直径平方，所以图54A所示的外置马达/发电机51000构造可以允许与发动机结合使用更大体积的马达/发电机。
通过如图54A的实施例中所示将马达/发电机51000置于驱动器51010和51012外部，马达/发电机51000不暴露于由驱动器51010和51012的机械摩擦产生的热量。并且，马达/发电机51000的外置定位使得更易于冷却该马达/发电机，由此允许在每一给定的时间段内进行更多的机械发动机循环，这又允许更高的发动机总体性能。
并且，当马达/发电机51000位于驱动器51010和51012外部而不是位于驱动器51010和51012之间时，摇杆驱动器51010和51012可以更靠近地放置到一起，由此允许将联接到驱动器51010和51012的活塞置于等边布置结构中。在一些实施例中，根据所使用的燃烧器类型，尤其是在单个燃烧器实施例的情形中，活塞的等边布置结构允许燃烧器和加热器头部的热力学运行中的更高效率，这又允许更高的发动机总体性能。活塞的等边布置结构还有利地允许更小的加热器头部和燃烧室尺寸。
再次参考图52和53，曲轴5814可以具有同心端部5902和5904，该同心端部5902和5904在一个实施例中是曲柄轴颈，而在各种其它实施例中可以是轴承，但不限于轴承。每个同心端部5902、5904都分别具有可以从曲轴中心轴线偏移的曲柄梢5816、5818。至少一个配重5906可以置于曲轴5814（在图54A中被示为51006）的任一端部处，以平衡曲轴5814可能经历的任何不稳定性。这种曲轴构造与上述摇杆驱动器共同允许活塞（在图52中被示为5802、5804、5806和5808）利用曲轴5814的一次旋转来做功。该特征将在下面进一步说明。在其它实施例中，飞轮（未示出）可以置于曲轴5814（在图54A中被示为51006）上以减小角速度的波动从而实现更恒定的速度。
仍然参考图52和53，在一些实施例中，还可以沿着曲轴5814（在图54A中被示为51006）以及摇杆驱动器5810和5812（在图54A中被示为51010和51012）定位冷却器（未示出）以冷却曲轴5814以及摇杆驱动器5810和5812。在一些实施例中，该冷却器可以用于冷却气缸的冷腔室中的工作气体并且还可以被构造为冷却所述摇杆驱动器。在下文详细讨论了冷却器的各种实施例。
图54A至54G描绘了各种机器部件的一些实施例。如该实施例中所示，曲轴51006经由马达/发电机联接组件联接到马达/发电机51000。因为马达/发电机51000安装到曲轴箱51008，所以注入流体对曲轴箱的加压可以导致曲轴箱变形，这又可以导致马达/发电机51000与曲轴51006之间的错位并引起曲轴51006偏转。因为摇杆驱动器51010和51012联接到曲轴51006，所以曲轴51006的偏转可以导致摇杆驱动器51010和51012发生故障。因此，在该机器的一个实施例中，使用马达/发电机联接组件将马达/发电机51000联接到曲轴51006。该马达/发电机联接组件容许可能造成摇杆驱动器51010和51012在运行期间发生故障的、在马达/发电机51000和曲轴51006之间的对准差异。
仍然参考图54A至54G，在一个实施例中，马达/发电机联接组件是包括花键轴51004、马达/发电机51000的空心转子51002、和曲轴51006的花键组件。花键轴51004将曲轴51006的一端联接到空心转子51002。空心转子51002通过机械手段例如压配合、焊接、螺纹连接等附接到马达/发电机51000。在一个实施例中，花键轴51004在该轴的两端上包括多个花键。在其它实施例中，花键轴51004包括中间的无花键部分51014，该无花键部分51014的直径小于带花键部分51016和51018的外径或内径。在又一些其它实施例中，花键轴的一个端部部分51016具有比第二端部部分51018沿着该轴延伸更长距离的花键，该第二端部部分51018也在其上包括花键。
在一些实施例中，空心转子51002包括沿着该空心转子51002的纵向轴线延伸的开口51020。开口51020能够接收花键轴51004。在一些实施例中，开口51020包括能够接合花键轴51004的一端上的花键的多个内花键51022。内花键51022的外径51028可以大于在花键轴51004上的花键的外径51030，使得内花键51022与花键轴51004上的花键之间的配合是松的（如图54E所示）。内花键51022与花键轴51004上的花键之间的松配合有助于在可能由曲轴箱加压引起的花键轴51004偏转期间保持花键轴51004与空心转子51002之间的花键接合。在其它实施例中，花键轴51004的更长的带花键部分51016可以接合转子51002的内花键51022。
仍然参考图54A至54G，在一些实施例中，曲轴51006在其端部上具有开口51024，该开口51024能够接收花键轴51004的一端。开口51024优选包括与花键轴51004上的花键相接合的多个内花键51026。内花键51026的外径51032可以大于花键轴51004上的花键的外径51034，使得内花键51026与花键轴51004上的花键之间的配合是松的（如图54F所示）。如上文所讨论的，内花键51026与花键轴51004上的花键之间的松配合有助于在可能由曲轴箱加压引起的花键轴51004偏转期间保持花键轴51004与曲轴51006之间的花键接合。曲轴51006和空心转子51002上的内花键51026和51022与花键轴51004上的花键之间的松配合可以有助于保持花键轴51004的偏转。这可以允许曲轴51006与空心转子51002之间的错位。在一些实施例中，花键轴51004的更短的带花键部分51018可以接合曲轴51006的开口51024，由此防止这些潜在的错位。
在一些实施例中，空心转子51002的开口51020包括在开口51020的整个长度上延伸的多个内花键。这种布置结构有助于在组装期间将花键轴51004正确插入到开口51020中。这有助于保持花键轴51004上的花键与空心转子51002上的内花键之间的正确对准。
现在参考图48，示出了该发动机的一个实施例。这里，发动机5300的活塞5202和5204分别在气缸5206和5208的热腔室5404和冷腔室5406之间运行。回热器5408可以位于这两个腔室之间。回热器5408可以具有可变密度、可变面积，并且，在一些实施例中，由金属丝制成。可以调节回热器的不同密度和面积使得工作气体在回热器5408两端具有基本均匀的流动。在下面以及在于2003年7月17日授予Kamen等人的美国专利No.6,591,609和于2005年3月8日授予Kamen等人的美国专利No.6,862,883中详细讨论了回热器5408的各种实施例，上述美国专利的全部内容在此通过引用的方式并入。当工作气体经过热腔室5404时，加热器头部5410可以加热气体，从而使气体膨胀并朝向冷腔室5406推动活塞5202和5204，在冷腔室5406中气体被压缩。当气体在冷腔室5406中压缩时，可以引导活塞5202和5204返回热腔室以再次经历斯特林循环。加热器头部5410可以是针销形头部、翼片形头部、折叠的翼片形头部、如图48所示的加热器管或者任何其它已知的加热器头部实施例，包括但不限于下面描述的那些。在下面并且在于2002年5月7日授予Kamen等人的美国专利No.6,381,958、于2003年4月8日授予Langenfeld等人的美国专利No.6,543,215、于2005年11月22日授予Kamen等人的美国专利No.6,966,182和于2007年12月18日授予LaRocque等人的美国专利No.7,308,787中详细讨论了加热器头部5410的各种实施例，上述美国专利的全部内容在此通过引用的方式并入。
在一些实施例中，冷却器5412可以位于气缸5206和5208旁边以进一步冷却行进到冷腔室5406的气体。在前面的部分中以及在于2008年2月5日授予Strimling等人的美国专利No.7,325,399中详细讨论了冷却器5412的各种实施例，该美国专利的全部内容在此通过引用的方式并入。
在一些实施例中，至少一个活塞密封件5414可以位于活塞5202和5204上以将热部分5404从冷部分5406密封隔离。另外，至少一个活塞引导环5416可以位于活塞5202和5204上以帮助引导活塞在其各自的气缸中的运动。在下面以及在于2002年6月19日提交并于2003年2月6日公开的（现在已放弃）美国专利申请No.10/175,502中详细描述了活塞密封件5414和引导环5416的各种实施例，该美国专利申请的全部内容在此通过引用的方式并入。
在一些实施例中，至少一个活塞杆密封件5418可以抵靠活塞杆5224和5228放置以防止工作气体逸出到曲轴箱5400中，或者可替代地逸出到气闸空间5420中。活塞杆密封件5418可以是弹性体密封件，或者是弹簧加载密封件。下面详细讨论了活塞杆密封件5418的各种实施例。
在一些实施例中，例如在下面更详细描述的滚动隔膜和/或波纹管实施例中，所述气闸空间可以省略。在这些情形中，活塞杆密封件5224和5228将工作空间从曲轴箱密封隔离。
在一些实施例中，至少一个滚动隔膜/波纹管5422可以沿着活塞杆5224和5228定位以防止气闸气体逸出到曲轴箱5400中。下面更详细讨论了滚动隔膜5422的各种实施例。
虽然图48示出了描绘仅仅有两个活塞和一个摇杆驱动器的发动机5300的截面，但是应该理解，在此描述的运行原理可以应用于如在图52中大体上以附图标记5800标示的四缸、双摇杆驱动器发动机。
活塞的运行
现在参考图52和55，其中示出了活塞5802、5804、5806和5808在曲轴5814的一次回转期间的操作。当曲轴5814回转1/4周时，活塞5802在其气缸的顶部处（该位置称作上止点），活塞5806在向上的中间行程中，活塞5804在其气缸的底部处（该位置称作下止点），并且活塞5808在向下的中间行程中。当曲轴5814回转1/2周时，活塞5802在向下的中间行程中，活塞5806在上止点处，活塞5804在向上的中间行程中，并且活塞5808在下止点处。当曲轴5814回转3/4周时，活塞5802在下止点处，活塞5806在向下的中间行程中，活塞5804在上止点处，并且活塞5808在向上的中间行程中。最后，当曲轴5814完全回转一周时，活塞5802在向上的中间行程中，活塞5806在下止点处，活塞5804在向下的中间行程中，并且活塞5808在上止点处。在每个1/4周回转期间，在活塞5802和5806之间存在90度的相位差，在活塞5802和5804之间存在180度的相位差，并且在活塞5802和5808之间存在270度的相位差。图56A示意了活塞与前一活塞和后一活塞的大约90度异相的关系。另外，图55示出传递功的机器装置的示例性实施例。因此，功被从活塞5802传递到活塞5806、到活塞5804，再到活塞5808，使得当曲轴5814完全回转一周时，所有活塞都通过从其各自气缸的顶部移动到底部而做功。
现在参考图55，它与图56A至56C一起示意了在示例性实施例中的活塞之间的90度相位差。现在参考图56A，虽然在直线路径中示出气缸，但这仅仅是用于示意性目的。在四缸斯特林循环机的示例性实施例中，包含在气缸工作空间内的工作气体的流动路径遵循数字8的图形。因此，气缸51200、51202、51204和51206的工作空间以数字8的图形的方式连接，例如从气缸51200到气缸51202、到气缸51204、再到气缸51206，流体的流型遵循数字8。仍然参考图56A，示意出沿着线B-B（图56C所示）截取的气缸51200、51202、51204和51206的展开视图。如上所述的在活塞之间的90度相位差允许气缸51204的热部分51212中的工作气体被传送到气缸51206的冷部分51222。因为活塞5802和5808是90度异相的，所以在气缸51206的热部分51214中的工作气体被传送到气缸51200的冷部分51216。因为活塞5802和活塞5806也是90度异相的，所以在气缸51200的热部分51208中的工作气体被传送到气缸51202的冷部分51218。并且因为活塞5804和活塞5806也是90度异相的，所以在气缸51202的热部分51210中的工作气体被传送到气缸51204的冷部分51220。一旦第一气缸的热部分的工作气体进入第二气缸的冷部分，工作气体便开始压缩，并且处于其向下冲程中的第二气缸内的活塞此后迫使已被压缩的工作气体向后经过回热器51224和加热器头部51226（图56B所示）并返回到第一气缸的热部分中。一旦位于第一气缸的热部分内，气体便膨胀并且向下驱动该气缸内的活塞，由此使得在该第一气缸的冷部分内的工作气体被驱动穿过前一回热器和加热器头部并进入气缸中。工作气体在气缸51200、51202、51204和51206之间的这种循环轮回特征是可能的，因为活塞5802、5804、5806和5808以如下方式经由驱动器5810和5812连接到公共的曲轴5814（图55所示），即每个活塞的循环运动领先前一活塞的运动大约90度，如图56A所描绘的。
滚动隔膜、金属波纹管、气闸和压力调节器
在斯特林循环机的一些实施例中，使用了润滑流体。为了防止润滑流体逸出到曲轴箱中，使用了密封件。
现在参考图57A至59，斯特林循环机的一些实施例包括流体润滑的摇杆驱动器，该摇杆驱动器利用沿着活塞杆51302定位以防止润滑流体逸出到曲轴箱中并进入发动机的可能被润滑流体损坏的区域中的滚动隔膜51300，上述曲轴箱未示出，但容纳在该曲轴箱中的部件被表示成51304。对润滑流体进行限制是有益的，因为如果润滑流体进入工作空间，它将会污染工作流体，与回热器51308形成接触并且可能堵塞回热器51308，上述工作空间未示出，但容纳在该工作空间中的部件被表示成51306。滚动隔膜51300可以由弹性体材料制成，该弹性体材料例如是橡胶或者是用机织物或无纺织物增强以提供刚度的橡胶。可替代地，滚动隔膜51300可以由其它材料制成，例如带有机织物或无纺织物的氟硅氧烷橡胶或丁腈橡胶。滚动隔膜51300还可以由碳纳米管或短纤维织物制成，该短纤维织物是带有例如散布在弹性体中的聚酯纤维或纤维的无纺织物。在一些实施例中，滚动隔膜51300由顶部密封活塞51328和底部密封活塞51310支撑。在其它实施例中，如图57A所示的滚动隔膜51300由顶部密封活塞51328中的凹口支撑。
在一些实施例中，滚动隔膜51300两端设有压差，使得密封件51300上方的压力不同于曲轴箱51304中的压力。这个压差使密封件51300扩张并且允许密封件51300用作动态密封件，因为该压差确保该滚动隔膜在全部运行中保持其形式。图57A和图57C至57H示意了该压差如何影响滚动隔膜。该压差使得滚动隔膜51300在其随着活塞杆51302移动时顺应于底部密封活塞51310的形状，并且防止在运行期间密封件51300从活塞51310的表面分离。这种分离可以导致密封失效。该压差使得滚动隔膜51300在其随着活塞杆51302移动时与底部密封活塞51310保持恒定接触。发生这种情形是因为密封件51300的一侧将总是具有施加在其上的压力，由此使密封件51300扩张以顺应于底部密封活塞51310的表面。在一些实施例中，顶部密封活塞51328在滚动隔膜51300的与底部密封活塞51310接触的角部“之上滚动”，从而使密封件51300与底部密封活塞51310进一步保持接触。在示例性实施例中，该压差在10到15PSI的范围内。该压差中的较小压力优选在曲轴箱51304中，使得滚动隔膜51300可以扩张到曲轴箱51304中。然而，在其它实施例中，该压差可以具有更大或更小的数值范围。
该压差可以通过各种方法产生，包括但不限于使用以下方法：加压润滑系统、气动泵、传感器、电泵、通过使摇杆摆动以在曲轴箱51304内产生升压、通过在滚动隔膜51300上产生静电荷或者其它类似的方法。在一些实施例中，通过将曲轴箱51304加压到低于工作空间51306的平均压力的压力来产生压差。在一些实施例中，曲轴箱51304被加压到比工作空间51306的平均压力低10到15PSI的范围内的压力，然而，在各种其它实施例中，该压差可以更小或更大。在下面包括了与该滚动隔膜有关的进一步的细节。
现在参考图57C、57G和57H，然而，示出了斯特林机的另一实施例，其中气闸空间51312位于工作空间51306与曲轴箱51304之间。气闸空间51312保持恒定体积和压力，这是产生如上所述的对于滚动隔膜51300的功能来说必要的压差所必需的。在一个实施例中，气闸51312并未从工作空间51306完全密封隔离，所以气闸51312的压力等于工作空间51306的平均压力。因此，在一些实施例中，工作空间与曲轴箱之间缺乏有效的密封造成了对气闸空间的需求。因此，在一些实施例中，可以通过更有效率且更有效的密封件来省略气闸空间。
在运行期间，工作空间51306的平均压力可能改变从而导致气闸51312的平均压力也发生改变。该压力可能趋于改变的一个原因是：在运行期间，工作空间可能变得更热，而这又可能增大工作空间中的压力并因此也增大气闸中的压力，因为气闸和工作空间是流体连通的。在这种情形中，气闸51312与曲轴箱51304之间的压差也将改变，由此在滚动隔膜51300中引起不必要的应力，这可能导致密封失效。因此，在该机器的一些实施例中，气闸51312内的平均压力被调节以便保持气闸51312与曲轴箱51304之间的恒定的所期压差，并确保滚动隔膜51300仍被扩张并保持其形式。在一些实施例中，使用压力变送器来监视和管理气闸与曲轴箱之间的压差，并据此调节压力以便保持气闸与曲轴箱之间的恒定压差。在下面以及在于2007年12月25日授予Gurski等人的美国专利No.7,310,945中进一步详细描述了可以使用的压力调节器的各种实施例，该美国专利的全部内容在此通过引用的方式并入。
可以通过经由泵或释放阀添加或从气闸51312中去除工作流体来实现气闸51312与曲轴箱51304之间的恒定压差。可替代地，可以通过经由泵或释放阀添加或者从曲轴箱51304中去除工作流体来实现气闸51312与曲轴箱51304之间的恒定压差。该泵和释放阀可以由压力调节器控制。工作流体可以从单独的流体源例如工作流体容器添加到气闸51312（或者曲轴箱51304），或者可以从曲轴箱51304传送。如果工作流体被从曲轴箱51304传送到气闸51312，则可能希望在将工作流体送入气闸51312中之前先过滤该工作流体以便防止任何润滑剂从曲轴箱51304进入气闸51312中并最终进入工作空间51306中，因为这可能导致发动机故障。
在该机器的一些实施例中，可以利用具有与工作流体不同的热属性的流体来冲注曲轴箱51304。例如，当工作气体是氦或氢时，可以利用氩来冲注该曲轴箱。因此，曲轴箱被加压。在一些实施例中，使用氦，但在其它实施例中，如在此所描述的，可以使用任何惰性气体。因此，在本示例性实施例中，曲轴箱是一种湿润的加压曲轴箱。在未使用润滑流体的其它实施例中，曲轴箱不是湿润的。
在示例性实施例中，滚动隔膜51300并不允许气体或液体从其穿过，这允许工作空间51306保持干燥并允许利用润滑流体对曲轴箱51304进行湿槽润滑。允许湿槽润滑曲轴箱51304增加了发动机的效率和寿命，因为在摇杆驱动器51316中的摩擦更小。在一些实施例中，还可以通过使用润滑流体和滚动隔膜51300来省略滚柱轴承或球轴承在驱动器51316中的使用。这可以进一步减小发动机噪音并增加发动机寿命和效率。
图58A至58E示出了被构造成在顶部密封活塞和底部密封活塞（在图57A和57H中被示为51328和51310）之间以及在顶部安装表面和底部安装表面（在图57A中被示为51320和51318）之间安装的滚动隔膜（被示为51400、51410、51412、51422和51424）的各种实施例的截面。在一些实施例中，该顶部安装表面可以是气闸或工作空间的表面，而底部安装表面可以是曲轴箱的表面。
图58A示出滚动隔膜51400的一个实施例，其中滚动隔膜51400包括平坦内端51402，该平坦内端51402可以位于顶部密封活塞与底部密封活塞之间以便在顶部密封活塞与底部密封活塞之间形成密封件。滚动隔膜51400还包括平坦外端51404，该平坦外端51404可以位于顶部安装表面与底部安装表面之间以便在顶部安装表面与底部安装表面之间形成密封件。图58B示出了滚动隔膜的另一实施例，其中滚动隔膜51410可以包括多个弯曲部51408，所述多个弯曲部51408一直达到平坦内端51406以在顶部密封活塞与底部密封活塞之间提供另外的支撑和密封接触。图58C示出了滚动隔膜的另一实施例，其中滚动隔膜51412包括多个弯曲部51416，所述多个弯曲部51416一直达到平坦外端51414以在顶部安装表面与底部安装表面之间提供另外的支撑和密封接触。
图58D示出了滚动隔膜的另一实施例，其中滚动隔膜51422包括沿着其内端51420以便在顶部密封活塞与底部密封活塞之间形成“O形环”式密封件的边条，和沿着其外端51418以便在底部安装表面与顶部安装表面之间形成“O形环”式密封件的边条。图58E了示出滚动隔膜的另一实施例，其中滚动隔膜51424包括多个弯曲部51428，所述多个弯曲部51428一直达到带边条的内端51426以在顶部密封活塞与底部密封活塞之间提供另外的支撑和密封接触。滚动隔膜51424还可以包括多个弯曲部51430，所述多个弯曲部51430一直达到带边条的外端51432以在顶部密封活塞与底部密封活塞之间提供另外的支撑和密封接触。
虽然图58A到58E描绘了滚动隔膜的各种实施例，但应该理解，可以通过本领域中已知的任何其它机械手段将滚动隔膜保持在适当位置。
现在参考图59A，截面图示出了滚动隔膜实施例的一个实施例。金属波纹管51500沿着活塞杆51502定位以将曲轴箱（在图57G中被示为51304）从工作空间或气闸（在图57G中被示为51306和51312）密封隔离。金属波纹管51500可以附接到顶部密封活塞51504和静止安装表面51506。可替代地，金属波纹管51500可以附接到底部密封活塞（未示出）和顶部静止安装表面。在一个实施例中，底部静止安装表面可以是曲轴箱表面或者内部气闸或工作空间表面，而顶部静止安装表面可以是内部曲轴箱表面或者外部气闸或工作空间表面。可以通过焊接、钎焊或本领域中已知的任何机械手段来附接金属波纹管51500。
图59B至59G描绘了该金属波纹管的各种实施例的透视截面图，其中金属波纹管是焊接的金属波纹管51508。在金属波纹管的一些实施例中，该金属波纹管优选是微焊金属波纹管。在一些实施例中，如图59C和59D所示，焊接的金属波纹管51508包括在内端51512或外端51514处彼此焊接起来的多个隔膜51510。在一些实施例中，隔膜51510可以是新月形51516、平坦形51518、波纹形51520，或者是在本领域中已知的任何其它形状。
另外，可替代地，可以借助于例如模压成形、液压成形、爆炸液压成形、液压成型（hydramolding）或者本领域中已知的任何其它手段而以机械方式形成金属波纹管。
该金属波纹管可以由任何类型的金属制成，包括但不限于：钢、不锈钢、不锈钢374、AM-350不锈钢、Inconel、Hastelloy、Haynes、钛或者任何其它高强度、耐腐蚀材料。
在一个实施例中，所使用的金属波纹管是可从SeniorAerospace Metal BellowsDivision，Sharon，MA或者American BOA，Inc.,Cumming，GA获得的那些。
滚动隔膜和/或波纹管实施例
上面描述了起密封作用的滚动隔膜和/或波纹管的各种实施例。对于本领域技术人员来说，基于以上说明和下面的与滚动隔膜和/或波纹管的参数有关的另外说明，另外的实施例将显而易见。
在一些实施例中，在气闸空间或气闸区域（这两个术语可互换使用）中，滚动隔膜或波纹管顶上的压力是该机器的平均工作气体压力，该机器在一些实施例中是发动机，而在曲轴箱区域中，滚动隔膜和/或波纹管下方的压力是环境压力/大气压力。在这些实施例中，滚动隔膜和/或波纹管需要在其两端达3000psi的压力的情况下运行（在一些实施例中，最多达1500psi或更高）。在此情形中，滚动隔膜和/或波纹管密封件为该机器（在示例性实施例中为发动机）形成工作气体（氦、氢或其它气体）容纳屏障。并且，在这些实施例中，消除了对用于容纳发动机底端的笨重的、额定压力的结构器皿的需求，因为现在如常规的内燃（“IC”）机一样仅需在环境压力下容纳润滑流体（在本示例性实施例中，使用油作为润滑流体）和空气。
在其两端具有这种极大压力的情况下使用滚动隔膜和/或波纹管密封件的能力取决于几个参数的相互作用。现在参考图59H，示出了滚动隔膜或波纹管材料上的实际负载的示图。如所示的，该负载是压差和用于已安装的滚动隔膜或波纹管密封件的环形间隙面积的函数。
区域1代表滚动隔膜和/或波纹管的与由活塞和气缸形成的壁接触的部分。由于滚动隔膜和/或波纹管两端的压差，所述负载基本上是沿着轴向方向的拉伸负载。由于滚动隔膜和/或波纹管两端的压力而产生的该拉伸负载能够表示为：
Lt=Pd*Aa
其中
Lt=拉伸负载，并且
Pd=压差
Aa=环形面积
并且
Aa=π/4*(D2-d2)
其中
D=气缸内径，并且
d=活塞直径
波纹管材料中的应力的拉伸分量能够近似为：
St=Lt/(π*(D+d)*tb)
这可以简化成：
St=Pd/4*(D-d)/tb
稍后，我们将示出回旋半径Rc与气缸内径（D）和活塞直径（d）的关系，该关系被定义为：
Rc=(D-d)/4
所以，关于St的这个公式可以简化成其最终形式：
St=Pd*Rc/tb
其中tb=波纹管材料的厚度
仍然参考图59H，区域2代表所述回旋。当滚动隔膜和/或波纹管材料在所述回旋中使角部转移时，可以计算施加在滚动隔膜和/或波纹管材料上的环向应力。对于波纹管的形成该回旋的部分，环向应力分量能够接近地近似为：
Sh=Pd*Rc/tb
滚动隔膜和/或波纹管在其内滚动的环形间隙通常称作回旋区域。滚动隔膜和/或波纹管的疲劳寿命通常受到来自由于压差引起的拉伸（和环向）负载以及由于在织物滚动通过该回旋区域时的弯曲而引起的疲劳这两者的组合应力的限制。织物在该“滚动”期间所呈现的半径在此被定义为回旋半径Rc。
Rc=(D-d)/4
当滚动隔膜和/或波纹管材料滚动通过回旋半径Rc时在该滚动隔膜和/或波纹管材料中的弯曲应力Sb是所述半径以及发生弯曲的材料的厚度的函数。对于纤维强化材料，纤维自身中的应力（在示例性实施例中在规定偏转期间）随着纤维直径减小而降低。对于相同的弯曲水平，较小的合成应力允许增加疲劳寿命极限。当纤维直径进一步减小时，实现了用于减小回旋半径Rc的挠性，同时使纤维中的弯曲应力保持低于其耐受极限。同时，当Rc减小时，织物上的拉伸负载降低，因为在活塞与气缸之间的环面中的未受支撑的区域更少。纤维直径越小，则最小Rc越小，环形面积越小，这导致更高的容许压差。
关于围绕规定半径的弯曲，弯曲力矩被近似为：
M=E*I/R
其中：
M=弯曲力矩
E=弹性模量
I=惯性矩
R=弯曲半径
经典弯曲应力Sb被计算为：
Sb=M*Y/I
其中：
Y=与弯曲中性轴的距离
代入后得出：
Sb=(E*I/R)*Y/I
Sb=E*Y/R
假设弯曲是围绕中央中性轴的，则：
Ymax=tb/2
Sb=E*tb/(2*R)
在一些实施例中，用于长循环寿命的滚动隔膜和/或波纹管设计是基于这样的几何形状，其中所产生的弯曲应力被保持为比基于压力的加载（环向应力和轴向应力）小大约一个量级。基于等式Sb=E*tb/(2*R)，显然，与Rc成正比地最小化tb不应该使弯曲应力增大。滚动隔膜和/或波纹管材料或者薄膜的示例性实施例的最小厚度与在弹性体的强化物中使用的最小纤维直径直接相关。所用的纤维越小，则对于给定的应力水平来说，所产生的Rc越小。
在滚动隔膜和/或波纹管上的负载的另一限制分量是在所述回旋中的环向应力（理论上，它的大小与由活塞或气缸支撑时的轴向负载相同）。用于所述负载的控制方程如下：
Sh=Pd*Rc/tb
因此，如果与tb成正比地减小Rc，则在该区域中，该薄膜上的应力不会增加。然而，如果以将Rc减小的比率比tb更大的方式减小该比率，则这些参数必须平衡。因此，相对于Rc减小tb要求滚动隔膜和/或波纹管承受由于压力引起的更大应力，但有助于减小由于弯曲引起的应力水平。基于压力的负载是基本恒定的，所以这可能是有利的，因为弯曲负载是循环性的，因此最终限制疲劳寿命的正是弯曲负载分量。
关于减小弯曲应力，tb理想情况下应该最小，而Rc理想情况下应该最大。E理想地情况下也最小。关于减小环向应力，Rc理想情况下是小的，而tb理想情况下是大的。
因此，滚动隔膜和/或波纹管薄膜材料的关键参数是：
E，薄膜材料的弹性模量；
tb，薄膜厚度（和/或纤维直径）；
Sut，滚动隔膜和/或波纹管的极限抗拉强度；和
Slcf，滚动隔膜和/或波纹管的极限疲劳强度。
因此，根据E、tb和Sut，可以计算最小的可接受Rc。接着，使用Rc、Slcf和tb，可以计算最大Pd。可以调节Rc以变换在稳态压应力和循环弯曲应力之间的负载（应力）分量偏压。因此，理想的滚动隔膜和/或波纹管材料极其薄，在张紧时极其结实，并且在弯曲时非常柔软。
因此，在一些实施例中，滚动隔膜和/或波纹管材料（有时称作“薄膜”）由碳纤维纳米管制成。然而，还可以使用另外的小纤维材料，包括但不限于：已被编织的纳米管纤维、纳米管无捻细纱纤维，或者任何其它常规材料，包括但不限于：KEVLAR纤维、玻璃纤维、聚酯纤维、合成纤维，以及具有预期的直径和/或以上详细描述的其它所期参数的任何其它材料或纤维。
活塞密封件和活塞杆密封件
现在参考图57G，示出了该机器的一个实施例，其中发动机51326（例如斯特林循环发动机）包括至少一个活塞杆密封件51314、活塞密封件51324和活塞引导环51322（在图60中被示为51616）。在下面以及在如上文所述通过引用的方式并入的、于2003年2月6日授予Langenfeld等人的美国专利申请公开No.US2003/0024387（现在已放弃）中进一步讨论了活塞密封件51324和活塞引导环51322的各种实施例。
图60示出了被沿着气缸的中央轴线51602或者气缸51604驱动的活塞51600的局部截面。该活塞密封件（在图57G中被示为51324）可以包括针对气缸51604的接触表面51608提供密封的密封环51606。接触表面51608通常是具有12RMS的表面光洁度或者更光滑的硬化金属（优选为58-62RC）。接触表面51608可以是已被表面硬化的金属例如58260硬化钢，该硬化钢可以易于被表面硬化并且可以被研磨和/或细磨以实现所期光洁度。该活塞密封件还可以包括垫环51610，该垫环51610受到弹力以朝着密封环51606提供推力，由此提供足够的接触压力来确保围绕密封环51606的整个向外表面进行密封。密封环51606和垫环51610可以一起称作活塞密封合成环。在一些实施例中，该至少一个活塞密封件可以将气缸51604的热部分从气缸51604的冷部分密封隔离。
现在参考图61，一些实施例包括安装在活塞杆气缸壁51700中的活塞杆密封件（在图57G中被示为51314），在一些实施例中，该活塞杆气缸壁51700可以包括密封环51706，该密封环51706朝着活塞杆51604（在图57G中被示为51302）的接触表面51708提供密封。在一些实施例中，接触表面51708是具有12RMS的表面光洁度或者更光滑的的硬化金属（优选为58-62RC）。接触表面51708可以是已被表面硬化的金属例如58260硬化钢，该硬化钢可以易于被表面硬化并且可以被研磨和/或细磨以实现所期光洁度。该活塞密封件还可以包括垫环51710，该垫环51710受到弹力以朝着密封环51706提供径向或环向力，由此提供足够的接触环向应力来确保围绕密封环51706的整个向内表面进行密封。密封环51706和垫环51710可以一起称作活塞杆密封合成环。
在一些实施例中，密封环和垫环可以位于活塞杆上，其中该垫环在密封环上施加向外压力，并且密封环可以与活塞杆气缸壁51702形成接触。这些实施例要求比先前实施例更长的活塞杆气缸长度。这是因为活塞杆气缸壁51702上的接触表面将比先前实施例中的其中接触表面51708位于活塞杆自身上的更长。在又一个实施例中，活塞杆密封件可以是本领域中已知的任何功能密封件，包括但不限于：O形环、石墨间隙密封件、玻璃气缸中的石墨活塞或任何空气罐，或者弹簧激励唇形密封件。在一些实施例中，可以使用具有密合间隙的任何装置，在其它实施例中，使用具有干涉物的任何装置例如密封件。在示例性实施例中，使用了弹簧激励唇形密封件。可以使用任何弹簧激励唇形密封件，包括由BAL SEALEngineering，Inc.，Foothill Ranch，CA制造的那些。在一些实施例中，所使用的密封件是型号为X558604的BAL SEAL密封件。
通过考虑在密封环51606和51706分别相对于接触表面51608和51708的摩擦系数与它在密封环51606和51706上产生的磨损之间的平衡来选择密封环51606和51706的材料。在不可能进行活塞润滑的应用中，例如在斯特林循环发动机的高运行温度下，利用了工程塑料环的用途。该合成物的实施例包括带有润滑材料和耐磨材料的尼龙基质。这种润滑材料的实例包括：PTFE/硅树脂、PTFE、石墨等。耐磨材料的实例包括玻璃纤维和碳纤维。这种工程塑料的实例是由LNP Engineering Plastics，Inc.of Exton，PA制造的。垫环51610和51710优选为金属。
在一些实施例中，分别位于密封环51606和51706与密封环凹槽51612和51712之间的配合优选是间隙配合（大约0.002"），而垫环51610和51710的配合优选是在大约0.005"量级上的较松配合。根据环51606和51706两端的压差的方向以及活塞51600或活塞杆51704行进的方向，密封环51606和51706分别朝着接触表面51608和51708并且还分别朝着密封环凹槽51612和51712的表面51614和51714之一提供压力密封。
图62A和62B示出，如果垫环51820是基本圆对称的，但对于间隙51800，它将在压缩时呈现椭圆形形状，如以虚线表示的垫环51802所示。结果可能是在密封环（未示出，在图60和61中被示为51606和51706）上施加的非均匀径向力或环向力（由箭头51804描绘），因此产生密封环的分别朝着接触表面（未示出，在图60和61中被示为51608和51708）的非均匀压力，从而引起密封环的非均匀磨损并且在一些情形中引起密封失效。
根据一实施例，对于由活塞密封垫环51820施加的非均匀径向力或环向力问题的解决办法是垫环51822，该垫环51822具有随着从间隙51800的周向位移而变化的截面，如图62C和62D所示。从由附图标记51806表示的位置到由附图标记51808表示的位置示出了垫环51822的宽度渐缩，还在图62C和62D中示出了提供密封环51606的周向闭合的搭接接头51810。因为一些密封将在它们的寿命期间被显著磨损，所以垫环51822应该提供运动范围内的均匀压力（在图63B中由附图标记51904描绘）。图62C和62D所示的渐缩垫环51822可以提供这个优点。
图63A和63B示意了根据一些实施例的对于活塞密封环朝着活塞气缸的非均匀径向力或环向力问题的另一解决办法。如图63A所示，垫环51910的形式为椭圆形形状，使得当在气缸内压缩时，该环呈现由虚线表示的垫环51902所示的圆形形状。因此，如图63B所示，可以通过垫环51902的均匀径向力51904来提供该密封环与气缸接触表面之间的恒定接触压力。
根据一些实施例，对于由活塞杆密封垫环施加的非均匀径向力或环向力问题的一种解决办法是垫环51824，该垫环51824具有随着从间隙51812的周向位移而变化的截面，如图62E和62F所示。从由附图标记51814表示的位置到由附图标记51816表示的位置示出了垫环51824的宽度渐缩，还在图62E和62F中示出了提供密封环51706的周向闭合的搭接接头51818。因为一些密封将在它们的寿命期间被显著磨损，所以垫环51824应该提供运动范围内的均匀压力（在图64B中由附图标记52004描绘）。图62E和62F所示的渐缩垫环51824可以提供这个优点。
图64A和64B示意了根据一些实施例的对于活塞杆密封环朝着活塞杆接触表面的非均匀径向力或环向力问题的另一解决办法。如图64A所示，垫环（由虚线表示的垫环52000所示）的形式为椭圆形形状，使得当在气缸内膨胀时，该环呈现由垫环52002所示的圆形形状。因此，如图64B所示，可以通过垫环52002的均匀径向推力52004来提供该密封环51706与气缸接触表面之间的恒定接触压力。
再次参考图60，根据一些实施例，还可以设置至少一个引导环51616，用于承受当它沿着气缸51604上下移动时在活塞51600上的任何侧向负载。引导环51616也优选由带有润滑材料的工程塑料材料制造。在图65中示出了引导环51616的透视图。示出了交迭接头52100，并且该交迭接头52100可以相对于引导环51616的中央轴线倾斜。
润滑流体泵和润滑流体通路
现在参考图66，示出了具有摇杆驱动器52202和润滑流体52204的、用于该机器的发动机52200的一个实施例的代表性示意图。在一些实施例中，润滑流体是油。该润滑流体用于润滑曲轴箱52206中的发动机部件，例如流体动压力进给润滑轴承。润滑发动机52200的移动部件用于进一步减小发动机部件之间的摩擦并进一步提高发动机效率和发动机寿命。在一些实施例中，润滑流体可以置于也被称作油池的、发动机的底部处，并且分布在整个曲轴箱中。润滑流体可以通过润滑流体泵分配到发动机52200的不同部件，其中润滑流体泵可以经由过滤进口从所述油池收集润滑流体。在本示例性实施例中，润滑流体是油，因此润滑流体泵在此被称作油泵。然而，术语“油泵”仅用于描述本示例性实施例以及使用油作为润滑流体的其它实施例，并且该术语不应该解释为限制润滑流体或润滑流体泵。
现在参考图67A和67B，示出了发动机的一个实施例，其中润滑流体通过机械油泵52208分配到发动机52200的位于曲轴箱52206中的不同部件。油泵52208可以包括驱动齿轮52210和惰齿轮52212。在一些实施例中，机械油泵52208可以由泵驱动组件驱动。该泵驱动组件可以包括联接到驱动齿轮52210的驱动轴52214，其中驱动轴52214在其上包括中间齿轮52216。中间齿轮52216优选由曲轴齿轮52220驱动，其中曲轴齿轮52220联接到发动机52200的基本曲轴52218，如图524所示。在这种构造中，曲轴52218经由曲轴齿轮52220间接驱动机械油泵52208，该曲轴齿轮52220驱动驱动轴52214上的中间齿轮52216，该中间齿轮52216又驱动油泵52208的驱动齿轮52210。
在一些实施例中，曲轴齿轮52220可以位于曲轴52218的曲柄梢52222和52224之间，如图68所示。在其它实施例中，曲轴齿轮52220可以置于曲轴52218的端部处，如图69A至69C所示。
为了便于制造，曲轴52218可以由多个零件构成。在这些实施例中，在组装曲轴期间，曲轴齿轮52220可以插入在这些曲轴零件之间。
在一些实施例中，驱动轴52214可以垂直于曲轴52218定位，如图67A和69A所示。然而，在一些实施例中，驱动轴52214可以平行于曲轴52218定位，如图69B和69C所示。
在一些实施例中，曲轴齿轮52234和中间齿轮52232可以是链齿轮，其中曲轴齿轮52234和中间齿轮52232通过链条52226联接，如图69C和70C所示。在这种实施例中，链条52226用于驱动链条驱动泵（在图70A到70C中被示为52600）。
在一些实施例中，曲轴52218与驱动轴52214之间的齿轮比在整个运行中保持恒定。在这种实施例中，重要的是在曲轴与驱动轴之间具有适当的齿轮比，使得该齿轮比平衡泵的速度和发动机转速。这实现了特定的发动机RPM（每分钟转数）运行范围所要求的规定的润滑剂流量。
在一些实施例中，润滑流体通过电泵分配到发动机的不同部件。该电泵消除了对于在机械油泵的情形中要求的泵驱动组件的需求。
回过来参考图67A和67B，油泵52208可以包括从油池收集润滑流体的进口52228和将润滑流体传送到发动机的各个部件的出口52230。在一些实施例中，驱动齿轮52212和惰齿轮52210的旋转引起润滑流体通过进口52228而被从油池抽吸到油泵中以及通过出口52230被迫离开油泵。进口52228优选包括过滤器以在可能存在于润滑流体中的颗粒被抽吸到油泵中之前先将其去除。在一些实施例中，进口52228可以经由管、管道或软管连接到油池。在一些实施例中，进口52228可以与油池直接流体连通。
在一些实施例中，油泵出口52230连接到各种发动机部件中的一系列通路，通过该一系列通路，润滑流体被传送到各种发动机部件。出口52230可以与所述通路整合在一起以便与该通路直接连通，或者可以经由软管或管或者多个软管或管连接到该通路。该一系列通路优选是互连的通路网络，使得出口52230可以连接到单个通路进口并且仍然能够将润滑流体传送到发动机的被润滑的部件。
图71A至71D示出了一个实施例，其中油泵出口（在图67B中被示为52230）连接到摇杆驱动器52704的摇臂轴52702中的通路52700。摇臂轴通路52700将润滑流体传送到摇臂枢轴轴承52706，并且，摇臂轴通路52700连接到摇杆通路（未示出）并将润滑流体传送到该摇杆通路。所述摇杆通路将润滑流体传送到连接肘销轴承52708、联杆轴承52710和联杆通路52712。联杆通路52712将润滑流体传送到活塞杆联接轴承52714。连杆52720的连杆通路（未示出）将润滑流体传送到曲轴52726的第一曲柄梢52722和曲轴通路52724。曲轴通路52724将润滑流体传送到曲轴轴颈轴承52728、第二曲柄梢轴承52730和花键轴通路52732。花键轴通路52732将润滑流体传送到花键轴花键接头52734和52736。在一些实施例中，油泵出口（未示出，在图67B中被示为52230）连接到主要进给部52740。在一些实施例中，油泵出口还可以连接到联接接头直线轴承52738并向其提供润滑流体。在一些实施例中，油泵出口可以经由管或软管或者多个管或软管连接到直线轴承52738。可替代地，联杆通路52712可以将润滑流体传送到直线轴承52738。
因此，主要进给部52740将润滑流体传送到轴颈轴承表面52728。从该轴颈轴承表面52728，润滑流体被传送到曲轴主通道。该曲轴主通道将润滑流体传送到花键轴通路52732和曲柄梢52724上的连杆轴承。
润滑流体优选通过从前述轴承流出并流入油池中而返回到该油池。在该油池中，润滑流体将被油泵收集并在整个发动机中重新分配。
分配
如上所述，所述系统、方法和设备的各种实施例可以有利地提供低成本、易于维护的、高度有效率的、便携式的并且带有故障保护的系统，该系统能够提供在所有环境下使用的可靠的饮用水来源，而与初始水质无关。该系统旨在使用便携式电源和适度的电力预算、例如在个人或者有限的社区规模上生产用于饮用或医疗应用的连续的饮用水流。例如，在某个实施例中，可以利用水蒸气蒸馏设备在大约500瓦的电力预算的情况下每小时至少生产大约10加仑的水。可以通过非常有效率的热传递过程和多个子系统设计优化来实现这一点。
如在此所描述的，水蒸气蒸馏设备的各种实施例可以由蓄电池、电源或由发电机供电。该蓄电池可以是独立式蓄电池或者能够连接到马达输送设备，例如速可达（scooter），在一些情形中可以是混合机动车辆或蓄电池动力车辆的任何其它机动车辆。
在一个实施例中，该系统可以用于发展中国家或者在遥远的村庄或遥远的住宅中。在具有以下情况中的任何一种或多种的社区中该系统是特别有利的，例如（但不限于）：任何时间任何种类的水都不安全、很少甚至没有用于进行安装的水技术专业人员、替代供应的获取不可靠、维护有限以及运行环境困难。
该系统用于净化任何输入的来源水并将该输入的来源水转换成高质量的输出，即，较清洁的水。在一些应用中，水蒸气蒸馏设备可以存在于不具有用于提供来源水的任何市政基础设施的社区中。因此，在这些情况中，水蒸气蒸馏设备的实施例能够接受具有不同的纯净质量的来源水。
该系统还易于安装和操作。该水蒸气蒸馏设备被设计成自主性系统。该设备可以独立运行而不必由操作者进行监视。这是重要的，因为在安装和/或利用该水蒸气蒸馏设备的很多地点，机械师可能很少或者不可靠。
该系统具有最小维护要求。在示例性实施例中，该系统并不要求任何消耗品和/或一次性物品，因此，该系统自身可以使用一段时间而不用更换任何元件或部件。这是重要的，因为在很多应用中，该水蒸气蒸馏设备可能位于缺少具有维护机械装置（例如该水蒸气蒸馏设备）的技术专长的人员的社区中。该系统还是廉价的，从而使其对于任何社区来说都是一种选择。
另外，该水蒸气蒸馏设备可以用在不容易或者不能足够地获取清洁饮用水的任何社区中。例如，具有用于提供电力以运行该水蒸气蒸馏设备的设施和用于供应该设备的市政水的社区。
因此，该水蒸气蒸馏设备可以用在可能具有用于供应电力的市电网但不具有清洁饮用水的社区中。相反，有些社区可能具有不安全的市政水并且不具有用于供应电力的市电网。在这些应用中，可以使用包括但不限于斯特林发动机、内燃机、发电机、蓄电池或太阳能电池板的装置来为该水蒸气蒸馏设备提供动力。水源可以包括但不限于：本地溪流、河、湖、池塘、或者井、以及海洋。
在不具有任何基础设施的社区中，难题在于定位水源并且能够供应动力以运行该水蒸气蒸馏设备。如之前所讨论的，可以使用几种类型的装置为该水蒸气蒸馏设备提供动力。
在这种情况中，可能安装水蒸气蒸馏设备的一个场所可能是社区门诊或卫生中心。这些场所通常具有某种形式的电源并且社区的大部分成员可以利用。
再次，如在此所描述的，电力源可以包括斯特林发动机。这种类型的发动机非常适合应用在产水机中，因为发动机提供足够量的电力来运行该机器而不显著影响该机器的尺寸。
该水蒸气蒸馏设备可以每天为大约50到250个人供水。在示例性实施例中，输出是每小时30升。该生产率适合于小村庄或社区的需求。能量需求为大约900瓦。因此，对于为水蒸气蒸馏设备提供动力而言，能量要求是最小的。这种低的动力要求适合于小的/遥远的村庄或社区。而且，在一些实施例中，标准插座作为电源是合适的。在示例性实施例中，该水蒸气蒸馏设备的重量为大约90Kg，尺寸（H x D x W）为160cm x50cm x50cm。
对于运行温度、TDS和流体流量的了解提供了信息以允许在宽的环境温度、压力和来源水的已溶解固体含量范围内生产饮用水。一个特定实施例可以利用一种控制方法，由此这种测量量（T、P、TDS、流量等）与一种简单算法和查找表相结合使用，从而允许操作者或计算机控制器在现有环境条件下为最佳性能设定运行参数。
在一些实施例中，该设备可以作为用于分配水的系统的一部分而并入。在这个系统内可以包括监视系统。该监视系统可以包括但不限于具有用于测量该发生装置的输入的一个或多个特征的输入传感器和用于测量消耗量或来自该发生装置的输出的其它特征的输出传感器。该监视系统可以具有用于连结基于输入和输出传感器测得的输入和输出消耗量的控制器。
当特定的设施网络的发生装置是水蒸气蒸馏设备时，输入传感器可以是流量监视器。此外，输出传感器可以是水质传感器，该水质传感器包括浊度、导电性和温度传感器中的一个或多个。
该监视系统还可以具有用于直接地或者经由中间装置例如卫星向远程场所传送所测得的输入和输出参数的遥测模块，此外，该系统可以包括用于基于以远程方式接收的指令来改变该发生器的运行参数的远程致动器。该监视系统还可以具有自动定位装置，例如GPS接收器，该自动定位装置具有表示该监视系统的位置的输出。在该情形中，所测得的输入和输出的特征可能取决于该监视系统的位置。
上述监视系统可以被包括在提供净化水来源的分布式设施网络内。该分布式网络具有用于通过使用用于测量各个发生器的输入的输入传感器、用于测量来自各个发生器的输出消耗量的输出传感器，和用于发射指定发生器的输入和输出参数的遥测发射器来产生水的装置。最后，该分布式网络可以具有用于从多个设施发生器接收输入和输出参数的远程处理器。
现在参考图42，该图描绘了监视发生装置4202。发生装置4202可以是如在此公开的水蒸气蒸馏设备。发生装置4202通常的特征在于描述其当前运行状态和状况的一组参数。这种参数可以包括但不限于它的温度、它的输入或输出通量等，并且如下面详细描述的，可以借助于传感器对这种参数进行监视。
仍然参考图42，来源水在进口4204处进入发生装置4202并且在出口4206处离开该发生装置。可以在单个事件或累积的基础上通过使用位于进口传感器模块4212处和/或出口传感器模块4214处的、通常用于确定流量的各种传感器（例如用于确定其温度和压力的传感器或者旋转流量计）中的一种或多种来监视进入发生装置4202的来源水4208的量和离开发生装置4202的净化水4210的量。另外，可以通过在出口传感器模块4214和/或进口传感器模块4212处测量浊度、导电性和/或温度来确定发生装置4202的正常工作状态。还可以根据事件或累积地来确定其它参数，例如系统使用时间或功率消耗。一传感器可以联接到报警或切断开关，当该传感器检测到在预编程范围以外的数值时，所述报警或切断开关可以被触发。
通过直接输入系统位置或者通过使用GPS位置检测器，当系统的位置已知时，可以利用各种检测器例如抗体芯片检测器或者基于细胞的检测器来基于位置进行另外的水质测试，包括检查已知的本地水污染。水质传感器可以检测水中的污染物量。所述传感器可以被编程以在水质数值升高到预编程的水质数值以上时进行声音报警。该水质数值是水中的污染物的测得量。可替代地，如果水质数值升高到大约预编程的水质数值，则切断开关可以关闭该发生装置。
此外，可以通过各种方法确定该发生装置4202中的结垢聚积（如果存在的话），该方法包括监视系统的热传递属性或者测量流阻。可以使用各种其它传感器来监视各种其它系统参数。
仍然参考图42，上述传感器可以用于在发生装置4202上监视和/或记录上述各种参数，或者在一个可替代实施例中，发生装置4202可以配备有通信系统4214，例如蜂窝通信系统。该通信系统4214能够是仅用于在发生装置4202与监视站4216之间通信的内部系统。可替代地，通信系统4214能够是包括用于通过蜂窝卫星系统4218进行一般通信的蜂窝电话的蜂窝通信系统。通信系统4214还可以采用诸如蓝牙开放规范的无线技术。通信系统4214可以另外包括GPS（全球定位系统）定位器。
仍然参考图42，通过使得能够与监视站4216通信，通信系统4214使得产生装置4202能够得到各种改进。例如，监视站4216可以监视发生装置4202的位置以确保由预期的使用者在预期位置中使用。另外，监视站4216可以监视所产生的水量和/或发电量，这可以允许计算使用费用。另外，确定在特定时段或者在特定时段的累计使用小时内产生的水量和/或发电量允许计算预防性的维护计划。如果通过计算使用时间或者通过用于确定水质的任何传感器的输出而确定需要进行维护，则监视站4216可以安排维护性探视。在使用GPS（全球定位系统）定位器的情形中，监视站4216可以确定发生装置4202的精确位置以更好地便于维护性探视。监视站4216还可以确定对于发生装置4202的目前位置而言哪种水质测试或其它测试是最适当的。通信系统4214还可以用于打开或关闭该发生装置4202，以在使用之前预加热该装置，或者用于在系统被移位而无事先警报的情形中（例如在盗窃的情形中）停用该系统。
现在参考图43，使用上述监视和通信系统便于各种设施分布式系统的使用。组织43例如政府机构、非政府机构（NGO）或者私立救济组织、公司或其组合能够向地理区域或政治区域例如整个国家提供分布式设施，例如安全饮用水或电力。组织43然后可以建立本地分配机构44A、44B和44C。这些本地分配机构可以优选是之前描述的监视站4216（见图42）。在一种可能的布置结构中，组织43能够向本地分配机构44等提供一定数目的发生装置4202（见图42）。在另一种可能的布置结构中，组织43能够销售、租赁或者作出其它金融安排以分配发生装置4202（见图42）。本地分配机构44等然后能够将这些发生装置交给操作者45等，或者通过某种类型的金融安排例如销售或小额信贷将发生装置4202（见图42）提供给操作者。
仍然参考图43，操作者45然后能够向乡村中心、学校、医院或者取水点处或附近的其它人群提供分布式设施。在一个示例性实施例中，当借助于小额信贷将发生装置4202（见图42）提供给操作者45时，操作者45能够基于单位用量向最终用户收费，例如，该单位用量在电力的情形中为每瓦特小时或在净化水的情形中为每升。本地分配机构44或组织43可以使用上述通信系统之一来监视使用和其它参数。分配机构44或组织43然后能够通过针对每单位费用的一部分例如50%向操作者45收费来回收发生装置4202（见图42）的一些成本或者实现小额信贷的清偿。如果该发生装置被移位到预设区域以外或者如果清偿并未得到及时执行，则可以使用另外描述的通信系统来停用该发生装置4202（见图42）。这种类型的分布式系统可以允许在相当大的区域上快速地分配所需的设施，然后允许至少部分地回收资金，该资金例如然后能够用于在另一区域中开发类似的系统。
现在参考图44，该图示意了用于将该水蒸气蒸馏设备的一个可替代实施例结合在一系统中的一种可能的方式的概念流程图。在这种类型的实施例中，流体从入口4404流动通过该系统并流入交换器4406中，其中交换器4406接收来自多个热源中的至少一个的热量，所述多个热源包括冷凝器4402、头部4408和来自诸如内燃机或外燃机的动力源的废气（未示出）。该流体继续流过热交换器4406进入集水器4410中并且进入与冷凝器4402热接触的内芯4412中。在内芯4412中，该流体被部分蒸发。水蒸汽路径从内芯4412前进到与压缩机4414连通的头部4408中，并且从该头部4408进入冷凝器4402中。在水蒸汽已经冷凝之后，流体从冷凝器4402前进穿过热交换器4406，并且最终进入排出区域4416并然后作出最终的蒸馏成品水离开。
参考图44和44A，电源4418可以用于为整个系统供电。电源4418可以联接到用于驱动压缩机4414的马达（未示出），特别是当该压缩机4414是蒸汽泵例如液环泵或再生式鼓风机时。电源4418还可以用于向图44所示设备的其它元件提供电能。电源4418可以例如是插座、标准内燃（IC）发电机或外燃发电机。则一个示例性实施例中，该电源是斯特林循环发动机。如图44A所示，IC发电机和外燃发电机有利地发电并产生热能，其中发动机4420产生机械和热能。发动机4420可以是内燃机或外燃机。发电机4422例如永磁无刷马达联接到发动机4420的曲轴并且将由发动机4420产生的机械能转换成电能，例如电力4424。发动机4420还产生废气4426和热量4428。由发动机4420产生的排气4426和热量4428形式的热能可以有利地用于向该系统提供热量。
参考图44，通过将废气引导到可以位于外部壳体和各个设备部件之间的、围绕该设备的绝热空腔中，可以再次捕集来自电源4418的热量。在一个实施例中，在该废气进入蒸发器/冷凝器4402之前，该废气可以在对源流体进行加热的、带翼片的热交换器上吹过。在其它实施例中，源流体流动经过如上参考示例性实施例描述的套管式热交换器。
现在参考图72A，示出了该系统的一个实施例。该系统包括两个基本的功能部件，所述功能部件可以组合在单个整体式单元内，或者为了本地的水净化，能够如在此所述地独立运行和联接。图72A描绘了一种系统，其中动力单元528010经由电缆528014电联接以向水蒸气蒸馏设备528012提供电力，其中来自动力单元528010的废气经由排气管528016相结合以将热量输送到水蒸馏单元528012。
在示例性实施例中，该动力单元528010是斯特林循环发动机。该斯特林循环发动机可以是在此描述的任何实施例。根据第二热力学定律，热循环发动机被限制为分级效率，即Carnot效率(TH-TC)/TH，其中TH和TC分别是可用热源和周围背景热的温度。在热机循环的压缩阶段期间，热量必然以并不完全可逆的方式从系统排出，因此将总是存在过量废热。此外，更加显著地，在热机循环的做功阶段期间提供的全部热量并非都被结合到工作流体中。这里，同样产生了可以有利地用于其它目的的废热。燃烧器废气中的在热力学方面可用的（即，比周围环境更热的气体中的）全部热量通常在总输入功率的10%的量级上。对于在千瓦电力的量级上供电的动力单元，在处于200℃附近的温度下的气体的废气流中，多达700W的热量是可以获得的。根据本设备、系统和方法的实施例，在人类用水的净化中使用由发动机提供动力的发电机产生的废热以及电力，由此有利地提供一种仅仅需要为其提供未经净化的水和燃料的集成系统。
此外，外燃机例如斯特林循环发动机能够提供高的热效率和低的污染物排放，当采用这种方法时，氧化剂（通常为空气，并且在这里以及在任何所附权利要求中非限制性地称作“空气”）被有效率地泵送通过燃烧器以提供燃烧，并且回收离开加热器头部的热废气。在很多应用中，空气在燃烧之前被预加热到接近于加热器头部的温度，从而实现所述的热效率目标。然而，由于使得难以预混合燃料和空气并且通过要求大量的额外空气来限制火焰温度，预加热空气的对于实现高的热效率来说理想的高温使得实现低的排放目标复杂化。例如在于2000年5月16日授权的并且在此通过引用的方式并入的美国专利No.6,062,023（Kerwin等人）中描述了涉及克服这些困难从而实现热机的有效率的低排放运行的技术。
另外，外燃机有利于使用各种燃料，包括在本地特殊情况下最可能获得的那些；然而，本说明书的教导不限于这种发动机，内燃机也在本公开的范围内。然而，由于废气通常具有已被污染的本质，所以内燃机会造成困难，并且优选采用外燃机。
仍然参考图72A，在图72B中概略地示出了动力单元528010的实施例。动力单元528010包括联接到发电机528102的外燃机528101。在一个示例性实施例中，外燃机528101是斯特林循环发动机。斯特林循环发动机528101在运行期间的输出包括机械能和残余热能。由燃烧器528104中的燃料在燃烧时产生的热量作为输入被应用于斯特林循环发动机528101，并且被部分转换成机械能。未转换的热量或热能大约占在燃烧器528104中释放的能量的65%到85%。在此给出的范围是近似的并且该范围可以根据在该系统中使用的水蒸气蒸馏设备的实施例和在该系统中使用的斯特林发动机（或者其它发电机）的实施例而改变。
这种热量可用于以两种形式向动力单元528110附近的局部环境提供加热：来自燃烧器528104的较小的废气流和在斯特林发动机的冷却器528103处排出的大得多的热量流。动力单元528110还可以称作辅助动力单元（APU）。废气比较热，通常为100到300°，并且占斯特林发动机528101产生的热能的10%到20%。冷却器在高于周围温度10到20℃情况下排出80%到90%的热能。热量经由散热器528107排放到水流或更通常地排放到空气流。斯特林循环发动机528101优选具有使得动力单元528010能够被运输的尺寸。
如图72B所示，热源例如燃烧器528104向斯特林发动机528101直接提供动力。燃烧器528104燃烧燃料以产生用于驱动斯特林发动机528101的热废气。燃烧器控制单元528109联接到燃烧器528104和燃料罐528110。燃烧器控制单元528109将燃料从燃料罐528110传送到燃烧器528104。燃烧器控制器528109还将所测得量的空气传送到燃烧器528104以有利地确保基本完全的燃烧。由燃烧器528104燃烧的燃料优选是清洁燃烧的并且在商业上可获得的燃料，例如丙烷。清洁燃烧燃料是不包含大量污染物（最重要的是硫磺）的燃料。当污染物被限制为百分之几时，天然气、乙烷、丙烷、丁烷、乙醇、甲醇和液化石油气（“LPG”）都是清洁燃烧燃料。在商业上可获得的丙烷燃料的一个实例是HD-5，这是由汽车工程师协会（Society of Automotive Engineers）规定的工业等级并且可从Bernzomatic获得。根据该系统的一个实施例，如下面更详细讨论的，斯特林发动机528101和燃烧器528104提供基本完全的燃烧以提供高的热效率以及低排放。高效率和低排放的特征可以有利地允许在室内使用动力单元528010。
发电机528102联接到斯特林发动机528101的曲轴（未示出）。本领域普通技术人员应该理解，术语“发电机”涵盖电机类别，例如机械能被转换成电能的发电机或者电能被转换成机械能的马达。发电机528102优选永磁无刷马达。可充电蓄电池528113为动力单元528010提供启动电力以及为DC电力输出528112提供直流（“DC”）电力。在进一步的实施例中，APU528010还有利地向AC电力输出528114提供交流（“AC”）电力。逆变器528116联接到蓄电池528113以将由蓄电池528113产生的DC电力转换成AC电力。在图72B所示的实施例中，蓄电池528113、逆变器528116和AC电力输出528114被置于封壳528120内。
现在参考图72C所示系统的实施例的概图来描述对于在动力单元528010的运行中产生的废气的利用。燃烧器废气被引导通过热量导管528016并进入大体以附图标记528012标示的水蒸气蒸馏设备单元的封壳528504中。热量导管528016优选是可以是被绝缘材料包围的塑料软管或带波纹的金属软管，然而从动力单元528010到水净化单元528012输送废热的所有装置都在该系统的范围内。由箭头528502标示的废气在热交换器528506（在本示例性实施例中，使用套置软管式热交换器，在其它实施例中，使用带翼片的热交换器）上吹过，由此当来源水流528508行进到水蒸气蒸馏（在这里还称作“蒸馏器”）蒸发器528510时加热来源水流528508。填充被绝热封壳528504包围的空间的热气体528512基本上杜绝了该蒸馏器系统的所有热损失，因为绝缘空腔内的气体温度比蒸馏器自身的表面528514更热。因此，基本上不存在从该蒸馏器到周围环境的热量流动，并且由此挽回了对于每小时10加仑产量的蒸馏器来说、在75W量级上的损失。微动开关528518感测将热排气结合到净化单元528012的软管528016的连接，使得该单元的运行可以考虑到热气体的流入量。
根据可替代实施例，无论是通过后燃烧器（未示出）添加或者使用用于欧姆加热的电力向废气流528502增加热量都处于该系统的范围内。
在该系统的初始启动期间，动力单元528010被致动，从而提供电力和热排气。蒸馏器528012的暖机过程显著加快，因为热交换器528506起初低于废气含水量的露点，因为废气含有作为主要燃烧产物的水。当水在热交换器的翼片上冷凝时，这个水含量的蒸发热量可用于热源水。利用在蒸馏器空腔内的热气体的对流，蒸发热量补充了热交换器加热。例如在翼片式热交换器实施例中，即使在该翼片达到废气的露点之后，翼片利用对流的加热也将继续。
根据该系统的其它实施例，通过为了冷却目的使得来自蒸馏器528012的水流动通过动力单元528010，该动力单元528010和蒸馏器528012可以被进一步整合。由于水的未经处理的本质，将来源水用于冷却产生问题。而使用成品水要求增加系统复杂度以允许在蒸馏器已经暖机至充分运行条件之前冷却该动力单元。
再次参考图44，其它实施例可以包括使用固体形式的添加剂，其中这种添加剂能够嵌入在随时间释放的基质中，该基质被插入到入口4404的流通通道中。在一个特定实施例中，使用者将需要定期插入替换添加剂。在又一个实施例中，能够在分批系统中添加粉末形式的添加剂，其中粉末被以例如小片的形式添加到包含待净化的水的外部蓄存器中，其中类似于上述用于添加液体添加剂的分批系统，添加剂被均匀混合。
仍然参考图44，可以在入口4404之前或者在入口4404内对来源水进行预处理。预处理操作可以包括但不限于：粗过滤；利用化学添加剂例如多磷酸盐、醋脂纤维、有机酸或者合成聚天冬氨酸进行处理；和电化学处理例如振荡磁场或电流；脱气；和UV处理。可以使用连续泵送机构例如滚柱泵或脉动泵（包括标准隔膜泵或压电隔膜泵）将添加剂以液体形式添加到所进入的液体流。可替代地，可以使用例如需要再加载循环的注射泵或者分批泵送系统来通过半连续机构添加添加剂，在该分批泵送系统中，少量的添加剂将被泵送到在液体流入系统中之前均匀地混合添加剂与液体的、在该系统外部的容纳空间或蓄存器中。还设想到使用者能够简单地将规定的添加剂量投放到例如包含待净化液体的桶中。液体添加剂可以以终身用量（即，在该机器寿命内不存在替代消耗品）或者以在消耗之后要求再加载的一次性量来加入。
仍然参考图44，类似地，成品水的后处理可以优选在外部输出区域（未示出）内进行。后处理操作可以包括但不限于：用于增甜的味觉添加剂例如糖基添加剂、用于实现酸味的酸，以及矿物。还可以添加其它添加剂，包括营养素、维生素、稳定蛋白质例如肌氨酸酐和脂肪，以及糖。这种添加剂可以以液体或以固体形式添加，无论是作为输出液体穿过其流动的、随着时间释放的小片，还是例如通过分批系统添加到外部蓄存器的粉末。可替代地，可以例如通过在接触时滤取或溶解而经由单独的收集蓄存器或容器的内部涂层将添加剂添加到输出液体。在这种实施例中，检测带有和不带有添加剂的已净化液体的能力可能是优选的。根据各种实施例的检测系统包括pH值分析、导电性和硬度分析，或者其它标准的基于电的检验分析。这种检测系统允许在添加剂水平/量低于预设水平或者不可测得时通过触发信号结构来根据需要更换添加剂。
在另一实施例中，在输出中监视诸如水硬度的液体特性并且可以将其与发信号通知最好添加适当添加剂的指示器机构相结合。
在又一个实施例中，使用例如电流或放电方法来系统性地产生臭氧并将其添加到输出成品水以改进味觉。可替代地，可以通过HEPA过滤器泵送空气，从而该成品水中形成气泡以提高该水的适口性。
类似地，设想到其它实施例可以包括用于检测核酸、抗原和生物有机体例如细菌的装置。这种检测装置的实例包括本领域中已知并且目前在商业上可获得的纳米级化学和生物化学微阵列。这种阵列还可以用于如以上所讨论的那样监视营养物和其它添加剂在已净化的成品水中的存在和/或不存在。
在另一实施例中，例如在存储桶或其它容器中，可以使用UV处理进行后净化，以帮助保存已净化的成品水。
再次参考图73，在各种实施例中，设备100可包括至少一个成品电导池7304。在各种实施例中，成品电导池7304可位于液体热交换器下游的成品线路中，并且位于阀门歧管之前。如上文更详细描述的，可在设备的一个或多个控制系统中使用产品的导电性。在一些实施例中，成品电导池7304的结果读数和/或信号可被传送给至少一个电导仪（未示出），并且电导仪可确定导电性，并且在设备的外部显示一个或多个指示，即，以便系统的用户可监视和/或确定导电性。在各种其它实施例中，来自成品电导池7304的信号可被发送至控制器，以用于一个或多个控制系统和/或设备的方法。在一些实施例中，来自成品电导池7304的信号可被发送至电导仪和控制器两者。另外，在一些实施例中，该信号可被发送至一个或多个另外的接收装置，包括但不限于远程装置和/或远程用户界面和/或远程计算机。在一些实施例中，导电性和/或其所涉及的信息两者都可被显示在设备的外部，以及由控制器使用。在一些实施例中，外部显示可包括，但不限于一个或多个下列显示：数字（例如，数值）、单词、一个或多个彩色指示器和/或一个或多个符号，其可向用户/观察者指示一种或更多种状况，其中状况可包括但不限于，下列一个或多个状况：设备的状况和/或成品的状况。
在一些实施例中，可关联来自成品电导池7304的信号，以确定成品的质量。取决于成品的确定质量，成品可被转移，或者将为实际成品。例如，在其中成品不满足最小质量阈值时，成品将被转移和/或倾倒，并且不继续成为实际成品。在一些实施例中，该阈值可为20微西门子，并且例如，在成品超过每平方厘米20微西门子时，该成品被转移。然而，在各种实施例中，该阈值可能高于或低于20微西门子。
在一些实施例中，电导仪是本领域已知的任何电导仪，包括但不限于美国特拉华州Omega公司生产的CDTX-90-1P。在一些实施例中，成品电导池7304可能为本领域已知的任何电导池，包括但不限于美国特拉华州Omega公司生产的CDCE-90-001。在各种实施例中，成品电导池7304的探针这样布置，即该探针接触流体线路中，即流体路径中的成品。
在各种实施例中，该设备可包括至少一个控制板，其中本文所述的各种部件电连接，以便处理器可控制该系统。
在各种实施例中，该设备可包括至少一个电流变送器。在一些实施例中，至少一个电流变送器可被连接至控制板，并且连接设备的输入/主电源。该至少一个电流变送器可测量总体系统的电流用量。使用该电流用量，系统可确定系统的相对状况，例如但不限于计算功率用量，和/或确定功率用量是否超过最大阈值或低于最小阈值。然而，在各种实施例中，该系统可在一个或多个各种计算中使用至少一个电流变送器信号，确定系统的相对状况，和/或在一些实施例中，用户可使用至少一个电流变送器系统日志，确定系统的相对状况。在一些实施例中，为了运行系统测试，系统可致动系统的全部部件，并且确定功率消耗。在一些实施例中，可使用现有技术中已知的任何电流变送器，例如美国密苏里州圣路易斯市CR Magnetics公司制造的CR4110-15。
控制
在一些实施例中，该系统包括至少两个处理器，马达控制发动机处理器（“MCE”）和ARM控制处理器。在各种实施例中，控制系统控制设备100中成品的生产。来源水充满集水器，并且来源水被加热，以产生蒸汽。通过控制加热器和排气阀的控制系统，保持蒸汽温度。在一些实施例中，成品和排污水都流动至容纳槽。通过改变成品的占空比和成品转移阀占空比，控制成品液位。在一些实施例中，排污液位由两个控制器保持。排污控制器通过调节排污阀，保持其目标液位。源控制器也起保持排污液位的作用。在一些实施例中，源控制器设置点/目标比排污控制器设置点/目标更高。源控制器调节源阀门占空比。将源控制器设置点/目标保持地比排污控制器设置点更高，提供至少一定体积来源水进入设备100的连续进给。
也参考图75，其中示出水蒸汽蒸馏设备的状态7500的总览。装置的主控制系统控制每种状态。虽然可使用各种其它实施例，但是为了例示，下文描述主控制系统的各种状态7500的一个实施例实例。然而，在各种其它实施例中，可使用另外的状态，和/或状态的顺序，以及为了例示目的给出的目标/阈值等等可不同。另外，赋予每种状态的名称是为了例示，并且在各种实施例中可使用其它名称。
过程
当水系统开启7502时，设备100处于空闲7504状态。在该空闲7504状态中，所有的控制器都被转为“off”，并且设备不加热。当用户按下按钮，以开启系统时，系统进入填充7506状态。填充7506状态打开源阀门，允许来源水填充集水器，并且视需要溢流至排污槽和成品槽。因而，填充7506状态确保了在系统开始加热之前，集水器充满。一旦在排污和成品槽中达到了期望水平，系统就进入加热7508状态。在加热7508状态中，集水器中的加热器被最大化至其最高状态，并且控制器等待，直到温度升高至适当/预定/期望值，在一些实施例中，该值可能约为100℃，并且在一些实施例中，该值可能为105℃。然而，在各种其它实施例中，该值可能高于或低于105℃。一旦低压蒸汽温度、高压蒸汽温度和集水器温度达到适当/预定/期望温度，在一些实施例中，该值可能分别为105℃、105℃和103℃，系统进入热交换器主7510状态。
热交换器主7510状态控制成品和排污液位传感器的液位，并且等待温度升高至更高度数。在一些实施例中，在热交换器主7510状态中，源阀门开启至预定/固定占空比，例如5%，在各种实施例中，占空比可高于或低于5%。在一些实施例中，排污被控制为，例如50%。因而，在各种实施例中，通过打开源阀门，流动到系统/机器中的来源水变为蒸汽，并且一些水变为污水。在各种实施例中，通过控制阀门的占空比，保持排污液位，例如为50%。在热交换器主7510状态中，加热器保持开启，并且在一些实施例中，最大化至其最高状态。同样地，在热交换器主7510状态中，来源水流动到系统/机器中，并且排污和成品控制器被致动/初始化/激活。
监视低压蒸汽温度、高压蒸汽温度、集水器温度和马达温度。一旦低压蒸汽温度、高压蒸汽温度、集水器温度和马达温度达到适当/预定/期望温度，在一些实施例中，该值可分别高于或等于112℃、高于或等于112℃、高于或等于110℃和高于或等于90℃，并且成品液位高于或等于最低启动液位，该最低启动液位用于确保产生/生产一些成品水，系统进入启动泵7512状态。
在启动泵7512状态中，命令轴承给水泵以指定/预定速度运行。同样地，在启动泵7512状态中，启动鼓风机马达，该鼓风机马达使叶轮开始旋转。同样地，在启动泵7512状态中，在一些实施例中，排气阀被致动为预定值，例如，在一些实施例中，预定值为50-100%之间的任何值。致动排气阀的作用在于，排放已经积聚在蒸发器/冷凝器空间的冷凝器中的任何所含气体。在一些实施例中，从系统移除这些气体有益。因而，在启动泵7512状态期间，在各种实施例中，针对启动泵7512状态的持续时间，排气阀被保持为50-100%之间的任何值。
一旦叶轮达到速度（预定速度），并且一旦排污槽液位达到正确液位，并且报告马达速度处于命令速度的“马达误差速度”（例如，可能在各种实施例中不同的预定速度）rpm内，系统就进入运行7514状态。在运行7514状态期间，设备产生成品水。
在运行7514状态期间，源阀门和排污阀控制器保持系统/机器具有阈值量的来源水流入，排污和成品水流出。这确保了系统/机器不泛洪或变干。控制器通过致动源阀门和排污阀，保持该液位。
同样地，在运行7514状态期间，监视低压蒸汽温度，并且将其保持在预定温度下，在一些实施例中，该预定温度可能约为111.5℃。在一些实施例中，如果温度降低至低于预定值，就通过致动集水器加热器，将低压蒸汽温度保持在预定温度下。在一些实施例中，如果温度高于预定温度，例如111.5℃，可致动/打开排气阀。加热器控制器和排气阀控制器控制排气阀占空比，并且加热器控制器和排气阀控制器两者都监视低压蒸汽温度。因而，通过低压蒸汽温度控制加热器控制器和排气阀控制器两者。
在各种实施例中，保持最小排气阀占空比。在一些实施例中，如果温度升高至高于预定值，排气占空比就升高至高于最小排气阀占空比。这保持将气体排出蒸发器/冷凝器的冷凝器。
成品阀占空比通过接收成品传感器读数，控制成品液位。在各种实施例中，成品阀占空比的作用在于，将成品液位保持在预定液位，在一些实施例中，预定液位可能为成品液位传感器的50%。通过致动成品阀控制成品液位，即通过或多或少地开启或闭合成品阀，以升高或降低成品液位。
每一“流量检查时间”秒（例如，可在各种实施例中不同的预定时间量，即秒），系统都将从运行7514状态，进入流量测量7518状态，可将该“流量检查时间”秒称为对流量检查时间7516的计数。在该状态期间，控制系统确定成品流速，以及排污速度。一旦对流量检查时间7516的计数已经满足，就进行流量测量7518。
关于成品流速，流量测量7518状态包括清空成品收集容器至特定液位，然后继续至成品填充状态，该成品填充状态关闭清空过程，并且确定将容器重新填充为预置值（例如，测量设备在给定时间量内产生的成品量）所需的时间量。在一些实施例中，如果生产速度/流量降低至低于预置/预定/阈值的值，或者如果生产速度/流量超过预置/预定/阈值的值，系统就警告用户。在一些实施例中，如果生产流量低于350ml/min，低生产系统警报就可记录至控制器。在一些实施例中，一旦成品流量超过350ml/min，就可清除该低生产系统警报。在一些实施例中，警报不必使系统停止，但是在其它实施例中，警告可使系统停止。在进行流量测量7518后，系统回复至运行7414状态。
关于排污流量，流量测量7518状态包括清空排污收集容器至特定液位，然后继续至排污填充状态，该排污填充状态关闭清空过程，并且确定将容器重新填充为预置值（例如，测量设备在给定时间量内产生的成品量）所需的时间量。在一些实施例中，如果生产速度/流量降低至低于预置/预定/阈值的值，或者如果生产速度/流量超过预置/预定/阈值的值，系统就警告用户。在一些实施例中，如果排污流量低于35%，系统就将转换为全排污状态，并且如果使用外部槽/容器/容纳槽，就转换为空闲7504状态。如果排污流量超过50%，系统就将计算排污流量，并且计算平均流量，并且如果使用外部槽/容器/容纳槽，就转换为空闲7504状态。在进行流量测量7518后，系统回复至运行7414状态。可调节排污流量。
系统将保持在运行7514状态，直到按下7520用户按钮。然后，系统将进入待机7522状态。在待机7522状态中，马达关闭，但是加热器保持预定低压蒸汽温度，在一些实施例中，该温度约为112.5℃，然而，在其它实施例中，加热器可保持低于112.5℃或高于112.5℃的低压蒸汽温度。在待机7522状态中，系统将系统保持在温暖状态，并且控制来源水流量，但是鼓风机不运行。在一些实施例中，系统在待机7522状态中，以低占空比致动源阀门，并且保持排污流量。将温度保持在约112.5℃（或者预定温度，其可高于或低于112.5℃）保持系统处于沸腾，然后是冷凝循环。在其中设备附接至成品水容纳槽的情况下，在一些实施例中，成品水容纳槽可包括成品液位传感器，当液位传感器信号指示处理器，容纳槽满了，控制器使系统进入待机7522状态。
从待机7522状态，短（例如，小于3秒）按钮按压将使系统回复至空闲7504状态。超过例如3秒的按钮按压将使系统回复至热交换器主7510状态。在任何状态下，按下用户按钮小于例如3秒，但是待机7522将使系统返回至空闲7504状态。检测出的任何系统故障将使系统进入空闲7504状态。一旦故障状态消除，可恢复的系统故障将尝试重启过程。然而，如上所述，在本文作为实例给出的各种实施例中，步骤顺序、给出的时间、按钮按压等等可能变化。
控制系统包括在处理器上运行的各种任务。该各种任务通过共享内存块，例如由各种任务写入和读取的寄存器，彼此通信。
事件
在各种实施例中，设备/系统的一个或多个事件或状况可导致控制系统的动作。下文是各种事件：在各种实施例中，一个或多个事件可导致控制系统的动作。在各种实施例中，事件可变化，并且在各个实施例中，给出的值可变化。下文实例作为示例性实施例给出；然而，在各种实施例中，该值可变化。
按钮按压。在按下UI按钮的同时，循环计数器累加。在释放按钮时，检查计数器。如果保持按钮超过4次计数（0.2秒），就发出短按钮按压的信号。如果保持按钮超过40次计数（2秒），就发出长按钮按压的信号。
误差信号。如果已经设置了系统误差，并且水状态机不处于空闲状态，就发出误差信号。
重启信号。在一些实施例中，在误差后，这是重启系统的信号。
FRAME_TICK信号。每50毫秒计时器节拍发送一次。用于对事件计时和检查。
在一些实施例中，可不将各种事件发信号给状态机，然而，可由处理机检查，并且在其中处理各种事件。
溢出事件。一旦激活了系统/机器，但是在系统/机器开始运行之前，控制器首先确定系统中是否存在足够的水，以进入加热状态。因而，在充满状态中，存在下列验证，即确保存在足够的水，以启动加热器。在一些实施例中，例如，如果排污槽液位超过填充设置点，并且成品液位超过30%，则处理溢出事件。在一些实施例中，默认填充设置点为90%。在一些实施例中，仅在填充7506状态中检查溢出事件。
热事件。热事件是从加热状态至热交换器主状态的过渡。在一些实施例中，如果低压蒸汽温度高于加热出口温度，并且高压蒸汽温度高于加热出口温度，并且集水器温度高于加热出口温度减去预定量，例如2℃，就发出热事件的信号。在一些实施例中，仅在加热7508状态中检查热事件。在一些实施例中，默认加热出口温度为105℃。然而，在各种其它实施例中，这些温度可变化。
主事件。在一些实施例中，如果低压温度高于热交换器主7510出口温度，并且高压温度高于热交换器主7510出口温度，并且集水器温度高于热交换器主7510出口温度减去2℃，并且成品液位高于最低成品液位开始，并且马达温度高于马达运行OK温度，则发出主事件的信号。
在各种实施例中，默认热交换器主7510出口温度为112℃。最低成品液位开始默认值为20%。马达运行OK温度默认值为90℃。在一些实施例中，仅在热交换器主7510状态中，检查主事件。
启动事件。如果排污槽液位低于排污运行液位设置点加上源液位偏移，并且马达速度在命令值的200rpm内，在一些实施例中，发出启动事件的信号。在一些实施例中，排污运行液位设置点默认值为40%。源液位偏移默认值为10%。在一些实施例中，仅在启动泵状态中，检查启动事件。
BD高计时器事件。如果排污液位已经超过预定百分比，例如90%预定时间，例如4分钟或更长时间，就发出BD高计时器事件的信号。在一些实施例中，仅在运行状态中检查BD高计时器事件。
BD低计时器事件。如果排污阀占空比已经低于或等于预定百分比，例如2%预定时间，例如4分钟或更长时间，就发出BD低计时器事件的信号。仅在热交换器主7510、运行7514和待机7522状态中，检查BD低计时器事件。
Prod高计时器事件。如果成品液位已经超过预定百分比，例如90%预定时间，例如5分钟或更长时间，就发出Prod高计时器事件的信号。仅在运行7514状态中检查Prod高计时器事件。
Prod低计时器事件。如果成品阀和成品转移阀两者的占空比都已经低于或等于预定百分比，例如2%预定时间，例如5分钟或更长时间，就发出Prod低计时器事件的信号。在一些实施例中，仅在运行7514状态中，检查Prod低计时器事件。
状态计时器事件。如果系统已经在当前状态中超过状态最大计时器值，则发出状态计时器事件的信号。在一些实施例中，在除了空闲7504、运行7514和待机7522之外的所有状态中，检查状态计时器事件。
LP低温事件。在一些实施例中，如果低压温度低于预定温度，例如104℃，就发出LP低温事件的信号。在一些实施例中，仅在运行7514状态中，检查LP低温事件。
导电性高事件。在一些实施例中，如果导电性高于CondoLimitQ10的时间超过CondoErrTime秒，就发出导电性高事件的信号。在一些实施例中，默认CondoLimitQ10为10.0uS/cm。在一些实施例中，默认CondoErrTime为1800秒。在一些实施例中，仅在运行7514状态中，检查导电性高事件。
滑移耦合事件。如果LP温度低于高压温度1.5°，并且成品和转移阀占空比小于预定百分比，例如10%，就发出滑移耦合事件的信号。在一些实施例中，仅在运行7514状态中，检查滑移耦合事件。
控制器
在各种实施例中，控制系统使用设备/系统的一个或多个控制器控制该系统。下文是各种控制器：在控制系统的各种实施例中，可包括一个或多个控制器。
排污液位控制器。在一些实施例中，排污液位控制器在各种实施例中控制排污阀占空比。该控制器使用排污槽水位，用于反馈。在热交换器主7510状态期间，该控制器作为PI控制器运行。在启动泵7512和运行7514状态期间，该控制器仅作为P控制器运行。在一些实施例中，排污液位控制器可能在所有其它状态中都被禁用。该控制器在热交换主7510状态中，使用与启动泵7512和运行7514状态不同的P值。
加热器控制器。加热器控制器控制加热器占空比。该控制器默认使用低压温度，作为反馈。如果设置了加热器使用集水器温度寄存器，该控制器可使用集水器温度，作为反馈。在加热7508、热交换器主7510、启动泵7512和运行7514状态期间，该控制器作为PI控制器运行。在一些实施例中，该控制器可能在其它状态期间被禁用。
成品液位控制器。该控制器基于成品液位传感器控制成品液位，并且调节成品阀占空比和成品转移占空比。在热交换器主7510、启动泵7512和运行7514状态期间，该控制器作为PI控制器运行。在其它状态期间，在一些实施例中，该控制器被禁用。
源流量控制器。该控制器基于排污液位传感器，通过激活或改变源阀门占空比，控制源流量。在一些实施例中，该控制器在填充7506、加热7508、启动泵7512和运行7514期间，作为PI控制器运行。当进入热交换器主7510状态时，该控制器可启动。在一些实施例中，在热交换器主7510状态期间，如果排污液位过高，该控制器可被禁用。在一些实施例中，在热交换器主7510状态期间，如果排污液位过低，该控制器可被启用。
因而，源流量控制器和排污控制器从排污液位传感器接收信息，并且基于该排污液位传感器信息，例如液位，分别调节源阀门和排污阀。源流量控制器和排污控制器的增益和控制确保了，与作为成品水而沸腾掉的水量相比，系统/机器获得更大量的来源水，以便被输入到系统/机器中的过量的水作为排污水流出，其中系统/机器不耗干，即该方法防止系统耗干。同样地，该方法确保系统/机器不过度利用来源水和产生过量排污。因而，系统/机器保持输入系统/机器的来源水量、排污量和系统/机器产生的成品水量之间的平衡。通过单一传感器，排污液位传感器与两个控制器，源流量控制器和排污控制器保持该平衡。
在一些实施例中，例如，排污控制器可被编程为，将排污液位保持在低于源流量控制器的液位处。例如，在一些实施例中，排污控制器可被编程为，保持排污液位为50%，并且源流量控制器可被编程为，保持排污液位为60%。因而，两个控制器彼此抵消。然而，由于在各种实施例中，源流量控制器是PID控制器，而排污控制器是PI控制器，时间过长，PID源流量控制器最终可保持60%，同时排污控制器将继续尝试保持50%，但是将不达到50%。因而，源流量控制器将开启源阀门，直到排污液位传感器指示预编程液位，例如60%。出于许多原因，该控制系统可有益，包括但不限于，排污控制器将保持低于源控制器的液位，在许多实施例中，这防止泛洪。
排气控制。在一些实施例中，排气控制基于低压温度传感器和排气阀占空比，控制低压温度。排气控制器可分为四个分段。第一分段可用于低于“ventLowTempQ10”的温度，在一些实施例中，该温度可能为100℃。排气阀可根据状态运行，在一些实施例中，该状态可分别为加热/运行100/0%。第二分段可用于在一些实施例中，可能为100℃的“ventLowTempQ10”和112℃的“ventMidTempQ10”之间。在一些实施例中，在该分段中，排气阀命令可通过下列公式产生：LPSteamTemp-ventLowTempQ10*ventLowGainQ10。在下一分段“ventMidTempQ10”－“ventHighTempQ10”中，该命令通过命令+(LPSteamTemp-ventMidTempQ10)ventHighGainQ10产生。在一些实施例中，如果温度高于在一些实施例中可能为118℃的“ventHighTempQ10”，就将命令设为“highTempVentValvePct”，其在一些实施例中可能为100%。在运行7514状态期间，排气阀在示例性实施例中不完全闭合，因而允许排出系统中的气体。
马达控制发动机。在一些实施例中，系统包括马达控制发动机控制器（“MCE”）和MCE处理器。MCE是专用于控制马达的处理器。MCE控制马达和加热器两者。MCE包括消息任务，该消息任务从MCE处理器获取信息，并且将其输入到共享存储器中，然后安全任务从共享存储器读取信息，并且根据其适当地作用。
数据记录
在各种实施例中，该设备包括USB端口或其它端口，从而与外部机器，例如计算机、智能电话和具有接收信息和/或将信息发送至设备的能力的其它装置，和/或软件或其它应用（本文中将其统称为“外部应用”）进行通信。在一些实施例中，该系统也可包括用于通信的蜂窝调制解调器。在各种实施例中，来自控制系统和处理器的数据被记录和可被传输至外部应用。这可允许该设备/系统的外部监视。在一些实施例中，该设备可被预编程为，以预定时间/间隔，例如每12小时，上传记录数据。下文是示例性实施例，然而在各种实施例中，任务可能不同。在各种实施例中，赋予命令的术语和名称可能不同。
在示例性实施例中，数据记录任务处理与外部应用的通信。在各种实施例中，该任务首先检查USB端口是否被初始化。如果否，该任务就初始化该端口。如果该端口已初始化，该任务就检查和读取来自串行端口的消息。在peek命令时，该任务解析对peek的位置，并且返回值。在poke命令时，该任务解析对poke的位置和对poke的值。然后，该任务设置poked值，从而在共享存储器中使用，然后返回poke命令的状态。在unpoke命令时，该任务首先检查该命令是否为“unpokeall”或“unpoke one”值命令。在该命令为“unpoke all”时，该任务就将所有的原始值恢复为共享存储器使用值。对于“unpoke one”值，该任务解析unpoke位置，并且将原始值恢复为共享存储器使用值，并且返回OK状态。在“display poked”命令时，系统缓冲所有poked值的位置和值，并且返回缓冲器。在“data”命令时，系统缓冲并且发送所有常量数据缓冲器，并且发送所有计算值，然后发送完成的字符串。在flash命令时，系统将常量保存至闪存，并且返回“OK”标记。
安全数字存储器卡（“SD”）记录
在各种实施例中，该系统包括SD卡，并且数据被记录在SD卡上。SD卡也可处理与蜂窝调制解调器的通信。下文描述SD任务的示例性实施例。
在一些实施例中，SD任务处理在SD卡上的数据读取和写入，并且与蜂窝调制解调器接口连接。必须通过SD记录任务完成所有的SD卡访问。在启动时，初始化文件系统，视需要创建目录，读取最后状态，并且监视时间文件，和记录对数据记录文件的输入。每一SDLogTime秒（默认为300秒），都将数据记录至记录文件。记录文件名具有日期和嵌入的装置ID。该磁盘具有当前目录，其中写入记录数据。也按月备份目录，以保存旧数据。当文件被发送至调制解调器时，该文件然后被移动至按月备份目录。在写入记录文件之前，系统检查磁盘上的自由空间。如果剩余的空间不足1MB，系统就将通过删除最老月份目录中的文件，开始清除旧数据。系统将继续删除文件，直到存在超过1MB的自由空间。
共享存储器
在各种实施例中，系统软件使用共享存储器类，以在任务之间交换数据。在一些实施例中，存在两段共享存储器：常量段和计算段。在示例性实施例中，在共享存储器中的所有数据都以32比特整数存储和检索。在“putValue”函数中，基于所保存的值的索引，完成任何数据过滤或换算。
常量段包含增量和其它机器常量。这些值被存储在闪存（“flash”）中。当系统启动时，从闪存读取常量值。如果在闪存拷贝上的循环冗余校验（“CRC”）正确，闪存值就被载入随机存取存储器（“RAM”）图像。如果CRC不正确，硬编码默认值就被载入RAM。当软件需要常量的值时，就使用共享存储器“getGain”方法读取该值。该值通过常量索引，并且恢复常量值。在一些实施例中，软件写入常量值的唯一的方法是使用poke功能。将需要使用共享存储器方法“copyGainToPoked”，其接收（或“passed”）将改变的常量索引，以及将变为的值。gainFlag常量可能是用户设置的预定/预编程常量。因而，在一些实施例中，用户负责设置“gainFlag”，以为该常量指示，表中的值是poked值。为了将poked值恢复为其原始值，调用共享存储器“copyPokedToGain”方法。在一些实施例中，调用该方法将使所有的poked常量都恢复为它们的原始值。
在一些实施例中，计算段包括从输入/输出“IO”读取或在正常操作期间计算的值。随着读取或计算新值，这些值被周期性地覆写。当其它软件任务需要读取计算值时，它们使用共享存储器方法“getValue”。该方法通过值的索引，以读取和恢复该索引处的值。在一些实施例中，软件使用共享存储器类的“putValue”方法，将值写入计算段。该方法通过将写入的位置索引，以及将被写入的值。最初，写入值被存储在保持阵列中。在一些实施例中，在水任务的每次控制循环中至少一次地调用函数，从而将所有的数据从保持阵列复制到使用阵列中。如果设置了该值的poked标记，就不复制该值的数据。在一些实施例中，能够仅通过“external App”界面，对计算段的值进行poked处理。“DataLog”类的“handlePoke”方法将改变特定索引处的计算表中的值，并且设置poked标记，以保持该数据不被更新循环覆写。在一些实施例中，可通过调用共享存储器类的“clearPokedComputed”方法，对该值进行unpoked处理。这将unpoke所有poked计算值。将删除poked标记，并且下一数据更新循环将以最新的计算值覆写。
IO点
该系统包括各种输入和输出点（“IO”），其中控制接收输入和/或发送输出。在各种实施例中，可包括下列一个或多个作为IO点。在其它实施例中，可包括另外的IO点，并且在一些实施例中，可包括下列所有的IO点。下文说明书将模拟输入点与数字IO点分离。另外，下文说明书描述了示例性实施例，并且在各种其它实施例中，各种输入和输出可包括另外的功能性和/或意义。在各种实施例中，术语也可能不同。
模拟输入
低压蒸汽温度。该输入报告低压侧上的蒸汽温度。该输入作为AD计数读入，并且使用查找表将该输入转换为温度。
高压蒸汽温度。该输入报告高压侧上的蒸汽温度。该输入作为AD计数读入，并且使用查找表将该输入转换为温度。
集水器温度。该输入报告集水器的温度。该输入作为AD计数读入，并且使用查找表将该输入转换为温度。
马达温度。该输入报告马达定子的温度。该输入作为AD计数读入，并且使用查找表将该输入转换为温度。
成品液位。该输入报告成品容纳槽中的水位。使用斜率/截距函数，将读取的AD计数转换为百分比全值。
排污液位。该输入报告排污容纳槽中的水位。使用斜率/截距函数，将读取的AD计数转换为百分比全值。
电流传感器。该输入报告系统电流。使用斜率/截距函数，将读取的AD计数转换为安培。
导电性。该输入报告成品水导电性。读取AD计数，并且使用斜率/截距函数，将读取的AD计数转换为uS/cm。
数字输入
MCE Awake。信号来自MCE处理器，该处理器运行并且能够处理请求和命令。
UI SW。用户界面开关.0.2秒-2秒按压被系统解释为短按钮按压，并且超过2秒的按压被解释为长按钮按压。
源槽满。当设置UseExternalTanks记录时使用的任选输入。该输入被附接于源槽浮体。其在槽满时读取1，并且在槽空时读取0。
成品槽满。当设置UseExternalTanks记录时使用的任选输入。该输入被附接于成品槽浮体（液位传感器）。其在槽满时读取1，并且在槽空时读取0。
数字输出
MCE Enable。对MCE处理器的输出，从而使其能够获取命令和请求。该线路连接至MCE处理器重置线路。应给出一种用于ARM处理器的方法，从而视需要重置MCE处理器。
MUX Line。该输出开关模拟输入多路复用器。当其为低时：AD通道3就读取成品液位AD，并且通道4读取排污液位AD。当其为高时：AD通道就读取电导传感器，并且通道4读取电流传感器。
源阀门。源阀门控制进入系统的水。基于排污槽中的期望液位控制该阀门。在一些实施例中，期望液位被设置地稍微比期望排污控制器排污液位更高一点，以确保水始终流入系统。
排污阀。该阀门控制流出排污槽的水。控制该阀门，以保持排污槽的液位。在示例性实施例中，该阀门始终被设置地低于源阀门期望槽液位一点，以保持水流入系统。
成品阀。该阀门控制流出成品容纳槽的成品。控制该阀门，以保持成品槽中的期望液位。
排气阀。该阀门控制系统的排气。使用该排气阀，以控制低压蒸汽温度。
成品转移阀。使用该阀门以控制成品槽液位。当期望转移成品时，可使用该成品转移阀代替成品阀。
红UI LED。在一些实施例中，在UI面板上存在红LED，当存在活跃故障时，该LED在100%时间中都开启。如果存在活跃警报，红用户LED将以50%的占空比闪烁。如果不存在故障，该LED关闭。然而，在各种其它实施例中，指示器的颜色可变化。
黄UI LED。在一些实施例中，在UI面板上存在黄LED。该LED随着加热器的占空比而闪烁。然而，在各种其它实施例中，指示器的颜色可变化。
绿UI LED。在一些实施例中，在UI面板上存在绿LED。如果系统不产生良好/可接受的，预定阈值内的水，该LED就以50%的占空比闪烁。如果系统产生良好的水，该LED就稳定开启。然而，在各种其它实施例中，指示器的颜色可变化。
红状态LED。在一些实施例中，在PC板上存在红LED。在一些实施例中，该LED在热交换器主7510状态和所有流量测量状态中都保持“off”。在空闲7504、启动泵7512和待机7522状态中，该LED以50%占空比闪烁。在填充7506、加热7508和运行7514状态中，该LED稳定开启。然而，在各种其它实施例中，指示器的颜色可变化。
绿状态LED。在一些实施例中，在PC板上存在绿LED。在填充7506状态中，该LED保持“off”。在空闲7504和运行7514状态中，该LED以50%占空比闪烁。在加热7508、热交换器主7510、启动泵7512流量测量和待机状态中，该LED稳定开启。
计数器。该输出开启马达时间计数器。在一些实施例中，当命令马达速度超过50rpm时，使该计数器“on”。在一些实施例中，当马达速度低于50rpm时，使该计数器“off”。
轴承给水泵。该输出使轴承给水泵“on”和“off”。当命令马达运行时，使轴承给水泵“on”。当马达关闭时，使轴承给水泵“off”。
系统整体性任务
如上所述，本文所述的控制系统使用多个处理器和IO完成事件。控制系统使用存储器记录设备的性能信息，并且可决定系统误差、无效等等，并且诊断原因。另外，控制系统可允许从系统误差恢复或不恢复。在一些实施例中，如果在空闲7504状态中不发生误差，则系统可尝试在误差之后重启。在一些实施例中，对于过高温度故障，系统可等待，直到在重启之前，温度降低到可接受范围内。在一些实施例中，软件可再次尝试启动系统至少三次。在一些实施例中，在三次重启尝试后，系统可保持在空闲7504状态中。在一些实施例中，如果系统保持在运行7514状态中预定时间量，例如20分钟，或者被操作者/用户手动关闭，则可将重试计数器重置为0。在一些实施例中，在系统可能认为其为真实故障之前，所有的传感器故障都必须持续预定时间量，例如2分钟。在一些实施例中，系统整体性任务在与水和硬件任务相同的线程中运行。下文是表1，其包括可能通过使用控制系统确定的误差类型列表。也给出了触发误差的条件实例，以及是否允许恢复。给出的条件是为了例示目的，并且虽然在一些实施例中，可使用这些条件，但是在其它实施例中，值等等可能不同。
在示例性实施例中，系统使用ARM处理器看门狗计时器。可将超时设置为10秒。每一次，任务都经过其主处理循环，该循环调用通过其任务id比特的看门狗更新方法。当全部设置水、硬件和系统整体性比特时，软件反馈该看门狗，并且清除看门狗比特。在一些实施例中，这可能有益，因为这确保了所有的关键任务都运行。
表1
MCE
MCE消息任务处理ARM控制处理器和MCE处理器之间的通信。在一些实施例中，在ARM和MCE处理器之间存在2个离散数字信号：MCEEnable线路和MCEAwake线路。MCEEnable线路是来自ARM处理器的输出，以及对MCE处理器的输入。该线路被设置为“0”，以启用MCE。在MCEEnable为“1”时，保持MCE处理器为重置状态。
MCEAwake线路是来自MCE处理器的输出和对ARM处理器的输入。在一些实施例中，如果MCEAWAKE线路活跃，MCE_msg任务将仅处理消息。如果MCEAwake线路不活跃，MCEEnable线路就被重置为启用状态。如果在重复MCEEnable线路预定时间量，例如60秒后，MCEAwake线路没有变为活跃，则提发出MCE故障。
随着事件发生，MceMsg过程函数产生处理信号。然后将它们分配给加热器命令状态机。如果加热器命令状态机不处理该信号，则该信号就被传给马达命令状态机。如果MCE状态机不处理事件，例如，如果该事件是不期望的响应，错误消息就被发送至MCE。然而，如果MCE状态机不处理该事件，状态要求就被发送至MCE。如果未在预定时间内，例如10秒内接收对命令的响应，就重新发出命令。如果在预定尝试次数，例如5次尝试后未接收到响应，就用信号发出MCE通信故障的消息。在命令响应包中恢复MCE状态。
因此，上述控制系统可用于确定设备/系统的整体性，并且通过涉及水成品生产率的信息，当系统经历维护，包括但不限于清洁/除垢时，控制系统可发出信号。在一些实施例中，系统可发出下列信号，即需要维护，例如向外部应用发出消息，和/或在机器的用户界面上指示该消息，包括但不限于下列一个或多个：LED、文本消息、符号/图标，等等。在一些实施例中，系统自动经历维护程序，例如清洁/除垢，然而，在其它实施例中，可手动执行维护程序，并且然后通过用户界面确认维护完成。
与外部应用的通信也提出用于远程地控制设备的许多方法。例如，通过规律的记录和软件通信，用户可确定哪个设备需要维护，并且可远程地进行调度。这可能出于许多原因期望/有益，包括但不限于在各个国家/地区远程地运行一个或多个水蒸汽蒸馏设备/机器，包括但不限于非常遥远或人口非常少的地区。
在各种实施例中，该一个或多个水蒸汽蒸馏设备/机器可包括与远程装置或服务器，例如网站或远程计算机的通信。可使用一个或多个但不限于下列的装置建立通信：蜂窝调制解调器；因特网；以太网；和/或陆上通信线/电话线。在各种实施例中，可在远程装置或服务器以及该一个或多个水蒸汽蒸发设备/机器之间建立双向通信。
现在也参考图76，在一些实施例中，该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统可包括用于通信的系统，在一些实施例中，该系统可包括“后端”和外部管理器。在一些实施例中，后端可能为HTTP服务器，和具有接口的SMS分派器，从而连接该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统以及一个或多个外部管理器。后端在外部管理器和该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统之间起桥接的作用。在一些实施例中，后端可由外部管理器配置，以提供与装置的自动相互作用。在一些实施例中，后端可起中间实体的作用，从而在该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统和外部管理器之间提供相互作用。
在各种实施例中，外部管理器可能为过程，该过程配置服务器，以间接地配置和与该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统相互作用。
在一些实施例中，该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统是HTTP客户端。这些实施例可在许多情况下使用，包括但不限于，当该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统远程地定位，并且通过蜂窝调制解调器连接时。在该实施例中，该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统可能在一些实施例中，不始终被连接以降低成本，并且同样地，其中蜂窝调制解调器的基础结构不是100%可靠。在这些实施例中，服务器始终运行。因此，在这些实施例中，该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统是客户端，并且后端是服务器。
在一些实施例中，后端可通过发出SMS“shoulder tap”消息，唤醒该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统。在各种实施例中，该消息不含有数据，但是可指示，该装置可连接至服务器，以接收指令、更新、通信等等。
在各种实施例中，外部管理器通过其HTTP服务器接口，通过专用的“外部管理器”接口，仅直接与后端相互作用。在一些实施例中，到该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统的外部接口是在使用TCP/IP套接字的SSL安全层上实施的HTTP接口。在一些实施例中，API可与用于许多基于网络技术的AJAX“网络服务”模式兼容。
在各种实施例中，与该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统的连接为无状态的。相应地，在这些实施例中，所有命令都同步。该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统上的状态中的任何变化，都通过呼叫客户端，做出多个同步要求，以及计算那些呼叫之间的差别来实现。
在各种实施例中，每个要求都以XML消息的形式，进入该至少一个水蒸汽蒸馏设备/机器/系统。处理要求，并且其响应以XML消息的形式发送回呼叫者。
在一些实施例中，可通过使用加压清洁水和对系统的冲洗，执行手动清洁/除垢。在一些实施例中，设备可以被连接到用于冲洗/清洁的酸清洁溶液。在一些实施例中，使用泵，通过设备/机器泵送水和/或清洁溶液。
一种用于提供成品水的系统可包括：源槽，其包括一定体积的来源水；和成品槽，其包括一定体积的成品水。源槽和成品槽都可包括液位传感器，以确定水位。在这些实施例中，控制系统仅在源槽中存在足量的水，以及如果成品槽不满时，才进入水任务填充7506等等状态。然后，水任务将继续，直到成品槽充满，或者源槽低于预定体积。然后，机器进入空闲7504状态。在一些实施例中，源槽可以流体地连接至将水泵送到设备中的加压泵。
虽然已在此描述了本发明的原理，但是本领域技术人员应该理解，本说明仅仅是以实例方式给出的，并非限制本发明的范围。除了在此示出并描述的示例性实施例之外，在本发明的范围内可以构思其它实施例。本领域普通技术人员作出的修改和替代方案被视为在本发明的范围内。

Claims (37)

1.一种流体蒸汽蒸馏系统，包括：
控制系统，以控制流体蒸汽蒸馏设备，所述控制系统包括：
排污控制器，用于控制排污阀；
源流控制器，用于控制源流阀；
空闲状态，其中所述排污控制器和源流控制器中的至少一个关闭；
填充状态，其中源流阀开启，并且源流体进入所述流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；
加热状态，其中所述集水器中的加热器被最大化，直到所述集水器中的流体达到预定温度；
热交换器主状态，其中所述源流阀开启至预定占空比；
启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及
运行状态，其中所述流体蒸汽蒸馏设备产生成品水；和
排污液位传感器，所述排污液位传感器与排污控制器和源流控制器通信，所述排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至所述排污控制器和所述源流控制器，指示所述排污液位，
其中所述源流控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述源流阀，并且
其中所述排污控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述排污阀，
由此使用所述排污液位传感器信号作为输入，保持所述排污液位和所述源流液位。
2.根据权利要求1所述的流体蒸汽蒸馏系统，还包括
源流体输入；
蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括：
大致柱形的壳体；和
在所述壳体中的多个管，
由此所述源流体输入以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器并且所述蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并且将压缩蒸汽转换成成品流体；
以流体方式连接到所述源流体输入和成品流体输出的热交换器，所述热交换器包括：
外管；和
至少一个内管；以及
以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器的再生式鼓风机，由此所述再生式鼓风机对蒸汽进行压缩，并且由此压缩蒸汽流动到所述蒸发器冷凝器，由此压缩蒸汽被转换成成品流体。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述热交换器围绕所述蒸发器冷凝器的所述壳体设置。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述热交换器还包括：其中所述外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述热交换器还包括至少三个内管。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少三个内管被盘绕以形成大致螺旋形状。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述热交换器还包括两个端部，并且在每个端部处附接有连接器，由此所述连接器形成到所述蒸发器冷凝器的连接。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述蒸发器冷凝器管还包括在所述管内部的填充物。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述填充物是杆。
10.根据权利要求2所述的系统，其中所述蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到所述多个管的蒸汽室。
11.根据权利要求2所述的系统，其中所述再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。
12.根据权利要求1-11任一项所述的系统，其中所述控制系统包括至少两个处理器，马达控制发动机处理器和ARM处理器。
13.根据权利要求1-11任一项所述的系统，其中所述流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定所述成品流体的导电性。
14.一种流体蒸汽蒸馏设备，包括：
源流体输入；
蒸发器冷凝器设备，该蒸发器冷凝器设备包括：
大致柱形的壳体；和
在所述壳体中的多个管，
由此所述源流体输入以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器并且所述蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并将压缩蒸汽转换成成品流体；
以流体方式连接到所述源流体输入和成品流体输出的热交换器，所述热交换器包括：
外管；和
至少一个内管；
以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器的再生式鼓风机，由此所述再生式鼓风机对蒸汽进行压缩，并且由此该压缩蒸汽流动到所述蒸发器冷凝器，由此压缩蒸汽被转换成成品流体；和
控制系统，以控制所述流体蒸汽蒸馏设备，所述控制系统包括；
至少一个控制器；
空闲状态，其中所述至少一个控制器关闭；
填充状态，其中源流阀开启，并且源流体进入所述流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；
加热状态，其中所述集水器中的加热器被最大化，直到所述集水器中的流体达到预定温度；
热交换器主状态，其中所述源流阀开启至预定占空比；
启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及
运行状态，其中所述流体蒸汽蒸馏设备产生成品水。
15.根据权利要求14所述的设备，其中用于控制所述流体蒸汽蒸馏设备的所述控制系统还包括：
排污控制器，用于控制排污阀；
源流控制器，用于控制源流阀；和
排污液位传感器，所述排污液位传感器与排污控制器和源流控制器通信，所述排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至所述排污控制器和所述源流控制器，指示所述排污液位，
其中所述源流控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述源流阀，并且
其中所述排污控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述排污阀，
由此使用所述排污液位传感器信号作为输入，保持所述排污液位和所述源流液位。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述热交换器围绕所述蒸发器冷凝器的所述壳体设置。
17.根据权利要求14所述的设备，其中所述热交换器还包括：其中所述外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径。
18.根据权利要求14所述的设备，其中所述热交换器还包括至少三个内管。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述至少三个内管被盘绕以形成大致螺旋形状。
20.根据权利要求14所述的设备，其中所述热交换器还包括两个端部，并且在每个端部处附接有连接器，由此所述连接器形成到所述蒸发器冷凝器的连接。
21.根据权利要求14所述的设备，其中所述蒸发器冷凝器管还包括在所述管内部的填充物。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述填充物是杆。
23.根据权利要求14所述的设备，其中所述蒸发器冷凝器还包括以流体方式连接到所述多个管的蒸汽室。
24.根据权利要求14所述的设备，其中所述再生式鼓风机还包括由磁性驱动联接器驱动的叶轮组件。
25.根据权利要求14-24任一项所述的设备，其中所述控制系统包括至少两个处理器，马达控制发动机处理器和ARM处理器。
26.根据权利要求14-24任一项所述的设备，其中所述流体蒸汽蒸馏设备还包括电导仪和电导池，以确定所述成品流体的导电性。
27.一种水蒸汽蒸馏系统，包括：
水蒸汽蒸馏设备，包括：
源流体输入；
蒸发器冷凝器设备，包括：
大致柱形的壳体；和
在所述壳体中的多个管，
由此所述源流体输入以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器并且所述蒸发器冷凝器将源流体转换成蒸汽并将压缩蒸汽转换成成品流体；
以流体方式连接到所述源流体输入和成品流体输出的热交换器，所述热交换器包括：
外管；和
至少一个内管；
以流体方式连接到所述蒸发器冷凝器的再生式鼓风机，由此所述再生式鼓风机对蒸汽进行压缩，并且由此该压缩蒸汽流动到所述蒸发器冷凝器，由此压缩蒸汽被转换成成品流体；
控制系统，以控制所述水蒸汽蒸馏设备，所述控制系统包括；
至少一个控制器；
空闲状态，其中所述至少一个控制器关闭；
填充状态，其中源流阀开启，并且源流体进入所述流体蒸汽蒸馏设备中的集水器；
加热状态，其中所述集水器中的加热器被最大化，直到所述集水器中的流体达到预定温度；
热交换器主状态，其中所述源流阀开启至预定占空比；
启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及
运行状态，其中所述水蒸汽蒸馏设备产生成品水；和
斯特林发动机，其电连接到所述水蒸汽蒸馏设备，其中该斯特林发动机至少部分地为所述水蒸汽蒸馏设备提供动力。
28.根据权利要求27所述的水蒸汽蒸馏系统，其中用于控制所述水蒸汽蒸馏设备的所述控制系统还包括：
排污控制器，用于控制排污阀；
源流控制器，用于控制源流阀；和
排污液位传感器，所述排污液位传感器与排污控制器和源流控制器通信，所述排污液位传感器将涉及排污液位的信号发送至所述排污控制器和所述源流控制器，指示所述排污液位，
其中所述源流控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述源流阀，并且
其中所述排污控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述排污阀，
由此使用所述排污液位传感器信号作为输入，保持所述排污液位和源流液位。
29.根据权利要求27所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述斯特林发动机包括：
至少一个摇杆驱动机构，所述摇杆驱动机构包括：
具有摇臂枢轴的摇杆；
至少一个气缸；
至少一个活塞，所述活塞容纳在相应的气缸内，由此所述活塞能够在相应的气缸内基本直线地往复；以及
具有近端和远端的至少一个联接组件，通过端部枢轴，所述远端连接到所述摇杆，并且所述近端连接到所述活塞，由此所述活塞的直线运动被转换为所述摇杆的旋转运动；
容纳所述摇杆并且容纳所述联接组件的第一部分的曲轴箱；
通过连杆联接到所述摇杆的曲轴，由此所述摇杆的旋转运动被传递给所述曲轴；
容纳所述至少一个气缸、所述至少一个活塞以及所述联接组件的第二部分的工作空间；以及
用于将所述工作空间从所述曲轴箱密封隔离的密封件。
30.根据权利要求29所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述密封件是滚动隔膜。
31.根据权利要求29所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述联接组件还包括：
活塞杆；和
联杆，所述活塞杆和所述联杆通过联接装置联接到一起。
32.根据权利要求29所述的水蒸汽蒸馏系统，还包括在所述曲轴箱中的润滑流体泵。
33.根据权利要求27-32任一项所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述热交换器围绕所述蒸发器冷凝器的壳体设置。
34.根据权利要求27-32任一项所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述热交换器还包括：其中所述外管是源流体流动路径并且所述至少一个内管是成品流体流动路径。
35.根据权利要求27-32任一项所述的水蒸汽蒸馏系统，其中所述热交换器还包括至少三个内管。
36.一种水蒸汽蒸馏设备，包括：
用于控制所述水蒸汽蒸馏设备的控制系统，所述控制系统包括：
至少一个控制器；
空闲状态，其中所述至少一个控制器关闭；
填充状态，其中源流阀开启，并且来源水进入所述水蒸汽蒸馏设备中的集水器；
加热状态，其中所述集水器中的加热器被最大化，直到所述集水器中的水达到预定温度；
热交换器主状态，其中所述源流阀开启至预定占空比；
启动泵状态，其中轴承给水泵以预定速度运行，并且鼓风机马达启动；以及
运行状态，其中所述水蒸汽蒸馏设备产生成品水。
37.根据权利要求36所述的水蒸汽蒸馏设备，其中所述控制系统还包括：
排污控制器，用于控制排污阀；
源流控制器，用于控制源流阀；和
排污液位传感器，所述排污液位传感器与排污控制器和源流控制器通信，所述排污液位传感器将涉及所述排污液位的信号发送至所述排污控制器和所述源流控制器，指示所述排污液位，
其中所述源流控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述源流阀，并且
其中所述排污控制器至少基于所述排污液位传感器信号，致动所述排污阀，
由此使用所述排污液位传感器信号作为输入，保持所述排污液位和所述源流液位。
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