CN114728210A - 蒸馏设备 - Google Patents

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CN114728210A CN201980102463.XA CN201980102463A CN114728210A CN 114728210 A CN114728210 A CN 114728210A CN 201980102463 A CN201980102463 A CN 201980102463A CN 114728210 A CN114728210 A CN 114728210A
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Water Purification Design Co ltd
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Abstract

本文公开了一种蒸馏设备。蒸馏设备包括蒸发室、被布置成向蒸发室提供热量的热源、被定位成至少部分地位于蒸发室内部的一个或多个冷凝室、连接至蒸发室的流体入口、附接至一个或多个冷凝室的一个或多个流体出口、以及蒸汽压缩机泵。还公开了适用于这种蒸馏设备的液体环式泵，该泵包括泵主体、设置在泵主体内的泵压缩室、安装在压缩室内的转子、用于安装所述转子的转子轴，转子设置有用于将转子安装到转子轴的一个或多个陶瓷轴承。

Description

蒸馏设备
技术领域
本发明涉及蒸馏设备，特别是这种可以被部署在商业、家用或近家用环境中以根据需要提供蒸馏水的设备。
背景技术
随着世界人口的增加并且需要更多资源来存活，新鲜水供应上的压力已经变大并且持续变得更大。
越来越多的使用情况将必须由不太直接可饮用的水源制成，诸如可能被污染的水源、微咸水、或以其他方式被认为具有先前临界值的水源。此外，由于诸如干旱、使基础设施老化的污染(诸如通过塑料和微型塑料的污染，由于它们污染供水)、以及无法应对未来需求的这些因素，家用的主要供应装置的质量可能劣化。
蒸馏为该问题提供了一种解决方案，但是先前的蒸馏设备往往是耗能的、大型的、笨重的、不经济的并且仅适用于大规模供应(诸如向城镇供应)。
将这种设置提供给更多的个人或地区(诸如，在厨房或公共水源内)使用将是有用的，并潜在地服务更少数量的人员，并且适用于与较小的且更多的边际供应品一起使用。
这种水对于医院供应品、饮用水、诊所、实验室、远程住宅和村庄可能是必须的；简而言之，在可以有利于改善可用水的质量的任何地方。
此外，该设备可以使用在可能必须进行蒸馏来形成或改善产品的应用中，诸如小规模酒精饮料生产或软饮料配方。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种蒸馏设备，该蒸馏设备包括蒸发室、被布置成向蒸发室提供热量的热源、被定位成至少部分地邻近于蒸发室的一个或多个冷凝室、连接至蒸发室的流体入口、附接至一个或多个冷凝室的一个或多个流体出口、以及蒸汽压缩机泵。
通过相邻，可以在冷凝室和蒸发室之间进行热传递。具体地，蒸发室内的预蒸发液体可以接收来自冷凝室内的蒸汽的热量，从而改善蒸汽的冷凝。
冷凝室可以被定位成至少部分地位于蒸发室内。
冷凝室可以被定位成完全位于冷凝室内。
蒸发室可以具有附加的流体出口。
蒸发室可以设置有水汽入口。
蒸发室可以设置有排气出口。
可以存在多个冷凝室。
可以存在四个冷凝室。
冷凝室可以包括长方体形状。
冷凝室的内表面积和/或外表面积可以大于蒸发室的内表面。水汽到表面的热传递小于液体到表面的热传递。这可以通过增大冷凝室内部的表面来改善/减轻。
冷凝室可以包括具有相对薄的连接腹板的正方形面。这可以增大冷凝室的内表面积和/或外表面积。
冷凝室可以包括宽度∶高度∶深度比为20∶20∶1的长方体形状。
冷凝室可以包括一个或多个内部的冷凝器翅片。它们可以增大冷凝器的内部表面积来改善冷凝。
内部的冷凝器翅片可以包括从正方形面中的任一个或两个大致垂直地向内突出的矩形翅片。
内部的冷凝器翅片可以包括附接到冷凝器的内部侧壁的L形部分。它们还可以包括U形、W形或其他合适的形状来增大表面积。
冷凝器可以包括内部蜂窝结构。这可以是为了改善冷凝。
冷凝器可以包括内部格栅结构。这可以是为了改善冷凝。
冷凝器的内表面积可以大于外表面积。
一个或多个冷凝室可以具有一个或多个冷凝器流体出口。
一个或多个冷凝室可以共用单个冷凝器流体出口管。
蒸汽压缩机泵可以是液体环式泵。
蒸汽压缩机泵可以是润滑转子泵。
蒸汽压缩机泵可以包括在轴线上旋转的转子，当本发明被合适地定向并且起作用时，该轴线是竖直的。
蒸汽压缩机泵可以位于蒸发室下方。这可以使得蒸馏物在重力作用下落入泵中。由于蒸馏物使泵润滑，因此泵在启动设备时应当具有足够的润滑剂，并且高效地进行自注液。
可以存在将蒸发室的头部空间与蒸汽压缩机泵连接的蒸汽入口。
可以存在将蒸汽压缩机泵连接到冷凝室中的至少一个冷凝室的一个或多个泵出口。
可以存在连接到所有冷凝室的泵蒸汽出口管。
液体环式泵可以包括泵主体、设置在泵主体内的泵压缩室、安装在压缩室内的转子、用于安装所述转子的转子轴，转子设置有用于将转子安装到转子轴的一个或多个陶瓷轴承。
转子可以包括一个或多个磁体。
可以存在围绕转子轴的嵌入在转子的主体内的多个磁体。
磁体可以用于使转子旋转，并且还可以在轴承中产生张力以减轻齿隙。
泵可以提供转子元件。
可以设置为液体环式泵提供动力的电动马达。可以使用其它合适的旋转运动源，诸如机械动力、内燃机、燃气涡轮机、风力涡轮机、水力发电、蒸汽发动机、斯特林发动机等。
可以设置联接到电动马达的磁传动元件。
磁传动元件可以包括马达环，其中一个或多个磁体被设置成围绕马达环。
磁传动元件吸引转子内的磁体，从而使磁体旋转。这使得转子元件能够完全密封在泵主体内。
本领域技术人员将理解的是，变速器/转子中的磁体对可以用一对磁体/铁磁材料来代替。
根据本发明的第二方面，提供了一种蒸馏设备，该蒸馏设备包括蒸发室、被布置成向蒸发室提供热量的热源、冷凝室、以及附接在蒸发室的入口侧和冷凝室的出口侧的蒸汽压缩机泵，该出口侧至少部分地朝向热交换器，该热交换器位于蒸发室和冷凝室之间。
热交换器使得热量能够从冷凝室中的冷凝蒸汽传递到蒸发室中的蒸发流体，从而提高效率。在较高压力(和温度)下的冷凝潜热可有助于使蒸发室中的流体沸腾。
热交换器可以向蒸发室和/或冷凝室提供结构元件。
这可以通过将热交换器和结构元件结合成双功能元件，来提供使设备的整体尺寸减小的优点。
热交换器可以是波纹状、波皱状、或以其他方式成形，以增大热交换器的表面积。
该形状可以增加热交换器/结构元件的强度/刚度，从而潜在地进一步减小设备的尺寸，以实现周密的家用安装。
可以在泵出口上设置排放管。
排放管可以被引导朝向热交换器。
冷凝室和蒸发室可以沿着侧壁接合。
侧壁可以是热交换器/结构元件。
冷凝室可以位于蒸发室内。
冷凝室可以具有大致圆形的横截面。
蒸发室可以具有大致圆形的横截面。
圆形可以包括卵形、长圆形、椭圆形等。
蒸发室的外表面可以是波纹状、波皱状或以其他方式成形，以增大蒸发室的表面积。
冷凝室的内表面可以是波纹状、波皱状或以其他方式成形，以增大冷凝室的表面积。
冷凝室的内表面可以被涂覆。
涂层可以是玻璃、陶瓷、塑料；或一些其他大致惰性的材料，以减轻蒸馏水的污染。
蒸发室可以在其最下部具有贮槽部分。该贮槽保持在蒸馏之前的未处理水。
冷凝室可以在其最下部具有贮槽部分。该贮槽保持在蒸馏之后的蒸馏水。
蒸发室贮槽可以至少部分地位于冷凝室贮槽内。
这可以允许冷凝室贮槽中较热的蒸馏水与蒸发室贮槽中较冷的未处理水之间的附加热传递，从而潜在地提高设备的效率。
旋风器可以设置在蒸发室和泵之间。
旋风器可将水滴从蒸发的蒸汽分离。
蒸汽可以在被送入冷凝的蒸馏液体之前经过充气装置。
充气装置可以是扩散器。
扩散器可以是气泡扩散器。
根据本发明的第三方面，提供了一种液体环式泵，该液体环式泵包括泵主体、设置在泵主体内的泵压缩室、安装在压缩室内的转子、安装所述转子的转子轴，转子设置有用于将转子安装到转子轴的一个或多个陶瓷轴承。
陶瓷轴承可以被由经过压缩室和/或冷凝器的流体压缩的液体润滑。
转子可以包括一个或多个磁体。
可以存在围绕转子轴的嵌入在转子的主体内的多个磁体。
可以设置电动马达来为液体环式泵提供动力。
可以设置联接到电动马达的磁传动元件。可以使用其它合适的旋转运动源，诸如机械动力、内燃机、燃气涡轮机、风力涡轮机、水力发电、蒸汽发动机、斯特林发动机等。
磁传动元件可以包括马达环，其中一个或多个磁体被设置成围绕马达环。
磁传动元件吸引转子内的磁体，从而使磁体旋转。这使得转子元件能够完全密封在泵主体内。
液体环式泵可以具有围绕压缩室的冷却夹套。该冷却夹套可以被供给有被供给到采用泵的蒸发过程或设备中的液体。附加地或替代地，冷却夹套可以被供给有在蒸发过程或设备的蒸发室中汇集的液体。冷却夹套可以阻止环境温度超过被供给作为这种过程的一部分的液体的沸点，并且减轻由气蚀效应引起的对泵的转子和/或其他部分的损坏。
本领域技术人员将理解的是，变速器/转子中的磁体对可以用一对磁体/铁磁材料来代替。
泵转子本身可以形成为电动马达的转子。这种布置的定子的铁磁极可以被密封并且嵌入泵的主体内。虽然电绕组可以经受升高的温度，但它们不应当直接暴露于水汽(或其它气态蒸馏物)，并且因此可以不需要增强的冷却。这可以用小直径泵或具有低扭矩要求的涡轮压缩机实现。
附图说明
现在将参照以下附图，仅以示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的第一方面的蒸馏设备的透明侧视图；
图2是图1的蒸馏设备的透明端视图；
图3是图1的蒸馏设备的透明平面视图；
图4是图1的设备的液体环式泵的透明端视图；
图5是图1的设备的液体环式泵的透明侧视图；
图6是图5中的液体环式泵的侧面分解图；
图7是图5中的液体环式泵的立体分解图；
图8是图1的设备的冷凝器的局部立体分解图；
图9是可使用在图1的设备中的冷凝室的替代实施例的剖视平面图；
图10是可使用在图1的设备中的冷凝室的另一替代实施例的剖视平面图；
图11是可使用在图1的设备中的冷凝室的又一替代实施例的剖视平面图；
图12是可使用在图1的设备中的膨胀罐的示意性代表；
图13是图12中的膨胀罐的另一示意性代表；
图14是图5中的液体环式泵的内表面的详细立体图；
图15是图14中的细节的平面图；
图16是根据本发明的第二实施例蒸馏设备的示意性代表；
图17是图16的第一实施例蒸馏设备的液体环式泵的端视图；
图18是图17中的液体环式泵的陶瓷轴承的端视图；
图19是图17中的陶瓷轴承的部分截面立体图；
图20是根据本发明的第二实施例蒸馏设备的示意性代表；
图21是图20的第一实施例蒸馏设备的液体环式泵的端视图；
图22是根据本发明的第三实施例蒸馏设备的平面图；
图23是根据本发明的第三实施例蒸馏设备的示意图；
图24是根据本发明的第四实施例蒸馏设备的示意图；
图25是根据本发明的第五实施例蒸馏设备的示意图；
图26是图25的设备的热交换器的平面图；以及
图27是根据本发明的第六实施例蒸馏设备的示意性代表。
具体实施方式
参照附图并且首先参照图1，描绘了第一实施例蒸馏设备610。
蒸馏设备610包括蒸发室612、被布置成向蒸发室612提供热量的热源614、被定位成至少部分邻近蒸发室612的一个或多个冷凝室616、连接至蒸发室612的流体入口618、附接至一个或多个冷凝室616的一个或多个流体出口620、以及蒸汽压缩机泵622。
通过设置成相邻，可以在(一个或多个)冷凝室和蒸发室之间发生热传递。
具体地，蒸发室内的预蒸发液体可以接收来自(一个或多个)冷凝室内的蒸汽的热量，从而改善蒸汽的冷凝。
(一个或多个)冷凝室616被定位成至少部分在蒸发室612内。
(一个或多个)冷凝室616完全在冷凝室612内。
流体入口618通常将与水源进行阀连接，即使仅仅是一滩积水的情况下，也可以在压力下提供水源。蒸发排放管619设置在蒸发室612上。在本实施例中，它们被设置为彼此相邻并且与蒸发室612的底部连通。流体入口618允许蒸发室612填充有待蒸馏的液体，蒸发排放管619允许从室612排空液体。它们还可用于通过简单地冲洗液体和/或合适的清洁产品来清洁该室612。
热源614被应用到蒸发室612。在本实施例中，热源614是电感应单元(未示出)，但是替代的热源也是可以的并且被设想在本发明的范围内，诸如线圈加热、直接热源、燃烧等。当然，热源的主要功能是蒸发在蒸发室612内的液体。
在本实施方式中，存在四个冷凝室616a、616b、616c和616c(从近侧冷凝室616a至外侧冷凝室616d编号；近侧被测量为邻近设备610的入口侧，即图1的左手侧)。这些都位于蒸发室612内。将理解的是，它们的数量是可以变化的，从一个至超过四个。
冷凝室616每个包括长方体形状。这是相对薄的层状，其长边为20cm x 20cm，并且深度为1cm。本领域技术人员将理解的是，这些尺寸可以根据某些因素而改变。在本实施例中，冷凝室616包括相对薄的连接腹板的正方形面。热交换器616的相对大的表面积与体积比改善了从热交换器的内部到外部的热传递。冷凝室616由合适的不锈钢制成，但是将理解的是，替代的材料也是可以的。不锈钢优选为300系列不锈钢，诸如食品级304或医用级318。
(一个或多个)冷凝室616具有比蒸发室612的内表面更大的内表面积和/或外表面积。
(一个或多个)冷凝室616包括相对薄的连接腹板的正方形面。这可以增大冷凝室612的内表面积和/或外表面积。
冷凝器翅片624设置在冷凝室616的内部容积内。它们增大了(一个或多个)冷凝室的内表面积，以改善冷凝。
内部的冷凝器翅片624包括从两个正方形面大致垂直地向内突出的矩形翅片，但是将理解的是，它们可仅从一个内表面突出。
内部的冷凝器翅片624包括通过点焊而附接到冷凝室616的内部侧壁的L形部分626。冷凝室616可以由压制金属坯料(未示出)形成，该压制金属坯料可以被弯曲并且焊接成形。替代的制造方法也是可以的。
在图9中示出了替代实施例的热交换器716的横截面。内部的格栅结构724被提供作为加热翅片624的替代。该格栅或蜂窝状结构724同样增加了可以在热交换器724内发生热传递和冷凝的表面。另外，铜涂层725设置在热交换器716的内表面上。
在图10中示出了又一替代实施例的热交换器816的横截面。U形通道826代替第一实施例的L形部分926。这些U形通道826进一步增加了用于发生热传递/冷凝的内表面积。
在图11中示出了又一替代实施例的热交换器916的立体图。L形部分926类似于第一实施例的L形部分，但是在突出表面上设置有孔928。它们可以用于安装加强支柱或杆(未示出)，以减轻热交换器916可能由于内部压力而经受的任何膨胀或鼓胀。
翅片还可以包括U形、W形或其他合适的形状，以增大表面积。
(一个或多个)冷凝室616将具有比外表面积更大的内表面积，从而改善热传递和冷凝。
设置有冷凝器流体出口630。它是附接到所有冷凝室616a、616b、616c和616c的简单管道。冷凝器出口管630位于冷凝室616a、616b、616c和616c的最下边缘处。
蒸汽压缩机泵622是液体环式泵622。液体环式泵622包括泵主体632、设置在泵主体632内的泵压缩室634、安装在压缩室634内的转子636、以及用于安装转子636的转子轴638。一个或多个陶瓷轴承640用于将转子636安装到转子轴638。在本实施例中，存在两个陶瓷轴承640a、640b，并且它们是标准滚珠轴承型双向轴承。尽管不特别是推力轴承，但是轴承640a、640b对转子636沿着轴638的任何纵向位移都提供了一定程度的阻力，并且可以替换推力轴承。轴638是固定的(即，不旋转)，但是在替代方案中，轴可以被安装在轴承上并且转子被固定至轴，使得轴和转子组件进行一致旋转，而不是转子围绕轴旋转。
泵主体632包括第一主体部分642、中间主体部分644、密封盖646和保持压缩环648。
第一主体部分642是大致平坦的圆柱体(其长度与直径比在1:2至1:4的大致范围内)。圆柱体的长度的最下半部(从附图的视角)包括压缩机室634的一部分，转子636被安装在该压缩机室634的该部分内。
包括矩形环形凹陷的液体冷却夹套650围绕通过夹套侧壁652而分开的压缩机室634。入口液体(即，由设备610蒸馏的液体，诸如污染水)被引导围绕该液体冷却夹套650，以向压缩机室634内的流体提供冷却剂。
输入端口654和输出端口656被设置为通过第一主体部分642，输入端口654和输出端口656提供进入和离开压缩室634的流体连通端口。从附图中可以看出，它们与第一主体部分642的最上边缘连通。
轴接收孔658位于第一主体部分642的中心处，并且润滑端口660被设置在轴接收孔658中。润滑端口660可以允许润滑剂(其可以是被蒸馏的流体，例如水)沿轴向下流动，并且润滑最上面的轴承640a。例如，水可以为所采用类型的陶瓷轴承提供充足的润滑。
磁体凸台662设置在转子的基部处。在本实施例中，磁体凸台662占转子厚度的大约30％(沿X-X轴线测量)，并且提供与设置在中间主体部分644上的内部孔644a的紧密但滑动的配合。孔644a提供压缩室634的一部分。多个转子磁体664被设置成围绕磁体凸台662的周向边缘。存在围绕磁体凸台662等距地间隔开的十二个转子磁体664。它们以交替磁极的方式取向，即N-S、S-N、N-S等。在本实施例中，它们是钐高温磁体，该钐高温磁体提供强磁吸引并且是化学稳定的，从而不会污染被蒸馏的液体。可以使用提供高温和化学稳定性的其它磁体，例如钐-钴、GBD Neo、或钕-铁-硼。
转子636具有液体环式泵622的典型形状，包括中心凸台636a，多个弯曲叶片636b从中心凸台636a延伸。转子636是大致圆形的，并且在压缩机室634的偏移界限内旋转，旨在引起朝向一侧的压缩和朝向另一侧的真空；这遵循从输入端口至输出端口的一般流动。
磁体凸台662设置在转子的基部处。在本实施例中，磁体凸台662占转子厚度的大约30％(沿X-X轴线测量)，并且提供与设置在中间主体部分644上的内部孔644a的紧密但滑动的配合。在本实施例中，磁体凸台662、中心凸台636a和弯曲叶片636b形成一件，其可以是机械加工部件、铸造部件、或印制部件。
孔644a提供压缩室634的一部分。压缩室634具有基本上椭圆形或长圆形的横截面，如将在附图中可以看出的。压缩室的内部设置有多个凹口634a(参见图14和15)。这些凹口用于引起蒸汽/液体流中的湍流，这可以使得在压缩室634内形成更大的液滴。
多个转子磁体664被设置成围绕磁体凸台662的周向边缘。存在围绕磁体凸台662等距间隔开的十二个转子磁体664。它们以交替磁极的方式取向，即N-S、S-N、N-S等。在本实施例中，它们是钐高温磁体，该钐高温磁体提供强磁吸引并且是化学稳定的，使得不会污染被蒸馏的液体。
潜望式通气器668将输入端口654连接到蒸发室的头部空间，再连接到液体环式泵662。液体环式泵662的操作在入口侧上产生真空，从而将头部空间内的蒸汽抽吸到液体环式泵622中，并且将蒸汽朝向出口端口压缩，该出口端口又连接到冷凝器入口。
主体由盖646密封。轴接收孔646a设置在盖上，以安装轴。
蒸馏液体出口管686附接到所有四个冷凝室616以及液体环式泵622的出口。这使得流体从液体环式泵622经过并且进入冷凝室616。
设置了经由传动元件680连接到转子636的电动马达670。传动元件680是磁传动元件，并且包括磁盘安装件682。多个磁体684被设置成围绕磁盘安装件682的外周边缘。存在围绕磁盘安装件682等距地间隔开的十二个转子磁体684。它们以交替磁极的方式取向，即N-S、S-N、N-S等。在本实施例中，它们是钐高温磁体。
当电动马达670使传动元件680旋转时，磁体682围绕X-X轴线旋转，并且对相应转子磁体662的吸引使得转子636旋转，从而将蒸汽抽吸到液体环式泵622中。
磁体可以用于使转子旋转，并且还可以在轴承中产生张力以减轻反冲。
泵可以提供转子元件。
管适配器672附接到液体环式泵622的顶部，位于马达670的相对侧。管适配器672附接在入口端口654和出口端口656以及孔658、660的上方。管适配器672由与泵622相似或相同的材料制成。
管适配器672包括主体673，适配器通道674位于主体673内，适配器通道674将入口端口654和出口端口656分别连接到螺纹入口槽675和螺纹出口槽676。螺纹入口槽675使潜望式通气器668连接到管适配器672，并且使流体流入泵622。螺纹出口槽676使冷凝室616经由管686连接到管适配器672，并且使流体从泵622流到冷凝室616。此外，冷凝器润滑喷口677设置在管适配器672上。这种细长的喷口677提供了通向润滑端口660的流体路径，并且使得头部空间中的少量蒸汽被冷凝，并且沿着轴滴流到陶瓷轴承上。可以设置一个或多个阀(未示出)来控制冷凝液体滴流到轴上的速率，并因此控制滴流到轴承上的速率。螺纹适配器喷口677a设置在适配器上，以附接润滑喷口677。
将注意的是，重力(如随后将描述的)在设备610的功能中起到重要作用，使得附图中示出的取向符合优选的实际安装的取向(重力施加在从页面的顶部朝向底部的向量中)。
因此，将理解的是，蒸汽压缩机泵622位于蒸发室612的下方。而且，蒸发室612的下部限定了液体保持容积或空间612a，并且蒸发室612的上部限定了上部或蒸汽头部空间612b。重力将使得液体汇集在下部的液体保持空间612a中。应当注意的是，冷凝室616的高度的大部分比例(至少50％至80％)位于该位置内(即，被浸没在被蒸馏的液体内)。这潜在地提供了改进的热传递，因此改进了冷凝速率。
蒸汽V被拉动以经由入口通过液体环式泵622。蒸汽V进入压缩室，并且被压缩成具有明显尺寸的悬浮液滴的湿蒸汽。该湿蒸汽经由出口朝向冷凝室616喷出并且进入冷凝室616。它们由被汇集在下部的液体保持空间612a中的液体冷却，并且使得湿蒸汽沿着冷凝室616的底表面冷凝。
膨胀罐690与蒸馏设备610一起使用。在本实施例中，膨胀罐690是隔膜式膨胀罐，并且用于补偿设备610中在非工作状态(图12)和操作状态(图13)之间的压力差。
膨胀罐690包括具有下部液体侧692和上部加压气体侧693的压力容器691。上部加压气体侧693具有设定的气体体积，因此具有设定的压力(假设温度效应较小)。隔膜694将两个区域分开，并且当液体侧的压力变化时，隔膜694的位置移动以使下部液体侧变化，以保持设备610上的合适背压。
蒸发室612旨在于1-2bar的范围内操作，优选在1.4bar左右。排气阀699设置在蒸发室上，被设置为在2-3bar压力之间排气。蒸发室的内部操作温度旨在为约125-140摄氏度的范围。
设备610的启动操作是打开流体入口618上的阀，并且将蒸发室612填充到限定水平(填满状态的80-90％)。激活热源614以使蒸发室612中的流体到达100-102C，从而使水蒸汽/水汽积聚在室612的上部612b中。
然后，打开排气阀699以将水汽和空气排放到某处(以排液)。在这发生时，可能在泵622中发生一些冷凝，本质上是在泵622内部提供了足够的蒸馏物以开始蒸馏。
泵622将蒸汽抽吸到潜望式通气器668的下方。
泵622的各种部件的材料将不与被蒸馏的液体反应。在面向水蒸馏过程的当前实施例中，转子和主体部件可以是惰性材料，并且在这种情况下，可以是诸如食品级塑料、不锈钢、或污染率落入可接受参数内的任何材料的材料。
本领域技术人员将理解的是，变速器/转子中的磁体对可以用一对磁体/铁磁材料代替。
参考图16，描绘了第二实施例蒸馏设备10，其包括被给进到蒸发室14的水入口管12。蒸发室14可以由任何合适的材料制成，并且在该具体实施例中是合适的不锈钢。
加热线圈16位于蒸发室14内。加热线圈16是本领域公知的类型，并且在本实施例中是电的。未处理水槽17限定在蒸发室14的最下部。蒸发室14的外部圆柱形壁15由波纹结构形成。
壳体18围绕蒸发室14，并且同样优选地由合适的不锈钢形成。壳体18具有双壁绝缘构造，并且用作用于内部部件的压力容器。
冷凝室20被限定在壳体18内，并且在壳体18的内表面与蒸发室14之间。冷凝室20可以衬有合适的材料，诸如陶瓷、玻璃或塑料，以减轻壳体18的腐蚀并且保持水纯度。
蒸馏水贮槽22限定在冷凝室20的最下部。蒸馏水出口管24设置成穿过壳体的侧壁，从而将贮槽22连接到龙头或水龙头26。贮槽22由与先前描述的部件类似的不锈钢材料构成，但是可以替代地由合适的塑料或橡胶材料制成。此外，它可以设置有基本上惰性的涂层，诸如玻璃、陶瓷或塑料，以减轻蒸馏水的污染。
阀(未示出)和/或泵(未示出)可以设置在沿着蒸馏水出口管24的某点处，以使蒸馏水被输送到龙头或水龙头26。
此外，阀(未示出)和/或泵(未示出)可以设置在沿着水入口12的某点处，以允许被调节的压力和/或流量的任何变化。
在本实施例中设置了制冷系统25，该制冷系统25被设置在蒸馏水出口管24与龙头或水龙头26之间。该制冷系统25包括由合适的热交换器围绕的流体导管。
蒸汽压缩机泵28设置在位于冷凝室20顶部的壳体18内。吸入端口30将蒸发室14连接到蒸汽压缩机泵28。
本实施例中的蒸汽压缩机泵28是液体环式泵28。液体环式泵28包括大致圆柱形的外部泵壳体32，该外部泵壳体32限定位于壳体32的相对侧上的吸入端口34和排放端口36。叶轮38安装在壳体内，并且在陶瓷轴承40上旋转。由于这种液体环式泵28的轴承40在使用中，会暴露于一旦液化就被压缩的流体，因此使用陶瓷轴承40避免了使用金属轴承不可避免的腐蚀问题。在本实施例中使用了陶瓷滚珠轴承40，但是根据诸如成本、磨损、服务间隔等因素，可以用其他类型替代。蒸汽压缩机泵由马达(未示出)提供动力。
在本实施例中，叶轮38由铝或铝合金构成，并且可以被阳极氧化或以其他方式进行表面处理来减轻腐蚀。将理解的是，可以选择替代的材料。
排放管41将排放端口36连接至冷凝室20。
液体排液管42设置成穿过蒸发室14和壳体18的最下部，并且进入未处理水槽17中。排液阀(未示出)控制来自液体排液管42的液体流。
在使用中，第一实施例10被供给有来自自来水供给的水W1，但是将理解的是，作为蒸馏设备，第一实施例10可以处理不太纯的水源。
水W1进入蒸发室14，在蒸发室14中，水W1通过加热线圈16的作用被加热成蒸汽V1。蒸汽V1由蒸汽压缩机泵28抽吸通过吸入端口30，并且进入蒸汽压缩机泵28。湿蒸汽V2和冷凝水W2(因此为蒸馏水)离开蒸汽压缩机泵28，并且被泵送通过排放管41并引导到蒸发室14。
蒸汽V2的温度大于蒸汽V1的温度，因此通过水W2的冷凝，将热量传递到冷凝室14中，从而通过再循环一些废热来提高设备的效率。
蒸馏水W2汇集在贮槽22中，并且通过蒸馏水出口管24进行提取可进一步使用蒸馏水W2。
本发明的第三实施例被描绘在图20中，并且一般地称为110。与第二实施例中类似或相同功能的部件以添加前缀1的方式被类似地编号，并且鉴于从以上描述的推断，可以省略对相同或近似相同的部件的描述。
蒸馏设备110包括蒸发室114和冷凝室120。它们并排布置，波纹热交换器119被共用为两个室114、120的连接侧壁。为了清楚起见，省略了加热线圈。
波纹热交换器119是设备110的结构元件，并且起到用于确保两个室114、120的压力完整性的第一功能。波纹增加了波纹热交换器119的强度，并且减轻了由于两个室114、120之间存在的压力差而引起的任何屈曲。
波纹还增加了热交换器119的表面积，从而增加了从冷凝室120到蒸发室114的热传递。
此外，蒸汽压缩机泵128存在一些修改，本领域技术人员将理解些修改可以容易地应用于本文描述的替代实施例的蒸汽泵。
注液贮存器135被设置成在液体环式泵128的最低部分处邻近于叶轮138。液体环式泵需要一定量的液体存在于它们的最低部分处，以使得能够压缩叶轮与该液体之间的蒸汽。重力会将液体抽吸到该点。
还示出了马达137和用于冷却马达137的散热器139。在本实施方式中，马达137是电动马达。
当水W1进入蒸发室114时，它通过加热线圈(未示出)的作用而被加热成蒸汽V1。蒸汽V1通过蒸汽压缩机泵128被抽吸通过吸入端口130，并且进入蒸汽压缩机泵128。湿蒸汽V2和冷凝水W2(因此为蒸馏水)离开蒸汽压缩机泵128，并且被泵送通过排放管141并引导到波纹热交换器119。
该实施方式的标准操作条件将在冷凝室120中具有约130℃的蒸汽温度，在蒸发室114中具有约100℃的蒸汽温度。因此，通过波纹热交换器119，应当明显存在可观的热传递。
此外，设置了第二热交换器150，第二热交换器150提供了在蒸馏水出口管124与水入口管112之间的热传递区域。
这起到两个重要作用：(1)冷却出口蒸馏水和(2)预加热入口水。功能(1)允许有更多可用的出水，并且功能(2)通过再循环一些废热来提高效率。在蒸馏水离开第二热交换器150之后，可能仍然需要额外的冷却或制冷。
图22和图23中描绘了第四实施例蒸馏设备210。与第二实施例和/或第三实施例中类似或相同功能的部件以添加前缀2的方式被类似地编号，并且鉴于从以上描述的推断，可以省略对相同或近似相同的部件的描述。
从图22的平面图可以看出，蒸发室214位于冷凝室220内，并且两者都具有大致圆形的横截面，但是在替代实施方式中，它们中的仅一个可以具有这种横截面，而另一个可以具有不同的横截面(诸如，正方形、矩形、五边形、六边形等)。
此外，将注意的是，蒸发室214不仅简单地是其外部横截面为圆形，而且蒸发室214具有内部的圆柱形通道，因此形成了环形棱柱形状。如将从图22理解的，蒸发室214的内部波纹和外部波纹增加了两个水贮槽217、222之间的热传递面积。
进一步地，排放管241浸没在冷凝贮槽222内的水的头位270内，并且在蒸汽V2和水W2之间发生附加的热传递。
可以设置气泡扩散器等，在蒸汽V2进入水W2之前，蒸汽V2被迫穿过气泡扩散器等。这可以增加一定体积下的相对表面积，从而潜在地增强冷凝。
泵228位于蒸发室214的大致顶部，并且将蒸汽向下引导朝向蒸发室214的内表面。
当蒸汽V2冷凝成水W2，并因此将热量传递到蒸发室214时，汇集在蒸发贮槽222中的加压水W2中的余热在进水W1保持在蒸发室的贮槽217时，为进水W1提供初始预加热。
此外，对于最佳性能，是应当仅蒸汽V1进入液体环式泵228。
因此，静态旋风分离器260被设置在设备210上，位于蒸发室214和液体环式泵228之间。这将较大的水滴向外分离，从而收集在旋风分离器260的内表面上，并且返回到蒸发室214的贮槽217。
替代的可能方案是外部泵壳体232可以是可旋转的，以用作旋风器。
此外，通过将液体环式泵228相对于冷凝室220中水的所保持的头位270的位置定位成高于液体环式泵228所需的水平，来对液体环式泵228注液(启动，prime)，并且设置导管来确保所保持的头位270持续地为液体环式泵228提供必要深度的水，以使液体环式泵228保持在经注液的、随时操作状态。可以设置附加的阀、泵和/或传感器来监测和保持所保持头位270的水平，并且可以设置微处理器/硬件/软件等来使系统能够合适地操作。
此外，排放管241被引导到贮槽222中，该贮槽222在冷凝室中的水W2的头位270下方。
排气阀244设置在冷凝室220的顶部上，以调节冷凝室220内的压力。
在所设想的设备210的注液方法中(并且潜在地适用于所有描述的实施例)，可以通过预加热设备210来注液设备210，因此增加设备内的气体压力，排气阀244可以打开来排放该压力。排气阀可以在施加预定压力时被机械地打开，或者在施加根据对压力和其他显著特性的测量而导出的控制信号时打开。
在图24中描绘了第五实施例蒸馏设备310。与第二实施例和/或第三实施例中类似或相同功能的部件以添加前缀3的方式被类似地编号，并且鉴于从以上描述的推断，可以省略对相同或近似相同的部件的描述。
这是寻求保持液体环式泵328的注液状态的另一修改系统，并且同样包括容纳在冷凝室320内的蒸发室，其中液体环式泵328由导管380从冷凝室320进行供给，其中冷凝室320内的所保持的头位370的水平保持了液体环式泵328的液体注液水平。
为了防止所保持的头位370上升超过预定水平，溢出罐390设置有将溢出罐390连接到冷凝室的溢出排液部392。鉴于溢出罐390仅暴露于蒸馏水，溢出罐390也可以设置有如上所述的涂层以减轻污染。
溢出罐390是在蒸馏水被供给到第二热交换器350中之前，从其中抽取蒸馏水的地方。将理解的是，溢出罐可以被单独地制冷，或者实际上被存储在另一热交换器内，以进一步将输出水温降低到更可用的水平。如果这是足够的，则可以在另一实施例中省略第二热交换器。
在图25和图26中描绘了第五实施例蒸馏设备410。与第二实施例和/或第三实施例中类似或相同功能的部件以添加前缀4的方式被类似地编号，并且鉴于从以上描述的推断，可以省略对相同或近似相同的部件的描述。
在冷凝室420内布置有蒸发室414，其中蒸发室414的外表面为波纹状以增加强度和表面积。液体环式泵428设置有如针对第二实施例所描述的类似的注液贮存器435，并且还示出了马达437和散热器439布置的细节。
冷凝室420的内表面是简单的圆柱形状。
第二热交换器450被直接设置在冷凝室420的贮槽422的下方。
在图27中描绘了第六实施例蒸馏设备510。与第一实施例和/或第二实施例中类似或相同功能的部件以添加前缀5的方式被类似地编号，并且鉴于从以上描述的推断，可以省略对相同或近似相同的部件的描述。
在第六实施例中，液体环式泵528位于设备510的底部，并且邻近于冷凝贮槽522。通过将液体环式泵528放置在装置的底部并在贮槽522的下方，确保了可以依赖重力而在贮槽522内保持一致的水位，并且可能地添加浮阀等来保持该水位。
旋风器560位于环形棱镜形蒸发室514的收集上升的水蒸汽V1的最上部分处，从而迫使水滴到旋风器560的外边缘，以当它们朝向被收集在蒸发室贮槽517中的未处理的水W1回落时重新进入蒸发室。
设置了细长端口管530，干燥蒸汽V2通过旋风器560的作用而向细长端口管530的下方泵送。
氧化铝多孔气泡扩散器565位于细长端口管530的出口处，并且被浸没在已经收集在冷凝室贮槽522中的冷凝水W2内。
氧化铝多孔气泡扩散器565迫使蒸汽V2成为更多数量的较小气泡567，从而增加表面积，以潜在地提高来自包含蒸汽V2的气泡567的热传递，从而改善将蒸汽V2冷凝成水W2。
所描述实施例的每个所描述特征可以用于修改其他所描述的实施例，或者实际上在不不脱离本发明的范围的情况下，可以复制单个实施例中的每个所描述特征。
此外，除了所描述的注液措施和系统，每个所描述实施例可以设置有真空泵和/或外部加热系统中的一个或两个，以使设备能够从关闭状态改为工作状态。
真空泵或实际上其他真空泵可操作以将系统的总工作压力降低到低于表压，从而改善蒸发室中的蒸发。
同样，如果这改善了热传递速率和/或蒸馏水从系统的排放，则系统可以被加压到表压以上。
每个所描述的实施例可以设置有监测系统内的各种操作条件(诸如，水的pH、温度、压力、马达速度等)的传感器，并且这可以用于监测设备的操作，或者可以用作控制输入以控制系统的操作。
每个所描述的实施例可以设置有清洁改进装置，使得可以通过使用例如化学清洁剂、物理擦洗清洁剂等来清洁蒸发罐、冷凝罐和/或溢出罐。
将显而易见的是，该设备可用于蒸馏对于其是有利的任何水溶液或混合物(诸如酒精饮料)。
此外，由于输出的水可以具有升高的温度，因此该蒸馏设备可以被使用或组合在其他设备内，以形成用于生产用于烹饪、饮品(饮用茶、饮用咖啡等)、沐浴、游泳等的蒸馏水的合适设备。
本发明不限于本文中的上述实施例，而是可以在构造和细节上进行修改。将容易理解的是，可以组合来自各个实施例的特征以形成本发明范围内的新实施例。
例如，可以将刮刀系统添加到蒸发室中，以减轻可能在蒸发室底部积聚的积聚物或溶质和污染物。
可以设置电子控制系统，该电子控制系统测量参数，然后基于这些测量结果来优化设备10、110、310、410、510、610。参数可以包括：
1.蒸发室中的水位、温度、压力
2.水汽的流动和温度，泵的RPM和冷却夹套中的温度。
3.冷凝室中的水位、温度、压力
4.蒸馏物到水热交换器的流量计
5.膨胀贮气罐的水位、温度、压力
6.在矿化盒之前和之后的流体冷却器和化学成分传感器。
这可以用于控制：蒸发室内部的压力、泵的RPM、冷却套流体流动、蒸馏物输出、排气阀、新鲜水入口阀、脏水入口阀、蒸馏物出口阀和加热器(用于启动系统)。
另外，该系统可以设置有合适的制冷盒和矿化盒。
蒸汽压缩机泵可以是润滑转子泵。

Claims (29)

1.一种蒸馏设备，所述蒸馏设备包括蒸发室、被布置成向所述蒸发室提供热量的热源、被定位成至少部分地邻近于所述蒸发室的一个或多个冷凝室、连接至所述蒸发室的流体入口、附接至所述一个或多个冷凝室的一个或多个流体出口、以及蒸汽压缩机泵。
2.根据权利要求1所述的蒸馏设备，其中，所述一个或多个冷凝室被定位成至少部分地位于所述蒸发室内。
3.根据权利要求1或2所述的蒸馏设备，其中，所述一个或多个冷凝室被定位成完全位于所述冷凝室内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，存在四个冷凝室。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述冷凝室的内表面积和/或外表面积大于所述蒸发室的内表面。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述冷凝室包括具有相对薄的连接腹板的正方形面。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述一个或多个冷凝室包括宽度∶高度∶深度比为20∶20∶1的长方体形状。
8.所述冷凝室可以包括一个或多个内部的冷凝器翅片。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述一个或多个冷凝室包括一个或多个冷凝器流体出口。
10.根据权利要求9所述的蒸馏设备，其中，所述一个或多个冷凝室共用单个冷凝器流体出口管。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述蒸汽压缩机泵是液体环式泵。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述蒸汽压缩机泵包括在竖直轴线上旋转的转子。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述蒸汽压缩机泵位于所述蒸发室的下方。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，进一步包括将所述蒸发室的头部空间与所述蒸汽压缩机泵连接的蒸汽入口。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，进一步包括将所述蒸汽压缩机泵与所述冷凝室中的至少一个冷凝室连接的一个或多个泵出口。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，进一步包括连接至所有所述冷凝室的泵蒸汽出口管。
17.根据权利要求11和当引用权利要求11时的权利要求12至16中的任一项所述的蒸馏设备，其中，所述液体环式泵包括泵主体、设置在所述泵主体内的泵压缩室、安装在所述压缩室内的转子、用于安装所述转子的转子轴，所述转子设置有用于将所述转子安装到所述转子轴的一个或多个陶瓷轴承。
18.根据权利要求17所述的蒸馏设备，其中，所述转子包括一个或多个磁体。
19.根据权利要求18所述的蒸馏设备，其中，存在围绕所述转子轴的嵌入在所述转子的主体内的多个磁体。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的蒸馏设备，进一步包括为所述蒸汽压缩机泵提供动力的电动马达，以及与所述电动马达联接的磁传动元件。
21.根据权利要求20所述的蒸馏设备，其中，所述磁传动元件包括马达环，所述马达环具有被设置成围绕所述马达环的一个或多个磁体。
22.一种液体环式泵，所述液体环式泵包括泵主体、设置在所述泵主体内的泵压缩室、安装在所述压缩室内的转子、用于安装所述转子的转子轴，所述转子设置有用于将所述转子安装到所述转子轴的一个或多个陶瓷轴承。
23.根据权利要求22所述的液体环式泵，其中，所述转子包括一个或多个磁体。
24.根据权利要求22或23所述的液体环式泵，其中，设置有围绕所述转子轴的嵌入在所述转子的主体内的多个磁体。
25.根据权利要求22至24中的任一项所述的液体环式泵，其中，设置有为所述液体环式泵提供动力的电动马达以及与所述电动马达联接的磁传动元件。
26.根据权利要求25所述的液体环式泵，其中，所述磁传动元件包括马达环，所述马达环具有被设置成围绕所述马达环的一个或多个磁体。
27.根据权利要求22至26中的任一项所述的液体环式泵，其中，冷却夹套被设置成围绕所述压缩室。
28.根据权利要求22至27中的任一项所述的液体环式泵，其中，所述压缩室的表面由凹陷表面形成。
29.根据权利要求22至28中的任一项所述的液体环式泵，其中，所述泵设置有轴承润滑剂，所述轴承润滑剂是所述液体环式泵泵送的液体。
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