CN1260764A

CN1260764A - 水蒸发设备

Info

Publication number: CN1260764A
Application number: CN98806252A
Authority: CN
Inventors: 芬顿·戈达德
Original assignee: AQUAJET TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: AQUAJET TECHNOLOGIES Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2000-07-19
Also published as: KR20010013956A; JP2002512558A; CA2294275A1; BR9815536A; EP1017629A1; EP1017629A4; WO1998057891A1; NZ502373A

Abstract

一种用于蒸发圆桶(14)中的水(12)的水蒸发设备(10),它包括用于在水(12)中浮动的绝热浮子组件(16)。浮子组件确定通过小孔(22)与水(12)流体连接的空间(18),小孔(22)穿过浮子组件(16)的底壁(24)。浮子组件(16)还包括从空间(18)伸出,并具有位于圆桶(14)外的排气端(28)的排气管(26)。一定体积的水(20)通过小孔(22)流入空间(18)中。加热器(30)位于空间(18)中,并低于水(20)的水位之下,用于使水(20)蒸发。这样产生蒸汽及其它气化物,产生的蒸汽及其它气化物上升通过排气管(26),并通过排气端(28)被排出。当水(20)被蒸发时,它由通过小孔(22),从圆桶(14)流入空间(18)中的水(12)所代替。这样,圆桶(14)中的水(12)逐渐被蒸发。当圆桶(14)内的水位低于最低水位( L)时,安装在排气管(26)上的挡块(70)操纵开关(68)关闭加热器(30)的电源。

Description

水蒸发设备

发明领域

本发明涉及水蒸发设备，尤其是(但不是排它地)涉及用于废水处理的水蒸发设备。

发明背景

已存在用于各种目的，例如用于处理废水或用在加湿器中的多种不同类型的水蒸发设备、系统和方法。一个例子是鼓风式蒸发器，它利用鼓风机迫使逆流空气把水流抽到塔顶，并自由落下。当要蒸发的废水由另一过程预热时，并且废水中不含有易于转移到空气中，从而产生或增大空气污染的挥发性化合物时，这种类型的蒸发器成本低，并且效率高。但是这种类型的蒸发器并不适用于溶解或悬浮固体的含量较高的水，因为固体会沉积在蒸发器的内部，阻塞水的流动。

另一种蒸发器是锅炉。这是一种相当简单的设备，其中一般是通过在位于存储水的水箱紧邻下方的燃烧室中燃烧矿物燃料，把水加热到其沸点。当产生水蒸汽时，水蒸气通过排气管被排出。这种类型的蒸发器的能量利用效率较低，因为产生的热不仅用于把水加热到沸点，而且用于加热蒸发器自身及周围区域。此外，如果废水含有溶解或悬浮的固体，则随着固体沉积在水箱底部，在热源与水之间形成一层绝热层，加热效率将快速降低。另外，除非适当地维护锅炉，否则固体会因烤熔而凝结在水箱底部上，难以除去，还会加速水箱的腐蚀，导致水箱较早破坏。

另一种用于蒸发圆桶或罐中的水的蒸发器包括带状电加热元件，带状电加热元件缠绕在圆桶外侧上。这种类型的蒸发器的加热效率也较低，因为它不仅要加热水，使其蒸发，而且还要加热圆桶及周围区域。另外对于任何偶然接触圆桶外表面的人来说，还存在安全隐患。

发明概要

本发明的目的是提供一种克服上面所述的现有技术缺陷的水蒸发设备。

根据本发明，提供了一种用于蒸发容器中的水的水蒸发设备，它包括：

用于在容器中的水中浮动的绝热浮子组件，浮子组件确定与容器中的水呈流体连接的空间，以便一定体积的水可流入该空间中，浮子组件还具有从该空间伸向容器外的排气管；及

由该浮子组件支承，用于加热该空间中存储的一定体积的水，并使之蒸发的加热器，以致当该空间中的一定体积的水被蒸发时，蒸发的水通过排气管排到容器外，并被来自容器的水代替，从而逐渐地蒸发来自容器的水。

浮子组件最好具有一个底壁，底壁上形成一个用于提供容器与该空间之间的流体连接的小孔，小孔的下端开口位于水平面以下，以便水从低于水平面的水位进入该空间中。

所形成的空间最好具有一个向下倾斜到小孔的下表面，用于使从空间中的水中沉积的沉淀物或析出物沿下表面向下流动，并通过小孔，沉到容器的底部。

小孔的直径最好限制水进入空间中的流速，以便不会阻止沉淀物或析出物从空间通过小孔进入容器中的逆流。

下表面的形状最好为锥形，其内顶角为100°-140°。最好下表面的内顶角约为120°。

小孔的直径优选为5-10毫米。小孔的直径最好约为7.5毫米。

底壁的下表面最好沿径向方向，从底壁的外缘向与小孔的下端开口重合的中心点向下倾斜。

水蒸发设备最好包括尺寸足以遮盖容器的开口端的盖子，该盖子配有小孔，排气管通过该小孔，并可滑过该小孔，以便当水从容器中被蒸发走，或者向容器中加水时，排气管分别向下或向上滑过盖子，与水位的变化相适应。

水蒸发设备最好还包括用于控制对加热器的能源输送的开关，当水位低于第一预设水位时，该开关被自动操纵，切断加热器的能源。

开关最好被安装在盖子上，并由在排气管上形成的，或者与排气管耦接的挡块断开。

挡块沿着排气管的位置最好可被调节，从而能够调节第一预设水位。

排气管和浮子最好以可折卸地耦接在一起的独立构件的形式形成，以便为了维护加热器及空间，可分离排气管和浮子。

浮子组件或排气管最好配有第二挡块，用于启动控制水流入容器的入口阀，当浮子组件处于高于第一水位的第二水位时，第二挡块操纵入口阀，从而防止水进一步流入容器中。

水蒸发设备最好还包括一个臭氧发生器，用于产生臭氧，并把臭氧输送到空间中的水的上方空间中，用于净化从排气管排出的空气及蒸发水。

可选地，水蒸发设备还可配有沿着排气管安装的排气扇，用于从排气管中抽出蒸发水及空气。另外，在高于容器中的水平面的高度上，浮子组件或排气管可配有一个或多个通孔，以允许空气被吸入浮子组件中。或者水蒸发设备还配有把空气吹入接近并高于水平面的空间中的风扇，用于帮助把蒸汽及水汽向上吹出排气管。在另一个变型中，臭氧发生器可配有集成的风扇，用于把臭氧吹入空间中，并把蒸汽及水汽向上吹出排出管。

就另一可选特征而论，水蒸发设备还可配有表面撇除装置，用于从水面撇除油或其它漂浮物质。

附图的简述

下面将参考附图举例说明本发明的一个实施例，其中：

图1是位于空容器中的水蒸发设备的第一实施例的剖视图；

图2表示了图1中的水蒸发设备，其中容器中充满了水；

图3是位于容器中最低工作水位下的，图1的水蒸发设备的表示图；

图4是包含在图1-3中所示的水蒸发设备中的浮子组件的剖视图；

图5是水蒸发设备的第二实施例的剖视图。

最佳实施例的详细描述

参见附图，尤其是图1-3，蒸发容器，例如圆桶14中所含水12的水蒸发设备10包括在水12中浮动的绝热浮子组件16。浮子组件确定与圆桶14中的水12流体连接的空间18，以便一定体积的水20可流入空间18中。借助穿过浮子组件16的底壁24形成的小孔22形成空间18和圆桶14之间的流体连接。浮子组件16还包括从空间18伸出，具有位于圆桶14外部的排气端28的排气管26。加热器30位于空间18内，用于对一定体积的水20加热，并使之蒸发。蒸发的水呈蒸汽的形式上升通过排气管26，并从排气端28排出。当水20被蒸发时，它由通过小孔22，从圆桶14流入空间18的水12补充。这样，圆桶14中的水12逐渐被蒸发。

调整浮子组件16(连排气管26在内)的浮力及加热器30的并置，以确保加热器始终被水覆盖，并且所覆盖的水的深度最好为4-10毫米之间。实验已经表明纯净水与理论上预计会碰到的最脏的水之间的最大比重差约为6毫米。于是，通常把加热器30的高度，及浮子组件16/排气管26的浮力调整成在纯净水中，浮子被覆盖10毫米深度的水。

参见图4，底壁24的下表面32呈圆锥形，以致沿向下方向，从其径向最外侧周缘到下表面32的中心逐渐变细。小孔22也通过底壁的中心，从而小孔22的下端开口34位于下表面32的顶点上。当把浮子组件16放入水12中时，小孔22的下端开口34低于水面。因此，进入空间18中的水12也来自于水平面之下，从而减少油或其它漂浮(不同于悬浮)微粒或物质进入空间18的可能性。

空间18的下表面38呈圆锥形式向下倾斜，并和小孔22一起形成漏斗形结构。从而，从水中沉淀的悬浮颗粒可滚动、滑动或以其它方式沿着下表面38向下移动，穿过小孔回到主体水20中，以便沉积在圆桶14的底部。通过形成具有特定倾斜度的下表面38，及具有特定范围直径的小孔22可优化该沉积过程。已经发现如果围绕下表面38的顶点的内角θ(参见图4)为100°-140°，并且小孔22的直径为5-10毫米，则通过小孔22进入空间18的水的流速不会相反阻止沉积的悬浮固体从空间18回到圆桶14中的逆流。试验表明一种特别合适的组合是使下表面38的内角θ约为120°，小孔22的直径约为7.5毫米。

浮子组件16具有截头圆锥形壳体部分40，壳体部分40沿向上方向向内逐渐变细，并与排气管26接合。在壳体40的上部和下部形成拼合线42、44，允许拆卸浮子组合16和排气管26，以便接近空间18，及维护放置在其中的组件，包括加热器30。排气管26、壳体40及浮子组件16的基体部分46可借助常规的机械装置，例如包括卡口座、螺旋座或螺纹紧固件可拆卸地耦接。

水蒸发设备10还包括盖子48，其尺寸足以遮盖圆桶14的上端开口50。形成的盖子49具有中心孔52，排气管26可穿过并滑过该中心孔。此外，盖子48的外形与浮子组件的外形，尤其是壳体40的外形相适应，以便如图2中所示，当圆桶14中的水12的水位处于其最高水位H时，接纳浮子组件16。这增大了在圆桶14中，浮子组件16的最大行程，从而使可从圆桶14中被蒸发的水的体积达到最大。盖子58还包括安置在由盖子48支承的进水管56中的入口阀54。进水管56的上游端58延伸到盖子的上方，为输送要蒸发的废水的软管60提供连接点。进水管56的下游端62被布置成横向排水，而不是向下排水。入口阀54通常处于打开状态，以便废水可通过入口阀54和进水管56，从软管60流入圆桶14中。但是，在浮子组件16的外侧形成一个挡块64，当圆桶中的水位达到最高水位H时，用于操作入口阀54的控制杆66。当圆桶中的水位达到最高水位H时，挡块启动控制杆66关闭入口阀54，防止圆桶14的溢流。

水蒸发设备10还配有安装在盖子48外侧的开关68，用于控制对加热器30的供电。当水位低于预定的下水位L(参见图3)时，开关68自动切断加热器30的电源。开关48由安装在排气管26上的挡块70操纵。当圆桶14中的水位达到下水位L时，挡块70推动开关68，切断加热器30的电源。在这方面，开关68向控制箱72提供输入，控制箱72控制水蒸发设备10的整个操作。在控制箱72和加热器30之间延伸的电缆74含有为加热器30提供电力以及控制的导线。

以这样的方式把挡块70安装在排气管26上，以便可改变挡块的位置，从而改变圆桶14中水的最低水位L，在该最低水位下，加热器30的电源将被关闭。下水位L最好不要太接近圆桶14的底部，以便允许在圆桶14的底部积累适当体积的淤泥76。这样，在需要从圆桶14中除去淤泥76，以防止淤泥干扰水蒸发设备10的工作之前，水蒸发设备10可工作较长的一段时间，例如几个月或几年。在最坏的情况下，如果淤泥积累到阻塞小孔22，阻止水进入空间18，则一个常规的自动过热断流电路(图中未表示)将切断加热器30的电源，并且即使不启动声音警报，至少也会启动光报警信号，指出该情况。不敷出这将提醒操作人员检查水蒸发设备10，促使清除淤泥76。

可选地，水蒸发设备10可配有连接在浮子组件16的基座46外侧上的撇油装置78，用于撇除油及其它漂浮液体或颗粒。当水从低于水平面的水位进入空间18时，通常这些油和颗粒不会干扰水蒸发设备10的工作。不过，撇油装置78的提供可用于回收可被单独处理或再循环的物质。

可选地，水蒸发设备10还配有安装在排气端28的排气扇(图中未表示)，用于帮助并抽出蒸汽和气化物。排气扇的操作可与加热器30的操作相结合，以便只有当加热器30工作时才运转。借助这种可选特征，在水平面上的浮子组件16和/或排气管26中可形成一个或多个小孔，以允许更多的空气进入空间18和排气管26中。据认为这将有助于蒸发过程。

图5中表示了本发明的第二实施例，其中相同的附图标记用于表示和图1-4中描述的第一实施例中相同的特征。除了下述差别外，第二实施例与第一实施例相同。第二实施例中的浮子组件16和排气管26中空，并充填空气。空气既提供绝热性，又提供浮力。另外，第二实施例的排气管26替代了第一实施例的排气管和壳体40的组合，从而消除了第一实施例的拼合线42。另外，第二实施例包括一个安装在盖子48的外侧，用于在从排气管排出蒸汽/气化物之前，净化蒸汽/气化物的臭氧发生器80。软管82从臭氧发生器80伸到位于排气管26顶部附近的输送孔84。从而把臭氧送入中空的排气管26中。在排气管26底部附近，在排气管26上形成排气孔86，把臭氧引入水20上方的空间18中。当然可形成多个排气孔86。

下面将说明水蒸发设备10的一个典型应用。

汽车修理厂通常具有用于清洗发动机部件，例如发动气缸体的部件清洗机。现在许多部件清洗机依赖于使用水和洗涤剂进行清洗。水可由清洗机重复利用几次，随后排放到贮水箱，以便由废水处理部门收集。一旦被收集，则可以多种方法处理废水。设想本发明的水蒸发设备可与废水被倒入其中的贮水箱一起使用。通常该贮水箱为44加仑的圆桶(不过也可采取其它形式)。包括盖子48的水蒸发设备10应盖住贮水箱，并放入贮水箱中，软管60与来自部件清洗机的排水软管连接。可调节挡块70的位置，以确保需要相当长的一段时间，贮水箱中的淤泥高度才会增大到需要清除淤泥的高度。当如图1所示，贮水箱是空的时，挡块70操纵开关68开闭加热器30的电源，于是不会发生任何蒸发。当水从部件清洗机被排出时，它通过软管60、入口阀54及进水管56进入贮水箱中。当水位超过下水位L(图3中所示)时，浮子组件16上浮，从开关68移走挡块70，从而打开加热器30的电源。贮水箱中的水通过小孔22进入空间18。要理解空间18中的水位基本上与装有水蒸发设备10的圆桶或贮水箱中的水位相同。这时，在一定体积的水20位于空间18中的情况下，加热器30加热空间18中的水，使之被蒸发。蒸发的水，即蒸汽和其它气化物流过排气管26，并通过排气端28排到贮水箱外。继续该蒸发过程，直到贮水箱中的水位再次低于下水位L为止。如果水位增高到最大水位H，则挡块64操纵控制杆66作用于入口阀54，阻止更多的水进入贮水箱中，从而防止溢流。

在多数情况下，要蒸发的水含有悬浮颗粒。这些颗粒可能会随着一定体积的水20进入空间18中。如果这些颗粒从水20中沉积，它们将落在倾斜面38上，并滚动、滑动或以其它方式靠重力向下流向小孔22。恰当地形成倾斜面38的斜度及小孔22的直径，以便进入空间18的水的流速不会阻止沉积的悬浮物向下穿过小孔回到贮水箱中的逆流。

在一段较长的时间之后，需要利用常规方法清除在贮水箱中积累的淤泥76。但是预计几个月或几年内不需要进行清除。另外，如果在同一地点，许多水蒸发设备10同时工作，则随后可把在多个贮水箱中积累的淤泥倒入单个专用存储箱，以便间隔很长的一段时间才需要废物处理公司的服务。

根据上面的说明，显然和现有技术相比，本发明的实施例具有许多优点和好处。尤其是，由于浮子组件16是绝热的，并且一次只处理少量的水，因此效率很高。在试图一次同时加热整个体积的水，以及装有水的容器或罐的情况下，不浪费能量。此外，水蒸发设备10产生的蒸汽或气化物被排到贮水箱外，防止了冷凝物在贮水箱内的积累，也降低了腐蚀性气体或气化物腐蚀贮水箱的可能性。另外，水蒸发设备10是完全可折卸的，可容易地从一个贮水箱转移到另一个贮水箱，并可作用于不同大小的贮水箱。实际上，对于给定垂直位置的浮子组件16来说，水蒸发设备在其中工作的贮水箱的直径越大，可被蒸发的水的体积就越大。另外，由于进入空间18中被蒸发的水来自贮水箱中的水面之下，因此能够极大地免除浮油或其它有机化合物。因而，和蒸发贮水箱中的大部分水而获得的蒸汽和气化物相比，所产生的蒸汽和气化物更“清洁”。

既然已详细说明了本发明的一个实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的基本发明原理的情况下，显然可作出许多修改和变化。例如，浮子组件16、排气管26和/或壳体可由任意适当的绝热材料或结构制成。另外，虽然已经关于废水处理描述了该实施例，不过该实施例也可用于蒸发其它类型的水或液体，例如用在加湿器中。此外，虽然只表示了一个用于提供空间18内部和外部之间的连接的小孔22，不过也可使用多个小孔。另外，认为用于本发明的最佳加热器30是电浸没式加热器。不过也可使用不同类型的加热器或热源。就其最宽广形式而言，加热器的具体本质对本发明并不关键。但是显然加热器的选择将影响本发明的实施例的工作效率。所有这些修改和变化，连同对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的其它变化被认为在本发明的范围之内，本发明的本质由前述说明及附加的权利要求所决定。

Claims

1.一种用于蒸发容器中的水的水蒸发设备，它包括：

2.按照权利要求1所述的水蒸发设备，其中浮子组件具有一个底壁，底壁上形成一个用于提供容器与该空间之间的流体连接的小孔，小孔的下端开口位于水平面以下，以便水从低于水平面的水位进入该空间中。

3.按照权利要求2所述的水蒸发设备，其中所形成的空间具有一个向下倾斜到小孔的下表面，用于使从空间中的水中沉积的沉淀物或析出物沿下表面向下流动，并通过小孔，沉到容器的底部。

4.按照权利要求3所述的水蒸发设备，其中小孔的直径限制水进入空间中的流速，以便不会阻止沉淀物或析出物从空间通过小孔进入容器中的逆流。

5.按照权利要求4所述的水蒸发设备，其中下表面为锥形，其内顶角为100°-140°。

6.按照权利要求5所述的水蒸发设备，其中下表面的内顶角约为120°。

7.按照权利要求4所述的水蒸发设备，其中小孔的直径为5-10毫米。

8.按照权利要求7所述的水蒸发设备，其中小孔的直径约为7.5毫米。

9.按照权利要求2所述的水蒸发设备，其中底壁的下表面沿径向方向，从底壁的外缘向与小孔的下端开口重合的中心点向下倾斜。

10.按照权利要求1所述的水蒸发设备，还包括尺寸足以遮盖容器的开口端的盖子，该盖子配有小孔，排气管通过该小孔，并可滑过该小孔，以便当水从容器中被蒸发走，或者向容器中加水时，排气管分别向下或向上滑过盖子，与水位的变化相适应。

11.按照权利要求10所述的水蒸发设备，还包括用于控制对加热器的能源输送的开关，当水位低于第一预设水位时，该开关被自动操纵，切断加热器的能源。

12.按照权利要求11所述的水蒸发设备，其中开关被安装在盖子上，并由在排气管上形成的，或者与排气管耦接的挡块断开。

13.按照权利要求12所述的水蒸发设备，其中挡块沿着排气管的位置可被调节，从而能够调节第一预设水位。

14.按照权利要求1所述的水蒸发设备，其中排气管和浮子以可折卸地耦接在一起的独立构件的形式形成，以便为了维护加热器及空间，可分离排气管和浮子。

15.按照权利要求1所述的水蒸发设备，其中浮子组件或排气管配有第二挡块，用于启动控制水流入容器的入口阀，当浮子组件处于高于第一水位的第二水位时，第二挡块操纵入口阀，从而防止水进一步流入容器中。

16.按照权利要求1所述的水蒸发设备，还包括一个臭氧发生器，用于产生臭氧，并把臭氧输送到空间中的水的上方空间中，以便净化从排气管排出的空气及蒸发水。

17.按照权利要求16所述的水蒸发设备，其中臭氧发生器包括用于把臭氧吹入空间中，并把蒸汽及水汽向上吹出及排出管的集成风扇。

18.按照权利要求1所述的水蒸发设备，还包括沿着排气管安装的，用于从排气管中抽出蒸发水及空气的排气扇。

19.按照权利要求18所述的水蒸发设备，其中在高于容器中的水平面的高度上，浮子组件或排气管可配有一个或多个通孔，以允许空气被吸入浮子组件中。

20.按照权利要求1所述的水蒸发设备，还包括把空气吹入接近并高于水平面的空间中，用于帮助把蒸汽及水汽向上吹出排气管的风扇。