CN1834024A - 用于水蒸馏的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将水蒸馏的装置，其包括：一水贮池；一比所述容器小并与其相连的沸腾器；一在所述沸腾器内的臭氧发生器；以及在所述沸腾器和贮池之间的连接管，使其尺寸成为可把足够的空气吸入臭氧发生器以产生足够的臭氧来纯化沸腾器内的水。

Description

用于水蒸馏的设备

本申请是国际申请日为2001年3月16日、中国国家申请号为01909081.8、发明名称为“用于水脱气和蒸馏的方法与设备”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种蒸馏设备，尤其涉及一种新颖的经改进的水脱气和蒸馏设备，其有在冷凝之前把蒸气相的污染物去除和/或中和的经改进的装置。

背景技术

公知的水蒸馏设备一般包括：一封闭的沸腾器、连续地向该沸腾器供水的装置、去除沸腾器中生成的蒸气和其它气化物的装置以及把它们冷凝的装置。当把沸腾器中的水加热产生蒸气时，把沸腾器中的任何空气强制排出。此外，水中的易挥发化学组分会沸腾掉，并与其中产生的蒸气结合。由于沸腾器中没有空气，挥发性杂质不能被氧化。蒸气和挥发的化学组分会在冷凝器中冷凝，从而，最后的蒸馏物内含有(挥发性)化学制品。在生水有令人不可接受的气味时，比如硫化物等产生的气味时，大部分现有蒸馏设备趋向于把该气味集中在蒸馏物中，使经蒸馏的水更比生水味道差。本发明人早已注意到该问题，其几个专利也用于改进水蒸馏和脱气系统。

本发明的水蒸馏设备涉及在美国在先专利4,420,374、4,612,090和5,203,970中所述的设备，这些专利反过来又构成对在本申请人较早美国专利4,339,307中公开的设备的改进。简言之，在上述参考的美国专利4,420,374、4,612,090和5,203,970中所述的水蒸馏设备包括一非常小的、其内含有一即时加热装置的沸腾器和一比沸腾器大许多的沸腾器贮池。冷凝线圈浸没在贮池中，于是贮池中的水起冷却冷凝器的作用。贮池和沸腾器之间的开口连接为沸腾器自动供水。

贮池中的水循环往复于沸腾器，于是，沸腾器的热直接传至贮池中的水，并与从冷凝器传至贮池中的水的热一起把贮池中的水加热至会有效地将贮池中的水进行脱气以及将贮池中的水里的易挥发物沸腾掉的温度。

根据这些上述参考专利和本发明的水脱气与蒸馏设备，具体而言，包括一相对大的适合于容纳待蒸馏水的贮池容器和一安装在贮池上在其一侧的小的沸腾器。流体管路连接沸腾器和贮池，使得沸腾器中液体高度被控制在贮池中的液体高度。把在沸腾器水面之上的蒸发出口连接至被放置在贮池容器内的冷凝器线圈上，冷凝器线圈的冷凝出口延伸穿过贮池容器的壁。冷凝线圈放置的位置使得，贮池中的液体覆盖冷凝线圈的大部分或全部。在该装置和沸腾器中的加热器被加以能量时，沸腾器中的水几乎会同时热至沸腾，在沸腾器内产生的蒸气被排至冷凝器。沸腾器向冷凝器的出口用以去除沸腾器中的蒸气，无论何时只要沸腾器内产生的蒸气超出了沸腾器出口的容积，蒸气压力都会迫使沸腾器中的水穿过流体管路返回贮池。然后，在蒸气压力(通过水流至贮池和蒸气流至冷凝器)减缓时，水再从贮池流至沸腾器。在蒸馏设备运行时，正如上所述，水会始终继续脉动和循环。

因为定期脉动地把热的沸腾器水经过流体管路返回贮池，还因为连续地把冷凝器的热量加至贮池内的水中，于是供给贮池的水的温度升高。总而言之，贮池的水变热。最理想的情况是含在供给沸腾器的水中的所有不需要的挥发性材料，在水进入沸腾器和其蒸馏之前，被蒸发。

开始注到贮池(在其顶部)的冷水一般会沉至贮池的底部，而定期地从沸腾器循环回贮池容器(接近底部)的热水趋向于上升。于是，贮池容器罐内的水会进行恒定运动并混合，从而，贮池的所有水都理想地被维持在大约相同的升高的温度下，得以在水进入沸腾器之前把贮池水的不需要的挥发性成分离析出。

发明内容

根据本发明，把一臭氧发生器放置在蒸馏或脱气设备的沸腾器内。在把水强制回到贮池时，在沸腾器内产生真空，通过冷凝器吸入空气。然后，用臭氧发生器把空气中的氧气转化成臭氧——一种强氧化剂。在沸腾器中形成的蒸气必须在进入冷凝器之前穿过臭氧，因此，可以损坏蒸气中的任何污染物。

发明讨论

臭氧是氧的热不稳定同素异形体。是一种强氧化剂，在需要强氧化剂的漂白和化学制造工艺中有日益增加的用途。在实验室，臭氧是通过把电火花穿过氧气流来产生的。但是，也可以把氧暴露在紫外线光来制备臭氧。因为臭氧是一种强氧化剂，它在水净化应用中受到较多的关注。

本发明的脱气和蒸馏设备的独特设计导致热的沸腾器水定期返回贮池。水流至贮池的流动在沸腾器中产生了真空。空气通过冷凝器被吸入到沸腾器中来填补真空。把臭氧发生器放置入沸腾器，可以把空气中的氧气氧化为臭氧。在蒸气压力减缓时，水再从贮池流至沸腾器。现在，沸腾器中产生的蒸气在进入冷凝器之前必须先流过臭氧。臭氧损坏和/或中和水中的任何杂质，这就产生了非常纯净的水。此外，水中的氧含量增加，改善了水的味道。

本发明的设备

在本发明的设备中，臭氧发生器放在沸腾器内。臭氧发生器最好被放置在水线之上，在此，其与在沸腾器中的水定期脉动时穿过冷凝器引入的空气作用。典型地，臭氧发生器产生电火花来形成臭氧。但是，用电火花来产生臭氧不是必需的。任何用空气产生臭氧的方法都足以适合于本发明的操作。

可选地，包括在本发明的蒸馏设备中的可以是一在美国专利5,203,970中所述的搅拌器。该搅拌器最好能做成风扇组件的一部分，比如形成在相关美国专利4,420,374和4,612,890中所述的蒸馏设备的部分的风扇组件。方便地，可把搅拌器杆制成为风扇转子的延伸部。有利地，风扇把从贮池水中冒出的蒸气和气体去除。

可选地，包括在本发明的蒸馏设备中的可以是一偏转器，其被插在连接贮池和沸腾器的管路中和/或在冷凝器线圈管中。该偏转器在穿过贮池和沸腾器之间的水中产生旋转和涡流，并且/或者在冷凝器线圈的管状壁的邻近引起流体涡流。

可选地，包括在蒸馏设备中的可以是一在冷凝器输送端的大尺寸的过滤器理想地可以是一炭过滤器。

可从下面形成部分本申请的说明和附图，明显地看出本发明的上述和其它优点。

附图说明

图1是根据本发明的蒸馏设备的实施例的局部视图；

图2是沿图1的2-2线所取的剖视图；

图3是沿图1的3-3线所取的剖视图，并示出容器所携带的空气循环装置；

图4是沿图2的4-4线所取的沸腾器罐的局部剖视图；

图5是含有偏转器的冷凝器管的示意图；以及

图6是含有偏转器的流体管路的示意图。

具体实施方式

现参照附图，尤其是图1和2，其中所示的根据本发明的蒸馏设备包括一柱形罐贮池容器10，它有一对固定在容器侧面的把手11。其内具有同时加热元件13和14的沸腾器12用流体连接器15和16附接到罐体10的侧面。流体连接器15包括一有肩部18的弯头17和一延伸穿过沸腾器12的壁部19和容器10的壁部中的配合孔的螺纹接头部。螺母20与连接器15的接头部接合，与弹性垫圈21一起为罐体10和沸腾器12提供防水密封。用螺母23把水入口管路22固定地连接到连接器15上，使得贮池容器10的内的水会自动进入沸腾器12，直至沸腾器12内的水位和贮池容器10内的贮池水位相一致。还会注意到，把水位维持在合适的水平，使加热元件13和14全部或至少是大体浸入沸腾器12的水中。

蒸气出口连接器16是传统的结构，包括一出口管24、一延伸穿过贮池容器10和沸腾器12的壁部并被用螺母25固定于其上的螺纹接头部24′。密封垫圈26被放置在容器和沸腾器之间以提供防水连接。在本发明的优选实施例中，所示的冷凝器27是金属线圈形式，比如不锈钢、铜等。有密封地与容器10内的连接器16连接的入口端部28。冷凝器27的出口29有接头部30，延伸穿过容器10的壁部，提供冷凝物出口31。可选地，但是最理想地在冷凝物出口31设置一大尺寸的过滤器115。如图1所示，线圈式冷凝器管在贮池容器10的中心产生一柱形区100。贮池容器10还包括一溢流器32，被连接在密封剂容器10的壁部的连接部33上，以及一把容器中的水泄放(以便清洁和维护)的泄流塞34。水入口阀35位于贮池容器10的上部，有一入口36、一出口37和一调节供水以把适量的水供给贮池容器10的手轮38。

图4清晰地示出沸腾器12，在所示的优选实施例中，包括两壳体元件39和40。放置在壳体元件39和40之间的壁部41包括一在沸腾器12的周边用夹子43可释放地夹在壳体元件39、40的外边缘之间的周边密封件42。这种结构完全把用壳体元件39和壁部41形成的沸腾器得到密封。为了清洁，可以把整个沸腾器拆开。在所示的实施例中的加热元件13和14由壁部41携带，并用连接两加热器的端点的引线44串连连接。电源线45的一引线46与加热器14的另一端相连，而第二引线47穿过温度调节装置48连接到加热器13的另一端。温度调节装置安装在靠近加热器13的支架49上。在加热器13超过正常运行温度时，温度调节装置会运行把电路切断将两加热器13、14的动力去掉。但是，显然，加热器13和14可被设置成并联操作，平行操作或交替操作，可以在沸腾器中采用一个电加热器，但是前提是它能输送蒸馏设备运行所必需的热量。

臭氧发生器120包括在沸腾器中。最好是把臭氧发生器穿过壳体元件39中的端口插入沸腾器中。如图1所示，变压器121给臭氧发生器120供电。但是，也不是必须有一单独的电源给臭氧发生器供电。臭氧发生器可用操作加热器13和14的同样的电源供电。

在本发明的优选实施例中，所示的强制空气循环装置辅助把从贮池容器10内的贮池水排出的蒸气和不需要的蒸发物去除。图3所示的空气循环装置包括一通常用数字50表示的、在贮池容器10上方的倒盘型盖罩，其包括一打孔平坦上壁51、一向上延伸周边壁52和一向下弯曲的周边壁53。壁部53的下周边边缘带有三个或多个对角放置的滚珠54，每个都有被轴56旋转地携带的间隔盘55。盘体55与贮池容器10的滚珠式边缘10′接合，因此，在盖罩50和贮池容器10的上沿之间提供一环形通气口。

空气循环装置的平坦带孔壁51支撑通常用数字57表示的电动马达，该马达驱动延伸穿过带孔壁51的轴58。风扇59安装在轴58上。由以传统方式与马达连接的电缆60把电源供给马达。如果需要，可以设置开关装置来操作风扇。风扇马达57由通气穹型壳体61覆盖，该壳体61被固定地安装到罩盖50上，并可用任何合适的装置连接到其上。在本发明的所示实施例中，穹型壳体61摩擦地与盖罩50的周边壁52接合。

在风扇的一个操作模式中，经穹型壳体61的开口62把空气引入空气循环装置组件，然后将其经带孔壁51引至其被向下引向贮池容器10的贮池水的上方，再经贮池容器10和其盖罩50之间的环形开口排出。在风扇的相反模式中，风扇59经贮池容器10和其盖罩50之间的环形开口引入空气，再经带孔壁51向上运动，再经马达壳体61中的通气孔62排出。

如图3所示，搅拌器杆101在风扇59的轮毂处从与马达轴58连接点延伸，最好但不必是在冷凝器线圈27内与柱形贮池区100同轴，终止于浸在贮池水中的搅拌器叶片102处。搅拌器叶片102浸入深度不重要，但是，最好它们不比线圈冷凝器27的底部深。在所示的模式中，搅拌器杆被定位成适当地离开中心，以避免与冷凝器线圈27的出口弯头29相干扰，如图1和2。

在本发明的蒸馏设备的操作中，贮池容器10和沸腾器12首先被注水至至少基本覆盖加热元件13、14，如图2所观察到的。还会观察到，在向贮池容器10注水时，水会自动地经管路22流入沸腾器，从而最后贮池容器10中的水位会与沸腾器12中的水位一样高。然后，在给加热元件13、14供给能量时，它们会起把沸腾器12中的水沸腾的作用。臭氧发生器120把水上面的空气中的氧转化成臭氧。加热元件13、14上产生的蒸气穿过臭氧向上升起，进入入口24。然后，蒸气穿过冷凝器线圈27被在其内冷凝。然后，经冷凝的蒸气穿过过滤器115作为冷凝物(液体)产品从冷凝物出口31排出。在首先操作蒸馏设备时，一般最理想的是丢弃蒸馏物产品，直至贮池容器10内的水获得正常的操作温度(最好为180°F-190°F，其是快速获得的)。把加热器13、14设计成在沸腾器内以比冷凝器线圈27能容纳所产生的蒸气的速度快的速率加热水。因此，在沸腾器12内产生蒸气压，蒸气压力会迫使沸腾器的液体经管路22返回贮池容器10，从而，减缓蒸气压力。水从沸腾器至管路22的流动在沸腾器内产生真空。真空使空气经过滤器115被引入冷凝器出口31，穿过冷凝器，在经由出口24被排至沸腾器，从而，把新鲜的氧气供给臭氧发生器120。一旦沸腾器内的蒸气压力减缓，水就会再流过管路22返回沸腾器，结果是，水反复流过管路22和空气反复流过冷凝器27。这种脉动动作，通过带来比由冷凝器线圈27的作用传给贮池水的热高得多的热，使容器10内的贮池水温度快速升高。还使沸腾器内的臭氧恒定更新。但是，贮池水的温度总是低于(沸腾器12中的水的)沸腾温度，使得蒸馏物会在冷凝器27内被冷凝。最好贮池水被保持在180°F-190°F的范围内。这个温度水平会把不合需要的组分沸腾出贮池水(在其实际蒸馏之前)，还起合适地操作冷凝器27的作用。为了维持设备的正常操作，最后，把在入口37处进入的供水的相当部分通过管子32和出口35溢流排出。

如已指出的，图5示出有利于维护冷凝器线圈管上的独特的温度的机械件。所示的为冷凝器线圈管的放大的局部剖面图。管子内为偏转器77，用于产生使蒸气和冷凝物至管壁的螺旋流动。并且，流动变得更加急剧，因此有助于通过管壁的热交换。一个类偏转器79可以被设置在连接贮池容器10和沸腾器12的管道内(见图6)。当然，偏转器77的目的是使水产生紊流，从而避免在贮池容器10或沸腾器12内产生温度层。

现已在本发明的实践中发现的另一个有利的可选部件是，冷凝器出口31上的过滤器，最好是大尺寸过滤器。在此所示的实施例中，大尺寸过滤器115是一个碳过滤器。

过滤器115吸收冷凝物携带的任何有机材料。可以说它精加工了该冷凝物。并且也实现了为冷凝物的优良的充气。

如已指出的，本发明的蒸馏设备在脉动方式下运行，使水流过连接管路22在沸腾器12和贮池12之间来回流动。同样的脉动影响冷凝器27。在产生蒸气的脉动中，(蒸气)脉动压力由沸腾器12沿向前的方向穿过冷凝器管，将冷凝物排出过滤器115。然后，在反向抽吸脉动时，把空气吸入过滤器115，穿过冷凝器，进入沸腾器。于是，过滤器115尽可能地起将吸入冷凝器管的空气的过滤器作用，如同其过滤离开冷凝器管的蒸馏物一样。

显然，脉动在它们的效果上是不等同的。在沸腾器12中产生蒸气，然后在冷凝器线圈27中冷凝。在出口31通过过滤器115排出蒸馏物。最后实现已经蒸馏的水穿过过滤器115的净外向流动。同时，实现少量的空气净流入过滤器115和冷凝器27的净内向流动。例如在190°F-195°F的蒸馏物足够热以加热过滤器115，并防止了过滤器的微生物污染。这意味着，在抽吸脉动时，把进入大尺寸过滤器115的空气保持于其内，在进入冷凝器27并且/或者被吸收入蒸馏物内之前，被热过滤器灭菌，提供大尺寸过滤器115的原因就是增加流入空气在其内的驻留时间。总的来说，结果是，在过滤器115中加热和灭菌的空气局部地给经蒸馏的水充气，改进其饮用性。

尽管在此仅仅描述和示出了本发明的某些实施例，也应理解，可对其作各种改变、改动和变化而不超出其精神和真正的范围。

Claims (7)

1.一种将水蒸馏的装置，其包括：

一水贮池；

一比所述贮池小并与其相连的沸腾器；

一在所述沸腾器内的臭氧发生器；以及

在所述沸腾器和贮池之间的连接管，使其尺寸成为可把足够的空气吸入臭氧发生器以产生足够的臭氧来纯化沸腾器内的水。

2.如权利要求1所述的装置，还包括一在所述贮池内的机械搅拌器。

3.如权利要求2所述的装置，还包括在所述冷凝器出口的过滤器。

4.一种将水蒸馏的装置，其包括：

一冷凝器；

一沸腾器，其具有沸腾器容积，该沸腾器适合于将沸腾器容积中有的水沸腾；

臭氧发生器，在沸腾器容积内有氧气时，该臭氧发生器适合于将沸腾器容积内的至少部分氧气转化成臭氧；

其中该装置适合于用沸腾器产生的蒸汽将臭氧发生器产生的臭氧混合；该沸腾器容积与冷凝器流体连通，使得与臭氧混合的蒸汽可以流过所述冷凝器形成冷凝物；

其中当氧气被转化成臭氧和水被沸腾时，该装置适合于补充沸腾器中的氧气，还适合于补充沸腾器中的水。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述冷凝器包括一个比所述沸腾器容积大的冷凝器容积，其中该装置适合于使沸腾器容积内的水流入贮池，再使贮池容积内的水流入沸腾器容积。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述冷凝器包括一个冷凝器容积，足以容纳水且将该被容纳的水维持在华氏180度-190度的范围内，其中流体管道穿过冷凝器容积足够的距离形成冷凝物。

7.如权利要求4所述的装置，其中所述冷凝器包括一个与沸腾器容积流体连通的冷凝器容积，其中所述装置适合于在冷凝器容积和沸腾器容积之间转送水以维持沸腾器内的压力。

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