JP2010528848A - 水蒸気蒸留の装置、方法およびシステム - Google Patents

水蒸気蒸留の装置、方法およびシステム Download PDF

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Abstract

流体蒸気蒸留装置。装置は、原料流体入力部と、蒸発器・凝縮器装置とを含む。蒸発器・凝縮器装置は、実質的に円筒形の筐体と、筐体の中の複数の管とを含む。原料流体入力部は、蒸発器・凝縮器に流体的に接続され、蒸発器・凝縮器は、原料流体を蒸気に変換し、圧縮蒸気を生産物流体に変換する。また、流体蒸気蒸留装置には、原料流体入力部および生産物流体出力部に流体的に接続される熱交換器も含まれる。熱交換器は、外管と、少なくとも１つの内管とを含む。また、流体蒸気蒸留装置には、蒸発器・凝縮器に流体的に接続される再生ブロワも含まれる。再生ブロワは蒸気を圧縮し、圧縮蒸気は、圧縮蒸気が生産物流体に変換される、蒸発凝縮器へと流れる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６０／９３３，５２５号（２００７年６月７日出願）の優先権を主張する非仮出願である。
（発明の分野）
本発明は、水蒸留に関し、より具体的には、水蒸気蒸留装置、方法、およびシステムに関する。
信頼性のある清浄水源は、人類の大部分にとって無縁である。例えば、カナダ国際開発局は、約１２億の人々に安全な飲用水へのアクセスが欠けていると報告している。報告書は、大部分が子供である、毎年何１００万人もの死亡は、水に関する疾患に起因すると考えている。炭素フィルタ、塩素処理、低温殺菌、および逆浸透を含む、多くの水浄化技術が周知である。これらの技術の多くは、有意に水質の変動の影響を受け、開発途上世界等の水供給において見出される場合がある、細菌、ウイルス、有機物、ヒ素、鉛、水銀、および殺虫剤等の、多種多様の一般的な汚染物質に対処しない。これらのシステムのうちのいくつかは、フィルタまたは化学物質等の消耗品の利用を必要とする。また、これらの技術のうちのいくつかは、かなりのインフラストラクチャーおよび高度な訓練を受けた操作者の両方を必要とする、集中型の大規模な水システムにしか適していない。消耗品および恒常的メンテナンスの必要性がない、より小さい、分散された規模で、水源に関係なく信頼性のある清浄水を生産する能力が、特に開発途上世界においては非常に望ましい。
水を浄化するための蒸気圧縮蒸留の使用が周知であり、これらの懸案事項の多くに対処する場合がある。しかしながら、乏しい財源、限定された技術的資産、および開発途上世界の大部分に集中型の大規模な水システムを構築することを実行可能にしない低人口密度もまた、蒸気圧縮蒸留システムを運転するのに十分な低価格で信頼性のある電力の可用性を制限し、ならびに、そのようなシステムを適正に維持する能力を妨害する。そのような状況では、効率および生産能力を増加させる一方で、システム運営のための必要な電力経費および必要とされるシステムメンテナンスの量を減少させる、改良型の蒸気圧縮蒸留システムおよび関連構成要素が、解決法を提供し得る。
本発明の一側面によれば、流体蒸気蒸留装置が開示される。装置は、原料流体入力部と、蒸発器・凝縮器装置とを含む。蒸発器・凝縮器装置は、実質的に円筒形の筐体と、筐体の中の複数の管とを含む。原料流体入力部は、蒸発器・凝縮器に流体的に接続され、蒸発器・凝縮器は、原料流体を蒸気に変換し、圧縮蒸気を生産物流体に変換する。また、流体蒸気蒸留装置には、原料流体入力部および生産物流体出力部に流体的に接続される熱交換器も含まれる。熱交換器は、外管と、少なくとも１つの内管とを含む。また、流体蒸気蒸留装置には、蒸発器・凝縮器に流体的に接続される再生ブロワも含まれる。再生ブロワは蒸気を圧縮し、圧縮蒸気は、圧縮蒸気が生産物流体に変換される蒸発凝縮器へと流れる。
本発明のこの側面のいくつかの実施形態は、熱交換器が、蒸発器・凝縮器の筐体の周囲に配置される場合、外管が流体流路であり、少なくとも１つの内管が生産物流体流路である、熱交換器をさらに含む場合、熱交換器がさらに、少なくとも３つの内管を備える場合、少なくとも３つの内管が、実質的にらせん形状を形成するように巻き付けられる場合、熱交換器がさらに２つの端を備え、各端においてコネクタが取り付けられ、コネクタが蒸発器・凝縮器への接続部を形成する場合、蒸発器・凝縮器管がさらに、管の内側のパッキングを備える場合、パッキングが棒である場合、蒸発器・凝縮器がさらに、複数の管に流体的に接続される蒸気室を備える場合、再生ブロワがさらに、磁気駆動連結部によって駆動されるインペラアセンブリを備える場合、のうちの1つ以上を含む。
本発明の別の側面によれば、水蒸気蒸留システムが開示される。水蒸気蒸留システムは、原料流体入力部と、蒸発器・凝縮器装置とを備える。蒸発器・凝縮器装置は、実質的に円筒形筐体と、筐体の中の複数の管とを含む。原料流体入力部は、蒸発器・凝縮器に流体的に接続され、蒸発器・凝縮器は、原料流体を蒸気に変換し、圧縮蒸気を生産物流体に変換する。また、流体蒸気蒸留装置には、原料流体入力部および生産物流体出力部に流体的に接続される熱交換器も含まれる。熱交換器は、外管と、少なくとも１つの内管とを含む。また、流体蒸気蒸留装置には、蒸発器・凝縮器に流体的に接続される再生ブロワも含まれる。再生ブロワは、蒸気を圧縮し、圧縮蒸気は、圧縮蒸気が生産物流体に変換される、蒸発凝縮器へと流れる。
水蒸気蒸留システムはまた、水蒸気蒸留装置に電気的に接続されるスターリングエンジンも含む。スターリングエンジンは、少なくとも部分的に水蒸気蒸留装置に電力供給する。
本発明のこの側面のいくつかの実施形態は、スターリングエンジンが少なくとも１つのロッキング駆動機構を含み、ロッキング駆動機構が、ロッカー枢動部を有するロッキングビームと、少なくとも１つのシリンダと、少なくとも１つのピストンとを含む、場合を含む。ピストンは、各シリンダ内に収納される。ピストンは、各シリンダ内で実質的に直線的に往復運動することが可能である。また、駆動機構は、近位端および遠位端を有する、少なくとも１つの連結アセンブリを含む。近位端は、ピストンに接続され、遠位端は、端枢動部によってロッキングビームに接続される。ピストンの直線運動は、ロッキングビームの回転運動に転換される。また、ロッキングビームを収納し、連結アセンブリの第１の部分を収納する、クランクケースも含まれる。接続棒によってロッキングビームに連結されるクランク軸も含まれる。ロッキングビームの回転運動は、クランク軸に伝達される。該機械はまた、少なくとも１つのシリンダ、少なくとも１つのピストン、および連結アセンブリの第２の部分を収納する、作用空間も含む。クランクケースから作用空間を密閉するために、シールが含まれる。
加えて、本発明のこの側面のいくつかの実施形態は、シールが転動形ダイアフラムである場合、また、連結アセンブリがさらに、ピストン棒と、リンク棒とを含む場合、ピストン棒およびリンク棒が、連結手段によって共に連結される場合、熱交換器が、蒸発器・凝縮器の筐体の周囲に配置される場合、外管が流体流路であり、少なくとも１つの内管が生産物流体流路である、熱交換器をさらに含む場合、熱交換器がさらに、少なくとも３つの内管を備える場合、蒸発器・凝縮器がさらに、複数の管に流体的に接続される蒸気室を備える場合、再生ブロワがさらに、磁気駆動連結部によって駆動されるインペラアセンブリを備える場合、のうちのいずれか1つ以上を含む。
本発明のこれらの側面は、排他的となるようには意図されておらず、添付の請求項および添付図面と併せて読むと、本発明の他の特徴、側面、および利点が、当業者にとって容易に明白となるであろう。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、図面と併せて以下の発明を実施するための形態を読むことによって、より良好に理解されるであろう。
図１は、水蒸気蒸留装置の等角図である。 図１Ａは、本開示の例示的実施形態の分解図である。 図１Ｂは、例示的実施形態の断面図である。 図１Ｃは、例示的実施形態の断面図である。 図１Ｄは、例示的実施形態の組立図である。 図１Ｅは、フレームの例示的実施形態の詳細図である。 図１Ｆは、代替実施形態の組立図である。 図１Ｇは、代替実施形態の組立図である。 図１Ｈは、代替実施形態の組立図である。 図２は、チューブインチューブ熱交換器アセンブリの例示的実施形態の組立図である。 図２Ａは、チューブインチューブ熱交換器の一実施形態の分解図である。 図２Ｂは、チューブインチューブ熱交換器の例示的実施形態の後ろからの等角図である。 図２Ｃは、チューブインチューブ熱交換器の例示的実施形態の正面からの等角図である。 図２Ｄは、チューブインチューブ熱交換器の一実施形態の断面図である。 図２Ｅは、チューブインチューブ熱交換器の代替実施形態の分解図である。 図２Ｆは、内管のらせん配設を図示する、チューブインチューブ熱交換器の一実施形態の切断図である。 図２Ｇは、チューブインチューブ熱交換器の代替実施形態の分解図である。 図２Ｈは、チューブインチューブ熱交換器の例示的実施形態の等角図である。 図２Ｉは、チューブインチューブ熱交換器の例示的実施形態の等角図である。 図２Ｊは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の分解図である。 図２Ｋは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の組立図である。 図２Ｌは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の組立図である。 図２Ｍは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の詳細図である。 図２Ｎは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の詳細図である。 図２Ｏは、チューブインチューブ熱交換器構成の代替実施形態の概略図である。 図２Ｐは、熱交換器の代替実施形態の組立図である。 図２Ｑは、熱交換器の代替実施形態の分解図である。 図２Ｒは、熱交換器の代替実施形態の断面図である。 図３は、チューブインチューブ熱交換器に取り付ける取付用具アセンブリ用のコネクタの分解図である。 図３Ａは、チューブインチューブ熱交換器の取付用具アセンブリの断面図である。 図３Ｂは、チューブインチューブ熱交換器の取付用具アセンブリの断面図である。 図３Ｃは、第１のコネクタの例示的実施形態の等角図である。 図３Ｄは、第１のコネクタの例示的実施形態の断面図である。 図３Ｅは、第１のコネクタの例示的実施形態の断面図である。 図３Ｆは、第１のコネクタの例示的実施形態の断面図である。 図３Ｇは、第２のコネクタの例示的実施形態の等角図である。 図３Ｈは、チューブインチューブ熱交換器の取付用具アセンブリの断面図である。 図３Ｉは、第２のコネクタの例示的実施形態の断面図である。 図３Ｊは、第２のコネクタの例示的実施形態の断面図である。 図４は、蒸発器／凝縮器アセンブリの例示的実施形態の等角図である。 図４Ａは、蒸発器／凝縮器アセンブリの例示的実施形態の断面図である。 図４Ｂは、蒸発器／凝縮器の例示的実施形態の等角断面図である。 図４Ｃは、蒸発器／凝縮器アセンブリの代替実施形態の等角図である。 図５は、水溜の例示的実施形態の組立図である。 図５Ａは、水溜の例示的実施形態の分解図である。 図６は、水溜アセンブリ用のフランジの等角詳細図である。 図７は、蒸発器／凝縮器の例示的実施形態の分解図である。 図７Ａは、蒸発器／凝縮器アセンブリの例示的実施形態の上面図である。 図７Ｂは、いくつかの液体沸騰モード用の圧力の関数として、蒸発器の蒸留液出力の割合を示す。 図８は、蒸発器／凝縮器用の管の例示的実施形態の等角図である。 図９は、蒸発器／凝縮器用の管および棒構成の分解図である。 図９Ａは、蒸発器／凝縮器用の棒の例示的実施形態の等角図である。 図１０は、水溜管板の例示的実施形態の等角図である。 図１０Ａは、上管板の例示的実施形態の等角図である。 図１１は、蒸発器／凝縮器用の最上キャップの詳細図である。 図１２は、蒸気室の例示的実施形態の等角図である。 図１２Ａは、蒸気室の例示的実施形態の等角図である。 図１２Ｂは、蒸気室の例示的実施形態の断面図である。 図１２Ｃは、蒸気室の例示的実施形態の分解図である。 図１２Ｄは、代替実施形態の等角図である。 図１２Ｅは、蒸気室の例示的実施形態の断面図である。 図１２Ｆは、蒸気室の例示的実施形態の断面図である。 図１３は、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の組立図である。 図１３Ａは、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の断面図である。 図１３Ｂは、管の配設を図示する、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の組立図である。 図１３Ｃは、管の配設を図示する、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の断面図である。 図１３Ｄは、水溜が設置されていない蒸発器／凝縮器の代替実施形態の等角図である。 図１３Ｅは、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の分解図である。 図１４は、ミスト排除器アセンブリの等角図である。 図１４Ａは、ミスト排除器用のキャップの外側の等角図である。 図１４Ｂは、ミスト排除器用のキャップの内側の等角図である。 図１４Ｃは、ミスト排除器アセンブリの断面図である。 図１４Ｄは、ミスト排除器アセンブリの断面図である。 図１５は、再生ブロワの例示的実施形態の組立図である。 図１５Ａは、再生ブロワアセンブリの例示的実施形態の底面図である。 図１５Ｂは、再生ブロワアセンブリの例示的実施形態の上面図である。 図１５Ｃは、再生ブロワの例示的実施形態の分解図である。 図１５Ｄは、再生ブロワの例示的実施形態用の筐体の上部の外面の詳細図である。
図１５Ｅは、再生ブロワの例示的実施形態用の筐体の上部の内面の詳細図である。
図１５Ｆは、再生ブロワの例示的実施形態用の筐体の下部の内面の詳細図である。 図１５Ｇは、再生ブロワの例示的実施形態用の筐体の下部の外面の詳細図である。 図１５Ｈは、再生ブロワの例示的実施形態の断面図である。 図１５Ｉは、再生ブロワの例示的実施形態の断面図である。 図１５Ｊは、再生ブロワの例示的実施形態の断面図である。 図１５Ｋは、再生ブロワアセンブリの例示的実施形態の概略図である。 図１５Ｌは、再生ブロワの例示的実施形態の断面図である。 図１６は、再生ブロワの例示的実施形態のインペラアセンブリの詳細図である。 図１６Ａは、インペラアセンブリの断面図である。 図１７は、再生ブロワの代替実施形態の組立図である。 図１７Ａは、再生ブロワの代替実施形態の組立図である。 図１７Ｂは、再生ブロワアセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１７Ｃは、再生ブロワアセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１７Ｄは、再生ブロワアセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１７Ｅは、再生ブロワの代替実施形態の分解図である。 図１７Ｆは、インペラ筐体の組立図である。 図１７Ｇは、インペラ筐体の分解図である。 図１７Ｈは、インペラ筐体アセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１７Ｉは、インペラ筐体アセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１７Ｊは、インペラ筐体の下部の底面図である。 図１７Ｋは、インペラ筐体の下部の内面の詳細図である。 図１７Ｌは、インペラ筐体アセンブリの上部の上面図である。 図１７Ｍは、カバーが設置されていないインペラアセンブリ用の筐体の上部の上面図である。 図１７Ｎは、インペラアセンブリ用の筐体の上部の内面の詳細図である。 図１８は、再生ブロワの代替実施形態用のインペラアセンブリの詳細図である。 図１８Ａは、インペラアセンブリの断面図である。 図１９は、液面センサアセンブリの組立図である。 図１９Ａは、液面センサアセンブリの例示的実施形態の分解図である。 図１９Ｂは、液面センサ筐体内の沈殿槽の断面図である。 図１９Ｃは、液面センサ筐体内の放出センサおよび生産物液面センサ貯蔵部の断面図である。 図１９Ｄは、液面センサアセンブリの代替実施形態の組立図である。 図１９Ｅは、液面センサアセンブリの代替実施形態の分解図である。 図１９Ｆは、液面センサアセンブリの代替実施形態の断面図である。 図１９Ｇは、液面センサアセンブリの動作の概略図である。 図１９Ｈは、液面センサアセンブリの代替実施形態である。 図２０は、液面センサアセンブリの等角図である。 図２０Ａは、液面センサアセンブリの断面図である。 図２１は、軸受給水ポンプの前面の等角図である。 図２１Ａは、軸受給水ポンプの裏面の等角図である。 図２２は、水蒸気蒸留装置の例示的実施形態用の源水の流路の概略図である。 図２２Ａは、熱交換器に進入する源水の概略図である。 図２２Ｂは、熱交換器を通過する源水の概略図である。 図２２Ｃは、熱交換器から退出する源水の概略図である。 図２２Ｄは、再生ブロワを通過する源水の概略図である。 図２２Ｅは、再生ブロワから退出し、進入する源水の概略図である。 図２３は、水蒸気蒸留装置の例示的実施形態用の放出水の流路の概略図である。 図２３Ａは、蒸発器／凝縮器アセンブリから退出し、液面センサ筐体に進入する、放出水の概略図である。 図２３Ｂは、液面センサ筐体内の沈殿槽を充填する放出水の概略図である。 図２３Ｃは、液面センサ筐体内の放出液面センサ貯蔵部を充填する放出水の概略図である。 図２３Ｄは、液面センサ筐体から退出し、ストレーナに進入する、放出水の概略図である。 図２３Ｅは、ストレーナから退出し、熱交換器に進入する、放出水の概略図である。 図２３Ｆは、熱交換器を通過する放出水の概略図である。 図２３Ｆは、熱交換器から退出する放出水の概略図である。 図２３Ｇは、熱交換器から退出する放出水の概略図である。 図２４は、水蒸気蒸留装置の例示的実施形態用の生産水の流路の概略図である。 図２４Ａは、蒸発器／凝縮器アセンブリから退出し、液面センサ筐体に進入する、生産水の概略図である。 図２４Ｂは、液面センサ筐体内の生産物液面センサ貯蔵部に進入する生産水の概略図である。 図２４Ｃは、生産物液面センサ貯蔵部から退出し、熱交換器に進入する、生産水の概略図である。 図２４Ｄは、熱交換器を通過する生産水の概略図である。 図２４Ｅは、熱交換器から退出する生産水の概略図である。 図２４Ｆは、液面センサ筐体内の軸受給水貯蔵部に進入する生産水の概略図である。 図２４Ｇは、液面センサ筐体から退出し、軸受け給水ポンプに進入する、生産水の概略図である。 図２４Ｈは、軸受給水ポンプから退出し、再生ブロワに進入する、生産水の概略図である。 図２４Ｉは、再生ブロワから退出し、液面センサ筐体に進入する、生産水の概略図である。 図２５は、水蒸気蒸留装置の例示的実施形態用の通気路の概略図である。 図２５Ａは、空気が放出センサ貯蔵部から退出し、蒸発凝縮器に進入することを可能にする、通気路の概略図である。 図２５Ｂは、空気が生産物センサ貯蔵部から退出し、蒸発凝縮器に進入することを可能にする、通気路の概略図である。 図２５Ｃは、空気が蒸発器／凝縮器アセンブリから退出することを可能にする、通気路の概略図である。 図２６は、水溜から蒸発器／凝縮器アセンブリの管に進入する低圧蒸気の概略図である。 図２６Ａは、蒸発器／凝縮器アセンブリの管を通過する低圧蒸気の概略図である。 図２６Ｂは、蒸発器／凝縮器アセンブリの管から退出し、蒸気室に進入する、湿潤低圧蒸気の概略図である。 図２６Ｃは、蒸発器／凝縮器アセンブリの蒸気室を通って流れる、湿潤低圧蒸気の概略図である。 図２６Ｄは、蒸気室を通過する低圧蒸気としての放出水の生成の概略図である。 図２６Ｅは、蒸気室から退出し、再生ブロワに進入する、乾燥低圧蒸気の概略図である。 図２６Ｆは、再生ブロワを通過する乾燥低圧蒸気の概略図である。 図２６Ｇは、再生ブロワから退出する高圧蒸気の概略図である。 図２６Ｈは、蒸気管に進入する高圧蒸気の概略図である。 図２６Ｉは、蒸気管から退出し、蒸発器／凝縮器チャンバに進入する、高圧蒸気の概略図である。 図２６Ｊは、蒸発器／凝縮器チャンバ内で凝縮する高圧蒸気からの生産水の生成の概略図である。 図２７は、再生ブロワにわたる差圧と１リットルの生産物を生産するために必要とされるエネルギー量との間の関係を図示する、グラフである。 図２８は、生産物の生産率と蒸発器／凝縮器アセンブリ内の熱伝達管の数との間の関係を図示する、グラフである。 図２９は、蒸発器／凝縮器チャンバを伴う熱伝達表面積の量の関数として、蒸発器／凝縮器アセンブリの生産水の生産率を図示するグラフである。 図３０は、再生ブロワにわたる圧力の変化に関係する際の、蒸発器／凝縮器アセンブリ内の変動する量の熱伝達管に対する熱伝達表面の効率を図示する、グラフである。 図３１は、生産率および再生ブロワにわたって異なる圧力差で蒸発器／凝縮器アセンブリによって消費されるエネルギーの量を図示する、グラフである。 図３２は、入力部用の支持構造体、羽根および羽根の間のチャンバ、および回転駆動軸を示す、特定の実施形態による回転子および固定子の断面上面図である。 図３２Ａは、入力部および出力部用の支持構造体、羽根、筐体ユニット内の偏心構成、および駆動軸を示す、図３２に示された実施形態に対応する、回転子および固定子の側面上面図である。 図３２Ｂは、入力部および出力部用の支持構造体、羽根、筐体ユニット内の偏心構成、および駆動軸を示す、図３２および３２Ａに示された実施形態に対応する、回転子および固定子の上面図である。 図３２Ｃは、羽根、駆動軸、および軸受を示す、図３２、３２Ａ、および３２Ｂに示された実施形態に対応する、回転子および固定子の断面図である。 図３２Ｄは、容量センサを示す、一実施形態による液封式ポンプの断面図である。 図３２Ｅは、偏心回転子、回転子羽根、軸受を伴う駆動軸、液封式ポンプ用の回転筐体ユニット、静止筐体、および蒸気からのサイクロン効果ならびに得られる霧および水滴の排除を示す、一実施形態による液封式ポンプの断面図である。 図３２Ｆは、液封式ポンプの代替実施形態の概略図である。 図３２Ｇは、複数の羽根および羽根の間のチャンバ、および各個別チャンバの取入および出口穴を示す、回転子の代替実施形態の上面図である。 図３２Ｈは、静止取入ポートおよび回転駆動軸、回転子、および筐体ユニットを示す、液封式ポンプのさらなる詳細である。 図３２Ｉは、出口から取入口を分離する、液封式ポンプの静止部と回転子部との間に存在してもよいシールの図である。 図３３は、一実施形態による背圧調節器の側面図である。 図３３Ａは、示された背圧調節器の対角図である。 図３３Ｂは、垂直に配置されたポートを有する背圧調節器の代替実施形態の側面図である。 図３３Ｃは、示された背圧調節器の対角図である。 図３３Ｄは、背圧調節器のポートの切り込みを描写する、図３３Ｄの部分Ｃの拡大図である。 図３３Ｅは、図３３ＤのＣ断面のクローズアップ図であり、背圧調節器のポートを描写する。 図３３Ｆは、背圧調節器の一実施形態の切断側面図である。 図３３Ｇは、背圧調節器口の小開口部を描写する、図３３Ｆの部分Ｅの拡大図である。 図３４は、装置内に実装された背圧調節器の概略図である。 図３５は、水蒸気蒸留装置の代替実施形態の概略図である。 図３５Ａは、原料および放出流体ラインの間の外部接続弁を描写する、液面センサ筐体の代替実施形態の詳細概略図である。 図３６は、流体分配多岐管のポンプ側の一面の図である。 図３６Ａは、流体分配多岐管のポンプ側の第２の面の図である。 図３６Ｂは、流体分配多岐管の蒸発器／凝縮器側の一面の図である。 図３６Ｃは、流体分配多岐管の蒸発器／凝縮器側の第２の面の図である。 図３７は、取付用具アセンブリの代替実施形態の連結器の上面図である。 図３７Ａは、図３７の取付用具アセンブリの代替実施形態の側面図である。 図３８は、個別加熱層およびリブを有する、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の断面図である。 図３８Ａは、リブがどのように液体／凝縮層から蒸気／蒸発を効果的に分割するのかを示す、蒸発器／凝縮器の代替実施形態の断面の詳細である。 図３９は、熱交換器の代替実施形態の概略図である。 図３９Ａは、熱交換器の代替実施形態の概略図である。 図４０は、冷気センサを使用するシステムの圧力測定を含む、水蒸気蒸留装置の代替実施形態の図式的概観である。 図４１は、各フィルタユニットが中央軸の周囲の枢動部継手の周囲で回転する、フィルタユニットを通って流れる取入流および放出流を伴うフリップフィルタの図を示す。 図４１Ａは、フリップフィルタ筐体を示す。 図４１Ｂは、図４１のフリップフィルタの詳細図である。 図４１Ｃは、複合フリップフィルタの代替実施形態である。 図４１Ｄは、フリップフィルタの代替実施形態の概略図である。 図４１Ｅは、フリップフィルタの一実施形態の流路の概略図である。 図４１Ｆは、図４１Ｅのフリップフィルタの個別ユニットを通って流れる水流を変化させるための手動スイッチを図示する、概略図である。 図４２は、分散型公共施設用の監視システムの描写である。 図４３は、公共施設用の分配システムの描写である。 図４４は、水蒸気蒸留装置の代替実施形態を組み込むシステムの可能な実施形態の概念フロー図である。 図４４Ａは、図４４に示されたシステムとともに使用するための電源の概略ブロック図である。 図５１Ａ−５１Ｅは、スターリングサイクル機の動作の原則を描写する。 図５２は、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の図を示す。 図５３は、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の図を示す。 図５４は、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５５Ａ−５５Ｄは、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の種々の図を描写する。 図５５Ａ−５５Ｄは、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の種々の図を描写する。 図５５Ａ−５５Ｄは、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の種々の図を描写する。 図５５Ａ−５５Ｄは、一実施形態による、ロッキングビーム駆動の種々の図を描写する。 図５６は、一実施形態による、軸受型棒コネクタを示す。 図５７Ａ−５７Ｂは、一実施形態による、屈曲部を示す。 図５８は、一実施形態による、４シリンダ二重ロッキングビーム駆動配設を示す。 図５９は、一実施形態による、クランク軸の断面を示す。 図５１０Ａは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５１０Ｂは、一実施形態による、クランク軸連結部を示す。 図５１０Ｃは、一実施形態による、スリーブ回転子の図を示す 図５１０Ｄは、一実施形態による、クランク軸の図を示す。 図５１０Ｅは、一実施形態による、スリーブ回転子およびスプライン軸の断面である。 図５１０Ｆは、一実施形態による、クランク軸およびスプライン軸の断面である。 図５１０Ｇは、一実施形態による、スリーブ回転子、クランク軸、およびスプライン軸の種々の図である。 図５１１は、一実施形態による、エンジンのピストンの動作を示す。 図５１２Ａは、一実施形態による、作業空間およびシリンダの未包装概略図を示す。 図５１２Ｂは、一実施形態による、シリンダ、加熱器ヘッド、および再生器の概略図を示す。 図５１２Ｃは、一実施形態による、シリンダヘッドの図を示す。 図５１３Ａは、一実施形態による、支持最上部シールピストンおよび底部シールピストンとともに、転動形ダイアフラムの図を示す。 図５１３Ｂは、一実施形態による、ロッキングビーム駆動エンジンの分解図である。 図５１３Ｃは、一実施形態による、シリンダ、加熱器ヘッド、再生器、および転動形ダイアフラムの図を示す。 図５１３Ｄ−５１３Ｅは、一実施形態による、動作中の転動形ダイアフラムの種々の図を示す。 図５１３Ｄ−５１３Ｅは、一実施形態による、動作中の転動形ダイアフラムの種々の図を示す。 図５１３Ｆは、一実施形態による、作業空間およびシリンダの未包装概略図を示す。 図５１３Ｇは、一実施形態による、外燃エンジンの図を示す。 図５１４Ａ−５１４Ｅは、転動形ダイアフラムの種々の実施形態の図を示す。 図５１５Ａは、一実施形態による、金属ベローズならびに付随するピストン棒およびピストンの図を示す。 図５１５Ｂ−５１５Ｄは、一実施形態による、金属ベローズダイアフラグムの図を示す。 図５１５Ｂ−５１５Ｄは、一実施形態による、金属ベローズダイアフラグムの図を示す。 図５１５Ｂ−５１５Ｄは、一実施形態による、金属ベローズダイアフラグムの図を示す。 図５１５Ｅ−５１５Ｇは、種々の実施形態による、金属ベローズの図を示す。 図５１５Ｅ−５１５Ｇは、種々の実施形態による、金属ベローズの図を示す。 図５１５Ｅ−５１５Ｇは、種々の実施形態による、金属ベローズの図を示す。 図５１５Ｈは、種々の荷重領域を識別する転動形ダイアフラムの概略図を示す。 図５ｌ５Ｉは、回旋領域を識別する転動形ダイアフラムの概略図を示す。 図５１６は、一実施形態による、ピストンおよびピストンシールの図を示す。 図５１７は、一実施形態による、ピストン棒およびピストン棒シールの図を示す。 図５１８Ａは、一実施形態による、ピストンシールバッキングリングの図を示す。 図５１８Ｂは、一実施形態による、バッキングリングの圧力図を示す。 図５１８Ｃ−５１８Ｄは、一実施形態による、ピストンシールを示す。 図５１８Ｃ−５１８Ｄは、一実施形態による、ピストンシールを示す。 図５１８Ｅおよび５１８Ｆは、一実施形態による、ピストン棒シールを示す。 図５１８Ｅおよび５１８Ｆは、一実施形態による、ピストン棒シールを示す。 図５１９Ａは、一実施形態による、ピストンシールバッキングリングの図を示す。 図５１９Ｂは、一実施形態による、ピストンシールバッキングリングの圧力図を示す。 図５２０Ａは、一実施形態による、ピストン棒シールバッキングリングの図を示す。 図５２０Ｂは、一実施形態による、ピストン棒シールバッキングリングの圧力図を示す。 図５２１は、一実施形態による、ピストンガイドリングの図を示す。 図５２２は、一実施形態による、作業空間およびシリンダの未包装概略図を示す。 図５２３Ａは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５２３Ｂは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５２４は、一実施形態による、クランク軸の図を示す。 図５２５Ａ−５２５Ｃは、種々の実施形態による、ポンプ駆動部の種々の構成を示す。 図５２６Ａは、一実施形態による、油ポンプの種々の図を示す。 図５２６Ｂは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５２６Ｃは、図５２６Ｂに描写されたエンジンの別の図を示す。 図５２７Ａおよび５２７Ｂは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５２７Ａおよび５２７Ｂは、一実施形態による、エンジンの図を示す。 図５２７Ｃは、一実施形態による、連結継手の図を示す。 図５２７Ｄは、一実施形態による、エンジンのクランク軸およびスプライン軸の図を示す。 図５２８Ａは、装置の一実施形態に接続された発電機の説明図を示す。 図５２８Ｂは、水蒸気蒸留装置に電力および熱を提供するための補助電力ユニットの概略図を示す。 図５２８Ｃは、一実施形態による、システムの概略図を示す。
定義。この説明および添付請求項で使用されるように、以下の用語は、文脈上他の意味を必要としない限り、指示される意味を有するものとする。
「流体」という用語は、水を含む任意の種類の流体を含むように本明細書において使用される。したがって、例示的実施形態および種々の他の実施形態が水に関して本明細書において説明されるが、装置、システム、および方法の範囲は、任意の種類の流体を含む。また、本明細書では、「液体」という用語は、流体が液体である例示的実施形態を指示するように使用されてもよい。
「蒸発器・凝縮器」という用語は、複合の蒸発器および凝縮器である装置を指すように本明細書において使用される。したがって、構造自体が両方の機能を果たす場合に、構造は蒸発器・凝縮器と呼ばれる。蒸発器・凝縮器構造は、本明細書では、蒸発器／凝縮器、蒸発器・凝縮器、または蒸発器および凝縮器と呼ばれる。さらに、場合によっては、蒸発器または凝縮器のいずれかが個別に参照される場合、用語は限定的ではなく、蒸発器・凝縮器構造を指すと理解されたい。
「汚れた水」という用語は、水を消費する前に、より清浄にすることが望ましい、任意の水を指すように本明細書で使用される。
「より清浄な水」は、源水としてよりも生産水として清浄な水を指すように本明細書で使用される。
「源水」という用語は、装置に進入する任意の水を指す。
「生産水」という用語は、装置から退出する、より清浄な水を指す。
本明細書および任意の添付の請求項で使用されるような、「浄化するステップ」という用語は、１つ以上の汚染物質の濃度を低減するステップ、あるいは１つ以上の汚染物質の濃度を改変するステップを指す。
本明細書で使用されるような、「指定液面」という用語は、特定の用途のためにユーザによって確立されるような、何らかの所望液面の濃度を指す。指定液面の一例は、工業または商業過程を実行するように、流体中の汚染物質液面を制限するステップであってもよい。一例は、溶媒または反応物中の汚染物質液面を、化学反応（例えば、重合）において工業的に有意な利益を可能にするための許容液面まで排除するステップである。指定液面の別の例は、安全または健康上の理由で政府または政府間機関によって規定されるような、流体中のある汚染物質液面であってもよい。例として、飲用または特定の健康あるいは医療用途に使用される水の中の１つ以上の汚染物質の濃度、世界保健機関または米国環境保護庁等の組織によって規定されている濃度液面を含む場合がある。
本明細書で使用されるような、「システム」という用語は、水蒸気蒸留装置（水システムまたは水蒸気蒸留システムと呼ばれてもよい）、およびスターリングエンジン等の電源を伴う蒸気蒸留装置を含むが、それらに限定されない、要素の任意の組み合わせを指してもよい。
本明細書では、源水として知られる汚れた水を、生産水として知られるより清浄な水に蒸留するための装置を開示する。装置は、水を蒸発させて水から微粒子を分離することによって、源水を清浄化する。本明細書および任意の添付の請求項で使用されるような、「浄化するステップ」という用語は、１つ以上の汚染物質の濃度を指定液面以下まで実質的に低減するステップ、あるいは１つ以上の汚染物質の濃度を指定範囲内まで実質的に改変するステップを指す。
源水は、最初に逆流チューブインチューブ熱交換器を通過して、水の温度を上昇させてもよい。源水の温度を上昇させると、蒸発器／凝縮器内の水を蒸発させるために必要とされる熱エネルギーの量が低減する。源水は、熱交換器の中に存在する他の流体流から熱エネルギーを受容してもよい。典型的には、これらの他の流れは、源水よりも高い温度を有し、より高い温度の流れからより低い温度の源水へと熱エネルギーを流れさせる。
加熱した源水を受容するのは、蒸発器／凝縮器アセンブリの蒸発器域である。このアセンブリは、源水を蒸発させて水から汚染物質を分離する。熱エネルギーは、加熱要素および高圧蒸気を使用して供給されてもよい。典型的には、加熱要素は、初期起動中に使用され、したがって、通常の動作条件下では、熱エネルギーは、高圧蒸気によって提供される。源水は、蒸発器／凝縮器の蒸発器域の内管を充填する。高圧蒸気がこれらの管の外面上で凝縮すると、熱エネルギーは源水に伝導される。この熱エネルギーは、源水のいくらかを低圧蒸気に蒸発させる。源水が低圧蒸気に変換した後、蒸気は、管の出口から退出し、分離器を通過してもよい。分離器は、蒸気内の残りの水滴を除去し、圧縮器に進入する前に低圧蒸気が乾燥していることを確実にする。
蒸発器／凝縮器の蒸発器から退出すると、低圧蒸気は、圧縮器に進入する。圧縮器は、低圧蒸気を圧縮することによって高圧蒸気を生成する。蒸気が圧縮されるにつれて、蒸気の温度は上昇する。上昇した温度および圧力の蒸気となると、蒸気は圧縮器から退出する。
高圧蒸気は、蒸発器／凝縮器の凝縮器域に進入する。蒸気が内部空洞を充填するにつれて、蒸気は、空洞内に含有された管の上で凝集する。高圧蒸気は、管内の源水に熱エネルギーを伝達する。この熱伝達は、蒸気を管の外面上で凝集させ、生産水を生成する。生産水は、蒸発器／凝縮器の凝縮器域の基部に収集される。生産水は、蒸発器／凝縮器の蒸発器域から出て、液面センサ筐体に進入する。
液面センサ筐体は、装置内の生産水および放出水の量を判定するための液面センサを含有する。これらのセンサは、装置内の水の液面に応じて、生産されている生産水の量または流入源水の量を操作者が調整することを可能にする。
種々の実施形態に関して本明細書で説明されるような水蒸気蒸留装置はさらに、水蒸気蒸留システムを形成するために、スターリングエンジンと併せて使用されてもよい。水蒸気蒸留装置によって必要とされる電力は、水蒸気蒸留装置に電気的に接続されるスターリングエンジンによって提供されてもよい。
図１を参照すると、水蒸気蒸留装置１００の一実施形態が示されている。この説明の目的で、図１に示された実施形態を、例示的実施形態と呼ぶ。他の実施形態が検討され、そのうちのいくつかを本明細書で論議する。装置１００は、熱交換器１０２と、蒸発器／凝縮器アセンブリ１０４と、再生ブロワ１０６と、液面センサアセンブリ１０８と、軸受給水ポンプ１１０と、フレーム１１２とを含んでもよい。水蒸気蒸留装置１００の付加的な図および断面については、図１Ａ−Ｅも参照されたい。
図１Ｆ−Ｈを参照すると、これらの図は、水蒸気蒸留装置１００の代替実施形態を図示する。図１Ｆは、蒸発器／凝縮器アセンブリ１２２の代替構成を有する装置１２０を示す。同様に、図１Ｇは、蒸発器／凝縮器アセンブリ１３２の別の構成を有する装置を開示する。同様に、図１Ｈは、図１−１Ｅからの液面センサアセンブリ１０８および軸受給水ポンプ１１０を含まない装置の別の実施形態を図示する。
（熱交換器）
ここで図２−２Ａを参照すると、水蒸気蒸留装置の例示的実施形態では、熱交換器は、逆流チューブインチューブ熱交換器センブリ２００であってもよい。この実施形態では、熱交換器アセンブリ２００は、図２Ａに図示された、外管２０２と、複数の内管２０４と、１対のコネクタ２０６とを含んでもよい。熱交換器アセンブリ２００の代替実施形態は、コネクタ２０６を含まなくてもよい。
依然として図２−２Ａを参照すると、熱交換器アセンブリ２００は、いくつかの独立流体経路を含有してもよい。例示的実施形態では、外管２０２は、源水と、４つの内管２０４とを含有する。これらの内管２０４のうちの３つは、装置によって生成される生産水を含有してもよい。第４の内管は、放出水を含有してもよい。
依然として図２−２Ａを参照すると、熱交換器アセンブリ２００は、流入源水の温度を上昇させ、送出生産水の温度を低減する。源水が内管２０４の外面に接触すると、内管２０４の壁を通して、より高い温度の放出水からより低い温度の源水へと、熱エネルギーが伝導される。より高い温度を有する源水は、水を蒸発させるために少ないエネルギーを必要とするため、源水の温度を上昇させると、水蒸気蒸留装置１００の効率が向上する。また、生産水の温度を低減することにより、消費者によって使用するための水を調整する。
依然として図２−２Ａを参照すると、例示的実施形態では、熱交換器２００は、いくつかの機能を有する外管２０２を有する、チューブインチューブ熱交換器である。第１に、外管２０２は、内管２０４を保護し、含有する。外管２０２は、内管２０４と周辺環境との間の障壁の役割を果たすことによって、腐食から内管２０４を保護する。加えて、外管２０２はまた、周辺環境への熱エネルギーの交換を防止することによって、熱交換器２００の効率も向上させる。外管２０２は、内管２０４を絶縁して、周辺環境を往復する熱伝達を低減する。同様に、外管２０２は、内管２０４からの熱伝達に抵抗して、源水に対する熱伝達を集中させ、熱交換器２００の効率を向上させてもよい。
依然として図２−２Ａを参照すると、外管２０２は、任意の材料から製造されてもよいが、低い熱伝導度が望ましい。外管２０２が周辺環境から内管２０４を絶縁するため、低熱伝導度が重要である。熱伝導性材料が周辺環境への熱エネルギー損失または利得を低減するため、外管の低熱伝導度は、熱交換器の効率を向上させる。加えて、低熱伝導性材料は、内管２０４から外管２０２に伝達されてもよい熱エネルギーの量を低下させる。この熱伝達に対する抵抗は、より多くの熱エネルギーが、外管２０２を通って装置から漏出するよりもむしろ源水に伝達されることを可能にする。したがって、低熱伝導度を有する材料から製造された外管２０２は、より多くの熱エネルギーが、周辺環境へと損失または獲得されるよりもむしろ源水に伝達されることを可能にする。
依然として図２−２Ａを参照すると、例示的実施形態では、外管２０２は、透明シリコーンから製造される。低熱伝導度を有することに加えて、シリコーン材料は、耐食性でもある。このことは、熱交換器２００の腐食を防止するための重要な特性である。外管２０２内の源水は、化学物質および／または他の高度反応性材料を含有する場合がある。これらの材料は、他の材料からなる外管類２０２を分解させて、熱交換器２００の耐用年数を低減する場合がある。代替実施形態では、外管２０２は、高温耐性を有するプラスチックまたはゴム等の他の材料から製造されてもよい。また、一実施形態では、外管２０２は、混合を向上するように畳み込み状管類でできており、それが熱伝達効率を増加させる。
ここで図２Ｂ−Ｃを参照すると、別の望ましい特性は、外管類２０２が、水蒸気蒸留装置１００内の熱交換器２００の設置を支持するのに十分な弾性となることである。いくつかの用途では、蒸留装置用の空間は、他の環境上または状況の制約によって限定される場合がある。例えば、例示的実施形態では、熱交換器２００が蒸発器／凝縮器を包み込む。他の実施形態では、熱交換器はまた、環境から損失または獲得される熱を最小化するように、水蒸気蒸留装置の絶縁カバーに組み込まれてもよい。例示的実施形態では、熱交換器２００は、図２Ｂ−Ｃに示されるようなコイル状に構成されてもよい。この構成を達成するために、内管２０４は外管２０２の中へ摺動され、次いで、マンドレルに巻装される。弾性外管２０２が、装置内の特定の場所に熱交換器２００の端を配置することを補助する。したがって、弾性外管２０２を有することにより、水蒸気蒸留装置１００内の熱交換器２００の設置を容易にしてもよい。
依然として図２Ｂ−Ｃを参照すると、外管類２０２の材料の弾性はまた、壁厚の影響を受ける場合もある。厚い壁厚を有する管類には、可撓性があまりない。しかしながら、壁圧が厚ほどより優れた熱伝達抵抗を有するため、より厚い壁厚は管類の熱的特性を向上させる場合がある。加えて、管類の壁厚は、管類内の源水によって生成される内圧に耐えることに十分でなければならない。しかしながら、増加した壁厚を有する管類は、減少した弾性を有し、かつ、熱交換器アセンブリのサイズを増加させる。より厚い壁の管類は、より大きい曲げ半径を必要とし、熱交換器２００の設置に影響を及ぼす。逆に、薄すぎる壁厚を有する管類は、設置中に捩れる傾向がある。この管類の変形は、外管２０２を通る源水の流動を制限し、熱交換器２００の効率の低減を引き起こす場合がある。
外管２０２の直径は、複数の内管２０４を含有することが可能な任意の直径であってもよい。しかしながら、直径が大きくなるほど、管類の可撓性が低下する。可撓性の低減は、水蒸気蒸留装置１００の中への熱交換器の設置に悪影響を及ぼす場合がある。例示的実施形態では、外管２０２の直径は、１インチである。この直径は、最終設置時に、チューブインチューブ熱交換器２００が蒸発器／凝縮器１０４の周りに巻かれることを可能にし、生産水および放出水を輸送するための４つの内管２０４を含有する。代替実施形態では、熱交換器は、わずか２つの内管２０４を有してもよい。同様に、他の実施形態では、熱交換器は、５つ以上の内管２０４を有してもよい。
ここで図２Ａおよび２Ｄを参照すると、内管２０４は、源水、生産水、および放出水用の別個の流路を提供してもよい。例示的実施形態では、これらの管は、生産水および放出水を含有する。しかしながら、他の実施形態では、内管は、付加的な流体流を含有してもよい。内管２０４は、汚染された健康によくない源水および放出水から、清浄で安全な生産水を分離する。例示的実施形態では、生産水用の３つの内管２０４および放出用の１つの内管２０４がある。源水は、熱交換器２００の外管２０２内を移動する。種々の他の実施形態では、内管の数は変動してもよく、すなわち、より多くの数の内管が含まれてもよく、またはより少ない数の内管が含まれてもよい。
依然として図２Ａおよび２Ｄを参照すると、内管２０４は、管の壁を通して熱エネルギーを伝導する。熱エネルギーは、管の壁を通して、内管２０４内の高温の生産水および放出水から、低温の源水へと流れる。したがって、内管２０４は、好ましくは、高熱伝導度を有する材料からできており、加えて、好ましくは、耐食性の材料からできている。例示的実施形態では、内管２０４は、銅から製造される。内管２０４は、真鍮またはチタン等の他の材料から製造されてもよく、これらの他の材料が高熱伝導および耐食性という性質を有するという選好による。海水等の源水および放出水が高度に濃縮される用途に対して、内管２０４は、銅ニッケル、チタン、または熱伝導性プラスチックから製造されてもよいが、それらに限定されない。
管類の材料に加えて、管類の直径および厚さもまた、熱エネルギー伝達率に影響を及ぼす場合がある。管類の壁厚を増加させると、熱伝達に対する抵抗も増加するため、より大きい壁厚を有する内管類２０４は、より少ない熱効率を有する場合がある。例示的実施形態では、内管２０４は、０．２５インチの外径を有する。より薄い壁厚が熱伝達率を増加させるが、壁厚は、変形することなく成形または形成されるのに十分でなければならない。より薄い壁の管類は、形成中に捩れる、挟む、または崩壊する可能性が高い。加えて、内管２０４の壁厚は、管を通過する水によって生成される内圧に耐えるのに十分でなければならない。
依然として図２Ａおよび２Ｄを参照すると、内管２０４の熱伝達率を向上させるための付加的な方法は、一様でない内管直径と、熱伝達を強化するための内管上の拡張面とを含んでもよい（フィン、ピン、リブ・・・）。加えて、外管２０２は、織地状の内面を有して、源水の流れに乱流を生じさせて熱伝達を強化させてもよい。織地状の表面が管２０２内で乱流を生じさせるために、熱伝導率が増加される。乱流は、熱伝達が発生する内管２０４の外面に接触する水の量を増加させる。対照的に、織地状の表面がないと、水は、より層流的に流れ得る。この層流は、限定された量の水のみが内管２０４の外面に接触することを可能にする。内管付近の水と残りの水との間の対流熱伝達が、内管２０４の外面付近の熱伝達ほど効率的ではないため、内管２０４と接触していない残りの水は、あまり熱エネルギーを受容しない。織地状の表面のいくつかの例は、くぼみ、フィン、隆起、または溝を含んでもよいが、それらに限定されない。別の実施形態では、外管に合うように縮小して、シェル側流速を増加させ、したがって熱伝導を強化してもよい。
ここで図２Ｅを参照すると、典型的には、内管２０４は、相互に平行に配置される。しかしながら、いくつかの実施形態では、内管２０４は、図２Ｆ−Ｇに図示されるように、渦巻または実質的にらせん形状を形成するように、共に編まれるか、または巻き付けられる。内管２０４の長さが平行配置の内管２０４よりも長いため、渦巻形状は熱伝達のための表面積の量を増加させる。増加した表面積は、熱伝達のためのさらなる面積を提供し、したがって、熱交換器２００の効率を増加させる。加えて、らせん形状は、外管類２０２内で源水の乱流を引き起こして、前述のように熱伝達効率を向上させ得る。例示的実施形態では、熱交換器２００は、図２Ｈ−Ｉで図示された、らせん形状に配置された４つの内管２０４を有する。
チューブインチューブ熱交換器２００の全長は、装置の所望の効率によって支配される。より長い長さを有する熱交換器２００は、より良好な効率を生じる。例示的実施形態では、熱交換器２００は、約５０フィートの長さである。これは、約９０％の効率を生じる。代替として、２５フィートの長さは、約８４％の効率を生じる。
ここで図２、２Ｊ、および２Ｋを参照すると、熱交換器アセンブリ２００はまた、熱交換器２００のいずれか一方の端においてコネクタ２０６を含んでもよい。例示的実施形態では、熱交換器２００は、アセンブリのいずれか一方の端に位置する、２つのコネクタを有する。外管２０２に沿ったこれらのコネクタ２０６は、源水を含有するための内部空洞を画定する。加えて、コネクタは、内管２０４の端に付着し、生産水および放出水が熱交換器２００に進入および／または退出するための別個の流体経路を提供する。コネクタ２０６は、熱交換器アセンブリが、蒸発器／凝縮器および他の装置構成要素に機械的に接続されることを可能にする。いくつかの実施形態では、熱交換器２００への水を除去または供給する付加的なポートを提供するように、延長部２０７が熱交換器２００内に含まれてもよい。
ここで図２Ｌ−Ｏを参照すると、これらの図は、コネクタ２０８を通過する３つの内管２０４を有する、熱交換器２００の代替実施形態を図示する。コネクタ２０８は、外管２０２の内側に源水を含有するように、熱交換器２００のいずれか一方の端において、内管２０４および外管２０２に密閉および取り付けられる。コネクタ２０８と内管２０４との間の界面を密閉するように、Ｏリングがコネクタ２０８内に設置されてもよい。この種のシールは、内管２０４が自由かつコネクタ２０８とは無関係に移動することを可能にしてもよい。さらに、内管２０４は、図２Ｎに示されるようならせん形状で配置されてもよい。
図２Ｐ−Ｒを参照すると、これらの図は、熱交換器２１０の代替実施形態を図示する。この実施形態では、熱交換器２１０は、金属板２１２およびプラスチック板２１４を有する、平板熱交換器である。金属板２１２は、ステンレス鋼等の任意の金属材料から製造されてもよい。他の実施形態は、チタンまたは金属合金から製造された板を含んでもよいが、それらに限定されない。プラスチック板２１４は、機能することが可能な任意の種類のプラスチックでできている。一実施形態では、平板熱交換器２１０は、金属板とプラスチック板とから交互にできている。他の実施形態では、金属板２１２は、図２Ｒに図示されるように、後に２つ以上のプラスチック板２１４が続いてもよい。平板熱交換器２１０は、前の板と同じかまたは異なる材料から製造された板２１６で開始および／または終了してもよい。代替実施形態では、平板２１６は、金属またはプラスチック材料から製造されてもよい。金属板２１２は、図２Ｒに示されるように、相互に積層された２枚の金属板から成り、流体流用のチャネルを形成する。
ここで図３を参照すると、逆流チューブインチューブ熱交換器２００の例示的実施形態は、取付用具アセンブリ３００を含んでもよい。取付用具アセンブリは、水蒸気蒸留装置１００内の熱交換器２００の設置を支持する。加えて、取付用具アセンブリ３００は、熱交換器２００がメンテナンスのために装置から容易に分離されることを可能にする。アセンブリは、図３で示された、第１のコネクタ３０２（図２のコネクタ２０６としても識別される）および第２のコネクタ３１０から成ってもよい。取付用具アセンブリ３００の断面図については、図３Ａ−Ｂも参照されたい。
依然として図３を参照すると、例示的実施形態では、取付用具アセンブリ３００は真鍮から製造される。ステンレス鋼、プラスチック、銅、銅ニッケル、またはチタンを含むがそれらに限定されない、他の材料が、取付用具アセンブリ３００を製造するために使用されてもよい。設置の目的で、アセンブリに取り付ける管類と同様の材料から製造される取付用具アセンブリを有することが好ましい。同様の材料は、はんだ付けまたは溶接技術を使用して、アセンブリが水蒸気蒸留装置内に設置されることを可能にする。取付用具アセンブリ３００は、好ましくは、耐食性および耐熱性（２５０°Ｆ）の材料から製造される。加えて、材料は、好ましくは、アセンブリが設置される時に流体密の接続を可能にする。源水および放出水が、海水等の高濃度である用途については、取付用具アセンブリ３００は、銅ニッケルまたはチタンから製造されてもよいが、それらに限定されない。
依然として図３を参照すると、第１のコネクタ３０２は、第１の端３０４と、第２の端３０６とを含む。第１の端３０４は、図２−２Ａに示されるように、熱交換器２００に取り付ける。コネクタは、コネクタ３０２の第１の端３０４の外面に対してホースクランプを使用して、外管２０２を締めることによって、熱交換器２００に取り付けられてもよい。熱交換器２００の内管２０４もまた、第１の端３０４においてコネクタ３０２に接続されてもよい。これらの管は、コネクタ３０２の熱交換器側にはんだ付けされる。他の付着方法は、溶接、圧入、機械的締め付け、または挿入成形を含んでもよいが、それらに限定されない。取付用具アセンブリ３００の断面図については、図３Ａ−３Ｂも参照されたい。
ここで図３Ｃを参照すると、この実施形態では、コネクタ３０２の第１の端３０４は、５つのポートを有してもよい。３つのポートは、図３Ｄ−Ｅに示されるように、相互に流体接続されてもよい。この構成は、複数の生産水流を１つの流れに統合してもよい。源水に熱エネルギーを提供するために、熱交換器内により多くの生産水があるので、複数の生産水流は、生産水から源水への熱伝達の量を増加させる。残りのポートは、別々であり、図３Ｅ−Ｆに図示された放出水および源水用の流体経路を提供する。代替実施形態には、相互に流体接続しているポートがなくてもよい。
依然として図３Ｃを参照すると、コネクタ３０２は、第２のコネクタ３１０と噛合するための第２の端３０６を有する。この第２の端３０６は、３つのポートを有し、生産水、源水、および放出水用の経路を提供してもよい。生産物流路は、延長部３０８を含んでもよい。延長部３０８が、噛合表面３１０上よりもむしろ第２のコネクタ３１０の本体内のＯリング溝を可能にするため、延長部３０８は、コネクタ３０２および３１０を一体に組立てるステップを支援する。第２のコネクタ３１０の本体内でＯリング溝を有することにより、重複する密閉域を有することなく、コネクタアセンブリを通る流路が相互の付近に配置されることを可能にする。
ここで図３Ｇ−Ｈを参照すると、第２のコネクタ３１０は、第１の端３１２と、第２の端３１４とを含む。第１の端３１２は、図３に示されるように第１のコネクタ３０２と噛合する。この端はまた、図３Ｇに示されるような延長部３１６を含んでもよい。延長部３１６は、Ｏリング溝が、第１のコネクタ３０２の端３０６の表面内よりもむしろ第１のコネクタ３０２の本体内に位置することを可能にする。加えて、このコネクタは、第１の端３１２上に漏出路３１８を有してもよい。この経路は、源水または放出水が生産物流に進入することを防止するように、生産水用のポートの周囲に位置する。放出水および源水は、生産水の質および安全性に影響を及ぼす汚染物質を含有する場合がある。漏出路は、放出水および源水が、図３Ｇ−Ｉに図示された排水部３２０を通って生産物流に進入するよりもむしろ取付用具から退出することを可能にする。排水部３２０に加えて、例示的実施形態は、図３Ｉ−Ｊに図示された、コネクタ３１０内の３つの独立流体経路を含んでもよい。
第１のコネクタ３０２は、装置の有用性を可能にするためにマーモンクランプを使用して、第２のコネクタ３１０に組み立てられてもよい。この種のクランプは、均等な締め付け力および接続の分離／再組立の容易性を提供する。コネクタを一体に組み立てる他の方法は、Ｃクランプまたは締結具（すなわち、ボルトおよびナット）を使用するステップを含むが、それらに限定されない。加えて、コネクタ３０２および３１０の円周は、取付用具アセンブリ３００の設置中にクランプを受容するように、図３Ｅ−Ｆおよび３Ｉ−Ｊで示されるように先細であってもよい。他の実施形態では、取付用具アセンブリ３００は、コネクタを共に溶接またははんだ付けすることによって、恒久的に接合されてもよい。
（蒸発器・凝縮器）
ここで図４−４Ｂを参照すると、蒸発器・凝縮器（本明細書では、「蒸発器／凝縮器」とも呼ばれる）アセンブリ４００の例示的実施形態は、最上部および底部を有する蒸発器／凝縮器チャンバ４０２から成ってもよい。チャンバ４０２は、外郭構造４１０と、上管板４１４と、下管板４１２とを含んでもよい。下管板４１２には、流入源水を保持するための水溜アセンブリ４０４が取り付けられる。同様に、上管板４１４には、上フランジ４０６が取り付けられる。このフランジは、蒸気室４０８を蒸発器／凝縮器チャンバ４０２に接続する。蒸発器／凝縮器チャンバ４０２内には、複数の棒４１６があり、各棒は、図４Ａおよび４Ｂに図示されるように、管４１８によって包囲される。管４１８は、水溜４０４および上フランジ４０６と流体接続している。蒸発器／凝縮器アセンブリ４２０の代替実施形態を図示する、図４Ｃも参照されたい。
ここで図５を参照すると、水溜アセンブリ５００（図４で４０４としても識別される）は、上筐体５０２と、下筐体５０４と、排水管取付用具５０６と、排水管５０８と、加熱要素５１０とを含んでもよい。水溜アセンブリ５００の分解図については図５Ａを、上筐体５０２の詳細図については図６も参照されたい。水溜アセンブリ５００は、源水を含有および加熱し、ならびに、源水によって運搬される微粒子を収集する。源水が流体から蒸気へと状態を変えると、微粒子が残され、水溜アセンブリ５００に収集される。
依然として図５−５Ａを参照すると、水溜アセンブリ５００は、耐食性および耐高温性である材料から作られてもよい。水溜は、高温、湿気、および腐食性の源水に暴露されるため、耐食性材料が好ましい。例示的実施形態では、水溜は、ステンレス鋼から製造される。代替実施形態では、水溜は、加熱要素５１０を取り付けるための代替構成と併せて、ＲＡＤＥＬ（登録商標）または他の高温プラスチックから製造されてもよい。源水が、海水等の高濃度であってもよい場合の用途については、水溜アセンブリ５００は、チタン、銅ニッケル、ネーバル黄銅、または高温プラスチックから製造されてもよいが、それらに限定されない。
依然として図５−５Ａを参照すると、源水は、水溜アセンブリ５００の加熱要素５１０を使用して加熱されてもよい。加熱要素５１０は、水蒸気蒸留装置１００の初期起動中に源水の温度を上昇させる。この要素は、付加的な熱エネルギーを提供して、源水を流体から蒸気に変化させる。例示的実施形態では、加熱要素５１０は、１２０ボルト／１２００ワットの抵抗要素であってもよい。
依然として図５−５Ａを参照すると、水溜アセンブリ５００は、微粒子の収集を補助するために、角度がついた下面を有する底筐体５０４を含んでもよい。底筐体５０４は、微粒子を筐体の１つの領域に収集するのに十分な任意の角度を有してもよい。例示的実施形態では、底筐体５０４は、１７度の角度がついた下面を有する。他の実施形態では、底筐体５０４は、平底を有してもよい。
依然として図５−５Ａを参照すると、例示的実施形態は、排水管取付用具５０６および排水管５０８から成る、排水管アセンブリを含んでもよい。排水管アセンブリは、蒸発器／凝縮器の蒸発器の内側へのアクセスを提供して、装置を分解する必要なく微粒子の蓄積を除去する。排水管アセンブリは、蒸発器／凝縮器の内側の管の上の落屑（微粒子の蓄積）を低減するように、水溜の底付近に位置してもよい。落屑は、水溜アセンブリ５００の中の薄片の定期的な除去を可能にすることによって、防止される。水溜アセンブリ５００の中の微粒子が少ないと、微粒子が蒸発器／凝縮器の管に流れ込む可能性が低減する。例示的実施形態では、排水管アセンブリは、底筐体５０４の角度がついた下面から微粒子を受容するように配置される。排水管アセンブリは、底筐体５０４に取り付けられてもよく、耐食性および耐熱性である任意の材料でできていてもよい。例示的実施形態では、排水管取付用具５０６は、ステンレス鋼から製造されたフランジ状の衛生取付用具である。
依然として図５−５Ａを参照すると、排水管取付用具５０６には、排水管５０８が取り付けられてもよい。排水管５０８は、微粒子が排水管取付用具５０６から蒸発器／凝縮器アセンブリ４００の外へ移動するための流体経路を提供する。排水管５０８は、材料が耐食性および耐熱性であり、排水管取付用具５０６に取り付けられることが可能であるという選好により、任意の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、排水管５０８は、ステンレス鋼から製造される。排水管５０８の直径は、好ましくは、水溜アセンブリ５００からの微粒子の除去を可能にするのに十分である。水溜アセンブリ５００の排出を行っている間に、排水管５０８が粒子で詰まるという可能性が低いので、より大きい直径のパイプが望ましい。
ここで図７を参照すると、蒸発器／凝縮器チャンバ７００（図４の４０２としても識別される）の例示的実施形態は、外郭構造７０２（図４Ａ−Ｂの４１０としても識別される）と、下フランジ７０４（図５の５０２および図６の６００としても識別される）と、下管板７０６（図４Ａ−Ｂの４１２としても識別される）と、複数の連結棒７０８と、複数の管７１０（図４Ａ−Ｂの４１８としても識別される）と、上フランジ７１２（図４の４０６としても識別される）と、上管板７１４（図４Ａ−Ｂの４１４としても識別される）とを含んでもよい。蒸発器／凝縮器チャンバ７００の組立図については、図７Ａも参照されたい。
依然として図７を参照すると、外郭構造７０２は、熱エネルギーが高圧蒸気から源水に伝達される、内部空洞を画定する。この熱伝達は、流体から蒸気への源水の相変化を支援する。加えて、熱伝達はまた、流入蒸気を生産水に凝縮させる。外郭構造７０２は、十分な耐食および強度特性を有する、任意の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、外郭構造７０２は、繊維ガラスから製造される。外郭構造は、所望数の管７１０を含有するのに十分な内径を有することが好ましい。外郭構造の内部空洞内には、チャンバに進入する高圧蒸気から管７１０内の源水に熱エネルギーを伝達するための表面積を有する、複数の管７１０がある。
依然として図７を参照すると、蒸発器／凝縮器チャンバ７００は、高圧蒸気の凝縮のための内部空洞を画定する。この空洞内には、蒸気が管の外面上で凝縮するにつれて、高圧蒸気から管内の源水に熱エネルギーを伝達する、複数の管７１０がある。その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００５年８月２５日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ」と題された米国特許出願公報第２００５／０１８３８３２Ａ１で説明されているように、管壁を通した熱伝達は、源水に薄膜蒸発と呼ばれるプロセスを介して相変化を行わせる。
依然として図７を参照すると、蒸発器／凝縮器の管７１０の中では、管７１０の内面と接触している薄膜を含む外面を有する、Ｔａｙｌｏｒ気泡が発現されてもよい。Ｔａｙｌｏｒ気泡が管内を上昇するにつれて加熱されて、薄膜中の流体が気泡内で蒸気に変遷する。
ここで図７Ｂを参照すると、典型的には、蒸発器は、プール沸騰モードまたは薄膜モードといった、２つのモードのいずれか一方で動作する。薄膜沸騰では、流体の薄膜が管の内壁上で生成され、管壁から流体の自由表面への熱伝達を促進する。相変化の効率は、典型的には、プール沸騰モードと比較して、薄膜モードで増加する。図７Ｂは、代表的な蒸発器に対する同様な条件下で、プール沸騰および薄膜沸騰のための凝縮器圧力の関数として、蒸留液生産流量の差異を示す。一番下の曲線７０がプール沸騰に対応する一方で、中央の曲線７５は、薄膜沸騰に対応する。これら２つの曲線から分かるように、薄膜沸騰モードは、プール沸騰モードよりも有意に高い効率を提供する。しかしながら、薄膜沸騰は、プール沸騰よりも維持することが困難である。薄膜蒸発は、典型的には、非常に小さい開口部を含む装置を使用して達成される。この装置は、特に、原料流体が汚染物質を含有すると、容易に詰まる場合がある。加えて、薄膜モードでは、水位が、典型的には、垂直管型蒸発器の中の管の最上部よりも限界的に上側で担持される。このような理由により、装置はまた、装置の移動および位置決めに敏感であってもよい。
再び図７を参照すると、例示的実施形態では、管７１０は、０．７５インチの外径を有し、銅から製造されてもよい。代替実施形態では、管７１０は、ニッケル銅または他の複合材料を含むがそれらに限定されない、他の材料から製造されてもよい。種々の他の実施形態では、管の直径は、異なってもよく、すなわち、より小さい、またはより大きくてもよい。源水が海水であってもよい、可能な用途については、管７１０は、銅ニッケルまたはチタン材料から製造されてもよい。これらの材料は、食塩水等の高濃度の源水に暴露されると、管の熱伝達特性を維持するように、高耐食性を有する。管７１０の直径もまた、多くの変数に応じて変動してもよい。管７１０の直径は、外郭構造７０２の内径および所望量の熱伝達効率によって限定されてもよい。別の制約は、有用性であってもよい。低減した直径が管壁の内面へのアクセスを制限するため、より小さい直径は、そこから薄片を除去することが困難である。管７１０の長さは、外郭構造７０２ならびに管板７０６および７１４の厚さによって画定される、内部空洞の長さによって決定されてもよい。例示的実施形態では、管７１０は、管板の端を越えて、下フランジ７０４および上フランジ７１２の中へ延在してもよい。
ここで図８を参照すると、例示的実施形態では、管８００（図７Ａ−Ｂの７１０としても識別される）は、各端の付近にビード８０２を有する。ビード８０２は、管８００が下管板７０６および上管板７１４の開口を通って摺動することを防止する。
ここで図９を参照すると、相変化動作の向上した効率は、蒸発器／凝縮器管９０４内でパッキングを提供することによって達成されてもよい。そのようなパッキングの導入は、流体、パッキング、および管９０４の間の相互作用により、蒸発器が薄膜モードの特性のうちのいくつかを呈することを可能にしてもよい。パッキングは、材料が優先的に、管の内壁付近の容積と対比して、管の長手軸付近の管９０４の容積を充填するように、任意の成形された材料であってもよい。そのようなパッキング材料は、効率的な熱交換のために、管の壁付近で蒸気を濃縮する働きをする。例えば、例示的実施形態では、パッキングは、棒９０２を備えてもよい。各棒９０２は、円筒形または長方形を含む、任意の断面形状であってもよい。各パッキング棒９０２の断面積は、管の断面内に嵌合する任意の面積であってもよい。各棒９０２の断面積は、棒の長さに沿って変動してもよい。所与の棒９０２は、所与の蒸発器管９０４またはその任意の一部の長さを延長してもよい。棒の材料は、疎水性であり、繰返しの熱循環が可能であることが好ましい。例示的実施形態では、棒９０２は、ガラス繊維を充填したＲＹＴＯＮ（登録商標）またはガラス繊維を充填したポリプロピレンから製造される。
依然として図９を参照すると、各棒９０２は、管の上部分に優先的に含む管９０４の中のどこに配置されてもよい。１つの具体的実施形態では、各棒は、関連する管の長さの約半分であり、管の上半分にほぼ配置される。図７Ｂの一番上の曲線８０は、蒸発器管が管の上半分にパッキング材料を含む代表的な蒸発器について、薄膜沸騰の沸騰効率の増加を示す。そのようなパッキングにより、相変化効率もまた、管より上側の流体液面、垂直線に対する管の配向、管に対する供給圧、および蒸発器の他の動作パラメータの変化に対して、有利に感度が高い。例示的実施形態では、棒９０２は、管９０４とほぼ同じ長さを有する。
ここで図９Ａを参照すると、例示的実施形態では、棒９０２は、棒９０２の中央から外へ、かつ棒９０２の長手軸に沿って延在する複数の部材９０６を有してもよい。これらの部材９０６は、管９０４の中央に棒９０２を維持して、源水用の最も効率的な流路を生成する。任意の数の部材が使用されてもよいが、管９０４の中央に棒９０２を維持するように、十分な数があることが好ましい。代替実施形態では、棒９０２には、部材９０６がなくてもよい。代替実施形態では、棒９０２が、ワイヤまたは棒９０２内の交差掘削孔の中に棒９０２を包むことによって、管９０４内の適所に担持されることにより、管９０４内に棒９０２を配置するピンの設置を支援してもよい。
再び図７を参照すると、管７１０（図８の８００および図９の９０４としても識別される）は、１対の管板７０６および７１４によって適所に固定される。これらの板は、連結棒７０８を使用して、外郭構造７０２の各端に固定される。管板７０６および７１４は、源水が管７１０に進入および退出するための経路を提供する、複数の開口を有する。管７１０がチャンバ７００内に設置されると、管板７０６および７１４内の開口は、管７１０の端を受容する。下管板７０６（図１０の１００２としても識別される）は、外郭構造７０２の底部に取り付けられる。下管板の詳細図については、図１０を参照されたい。上管板７１４（図１０Ａの１００４としても識別される）は、外郭構造７０２の最上部に取り付けられる。上管板の詳細図については、図１０Ａを参照されたい。上管板７１４が、板の中央に位置する付加的な開口を有することを除いて、両方の管板は、同様の寸法を有する。この開口は、高圧蒸気が蒸発器／凝縮器チャンバ７００に進入するための開口部を提供する。
依然として図７を参照すると、例示的実施形態では、上管板７１４および下管板７０６は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）から製造されてもよい。この材料は、低クリープ、加水分解安定性、熱的安定性、および低熱伝導度を有する。さらに、ＲＡＤＥＬ（登録商標）から製造された管板は、機械加工または射出成形によって形成されてもよい。代替実施形態では、管板は、Ｇ１０を含むがそれに限定されない、他の材料から製造されてもよい。
依然として図７を参照すると、管７１０を受容するための管板７０６および７１４内の複数の開口のサイズは、管７１０の外径によって支配される。これらの開口は、管７１０の端を受容し、また、シールを含むことに十分でなければならない。典型的には、Ｏリングを受容するために、Ｏリング溝が管板内で提供される。このＯリングは、内管７１０と管板７０６および７１４との間で水密シールを提供する。また、この種のシールは、構造を単純化し、蒸発器／凝縮器内での異種材料の使用を促進し、管７１０が繰り返される熱サイクル中に移動することを可能にする。このシールは、生産水が図５の水溜５００に進入すること、または源水がチャンバ７００に進入することを防止する。代替実施形態では、管７１０は、管板材料に応じて、はんだ付け、溶接、圧入、接着（すなわち、シリコーン、ＲＴＶ、エポキシ・・・）、ろう付け、またはスエージ加工であるが、それらに限定されない方法を使用することによって、管板７０６および７１４の開口内に設置されてもよい。
ここで図１０を参照すると、例示的実施形態では、Ｏリング溝は、種々の深さで管板１００２および１００４の中に位置する。隣接する管からのＯリング溝が相互に重複しないので、Ｏリング溝の異なる深さは、管７１０が、共により密接して配置されることを可能にする。重複するＯリング溝は十分なシールを提供せず、したがって、各Ｏリング溝は、管板内の他のＯリング溝から独立していなければならない。管板内の異なる深さにおけるＯリング溝の場所を変動する結果として、隣接するＯリング溝は、相互に重複せず、管が共により近くに配置されることを可能にする。したがって、相互により近くに位置する管７１０を有することにより、より多くの管が蒸発器／凝縮器チャンバ７００内に配置されることを可能にする。
再び図７を参照すると、管板７０６および７１４はまた、連結棒７０８を使用して、下フランジ７０４および上フランジ７１２に固定される。下フランジ７０４（図５の５０２および図６の６００としても識別される）は、図５の水溜５００を図７の蒸発器／凝縮器チャンバ７００に接続する。加えて、下フランジ７０４は、下管板７０６上に配置された管７１０の入口への、水溜内の原料用の流体接続を提供する。下フランジ７０４は、高さが管７１０に進入する源水の均等な分配を可能にするのに十分であるという選好により、任意の高さであってもよい。典型的には、１〜２インチの高さを有するフランジは、管７１０内への源水の均等な分配を提供する。代替実施形態では、フランジの高さは、粒子を収集する水溜の能力を増加させるために、より大きくてもよい。
依然として図７を参照すると、上フランジ７１２（図１１の１１００としても識別される）は、管７１０の出口と図４の蒸気室４０８との間の流体接続を提供する。加えて、上フランジ７１２は、蒸気が蒸気室４０８を通過するにつれて、低圧蒸気から除去された源水を収集する。次いで、この水は、図１１の上フランジ１１００の側面内に位置する放出ポート１１０２を通って、装置の外へ移送される。
依然として図７を参照すると、下フランジ７０４および上フランジ７１２は、十分な構造強度ならびに耐食性および耐熱性を有する任意の材料から製造されてもよい。一実施形態では、フランジは、ＲＡＤＥＬ（登録商標）から製造されてもよい。例示的実施形態では、フランジは、ニッケルめっきを施したアルミニウムから製造されてもよい。他の実施形態では、下フランジは、ステンレス鋼、チタン、および銅ニッケルを含むがそれらに限定されない、材料から製造されてもよい。
図７−７Ａを参照すると、下フランジ７０４および上フランジ７１２の外縁付近には、連結棒７０８を受容する複数の開口が位置する。これらの棒は、外郭構造７０２と同心のボルト円上で、かつ外郭構造７０２の外周に沿って、長手方向に配置される。連結棒７０８の長さは、外郭構造７０２の長さ、ならびに下管板７０６、下フランジ７０４、上フランジ７１２、および上管板７１４の厚さによって支配される。連結棒７０８は、棒の各端上にネジ式締結具を取り付けるためのネジ山付きの端を有し、蒸発器／凝縮器の構成要素を一体に固定してもよい。加えて、連結棒７０８は、ステンレス鋼等の、目的のために十分な強度である任意の材料から製造されてもよい。連結棒７０８は、青銅、チタン、繊維ガラス複合材料、および炭素鋼を含むが、それらに限定されない、他の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、連結棒７０８は、設置中に棒を適所に担持するデバイスを受容するための平面を提供するように、各端の付近で機械加工された平坦部を有してもよい。
ここで図１２−１２Ｃを参照すると、上フランジ１１００（図７の７１２としても識別される）には、蒸気室１２００（図４で４０８としても識別される）が接続されてもよい。例示的実施形態では、蒸気室１２００は、基部１２０２と、蒸気分離器アセンブリ１２０４と、キャップ１２０６と、蒸気管１２０８とを含んでもよい。基部１２０２は、蒸発器／凝縮器チャンバ７００の蒸発器域の管７１０内で生成される低圧蒸気を受容するための内部空洞を画定する。基部１２０２は、蒸気内に含有される水滴が分離されることを可能にするのに十分な空間があるように、任意の高さを有してもよい。蒸気室の高さは、蒸気によって運搬され、蒸気泡の急速放出により管７１０の出口から強制的に放出される水滴が減速し、上フランジ７１２（図１１で１１００としても識別される）に向かって後退することを可能にする。
依然として図１２−１２Ｃを参照すると、基部１２０２内には、蒸気分離器アセンブリ１２０４があってもよい。このアセンブリは、バスケットおよび網（図１２−１２Ｃに示さず）から成る。バスケットは、多量の金網を含有する。例示的実施形態では、蒸気分離器アセンブリ１２０４は、金網の層を通して蒸気を操作することによって、流入低圧蒸気から水滴を除去する。蒸気が網を通過するにつれて、水滴が網の表面上で集まり始める。これらの水滴は、汚染物質または微粒子を含有する場合がある。水滴がサイズを増加させるにつれて、水がバスケットの底部に落ちる。水が上フランジ７１２内に集まることを可能にするように、複数の開口がバスケットの底部に位置してもよい。加えて、これらの開口は、低圧蒸気が蒸気分離器アセンブリ１２０４に進入するための流体経路を提供する。加えて、金網は、蒸発器／凝縮器の上フランジ７１２内に位置する、跳ね返る放出水からの障壁を提供する。
依然として図１２−１２Ｃを参照すると、代替実施形態では、蒸気分離器アセンブリ１２０４は、蒸気が各板を通るかまたは各板の周囲を通過するにつれて低圧水蒸気から水滴を収集するための、一連の板を含有してもよい。板は、蒸気を操作して、水滴を板上に収集させる。蒸気の流路に急な屈曲を生成して板が配置されるため、水がアセンブリに収集される。これらの屈曲は、蒸気の速度を低減し、蒸気の方向を変化させる。水滴は、運動量により、それらの初期軌道に沿って存続してもよい。次いで、水滴は、水滴が収集されるアセンブリの壁または板に衝突してもよい。十分な水滴がアセンブリの壁または板上に集まると、水滴は、蒸発器／凝縮器の上フランジ４０６に向かって落下してもよい。
依然として図１２−１２Ｃを参照すると、基部１２０２はまた、観察窓１２１０を有してもよい。この窓は、装置を操作する人々が、蒸気室の内部を視覚的に観察して、装置が適正に機能しているかどうかを判定することを可能にする。他の実施形態では、蒸気室１２００は、観察窓１２１０を含まなくてもよい。この代替実施形態を図１２Ｄに図示する。さらに他の実施形態では、窓のサイズおよび形状は変動してもよい。いくつかの実施形態では、蒸気室は複数の窓を含んでもよい。
例示的実施形態では、蒸気分離器アセンブリは、ステンレス鋼から製造されてもよい。しかしながら、材料が耐食性および耐高温性を有するという選好により、他の材料が使用されてもよい。他の種類の材料は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）、チタン、銅ニッケル、めっきを施したアルミニウム、繊維複合体、および高温プラスチックを含んでもよいが、それらに限定されない。
依然として図１２−１２Ｃを参照すると、基部１２０２に取り付けられるのは、キャップ１２０６である。キャップおよび基部は、低圧蒸気から水を分離するための内部空洞を画定する。加えて、キャップ１２０６は、図１２Ｂ、１２Ｅ、および１２Ｆに示される、出口ポート１２１１および入口ポート１２１２という２つのポートを有してもよい。出口ポートは、乾燥低圧蒸気が蒸気室１２００から退出するための流体経路を提供する。例示的実施形態では、蒸発器／凝縮器の管７１０の出口から離れてポートを配置することにより、より乾燥した蒸気を推進するために、出口ポート１２１１は、キャップ１２０６の上部面付近に位置する。しかしながら、代替実施形態では、出口ポート１２１１は、キャップ１２０６内の異なる場所を有してもよい。同様に、入口ポート１２１２は、高圧蒸気が蒸気室１２００内の高圧蒸気管１２０８に進入するための流体経路を提供する。例示的実施形態では、入口ポート１２１２は、キャップ１２０６の上部面付近に位置する。代替実施形態では、入口ポート１２１２は、キャップ１２０６内で異なる場所を有してもよい。例示的実施形態では、キャップ１２０６は、めっきを施したアルミニウムから製造される。他の種類の材料は、ステンレス鋼、プラスチック、チタン、および銅ニッケルを含んでもよいが、それらに限定されない。これらのポートのサイズは、圧縮器をわたる圧力降下に影響を及ぼしてもよい。
依然として図１２−１２Ｃを参照すると、蒸気室１２００内の入口ポート１２１２には、蒸気管１２０８が接続される。この管は、高圧蒸気が蒸気室を通過し、蒸発器／凝縮器チャンバの凝縮器に進入するための流体経路を提供する。蒸気管１２０８の内径は、管が再生ブロワから蒸発器／凝縮器チャンバへの高圧蒸気の流動に悪影響を及ぼさないように、任意のサイズであってもよい。例示的実施形態では、蒸気管１２０８は、ステンレス鋼から製造されてもよい。他の材料が蒸気管１２０８を製造するために使用されてもよいが、これらの材料には、十分な耐食性および耐高温性がなければならない。そのような材料は、めっきを施したアルミニウム、プラスチック、チタン、および銅ニッケルを含んでもよいが、それらに限定されない。源水が海水等の高濃度であってもよい用途については、蒸気室１２００は、チタン、ニッケル、青銅、ニッケル銅、および銅ニッケルから製造されてもよいが、それらに限定されない。
ここで図１３−１３Ｃを参照すると、蒸発器／凝縮器アセンブリ１３００の代替実施形態が示されている。この実施形態では、蒸発器／凝縮器アセンブリ１３００は、水溜１３０２と、蒸発器／凝縮器チャンバ１３０４と、ミスト排除器アセンブリ１３０６と、複数の連結棒１３０８と、下フランジ１３１０と、上フランジ１３１２とを含む。水溜１３０２がない蒸発器／凝縮器アセンブリの詳細図については、図１３Ｄを参照されたい。
ここで図１３Ｅを参照すると、蒸発器／凝縮器チャンバは、外郭構造１３１４と、複数の管１３１６と、下フランジ１３１０と、上フランジ１３１２とを含む。蒸発器／凝縮器チャンバ１３０４は、高圧蒸気の凝縮のための内部空洞を画定する。管１３１６は、蒸気が管１３１６の外面上で凝縮すると、高圧蒸気から管内の源水に熱エネルギーを伝達する。この実施形態では、管１３１６は、０．７５インチの外径を有し、銅から製造されてもよい。代替実施形態では、管１３１６は、ニッケル銅または他の複合材料を含むがそれらに限定されない、他の材料から製造されてもよい。管１３１６の直径はまた、多くの変数に応じて変動してもよい。管の直径に関する例示的実施形態における、前の論議を参照されたい。管１３１６の長さは、外郭構造１３１４ならびに下フランジ１３１０および上フランジ１３１２の厚さによって画定される、空洞の長さによって決定されてもよい。
依然として図１３Ｅを参照すると、管１３１６は、図１３Ｂ、１３Ｃ、および１３Ｅに示されるように、下フランジ１３１０および上フランジ１３１２による外郭構造１３１４によって画定される内部空洞内で支持される。各フランジは、フランジの中央の周りに軸方向に位置する複数の開口を有する。これらの開口は、管１３１６の端を含有してもよい。加えて、下フランジ１３１０および上フランジ１３１２はまた、外郭構造１３１４を適所で固定し、水溜１３０２およびミスト排除器アセンブリ１３０６への経路を提供する。源水が水溜１３０２を充填するにつれて、いくらかの水が、外郭構造１３１４の内部空洞の中に位置する管１３１６を充填し始める。熱エネルギーが管１３１６の中の源水に伝達されるにつれて、水が蒸発し始める。源水蒸気は、管１３１６を通ってミスト排除器アセンブリ１３０６の中へ移動する。蒸気は、上フランジ１３１２に位置する開口を通ってミスト排除器に進入する。
依然として図１３Ｅを参照すると、外郭構造１３１４は、複数の連結棒１３０８を使用して、下フランジ１３１０および上フランジ１３１２に固定される。これらの連結棒は、外郭構造１３１４の外周の周りに軸方向外側に配置される。加えて、連結棒１３０８はまた、ミスト排除器１３０６を上フランジ１３１２に、および水溜１３０２を下フランジ１３１０に固定する。連結棒の長さは、外郭構造１３１４の長さ、ならびに下フランジ１３１０、上フランジ１３１２、水溜１３０２、およびミスト排除器１３０６の厚さによって支配される。連結棒１３０８は、棒の各端上にネジ式締結具を取り付けるためのネジ山付きの端を有し、蒸発器／凝縮器の構成要素を一体に固定してもよい。加えて、連結棒１３０８は、ステンレス鋼等の十分な強度である任意の材料から製造されてもよい。連結棒１３０８は、青銅、チタン、繊維ガラス複合材料、および炭素鋼を含むがそれらに限定されない他の材料から製造されてもよい。
依然として図１３Ｅを参照すると、例示的実施形態では、外郭構造１３１４は、繊維ガラスから製造される。材料が耐食性であり、低熱伝導度と、蒸発器／凝縮器アセンブリ１３００の動作中に発現される内圧に耐えるのに十分な構造強度とを有するという選好により、他の材料が使用されてもよい。外郭構造の内径のサイズに関する例示的実施形態についての論議を参照されたい。
依然として図１３Ｅを参照すると、水溜１３０２は、下フランジ１３１０に接続され、蒸発器／凝縮器アセンブリチャンバ１３０４の管１３１６と流体接続している。水溜１３０２は、熱交換器から流入源水を収集する。源水は、水溜の側壁内に位置する入口ポートを通って、水溜１３０２に進入する。他の実施形態では、入口ポートは、異なる場所に（すなわち、底部に）位置してもよい。この実施形態では、水溜１３０２は、Ｇ１０プラスチックといった複合材料できている。他の実施形態では、水溜１３０２は、十分な耐食性および耐高温性を有する、任意の他の材料から製造されてもよい。他の材料は、アルミニウムＲＡＤＥＬ（登録商標）およびステンレス鋼を含むが、それらに限定されない。水溜１３０２はまた、源水に熱エネルギーを提供するように加熱要素を含んでもよい。この熱エネルギーは、源水が流体から蒸気に変化するのを補助する。
ここで図１４−１４Ｃを参照すると、上フランジ１３１２に取り付けられるのは、ミスト排除器アセンブリ１４００（図１３の１３０６としても識別される）である。このアセンブリは、図１４に図示された、キャップ１４０２、蒸気パイプ１４０４、およびミスト分離器１４０６から成ってもよい。キャップ１４０２は、蒸発器／凝縮器の蒸発器から生成される低圧蒸気を含有する。キャップ１４０２は、図１４Ａ−Ｃに示されるように、３つのポート１４０８、１４１０、および１４１２を有してもよい。水滴を除去するための体積の高さに関する例示的実施形態の蒸気室についての論議を参照されたい。加えて、キャップ１４０２は、図１４、１４Ｃ、および１４Ｄに示されたミスト分離器１４０６を含有する空洞を画定する。
依然として図１４−１４Ｃを参照すると、第１のポート１４０８は、キャップ１４０２の上部面の中央に位置してもよく、蒸気パイプ１４０４の第１の端を受容するためのものである。このポートは、圧縮器によって生成された高圧蒸気が、蒸気パイプ１４０４の第１の端を通って蒸発器／凝縮器に再進入することを可能にする。蒸気パイプ１４０４は、ミスト排除器アセンブリ１４００に進入する低圧蒸気と混合することなく、高圧蒸気がミスト排除器アセンブリ１４００を通って蒸発器／凝縮器に進入するための流体経路を提供する。この実施形態では、蒸気パイプ１４０４は、ステンレス鋼から製造される。他の実施形態では、蒸気パイプは、めっきを施したアルミニウム、ＲＡＤＥＬ（登録商標）、銅ニッケル、およびチタンを含むがそれらに限定されない、材料から製造されてもよい。蒸気パイプ１４０４の長さは、圧縮機と接続すること、およびミスト排除器アセンブリ１４００全体を通過することを可能にするのに十分でなければならない。蒸気パイプの第２の端は、上フランジ１３１２の中央に位置するポート内で受容される。蒸気パイプ１４０４の内径は、圧縮器にわたる圧力降下に影響を及ぼしてもよい。システムに対する別の効果は、蒸気パイプ１４０４がミスト排除器内の有効容積を低減して、低圧蒸気から水滴を除去することである。
依然として図１４−１４Ｃを参照すると、蒸気パイプ１４０４はまた、ミスト分離器１４０６を受容するための複数の外部溝を有してもよい。ミスト分離器１４０６は、開口を有する環状板である。この開口は、低圧蒸気が板を通過することを可能にする。一実施形態では、複数のミスト分離器が蒸気パイプ１４０４の溝内に設置される。これらの板は、開口が先述の板から１８０°となるように配向される。加えて、出口ポート１４１０に最も近い板は、開口がポートから１８０°となるように配向される。代替実施形態では、板は、水滴を収集するように、板の上部面上に溝を含んでもよい。これらの溝は、収集した水が板から流れ去り、ミスト排除器アセンブリ１４００の基部に向かって落ちることを可能にするように、先細であってもよい。ミスト分離器１４０６は、１対のスナップリングおよび波形ワッシャを使用して、蒸気パイプ１４０４に固定されてもよい。
依然として図１４−１４Ｃを参照すると、第２のポート１４１０はまた、キャップ１４０２の上部面に位置してもよく、乾燥低圧蒸気がミスト排除器アセンブリ１４００から退出することを可能にする。出口ポートのサイズおよび場所に関する例示的実施形態については、前の論議を参照されたい。
依然として図１４−１４Ｃを参照すると、第３のポート１４１２がキャップ１４０２の側壁内に位置してもよい。このポートは、低圧蒸気から除去された水が装置から退出することを可能にする。ポートの場所は、好ましくは、アセンブリ内に放出水を過剰に蓄積することなく、放出水がミスト排除器アセンブリ１４００から退出し得る高さにある。加えて、ポートの高さは、低すぎないことが好ましく、むしろ、管の出口を覆う放出水の液面を維持するのに十分であることが好ましい。例示的実施形態では、管は、ポート１４１２に接続されてもよく、放出水は、装置１００から退出する前に液面センサ筐体１０８および熱交換器１０２を通過してもよい。
依然として図１４−１４Ｃを参照すると、ミスト排除器アセンブリ１４００は、十分な耐食性および耐高温性を有する任意の材料から製造されてもよい。この実施形態では、ミスト排除器アセンブリは、ステンレス鋼から製造される。アセンブリは、ＲＡＤＥＬ（登録商標）、ステンレス鋼、チタン、および銅ニッケルを含むがそれらに限定されない、他の材料から製造されてもよい。
（圧縮器）
水蒸気蒸留装置１００は、圧縮器１０６を含んでもよい。例示的実施形態では、圧縮器は、再生ブロワである。他の種類の圧縮器が実装されてもよいが、この用途の目的で、再生ブロワが示されており、例示的実施形態に関して説明されている。再生ブロワの目的は、蒸発器／凝縮器の蒸発器域から退出する低圧蒸気を圧縮して、高圧蒸気を生成することである。蒸気の圧力を増加させると、蒸気の温度が上昇する。高圧蒸気が蒸発器／凝縮器の凝縮器域の管の上で凝縮すると、熱エネルギーが流入源水に伝達されるため、この温度の上昇が望ましい。高圧蒸気から伝達される熱エネルギーが再生ブロワに低圧蒸気を供給するため、この熱伝達が重要である。
低圧蒸気と高圧蒸気との間の圧力の変化は、生産水の所望の出力によって支配される。生産水の出力は、高圧蒸気の流速に関係する。圧縮器から蒸発器／凝縮器の凝縮器域への高圧蒸気の蒸気流速が、蒸気を受容する凝縮器の能力よりも大きければ、蒸気が過熱される場合がある。逆に、蒸発器／凝縮器の蒸発器側が、圧縮器が圧縮できるよりも多くの蒸気を生産した場合、蒸発器／凝縮器の凝縮器側は、圧縮器からの高圧蒸気の限定された流速により、全能力で動作しない場合がある。
ここで図１５−１５Ｇを参照すると、例示的実施形態は、蒸発器／凝縮器の蒸発器域からの低圧蒸気を圧縮するための再生ブロワアセンブリ１５００を含んでもよい。再生ブロワアセンブリ１５００は、図１５Ｃに図示されるように、内部空洞を画定する上筐体１５０２および下筐体１５０４を含む。上筐体１５０２および下筐体１５０４の詳細図については、図１５Ｄ−Ｇを参照されたい。上筐体１５０２および下筐体１５０４によって画定される内部空洞の中には、インペラアセンブリ１５０６が位置する。筐体は、ＲＹＴＯＮ（登録商標）、ＵＬＴＥＭ（登録商標）、またはポリスルホンを含むが、種々のプラスチックから製造されてもよい。代替として、筐体は、チタン、銅ニッケル、およびアルミニウムニッケル青銅を含むがそれらに限定されない、材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、上筐体１５０２および下筐体１５０４は、アルミニウムから製造される。代替実施形態では、材料が耐高温性と耐食性とを有し、水を吸収せず、十分な構造強度を有するという選好により、他の材料が使用されてもよい。筐体は、好ましくは、インペラアセンブリおよび関連内部通路を収容するのに十分なサイズである。さらに、筐体は、好ましくは、静止筐体と回転インペラとの間の十分な隙間を提供して、摺動接触を回避し、漏出がブロワの２つの段階の間で発生することを防止する。隙間に加えて、上筐体１５０２および下筐体１５０４は、相互の左右対称像であってもよい。
ここで図１５Ｄ−Ｆを参照すると、上筐体１５０２および下筐体１５０４は、入口ポート１５１０および出口ポート１５１２を有してもよい。蒸発器／凝縮器からの低圧蒸気は、入口ポート１５１０を通ってブロワアセンブリ１５００に進入する。例示的実施形態では、入口ポートは、上筐体１５０２および下筐体１５０４の環状流動チャネルの周囲にらせん流を生成するように成形される。低圧蒸気を圧縮した後、高圧蒸気が出口ポート１５１２から排出される。上筐体１５０２および下筐体１５０４の入口ポート１５１０と出口ポート１５１２との間では、ブロワアセンブリから退出する高圧蒸気およびアセンブリに進入する低圧蒸気の混合を防止するように隙間が低減される。例示的実施形態は、ストリッパー板１５１６を含んでもよい。この板において、上筐体１５０２および下筐体１５０４に提供される開放流動チャネルは、インペラブレード内にある高圧蒸気のみが、入口領域と呼ばれる入口ポート１５１０付近の領域を通過することを可能にする。
依然として図１５Ｄ−Ｆを参照すると、ストリッパー板１５１６を通した入口領域の中への高圧蒸気の持ち越しは、入口ポート１５１０からブロワアセンブリ１５００に進入する流入低圧蒸気と不可逆的に混合してもよい。蒸気の混合は、流入低圧蒸気の温度の増加を引き起こしてもよい。高圧蒸気の持ち越しはまた、入口領域中の高圧蒸気の膨張により、低圧蒸気の流入を遮断してもよい。上筐体１５０２および下筐体１５０４の中の減圧導管１５１４は、インペレブレードに封入された圧縮蒸気を抽出し、蒸気を入口領域の中へ放出して流入低圧蒸気を遮断してもよい。
依然として図１５Ｄ−Ｆを参照すると、入口ポート１５１０と出口ポート１５１２との間の距離は、ストリッパー板１５１６のサイズによって制御される。例示的実施形態では、ストリッパー板域は、入口領域の中への高圧蒸気の持ち越しの量を低減し、上筐体１５０２および下筐体１５０４内の作用流動チャネルを最大化するために最適化される。
ここで図１５Ｈ−Ｋを参照すると、例示的実施形態では、軸１５１４は、インペラアセンブリ１５０６に押し込まれ、軸１５１４によって支持される、加圧水供給軸受１５１６によって支持される。この実施形態では、軸受は、黒鉛から製造されてもよい。代替実施形態では、軸受は、Ｔｅｆｌｏｎ複合物および青銅合金を含むが、それらに限定されない材料から製造されてもよい。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、水がブロワアセンブリ１５００の圧縮チャンバに進入してもよい時に、加圧水供給軸受１５１６に供給される水は、好ましくは、清浄水である。水が圧縮チャンバに進入する場合、水は、おそらく純粋蒸気と混合する。純粋蒸気と混合する汚染水は、汚染高圧蒸気をもたらす。例示的実施形態では、生産水は軸受に供給される。
例示的実施形態の高速ブロワ軸受１５１６に対して、流体力学的潤滑が所望される。流体力学的動作において、回転軸受は、潤滑剤の膜に乗り、静止軸に接触しない。この潤滑のモードは、最低摩擦係数を提供し、構成要素の物理的接触がないため、摩耗は本質的に存在しない。
混合膜潤滑および境界潤滑のような、他の潤滑体制における動作は、流体力学的動作よりも高い電力喪失および高い摩耗率をもたらす。例示的実施形態では、ブロワは、流体力学的潤滑、膜潤滑、または両方の組み合わせを有して動作してもよい。回転軸受と静止軸との間の運転隙間、軸受の回転速度、ならびに潤滑流体圧力および流動は、軸受潤滑モードに影響を及ぼしてもよい。
ここで図１５Ｈ−Ｋを参照すると、流体力学的軸受では、制限荷重率が、熱散逸能力の影響を受けてもよい。非潤滑（または境界潤滑）軸受と比較すると、流体力学的軸受は、熱を消散させるための付加的な機構を有する。流体力学的軸受の最も効果的な熱放出方法は、潤滑流体が熱エネルギーを運び去ることを可能にすることである。例示的実施形態では、軸受供給水は、軸受１５１６から熱エネルギーを除去する。この実施形態では、軸受を通って流れる水の体積は、動作限界内に軸受の温度を維持するのに十分であることが好ましい。加えて、直径の隙間は、軸受供給水の流速を制御するように変動されてもよいが、これらの隙間は、好ましくは、流体力学的圧力の損失を生成するほど大きくない。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、軸受１５１６に供給される、軸受供給水の量は、好ましくは、流体力学的潤滑を維持するのに十分である。過度の軸受供給水は、ブロワアセンブリ１５００に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、過剰な水は、高圧蒸気を急冷して、装置の熱効率を不必要に低減する場合がある。過剰な軸受供給水の別の悪影響は、過剰な軸受供給水がインペラアセンブリから外向きに放出され、筐体壁と通過インペラブレードとの間に押し進められる時の、水の剪断による電力損失であり得る。
図１５Ｌを参照すると、例示的実施形態では、過剰な軸受供給水がインペラバケットに進入することを防止するために、軸受供給水用の帰還路１５２６がブロワ内に提供される。
再び図１５Ｈ−Ｋを参照すると、例示的実施形態では、軸受給水ポンプは、加圧水供給軸受１５１６への入力に対して、２〜５ｐｓｉの圧力を維持する。軸受供給水の流速は、一定の軸受供給水の圧力を有することによって維持されてもよい。例示的実施形態では、軸受供給水の圧力は、軸受１５１６への軸受供給水の流速を確保するように制御されてもよい。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、例示的実施形態では、インペラアセンブリは、機械的シールよりもむしろ磁気駆動連結部を使用するモータによって駆動されてもよい。機械的シールの欠如は、相互に接触する可動部と関連する摩擦損失をもたらさない。この実施形態では、磁気駆動連結部は、内側回転子磁石１５１８と、格納外郭構造１５２０と、外側磁石１５２２と、駆動モータ１５０８とを含んでもよい。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、内側磁石回転子１５１８は、カップ内に埋め込まれてもよい。例示的実施形態では、磁石は、軸方向に配置される。他の実施形態では、軸方向は、放射状に配置されてもよい。このカップは、プラスチックまたは金属材料から製造されてもよい。いくつかの実施形態では、カップの材料は、ＲＹＴＯＮ（登録商標）、ＵＬＴＥＭ（登録商標）、またはポリスルホンであってもよいが、それらに限定されない。同様に、磁石は、フェライト、アルミニウム・ニッケル・コバルト、サマリウムコバルト、およびネオジム鉄ホウ素を含むがそれらに限定されない、材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、カップは、インペラアセンブリ１５００に取り付けられる。例示的実施形態では、カップは、軸１５１４上に圧入される。カップを取り付けらせる他の方法は、スプラインおよび止めネジを含んでもよいが、それらに限定されない。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、磁気連結外郭構造１５２０は、内側回転子磁石１５１８と外側回転子磁石１５２２との間に配置される。磁気連結外郭構造１５２０は、圧力容器またはブロワアセンブリ１５００用の格納外郭構造である。この外郭構造は、ブロワアセンブリ１５００内で圧縮されている蒸気を密閉し、蒸気が周辺環境の中へ漏出することを防止する。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、外郭構造１５２０が内側回転子磁石１５１８と外側回転子磁石１５２２との間に位置するため、渦電流損失が発生する場合がある。外郭構造１５２０が導電性である場合には、回転磁場は、外郭構造を通して電流を流れさせ、電力損失を生じさせる場合がある。逆に、渦電流損失の量を低減するためには、高い電気抵抗性材料から製造された外郭構造１５２０が好ましい。例示的実施形態では、磁気連結外郭構造１５２０を製造するために、チタンが使用されてもよい。この材料は、高い電気抵抗および耐食性の組み合わせを提供する。軸受供給水と外郭構造１５２０との間の接触の可能性があるため、耐食性が好ましい。他の実施形態では、外郭構造１５２０は、より高い電気抵抗および耐食性を有するプラスチック材料から製造されてもよい。これらの代替実施形態では、外郭構造１５２０は、ＲＹＴＯＮ（登録商標）、ＵＬＴＥＭ（登録商標）、ポリスルホン、およびＰＥＥＫを含むがそれらに限定されない材料から製造されてもよい。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、外側回転子磁石１５２２は、駆動モータ１５０８に接続されてもよい。このモータは、外側回転子磁石１５２２を回転させ、内側回転子磁石を回転させて、インペラアセンブリ１５０６が、上筐体１５０２および下筐体１５０４によって画定される空洞内で低圧蒸気を圧縮することを可能にする。例示的実施形態では、駆動モータは電気モータであってもよい。代替実施形態では、駆動部は、内燃またはスターリングエンジンであってもよいが、それに限定されない。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、ブロワアセンブリ１５００は、２単段ブロワまたは２段階ブロワとして構成されてもよい。２単段ブロワの動作では、蒸発器／凝縮器の蒸発器側からの流入低圧蒸気は、ブロワの２つの別個の段の入口ポートの両方に同時に供給される。第１段階は、下筐体１５０４とインペラアセンブリ１５０６との間の底部にあってもよく、第２段階は、上筐体１５０２とインペラアセンブリ１５０６との間の最上部にあってもよい。インペラアセンブリ１５０６が回転するにつれて、両方の段階の入口ポート１５１０からの流入低圧蒸気は、同時に圧縮され、高圧蒸気は、上筐体１５０２の出口ポート１５１２および下筐体１５０４の出口ポート１５１２から退出する。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、対照的に、２段階ブロワは、２つの異なる圧縮サイクルを有する。第１の圧縮サイクル中、蒸発器／凝縮器の蒸発器からの低圧蒸気は、下筐体の入口１５１４に供給される。第１段階からの圧縮蒸気は、下筐体の出口ポート１５１６を通って退出し、上筐体１５０２の入口ポート１５１０に供給される。第１段階で圧縮された、この蒸気は、第２段階中に再び圧縮される。第２の圧縮サイクル後、蒸気は、上昇した圧力で、上筐体１５０２の出口ポート１５１２を通ってブロワアセンブリ１５００から退出してもよい。
所与のブロワ設計について、２単段ブロワおよび２段階ブロワ構成の両方は、独特の圧力流動曲線を有する。これらの曲線は、２単段ブロワが、より高い圧力差を生成する２段階ブロワと比較して、蒸気のより高い流速を生成することを示す。システム動作差圧に基づいて、ブロワの流速および効率は、ブロワの流動特性に依存している。ブロワアセンブリ１５００にわたる差圧に応じて、１つの構成が他の構成よりも好ましくてもよい。例示的実施形態では、ブロワアセンブリ１５００は、２単段ブロワ構成を有する。
ここで図１６−１６Ａを参照すると、上筐体１５０２および下筐体１５０４によって画定される内部空洞内に、インペラアセンブリ１６００（図１５の１５０６としても識別される）がある。インペラアセンブリ１６００は、インペラ１６０２の各側面上の複数のインペラブレードと、スピンドル１６０４とを含む。例示的実施形態では、インペラ１６０２は、Ｒａｄｅｌ（登録商標）から製造されてもよく、インペラスピンドル１６０４は、アルミニウムから製造されてもよい。代替実施形態では、これらの部品は、チタン、ＰＰＳ、ＵＬＴＥＭ（登録商標）を含むが、それらに限定されない材料から製造されてもよい。これらの材料が耐高温性を有し、水を吸収しないという選好により、これらの部品を製造するために他の材料が使用されてもよい。加えて、インペラスピンドル１６０４は、軸受供給水を水溜に戻すための通路を有してもよい。これらの通路は、軸受供給水がインペラバケットに進入することを防止する。
依然として図１６−１６Ａを参照すると、ブレードは、インペラが回転している時に一連のらせん流を生成するようにインペラ１６０２の周辺の各側面上に設計されている。この流動は、蒸気が開放環状チャネルを通って流れるにつれて、付加的なエネルギーのために、蒸気を繰り返しブレードに通過させる。ブレードの数およびバケットの体積は、所望の流速および圧力差を最適化するように設計されてもよい。ブレードの数およびバケットの体積は、相互に反比例し、したがって、ブレードの数を増加させると、より高い圧力差であるが、より低い流速を生成する。インペラ１６０２の外周上のラビリンス溝は、ブロワアセンブリ１５００の段階にわたって蒸気漏出を防止し、それにより、ブロワ効率を増加させる。
再び図１５Ｈ−Ｋを参照すると、軸１５１４は、上筐体１５０２および下筐体１５０４に取り付けられ、静止している。例示的実施形態では、軸１５１４は、チタンから製造されてもよい。他の実施形態では、軸１５１４は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、またはチタン、ならびに耐摩耗性および耐食性を増加させるための被覆を有するステンレス鋼を含むが、それらに限定されない材料から製造されてもよい。加えて、軸１５１４は、軸１５１６に軸受供給水を運ぶ、通路を有してもよい。
依然として図１５Ｈ−Ｋを参照すると、２段階ブロワ構成のブロワアセンブリ１５００は、下向きの軸推進力を生成してもよい。この力は、インペラアセンブリ１５０６の最上部における第２段階が、インペラアセンブリ１５０６の底部にある第１段階と比較して、より高い圧力にあるため、生成される。代替実施形態では、この推進力は、内側回転子磁石１５１８および外側回転子磁石１５２２をオフセットすることによって生成される、平等で反対方向の磁力によって平衡を保たれてもよい。この構成は、下方の加圧水供給軸受１５１６の推進面の過剰な摩耗を防止する。
ここで図１７−１７Ｅを参照すると、代替的な再生ブロワの実施形態１７００が示されている。この実施形態は、インペラ筐体アセンブリ１７０２と、取付板１７０４と、取付フランジ１７０６とを含んでもよい。再生ブロワアセンブリ１７００の断面図については、図１７Ｂ−Ｄを参照されたい。再生ブロワアセンブリ１７００の分解図については、図１７Ｅも参照されたい。
ここで図１７−１７Ｅを参照すると、取付板１７０４は、取付フランジ１７０６をインペラ筐体アセンブリ１７０２に接続する。取付板はまた、図１７Ｅに示されるように、インペラ筐体アセンブリ１７０２の下筐体１７０８の中に流体通路を提供する、ポートも提供する。加えて、取付板は、軸受供給水がブロワアセンブリ１７００から退出するための通路を提供する。
ここで図１７Ｆ−Ｉを参照すると、インペラ筐体アセンブリ１７０２は、下筐体１７０８と、インペラアセンブリ１７１０と、上筐体１７１２とを含んでもよい。また、インペラ筐体アセンブリ１７０２の断面図については、図１７Ｈ−Ｉも参照されたい。
ここで図１７Ｆ−Ｉを参照すると、下筐体１７０８および上筐体１７１２は、インペラアセンブリ１７１０を含有する内部空洞を画定する。この空洞は、インペラが流入低圧蒸気を圧縮するための容積を提供する。蒸気は、下筐体１７０８および上筐体１７１２内に位置する入口ポートを通ってインペラ筐体アセンブリに進入してもよい。低圧蒸気がインペラアセンブリ１７１０によって圧縮された後、高圧蒸気は、下筐体１７０８および上筐体１７１２に位置する出口ポートを通って退出してもよい。下筐体１７０８の詳細図については、図１７Ｊ−Ｋを参照されたい。加えて、下筐体１７０８および上筐体１７１２は、アルミニウム、チタン、ＰＰＳ、およびＵＬＴＥＭ（登録商標）から製造されてもよいが、それらに限定されない。
依然として図１７Ｆ−Ｉを参照すると、上筐体１７１２は、筐体の上部面に取り付けられるアクセスカバー１７１４を含んでもよい。アクセスカバー１７１４が設置された上筐体１７１２の上面図については、図１７Ｌを参照されたい。このカバーは、上筐体カバー内に位置するポートへのアクセスを可能にする。アクセスカバー１７１４が設置されていない上筐体１７１２の上面図を提供する、図１７Ｍを参照されたい。この図は、上筐体１７１２内に位置する入口および出口ポートを図示する。
ここで図１７Ｎを参照すると、下筐体１７０８および上筐体１７１２は、筐体の内面上に、減圧導管１７１６と、ストリップ板１７１８とを含んでもよい。これらの特徴は、ブロワアセンブリ１５００の例示的実施形態で説明されるものと同様の機能を果たす。
ここで図１８−１８Ａを参照すると、下筐体１７０８および上筐体１７１２によって画定される内部空洞は、インペラアセンブリ１８００（図１７の１７１０としても識別される）を含有する。このアセンブリは、図１８−１８Ａに示されるように、スピンドル１８０２と、ブレードを有するインペラ１８０４とを含んでもよい。低圧蒸気がインペラ筐体１７０２の内部空洞に進入すると、インペラアセンブリ１８００は、アセンブリが回転させられるにつれて蒸気を圧縮する。
依然として図１８−１８Ａを参照すると、駆動モータは、回転エネルギーを提供してインペラ１８０４およびブレードを回転させる。スピンドルの内面と軸との間には、軸受１７１６が位置してもよい。これらの軸受は、軸を支持し、インペラ１８０４が自由に回転することを可能にする。軸受１７１６は、スピンドル１８０２の端付近に位置してもよい。
装置の代替実施形態では、低圧蒸気は、その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００５年１月２７日発行の「Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｖａｐｏｒ Ｃｙｃｌｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願公開第２００５／００１６８２８Ａ１で説明されているような液封式ポンプを使用して、圧縮されてもよい。
（液面センサアセンブリ）
ここで図１９を参照すると、水蒸気蒸留装置１００の例示的実施形態はまた、液面センサアセンブリ１９００（図１では１０８としても識別される）を含んでもよい。このアセンブリは、装置１００によって生産される生産水および／または放出水の量を測定する。
ここで図１９−１９Ａを参照すると、液面センサアセンブリ１９００の例示的実施形態は、沈殿槽１９０２と、液面センサ筐体１９０４とを含んでもよい。沈殿槽１９０２は、水が放出液面センサタンク１９１２の中へ進入する前に、放出水中の運搬される微粒子を収集する。タンクは、水がタンクを通って流れる時の水の速度を低減することによって、放出水から微粒子を除去する。沈殿槽１９０２は、内部容積を画定する。容積は、排水ポート１９０８に近接近して、排水ポート１９０８の反対側の側壁から延在するフィン１９０５を使用することによって、ほぼ半分に分割されてもよい。このフィン１９０５は、容積の底部から最上部まで延在してもよい。放出は、入口ポート１９０６を通って進入し、水が液面感知ポート１９１０を通って進入してもよい前に、フィン１９０５の周囲を流れなければならない。放出が容器の本体の中へ進入するにつれて、面積の増加により、速度が減少する。放出中のあらゆる粒子は、速度減少によって懸濁液から沈降してもよい。沈殿槽１９０２は、耐食性および耐熱性を有する任意の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、筐体は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）から製造される。代替実施形態では、沈殿槽１９０２は、チタン、銅ニッケル、およびステンレス鋼を含むが、それらに限定されない他の材料から製造されてもよい。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、沈殿槽１９０２は、入口１９０６、排水１９０８、および液面センサポート１９１０といった、３つのポートを有してもよい。入口ポート１９０６は、図１９Ａ−Ｂに示されるように、沈殿槽１９０２の上部面内に位置してもよく、分離フィン１９０５に隣接し、排水ポート１９０８の反対側にあってもよい。このポートは、放出水がタンクに進入することを可能にする。排水ポート１９０８は、図１９Ａ−Ｂに示されるように、沈殿槽１９０２の底部に位置してもよい。排水ポート１９０８は、貯蔵部へのアクセスを提供して、タンクからの微粒子の除去を促進する。例示的実施形態では、タンクの底部は、図１９Ｂに図示されるように、排水部に向かって傾斜してもよい。液面センサポート１９１０は、図１９Ａに図示されるように、タンクの上部面内に位置し、また、分離フィン１９０５に隣接するが、入口ポート１９０６の反対側にあってもよい。このポートは、放出液面センサ貯蔵部１９１２への流体経路を提供する。第４のポートは図１９Ａに示されていない。このポートは、放出水が液面センサアセンブリ１９００から退出し、熱交換器に進入することを可能にする。このポートは、沈殿槽１９０２の上半分の側壁のうちの１つの内側に、かつ入口ポート１９０６から離れて位置する。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、例示的実施形態では、ストレーナが、放出水が放出液面センサ貯蔵部１９１２および沈殿槽１９０２から退出した後の流路内に設置されてもよい。ストレーナは、放出水が他の装置構成要素へと流れることを可能にしながら、大きい微粒子を収集してもよい。ストレーナは、耐食性を有する材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、ストレーナは、ステンレス鋼から製造される。加えて、フィルタ要素は、要素の清掃を支援するように可撤性であってもよい。ストレーナは、放出水から微粒子を除去して、熱交換器に進入する微粒子の量を限定する。放出水中の過剰な微粒子は、熱交換器の内管を薄片および堆積物で詰まらせ、熱交換器の効率を低減する場合がある。加えて、微粒子は、熱交換器を通る放出水の流動を妨害する閉塞を生じる場合がある。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、沈殿槽１９０２は、液面センサ筐体１９０４と流体接続している。この筐体は、放出液面センサ貯蔵部１９１２、生産物液面センサ貯蔵部１９１４、および軸受供給水貯蔵部１９１６を含むがそれらに限定されない、３つの内部貯蔵部を有してもよい。放出液面センサ貯蔵部１９１２は、汚染物質が生産水を放出水と混合することを防止するように、他の貯蔵部から独立している。液面センサ筐体１９０４は、耐食性および耐熱性を有する任意の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、筐体は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）から製造される。他の実施形態では、筐体は、チタン、銅ニッケル、およびステンレス鋼を含むが、それらに限定されない他の材料から製造されてもよい。他の実施形態では、球浮きが４５度の可動範囲を有してもよく、この移動中に、流体液面の体積の一定の変化があるという選好により、筐体は様々に成形されてもよい。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、液面センサ筐体１９０４内には、放出液面センサ貯蔵部１９１２がある。この貯蔵部は、タンク１９０２の上部面内に位置する測定ポート１９１０を介して、沈殿槽１９０２と流体接続している。貯蔵部は、装置によって生成される放出水の速度が液面センサ１９１８を使用して測定されてもよい場所を提供する。放出水が沈殿槽を充填するにつれて、その水のいくらかは、測定ポート１９１０を通って放出液面センサ貯蔵部１９１２の中へ流れる。加えて、通気ポート１９２３が貯蔵部の最上部内に位置してもよい。このポートは、空気が貯蔵部から漏出することを可能にして、放出水が空洞を充填することを可能にする。貯蔵部の容積は、水位を維持するのに十分でなければならない。過小の容積を有する筐体は、すぐに充填されて排出し、液面センサの機能に悪影響を及ぼす場合がある。対照的に、大きな容積を有する貯蔵部は、容積の所与の増加または減少に対するわずかな流体液面の高さの変化により、より緩速の液面センサ応答時間を有する場合がある。より大きい容積はまた、装置の動作によって生成される水位の変動を緩和する場合もある。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、生産物液面センサ貯蔵部１９１４は、放出液面センサ貯蔵部１９１２の隣に位置してもよい。生産物液面貯蔵部１９１４は、入口ポート１９２０および出口ポート１９２２を有する。生産水は、入口ポート１９２０を通って貯蔵部に進入し、出口ポート１９２２を通って貯蔵部から退出する。出口ポート１９２２は、貯蔵部からの水の流出を向上させるように、液面センサの低端測定点より下に位置してもよい。同様に、入口ポート１９２０は、流入水によって引き起こされる混乱を最小化するように、液面センサの低端測定点より下に位置してもよい。例示的実施形態では、入口ポート１９２０および出口ポート１９２２は、図１９Ａに示されるように、液面センサ筐体１９０４の側面上に位置してもよい。この貯蔵部は、装置によって生成されている生産物の速度を測定するための空間を提供する。さらに、ベントポート１９２３は、貯蔵部の上部の中に配置され得る。このポートは、生産水が空洞を充填することを可能にする貯蔵部から空気が逃げることを可能にする。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、生産物液面センサ貯蔵部１９１４は、軸受供給水貯蔵部１９１６と流体接続している。外部ポート１９２４は、図１９Ｃに示された、生産水が生産物液面センサ貯蔵部１９１４と軸受供給水貯蔵部１９１６との間を流れるための流体経路を提供する。生産水は、外部ポート１９２４を通って軸受供給水貯蔵部１９１６に進入する。加えて、軸受供給水貯蔵部１９１６は、図１９Ｃに示された供給ポート１９２６および帰還ポート１９２８を有する。供給ポート１９２６は、再生ブロワアセンブリ内の軸受を潤滑にするための流体経路を提供する。同様に、帰還ポート１９２８は、生産水が再生ブロワアセンブリの軸受の潤滑から帰還するための流体経路を提供する。供給および帰還ポートは、図１９Ｃに示されるように、液面センサ筐体１９０４の側面上に位置してもよい。
依然として図１９−１９Ａを参照すると、軸受供給水貯蔵部１９１６内の生産水の量を監視するために、光学液面センサが設置されてもよい。例示的実施形態では、光学液面センサは、軸受供給水貯蔵部１９１６の中の約２／３の高さに位置してもよい。このセンサは、水が貯蔵部内に存在することを感知して、軸受を潤滑するのに十分な水があることを示す。センサはまた、液面センサ筐体１９０４にセンサを螺入することによって設置されてもよい。センサは、水密シールを提供するためにＯリングを含んでもよい。他の実施形態では、センサは、伝導度センサ、フロートスイッチ、静電容量センサ、または超音波センサであってもよいが、それに限定されない。
ここで図１９Ｄ−Ｆを参照すると、２つの貯蔵部を有する代替的な液面センサ筐体１９３０が示されている。液面センサ筐体１９３０内には、放出液面センサ貯蔵部１９３２がある。この貯蔵部は、液面センサ筐体１９０４内の前述の放出貯蔵部１９１２と同様であり、それと同じ機能を果たす。対照的に、ここでは、生産物液面センサ貯蔵部１９３４は、再生ブロワの軸受に供給する生産水を含有する。液面センサ筐体１９０４の軸受供給水貯蔵部１９１６は、この構成から排除される。代わりに、生産水は、再生ブロワ用の水を供給するように、生産物液面センサ貯蔵部から引き出される。
依然として図１９Ｄ−１９Ｆを参照すると、生産物液面センサ貯蔵部１９３４は、入口ポート１９３５、出口ポート１９３６、帰還ポート１９３８、および供給ポート１９４０を有してもよい。入口ポート１９３５は、生産水が貯蔵部に進入することを可能にする。同様に、出口ポート１９３６は、生産水が筐体から退出するための流体経路を提供する。さらに、供給ポート１９４０は、生産水が貯蔵部から出て、再生ブロワの軸受を潤滑することを可能にする。再生ブロワの軸受を通過した後、生産水は、帰還ポート１９３８を通って生産物液面センサ筐体に再進入してもよい。これらのポートは、筐体の中のどこに位置してもよいが、供給ポート１９４０および帰還ポート１９３８を筐体の底部付近に配置することにより、液面センサの機能に対する悪影響を抑制してもよい。
ここで図１９Ｇ−Ｈを参照すると、液面センサアセンブリ１９１８からの入力を受信するように、センサ１９４２が液面センサ筐体１９０４の外側に配置されても良い。液面センサアセンブリ１９１８から入力を受信すると、センサ１９４２は、タンク中の水位が特定範囲内または特定液面であると信号伝達する。例示的実施形態では、センサは、連続アナログセンサであってもよい。この種のセンサは、液面センサアセンブリ１９１８の位置について連続フィードバックを提供する。液面センサ内の磁石が位置を変化させると、センサの場所を判定するために測定および使用される、電圧の変化が発生する。他の実施形態は、ホールセンサまたはリードスイッチを含んでもよいが、それに限定されない。図１９Ｈは、一式の浮動磁石１９４４および位置磁石１９４６を含む、液面センサアセンブリの１つの可能な代替実施形態を図示する。位置磁石１９４６は、液面センサ筺体１９０４の側面に取り付けられる。
ここで図２０−２０Ａを参照すると、放出液面センサ貯蔵部１９１２および生産物液面センサ貯蔵部１９１４内には、液面センサ２０００（図１９Ａおよび１９Ｅの１９１８としても識別される）がある。これらのセンサは、基部２００２と、アーム２００４と、浮動球２００６とを含んでもよい。
依然として図２０−２０Ａを参照すると、液面センサ２０００の例示的実施形態は、アーム２００４および浮動球２００６を支持する、基部２００２を含んでもよい。アセンブリはまた、２つの磁石（図示せず）も含む。基部は、アームおよび浮動球アセンブリに接続され、アセンブリは、小径軸（図示せず）上で枢動する。加えて、基部２００２は、２つの磁石を担持する。これらの磁石は、相互から１８０度に位置し、基部２００２の表面上で、かつ枢動部と平行に位置する。加えて、これらの磁石は、基部２００２内の枢動点と同軸上に配置されてもよい。例示的実施形態では、磁石は、軸の磁化方向を有する、円柱磁石であってもよい。
依然として図２０−２０Ａを参照すると、液面センサ２０００は、枢動部に対するアームおよび球アセンブリの回転を測定する。例示的実施形態では、最大変位角は４５度である。この実施形態では、液面センサは、浮動球２００６が枢動部の直下に配置されることを防止するように設置される。他の実施形態では、最大変位角は、８０度ほどの大きさであってもよい。センサは、筐体の壁を通して磁石を監視してもよい。この構成は、センサが腐食性の放出水に暴露されないこと、および液面センサ筐体を密閉することを可能にする。基部は、耐食性、耐熱性、および非磁性を有する任意の材料から製造されてもよい。例示的実施形態では、基部２００２は、Ｇ１０プラスチックから製造される。代替実施形態では、基部２００２は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）、チタン、銅ニッケル、および繊維ガラス積層品を含むが、それらに限定されない他の材料から製造されてもよい。
依然として図２０−２０Ａを参照すると、基部２００２には、アーム２００４が取り付けられる。アーム２００４は、基部２００２を浮動球２００６と接続する。例示的実施形態では、アーム２００４は、Ｇ１０プラスチック材料で製造される。材料が十分な耐高温性を有するという選好により、アーム２００４を製造するために他の材料が使用されてもよい。他の材料は、ステンレス鋼、プラスチック、ＲＡＤＥＬ（登録商標）、チタン、および銅ニッケルを含んでもよいが、それらに限定されない。アームの長さは、液面センサ貯蔵部のサイズによって支配される。加えて、例示的実施形態は、アームの長手軸に沿い、かつ垂直に位置する、複数の開口を有する。これらの開口は、アームの重量を低減し、アームが液面変化に対してより敏感になることを可能にする。
依然として図２０−２０Ａを参照すると、アーム２００４の他方の端には、浮動球２００６が付加される。浮動球２００６は、水流が接触するための表面積を提供する。水によって浮動球２００６に印加される力は、液面センサアセンブリ２０００を小径軸の周りに枢動させる。このアームの位置の変化は、装置の中の水の量を示す。浮動球は、耐食性および耐熱性を有する任意の材料から製造されてもよい。加えて、材料は、好ましくは、低い水吸収率を有する。例示的実施形態では、浮動球は、中空ステンレス鋼から製造される。源水が海水等の高濃度である用途については、浮動球２００６は、プラスチック、チタン、および銅ニッケルを含むがそれらに限定されない、任意の高耐食性材料から製造されてもよい。さらに、浮動球２００６は、好ましくは、液面センサ筐体１９０４内に配置されるように適正なサイズであるため、浮動球は自由に動くことが可能である。加えて、浮動球２００６のサイズは、液面センサ貯蔵部のサイズによって支配される。
ここで図２１−２１Ａを参照すると、軸受供給水貯蔵部１９１６の供給ポート１９２６には、軸受給水ポンプ２１００（図１−１Ａにおいて１１０としても識別される）が接続されてもよい。ポンプ２１００は、生産水が軸受供給水貯蔵部１９１６から再生ブロワへ流れることを可能にする。例示的実施形態では、流速は６０ｍｌ／分であり、圧力は２ｐｓｉから２〜１／４ｐｓｉに及ぶ。ポンプが再生ブロワ内の軸受への適正な潤滑流を維持するのに十分な量を提供することができるという選好により、任意の種類のポンプが使用されてもよい。加えて、ポンプ２１００は、好ましくは、周辺環境の高温およびポンプを通過する高温の生産水の高温に耐えるように耐熱性である。例示的実施形態では、軸受給水ポンプ１１０は、ＧＯＴＥＣ線形容積型ポンプ・モデル番号ＥＴＸ−５０−ＶＩＣである。代替実施形態では、ポンプが高温で動作することが可能であるという選好により、遠心分離ポンプ等の他のポンプの種類が使用されてもよい。
（制御機器）
装置はまた、異なる水流経路用の複数の制御弁を有する、多岐管を含んでもよい。典型的には、この多岐管は、装置に進入する水の量を制御するように、源水用の入口配管内に制御弁を含んでもよい。過大な圧力において、制御弁は開くことができなくなり、またはいったん開くと閉じることができなくなる場合があるため、源水の圧力を調節するために、調節器が入口配管に含まれてもよい。
同様に、多岐管はまた、放出水を装置の外へ運搬する出口配管内に制御弁を含んでもよい。この弁は、操作者が装置から退出する放出水の量を制御することを可能にしてもよい。
制御多岐管はまた、生産水用の出口配管内に制御弁を含んでもよい。この弁は、操作者が装置から退出する生産水の量を制御することを可能にしてもよい。例示的実施形態では、出口配管の各区分に対して１つの制御弁がある。同様に、装置は、蒸発器／凝縮器から気体化合物を放出するように通気弁を含む。通気弁は、少量の蒸気を排出することによって、装置の動作条件を維持する。蒸気を放出することにより、装置が過熱することを防止する。同様に、蒸気を放出することにより、装置が機能することを妨害する場合がある、凝縮器空間中の化合物の蓄積も防止する。
典型的には、制御弁は、同じ種類であってもよい。例示的実施形態では、制御機器は、ＳＰＡＲＴＡＮ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ（Ｂｏａｒｄｍａｎ，Ｏｈｉｏ ４４５１３）製のソレノイド型弁シリーズ４ＢＫＲ、モデル番号９−４ＢＫＲ−５５７２３−１−００２である。代替実施形態では、制御機器は、比例弁であってもよいが、それに限定されない。制御弁は、０〜５ボルトの電気入力を使用して、電子的に操作される。
また、装置は、その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００５年９月８日発行の「Ｂａｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ」と題された米国特許出願公開第２００５／０１９４０４８Ａ１で説明されているような、背圧調節器を含んでもよい。
水蒸気蒸留装置は、電圧調節器を含んでもよい。典型的には、装置は、従来の壁コンセントから提供される単相電力を受容してもよい。しかしながら、他の国では、電圧が異なる場合がある。この電圧の差異に対処するために、適正な種類の電圧が装置の電気構成要素に供給されることを確実にするように、電圧調節器が装置に含まれてもよい。
加えて、装置に電気エネルギーを提供するように、バッテリがシステム内に含まれてもよい。電気エネルギーがバッテリから供給されると、装置は、好ましくは、流入電気を直流から交流に変化させるような、電気インバータを含む。他の実施形態では、装置は、スターリングおよび内燃エンジンから電気エネルギーを受容してもよい。これらの実施形態もまた、電気インバータを必要としてもよい。他の実施形態では、装置は、電気構成要素に電力供給するように装置に供給される電圧の量を増加させるために、ブーストループを含んでもよい。
（水を蒸留する方法）
本明細書では、源水を濾すステップと、熱交換器を使用して源水を加熱するステップと、源水を低圧蒸気に変換するステップと、乾燥低圧蒸気を生成するように原料蒸気から水を除去するステップと、乾燥低圧蒸気を高圧蒸気に圧縮するステップと、高圧蒸気を生産水に凝縮するステップとを含む、水蒸気蒸留の方法も開示される。
ここで図２２−２２Ａを参照すると、源水は、蒸気に変換され、後に生産水と呼ばれる清浄な純水に凝縮する、汚染水である。図２２は、以前に開示された装置内の源水の流体経路を図示する。源水は、図２２Ａに図示されるように、熱交換器に接続された入口管を通って装置に進入する。典型的には、ポンプは、入口管を通って熱交換器の中へ源水を流れさせるように設置されてもよい。入口管内には、原料が管に進入する場所と熱交換器との接続部との間に設置されたストレーナ２２０２があってもよい（図２２Ａを参照）。他の実施形態では、装置の中への源水の流動を調節するために、調節器２２０４が入口管内に配置されてもよい。同様に、一実施形態では、水源から装置を分離するために、弁２２０６が入口管内に配置されてもよい。
依然として図２２−２２Ａを参照すると、動作時に、源水は、ストレーナ２２０２を通過して大きな微粒子を除去する。これらの大きな微粒子は、入口および放出弁または熱交換器の内管を詰まらせることによって、装置の動作に悪影響を及ぼす場合がある。また、微粒子は、蒸発器／凝縮器の管の上に堆積して、装置の効率を低減する場合がある。例示的実施形態では、ストレーナ２２０２は、制御弁の前に位置する。他の実施形態では、ストレーナは、入口ポンプ（図示せず）の前に配置されてもよい。例示的実施形態では、ストレーナ２２０２は、５０μのユーザクリーナユニットを有する。代替実施形態では、装置は、ストレーナ２２０２を含まなくてもよい。源水がストレーナ２２０２を通過した後、水は熱交換器２２０８に進入する。
ここで図２２Ｂを参照すると、熱交換器２２０８に進入する際に、源水は、熱交換器２２０８の外管を充填してもよい。例示的実施形態では、熱交換器は、逆流チューブインチューブ熱交換器である。源水は、ほぼ周囲温度で熱交換器に進入する。逆に、生産水および放出水は、周囲よりも高い温度を有して熱交換器に進入する。源水は、一方の端で熱交換器に進入し、生産水および放出水は、反対の端で熱交換器に進入する。源水が熱交換器を通って流れるにつれて、生産水および放出水の高い熱エネルギーが、熱交換器の内管から源水へと外向きに伝導される。この源水の温度の上昇は、蒸発器／凝縮器において、水がより効率的に蒸気に変化することを可能にする。
ここで図２２Ｃ−Ｄを参照すると、いったん源水が逆流チューブインチューブ熱交換器を通過すると、水は熱交換器から退出し、再生ブロワモータ冷却ループに進入する。動作中、再生ブロワモータ２２１０は、熱エネルギーを生成する。この熱エネルギーは、ブロワが適正に動作するために、ブロワモータ２２１０から除去されなければならない。源水がブロワモータ冷却ループを通過するにつれて、ブロワモータによって生成された熱エネルギーは、源水に伝達される。熱伝達は、ブロワモータがより低い動作温度を維持することを可能にし、源水の温度を上昇させる。源水の温度が高いほど、装置の効率を増加させるが、それは、蒸気への源水の相変化を生じさせるために、より少ないエネルギーが必要とされるからである。源水は、再生ブロワモータ冷却ループから出て、図２２Ｅに図示された水溜２２１２を通って蒸発器／凝縮器に進入する。
ここで図２３−２３Ａを図示すると、装置の中には、放出水と呼ばれる高濃度の源水も存在する。この水は、装置から微粒子を除去して、蒸発器／凝縮器の管の上にスケールダウンすることを防止する。この流体は、源水の中に存在していた不揮発性の汚染物質を含有する場合がある。これらの汚染物質は、汚染物、重金属、または有機化合物からの薄片を含んでもよいが、それらに限定されない。具体的には、これらの汚染物は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムを含んでもよいが、それらに限定されない。加えて、放出水は、熱交換器を通過する時に、源水に熱エネルギーを伝達する。図２３は、以前に開示された装置内の放出水の流体経路を示す。放出水は、図２３Ａに示されるように、蒸気室２３０２に収集される。低圧水蒸気が蒸気室２３０２を通過するにつれて、水滴が水蒸気から分離される。これらの水滴は、蒸気室２３０２の底部に蓄積し、既存の放出水に追加される。放出水位が増加するにつれて、水はポートを通って蒸気室２３０２から退出する。このポートを通って、放出水は、蒸気室２３０２から出て、図２３Ａに図示された液面センサ筐体２３０４に進入する。
ここで図２３Ｂ−Ｃを参照すると、放出水は、液面センサ筐体２３０４に進入し、沈殿槽２３０６を充填する。放出水が沈殿槽２３０６を通過するにつれて、水の中の微粒子は、タンクの底部に沈殿し、したがって、微粒子から水を分離する。水から微粒子を分離することにより、微粒子が熱交換器に進入することを防止する。熱交換器は、水中の微粒子の存在によって悪影響を受ける場合がある。微粒子は、熱交換器の内管に集まり、熱交換器の効率をより低くさせる場合がある。微粒子は、内管を通る放出流を低減し、源水に伝達されることが可能な熱エネルギーの量を低減する場合がある。場合によっては、微粒子の一群は、熱交換器を通る放出水の流動を妨害する、内管内の閉塞を生じる場合がある。放出水が沈殿槽２３０６を充填するにつれて、水はまた、図２３Ｃに図示された放出液面センサ貯蔵部２３０８を充填してもよい。
ここで図２３Ｄ−Ｇを参照すると、放出水は、液面センサ筐体２３０４から退出する際に、図２３Ｅに示された熱交換器２３１２に進入する前にストレーナ２３１０を通過してもよい。ストレーナ２３１０は、液面センサ筐体２３０４の沈殿槽２３０６を通って流れた後に残留している放出水内の微粒子を除去する。放出水から微粒子を除去することにより、システム内の熱交換器および弁における微粒子の蓄積を低減する。放出水は、図２３Ｅに示されるように、熱交換器２３１２に進入し、内管の１つを充填する。水は、図２３Ｆに図示されるように、熱交換器２３１２を充填する。放出水が熱交換器を通過するにつれて、放出水を含有する管を通して、より高い温度の放出水からより低い温度の源水へと熱エネルギーが伝導される。放出水は、図２３Ｇに図示された熱交換器から退出する。熱交換器から出た後、放出流体は、混合缶２３１４を通過して、装置から放出されている蒸気が、個人または隣接する物体に潜在的に危害を加えることを防止する。蒸気は、装置エネルギーバランスを維持するように、凝縮器空間から周期的に排出されてもよい。同様に、気体蒸気（例えば、揮発性有機化合物、空気）は、装置の適正な動作を維持するために、凝縮器空間から一掃されなければならない。蒸気および気体蒸気の両方は、低温放出水を有する混合缶２３１４の中へ放出される。蒸気を放出水の中へ混合することによって、蒸気を凝縮することは、蒸気が安全に放出されることを可能にする。他の実施形態では、装置から混合缶を分離するか、または装置から退出する放出水の流速を調整するために、熱交換器２３１２および混合缶２３１４を接続する管類の中に配置された弁があってもよい。
ここで図２４−２４Ａを参照すると、蒸発器／凝縮器内の管の外面に接触した時に高圧蒸気が凝縮すると、生産水が形成される。図２４は、以前に開示された装置内の生産水の流体経路を示す。生産水は、図２４Ａに示されるように、蒸発器／凝縮器２４０２において生成される。高圧蒸気が蒸発器／凝縮器の管の外面に対して凝縮するにつれて、水滴を形成する。これらの水滴は、蒸発器／凝縮器２４０２の底部に蓄積し、生産水を生成する。生産水位が増加するにつれて、水は、ポートを通って蒸発器／凝縮器２４０２から退出し、図２４Ａに図示された液面センサ筐体２４０４に進入する。
ここで図２４Ｂ−２４Ｅを参照すると、生産水は、図２４Ｂに示された生産物液面センサ貯蔵部２４０６に接続されたポートを通って、液面センサ筐体２４０４に進入してもよい。この貯蔵部は、流入生産水を収集し、装置によって生成される水の量を測定する。水は、生産物液面センサ貯蔵部２４０６から退出し、図２４Ｃに図示された熱交換器２４０８に進入する。高温生産水は、熱交換器２４０８を通過する間に、熱交換器２４０８の内管を通して低温源水に熱エネルギーを伝達する。図２４Ｄは、熱交換器２４０８を通過する生産水を図示する。熱交換器２４０８を通過した後、生産水は、図２４Ｅに図示されるように装置から退出する。例示的実施形態では、装置は、生産物迂回弁２４１０と生産物弁２４１２とを含んでもよい。生産物弁２４１２は、操作者が装置から退出する生産水の流水を調整することを可能にする。典型的には、いったん貯蔵部が５０パーセント充満すると、貯蔵部に進入する水の量が貯蔵部から退出する量と等しくなるように、生産物弁２４１２が循環される。システムの初期起動中に、生産の最初の数分間、生産される生産水は、生産物迂回弁２４１０を開くことによって廃棄物として拒絶される。いったん生産物が十分な質であると判定されると、生産物迂回弁２４１０が閉じ、生産物弁２４１２が動作を開始する。
ここで図２４Ｆ−２４Ｈを参照すると、生産水が生産物液面センサ貯蔵部２４０６を充填するにつれて、水は軸受供給水貯蔵部２４１０にも進入してもよい。軸受供給水貯蔵部２４１０は、再生ブロワ２４１２内の軸受を潤滑するための流入生産水を収集する。生産水は、軸受供給水タンク２４１０から退出し、図２４Ｇに示されるようにポンプ２４１４に進入してもよい。ポンプ２４１４は、生産水を再生ブロワに移動させる。ポンプ２４１４から出た後、生産水は、図２４Ｈに図示された再生ブロワ２４１２に進入する。
ここで図２４Ｈ−２４Ｉを参照すると、ブロワ２４１２に進入する際に、生産水は、軸受とブロワの軸との間に潤滑を提供する。再生ブロワ２４１２から退出した後、生産水は、軸受供給水貯蔵部２４１０を通って液面センサ筐体２４０４に再進入してもよい（図２４Ｉを参照）。
ここで図２５−２５Ｃを参照すると、装置の全体を通して水の流動を支援するために、通気路が提供されてもよい。これらの経路は、装置から空気または蒸気を除去することによって、装置を通る水の流動を支援する。通気路を図２５に示す。図２５Ａは、放出液面センサ貯蔵部２５０２から蒸発器／凝縮器２５０８の蒸気室２５０４までの通気路を図示する。この経路は、貯蔵部内の空気が退出することを可能にして、より多くの放出水が貯蔵部に進入することを可能にする。同様に、図２５Ｂは、生産物液面センサ貯蔵部２５０６から蒸発器／凝縮器２５０８までの通気路を図示する。この経路は、貯蔵部内の空気が退出することを可能にして、生産水が貯蔵部に進入することを可能にする。最後に、図２５Ｃは、装置内の空気が、混合缶１５１０を通って周囲の外気へと装置から退出することを可能にする、蒸発器／凝縮器２５０８の凝縮器域からの通気路を示す。加えて、この通気路は、装置から少量の蒸気を排出することによって、装置の平衡を維持することを補助する。
ここで図２６を参照すると、動作時に、源水は、図２２−２２Ｅで説明された方式で蒸発器／凝縮器２６０８の水溜２６０２に進入する。源水が最初に水溜２６０２に進入すると、加熱要素を使用して、付加的な熱エネルギーが水に伝達されてもよい。典型的には、加熱要素は、水蒸気蒸留装置の初期起動中に使用されてもよい。そうでなければ、加熱器は典型的には使用されてない。水溜の中の源水の量が増加するにつれて、水は水溜から流出し、図２６に図示された、水溜２６０２と蒸発器／凝縮器２６０８との間に配置された板２６０６の内側のポートを通って、蒸発器／凝縮器の管２６０４に流入する。装置の初期起動中、蒸発器／凝縮器２６０８の蒸発器部分は、放出液面センサ貯蔵部の中に十分な量の水が存在するまで、源水でいっぱいにされる。初期起動後において、管２６０４は依然として源水でいっぱいのままである。
ここで図２６Ａ−２６Ｅを参照すると、いったん管２６０４の中に入ると、源水は、管２６０４の外側に存在する高圧蒸気から管壁を通る熱エネルギーの伝導によって加熱される。図２６Ａは、蒸発器／凝縮器２６０８の管２６０４を通って流れる湿潤低圧蒸気を図示する。湿潤低圧蒸気は、蒸発器／凝縮器２６０８の管２６０４を通って移動し、図２６Ｂに図示される蒸気室２６１０に進入する。蒸気が蒸気室２６１０の内部を通って流れるにつれて、蒸気内の水滴が蒸気から分離される。これらの水滴は、蒸気室２６１０の基部に集まり、基部にすでに存在している放出水に追加される（図２６Ｃ−Ｄを参照）。放出水は、図２３−２３Ｇで説明された方式で装置から流出する。乾燥低圧蒸気は、蒸気室２６１０から退出し、図２６Ｅ−Ｆに図示されるように再生ブロワ２６１２に進入する。
ここで図２６Ｆ−Ｈを参照すると、いったん再生ブロワ２６１２の中に入ると、乾燥低圧蒸気は、圧縮されて、乾燥高圧蒸気を生成する。乾燥蒸気が圧縮された後、高圧蒸気は、再生ブロワ２６１２から退出し、蒸気室２６１０の蒸気管２６１４に進入する。ブロワ２６１２から退出し、蒸気室２６１０の蒸気管２６１４に進入する蒸気を図示する、図２６Ｇ−Ｈを参照されたい。
ここで図２６Ｈ−Ｊを参照すると、蒸気管２６１４は、蒸発器／凝縮器２６０８の内部空洞と流体接続している。蒸気管２６１４は、蒸気がブロワ２６１２から蒸発器／凝縮器２６０８の凝縮器側に進入するための独立した経路を提供する。高圧蒸気は、蒸気の圧力を維持するために、および蒸気に汚染物質がないことを確実にするために分離される。乾燥高圧蒸気は、蒸気室２６１０の蒸気管２６１４から退出し、蒸発器／凝縮器２６０８の内部空洞に進入する。高圧蒸気を含有する蒸発器／凝縮器２６０８の内部空洞を示す、図２６Ｉを参照されたい。高圧蒸気が蒸発器／凝縮器２６０８の管２６０４の外面に接触するにつれて、蒸気は、管２６０４に熱エネルギーを伝達する。このエネルギーは、管壁を通して、管２６０４内に位置する源水に伝導される。エネルギーが蒸気から管壁に伝達されると、蒸気は、蒸気から流体へと凝縮する。この流体は、生産水として知られる。水滴が管壁の外側で形成するにつれて、これらの水滴は、蒸発器／凝縮器２６０８の基部に流下する。蒸発器／凝縮器２６０８の内部空洞内の生産水の形成を示す、図２６Ｊを参照されたい。空洞内の生産水の量が十分である時に、生産水は、図２４−２４Ｉに図示されるように、蒸発器／凝縮器から流出してもよい。
ここで図２７を参照すると、説明される装置の性能に影響を及ぼす場合がある、幾つかの要因がある。これらの要因のうちの１つは、再生ブロワにわたる圧力差である。図２７は、１リットルの生産物を生産するために必要とされるエネルギー量と再生ブロワにわたる圧力の変化との間の関係を図示するグラフである。理想的には、最小量の電気を使用して最大量の生産水が生産されるように、ブロワを操作することが望まれる。このグラフから、１．５ｐｓｉと２ｐｓｉとの間の圧力差でブロワを操作すると、最小量のエネルギーを使用して１リットルの生産水を生産する。この範囲以上または以下の圧力でブロワを操作すると、１リットルの水を生産するために必要とされるエネルギーの量が増加する。
ここで図２８を参照すると、装置の性能に影響を及ぼす場合がある、別の要因は、蒸発器／凝縮器アセンブリの内部空洞内に設置される熱伝達管の数である。図２８は、再生ブロワにわたる圧力の所与の変化について、熱伝達管の数と生産水の生産流量との間の関係を図示する。このグラフから、熱伝達管の数を多く有するほど、生産水の生産が増加している。このグラフでは、時間当たり最大量の生産水を生産する構成は、８５本の管を有するアセンブリである。最小量の水を生産する構成は、２ｐｓｉ以下の圧力に対して４３本のみの管を有するアセンブリである。
ここで図２９を参照すると、この図は、異なる熱伝達管構成によって生成される生産水の量を図示する。このグラフでは、１０２本の熱伝達管を有する構成が、最高量の生産水を生成した。対照的に、より短い長さの管、かつ、４８本のみの管を有する構成が、最小量の生産水を生産した。
ここで図３０を参照すると、他の構成よりも少ない数の管を有するにもかかわらず、４８本の熱伝達管構成は、表面積当たり、より多くの水を生産する。図３０は、生成される生産物の量と熱伝達表面積の大きさとの間の関係を図示する。このグラフは、１５インチの管の長さを有する４８本の熱伝達管構成が、最も効率的な設計であることを示す。最も効率の低い構成は、１０２本の熱伝達管設計である。したがって、蒸発器／凝縮器内で多数の管を有することにより、より多くの水を生産し得るが、より少ない数の管を有する設計は、資源の最も効率的な使用を提供し得る。
ここで図３１を参照すると、このグラフは、２つの４８本の熱伝達管設計の性能の差異を示す。このグラフでは、設計の差異は、管の長さである。再生ブロワにわたる種々の圧力変化において、このグラフは、２つの構成について、使用されるエネルギーの量と水の生産流量とを対比する。２０インチの長さの管を有する構成は、わずかにより多くの生産物を生産する一方で、再生ブロワにわたる均一な圧力差において、わずかにより少ないエネルギーを消費する。
（制御の方法）
圧縮器にわたる圧力差は、装置が生成し得る生産水の量を直接決定する。装置からの特定量の生産水出力を確保するために、圧縮器にわたる圧力差を調整することができる。圧縮器の速度を増加させると、典型的には、蒸発器／凝縮器の双方にわたる圧力差の増加をもたらす。圧力差を増加させると、源水が清浄な生産水に蒸発させられる速度が増加する。
水蒸気蒸留装置１００を制御する際の制限要因のうちの１つは、機械を操作するために必要とされる放出水の量である。十分な放出水がないと、源水から分離される微粒子が装置の中に残留する。この微粒子の蓄積は、装置の動作および効率に悪影響を及ぼす。
微粒子が装置から除去されることを確実にするために、微粒子を装置の外へ運搬するのに十分な量の放出水が存在しなければならない。特定の環境で装置を操作するためにどれだけの放出水が必要とされるかを判定するため、装置に進入する水（源水）の量を知らなければならない。源水が高濃度の微粒子を有する場合には、装置から微粒子を吸収および除去するために、より多くの放出水が必要とされる。逆に、源水が低濃度の微粒子を有する場合には、より少ない放出水が必要とされる。
装置によって生成される生産水および放出水の量を制御および観察するために、いくつかの異なる制御方法が実施されてもよい。これらの方式は、装置の中に位置する貯蔵部内の生産水および放出水の水位を測定するステップ、装置によって生成される生産水および放出水の流速を測定するステップ、流入源水の量を測定するステップ、および生産水の出力量を測定するステップを含んでもよいが、それらに限定されない。
例示的実施形態の液面センサアセンブリは、水位および水の流速の両方を測定してもよい。水位は、液面センサアセンブリの移動によって測定されてもよい。水が貯蔵部を充填するにつれて、水は液面センサアセンブリの位置の変化を生じさせる。
液面センサアセンブリの位置の変化、貯蔵部の面積、および水位の変化と関連する時間を知ることによって、水の流速を判定してもよい。浮動センサの使用に起因して圧力降下がないので、流れを判定するために浮動センサを使用することが有利である。流速は、装置の性能、およびその性能が装置の正常動作と一致するかどうかを示してもよい。この情報は、装置が適正に機能しているかどうかを操作者が判定することを可能にする。例えば、流速が正常動作条件以下であると操作者が判定した場合には、操作者は、不純物について入口配管内のストレーナを、またはスケールについて蒸発器／凝縮器の管を調べてもよい。同様に、操作者は、装置の調整を行うために流速を使用してもよい。これらの調整は、生成される放出水および生産水の量を変化させるステップを含んでもよい。流速が装置の性能を示し得るが、この測定は必要ではない。
水蒸気蒸留装置の動作を制御するために、流入源水または流出生産水のいずれかの水質が使用されてもよい。この制御方法は、水質に基づいて機械の動作を判定する。一実施形態では、生産水の伝導度が監視される。伝導度が指定限度を超えると、センサが装置を停止させる信号を送信する。いくつかの実施形態では、センサは、伝導度センサであってもよいが、それに限定されない。代替実施形態では、放出水の伝導度を監視するステップを含んでもよい。放出水の伝導度が規定限度を超えると、センサが装置に進入する源水の量を増加させる信号を送信する。源水の増加は、放出水の伝導度を低減する。別の実施形態では、源水の伝導度が監視されてもよい。伝導度が規定限度を超えると、センサが源水の流速を調整する信号を送信する。より高い源水の伝導度が、源水および放出水のより高い流速をもたらしてもよい。
代替実施形態では、装置は、装置が定常モードを有する制御方式を含んでもよい。このモードの間、装置は、消費される電力の量を低減する。他の実施形態では、このモードの間、加熱要素が水溜中の源水の特定の温度または温度範囲を維持し続けてもよい。水溜中の源水の温度を維持することにより、機械がより多くの生産水を生成し始めるための時間量を低減する。加えて、このモードの間、再生ブロワは機能しておらず、入口および出口弁は閉じられている。
源水の質を分析するために源水試料に行ってもよい検査の例は、細菌検査、鉱物検査、および化学検査を含むが、それらに限定されない。細菌検査は、試料内に存在する場合がある細菌の量を示す。最も一般的な種類の細菌検査は、全大腸菌群である。
鉱物検査の結果は、水中の鉱物性不純物の量を示す場合がある。大量の鉱物および他の不純物は、健康的危害を及ぼし、水の外観および有用性に影響を及ぼす場合がある。
遂行されてもよい別の種類の水の検査は、化学検査である。多くの人工化学物質が上水道を汚染し、水の消費者に健康的危害を及ぼす場合がある。特定の化学物質または特定の種類のか学区物質が水の中にあると疑われない限り、この種の検査は、不特定の化学汚染物質に対して高価であるため、日常的に行われなくてもよい。しかしながら、特定の化学物質が源水中に存在すると疑われる場合は、検査が行われてもよい。いくつかの特定の水質検査の例を以下で説明する。
ｐＨ−水の相対的な酸性度を測定する。７．０のｐＨレベルが中性と見なされる。純水は、７．０のｐＨを有する。７．０未満のｐＨレベルを有する水は、酸性と見なされる。ｐＨが低くなるほど、水がより酸性となる。７．０より大きいｐＨを有する水は、塩基性またはアルカリ性と見なされる。ｐＨが大きくなるほど、そのアルカリ性度が大きくなる。米国では、天然水のｐＨは通常、６．５から８．５の間である。５を下回るか、または９．５を上回るｐＨを有する淡水源は、植物または動物種に栄養を補給することができない場合がある。ｐＨは、検査のための当技術分野における任意の公知の方法を使用して、判定されてもよい。
ｐＨは、温度の変化がｐＨ値に影響を及ぼすため、好ましくは源水検査場で直ちに測定される。好ましくは、水試料は、湖、小川、川、水たまり等を使用する場合、「土手」から離れた水面下の場所で採取される。
硝酸塩−窒素は、タンパク質を構築するために、全ての生きた植物および動物によって必要とされる元素である。水界生態系では、窒素は多くの形で存在する。それは、酸素と結合して、硝酸塩と呼ばれる化合物を形成してもよい。硝酸塩は、肥料、下水、および産業廃棄物に由来する場合がある。それらは、湖および池の富栄養化を引き起こす場合がある。富栄養化は、栄養分（硝酸塩およびリン酸塩等）が水体に加えられると発生する。これら栄養分は通常、農地、下水、洗剤、動物の排泄物、および漏出している浄化槽システムからの流出液に由来する。硝酸塩の存在は、検査のための当技術分野における任意の公知の方法を使用して、判定されてもよい。
濁度−濁度とは、水がどれだけ澄んでいるか、またはどれだけ混濁しているかを指す。澄んだ水は、低濁度レベルを有し、混濁した水または泥水は、高濁度レベルを有する。高レベルの濁度は、土壌、堆積物、下水、およびプランクトン等の懸濁した粒子によって引き起こされる場合がある。土壌は、付近の土地から、浸食または流出液によって水に進入する場合がある。堆積物は、例えば、魚またはヒトによる、水中の過度の活動によって撹拌される場合がある。下水は、廃棄物の流出の結果であり、高レベルのプランクトンは、水中の過剰な栄養分による場合がある。
水の濁度が高い場合、その中には多くの懸濁した粒子がある。これらの土壌粒子は、日光を遮断し、水生植物が光合成のために必要とする日光を得ることを妨害する。植物がより少ない酸素を産生し、それにより、ＤＯ液面が減少する。植物はより容易に枯れ、水中の細菌によって分解され、それがＤＯ液面をさらに一層低減する。濁度は、検査のための当技術分野における任意の公知の方法を使用して、判定されてもよい。
大腸菌−大腸菌群が上水道の中に存在する場合、上水道が下水または他の腐敗廃棄物で汚染されている可能性がある兆候である。通常、大腸菌群は、水の表面膜上または底の堆積物中に大量に見出される。
ヒトまたは他の温血動物の下部腸で見出される糞便性大腸菌は、一種の大腸菌群である。上水道の中の糞便性大腸菌の存在は、下水が水を汚染したという分かりやすい兆候である。検査は、特異的に糞便性大腸菌について、または全ての大腸菌株を含む全大腸菌群について行われてもよく、糞便汚染を示してもよい。大腸菌の存在は、検査のための当技術分野における任意の公知の方法を使用して、判定されてもよい。
動作時に、水機械は、源水および／または生産水の伝導度検査を行って、システムに進入および退出する水の質を判定してもよい。この検査は、システムの入口および出口配管内に設置された伝導度センサを使用して遂行されてもよい。高伝導度を有する水は、水がより多くの量の不純物を有することを示す。逆に、より少ない量の伝導度を有する水は、水がより低いレベルの不純物を有することを示す。この種の検査は、包括的であり、分析されている水の純度／質の一般的な兆候のみを提供する。
ｐＨ、硬度、塩化物、色、濁度、硫酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、および大腸菌を含むがそれらに限定されない、特定レベルの水の不純物／特性を分析するために、他の種類の検査が遂行されてもよい。典型的には、機械に進入または退出する水を分析するために、操作者は、最初に水の試料を取得してもよい。所望の試料を取得した後、水は、Ｈａｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ ８０５３９−０３８９）から入手可能な水検査キットを使用して検査されてもよい。水の純度を検査する他の方法は、分析のために水を研究所に送るステップを含んでもよい。
（水を蒸留するためのシステム）
本明細書では、その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００７年５月１７日発行の「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ」と題された米国特許出願公開第２００７／０１１２５３０Ａ１で説明されているように、以前に開示された水を蒸留するための装置が分配システムに実装されてもよい場合が開示される。さらに、その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００７年５月１７日発行の「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ」と題された米国特許出願公開第２００７／０１１２５３０Ａ１で説明されているように、監視／通信システムもまた、分配システム内に含まれてもよい。
（代替実施形態）
蒸留器／水蒸気蒸留装置の例示的実施形態を説明したが、蒸留器の特定の要素（すなわち、熱交換器、蒸発器・凝縮器、圧縮器等）の代替実施形態を含む、蒸留器の代替実施形態が検討される。したがって、いくつかの代替実施形態では、要素のうちの１つ以上が、本明細書で説明される代替実施形態の要素と置換される。いくつかの実施形態では、蒸留器全体が代替実施形態に置換され、例えば、一実施形態で説明されるようなシステムが例示的実施形態を蒸留器として利用する一方で、他の実施形態では、システムは代替実施形態を利用する。
図３２−３２Ｃを参照すると、液封式ポンプ３２００を有する水蒸気蒸留装置の代替実施形態が開示されている。リングポンプは、完全回転型筐体を含んでもよく、これは、摩擦損失の最大の低減を提供し、それでも図３２から３２Ｃに示される設計の単純性および生産の費用効果を維持する。図３２に示すように、固定子３２０２は、回転子３２０４に対して静止しており、取入口３２０６と、出口３２０８とを備える。蒸気は、圧力Ｐ１で引き込まれ、回転子チャンバ３２１０の中に入る。回転子３２０４は、その上に回転筐体および液封式ポンプの中心がある、中心軸Ｚからオフセットさる。回転子３２０４が回転子軸受３２１４とともに中心軸３２１２の周りを旋回するにつれて、チャンバ３２１０の有効容積が減少する。それにより、蒸気は、出口３２０８の中へ回転経路に沿って運搬されるにつれて圧力Ｐ２に圧縮されて、図１の蒸発器／凝縮器１０４へと送られる。好ましくは、回転型筐体（図示せず）は、摩擦によるエネルギー損失を低減するために、液封式ポンプの中の液体リングとともに回転する。
図３２Ａ−Ｂを参照すると、固定子３２０２は、入力および出力領域中に支持構造体３２１６を有する。図３２Ａ−Ｂに示された固定子３２０２の上面図の支持構造体３２１６の下に、回転子３２０４の個々の羽根３２１８、ならびに中心軸の周囲の回転子３２０４の同心配置を見ることができる。液封式ポンプのこの特定の実施形態は、軸方向に供給されるとともに、軸方向に排出され、動作中に、垂直、水平、または他の配向を有してもよい。図３２Ｃは、この実施形態のさらに別の図を示す。
液封式ポンプ３２００は、概して、装置が５から１５ｐｓｉｇまでの範囲で動作するように、入力および出力圧力の極めて狭い範囲内で動作するように設計される。装置の圧力は、図３２−３２Ｃのチャンバ３２１０から蒸気を放出する逆止弁を使用して調節されてもよい。向上した装置性能は、好ましくは、回転子軸の周りの特定の回転角に、排気ポートの出口３２０８を配置することによって達成され、特定の角度は、蒸留動作のために所望される圧力上昇に対応する。装置の圧力を調節する特定のポート開口角度の一実施形態を、図３２Ａに示す。出口３２０８は、回転子アクセスの周囲に約９０度の回転で配置され、チャンバ３２１０からの蒸気が排出することを可能にする。固定子軸の周囲に高回転角で出口３２０８を配置することにより、装置の圧力を上昇させ、ポンプの処理量を低下させる一方で、固定子軸の周囲により低い角度で出口３２０８を配置することにより、より低い装置の圧力および増加したポンプ処理量をもたらす。装置の圧力を最適化するように出口３２０８の配置を選択することにより、向上したポンプ効率を生じてもよい。さらに、装置の圧力を維持するための出口３２０８の配置は、チャンバ３２１０への排気ポートにおける逆止弁を排除することによって、装置の複雑性を最小化してもよく、それにより、より単純で、より費用効率が高い圧縮器を提供する。
ここで図３２Ｄを参照すると、動作中、性能を最適化するように、圧縮器中の液体リングの深さを測定することが望ましくてもよい。本明細書で開示される実施形態では、液封式ポンプ筐体３２３２は、ポンプ中の液体リングと共に回転し、流体の温度は、典型的には、約１１０℃である。リングの深さを測定する方法は、超音波、レーダ、フロート、流体伝導度、および光学センサを使用するステップ等の、通常の方法のうちのいずれか１つを含む。回転筐体の複雑性により、容量センサの使用が、この測定にとって好ましい実施形態であり、コンデンサ中の流体の深さが変化するにつれて、コンデンサの静電容量も変化する。
依然として図３２Ｄを参照すると、円盤形コンデンサセンサ板３２３４が、回転筐体３２３２の底面３２３２Ａおよび回転子３２０４の底面３２０４Ａから等距離に、回転筐体３２３２の底部に取り付けられる。したがって、コンデンサは、筐体３２３２、回転子３２０４、およびコンデンサセンサ３２３４によって画定される。リード３２４０は、コンデンサセンサ３２３４から、回転筐体軸３２３６の中の通路３２３６Ａを通って、好ましくはフェライトの磁心変圧器の二次部３２４２（図示せず）へと、コンデンサを接続する。一実施形態では、二次部３２４２は、コンデンサ板と同じ速度で回転しており、フェライト磁心変圧器の一次部と誘導的に連絡している。１次巻線３２３８は静止しており、液面測定コンデンサを往復する信号は、変圧器を通して伝達され、こうして、深さ情報が回転位置から静止位置に伝送されることを可能にする。静電容量は、変圧器の二次部のインダクタンス（Ｌ）によるコンデンサ（Ｃ）のＬＣ共振を判定することによって測定される。例示的実施形態では、ＬＣ発振回路が構築され、発振周波数が静電容量の尺度として使用される。
図３２Ｅを参照すると、この図は、図１の蒸発器／凝縮器１０４への蒸気ととともに、汚染流体滴が混入および運搬されることを防止するための、ポンプ３２００の代替的設計を図示する。そのような実施形態では、液封式ポンプ３２００は、蒸発器／凝縮器１０４のヘッドスペース内にあり、回転筐体３２３２が回転するにつれて噴霧が排除され、回転は、サイクロン効果を生成し、遠心力によって噴霧および水滴を飛ばして、強制的に蒸留器筐体と衝突させ、水溜の中の水へ流れ落とす。また、回転筐体３２３２と固定筐体３２２８との間の環状空間中の蒸気の循環および回転を強化するように、回転筐体３２３２の外側から延在するフィン３２４４があってもよい。流れ出口３２４２が、蒸発器／凝縮器１０４への流れ通路に提供される。
ここで図３２Ｆ−Ｇを参照すると、液封式ポンプ３２００の代替実施形態は、単一の２チャネル固定子／本体３２５６および回転子３２５８を取り囲む外側回転型筐体３２５４を伴う、リングポンプ３２５２を含んでもよく、回転型筐体３２５４と静止固定子／本体３２５６との間のシール表面は、シリンダである。２チャネル固定子／本体３２５６は、ポンプ３２５２のチャンバ３２６０、ならびに回転子３２５８および回転型筐体３２５４に関して、静止して保たれ、取入口３２６２と、出口３２６４とを備える。蒸気は、Ｐ１で引き込まれ、取入口３２６６を通過する。回転子が静止固定子３２５６の周囲で転回するにつれて、取入口３２６６が回転子３２５８の取込穴３２６８と一致すると、蒸気は、回転子チャンバ３２７０の中へと取込穴３２６８を通過する。回転子３２５８が旋回するにつれて、回転子チャンバ３２７０の有効容積が減少するように、回転子３２５８は、中心軸Ｚからオフセットされる。こうして、蒸気は、回転子３２５８の出口穴３２７２への回転経路に沿って運搬されるにつれて、圧力Ｐ２に圧縮される。回転子３２５８が旋回するにつれて、出口穴２は、静止出口３２６４の出口３２７４と一致し、圧力Ｐ２の蒸気は、蒸発器／凝縮器へと送られる出口３２６４の中へと、出口３２７４を通過する。そのような実施形態では、回転型筐体３２５４は、チャンバ３２６０に存在する水３２７６とともに回転し、それにより、風損による摩擦エネルギー損失を低減する。また、水３２７６がチャンバ３２６０から出ることおよび／または進入することを可能にし、それにより、ポンプ中の流体レベルを制御するように、筐体３２５４に存在する小さな穴３２７８があってもよい。加えて、回転子３２５８は、図３２Ｇのように、回転子３２５８を上から見た時に容易に見える、複数の羽根３２８０を有する。個々の回転子チャンバ３２７０、ならびに各回転子チャンバ３２７０に対する個々の取入穴３２６８および出口穴３２７２もまた、この図から容易に分かる。
図３２Ｈを参照すると、液封式ポンプの代替実施形態であって、回転型筐体３２５４と固定子３２５６との間の界面は、円筒形よりもむしろ円錐形である。この実施形態では、回転子駆動軸３２８２は、回転型回転子筐体３２５４が回転子３２５８とともに回転することを可能にする、軸受３２８４上に配置された端３２８６を有する。取入口３２６２および出口３２６４は、対応する取入口３２６６および出口３２７４とともに、回転子３２５８および回転子筐体３２５４に対して静止状態で保たれる。
ここで図３２Ｆ、Ｈ、およびＩを参照すると、他のさらなる実施形態は、静止部３２６４および３２６２と回転子３２５８との間に存在する、円錐形のまたは軸状のシール３２８２を含んでもよい。図３２Ｉに最も明確に見られる、円錐形の実施形態では、それにより、シール３２８２は、回転子３２５８の出口３２７４から取入口３２６６を分離して、漏出を防止する。軸方向に供給され、軸方向に排出される、図３２−３２Ｃに関して論議される液封式ポンプの実施形態（上記参照）とは対照的に、図３２Ｅ−Ｉおよび７に示された液封式ポンプは、軸方向に供給されるとともに、放射状に排出される。
代替実施形態では、水蒸気蒸留装置は、背圧調節器を含んでもよい。背圧調節器は、加圧下で行われるプロセスの安全で最適な動作を維持することを補助してもよい。動作時、水蒸気蒸留装置は、汽水または海水を飲用水に浄化するために背圧調節器を含んでもよく、起動時の揮発性成分からの、または規格外で作動する圧縮器から生成される過剰な装置の圧力は、そのような圧力が安全に緩和されなければ、操作者にとって危険となる場合がある。同様に、起動時に供給流に存在する揮発性成分は、装置の適正な動作を妨げる汚染物質を提示する場合がある。背圧調節器は、過剰圧力を緩和し、かつ動作装置を所望の動作圧力に戻す働きをしてもよい。
前述の水蒸気蒸留装置の実施形態は、概して、典型的には約１０ｐｓｉｇである、大気圧以上で動作する。そのような装置は、より高い圧力のより高い蒸気密度を有利に提供し、それにより、より低い圧力にある時よりも多くの蒸気が、容積ポンプを通して送り込まれることを可能にする。結果として生じる、より高い処理量は、全体的な向上したシステム効率を提供する。さらに、より高い処理量およびより高いシステム圧力は、圧縮器に必要とされる電力を低減し、２つの付加的なポンプ、つまり濃縮生産物を送り込むためのポンプおよび放出流を送り込むためのポンプの必要性を排除する。多くの形状が外圧よりも内圧に良好に耐えるため、全体的な構造が単純化される。重要なことには、超大気圧で動作することは、全体的な効率および性能に対する軽微漏出の影響を低減する。空気等の非凝縮性気体は、凝縮プロセスを阻害し、大気圧以下で拡大され、その場合、軽微漏出が空気を吸入する働きをするが、それは、超大気圧で動作するシステムでは発生しないものである。
ここで図３３および３３Ａを参照すると、これらの図は、大気圧以上で装置を動作する時に水蒸気蒸留装置１００に組み込まれてもよい、背圧調節器の図を示す。背圧調節器３３００は、開口部３３０４を含有する容器３３０２を有する。開口部の一方の側面は、絶えず変動する高圧に暴露されてもよい、装置の加圧導管（例えば、蒸気圧縮蒸留装置における圧縮器の出口）に接続される。開口部の他方の側面は、ポート３３０６の中で終端する。ポート３３０６は、球状の可動停止部３３０８によって覆われる。停止部３３０８は、枢動ピン３３１４から固定距離において、保持器３３１２を用いてアーム３３１０に保持される。アーム３３１０は、枢動ピン３３１４を介してヒンジによって、開口部ポート３３０６と固定関係にある点に取り付けられる。アーム３３１０は、カウンタマス３３１６と枢動ピン３３１４との間の距離が変動されてもよいように、軸３３１８に沿って移動可能である、アームから吊るされたカウンタマス３３１６を含む。図３３に示された実施形態では、開口部３３０４の軸方向は、重力のベクトルの方向３３２０と垂直である。背圧調節器はまた、異物が調節器に進入し、内部構成要素の機能を妨害することを防止する、筐体を含んでもよい。
依然として図３３および３３Ａを参照すると、動作時に、加圧導管中の圧力が所与の設定点以下であると、アーム３３１０は、重力の方向３３２０に対して水平位置を維持する。このアーム位置は、この実施形態では、閉鎖位置として知られ、ポート３３０６を覆う停止部３３０８に対応する。導管中の圧力が設定点を超えると、力が停止部３３０８に作用し、枢動ピン３３１４の周囲で作用するトルクをもたらす。トルクは、反時計回りの方向に枢動ピン３３１４周りにアーム３３１０を回転させるように作用し、アームをその閉鎖位置から離れさせ、ポート３３０６を露出させて、流体が開口部３３０４から漏出することを可能にする。導管中の圧力が設定点以下であると、気体の力は、アーム３３１０をその閉鎖位置から離して保つのにもはや十分ではなくなり、したがって、アーム３３１０が閉鎖位置に戻り、停止部３３０８がポート３３０６を覆う。
依然として図３３および３３Ａを参照すると、アーム３３１０は、調整可能なモーメントを生成する際にレバーの役割を果たし、カウンタマス３３１６によって、停止部３３０８を通してポート３３０６に印加される力を増倍する働きをする。この力の増倍は、圧力鍋の場合のように、停止部３３０８のみが開口部３３０４の最上部に垂直に作用する設計とは対照的に、開口部３３０４を閉じるために必要とされる重量を低減する。したがって、大型ポート大きさは、加圧導管からの迅速通気を推進するために、比較的軽量で大型の停止部によって覆われてもよく、カウンタマスは、所望の設定点を調整するように作用し、特定のポート大きさおよび停止部の性質を選択する際に、より少ない設計努力が費やされてもよい。カウンタマス３３１６の位置を調整するための軸３３１８の追加は、本実施形態では、乗数比の変化を可能にする。カウンタマス３３１６が枢動ピン３３１４により近い位置に移動されるにつれて、乗数比が低減され、より低い閉鎖力を生成する。カウンタマス３３１６が枢動ピン３３１４からさらに遠く移動された場合、乗数比が増加され、よって、閉鎖力を増加させる。したがって、カウンタマス３３１６の位置は、背圧調節器の設定点を調整するように効果的に作用する。
背圧調節器設定点の調整は、背圧調節器がより高い標高で利用される時に有用であってもよい。大気圧がより低い時は、装置動作圧力が相応してより低い。結果として、蒸留装置の温度が低下され、それは、装置の性能に悪影響を及ぼす場合がある。同様に、そのような調整は、エンドユーザによって所望される背圧調節器の設定点を識別することを可能にする。閉鎖力を印加するためのカウンタマスの使用はまた、背圧調節器の費用を削減し、構成要素の疲労を低減してもよい。特定の実施形態では、調節可能なカウンタマスが、実質的に１０ｐｓｉｇ以下の最低設定点および実質的に１７ｐｓｉｇ以上の最高設定点を伴う設定点の範囲を許容するように設計される。したがって、種々の実施形態は、単に安全逃し弁の役割を果たすデバイスとは違って、正確な装置の圧力調節を可能にする。
ここで図３３Ｂ−Ｃを参照すると、これらの図は、ポート３３２８が重力の方向３３２０に対して垂直に配向するように構成された開口部３３２６を有する、背圧調節器３３００の代替実施形態を図示する。したがって、他の実施形態は、調製可能なカウンタマスの使用を維持しながら、任意の開口部配向に適応してもよい。
背圧調節器は、熱交換を絶縁し、システムにおける沸騰を抑制するように作用する、揮発性気体の蓄積を一掃するために、設定点以下のわずかな漏出率を許容するように構成されてもよい。しかしながら、調節器は、このわずかな漏出にもかかわらず、圧力が加圧導管の中で徐々に増えることを可能にするように設計される。一実施形態では、背圧調節器の設定点以下で、加圧導管からの揮発性成分の放出もまた、背厚調節器のアームが閉鎖位置にある間に、特別に設計された漏出通気口を通して達成されてもよい。漏出通気口は、導管中の圧力が設定点以下である間に、ポートまたは開口部からのある漏出率を許容するように構成される。そのような漏出通気口は、当業者に公知の種々の手段によって設計されてもよい。非限定的な例は、アームが閉鎖位置にある間に小開口部を許容する停止部およびポートの具体的位置決め、停止部によって覆うことが可能ではない小開口部が常に露出されるようにポートを設計するステップ、アームが閉鎖位置にある時に、停止部とポートとの間に特定の剛性で非弾性のシール構成を指定するステップ、および流体の漏出を許容する小開口部を有するように、ポートに至る開口部を構成するステップを含む。
ここで図３３Ｄ−Ｇを参照すると、これらの図は、設定点以下で揮発物の漏出を許容する、背圧調節器３３００の代替実施形態を図示する。１つの代替実施形態では、ポート３３３２は、図３３Ｄに示されるような切り込み３３３４を有し、図３３Ｄの領域Ｃの拡大図が図３３Ｅで示されている。したがって、停止部がポート３３３２と接触している時に、背圧調節器のアームは閉鎖位置にあり、漏出通気口は、流体の漏出を許容する切り込み３３３４の位置に存在する。背圧調節器３３００の別の代替実施形態では、開口部３３３６は、図３３Ｆで示されるような小開口部３３３８を有し、図３３Ｆの領域Ｅの拡大図が図３３Ｇで示されている。開口部３３３８は、流体が開口部３３３８を通って漏出する場合があるため、停止部がポート３３３６を覆うと、漏出通気口が生成されるように構成される。
背圧調節器の種々の特徴は、改変または修正されてもよい。例えば、背厚調節器とともに使用される停止部は、所望の動作条件と一致する、任意の形状、大きさ、または質量を有してもよく、そのような停止部は、本明細書で論議されるいくつかの実施形態で示されるような球状である必要はない。同様に、調節器の設定点を改変するために、異なる重量であるが同様の大きさの停止部が保持器とともに利用されてもよい。同様に、それらが軸およびアーム構成によって適応されるという選好により、異なる大きさ、形状、および質量のカウンタマスが種々の実施形態とともに利用されてもよい（図３３および３３Ａの３３１６と図３３Ｂおよび３３Ｃの３３３０とを比較されたい）。そのようなカウンタマスは、当業者にとって明白な種々の技術のうちのいずれかによって、アームに対して付着および配向されてもよい。枢動ピンの配置は、図３３−３３Ｃに示されるように配置される必要はないが、特定の圧力設定点を達成するために必要とされる機械的利点を提供するのに有利な場所ならどこでも配置されてもよい。
再び図３３を参照すると、背圧調節器３３００の他の実施形態は、随意で、先述の排水口特徴を利用してもよい。また、背圧調節器３３００の実施形態は、カウンタマス力調整特徴を利用しなくてもよく、背圧調節器の設定点を提供するのに停止部の特定の性質に依存する。
水蒸気蒸留装置の他の実施形態は、容器を利用しなくてもよいが、本質的にシステムの一部である開口部に依存する。そのような場合、背圧調節器アームは、アーム、停止部、カウンタマスが調節器の動作のために適切に配向されるように、システムの一部分に直接取り付けられてもよい。
ここで図３４を参照すると、容器３３０２は、排水口３３２２を含む。背圧調節器３３００が大規模システム３４００の有界領域３４０２内で動作してもよいため、排水口３３２２は、加圧導管３４０４から開口部３３０４を通って有界領域３４０２の中へ一掃される流体を放出するように、経路の役割を果たす。排水口３３２２は、有界領域３４０２を、大規模システムの別の領域に、または外部環境３４０６に接続してもよい。加えて、有界領域３４０２中の気体の蓄積は、そのような気体の凝縮をもたらしてもよい。また、開口部３３０４を通して一掃される気体は、有界領域３４０２に蓄積してもよい流体の液滴と混入されてもよい。したがって、排水口３３２２はまた、有界領域３４０２に蓄積する凝縮物の蓄積を一掃するために利用されてもよい。凝縮物はまた、別個の開口部３４０８を使用して有界領域から放出されてもよい。
ここで図３５を参照すると、代替実施形態では、装置は、一定の放出水流を維持して、以下のように、装置における落屑および他の蓄積を防止してもよい。ヘッドチャンバ３５０４中の水位３５０２は、放出流３５０８を通した適正な水流を維持するために、液面センサＬ１、弁Ｖ１、および原料ポンプ３５０６を使用して、フィードバック制御ループを通して調整される。３方向原料ポンプ充填弁３５１０は、水溜３５１２の中へ水を送り込むように設定され、それがヘッドチャンバ３５０４中の水位３５０２を上昇させる。ヘッドチャンバ３５０４中の流体液面３５０２が上昇するにつれて、流体は、ダム状障壁３５１４を越えて、放出液面センサＬ１を含有する放出制御チャンバ３５１６の中へ溢れる。必要に応じて、放出制御チャンバ３５１６から熱交換器３５１８を通る水流が、熱を抽出し、放出流３５０８を冷却し、揮発混合器３５２０を通って弁Ｖ１から流出することを可能にするように、放出弁Ｖ１が制御され、蒸発器部３５２４からの高温気体および蒸気３５２２の冷却を可能にし、次いで、廃棄物３５２６へと放出流を完了する。
依然として図３５を参照すると、装置はまた、以下のように適正な生産物流を維持してもよい。生産物液面３５２８は、凝縮器チャンバ３５３０の中で増加し、生産物液面センサＬ２が収納される生産物制御チャンバ３５３２の中へ進入する。液面センサＬ２および弁Ｖ２とともにフィードバック制御ループを使用して、生産物制御チャンバ３５３２から熱交換器３５１８を通って流れ、熱を抽出し、生産物流３５３４を冷却し、次いで、弁Ｖ２を通って外へ出て、生産水出口３５３６として生産物流を完了するように、生産物流３５３４が制御される。
システムは、好ましくは、流体損失を補充するために流体回復システムを使用することによって、適正な液封式ポンプ３５３８の水位を維持するように構成されてもよい。下貯蔵部３５４０の中への漏出、排気ポート３５４２を通した排除、および蒸発を含む、システム動作中にリングポンプからの流体が枯渇される場合がある、いくつかの方法がある。漏出および排除損失は、回転速度および液封式ポンプ３５３８の処理量等の、動作パラメータに大きく左右される場合がある。これらの漏出および排除損失は、毎時間数回、ポンプ中の流体の全置換を必要とし得る。蒸発損失は、典型的にはわずかである。
図３５を参照すると、リングポンプ３５３８中の流体液面は、付加的な源水や生産水を追加することによって、または好ましくは、向上したシステム効率のために、液封式ポンプから失われた液体水を再循環することによって維持されてもよい。一実施形態では、リングポンプ３５３８中の流体液面は、主に、下貯蔵部３５４０に蓄積された流体の再循環によって維持される。流体は、液封式ポンプ３５３８からの漏出により、および排気管３５４２に吐き出され、ミスト排除器３５４４に捕捉され、下貯蔵部３５４０に送り込まれた流体により、下貯蔵部３５４０に蓄積してもよい。代替として、排気管３５４２に吐き出され、ミスト排除器３５４４に捕捉された流体は、液封式ポンプ排気ポートを介して戻されてもよい。下貯蔵部に蓄積された流体は、いくつかのポンプ機構のうちの１つによって再循環されてもよい。１つの例示的な方法は、サイフォンポンプを使用することである。
依然として図３５を参照すると、水の最小深さは、好ましくは、サイフォンポンプが適正に機能するために、下貯蔵部の中で維持される。一実施形態では、液封式ポンプ液面を制御し、下貯蔵部３５４０中の水位を制御するために、液封式ポンプ液面センサＬ３を収納する液封式ポンプ制御チャンバ３５４６が使用されてもよい。液封式ポンプ制御チャンバ３５４６は、液封式ポンプ３５３８および下貯蔵部３５４０に流体的に接続される。液封式ポンプ３５３８は、液封式ポンプ３５３８がより多くの水を必要とする時に開くように設定される、３方向原料充填弁３５１０に接続され、また、液封式ポンプ３５３８から放出流３５０８の中へ水の排出を行うことが必要とされる時に開く、液封式ポンプ排水弁Ｖ３にも接続される。
依然として図３５を参照すると、液封式ポンプ３５３８中の流体液面を維持するために、下貯蔵部３５４０からの再循環水が主に使用されない場合は、低温源水または生産水のいずれかが使用され得る。源水が使用された場合、液封式ポンプ３５３８への冷水（システム温度よりも約８５℃低くなり得る）の導入は、システム効率を減少させ、または、代替として、そのような低温源水用の予熱器の使用は、システムのエネルギー収支を増加させる。代替として、生産水の使用は、システム温度に悪影響を及ぼさないが、生産液面を減少させ、したがって、システム非効率につながり得る。起動時に、液封式ポンプの初期流体液面は、好ましくは、源水から供給される。
ここで図３５Ａを参照すると、一実施形態では、低温側の熱交換器３５１８に隣接して位置する、原料３５４８および放出３５０８流体ラインの間の外部接続弁３５５０を使用することによって、起動時間が短縮されてもよい。初期充填中に蒸発器ヘッド３５０４の中の流体の液面を決定するために、接続弁３５５０を開き、放出弁ＢＶを閉じ、原料ライン３５４８を通してシステムの中へ流体を送り込む。放出３５０８および原料３５４８ラインを接続することにより、放出液面センサ筐体３５１６および蒸発器ヘッド３５０４の中の平等な流体の高さをもたらし、それにより、蒸発器ヘッド３５０４の中の流体液面の決定を可能にし、蒸発器が起動時に最小必要液面まで充填されることを可能にする。必要とされる最小液面を使用することにより、予熱時間を短縮し、図３５に示された、液封式ポンプ３５３８が起動する時の、蒸発器ヘッド３５０４から液封式ポンプ３５３８を通って凝縮器３５５２への溢出を防止する。
依然として図３５Ａを参照すると、溶液からの物質の沈殿、したがってシステムの詰まりを防止するように、放出流３５０８中の固体の濃度が監視および制御されてもよい。また、起動中に、循環ポンプ３５５４は、熱交換器３５１８を通して水を循環させ、正常な動作のために熱交換器を適正温度に予熱してもよい。流体の電気伝導度を測定することによって総溶解固形分（ＴＤＳ）を判定するために、伝導度センサ（図示せず）が使用されてもよい。特定の実施形態では、センサは、誘導センサであり、それにより、いずれの導電性材料も流体の流れと接触していない。例えば、海水の蒸留中に、放出流３５０８中のＴＤＳ含有量が所定液面以上に上昇した場合、流体源の供給速度が増加される。流体供給速度の関数として、蒸留水の生産はわずかにしか変化しないため、流体源の供給速度を増加させると、放出流３５０８の速度が増加し、増加した放出流速度は、ＴＤＳの低減した濃度をもたらし、それにより、システムの全体的な国立および生産性を維持する。
代替実施形態はまた、フィードバック構成で液面センサおよび可変流弁を使用する、流体制御システムも含む。蒸留器の最適動作は、総流体流入が総流体流出に厳密に一致することを必要とする。蒸留器中の流体液面をほぼ一定の液面で維持すると、この要件を完遂する。特定の実施形態では、センサは、容量液面センサであって、流体液面を測定するための特に頑丈なセンサである。容量液面センサは、可動部品がなく、汚損に対して感度が低く、製造が単純で安価である。可変流弁の開放は、容量液面センサによって測定される流体の液面によって制御され、それにより、流体液面は、液面センサの場所で調整される。上昇する流体液面は、弁をさらに開放させ、センサ容積からの流出を増加させる。逆に、低下する流体液面は、弁をさらに閉鎖させ、センサ容積からの流出を減少させる。
可変流制御弁を通り、入力ポンプからの流速は、原位置較正技術を使用して判定されてもよい。センサ容積の充填または排出速度を判定するために、液面センサおよび関連液面センサ容積が使用されてもよい。制御弁を適切に構成することによって、各弁の流速較正、およびまた、原料ポンプの流速較正も判定されてもよい。
一実施形態では、システムの全ての制御弁を、流体流動多岐管と一体化してもよい単一部品に統合するために、弁ブロック（図示せず）が利用されてもよい。浮動弁またはヘッド中の流体の高さ／液面を制御するための他のデバイスだけでなく、総溶解固形分用のセンサと、放出流とを備える、制御システムもまた、組み込まれてもよい。
再び図３５を参照すると、加えて、ヘッド３５０４から圧縮器３５３８までの蒸気流ライン３５５４、蒸気を蒸発器／凝縮器に迂回させるための蒸気出口３５４２、蒸発器／凝縮器から交換機３５１８を通り、高温の浄化された凝縮生産物３５２８の収集も可能にする、高温生産物ライン３５３４、および高温生産物を圧縮器３５３８に迂回させて、水位の調整を一定に保つことを可能にするためのライン（図示せず）がある。また、システムが停止された時のための排水ライン（図示せず）があってもよい。
ここで図３６−３６Ｃを参照すると、代替実施形態はまた、流体分配多岐管３６００を含んでもよい。図３６は、流体分配多岐管３６００の１つの特定の実施形態のポンプ側の一面を示す。未加工の原料供給の形の入力は、ポート３６０２を通って流れ、放出流（出力）は、ポート３６０４を通って流れる。生産物流の形の付加的な出力がポート３６０６を通って流れる一方で、ポート／チャンバ３６０８は、揮発物（出力）用の通気口を提供し、ポート３６１０は、液封式ポンプ用の排水口（出力）を提供する。図３６Ａは、流体分配多岐管３６００の同じ特定の実施形態のポンプ側の他方の面を示す。液封式ポンプ用の排水口３６１０と同様に、揮発物の出力用のポート／チャンバ３６０８がはっきり見えている。この特定の実施形態のこの図では、ミスト収集器および排水域３６１４と同様に、凝縮器蒸気ミスト排除器チャンバ３６１２を見ることができる。
具体的に図３６Ｂを参照すると、この図は、流体分配多岐管３６００の同じ特定の実施形態の蒸発器／凝縮器側の一面を図示する。未加工原料供給ポート３６０２、ならびに放出通過ポート３６０４および生産物通過ポート３６０６を、この図で容易に見ることができる。加えて、蒸発器蒸気通過ポート３６１６および凝縮器蒸気通過ポート３６１８を見ることができる。
具体的に図３６Ｂを参照すると、この図は、流体分配多岐管３６００の同じ特定の実施形態の蒸発器／凝縮器側の他方の面を図示する。再度、液封式ポンプ排水ポート３６０６、第２の凝縮器蒸気ミスト排除器３６１２、蒸発器蒸気ミスト排除器３６２０、およびミスト収集器および排水域３６１４と同様に、放出通過ポート３６０４を見ることができる。また、生産物液面制御チャンバ３６２２および液封式ポンプ供給部３６２４とともに、水溜液面制御チャンバをこの図で見ることができる。
依然として図３６−３６Ｃを参照すると、流体分配多岐管３６００は、流体浄化システムにおけるほとんどの配管系統を排除することが可能であり、流動調節、ミスト除去、および圧力調節を含む、種々の機能性を１つのユニットに有利に組み込み、それにより、製造を単純化し、全体的な構成部品を低減する。炉心板および多岐管は、例えば、プラスチック、金属、またはセラミック板、または、高温および圧力に耐えることが可能な任意の他の非腐食性材料でできていてもよい。炉心板および多岐管の製造の方法は、ろう付けおよび外側被覆を含む。
ここで図３７−３７Ａを参照すると、これらの図は、特定の実施形態における、システムの全体を通して接触する流体を許容する、取付用具アセンブリを図示する。例えば、交換器３５１８（図３５に示される）と取入／排気ポート３２２０および３２０８（図３２に示される）との間に、浮動流体があってもよい。図３７Ａは、熱交換器ポート（図示せず）に溶接されてもよいコネクタ３７０２を図示し、コネクタ３７０２は、流体界面３７０４に接続して、次に、流体界面は、流体分配多岐管と連通している。図３７Ａは、線Ａ−Ａ（図３７を参照）を横断する断面図を示す。コネクタ３７０２は、温度または製造変動によって引き起こされる可能性がある、位置合わせの推移を代償するように浮動する能力を有する。密閉は、Ｏリング３７０６によって完遂される。図３７で示された図から分かるように、Ｏリングシール３７０６が、中心軸の周囲で線Ａ−Ａに９０度回転すると、コネクタ３７０２および流体界面３７０４が共に繋止して、流体界面接続を行う。
ここで図３８−３８Ａを参照すると、これらの図は、蒸発器／凝縮器３８００の別の実施形態を図示する。図３８で見られるように、蒸発器／凝縮器３８００は、平坦な蒸発器／凝縮器であり、典型的には、銅ニッケル合金または他の熱伝達性材料でできている、複数の並列コア層３８０２および３８０４を含有し、リブ部３８０６が、蒸気および凝縮流体流動を方向付けるためのチャネル３８１０および３８１２を生成している。蒸気取入口３８１４および生産物出口３８１６多岐管（ならびに、図示されていない、汚染取入口および揮発物出口多岐管）は、流体界面を介して液封式ポンプ／圧縮器に接続してもよい。ボルト３８１８は、液封式ポンプ／圧縮器の外部筐体のブラケットにコア蒸発器／凝縮器３８００を固定する。動作時、全ての交互水平（図３８および３８Ａに示されるような）列３８０２および３８０４は、２つの機能が任意の所与の層上で決して重複しないように、蒸発器チャネル３８１０と、凝縮器チャネル３８１２とを備える。図３８の詳細である、図３８Ａは、複合蒸発器／凝縮器多岐管がどのように稼働するのかをより明確に示す。示されるように、列３８０２は、列３８０４と相互作用せず、相互に閉鎖されており、それにより、水平コア層における蒸発および凝縮の機能を分離する。
ここで図３９を参照すると、この図は、水蒸気蒸留装置で使用される熱交換器の代替実施形態を図示し、そのような熱交換器は、利用可能なシステム源および熱源を十分に利用する。１つの特定の実施形態では、複数源のうちの少なくとも１つからの熱が、図３９で示されるもの等の多重ライン熱交換器３９０２を通過し、３９０４、３９０６、３９０８、および３９１０等の一連の２チャネル熱交換器が、多重ライン効果を生じるように配管される。図３９に示された特定の多重ライン熱交換器の実施形態では、低温取入流３９１２が全ての熱交換器ユニット３９０４、３９０６、３９０８、および３９１０を通過し、１つの熱源、例えば、高温生産物３９１４が熱交換器ユニット３９０４および３９０８を通って流れ、別の熱源、例えば、高温放出流３９１６が熱交換ユニット３９０６および３９１０を通って流れることに留意されたい。こうして、低温取入流３９１２と交換するために、複数の熱源が使用されてもよい。
ここで図３９Ａを参照すると、この図は、熱交換器の代替実施形態を図示する。この実施形態では、熱交換器は、単一の多重チャネル熱交換器３９１８であってもよい。この特定の実施形態では、例えば、低温取入物３９１２、および高温生産物３９１４等の熱源、および高温放出流３９１６が、同時であるが反対方向に、交換器３９１８を通って流れ、それにより、単一の熱交換器３９１２内で、両方の熱源３９１４および３９１６から低温取入物３９１２との熱交換を可能にする。
ここで図４０を参照すると、１つの代替実施形態は、全体的なシステム性能を評価するように、および／または制御システムにデータを提供するように、蒸発器および凝縮器圧力を測定するステップを含んでもよい。蒸発器／凝縮器４００２の高温に耐えるために必要とされる高価なセンサの使用を回避するために、圧力センサＰＥおよびＰｃが、熱交換器４００４の低温側と対応する制御弁ＶＥおよびＶＣとの間の流体ライン上に取り付けられる。流体がこの位置に位置する圧力センサに対して流れている時に発生する、システムの実際の圧力未満の圧力を測定することを回避するために、制御弁が流動を止めるように瞬間的に閉鎖される。「無流動」期間中、圧力は、制御弁から蒸発器または凝縮器に戻って一定となり、システム圧力の正確な測定を可能にする。これらの短い「無流動」期間からは、蒸留器の性能に対する悪影響は発生しない。
ここで図４１−４１Ｂを参照すると、この図は、最終生産物流体の純度を増加させるための取入口内の濾過機構を含む、本開示の別の実施形態を図示する。少なくとも２つのフィルタユニット４１０４および４１０６を接合する枢動継手４１０２を有する、多重ユニットフリップフィルタ４１００は、フィルタユニット４１０４および４１０６を通る流体を方向付け、中心枢動継手４１０２の周囲でのフィルタユニット４１０４および４１０６の回転を促進する、フィルタ筐体４１０８内に配置される。示されるように、放出流４１０９がフリップフィルタユニット４１０４を通過する一方で、取入流体流４１１０は、同時に、取入口から、浄化の途中でフリップフィルタユニット４１０６を通って流れる。ある間隔後、フリップフィルタスイッチ（図示せず）が、フリップフィルタ枢動継手４１０２において、点線によって示された中心軸の周囲でフリップフィルタ４１００を回転させるため、汚染取入流体から濾過された汚染物質で汚損されているフィルタユニット４１０６は、放出流４１０９によって逆洗され、フィルタユニット４１０４は、取入流体流４１１０を濾過するフィルタユニットとなる。そのような実施形態では、Ｏリングガスケット４１１２および４１１４が、それぞれ、フィルタユニット４１０４および４１０６と放出流４１０９および取入流体流４１１０の流体流路との間のシールとして利用されてもよい。
ここで図４１Ｃ−Ｄを参照すると、多重ユニットフリップフィルタは、多重区分環状フィルタ４１１２であってもよい。その周囲で４１１６および４１１８等の複数のフリップフィルタユニットが枢動する枢動点４１１４を有する、多重ユニットフリップフィルタ４１１２もまた、個々のフィルタユニット４１１６および４１１８を通る流体流動を方向付け、枢動点４１１４の周囲でのフィルタ４１１２の回転を促進する、フィルタ筐体４１２０内に配置されてもよい。示されるように、放出流４１０９が１つのフリップフィルタユニット４１１６を通過する一方で、取入流体流４１１０は、同時に、取入口から、浄化の途中でフリップフィルタユニット４１１８を通って流れる。図４１のように、フリップフィルタスイッチ（図示せず）が、フリップフィルタ枢動点４１１４において、点線によって示された中心軸の周囲でフリップフィルタ４１１２を回転させるため、汚染取入流体から濾過された汚染物質で汚損されているフィルタユニット４１１８は、放出流４１０９によって逆洗され、フィルタユニット４１１６は、取入流体流４１１０を濾過するフィルタユニットとなる。１つのフィルタ部を通って流れる放出流４１０９を、別のフィルタ部を通って流れる取入流体流４１１０から分割するために、個々のフィルタユニット４１１６および４１１８の間で、４１２２および４１２４によって示されるような一連のシールが利用される。
ここで図４１Ｅ−４１Ｆを参照すると、他の実施形態は、水流の報告を変更するように手動弁４１２２を含んでもよい。そのような弁は、例えば、各フリップフィルタの１つのユニットを連続的に清掃するための放出流４１０９の使用を可能にし、一回の動作で、どのユニットが濾過されており、どのユニットが逆洗されているかを効果的に切り替え、それにより、フィルタ４１００自体を実際に入れ替える必要なく、フィルタユニット４１０４または４１０６を逆洗する。１つの特定の実施形態では、弁４１２２が位置Ａにある時、フィルタユニット４１０４は、取入流体４１１０を濾過しており、フィルタユニット４１０６は、放出流４１０９で逆洗されている。弁４１００を位置Ｂに切り替えると、フィルタユニット４１０４は、放出流４１０８で逆洗されており、フィルタユニット４１０６は、入力流体４１１０を濾過している。
（スターリングサイクルエンジン）
上記の水蒸気蒸留装置の種々の実施形態は、いくつかの実施形態では、スターリングサイクル機（スターリングエンジンと呼ばれてもよい）によって電力供給されてもよい。例示的実施形態では、スターリングサイクル機は、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００８年４月１８日出願の代理人整理番号１７０を有する、係属中の米国特許出願第１２／１０５，８５４号で説明されているスターリングエンジンである。しかしながら、他の実施形態では、スターリングサイクル機は、全てそれらの全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３８１，９５８号、第６，２４７，３１０号、第６，５３６，２０７号、第６，７０５，０８１号、第７，１１１，４６０号、および第６，６９４，７３１号で説明されている、スターリングサイクル機のいずれかであってもよい。
参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｋｅｒ，Ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｓ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（１９８０）で詳細に説明されている、エンジンおよび冷凍機を含むスターリングサイクル機には、長い技術的伝統がある。スターリングサイクルエンジンの基礎を成す原理は、シリンダ内の気体の等積加熱、気体の等温膨張（その間にピストンを駆動することによって作用が行われる）、等積冷却、および等温圧縮といった、スターリング熱力学サイクルの機械的な実現である。スターリングサイクル機およびその改良の側面に関する付加的な背景は、参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓ，Ｔｈｅ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９９１）で論議されている。
スターリングサイクル機の動作の原理は、図５１Ａ−５１Ｅに関して容易に説明され、図中、同一数字は、同じまたは同様の部品を識別するために使用される。スターリングサイクル機の多くの機械的レイアウトが当技術分野で知られており、概して数字５１１０によって指定された、特定のスターリングサイクル機が、例示的の目的のみで示されている。図５１Ａから５１Ｄでは、ピストン５１１２および変位器５１１４が、スターリングサイクル機のいくつかの実施形態では単一シリンダであってもよいが、他の実施形態では単一シリンダよりも多くてもよいシリンダ５１１６内で、段階的な往復運動で移動する。シリンダ５１１６内に含有される作用流体は、シールによって、ピストン５１１２および変位器５１１４の周囲に漏出することが制約される。作用流体は、以下の説明で論議されるように、その熱力学的性質のために選択され、典型的には、数気圧の圧力のヘリウムであるが、任意の不活性気体を含む任意の気体が使用されてもよく、水素、アルゴン、ネオン、窒素、空気、およびそれらの任意の混合物を含むが、そられに限定されない。変位器５１１４の位置は、作用流体が、それぞれ、熱が作用流体に供給される界面および熱が作用流体から抽出される界面に対応する高温界面５１１８または低温界面５１２０に、接触しているかどうかを管理する。熱の供給および抽出を以下でさらに詳細に論議する。ピストン５１１２の位置によって管理される、作用流体の体積は圧縮空間５１２２と呼ばれる。
その始動状態が図５１Ａに示されるスターリングサイクルの第１期中に、ピストン５１１２は、圧縮空間５１２２内の流体を圧縮する。熱が流体から周囲環境へ抽出されるために、圧縮は実質的に一定の温度で発生する。圧縮後のスターリングサイクル機５１１０の状態を図５１Ｂに示す。サイクルの第２期中に、変位器５１１４は、低温界面５１２０の方向に移動し、作用流体が低温界面５１２０の領域から高温界面５１１８の領域に変位させられる。この段階は、伝達期と呼ばれてもよい。伝達期の終了時に、作用流体が一定体積で加熱されるため、流体はより高い圧力となる。増加した圧力を、圧力計５１２４の測定値によって図５１Ｃで象徴的に示される。
スターリングサイクル機の第３期（膨張工程）中に、スターリングサイクル機５１１０の外側から熱を受け取るにつれて、圧縮空間５１２２の容積が増加し、それにより、熱を仕事に転換する。実際には、以下の説明でさらに詳細に論議される加熱器ヘッド（図示しせず）を用いて、熱が流体に提供される。膨張期の終了時に、圧縮空間５１２２は、図５１Ｄで示されるように低温流体に満ちている。スターリングサイクル機５１１０の第４期中、流体は、反対方向の変位器５１１４の運動によって、高温界面５１１８の領域から低温界面５１２０の領域に伝達される。この第２の伝達期の終了時に、流体は、図５１Ａで示されるように、圧縮空間５１２２および低温界面５１２０を充填し、圧縮期の反復の準備ができている。スターリングサイクルは、図５１Ｅに示されるように、Ｐ−Ｖ（圧力−体積）線図で示される。
さらに、高温界面５１１８の領域から低温界面５１２０の領域への通過時に、いくつかの実施形態では、流体は、再生器（図５４で５４０８として示される）を通過してもよい。再生器は、高温界面５１１８の領域から進入するときに流体から熱を吸収し、低温界面５１２０の領域から通過するときに流体を加熱する、体積に対して表面積の大きな比を有するマトリクス状の材料である。
スターリングサイクル機は、概して、それらの開発に対するいくつかの困難な課題により、実用的な用途において使用されていない。これらは、効率および寿命等の実用的検討事項を伴う。したがって、ピストンに対する最小の側面荷重、増加した効率および寿命を有する、ターリングサイクル機のより多くの必要性がある。
スターリングサイクル機またはスターリングエンジンの動作の原理は、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｋａｍｅｎらに対して２００２年５月７日に発行された米国特許第６，３８１，９５８号において詳細にさらに論議されている。
（ロッキングビーム駆動）
ここで図５２−５４を参照すると、一実施形態によるスターリングサイクル機の実施形態が断面で示される。エンジンの実施形態は、概して、数字５３００によって指定される。スターリングサイクル機は、概して、図５２−５４に示されたスターリングエンジン５３００の実施形態に関して説明されるが、同様に、冷凍機および圧縮器を含むがそれらに限定されない多くの種類の機械およびエンジンが、外燃エンジンおよび内燃エンジンを含むがそれらに限定されない、本明細書で説明される種々の実施形態および改良の利益を享受してもよいことを理解されたい。
図５２は、それぞれシリンダ５２０６および５２０８内に収納された、直線的に往復運動するピストン５２０２および５２０４を有する、スターリングエンジン等のエンジン用のロッキングビーム駆動機構５２００（「ロッキングビーム駆動部」という用語は、「ロッキングビーム駆動機構」と同義に使用される）の実施形態の断面を示す。シリンダは、線形軸受５２２０を含む。ロッキングビーム駆動部５２００は、ピストン５２０２および５２０４の直線運動をランク軸５２１４の回転運動に転換する。ロッキングビーム駆動部５２００は、ロッキングビーム５２１６、ロッカー枢動部５２１８、第１の連結アセンブリ５２１０、および第２の連結アセンブリ５２１２を有する。ピストン５２０２および５２０４は、それぞれ、第１の連結アセンブリ５２１０および第２の連結アセンブリ５２１２を介して、ロッキングビーム駆動部５２００に連結される。ロッキングビーム駆動部は、接続棒５２２２を介してクランク軸５２１４に連結される。
いくつかの実施形態では、ロッキングビームおよび連結アセンブリの第１の部分がクランクケースの中に位置してもよい一方で、シリンダ、ピストン、および連結アセンブリの第２の部分は、作用空間の中に位置する。
図５４のクランクケース５４００では、ロッキングビーム駆動部５２００の大部分がシリンダ筐体５４０２より下に配置される。クランクケース５４００は、クランク軸５２１４、ロッキングビーム５２１６、線形軸受５２２０、接続棒５２２２、および連結アセンブリ５２１０および５２１２を有するロッキングビーム駆動部５２００の動作を可能にする空間である。クランクケース５４００は、ピストン５２０２および５２０４の軸の平面と直角に、シリンダ５２０６および５２０８と交差する。ピストン５２０２および５２０４は、図５２にも示されるように、それぞれのシリンダ５２０６および５２０８の中で往復運動する。シリンダ５２０６および５２０８は、クランク軸筐体５４００よりも上側に延在する。クランク軸５２１４は、シリンダ５２０６および５２０８より下でクランクケース５４００の中に取り付けられる。
図５２は、ロッキングビーム駆動部５２００の一実施形態を示す。連結アセンブリ５２１０および５２１２は、それぞれ、ピストン５２０２および５２０４から延在して、ピストン５２０２および５２０４をロッキングビーム５２１６に接続する。ピストン５２０４用の連結アセンブリ５２１２は、いくつかの実施形態では、ピストン棒５２２４と、リンク棒５２２６とを備えてもよい。ピストン５２０２用の連結アセンブリ５２１０は、いくつかの実施形態では、ピストン棒５２２８と、リンク棒５２３０とを備えてもよい。ピストン５２０４は、シリンダ５２０８の中で垂直に動作し、連結アセンブリ５２１２によってロッキングビーム５２１６の端枢動部５２３２に接続される。シリンダ５２０８は、ピストン５２０４の長手方向運動のための誘導を提供する。ピストン５２０４の下部分に取り付けられる、連結アセンブリ５２１２のピストン棒５２２４は、シリンダ５２０８の軸に沿った実質的に直線の往復運動経路で、そのリンク棒５２２６によって長手方向に駆動される。ピストン棒５２２４の遠位端およびリンク棒５２２６の近位端は、いくつかの実施形態では、連結手段５２３４を介して共同ヒンジ接続される。連結手段５２３４は、可撓性継手、ローラー軸受要素、ヒンジ、ジャーナル軸受継手（図５６で５６００として示される）、および屈曲部（図５７Ａおよび５７Ｂで５７００として示される）を含むがそれらに限定されない、当技術分野で公知の任意の連結手段であってもよい。リンク棒５２２６の遠位端は、リンク棒５２２６の近位端の下で垂直かつ直立に配置される、ロッキングビーム５２１６の１つの端枢動部５２３２に連結されてもよい。静止線形軸受５２２０は、ピストン棒５２２４の実質的に直線の長手方向運動をさらに確保し、したがって、ピストン５２０４の実質的に直線の長手方向運動を確保するように、連結アセンブリ５２１２に沿って配置されてもよい。例示的実施形態では、リンク棒５２２６は、線形軸受５２２０を通過しない。このことは、とりわけ、ピストン棒５２２４が実質的に直線の長手方向運動を保持することを確実にする。
例示的実施形態では、リンク棒は、アルミニウムでできていてもよく、ピストン棒および接続棒は、Ｄ２工具鋼でできている。代替として、リンク棒、ピストン棒、接続棒、およびロッキングビームは、４３４０鋼からできていてもよい。チタン、アルミニウム、鋼鉄、または鋳鉄を含むが、それらに限定されない他の材料が、ロッキングビーム駆動部の構成要素に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、使用されている材料の疲労強度は、動作中の構成要素が体験する実際の荷重以上である。
依然として図５２−５４を参照すると、ピストン５２０２は、シリンダ５２０６の中で垂直方向に動作し、連結アセンブリ５２１０によってロッキングビーム５２１６の端枢動部５２３６に接続される。シリンダ５２０６は、とりわけ、ピストン５２０２の長手方向運動のための誘導を提供する働きをする。連結アセンブリ５２１０のピストン棒５２２８は、ピストン５２０２の下部分に取り付けられ、シリンダ５２０６の軸に沿った実質的に直線の往復運動経路で、そのリンク棒５２３０によって軸方向に駆動される。ピストン棒５２２８の遠位端およびリンク棒５２３０の近位端は、いくつかの実施形態では、連結手段５２３８を介して共同ヒンジ接続される。連結手段５２３８は、種々の実施形態では、屈曲部（図５７Ａおよび５７Ｂで５７００として示される）、ローラー軸受要素、ヒンジ、ジャーナル軸受継手（図５６で５６００として示される）、または当技術分野で知られているような連結手段を含んでもよいが、それらに限定されない。リンク棒５２３０の遠位端は、いくつかの実施形態では、リンク棒５２３０の近位端の下で垂直かつ直立に配置される、ロッキングビーム５２１６の１つの端枢動部５２３６に連結されてもよい。静止線形軸受５２２０は、ピストン棒５２２８の実質的に直線の長手方向運動をさらに確保し、したがって、ピストン５２０２の直線長手方向運動を確保するために、連結アセンブリ５２１０に沿って配置されてもよい。例示的実施形態では、リンク棒５２３０は、ピストン棒５２２８が実質的に直線長手方向運動を保持することを確実にするように、線形軸受５２２０を通過しない。
連結アセンブリ５２１０および５２１２は、それぞれのピストン５２０２および５２０４の交番長手方向運動を、ロッキングビーム５２１６の振動運動に変化させる。送達された振動運動は、接続棒５２２２によってクランク軸５２１４の回転運動に変化させられ、接続棒５２２２の一方の端は、ロッキングビーム５２１６において端枢動部５２３２とロッカー枢動部５２１８との間に配置された接続枢動部５２４０に回転可能に連結され、接続棒５２２２のもう一方の端は、クランクピン５２４６に回転可能に連結される。ロッカー枢動部５２１８は、端枢動部５２３２と５２３６との間の中間点に実質的に配置され、支点としてロッキングビーム５２１６を振動的に支持し、したがって、それぞれのピストン棒５２２４および５２２８が十分な直線運動を行なうように誘導してもよい。例示的実施形態では、クランク軸５２１４は、ロッキングビーム５２１６より上側に位置するが、他の実施形態では、クランク軸５２１４は、ロッキングビーム５２１６より下に配置されてもよく（図５５Ｂおよび５５Ｄに示されるように）、またはいくつかの実施形態では、クランク軸５２１４は、依然としてロッキングビーム５２１６に対する平行軸を有するように、ロッキングビーム５２１６の横に配置される。
依然として図５２−５４を参照すると、ロッキングビームは、ロッカー枢動部５２１８の回りで振動し、端枢動部５２３２および５２３６は弧状経路を辿る。リンク棒５２２６および５２３０の遠位端が枢動部５２３２および５２３６においてロッキングビーム５２１６に接続されるため、リンク棒５２２６および５２３０の遠位端も、この弧状経路を辿り、それぞれのピストン５２０２および５２０４の運動の長手軸からの角度偏差５２４２および５２４４をもたらす。連結手段５２３４および５２３８は、ピストン棒５２２４および５２２８が体験する、リンク棒５２２６および５２３０からのあらゆる角度偏差５２４２および５２４４が、最小化されるように構成される。本質的には、角度偏差５２４４および５２４２は、ピストン棒５２２４および５２２８が実質的に直線の長手方向運動を維持して、ピストン５２０４および５２０２に対する側面荷重を低減するように、連結手段５２３４および５２３８によって吸収される。あらゆる角度偏差５２４４または５２４２をさらに吸収し、したがって、ピストン５２０４または５２０２の長手軸に沿った直線運動にピストン押棒５２２４または５２２８およびピストン５２０４または５２０２を保つために、静止線形軸受５２２０もまた、シリンダ５２０８または５２０６の内側に、あるいは連結アセンブリ５２１２または５２１０に沿って配置されてもよい。
したがって、ピストン５２０２および５２０４の往復運動を考慮して、ピストン５２０２および５２０４の往復運動の長手軸からの偏差５２４２および５２４４が、雑音、効率の低減、シリンダの壁に対する摩擦の増加、側面荷重の増加、および部品の低耐久性を引き起こすため、ピストン５２０２および５２０４の運動を可能な限り直線近く保つことが必要である。よって、シリンダ５２０６および５２０８の整列、ならびにクランク軸５２１４、ピストン棒５２２４および５２２８、リンク棒５２２６および５２３０、および接続棒５２２２の配設は、とりわけ、デバイスの効率および／または体積に影響を及ぼし得る。既述のようにピストン運動の直線性を増加させる目的で、ピストン（図５２−５４で５２０２および５２０４として示される）は、好ましくは、それぞれのシリンダ５２０６および５２０８の側面の可能な限り近くにある。
リンク棒の角度偏差を低減する別の実施形態では、リンク棒５２２６および５２３０は、それぞれのピストン５２０４および５２０２の長手軸に沿って実質的に直線的に往復運動して、角度偏差を減少させ、したがって、各ピストン５２０４および５２０２に付与される側面荷重を減少させる。角度偏差は、ピストン５２０４または５２０２の長手軸からのリンク棒５２２６または５２３０の偏差を画定する。数字５２４４および５２４２は、図５２に示されるようなリンク棒５２２６および５２３０の角度偏差を指す。したがって、連結アセンブリ５２１２の位置は、端枢動部５２３２とロッキングビーム５２１６のロッカー枢動部５２１８との間の距離の長さに基づいて、リンク棒５２２６の角度変位に影響を及ぼす。したがって、連結アセンブリの位置は、リンク棒５２２６の角度変位が低減されるようなものであってもよい。リンク棒５２３０については、連結アセンブリ５２１０の長さもまた、端枢動部５２３６とロッキングビーム５２１６のロッカー枢動部５２１８との間の距離の長さに基づいて、リンク棒５２３０の角度変位を低減するように決定および配置されてもよい。したがって、リンク棒５２２６および５２３０の長さ、連結アセンブリ５２１２および５２１０の長さ、およびロッキングビーム５２１６の長さは、図５２に示されるようなリンク棒５２２６および５２３０の角度偏差に大いに影響を及ぼす、および／または決定する、重要なパラメータである。
例示的実施形態は、同じ軸に沿って、端点５２３２および５２３６、ロッカー枢動部５２１８、および接続枢動部５２４０を有する、直線ロッキングビーム５２１６を有する。しかしながら、他の実施形態では、ロッキングビーム５２１６は、図５５Ｃおよび５５Ｄに示されるように、ピストンが相互に対して角度を成して配置されてもよいように、湾曲してもよい。
ここで図５２−５４および図５７Ａ−５７Ｂを参照すると、連結アセンブリのいくつかの実施形態では、連結アセンブリ５２１２および５２１０は、軸方向に固いが、それぞれ、リンク棒５２２６および５２３０とピストン５２０４および５２０２との間の運動のロッキングビーム５２１６平面内では可撓性である、可撓性リンク棒を含んでもよい。この実施形態では、リンク棒５２２６および５２３０の少なくとも一部分である、屈曲部（図５７Ａおよび５７Ｂで５７００として示される）は弾性である。屈曲部５７００は、ピストン棒とリンク棒との間の連結手段の役割を果たす。屈曲部５７００は、より効果的にピストンのクランク誘導側面荷重を吸収し、したがって、それぞれのピストンがピストンのシリンダの内側で直線軸方向運動を維持することを可能にしてもよい。この屈曲部５７００は、それぞれ、リンク棒５２２６および５２３０とピストン５２０４または５２０２との間のロッキングビーム５２１６平面内で小回転を可能にする。この実施形態では、リンク棒５２２６および５２３０の弾性を増加させる、平坦であるように示されているが、屈曲部５７００は、いくつかの実施形態では、平坦ではない。屈曲部５７００はまた、ピストンの下部分の付近に、またはリンク棒５２２６および５２３０の遠位端の付近に構築されてもよい。屈曲部５７００は、一実施形態では、５８−６２ＲＣに高強度かされた＃Ｄ２工具鋼で作られていてもよい。いくつかの実施形態では、リンク棒の弾性を増加させるために、２つ以上の屈曲部（図示せず）がリンク棒５２２６または５２３０上にあってもよい。
代替実施形態では、各シリンダ筐体中のピストンの軸は、図５５Ｃおよび５５Ｄで示されるように、異なる方向に延在してもよい。例示的実施形態では、各シリンダ筐体中のピストンの軸は、実質的に平行であり、好ましくは、図５２−５４ならびに図５５Ａおよび５５Ｂで示されるように、実質的に垂直である。図５５Ａ−５５Ｄは、図２−４に関して示され、説明されるような類似番号を含む、ロッキングビーム駆動機構の種々の実施形態を含む。ロッキングビーム５２１６に沿って接続枢動部５２４０の相対位置を変化させるとピストンの工程が変化することが、当業者によって理解されるであろう。
したがって、ロッキングビーム５２１６における接続枢動部５２４０の相対位置、ならびにピストン棒５２２４および５２２８、リンク棒５２３０および５２２６、ロッキングビーム５２１６の長さ、およびロッカー枢動部５２１８の長さのパラメータの変化は、リンク棒５２２６および５２３０の角度偏差、ピストン５２０４および５２０２の位相、およびデバイス５３００の大きさを種々の方式で変化させる。したがって、種々の実施形態では、これらのパラメータのうちの１つ以上の修正に基づいて、広範囲のピストン位相角および可変のエンジンの大きさが選択されてもよい。実際には、例示的実施形態のリンク棒５２２４および５２２８は、ピストン５２０４および５２０２の長手軸から−０．５度から＋０．５度以内の実質的に側方運動を有する。種々の他の実施形態では、リンク棒の長さによっては、角度は、約０度と０．７５度との間で変動してもよい。しかしながら、他の実施形態では、角度は、約０度と約２０度との間を含んで、さらに高くてもよい。しかしながら、リンク棒の長さが増加するにつれて、クランクケース／全体的なエンジンの高さ、ならびにエンジンの重量が増加する。
例示的実施形態の１つの特徴は、各ピストンが、連結アセンブリとして形成されるように付属ピストン棒へと実質的に延在する、リンク棒を有することである。一実施形態では、ピストン５２０４用の連結アセンブリ５２１２は、図５２に示されるように、ピストン棒５２２４と、リンク棒５２２６と、連結手段５２３４とを含む。より具体的には、ピストン棒５２２４の一方の近位端は、ピストン５２０４の下部分に取り付けられ、ピストン棒５２２４の遠位端は、連結手段５２３４によってリンク棒５２２６の近位端に接続される。リンク棒５２２６の遠位端は、ロッキングビーム５２１６の端枢動部５２３２へと垂直に延在する。上記のように、連結手段５２３４は、継手、ヒンジ、連結部、または屈曲部、あるいは当技術分野で公知の他の手段であってもよいが、それらに限定されない。この実施形態では、ピストン棒５２２４のリンク棒５２２６に対する比は、上記のようなリンク棒５２２６の角度偏差を決定してもよい。
機械の一実施形態では、スターリングエンジン等のエンジンは、クランク軸上で２つ以上のロッキングビーム駆動部を採用する。ここで図５８を参照すると、非被覆の「４シリンダ」ロッキングビーム駆動機構５８００が示されている。この実施形態では、ロッキングビーム駆動機構は、２つのロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２に連結される、４つのピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８を有する。例示的実施形態では、ロッキングビーム駆動機構５８００は、１対のロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２に連結される四辺形配設で配置される、少なくとも４つのピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８を備えるスターリングエンジンに使用され、各ロッキングビーム駆動部は、クランク軸５８１４に接続される。しかしながら、他の実施形態では、スターリングサイクルエンジンは、１つと４つとの間のピストンを含み、さらに他の実施形態では、スターリングサイクルエンジンは、５つ以上のピストンを含む。いくつかの実施形態では、ロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２は、図５２−５４に関して上記で説明されるロッキングビーム駆動部（図５２−５４で５２１０および５２１２として示される）と実質的に同様である。この実施形態では、ピストンがシリンダの外側に示されているが、実際には、ピストンはシリンダの内側となる。
依然として図５８を参照すると、いくつかの実施形態では、ロッキングビーム駆動機構５８００は、筐体の中でジャーナルされるために適合される、１対の長手方向に離間し、放射状および対向方向のクランクピン５８１６および５８１８を有する単一クランク軸５８１４と、１対のロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２とを有する。各ロッキングビーム５８２０および５８２２は、それぞれロッカー枢動部５８２４および５８２６と、それぞれクランクピン５８１６および５８１８とに枢動可能に接続される。例示的実施形態では、ロッキングビーム５８２０および５８２２は、ロッキングビーム軸５８２８に連結される。
いくつかの実施形態では、モータ／発電機が、作用する関係でクランク軸に接続されてもよい。モータは、一実施形態では、ロッキングビーム駆動部の間に位置してもよい。別の実施形態では、モータは、外部に配置されてもよい。「モータ／発電機」という用語は、モータまたは発電機のいずれか一方を意味するように使用される。
図５９は、クランク軸５８１４の一実施形態を示す。クランク軸上には、永久磁石（「ＰＭ」）発電機等のモータ／発電機５９００が配置される。モータ／発電機５９００は、ロッキングビーム駆動部（図示せず、５８１０および５８１２として図５８で示される）の間または内部に配置されてもよく、または、図５１０Ａで数字５１０００によって示されるように、クランク軸５８１４の端においてロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２の外側または外部に配置されてもよい。
モータ／発電機５９００がロッキングビーム駆動部（図示せず、５８１０および５８１２として図５８で示される）の間に配置されると、モータ／発電機５９００の長さは、ロッキングビーム駆動部の間の距離に制限される。モータ／発電機５９００の直径の２乗は、クランク軸５８１４とロッキングビーム軸５８２８との間の距離によって制限される。モータ／発電機５９００の容量が、その直径の２乗および長さに比例するため、これらの寸法制限は、比較的短い長さ、および比較的大きい直径の２乗を有する、制限された容量の「パンケーキ」モータ／発電機５９００をもたらす。「パンケーキ」モータ／発電機５９００の使用は、エンジンの全体寸法を低減してもよいが、内部構成によって課せられる寸法制限は、制限された容量を有するモータ／発電機をもたらす。
ロッキングビーム駆動部の間にモータ／発電機５９００を配置することにより、モータ／発電機５９００を、ロッキングビーム駆動部の機械的摩擦によって生成される熱に暴露する。モータ／発電機５９００の機内位置のため、モータ／発電機５９００を冷却することがさらに困難となり、それにより、モータ／発電機５９００によって産生される熱、ならびにロッキングビーム駆動部からモータ／発電機５９００によって吸収される熱の効果が増加する。このことは、モータ／発電機５９００のオーバーヒート、最終的には故障につながる場合がある。
図５８および５９の両方を参照すると、モータ／発電機５９００の内部配置はまた、ピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８が、それぞれロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２に連結されるため、ピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８の非等辺構成にもつながってもよく、距離の増加はまた、ピストン５８０２および５８０４とピストン５８０６および５８０８との間の距離の増加ももたらす。ピストンの非等辺配設は、燃焼器および加熱器ヘッドの熱力学的動作の非効率につながる場合があり、それは次に、全体的なエンジン効率の減少につながる場合がある。加えて、ピストンの非等辺配設は、より大きい加熱器ヘッドおよび燃焼室の寸法につながる場合がある。
モータ／発電機配設の例示的実施形態を図５１０Ａに示す。図５１０Ａに示されるように、モータ／発電機５１０００は、ロッキングビーム駆動部５１０１０および５１０１２（図５８で５８１０および５８１２として示される）から外部に、かつクランク軸５１００６の端において、配置される。外部位置は、上記の「パンケーキ」モータ／発電機（図５９で５９００として示される）より大きい長さおよび直径の２乗を有する、モータ／発電機５１０００を可能にする。前述のように、モータ／発電機５１０００の容量は、その長さおよび直径の２乗に比例し、外部モータ／発電機５１０００が、より大きい長さおよび直径の２乗を有してもよいため、図５１０Ａに示された外部モータ／発電機５１０００の構成は、エンジンと併せて、より高い容量のモータ／発電機の使用を可能にしてもよい。
図５１０Ａの実施形態に示されるように、駆動部５１０１０および５１０１２の外部にモータ／発電機５１０００を配置することによって、モータ／発電機５１０００は、駆動部５１０１０と５１０１２との機械的摩擦によって生成される熱に暴露されない。また、モータ／発電機１０００の外部位置のため、さらにモータ／発電機を冷却しやすくなり、それにより、所与の時間量について、より多くの機械的エンジンサイクルを可能にし、それは次に、より高い全体的エンジン性能を可能にする。
また、モータ／発電機５１０００が外側に配置され、駆動部５１０１０および５１０１２の間に配置されないため、ロッキングビーム駆動部５１０１０および５１０１２は、共により近く配置されてもよく、それにより、駆動部５１０１０および５１０１２に連結されるピストンが等辺配設で配置されることを可能にする。いくつかの実施形態では、使用される燃焼器の種類によっては、特に、単一燃焼器の実施形態の場合、ピストンの等辺配設は、燃焼器および加熱器ヘッドの熱力学的動作のより高い効率を可能にし、それは次に、より高い全体的エンジン性能を可能にする。ピストンの等辺配設はまた、より小さい加熱器ヘッドおよび燃焼室の寸法も有利に可能にする。
再び図５８および５９を参照すると、クランク軸５８１４は、一実施形態では、クランクジャーナルであり、種々の他の実施形態では、軸受であってもよいが、それに限定されない、同心端５９０２および５９０４を有してもよい。各同心端５９０２、５９０４は、クランク軸の中心軸からオフセットされてもよい、クランクピン５８１６、５８１８をそれぞれ有する。クランク軸５８１が体験する場合がある不安定性を平衡させるように、クランク軸５８１４（図５１０Ａで５１００６として示される）のいずれか一方の端において、少なくとも１つのカウンターウェイト５９０６が設置されてもよい。上記のロッキングビーム駆動部と組み合わせた、このクランク軸構成は、ピストン（図５８で５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８として示される）がクランク軸５８１４の１回転と連動すること可能にする。この特性を以下でさらに説明する。他の実施形態では、さらに一定した速度のために角速度の変動を減少させるように、クランク軸５８１４（図５１０Ａで５１００６として示される）上に、フライホイール（図示せず）が配置されてもよい。
依然として図５８および５９を参照すると、いくつかの実施形態では、クランク軸５８１４ならびにロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２を冷却するために、冷却器（図示せず）もまた、クランク軸５８１４（図５１０Ａで５１００６として示される）ならびにロッキングビーム駆動部５８１０および５８１２（図５１０Ａで５１０１０および５１０１２として示される）に沿って配置されてもよい。いくつかの実施形態では、冷却器は、シリンダの低温チャンバ中の作用気体を冷却するために使用されてもよく、また、ロッキングビーム駆動部を冷却するように構成されてもよい。冷却器の種々の実施形態を以下で詳細に論議する。
図５１０Ａ−５１０Ｇは、機械の種々の部品のいくつかの実施形態を示す。この実施形態に示されるように、クランク軸５１００６は、モータ／発電機連結アセンブリを介してモータ／発電機５１０００に連結される。モータ／発電機５１０００がクランクケース５１００８に取り付けられるため、投入流体によるクランクケースの加圧は、クランクケースの変形をもたらす場合があり、それは次に、モータ／発電機５１０００とクランク軸５１００６との間の不整列につながり、クランク軸５１００６を偏向させる場合がある。ロッキングビーム駆動部５１０１０および５１０１２がクランク軸５１００６に連結されるため、クランク軸５１００６の偏向は、ロッキングビーム駆動部５１０１０および５１０１２の故障につながる場合がある。したがって、機械の一実施形態では、モータ／発電機連結アセンブリが、モータ／発電機５１０００をクランク軸５１００６に連結するために使用される。モータ／発電機連結アセンブリは、動作中のロッキングビーム駆動部５１０１０および５１０１２の故障の一因となる場合がある、モータ／発電機５１０００とクランク軸５１００６との間の整列の歳に適応する。
依然として図５１０Ａ−５１０Ｇを参照すると、一実施形態では、モータ／発電機連結アセンブリは、スプライン軸５１００４と、モータ／発電機５１０００のスリーブ回転子５１００２と、クランク軸５１００６とを含む、スプラインアセンブリである。スプライン軸５１００４は、クランク軸５１００６の一方の端をスリーブ回転子５１００２に連結する。スリーブ回転子５１００２は、圧入、溶接、螺合、または同等物等の機械的手段によって、モータ／発電機５１０００に取り付けられる。一実施形態では、スプライン軸５１００４は、軸の両端の上に複数のスプラインを含む。他の実施形態では、スプライン軸５１００４は、スプライン付き部分５１０１６および５１０１８の外径または内径よりも小さい直径を有する、中間のスプラインなし部分５１０１４を含む。さらに他の実施形態では、スプライン軸５１０１６の一方の端部分は、同様にその上にスプラインを含む第２の端部分５１０１８よりも、軸に沿って長い距離にわたって延在する、スプラインを有する。
いくつかの実施形態では、スリーブ回転子５１００２は、スリーブ回転子５１００２の長手軸に沿って延在する開口部５１０２０を含む。開口部５１０２０は、スプライン軸５１００４を受容することが可能である。いくつかの実施形態では、開口部５１０２０は、スプライン軸５１００４の一端上でスプラインに係合することが可能な、複数の内側スプライン５１０２２を含む。内側スプライン５１０２２の外径５１０２８は、内側スプライン５１０２２とスプライン軸５１００４上のスプラインとの間の嵌合が緩くなるように（図５１０Ｅに示されるように）、スプライン軸５１００４のスプラインの外径５１０３０よりも大きくてもよい。内側スプライン５１０２２とスプライン軸５１００４上のスプラインとの間の緩い嵌合は、クランクケースの加圧によって引き起こされる場合がある、スプライン軸５１００４の偏向中に、スプライン軸５１００４と回転子スリーブ５１００２との間のスプライン係合を維持することに貢献する。他の実施形態では、スプライン軸５１００４のより長いスプライン付き部分５１０１６が、回転子５１００２の内側スプライン５１０２２に係合してもよい。
依然として図５１０Ａ−５１０Ｇを参照すると、いくつかの実施形態では、クランク軸５１００６は、スプライン軸５１００４の一端を受容することが可能な、その端の上の開口部５１０２４を有する。開口部５１０２４は、好ましくは、スプライン軸５１００４上のスプラインに係合する、複数の内側スプライン５１０２６を含む。内側スプライン５１０２６の外径５１０３２は、内側スプライン５１０２６とスプライン軸５１００４上のスプラインとの間の嵌合が緩くなるように（図５１０Ｆに示されるように）、スプライン軸５１００４のスプラインの外径５１０３４よりも大きくてもよい。先述のように、内側スプライン５１０２６とスプライン軸５１００４上のスプラインとの間の緩い嵌合は、クランクケースの加圧によって引き起こされる場合がある、スプライン軸５１００４の偏向中に、スプライン軸５１００４とクランク軸５１００６との間のスプライン係合を維持することに貢献する。クランク軸５１００６およびスリーブ回転子５１００２上の内側スプライン５１０２６および５１０２２と、スプライン軸５１００４上のスプラインとの間の緩い嵌合は、スプライン軸５１００４の偏向を維持する一因となる場合がある。このことは、クランク軸５１００６とスリーブ回転子５１００２との間の不整列を許容する場合がある。いくつかの実施形態では、スプライン軸５１００４のより短いスプライン付き部分５１０１８が、クランク軸５１００６の開口部５１０２４に係合し、したがって、これらの潜在的不整列を防止してもよい。
いくつかの実施形態では、スリーブ回転子５１００２の開口部５１０２０は、開口部５１０２０の長さに延在する、複数の内側スプラインを含む。この配設は、組立中に、スプライン軸５１００４が開口部５１０２０に適正に挿入されることに貢献する。このことは、スプライン軸５１００４上のスプラインとスリーブ回転子５１００２上の内側スプラインとの間の適正な整列が維持されることに貢献する。
ここで図５４を参照すると、エンジンの一実施形態が示されている。ここで、エンジン５３００のピストン５２０２および５２０４は、それぞれ、シリンダ５２０６および５２０８の高温チャンバ５４０４と低温チャンバ５４０６との間で動作する。２つのチャンバの間には、再生器５４０８があってもよい。再生器５４０８は、可変の密度や可変の面積を有してもよく、いくつかの実施形態では、ワイヤでできている。再生器の可変の密度および面積は、作用気体が再生器５４０８にわたって実質的に均等な流れを有するように、調整されてもよい。再生器５４０８の種々の実施形態は、以下で、ならびに、それらの全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｋａｍｅｎらに対して２００３年７月１７日に発行された米国特許第６，５９１，６０９号、およびＫａｍｅｎらに対して２００５年３月８日に発行された米国特許第６，８６２，８８３号で詳細に論議されている。作用気体が高温チャンバ５４０４を通過すると、加熱器ヘッド５４１０は、ガスを加熱して気体を膨張させ、低温チャンバ５４０６に向かってピストン５２０２および５２０４を押してもよく、そこで気体が圧縮する。低温チャンバ５４０６中で気体が圧縮するにつれて、ピストン５２０２および５２０４は、スターリングサイクルを再び受けるように、高温チャンバに引き戻されてもよい。加熱器ヘッド５４１０は、ピンヘッド（図５５２Ａから５５３Ｂに示されるような）、フィンヘッド（図５５６Ａから５５６Ｃに示されるような）、折り畳みフィンヘッド（図５５６Ａから５５６Ｃに示されるような）、図５４に示されるような加熱器管（図５２９で２９０４としても示される）、または以下で説明されるものを含むがそれらに限定されない、任意の他の公知の加熱器ヘッドの実施形態であってもよい。加熱器ヘッド５４１０の種々の実施形態は、以下で、ならびに、それらの全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｋａｍｅｎらに対して２００２年５月７日に発行された米国特許第６，３８１，９５８号、Ｌａｎｇｅｎｆｅｌｄらに対して２００３年４月８日に発行された米国特許第６，５４３，２１５号、Ｋａｍｅｎらに対して２００５年１１月２２日に発行された米国特許第６，９６６，１８２号、およびＬａＲｏｃｑｕｅらに対して２００７年１２月１８日に発行された米国特許第７，３０８，７８７号で詳細に論議されている。
いくつかの実施形態では、冷却器５４１２は、低温チャンバ５４０６を通過する気体をさらに冷却するように、シリンダ５２０６および５２０８の横に配置されてもよい。冷却器５４１２の種々の実施形態は、以降の項で、ならびに、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｓｔｒｉｍｌｉｎｇらに対して２００８年２月５日に発行された米国特許第７，３２５，３９９号で詳細に論議されている。
いくつかの実施形態では、低温部５４０６から高温部５４０４を密閉するように、少なくとも１つのピストンシール５４１４が、ピストン５２０２および５２０４上に配置されてもよい。加えて、それぞれのシリンダの中でピストンの運動を誘導するのに役立つように、少なくとも１つのピストンガイドリング５４１６が、ピストン５２０２および５２０４上に配置されてもよい。ピストンシール５４１４およびガイドリング５４１６の種々の実施形態は、以下で、ならびに、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、２００３年２月６日に発行された（現在は放棄）２００２年７月１９日出願の米国特許出願第１０／１７５，５０２号で詳細に説明されている。
いくつかの実施形態では、作用気体がクランクケース５４００の中へ、または代替としてエアロック空間５４２０の中へ漏出することを防止するように、少なくとも１つのピストン棒シール５４１８が、ピストン棒５２２４および５２２８に対して配置されてもよい。ピストン棒シール５４１８は、エラストマーシールまたはバネ荷重シールであってもよい。ピストン棒シール５４１８の種々の実施形態を以下で詳細に論議する。
いくつかの実施形態では、例えば、以下でさらに詳細に説明される、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの実施形態では、エアロック空間が排除されてもよい。そのような場合、ピストン棒シール５２２４および５２２８は、クランクケースから作用空間を密閉する。
いくつかの実施形態では、エアロック気体がクランクケース５４００の中に漏出することを防止するために、少なくとも１つの転動形ダイアフラム／ベローズ５４２２が、ピストン棒５２２４および５２２８に沿って位置してもよい。転動形ダイアフラム５４２２の種々の実施形態を以下で詳細に論議する。
図５４は、２つのみのピストンおよび１つのロッキングビーム駆動部を示す、エンジン５３００の断面を示すが、本明細書で説明される動作の原理は、概して図５８で数字５８００によって示されるような、４シリンダ二重ロッキングビーム駆動エンジンを適用してもよいことを理解されたい。
（ピストン動作）
ここで図５８および５１１を参照すると、図１１は、クランク軸５８１４の１周回中のピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８の動作を示す。クランク軸５８１４の１／４周回により、ピストン５８０２は、別名で上死点として知られる、シリンダの最上部にあり、ピストン５８０６は、上向きの中間工程にあり、ピストン５８０４は、別名で下死点として知られる、シリンダの底部にあり、ピストン５８０８は、下向きの中間工程にある。クランク軸５８１４の１／２周回により、ピストン５８０２は、下向きの中間工程にあり、ピストン５８０６は、上死点にあり、ピストン５８０４は、上向きの中間工程にあり、ピストン５８０８は、下死点にある。クランク軸５８１４の３／４周回により、ピストン５８０２は、下死点にあり、ピストン５８０６は、下向きの中間工程にあり、ピストン５８０４は、上死点にあり、ピストン５８０８は、上向きの中間工程にある。最後に、クランク軸５８１４の完全周回により、ピストン５８０２は、上向きの工程にあり、ピストン５８０６は、下死点にあり、ピストン５８０４は、下向きの中間工程にあり、ピストン５８０８は、上死点にある。各１／４周回中に、ピストン５８０２と５８０６との間の９０度位相差、ピストン５８０２と５８０４との間の１８０度位相差、ならびにピストン５８０２と５８０８との間の２７０度の位相差がある。図５１２Ａは、先行および後続ピストンと約９０度位相がずれている、ピストンの関係を図示する。加えて、図５１１は、伝達作用の例示的実施形態の機械の手段を示す。したがって、クランク軸５８１４の完全回転により、全てのピストンが、それぞれのシリンダの最上部から底部まで移動することによって作用を発揮するように、ピストン５８０２からピストン５８０６へ、ピストン５８０４へ、ピストン５８０８へと、作用が伝達される。
ここで図５１２Ａ−５１２Ｃとともに図５１１を参照すると、例示的実施形態におけるピストン間の９０度位相差を図示する。ここで図５１２Ａを参照すると、シリンダが線形経路で示されているが、これは例示目的にすぎない。４シリンダスターリングサイクル機の例示的実施形態では、シリンダ作用空間内に含有される作用気体の流路は、８の字パターンを辿る。したがって、シリンダ５１２００、５１２０２、５１２０４、および５１２０６の作用空間は、例えば、シリンダ５１２００からシリンダ５１２０２へ、シリンダ５１２０４へ、シリンダ５１２０８への８の字のパターンで接続され、流体流動パターンが８の字を辿る。依然として図５１２Ａを参照すると、線Ｂ−Ｂ（図５１２Ｃに示される）に沿って得られた、シリンダ５１２００、５１２０２、５１２０４、および５１２０６の未被覆図が図示されている。上記のようなピストン間の９０度の位相差は、シリンダ５１２０４の温暖部５１２１２中の作用気体が、シリンダ５１２０６の低温部５１２２２に送達されることを可能にする。ピストン５８０２と５８０８とは、９０度位相がずれると、シリンダ５１２０６の温暖部５１２１４中の作用気体が、シリンダ５１２００の低温部５１２１６に送達される。ピストン５８０２とピストン５８０６ともまた、９０度位相がずれると、シリンダ５１２００の温暖部５１２０８中の作用気体が、シリンダ５１２０２の低温部５１２１８に送達される。ピストン５８０４とピストン５８０６ともまた、９０度位相がずれると、シリンダ５１２０２の温暖部５１２１０中の作用気体が、シリンダ５１２０４の低温部５１２２０に送達される。いったん第１のシリンダの温暖部の作用気体が第２のシリンダの低温部に進入すると、作用気体が圧縮し始め、その後、下方工程にある第２のシリンダ内のピストンが、圧縮作用気体を、再生器５１２２４および加熱器ヘッド５１２２６（図５１２Ｂに示される）を通して押し戻し、第１のシリンダの温暖部の中へ押し戻す。いったん第１のシリンダの温暖部の内側に入ると、気体は膨張し、そのシリンダ内のピストンを駆動し、したがって、前の再生器および加熱器ヘッドを通して、シリンダの中へ、第１のシリンダの低温部内の作用気体を駆動させる。図５１２Ａで示されるように、各ピストンの循環移動が前のピストンの移動に先立って約９０度となるような方法で、ピストン５８０２、５８０４、５８０６、および５８０８が、駆動部５８１０および５８１２を介して共通クランク軸５８１４（図５１１に示される）に接続されるため、このシリンダ５１２００、５１２０２、５１２０４、および５１２０６の間の作用気体の周期的移動特性が可能である。
（転動形ダイアフラム、金属ベローズ、エアロック、および圧力調節器）
スターリングサイクル機のいくつかの実施形態では、潤滑流体が使用される。潤滑流体がクランクケースから漏出することを防止するために、シールが使用される。
ここで図５１３Ａ−５１５を参照すると、スターリングサイクル機のいくつかの実施形態は、潤滑流体がクランクケース（図示せず、しかしクランクケースに収納される構成要素は５１３０４として表される）から漏出することを防止するために、ピストン棒５１３０２に沿って配置される転動形ダイアフラム５１３００を利用する、流体潤滑ロッキングビーム駆動部と、潤滑流体によって損傷される場合がある、エンジンの進入域とを含む。潤滑流体が作用空間（図示せず、しかし作用空間に収納される構成要素は５１３０６として表される）に進入した場合、作用流体を汚染し、再生器５１３０８と接触し、再生器５１３０８を詰まらせる場合があるため、潤滑流体を封じ込めることが有益である。転動形ダイアフラム５１３００は、ゴム、あるいは剛性を提供するように織布または不織布で補強されたゴム等の、エラストマー材料でできていてもよい。転動形ダイアフラム５１３００は、代替として、織布または不織布を伴うフルオロシリコーンまたはニトリル等の他の材料でできていてもよい。転動形ダイアフラム５１３００はまた、カーボンナノチューブ、あるいは、例えばエラストマーに分散される、ポリエステルまたはＫＥＶＬＡＲ（登録商標）の繊維を伴う不織布である、細切布でできていてもよい。いくつかの実施形態では、転動形ダイアフラム５１３００は、最上部密閉ピストン５１３２８および底部密閉ピストン５１３１０によって支持される。他の実施形態では、図１３Ａに示されるような転動形ダイアフラム５１３００は、最上部密閉ピストン５１３２８の切り込みを介して支持される。
いくつかの実施形態では、シール５１３００より上側の圧力がクランクケース５１３０４内の圧力とは異なるように、圧力差が転動形ダイアフラム５１３００にわたって配置される。転動形ダイアフラムが動作の全体を通してその形態を維持することを圧力差が確実にするため、この圧力差は、シール５１３００を膨張させ、シール５１３００が動的シールの役割を果たすことを可能にする。図５１３Ａおよび図５１３Ｃ−５１３Ｈは、圧力差がどのように転動形ダイアフラムに影響を及ぼすかを図示する。圧力差は、ピストン棒５１３０２とともに移動するにつれて、転動形ダイアフラム５１３００を底部密閉ピストン５１３１０の形状に適合させ、動作中にピストン５１３１０の表面からのシール５１３００の分離を防止する。そのような分離はシールの故障を引き起こす場合がある。圧力差は、ピストン棒５１３０２とともに移動するにつれて、転動形ダイアフラム５１３００に、底部密閉ピストン５１３１０との一定の接触を維持させる。このことは、シール５１３００の片面が、それに及ぼされる圧力を常に有し、それにより、底部密閉ピストン５１３１０の表面に適合するようにシール５１３００を膨張させるために発生する。いくつかの実施形態では、最上部密閉ピストン５１３２８は、底部密閉ピストン５１３１０と接触してシール５１３００をさらに維持するよう、底部密閉ピストン５１３１０と接触している転動形ダイアフラム５１３００の角の「上方で転動する」。例示的実施形態では、圧力差は、１０〜１５ＰＳＩの範囲である。転動形ダイアフラム５１３００がクランクケース５１３０４の中へ膨張させられてもよいように、圧力差においてより小さい圧力が、好ましくは、クランクケース５１３０４の中にある。しかしながら、他の実施形態では、圧力差は、より大きいかまたは小さい範囲の値を有してもよい。
圧力差は、加圧潤滑システム、空気圧式ポンプ、センサ、電気ポンプ、クランクケース５１３０４中で圧力上昇を生成するようにロッキングビームを振動することによる方法、転動形ダイアフラム５１３００上で静電気を生成することによる方法、または他の同様な方法の使用を含むが、それらに限定されない、種々の方法によって生成されてもよい。いくつかの実施形態では、圧力差は、作用空間５１３０６の平均圧力以下である圧力までクランクケース５１３０４を加圧することによって生成される。いくつかの実施形態では、クランクケース５１３０４は、作用空間５１３０６の平均圧力以下の１０〜１５ＰＳＩの範囲の圧力まで加圧されるが、種々の他の実施形態では、圧力差は、さらに小さいか、または大きくてもよい。転動形ダイアフラムに関するさらなる詳細を以下に含む。
しかしながら、ここで図５１３Ｃ、５１３Ｇ、および５１３Ｈを参照すると、スターリング機の別の実施形態が示されており、エアロック空間５１３１２は、作用空間５１３０６とクランクケース５１３０４との間に位置する。エアロック空間５１３１２は、上記のような転動形ダイアフラム５１３００の機能に必要な圧力差を生成するために必要な、一定の容積および圧力を維持する。一実施形態では、エアロック５１３１２が作用空間５１３０６から完全に密閉されるため、エアロック５１３１２の圧力は、作用空間５１３０６の平均圧力に等しい。したがって、いくつかの実施形態では、作用空間とクランクケースとの間の効果的なシールの欠如が、エアロック空間の必要性の一因となる。したがって、エアロック空間は、いくつかの実施形態では、より効率的で効果的なシールによって排除されてもよい。
動作中、作用空間５１３０６の平均圧力は、エアロック５１３１２の平均圧力も同様に変動させるように、変動してもよい。圧力が変動し得る１つの理由として、動作中に、作用空間がより高温になる場合があり、それが次に、エアロックおよび作用空間が流体連通しているため、作用空間の中、結果としてエアロック内の圧力を増加させる場合がある。そのような場合、エアロック５１３１２とクランクケース５１３０４との間の圧力差も変動し、それにより、シールの故障につながる場合がある、転動形ダイアフラム５１３００における不必要な応力を引き起こす。したがって、機械のいくつかの実施形態では、エアロック５１３１２とクランクケース５１３０４との間の一定の所望圧力差を維持するように、エアロック５１３１２内の平均圧力が調節され、転動形ダイアフラム５１３００が膨張されたままであり、それらの形態を維持することを確実にする。いくつかの実施形態では、エアロックとクランクケースとの間の圧力差を監視および管理し、それに応じて、エアロックとクランクケースとの間の一定の圧力差を維持するよう圧力を調節するために、圧力変換器が使用される。使用されてもよい圧力調節器の種々の実施形態は、以下で、およびその全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｇｕｒｓｋｉらに対して２００７年１２月２５日に発行された米国特許第７，３１０，９４５号でさらに詳細に説明されている。
エアロック５１３１２とクランクケース５１３０４との間の一定の圧力差は、ポンプまたは放出弁を介してエアロック５１３１２から作用流体を追加または除去することによって、達成されてもよい。代替として、エアロック５１３１２とクランクケース５１３０４との間の一定の圧力差は、ポンプまたは放出弁を介してクランクケース５１３０４から作用流体を追加または除去することによって、達成されてもよい。ポンプおよび放出弁は、圧力調節器によって制御されてもよい。作用流体は、作用流体容器等の別個の供給源からエアロック５１３１２（またはクランクケース５１３０４）に追加されてもよく、またはクランクケース５１３０４から伝達されてもよい。作用流体がクランクケース５１３０４からエアロック５１３１２に伝達された場合、エンジンの故障をもたらす場合があるため、潤滑剤がクランクケース５１３０４からエアロック５１３１２の中、および最終的には作用空間５１３０６の中へ通ることを防止するよう、エアロック５１３１２の中へ通る前に作用流体を濾過することが望ましくてもよい。
機械のいくつかの実施形態では、クランクケース５１３０４は、作用流体とは異なる熱的性質を有する流体で充満されてもよい。例えば、作用気体がヘリウムまたは水素である場合、クランクケースは、アルゴンで充満されてもよい。したがって、クランクケースは加圧され、いくつかの実施形態では、ヘリウムが使用されるが、他の実施形態では、本明細書で説明されるような任意の不活性気体が使用されてもよい。したがって、クランクケースは、例示的実施形態では湿潤加圧クランクケースである。潤滑流体が使用されない他の実施形態では、クランクケースは湿っていない。
例示的実施形態では、転動形ダイアフラム５１３００は、気体または液体がそれらを通過することを可能にせず、それは、作用空間５１３０６が乾燥したままであり、クランクケース５１３０４が潤滑流体を溜めて湿っていることを可能にする。湿潤水溜クランクケース５１３０４を許容すると、ロッキングビーム駆動部５１３１６の摩擦が少なくなるため、エンジンの効率および寿命が増加する。いくつかの実施形態では、駆動部５１３１６におけるローラー軸受または玉軸受の使用もまた、潤滑流体および転動形ダイアフラム５１３００の使用により排除されてもよい。このことは、エンジンの雑音をさらに低減し、エンジンの寿命および効率を増加させてもよい。
図５１４Ａ−５１４Ｅは、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストン（図５１３Ａおよび５１３Ｈで５１３２８および５１３１０として示される）との間、および最上部取付け面と底部取付け面（図５１３Ａで５１３２０および５１３１８として示される）との間に取り付けられるように構成された、転動形ダイアフラム（５１４００、５１４１０、５１４１２、５１４２２、および５１４２４として示される）の種々の実施形態の断面を示す。いくつかの実施形態では、最上部取付け面は、エアロックまたは作用空間の表面であってもよく、底部取付け面は、クランクケースの表面であってもよい。
図５１４Ａは、転動形ダイアフラム５１４００の一実施形態を示し、転動形ダイアフラム５１４００は、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間にシールを形成するよう、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間に配置されてもよい、平坦な内端５１４０２を含む。転動形ダイアフラム５１４００はまた、最上部取付け面と底部取付け面との間にシールを形成するよう、最上部取付け面と底部取付け面との間に配置されてもよい、平坦な外端５１４０４も含む。図５１４Ｂは、転動形ダイアフラムの別の実施形態を示し、転動形ダイアフラム５１４１０は、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間の付加的な支持および密閉接触を提供するように、平坦な内端５１４０６につながる複数の屈曲５１４０８を含んでもよい。図５１４Ｃは、転動形ダイアフラムの別の実施形態を示し、転動形ダイアフラム５１４１２は、最上部取付け面と底部取付け面との間の付加的な支持および密閉接触を提供するように、平坦な外端５１４１４につながる複数の屈曲５１４１６を含む。
図５１４Ｄは、転動形ダイアフラムの別の実施形態を示し、転動形ダイアフラム５１４２２は、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間に「Ｏリング」型シールを提供するように、その内端５１４２０に沿ったビードと、底部取付け面と最上部取付け面との間の「Ｏリング」型シールを提供するように、その外端５１４１８に沿ったビードとを含む。図５１４Ｅは、転動形ダイアフラムの別の実施形態を示し、転動形ダイアフラム５１４２４は、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間の付加的な支持および密閉接触を提供するように、ビード付き内端５１４２６につながる複数の屈曲５１４２８を含む。転動形ダイアフラム５１４２４はまた、最上部密閉ピストンと底部密閉ピストンとの間の付加的な支持および密閉接触を提供するように、ビード付き外端５１４３２につながる複数の屈曲５１４３０を含んでもよい。
図５１４Ａから５１４Ｅは、転動形ダイアフラムの種々の実施形態を示し、転動形ダイアフラムは、当技術分野で公知の任意の他の機械的手段によって適所で担持されてもよいことを理解されたい。
ここで図５１５Ａを参照すると、断面は、転動形ダイアフラム実施形態の一実施形態を示す。金属ベローズ５１５００は、作用空間またはエアロック（図５１３Ｇで５１３０６および５１３１２として示される）からクランクケース（図５１３Ｇで５１３０４として示される）を密閉するように、ピストン棒５１５０２に沿って配置される。金属ベローズ５１５００は、最上部密閉ピストン５１５０４および静止取付け面５１５０６に取り付けられてもよい。代替として、金属ベローズ５１５００は、底部密閉ピストン（図示せず）および最上部静止取付け面に取り付けられてもよい。一実施形態では、底部静止取付け面は、クランクケース表面、あるいは内側エアロックまたは作用空間表面であってもよく、最上部静止取付け面は、内側クランクケース表面、あるいは外側エアロックまたは作用空間表面であってもよい。金属ベローズ５１５００は、溶接、ろう付け、または当技術分野で公知の任意の機械的手段によって取り付けられてもよい。
図５１５Ｂ−５１５Ｇは、金属ベローズの種々の実施形態の斜視断面図を示し、金属ベローズは、溶接金属ベローズ５１５０８である。金属ベローズのいくつかの実施形態では、金属ベローズは、好ましくは、微細溶接金属ベローズである。いくつかの実施形態では、溶接金属ベローズ５１５０８は、図５１５Ｃおよび５１５Ｄに示されるように、内端５１５１２または外端５１５１４のいずれかにおいて相互に溶接される、複数のダイアフラグム５１５１０を含む。いくつかの実施形態では、ダイアフラグム５１５１０は、三日月形５１５１６、平坦５１５１８、波形５１５２０、または当技術分野で公知の任意の他の形状であってもよい。
加えて、金属ベローズは、代替として、金型成形、ハイドロフォーミング、爆発ハイドロフォーミング、または当技術分野で公知の任意の他の手段等の手段によって、機械的に形成されてもよい。
金属ベローズは、鋼鉄、ステンレス鋼、ステンレス鋼３７４、ＡＭ−３５０ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｎｅｌ、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、Ｈａｙｎｅｓ、チタン、または高力耐食材料を含むがそれらに限定されない、任意の種類の金属でできていてもよい。
一実施形態では、使用される金属ベローズは、Ｓｅｎｉｏｒ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｅｌｌｏｗｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（Ｓｈａｒｏｎ，ＭＡ）、またはＡｍｅｒｉｃａｎ ＢＯＡ，Ｉｎｃ．（Ｃｕｍｍｉｎｇ，ＧＡ）より入手可能なものである。
（転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの実施形態）
密閉するように機能する、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの種々の実施形態が上記で説明されている。上記の説明と、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズのパラメータに関する以下の付加的な説明とに基づいて、さらなる実施形態が当業者に明白となるであろう。
いくつかの実施形態では、エアロック空間またはエアロック域（両方の用語は交換可能に使用される）の中にある、転動形ダイアフラムまたはベローズの上の圧力は、いくつかの実施形態ではエンジンである、機械に対する平均作用気体の圧力である一方で、クランクケース域内の、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズより下の圧力は、周囲／大気圧である。これらの実施形態では、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズは、それにわたる３０００ｐｓｉ（いくつかの実施形態では、最大で１５００ｐｓｉまたはそれ以上）程度で作動する必要がある。この場合、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズシールは、機械（例示的実施形態ではエンジン）に対する作用気体（ヘリウム、水素、またはその他）格納障壁を形成する。また、これらの実施形態では、従来の内燃（「ＩＣ」）エンジンのように、周囲圧力において潤滑流体（例示的実施形態では、潤滑流体として使用される油）および空気を単に含有することが必要とされるため、エンジンのボトムエンドを含有するための、重い定格圧力の構造容器の必要性が排除される。
それにわたる超高圧とともに転動形ダイアフラムおよび／またはベローズシールを使用することの能力は、いくつかのパラメータの相互作用に依存する。ここで図５１５Ｈを参照すると、転動形ダイアフラムまたはベローズ材料に対する実際の荷重の説明図が示されている。示されるように、荷重は、設置された転動形ダイアフラムまたはベローズシールに対する圧力差および環状空隙域の関数である。
領域１は、ピストンおよびシリンダによって形成される壁と接触している、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの部分を表す。転動形ダイアフラムおよび／またはベローズにわたる圧力差により、荷重は、本質的には長手方向の引張荷重である。転動形ダイアフラムおよび／またはベローズにわたる圧力による、この引張荷重は、以下のように表すことができる。
Ｌｔ＝Ｐｄ＊Ａａ
式中、
Ｌｔ＝引張荷重
Ｐｄ＝圧力差
Ａａ＝環状域
であり、
Ａａ＝ｐ／４＊（Ｄ２−ｄ２）
式中、
Ｄ＝シリンダ内径
ｄ＝ピストン直径
であり、ベローズ材料における応力の引張成分は、以下のように近似することができる。
Ｓｔ＝Ｌｔ／（ｐ＊（Ｄ＋ｄ）＊ｔｂ）
これは、次に帰着する。
Ｓｔ＝Ｐｄ／４＊（Ｄ−ｄ）／ｔｂ
以降、以下のように定義される、シリンダ内径（Ｄ）およびピストン直径（ｄ）に対する畳み込み半径Ｒｃの関係を示す。
Ｒｃ＝（Ｄ−ｄ）／４
したがって、Ｓｔに対する次式が、その最終形態に帰着する。
Ｓｔ＝Ｐｄ＊Ｒｃ／ｔｂ
式中、
ｔｂ＝ベローズ材料の厚さ
である。
依然として図５１５Ｈを参照すると、領域２は、畳み込みを表す。転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料が畳み込みにおいて角を曲がると、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料に課せられるフープ応力が計算されてもよい。畳み込みを形成するベローズの部分について、応力のフープ成分は、以下のように厳密に近似することができる。
Ｓｈ＝Ｐｄ＊Ｒｃ／ｔｂ
内側で転動形ダイアフラムおよび／またはベローズが転動する環状域は、概して、畳み込み域と呼ばれる。転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの疲労寿命は、概して、圧力差による引張（およびフープ）荷重、ならびに布が畳み込みを通して転動する時の屈曲による疲労の両方からの複合応力によって、制限される。この「転動」中に布が呈する半径を、ここでは、畳み込み半径Ｒｃとして定義する。
Ｒｃ＝（Ｄ−ｄ）／４
畳み込み半径Ｒｃを介して転動する際の、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料における曲げ応力Ｓｂは、その半径、ならびに屈曲している材料の厚さの関数である。繊維強化材料については、繊維径が減少するにつれて、繊維自体における応力が軽減される（例示的実施形では所定の偏向中に）。同じ液面の屈曲に対する、結果として生じたより低い応力は、疲労寿命限界の増加を可能にする。繊維径がさらに低減されるにつれて、繊維における曲げ応力を耐久限界下で保ちながら、畳み込み半径Ｒｃを減少させる可撓性が達成される。同時に、Ｒｃが減少するにつれて、ピストンとシリンダとの間の環帯の中の非支持域が少ないため、布に対する引張荷重が低減される。繊維径が小さくなるほど、最小Ｒｃが小さくなり、環状域が小さくなって、より高い許容圧力差をもたらす。
前記半径の曲げについて、曲げモーメントは次式によって近似される。
Ｍ＝Ｅ＊Ｉ／Ｒ
式中、
Ｍ＝曲げモーメント
Ｅ＝弾性係数
Ｉ＝慣性モーメント
Ｒ＝曲げ半径
である。
古典的な曲げ応力Ｓｂは、次式のように計算される。
Ｓｂ＝Ｍ＊Ｙ／Ｉ
式中、
Ｙ＝曲げの中立軸より上側の距離
であり、置換すると、
Ｓｂ＝（Ｅ＊Ｉ／Ｒ）＊Ｙ／Ｉ
Ｓｂ＝Ｅ＊Ｙ／Ｒ
が生じる。
屈曲が中心の中立軸の周囲であると想定すると、
Ｙｍａｘ＝ｔｂ／２
Ｓｂ＝Ｅ＊ｔｂ／（２＊Ｒ）
である。
いくつかの実施形態では、高サイクル寿命のための転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ設計は、課せられる曲げ応力が、圧力に基づく荷重（フープおよび軸方向応力）より小さい大きさにほぼ保たれる形状に基づいている。式Ｓｂ＝Ｅ＊ｔｂ／（２＊Ｒ）に基づき、Ｒｃに正比例してｔｂを最小化することにより、曲げ応力が増加するべきではないことが明確である。転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料または膜の例示的実施形態に対する最小厚さは、エラストマーの補強で使用される最小繊維径に直接関係する。使用される繊維が細いほど、所与の応力液面に対する、結果として生じるＲｃが小さくなる。
転動形ダイアフラムおよび／またはベローズに対する荷重の別の制限成分は、畳み込みにおけるフープ応力である（理論的には、ピストンまたはシリンダによって支持されている間の長手方向荷重と同じ大きさである）。その荷重に対する支配方程式は以下のとおりである。
Ｓｈ＝Ｐｄ＊Ｒｃ／ｔｂ
したがって、Ｒｃがｔｂに正比例して減少させられた場合には、この領域中の膜に対する応力の増加がない。しかしながら、Ｒｃをｔｂよりも大きい比に減少させる態様でこの比が低減された場合には、パラメータの平衡を保たなければならない。したがって、Ｒｃに対してｔｂを減少させることは、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズが、圧力によるさらに大きい応力を支持することを必要とするが、曲げによる低減した応力液面を生み出す。圧力ベースの荷重は、本質的に一定であるため、このことが有利であってもよく、したがって、曲げ荷重が周期的であるため、最終的に疲労寿命を制限するのは曲げ荷重成分である。
曲げ応力の低減のために、ｔｂは、理想的には最小値となるべきであり、Ｒｃは、理想的には最大値となるべきである。Ｅも、理想的には最小値となるべきである。フープ応力の低減のためには、Ｒｃは、理想的には小さく、ｔｂは、理想的には大きい。
したがって、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ膜材料の重要なパラメータは、以下のとおりである。
Ｅ：膜材料の弾性係数、
ｔｂ：膜の厚さ（および／または繊維径）、
Ｓｕｔ：転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの終局引張強度、および
Ｓｌｃｆ：転動形ダイアフラムおよび／またはベローズの制限疲労強度。
したがって、Ｅ、ｔｂ、およびＳｕｔから、最小許容のＲｃが計算されてもよい。次に、Ｒｃ、Ｓｌｃｆ、およびｔｂを使用して、最大のＰｄが計算されてもよい。Ｒｃは、定常状態の圧力応力と周期的曲げ応力との間の荷重（応力）成分の偏りを移動させるように調整されてもよい。したがって、理想的な転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料は、極めて薄く、極めて張力に強く、曲げに非常に柔軟である。
したがって、いくつかの実施形態では、転動形ダイアフラムおよび／またはベローズ材料（「膜」と呼ばれることもある）は、炭素繊維ナノチューブでできている。しかしながら、付加的な細径の繊維材料もまた、使用されてもよく、編組されたナノチューブ繊維、ナノチューブ非撚糸繊維、あるいは、ＫＥＶＬＡＲ、ガラス、ポリエステル、合成繊維、ならびに、所望の直径および／または上記で詳細に説明されるような他の所望のパラメータを有する、任意の他の材料または繊維を含むが、それらに限定されない任意の他の従来の材料を含むが、それらに限定されない。
（ピストンシールおよびピストン棒シール）
ここで図５１３Ｇを参照すると、機械の実施形態が示され、スターリングサイクルエンジン等のエンジン５１３２６は、少なくとも１つピストン棒シール５１３１４と、ピストンシール５１３２４と、ピストンガイドリング５１３２２（図５１６で５１６１６として示される）とを含む。ピストンシール５１３２４およびピストンガイドリング５１３２２の種々の実施形態は、以下で、ならびに前述のように参照することにより組み込まれる、２００３年２月６日のＬａｎｇｅｎｆｅｌｄらの米国特許出願公開第２００３／００２４３８７Ａ１号（現在は放棄）でさらに論議されている。
図５１６は、シリンダの中心軸５１６０２またはシリンダ５１６０４に沿って駆動される、ピストン５１６００の部分断面を示す。ピストンシール（図５１３Ｇにおいて５１３２４として示される）は、シリンダ５１６０４の接触面５１６０８に対するシールを提供する、シールリング５１６０６を含んでもよい。接触面５１６０８は、典型的には、１２ＲＭＳまたはより平滑な表面仕上げを有する、硬化金属（好ましくは５８−６２ＲＣ）である。接触面５１６０８は、容易に表面硬化されてもよく、かつ所望の仕上げを達成するように研削および／または研磨されてもよい、８２６０硬化鋼等の表面硬化された金属であってもよい。ピストンシールはまた、シールリング５１６０６に対する推力を提供するようにバネ付きである、バッキングリング５１６１０も含んでもよく、それにより、シールリング５１６０６の外側表面全体の周囲の密閉を確保するのに十分な接触圧を提供する。シールリング５１６０６およびバッキングリング５１６１０は、共に、ピストンシール複合リングと呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのピストンシールが、シリンダ５１６０４の低温部分からシリンダ５１６０４の高温部分を密閉してもよい。
ここで図５１７を参照すると、いくつかの実施形態は、ピストン棒シリンダ壁５１７００に取り付けられるピストン棒シール（図５１３Ｇで５１３１４として示される）を含み、それは、いくつかの実施形態では、ピストン棒５１６０４（図５１３Ｇでは５１３０２として示される）の接触面５１７０８に対するシールを提供するシールリング５１７０６を含んでもよい。接触面５１７０８は、いくつかの実施形態では、１２ＲＭＳまたはより平滑な表面仕上げを有する、硬化金属（好ましくは５８−６２ＲＣ）である。接触面５１７０８は、容易に表面硬化されてもよく、かつ所望の仕上げを達成するように研削および／または研磨されてもよい、５８２６０硬化鋼等の表面硬化された金属であってもよい。ピストンシールはまた、シールリング５１７０６に対する半径方向またはフープ力を提供するようにバネ付きである、バッキングリング５１７１０も含んでもよく、それにより、シールリング５１７０６の外側表面全体の周囲の密閉を確保するのに十分な接触フープ応力を提供する。シールリング５１７０６およびバッキングリング５１７１０は、共に、ピストン棒シール複合リングと呼ばれてもよい。
いくつかの実施形態では、シールリングおよびバッキングリングは、ピストン棒上に配置されてもよく、バッキングリングがシールリングに外からの圧力を及ぼし、シールリングは、ピストン棒シリンダ壁５１７０２と接触してもよい。これらの実施形態は、以前の実施形態よりも大きいピストン棒シリンダの長さを必要とする。これは、接触面５１７０８がピストン棒自体の上に位置する以前の実施形態よりも、ピストン棒シリンダ壁５１７０２上の接触面が長くなるためである。さらに別の実施形態では、ピストン棒シールは、Ｏリング、黒鉛隙間シール、ガラスシリンダの中の黒鉛ピストン、または任意の空気ポート、またはバネ稼働式穴縁シールを含むがそれらに限定されない、当技術分野で公知の任意の機能的シールであってもよい。いくつかの実施形態では、近接した隙間を有する、あらゆるものが使用されてもよく、他の実施形態では、干渉物、例えばシールを有する、あらゆるものが使用される。例示的実施形態では、バネ稼働式穴縁シールが使用される。ＢＡＬ ＳＥＡＬ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．（Ｆｏｏｔｈｉｌｌ Ｒａｎｃｈ，ＣＡ）製のものを含む、任意のバネ稼働式穴縁シールが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、使用されるシールは、ＢＡＬ ＳＥＡＬ、部品番号Ｘ５５８６０４である。
シールリング５１６０６および５１７０６の材料は、接触面５１６０８および５１７０８にそれぞれ対するシールリング５１６０６および５１７０６の摩擦係数と、それが引き起こすシールリング５１６０６および５１７０６上の摩耗との間のバランスを考慮することによって選択される。スターリングサイクルエンジンの高い動作温度等の、ピストン潤滑が可能ではない用途では、工学プラスチックリングの活用が使用される。組成物の実施形態は、潤滑材料および耐摩耗材料を装填したナイロンマトリクスを含む。そのような潤滑材料の例は、ＰＴＦＥ／シリコーン、ＰＴＦＥ、黒鉛等を含む。耐摩耗材料の例は、ガラス繊維および炭素繊維を含む。そのような工学プラスチックの例は、ＬＮＰ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）によって製造されている。バッキングリング５１６１０および５１７１０は、好ましくは金属である。
それぞれ、シールリング５１６０６および５１７０６とシールリング溝５１６１２および５１７１２との間の嵌合が、好ましくは、隙間嵌合（約０．００２”）である一方で、バッキングリング５１６１０および５１７１０の嵌合は、好ましくは、いくつかの実施形態では約０．００５”程度の、より緩い嵌合である。シールリング５１６０６および５１７０６は、リング５１６０６および５１７０６にわたる圧力差の方向と、ピストン５１６００またはピストン棒５１７０４の移動方向とに応じて、それぞれ、接触面５１６０８および５１７０８に対する圧力シールと、また、それぞれ、シールリング溝５１６１２および５１７１２の表面５１６１４および５１７１４の一方に対する圧力シールとを提供する。
図５１８Ａおよび５１８Ｂは、バッキングリング５１８２０が、間隙５１８００を除いて本質的に円対称である場合、圧縮時に、破線のバッキングリング５１８０２によって示されるような長円形となることを示す。結果は、シールリング（図示せず、図５１６および５１７において５１６０６および５１７０６として示される）に及ぼされる不均等な半径方向またはフープ力（矢印５１８０４によって示される）、および、したがって、それぞれ接触面（図示せず、図５１６および５１７において５１６０８および５１７０８として示される）に対するシールリングの不均等な圧力であってもよく、シールリングの不均等な摩耗、場合によってはシールの故障を引き起こす。
ピストンシールバッキングリング５１８２０によって及ぼされる、不均等な半径方向またはフープ力の問題の解決法は、実施形態によれば、図５１８Ｃおよび５１８Ｄに示されるような、間隙５１８００からの円周方向変位とともに変動する断面を有する、バッキングリング５１８２２である。バッキングリング５１８２２の幅の漸減が、数字５１８０６で示された位置から数字５１８０８で示された位置まで示されている。また、図５１８Ｃおよび５１８Ｄには、シールリング５１６０６の円周方向閉鎖を提供するための重ね継手５１８１０が示されている。いくつかのシールは寿命の間に有意に摩耗するため、バッキングリング５１８２２は、可動範囲の不均等な圧力（図５１９Ｂで数字５１９０４によって示される）を提供するべきである。図５１８Ｃおよび５１８Ｄに示された先細のバッキングリング５１８２２は、この利点を提供してもよい。
図５１９Ａおよび５１９Ｂは、いくつかの実施形態による、ピストンシリンダに対するピストンシールリングの不均等な半径方向またはフープ力の問題の別の解決法を図示する。図５１９Ａに示されるように、バッキングリング５１９１０は、シリンダ内での圧縮時に、リングが破線のバッキングリング５１９０２によって示された円形となるように、長円形に形成される。したがって、シールリングとシリンダ接触面との間の一定の接触圧は、図５１９Ｂに示されるように、バッキングリング５１９０２の均等な半径方向力５１９０４によって提供されてもよい。
ピストン棒シールバッキングリングによって及ぼされる、不均等な半径方向またはフープ力の問題の解決法は、いくつかの実施形態によれば、図５１８Ｅおよび５１８Ｆに示されるような、間隙５１８１２からの円周方向変位とともに変動する断面を有する、バッキングリング５１８２４である。バッキングリング５１８２４の幅の漸減が、数字５１８１４で示された位置から数字５１８１６で示された位置まで示されている。また、図５１８Ｅおよび５１８Ｆには、シールリング５１７０６の円周方向閉鎖を提供するための重ね継手５１８１８が示されている。いくつかのシールは寿命にわたって有意に摩耗するため、バッキングリング５１８２４は、可動範囲の不均等な圧力（図５２０Ｂで数字５２００４によって示される）を提供するべきである。図５１８Ｅおよび５１８Ｆに示された先細バッキングリング５１８２４は、この利点を提供してもよい。
図５２０Ａおよび５２０Ｂは、いくつかの実施形態による、ピストン棒接触面に対するピストン棒シールリングの不均等な半径方向またはフープ力の問題の別の解決法を図示する。図５２０Ａに示されるように、バッキングリング（破線のバッキングリング５２０００によって示される）は、シリンダ内での拡張時に、リングがバッキングリング５２００２によって示された円形となるように、長円形に形成される。したがって、シールリング５１７０６とシリンダ接触面との間の一定の接触圧は、図５２０Ｂに示されるように、バッキングリング５２００２の均等な半径方向推力５２００４によって提供されてもよい。
再び図５１６を参照すると、いくつかの実施形態によれば、シリンダ５１６０４を上下に移動する際にピストン５１６００にかかる側面荷重を支持するために、少なくとも１つのガイドリング５１６１６もまた、提供されてもよい。ガイドリング５１６１６もまた、好ましくは、潤滑材料を装填した工学プラスチック材料から製造される。ガイドリング５１６１６の斜視図を図５２１に示す。重複継手５２１００が示されており、ガイドリング５１６１６の中心軸に対して斜めであってもよい。
（潤滑流体ポンプおよび潤滑流体通路）
ここで図５２２を参照すると、ロッキングビーム駆動部５２２０２および潤滑流体５２２０４を有する、機械用のエンジン５２２００の一実施形態の代表的な説明図が示されている。いくつかの実施形態では、潤滑流体は油である。潤滑流体は、流体力学上の圧力によって供給された潤滑軸受等の、クランクケース５２２０６の中のエンジン部品を潤滑するために使用される。エンジン５２２００の可動部品を潤滑すると、エンジン部品間の摩擦をさらに低減し、エンジン効率およびエンジン寿命をさらに増加させる働きをする。いくつかの実施形態では、潤滑流体は、油水溜としても知られるエンジンの底部に配置され、クランクケースの全体を通して分配されてもよい。潤滑流体は、潤滑流体ポンプによってエンジン５２２００の異なる部品に分配されてもよく、潤滑流体ポンプは、フィルタ付き入口を介して、水溜から潤滑流体を収集してもよい。例示的実施形態では、潤滑流体は油であり、したがって、潤滑流体ポンプは、本明細書では油ポンプと呼ばれる。しかしながら、「油ポンプ」という用語は、油が潤滑流体として使用される、例示的実施形態および他の実施形態を説明するためのみに使用され、該用語は、潤滑流体または潤滑流体ポンプを限定するように解釈されるものではない。
ここで図５２３Ａおよび５２３Ｂを参照すると、エンジンの一実施形態が示されており、潤滑流体は、機械的油ポンプ５２２０８によって、クランクケース５２２０６の中に位置するエンジン５２２００の異なる部品に分配される。油ポンプ５２２０８は、駆動歯車５２２１０と、遊び歯車５２２１２とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、機械的油ポンプ５２２０８は、ポンプ駆動アセンブリによって駆動されてもよい。ポンプ駆動アセンブリは、駆動歯車５２２１０に連結される駆動軸５２２１４を含んでもよく、駆動軸５２２１４は、その上に中間歯車５２２１６を含む。中間歯車５２２１６は、好ましくは、クランク軸歯車５２２２０によって駆動され、クランク軸歯車５２２２０は、図５２４に示されるように、エンジン５２２００の１次クランク軸５２２１８に連結される。この構成では、クランク軸５２２１８は、駆動軸５２２１４上の中間歯車５２２１６を駆動するクランク軸歯車５２２２０を介して、機械的油ポンプ５２２０８を間接的に駆動し、それが次に、油ポンプ５２２０８の駆動歯車５２２１０を駆動する。
クランク軸歯車５２２２０は、図２４に示されるように、いくつかの実施形態では、クランク軸５２２１８のクランクピン５２２２２および５２２２４の間に配置されてもよい。他の実施形態では、クランク軸歯車５２２２０は、図５２５Ａ−５２５Ｃに示されるように、クランク軸５２２１８の端に配置されてもよい。
製造を簡単にするために、クランク軸５２２１８は、複数の部品から成ってもよい。これらの実施形態では、クランク軸歯車５２２２０は、クランク軸の組立中にクランク軸部品の間に挿入されてもよい。
駆動軸５２２１４は、いくつかの実施形態では、図５２３Ａおよび５２５Ａに示されるように、クランク軸５２２１８に垂直に配置されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、駆動軸５２２１４は、図５２５Ｂおよび５２５Ｃに示されるように、クランク軸５２２１８と平行に配置されてもよい。
いくつかの実施形態では、クランク軸歯車５２２３４および中間歯車５２２３２は、スプロケットであってもよく、クランク軸歯車５２２３４と中間歯車５２２３２とは、図５２５Ｃおよび５２６Ｃに示されるように、チェーン５２２２６によって連結される。そのような実施形態では、チェーン５２２２６は、チェーン駆動ポンプ（図５２６Ａから５２６Ｃで５２６００として示される）を駆動するために使用される。
いくつかの実施形態では、クランク軸５２２１８と駆動軸５２２１４との間の歯車比は、動作の全体を通して一定のままである。そのような実施形態では、歯車比がポンプ速度とエンジンの速度との間で平衡を保つように、クランク軸と駆動軸との間で適切な歯車比を有することが重要である。このことは、特定のエンジンＲＰＭ（毎分回転数）動作範囲によって必要とされる、特定の潤滑剤の流れを達成する。
いくつかの実施形態では、潤滑流体は、電気ポンプによって、エンジンの異なる部品に分配される。電気ポンプは、そうでなければ機械的油ポンプによって必要とされる、ポンプ駆動アセンブリの必要性を排除する。
再び図５２３Ａおよび５２３Ｂを参照すると、油ポンプ５２２０８は、水溜から潤滑流体を収集する入口５２２２８と、エンジンの種々の部品に潤滑流体を送達する出口５２２３０とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、駆動歯車５２２１２および遊び歯車５２２１０の回転は、水溜からの潤滑流体を、入口５２２２８を通して油ポンプに引き込ませ、出口５２２３０を通してポンプの外へ押し出させる。入口５２２２８は、好ましくは、油ポンプに引き込まれる前に潤滑流体の中で見出される場合がある、微粒子を除去するためのフィルタを含む。いくつかの実施形態では、入口５２２２８は、管、パイプ、またはホースを介して、水溜に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、入口５２２２８は、水溜と直接的に流体連通してもよい。
いくつかの実施形態では、油ポンプ出口５２２３０は、種々のエンジン部品の中の一連の通路に接続され、それを通して潤滑流体が種々のエンジン部品に送達される。出口５２２３０は、通路と直接的に連通するよう、通路と一体化してもよく、または、１つのホースまたは管、あるいは複数のホースまたは管を介して、通路に接続されてもよい。一連の通路は、好ましくは、通路の相互接続ネットワークであるため、出口５２２３０は、単一の通路入口に接続され、依然としてエンジンの潤滑部品に潤滑流体を送達することができてもよい。
図５２７Ａ−５２７Ｄは、一実施形態を示し、油ポンプ出口（図５２３Ｂで５２２３０として示される）は、ロッキングビーム駆動部５２７０４のロッカー軸５２７０２の中の通路５２７００に接続される。ロッカー軸通路５２７００は、ロッカー枢動部軸受５２７０６に潤滑流体を送達し、ロッキングビーム通路（図示せず）に接続され、かつそこに潤滑流体を送達する。ロッキングビーム通路は、接続リストピン軸受５２７０８、リンク棒軸受５２７１０、およびリンク棒通路５２７１２に潤滑流体を送達する。リンク棒通路５２７１２は、ピストン棒連結軸受５２７１４に潤滑流体を送達する。接続棒５２７２０の接続棒通路（図示せず）は、第１のクランクピン５２７２２およびクランク軸５２７２６のクランク軸通路５２７２４に潤滑流体を送達する。クランク軸通路５２７２４は、クランク軸ジャーナル軸受５２７２８、第２のクランクピン軸受５２７３０、およびスプライン軸通路５２７３２に潤滑流体を送達する。スプライン軸通路５２７３２は、スプライン軸のスプライン継手５２７３４および５２７３６に潤滑流体を送達する。油ポンプ出口（図示せず、図５２３Ｂで５２２３０として示される）は、いくつかの実施形態では、主要供給部５２７４０に接続される。いくつかの実施形態では、油ポンプ出口はまた、連結継手線形軸受５２７３８に接続され、かつそこに潤滑流体を提供してもよい。いくつかの実施形態では、油ポンプ出口は、１つの管またはホース、あるいは複数の管またはホースを介して、線形軸受５２７３８に接続されてもよい。代替として、リンク棒通路５２７１２は、線形軸受５２７３８に潤滑流体を送達してもよい。
したがって、主要供給部５２７４０は、ジャーナル軸受表面５２７２８に潤滑流体を送達する。ジャーナル軸受表面５２７２８から、潤滑流体は、クランク軸主要通路に送達される。クランク軸主要通路は、スプライン軸通路５２７３２およびクランクピン５２７２４上の接続棒軸受の両方に潤滑流体を送達する。潤滑流体は、好ましくは、上記の軸受から流出し、水溜に流入することによって、水溜に再び送達される。水溜の中では、潤滑流体は、油ポンプによって収集され、エンジンの全体を通して分配される。
（分配）
上記のように、システム、方法、および装置の種々の実施形態は、初期水質にかかわらず、全ての環境で使用するための信頼できる飲用水源を提供することができる、低コストで、容易に保守され、高度に効率的で、可搬式で、二重安全装置を装備したシステムを有利に提供してもよい。システムは、例えば、可搬式電源および中程度の電力経費を使用する個人規模または限定されたコミュニティ規模で、飲用または医療用途のために、飲料水の連続流を生産することを目的とする。一例として、いくつかの実施形態では、約５００ワットの電力経費で、毎時間少なくとも約１０ガロンの水を生産するために、水蒸気蒸留装置が利用されてもよい。このことは、非常に効率的な熱伝達プロセスおよび多数のサブシステム設計最適化を通して、達成されてもよい。
水蒸気蒸留装置の種々の実施形態は、本明細書で説明されるように、バッテリ、電源、または発電機によって電力供給されてもよい。バッテリは、独立型バッテリであってもよく、または、スクーター、場合によってはハイブリッド自動車またはバッテリ電動自動車であってもよい、任意の他の自動車等の、自動車輸送装置に接続され得る。
一実施形態では、システムは、開発途上世界において、あるいは遠隔の村または遠隔の居住区において使用されてもよい。システムは、例えば（しかし限定ではなく）、あらゆる種類の水が常に安全ではないか、設置のための水の技術的専門知識が皆無かそれに近いか、代替供給へのアクセスが信頼できないか、保守へのアクセスが制限されているか、困難な動作環境であるといった、いずれか１つ以上を抱えるコミュニティにおいて特に有利である。
システムは、任意の入力源を浄化して、入力源を高品質の出力、すなわち、より清浄な水に変換するように作用する。いくつかの用途では、水蒸気蒸留装置は、源水を提供する地方自治体のインフラストラクチャーがないコミュニティにあってもよい。したがって、これらの状況では、水蒸気蒸留装置の実施形態は、様々な質の純度を有する源水を受け入れることが可能であってもよい。
システムはまた、設置および操作が容易である。水蒸気蒸留装置は、自律システムとなるように設計される。この装置は、操作者によって監視される必要がなく、独立して動作してもよい。このことは、水蒸気蒸留装置が設置および／または利用され得る場所の多くで、整備士がまれであるか、または信頼できない場合があるので、重要である。
システムは、最小の保守要件を有する。例示的実施形態では、システムは、いずれの消耗品および／または使い捨て品も必要とせず、したがって、要素または部品の交換なしで、一定の期間にわたってシステム自体が利用されてもよい。このことは、水蒸気蒸留装置等の機械的デバイスを保守する技術的専門知識を有する人々が不足しているコミュニティに水蒸気蒸留装置が位置してもよい、多くの用途において重要である。システムはまた、安価であり、あらゆるコミュニティに対する選択肢となる。
加えて、水蒸気蒸留装置は、清浄な飲用水が容易または十分に入手可能ではない、あらゆるコミュニティでも使用されてもよい。例えば、水蒸気蒸留デバイスを稼動させる電気を提供するための公共施設および装置に供給するための都市水道の両方を有するコミュニティである。
したがって、水蒸気蒸留装置は、電気を供給するための公共施設網を有するが、清浄な飲用水がない場合があるコミュニティにおいて使用されてもよい。逆に、コミュニティが、安全ではない都市水道を有し、電気を供給するための公共施設網がない場合がある。これらの用途では、水蒸気蒸留装置は、スターリングエンジン、内燃エンジン、発電機、バッテリ、または太陽電池パネルを含むが、それらに限定されないデバイスを使用して、電力供給されてもよい。水源は、その地域の小川、川、湖、池、または井戸、ならびに海を含んでもよいが、それらに限定されない。
インフラストラクチャーがないコミュニティでは、水源を探し、水蒸気蒸留装置を稼動させる電力を供給できることが課題である。先述のように、水蒸気蒸留装置は、いくつかの種類のデバイスを使用して電力供給されてもよい。
この種の状況で、水蒸気蒸留装置を設置する１つの適当な場所は、地域診療所または医療センターの中であってもよい。これらの場所には、典型的には、なんらかの形の電源があり、コミュニティのほとんどの人々にアクセス可能である。
再度、本明細書で説明されるように、電源は、スターリングエンジンを含んでもよい。機械の大きさに有意に影響を及ぼすことなく、エンジンが機械を操作するのに十分な量の電力を提供するため、この種のエンジンは、水の機械での適用に適している。
水蒸気蒸留装置は、毎日約５０人から２５０人に水を供給してもよい。例示的実施形態では、出力は、毎時間３０リットルである。この生産流量は、小さな村またはコミュニティの必要性に好適である。エネルギー需要は、約９００ワットを含む。したがって、エネルギー必要量は、水蒸気蒸留装置に電力供給するために最小である。この低電力必要量は、小規模／遠隔の村またはコミュニティに好適である。また、いくつかの実施形態では、標準的なコンセントが電源として好適である。水蒸気蒸留装置の重量は、例示的実施形態では約９０Ｋｇであり、大きさ（高さ×奥行き×幅）は、１６０ｃｍ×５０ｃｍ×５０ｃｍである。
温度、ＴＤＳ、および流体流動を操作する知識は、広範囲の周囲温度、圧力、および源水の溶解固形分の下で飲料水の生産を可能にするように情報を提供する。１つの特定の実施形態は、制御方法を利用してもよく、それにより、簡易アルゴリズムおよびルックアップテーブルと併せて、そのような測定値（Ｔ、Ｐ、ＴＤＳ、流速等）が使用され、操作者またはコンピュータ管理者が、既存の周囲条件下での最適な性能のために動作パラメータを設定することを可能にする。
いくつかの実施形態では、装置は、水を分配するためのシステムの一部として組み込まれてもよい。このシステム内に、監視システムを含んでもよい。この監視システムは、生成デバイスへの入力の１つ以上の特性を測定するための入力センサと、生成デバイスからの出力の消費または他の特性を測定するための出力センサとを有するステップを含んでもよいが、それに限定されない。監視システムは、入力および出力センサに基づいて、測定した入力および出力の消費を連結させるためのコントローラを有してもよい。
ネットワークの特定の公共施設の生成デバイスが水蒸気蒸留装置である場合、入力センサは、流速モニタであってもよい。また、出力センサは、濁度、伝導度、および温度センサのうちの１つ以上を含む、水質センサであってもよい。
監視システムはまた、直接的に、または衛星等の媒介デバイスを介してのいずれかで、遠隔地に測定した入力および出力パラメータを伝達するための、テレメトリモジュールを有してもよく、さらに、システムは、遠隔受信した指示に基づいて発電機の動作パラメータを変動させるための遠隔アクチュエータを含んでもよい。監視システムはまた、監視システムの場所を示す出力を有する、ＧＰＳ受信機等の自己場所決定デバイスを有してもよい。その場合、測定した入力および出力の特性は、監視システムの場所に依存してもよい。
上記の監視システムは、浄水源を提供するための公共施設の分散型ネットワーク内に含まれてもよい。分散型ネットワークは、それぞれの発電機への入力を測定するための入力センサ、それぞれの発電機からの出力の消費を測定するための出力センサ、および規定の発電機の入力および出力パラメータを伝送するためのテレメトリ伝送器を使用して、水を生成するためのデバイスを有する。最後に、分散型ネットワークは、複数の公共施設発電機から入力および出力パラメータを受信するための遠隔プロセッサを有してもよい。
ここで図４２を参照すると、この図は、監視生成デバイス４２０２を示す。生成デバイス４２０２は、本明細書で開示されるような水蒸気蒸留装置であってもよい。生成デバイス４２０２は、典型的には、その動作状態および条件を表す一式のパラメータによって特徴付けられてもよい。そのようなパラメータは、制限なく、その温度、その入力または出力流束等を含んでもよく、以下で詳細に説明されるように、センサを用いた監視を受けてもよい。
依然として図４２を参照すると、源水は、入口４２０４において生成デバイス４２０２に進入し、出口４２０６において生成デバイスから出る。生成デバイス４２０２に進入する源水４２０８の量および生成デバイス４２０２から出る浄水４２１０の量は、イベント毎または累積ベースのいずれかで、入口センサモジュール４２１２および／または出口センサモジュール４２１４に位置する温度および圧力を判定するための、センサまたは流量計等の、流速を判定するために一般的に使用される種々のセンサのうちの１つ以上の使用を通して監視されてもよい。加えて、生成デバイス４２０２の適正な機能は、出口センサモジュール４２１４および／または入口センサモジュール４２１２において濁度、伝導度、および／または温度を測定することによって判定されてもよい。イベント毎または累積的のいずれかにおいて、システム使用時間または電力消費量等の他のパラメータもまた、判定されてもよい。センサは、センサが事前にプログラムされた範囲外の値を検出した時に始動させられてもよい、アラームまたは停止スイッチに連結されてもよい。
システム位置の直接入力を通して、またはＧＰＳ位置検出器の使用によって、システムの位置が分かった時、抗体チップ検出器または細胞に基づいた検出器等の種々の検出器を利用して、既知の局所的水汚染物質の点検を含む、付加的な水質検査が位置に基づいて行なわれてもよい。水質センサは、水中の汚染物質の量を検出してもよい。センサは、水質が事前にプログラムされた水質値以上に上昇した場合にアラームを鳴らすようにプログラムされてもよい。水質値は、水中の汚染物質の測定した量である。代替として、水質が事前にプログラムされた水質値以上に上昇した場合に、停止スイッチが生成デバイスをオフにしてもよい。
さらに、もしあれば、生成デバイス４２０２中に薄片の蓄積が、システムの熱伝達性質を監視するステップまたは流れインピーダンスを測定するステップを含む、種々の方法によって判定されてもよい。種々の他のシステムパラメータを監視するために、種々の他のセンサが使用されてもよい。
依然として図４２を参照すると、上記のセンサは、生成デバイス４２０２の外部で、上記の種々のパラメータを監視および／または記録するために使用されてもよく、または代替実施形態では、生成デバイス４２０２は、携帯電話汚染システム等の通信システム４２１４を装備してもよい。通信システム４２１４は、生成デバイス４２０２と監視ステーション４２１６との間の通信のためのみに使用される、内部システムとなり得る。代替として、通信システム４２１４は、携帯電話衛星システム４２１８を通した一般通信用の携帯電話を含む、携帯電話通信システムとなり得る。通信システム４２１４はまた、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ開放仕様等の無線技術を採用してもよい。通信システム４２１４は、加えて、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）ロケータを含んでもよい。
依然として図４２を参照すると、通信システム４２１４は、監視ステーション４２１６との通信を可能にすることによって、生成デバイス４２０２への種々の改良を可能にする。例えば、監視ステーション４２１６は、意図したユーザによる意図した場所での使用を確実にするように、生成デバイス４２０２の場所を監視してもよい。加えて、監視ステーション４２１６は、生産される水および／または電気の量を監視してもよく、それが使用料の計算を可能にしてもよい。加えて、ある期間中、またはある期間中の累積しよう時間の間に生産される水および／または電気の量の判定は、予防保守スケジュールの計算を可能にする。使用料の計算によって、または水質を判定するために使用されるセンサのうちのいずれかの出力によって、保守の呼び出しが必要とされることが望ましい場合、監視ステーション４２１６が保守のための訪問を手配してもよい。ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）ロケータが使用中である場合、監視ステーション４２１６は、生成デバイス４２０２の正確な場所を判定して、保守のための訪問をより良好に促進してもよい。監視ステーション４２１６はまた、どの水質検査または他の検査が、生成デバイス４２０２の現在の場所に最も適切であるかを判定してもよい。通信システム４２１４はまた、生成デバイス４２０２をオンまたはオフにするために、使用前にデバイスを予熱するために、または、盗難の場合等に事前の警告なしでシステムが移転された場合にシステムを無効にするために、使用されてもよい。
ここで図４３を参照すると、上記の監視および通信システムは、種々の公共施設分配システムの使用を促進する。政府機関、非政府組織（ＮＧＯ）、または民間所有の慈善援助組織、企業、またはこれらの組み合わせ等の組織４３は、国全体等の地理的または政治的地域に、安全な飲用水または電気等の分散型公共施設を提供し得る。次いで、組織４３は、地域配給業者４４Ａ、４４Ｂ、および４４Ｃを確立してもよい。これらの地域配給業者は、好ましくは、前述の監視ステーション４２１６（図４２参照）となり得る。１つの可能な配設では、組織４３は、地域配給業者４４等に、いくつかの生成デバイス４２０２（図４２参照）を提供し得る。別の可能な配設では、組織４３は、生成デバイス４２０２（図４２参照）の分配のために、販売、融資、または他の財政手配を行い得る。次いで、地域配給業者４４等は、操作者４５等にこれらの生成デバイスを与えるか、または、販売または微量の融資等の、ある種の財政手配を通して、操作者に生成デバイス４２０２（図４２参照）を提供し得る。
依然として図４３を参照すると、操作者４５は、村の中心、病院、または水のアクセス地点あるいはその付近における他のグループに、分散型公共施設を提供し得る。１つの例示的実施形態では、微量の融資によって生成デバイス４２０２（図４２参照）が操作者４５に提供されると、操作者４５は、電気の場合はワット毎または浄水の場合はリットル毎等で、単位毎でエンドユーザに請求し得る。地域配給業者４４または組織４３のいずれかは、上記の通信システムのうちの１つを使用して、使用料および他のパラメータを監視してもよい。次いで、配給業者４４または組織４３は、生成デバイス４５（図４２参照）の費用のいくらかを回収するか、または、５０％等の、単位当たり料金のいくらかを操作者４３１２に請求することによって、微量の融資の返済を達成し得る。説明される通信システムは、加えて、生成デバイスが事前設定域の外側に移転された場合、または支払いが時機を逃さず行なわれなかった場合に、生成デバイス４２０２（図４２参照）を無効にするために使用されてもよい。この種の分配システムは、重要な地域にわたって必要な公共施設の分配を迅速に可能にする一方で、例えば、別の地域で同様なシステムを開発するために使用され得る、資金の少なくとも部分的な回収を可能にする。
ここで図４４を参照すると、この図は、システムに水蒸気蒸留装置の代替実施形態を組み込むための１つの可能な方法の概念フロー図を図示する。この種の実施形態では、流体は、取入口４４０４から交換器４４０６の中へとシステムを通って流れ、交換器４４０６は、凝縮器４４０２、ヘッド４４０８、および内燃または外燃エンジン等の電源からの排気口（図示せず）を含む、複数源のうちの少なくとも１つから熱を需要する。流体は、熱交換器４４０６を過ぎて水溜４４１０の中へ、および凝縮器４４０２と熱的に接触している炉心４４１２の中へと流れ続ける。炉心４４１２では、流体は部分的に蒸発される。炉心４４１２から、蒸気経路は、圧縮器４４１４と連通しているヘッド４４０８の中へ、およびそこから凝縮器４４０２の中へと進む。蒸気が凝縮した後、流体は、凝縮器４４０２から熱交換器４４０６を通って、最終的には排気領域４４１６の中へ、次いで最終蒸留生産物として外へ進む。
ここで図４４および４４Ａを参照すると、システム全体に電力供給するために、電源４４１８が使用されてもよい。電源４４１８は、特に、圧縮器４４１４が液封式ポンプまたは再生ブロワ等の蒸気ポンプである時に、圧縮器４４１４を駆動するために使用されるモータ（図示せず）に連結されてもよい。電源４４１８はまた、図４４に示された装置の他の要素に電気エネルギーを提供するために使用されてもよい。電源４４１８は、例えば、電気コンセント、標準の内燃（ＩＣ）発電機、または外燃発電機であってもよい。１つの例示的実施形態では、電源は、スターリングサイクルエンジンである。ＩＣ発電機および外燃発電機は、図４４Ａに示されるように、電力および熱エネルギーの両方を有利に産生し、その場合、エンジン４４２０は、機械および熱エネルギーの両方を産生する。エンジン４４２０は、内燃エンジンまたは外燃エンジンのいずれかであってもよい。永久磁石ブラシレスモータ等の発電機４４２２は、エンジン４４２０のクランク軸に連結され、エンジン４４２０によって産生される機械エネルギーを電力４４２４等の電気エネルギーに転換する。エンジン４４２０はまた、排ガス４４２６および熱４４２８も産生する。排ガス４４２６および熱４４２８の形でエンジン４４２０によって産生される熱エネルギーは、システムに熱を提供するために有利に使用されてもよい。
図４４を参照すると、電源４４１８からの熱は、排気口から、外部筐体と個々の装置構成要素との間に位置してもよい、装置を包囲する絶縁空洞の中へ送ることによって、再捕捉されてもよい。一実施形態では、排気は、蒸発器／凝縮器４４０２に進入する前に、原料流体を加熱するフィン付き熱交換器にわたって吹き出してもよい。他の実施形態では、原料流体は、例示的実施形態に関して上記で説明されるように、チューブインチューブ熱交換器を越えて吹き出してもよい。
ここで図５２８Ａを参照すると、システムの一実施形態が示されている。システムは、単一の一体ユニット内に組み合わせられてもよい、またはその地域の浄水の目的で、別個の動作が可能であり、かつ本明細書で説明されるように連結されてもよい、２つの基本構成要素を含む。図５２８Ａは、排気管５２８０１６を介して水蒸留ユニット５２８０１２に熱を伝えるように連結される電力ユニット５２８０１０からの排ガスを伴って、水蒸気蒸留装置５２８０１２に電力を提供するように、電力ユニット５２８０１０がケーブル５２８０１４を介して電気的に連結されるシステムを示す。
例示的実施形態では、電力ユニット５２８０１０は、スターリングサイクルエンジンである。スターリングサイクルエンジンは、本明細書で説明される実施形態のうちのいずれかであってもよい。熱サイクルエンジンは、熱力学の第２法則によって、分別効率、すなわち、（ＴＨ−ＴＣ）／ＴＨのカルノー効率に制限され、式中、ＴＨおよびＴＣは、それぞれ、利用可能な熱源および周囲熱背景の温度である。熱エンジンサイクルの圧縮期中、熱は、完全には可逆的ではない方式でシステムから排出されなければならず、したがって、常に過度の排熱が存在するようになる。また、より重要なことには、熱ンジンサイックルの膨張期中に提供される全ての熱が、作用流体の中へ連結されるわけではない。ここでも、他の目的で有利に使用されてもよい排熱が生成される。燃焼器の排気において熱力学的に利用可能な（すなわち、周囲環境よりも熱い気体中の）総熱量は、典型的には、総入力電力の約１０％である。約１キロワットの電力を送達する電力ユニットについては、２００℃付近の温度の気体の排気流において、７００Ｗ程度の熱が利用可能であってもよい。本装置、システム、および方法の実施形態によれば、排熱、ならびにエンジン動力式発電機によって生成される電力は、人間が消費するための水の浄化で使用され、それにより、生水および燃料のみが提供される必要がある、統合システムを有利に提供する。
また、スターリングサイクルエンジン等の外燃エンジンは、燃焼を提供する燃焼器を通した酸化剤（典型的には空気であり、本明細書および任意の添付の請求項では、無制限に「空気」と呼ばれる）の効率的なポンプ送出として、そのような方法が採用される時に、高熱効率および汚染物質の低排出を提供することと、加熱器ヘッドから退出する高温排気の回収とが可能である。多くの用途では、空気は、燃焼の前に、熱効率の規定された目的を達成するよう、ほぼ加熱器ヘッドの温度に予熱される。しかしながら、高熱効率を達成するために望ましい、予熱した空気の高い温度は、燃料および空気を予混合しにくくすることによって、および火炎温度を制限するために大量の過剰空気を必要とすることによって、低排出目標の達成を複雑にする。熱エンジンの効率的な低排出動作を達成するために、これらの困難を克服することを対象とした技術は、例えば、２０００年５月１６日に発行され、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，０６２，０２３号（Ｋｅｒｗｉｎら）で説明されている。
外燃エンジンは、加えて、特定のその地域の実情の下で最も入手可能なものを含む、多種多様な燃料の使用を助長する。しかしながら、本説明の教示は、そのようなエンジンに限定されず、内燃エンジンも本開示の範囲内である。しかしながら、内燃エンジンは、典型的には、排気ガスの汚染性質による困難を課し、好ましくは、外燃エンジンが採用される。
依然として図５２８Ａを参照すると、電力ユニット５２８０１０の実施形態が図５２８Ｂに概略的に示されている。電力ユニット５２８０１０は、発電機５２８１０２に連結される外燃エンジン５２８１０１を含む。例示的実施形態では、外燃エンジン５２８１０１は、スターリングサイクルエンジンである。動作中のスターリングサイクルエンジン５２８１０１の出力は、機械エネルギーおよび余熱エネルギーの両方を含む。燃焼器５２８１０４中の燃料の燃焼で産生される熱は、入力としてスターリングサイクルエンジン５２８１０１に印加され、部分的に機械エネルギーに転換される。未転換の熱または熱エネルギーは、燃焼器５２８１０４において放出されるエネルギーの約６５〜８５％を占める。本明細書で挙げられる範囲は近似値であり、範囲は、システムで使用される水蒸気蒸留装置の実施形態およびシステムで使用されるスターリングエンジン（または他の発電機）の実施形態に応じて変動してもよい。
この熱は、燃焼器５２８１０４からのより小さい排ガス流、およびスターリングエンジンの冷却器５２８１０３において拒絶される、はるかに大きい熱流といった、２つの形態で、電力ユニット５２８１１０の周囲の局所環境に加熱を提供するように利用可能である。電力ユニット５２８１１０はまた、補助電力ユニット（ＡＰＵ）と呼ばれてもよい。排ガスは、比較的高温であり、典型的には、１００〜３００℃であり、スターリングエンジン５２８１０１によって産生される熱エネルギーの１０〜２０％を表す。冷却器は、周囲温度の１０〜２０℃以上において熱エネルギーの８０〜９０％を拒絶する。熱は、水流に対して、または典型的には、ラジエータ５２８１０７を介して空気に対して拒絶される。スターリングサイクルエンジン５２８１０１は、好ましくは、電力ユニット５２８０１０が可搬型であるような大きさである。
図５２８Ｂに示されるように、スターリングエンジン５２８１０１は、燃焼器５２８１０４等の熱源によって直接的に電力供給される。燃焼器５２８１０４は、燃料を燃焼して、スターリングエンジン５２８１０１を駆動するために使用される高温排ガスを産生する。燃焼器制御ユニット５２８１０９は、燃焼器５２８１０４および燃料キャニスタ５２８１１０に連結される。燃焼器制御ユニット５２８１０９は、燃料キャニスタ５２８１１０から燃焼器５２８１０４に燃料を送達する。燃焼器コントローラ５２８１０９はまた、燃焼器５２８１０４に測定した量の空気を送達して、実質的な完全燃焼を有利に確実にする。燃焼器５２８１０４によって燃焼される燃料は、好ましくは、プロパン等の燃焼による大気汚染が少ない市販の燃料である。燃焼による大気汚染が少ない燃料は、最も重要なものが硫黄である、大量の汚染物質を含有しない燃料である。天然ガス、エタン、プロパン、ブタン、エタノール、メタノール、および液化石油ガス（「ＬＰＧ」）は全て、汚染物質が数パーセントに限定される場合の燃焼による大気汚染が少ない燃料である。市販のプロパン燃料の一例は、Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓによって定義され、Ｂｅｒｎｚｏｍａｔｉｃから入手可能な工業グレードである、ＨＤ−５である。システムの実施形態によれば、かつ以下でさらに詳細に説明されるように、スターリングエンジン５２８１０１および燃焼器５２８１０４は、高熱効率ならびに低排出を提供するために、略完全燃焼を提供する。高効率および低排出の特性は、屋内での電力ユニット５２８０１０の使用を有利に可能にしてもよい。
発電機５２８１０２は、スターリングエンジン５２８１０１のクランク軸（図示せず）に連結される。当業者にとって、発電機という用語は、機械エネルギーが電気エネルギーに転換される発電機、または電気エネルギーが機械エネルギーに転換されるモータ等の、電気機械の類を包含することが理解されたい。発電機５２８１０２は、好ましくは、永久磁石ブラシレスモータである。再充電可能バッテリ５２８１１３は、電力ユニット５２８０１０用の起動電力、ならびにＤＣ電力出力５２８１１２への直流（「ＤＣ」電力を提供する。さらなる実施形態では、ＡＰＵ５２８０１０もまた、ＡＣ電力出力５２８１１４に交流（「ＡＣ」）を有利に提供する。インバータ５２８１１６は、バッテリ５２８１１３によって産生されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換するために、バッテリ５２８１１３に連結される。図５２８Ｂに示された実施形態では、バッテリ５２８１１３、インバータ５２８１１６、およびＡＣ電力出力５２８１１４は、エンクロージャ５２８１２０内に配置される。
ここで、図５２８Ｃに示されたシステムの実施形態の概略表示を参照して、電力ユニット５２８０１０の動作において生成される排ガスの利用を説明する。燃焼器の排気は、熱導管５２８０１６を通して、数字５２８０１２によって概して指定された水蒸気蒸留装置ユニットのエンクロージャ５２８５０４の中へ方向付けられる。熱導管５２８０１６は、好ましくは、絶縁体によって包囲されたプラスチックまたは波形板金であってもよい、ホースであるが、電力ユニット５２８０１０から浄水ユニット５２８０１２に排熱を伝えるための全ての手段は、システムの範囲内である。矢印５２８５０２によって指定された排ガスは、熱交換器５２８５０６（例示的実施形態では、ホースインホース熱交換器が使用され、他の実施形態では、フィン付き熱交換器が使用される）にわたって吹き出し、それにより、水蒸気蒸留（本明細書では「蒸留器」とも呼ばれる）蒸発器５２８５１０へと移動するにつれて、源水流５２８５０８を加熱する。絶縁空洞内の気体温度が蒸留器自体の表面５２８５１４よりも高温であるため、絶縁エンクロージャ５２８５０４によって包囲された容積を充填する高温気体５２８５１２は、蒸留器システムから全ての熱損失を本質的に除去する。したがって、蒸留器から周囲温度への熱流は、実質的に全くなく、それにより、１０ガロン／時間の容量の蒸留器にとって約７５Ｗの損失が回復される。マイクロスイッチ５２８５１８は、ユニットの動作が高温気体の流入の原因となってもよいように、高温気体を浄化ユニット５２８０１２に連結するホース５２８０１６の接続を感知する。
代替実施形態によれば、事後燃焼器（図示せず）の追加を通すか、またはオーム加熱のために電力を使用するかにかかわらず、排気流５２８５０２に熱を加えるステップは、システムの範囲内である。
システムの初期起動中、電力ユニット５２８０１０が始動され、電力および高温排気の両方を提供する。排気が１次燃焼生成物として水を含有するため、熱交換器５２８５０６が最初は排気の水分含量の露点以下であるため、蒸留器５２８０１２の暖機運転は有意に加速される。この含水量の蒸発の熱は、水が熱交換器のフィンの上で凝縮する際に源水を加熱するために利用可能である。蒸発の熱は、蒸留器の空洞内の高温気体の対流によって、熱交換器の加熱を補完する。例えば、フィン熱交換器の実施形態では、対流によるフィンの加熱は、フィンが排気の露点に達した後でさえも継続する。
システムの他の実施形態によれば、電力ユニット５２８０１０および蒸留器５２８０１２は、冷却目的で蒸留器から電力ユニットを通して水を流すことによって、さらに統合されてもよい。冷却するための源水の使用は、水の未処理の性質による問題を提示する。一方で、生産水の使用は、蒸留器が完全動作条件に暖機運転される前に電力ユニットの冷却を可能にするために、システムの追加複雑性を必要とする。
再び図４４を参照すると、他の実施形態は、固形の添加剤の使用を含んでもよく、そのような添加剤は、取入口４４０４の流水式チャネルに挿入される持続放出マトリクスに埋め込まれ得る。１つの特定の実施形態では、代用添加剤がユーザによって周期的に挿入される必要がある。さらに別の実施形態では、添加剤の粉末形態がバッチシステムに添加され得て、粉末は、例えば、錠剤の形態で、浄化される水を含有する外部貯蔵部に添加され、添加剤は、上記の液体添加剤を添加するためのバッチシステムと同様に、均等に混合される。
依然として図４４を参照すると、源水の前処理は、取入口４４０４の前または内側で生じてもよい。前処理動作は、総濾過、ポリリン酸塩、ポリアセテート、有機酸、またはポリアスパラギン酸塩等の化学添加剤による処理、振動磁場または電場等の電気化学的処理、脱気、およびＵＶ処理を含んでもよいが、それらに限定されない。添加剤は、標準のダイアフラグムポンプまたは圧電ダイアフラグムポンプを含む、ローラポンプまたは拍動ポンプ等の連続ポンプ機構を使用して、液体形態で流入液体流に添加されてもよい。代替として、添加剤は、例えば、再装填サイクルを必要とする注射器ポンプを使用する半連続機構、またはバッチポンプシステムによって添加されてもよく、少量の添加剤は、液体がシステムに流入する前に添加剤を液体と均等に混合する、システム外部の担持容積または貯蔵部の中へ送り込まれる。また、ユーザが単に、例えば、浄化される液体を含有するバケットの中へ所定量の添加剤を滴らせることができることも想定される。液体添加剤は、寿命量（すなわち、機械の寿命にわたって消耗品がない）として、または消費後に再装填を必要とする使い捨ての量としてのいずれかで、装填されてもよい。
依然として図４４を参照すると、同様に、生産水の後処理は、好ましくは、外部出力領域（図示せず）内で発生してもよい。後処理動作は、甘味用の糖類を用いた添加剤、酸味用の酸、および鉱物等の、味覚添加剤を含んでもよいが、それらに限定されない。栄養分、ビタミン、クレアチニン等の安定化タンパク質、および脂肪、および糖類を含む、他の添加剤もまた、添加されてもよい。そのような添加剤は、出力液体が通って流れる徐放性錠剤としてであろうと、またはバッチシステムを通る等して外部貯蔵部に添加される粉末としてであろうと、液体または固形のいずれかで添加されてもよい。代替として、添加剤は、例えば、接触時の浸出または溶解によって、別個の収集貯蔵部または容器の内部被覆を介して、出力液体に添加されてもよい。そのような実施形態では、添加剤を伴う、および伴わない浄化液体を検出する能力が好ましくてもよい。種々の実施形態による検出システムは、ｐＨ分析、伝導度および硬度分析、または他の標準的な電気ベースの解析を含む。そのような検出システムは、添加剤の液面／量が事前設定液面以下であるか、または検出不可能である時に、信号機構を始動させることによって、必要に応じて添加剤の交換を可能にする。
別の実施形態では、例えば、水の硬度等の液体特性が、出力において監視され、適切な添加剤を添加することが好ましいと信号伝達する指示機構と連結されてもよい。
さらに別の実施形態では、例えば、電流または排出方法を使用して、オゾンが系統的に生成され、向上した味覚のために出力生産物に添加される。代替として、空気がＨＥＰＡフィルタを通して送り込まれてもよく、水のおいしさを向上させるように生産水を通して発泡する。
同様に、他の実施形態は、核酸、抗原、および細菌等の生体有機体を検出するための手段を含んでもよいことが想定される。そのような検出手段の例は、当技術分野で公知であり、現在市販されている、ナノスケール化学および生化学マイクロアレイを含む。そのようなアレイはまた、上記のように、浄化生産物中の栄養分および他の添加剤の存在および／または不在を監視するために使用されてもよい。
別の実施形態では、浄化生産物の維持を補助するために、例えば、保管樽または他の容器において、浄化後に、ＵＶ処理が使用されてもよい。
本明細書では、本発明の原理を説明したが、この説明は、本発明の範囲に関して限定としてではなく、一つの例として行なわれているにすぎないことが、当業者によって理解されたい。本明細書で示され、説明される例示的実施形態に加えて、他の実施形態が本発明の範囲内で検討される。当業者による修正および置換は、本発明の範囲内であると見なされる。

Claims (20)

  1. 原料流体入力部と、
    蒸発器・凝縮器装置であって、
    実質的に円筒形の筐体と、
    該筐体内の複数の管と
    を備え、該原料流体入力部は、該蒸発器・凝縮器に流体的に接続され、該蒸発器・凝縮器は、原料流体を蒸気に変換し、圧縮蒸気を生産物流体に変換する、蒸発器・凝縮器装置と、
    該原料流体入力部と生産物流体出力部とに流体的に接続される熱交換器であって、該熱交換器は、
    外管と、
    少なくとも１つの内管と
    を備える、熱交換器と、
    該蒸発器・凝縮器に流体的に接続される再生ブロワであって、それにより該再生ブロワは、蒸気を圧縮し、それにより該圧縮蒸気は、圧縮蒸気が生産物流体に変換される蒸発凝縮器へと流れる、再生ブロワと
    を備える、流体蒸気蒸留装置。
  2. 前記熱交換器は、前記蒸発器・凝縮器の前記筐体の周囲に配置される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記熱交換器は、前記外管が原料流体流路であり、前記少なくとも１つの内管が生産物流体流路である、外管と熱交換器とをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  4. 前記熱交換器は、少なくとも３つの内管をさらに備える、請求項３に記載の装置。
  5. 前記少なくとも３つの内管は、実質的にらせん形状を形成するように巻き付けられる、請求項４に記載の装置。
  6. 前記熱交換器は、２つの端をさらに備え、各端においてコネクタが取り付けられ、該コネクタは、前記蒸発器・凝縮器への接続部を形成する、請求項５に記載の装置。
  7. 前記蒸発器・凝縮器管は、前記管の内側のパッキングをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  8. 前記パッキングは、棒である、請求項７に記載の装置。
  9. 前記蒸発器・凝縮器は、前記複数の管に流体的に接続される蒸気室をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  10. 前記再生ブロワは、磁気駆動連結部によって駆動されるインペラアセンブリをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  11. 水蒸気蒸留装置であって、
    原料流体入力部と、
    蒸発器・凝縮器装置であって、
    実質的に円筒形の筐体と、
    該筐体内の複数の管と
    を備え、それにより該原料流体入力部は、該蒸発器・凝縮器に流体的に接続され、該蒸発器・凝縮器は、原料流体を蒸気に変換し、圧縮蒸気を生産物流体に変換する、蒸発器・凝縮器装置と、
    該原料流体入力部と生産物流体出力部とに流体的に接続される熱交換器であって、該熱交換器は、
    外管と、
    少なくとも１つの内管と
    を備える、熱交換器と、
    該蒸発器・凝縮器に流体的に接続される再生ブロワであって、それにより該再生ブロワは、蒸気を圧縮し、それにより該圧縮蒸気は、圧縮蒸気が生産物流体に変換される蒸発凝縮器へと流れる、再生ブロワと
    を備える、水蒸気蒸留装置と、
    該水蒸気蒸留装置に電気的に接続されるスターリングエンジンであって、該スターリングエンジンは、少なくとも部分的に該水蒸気蒸留装置に電力供給する、スターリングエンジンと
    を備える、水蒸気蒸留システム。
  12. 前記スターリングエンジンは、
    少なくとも１つのロッキング駆動機構であって、
    ロッカー枢動部を有するロッキングビームと、
    少なくとも１つのシリンダと、
    少なくとも１つピストンであって、該ピストンは、各シリンダ内に収納され、それにより該ピストンは各シリンダ内で実質的に直線的に往復運動することが可能である、ピストンと、
    近位端および遠位端を有する、少なくとも１つの連結アセンブリであって、該近位端は該ピストンに接続され、該遠位端は端枢動部によって該ロッキングビームに接続され、それにより該ピストンの直線運動は該ロッキングビームの回転運動に転換される、少なくとも１つの連結アセンブリと
    を備える、少なくとも１つのロッキング駆動機構と、
    該ロッキングビームを収納し、該連結アセンブリの第１の部分を収納するクランクケースと、
    接続棒によって該ロッキングビームに連結されるクランク軸であって、それにより該ロッキングビームの該回転運動は該クランク軸に伝達される、クランク軸と、
    該少なくとも１つのシリンダ、該少なくとも１つのピストン、および該連結アセンブリの第２の部分を収納する作用空間と、
    該クランクケースから該作用空間を密閉するためのシールと
    を備える、請求項１１に記載の水蒸気蒸留システム。
  13. 前記シールは、転動形ダイアフラムである、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  14. 前記連結アセンブリは、
    ピストン棒と、
    リンク棒であって、該ピストン棒およびリンク棒は、連結手段によって一体に連結される、リンク棒と
    をさらに備える、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  15. 前記クランクケースの中に潤滑流体ポンプをさらに備える、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  16. 前記熱交換器は、前記蒸発器・凝縮器の前記筐体の周囲に配置される、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  17. 前記熱交換器は、前記外管が原料流体流路であり、前記少なくとも１つの内管が生産物流体流路である、外管と熱交換器とをさらに備える、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  18. 前記熱交換器は、少なくとも３つの内管をさらに備える、請求項１７に記載の水蒸気蒸留システム。
  19. 前記蒸発器・凝縮器は、前記複数の管に流体的に接続される蒸気室をさらに備える、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
  20. 前記再生ブロワは、磁気駆動連結部によって駆動されるインペラアセンブリをさらに備える、請求項１２に記載の水蒸気蒸留システム。
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