JP4643106B2 - 水の脱泡および蒸留のための方法および器具 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、蒸留器具に関し、より具体的には、凝縮の前に水蒸気相で汚染物質を除去しかつ／または中和する、改良された手段を実現する新規の改良された脱泡および蒸留器具に関する。
【０００２】
関連技術の説明
既知の蒸留器具は一般に、密閉されたボイラ、ボイラに水を連続的に供給する手段、ボイラ内で生成された水蒸気およびその他の蒸気を除去する手段、ならびにこのような蒸気を凝縮させる手段を含む。ボイラ内の水が過熱されるにつれて、ボイラ内の空気が押し出される。さらに、水中に存在する揮発可能な化学成分が蒸発し、生成された水蒸気に結合される。ボイラ内には空気が存在しないため、揮発性の不純物を酸化させることはできない。水蒸気は揮発した化学成分と共にコンデンサ内で凝縮され、したがって結果として得られる留出物は（揮発性の）化学物質を含む。硫黄成分によって生成されるような不快な臭いが生水にある場合、公知の蒸留器具の多くは臭い成分を留出物中に集中させ、それによって蒸留水の味が生水よりもはるかに落ちる傾向がある。本発明者は、以前からこの問題に対処しており、改良された水の蒸留および脱泡システムに関するいくつかの特許を発明している。
【０００３】
本発明の水蒸留器具は、本出願人の先の特許である米国特許第4,339,307号で開示された器具に対する改良を構成する、本出願人の先行特許である米国特許第4,420,374号、米国特許第4,612,090号、および米国特許第5,203,970号に記載された器具に関する。簡単に言えば、上記で引用した米国特許第4,420,374号、米国特許第4,612,090号、および米国特許第5,203,970号に記載された水蒸留器具は、瞬間加熱手段を含む超小型ボイラ、およびこのボイラよりはるかに大きなボイラ用貯水槽を含む。貯水槽内の水がコンデンサを冷却するように働くように、貯水槽内に凝縮コイルが浸漬されている。貯水槽とボイラとの間の開放連結部によって、ボイラに水が自動的に供給される。
【０００４】
貯水槽内の水はボイラとの間で循環し、このように貯水槽内の水に直接加えられるボイラ熱、およびコンデンサから貯水槽水に加えられる熱によって、貯水槽水は貯水槽内の水を事実上脱気し、貯水槽内の水に存在する揮発可能な成分を蒸発させる温度に加熱される。
【０００５】
上記で引用したこれらの特許および本発明による水の脱泡および蒸留器具は、詳細には、蒸留すべき水を受け入れるようになっている比較的大きな貯水槽容器と、貯水槽の一方の側に取り付けられた小さなボイラを含む。ボイラ内の液位が貯水槽内の液位に一致するように調節されるように、ボイラと貯水槽は流体導管によって連結されている。ボイラ内の液位よりも上にあるボイラの蒸気出口が、貯水槽容器内に配設されたコンデンサ・コイルに結合されており、コンデンサ・コイルの凝縮物出口がリザー容器の壁を通って延びている。コンデンサ・コイルは、貯水槽内の液体がコンデンサ・コイルの大部分または全部を覆うように位置している。このような配置を用い、ボイラ内のヒータを作動させると、ボイラ内の水が加熱されてほぼ瞬間的に沸騰し、ボイラ内で生成された水蒸気がコンデンサの外部に送り出される。ボイラ内で生成された水蒸気が、ボイラから水蒸気を除去するコンデンサへのボイラ出口の容量を超えたときはいつでも、水蒸気圧によってボイラ内の水が流体導管を通って貯水槽内に戻る。次に、水蒸気圧が（水が貯水槽に流出すると共に水蒸気がコンデンサに流出することによって）軽減され、水が再び貯水槽からボイラ内に流れる。前述のような水の脈動および再循環は、蒸留器具の作動中ずっと継続する。
【０００６】
ボイラの高温の水が脈動によって周期的に流体導管を通って貯水槽に戻され、コンデンサからの熱が連続的に貯水槽内の水に加えられるため、貯水槽に供給されるすべての水によって温度が上昇する。簡単に言えば、貯水槽水は湯になる。望ましくは、ボイラに供給される水に含まれるすべての望ましくない揮発性の物質は、水がボイラに入って蒸留される前に蒸発する。
【０００７】
最初に貯水槽（の頂部）に供給される冷水は通常、貯水槽の底部まで沈み、一方周期的にボイラから貯水槽容器（底部近傍）内に再循環される湯は上昇する傾向がある。したがって、水がボイラに入る前に望ましくない揮発可能な成分が貯水槽から放出されるように、望ましくは貯水槽の全ての水がほとんど実質的に同じ高温に維持されるように、貯水槽容器タンク内の水は一定の動作で混合される。
【０００８】
発明の概要
本発明によれば、蒸留または脱泡器具のボイラ内にオゾン発生装置が配置される。貯水槽内に水が送り込まれると、ボイラ内に真空が形成され、コンデンサを通して空気が吸引される。次にオゾン発生装置によって、空気中の酸素が強力な酸化剤であるオゾンに転換される。ボイラ内で形成された水蒸気は、コンデンサに入る前にオゾンを通過しなけらばならず、したがって水蒸気中のあらゆる汚染物質が破壊される。
【０００９】
発明の説明
オゾンは、酸素の熱的に不安定な同素体である。オゾンは、強力な酸化剤を必要とする漂白過程および化学製造過程で、ますます使用されるようになっている。研究所において、オゾンは通常、酸素の水蒸気に電気火花を通過させることによって生成される。しかし、オゾンは酸素を紫外線にさらすことによって生成することもできる。オゾンはこのような強力な酸化剤であるので、水の精製時の使用に関して多いに注目を集めている。
【００１０】
本発明の脱泡および蒸留器具の固有の設計によって、ボイラの湯は周期的に貯水槽に戻される。貯水槽内への水の流れによってボイラ内に真空が生成される。コンデンサを通してボイラ内に空気が吸い込まれ、真空が満たされる。ボイラ内にオゾン発生装置を配置することによって、空気中の酸素が酸化されてオゾンになる。水蒸気圧が軽減されると、水は再び貯水槽からボイラに流れる。ボイラ内で生成された水蒸気は、コンデンサに入る前にオゾンを通過しなければならない。オゾンは、水中の任意の不純物を破壊しかつ／または中和させ、これによって非常に純粋な水が産生される。さらに、水中の酸素レベルが高くなり、水の味が改善される。
【００１１】
発明の器具
本発明の器具では、ボイラ内にオゾン発生装置が配置される。オゾン発生装置は、好ましくは水線よりも上に配置され、ここでボイラ内での水の周期的な脈動時にコンデンサを通って運ばれた空気と接触することができる。通常、オゾン発生装置は、電子火花を生成することによってオゾンを発生させる。しかし、電子火花を使用しなくてもオゾンを発生させることができる。本発明の作動には、空気からオゾンを発生させる任意の過程で十分である。
【００１２】
本発明の蒸留器具には、選択的に、米国特許第5,203,970号で開示された攪拌器を含めてよい。攪拌器は好ましくは、関連する米国特許第4,420,374号および第4612890号に記載された蒸留器具の一部を形成するファン組立品などのファン組立品の一部にされる。好都合なことに、攪拌器ロッドをファン・ロータの延長部とすることができる。有利なことに、ファンは貯水槽水から泡立つ水蒸気および気体を除去する。
【００１３】
本発明の蒸留器具には、選択的に、貯水槽とボイラを連結する導管内および／またはコンデンサ・コイルの管系内にディフレクタ・インサートが含まれうる。このディフレクタにより、貯水槽とボイラとの間を通過する水の回転および乱流が生じ、かつ／またはコンデンサ・コイルの管状壁に隣接する流体の乱流が引き起こされる。
【００１４】
選択的に、蒸留器具には、コンデンサの供給端部に特大のフィルタ、望ましくはチャーコル・フィルタが含まれうる。
【００１５】
本発明の上記および他の利点は、本出願の一部を形成する以下の説明および添付の図面からより明らかになると考えられる。
【００１６】
好ましい態様の詳細な説明
次に、図面、特に図1および図2を参照すると、本発明による蒸留器具は、一対のハンドル11が側面に固定された円筒状のタンク貯水槽容器10を含むことが分かる。瞬間発熱成分13および14を中に有するボイラ12が、流体コネクタ15および16によってタンク10の側面に取り付けられている。流体コネクタ15は、ショルダ18を有するエルボ管17、ならびにボイラ12の壁19および容器10の壁において協働する開口部を通って延びるねじ付きシャンクを含む。ナット20は継手15のシャンクをかみ合わせ、弾力性のあるワッシャ21と共に、タンク10およびボイラ12の両方の水密シールを提供する。ボイラ12内の水位が貯水槽容器10内の貯水槽水位に一致するまで、貯水槽容器10内の水が自動的にボイラ12に送り込まれるように、ナット23によって継手15に水入口導管22が固定的に結合される。水位が、発熱成分13および14をボイラ12の水に完全にまたは少なくとも実質的に浸漬させるのに適切な水準に維持されることも観察されると考えられる。
【００１７】
水蒸気出口継手16は、従来の構造を有し、出口パイプ24、貯水槽容器10およびボイラ12の壁を通って延び、ナット25によってそこに固定されたねじ付きシャンク24'とを含む。水密連結を可能にするために容器とボイラとの間に密封ワッシャ26が配設されている。図示されている本発明の好ましい態様において、コンデンサ27は、ステンレススチール、銅などの金属のコイル状チューブの形であり、容器10内の継手16に密封可能に連結された入口端部28を有する。コンデンサ27の出口29は、容器10の壁を通って延びる継手30を有し、凝縮物出口31に挿入される。選択的に、しかし望ましくは、凝縮物出口31に特大のフィルタが挿入される。図１を見ると最も良く分かるように、コイル状コンデンサの管系は貯水槽容器10の中央に円筒状領域100を形成している。貯水槽容器10は、容器10の壁に密封された継手33に連結された排水管32、および容器からの排水のための排水コック34（洗浄および管理に有用である）をさらに含む。貯水槽容器10の上部に水入口弁35があり、入口36、出口37、および貯水槽容器10への水の適切な供給を維持するために水の供給を規制するハンドル車38とを有する。
【００１８】
ボイラ12は、図4により明確に示されており、本明細書で例示される好ましい態様では、2つのハウジング要素39および40から成る。ハウジング要素39および40間に配設された壁41は、ボイラ12の周囲にあるクリップ43によってハウジング要素39および40の外側リム間に取外し可能に固定された周囲シール42を含む。この配置は、ハウジング要素39および壁41で形成されたボイラを完全に密閉している。洗浄時にはボイラ全体を容易に分解することができる。図示の態様の発熱成分13および14は、壁41によって保持され、一方のヒータの一方の端子を他方のヒーターの一方の端子に接続するリード線44によって、直列に接続されている。電力線45の一方のリード線46は、ヒータ14の他方の端子に接続されており、一方、第2のリード線47はサーモスタット48を通してヒータ13の他方の端子に接続されている。サーモスタットは、ブラケット49上の、ヒータ13の近くに取り付けられている。ヒータ13が通常の作動温度よりも高い温度に達した場合、サーモスタットは回路を開き、両方のヒータ13および14を作動できないようにする。しかし、ヒータ13および14を並行に作動できるように配置するか、または蒸留器具の作動に必要な熱量を供給できれば、ボイラで単一の電気ヒータを用いることができることは明白である。
【００１９】
ボイラにはオゾン発生装置120が含まれている。好ましくは、オゾン発生装置は、ハウジング要素39のポートを通してボイラに挿入される。図1に示されているように、オゾン発生装置120は変圧器121から電力を供給される。しかし、オゾン発生手段用の別個の電源を有する必要はない。オゾン発生装置は、ヒータ13および14を作動させるのに用いられるのと同じ電源から電力を供給してよい。
【００２０】
本明細書で例示される本発明の好ましい態様において、強制空気循環手段は、貯水槽容器10内の貯水槽水から放出された水蒸気および望ましくない蒸気を除去する助けになる。図3に示されている空気循環手段は、概ね参照符号50によって示されており、孔または開口を有する平坦な上壁51と、上向きに延びる周囲壁52、および下向きに延びる周囲壁53を含む、皿を逆さまにした形状のカバーを貯水槽容器10の上方に含む。壁53の下方の周囲縁部は、各々がシャフト56によって回転可能に保持された間隔を置いて配置された円板を有する、3つ以上の斜めに配設されたローラ54を保持している。円板55は、貯水槽容器10の圧延縁部10'にかみ合い、したがってカバー50と貯水槽容器10の上縁部との間に管状排気口を提供する。
【００２１】
空気循環手段の、開口を有する平坦な壁51は、孔のあいた壁51を通って延びるシャフト58を駆動する、概ね参照符号57で示されるモータを支持している。ファン59はシャフト58上に取り付けられている。従来の方法でモータに接続されたケーブル60によってモータ57に電力が供給される。所望であれば、ファンを作動させるためにスイッチ手段を提供してよい。ファン・モータ57は、カバー50にしっかりと任意の適切な手段によって取り付けられた排気口付きのドーム状ハウジング61で覆われている。本発明の図示の態様では、ドーム状ハウジング61はカバー50の周囲壁52に摩擦によりかみ合わせる。
【００２２】
あるファン作動態様では、空気がドーム状ハウジング61の開口部62を通じて、次いで孔を有する壁51を通じて空気循環手段組立品に引き込まれ、下向きに貯水槽容器10内の貯水槽水上に向けられ、その後、貯水槽容器10とそのカバー50との間の環状開口部を通して排出される。逆のファン作動モードでは、ファン59が、貯水槽容器10とそのカバー50との間の環状開口部を通して引き込み、孔を有する壁51を通して上向きに送り、モータ・ハウジング61の排気口62を通して排出する。
【００２３】
図3を見ると分かるように、攪拌器ロッド101が、ファン59のハブにあるモータ・シャフト58と一体の連結部から、必ずしも必要ではないが好ましくはコンデンサ・コイル27の内側の円筒状貯水槽領域100の軸方向に延び、貯水槽水に浸漬された攪拌器ブレード102で終わっている。攪拌器ブレード102の浸漬の深さは重大ではないが、好ましくは、攪拌器ブレードはコイル・コンデンサ27の底部よりも浅い。本明細書に例示される態様において、攪拌器ロッドはコンデンサ・コイル27の出口ベンド29との干渉を避けるために、適度に中心からずらして位置決めした。図1および図2を参照されたい。
【００２４】
本発明の蒸留器具の作動時には、まず、図2を見ると最も明確に分かるように、発熱成分13および14を少なくとも実質的に覆うように貯水槽容器10およびボイラ12に水が満たされる。水は貯水槽容器10を満たす際に、自動的に導管22を通ってボイラに流れ込み、最終的に貯水槽容器10内の水位がボイラ12内の水位と同じになることが観察されると考えられる。次いで、発熱成分13および14にエネルギーが供給されると、発熱成分はボイラ12内の水を沸騰させるように働く。水の上方の空気中の酸素は、オゾン発生装置120によってオゾンに転換される。発熱成分13および14から生成された水蒸気はオゾンを通過して上昇し、入口24に入る。次いで、水蒸気はコンデンサ・コイル27を通って流れ、コンデンサ・コイル内で凝縮される。凝縮された水蒸気は次いで、コンデンサ出口31からの留出物（液体）としてフィルタ115から排出される。最初に蒸留器具を作動させる際、一般に貯水槽容器10内部の水が通常の作動温度、好ましくは180゜F〜190゜Fに達する（急速に達する）まで留出物を廃棄することが好ましい。ヒータ13および14は、コンデンサ・コイル27が生成された水蒸気を処理する速度よりも速い速度でボイラ内の水を加熱するように設計されている。したがって、ボイラ12内で水蒸気の水頭が生成され、水蒸気圧によって、液体がボイラから導管22を通って貯水槽容器10に戻り、それによって水蒸気圧が軽減される。水がボイラから導管22に流れ込むことによってボイラ内に真空が生成される。この真空によって空気がボイラからフィルタ115を通してコンデンサ出口31に引き込まれ、コンデンサを通り、出口24を介してボイラに入り、それによってオゾン発生装置120用に新鮮な酸素を提供する。ボイラ内の水蒸気圧が軽減された直後に、水が再び導管22を通ってボイラに戻り、その結果、導管22を通る水の流れおよびコンデンサ27を通る空気の流れは周期的に反転する。この脈作動用により、コンデンサ・コイル27の作用によって貯水槽水に加えられる熱を超える熱がもたらされることによって、容器10内の貯水槽水の温度がより急速に上昇する。また、ボイラ内のオゾンが常に新鮮なものになる。しかし、貯水槽水の温度は常に（ボイラ12内の水の）沸点よりも低く、したがってコンデンサ27内で留出物が凝縮される。好ましくは、貯水槽水は、180゜F〜190゜Fの範囲に維持するべきである。この温度レベルでは、（実際の蒸留の前に）貯水槽水から望ましくない成分が蒸発し、またコンデンサ27が適切に作動する。器具の適切な作動を維持するには、最終的に入口37に入る供給水の実質的な部分は、チューブ32および出口35を通して越流として排出される。
【００２５】
すでに指摘したように、コイル管系全体にわたって別個の温度を維持するのを容易にする機械的手段が図5に示されている。コンデンサ・コイル管系の拡大部分断面図が示されている。水蒸気および凝縮物の、チューブ壁へのらせん流移動を引き起こすディフレクタ77が、管系の内側に位置している。さらに、より顕著な乱流が生じ、それによってチューブ壁を介した熱交換が容易になる。貯水槽容器10とボイラ12を連結する導管内に同様なディフレクタ79を設けてもよい（図6参照）。ディフレクタ77の目的はもちろん、貯水槽容器10またはボイラ12内の温度の層状化を回避するように水を乱流混合することである。
【００２６】
本発明の実施において有利であることが見出されている、他の選択的な手段は、コンデンサ出口31にフィルタ、好ましくは特大のフィルタを設けることである。本明細書で例示される態様では、特大のフィルタ115はカーボン・フィルタである。
【００２７】
フィルタ115は、凝縮物と共に運ばれる任意の有機物質を吸収する。フィルタはいわば凝縮物を研磨するが、凝縮物の通気においても優れている。
【００２８】
すでに指摘したように、本発明の蒸留器具は脈動的に作動し、水を連結導管22を通過させボイラ12と貯水槽12との間で往復させる。同じ脈動がコンデンサ27に影響を与える。水蒸気生成パルス時に、ボイラ12からの（水蒸気）圧のパルスがコンデンサ配管を前方に通過し、凝縮物をフィルタ115を通過させる。次いで、逆吸引パルス時には、空気がフィルタ115に引き込まれ、コンデンサを通ってボイラに引き込まれる。したがって、フィルタ115は、コンデンサ配管から出た留出物を濾過する場合と同様に、コンデンサ配管に引き込まれた空気を濾過するように働く。
【００２９】
パルスの効果が等しくないことは明確である。水蒸気はボイラ12内で生成され、次いでコンデンサ・コイル27内で凝縮される。留出物は出口31からフィルタ115を通して排出される。この結果、蒸留された水は、フィルタ115から正味流出移動する。同時に、フィルタ115およびコンデンサ27へ、少量の空気が正味流入する。たとえば、190゜F〜195゜Fの留出物は、フィルタを加熱するのに十分であり、フィルタが微生物で汚染されるのを防止する。このことは、吸入パルス時に特大のフィルタ115に入った空気がコンデンサ27に入り、かつ／または留出物に吸収される前にフィルタ115に保持され、高温のフィルタによって殺菌されることを意味する。特大のフィルタ115を提供する理由は、流入する空気のフィルタ内の滞留時間が明確に延びるためである。全体的な結果として、フィルタ115内で加熱され殺菌された空気は、蒸留水を部分的に通気させ、その味を改善する。
【００３０】
本明細書では本発明のある態様のみを図示し説明したが、本発明の真の範囲および趣旨から逸脱せずに、変更および修正を加えられると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による蒸留器具の一態様の、断片的な平面図である。
【図２】 図1の線2-2に沿った図1の断面図である。
【図３】 図1の線3-3に沿った図1の断面図であり、容器によって保持された空気循環手段を示す、。
【図４】 図2の線4-4に沿った、ボイラおよびタンクの一部を示す断面図である。
【図５】 ディフレクタを含むコンデンサ・チューブを示す概略図である。
【図６】 ディフレクタを含む流体導管を示す概略図である。

Claims (7)

1. 蒸留水生成物を産生する方法であって、
   貯水槽を中に形成するように連結された水の入口および出口を有する貯水槽容器と、水がボイラへまたはボイラから流れるようにする前記貯水槽と該ボイラとの間を連結する流体導管、前記貯水槽に浸漬されたコンデンサに通じる前記ボイラ内の水位上の水蒸気配管、凝縮物を排出するための該コンデンサからの出口、および該ボイラ内のオゾン発生装置を有する、前記貯水槽容器よりも小さなボイラと、を含む、蒸留器具を提供する段階、
   前記貯水槽において180゜F〜190゜F（82.2゜C〜87.8゜C）の範囲の温度を維持する流速で、前記容器に給水を行いかつ該容器から水を除去することによって、該貯水槽の所定の水位を維持し、かつ前記ボイラ内の水を加熱して水蒸気を生成する段階であって、水蒸気が、前記オゾン発生装置によって生成されたオゾンを通過し、前記コンデンサに入って貯水槽水との熱交換によってその中で凝縮され、それにより貯水槽水が加熱され、加熱された貯水槽水が前記ボイラに入る前に脱揮発化されて（devolatilized）脱気される段階、ならびに
   前記ボイラ内に真空が形成されるように蒸留器具を作動させ、空気を前記コンデンサの出口に引き込む段階であって、該空気が該コンデンサを通ってボイラに入り、それにより前記オゾン発生装置用に新鮮な酸素を提供する段階
   を含む方法。
2. ボイラが、コンデンサによって受け入れられるよりも多くの水蒸気を周期的に生成し、それによって水が水蒸気圧によりボイラから流し出されて貯水槽に戻る脈動が引き起こされ、かつ水蒸気圧のパルスが放散し、次に水が貯水槽から流れてボイラ内に戻り、該脈動によって凝縮物が周期的にコンデンサから流出し、かつ空気が周期的にボイラに流入する、請求項1記載の方法。
3. 貯水槽内で機械的攪拌器を用いて水を攪拌する段階をさらに含む、請求項2記載の方法。
4. コンデンサの出口にフィルタを提供する段階をさらに含む、請求項3記載の方法。
5. （ａ）貯水槽を中に形成するように連結された水の入口および出口を有する貯水槽容器と、
   （ｂ）水がボイラへまたはボイラから流れるようにする前記貯水槽と該ボイラとの間を連結する流体導管を伴う前記貯水槽容器よりも小さなボイラと、
   （ｃ）前記貯水槽に浸漬されたコンデンサに通じる前記ボイラ内の水位上の水蒸気配管、凝縮物を排出するための該コンデンサからの出口、および該ボイラ内のオゾン発生装置と、
   を含む蒸留装置。
6. 貯水槽内に機械的攪拌器をさらに含む、請求項5記載の装置。
7. コンデンサの出口にフィルタを含む、請求項6記載の装置。

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