RU2785673C2 - Система и способ очистки воды - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для очистки загрязненной воды для получения питьевой воды. Установка для очистки загрязненной воды для получения питьевой воды включает узел конденсатора-испарителя и узел компрессора, установленные по меньшей мере в одном герметичном корпусе; узел конденсатора-испарителя, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую оболочку из тонкостенного теплопроводного материала с верхней, нижней частью, внутренней поверхностью испарителя и внешней поверхностью конденсатора, каждая оболочка вращается вокруг продольной оси вращения; впускное отверстие для загрязненной воды, расположенное так, чтобы направлять воду из источника в каждую внутреннюю часть на поверхность испарителя, в результате чего вода может закипать внутри, на поверхности испарителя, которая должна превращаться в пар при вращении узла конденсатора-испарителя, и любая загрязненная вода, которая не кипит и не превращается в пар, становится сточной водой, причем каждая оболочка вращается с достаточной скоростью вращения, так что загрязненная вода, достигающая поверхности испарителя, удерживается на его поверхности; узел компрессора, содержащий компрессор с низким давлением на входе и высоким давлением на выходе; вход компрессора сообщается с внутренней поверхностью каждой оболочки испарителя, компрессор приспособлен для повышения давления пара с каждой внутренней поверхности испарителя, выход компрессора сообщается с внешней стороной, конденсаторной поверхностью каждой оболочки, в результате чего пар конденсируется снаружи, на конденсирующейся поверхности корпуса, и образуется питьевая вода, энергия от конденсации передает тепло и повышает температуру каждой оболочки в достаточной степени, чтобы вскипятить воду на внутренней поверхности испарителя; по меньшей мере один очиститель, расположенный с возможностью контакта с поверхностью конденсатора для удаления конденсата с поверхности конденсатора. Технический результат: обеспечение высокой теплопередачи и производительности. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 40 ил.

Description

1. Область применения. Недорогая и эффективная система очистки воды очищает сточные, другие загрязненные воды и жидкости, а также опресняет соленую воду.

2. Родственная заявка. Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявки № 62/639,399, поданной 6 марта, 2018 г., под названием «Система и технология очистки воды».

3. Уровень техники. Патент заявителей № 6,695,951 (2004) описывает прототип систем очистки воды, включая те, что используют дистилляцию и обратный осмос (RO). В патенте также обсуждаются высокие энергетические и капитальные затраты на системы, предшествующие патенту ’951. Заявители дают ссылку на эти обсуждения и остальную часть патента ’951.

Организация Объединенных Наций предполагает, что для удовлетворения наших основных потребностей, таких как питье, приготовление пищи и уборка, необходимо от 20 до 50 литров воды на одного человека в день. Согласно отчету ООН, не менее 1,8 миллиарда человек используют источники питьевой воды, загрязненные фекалиями. Ежедневно около 6000 детей умирают из-за предотвратимых заболеваний, вызванных загрязненной водой и антисанитарией. Хотя доля населения мира, имеющего более качественные источники питьевой воды, за последние 15 лет увеличилась с 76% и превысила 90%, нехватка воды по-прежнему затрагивает миллионы.

В патенте ’951 описана система получения безопасной питьевой воды из сточных, других загрязненных вод, а также из соленой воды. В основе системы согласно патенту лежит низкое давление, низкотемпературное кипячение при вращении, тонкая оболочка конденсатора-испарителя и не только. При вращении используется преимущество «центробежных» сил, то есть явных внешних сил, которые отталкивают вращающиеся тела от центра вращения. Вращающие силы делают слой жидкости тоньше и улучшают теплопередачу. Система может кипятить воду, затрачивая меньше тепловой энергии, по сравнению с обычными системами, за счет повышенной термодинамической теплопередачи. Система центробежно способствует удалению конденсата из конденсатора, что также улучшает конденсацию.

Работа при низкой температуре предотвращает неблагоприятные химические реакции загрязняющих веществ. В результате реакций образуется накипь, которая снижает коэффициент теплопередачи испарителя. Работа при низких температурах также предотвращает превращение загрязняющих веществ в пар и их перемещение в конденсатор с паром кипящей воды. Центробежные силы не позволяют растворенным и взвешенным загрязняющим веществам попасть с водяным паром к конденсатору, поскольку эти центробежные силы удерживают загрязнения в потоке отходов и направляют их вдоль поверхности испарителя, где они выходят из установки как часть сточных вод.

Системы, описанные в предыдущем патенте заявителя, сложны. Капитальные затраты на них могут быть меньше, чем на обычные системы дистилляции или обратного осмоса, но каждая установка будет дорогостоящей, учитывая материальное положение людей или групп людей в развивающихся странах. Правительственные и НПО фонды также могут оказаться недостаточными для внедрения этих систем во всех развивающихся странах.

Более крупные системы, предназначенные для обеспечения чистой водой большого количества людей, требуют инфраструктуру для распределения воды. Если система будет находиться на участке с доступом к электричеству для ее работы, владельцу потребуются насосы, клапаны, водопровод, трубы и другие компоненты, распределяющие воду по домам, квартирам, предприятиям, правительственным учреждениям, больницам, школам или коммунальным учреждениям. Централизованные системы также являются предметом политического контроля и могут быть мишенью для террористов, преступников и политических противников. Отдельные лица или семьи могут использовать более мелкие и менее сложные устройства для очистки воды лично для себя, независимо от более крупных систем, связанных с централизованными системами распределения воды.

В патенте ’951 есть подсистемы и форсунки, которые автоматически очищают стенки испарителя. Система разработана таким образом, чтобы отдельные пользователи могли разбирать свои устройства, быстро очищать или заменять компоненты и возвращать их в рабочее положение без длительного простоя, что позволяет избежать необходимости в системе очистки по патенту ’951. Даже если владельцы системы не справятся с ней в случае поломки, вполне вероятно, что хотя бы один человек в окрестности сможет ее отремонтировать. Не все подсистемы патента ’951 нужны для небольших индивидуальных устройств.

Тонкие стенки конденсатора-испарителя, описанные в патенте ‘951, обеспечивают высокую эффективность, но их изготовление или конструирование может быть дорогостоящим. Система более раннего патента имеет концентрические стены, которые обеспечивают большую производительность в том же пространстве. Эта конструкция позволяет большему количеству устройств занимать меньшую площадь при том же выходе чистой воды. Пространство, занимаемое каждой новой единицей, незначительно и для небольших установок у людей обычно достаточно места, где они живут или работают.

Для того, чтобы изготовить конденсатор-испаритель с тонкими стенками, важно использовать металлы с высокой теплопроводностью. Толщина стенки может составлять от 0,004 до 0,015 дюймов (≈ 0,10 до 0,38 мм) (единицы измерения конвертированы приблизительно). Возможны и более толстые стенки, но они увеличивают стоимость материала и препятствуют теплопередаче. Теплопроводность стали типичной стенки испарителя составляет около 25 БТЕ / (фут. x час. x °F) ≈ (43 Вт / м °C). Для алюминия этот показатель более чем в пять раз выше, 136 БТЕ / (фут. x час. x °F) ≈ (235 Вт / м °C). Данные цифры являются приблизительными, поскольку теплопроводность зависит от температуры и легирующих материалов. Алюминий может быть анодирован с образованием микроскопической защитной оксидной пленки (≈ 6,35 x 10^-6 мм). Пленка предотвращает неконтролируемую коррозию и окисление, что снижает проводимость. Теплопроводность меди примерно в два раза выше, чем у алюминия, но алюминий дешевле (обычно составляет около

стоимости меди), более доступен, легче и с ним удобнее работать при изготовлении изделия.

Также необходимо сливать излишки жидкости и загрязнений при выключенной установке. Это предотвращает высыхание загрязняющих веществ на стенках конденсатора-испарителя или рост водорослей и грибков внутри установки. Циркуляция теплого воздуха или воздействие вакуума на установку улучшает сушку.

Для системы используется обычная электрическая энергия переменного тока, но так как ее потребляемая мощность низка, можно применять энергию постоянного тока, генерируемую солнечными батареями, автомобильный аккумулятор 12 В постоянного тока или другие источники электроэнергии.

Для создания стенок конденсатора-испарителя можно использовать обычные технологии, которые применяются для изготовления алюминиевых банок для напитков (без верха и дна). Компании США производят около 100 миллиардов (1 x 10¹¹) алюминиевых банок для напитков ежегодно.

В системах заявителя используются алюминиевые цилиндры с тонкими стенками, созданные методом ударной экструзии. Для этого алюминиевые диски или заглушки устанавливаются в закрытую цилиндрическую матрицу. Для изготовления банок алюминий обычно легируют небольшим количеством магния и марганца. Пуансон ударяет по заготовке, в результате чего алюминий обтекает его и образует цилиндрическую банку. Далее следует дополнительная обработка банки, чтобы довести процесс до конца.

Для изготовления алюминиевых банок используются и другие технологии. Вытяжной пресс вырезает из алюминиевого листа круглые диски в форме мелких чашек. Они вытягиваются в более высокие чашки, проходя через ряд колец. Когда чашки достигают своей номинальной высоты, верхние части срезаются, поэтому они имеют одинаковую высоту. Опять же, для завершения изготовления банки необходима дополнительная обработка.

Алюминиевые банки объемом в двенадцать унций (355 мл) для безалкогольных напитков и пива с толщиной стенки 0,004 дюйма (0,10 мм) являются стандартными в Северной Америке. Типичный диаметр банки составляет около 2,6 дюйма (6,6 см). Стандартные европейские банки для напитков меньше и вмещают 330 мл (11,2 унции). Однако существуют алюминиевые банки для напитков разного размера. Пивовары продают пиво также в банках объемом 16 унций (473 мл), 24 унции (710 мл) и 25 унций (740 мл), но для некоторых так называемых «энергетических напитков» используются небольшие банки объемом 250 мл (8,5 унций). Изготавливают банки и других размеров, особенно за пределами Северной Америки. Банки большего размера (высоты и диаметра), используемые для данного процесса, обеспечивают большую производительность.

Поскольку жестяные банки недороги, стенками конденсатора-испарителя для небольшой системы очистки воды может стать алюминиевая банка для напитков (без верха или дна). Их использование снизит затраты на изготовление системы, потому что банки легко доступны.

Стандартное прессование (т.e. продавливание алюминия через серию формующих отверстий) также позволяют создавать тонкостенные алюминиевые цилиндры для системы заявителя. Данная технология устраняет необходимость обрезать дно, которое образуется во время ударной экструзии, но для системы и технологии заявителя могут применяться «использованные» банки с обрезанными верхней частью и дном. Использование некоторых банок, которые ежегодно производятся в миллиардном объеме, является выгодным, поскольку это готовые и недорогие тонкостенные алюминиевые цилиндры. Алюминиевые банки - наиболее перерабатываемый потребительский товар: в среднем 70% переработанного металла - это банки. Поэтому перерабатывать их и использовать переработанный или новый алюминий для изготовления стенок системы заявителей является выгодным.

Другой возможный метод изготовления цилиндрических корпусов выбранного диаметра и длины заключается в использовании тонкого листового алюминия толщиной от 0,004 до 0,015 дюймов (≈ 0,10 - 0,38 мм), который обкатывается вокруг цилиндрических форм. Их сваривают точечной сваркой или склеивают между собой с небольшим нахлестом, образовывая шов.

Каким бы методом ни производились алюминиевые цилиндры, создание новых цилиндров нужного диаметра и высоты, вероятно, лучше, чем полагаться на использованные алюминиевые банки для напитков. Для многоцилиндровых систем требуются цилиндры разного диаметра. Их необходимо изготавливать специально для системы заявителя.

Наружное давление воздуха, действующее на вакуумный контейнер, составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (101 кПа) на уровне моря. Толщина стенок, необходимая для сопротивления разрушающей силе, действующей на внутренние стенки, увеличивается непропорционально диаметру вакуумного контейнера. Если общий объем под вакуумом невелик из-за относительно небольшого диаметра контейнера, внешняя стенка вакуумной камеры может быть тоньше и для нее используются более легкие материалы, которые не разрушаются под давлением наружного воздуха. Также для уменьшения толщины стенки используется ребристый корпус. Данная система может иметь преимущества по сравнению с системой, описанной в патенте ’951, так как является более тонкой.

Как говорится в патенте ’951, минимизация толщины жидкости у поверхности испарителя значительно улучшает передачу тепла жидкости. При достаточно быстром вращении стенок испарителя центростремительная динамическая нагрузка заставляет жидкость образовывать тонкую, почти однородную пленку, например, примерно от 0,001 до 0,002 дюймов (от 0,025 до 0,051 мм) на поверхности корпуса испарителя.

Раскрытие изобретения

«Загрязненная вода» - это вода или другая жидкость, в заявке используются взаимозаменяемые термины «вода» и «жидкость», содержащая нежелательные компоненты. Соленая вода загрязнена, потому что соль мешает людям пить воду.

Небольшая недорогая установка заявителей превращает сточные воды, соленую или другую загрязненную воду в питьевую. Установка состоит из двух основных подсистем: конденсатор-испаритель и узел компрессора. Оба работают при низком давлении около 0,5 фунта на квадратный дюйм (≈ 3,5 кПа или 1,0 рт.ст.) и при соизмеримой температуре воды на входе 80°F (≈ 26.7°C). Разная температура воды на входе вызывает разное рабочее давление, зависящее от температуры насыщения, - давление. Понятие «вакуум» в данном контексте обозначает низкое давление, но не жесткий вакуум.

Узел конденсатора-испарителя включает один или два тонкостенных корпуса, предпочтительно выполненные из алюминия. Корпуса вращаются вместе в узле конденсатора-испарителя на умеренной скорости. Каждая цилиндрическая оболочка имеет внутреннюю поверхность, сторону испарителя. Внешняя поверхность корпуса является стороной конденсатора. Вращение корпусов приводит к тому, что загрязненная вода направляется внутрь каждого корпуса со стороны испарителя, образуя тонкую пленку. Очистители, которые находятся на стенке испарителя или рядом с ней, могут способствовать образованию тонкой пленки. Загрязненная вода на входе закипает на внутренней поверхности корпуса (теплота испарения), потому что давление установки постепенно повышается, по сравнению с начальными условиями вакуумирования, до фиксированного давления насыщения входящей воды (обычно при температуре окружающей среды). Пар со стороны испарителя поступает в компрессор. Сжатый пар направляется к поверхностям корпуса конденсатора, где он конденсируется. При обратном фазовом переходе от пара к жидкости (теплота конденсации) на поверхностях конденсатора возникает тепловая энергия. Эта энергия передается через корпус со стороны конденсатора на сторону испарителя. Теплота конденсации со стороны конденсатора создает теплоту испарения со стороны котла (плюс дополнительные потери энтропии и небольшие потери неэффективности установки).

Очистители с низким коэффициентом трения на внешней стороне каждого корпуса удаляют конденсат с оболочки и оставляют открытую поверхность для образования нового конденсата. Это существенно увеличивает коэффициент теплопередачи при конденсации и улучшает общую термодинамическую эффективность, что снижает требуемую энергию на единицу массы производимой пресной воды. Внутренние и внешние очистители увеличивают общий коэффициент теплопередачи по сравнению с традиционными механизмами теплопередачи для дистилляции. Очистители также действуют как автоматические механические устройства для очистки поверхностей стен от накопления твердых частиц и коррозии в результате кипения и конденсации.

Компрессорный и конденсаторно-испарительный узлы находятся в паровом сообщении между собой. Их можно устанавливать в одной оболочке, но, если они монтируются в отдельных, необходимо обеспечивать паропровод с помощью каналов. При кипении в условиях форвакуума образуется пар, который направляется к стороне входа компрессора. Не вся поступающая загрязненная вода закипает. Некоторая остается на кипящих поверхностях, а затем стекает с них в виде концентрированных сточных вод. Это коэффициент извлечения = (объем полученного продукта/объем на входе). Термин «сточные воды» также включает загрязнения, оставшиеся в воде. Из-за кипения поступающей воды загрязняющие вещества в сточных водах имеют более высокую концентрацию, чем в поступающей загрязненной воде. Компрессор увеличивает давление пара, как правило, примерно от 0,04 до 0,15 фунтов на квадратный дюйм (при температуре окружающей среды на входе), хотя может быть предпочтительным более высокое или меньшее повышение давления. Пар из компрессора направляется к конденсаторным поверхностям корпусов, где он превращается в пресную воду. Конструкция устройства заявителей предусматривает сбор пресной воды и направляет пар со сторон корпусов испарителя в компрессор, а затем в сторону конденсатора. Также пресная и сточная вода течет к выпускным насосам для хранения.

Вращение оболочки усиливает кипение при низком давлении за счет увеличения коэффициента теплопередачи. Вращение также увеличивает конденсацию (и коэффициент теплопередачи конденсации), поскольку конденсат отрывается от поверхности конденсатора, поэтому новый пар достигает его поверхности более эффективно и быстро. Очистители, которые помогают формировать тонкие пленки на поверхностях испарителя и удаляют конденсат с поверхностей конденсатора, улучшают термодинамические коэффициенты теплопередачи и производительность системы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в разрезе системы очистки воды, в которой узел нагнетателя установлен над узлом конденсатора в оболочке.

Фиг. 2 - вид конденсаторно-испарительного узла системы очистки воды в разрезе.

Фиг. 3 - вид нагнетательного узла системы очистки воды в разрезе.

Фиг. 4 - вид вращающегося уплотнения между узлом конденсатора и узлом испарителя на Фиг. 1 в разрезе.

Фиг. 5 - схематическое изображение насосной системы для вывода сточных вод и пресной воды из системы очистки воды при низком давлении.

Фиг. 6 - вид системы очистки воды, установленной в канистре, в разрезе.

Фиг. 7 - вид системы очистки воды с обозначением входов и выходов в разрезе.

Фиг. 8 и 9 - вид многокорпусного варианта узла конденсатора-испарителя в разрезе. Фиг. 9 - увеличенный размер Фиг. 8 с правой стороны.

Фиг. 10 - вид многокорпусного варианта системы очистки воды в разрезе.

Фиг. 11 - увеличенный вид (Фиг. 10) нижней части многооболочного варианта системы очистки воды в разрезе.

Фиг. 12 - изображение в разрезе, перспективный чертёж корпусов конденсатора-испарителя и связанной с ними конструкции многокорпусного варианта.

Фиг. 13 - вид половины узла конденсатора-испарителя системы очистки воды в разрезе.

Фиг. 14 - увеличенный вид части Фиг. 13.

Фиг. 15 - вид в перспективе в разрезе узла конденсатора-испарителя и соединений узлов с выходными насосами Пито.

Фиг. 16 - частичный вид в разрезе, показывающий конструкцию, связанную с узлом конденсатора-испарителя, нижним вращающимся уплотнением и механизмом привода насоса для подачи пресной воды.

Фиг. 17 - изображение деталей узла испарителя и конденсатора, включая узлы очистителей и конденсатора в разобранном виде.

Фиг. 18 - это также вид в разрезе сверху, показывающий четыре концентрические неподвижные опоры для очистителя испарителя и подачи загрязненной воды к вращающимся корпусам.

Фиг. 19 - вид в разрезе снизу, показывающий четыре концентрические неподвижные опоры для очистителя испарителя и подачи загрязненной воды к вращающимся корпусам.

Фиг. 20 - вид в перспективе сверху в разрезе, показывающий четыре концентрические неподвижные опоры очистителя, связанные с поверхностями вращающихся корпусов конденсатора.

Фиг. 21 - вид насоса Пито, который может использоваться с узлом конденсатора-испарителя заявителей, в перспективе в разрезе.

Фиг. 22 - еще один вид в перспективе в разрезе насоса Пито, показанного на Фиг. 21, если смотреть под другим углом.

Фиг. 23 - вид нижней конструкции узла для вращения движущихся частей насосов Пито в разрезе.

Фиг. 24 - вид в перспективе опоры подшипника, используемой в узле конденсатора-испарителя заявителей, в разрезе.

Фиг. 25 представляет собой вид в перспективе узла конденсатора-испарителя заявителя, показывающий корпусы и связанную с ними конструкцию, образующую четыре концентрические камеры конденсатора-испарителя.

Фиг. 26 - вид в перспективе со срезом нижней части устройства заявителя под корпусами конденсатора-испарителя.

Фиг. 27 - вид нижнего дивертора устройства заявителя в перспективе.

Фиг. 28 - вид в разрезе, показывающий внутреннюю часть нижнего вакуумного корпуса заявителя.

Фиг. 29 - блок-схема кипения и сжатия.

Фиг. 30 - график зависимости температуры от энтропии во время процесса.

Фиг. 31 - вид другого варианта установки сверху.

Фиг. 32 - частичный фронтальный разрез установки на Фиг. 31, вид в перспективе.

Фиг. 33 - вид в перспективе корпуса, используемого с установкой на Фиг. 31, в разрезе.

Фиг. 34 - вид в перспективе с разрезом сверху установки, показанной на Фиг. 31, со снятым компрессором.

Фиг. 35 представляет собой частичный разрез установки, изображенной на Фиг. 31, который показывает данные привода для оболочки.

Фиг. 36 - частичный вид спереди установки, изображенной на Фиг. 31, на которой указаны данные привода корпуса и нижнего уплотнения.

Фиг. 37 - частичный вид установки спереди в разрезе, изображенной на Фиг. 31, на которой указаны данные верхнего уплотнения.

Фиг. 38 - вид в перспективе в разрезе одного насоса Пито, используемого с установкой на Фиг. 31.

Фиг. 39 - вид спереди в разрезе, показывающий опору для насосов Пито для установки на Фиг. 31.

Фиг. 40 показывает компоненты привода для насосов Пито.

Подробное описание

Ссылка на компоненты одного или нескольких чертежей не означает, что компонент виден только на этих чертежах. Чтобы избежать нагромождение ссылками, некоторые компоненты не пронумерованы на всех фигурах, на которых они видны.

Узлы конденсатора-испарителя и нагнетателя-компрессора на Фиг. 1-9: система очистки воды 10 показанная на Фиг. 1, имеет два основных компонента: (a) узел конденсатора-испарителя 100 и (б) узел нагнетателя или компрессора 200. См. Фиг. 1, 2, 3 и 6. Два узла могут быть установлены бок о бок или, как показано на Фиг. 1, над и под друг другом в общем корпусе. Расположение компонентов рядом и соединение их с помощью воздуховодов или других каналов может привести к потерям тепла и падению давления из-за паров, движущихся между компонентами, но облегчает доступ к внутренним частям. Однако размещение компонентов в одном корпусе должно снизить тепловые потери и падение давления. Под понятием «корпус», которое встречается в заявках, подразумевается один или несколько корпусов, содержащих отдельные компоненты.

Процесс может происходить при пониженном давлении 0,5 фунта на квадратный дюйм (≈ 3.5 кПа или 26 Торр), которое в данном случае называем «вакуумом» или «форвакуумом», но приемлемы и другие низкие давления. В процессе может использоваться давление ниже 0,5 фунта на квадратный дюйм, но узлы, работающие при более низком давлении, должны быть прочнее и дороже в создании и эксплуатации. Также при более низком давлении плотность пара ниже, что снижает массовый расход.

Установка конденсаторно-испарительного узла под узлом компрессора в том же корпусе сводит к минимуму места утечек и сокращает тепловые потери. Установка на чертежах может поддерживать низкое давление без значительных утечек в системе, даже если в ней используются недорогие детали с более низкими границами допусков. Это возможно, потому что чувствительность процесса к небольшим колебаниям давления (утечкам) обычно менее жесткая, чем требования к традиционным вакуумным камерам, имеющим более жесткий вакуум.

Периодическая откачка может восстановить желаемое давление в системе. Повторная откачка обычно требуется только изредка, возможно, один или два раза в день или даже один раз в неделю. Она занимает лишь несколько минут.

Описаны три источника воды: (1) поступающая загрязненная вода, (2) обработанная питьевая (также называемая «пресной водой») и (3) сточные воды. Сточные воды остаются, когда питьевая вода отделяется от загрязнений. «Загрязненная вода» - это разные жидкости, такие как вода, содержащая микробы или соли, полученные из водоемов. Вода из колодцев может содержать пестициды, удобрения, тяжелые металлы, загрязнители из вышедших из строя септических резервуаров и другие химические вещества. Некоторые государственные или частные системы водоснабжения поставляют воду с небольшим количеством загрязнения, но потребители сталкиваются с тем, что вода загрязнена.

Подача воды в узел котла-конденсатора-испарителя: система, показанная на Фиг. 1, подключается к источнику загрязненной воды 14 (показан схематично). Источник воды отличается от остальных компонентов. Например, это может быть бочка, цистерна, бак или другой источник воды объемом в 55 галлонов (208 л) за пределами дома, квартиры или офиса. Внутреннее рабочее давление установки низкое, поэтому сильный напор для переноса загрязненной воды в установку не требуется. В нормальных условиях эксплуатации при низком давлении (≈ 0,5 фунта на квадратный дюйм) практически возможен напор 30 футов или более (34 фута - глубокий вакуум) без всасывающего насоса. Для этого необходим только дроссельный клапан (игольчатый клапан), который регулирует значения входящего потока до желаемых. Насос может подавать необходимое давление, если источник загрязнения находится на высоте более 34 футов от установки.

Рядом с системой можно установить накопительный бак с ручным или приводным насосом, если источник загрязненной воды более отдаленный или крупный. Насос может работать, даже когда накопительный бак требует дозаправки. Если трубы для подачи воды в накопительный бак отсутствуют, люди могут переносить воду из источника в контейнерах.

Клапан 16 (Фиг. 1) регулирует поток жидкости из источника по линии или трубе (не показаны) в узел конденсатора-испарителя 100. Простого пережимного клапана будет достаточно, потому что вода в источнике обычно находится под высоким давлением, чтобы течь в узел конденсатора-испарителя более низкого давления, но напор может меняться по мере заполнения и опорожнения накопительного бака. Пользователю необходимо отрегулировать клапан, если он забился или изношен. С помощью компьютерного управления можно открывать, закрывать и, в зависимости от скорости потока, регулировать клапан в более сложных системах.

Доступ к компонентам для очистки важен, поскольку вода из источника содержит твердые частицы, которые собираются между источником и узлом конденсатора-испарителя 100. Фильтр (не показан), установленный перед установкой, улавливает песок и другие тяжелые или нерастворенные загрязнения. Твердые частицы вряд ли вызовут проблемы; они должны проходить от установки вместе с потоком отходов, практически не влияя на установку. Клапан 16, вероятно, является наиболее чувствительным компонентом к загрязнению твердыми частицами, но его открытие и последующий сброс для желаемых условий потока должны его очистить. При определенных условиях можно использовать недорогие компрессионные пережимные клапаны на пластиковых трубках или трубках Tygon®.

Установка нагнетательного узла относительно узла конденсатора-испарителя: нагнетательный или компрессорный узел 200 монтируется над узлом конденсатора-испарителя 100 в корпусе 280, как показано на Фиг. 1. Корпус (Фиг. 1) может иметь футовый диаметр (≈ 30 см), но он зависит от диаметра оболочки 110 и частей, окружающих оболочку.

Корпус 280 может быть пластиковым, чтобы не переплачивать за материалы и изготовление, а также используются неагрессивные металлы. Лучше, чтобы пластик был прозрачным и были видны внутренние компоненты в работе. Стенка корпуса должна быть достаточной толщины и прочности, чтобы противостоять давящей силе атмосферного давления, действующей на внешнюю часть корпуса, когда внутри находится форвакуум. Ребристость корпуса повышает прочность, снижает вес и стоимость материалов корпуса.

Секции корпуса 182 и 282 соединяются друг с другом почти на полпути между верхней и нижней частью комбинированного корпуса 280. См. Фиг. 1. Но соединить можно и ближе к верху или к низу комбинированного корпуса. Хотя на чертежах заявки показано соединение с верхней и нижней частью компонентов, установка не обязательно должна быть вертикальной и может быть установлена горизонтально или в другом положении.

Секция корпуса 182 конденсатора-испарителя и секция 282 корпуса нагнетателя образуют комбинированный корпус 280. См. Фиг. 1. Первый окружает узел конденсатора-испарителя 100, а второй - узел нагнетателя 200. Две секции корпуса могут соединяться различными способами, но на Фиг. 1 резьба 284 секции корпуса нагнетателя 282 совпадает с резьбой 184 секции корпуса нагнетателя-испарителя 182. Уплотнительное кольцо 186 в углублении 187 улучшает герметичность уплотнения между двумя узлами корпуса. В системах, описанных на чертежах, используется множество уплотнительных колец, которые установлены в углублениях. Технические характеристики не содержат описания, и на чертежах указаны не все уплотнительные кольца или канавки. Специалисту в данной области будет понятно, где находятся канавки на чертежах, особенно те, что имеют меньший размер, уплотнительные кольца седла, хотя на чертежах нет уплотнительного кольца, и канавки могут быть не пронумерованы.

Во время работы внутренняя часть комбинированного корпуса 280 находится под вакуумом около 0,5 фунта на квадратный дюйм (≈ 3,5 кПа). Одинарное резьбовое соединение 184/284 является единственной потенциальной зоной утечки, но конструкция с одинарным соединением, имеющим кольцевое уплотнение, уменьшает или устраняет утечку. Один или несколько внешних зажимов (не показаны) прикрепляются к резьбе конструкции, чтобы предотвратить случайное отвинчивание секций 182 и 282 корпуса пользователем без предварительного удаления зажимов. Это также улучшит герметичность. После снятия любых зажимов и отвинчивания секций корпуса появляется доступ к компонентам в комбинированном корпусе 280.

Нагнетатель: узел нагнетателя или компрессора 200 включает в себя многоступенчатый нагнетатель 210. См. Фиг. 1. Двигатель, приводящий в движение нагнетатель, можно установить внутри корпуса 280, но в этом случае он будет подвергаться воздействию паров и вызывать тепловые изменения. Кроме того, источник электричества должен проходить через корпус к двигателю. Поэтому заявители устанавливают двигатель 274 вне корпуса двигателя 275. См. Фиг. 1. Двигатель получает электроэнергию от источника питания (не показан).

Во избежание необходимости в уплотнении в секции 282 корпуса нагнетателя, через которую проходил бы вал, вал двигателя не проходит через секцию корпуса. Любое такое уплотнение, особенно вращающееся, является источником трения и потенциальных утечек вакуума. В системе на Фиг. 1 может использоваться привод с магнитной связью во избежание потенциальных утечек. Двигатель 274 вращает внешнюю магнитную муфту 276 рядом с внешней стороной секции корпуса нагнетателя 282, и магнитная сила от внешней магнитной муфты вращает внутреннюю магнитную муфту 277. Двигатель может вращаться примерно со скоростью 2000 об / мин в зависимости от его положения и условий эксплуатации. При нормальной работе он потребляет относительно мало электроэнергии. В системе, показанной на Фиг. 1, используется один двигатель 274 для привода нагнетателя 210 и оболочки 110, но могут использоваться и другие двигатели.

Если у пользователя имеется двигатель, работающий с другим оборудованием, можно использовать его мощность вместо мощности специального двигателя 274. Другой источник энергии вращения, такой как ветряная турбина или водяное колесо, может выступать для системы в качестве двигателя, особенно, если она имеет другую структуру, для получения необходимой выходной мощности и желаемых оборотов. Однако такая внешняя система может оказаться слишком сложной в использовании по сравнению с простым, эффективным, высокоскоростным электрическим двигателем.

Детали, установленные внутри корпуса нагнетателя 282, имеют монтажную конструкцию. Внутренняя магнитная муфта 277 прикреплена к валу 278 и вращает его (Фиг. 1). Вал вращает шестерню или шкив 279, который приводит в движение ремень 212 для вращения шестерни или шкива 214. В технической характеристике шестерни, шкивы и другие круговые приводы называются «шестернями», хотя они могут не иметь зубьев. Шестерня 214 соединяется с приводным валом 216 нагнетателя 210 и вращает его. Подшипники 218 и 219 поддерживают вращение приводного вала. Подшипники 220 и 221 также поддерживают вал 278. Даже если они не видны на чертежах или не описаны в тексте, вращающиеся части обычно имеют подшипники для уменьшения трения. Ремни, такие как ремень 212, могут быть плоскими или V-образными, чтобы приводить в движение его шестерни или шкивы за счет трения, а также они могут быть зубчатыми, чтобы приводить в движение зубчатые передачи или шкивы.

Шестерня 214 может составлять примерно одну четвертую диаметра шестерни 279, что заставляет шестерню 214 вращаться в четыре раза быстрее, чем вращается шестерня 279. Если двигатель 274 вращается со скоростью 2000 об/мин, шестерня 214 вращается со скоростью 8000 об/мин. Вал 216 проходит от шестерни 214 к нагнетателю 210, где он вращает нагнетатель с этой скоростью. Изменение диаметра шестерен изменяет преимущественные свойства их механической конструкции, чтобы достичь нужной скорости нагнетателя.

Зубчатая передача, фрикционный привод или другой привод могут заменить ремень 212, и другой ремень 104, описанный ниже. Ременные приводы тише, дешевле и их легче заменить, чем другие приводы. Низкая стоимость позволяет владельцу иметь под рукой несколько сменных ремней на случай обрыва одного из них.

Вал 278 (Фиг. 1) проходит через раму нагнетателя 211 и подшипник 221, но он может быть смещен за пределы рамы нагнетателя. Вал заходит в шестерню 102. Вращение вала вращает шестерню 102, которая через ремень 104 вращает шестерню 106. Благодаря дополнительной конструкции, описанной ниже, вращающаяся шестерня 106 вращает оболочку конденсатора-испарителя 110, описанную ниже. Что касается диаметра шестерен 102 и 106 и их механическое преимущество, оболочка конденсатора-испарителя вращается с примерной скоростью 250 об/мин. Для справки: оболочка радиусом 13 см, вращающаяся со скоростью 250 об/мин, создает центробежную силу около 9,1 г (≈ 89 м/с²). Оболочка 1 системы радиусом 13 см не обязательно должна вращаться со скоростью 250 об / мин. Она, скорее всего, вращаться и медленнее.

Диаметры шестерен 279, 214, 102 и 106 на Фиг. 1 необязательно указаны в масштабе, но от их диаметра зависит вращение нагнетателя 210, который вращается на много быстрее, чем оболочка 110, например, 8000 об/мин для нагнетателя по сравнению с 250 об/мин для оболочки. Учитывая характеристики нагнетателя, диаметр корпуса, параметры обработки и другие факторы, можно изменить скорость вращения компонентов.

Опорная вставка 230 устанавливается внутри комбинированного корпуса 280. Две части, верхняя опорная вставка 232 вокруг нагнетателя 210 и нижняя опорная вставка 234 вокруг узла конденсатора-испарителя 100, образуют комбинированную опорную вставку. Нижний элемент прикреплен к основанию 185 секции корпуса конденсаторно-испарительного узла 182, а верхний элемент находится над нижним элементом. См. Фиг. 1.

Такая деталь, как уплотнительное кольцо 285, в верхней части нижнего элемента, может состыковываться со структурой верхнего элемента в нижней части для прикрепления и предотвращения их скольжения относительно друг друга, а также для обеспечения уплотнения при низком давлении, когда возникает перепад давления, вызванный нагнетателем. Уплотнительное кольцо 285 не обязательно должно создавать твердое уплотнение; оно помогает элементам 234 и 232 расположиться правильно относительно друг друга. Можно использовать и H-образное кольцо. Такое кольцо (не показано) имеет форму буквы H в поперечном сечении с одной канавкой, направленной вверх, а другой - вниз. Стенка верхней опоры 232 вставляется в верхнюю борозду и в стенку вставки нижней опоры 234 с канавкой, обращенной вниз.

Узел конденсатора-испарителя: оболочка 110 узла конденсатора-испарителя 100 вращается внутри вставки нижней опорной конструкции 234 и нижней корпусной секции 182. Нижняя пластина 234 может иметь структуру, такую как и подшипниковые опоры 132 (Фиг. 1 и 2), которые проходят вверх под углом от опорной вставки 234. Удлинительное кольцо 112 наклонено под углом вниз с внешней стороны оболочки 110. Удлинительное кольцо и опора подшипника совмещены (Фиг. 1, 2 и 4). Несущие опоры расположены порознь вдоль опоры кольцеобразной вставки 234. Несущие опоры, которые поддерживают оболочку при вращении, также могут быть сплошным кольцом, а удлинительное кольцо можно разделить и расположить на расстоянии друг от друга по отношению к оболочке. Они также могут быть сплошными. Подшипники 131 устанавливаются на каждой подшипниковой опоре 132, а удлинитель 112 устанавливается на подшипники оболочки 110. Расстояние между подшипниками, их размер и взаимодействие с удлинителями 112 должны поддерживать корпус под действием его веса и вращения при данной угловой скорости (например, 250 об/мин). Оболочка большего или меньшего диаметра, вероятно, будет вращаться с другой угловой скоростью.

Оболочка конденсатора-испарителя 110 имеет цилиндрическое секцию 120 под колпаком 121. Колпак на чертежах за изогнутой частью имеет вертикальную часть, которая может быть короче цилиндрической. В таком случае верхняя часть цилиндрической секции могла быть частью колпака, так же как нижняя часть колпака могла бы быть частью цилиндрической секции.

Для материала оболочки предпочтительно следует выбирать металл с высокой теплопроводностью, например, алюминий. Алюминиевую оболочку, цилиндрическую стенку и колпак изготавливают с помощью ударной экструзии, но можно использовать и другие методы изготовления. Низкая стоимость алюминия делает его предпочтительным материалом по сравнению с медью или другими хорошими проводниками. В центре колпака может быть углубление 122, которое подходит для наклонного привода 109. Вал 107 в подшипнике 108 (Фиг. 1), вращает наклонный привод. Наклонный привод входит в углубление так, что вращение привода от вала 107 вращает оболочку.

Наклонный привод 109 может иметь зубцы, входящие в зацепление с сопрягаемыми зубьями в углублении 122 так, что наклонный привод и углубление входят в зацепление друг с другом. Привод в углублении может крепиться с помощью шлица или других конструкции без зубцов. Трение также удерживает привод в углублении для вращения. Наклонный привод, такой как привод 109 на чертежах, упрощает сборку и разборку во время обслуживания и ремонта.

Ременный привод, шестерни и валы позволяют одному двигателю 274 на Фиг. 1 вращать нагнетатель 210 и оболочку 110. Компоненты, рассмотренные ранее, вращают детали с разными угловыми скоростями для выполнения различных функций нагнетательного узла 200 и узла конденсатора-испарителя 100. Однако другие приводные конструкции могут соединять двигатель 274 и связанные с ним валы, шестерни и шкивы с вращающейся оболочкой.

Работа системы: в корпусе 280 необходимо сначала создать давление примерно от 0,1 до 0,3 фунтов на квадратный дюйм (от 0,69 до 2,07 кПа). Трубка 310 (Фиг. 1) соединяется с вакуумным насосом (не показан) для понижения давления в корпусе до необходимого значения. После того, как насос откачивает воздух из корпуса первоначально, вакуумный насос работает только изредка для поддержания давление около 0,5 фунтов на квадратный дюйм (3,5 кПа). Трубка - одна из немногих частей, которая входит в корпус в условиях вакуума. Чтобы поддерживать желаемое давление, уплотнение между неподвижной трубкой и корпусом, а также уплотнение трубки вакуумного насоса, должно быть достаточно хорошим. Клапан (не показан) между трубкой 310 и вакуумным насосом изолирует установку, когда вакуумный насос выключен.

Загрязненная вода из источника 14 и клапана 16 течет через сливную трубу 140 внутри оболочки конденсатора-испарителя 110 (Фиг. 1 и 2). При начальном низком давлении установки от 0,1 до 0,3 фунта на кв. дюйм (от 0,69 до 2,07 кПа) и получая загрязненную воду на входе, давление установки быстро поднимается до давления насыщения 0,5 фунтов на квадратный дюйм (3,5 кПа), соизмеримого с температурой на входе (80°F (≈ 26,7°C)). Трубки на Фиг. 1 - прямые, но они могут иметь изгибы, позволяющие соединять элементы, которые не совпадают с прямыми трубками. См., например, изгиб 140a в сливной трубке (Фиг. 7). Также предусмотрены элементы для направления воды к внутренней стороне корпуса, поверхности испарителя. К этим элементам относятся сопла (не показаны), которые просто имеют вид небольших отверстий, расположенных вдоль сливной трубы, направляющие загрязненную воду к внутренней части корпуса или поверхности испарителя 114. Если сделать отверстия или сопла достаточно большими, это уменьшит потенциальное засорение. Поступающая загрязненная вода также может вытекать из верхней части 140 трубы. Вращение оболочки рассеивает воду по внутренней поверхности 114 оболочки и за счет наличия лопастей или пропеллероподобной конструкции 144, которые вращаются вместе с корпусом, вода распыляется. Лопасти или рабочее колесо выбрасывает воду на внутреннюю поверхность корпуса, после чего на них попадает загрязненная вода.

Силы гравитации, действующие на воду в результате вращения оболочки 110, заставляют воду образовывать тонкую пленку на внутренней поверхности оболочки 114. Толщина водной пленки влияет на производство пресной воды. Если пленка слишком тонкая, могут образоваться сухие пятна, и в этом месте превращения воды в пар происходить не будет, что снижает эффективную скорость передачи тепла. Если пленка слишком толстая, теряется теплопередача.

Внутренняя поверхность 114 оболочки 110 находится под вакуумом. Ниже приведена более подробная информация о температуре и дополнительном источнике тепла. Если давлении 0,5 фунта на квадратный дюйм, пресная вода кипит при температуре около 27°C (≈ 80°F), но на точку кипения влияют соленость и загрязнение воды. Графики и диаграммы, где точка кипения воды выполняет функцию давления, можно найти по ссылке http://www.engineeringtoolbox.com/boiling-point-water-d_926.html.

Вода кипит на внутренней поверхности 114 оболочки 110. Этот пар является чистым, поскольку не содержит нелетучие примеси. Он выходит из нижней части 116 оболочки 110. Нижняя опорная вставка 234 может иметь отверстия, подобные отверстию 117 (Фиг. 1 и 2), чтобы пропускать пар через пространство 118 между корпусом 280, а также верхней и нижней опорными вставками 232 и 234.

Когда загрязненная вода закипает на внутренней поверхности 114 оболочки 110, чистый пар удаляется. Центробежная сила, которая направляет воду к поверхностям оболочки, не возвращает пар обратно к внутренней поверхности, но нелетучие вещества, такие как соли и загрязнения, остаются на поверхности 114 и перемещаются с загрязненной водой. Кроме того, сила гравитации, вызванная вращением оболочки 110 с умеренной скоростью, удерживает нелетучие вещества на внутренней поверхности оболочки до тех пор, пока они не осядут на дно оболочки 110. Любое накопление солей и загрязнения с оставшейся жидкостью стекает вдоль стенки испарителя.

Наиболее загрязненная вода, которую обрабатывает система, не должна включать такие конденсируемые летучие вещества, как бензин или другие растворенные газы. Однако растворенные O₂, N₂ и CO₂ не конденсируются при температуре системы. Их присутствие может повысить давление внутри системы, и потребуется периодическая вакуумная откачка для снижения давления до желаемого уровня. Если загрязненная вода содержит летучие вещества, желательно удалить их до того, как система заявителя начнет обрабатывать воду.

Пар из оболочки 110 движется вверх через пространство 118 по потоку к нижнему входному концу нагнетателя 210. Нагнетатель повышает давление и температуру пара, а также направляет его к внешней поверхности оболочки 113. Теплота пара, выходящего из нагнетателя, состоит из трех пунктов: 1) явное повышение тепла (которое можно измерить с помощью термометра), представляющее собой перегретый пар выше температуры кипения при насыщении; 2) скрытая теплота, которая является заблокированной энергией из-за фазового перехода при насыщении во время кипения; и 3) энергия повышения давления, которая возникла в результате повышения давления нагнетателя до более высокой температуры насыщения конденсатора. Скрытая теплота и энергия повышения давления вызывают полезное повышение температуры

между испарителем и конденсатором для запуска процесса, что происходит при более высокой температуре насыщения и давления в конденсаторе, а также приводит к фазовому переходу (пара в жидкость) в конденсаторе с передачей тепла от конденсатора к испарителю. Обратите внимание, что перегретый пар должен охлаждаться в камере конденсатора до температуры насыщения (из-за низкого КПД, конвективная теплопередача пара в конденсаторе ≈ 500 БТЕ/ч-°F-фут²) до тех пор, пока не произойдет фазовый переход с высокой эффективностью, также возникает теплопередача (≈ 5,000 БТЕ/ч -°F-фут²). Передача тепла с фазовым переходом происходит, когда чрезмерно высокая температура, падает до температуры насыщения (и давления) в конденсаторе, которая была повышена за счет повышения давления нагнетателем. Это повышенная скрытая энергия теплообмена, которая приводит в действие установку.

Разница температур между испарителем и конденсатором в условиях парожидкостного насыщения вычисляется с помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона:

. В этом уравнении

- газовая постоянная,

- теплота парообразования (перехода жидкости в газ),

- разница температур котла и конденсатора при насыщении,

- перепад давления между котлом и конденсатором, создаваемый нагнетателем, p _b и T _b - соответственно давление и температура испарителя. Любой способ или методика, увеличивающие коэффициент теплопередачи до максимума без существенного увеличения рабочей температуры T _b или разницы температур

, являются предпочтительными. Тонкопленочное кипение и конденсация в результате вращения конденсатора-испарителя вместе с протиранием этих поверхностей для поддержания тонкого и однородного слоя жидкости на поверхности способствуют большей величине коэффициента теплопередачи. Подробнее о распределении жидкости см. ниже.

Кипящая вода с поверхности оболочки передает тепловую энергию от ее поверхности к воде. При кипении жидкость превращается в пар при той же температуре. Для такого фазового перехода требуется гораздо больше энергии (теплоты испарения), чем для небольшого ощутимого увеличения тепловой энергии в результате повышения температуры перегретого пара между испарителем и конденсатором. Передача тепла через оболочку 110, как указывают заявители, к жидкости приводит устройство в движение и вызывает кипение в камере, что снижает температуру оболочки. Но внутрь испарителя поступает непрерывный поток входящей питательной воды с постоянной температурой, поэтому поддерживается установившаяся температура оболочки. Тенденция к более низкой температуре оболочки в результате испарения противодействует непрерывному тепловому потоку, передаваемому от конденсирующегося пара внешней поверхности 113 оболочки, вызывая кипение и поддерживая постоянную устойчивую температуру оболочки.

Необходимая дополнительная энергия для запуска процесса кипения поступает из пара благодаря работе нагнетателя, который обеспечивает теплоту энергии и приводит к конденсации. Дополнительная энергия передается через оболочку, вызывая непрерывное кипение (теплота энергии парообразования). Например: рассмотрим температуру котла на входе

°F (26.7°C) с давлением насыщения

фунтов на квадратный дюйм (3,45 кПа) и разницу температур насыщения пара и жидкости

°F (1,66°C). Энергия нагнетателя создала разницу температур, которая вызвала повышение давления в конденсаторе

фунтов на квадратный дюйм (0,345 кПа). Энергия кипения (теплота испарения) при 80°F составляет 1096,1 БТЕ / фунт (2,550 Дж / г), а энергия конденсации (теплота конденсации) при 83°F (т.e., 80°+3°) (28,3°C) - 1097,4 БТЕ / фунт (2,553 Дж / г). Для повышения температуры воды на 1°F (1,8°C) требуется всего около 1 БТЕ / фунт (2,24 Дж / г), а для повышения температуры пара на 1°F (1,8°C) требуется всего около 0,43 БТЕ / фунт (1 Дж / г). Огромное количество энергии вапоризации, необходимое для кипения входящей воды (1096,1 БТЕ / фунт или 2550 Дж / г) обеспечивается таким же большим теплом энергии, выделяющейся во время процесса конденсации (1,097.4 БТЕ / фунт (2,553 Дж / г)).

Температура оболочек быстро становится равной температуре поступающей воды из-за их низкой удельной теплоёмкости (по сравнению с теплоемкостью поступающей воды). Если бы оболочки были бы изначально теплее, чем входящая вода, они бы быстро остыли до температуры входящей воды, передавая ей свое тепло. Внутреннее давление узла может немного повыситься, но, если начальное давление (например, 0,3 фунта на квадратный дюйм) меньше давления насыщения входящей воды (например, 0,5 фунта на квадратный дюйм), процесс немедленно уравновесится до давления насыщения 0,5 фунта на квадратный дюйм. Если бы оболочка была холоднее температуры воды на входе, она бы быстро нагрелась. Входящая вода, которая не закипает, удаляется как часть сточных вод, но температура оболочки будет равна температуре входящей воды.

Когда начинается процесс, внутреннее давление снижается до уровня давления, который ниже давления насыщения поступающей жидкости (например, ниже 0,5 фунтов на квадратный дюйм, примерно до 0,3 фунтов на квадратный дюйм или ниже). Если температура входящей воды составляет 80°F, вода закипает, и внутреннее давление повышается до давления насыщения (0,5 фунта на квадратный дюйм). Кипение начинается, потому что давление в установке ниже давления насыщения входящей воды (0,3 фунта на квадратный дюйм по сравнению с 0,5 фунта на квадратный дюйм). Как только начинается процесс кипения, он продолжается, поскольку теплопередача от конденсирующейся поступающей жидкости передает тепло поверхности корпуса испарителя в конденсаторе.

Если бы начальное внутреннее давление было выше давления насыщения поступающей жидкости, установка не работала бы. Но начальное внутреннее давление, которое ниже давления насыщения поступающей жидкости, способствует немедленному запуску процесса. Важно не снижать температуру поступающей жидкости во время работы (т.к., при снижении температуры насыщения снижается и давление насыщения) ниже внутреннего рабочего давления узла. В противном случае процесс останавливается. Заявители поддерживают температуру поступающей жидкости постоянной (или близкой к постоянной), поэтому остановка процесса не происходит.

Если процесс останавливается, включите вакуумный насос и не выключайте до тех пор, пока внутреннее давление не опустится ниже «нового» более низкого давления насыщения, это запустит процесс и продолжит его. Если начальное пусковое давление узла равно давлению насыщения поступающей жидкости (например, 0,5 фунта на квадратный дюйм), узел все равно будет работать, потому что часть входящей жидкости испаряется внутри камеры испарителя, сжимается компрессором и конденсируется. Это запускает и поддерживает процесс кипения. Если начальное внутреннее давление равняется давлению насыщения, устройству требуется больше времени, чтобы стабилизироваться до полной мощности, но вскоре оно приходит в равновесие. Но установка не работает так эффективно с присутствующими неконденсируемыми газами, потому что они создают внутри частичное давление, которое можно снять с помощью кратковременной и периодической вакуумной откачки.

Эти факторы помогают запустить узел при давлении ниже рабочего давления насыщения поступающей жидкости. Если температура на входе составляет 80°F, а давление насыщения - 0,5 фунта на квадратный дюйм, запуск устройства при давлении ниже 0,5 фунта на квадратный дюйм (например, ≤ 0,3 фунта на квадратный дюйм) решает эти проблемы. Если температура на входе (и, следовательно, давление) упадет ниже внутреннего рабочего давления узла, на короткое время нужно включить вакуумный насос, чтобы снизить внутреннее рабочее давление узла до уровня, который ниже давления насыщения поступающей жидкости. Затем процесс немедленно возобновляется и снова стабилизируется.

Фиг. 29 - это блок-схема, относящаяся к фазам кипения и сжатия, а Фиг. 30 - график соотношения температуры и энтропии во время процесса. На Фиг. 30 загрязненная вода поступает в установку (испаритель) в состоянии 1 при температуре T ₁ и давлении P_B. Когда вода закипает, она меняет фазу и переходит в состояние 2, но остается при той же температуре, что и на входе T ₁ (T ₂ = T ₁ ). Ее энтропия увеличивается (переходя из жидкого состояния в парообразное). Концентрированная сточная вода выходит из установки при температуре T ₆ , где T ₆ = T ₁ . Пар поступает ко входу нагнетателя, где сжимается в компрессоре. Давление и температура повышаются до P_C и T ₃ соответственно, которые завышены; т.e. выше температуры насыщения T ₄ (к ΔT _SH ). Как только перегретый пар передает свою ощутимую тепловую энергию конденсатору (за счет низкого КПД, конвективной теплопередачи), его температура падает от T ₃ до T ₄ . Этот насыщенный пар, имеющий более высокую температуру и давление, чем кипящий пар, передает свою скрытую тепловую энергию (ΔT _BC ) изменяя фазу: пар превращается в чистую жидкость за счет высокоэффективной теплопередачи с фазовым переходом. Энтропия пара уменьшается во время фазового перехода в чистый дистиллят, который выходит из установки при температуре T ₅ , равняющейся температуре T ₄ насыщенного пара в конденсаторе. Обратите внимание: если во входящей загрязненной жидкости присутствуют соли, дополнительное количество тепловой энергии должно быть выше температуры кипения ΔT_BPR. Следовательно, общая разница температур будет ΔT _общ. = ΔT _BC + ΔT_BPR.

Когда пар выходит из нагнетателя 210 с более высоким давлением и температурой, он контактирует с внешней поверхностью 113 корпуса 110. Поскольку кипение происходит со стороны внутренней поверхности корпуса, поверхность 114 испарителя передает энергию от внешней поверхности корпуса, при этом температура корпуса ниже конденсации пара. Температура и давление пара повышаются за счет энергии, подаваемой нагнетателем. Когда более теплый пар контактирует с внешней поверхностью оболочки с более низкой температурой, пар конденсируется в жидкость. При фазовом переходе от пара к жидкости на поверхностях конденсатора тепловая энергия выходит обратно через оболочку. Она передается жидкости на внутренней поверхности корпуса для кипячения загрязненной воды. Более высокое давление и температура пара на внешней поверхности оболочки предотвращает низкотемпературное кипение конденсированной жидкости на внешней поверхности, потому что оболочка всегда холоднее конденсированного пара и жидкого конденсата.

Извлечение всей питьевой воды, полученной из загрязненной, является необязательным и нежелательным. В то время как некоторое количество загрязненной воды, попадающей во внутреннюю часть корпуса 110 установки конденсатора-испарителя 100 закипает, загрязненная вода, которая не кипит, становится сточными водами и уносит с собой загрязняющие вещества. Оставшаяся загрязненная вода и загрязнения, извлеченные из некипяченой воды, стекают вниз под действием силы тяжести и центробежных сил ко дну 116 корпуса. Когда загрязнители и сточные воды достигают дна внутренней стенки корпуса 110, они собираются вдоль внутреннего края 119 и на основании 185 корпуса конденсатора-испарителя 182.

Такие отверстия, как отверстие 117 (Фиг. 1 и 2) для прохождения пара от узла конденсатора-испарителя 100 к узлу нагнетателя 200, находятся около нижней части 234 и основания 185. Расположение отверстий так, чтобы загрязнители и сточные воды не проходили через них важны, потому что центробежная сила, действующая на загрязнители и сточные воды, выбрасывает их наружу, когда они выходят из оболочки. В противном случае это может заблокировать попадание пролитой воды в отверстия. Основание 185 имеет уклон (внизу слева на Фиг. 1 и 2), поэтому загрязняющие вещества и сточные воды собираются на выходе 160.

Периодическая закачка чистой воды или пара через впускное отверстие 140 под оболочку 110 конденсатора-испарителя очищает его внутреннюю часть. Регулярная очистка от морской воды или воды, загрязненной водорослями, внутри установки, когда установка не используется, увеличивает срок службы корпуса.

Впрыск пара при атмосферном давлении в корпус 110 конденсатора-испарителя перед запуском процесса и перед откачкой воздуха из него заменяет неконденсирующийся воздух (в основном O₂, N₂, Ar и CO₂) конденсируемым водяным паром, поэтому при работе системы остается только водяной пар. Для этого варианта заявители могут использовать небольшой внешний нагреватель для производства пара. Поскольку он будет работать только иногда, то не потребит значительное количество электроэнергии и не повысит его расход в большой мере.

Очистители: под оболочкой 110 установки конденсатора-испарителя 100 устанавливаются несколько внутренних очистителей, которые доходят до внутренней поверхности 114 оболочки. На Фиг. 1 и 2, внутренний очиститель 170 установлен вокруг впускной трубы 140. Очистители могут иметь множество креплений 172 с гибкими пластинами 174 на каждом из них. Внешний край пластины очистителя контактирует с внутренней поверхностью оболочки. Очистители, расположенные равномерно по оболочке, уравновешивают любые их усилия на оболочку. Когда пластина очистителя контактирует с загрязнениями и загрязненной водой, она вытесняет их, заставляя опускаться. Чтобы уменьшить трение между очистителем и оболочкой, очистители могут быть выполнены из материала Teflon®, другого материала с низким коэффициентом трения или покрыты им.

Давление пластин очистителя 174 на внутреннюю поверхность корпуса 110 не должно удалять всю жидкость. В отличие от очистителя лобового стекла транспортного средства, который временно оставляет стеклянные поверхности без воды, пластины 174 очистителя не удаляют всю загрязненную жидкость с внутренней поверхности корпуса. Вместо этого они делают пленку жидкости тоньше, чтобы значительно увеличить коэффициент теплопередачи при кипении. Очистители испарителя непрерывно распределяют жидкость тонкой пленкой на поверхности испарителя до тех пор, пока избыток жидкости самотеком не выходит из камеры. Поскольку пластина очистителя не удаляет всю воду из внутренней части корпуса, она не оказывает сильного давления на него и не увеличивает потребность системы в электроэнергии, используемой для преодоления трения между очистителем и корпусом. Конструкция очистителей испарителя также поддерживает чистоту поверхности стенки, где происходит кипение, предотвращая накопление накипи или осадка на внутренней поверхности. Очистители, таким образом, выполняют две важные функции: улучшают термодинамическую теплопередачу за счет равномерного утончения жидкой пленки и непрерывно очищают поверхности стенок испарителя.

Очистители также могут удалять воду с внешней поверхности 113 оболочки 110 конденсатора. Когда пар конденсируется на внешней поверхности, вода образует капли, которые растут по мере конденсации пара. Как только капли набирают достаточной массы, центробежная сила вращения оболочки отбрасывает их. Но поверхностное натяжение удерживает конденсат на оболочке. Внешние очистители 176 (Фиг. 1 и 2) наружных поверхностей оболочек крепятся на опорах 177, что соединяются с нижними опорами вставки 234. Очистители конденсатора убирают водяной конденсат, который не удаляется центробежной силой с внешней поверхности корпуса. Удаление конденсата увеличивает коэффициент теплопередачи при конденсации. При удалении его с внешней поверхности оболочки, центробежная сила не прекращается сразу же или с такой же эффективностью, большая часть поверхности металлической оболочки становится свободной от жидкости и подвергается воздействию пара, что делает конденсацию намного более эффективной.

Все внутренние пластины очистителя 170 на Фиг. 1 и 2 находятся на одном уровне, поэтому каждый из них контактирует с одной и той же частью внутренней поверхности оболочки 110. Они также могу быть равномерно расположены по вертикали и контактировать с разными областями. Внешние пластины очистителя 176 располагаются и вертикально.

Очистители устанавливаются под углом к оси вращения корпуса, или один очиститель может совершать изогнутую или спиралевидную траекторию вдоль поверхности 110 оболочки. Внутренний очиститель 170, который распределяет загрязненную воду по поверхности испарителя, наклонен таким образом, чтобы его поверхность скользила по поверхности испарителя при вращении корпуса. Внешний очиститель 176 для удаления конденсата с поверхности конденсатора также может иметь острую кромку, обращенную к вращению оболочки, чтобы сбрасывать конденсат с поверхности конденсатора.

Аналогичные опасения по поводу сопротивления поступательному движению вследствие трения поверхностей применимы и к внутренним 170 и внешним очистителям 176. По мере увеличения давления со стороны пластин очистителя для поддержания вращения оболочки 110 требуется больше энергии. Заявители рассчитали, что, если установить с интервалами четыре очистителя конденсатора из материала Teflon®, прижимающие его корпус с усилием 4 унции (1,1 Н) каждый (коэффициент сопротивления - 0,11), вращая оболочку диаметром 13,75 дюймов (34,93 см) при скорости 100 об./мин. (≈ 2 множ. чис.), вы получаете около 0,9 Вт потери мощности при вращении и трении. Аналогичные потери происходят и с очистителями испарителя. Если предположить, что имеется также четыре тефлоновых очистителя испарителя, общие потери мощности на трение при вращении, возникающие как из-за очистителей испарителя, так и конденсатора, составляют около 1,8 Вт. Но очистители, по-видимому, увеличивают общий коэффициент теплопередачи, по крайней мере в 10 раз. Повышенная производительность системы за счет использования очистителей оправдывает небольшие потери энергии во время их использования.

Пресная вода с внешней оболочки 110 поверхности конденсатора 113 собирается вокруг оболочки 178. См. Фиг. 1, 2 и 4. Затем вода поступает в выпускное отверстие 179. Кольцевой диск 130 нижней части 178 расположен под углом, чтобы направлять воду вниз в сторону вставки 234 нижней опоры. Выходное отверстие может быть рядом со вставкой опоры 234, поэтому вода перетекает туда.

Вращающееся паронепроницаемое уплотнение: внутренняя и внешняя части оболочки 110 находятся под разным давлением. Резиновые или пластмассовые уплотнения, разделяющие области с разным давлением, могут создавать значительные потери во время трения при вращении корпуса, особенно, если корпус большой или вращается быстрее. Уплотнения между вращающимися частями также изнашиваются, стоят дорого и требуют регулярного обслуживания, что сказывается на простоте сборки и надежности.

Уплотнение на Фиг. 1, 2 и 4 применяются, чтобы избежать проблем с обычными вращающимися паронепроницаемыми уплотнениями. Уплотнение 190 (лучше всего видно на Фиг. 4) имеет вертикальный выступ 191, идущий вверх от внутреннего конца кольцевого диска 130, и горизонтальный выступ 192, идущий наружу от вершины вертикального выступа. Диск расположен вокруг внутренней части вставки нижней опоры 234.

Канал 189 (Фиг. 4) имеет кольцо 193, выходящее наружу из оболочки 110, хомут 194, проходящий вниз от конца кольца, и выступ 195, идущий внутрь от верхней части хомута (вместе все это образует вращающийся U-образный канал). Канал 189 имеет дальний конец, а неподвижный диск 192 проходит через проксимальный конец вращающегося канала 189. См. Фиг. 4. Вода 197, собранная в канале, вращается с примерной скоростью 100 об / мин, что есть скоростью вращения оболочки 110, потому что канал вращается вместе с оболочкой. Вращение создает центробежную силу на воде, которая толкает воду дистально к дальнему концу канала на хомуте 194. Давление пара на внешней стороне оболочки конденсатора действует в области 198 на первой стороне оболочки, а давление пара с внутренней стороны корпуса испарителя действует в области 199, на другой стороне воды. Более высокое давление компрессора перемещает воду к более низкому давлению испарителя напротив вращающейся жидкости в канале. Центробежная сила вращения действует против силы перепада давления, удерживая жидкость в канале. На Фиг. 4 показано расположение воды в зависимости от перепада давления. Конструкция компонентов препятствует тому, чтобы сила, создаваемая перепадом давления, преодолевала центробежную силу, действующую на воду, поэтому оставшаяся вода в пространстве 196 канала становится паровым затвором между компонентами с различным давлением.

Сила давления, вызванная вращением U-образного канала, заполненного водой, который «разрезается» неподвижным диском, доходящего на глубину ΔR, вращающейся воды (описанной выше), вычисляется с учетом того, что давление жидкости p относительно жидкости с плотностью ρ определяется как p=ρgr. Поскольку канал вращается со скоростью ω, центростремительные перегрузки, действующие на воду, изменяются с радиусом r. Перепад давления составляет:

. Интегрирование этого соотношения дает общий перепад давления, возможный от вращающегося уплотнения: Δp=ρω²

= ρω² ΔR(2R₂ - ΔR) ≈ 2ρω² R₂ ΔR. Если в уплотнении используется жидкость с плотностью выше, чем у воды, сила давления уплотнения линейно возрастает. Потенциал давления уплотнения, таким образом, увеличивается квадратично с увеличением скорости вращения (ω) и линейно с увеличением дифференциальной глубины канала жидкостного уплотнения (ΔR) или радиуса уплотнения (R₂). Удвоение радиуса глубины канала уплотнения (ΔR) незначительно увеличивает общий диаметр системы (по сравнению с R₂), но удваивает допустимое давление уплотнения.

Удаление питьевой и сточной воды из корпуса: питьевая вода 179 и сточные воды на выходе 160 (Фиг. 1, 2 и 7) должны собираться вне установки при атмосферном давлении (14,7 фунтов на кв. дюйм (101 кПа) на уровне моря), но низкое давление на входе выпускных отверстий предотвращает вытекание воды из них. Всасывающие насосы не создают достаточного напора для удаления сточных вод и свежей питьевой воды из установки, когда он работает почти в вакууме. Использование обычных поршневых насосов прямого вытеснения для выталкивания воды из выпускных отверстий требует большого количества энергии, что нежелательно в этой системе. Воду нужно откачивать, не допуская попадания воздуха внутрь. Даже небольшой объем наружного воздуха изменит внутреннее давление и условия эксплуатации.

Заявители могут использовать диафрагменный насос прямого вытеснения в качестве одного из вариантов комбинированной насосной системы 300 для подачи пресной и сточной воды. На Фиг. 5 это показано схематично. Он работает с пресной и сточной водой одновременно, поочередно создавая давление в камерах, чтобы вытеснить жидкости против напора атмосферного давления. Ниже рассматриваются и другие способы вывода пресной и сточной воды из установки.

Сточные воды и загрязнения из выпускного отверстия 160 (Фиг. 1, 2, 5 и 7) попадают в насосную систему 300 в камеру 302. См. Фиг. 5. Состоящие из двух частей элементы 304 и 306 корпуса, между которыми находится уплотнение 308, образуют камеру. Выход 160 герметично соединен с фитингом 310 элемента корпуса 304. Вода течет из выпускного отверстия в камеру 302, потому что они находятся под одинаковым низким, почти вакуумным давлением. Подвешенная подпружиненная пластина 312 или другой пластинчатый элемент, который устанавливается на часть 304 корпуса, обычно открыт, как на Фиг. 5, поэтому он не блокирует гравитационный поток воды в камеру 302. В камере 302 устанавливается расширяемая и сжимаемая диафрагма 320. Она занимает большую ее часть, когда расширяется, и лишь небольшой объем, при сжатии.

Когда диафрагма 320 сжата, сточные воды и загрязнения из камеры 302 могут самотеком поступать в выходной канал 322 (Фиг. 5). Он герметично соединен с фитингом 324. Гибкий самоуплотняющийся «язычковый» клапан 330 или обратный клапан другого типа закрывает выходной канал. Давление над клапаном, которое равно давлению установки, близко к вакууму, но под клапаном оно атмосферное. Обратные клапаны, такие как клапаны 330, могут быть подобны клапанам из майларовых шаров, заполненных гелием. Недорогие клапаны, используемые с воздушными шарами, сохраняют гелиевое наполнение на несколько недель. Мелкие молекулы гелия более сложны для односторонних клапанов, чем молекулы O₂, N₂, Ar и CO₂ воздуха с внешней стороны клапана системы заявителей. Вода и водяной пар внутри диафрагменного насоса также помогают изолировать вход с обратным клапаном от утечки воздуха.

Когда диафрагма 320 расширяется, она толкает шарнирную пластину 312 вверх, чтобы закрыть вход 160 в камеру 302. Закрытие шарнирной пластины предотвращает обратный поток из камеры 302 и разделяет корпус 280 и выход 160 (Фиг. 1), которые находятся в состоянии форвакуума (Фиг. 5). Расширение баллона уменьшает эффективный объем внутри камеры, чтобы поднять гидравлическое давление до уровня, превышающего давление окружающей среды в пропускном канале 322 (Фиг. 5). Сточные воды и загрязнители выталкиваются через клапан 330 и пропускные каналы для удаления. Лепестковый клапан 330 или другой обратный клапан предотвращает обратный поток воздуха в камеру 302. Расширение диафрагмы должно обеспечивать давление, которое будет выше атмосферного, чтобы преодолевать любую обратную силу от лепесткового / обратного клапана.

Система вывода пресной воды из выпускного отверстия 179 аналогична системе вывода сточных вод. Выходное отверстие и камера находятся под одинаковым давлением, близкому к вакууму, поэтому пресная вода может поступать в камеру 342. Обычно открытая подпружиненная шарнирная пластина 352 не блокирует самотек пресной воды. Диафрагма 360 в камере 342 сжимается, занимая лишь небольшой объем, что позволяет остальной части камеры заполняться водой из выпускного отверстия 179. В результате расширения диафрагмы пресная вода выталкивается из камеры через лепестковый клапан 360 и выпускной канал 362 в место хранения пресной воды.

Небольшая, прерывистая и управляемая система насос- вакуумный насос расширяет и сжимает диафрагмы 320 и 360. Они (320 и 360) являются гибкими, но стенки камер 302 и 342 предотвращают их чрезмерное надувание и лопание. Камера 370 имеет поршень 372, который может перемещаться из одного конца в другой конец камеры. Пружина сжатия 374 толкает поршень «вверх» (Фиг. 5). Вакуумный насос 380 производит забор воздуха из диафрагмы 320 через трубу 388 и из диафрагмы 360 через трубу 386 в сжатое состояние, когда поршень поднят. Когда диафрагма сжимается, сточные воды могут течь в соответствующие камеры 302 или 342 из выпускного отверстия 160, и пресная вода из выпускного отверстия 179. Когда вакуумный насос выключается, можно активировать нагнетательный насос 376. Его давление действует через трубку 378, толкая поршень «вниз» и подвергая трубки 386 и 388 давлению насоса. Сжатый воздух поступает в диафрагму, которая при расширении закрывает пружинные клапаны 312 и 352, а затем выталкивает пресную и сточные воды в соответствующие выпускные отверстия.

Компоненты насосной системы 300 - не дорогие и требуют не много энергии для откачки жидкости. Чтобы сэкономить электроэнергию, не следует, чтобы нагнетательный 376 или вакуумный насос 380 работали постоянно. Вместо этого насосная система может работать с перерывами, а датчики определяют, когда одна или обе камеры 302 и 342 заполнены до заданного уровня.

Ограничение конденсации на корпусе и других внутренних компонентах: система может обрабатывать поступающую загрязненную воду в определенном диапазоне температур. Атмосферное давление (от уровня моря до более высокого уровня) не играет большой роли, потому что система внутри установки работает в форвакууме. В зависимости от температуры воды, кипящей на внутренней поверхности корпуса 110, и температуры внутренней поверхности корпуса 280, а также других компонентов, пар может преждевременно конденсироваться на внутренней поверхности корпуса и на других компонентах. Это снижает эффективность системы и пропускную способность питьевой воды. Любая преждевременная конденсация препятствует передаче энергии при фазовом переходе пара, когда тепло конденсации направляется к оболочке, и возврат энергии конденсации обратно в испаритель невозможен, поскольку она не достигла внешней поверхности оболочки, поверхности конденсатора 113. Конденсат на поверхности корпуса также не применяется как питьевая вода.

Любой пар, конденсирующийся с внешней поверхности 113 оболочки 110, зависит от температуры корпуса, на которую влияют условия окружающей среды. Вероятно, температура может составлять от 60 до 110°F (≈ от 16 до 43ºC). Если корпус 280 достаточно теплый, например, в теплый день, нежелательной конденсации может быть немного или вообще не будет. Но больше пара конденсируется на таких поверхностях при более низких температурах окружающей среды.

Небольшой электрический нагреватель повышает температуру корпуса 280, но электрические нагреватели неэффективны и могут требовать средства управления для поддержания температуры корпуса в надлежащих диапазонах. Вместо использования электрического нагревателя температуру корпуса 280 в надлежащем диапазоне может поддерживать вода из загрязненного источника 14 (Фиг. 1). Чтобы использовать воду для поддержания температуры, корпус и компоненты корпуса устанавливают в канистру 400. См. Фиг. 6. Двигатель 274 и корпус 275 двигателя, которые находятся вне корпуса 280 (Фиг. 1), расположены за пределами контейнера. Для того, чтобы иметь доступ к корпусу, канистра может состоять из двух частей, верхней 402 и нижней части 404. Части канистры соединяются на ободьях 406 и 407. Уплотнительное кольцо 408 между двумя ободьями действует как уплотнение. Ободья могут быть прикреплены друг к другу разными способами, а канистры - крепиться и без ободьев. Зажимы или болты удерживают ободья вместе. Две половины также могут быть скручены вместе винтами на концах верхней 402 и нижней части 404 (так же, как и корпус 182 и 282). Уплотнение между двумя половинами 402 и 404 не обязательно должно быть прочным, поскольку давление воды в баллоне не повышено.

Впускное отверстие 412 соединяется с источником загрязненной воды для заполнения пространства между корпусом 280 и канистрой 400. Пространство может быть узким, например, шириной около 0,25 дюйма (0,6 см). Для его заполнения не требуется значительного количества воды. Вода циркулирует благодаря небольшому дополнительному механическому винту 416 (Фиг. 6). Загрязненная вода, используемая в качестве теплоизолятора внутри канистры 400, выходит через выпускное отверстие 410 и перенаправляется в качестве входящей питательной воды во впускную трубку 140. Небольшой насос (не показан) может способствовать циркуляции воды внутри канистры 400 обратно в источник загрязненной воды для поддержания постоянной температуры между впускным отверстием 412 и канистрой 400.

Использование загрязненной воды внутри контейнера 400 приводит в соответствие температуру корпуса 282 и другую конструкцию в корпусе 280 с температурой обрабатываемой воды, так что температуры стенок корпуса и других компонентов находятся в тепловом равновесии с входящей загрязненной питательной водой, чтобы предотвратить или, по крайней мере, ограничить конденсацию пара внутри корпуса или на других компонентах.

Хотя использование загрязненной воды в канистре 400 вместо нагретого воздуха может потребовать меньше энергии, это все же приемлемо. Вместо впускных и выпускных отверстий 410 и 412, а также винта 416 для циркуляции воды, нагнетатель нагревателя может всасывать и нагревать воздух снаружи канистры. Вентилятор способствует циркуляции воздуха, чтобы нагреть весь корпус 280. Устройство управления включает нагнетатель нагревателя, когда это необходимо.

На Фиг. 6 показаны компоненты, которые были бы полезны для уменьшения конденсации на корпусе и других внутренних деталях, хотя на других чертежах такие компоненты не показаны, а в технической характеристике, описывающей устройства на этих чертежах, включение этих компонентов не обсуждается.

Ремонт или замена компонентов корпуса: доступ внутрь корпуса 280 позволяет чистить, ремонтировать и обслуживать внутренние части установки. Если корпус находится в контейнере 400 (Фиг. 6), он делится на две части 402 и 404. Затем разделяются две секции 182 и 282 (Фиг. 1 и 6) корпуса. Как альтернатива, для более простой конфигурации можно было бы использовать герметичную цилиндрическую оболочку 182 (аналогично 402) и другую герметичную цилиндрическую оболочку вокруг 282 (аналогично 404), с уплотнениями на соответствующей резьбе фланцев 184 и 284. Чтобы соединить поток между 402 и 404 потребуется трубка.

Отсоединение вставки 232 верхней опоры и уплотнительного кольца 285, а также вставки нижней опоры 234 обеспечивает удаление вставки опоры 230 из нижнего корпуса секции 182. См. Фиг. 1. При этом извлекается нагнетатель 210 и компоненты, связанные с валом 278. Удаление углового привода 109 из углубления 122 оболочки 110 обеспечивает доступ к узлу 100 конденсатора-испарителя.

Затем поднимается оболочка 110. Благодаря тому, что диск 192 гибкий, предотвращается нарушение горизонтального выступа 193 и диска 195 уплотнения 190 (Фиг. 4). Гибкость не должна нарушать их герметизирующие функции. Очистители 170 и 176 (Фиг. 1, 2 и 6) могут быть тонкими. Возможно, во время сборки / разборки придется ввести цилиндрический инструмент для расширения внешнего очиститель 176, чтобы обеспечить зазор для уплотнения 190, когда снята оболочка. Трубку 140 можно изъять простым разъединителем, аналогичным 140a (как показано на Фиг. 7), когда оболочка снята.

Весь узел конденсатора-испарителя, включая нижнюю опорную вставку 234, можно снять как цельный узел вместо удаления одной оболочки 110. Это позволяет снимать оболочку и нижнюю опорную вставку 234 вместе, чтобы совершить сборку / разборку на рабочем месте. Для этого необходимо использовать быстроразъемные фитинги, чтобы выпустить пресную воду, 179 и впускную трубку 140 для загрязненной воды нижнего корпуса 185. Быстроразъемные фитинги могут быть аналогичными фитингам, изображенным на Фиг. 6.

Входная трубка 140a, показанная на Фиг. 7, имеет изгиб, а ее нижняя часть опирается на уплотнение 141 втулки. Верхняя часть уплотнения втулки и нижняя часть входной трубки имеют форму конуса. Достаточным будет сужение менее, чем на 10°. Выпускное отверстие 179 для пресной воды имеет такое же сужение для зацепления с конусом в верхней части кольцевого уплотнения 180. Выпускная труба 160 для отходов имеет такой же заужение, как и трубка для впуска воды, где конический конец входит в зацепление с коническим уплотнением 171 с втулкой. Для трубки 310, которая соединяет вакуумный насос с установкой, может потребоваться специальный вакуумный соединитель, который изображен на Фиг. 7 между 310 и 161. Поскольку выпускная трубка и вакуумная трубка не входят в узел конденсатора-испарителя 100, структура, изображенная на Фиг. 7, не понадобится. Примечание: на Фиг. 7 не показано устройство диафрагмы, как на Фиг. 5, которая присоединяется к выходам для пресной воды и отходов.

Для надлежащего технического обслуживания может потребоваться демонтаж всего узла конденсатора-испарителя 100, чтобы заменить его на новый. Расположение деталей установки таким образом, чтобы произвести замену только корпуса 110 котла-испарителя и, возможно, очистителей 174 и 176, затруднит обслуживание. Из-за этого возникают повреждения тонкой оболочки и других частей, таких как очистители, и устройство станет менее эффективным или даже неработающим. Обученные техники могут заменить узел конденсатора-испарителя и нижнюю опорную вставку, а также протестировать систему после заменены деталей, чтобы убедиться, что все детали функционируют в пределах допустимых норм. Система конденсатора-испарителя 100 также извлекается с помощью внешней опоры 284 как один собранный узел, при условии, что имеются быстроразъемные приспособления для впуска питательной воды 140 и ее вывода 179.

Узел конденсатора-испарителя 100 и узел нагнетателя-компрессора находятся в одном корпусе 280 на Фиг. 1. Альтернативой может быть установка конденсатора-испарителя с вращающейся оболочкой и нагнетательного компрессорного узла в отдельных корпусах, но для передачи пара от поверхности котла в одном корпусе к нагнетателю в другом необходимы трубопроводы или соединительные проходы. По крайней мере, трубопровод необходим для транспортировки пара с более высоким давлением из другого корпуса обратно к поверхности конденсатора в первый корпус. Системе с такими трубопроводами, вероятно, потребуется больше энергии для преодоления потерь температуры и давления. Она была бы менее эффективной и производила бы меньше питьевой воды на единицу потребляемой энергии. Наличие двух корпусов под вакуумом также требует большего количества уплотнений, которые являются источниками потенциальных утечек вакуума. Защита от таких утечек требует более прочной конструкции, что увеличит стоимость системы.

Конструкции с несколькими оболочками: в патенте заявителей ‘951 имеется несколько концентрических оболочек испарителя и конденсатора, которые также могут увеличить производительность системы в установке данного размера. На Фиг. 8 этого приложения показаны компоненты одного варианта устройства с несколькими оболочками. Некоторые компоненты многокорпусной конструкции конденсатора-испарителя могут быть также использованы в однокорпусной конструкции (Фиг. 1).

Для конструкции с несколькими оболочками узел 600 конденсатора-испарителя имеет корпус 601 (Фиг. 8) в вакуумном корпусе (не показан). В корпусе 601 на Фиг. 8 - четыре концентрических оболочки конденсатора-испарителя 610, 620, 630 и 640, расположенных на расстоянии друг от друга, но установка заявителя может иметь больше или меньше оболочек. Корпуса должны быть тонкими и изготовлены из металла с высокой теплопроводностью, например, алюминия.

На Фиг. 9, с увеличенной частью Фиг. 8, видны только первая и вторая оболочки 610 и 620 слева. Левая боковая поверхность каждой оболочки конденсатора-испарителя (Фиг. 9) - это внутренняя сторона или сторона испарителя, потому что она обращена к оси 602 вращения корпусов и является поверхностью, на которой загрязненная вода кипит в условиях форвакуума. Наружная, правая боковая поверхность каждой оболочки - это внешняя сторона оболочки или сторона конденсатора.

Система очистки воды с несколькими оболочками, представленная заявителем на Фиг. 11, отличается от системы на Фиг. 8, но многие части аналогичны. Ссылка на другие чертежи может помочь понять особенности Фиг. 8. Корпус 601 не закрыт. Его крышка 604 может иметь отверстия 606 и 736 (Фиг. 8). Корпус вращается вокруг оси 602 в центре неподвижной центральной стойки 650 и в центре цилиндрических корпусов 610, 620, 630 и 640. Аналогичные двигатели и шестерни, приводящие в движение корпус на Фиг. 1, показывают части, которые вращают корпус 601, но на Фиг. 8 двигатели и шестерни не показаны. Крышка имеет углубление 608, в которое помещается наклонный привод 609. Он может иметь конструкцию, которая фиксируется в углублении для обеспечения лучшего привода корпуса.

Центральная стойка 650 прикреплена к основанию (не показано на Фиг. 8 или 9) устройства или к основанию вакуумного корпуса. Когда в технической характеристике сравниваются компоненты, расположенные относительно центральной стойки, это касается тех, которые установленным ближе к ней, как более проксимальной, чем компоненты, установленные дальше от центральной стойки. Два, три, четыре или более неподвижных крепления (на Фиг. 8 и 9 изображены только два крепления 654 и 658), выходят за центральную стойку и прикреплены к ней. Лучше всего, чтобы они были равномерно отдалены от центральной стойки (например, четыре крепления расположены под углом 90°). Они могут быть пластиковыми или металлическими. Крепления на Фиг. 8 и 9 имеют отверстия 656 и 660, через которые будет проходить пар или жидкость, но расстояние между креплениями также создает отверстия, которые могут уменьшать или устранять необходимость в отдельных отверстиях на креплениях.

Для простоты и потому, что здесь это уместно, в описании дается только одна оболочка конденсатора-испарителя, а именно, оболочка 620 (вторая справа от центральной стойки 650 на Фиг. 8 и крайняя слева на Фиг. 9). За исключением диаметров, другие оболочки конденсатора-испарителя и связанные с ними компоненты подобны оболочке 620 и ее соответствующим частям. Они работают одинаково, но разные площади их поверхности и динамическая нагрузка обрабатывают разные объемы загрязненной воды. Компоненты, связанные с внешней оболочкой 640, могут отличаться от компонентов, которые находятся рядом с другими оболочками, поскольку оболочка 640 размещена снаружи.

Узел 710 кольцевого каркаса включает нижнее кольцо 712, угловое крепление 716 и верхнее кольцо 718. Свободный конец 714 нижнего кольца прикреплен к оболочке 620 (Фиг. 8), а свободный конец 718 верхнего кольца прикреплен к соседней оболочке 630 (отображено на Фиг. 8). Узлы каркаса могут быть пластиковыми или металлическими. Камера 628 испарителя имеет внутреннее пространство между оболочкой, например, оболочкой 630, и ее каркасным узлом 710. Остальные три камеры испарителя находятся между оболочкой и ее каркасным узлом слева от оболочки. Четыре камеры испарителя на Фиг. 8 расположены параллельно друг другу, поэтому между ними существует прямое соединение проточного тракта, и они имеют одинаковое форвакуумное давление.

Узлы кольцевого каркаса также образуют камеры конденсатора. Узел 711 каркаса (снаружи справа 710 на Фиг. 8 и 9) образует сторону 730 конденсационной камеры 732. Как и камеры испарителя, камеры конденсатора расположены параллельно друг другу, поэтому между ними существует связь, также они имеют одинаковое давление в конденсаторе. Однако давление в камерах испарителя и камерах конденсатора различается на величину ΔP_BC создаваемую нагнетательным компрессором.

Узлы кольцевого каркаса, такие как узлы 710 и 711 (Фиг. 8), представляют собой жесткие трубчатые приспособления. Опоры 626 и 627, удерживающие очистители, жесткие и неподвижные. Они не препятствуют прохождению потока пара, выходящего из камер 628 испарителя, и не препятствуют прохождению входящего потока пара в камеры 732 конденсатора. Эти каналы пара находятся в свободном пространстве в области корпуса 601.

Тонкие металлические оболочки конденсатора-испарителя 610, 620, 630 и 640 и неметаллические каркасные узлы, такие как 710 (Фиг. 8), создают жесткую конструкцию конденсатора-испарителя даже без радиальных опорных стоек. Наличие радиальных опор для расположения оболочек 610, 620, 630 и 640 относительно друг друга возможно, но в зависимости от их расположения опоры могут мешать неподвижным пластинам очистителя 624 и 750. Поскольку очистители важны, конструкция на Фиг. 8 и 9 для жесткости опирается на каркасные узлы вместо радиальных опор.

Загрязненная вода из источника, такого как источник 14 на Фиг. 1 поступает в узел конденсатора-испарителя через входное отверстие 670 (Фиг. 8 и 9). Оттуда вода течет в коллектор 672 и разветвляется на четыре трубки 674, 676, 678 и 680. Другие наборы трубок могут быть расположены вокруг оболочек. Стрелками 671 показано, куда входит вода. Каждая трубка имеет одно или несколько сопел. Для простоты заявители дают только описание сопла 690 на конце трубы 676 и связанной с ним оболочки 620 конденсатора-испарителя. Остальные оболочки конденсатора-испарителя и связанные с ними сопла работают аналогично. Напор воды, поступающей на вход подачи, должен быть достаточным для того, чтобы форсунки правильно выбрасывали воду к внутренней стенке. Это не будет проблемой, потому что камеры испарителя находятся под низким давлением (близким к вакууму), в то время как входной поток 670 находится под атмосферным давлением (и дросселируется игольчатым клапаном). Трубки 674, 676, 678 и 680 могут подключаться напрямую к входу 670 вместо входящей воды, поступающей в коллектор 672 сначала.

Перед обработкой загрязненной воды вакуумный корпус опорожняют. Как и в случае с одной оболочкой на Фиг. 1 и 2, впрыск пара при атмосферном давлении в корпус 600 с несколькими оболочками перед началом откачки меняет местами неконденсирующийся воздух с паром, так что при работе системы остается только водяной пар. Затем вакуумный насос (не показан на Фиг. 8 и 9) откачивает пар и оставшийся воздух из вакуумного корпуса. Первоначальное вакуумирование обычно происходит, когда конденсатор-испаритель остается неподвижным, а система не работает.

Уплотнения между испарителем и конденсатором, предотвращающие утечку пара и жидкости, аналогичны уплотнению 190 на Фиг. 1, 2 и 4, и более подробно описаны ниже. Уплотнения, которые заполняются автоматически, когда поступает вода на входе, зависят от вращения узла 601 конденсатора-испарителя для герметизации. Воздух и пар внутри узла конденсатора-испарителя проходят в обоих направлениях через уплотнения во время первоначального вакуумирования, когда конденсатор-испаритель неподвижен, а входящая питательная вода не течет. Прямое соединение с равномерным давлением между камерами испарителя и конденсатора также существует во время первоначального вакуумирования.

Вакуумный насос выключается после первоначального вакуумирования, чтобы поддерживать постоянное давление пара и не допустить утечки энергии. После вакуумирования давление пара уравновешивается. Вакуумный насос может работать с перебоями, когда внутреннее давление установки превышает рабочие условия, основанные на температуре насыщения пара на входе или недопустимом скоплении захваченных неконденсируемых газов (O2, N2, Ar, CO2 и т.д.). Система также может потребовать периодическое, более позднее вакуумирование для устранения небольших утечек вакуума.

Обычная процедура запуска начинается с:

1) Запуска вакуумного насоса для откачки воздуха из установки для получения давления ниже атмосферного.

2) Закрытие клапана между вакуумным насосом и установки с последующим отключением вакуумного насоса.

3) Запуск нагнетателя и повышение его скорости до рабочей.

4) Запуск вращения узла конденсатора-испарителя до рабочей скорости (может произойти при запуске нагнетателя)

5) Включение выходных насосов свежей и сточной воды (описано ниже) и

6) Открытие входа загрязненной воды для достижения желаемых условий потока.

После того, как питательная вода поступает в узел конденсатора-испарителя, вода течет через трубу 676 и распределяется для подпитки каждой оболочки испарителя, в том числе через сопло 690 (Фиг. 8 и 9). Вода достигает внутренней поверхности 622 корпуса или поверхности испарителя 620 и внутренних поверхностей других корпусов. Центробежная сила, создаваемая вращением корпуса 601 конденсатора-испарителя и его оболочек, заставляет воду образовывать на поверхностях испарителя тонкую пленку. Кроме того, под действием силы тяжести вода течет вниз из сопел в верхней части каждой оболочки. Расположение форсунок по вертикали вдоль трубы может обеспечить более быструю и равномерную подачу воды на большую часть поверхности испарителя.

Вода начинает кипеть в форвакууме, и образующийся пар перемещается к нагнетателю. На Фиг. 8 и 9 нагнетатель не показан, но он может быть похож на нагнетатель 200 на Фиг. 1, 1210 на Фиг. 10 и другие нагнетатели на других чертежах. Описание других чертежей описывает путь пара к нагнетателям.

Дополнительные очистители, такие как 624 взаимодействуют с центробежной силой, помогая распространять загрязненную воду по внутренним поверхностям оболочек, включая поверхность 620 оболочки испарителя 622 (Фиг. 8 и 9). Очиститель испарителя прикреплен к цилиндрической опоре 626, которая находится над стойкой 658. Подобно очистителям 174 и 176 на Фиг. 1 и 2, очистители 624 испарителя на Фиг. 8 и 9 изготовлены из материала с низким коэффициентом трения, такого как Teflon^®, или других материалов с покрытием из Teflon® либо другого покрытия с низким коэффициентом трения для его уменьшения.

Внешние очистители могут касаться внешних поверхностей конденсатора. Очиститель 632 (Фиг. 8) устанавливается на цилиндрическую опору 627, которая соединяется со стойкой 654. Другие очистители (не пронумерованы) также устанавливаются на аналогичные опоры. Очистители конденсатора контактируют с поверхностями конденсатора, такими как 623 каждой оболочки, и удаляют конденсированную воду, которую центробежная сила еще не сняла с внешней поверхности корпуса. Если оставить относительно чистую поверхность конденсатора, пар может контактировать с более холодной металлической поверхностью вместо того, чтобы взаимодействовать с конденсатом, появившемся ранее.

Соединение цилиндрической опоры 626 очистителя испарителя со стойкой 658, соединение цилиндрической опоры 627 очистителя конденсатора со стойкой 654 и соединение стоек с центральной стойкой 650 создают жесткие узлы. Детали на Фиг. 17, 18 и 19, которые описываются ниже, могут отличаться от частей на Фиг. 8 и 9, но на чертежах показана их жесткость.

На Фиг. 8 изображен только один очиститель испарителя и один очиститель конденсатора для каждой оболочки, причем оболочка каждого очистителя выходит почти на всю высоту. В системе может быть много очистителей на опорах, равномерно расположенных между собой. Каждый очиститель также делится на отдельные очистители. При правильном его расположении по крайней мере один очиститель контактирует со всей внутренней поверхностью корпуса во время вращения корпуса. Каждый наклоняют для подачи воды к следующему очистителю. Они также могут перекрываться. Можно использовать один изогнутый или спиральный очиститель вдоль поверхности каждой оболочки.

Действие: после того, как установка вакуумирована, загрязненная вода течет из источника через трубку 676 и из сопла 690. Вода распределяется для подпитки каждой оболочки испарителя, включая поверхность 622 испарителя оболочки 620 конденсатора-испарителя (Фиг. 8 и 9). Поверхность находится почти под вакуумом при давлении около 0,5 фунтов на квадратный дюйм. Тонкая пленка загрязненной воды на внутренней стенке конденсатора-испарителя закипает при низком давлении. Узлы каркаса, такие как узел 710, направляют пар из камер кипения (например, камеры 628) как указано стрелками 708 (возле нижней части Фиг. 8). Затем пар идет по пути, указанному стрелками 709, вверх по внешней стороне вставки 740 опоры. Опорная вставка расположена с внутренней стенки корпуса вакуумной камеры (не показана).

Пар из внутренней стороны 622 корпуса 620 поступает в узел нагнетателя или компрессора (не показано на Фиг. 8) после прохождения вверх вдоль внешней поддержки вставки 740. Нагнетатель сжимает пар. Тот, что устанавливается над компонентами, которые изображены на Фиг. 8, может быть похож на нагнетатель 200 на Фиг. 1. Нагнетатели с несколькими оболочками, как на Фиг. 8 (и другие) могут иметь мощность больше, чем у нагнетателя 200 (Фиг. 1), который подает сжатый пар только в одну оболочку. Конструкция, которая заставляет вращаться вал 607, наклонный привод 609 и корпус 601 в рабочем состоянии соединяется с конструкцией, которая вращает нагнетатель.

После сжатия в нагнетателе пар имеет немного повышенное давление Δp, что увеличивает его температуру ΔT. Типичное давление Δp может повышаться от 1 до 4 дюймов (H₂O) (≈ 0,04 до 0,15 фунтов на квадратный дюйм (от 0,25 кПа до 1,0 кПа)) с соответствующим повышением температуры ΔT примерно на 2°F - 9°F (≈ 1 - 5°C) при нормальных условиях эксплуатации. Взаимодействие компонентов нагнетателя, воздействующих на молекулы пара, также немного повышает его температуру.

Пар с повышенной температурой и давлением от нагнетателя проходит через отверстия 606 в корпусе и через такие отверстия, например, как 656, или промежутки между опорами 654.

Поверхность конденсатора холоднее, чем пар, потому что температура пара повышается на 2°F - 9°F по мере того, как нагнетатель повышает давление. Поверхность конденсатора также холоднее пара в результате фазового перехода загрязненной воды с жидкости на пар. Энергия при фазовом переходе передается от внешней поверхности корпуса к загрязненной воде, что вызывает кипение и снижает температуру каждой оболочки (но не поступающей питательной воды, которая заходит непрерывно, с постоянной температурой).

Центробежная сила, вызванная вращением оболочки, может вытеснить жидкость с поверхности 623 оболочки 620 (Фиг. 8), но межфазное натяжение будет удерживать часть или большую часть конденсата на поверхности конденсатора. Пар не может контактировать с поверхностью конденсатора непосредственно там, где остается конденсат, но наличие контакта пара с поверхностью конденсатора важно для того, чтобы он передавал теплоту конденсации оболочке конденсатора, достаточную для испарения стороны испарителя. Быстрое удаление конденсата улучшает коэффициент теплопередачи конденсации и общую термодинамическую эффективность. Поэтому заявители используют очистители 632 установленные на кронштейне 627 очистителя конденсатора, чтобы сбрасывать конденсат с поверхности.

Непрерывное создание тонкого слоя кипящей жидкости гравитационным вращением кипящей жидкости, усиленного пластинами очистителя, вероятно, увеличивает коэффициент теплопередачи при кипении на порядок или более по сравнению с обычной дистилляцией. Точно так же центробежная сила и очистители, сбрасывающие конденсат, освобождает металлические поверхности для конденсации. Это повышает коэффициент теплопередачи конденсатора на порядок и более. Система заявителей должна иметь значения теплопередачи от 2000 дo 6000

(≈ 1.1 × 10⁴ до 3.4 × 10⁴ Вт/м²°C) по сравнению со значениями, составляющими одну десятую или менее обычных систем испарителя с конденсатором.

Конденсат, сбрасываемый с поверхности 623 конденсатора под действием центробежной силы или внешним очистителем 632, контактирует с узлом 711 каркаса, который находится справа или снаружи поверхности 623 конденсатора на Фиг. 8. Поскольку каркас вращается вместе с корпусом 601 и многими внутренними частями, включая оболочку, узлы каркаса направляют конденсат вверх, и он поднимается над узлами каркаса. См. стрелки 717 на Фиг. 8 и 9. Затем вода выбрасывается через отверстия 736 в корпусе 601 (правая сторона Фиг. 8).

При преобразовании пара в жидкость на поверхности конденсатора, такой как поверхность 623, тепловая энергия передается оболочкам, таким как 620. Конденсация восстанавливает большую часть тепловой энергии благодаря кипению воды на поверхности 622. Нагнетатель (не показан на Фиг. 8) производит тепловую энергию с помощью сжатия пара и некоторого повышения его температуры. Во время конденсации эта энергия передается оболочке и является единственным источником энергии, вызывающий кипение на внутренней поверхности оболочки. При повышении температуры пара нагнетателем выделяется тепло, необходимое для возбуждения кипения на поверхности 622. Система восстанавливает энергию, используемую для кипячения загрязненной воды, с вычетом энтропии, неэффективных термодинамических потерь компрессора и небольшого избыточного тепла энергии (ΔT), которая требуется для управления процессом.

По крайней мере часть загрязненной воды, достигающая поверхностей испарителя, таких как поверхность 622 (Фиг. 8), остается в жидком состоянии и не кипит. Она становится сточной, содержащей загрязнители входящей загрязненной воды. Сточные воды стекают вниз по поверхности кипящей стенки, пока не достигнут дна оболочки 620. Центробежная сила на выходе и сила тяжести направляют сточные воды к общему выходу для отходов (не показан на Фиг. 8, но может быть аналогичен выходу для отходов на Фиг. 1).

Уплотнения: уплотнения должны выдерживать перепад давления между сжатым паром от нагнетателя в камерах конденсации, таких как камера 732, и давлением в камерах кипения, таких как камера 628. Для уплотнений между неподвижным испарителем и стенкой камеры конденсатора требуется низкое давление, поэтому требования к их изготовлению и сборке не являются жесткими. При нормальной работе перепад давления Δp может составлять от 0,04 до 0,15 фунтов на квадратный дюйм. Два вращающихся уплотнения, в которых используются такие принципы, как и в уплотнении 190 на Фиг. 4, удерживают эту разность давлений.

Первое уплотнение 760 (в верхней части Фиг. 8 слева) включает диск 762, прикрепленный к центральной опоре 650. Диск проходит через элемент 771 кольцевого канала (U-образный в поперечном сечении). Элемент кольцевого канала прикрепляется к верхней части оболочки 610 и вращается вместе с ней. Он удерживает жидкость, такую как загрязненная вода 770. Каналы, проходящие через центральную опору 650 и трубку, ведущую от канала к элементу кольцевого канала уплотнения (не показано), могут требовать уплотнения для загрязненной воды. Перепад давления (Δp) между паром, кипящим на поверхности котла, таких как поверхность 622, и сжатым паром от нагнетателя оказывает различные силы давления на текучую среду во вращающемся уплотнении. Разница давлений создает столб перепада высот в канальном элементе 771. На Фиг. 8 давление жидкости 770 над диском 762 превышает давление под диском из-за силы давления со стороны нагнетателя. Разность давлений перемещает столб жидкости 770, но элемент канала во время работы системы вращается. Центробежная сила, действующая на жидкость, удерживает достаточно жидкости выше и ниже диска 762, чтобы предотвратить поток пара через уплотнение.

Другое вращающееся уплотнение, такое как уплотнение 784, работает по аналогичному принципу. Диск 786 проходит через внешнюю опору 658 в элемент 787 кольцевого канала нижней части корпуса 601 (правая сторона Фиг. 8). Жидкость 794 в элементе кольцевого канала над диском подвергается воздействию пара с более низким давлением со стороны оболочки испарителя, например, со стороны испарителя 622 оболочки 620. Пар более высокого давления от нагнетателя воздействует на жидкость под диском, поэтому жидкость принимает положение аналогично положению жидкости 794 на Фиг. 8. Вращение корпуса создает центробежную силу, которая заставляет жидкость над и под диском 786 удерживать жидкость в желобчатой детали. Жидкость изолирует пар более высокого давления от пара более низкого давления. Эффективный радиус уплотнения 784 больше, чем радиус уплотнения 760, поскольку уплотнение 784 находится дальше от центральной стойки 650, поэтому гидравлические силы, действующие на жидкость в уплотнении 784, выше, чем гидравлические силы, действующие на жидкость в уплотнении 760.

Струя воды из впускного отверстия 670 одновременно питает два уплотнения 760 и 784, предотвращающих прохождение жидкости и пара. Каналы, проходящие через центральную опору 650, и трубки, ведущие от канала к элементу кольцевого канала каждого уплотнения (не показаны) могут требовать уплотнения для загрязненной воды. Трубки можно регулировать, чтобы вода текла только тогда, когда вода нужна уплотнениям. Существуют и другие способы заполнения каналов уплотнений из отдельно контролируемой заливной трубки. Есть варианты, которые включают предварительное заполнение кольцевых каналов другими жидкостями или смазкой, что остаются в уплотнениях. Используя струю воды, при заполнении каналов происходит автоматическое вращение узла конденсатора-испарителя.

Перепад давления пара, который может блокировать уплотнение, зависит от плотности жидкости (ρ), перепада высоты жидкости (Δr) на противоположных сторонах неподвижных дисков 762 или 786 и динамической нагрузки, приложенной к жидкости в канале. Динамическая нагрузка является функцией скорости вращения (ω) и радиуса от канала до оси вращения 602. Правильная конструкция элемента 771 с кольцевым каналом обеспечивает гибкость в отношении допустимых перепадов давления (Δp) и рабочих скоростей вращения (ω), которые требуются для паронепроницаемого уплотнения.

Опора корпуса конденсатора-испарителя: корпус 601 и внутренние узлы конденсатора-испарителя вращаются вокруг оси 602 центральной стойки 650. См. Фиг. 8. Подшипники 810, которые монтируются на угловой опоре 812, поддерживающей вставку 740, позволяют вращение корпуса 601. Опоры могут иметь наклон 45°. Можно использовать три таких подшипника и опоры, расположенных под углом 120°. Подшипники 810 взаимодействуют с подшипниками 820, которые прикреплены к угловому опорному кольцу 822. Опорное кольцо может быть также наклонено под углом 45°, чтобы дополнить угловую опору 812. Подшипники поддерживают корпус в положении, как показано на Фиг. 8 и способствуют его вращению.

Корпус 601 и внутренний узел конденсатора-испарителя (включая оболочку конденсатора-испарителя, подшипники, уплотнения, очистители, входные патрубки и центральную ось) могут сниматься со своего положения для замены или обслуживания как единое целое см. Фиг. 8.

В системе также используется корпус, в котором размещается одна, две или более оболочек и компонентов конденсатора-испарителя. Эти вариации могут обеспечить разный расход питьевой воды. Компрессор, выбранный для разного количества оболочек, работает в широком диапазоне рабочих условий, то есть скоростей вращения, чтобы приспособиться к увеличенному расходу пара.

Устройство с несколькими оболочками показано на Фиг. 10 - 28: Фиг. 10 и 11, а также данные на Фиг. 12-28, показывают конструкцию конденсатора-испарителя с несколькими оболочками, соединенными с нагнетателем, и связанными с ними структурами.

Вакуумная оболочка: узел конденсатора-испарителя 1000 устанавливается в вакуумную оболочку 1002. Вакуумная оболочка имеет верх, или верхнюю часть 1003, низ, или нижнюю часть 1004 (Фиг. 11), которые соединяются и уплотняются вместе. Также используется резьбовое крепление 1208, и различные уплотнительные детали, такие как уплотнительные кольца 1006. Пользователи могут получить доступ к узлу конденсатора-испарителя, разделив верхнюю и нижнюю части корпуса. Вакуумная оболочка может иметь диаметр около 1 фута (≈ 30 см), а устройство такого размера, которое предлагает заявитель, должно производить 40 галлонов (≈ 150 литров) в сутки. Возможны и другие размеры.

Верхняя 1003 и нижняя часть 1004 вакуумной оболочки 1002 имеют размеры, указанные на Фиг. 10, но разную высоту. Вакуумная оболочка может быть пластиковой, металлической или стеклянной, но материал при выбранной толщине должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять сжатию атмосферному давлению снаружи, когда рабочее давление внутри корпуса - около 0,5 фунта на квадратный дюйм. Пластик имеет меньшую стоимость и меньший вес, что делает этот материал предпочтительным. Корпус может быть стеклянным или прозрачным, чтобы пользователи видели его внутреннюю часть. Закрываемое отверстие (не показано) в вакуумном корпусе, позволяет прокладывать кабели контрольно-измерительной системы аппаратуры, особенно ее прототипов. Приемлем также и беспроводной мониторинг.

Узел нагнетателя-компрессора: узел нагнетателя 1200 включает многоступенчатый нагнетатель 1210, установленный в верхней части нагнетательного корпуса 1212. См. Фиг. 10. Двигатель 1214 (схематично показан на Фиг. 10) устанавливается вне вакуумного корпуса 1002, где он может подключаться к внешнему источнику электроэнергии (не показан). Небольшие электродвигатели, такие как двигатель 1214, очень эффективны и расходуют мало энергии. Двигатель 1214 устанавливается в центре верхней части оболочки 1212 над крышкой 1220. См. Фиг. 10 и 11. Местоположение двигателя зависит от его подключения к другим частям системы. Сравните центральное положение на Фиг. 10 с положением двигателя 274 на Фиг. 1. В двигателе используются магнитные муфты для вращения деталей внутри вакуумного корпуса. Он вращает верхнюю магнитную муфту 1216 в углублении 1222, которая в свою очередь вращает нижнюю магнитную муфту 1224.

Двигатель может быть установлен внутри вакуумного корпуса 1002. Вместо использования трансмиссии, подобно описанной в этих пунктах, можно использовать отдельные небольшие электродвигатели, расположенные рядом с частями, которые движутся или вращаются. Двигатели защищены от внутренних условий, но отдельные из них, установленные внутри корпуса, по-прежнему нуждаются в подключении к электричеству. Использование батареек будет целесообразным, но необходимо оценить время и затраты на их замену. Аккумуляторы, использующие беспроводную зарядку, помогут избежать прокладывание проводов через вакуумный корпус, но аккумуляторные батареи с беспроводной зарядкой стоят дорого.

Нижняя магнитная муфта 1224 вращает вал 1230 (Фиг. 10), который в свою очередь вращает шестерню 1232. Шестерни приводят в движение связанные шестерни с помощью ремней или цепей. Также можно использовать шкивы и связанные с ними приводные ремни, которые передают вращение за счет трения шестерен и других механизмов, передающих вращение между частями. Шестерня 1232 вращает шестерню 1234 посредством приводного ремня (не видна на Фиг. 10). Последняя шестерня соединяется с валом 1236 и вращает его, а он вращает шестерню 1238. Шестерня 1238 вращает шестерню 1242 с помощью приводного ремня 1240. Шестерня 1242 прикреплена к приводному валу 1246 нагнетателя, который вращает части нагнетателя 1210. Подшипники, такие как 1250, 1252, 1254 и 1256 поддерживают валы 1230 и 1246 при вращении. Другие подшипники поддерживают и другие вращающиеся части. Фланцы 1260 и 1261 (Фиг. 10) действуют как зоны балансира и поддерживают приводной вал 1246, а также удерживают детали нагнетателя на месте.

Шестерни или шкивы имеют такой размер, чтобы действовать как трансмиссия для вращения нагнетателя со скоростью, которая будет отличаться от скорости двигателя 1214. Выбор диаметра шестерен влияет на их механические свойства и скорость нагнетания. Шестерни 1232, 1234, 1238 и 1242, которые не обязательно указаны на Фиг. 10 в масштабе имеют диаметры, заставляющие нагнетатель 1210 вращаться намного быстрее, чем вращается оболочка 1010, например, 8000 об / мин для нагнетателя по сравнению с 250 об / мин для кожуха. Выбор диаметра шестерен зависит от изменения скорости нагнетателя и корпуса конденсатора-испарителя. Использование шестерен разного диаметра позволяет изменять скорость вращения компонентов с учетом технических характеристик нагнетателя, диаметра оболочек, параметров обработки и других факторов.

Вращение вала нагнетателя 1246 (Фиг. 10) способствует вращению шестерни 1262, которая через соединительный ремень (не показан) вращает шестерню 1263 на валу 1264. Вращение вала 1264 вращает шестерню 1266, а та в свою очередь вращает шестерню 1268. Она вращает промежуточные вал 1270 (Фиг. 11), к которому прикреплена. Вал 1270 и шестерня 1268 вращает крышку 1220 конденсатора-испарителя и остальную часть корпуса 1008 конденсатора-испарителя. Подшипник 1078 (Фиг. 11) ограничивает трение при вращении.

Установка конденсатора-испарителя: установка 1000 конденсатора-испарителя имеет три основных узла, которые соединяются вместе. См. Фиг. 17. Узел 1015 опоры сопла и очистителя (Фиг. 12 и 17) находится в нижней части Фиг. 17. Он расположен в пределах оболочки 1119. Очиститель конденсатора 1154 находится под оболочкой. Крышка 1220 находится в верхней части узла испарителя с конденсатором, а нижняя опора 1063 подшипника находится рядом с его нижней частью.

Узел конденсатора-испарителя 1000 помещается в его оболочку 1008. См. Фиг. 10, 11 и др. Узел конденсатора-испарителя удерживает одну или несколько концентрических оболочек, расположенных на расстоянии друг от друга. Оболочки могут быть такими, как на Фиг. 8, но конструкция на Фиг. 1-8 может отличаться. На Фиг. 10, 11, 12, 13, 15, 17 и 18 показано четыре оболочки 1010, 1020, 1030 и 1040, но устройство может иметь больше или меньше оболочек в зависимости от диаметра корпуса 1008, расстояния между корпусами и размера вакуумного корпуса 1002. Оболочки выполнены из тонкого, высокотеплопроводного металла, такого как алюминий, но приемлемы и другие материалы, имеющие высокую теплопроводность. Поскольку оболочки в поперечном сечении тонкие по сравнению с толщиной других компонентов, они отображаются в виде линий на чертежах, включая Фиг. 10 и 11, но оболочки 1020 и 1030 на Фиг. 14 увеличены.

Вращающиеся элементы узла 1000 конденсатора-испарителя имеют оболочки 1010, 1020, 1030 и 1040, а также узлы каркаса, которые поддерживают оболочки. Два таких узла представляют собой узлы 1110 и 1111. Оболочки и узлы каркаса вращаются вокруг вертикальной оси 1052 через центральную стойку 1050. Цилиндры очистителя 1016, 1026, 1036 и 1046 (Фиг. 19) неподвижны. Они поддерживают трубки 1090, 1091, 1092 и 1093 для направления загрязненной воды к кипящим поверхностям корпуса. Цилиндры очистителя поверхностей испарителя также поддерживают дополнительные очистители. Цилиндры очистителей конденсатора 1156, 1157, 1158 и 1159 (Фиг. 19), которые поддерживают очистители конденсатора, также неподвижны. См. также Фиг. 12 и 13. Эти неподвижные части прикреплены к центральной стойке или к частям, прикрепленным к центральной стойке.

Верхняя гайка 1079 (Фиг. 11) прижимает крышку 1220, которая фиксирует подшипник 1078 между внешней стороной гайки и выступом крышки 1054 направленным вверх (Фиг. 11, 12 и 20) для фиксации стойки и очистителя конденсатора в сборе к центральной стойке. Промежуточная гайка 1055 навинчивается на центральную стойку 1050 и прижимается к втулкам 1194 и 1195 (Фиг. 12). Последний входит в зацепление со стойками 1058 узла 1015 (Фиг. 12 и 17). Верхняя и промежуточная гайки и их зацепление с узлом очистителя конденсатора и узлом сопло-опора очистителя делают узел конденсатора-испарителя 1000 жестким.

Кипящие поверхности оболочек: на чертежах, таких как Фиг. 13, показано только правую сторону (в поперечном сечении) узла конденсатора-испарителя, левая поверхность каждой оболочки конденсатора обращена к оси вращения 1052 в точке стационарной центральной стойки 1050 и является внутренней стороной корпуса или стороной испарителя. На чертежах, которые показывают по крайней мере часть оболочек слева от оси вращения, правая сторона каждой видимой оболочки является внутренней стороной или стороной испарителя. На Фиг. 14, поверхность 1022 - это внутренняя оболочка 1020 поверхности испарителя. Остальные корпуса имеют соответствующие внутренние поверхности. Правая сторона или внешняя поверхность 1033 оболочки 1020 (Фиг. 14) является внешней стороной оболочки или стороной конденсатора. Остальные оболочки имеют соответствующие стороны конденсатора, которые не пронумерованы.

Корпус 1008 конденсатора-испарителя для монтажа узла 1000 конденсатора-испарителя включает в себя цилиндрическую боковую стенку 1062, крышку 1220 (Фиг. 10, 11, 13 и 15) и опору 1063 подшипника. Опора подшипника действует как основание (Фиг. 10, 11, 13 и 24). Цилиндрическая боковая стенка и опора подшипника соединены резьбой 1084 или прикреплены иным образом. См. также Фиг. 16 и 24. Крышка изогнута вниз, и ее резьба входит в зацепление с боковой стенкой 1062. См. резьбу 1086 на Фиг. 12, цилиндрическая боковая стенка, крышка или опора подшипника могут соединяться с помощью других соединений. Также формы крышки и несущей опоры могут отличаться.

Корпус 1008 конденсатора-испарителя - не уплотнен. Отверстия 1061 в крышке 1220 (Фиг. 12) могут занимать большую часть ее площади. Отверстия позволяют парам из нагнетательного узла 1200 попадать в корпус 1008 конденсатора-испарителя, а большое отверстие ограничивает любое падение давления. Опора подшипника 1063 также открыта около центра 1095 (Фиг. 24). Потоки жидкостей и паров описываются ниже.

Привод 1074 устанавливается в нижней части вала 1270 (Фиг. 10 и 11). Привод вращает корпус 1008 конденсатора-испарителя с цилиндрическими оболочками 1010, 1020, 1030 и 1040 корпуса вокруг оси 1052. Привод вводит в углубление 1064 фитинг 1053 крышки 1220 (Фиг. 11 и 12). На последнем изображено резьбовое соединение. Пружина 1098 может подтолкнуть привод 1074 к установке 1053. Вместо резьбового соединения привод и углубление могут иметь другую структуру, чтобы крепиться друг к другу. В структуре привода есть углубления или место, связанное с установкой. Некруглые формы, шлицы и канавки или любое другое крепление также могут обеспечивать жесткий привод для крышки и корпуса, чтобы предотвратить вращение фитинга и крышки вокруг вала 1270.

Фитинг 1053 вверху центральной стойки 1050 поддерживает крышку 1220 для вращения вокруг подшипника 1078 (Фиг. 11 и 12) и центральной стойки. Центральная стойка проходит через цилиндрический удлинитель 1007 дна 1009 вакуумного корпуса 1002 (Фиг. 10, 11 и 15). Гайка 1011 с резьбой в нижней части центральной стойки крепит центральную стойку к вакуумному корпусу. Подшипниковая опора 1063 действует как основание для вращающегося корпуса конденсатора-испарителя. Подшипники 1087 (Фиг. 11, 15 и 16) облегчают вращение опоры подшипника вокруг неподвижной центральной стойки.

Опора подшипника 1063 (Фиг. 15 и 24) имеет L-образное (в поперечном сечении) центральное гнездо 1109 с вертикальной 1108 и горизонтальной частью 1109. Вертикальная часть находится напротив подшипника 1087, который также устанавливается с внешней стороны центральной стойки 1050. Центральная стойка имеет область меньшего диаметра, проходящую от заплечика 1141 вверх (Фиг. 16). Горизонтальная часть центрального гнезда поддерживает подшипник вертикально. Крышка 1220 в верхней части узла конденсатора-испарителя 1000 и опора подшипника 1063 в нижней части узла конденсатора-испарителя поддерживает узел конденсатора-испарителя для вращения вокруг центральной стойки 1050. См. Фиг. 24 и дальнейшую информацию, касающуюся несущей опоры. Эта конструкция позволяет крышке 1220, опоре 1063 подшипника и цилиндрической боковой стенке 1062 вращаться вокруг неподвижной центральной стойки при вращении вала 1070.

Фиксированные верхний и нижний комплекты распорок 1054 и 1058 (Фиг. 10, 11, 12 и 13) выходят за центральную стойку. См. Фиг. 15, 16, 18 и 19, но там показаны не все стойки. Каждый набор может включать две, три, четыре или более стоек (см. Фиг. 17, 18 и 19).

Поступление загрязненной воды в систему: загрязненная вода из источника, подобного источнику 14 на Фиг. 1, проходит через входное отверстие 1070 центральной стойки 1050 (Фиг. 11, 15 и 16) и попадает в узел конденсатора-испарителя через один или несколько каналов 1071 в верхней части входа. Для подачи питания может быть фитинг 1069 (Фиг. 11 и 15) чтобы присоединиться к источнику воды. Напор от источника загрязненной воды поднимает воду в нагнетатели. Каждый канал проходит в радиальном направлении от входа 1070 через выход 1072 и центральную стойку 1050. Когда корпус 1008 конденсатора-испарителя вращается, центробежная сила направляет воду из каналов и выходов в коллектор по меньшей мере под одну нижнюю стойку. Четыре короткие трубки 1080, 1081, 1082 и 1083 (Фиг. 11, 13 и 15) уходят в воду в коллекторах. Каждая короткая трубка соединяется с соответствующей удлиненной трубкой 1090, 1091, 1092 и 1093. Создаваемый вращением напор воды в коллекторе создает напор в четырех трубках, заставляя воду течь вверх в удлиненные трубки (Фиг. 10, 11, 13 и 15).

На чертежах коллектор 1073 устанавливается под стойкой 1058, но другие стойки также могут иметь коллекторы. Заявители чаще всего используют один коллектор с одним набором радиально выровненных трубок для каждой оболочки, поскольку центробежная сила и очистители распределяют поступающую воду в виде тонкой пленки вокруг каждой оболочки. Четыре коллектора, расположены по одному под каждой из четырех нижних стоек на 90° в сторону с соответствующими трубками, и четыре канала 1071, распределяют загрязненную воду более равномерно.

Удлиненные трубки 1090, 1091, 1092 и 1093 проходят через такие выступы как 1094 выходящий наружу из цилиндрических опор 1016, 1026, 1036 и 1046 (Фиг. 18 и 19). На Фиг. 17 в разобранном виде показана взаимосвязь узла 1015 опоры сопла и очистителя с другими компонентами. Цилиндрические опоры вместе со стойками, такими как распорка 1058, образуют жесткий и неподвижный подузел 1015 опоры сопла. Одна деталь из формованного пластика может образовывать подузел опоры, включая цилиндрические опоры и стойки.

Чтобы исключить необходимость в коллекторе, четыре короткие трубки подключаются непосредственно к выпускным отверстиям 1072. Если это так, центробежная сила по-прежнему создает напор для направления воды через короткие трубки 1080, 1081, 1082 и 1083. Они могут представлять собой как отдельные элементы, которые соединяются с удлиненными трубками 1090, 1091, 1092 и 1093 (лучше всего видно на Фиг. 13 и 18), так и составными частями каждой удлиненной трубки.

Давление, создаваемое центробежной силой на загрязненную воду в коллекторе 1073, коротких трубках 1080, 1081, 1082 и 1083, а также удлиненных трубках 1090, 1091, 1092 и 1093 выталкивает воду через верхнюю часть удлиненных трубок. Вода ударяется о внутреннюю поверхность вращающейся оболочки вне трубы, и центробежная сила захватывает воду на внутренней поверхности кипения оболочки. Наклон вершин удлиненных трубок к оболочкам направляет к ним воду. Одно или несколько сопел по длине каждой удлиненной трубки также могут распылять воду на оболочку.

На Фиг. 19 показаны другие трубки, расположены вокруг цилиндрических опор через каждые 90° 1016, 1026, 1036 и 1046. Можно использовать больше или меньше трубок. Если выступ 1094 выходит наружу достаточно далеко, он действует как очиститель, но может быть очень твердым и вызывать трение из-за слишком большой приложенной силы к оболочкам. Выступы на Фиг. 19 имеют удлиненные прорези, такие как прорезь 1095, в которые можно зажать гибкий очиститель. На Фиг. 19 не показаны гибкие очистители для кипения поверхности оболочек, но они могут быть похожи на очистители 1150, которые действуют на поверхность конденсатора (Фиг. 20). Они изготавливаются из Teflon®, другого материала с низким коэффициентом трения или материала, покрытого Teflon®, либо другими материалами с низким коэффициентом трения между очистителем и его оболочкой. Очистители могут быть изогнутыми или прямыми, проходить почти по всей длине внутренней поверхности корпуса испарителя. В системе можно использовать несколько очистителей для каждой поверхности испарителя или конденсатора. См. Фиг. 19. Также применяют наклон или перекрытие очистителей. Второй паз, такой как 1097, позволяет установить гибкий очиститель, обращенный в противоположном направлении, что позволяет ему воздействовать на загрязненную воду на поверхности испарителя, если узел конденсатора-испарителя вращается в противоположном направлении.

Кольцевые каркасы в сборе: в систему также входят узлы кольцевого каркаса. Они (1) поддерживают компоненты, связанные с цилиндрическими оболочками 1010, 1020, 1030 и 1040, (2) направляют пар с поверхности кипящей оболочки, (3) направляют пар к поверхностям конденсатора, (4) поддерживают перепад давления между противоположными сторонами оболочки и (5) придают жесткость вращающимся компонентам. Узлы каркаса в подузле 1119 (Фиг. 17 и 25) аналогичны узлам каркаса на Фиг. 8. Каждая оболочка имеет связанный узел каркаса, вращающийся вместе с оболочками (лучше всего видно на Фиг. 13, 14 и 25), но здесь только описаны узлы на противоположных сторонах оболочек 1020 и 1030.

Узел 1111 кольцевого каркаса связан с оболочками 1020 и 1030. Он включает нижнее кольцо 1112, угловую скобу 1111 и верхнее кольцо 1118. Нижнее кольцо прикрепляется к оболочке 1020, а верхнее - к соседней оболочке 1030 (Фиг. 13, 14 и 25). Оболочка 1040 зависит от верхней части узла 1110 каркаса. При этом нижняя часть камеры испарителя, пространство между поверхностью оболочки испарителя и узлом каркаса, ближайшая к данной поверхности, остается открытой. Кипящий пар может проходить через открытое пространство. Конструкция также позволяет пару, сжатому компрессором / нагнетателем 1200, достигать противоположной поверхности конденсатора оболочки, предотвращая попадание сжатого пара на поверхность кипения оболочки. Узлы каркаса также поддерживают давление на противоположных сторонах оболочки при более низком давлении испарителя и более высоком давлении компрессора.

Вне оболочки 1040 узел каркаса не находится. Вместо этого обод 1088 цилиндрической стенки 1120 выступает вниз и внутрь обода 1088. См. Фиг. 25. Нижняя часть корпуса 1040 прикрепляется к выступу, направленному вниз. Узлы каркаса и оболочки образуют единое целое 1119 (Фиг. 25). Вращение крышки 1067, опоры 1063 подшипника (описывается ниже) и цилиндрической стенки 1120 поворачивает узлы каркаса и связанные с ними оболочки вокруг оси 1052 через неподвижную центральную стойку 1050.

Пространство на против оси 1052 между поверхностью кипения и смежным с ней узлом каркаса, например, поверхностью 1032 корпуса 1030 и узлом 1111 каркаса, представляет собой камеру кипения (например, камеру 1128, которую лучше всего видно на Фиг. 14). Здесь пар от кипяченой загрязненной воды сначала удаляется с кипящей поверхности оболочки. Хотя центробежная сила удерживает загрязненную воду вдоль поверхностей кипения, она не влияет на пар.

Поверхности оболочек испарителя, генерирующие пар: во время работы система находится под давлением, близкому к вакууму (≈ 0,5 фунта на кв. дюйм). Загрязненная вода, выходящая из трубы 1096, достигает внутренней поверхности 1032 корпуса 1030 испарителя (лучше всего видно на Фиг. 14). Центробежная сила, вызванная вращением корпуса и его оболочек, способствует образованию тонкой пленки воды на каждой кипящей поверхности. Гравитация также заставляет воду течь вниз от верхней части корпуса 1032. Дополнительные очистители, такие как очиститель 1024 (Фиг. 14), взаимодействуют с центробежной силой и гравитацией, чтобы распределить загрязненную воду тонкой пленкой вдоль внутренней поверхности 1032 оболочки 1030 испарителя. Стяжка 1057 (Фиг. 14) на стойке, такой как 1058, и другие крепления на других стойках, могут закреплять цилиндры испарителя, такие как 1016 (Фиг. 19). Очистители можно прикрепить к удлиненным трубкам.

В форвакууме (≈ 0,5 фунта на квадратный дюйм), когда загрязненная вода внутри, поверхность испарителя каждой оболочки конденсатора-испарителя (например, поверхность 1032 оболочки 1030) закипает, в результате чего водяной пар удаляется с внутренней поверхности испарителя. Не вся загрязненная вода кипит. Нелетучие загрязнения остаются в растворе вместе с загрязненной водой, которая не кипит. Достаточно загрязненной воды остается, на которую действует сила тяжести и очистители, такие как 1024, чтобы направить загрязнители в виде сточных вод вниз по поверхности испарителя (Фиг. 14). Сточные воды распределяются, когда они проходят через нижнюю часть поверхности котла и нижнюю стойку 1058. Днища цилиндров очистителя конденсатора 1156, 1157 и 1158 (Фиг. 20) выступают ниже дна соответствующих оболочек 1020, 1030 и 1040. Как и центробежная сила, угловая сила на выходе направляет сточную воду наружу, она ударяется о нижнюю часть соседней цилиндрической опоры очистителя, теряет свою кинетическую энергию и попадает на наклонную поверхность 1402 верхнего отводного устройства 1400 (Фиг. 15 и 16). Стационарный верхний дивертор расположен вокруг и прикрепляется к центральной стойке 1050 под стойками, такими как 1058.

Наружная оболочка 1040 не имеет цилиндрической опоры для очистителя вне оболочки. Сточные воды из внешней оболочки разбрызгиваются на верхнюю часть неплоской поверхности 1406 верхнего дивертора 1400 (Фиг. 15). Кривизна направляет сточные воды на наклонную поверхность 1402. Сточные воды от трех цилиндрических опор очистителя и изогнутой поверхности текут внутрь вдоль наклонной поверхности верхнего дивертора, где они встречаются с отверстиями, такими как отверстие 1744 внутри верхнего дивертора (Фиг. 15).

Опора подшипника 1063 устанавливается с возможностью вращения вокруг нижней части центральной стойки под верхним неподвижным дивертором 1400 (Фиг. 11, 15 и 16). Несущая опора имеет вертикальную цилиндрическую стенку 1100 с резьбовым верхом 1084 (Фиг. 15, 16 и 24). Вертикальная цилиндрическая стенка идет вверх от криволинейного пересечения 1101. См. Фиг. 24. Центральная часть опоры подшипника и ее горизонтальная поверхность 1101 распложены от центральной стойки 1050 не ниже отверстий верхнего дивертора, таких как отверстие 1744. Центральная часть 1104 опоры подшипника обычно открыта внутрь от зависимой цилиндрической стенки 1107 к центральной втулке 1105. См. Фиг. 15, 24 и 26. Положение отверстия 1744 заставляет сточные воды, протекающие через отверстия дивертера, пропустить горизонтальную поверхность опоры подшипника.

Короткие широкие рычаги 1106 (Фиг. 16 и 24) соединяют цилиндрическую стенку 1107 и центральную втулку 1105 опоры подшипника 1063. Рычаги могут иметь скошенные поверхности 1117, которые ускоряют движение сточных вод вниз, когда рычаги вращаются с вращением опоры подшипника. Дополнительные короткие пластины 1117 на удлинительном кольце 1125 (Фиг. 16, 23 и 24) также вытесняют воду при вращении. Удлинительное кольцо может быть выполнено как часть в зависимости от цилиндрической стенки 1107 или изготовлено отдельно и прикреплено к зависимой цилиндрической стенке.

Стационарное сборное кольцо 1410 устанавливается под опорой подшипника 1063 (Фиг. 16 и 26). Кольцо для сбора имеет внутреннюю втулку 1412, прикрепленную к центральной стойке 1050. Рычаги (не видны) выступают наружу, чтобы прикрепить коллектор 1414 к внутренней втулке и создать пространство между ней и коллектором. Коллектор включает внешний обод 1416, который идет вверх от диска 1418 (Фиг. 16 и 26). Выступ 1420 идет вниз внутрь диска. Сточные воды, текущие вниз через центральную часть 1104 опоры подшипника, проходят через пространство 1415 между внутренней втулкой и коллектором. Диск 1418 коллектора наклоняется вниз к центру, так что любая сточная вода, достигающая диска, а не протекающая непосредственно через пространство 1415, течет внутрь вдоль диска в пространство 1415.

Ремень 1700 (Фиг. 11, 15, 16 и 23) вращает шестерню 1770. Ремень проходит вокруг кольца 1730, ниже опоры подшипника 1063. См. Фиг. 23.

Дно каждой камеры кипения открыто, позволяя пару опускаться вниз. Между четырьмя камерами испарителя существует прямое соединение, поэтому они имеют одинаковое почти вакуумное давление. Пар из всех камер кипения перемещается в зону 1027 (Фиг. 15 и 16). Чертежи в разрезе могут выглядеть так, как будто компоненты занимают большую часть пространства, но в этой области достаточно свободного места для пара.

Внешний 1188 и внутренний концентрический цилиндр 1187 являются неподвижными и окружают узел испарителя с конденсатором. См. Фиг. 10, 11, 12, 13, 15, 16, 23 и 26. Цилиндры, расположенные на расстоянии друг от друга, создают канал 1190. Дно цилиндров 1187 и 1188 имеет ножки, образующие окна, через которые может течь пар. См. окно 1189 на Фиг. 16 и 23. Верх внешнего концентрического цилиндра 1188 переходит в Н-образную прокладку 1191 (Фиг. 11).

Пар в области 1027 от поверхностей оболочек испарителя течет через окна 1189 в канал 1029 между внешним концентрическим цилиндром 1188 и вакуумным корпусом 1002 (Фиг. 10, 11, 12, 13, 15 и 16). Из канала 1029 пар проходит через отверстия (не показаны) в верхней крышке 1217 корпуса 1212 нагнетателя во впускное отверстие 1218 (Фиг. 10 и 11) на (верхней) стороне более низкого давления нагнетателя 1210.

Боковая стенка 1202 корпуса 1212 нагнетателя прикреплена к верхней крышке 1217 и основанию 1205 (Фиг. 10). Между частями может быть резьбовое соединение 1208, но крепиться они могут по-разному. Резьбовые соединения делают обслуживания проще. Между нагнетателем 1210 и боковой стенкой могут быть установлены уплотнительные кольца 1203 и 1204 и гасители колебаний 1209. Цилиндрический выступ 1206 основания корпуса нагнетателя на Фиг. 10 идет вниз. Нижняя часть цилиндрического удлинителя входит в Н-образное кольцо 1191 наверху внешнего концентрического цилиндра 1188. См. Фиг. 10, 11 и 12.

Нагнетатель сжимает пар и направляет его через выходное отверстие 1226 в основании 1206 корпуса нагнетателя (Фиг. 12). Сжатие в нагнетателе увеличивает давление пара Δp, и повышает его температуру ΔT, поскольку

(где k - постоянная величина, P - давление и T - температура - закон Гей-Люссака).

Обычно повышение давления Δp может составлять от 0,04 до 0,14 фунтов на квадратный дюйм (0,28 - 0,97 кПа) с соответствующим повышением температуры ΔT примерно 2 - 13°F (≈ 1 - 5°C) при нормальных условиях эксплуатации. Пар с повышенным давлением течет из нагнетателя 1210 через отверстия 1061 в крышке 1220 в корпус конденсатора-испарителя 1008.

Узлы кольцевого каркаса, подобные узлу 1110 (Фиг. 10, 11, 13 и 14) поддерживают оболочки. Узлы каркаса представляют собой жесткие распорные приспособления. Опорные цилиндры, такие как опоры 1026 и 1156, которые удерживают очистители, также являются жесткими. Тонкие металлические оболочки конденсатора-испарителя 1010, 1020, 1030 и 1040 и неметаллические каркасные узлы, такие как 1110 (Фиг. 10 и 11), создают жесткую конструкцию конденсатора-испарителя даже без радиальных опорных стоек. Радиальные распорки между оболочками 1010, 1020, 1030 и 1040 будут мешать неподвижным пластинам очистителей 1024 и 1150. Поскольку очистители важны, на Фиг. 10 и 11 показаны сборки каркаса.

Узлы каркаса, подобные узлу 1110 также предотвращают поток пара из компрессора в камеры кипения, такие как камера 1028, и на поверхности кипения оболочек. Вместо этого сжатый пар движется по другой стороне каркасных узлов, достигая внешней или конденсированной стороны каждой оболочки. Узел каркаса, подобный узлу 1111 снаружи оболочки 1030 образует камеру 1031 конденсатора между узлом каркаса и стороной оболочки 1030 конденсатора. Узлы каркаса не препятствуют выходу потока кипящего пара из камер испарителя, таких как камера 1028, и не препятствуют входу потока пара к камерам конденсатора, подобным камере 1124. Эти каналы пара находятся полностью в свободном пространстве вокруг корпуса 1000.

Как и в случае с камерами испарителя, например, 1028, камеры конденсатора, такие как 1124, также расположены параллельно и имеют такое же давление, близкое к вакууму. Однако давление в камерах кипения ниже, чем в камерах конденсации.

Когда загрязненная вода кипит на поверхностях котла, таких как поверхность 1032, оболочка 1030 передает тепловую энергию загрязненной воде. Передача тепла от корпуса к загрязненной воде приводит к тому, что каждая оболочка теряет тепловую энергию, что снижает ее температуру. Высокий коэффициент теплопередачи тонких оболочек также снижает температуру внешних поверхностей оболочек. Пар, достигающий поверхностей конденсатора, имеет более высокую температуру из-за увеличения его давления нагнетателем, так что «теплый» пар, достигающий поверхности 1033 конденсатора, встречается с относительно холодной поверхностью, где пар конденсируется в виде пресной воды.

Преобразование пара в жидкую воду на поверхности 1173 конденсатора передает тепловую энергию от тепла конденсации на поверхность конденсатора, которая в свою очередь передает тепло оболочкам, подобным 1020. Конденсация восстанавливает тепловую энергию, которая вызвала кипение воды с поверхности 1022. Эта тепловая энергия и та, что передается во время конденсации, являются единственными источниками энергии, которые повышают температуру оболочек, создавая температуру кипения на поверхности 1022. Система восстанавливает энергию, используемую для кипячения загрязненной воды, за вычетом потерь термодинамической неэффективности компрессора, а для запуска процесса необходима небольшая избыточная тепловая энергия (ΔT).

Центробежная сила, вызванная вращением оболочки, вытесняет конденсат с поверхности конденсатора, но поверхностное натяжение может удерживать его. Быстрое удаление конденсата улучшает конденсацию и общую эффективность, поскольку конденсат, остающийся на поверхности конденсатора, ограничивает или предотвращает попадание пара на поверхность конденсатора с высокой теплопередачей.

Чтобы способствовать удалению конденсата, удерживаемого на поверхности за счет поверхностного натяжения, каждая поверхность конденсатора, например, поверхность 1032, имеет один или несколько очистителей. Узел очистителя конденсатора 1154 (Фиг. 17 и 20) включает четыре опорных цилиндра очистителя 1156, 1157, 1158 и 1159, которые зависят от распорок 1054. (Фиг. 20 смотрит вверх; распорки находятся в верхней части конденсатора-испарителя. См. Фиг. 10 и 11). Неподвижные цилиндры находятся вокруг внешней конденсаторной поверхности каждой оболочки.

Очистители конденсатора, такие как очиститель 1150, контактируют с поверхностью 1173 конденсатора, чтобы сбрасывать конденсат. Наружные очистители устанавливаются на фитингах, подобных фитингу 1153 (Фиг. 20), которые представляют собой обращенные внутрь выступы, подобные выступу 1153 цилиндра 1152. Очистители прикрепляются к пазам фитингов. На Фиг. 20 штуцеры очистителя показаны через каждые 90°, и очистители могут прикрепляться к любым нужным штуцерам. Каждый очиститель представляет собой одну деталь, но может включать два или более очистителей. Вертикальный край каждой пластины выходить наружу в том же направлении, в котором вращаются оболочки, или очистители проходят в противоположном направлении, чтобы «прорезать» воду на оболочке, когда они достигают воды. Очистители удалены от каркасных узлов и не достигают нижнего кольца, такого как кольцо 1112.

Пресноводный конденсат сбрасывается с поверхности 1173 конденсатора под действием центробежной силы, и очистители контактируют со спиральными выступами узла кольцевой рамы, такими как выступ 1037 на узле каркаса 1111. См. Фиг. 11, 13, 14 и 25. Каждый узел каркаса на чертежах имеет один непрерывный выступ, но он может также иметь два или более выступов. Гребни не обязательно должны быть непрерывными; они могут быть и прерывистыми. Вращение узлов каркаса вокруг оси 1022 в сочетании со спиральными выступами подталкивает конденсат вверх выше узлов каркаса. Даже без спиральных выступов угол сборки каркаса по-прежнему направляет пресную воду вверх. Когда конденсат достигает вершины каркасного узла, центробежная сила отбрасывает воду к внутренней стенке 1176 крышки 1220 и наружу через отверстия 1177 (Фиг. 12). Вода разбрызгивается на внешний концентрический цилиндр 1188, где она теряет свою кинетическую энергию вращения и течет вниз по каналу 1190 между внешним и внутренним концентрическими цилиндрами 1188 и 1187. Из нижней части канала 1190 вода течет в кольцевую канавку 1775 в верхнюю часть насоса Пито 1712 (Фиг. 11 и 15). Канавка наклонена более глубокой частью над отверстием 1707 в насос Пито 1712, который описывается ниже.

Вывод пресной и сточной воды: система баллонов для удаления сточной и пресной воды из устройства на Фиг. 5 может вывести ее, как показано на Фиг. 10 и 11. Эта система преодолевает внешнее атмосферное давление, давящее против вакуума камеры, что позволяет вывести сточные воды и пресную воду. Как показано на Фиг. 5, обычные насосы потребляют значительную энергию и могут пропускать наружный воздух в вакуумную камеру.

Вместо системы баллонов, показанных на Фиг. 5, установка на Фиг. 10 и 11 и насос Пито, на соответствующих чертежах (также называемые «трубчатые насосы Пито»), для повышения давления питьевой и сточной воды. Б. Скьявелло, «Учебное пособие по насосам специального назначения Пито, прогрессирующая полость, пневматическая диафрагма и диафрагма с гидравлическим приводом», материалы 14-го Международного симпозиума пользователей насосов, доступны на сайте www.911metallurgist.com. Статья размещена по ссылке. Насосы Пито являются разновидностью центробежных насосов, но они обычно используют вращающуюся трубку Пито, по которой проходит перекачиваемая жидкость. Заявители делают наоборот; они вращают воду в камере, и вода перетекает к трубке Пито внутри камеры. Напор насоса Пито зависит от радиуса рукава трубки, площади отверстия трубки и скорости жидкости. Подробнее о структуре насосов см. ниже.

Два насоса Пито 1712 и 1722 перекачивают отдельно пресную и сточную воду из устройства. С каждым насосом могут работать разные двигатели, или один может работать с обоими насосами, но устройства на Фиг. 10 и 11 полагаются на двигатель 1214, который приводит в действие нагнетатель и вращает оболочки, чтобы приводить в действие насосы Пито через шестерни и шкивы, описанные ниже.

Подшипники 1726 и 1727 насоса Пито 1712 для пресной воды поддерживают верхний вал 1724, а подшипники 1728 и 1729 - нижний вал 1725 (Фиг. 11, 15 и 16). Нижняя часть верхнего вала прикреплена к верхнему магнитному колесу 1738, которое находится над нижней стенкой 1004 вакуумного корпуса 1002 (Фиг. 11, 15 и 16). Компоненты, вращающие верхнее магнитное колесо, описаны ниже. Магнетизм от вращения верхнего магнитного колеса вращает нижнее магнитное колесо 1739. Пластиковая нижняя стенка позволяет магнетизму верхнего магнитного колеса управлять нижним магнитным колесом.

Магнитная сила между верхним и нижним колесами 1738 и 1739 также прикрепляет насос Пито 1712 для пресной воды ко дну 1004 вакуумной камеры 1000. Точно так же магниты верхнего и нижнего колес 1738 и 1739 создают достаточную силу, чтобы прикрепить насос Пито 1722 для сточных вод к основанию 1004 вакуумной камеры 1000. Соответствующие уплотнительные кольца в канавках 1466 и 1467 насоса Пито для пресной воды и уплотнительные кольца в канавках для уплотнительных колец в насосе Пито для сточных вод (без номера) уплотняют насосы на нижней стороне вакуумной камеры.

Шкив или шестерня 1770 прикреплены к верхнему валу 1724. См. Фиг. 11, 15 и 16. Узел опоры вала, который включает в себя верхний вал, его шестерню, подшипники 1726 и 1727, является концентрическим со смещением от центра. Болты (не показаны) проходят через валы 1746 и 1747, чтобы скрепить пластины 1749 и 1750 вместе. См. Фиг. 16. Пластины скрепляют подшипники 1726 и 1727 и шестерню 1770. Верхняя втулка 1752 размещена на пластине 1749 и может вращаться в полости 1753 нижнего дивертора 1740. Нижний дивертор 1740 имеет уплотнительное кольцо 1438, которое уплотняет нижний дивертор с внутренним концентрическим цилиндром 1187 (Фиг. 10, 11, 16 и 26). Внутренняя часть 1743 нижнего дивертора находится вверху (Фиг. 15, 16 и 26), а внутренняя часть вертикальной части имеет резьбу 1194 для фиксации фитинга 1192 (Фиг. 16 и 26). Три стойки 1447, 1448 и 1449 отходящие от нижнего дивертора 1740 (Фиг. 23), действуют как ножки для поддержки нижнего дивертора напротив основания 1004 вакуумного корпуса 1002.

Верхний вал 1724 смещен по центру, потому что вал, шестерня и подшипники не находятся в центре пластин 1749 и 1750. Вращающиеся пластины 1749 и 1750 заставляют вал, шестерню и подшипники перемещаться вбок. Верхнее магнитное колесо 1738 находится в цилиндрической чаше 1783 (Фиг. 16 и 28). Как показано на этих фигурах, диаметр чаши больше диаметра магнитного колеса, что позволяет установить в нее колесо. Обратите внимание на расстояние между магнитным колесом и чашей на Фиг. 15 и 16.

Насос Пито 1722 для сточных вод и компоненты для питания насоса аналогичны насосу 1712 Пито для пресной воды. Верхний 1724 и нижний вал 1725 вращаются между соответствующими подшипниками 1754 и 1756 и подшипниками 1758 и 1759 (Фиг. 11). Верхнее магнитное колесо 1768 прикреплено к верхнему валу, а нижнее 1769 - к нижнему валу. Вращение верхнего магнитного колеса вызывает вращение нижнего магнитного колеса.

Шкив или шестерня 1771 прикрепляется к верхнему валу 1724 и подшипникам 1756 и 1757 (Фиг. 15). Как и узел опоры вала насоса Пито 1712 для пресной воды, этот узел также является концентрическим со смещением от центра. На валы 1773 и 1774 установлены болты (не показаны) для удерживания пластин 1749 и 1750 вместе (Фиг. 15) с шестерней 1771 и подшипниками 1756 и 1757 между пластинами. Верхний выступ 1779 на пластине 1749 может вращаться в полости 1780 нижнего дивертора 1740. Полости 1753 и 1780 нижнего дивертора изображены на Фиг. 27.

Верхний вал 1746, шестерня 1771 и подшипники 1756 и 1757 не находятся в центре пластин 1749 и 1750. Поворотные пластины 1749 и 1750 перемещают вал, шестерню и подшипники. Верхнее магнитное колесо 1768 устанавливается в цилиндрической чаше 1784 (Фиг. 15). Диаметр чаши больше диаметра магнитного колеса, что позволяет установить в нее колесо.

Ремень 1700 (Фиг. 15 и 16) вращает вал 1756 через шестерню 1771 насоса Пито для сточных вод 1722. Опоры 1436 и 1437, подобные опоры вокруг вала 1725 на Фиг. 15, могут быть стянуты вместе, чтобы уравновесить силу между ними. Болты (не показаны), проходящие через прорези 1440 и 1442, скрепляют опоры вместе. Через магнитную муфту колес 1768 и 1769, вращение верхнего вала 1454 и его колеса 1768 передает вращение нижнему колесу 1769 и нижнему валу 1755.

Во время сборки приводной ремень 1700 на шестерне 1771 под опорой подшипника 1436 (Фиг. 15 и 23) ослаблен. Ремень также проходит через шестерню 1770 на верхнем валу 1724 насоса 1712 Пито для пресной воды. Поворотные пластины 1750 и 1738, а также пластины 1723 и 1437 перемещают соответствующие шестерни 1770 и 1754 в положения для надлежащего натяжения приводного ремня. Когда приводной ремень находится в необходимом натяжении, винты (не показаны) прикрепляют пластины 1750 и 1738 и пластины 1723 и 1437 к нижнему переключателю 1740 (Фиг. 15, 16 и 23). На Фиг. 27 показаны отверстия для винтов 1785, 1786, 1787 и 1788. Желательным будет усиление отверстий для винтов, особенно на верхней стороне дивертора, поскольку нижний дивертор тонкий.

Вместо смещенных от центра устройств, описанных выше, такие компоненты, как промежуточная шестерня или натяжной ролик, могут направлять и поддерживать натяжение приводного ремня.

Подвижные пластины 1749 и 1750, шестерня 1770 и верхний вал 1754 для пресноводного насоса Пито 1712 меняют положение верхнего магнитного колеса 1738. Верхнее колесо может не выровняться с нижним магнитным колесом 1739, если только насос Пито не будет вращаться так, чтобы оба магниты расположатся самостоятельно. Самовыравнивание может произойти, если диаметр цилиндрической чаши 1783 (Фиг. 16 и 28) окружающей верхний приводной магнит, больше диаметра магнита. На чертеже показаны эти пропорции. Подобная конструкция насоса Пито 1722 для сточных вод и магнитных колес 1768 и 1769 также обеспечивает возможность самовыравнивания компонентов насоса для сточных вод.

Насос Пито 1712 для пресной воды устанавливается в корпусе 1703 (Фиг. 11, 15, 21 и 22), под основанием 1004 вакуумного корпуса 1000 (Фиг. 10, 11, 15 и 16). Насос Пито 1712 имеет вращающуюся полость 1717, которую приводит в движение нижний вал 1725. Нижний вал вращается с помощью ремня 1700, вращая шестерню 1770, которая в свою очередь вращает вал 1724, пару магнитных колес 1738 и 1739, а также вал 1725. Трубка Пито 1715 внутри насоса включает вертикальную секцию 1716, проходящую от пластины 1705 через отверстие 1741 в полость 1718 насоса. Трубка Пито 1716 имеет горизонтальную изогнутую секцию 1717, проходящую рядом с внутренней стенкой 1718 полости. Трубка Пито заканчивается круглым отверстием 1719, которое может сужаться.

Вращающаяся полость 1717 насоса Пито находится под давлением, близким к вакуумному, внутри вакуумного корпуса 1000. Вращение полости заставляет воду, собранную в полости, вращаться. Ниже описывается, как пресная вода попадает в полость. Лопатки 1704 (Фиг. 22) помогают воде в полости вращаться со скоростью 1718 или около нее. Вращающаяся вода попадает в отверстие 1719 трубки Пито, течет через нее 1715, давление в которой увеличивается. За счет расчета скорости вращения полости, радиусов изогнутого участка 1717 и отверстия 1719, давление воды возрастает до атмосферного (14,7 фунта на кв. дюйм или ≈ 101 кПа) или выше. Когда давление воды превышает атмосферное, она может течь через вертикальную секцию 1716 трубки Пито и выходное отверстие 1741 (Фиг. 21 и 22), где ее можно собрать в контейнер (не показан). Пластинчатый клапан, такой как клапаны 330 и 331 на Фиг. 5, или обратный клапан другого типа может устанавливаться ниже отверстия 1741 для предотвращения протекания воздуха атмосферного давления обратно через насос Пито в установке, если она выключена или не имеет пресной воды. Конструкция насоса Пито должна учитывать падение давления через обратный клапан, но энергия, используемая для повышения давления на 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм, чтобы преодолеть падение давления через обратный клапан, не должна существенно влиять на эффективность системы и потребление энергии.

Насос Пито 1712 получает пресную воду следующим образом. Основание 1004 нижней части 1002 вакуумного корпуса 1000 имеет две наклонные кольцевые канавки 1430 и 1432 (Фиг. 28). Канавка 1430 внешнего кольца собирает пресную воду, а канавка 1432 внутреннего кольца собирает сточные воды. Обе кольцевые канавки имеют наклонный профиль. Отверстие 1431 находится в нижней точке канавки внешнего кольца, а отверстие 1433 - в нижней точке внутренней канавки 1432. Насосы Пито также имеют наклонные кольцевые канавки. Отверстие 1431 отводит пресную воду в наклонную кольцевую канавку 1465 вокруг верхней части насоса Пито 1712 для пресной воды. Отверстие 1433 отводит сточные воды в кольцевую канавку 1469 насоса Пито 1722.

Наклонная кольцевая канавка 1465 насоса Пито 1712 для пресной воды является круглой, так что отверстие 1431 внешней канавки 1430 находится над частью наклонной кольцевой канавки насоса Пито, несмотря на угловое расположение насоса Пито. Наклонная кольцевая канавка 1465 насоса Пито находится между канавками 1466 и 1467 под уплотнительное кольцо. См. Фиг. 11, 15 и 21. Уплотнительные кольца создают уплотнение между насосом Пито и нижней стороной основания 1004 нижней части 1002 вакуумного корпуса 1000. Канавка под кольцо и канавки под уплотнительное кольцо могут быть отформованы в верхней части поверхности насоса Пито. Кольцевая канавка насоса наклонена вниз над отверстием 1707. Пресная вода, текущая в кольцевую канавку, ищет нижнюю точку канавки, течет в отверстие 1707 и спускается в насос.

Насос Пито 1722 для сточных вод может соответствовать другому насосу Пито 1712. Он имеет наклонную кольцевую канавку 1469 (Фиг. 11 и 15), часть которой совмещена с отверстием 1433 внутри нижней части 1002 вакуумного корпуса 1000 (Фиг. 28). Отверстие 1433 находится в нижней точке внутренней кольцевой канавки 1432 вакуумного корпуса (Фиг. 28). Наклонная кольцевая канавка 1469 насоса Пито находится под отверстием 1433 несмотря на угловую ориентацию насоса Пито. Нижняя точка наклонной кольцевой канавки 1469 насоса Пито находится в отверстии 1745, которое ведет в насос Пито. См. Фиг. 11 и 15.

В насосе Пито 1722, сточные воды, протекающие через отверстие 1744, достигают канала 1745 вокруг насоса Пито для сточных вод (Фиг. 11 и 15). Давление воды, повышенное напором сточной воды в канале 1745 заставляет сточную воду течь через впускное отверстие 1459 (Фиг. 11). Давление воды в трубопроводе направляет воду в камеру 1772 насоса Пито. Камера вращается с использованием таких компонентов, как вращающаяся камера 1717 насоса Пито 1712 для пресной воды (Фиг. 11, 15 и 21). Вращение камеры заставляет сточные воды вращаться и перемещаться в трубку Пито 1781. Давление воды в трубке Пито составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм или выше, и она выходит через выпускной патрубок 1782. Обратный клапан (не показан) может предотвратить обратный поток в выпускное отверстие.

Угловое расположение насосов Пито 1712 и 1722 в нижнем корпусе 1002 меняется в зависимости от бокового положения шестерен 1770 и 1771. После регулировки смещения от центра верхнего вала 1724, шестерни 1770, подшипников 1756 и 1757, верхнего вала 1754, шестерни 1771 и подшипников 1756 и 1757 для натяжения приводного ремня 1700, насосы Пито 1712 и 1722 выравниваются: верхний магнитный диск 1738 к нижнему диску 1739 и магнитный диск 1768 к диску 1769 (Фиг. 11 и 13). Независимо от углового положения каждого насоса Пито, наклонные кольцевые канавки 1775 и 1469 в соответствующем насосе Пито всегда находятся под источником пресной или сточной воды, расположенным выше, поэтому текучие среды попадают в насос Пито.

Уплотнения: во время работы уплотнения имеют разность давлений между сжатым паром от нагнетателя в камерах конденсации, таких как камера 1124, и давлением в камерах кипения, таких как камера 1038. Требования к герметичности не являются строгими из-за разницы низкого давления. При нормальной работе перепад давления Δp может составлять от 0,04 - 0,14 фунтов на квадратный дюйм (≈ 0.28 - 0.97 кПа). Как и в случае с другими конструкциями, обсуждавшимися ранее, заявители используют специальные вращающиеся уплотнения, такие как уплотнение 190 на Фиг. 4 для поддержания этого перепада давления.

Первое или верхнее уплотнение 1160 имеет кольцо 1162 (Фиг. 11, 12, 13 и 25), которое прикреплено к центральной стойке 1050. Кольцо проходит в желобчатую деталь 1164, которая находится наверху самой внутренней оболочки 1010. Желобчатая деталь вращается вместе с оболочками. Путем отвода загрязненной воды, которая в противном случае поступает на вход подачи 1070 в другой канал 1165 через центральную стойку, канальный элемент заполняется загрязненной водой. См. Фиг. 13. Верх канала 1165 пересекает короткая деталь из Tygon® или другого подходящего гибкого полимерного шланга 1166, который входит в канальный элемент 1164 уплотнения и заполняет его. Когда установка работает и уплотнение заполнено, пользователь может заблокировать поток в уплотнение. Обеспечение постоянного поступления загрязненной воды в уплотнение должно быть допустимым, поскольку любое чрезмерное заполнение уплотнения способствует перетеканию жидкости на корпус 1010 со стороны испарителя для обработки. В частности, если в системе используется только одна оболочка, она может исключить трубы, такие как труба 1090, и связанную с ними конструкцию, и просто использовать загрязненную воду, которая перелилась из верхнего уплотнения. Скорость потока загрязненной воды в уплотнение будет изменена.

Перепад давления (Δp) между паром на кипящей поверхности 1022 испарителя и сжатым паром от нагнетателя оказывает различные силы давления на текучую среду вращающегося уплотнения. Разница давлений создает столбец разности высот вращающегося уплотнения в канальном элементе 1171 (см. Фиг. 13). Давление на текучую среду над кольцом 1162 (Фиг. 11 и 13) больше, чем давление под кольцом из-за сил давления пара после того, как нагнетатель повысит свое давление. Разница давлений перемещает столб жидкости, но элемент канала вращается во время работы системы, поэтому центробежная сила действует на жидкость выше и ниже кольца 1162, удерживая жидкость в элементе канала. Над и под кольцом остается достаточно жидкости, чтобы предотвратить прохождение пара через уплотнение.

Нижнее или второе вращающееся уплотнение 1181 (Фиг. 10, 11, 13 и 15) работает по аналогичному принципу. Стационарное кольцо проходит через канал, в котором есть вода. Давление над и под кольцом разное. Вращение канала создает центробежную силу на воде в канале. Разница давлений над и под кольцом создает разную силу для воды над и под кольцом, но центробежная сила, действующая на воду, заставляет ее попадать в канал, чтобы удерживать в нем воду. Вода препятствует прохождению пара через уплотнение.

Конструкция нижнего уплотнения 1181 включает кольцо 1186, которое закреплено между вертикальной опорой 1743 нижнего отклоняющего устройства 1740 (Фиг. 15 и 16) и кольцевым фитингом 1192. Вертикальная опора и кольцевой фитинг соединены резьбой 1194. Кольцо проходит через внутреннюю часть канального элемента 1185 в нижней части вращающейся опоры подшипника 1063. См. Фиг. 16 и 26. Заявители используют одну или несколько коротких отрезков Tygon или других подходящих гибких полимерных трубок (не показаны), проходящих между каналом 1165 через центральную стойку 1050 и маленькое отверстие 1174 (Фиг. 24) через нижний дивертер 1740, чтобы добавить воду в канал. Сточные воды, вытекающие из трубопровода, попадают в канальный элемент 1185.

На Фиг. 16 показан единственный канал через кольцевой фитинг 1192, но фитинг может иметь несколько каналов для подачи сточной воды в разных местах канального элемента 1185. Если это так, нижний дивертор 1740 может иметь несколько отверстий, каждое из которых присоединяется к трубке Tygon. Каждая ее часть должна соединяться с трубопроводом, таким как трубопровод 1195 в фитинге 1192. Сточные воды проходят через трубки и отверстие 1174 в кольце 1175 (Фиг. 23).

Вода в канальном элементе над кольцом встречает пар более низкого давления со стороны оболочек испарителя, например, со стороны испарителя 1022 оболочки 1020, чем вода под кольцом, которая представляет собой пар с более высоким давлением от нагнетателя. Центробежная сила вращения опоры подшипника вынуждает жидкость выше и ниже кольца 1186 удерживать жидкость в канальном элементе и создавать уплотнение. Эффективный радиус нижнего уплотнения 1181 больше, чем радиус верхнего уплотнения 1160, поэтому перегрузочная сила, действующая на жидкость в уплотнении 1181, может быть больше, чем перегрузочная сила, действующая на жидкость в уплотнении 1160. Конструкции двух уплотнений могут учитывать разные радиусы и перегрузки.

Перепад давления пара, который может быть герметизирован, зависит от плотности жидкости (ρ) (немного меньше, чем 1 г/см² для воды с температурой 70°F (21°C)), перепада высоты жидкости (Δr) на противоположных сторонах неподвижного кольца 1162 или 1162, и перегрузочной силы, приложенной к жидкости в канале. Перегрузочная сила является функцией скорости вращения 1052. Правильная конструкция канальных элементов 1171 и 1185 обеспечивает гибкость в отношении допустимых перепадов давления (Δp) и рабочих скоростей вращения (ω), необходимых для создания вращающегося парового уплотнения.

Нижнее вращающееся уплотнение 1181 принимает загрязненную воду во время работы установки, поэтому некоторое количество воды перетекает через нижнее уплотнение. Любая загрязненная вода стекает из-за переполнения на верхнюю поверхность 1793 нижнего дивертора 1740. Поверхность имеет наклон и форму, чтобы направлять переливающуюся воду в отверстие 1794 (Фиг. 26). Отводная трубка 1451 (Фиг. 23 и 26) выступает вниз от отклоняющего устройства под отверстием 1794. Окружающее кольцо 1452 создает уплотнение между отводной трубкой и нижней частью нижнего дивертора. Избыточная загрязненная вода поступает в стояк. Выносная трубка представляет собой порт в нижней части нижнего корпуса для создания форвакуума технологического процесса путем вакуумирования всей установки.

Загрязненная вода, протекающая через опорную трубку 1451, не может сливаться напрямую во время работы системы, потому что верхняя часть стояковой трубы находится под давлением, близким к вакууму, и не может вытекать наружу при атмосферном давлении (14,7 фунтов на квадратный дюйм). Слив из стояка, когда система не работает, а внутреннее давление атмосферное, позволяет удалить воду из системы. Стопорная труба может стекать в клапан, а труба, ведущая за клапаном, - иметь S-образную форму. S-образная форма действует как ловушка для прекращения потока жидкости и вакуума.

Выносная трубка также подключается к вакуумному насосу для вакуумирования корпуса и периодического создания вакуума для учета небольшого повышения давления. Вакуумный насос не будет работать, если вода попадет в S-образную сливную трубку. Если жидкость скапливается внутри дренажной трубки, пользователю необходимо закрыть клапан (не показан), трубка будет отсоединена, а затем осушена.

Заявители могут предоставить контейнер ниже по потоку от стояковой трубы 1451. Вода попадает в контейнер, но труба, ведущая к нему, остается над сливаемой водой. Между стояком и контейнером должен быть предусмотрен клапан. Трубка соединяет вакуумный насос с емкостью над сливаемой водой. Когда вакуумный корпус требует дополнительного вакуума, открывается клапан между трубками. Поскольку трубка к вакуумному насосу и опорная трубка находятся над водой в контейнере, вакуумный насос может создавать вакуум непосредственно через стояк. Когда в контейнере слишком много воды, клапан на стояке закрывается, а второй клапан на сливной трубке из контейнера открывается для слива воды из контейнера.

Работа системы: перед началом работы из вакуумной камеры 1002 откачивают воздух. Запорная трубка 1451 присоединена к вакуумному насосу для понижения давления в вакуумном корпусе 1008 почти до вакуума ≈ 0,5 фунта на квадратный дюйм. Трубка - одна из немногих частей, пересекающих корпус в области вакуума и атмосферного давления. Следовательно, уплотнение между трубкой и корпусом должно быть достаточно хорошим для вакуума. Система может не работать во время первоначального вакуумирования, поэтому корпус 1008 конденсатора-испарителя и нагнетателя 1210 остается неподвижным. В этой системе также могут использоваться вакуумные уплотнения (описаны ниже), которые уплотняют только тогда, когда узел 1000 конденсатора-испарителя вращается. Воздух и пар внутри корпуса проходят через уплотнения во время первоначального вакуумирования. Камеры котла, такие как камера 1028, и камеры конденсатора, такие как камера 1031, находятся под одинаковым вакуумом во время первоначального вакуумирования.

Двигатель 1214 запускается для вращения нагнетателя / компрессора 1200. Уплотнения повторно активируются с помощью жидкости для герметизации низкого перепада давления пара, создаваемого нагнетателем между камерами конденсатора, такими как камера 1124, и камерами котла, такими как камера 1128 (Фиг. 14) узла конденсатора-испарителя 1000.

Вакуумный насос отключается, когда в вакуумной камере достигается нормальное рабочее давление, близкое к вакууму. Поступающая загрязненная вода может содержать растворенные O₂, N₂, Ar, CO₂ или другие неконденсирующиеся газы. Когда вода закипает, неконденсирующиеся газы становятся компонентом пара, но они не конденсируются и остаются в паре. Их присутствие увеличивает внутреннее давление, т.е. уменьшает вакуум. Иногда во время работы системы может потребоваться более поздняя откачка для поддержания желаемого вакуума.

Когда опорная трубка не используется для вакуумирования корпуса, она может действовать как слив для поступающей загрязненной воды, перетекающей через нижнее вращающееся уплотнение 1181. Любой избыток загрязненной воды капает на верхнюю сторону нижнего дивертора 1740. Верхняя поверхность дивертора направляет воду к отверстию 1744 (Фиг. 26), которое совмещено со стойкой 1451.

Корпус 1000 и его внутренний узел конденсатора-испарителя (включая подшипники, уплотнения, очистители, входные патрубки и центральную ось) могут сниматься как единое целое, Фиг. 10 и 11, чтобы произвести замену или обслуживание.

В системе также может использоваться корпус, в котором размещаются один, два или более оболочек и компонентов конденсатора-испарителя. Такое изменение обеспечит разные объемы расхода питьевой воды. Компрессор, выбранный для различного количества оболочек, должен быть способен работать в диапазоне рабочих условий, то есть при скоростях вращения, чтобы приспособиться к увеличенным расходам пара.

Непрерывное распределение кипящей жидкости путем вращения, действующих на жидкость, которые усиливаются пластинами очистителя, увеличивает коэффициент теплопередачи при кипении на порядок или более по сравнению с обычной перегонкой при кипении. Точно так же перегрузки сбрасывают конденсат с поверхностей конденсатора, а щетки стеклоочистителя удаляют жидкость, которую не выводят перегрузки. Эти комбинированные действия создают открытые металлические поверхности для конденсации, что должно повысить коэффициент теплопередачи конденсатора на порядок или более. Система кандидатов должна иметь значения теплопередачи от 2000 до 6000

(≈ 1,1 x 10⁴ - 3,4 x 10⁴ Вт/м²°C). 1 БТЕ/час ≈ 0,29 Вт. Значения теплопередачи примерно на порядок больше, чем значения для обычных систем конденсатора-испарителя.

На Фиг. 31 - 39 показан другой вариант установки. На чертежах изображена одиночная оболочка испарителя/конденсатора. Однако систему можно модифицировать для использования нескольких оболочек. Большинство компонентов этого варианта 1500 находятся внутри корпуса 1502 (Фиг. 31). В корпус входит верхняя пластина 1504, цилиндрическая стенка 1506 корпуса и нижняя пластина 1508. Верх и низ цилиндрической стенки корпуса входят в пазы 1510 и 1512 пластин корпуса. Кольцевые уплотнения 1514 и 1516 устанавливаются в канавки так, что внутренняя часть корпуса становится герметичной. Корпус соединяется с вакуумным насосом (не показан) для понижения в нем давления почти до полного вакуума. Вакуумный насос работает только во время первоначального вакуумирования, но он также может работать время от времени, если поступающая загрязненная вода содержит растворенный O₂, N₂ или CO2. Эти газы не конденсируются, поэтому они могут повышать давление. Периодическая работа вакуумного насоса может привести к снижению давления внутри корпуса до желаемого уровня.

Нагнетатель/компрессор 1520 находится внутри корпуса 1560 компрессора (Фиг. 31), который устанавливается внутри корпуса 1502 (Фиг. 31). Трехступенчатый компрессор 1520 закреплен внутри корпуса 1560 компрессора (Фиг. 31), который образовывает цилиндрическую опору 1568 верхней и нижней цилиндрическими стенками 1595 и 1590. Уплотнительные кольца 1562 и 1564 предотвращают обратный поток сжатого пара из компрессора. Верхняя и нижняя цилиндрические стенки прикреплены к верхнему и нижнему корпусу 1520. Трехступенчатый компрессор имеет три ротора 1522, 1524 и 1526, установленных в соответствующих статорах 1528, 1530 и 1532. Здесь используется трехступенчатый компрессор, потому что он подходит для данного варианта установки, но может использоваться компрессор и с другим количеством ступеней. Двигатель 1540 нагнетателя вращает роторы компрессора. Он устанавливается в корпусе 1542, на который действует атмосферное давление. Двигатель вращает вал 1544 компрессора через магнитную муфту, с магнитами 1546 и 1548. Он также вращает вал 1550, который соединяется с магнитом 1546. Вращение магнита 1546 вращает магнит 1548, который прикреплен к валу 1538 компрессора и вращает его. Воздушные зазоры 1552 и 1554 окружают магниты, чтобы предотвратить трение с другой структурой, действующее на магниты. Использование магнитного привода позволяет избежать потенциальных утечек, вызванных обычными резиновыми или пластиковыми уплотнениями вокруг вала компрессора.

Верх 1544 вала компрессора 1538 проходит через верхний подшипник 1556 внутри опоры подшипника 1558. Один или несколько штифтов, или винтов (не показаны), могут крепить опору подшипника к верхней части нагнетателя 1520. Нижняя опора 1574 подшипника удерживает подшипник 1576. Верхняя и нижняя опора подшипников 1556 и 1576 позволяют валу компрессора свободно вращаться. Уравновешивающая кольцевая гайка 1578 в верхней части 1544 вала обеспечивает балансировку вращения вала 1544 и роторов 1522, 1524 и 1526 в компрессоре 1520. Двигатель может вращаться примерно со скоростью 2000 об / мин в зависимости от выбранной конфигурации и рабочих условий. Эти небольшие двигатели эффективны и обычно расходуют мало электроэнергии.

Кипение и конденсация водяного пара на оболочке испарителя/ конденсатора описывается позже. Ограничиваясь описанием компрессора 1520 и связанной с ним конструкцией, стрелка 1580 показывает путь пара от оболочки к компрессору. Нижняя цилиндрическая опора 1590 имеет окна 1592, расположенные на расстоянии друг от друга, для прохождения пара. Пар, проходящий через окна, находится под более низким давлением, чем пар, выходящий из компрессора 1520. На Фиг. 31 имеется восемь таких окон, хотя не все видны. Пар из окна проходит через отверстия 1594 в компрессор, который повышает давление пара.

Компрессор 1520 может повышать давление пара Δp с 0,04 фунта на квадратный дюйм до 0,14 фунта на квадратный дюйм (0,28 - 0,97 кПа). Соответствующее повышение температуры ΔT будет примерно от 2° до 13°F (≈ 1- 5°C) при нормальных условиях эксплуатации. Пар с повышенным давлением течет из нагнетателя 1210 через отверстия 1596 в верхней стенке 1570. Оттуда он проходит по путям, указанным стрелкой 1598.

Пар контактирует с поверхностью 1602 оболочки 1600 конденсатора. Загрязненная вода закипает на поверхности 1604 испарителя, как описано ниже. Тепло, передаваемое через оболочку за счет конденсации пара на стороне конденсатора, является единственным источником энергии, вызывающим кипение и фазовый переход на стороне испарителя. Когда кипящий пар испаряется из пленки сточных вод, тепловая энергия удаляется с той же скоростью, что и тепловая энергия, передаваемая через оболочку от конденсации пара. Скорость испарения (в галлонах в день или литрах в час) линейно пропорциональна разнице избыточной температуры, ΔT_BC, создаваемой дополнительной энергией сжатия, генерируемой нагнетателем, и регулируется ею. Температура корпуса остается такой как постоянная температура входящей сточной воды. Кожух более холодный, чем сжатый пар, выходящий из нагнетателя, что вызывает конденсацию на поверхности кожуха конденсатора. Оболочка 1600 также тонкая, примерно от 0,004 до 0,015 дюйма (≈ 0,10 - 0,38 мм) и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью. Когда пар с более высокой температурой от компрессора 1520 контактирует с поверхностью конденсатора, имеющий более низкую температуру, пар меняет фазу и конденсируется в виде чистой воды на поверхности. Салфетки для удаления конденсата с поверхности конденсатора и компоненты для сбора чистой воды будут рассмотрены ниже.

Загрязненная вода поступает в установку через впускное отверстие 1610. Впускное отверстие соединяется с трубкой Tygon® 1614 или другим трубопроводом. Впускной патрубок на Фиг. 31 может быть расположен в различных положениях по окружности, которые не мешают работе другой конструкции. Трубка проходит вверх в точке 1616 и изгибается вниз 1618 в верхнее уплотнение 1620. В уплотнении используются принципы, аналогичные тем, которые используются в уплотнении 190 (Фиг. 4).

Загрязненная вода от конца верхнего изгиба 1616 поступает в нижний изгиб 1624 канала 1616 ниже лопастей 1628. Уплотнение 1620 проходит наружу от опорного цилиндра вентилятора 1568 (Фиг. 31), так что канал вращается вокруг оси этого цилиндра. Загрязненная вода ниже лопасти течет через него в верхнюю часть 1624 канала. Центробежная сила вращения корпуса выталкивает загрязненную воду наружу (слева на Фиг. 31). Верхняя часть 1622 канала 1616 подвергается воздействию более высокого давления пара компрессора 1520, поэтому сумма или сила давления и центробежная сила, действующая над лопастью, больше, чем одна центробежная сила, действующая под лопастью. Размер канала 1616 и длина лопасти 1638 не позволяют внутренней кромке воды над лопастью проходить внешний его край, поэтому уплотнение 1620 поддерживает уплотнение при вращении оболочки. В пункте 0 описываются математические вычисления уплотнения.

Канал 1622 имеющие «пробку» воды над лопастью, длиннее, чем канал 1616 под лопастью. Таким образом, поступающая вода выходит за пределы уплотнения. Внутренняя часть канала 1616 расположена близко к верхней части поверхности 1604 оболочки 1600 испарителя, позволяя воде распространяться и достигать поверхности испарителя. «Центробежная» сила удерживает загрязненную воду на поверхности испарителя, а сила тяжести и центробежные силы распространяют загрязненную воду вдоль поверхности.

Некоторая часть загрязненной воды закипает, и образующийся пар становится чистой водой. То, что остается от загрязненной воды, которая не закипает, становится жидкими сточными водами более концентрированными загрязнителями, поскольку водяной пар выходит из загрязненной воды. Сила тяжести и центробежные силы от загрязненной воды в верхней части корпуса 1600 заставляют сточные воды стекать вниз по направлению ко дну корпуса.

Сточные воды достигают нижнего уплотнения 1630 и контактируют с лопастью 1632, который радиально заходит внутрь оболочки 1600. См. Фиг. 32. Сточная вода течет вокруг внешнего края лопасти в верхней части 1634 уплотнения в нижнюю часть 1636 уплотнения. Центробежная сила вращения корпуса заставляет сточные воды образовывать пробку выше и ниже лопасти. Нижняя часть уплотнения находится под более высоким давлением со стороны компрессора, чем верхняя часть, которая подвергается более низкому давлению на поверхности корпуса испарителя. Центробежная сила, действующая на воду, образует пробку для сточных вод, которая действует как уплотнение, предотвращая прохождение пара через него.

Внутренний край сточной воды в верхней части 1634 уплотнения выравнивается с поверхностью котла, поскольку полное уплотнение не может принимать больше сточные воды. Сточная вода стекает с части внутреннего диаметра лопасти, проходящей внутри корпуса 1600 радиально. Для облегчения потока сточной воды лопасть может быть наклонена вниз по внутреннему диаметру.

Как и верхнее уплотнение 1620, верх и низ нижнего уплотнения 1630 подвергаются разным давлениям (верх под давлением испарителя и низ под более высоким давлением компрессора). Размер уплотнения, длина верхней части 1634 и нижней части 1636 уплотнения, а также длина лезвия 1632 рассчитаны таким образом, чтобы вода не проходила через уплотнение при вращении корпуса 1600.

Сточные воды, которые стекают с лопасти 1632, проходят через отверстие 1638, вырезанное в нижней части нижней цилиндрической опоры 1568. На Фиг. 31 имеется восемь таких отверстий, но не все они видны. Сточные воды собираются между внешней стороной нижней цилиндрической опоры 1590 и цилиндрической стенкой 1568 корпуса 1560 компрессора, откуда они могут течь в выпускное отверстие 1640 для сточных вод. Удаление сточных вод из выпускного отверстия обсуждается ниже.

Возвращаясь к чистому пару воды, кипящей на поверхности 1604 оболочки 1600 испарителя, пар следует по пути, показанному стрелкой 1580 через компрессор 1520. На Фиг. 32 показано продолжение стрелки. Пар проходит через прорези 1646 в верхней части опоры 1595. Опорная конструкция 1648 удерживает очистители, обращенные к поверхности 1602 конденсатора оболочки и контактирующие с ней. Очистители описаны ниже. Пар, конденсирующийся на поверхности конденсатора, образует капли, которые отрываются от поверхности под действием силы вращения корпуса, но на поверхности конденсатора остается немного тонкого конденсата. Поверхностное натяжение удерживает конденсированную воду на оболочке. Очистители помогают удалить конденсат с корпуса и оставить открытую металлическую поверхность для образования нового конденсата. Это значительно увеличивает коэффициент теплопередачи при конденсации и улучшает общую термодинамическую эффективность, поэтому установка использует меньше энергии на каждую единицу массы произведенной пресной воды.

Внешние очистители 1650 устанавливаются на его опоре 1648. На Фиг. 31 и 32 восемь очистителей проходят вертикально по длине поверхности 1602 конденсатора. Каждый внешний очиститель имеет обращенную внутрь пластину 1652, контактирующую с поверхностью конденсатора. Как и в случае с другими вариантами установки, щетки стеклоочистителя могут быть расположены под углом или разделены на секции. Для уменьшения трения между лопастями очистителя и поверхностью конденсатора, лопасти могут быть выполнены из Teflon® или другого материала с низким коэффициентом трения. Внешний очиститель также имеет острый край вместо плоской поверхности, обращенной к поверхности конденсатора. Можно добавить и внутренние очистители, распределяющие загрязненную воду по поверхности котла, см. Фиг. 31 или 32.

В других вариантах водной установки для привода всех вращающихся частей использовался один двигатель. В этом варианте применяются два отдельных двигателя: один 1540 приводит в движение компрессор, а другой 1660 - корпус и другую конструкцию. Двигатель 1660 лучше всего виден на Фиг. 35 и 36.

Двигатель 1660 устанавливается под нижней внешней пластиной 1508 корпуса. Он вращает вал 1662, который вращает нижнюю магнитную муфту 1664. Болт 1666 прикрепляет магнитную муфту к валу. Верхний магнитный соединитель 1670 устанавливается в прорезь 1672 на пластине 1508 корпуса. Паз оставляет тонкую стенку 1674 между магнитными соединителями. Болт 1676 прикрепляет верхнюю магнитную муфту к валу 1680. Вал 1680 проходит вверх от верхней магнитной муфты через подшипники 1684 и 1686, прикрепляется к приводу 1682 и вращает его.

Перед описанием того, что привод вращает оболочку 1600, описывается подузел оболочки (Фиг. 33). Подузел оболочки 1690 включает тонкую оболочку с высокой теплопроводностью и верхнюю 1692 и нижнюю опоры 1694 оболочки, которые добавляют жесткости тонкой оболочке. Круглый обод 1696 в нижней опоре оболочки прикреплен к нижней части оболочки, а дополнительный круглый обод 1698 в верхней опоре прикреплен к верхней части оболочки. Обода могут иметь небольшие выступы 1701 и 1702 для обеспечения большей поддержки корпуса. См. Фиг. 36 и 37.

Верхняя опора 1692 оболочки также образует конструкцию верхнего вращающегося U-образного уплотнения 1620, которое принимает лопасть 1628 (Фиг. 31, 32 и 37). Кромка 1704 и обод 1706 находятся над подшипником 1708 кольца приемного сальника (Фиг. 31 и 37). Правая сторона подшипника неподвижна, а левая - вращается, когда верхняя опора оболочки вращается вместе с кожухом. Опоры подшипников верхнего кольца 1712 и 1714 неподвижны. Кольцевой элемент из пенопласта 1716 находится между верхней внешней пластиной 1504 корпуса и опорами подшипника верхнего кольца. На Фиг. 37 также показано уплотнительное кольцо 1718 между сторонами корпуса конденсатора и бойлера, предотвращающее протекание пара между ними. Неподвижная кольцевая опора 1726 приклеена или иным образом прикреплена к лопасти 1628 верхнего уплотнения. Установочный винт 1720 прикрепляет неподвижную кольцевую опору к цилиндрической стенке 1568 корпуса 1560 компрессора.

Нижняя опора 1694 оболочки (Фиг. 31, 32, 33 и 36) имеет сходство с верхней опорой 1692. Обод 1696 прикреплен к нижней части оболочки 1600 (Фиг. 36). Обод находится наверху нижнего уплотнения 1630. Опора подшипника 1722 поддерживает подшипник 1724. Внешняя сторона подшипника неподвижна; внутренняя часть вращается. Наружная часть конструкции 1726 под нижним уплотнением принимает верх подшипника 1724, а внутренняя часть конструкции представляет собой кольцо 1730, которое расположено вокруг нижней опоры кожуха.

Когда корпусный двигатель 1660 вращает привод 1682 с помощью магнитных муфт 1664 и 1670, привод входит в контакт с вертикальной поверхностью кольца 1730, заставляя оболочку 1600 и связанную с ним конструкцию вращаться. Наружная поверхность привода 1682 может быть выполнена из резины или другого материала с высоким коэффициентом трения для предотвращения проскальзывания между кольцом и приводом. Предусмотрены и другие соединения между приводом и кольцом, такие как зубья и шестерни, но заявители считают, что фрикционный привод будет тише.

На Фиг. 36 также показана неподвижная кольцевая опора 1726. Уплотнение 1728 предотвращает прохождение пара между сторонами оболочки конденсатора и испарителя. Установочный винт 1732 может соединять неподвижную кольцевую опору и цилиндрическую стенку 1568 корпуса 1560 компрессора.

Ранее было описано впускное отверстие 1610 для загрязненной воды и выпускное отверстие 1640 для сточной воды. Пресная вода с поверхности 1602 конденсатора оболочки и очистителя 1650 конденсатора течет вниз по пути, указанному стрелкой 1734 к выпускному отверстию для пресной воды 1736. Но вакуум внутри установки предотвращает протекание сточной воды через выпускное отверстие 1640 для сточной воды или протекание пресной воды через выпускное отверстие 1736 для пресной воды, поскольку концы выходов находятся под атмосферным давлением. Заявители используют насосы Пито 1740 и 1742 (Фиг. 39), чтобы откачивать пресную и сточную воду через выпускные отверстия. Насосы Пито аналогичны насосам 1712 и 1722 на Фиг. 10 и 11. Насосы Пито на Фиг. 39 устанавливаются с возможностью вращения вокруг одной и той же горизонтальной оси, но они могут устанавливаться и по-другому, например, вращаться вокруг вертикальных осей, как насосы на Фиг. 10 и 11.

Насосы Пито 1740 и 1742 достаточно похожи, поэтому описывается только насос 1742. Корпус насоса Пито 1740 имеет основание 1746 и верхний цилиндрический корпус 1748, прикрепленный к основанию. См. Фиг. 38. В канавку 1750 устанавливается уплотнительное кольцо (не показано) для уплотнения основания и верхнего корпуса. Одна сторона 1752 магнитной муфты устанавливается для вращения с вращающимся валом 1754 как запасная 1756. Подшипники 1758 и 1760, которые поддерживаются опорной несущей конструкцией 1762, поддерживает вал для вращения. Один или несколько винтов 1764 прикрепляют опорную конструкцию подшипника к верхнему цилиндрическому корпусу.

Насос Пито 1740 включает вращающуюся полость 1770 в области 1772 (Фиг. 38). Шайба 1774 находится во вращающейся полости, а винт 1776 крепит вращающуюся полость с помощью шайбы 1774 к валу 1774. Вращение вала вызывает вращение полости 1770.

Вращающаяся полость 1770 находится под давлением, близкому к вакууму внутри корпуса 1502. Вода из выпускного отверстия 1736 (Фиг. 31) течет во входное отверстие 1778 трубки Пито (Фиг. 38). Давление во впускном отверстии 1778 и вращающейся полости 1770 одинаково - близко к вакууму, - поэтому разница давлений не препятствует потоку. Вращение полости 1770 заставляют воду, собранную там, вращаться вместе с полостью, и центробежная сила подталкивает воду к внешней стороне 1782 вращающейся полости. Лопасти 1780 помогают воде в полости вращаться со скоростью стенки полости 1718 или вблизи нее.

Трубка Пито 1786 имеет вертикальную секцию 1778 проходящую через пластину 1768 во вращающуюся полость 1770. Вертикальная секция изгибается в горизонтальную изогнутую секцию 1788. Как показано на Фиг. 38, круглый открытый конец 1790 изогнутой секции находится рядом с внутренней стенкой 1718 полости. Открытый конец может быть суженным, и он должен быть совмещен с осью вращающейся полости.

Когда полость 1770 и вода внутри полости вращаются, вода достигает открытого конца 1770 трубки Пито и течет в трубку Пито 1786, что вызывает повышение давления. Давление воды может повыситься до атмосферного давления (14,7 фунтов на квадратный дюйм или ≈ 101 кПа), если скорость вращения полости, радиусы изогнутого участка 1778 и отверстия 1790 спроектированы правильно. Когда давление воды выше атмосферного, она может течь через вертикальную секцию 1786 трубки Пито и через отверстие 1792 в контейнер или другой коллектор (не показан).

В идеале, выпускное отверстие 1736 для пресной воды (Фиг. 31) должно быть расположено для соединения с входом 1778 насоса Пито 1740. Выходное отверстие для сточной воды 1640 (Фиг. 31) также должно быть расположено, чтобы соединить насос Пито 1742 с входным отверстием. Из выходов пресная и сточная вода проходит через Tygon® или другие трубки к соответствующему входу насоса Пито.

На Фиг. 39 показано, как насосы Пито 1740 и 1742 монтируются на узле 1800 насоса. Узел включает левую (Фиг. 39) пластину 1802, связанную с насосом Пито 1740, и правую 1804, связанную с насосом Пито 1742. Винты других крепежных деталей 1808, 1810, 1812 и 1814 прикрепляют пластины к противоположным сторонам центральной пластины 1806. Каждый конец 1820 и 1822 может быть прикреплен к нижней части установки (не показан на Фиг. 39).

Центральная пластина 1806 имеет центральную канавку 1826. Двигатель 1660, который приводит в движение вращающуюся оболочку 1600 (Фиг. 31), прикреплен к одной стороне 1828. Первый шкив 1830, совмещен с центральной канавкой 1826, крепится к валу (не показан), который проходит через центральную пластину. Мотор вращает первый шкив. Ремень 1834 вокруг первого шкива протягивается до второго шкива 1832 на валу 1838 в канавке. На Фиг. 39 второй шкив не показан, но он есть на Фиг. 40. Компоненты на Фиг. 39 и 40 могут быть расположены так, чтобы двигатель 1660 вращал диск 1682 для вращения подузла 1690 оболочки. При необходимости могут быть предусмотрены механизмы для передачи вращения двигателя, который способствует вращению диска и насосов Пито.

Подшипники 1840 и 1842 поддерживают вал 1838 для вращения. См. Фиг. 40. Левая сторона вала соединяется с одной стороной 1844 магнитной муфты и вращает ее. Другая сторона 1752 (Фиг. 38, 39 и 40) находится на другой стороне стенки 1846 (Фиг. 40). Эта сторона вращает полость 1770, как описано ранее. Вал 1838 также вращает полость насоса Пито 1742 для сточных вод.

Как и в других насосах, выпускные отверстия насосов Пито, такие как отверстия 1792 насоса Пито 1740, могут иметь пластинчатый клапан (не показан), аналогичный клапанам 330 и 331 на Фиг. 5, или обратный клапан другого типа. Они могут препятствовать прохождению воздуха атмосферного давления обратно через насос Пито в установку, если в насосе нет пресной или сточной воды, или если насос выключен. Давление может упасть через язычок или обратный клапан - 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм, - поэтому конструкция насоса Пито должна это учитывать. Любая энергия для повышения давления на 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм не должна существенно влиять на эффективность системы и энергопотребление.

Установка может иметь в разных местах датчики для измерения давления и температуры. Серийные модели не всегда имеют датчики. Они чаще применяются в пробных вариантах. На Фиг. 40 - четыре датчика, датчики 1850 и 1852 используются для вычисления перепада давления между стороной испарителя и конденсатора установки. Датчик 1854 измеряет температуру оболочки со стороны испарителя, а датчик 1858 - со стороны конденсатора. Датчик 1856 измеряет давление на стороне испарителя. Датчики могут подключаться к компьютеру по беспроводной сети.

Когда внутренняя часть корпуса откачанная, конструкция может препятствовать или замедлять полную откачку воздуха. Некоторые части откачиваются не полностью. Область между опорой 1648 очистителя и цилиндрической стенкой 1506 (Фиг. 31) является примером. Установка может иметь испарительный выравнивающий канал 1880 между поверхностью 1602 оболочки 1600 конденсатора и внешней стороной опоры 1648. Канал позволяет создавать одинаковое распределение жидкости на обеих сторонах опоры очистителя.

Возможно, установку потребуется регулярно разбирать для обслуживания и очистки. Со временем загрязняющие вещества будут накапливаться на оболочке, особенно на поверхности 1604 испарителя. Сточные воды, проходящие через трубку Пито 1740 и выпускное отверстие 1792, также могут забивать их загрязняющими веществами. Компоненты разрабатываются для облегчения сборки, ремонта, чистки и повторной сборки.

Опора очистителя 1648 заходит в открытые концы U-образных уплотнений 1654 и 1656 (Фиг. 31). Другие концы U-образных уплотнений контактируют с верхней 1502 и нижней 1508 частями корпуса 1500 установки. Верхняя и нижняя части могут иметь канавки для приема другого конца U-образных уплотнений. Цилиндрическая стенка 1568 также иногда устанавливается в U-образных уплотнениях 1658 и 1659 (Фиг. 32).

В отличие от Фиг. 1 и других вариантов, в которых используется опора, проходящая между верхним и нижним компонентами корпуса, в варианте, показанном на Фиг. 31, опора центрального вала между верхней и нижней концевыми пластинами корпуса для поддержки внутренних компонентов не используется. Такая конструкция выгодна, поскольку конструкции, поддерживающие внутренние компоненты, являются самонесущими. Они могут быть «размещены» как подсистемы внутри внешнего цилиндрического корпуса 1500. Это позволяет использовать более тонкий материал для внешнего цилиндра 1506, а также верхней и нижней пластин корпуса 1049 и 1596. Варианты допусков корпуса и внутренних компонентов в случае ошибок при изготовлении или отклонения корпуса под действием вакуума позволяют избежать несоответствия внутренних компонентов. Прогибы корпуса не приводят к изменениям допуска или нагрузке на внутренние части.

Вариант, показанный на Фиг. 31, выполнен в виде отдельной подсистемы внешнего корпуса с автономным узлом подсистемы испарителя / конденсатора, вставленным в подсистему корпуса внешнего цилиндра для сборки или замены компонентов. Внешний корпус может быть герметичным снизу с завинчивающейся крышкой сверху либо иным образом. Подсистема конденсатор-испаритель может включать подшипники конденсатора-испарителя, оболочки конденсатора-испарителя (одна или несколько оболочек), очистители конденсатора-испарителя (внутренние и внешние для одной или нескольких оболочек), разделители (между каждой камерой конденсатора-испарителя), а также неподвижную верхнюю и нижнюю опорную конструкцию конденсатора-испарителя для крепления подшипников, очистителей и впускных трубок питательной воды. Это позволяет собирать подсистему конденсатора-испарителя снаружи и превращать ее в заменяемый модульный элемент для обслуживания.

Нижняя неподвижная опорная конструкция конденсатора-испарителя подсистемы прикрепляется к нижней части корпуса 1508 вакуума. Нагнетатель подсистемы 1520 также представляет собой отдельный узел с опорной конструкцией, которая может быть помещена в наружный корпус и зажимается на место, чтобы поддерживать подсистему нагнетателя. Очищенная и отработанная вода выходит из нижней части очистителя при низком давлении и перетекает во внешние подсистемы насоса Пито. Насосы Пито нагнетают давление для пресной и сточной воды, чтобы она могла выходить в атмосферную среду. Обратный или язычковый клапан предотвращает обратный поток воды в установку. Отдельный двигатель или система ремней приводит в действие насосы Пито. Они устанавливаются бок о бок или на одной линии.

Описание является иллюстративным, а не ограничивающим и приводится только для примера. Хотя в этом приложении показаны и описаны примеры, для специалистов в данной области будет очевидно, что можно вносить изменения и модификации. Многие примеры включают конкретные комбинации методов или элементы системы, но эти действия и элементы могут быть объединены другими способами для достижения тех же целей. Действия, элементы и свойства, описаны только в одном варианте, не говорит о том, что их нельзя использовать в других вариантах.

«Множество» означает два или более. «Набор» предметов может включать в себя один или несколько таких предметов. Термины «содержащий», «включая», «заключающий», «имеющий», «вмещающий», «охватывающий» и подобные слова в письменном описании или формуле изобретения являются неограниченными, т.е. каждый означает «включая, но не ограничиваясь этим». Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий преимущественно из» являются закрытыми или полузакрытыми переходными фразами в отношении формулы изобретения. Порядковые значения, такие как «первый», «второй», «третий» и т.д. в формуле изобретения сами по себе не означают какой-либо очередности, приоритета или порядка одного элемента формулы над другим или временного порядка, в котором выполняются действия метода. Вместо этого они просто являются метками, позволяющими отличить один элемент заявки с определенным названием от другого элемента с таким же названием (но для использования порядковой величины). Слова, выражающие альтернативы, такие как «или», включают один или любую комбинацию перечисленных элементов.

Claims (69)

1. Установка для очистки загрязненной воды для получения питьевой воды, включающая в себя:

а) узел конденсатора-испарителя и узел компрессора, установленные по меньшей мере в одном герметичном корпусе;

б) узел конденсатора-испарителя, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую оболочку из тонкостенного теплопроводного материала с верхней, нижней частью, внутренней поверхностью испарителя и внешней поверхностью конденсатора, каждая оболочка вращается вокруг продольной оси вращения;

в) впускное отверстие для загрязненной воды, расположенное так, чтобы направлять воду из источника в каждую внутреннюю часть на поверхность испарителя, в результате чего вода может закипать внутри, на поверхности испарителя, которая должна превращаться в пар при вращении узла конденсатора-испарителя, и любая загрязненная вода, которая не кипит и не превращается в пар, становится сточной водой, причем каждая оболочка вращается с достаточной скоростью вращения, так что загрязненная вода, достигающая поверхности испарителя, удерживается на его поверхности;

г) узел компрессора, содержащий компрессор с низким давлением на входе и высоким давлением на выходе;

д) вход компрессора сообщается с внутренней поверхностью каждой оболочки испарителя, компрессор приспособлен для повышения давления пара с каждой внутренней поверхности испарителя, выход компрессора сообщается с внешней стороной, конденсаторной поверхностью каждой оболочки, в результате чего пар конденсируется снаружи, на конденсирующейся поверхности корпуса, и образуется питьевая вода, энергия от конденсации передает тепло и повышает температуру каждой оболочки в достаточной степени, чтобы вскипятить воду на внутренней поверхности испарителя;

е) по меньшей мере один очиститель, расположенный с возможностью контакта с поверхностью конденсатора для удаления конденсата с поверхности конденсатора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один корпус содержит верхнюю и нижнюю области, при этом узел компрессора установлен в верхней области, узел конденсатора-испарителя - в нижней области, а узел компрессора - в нижней части над узлом конденсатора-испарителя.

3. Установка по п. 1, в которой по меньшей мере один корпус представляет собой единый корпус, двигатель установлен вне корпуса и дополнительно содержит магнитную муфту, имеющую первый вращающийся элемент снаружи по меньшей мере одного корпуса и функционально связанный с двигателем, и второй вращающийся элемент, установленный внутри корпуса, второй вращающийся элемент оперативно соединен с нагнетателем.

4. Установка по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере две концентрические оболочки, каждая из которых функционально соединена по меньшей мере с одной другой оболочкой, так что оболочки вращаются вместе.

5. Установка по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один очиститель испарителя, контактирующий с внутренней поверхностью испарителя по меньшей мере одной оболочки.

6. Установка по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере одно вращающееся паровое уплотнение, которое блокирует прохождение кипящих и конденсирующихся паров.

7. Установка по п. 1, в которой компрессор выполнен с возможностью повышения давления пара, выходящего из компрессора, до давления, превышающего давление пара, когда он кипел на внутренней поверхности испарителя, содержит по меньшей мере одно уплотнение, отделяющее пар более высокого давления от пара более низкого давления, по меньшей мере одно уплотнение с каналом, установленным с возможностью вращения узла конденсатора-испарителя, причем канал имеет дальнюю часть, идущую от оси вращения, и ближний участок, противоположный дальнему участку, содержит жидкость, неподвижный диск, проходящий от оси вращения в канал и разделяющий жидкость в канале на две части, сообщающиеся по текучей среде друг с другом: первая часть подвергается воздействию пара с более низким давлением, а вторая - с более высоким давлением, при этом вращение канала удерживает жидкость напротив дистальной части канала, канал имеет достаточную длину от ближней части к дальней, чтобы поддерживать первую и вторую порции жидкости с обеих сторон диска, когда оболочка вращается.

8. Установка по п. 7, в которой входное отверстие для загрязненной воды имеет конец, расположенный рядом с каналом по меньшей мере одного уплотнения, для направления загрязненной воды к проксимальной части канала.

9. Установка по п. 1, дополнительно содержащая первый узел каркаса между по меньшей мере одним корпусом и осью вращения, причем первый узел каркаса создает камеру кипения между ним и поверхностью кипения по меньшей мере одного корпуса, первый узел каркаса, установленный для блокирования потока пара в камере кипения по меньшей мере над одной оболочкой, но обеспечивающий поток пара в камере кипения ниже по меньшей мере одной оболочки, второй узел каркаса установлен радиально снаружи по меньшей мере одной оболочки и оси вращения, второй узел каркаса создает камеру конденсатора между вторым узлом каркаса и поверхностью конденсатора по меньшей мере одной оболочки, он установлен так, чтобы позволить пару течь в камеру конденсатора сверху по меньшей мере одной оболочки, но блокируя поток пара в камере конденсатора ниже по меньшей мере одной оболочки.

10. Установка по п. 1, в которой по меньшей мере один корпус представляет собой одиночный корпус, контейнер окружает по меньшей мере часть единого корпуса и образует пространство между одиночным корпусом и контейнером, контейнер соединен с источником загрязненной воды.

11. Установка по п. 1 дополнительно имеет второе уплотнение с каналом, установленное с возможностью вращения узла конденсатора-испарителя, причем канал состоит из дальней части, проходящей от оси вращения, и проксимальной, противоположной дальней части, область канала, содержащую жидкость, неподвижный диск, проходящий от оси вращения в канал, разделяющий жидкость в канале на две части, сообщающиеся по текучей среде друг с другом, причем первая часть подвергается воздействию пара с более низким давлением, а вторая находится под более высоким давлением, при этом второе уплотнение расположено так, что сточные воды от паров поверхности испарителя проходят через ближнюю часть, когда первая и вторая части заполнены жидкостью, при этом вращение канала направляет воду в сторону канала.

12. Установка по п. 1, дополнительно содержащая выпускное отверстие для пресной воды с одним концом, расположенным для приема такой воды, удаленным от поверхности конденсатора, средство повышения давления пресной воды, прикрепленные к другому концу выпускного отверстия, для повышения давления пресной воды в конденсаторе на выходе по меньшей мере до давления окружающей среды.

13. Установка по п. 12, в которой средство повышения давления пресной воды содержит насос Пито для пресной воды, который содержит вращающуюся камеру, принимающую пресную воду из выпускного отверстия, трубку Пито внутри вращающейся камеры с двумя концами, первый из которых обращен к пресной воде, движущейся во вращающейся камере, чтобы повысить давление пресной воды в трубке Пито, второй конец трубки Пито выходит за пределы установки, так что пресная вода может течь, по меньшей мере, при давлении окружающей среды.

14. Установка по п. 1, дополнительно содержащая выпускное отверстие для сточной воды с одним концом, расположенное для приема сточных вод, удаленных с поверхности конденсатора, средство создания давления сточных вод, прикрепленное к другому концу выпускного отверстия для сточных вод для повышения давления сточных вод, чтобы оно на выходе было не ниже атмосферного.

15. Установка по п. 14, в которой средство повышения давления сточных вод содержит насос Пито, который состоит из вращающейся камеры, принимающей сточные воды из выпускного отверстия для сточных вод, трубки Пито внутри вращающейся камеры, имеющей два конца, причем первый конец обращен к движущимся сточным водам во вращающейся камере во время ее вращения, чтобы повысить давление сточной воды в трубке Пито, а второй - выходит за пределы установки, так что сточная вода может течь, по крайней мере, под давлением окружающей среды.

16. Установка по п. 12, дополнительно содержащая насос Пито для пресной воды, подключенный к выпускному отверстию, насос Пито для пресной воды состоит из камеры, вращающейся вокруг оси вращения, насос Пито, принимающий пресную воду из выпускного отверстия, трубку Пито внутри вращающейся камеры, имеющий два конца, первый конец обращен к пресной воде, движущейся во вращающейся камере во время ее вращения, чтобы повысить давление пресной воды в трубке Пито, второй - выходит за пределы установки, чтобы для пресной воды создать давление не ниже, чем давление окружающей среды, установка дополнительно имеет выпускное отверстие для сточных вод, насос Пито для сточных вод, подключенный к выпускному отверстию, насос Пито для сточных вод, содержащий камеру, вращающуюся вокруг оси вращения, камера насоса Пито для сточных вод принимает сточные воды при выходе сточных вод, трубка Пито внутри вращающейся камеры имеет два конца: первый обращен к сточной воде, движущейся во вращающейся камере, чтобы повысить давление сточной воды в трубке Пито, второй конец трубки Пито выходит за пределы установки, так что сточная вода может течь, по крайней мере, при давлении окружающей среды, ось вращения пресной воды камеры параллельна оси вращения камеры сточной воды.

17. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что узел компрессора содержит корпус и компрессор, установленный в корпусе, имеющем основание, внешнюю цилиндрическую стенку и верхнюю часть, причем во внешней цилиндрической стенке выполнены отверстия, позволяющие создавать давление пара, который выходит из цилиндрической внешней стенки, за счет компрессора.

18. Установка по п. 17, в которой герметичный корпус содержит нижнюю, верхнюю пластины корпуса и внешнюю стенку, проходящую между нижней и верхней пластинами корпуса, причем установка дополнительно содержит опору корпуса компрессора между основанием корпуса компрессора и нижней пластиной корпуса, при этом опора корпуса компрессора имеет по меньшей мере одно отверстие на пути пара от внешней поверхности испарителя к компрессору.

19. Установка по п. 1, дополнительно содержащая двигатель, трансмиссию для передачи движения от двигателя к нагнетателю и от нагнетателя к по меньшей мере одному корпусу.

20. Установка по п. 19, отличающаяся тем, что трансмиссия содержит шестерни различного диаметра, функционально соединенные друг с другом, причем шестерни имеют такой размер, чтобы вращать компрессор с большей скоростью, чем скорость вращения узла конденсатора-испарителя.

21. Установка по п. 1, дополнительно содержащая центральную стойку, при этом узел конденсатора-испарителя содержит:

цилиндрическую боковую стенку, крышку и опору подшипника в форме диска, при этом опора имеет внутреннюю часть рядом с центральной стойкой и внешнюю часть, расположенную изнутри, цилиндрическая стенка проходит вертикально снаружи от опоры подшипника;

втулку, по меньшей мере один рычаг, прикрепленный к ней с ближней стороны опоры подшипника и расположенный на расстоянии, при этом втулка установлена с возможностью вращения вокруг центральной стойки;

дивертор, прикрепленный к центральной стойке и установленный ниже по меньшей мере одной оболочки на пути сточных вод с внутренней части на поверхность оболочек испарителя;

дивертор имеет по меньшей мере одно отверстие, которое расположено над пространством между втулкой и внутренней стороной опоры подшипника.

22. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что узел конденсатора-испарителя дополнительно содержит:

цилиндрическую боковую стенку, крышку и опору подшипника в форме диска, при этом опора подшипника имеет внутреннюю часть рядом с центральной стойкой и внешнюю часть, расположенную внутри, причем цилиндрическая стенка проходит снаружи вертикально опоре подшипника;

каркас, установленный снаружи радиально относительно оси вращения оболочки, при этом он образует камеру конденсатора между каркасом и поверхностью оболочки конденсатора;

каркас, имеющий угловую скобу, расположенную дальше нижней части оболочки и ближе к верхней ее части;

отверстие в боковой цилиндрической стенке, предназначенное для приема воды из каркасного узла; и

канал, предназначенный для приема воды из отверстия в боковой цилиндрической стенке.

23. Установка по п. 1, дополнительно содержащая источник тепла, воздействующий на вакуумную оболочку.

24. Установка по п. 1, в которой компрессор повышает давление пара, выходящего из него, до давления, которое выше, чем давление пара, во время кипения на внутренней поверхности испарителя,

a) по меньшей мере одно уплотнение, отделяющее пар с более высоким давлением от пара более низкого давления, по меньшей мере одно уплотнение, содержащее канал, установленный для вращения с узлом конденсатора-испарителя, причем канал имеет дальнюю часть, проходящую от оси вращения, и ближнюю, противоположную дальнему участку, канал, содержащий жидкость, неподвижный диск, проходящий от оси вращения в канал, разделяющий жидкость в канале на две части, сообщающиеся по текучей среде с друг с другом, первая часть подвергается воздействию пара с более низким давлением, а вторая - с более высоким давлением, при этом вращение канала удерживает жидкость напротив отдаленной части канала, причем он имеет достаточную длину от ближней к дальней части, чтобы поддерживать первую и вторую порции жидкости на обеих сторонах диска, когда оболочка вращается;

б) трубка, идущая от источника загрязненной воды по меньшей мере к одному затвору, для подачи жидкости в канал.

25. Установка для удаления загрязнений из воды, содержащая:

a) герметично закрытый корпус, способный поддерживать давление, близкое к вакууму, до давления выше атмосферного, при котором загрязненная вода кипит при давлении, близком к вакууму, до давления выше атмосферного;

б) узел конденсатора-испарителя, установленный в вакуумном корпусе, имеющий по меньшей мере одну оболочку из теплопроводящего материала, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси вращения, причем каждая оболочка в целом параллельна продольной оси вращения, каждая имеет внутреннюю поверхность испарителя, обращенную к продольной оси вращения, и внешнюю поверхность конденсатора, расположенную от продольной оси вращения;

в) источник загрязненной воды, протекающей внутри узла конденсатора-испарителя к поверхности каждой оболочки испарителя, на которой кипит загрязненная вода в корпусе под вакуумным давлением, чтобы часть загрязненной воды превратилась в пар;

г) компрессор, имеющий сторону с более низким давлением и сторону с более высоким давлением, при этом компрессор установлен для приема пара, кипящего на поверхности котла каждой оболочки, для повышения давления пара со стороны низкого на сторону более высокого давления установлен компрессор, который направляет пар с более высоким давлением наружу поверхности конденсатора каждой оболочки так, чтобы он выходил наверх и конденсировался на поверхности конденсатора каждой оболочки снаружи;

д) каркас, установленный радиально снаружи относительно оси вращения оболочки, причем он образует камеру конденсатора между каркасом и поверхностью конденсатора оболочки;

е) двигатель, функционально связанный с каждой оболочкой для вращения каждой из них; и

ё) по меньшей мере один очиститель, расположенный в контакте по меньшей мере с одной поверхностью конденсатора, который удаляет конденсат с поверхности конденсатора, когда она вращается по меньшей мере возле одного очистителя.

ж) по меньшей мере один очиститель, расположенный в контакте по меньшей мере с одной поверхностью испарителя, который снимает кипящую жидкость и удаляет сточные воды с поверхности испарителя, когда она вращается по меньшей мере возле одного очистителя.

26. Способ удаления загрязнений из воды, содержащий:

a) создание в корпусе давления, близкого к вакууму, при котором вода закипает при температуре окружающей среды;

б) вращение установленной в корпусе оболочки конденсатора-испарителя вокруг продольной оси, причем оболочка конденсатора-испарителя имеет внутреннюю поверхность испарителя и внешнюю поверхность конденсатора, и внутренняя поверхность испарителя находится ближе, чем внешняя поверхность конденсатора, к продольной оси вращения;

в) направление пара, образующегося при кипении внутри корпуса конденсатора-испарителя, в компрессор;

г) повышение давления пара внутри компрессора;

д) направление пара с повышенным давлением от компрессора к внешней стороне корпуса конденсатора-испарителя, в результате чего пар конденсируется снаружи корпуса конденсатора-испарителя, при этом конденсация передает тепловую энергию корпусу;

е) удаление хотя бы части конденсата с внешней стороны оболочки конденсатора-испарителя;

ё) сбор конденсата с оболочки конденсатора-испарителя; и

ж) сбор загрязненной воды, которая не закипела, с поверхности котла.

27. Способ по п. 26, дополнительно содержащий нагнетание пара при атмосферном давлении в корпусе перед откачкой.

28. Установка для получения питьевой воды из загрязненной, содержащая:

a) вакуумную оболочку, способную удерживать форвакуум;

б) узел конденсатора-испарителя в вакуумном корпусе, подвергнутый воздействию вакуума, и содержит по меньшей мере две концентрически установленные оболочки из теплопроводящего материала, вращающиеся вместе вокруг продольной оси, причем каждая из них имеет внутреннюю поверхность испарителя и внешнюю поверхность конденсатора;

в) компрессор, установленный в вакуумном корпусе, имеющий сторону низкого и сторону высокого давления, компрессор установлен для приема пара, кипящего внутри на поверхности котла каждой оболочки, причем компрессор направляет пар под более высоким давлением наружу таким образом, чтобы он конденсировался на поверхности каждой оболочки конденсатора;

г) вход, идущий от источника загрязненной воды по меньшей мере к одному выходу, достаточно близко расположенному к внутренней части поверхности испарителя каждой оболочки, так что загрязненная вода, идущая из входа, может достигать внутренней части поверхности каждой оболочки испарителя с возможностью кипячения загрязненной воды на поверхности испарителя при вакуумном давлении в корпусе для превращения загрязненной воды в пар;

д) компрессор, увеличивающий температуру пара, который проходит через него, в такой степени, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для кипячения воды внутри на каждой оболочке поверхности корпусов испарителя; и

е) двигатель, функционально связанный с каждой оболочкой и компрессором для их вращения.

29. Установка по п. 28, дополнительно содержащая по меньшей мере один очиститель конденсатора, контактирующий с поверхностью каждой оболочки конденсатора и удаляющий некоторое количество конденсированной воды снаружи.

30. Установка по п. 28, дополнительно содержащая по меньшей мере один очиститель испарителя, контактирующий с внутренней поверхностью каждой оболочки испарителя и распределяющий на них воду.

Images