TWI440606B - Spiral multi - effect distillation system - Google Patents

Description

螺旋式多效蒸餾系統

本發明是涉及一種螺旋式多效蒸餾系統，能利用熱能[如：太陽熱能]，使水[海水、污水、欲淨化的水]蒸發為水蒸氣，再將水蒸氣冷凝還原成乾淨的蒸餾水，是屬於淨水設備、海水淡化、廢水回收、太陽能應用等的專業領域。

擴散式多效蒸餾系統為一高效率的熱驅動式蒸餾水製作系統，是由Cooper與Appleyard，於西元1967年所提出[P.I. Cooper and J.A. Appleyard. Sun at Work 12(1967),P.4]。

如圖1所示為傳統擴散式多效蒸餾系統的原理示意圖。其中，傳統擴散式多效蒸餾系統，其主要包含：一傳統供熱裝置(A)、一傳統補水裝置(B)、及數片層迭的傳統蒸餾片(C)。

當中最重要結構為傳統蒸餾片(C)，傳統蒸餾片(C)為薄片狀，其中一面為平滑表面，是作為傳統冷凝面(C1)，好讓水蒸氣可以在此凝結，傳統冷凝面(C1)下側設有傳統集水溝(D)，可收集由前述傳統冷凝面(C1)上，水蒸氣(HW)所凝結而滴落的蒸餾水(DW)；而另一面緊貼一層作為傳統蒸發片(C2)的毛細材料，傳統補水裝置(B)供應待蒸餾的水(W)，由傳統蒸發片(C2)吸收後，在此吸熱蒸發；傳統蒸餾片(C)的層迭方式，為以一傳統冷凝面(C1)面對另一傳統蒸餾片(C)的傳統蒸發片(C2)的方式層迭，且邊線對齊、近距間隔平行排列；一側最靠外的傳統冷凝面(C1)，緊靠傳統供熱裝置(A)，傳統供熱裝置(A)為利用外來熱源[如：太陽能、水蒸氣]的熱能(P)，加熱鄰近的傳統蒸餾片(C)，故此傳統蒸餾片(C)的溫度為最高，吸附于傳統蒸發片(C2)上的水(W)，吸收熱能(P)、蒸發為水蒸氣(HW)，水蒸氣(HW)擴散至對面傳統蒸餾片(C)的傳統冷凝面(C1)上，凝結成蒸餾水(DW)；在此同時，前述凝結過程中所放出的潛熱[Latent Heat]，成為這片傳統蒸餾片(C)的熱源，傳導至另一鄰近的傳統蒸發片(C2)上，使其所含的水(W)蒸發，如此重複蒸餾過程，直至最後一片傳統蒸餾片(C)，再將熱量排出系統，故最後一片傳統蒸餾片(C)處，溫度為最低。

傳統擴散式多效蒸餾系統中，蒸餾片應用了毛細材料，作為蒸發片來使用，以達到吸附水、並讓水蒸發、最後獲得蒸餾水的效果，但是受到毛細材料的影響，整個系統經過一段時日的運作後，毛細材必因水中雜質的污染，而漸漸失去作用，必須要更換蒸餾片，才能繼續的運作。

但是，因為傳統擴散式多效蒸餾系統，各個部件緊密配合，結構過於複雜緊湊，造成元件損耗後拆換不易，並且需要絕熱部位較多，機體許多體積被保溫材料佔據，故[產量/體積比]較小，形成此傳統擴散式多效蒸餾系統，製作成本和維護成本偏高，無法普及的原因。

有鑑於此，如何讓此種效率優良的擴散式多效蒸餾系統，得以實用化，降低製作成本和維護成本，以使其普及化，便成為本發明欲改進的目的。

本發明目的在於提供一種低成本、結構簡潔、生產與維護方便、能製作蒸餾水的螺旋式多效蒸餾系統。

為解決前述問題及達到本發明的目的，本發明技術手段，是這樣實現的：為一種螺旋式多效蒸餾系統，其包括：一蒸餾系統(100)，該蒸餾系統(100)是由一蒸餾裝置(1)、一設於該蒸餾裝置(1)中心處的供熱裝置(2)、以及一設於該蒸餾裝置(1)頂端處的補水裝置(3)所組成；其特徵在於：所述蒸餾裝置(1)是由一片螺旋蒸餾片(11)所組成；該螺旋蒸餾片(11)為呈薄片狀，其一面為供水蒸氣(HW)凝結用的冷凝面(12)，且另一面為作為蒸發用的蒸發面(13)；該蒸發面(13)緊貼有一片以毛細材料所制而成、作為蒸發用的螺旋蒸發片(131)，並且來自補水裝置(3)之待蒸餾的水(W)，能被吸附於該螺旋蒸發片(131)上；該螺旋蒸餾片(11)為從供熱裝置(2)處，以冷凝面(12)、蒸發面(13)的順序，以一間隔(M)往遠離供熱裝置(2)的方向、而螺旋排列設置，且螺旋蒸餾片(11)的頂端與底端為呈封閉狀，以防止水蒸氣(HW)外泄；在冷凝面(12)下方，有一供收集由冷凝面(12)滴落之蒸餾水(DW)用的螺旋集水溝(15)；藉由供熱裝置(2)提供熱能(P)，讓熱能(P)由螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)處，往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，讓此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，受熱能(P)蒸發為水蒸氣(HW)，而此水蒸氣(HW)擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上時、會凝結成蒸餾水(DW)，此時，水蒸氣(HW)凝結為蒸餾水(DW)的過程中、所放出的潛熱，會往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，又使此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，蒸發為水蒸氣(HW)，同樣，水蒸氣(HW)會擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上、以凝結成蒸餾水(DW)，如此重 複蒸餾過程、直至蒸餾系統(100)之螺旋蒸餾片(11)的最外側圈、最遠離供熱裝置(2)處，以將熱量排出至蒸餾系統(100)外。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述供熱裝置(2)，為呈柱狀設置，具有一供熱面(21)，該供熱面(21)的表面，與相鄰螺旋蒸餾片(11)的冷凝面(12)間，更覆蓋設有一環狀蒸發片(22)，補水裝置同時對此環狀蒸發片(22)由上方補水，該供熱面(21)能將進入供熱裝置(2)的外來任一型式的能量，轉換成為熱能後、經由供熱面(21)傳導至環狀蒸發片(22)，使環狀蒸發片(22)上的水蒸發，水蒸氣(HW)擴散凝結於螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)上；而所述環狀蒸發片(22)，其是為下列之一：單獨設置的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述供熱裝置(2)，是為一流體容器(23)，且流體容器(23)與供熱面(21)、具有良好的熱接觸、或是同為一體；而所述流體容器(23)，設有一能供導引任一型式之流體狀熱媒(HC)、流至供熱面(21)背面、使熱媒(HC)所含之熱能(P)、能傳導至供熱面(21)、以被蒸餾裝置(1)帶走用的輸入管(24)；以及一能導引前述被取熱後之熱媒(HC)離開的輸出管(25)。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述供熱裝置(2)的供熱面(21)，更設有一電熱裝置(28)，該電熱裝置(28)將電能轉換為熱能，以透過供熱面(21)傳送至蒸餾裝置(1)。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述供熱裝置(2)，是由一設於該蒸餾裝置(1)中心處、並將蒸餾裝置(1)封閉的定位塞體(26)；以及一能將蒸汽輸入蒸餾裝置(1)內的蒸汽輸入管(27)所組成。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述補水裝置(3)，具有至少一個裝盛有待蒸餾之水(W)的水槽(31)、及至少一個以毛細材料所製成的補水體(32)，且該補水體(32)的一端、浸泡於水槽(31)內的水(W)中，並另一端與螺旋蒸發片(131)頂端連接，能將水(W)由水槽(31)處、引入螺旋蒸發片(131)中；而所述補水體(32)，其是為下列之一：可單獨拆換的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述螺旋蒸餾片(11)，其每一圈之兩側邊緣間，為呈下列之一的狀態：由內側至外側而緩緩變低、由內側至外側而皆等高、由內側至外側而緩緩變高。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾水所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括一第一回熱管(41)；又所述第一回熱管(41)的中間段，為設置於螺旋集水溝(15)內、或與螺旋集水溝(15)內之蒸餾水(DW)具有良好的熱接觸，而第一回熱管(41)的兩端分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第一回熱管(41)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收螺旋集水溝(15)內蒸餾水(DW)內多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾系統(100)所產生之廢水(SW)，其內所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括一第二回熱管(42)；又所述第二回熱管(42)的中間段，為設置於螺旋蒸發片(131)下端、並與由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)具有良好的熱接觸，而第二回熱管(42)的兩端，分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第二回熱管(42)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)之多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。

根據上述的螺旋式多效蒸餾系統，所述蒸餾系統(100)中，更包括一平行於螺旋蒸餾片(11)之軸心、垂直設置於螺旋蒸餾片(11)內、能將螺旋蒸餾片(11)處之各間隔(M)分隔、以形成數個區域(S)的分隔條(9)。

1.　為了讓此項效率優良的螺旋式多效蒸餾系統，得以實用化，本發明提出將螺旋式多效蒸餾系統模組化設計之概念；將蒸餾系統(100)分為三個部件，分別為：蒸餾裝置(1)、供熱裝置(2)、補水裝置(3)；蒸餾裝置(1)包含一片螺旋蒸餾片，以將來自補水裝置(3)之水，加上來自供熱裝置(2)的熱能，將水蒸發成水蒸氣，再將水蒸氣冷凝還原成蒸餾水；供熱裝置(2)為透過獲取外來熱量的方式，以提供給蒸餾裝置(1)製作蒸餾水時，作為水分蒸發之用的熱能來源；補水裝置(3)為透過獲取外來水的方式，以將待蒸餾之水，輸送至蒸餾裝置(1)處；各個部件均為各自獨立的系統，可分別拆換維修，且部件中所有的毛細元件，均採用可單獨拆換的型式；此模組化之設計將使系統在組裝上更為簡便，且元件損耗後拆換簡單，可降低系統維護成本；尤其系統中的毛細元件都是屬於快速折損之耗材，若為可輕易單獨拆換之設計，毛細元件即可拆下清洗後重複使用，此將大幅提高系統之使用壽命和降低維護成本，系統之實用性將大增。

2.　比起傳統擴散式多效蒸餾系統的設計，需保溫的部位少得多，整個蒸餾系統(100)幾乎所有體積，都作為蒸餾用，其他無關元件所占的體積很少，蒸餾系統(100)外部面積，幾乎都作為散熱用，散熱面積大增，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，越外層面積越大，可提高較外層的熱傅量，故加入熱回收裝置(4)後，不只效率提升，產量也會增加，傳統擴散式多效蒸餾系統若加入熱回收裝置(4)，雖可提升效率，但會使總產量降低，而且相較於傳統擴散式多效蒸餾系統，螺旋蒸餾片(11)的厚度可以更薄，而不易變型，可大大提升熱導率。

3.本發明中，由於螺旋蒸餾片(11)的形狀，使得蒸餾片的曲度較大而的擁有較強的結構，故蒸餾片厚度可更薄和面積可更大，故本發明相較於傳統擴散式多效蒸餾系統，具有易輕量化和大型化的優勢，只需加大直徑和長度。

4.本發明中，螺旋蒸餾片(11)間的間隔(M)，為一由內到外相連通的空間，當供熱裝置(2)輸入過多的熱量時，而發生入熱超載時，蒸汽可直接往散熱面積較大的螺旋蒸餾片(11)之外側圈處擴散凝結，不像傳統擴散式多效蒸餾系統，會溢出蒸餾片造成浪費。

5.本發明中，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，為一整片從內到外相連接的單一材料，補水的均勻度佳，不像傳統擴散式多效蒸餾系統，有難以均勻補水的問題。

6.本發明中，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，讓供熱裝置(2)能以圓柱狀為外型，易於製作為耐壓的封閉結構，適用於密閉式的熱媒循環系統，熱源的利用將更有效率。

7.蒸餾系統(100)的最大應用，如：海水淡化，因海水含有大量雜質溶解其中，為了防止雜質結晶於毛細材料上、使效能降低，必須不斷加入新海水，並將濃縮之廢水排除，但所排除之廢水含有大量餘熱，將之直接排除相當可惜；另一方面，本發明蒸餾系統(100)所產生之蒸餾水(DW)，亦含有大量餘熱，若無熱水需求，而將之冷卻散熱、亦是浪費此部份熱量；利用熱回收裝置(4)，可將系統中多餘的熱能(P)，透過熱交換的方式，用以預熱待蒸餾的水(W)，或是用來預熱熱媒(HC)，以提升運作效率。

8.本發明中，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，僅需將一整條回熱管設置於集水溝內，透過管內流體與集水溝內的蒸餾水作熱交換，即可作為回收蒸餾水餘熱之功能；另僅需將一整條回熱管設置於蒸發片下方，透過管內流體與由蒸發片排出的廢水作熱交換，即可作為回收廢水餘熱之功能；故本發明之熱回收裝置(4)的設置，將變得更為簡單，且效率更高。

9.水在螺旋蒸發片(131)上流動時，其流速必須適中，若流量過小、則水(W)內雜質會結晶於毛細材料上，若過大則會將過多熱能(P)帶走而減低效率；螺旋蒸發片(131)上的水蒸發量，是隨著熱源熱量的變動而作變化，通常我們使用的熱源[例如：太陽能]都不是穩定的熱源，同時在不穩定的外部條件下，和系統處於不同的運作狀況，使得螺旋蒸發片(131)各個部份的蒸發量差，沒有一定的規律；如何設定自動調節和分配補水量，使螺旋蒸發片(131)各個部份上的流量都為適中，成為因難的關鍵技術；一般是將毛細材料一端泡入水中，另一端垂出桶外，則桶內的水就會因毛細力和重力的作用，沿著毛細材料慢慢源源不斷從另一端流出桶外，水的流量與材料的毛細力、截面積、水平面與毛細材出水端的位差、毛細材的含水量成正比，而與水平面和轉析點最高處的距離呈反比；利用這項原理，為蒸餾片補水是已知最簡便有效的方式；傳統做法是將蒸餾片上的毛細材料，伸長到水槽內直接泡入水中；因各蒸發片與水槽的距離並不相等，且需各別排列整齊，在組裝時較為不便；另一方面，不溶于水的懸浮雜質會卡在毛細材的開頭處，而使得整片毛細材提早失效，更換整片材料既麻煩又浪費；本發明提出將補水用的毛細材，和蒸餾片上的毛細材分開的概念；在螺旋蒸發片(131)上面鋪設毛細材，作為水分配器(33)，其底面與螺旋蒸發片(131)頂面相接觸；另有一為毛細材、一端泡入水槽(31)內之水(W)中、另一端與水分配器(33)頂面接觸，是作為補水體(32)；水分配器(33)和補水體(32)可為一整體，亦可分開設置；水(W)由補水體(32)的入水端向下和兩邊滲透至整體，螺旋蒸發片(131)從水分配器(33)底部吸水；補水體(32)在選定了合適的毛細材與截面積後，即可以控制水槽(31)內水位高低的手段來控制給水流量；毛細材可將水中不溶于水的懸浮雜質攔截，故補水體(32)可兼有第一道過濾功能，水分配器(33)可兼有第二道過濾功能，在水進入螺旋蒸發片(131)前經過初步過濾，可增長蒸發片的壽命，補水體(32)和水分配器(33)若太髒，只要取出清洗或更換即可，而不必像傳統需將整組螺旋蒸發片(131)拆解。

10.相較於供熱裝置(2)，蒸餾裝置(1)是屬較易耗損的部件，傳統供熱裝置與傳統蒸餾裝置，設計上為一整體，傳統擴散式多效蒸餾系統在維護上較為不便；雖然理論上可以使用各種不同型式熱源，但傳統的一體式設計，需與整個系統配合，故多是以最方便設計的太陽直接或間接照射的方式，來加熱供熱裝置，其他的取熱方式則較少見，故蒸餾器的使用範圍受到限制；故本發明提供將供熱裝置(2)與蒸餾裝置(1)分開而獨立為單一系統之概念；如此供熱裝置(2)就可以獨立設計製作，同一套蒸餾裝置(1)還可搭配不同的熱媒(HC)，應用方式就可有更多變化。

以下依據圖面所示的實施例詳細說明如後：如圖2所示為本發明的立體示意圖，如圖3所示為本發明的立體分解示意圖，如圖4所示為本發明的橫剖面示意圖，如圖6所示為本發明的縱剖面示意圖，如圖9所示為本發明實際應用時的立體裝置示意圖，如圖10所示為為圖9的立體分解示意圖，如圖12所示為本發明應用另種支撐結構時的橫剖面示意圖，如圖13所示為本發明另種實施型態的橫剖面示意圖，如圖15所示為本發明另種應用供熱裝置時的橫剖面示意圖，如圖14所示為本發明另種實施型態的橫剖面示意圖，如圖21所示為本發明供熱面設有電熱裝置時的橫剖面示意圖。

圖式中揭示出，為一種螺旋式多效蒸餾系統，其包括：一蒸餾系統(100)，該蒸餾系統(100)是由一蒸餾裝置(1)、一設於該蒸餾裝置(1)中心處的供熱裝置(2)、以及一設於該蒸餾裝置(1)頂端處的補水裝置(3)所組成；其特徵在於：所述蒸餾裝置(1)是由一片螺旋蒸餾片(11)所組成；該螺旋蒸餾片(11)為呈薄片狀，其一面為供水蒸氣(HW)凝結用的冷凝面(12)，且另一面為作為蒸發用的蒸發面(13)；該蒸發面(13)緊貼有一片以毛細材料所制而成、作為蒸發用的螺旋蒸發片(131)，並且來自補水裝置(3)之待蒸餾的水(W)，能被吸附於該螺旋蒸發片(131)上；該螺旋蒸餾片(11)為從供熱裝置(2)處，以冷凝面(12)、蒸發面(13)的順序，以一間隔(M)往遠離供熱裝置(2)的方向、而螺旋排列設置，且螺旋蒸餾片(11)的頂端與底端為呈封閉狀，以防止水蒸氣(HW)外泄；在冷凝面(12)下方，有一供收集由冷凝面(12)滴落之蒸餾水(DW)用的螺旋集水溝(15)；藉由供熱裝置(2)提供熱能(P)，讓熱能(P)由螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)處，往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，讓此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，受熱能(P)蒸發為水蒸氣(HW)，而此水蒸氣(HW)擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上時、會凝結成蒸餾水(DW)，此時，水蒸氣(HW)凝結為蒸餾水(DW)的過程中、所放出的潛熱，會往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，又使此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，蒸發為水蒸氣(HW)，同樣，水蒸氣(HW)會擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上、以凝結成蒸餾水(DW)，如此重複蒸餾過程、直至蒸餾系統(100)之螺旋蒸餾片(11)的最外側圈、最遠離供熱裝置(2)處，以將熱量排出至蒸餾系統(100)外。

其中，將蒸餾系統(100)分為三個部件，分別為：蒸餾裝置(1)、供熱裝置(2)、補水裝置(3)，此模組化之設計將使系統在組裝上更為簡便，且元件損耗後拆換簡單，可降低系統維護成本，尤其系統中的毛細元件，都是屬於快速折損之耗材，若為可輕易單獨拆換之設計，毛細元件即可拆下清洗後重複使用，此將大幅提高系統之使用壽命和降低維護成本，系統之實用性將大增。

其次，本發明蒸餾系統(100)幾乎所有體積，都作為蒸餾用，其他無關元件所占的體積很少，蒸餾系統(100)外部面積，幾乎都作為散熱用，散熱面積大增，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，越外層面積越大，可提高較外層的熱傅量，而且相較於傳統擴散式多效蒸餾系統，螺旋蒸餾片(11)的厚度可以更薄，而不易變型，可大大提升熱導率。

再者，螺旋蒸餾片(11)間的間隔(M)，為一由內到外相連通的空間，當供熱裝置(2)輸入過多的熱量時，而發生入熱超載時，蒸汽可直接往散熱面積較大的螺旋蒸餾片(11)之外側圈處擴散凝結，不像傳統擴散式多效蒸餾系統，會溢出蒸餾片造成浪費。

另外，透過螺旋蒸餾片(11)的使用，為一整片從內到外相連接的單一材料，補水的均勻度佳，不像傳統擴散式多效蒸餾系統，有難以均勻補水的問題，更讓供熱裝置(2)能以圓柱狀 為外型，易於製作為耐壓的封閉結構，熱源的利用將更有效率。

上述中，所述供熱裝置(2)，為呈柱狀設置，具有一供熱面(21)，該供熱面(21)的表面，與相鄰螺旋蒸餾片(11)的冷凝面(12)間，更覆蓋設有一環狀蒸發片(22)，補水裝置同時對此環狀蒸發片(22)由上方補水，該供熱面(21)能將進入供熱裝置(2)的外來任一型式的能量，轉換成為熱能後、經由供熱面(21)傳導至環狀蒸發片(22)，使環狀蒸發片(22)上的水蒸發，水蒸氣(HW)擴散凝結於螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)上；而所述環狀蒸發片(22)，其是為下列之一：單獨設置的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。

其中，以此種供熱裝置(2)的設置，讓熱能(P)能順利的由供熱面(21)處，傳遞至蒸餾裝置(1)上。

其次，進入供熱裝置(2)的外來任一型式的能量，以蒸氣、太陽能、電能等為主，以方便使用。

再者，透過此環狀蒸發片(22)的設置，讓熱能(P)能順利的傳出，產生第一次蒸發效果，以於相對冷凝面(12)上，蒸餾出蒸餾水(DW)，並同時避免對冷凝面(12)產生高溫灼傷的傷害，更能進一步延長供熱裝置(2)的使用壽命。

上述中，所述供熱裝置(2)，是為一流體容器(23)，且流體容器(23)與供熱面(21)、具有良好的熱接觸、或是同為一體；而所述流體容器(23)，設有一能供導引任一型式之流體狀熱媒(HC)、流至供熱面(21)背面、使熱媒(HC)所含之熱能(P)、能傳導至供熱面(21)、以被蒸餾裝置(1)帶走用的輸入管(24)；以及一能導引前述被取熱後之熱媒(HC)離開的輸出管(25)。

其中，透過此種供熱裝置(2)，降低使用上的困擾，並能以較低的成本，讓熱能(P)能順利的由供熱面(21)處，傳遞至蒸餾裝置(1)之處，而且更能使用不同的熱媒(HC)，以配合不同的機具[如太陽能加熱機、蒸汽加熱機、液體加熱機等]來使用，能增加本發明的泛用性，讓各種廠商都能使用。

上述中，所述供熱裝置(2)的供熱面(21)，更設有一電熱裝置(28)，該電熱裝置(28)將電能轉換為熱能，以透過供熱面(21)傳送至蒸餾裝置(1)。

其中，透過此種設置，能讓本發明便於應用，降低應用上的難度。

上述中，所述供熱裝置(2)，是由一設於該蒸餾裝置(1)中心處、並將蒸餾裝置(1)封閉的定位塞體(26)；以及一能將蒸汽輸入蒸餾裝置(1)內的蒸汽輸入管(27)所組成。

其中，透過此種供熱裝置(2)的應用，能降低成本，提高本發明的運作效果，而且當蒸汽碰到最近的冷凝面(12)後，還能產生蒸餾水(DW)，達成一雙重蒸餾的效果，形成一額外的補水效果。

上述中，所述補水裝置(3)，具有至少一個裝盛有待蒸餾之水(W)的水槽(31)、及至少一個以毛細材料所製成的補水體(32)，且該補水體(32)的一端、浸泡於水槽(31)內的水(W)中，並另一端與螺旋蒸發片(131)頂端連接，能將水(W)由水槽(31)處、引入螺旋蒸發片(131)中；而所述補水體(32)，其是為下列之一：可單獨拆換的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。

其中，透過此種補水體(32)的設置，能在選定了合適的毛細材與截面積後，即可以控制水槽(31)內水位高低的手段來控制給水流量，並可將水中不溶于水的懸浮雜質攔截，兼有第一道過濾功能。

上述中，所述螺旋蒸餾片(11)，其每一圈之兩側邊緣間，為呈下列之一的狀態：由內側至外側而緩緩變低、由內側至外側而皆等高、由內側至外側而緩緩變高。

其次，透過不同的螺旋蒸餾片(11)設置方式，能應對於不同的外型構造設計和蒸餾水、廢水的排出方式，以符合各種廠商的需要，更讓本發明能應對不同的廠商需求。

上述中，所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾水所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括至少一第一回熱管(41)；又所述第一回熱管(41)的中間段，為設置於螺旋集水溝(15)內、或與螺旋集水溝(15)內之蒸餾水(DW)具有良好的熱接觸，而第一回熱管(41)的兩端分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第一回熱管(41)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收螺旋集水溝(15)內蒸餾水(DW)內多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。

又上述中，所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾系統(100)所產生之廢水(SW)，其內所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括至少一第二回熱管(42)；又所述第二回熱管(42)的中間段，為設置於螺旋蒸發片(131)下端、並與由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)具有良好的熱接觸，而第二回熱管(42)的兩端，分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第二回熱管(42)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)之多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。

其中，透過此種第一、第二熱管(41、42)的設置方式，將本發明蒸餾系統(100)中，各處所包含之多餘的熱能(P)，以完整的回收於本發明蒸餾系統(100)中，以提昇整體的運作效率，且第一、第二熱管(41、42)的數量，能依業者的需求，進行增減。

另外，受到本發明特性的影響，加入熱回收裝置(4)後，不只效率提升，產量也會增加，無傳統擴散式多效蒸餾系統加入熱回收裝置(4)，雖可提升效率，但會有使總產量降低的問題產生，本發明蒸餾系統(100)的結構，更能展現出擴散式多效蒸餾系統的作用。

另一方面，本發明加入熱回收裝置(4)時，較傳統擴散式多效蒸餾系統簡單，且效率更高，而配合上螺旋蒸餾片(11)的使用，相較於傳統擴散式多效蒸餾系統，具有之單片面積不能太大的問題，只需加大直徑和長度，本發明蒸餾系統(100)非常容易就做到大型化的效果，小型化亦然。

上述中，所述螺旋蒸餾片(11)，其頂端與底端的封閉處，其端斷面為呈U形、以供形成一螺旋集水溝(15)用。

其中，透過此種應用方式，能降低成本，並讓整體的強度強化，減少裝置的成本，在不影響裝置運作的前提下，讓本發明能大量、快速生產。

上述中，所述蒸餾系統(100)中，更包括一設於外殼體(5)底端處、能供回收蒸餾裝置(1)所產生之廢水(SW)用的回收裝置(6)；另所述間隔(M)處，更設有一位於螺旋蒸餾片(11)之頂端與底端處、以供形成一螺旋集水溝(15)用的支撐結構(14)；再所述支撐結構(14)，其位於螺旋蒸餾片(11)之底端處時、其端斷面為呈L形，而其位於螺旋蒸餾片(11)之頂端處時、其端斷面為呈方形。

其中，受到本發明特性的影響，螺旋蒸餾片(11)的最外層，是螺旋蒸發片(131)，故螺旋蒸發片(131)會接觸到外界，因此需要一通風的外殼體(5)，以在不影響散熱的條件下保護蒸餾裝置(1)，以維持蒸餾裝置(1)的運作。

其次，受到本發明螺旋構造的影響，不是所有的水(W)都能蒸餾為蒸餾水(DW)，還有會有廢水(SW)[如未蒸發的水、含有雜質的水等]產生，故需要一回收裝置(6)，以回收廢水(SW)，避免造成環境污染的問題。

再者，本發明蒸餾系統(100)的最大應用，如：海水淡化，因海水含有大量雜質溶解其中，為了防止雜質結晶於毛細材料上、使效能降低，必須不斷加入新海水，並將濃縮之廢水排除，但所排除之廢水含有大量餘熱，將之直接排除相當可惜，而本發明蒸餾系統(100)所產生蒸餾水(DW)時，亦含有大量餘熱，若無熱水需求，而將之冷卻散熱、亦是浪費此部份熱量；利用熱回收裝置(4)，可將系統中多餘的熱能(P)，透過熱交換的方式，用以預熱待蒸餾的水(W)，或是用來預熱熱媒(HC)，以提升運作效率。

上述中，所述第一回熱管(41)，其位於螺旋集水溝(15)之中間段處，更包覆有一材質為毛細材料、能吸收蒸餾水(DW)內多餘之熱能(P)用、並與其內第一回熱管(41)做熱交換、以供回收熱能(P)用的滯液器(44)。

又上述中，熱回收裝置(4)，更包括一中間段設置於回收裝置(6)內、以供吸收廢水(SW)內多餘之熱能(P)用的第三回熱管(43)，而該第三回熱管(43)的兩端，分別凸出於回收裝置(6)的兩側端外，以供輸出/輸入熱媒(HC)用。

再上述中，所述第三回熱管(43)，其位於回收裝置(6)之中間段處，亦更包覆有一材質為毛細材料、能吸收廢水(SW)內多餘之熱能(P)用、並與其內第三回熱管(43)做熱交換、以供回收熱能(P)用的滯液器(44)。

另上述中，所述第一回熱管(41)處的滯液器(44)，其位於螺旋集水溝(15)最外側圈處的一端，並更設有一引水條(7)，該引水條(7)的材質為毛細材料，以將進入螺旋集水溝(15)內的蒸餾水(DW)排出；而所述引水條(7)處，更設有一對應於該引水條(7)、能將蒸餾水(DW)引出於外的水引出裝置(8)。

其中，第一回熱管(41)位於螺旋集水溝(15)處的滯液器(44)，除了用於熱回收之用外，因為位於螺旋集水溝(15)出口端處的滯液器(44)一端，更與引水條(7)連接，所以待滯液器(44)飽和後，更能藉由滯液器(44)和引水條(7)的毛細力，將蒸餾水(DW)帶出，能避免產生水滿出或濺出的困擾，一舉兩得。

其次，因為廢水(SW)內，必定含有多餘的熱能(P)，為了避免浪費，更能透過第三回熱管(43)與滯液器(44)，將回收裝置(6)中廢水(SW)的多餘之熱能(P)回收，降低整體能源的耗損。

再者，透過水引出裝置(8)的應用，能直接將蒸餾水(DW)引出，以供使用，能降低蒸餾水(DW)被廢水(SW)污染的可能。

另外，被水引出裝置(8)引出的蒸餾水(DW)，受到本發明螺旋構造的影響，多餘的熱能(P)不多，回收價值不大，但欲再進一步提昇效率，依舊能於此處，增設回熱管[圖中未揭示]，以回收此處多餘的熱能(P)。

另一方面，被回收的熱能，亦能應用於加熱水(W)及/或是熱媒(HC)，以提高本發明的能源應用效率。

上述中，所述補水體(32)，其為可單獨拆換的型式時，與螺旋蒸發片(131)間，更設置有一以毛細材料所製成的水分配器(33)。

其中，透過水分配器(33)的增設，可兼有第二道過濾功能，在水進入螺旋蒸發片(131)前經過初步過濾，可增長螺旋蒸發片(131)的使用壽命。

另一方面，如果補水體(32)和水分配器(33)若太髒，只要取出清洗或更換即可，而不必像傳統一般，需將整組螺旋蒸發片(131)拆解。

如圖16所示為本發明設有間隔條時的立體分解示意圖，如圖17所示為本發明設有間隔條時的縱剖面實施示意圖，如圖18所示為本發明設有間隔條、並為十字型態排列時的縱剖面實施示意圖，如圖19所示為本發明設有間隔條、並為弧線型態排列時的縱剖面實施示意圖，如圖20所示為本發明設有間隔條、並為渦旋型態排列時的縱剖面實施示意圖。

圖中揭示出，上述中，所述蒸餾系統(100)中，更包括一平行於螺旋蒸餾片(11)之軸心、垂直設置於螺旋蒸餾片(11)內、能將螺旋蒸餾片(11)處之各間隔(M)分隔、以形成數個區域(S)的分隔條(9)。

其中，透過分隔條(9)的應用，將各間隔(M)分隔、以形成數個區域(S)，提高整體的效率。

其次，透過區域(S)的設置，能降低熱散逸的機率，讓熱量的路徑，能更接近直線輻射，以提昇熱效率。

上述中，所述螺旋蒸餾片(11)，是為下列之一：可撓性金屬板片、非可撓性金屬板片、可撓性高分子聚合物板片、非可撓性高分子聚合物板片。

其中，使用不同種類的螺旋蒸餾片(11)，形成不同的應對壓力、溫度等級，以符合各種廠商的需要，讓本發明的整體成本，能應對於不同的廠商需求。

上述中，所述支撐結構(14)，更能呈下列之一的狀態：一字形支撐條、梯形支撐條。

其中，透過不同的支撐結構(14)，以配合螺旋蒸餾片(11)，形成具有高低差或無高低差的螺旋集水溝(15)，以適用於不同的蒸餾裝置(1)，讓本發明的應用範圍更加的廣泛，能符合各廠商的需求。

如圖5所示為本發明的橫剖面實施示意圖，如圖7所示為本發明的縱剖面實施示意圖，如圖8所示為本發明熱能傳輸時的橫剖面示意圖，如圖11所示為本發明實際應用例的剖面實施示意圖。

圖式中揭示出，當供熱裝置(2)輸入熱媒(HC)後，熱媒(HC)的熱能(P)，為由螺旋蒸餾片(11)的內側圈處，以冷凝面(12)、蒸發面(13)、間隔(M)的順序，往螺旋蒸餾片(11)的外側圈處、呈輻射狀傳導。

當熱能(P)由螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)處時，首先回往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，讓此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，受熱能(P)蒸發為水蒸氣(HW)，而此水蒸氣(HW)擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上時、會凝結成蒸餾水(DW)。

此時，水蒸氣(HW)凝結為蒸餾水(DW)的過程中、所放出的潛熱[Latent heat]，會往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，又使此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，蒸發為水蒸氣(HW)。

同樣，水蒸氣(HW)會擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上、以凝結成蒸餾水(DW)，如此重複蒸餾過程、直至蒸餾系統(100)之螺旋蒸餾片(11)的最外側圈、最遠離供熱裝置(2)處，以將熱量排出至蒸餾系統(100)外，同時螺旋蒸發片(131)亦會將廢水(SW)排出於外。

其中，蒸餾水(DW)會藉由引水條(7)與水引出裝置(8)的配合來排出，而廢水(SW)會透過回收裝置(6)來排出。

其次，最外層的螺旋蒸發片(131)，配合外殼體(5)所產生的蒸餾水(DW)，亦能透過殼體集水道(51)讓配合水引出裝置(8)，將蒸餾水(DW)引出。

由此能得知，透過本發明的構造，更模組化、實用化、合理化，相較于現今的傳統擴散式多效蒸餾系統，能更具產業利用性、功效性與實用性。

以上，依據圖式所示的實施例詳細說明瞭本發明的構造、特徵及作用效果，由於符合新穎及進步性要件，遂爰依法提出發明專利申請；惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施範圍，因此舉凡與本發明意旨相符的修飾性變化，只要在均等範圍內都應含屬於本創作專利範圍內。

1．．．蒸餾裝置

11．．．螺旋蒸餾片

12．．．冷凝面

13．．．蒸發面

131．．．螺旋蒸發片

14．．．支撐結構

15．．．螺旋集水溝

2．．．供熱裝置

21．．．供熱面

22．．．環狀蒸發片

23．．．流體容器

24．．．輸入管

25．．．輸出管

26．．．定位塞體

27．．．蒸汽輸入管

28．．．電熱裝置

3．．．補水裝置

31．．．水槽

32．．．補水體

33．．．水分配器

4．．．熱回收裝置

41．．．第一回熱管

42．．．第二回熱管

43．．．第三回熱管

44．．．滯液器

5．．．外殼體

51．．．殼體集水道

6．．．回收裝置

7．．．引水條

8．．．水引出裝置

9．．．分隔條

100．．．蒸餾系統

W．．．水

HW．．．水蒸氣

DW．．．蒸餾水

SW．．．廢水

P．．．熱能

M．．．間隔

S．．．區域

HC．．．熱媒

A．．．傳統供熱裝置

B．．．傳統補水裝置

C．．．傳統蒸餾片

C1．．．傳統冷凝面

C2．．．傳統蒸發面

D．．．傳統集水溝

圖1：為傳統擴散式多效蒸餾系統的原理示意圖。

圖2：本發明的立體示意圖。

圖3：本發明的立體分解示意圖。

圖4：本發明的橫剖面示意圖。

圖5：本發明的橫剖面實施示意圖。

圖6：本發明的縱剖面示意圖。

圖7：本發明的縱剖面實施示意圖。

圖8：本發明熱能傳輸時的橫剖面示意圖。

圖9：本發明實際應用時的立體裝置示意圖。

圖10：為圖9的立體分解示意圖。

圖11：本發明實際應用例的剖面實施示意圖。

圖12：本發明應用另種支撐結構時的橫剖面示意圖。

圖13：本發明另種實施型態的橫剖面示意圖。

圖14：本發明另種實施型態的橫剖面示意圖。

圖15：本發明另種應用供熱裝置時的橫剖面示意圖。

圖16：本發明設有間隔條時的立體分解示意圖。

圖17：本發明設有間隔條時的縱剖面實施示意圖。

圖18：本發明設有間隔條、並為十字型態排列時的縱剖面實施示意圖。

圖19：本發明設有間隔條、並為弧線型態排列時的縱剖面實施示意圖。

圖20：本發明設有間隔條、並為渦旋型態排列時的縱剖面實施示意圖。

圖21：本發明供熱面設有電熱裝置時的橫剖面示意圖。

1．．．蒸餾裝置

11．．．螺旋蒸餾片

131．．．螺旋蒸發片

14．．．支撐結構

2．．．供熱裝置

24．．．輸入管

25．．．輸出管

4．．．熱回收裝置

41．．．第一回熱管

42．．．第二回熱管

7．．．引水條

8．．．水引出裝置

100．．．蒸餾系統

Claims (10)

1. 一種螺旋式多效蒸餾系統，其包括：一蒸餾系統(100)，該蒸餾系統(100)是由一蒸餾裝置(1)、一設於該蒸餾裝置(1)中心處的供熱裝置(2)、以及一設於該蒸餾裝置(1)頂端處的補水裝置(3)所組成；其特徵在於：所述蒸餾裝置(1)是由一片螺旋蒸餾片(11)所組成；該螺旋蒸餾片(11)為呈薄片狀，其一面為供水蒸氣(HW)凝結用的冷凝面(12)，且另一面為作為蒸發用的蒸發面(13)；該蒸發面(13)緊貼有一片以毛細材料所制而成、作為蒸發用的螺旋蒸發片(131)，並且來自補水裝置(3)之待蒸餾的水(W)，能被吸附於該螺旋蒸發片(131)上；該螺旋蒸餾片(11)為從供熱裝置(2)處，以冷凝面(12)、蒸發面(13)的順序，以一間隔(M)往遠離供熱裝置(2)的方向、而螺旋排列設置，且螺旋蒸餾片(11)的頂端與底端為呈封閉狀，以防止水蒸氣(HW)外泄；在冷凝面(12)下方，有一供收集由冷凝面(12)滴落之蒸餾水(DW)用的螺旋集水溝(15)；藉由供熱裝置(2)提供熱能(P)，讓熱能(P)由螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)處，往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，讓此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，受熱能(P)蒸發為水蒸氣(HW)，而此水蒸氣(HW)擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上時、會凝結成蒸餾水(DW)，此時，水蒸氣(HW)凝結為蒸餾水(DW)的過程中、所放出的潛熱，會往外傳導至此冷凝面(12)相對的蒸發面(13)處，再傳導至與此蒸發面(13)緊貼的螺旋蒸發片(131)上，又使此處螺旋蒸發片(131)所吸附的水(W)，蒸發為水蒸氣(HW)，同樣，水蒸氣(HW)會擴散至位於下一圈處的冷凝面(12)上、以凝結成蒸餾水(DW)，如此重複蒸餾過程、直至蒸餾系統(100)之螺旋蒸餾片(11)的最外側圈、最遠離供熱裝置(2)處，以將熱量排出至蒸餾系統(100)外。
2. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述供熱裝置(2)，為呈柱狀設置，具有一供熱面(21)，該供熱面(21)的表面，與相鄰螺旋蒸餾片(11)的冷凝面(12)間，更覆蓋設有一環狀蒸發片(22)，補水裝置同時對此環狀蒸發片(22)由上方補水，該供熱面(21)能將進入供熱裝置(2)的外來任一型式的能量，轉換成為熱能後、經由供熱面(21)傳導至環狀蒸發片(22)，使環狀蒸發片(22)上的水蒸發，水蒸氣(HW)擴散凝結於螺旋蒸餾片(11)之最內側圈處的冷凝面(12)上；而所述環狀蒸發片(22)，其是為下列之一：單獨設置的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。
3. 如請求項2所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述供熱裝置(2)，是為一流體容器(23)，且流體容器(23)與供熱面(21)、具有良好的熱接觸、或是同為一體；而所述流體容器(23)，設有一能供導引任一型式之流體狀熱媒(HC)、流至供熱面(21)背面、使熱媒(HC)所含之熱能(P)、能傳導至供熱面(21)、以被蒸餾裝置(1)帶走用的輸入管(24)；以及一能導引前述被取熱後之熱媒(HC)離開的輸出管(25)。
4. 如請求項2所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述供熱裝置(2)的供熱面(21)，更設有一電熱裝置(28)，該電熱裝置(28)將電能轉換為熱能，以透過供熱面(21)傳送至蒸餾裝置(1)。
5. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述供熱裝置(2)，是由一設於該蒸餾裝置(1)中心處、並將蒸餾裝置(1)封閉的定位塞體(26)；以及 一能將蒸汽輸入蒸餾裝置(1)內的蒸汽輸入管(27)所組成。
6. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述補水裝置(3)，具有至少一個裝盛有待蒸餾之水(W)的水槽(31)、及至少一個以毛細材料所製成的補水體(32)，且該補水體(32)的一端、浸泡於水槽(31)內的水(W)中，並另一端與螺旋蒸發片(131)頂端連接，能將水(W)由水槽(31)處、引入螺旋蒸發片(131)中；而所述補水體(32)，其是為下列之一：可單獨拆換的型式、和螺旋蒸發片(131)為一體設置的型式。
7. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述螺旋蒸餾片(11)，其每一圈之兩側邊緣間，為呈下列之一的狀態：由內側至外側而緩緩變低、由內側至外側而皆等高、由內側至外側而緩緩變高。
8. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾水所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括至少一第一回熱管(41)；又所述第一回熱管(41)的中間段，為設置於螺旋集水溝(15)內、或與螺旋集水溝(15)內之蒸餾水(DW)具有良好的熱接觸，而第一回熱管(41)的兩端分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第一回熱管(41)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收螺旋集水溝(15)內蒸餾水(DW)內多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。
9. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述蒸餾系統(100)中，更包括一能將蒸餾系統(100)所產生之廢水(SW)，其內所含之餘熱，用以預熱待蒸餾之水(W)的熱回收裝置(4)；所述熱回收裝置(4)，是包括至少一第二回熱管(42)；又所述第二回熱管(42)的中間段，為設置於螺旋蒸發片(131)下端、並與由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)具有良好的熱接觸，而第二回熱管(42)的兩端，分別為待蒸餾之水(W)之輸入端和輸出端；由輸入端進入第二回熱管(42)的待蒸餾之水(W)，在經過中間段吸收由螺旋蒸發片(131)排出之廢水(SW)之多餘之熱能(P)後，再由輸出端離開傳送至補水裝置(3)。
10. 如請求項1所述的螺旋式多效蒸餾系統，其特徵在於：所述蒸餾系統(100)中，更包括至少一平行於螺旋蒸餾片(11)之軸心、垂直設置於螺旋蒸餾片(11)內、能將螺旋蒸餾片(11)處之各間隔(M)分隔、以形成數個區域(S)的分隔條(9)。