旋转板式流体蒸发器和冷凝器制造技术

一种用于蒸馏液体、例如水的蒸发－冷凝单元，包括若干布置在箱体（２０２）内的间隔叠放的板（２１０）。这些板绕一个公共旋转竖轴线（Ａ－Ａ）水平地布置，相邻板限定了它们相对表面（２２８）之间的空间，这些空间交替地形成蒸发室（２３０）和冷凝室（２３２）。一个出口管（２１４）将箱体内产生的蒸汽传到压缩机（１１０），一个进口管（２１８）将压缩后的蒸汽传给冷凝室。一个盛装要被蒸馏液体的储液槽（２２６）布置在箱体的底部，一个转动部件（２３４）延伸进储液槽，将要被蒸馏的液体驱至静止的给液管（２３８），液体由此被供入内外端开放的蒸发室。每个板还包括至少一个开口，用来将压缩蒸汽供入内外端封闭的冷凝室并从冷凝室中抽出冷凝液。这些开口相互配合形成一个连通各冷凝室、但与相邻蒸发室隔离的大致垂直的流体流道（Ｆ）。一个静止的弯头管（２５０）将在冷凝室内产生的冷凝液排出。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及蒸馏系统，更具体地讲，涉及用于蒸汽压缩蒸馏器中的一种改进的、高效的旋转式蒸发器和冷凝器。蒸馏是从其它不安全水源(如海水和被污染的地下水)获得引用水的常用方法。在蒸馏过程中，水被加热到沸腾，所得的蒸汽(如水蒸汽)被收集和冷凝，产生蒸馏水。当水变成汽相时，在水源中的许多污染物就被留了下来。常规的小型蒸馏器通常使用电加热元件使水箱中的水沸腾。在水箱上部安装冷凝盘管收集蒸汽并冷凝之。然后将蒸馏水送到储水箱或槽。然而，这些沸腾型蒸馏器为生产较少量的蒸馏水要求足够多的电能，效率非常低。过程也非常缓慢，经常为生产几加仑的蒸馏水而花费数小时。因此，沸腾型蒸馏器没有得到广泛的认可和应用。除了沸腾型蒸馏器外，还提出过薄膜蒸馏器。比如，Peterk等人的名为“多工作段薄膜蒸馏系统和工艺”的美国专利No.4,402,793公开了一种太阳能动力的薄膜蒸馏器。在4402793专利的蒸馏器中，若干平行、间隔布置的板面向太阳。要被蒸馏的水从这些板的顶部引入，并沿着每个板的背面向下流动。太阳光照射第一个板的前面，加热板并使背面向下流动的水部分蒸发。蒸汽沿下一相邻板的前面冷凝，将热量传至背面的水流，并依此类推。在板的前面产生的冷凝液分别被收集在板的底部。为改进薄膜蒸馏器的效率，还设计出旋转式蒸发器。比如，Porter等人的名为“蒸发器”的美国专利No.4,731,159公开了一种旋转式蒸发器，它具有若干水平叠放的环形板，它们布置在一个箱体内并延一个中心轴转动。交替成对板的边缘被封闭，形成密闭空间。每个封闭空间包括两个面对的内表面和每个内表面背面的两个外表面。进一步讲，这些封闭空间由布置在相邻外表面之间的一系列喷嘴和清洗件相互连接起来。准备蒸馏的液体被引入叠放的旋转环型板中，并通过入口进入每个封闭空间。液体进入后，沿空间相对的内表面流动。可冷凝的蒸汽进入箱体，在板的外表面自由地流动。当然，蒸汽不能进入封闭空间。由于封闭空间内液体的温度低于蒸汽的温度，蒸汽沿板的外表面冷凝。冷凝液被甩出旋转板，聚集在箱体内，并通过箱体底部的出口排出。蒸汽的冷凝使热量通过板传给液体，造成封闭空间内的部分液体蒸发。蒸汽从液体进口流出封闭空间，并从箱体的上部排出。留在空间中的所有未蒸发液体通过相应的喷管/清洗装置沿封闭空间向上流动，也从蒸发器的顶部排出。尽管具有一些优点，但4731159中蒸发器的设计存在冷凝液被蒸发液体污染的基本风险，这样就不适合生产饮用蒸馏水。换句话说，使用该专利的蒸发器时，被蒸馏的不安全水可能与蒸馏水相混合并污染之。比如，封闭空间的任何泄漏将使封闭空间内的液体进入箱体并与收集在那里的蒸馏液混合。进一步说，由于水源腐蚀的影响以及在该专利的蒸发器中使各封闭空间流体连通所需的大量喷管和清洗件也会使上述情况发生。我们知道，可对液体蒸发板表面进行某种亲水处理。也就是说，这些板表面被理想地处理成对要蒸发的液体有很强的亲和力，使液体能附着在整个表面上(而不是简单地形成窄窄的液流)。已知有许多公知技术用来在薄金属板上进行亲水处理。比如在4731159专利中提到其中的板可进行化学腐蚀和磨沙处理。另外，简单地使铜板氧化也能使其具有亲水的效果。其它技术还包括在板表面涂一层有机膜。利用许多这类技术，对板片分别进行处理，然后装配在一起形成蒸馏器。然而，在装配过程中，由于装配这些处理后的板所需的高温，经常使亲水处理基本上退化。比如，常规的钎焊和铜焊技术产生的温度在232.2℃(450°F)左右。多工作段蒸馏系统也是公知的。Hickman的题为“多工作段蒸馏”的美国专利No.2,894,879公开了一种有15个垂直工作段的蒸馏器。每个工作段有一个旋转蒸发器部分和相应的冷凝部分。被蒸馏的液体从位于蒸馏器最顶层的第一级蒸发器部分引入。同样地，将一种热源、如蒸汽提供给第一工作段的冷凝器部分，用来使至少一部分液体蒸发。然后第一级蒸发器部分产生的蒸汽流到第二工作段的冷凝器部分，在此用它来加热来自第一工作段的、依次流入第二工作段蒸发器部分的剩下的液体。在第一工作段冷凝器部分产生的蒸馏液也流向第二工作段的冷凝器部分。这个过程在每一个蒸馏器的工作段重复进行。然后，将各工作段积累的蒸馏液从系统引出。为在每一个工作段中达到理想的流动，2894879专利的蒸馏器有许多转动的管段，用来连接各个蒸发器部分和冷凝器部分，并将液体喷洒到蒸发器部分的表面。因此，这个系统的制造和装配成本相对较高。另外，蒸发器部分的任何泄漏将污染相邻冷凝器部分内聚集的蒸馏液。再者，任何这类泄漏都是非常难于检测的。我们也知道，蒸汽压缩蒸馏器比常规蒸馏器更有效率。蒸汽压缩蒸馏器所依据的原理是随着蒸汽(例如水蒸汽)压力的上升，其饱和温度也随即上升。在蒸汽压缩蒸馏器中，蒸发器产生的蒸汽被引出、压缩(饱和温度增加)并返回到蒸发器，在此被冷凝产生蒸馏液。进一步地，蒸汽(具有提高了的饱和温度)冷凝所释放出的蒸发热用来加热(并且蒸发)正在被蒸馏的液体。使用动力离心压缩机的大型蒸汽压缩蒸馏器每天能生产成百加仑的蒸馏水。然而，考虑到离心压缩机的运行费用，如果规格不够大，这些蒸馏器会使一天只需要数十加仑蒸馏水的装置不实际。专利技术概要本专利技术提供一种用在蒸馏器中的旋转式蒸发器和冷凝器，其优点在于减少最终冷凝液被污染的风险。本专利技术提供一种易于制造的蒸发器和冷凝器。本专利技术还提供一种在装配后保持其亲水特性的多工作段的蒸发器和冷凝器。本专利技术总体上涉及一种用在蒸汽压缩蒸馏器中的蒸发-冷凝装置，它包括马达、有一个压缩机进口和压缩机出口的压缩机、与马达连接使其绕转动轴线旋转的换热器，换热器包括层叠的板，它具有若干间隔开的换热板，它们沿共同的转动轴同轴对齐，每个换热板有两个板表面和相对于转轴的内外边缘，换热板限定了在其相对板表面之间交替形成的蒸发室和冷凝室，使得构成冷凝室的板表面限定了一个总体封闭的、与压缩机出口流体连通的内部冷凝空间，其中限定了冷凝室的每对换热板在其内外边缘处封闭，而限定了蒸发室的每对换热板在其内外边缘处开放，它们相互配合形成了与其限定的蒸发室相隔离、而与冷凝室和其它流道相连构成流道的流体通道，其至少一部分靠近换热板的外缘，冷凝液由此从冷凝室中排出，而向蒸发室供应液体的供液源、盛放换热器的侧壁、形成蒸发室的板表面形成了一个与压缩机进口连通的蒸发空间。如以下描述的，本专利技术涉及一种用于蒸馏液体(如水)的一种改进的蒸发器-冷凝器单元。这种蒸发器-冷凝器单元包括置于箱体内的若干叠放但间隔开的换热板。这些板围绕一个公共的竖直旋转轴线水平地布置。相邻的换热板在其相对的表面之间限定了空间，这些空间交替布置成为蒸发室和冷凝室。进一步说，蒸发室内外直径的端部开放而冷凝室内外直径的端部封闭。每个板至少有一个开口用于向冷凝室导入压缩蒸汽并从冷凝室引出冷凝液。具体讲，每个板包括至少一个一般是位于外端部的开口。这些开口相互配合形成一个基本上垂直的流体流道，该流道穿过各冷凝室而与蒸发室隔离，压缩空气由此供入冷凝室，所得的冷凝液由此排出。由于冷凝液是从一个比装载着蒸馏液体的相邻蒸发室压力高的室引出，这就减少了污染冷凝液的可能。一个出口管将箱体中产生的蒸汽引向压缩机而一个进口管将压缩蒸气输送至冷凝室的流体通道。在箱体的底部有一个装载着被蒸馏液体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在蒸汽压缩蒸馏器中的的蒸发－冷凝装置，包括：Ａ．马达；Ｂ．具有一个压缩机进口和压缩机出口的压缩机；Ｃ．与马达连接以便绕转动轴线旋转的换热器，包括：１．层叠板，它具有若干间隔开的换热板，它们沿共同的转轴线同轴对齐，每个换热板有两个板表面和相对于转轴的内外边缘，换热板在其相对的板表面之间限定出交替形成的蒸发室和冷凝室，使得构成冷凝室的板表面之间限定出一个大体封闭的内部冷凝空间，该空间与压缩机出口流体连通，其中：ａ）限定了冷凝室的每对换热板在其内外边缘处被密封；ｂ）限定了蒸发室的每对换热板在其内外边缘处开放，它们相互配合形成了一个流体通道，该通道与所限定的蒸发室隔离、而与冷凝室和其它流体通道配合形成一个流体流道，通道的至少一部分靠近换热板的外边缘，通过它能将冷凝液从冷凝室中导出；２．一个供液源，它将给液供至蒸发室；Ｄ．盛放换热器的侧壁与构成蒸发室的板表面之间限定了一个与压缩机进口连通的蒸发空间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WH泽布尔，
申请(专利权)人：奥维深产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]