專利名稱:飲用水蒸餾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及到水的生產(chǎn),特別是從空氣生產(chǎn)蒸餾水。
背景技術(shù):
在任一給定時(shí)刻,地球大氣層中包含大約3. 26億立方英里的水,該水中約97%是咸水,只有約3 %是淡水。在是淡水的所述3 %大氣水中,約70 %被凍結(jié)在南極,而在其余的30%中,只有約O. 7%是液態(tài)形式的??諝庵邪揙. 7%的大約O. 16%,或約4000立方英里的水,它大約是世界上所有河流中發(fā)現(xiàn)的液態(tài)水含量的8倍。該O. 7%的大致分配如下-該O.7%中的O. 16%被發(fā)現(xiàn)在大氣中;-該O.7 %中的O. 8 %被發(fā)現(xiàn)在土壤水分中;-該O.7%中的I. 4%被發(fā)現(xiàn)在湖泊中;和-該O.7%中的97. 5%被發(fā)現(xiàn)在地下水中。這個(gè)比率被蒸發(fā)率和冷凝率的加速或延緩所維持,與人的活動(dòng)無關(guān)。對(duì)于地球上的大部分生命形式,液態(tài)水是再生健康水的唯一來源和手段。目前,約有12億人無法獲得安全的飲用水,且該數(shù)字在穩(wěn)步增長(zhǎng),據(jù)預(yù)測(cè)到2025年可能有23. O億,或地球人口的三分之一,無法獲得安全的飲用水(世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì),來自世界 21 世紀(jì)水資源委員會(huì)(World Commission on Water for the 21st Century))。這些處于危險(xiǎn)中的兒童及其家庭并不局限于欠發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)?!霸诎l(fā)展中世界的迅速發(fā)展的城市中,數(shù)以百萬計(jì)的城市貧困居民已經(jīng)沒有水供應(yīng)和衛(wèi)生設(shè)施。窮人往往被迫支付高昂的價(jià)格才能獲得未經(jīng)處理的水,其中相當(dāng)部分是致命的”,選自William Gosgrove的報(bào)告,他是位于巴黎的世界水展望(World Water Vision)計(jì)劃的主任。水需求的迅速增加,特別是工業(yè)和家庭用水,是由人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)的。如果這一增長(zhǎng)趨勢(shì)持續(xù)下去,工業(yè)部門的用水到2025年將會(huì)翻倍(WM0,世界氣象組織)。城市人口的增長(zhǎng)將增加對(duì)家庭用水的需求,但計(jì)劃不周的供水和衛(wèi)生服務(wù)將導(dǎo)致對(duì)億萬人民的服務(wù)崩潰。許多家庭仍將無法獲得清潔的自來水。因此,對(duì)成本節(jié)約和規(guī)模化的飲用水資源存在全球的需求。目前獲取飲用水的技術(shù)需要大量能源以便有效運(yùn)作,且處理水的成本使這些技術(shù)對(duì)于有需要的大多數(shù)人民是不能負(fù)擔(dān)的。海水淡化廠存在于富裕的國(guó)家,如美國(guó)和沙特阿拉伯,但不是到處可行的。發(fā)展中國(guó)家缺乏基礎(chǔ)設(shè)施,使得建造高產(chǎn)量的大型海水淡化廠是不切實(shí)際的,因?yàn)闊o法有效地運(yùn)送水。
發(fā)明內(nèi)容
存在對(duì)小型的水蒸餾器的需要,以滿足個(gè)人、社區(qū)和工業(yè)的需求。按照本發(fā)明的蒸餾器通過包含一個(gè)水提取單元而響應(yīng)了這個(gè)需求,無論哪里需要這種需求,所述水提取單元可以打開或關(guān)閉傳統(tǒng)的水網(wǎng)以制造干凈的純凈水本發(fā)明是一種蒸餾器,可以從任何水源提取純凈水,不管水源是咸水或受高度污染的水。該蒸餾器可利用太陽作為主要能源,從而消除了對(duì)昂貴的燃料、水力或電池能源的需要。根據(jù)本發(fā)明的的蒸餾器對(duì)幾乎任何應(yīng)用提供了純凈水的生產(chǎn)。個(gè)人、工業(yè)和社區(qū)通過使用這種技術(shù)可控制自己的供水。它對(duì)于住宅、商業(yè)或軍事應(yīng)用的多種用途都是實(shí)用的,并易于使用和可隨時(shí)隨地提供最優(yōu)質(zhì)的清潔水。該蒸餾器的模塊化設(shè)計(jì)允許只需添加更多的模塊就可增大容量。該蒸餾器是可擴(kuò)展的,并可構(gòu)建為適應(yīng)特定的應(yīng)用和可用的資源。所述蒸餾器可以在世界缺水地區(qū)應(yīng)用于各種用途,包括住宅、娛樂、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和救生。按照本發(fā)明的蒸餾器可用于獲取純凈的飲用水、用于烹飪或其它家庭用途,例如清洗或洗澡。所述蒸餾器還可以用于船上或渡假區(qū)中,用于野營(yíng)旅行、徒步旅行中,和用于未建立飲用水輸送系統(tǒng)的地方。所述蒸餾器可生產(chǎn)用于裝瓶目的或更大的商業(yè)應(yīng)用的淡水,如在食肆、辦公室、學(xué)校、酒店大堂、游船、醫(yī)院和其他公共建筑中。所述蒸餾器也可以用在操場(chǎng)和體育館中此外,根據(jù)本發(fā)明的蒸餾器可用于增加供水,這可通過使用微型或滴灌系統(tǒng)對(duì)選擇的作物進(jìn)行灌溉。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑦m量的水直接送到植物的根部。同樣地,所述蒸餾器可用于瓶裝水生產(chǎn)或者幾乎任何需要水的其它應(yīng)用場(chǎng)合。按照本發(fā)明的蒸餾器提供了一個(gè)結(jié)束很多痛苦的機(jī)會(huì)。由不安全的水引起的死亡和苦難是巨大的。每天有5000多名兒童死于因食用細(xì)菌污染的水和食物引起的疾病,根據(jù)聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)(UNICEF)、世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署(UNEP)最近公布的研究報(bào)告。按照本發(fā)明的蒸餾器對(duì)世界上供水的許多問題提供了一個(gè)實(shí)用又實(shí)惠的解決方案??傊稣麴s器是一種裝置,它利用各種輸入的能源供應(yīng)源,建立一個(gè)內(nèi)部的蒸發(fā)和冷凝過程,從任何現(xiàn)有的咸水或受污染的水源提取純凈的水源。所述蒸餾器可以采用12伏壓縮機(jī)供能,它允許一個(gè)高效率的冷凝過程以產(chǎn)生食水供應(yīng),并可以是便攜式的,允許輸入能源由多種來源如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電池或光電池板提供。此外,所述蒸餾器可以擴(kuò)展到由更普通的電源運(yùn)行,如110伏或220伏系統(tǒng)。按照本發(fā)明的蒸餾器可以通過在(通常是)封閉和可控的系統(tǒng)中加速蒸發(fā)和冷凝過程,產(chǎn)生高品質(zhì)的供水。所述蒸餾器可以按照多種方式構(gòu)建,既能夠凈化現(xiàn)有的水源,也能夠被重新配置從空氣中凝結(jié)水。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是封閉的系統(tǒng),且用于凈化現(xiàn)有的水源。不是如反滲透或碳過濾的常規(guī)系統(tǒng)那樣過濾水,按照本發(fā)明的蒸餾器使可能在一個(gè)封閉系統(tǒng)中的蒸發(fā)和冷凝過程更容易。這個(gè)封閉的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個(gè)人工環(huán)境,其中自然
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水文周期被大大加快,以便使純凈水可從任何水源中提取,不管該水源可能被如何污染。這一過程的設(shè)計(jì)是非常有效的,它重新使用了蒸餾器內(nèi)的可用能量,而該可用能量在常規(guī)能源系統(tǒng)中會(huì)被排出系統(tǒng)。例如,從冷卻系統(tǒng)(冷凝部分)產(chǎn)生的過量熱能用于加熱受污染的水源以加速蒸發(fā)過程,和加熱攜帶水通過該系統(tǒng)的空氣。使空氣足夠溫暖以保持從系統(tǒng)中蒸發(fā)的水,從而使水可以被攜帶到冷卻部分并且冷凝回可供消費(fèi)者使用的液態(tài)形式,是非常重要的。水在蒸餾器的環(huán)境中冷凝,所述蒸餾器中產(chǎn)生以最小的能源需求進(jìn)行蒸發(fā)的最佳條件。在一個(gè)典型的蒸餾過程中,水被加熱到沸點(diǎn)(約212度)。然后水轉(zhuǎn)化為蒸汽并懸浮在空氣中,一起移動(dòng)到冷卻部分使空氣冷卻到低于露點(diǎn),從而使水回復(fù)到液態(tài)。這種類型的系統(tǒng)是有效的,但需要相當(dāng)大的能量以將水加熱到如此高的溫度。按照本發(fā)明的蒸餾器提供了更高效率的過程,其中水由冷卻系統(tǒng)的多余能量加熱,并且利用了許多其它手段以確保有效的過程。一旦水被蒸發(fā)并進(jìn)入氣態(tài)形式,它可以被過濾以清除污染。任何適當(dāng)?shù)倪^濾器可用于這一目的,如高質(zhì)量的HEPA過濾器,確??諝馐羌儍舻那胰魏畏恋K冷凝過程所產(chǎn)生的水質(zhì)的污染都被清除。潮濕的熱空氣在進(jìn)入旨在提高效率的裝置的預(yù)冷部分之前通過所述過濾器。該預(yù)冷部分基本上是一個(gè)動(dòng)態(tài)的熱管,將熱從不需要的地方移動(dòng)到需要的地方。這個(gè)過程在空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)器(冷的)部分之前預(yù)冷卻空氣,在冷卻系統(tǒng)中水被冷凝和被收集。然后空氣再次移動(dòng)通過熱管(上半部分),其中可能包含翅片盤管或其它機(jī)構(gòu)以提供充分的表面接觸面積,其中空氣被早些時(shí)候在蒸餾器下部中從相同的空氣所提取的熱量加熱。然后在空氣被移動(dòng)穿過水的蒸發(fā)部分之前,所述空氣通過穿過冷凝部分而被進(jìn)一步加熱,在蒸發(fā)部分中所述過程重新開始。在本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施例中,外部大氣中的空氣可被引入該系統(tǒng)作為提高水的輸出的一種手段。除了上述的優(yōu)點(diǎn),所述蒸餾器可以通過進(jìn)一步處理已冷凝的水而增加附加值以便提高水的價(jià)值。所述過程將礦物質(zhì)加回水中,以向消費(fèi)者提供這些礦物質(zhì)的被認(rèn)可的價(jià)值。然而,這一進(jìn)程可以將有機(jī)礦物質(zhì)而不是無機(jī)礦物質(zhì)加回水中,以確保重新礦化的水對(duì)人體有真正的好處,而不是簡(jiǎn)單地將人體不能很好地吸收的無機(jī)礦物質(zhì)加回水中。有許多手段可以將礦物質(zhì)和微量元素放回水中。這可以通過多種方式實(shí)現(xiàn),其中一種設(shè)計(jì)包括一個(gè)配有鉸鏈門的小隔間,其中門可以方便地開啟和關(guān)閉。所述隔間可以位于蓄水容器和在蒸發(fā)器(冷卻元件)底部的滴板之間,以便使所生產(chǎn)的水都經(jīng)過該隔間。最終用戶可以將與上述隔間的空間相配合的礦物質(zhì)棒插入該隔間中,當(dāng)水從該礦物質(zhì)棒上滴落時(shí),期望的元素被加入水中。替換地,元素(如有機(jī)礦物質(zhì))的添加或水源屬性的修改可以使用額外的過濾器元件來完成,所述額外的過濾器元件可以提供這些元素或?qū)傩?,或者作為已有過濾器的一部分(例如活性碳過濾系統(tǒng)的一部分)。許多消費(fèi)者可 能希望將礦物質(zhì)或其它有益元素加入水中,但由于有研究表明,對(duì)反對(duì)或支持將礦物質(zhì)加回到供水中來都存在有力的論據(jù),本發(fā)明的蒸發(fā)器允許消費(fèi)者選擇如何處理它們的飲用水。 除了在一個(gè)典型的健康水源中所期望的加回礦物質(zhì)和微量元素之外,這一過程可以用來向供水添加額外的好處。額外的健康藥品可以被添加到水中,包括諸如膠質(zhì)銀、水氧
5氣添加劑、負(fù)電離氫離子或其它健康促進(jìn)產(chǎn)品。隨著消費(fèi)者關(guān)于堿化水和/或具有抗氧化特性的水所提供的健康好處的意識(shí)日益增長(zhǎng),這些屬性可以由上述系統(tǒng)產(chǎn)生的水源提供。本發(fā)明提供了一種用于凈化水的蒸餾器,包括由能源供能的冷凝器;用于保持污水的蒸發(fā)鍋;用于使加熱空氣在水的下面進(jìn)入所述蒸發(fā)鍋、和進(jìn)入所述蒸發(fā)鍋上面的氣流中的裝置;和用于從所述氣流收集凈化水的蒸發(fā)器。所述蒸餾器還可以包括一個(gè)用于在所述氣流經(jīng)過所述蒸發(fā)器后冷卻所述氣流的熱管。所述冷凝器產(chǎn)生的熱量用于在所述氣流在所述蒸發(fā)鍋上經(jīng)過之前加熱所述氣流。第一風(fēng)扇用于使所述氣流流動(dòng),且第二風(fēng)扇用于控制上述冷凝器產(chǎn)生的熱量。本發(fā)明提供了一種蒸發(fā)器,包括用于接收氣流的殼體,所述殼體具有內(nèi)表面;和以從所述殼體的大約第一端到所述殼體的大約第二端的環(huán)狀方式位于所述殼體內(nèi)的冷卻元件。所述殼體還可以包括沿所述殼體的長(zhǎng)度用于接收或排出所述氣流的狹縫。所述殼體可以是圓柱形的,所述冷卻元件纏繞在所述殼體的內(nèi)表面附近,且所述冷卻元件不接觸所述內(nèi)表面。一個(gè)紫外線燈泡穿過所述殼體,所述燈泡固定在所述殼體的第二端。所述內(nèi)表面的相當(dāng)一部分具有一個(gè)反光材料層,例如拋光的鋁或拋光的不銹鋼。所述紫外線燈泡可以容納在一個(gè)殼體托架中。所述冷卻元件可以涂覆有一層抗菌材料,如AglON。一個(gè)氣流管道可以位于所述殼體的第一端或第二端。可以使用具有第一設(shè)定的一個(gè)風(fēng)扇,其中在所述第一設(shè)定上時(shí),從所述第一端抽取所述氣流,且在第二設(shè)定上時(shí),從所述狹縫抽取所述氣流。本發(fā)明提供了一種凈化水的方法,包括(a)抽取在含有污水的蒸發(fā)鍋以上的氣流;(b)將所述氣流通過一個(gè)殼體,所述殼體具有一個(gè)內(nèi)表面和以環(huán)繞蛇狀的方式成形在所述殼體中的冷卻元件;(c)使所述氣流沿所述冷卻元件通過以離開所述殼體;(d)使所述氣流通過一個(gè)熱管;(e)使所述氣流通過一個(gè)冷凝器;和(£)使所述氣流通過所述蒸發(fā)鍋;其中在所述氣流經(jīng)過所述殼體時(shí)從所述氣流中收集水。所述殼體可以是圓柱形的,且所述冷卻元件是一個(gè)盤管。所述氣流在通過所述蒸發(fā)鍋后,可以再次完成步驟(a)至(f)。所述氣流還可以通過一個(gè)空氣過濾器或一個(gè)干燥劑。本發(fā)明提供了一種蒸發(fā)器,包括有進(jìn)氣口和出氣口的殼體;在所述殼體中的紫外線燈管;具有圍繞所述紫外線燈管的多個(gè)環(huán)狀形狀的冷卻元件;其中所述殼體包圍所述紫外線燈管和所述冷卻元件。
參照附圖,本發(fā)明的其它各種目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將被充分認(rèn)識(shí)和更好地理解,在多個(gè)附圖中相同的參考編號(hào)表示相同或相似的部件,其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的蒸餾器的一個(gè)實(shí)施例的方框圖,顯示各個(gè)部件的相互關(guān)系;圖2是蒸餾器中使用的蒸發(fā)器的一個(gè)實(shí)施例的圖;圖3是這種蒸發(fā)器的內(nèi)部組件的分解圖;圖4是蒸餾器中使用的蒸發(fā)器的一個(gè)替代實(shí)施例的圖;圖5是其內(nèi)部組件的分解圖;圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的蒸餾器中控制器的實(shí)施例的方框圖7是一個(gè)流程圖,顯示根據(jù)本發(fā)明蒸餾器的一個(gè)實(shí)施例中的空氣通路;及圖8是一個(gè)流程圖,顯示根據(jù)本發(fā)明蒸餾器的一個(gè)實(shí)施例中的水流。
具體實(shí)施例方式如圖I所示,蒸餾器10是封閉的系統(tǒng),它在整個(gè)凈化過程中反復(fù)使用同樣的空氣,或者可以吸入外部空氣以從這些空氣中取水。圖I顯示蒸餾器10,其側(cè)板被拆除以露出有關(guān)的內(nèi)部部件。下面的描述應(yīng)結(jié)合圖6、7和8閱讀,其中分別顯示了蒸餾器10的控制系統(tǒng)的元件,穿過蒸餾器10的氣流,和通過蒸餾器10的水流??諝庋胤较駻進(jìn)入蒸餾器10的蒸發(fā)部分(如圖7所示的步驟700)??諝馇斑M(jìn)穿過蒸發(fā)鍋32 (步驟710),這里空氣作為一些過程的結(jié)果而是水分飽和的。例如,空氣被氣流導(dǎo)管20保持在水附近,且當(dāng)空氣在水面上經(jīng)過時(shí),所述空氣會(huì)不斷從已位于略高于水面的空氣中移去水分。蒸發(fā)鍋32中的水可以是由用戶提供或外部泵入的污水或海水。這允許更多的水分子進(jìn)入流過的空氣中且加速蒸發(fā)過程。此外,含有制冷劑(或氣體或液體)的熱管式冷凝器40位于蒸發(fā)鍋32緊下方。通過從冷卻系統(tǒng)的部分去除不需要的熱量并加熱要凈化的水,這種定位有助于使冷卻系統(tǒng)有效運(yùn)作。這種加熱允許水被蒸發(fā),且被沿水面通過的空氣所攜帶。除了這些系統(tǒng)之外,蒸餾器10的一個(gè)特點(diǎn)是,它無需對(duì)建立沸騰的效果通常所需要的高溫就提供了沸騰的一些優(yōu)點(diǎn)。如果蒸餾器10被用來從大氣空氣中提取水,蒸發(fā)鍋32將是空的。在圖I所示的實(shí)施例中,人工沸騰管50在水中產(chǎn)生通常與沸騰過程有關(guān)的湍流,從而不斷打破水的表面張力且有利于形成一個(gè)加快的蒸發(fā)過程??諝馔ㄟ^處于蒸發(fā)鍋32底部的人工智能沸騰管50的多個(gè)小孔從蒸餾器10內(nèi)部或外部泵入,越暖的空氣會(huì)越有效。在空氣通過空氣泵60泵入時(shí),泡沫在蒸發(fā)鍋32的底部形成且移動(dòng)到表面,在這里當(dāng)恒定的氣流通過水面時(shí)這個(gè)水分高度飽和的空氣被帶走。雖然圖I中只顯示了一個(gè)蒸發(fā)鍋32,但可以在同一蒸餾器中使用多個(gè)蒸發(fā)鍋。例如第二蒸發(fā)鍋可位于第一蒸發(fā)鍋的緊上方,在第一和第二蒸發(fā)鍋32之間留有空氣通過的空間,空氣流可這樣分割一半的空氣通過第一蒸發(fā)鍋的上方,一半的空氣通過第二蒸發(fā)鍋的上方。這種多個(gè)蒸發(fā)鍋32的使用進(jìn)一步提高了蒸餾器的效率。每個(gè)蒸發(fā)鍋32都有沸騰管50。然后空氣經(jīng)過蒸發(fā)器21 (步驟720)?,F(xiàn)在詳細(xì)描述蒸發(fā)器21。蒸餾器10可以配備任何數(shù)量的可用的蒸發(fā)器,例如使用由不同材料制成的翅片盤管或緊密繞制的盤管的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器21的適當(dāng)例子如下所述。蒸發(fā)器21的一個(gè)合適的實(shí)施例含有用于該制度的多個(gè)好處,包括自我消毒,減小的邊界層建設(shè),增大的內(nèi)部湍流(即表面面積接觸),在氣流流過蒸餾器10時(shí)減小的阻力。圖2顯示了一個(gè)用于水凝結(jié)和提取裝置如蒸餾器10的蒸發(fā)器21的實(shí)施例。蒸發(fā)器21包括兩個(gè)主要元件,一個(gè)是由氣流通過的殼體22,一個(gè)是用于進(jìn)行所述凝結(jié)和消毒過程的冷卻元件30。殼體22可以是氣密的,并可以被成形為管狀以接收和保持冷卻元件30到位。在空氣通過殼體22經(jīng)由風(fēng)扇140被吸入到蒸發(fā)器21中時(shí),氣流接觸到上述湍流,同時(shí)冷卻元件30提供了減小的氣流阻力。在氣流沿方向AA流入殼體22中時(shí),空氣經(jīng)過在UV (紫外線)燈泡28 (可以產(chǎn)生或不產(chǎn)生臭氧)和殼體22的內(nèi)壁27之間的空間。蒸發(fā)器21的內(nèi)表面27是高反射率的,可由能反射紫外光的一種或多種材料制成,如高度拋光的鋁或不銹鋼。從在殼體支架29中保持就位的紫外線燈泡28發(fā)出的光對(duì)冷卻元件30的表面殺菌。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,冷卻元件30是在殼體22的內(nèi)表面27和紫外線燈28之間形成一個(gè)盤管的一系列環(huán),但不接觸殼體22或紫外線燈泡28,并由諸如銅或不銹鋼的材料制造以具有所需的屬性和材料成本。冷卻元件30可以被涂上如AgION的材料,它能夠提供額外的抗菌性能,以協(xié)助冷卻元件30保持清潔和不被污染。此外,蒸發(fā)器21的其它表面,如內(nèi)壁27,將暴露于氣流或所產(chǎn)生的水,可以被涂覆這樣的材料。所述材料(如AgION)還提供理想的防腐性能和熱性能。一些可以用于制造蒸發(fā)器21的材料包括Eldon James抗菌FlexeleneTM銀,CPT-324聚天冬氨酸NSF涂層,Sherwin-Williams公司制造的ControlTechTM和Tank CladTM,抗菌粉末涂料(Antimicrobial Powder Coating)公司的 SilverSanTM,除其它之外。氣流通過蒸發(fā)器21被吸入,它與第一盤管圈30a接觸,在這里空氣圍繞所述盤管被吸入,且被引導(dǎo)與下一個(gè)相鄰的盤管30b接觸。然后空氣圍繞所述盤管30b被吸入,且被引導(dǎo)到下一個(gè)盤管30c,以此類推,流過冷卻元件30的長(zhǎng)度。這種動(dòng)作增加了氣流的湍流,減少了空氣通過一系列翅片所造成的不需要的邊界層,因?yàn)橥ǔ?huì)在氣流和接觸表面之間建立一個(gè)層(邊界層)。該邊界層允許空氣通過蒸發(fā)器但不直接暴露到接觸表面,從而允許空氣通過蒸發(fā)器同時(shí)保持了不必要的高水分含量。吸入的氣流可以從后端35或前端36進(jìn)入蒸發(fā)器21。雖然使用蒸餾器10的推薦位置是戶外,使得外面的空氣可以進(jìn)入,但出于各種原因這可能不是一個(gè)被采納的方案。例如,如果在蒸餾器10的使用環(huán)境中盜竊是一個(gè)需考慮的問題,消費(fèi)者可能需要將該裝置放在室內(nèi)。在這種情況下,仍然可取的做法是蒸餾器10和蒸發(fā)器21從外部源(如果用戶使用蒸餾器10從大氣空氣中提取水的話)或室內(nèi)(如果用戶使用蒸餾器10凈化污水的話)獲得輸入的氣流。可移動(dòng)的氣流管道23可以被定位在前端36上,如圖2所示,或可以被定位為從蒸發(fā)器21的后端35抽取空氣。所述可移動(dòng)管道23可以被定位為面對(duì)任何方向,以適應(yīng)各種內(nèi)部設(shè)計(jì)和應(yīng)用。蒸發(fā)器21可以用具有緊固機(jī)制如螺絲、鐵釘或膠水(如圖2所示的螺絲孔25)的安裝裝置例如托架24安裝在蒸餾器10內(nèi)。替換地,蒸發(fā)器21可以用作替換實(shí)施例的一部分,在蒸餾器10外面用于實(shí)現(xiàn)替代的功能。為方便蒸發(fā)器21的制造,殼體22可被提供為一個(gè)單個(gè)的管狀元件,或提供為可卷起且用某種形式的栓鎖接縫26 (如常規(guī)鋁管道中所使用的)固定的平坦部件。殼體22被成形為在最低點(diǎn)提供一個(gè)通道,以幫助其中水的運(yùn)動(dòng)。蒸發(fā)器21的內(nèi)部功能可以提供傳統(tǒng)蒸發(fā)器不具有的殺菌功能。上述的殺菌機(jī)理提供了對(duì)蒸發(fā)器21的內(nèi)部零件(包括盤管的陰影側(cè))以及蒸餾器10的其它暴露于水或空氣的內(nèi)部部件的UV和/或臭氧消毒。紫外光28可以是產(chǎn)生臭氧的光線,由此在蒸餾器10關(guān)閉時(shí),如在圖6中示出的控制器600在這個(gè)時(shí)間間隔將啟動(dòng)產(chǎn)生臭氧的紫外光28以使用所產(chǎn)生的紫外線消毒蒸發(fā)器21。由于在蒸發(fā)器21內(nèi)有臭氧的積累,一旦臭氧到達(dá)控制器600所確定的一個(gè)適當(dāng)水平,驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇140在第一個(gè)方向(如與方向AA相反)移動(dòng)臭氧飽和的空氣,以消毒在蒸發(fā)器21前面的所有接觸表面,包括任何進(jìn)氣過濾器。當(dāng)經(jīng)過足夠的時(shí)間后(根據(jù)計(jì)時(shí)器650),所述風(fēng)扇關(guān)閉并且在蒸發(fā)器21內(nèi)再次提高臭氧濃度。一旦達(dá)到所需的臭氧含量,這可以通過任何傳感方法確定,包括為積累所分配的時(shí)間或者臭氧傳感器620,
8風(fēng)扇140在與之前方向相反的方向(在這個(gè)例子中是方向AA的前進(jìn)方向)上導(dǎo)通,讓臭氧飽和的空氣通過蒸發(fā)器21以外的蒸餾器10,以使就位的蒸餾器10的部件保持清潔。在本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例中,殼體22不必是圓柱形的,可以是另一種形狀,如長(zhǎng)方體或螺線管的。在這種情況下,冷卻元件30將被靠近內(nèi)表面27定位和以蛇狀方式延伸以形成從螺線管的第一端到其第二端的環(huán)(圓形或其它形式)。在蒸發(fā)器21的替代實(shí)施例中,如圖4和5所示,空氣可以通過狹縫37從殼體22的側(cè)面進(jìn)入殼體22或從殼體22取出(如上所述),而不是從其兩端35,36。在前面的實(shí)施例中,空氣從殼體22的一端進(jìn)入,穿過殼體到另一端,第一盤管圈30具有降低空氣溫度和冷凝水的最大作用,由此當(dāng)空氣到達(dá)后面的盤管時(shí),空氣已明顯耗盡其水分,使后面的盤管不那么有效。在圖4和圖5所示的“橫流(cross flow) ”吸入空氣的設(shè)計(jì)中,空氣通過沿殼體22的長(zhǎng)度定位的縫隙37沿方向AAA進(jìn)入殼體22。該空氣可從殼體22的前端36或后端35離開殼體22,允許使用多個(gè)盤管30以冷卻空氣和冷凝水。蒸餾器10可以使用任何數(shù)量的過濾器,以確保冷凝的水保持純潔。在圖I中只顯示了一個(gè)空氣過濾器70,它位于蒸發(fā)器21和下部的熱管80之間。可使用多種不同類型的空氣過濾器70,如靜電過濾器,和/或可以被清潔和重復(fù)使用的其它過濾器。當(dāng)合適的空氣過濾器70如HEPA過濾器清潔了空氣(步驟730)時(shí),該空氣進(jìn)入預(yù)冷卻裝置,下部的熱管80 (步驟 750)。任選地,也可使用一干燥劑(未顯示)(步驟740)。該干燥劑可以是幾乎任何形式的,但一個(gè)實(shí)施例可以是干燥劑轉(zhuǎn)輪,如目前在各種設(shè)計(jì)用于從空氣中提取水分的設(shè)備中所使用的。該干燥劑可以沿著氣流路徑位于任何地方,但一個(gè)最佳的位置是緊挨在空氣過濾器70后。在下部熱管80中,由于熱管將熱向上送到上部熱管90中,空氣被冷卻。這種熱管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了無需恢復(fù)的熱管技術(shù),并允許制冷劑恒定流過該系統(tǒng)。上部熱管90和下部熱管80都可使用典型的冷卻翅片,如在用于空調(diào)機(jī)的常規(guī)蒸 發(fā)器和冷凝器中通常所見的,以確??諝饪山佑|最大的表面面積。由于蒸餾器10中的氣流系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為連續(xù)的,且不需要用于恢復(fù)的停機(jī)時(shí)間,制冷劑的完整回路將流經(jīng)熱管80、90。制冷劑連接管100可設(shè)于上部熱管90和下部熱管80的任一側(cè)上,允許制冷劑易于以連續(xù)的流動(dòng)從下部熱管80移動(dòng)到上部熱管90,然后再返回到下部熱管80,以便不需要恢復(fù)周期。一旦冷的空氣經(jīng)過下部熱管80的預(yù)冷部分,則它可以通過一個(gè)二次預(yù)冷裝置110(步驟760),該預(yù)冷裝置110提供流過它的冷水,該冷水在蒸發(fā)器21將通過該系統(tǒng)的空氣冷卻到露點(diǎn)以下從而從空氣中凝結(jié)所述冷水時(shí)由蒸發(fā)器21提供。在蒸發(fā)器21處收集的水(圖8的步驟800)可直接從蒸餾器10排出(步驟840),也可以移動(dòng)通過裝有排水器130的二次預(yù)冷裝置110(步驟810)。在圖I所示的實(shí)施例中,水通過排水器130流出蒸發(fā)器10,然而蒸餾器10可以含有從產(chǎn)生水的多個(gè)位置收集冷凝水的裝置,如下部熱管80,它也有能力從空氣中抽取一些水。水也可以在二次預(yù)冷裝置110和蒸發(fā)器21 (其中產(chǎn)生大部分水)中產(chǎn)生。一旦冷空氣經(jīng)過蒸發(fā)器21和下部熱管80,且已經(jīng)有盡可能多的水從空氣中凝結(jié),空氣流經(jīng)上部熱管90,以便去除在空氣流過下部熱管80時(shí)從空氣中吸走的熱量(步驟760)。這允許對(duì)流過蒸餾器10的空氣的有效處理。蒸餾器10的替代實(shí)施例可以具有空氣到空氣的熱交換器,配置為使空氣在離開蒸發(fā)器21之前通過所述交換器(步驟725),使得進(jìn)入蒸發(fā)器21的空氣被預(yù)冷(步驟715),從而使用蒸發(fā)器10產(chǎn)生的冷來預(yù)冷卻即將進(jìn)入蒸發(fā)器21的空氣。一旦空氣6已通過上部熱管90,它將從熱管系統(tǒng)80、90帶走熱量,使熱管80、90更有效地運(yùn)作。此外,空氣將被加熱到一定程度,而且由于只有熱空氣可以容納大量的水,這種空氣加熱是必要的,如果所述空氣希望在通過蒸發(fā)鍋32時(shí)有效地抽取水分。在該系統(tǒng)的一些點(diǎn),空氣經(jīng)過驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇140,驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇140使空氣循環(huán)通過蒸餾器10。驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇140可以方便地位于蒸發(fā)器10的任何地方。驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇140是可控的,使得它產(chǎn)生通過蒸餾器10的最佳氣流,可自動(dòng)或手動(dòng)控制以產(chǎn)生最佳的氣流。除了氣流被控制之外,冷卻系統(tǒng)也可被手動(dòng)或自動(dòng)控制以確保最佳操作,如下所述。除了風(fēng)扇140控制通過蒸發(fā)器21的氣流之外,蒸餾器10可以包括一個(gè)用于冷凝·器150的可控風(fēng)扇630。所述風(fēng)扇(或多個(gè)風(fēng)扇)控制多少熱量可以從蒸餾器10取出,且可用于擴(kuò)大蒸餾器10的有效操作范圍。對(duì)制冷劑的計(jì)量有助于控制冷卻過程,但對(duì)流過冷凝器150的氣流的控制有助于即使在不同負(fù)載的情況下平衡制冷劑的壓力,并且提高了蒸發(fā)器10的整體性能。然后已通過上部熱管90的空氣將經(jīng)過冷凝器150 (步驟770),在這里空氣將冷卻冷凝器150,因而有助于冷卻系統(tǒng)的有效功能。此外,冷凝器150在需要時(shí)進(jìn)一步加熱所述空氣,使所述空氣準(zhǔn)備好再次通過蒸發(fā)鍋32 (步驟780)??墒褂每諝鈪s水器以確保在蒸餾器10 “關(guān)斷”時(shí)水不會(huì)進(jìn)入沸騰管50,雖然在蒸餾器10重新啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入沸騰管50的空氣會(huì)被排出??諝庋刂鴼饬鞴艿?0在其下面流動(dòng),保持空氣密切靠近熱水的表面,所述熱水的表面由系統(tǒng)所產(chǎn)生的人工沸騰過程所擾動(dòng)(步驟710)。這種不斷打破水的表面張力而空氣不斷吸走水分的過程允許一個(gè)類似于沸騰但不需沸騰所要求的能量的蒸發(fā)過程。冷卻系統(tǒng)的壓縮機(jī)160可安裝在系統(tǒng)中,最好是在空氣將被加熱的地方,如緊接在冷凝器150之前或之后以協(xié)助加熱空氣,或者壓縮機(jī)160可以隔離在氣流系統(tǒng)之外。冷凝器150可安裝在蒸發(fā)器10以外,以去除多余的熱量。如果蒸餾器10用于凈化現(xiàn)有的水,氣流可以是一個(gè)封閉的系統(tǒng),因此不需要外部空氣。如果蒸餾器10被用來從大氣空氣中提取水,則必須從蒸餾器10外部獲得空氣且蒸發(fā)鍋32將是空的。對(duì)于這樣一個(gè)使用,蒸餾器10中的一個(gè)板(未顯示)是打開的(步驟775),讓氣流通過冷凝器150后逸出(步驟790)。擋板可以用來確保從蒸餾器10逸出的空氣不會(huì)重新進(jìn)入系統(tǒng)。蒸餾器10中的控制器600可用于確保壓縮機(jī)160不會(huì)過熱??刂破?00從傳感器640接收對(duì)壓縮機(jī)160溫度的輸入,當(dāng)控制器認(rèn)為壓縮機(jī)160已經(jīng)達(dá)到最高溫度時(shí),控制器關(guān)斷壓縮機(jī)160使其在重新啟動(dòng)蒸餾器10之前有足夠的時(shí)間來冷卻。壓縮機(jī)160可以是一個(gè)12伏壓縮機(jī),它可以是便攜式的或允許其輸入能量由許多來源提供,如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電池或光電板。此外,蒸餾器10可以擴(kuò)展到以更傳統(tǒng)的電源如110伏或220伏系統(tǒng)工作。隔熱器170可用于在需要的地方保持熱能,或者,暴露于圍繞蒸餾器10的外部空氣的冷卻翅片可用在蒸餾器10的希望冷卻效果的部分中,如緊挨在蒸發(fā)器21之前(或例如在如熱管80、90的冷卻部分和冷凝器150中)。從蒸餾器10收集的水(圖8的步驟800)可以送到各種裝置,以確保只有高質(zhì)量的水才被產(chǎn)生??梢允褂米贤饩€燈190和/或水凈化系統(tǒng)(未顯示)如反滲透或碳過濾系統(tǒng)。由于水是冷凝的,重力將水向下滴到最好剛好在蒸餾器10下方的一個(gè)存儲(chǔ)池(沒有顯示)中。出水口可安裝一個(gè)P形存水彎管(p-trap)以確保外部元件不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。此外,水可以在空氣用于預(yù)冷卻裝置110之后、剛要離開蒸餾器10之前暴露在紫外線凈化中(步驟820)。任選地,特別是在蒸餾器10正下方有一個(gè)存儲(chǔ)器皿時(shí),水可以通過一個(gè)對(duì)紫外線透明的光照管180 (石英或Teflon (聚四氟乙烯))。在儲(chǔ)存器皿中的水可以再循環(huán)通過蒸餾器10中的任何或全部元件,以確保水質(zhì)清潔,沒有有害污染,且不會(huì)渾濁。如圖I所示的一個(gè)實(shí)施例是利用紫外線燈190,它具有一個(gè)光照管180圍繞紫外線燈纏繞,因此,在水離開蒸餾器10之前、在重力使水滴落于在紫外線燈190周圍的螺旋形構(gòu)件中時(shí),它允許水相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間地緊密接近所述光。蒸餾器10可以安裝有一個(gè)裝置(例如如一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)),使得如果沒有安裝空氣過濾器70的話,控制器600不會(huì)讓蒸餾器10運(yùn)作。此外,蒸餾器10可以被設(shè)計(jì)為這樣,如果任何一個(gè)關(guān)鍵元件未安裝或無法正常工作,蒸餾器10將無法運(yùn)行。這可以用與控制器600 一起工作的傳感器機(jī)構(gòu)和開關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。隨著紫外光的正確使用,99. 99%的所有藻類、細(xì)菌和/或病毒可被殺死。一個(gè)或多個(gè)紫外線燈190可安裝在蒸餾器10中在水滴落的地方。紫外光的波長(zhǎng)范圍從180到480納米,但具有最大殺菌性能的光波段要窄得多,通常為250至260納米。隨著時(shí)間的推移,紫外光往往會(huì)降低強(qiáng)度和波長(zhǎng),并且紫外光可能會(huì)過度曝光,或使石英玻璃材料變暗,進(jìn)一步減低了所需的光傳輸性能。同樣地,紫外光的間歇性使用可能進(jìn)一步降低其殺菌特性。因此,雖然仍然可以照射紫外光,但光的期望特性可能不再存在。紫外線燈190可以在定時(shí)器650上,定時(shí)器650根據(jù)工作小時(shí)數(shù)表明何時(shí)該燈190應(yīng)該更換,不管線燈190是否仍然照射。在另一種實(shí)施例中,紫外線傳感器660可以裝入該裝置中,使得在不再具有所需的波長(zhǎng)時(shí),控制器600通過郵件或指指示器或者簡(jiǎn)單地關(guān)斷蒸餾器10,而將此顯示給用戶。由于石英是紫外線透明的,它可用于分開紫外線和水,或者水可以在紫外線燈190外殼的正上方通過。這些光波的所需的殺菌性能可以穿透特氟隆(Teflon),而不會(huì)對(duì)暴露所述形式的光中的、蒸發(fā)器10的這些部件上的薄膜累積不利影響。因此特氟隆可以用于蒸餾器10的暴露在這種類型的光中的任何部分中。空氣過濾器70的條件也可以以多種方式監(jiān)測(cè)。例如,壓差傳感器670可向控制器600提供過濾器70狀態(tài)的標(biāo)志,但許多其它的設(shè)計(jì)應(yīng)用可用于這一目的,包括監(jiān)測(cè)風(fēng)扇140的狀態(tài)以確定有多少阻力被蒸發(fā)器10中的氣流產(chǎn)生,或使用計(jì)時(shí)器650來顯示何時(shí)空氣過濾器70需要更換。蒸餾器10也可以安裝有一個(gè)水過濾器(未顯示),除了旨在確保蒸餾器10生產(chǎn)的水是高質(zhì)量的其它系統(tǒng)設(shè)計(jì)(即空氣過濾器和紫外線照射系統(tǒng))之外。這種水過濾器可以放置為緊接在冷凝器單元的排水壺嘴的下方(在紫外光之后或之前),或者在蒸發(fā)器21和存儲(chǔ)·器皿之間的任何其它地方,或在儲(chǔ)存器皿上/中。所述水凈化系統(tǒng)可以是碳、反滲透、各種膜系統(tǒng)等。因此水可以在剛要離開蒸餾器10之前通過水過濾器(步驟830),進(jìn)入蓄水器皿(步驟840)。蒸餾器10的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)故障指示系統(tǒng)680,它具有可由用戶查看的一個(gè)或多個(gè)LED燈690,用于指示需要維修的問題。一個(gè)LED燈690,或一種燈光顏色,可以用來表示紫外線燈190不工作,另一個(gè)燈690 (或替代地?zé)艄忸伾?可用于指示過濾器70需要被更換。如果沒有更換過濾器70,或者紫外線燈190不工作,蒸餾器10可以設(shè)置為關(guān)斷直至采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)為止。這種故障指示系統(tǒng)680可以在發(fā)生故障時(shí)使位于蒸餾器10上一個(gè)板前面的故障燈690發(fā)光,上述故障包括空氣過濾器 70被堵塞、壓縮機(jī)150過熱或紫外光180熄滅、蒸餾器10停止工作。要找到故障,用戶可以按壓一個(gè)控制面板(未顯示)上的“開始”按鈕以激活用戶消息系統(tǒng)695,它將以幾種語言之一播放音頻消息。為了糾正故障,用戶移去蒸餾器10的封蓋(未顯示),進(jìn)行必要的維修和按壓蒸發(fā)器10內(nèi)的一個(gè)“復(fù)位按鈕”(未顯示)。當(dāng)封蓋被裝上時(shí),蒸餾器10可以由按壓“開始”按鈕重新啟動(dòng)。注意在封蓋被安裝之前,蒸餾器10無法重新啟動(dòng),因?yàn)榉馍w被移去時(shí)應(yīng)該包括電源斷開,以便安全接觸蒸餾器10的組成部件。雖然為了解釋的目的已詳細(xì)描述了本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例,應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到,所披露裝置的變型或修改仍落內(nèi)本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種蒸發(fā)器,包括a)用于接收氣流的殼體,所述殼體具有內(nèi)表面;和b)冷卻元件,所述冷卻元件以從所述殼體的大約第一端到所述殼體的大約第二端的環(huán)狀方式位于所述殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的蒸發(fā)器,特征在于所述殼體還包括了沿所述殼體的長(zhǎng)度用于接收或排出所述氣流的狹縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的蒸發(fā)器,特征在于所述殼體是圓柱形的,所述冷卻元件纏繞在所述殼體的內(nèi)表面附近,且所述冷卻元件不接觸所述內(nèi)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的蒸發(fā)器,特征在于一個(gè)紫外線燈泡穿過所述殼體,所述燈泡固定在所述殼體的第二端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的蒸發(fā)器,特征在于所述內(nèi)表面的相當(dāng)一部分具有一個(gè)反光材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的蒸發(fā)器,特征在于所述反光材料是拋光的鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的蒸發(fā)器,特征在于所述反光材料是拋光的不銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的蒸發(fā)器,特征在于所述紫外線燈泡容納在一個(gè)殼體托架中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的蒸發(fā)器,特征在于所述冷卻元件涂覆有一層抗菌材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的蒸發(fā)器,特征在于所述抗菌材料是AglON。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的蒸發(fā)器,特征在于一氣流管道位于所述第一端。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的蒸發(fā)器,特征在于一氣流管道位于所述第二端。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的蒸發(fā)器,特征在于還包括具有第一設(shè)定的一個(gè)風(fēng)扇,其中在所述第一設(shè)定上時(shí),從所述第一端抽出所述氣流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的蒸發(fā)器,特征在于所述風(fēng)扇具有第二設(shè)定,其中在所述第二設(shè)定上時(shí),從所述狹縫抽出所述氣流。
15.—種蒸發(fā)器,包括(a)有進(jìn)氣口和出氣口的殼體;(b)在所述殼體中的紫外線燈管;(c)具有圍繞所述紫外線燈管的多個(gè)環(huán)狀形狀的冷卻元件;和其中所述殼體包圍所述紫外線燈管和所述冷卻元件。全文摘要
本發(fā)明揭示了一種蒸發(fā)器,包括用于接收氣流的殼體,所述殼體具有內(nèi)表面;和冷卻元件,所述冷卻元件以從所述殼體的大約第一端到所述殼體的大約第二端的環(huán)狀方式位于所述殼體內(nèi)。本發(fā)明還揭示了一種蒸發(fā)器,包括有進(jìn)氣口和出氣口的殼體;在所述殼體中的紫外線燈管;具有圍繞所述紫外線燈管的多個(gè)環(huán)狀形狀的冷卻元件;和其中所述殼體包圍所述紫外線燈管和所述冷卻元件。
文檔編號(hào)C02F1/04GK102910691SQ201210349670
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者J·瑞切伊, R·威斯貝克 申請(qǐng)人:自由供水有限公司