СИСТЕМА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER PURIFICATION SYSTEM AND METHOD

Область применения.
1.  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».
Уровень техники.
3.  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.
-6
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 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.
11
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 10) 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:
10
100
200
-система очистки воды показанная на Фиг. 1, имеет два основных компонента: (a) узел конденсатора-испарителя  и (б) узел нагнетателя или компрессора . 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
14
: система, показанная на Фиг. 1, подключается к источнику загрязненной воды  (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.
16
100
Клапан  (Фиг. 1) регулирует поток жидкости из источника по линии или трубе (не показаны) в узел конденсатора-испарителя . 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.
100
16,
Доступ к компонентам для очистки важен, поскольку вода из источника содержит твердые частицы, которые собираются между источником и узлом конденсатора-испарителя . 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  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
200
100
280
110
: нагнетательный или компрессорный узел  монтируется над узлом конденсатора-испарителя  в корпусе , как показано на Фиг. 1. Корпус (Фиг. 1) может иметь футовый диаметр (≈ 30 см), но он зависит от диаметра оболочки  и частей, окружающих оболочку.
280
Корпус  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.
182
282
280
Секции корпуса  и  соединяются друг с другом почти на полпути между верхней и нижней частью комбинированного корпуса . 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.
182
282
280
100,
200
284
282
184
182
186
187
Секция корпуса конденсатора-испарителя и секция  корпуса нагнетателя образуют комбинированный корпус . См. Фиг. 1. Первый окружает узел конденсатора-испарителя  а второй - узел нагнетателя . Две секции корпуса могут соединяться различными способами, но на Фиг. 1 резьба  секции корпуса нагнетателя  совпадает с резьбой  секции корпуса нагнетателя-испарителя . Уплотнительное кольцо  в углублении  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.
280
184
284
182
282
280
Во время работы внутренняя часть комбинированного корпуса  находится под вакуумом около 0,5 фунта на квадратный дюйм (≈ 3,5 кПа). Одинарное резьбовое соединение /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  и  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 .
Нагнетатель
200
210
280
274
275
: узел нагнетателя или компрессора  включает в себя многоступенчатый нагнетатель . См. Фиг. 1. Двигатель, приводящий в движение нагнетатель, можно установить внутри корпуса , 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  вне корпуса двигателя . См. Фиг. 1. Двигатель получает электроэнергию от источника питания (не показан).
282
274
276
282
277
274
210
110
Во избежание необходимости в уплотнении в секции  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  вращает внешнюю магнитную муфту  рядом с внешней стороной секции корпуса нагнетателя , и магнитная сила от внешней магнитной муфты вращает внутреннюю магнитную муфту . 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  для привода нагнетателя  и оболочки , но могут использоваться и другие двигатели.
274
Если у пользователя имеется двигатель, работающий с другим оборудованием, можно использовать его мощность вместо мощности специального двигателя . 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.
282,
277
278
279
212
214
214
216
210
218
219
220
221
278
212,
Детали, установленные внутри корпуса нагнетателя имеют монтажную конструкцию. Внутренняя магнитная муфта  прикреплена к валу и вращает его (Фиг. 1). Вал вращает шестерню или шкив , который приводит в движение ремень  для вращения шестерни или шкива . В технической характеристике шестерни, шкивы и другие круговые приводы называются «шестернями», хотя они могут не иметь зубьев. Шестерня  соединяется с приводным валом  нагнетателя и вращает его. Подшипники  и  поддерживают вращение приводного вала. Подшипники  и  также поддерживают вал . Даже если они не видны на чертежах или не описаны в тексте, вращающиеся части обычно имеют подшипники для уменьшения трения. Ремни, такие как ремень  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.
214
279
214
279
274
214
216
214
210,
Шестерня  может составлять примерно одну четвертую диаметра шестерни , что заставляет шестерню  вращаться в четыре раза быстрее, чем вращается шестерня . Если двигатель  вращается со скоростью 2000 об/мин, шестерня  вращается со скоростью 8000 об/мин. Вал  проходит от шестерни  к нагнетателю  где он вращает нагнетатель с этой скоростью. Изменение диаметра шестерен изменяет преимущественные свойства их механической конструкции, чтобы достичь нужной скорости нагнетателя.
212,
104,
Зубчатая передача, фрикционный привод или другой привод могут заменить ремень  и другой ремень  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.
278
211
221
102
102
104
106
106
110
102
106
2
Вал  (Фиг. 1) проходит через раму нагнетателя  и подшипник , но он может быть смещен за пределы рамы нагнетателя. Вал заходит в шестерню . Вращение вала вращает шестерню , которая через ремень  вращает шестерню . Благодаря дополнительной конструкции, описанной ниже, вращающаяся шестерня вращает оболочку конденсатора-испарителя , описанную ниже. Что касается диаметра шестерен  и  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/с). Оболочка 1 системы радиусом 13 см не обязательно должна вращаться со скоростью 250 об / мин. Она, скорее всего, вращаться и медленнее.
279
214
102
106
210,
110
Диаметры шестерен , ,  и  на Фиг. 1 необязательно указаны в масштабе, но от их диаметра зависит вращение нагнетателя который вращается на много быстрее, чем оболочка , 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.
230
280
232
210
234
100
185
182
Опорная вставка  устанавливается внутри комбинированного корпуса . Две части, верхняя опорная вставка  вокруг нагнетателя  и нижняя опорная вставка  вокруг узла конденсатора-испарителя , образуют комбинированную опорную вставку. Нижний элемент прикреплен к основанию  секции корпуса конденсаторно-испарительного узла , а верхний элемент находится над нижним элементом. См. Фиг. 1.
285,
285
234
232
232
234
Такая деталь, как уплотнительное кольцо  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  не обязательно должно создавать твердое уплотнение; оно помогает элементам  и  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  вставляется в верхнюю борозду и в стенку вставки нижней опоры  с канавкой, обращенной вниз.
Узел конденсатора-испарителя
110
100
234
182
234
132
234
112
110
234
131
132
112
110
112
: оболочка  узла конденсатора-испарителя  вращается внутри вставки нижней опорной конструкции  и нижней корпусной секции . Нижняя пластина  может иметь структуру, такую как и подшипниковые опоры  (Фиг. 1 и 2), которые проходят вверх под углом от опорной вставки .Удлинительное кольцо  наклонено под углом вниз с внешней стороны оболочки . Удлинительное кольцо и опора подшипника совмещены (Фиг. 1, 2 и 4). Несущие опоры расположены порознь вдоль опоры кольцеобразной вставки . 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  устанавливаются на каждой подшипниковой опоре , а удлинитель  устанавливается на подшипники оболочки . Расстояние между подшипниками, их размер и взаимодействие с удлинителями  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.
110
120
121
Оболочка конденсатора-испарителя  имеет цилиндрическое секцию под колпаком . 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.
122
109
107
108
107
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 , которое подходит для наклонного привода . Вал  в подшипнике  (Фиг. 1), вращает наклонный привод. Наклонный привод входит в углубление так, что вращение привода от вала  вращает оболочку.
109
122
109
Наклонный привод может иметь зубцы, входящие в зацепление с сопрягаемыми зубьями в углублении 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 на чертежах, упрощает сборку и разборку во время обслуживания и ремонта.
274
210
110
200
100
274
Ременный привод, шестерни и валы позволяют одному двигателю  на Фиг. 1 вращать нагнетатель  и оболочку . Компоненты, рассмотренные ранее, вращают детали с разными угловыми скоростями для выполнения различных функций нагнетательного узла  и узла конденсатора-испарителя . Однако другие приводные конструкции могут соединять двигатель  и связанные с ним валы, шестерни и шкивы с вращающейся оболочкой.
Работа системы
280
310
310
: в корпусе  необходимо сначала создать давление примерно от 0,1 до 0,3 фунтов на квадратный дюйм (от 0,69 до 2,07 кПа). Трубка  (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  и вакуумным насосом изолирует установку, когда вакуумный насос выключен.
14
16
140
110
140a
114
140
114
144,
Загрязненная вода из источника  и клапана  течет через сливную трубу  внутри оболочки конденсатора-испарителя  (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  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 . Если сделать отверстия или сопла достаточно большими, это уменьшит потенциальное засорение. Поступающая загрязненная вода также может вытекать из верхней части трубы. Вращение оболочки рассеивает воду по внутренней поверхности оболочки и за счет наличия лопастей или пропеллероподобной конструкции которые вращаются вместе с корпусом, вода распыляется. Лопасти или рабочее колесо выбрасывает воду на внутреннюю поверхность корпуса, после чего на них попадает загрязненная вода.
110,
114
Силы гравитации, действующие на воду в результате вращения оболочки заставляют воду образовывать тонкую пленку на внутренней поверхности оболочки . 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.
114
110
Внутренняя поверхность  оболочки  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.
114
110
116
110
234
117
118
280,
232
234
Вода кипит на внутренней поверхности  оболочки . Этот пар является чистым, поскольку не содержит нелетучие примеси. Он выходит из нижней части  оболочки . Нижняя опорная вставка  может иметь отверстия, подобные отверстию  (Фиг. 1 и 2), чтобы пропускать пар через пространство  между корпусом  а также верхней и нижней опорными вставками  и .
114
110
114
110
110
Когда загрязненная вода закипает на внутренней поверхности оболочки , 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  и перемещаются с загрязненной водой.Кроме того, сила гравитации, вызванная вращением оболочки  с умеренной скоростью, удерживает нелетучие вещества на внутренней поверхности оболочки до тех пор, пока они не осядут на дно оболочки . Любое накопление солей и загрязнения с оставшейся жидкостью стекает вдоль стенки испарителя.
2
2
2
Наиболее загрязненная вода, которую обрабатывает система, не должна включать такие конденсируемые летучие вещества, как бензин или другие растворенные газы. Однако растворенные O, N и COне 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.
110
118
210
113
2
2
Пар из оболочки движется вверх через пространство  по потоку к нижнему входному концу нагнетателя . Нагнетатель повышает давление и температуру пара, а также направляет его к внешней поверхности оболочки . 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-фут) до тех пор, пока не произойдет фазовый переход с высокой эффективностью, также возникает теплопередача (≈ 5,000 БТЕ/ч -°F-фут). 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.
p
T
T
b
b
b
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,  и  - соответственно давление и температура испарителя. Любой способ или методика, увеличивающие коэффициент теплопередачи до максимума без существенного увеличения рабочей температуры  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.
110,
113
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 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 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.
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
1
B
1
2
1
6
6
1
C
3
4
SH
3
4
BC
5
4
BPR
общ.
BC
BPR
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  и давлении P. Когда вода закипает, она меняет фазу и переходит в состояние 2, но остается при той же температуре, что и на входе  ( = ). Ее энтропия увеличивается (переходя из жидкого состояния в парообразное). Концентрированная сточная вода выходит из установки при температуре , где  = . Пар поступает ко входу нагнетателя, где сжимается в компрессоре. Давление и температура повышаются до P и соответственно, которые завышены; т.e. выше температуры насыщения  (к Δ). Как только перегретый пар передает свою ощутимую тепловую энергию конденсатору (за счет низкого КПД, конвективной теплопередачи), его температура падает от  до . Этот насыщенный пар, имеющий более высокую температуру и давление, чем кипящий пар, передает свою скрытую тепловую энергию (Δ) 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 , равняющейся температуре насыщенного пара в конденсаторе. Обратите внимание: если во входящей загрязненной жидкости присутствуют соли, дополнительное количество тепловой энергии должно быть выше температуры кипения ΔT. Следовательно, общая разница температур будет Δ = Δ + ΔT.
210
113
110
114
Когда пар выходит из нагнетателя  с более высоким давлением и температурой, он контактирует с внешней поверхностью  корпуса . Поскольку кипение происходит со стороны внутренней поверхности корпуса, поверхность 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.
110
100
116
110
119
185
182
Извлечение всей питьевой воды, полученной из загрязненной, является необязательным и нежелательным. В то время как некоторое количество загрязненной воды, попадающей во внутреннюю часть корпуса  установки конденсатора-испарителя  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 корпуса. Когда загрязнители и сточные воды достигают дна внутренней стенки корпуса , они собираются вдоль внутреннего края  и на основании  корпуса конденсатора-испарителя .
117
100
200,
234
185
185
160
Такие отверстия, как отверстие  (Фиг. 1 и 2) для прохождения пара от узла конденсатора-испарителя к узлу нагнетателя находятся около нижней части  и основания . 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  имеет уклон (внизу слева на Фиг. 1 и 2), поэтому загрязняющие вещества и сточные воды собираются на выходе .
140
110
Периодическая закачка чистой воды или пара через впускное отверстие  под оболочку  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.
110
2
2
2
Впрыск пара при атмосферном давлении в корпус  конденсатора-испарителя перед запуском процесса и перед откачкой воздуха из него заменяет неконденсирующийся воздух (в основном O, N, Ar и CO) 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
110
100
114
170
140
172
174
: под оболочкой  установки конденсатора-испарителя устанавливаются несколько внутренних очистителей, которые доходят до внутренней поверхности  оболочки. На Фиг. 1 и 2, внутренний очиститель  установлен вокруг впускной трубы . Очистители могут иметь множество креплений  с гибкими пластинами 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.
174
110
174
Давление пластин очистителя  на внутреннюю поверхность корпуса  не должно удалять всю жидкость. В отличие от очистителя лобового стекла транспортного средства, который временно оставляет стеклянные поверхности без воды, пластины  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.
113
110
176
177
234
Очистители также могут удалять воду с внешней поверхности  оболочки 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  (Фиг. 1 и 2) наружных поверхностей оболочек крепятся на опорах , что соединяются с нижними опорами вставки . 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.
170
110
176
Все внутренние пластины очистителя  на Фиг. 1 и 2 находятся на одном уровне, поэтому каждый из них контактирует с одной и той же частью внутренней поверхности оболочки . Они также могу быть равномерно расположены по вертикали и контактировать с разными областями. Внешние пластины очистителя  располагаются и вертикально.
110
170
176
Очистители устанавливаются под углом к оси вращения корпуса, или один очиститель может совершать изогнутую или спиралевидную траекторию вдоль поверхности оболочки. Внутренний очиститель , который распределяет загрязненную воду по поверхности испарителя, наклонен таким образом, чтобы его поверхность скользила по поверхности испарителя при вращении корпуса. Внешний очиститель  для удаления конденсата с поверхности конденсатора также может иметь острую кромку, обращенную к вращению оболочки, чтобы сбрасывать конденсат с поверхности конденсатора.
170
176
110
Аналогичные опасения по поводу сопротивления поступательному движению вследствие трения поверхностей применимы и к внутренним  и внешним очистителям . По мере увеличения давления со стороны пластин очистителя для поддержания вращения оболочки  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.
110
113
178
179
130
178
234
234
Пресная вода с внешней оболочки  поверхности конденсатора  собирается вокруг оболочки . См. Фиг. 1, 2 и 4. Затем вода поступает в выпускное отверстие . Кольцевой диск  нижней части расположен под углом, чтобы направлять воду вниз в сторону вставки  нижней опоры. Выходное отверстие может быть рядом со вставкой опоры , поэтому вода перетекает туда.
Вращающееся паронепроницаемое уплотнение:
110
внутренняя и внешняя части оболочки  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.
190
191,
130,
192,
234
Уплотнение на Фиг. 1, 2 и 4 применяются, чтобы избежать проблем с обычными вращающимися паронепроницаемыми уплотнениями. Уплотнение  (лучше всего видно на Фиг. 4) имеет вертикальный выступ  идущий вверх от внутреннего конца кольцевого диска  и горизонтальный выступ  идущий наружу от вершины вертикального выступа. Диск расположен вокруг внутренней части вставки нижней опоры .
189
193,
110
194,
195
189
192
189
197,
110
194
198
199,
196
Канал  (Фиг. 4) имеет кольцо  выходящее наружу из оболочки , хомут  проходящий вниз от конца кольца, и выступ , идущий внутрь от верхней части хомута (вместе все это образует вращающийся U-образный канал). Канал  имеет дальний конец, а неподвижный диск  проходит через проксимальный конец вращающегося канала . См. Фиг. 4. Вода  собранная в канале, вращается с примерной скоростью 100 об / мин, что есть скоростью вращения оболочки , потому что канал вращается вместе с оболочкой. Вращение создает центробежную силу на воде, которая толкает воду дистально к дальнему концу канала на хомуте . Давление пара на внешней стороне оболочки конденсатора действует в области  на первой стороне оболочки, а давление пара с внутренней стороны корпуса испарителя действует в области  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  канала становится паровым затвором между компонентами с различным давлением.
2
2
2
2
2
2
2
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=ρω = ρω ΔR(2R- ΔR) ≈ 2ρω R 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 (R). Удвоение радиуса глубины канала уплотнения (ΔR) незначительно увеличивает общий диаметр системы (по сравнению с R), но удваивает допустимое давление уплотнения.
Удаление питьевой и сточной воды из корпуса:
179
160
питьевая вода  и сточные воды на выходе  (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.
300
Заявители могут использовать диафрагменный насос прямого вытеснения в качестве одного из вариантов комбинированной насосной системы 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.
160
300
302
304
306
308
160
310
304
302,
312
304
302
320
Сточные воды и загрязнения из выпускного отверстия  (Фиг. 1, 2, 5 и 7) попадают в насосную систему в камеру . См. Фиг. 5. Состоящие из двух частей элементы  и корпуса,между которыми находится уплотнение , образуют камеру. Выход  герметично соединен с фитингом  элемента корпуса . Вода течет из выпускного отверстия в камеру  потому что они находятся под одинаковым низким, почти вакуумным давлением. Подвешенная подпружиненная пластина  или другой пластинчатый элемент, который устанавливается на часть корпуса, обычно открыт, как на Фиг. 5, поэтому он не блокирует гравитационный поток воды в камеру 302. В камере устанавливаетсярасширяемая и сжимаемая диафрагма . Она занимает большую ее часть, когда расширяется, и лишь небольшой объем, при сжатии.
320
302
322
324
330
330,
2
2
2
Когда диафрагма  сжата, сточные воды и загрязнения из камеры  могут самотеком поступать в выходной канал  (Фиг. 5). Он герметично соединен с фитингом . Гибкий самоуплотняющийся «язычковый» клапан  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  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 O, N, Ar и CO воздуха с внешней стороны клапана системы заявителей. Вода и водяной пар внутри диафрагменного насоса также помогают изолировать вход с обратным клапаном от утечки воздуха.
320
312
160
302
302
280
160
322
330
330
302
Когда диафрагма  расширяется, она толкает шарнирную пластину  вверх, чтобы закрыть вход  в камеру . Закрытие шарнирной пластины предотвращает обратный поток из камеры  и разделяет корпус  и выход (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  (Фиг. 5). Сточные воды и загрязнители выталкиваются через клапан  и пропускные каналы для удаления. Лепестковый клапан  или другой обратный клапан предотвращает обратный поток воздуха в камеру . Расширение диафрагмы должно обеспечивать давление, которое будет выше атмосферного, чтобы преодолевать любую обратную силу от лепесткового / обратного клапана.
179
342
352
360
342
179
360
362
Система вывода пресной воды из выпускного отверстия  аналогична системе вывода сточных вод. Выходное отверстие и камера находятся под одинаковым давлением, близкому к вакууму, поэтому пресная вода может поступать в камеру . Обычно открытая подпружиненная шарнирная пластина  не блокирует самотек пресной воды. Диафрагма  в камере  сжимается, занимая лишь небольшой объем, что позволяет остальной части камеры заполняться водой из выпускного отверстия . В результате расширения диафрагмы пресная вода выталкивается из камеры через лепестковый клапан  и выпускной канал  в место хранения пресной воды.
320
360
320
360)
302
342
370
372,
374
380
320
388
360
386
302
342
160,
179
376
378
386
388
312
352
Небольшая, прерывистая и управляемая система насос- вакуумный насос расширяет и сжимает диафрагмы  и . Они ( и  являются гибкими, но стенки камер  и  предотвращают их чрезмерное надувание и лопание. Камера  имеет поршень  который может перемещаться из одного конца в другой конец камеры. Пружина сжатия  толкает поршень «вверх» (Фиг. 5). Вакуумный насос  производит забор воздуха из диафрагмы  через трубу  и из диафрагмы  через трубу  в сжатое состояние, когда поршень поднят. Когда диафрагма сжимается, сточные воды могут течь в соответствующие камеры  или  из выпускного отверстия  и пресная вода из выпускного отверстия . Когда вакуумный насос выключается, можно активировать нагнетательный насос . Его давление действует через трубку , толкая поршень «вниз» и подвергая трубки  и  давлению насоса. Сжатый воздух поступает в диафрагму, которая при расширении закрывает пружинные клапаны  и , а затем выталкивает пресную и сточные воды в соответствующие выпускные отверстия.
300
376
380
302
342
Компоненты насосной системы  - не дорогие и требуют не много энергии для откачки жидкости. Чтобы сэкономить электроэнергию, не следует, чтобы нагнетательный  или вакуумный насос  работали постоянно. Вместо этого насосная система может работать с перерывами, а датчики определяют, когда одна или обе камеры  и  заполнены до заданного уровня.
Ограничение конденсации на корпусе и других внутренних компонентах:
110,
280,
113
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 и температуры внутренней поверхности корпуса  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 . Конденсат на поверхности корпуса также не применяется как питьевая вода.
113
110,
280
Любой пар, конденсирующийся с внешней поверхности  оболочки  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  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.
280
280
400
274
275
280
402
404
406
407
408
402
404
182
282
402
404
Небольшой электрический нагреватель повышает температуру корпуса , но электрические нагреватели неэффективны и могут требовать средства управления для поддержания температуры корпуса в надлежащих диапазонах. Вместо использования электрического нагревателя температуру корпуса  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 . См. Фиг. 6. Двигатель  и корпус  двигателя, которые находятся вне корпуса  (Фиг. 1), расположены за пределами контейнера. Для того, чтобы иметь доступ к корпусу, канистра может состоять из двух частей, верхней  и нижней части . Части канистры соединяются на ободьях  и . Уплотнительное кольцо  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  и нижней части  (так же, как и корпус  и ). Уплотнение между двумя половинами  и  не обязательно должно быть прочным, поскольку давление воды в баллоне не повышено.
412
280
400
416
400
410
140
400
412
400
Впускное отверстие  соединяется с источником загрязненной воды для заполнения пространства между корпусом  и канистрой . 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  (Фиг. 6). Загрязненная вода, используемая в качестве теплоизолятора внутри канистры , выходит через выпускное отверстие  и перенаправляется в качестве входящей питательной воды во впускную трубку . Небольшой насос (не показан) может способствовать циркуляции воды внутри канистры  обратно в источник загрязненной воды для поддержания постоянной температуры между впускным отверстием  и канистрой .
400
282
280
Использование загрязненной воды внутри контейнера  приводит в соответствие температуру корпуса  и другую конструкцию в корпусе  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.
400
410
412,
416
280
Хотя использование загрязненной воды в канистре  вместо нагретого воздуха может потребовать меньше энергии, это все же приемлемо. Вместо впускных и выпускных отверстий  и  а также винта для циркуляции воды, нагнетатель нагревателя может всасывать и нагревать воздух снаружи канистры. Вентилятор способствует циркуляции воздуха, чтобы нагреть весь корпус . 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:
280
400
402
404
182
282
182
402
282
404
184
284
402
404
доступ внутрь корпуса  позволяет чистить, ремонтировать и обслуживать внутренние части установки. Если корпус находится в контейнере  (Фиг. 6), он делится на две части  и . Затем разделяются две секции  и  (Фиг. 1 и 6) корпуса. Как альтернатива, для более простой конфигурации можно было бы использовать герметичную цилиндрическую оболочку  (аналогично ) и другую герметичную цилиндрическую оболочку вокруг  (аналогично ), с уплотнениями на соответствующей резьбе фланцев  и . Чтобы соединить поток между  и потребуется трубка.
232
285
234
230
182
210
278
109
122
110
100
Отсоединение вставки  верхней опоры и уплотнительного кольца , а также вставки нижней опоры обеспечивает удаление вставки опоры  из нижнего корпуса секции . См. Фиг. 1. При этом извлекается нагнетатель  и компоненты, связанные с валом . Удаление углового привода  из углубления  оболочки обеспечивает доступ к узлу конденсатора-испарителя.
110
192
193
195
190
170
176
176
190,
140
140a
Затем поднимается оболочка . Благодаря тому, что диск  гибкий, предотвращается нарушение горизонтального выступа  и диска  уплотнения  (Фиг. 4). Гибкость не должна нарушать их герметизирующие функции. Очистители  и  (Фиг. 1, 2 и 6) могут быть тонкими. Возможно, во время сборки / разборки придется ввести цилиндрический инструмент для расширения внешнего очиститель , чтобы обеспечить зазор для уплотнения  когда снята оболочка. Трубку  можно изъять простым разъединителем, аналогичным  (как показано на Фиг. 7), когда оболочка снята.
234,
110
234
179
140
185
Весь узел конденсатора-испарителя, включая нижнюю опорную вставку можно снять как цельный узел вместо удаления одной оболочки . Это позволяет снимать оболочку и нижнюю опорную вставку  вместе, чтобы совершить сборку / разборку на рабочем месте. Для этого необходимо использовать быстроразъемные фитинги, чтобы выпустить пресную воду, и впускную трубку  для загрязненной воды нижнего корпуса . Быстроразъемные фитинги могут быть аналогичными фитингам, изображенным на Фиг. 6.
140a,
141
179
180
60
171
310
310
161
100
Входная трубка показанная на Фиг. 7, имеет изгиб, а ее нижняя часть опирается на уплотнение втулки. Верхняя часть уплотнения втулки и нижняя часть входной трубки имеют форму конуса. Достаточным будет сужение менее, чем на 10°. Выпускное отверстие  для пресной воды имеет такое же сужение для зацепления с конусом в верхней части кольцевого уплотнения . Выпускная труба 1 для отходов имеет такой же заужение, как и трубка для впуска воды, где конический конец входит в зацепление с коническим уплотнением с втулкой. Для трубки , которая соединяет вакуумный насос с установкой, может потребоваться специальный вакуумный соединитель, который изображен на Фиг. 7 между  и . Поскольку выпускная трубка и вакуумная трубка не входят в узел конденсатора-испарителя , 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.
100,
110
174
176,
100
284
140
179
Для надлежащего технического обслуживания может потребоваться демонтаж всего узла конденсатора-испарителя  чтобы заменить его на новый. Расположение деталей установки таким образом, чтобы произвести замену только корпуса котла-испарителяи, возможно, очистителей  и  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  также извлекается с помощью внешней опоры  как один собранный узел, при условии, что имеются быстроразъемные приспособления для впуска питательной воды  и ее вывода .
100
280
Узел конденсатора-испарителя  и узел нагнетателя-компрессора находятся в одном корпусе 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).
600
601
601
610
620
630
640
Для конструкции с несколькими оболочками узел  конденсатора-испарителя имеет корпус  (Фиг. 8) в вакуумном корпусе (не показан). В корпусе  на Фиг. 8 - четыре концентрических оболочки конденсатора-испарителя , ,  и , 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.
610
620
602
На Фиг. 9, с увеличенной частью Фиг. 8, видны только первая и вторая оболочки  и  слева. Левая боковая поверхность каждой оболочки конденсатора-испарителя (Фиг. 9) - это внутренняя сторона или сторона испарителя, потому что она обращена к оси  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.
601
604
606
736
602
650
610
620
630
640
601
608
609
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  не закрыт. Его крышка  может иметь отверстия  и  (Фиг. 8). Корпус вращается вокруг оси в центре неподвижной центральной стойки и в центре цилиндрических корпусов , ,  и . Аналогичные двигатели и шестерни, приводящие в движение корпус на Фиг. 1, показывают части, которые вращают корпус , но на Фиг. 8 двигатели и шестерни не показаны. Крышка имеет углубление , в которое помещается наклонный привод . Он может иметь конструкцию, которая фиксируется в углублении для обеспечения лучшего привода корпуса.
650
654
658
656
660,
Центральная стойка  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  и ), 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  и  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.
620
650
620
640,
640
Для простоты и потому, что здесь это уместно, в описании дается только одна оболочка конденсатора-испарителя, а именно, оболочка  (вторая справа от центральной стойки  на Фиг. 8 и крайняя слева на Фиг. 9). За исключением диаметров, другие оболочки конденсатора-испарителя и связанные с ними компоненты подобны оболочке  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  могут отличаться от компонентов, которые находятся рядом с другими оболочками, поскольку оболочка  размещена снаружи.
710
712
716
718
714
620
718
630
628
630,
710
Узел  кольцевого каркаса включает нижнее кольцо , угловое крепление  и верхнее кольцо . Свободный конец  нижнего кольца прикреплен к оболочке  (Фиг. 8), а свободный конец  верхнего кольца прикреплен к соседней оболочке  (отображено на Фиг. 8). Узлы каркаса могут быть пластиковыми или металлическими. Камера  испарителя имеет внутреннее пространство между оболочкой, например, оболочкой  и ее каркасным узлом . 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.
711
710
730
732
BC
Узлы кольцевого каркаса также образуют камеры конденсатора. Узел каркаса (снаружи справа  на Фиг. 8 и 9) образует сторону конденсационной камеры . 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 создаваемую нагнетательным компрессором.
710
711
626
627
628
732
601
Узлы кольцевого каркаса, такие как узлы  и  (Фиг. 8), представляют собой жесткие трубчатые приспособления. Опоры  и , удерживающие очистители, жесткие и неподвижные. Они не препятствуют прохождению потока пара, выходящего из камер  испарителя, и не препятствуют прохождению входящего потока пара в камеры конденсатора. Эти каналы пара находятся в свободном пространстве в области корпуса .
610
620
630
640
710
610
620
630
640
624
750
Тонкие металлические оболочки конденсатора-испарителя , ,  и  и неметаллические каркасные узлы, такие как  (Фиг. 8), создают жесткую конструкцию конденсатора-испарителя даже без радиальных опорных стоек. Наличие радиальных опор для расположения оболочек , ,  и  относительно друг друга возможно, но в зависимости от их расположения опоры могут мешать неподвижным пластинам очистителя  и . Поскольку очистители важны, конструкция на Фиг. 8 и 9 для жесткости опирается на каркасные узлы вместо радиальных опор.
14
670
672
674
676
678
680
671
690
676
620
670
674
676
678
680
670
672
Загрязненная вода из источника, такого как источник  на Фиг. 1 поступает в узел конденсатора-испарителя через входное отверстие  (Фиг. 8 и 9). Оттуда вода течет в коллектор  и разветвляется на четыре трубки , ,  и . Другие наборы трубок могут быть расположены вокруг оболочек. Стрелками  показано, куда входит вода. Каждая трубка имеет одно или несколько сопел. Для простоты заявители дают только описание сопла  на конце трубы  и связанной с ним оболочки  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  находится под атмосферным давлением (и дросселируется игольчатым клапаном). Трубки , ,  и  могут подключаться напрямую к входу  вместо входящей воды, поступающей в коллектор  сначала.
600
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  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.
190
601
Уплотнения между испарителем и конденсатором, предотвращающие утечку пара и жидкости, аналогичны уплотнению  на Фиг. 1, 2 и 4, и более подробно описаны ниже. Уплотнения, которые заполняются автоматически, когда поступает вода на входе, зависят от вращения узла  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.
676
690
622
620
601
После того, как питательная вода поступает в узел конденсатора-испарителя, вода течет через трубу  и распределяется для подпитки каждой оболочки испарителя, в том числе через сопло  (Фиг. 8 и 9). Вода достигает внутренней поверхности  корпуса или поверхности испарителя  и внутренних поверхностей других корпусов. Центробежная сила, создаваемая вращением корпуса  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.
1210
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,  на Фиг. 10 и другие нагнетатели на других чертежах. Описание других чертежей описывает путь пара к нагнетателям.
624
620
622
626
658
174
176
624

Дополнительные очистители, такие как  взаимодействуют с центробежной силой, помогая распространять загрязненную воду по внутренним поверхностям оболочек, включая поверхность  оболочки испарителя (Фиг. 8 и 9). Очиститель испарителя прикреплен к цилиндрической опоре , которая находится над стойкой . Подобно очистителям  и  на Фиг. 1 и 2, очистители испарителяна 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.
632
627
654
623
Внешние очистители могут касаться внешних поверхностей конденсатора. Очиститель  (Фиг. 8) устанавливается на цилиндрическую опору , которая соединяется со стойкой . Другие очистители (не пронумерованы) также устанавливаются на аналогичные опоры. Очистители конденсатора контактируют с поверхностями конденсатора, такими как  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.
626
658
627
654
650
Соединение цилиндрической опоры  очистителя испарителя со стойкой , соединение цилиндрической опоры  очистителя конденсатора со стойкой  и соединение стоек с центральной стойкой  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
676
690
622
620
710
628
708
709
740
: после того, как установка вакуумирована, загрязненная вода течет из источника через трубку  и из сопла . Вода распределяется для подпитки каждой оболочки испарителя, включая поверхность  испарителя оболочки  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 , направляют пар из камер кипения (например, камеры ) как указано стрелками  (возле нижней части Фиг. 8). Затем пар идет по пути, указанному стрелками , вверх по внешней стороне вставки  опоры. Опорная вставка расположена с внутренней стенки корпуса вакуумной камеры (не показана).
622
620
740
200
200
607
609
601
Пар из внутренней стороны  корпуса  поступает в узел нагнетателя или компрессора (не показано на Фиг. 8) после прохождения вверх вдоль внешней поддержки вставки . Нагнетатель сжимает пар. Тот, что устанавливается над компонентами, которые изображены на Фиг. 8, может быть похож на нагнетатель  на Фиг. 1. Нагнетатели с несколькими оболочками, как на Фиг. 8 (и другие) могут иметь мощность больше, чем у нагнетателя  (Фиг. 1), который подает сжатый пар только в одну оболочку. Конструкция, которая заставляет вращаться вал , наклонный привод  и корпус  в рабочем состоянии соединяется с конструкцией, которая вращает нагнетатель.
p
p
2
После сжатия в нагнетателе пар имеет немного повышенное давление Δ, что увеличивает его температуру ΔT. Типичное давление Δ может повышаться от 1 до 4 дюймов (HO) (≈ 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.
606
656
654
Пар с повышенной температурой и давлением от нагнетателя проходит через отверстия  в корпусе и через такие отверстия, например, как , или промежутки между опорами .
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).
623
620
632
627
Центробежная сила, вызванная вращением оболочки, может вытеснить жидкость с поверхности  оболочки  (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  установленные на кронштейне  очистителя конденсатора, чтобы сбрасывать конденсат с поверхности.
4
4
2
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 × 10 до 3.4 × 10 Вт/м°C) по сравнению со значениями, составляющими одну десятую или менее обычных систем испарителя с конденсатором.
623
632,
711
623
601
717
736
601
Конденсат, сбрасываемый с поверхности  конденсатора под действием центробежной силы или внешним очистителем  контактирует с узлом  каркаса, который находится справа или снаружи поверхности  конденсатора на Фиг. 8. Поскольку каркас вращается вместе с корпусом  и многими внутренними частями, включая оболочку, узлы каркаса направляют конденсат вверх, и он поднимается над узлами каркаса. См. стрелки на Фиг. 8 и 9.Затем вода выбрасывается через отверстия  в корпусе  (правая сторона Фиг. 8).
623
620
622
622
При преобразовании пара в жидкость на поверхности конденсатора, такой как поверхность , тепловая энергия передается оболочкам, таким как . Конденсация восстанавливает большую часть тепловой энергии благодаря кипению воды на поверхности . 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 . 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.
622
620
По крайней мере часть загрязненной воды, достигающая поверхностей испарителя, таких как поверхность  (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 . 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
732
628
190
p
: уплотнения должны выдерживать перепад давления между сжатым паром от нагнетателя в камерах конденсации, таких как камера , и давлением в камерах кипения, таких как камера . 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 Δ может составлять от 0,04 до 0,15 фунтов на квадратный дюйм. Два вращающихся уплотнения, в которых используются такие принципы, как и в уплотнении  на Фиг. 4, удерживают эту разность давлений.
760
762
650
771
610
770
650
622,
771
770
762
770
762,
p
Первое уплотнение  (в верхней части Фиг. 8 слева) включает диск , прикрепленный к центральной опоре . Диск проходит через элемент  кольцевого канала (U-образный в поперечном сечении). Элемент кольцевого канала прикрепляется к верхней части оболочки и вращается вместе с ней. Он удерживает жидкость, такую как загрязненная вода . Каналы, проходящие через центральную опору  и трубку, ведущую от канала к элементу кольцевого канала уплотнения (не показано), могут требовать уплотнения для загрязненной воды. Перепад давления (Δ) между паром, кипящим на поверхности котла, таких как поверхность  и сжатым паром от нагнетателя оказывает различные силы давления на текучую среду во вращающемся уплотнении. Разница давлений создает столб перепада высот в канальном элементе . На Фиг. 8 давление жидкости  над диском  превышает давление под диском из-за силы давления со стороны нагнетателя. Разность давлений перемещает столб жидкости , но элемент канала во время работы системы вращается. Центробежная сила, действующая на жидкость, удерживает достаточно жидкости выше и ниже диска  чтобы предотвратить поток пара через уплотнение.
784
786
658
787
601
794
622
620
794
786
784
760
784
650
784,
760
Другое вращающееся уплотнение, такое как уплотнение , работает по аналогичному принципу. Диск  проходит через внешнюю опору  в элемент  кольцевого канала нижней части корпуса  (правая сторона Фиг. 8). Жидкость  в элементе кольцевого канала над диском подвергается воздействию пара с более низким давлением со стороны оболочки испарителя, например, со стороны испарителя  оболочки . Пар более высокого давления от нагнетателя воздействует на жидкость под диском, поэтому жидкость принимает положение аналогично положению жидкости  на Фиг. 8. Вращение корпуса создает центробежную силу, которая заставляет жидкость над и под диском  удерживать жидкость в желобчатой детали. Жидкость изолирует пар более высокого давления от пара более низкого давления. Эффективный радиус уплотнения  больше, чем радиус уплотнения , поскольку уплотнение  находится дальше от центральной стойки , поэтому гидравлические силы, действующие на жидкость в уплотнении  выше, чем гидравлические силы, действующие на жидкость в уплотнении .
670
760
784
650,
Струя воды из впускного отверстия  одновременно питает два уплотнения  и , предотвращающих прохождение жидкости и пара. Каналы, проходящие через центральную опору  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.
r
p
762
786
602
771
Перепад давления пара, который может блокировать уплотнение, зависит от плотности жидкости (ρ), перепада высоты жидкости (Δ) на противоположных сторонах неподвижных дисков  или  и динамической нагрузки, приложенной к жидкости в канале. Динамическая нагрузка является функцией скорости вращения (ω) и радиуса от канала до оси вращения . Правильная конструкция элемента  с кольцевым каналом обеспечивает гибкость в отношении допустимых перепадов давления (Δ) и рабочих скоростей вращения (ω), которые требуются для паронепроницаемого уплотнения.
Опора корпуса конденсатора-испарителя
601
602
650
810
812
740
601
810
820
822
812
: корпус  и внутренние узлы конденсатора-испарителя вращаются вокруг оси  центральной стойки .См. Фиг. 8. Подшипники , которые монтируются на угловой опоре , поддерживающей вставку , позволяют вращение корпуса . Опоры могут иметь наклон 45°. Можно использовать три таких подшипника и опоры, расположенных под углом 120°. Подшипники  взаимодействуют с подшипниками , которые прикреплены к угловому опорному кольцу . Опорное кольцо может быть также наклонено под углом 45°, чтобы дополнить угловую опору . Подшипники поддерживают корпус в положении, как показано на Фиг. 8 и способствуют его вращению.
601
Корпус  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:
1000
1002
1003,
1004
1208,
1006
узел конденсатора-испарителя устанавливается в вакуумную оболочку . Вакуумная оболочка имеет верх, или верхнюю часть  низ, или нижнюю часть  (Фиг. 11), которые соединяются и уплотняются вместе. Также используется резьбовое крепление  и различные уплотнительные детали, такие как уплотнительные кольца . 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.
1003
1004
1002
Верхняя  и нижняя часть  вакуумной оболочки  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
1200
1210
1212
1214
1002
1214,
1214
1212
1220
274
1216
1222
1224
: узел нагнетателя  включает многоступенчатый нагнетатель , установленный в верхней части нагнетательного корпуса . См. Фиг. 10. Двигатель  (схематично показан на Фиг. 10) устанавливается вне вакуумного корпуса , где он может подключаться к внешнему источнику электроэнергии (не показан). Небольшие электродвигатели, такие как двигатель  очень эффективны и расходуют мало энергии. Двигатель  устанавливается в центре верхней части оболочки  над крышкой . См. Фиг. 10 и 11. Местоположение двигателя зависит от его подключения к другим частям системы. Сравните центральное положение на Фиг. 10 с положением двигателя  на Фиг. 1. В двигателе используются магнитные муфты для вращения деталей внутри вакуумного корпуса. Он вращает верхнюю магнитную муфту  в углублении , которая в свою очередь вращает нижнюю магнитную муфту .
1002
Двигатель может быть установлен внутри вакуумного корпуса . 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.
1224
1230
1232
1232
1234
1236
1238
1238
1242
1240
1242
1246
1210
1250
1252
1254
1256
1230
1246
1260
1261
1246
Нижняя магнитная муфта  вращает вал  (Фиг. 10), который в свою очередь вращает шестерню . 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 вращает шестерню  посредством приводного ремня (не видна на Фиг. 10). Последняя шестерня соединяется с валом и вращает его, а он вращает шестерню . Шестерня вращает шестерню  с помощью приводного ремня . Шестерня прикреплена к приводному валу  нагнетателя, который вращает части нагнетателя . Подшипники, такие как , ,  и  поддерживают валы  и  при вращении. Другие подшипники поддерживают и другие вращающиеся части. Фланцы  и  (Фиг. 10) действуют как зоны балансира и поддерживают приводной вал , а также удерживают детали нагнетателя на месте.
1214
1232
1234
1238
1242
1210
1010
Шестерни или шкивы имеют такой размер, чтобы действовать как трансмиссия для вращения нагнетателя со скоростью, которая будет отличаться от скорости двигателя . Выбор диаметра шестерен влияет на их механические свойства и скорость нагнетания. Шестерни , ,  и , которые не обязательно указаны на Фиг. 10 в масштабе имеют диаметры, заставляющие нагнетатель  вращаться намного быстрее, чем вращается оболочка , 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.
1246
1262
1263
1264
1264
1266
1268
1270
1270
1268
1220
1008
1078
Вращение вала нагнетателя  (Фиг. 10) способствует вращению шестерни , которая через соединительный ремень (не показан) вращает шестерню  на валу . Вращение вала  вращает шестерню , а та в свою очередь вращает шестерню . Она вращает промежуточные вал  (Фиг. 11), к которому прикреплена. Вал  и шестерня  вращает крышку  конденсатора-испарителяи остальную часть корпуса  конденсатора-испарителя. Подшипник  (Фиг. 11) ограничивает трение при вращении.
Установка конденсатора-испарителя
1000
1015
1119
1154
1220
1063
: установка конденсатора-испарителя имеет три основных узла, которые соединяются вместе. См. Фиг. 17. Узел опоры сопла и очистителя (Фиг. 12 и 17) находится в нижней части Фиг. 17. Он расположен в пределах оболочки . Очиститель конденсатора  находится под оболочкой. Крышка  находится в верхней части узла испарителя с конденсатором, а нижняя опора  подшипника находится рядом с его нижней частью.
1000
1008
1010
1020
1030
1040
1008
1002
1020
1030
Узел конденсатора-испарителя помещается в его оболочку . 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, ,  и , но устройство может иметь больше или меньше оболочек в зависимости от диаметра корпуса , расстояния между корпусами и размера вакуумного корпуса . 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  и на Фиг. 14 увеличены.
1000
1010
1020
1030
1040
1110
1111
1052
1050
1016
1026
1036
1046
1090
1091
1092
1093
1156
1157
1158
1159
Вращающиеся элементы узла  конденсатора-испарителя имеют оболочки ,,  и , а также узлы каркаса, которые поддерживают оболочки. Два таких узла представляют собой узлы и . Оболочки и узлы каркаса вращаются вокруг вертикальной оси  через центральную стойку . Цилиндры очистителя , ,  и  (Фиг. 19) неподвижны. Они поддерживают трубки , ,  и  для направления загрязненной воды к кипящим поверхностям корпуса. Цилиндры очистителя поверхностей испарителя также поддерживают дополнительные очистители. Цилиндры очистителей конденсатора , ,  и  (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.
1079
1220
1078
1054
1055
1050
1194
1195
1058
1015
1000
Верхняя гайка  (Фиг. 11) прижимает крышку , которая фиксирует подшипник  между внешней стороной гайки и выступом крышки  направленным вверх (Фиг. 11, 12 и 20) для фиксации стойки и очистителя конденсатора в сборе к центральной стойке. Промежуточная гайка  навинчивается на центральную стойку  и прижимается к втулкам  и  (Фиг. 12). Последний входит в зацепление со стойками  узла  (Фиг. 12 и 17). Верхняя и промежуточная гайки и их зацепление с узлом очистителя конденсатора и узлом сопло-опора очистителя делают узел конденсатора-испарителя  жестким.
Кипящие поверхности оболочек
1052
1050
1022
1020
1033
1020
: 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 в точке стационарной центральной стойки  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 - это внутренняя оболочка  поверхности испарителя. Остальные корпуса имеют соответствующие внутренние поверхности. Правая сторона или внешняя поверхность оболочки  (Фиг. 14) является внешней стороной оболочки или стороной конденсатора. Остальные оболочки имеют соответствующие стороны конденсатора, которые не пронумерованы.
1008
1000
1062
1220
1063
1084
1062
1086
Корпус  конденсатора-испарителя для монтажа узла  конденсатора-испарителя включает в себя цилиндрическую боковую стенку , крышку  (Фиг. 10, 11, 13 и 15) и опору  подшипника. Опора подшипника действует как основание (Фиг. 10, 11, 13 и 24). Цилиндрическая боковая стенка и опора подшипника соединены резьбой  или прикреплены иным образом. См. также Фиг. 16 и 24. Крышка изогнута вниз, и ее резьба входит в зацепление с боковой стенкой . См. резьбу  на Фиг. 12, цилиндрическая боковая стенка, крышка или опора подшипника могут соединяться с помощью других соединений. Также формы крышки и несущей опоры могут отличаться.
1008
1061
1220
1200
1008
1063
1095
Корпус  конденсатора-испарителя - не уплотнен. Отверстия в крышке(Фиг. 12) могут занимать большую часть ее площади. Отверстия позволяют парам из нагнетательного узла  попадать в корпус  конденсатора-испарителя, а большое отверстие ограничивает любое падение давления. Опора подшипника  также открыта около центра  (Фиг. 24). Потоки жидкостей и паров описываются ниже.
1074
1270
1008
1010
1020
1030
1040
1052
1064
1053
1220
1098
1074
1053
1270
Привод  устанавливается в нижней части вала  (Фиг. 10 и 11). Привод вращает корпус  конденсатора-испарителя с цилиндрическими оболочками , ,  и корпуса вокруг оси . Привод вводит в углубление  фитинг крышки  (Фиг. 11 и 12). На последнем изображено резьбовое соединение. Пружина  может подтолкнуть привод  к установке . 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 .
1053
1050
1220
1078
1007
1009
1002
1011
1063
1087
Фитинг  вверху центральной стойки  поддерживает крышку  для вращения вокруг подшипника  (Фиг. 11 и 12) и центральной стойки. Центральная стойка проходит через цилиндрический удлинитель  дна  вакуумного корпуса  (Фиг. 10, 11 и 15). Гайка  с резьбой в нижней части центральной стойки крепит центральную стойку к вакуумному корпусу. Подшипниковая опора  действует как основание для вращающегося корпуса конденсатора-испарителя. Подшипники  (Фиг. 11, 15 и 16) облегчают вращение опоры подшипника вокруг неподвижной центральной стойки.
1063
1109
1108
1109
1087
1050
1141
1220
1000
1063
1050
1220
1063
1062
1070
Опора подшипника  (Фиг. 15 и 24) имеет L-образное (в поперечном сечении) центральное гнездо  с вертикальной  и горизонтальной частью . Вертикальная часть находится напротив подшипника , который также устанавливается с внешней стороны центральной стойки . Центральная стойка имеет область меньшего диаметра, проходящую от заплечика  вверх (Фиг. 16). Горизонтальная часть центрального гнезда поддерживает подшипник вертикально. Крышка  в верхней части узла конденсатора-испарителя  и опора подшипника  в нижней части узла конденсатора-испарителя поддерживает узел конденсатора-испарителя для вращения вокруг центральной стойки . См. Фиг. 24 и дальнейшую информацию, касающуюся несущей опоры. Эта конструкция позволяет крышке , опоре  подшипника и цилиндрической боковой стенке  вращаться вокруг неподвижной центральной стойки при вращении вала .
1054
1058
Фиксированные верхний и нижний комплекты распорок  и (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
14
1070
1050
1071
1069
1070
1072
1050
1008
1080
1081
1082
1083
1090
1091
1092
1093
: загрязненная вода из источника, подобного источнику  на Фиг. 1, проходит через входное отверстие центральной стойки  (Фиг. 11, 15 и 16) и попадает в узел конденсатора-испарителя через один или несколько каналов  в верхней части входа. Для подачи питания может быть фитинг  (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  через выход  и центральную стойку . Когда корпус  конденсатора-испарителя вращается, центробежная сила направляет воду из каналов и выходов в коллектор по меньшей мере под одну нижнюю стойку. Четыре короткие трубки , ,  и  (Фиг. 11, 13 и 15) уходят в воду в коллекторах. Каждая короткая трубка соединяется с соответствующей удлиненной трубкой , ,  и . Создаваемый вращением напор воды в коллекторе создает напор в четырех трубках, заставляя воду течь вверх в удлиненные трубки (Фиг. 10, 11, 13 и 15).
1073
1058,
1071
На чертежах коллектор  устанавливается под стойкой  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 , распределяют загрязненную воду более равномерно.
1090
1091
1092
1093
1094
1016
1026
1036
1046
1015
1058
1015
Удлиненные трубки , ,  и  проходят через такие выступы как  выходящий наружу из цилиндрических опор , ,  и  (Фиг. 18 и 19). На Фиг. 17 в разобранном виде показана взаимосвязь узла  опоры сопла и очистителя с другими компонентами. Цилиндрические опоры вместе со стойками, такими как распорка , образуют жесткий и неподвижный подузел  опоры сопла. Одна деталь из формованного пластика может образовывать подузел опоры, включая цилиндрические опоры и стойки.
1072
1080
1081
1082
1083
1090
1091
1092
1093
Чтобы исключить необходимость в коллекторе, четыре короткие трубки подключаются непосредственно к выпускным отверстиям . Если это так, центробежная сила по-прежнему создает напор для направления воды через короткие трубки , ,  и . Они могут представлять собой как отдельные элементы, которые соединяются с удлиненными трубками , ,  и  (лучше всего видно на Фиг. 13 и 18), так и составными частями каждой удлиненной трубки.
1073
1080
1081
1082
1083
1090
1091
1092
1093
Давление, создаваемое центробежной силой на загрязненную воду в коллекторе , коротких трубках , ,  и , а также удлиненных трубках , ,  и  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.
1016
1026
1036
1046
1094
1095
1150,
1097
На Фиг. 19 показаны другие трубки, расположены вокруг цилиндрических опор через каждые 90° , ,  и . Можно использовать больше или меньше трубок. Если выступ  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 , в которые можно зажать гибкий очиститель. На Фиг. 19 не показаны гибкие очистители для кипения поверхности оболочек, но они могут быть похожи на очистители  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 , 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
1010
1020
1030
1040
1119
1020
1030
: в систему также входят узлы кольцевого каркаса. Они (1) поддерживают компоненты, связанные с цилиндрическими оболочками , ,  и, (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  (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  и .
1111
1020
1030
1112
1111
1118
1020
1030
1040
1110
1200,
Узел  кольцевого каркаса связан с оболочками  и . Он включает нижнее кольцо , угловую скобу  и верхнее кольцо . Нижнее кольцо прикрепляется к оболочке , а верхнее - к соседней оболочке (Фиг. 13, 14 и 25). Оболочка  зависит от верхней части узла 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  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.
1040
1088
1120
1088
1040
1119
1067
1063
1120
1052
1050
Вне оболочки  узел каркаса не находится. Вместо этого обод  цилиндрической стенки  выступает вниз и внутрь обода . См. Фиг. 25. Нижняя часть корпуса  прикрепляется к выступу, направленному вниз. Узлы каркаса и оболочки образуют единое целое  (Фиг. 25). Вращение крышки , опоры  подшипника (описывается ниже) и цилиндрической стенки  поворачивает узлы каркаса и связанные с ними оболочки вокруг оси  через неподвижную центральную стойку .
1052
1032
1030
1111
1128
Пространство на против оси  между поверхностью кипения и смежным с ней узлом каркаса, например, поверхностью  корпуса  и узлом  каркаса,представляет собой камеру кипения (например, камеру , 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
1096
1032
1030
1032
1024
1032
1030
1057
1058,
1016
: во время работы система находится под давлением, близкому к вакууму (≈ 0,5 фунта на кв. дюйм). Загрязненная вода, выходящая из трубы , достигает внутренней поверхности  корпуса  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. Дополнительные очистители, такие как очиститель  (Фиг. 14), взаимодействуют с центробежной силой и гравитацией, чтобы распределить загрязненную воду тонкой пленкой вдоль внутренней поверхности  оболочкииспарителя. Стяжка  (Фиг. 14) на стойке, такой как  и другие крепления на других стойках, могут закреплять цилиндры испарителя, такие как  (Фиг. 19). Очистители можно прикрепить к удлиненным трубкам.
1032
1030
1024
1058
1156
1157
1158
1020
1030
1040
1402
1400
1050
1058
В форвакууме (≈ 0,5 фунта на квадратный дюйм), когда загрязненная вода внутри, поверхность испарителя каждой оболочки конденсатора-испарителя (например, поверхность  оболочки ) 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 , 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. Днища цилиндров очистителя конденсатора ,  и  (Фиг. 20) выступают ниже дна соответствующих оболочек ,  и . 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  верхнего отводного устройства  (Фиг. 15 и 16). Стационарный верхний дивертор расположен вокруг и прикрепляется к центральной стойке  под стойками, такими как .
1040
1406
1400
1402
1744
Наружная оболочка  не имеет цилиндрической опоры для очистителя вне оболочки. Сточные воды из внешней оболочки разбрызгиваются на верхнюю часть неплоской поверхности  верхнего дивертора  (Фиг. 15). Кривизна направляет сточные воды на наклонную поверхность . 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  внутри верхнего дивертора (Фиг. 15).
1063
1400
1100
1084
1101
1101
1050
1744
1104
1107
1105
1744
Опора подшипника  устанавливается с возможностью вращения вокруг нижней части центральной стойки под верхним неподвижным дивертором  (Фиг. 11, 15 и 16). Несущая опора имеет вертикальную цилиндрическую стенку  с резьбовым верхом  (Фиг. 15, 16 и 24). Вертикальная цилиндрическая стенка идет вверх от криволинейного пересечения . См. Фиг. 24. Центральная часть опоры подшипника и ее горизонтальная поверхность  распложены от центральной стойки  не ниже отверстий верхнего дивертора, таких как отверстие . Центральная часть опоры подшипника обычно открыта внутрь от зависимой цилиндрической стенки  к центральной втулке . См. Фиг. 15, 24 и 26. Положение отверстия  заставляет сточные воды, протекающие через отверстия дивертера, пропустить горизонтальную поверхность опоры подшипника.
1106
1107
1105
1063
1117
1117
1125
1107
Короткие широкие рычаги  (Фиг. 16 и 24) соединяют цилиндрическую стенку и центральную втулку  опоры подшипника . Рычаги могут иметь скошенные поверхности , которые ускоряют движение сточных вод вниз, когда рычаги вращаются с вращением опоры подшипника. Дополнительные короткие пластины  на удлинительном кольце  (Фиг. 16, 23 и 24) также вытесняют воду при вращении. Удлинительное кольцо может быть выполнено как часть в зависимости от цилиндрической стенки  или изготовлено отдельно и прикреплено к зависимой цилиндрической стенке.
1410
1063
1412,
1050
1414
1416
1418
1420
1104
1415
1418
1415,
1415
Стационарное сборное кольцо  устанавливается под опорой подшипника  (Фиг. 16 и 26).Кольцо для сбора имеет внутреннюю втулку  прикрепленную к центральной стойке . Рычаги (не видны) выступают наружу, чтобы прикрепить коллектор к внутренней втулке и создать пространство между ней и коллектором. Коллектор включает внешний обод , который идет вверх от диска  (Фиг. 16 и 26). Выступ  идет вниз внутрь диска. Сточные воды, текущие вниз через центральную часть  опоры подшипника, проходят через пространство  между внутренней втулкой и коллектором. Диск  коллектора наклоняется вниз к центру, так что любая сточная вода, достигающая диска, а не протекающая непосредственно через пространство течет внутрь вдоль диска в пространство .
1700
1770
1730
1063
Ремень  (Фиг. 11, 15, 16 и 23) вращает шестерню . Ремень проходит вокруг кольца , ниже опоры подшипника . См. Фиг. 23.
1027
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  (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.
1188
1187
1190
1187
1188
1189
1188
1191
Внешний  и внутренний концентрический цилиндр  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 . Дно цилиндров  и  имеет ножки, образующие окна, через которые может течь пар. См. окно  на Фиг. 16 и 23. Верх внешнего концентрического цилиндра  переходит в Н-образную прокладку (Фиг. 11).
1027
1189
1029
1188
1002
1029
1217
1212
1218
1210
Пар в области  от поверхностей оболочек испарителя течет через окна  в канал  между внешним концентрическим цилиндром  и вакуумным корпусом  (Фиг. 10, 11, 12, 13, 15 и 16). Из канала  пар проходит через отверстия (не показаны) в верхней крышке  корпуса нагнетателя во впускное отверстие  (Фиг. 10 и 11) на (верхней) стороне более низкого давления нагнетателя .
1202
1212
1217
1205
1208,
1210
1203
1204
1209
1206
1191
1188
Боковая стенка  корпуса нагнетателя прикреплена к верхней крышке  и основанию (Фиг. 10). Между частями может быть резьбовое соединение  но крепиться они могут по-разному. Резьбовые соединения делают обслуживания проще. Между нагнетателем  и боковой стенкой могут быть установлены уплотнительные кольца  и  и гасители колебаний . Цилиндрический выступ  основания корпуса нагнетателя на Фиг. 10 идет вниз. Нижняя часть цилиндрического удлинителя входит в Н-образное кольцо  наверху внешнего концентрического цилиндра . См. Фиг. 10, 11 и 12.
1226
1206
p
k
Нагнетатель сжимает пар и направляет его через выходное отверстие  в основании  корпуса нагнетателя(Фиг. 12). Сжатие в нагнетателе увеличивает давление пара Δ, и повышает его температуру ΔT, поскольку  (где - постоянная величина, P - давление и T - температура - закон Гей-Люссака).
p
1210
1061
1220
1008
Обычно повышение давления Δ 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  через отверстия  в крышке  в корпус конденсатора-испарителя .
1110
1026
1156
1010
1020
1030
1040
1110
1010
1020
1030
1040
1024
1150
Узлы кольцевого каркаса, подобные узлу  (Фиг. 10, 11, 13 и 14) поддерживают оболочки. Узлы каркаса представляют собой жесткие распорные приспособления. Опорные цилиндры, такие как опоры  и , которые удерживают очистители, также являются жесткими. Тонкие металлические оболочки конденсатора-испарителя , ,  и  и неметаллические каркасные узлы, такие как  (Фиг. 10 и 11), создают жесткую конструкцию конденсатора-испарителя даже без радиальных опорных стоек. Радиальные распорки между оболочками , ,  и  будут мешать неподвижным пластинам очистителей  и . Поскольку очистители важны, на Фиг. 10 и 11 показаны сборки каркаса.
1110
1028
1111
1030
1031
1030
1028
1124
1000
Узлы каркаса, подобные узлу  также предотвращают поток пара из компрессора в камеры кипения, такие как камера , 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  снаружи оболочки  образует камеру  конденсатора между узлом каркаса и стороной оболочки  конденсатора. Узлы каркаса не препятствуют выходу потока кипящего пара из камер испарителя, таких как камера , и не препятствуют входу потока пара к камерам конденсатора, подобным камере . Эти каналы пара находятся полностью в свободном пространстве вокруг корпуса .
1028
1124
Как и в случае с камерами испарителя, например, , камеры конденсатора, такие как , также расположены параллельно и имеют такое же давление, близкое к вакууму. Однако давление в камерах кипения ниже, чем в камерах конденсации.
1032
1030
1033
Когда загрязненная вода кипит на поверхностях котла, таких как поверхность , оболочка  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  конденсатора, встречается с относительно холодной поверхностью, где пар конденсируется в виде пресной воды.
1173
1020
1022
1022
Преобразование пара в жидкую воду на поверхности  конденсатора передает тепловую энергию от тепла конденсации на поверхность конденсатора, которая в свою очередь передает тепло оболочкам, подобным . Конденсация восстанавливает тепловую энергию, которая вызвала кипение воды с поверхности . Эта тепловая энергия и та, что передается во время конденсации, являются единственными источниками энергии, которые повышают температуру оболочек, создавая температуру кипения на поверхности . 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.
1032
1154
1156
1157
1158
1159
1054
Чтобы способствовать удалению конденсата, удерживаемого на поверхности за счет поверхностного натяжения, каждая поверхность конденсатора, например, поверхность , имеет один или несколько очистителей. Узел очистителя конденсатора  (Фиг. 17 и 20) включает четыре опорных цилиндра очистителя , ,  и , которые зависят от распорок . (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.
1150,
1173
1153
1153
1152
1112
Очистители конденсатора, такие как очиститель  контактируют с поверхностью  конденсатора, чтобы сбрасывать конденсат. Наружные очистители устанавливаются на фитингах, подобных фитингу  (Фиг. 20), которые представляют собой обращенные внутрь выступы, подобные выступу  цилиндра . 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 .
1173
1037
1111
1022
1176
1220
1177
1188,
1190
1188
1187
1190
1775
1712
1707
1712
Пресноводный конденсат сбрасывается с поверхности  конденсатора под действием центробежной силы, и очистители контактируют со спиральными выступами узла кольцевой рамы, такими как выступ  на узле каркаса . 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  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  крышки  и наружу через отверстия  (Фиг. 12). Вода разбрызгивается на внешний концентрический цилиндр  где она теряет свою кинетическую энергию вращения и течет вниз по каналу  между внешним и внутренним концентрическими цилиндрами  и . Из нижней части канала  вода течет в кольцевую канавку  в верхнюю часть насоса Пито  (Фиг. 11 и 15). Канавка наклонена более глубокой частью над отверстием  в насос Пито , 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.
1712
1722
1214
Два насоса Пито  и  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 ,который приводит в действие нагнетатель и вращает оболочки, чтобы приводить в действие насосы Пито через шестерни и шкивы, описанные ниже.
1726
1727
1712
1724
1728
1729
1725
1738
1004
1002
1739
Подшипники  и  насоса Пито  для пресной воды поддерживают верхний вал , а подшипники  и  - нижний вал  (Фиг. 11, 15 и 16). Нижняя часть верхнего вала прикреплена к верхнему магнитному колесу , которое находится над нижней стенкой  вакуумного корпуса  (Фиг. 11, 15 и 16). Компоненты, вращающие верхнее магнитное колесо, описаны ниже. Магнетизм от вращения верхнего магнитного колеса вращает нижнее магнитное колесо . Пластиковая нижняя стенка позволяет магнетизму верхнего магнитного колеса управлять нижним магнитным колесом.
1738
1739
1712
1004
1000
1738
1739
1722
1004
1000
1466
1467
Магнитная сила между верхним и нижним колесами  и  также прикрепляет насос Пито  для пресной воды ко дну вакуумной камеры . Точно так же магниты верхнего и нижнего колес  и  создают достаточную силу, чтобы прикрепить насос Пито  для сточных вод к основанию вакуумной камеры . Соответствующие уплотнительные кольца в канавках  и  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.
1770
1724
1726
1727
1746
1747,
1749
1750
1726
1727
1770
1752
1749
1753
1740
1740
1438,
1187
1743
1194
1192
1447
1448
1449
1740
1004
1002
Шкив или шестерня  прикреплены к верхнему валу . См. Фиг. 11, 15 и 16. Узел опоры вала, который включает в себя верхний вал, его шестерню, подшипники  и , является концентрическим со смещением от центра. Болты (не показаны) проходят через валы  и чтобы скрепить пластины  и  вместе. См. Фиг. 16. Пластины скрепляют подшипники  и  и шестерню . Верхняя втулка  размещена на пластине  и может вращаться в полости  нижнего дивертора . Нижний дивертор  имеет уплотнительное кольцо  которое уплотняет нижний дивертор с внутренним концентрическим цилиндром  (Фиг. 10, 11, 16 и 26). Внутренняя часть  нижнего дивертора находится вверху (Фиг. 15, 16 и 26), а внутренняя часть вертикальной части имеет резьбу  для фиксации фитинга  (Фиг. 16 и 26). Три стойки ,  и  отходящие от нижнего дивертора  (Фиг. 23), действуют как ножки для поддержки нижнего дивертора напротив основания  вакуумного корпуса .
1724
1749
1750
1749
1750
1738
1783
Верхний вал смещен по центру, потому что вал, шестерня и подшипники не находятся в центре пластин  и . Вращающиеся пластины  и  заставляют вал, шестерню и подшипники перемещаться вбок. Верхнее магнитное колесо  находится в цилиндрической чаше  (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.
1722
1712
1724
1725
1754
1756
1758
1759
1768
1769
Насос Пито для сточных вод и компоненты для питания насоса аналогичны насосу  Пито для пресной воды. Верхний  и нижний вал  вращаются между соответствующими подшипниками и  и подшипниками  и  (Фиг. 11). Верхнее магнитное колесо  прикреплено к верхнему валу, а нижнее  - к нижнему валу. Вращение верхнего магнитного колеса вызывает вращение нижнего магнитного колеса.
1771
1724
1756
1757
1712
1773
1774
1749
1750
1771
1756
1757
1779
1749
1780
1740
1753
1780
Шкив или шестерня  прикрепляется к верхнему валу  и подшипникам  и  (Фиг. 15). Как и узел опоры вала насоса Пито для пресной воды, этот узел также является концентрическим со смещением от центра. На валы и установлены болты (не показаны) для удерживания пластин  и  вместе (Фиг. 15) с шестерней  и подшипниками  и  между пластинами. Верхний выступ  на пластине  может вращаться в полости  нижнего дивертора . Полости  и  нижнего дивертора изображены на Фиг. 27.
1746
1771
1756
1757
1749
1750
1749
1750
1768
1784
Верхний вал , шестерня  и подшипники  и  не находятся в центре пластин  и . Поворотные пластины  и перемещают вал, шестерню и подшипники. Верхнее магнитное колесо  устанавливается в цилиндрической чаше  (Фиг. 15). Диаметр чаши больше диаметра магнитного колеса, что позволяет установить в нее колесо.
1700
1756
1771
1722
1436
1437
1725
1440
1442,
1768
1769
1454
1768
1769
1755
Ремень (Фиг. 15 и 16) вращает вал  через шестерню насоса Пито для сточных вод . Опоры  и ,подобные опоры вокруг вала  на Фиг. 15, могут быть стянуты вместе, чтобы уравновесить силу между ними. Болты (не показаны), проходящие через прорези  и  скрепляют опоры вместе. Через магнитную муфту колес  и , вращение верхнего вала  и его колеса передает вращение нижнему колесу  и нижнему валу .
1700
1771
1436
1770
1724
1712
1750
1738
1723
1437
1770
1754
1750
1738
1723
1437
1740
1785
1786
1787
1788
Во время сборки приводной ремень  на шестерне  под опорой подшипника  (Фиг. 15 и 23) ослаблен. Ремень также проходит через шестерню  на верхнем валу насоса  Пито для пресной воды. Поворотные пластины  и , а также пластины  и  перемещают соответствующие шестерни  и  в положения для надлежащего натяжения приводного ремня. Когда приводной ремень находится в необходимом натяжении, винты (не показаны) прикрепляют пластины  и  и пластины  и  к нижнему переключателю  (Фиг. 15, 16 и 23). На Фиг. 27 показаны отверстия для винтов , ,  и . 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.
1749
1750
1770
1754
1712
1738
1739
1783
1722
1768
1769
Подвижные пластины  и , шестерня  и верхний вал для пресноводного насоса Пито  меняют положение верхнего магнитного колеса . Верхнее колесо может не выровняться с нижним магнитным колесом , если только насос Пито не будет вращаться так, чтобы оба магниты расположатся самостоятельно. Самовыравнивание может произойти, если диаметр цилиндрической чаши  (Фиг. 16 и 28) окружающей верхний приводной магнит, больше диаметра магнита. На чертеже показаны эти пропорции. Подобная конструкция насоса Пито  для сточных вод и магнитных колес  и  также обеспечивает возможность самовыравнивания компонентов насоса для сточных вод.
1712
1703
1004
1000
1712
1717
1725
1700,
1770
1724
1738
1739
1725
1715
1716,
1705
1741
1718
1716
1717,
1718
1719
Насос Пито  для пресной воды устанавливается в корпусе  (Фиг. 11, 15, 21 и 22), под основанием  вакуумного корпуса  (Фиг. 10, 11, 15 и 16). Насос Пито  имеет вращающуюся полость , которую приводит в движение нижний вал . Нижний вал вращается с помощью ремня  вращая шестерню , которая в свою очередь вращает вал , пару магнитных колес  и , а также вал . Трубка Пито  внутри насоса включает вертикальную секцию  проходящую от пластины  через отверстие  в полость  насоса. Трубка Пито  имеет горизонтальную изогнутую секцию  проходящую рядом с внутренней стенкой  полости.Трубка Пито заканчивается круглым отверстием , которое может сужаться.
1717
1000
1704
1718
1719
1715,
1717
1719
1716
1741
330
331
1741
Вращающаяся полость  насоса Пито находится под давлением, близким к вакуумному, внутри вакуумного корпуса . Вращение полости заставляет воду, собранную в полости, вращаться. Ниже описывается, как пресная вода попадает в полость. Лопатки  (Фиг. 22) помогают воде в полости вращаться со скоростью  или около нее. Вращающаяся вода попадает в отверстие трубки Пито, течет через нее давление в которой увеличивается. За счет расчета скорости вращения полости, радиусов изогнутого участка  и отверстия , 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  трубки Пито и выходное отверстие  (Фиг. 21 и 22), где ее можно собрать в контейнер (не показан). Пластинчатый клапан, такой как клапаны  и  на Фиг. 5, или обратный клапан другого типа может устанавливаться ниже отверстия  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.
1712
1004
1002
1000
1430
1432
1430
1432
1431
1433
1432
1431
1465
1712
1433
1469
1722
Насос Пито  получает пресную воду следующим образом. Основание  нижней части  вакуумного корпуса  имеет две наклонные кольцевые канавки  и  (Фиг. 28). Канавка  внешнего кольца собирает пресную воду, а канавка  внутреннего кольца собирает сточные воды. Обе кольцевые канавки имеют наклонный профиль. Отверстие  находится в нижней точке канавки внешнего кольца, а отверстие  - в нижней точке внутренней канавки . Насосы Пито также имеют наклонные кольцевые канавки. Отверстие  отводит пресную воду в наклонную кольцевую канавку  вокруг верхней части насоса Пито  для пресной воды. Отверстие  отводит сточные воды в кольцевую канавку  насоса Пито .
1465
1712
1431
1430
1465
1466
1467
1004
1002
1000
1707
1707
Наклонная кольцевая канавка  насоса Пито для пресной воды является круглой, так что отверстие  внешней канавки находится над частью наклонной кольцевой канавки насоса Пито, несмотря на угловое расположение насоса Пито. Наклонная кольцевая канавка  насоса Пито находится между канавками  и  под уплотнительное кольцо. См. Фиг. 11, 15 и 21. Уплотнительные кольца создают уплотнение между насосом Пито и нижней стороной основания  нижней части  вакуумного корпуса . Канавка под кольцо и канавки под уплотнительное кольцо могут быть отформованы в верхней части поверхности насоса Пито. Кольцевая канавка насоса наклонена вниз над отверстием. Пресная вода, текущая в кольцевую канавку, ищет нижнюю точку канавки, течет в отверстие  и спускается в насос.
1722
1712
1469
1433
1002
1000
1433
1432
1469
1433
1469
1745
Насос Пито  для сточных вод может соответствовать другому насосу Пито . Он имеет наклонную кольцевую канавку  (Фиг. 11 и 15), часть которой совмещена с отверстием  внутри нижней части  вакуумного корпуса  (Фиг. 28). Отверстие  находится в нижней точке внутренней кольцевой канавки  вакуумного корпуса (Фиг. 28). Наклонная кольцевая канавка  насоса Пито находится под отверстием  несмотря на угловую ориентацию насоса Пито. Нижняя точка наклонной кольцевой канавки  насоса Пито находится в отверстии , которое ведет в насос Пито. См. Фиг. 11 и 15.
1722
1744,
1745
1745
1459
1772
1717
1712
1781
1782
В насосе Пито , сточные воды, протекающие через отверстие  достигают канала  вокруг насоса Пито для сточных вод (Фиг. 11 и 15). Давление воды, повышенное напором сточной воды в канале  заставляет сточную воду течь через впускное отверстие  (Фиг. 11). Давление воды в трубопроводе направляет воду в камеру насоса Пито. Камера вращается с использованием таких компонентов, как вращающаяся камера  насоса Пито  для пресной воды (Фиг. 11, 15 и 21). Вращение камеры заставляет сточные воды вращаться и перемещаться в трубку Пито . Давление воды в трубке Пито составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм или выше, и она выходит через выпускной патрубок . Обратный клапан (не показан) может предотвратить обратный поток в выпускное отверстие.
1712
1722
1002
1770
1771
1724
1770
1756
1757
1754
1771
1756
1757
1700
1712
1722
1738
1739
1768
1769
1775
1469
Угловое расположение насосов Пито  и  в нижнем корпусе  меняется в зависимости от бокового положения шестерен  и . После регулировки смещения от центра верхнего вала , шестерни , подшипников  и , верхнего вала , шестерни  и подшипников  и  для натяжения приводного ремня , насосы Пито  и  выравниваются: верхний магнитный диск  к нижнему диску  и магнитный диск  к диску  (Фиг. 11 и 13). Независимо от углового положения каждого насоса Пито, наклонные кольцевые канавки  и  в соответствующем насосе Пито всегда находятся под источником пресной или сточной воды, расположенным выше, поэтому текучие среды попадают в насос Пито.
Уплотнения
1124,
1038
190
p
: во время работы уплотнения имеют разность давлений между сжатым паром от нагнетателя в камерах конденсации, таких как камера  и давлением в камерах кипения, таких как камера . Требования к герметичности не являются строгими из-за разницы низкого давления. При нормальной работе перепад давления Δ 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  на Фиг. 4 для поддержания этого перепада давления.
1160
1162
1050
1164
1010
1070
1165
1165
1166
1164
1010
1090
Первое или верхнее уплотнение  имеет кольцо(Фиг. 11, 12, 13 и 25), которое прикреплено к центральной стойке. Кольцо проходит в желобчатую деталь , которая находится наверху самой внутренней оболочки . Желобчатая деталь вращается вместе с оболочками. Путем отвода загрязненной воды, которая в противном случае поступает на вход подачи  в другой канал  через центральную стойку, канальный элемент заполняется загрязненной водой. См. Фиг. 13. Верх канала  пересекает короткая деталь из Tygon или другого подходящего гибкого полимерного шланга , который входит в канальный элемент  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  со стороны испарителя для обработки. В частности, если в системе используется только одна оболочка, она может исключить трубы, такие как труба , и связанную с ними конструкцию, и просто использовать загрязненную воду, которая перелилась из верхнего уплотнения. Скорость потока загрязненной воды в уплотнение будет изменена.
p
1022
1171
1162
1162
Перепад давления (Δ) между паром на кипящей поверхности  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 (см. Фиг. 13). Давление на текучую среду над кольцом  (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 , удерживая жидкость в элементе канала. Над и под кольцом остается достаточно жидкости, чтобы предотвратить прохождение пара через уплотнение.
1181
Нижнее или второе вращающееся уплотнение  (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.
1181
1186
1743
1740
1192
1194
1185
1063
1165
1050
1174
1740
1185
Конструкция нижнего уплотнения  включает кольцо , которое закреплено между вертикальной опорой  нижнего отклоняющего устройства  (Фиг. 15 и 16) и кольцевым фитингом . Вертикальная опора и кольцевой фитинг соединены резьбой . Кольцо проходит через внутреннюю часть канального элемента  в нижней части вращающейся опоры подшипника . См. Фиг. 16 и 26. Заявители используют одну или несколько коротких отрезков Tygon или других подходящих гибких полимерных трубок (не показаны), проходящих между каналом  через центральную стойку  и маленькое отверстие  (Фиг. 24) через нижний дивертер , чтобы добавить воду в канал. Сточные воды, вытекающие из трубопровода, попадают в канальный элемент .
1192
1185
1740
1195
1192
1174
1175
На Фиг. 16 показан единственный канал через кольцевой фитинг , но фитинг может иметь несколько каналов для подачи сточной воды в разных местах канального элемента . Если это так, нижний дивертор  может иметь несколько отверстий, каждое из которых присоединяется к трубке Tygon. Каждая ее часть должна соединяться с трубопроводом, таким как трубопровод  в фитинге . Сточные воды проходят через трубки и отверстие  в кольце  (Фиг. 23).
1022
1020
1186
1181
1160,
1181,
1160
Вода в канальном элементе над кольцом встречает пар более низкого давления со стороны оболочек испарителя, например, со стороны испарителя  оболочки, 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  удерживать жидкость в канальном элементе и создавать уплотнение. Эффективный радиус нижнего уплотнения больше, чем радиус верхнего уплотнения  поэтому перегрузочная сила, действующая на жидкость в уплотнении  может быть больше, чем перегрузочная сила, действующая на жидкость в уплотнении . Конструкции двух уплотнений могут учитывать разные радиусы и перегрузки.
2
r
p
1162
1162,
1052
1171
1185
Перепад давления пара, который может быть герметизирован, зависит от плотности жидкости (ρ) (немного меньше, чем 1 г/см для воды с температурой 70°F (21°C)), перепада высоты жидкости (Δ) на противоположных сторонах неподвижного кольца  или  и перегрузочной силы, приложенной к жидкости в канале. Перегрузочная сила является функцией скорости вращения . Правильная конструкция канальных элементов  и  обеспечивает гибкость в отношении допустимых перепадов давления (Δ) и рабочих скоростей вращения (ω), необходимых для создания вращающегося парового уплотнения.
1181
1793
1740
1794
1451
1794
1452
Нижнее вращающееся уплотнение  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  нижнего дивертора . Поверхность имеет наклон и форму, чтобы направлять переливающуюся воду в отверстие  (Фиг. 26). Отводная трубка  (Фиг. 23 и 26) выступает вниз от отклоняющего устройства под отверстием . Окружающее кольцо  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.
1451,
Загрязненная вода, протекающая через опорную трубку  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.
1451
Заявители могут предоставить контейнер ниже по потоку от стояковой трубы . 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
1002
1451
1008
1008
1210
1000
1028
1031,
: перед началом работы из вакуумной камеры  откачивают воздух. Запорная трубка  присоединена к вакуумному насосу для понижения давления в вакуумном корпусе  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  конденсатора-испарителя и нагнетателя  остается неподвижным. В этой системе также могут использоваться вакуумные уплотнения (описаны ниже), которые уплотняют только тогда, когда узел  конденсатора-испарителя вращается. Воздух и пар внутри корпуса проходят через уплотнения во время первоначального вакуумирования. Камеры котла, такие как камера , и камеры конденсатора, такие как камера  находятся под одинаковым вакуумом во время первоначального вакуумирования.
1214
1200
1124
1128
1000
Двигатель  запускается для вращения нагнетателя / компрессора . Уплотнения повторно активируются с помощью жидкости для герметизации низкого перепада давления пара, создаваемого нагнетателем между камерами конденсатора, такими как камера , и камерами котла, такими как камера  (Фиг. 14) узла конденсатора-испарителя .
2
2
2
Вакуумный насос отключается, когда в вакуумной камере достигается нормальное рабочее давление, близкое к вакууму. Поступающая загрязненная вода может содержать растворенные O, N, Ar, CO 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.
1181
1740
1744
1451
Когда опорная трубка не используется для вакуумирования корпуса, она может действовать как слив для поступающей загрязненной воды, перетекающей через нижнее вращающееся уплотнение . Любой избыток загрязненной воды капает на верхнюю сторону нижнего дивертора . Верхняя поверхность дивертора направляет воду к отверстию  (Фиг. 26), которое совмещено со стойкой .
1000
Корпус  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.
4
4
2
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 10 - 3,4 x 10 Вт/м°C). 1 БТЕ/час ≈ 0,29 Вт. Значения теплопередачи примерно на порядок больше, чем значения для обычных систем конденсатора-испарителя.
1500
1502
1504
1506
1508
1510
1512
1514
1516
2
2
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  находятся внутри корпуса  (Фиг. 31). В корпус входит верхняя пластина , цилиндрическая стенка  корпуса и нижняя пластина . Верх и низ цилиндрической стенки корпуса входят в пазы  и  пластин корпуса. Кольцевые уплотнения  и  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 O, N 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.
1520
1560
1502
1520
1560
1568
1595
1590
1562
1564
1520
1522
1524
1526,
1528
1530
1532
1540
1542
1544
1546
1548
1550
1546
1546
1548
1538
1552
1554
Нагнетатель/компрессор  находится внутри корпуса  компрессора (Фиг. 31), который устанавливается внутри корпуса  (Фиг. 31). Трехступенчатый компрессор  закреплен внутри корпуса  компрессора (Фиг. 31), который образовывает цилиндрическую опору  верхней и нижней цилиндрическими стенками  и . Уплотнительные кольца  и  предотвращают обратный поток сжатого пара из компрессора. Верхняя и нижняя цилиндрические стенки прикреплены к верхнему и нижнему корпусу . Трехступенчатый компрессор имеет три ротора ,  и  установленных в соответствующих статорах ,  и . Здесь используется трехступенчатый компрессор, потому что он подходит для данного варианта установки, но может использоваться компрессор и с другим количеством ступеней. Двигатель  нагнетателя вращает роторы компрессора. Он устанавливается в корпусе , на который действует атмосферное давление. Двигатель вращает вал  компрессора через магнитную муфту, с магнитами  и . Он также вращает вал , который соединяется с магнитом . Вращение магнита  вращает магнит , который прикреплен к валу компрессора и вращает его. Воздушные зазоры  и  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.
1544
1538
1556
1558
1520
1574
1576
1556
1576
1578
1544
1544
1522
1524
1526
1520
Верх  вала компрессора  проходит через верхний подшипник  внутри опоры подшипника . Один или несколько штифтов, или винтов (не показаны), могут крепить опору подшипника к верхней части нагнетателя . Нижняя опора  подшипника удерживает подшипник . Верхняя и нижняя опора подшипников  и  позволяют валу компрессора свободно вращаться. Уравновешивающая кольцевая гайка  в верхней части  вала обеспечивает балансировку вращения вала  и роторов , и  в компрессоре . 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.
1520
1580
1590
1592
1520
1594
Кипение и конденсация водяного пара на оболочке испарителя/ конденсатора описывается позже. Ограничиваясь описанием компрессора  и связанной с ним конструкцией, стрелка  показывает путь пара от оболочки к компрессору. Нижняя цилиндрическая опора  имеет окна , расположенные на расстоянии друг от друга, для прохождения пара. Пар, проходящий через окна, находится под более низким давлением, чем пар, выходящий из компрессора . На Фиг. 31 имеется восемь таких окон, хотя не все видны. Пар из окна проходит через отверстия  в компрессор, который повышает давление пара.
1520
1210
1596
1570
1598
p
Компрессор  может повышать давление пара Δ 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° до13°F (≈ 1- 5°C) при нормальных условиях эксплуатации. Пар с повышенным давлением течет из нагнетателя  через отверстия  в верхней стенке . Оттуда он проходит по путям, указанным стрелкой .
1602
1600
1604
1600
1520
BC
Пар контактирует с поверхностью  оболочки конденсатора. Загрязненная вода закипает на поверхности  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, 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  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  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.
1610
1614
1616
1618
1620
190
Загрязненная вода поступает в установку через впускное отверстие . Впускное отверстие соединяется с трубкой Tygon  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  и изгибается вниз  в верхнее уплотнение . В уплотнении используются принципы, аналогичные тем, которые используются в уплотнении  (Фиг. 4).
1616
1624
1616
1628
1620
1568
1624
1622
1616
1520
1616
1638
1620
Загрязненная вода от конца верхнего изгиба  поступает в нижний изгиб  канала  ниже лопастей . Уплотнение  проходит наружу от опорного цилиндра вентилятора  (Фиг. 31), так что канал вращается вокруг оси этого цилиндра. Загрязненная вода ниже лопасти течет через него в верхнюю часть  канала. Центробежная сила вращения корпуса выталкивает загрязненную воду наружу (слева на Фиг. 31). Верхняя часть  канала  подвергается воздействию более высокого давления пара компрессора , поэтому сумма или сила давления и центробежная сила, действующая над лопастью, больше, чем одна центробежная сила, действующая под лопастью. Размер канала  и длина лопасти  не позволяют внутренней кромке воды над лопастью проходить внешний его край, поэтому уплотнение  поддерживает уплотнение при вращении оболочки. В пункте 0 описываются математические вычисления уплотнения.
1622
1616
1616
1604
1600
Канал  имеющие «пробку» воды над лопастью, длиннее, чем канал  под лопастью. Таким образом, поступающая вода выходит за пределы уплотнения. Внутренняя часть канала  расположена близко к верхней части поверхности  оболочки  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.
1600
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 заставляют сточные воды стекать вниз по направлению ко дну корпуса.
1630
1632
1600
1634
1636
Сточные воды достигают нижнего уплотнения  и контактируют с лопастью , который радиально заходит внутрь оболочки . См. Фиг. 32. Сточная вода течет вокруг внешнего края лопасти в верхней части  уплотнения в нижнюю часть  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.
1634
1600
Внутренний край сточной воды в верхней части  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  радиально. Для облегчения потока сточной воды лопасть может быть наклонена вниз по внутреннему диаметру.
1620
1630
1634
1636
1632
1600
Как и верхнее уплотнение , верх и низ нижнего уплотнения  подвергаются разным давлениям (верх под давлением испарителя и низ под более высоким давлением компрессора). Размер уплотнения, длина верхней части  и нижней части  уплотнения, а также длина лезвия  рассчитаны таким образом, чтобы вода не проходила через уплотнение при вращении корпуса .
1632,
1638
1568
1590
1568
1560
1640
Сточные воды, которые стекают с лопасти проходят через отверстие , вырезанное в нижней части нижней цилиндрической опоры . На Фиг. 31 имеется восемь таких отверстий, но не все они видны. Сточные воды собираются между внешней стороной нижней цилиндрической опоры  и цилиндрической стенкой  корпуса  компрессора, откуда они могут течь в выпускное отверстие для сточных вод. Удаление сточных вод из выпускного отверстия обсуждается ниже.
1604
1600
1580
1520
1646
1595
1648
1602
Возвращаясь к чистому пару воды, кипящей на поверхности  оболочки  испарителя, пар следует по пути, показанному стрелкой  через компрессор . На Фиг. 32 показано продолжение стрелки. Пар проходит через прорези  в верхней части опоры . Опорная конструкция  удерживает очистители, обращенные к поверхности  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.
1650
1648
1602
1652
Внешние очистители  устанавливаются на его опоре . На Фиг. 31 и 32 восемь очистителей проходят вертикально по длине поверхности  конденсатора. Каждый внешний очиститель имеет обращенную внутрь пластину , 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.
1540
1660
1660
В других вариантах водной установки для привода всех вращающихся частей использовался один двигатель. В этом варианте применяются два отдельных двигателя: один приводит в движение компрессор, а другой  - корпус и другую конструкцию. Двигатель  лучше всего виден на Фиг. 35 и 36.
1660
1508
1662
1664
1666
1670
1672
1508
1674
1676
1680
1680
1684
1686
1682
Двигатель  устанавливается под нижней внешней пластиной  корпуса. Он вращает вал , который вращает нижнюю магнитную муфту . Болт  прикрепляет магнитную муфту к валу. Верхний магнитный соединитель  устанавливается в прорезь  на пластине  корпуса. Паз оставляет тонкую стенку  между магнитными соединителями. Болт  прикрепляет верхнюю магнитную муфту к валу . Вал  проходит вверх от верхней магнитной муфты через подшипники  и , прикрепляется к приводуи вращает его.
1600
1690
1692
1694
1696
1698
1701
1702
Перед описанием того, что привод вращает оболочку , описывается подузел оболочки (Фиг. 33). Подузел оболочки  включает тонкую оболочку с высокой теплопроводностью и верхнюю  и нижнюю опоры  оболочки, которые добавляют жесткости тонкой оболочке. Круглый обод  в нижней опоре оболочки прикреплен к нижней части оболочки, а дополнительный круглый обод  в верхней опоре прикреплен к верхней части оболочки. Обода могут иметь небольшие выступы  и  для обеспечения большей поддержки корпуса. См. Фиг. 36 и 37.
1692
1620
1628
1704
1706
1708
1712
1714
1716
1504
1718
1726
1628
1720
1568
1560
Верхняя опора  оболочки также образует конструкцию верхнего вращающегося U-образного уплотнения , которое принимает лопасть  (Фиг. 31, 32 и 37). Кромка  и обод  находятся над подшипником  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  и  неподвижны. Кольцевой элемент из пенопласта  находится между верхней внешней пластиной  корпуса и опорами подшипника верхнего кольца. На Фиг. 37 также показано уплотнительное кольцо  между сторонами корпуса конденсатора и бойлера, предотвращающее протекание пара между ними. Неподвижная кольцевая опора  приклеена или иным образом прикреплена к лопасти  верхнего уплотнения. Установочный винт  прикрепляет неподвижную кольцевую опору к цилиндрической стенке  корпуса компрессора.
1694
1692
1696
1600
1630
1722
1724
1726
1724
1730,
Нижняя опора  оболочки (Фиг. 31, 32, 33 и 36) имеет сходство с верхней опорой . Обод  прикреплен к нижней части оболочки  (Фиг. 36). Обод находится наверху нижнего уплотнения . Опора подшипника  поддерживает подшипник . Внешняя сторона подшипника неподвижна; внутренняя часть вращается. Наружная часть конструкции  под нижним уплотнением принимает верх подшипника , а внутренняя часть конструкции представляет собой кольцо  которое расположено вокруг нижней опоры кожуха.
1660
1682
1664
1670
1730,
1600
1682
Когда корпусный двигатель  вращает привод  с помощью магнитных муфт  и , привод входит в контакт с вертикальной поверхностью кольца  заставляя оболочку  и связанную с ним конструкцию вращаться. Наружная поверхность привода  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.
1726
1728
1732
1568
1560
На Фиг. 36 также показана неподвижная кольцевая опора . Уплотнение  предотвращает прохождение пара между сторонами оболочки конденсатора и испарителя. Установочный винт  может соединять неподвижную кольцевую опору и цилиндрическую стенку  корпуса  компрессора.
1610
1640
1602
1650
1734
1736
1640
1736
1740
1742
1712
1722
Ранее было описано впускное отверстие  для загрязненной воды и выпускное отверстие  для сточной воды. Пресная вода с поверхности  конденсатора оболочки и очистителя  конденсатора течет вниз по пути, указанному стрелкой  к выпускному отверстию для пресной воды . Но вакуум внутри установки предотвращает протекание сточной воды через выпускное отверстие  для сточной воды или протекание пресной воды через выпускное отверстие  для пресной воды, поскольку концы выходов находятся под атмосферным давлением. Заявители используют насосы Пито  и  (Фиг. 39), чтобы откачивать пресную и сточную воду через выпускные отверстия. Насосы Пито аналогичны насосам  и  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.
1740
1742
1742
1740
1746
1748
1750
1752
1754
1756
1758
1760
1762
1764
Насосы Пито  и  достаточно похожи, поэтому описывается только насос . Корпус насоса Пито  имеет основание  и верхний цилиндрический корпус , прикрепленный к основанию. См. Фиг. 38. В канавку  устанавливается уплотнительное кольцо (не показано) для уплотнения основания и верхнего корпуса. Одна сторона  магнитной муфты устанавливается для вращения с вращающимся валом  как запасная . Подшипники  и , которые поддерживаются опорной несущей конструкцией , поддерживает вал для вращения. Один или несколько винтов  прикрепляют опорную конструкцию подшипника к верхнему цилиндрическому корпусу.
1740
1770
1772
1774
1776
1774
1774
1770
Насос Пито  включает вращающуюся полость  в области  (Фиг. 38). Шайба  находится во вращающейся полости, а винт  крепит вращающуюся полость с помощью шайбы  к валу . Вращение вала вызывает вращение полости .
1770
1502
1736
1778
1778
1770
1770
1782
1780
1718
Вращающаяся полость  находится под давлением, близкому к вакууму внутри корпуса . Вода из выпускного отверстия  (Фиг. 31) течет во входное отверстие  трубки Пито (Фиг. 38). Давление во впускном отверстии  и вращающейся полости  одинаково - близко к вакууму, - поэтому разница давлений не препятствует потоку. Вращение полости  заставляют воду, собранную там, вращаться вместе с полостью, и центробежная сила подталкивает воду к внешней стороне  вращающейся полости. Лопасти  помогают воде в полости вращаться со скоростью стенки полости  или вблизи нее.
1786
1778
1768
1770
1788
1790
1718
Трубка Пито  имеет вертикальную секцию  проходящую через пластину  во вращающуюся полость . Вертикальная секция изгибается в горизонтальную изогнутую секцию . Как показано на Фиг. 38, круглый открытый конец  изогнутой секции находится рядом с внутренней стенкой  полости.Открытый конец может быть суженным, и он должен быть совмещен с осью вращающейся полости.
1770
1770
1786
1778
1790
1786
1792
Когда полость  и вода внутри полости вращаются, вода достигает открытого конца  трубки Пито и течет в трубку Пито , 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  и отверстия  спроектированы правильно. Когда давление воды выше атмосферного, она может течь через вертикальную секцию  трубки Пито и через отверстие в контейнер или другой коллектор (не показан).
1736
1778
1740
1640
1742
В идеале, выпускное отверстие  для пресной воды(Фиг. 31) должно быть расположено для соединения с входом  насоса Пито . Выходное отверстие для сточной воды  (Фиг. 31) также должно быть расположено, чтобы соединить насос Пито с входным отверстием. Из выходов пресная и сточная вода проходит через Tygon или другие трубки к соответствующему входу насоса Пито.
1740
1742
1800
1802,
1740,
1804,
1742
1808
1810
1812
1814
1806
1820
1822
На Фиг. 39 показано, как насосы Пито  и  монтируются на узле  насоса. Узел включает левую (Фиг. 39) пластину  связанную с насосом Пито  и правую  связанную с насосом Пито . Винты других крепежных деталей , ,  и  прикрепляют пластины к противоположным сторонам центральной пластины . Каждый конец  и  может быть прикреплен к нижней части установки (не показан на Фиг. 39).
1806
1826
1660
1600
1828
1830
1826
1834
1832
1838
1660
1682
1690
Центральная пластина  имеет центральную канавку . Двигатель , который приводит в движение вращающуюся оболочку  (Фиг. 31), прикреплен к одной стороне . Первый шкив , совмещен с центральной канавкой , крепится к валу (не показан), который проходит через центральную пластину. Мотор вращает первый шкив. Ремень  вокруг первого шкива протягивается до второго шкива  на валу  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  вращал диск  для вращения подузла  оболочки. При необходимости могут быть предусмотрены механизмы для передачи вращения двигателя, который способствует вращению диска и насосов Пито.
1840
1842
1838
1844
1752
1846
1770,
1838
1742
Подшипники  и  поддерживают вал  для вращения. См. Фиг. 40. Левая сторона вала соединяется с одной стороной  магнитной муфты и вращает ее. Другая сторона  (Фиг. 38, 39 и 40) находится на другой стороне стенки  (Фиг. 40). Эта сторона вращает полость  как описано ранее. Вал  также вращает полость насоса Пито  для сточных вод.
1792
1740
330
331
Как и в других насосах, выпускные отверстия насосов Пито, такие как отверстия  насоса Пито , могут иметь пластинчатый клапан (не показан), аналогичный клапанам  и  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.
1850
1852
1854
1858
1856
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  и  используются для вычисления перепада давления между стороной испарителя и конденсатора установки. Датчик  измеряет температуру оболочки со стороны испарителя, а датчик  - со стороны конденсатора. Датчик  измеряет давление на стороне испарителя. Датчики могут подключаться к компьютеру по беспроводной сети.
1648
1506
1880
1602
1600
1648
Когда внутренняя часть корпуса откачанная, конструкция может препятствовать или замедлять полную откачку воздуха. Некоторые части откачиваются не полностью. Область между опорой  очистителя и цилиндрической стенкой  (Фиг. 31) является примером. Установка может иметь испарительный выравнивающий канал  между поверхностью  оболочки  конденсатора и внешней стороной опоры . Канал позволяет создавать одинаковое распределение жидкости на обеих сторонах опоры очистителя.
1604
1740
1792
Возможно, установку потребуется регулярно разбирать для обслуживания и очистки. Со временем загрязняющие вещества будут накапливаться на оболочке, особенно на поверхности  испарителя. Сточные воды, проходящие через трубку Пито  и выпускное отверстие , также могут забивать их загрязняющими веществами. Компоненты разрабатываются для облегчения сборки, ремонта, чистки и повторной сборки.
1648
1654
1656
1502
1508
1500
1568
1658
1659
Опора очистителя  заходит в открытые концы U-образных уплотнений  и  (Фиг. 31). Другие концы U-образных уплотнений контактируют с верхней  и нижней  частями корпуса  установки. Верхняя и нижняя части могут иметь канавки для приема другого конца U-образных уплотнений. Цилиндрическая стенка  также иногда устанавливается в U-образных уплотнениях  и  (Фиг. 32).
1500
1506,
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 . Это позволяет использовать более тонкий материал для внешнего цилиндра  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.
1508
1520
Нижняя неподвижная опорная конструкция конденсатора-испарителя подсистемы прикрепляется к нижней части корпуса  вакуума. Нагнетатель подсистемы  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.