專利名稱：葉片式熱交換器的制作方法
背景蒸餾是一種凈化液體(諸如水)的方法，或者反過(guò)來(lái)，是一種制作濃縮物(諸如濃縮的橙汁)的方法。在蒸餾中，要蒸餾的供給液體被加熱到蒸發(fā)點(diǎn)，產(chǎn)生的蒸汽(例如水蒸汽)被收集和冷凝。
一些蒸餾系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)式熱交換器。一種類型的旋轉(zhuǎn)式熱交換器包括垂直堆疊的水平指向的環(huán)形板，這些板被置于外殼中并且安裝成能圍繞中心垂直軸線旋轉(zhuǎn)。這種類型的熱交換器的一個(gè)示例在美國(guó)專利US6238524中做了描述，該專利被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的被轉(zhuǎn)讓人并且通過(guò)引用其整體被結(jié)合到本文中。另一種類型的旋轉(zhuǎn)式熱交換器包括垂直折疊的手風(fēng)琴形狀的板，該板被置于外殼中并且安裝成能圍繞中心垂直軸線旋轉(zhuǎn)。這種類型的熱交換器的一個(gè)示例在序列號(hào)為US09/609881的美國(guó)專利申請(qǐng)中做了描述，該專利也被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的被轉(zhuǎn)讓人并且通過(guò)引用其整體被結(jié)合到本文中。
在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式熱交換器時(shí)通常要考慮的兩個(gè)因素是交叉污染和排氣。交叉污染是指當(dāng)被蒸發(fā)的液體(例如非飲用水)與產(chǎn)生的蒸餾物接觸并且將其污染時(shí)導(dǎo)致的情況，排氣是指排出在蒸餾時(shí)不凝結(jié)的空氣和其它氣體(即非凝結(jié)物)。一些旋轉(zhuǎn)式熱交換器呈現(xiàn)交叉污染的危險(xiǎn)，使得它們不適合用于產(chǎn)生可飲用的蒸餾水，而其它的旋轉(zhuǎn)式熱交換器通過(guò)復(fù)雜的流動(dòng)路徑來(lái)排出非凝結(jié)物，使得制作復(fù)雜化并且可能會(huì)降低蒸餾效率。
概述我發(fā)明了一種旋轉(zhuǎn)式熱交換器，其有助于減小在被蒸發(fā)的液體和產(chǎn)生的蒸餾物之間的交叉污染的危險(xiǎn)和能夠容易地布置成允許沿著簡(jiǎn)單的流動(dòng)路徑排出非凝結(jié)物。此外，它表明制作成本可以很低。這些熱交換器在本文中稱為″葉片式熱交換器″。
我的葉片式熱交換器包括軸向延伸的葉片，它們平行于熱交換器旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線延伸并且在徑向上伸長(zhǎng)。葉片圍繞軸線布置并且這樣置于外殼中以便形成相互隔開的復(fù)合凝結(jié)室和復(fù)合蒸發(fā)室。至少一些葉片的內(nèi)部相互配合以形成復(fù)合凝結(jié)室，而葉片的外部與外殼的內(nèi)表面配合以形成復(fù)合蒸發(fā)室。復(fù)合蒸發(fā)室通過(guò)在相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間的徑向通道延伸到外殼的徑向范圍。
在大多數(shù)實(shí)施例中，至少一些相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間的徑向通道的入口跨越的距離小于1.8毫米(70mils)并且，優(yōu)選地，在0.4毫米(15mils)和0.8毫米(30mils)之間。該間隔和我的葉片式熱交換器的其它特征配合而有利于蒸餾。
附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明通過(guò)參見(jiàn)以下的詳細(xì)說(shuō)明和沒(méi)有按照比例繪制的附圖可以更加完整地理解我的葉片式熱交換器。


圖1A和1B是包括一個(gè)示范性葉片式熱交換器的蒸餾系統(tǒng)的截面視圖。
圖2A和2B是圖1的蒸餾系統(tǒng)的立視圖。
圖3是用于圖1的示范性葉片式熱交換器的框架的立視圖。
圖4A和4B是圖1的示范性葉片式熱交換器的葉片的立視圖。
圖5A-5C是示意地示出了一種制作圖4A和4B的葉片的方法的流程示意圖。
圖6是在圖1中的線6-6處截取的蒸餾系統(tǒng)的夸大的局部頂視圖。
圖7是圖1的示范性葉片式熱交換器中的端板的頂視圖。
詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在描述說(shuō)明性的實(shí)施例，以便提供對(duì)所公開的葉片式熱交換器的全面的了解。實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例示于附圖中。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解公開的葉片式熱交換器可以做適應(yīng)性修改和改型，以便提供其它應(yīng)用的裝置和系統(tǒng)，并且可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)公開的葉片式熱交換器做其它的補(bǔ)充和改造。
圖1A和1B一起形成一種包括示范性葉片式熱交換器的蒸餾系統(tǒng)的截面視圖，而圖2A和2B一起是蒸餾系統(tǒng)的立視圖。如圖1A、1B、2A和2B所示，蒸餾系統(tǒng)10包括旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12，其上安裝了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12的齒輪外殼14，和其上安裝了齒輪外殼14的固定的蒸汽室外殼16。蒸汽室外殼包括端蓋18和20和側(cè)壁22。大體上圓柱形的殼100被置于蒸汽室外殼16內(nèi)，壓縮機(jī)140被置于殼100內(nèi)并且包括活塞141和143。示范性葉片式熱交換器122被置于殼100內(nèi)。它通過(guò)第一隔板145與壓縮機(jī)140隔開。貯池184被置于殼100內(nèi)并且通過(guò)第二隔板147與葉片式熱交換器隔開。在運(yùn)行期間，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12使殼100旋轉(zhuǎn)并由此使壓縮機(jī)140和葉片式熱交換器122旋轉(zhuǎn)。
如圖1A和2A所示，葉片式熱交換器122包括軸向相對(duì)于中心軸線延伸的葉片124，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12使它們圍繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)。如下所述，至少一些葉片124的內(nèi)部是子凝結(jié)室，其配合以形成復(fù)合凝結(jié)室，而至少在一些相鄰葉片124的相對(duì)外表面之間的通道是子蒸發(fā)室，其配合以形成復(fù)合蒸發(fā)室。葉片124形成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線A-A分別徑向向內(nèi)和向外設(shè)置的緣邊124a和124b。葉片的第一軸向端部124c與壓縮機(jī)140相鄰設(shè)置，它們的第二軸向端部124d與第一軸向端部124c相對(duì)地設(shè)置并且與蒸餾物收集容器160相鄰。葉片124安裝在框架157(詳細(xì)示于圖3中)中和在第一端板132和第二端板136之間(詳細(xì)示于圖7中)，這些端板設(shè)置在殼100中使得其基本上垂直于軸線A-A。端板132和136形成內(nèi)徑緣邊132a和136a和外徑緣邊132b和136b。如圖1A和2A所示，蒸餾物收集容器160基本上是環(huán)形的和安裝到第二端板136的內(nèi)徑緣邊和外徑緣邊上。
如圖1A、1B和2A所示，壓縮機(jī)140包括壓縮機(jī)用于在第一蒸汽壓力下從葉片式熱交換器122接受蒸汽的入口144、用于將蒸汽壓縮到更高的第二蒸汽壓力的活塞141和143和用于將蒸汽在更高蒸汽壓力下噴射到葉片式熱交換器122的壓縮機(jī)出口148。
如圖1A所示，貯池184被置于殼100中位于熱交換器122的與壓縮機(jī)140相對(duì)的一側(cè)上。貯池184接受系統(tǒng)10要蒸餾的液體，入口190提供通向熱交換器122內(nèi)部的液體流動(dòng)路徑。入口190包括供給管192，其在貯池184的側(cè)壁120的內(nèi)表面123附近延伸并且在與貯池184的旋轉(zhuǎn)相對(duì)的方向上是敞開的，從而收集被離心力推向該表面的旋轉(zhuǎn)流體19。
液體入口190也包括固定的軸向延伸的噴射管194，其設(shè)置在熱交換器122的內(nèi)部位于葉片124的徑向向內(nèi)處。噴射管194包括自中心軸線A-A朝向葉片124的徑向向外面向的開口196。
如圖1A、1B、2A和2B所示，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12通過(guò)齒輪外殼14中的齒輪機(jī)構(gòu)連接到殼100，使殼100旋轉(zhuǎn)和由此使壓縮機(jī)140和熱交換器122圍繞中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)。
如圖1A、1B、2A和2B所示，殼100包括排出管175和177，蒸餾物和非凝結(jié)物通過(guò)該排出管離開蒸餾物收集容器160。大體上，蒸餾物收集容器160包括用于收集蒸餾物，例如蒸餾水的第一區(qū)域162和用于收集非凝結(jié)物，例如空氣和在給水中存在的并且在蒸餾時(shí)不凝結(jié)的其它氣體的第二區(qū)域164。在系統(tǒng)10運(yùn)行期間，殼100的旋轉(zhuǎn)有助于沿著收集容器160的外緣邊的內(nèi)表面產(chǎn)生垂直的或接近垂直的蒸餾物面。如圖1A所示，蒸餾物排出管175因此在收集容器160的外緣邊的內(nèi)表面附近延伸進(jìn)入第一區(qū)域162，而非凝結(jié)物排出管177在收集容器160的內(nèi)部的附近延伸進(jìn)入第二區(qū)域164。在收集容器160中，蒸餾物排出管175被向外設(shè)置到足以能夠接受蒸餾物，而非凝結(jié)物排出管177向內(nèi)敞開遠(yuǎn)到足以能夠收集非凝結(jié)物。
如圖1A、1B、2A和2B所示，排出管175和177自蒸餾物收集容器160在一對(duì)相鄰葉片124之間向上延伸和自葉片式熱交換器122向外延伸到蒸餾系統(tǒng)10的外部。圖1A和2A示出了在非凝結(jié)物排出管177離開葉片式熱交換器122之后，其通過(guò)塞子181進(jìn)入葉片式熱交換器122的內(nèi)部，繼續(xù)沿著中心軸線A-A，通過(guò)開口191進(jìn)入液體入口190并通過(guò)旋轉(zhuǎn)式接頭和端蓋20離開蒸汽室外殼16。圖1A，1B，2A，和2B示出了在蒸餾物排出管175離開葉片式熱交換器122之后，其繼續(xù)沿著壓縮機(jī)140運(yùn)動(dòng)和騰空到通道175c中，收集管(未圖示)從該通道收集蒸餾物，以便將其從蒸餾系統(tǒng)10中排出。
圖3是其中安裝葉片式熱交換器122的葉片124的框架157的立視圖。如圖3所示，框架157包括第一框架構(gòu)件310和第二框架構(gòu)件410。框架構(gòu)件310和410包括各自的內(nèi)環(huán)312和412和各自的外環(huán)314和414，該外環(huán)314和414與內(nèi)環(huán)312和412同心并且由徑向延伸的支撐件316和416連接到內(nèi)環(huán)312和412上。和支撐件416一樣，支撐件316以基本上相等的角度間隔相互相間地設(shè)置。
如圖3所示，第一框架構(gòu)件310和第二框架構(gòu)件410中的支撐件316和416支撐排出管175和177。大體上，支撐件316和416每個(gè)都包括設(shè)置在支撐件316和416與外環(huán)314和414相交部位附近的軸向開口。如圖3所示，軸向開口包括外開口175′和內(nèi)開口177′。外開口175′設(shè)置得更靠近外環(huán)314和414。支撐件316和416設(shè)置在框架構(gòu)件310和410中使得支撐件316中的軸向開口175′和177′與支撐件416中的各自的軸向開口175′和177′軸向?qū)?zhǔn)。蒸餾物排出管175通過(guò)支撐件316和416中的外開口175′延伸，和the非凝結(jié)物排出管177延伸支撐件316和416中的內(nèi)開口177′通過(guò)。
圖1A，1B，2A，和2B示意地示出了葉片124、第一端板132和第二端板136和框架157之間的安裝關(guān)系。葉片124設(shè)置在框架157中位于內(nèi)環(huán)312和412和外環(huán)314和414之間?？蚣?57被置于外殼104中使得內(nèi)環(huán)312和412和外環(huán)314和414垂直于中心軸線A-A。第一端板132被置于第一框架構(gòu)件310中的內(nèi)環(huán)312和外環(huán)412之間，以便密封葉片124的第一軸向端部124c，而第二端板136被置于第二框架構(gòu)件410中的內(nèi)環(huán)314和外環(huán)414之間，以便密封葉片124的第二軸向端部124d。如圖1A和2A所示，排出管175和177由支撐件316和416和由附加的徑向延伸的支撐件516支撐，后者沿著排出管175和177的在相鄰葉片124之間延伸的部分進(jìn)行設(shè)置。由相鄰葉片124作用在附加的支撐件516上的壓力有助于將附加的支撐件516保持就位。為了增加框架157的穩(wěn)定性，在一些實(shí)施例中，支撐件316，416和/或516例如可以通過(guò)粘合劑、熔蝕、軟焊或焊接固定到葉片12上4。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，該公開的葉片式熱交換器針對(duì)圖1A，1B，2A，2B，和3所示和所述的特征是示范性的，應(yīng)該理解為是說(shuō)明性的和非限制性的。在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，對(duì)針對(duì)圖1A，1B，2A，2B，和3所示和所述的特征可以作出各種變化。
例如，公開的葉片式熱交換器可以用于其旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源、壓縮機(jī)和收集容器與上述那些有很大不同的蒸餾系統(tǒng)中。旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源可以包括曲柄、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓傳動(dòng)裝置、馬達(dá)、水輪機(jī)和本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它類型的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源。壓縮機(jī)不一定是所示的正排量的類型并且它們可以設(shè)置在殼100的內(nèi)部和外部。此外，收集容器不必是環(huán)形的。
而且公開的葉片式熱交換器可以安裝在與圖3示出的框架不同的框架中。在一些實(shí)施例中，內(nèi)環(huán)312和/或412將包括徑向向外延伸的和圍繞內(nèi)環(huán)312和412設(shè)置的突出部分，以便形成其中安裝葉片124的內(nèi)徑向緣邊124a的狹槽或齒。替代地和/或組合地，外環(huán)314和/或414可以包括徑向向內(nèi)延伸的和形成在其中安裝葉片124的外徑向緣邊124b的狹槽或齒的突出部分。在一些實(shí)施例中，公開的葉片式熱交換器中的葉片124可以只安裝在第一端板132和第二端板136之間，而不需要支撐框架157。替代地，公開的葉片式熱交換器中的葉片124s可以安裝在第一端板132中，而不需要支撐框架157或第二端板136。
而且公開的葉片式熱交換器可以用于以其它方式排出蒸餾物和/或非凝結(jié)物的蒸餾系統(tǒng)10。例如，一個(gè)或多個(gè)葉片本身可以提供排出路徑，由其將非凝結(jié)物從蒸餾物收集容器160排出。在一個(gè)這種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)葉片，雖然和其它葉片一樣是在它們與蒸餾物收集容器相鄰的第二軸向端部敞開，可以在它們與壓縮機(jī)相鄰的軸向端部處封閉，從而不讓來(lái)自壓縮機(jī)的水蒸汽進(jìn)來(lái)并且類似于管175和/或177的上部部分的管道可以從那些葉片的內(nèi)部排出蒸餾物和/或非凝結(jié)物。
類似地，由類似于管175和/或177的一個(gè)或多個(gè)蒸餾物排出管和/或非凝結(jié)物排出管所取的路徑可以不從葉片之間通過(guò)，取而代之的是通過(guò)一個(gè)或多個(gè)各自的葉片的內(nèi)部延伸。
圖4A和4B分別是包括在圖1的示范性葉片式熱交換器122中的葉片124的頂視立視圖和底視立視圖。如圖4A所示，葉片124包括內(nèi)表面176、外表面178和在第一軸向端部124c和第二軸向端部124d中的開口164c和164d。開口164c和164d允許流體在葉片124的內(nèi)部162、壓縮機(jī)140和蒸餾物收集容器160之間流通。
在所示的實(shí)施例中，第一軸向端部124c中的開口164c沿著葉片124的基本上整個(gè)徑向范圍延伸，即基本上從葉片的內(nèi)徑向緣邊124a到外徑向緣邊124b的整個(gè)范圍。這種尺寸的開口164c通過(guò)使壓縮蒸汽從壓縮機(jī)140到葉片124的內(nèi)部163的流動(dòng)阻力(如圖6中所示)最小化而有利于將壓縮蒸汽轉(zhuǎn)化為蒸餾物。(當(dāng)然，其它實(shí)施例可以有較小的開口。)由于通過(guò)第二軸向端部124d中的開口164d離開葉片124的內(nèi)部162的蒸餾物的稠度大于進(jìn)入葉片124的內(nèi)部162的壓縮蒸汽并且在熱交換器122旋轉(zhuǎn)期間將更會(huì)被推向外徑向緣邊124b，因此開口164d可以小于開口164c。如圖4B所示，例如，葉片124的內(nèi)部162的內(nèi)部分165在與第二軸向端部124d相鄰處被阻斷從而開口164d只沿著葉片124的徑向范圍的一部分延伸。
制作葉片124的方式不是關(guān)鍵的，圖5A-5C示出了一種方式。圖5A顯示了要用于制作葉片的基本上為矩形的板200。板200由導(dǎo)熱材料如銅、不銹鋼或一些其它金屬或合金形成。板200包括兩個(gè)基本上平行的相對(duì)緣邊210和220。如圖5A和5B所示，矩形的板200圍繞軸向延伸的折線230折疊，該折線平行于相對(duì)緣邊210，220延伸。如圖5C所示，板200被折疊后，相對(duì)緣邊210和220通過(guò)熔蝕、軟焊、焊接和/或其它技術(shù)在軸向延伸的接合部270處與折線230徑向相間地連接起來(lái)。注意這種制作方式?jīng)]有廢料產(chǎn)生；制作葉片時(shí)沒(méi)有任何需要從毛坯上切下的部分。這與用例如環(huán)形的板制作的熱交換器不同。為了制作環(huán)形的板需要切割內(nèi)部開口以及彎曲的外周邊，去掉的金屬成為廢料。
如圖1，2，5A-5C和6所示，由折疊板200產(chǎn)生的葉片124在所示的實(shí)施例中被布置在熱交換器122中使得軸向延伸的折線230和接合部270與中心軸線A-A同平面并且使得接合部270自折線230徑向向內(nèi)地設(shè)置。但是本發(fā)明不要求這種布置。折線230和接合部270例如不必要與中心軸線A-A同平面，并且如果它們是與其共面的話，它們不必是與該軸線平行。例如，它們可以在貯池184之上或之下的某個(gè)假想位置處與中心軸線A-A相交，可能產(chǎn)生簡(jiǎn)單的或截椎形狀，其中錐體的較大端部可以面向或背向貯池184。
在一些實(shí)施例中，板200包括凹窩。例如，如圖5A和5B所示，板200包括相對(duì)于折線230對(duì)稱地布置的兩排凹窩250。如圖5C所示，板200被折疊成使得凹窩250相互對(duì)齊地向內(nèi)突出。然后通過(guò)熔蝕，軟焊，焊接，和/或其它技術(shù)將凹窩連接起來(lái)以增強(qiáng)產(chǎn)生的葉片的穩(wěn)定性。
采用凹窩的其它實(shí)施例可以以不同的方式布置它們。在一些實(shí)施例中，可以在折線230的兩側(cè)形成數(shù)排凹窩。其它實(shí)施例可以只在折線的一側(cè)具有凹窩。
在一些實(shí)施例中，板200可以包括凸起的突出部分，諸如圖5A中的成對(duì)的凸起的突出部分260，其從折線230延伸到相對(duì)的緣邊210，220。如圖2A中所提示的，凸起的突出部分260作為端板132和136的止擋和由此而有利于在框架157中安裝葉片124。其它實(shí)施例可以包括為了相同目的沿著板200的軸向范圍設(shè)置的復(fù)數(shù)對(duì)突出部分260。
如圖4A所示，葉片124具有軸向距離a，如圖5C所示，它延伸了徑向距離r和周向距離s。葉片的內(nèi)部在徑向上是伸長(zhǎng)的r超過(guò)s。優(yōu)選地，對(duì)于這種葉片，表示其徑向范圍r與其周向范圍s之比的徑向伸長(zhǎng)比R大于10；事實(shí)上，在大多數(shù)實(shí)施例中，它大概在20和50之間。
優(yōu)選地，葉片124的軸向伸長(zhǎng)比A至少為1，該軸向伸長(zhǎng)比A表示葉片的軸向范圍a與葉片的徑向范圍r之比；事實(shí)上，在大多數(shù)實(shí)施例中，它大概在3和6之間。
葉片124的體積與表面面積比V/A，即葉片的內(nèi)部體積與葉片的外表面178的表面面積之比，應(yīng)該小于1.5毫米(60mils)，和優(yōu)選地在0.25毫米(10mils)和0.5毫米(20mils)之間。
圖6是拿掉了一些部件的蒸餾系統(tǒng)10在圖1A的線6-6處截取的簡(jiǎn)化局部頂視圖。它顯示了葉片124A和124B包括外表面178A和178B和內(nèi)表面176A和176B。相鄰的葉片124A和124B通過(guò)具有與它們的內(nèi)徑向緣邊124Aa相鄰的入口180的徑向通道172分隔開。該通道在外部葉片表面178A和178B之間延伸到葉片的外徑向緣邊124Ab和124Bb。
我相信使入口180的寬度小于從開口196進(jìn)入噴射管的液滴的平均直徑增強(qiáng)了表面濕潤(rùn)能力。為此，通常最好是在最相鄰的葉片124A和124B之間的徑向通道172的入口180的寬度小于1.8毫米(70mils)。而且，優(yōu)選為入口180的寬度在0.4毫米(15mils)和0.8毫米(30mils)之間。
在所示的實(shí)施例中，不是所有的入口180滿足該限制；一些入口180較大，以便容納排出管175和177。但是，最好有至少90％數(shù)目的成對(duì)葉片124滿足該限制。
雖然圖6夸大了通道寬度和這些寬度的變化，但是所示實(shí)施例的相鄰葉片124A和124B的外表面178A和178B實(shí)際上沿著它們徑向范圍的大部分是大體上相互平行的。特別地，所示實(shí)施例的徑向通道172的大小和形狀做成使得在外表面178A和178B之間的徑向通道172的寬度在它們的徑向范圍的絕大部分上與入口180的大小類似。我相信該特征對(duì)于實(shí)現(xiàn)有效的表面濕潤(rùn)作出貢獻(xiàn)。因此優(yōu)選在它們的徑向范圍大部分上，在大多數(shù)成對(duì)的相鄰葉片124之間的通道172的寬度應(yīng)該小于1.8毫米(70mils)和優(yōu)選為0.4毫米(15mils)至0.8毫米(30mils)。
圖7是蒸餾系統(tǒng)100中的端板132，136的頂視圖。如圖7所示，端板132，136形成有中心孔180和徑向延伸的狹槽184。狹槽184的大小和形狀做成這樣，使得當(dāng)葉片124的各自軸向端部124c和124d安裝在端板132和136中時(shí)，狹槽184封住與軸向開口164c和164d相鄰的葉片124的外表面178。如前所述，在一些實(shí)施例中的軸向開口164c和164d的形狀是與所示實(shí)施例不同的，并且那些實(shí)施例的狹槽將不同于所示狹槽。
端板132和136、葉片124和側(cè)壁120一起在外殼104內(nèi)限定兩個(gè)空間，該空間在本文中稱為復(fù)合凝結(jié)室和復(fù)合蒸發(fā)室。葉片124的內(nèi)部162是配合形成復(fù)合凝結(jié)室的子凝結(jié)室。復(fù)合凝結(jié)室通過(guò)壓縮機(jī)出口148(圖1B)和葉片124的第一軸向端部124c中的開口164c而與壓縮機(jī)140流體連通。復(fù)合凝結(jié)室也通過(guò)葉片124的第二軸向端部124d中的開口164d而與蒸餾物收集容器160流體連通。葉片124的外表面178和殼100的內(nèi)表面123配合形成復(fù)合蒸發(fā)室，其從熱交換器122的徑向向內(nèi)部分通過(guò)在相鄰葉片124A和124B的相對(duì)外表面178A和17SB之間的徑向通道172延伸到殼100的內(nèi)表面123。復(fù)合蒸發(fā)室與液體入口190和壓縮機(jī)入口144流體連通。端板132和136相互配合，通過(guò)密封住與它們的軸向端部124c和124d中的開口164c和164d相鄰的葉片124的外表面178，而使復(fù)合凝結(jié)室與復(fù)合蒸發(fā)室隔離開。
在一些實(shí)施例中，少于全部的葉片124可以配合用于限定凝結(jié)室和蒸發(fā)室。但是在大多數(shù)實(shí)施例中至少是采用多數(shù)葉片來(lái)限定。
現(xiàn)在說(shuō)明公開的葉片式熱交換器的一些運(yùn)行原理。箭頭表示在圖1A，1B，2A，2B和6中的流體流動(dòng)路徑。在以下的討論中，每個(gè)葉片124的內(nèi)部稱為子凝結(jié)室163，在每對(duì)相鄰葉片124A和124B的相對(duì)外表面178A和178B之間的徑向通道172稱為子蒸發(fā)室172。每個(gè)子凝結(jié)室163在其內(nèi)徑向緣邊124a和外徑向緣邊124b處被密封但是在其第一軸向端部124c和第二軸向端部124d處是敞開的。相反，每個(gè)子蒸發(fā)室172在其內(nèi)徑向緣邊和外徑向緣邊處是敞開的但是在其軸向端部處由端板132和136密封。在一些實(shí)施例中，子凝結(jié)室163和子蒸發(fā)室172的表面可以分別做成疏水的和親水的，以有利于蒸餾，可能地通過(guò)施加疏水的和親水的涂層實(shí)現(xiàn)。
雖然要蒸餾的液體在以下的討論中是水，但是本發(fā)明也可以用于蒸餾其它液體。
在運(yùn)行中，圖1顯示的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12通過(guò)減速機(jī)如皮帶和齒輪變速器連接到殼100上和由此使其以及壓縮機(jī)140、第一端板132和第二端板136、熱交換器122和貯池184圍繞中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)。來(lái)自入口190的液體因此在蒸發(fā)表面178A和178B上形成薄的液膜。旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該是這樣的，使得葉片的徑向外緣邊處的徑向加速度在20g和100g之間和，優(yōu)選地，在30g和60g之間，這里g表示重力加速度，即9.81米/秒2(32.2英尺/秒2)。
壓縮機(jī)140從在第一蒸汽壓力下的復(fù)合蒸發(fā)室中抽吸發(fā)生的蒸汽到壓縮機(jī)入口144和經(jīng)壓縮機(jī)出口148將在更高的第二蒸汽壓力下的壓縮蒸汽提供到復(fù)合凝結(jié)室。
要蒸餾的液體通過(guò)液體供給線流入貯池184。當(dāng)貯池184旋轉(zhuǎn)時(shí)，供給管192收集通過(guò)在與貯池184的旋轉(zhuǎn)相反的方向上敞開的和靠近殼100的內(nèi)表面123設(shè)置的開口一定體積的給水，以便收集朝著貯池184從內(nèi)表面123流下的旋轉(zhuǎn)的水。供給管192將給水送到固定的軸向延伸的噴射管194。噴射管194通過(guò)開口196以水滴的形式射出給水。這些水滴然后沖擊到通入子蒸發(fā)室的入口180上。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，沖擊到通入子蒸發(fā)室172的入口180上的水滴的速率和大小取決于旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源12的速度、供給管192和它們的開口的大小、噴射管194和它們的開口196的大小、噴射管194在熱交換器122的內(nèi)部中的位置、開口196相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向的方位和其它因素。大體上，這些因素中的一個(gè)或多個(gè)的值在設(shè)計(jì)(和/或運(yùn)行)期間進(jìn)行選擇，以達(dá)到有利于蒸餾的各種效果。
例如，在包括馬達(dá)12的一些實(shí)施例中，馬達(dá)12的速度和供給管192和噴射管194以及它們各自開口的大小選擇成使得從供給管192壓力供給的并且直到噴射管194的給水是以非浮質(zhì)的形式離開開口196的。
替代地和/或組合地，在一些實(shí)施例中，噴射管194和它們的開口196設(shè)計(jì)成一定的大小，置于熱交換器122的內(nèi)部中的位置上并且相對(duì)于中心軸線A-A以一定角度定向使得從開口196發(fā)射的水滴以近似地等于旋轉(zhuǎn)的葉片124的切向速度的切向速度發(fā)射出來(lái)。
在設(shè)計(jì)公開的葉片式熱交換器的實(shí)施例中，大多數(shù)普通技術(shù)人員將會(huì)這樣選擇上述因素中的一個(gè)或多個(gè)的值，使得從開口196發(fā)射的水滴具有大于入口180的尺寸的平均直徑，結(jié)果，那些從開口196發(fā)射的和沖擊在入口180上的水滴撞擊每對(duì)相鄰葉片124A和124B的兩個(gè)外表面178A和178B。這就提高了蒸餾效率。從開口發(fā)射的液滴通常具有2.5毫米(100mils)或更小的平均直徑。入口180的寬度因此應(yīng)該小于2.5毫米(100mils)。事實(shí)上，更好的是入口180小于1.8毫米(70mils)和優(yōu)選地在0.4毫米(15mils)和0.8毫米(30mils)之間。
沖擊在通到子蒸發(fā)室172的入口180上的水滴濕潤(rùn)每對(duì)相鄰葉片124A和124B的相對(duì)外表面178A和178B。由于葉片124在徑向上是伸長(zhǎng)的，水沿著外表面178A和178B徑向范圍形成了相對(duì)一致的膜。該″相等的濕潤(rùn)″特征在水滴的平均直徑大于入口180的尺寸的實(shí)施例中被增強(qiáng)，特別是當(dāng)水滴離開開口196時(shí)的切向速度是葉片的徑向內(nèi)緣邊的切向速度時(shí)。
在大多數(shù)實(shí)施例中，外表面178A，178B中的每個(gè)的大小和形狀這樣設(shè)計(jì)，使得表面的切線與半徑，即與垂直于旋轉(zhuǎn)軸線延伸的線段形成的角度的大小在該表面的徑向范圍的至少80％上的變化小于20°。由于外表面178A和178B的斜度因此是相對(duì)均勻的，水滴趨向于沿著它們的徑向范圍的大部分″粘″到兩個(gè)表面上它們趨向于不是永久地與該表面分開和不是堆積起來(lái)。
由葉片的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力迫使水以薄液膜或液層的形式沿著相對(duì)外表面178A和178B從子蒸發(fā)室172的入口180向外摔出。由于圍繞徑向范圍r定中心的外表面的徑向部分Δr的表面面積作為r的函數(shù)是相對(duì)恒定的，液膜在它被向外摔出時(shí)趨向于覆蓋近似相同數(shù)量的表面面積。因此液膜有助于沿著外表面的徑向范圍的大部分上具有相對(duì)均勻的厚度。這提高了蒸發(fā)效率。相反，在采用垂直堆疊的環(huán)形板的熱交換器中，圍繞徑向范圍r定中心的蒸發(fā)表面的徑向部分Δr的表面面積隨著r的增大而增大。因此在堆疊板式熱交換器中的液膜比被迫使向外摔出的液膜趨向于覆蓋更多的表面面積。這導(dǎo)致了膜厚減小。
當(dāng)水沿著相對(duì)外表面178A和178B流動(dòng)時(shí)，來(lái)之子凝結(jié)室的熱量引起一部分水蒸發(fā)并形成水蒸汽。沒(méi)有轉(zhuǎn)化成水蒸汽的那部分水被離心力從外表面178A和178B上摔出，撞擊到外殼104的殼100的內(nèi)表面123上，并落回到貯池184中，通過(guò)葉片式熱交換器122進(jìn)行再循環(huán)。由于子蒸發(fā)室在它們的軸向端部用第一板132和第二板136封閉，給水中沒(méi)有蒸發(fā)的那部分進(jìn)入貯池184，而不是進(jìn)入蒸餾物收集容器160。
壓縮機(jī)140的運(yùn)行使水蒸汽被徑向向內(nèi)地從子蒸發(fā)室抽回，通過(guò)熱交換器122的內(nèi)部，進(jìn)入壓縮機(jī)入口144。壓縮機(jī)140提高了水蒸汽的溫度和壓力并且將產(chǎn)生的壓縮蒸汽(即水蒸汽)通過(guò)壓縮機(jī)出口148提供到復(fù)合凝結(jié)室。水蒸汽通過(guò)在它們的第一軸向端部124a中的開口164c進(jìn)入子凝結(jié)室163。由于子蒸發(fā)室172在它們的軸向端部用第一板132和第二板136密封住，水蒸汽只進(jìn)入子凝結(jié)室163，而不進(jìn)入子蒸發(fā)室172。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在公開的葉片式熱交換器中的蒸餾速率取決于在復(fù)合蒸發(fā)和凝結(jié)室之間的壓力差和溫度差。如果要蒸餾的液體是水，當(dāng)壓縮機(jī)140被構(gòu)造成在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間在相鄰的構(gòu)成的凝結(jié)162和子蒸發(fā)室172之間提供在0.035公斤/平方厘米(0.5磅/平方英寸)和0.070公斤/平方厘米(1.0磅/平方英寸)之間的壓力差時(shí)，就在大小和效率之間產(chǎn)生很好的折中結(jié)果。盡管其它實(shí)施例可以展示不同的壓力差。
水蒸汽沿著子凝結(jié)室163的內(nèi)表面176凝結(jié)，因?yàn)檠刂噜彽恼舭l(fā)室172的相對(duì)外表面178A和178B流動(dòng)的水在低于水蒸汽的飽和溫度(例如215度F.)的溫度(例如212度F.)下蒸發(fā)。離心力使產(chǎn)生的冷凝物(即蒸餾水)運(yùn)動(dòng)到子凝結(jié)室163的外徑向緣邊124b。蒸餾水和非凝結(jié)物通過(guò)第二軸向端部124d中的開口164d進(jìn)入蒸餾物收集容器160。
當(dāng)越來(lái)越多的水蒸汽凝結(jié)時(shí)，在蒸餾物收集盤160中的蒸餾水的水位徑向向內(nèi)地前移直到它達(dá)到蒸餾物排出管175中的開口。蒸餾水然后在蒸餾物排出管175中形成塔柱并由此最終離開系統(tǒng)10。類似地，收集在蒸餾物-收集盤160中的非凝結(jié)物通過(guò)非凝結(jié)物排出管177從系統(tǒng)10中排出。
大體上，如前所述，本公開的葉片式熱交換器的許多特征配合以有利于蒸餾。我的設(shè)計(jì)中的一個(gè)實(shí)施例采用具有大約225個(gè)圍繞中心軸線A-A設(shè)置的葉片的葉片式熱交換器，其中每個(gè)葉片124包括近似為5厘米(2英寸)的徑向范圍r、近似為1.5度的開口角θ、近似為30厘米(12英寸)的軸向范圍a和在相鄰葉片124A和124B之間的近似為0.4毫米(15mils)至近似為0.8毫米(30mils)之間的入口180，該實(shí)施例可以在至少55升/小時(shí)(15加侖/小時(shí))的速率下對(duì)水進(jìn)行蒸餾，此時(shí)馬達(dá)的速度為在葉片的外緣邊處產(chǎn)生在30g和60g之間的徑向加速度。
綜上所述，我的葉片式熱交換器為排出非凝結(jié)物和減小在正在被蒸餾的液體和已經(jīng)產(chǎn)生的蒸餾物之間發(fā)生交叉污染的危險(xiǎn)提供了簡(jiǎn)單的軸向流動(dòng)路徑。如圖1A、1B、2A和2B所示，排出非凝結(jié)物的管177從蒸餾物收集盤160向上延伸，向內(nèi)通過(guò)塞子181中的通道，向下通過(guò)軸向管道沿著軸線A-A延伸到旋轉(zhuǎn)連接器，然后向外離開系統(tǒng)10。而且從前面的描述中可以理解，葉片中的任何缺陷都更可能導(dǎo)致蒸餾物無(wú)害地泄漏到進(jìn)來(lái)的液體中而不是將進(jìn)來(lái)的水不希望地泄漏到蒸餾物中。具體地，含有蒸餾物的葉片內(nèi)部的主導(dǎo)壓力高于未被蒸餾的入口液體所處于的它們外部的壓力，因此壓力差將有助于通過(guò)葉片中的孔引起向外的流動(dòng)而不是向內(nèi)流動(dòng)。而且，雖然離心力將導(dǎo)致在收集在貯池側(cè)壁表面123上的未被蒸餾的液體中產(chǎn)生顯著的壓位差，但是該液體是位于葉片和蒸餾物排出管175的外測(cè)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員只要通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)將會(huì)識(shí)辨或能夠確定這里所述示范性實(shí)施例的許多等同物。
例如，壓縮蒸汽不一定要向下流動(dòng)通過(guò)葉片；它可以向上流動(dòng)。當(dāng)然，熱交換器的旋轉(zhuǎn)軸線不一定要是垂直的，雖然在大多數(shù)實(shí)施例中是這樣。
同樣，本公開的葉片式熱交換器可以用于其壓縮蒸汽不是或至少不是唯一地從熱交換器的蒸發(fā)表面蒸發(fā)的蒸餾系統(tǒng)。在制造設(shè)備中，例如，設(shè)備的污水可以供給到子蒸發(fā)室，而子凝結(jié)室的一些水蒸汽可以是可能地與蒸發(fā)室的輸出物混合在一起的設(shè)備的廢水蒸汽。
因此所附的權(quán)利要求不局限于這里所述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于蒸餾液體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括外殼，在外殼內(nèi)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源，提供要蒸餾的液體至外殼的液體入口，壓縮機(jī)，其具有在第一蒸汽壓力下接受蒸汽的壓縮機(jī)入口和在更高的第二蒸汽壓力下發(fā)射蒸汽的壓縮機(jī)出口，用于收集外殼中的蒸餾物的蒸餾物收集容器，和設(shè)置在外殼內(nèi)并且可操作地連接到旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源上以便由此圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的熱交換器，該熱交換器包括軸向延伸的葉片，這些葉片在徑向上是伸長(zhǎng)的并且圍繞軸線布置，使得葉片的外部和外殼的內(nèi)表面配合而形成復(fù)合蒸發(fā)室，其與液體入口流體連通，用于由此接受要蒸餾的液體并且與壓縮機(jī)入口流體連通，用于在第一蒸汽壓力下向其提供蒸汽，和至少一些葉片的內(nèi)部形成各自的子凝結(jié)室，這些子凝結(jié)室與其它這樣的子凝結(jié)室流體連通以形成復(fù)合凝結(jié)室，該復(fù)合凝結(jié)室與蒸發(fā)室相隔離并且與壓縮機(jī)出口流體連通以由此接受在第二蒸汽壓力下的蒸汽并且與蒸餾物收集容器流體連通以向其提供蒸餾物。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，復(fù)合蒸發(fā)室從熱交換器的徑向內(nèi)部部分通過(guò)在相鄰葉片的相對(duì)外表面之間的徑向通道延伸到外殼的徑向范圍，其中在至少一些相鄰葉片的相對(duì)外表面之間的徑向通道的入口跨過(guò)的距離小于1.8毫米(70mils)。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，該距離在0.4毫米(15mils)和0.8毫米(30mils)之間。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于其內(nèi)部形成其中一個(gè)子凝結(jié)室和其外部與外殼的內(nèi)表面配合而形成復(fù)合蒸發(fā)室的葉片，該葉片的內(nèi)部體積與該葉片的外部的表面面積的比值小于1.5毫米(60mils)。
5.如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于，該比值在0.25毫米(10mils)和0.5毫米(20mils)之間。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于其內(nèi)部形成其中一個(gè)子凝結(jié)室和其外部與外殼的內(nèi)表面配合而形成復(fù)合蒸發(fā)室的葉片，該葉片的徑向范圍與該葉片的周向范圍的比值至少為10。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征在于，該比值在20和50之間。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，形成復(fù)合凝結(jié)室的那些葉片的內(nèi)部經(jīng)在那些葉片的第一軸向端部中形成的第一開口與壓縮機(jī)出口流體連通。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，形成復(fù)合凝結(jié)室的那些葉片的內(nèi)部經(jīng)在那些葉片的第二軸向端部中形成的第二開口與蒸餾物收集容器流體連通。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，第一開口沿著那些葉片的內(nèi)部的基本上整個(gè)徑向范圍延伸，和至少一些第二開口沿著那些葉片的內(nèi)部的徑向范圍的僅僅一部分延伸。
11.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在外殼內(nèi)使之基本上垂直于軸線的第一端板，該第一端板包括中心孔和徑向延伸的狹槽，該狹槽封住與在那些葉片的至少一些葉片的第一軸向端部中形成的第一開口相鄰的那些葉片的外部，和設(shè)置在外殼內(nèi)使之基本上垂直于軸線的第二端板，該第二端板包括中心孔和徑向延伸的狹槽，該狹槽封住與在那些葉片的第二軸向端部中形成的第二開口相鄰的那些葉片的外部，使得第一端板和第二端板配合而將復(fù)合蒸發(fā)室與復(fù)合凝結(jié)室隔離開。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，液體入口包括至少一個(gè)軸向延伸的噴射管，該噴射管被置于熱交換器的徑向內(nèi)部部分中和位于葉片的徑向向內(nèi)處并且具有自軸線沿徑向向外方向的開口，從而形成自要蒸餾的液體經(jīng)過(guò)該至少一個(gè)噴射管到復(fù)合蒸發(fā)室的液體流動(dòng)路徑。
13.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，復(fù)合蒸發(fā)室通過(guò)在相鄰葉片的相對(duì)外表面之間的徑向通道延伸到外殼的徑向范圍，其中該至少一個(gè)軸向延伸的噴射管的開口和徑向通道的入口的大小和形狀設(shè)計(jì)成對(duì)于在該至少一個(gè)軸向延伸的噴射管中的至少一種液體流動(dòng)速率，該入口跨過(guò)的距離小于從該開口發(fā)出的液滴的平均直徑。
14.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，液體入口包括至少一個(gè)供給液體的供給管，其與至少一個(gè)軸向延伸的噴射管流體連通并且延伸到限制要蒸餾的液體的貯池中，從而該至少一個(gè)供給液體的供給管和該至少一個(gè)軸向延伸的噴射管配合而提供在貯池和復(fù)合蒸發(fā)室之間的液體流動(dòng)路徑。
15.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于，蒸餾物收集容器被安裝到第二端板的內(nèi)徑緣邊和外徑緣邊上，以便收集在復(fù)合凝結(jié)室中形成的并且通過(guò)在那些葉片的第二軸向端部中的第二開口流動(dòng)的蒸餾物。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，蒸餾物收集容器基本上是環(huán)形的。
17.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，蒸餾物收集容器包括用于收集蒸餾物的區(qū)域和用于收集非凝結(jié)物的區(qū)域，該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)蒸餾物排出管，其延伸通過(guò)外殼和進(jìn)入蒸餾物收集容器，該至少一個(gè)蒸餾物排出管這樣定位在蒸餾物收集容器中以便延伸進(jìn)入用于收集蒸餾物的區(qū)域從而由此排出蒸餾物。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個(gè)蒸餾物排出管中的每個(gè)在一對(duì)相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間軸向延伸。
19.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)非凝結(jié)物排出管，其延伸通過(guò)外殼并進(jìn)入蒸餾物收集容器，該至少一個(gè)非凝結(jié)物排出管這樣定位在蒸餾物收集容器中以便延伸進(jìn)入用于收集非凝結(jié)物的區(qū)域從而由此排出非凝結(jié)物。
20.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個(gè)非凝結(jié)物排出管的每個(gè)在一對(duì)相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間軸向延伸。
21.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，熱交換器包括具有大于1的軸向伸長(zhǎng)比和大于10的徑向伸長(zhǎng)比的葉片。
22.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)葉片包括軸向延伸的折疊部分和在與該折疊部分徑向相間的軸向延伸的接合部處接合在一起的一對(duì)相對(duì)緣邊。
23.如權(quán)利要求2 2的系統(tǒng)，其特征在于，軸向延伸的折疊部分被置于自軸向延伸的接合部徑向向外的位置上。
24.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于，還包括基本上垂直于軸線設(shè)置在外殼內(nèi)的第一和第二框架構(gòu)件，每個(gè)框架構(gòu)件包括內(nèi)環(huán)和與內(nèi)環(huán)同心的外環(huán)，該外環(huán)經(jīng)基本上以相等的角間距設(shè)置的徑向延伸的支撐件連接到該內(nèi)環(huán)上，其中熱交換器安裝在第一框架構(gòu)件和第二框架構(gòu)件之間，從而第一端板和第二端板被設(shè)置在各自的第一框架構(gòu)件和第二框架構(gòu)件的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。
25.一種在用于蒸餾液體的系統(tǒng)中使用的熱交換器，該系統(tǒng)包括將液體提供給該熱交換器的液體入口，具有接受由熱交換器產(chǎn)生的在第一蒸汽壓力下的蒸汽的壓縮機(jī)入口和用于將在更高的第二蒸汽壓力的蒸汽發(fā)射給熱交換器的壓縮機(jī)出口的壓縮機(jī)，用于收集由熱交換器產(chǎn)生的蒸餾物的蒸餾物收集容器，和用于圍繞軸線旋轉(zhuǎn)熱交換器的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源，該熱交換器包括軸向延伸的葉片，其在徑向上是伸長(zhǎng)的并且圍繞軸線設(shè)置使得當(dāng)葉片被置于外殼中時(shí)，葉片的外部和外殼的內(nèi)表面配合而形成復(fù)合蒸發(fā)室，該復(fù)合蒸發(fā)室構(gòu)造成與用于由此接受要蒸餾的液體的液體入口流體連通并且與向其提供第一蒸汽壓力下的蒸汽的壓縮機(jī)入口流體連通和至少一些葉片的內(nèi)部形成各自的子凝結(jié)室，它們與其它這樣的子凝結(jié)室流體連通以便形成復(fù)合凝結(jié)室，該復(fù)合凝結(jié)室構(gòu)造成經(jīng)那些葉片的第一軸向端部中形成的第一開口與由此接受第二蒸汽壓力下的蒸汽的壓縮機(jī)出口流體連通并且構(gòu)造成經(jīng)那些葉片的第二軸向端部中形成的第二開口與向其提供蒸餾物的蒸餾物收集容器流體連通，和基本上垂直于軸線設(shè)置的第一端板和第二端板，每個(gè)端板包括中心孔和徑向延伸的狹槽，該狹槽封住與在第一軸向端部和第二軸向端部中形成的第一開口和第二開口相鄰的那些葉片的外部，使得第一端板和第二端板配合而使復(fù)合凝結(jié)室與復(fù)合蒸發(fā)室隔離開。
26.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，復(fù)合蒸發(fā)室通過(guò)在相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間的徑向通道延伸到外殼的徑向范圍，其中在至少一些相鄰葉片的相對(duì)的外表面之間的徑向通道的入口跨過(guò)的距離小于1.8毫米(70mils)。
27.如權(quán)利要求26的熱交換器，其特征在于，該距離在0.4毫米(15mils)和0.8毫米(30ms)之間。
28.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，對(duì)于其內(nèi)部形成子凝結(jié)室之一和其外部與外殼的內(nèi)表面配合形成復(fù)合蒸發(fā)室的葉片，該葉片的內(nèi)部的體積與該葉片的外部的表面面積的比值小于1.5毫米(60mils)。
29.如權(quán)利要求28的熱交換器，其特征在于，該比值在0.25毫米(10mils)和0.5毫米(20mils)之間。
30.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，對(duì)于其內(nèi)部形成子凝結(jié)室之一和其外部與外殼的內(nèi)表面配合形成復(fù)合蒸發(fā)室的葉片，該葉片的徑向范圍與該葉片的周向范圍的比值至少為10。
31.如權(quán)利要求30的熱交換器，其特征在于，該比值在20和50之間。
32.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，第一開口沿著那些葉片的內(nèi)部的基本上整個(gè)徑向范圍延伸，和至少一些第二開口沿著那些葉片的內(nèi)部的僅僅一部分徑向范圍延伸。
33.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，每個(gè)葉片包括軸向延伸的折疊部分和在與該折疊部分徑向相間的軸向延伸的接合部中接合在一起的一對(duì)相對(duì)緣邊。
34.如權(quán)利要求33的熱交換器，其特征在于，該軸向延伸的折疊部分被置于軸向延伸的接合部的徑向向外的位置上。
35.如權(quán)利要求25的熱交換器，其特征在于，還包括基本上垂直于軸線設(shè)置的第一框架構(gòu)件和第二框架構(gòu)件，每個(gè)框架構(gòu)件包括內(nèi)環(huán)和與該內(nèi)環(huán)同心的和經(jīng)以基本上相等的角間距設(shè)置的徑向延伸的支撐件連接到內(nèi)環(huán)上的外環(huán)，其中葉片安裝在第一框架構(gòu)件和第二框架構(gòu)件之間使得第一和第二端板被置于各自的第一和第二框架構(gòu)件的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。
36.一種在用于凝結(jié)壓縮蒸汽的系統(tǒng)中使用的熱交換器，該系統(tǒng)包括壓縮蒸汽源、用于收集由熱交換器產(chǎn)生的蒸餾物的蒸餾物收集容器和用于使熱交換器圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源，該熱交換器包括軸向延伸的葉片，其在徑向上是伸長(zhǎng)的并且被圍繞軸線設(shè)置使得當(dāng)葉片被置于外殼中時(shí)葉片的內(nèi)部形成復(fù)合凝結(jié)室，該復(fù)合凝結(jié)室構(gòu)造成與壓縮蒸汽源流體連通，以便由此經(jīng)那些葉片的第一軸向端部中形成的第一開口接受壓縮蒸汽并且構(gòu)造成與蒸餾物收集容器流體連通，以便經(jīng)那些葉片的第二軸向端部中形成的第二開口向其提供蒸餾物，以及基本上垂直于軸線設(shè)置的第一端板和第二端板，每個(gè)端板包括中心孔和徑向延伸的狹槽，該狹槽封住與在第一軸向端部和第二軸向端部中形成的第一開口和第二開口相鄰的那些葉片的外部，使得第一端板和第二端板配合而將復(fù)合凝結(jié)室與由葉片的外部和外殼的內(nèi)表面形成的室隔離開。
37.如權(quán)利要求36的熱交換器，其特征在于，對(duì)于至少一些葉片，該葉片的內(nèi)部的體積與該葉片的外部的表面面積的比值小于1.5毫米(60mils)。
38.如權(quán)利要求3 7的熱交換器，其特征在于，該比值在0.25毫米(10mils)至0.5毫米(20mils)之間。
39.如權(quán)利要求36的熱交換器，其特征在于，對(duì)于至少一些葉片，該葉片的徑向范圍與該葉片的周向范圍的比值至少為10。
40.如權(quán)利要求39的熱交換器，其特征在于，該比值在20和50之間。
41.如權(quán)利要求36的熱交換器，其特征在于，對(duì)于至少一些葉片，該葉片的軸向范圍與該葉片的徑向范圍的比值在1和6之間。
全文摘要
一種葉片式熱交換器包括相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線軸向延伸的和在徑向上伸長(zhǎng)的葉片。該葉片圍繞軸線布置使得當(dāng)它們被置于外殼中時(shí)，它們形成相互隔開的復(fù)合凝結(jié)室和復(fù)合蒸發(fā)室。至少一些葉片的內(nèi)部形成復(fù)合凝結(jié)室。葉片的外部和外殼的內(nèi)表面配合而形成復(fù)合蒸發(fā)室。
文檔編號(hào)F04B3/00GK101018594SQ200580019261
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者W·H·澤布爾 申請(qǐng)人:奧維深產(chǎn)品公司