小型风冷式蒸馏水制取装置的制作方法

本发明涉及一种小型风冷式蒸馏水制取装置，属于小型蒸馏水制取装置的技术领域。

背景技术：

水加热至沸腾后迅速蒸发气化形成的水蒸气在清洁环境下冷却凝结生成的液态水通常称为蒸馏水，蒸馏水是一种无细菌病毒、无杂质的纯净水，广泛用于化工、医药卫生、电子、科学实验等领域，采用蒸馏法苦咸水、海水淡化技术生产的蒸馏水，帮助当地人民获得了健康的饮用水。近年来随着人们生活水平的不断提高，不少人开始选择蒸馏水为多元补充饮用水，市场上已有知名大型饮料公司生产的瓶装蒸馏水销售。

现有蒸馏水规模化制取是采用工业化生产工艺，主要有二类，一类是由产生水蒸气的燃料锅炉与流动水换热冷凝器、水泵、管路、冷却水供排水系统等构成的大中型成套专用设备制取蒸馏水，另一类是利用火力发电厂、大功率燃机等产生的余热水蒸气，组合流动水换热冷凝器、水泵、管路、冷却水供排水系统等配套设备制取蒸馏水。上述现有传统的蒸馏水大批量连续生产制取工艺已取得很好效益，但是，有许多用户经常因工作或生活的需要，希望能够随时自行制取，很方便的一次获取“升”量级的蒸馏水。对于这类小型蒸馏水制取装置，目前市场上还缺乏良好的定型产品供应，特别是至今家用电器市场上，也还没有一款适合家庭使用制取饮用蒸馏水的小家电商品供消费者选购。

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，适应市场需求，提供一种小型风冷式蒸馏水制取装置新的技术方案，应用蒸气发生器、强制风冷式直通细管翅片型冷凝器、连接管路等构成一个有末端开口的高承压定向流动液-→气→液二次相变快速传质输送的小型系统，电能驱使水在蒸气发生器内连续沸腾蒸发气化形成的高压蒸气进入强制风冷式直通细管翅片型冷凝器，在具有高散热效率嵌入散热翅片的不锈钢薄壁细导流管内迅速降温冷凝转化为液态水(即蒸馏水)并向外流出。整机按设定程序智能化运行，结构安全便携，适用于家电、科研、医疗卫生等方面随时开机一次制取“升”量级高品质蒸馏水，本发明也可作为其它溶液挥发物的小型热萃取装置使用。

技术实现要素：

一种小型风冷式蒸馏水制取装置，包括有蒸气发生器、强制风冷式直通细管翅片型冷凝器、温控开关传感器、液位传感器、轴流风扇、连接管路、蒸馏水储液瓶、三通电磁阀、工控单元等构成，蒸气发生器是一个小型不锈钢制成的筒形封闭容器，气密性不小于0.2mpa，容器的底部外侧有电加热器、温控开关传感器，容器的顶部有高压蒸气输出连接口、带有密封盖的水注入口、过压安全保护阀，容器侧面有液位传感器，容器外部有隔热护套；强制风冷式直通细管翅片型冷凝器(以下简称冷凝器)的上部有不锈钢蒸气容入腔、高压蒸气输入连接口，冷凝器下部有不锈钢蒸馏水汇集腔、蒸馏水输出连接口，一组平行嵌入散热翅片的不锈钢薄壁细导流管上端口并联与蒸气容入腔焊接相通，下端口并联与蒸馏水汇集腔焊接相通，冷凝器垂直安装，细导流管上下直通，进入细导流管的高压蒸气被强制风冷液化为蒸馏水并在重力作用下流入蒸馏水汇集腔，冷凝器上有温控开关传感器、轴流风扇安装孔；带有密封扣的硅胶软管连接蒸气发生器高压蒸气输出连接口与冷凝器高压蒸气输入连接口，用于高海拔地区这一类型装置的硅胶软管连接管路上增设有导通阈0.1mpa的单向压力阀；微型计算处理芯片与外围元器件构成的工控单元上有工况选择键、状态显示灯、温控开关传感器信息输入端、液位传感器信息输入端、电源输入端、电加热器控制输出端、轴流风扇控制输出端、三通电磁阀控制输出端，工控单元设置有灭菌杀毒运行控制程序，装置开机后，温控开关传感器检测到高温高压蒸气进入冷凝器，强制风冷轴流风扇延时启动倒计时开始计数，高温蒸气对冷凝器管道可能滋生的细菌病毒消杀，高压力使蒸气和产生的少许凝结水一并经输出口喷排到外部，延时长度参照在100℃条件下细菌病毒被灭杀的最长时间而设定；工控单元设置有防结垢运行程序，装置开机后，蒸气发生器容器侧面安装的液位传感器感测到容器筒内的水位蒸发降低到设定阈值时，工控单元切断电加热器电源，将容器筒内额定量水蒸发70％后，剩余水距筒底的水位高度定为液位传感器阈值，本装置可适应包括水源为苦咸水、海水及水质硬度较高的广大地区使用，不设置液位传感器的简装型装置，通过工控单元防结垢软件编程设计，实现切断电加热器电源的控制。一次制取的蒸馏水，可满足飲用水及一般行业对普通纯净水的需求，对于有些科研、医疗、电子、军工等部门因特殊用途需要高纯度的蒸馏水，本装置在第一次制取的蒸馏水中加入特定化学试剂，再经过二次、三次的蒸馏制取，可获得高纯度的蒸馏水。

应用蒸气发生器、强制风冷式直通细管翅片型冷凝器、连接管路等构成一个末端开口的高承压定向流动相变小型系统，系统内持续产生能量(热能)吸收→释放转移，能量的水载体进行液→气→液二次相态变化定向快速传质输送，蒸馏水以高生成效率被制取。如图1、图2所示，蒸气发生器1上的不锈钢制成的筒形封闭容器2内的水被电加热器12加热至沸腾并保持连续沸腾状态，由于大量水分子迅速不断蒸发成气体，在容器空间内形成了高于外部大气压力的高压蒸气，相当于沸腾温度的高温高压蒸气通过蒸气发生器输出连接口5硅胶连接软管6冷凝器10上的高压蒸气输入连接口7不锈钢蒸气容入腔8涌进冷凝器内嵌入散热翅片24的不锈钢直通薄壁细导流管23，冷凝器上的温控开关传感器9感测到温度升高达到阈值(例如80℃)时，通过工控单元15令轴流风扇16启动运转，一组嵌入散热翅片的直通薄壁细导流管与轴流风扇构成高效散热系统，进入薄壁细导流管23的高温蒸气被强制风冷热交换而迅速降温，释放蒸发潜热冷凝液化降压，促使蒸气发生器的高压蒸气快速向冷凝器输送，在细导流管内生成的蒸馏水向下流进不锈钢蒸馏水汇集腔17，通过蒸馏水输出连接口18经三通电磁阀19流入蒸馏水储液瓶20，轴流风扇16经安装孔22固定在冷凝器10上。开始操作时，用带有容积刻度的塑料量杯将规定体积的原料水通过带有密封盖的水注入口4加入蒸气发生器1的容器2内。

为了制取高品质的蒸馏水，应当适时对装置内部管路进行灭菌杀毒，一般为初次或间隔一段时间使用本装置时，用户可在工控单元选择消杀工况程序，通过延时启动轴流风扇，近100℃的高温高压蒸气在冷凝器管路通道内对所有可能存在的细菌病毒进行灭杀，其汽和生成的一些凝结水经三通电磁阀19排到开口残液杯21，一段设定的延时后，工控单元令轴流风扇转动，同时生成可用的蒸馏水，通过三通电磁阀19流入蒸馏水储液瓶20。工控单元轴流风扇延时程序参照在100℃条件下细菌病毒最长灭杀时间而设定，据文献资料报导，这一时间低于1分钟，本发明工控单元轴流风扇延时长度设定为1分钟。

高海拔地区因大气压力减小，水沸腾温度降低，造成蒸馏水生成效率和灭菌作用降低，为此，用于高海拔地区的这一类型装置是在硅胶软管连接管路上增设导通阈0.1mpa的单向压力阀，将蒸气发生器的沸腾气压提高到1个大气压，海拔高度1000米以上的高原地区采用该类型装置。

本装置在水源为苦咸水、海水及水质硬度较高地区使用制取蒸馏水时，原料水中的盐碱含量较高，为避免水蒸发干后结垢，应选择工控单元防结垢程序运行，当液位传感器14感测到容器2内的水位蒸发降低到设定阈值时，工控单元15切断电加热器12电源，待温度冷却后，打开注水口4的密封盖，将容器内含有高浓度金属离子盐碱及其它杂质的残余水倒出。根据自然界苦咸水、海水内所含的盐碱量，在溶液水蒸发70％后的浓缩溶液，其浓度还远达不到饱和浓度状态，结晶盐碱析出结成固定垢概率很小，据此，液位传感器阈值设定为容器内额定量原料水蒸发70％后，剩余水距容器筒底的水位高度。蒸气发生器设置液位传感器，可以有高控制精度。水相变理论与实验证明，容器内的水连续沸腾蒸发时，当电加热器的功率恒定，并且容器筒内蒸气向外部输送的通路状况不变时，蒸气生成率(单位时间液→气转化率)基本不变。如果考虑家电产品控制生产成本销售价格，另一类简装型装置是不设置液位传感器，采用防结垢软件编程设计的方法，依据对蒸气生成率测定的数据，在工控单元编程序时，自温控开关传感器9感测到高温高压蒸气进入冷凝器10开始计时，测算到容器内的水蒸发约70％时，工控单元切断电加热器12电源，待温度冷却后，将容器内浓残余水倒出。如果水质状况不明，建议选择防结垢程序运行。为延长使用寿命，应定期对容器筒按给定方法清洗保养。

在大多数情况下，使用本装置制取蒸馏水的水源主要是广大城镇地区符合国家标准的自来水，水中钙、镁等矿物质盐碱含量极微，选择工控单元常规程序运行，无论是否设置液位传感器，工控单元都是设计在额定量原料水蒸发90％后，切断电加热器电源，留下少量余水可降低累积产生结垢的可能性。在任何情况下，如果水蒸发干后，温控开关传感器13会自动通过工控单元切断电加热器12的电源。

在1个标准大气压下，水沸腾温度为100℃，水沸腾时温度不变，当容器内的水蒸发完后，筒底的温控开关传感器13感测到温度升高达到阈值(例如120℃)时即通过工控单元15切断电加热器12的电源，温控开关传感器13为双感应头结构，确保电加热器不会出现干烧过热事故；同时，因没有高温高压蒸气的供应，冷凝器温控开关传感器9感测到温度降低至阈值(例如70℃)时即通过工控单元切断轴流风扇电源。

本装置是一个末端口与自由大气相通开放的高承压小型系统，所谓高承压是指除末端蒸馏水输出口外，系统内所有位置不允许有加压气体泄漏缝隙，气密性不小于0.2mpa。这种整机结构设计是很安全的，生产制造成本合理。电加热器导致蒸气发生器容器筒内的水不断沸腾蒸发气压升高，相对外部空间大气压力的高蒸气压驱使蒸气沿给定管路压入冷凝器液化析出到外部。在极罕见的情况下，如果冷凝器蒸馏水输出接口被阻塞，蒸气失去向外部输送的通路，容器筒内压力骤升达到阈值2个大气压时，过压安全保护阀3启动泄压并发出告警哨声；与此同时，由于容器筒内蒸气压力骤增引起水沸腾温度升高，在筒底的温控开关传感器13感测到温度升高达到阈值(例如120℃)时即通过工控单元切断电加热器的电源，告警灯显示。

附图说明

图1是本发明的技术方案示意图，如图标所示：蒸气发生器1，不锈钢制成的筒形封闭容器2，过压安全保护阀3，带有密封盖的水注入口4，蒸气发生器输出连接口5，带有密封扣的硅胶连接软管6，高压蒸气输入连接口7，不锈钢蒸气容入腔8，温控开关传感器9，强制风冷式直通细管翅片型冷凝器10，隔热护套11，电加热器12，温控开关传感器13，液位传感器14，工控单元15，轴流风扇16，不锈钢蒸馏水汇集腔17，蒸馏水输出连接口18，三通电磁阀19，蒸馏水储液瓶20，开口残液杯21；图2是本发明技术方案中的强制风冷式直通细管翅片型冷凝器结构示意图，如图标所示：高压蒸气输入连接口7，不锈钢蒸气容入腔8，温控开关传感器9，不锈钢蒸馏水汇集腔17，蒸馏水输出连接口18，轴流风扇安装孔22，不锈钢薄壁细导流管23，散热翅片24。

具体实施方式

本发明采用的制造技术先进而成熟，所需的原材料及配套零部件都可以在市场上找到，适合流水线批量生产，可以很快形成一次制取1-5升蒸馏水的不同规格不同类型产品投放市场，生产成本也较低。制造选材时，本装置所有与水和蒸气接触的部件必须采用食品级的耐用材料制造，不锈钢薄板、管材选用符合国标的316型材质标号，蒸馏水储液瓶为食品级pe(聚乙烯)塑料或玻璃制成，连接管为食品级耐压硅胶软管。

蒸气发生器不锈钢筒形封闭容器筒的形状可以是圆柱形、圆锥形、方形等，应用拉伸冲压卷弯焊封保护焊接工艺制造，以制取1.5升蒸馏水为例，筒的容积约为2.5升，电加热器功率为1.5千瓦。隔热护套可用pp(聚丙烯)耐热塑料制成。强制风冷式直通细管翅片型冷凝器需用专用机床设备制造，主要工序有：不锈钢薄壁细管校直切断，散热翅片选用铝或铜材薄板按给定尺寸冲裁成片，激光开孔，一组不锈钢细管平行压胀嵌入散热翅片，与冲压成型的不锈钢上下腔盖、左右边盖保护焊封。散热翅片大小、间距，导流细管的尺寸、数量是依据热源的产热量与额定风量下散热率而计算出来的。

单芯片微型计算处理器(机)简称单片微机，市场上规格较多，本发明可选用8位单片微机配相应的外围元器件构成工控单元，按常规方法软件编程。轴流风扇、温控开关传感器、液位传感器、三通电磁阀、蒸馏水储液瓶、电加热器、过压安全保护阀等选用专业生产厂的定型合适产品配套组装。