Aparato de destilación de fluidos que tiene una eficiencia mejorada.

Aparato de destilación que comprende:

una carcasa (12) que define una cámara de calentamiento (16),

una cámara de condensación (14) que tiene una parte superior y una inferior, un espacio de vapor (26) anterior y común a las cámaras de calefacción y de condensación, y una entrada de alimentación de fluido (18) en la cámara de condensación;

un condensador (30) que comprende una pluralidad de tubos espirales de condensación sustancialmente horizontales dispuestos entre el espacio de vapor (26) y la parte inferior de la cámara de condensación (14), en donde la pluralidad de tubos espirales de condensación tienen entradas (32) que reciben vapor desde el espacio de vapor por encima de la cámara de condensación y salidas de destilado (50) en un extremo inferior de la cámara, y un rociador de gas (38) dispuesto en la parte inferior de la cámara de condensación (14) a las burbujas de gas dirigidas hacia arriba a través de la cámara de condensación, en la que las burbujas friegan la pluralidad de tubos espirales de condensación para mejorar la transferencia de calor y absorber el vapor de alimentación de fluido.

Aparato de destilación de fluidos que tiene una eficiencia mejorada Antecedentes de la invención En las patentes US Nos. 4.976.824; 5.030.327, y 5.332.476, se describen varias realizaciones de un sistema de destilación de fluido. En su mayor parte, estas realizaciones proporcionan un funcionamiento eficaz y un rendimiento razonable de agua destilada. Sin embargo, con un diseño mejorado de tal sistema, la operación y el rendimiento pueden ser mejorados, y la presente invención está dirigida a un aparato y procedimiento para proporcionar un aumento en el rendimiento de agua destilada a partir de un sistema mientras que el sistema se mantiene relativamente simple en su construcción.

La patente U.S. No. 5.490.906 describe varias realizaciones de un sistema de destilación de fluido en el que cada forma de realización utiliza un recipiente primario o cámara para agua o fluido a destilar y un recipiente o cámara secundaria de agua. Las dos cámaras son adyacentes entre sí, y la cámara secundaria coopera con la cámara primaria para dirigir el vapor de agua generado en el sistema para viajar a un depósito para la recogida.

Un ejemplo de tal aparato de destilación de fluido fue construido bajo la instrucción de Naisin Lee, un inventor de la presente invención, y se describe en un manuscrito actualizado escrito por B.J. Huang y disponible en la Universidad Nacional de Taiwán, Taipei, anterior a la invención aquí descrita y reivindicada. El aparato de destilación incluye cámaras de calefacción y condensación separadas donde el vapor se condensa en una pluralidad de cámaras verticales.

El documento WO-A1-93/23130 describe un sistema de destilación de fluido mediante una cámara primaria para que el fluido se destile y una cámara secundaria, que coopera con la cámara primaria para dirigir el vapor de agua a un depósito para la recogida.

Por lo tanto, sigue siendo deseable proporcionar un aparato de destilación y procedimientos mejorados adicionales útiles para el agua y otros fluidos. Tal aparato debe ser preferiblemente compacto, proporcionar destilación altamente eficiente, es decir, con mínima entrada de energía por cantidad unitaria de agua destilada producida, y ser escalable desde unidades pequeñas a unidades grandes. Al menos algunos de estos objetivos se cumplen por las invenciones descritas a continuación.

Descripción de la invención Aspectos de la invención se exponen en las reivindicaciones independientes y características preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Se describen en este documento aparatos y procedimientos mejorados de destilación de fluido. El aparato puede tomar una variedad de formas, pero tendrá preferiblemente una forma muy compacta que es de fácil fabricación a un coste relativamente bajo, como se describe con más detalle a continuación. El aparato permite la destilación de agua y otros fluidos que se realiza sobre una base altamente eficiente, típicamente con un consumo de energía de 380 kcal/l de agua destilada o menos, preferiblemente 320 kcal/l de agua destilada o menos.

Se describe aquí un aparato que comprende una carcasa que define una cámara de calentamiento y una cámara de condensación. La carcasa es generalmente una sola cubierta o alojamiento que tiene estructura interna para definir las cámaras separadas, pero podría estar menos deseablemente formada a partir de alojamientos separados o estructuras unidas entre sí por tuberías, conductos, y similares. La carcasa define un espacio de vapor por encima y común a las cámaras de calefacción y de condensación y tiene una entrada de la alimentación de fluido en la cámara de condensación.

Un condensador de tubo horizontal, tal como un condensador de tubo helicoidal o espiral, está dispuesto en la cámara de condensación y tiene una entrada de vapor en un extremo superior del mismo y una salida distal limpia en un extremo inferior del mismo. Para mejorar la eficiencia, un rociador de gas, tal como un aireador, está dispuesto dentro de la cámara de condensación para dirigir el aire u otras burbujas de gas hacia arriba a través de la cámara de condensación. Estas burbujas proporcionan dos beneficios distintos. En primer lugar, las burbujas friegan las superficies de transferencia de calor del condensador para mejorar la transferencia de calor. En segundo lugar, las burbujas absorben vapor directamente del fluido de alimentación que está siendo calentado al tiempo que el vapor se condensa en el condensador. El vapor en las burbujas es llevado hacia arriba en el espacio de vapor donde se combina con el vapor de la cámara de calentamiento, que incluirá un elemento de calentamiento eléctrico o de otro tipo para hervir el agua u otro fluido en el mismo.

Los vapores combinados que se acumulan en el espacio de vapor pasan hacia abajo a través del condensador de tubo horizontal, donde los vapores se condensan por intercambio de calor con la alimentación de fluido relativamente frío, típicamente agua fría, que entran en la cámara de condensación. Después de la condensación, el

destilado limpio puede ser recogido de una salida en el extremo inferior del condensador.

Las altas eficiencias logradas por el aparato y los procedimientos de la presente invención se cree que se derivan, al menos en parte, a partir de la interacción entre las burbujas de gas que fluye hacia arriba desde el rociador de gas y las superficies de intercambio de calor dispuestas horizontalmente del condensador de tubos horizontales. En las configuraciones preferidas de espiral y otros paquetes cerrados de los condensadores de tubos horizontales, las burbujas pasarán hacia arriba a través de múltiples pasajes tortuosos donde el flujo direccional está cambiando constantemente y el contacto íntimo entre las burbujas y las superficies expuestas de los condensadores de tubo se mantienen. La capacidad de empaquetar de manera cerrada los tubos horizontales es también una ventaja ya que permite una unidad de destilación muy compacta para ser construida.

Preferiblemente, la carcasa es un cilindro que tiene un eje vertical. La cámara de calentamiento comprende una pared tubular dispuesta coaxialmente con el eje vertical de la carcasa cilíndrica, y la cámara de condensación está dispuesta anularmente alrededor de la pared tubular de la cámara de calentamiento. Así, el condensador de tubo horizontal puede comprender preferentemente un tubo en espiral dispuesto en la cámara de condensación anular, más preferiblemente comprende una pluralidad de tubos enrollados en espiral, dispuestos dentro de la cámara de condensación y que pasa desde el extremo superior al extremo inferior del mismo. La pluralidad de tubos de condensación puede estar unida en la parte inferior en un colector u otra cámara de recogida para recoger el destilado limpio.

En las construcciones preferidas, la cámara de calentamiento y la cámara de condensación se abrirán ambas en sus extremos superiores en el espacio de vapor común, y la cámara de calentamiento se abrirá en su extremo inferior a la cámara de condensación para permitir el flujo del fluido precalentado de la cámara de condensación a la cámara de calentamiento. Más sencillamente, el extremo inferior de la cámara de condensación formará una cámara impelente abierta y al menos una abertura o pasaje será proporcionado en la pared tubular de la cámara de calentamiento para permitir que el fluido fluya. Por lo general, sólo se proporcionará un solo pasaje o abertura en el extremo inferior para permitir el flujo de fluido entre la cámara de condensación y la cámara de calentamiento. De esta manera, el flujo del fluido de entrada debe pasar primero a través de la cámara de condensación antes de entrar en la cámara de calentamiento. El burbujeo de aire o gas se puede proporcionar en cualquier forma convencional. Típicamente, un tubo perforado, por lo general un tubo enrollado perforado, se dispone en un espacio inferior o cámara impelente de la cámara de condensación para pasar las burbujas del rociado a través de ella hacia arriba.

También se describen en este documento los procedimientos de alimentación de un fluido de alimentación a través de una cámara de condensación a una cámara de calentamiento. El fluido de alimentación se hierve en la cámara de calentamiento para formar una primera fase de vapor. Aire u otro gas se burbujean hacia arriba a través de la cámara de condensación para proporcionar una segunda fase de vapor llevado hacia arriba por las burbujas de gas. La primera fase de vapor y la segunda fase de vapor se combinan... [Seguir leyendo]

1. Aparato de destilación que comprende:

una carcasa (12) que define una cámara de calentamiento (16) , una cámara de condensación (14) que tiene una parte superior y una inferior, un espacio de vapor (26) anterior y común a las cámaras de calefacción y de condensación, y una entrada de alimentación de fluido (18) en la cámara de condensación;

un condensador (30) que comprende una pluralidad de tubos espirales de condensación sustancialmente horizontales dispuestos entre el espacio de vapor (26) y la parte inferior de la cámara de condensación (14) , en donde la pluralidad de tubos espirales de condensación tienen entradas (32) que reciben vapor desde el espacio de vapor por encima de la cámara de condensación y salidas de destilado (50) en un extremo inferior de la cámara, y un rociador de gas (38) dispuesto en la parte inferior de la cámara de condensación (14) a las burbujas de gas dirigidas hacia arriba a través de la cámara de condensación, en la que las burbujas friegan la pluralidad de tubos espirales de condensación para mejorar la transferencia de calor y absorber el vapor de alimentación de fluido.

2. Aparato de destilación según la reivindicación 1, en el que la carcasa (12) es cilíndrica y tiene un eje vertical.

3. Aparato de destilación según la reivindicación 2, en el que la cámara de calentamiento (16) comprende una pared tubular dispuesta coaxialmente con el eje vertical de la carcasa.

4. Aparato de destilación según la reivindicación 3, en el que la cámara de condensación (14) está dispuesta anularmente alrededor de la pared tubular de la cámara de calentamiento (16) .

5. Aparato de destilación según la reivindicación 2, en el que la pluralidad de tubos espirales de condensación comprenden al menos un tubo en espiral dispuesto en la cámara de condensación anular (14) .

6. Aparato de destilación según la reivindicación 1, en el que la alimentación de fluido pasa a través de la cámara de condensación (14) a la cámara de calentamiento (16) de modo que el vapor formado en la cámara de calentamiento se combina con el vapor de las burbujas de gas en el espacio de vapor (26) y los vapores combinados fluyen hacia abajo del condensador (30) para condensarse para producir un destilado limpio.

7. Aparato de destilación según la reivindicación 4, en el que la cámara de calentamiento (16) y la cámara de condensación (14) están abiertas en sus extremos superiores en el espacio de vapor (26) .

8. Aparato de destilación según la reivindicación 7, en el que la cámara de calentamiento (16) está abierta a la cámara de condensación (14) para permitir el flujo de fluido precalentado de la cámara de condensación a la cámara de calentamiento.

9. Aparato de destilación según la reivindicación 8, en el que la cámara de calentamiento (16) y la cámara de condensación (14) están abiertas en sus extremos inferiores.

10. Aparato de destilación según la reivindicación 4, en el que la cámara de calentamiento (16) y la cámara de condensación (14) están abiertas sólo en sus extremos inferiores.

11. Aparato de destilación según la reivindicación 2, en el que el tubo rociador de gas (38) comprende un tubo flexible perforado dispuesto en un espacio inferior de la cámara de condensación (14) .

12. Procedimiento para la destilación de un alimento fluido, comprendiendo dicho procedimiento:

alimentar la alimentación de fluido a través de una cámara de condensación (14) a una cámara de calentamiento (16) ;

hervir la alimentación de fluido en la cámara de calentamiento para formar una primera fase de vapor;

rociar un gas (38) hacia arriba a través de la cámara de condensación (14) para producir una segunda fase de vapor en las burbujas del gas;

condensar las fases de vapor combinadas primera y segunda en un condensador (30) que comprende una pluralidad de tubos espirales sustancialmente horizontales de condensación en la cámara de condensación (14) , en la que las burbujas de gas mejoran la transferencia de calor entre la alimentación de fluido y el vapor de condensación en el condensador; y recoger el destilado (50) desde la parte inferior del condensador.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la alimentación de fluido comprende agua.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la energía requerida para destilar el agua es inferior a 380 kcal/l.