循环式蒸馏水器设计及降温装置效果试验

林德荣，陈荣明，吴任之，张兴文（. 四川农业大学食品学院，雅安 6504； . 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 50090）



循环式蒸馏水器设计及降温装置效果试验

林德荣1，陈荣明1，吴任之1，张兴文2
（1. 四川农业大学食品学院，雅安 625014； 2. 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 150090）

摘要：针对目前蒸馏水器存在冷却水浪费严重现象，提出利用风扇产生冷风对冷却水降温处理达到循环冷却的目的，设计出循环式蒸馏水器，通过理论公式和试验分析确定循环式蒸馏水器最优结构和最佳工作参数。同时针对蒸馏水器蒸发锅外壁温度过高，热量损失严重，而且存在安全隐患，采用真空绝热板（vacuum insulation panel，VIP）对蒸发锅外壁隔热处理，试验研究发现采用单层VIP蒸发锅外壁温度从96降到43℃，热量损失8.12 W；采用双层VIP蒸发锅外壁温度从96降到28℃，热量损失5.32 W，相对单层VIP真空绝热板温度降低了28.3 %、热量损失降低了34.5 %，双层VIP真空绝热具有良好的隔热性能，可提高设备的安全性。降温装置的效果试验表明：在室温25℃、降温装置进口水温50℃的条件下，降温装置的最优结构和最佳工作参数为降温板水平角度60°、降温装置进口水流量43.3 mL/s、风扇风速6.0 m/s，降温装置出口水温为26℃，冷却水温度降低了48%，符合冷凝的要求。该研究可为蒸馏水器的改进提供结构参数和工作参数参考。

关键词：水；设计；降温；蒸馏水器；循环式；降温装置；真空绝热板

林德荣，陈荣明，吴任之，张兴文. 循环式蒸馏水器设计及降温装置效果试验[J]. 农业工程学报，2016，32（2）：64－70.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.010http://www.tcsae.org

Lin Derong， Chen Rongming， Wu Renzhi， Zhang Xingwen. Design of circulating distilled water device and experiment on effect of cooling device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）， 2016，32（2）: 64－70. （in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.010http://www.tcsae.org

Email：lindr2018@sicau.edu.cn

0　引　言

蒸馏水在食品、科研、医疗、化工、试验教学等领域有着广泛的应用，蒸馏水的生产主要依靠蒸馏水器。快速和经济地得到蒸馏水一直是化工生产的重要研究课题，针对蒸馏水器的改进势在必行。

在国外有研究表明通过降低锅内蒸汽压，提高真空度，从而降低蒸发所需的沸点，增加蒸馏水的产量，达到耗能最低，资源节约化[1]；Butterton S[2]利用海水，通过过滤、吸附等步骤后进行蒸馏；Cor N B[3]从节约空间的角度出发，装置为立体长方形，从上到下包括冷却区、加热区、蓄水部分，其中蓄水区安装在蒸馏水器的最底部，可充分利用空间。美国研制的Zee Weed（一种抗氯微滤中空纤维膜）浸入式超滤系统，该系统将一组UF膜（ultrafiltratiou membrane，超滤膜）放入体积较大的、盛有待处理水的水槽中，在负压下完成超滤过程，而后把超滤出的水送入反渗透处理系统，制备蒸馏水，该系统净化效率高，但体积大、引入了负压，结构复杂[4]。

在国内，有研究将海水净化、淡化后进行蒸馏，该方法可显著减少水资源浪费[5]，但是该法工序复杂、成本高；也有从蒸馏水器的安全以及节约人力方面进行研究，如范大昌[6]研制出自动报警蒸馏水器，当水位达到最高水位值时发出报警信号，此时关闭进水阀门接通电源，同时当蒸馏水流出的量达到容器能装载的最大容量时，液面警报器也会发出警报，避免蒸馏水溢出；宋国强[7]研究用UF膜作用纯水装置的前处理方法，通过优化确定UF膜各项参数，但是UF膜易污染、易堵塞；李斯特等[8]研究发现施加电场后蒸发速度约为不施加电场的1.4倍，蒸发速度随施加电压的增高而增高。目前国内常用蒸馏水器为电热式蒸馏水机（又称水冷式蒸馏水机），分为筒式电热蒸馏水器和玻璃管式电热蒸馏水器2种[9]。筒式电热蒸馏水器出水量大、制水成本低，但它采用自来水冷却，多余冷却水白白流失[10]；玻璃管式电热蒸馏水器出水量较小，有过热、缺水、断电保护，但同样存在水浪费问题[11]。水冷式蒸馏水机生产1 000 mL蒸馏水需要自来水26 L，冷却水浪费量为38.5 mL/s，水资源的利用率为3.8%[12]；同时蒸馏水机长时间使用，蒸发锅外壁温度可达96℃，存在安全隐患[13]。

针对上述问题，本文设计了一种循环式蒸馏水器[14]，对冷却水进行降温处理循环利用；同时针对蒸发锅易散热、外壁温度过高，设计双层真空隔热装置，防止热能散失，避免外壁温度过高存在安全隐患。本文旨在完善循环式蒸馏水器结构设计，实现高效生产蒸馏水，提高水资源的利用率。

1　循环式蒸馏水器的结构及其工作原理

1.1循环式蒸馏水器的结构

该循环式蒸馏水器主要由蒸馏装置、降温装置和蓄水池三部分组成，三部分通过水管和水泵进行连接，形成回路循环系统。其中蒸馏装置由加热器、蒸发锅、蒸汽管道和冷凝器组成[15]，双层真空绝热板在蒸发锅外壁；降温装置由降温板、风扇、蓄水池和304不锈钢外壳组成。蒸发锅底部是加热器，蒸发锅顶部设置有一蒸汽管道，蒸汽管道又设置于冷凝器内部，冷凝器设置有蒸馏水出水管，第一蓄水池包括采用隔板分隔且上部连通的回流池和溢流池两个池体，蒸发锅连通至回流池，溢流池底端通过一出水管连通第三蓄水池，第三蓄水池出口端设置有第二水泵，第二水泵的出口端与自来水总管一起连通至降温装置，降温板底部设置有第二蓄水池，第二蓄水池的冷却水经设置于其出口端的第一水泵输送至回流池形成管道回路。循环式蒸馏水器结构如图1a所示，实物图如1b所示。

图1　循环式蒸馏水器结构示意图和实物图Fig.1　Structure diagram and real products of circulating distiller water device

1.2循环式蒸馏水器的工作原理

1.2.1蒸馏装置的工作原理

蒸馏装置由加热器、蒸发锅、蒸汽管道和冷凝器组成，其工作原理是，电加热器工作，其加热器产生大量的热能与蒸发锅中的自来水发生热交换使自来水沸腾产生大量的水蒸气，水蒸气经由蒸汽管道进入冷凝器；冷凝器外侧由上至下通有冷的冷却水，冷凝器铜管内的水蒸气与铜管外侧冷的冷却水之间进行热交换，水蒸气变为液态的蒸馏水，液态的蒸馏水由冷凝器下端的蒸馏水出口经软管排到容器中[16]；同时，热交换过程中冷却水吸收较多热量温度升高，流至第一蓄水池分为两部分，一部分进入回流池，用于补充蒸发锅内因水蒸气蒸发而产生的自来水消耗，另一部分则流入溢流池通过底下软管流入第三蓄水池；通过调整第一水泵的转速使溢流池的水位维持在设备安全水位线处。

1.2.2降温装置的工作原理

该装置是本次设计的重点，用于对冷却水的降温，主要由：降温板、风扇、蓄水池和304不锈钢外壳组成；降温板则由铝合金百叶窗、管道和纱布构成。其工作原理是，第二水泵把第三蓄水池中热的冷却水输送到降温板上与自来水总管中少量的自来水混合，经一根有均匀小孔的管道流到铺有单层纱布百叶窗上，冷却水被均匀的分布在纱布上，同时纱布与百叶窗接触处会截留少部分冷却水，更有利于降温，通过风扇产生的冷风对纱布上分布的热的冷却水进行蒸发散热和对流散热，产生的热气流从机壳后侧通风口排出，散热后的冷却水流入第二蓄水池，通过第一水泵将其送入冷凝器中继续对蒸汽进行冷却[14]。

1.3循环式蒸馏水器的主要技术参数

完成降温装置、蒸发锅外壁和蓄水池设计后，通过水管和水泵与蒸馏水器连接，研制出循环式蒸馏水器，其主要技术参数如表1所示。

2　蒸发锅外壁隔热设计和隔热性能分析

2.1蒸发锅外壁隔热设计

目前实验室蒸馏装置主要以HS.Z11.5电热式蒸馏水器、PD500.5多效蒸馏水器、LD500.4.CB多效蒸馏水器等系列为主[17]，其蒸发锅外壁均不具有保温、防烫功能[13]。本设计在蒸发锅外壁加真空绝热板进行保温和隔热作用，有利于减少热量散失，既能起到防烫的作用，又能节约能源。真空绝热板是近年迅速发展的保温隔热材料，是基于真空绝热原理，通过最大限度提高板内真空度并填充芯层绝热材料来实现减少对流和辐射换热；一般来说，在同等厚度条件下，真空绝热板具有10倍于传统材料的优异绝热性能[18]。

2.2真空绝热板隔热性能分析

本试验所使用的蒸馏水器电压为220 V，外壁直径220 mm，蒸发锅外壁温度为96℃；所使用的真空绝热板导热系数为0.003 W/（m·℃），厚度为15 mm。

表1　循环式蒸馏水器的技术参数Table 1 Design technical parameters of circulating distilled water device

在蒸发锅外壁加一层真空绝热板时，真空绝热板外部温度为43℃，根据傅立叶第一定律计算热量损失为8.12 W；在蒸发锅外壁加两层真空绝热板时，真空绝热板外部温度为28℃，根据傅立叶第一定律计算热量损失为5.32 W。由于双层真空绝热板相对单层真空绝热板温度降低了28.3%，热量损失降低了34.5%，故双层真空绝热板性能优于单层真空绝热板，而且双层真空绝热板外部温度为28℃，符合安全值，因此采用双层真空绝热板。傅立叶第一定律公式[19]如下

式中W为单位每米损失的热量，W；l为圆筒的长度，m；λ为导热系数，W/（m2·℃）；t1为内壁温度，℃；t2为外壁温度，℃；r1为内壁半径，m；r2为外壁半径，m。

3　降温装置各项参数的分析

3.1风速参数

热水水面向大气散热有3种形式[20]：对流散热、蒸发散热、辐射散热。本降温装置主要利用风扇产生的冷风对水面进行散热，主要考虑对流散热和蒸发散热。蒸发系数公式为[21-22]

式中β为水面蒸发系数，W/（m2·hPa）；ω为水面风速，m/s；t为水温度，℃；θ为空气的干球温度，℃。

对流和蒸发散热之和以焓差表示为[22]

式中Q为对流和蒸发散热之和，J；P0为大气压，hPa；L为水的汽化热，kJ/kg；ht为水温t相应的饱和空气焓，kJ/kg；hθ为空气干球温度θ的焓，kJ/kg；A为水气交面面积，m2；βα为蒸发系数，βα＝ P0·β/（0.623 L）。

由式（2）和式（3）可知，风速与水面散热成正比。风速使接近水表面的空气连续不断地被扰动将接近饱和的空气带走，代之以干燥的空气，使蒸发加速[23]。风速越大，蒸发作用越强烈，则水面散失的热量也越多，冷却水的温度降低得越快。但是冷却水的温度不可能一直降低，当冷却水的温度降低到室温后，水面蒸发已经减慢，不管风速再继续加大，冷却水的温度已经达到最低点，因此风速有一个最大值[24]。

由上述的推论可知，发现影响蒸发系数βα的因素有风速ω、水温t和水流速u[20]。由于进入降温装置冷却水的温度是恒定的，可忽略水温t的影响，故主要考虑风速ω和降温板上水的流速u的影响，所以蒸发系数βα是风速ω和水流速u的函数βα＝f（ω,u），其形式由试验决定。

3.2降温板水平角度参数

3.2.1降温板水平角度与降温板上冷却水流速关系分析

降温板的水平角度直接影响到流经降温板上面的冷却水的流速，把降温板上面的冷却水看成初速度为0的物体进行分析，冷却水在降温板上受到重力mg和降温板的支持力N，假设忽略降温板的摩擦阻力。根据物体受力平衡可知

式中m为物体的质量，kg；g为重力加速度，m/s2；N为物体的支持力，N；γ为降温板的水平角度，（°）；F为降温板斜面向下的力，N；ɑ为降温板斜面向下的加速度，m/s2。

由式（5）可推导出

匀加速运动物体的位移、加速度和速度关系为[25]

式中s为降温板的斜面长度，m；u0为冷却水的初速度，m/s；T为时间，s；u1为冷却水的末速度，m/s。

由于假设冷却水的初速度为0，由式（7）和式（8）可推导出末速度u1表达式为

降温板上冷却水的平均流速为

式中u为降温板上冷却水的平均流速，m/s。

由式（10）可知，在降温板斜面长度一定的情况下，降温板水平角度与降温板上冷却水的流速成正比，随着降温板水平角度的增大，降温板上冷却水的流速也逐渐增大。当降温板水平角度为90º时，降温板上冷却水流速达到最大。

3.2.2降温板上冷却水流速与散热系数关系分析

根据能量守恒原理，降温装置散热的过程应满足降温板上冷却水侧散失的热量等于空气侧吸收的热量，即[26]

式中ρ为水的密度，kg/m3；V为降温板上的水流量，m3/s；Cp为水的定压比热容，J/（kg·℃）；t3和t4分别为降温板进口水温度和出口水温度，℃；kS为蒸发散热系数，W/（m2·℃）；∆tm为空气侧与水侧的对数平均温差，℃。

流经降温板上的水流量V可用式（12）表示，水流速对蒸发散热系数的影响可由式（11）和式（12）推出。

式中A0为降温板上冷却水横截面积，m2。

由式（13）可知，水流速与散热系数成正比，当水流速增加时，水面的散热能力也增加。在降温板蒸发散热调节过程中，根据蒸发散热和对流散热原理，为了提高降温装置的降温效果，应提高空气侧和降温板水面侧的散热性能，而空气侧的散热主要影响因素是迎面风速；降温板水面侧散热的主要影响因素是降温板上冷却水的流速，而降温板上冷却水的流速又受到降温板水平角度的影响。薛殿华等[27]研究发现，表冷器传热系数随着水流速的增加而增加，但传热系数的变化斜率是随着水流速的增加而逐渐变小的，按照这种变化趋势，传热系数的变化会出现转折点，主要是由于水的流速快到一定程度时其中的能量还来不及进行热交换就流传了表冷器。这将导致出口水温降低，进出水温差减小，表冷器传热系数有所下降[28]。因此，可判断当降温板上冷却水的流速增加到一定值时，降温装置的散热系数将有所下降，所以不是降温板水平角度越大越好。

3.3降温装置进口水流量参数

降温装置进口水流量等于降温板上的水流量V，由式（12）知，降温板上的水流量V受到降温板斜面面积和降温板上冷却水的平均流速的影响。在降温装置结构确定后，降温板斜面面积也就确定，所以影响降温装置的注水流量的主要因素是降温板上冷却水的平均流速，降温板上冷却水的平均流速又受到降温板的水平角度的影响。同时，降温装置进口水流量的多少还要考虑降温装置的降温效率，降温效率主要由风速和流速影响。但是降温装置的进口水流量不能由式（12）计算，主要是因为降温板上冷却水的流速是一个变量。降温装置的进口水流量由第二水泵水流量和自来水总管水流量组成。

降温装置进口水流量V组成公式为

式中V1表示第二水泵水流量，m3/s；V2表示自来水总管水流量，m3/s。

降温装置的进口水流量可由第二水泵水流量和自来水总管水流量调控，由于自来水总管水流量等于蒸馏器蒸馏水的出水量，因此只能通过第二水泵水流量来进行调控。在试验台上通过变频器调节水泵频率来实现水流量的调节[29]，使降温装置进口水流量达到稳定值，增加降温装置的降温效果。

4　降温装置主要参数的确定及性能试验

4.1降温装置进口水流量参数的确定

由式（14）知，降温装置的进口水流量由两部分组成。经测定蒸馏水器正常工作蒸馏水出水量为1.6 mL/s，因此自来水总管的进水量为1.6 mL/s。第二水泵在额定工作电压下，水流量是41.7 mL/s。因此由式（14）可求出降温装置的进口水流量为43.3 mL/s。

4.2降温板水平角度参数的确定

由前面对降温板水平角度参数的分析可知，降温板水平角度与降温板上冷却水的流速成正比，随着降温板水平角度的增大，降温板上冷却水的流速也逐渐增大；同时水的流速与蒸发散热系数成正比，随着水的流速增大，蒸发散热系数也增大[26]。但是当降温板上冷却水的流速增加到一定值时，降温装置的散热系数将有所下降[30]。因此降温板水平角度间接对蒸发散热系数产生影响。因此需要通过试验确定降温板最佳的水平角度，在室温温度为25℃、降温装置进口水温度为50℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/s、风速为5.0 m/s的条件下，分别测定不同降温板水平角度下对降温装置出口水温度的影响，试验结果如图2所示。

图2　降温板角度对降温装置出口水温度的影响Fig.2　Effect of cooling plate angle on outlet water temperature of temperature reducing device

由图2可知，降温装置出口水温度随着降温板水平角度增大而减小，但是降温装置出口水温度的变化斜率是随着降温板水平的角度增大而逐渐变小的。按照这种变化趋势，降温装置的出口水温度会出现转折点，当降温板水平角度达到60°时降温装置的出口水温度达到最低28℃。由式（10）和式（13）可知，这主要是因为随着降温板水平角度的增大，降温板上冷却水的流速也增大，又因为冷却水的流速与蒸发散热系数呈正比[24]，所以降温装置出口水温度逐渐降低。但是随着降温板水平角度超过60°后，降温装置的出口水温度变化不明显，而且有上升的趋势。这主要是因为随着降温板水平角度增大降温板上冷却水流速快到一定程度时，降温板上的冷却水的能量来不及进行散热就流出降温装置，导致降温装置的出口水温度变化不明显甚至有上升的趋势[28]。

由试验分析可知，当室温温度为25℃、降温装置进口水温度为50℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/s、风速为5.0 m/s的条件下，降温板水平角度达到60°时，降温装置的出口水温度最低，散热效果最好，出口水温为28℃。

4.3风速参数的确定

由前面对风速参数分析可知，风速与水面的蒸发散热和对流散热成正比，随着风速的增加，水面的热量散失加快[22]。但是风速不可能无限增加，当风速达到某一定值后降温装置出口水温将趋于稳定[24]。因此需要通过试验确定风扇最佳的风速，在室温为25℃、降温装置进口水温为50℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/s、降温板水平角度为60°的条件下，分别测定风扇不同风速下对降温装置出口水温的影响，试验结果如图3所示。

图3　风扇风速对降温装置出口水温度的影响Fig.3　Effect of fan speed on outlet water temperature of temperature reducing device

从图3可知，降温装置出口水温度随着风扇风速的增大而逐渐减小，而后逐渐趋与平稳。当风速达到6 m/s时，降温装置的出口水温度最低为26℃。由式（2）和式（3）分析可知，首先随着风扇风速的增大，降温板的水面蒸发系数也增大，降温板水面热量散失也加快，所以降温装置出口水温逐渐降低。当风速增大到6 m/s后，降温装置出口水温趋于平稳，这主要是因为冷却水的水温降低到接近室温，蒸发散热的驱动力减小[31]；同时由于风速过大，会导致风扇功率过大产生部分热量，影响降温效果[32]。风扇的最佳风速受到环境温度的影响，在不同的环境温度下均存在一个最佳的风速，而且这个最佳风速随着环境温度的降低而降低[24]。

由试验结果可知，当室温温度为25℃、降温装置进口水温度为50℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/s、降温板水平角度为60°的条件下，风扇的风速为6 m/s时，降温装置的出口水温度最低，散热效果最好，出口水温为26℃。

4.4降温装置性能试验

通过以上试验可知，降温板的水平角度和风扇的风速对降温装置的出口水温度都有影响。为了进一步说明2个因素对降温装置的出口水温度影响大小，及通过最优组合试验寻找降温装置各项参数的最佳值。在室温温度为25℃、降温装置进口水温度为50℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/s条件下，风扇的风速分别设置为0、5、6、7 m/s，降温板水平角度分别设置为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°，进行组合试验，试验结果如图4所示。

图4　降温装置试验效果Fig.4　Experimental temperature reducing device effects

由图4可知，当风速为0时，随着降温板水平角度升高，降温装置出口水温先逐渐降低然后趋于平稳略有升高；而当风速为5、6、7 m/s时，随着降温板水平角度升高，降温装置出口水温迅速下降然后趋于平稳，降温装置出口水温变化明显。由此说明，降温板的水平角度变化对降温装置降温效果影响小，而风扇风速的变化对降温装置的降温效果影响大，所以风扇风速对降温装置降温起到主要作用[33]。风扇风速的均匀性、吹上降温板的角度及环境的湿度对降温装置的降温都起到影响作用[34]。同时由图4可知，在不同的风速下，随着降温板水平角度的升高，降温装置出口水温变化趋势一致，水温先迅速下降然后趋于平稳。同时从图4可知，当风速为6 m/s、降温板角度为60°时，降温装置出口水温最低，最低温度为26℃。

由以上试验可知，在室温温度为25℃、降温装置进口水温度为50℃条件下，降温装置的最优结构和最佳工作参数为降温装置的进口水流量43.3 mL/s、降温板水平角度60°、风扇风速6 m/s。降温装置的进口水流量、降温板水平角度、风扇风速主要参数确定后，降温装置的结构也就确定。在以上条件下进行验证试验，测得降温装置出口水温度为26℃，温度降低了48%，降温装置出口水温度符合冷凝要求，可用于蒸馏器的蒸馏水降温。

5　结　论

本文设计出了一种循环式蒸馏水器，经过反复试验，证明该循环式蒸馏水器具有以下性能：

1）在蒸发锅外壁采用单层真空绝热板（vacuum insulation panel，VIP）蒸发锅外壁温度从96降到43℃，热量损失8.12 W；采用双层真空绝热板蒸发锅外壁温度从96降到28℃，热量损失5.32 W，相对单层真空绝热板温度降低了28.3 %、热量损失降低了34.5 %，双层真空绝热具有良好的隔热性能和减少热量损失的目的，提高设备的安全性能。

2）通过自主设计的降温装置，利用理论公式对降温装置的各项参数进行分析，并进行试验确定降温装置的最优结构和最佳工作参数。在室温25℃、降温装置进口水流量为43.3 mL/min、降温板水平角度为60°、风速为6.0 m/s、进口水温50℃条件下，降温装置的降温效果最好，可将50的冷却水降低到26℃，冷却水温度降低了48%，符合冷凝要求，实现冷却水循环利用的目的。

3）该循环式蒸馏水器主要由蒸馏装置、降温装置和蓄水池组成，通过水管和水泵连接，形成回路循环系统。设备中有3个蓄水池，当自来水压力减小或者停水时，2个水泵能将蓄水池中的冷却水抽回冷却器中对蒸汽进行冷却，同时将部分冷却水送入蒸发锅内，使锅内的自来水不至于在很短的时间内烧干，起到保护设备的作用。

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Design of circulating distilled water device and experiment on effect of cooling device

Lin Derong1, Chen Rongming1, Wu Renzhi1, Zhang Xingwen2
（1. College of Food Science, Sichuɑn Agriculturɑl University, Yɑ’ɑn 625014, Chinɑ;
2. Stɑte Key Lɑborɑtory of Urbɑn Wɑter Resource ɑnd Environment, Hɑrbin Institute of Technology, Hɑrbin 150090, Chinɑ）

Abstract:Water crisis is potentially the most serious environmental problem. Due to the enormously wasteful and therefore non-sustainable use of water， groundwater levels are decreasing at an alarming rate. The water distillation units used in almost every science laboratory， need to use water to cool the steam and thus provide distilled water. Distilled water device is a kind of equipment for preparing distilled water. With the development of science and technology， the demand for distilled water will be larger and larger. However， in terms of either energy efficiency or security， there is a certain gap between water distiller supply and social development requirement. In this paper， a new type of circulating distilled water device is designed. The device consists of 3 parts: distillation unit， cooling device and impounding reservoir， and the 3 components are connected by pipes and pumps to form a loop circulation system. The distillation unit consists of 4 parts: heater， pot of vaporization， steam pipe and condenser; double vacuum insulation panels （VIPs） are used in the heat insulation of the vaporization pot wall. The cooling device consists of 4 parts: cooling plate， fan， impounding reservoir and stainless steel casing. To decrease the temperature of outer wall of the evaporator pan， VIPs are used for the insulation of outer walls. The excellent thermal insulation properties of VIPs make them widely applied in energy conservation fields， especially in building engineering. Experiment shows that double VIPs have good insulation properties and can improve the safety of the device. Theoretical and experimental modal analysis determines the optimal structure of distilled water device and the optimum working parameters during the circulating process. The effects of temperature on cooling device are obtained mainly through accelerated testing. The optimal regularization parameters of cooling device are cooling plate’s horizontal angle of 60°， water flow of 43.3 mL/s and fan speed of 6.0 m/s. Outlet water temperature of cooling device is 26°C， which meets the humidity requirements for forming condensation. The device is an improvement on a simple distillation apparatus. It can prevent overheating and accidents effectively. All of the needed components and appliances can be readily bought from the market. It is simple to manufacture， low in cost and dependable in its functions. In this article， the distilled water device is designed as a circulation system， and various structural parameters of cooling device are optimized. The results can provide the reference for improving the structural design of circulating distilled water device， the safety performance of the equipment， the efficient production of distilled water and hence the use of water resources.

Keywords:water; design; cooling; distilled water device; circulation; temperature reducing device; vacuum insulation panels

作者简介：林德荣，男（汉族），江西吉安人，讲师，博士，主要从事食品科学与工程技术研究。雅安四川农业大学食品学院，625014。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（31340032）

收稿日期：2015-05-18

修订日期：2015-12-18

中图分类号：O6-333; TB472

文献标志码：A

文章编号：1002-6819（2016）-02-0064-07

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.010