ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2165890

ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Потапов Ю.Ф.; Горшенев В.Г.; Жулев Ю.Г. 
Имя патентообладателя: Государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Адрес для переписки: 140160, Московская обл., г. Жуковский, ЦАГИ, отделение 24, Кириленко Г.В.
Дата начала действия патента: 2000.01.12 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к солнечным опреснителям соленой воды небольшой производительности, используемым в быту. Установка состоит из солнечного коллектора и многосекционного вакуумного дистиллятора. Испытательный и испарительно-конденсационные теплообменники дистиллятора выполнены в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков. Откачка рассола из дистиллятора осуществляется с помощью водовоздушного эжектора. Удельная производительность установки зависит от числа используемых секций и составляет 1-3 л дистиллята в час с квадратного метра солнечного коллектора. Техническим результатом изобретения является выполнение более экономичной конструкции опреснителя при уменьшении потребляемой им электроэнергии и обеспечение более высокой надежности работы.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к солнечным опреснителям соленой воды небольшой производительности, используемым в быту.

Известны гелиоопреснители небольшой производительности, выполненные по схеме с одноразовым циклом "испарение-конденсация" (см., например, К. Батиров. "Результаты многолетних натурных испытаний солнечных опреснительных установок", Гелиотехника, N 4, 1985 г., АН УССР). Используемая в этих опреснителях схема дистилляции обеспечивает им простоту и надежность при индивидуальной эксплуатации в быту.

Недостатком таких опреснителей является невысокая удельная производительность (2 - 5 л/м2·сутки).

Из известных гелиоопреснителей наиболее близким по технической сути является опреснитель с производительностью ~100 л/сутки, включающий солнечный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор, соединенные между собой с помощью прямого и обратного трубопроводов, испарительный и испарительно-конденсационные теплообменники и теплообменник конденсатора с подсоединенным к нему водовоздушным эжектором для вакуумирования дистиллятора (патент РФ N 2117634, 1996, кл. МПК6 C 02 F 1/14).

Недостатком такого опреснителя являются достаточно сложная конструкция дистиллятора, существенное потребление электроэнергии, затрачиваемое на работу трех насосов, и невысокая надежность насоса подачи опресняемой воды к разбрызгивателю испарителя и слива рассола в вакуумную емкость, работающего в тяжелых условиях вакуума.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции дистиллятора, уменьшение стоимости эксплуатации и повышение надежности работы.

Техническим результатом изобретения является выполнение более экономичной конструкции опреснителя при уменьшении потребляемой им электроэнергии и обеспечение более высокой надежности работы за счет использования более технологичных в изготовлении теплообменников дистиллятора и применения безнасосной подачи опресняемой воды к разбрызгивателю испарителя и слива рассола из дистиллятора.

Указанный технический результат достигается тем, что в гелиоопреснительной установке, содержащей солнечный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор с испарительным, испарительно-конденсационными теплообменниками и теплообменником конденсатора с подсоединенным к нему водовоздушным эжектором, испарительный и испарительно-конденсационные теплообменники выполнены в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков, расстояние между которыми составляет 0,95 - 1,05 диаметра трубок, а трубопровод откачки рассола подсоединен к смесительной камере водовоздушного эжектора.

ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой гелиоопреснительной установки.

На фиг. 2 показана конструктивная схема испарительного и испарительно-конденсационного теплообменников дистиллятора.

Гелиоопреснительная установка (фиг. 1) содержит солнечный коллектор 1, многосекционный дистиллятор 2, включающий верхнюю секцию - испаритель 3 с испарительным теплообменником 4 и оросителем, состоящим из разбрызгивателя 5 и растекателя 6, нижнюю секцию - конденсатор 7 с теплообменником 8 и промежуточные секции 9, 10, 11 с испарительно-конденсационными теплообменниками 12 - 14, водовоздушный эжектор 15, насос 16 для прокачки теплоносителя солнечного коллектора, насос 17 для прокачки охлаждающей воды через теплообменник 8 конденсатора, емкость для соленой опресняемой воды 18, емкость для дистиллята 19, системы слива рассола 20, системы слива дистиллята 21 и трубопровод откачки рассола 22.

Число промежуточных секций дистиллятора зависит от производительности установки. Для опреснителей с производительностью порядка ~ 100 л в сутки общее число секций 4 - 6. На фиг. 1 для примера показан 5-секционный дистиллятор.

ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Теплоноситель, циркулирующий с помощью насоса 16 в контуре солнечного коллектора 1, обеспечивает подвод тепла к теплообменнику 4 испарителя 3 (фиг. 1). Соленая вода из емкости 18 самотеком за счет разности давлений в атмосфере и секции 3 подается к разбрызгивателю 5 оросителя и с помощью растекателя 6 разбрызгивается на поверхности теплообменника 4. Часть воды испаряется, а часть стекает в нижерасположенную секцию 9 по системе слива рассола 20 и там с помощью оросителя разбрызгивается на поверхности испарительно-конденсационного теплообменника. Образуемый в верхней секции пар отводится в нижерасположенную секцию и там конденсируется внутри спиральной трубки испарительно-конденсационного теплообменника, испаряя текущую по ее поверхности соленую воду. Образовавшийся конденсат поступает в систему слива 21 и затем самотеком в емкость 19. Такая процедура повторяется во всех секциях, кроме нижней. Рассол из предпоследней секции дистиллятора откачивается водовоздушным эжектором 15, смесительная камера которого соединена с этой секцией трубопроводом 22 откачки конденсата. Теплота конденсации, выделяемая при конденсации пара в конденсаторе 7, забирается опресняемой водой, циркулирующей в контуре водовоздушного эжектора, с помощью насоса 17.

Дистиллятор работает при давлении ниже атмосферного.

Необходимое разрежение обеспечивается с помощью водовоздушного эжектора 15, смесительная камера которого подсоединена в баку 19 дистиллята (фиг. 1).

Испарительный и испарительно-конденсационные теплообменники выполнены в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков, расстояние h между которыми составляет 0,95 - 1,05 диаметра трубок (фиг. 2). Горизонтальное расположение витка не позволяет соленой воде течь вдоль трубки. С вышерасположенного витка на нижерасположенный вода стекает в виде капель. Расстояние между витками, равное 0,95 - 1,05 диаметра трубки, обеспечивает равномерное растекание капли по трубке и образование на ее поверхности тонкой пленки, которая, в свою очередь, обеспечивает эффективность процессов тепло- и массопереноса. Увеличение расстояния между витками приводит к образованию брызг в месте падения капель, а уменьшение расстояния не обеспечивает необходимого растекания по трубке; и то и другое затрудняет создание тонкой пленки на поверхности трубки, без которой процесс тепло- и массопереноса малоэффективен.

Возможное стекание соленой воды вдоль трубки в месте перехода от одного витка к другому не может существенно повлиять на эффективность работы теплообменника, так как уменьшение длины горизонтального участка витка за счет перехода легко компенсируется числом витков.

Исполнение испарительного и испарительно-конденсационных теплообменников в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков существенно упрощает технологию и уменьшает стоимость изготовления по сравнению с другими известными теплообменниками вакуумных дистилляторов.

Подсоединение трубопровода откачки рассола к смесительной камере водовоздушного эжектора позволяет откачивать рассол из предпоследней секции дистиллятора без использования вакуумной емкости для соленой вода и насоса, что существенно упрощает конструкцию дистиллятора, приводит к экономии электроэнергии, необходимой для работы насоса. Подача соленой воды к разбрызгивателю испарителя при этом осуществляется из открытой невакуумированной емкости (скважины, бассейна и т.д.) за счет разности давлений в атмосфере и секции испарителя.

Удельная производительность предлагаемого опреснителя в зависимости от числа секций составляет 1 - 3 л дистиллята в час с квадратного метра солнечного коллектора.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гелиоопреснительная установка, содержащая солнечный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор с испарительным, испарительно-конденсационными теплообменниками и теплообменником конденсатора с подключенным к нему водовоздушным эжектором, отличающаяся тем, что испарительный и испарительно-конденсационные теплообменники выполнены в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков, расстояние между которыми составляет 0,95 - 1,05 диаметра трубок, а предпоследняя секция дистиллятора подсоединена к водовоздушному эжектору.

Версия для печати
Дата публикации 24.02.2007гг


вверх