ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2165890
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.
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
|
