ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2234354
ОПРЕСНИТЕЛЬ
Имя изобретателя: Афанасьев В.С. (RU); Бритвин Л.Н. (RU); Бритвина Т.В. (RU); Щепочкин А.В.
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Научно- производственная фирма "ТГМ"
Адрес для переписки: 111673, Москва, а/я 60, ООО "НПФ "ТГМ"
Дата начала действия патента: 2003.09.10
Предложен опреснитель, состоящий из испарителя с внешним нагревателем
опресняемой жидкости, рекуперационными теплообменниками возврата в испаритель тепла,
получаемого испаряемой жидкостью в рабочем процессе опреснения, нагревателя пара из
испарителя в конденсатор, каналов для подвода опресняемой жидкости к испарителю,
каналов слива дистиллята и рассола. Для повышения его эффективности и
эксплуатационной надежности нагнетатель пара выполнен в виде эжекционного устройства,
высоконапорное сопло которого включено в контур циркуляции дистиллята, снабженный
устройством повышения давления на выходе эжекционного устройства, а выход камеры
смешения гидравлически сообщен со входом обеспечивающего циркуляцию дистиллята в
указанном контуре насоса и дополнительным теплообменником, по теплу сообщенным с
испарителем. Контур циркуляции дистиллята гидравлически связан с устройством отбора
дистиллята и поддержания в контуре постоянного количества опресненной жидкости. Для
дополнительного упрощения конструкции и повышения эффективности опреснителя
нагреватель испарителя выполнен в виде кавитационно-вихревого электроприводного
устройства, гидравлически сообщенного с испаряемой в испарителе жидкостью, а
испаритель выполнен в виде осесимметричной емкости с включенной в контур циркуляции
опресняемой жидкости в испарителе вихревой камерой, по теплу сообщенной с
дополнительным теплообменником контура циркуляции дистиллята.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложен опреснитель преимущественно для дистилляционного получения пресной
воды из морской воды, который, однако, может быть использован для деминерализации
шахтных вод и в технологических процесса различных производств.
Известны рекуперационные опреснители, например, по патенту России № 2142912 С1, в
котором для повышения производительности дистилляционного опреснителя осуществлена
практически полная рекуперация тепловой энергии, идущей на нагрев и испарение
поступающей в испаритель жидкости, посредством применения теплообменников и тепловых
труб (аналог). Однако техническая реализация предложенного опреснителя, а также и вывод
его на рабочий режим чрезвычайно сложны, что является его существенным недостатком.
Известен также опреснитель по патенту России № 2077488, состоящий из испарителя с внешним
нагревателем опресняемой жидкости, по меньшей мере одним рекуперационным
теплообменником возврата в испаритель тепла, получаемого испаряемой жидкостью в
рабочем процессе опреснения, нагнетатель пара из испарителя в конденсатор, каналов для
подвода опресняемой жидкости к испарителю, каналов слива дистиллята и рассола (прототип).
Данное техническое решение достаточно просто конструктивно, но, однако, не
обеспечивает рекуперации теплоты парообразования, которая сбрасывается через
конденсатор и непроизводительно теряется. Кроме того, нагрев испаряемой жидкости
посредством высокотемпературных источников тепла приводит к возникновению отложений
солей на нагревательных поверхностях, что существенно усложняет эксплуатацию и
снижает производительность данного типа дистилляционных опреснителей.
Предложенное техническое решение дистилляционного опреснителя, обладая
конструктивной и технологической простотой, обеспечивает практически полную
рекуперацию энергии в рабочем процессе дистилляционного опреснения, легко (практически
автоматически) выводится на рабочий режим, обладает высокой производительностью, а
также в вариантах исполнения позволяет осуществлять непрерывную и продолжительную
эксплуатацию без какого-либо загрязнения внутренних рабочих поверхностей испарителя
и нагревателя. Указанные положительные свойства предложенного устройства
обеспечиваются тем, что:
- нагреватель пара выполнен в виде эжекционного устройства, высоконапорное сопло
которого включено в контур циркуляции дистиллята, снабженный устройством повышения
давления на выходе эжекционного устройства, а выход камеры смешения гидравлически
сообщен со входом обеспечивающего циркуляцию дистиллята в указанном контуре насоса и
дополнительным теплообменником, по теплу сообщенным с испарителем, причем контур
циркуляции дистиллята гидравлически связан с устройством отбора дистиллята и
поддержания в контуре постоянного количества опресненной жидкости;
- устройство отбора дистиллята выполнено в виде подключенной между выходом
дополнительного теплообменника испарителя и входом в циркуляционный насос вихревой
камеры со свободным уровнем вращающейся жидкости, сообщенным с ограничивающим этот
уровень каналом слива дистиллята;
- устройство повышения давления на выходе эжекционного устройства выполнено в виде
трубопроводов, каналов дополнительного теплообменника и тангенциально
установленного в вихревую камеру сопла;
- устройство слива дистиллята и повышения давления на выходе эжекционного устройства
выполнено в виде установленного в канале слива дистиллята дросселирующего клапана,
преимущественно подключенного к всасывающей линии насоса контура циркуляции
дистиллята;
- рекуперационный теплообменник нагрева поступающей на испарение от внешнего
источника жидкости выполнен совмещенным с вихревой камерой устройства отбора
дистиллята;
- нагреватель испарителя выполнен в виде кавитационно-вихревого электроприводного
устройства, гидравлически сообщенного с испаряемой в испарителе жидкостью
посредством ее циркуляции через указанное устройство и рабочие элементы испарителя.
- испаритель выполнен в виде осесимметричной емкости с по меньшей мере одной
включенной в контур циркуляции опресняемой жидкости в испарителе вихревой камерой, по
теплу сообщенной с дополнительным теплообменником контура циркуляции дистиллята;
- в нижней части выполненного вертикальным испарителя выполнена сепарационная камера
для сбора рассола, канал слива которого по теплу сообщен со вторым рекуперационным
теплообменником подогрева поступающей в испаритель опресняемой жидкости;
- каналы подвода к испарителю опресняемой жидкости подключены ко входному каналу
кавитационно-вихревого устройства;
- выходной канал кавитационно-вихревого устройства подключен тангенциально к вихревой
камере испарителя, а его входной канал подключен к указанной вихревой камере в зоне
повышенного давления в ней;
- испаритель снабжен по меньшей мере одним дополнительным регулируемым по мощности
нагревателем.
На чертеже показан один из возможных вариантов технического решения предложенного
опреснителя.
Испаритель 1 снабжен внешним нагревателем 2, в данном варианте исполнения выполненным в
виде электроподогревателя 3 и циркуляционного насоса 4, который, согласно предложению,
может быть выполнен и в виде кавитационно-вихревого электроприводного устройства
разогрева жидкости, см., например, патент России заявка № 99119396.
|
Выходной канал 5 испарителя сообщен с входным каналом 6 нагнетателя пара, выполненного
в виде эжекционного устройства 7, высоконапорное сопло 8 которого включено в контур
циркуляции дистиллята, перекачиваемого посредством насоса 9, выход которого подключен
к соплу 8. Камера смешения 10 эжекционного устройства 7 совместно с выходным
трубопроводом 11, дополнительным по теплу сообщенным с испарителем 1, теплообменником 12
и выходным подпорно сопловым повышающим давление на выходе эжекционного устройства
элементом 13, выполняет дополнительно функцию конденсатора пара, засасываемого из
рабочей испарительной полости 14 в камеру смешения 10 через канал 6. Элемент 13
рационально выполнять или в виде регулируемого по сечению сопла, тангенциально
подключенного к вихревой камере 15, или комбинированного дроссельно-соплового
устройства, см. чертеж. Устройство повышения давления на выходе эжекционного
устройства 7 в простейшем случае может быть выполнено в виде трубопроводов заданного
гидравлического сопротивления. Камера 15 подключена к контуру циркуляции дистиллята и
выполняет функции устройства отбора дистиллята за счет того, что камера 15 выполнена со
свободным уровнем жидкости в ней, стабилизированным за счет его подключения к каналу
слива дистиллята 16. Устройство отбора дистиллята может быть выполнено и в виде
простого сосуда, поднятого над насосом 9 для обеспечения его бескавитационной работы.
Рационально устройство 15 подключать между выходом дополнительного теплообменника 12 и
входом в насос 9, т.е. в зоне, где завершена конденсация поступающего из испарителя 1 пара.
|
Контур циркуляции дистиллята может быть также выполнен замкнутым (без свободного
уровня) с отбором дистиллята через переливной дросселирующий клапан 17 (вариант
исполнения, когда вентиль 18 закрыт, а вентиль 19 открыт), создающий во всасывающей (входной)
гидролинии насоса 9 избыточное давление, достаточное для его бескавитационной работы.
Вихревая камера 15 отбора дистиллята в данном варианте исполнения совмещена с
рекуперационным теплообменником 20 нагрева жидкости, поступающей на испарение от
внешнего источника жидкости, например насоса 21.
Нагреватель испарителя рационально выполнять в виде кавитационно-вихревого
электроприводного устройства, гидравлически сообщенного с испаряемой в испарителе
жидкостью посредством циркуляционного контура 22, обеспечивающего перемещение
жидкости между рабочей испарительной полостью и другими рабочими элементами, например,
форсунками 23 испарителя 1. Испаритель рационально выполнять в виде осесимметричной
емкости, см. чертеж, с по меньшей мере одной включенной в контур циркуляции 22
опресняемой жидкости вихревой камерой 24, по теплу сообщенной с дополнительным
теплообменником 12 контура циркуляции дистиллята.
Рационально испаритель 1 выполнять вертикальным и в нижней его части располагать
сепарационную камеру 25 сбора рассола, канал слива которого по теплу сообщен через
дополнительный рекуперационный теплообменник 26 с поступающей в испаритель
опресняемой жидкостью. Это выполение особенно эффективно при расположении
сепарационной камеры 25 под вихревой камерой 24.
Для улучшения всасывающей способности насоса или насоса-теплогенератора 4 каналы
подвода к испарителю опресняемой жидкости подключены ко входному каналу кавитационно-вихревого
устройства, который подключен к вихревой камере 24 в зоне повышенного давления в ней.
Выходной канал кавитационно-вихревого нагревателя подключен тангенциально к вихревой
камере 24 испарителя 1. Это техническое решение рационально и при использовании
нагревателей жидкости различных типов. Для улучшения эксплуатационных свойств
опреснителя испаритель снабжен по меньшей мере одним регулируемым по мощности
электронагревателем 3 и/или 4.
Работает опреснитель следующим образом. Перед пуском контур циркуляции дистиллята
заполняется пресной водой (дистиллятом), включается насос 21, заполняющий испаритель 1
опресняемой водой. При достижении в испарителе заданного уровня воды включается
циркуляционный насос 4 и нагреватель или кавитационно-вихревое устройство –
гидродинамический теплогенератор. После достижения в испарителе заданной температуры,
например 90 С, включается циркуляционный
насос 9 и начинается отсос пара в эжекционное устройство, где пар в устройстве и контуре
циркуляции дистиллята конденсируется при повышенном давлении и температуре, например,
в 102С. При этом теплота парообразования,
выделяющаяся в контуре циркуляции дистиллата, посредством теплообменника 12
передается циркулирующей в испарителе опресняемой жидкости, интенсифицируя процесс
парогенерирования. Количество дистиллята в контуре циркуляции эжекционного
устройства увеличивается, и его избыток сливается по каналам 16.
Для автоматической работы опреснителя регулируется подача свежей опресняемой
жидкости от насоса 21, например, посредством дросселя 27, управляемого по уровню
свободной поверхности в рабочем объеме 14 испарителя, например, посредством датчиков
уровня (трубки Пито) 29 и преобразователя сигнала давления в сигнал управления
дросселем 27.
Поступающая через дроссель 27 холодная соленая вода компенсирует расход дистиллята
через каналы 16 и расход отводимого рассола через канал сброса рассола по каналу 30 (задается
регулируемым дросселем 31, например, посредством датчика (не показан) концентрации
солей в сепарационной камере 25, что обеспечивает стабилизацию свободной поверхности
жидкости в испарителе 1. Теплота нагрева отводимого дистиллята и рассола возвращается
в испаритель посредством рекуперационных теплообменников соответственно 20 и 26.
Описываемый опреснитель имеет высокую производительность, легко запускается в работу,
не требует периодической очистки нагревателя и рабочих элементов испарителя, допуская
сброс рассола повышенной концентрации, пригоден для конструкций опреснителей в
широком диапазоне производительности дистиллята.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Опреснитель, состоящий из испарителя с внешним нагревателем опресняемой жидкости, по
меньшей мере одним рекуперационным теплообменником возврата в испаритель тепла,
получаемого испаряемой жидкостью в рабочем процессе опреснения, нагнетатель пара из
испарителя в конденсатор, каналов для подвода опресняемой жидкости к испарителю,
каналов слива дистиллята и рассола, отличающийся тем, что нагнетатель пара выполнен в
виде эжекционного устройства, высоконапорное сопло которого включено в контур
циркуляции дистиллята, снабженный устройством повышения давления на выходе
эжекционного устройства, а выход камеры смешения гидравлически сообщен со входом
обеспечивающего циркуляцию дистиллята в указанном контуре насоса и дополнительным
теплообменником, по теплу сообщенным с испарителем, причем контур циркуляции
дистиллята гидравлически связан с устройством отбора дистиллята и поддержания в
контуре постоянного количества опресненной жидкости.
2. Опреснитель по п.1, отличающийся тем, что устройство отбора дистиллята выполнено в
виде подключенной между выходом дополнительного теплообменника испарителя и входом в
циркуляционный насос вихревой камеры со свободным уровнем вращающейся жидкости,
сообщенным с ограничивающим этот уровень каналом слива дистиллята.
3. Опреснитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство повышения давления на выходе
эжекционного устройства выполнено в виде трубопроводов, каналов дополнительного
теплообменника и тангенциально установленного в вихревую камеру сопла.
4. Опреснитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство слива дистиллята и повышения
давления на выходе эжекционного устройства выполнено в виде установленного в канале
слива дистиллята дросселирующего клапана, преимущественно подключенного к
всасывающей линии насоса контура циркуляции дистиллята.
5. Опреснитель по пп.1-3, отличающийся тем, что рекуперационный теплообменник нагрева
поступающей на испарение от внешнего источника жидкости выполнен совмещенным с
вихревой камерой устройства отбора дистиллята.
6. Опреснитель по пп.1-5, отличающийся тем, что нагреватель испарителя выполнен в виде
кавитационно-вихревого электроприводного устройства, гидравлически сообщенного с
испаряемой в испарителе жидкостью посредством ее циркуляции через указанное
устройство и рабочие элементы испарителя.
7. Опреснитель по пп.1-6, отличающийся тем, что испаритель выполнен в виде
осесимметричной емкости с по меньшей мере одной включенной в контур циркуляции
опресняемой жидкости в испарителе вихревой камерой, по теплу сообщенной с
дополнительным теплообменником контура циркуляции дистиллята.
8. Опреснитель по пп.1-7, отличающийся тем, что в нижней части выполненного вертикальным
испарителя выполнена сепарационная камера для сбора рассола, канал слива которого по
теплу сообщен со вторым рекуперационным теплообменником подогрева поступающей в
испаритель опресняемой жидкости.
9. Опреснитель по пп.6-8, отличающийся тем, что каналы подвода к испарителю опресняемой
жидкости подключены ко входному каналу кавитационно-вихревого устройства.
10. Опреснитель по пп.6-9, отличающийся тем, что выходной канал кавитационно-вихревого
устройства подключен тангенциально к вихревой камере испарителя, а его входной канал
подключен к указанной вихревой камере в зоне повышенного давления в ней.
11. Опреснитель по пп.1-11, отличающийся тем, что испаритель снабжен по меньшей мере одним
дополнительным регулируемым по мощности нагревателем.
Версия для печати
Дата публикации 24.02.2007гг
вверх
|
