Бескаркасная опреснительная гелиоустановка конвекционно-лучевого типа

Изобретение относится к устройствам опреснения воды и может быть использовано в районах, страдающих от недостатка пресной воды и имеющих избыточное количество морской или другой, непригодной для питья воды. В опреснительной гелиоустановке испаритель представляет собой полусферический бескаркасный воздухонепроницаемый купол переменного сечения из ткани черного цвета, прозрачной для инфракрасных лучей, с минимальной воздухопроницаемостью (перкаль) и минимальным удельным весом. Переменное сечение купола необходимо для оптимизации конвекционных потоков пара внутри испарителя и приведения поверхности испарителя к оптимальному углу падения солнечных лучей. Поверхность купола испарителя поддерживается за счет избыточного давления внутри него, создаваемого нагнетающим вентилятором и нагретым инфракрасными лучами солнечного света воздухом (паром), заключенным в объеме испарителя. Соленая вода, нагретая в первой ступени конденсатора, разбрызгивается вихревыми форсунками в рабочем объеме испарителя. Воздух, нагнетаемый в испаритель нагнетающим вентилятором, предварительно подогревается во второй ступени конденсатора. Изобретение направлено на получение пресной промышленной воды в больших объемах при наименьших экономических затратах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам опреснения воды и может быть использовано в районах, страдающих от недостатка пресной воды и имеющих избыточное количество морской или другой непригодной для питья воды.

Известные устройства для опреснения воды являются либо очень дорогими и экономически невыгодными для получения пресной воды в промышленных объемах, либо требуют больших эксплуатационных расходов и значительных затрат энергоресурсов и материалов, поставка которых в ряде случаев затруднена или невыгодна.

Известен опреснитель морской воды Кашеварова (номер публикации 2099289, вид документа С1, дата публикации 1997.12.20, регистрационный номер заявки 96105661/25, основной индекс МПК C 02 F 1/14), включающий застекленный парник, теплообменник-конденсатор, вентиляторы и насосы, соединенные системой труб. Известный опреснитель критичен к погодным условиям (дождь, град), отложению солей на рабочих поверхностях и их загрязнению, сложен и дорог в обслуживании.

Задачей данного изобретения является создание более простой установки опреснения воды, обеспечивающей получение пресной воды в больших объемах при наименьших экономических затратах.

Решение данной задачи достигается тем, что в заявляемой установке испаритель представляет собой полусферический бескаркасный купол (группу куполов) переменного поперечного сечения, выполненный из паровоздухонепроницаемой ткани черного цвета, который поглощает тепловую энергию солнечного света, причем поверхность купола поддерживается за счет избыточного давления внутри него, создаваемого нагнетающим вентилятором и нагретым инфракрасными лучами солнечного света паром, заключенным в объеме испарителя, а для повышения эффективности испарения предварительно нагретая в первой ступени конденсатора соленая вода разбрызгивается вихревыми форсунками в рабочем объеме испарителя, причем для повышения производительности установки воздух, нагнетаемый в испаритель нагнетающим вентилятором, предварительно подогревается во второй ступени конденсатора; материалом купола служит ткань черного цвета, прозрачная для инфракрасных лучей, с минимальной воздухопроницаемостью (перкаль) и минимальным удельным весом; переменное поперечное сечение купола придает наклон поверхности купола, что необходимо для оптимизации конвекционных потоков пара внутри испарителя и приведения поверхности испарителя к оптимальному углу падения солнечных лучей, при этом со стороны купола, имеющего меньшую высоту и большую ширину, установлен нагнетающий вентилятор, а со стороны купола, имеющего большую высоту и меньшую ширину установлен вытяжной вентилятор.

Изобретение иллюстрируется эскизом установки, приведенным на чертеже. Как показано на чертеже, установка состоит из испарителя 1 с расположенными в нем вихревыми форсунками 2, нагнетающего вентилятора 3, двухступенчатого конденсатора 4, вытяжного вентилятора 5 и водяного насоса 6, соединенных между собой системой труб 7.

Испаритель 1 соединяется с вытяжным вентилятором 5, который соединен с первой ступенью 8 двухступенчатого конденсатора 4. Далее первая ступень 8 двухступенчатого конденсатора 4 соединяется со второй ступенью 9 двухступенчатого конденсатора 4, а контур охлаждения первой ступени 8 двухступенчатого конденсатора 4 соединяется с разбрызгивающими вихревыми форсунками 2, помещенными в рабочем объеме испарителя 1. Водяной насос 6 соединяется с контуром охлаждения первой ступени 8. Из второй ступени 9 двухступенчатого конденсатора 4 течет сконденсированная пресная промышленная вода. Контур охлаждения второй ступени 9 3, который в свою очередь соединен с испарителем 1.

Установка работает следующим образом. Тепловая энергия солнечного света поглощается куполом испарителя 1. Поглощенная энергия нагревает поверхность купола испарителя 1 и заключенный в нем объем пара за счет конвекционно-лучевого переноса тепла, так как купол прозрачен для инфракрасных лучей. Поверхность купола поддерживается за счет избыточного давления внутри него, создаваемого нагнетающим вентилятором 3. Кроме того, нагнетающий вентилятор 3 выполняет следующие функции:

1) усиливает конвекционные потоки в куполе испарителя;

2) продувает воздух через вторую ступень конденсатора для его охлаждения до температуры окружающей среды.

Нагнетающий вентилятор 3 является, кроме того, пусковым элементом установки, приводящим купол испарителя 1 в рабочее положение; при этом вытяжной вентилятор 5 отключен. При достижении рабочей температуры внутри купола создается подъемная сила, поддерживающая купол помимо давления, создаваемого нагнетающим вентилятором 3.

Далее включаются вытяжной вентилятор 5 и водяной насос 6, подающий соленую воду в контур охлаждения первой ступени 8 конденсатора 4, а из контура охлаждения первой ступени 8 конденсатора 4 подогретая соленая вода поступает на вихревые форсунки 2, расположенные в объеме испарителя 1. Начинается активный процесс парообразования. Образовавшийся пар из верхней части испарителя 1 отводится вытяжным вентилятором 5 и подается на вход первой ступени 8 конденсатора 4, где пар остывает. Далее пар поступает на вход второй ступени 9 конденсатора 4, где происходит окончательная конденсация.

На выходе второй ступени конденсатора 9 получается сконденсировавшаяся пресная вода. При использовании данной воды для питья и приготовления пищи необходима ее доочистка с помощью бытовых фильтров очистки воды.

Охлаждать пар ниже температуры окружающей среды (воды, воздуха) нецелесообразно по экономическим причинам.

При угрозе срыва или повреждения купола испарителя сильным ветром (бурей, ураганом) нагнетающий вентилятор выключается с помощью конструктивно предусмотренного выключателя, при этом вытяжной вентилятор создает в куполе зону разрежения и купол прижимается к поверхности, где установлен.

Конденсатор пара может быть любым из известных типов. Его задача обеспечивать пропуск необходимого объема пара при заданном давлении (т.е. обеспечивать низкое гидравлическое сопротивление при заданной теплоотдаче).

Понятно, что далеко не вся вода из контура охлаждения первой ступени конденсатора поступает на вихревые форсунки испарителя. Накопление горячей воды в устроенном поблизости водоеме позволяет установке работать в ночное (прохладное) время суток.

Преимуществом данного изобретения являются:

- низкая себестоимость установки;

- простота устройства и надежность установки;

- простота эксплуатации;

- быстрый монтаж и демонтаж установки, ее мобильность;

- размещение и монтаж установки на любой поверхности (на грунте, подготовленной площадке, водной поверхности с использованием гидропневматического основания);

- минимальные затраты энергоресурсов на обслуживание установки;

- установка не критична к отложению солей на ее рабочих поверхностях в результате испарения соленой воды, конструктивно обеспечена стойкость к воздействию погодных условий (дождь, пыль, буря и т.д.), не является инженерным сооружением.

Установка пригодна для производства дистиллированной воды, а также воды промышленного и аграрного назначения. Установка имеет высокий потенциал практического применения.

1. Опреснительная гелиоустановка конвекционно-лучевого типа, включающая в себя связанные системой труб испаритель с вихревыми форсунками, распыляющими опресняемую воду, нагнетающий и вытяжной вентиляторы, теплообменник-конденсатор и водяной насос, отличающаяся тем, что испаритель выполнен в виде, по крайней мере, одного бескаркасного купола из паровоздухонепроницаемой ткани черного цвета, который имеет переменное сечение, образующее наклон поверхности купола, при этом со стороны меньшей высоты и большей ширины купола установлен нагнетающий вентилятор, а со стороны большей высоты купола установлен вытяжной вентилятор; теплообменник-конденсатор имеет две ступени, на первой ступени опресняемая вода, подаваемая на форсунки водяным насосом, предварительно нагревается водяным паром, отводящимся из верхней части испарителя вытяжным вентилятором, а на второй ступени нагревается воздух, подаваемый в испаритель нагнетающим вентилятором.

2. Опреснительная гелиоустановка конвекционно-лучевого типа по п.1, отличающаяся тем, что бескаркасный купол установлен непосредственно на землю.

3. Опреснительная гелиоустановка конвекционно-лучевого типа по п.1, отличающаяся тем, что бескаркасный купол установлен на подготовленную площадку.

4. Опреснительная гелиоустановка конвекционно-лучевого типа по п.1, отличающаяся тем, что бескаркасный купол установлен на водной поверхности с помощью гидропневматического основания.