Солнечно-ветровой опреснитель

Изобретение относится к использованию солнечной и ветровой энергий для опреснения воды. Солнечно-ветровой опреснитель содержит емкость для опресняемой воды, установленные над ней прозрачный и непрозрачный конденсаторы. Вертикальный вал с фланцем отбора мощности от ветродвигателя установлен в неподвижном диске, прикрепленном к днищу емкости, над которым размещен подвижный диск с лопастями. На валу закреплены: крыльчатка над поверхностью воды, крыльчатка в патрубке прозрачного конденсатора, лопатки в виде полуцилиндров поярусно внутри непрозрачного конденсатора и крыльчатки над непрозрачным конденсатором. Непрозрачный конденсатор сверху пневматически сообщен циркуляционным трубопроводом с петлевым змеевиком, имеющим отверстия и размещенным в емкости, на змеевике закреплены ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом. На циркуляционным трубопроводе установлен петлевой теплообменник в виде солнечного коллектора, размещенный в зоне действия солнечных лучей под углом α=30°÷45° от вертикали. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования солнечной и ветровой энергий для опреснения воды. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к использованию солнечной и ветровой энергий для опреснения воды.

Известен солнечный нагреватель, содержащий абсорбер в виде бесконечной цепи, имеющей ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом и размещенной в емкости (АС 1420315, СССР).

Использование известного солнечного нагревателя в качестве опреснителя не эффективно вследствие потребления им энергии извне и не использовании энергии ветра.

Известен фрикционный нагреватель, содержащий бак с нагреваемой средой, на дне которого установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, имеющим с боков лопасти, причем он через вертикальный вал соединен с ветродвигателем (АС 1627790, СССР).

Известен солнечный опреснитель, содержащий испаритель в виде бассейна соленой воды, присоединенного к конденсатору, ветродвигатель, служащий приводом крыльчатки для обдува поверхности воды, а также дополнительный конденсатор, выполненный в виде конической трубы, внутри которой размещен вал ветродвигателя по ее оси (АС 819522, СССР), (АС 819522, СССР).

В конструкции известного опреснителя не предусмотрен дополнительный нагрев соленой вода в бассейне другими видами источников энергии, что снижает его эффективность, а также недостаточно используется в нем солнечная и ветровая энергии.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является солнечный опреснитель, содержащий емкость для опресняемой воды, установленный над ней прозрачный конденсатор, в патрубке которого установлена крыльчатка, закрепленная на валу ветродвигателя, теплообменник в виде солнечного коллектора, непрозрачный конденсатор, расположенный над прозрачным, сверху которого установлена дополнительная крыльчатка (АС 987324,СССР).

Недостатками известного опреснителя является: усложнение его конструкции с использованием сопел, выполненных на валу ветродвигателя, и креплением конических ребер с внутренней стороны непрозрачного конденсатора, недостаточно используется энергия ветра для нагрева опресняемой воды, а также солнечный коллектор не ориентирован к максимально возможному использованию солнечной энергии.

Для устранения указанных недостатков предлагается солнечно-ветровой опреснитель, содержащий емкость для опресняемой воды, установленные над ней прозрачный конденсатор с патрубком для выхода паровоздушной смеси в верхней части, в котором установлен нагнетатель, выполненный в виде крыльчатки, закрепленной на валу ветродвигателя, и непрозрачный конденсатор, расположенный над прозрачным, сверху которого на валу установлена крыльчатка, верхняя часть непрозрачного конденсатора через теплообменник сообщена циркуляционным трубопроводом с зачерченным змеевиком, расположенным в емкости под уровнем воды, согласно изобретению вертикальный вал с фланцем отбора мощности от ветродвигателя, внизу со свободным вращением, установлен в неподвижном металлическом диске, над которым размещены и жестко прикреплены к валу подвижный диск с лопастями, а над поверхностью воды нижняя крыльчатка, и лопатки в виде полуцилиндров поярусно внутри непрозрачного конденсатора. Непрозрачный конденсатор сверху пневматически сообщен циркуляционным трубопроводом с петлевым зачерненным змеевиком, размещенным в емкости, имеющим отверстия и закрепленные на нем ячейки, заполненные с фазовым переходом. На циркуляционном трубопроводе установлен петлевой теплообменник в виде солнечного коллектора, размещенный в зоне действия солнечных лучей, под углом α=30°÷45° от вертикали. Диаметры отверстий в петлевом змеевике возрастают от входа циркуляционного трубопровода в емкость и до последней петли змеевика.

На чертежах показан предлагаемый солнечно-ветровой опреснитель, где на фиг.1 представлен его разрез, а на фиг.2 - петля змеевика.

Солнечно-ветровой опреснитель содержит емкость 1 для опресняемой воды, установленный над ней прозрачный конденсатор 2 с патрубком 3, в верхней его части. Непрозрачный конденсатор 4, установленный над прозрачным конденсатором 2, сверху пневматически сообщен циркуляционным трубопроводом 5 с петлевым зачерненным змеевиком 6, расположенным в емкости 1, имеющим отверстия 7 и закрепленные на нем ячейки 8, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом. Вертикальный вал 9, с фланцем 10 отбора мощности, внизу со свободным вращением, установлен в неподвижном металлическом диске 11, прикрепленном в центре днища 12 емкости 1, к валу 9 прикреплены: над поверхностью воды нижняя крыльчатка 13, средняя крыльчатка 14 в патрубке 3 и верхняя крыльчатка 15, установленная над непрозрачным конденсатором 4, а также лопатки 16, в виде полуцилиндров, прикрепленные поярусно к валу 9, внутри непрозрачного конденсатора 4. На трубопроводе 5 установлен петлевой теплообменник 17 в виде солнечного коллектора, размещенный в зоне действия солнечных лучей, под углом α=30°÷45° от вертикали. Конденсатор 4 окружен светоотражающим кожухом 18, имеет внизу желоб 19, а конденсатор 2 - желоб 20, гидравлически связанные через трубопроводы 21 и 22 с емкостью пресной воды (не показана). Для подачи соленой воды служит трубопровод 23 с клапаном 24 для поддержания уровня воды в емкости 1, для слива рассола - трубопровод 25. Над диском 11 размещен и жестко прикреплен к валу 9 подвижный диск 26 с лопастями 27. В полости 28 конденсатора 4 за счет подбора сечения трубопровода 5 и мощностей крыльчаток 13 и 14 должно поддерживаться избыточное давление (наддув).

Диаметры отверстий 7 в змеевике 6 должны быть выполнены из расчета их возрастания от входа трубопровода 5 в емкость 1 и до последней петли змеевика, с тем чтобы обеспечить равномерное барботирование из них паровоздушной, нагретой в теплообменнике 17 смеси.

Ветродвигатель присоединяется к фланцу 10 (не показаны), существующих конструкций, его мощность, при средней силе ветра, должна обеспечивать работу фрикционного теплогенератора (диски 26 и 11), а также вращение крыльчаток 13, 14, 15 и лопаток 16 для обеспечения циркуляции паровоздушной смеси по трубопроводу 5 и конденсаторам 2 и 4.

Солнечно-ветровой опреснитель работает следующим образом.

Соленая вода из трубопровода 23 через клапан 24 поступает в емкость 1, где нагревается днем солнечными лучами и при наличии ветра - фрикционным теплогенератором, т.е. за счет выделения тепла от трения диска 26, прикрепленного к валу 9, об диск 11, при этом лопасти 27 прижимают верхний диск к нижнему. Начинается процесс испарения. Крыльчатка 13 поднимает образовавшуюся над поверхностью емкости 1 паровоздушную смесь и подает ее к крыльчатке 14 в конденсаторе 2, которая перемещает ее вверх по конденсатору 4. Часть паров осядет и сконденсируется на стенке конденсатора 2 и стечет в желоб 20, оставшаяся большая часть паров в конденсаторе 4 отбросится лопатками 16 на его стенку, сконденсируется и стечет в желоб 19. Оставшаяся паровоздушная смесь через теплообменник 17 и трубопровод 5, нагретая солнечными лучами, поступит в змеевик 6 и через отверстия 7, через слой соленой воды проникнет в пространство конденсатора 2, частично отдав тепло воде. Далее процесс повторится. Ячейки 8 с теплоаккумулирующим составом, также нагреются до температуры воды в емкости 1. В случае снижения силы ветра или появления облачности ячейки 8 начнут отдавать запасенное ими тепло воде и поддерживать ее температуру на постоянном уровне.

Крыльчатка 15 нагнетает холодный воздух между конденсатором 4 и кожухом 18, охлаждая стенки конденсаторов 4 и 2, а также препятствует нагреву этих поверхностей восходящимися потоками горячего воздуха.

Полученный конденсат из желобов 19 и 20 через трубопроводы 21 и 22 поступает к потребителю.

В предлагаемом опреснителе нагрев опресняемой воды в емкости 1 осуществляется дополнительно фрикционным теплогенератором (диски 11 и 26), нагретая в теплообменнике 17 паровоздушная смесь через отверстия 7 петлевого змеевика 6 перемещается вверх через толщу воды и также отдает ей свое тепло. Наличие ячеек 8 на петлях змеевика 6 поддерживает температуру соленой воды на постоянном, стабильном уровне, и тем самым испарение в опреснителе происходит постоянно без скачков. Крыльчатка 13 при своем вращении отрывает и поднимает паровоздушную смесь с поверхности воды к крыльчатке 14 и тем самым способствует испарительному процессу.

Предлагаемый опреснитель при наличии ветра будет работать и в ночное время с меньшей производительностью. Его использование целесообразно в южных районах России на берегах соленых озер и морей, для получения пресной воды.

1. Солнечно-ветровой опреснитель, содержащий емкость для опресняемой воды, установленные над ней прозрачный конденсатор с патрубком для выхода паровоздушной смеси в верхней части, в котором установлен нагнетатель, выполненный в виде крыльчатки, закрепленной на валу ветродвигателя, и непрозрачный конденсатор, расположенный над прозрачным, сверху которого на валу установлена крыльчатка, верхняя часть непрозрачного конденсатора через теплообменник сообщена циркуляционным трубопроводом с зачерченным змеевиком, расположенным в емкости под уровнем воды, отличающийся тем, что вертикальный вал с фланцем отбора мощности от ветродвигателя внизу со свободным вращением установлен в неподвижном металлическом диске, прикрепленном в центре днища емкости, над которым размещены и жестко прикреплены к валу подвижный диск с лопастями, а над поверхностью воды нижняя крыльчатка, и лопатки в виде полуцилиндров поярусно внутри непрозрачного конденсатора.

2. Опреснитель по п.1, отличающийся тем, что непрозрачный конденсатор сверху пневматически сообщен циркуляционным трубопроводом с петлевым зачерченным змеевиком, размещенным в емкости, имеющим отверстия и закрепленные на нем ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом.

3. Опреснитель по п.1, отличающийся тем, что на циркуляционном трубопроводе установлен петлевой теплообменник в виде солнечного коллектора, размещенный в зоне действия солнечных лучей, под углом α=30÷45° от вертикали.

4. Опреснитель по п.1, отличающийся тем, что диаметры отверстий в петлевом змеевике возрастают от входа циркуляционного трубопровода в емкость и до последней петли змеевика.