RU194759U1

RU194759U1 - STEAM-AIR DESALERATION SYSTEM

Info

Publication number: RU194759U1
Application number: RU2019128616U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Банников; Павел Сергеевич Соколов; Мария Владимировна Козлова
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2019-12-23

Abstract

Полезная модель относится к установкам для получения дистиллированной воды и может быть использована для очистки и обессоливания морской и океанической воды. В паровоздушной опреснительной установке, содержащей емкость опресняемой воды, испарительную камеру, в которой ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент, соединенный с солнечным коллектором, под которым размещено барботажное устройство, оснащенную краном слива рассола, снабженную датчиком уровня воды, соединенным с клапаном на входной переливной трубе, выходная часть которой расположена у дна испарительной камеры, и емкость-сборник пресной воды, зона паровоздушной смеси под сводом испарительной камеры сообщена посредством трубы паровоздушной смеси последовательно через солнечный коллектор и компрессор с нагревательным элементом, который соединен с сепаратором, первый выход для ненасыщенного воздуха, которого трубой через редукционный клапан соединен с барботажным устройством, а второй выход для опресненной воды через регулирующий клапан соединен через теплообменник с емкость-сборником пресной воды, а емкость опресняемой воды через теплообменник соединена с клапаном входной переливной трубы испарительной камеры. Технический результат: повышение надежности при обеспечении энергетической эффективности и упрощении конструкции.The utility model relates to installations for producing distilled water and can be used for purification and desalination of sea and ocean water. In a steam-air desalination plant containing the capacity of desalinated water, an evaporation chamber in which a heating element is installed below the level of desalinated water, connected to a solar collector, under which there is a bubbler equipped with a brine drain valve, equipped with a water level sensor connected to a valve on the inlet overflow a pipe, the outlet part of which is located at the bottom of the evaporation chamber, and a fresh water storage tank, the vapor-air mixture zone under the roof of the evaporation chamber by means of a steam-air mixture pipe sequentially through a solar collector and a compressor with a heating element that is connected to a separator, the first outlet for unsaturated air, which is connected via a pressure reducing valve to a bubbler device, and the second outlet for desalinated water through a control valve is connected through a heat exchanger to fresh water collector, and the capacity of desalinated water through a heat exchanger is connected to the valve of the inlet overflow pipe of the evaporation chamber. Effect: increased reliability while ensuring energy efficiency and simplifying the design.

Description

Полезная модель относится к установкам для получения дистиллированной воды и может быть использована для очистки и обессоливания морской и океанической воды.The utility model relates to installations for producing distilled water and can be used for purification and desalination of sea and ocean water.

Известен «Теплонасосный опреснитель соленой воды» (Патент на изобретение RU №2673518, МПК C02F 1/04, 2018 г.), содержащий камеру испарения соленой воды с распылителями жидкости, замкнутый контур рабочего вещества, оснащенный компрессором, конденсатором, испарителем, дроссельным вентилем, циркуляционные насосы пресной и соленой воды, эжектор, автоматический воздухоотводчик, теплообменник предварительного охлаждения парожидкостной смеси, в контур циркуляции рабочей жидкости, в качестве которой используется опресненная вода, входит эжектор, соединенный с испарительной камерой и теплообменником предварительного охлаждения парожидкостной смеси, а также патрубок отвода пресной воды потребителю, а камера испарения соленой воды оборудована в верхней части сепаратором пара, новая порция исходной соленой воды поступает в испарительную камеру из окружающей среды через регенеративный теплообменник, нагреваясь от сбрасываемого рассола.The well-known "Heat pump desalination salt water" (Patent for invention RU No. 2673518, IPC C02F 1/04, 2018), containing a chamber for the evaporation of salt water with liquid sprayers, a closed circuit of the working substance, equipped with a compressor, condenser, evaporator, throttle valve, freshwater and salt water circulation pumps, ejector, automatic air vent, heat exchanger for pre-cooling the vapor-liquid mixture, the ejector, connections are included in the circulation circuit of the working fluid, which is used as desalinated water coupled with an evaporation chamber and a heat exchanger for pre-cooling the vapor-liquid mixture, as well as a fresh water outlet pipe to the consumer, and a salt water evaporation chamber equipped in the upper part with a steam separator, a new portion of the initial salt water enters the evaporation chamber from the environment through a regenerative heat exchanger, heating up from the discharge brine.

Недостатком указанного технического решения является значительное энергопотребление на привод нагнетателей, высокая металлоемкость конструкции, что снижает экономическую эффективность его работы.The disadvantage of this technical solution is the significant energy consumption for the drive of the superchargers, the high metal consumption of the structure, which reduces the economic efficiency of its work.

Так же известна «Автономная опреснительная установка» (Патент на полезную модель RU №165781, МПК C02F 1/14, B01D 1/00, B01D 5/00, F24J 2/00 2016 г.), состоящая из камеры испарения, в которой размещен нагревательный элемент, конденсатора, патрубков подачи опресняемой воды, патрубков отвода опресненной воды, съемной камеры приема опресняемой воды, цилиндрической формы, с вогнутым дном в форме сопряженных конической и цилиндрической поверхностей, которая является водо-охлаждаемым конденсатором, установленным через уплотнитель на камеру испарения, цилиндрической формы с кольцевым желобом приема конденсата на верхнем торце, при этом камера приема опресняемой воды посредством переливной трубы соединена с камерой испарения, снабженной датчиком уровня воды соединенным с клапаном, а нагревательный элемент соединен с солнечным коллектором.Also known as "Stand-alone desalination plant" (Utility Model Patent RU No. 165781, IPC C02F 1/14, B01D 1/00, B01D 5/00, F24J 2/00 2016), consisting of an evaporation chamber in which heating element, condenser, desalination water supply pipes, desalinated water discharge pipes, removable desalination water receiving chamber, cylindrical, with a concave bottom in the form of conjugated conical and cylindrical surfaces, which is a water-cooled condenser installed through a sealant on the evaporation chamber, cylindricalormy annular condensate receiving chute at the upper end, the chamber receiving the desalination of water by an overflow pipe connected to the evaporation chamber provided with a water level sensor connected to the valve and the heating element is connected with the solar collector.

Недостатком указанной установки является нестабильность ее функционирования, обусловленная зависимостью работы установки от погодных условий.The disadvantage of this installation is the instability of its operation, due to the dependence of the installation on weather conditions.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является автономная опреснительная установка (Патент на изобретение RU №2613920, МПК C02F 1/04, C02F 1/14, 2017 г.), принятая за прототип, содержащая емкость опресняемой воды, испарительную камеру, нагревательный элемент, барботажное устройство, конденсатор-сепаратор, емкость-сборник пресной воды, в цилиндрической испарительной камере со съемным дном и съемной крышкой, в форме усеченного конуса, ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент, соединенный с солнечным коллектором, под которым размещено барботажное устройство, под которым установлен конденсатор-сепаратор, соединенный змеевиком с емкостью-сборником пресной воды, при этом конденсатор-сепаратор соединен трубой через нагнетатель воздуха, подключенный к солнечной батарее, с барботажным устройством и соединен трубой с зоной паровоздушной смеси под крышкой испарительной камеры. Емкость опресняемой воды установлена выше испарительной камеры, снабженной датчиком уровня воды, и соединена с ней посредством переливной трубы с клапаном, причем выходная часть трубы расположена у дна испарительной камеры. Барботажное устройство выполнено в форме плоской спирали из трубы с отверстиями диаметром 1-3 мм, установлено горизонтально отверстиями вверх.The closest to the claimed utility model in technical essence is an autonomous desalination plant (Patent for invention RU No. 2613920, IPC C02F 1/04, C02F 1/14, 2017), adopted as a prototype containing the capacity of desalinated water, an evaporation chamber, a heating element, bubbler device, condenser-separator, fresh water collecting tank, in a cylindrical evaporation chamber with a removable bottom and a removable lid, in the shape of a truncated cone, a heating element connected to the solar a collector, under which there is a bubbler device, under which a condenser-separator is installed, connected by a coil to a fresh-water storage tank, while the condenser-separator is connected by a pipe through a blower connected to the solar battery, to a bubbler device and connected by a pipe to the vapor-air mixture zone under the cover of the evaporation chamber. The capacity of the desalinated water is installed above the evaporation chamber, equipped with a water level sensor, and connected to it by means of an overflow pipe with a valve, with the outlet part of the pipe located at the bottom of the evaporation chamber. The bubbler device is made in the form of a flat spiral from a pipe with holes with a diameter of 1-3 mm, mounted horizontally with the holes up.

Недостатками прототипа являются его сложность, высокая металлоемкость, низкая надежность, обусловленная наличием дополнительного контура, в котором циркулирует промежуточный теплоноситель, способный в случае его повреждения сделать непригодной для работы установки всю исходную воду, находящуюся в испарительной камере.The disadvantages of the prototype are its complexity, high metal consumption, low reliability, due to the presence of an additional circuit in which the intermediate coolant circulates, which, if damaged, can make all the source water in the evaporation chamber unsuitable for operation.

Технической задачей, является создание компактной, простой и надежной паровоздушной опреснительной установки.The technical task is to create a compact, simple and reliable steam-air desalination plant.

Техническим результатом, является повышение надежности при обеспечении энергетической эффективности и упрощении конструкции.The technical result is to increase reliability while ensuring energy efficiency and simplifying the design.

Технический результат достигается тем, что в паровоздушной опреснительной установке, содержащей емкость опресняемой воды, испарительную камеру, в которой ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент, соединенный с солнечным коллектором, под которым размещено барботажное устройство, оснащенную краном слива рассола, снабженную датчиком уровня воды, соединенным с клапаном на входной переливной трубе, выходная часть которой расположена у дна испарительной камеры, и емкость-сборник пресной воды, зона паровоздушной смеси под сводом испарительной камеры сообщена посредством трубы паровоздушной смеси последовательно через солнечный коллектор и компрессор с нагревательным элементом, который соединен с сепаратором, первый выход для ненасыщенного воздуха, которого трубой через редукционный клапан соединен с барботажным устройством, а второй выход для опресненной воды через регулирующий клапан соединен через теплообменник с емкость-сборником пресной воды, а емкость опресняемой воды через теплообменник соединена с клапаном входной переливной трубы испарительной камеры.The technical result is achieved in that in a steam-air desalination plant containing the capacity of desalinated water, an evaporation chamber in which a heating element is installed below the level of desalinated water, connected to a solar collector, under which there is a bubbler device equipped with a brine drain valve, equipped with a water level sensor, connected to a valve on the inlet overflow pipe, the outlet of which is located at the bottom of the evaporation chamber, and a fresh water collection tank, a zone of steam-air mixture under the roof of the evaporation chamber it is communicated in series through a steam-air mixture pipe through a solar collector and a compressor with a heating element that is connected to a separator, a first outlet for unsaturated air, which is connected via a pressure reducing valve to a bubbler device, and a second outlet for desalinated water is connected through a control valve through a heat exchanger with a fresh water collection tank, and the capacity of desalinated water through a heat exchanger is connected to the valve of the inlet overflow pipe ispa body camera.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема паровоздушной опреснительной установки.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a steam-air desalination plant.

Паровоздушная опреснительная установка содержит емкость опресняемой воды 1, испарительную камеру 2 и емкость-сборник пресной воды 3. Емкость опресняемой воды 1 расположена выше испарительной камеры 2. Емкость опресняемой воды 1 через теплообменник 4 соединена переливной трубой 5 снабженной клапаном 6 с испарительной камерой 2, при этом выходная часть переливной трубы 5 расположена у дна испарительной камеры 2. Испарительная камера 2 снабжена датчиком уровня воды 7, соединенным с клапаном 6 на входной переливной трубе 5. В испарительной камере 2 ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент 8, под которым размещено барботажное устройство 9. Испарительная камера 2 оснащена краном слива рассола 10. Зона паровоздушной смеси 11 под сводом испарительной камеры 2 сообщена посредством трубы паровоздушной смеси 12 последовательно через солнечный коллектор 13 с компрессором 14. Выход компрессора 14 соединен с нагревательным элементом 8, который соединен с сепаратором 15. Первый выход для ненасыщенного воздуха сепаратора 15 трубой через редукционный клапан 16 соединен с барботажным устройством 9. Второй выход для опресненной воды сепаратора 15 через регулирующий клапан 17 соединен через теплообменник 4 с емкость-сборником пресной воды 3.The steam-air desalination plant contains a desalinated water tank 1, an evaporation chamber 2 and a fresh water collector tank 3. The desalinated water tank 1 is located above the evaporation chamber 2. The capacity of the desalinated water 1 is connected through an heat exchanger 4 with an overflow pipe 5 with an evaporation chamber 2, at this outlet part of the overflow pipe 5 is located at the bottom of the evaporation chamber 2. The evaporation chamber 2 is equipped with a water level sensor 7 connected to a valve 6 on the inlet overflow pipe 5. In the evaporation chamber 2 below the level of desalinated water, a heating element 8 is installed, under which a bubbler device 9 is placed. The evaporation chamber 2 is equipped with a brine drain valve 10. The area of the vapor-air mixture 11 under the roof of the evaporation chamber 2 is communicated through the vapor-air mixture pipe 12 in series through the solar collector 13 with the compressor 14. Exit the compressor 14 is connected to a heating element 8, which is connected to the separator 15. The first outlet for unsaturated air of the separator 15 by a pipe through a pressure reducing valve 16 is connected to the bubbler th device 9. The second outlet for desalinated water separator 15 through the control valve 17 is connected via the heat exchanger 4 from the collecting tank of fresh water 3.

Паровоздушная опреснительная установка работает следующим образом. Испарительная камера 2 заполняется исходной жидкостью поступающей по переливной трубе 5 через теплообменник 4 из емкости опресняемой воды 1. Уровень жидкости определяется датчиком уровня воды 7 и регулируется посредством клапана 6. При пуске установки воздух, а при дальнейшей работе паровоздушная смесь из зоны паровоздушной смеси 11 по трубе для паровоздушной смеси 12 поступает в солнечный коллектор 13, где нагревается. Затем нагретая паровоздушная смесь поступает в компрессор 14, где сжимаясь, перегревается, и направляется в нагревательный элемент 8, где в процессе теплообмена с опресняемой водой конденсируется и следует в сепаратор 15. Нагревательный элемент 8 за счет подвода тепловой энергии от сжатой компрессором 14 паровоздушной смеси обеспечивает нагрев воды в зоне нагрева (в зоне размещения нагревательного элемента 8 и над ним) до температуры, близкой температуре кипения. В сепараторе 15 происходит разделение паровоздушной смеси на ненасыщенный воздух и опресненную воду. Ненасыщенный воздух из сепаратора 15 через редукционный клапан 16, в котором понижается его давление, поступает в барботажное устройство 9 и подается в зону нагрева, где в процессе барботажа насыщается влагой, и направляется в зону паровоздушной смеси 11. Опресненная вода из сепаратора 15 через регулирующий клапан 17 поступает теплообменник 4, где нагревает опресняемую воду, поступающую из емкости опресняемой воды 1, а затем отправляется в емкость-сборник пресной воды 3. Вода с повышенным солесодержанием из зоны нагрева за счет большей плотности опускается ко дну испарительной камеры 2. Удаление рассола осуществляется через кран слива рассола 10. При снижении уровня воды в испарительной камере 2 по сигналу датчика уровня воды 7 открывает клапан 6 и исходная опресняемая вода из емкости опресняемой воды 1, подогретая в теплообменнике 4, по переливной трубе 5 поступает в нижнюю часть испарительной камеры 2. Поскольку исходная опресняемая вода имеет меньшую плотность, чем рассол, то она естественным образом будет поступать в зону нагрева.Steam air desalination plant operates as follows. The evaporation chamber 2 is filled with the initial liquid flowing through the overflow pipe 5 through the heat exchanger 4 from the tank of desalinated water 1. The liquid level is determined by the water level sensor 7 and is regulated by valve 6. When the unit is started up, the air, and during further operation, the air-vapor mixture from the vapor-air mixture zone 11 the pipe for the vapor-air mixture 12 enters the solar collector 13, where it is heated. Then, the heated steam-air mixture enters the compressor 14, where it is compressed, overheats, and is sent to the heating element 8, where during heat exchange with desalinated water it condenses and flows to the separator 15. The heating element 8, by supplying thermal energy from the compressed air-vapor mixture 14, provides heating water in the heating zone (in the zone of placement of the heating element 8 and above it) to a temperature close to the boiling point. In the separator 15, the vapor-air mixture is separated into unsaturated air and desalinated water. Unsaturated air from the separator 15 through the pressure reducing valve 16, in which its pressure decreases, enters the bubbler device 9 and is supplied to the heating zone, where it is saturated with moisture during the bubbled process, and is sent to the vapor-air mixture zone 11. Desalinated water from the separator 15 through the control valve 17, a heat exchanger 4 enters, where it heats the desalinated water coming from the desalinated water tank 1, and then goes to the fresh water collection tank 3. Water with increased salinity from the heating zone due to the higher density lowers to the bottom of the evaporation chamber 2. The brine is removed through the brine drain valve 10. When the water level in the evaporation chamber 2 decreases, the valve 6 opens at the signal of the water level sensor 7 and the initial desalinated water from the tank of desalinated water 1, heated in the heat exchanger 4, overflow pipe 5 enters the lower part of evaporation chamber 2. Since the initial desalinated water has a lower density than brine, it will naturally enter the heating zone.

Паровоздушная опреснительная установка является надежной, простой и компактной, обладает повышенной энергетической эффективностью за счет дополнительной генерации пара и использования теплоты опресненной воды для нагрева опресняемой воды.The steam-air desalination plant is reliable, simple and compact, has increased energy efficiency due to the additional generation of steam and the use of the heat of desalinated water to heat the desalinated water.

Claims

A steam-air desalination plant containing the capacity of desalinated water, an evaporation chamber in which a heating element is installed below the level of desalinated water, connected to a solar collector, under which there is a bubbler equipped with a brine drain valve, equipped with a water level sensor connected to a valve on the inlet overflow pipe the outlet part of which is located at the bottom of the evaporation chamber, and a fresh-water storage tank, characterized in that the vapor-air mixture zone under the evaporator roof the second chamber is communicated through a steam-air mixture pipe in series through a solar collector and a compressor with a heating element that is connected to a separator, the first outlet for unsaturated air of which is connected via a pressure reducing valve to a bubbler device, and the second outlet for desalinated water is connected through a control valve through a heat exchanger with a fresh water collection tank, and a desalinated water tank through a heat exchanger is connected to an inlet overflow pipe valve of the evaporation chamber.