Опреснение морской воды
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ
Имя изобретателя: Абрамычев А.В.; Смирнов В.В.; Моторин В.Н.; Бондаревский С.В.
Имя патентообладателя: Абрамычев Алексей Викторович; Смирнов Владимир Вячеславович; Моторин Виктор Николаевич; Бондаревский Сергей Васильевич
Адресок для переписки: 123557, Москва, Б. Тишинский пер., 26, к.13, кв.53, А.А. Волкову
Дата начала деяния патента: 2002.03.25
Изобретение относится к технологии опреснения морской воды в вакууме и может быть применено в индустрии, жилищно-коммунальной отрасли, в мед и хим индустриях, также в сельском хозяйстве и в строительстве, где требуется внедрение дистиллята, питьевой и технической воды. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции теплопередающих устройств, сделанных в виде плоских панелей с внутренними полостями, что приводит к удешевлению цены получаемого дистиллята и повышению КПД опреснителя морской воды. Устройство состоит из вертикальных рядов горизонтально установленных жарких панелей 7 и вертикальных рядов прохладных панелей 13, которые установлены с зазором 37 меж ними в вакуумированном корпусе 2. Нагрев и испарение морской воды производят на наружных сторонах жарких панелей, а конденсацию приобретенного пара создают на наружных сторонах прохладных панелей, зачем по внутренним полостям 9 жарких панелей прокачивают рабочее тело (подогретая вода) от дополнительного источника тепла, а по внутренним полостям 14 прохладных панелей прокачивают морскую воду.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к технологии опреснения морской воды (MB) в вакууме и может быть применено в индустрии, жилищно-коммунальной отрасли, в мед и хим индустриях, также в сельском хозяйстве и в строительстве, где требуется внедрение дистиллята, питьевой и технической воды.
Понятно многокамерное опреснительное устройство моментального вскипания в вакууме (Якубовский Ю.В. и др. Судовые опреснительные установки моментального вскипания. Учебное пособие, изд. ДВПИ. — Владивосток, 1988, стр. 8-23), представляющие поочередно соединенные меж собой камеры испарения и конденсации морской воды.
Недочетами известного устройства являются сложность технического выполнения, необходимость использования огромных площадей поверхности испарения и конденсации, также высочайшая цена их производства.
Наиблежайшим техническим решением является опреснительное устройство моментального вскипания морской воды в вакууме (Патент RU 2142912, МКИ С 02 F 1/04, 1999 г.), которое содержит корпус с крышкой, рубахи, разбитую на паровые секции пароводяную рубаху, в которую вертикальными рядами установлены плоские теплопередающие устройства, образующие совмещенные совместно камеры испарения и конденсации морской воды, коллекторы подвода и отвода морской воды, желоба слива рассола и дистиллята, форсунки, подводящие и отводящие трубопроводы морской воды и дистиллята, также вакуумный насос опреснителя, насос подачи и отвода морской воды и дистиллята.
Недочетами известного технического решения являются технологическая сложность производства автономных частей теплопередающих устройств и использования дополнительного дорогостоящего оборудования и, как следствие, увеличение цены получаемого дистиллята.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции теплопередающих устройств, сделанных в виде плоских панелей с внутренними полостями, что приводит к удешевлению цены получаемого дистиллята и повышению КПД опреснителя морской воды.
Технический итог достигается тем, что в устройство для опреснения морской воды, содержащее корпус, герметично соединенный с крышкой, пароводяную рубаху, разбитую на камеры испарения и конденсации, коллекторы подвода и отвода морской воды, желоба слива рассола и дистиллята, форсунки, вакуумный насос, гидронасос подачи и отвода морской воды и дистиллята, соединенные подводящими и отводящими трубопроводами с опреснителем, дополнительно введен источник тепла с повсевременно циркулирующим рабочим телом, при всем этом система циркуляции рабочего тела включает распределительный коллектор рабочего тела источника тепла опреснителя, вход которого соединен с выходом коллектора источника тепла, а выходы камеры испарения герметично соединены через сборный коллектор рабочего тела источника тепла, опреснителя и трубопровод с входом коллектора источника тепла, камеры испарения и конденсации выполнены в виде полых панелей, агрессивно закрепленных в корпусе перпендикулярно своим осям и установленных с зазором меж параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации, распределительный и сборный коллекторы рабочего тела источника тепла выполнены меж боковыми стенами корпуса и пароводяной рубахи, распределительные и сборные коллекторы морской воды опреснителя выполнены меж верхним и нижним основанием корпуса пароводяной рубахи, а распределительный коллектор опреснителя для подачи дистиллята на форсунки выполнен снутри крышки устройства, внутренние полости панелей испарения и конденсации опреснителя разбиты на горизонтальные и вертикальные секции, а на наружных сторонах панелей испарения опреснителя агрессивно закреплены железные сетки и зазор меж параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации опреснителя избран 2-7 см, по всей длине трубок подачи морской воды на панелях испарения опреснителя установлены козырьки, а сами трубки подачи морской воды по всей длине закреплены на панелях испарения опреснителя в кармашках, выходной коллектор морской воды опреснителя образован козырьками и поверхностями панелей испарения по всей длине.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для опреснения морской воды.
На фиг.2 показан поперечный разрез опреснителя морской воды, на фиг.3 показан продольный разрез опреснителя, на фиг.4 показан кусок конструктивного выполнения крепления трубок подачи морской воды и сбора дистиллята.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ ВЫПОЛНЕНО Последующим ОБРАЗОМ
В пароводяной рубахе 1 (фиг.1 и 2) агрессивно закреплен герметичный корпус 2 устройства для опреснения морской воды, образуя герметичные коллекторы: распределительный входной коллектор 3 рабочего тела, к примеру, жаркой воды источника тепла, к примеру, вихревого термического генератора (ВТГ), сборный выходной коллектор 4 рабочего тела, входной коллектор 5 морской воды и выходной коллектор 6 морской воды. В корпусе 2 рядами агрессивно установлены параллельно друг дружке панели испарения (жаркие) 7, выполненные, к примеру, в виде плоского параллелепипеда. Панели 7 разбиты на герметичные секции 8 (фиг. 3), имеющие внутреннюю полость 9, которая разбита на внутренние секции 10, имеющие общий для секций входной коллектор 11 и выходной коллектор 12 рабочего тела, к примеру, жаркой воды. На фиг.3 и 4 в корпусе 2 вертикальными рядами и параллельно жарким панелям 7 агрессивно установлены панели конденсации (прохладные) 13, в каких также выполнены внутренние полости 14, разбитые на вертикальные секции 15 (фиг.1) и общие для секций входные коллекторы 16 и выходные коллекторы 17. Коллекторы входной 11 и выходной 12 рабочего тела ВТГ герметично соединены с распределительным коллектором 3 и сборным коллектором 4, а входные коллекторы 16 и выходные коллекторы 17 герметично соединены с входным и выходным коллекторами 5 и 6 морской воды. На каждой жаркой панели 7 со стороны крышки фиг.3 расположены и агрессивно закреплены с ней заглушенные с 1-го конца трубки 18 для подачи морской воды, зачем в высшей части трубок выполнено отверстие 19, а обратные концы трубок 18 соединены с распределительными коллекторами 20, имеющими выходы в общий коллектор 21 морской воды (фиг.3). Трубки 18 накрыты и агрессивно скреплены с металлическими козырьками 22 (фиг.4), которые образуют со стенами жарких панелей кармашки 23. На стенах панелей 7 агрессивно установлены и скреплены со стенами сетки 24. На каждой жаркой панели 7 с 2-ух сторон расположены и агрессивно закреплены с наклоном, к примеру 45o, желоба слива рассола 25, которые имеют выход в коллектор 26 для сбора рассола, образованный меж вертикальными стенами корпуса 2 и агрессивно установленным на нижнем днище корпуса 2 поддона 27. Поддон 27 выполнен с секционными отбортовками, образующими емкость 28 для сбора дистиллята 29. Слив дистиллята создают на наружных сторонах прохладных панелей 13, к которым агрессивно присоединены желоба 30 (фиг. 1). В поддоне 27 выполнены отверстия 31 с выходом в коллектор 32 (фиг.4) сбора дистиллята. Рубаха 1 и корпус 2 герметично закрыты крышкой 33 (фиг. 3), снутри которой расположена полость 34, куда герметично установлены заглушенные с нижнего конца форсуночные трубки 35 с форсуночными отверстиями 36 с выходами в сторону прохладных панелей 13. Полость 32 имеет автономную систему подачи прохладного дистиллята. Нижняя часть форсуночных трубок 35 агрессивно закреплена с поддоном 27. Жаркие панели 7 и прохладные панели 13 по параллельным плоскостям установлены друг к другу с неизменным зазором 37 в спектре 2-7 см (фиг.3). В качестве источника тепла в устройстве применен, к примеру, вихревой теплогенератор 38, имеющий систему циркуляции рабочего тела, к примеру жаркой воды, электродвигатель и гидронасос вихревого термического генератора (ВТГ). На фиг.2 показан входной фланец 39 рабочего тела ВТГ, выходной фланец 40 теплой воды, охлажденной на жарких панелях, также входной трубопровод 41 и выходной трубопровод 42 рабочего тела ВТГ. Устройство (фиг. 1) имеет электродвигатель 43, гидронасос морской воды 44, вакуумный насос 45 опреснителя и насос откачки дистиллята 46, также клапан сброса давления 47, уровнемер 48 опреснителя и накопительную емкость 49 рассола (фиг.2), как вспомогательная емкость и фланцы 50, соединенные трубопроводами для отвода и подвода морской воды с пароводяной рубахой опреснителя 51.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ РАБОТАЕТ Последующим ОБРАЗОМ
Запускают вихревой теплогенератор 38 и прокачивают жаркую воду из него с температурой 97oС на вход в опреснитель через трубопровод 41 и фланец 39, заполняют распределительный коллектор 3, прокачивают жаркую воду через входные коллекторы 11, секции 10 и внутренние полости 9 жарких панелей 7, дальше через выходные коллекторы 12, сборный коллектор 4, выходной фланец 40 и трубопровод 42 и возвращают теплую воду с температурой 60oС в ВТГ для обогрева назад в автономной системе ВТГ. Включив насос 44 морской воды, заполняют входной коллектор 5 морской воды и распределяют по коллекторам 16 для подачи в панели конденсации 13 и внутренние полости 14 вертикальных секций 15, потом морская вода поступает в выходной коллектор 6 и уходит на сброс. В опреснителе зависимо от критерий работы морская вода с температурой 20oС из коллектора 6, к примеру, поступает в дополнительную накопительную емкость 49 рассола и через трубопровод с соединительным фланцем 50 уходит на выход. 2-ой контур движения морской воды происходит при включении вакуумного насоса 45 и насоса морской воды 46. В данном случае морская вода заполняет общий коллектор 21 и через распределительный коллектор 20, трубки 18, отверстия 19 и закрытые сверху козырьками 22 и кармашки 23 поступает на жаркие панели 7. В кармашки 23 входят концы сеток 24, по которым морская вода умеренно и с неизменной шириной до 2 мм водянистой пленки стекает по вертикальным секциям 8 с температурой 35oС в желоба слива 25 и по ним в коллектор 26 сбора рассола и дальше на слив. Испарение морской воды происходит, когда вакуумным насосом 45 делают вакуум 0,03 бара в корпусе 2 и нагревают за счет теплопередачи от жаркой воды ВТГ морскую воду на наружных стенах жарких панелей 7 до температуры 35oС. Образовавшийся пар конденсируют на прохладных стенах панелей конденсации 13 при условии, что температура пара 35oС выше температуры наружных стен панелей 13. Приобретенный на наружных стенах панелей конденсации 13 дистиллят 29 с температурой 20oС по желобам 30 сливают в секционные емкости 28 поддона 27, откуда через отверстия 31 он попадает в общий коллектор 32 и дальше к потребителю. Установочный зазор 37 является основополагающим в работе опреснительного устройства, т.к. в нем происходит большая конденсация приобретенного пара, которая в пару раз выше обыкновенной плоскостной конденсации на стенах прохладных панелей конденсации 13, что уменьшает размеры устройства и удешевляет его цена и цена дистиллята. Жаркие и прохладные панели, корпус и рубаха выполнены из высокотеплопроводного материала, к примеру алюминия. Для пуска процесса большой конденсации создают импульсные включения форсуночного насоса (на фиг. не показан) и заполняют дистиллятом полость 34 в крышке 33 рубахи 1, дальше по форсуночным трубкам 35 через форсунки 36 распыляют часть дистиллята в зазоре 37 в сторону панелей конденсации 13. Форсунки 36 обеспечивают мелкодисперсное распыление дистиллята в объеме водяного пара с температурой ниже пара, в итоге чего делают рациональные условия для большой конденсации. Рациональные условия данного процесса производят при величине установочного зазора в спектре 2-7 см. Условия работы устройства для опреснения определяются параметрами опреснителя и морской воды, которые имеют последующие величины. Мощность термического источника W= 32 кВт. Потребление морской воды 0,2 кг/с. Производительность дистиллята 0,01 кг/с. Температура морской воды Т=35oС.
Устройство для опреснения морской воды позволяет уменьшить теплопотери, потребление морской воды за счет наличия вихревого термического генератора и конструктивного совмещения источника тепла, теплообменника и испарителя общим рабочим телом.
Изобретение позволяет уменьшить теплопотери в 2 раза при низкотемпературном режиме (25-30oС), упростить конструкцию, прирастить производительность опреснителя морской воды и уменьшить цена получаемого дистиллята. Наличие ВТГ с общим теплоносителем (жгучая вода) источника тепла и теплообменника в панели испарителя приводит к увеличению КПД опреснителя морской воды.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для опреснения морской воды, содержащее корпус, герметично соединенный с крышкой, пароводяную рубаху, разбитую на камеры испарения и конденсации, коллекторы подвода и отвода морской воды, желоба слива рассола и дистиллята, форсунки, вакуумный насос, гидронасос подачи и отвода морской воды и дистиллята, соединенные подводящими и отводящими трубопроводами с опреснителем, отличающееся тем, что в него дополнительно введен источник тепла с повсевременно циркулирующим рабочим телом, при всем этом система циркуляции рабочего тела включает распределительный коллектор рабочего тела источника тепла опреснителя, вход которого соединен с выходом коллектора источника тепла, а выходы камеры испарения герметично соединены через сборный коллектор рабочего тела источника тепла опреснителя и трубопровод с входом коллектора источника тепла, камеры испарения и конденсации выполнены в виде полых панелей, агрессивно закрепленных в корпусе перпендикулярно своим осям и установленных с зазором меж параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации.
2. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что распределительный и сборный коллекторы рабочего тела источника тепла выполнены меж боковыми стенами корпуса и пароводяной рубахи.
3. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что распределительные и сборные коллекторы морской воды опреснителя выполнены меж верхним и нижним основаниями корпуса пароводяной рубахи.
4. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что распределительный коллектор опреснителя для подачи дистиллята на форсунки выполнен снутри крышки устройства.
5. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что внутренние полости панелей испарения и конденсации опреснителя разбиты на горизонтальные и вертикальные секции.
6. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что на наружных сторонах панелей испарения опреснителя агрессивно закреплены железные сетки.
7. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что зазор меж параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации опреснителя избран 2-7 см.
8. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что по всей длине трубок подачи морской воды на панелях испарения опреснителя установлены козырьки.
9. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что по всей длине трубки подачи морской воды закреплены на панелях испарения опреснителя в кармашках.
10. Устройство для опреснения морской воды по п.8, отличающееся тем, что выходной коллектор морской воды опреснителя образован козырьками и поверхностями панелей испарения по всей длине.
Дата публикации 24.02.2007гг
Источник
www.ntpo.com/patents_water/water_2/water_35.shtml