Гелиоопреснительная установка
Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к солнечным опреснителям соленой воды.
Технической задачей настоящей полезной модели является увеличение удельной производительности и повышение надежности работы гелиоопреснительной установки.
Гелиоопреснительная установка содержит вакуумные солнечные коллекторы и многосекционный вакуумный испаритель, в нижней секции которого установлены индукционные нагреватели. Для уменьшения температуры кипения соленой воды и уменьшения отложений накипи на индукционном нагревателе применяется вакуумный насос, который создает пониженное атмосферное давление. Между секциями испарителя установлены вентиляторы, уменьшающие потери пара при прохождении его от секции испарителя до емкости конденсации.
Для обеспечения дополнительного питания к гелиоопреснительной установке подключена через блок управления ветроэнергетическая установка.
В состав установки производительностью 10 м3/ч входят вакуумные солнечные коллекторы общей площадью 100 м2, одна ветроэнергетическая установка мощностью 2 кВт, которая питает электрической энергией: два индукционных нагревателя мощностью 0,75 кВт, один вакуумный насос мощностью 0,3 кВт, три циркуляционных насоса мощностью 0,2 кВт и мощностью 0,1 кВт.
1 н.п., 4 ил.
Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к солнечным опреснителям соленой воды.
Известен солнечный опреснитель с небольшой производительностью, использующий одну ступень испарения (патент RU 2126770 С1, МПК C02F 1/14, дата публикации: 27.02.1999), содержащий емкость, покрытую прозрачной изоляцией (стекло или пленка), емкость с соленой водой и устройства для сбора конденсата. Теплоизолированная емкость с соленой водой установлена с зазором к боковым стенкам и днищу корпуса.
К недостаткам данной установки относится:
- малая эффективность использования солнечного излучения для нагрева соленой воды;
- большие потери тепла через корпус опреснителя;
- маленькая площадь конденсации;
- незначительная разница температур между соленой водой и поверхностью стекла.
Наиболее близкой по технической сути является гелиоопреснительная установка (RU 2117634 С1, дата публикации: 20.08.1998, МПК C02F 1/14), содержащая солнечный коллектор и многосекционный вакуумный дистиллятор.
Испарительный теплообменник выполнен в виде спиральных трубок. Вакуумирование дистиллята осуществляется с помощью водовоздушного эжектора. Удельная производительность установки зависит от числа используемых секции и составляет 5-15 л дистиллята в сутки с 1 м2 коллектора. Испарение соленой воды происходит при помощи солнечных коллекторов при пониженном атмосферном давлении, в герметичной емкости.
Недостатком данной установки является небольшая производительность дистиллята, большие потери образовавшегося пара, небольшая площадь испарителей, возможное нарушение герметичности испарительной емкости приведет к полной остановке выработки дистиллята. Необходимость подключения к сетям электрической энергии.
Технической задачей настоящей полезной модели является увеличение удельной производительности и повышение надежности работы гелиоопреснительной установки.
Указанная техническая задача достигается тем, что в гелиоопреснительной установке, содержащей вакуумные солнечные коллекторы и многосекционный испаритель, в нижней секции вакуумного испарителя установлены индукционные нагреватели, тем самым гелиоопреснительная установка сможет функционировать в ночное время и в облачную погоду, в отсутствие энергии солнца, необходимая энергия для нагрева будет вырабатываться индукционными нагревателями, при разгерметизации установка все равно будет производить дистиллят. Для уменьшения температуры кипения соленой воды и уменьшения отложений накипи на индукционном нагревателе применяется вакуумный насос, который создает пониженное атмосферное давление. Между секциями испарителя установлены вентиляторы, уменьшающие потери пара при прохождении его от секции испарителя до емкости конденсации.
Для обеспечения дополнительного питания к гелиоопреснительной установке подключена через блок управления ветроэнергетическая установка. Электрическая энергия от ветроэнергетической установки поступает в блок управления (электрический щит), от которого электрическая энергия распределяется по всей установке, в электрическом щите так же установлен регулятор напряжения, инвертор, преобразующий постоянное напряжение в переменное и микроконтроллер осуществляющий управление процессом работы.
Гелиоопреснительная установка сконструирована таким образом, чтобы основная масса установки находилась в правой стороне - испарительные теплообменники и емкость для конденсации. При помощи ветроэнергетической установки происходит равномерное распределение веса, тем самым установка становится устойчивой, и при этом ветроэнергетическая установка находится на большей высоте, что увеличивает выработку электрической энергии. Размещается ветроэнергетическая установка вертикально-осевого типа, это значит, что КПД установки не будет зависеть от направления ветра и не будет необходимости устанавливать гелиоопреснительную установку с учетом ветровых ресурсов. Ветроэнергетическая установка в дневное время питает электрической энергией всю гелиоопреснительную установку, при этом индукционные нагреватели работают не на полную мощность. В ночное время отключаются от электрической энергии циркуляционные насосы теплоносителей солнечных коллекторов и распылители, индукционные нагреватели вследствие освободившейся электрической энергии работают на полную мощность. Для запасов дистиллированной воды установлена накопительная емкость, благодаря которой гелиоопреснительная установка не нуждается в аккумуляторах для запаса электрической энергии, что приводит к снижению стоимости гелиоопреснительной установки. В отсутствие ветра, снижается производительность установки, но благодаря имеющимся запасам дистиллированной воды в накопительной емкости уровень подачи воды потребителю не снижается.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемой гелиоопреснительной установки, на фиг.2 представлена схема трубопровода для конденсации, на фиг.3 представлена схема испарительного теплообменника, на фиг.4 представлена схема ветроэнергетической установки.
В качестве примера выбрана 4-х секционная гелиоопреснительная установка (фиг.1), содержащая распылитель 1, солнечные вакуумные коллекторы 2 для нагрева теплоносителя для теплообменника, индукционные нагреватели 3 для электрического нагрева соленой воды в ночное время или в облачную погоду, накопительную емкость 4 для хранения запасов дистиллированной воды. Накопительная емкость 4 и емкость конденсации 6 соединены между собой трубопроводом 5.
Испарительные теплообменники 7 применяются для нагрева соленой воды, вентиляторы 8 для передачи пара в емкость для конденсации 6, трубопровод для конденсации 9 для предварительного нагрева соленой воды и для конденсации паров, циркуляционный насос для циркуляции теплоносителя 10 солнечных коллекторов 2, циркуляционный насос 11 для выкачивания соленой воды из емкости 4-й секции 19, ветроэнергетическая установка 12 для питания электрической энергии установку, циркуляционный насос для подачи соленой воды в гелиоопреснительную установку 13, циркуляционный насос для подачи дистиллята потребителю 14, вакуумный насос 15 для создания пониженного давления и уменьшения температуры кипения, секции 1-4 соответственно 16-19, блок управления 20, в состав которого входят регулятор напряжения и инвертор, преобразующий постоянное напряжение в переменное, применяется для распределения электрической энергии для питания гелиоопреснительной установки.
Принцип работы гелиоопреснительной установки.
Циркуляционный насос 13 закачивает соленую воду для опреснения в емкость для конденсации 6, где соленая вода предварительно нагревается, проходя через трубопровод для конденсации (фиг.2) 9, соленая вода в трубопроводе для конденсации нагревается благодаря происходящему теплообмену между паром, который конденсируется, и соленой водой, которая протекает в трубопроводе, затем соленая вода подается в 1-ю секцию 16, где при помощи распылителя 1, работающего в дневное время, подается на испарительные теплообменники 7, теплоноситель в которых циркулирует при помощи циркуляционного насоса 10, работающего только в дневное время. Теплоноситель нагревается вакуумными солнечными коллекторами 2. Соленая вода нагревается на теплообменниках 7 и испаряется, пар при помощи вентиляторов 8 поступает в емкость для конденсации 6, где конденсируется на трубопроводе для конденсации 9 (фиг.2).
Полученный дистиллят из емкости 6 путем естественной циркуляции по трубопроводу 5 поступает в накопительную емкость 4, где хранится запас дистиллированной воды и циркуляционным насосом 14 доставляется потребителю.
Соленая вода, которая не испарилась в 1-й секции 16, попадает в следующую секцию 17, 18, где цикл повторяется. Затем, неиспарившаяся соленая вода скапливается в последней 4-й секции 19, где для последующего нагрева используются индукционные нагреватели 3, работающие в дневное время не в полную в мощность. При помощи циркуляционного насоса 11 соленая вода с повышенным содержанием соли выкачивается из 4-й секции 19.
Для уменьшения температуры кипения соленой воды и уменьшения отложений накипи на индукционном нагревателе 3 используется вакуумный насос 15, который создает пониженное атмосферное давление.
В емкости для конденсации 6 трубопровод для конденсации 9 выполнен в виде спирали для увеличения площади теплообмена между паром, для его конденсации, и закачиваемой соленой водой, которая предварительно нагревается перед подачей в 1-ю секцию 16 испарительной камеры.
Испарительные теплообменники 7 выполнены в виде спирали фиг.3, диаметр спирали 2 см, расстояние между витками 2,5 см, спираль выполнена таким образом, чтобы подаваемая через распылители соленая вода при прохождении секции соприкоснулась со спиралью всем объемом, форма спирали увеличивает площадь теплообмена между каплями соленой воды и теплообменником.
Передача соленой воды между секциями испарителя происходит благодаря естественной циркуляции.
Циркуляционный насос закачивает соленую воду для опреснения в емкость для конденсации, где соленая вода предварительно нагревается трубопроводом для конденсации, затем подается в 1-ю секцию, где при помощи распылителя, работающего в дневное время, подается на испарительные теплообменники, теплоноситель в которых циркулирует при помощи циркуляционного насоса, работающего только в дневное время. Теплоноситель нагревается вакуумными солнечными коллекторами. Соленая вода нагревается на теплообменниках и испаряется, пар при помощи вентиляторов поступает в емкость для конденсации, где конденсируется на трубопроводе для конденсации. Полученный дистиллят из емкости путем естественной циркуляции по трубопроводу поступает в накопительную емкость, где хранится запас дистиллированной воды и циркуляционным насосом доставляется потребителю.
Соленая вода, которая не испарилась в 1-й секции, попадает в следующую секцию, где цикл повторяется. Затем неиспарившаяся соленая вода скапливается в последней 4-й секции, где для последующего нагрева используются индукционные нагреватели, работающие в дневное время не в полную в мощность. При помощи циркуляционного насоса соленая вода с повышенным содержанием соли выкачивается из емкости 4-й секции.
Для уменьшения температуры кипения соленой воды и уменьшения отложений накипи на индукционном нагревателе применяется вакуумный насос, который создает пониженное атмосферное давление.
В емкости для конденсации трубопровод для конденсации выполнен в виде спирали для увеличения площади теплообмена между паром, для его конденсации, и закачиваемой соленой водой, которая предварительно нагревается перед подачей в 1-ю секцию испарительной камеры.
Испарительные теплообменники выполнены в виде спирали, для увеличения площади теплообмена между каплями соленой воды и теплообменником.
Передача соленой воды между секциями испарителя происходит благодаря естественной циркуляции.
Рекомендуется устанавливать, например, ветроэнергетические установки ВЭУ компании "ГРЦ ВЕРТИКАЛЬ", при помощи мачты, которая крепится в вертикальной стенке гелиоопреснительной установки. Ротор ВЭУ с лопастями 21 силой ветра приводится во вращательное движение, генератор 22, который преобразует вращательное движение ротора ВЭУ в электрическую энергию. Простейший генератор состоит их обмотки и магнитов. За счет прохождения витка обмотки в магнитном поле в проводнике генерируются электрический ток, который по проводам передается на выходные клеммы генератора. При помощи аэродинамических тормозов 23 при скорости выше номинальной создается тормозящий эффект, тем самым стабилизируется скорость вращения ротора. На ступице 24 монтируется ротор установки с лопастями. Сооружение крепится на матче 25.
1. Гелиоопреснительная установка, содержащая как минимум один вакуумный солнечный коллектор, как минимум один распылитель, многосекционный вакуумный испаритель с вертикальным расположением секций, соединенных между собой при помощи трубопроводов с естественной циркуляцией, испарительные теплообменники, выполненные в виде спиральных трубок, накопительную емкость и емкость для конденсации, отличающаяся тем, что в нижней секции вакуумного испарителя установлены индукционные нагреватели, а в верхней секции установлен вакуумный насос, между секциями испарителя установлены вентиляторы.
2. Гелиоопреснительная установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок управления, соединенный с ветроэнергетической установкой.
