Устройство для опреснения морской воды

 

Изобретение относится к технологии опреснения морской воды в вакууме и может быть использовано в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в медицинской и химической промышленностях, а также в сельском хозяйстве и в строительстве, где требуется использование дистиллята, питьевой и технической воды. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции теплопередающих устройств, изготовленных в виде плоских панелей с внутренними полостями, что приводит к удешевлению стоимости получаемого дистиллята и увеличению КПД опреснителя морской воды. Устройство состоит из вертикальных рядов горизонтально установленных горячих панелей 7 и вертикальных рядов холодных панелей 13, которые установлены с зазором 37 между ними в вакуумированном корпусе 2. Нагрев и испарение морской воды осуществляют на внешних сторонах горячих панелей, а конденсацию полученного пара производят на внешних сторонах холодных панелей, для чего по внутренним полостям 9 горячих панелей прокачивают рабочее тело (нагретая вода) от дополнительного источника тепла, а по внутренним полостям 14 холодных панелей прокачивают морскую воду. 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии опреснения морской воды (MB) в вакууме и может быть использовано в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в медицинской и химической промышленностях, а также в сельском хозяйстве и в строительстве, где требуется использование дистиллята, питьевой и технической воды.

Известно многокамерное опреснительное устройство мгновенного вскипания в вакууме (Якубовский Ю.В. и др. Судовые опреснительные установки мгновенного вскипания. Учебное пособие, изд. ДВПИ. - Владивосток, 1988, стр. 8-23), представляющие последовательно соединенные между собой камеры испарения и конденсации морской воды.

Недостатками известного устройства являются сложность технического исполнения, необходимость использования больших площадей поверхности испарения и конденсации, а также высокая стоимость их изготовления.

Ближайшим техническим решением является опреснительное устройство мгновенного вскипания морской воды в вакууме (Патент RU 2142912, МКИ С 02 F 1/04, 1999 г.), которое содержит корпус с крышкой, рубашки, разделенную на паровые секции пароводяную рубашку, в которую вертикальными рядами установлены плоские теплопередающие устройства, образующие совмещенные вместе 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, а также вакуумный насос опреснителя, насос подачи и отвода морской воды и дистиллята.

Недостатками известного технического решения являются технологическая сложность изготовления автономных элементов теплопередающих устройств и использования дополнительного дорогостоящего оборудования и, как следствие, повышение стоимости получаемого дистиллята.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции теплопередающих устройств, изготовленных в виде плоских панелей с внутренними полостями, что приводит к удешевлению стоимости получаемого дистиллята и увеличению КПД опреснителя морской воды.

Технический результат достигается тем, что в устройство для опреснения морской воды, содержащее корпус, герметично соединенный с крышкой, пароводяную рубашку, разделенную 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 постоянно циркулирующим рабочим телом, при 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, жестко закрепленных в корпусе перпендикулярно своим осям и установленных с зазором между параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации, распределительный и сборный коллекторы рабочего тела источника тепла выполнены между боковыми стенками корпуса и пароводяной рубашки, распределительные и сборные коллекторы морской воды опреснителя выполнены между верхним и нижним основанием корпуса пароводяной рубашки, а распределительный коллектор опреснителя для подачи дистиллята на форсунки выполнен внутри крышки устройства, внутренние полости панелей испарения и конденсации опреснителя разделены на горизонтальные и вертикальные секции, а на внешних сторонах панелей испарения опреснителя жестко закреплены металлические сетки и зазор между параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации опреснителя выбран 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 карманах, 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 фрагмент конструктивного выполнения крепления трубок подачи морской воды и сбора дистиллята.

Устройство для опреснения морской воды выполнено следующим образом.

В пароводяной рубашке 1 (фиг.1 и 2) жестко закреплен герметичный корпус 2 устройства для опреснения морской воды, образуя герметичные коллекторы: распределительный входной коллектор 3 рабочего тела, например, горячей воды источника тепла, например, вихревого теплового генератора (ВТГ), сборный выходной коллектор 4 рабочего тела, входной коллектор 5 морской воды и выходной коллектор 6 морской воды. В корпусе 2 рядами жестко установлены параллельно друг другу панели испарения (горячие) 7, выполненные, например, в виде плоского параллелепипеда. Панели 7 разделены на герметичные секции 8 (фиг. 3), имеющие внутреннюю полость 9, которая разделена на внутренние секции 10, имеющие общий для секций входной коллектор 11 и выходной коллектор 12 рабочего тела, например, горячей воды. На фиг.3 и 4 в корпусе 2 вертикальными рядами и параллельно горячим панелям 7 жестко установлены панели конденсации (холодные) 13, в которых также выполнены внутренние полости 14, разделенные 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 горячей панели 7 со стороны крышки фиг.3 размещены и жестко закреплены с ней заглушенные с одного конца трубки 18 для подачи морской воды, для чего в верхней части трубок выполнено отверстие 19, а противоположные концы трубок 18 соединены с распределительными коллекторами 20, имеющими выходы в общий коллектор 21 морской воды (фиг.3). Трубки 18 накрыты и жестко скреплены с металлическими козырьками 22 (фиг.4), которые образуют со стенками горячих панелей карманы 23. На стенках панелей 7 жестко установлены и скреплены со стенками сетки 24. На каждой горячей панели 7 с двух сторон размещены и жестко закреплены с наклоном, например 45^o, желоба слива рассола 25, которые имеют выход в коллектор 26 для сбора рассола, образованный между вертикальными стенками корпуса 2 и жестко установленным на нижнем днище корпуса 2 поддона 27. Поддон 27 выполнен с секционными отбортовками, образующими емкость 28 для сбора дистиллята 29. Слив дистиллята производят на внешних сторонах холодных панелей 13, к которым жестко присоединены желоба 30 (фиг. 1). В поддоне 27 выполнены отверстия 31 с выходом в коллектор 32 (фиг.4) сбора дистиллята. Рубашка 1 и корпус 2 герметично закрыты крышкой 33 (фиг. 3), внутри которой размещена полость 34, куда герметично установлены заглушенные с нижнего конца форсуночные трубки 35 с форсуночными отверстиями 36 с выходами в сторону холодных панелей 13. Полость 32 имеет автономную систему подачи холодного дистиллята. Нижняя часть форсуночных трубок 35 жестко закреплена с поддоном 27. Горячие панели 7 и холодные панели 13 по параллельным плоскостям установлены друг к другу с постоянным зазором 37 в диапазоне 2-7 см (фиг.3). В качестве источника тепла в устройстве использован, например, вихревой теплогенератор 38, имеющий систему циркуляции рабочего тела, например горячей воды, электродвигатель и гидронасос вихревого теплового генератора (ВТГ). На фиг.2 показан входной фланец 39 рабочего тела ВТГ, выходной фланец 40 теплой воды, охлажденной на горячих панелях, а 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, а 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 рубашкой опреснителя 51.

Устройство для опреснения морской воды работает следующим образом.

Запускают вихревой теплогенератор 38 и прокачивают горячую воду из него с температурой 97^oС на вход в опреснитель через трубопровод 41 и фланец 39, заполняют распределительный коллектор 3, прокачивают горячую воду через входные коллекторы 11, секции 10 и внутренние полости 9 горячих панелей 7, далее через выходные коллекторы 12, сборный коллектор 4, выходной фланец 40 и трубопровод 42 и возвращают теплую воду с температурой 60^oС в ВТГ для подогрева обратно 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, затем морская вода поступает в выходной коллектор 6 и уходит на сброс. В опреснителе в зависимости от условий работы морская вода с температурой 20^oС из коллектора 6, например, поступает в дополнительную накопительную емкость 49 рассола и через трубопровод с соединительным фланцем 50 уходит на выход. Второй контур движения морской воды происходит при включении вакуумного насоса 45 и насоса морской воды 46. В этом случае морская вода заполняет общий коллектор 21 и через распределительный коллектор 20, трубки 18, отверстия 19 и закрытые сверху козырьками 22 и карманы 23 поступает на горячие панели 7. В карманы 23 входят концы сеток 24, по которым морская вода равномерно и с постоянной толщиной до 2 мм жидкой пленки стекает по вертикальным секциям 8 с температурой 35^oС в желоба слива 25 и по ним в коллектор 26 сбора рассола и далее на слив. Испарение морской воды происходит, когда вакуумным насосом 45 создают вакуум 0,03 бара в корпусе 2 и нагревают за счет теплопередачи от горячей воды ВТГ морскую воду на внешних стенках горячих панелей 7 до температуры 35^oС. Образовавшийся пар конденсируют на холодных стенках панелей конденсации 13 при условии, что температура пара 35^oС выше температуры внешних стенок панелей 13. Полученный на внешних стенках панелей конденсации 13 дистиллят 29 с температурой 20^oС по желобам 30 сливают в секционные емкости 28 поддона 27, откуда через отверстия 31 он попадает в общий коллектор 32 и далее к потребителю. Установочный зазор 37 является основополагающим в работе опреснительного устройства, т.к. в нем происходит объемная конденсация полученного пара, которая в несколько раз выше обычной плоскостной конденсации на стенках холодных панелей конденсации 13, что уменьшает размеры устройства и удешевляет его стоимость и стоимость дистиллята. Горячие и холодные панели, корпус и рубашка выполнены из высокотеплопроводного материала, например алюминия. Для запуска процесса объемной конденсации производят импульсные включения форсуночного насоса (на фиг. не показан) и заполняют дистиллятом полость 34 в крышке 33 рубашки 1, далее 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 результате чего создают оптимальные условия для объемной конденсации. Оптимальные условия данного процесса осуществляют при величине установочного зазора в диапазоне 2-7 см. Условия работы устройства для опреснения определяются параметрами опреснителя и морской воды, которые имеют следующие величины. Мощность теплового источника W= 32 кВт. Потребление морской воды 0,2 кг/с. Производительность дистиллята 0,01 кг/с. Температура морской воды Т=35^oС.

Устройство для опреснения морской воды позволяет уменьшить тепловые потери, потребление морской воды за счет наличия вихревого теплового генератора и конструктивного совмещения источника тепла, теплообменника и испарителя общим рабочим телом.

Изобретение позволяет уменьшить тепловые потери в 2 раза при низкотемпературном режиме (25-30^oС), упростить конструкцию, увеличить производительность опреснителя морской воды и уменьшить стоимость получаемого дистиллята. Наличие ВТГ с общим теплоносителем (горячая вода) источника тепла и теплообменника в панели испарителя приводит к повышению КПД опреснителя морской воды.

Формула изобретения

1. Устройство для опреснения морской воды, содержащее корпус, герметично соединенный с крышкой, пароводяную рубашку, разделенную 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 постоянно циркулирующим рабочим телом, при 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, жестко закрепленных в корпусе перпендикулярно своим осям и установленных с зазором между 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 между боковыми стенками корпуса и пароводяной рубашки.

3. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что распределительные и сборные коллекторы морской воды опреснителя выполнены между верхним и нижним основаниями корпуса пароводяной рубашки.

4. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что распределительный коллектор опреснителя для подачи дистиллята на форсунки выполнен внутри крышки устройства.

5. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что внутренние полости панелей испарения и конденсации опреснителя разделены на горизонтальные и вертикальные секции.

6. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что на внешних сторонах панелей испарения опреснителя жестко закреплены металлические сетки.

7. Устройство для опреснения морской воды по п.1, отличающееся тем, что зазор между параллельными плоскостями панелей испарения и конденсации опреснителя выбран 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 карманах.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4