АВТОНОМНАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области опреснения воды, в частности, к автономным опреснительным установкам и может быть использована для получения питьевой воды, особенно в регионах, лишенных чистых пресных водоемов и централизованных источников электрической и тепловой энергии.
Известна гелиоопреснительная установка (Патент на изобретение RU №2165890, МПК C02F l/04, C02F 1/14, 2001 г.), состоящая из солнечного коллектора и многосекционного вакуумного дистиллятора. Испытательный и испарительно-конденсационные теплообменники дистиллятора выполнены в виде спиральных трубок с горизонтальным расположением витков. Откачка рассола из дистиллятора осуществляется с помощью водовоздушного эжектора. Удельная производительность установки зависит от числа используемых секций и составляет 1-3 л дистиллята в час с квадратного метра солнечного коллектора.
Недостатком указанного технического решения является громоздкость, а так же неудобства в процессе монтажа и эксплуатации. Кроме этого функционирование установки связано с работой нагнетателей, входящих в ее состав, которые требуют значительного количества электрической энергии. Все это снижает экономическую эффективность опреснения воды и делает невозможным ее автономную работу без внешних источников электрической энергии.
Известен «Дистиллятор с уменьшенным удельным потреблением электроэнергии» (Патент на полезную модель RU 97500, МПК F28B 1/00, B01D 3/00, 2010 г.), состоящий из камеры испарения расположенной внутри камеры конденсации, конденсатора, крышки конденсатора, в процессе конденсации пара часть выделяемой теплоты передается в камеру испарения.
Недостатком прототипа является необходимость обеспечения электроэнергией источников теплоты, которые требуют подсоединения к внешнему централизованному источнику электрической энергии или автономному источнику большой мощности. Первое обстоятельство не позволяет обеспечить автономный режим работы установки, что существенно снижает спектр условий ее использования. Второе обстоятельство требует значительных затрат на создание установки, что снижает ее экономическую эффективность.
Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является создание компактной автономной опреснительной установки с повышенной энергетической эффективностью работы за счет утилизации теплоты конденсации обессоленной воды и использования в качестве источника тепловой энергии солнечного коллектора.
Технический результат достигается тем, что автономная опреснительная установка, состоящая из камеры испарения, в которой размещен нагревательный элемент, конденсатора, патрубков подачи опресняемой воды, патрубков отвода опресненной воды, содержит съемную камеру приема опресняемой воды, цилиндрической формы, с вогнутым дном в форме сопряженных конической и цилиндрической поверхностей, которое является водо-охлаждаемым конденсатором, установленную 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 солнечны коллектором.
Сущность полезной модели поясняется чертежом: на фиг.1 представлена принципиальная схема автономной опреснительной установки.
Автономная опреснительная установка состоит из камеры испарения 1, цилиндрической формы с кольцевым желобом 2 приема конденсата на верхнем торце, и съемной камеры приема 3 опресняемой воды, установленной через уплотнитель 4 на камеру испарения 1. Съемная камера приема 3 опресняемой воды выполнена в форме цилиндра, с вогнутым дном в форме сопряженных конической и цилиндрической поверхностей, которое является водоохлаждаемым конденсатором 5. В камере испарения 1 установлен нагревательный элемент 6, размещенный у поверхности воды, для образования в ее верхнем слое зоны кипения 7. Нагревательный элемент 6 соединен с солнечным коллектором 8. Съемная камера приема 3 опресняемой воды посредством переливной трубы 9 соединена с камерой испарения 1 снабженной датчиком уровня воды 10, например, поплавкового типа соединенным с клапаном 11. Датчик уровня воды 10 обеспечивает наличие воды в зоне кипения 7 камеры испарения 1 и исключает снижение уровня воды ниже нагревательного элемента 6. Камера испарения 1 снабжена патрубком 12 для отвода конденсата из кольцевого желоба 2 приема конденсата и патрубком для слива рассола 13 оснащенного краном 14.
Автономная опреснительная установка работает следующим образом. Исходная опресняемая вода, например морская, из заполненной камеры приема 3 по переливной трубе 9 поступает в камеру испарения 1, датчик уровня воды 10 обеспечивает уровень воды выше нагревательного элемента 6, для образования зоны кипения 7. За счет подвода тепловой энергии от солнечного коллектора 8 нагревательный элемент 6 обеспечивает нагрев опресняемой воды в зоне кипения 7. Циркуляция теплоносителя в контуре «солнечный коллектор 8 - нагревательный элемент 6» происходит естественным образом. Водяной пар из зоны кипения 7 поднимается к поверхности теплообмена конденсатора 5, а вода с повышенным солесодержанием (рассол) за счет большей плотности опускается ко дну камеры испарения 1. Удаление рассола из камеры испарения 1 осуществляют через патрубок для слива рассола 13 оснащенный краном 14. На поверхности теплообмена конденсатора 5 со стороны водяного пара, за счет отвода тепловой энергии к исходной опресняемой воде в камере приема 3 опресняемой воды, происходит его конденсация. Полученный конденсат под действием сил трения и тяжести стекает по стенке конденсатора 5 в желоб 2 приема конденсата, откуда отводится по патрубку 12. Таким образом, процесс конденсации происходит с подводом теплоты к исходной опресняемой воде, то есть предварительный нагрев опресняемой воды от конденсатора 5 в камере приема 3 опресняемой воды позволяет снизить затраты тепловой энергии на подогрев в зоне кипения 7. При снижении уровня воды в зоне кипения 7 датчик 10 открывает клапан 11 и исходная опресняемая вода из камеры приема 3 по переливной трубе 9 поступает в камеру испарения 1. Поскольку вода из камеры приема 3 имеет меньшую плотность чем рассол, то она естественным образом будет поступать в зону кипения 7 и нагреваться так же за счет восприятия тепловой энергии рассола, двигающегося во встречном направлении. Выполнение камеры приема 3 съемной обеспечивает возможность осмотра и очистки камеры испарения 1.
2
2
Разработан и испытан опытный образец автономной опреснительной установки со следующими параметрами. Камера испарения 1 выполнена из алюминия, имеет внутренний диаметр 350 мм, высоту 1500 мм, толщину стенки 3 мм. Камера приема 3 опресняемой воды выполнена из алюминия, имеет внутренний диаметр 450 мм, высоту 500 мм, толщину стенки 3 мм. Нагревательный элемент 6 выполнен в виде змеевика из медной трубы диаметром 18 мм длиной 3200 мм, соединен с солнечным коллектором 8 вакуумного типа с площадью солнцевоспринимающей поверхности 6,6 м. Желоб 2 приема конденсата высотой 30 мм, размещен по периметру торца камеры испарения 1 под углом 45°. Конденсатор 5 имеет поверхностью теплообмена площадью 0,77 м.
2
Опытный образец автономной опреснительной установки позволяет получать до 8 л/час пресной воды с одного квадратного метра солнечного коллектора при интенсивности солнечного излучения в его плоскости 1 кВт/м.
Эффективность предлагаемого устройства состоит в полной утилизации теплоты конденсации паров пресной воды в конденсаторе, что снижает затраты тепловой энергии на процессы нагрева и кипячения в установке, использование в качестве источника тепловой энергии солнечного коллектора позволяет обеспечить автономный режим работы установки.