Компактная установка для дистилляции воды
COMPACT WATER DISTILLATION PLANT

Изобретение относится к области теплоэнергетики, очистки морской воды и грунтовых вод путем дистилляции с использованием принципа теплового насоса, испарения и конденсации воды под вакуумом и дополнительного подвода тепла от солнечного коллектора, для обеспечения питьевой водой сельского и на коммунального хозяйства, в которых наблюдается дефицит пресной питьевой воды.
Известен солнечный опреснитель (Патент на полезную модель РФ №150516, МПК C02F 1/04, 2015 г.), который содержит солнечные батареи, соединенные магистралью с коллектором на стойках плавающей платформы. Коллектор, установленный на определенной высоте, соединен с входным патрубком парогенератора улиточного типа, который установлен в емкости ниже уровня моря и соединен с камерой конденсации. Соответственно, в качестве испарительной камеры используется парогенератор, который за счет создаваемого внутри себя разрежения позволяет производить испарение жидкости при пониженных температурах.
Недостатками указанного опреснителя являются ограниченные возможности по регулировке параметров опреснительного процесса и как следствие - низкая производительность.
Известно устройство для получения дистиллированной воды (патент на изобретение РФ №2543879, МПК C02F1/04, 09.09.2013). Устройство содержит теплоизолированный бак-испаритель с исходной жидкостью, сосуд для сбора конденсата, насос для подачи исходной жидкости в соединенный с баком-испарителем бак-накопитель, пароотводящую трубу, изготовленную из материала с высокой теплопроводностью, расположенную внутри двух водонепроницаемых, теплоизолированных, последовательно соединенных кожухов, через которые в направлении, противоположном движению пара и конденсата в бак-накопитель поступает исходная жидкость, проходя через автоматический воздухоотводчик и регулятор уровня в баке-накопителе.
Недостатком данного изобретения является невысокая производительность устройства и слабая возможность регулирования параметров процесса получения дистиллированной воды.
Наиболее близким по конструкции является устройство для опреснения морской воды (патент на изобретение РФ №2309125, МПК C02F 1/04, B01D 3/10, 31.10.2005), содержащее два герметичных бака, соединенных паропроводом. Герметичные баки соединены устройством для нагрева воды и конденсации ее паров, представляющим собой холодильник, трубопровод в первом баке, с нагретым хладагентом которого находится ниже уровня воды, а трубопровод с охлажденным хладагентом находится во втором баке.
Недостатком данного изобретения является невысокая производительность устройства и сложность его конструкции.
Технический результат достигается тем, что повышается производительность опреснительной установки за счет использования принципа теплового насоса, испарения и конденсации воды под вакуумом и дополнительного подвода тепла от солнечного коллектора.
Поставленная задача достигается тем, что компактная установка для дистилляции воды содержит систему предварительной обработки воды, компрессор фреона, колонну предварительного нагрева воды, испаритель воды, зону водяного пара в испарительной колонне, вакуумный насос, конденсатор воды первой секции, конденсатор второй секции, конденсатор воды третьей секции, конденсатор четвертой секции, комбинированный теплообменник, расширительное устройство фреона, конденсатор фреона, солнечный коллектор, поплавковый клапан, клапан водяного конденсатора первой ступени, клапан водяного конденсатора второй ступени, клапан водяного конденсатора третьей ступени, клапан отвода соленой воды, клапан водяного конденсатора четвертой ступени, согласно предлагаемому изобретению, тепло, отводимое от конденсаторов фреона и воды, используется для нагрева воды внутри системы, вызывая ее испарение под вакуумным давлением, создаваемым вакуумным насосом, а испаритель теплового насоса используется для охлаждения водяного пара с целью снижения энергопотребления в вакуумный насос, в то время как тепло, поступающее от солнечного коллектора, используется для увеличения коэффициента производительности теплового насоса.
На фиг.1 представлена схема компактной установки для дистилляции воды.
Цифрами на фигуре обозначены:
1 - система предварительной обработки воды;
2 - компрессор фреона
3 - колонна предварительного нагрева воды;
4 - испаритель;
5 - зона водяного пара в испарительной колонне;
6 - вакуумный насос;
7 - конденсатор воды первой секции;
8 - конденсатор воды второй секции;
9 - конденсатор воды третьей секции;
10 - конденсатор четвертой секции;
11 - комбинированный теплообменник;
12 - расширительное устройство фреона;
13 - конденсатор фреона;
14 - солнечный коллектор;
15 - поплавковый клапан;
16 - клапан водяного конденсатора первой ступени;
17 - клапан водяного конденсатора второй ступени;
18 - клапан водяного конденсатора третьей ступени;
19 - клапан отвода соленой воды;
20 - клапан водяного конденсатора четвертой ступени.
Компактная установка для дистилляции воды содержит систему предварительной обработки воды 1, компрессор фреона 2, колонну предварительного нагрева воды 3, испаритель воды 4, зона водяного пара в испарительной колонне 5, вакуумный насос 6, конденсатор воды первой секции 7, конденсатор второй секции 8, конденсатор воды третьей секции 9, конденсатор четвертой секции 10, комбинированный теплообменник 11, расширительное устройство фреона 12, конденсатор фреона 13, солнечный коллектор 14, поплавковый клапан 15, клапан водяного конденсатора первой ступени 16, клапан водяного конденсатора второй ступени 17, клапан водяного конденсатора третьей ступени 18, клапан отвода соленой воды 19, клапан водяного конденсатора четвертой ступени 20.
Компактная установка для дистилляции воды работает следующим образом:
Неочищенная вода поступает в систему предварительной обработки воды 1 через емкость первичной обработки, где отфильтровываются твердые примеси, после чего вода направляется в колонну предварительного нагрева воды 3. Колонна предварительного нагрева воды 3 использует тепло конденсатора фреона 13 для нагрева воды. Тепло четвертой части конденсатора 10 также отводится в воду в колонне предварительного нагрева воды 3. Затем вода поступает в испаритель 4 через поплавковый клапан 15. Вода испаряется под давлением вакуума. Тепло, отводимое от конденсаторов воды первой 7, второй 8 и третьей 9 секций, идет на испарение воды. Давление вакуума, создаваемое вакуумным насосом 6, предназначается для этой цели. Водяной пар охлаждается комбинированным теплообменником 11 теплового насоса для минимизации потребляемой мощности в вакуумном насосе, так как охлаждение водяного пара в зоне водяного пара испарительной колонны 5 увеличит его плотность, что приведет к снижению мощности, потребляемой вакуумным насосом 6. Вакуумный насос 6 отводит водяной пар к конденсаторам воды первой 7, второй 8, третьей 9 и четвертой 10 секций для завершения его конденсации и эффективного использования тепла, содержащегося в водяном паре, для повышения производительности системы и минимизации энергетических затрат на очистку воды. Солнечный коллектор 14 используется для нагрева хладагента, поступающего в компрессор теплового насоса, для увеличения коэффициента производительности теплового насоса. Тепловой насос, используемый в этой системе, состоит из компрессора фреона 2, конденсатора фреона 13, расширительного устройства фреона 12 и комбинированного теплообменника 11. Целью использования теплового насоса в этой системе является снижение энергозатрат на дистилляции воды, так как тепловой насос отдает в несколько раз больше тепла, чем энергии, затраченной на его работу. Теплообменники, которые используются для конденсации водяного пара, разделены на четыре части (конденсаторы воды первой 7, второй 8, третьей 9 и четвертой 10 секций) для уменьшения механического сопротивления после вакуумного насоса, чтобы избежать повышения давления после вакуумного насоса, потому что каждый конденсатор будет отбрасывать воду, сконденсировавшуюся внутри него, через клапан, предусмотренный для этой цели. Конденсатор воды первой секции 7 отводит конденсат через клапан водяного конденсатора первой ступени 16. Конденсатор воды второй секции 8 отводит конденсат через клапан водяного конденсатора второй ступени 17. Конденсатор воды третьей секции отбрасывает конденсат через клапан водяного конденсатора третьей ступени 18. Конденсатор воды четвертой секции 10 отводит конденсат через клапан водяного конденсатора четвертой ступени 20. Клапан отвода соленой воды 19 предназначен для сброса концентрированной соленой воды.