ТЕПЛОНАСОСНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ СОЛЁНОЙ ВОДЫ
HEAT PUMP SALT WATER DESALINATOR

Изобретение относится к установкам для опреснения соленой воды, а именно к созданию теплонасосного опреснителя соленой воды, и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой населенных пунктов, жилищных, общественных и промышленных зданий.
Известен теплонасосный опреснитель соленой воды, содержащий камеру испарения соленой воды, камеру конденсации паров пресной воды, замкнутый контур рабочего вещества, оснащенный компрессором перемещения и сжатия рабочего вещества и содержащий размещенный в объеме нагреваемой для испарения соленой воды в камере испарения соленой воды теплообменник «рабочее вещество-соленая вода» нагрева соленой воды, а также установленный в камере конденсации паров пресной воды теплообменник «рабочее вещество-пары пресной воды» конденсации паров пресной воды, при этом вход и выход линии контура рабочего вещества соединен с компрессором перемещения и сжатия рабочего вещества, а на линии между теплообменником «рабочее вещество-соленая вода» и теплообменником «рабочее вещество-пары пресной воды» установлен дроссельный вентиль, при этом выход компрессора перемещения и сжатия рабочего вещества соединен линией высокого давления рабочего вещества с входом в теплообменник «соленая вода - рабочее вещество» нагрева поступающей на опреснение соленой воды, затем выход рабочего вещества из теплообменника «соленая вода-рабочее вещество» нагрева соленой воды соединен с входом рабочего вещества в теплообменник «рабочее вещество-пары пресной воды» конденсации паров пресной воды камеры конденсации пресной воды, и затем выход рабочего вещества из теплообменника «рабочее вещество-пары пресной воды» конденсации паров пресной воды соединен с входом в компрессор перемещения и сжатия рабочего вещества, контур подвода поступающей на опреснение соленой воды включает камеру нагрева поступающей на опреснение соленой воды с размещенным в объеме нагреваемой для испарения соленой воды и входящим в замкнутый контур рабочего вещества теплообменником «соленая вода-рабочее вещество», при этом к нижней части камеры нагрева поступающей на опреснение соленой воды подсоединена оснащенная насосом система подвода соленой воды для опреснения, а к верхней части камеры подсоединена система отвода нагретой соленой воды в верхнюю часть дополнительно установленного скруббера, причем скруббер оснащен системой подачи поступающей сверху подогретой соленой воды к установленным в верхней части скруббера форсункам распыления в объем скруббера нагретой соленой воды, скруббер также оснащен системой подачи воздуха от нагнетателя снизу противотоком к распыляемой сверху массе нагретой соленой воды и системой отвода вниз соленой воды с повышенной концентрацией солей, а также контуром отвода вверх из скруббера насыщенного парами пресной воды воздуха в камеру конденсации паров пресной воды с размещенным в ее объеме и входящим в замкнутый контур рабочего вещества теплообменником «рабочее вещество-пары пресной воды» конденсации паров пресной воды, при этом размещенный под теплообменником сборник пресной воды соединен с системой отвода пресной воды к потребителю, а камера конденсации паров пресной воды оснащена системой удаления отработанного воздуха из ее объема. При этом в качестве рабочего вещества используют низкокипящие рабочие вещества, например, диоксид углерода, галогенозамещенные углеводороды, углеводороды или смеси на их основе. При этом камера подогрева поступающей на опреснение соленой воды, скруббер и камера конденсации пресной воды выполнены в плане цилиндрическими, (см. Патент Российской Федерации RU 2363662).
Однако известный опреснитель соленой воды имеет при своем использовании следующие недостатки:
- наличие камеры испарения соленой воды высокого давления, что создает высокую вероятность образования сульфатной накипи (наиболее труднорастворимой) на теплообменных поверхностях и увеличивает затраты на обслуживание;
- дополнительный расход электроэнергии, связанный с необходимостью прокачивания воздуха через камеры испарения и конденсации, и дополнительной теплоты на его охлаждение;
- повышенная интенсивность коррозии из-за прокачивания воздуха через камеры испарения и конденсации;
- дополнительный расход электроэнергии из-за отсутствия вакуума в камере испарения и необходимости поддерживать более высокую температуру конденсации рабочего вещества в теплообменнике «соленая вода - рабочее вещество»;
- повышенная соленость пресной воды из-за дополнительного уноса капель соленой воды потоком воздуха из камеры испарения.
Задачей изобретения является разработка теплонасосного опреснителя соленой воды повышенной эффективности.
Техническим результатом является сокращение удельного потребления энергии на опреснение соленой воды, снижение солености получаемой пресной воды, снижение коррозии и накипеобразования при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что предложен теплонасосный опреснитель соленой воды, содержащий камеру испарения соленой воды, теплообменник конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости, замкнутый контур рабочего вещества, оснащенный компрессором перемещения и сжатия рабочего вещества и теплообменником «рабочее вещество-соленая вода» нагрева соленой воды, а также теплообменник «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости, при этом вход и выход линии контура рабочего вещества соединен с компрессором перемещения и сжатия рабочего вещества, а на линии между теплообменником «рабочее вещество-соленая вода» и теплообменником «рабочее вещество-парожидкостная смесь» установлен дроссельный вентиль, при этом выход компрессора перемещения и сжатия рабочего вещества соединен линией высокого давления рабочего вещества с входом в теплообменник «соленая вода-рабочее вещество» нагрева поступающей на опреснение соленой воды, затем выход рабочего вещества из теплообменника «соленая вода-рабочее вещество» нагрева соленой воды соединен с входом рабочего вещества в теплообменник «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости, и затем выход рабочего вещества из теплообменника «рабочее вещество-пары пресной воды» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости соединен с входом в компрессор перемещения и сжатия рабочего вещества, контур подвода поступающей на опреснение соленой воды включает теплообменник «соленая вода-рабочее вещество», входящий также в контур рабочего вещества, камеру испарения соленой воды, рассольный циркуляционный насос, размещенный между камерой испарения соленой воды, которая оснащена распылителями соленой воды, к ней также присоединен трубопровод подпитки соленой воды, проходящий через регенеративный теплообменник, в верхней части камера испарения соленой воды соединена с эжектором и теплообменником «соленая вода-рабочее вещество», в контур циркуляции рабочей жидкости, входит циркуляционный насос рабочей жидкости, размещенный между теплообменником «рабочее вещество-парожидкостная смесь» и автоматическим воздухоотводчиком, эжектор, соединенный с испарительной камерой и теплообменником предварительного охлаждения парожидкостной смеси, а также патрубок отвода сконденсировавшегося пара (пресной воды) потребителю. При этом в качестве рабочего вещества используют низкокипящие рабочие вещества, например, диоксид углерода, галогенозамещенные углеводороды, углеводороды или смеси на их основе, а в качестве рабочей жидкости пресную воду.
Среди существенных признаков, характеризующих теплонасосный опреснитель соленой воды, отличительными являются:
- контур подвода поступающей на опреснение соленой воды включает теплообменник «соленая вода-рабочее вещество», входящий в замкнутый контур рабочего вещества, камеру испарения соленой воды, рассольный циркуляционный насос, размещенный между теплообменником «соленая вода-рабочее вещество» и камерой испарения соленой воды, которая оснащена распылителями соленой воды, к ней также присоединен трубопровод подпитки соленой воды, проходящий через регенеративный теплообменник, в верхней части камера испарения соленой воды соединена с эжектором,
- контур циркуляции рабочей жидкости, в который входит циркуляционный насос рабочей жидкости, размещенный между теплообменником «рабочее вещество-парожидкостная смесь» и автоматическим воздухоотводчиком, эжектор, соединенный с испарительной камерой и теплообменником предварительного охлаждения парожидкостной смеси, а также патрубок отвода сконденсировавшегося пара (пресной воды) потребителю,
- использование в качестве рабочей жидкости пресную воду.
Сущность предложенного технического решения поясняется фиг. 1, где показан вариант опреснителя соленой воды.
Предложенный теплонасосный опреснитель соленой воды содержит замкнутый контур рабочего вещества с теплообменником 5 «соленая вода-рабочее вещество» нагрева соленой воды, в котором конденсируется (охлаждается) рабочее вещество и на наружной поверхности которого нагревается поступающая для испарения соленая вода за счет подвода к ней выделяемого конденсирующимся (охлаждающимся) рабочим веществом тепла, а также с теплообменником 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости, в котором кипит рабочее вещество и на наружной поверхности которого конденсируются пары пресной воды и охлаждается рабочая жидкость за счет отвода тепла от парожидкостной смеси к испаряющемуся рабочему веществу. При этом вход и выход линии замкнутого контура рабочего вещества соединены с компрессором 1 перемещения и сжатия рабочего вещества. Выход компрессора 1 перемещения и сжатия рабочего вещества соединен линией высокого давления рабочего вещества с входом в теплообменник 5 «соленая вода-рабочее вещество» нагрева поступающей на опреснение соленой воды. Выход рабочего вещества из теплообменника 5 «соленая вода-рабочее вещество» нагрева соленой воды соединен с входом рабочего вещества в теплообменник 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости камеры конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости. Выход рабочего вещества из теплообменника 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости соединен с входом в компрессор 1 перемещения и сжатия рабочего вещества. В линии рабочего вещества перед входом в теплообменник 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь» конденсации паров пресной воды и охлаждения рабочей жидкости установлен дроссельный вентиль 3. В качестве рабочего вещества используют низкокипящие рабочие вещества, например, диоксид углерода, галогенозамещеные углеводороды, углеводороды или смеси на их основе.
Контур подвода соленой воды и отвода соленой воды с повышенной концентрацией солей включает входящий в замкнутый контур рабочего вещества теплообменник 5 «соленая вода-рабочее вещество». К нижней части камеры 13 подсоединена оснащенная насосом 11 система циркуляции и подвода соленой воды для опреснения, включающая распылители 6, регенеративный теплообменник 8 и регулирующие клапаны, а к верхней части камеры 13, которая оснащена сепаратором пара 14, подсоединена система отвода паров пресной воды, включающая в себя эжектор 2, теплообменник предварительного охлаждения парожидкостной смеси 15, теплообменник 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь», циркуляционный насос 9, отвод пресной воды потребителю 10 и автоматический воздухоотводчик 4.
Эксплуатация предложенного теплонасосного опреснителя соленой воды осуществляется следующим образом
Соленая вода циркулирует между камерой испарения 13 и теплообменником 5 «соленая вода-рабочее вещество» с помощью насоса 11. По достижении нижнего предельного уровня, определяемого датчиком 12, в камере 13 насос 11 после переключения управляющей арматуры переходит в режим откачки рассола в окружающую среду через регенеративный теплообменник 8, новая порция исходной соленой воды поступает в испарительную камеру 13 из окружающей среды через регенеративный теплообменник 8, нагреваясь от сбрасываемого рассола, за счет вакуума в испарительной камере 13. По достижении верхнего предельного уровня рассола, определяемого датчиком 12, в камере 13 насос 11 после переключения управляющей арматуры переходит в режим циркуляции. Подогретая в теплообменнике 5 «соленая вода-рабочее вещество» за счет конденсации рабочего вещества соленая вода подается в распылители 6 камеры 13, где частично испаряется. Образовавшийся пар, проходя через сепаратор пара 14, засасывается эжектором 2 и транспортируется к теплообменнику предварительного охлаждения парожидкостной смеси 15, а потом к теплообменнику 7 «рабочее вещество-парожидкостная смесь»; в процессе транспортировки пар частично конденсируется в потоке рабочей жидкости, нагревая ее и в теплообменнике предварительного охлаждения парожидкостной смеси 15, который передает теплоту окружающей среде. В теплообменнике 7 за счет кипения рабочего вещества, не сконденсировавшийся в потоке рабочей жидкости и в теплообменнике предварительного охлаждения парожидкостной смеси пар конденсируется, а рабочая жидкость охлаждается. Охлажденная рабочая жидкость из теплообменника 7 засасывается циркуляционным насосом 9 и подается в контур рабочей жидкости. За насосом 9 поток жидкости делится на две части: одна часть - в количестве, равном расходу пара из камеры 13 подается потребителю через клапан 10, вторая - подается на эжектор 2 через автоматический воздухоотводчик 4, где отводится в окружающую среду попавший в систему воздух.
В качестве рабочего вещества используются низкокипящие рабочие вещества, например, диоксид углерода, галогенозамещенные углеводороды, углеводороды или смеси на их основе, а в качестве рабочей жидкости используется пресная вода.