ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕПЛОНАСОСНАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к установкам для получения дистиллированной воды питьевого качества и может быть использована для опреснения минерализованной воды.
Известна «Гелиоопреснительная установка (Патент на изобретение RU №2165890, MПК C02F 1/04, 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 низкая энергетическая эффективность, громоздкость, и как следствие высокая металлоемкость конструкции устройства. Кроме этого, работа установки нестабильна, так как ее производительность зависит от погодных условий и времени суток.
Так же известна «Автономная опреснительная установка» (Патент на полезную модель RU №165781, МПК C02F 1/14, B01D 1/00, В01D 5/00, F24J 2/00 2016 г.), состоящая из камеры испарения, в которой размещен нагревательный элемент, конденсатора, патрубков подачи опресняемой воды, патрубков отвода опресненной воды, съемной камеры приема опресняемой воды, цилиндрической формы, с вогнутым дном в форме сопряженных конической и цилиндрической поверхностей, которая является водоохлаждаемым конденсатором, установленным 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 солнечным коллектором.
Недостатком указанной установки является относительно низкая производительность, обусловленная принципом получения пресной воды, реализуемым в ней.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является автономная опреснительная установка (Патент на изобретение RU №2613920, МПК C02F 1/04, C02F 1/14, 2017 г.), принятая за прототип, содержащая емкость опресняемой воды, испарительную камеру, нагревательный элемент, барботажное устройство, конденсатор-сепаратор, емкость-сборник пресной воды, в цилиндрической испарительной камере со съемным дном и съемной крышкой, в форме усеченного конуса, ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент, соединенный с солнечным коллектором, под которым размещено барботажное устройство, под которым установлен конденсатор-сепаратор, соединенный змеевиком с емкостью-сборником пресной воды, при этом конденсатор-сепаратор соединен трубой через нагнетатель воздуха, подключенный к солнечной батарее, с барботажным устройством и соединен трубой с зоной паровоздушной смеси под крышкой испарительной камеры. Емкость опресняемой воды установлена выше испарительной камеры, снабженной датчиком уровня воды, и соединена с ней посредством переливной трубы с клапаном, причем выходная часть трубы расположена у дна испарительной камеры. Барботажное устройство выполнено в форме плоской спирали из трубы с отверстиями диаметром 1-3 мм, установлено горизонтально отверстиями вверх.
Недостатками прототипа являются зависимость производительности установки от климатических условий, времени суток. Данное обстоятельство ограничивает возможность использования данной установки.
Техническим результатом является создание компактной, простой, надежной и энергоэффективной гигроскопической теплонасосной опреснительной установки широкого спектра применения.
Технический результат достигается тем, что Гигроскопическая теплонасосная опреснительная установка, включающая испарительную камеру, выполненную со съемным дном и съемной крышкой в форме усеченного конуса, в которой ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент, под которым размещено барботажное устройство, выполненное в форме плоской спирали из трубы с отверстиями диаметром 1-3 мм, установлено горизонтально отверстиями вверх, соединенное трубой через нагнетатель воздуха с установленным ниже конденсатором-сепаратором, соединенным со змеевиком пресной воды и трубой паровоздушной смеси с зоной паровоздушной смеси под крышкой испарительной камеры, испарительная камера оснащена датчиком уровня воды и соединена переливной трубой подачи опресняемой воды с клапаном, причем выходная часть трубы подачи опресняемой воды расположена у дна испарительной камеры, содержит замкнутый герметичный контур теплового насоса, состоящий из соединенных трубопроводом конденсатора-сепаратора, являющегося испарителем теплового насоса, компрессора, нагревательного элемента, являющегося конденсатором теплового насоса, и дроссельного устройства, при этом тепловой насос выполнен с возможностью циркуляции в указанном контуре низкокипящего рабочего агента.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема гигроскопической опреснительной установки с тепловым насосом.
Гигроскопическая теплонасосная опреснительная установка включает емкость опресняемой воды 1, испарительную камеру 2, емкость-сборник пресной воды 3. Емкость опресняемой воды 1 установлена выше испарительной камеры 2 и соединена переливной трубы 4 подачи опресняемой воды. Переливная труба 4 снабжена клапаном 5, соединенным с датчиком уровня воды 6 в испарительной камере 2. Входное отверстие для переливной трубы 4 расположено в верхней части испарительной камеры 2, а выходная часть переливной трубы 4 расположена в нижней части испарительной камеры 2. Испарительная камера 2 выполнена в форме цилиндра со съемным дном 7 и съемной крышкой 8. Крышка 8 выполнена в форме усеченного конуса, ее внутренняя поверхность и уровень воды образуют зону паровоздушной смеси 9. В верхней части испарительной камеры 2 ниже уровня опресняемой воды установлен нагревательный элемент 10, представленный, например, в виде змеевика. Над нагревательным элементом 10 образуется зона нагрева 11, а под ним размещено барботажное устройство 12. Под барботажным устройством 12 установлен конденсатор-сепаратор 13, соединенный змеевиком 14 пресной воды с емкостью-сборником пресной воды 3. Конденсатор-сепаратор 13 соединен трубой 15 через нагнетатель воздуха 16 с барботажным устройством 12. Конденсатор-сепаратор 13 соединен трубой для паровоздушной смеси 17 с зоной паровоздушной смеси 9. Установка содержит замкнутый герметичный контур теплового насоса, состоящий из соединенных трубопроводом 18 конденсатора-сепаратора 13, являющегося испарителем теплового насоса, компрессора 19, нагревательного элемента 10, являющегося конденсатором теплового насоса, и дроссельного устройства 20, при этом в указанном контуре циркулирует низкокипящий рабочий агент. Конденсатор-сепаратор 13, являющийся испарителем теплового насоса через трубопровод рабочего агента 18 сообщается с компрессором 19, который соединен последовательно с дроссельным устройством 20 через нагревательный элемент 10. В контуре теплового насоса «конденсатор-сепаратор 13 - компрессор 19 - нагревательный элемент 10 - дроссельное устройство 20» циркулирует низкокипящий рабочий агент, например, фреон. Удаление рассола осуществляется через кран слива рассола 21.
Гигроскопическая теплонасосная опреснительная установка работает следующим образом.
Исходная опресняемая вода из емкости опресняемой воды 1 по переливной трубе 4 через клапан 5 поступает в нижнюю часть испарительной камеры 2. Нагревательный элемент 10, являющийся конденсатором теплового насоса, за счет конденсации низкокипящего рабочего агента, сжатого в компрессоре 19 обеспечивает нагрев воды до температуры, близкой температуре кипения, в зоне нагрева 11 (в зоне размещения нагревательного элемента 10 и над ним). Ненасыщенный воздух по трубе 15 посредством нагнетателя 16 через барботажное устройство 12 подается в зону нагрева 11, где в процессе барботажа насыщается влагой, и направляется в зону паровоздушной смеси 9 под крышкой 8 испарительной камеры 2. Далее паровоздушная смесь из зоны паровоздушной смеси 9 по трубе для паровоздушной смеси 17 поступает в конденсатор-сепаратор 13, являющийся испарителем теплового насоса, где в процессе теплообмена с рабочим агентом осушается: конденсат (обессоленная вода) по змеевику 14 поступает в приемную емкость пресной воды 3, а ненасыщенный воздух направляется по трубе 15 к нагнетателю воздуха 16. При этом в результате теплообмена в конденсаторе-сепараторе 13 низкокипящий рабочий агент испаряется, а по трубопроводу рабочего агента 18 отправляется в компрессор 19, где сжимается, а поступив в нагревательный элемент 10 конденсируется. Сконденсировавшийся низкокипящий рабочий агент из нагревательного элемента 10 направляется в дроссельное устройство 20, где расширяется и вновь поступает в конденсатор-сепаратор 13. Вода с повышенным солесодержанием (рассол) из зоны нагрева 11 над барботажным устройством 12 за счет большей плотности опускается ко дну 7 испарительной камеры 2. Удаление рассола осуществляется через кран слива рассола 21. При снижении уровня воды в испарительной камере 2 по сигналу датчика уровня 6 открывает клапан 5 и исходная опресняемая вода из емкости исходной воды 1 по переливной трубе 4 поступает в нижнюю часть испарительной камеры 2. Поскольку исходная опресняемая вода имеет меньшую плотность, чем рассол, то она естественным образом будет поступать в зону нагрева 11, дополнительно нагреваясь за счет восприятия тепловой энергии от конденсатора-сепаратора 13 и змеевика 14 пресной воды.
Гигроскопическая теплонасосная опреснительная установка является компактной, простой, надежной и энергоэффективной и имеет широкий спектр применения.