ДИСТИЛЛЯТОР

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для дистилляции и опреснения жидкостей, в том числе водопроводной или морской воды, а также любой перегонки.
Основными элементами любого дистиллятора, действие которого связано с испарением и сбором конденсата являются испаритель, нагреватель, емкость сбора дистиллята с патрубком его отвода и холодильник с патрубками подвода и слива охлаждающей воды.
Из уровня техники известны решения дистилляторов, направленные на повышение производительности и сокращение энергетических затрат процесса дистилляции (опреснения) жидкости.
Так, в соответствии с RU 2038314, C 02 F 1/04 дистиллятор содержит испаритель с нагревателем, расположенную над испарителем емкость сбора дистиллята с патрубком его отвода и холодильник с трубками подвода и слива охлаждающей воды, при этом последняя связана при помощи устройства поддержания заданного уровня воды с испарителем. Данное устройство выполнено в виде крестовидной трубки, верхний и нижний концы которой соответственно соединены с холодильником и нижней частью испарителя, а горизонтальные концы соответственно связаны с емкостью испарителя на уровне поверхности воды и трубкой слива. В горизонтальных концах трубки установлены дроссельные шайбы, проходные сечения которых имеют соотношение приблизительно 1:2.
Описанная совокупность существенных признаков позволяет упростить конструкцию бытового дистиллятора, снизить себестоимость и повысить безопасность его работы.
SU 1801536, B 01 D 3/00 относится к решению дистиллятора, содержащего корпус с коаксиально с зазором установленным в нем цилиндром, нижнюю часть которого охватывает конденсатор, связанный трубопроводом с верхней частью корпуса. На выходе трубопровода в верхней части корпуса расположен вентилятор. Конденсатор связан с атмосферой продувным патрубком и снабжен сливной трубкой, проходящей через теплообменник. Пар, отведенный из верхней части корпуса вентилятором, адиабатически сжимается и подается через трубопровод в конденсатор. Выделенная
при конденсации энергия через стенки конденсатора передается нагреваемой жидкости. Таким образом, тепло конденсата используется для нагрева испаряемой жидкости, при этом снижаются энергозатраты процесса дистилляции.
Наиболее близким заявляемому решению является дистиллятор, раскрытый в RU 2090511, C 02 F 1/04, B 01 D 3/02. Согласно известному изобретению дистиллятор содержит испаритель и конденсатор, полости которых образованы соосно установленными цилиндрами, нагревательный элемент и нагнетатель. Нагреватель расположен в верхней части конденсатора. Поплавок ограничивает уровень воды в испарителе и соединен с клапаном заполнения. Устройство снабжено патрубком, предназначенным для слива конденсата, и краном, обеспечивающим или подвод воды в испаритель или выпуск воды из испарителя.
В стартовом режиме работы воду нагревают до закипания в верхней части испарителя, далее включают нагнетатель, снабженный крыльчаткой, расположенный в паровой зоне между испарителем и конденсатором. При работе устройства крыльчатка создает разность давления в испарителе и конденсаторе - давление в испарителе снижается ниже атмосферного, а в конденсаторе выше атмосферного. Разность давлений поддерживается с помощью разделительного кольца с регулируемым сопротивлением прохода, установленного в полости конденсатора на уровне закипания воды. Благодаря создаваемой разности давлений пар в конденсатор поступает перегретым, а при движении по спиральному каналу вокруг испарителя охлаждается и отдает теплоту воде, находящейся в нижней части испарителя. По окончании работы кран подачи воды закрывают, нагреватель отключают, а рассол с повышенным содержанием солей сливают.
Недостатки известного устройства обусловлены низкой производительностью, связанной с необходимостью периодических остановок дистиллятора для слива рассола, а также нестабильностью работы средства создания разности давлений в испарителе и конденсаторе, обусловленной невозможностью регулировки его работы и постоянным воздействием на него пара и горячей жидкости.
Заявляемая полезная модель направлена на устранение отмеченных недостатков, для чего в известную конструкцию, содержащую испаритель с нагревателем. конденсатор, патрубок подвода жидкости, патрубок отвода конденсата, патрубок слива рассола и нагнетатель, внесены следующие изменения:
1. нагреватель установлен в верхней части испарителя на границе максимального уровня кипящей жидкости
2. патрубок слива рассола размещен в устройстве таким образом, что один конец его закреплен в стенке испарителя на высоте, соответствующей границе максимального уровня кипящей жидкости, а другой конец указанного патрубка снабжен клапаном регулирования скорости слива рассола
3. патрубок слива рассола образует с патрубком подачи жидкости на дистилляцию теплообменник
4. нагнетатель установлен в верхней части конденсатора, примыкающей к испарителю
5. средство, обеспечивающее разность давлений пара в верхней части испарителя и конденсатора выполнено в виде регулируемого клапана и установлено вне зоны испарителя и зоны конденсатора.
Заявляемая полезная модель поясняется графическим материалом, на котором устройство представлено в схематичном виде. Позиции относятся к следующим элементам:
Испаритель 1 и конденсатор 2, нагреватель 3, установленный в верхней части испарителя 1, нагнетатель 4, установленный в верхней части конденсатора 2, регулируемый клапан 5, предназначенный для создания разности давлений в испарителе 1 и конденсаторе 2, патрубок слива рассола 6, образующий теплообменник с патрубком подачи воды на дистилляцию 7. Патрубок 6 снабжен регулируемым клапаном 8, а патрубок 7 - регулируемым клапаном 9. Нагнетатель 4 приводится в движение приводом 10, а слив конденсата осуществляется посредством патрубка 11. Верхняя часть конденсатора 2 соединена патрубком 12 с нижней частью, образующей теплообменник с испарителем 1. Bce элементы устройства размещены в корпусе 13, снабженном теплоизоляцией. Нагнетатель 4 может быть, как и в прототипе, оснащен крыльчаткой, но может быть и поршневым и любой другой подходящей конструкции.
Нагнетатель может быть выполнен объемным, в том числе поршневым, создающим разность давлений за счет движения поршня в цилиндре, куда поступает пар, или винтовым, создающим разность давлений за счет вращения винтового вала, перемещающего пар из испарителя в конденсатор, или шестеренным, в котором указанная разность давления создается движением шестерни, вращающейся на валу. Сведения, необходимые для реализации устройства с использованием указанных элементов являются общеизвестными для специалистов в данной области техники.
В варианте реализации заявляемого устройства регулируемый клапан, обеспечивающий разность давлений пара в верхней части испарителя и конденсатора, может быть выполнен с возможностью выполнения функции предохранительного клапана.
Работает заявляемое устройство следующим образом.
Стартовый режим состоит в следующем: включают нагнетатель 4, клапан 5 устанавливается в положение, обеспечивающее заданную разность давлений в верхней части испарителя 1 и примыкающей к этой части конденсатора 2. Нагнетатель 4 и клапан 5 обеспечивают пониженное давление в верхней части испарителя 1 и повышенное давление в указанной части конденсатора 2. Через регулируемый клапан 9 по патрубку 7, являющемуся частью теплообменника. образованного сливным патрубком 6 и патрубком 7, жидкость подают в испаритель 1 в количестве, обеспечивающем уровень воды выше нагревателя 3. Далее включают нагреватель 3 на стартовый режим работы (мощность выше, чем в стационарном режиме работы) до начала интенсивного кипения верхнего слоя воды.
В режиме кипения воды нагнетатель 4 принудительно перекачивает пар из испарителя 1 в верхнюю часть конденсатора 2, соединенную патрубком 12 с нижней частью конденсатора 2. Пониженное давление в испарителе 1 обеспечивает закипание воды при температуре ниже 100°С, а повышенное давление в части конденсатора 2, примыкающей к верхней части испарителя 1 обеспечивает подачу перегретого пара в патрубок 12 и далее в нижнюю часть конденсатора 2. Конденсат заполняет сливной патрубок 11. Для поддержания уровней воды в сообщающихся сосудах 11 и 1 дополнительный поток воды через регулируемый клапан 9 подается в испаритель 1.
Слив рассола из нижней части кипящего слоя воды через патрубок 6 и регулируемый клапан 8 начинают после начала кипения верхнего слоя воды. При движении в нижней части конденсатора 2, являющейся частью теплообменника испаритель/конденсатор смесь пара и горячего конденсата отдает свое тепло жидкости, поданной на дистилляцию в испаритель 1. В результате последующие порции подаваемой на дистилляцию жидкости поднимаются к нагревателю 3 уже нагретыми в указанном теплообменнике. Подходя к нагревателю 3, вся жидкость превращается в пар. Пар, проходя через нагреватель 3 дополнительно нагревается, что позволяет увеличить скорость теплопередачи от конденсатора к испарителю и повысить производительность дистиллятора, либо при сохранении постоянной
производительности уменьшить поверхность теплопередачи от конденсатора к испарителю.
В результате мощность нагревателя 3 снижают, и далее он работает в экономном режиме. Для достижения максимальной производительности дистиллятора перепад давлений регулируется клапаном 5. Оптимальная разность давлений в испарителе 1 и конденсаторе 2, а также оптимальные скорости слива конденсата и рассола достигаются при помощи системы клапанов 5, 8 и 9.
Требуемые режимы управления указанной системой клапанов в современных устройствах могут быть достигнуты с помощью специальных средств управления, оснащенных необходимым программным обеспечением.
В режиме опреснения рассол выходит из опреснителя с большей концентрацией солей, чем в морской воде. Регулировочными клапанами 8 и 9 настраивают оптимальную соленость рассола.
3
Конструкции теплообменников заявляемого устройства (патрубок подачи жидкости /патрубок слива рассола и испаритель/ конденсатор) зависят от требуемой производительности дистиллятора. Так, для производительности в десятки см/с (бытовые дистилляторы) габариты дистиллятора могут быть небольшими с упрощенной системой теплопередающих поверхностей и небольшим поршневым нагнетателем.
3
2
2
Для производительности, измеряемой в дм/с, габариты будут достигать нескольких метров в высоту площадью порядка м с тысячами трубок в теплообменниках. Мощные осевые или центробежные нагнетатели будут перекачивать м/с пара. Полезная модель обеспечивает повышение производительности и уменьшение потерь тепловой энергии дистиллятора в непрерывном (стационарном) режиме работы с любым соотношением поступающей жидкости и отводимого рассола за счет оптимального размещения нагревателя в испарителе, введения регулируемого клапана перепада давлений и установки указанного клапана вне зоны испарителя и конденсатора, оптимального размещения патрубка слива рассола, а также введения регулируемых клапанов на входе жидкости и сливе рассола.