Вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии
VACUUM DESALINATION AND ELECTRICAL POWER GENERATION UNIT

Изобретение относится к технологии опреснения воды и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой и электроснабжения населенных пунктов, жилищных, общественных и промышленных зданий.
Известна гелиоопреснительная установка, содержащая как минимум один вакуумный солнечный коллектор, как минимум один распылитель, многосекционный вакуумный испаритель с вертикальным расположением секций, соединенных между собой при помощи трубопроводов с естественной циркуляцией, испарительные теплообменники, выполненные в виде спиральных трубок, накопительную емкость и емкость для конденсации, отличающаяся тем, что в нижней секции вакуумного испарителя установлены индукционные нагреватели, а в верхней секции установлен вакуумный насос, между секциями испарителя установлены вентиляторы (RU 127063 U1, 20.04.2013).
Известен солнечный коллектор-опреснитель, содержащий в термоизолированном корпусе стеклянное ограждение, светопоглощающее покрытие из гигроскопичной темной ткани, размещенной на металлическом листе, гибкую трубу для подвода соленой или холодной воды, гибкую трубу для отвода горячей воды в теплоаккумулятор, при этом ткань армирована металлическими нитями, металлический лист выполнен перфорированным и снабжен упорами, поджимающими ткань к стеклянному ограждению для образования паровой зоны между листом и дном корпуса, гибкие трубы подвода и отвода воды подсоединены к теплоаккумулятору и в них, также и в самом теплоаккумуляторе размещена аналогичная ткань, армированная металлическими нитями, соединенная с тканью на перфорированном листе, дополнительно введены в теплоаккумулятор два теплообменника, один из них подключен к теплоснабжению потребителя, выход второго теплообменника подключен через вентили к дополнительному баку дистиллированной воды, причем паровая зона соединена через дополнительную термоизолированную гибкую пустотелую трубу со входом второго теплообменника (RU 115451 U1, 27.04.2012).
Известна солнечно-ветровая опреснительная установка, содержащая трубопроводы для подвода опресняемой воды, патрубок с краном для слива рассола, циркуляционный насос, теплоэлектронагреватель, дополнительно содержит круговой конусообразный солнечный коллектор, включающий трубчатый спиральный теплоприемник, конусообразную опору, прозрачную теплоизоляцию и прозрачную конусообразную крышку, внешний полусферический купол, фотоэлектрические модули, внутренний полусферический купол, конфузор-диффузор, ветроэлектрическую установку, внешний вращающийся ротор, внутренний неподвижный ротор, полость, расположенную между внешним полусферическим куполом и внутренним полусферическим куполом, круговой лоток, датчик температуры, датчик давления (разрежения), вакуумный насос, электроклапан, коллектор теплонагревателя, параболический круговой отражатель солнечной радиации, бак теплообменника, предназначенного для опресненной воды, окна для забора воздуха, круговой завихритель, цилиндрический испарительный бассейн, решетку коллектора теплонагревателя, сферическое дно, инвертор, электронный пульт управления, контроллер заряда-разряда, нижнюю кольцевую крышку, теплоизоляцию, круглый лоток для сбора рассола; теплоаккумулирующее средство выполнено в виде алюминиевой стружки, теплообменник предназначен для опресненной воды (RU 2567324 С1, 10.11.2015).
Наиболее близким аналогом является гелиоопреснительная установка, содержащая, как минимум, одну трубку вакуумного солнечного коллектора, опреснитель, устройство слежения за солнцем, три дискретных датчика наличия воды, датчик температуры и систему трубопроводов, при этом опреснитель выполнен многосекционным и содержит секции опреснения, конденсации и дистиллята, трубки вакуумного коллектора установлены в секции опреснения, дискретные датчики установлены в секции конденсации и в секции опреснения и через электромагнитные реле связаны с электромагнитными клапанами системы трубопроводов (RU 144634 U1, 27.08.2014).
Существенным недостатком известных устройств является сложность предлагаемых конструкций и как следствие их ненадежность в процессе работы.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание эффективной автономной опреснительной энергоустановки малой производительности.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в снижении энергопотребления на опреснение воды, за счет эффективности использования энергии Солнца и повышении универсальности опреснительных установок.
Для достижения указанного технического результата предложена вакуумная опреснительная установка для воды с генерацией электроэнергии, характеризующаяся тем, что содержит герметичную камеру с водяной ванной (1), внутри которой ниже уровня воды размещен испаритель (2), подключенный к солнечному коллектору (3) через насос (13), предназначенный для циркуляции теплоносителя; систему насосов, содержащую, по меньшей мере, три вакуумных насоса (5), соединенные системой трубопроводов с установленными на них трехходовыми клапанами (6), (7), (8); теплообменный аппарат (4) для конденсации паров дистиллята, соединенный посредством трехходового клапана (8) с трубопроводом подачи исходной воды и со сборником дистиллята (9), который через обратный клапан (15) соединен с одним из вакуумных насосов, который входит в систему вакуумных насосов (5), рекуперативный теплообменник (10) для передачи теплоты от удаляемого из установки рассола к подаваемой в установку исходной воды, преобразователь тока (11) и электроаккумулятор (12), соединенные с системой насосов (5), насос (14) для подачи исходной воды.
На фиг. 1 представлена схема устройства.
Вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии содержит:
1 - герметичная камера с водяной ванной;
2 - испаритель;
3 - солнечный коллектор;
4 - теплообменный аппарат для конденсации паров дистиллята проточной исходной жидкостью;
5 - вакуумный насос;
6, 7, 8 - трехходовые клапаны;
9 - сборник дистиллята;
10 - рекуперативный теплообменник для передачи теплоты от удаляемого из установки рассола к подаваемой в установку исходной воде;
11 - преобразователь тока;
12 - электроаккумулятор;
13, 14 - насос;
15 - обратный клапан.
Вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии работает следующим образом:
Герметичная камера 1 предварительно наполняется водой насосом 14. Система, состоящая из трех вакуумных насосов 5, откачивает из установки воздух, при этом трехходовые клапаны 6 и 7 находятся в таком положении, что всасывание насоса 5 сообщено со сборником дистиллята 9, а нагнетание с атмосферой. При достижении необходимого для работы разряжения трехходовые клапаны 6 и 7 переключаются таким образом, что соединяют вакуумный насос 5 с контуром паров дистиллята. При этом, в дальнейшем в процессе работы установки при повышении давления в устройстве, по причине накопления растворенного в подпиточной воде воздуха, один из насосов 5 посредством переключения клапанов 6 и 7 выполняет функцию вспомогательного вакуумного насоса.
Теплоноситель, предварительно нагретый в солнечном коллекторе 3, подается насосом 13 в испаритель 2, в результате чего вода в термокамере 1 нагревается и при достижении температуры насыщения, соответствующей уровню вакуума, начинает кипеть. Конденсация паров дистиллята в теплообменнике 4 за счет отвода тепла проточной исходной воде, подаваемой насосом 14, вызывает движение потока пара от герметичной камеры 1 к сборнику дистиллята 9 через вакуумный насос 5. Проходящий через насос 5 поток пара приводит во вращение роторы, момент движения которых позволяет вырабатывать электрический ток и посредством преобразователя 11 запасать энергию в электроаккумуляторе 12.
В герметичной камере 1 поддерживается постоянный уровень воды путем непрерывной подачи исходной воды с расходом, равным сумме расхода потоков дистиллята и рассола, отводимых в процессе работы установки. Заборная вода подается в термокамеру 1, проходя через рекуперативный теплообменник 10, в котором нагревается за счет теплообмена с отходящим из герметичной камеры 1 потоком рассола. Рассол удаляется из установки в количестве, необходимом для поддержания заданной степени концентрации или доли выпариваемого дистиллята.
Реализация заявленного изобретения позволяет снизить энергопотребление на опреснение воды за счет эффективности использования энергии Солнца и повысить универсальность использования опреснительных установок.