ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК C02F1/14 

Изобретение относится к опреснению морской воды, гелиотехнике, ветроэнергетике и вентиляции.

Гигроскопический метод опреснения заключается в конденсации паров влаги, извлекаемой непосредственно из воздуха или искусственно увлажняемого воздуха.

Известен опреснитель, использующий солнечную энергию, электроэнергию для принудительной циркуляции воздуха вентилятором, а также приводы насосов форсуночного (орошающего насадку) и дистиллятного.

Однако эти весьма перспективные опреснители пока практического применения не нашли. Это связано с их значительной энергоемкостью. При увеличении единичной производительности опреснителя существенно возросла бы затрата традиционных источников электроэнергии на приводы вентилятора, а также форсуночного (орошения насадки) и дистиллятного насосов. Например, при площади нагрева оранжереи (камеры) около 0,4 га потребуется затратить до 500 кВт электроэнергии.

Цель изобретения создание экологически чистой автономной, гигроскопической гелиоопреснительной установки, работающей на возобновляемых источниках энергии (солнечной и ветровой) с достаточно большой единичной производительностью (мощностью); увеличение удельной производительности данной гигроскопической гелиоопреснительной установки по сравнению с известными и весьма широко распространенными в мире гелиоопреснителями парникового типа, а также обеспечение промышленного использования солнечной энергии.

На фиг. 1 изображена установка с верхним (надземным) расположением вытяжного воздухопровода в пределах оранжереи, общий вид; на фиг.2 узел I на фиг. 1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 спиралеобразные лотки (при снятой крыше оранжереи), вид в плане; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.4; на фиг. 6 основание опорной фермы для воздушной турбины и трубокомпрессора, вид в плане; на фиг.7 узел II на фиг.5; на фиг.8 сечение В-В на фиг.4; на фиг.9 то же, вариант расположения осевого насоса побудителя циркуляции воды и его пневмопривода, связанных между собой валопроводом, опирающимся на подшипник (вместо эжектора); на фиг.10 вариант использования дефлектора в данной установке, различные типы которых широко применяются в промышленной вентиляции; на фиг.11 показан общий вид и сечение дефлектора типа Звезда-Шанар.

Вытяжной воздухопровод в пределах оранжереи может быть выполнен в двух вариантах: в верхнем (надземном) расположении (см. фиг.1), а также в нижнем (подземном) исполнении.

В качестве пневмофорсунок могут быть использованы различные конструкции распыливающих или других промышленных пневмофорсунок (в качестве иллюстрации применены пневмофорсунки эжекционного типа).

Учитывая высокую влажность и значительную температуру рабочего воздуха (до 100^оС), воздушная турбина и турбокомпрессор выполняются в тропическом исполнении из антикоррозионных материалов (например, нержавеющая сталь, фторопласт, керамика и др.).

Установка включает следующие элементы (см. фиг.1 и 2): окна для входа наружного сухого воздуха 1 (оборудованные жалюзями); прозрачную оранжерею 2 в виде полуцилиндра (с солнцепоглощающим покрытием, например, селективным), закрепленную на прочном каркасе; воздушную турбину 3; турбокомпрессор 4; сепаратор пара 5; опорную ферму 6 для крепления воздушной турбины и турбокомпрессора; верхнее расположение воздуховода 7 в пределах оранжереи; вытяжной воздухопровод 8; влагоотделитель 9; теплоизоляцию 10; защитную сетку 11; воздухопровод, удаляющий сухой охлажденный воздух 12; солнцезащитный козырек 13 (например, из гофрированного дюралюминия); тепловые трубы конденсатора 14 (обращены на север в северном полушарии); гидравлические затворы 15, 16; сборный бак дистиллята 17 (оборудован воздушным гуськом); трубу товарного дистиллята 18; опорную ферму воздухопровода 19.

Вытяжной воздухопровод 8 (включая поз.7) покрыт теплоизоляцией 10 на всем своем протяжении для предотвращения его отпотевания. Поскольку максимальная температура теплоносителя не превышает 100оС, то теплоизоляция может состоять всего лишь из двух слоев асботкани 2х3,5 мм, например, типа АТ-4.

Установка также содержит отливной патрубок (кожух) избыточной морской воды 20 (снабженный сеткой); регенеративный (утилизационный) теплообменник 21, скомпонованный, например, из тепловых труб; приемный патрубок (кожух) исходной питательной морской воды 22 (снабженный сеткой); поворотную заслонку универсального регулятора температуры или солености отливаемой воды 23; импульсные трубы 24 (капилляры); датчик 25 регулятора по температуре воды; датчик 26 регулятора по солености воды; эжектор-побудитель циркуляции воды 27; трубопровод сжатого воздуха 28; приемный воздухопровод 29 (оборудован защитной сеткой); плоские спиралеобразные лотки 30, пневмофорсунки 31 (например, эжекционного типа); ограничительные шайбы 32; насадку из теплопроводного матово-черного кускообразного материала 33.

Прозрачная оранжерея 2 покрыта селективным покрытием для уменьшения радиационных потерь. Разработанные в свое время селективные покрытия, например, в виде двуокиси олова или окиси индия применялись вначале как электропроводящие (полупроводниковые) слои. За последние годы были произведены успешные попытки увеличения КПД до 30% гигроскопических опреснителей парникового типа путем уменьшения тепловых потерь, вызванных длинноволновым излучением нагретой воды в лотках. Селективное покрытие несколько хуже пропускает солнечную радиацию, однако этот слой почти полностью отражает длинноволновое излучение.

Работа установки обеспечивается искусственным ветром в трубе-воздухопроводе 8. Благодаря естественной самотяге с помощью разогретого в оранжерее воздуха вращается воздушная турбина 3 с навешенным на нее турбокомпрессором 4.

Утром после восхода солнца его лучи вначале проходят прозрачную оболочку 2, создавая в ней парниковый эффект, и одновременно разогревая находящийся там воздух. В результате этого возникает естественная самотяга в вытяжном воздухопроводе 8. Поток разогретого воздуха в воздухопроводе начинает вращать воздушную турбину 3 и соответственно навешенный на нее турбокомпрессор 4. Последний принимает сухой воздух по воздухопроводу 29 и подает его по трубопроводу сжатого воздуха 28 через ограничительные шайбы 32 в пневмофорсунки 31, а также на эжектор-побудитель циркуляции воды в лотках 27.

Вместо эжектора 27 (см. фиг. 4) для этой же цели может быть применен осевой насос 35 с пневмоприводом 36 (см. фиг.9).

Частично сконденсировавшаяся влага в вытяжном воздухопроводе 8 улавливается влагоотделителем 9 и далее через гидравлический затвор 16 отводится в сборный бак дистиллята 17.

Одновременно новые порции сухого наружного воздуха поступают в оранжерею 2 через окна 1 (оборудованные жалюзийными решетками). При движении воздуха в прозрачной оранжерее через ряды фонтанирующих форсунок, а также вдоль слоя горячей и влажной насадки он нагревается и увлажняется.

Горячий влажный воздух по воздухопроводу 8 через сепаратор пара 5 поступает в конденсатор (с тепловыми трубами 14), расположенный на башне или естественной возвышенности. Благодаря этому улучшается конденсация паров воды из рабочего влажного воздуха при более низкой температуре окружающего наружного воздуха на некоторой высоте, а также появляется возможность слива самотеком товарного дистиллята к потребителям. Кроме того, за счет увеличения температурного напора несколько сокращается поверхность охлаждения конденсатора.

Исходная питательная морская вода поступает из прибрежной акватории моря через сетку в приемный патрубок 22 и далее под воздействием эжектора 27 циркулирует (протекает) по длинным плоским спиралеобразным лоткам и затем направляется в отливной патрубок 20.

Приемный 22 и отливной 20 патрубки имеют общую смежную стенку, в которую вмонтирован регенеративный теплообменник 21, скомпанованный, например, из тепловых труб, сообщающихся теплом отливной воды к исходной питательной морской воде, поступающей на лотки.

При повышении температуры или солености отливной морской воды свыше допустимых значений, например при температуре более 80^оС, под воздействием температурного датчика 25 посредством импульсных труб 24 приводится в действие поворотная заслонка 23 регулятора отливной воды и таким образом часть воды устремляется в открытое море, минуя регенеративный теплообменник 21, смонтированный в отливной патрубок 20.

Аналогично срабатывает поворотная заслонка 23 регулятора при повышении солености отливной воды по импульсу, сообщаемому по трубе 24 от датчика 26 соленомера.

Поворотная заслонка 23, регулятор температуры и солености представляют собой поворотное устройство, действующее по принципу обыкновенной оконной форточки. При этом угол открытия заслонки ("форточки") прямо пропорционален величине температуры или солености отливаемой воды.

Достаточно нагретую исходную морскую питательную воду температурой до 80^оС (во избежание накипеобразования), циркулирующую в спиралеобразных лотках 30, захватывают пневмофорсунки 31 и поднимают (выбрасывают) ее в виде фонтанов, разбрызгивая таким образом воду в оранжерее 2.

Разогретая за день оранжерея должна создавать воздушную тягу и ночью, а инфракрасное излучение, проходящее через облака, не дает остановиться воздушной турбине 3 и в пасмурный день.

Дефлекторы 37 (см. фиг.10) представляют собой насадок, устанавливаемый на вентиляционных шахтах и воздухопроводах промышленных зданий, служат для усиления тяги в этих системах. В частности, обладают хорошими аэродинамическими показателями и простотой конструкции дефлекторы следующих типов: ЦАГИ, Цилиндрический и Звезда-Шанар или Шанар-Этуаль.

В данной установке дефлектор используется в качестве простейшего (элементарного) вытяжного ветродвигателя, создающего разряжение в шахте (воздухопровода), аналогично ветродвигателю типа Андро.

Действие дефлектора основано на использовании скорости ветра. Последний создает перед дефлектором повышенное давление, а за дефлектором разрежение. Таким образом, в вентиляционной шахте или в вытяжном воздухопроводе создается разрежение, что одновременно увеличивает естественную самотягу разогретого в оpанжеpее воздуха. Следовательно, действие самотяги и разрежение в дефлекторе происходят в одном направлении (складываются).

Изобретение касается опреснения морской воды, гелиотехники и ветроэнергетики. Опреснитель снабжен турбокомпрессором, системой пневмофорсунок, размещенных в лотках, конденсатор смонтирован над опреснителем, а вентилятор выполнен в виде солнечно-ветровой установки. Подогреватель выполнен в виде спералеобразных лотков и снабжен теплообменником с регулятором температуры и солености воды. 1 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая подогреватель исходной питательной морской воды, выполненный в виде спиральных лотков, над которыми размещена прозрачная оболочка с солнцепоглощающим покрытием, конденсатор, расположенный над опреснителем, вентилятор, выполненный в виде солнечно-ветровой установки с установкой дефлектора на верхнем срезе вытяжного воздухопровода, отличающаяся тем, что опреснитель снабжен турбокомпрессором, системой пневмофорсунок, погруженных в лотки, насадкой, выполненной в виде матово-черного кускообразного теплопроводного материала, размещенной в лотках. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подогреватель снабжен насосом-побудителем циркуляции в лотках.