ОПРЕСНИТЕЛЬ ИЛИ ДИСТИЛЛЯТОР СТАРОВЕРОВА Российский патент 2016 года по МПК C02F1/04 

Изобретение относится к опреснителям и дистилляторам испарительного типа (далее «аппарат»).

Известны подобные аппараты, см. Интернет, Википедия. Их недостаток в большом расходе энергии на преодоление скрытой теплоты парообразования, которую не удается вернуть в процесс. Частично возвращается эта энергия в процесс только в ступенчатых аппаратах, но они сложнее и дороже обычных. Вернуть затраченную на испарение воды или другой жидкости энергию мешает то обстоятельство, что при попытке организовать теплообмен, даже противоточный, мы столкнемся с тем, что пар быстро нагреет поступающую воду (далее «соленую») до своей температуры и дальнейшее охлаждение пара прекратится, так как теплота испарения одного и того же количества воды намного больше ее теплоемкости в диапазоне температур 10-100°С, а температура конденсата не превышает температуру кипения при том же давлении.

Задача и технический результат изобретения - повышение кпд аппарата, то есть уменьшение расхода энергии на единицу чистой пресной воды (далее «конденсата»).

Для этого аппарат содержит две камеры - испарительную камеру и камеру конденсата, между которыми находится компрессор, направленный в сторону камеры конденсата.

В качестве компрессора оптимально использовать несколько ступеней от списанного осевого или центробежного компрессора реактивного двигателя самолета - они практически ничего не стоят, а на пониженных оборотах порядка 2700-2800 об/с они будут работать долгие годы. Следует позаботиться лишь о том, чтобы вода не попадала в масло, а масло - в воду.

В качестве двигателя компрессора можно использовать электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, а лучше всего - газотурбинный двигатель. Его отходящие газы имеет достаточно высокую температуру и могут использоваться на заключительном участке подогрева соленой воды. В качестве такого двигателя можно использовать газотурбинные двигатели вертолетов и танков, отработавшие свой ресурс. Причем крепление двигателя должно быть выполнено на поворотном кронштейне, на котором в рабочем положении закреплено два или более двигателя, в этом случае замена двигателя займет всего несколько минут. Для этого достаточно разъединить быстродействующую соединительную муфту, повернуть кронштейн до совпадения с осью компрессора оси другого двигателя и соединить быстродействующую муфту.

Так как в условиях гравитации вода собирается в нижней части емкостей, то испарительная камера располагается вверху и камера конденсата - внизу.

Так как давление в камере конденсата будет больше, чем давление в испарительной камере, то желательно, чтобы камера конденсата представляла собой трубу или несколько горизонтально расположенных труб.

Лучшим материалом для аппарата является медь, но возможно применение пищевой нержавеющей стали или титана.

Все поверхности, предназначенные для рекуперативной теплопередачи, имеют оребрение.

Процесс может вестись при атмосферном или при ином давлении.

Для стартового разогрева в испарительной камере должны иметься электрические или иные водонагреватели.

На чертеже показан данный аппарат. Он состоит из двух камер: испарительной камеры сверху 1 и камеры конденсата 2 внизу. Слева показан противоточный теплообменник 3, в котором горячий конденсат отдает тепло холодной поступающей соленой воде. Камеры имеют выраженную продольность, то есть в длину они намного больше, чем в ширину. И на стыке камер имеется компрессор 4, нагнетающий насыщенный пар в камеру конденсата 2. Компрессор вращается электрическим или газотурбинным двигателем 5. В последнем случае его отходящие газы направляются в теплообменник 6 в конце камеры 1 (на чертеже - справа).

Работает аппарат так: соленая вода сначала подогревается в теплообменнике 3 до температуры 90-95°С (если процесс ведется при атмосферном давлении) и подается в камеру 1. Протекая по ее дну слева направо (на чертеже), вода подогревается и испаряется теплом, возникающим при конденсации пара в камере 2. В начале работы вода нагревается и испаряется стартовыми водонагревателями.

На заключительном этапе испарения вода подогревается в теплообменнике 6 теплом отходящих газов газотурбинного двигателя 5.

Образующийся в камере 1 насыщенный пар с параметрами, допустим, 100°С и с атмосферным давлением адиабатически сжимается компрессором 4, допустим, до 2 атмосфер и под давлением подается в камеру 2. Так как в ней давление больше, то точка равновесия «газ-жидкость» сдвигается в сторону больших температур (а именно - 120°С), и пар начинает конденсироваться на потолке камеры 2, являющемся дном камеры 1. Выделяется скрытое тепло парообразования, нагревая камеру 1 до температуры испарения воды (примерно 105°С).

Для лучшей теплопередачи, кроме оребрения, может использоваться обрызгивание потолка камеры 2 горячим конденсатом.

Тепловой баланс аппарата понятен: тепло испарения компенсируется теплом конденсации, горячий конденсат почти полностью отдает тепло соленой воде, а теплопотери компенсируются мощностью двигателя 5, примерно 90% которой превращается в тепло в компрессоре, и теплоотдачей отходящих газов газотурбинного двигателя. Таким образом, аппарат работает без внешних источников тепла. И очень экономично.

Следует, однако, применить очень хорошую теплоизоляцию - особый мелкопористый пенопласт или даже вакуумную рубашку. Или и то, и другое.

Следует отметить, что площадь камеры 1 должна определенным образом соответствовать производительности компрессора.

Аппарат может работать в непрерывном режиме, как показано на чертеже, непрерывно сливая образующийся в правой части камеры 1 рассол. Рассол, кстати, на Черноморском побережье Крыма можно использовать для наполнения бассейнов, которые при этом по своим лечебным и развлекательным качествам будут аналогичны водам Мертвого моря, можно продавать его как прибавку к столовой поваренной соли для обогащения ее микроэлементами при приготовлении пищи и можно даже вывозить в пластиковых бутылях в другие районы страны. Или можно использовать в технических целях, добывая из него хлор и щелочь. Плюсом такой работы является то, что дно камеры 1 всегда чистое, теплопередача через него максимальна, а аппарат не нуждается в периодической остановке и чистке. Рассол для возврата тепла также можно пропускать через теплообменник.

Или аппарат может работать в циклическом режиме, периодически накапливая осадок солей на дне камеры 1 и периодически останавливая работу для очистки днища от слоя соли. Такой способ менее технологичен, но он имеет другие плюсы - получается твердая соль, которую легко перевозить и которую легко смешивать с поваренной солью. У такого способа есть еще один неожиданный плюс - при кристаллизации соли выделяется тепло в размере примерно 130 Дж/г, которое также участвует в работе.

Изобретение относится к опреснителям и дистилляторам испарительного типа. Аппарат содержит испарительную камеру и камеру конденсата, между которыми находится компрессор, направленный в сторону камеры конденсата. Испарительная камера располагается вверху, а камера конденсата - внизу. Камера конденсата представляет собой трубу или несколько горизонтально расположенных труб. В качестве двигателя для компрессора желательно использовать газотурбинный двигатель. Технический результат: повышение КПД аппарата, то есть уменьшение расхода энергии на единицу чистой пресной воды. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат для опреснения воды, содержащий испарительную камеру и камеру конденсата, отличающийся тем, что между ними находится компрессор, направленный в сторону камеры конденсата.

2. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что испарительная камера располагается вверху и камера конденсата - внизу.

3. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что камера конденсата представляет собой трубу или несколько горизонтально расположенных труб.

4. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что аппарат выполнен из меди.

5. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что все поверхности, предназначенные для рекуперативной теплопередачи, имеют оребрение.

6. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что крепление двигателя компрессора выполнено на поворотном кронштейне, на котором в рабочем положении закреплено два или более двигателя.

7. Аппарат для опреснения воды по п. 1, отличающийся тем, что для стартового разогрева в испарительной камере имеются электрические или иные водонагреватели.