ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ МЕТОДОМ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК C02F1/22 

Изобретение относится к устройствам для очистки воды методом перекристаллизации, в частности к устройствам для получения талой питьевой воды, и может быть использовано в системах очистки технической, загрязненной, засоленной и морской воды.

Известно теплообменное устройство для очистки воды методом перекристаллизации (патент № ЕА025716, МПК(2006.01) C02F 1/22, C02F 9/02, C02F 103/04, дата публикации 30.01.2017), состоящее из корпуса, выполненного в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, вытеснителя аналогичной формы, коаксиально расположенного в корпусе с образованием кольцевой полости, нагревательных и охлаждающих элементов и патрубка для слива воды. Корпус содержит днище и запирающуюся крышку. Вытеснитель закреплен на крышке. Патрубок для слива воды закреплен на днище. Нагревательные и охлаждающие элементы закреплены на наружной поверхности корпуса и изолированы слоем теплоизоляции. Теплообменное устройство работает попеременно в режиме замораживания загрязненной воды и в режиме оттаивания льда. Режим замораживания осуществляют после заполнения кольцевой полости загрязненной водой. За счет воздействия охлаждающих элементов температура загрязненной воды снижается до величины не ниже -(3-4) °C, что приводит к формированию кольцевого фронта кристаллизации воды, направленного в сторону вытеснителя. В процессе кристаллизации вода в кольцевой полости не перемешивается. Незамерзший остаток загрязненной воды сливают через патрубок, смонтированный на днище корпуса. После образования кольцевого слоя льда на внутренней поверхности корпуса охлаждающие элементы отключают и включают нагревательные элементы. Оттаивание льда осуществляют при температуре около 15 °C, что соответствует природным условиям. Слив чистой талой воды осуществляют через патрубок в накопительную емкость. Выполнение корпуса в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, повышает эффективность процессов теплопередачи и обеспечивает плотный контакт его внутренней поверхности с кольцевым слоем льда при оттаивании. Полный цикл очистки загрязненной воды в теплообменном устройстве составляет до 4,0 часов. Теплообменное устройство используют в системах очистки воды, содержащих автоматический блок управления, связанный с датчиками контроля параметров режимов замораживания и оттаивания.

Недостатками известного технического решения являются:

- низкая производительность, обусловленная большой продолжительностью режимов замораживания и оттаивания при заданных температурных параметрах;

- сравнительно невысокое качество очищенной воды в связи с осуществлением процесса замораживания загрязненной воды без ее перемешивания в кольцевой полости, что приводит к увеличению содержания органических и неорганических примесей в структуре льда, намораживаемого на внутреннюю поверхность корпуса, и, соответственно, в талой воде, полученной из этого льда.

Вышеуказанные недостатки известного технического решения существенно ограничивают область его применения.

Известно теплообменное устройство для очистки воды методом перекристаллизации (патент RU № 192027, МПК(2006.01) C02F 1/22, дата публикации 30.08.2019), состоящее из корпуса, выполненного в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, вытеснителя и перегородки, коаксиально расположенных в корпусе, нагревательного элемента, коллектора для подачи воздуха и патрубков для подачи и отвода воды, теплоносителя и хладагента. Корпус содержит наружную и внутреннюю стенки, образующие кольцевую полость между ними, днище и запирающуюся крышку. Вытеснитель и перегородка выполнены цилиндрической формы. Высота вытеснителя соответствует высоте внешнего корпуса. Перегородка расположена между внутренней стенкой корпуса и вытеснителем с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной кольцевых полостей, сообщающихся между собой по воде над перегородкой и под ней. Нагревательный элемент закреплен в верхней части вытеснителя и выполнен в виде электронагревателя. Коллектор для подачи воздуха смонтирован на днище корпуса в охлаждающей полости. Патрубки для воды смонтированы на крышке и днище корпуса с возможностью ее подачи и отвода из рециркуляционной полости. Патрубки для подачи и отвода теплоносителя и хладагента соединены с нагревательными и охлаждающими элементами, расположенными между упомянутыми стенками корпуса. Теплообменное устройство работает попеременно в режиме замораживания загрязненной воды и в режиме оттаивания льда. Режим замораживания осуществляют при температуре охлаждающих элементов от -3 °C до -35 °C после заполнения упомянутой кольцевой полости загрязненной водой. В охлаждающей полости температура загрязненной воды быстро снижается с одновременным формированием кольцевого фронта кристаллизации, направленного от внутренней стенки корпуса к перегородке. Использование перегородки позволяет ограничить фронт кристаллизации воды достаточно узким пространством, что уменьшает продолжительность режима замораживания. После формирования тонкого слоя льда на поверхности внутренней стенки корпуса в охлаждающую полость через коллекторы подают сжатый воздух, а также на непродолжительное время включают нагревательный элемент на вытеснителе, что повышает интенсивность вертикальной циркуляции загрязненной воды и способствует более быстрому ее охлаждению и росту чистого и прозрачного слоя льда. При этом обеспечивается снижение градиента примесей на границе лед-вода и уменьшается межкристаллическое загрязнение льда солями и взвесями. Продолжительность режима замораживания составляет 0,2-2,0 часа в зависимости от объема загрязненной воды. Незамерзший остаток загрязненной воды сливают через патрубок, после чего отключают охлаждающие элементы и включают нагревательные элементы, посредством которых осуществляют нагревание внутренней стенки корпуса до температуры не выше +10 °С, соответствующей природным условиям таяния льда. В процессе оттаивания кольцевого слоя льда талая вода скапливается в нижней части корпуса и посредством патрубка ее сливают в накопительную емкость. Продолжительность режима оттаивания составляет около 0,5 часа. Полный цикл очистки воды в теплообменном устройстве составляет 2,0-2,5 часа, что существенно меньше, чем в устройстве по патенту № ЕА025716. При этом за счет циркуляции воды в процессе ее замораживания и уменьшения толщины фронта кристаллизации достигается повышение качества очищенной воды.

Недостатком известного технического решения является сравнительно небольшая производительность при заданных температурных параметрах, обусловленная:

- неравномерной толщиной слоя льда по высоте внутренней стенки корпуса в связи с неодинаковой шириной охлаждающей полости, что приводит к увеличению продолжительности режимов замораживания и оттаивания;

- монолитностью слоя льда, образующегося в режиме замораживания на внутренней стенке корпуса, что приводит к увеличению продолжительности режима оттаивания.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача повышения производительности теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации за счет иного выполнения полостей для перекристаллизации и иного выполнения средств для интенсификации процессов замораживания воды и оттаивания льда.

Технический результат от реализации поставленной задачи заключается в существенном уменьшении продолжительности режимов замораживания воды и оттаивания льда. Указанный технический результат достигается при одновременном повышении качества очищенной воды.

Поставленная задача решается тем, что теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации, состоящее из корпуса, выполненного в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, вытеснителя и перегородки, коаксиально расположенных в корпусе, нагревательного элемента, коллектора для подачи воздуха и патрубков для подачи и отвода воды, теплоносителя и хладагента, при этом корпус содержит наружную и внутреннюю стенки, образующие кольцевую полость между ними, днище и запирающуюся крышку, а перегородка расположена между внутренней стенкой корпуса и вытеснителем с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной кольцевых полостей, сообщающихся между собой по воде над перегородкой и под ней, согласно заявляемому изобретению оно содержит планки, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса радиально к ее поверхности, и патрубки для воды, смонтированные на днище с возможностью ее подачи в охлаждающую полость и отвода из рециркуляционной полости, вытеснитель выполнен в форме конуса, ориентированного углом раствора вверх, перегородка выполнена в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, патрубки для подачи и отвода теплоносителя и хладагента выполнены с возможностью их подачи в кольцевую полость между наружной и внутренней стенками корпуса и отвода из упомянутой полости, а коллектор для подачи воздуха смонтирован с возможностью его подачи в нижнюю часть охлаждающей полости, при этом внутренняя полость вытеснителя заполнена незамерзающим теплоносителем, нагревательный элемент расположен во внутренней полости вытеснителя, а угол наклона стенки вытеснителя и перегородки соответствует углу наклона внутренней стенки корпуса относительно продольной оси.

При этом целесообразно, чтобы угол наклона упомянутых стенок корпуса относительно продольной оси корпуса составлял от 18° до 72°.

Целесообразно также, чтобы высота перегородки составляла от 0,8 до 0,9 высоты корпуса.

Целесообразно также, чтобы объем вытеснителя составлял от 10% до 70% внутреннего объема корпуса.

Целесообразно также, чтобы планки были жестко закреплены на внутренней стенке корпуса симметрично друг относительно друга, а их длина составляла от 0,8 до 0,9 длины упомянутой стенки корпуса.

Усовершенствованная конструкция теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации обеспечивает достижение заявляемого технического результата. В частности, использование в конструкции устройства планок, жестко закрепленных на внутренней стенке корпуса радиально к ее поверхности, позволяет существенно уменьшить продолжительность оттаивания кольцевого слоя льда за счет его сегментации по высоте и повышения эффективности теплопередачи от внутренней стенки корпуса. Оборудование устройства дополнительными патрубками для воды, смонтированными на днище корпуса с возможностью ее подачи в охлаждающую полость и отвода из рециркуляционной полости, позволяет в режиме замораживания организовать циркуляцию загрязненной воды вдоль перегородки с движением потока сверху-вниз в рециркуляционной полости и снизу-вверх в охлаждающей полости. Такая организация циркуляции обеспечивает образование разных температур в двух частях потока загрязненной воды при работе устройства: более высокой температуры потока в рециркуляционной полости и пониженной - в охлаждающей полости. Выполнение вытеснителя в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, и выполнение перегородки с аналогичной формой позволяет образовать кольцевые полости с постоянной шириной по высоте перегородки и за счет этого обеспечить равномерное формирование кольцевого фронта кристаллизации в режиме замораживания загрязненной воды и таяния наружной поверхности льда в режиме оттаивания, что сокращает продолжительность упомянутых режимов при заданных температурных параметрах. Использование вытеснителя, внутренняя полость которого заполнена незамерзающим теплоносителем, и расположение в этой полости нагревательного элемента обеспечивает равномерную передачу тепла от нагревательного элемента в рециркуляционную полость, что позволяет поддерживать в ней более высокую температуру воды по сравнению с охлаждающей полостью и за счет этого сместить в интервал положительных температур начало льдообразования тяжелой воды. В режиме оттаивания это позволяет сократить продолжительность таяния льда. Выполнение патрубков для теплоносителя и хладагента с возможностью их подачи и отвода из кольцевой полости между наружной и внутренней стенками корпуса позволяет повысить эффективность теплопередачи в режимах замораживания и оттаивания. Выполнение угла наклона стенки вытеснителя и перегородки соответствующими углу наклона упомянутых стенок корпуса относительно его продольной оси направлено на создание кольцевых полостей с постоянной шириной по обеим сторонам от перегородки. Сочетание упомянутых общих и отличительных существенных признаков изобретения позволяет существенно повысить производительность устройства за счет интенсификации процессов замораживания воды и оттаивания льда и обеспечить высокое качество очищенной воды за один цикл работы системы очистки.

Схематическое изображение конструкции устройства представлено на фигурах чертежей, где на фиг. 1 показано поперечное сечение устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема системы очистки воды с использованием теплообменного устройства.

Устройство состоит (фиг. 1) из корпуса 1, вытеснителя 2, перегородки 3, планок 4, нагревательного элемента 5, коллектора 6 для подачи воздуха, крышки 7, датчика 8 уровня воды, патрубков 9 для подачи воды и 10 для ее слива в режиме замораживания, патрубка 11 для подачи загрязненной воды в режиме замораживания и слива воды в режиме оттаивания и патрубков 12 и 13 для подачи и отвода теплоносителя и хладагента.

Корпус 1 выполнен в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, и содержит наружную 14 и внутреннюю 15 стенки, образующие закрытую кольцевую полость 16 для циркуляции теплоносителя и хладагента, и днище 17. На внутренней 15 стенке радиально к ее поверхности жестко закреплены две или более планки 4, расположенные симметрично друг относительно друга. Толщина планок 4 составляет 0,5-2 мм при ширине не менее 10 мм. Планки 4 обеспечивают сегментацию внутренней 15 стенки на две или более одинаковых частей. Угол наклона упомянутых стенок 14 и 15 корпуса 1, количество планок 4 и их размеры выбирают экспериментальным путем с учетом размеров корпуса 1, характеристик очищаемой воды и толщины намораживаемого слоя льда.

Вытеснитель 2 выполнен в форме конуса, ориентированного углом раствора вверх, и посредством основания 18 закреплен на крышке 7. Внутренняя полость вытеснителя 2 заполнена незамерзающим теплоносителем, в качестве которого используют, например, разбавленный спирт. Вытеснитель 2 позволяет регулировать количество загрязненной воды, подаваемой в корпус 1, и, соответственно, продолжительность режимов замораживания и оттаивания, а также энергозатраты на их осуществление при работе устройства. Объем вытеснителя 2 выбирают с учетом характеристик очищаемой воды и назначения системы очистки. В рассматриваемом примере объем вытеснителя 2 составляет около 40% от внутреннего объема корпуса 1. Нагревательный элемент 5 находится во внутренней полости вытеснителя 2 и может быть выполнен в виде электронагревателя или трубчатого конденсатора хладагента.

Перегородка 3 выполнена в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, и закреплена между внутренней стенкой 15 корпуса 1 и вытеснителем 2 с образованием, соответственно, охлаждающей 19 и рециркуляционной 20 полостей, сообщающихся между собой по воде под перегородкой 3 и над ней. Высота перегородки 3 составляет 0,8-0,9 от высоты корпуса 1, что обеспечивает возможность свободной циркуляции воды в режиме замораживания. При этом перегородка 3 ограничивает фронт кристаллизации воды достаточно узким пространством охлаждающей полости 19, что дополнительно уменьшает продолжительность режима замораживания. А расположение нагревательного элемента 5 внутри вытеснителя 2 конусной формы позволяет поддерживать разную температуру воды в полостях 19 и 20, что способствует ее циркуляции в режиме замораживания.

Угол наклона стенки вытеснителя 2 и перегородки 3 соответствует углу наклона наружной 14 и внутренней 15 стенок корпуса 1 относительно его продольной оси. Выполнение упомянутых элементов устройства под одинаковым углом позволяет обеспечить постоянную ширину охлаждающей 19 и рециркуляционной 20 полостей по их высоте и за счет этого создать условия для равномерного формирования кольцевого фронта кристаллизации загрязненной воды в режиме замораживания и последующего равномерного оттаивания слоя льда, образовавшегося на внутренней 15 стенке корпуса 1. Кроме этого, заполнение вытеснителя 2 незамерзающим теплоносителем обеспечивает более равномерную передачу тепла от нагревательного элемента 5 по объему вытеснителя 2, что позволяет поддерживать в рециркуляционной полости 20 более высокую температуру воды по сравнению с охлаждающей полостью 19 и за счет этого сместить в интервал положительных температур начало льдообразования тяжелой воды, а также интенсифицировать процесс таяния льда в режиме оттаивания.

На днище 17 корпуса 1 смонтированы патрубок 9 для подачи загрязненной воды в охлаждающую 19 полость и патрубок 10 для ее отвода в процессе циркуляции в режиме замораживания, а также патрубок 11, предназначенный для подачи загрязненной воды в режиме замораживания и слива грязной и чистой воды в режиме оттаивания. Коллектор 6 выполнен с возможностью подачи воздуха через крышку 7 в нижнюю часть охлаждающей 19 полости. На крышке 7 также смонтирован датчик 8 уровня воды.

Патрубки 12 и 13 для подачи и отвода теплоносителя и хладагента смонтированы в верхней части корпуса 1 над кольцевой полостью 16. В зависимости от режима работы теплообменного устройства в упомянутой полости циркулирует либо кипящий хладагент - режим замораживания, либо конденсирующий хладагент - режим оттаивания.

Наружная 14 и внутренняя 15 стенки корпуса 1, вытеснитель 2 и перегородка 3 выполнены из теплопроводящего материала. При этом перегородка 3 и внутренняя 15 стенка являются эквипотенциальными поверхностями: перегородка 3 - со знаком «плюс» или «минус», а внутренняя 15 стенка - со знаком, соответственно, «минус» или «плюс», в зависимости от режима работы. Наружные поверхности корпуса 1 выполнены с теплоизоляционным покрытием 21.

Работа теплообменного устройства поясняется на примере его использования в системе очистки воды.

Система содержит, по меньшей мере (фиг. 2): блок управления 22, холодильную установку 23, воздушный компрессор 24, циркулярный насос 25, емкости 26 и 27, соответственно, для сброса концентрата загрязненной воды и для сбора очищенной воды, клапаны 28 и 29 для слива и подачи воды и клапан 30 для хладагента. Вышеуказанный состав системы очистки воды является условным и приведен исключительно для пояснения принципа работы теплообменного устройства в попеременных режимах замораживания и оттаивания. Блок управления 22 осуществляет автоматическое управление системой в режимах замораживания и оттаивания в соответствии с заданным алгоритмом.

В режиме замораживания начальная температура холодильной установки 23 соответствует интервалу от минус 18 °С до минус 40 °С. После охлаждения внутренней 15 стенки до температуры от 0 °С до плюс 7 °С внутрь корпуса 1 через клапан 29 и патрубок 9 подают загрязненную воду, предварительно очищенную от механических примесей. Затем блок управления 22 включает нагревательный элемент 5, который поддерживает температуру поверхностного слоя воды в интервале от плюс 3 °С до плюс 5 °С, и воздушный компрессор 24. После этого циркуляцию загрязненной воды вокруг перегородки 3 с движением потока снизу-вверх в охлаждающей 19 полости и сверху-вниз в рециркуляционной 20 полости осуществляют посредством воздушного компрессора 24 и циркулярного насоса 25 - через патрубки 9 и 10.

После снижения температуры загрязненной воды внутри корпуса 1 от плюс 2 °С до плюс 5 °С блок управления 22 меняет температурный режим холодильной установки 23, в результате чего температура внутренней 15 стенки снижается и поддерживается в интервале от минус 2 °С до минус 25 °С. При толщине слоя льда 2-4 мм температурный режим холодильной установки 23 переключается на интервал температур от минус 18 °С до минус 40 °С, который поддерживается до достижения толщины слоя льда 20-30 мм. В процессе циркуляции жидкий хладагент поступает в полость 16 через патрубок 12 и выводится через патрубок 13. После завершения формирования слоя льда заданной толщины блок управления 22 отключает холодильную установку 23 и воздушный компрессор 24, а также перекрывает клапан 30. При этом в нижней части корпуса 1 остается незамерзший остаток загрязненной воды в виде концентрата, содержащего большое количество примесей.

Приведенный алгоритм работы системы очистки воды в режиме замораживания позволяет сместить начало процесса льдообразования на внутренней стенке 15 корпуса 1 в интервал положительных температур загрязненной воды от 2 °С до 8 °С, при котором первоначально активно намораживается тяжелая вода. Продолжительность режима замораживания составляет от 10 до 60 мин.

Перед включением режима оттаивания по команде с блока управления 22 открывается клапан 28 и незамерзший жидкий концентрат загрязненной воды сливается в емкость 26 для последующей утилизации. Затем блок управления 22 переключает холодильную установку 23 на режим оттаивания и открывает клапан 30, через который по патрубку 12 в кольцевую полость 16 поступает теплоноситель и выводится из нее через патрубок 13. По мере нагревания внутренней 15 стенки корпуса 1 пристеночный слой льда толщиной 2-4 мм с повышенной концентрацией тяжелой воды начинает таять. Образовавшаяся при этом вода через клапан 28 сливается в емкость 26. После слива первой воды клапан 28 переключают в положение слива чистой талой воды, которая поступает в емкость 27. Одновременно включается нагревательный элемент 5, который посредством незамерзающего теплоносителя обеспечивает равномерную передачу тепла по объему вытеснителя 2. В результате дальнейшее нагревание слоя льда осуществляется с двух сторон: со стороны внутренней 15 стенки корпуса 1 и со стороны рециркуляционной 20 полости. Продолжительность режима оттаивания также сокращается за счет планок 4, которые сегментируют слой льда на внутренней 15 стенке и нагреваются вместе с ней. По мере таяния льда планки 4 способствуют его интенсивному разрушению и перемещению в нижнюю часть внутренней 15 стенки, где оттаивание протекает наиболее эффективно. Полный цикл очистки воды в теплообменном устройстве составляет от 20 до 120 мин., что существенно меньше, чем в известных технических решениях. При этом предварительное удаление первой талой воды, образовавшейся при таянии пристеночного слоя льда толщиной 2-4 мм, позволяет обеспечить необходимое качество чистой талой воды за один цикл перекристаллизации, что существенно повышает производительность устройства и снижает энергозатраты.

Для ускорения процесса таяния льда возможно также дополнительное применение электрообогрева внутренней 15 стенки корпуса 1 (не показано).

Повышение качества очистки воды достигается, в целом, за счет сочетания следующих факторов: протекания процесса кристаллизации загрязненной воды на стенке конической формы при одновременной интенсивной циркуляции, постоянной по высоте толщины фронта кристаллизации, поддержания в режиме замораживания разной температуры загрязненной воды в охлаждающей и рециркуляционной полостях, превентивного удаления талой воды, образовавшейся при таянии нижнего слоя льда с повышенным содержанием тяжелой воды и примесей.

Для получения очищенной воды с дополнительными физическими свойствами дополнительно может использоваться эффект электролиза, который образуется между эквипотенциальными поверхностями перегородки 3 и внутренней стенки 15 при подключении их к внешнему источнику постоянного тока. При этом перегородку 3 подключают к положительному контакту, а стенку 15 - к отрицательному, или наоборот - с учетом смены режимов перекристаллизации. Электролиз позволяет изменить водородный показатель воды (рН) и величину окислительно-восстановительного потенциала воды.

Заявляемая конструкция теплообменного устройства апробирована в системе с одним и двумя (работающими в противофазных режимах) теплообменными устройствами при очистке водопроводной, технической и засоленной воды. Результаты апробации подтвердили заявляемый технический результат. Сочетание в устройстве повышенной производительности и высокого качества очистки воды позволяет использовать его в системах подготовки и очистки воды с широким диапазоном загрязнений органическими и неорганическими веществами.

Заявленная группа изобретений относится к устройствам для очистки воды методом перекристаллизации, в частности к устройствам для получения талой питьевой воды, и может быть использована в системах очистки технической, загрязненной, засоленной и морской воды. Устройство содержит корпус с наружной и внутренней стенками, ориентированный углом раствора вверх, с днищем и запирающей крышкой. В корпусе расположены вытеснитель, перегородка, коллектор для подачи воздуха, смонтированный с возможностью подачи воздуха в нижнюю часть охлаждающей полости, набор патрубков для подачи и отвода воды. Вытеснитель выполнен в форме конуса, ориентированного углом раствора вверх, с возможностью регулировки количества загрязненной воды, подаваемой в корпус, продолжительности режимов замораживания воды и оттаивания льда. Перегородка выполнена в форме усеченного конуса и ориентирована углом раствора вверх. Перегородка расположена между внутренней стенкой корпуса и вытеснителем с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной кольцевых полостей, сообщающихся между собой по воде над перегородкой и под ней. Во внутренней полости вытеснителя расположен нагревательный элемент, выполненный с возможностью поддержания температуры поверхностного слоя воды в заранее заданном интервале. Патрубки подачи и отвода воды смонтированы на днище корпуса и выполнены с возможностью подачи воды в охлаждающую полость и отвода из рециркуляционной полости. В кольцевую полость между наружной и внутренней стенками корпуса посредством патрубков подается и отводится хладагент или теплоноситель. На внутренней стенке корпуса радиально к ее поверхности жестко закреплены планки. Технический результат: уменьшение продолжительности режимов замораживания воды и оттаивания льда при одновременном повышении качества очищенной воды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации, содержащее корпус с наружной и внутренней стенками, ориентированный углом раствора вверх, а также с днищем и запирающей крышкой, в котором расположены:

- вытеснитель, выполненный в форме конуса, ориентированного углом раствора вверх, с возможностью регулировки количества загрязненной воды, подаваемой в корпус, продолжительности режимов замораживания воды и оттаивания льда;

- перегородка, выполненная в форме усеченного конуса, ориентированная углом раствора вверх и расположенная между внутренней стенкой корпуса и вытеснителем с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной кольцевых полостей, сообщающихся между собой по воде над перегородкой и под ней;

- нагревательный элемент, расположенный во внутренней полости вытеснителя и выполненный с возможностью поддержания температуры поверхностного слоя воды в заранее заданном интервале;

- коллектор для подачи воздуха, смонтированный с возможностью подачи воздуха в нижнюю часть охлаждающей полости;

- набор патрубков для подачи и отвода воды, смонтированных на днище корпуса и выполненных с возможностью подачи воды в охлаждающую полость и отвода из рециркуляционной полости;

- хладагент, выполненный с возможностью подачи в кольцевую полость между наружной и внутренней стенками корпуса и отвода из упомянутой полости посредством патрубков;

- планки, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса радиально к ее поверхности.

2. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что угол наклона упомянутых стенок корпуса относительно продольной оси корпуса составляет от 18° до 72°.

3. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что кольцевая полость между наружной и внутренней стенками корпуса заполнена незамерзающей теплопроводящей жидкостью.

4. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что высота перегородки составляет от 0,8 до 0,9 высоты корпуса.

5. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что объем вытеснителя составляет от 10% до 70% внутреннего объема корпуса.

6. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что планки жестко закреплены на внутренней стенке корпуса симметрично друг относительно друга, а их длина составляет от 0,8 до 0,9 длины упомянутой стенки корпуса.

7. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что внутренняя полость вытеснителя заполнена незамерзающей теплопроводной жидкостью.

8. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что угол наклона вытеснителя и перегородки соответствует углу наклона внутренней стенки корпуса относительно продольной оси.

9. Теплообменное устройство по п. 1, характеризующееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде электронагревателя или трубчатого теплообменника хладагента.

10. Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации, содержащее корпус с наружной и внутренней стенками, ориентированный углом раствора вверх, а также с днищем и запирающей крышкой, в котором расположены:

- вытеснитель, выполненный в форме конуса, ориентированного углом раствора вверх, с возможностью регулировки количества загрязненной воды, подаваемой в корпус, продолжительности режимов замораживания воды и оттаивания льда;

- перегородка, выполненная в форме усеченного конуса, ориентированная углом раствора вверх, и расположенная между внутренней стенкой корпуса и вытеснителем с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной кольцевых полостей, сообщающихся между собой по воде над перегородкой и под ней;

- нагревательный элемент, расположенный во внутренней полости вытеснителя и выполненный с возможностью поддержания температуры поверхностного слоя воды в заранее заданном интервале;

- коллектор для подачи воздуха, смонтированный с возможностью подачи воздуха в нижнюю часть охлаждающей полости;

- набор патрубков для подачи и отвода воды, смонтированных на днище корпуса и выполненных с возможностью подачи воды в охлаждающую полость и отвода из рециркуляционной полости;

- теплоноситель, выполненный с возможностью подачи в кольцевую полость между наружной и внутренней стенками корпуса и отвода из упомянутой полости посредством патрубков;

- планки, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса радиально к ее поверхности.