Устройство опреснения солёной воды Российский патент 2023 года по МПК C02F1/04 B01D1/28 B01D3/42 

Изобретение относится к области опреснительной техники и может быть использовано для опреснения с применением низкопотенциальных источников тепла.

Из уровня техники известен аналог предлагаемого устройства (патент №2617489, «Устройство для опреснения воды», МПК C02F 1/04, опубл. 25.04.2017).

Недостатком устройства является пониженная эффективность из-за охлаждения испаряемой жидкости воздухом из атмосферы необходимым для работы сплинкеров.

Также известно устройство опреснения (патент № 2401802, «Опреснительная установка обратного осмоса», МПК C02F 1/00, опубл. 20.10.2010).

Недостатком установки можно отметить высокую стоимость устройства и необходимость в обслуживании по замене мембран.

Также известен ряд зарубежных патентов в области опреснения. Патенты US 10946302 B2 от 13.11.2002 и US 11002699 B2 от 27.07.2012 используют процесс выпаривания, однако без изменения давления, что делает процесс растянутым во времени и поэтому не вполне эффективным.

Наиболее близким по конструкции является устройство для опреснения (патент №2767322 C1, «Солнечная станция для дистилляции воды», МПК C02F 1/14, опубл. 17.03.2022), представляет собой солнечную станцию для дистилляции воды, содержащую емкость соленой воды, соединенную с рабочей камерой, теплообменник, соединенный с емкостью для сбора дистиллята.

Недостатками прототипа можно отметить следующее. Давление разряжения создается за счет водяного столба и вакуумного насоса, что значительно увеличивает габариты установки. Использование водяного столба так же приводит к неэффективному распределению тепла, так как его часть будет затрачиваться для прогрева толщи воды, не способствуя усилению парообразования.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении высокой производительности устройства опреснения воды, упрощении его конструкции и продлении срока эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство опреснения соленой воды содержит рабочий цилиндр с поршнем, емкость соленой воды, емкость сбора рассола и емкость сбора дистиллята, при этом емкость соленой воды содержит трубопровод подачи соленой воды с установленным в нем клапаном соленой воды, трубопровод-теплообменник сброса рассола с установленным в нем клапаном сброса рассола, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята с установленным в нем клапаном сброса дистиллята, при этом трубопроводы-теплообменники сброса установлены после соответствующих клапанов, при этом под рабочим цилиндром установлены нагревательные элементы, при этом трубопровод подачи соленой воды соединен одним концом с рабочим цилиндром, трубопровод-теплообменник для сброса дистиллята одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим - с емкостью для сбора дистиллята, трубопровод-теплообменник сброса рассола одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим - с емкостью сбора рассола, при этом в рабочем цилиндре установлены датчик давления и датчик уровня.

Обеспечение высокой производительности достигается за счет циклически повторяющейся операции испарения воды при пониженной температуре кипения, достигаемой при низком давлении и конденсации дистиллята при повышенной температуре и высоком давлении. Так, за счет движения вверх поршня в рабочем цилиндре при низком давлении обеспечивается испарение воды при пониженной температуре кипения, а при движении вниз поршня в рабочем цилиндре давление увеличивается и становится больше атмосферного, происходит конденсация паров в пресную воду.

Упрощение конструкции достигается путем исключения из работы устройства насосов и компрессоров, так как все этапы опреснения и конденсации производятся движением поршня.

Кроме этого, снижение числа подвижных компонентов в свою очередь способствует продлению срока эксплуатации.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства опреснения соленой воды.

Устройство опреснения соленой воды (см. чертеж) содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, производящим работу по снижению и увеличению давления в полости рабочего цилиндра 1. Под рабочим цилиндром 1 установлены нагревательные элементы 3. Также в рабочем цилиндре 1 установлены датчик давления 4 и датчик уровня 5. Также устройство опреснения соленой воды содержит емкость соленой воды 6, в которой размещен трубопровод подачи соленой воды 7 с клапаном соленой воды 8, трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 с клапаном сброса рассола 10, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 с клапаном сброса дистиллята 12. Трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 и трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 установлены после клапана сброса рассола 10 и клапана сброса дистиллята 12 соответственно. Трубопровод подачи соленой воды 7 соединен одним концом с рабочим цилиндром 1, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 одним концом соединен с рабочим цилиндром 1, а другим - с емкостью сбора дистиллята 13, трубопровод-теплообменник 9 одним концом соединен с рабочим цилиндром 5, а другим - с емкостью сбора рассола 14.

Устройство опреснения соленой воды работает следующим образом.

Емкость соленой воды 6 изначальной заполняется подогретой соленой водой. Поршень 2 в рабочем цилиндре 1 находится в крайнем нижнем положении. Далее поршень 2 начинает подъем с одновременным открытием клапана солёной воды 8. За счет создаваемого разрежения вода всасывается по трубопроводу подачи соленой воды 7 из емкости соленой воды 6, внутрь рабочего цилиндра 1.

По достижении расчетного уровня воды, ограничиваемого датчиком уровня 5, клапан соленой воды 8 закрывается. Подъем поршня 2 продолжается до создания определенного пониженного давления, при котором температура кипения соленой воды снижается ниже 100°C. Вода начинает кипеть и испаряться. Одновременно с началом подачи воды к рабочему цилиндру 1 подводится дополнительное тепло от нагревательных элементов 3, что ускоряет процесс закипания и испарения. После испарения большей части жидкости, подвод тепла прекращается, поршень 2 начинает быстрое движение вниз, при этом в рабочем цилиндре 1 давление, измеряемое датчиком давления 4, быстро растет и по достижении определенного уровня выше атмосферного открывается клапан сброса рассола 10. При этом рассол с высоким содержанием солей устремляется по трубопроводу-теплообменнику сброса рассола 9 в емкость сбора рассола 14. Как только датчик уровня 5 регистрирует отсутствие жидкости, клапан сброса рассола 9 закрывается. Движение поршня 2 вниз продолжается до создания избыточного давления, при котором происходит ускоренная конденсация паров с повышенной температурой в пресную воду. При регистрации датчиком уровня 5 определенного уровня пресной воды, открывается клапан сброса дистиллята 12 и под давлением конденсат вытесняется через трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11, отдающий тепло солёной воде, в ёмкость сбора дистиллята 13. Клапан сброса дистиллята 12 закрывается. После чего цикл повторяется.

Путём увеличения параллельного/последовательного соединения цилиндров можно увеличить скорость и степень очистки воды.

Изобретение относится к области опреснительной техники и может быть использовано для опреснения с применением низкопотенциальных источников тепла. Устройство опреснения соленой воды содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, производящим работу по снижению и увеличению давления в полости рабочего цилиндра 1. Под рабочим цилиндром 1 установлены нагревательные элементы 3. Также в рабочем цилиндре 1 установлены датчик давления 4 и датчик уровня 5. Также устройство опреснения соленой воды содержит емкость соленой воды 6, в которой размещен трубопровод подачи соленой воды 7 с клапаном соленой воды 8, трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 с клапаном сброса рассола 10, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 с клапаном сброса дистиллята 12. Трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 и трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 установлены после клапана сброса рассола 10 и клапана сброса дистиллята 12 соответственно. Трубопровод подачи соленой воды 7 соединен одним концом с рабочим цилиндром 1, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 одним концом соединен с рабочим цилиндром 1, а другим - с емкостью сбора дистиллята 13, трубопровод-теплообменник 9 одним концом соединен с рабочим цилиндром 1, а другим - с емкостью сбора рассола 14. Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении высокой производительности устройства опреснения воды, упрощении его конструкции и продлении срока эксплуатации. 1 ил.

Устройство опреснения соленой воды, содержащее рабочий цилиндр с поршнем, емкость соленой воды, емкость сбора рассола и емкость сбора дистиллята, при этом емкость соленой воды содержит трубопровод подачи соленой воды с установленным в нем клапаном соленой воды, трубопровод-теплообменник сброса рассола с установленным в нем клапаном сброса рассола, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята с установленным в нем клапаном сброса дистиллята, при этом трубопроводы-теплообменники сброса установлены после соответствующих клапанов, при этом под рабочим цилиндром установлены нагревательные элементы, при этом трубопровод подачи соленой воды соединен одним концом с рабочим цилиндром, трубопровод-теплообменник для сброса дистиллята одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим – с емкостью для сбора дистиллята, трубопровод-теплообменник сброса рассола одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим – с емкостью сбора рассола, при этом в рабочем цилиндре установлены датчик давления и датчик уровня.