ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМАЯ СОЛНЕЧНАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2025 года по МПК C02F1/14 F24S10/95 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к энергетике, в частности к производству пресной воды путем термической дистилляции технической, морской, минерализованной, далее - солёной воды при помощи солнечной энергии. Данная система может использоваться в районах с дефицитом пресной воды и повышенным уровнем солнечного излучения, особенно в отдаленных районах с минимальным энергетическим обеспечением.

Уровень техники

Известно устройство аналогичного значения «Desalination apparat ususing sun light»[JP 2001047033 A, опубл. 20.02.2001], которое содержит теплособирающую часть, состоящую из замкнутой системы, которая принимает солнечный свет, в то время как теплоноситель циркулирует с изменением состояния, и теплоноситель теплособирающей части испаряет сырую воду для получения водяного пара и конденсирует водяной пар для получения пресной воды. Устройство для опреснения воды, использующее солнечный свет, отличающееся тем, что предусмотрена подставка, способная поворачиваться горизонтально, и, по меньшей мере, узел сбора тепла установлен на подставке.

Недостатком данного решения является то, что естественная циркуляция жидкости в теплособирающем конуре, возникающая вследствие разницы плотностей холодного и нагретого теплоносителя, имеет чрезвычайно низкую скорость, соответственно, обеспечивает низкие коэффициенты теплопередачи к солёной воде и требует больших поверхностей теплообмена как в зоне солнечного нагрева, так и в зоне охлаждения (в части, расположенной в бассейне с солёной водой). Как следствие - малое количество производимой чистой воды на единицу поверхности.

Известно также устройство «Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия» [Патент RU 2761832 C1, опубл. 13.12.2021], которое содержит в верхней части корпуса солнечного дистиллятора с светопрозрачным покрытием и заполненным солёной водой испаритель диффузионно-абсорбционной холодильной системы, состоящей из генератора пара хладагента, соединенного с ее конденсатором, размещенным в воде дистиллятора, и нагревателя паров хладагента, подключенным через контроллер заряда АКБ к фотоэлектрическим модулям, причем к испарителю в его нижней части подсоединен сборник конденсата с емкостью пресной воды, а светопрозрачное покрытие дистиллятора и фотоэлектрические модули ориентированы на направление солнца.

Недостатком этого решения является то, что для повышения скоростей испарения солёной воды в бассейне и конденсации пара применяется диффузионно-абсорбционная холодильная система, требующая использования дополнительной электрогенерирующей фотоэлектрической установки с аккумуляторами. И хотя данная установка может считаться энергонезависимой, т.к. весь процесс основан на использовании энергии солнца, но является чрезвычайно сложной и дорогостоящей. Нуждается в постоянном обслуживании и очистке фотоэлектрической части от пыли, влаги и других внешних загрязнений. Также дорогостоящие аккумуляторные батареи имеют ограниченный ресурс использования и требуют периодической замены на новые.

Наиболее близким аналогом предлагаемого решения, который выбран в качестве прототипа, является «Desalination apparatus and method of operating the same» [Патент EP 0922676 A1, опубл. 16.06.1999], состоящий из солнечного теплового коллектора для нагрева теплоносителя солнечной энергией, теплообменника, взаимодействующим с испарительным баком, чтобы подвергнуть теплоноситель и сырую воду в испарительном баке теплообмену. Конденсатор взаимодействует с резервуаром для сырой воды, чтобы получить пар из испарительного бака, тем самым подвергая пар и сырую воду в резервуаре для сырой воды теплообмену и получать дистиллированную воду. Резервуар для дистиллированной воды для хранения дистиллированной воды, средство для опорожнения испарительного бака и сброса давления внутри, чтобы способствовать образованию пара в испарительном баке, и средство для подачи сырой воды в испарительный бак.

Недостатком данного решения является то, что, как и в первом аналоге, естественная циркуляция жидкости в теплособирающем конур имеет чрезвычайно низкую скорость. Из-за этого обеспечивается малое количество производимой чистой воды на единицу поверхности. Использование сырой (солёной) воды для интенсификации конденсации пара требует организации её непрерывной циркуляции в значительном объеме, что требует использования электрической энергии для привода насосов для подпитки бака сырой воды, что не позволяет считать установку полностью энергонезависимой.

Задачей предлагаемого изобретения является создание технически простого, экономичного, энергонезависимого способа получения пресной воды из солёной воды.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно предлагаемому изобретению энергонезависимая солнечная опреснительная установка содержит солнечный опреснитель, корпус которого выполнен в виде усеченного параллелепипеда, а верхняя наклонная часть солнечного опреснителя имеет светопрозрачное покрытие, жидкостный теплообменник, выполненный в виде закрытого контура, состоящий из парогенерирующей и пароконденсирующей частей, заполненный жидкостью. При этом пароконденсирующая часть жидкостного теплообменника жидкости расположена в нижней части бассейна с соленой водой, парогенерирующая часть жидкостного теплообменника жидкости расположена в корпусе солнечного коллектора, бассейн с солёной водой, расположенный в нижней части корпуса солнечного опреснителя, солнечный коллектор, корпус которого выполнен в виде параллелепипеда, отличающаяся тем, что задняя стенка солнечного опреснителя выполнена в виде полого металлического параллелепипеда, под внутренней поверхностью задней стенки солнечного опреснителя, выполненной из высокотеплопроводного металла, расположен собирающий конденсат канал с патрубком для отвода опресненной воды, наружная поверхность задней стенки имеет оребрение, а на расстоянии 50-60 мм от задней стенки солнечного опреснителя размещена ограждающая поверхность, создающая тяговый эффект для дополнительного охлаждения задней стенки опреснителя. Наружная стенка параллелепипеда выполнена непрозрачной, а в нижней и верхней части полой задней стенки выполнены отверстия для прохождения воздуха, на внутренней поверхности нижней части бассейна с солёной водой размещено светопоглощающее покрытие, закрытый контур жидкостного теплообменника заполнен низкокипящей жидкостью, частично выполнен из высокотеплопроводной металлической трубки.

Закрытый контур жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости выполнен, например, из медной, латунной, алюминиевой или мельхиоровой трубки и заполнен низкокипящей жидкостью в объеме 20-25% от объема контура жидкостного теплообменника. Пароконденсирующая часть жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости является однотрубной, а парогенерирующая часть жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости является многотрубной, в качестве низкокипящей жидкости в жидкостном теплообменнике используют, например, ацетон, этанол или воду под разряжением. На дне бассейна с соленой водой под пароконденсирующей частью теплообменника низкокипящей жидкости над светопоглощающим покрытием расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы, а под светопоглощающим покрытием расположен теплоизолирующий материал. В солнечном коллекторе под парогенерирующей частью теплообменника низкокипящей жидкости, расположены слой светопоглощающего материала, под слоем светопоглощающего материала расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы, а под твердотельными теплоаккумулирующими элементами расположен слой теплоизолирующего материала. Светопоглощающий материал представляет собой термостойкую неорганическую ткань черного цвета.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности установки путем увеличения температуры солёной воды в бассейне солнечного опреснителя и, как следствие, повышение объема выработки пресной воды. Это достигается благодаря закрытому контуру жидкостного теплообменника, в котором циркулирует низкокипящий теплоноситель, повышая температуру воды и ускоряя процесс испарения.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1 - принципиальная схема работы энергонезависимой солнечной опреснительной установки, которая содержит бассейн с солёной водой 1, светопрозрачное покрытие солнечного опреснителя 2, пленку водяного конденсата 3, металлическую оребренную теплопроводную заднюю стенку 4, водосборный канал 5, твердотельные теплоаккумулирующие элементы 6, термостойкую неорганическую ткань 7, пароконденсирующую часть теплообменника низкокипящей жидкости 8, теплоизолирующий материал 9, парогенерирующую часть теплообменника низкокипящей жидкости 10, светопрозрачное покрытие солнечного коллектора 11.

Осуществление изобретения

При использовании установки солёная вода помещается в бассейн солнечного опреснителя, солнечная энергия попадает вовнутрь опреснителя, который ориентирован по направлению на солнце через светопрозрачное покрытие. Испаряющиеся пары воды поднимаются в верхнюю часть корпуса дистиллятора и попадают на металлическую оребренную теплопроводную заднюю стенку, которая охлаждается воздухом окружающей среды вследствие его интенсивной естественной конвекции в канале прямоугольного сечения (тяговый канал), конденсируются, и конденсат стекает по пленке водяного конденсата на задней стенке солнечного опреснителя в водосборный канал и далее в емкость сбора пресной воды (на фиг. не указана). Для повышения скорости испарения осуществляется дополнительный нагрев солёной воды в бассейне опреснителя жидкостным теплообменником, выполненным в виде закрытого контура. Закрытый контур жидкостного теплообменника заполнен на 20-25% объема низкокипящей жидкостью (например, ацетоном, этанолом или водой под разряжением) и состоит из пароконденсирующей и парогенерирующей частей теплообменника низкокипящей жидкости, каждая из которых представляет собой одно или многотрубные трубчатые теплообменники соответственно. Парогенерирующая часть жидкостного теплообменника жидкости расположена в корпусе солнечного коллектора. Даже при незначительном, менее , нагреве теплообменника в парогенерирующей части теплообменника низкокипящей жидкости начинается его парообразование с поглощением большого количества тепла. Пары поднимаются в пароконденсирующую часть теплообменика и конденсируются в нем, отдавая солёной воде в бассейне солнечного опреснителя большое количество теплоты. Далее конденсат стекает в парогенерирующий теплообменник. Контур низкокипящего теплоносителя замкнутый и не нуждается в подпитке весь период работы установки. Для аккумуляции тепловой энергии солнца в период облачности в бассейне с солёной водой и в парогенерирующей части теплообменника солнечного коллектора размещены твердотельные теплоаккумулирующие элементы. Для повышения степени ассимиляции солнечной энергии в бассейне с солёной водой и в парогенерирующей части теплообменника солнечного коллектора размещена термостойкая неорганическая ткань черного цвета. Для снижения тепловых потерь в окружающую среду от нагретых элементов применен теплоизолирующий материал.

Изобретение относится к энергетике, а именно к производству пресной воды путем термической дистилляции соленой воды при помощи солнечной энергии. Энергонезависимая солнечная опреснительная установка содержит солнечный опреснитель, корпус которого выполнен в виде усеченного параллелепипеда, а верхняя наклонная часть солнечного опреснителя имеет светопрозрачное покрытие и жидкостный теплообменник, выполненный в виде закрытого контура, состоящий из парогенерирующей и пароконденсирующей частей, частично заполненный низкокипящей жидкостью. Пароконденсирующая часть жидкостного теплообменника расположена в нижней части бассейна с соленой водой, а парогенерирующая часть жидкостного теплообменника жидкости расположена в корпусе солнечного коллектора. Установка также содержит бассейн с солёной водой, расположенный в нижней части корпуса солнечного опреснителя, и солнечный коллектор. Под внутренней поверхностью задней стенки солнечного опреснителя, выполненной из высокотеплопроводного металла, расположен собирающий конденсат канал с патрубком для отвода опресненной воды, а наружная поверхность задней стенки имеет оребрение. На расстоянии 50-60 мм от задней стенки солнечного опреснителя размещена ограждающая поверхность, создающая тяговый эффект для дополнительного охлаждения задней стенки опреснителя. На внутренней поверхности нижней части бассейна с солёной водой размещены слой теплоизолирующего материала, над которым расположен слой светопоглощающего материала, над которым расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы. В солнечном коллекторе под парогенерирующей частью теплообменника низкокипящей жидкости расположен слой светопоглощающего материала, под ним расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы, под которыми расположен слой теплоизолирующего материала. Закрытый контур жидкостного теплообменника частично заполнен низкокипящей жидкостью и выполнен из высокотеплопроводной металлической трубки. Изобретение обеспечивает повышение производительности установки путем увеличения температуры солёной воды в бассейне солнечного опреснителя и, как следствие, повышение объема выработки пресной воды. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергонезависимая солнечная опреснительная установка, содержащая солнечный опреснитель, корпус которого выполнен в виде усеченного параллелепипеда, а верхняя наклонная часть солнечного опреснителя имеет светопрозрачное покрытие, жидкостный теплообменник, выполненный в виде закрытого контура, состоящий из парогенерирующей и пароконденсирующей частей, частично заполненный низкокипящей жидкостью, при этом пароконденсирующая часть жидкостного теплообменника расположена в нижней части бассейна с соленой водой, парогенерирующая часть жидкостного теплообменника жидкости расположена в корпусе солнечного коллектора, бассейн с солёной водой, расположенный в нижней части корпуса солнечного опреснителя, солнечный коллектор, корпус которого выполнен в виде параллелепипеда, отличающаяся тем, что под внутренней поверхностью задней стенки солнечного опреснителя, выполненной из высокотеплопроводного металла, расположен собирающий конденсат канал с патрубком для отвода опресненной воды, наружная поверхность задней стенки имеет оребрение, а на расстоянии 50-60 мм от задней стенки солнечного опреснителя размещена ограждающая поверхность, создающая тяговый эффект для дополнительного охлаждения задней стенки опреснителя, на внутренней поверхности нижней части бассейна с солёной водой размещен слой теплоизолирующего материала, над слоем теплоизолирующего материала расположен слой светопоглощающего материала, над которым расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы, в солнечном коллекторе под парогенерирующей частью теплообменника низкокипящей жидкости расположены слой светопоглощающего материала, под слоем светопоглощающего материала расположены твердотельные теплоаккумулирующие элементы, а под твердотельными теплоаккумулирующими элементами расположен слой теплоизолирующего материала, при этом закрытый контур жидкостного теплообменника частично заполнен низкокипящей жидкостью и выполнен из высокотеплопроводной металлической трубки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что закрытый контур жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости выполнен, например, из медной, латунной, алюминиевой или мельхиоровой трубки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пароконденсирующая часть жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости выполнена однотрубной, а парогенерирующая часть жидкостного теплообменника низкокипящей жидкости выполнена многотрубной.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что закрытый контур жидкостного теплообменника заполнен низкокипящей жидкостью в объеме 20-25% от объема контура жидкостного теплообменника.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, в качестве низкокипящей жидкости в жидкостном теплообменнике используют, например, ацетон, этанол или воду под разряжением.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что слой светопоглощающего материала выполнен из термостойкой неорганической ткани черного цвета.