Адиабатная гелиоопреснительная установка Советский патент 1990 года по МПК C02F1/14 C02F103/08 

Изобретение относится к опресне- ,нию морской воды, гелиотехнике и ветроэнергетике.

Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения автономности и экологической чистоты при работе установки.

На фиг. 1 изображена принципкаль- ная схема проточного вертикального адиабатного опреснителя, например, трехступенчатого, с конденсатором и ветродвигателем; на фиг. 2 - подогреватель питательной морской воды, например, в виде спиралеобразных лотков с зачерненным дном и с плавающей прозрачной гидрофобной пленкой; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 (сечение порога перед выходом продувочной воды в отливной патрубок); на фиг. 4 - вариант развернутой подогревателя питательной морской воды для адиабатной гапиоопреснитель- ной установки при применении твердого прозрачного или зачерненного покрытия над водной поверхностью, т.е. зер- калом воды; на Лиг. 5 - ваоиант подогревателя питательной морской воды адиабатной гелиоопреснительной установки, скомпанованного из трубчатых или плоских панелей; на фиг. 6 - вариант использования в установке вихревого концентратора (ВИК) вместо ветродвигателя с горизонтальной осью вращения.

сл

4

00

о

00

3 15

Адиабатная гелиоопреснительная установка содержит приемную сетку 1 не- возвратно-запорного клапана 2, автоматический запорный, преимущественно сильфоиныйг клапан 3, ограничительную (дроссельную) шайбу 4, дренажный трубопровод 5, общую сливную магистраль -6 продувочной воды, гидравлический, затвор 7, импульсный трубопровод 8, ограничительную (дроссельную) шайбу 9, импульсный трубопровод 10, теплоизоляцию 11, двойные сифоны 12, расположенные в каждой ступени опреснителя, сливные емкости 13 (отделен- ные вертикальной переборкой от ступеней) , отверстия 14 в вертикальной переборке, ограничительную (дроссельную) шайбу 15, расходные трубопроводы 16, расположенные в каждой ступени, вертикальный адиабатный опреснитель 17 с вертикальными вакуумными ступенями, сепараторы 18апара, расположенные в каждой ступени, паропровод 19 от 3-й ступени опреснителя, гидравли- ческий/затвор 20, влагоотделитель 21, ветродвигатель 22 (например, типа Андро), трубу 23 (воздуховод), соединяющую конденсатор с ветродвигателем, солнечнозащитный козырек 24 (например, из гофрированного дюралюминия), тепловые трубы 25 конденсатора, гидравлический затвор 26, сборный бак 27 дистиллята, оборудованный двойным сифоном и воздушным гуськом, трубу 28 товарного дистиллята, сборный коллектор 29, ограничительную (дроссельную) шайбу 30, перепускную трубу 31 морской воды из 2-й в 3-тью ступень опреснителя, ограничитель- иую (дроссельную) шайбу 32, перепускную трубу 33 морской воды из 1-й во 2-рую ступень опреснителя, брызгальны устройства 34, расположенные враждой ступени, сливной патрубок 35 (кожух) избыточной (продувочной) морской воды, регенеративный теплообменник 36, скомпанованный, например, из тепловых труб, приемный патрубок 37 (кожух) исходной питательной морской воды, поворотную заслонку 38 регулятора температуры или солености сливаемой воды, импульсные трубы 39 (капилляры) регулятора, датчик регулятора по температуре воды, датчик 41 регулятора по солености воды, поперечный порог 42 лотков, внешнюю прозрачную оболочку 43 в виде полуцилиндра, закрепленную на прочном

5 0 з

0

5

каркасе, легкую прозрачную гидрофоб- liyio пленку 44, покрытие 45 из любого тонкого твердого теплопроводного материала или прозрачного (при зачер- ненном дне лотков), либо непрозрачного (матово-черного цвета), автоматический газоотводчик 46 (учитывается явление деаэрации воды при ее нагревании), клапан 47 газоотводчика, невозвратно-запорный клапан 48, приемную сетку 49,, приемный трубопровод 50 к панелям, плоские панели 51, внешнюю прозрачную оболочку 52, трубчатые панели 53, приемный трубопровод 54 к опреснителю, вихревой концентратор 55 башенного типа.

Конденсатор с ветродвигателем, например, типа Андро, с полыми крыльями и с отверстиями на концах, ветер начинает вращать ветроколесо. Центробежная сила, развивающаяся при этом, выбрасывает воздух, содержащийся в пустых крыльях, наружу и создает в них вакуум. В этот вакуум устремляется по трубе снизу вверх воздух или вихревым концентратором располагается на башне, или естественной прибрежной возвышенности.

Ветроэнергетические ресурсы существенно возрастают с увеличением высоты расположения ветродвигателя над уровнем моря. Используя прибрежные горы для установки ветродвигателя, получают возможность применять весьма значительную мощность ветрового потока.

Установка работает следующим образом.

При наличии необходимого проектного (спецификационного) ветрового и солнечного режима применительно к данному географическому району, т.е. на номинальном режиме, работают все ступени опреснителя (например 3) сле- дущим образом.

Достаточно нагретая солнцем в лотковом или в панельном подогревателе исходная питательная морская вода самотеком тоступает под влиянием вакуума через приемную сетку 1 и невозвратно-запорный клчпан 2, через брызгальное уст- ройство 34 в паровую полость 1-й ступени опреснителя и частично там испаряется (остальная вода сливается в водяную полость ступени).

Далее самотеком нагретая морская вода из 1-й ступени, по перепускной трубе 33 направляется через брызгаль-

ное устройство 34 в паровую полость 2-й ступени с более глубоким вакуумом и частично там испаряется (остальная вода сливается в водяную полость ступени).

Затем также самотеком нагретая морская вода из 2-й ступени, по перепускной трубе 31 направляется через брызгальное устройство 34 в 3-тью ступень с самым глубоким вакуумом и частично там испаряется (остальная вода сливается в водяную полость ступени) .

Образующаяся в ступенях опреснителя паровоздушная смесь отсасывается через сепараторы 18, а затем по паропроводу 19, а также по трубам с ограничительными шайбами 32 и 30 - в сборПри номинальном режиме, т.е. при работе всех ступеней, продувочная морская вода отливается только из верхней ступени опреснителя. В данн случае вода отливается из 3-й ступе ни по трубопроводу 16 (с ограничительной шайбой 15) в верхнюю сливную емкость 13. При этом расходные трубопроводы с ограничительными шайбами 9 и 4 от 2-й и 3-й ступеней не работают, так как они

ный коллектор 29. Из последнего паро- м закрыты (перекрыты) автоматическими

воздушная смесь поступает в конденсатор с воздушным охлаждением, скомпа- нованный, например, из тепловых труб 25. Затем воздух удаляется по трубе 23, например, в полые крылья ветродвигателя 22, а конденсат собирается в сборнике конденсатора, из которого дистиллят направляется по трубе с гидравлическим затвором 26 в сборный бак 27 дистиллята и далее к потребителям по трубе 28 товарного дистилля- .та.

Конденсирующаяся частично влага на стенках сборного коллектора 29 собирается во влагоотделителе 21 и через гидравлический затвор 20 отводится в сборный бак 27 дистиллята. Таких влагоотделителей на достаточно протяженной трассе сборного коллектора может быть несколько.

Для более эффективной работы конденсатора наружные верхние концы тепловых труб 25 обращены на. север (в северном полушарии земли) и находятся в тени под легким козырьком 24 (напри25

30

35

40

45

запорными клапанами 3.

Импульс на закрытие автоматически запорных клапанов 3 оказывает гидростатическое давление в трубопроводах 10 и 8.От этих импульсных труб осуществляется непрерывный дренаж воды по трубопроводу 5 с ограничительной шайбой и гидравлическим затвором.

Дренажный трубопровод 5 предусмот рен для того случая, когда снижается (падает) ветровой режим (скорость ветра) и, таким образом, падают ваку ум и верхний уровень воды в опреснителе. В этом случае осушается трубопровод 10, открывается автоматически запорный клапан 3 и работают всего лишь две ступени (1 и 2).

Если энергия (сила) ветра падает еще ниже, то осушается импульсный трубопровод 8, открывается автоматический запорный клапан 3 и тогда раб тает всего лишь одна ступень - 1-вая

Из каждой сливной емкости 13, опо рожняющихся порциями, продувочная морская вода поступает п сливную магистраль 6 через гидравлические затворы 7. Последние предусмотрены для предотвращения срыва вакуума в корпу ,се опреснителя.

45

50

мер , из гофрированного дюралюминия).

Как известно, проточные адиабатные опреснители имеют высокий коэффициент продувки. В них дистиллируется свего лишь 10% исходной морской воды, остальная ее часть удаляется (выбрасывается) из опреснителя. Поэтому для каждой ступени опреснителя предусмотрены свои собственные сливные емкости 13, оборудованные двойными сифонами 12, которые периодически 55 сбрасывают избыточную продувочную воду.

Г i

Каждая ступень опреснителя и смежная с ней сливная емкость в своей

5

верхней паровой полости сообщаются между собой при помощи отверстия 14, выравнивающего давление между ними. Кроме того, в нижней водяной полости они соединены между собой расходными трубопроводами 16 с ограничительными шайбами 4, 9, 15.

При номинальном режиме, т.е. при работе всех ступеней, продувочная морская вода отливается только из верхней ступени опреснителя. В данном случае вода отливается из 3-й ступени по трубопроводу 16 (с ограничительной шайбой 15) в верхнюю сливную емкость 13. При этом расходные трубопроводы с ограничительными шайбами 9 и 4 от 2-й и 3-й ступеней не работают, так как они

закрыты (перекрыты) автоматическими

5

0

5

0

5

0

5

запорными клапанами 3.

Импульс на закрытие автоматических запорных клапанов 3 оказывает гидростатическое давление в трубопроводах 10 и 8.От этих импульсных труб осуществляется непрерывный дренаж воды по трубопроводу 5 с ограничительной шайбой и гидравлическим затвором.

Дренажный трубопровод 5 предусмотрен для того случая, когда снижается (падает) ветровой режим (скорость ветра) и, таким образом, падают вакуум и верхний уровень воды в опреснителе. В этом случае осушается трубопровод 10, открывается автоматический запорный клапан 3 и работают всего лишь две ступени (1 и 2).

Если энергия (сила) ветра падает еще ниже, то осушается импульсный трубопровод 8, открывается автоматический запорный клапан 3 и тогда работает всего лишь одна ступень - 1-вая.

Из каждой сливной емкости 13, опорожняющихся порциями, продувочная морская вода поступает п сливную магистраль 6 через гидравлические затворы 7. Последние предусмотрены для предотвращения срыва вакуума в корпу- ,се опреснителя.

Невозвратно-запорный клапан 2 предотвращает опорожнение корпуса опреснителя во время непредвиденного бездействия установки.

Показанный на фиг. 2 в двух проекциях (в плане и общем виде) вариант установки с подогревателем питатель- .ной морской воды, например, в виде спиралеобразных лотков с зачерненным дном и с плавающей прозрачной гидро10

20

71578082

фобной пленкой действует следующим образом.

Утром, после восхода солнца, его лучи вначале проходят внешнюю прозрачную оболочку 43, создавая тем самым парниковый эффект, затем проникает через плавающую прозрачную гидрофобную пленку 44 и постепенно нагревают воду, протекающую в лотках с зачерненным дном. Исходная морская вода поступает из прибрежной акватории моря через сетку в приемный патрубок 37 и далее в длинные плоские, например, спирале- $ образные лотки, и попадает в вертикальный адиабатный опреснитель 17. Из верхней ступени опреснителя (например, из 3-й) избыточная морская вода поступает в верхнюю сливную емкость 13, из которой стекает по сливной трубе в желоб лотка и затем в отливной патрубок 35.

Приемный 37 и сливной 35 патрубки имеют между собой общую смежную стен- 25 ку, в которую вмонтирован регенера-. тивный теплообменник 36, скомпанован- ный, например, из тепловых труб, со- общающих тепло отливной воды к исходной питательной морской воде, поступа-зо ющей на лотки.

При повышении температуры или солености отливной продувочной воды свыше допустимых значений, например, при температуре более 80ПС под воздействием температурного датчика 40, посредством импульсных труб 39 приводится в действие поворотная заслонка 38 регулятора сливной воды и, таким образом, часть воды устремляется в открытое море, минуя регенеративный теплообменник 36, вмонтированный в сливной патрубок 35.

Аналогичным образом срабатывает поворотная заслонка 38 регулятора- при повышении солености отливной воды по импульсу, сообщаемому по трубе 39 от датчика 41 соленомера.

Поворотная заслонка 38, регулятор температуры и солености представляют собой поворотное устройство, действующее по принципу обыкновенной оконной форточки. При этом угол открытия заслонки (форточки)-обратно пропорционален величине температуры или солености отливаемой воды.

Порог 42 (фиг. 3) служит для предотвращения смыва относительно быстротекущей отливной (избыточной) морс35

40

45

50

55

л пр и ко пл пр ил вы д

о м н по с 4 п по

ды ти ( р чи

0

0

8082

$

5 зо

35

40

45

50

55

8

кой водой плавающей прозрачной гидрофобной пленки. Аналогичные пороги 42 для той же цели предусмотрены на входе воды в опреснитель 17 и выходе воды из сливных емкостей 13 (фиг. 2). После этих порогов, а в одном случае до порога, лотки с водой покрыты твердым прозрачным материалом (например, стеклом) во избежание запотевания внешней прозрачной оболочки 43.

Изображенный на фиг. А вариант лоткового подогревателя питательной морской воды установки при применении покрытия из твердого материала над водной поверхностью (зеркалом) лотков, действует аналогично процессу нагревания воды в лотках (фиг. 2).

Показанный на фиг. 5 в двух проекциях (в плане и общем виде) вариант подогревателя исходной питательной морской воды установки, скомпанован- ный из плоских или трубчатых панелей, действует следующим образом.

Для более эффективного использования потока солнечной радиации, панели устанавливаются под некоторым углом к горизонту и ориентируются строго на юг (в северном полушарии), в частности, оптимальный угол наклона панели (коллектора) к горизонту может на 10-15 превышать широту местности, как это имеет место для систем солнечного отопления.

Утром, после восхода солнца, его лучи вначале проходят через внешнюю прозрачную оболочку в виде оранжереи и, тем самым, создают под ней парниковый эффект. Затем солнце нагревает плоские, например, непрозрачные теплопроводные матово-черные плоские 51 или трубчатые 53 панели. В случае выполнения панелей прозрачными, они должны иметь черный экран снизу.

Под влиянием вакуума в корпусе опреснителя 17, исходная питательная морская вода подсасывается (из приемного всасывающего патрубка установки) по приемному трубопроводу 50 через сетку 49, невозвратно-запорный клапан 48 и панели 51 и 53. Из последних по приемному трубопроводу 54 вода поступает в опреснитель 17.

Сами панели и приемные трубопроводы уложены с некоторым уклоном против хода питательной морской воды (например 1:100). В приемной магистрали питательной морской вот,ы обеспечивается минимальное гидравлическое

сопротивление за счет применения малы скоростей прокачиваемой воды. В связи с этим, для удаления возможных газовы пузирей в магистрали, в некоторых ее застойных точках предусмотрены газоотводчики 46. Последние удаляют образующуюся в панелях паровоздушную смесь по самостоятельной трубке в атмосферу, за пределы оранжереи (во из- бежание ее отпотевания).

ВПК (фиг. 6) предназначены для создания высоких аэродинамических характеристик при разработке усовершенствованных ветроэнергетических уста- новок. ВИК состоят из трех основных элементов: башни, регулируемых вертикальных лопаток (вставлены в прорези башни) и опорно-направляющей конструкции. В выходное суженное сече- ние конфузора (сопла) последней устанавливается ветроколесо ветроэнергетической установки.

Основной принцип раборы ВИК заключается в генерировании вихрей (торна- до) высокой плотности при взаимодействии с ветровым потоком малой плотности кинематической энергии, воздействуя при этом различными аэродинамическими поверхностями.

Регулируемые вертикальные лопатки действуют автоматически в зависимости от силы и направления ветра. При этом они открываются на определенный угол с наветренной стороны и закрываются с подветренной. При указанном направлении ветра (слева направо), он пост тупает через открытые вертикальные лопатки и закручивается в спираль (торнадо) высокого потенциала. Одно- временно через выходное суженное сечение конфузора подсасывается воздух низкого потенциала. Взаимодействие двух потоков разного потенциала происходит по осевой линии башни. В ре- зульгате этого вихревая система обес- ,печивает необходимое разряжение над выходным сечением конфузора и, таким образом, вызывает увеличение скорости

проходящего через него потока. Благодаря этому по воздуховоду 23 воздух эжектируется (подсасывается) из конденсатора с трубами 25, обеспечивая в нем необходимый вакуум.

Формула изобретения

1.Адиабатная гелиоопреснительная установка, содержащая подогреватель исходной питательной морской воды с приемным и сливным патрубкамиj опреснитель, выполненный в виде вертикальных вакуумных ступеней с приводом вакуумного насоса, конденсатор, соединительные трубопроводы и арматуру, отличающаяся тем, что,

с целью повышения эффективности путем обеспечения автономности и экологической чистоты при работе установки, опреснитель снабжен двойными сильфонамн, расположенными в каждой вакуумной ступени, конденсатор установлен над опреснителем, а привод вакуумного насоса выполнен в виде ветродвигателя.

2.Установка по п. отличающаяся тем, что подогреватель выполнен в виде спиралеобразных лотков, над поверхностью которых размещено тонкое теплопроводное покрытие например, в виде гидрофобной пленки, при этом над всей площадью лотков размещена внешняя прозрачная оболочка „

3.Установка по п. отличающаяся тем, что подогреватель выполнен в виде сборных трубчатых или плоских теплопроводных панелей, над всей площадью которых размещена прозрачная оболочка.

4.Установка по п. 1, от л и - чающаяся тем, что подогреватель снабжен теплообменником с регулятором температуры и солености воды размещенным в приемном и сливном патрубках.

w ж s%r /я/ ж, ж ,

Фиг.1 5 4 J

22

/////

37 36363В 35

42

13 П

i

J7 3B3636 4J5 Фиг.2

33404/ б

45

I 1 45 ЦЗигА

36 37

Изобретение относится к теплоэнергетике, касается опреснения морской воды при помощи солнца и ветра и позволяет повысить эффективность путем обеспечения автономности и экологической чистоты при работе установки. Исходная питательная морская вода, нагретая солнцем, самотеком поступает (подсасывается) в опреснитель за счет образованного в нем вакуума. В качестве подогревателя питательной морской воды используются либо панели (плоские или трубчатые), либо спиралеобразные лотки. Для предотвращения парообразования в последних над поверхностью "зеркала" воды плавает прозрачная гидрофобная пленка. При этом вся площадь над панелями или лотками сверху покрыта внешней прозрачной оболочкой, создающей под ней парниковый эффект. В установке предусмотрена утилизация тепла избыточной (продувочной) воды для подогрева исходной питательной морской воды, поступающей вновь на лотки или в панели. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

17

54 «6

55

Фиг.В