Адиабатная гелиоопреснительная установка

Адиабатная гелиоопреснительная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 02 F 1 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4407222/23-26 (22) 08.04.88 (46) 15.07.90. Вюл. № 26 (72) Н.H.Àëèõîâ и Е.Я.Дыскин (53) 662,997:66.065.32 (088,8) (56) Патент Англии № 1175281, кл. С 02 F 1/14, 1967. (54) АДИАБАТНАЯ ГЕЛИООПРЕСНИТЕЛЬНАЯ

УСТАНОВКА (57) 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

Изобретение относится к опресне,нию морской воды, гелиотехнике и вет.роэнергетике. .Цель изобретения — повышение эффективности путем обеспечения автономности и экологической чистоты при ра-, боте установки.

На фиг. 1 изображена принципиаль,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 (сечеÄÄSUÄÄ 1578082 А1

2 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 "заркала" воды плавает прозрачная гидрофобная пленка. При этом вся площадь над панелями или лотками сверху покрыта внешней прозрачной оболочкой, создающей под ней парниковый эффект. В уставке 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. ние порога перед выходом продувочной воды в отливной патрубок); на фиг. 4 — вариант развернутой сх:.мы подогревателя питатепьной морской воды для адиабатной гелиоопреснительной установки при применении твердого прозрачного или зачерненного покрытия Р над водной поверхностью, т.е. "зеркалом" воды; на фиг. 5 — ваоиант подогревателя питательной морской воды с адиабатной гелиоопреснительной установки, скомпанованного из трубчатых или плоских панелей; на фиг. 6 — вариант использования в установке вихревого концентратора (ВИК) вместо ветродвигателя с горизонтальнои осью вращения.

15780

Адиабатная гелиоопреснительная ус-, тановка содержит приемную сетку 1 не- возвратно-запорного клапана 2, автоматический запорный, преимущественно сильфонный г клапан 3, ограничительную (цроссельную) шайбу 4, дренажный трубопровод 5, общую сливную магистраль 6 продувочной воды, гидравлический затвор 7, импульсный трубопровод 10

8, ограничительную (дроссельную) шай бу 9., импульсный трубопровод 10, теплоизоляцию 11, двойные сифоны 1 2, расположенные в кажцой ступени опреснителя, сливные емкости 13 (отделен- 15 ные вертикальной переборкой от ступеней), отверстия 14 в вертикальной переборке, ограничительную (дроссельную) шайбу 15, расходные трубопроводы

16, расположенные в каждой ступени, 20 вертикальный адиабатный опреснитель

17 с вертикальными вакуумными ступенями, сепараторы 18 пара, расположенные в каждой ступени, паропровод 19 от 3-й ступени опреснителя, гидравли- 25 ческий, затвор 20, влагоотделитель

21, ветродвигатель 22 (например, типа Андро), трубу 23 (воэдуховод), соединяющую конденсатор с ветродвигателем, солнечнозащитный козырек 24 30 (например, .Из гофрированного дюралю-. миния), тепловые трубы 25 конденсатора, гидравлический затвор 26, сборный бак 27 дистиллята, оборудованный дВОйным сиФОнОм и ВОэдушным гуськОмр 35 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- 40 ную (дроссельную) шайбу 32, перепускиую трубу 33 морской воды иэ 1-й во

2-рую ступень опреснителя, брызгальные устройства 34, расположенные в каждой ступени, сливной патрубок 35 45 (кожух) избыточной (продувочной) морской воды, регенеративный теплообменник 36, скомпанованный, например, иэ 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 40 регулятора по температуре воды, датчик

41 регулятора по солености воды, поперечный порог 42 лотков, внешнюю

;прозрачную оболочку 43 в виде полуцилиндра, закрепленную на прочном

82 4 каркасе, легкую прозрачную гидрофобную пленку 44, покрытие 45 иэ любо-, го 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 крыпьями и с отверстиями на концах, ветер начинает вращать ветроколесо. Центробежная сила, развивающаяся при этом, 4 выбрасывает воздух, содержащийся в пустых крыпьях, наружу и создает

Ф в них вакуум. В этот вакуум устрем-. ляется 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) следущим образом.

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

Далее самотеком нагретая морская вода иэ 1-й ступени, по перепускной трубе 33.направляется через брызгальверхней паровой полости сообщаются между собой при помощи отверстия 14, выравнивающего давление между ниии.

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 воцл отливается только из верхней ступени опреснителя. В данном случае вода отливается иэ 3-й ступени по трубопроводу 16 (с ограничительной шайбой 15) в верхнюю слив" ную емкость 13. При этом расходные трубопроводы с ограничительными шайбами 9 и 4 от 2-и и 3-й ступеней не работают, так как они закрыты (перекрыты) автоматическими запорными кллпанамн 3.

Импульс на закрытие автоматических эапорных 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 (плцлет) ветровой режим (скорость ветра) и, таким образом, плдлют вакуу» и верхний уровень воды в опреснителе. В этом случае осушается трубопровод 10, открывается автоматический эапорный клапан 3 и работают всего лишь две ступени (1 и 2).

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

Из каждой сливной емкости 13, опорожняющихся порциями, продувочная морская вода поступает в 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 гидро5 15780 ное устройство 34 в паровую полость

2-й ступени с более глубоким вакуумом и частично там испаряется (остальная вода сливается в водяную полость

1 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 парапроводу 19, а также по трубам с ограничительными шайбами 32 и 30 — в сборный коллектор 29. Из последнего паровоздушная смесь поступает в конденсатор с воздушным охлаждением, скомпа- нованный, например, из тепловых труб

25.. Затем воздух удаляется по трубе

23, HBIIpHMep двигателя 22, а конденсат собирается в сборнике конденсатора, иэ которого дистиллят направляется по трубе с гидравлическим затвором 26 н сборный бак 27 дистиллята и далее к потребителям по трубе 28 товарного дистилля30 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 кон- 40 денсатора наружные верхние концы тепловых труб 25 обращены на. север (в северном полушарии земли) и находятся в тени под легким козырьком 24 (например, из гофрированного дюралюминия).

Как известно, проточные адиабатные опреснители имеют высокий коэффициент продувки. В них дистиллируется снего лишь 10Х исходной морской воды, остальная ее часть удаляется (выбра5D сывается) из опреснителя. Поэтому для каждой ступени опреснителя предусмотрены свои собственные сливные емкости 13, оборудованные двойными сифонами 12, которые периодически сбрасывают избыточную продувочную воду. г

Каждая ступень опреснителя и смеж- ная с ней сливная емкость в своей

1578082 фобной пленкой действует следующим образом.

Утром, после восхода солнца, его лучи вначале проходят внешнюю прозрачную оболочку 43, создавая тем са5 мым парниковый эффект, затем проникает. через плавающую прозрачную гицрофобную 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- 15 образные лотки, и попадает в вертикальный адиабатный опреснитель 17.

Из верхней ступени опреснителя (например, иэ 3-й) избыточная морская ,вода поступает в верхнюю сливную ем- 20 кость 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, скомпанованньп, например, из тепловых труб, со1 общающих тепло отливной воды к исходной питательной морской воде, поступа-ЗО ющей на лотки.

При повышении температуры или солености отливкой продувочной воды свыше допустимых значений, например, при температуре более 80"С под воздействием температурного датчика 40, посредством импульсных труб 39 привоцится в действие поворотная заслонка 38 регулятора сливной воды и, таким образом, часть воды устремляется в от- 40 крытое море, минуя регенеративный теплообменник 36, вмонтированный,B сливной патрубок 35.

Аналогичным образом срабатывает поворотная заслонка 38 регулятора- 45 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) морской 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. 4 вариант лоткового подогреватели 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 ниде) вариант подогревателя исходной питательной морской воды установки, скомпанованный 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 о 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 неи 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 5 1 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). 8 приемной магистрали питательной морской воды обеспечивается минимальное гидравлическое

1578082 сопротивление за счет применения малых скоростей прокачиваемой воды. В снязи с этим, для удаления возможных газовьн пузырей в магистрали, в некоторых ее застойных точках предусмотрены газо5 отнодчики 46. Последние удаляют образующуюся в панелях паровоэдушную смесь по самостоятельной трубке в атмосферу, за пределы оранжереи (во из- 1ð бежание ее отпотевания).

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

Основной принцип раборы ВИК заключается в генерировании вихрей (торна- 25 до) высокой плотности при взаимодействии с ветровым потоком малой плотности кинематической энергии, воздействуя при этом различными аэродинамическими поверхностями. 30

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 пос-. тупает через открьггые вертикальные лопатки и закручивается в спираль (торнадо) высокого потенциала. Одновременно через выходное суженное сечение конфузора подсасывается воздух низкого потенциала. Взаимодействие двух потоков разного потенциала происходит по осевой линии башни. В ре- 4 зультате этого вихревая система обеспечивает 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 2S, обеспечивая в нем необходимый вакуум.

Фо р мул а и з о бр е т е н и я

1, Лдиабатная гелиоопреснительная установка, содержащая подогреватель исходной питательной морской воды с . приемным и сливным патрубками, опреснитель, выполненный н 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 дгойными сильфонами, расположенными в каждой вакуумной ступени, конденсатор установлен над опреснителем, а привод вакуумного насоса выполнен в виде ветродвигателя.

2. Установка по и. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что подогреватель выполнен в виде спирале(браэных лотков, над поверхностью которых размещепо тонкое теплопроводное покрытие, например, в виде г щрофобной пленки, при этом над всей площадью лотков размещена внешняя прозрачная оболочка.

3. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что подогреватель выполнен в вице сборных трубчатых или плоских теплопронодных панелей, над всей площадью которых размещена прозрачная оболочка.

4. Установка по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что подогреватель снабжен теплообменнпком с рег улятором температуры и солености воды, размещенным в приемном и сливном патрубках.! 578082

)578082.42

41

Я

1578082

2 1 45 glypt,4

Составитель А.Никитин

Техред ЛаОлийнык

Корректор Э.Лоачакова

Редактор И.Касарда

Закаэ 1886 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101