Результат интеллектуальной деятельности: Опреснитель

Изобретение относится к установкам для опреснения морской воды и может быть использовано на морских судах для получения пресной воды.

Известно устройство для получения влаги из атмосферного воздуха, содержащее соосно расположенные наружный и внутренний вертикальные воздуховоды с образованием кольцевой и внутренней проточных полостей, наклонно ориентированные тепловые трубы, испарительные участки которых установлены в кольцевой полости, а вышерасположенные конденсаторные - во внутренней полости, и размещенный в кольцевой полости под тепловыми трубами конденсатосборник с отводным каналом, при этом воздуховоды сообщены верхними участками с атмосферой, тепловые трубы выполнены с развитой наружной теплообменной поверхностью, а устройство снабжено солнцезащитными экранами и дефлектором, в кольцевой полости расположен воздухопроницаемый материал с образованием радиальных проточных каналов, причем в нижнем участке внутреннего воздуховода выполнены перепускные отверстия, сообщающие его с нижним участком наружного воздуховода, верхний участок внутреннего воздуховода сообщен с атмосферой через дефлектор, солнцезащитные экраны расположены с внешней стороны наружного воздуховода и в шахматном порядке смещены относительно друг друга над верхним участком наружного воздуховода (см. SU № 1551392, МПК B 01 D 5/00, F 28 B 5/00, 1990).

Данное устройство относительно простое в конструктивном выполнении, однако наличие таких элементов, как тепловые трубы, воздухопроницаемый материал и др., усложняет процесс эксплуатации устройства, а его недостаточная производительность делает проблематичным его промышленное использование.

Известен также опреснитель, содержащий теплоизолированную камеру, оснащенную патрубком для подвода опресняемой воды, патрубком для отвода опресненной воды, нагревательным элементом, конденсатором(см. RU № 2045978, МПК B 01 D 5/00, C 02 F 1/00, 1995). Известное устройство обеспечивает получение пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха.

При относительно простом конструктивном решении технология получения воды достаточна усложнена, т.к. в ней присутствуют стадия замораживания паров атмосферного воздуха и последующее расплавление образовавшегося льда, а, следовательно, и необходимость наличия в конструкции устройства соответствующих средств для реализации указанных функций, требующих соответствующих энергозатрат.

Задача, решаемая изобретением, упрощение конструкции опреснительного устройства и повышение производительности.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в создании простого по конструкции опреснительного устройства и повышение производительности.

Для решения поставленной задачи опреснитель, содержащий теплоизолированную камеру, оснащенную патрубком для подвода опресняемой воды, патрубком для отвода опресненной воды, нагревательным элементом, конденсатором, отличается тем, что камера выполнена герметичной, с образованием замкнутого воздушного контура, при этом, в полости камеры размещен электровентилятор с возможностью подачи воздуха на первый пленочный аппарат, перед входом которого размещен выход патрубка подачи опресняемой воды, слив которого расположен над приемником рассола, далее по линии замкнутого воздушного контура размещен первый жалюзийный сепараторвыход которого сообщен со входом второго пленочного аппарата, слив которого расположен над приемником пресной воды, а вход выполнен с возможностью подвода охлажденной пресной воды, причем вышевхода второго пленочного аппарата смонтирован второй жалюзийный сепаратор, между которым и вентилятором установлен нагревательный элемент воздухоподогревателя, кроме того, выход приемника пресной воды через первый насос и холодильник сообщен с линией пресной воды, один отвод которой сообщен со входом второго пленочного аппарата, а второй с потребителями пресной воды. Кроме того, выход приемника рассола сообщен, как с его сливом, так и через второй насос сообщен с патрубком для подвода опресняемой воды.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает упрощение конструкции и уменьшение громоздкости устройства, а также повышение его производительности. При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «…камера выполнена герметичной, с образованием замкнутого воздушного контура…» позволяет использовать процесс испарения и конденсации влаги в воздухе в опреснительной установке, в которой воздух перемещается по замкнутому контуру.

Признак «…в полости камеры размещен электровентилятор…» обеспечивает движение воздуха по замкнутому контуру от зоны насыщения его влагой до зоны конденсации этой влаги.

Признаки указывающие, что электровентилятор размещен «с возможностью подачи воздуха на первый пленочный аппарат, перед входом которого размещен выход патрубка подачи опресняемой воды» в сочетании с признаком, указывающим, что «между вторым жалюзийным сепаратором, и вентилятором установлен воздухоподогреватель», обеспечивают обдув горячим воздухом первого пленочного аппарата с протекающей по нему морской водой и, тем самым, интенсивное насыщение воздуха влагой.

Признак указывающий, что «слив первого пленочного аппарата расположен над приемником рассола» обеспечивает сброс отработанной морской воды и частичное ее использование.

Признак указывающий, что «далее по линии замкнутого воздушного контура размещен первый жалюзийный сепаратор» обеспечивает отделение капель неопресненной жидкости от воздушного потока насыщенного парами жидкости и возможность конденсирования влаги из воздушного потока.

Признак указывающий, что «выход первого жалюзийного сепаратора сообщен со входом второго пленочного аппарата» обеспечивает подачу влагонасыщенного воздуха на второй пленочный аппарат для конденсирования влаги из воздушного потока (последнее обеспечивается тем, что вход второго пленочного аппарата выполнен с возможностью подвода охлажденной пресной воды).

Признак указывающий, что «слив второго пленочного аппарата расположен над приемником пресной воды» обеспечивает сбор пресной воды, перед ее направлением на охлаждение.

Признак указывающий, что «выше входа второго пленочного аппарата смонтирован второй жалюзийный сепаратор» обеспечивает отделение капель опресненной жидкости от воздушного потока, возвращаемого на нагреватель.

Признак указывающий, что «выход приемника пресной воды через первый насос и холодильник сообщен с линией пресной воды» обеспечивает отвод опресненной воды из опреснителя с соответствующей организацией этого отвода.

Признак указывающий, что «выход приемника рассола сообщен, как с его сливом, так и через второй насос сообщен с патрубком для подвода опресняемой воды» обеспечивает повторное использование отработанной опресняемой воды с ее подпиткой, при котором минимизируется сброс ее тепла в окружающее пространство.

Для получения пресной воды предлагается использовать процесс испарения и конденсации влаги в воздухе в опреснительной установке, в которой воздух перемещается по замкнутому контуру.

Принцип действия установки основан на свойстве воздуха резко увеличивать свое максимальное влагосодержание с повышением температуры. Так при атмосферном давлении и температуре 20ºС его максимальное влагосодержание составляет , а при температуре 60ºС – (см. Диаграмма Рамзина. I-d - диаграмма состояний влажного воздуха. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fptl.ru/spravo4nik/ diagramma_ramzina.html), т.е. при нагреве воздуха производится его насыщение влагой в виде пара, при снижении температуры происходит конденсация влаги с получением воды (с каждого 1 кг воздуха). Таким образом, для принятых условий с каждого 1 кг воздуха возможно получить 0,144 кг воды, при расходе воздуха производительность по пресной воде может составить .

С увеличением давления воздуха в корпусе установки, ее эффективность возрастает, т.к. при этом увеличивается величина максимального влагосодержания воздуха.

На фиг. 1 представлена схема опреснительной установки, на фиг. 2 представлено сечение пленочного аппарата (вид по стрелке А).

На схеме показаны теплоизолированная камера 1, патрубок 2 для подвода опресняемой воды, выход 3 приемника пресной воды 4, нагревательный элемент воздухоподогревателя 5, электровентилятор 6, первый пленочный аппарат 7, пленкообразователи 8, слив рассола 9 первого пленочного аппарата 7, приемник рассола 10, первый жалюзийный сепаратор 11, второй пленочный аппарат 12, вход охлажденной воды 13, второй жалюзийный сепаратор 14, первый насос 15, холодильник 16, отвод пресной воды 17, слив рассола 18, второй насос 19, подвод морской воды 20.

Опреснитель содержит теплоизолированную камеру 1, оснащенную патрубком 2 для подвода опресняемой воды, выход 3 приемника пресной воды 4, нагревательный элемент 5, обеспечивающий нагрев воздуха. При этом, теплоизолированная камера 1 выполнена герметичной, с образованием замкнутого воздушного контура, по которому обеспечена циркуляция воздуха. В полости камеры размещен электровентилятор 6, размещенный с возможностью подачи воздуха на первый пленочный аппарат 7 с пленкообразователями 8, перед входом которого размещен выход патрубка 2 для подвода опресняемой воды. Слив 9 первого пленочного аппарата 7 расположен над приемником рассола 10. По линии замкнутого воздушного контура далее размещен первый жалюзийный сепаратор 11, выход которого сообщен со входом второго пленочного аппарата 12, слив из которого расположен над приемником пресной воды 4, а вход охлажденной воды 13 выполнен над вторым пленочным аппаратом 12. Причем выше входа охлажденной воды 13 второго пленочного аппарата 12 смонтирован второй жалюзийный сепаратор 14, между которым и электровентилятором 6 установлен нагревательный элемент воздухоподогревателя 5, кроме того, выход 3 из приемника пресной воды 4 через первый насос 15 и холодильник 16 сообщен с линией пресной воды, которая сообщается со входом охлажденной воды 13 второго пленочного аппарата 12, а второй отвод 17 - с потребителями пресной воды (на чертежах не обозначены). Кроме того, выход 9 приемника рассола 10 сообщен, как с его сливом 18, так и через второй насос 19 с патрубком 2 для подвода опресняемой воды, свежая морская вода поступает по патрубку 20.

Опреснительная установка представляет собой герметичную теплоизолированную камеру 1, в которой по замкнутому контуру под воздействием электровентилятора 6 циркулирует воздух. После увеличения температуры в нагревателе (например, ориентировочно до 100-120ºС) воздух направляется в первый пленочный аппарат 7 известной конструкции, в котором по обеим сторонам его пластин растекается пленка морской воды. При взаимодействии нагретого воздуха с этой пленкой происходит интенсивное испарение влаги в воздух, он насыщается влагой до относительного влагосодержания 90-95%, при этом происходит охлаждение воздуха (ориентировочно до 60ºС) и нагрев пленки воды.

Пленочные аппараты имеют низкое гидравлическое сопротивление, относительно низкую скорость движения пленки жидкости (0,05-0,1 м/с) и большую площадь контакта, что способствует интенсивному тепло- и массообмену между воздухом и пленкой жидкости. После первого пленочного аппарата 7 (после испарения пресной составляющей воды) полученный рассол сбрасывается в приемник рассола 10, откуда часть полученного рассола сбрасывается на слив 18, а большая часть вторым насосом 19 возвращается в первый пленочный аппарат 7, при этом производится подпитка рассола свежей морской водой 20.

Насыщенный влагой воздух после первого жалюзийного сепаратора 11 направляется во второй пленочный аппарат 12 (конструктивно аналогичный первому), где происходит понижение температуры воздуха (ориентировочно до 20ºС) и конденсация пара на поверхности пленки воды, т.е. второй пленочный аппарат 12 «работает» как конденсатор паров содержащихся в воздухе. Отводимая пресная вода охлаждается в холодильнике 16, циркуляция ее обеспечивается первым насосом 15, охлажденный воздух уходит вверх (за счет напора формируемого электровентилятором 6) и, после второго жалюзийного сепаратора 14, проходит снова через нагревательный элемент воздухоподогревателя 5 и далее, цикл его движения повторяется.