Сонячний опріснювач

Изобретение относится к области опреснения соленых вод и может быть использовано для разделения жидкостей перегонкой на конденсат и концентрированный остаток, в частности для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии. Известно устройство для опреснения морской воды с применением солнечной энергии, включающее секцию испарения, содержащую форсунку для распыла нагретой воды в потоке горячего воздуха, нагнетаемого вентилятором, и секцию конденсации, содержащую конденсатор в виде трубчатого охладителя обратного потока воздуха, насыщенного водяным паром, через который с помощью насоса проходит исходная вода в секцию испарения, а также солнечный коллектор с концентратором солнечного излучения в качестве источника тепловой энергии (Заявка Японии №53 - 31101, кл. B01D3/00, опубл. 31.08.78). Недостатком известного устройства является низкая тепловая эффективность вследствие прямоточного движения паровоздушного потока и потока исходной воды, нагреваемой в конденсаторе, а также периодичность работы устройства в течение суток, обусловленная потребностью его в солнечном излучении, что приводит к низкой суточной производительности установки и высоким капитальным затратам. Известна перегонная установка, включающая секцию испарения, содержащую множество элементов для формирования тонкослойных потоков жидкости, и секцию конденсации, содержащую конденсатор в виде охладителя обратного потока газа-носителя, насыщенного водяным паром, через трубный пучок которого проходит исходная жидкость в секцию испарения, а также головной подогреватель и устройства для организации циркуляции потоков между секциями испарения и конденсации (Заявка Японии 57 - 53121, кл. B01D3/00, опубл. 11.11.82). Недостатком известной установки является высокая стоимость потребляемой тепловой энергии, достигающая 50% стоимости дистиллята. При этом известная установка обладает низкой удельной производительностью (на единицу расхода газа-носителя) вследствие невысокой степени насыщения газаносителя водяным паром в установке без дополнительного нагрева этого газа в объеме секции испарения, что приводит к высоким капитальным затратам. Наиболее близким к заявляемому те хническому решению, принятым в качестве прототипа, является опреснительное устройство, включающее расположенные концентричне секции испарения и конденсации, первая из которых расположена внутри второй и содержит насадку для формирования тонкопленочных ручейков исходной воды, испаряемой в восходящий поток газа-носителя и теплообменник для нагрева этого газа, а вторая - конденсатор, используемый для предварительного подогрева исходной воды за счет тепла конденсации водяного пара обратного потока газа, а также головной подогревателю исходной воды и устройства для организации циркуляции потоков воды и газа-носителя (Патент США №4595459, кл. B01D3/34, опубл. 17.06.86). Такое устройство имеет большую удельную производительность по сравнению с предыдущим аналогом за счет передачи части тепла конденсации на подогрев газа-носителя в секции испарения. Недостатком известного устройства-прототипа остается высокая стоимость потребляемой тепловой энергии для нагрева воды перед секцией испарения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования опреснительного устройства, в котором достигается снижение затрат на нагрев исходной воды перед вводом ее в секцию испарения благодаря использованию солнечной энергии при сохранении высокой производительности устройства, что обеспечивает снижение стоимости опреснения морской воды. Поставленная задача решается тем, что в солнечном опреснителе, включающем расположенные концентрично секции испарения и конденсации, первая из которых расположена внутри второй и содержит насадку для формирования тонкопленочного течения исходной воды, испаряемой в. восходящий поток газаносителя и теплообменник для нагрева этого газа, а вторая -конденсатор для предварительного нагрева исходной воды за счет тепла конденсации водяного пара из обратного потока газа, а также головной нагреватель исходной воды и устройства для организации циркуляции потоков воды и газа-носителя, согласно изобретению, опреснитель снабжен аккумулятором тепла с вертикально установленным цилиндрическим баком, объем которого разделен коаксиально установленной цилиндрической теплоизолирующей перегородкой на сообщающиеся между собой центральную и периферийную секции, содержащие соответственно трубопровод зарядки, соединенный с солнечным коллектором, и теплообменник разрядки, выполненный в качестве головного подогревателя и соединенный по входу с выходом теплообменника для нагрева газа-носителя, а по выходу со входом в секцию испарения. При этом бак аккумулятора тепла размещен вдоль оси опреснителя внутри секции испарения, а солнечный коллектор выполнен комбинированным с выработкой электроэнергии для устройств опреснителя. Кроме этого, насадка в секции испарения формируется из псевдоожиженного шарикового слоя, способного к самоочищению. Снабжение солнечного опреснителя аккумулятором тепла с вертикально установленным цилиндрическим баком, объем которого разделен коаксиально установленной цилиндрической теплоизолирующей перегородкой на сообщающиеся между собой центральную и периферийную секцию, содержащие соответственно трубопровод зарядки, соединенный с солнечным коллектором, и теплообменник разрядки, выполненный в качестве головного подогревателя, обеспечивает круглосуточн ую работу солнечного опреснителя при минимальных потерях с аккумулированного тепла в окружающую среду, что снижает стоимость дистиллята. Размещение бака аккумулятора тепла вдоль оси опреснителя внутри секции испарения позволяет использовать тепловой поток от поверхности бака аккумулятора тепла для дополнительного нагрева воды и газа-носителя в секции испарения, что повышает удельную производительность опреснителя, а выполнение солнечного коллектора комбинированным обеспечивает автономность его работы. При этом формирование насадки в секции испарителя из псевдоожиженного шарикового слоя, способного к самоочищению, повышает надежность работы опреснителя. На чертеже (фиг.) представлена схема предлагаемого солнечного опреснителя. Опреснитель включает расположенные концентричне секцию испарения 1 и секцию конденсации 2, первая из которых расположена внутри второй и содержит насадку 3 для формирования тонкопленочного течения исходной воды и теплообменник 4 для нагрева газа-носителя, а вторая - конденсатор 5 для предварительного нагрева исходной воды в этой секции. Опреснитель включает также вентилятор 6 для организации циркуляции газа-носителя и насос 7 для прокачки исходной воды через фильтр 8, конденсатор 5, теплообменник 4 и головной подогреватель 9. Согласно изобретению, опреснитель снабжен аккумулятором тепла 10, включающем трубопровод зарядки 11, соединенный с солнечным коллектором 12, и теплообменник разрядки 9, выполненный в качестве головного подогревателя и соединенный по входу с вы ходом теплообменника 4, а по выходу с секцией испарения 1 через распределитель 13 исходной воды. При этом цилиндрический бак аккумулятора тепла размещен вертикально вдоль оси опреснителя внутри секции испарения 1 и содержит цилиндрическую теплоизолирующую перегородку 14, разделяющую объем аккумулятора на центральную секцию 15, содержащую тр убопровод зарядки 11, и периферийную кольцевую полость 16, содержащую теплообменник разрядки 9. Теплообменник 4, вход которого соединен с выходом конденсатора 5, а выход - со входом головного подогревателя 9, размещен вдоль перегородки 17, разделяющий секции испарения и конденсации. Солнечный коллектор 12 выполнен комбинированным с концентратором 18 солнечного излучения и снабжен фотоэлементами 19, установленными на теплоприемниках 20 для обеспечения опреснителя как тепловой, так и электрической энергией. Насадка 3, ограниченная в объеме секции испарения 1 с помощью решеток 21 и 22, формируется из псевдоожиженного шарикового слоя, способного к самоочищению. Для исключения заноса капель морской воды в секцию конденсации 2 и капель дистиллята в секцию испарения 1 перед вентилятором 6 установлен сепаратор 23, а в отверстиях 24, размещенных равномерно в перегородке 17 и предназначенных для циркуляции газа-носителя из секции конденсации в секцию испарения, установлены сепараторные решетки 25. Солнечный опреснитель снабжен блоком управления 26 для автоматического управления работой вентилятора 6, насоса 7 и солнечного коллектора 11 с помощью датчика 27 температуры исходной воды на входе в аккумулятор тепла 8 и электромагнитного клапана 28 на линии теплоносителя между солнечным коллектором и аккумулятором тепла, а также для контроля работы фильтра 8 с помощью расходомера 28 исходной воды. Солнечный опреснитель работает следующим образом. Комбинированный солнечный коллектор 12, снабженный фотоэлементами 19, установленными на теплоприемниках 20, преобразует солнечное излучение в тепловую энергию жидкого теплоносителя для зарядки аккумулятора тепла 10 и электрическую энергию для зарядки электроаккумулятора (не показан). Жидкий теплоноситель, нагретый в солнечном коллекторе 12, в результате естественной циркуляции (или с помощью циркуляционного насоса) поступает через трубопровод 11 зарядки и центральную полость 15 зарядки аккумулятора тепла 10. В результате естественной циркуляции поток горячего теплоносителя поднимается в верхнюю часть бака аккумулятора 10, вытесняя холодный теплоноситель через кольцевую периферийную полость 16 разрядки в нижнюю часть бака аккумулятора, откуда направляется на вход солнечного коллектора 12. По достижению потоком теплоносителя, поступающим в аккумулятор тепла 10, температуры, заданной оператором, блок управления 26 включает вентилятор 6 для организации циркуляции газа-носителя (воздуха) через секции испарения 1 и конденсации 2 и насос 7 для подачи морской воды через фильтр 8, конденсатор 5, теплообменник 4, головной подогреватель 9 и распределитель 13 в секцию испарения 1. При этом газ-носитель проходит через решетки 22м формирует в объеме секции испарения 1 псевдоожиженный шариковый слой, способный к самоочищению и диспергирующий морскую воду благодаря соударению шариков с большой частотой. В процессе работы опреснителя морская вода очищается в фильтре 8 от дисперсных частиц и нагревается в конденсаторе 5 за счет тепла конденсации водяного пара из обратного потока газа, откуда поступает в теплообменник 4 для нагрева газа-носителя в секции испарения 1 и далее в головной подогреватель 9, где догревается до максимального значения температуры, после чего через распределитель 13 вводится в секцию испарения 1. В результате взаимодействия диспергированной горячей морской воды с восходящим потоком газаносителя, подогреваемым в свою очередь теплообменником 4 и наружной поверхностью бака аккумулятора 10, газ-носитель насыщается водяными парами и выводится с помощью вентилятора 6 из секции испарения 1 через сепаратор 23, отделяющий капли морской воды, в секцию конденсации 2. Охлаждение обратного парогазового потока в секции конденсации через поверхность конденсатора встречным потоком морской воды сопровождается конденсацией водяного пара, при этом дистиллят выводится из нижней части секции конденсации в качестве продукта потребителю. Одновременно морская вода, прошедшая через секцию испарения 1 и охлажденная в результате частичного испарения, выводится из нижней части секции испарения в качестве рассола в море на некотором удалении от места забора исходной морской воды. Блок управления 26 контролирует температур у теплоносителя на входе в бак аккумулятора 10 с помощью датчика 27 и расход морской воды на выходе из фильтра 8 с помощью расходомера 29. Предельные значения этих параметров, задаваемые оператором, используются блоком управления 26 для подачи электропитания на привод вентилятора 6 и насоса 7, а также электромагнитного клапана 28, используемого для предотвращения потери тепловой энергии из бака-аккумулятора во время отсутствия Солнечного излучения.