EA035985B1 - Self-contained solar-thermal electric desalination plant - Google Patents
Self-contained solar-thermal electric desalination plant Download PDFInfo
- Publication number
- EA035985B1 EA035985B1 EA201900252A EA201900252A EA035985B1 EA 035985 B1 EA035985 B1 EA 035985B1 EA 201900252 A EA201900252 A EA 201900252A EA 201900252 A EA201900252 A EA 201900252A EA 035985 B1 EA035985 B1 EA 035985B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- water
- evaporation chamber
- thermoelectric
- tray
- chamber
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
Landscapes
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике опреснения морских и соленых (минерализованных) вод и может быть использовано для получения опресненной воды и попутной генерации электрической энергии.The invention relates to a technique for desalination of sea and saline (saline) waters and can be used to obtain desalinated water and associated generation of electrical energy.
Известен автономный солнечный опреснитель, включающий прямоугольный корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, крыша которого покрыта сверху фотоэлементами, соединенными с накопительным блоком, внутри корпуса размещен наклонный испарительный лоток с бортиками, днище которого снизу покрыто слоем гидротеплоизоляции, делящий полость корпуса на испарительную и конденсационную камеры, сообщающиеся между собой у бортов корпуса через вертикальные щели, внутренняя поверхность конденсационной камеры покрыта решеткой из полос пористого материала, в верхнем торце лотка у правого торца корпуса расположен впускной коллектор, представляющий собой заглушенную на торцах горизонтальную перфорированную трубу, соединенную трубопроводом с погружным питательным насосом, помещенным в водоеме с морской (минерализованной, соленой) водой, нижний торец лотка соединен с выпускной горизонтальной щелью, устроенной в левом торце корпуса, днище корпуса в центре соединено с емкостью для сбора конденсата, в которой помещен конденсатный насос, при этом большая часть корпуса, в которой расположена конденсационная камера, погружена в водоем, питательный и конденсатный насосы снабжаются электроэнергией из накопительного блока фотоэлементов, а уклон лотка направлен в сторону выпуска питательной воды с уклоном равным углу естественного откоса воды (патент РФ №2567895, МПК CO2F 1/14, 2015).An autonomous solar distiller is known, including a rectangular body made of a material with high thermal conductivity, the roof of which is covered from above with photocells connected to a storage unit, an inclined evaporating tray with rims is placed inside the body, the bottom of which is covered from below with a layer of hydrothermal insulation, dividing the body cavity into evaporative and condensing chambers communicating with each other at the sides of the body through vertical slots, the inner surface of the condensation chamber is covered with a grid of strips of porous material, in the upper end of the tray at the right end of the body there is an intake manifold, which is a horizontal perforated pipe plugged at the ends, connected by a pipeline to a submersible feed pump placed in a reservoir with sea (saline, salt) water, the bottom end of the tray is connected to the outlet horizontal slot arranged in the left end of the body, the bottom of the body in the center is connected to the container for collecting condé nsata, in which the condensate pump is located, while most of the case, in which the condensation chamber is located, is immersed in a reservoir, the feed and condensate pumps are supplied with electricity from the storage unit of photovoltaic cells, and the slope of the tray is directed towards the outlet of feed water with a slope equal to the angle of natural slope water (RF patent No. 2567895, IPC CO2F 1/14, 2015).
Основным недостатком известного автономного солнечного опреснителя является недостаточное использование низкопотенциальной энергии воды для генерации электрической энергии, что снижает его эффективность.The main disadvantage of the known autonomous solar desalination plant is the insufficient use of low-potential water energy to generate electrical energy, which reduces its efficiency.
Более близким к предлагаемому изобретению является автономный солнечный опреснительэлектрогенератор, включающий прямоугольный корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, крыша которого покрыта сверху фотоэлементами с накопительным блоком, внутри корпуса размещен наклонный испарительный лоток, делящий полость корпуса на испарительную и конденсационную камеры, сообщающиеся между собой у бортов корпуса через вертикальные щели, в торцах корпуса и лотка расположены впускной коллектор, соединенный с погружным питательным насосом, и выпускная горизонтальная щель, днище корпуса соединено с емкостью для сбора конденсата, в которой помещен конденсатный насос, конденсационная камера погружена в водоем, уклон лотка направлен в сторону выпуска питательной воды, внутренняя поверхность торцов, бортов и днища конденсационной камеры выполнена с вертикальными и горизонтальными гофрами, в пазы которых вставлены термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещены термоэмиссионные элементы, представляющие собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и M2, спаянные на концах между собой под углом 90°, образуя П-образные ряды, соединенные между собой перемычками попарно, на противоположном конце каждая пара П-образных рядов соединены между собой через электрические конденсаторы, первый и последний из которых и фотоэлементы соединены с выходными коллекторами, накопительным блоком, питательным и конденсатным насосами и другими потребителями (патент РФ №2622441, МПК C02F 1/14, 2017).Closer to the proposed invention is an autonomous solar power generator, including a rectangular body made of material with high thermal conductivity, the roof of which is covered from above with photocells with a storage unit, an inclined evaporating tray is placed inside the body, dividing the cavity of the body into an evaporation and condensation chambers, communicating with each other at the sides of the casing through vertical slots, at the ends of the casing and the tray are an inlet manifold connected to a submersible feed pump, and an outlet horizontal slot, the bottom of the casing is connected to a condensate collection tank, in which a condensate pump is placed, the condensation chamber is immersed in a reservoir, the slope of the tray is directed towards the outlet of feed water, the inner surface of the ends, sides and bottom of the condensation chamber is made with vertical and horizontal corrugations, into the grooves of which thermoelectric converters are inserted, in the array of which thermoemission is placed elements, which are paired wire segments made of different metals M1 and M2, soldered at the ends to each other at an angle of 90 °, forming U-shaped rows connected by jumpers in pairs, at the opposite end each pair of U-shaped rows are connected between themselves through electrical capacitors, the first and last of which and photocells are connected to the output collectors, storage unit, feed and condensate pumps and other consumers (RF patent No. 2622441, IPC C02F 1/14, 2017).
Основными недостатками известного устройства являются невозможность удаления воздуха из испарительной камеры в период запуска установки, опасность проскока пара из испарительной камеры в наружную атмосферу и подсасывания воздуха в нее при колебаниях давления в испарительной камере в процессе работы, недостаточная площадь теплообмена конденсационной камеры и соединение термоэлектрических элементов через электрические конденсаторы, усложняющее и удорожающее конструкцию термоэлектрических преобразователей, что в конечном счете уменьшает производительность опреснителя-электрогенератора по опресненной воде и вырабатываемому термоэлектричеству и, таким образом, снижает его эффективностьThe main disadvantages of the known device are the impossibility of removing air from the evaporation chamber during the start-up period of the installation, the danger of steam slip from the evaporation chamber into the external atmosphere and air sucking into it during pressure fluctuations in the evaporation chamber during operation, insufficient heat exchange area of the condensation chamber and the connection of thermoelectric elements through electric capacitors, complicating and increasing the cost of the design of thermoelectric converters, which ultimately reduces the performance of the desalination-electric generator for desalinated water and generated thermoelectricity and, thus, reduces its efficiency
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности автономной гелиотермоэлектрической опреснительной установки.The technical problem of the present invention is to improve the efficiency of an autonomous solar thermoelectric desalination plant.
Техническая задача реализуется автономной гелиотермоэлектрической опреснительной установкой, содержащей прямоугольный корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, крыша которого покрыта сверху фотоэлементами и снабжена накопительным блоком, внутри корпуса размещен наклонный испарительный лоток с бортиками, днище которого снизу покрыто слоем гидротеплоизоляции, испарительныый лоток делит полость корпуса на верхнюю испарительную камеру, снабженную вантузом с запорным клапаном, и нижнюю конденсационную камеру, которые сообщаются между собой у бортов корпуса через вертикальные щели, в верхнем торце наклонного испарительного лотка у правого торца корпуса расположен впускной коллектор, представляющий собой заглушенную на торцах горизонтальную перфорированную трубу, перфорация которой выполнена в направлении движения питательной воды, соединенную трубопроводом с погружным питательным насосом, помещенным в водоем с морской (минерализованной, соленой) водой, нижний торец наклонного испарительного лотка соединен с выпускной горизонтальной щелью, устроенной в левом торце корпуса, соединенной с гидравлическим затвором; нижняя конденсационная камера состоит из расположенных сверху вниз распределительного парового коллектора, представляющего собой полую емкость, соединенную сверху с испарительной камерой через вертикальные щели, снизу сообщающуюся с днищем корпуса, выполненным в виде рядаThe technical problem is implemented by an autonomous solar thermoelectric desalination plant containing a rectangular body made of a material with high thermal conductivity, the roof of which is covered from above with photocells and equipped with a storage unit, an inclined evaporator tray with rims is located inside the body, the bottom of which is covered from below with a layer of hydrothermal insulation, an evaporative tray divides to the upper evaporation chamber, equipped with a plunger with a shut-off valve, and the lower condensation chamber, which communicate with each other at the sides of the body through vertical slots, in the upper end of the inclined evaporation tray at the right end of the body there is an intake manifold, which is a horizontal perforated pipe plugged at the ends, which is perforated in the direction of the feed water movement, connected by a pipeline with a submersible feed pump placed in a reservoir with sea (saline, salt) water, the lower end is inclined the evaporating tray is connected to a horizontal outlet slot arranged in the left end of the housing and connected to a hydraulic valve; the lower condensation chamber consists of a distribution steam collector located from top to bottom, which is a hollow vessel connected from above to the evaporation chamber through vertical slots, from below communicating with the bottom of the body, made in the form of a row
- 1 035985 продольных вертикальных камер, расположенных с некоторым зазором между собой и соединенных с левого торца снизу с емкостью для сбора конденсата, в которой помещен конденсатный насос, конденсационная камера корпуса погружена в водоем, а уклоны наклонного испарительного лотка и днищ продольных вертикальных камер направлены в сторону выпуска питательной воды и емкости сбора конденсата с уклоном, равным углу естественного откоса воды, поверхности торцов, бортов и днищ продольных вертикальных камер нижней конденсационной камеры выполнены с вертикальными и горизонтальными гофрами, во внутренние пазы которых вставлены вертикальные или горизонтальные термоэлектрические преобразователи, выполненные из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэлектрических элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и M2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи согнуты под углом 90° и располагаются вблизи наружной поверхности корпуса термоэлектрического преобразователя параллельно ей, не касаясь ее, сами пары проволочных отрезков расположены параллельно друг другу, образуя П-образные ряды, крайние проволочные отрезки каждого П-образного ряда термоэлектрических преобразователей соединены перемычками с одноименными коллекторами электрических зарядов, которые наряду с фотоэлементами соединены с выходными коллекторами, накопительным блоком, питательным и конденсатным насосами и другими потребителями.- 1 035985 longitudinal vertical chambers located with a certain gap between each other and connected from the bottom left end with a condensate collection tank in which a condensate pump is placed, the condensation chamber of the body is immersed in a reservoir, and the slopes of the inclined evaporator tray and the bottoms of the longitudinal vertical chambers are directed towards the side of the feed water outlet and the condensate collection tank with a slope equal to the angle of natural slope of the water, the surfaces of the ends, sides and bottoms of the longitudinal vertical chambers of the lower condensation chamber are made with vertical and horizontal corrugations, into the inner grooves of which vertical or horizontal thermoelectric converters made of dielectric material with high thermal conductivity, in the array of which there is a contour reinforcement consisting of thermoelectric elements, which are paired wire sections made of different metals M1 and M2, soldered at the ends to each other in such a way that the junctions are bent at an angle of 90 ° and are located near the outer surface of the thermoelectric converter housing parallel to it, without touching it, the pairs of wire segments themselves are located parallel to each other, forming U-shaped rows, the extreme wire segments of each U-shaped row of thermoelectric converters are connected by jumpers with the same collectors of electric charges, which, along with photocells, are connected to output collectors, storage unit, feed and condensate pumps and other consumers.
Предлагаемая автономная гелиотермоэлектрическая опреснительная установка (АГТЭОУ) изображена на фиг. 1-9 (на фиг. 1 показан общий вид, на фиг. 2-7 основные узлы и их разрезы, на фиг. 8, 9 узел термоэлектрических элементов).The proposed autonomous solar thermoelectric desalination plant (AGTEOU) is shown in Fig. 1-9 (Fig. 1 shows a general view, Fig. 2-7 main units and their sections, Fig. 8, 9 thermoelectric element assembly).
АГТЭОУ содержит прямоугольный корпус 1, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, крышу 2, покрытую сверху фотоэлементами 3 с накопительным блоком 4, внутри корпуса 1 размещен наклонный испарительный лоток 5 с бортиками, днище которого снизу покрыто слоем гидротеплоизоляции 6, делящим полость корпуса 1 на верхнюю испарительную камеру 7, снабженную вантузом 8 с запорным клапаном 9, и нижнюю конденсационную камеру 10, сообщающиеся между собой у бортов корпуса 1 через вертикальные щели 11, в верхнем торце наклонного испарительного лотка 5 у правого торца корпуса 1 расположен впускной коллектор 12, представляющий собой заглушенную на торцах горизонтальную перфорированную трубу, перфорация которой выполнена в направлении движения питательной воды, соединенную трубопроводом 13 с погружным питательным насосом 14, помещенным в водоем с морской (минерализованной, соленой) водой 15, нижний торец наклонного испарительного лотка 5 соединен с выпускной горизонтальной щелью 16, устроенной в левом торце корпуса 1, соединенной с гидравлическим затвором 17, нижняя конденсационная камера состоит из расположенных сверху вниз распределительного парового коллектора 18, представляющего собой полую емкость, соединенную сверху с испарительной камерой 7 через вертикальные щели 11 и сообщающуюся снизу с днищем корпуса 1, выполненным в виде ряда продольных вертикальных камер 19, расположенных с некоторым зазором между собой и соединенных с левого торца снизу с емкостью для сбора конденсата 20, в которой помещен конденсатный насос 21, при этом конденсационная камера 7 корпуса 1, погружена в водоем 15, а уклоны наклонного испарительного лотка 5 и днищ продольных вертикальных камер 19 направлены в сторону выпуска питательной воды, и емкости сбора конденсата 20 с уклоном, равным углу естественного откоса воды, поверхности торцов, бортов и днища нижней конденсационной камеры 10 корпуса 1 выполнены с вертикальными и горизонтальными гофрами 22, во внутренние пазы которых вставлены вертикальные или горизонтальные термоэлектрические преобразователи (ТЭП) 23, выполненные из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэлектрических элементов (ТЭЭ) 24, представляющих собой парные проволочные отрезки 25 и 26, изготовленные из разных металлов M1 и M2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи 27 согнуты под углом 90° и располагаются вблизи наружной поверхности корпуса термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 23 параллельно ей, сами проволочные отрезки 25 и 26 расположены параллельно друг другу, образуя П-образные ряды 28, крайние проволочные отрезки 25 и 26 каждого П-образного ряда 28 ТЭП 23 соединены перемычками 29 с одноименными коллекторами электрических зарядов 30 и 31, которые наряду с фотоэлементами 3 соединены с выходными коллекторами (на фиг. 1-9 не показаны), накопительным блоком 4, насосами 14, 21 и другими потребителями (соединительные электропровода и другие потребители на фиг. 1-9 не показаны).AGTEOU contains a rectangular body 1 made of material with high thermal conductivity, a roof 2 covered from above with photocells 3 with a storage unit 4, inside the body 1 there is an inclined evaporating tray 5 with sides, the bottom of which is covered from below with a layer of hydrothermal insulation 6, dividing the cavity of the body 1 into the upper evaporation chamber 7, equipped with a plunger 8 with a shut-off valve 9, and a lower condensation chamber 10, communicating with each other at the sides of the housing 1 through vertical slots 11, in the upper end of the inclined evaporation tray 5 at the right end of the housing 1 there is an intake manifold 12, which is a plugged at the ends of a horizontal perforated pipe, the perforation of which is made in the direction of movement of feed water, connected by a pipeline 13 with a submersible feed pump 14 placed in a reservoir with sea (saline, saline) water 15, the lower end of the inclined evaporating tray 5 is connected to the outlet horizontal slot 16, arranged d in the left end of the housing 1, connected to the hydraulic valve 17, the lower condensation chamber consists of a distribution steam header 18 located from top to bottom, which is a hollow container connected from above to the evaporation chamber 7 through vertical slots 11 and communicating from below with the bottom of the housing 1 made in the form of a series of longitudinal vertical chambers 19, located with a certain gap between each other and connected from the bottom left end with a condensate collection tank 20, in which a condensate pump 21 is placed, while the condensation chamber 7 of the housing 1 is immersed in a reservoir 15, and the slopes of an inclined of the evaporating tray 5 and the bottoms of the longitudinal vertical chambers 19 are directed towards the outlet of feed water, and the condensate collection tank 20 with a slope equal to the angle of repose of water, the surfaces of the ends, sides and bottom of the lower condensation chamber 10 of the housing 1 are made with vertical and horizontal corrugations 22, into the inner grooves of which the vertical is inserted horizontal or horizontal thermoelectric converters (TEC) 23, made of a dielectric material with high thermal conductivity, in the array of which is placed a contour reinforcement consisting of thermoelectric elements (TEE) 24, which are paired wire segments 25 and 26 made of different metals M1 and M2 soldered at the ends to each other in such a way that their junctions 27 are bent at an angle of 90 ° and are located near the outer surface of the thermoelectric converter (TEC) 23 casing parallel to it, the wire segments 25 and 26 themselves are located parallel to each other, forming U-shaped rows 28 , the extreme wire sections 25 and 26 of each U-shaped row 28 of the TEC 23 are connected by jumpers 29 with the collectors of the same name of electric charges 30 and 31, which, along with the photocells 3, are connected to the output collectors (in Fig. 1-9 are not shown), storage unit 4, pumps 14, 21 and other consumers (connecting electric wires and other consumers are not shown in FIGS. 1-9).
В основу работы предлагаемой АГТЭОУ положено свойство фотоэлементов 3 при воздействии на них солнечных лучей преобразовывать воспринятую солнечную энергию в электрическую и тепловую энергии [А. с. СССР №1603152, МПК F24 J2/32, 1990]. Кроме того, изготовление контурной арматуры ТЭП 23 в виде П-образных рядов 28, состоящих из парных проволочных отрезков 25 и 26, выполненных из разных металлов M1 и M2, спаянных на концах между собой, при нагреве внутренних спаев 27 проволочных отрезков 25 и 26 ТЭЭ 24 ТЭП 23 конденсирующимся паром внутри камер 19 и охлаждении противоположных им спаев 27 снаружи, находящихся в пазах гофр 22, обращенных к холодной воде, на них устанавливаются разные температуры, в результате чего в П-образных рядах 28 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. - М: Наука, 1970, с. 502-506]. Компоновка АСО-ЭГ (сверху - фотоэлемент 3, снизу - крышка 2) позволяет одновременно производить съем тепла с фотоэлементовThe work of the proposed AGTEOU is based on the property of photocells 3, when exposed to sunlight, to convert the received solar energy into electrical and thermal energy [A. from. USSR No. 1603152, IPC F24 J2 / 32, 1990]. In addition, the manufacture of contour reinforcement TEP 23 in the form of U-shaped rows 28, consisting of paired wire sections 25 and 26, made of different metals M1 and M2, soldered at the ends to each other, while heating the inner solders 27 wire sections 25 and 26 TEE 24 TPE 23 with condensing steam inside the chambers 19 and cooling the opposite junctions 27 outside, located in the grooves of the corrugations 22 facing cold water, different temperatures are set on them, as a result of which thermoelectricity appears in the U-shaped rows 28 [S.G. Kalashnikov. Electricity. - M: Science, 1970, p. 502-506]. The ASO-EG arrangement (top - photocell 3, bottom - cover 2) allows simultaneous removal of heat from the photocells
- 2 035985- 2 035985
4, увеличивая эффективность их работы, за счет контакта с водяным паром, который образуется за счет этого тепла при нагреве морской воды, текущей по наклонному испарительному лотку 5, причем этот же пар нагревает при своей конденсации спаи 25 ТЭЭ 23, генерируя термоэлектричество. При этом Побразное расположение ТЭЭ 24 в рядах 28 ТЭП 23 позволяет значительно увеличить их удельное количество, приходящееся на единицу поверхности конденсационной камеры 10, и одновременно увеличить площадь теплообмена, увеличивая скорость конденсации пара, а параллельное расположение спаев 27 относительно наружной поверхности ТЭП 23 увеличивает площадь контакта спаев 27 с охлаждаемой (нагреваемой) поверхностями, что интенсифицирует процесс теплообмена между противоположными спаями 27. Кроме того, выполнение днища корпуса 1 в виде параллельных вертикальных камер 19 многократно увеличивает площадь теплообмена и соответственно производительность установки по опресненной воде и количеству вырабатываемого термоэлектричества, а соединение ТЭП 23 вертикальных и горизонтальных рядов 28 между собой через коллекторы с одноименными зарядами 30, 31 значительно упрощает конструкцию и снижает электрическое сопротивление цепи ТЭП при генерировании термоэлектричества.4, increasing the efficiency of their operation, due to contact with water vapor, which is formed due to this heat when seawater is heated, flowing along the inclined evaporating tray 5, and the same steam heats during its condensation the junctions 25 of TEE 23, generating thermoelectricity. At the same time, the U-shaped arrangement of TEE 24 in rows 28 of TEC 23 makes it possible to significantly increase their specific amount per unit surface of the condensation chamber 10, and at the same time increase the heat exchange area, increasing the rate of vapor condensation, and the parallel arrangement of the junctions 27 relative to the outer surface of the TEC 23 increases the contact area junctions 27 with cooled (heated) surfaces, which intensifies the process of heat transfer between opposite junctions 27. In addition, the implementation of the bottom of the housing 1 in the form of parallel vertical chambers 19 multiplies the heat exchange area and, accordingly, the capacity of the plant in terms of desalinated water and the amount of generated thermoelectricity, and the TEP connection 23 vertical and horizontal rows 28 between each other through collectors with the same charges 30, 31 greatly simplifies the design and reduces the electrical resistance of the TPE circuit when generating thermoelectricity.
АГТЭОУ работает следующим образом. Корпус 1 погружается в водоем с морской (минерализованной, соленой) водой 15 таким образом, чтобы большая часть конденсационной камеры 10 корпуса 1 была погружена в водоем 15, выпускная горизонтальная щель 16, соединенная с гидрозатвором 17, находились над уровнем воды в водоеме 15, а крышка 2 была горизонтальной (для обеспечения равномерного приема солнечных лучей в течение светового дня). Такое положение корпуса 1 обеспечивается или соотношением между его весом и центром тяжести, или установкой его на якоря (поплавки). Далее к впускному коллектору 12 через трубопровод 13 присоединяют погружной питательный насос 14, глубину погружения которого Н выбирают из условий отсутствия в воде механических загрязнений, и включают его в работу. При падении солнечных лучей на поверхность фотоэлементов 3 в них осуществляется преобразование воспринятой солнечной энергии в электрическую и тепловую энергии. Устойчивая и эффективная работа фотоэлементов 3 обеспечивается непрерывным отводом тепла от них, который осуществляется тем, что полученная в фотоэлементах 3 в результате трансформации солнечной энергии тепловая энергия совместно с полученным водяным паром непрерывно отводится через стенку крыши 2, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, в испарительную камеру 10. При этом в начальный период работы из испарительной камеры 7 через вантуз 8 при открытом запорном клапане 9 стравливается воздух, после чего клапан 9 автоматически закрывается. В испарительной камере 7 поступившее тепло расходуется на нагрев минерализованной питательной воды, движущейся по наклонному испарительному лотку 5 в сторону его нижнего торца самотеком за счет его уклона. Последняя подается в наклонный испарительный лоток 5 питательным насосом 14 через впускной коллектор 12, представляющий собой заглушенную на торцах горизонтальную перфорированную трубу, перфорация которой выполнена в направлении движения питательной нагреваемой воды, что обеспечивает ее равномерное распределение по ширине полотна наклонного испарительного лотка 5. В процессе нагрева минерализованная вода нагревается до температуры большей, чем температура воды в водоеме 15, частично испаряется, а ее неиспарившаяся часть самотеком перемещается по полотну лотка 5 до его нижнего торца и через горизонтальную выпускную щель 16 и гидрозатвор 17 сливается в водоем 15 (гидрозатвор 17 предотвращает выпуск водяного пара в атмосферу при повышении внутреннего давления в испарительной камере 7 и попадание воздуха в нее при снижении внутреннего давления). Полученный в процессе нагрева питательной воды насыщенный водяной пар через вертикальные щели 11 поступает в нижнюю конденсационную камеру 10 через распределительный паровой коллектор 18 и распределяется по продольным вертикальным камерам 19, где конденсируется, в результате чего при выходе на стационарный режим работы опреснителя давление в конденсационной камере 10 всегда меньше, чем в испарительной камере 7. Конденсация водяного пара, полученного в испарительной камере 7, в конденсационной камере 10 осуществляется в результате процесса теплопередачи от пара через стенки поверхность торцов, бортов и днищ продольных вертикальных камер 19, выполненных с вертикальными и горизонтальными гофрами 22, во внутренние пазы которых вставлены вертикальные и горизонтальные ТЭП 23, с массивом более холодной воды в водоеме 15. При этом полученный насыщенный пар с температурой 1П контактирует с внутренней поверхностью ТЭП 23, нагревая внутренние спаи 27 проволочных отрезков 25 и 26 ТЭЭ 24 до температуры t1. Одновременно поверхность ТЭП 23, обращенная к воде, охлаждается в результате контакта гофра 22 с водой. Тепло, выделяющееся в результате работы фотоэлементов 4 от солнечных лучей, в конечном итоге во многом тратится на нагрев внутренних спаев 27 ТЭЭ 24, а холод, поступающий от воды, охлаждает наружные спаи 27 этих же ТЭЭ 24 до температуры t2, в результате чего на противоположных спаях 27 возникает разность температур (ti-t2), а в П-образных рядах 28 появляется термоэлектричество, которое поступает в коллекторы одноименных зарядов 30 и 31. Полученная под воздействием солнечных лучей электрическая энергия из фотоэлементов 4 и термоэлектричество из ТЭП 23 через выходные коллекторы (на фиг. 1-9 не показаны) поступают в накопительный блок, где осуществляется трансформация напряжения, силы тока и накопление электрической энергии, часть которой расходуется на привод насосов 14 и 21, а другая часть направляется другим потребителям (на фиг. 1-9 не показаны).AGTEOU works as follows. The body 1 is immersed in a reservoir with sea (saline, salt) water 15 so that most of the condensation chamber 10 of the body 1 is immersed in the reservoir 15, the outlet horizontal slot 16 connected to the hydraulic seal 17 is above the water level in the reservoir 15, and cover 2 was horizontal (to ensure uniform reception of sunlight during daylight hours). This position of the body 1 is provided either by the ratio between its weight and the center of gravity, or by placing it on anchors (floats). Next, a submersible feed pump 14 is connected to the inlet manifold 12 through a pipeline 13, the immersion depth of which H is selected from the conditions of the absence of mechanical impurities in the water, and is switched on. When the sun's rays fall on the surface of the photocells 3, the received solar energy is converted into electrical and thermal energy. Stable and efficient operation of photocells 3 is ensured by continuous heat removal from them, which is carried out by the fact that the thermal energy received in photocells 3 as a result of the transformation of solar energy, together with the obtained water vapor, is continuously removed through the roof wall 2, made of material with high thermal conductivity, into the evaporative chamber 10. At the same time, in the initial period of operation, air is released from the evaporation chamber 7 through the plunger 8 with the shut-off valve 9 open, after which the valve 9 is automatically closed. In the evaporation chamber 7, the incoming heat is spent on heating the mineralized feed water moving along the inclined evaporating tray 5 towards its lower end by gravity due to its slope. The latter is fed into the inclined evaporator tray 5 by the feed pump 14 through the inlet manifold 12, which is a horizontal perforated pipe plugged at the ends, the perforation of which is made in the direction of movement of the heated feed water, which ensures its uniform distribution over the width of the web of the inclined evaporator tray 5. During heating mineralized water heats up to a temperature higher than the temperature of the water in the reservoir 15, partially evaporates, and its non-evaporated part moves by gravity along the canvas of the tray 5 to its lower end and through the horizontal outlet slot 16 and the water seal 17 is drained into the reservoir 15 (the water seal 17 prevents the release of water steam into the atmosphere with an increase in the internal pressure in the evaporation chamber 7 and the ingress of air into it with a decrease in the internal pressure). The saturated water vapor obtained in the process of heating the feed water through the vertical slots 11 enters the lower condensation chamber 10 through the distribution steam manifold 18 and is distributed along the longitudinal vertical chambers 19, where it condenses, as a result of which, when the desalter enters the stationary mode of operation, the pressure in the condensation chamber 10 always less than in the evaporation chamber 7. Condensation of water vapor obtained in the evaporation chamber 7 in the condensation chamber 10 is carried out as a result of the process of heat transfer from steam through the walls, the surface of the ends, sides and bottoms of the longitudinal vertical chambers 19, made with vertical and horizontal corrugations 22 , in the inner grooves of which vertical and horizontal TEC 23 are inserted, with an array of colder water in the reservoir 15. In this case, the obtained saturated steam with a temperature of 1 P contacts the inner surface of the TEC 23, heating the inner junctions 27 of wire segments 25 and 26 of TEE 24 to the temperature t1. At the same time, the surface of the TPE 23 facing the water is cooled as a result of the contact of the corrugation 22 with water. The heat released as a result of the operation of photocells 4 from the sun's rays is ultimately spent to a large extent on heating the internal junctions 27 of the TEE 24, and the cold coming from the water cools the external junctions 27 of the same TEE 24 to a temperature t 2 , resulting in opposite junctions 27 there is a temperature difference (ti-t 2 ), and thermoelectricity appears in the U-shaped rows 28, which enters the collectors of the same charges 30 and 31. Electric energy obtained under the influence of sunlight from photocells 4 and thermoelectricity from TPE 23 through the weekend collectors (not shown in Fig. 1-9) enter the storage unit, where the transformation of voltage, current strength and accumulation of electrical energy is carried out, part of which is spent on the drive of pumps 14 and 21, and the other part is sent to other consumers (in Fig. 1- 9 not shown).
- 3 035985- 3 035985
Полученный конденсат самотеком за счет уклона днищ продольных вертикальных камер 19 движется по каналам, образованным рядами ТЭП 23, и стекает в емкость для сбора конденсата 20, соединенную в левом торце с днищами камеры 19, накапливается там и насосом 21 подается потребителю.The resulting condensate by gravity due to the slope of the bottoms of the longitudinal vertical chambers 19 moves along the channels formed by the rows of TEP 23, and flows into the condensate collection tank 20, connected at the left end with the bottoms of the chamber 19, is accumulated there and pumped 21 to the consumer.
Высота бортиков Δ1 наклонного испарительного лотка 5, ширина вертикальных щелей 10 Δ2 выбираются из условия недопущения перелива питательной воды и свободного прохода пара при максимальной нагрузке опреснителя. Ширина горизонтальной выпускной щели Δ3 должна обеспечивать свободный слив нагретой питательной воды в гидрозатвор 17 и далее в водоем 15, что проверяется аэродинамическим и гидравлическим расчетами. Длина наклонного испарительного лотка 5 выбирается из условия минимального отложения солей на его поверхности, ширина принимается, исходя из условий обеспечения равномерного распределения питательной воды на поверхности по его ширине и длине. Размеры, количество параллельных вертикальных камер и шаг между ними определяются технико-экономическим расчетом. Производительность предлагаемой АГТЭОУ можно увеличить путем размещения параллельно нескольких наклонных испарительных лотков 5 в одном корпусе 1.The height of the sides Δ1 of the inclined evaporating tray 5, the width of the vertical slots 10 Δ2 are selected from the condition of preventing the overflow of feed water and free passage of steam at the maximum load of the desalter. The width of the horizontal outlet slot Δ 3 should ensure free drainage of the heated feed water into the hydraulic seal 17 and further into the reservoir 15, which is verified by aerodynamic and hydraulic calculations. The length of the inclined evaporating tray 5 is selected from the condition of minimum salt deposition on its surface, the width is taken based on the conditions for ensuring uniform distribution of feed water on the surface along its width and length. The dimensions, the number of parallel vertical chambers and the pitch between them are determined by a technical and economic calculation. The performance of the proposed AGTEOU can be increased by placing in parallel several inclined evaporating trays 5 in one housing 1.
Количество фотоэлементов 3, размеры корпуса 1 и крышки 2, глубина погружения продольных вертикальных камер 19 в воду, размеры и шаг между гофрами 22, их длину определяют в зависимости от наружных условий места установки (температуры наружного воздуха, температуры воды, солнечного освещения) и требуемой мощности. Величина разности электрического потенциала на выходных коллекторах (на фиг. 1-9 не показаны), сила электрического тока зависит от характеристик фотоэлементов 3, продолжительности и интенсивности солнечного облучения, характеристик пар металлов, из которых изготовлены проволочные отрезки 25 и 26, числа ТЭЭ 24 и ТЭП 23 в П-образных рядах 28 и их числа в камерах 19, а также разности температур на противоположных спаях 27 ТЭЭ 24. Полученный электрический ток, помимо обеспечения работы насосов 14 и 21, можно использовать для обслуживания различных технических устройств, а также обогрева и освещения жилых и производственных помещений на берегу водоема.The number of photocells is 3, the dimensions of the body 1 and the cover 2, the depth of immersion of the longitudinal vertical chambers 19 in water, the dimensions and pitch between the corrugations 22, their length is determined depending on the external conditions of the installation site (outside air temperature, water temperature, solar illumination) and the required power. The magnitude of the difference in the electric potential at the output collectors (not shown in Figs. 1-9), the electric current depends on the characteristics of the photocells 3, the duration and intensity of solar irradiation, the characteristics of the metal pairs from which the wire segments 25 and 26 are made, the TEE number 24 and TEP 23 in U-shaped rows 28 and their number in chambers 19, as well as the temperature difference on opposite junctions 27 TEE 24. The resulting electric current, in addition to ensuring the operation of pumps 14 and 21, can be used to service various technical devices, as well as heating and lighting of residential and industrial premises on the shore of the reservoir.
Предлагаемая АГТЭОУ позволяет одновременно проводить масштабный процесс опреснения морской или минерализованной (соленой) воды непосредственно в самом водоеме, транспортировку ее потребителю и генерировать электричество за счет использования солнечной энергии и низкопотенциальной энергии минерализованной (морской) воды. Конструкция предлагаемой АГТЭОУ в результате устройства вантуза в камере испарения обеспечивает возможность удаления воздуха из нее в период запуска установки, исключает опасность проскока пара из испарительной камеры в наружную атмосферу и подсасывания воздуха в нее при колебаниях давления в процессе работы за счет соединения выпускной щели с гидрозатвором, увеличивает производительность установки по дистилляту и термоэлектричеству за счет увеличения площади теплообмена конденсационной камеры и соединения термоэлектрических элементов через коллекторы одноименных зарядов, что в конечном счете увеличивает ее эффективностьThe proposed AGTEOU allows you to simultaneously carry out a large-scale process of desalination of sea or saline (salt) water directly in the reservoir itself, transport it to the consumer and generate electricity through the use of solar energy and low-potential energy of saline (sea) water. The design of the proposed AGTEOU, as a result of the plunger device in the evaporation chamber, provides the possibility of removing air from it during the start-up of the installation, eliminates the danger of steam slip from the evaporation chamber into the external atmosphere and sucking air into it during pressure fluctuations during operation due to the connection of the outlet slot with a water seal, increases the productivity of the unit for distillate and thermoelectricity by increasing the heat exchange area of the condensation chamber and connecting thermoelectric elements through collectors of the same charge, which ultimately increases its efficiency
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201900252A EA035985B1 (en) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | Self-contained solar-thermal electric desalination plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201900252A EA035985B1 (en) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | Self-contained solar-thermal electric desalination plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201900252A1 EA201900252A1 (en) | 2020-09-07 |
| EA035985B1 true EA035985B1 (en) | 2020-09-09 |
Family
ID=72615990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201900252A EA035985B1 (en) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | Self-contained solar-thermal electric desalination plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA035985B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102674490A (en) * | 2012-05-09 | 2012-09-19 | 浙江大学 | Self-sufficient water supply disc type solar sea water desalting device |
| EP2862842A1 (en) * | 2012-06-18 | 2015-04-22 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Normal pressure-type multiple-effect desalination device using solar heat and multiple heat sources |
| CN104925886A (en) * | 2015-06-02 | 2015-09-23 | 天津九河金舸船业股份有限公司 | Solar-powered seawater desalination device and using method thereof |
| RU2567895C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования " Юго-Западный госудрственный университет" (ЮЗГУ) | Autonomous solar water-distiller |
| RU2622441C1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Stand-alone solar distiller-electric generator |
-
2019
- 2019-05-22 EA EA201900252A patent/EA035985B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102674490A (en) * | 2012-05-09 | 2012-09-19 | 浙江大学 | Self-sufficient water supply disc type solar sea water desalting device |
| EP2862842A1 (en) * | 2012-06-18 | 2015-04-22 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Normal pressure-type multiple-effect desalination device using solar heat and multiple heat sources |
| RU2567895C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования " Юго-Западный госудрственный университет" (ЮЗГУ) | Autonomous solar water-distiller |
| CN104925886A (en) * | 2015-06-02 | 2015-09-23 | 天津九河金舸船业股份有限公司 | Solar-powered seawater desalination device and using method thereof |
| RU2622441C1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Stand-alone solar distiller-electric generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201900252A1 (en) | 2020-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5801663B2 (en) | Seawater desalination equipment | |
| Kalogirou | Seawater desalination using renewable energy sources | |
| AU728428B2 (en) | Plant for desalination or purification of sea or brackish water by means of solar energy | |
| AU2010349612B2 (en) | Steam generation apparatus and energy supplying system using same | |
| US9968865B1 (en) | Multiple effect with vapor compression distillation apparatus | |
| KR101092140B1 (en) | Desalination apparatus using solar heat and fan | |
| EP2804682B1 (en) | Desalination station using a heat pump and photovoltaic energy | |
| US20210380437A1 (en) | Solar ocean thermal energy seawater distillation system | |
| RU2622441C1 (en) | Stand-alone solar distiller-electric generator | |
| KR101702850B1 (en) | Solar desalination modules for stand-alone | |
| KR20160060283A (en) | Photovoltaics system to able seawater desalination | |
| RU2567895C1 (en) | Autonomous solar water-distiller | |
| US9289696B2 (en) | Water desalination system using geothermal energy | |
| KR20110015306A (en) | System making fresh water from sea water using solar energy and small hydroelectric power | |
| CN111960494A (en) | CPC-based tracking-free light-gathering heat-collecting desalination system | |
| Mohamed et al. | A comprehensive review of the vacuum solar still systems | |
| EA035985B1 (en) | Self-contained solar-thermal electric desalination plant | |
| RU2768909C2 (en) | Autonomous self-orienting solar desalter-electric generator | |
| EA035928B1 (en) | Solar and air source of water supply | |
| CN114604923B (en) | Photothermal-photoelectric integrated heat collecting pipe seawater desalting device | |
| RU2655892C1 (en) | Solar pool-type desalter | |
| Ezhov et al. | Energy efficient water desalination technology | |
| CN210710828U (en) | Solar seawater desalination system based on CPC heat collection | |
| RU2686224C1 (en) | Apparatus for producing fresh water from sea-based atmospheric air | |
| US20040118671A1 (en) | Method and apparatus for the thermo-solar distillation and transportation of water from a water table |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |