RU2516054C2

RU2516054C2 - Solar-wind water distiller

Info

Publication number: RU2516054C2
Application number: RU2012135738/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бирюлин; Анжелика Амировна Ветрова; Дарья Дмитриевна Васильева
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-05-20
Also published as: RU2012135738A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: solar-wind water distiller comprises a reservoir for water desalination, a transparent condenser installed above it with a nozzle for outlet of the steam and air mixture in the upper part with a propeller installed in it and fixed on the shaft of the wind engine. A non-transparent condenser is installed above the transparent one, being connected in the upper part with a circulating pipeline, which ends with a circular distributor in the reservoir. A conical tube is fixed to the shaft on the lower and upper crosspieces, and the tube has helical triangular thread on the outer surface in the direction opposite to the rotation of the disc, with which it is partially connected. On the surface of the non-transparent condenser there are toroids, which are hydraulically communicated by pipes with a chute communicated with a pipeline with a reservoir of fresh water.

EFFECT: water distiller, if wind is available, will also work at night time.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для опреснения соленой минерализованной воды с использованием солнечной и ветровой энергий.The invention relates to heat engineering, in particular to devices for desalination of saline saline water using solar and wind energy.

Известен фрикционный нагреватель, содержащий бак с нагреваемой средой, на дне которого установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, имеющего с боков лопасти, причем он через вертикальный вал соединен с ветродвигателем (А.С. №1627790, СССР).Known friction heater containing a tank with a heated medium, at the bottom of which is mounted a fixed disk in contact with a movable disk having blades on the sides, and it is connected through a vertical shaft to a wind turbine (AS No. 1627790, USSR).

Известна теплоаккумулирующая капсула, содержащая герметичный корпус, заполненная теплоаккумулилирующим составом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур (Патент РФ №2143646, 1949 г.).Known heat storage capsule containing a sealed enclosure filled with heat storage composition that changes its state of aggregation in the operating temperature range (RF Patent No. 2143646, 1949).

Известно устройство для увлажнения воздуха, содержащее вращающийся диск с центральной конусной трубкой, погруженной в сосуд с водой и расширяющаяся к диску, причем на наружной поверхности трубки выполнена винтовая треугольная нарезка в направлении, противоположному вращению диска, с поверхностью со стороны сосуда выполненная вогнутой (А.С. №928138, СССР, 1982 г.).A device for humidification of air is known, containing a rotating disk with a central conical tube immersed in a vessel of water and expanding towards the disk, and on the outer surface of the tube there is a triangular helical thread in the direction opposite to the rotation of the disk, with the surface from the side of the vessel made concave (A. S. No. 928138, USSR, 1982).

В увлажнителе воздуха распыления воды происходит одновременно на двух сторонах вращающегося диска, что способствует ее испарению.In a humidifier, atomization of water occurs simultaneously on two sides of a rotating disk, which contributes to its evaporation.

Известен солнечный опреснитель, содержащий испаритель в виде бассейна соленой воды, присоединенного к конденсатору, ветродвигатель, служащий приводом крыльчатки для обдува поверхности воды, присоединенного к конденсатору, ветродвигатель, служащий приводом крыльчатки для обдува поверхности воды, а также дополнительный конденсатор, выполненный в виде конической трубы, внутри которой размещен вал ветродвигателя по ее оси (А.С. №819522, СССР).Known solar desalination plant, containing an evaporator in the form of a salt water pool connected to a condenser, a wind turbine serving as an impeller drive for blowing a water surface connected to a condenser, a wind turbine serving as an impeller drive for blowing a water surface, and an additional condenser made in the form of a conical pipe inside of which a wind turbine shaft is placed along its axis (AS No. 819522, USSR).

В конструкции известного опреснителя не предусмотрен дополнительный нагрев соленой воды в бассейне другими видами источников энергии, что снижает его эффективность, а также недостаточно используется в нем солнечная и ветровая энергии.The design of the well-known desalination plant does not provide for additional heating of salt water in the pool with other types of energy sources, which reduces its effectiveness, and also does not use enough solar and wind energy in it.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является солнечно-ветровой опреснитель, содержащий емкость для опресняемой воды с фрикционным нагревателем, установленный над ней прозрачный конденсатор с патрубком для выхода паровоздушной смеси в верхней части, в котором установлен нагнетатель, выполненный в виде крыльчатки, закрепленной на валу ветродвигателя, а также лопатки в виде полуцилиндров по ярусно, закрепленные на валу внутри непрозрачного конденсатора, а в циркуляционном трубопроводе установлен петлевой теплообменник в виде солнечного коллектора, связанный со змеевиком, размещенный в емкости (Патент РФ №2354895, 2009 г.)The closest in technical essence to the claimed solution is a solar-wind desalination plant containing a container for desalinated water with a friction heater, a transparent condenser installed above it with a pipe for the exit of the steam-air mixture in the upper part, in which a supercharger is installed, made in the form of an impeller mounted on wind turbine shaft, as well as blades in the form of half-cylinders in tiers, mounted on the shaft inside an opaque capacitor, and a loop heat is installed in the circulation pipe looser in the form of a solar collector associated with a coil placed in a container (RF Patent No. 2354895, 2009)

В известном опреснителе испарения соленой воды производится с неподвижной ее поверхности, недостаточный подогрев паровоздушной смеси солнечными лучами, частично подогреваемую соленую воду в емкости.In the well-known desalination plant, the evaporation of salt water is carried out from its fixed surface, insufficient heating of the air-steam mixture by sunlight, partially heated salt water in the tank.

Для устранения указанных недостатков предлагается солнечно-ветровой опреснитель, содержащий емкость для опресняемой воды, установленный над ней прозрачный конденсатор с патрубком для выхода паровоздушной смеси в верхней части, в котором установлен нагнетатель, выполненный в идее крыльчатки, закрепленной на валу ветродвигателя. Непрозрачный конденсатор расположен над прозрачным, сверху которого на валу установлена крыльчатка. Верхняя часть непрозрачного конденсатора через теплообменник сообщена с циркуляционным трубопроводом с кольцевым распределителем, расположенным в емкости над уровнем воды, с опущенной в нее конусной трубкой, жестко связанной с диском, согласно изобретению кольцевой распределитель, расположенный в емкости, имеет три концентрические трубопроводные кольца с отверстиями, с надетыми на них теплоаккумулирующими капсулами. К валу прикреплена конусная трубка, имеющая на наружной поверхности винтовую треугольную нарезку в направлении, противоположном вращению диска, с которым она жестко связана, причем диск, размещенный сверху трубки, имеет на поверхности коаксиальные канавки и сливные отверстия. На поверхности непрозрачного конденсатора закреплены торы, которые гидравлически сообщены трубками с патрубками с желобом, сообщенный трубопроводом с емкостью пресной воды. Петлевой теплообменник установлен в закрытом пенале, имеющий переднюю сторону прозрачную, а заднюю - зеркальную, причем опускная часть циркуляционного трубопровода выполнена в виде теплообменника «труба в трубе», межтрубное пространство которого заполнено теплоаккумулирующим материалом.To eliminate these drawbacks, a solar-wind desalination plant is proposed, which contains a container for desalinated water, a transparent condenser installed above it with a pipe for the steam-air mixture to exit in the upper part, in which a supercharger is installed, made in the idea of an impeller mounted on the shaft of a wind turbine. An opaque capacitor is located above a transparent capacitor, on top of which an impeller is mounted on the shaft. The upper part of the opaque condenser is connected through a heat exchanger with a circulation pipe with an annular distributor located in the container above the water level, with a conical tube lowered into it, rigidly connected to the disk, according to the invention, the annular distributor located in the container has three concentric piping rings with holes, with heat-accumulating capsules on them. A conical tube is attached to the shaft, having a triangular helical thread on the outer surface in the direction opposite to the rotation of the disk with which it is rigidly connected, and the disk placed on top of the tube has coaxial grooves and drain holes on the surface. On the surface of the opaque capacitor, tori are fixed, which are hydraulically connected by tubes with nozzles with a groove, connected by a pipeline with a fresh water tank. The loop heat exchanger is installed in a closed case, with the front side transparent and the rear side mirrored, and the lower part of the circulation pipe is made in the form of a pipe-in-pipe heat exchanger, the annular space of which is filled with heat-accumulating material.

На чертежах показан предлагаемый солнечно-ветровой опреснитель, где на фиг.1 представлен его разрез, а на фиг.2 - его кольцевой распределитель.The drawings show the proposed solar-wind desalination plant, where in Fig.1 shows its section, and in Fig.2 - its annular distributor.

Солнечно-ветровой опреснитель, содержащий емкость 1 для опресняемой воды, над ней установлен прозрачный конденсатор 2 с патрубком 3 в верней его части. Непрозрачный конденсатор 4, установленный над прозрачным конденсатором 2, сверху пневматически сообщен циркуляционным трубопроводом 5 с кольцевым распределителем 6, расположенный в емкости 1, имеющий три концентрических трубопроводных колец 7 с отверстиями 8 и с надетыми на них теплоаккумулирующими капсулами 9. Зеркальный вал 10 с фланцем отбора мощности, внизу со свободным вращением установлен в неподвижном металлическом диске 12, прикрепленного в центре днища 13 емкости 1. К валу 10 внизу прикреплены: вращающийся диск 14 с лопастями 15, нижняя 16 и верхняя 17 крестовики конусной трубки 18 и нижняя крыльчатка 19. В верхней части вала 10 прикреплены: верхняя крыльчатка 20, лопатки 21 в виде полуцилиндров, расположенные по ярусно, в основном напротив торов 22, закрепленные на поверхности непрозрачного конденсатора 4, а также средняя крыльчатка 23. Конденсатор 4 окружен светоотражающим кожухом 24, торы 22 которого гидравлически сообщены трубками 25 с желобом 26 и трубопроводом 27 с емкостью пресной воды. На трубопроводе 5 установлен в закрытом пенале 30 петлевой теплообменник 31, в идее солнечного коллектора, размещенный в зоне действия солнечных лучей под углом альфа, равным 30-45 градусов от вертикали. Пенал 30 имеет переднюю сторону прозрачную, а заднюю - зеркальную. Опускная часть 32 трубопровода 5 выполнена в виде теплообменника «труба в трубе», между трубами заполнена теплоаккумулирующим материалом 33. Диск 34, расположенный сверху жестко соединенный с конусной трубкой 18, имеет на поверхности коаксиальные канавки 35 и сливные отверстия 36.A solar-wind desalination plant containing a container 1 for desalinated water, a transparent condenser 2 with a pipe 3 in its upper part is installed above it. An opaque capacitor 4, mounted above the transparent capacitor 2, is pneumatically connected from above by a circulation pipe 5 with an annular distributor 6, located in a container 1, having three concentric pipe rings 7 with openings 8 and with heat-accumulating capsules put on them 9. Mirror shaft 10 with a selection flange power, below with free rotation is installed in a fixed metal disk 12 attached to the center of the bottom 13 of the tank 1. To the shaft 10 below are attached: a rotating disk 14 with blades 15, the lower 16 and the upper 17 crosses of the conical tube 18 and the lower impeller 19. In the upper part of the shaft 10 are attached: the upper impeller 20, the blades 21 in the form of half cylinders, arranged in tiers, mainly opposite the tori 22, mounted on the surface of the opaque capacitor 4, and the middle impeller 23. The capacitor 4 is surrounded by a reflective casing 24, the tori 22 of which are hydraulically connected by tubes 25 with a groove 26 and a pipe 27 with a fresh water tank. A loop heat exchanger 31, in the idea of a solar collector, located in the sun exposure zone at an angle alpha equal to 30-45 degrees from the vertical, is installed on the pipeline 5 in a closed case 30. Pencil case 30 has a transparent front side and a mirror side. The lowering part 32 of the pipeline 5 is made in the form of a pipe-in-pipe heat exchanger, between the pipes it is filled with heat-accumulating material 33. The disk 34, which is located on top and is rigidly connected to the conical pipe 18, has coaxial grooves 35 and drain holes 36 on the surface.

В полости 37 конденсатора 4 за счет подбора сечения трубопровода 5 и мощностей крыльчаток 19 и 23, должно поддерживаться избыточное давление (наддув), для возможности барботирования паровоздушной смеси через отверстия 8, кольцевого распределителя 6.In the cavity 37 of the condenser 4, due to the selection of the cross section of the pipeline 5 and the capacities of the impellers 19 and 23, overpressure (pressurization) must be maintained in order to bubble the vapor-air mixture through the openings 8 of the annular distributor 6.

Ветродвигатель присоединяется к фланцу 11 (не показан), существующих конструкций и должен обеспечивать эффективную работу опреснителя. Для подачи соленой воды в емкость 1 имеется трубопровод 37 с автоматом питания (не показан), при содержании в рассоле солей выше допустимого, измеряемого солеметром 38, его сливают через трубопровод 39.The wind turbine is attached to the flange 11 (not shown) of existing structures and must ensure the efficient operation of the desalination plant. For the supply of salt water to the tank 1, there is a pipe 37 with an automatic feed (not shown), when the salt content in the brine is higher than the permissible value, measured by a saltimeter 38, it is drained through the pipe 39.

Диаметры отверстий 8 в кольцевом распределителе 6 возрастают от входа в него циркуляционного трубопровода 5 и до последних сторон колец распределителя 6.The diameters of the holes 8 in the annular distributor 6 increase from the entrance to it of the circulation pipe 5 and to the last sides of the rings of the distributor 6.

Солнечно-ветровой опреснитель работает следующим образом.Solar-windmaker works as follows.

Соленая вода из трубопровода 37 поступает в емкость 1 и поддерживается на постоянном уровне. Днем она нагревается солнечными лучами и при наличии ветра - фрикционным теплогенератором (диски 12 и 16), тем самым происходит процесс испарения. Вращающаяся конусная трубка 18 подымает вверх часть соленой воды под и над диском 34 и тем самым увеличивает поверхность испарения на 20-30%. Неиспарившаяся вода сливается с краев диска 34 и отверстия 36 обратно в емкость 1 и затем процесс повторяется. Нижняя крыльчатка 19 поднимает образовавшуюся паровоздушную смесь и подает ее вверх по конденсатору 4. Часть паров осядет и конденсируется на стенке конденсатора 2 и стеной в желоб 28, оставшаяся часть паров в конденсаторе 4 отбросится лопатками 21 на его стенку и торы 22, сконденсируется и стечет по трубкам 25 и стенке в желоб 26. Оставшаяся в верхней части конденсатора 4 паровоздушная смесь через теплообменник 31 и по трубопроводу 5 поступит в кольцевой распределитель 6 и через отверстия 8, через слой соленой воды, проникшей в пространство конденсатора 2, отдав тепло воде. Далее процесс повторится. Ячейки 9 с теплоаккумулирующим составом, также нагреваются до температуры воды в емкости 1. В случае снижения силы ветра или появлении облачности, ячейки 9 начнут отдавать запасенное ими тепло воде и поддерживать ее температуру на постоянном уровне.Salt water from the pipeline 37 enters the tank 1 and is maintained at a constant level. During the day, it is heated by the sun's rays and, in the presence of wind, by the friction heat generator (discs 12 and 16), thereby the evaporation process occurs. The rotating conical tube 18 lifts up part of the salt water under and above the disk 34 and thereby increases the evaporation surface by 20-30%. Unevaporated water is drained from the edges of the disk 34 and the hole 36 back into the tank 1 and then the process is repeated. The lower impeller 19 lifts the resulting vapor-air mixture and feeds it up the condenser 4. Some of the vapors will settle and condense on the wall of the condenser 2 and wall into the groove 28, the remaining part of the vapors in the condenser 4 will be discarded by the vanes 21 on its wall and the tori 22, condensed and drained along tubes 25 and the wall in the groove 26. The vapor-air mixture remaining in the upper part of the condenser 4 through the heat exchanger 31 and through the pipe 5 will enter the annular distributor 6 and through the holes 8, through a layer of salt water that has penetrated into the condensation space torus 2, giving heat to water. Then the process will be repeated. Cells 9 with a heat-retaining composition also heat up to the temperature of the water in tank 1. In the event of a decrease in wind strength or cloudiness, cells 9 will begin to transfer the heat stored by them to the water and maintain its temperature at a constant level.

Теплообменник 31, заключенный в пенал 30, быстрее нагревает среду, находящуюся в нем, и при наличии облачности дольше сохраняет тепло. Опускная часть трубопровода 5 имеет снаружи трубопровод 32 большего диаметра, между ними расположен теплоаккумулирующий материал, способствующий поддерживать паровоздушной смеси в трубопроводе 5 на постоянном уровне.The heat exchanger 31, enclosed in the case 30, heats the medium in it faster, and in the presence of cloudiness, retains heat longer. The lowering part of the pipeline 5 has a larger diameter pipe 32 outside, a heat-accumulating material is located between them, which helps to maintain the vapor-air mixture in the pipe 5 at a constant level.

Крыльчатка 20 нагнетает холодный воздух между конденсатором 4 и кожухом 24, охлаждающая стенки конденсаторов 4 и 2, торы 22, а также препятствует нагреву этих поверхностей восходящими потоками теплого воздуха.The impeller 20 pumps cold air between the condenser 4 and the casing 24, cooling the walls of the condensers 4 and 2, the torus 22, and also prevents the heating of these surfaces by ascending flows of warm air.

Полученный конденсат из желобов 26 и 28 через трубопроводы 27 и 29 поступает потребителю.The resulting condensate from the gutters 26 and 28 through the pipelines 27 and 29 goes to the consumer.

В предлагаемом опреснителе нагрев опресняемой воды в емкости 1 осуществляется фрикционным тепллогенератором, и нагретой в теплообменнике 31 паровоздушной смесью, поступающей в кольцевой распределитель, и через его отверстия перемещается вверх через толщу воды в емкости 1.In the proposed desalination plant, the heating of desalinated water in the tank 1 is carried out by a friction heat generator, and the steam-air mixture heated in the heat exchanger 31 enters the annular distributor, and through its openings moves up through the water column in the tank 1.

Наличие конусной трубки 18 часть соленой воды поднимается вверх и тем самым увеличивается ее поверхность испарения на 20-30%.The presence of a conical tube 18 part of the salt water rises and thereby increases its evaporation surface by 20-30%.

Предлагаемый опреснитель при наличии ветра будет работать и в ночное время с меньшей производительностью. Его использование целесообразно в южных районах России на берегах соленых озер и морей, для получения пресной воды.The proposed desalination plant in the presence of wind will work at night with less productivity. Its use is advisable in the southern regions of Russia on the shores of salt lakes and seas, to obtain fresh water.

Claims

1. A solar-wind desalination plant containing a container for desalinated water, a transparent condenser installed above it with a nozzle for the exit of the steam-air mixture in the upper part, in which a supercharger is installed, made in the form of an impeller mounted on the wind turbine shaft, and an opaque condenser located above the transparent , on top of which an impeller is mounted on the shaft, the upper part of the opaque condenser is connected through a heat exchanger through a circulation pipe with an annular distributor located in a container under the water level, with a conical tube lowered into it, rigidly connected to the disk, characterized in that the annular distributor located in the tank has three concentric pipe rings with holes with heat-accumulating capsules put on them, and to the bottom and top to the shaft below a conical tube is attached to the crosses, having a triangular helical thread on the outer surface in the direction opposite to the rotation of the disk with which it is rigidly connected, and the disk placed on top of the tube has a surface coaxial grooves and drainage holes.

2. Desalination plant according to claim 1, characterized in that on the surface of the opaque capacitor there are fixed tori, which are hydraulically connected by tubes with a groove connected by a pipeline to a fresh water tank.

3. The desalination plant according to claim 1, characterized in that the loop heat exchanger is installed in a closed case having a transparent front and a mirror side, the lower part of the circulation pipe being made in the form of a pipe heat exchanger in a pipe, the annular space of which is filled with heat-accumulating material.