RU2655892C1

RU2655892C1 - Solar pool-type desalter

Info

Publication number: RU2655892C1
Application number: RU2017107424A
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Попов
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-05-29

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: in the pool filled with mineralized water, with a transparent sloping roof, a pipe for the condensate drainage, a branch pipe for feeding mineralized water, a salt pond is made in deepening of the bottom, in which a heat exchanger with two vaporizing pipelines at its ends are located, wherein the upper end of the first pipeline is located at the level of mineralized water and the end of the second pipeline - in air area of the sloping roof. To maintain a given level of mineralized water, a level regulator connected to the water supply branch pipe is installed. To enhance the thermal accumulation in the salt pond, a heater connected to the external power sources and an additional heat exchanger connected to the external sources of thermal energy are introduced.

EFFECT: ensuring the operation of the desalter around the clock with a high coefficient of efficiency not only in the southern, but also in the middle latitudes.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для дистилляции морских или загрязненных минерализованных вод за счет использования солнечной, а также другой тепловой энергии, в том числе энергии от возобновляемых источников энергии и «провальной» (неиспользуемой) в ночное время электроэнергии от магистральных сетей.The invention relates to devices for the distillation of marine or contaminated mineralized waters through the use of solar, as well as other thermal energy, including energy from renewable energy sources and “failed” (unused) nighttime electricity from trunk networks.

Исторически известны простые по конструкции солнечные опреснители бассейнового типа [Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М., 1991, с. 119, рис. 63. «Солнечный опреснитель (дистиллятор) бассейнового типа», Кульский П.П. Технология очистки природных вод. К., Вища шк. Головное из-во, 1986, с. 268, рис. 19.8 «Схема солнечного опреснителя типа «горячий ящик»], содержащие бассейн с минерализованной водой, стеклянную крышу над бассейном, приемный желоб для конденсата и отводящую трубку для дистиллята.Basin-type solar desalination plants of simple design are historically known [Kharchenko N.V. Individual solar installations. M., 1991, p. 119, fig. 63. “Solar desalination plant (distiller) of the basin type”, P. Kulsky Technology of natural water purification. K., Vishka school. Head-in, 1986, p. 268, fig. 19.8 "Scheme of a solar desalination machine of the" hot box "type], containing a pool with mineralized water, a glass roof above the pool, a receiving chute for condensate and a discharge pipe for distillate.

Однако подобные установки имеют низкую производительность и могут использоваться только в дневное время в районах с жарким климатом.However, such plants have low productivity and can be used only during the daytime in areas with a hot climate.

Известен «Солнечный опреснитель парникового типа», содержащий корпус в виде теплоизолированной емкости с морской водой, изготовленный в форме бассейна, светопроницаемую крышу с каналами произвольной формы, заполненные осушенным воздухом и заглушенные по концам, а на дне емкости имеется светопоглощающее покрытие из полимерного материала, помещенное в водонепроницаемую оболочку (Воронцов М.Ю., Писарев А.Ф. и др. Солнечный опреснитель парникового типа. Патент РФ №2437840, МПК С02F 1/14 (аналог)).The well-known "Greenhouse desalination desalination plant", comprising a body in the form of a heat-insulated container with sea water, made in the form of a pool, a permeable roof with channels of arbitrary shape, filled with dried air and muffled at the ends, and at the bottom of the tank there is a light-absorbing coating of polymer material placed in a waterproof shell (Vorontsov M.Yu., Pisarev AF, et al. Solar greenhouse desalination plant. RF patent No. 2437840, IPC С02F 1/14 (analogue)).

Недостатком данного устройства является также его низкая производительность по выработке опресненной воды, так как требует интенсивного солнечного излучения для прогрева массы воды до стадии ее порообразования и может использоваться эффективно только в южных районах страны.The disadvantage of this device is its low productivity for the production of desalinated water, as it requires intense solar radiation to warm up the mass of water to the stage of its pore formation and can be used effectively only in the southern regions of the country.

Известен также «Солнечный опреснитель», содержащий корпус с соленой водой, прозрачные наружное и внутреннее покрытия, образующие двухскатную крышу и канал для циркуляции охлаждающе воды, сборник конденсата, дозатор, распределительную емкость для охлаждающей воды с трубопроводом от источника соленой воды [Елманов А.И. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1467334, МПК F24J 2/32 (аналог)].Also known is “Solar desalination plant”, comprising a body with salt water, transparent outer and inner coatings forming a gable roof and a channel for circulating cooling water, a condensate collector, a dispenser, a distribution tank for cooling water with a pipe from a salt water source [A. Elmanov . Solar desalination plant. USSR author's certificate No. 1467334, IPC F24J 2/32 (analogue)].

Данное устройство позволяет несколько повысить производительность по выработке опресненной воды за счет охлаждения внутреннего прозрачного покрытия, на котором более интенсивно будут происходить конденсация паров воды, однако этот опреснитель также нуждается в интенсивном солнечном облучении и может использоваться только в южных регионах.This device allows you to slightly increase the productivity of desalinated water production by cooling the internal transparent coating, on which more condensation of water vapor will occur, however, this desalination plant also needs intense solar radiation and can only be used in the southern regions.

Кроме того, солнечная инсоляция, доходящая до поверхности воды, будет ослабляться стенками двойного покрытия и слоем воды между ними.In addition, solar insolation, reaching the surface of the water, will be weakened by the walls of the double coating and the layer of water between them.

К недостаткам данного опреснителя следует также отнести его конструктивную сложность и трудности в практической реализации.The disadvantages of this desalination plant should also include its structural complexity and difficulties in practical implementation.

Известен также «Солнечный опреснитель» [Карнаухов Н.С. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1483199, МПК F24J 2/32 (аналог).Also known as “Solar desalination plant” [Karnaukhov N.S. Solar desalination plant. USSR copyright certificate No. 1483199, IPC F24J 2/32 (analogue).

Опреснитель содержит емкость, заполненную соленой жидкостью, прозрачное ограждение, конденсатоотводчик в виде трубопровода, проходящий через зону конденсации и сообщенный с баком для сбора конденсата, причем один конец трубопровода расположен выше уровня жидкости, а другой - в баке для конденсации воды.The desalination plant contains a tank filled with salty liquid, a transparent fence, a steam trap in the form of a pipeline passing through the condensation zone and in communication with the condensate collection tank, one end of the pipeline above the liquid level and the other in the water condensation tank.

Недостатком данного опреснителя так же, как и предыдущих, является низкая производительность из-за необходимости сильного солнечного облучения, возможного только в дневное время и в южных районах страны. Это объясняется тем, что нагреву от солнечных лучей подвергается только верхний слой соленой жидкости и после образования под покрытием определенного давления паров последние по паропроводу через нижний охлаждающий слой воды поступают в бак для сбора конденсата.The disadvantage of this desalination plant, as well as the previous ones, is its low productivity due to the need for strong solar radiation, which is possible only in the daytime and in the southern regions of the country. This is due to the fact that only the upper layer of salty liquid is exposed to heat from sunlight and after the formation of a certain vapor pressure under the coating, the latter enter the condensate tank through the lower water layer through the steam pipe.

Известен «Солнечный опреснитель» Джубалиева П.А., Абдуллина Н.Д, Пеньков А.Н. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1248961, МПК С02F 1/14 (прототип), содержащий бассейн, прозрачную наклонную кровлю, внутренние стенки для образования U-образного канала для охлаждения конденсата, трубу для отвода дистиллята, причем труба для отвода дистиллята имеет щелевое отверстие вдоль кровли для уменьшения вторичной конденсации паров воды. Данная конструкция является типовой для опреснителей бассейнового типа [Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М., 1991, с. 119, рис. 63. «Солнечный опреснитель (дистиллятор) бассейнового типа»., Кульский П.П. Технология очистки природных вод. К., Вища шк. Головное из-во, 1986, с. 268, рис. 19.8 «Схема солнечного опреснителя типа «горячий ящик»], поэтому предлагается в качестве прототипа.Famous "Solar desalination" Dzhubalieva PA, Abdullina ND, Penkov AN Solar desalination plant. USSR copyright certificate No. 1248961, IPC С02F 1/14 (prototype), containing a pool, a transparent sloping roof, inner walls to form a U-shaped channel for cooling condensate, a pipe for removing distillate, and the pipe for removing distillate has a slit hole along the roof for reduce secondary condensation of water vapor. This design is typical for desalination basin type [Kharchenko N.V. Individual solar installations. M., 1991, p. 119, fig. 63. “Solar desalination plant (distiller) of the pool type.”, P. Kulsky Technology of natural water purification. K., Vishka school. Head-in, 1986, p. 268, fig. 19.8 "Scheme of solar desalination type" hot box "], therefore, is proposed as a prototype.

Недостатком данного устройства является его низкая производительность, обусловленная длительным прогревом поверхностного слоя воды до температуры более 70 градусов Цельсия, при которой может начаться активное образование паров воды. Данный опреснитель может быть использован только в южных зонах с повышенной солнечной радиацией.The disadvantage of this device is its low productivity, due to prolonged heating of the surface layer of water to a temperature of more than 70 degrees Celsius, at which active formation of water vapor can begin. This desalination plant can only be used in southern areas with increased solar radiation.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание опреснителя бассейнового типа с более высокой производительностью и работающего длительное время, в том числе в ночное время, при отсутствии солнечной инсоляции.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages and create a desalination pool type with higher productivity and working for a long time, including at night, in the absence of solar insolation.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:The technical result of the invention is as follows:

- увеличена производительность опреснителя за счет введения соляного пруда, размещаемого в углублении дна бассейна, что позволяет аккумулировать избыток солнечной энергии в дневное время и обеспечить более длительный период работы опреснителя, в том числе при отсутствии солнечной инсоляции;- the desalination plant's productivity has been increased due to the introduction of a salt pond located in the deepening of the bottom of the pool, which allows accumulating excess solar energy in the daytime and providing a longer period of operation of the desalination plant, including in the absence of solar insolation;

- увеличена производительность опреснителя за счет увеличения запасаемой в соляном пруду тепловой энергии, как от источников возобновляемой энергии (от солнечных фотоэлектрических панелей, от солнечных коллекторов на вакуумных трубках), так и от электрических и тепловых магистральных сетей с неиспользуемыми полностью в определенные моменты потенциалами электрической либо тепловой энергий;- desalination plant productivity has been increased by increasing the thermal energy stored in the salt pond, both from renewable energy sources (from solar photovoltaic panels, from solar collectors on vacuum tubes), and from electric and thermal mains networks with electric or thermal energies;

- увеличена производительность опреснителя за счет дополнительного охлаждения прозрачной наклонной кровли и улучшения конденсации паров на их внутренней поверхности за счет применения на концах кровли наружных желобов с гидрофильным материалом, подключенным к воде.- increased desalination capacity due to additional cooling of the transparent sloping roof and improved condensation of vapors on their inner surface due to the use of external gutters with hydrophilic material connected to water at the ends of the roof.

Технический результат достигается за счет того, что в опреснителе, содержащем бассейн, заполненный минерализованной водой, прозрачную наклонную кровлю, трубу для отвода конденсата и патрубок подачи минерализованной воды, в углублении дна емкости выполнен соляной пруд с теплообменником, введены два испарительных трубопровода, один конец одного из них установлен на уровне соленой воды, другой его конец подключен ко входу теплообменника, выход последнего соединен со вторым испарительным трубопроводом, другой конец которого расположен в воздушной зоне наклонной кровли, введен также регулятор уровня подачи соленой воды, соединенный с патрубком подачи воды, а в соляной пруд дополнительно введены ТЭН и теплообменник, подключенные соответственно к внешним источникам электрической и тепловой энергии.The technical result is achieved due to the fact that in the desalination plant containing a pool filled with mineralized water, a transparent sloping roof, a condensate drain pipe and mineralized water supply pipe, a salt pond with a heat exchanger is made in the bottom of the tank, two evaporation pipelines, one end of one one of them is installed at the level of salt water, its other end is connected to the inlet of the heat exchanger, the outlet of the latter is connected to the second evaporation pipeline, the other end of which is located in ozdushnoy inclined roof zone, the controller also introduced supplying saltwater level connected to the water supply pipe, and pond hydrochloric additionally introduced heater and the heat exchanger are connected respectively to external sources of electric and thermal energy.

Технический результат достигается также за счет того, что в качестве внешних источников электрической энергии используются солнечные фотоэлектрические панели, либо электросети с неиспользуемой в данный момент энергией, а в качестве внешних источников тепловой энергии используются солнечные вакуумные коллекторы или тепловые сети с накопленной избыточной энергией.The technical result is also achieved due to the fact that solar photovoltaic panels are used as external sources of electric energy, or electric networks with currently unused energy, and solar vacuum collectors or heat networks with accumulated excess energy are used as external sources of thermal energy.

На чертеже изображен предлагаемый «Солнечный опреснитель бассейнового типа».The drawing shows the proposed "Solar desalination pool type."

Опреснитель содержит термостатированный бассейн 1 с прозрачной наклонной кровлей 2, желобообразную трубу 3 для отвода конденсата, соединенную с трубкой вывода дистиллированной воды наружу (не показана на чертеже), патрубок 4 для подачи минерализованной воды, соляной пруд 5, расположенный в углублении дна бассейна, на дне которого размещен теплообменник 6, причем вход последнего соединен с первым испарительным трубопроводом 7, другой конец этого трубопровода установлен на уровне минерализованной воды, выход теплообменника соединен со вторым испарительным трубопроводом 8, другой конец которого размещен в воздушной зоне наклонной кровли, а уровень минерализованной воды определяется регулятором уровня воды, например поплавковым регулятором.The desalter contains a thermostatic pool 1 with a transparent sloping roof 2, a gutter-shaped pipe 3 for condensate drain, connected to the distilled water outlet pipe (not shown in the drawing), a pipe 4 for supplying mineralized water, a salt pond 5 located in the pool bottom recess, on the bottom of which there is a heat exchanger 6, the inlet of the latter being connected to the first evaporation pipeline 7, the other end of this pipeline installed at the level of saline water, the outlet of the heat exchanger connected to the second m evaporative conduit 8, the other end of which is placed in the inclined roof zone air, and water determined by the level of mineralized water level controller, for example a float regulator.

В соляной пруд установлены также термоэлектрические нагреватели (ТЭН) 10 и дополнительный теплообменник 11, причем ТЭН подключен к солнечному фотоэлектрическому преобразователю (ФЭП) 12 и электрической сети 13, а дополнительный теплообменник соединен с солнечным коллектором 14, например, на вакуумных трубках и с внешними тепловыми сетями 15.Thermoelectric heaters (TEN) 10 and an additional heat exchanger 11 are also installed in the salt pond, moreover, the TEN is connected to the solar photoelectric converter (FEP) 12 and the electric network 13, and the additional heat exchanger is connected to the solar collector 14, for example, on vacuum tubes and with external heat nets 15.

На нижних кромках наклонной кровли выполнены наружные желоба 16, заполненные гидрофильным материалом 17, причем часть его, например в виде лент 18, размещена на прозрачной кровле с целью ее охлаждения, а желоба подключены к дополнительному патрубку 19 подачи минерализованной воды.On the lower edges of the inclined roof, external gutters 16 are made, filled with hydrophilic material 17, and part of it, for example in the form of tapes 18, is placed on the transparent roof in order to cool it, and the gutters are connected to an additional mineralized water supply pipe 19.

Для управления работой опреснителя используются регулирующие вентили 20, 21, 22, 23 и электрические переключатели 24,25. «Солнечный опреснитель бассейнового типа» работает следующим образом.To control the desalination plant, control valves 20, 21, 22, 23 and electrical switches 24.25 are used. "Solar desalination pool type" works as follows.

В соляном пруду 5 создают насыщенный раствор поваренной соли или смесь солей 95% хлорида магния и 5% хлорида кальция. Дно покрывают темным нерастворимым материалом для лучшего поглощения солнечных лучей, прошедших через толщу воды. Из теории соляных прудов известно [Соляной пруд. Солнечный коллектор и тепловой аккумулятор одновременно [электронный ресурс] http://energo.kchgov.ru/solar energy/], что соляной пруд является солнечным коллектором - тепловой ловушкой, так как энергия солнечного излучения, пройдя через толщу раствора, почти полностью задерживается в нижнем слое пруда и не имеет выхода наружу.In salt pond 5 create a saturated solution of sodium chloride or a mixture of salts of 95% magnesium chloride and 5% calcium chloride. The bottom is covered with dark insoluble material for better absorption of sunlight transmitted through the water column. From the theory of salt ponds it is known [Salt pond. The solar collector and heat accumulator at the same time [electronic resource] http://energo.kchgov.ru/solar energy /], that the salt pond is a solar collector - a heat trap, since the energy of solar radiation, passing through the thickness of the solution, is almost completely delayed in the bottom layer of the pond and has no way out.

В работе [Солнечный соляной пруд - базовый элемент индивидуальных солнечных установок. Использование солнечной энергии [электронный ресурс] http://vetrodvig.ru/solnechnyii-solyanoii-prudbazovyii-ehlement-ind.] указывается, что в зависимости от географической широты получены температуры на дне соляного пруда до 150 градусов Цельсия. Подобные пруды выполняются глубиной более 3-х метров, причем поверхностный слой воды является слабоминерализованным (Патент США 3159554 А, 1964, Патент США 3870605 А, 1965, Патент Японии 60220182 А, 1985, Патент США 4135985 А, 1964).In [Solar salt pond - the basic element of individual solar installations. The use of solar energy [electronic resource] http://vetrodvig.ru/solnechnyii-solyanoii-prudbazovyii-ehlement-ind.] Indicates that depending on geographical latitude, temperatures at the bottom of the salt pond up to 150 degrees Celsius have been obtained. Such ponds are carried out with a depth of more than 3 meters, and the surface layer of water is slightly mineralized (US Patent 3,159,554 A, 1964, US Patent 3,870,605 A, 1965, Japanese Patent 6,022,0182 A, 1985, US Patent 4,135,985 A, 1964).

Минерализованная или морская вода поступает в бассейн 1 через вентиль 22, патрубок 4, причем уровень 26 воды всегда поддерживается регулятором 9. С водной поверхности на уровне 26 испарение воды происходит не эффективно в силу ее незначительного нагрева от солнечных лучей S через прозрачную наклонную кровлю. Однако часть минерализованной воды поступает с уровня 26 в первый испарительный трубопровод 7 и далее в теплообменник 6, находящийся в соляном пруду 5, в котором температура может достигать 100 и более градусов Цельсия. В теплообменнике 6 происходит интенсивное испарение воды, и ее пар через второй испарительный трубопровод 8 выходит в воздушную зону наклонной кровли 2, конденсируясь на ее внутренней поверхности. Дистиллированная вода накапливается в желобообразной трубе 3 и по трубке вывода удаляется наружу.Mineralized or sea water enters the pool 1 through the valve 22, pipe 4, and the water level 26 is always maintained by the regulator 9. From the water surface at level 26, water evaporation is not effective due to its slight heating from the sun's rays S through a transparent sloping roof. However, part of the mineralized water flows from level 26 to the first evaporation pipeline 7 and then to the heat exchanger 6 located in the salt pond 5, in which the temperature can reach 100 or more degrees Celsius. In the heat exchanger 6, intense evaporation of water occurs, and its steam through the second evaporation pipe 8 enters the air zone of the inclined roof 2, condensing on its inner surface. Distilled water accumulates in the gutter-shaped pipe 3 and is removed to the outside through the outlet pipe.

Для того, чтобы получить больший КПД опреснителя за счет его аккумулирующих свойств и обеспечить его работу при слабой солнечной инсоляции, соляной пруд подогревают через ТЭН 10, подключая последний через переключатели 24, 25 к солнечному ФЭП 12 или к электрической сети 13, используя дешевые ночные тарифы неиспользуемой электрической энергии.In order to obtain a greater efficiency of the desalination plant due to its accumulating properties and to ensure its operation with weak solar insolation, the salt pond is heated through the heater 10, connecting the latter through the switches 24, 25 to the solar photovoltaic module 12 or to the electric network 13, using cheap nightly rates unused electrical energy.

Подогрев соляного пруда 5 может также производится через дополнительный теплообменник 11, подключенный через вентили 20, 23 к солнечному коллектору 14 на вакуумных трубках и к внешним тепловым сетям 15. Коллекторы на вакуумных трубках даже в средних широтах в течение полугода позволяют получать на выходе температуру воды, значительно превышающую 100 градусов Цельсия.The salt pond 5 can also be heated through an additional heat exchanger 11 connected through valves 20, 23 to the solar collector 14 on the vacuum tubes and to external heat networks 15. The collectors on the vacuum tubes even at mid-latitudes can receive water temperature at the outlet for half a year, significantly exceeding 100 degrees Celsius.

Подключение к внешним тепловым сетям 15 целесообразно в силу их большой тепловой инерционности, так как в ряде случаев необходимо сбросить и рационально использовать избыток накопленной в них тепловой энергии.Connection to external heat networks 15 is advisable due to their high thermal inertia, since in some cases it is necessary to dump and rationally use the excess of thermal energy accumulated in them.

Для того чтобы усилить образование конденсата через вентиль 21 и дополнительный патрубок 19 охлаждающая кровлю 2 вода подается в наружные желоба 16, содержащие гидрофильный материал 17. Данный гидрофильный материал, например в виде лент 18, размещается на части поверхности кровли 2, дополнительно охлаждая ее.In order to enhance the formation of condensate through the valve 21 and the additional pipe 19, the cooling roof 2 water is supplied to the outer chutes 16 containing the hydrophilic material 17. This hydrophilic material, for example in the form of tapes 18, is placed on part of the surface of the roof 2, further cooling it.

Так как соляной пруд обладает свойствами теплоаккумулятора, то подогрев его при необходимости от внешних источников электрической и тепловой энергии позволяет обеспечить работу бассейнового опреснителя круглосуточно, в том числе и в средних широтах. Учитывая изложенное, следует ожидать широкого использования предложенного технического решения для очистки загрязненных вод и опреснения морской воды в засушливых регионах при незначительных капитальных вложениях. Since the salt pond has the properties of a heat accumulator, heating it, if necessary, from external sources of electric and thermal energy makes it possible to ensure the operation of the pool desalination plant around the clock, including in mid-latitudes. Given the above, one should expect widespread use of the proposed technical solution for the purification of contaminated water and desalination of seawater in arid regions with low capital investments.

Claims

1. A pool-type solar desalination plant comprising a pool filled with mineralized water, a transparent sloping roof, a condensate drain pipe, a mineralized water supply pipe, characterized in that a salt pond with a heat exchanger located at its bottom is made in the recess of the pool bottom, two evaporation pipelines are introduced , the end of one of them is installed at the level of mineralized water, the other end is connected to the inlet of the heat exchanger, the outlet of the latter is connected to the second evaporation pipeline, the other to ec which is situated in the inclined roof zone air, introduced as a water level controller, connected to the supply pipe mineralized water, and hydrochloric pond additionally introduced heater and additional heat exchanger are connected respectively to the vernal sources of electricity and heat.

2. A pool-type desalination plant according to claim 1, characterized in that solar electric panels are used as an external source of electricity.

3. A pool-type desalination plant according to claim 1, characterized in that electric networks with “failure” - night unused electricity are used as an external source of electricity.

4. A pool-type desalination plant according to claim 1, characterized in that a solar collector on vacuum tubes is used as an external source of thermal energy.

5. A pool-type solar desalination plant according to claim 1, characterized in that heat networks with an unused reserve of their heat energy are used as an external source of thermal energy.

6. A pool-type solar desalination plant according to claim 1, characterized in that on the outer edges of the inclined roof there are made external gutters filled with hydrophilic material, which are connected to an additional supply pipe for mineralized water, the hydrophilic material being placed on a part of the transparent inclined roof.