RU2711357C1 - System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system - Google Patents
System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711357C1 RU2711357C1 RU2019120103A RU2019120103A RU2711357C1 RU 2711357 C1 RU2711357 C1 RU 2711357C1 RU 2019120103 A RU2019120103 A RU 2019120103A RU 2019120103 A RU2019120103 A RU 2019120103A RU 2711357 C1 RU2711357 C1 RU 2711357C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- heat exchange
- chamber
- cooling
- draining
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/22—Treatment of water, waste water, or sewage by freezing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
- C02F11/15—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by treatment with electric, magnetic or electromagnetic fields; by treatment with ultrasonic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам очистки воды и используемым в них теплообменным устройствам, в частности к системам с двух- и многоступенчатыми схемами перекристаллизации, и может использоваться в быту, пищевой промышленности, на предприятиях общественного питания и в медицине для очистки загрязненной и морской воды.The invention relates to water purification systems and the heat exchange devices used in them, in particular to systems with two- and multi-stage recrystallization schemes, and can be used in everyday life, food industry, catering and in medicine for the treatment of contaminated and sea water.
Известна система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменное устройство для ее реализации (патент № ЕА 024321, МПК-2006.01 C02F 1/22, дата публикации 29.05.2015), состоящая из двух теплообменных устройств, содержащих по одной камере для замораживания воды и оттаивания льда, контура циркуляции воды, соединенного с камерами теплообменных устройств, средство для замораживания воды и оттаивания льда и средство управления и контроля. Контур циркуляции воды содержит средство для подачи исходной воды с гидравлическим насосом, средство для слива концентрата загрязненной воды, средство для слива чистой воды, емкости для концентрата загрязненной воды, емкости для чистой воды, средство для подачи чистой воды потребителю и средство для слива неиспользованной чистой воды. Контур циркуляции воды соединен с камерами теплообменных устройств с возможностью очистки воды за один цикл перекристаллизации в каждой камере. Теплообменные устройства выполнены в форме прямоугольного параллелепипеда с плоской щелевой камерой. Средство для замораживания воды и оттаивания льда выполнено в виде термоэлементов охлаждения и нагрева, смонтированных на наружной поверхности теплообменных устройств. Средство управления и контроля содержит пульт управления с микропроцессором и связанные с ним платы управления, регулирующие клапаны и датчики уровня воды. Средство управления и контроля выполнено с возможностью одновременного замораживания воды и оттаивания льда в камерах теплообменных устройств. Система предназначена для использования в быту, пищевой промышленности и медицине.A known system of water purification by recrystallization and a heat transfer device for its implementation (patent No. EA 024321, IPC-2006.01
Недостатками известной системы являются:The disadvantages of the known system are:
- сравнительно высокие затраты на очистку воды, обусловленные непроизводительными потерями тепловой энергии, выделяемой при замораживании воды и оттаивании льда в камерах теплообменных устройств;- relatively high costs of water purification, due to unproductive losses of thermal energy released during freezing of water and thawing ice in the chambers of heat exchangers;
- сравнительно большая продолжительность процесса очистки воды и, соответственно, низкая производительность, обусловленная использованием теплообменных устройств, в которых при замораживании исходной воды практически отсутствуют конвективные процессы, сокращающие продолжительность льдообразования при одновременном улучшении качества намораживаемого льда;- a relatively long duration of the water treatment process and, accordingly, low productivity due to the use of heat exchangers, in which when freezing the source water there are practically no convective processes that reduce the duration of ice formation while improving the quality of frozen ice;
- сравнительно низкое качество очистки воды, обусловленное получением ее за один цикл перекристаллизации в каждой камере, при которой из очищенной воды не удаляется тяжелая вода (Д2О) и часть тонких взвесей и примесей.- a relatively low quality of water purification, due to receiving it in one recrystallization cycle in each chamber, in which heavy water (D 2 O) and some fine suspensions and impurities are not removed from the purified water.
Вышеуказанные недостатки ограничивают функциональные возможности системы.The above disadvantages limit the functionality of the system.
Известна система очистки воды методом перекристаллизации (патент № WO 2015111405, МПК-2006.01 C02F 1/22, B01D 9/04, F25B 1/00, F25B 40/04, дата публикации 30.07.2015), состоящая из двух теплообменных устройств, содержащих по две камеры для замораживания воды и оттаивания льда и охлаждающие и нагревательные элементы, контура циркуляции воды, соединенного с камерами теплообменных устройств с возможностью слива предварительно очищенной воды из одной камеры и подачи ее для окончательной очистки в другую камеру, контура циркуляции хладагента, соединенного с охлаждающими и нагревательными элементами с возможностью попеременного замораживания воды и оттаивания льда в камерах теплообменных устройств и передачи тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда, и средства управления и контроля, соединенного с упомянутыми контурами с возможностью изменения направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда. Контур циркуляции воды содержит средство для подачи исходной воды, средство для слива концентрата загрязненной воды, средство для слива чистой воды, емкость для концентрата загрязненной воды, емкость для чистой воды и насос для подачи чистой воды в упомянутую емкость. Контур циркуляции хладагента содержит компрессор, по меньшей мере, один конденсатор с водяным охлаждением, связанный по теплообмену с емкостью для концентрата загрязненной воды после ее слива из камер теплообменных устройств, по меньшей мере, два теплообменных регенератора, фильтр хладагента и расширительный клапан, соединенный с входами и выходами охлаждающих и нагревательных элементов. Средство управления и контроля содержит контроллер и связанные с ним регулирующие клапаны для изменения направления потоков воды и хладагента в упомянутых контурах.A known water purification system by recrystallization (patent No. WO 2015111405, IPC-2006.01
Недостатками известной системы являются:The disadvantages of the known system are:
- сложное конструктивное выполнение контура циркуляции воды, обусловленное использованием теплообменных устройств с двумя камерами, что вызывает необходимость в средствах для принудительной циркуляции воды, регулирования давления в контуре и параллельной подачи в камеры и слива из камер;- complex constructive implementation of the water circulation circuit, due to the use of heat exchangers with two chambers, which necessitates means for forced water circulation, regulating the pressure in the circuit and parallel feeding into the chambers and draining from the chambers;
- сравнительно низкое качество очистки воды, обусловленное получением чистой воды без выделения из нее тяжелой воды.- a relatively low quality of water treatment due to the receipt of clean water without the allocation of heavy water from it.
Вышеуказанные недостатки ограничивают функциональные возможности системы и увеличивают затраты на ее эксплуатацию при сравнительно невысоком качестве очистки воды.The above disadvantages limit the functionality of the system and increase the cost of its operation with a relatively low quality of water treatment.
Известно теплообменное устройство для очистки воды методом перекристаллизации (патент № ЕА 017783, МПК-2006.01 C02F 1/22, дата публикации 30.01.2013), состоящее из корпуса с камерой для замораживания воды и оттаивания льда, средства для перемешивания воды, сливного патрубка, охлаждающих и нагревательных элементов и теплоизолирующего покрытия. Охлаждающие и нагревательные элементы закреплены на наружной поверхности корпуса, и выполнены, соответственно, в виде испарителя и в виде электронагревателя. Упомянутые элементы закрыты теплоизолирующим покрытием. Патрубок для слива воды расположен на стенке в нижней части корпуса. Средство для перемешивания воды выполнено в виде водяной помпы или лопастей механической мешалки, смонтированной в центре днища. В системе очистки воды теплообменное устройство работает попеременно в режиме замораживания исходной воды с образованием чистого пристеночного льда на внутренней поверхности корпуса и в режиме оттаивания льда со сливом образовавшейся чистой воды через патрубок. Средство для перемешивания воды используют в режиме замораживания исходной воды после формирования тонкого слоя льда на стенках корпуса для повышения интенсивности охлаждения воды и ускорения процесса образования льда. Перемешивание исходной воды способствует также удалению с поверхности льда пузырьков воздуха и сорбированных на них частиц примесей, отводу растворенных в воде примесей с границы раздела фаз, а также повышению интенсивности теплообмена внутри корпуса.Known heat exchange device for water purification by recrystallization (patent No. EA 017783, IPC-2006.01
Недостатком известного технического решения является большая продолжительность процесса очистки воды и, соответственно, низкая производительность теплообменного устройства, обусловленные недостаточно рациональной геометрией камеры, из-за чего в режиме замораживания формирование льда происходит не только на поверхности корпуса, но и в объеме находящейся в нем исходной воды, в результате чего передача энергии от стенок корпуса к объему воды замедляется пропорционально увеличению толщины намораживаемого слоя льда. Кроме этого, по мере увеличения толщины льда на поверхности корпуса снижается интенсивность процесса вытеснения примесей на границе «лед-вода», что снижает качество очистки воды.A disadvantage of the known technical solution is the long duration of the water treatment process and, accordingly, the low productivity of the heat exchanger, due to the insufficiently rational geometry of the chamber, which is why ice formation occurs in the freezing mode not only on the surface of the casing, but also in the volume of the source water As a result, the energy transfer from the walls of the casing to the volume of water slows down in proportion to the increase in the thickness of the frozen ice layer. In addition, as the thickness of the ice on the surface of the hull increases, the intensity of the process of displacing impurities at the ice-water interface decreases, which reduces the quality of water treatment.
Известно теплообменное устройство (варианты) для очистки воды методом перекристаллизации (патент № ЕА 025716, МПК-2006.01 C02F 1/22, C02F 9/02, C02F 103/04, дата публикации 30.01.2017), состоящее из внешнего и внутреннего корпусов и охлаждающего и нагревательного элементов, закрепленных на внешнем корпусе с наружной стороны. Внешний корпус выполнен с возможностью герметичного запирания крышкой. По одному из вариантов внешний и внутренний корпусы выполнены цилиндрической формы, по другому - оба корпуса выполнены в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх. В обоих вариантах внутренний корпус расположен во внешнем корпусе вдоль его продольной оси с образованием кольцевой камеры между их стенками. Внутренний корпус цилиндрической формы выполнен с закрытыми торцами и закреплен на вертикальной стойке с образованием зазора между его нижним торцом и днищем внешнего корпуса. Внутренний корпус в форме усеченного конуса выполнен с закрытыми торцами и закреплен на крышке с образованием зазора между его нижним торцом и днищем внешнего корпуса. Последнее выполнено куполообразным с понижением от стенок к центру, где расположен сливной патрубок. Охлаждающий элемент выполнен в виде испарителя, а нагревательный элемент выполнен в виде электронагревателя. Упомянутые элементы закреплены на наружной поверхности внешнего корпуса и покрыты слоем термоизоляции.Known heat exchange device (options) for water purification by recrystallization (patent No. EA 025716, IPC-2006.01
В системе очистки воды теплообменное устройство работает попеременно в режиме замораживания исходной воды с образованием чистого пристеночного льда на внутренней поверхности внешнего корпуса и в режиме оттаивания льда со сливом образовавшейся чистой воды. Наличие кольцевой камеры позволяет в режиме замораживания воды сузить зону формирования фронта кристаллизации исходной воды и уменьшить продолжительность этого режима. Выполнение внешнего корпуса в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, дополнительно повышает эффективность процессов теплопередачи и обеспечивает более плотный контакт слоя льда с внутренней поверхностью внешнего корпуса в режиме оттаивания льда, что улучшает производительность устройства и качество очищенной воды. Вышеуказанные конструктивные особенности теплообменных устройств позволили увеличить их производительность в среднем на 25% по сравнению с устройством по патенту № ЕА 017783 при примерно одинаковом процентном выходе очищенной воды и ее качестве.In the water treatment system, the heat exchanger operates alternately in the freezing mode of the source water with the formation of pure wall ice on the inner surface of the outer casing and in the ice thawing mode with the discharge of pure water formed. The presence of an annular chamber makes it possible to narrow the zone of formation of the crystallization front of the source water in the water freezing mode and reduce the duration of this mode. The implementation of the outer casing in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution, further increases the efficiency of heat transfer processes and provides a more tight contact of the ice layer with the inner surface of the outer casing in the ice thawing mode, which improves the performance of the device and the quality of purified water. The above-mentioned design features of heat-exchanging devices allowed to increase their productivity by an average of 25% compared with the device according to patent No. EA 017783 with approximately the same percentage yield of purified water and its quality.
Недостатком теплообменных устройств по патенту № ЕА 025716 является сравнительно большая продолжительность процесса очистки воды и, соответственно, низкая производительность, обусловленные тем, что в режиме замораживания в кольцевой камере практически отсутствуют конвективные процессы в воде. При этом продолжительность режима оттаивания изменяется несущественно по сравнению с устройством по патенту № ЕА 017783. Кроме этого, отсутствие конвективных процессов в загрязненной воде существенно снижает качество льда, намораживаемого на стенку внешнего корпуса, и, соответственно, качество очищенной талой воды.The disadvantage of heat exchangers according to patent No. EA 025716 is the relatively long duration of the water treatment process and, accordingly, low productivity, due to the fact that in the freezing mode in the annular chamber there are practically no convective processes in water. Moreover, the duration of the thawing mode does not change significantly compared to the device according to patent No. EA 017783. In addition, the absence of convective processes in contaminated water significantly reduces the quality of ice frozen on the wall of the outer casing, and, accordingly, the quality of purified melt water.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача усовершенствования системы очистки воды методом перекристаллизации за счет иного выполнения теплообменных устройств и связанных с ними контуров циркуляции воды и хладагента и средства управления и контроля, обеспечивающих расширение функциональных возможностей и повышение производительности при сравнительно невысокой стоимости эксплуатации.The basis of the claimed invention is the task of improving the water purification system by recrystallization due to the different design of heat exchangers and associated water and refrigerant circuits and control and monitoring means that provide enhanced functionality and increased productivity at a relatively low cost of operation.
Технический результат от реализации поставленной задачи заключается в существенном уменьшении продолжительности режимов замораживания исходной воды и оттаивания льда за счет иного расположения теплообменных устройств в системе, иного выполнения в них камер для замораживания воды и оттаивания льда и иного их соединения с контурами циркуляции воды и хладагента и средствами управления и контроля. Указанный технический результат достигается при одновременном существенном упрощении контура циркуляции воды, повышении качества очистки воды и снижении эксплуатационных затрат на очистку воды. В целом заявляемый технический результат позволяет расширить функциональные возможности системы.The technical result from the implementation of the task is to significantly reduce the duration of the modes of freezing the source water and thawing ice due to the different arrangement of the heat exchange devices in the system, the different design of the chambers in them for freezing water and thawing ice and their other connection with the water and refrigerant circuits and means management and control. The specified technical result is achieved while significantly simplifying the water circulation circuit, improving the quality of water treatment and reducing operating costs for water treatment. In general, the claimed technical result allows to expand the functionality of the system.
Поставленная задача решается тем, что в системе очистки воды методом перекристаллизации, состоящей из по меньшей мере двух теплообменных устройств, содержащих камеры для замораживания воды и оттаивания льда и охлаждающие и нагревательные элементы, контура циркуляции воды, соединенного с камерами теплообменных устройств с возможностью слива предварительно очищенной воды из одной камеры и подачи ее для окончательной очистки в другую камеру, контура циркуляции хладагента, соединенного с охлаждающими и нагревательными элементами с возможностью попеременного замораживания воды и оттаивания льда в камерах теплообменных устройств и передачи тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда, и средства управления и контроля, соединенного с упомянутыми контурами с возможностью изменения направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда, при этом контур циркуляции воды содержит средство для подачи исходной воды, средство для слива концентрата загрязненной воды, средство для слива предварительно очищенной воды, средство для слива чистой воды, емкость для чистой воды и емкость для концентрата загрязненной воды, а контур циркуляции хладагента содержит компрессор, конденсатор с водяным охлаждением, связанный по теплообмену с емкостью для концентрата загрязненной воды после ее слива из камер теплообменных устройств и два теплообменника, согласно изобретению теплообменные устройства расположены каскадом одно под другим и содержат по одной камере, выполненной с возможностью ее деления на сообщающиеся между собой по воде охлаждающую и рециркуляционную полости, циркуляции воды между упомянутыми полостями и образования эквипотенциальных поверхностей в охлаждающей полости при замораживании воды, контур циркуляции хладагента содержит дополнительный конденсатор с воздушным охлаждением, соединенный на входе и на выходе соответственно с выходом компрессора и со входом конденсатора с водяным охлаждением, при этом первый теплообменник на входе соединен со входами и выходами охлаждающих и нагревательных элементов, а на выходе соединен со входом второго теплообменника, выход которого связан по теплообмену с емкостью для чистой воды и соединен с входом компрессора, камера верхнего теплообменного устройства на входе соединена со средством для подачи исходной воды и на выходе соединена со средством для слива концентрата загрязненной воды и средством для слива предварительно очищенной воды, а камера нижнего теплообменного устройства на входе соединена со средством для слива предварительно очищенной воды из камеры верхнего теплообменного устройства и на выходе соединена со средством для слива концентрата загрязненной воды и средством для слива чистой воды.The problem is solved in that in a water purification system by recrystallization, consisting of at least two heat exchangers, containing chambers for freezing water and thawing ice and cooling and heating elements, a water circulation circuit connected to chambers of heat exchangers with the possibility of draining previously cleaned water from one chamber and supplying it for final purification to another chamber, a refrigerant circuit, connected to cooling and heating elements with possible the possibility of alternately freezing water and thawing ice in the chambers of heat exchangers and transferring heat of the refrigerant generated in the chamber during freezing water to the chamber for thawing ice, and control and monitoring means connected to the above-mentioned circuits with the possibility of changing the direction of water and refrigerant flows in alternating modes freezing water and thawing ice, while the water circuit contains a means for supplying source water, a means for draining a concentrate of contaminated water, a means for draining pre-purified water, a means for draining clean water, a container for clean water and a container for a contaminated water concentrate, and the refrigerant circuit contains a compressor, a water-cooled condenser associated with heat exchange with a container for a contaminated water concentrate after it is drained from the chambers of heat exchangers and two heat exchangers, according to the invention, the heat exchangers are cascaded one above the other and contain one chamber, made with the possibility of its division into communicating with each other water to the cooling and recirculation cavities, water circulation between the said cavities and the formation of equipotential surfaces in the cooling cavity when water is frozen, the refrigerant circuit contains an additional air-cooled condenser connected at the inlet and at the outlet respectively to the compressor outlet and to the water-cooled condenser inlet, wherein the first heat exchanger at the input is connected to the inputs and outputs of the cooling and heating elements, and at the output it is connected to the input of the second a heat exchanger, the output of which is connected through heat exchange with a clean water tank and connected to the compressor inlet, the chamber of the upper heat exchanger at the inlet is connected to the source water supply means and at the outlet is connected to the means for draining the contaminated water concentrate and the means for draining the previously purified water, and the chamber of the lower heat exchanger at the inlet is connected to the means for draining the pre-purified water from the chamber of the upper heat exchanger and at the outlet is connected to the means for I drain the concentrate of contaminated water and a means to drain clean water.
Предпочтительно, чтобы средство управления и контроля было выполнено с дополнительной возможностью разделения исходной воды в камере верхнего теплообменного устройства на тяжелую и легкую воду, при этом тяжелую воду удаляют посредством средства для слива концентрата загрязненной воды, а легкую воду подают в камеру нижнего теплообменного устройства посредством средства для слива предварительно очищенной воды.Preferably, the control and monitoring means has the additional possibility of separating the source water in the chamber of the upper heat exchanger into heavy and light water, while the heavy water is removed by means for draining the contaminated water concentrate, and the light water is supplied to the chamber of the lower heat exchanger by means to drain pre-treated water.
Предпочтительно также, чтобы средство управления и контроля содержало контроллер и связанные с ним регулирующие клапаны, смонтированные в контурах циркуляции воды и хладагента, датчики температуры, смонтированные на входах и выходах охлаждающих и нагревательных элементов и внутри емкости для чистой воды, и датчик уровня воды, смонтированный внутри емкости для чистой воды, при этом регулирующие клапаны были выполнены в виде электромагнитных клапанов для воды и хладагента.It is also preferred that the control and monitoring means comprise a controller and associated control valves mounted in the water and refrigerant circuits, temperature sensors mounted on the inlets and outlets of the cooling and heating elements and inside the clean water tank, and a water level sensor mounted inside the tank for clean water, while the control valves were made in the form of solenoid valves for water and refrigerant.
Предпочтительно также, чтобы система была выполнена с теплообменным аккумулятором, связанным по теплообмену с исходной водой по ходу в камеру верхнего теплообменного устройства и с концентратом загрязненной воды и чистой водой по их ходу из камеры нижнего теплообменного устройства, а конденсатор с водяным охлаждением дополнительно связан по теплообмену с чистой водой по ходу из теплообменного аккумулятора.It is also preferable that the system was made with a heat exchange battery connected in heat exchange with the source water along the chamber of the upper heat exchanger and with a concentrate of contaminated water and clean water along their path from the chamber of the lower heat exchanger, and the condenser with water cooling is additionally connected through heat exchange with clean water along the way from the heat exchange battery.
Предпочтительно также, чтобы средство для подачи исходной воды содержало по ходу в камеру верхнего теплообменного устройства теплообменный элемент, расположенный в тепловом аккумуляторе, и фильтр грубой очистки, средство для слива концентрата загрязненной воды содержало по ходу из камеры верхнего теплообменного устройства емкость для концентрата загрязненной воды, связанную по теплообмену с конденсатором с водяным охлаждением, и патрубок для слива в канализацию, средство для слива концентрата загрязненной воды и средство для слива чистой воды были выполнены с общим выходом из камеры нижнего теплообменного устройства и содержали по ходу из упомянутой камеры общий теплообменный элемент в теплообменном аккумуляторе, и далее по ходу концентрата загрязненной воды содержали упомянутую емкость для концентрата загрязненной воды и патрубок для слива в канализацию, а по ходу чистой воды содержали второй теплообменный элемент, расположенный в конденсаторе с водяным охлаждением, фильтр тонкой очистки и бактерицидную лампу, а емкость для чистой воды содержала запорный вентиль для регулирования подачи воды потребителю.It is also preferable that the means for supplying the source water comprise, along the chamber of the upper heat exchanger, a heat exchange element located in the heat accumulator and a coarse filter, the means for draining the contaminated water concentrate contains a container for the contaminated water concentrate along the chamber of the upper heat exchanger, connected by heat exchange with a water-cooled condenser, and a pipe for draining into the sewer, a means for draining a concentrate of contaminated water and a means for draining True water was made with a common exit from the chamber of the lower heat exchanger and contained along the aforementioned chamber a common heat exchange element in the heat exchange battery, and further along the contaminated water concentrate, they contained the mentioned container for the contaminated water concentrate and a pipe for draining into the sewer, and along the way clean water contained a second heat exchange element located in a water-cooled condenser, a fine filter and a bactericidal lamp, and the clean water tank contained a shut-off valve l to regulate the supply of water to the consumer.
Поставленная задача решается тем, что теплообменное устройство для реализации системы, состоящее из внешнего корпуса и внутреннего корпуса, расположенного во внешнем корпусе вдоль его продольной оси с образованием камеры между их стенками, и охлаждающих и нагревательных элементов, закрепленных на внешнем корпусе, при этом внутренний корпус выполнен с закрытыми торцами, а внешний корпус содержит по меньшей мере один сливной патрубок и выполнен с теплоизоляцией наружной поверхности и с возможностью запирания крышкой, согласно изобретению дополнительно содержит перегородку цилиндрической формы, закрепленную в упомянутой камере с образованием соответственно охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой по воде под перегородкой и над ней, нагревательный элемент и средство для подачи воздуха, при этом внутренний корпус выполнен цилиндрической формы, перегородка расположена соосно с внешним и внутренним корпусами, средство для подачи воздуха смонтировано на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, а нагревательный элемент закреплен в верхней части внутреннего корпуса.The problem is solved in that a heat exchange device for implementing the system, consisting of an external housing and an internal housing located in the external housing along its longitudinal axis with the formation of a chamber between their walls, and cooling and heating elements mounted on the external housing, while the internal housing made with closed ends, and the outer casing contains at least one drain pipe and is made with thermal insulation of the outer surface and with the possibility of locking the lid, according to the invention The ju further comprises a cylindrical baffle fixed in the said chamber with the formation of cooling and recirculation cavities, respectively, communicating with each other through water under and above the baffle, a heating element and air supply means, while the inner casing is cylindrical, the baffle is aligned with external and internal cases, the means for supplying air is mounted on the bottom of the external case in the cooling cavity, and the heating element is fixed in the upper parts of the inner case.
Предпочтительно, чтобы в теплообменном устройстве внешний корпус был выполнен цилиндрической формы.Preferably, in the heat exchanger, the outer casing is cylindrical.
Предпочтительно, чтобы в теплообменном устройстве внешний корпус был выполнен в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх.Preferably, in the heat exchange device, the outer casing is made in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution.
Предпочтительно также, чтобы в теплообменном устройстве внешний корпус был выполнен с дополнительной внутренней стенкой, форма и высота которой соответствуют внешнему корпусу, охлаждающие и нагревательные элементы были расположены между упомянутыми стенками, а высота перегородки составляла 0,8-0,9 от высоты внешнего корпуса.It is also preferable that in the heat exchanger the outer casing is made with an additional inner wall, the shape and height of which correspond to the outer casing, cooling and heating elements are located between the walls, and the height of the partition is 0.8-0.9 of the height of the outer casing.
Предпочтительно также, чтобы перегородка и внутренняя стенка корпуса были выполнены с возможностью подключения к источнику тока.It is also preferable that the partition and the inner wall of the housing are configured to be connected to a current source.
Усовершенствованная конструкция системы очистки воды методом перекристаллизации обеспечивает достижение заявляемого технического результата. В частности, расположение теплообменных устройств каскадом один под другим и их выполнение с одной камерой для замораживания воды и оттаивания льда позволяет существенно упростить схему контура циркуляции воды по сравнению с известным техническим решением за счет исключения средства для принудительной циркуляции и параллельного соединения камер. Выполнение камер с возможностью разделения воды на сообщающиеся между собой охлаждающую и рециркуляционную полости и с возможностью циркуляции воды между упомянутыми полостями позволяет повысить интенсивность конвективных процессов в режиме замораживания и одновременно улучшить качество льда на внутренней поверхности корпуса и, соответственно, улучшить качество очищенной воды, полученной в результате его оттаивания. Кроме этого, выполнение камер с возможностью разделения воды на сообщающиеся между собой охлаждающую и рециркуляционную полости позволяет сузить зону формирования кольцевого фронта кристаллизации воды и за счет этого уменьшить продолжительность режима замораживания. Возможность образования эквипотенциальных поверхностей в охлаждающей полости позволяет использовать при замораживании воды дополнительный эффект электролиза и за счет этого существенно улучшить качество льда. Выполнение контура циркуляции хладагента с дополнительными конденсатором с воздушным охлаждением и новыми взаимосвязями теплообменников направлены на реализацию заявляемой системы и одновременно позволяют уменьшить непроизводительные потери тепловой энергии, выделяемой при замораживании воды и оттаивании льда в камерах теплообменных устройств, и, соответственно, уменьшить эксплуатационные затраты на очистку воды.The improved design of the water purification method by recrystallization ensures the achievement of the claimed technical result. In particular, the arrangement of heat exchangers in a cascade one under the other and their implementation with one chamber for freezing water and thawing ice can significantly simplify the circuit of the water circulation compared to the known technical solution by eliminating the means for forced circulation and parallel connection of the chambers. The implementation of the chambers with the possibility of separation of water into interconnected cooling and recirculation cavities and with the possibility of water circulation between the said cavities can increase the intensity of convective processes in the freezing mode and at the same time improve the quality of ice on the inner surface of the casing and, accordingly, improve the quality of purified water obtained in the result of its thawing. In addition, the implementation of the chambers with the possibility of separating water into interconnected cooling and recirculation cavities allows to narrow the zone of formation of the annular front of crystallization of water and thereby reduce the duration of the freezing mode. The possibility of the formation of equipotential surfaces in the cooling cavity allows the use of an additional electrolysis effect when freezing water, and thereby significantly improve the quality of ice. The implementation of the refrigerant circulation circuit with additional air-cooled condenser and new interconnections of heat exchangers is aimed at implementing the inventive system and at the same time reduce the unproductive losses of thermal energy released during freezing and thawing ice in the chambers of heat exchangers, and, accordingly, reduce operating costs for water treatment .
Усовершенствованная конструкция теплообменного устройства обеспечивает достижение заявляемого технического результата. В частности, выполнение кольцевой камеры с перегородкой цилиндрической формы, закрепленной с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой по воде под перегородкой и над ней, позволяет повысить эффективность передачи энергии от стенок внешнего корпуса к объему воды, что сокращает продолжительность режима замораживания. Одновременно это позволяет увеличить объем внешнего корпуса и, соответственно, объем выхода чистой воды за один цикл очистки. Использование нагревательного элемента, закрепленного в верхней части внутреннего корпуса, и коллектора для подачи воздуха, смонтированного на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, позволяет повысить интенсивность конвективных процессов в воде и за счет этого дополнительно уменьшить продолжительность процесса образования льда. При этом повышение интенсивности конвективных процессов одновременно улучшает качество льда на внутренней поверхности внешнего корпуса и, соответственно, качество очищенной воды, полученной в результате оттаивания такого льда.The improved design of the heat exchange device ensures the achievement of the claimed technical result. In particular, the implementation of the annular chamber with a cylindrical septum fixed with the formation of cooling and recirculation cavities communicating with each other through water under the septum and above it, improves the efficiency of energy transfer from the walls of the outer casing to the volume of water, which reduces the duration of the freezing mode. At the same time, this allows to increase the volume of the external casing and, accordingly, the volume of clean water output per one cleaning cycle. The use of a heating element fixed in the upper part of the inner casing and a collector for supplying air mounted on the bottom of the outer casing in the cooling cavity makes it possible to increase the intensity of convective processes in water and thereby further reduce the duration of the ice formation process. At the same time, an increase in the intensity of convective processes simultaneously improves the quality of ice on the inner surface of the outer casing and, accordingly, the quality of purified water obtained by thawing such ice.
Схематическое изображение системы очистки воды методом перекристаллизации и вариантов конструкции теплообменного устройства представлено на фигурах чертежей, где на фиг. 1 показана принципиальная схема системы; на фиг. 2 - схема теплообменного устройства с внешним корпусом цилиндрической формы (вариант 1); на фиг. 3 - схема теплообменного устройства с внешним корпусом в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх (вариант 2).A schematic representation of a water purification system by recrystallization and design options for a heat exchange device is shown in the figures of the drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of a system; in FIG. 2 is a diagram of a heat exchange device with an external cylindrical body (option 1); in FIG. 3 is a diagram of a heat exchanger with an outer casing in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution (option 2).
Система состоит (фиг. 1) из верхнего 1 и нижнего 2 теплообменных устройств, расположенных каскадом друг относительно друга, контура циркуляции воды 3 (изображен сплошными толстыми линиями), контура циркуляции хладагента 4 (изображен сплошными тонкими линиями) и средств управления и контроля 5 (изображены пунктирными линиями).The system consists (Fig. 1) of the upper 1 and lower 2 heat exchangers arranged in a cascade relative to each other, a water circuit 3 (shown by solid thick lines), a refrigerant circuit 4 (shown by solid thin lines) and control and monitoring 5 ( shown by dashed lines).
Теплообменные устройства 1 и 2 (изображены схематично) содержат, соответственно, камеры 6 и 7 для попеременного замораживания воды и оттаивания льда и охлаждающие и нагревательные элементы 8 и 9.
Контур циркуляции воды 3 содержит средство для подачи исходной воды в камеру 6, средство для слива концентрата загрязненной воды из камер 6 и 7, средство для слива предварительно очищенной воды из камеры 6 в камеру 7, средства для слива концентрата загрязненной воды из камер 6 и 7, средство для слива чистой воды из камеры 7 и емкость 10 для чистой воды. Упомянутые средства выполнены в виде участков труб (не обозначены) со смонтированными на них приборами. Средство для подачи исходной воды в камеру 6 содержит бактерицидную лампу 11 и фильтр грубой очистки 12. Средство для слива концентрата загрязненной воды из камер 6 и 7 содержит емкость 13 для концентрата загрязненной воды, связанную по теплообмену с контуром циркуляции хладагента 4, и патрубок 14 для слива в канализацию. Средство для слива предварительно очищенной воды из камеры 6 в камеру 7 выполнено в виде ответвления от средства для слива концентрата загрязненной воды из камеры 6. Средство для слива чистой воды из камеры 7 содержит теплообменный элемент 15, выполненный в виде змеевика или оребренной трубки, расположенной в емкости 13 для концентрата загрязненной воды, и фильтр тонкой очистки 16. Емкость 10 содержит запорный вентиль 17 для регулирования подачи чистой воды потребителю.The
Контур циркуляции хладагента 4 содержит охлаждающие и нагревательные элементы 8 и 9, связанные по теплообмену с камерами, соответственно, 6 и 7, компрессор 18, выход которого соединен последовательно с конденсатором с воздушным охлаждением 19 и конденсатором с водяным охлаждением 20, и теплообменники 21 и 22. Теплообменник 21 на входе соединен со входами и выходами (не обозначены) охлаждающих и нагревательных элементов 8 и 9, а на выходе соединен со входом теплообменника 22, связанного по теплообмену с емкостью 10 для чистой воды, выход которого, в свою очередь, соединен с компрессором 18. Кроме этого, на входе в охлаждающие и нагревательные элементы 9 расположена дросселирующая капиллярная трубка 23. Конденсатор с водяным охлаждением 20 связан по теплообмену с емкостью 13 для концентрата загрязненной воды и теплообменным элементом 15. Контур циркуляции хладагента 4 соединен с охлаждающими и нагревательными элементами 8 и 9 с возможностью попеременного замораживания воды и оттаивания льда в камерах 6 и 7 и передачи тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда.The refrigerant circuit 4 contains cooling and
Средство управления и контроля 5 содержит контроллер 24 с пультом управления (не показан) и связанные с ним датчики температуры 25 и 26, смонтированные, соответственно, на входах и выходах охлаждающих и нагревательных элементов 8 и 9 и внутри емкости 10, датчик уровня воды 27, смонтированный внутри упомянутой емкости 10, и электромагнитные клапаны, смонтированные в контурах циркуляции воды 3 и хладагента 4. В контуре циркуляции воды 3 смонтированы: клапан 28 - для регулирования подачи исходной воды в теплообменную камеру 6, клапаны 29 и 30 - для разделения слива концентрата загрязненной воды и предварительно очищенной воды из камеры 6, клапаны 31 и 32 - для разделения слива концентрата загрязненной воды и чистой воды из камеры 7. В контуре циркуляции хладагента 4 смонтированы: клапаны 33-37 для изменения направления потоков хладагента в охлаждающих и нагревательных элементах 8 и 9 в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда, терморегулирующий клапан 38 для регулирования температуры хладагента (повышения или понижения) в соответствии с алгоритмом работы системы и клапаны 39 и 40 для контроля давления хладагента на входе и выходе компрессора 18.The control and monitoring means 5 comprises a
В контуре циркуляции воды 3 система также содержит теплообменный аккумулятор холода 41, смонтированный под нижним теплообменным устройством 2 и связанный по теплообмену с исходной водой по ее ходу после фильтра грубой очистки 12 в камеру 6 верхнего теплообменного устройства 1 и с холодными концентратом загрязненной воды и чистой водой по их ходу из камеры 7 нижнего теплообменного устройства 2. Теплообменный аккумулятор холода 41 выполнен в виде закрытой теплоизолированной емкости, заполненной незамерзающим теплопроводящим веществом, внутри которого расположены теплообменные элементы 42 в форме змеевика для подачи исходной воды в камеру 6 и для попеременного слива концентрата загрязненной воды и чистой воды из камеры 7. При этом конденсатор с водяным охлаждением 20 по теплообмену связан с чистой водой после ее выхода из теплообменного аккумулятора холода 41. Использование теплообменного аккумулятора холода 41 для предварительного охлаждения исходной воды позволяет снизить энергопотребление системы до 5%.In the
Управление системой осуществляется в автоматическом режиме через пульт управления посредством контроллера 24. В соответствии с заданным алгоритмом контроллер 24 обеспечивает следующие функции системы:The system is controlled automatically by the control panel through the
- изменение направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда;- a change in the direction of water and refrigerant flows in alternate modes of freezing water and thawing ice;
- разделение потоков концентрата загрязненной воды и потоков предварительно очищенной и чистой воды на выходе из камер верхнего и нижнего теплообменных устройств;- separation of streams of contaminated water concentrate and streams of previously purified and clean water at the outlet of the chambers of the upper and lower heat exchange devices;
- передачу тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда;- the transfer of heat of the refrigerant generated in the chamber during freezing of water in the chamber for thawing ice;
- очистку воды с отделением тяжелой воды в камере верхнего теплообменного устройства, утилизацию тяжелой воды и очистку легкой воды от примесей и растворенных солей в камере нижнего теплообменного устройства;- water purification with separation of heavy water in the chamber of the upper heat exchanger, disposal of heavy water and purification of light water from impurities and dissolved salts in the chamber of the lower heat exchanger;
- охлаждение чистой воды в емкости при ее хранении и использовании;- cooling of clean water in the tank during its storage and use;
- производство пищевого прозрачного льда из очищенной воды;- production of edible transparent ice from purified water;
- повышение концентрации жидких пищевых продуктов, вина и соков.- increasing the concentration of liquid foods, wine and juices.
Технические параметры заявляемой системы, в т.ч. производительность, энергопотребление, габаритные размеры и функциональные возможности, в значительной степени зависят от конструкции теплообменных устройств, в которых осуществляются процессы перекристаллизации воды при ее очистке. Наиболее эффективное использование системы обеспечивают теплообменные устройства с внешним корпусом цилиндрической формы (фиг. 2) и с внешним корпусом в форме усеченного полого конуса, ориентированного углом раствора вверх (фиг. 3).Technical parameters of the claimed system, including performance, energy consumption, overall dimensions and functionality, largely depend on the design of heat exchangers in which the processes of water recrystallization are carried out during its purification. The most efficient use of the system is provided by heat exchangers with an external cylindrical body (Fig. 2) and with an external body in the form of a truncated hollow cone oriented upward by the angle of the solution (Fig. 3).
Вариант 1. Применение теплообменного устройства с корпусом цилиндрической формы (фиг. 2, поперечное сечение устройства).
Теплообменное устройство состоит из внешнего 43 и внутреннего 44 корпусов цилиндрической формы, перегородки 45 цилиндрической формы, охлаждающих и нагревательных элементов 8, нагревательного элемента 46, коллектора 47 для подачи воздуха, крышки 48 и теплоизоляционного покрытия 49, закрепленного на наружной поверхности внешнего корпуса 43.The heat exchange device consists of an outer 43 and an inner 44 cylindrical-shaped body, a cylindrical-shaped
Соотношение высоты внешнего корпуса 43 к его диаметру составляет 1,5-1,7, что обеспечивает оптимальные функциональные параметры. Внешний корпус 43 содержит дополнительную внутреннюю стенку 50 цилиндрической формы, высота которой соответствует высоте внешнего корпуса 43. Полость 51 между внешним корпусом 43 и внутренней стенкой 50 заполнена незамерзающим теплопроводящим веществом, в котором расположены охлаждающие и нагревательные элементы 8, выполненные в виде испарителя-конденсатора хладагента в форме змеевика с патрубками 52 для соединения с контуром циркуляции хладагента. На внутренней поверхности внешнего корпуса 43 перед охлаждающими и нагревательными элементами 8 закреплено теплоотражающее покрытие (не показано). В зависимости от режима работы теплообменного устройства в охлаждающих и нагревательных элементах 8 циркулирует либо кипящий хладагент -режим замораживания, либо конденсирующий хладагент - режим оттаивания.The ratio of the height of the
Внутренний корпус 44 расположен коаксиально с внешним корпусом 43 и выполнен с закрытыми торцами. Размещение внутреннего корпуса 44 внутри внешнего корпуса 43 позволяет образовать между их близлежащими стенками камеру 53 кольцевой формы, что существенно уменьшает продолжительность режима замораживания. Одновременно внутренний корпус 44 является вытеснителем, уменьшающим объем исходной воды в камере 55, что также сокращает продолжительность режима замораживания. Высота внутреннего корпуса 44 соответствует высоте внешнего корпуса 43.The
Перегородка 45 закреплена в камере 53 между внешним 43 и внутренним 44 корпусами с образованием, соответственно, охлаждающей 54 и рециркуляционной 55 полостей, сообщающихся между собой по воде под перегородкой 45 и над ней. Высота перегородки 45 составляет 0,8-0,9 от высоты внешнего корпуса 43, что обеспечивает возможность свободной циркуляции воды в режиме замораживания. Использование перегородки 45 позволяет в режиме замораживания ограничить фронт кристаллизации воды достаточно узким пространством охлаждающей полости 54, что дополнительно уменьшает продолжительность режима.The
Нагревательный элемент 46 закреплен в верхней части внутреннего корпуса 44 и выполнен в виде электронагревателя или трубчатого конденсатора хладагента с капиллярной трубкой для отвода горячего пара хладагента (не показана).The
Коллектор 47 для подачи воздуха смонтирован в днище внешнего корпуса 43 в охлаждающей полости 54. Крышка 48 выполнена с возможностью герметичного запирания камеры 53. Над рециркуляционной полостью 55 на крышке 48 выполнены патрубок 56 для подачи воды и воздушный клапан 57. Патрубок 58 для слива концентрата загрязненной воды и слива очищенной воды выполнен на днище внешнего корпуса 43 в упомянутой полости 55.The
Внешний 43 и внутренний 44 корпусы, перегородка 45 и внутренняя стенка 50 выполнены из теплопроводящего материала. При этом перегородка 45 и внутренняя стенка 50 являются эквипотенциальными поверхностями: перегородка 45 - со знаком «плюс» или «минус», а стенка 50 - со знаком «минус» или «плюс», соответственно, в зависимости от режима перекристаллизации.The outer 43 and inner 44 cases, the
Вариант 2. Применение теплообменного устройства с корпусом в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх (фиг. 3, поперечное сечение устройства).
Теплообменное устройство состоит из внешнего 59 и внутреннего 44 корпусов, перегородки 45, охлаждающих и нагревательных элементов 9, нагревательного элемента 46, коллектора 47 для подачи воздуха, крышки 60 и теплоизоляционного покрытия 61, закрепленного на наружной поверхности внешнего корпуса 59. Внешний корпус 59 выполнен в форме усеченного полого конуса, ориентированного углом раствора вверх, и содержит дополнительную внутреннюю стенку 62 аналогичной формы, высота которой соответствует высоте внешнего корпуса 59. Полость 63 между внешним корпусом 59 и внутренней стенкой 62 заполнена незамерзающим теплопроводящим веществом, в котором расположены охлаждающие и нагревательные элементы 9, выполненные в виде испарителя-конденсатора хладагента в форме змеевика с патрубками 64 для соединения с контуром циркуляции хладагента. На внутренней поверхности внешнего корпуса 59 перед охлаждающими и нагревательными элементами 9 закреплено теплоотражающее покрытие (не показано).The heat exchange device consists of an outer 59 and an inner 44 cases, a
Внутренний корпус 44 выполнен цилиндрической формы с закрытыми торцами и расположен соосно с внешним корпусом 59. Высота внутреннего корпуса 44 соответствует высоте внешнего корпуса 59.The
Перегородка 45 выполнена цилиндрической формы и закреплена между внешним 59 и внутренним 44 корпусами с образованием в камере 65, соответственно, охлаждающей 66 и рециркуляционной 67 полостей, сообщающихся между собой по воде под перегородкой 45 и над ней. Перегородка 45 расположена соосно с упомянутыми корпусами, а ее высота составляет 0,8-0,9 от высоты внешнего корпуса 59, что обеспечивает возможность свободной циркуляции воды в режиме замораживания. Перегородка 45 обеспечивает технический результат, аналогичный рассмотренному ранее варианту с теплообменным устройством цилиндрической формы.The
Выполнение и расположение нагревательного элемента 46, коллектора 47, патрубков 68 для подачи воды и 69 для слива концентрата загрязненной воды и чистой воды, а также крышки 60 и воздушного клапана 70 аналогично их выполнению в теплообменном устройстве с внешним корпусом цилиндрической формы.The construction and arrangement of the
Внешний 59 и внутренний 44 корпусы, перегородка 45 и внутренняя стенка 62 выполнены из теплопроводящего материала. При этом перегородка 45 и внутренняя стенка 62 являются эквипотенциальными поверхностями.The outer 59 and inner 44 cases, the
Теплообменные устройства с корпусами цилиндрической и конической формы используют в системе либо совместно, например, верхнее устройство с корпусом цилиндрической формы, а нижнее с корпусом конической формы, либо по отдельности - по два устройства с внешними корпусами одинаковой формы.Heat exchangers with cylindrical and conical bodies are used in the system either together, for example, the upper device with a cylindrical body, and the lower one with a conical shape, or separately, two devices with external bodies of the same shape.
Представленная в описании и на фигурах чертежей система очистки воды методом перекристаллизации и используемые в ней теплообменные устройства не исчерпывают всех возможных вариантов их исполнения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата. В частности, в системе может использоваться любое парное или непарное количество теплообменных устройств заявляемой конструкции, что позволяет создать их унифицированный ряд с разной производительностью. Для сокращения продолжительности режима оттаивания льда теплообменные устройства могут содержать дополнительные нагревательные элементы, расположенные, например, в нижней части теплообменной камеры или на стенке внутреннего корпуса. Охлаждающие и нагревательные элементы в теплообменных устройствах могут быть выполнены иной формы или конструкции, например, в форме многоканальных панелей или электрических термоэлементов.Presented in the description and in the figures of the drawings, the water purification system by the recrystallization method and the heat exchange devices used in it do not exhaust all possible options for their implementation, ensuring the achievement of the claimed technical result. In particular, any paired or unpaired number of heat exchangers of the claimed design can be used in the system, which makes it possible to create their unified series with different capacities. To reduce the duration of the ice thawing mode, the heat exchange devices may include additional heating elements located, for example, in the lower part of the heat exchange chamber or on the wall of the inner casing. Cooling and heating elements in heat exchangers can be made of a different shape or design, for example, in the form of multi-channel panels or electrical thermocouples.
Работа системы очистки воды методом перекристаллизации.The operation of the water purification system by recrystallization.
В рассмотренном ниже примере система содержит (фиг. 1) верхнее теплообменное устройство 1 с внешним корпусом 43 цилиндрической формы (фиг. 2) и нижнее теплообменное устройство 2 с внешним корпусом 59 в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх (фиг. 3). Очистку воды осуществляют в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда в камерах 53 и 65 теплообменных устройств 1 и 2 и передачи тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда. В зависимости от режима работы в охлаждающих и нагревательных элементах 8 и 9 циркулирует либо кипящий хладагент - режим замораживания, либо конденсирующий хладагент - режим оттаивания. Средство управления и контроля 5 реализует заложенный в контроллер 24 алгоритм программы по соответствующему изменению направления потоков воды в камерах 53 и 65 и хладагента в охлаждающих и нагревательных элементах 8 и 9, а также кратковременному включению нагревательных элементов 46 и компрессора (не показан) для подачи воздуха в коллекторы 47 в режиме замораживания воды.In the example described below, the system comprises (Fig. 1) an
Работа системы поясняется на примере очистки воды с отделением «тяжелой» воды в камере верхнего теплообменного устройства, утилизации «тяжелой» воды и очистки «легкой» воды от примесей и растворенных солей в камере нижнего теплообменного устройства.The operation of the system is illustrated by the example of water purification with separation of "heavy" water in the chamber of the upper heat exchanger, disposal of "heavy" water and purification of "light" water from impurities and dissolved salts in the chamber of the lower heat exchanger.
1. Запуск системы. Подача воды в камеру 53 верхнего теплообменного устройства 1.1. Starting the system. The water supply to the
На пульте управления выбирают функцию очистки с отделением тяжелой воды. После запуска системы нажатием на кнопку «Пуск» контроллер 24 осуществляет управление системой в автоматическом режиме. Открывается клапан 28 и исходная вода через фильтр 12 и теплообменный аккумулятор холода 41 поступает в камеру 53 верхнего теплообменного устройства 1. После заполнения камеры 53 клапан 28 закрывается.On the control panel select the cleaning function with the separation of heavy water. After starting the system by pressing the "Start" button, the
2. Работа верхнего теплообменного устройства 1 в режиме замораживания «тяжелой» воды.2. The operation of the upper
Автоматически открываются клапаны 34 и 35, клапаны 33 и 36 закрыты. При работе верхнего теплообменного устройства 1 в режиме замораживания при отсутствии воды в нижнем теплообменном устройстве 2 конденсация хладагента осуществляется в конденсаторах с воздушным 19 и с водяным 20 охлаждением. Циркуляция хладагента в данном режиме осуществляется по направлению пунктирной стрелки в контуре 4 на фиг. 1. Сжатый в компрессоре 18 пар хладагента последовательно проходит через секции конденсаторов с воздушным 19 и водяным 20 охлаждением, клапан 35, после чего через верхний патрубок 64 поступает в охлаждающие и нагревательные элементы 9 нижнего теплообменного устройства 2. Через нижний патрубок 64 жидкий хладагент выводится из нижнего теплообменного устройства 2 и поступает в капиллярную трубку 23, откуда в дросселированном состоянии направляется в теплообменник 21, после чего нагревается до температуры 5°С и через нижний патрубок 52 подается в охлаждающие и нагревательные элементы 8 верхнего теплообменного устройства 1. При прохождении охлаждающих и нагревательных элементов 8 хладагент выкипает, охлаждая исходную воду в камере 53 и вымораживая из него на внутренней стенке 50 «тяжелый» лед. Пар хладагента через верхний патрубок 52 выводится из верхнего теплообменного устройства 1 и через клапан 34 и теплообменники 21 и 22 возвращается на вход компрессора 18. По истечении заданной продолжительности режима замораживания «тяжелого» льда на внутренней стенке 50 по команде контроллера 24 открывается клапан 29, через который незамерзшая часть исходной воды сливается в камеру 65 нижнего теплообменного устройства 2, после чего клапан 29 закрывается.
3. Работа верхнего теплообменного устройства 1 в режиме оттаивания «тяжелого» льда и нижнего теплообменного устройства 2 в режиме замораживания «легкой» воды.3. The operation of the
По команде контроллера 24 одновременно переключаются две группы клапанов: клапаны 33 и 36 открываются, а клапаны 34 и 35 закрываются. Нижнее теплообменное устройство 2 начинает работать в режиме замораживания «легкой» воды, а верхнее теплообменное устройство 1 - в режиме оттаивания «тяжелого» льда. Синхронность работы теплообменных устройств 1 и 2 контроллер 24 обеспечивает по заданному алгоритму программы с участием терморегулирующего клапана 38, который на основании показаний датчиков температуры 25 шунтирует капиллярную трубку 23. Циркуляция хладагента осуществляется по направлению сплошной стрелки в контуре 4 на фиг. 1.At the command of
Сжатый в компрессоре 18 пар хладагента проходит через конденсаторы с воздушным 19 и водяным 20 охлаждением и через клапан 33 и верхний патрубок 52 поступает в охлаждающие и нагревательные элементы 8 верхнего теплообменного устройства 1. В результате теплообмена с «тяжелым» льдом на внутренней стенке 50 хладагент конденсируется при температуре 20°С. Вода, образовавшаяся при оттаивании «тяжелого» льда, скапливается в нижней части камеры 53.The refrigerant vapor compressed in the
Жидкий хладагент через нижний патрубок 52 выходит из охлаждающих и нагревательных элементов 8 и поступает в теплообменник 21, где охлаждается до 10°С, а затем через клапан 37 проходит через капиллярную трубку 23, где дросселируется и поступает в нижний патрубок 64 охлаждающих и нагревательных элементов 9 нижнего теплообменного устройства 2. В камере 65 внутренняя стенка 62 охлаждается до температуры от минус 3°С до минус 35°С, в результате чего «легкая» вода в охлаждающей полости 66 быстро охлаждается с одновременным формированием кольцевого фронта кристаллизации, направленного от внутренней стенки 62 к перегородке 45. Температуру «легкой» воды при ее охлаждении и температуру хладагента при его нагревании в результате теплообмена с водой контролируют датчики температуры 25. В соответствии с заданным алгоритмом программы контроллер 24 не допускает возможность критического понижения температуры в охлаждающей полости 66, которое может привести к кристаллизации остатка легкой воды с повышенным содержанием органических и неорганических примесей, существенно снижающих качество чистой воды. При охлаждении «легкой» воды ее плотность вдоль внутренней стенки 62 уменьшается до 998,6-998,8 кг/м3, что вызывает слабую естественную циркуляцию воды между смежными полостями 66 и 67, так как плотность воды в полости 67 не изменяется и составляет около 1000 кг/м3. После формирования тонкого слоя льда на внутренней стенке 62 по команде контроллера 24 включается воздушный компрессор (не показан) для подачи сжатого воздуха в охлаждающую полость 66 через коллекторы 47. После этого в заданный момент времени на непродолжительное время включается нагревательный элемент 46. Подача в охлаждающую полость 66 воздуха со стороны днища и одновременный непродолжительный подогрев «легкой» воды в верхней части рециркуляционной полости 67 повышает интенсивность ее вертикальной циркуляции, что способствует более быстрому охлаждению воды и росту чистого и прозрачного слоя льда. Одновременно обеспечивается снижение градиента примесей на границе лед-вода и уменьшается межкристаллическое загрязнение льда солями и взвесями. Теплоизоляционное покрытие 61 и теплоотражающее покрытие, расположенные на противоположных поверхностях наружной стенки внешнего корпуса 59, повышают эффективность теплопередачи от охлаждающих и нагревательных элементов 9 к объему воды, что снижает продолжительность режима замораживания в камере 65. Кроме того, эффективность теплопередачи увеличивается за счет заполнения полости 63 незамерзающим теплопроводящим веществом.The liquid refrigerant through the
В результате теплообмена с «легкой» водой при ее замораживании хладагент в охлаждающих и нагревательных элементах 9 нагревается и выкипает при температуре минус 15°С. Через верхний патрубок 64 и клапан 36 пар хладагента подается в теплообменники 21 и 22, откуда поступает на вход компрессора 18.As a result of heat exchange with “light” water during its freezing, the refrigerant in the cooling and
После завершения предусмотренной программой продолжительности режима замораживания «легкой» воды на внутренней стенке 62 в нижнем теплообменном устройстве 2 по команде контроллера 24 одновременно открываются клапаны 30 и 32. После этого незамерзший остаток «легкой» воды, содержащий концентрат примесей и солей, из камеры 65 нижнего теплообменного устройства 2 через патрубок 69, теплообменный элемент 42, расположенный в теплообменном аккумуляторе холода 41, и клапан 32 поступает в емкость 13. Также емкость 13 через патрубок 58 и клапан 30 поступает «тяжелая» вода из камеры 53 верхнего теплообменного устройства 1. Излишки воды из емкости 13 утилизируют через патрубок 14. После слива «тяжелой» и «легкой» воды из теплообменных камер 65 и 53 клапаны 30 и 32 закрываются. Открывается клапан 28 и исходная вода, охлаждаясь в теплообменном аккумуляторе холода 41, через патрубок 56 поступает в теплообменную полость 53 верхнего теплообменного устройства 1. После заполнения теплообменной полости 53 клапан 28 закрывается. Система готова к изменению цикла перекристаллизации.After completion of the duration of the freezing mode of “light” water provided for in the program on the
4. Работа верхнего теплообменного устройства 1 в режиме замораживания «тяжелого» льда и нижнего теплообменного устройства в режиме оттаивания «легкого» льда.4. The operation of the upper
По команде контроллера 24 одновременно переключаются две группы клапанов на следующий цикл перекристаллизации: клапаны 34 и 35 открываются, клапаны 33 и 36 закрываются. В верхнем теплообменном устройстве 1 происходит замораживание на внутренней стенке 50 «тяжелого» льда из исходной воды, а в нижнем теплообменном устройстве 2 - оттаивание «легкого» льда и получение чистой питьевой воды. Циркуляция хладагента в данном режиме осуществляется по направлению пунктирной стрелки в контуре 4 на фиг. 1.At the command of
Сжатый в компрессоре 18 пар хладагента последовательно проходит секции конденсаторов с воздушным 19 и водяным 20 охлаждением, затем через клапан 35 и верхний патрубок 64 поступает в элементы 9 нижнего теплообменного устройства 2, где конденсируется при температуре 15-18°С, расплавляя на внутренней стенке 62 намороженный «легкий» лед. Через нижний патрубок 64 жидкий хладагент выводится из нижнего теплообменного устройства 2 в капиллярную трубку 23, дросселируется в ней и поступает в теплообменник 21, где нагревается до температуры 5°С, после чего через нижний патрубок 52 подается в охлаждающие и нагревательные элементы 8 верхнего теплообменного устройства 1. Проходя через упомянутые элементы 8 хладагент выкипает, охлаждая исходную воду и намораживая на внутренней стенке 50 «тяжелый» лед. Далее пар хладагента выходит через верхний патрубок 52 и через клапан 34, теплообменники 21 и 22 возвращается на вход компрессора 18.The refrigerant vapor compressed in the
После формирования необходимого слоя «тяжелого» льда на внутренней стенке 50 верхнего теплообменного устройства 1 и оттаивания «легкого» льда в теплообменной камере 65 нижнего теплообменного устройства 2 открывается клапан 31 и чистая питьевая вода через теплообменный элемент 15 и фильтр тонкой очистки 16 поступает в емкость 10 для чистой воды. После слива чистой воды из камеры 65 клапан 31 закрывается и открывается клапан 29, через который в камеру 65 «легкая» вода поступает из камеры 53 верхнего теплообменного устройства 1. Клапан 29 закрывается. Система готова к очередной смене режимов перекристаллизации в теплообменных устройствах 1 и 2, при которой в верхнем теплообменном устройстве 1 будет происходить оттаивание «тяжелого» льда, а в нижнем теплообменном устройстве 2 - замораживание «легкой» воды. Указанный режим рассмотрен выше (цикл 3).After the formation of the necessary layer of “heavy” ice on the
В процессе работы системы чистая питьевая вода накапливается в емкости 10 и охлаждается посредством теплообменника 22. Уровень и температура чистой воды в емкости 10 контролируют датчики уровня 27 и температуры 26. Чистая питьевая вода из емкости 10 выводится потребителю через клапан 17.During the operation of the system, pure drinking water is accumulated in the
Работа системы с использованием эффекта электролиза в режиме замораживания воды.The operation of the system using the effect of electrolysis in the mode of freezing water.
Для очистки воды с высокой степенью загрязнения дополнительно используют эффект электролиза, который образуется в охлаждающих полостях 54 и 66 между эквипотенциальными поверхностями перегородки 45 и внутренней стенки, соответственно, 50 и 62 при подключении их к внешнему источнику постоянного тока. При этом перегородку 45 подключают к положительному контакту, а упомянутые внутренние стенки - к отрицательному контакту или наоборот с учетом смены режимов перекристаллизации.To purify water with a high degree of pollution, the electrolysis effect is additionally used, which is formed in the
В зависимости от степени загрязнения исходной воды и климатических условий продолжительность режима замораживания воды в теплообменных устройствах 1 и 2 составляет от 0,2 до 1,5 часа, а режима оттаивания льда 0,5 часа.Depending on the degree of contamination of the source water and climatic conditions, the duration of the mode of freezing water in
Заявляемая конструкция системы и теплообменных устройств проверена при очистке загрязненной и морской (с содержанием солей до 4,5%) воды. Результаты испытаний подтвердили заявленный технический результат. В частности, использование в системе теплообменного аккумулятора позволяет уменьшить продолжительность охлаждения воды и замораживания льда в верхнем теплообменном устройстве на 24-32%. Использование конденсатора с водяным охлаждением позволяет уменьшить температуру конденсации хладагента с примерно 40°С до примерно 30°С, что повышает холодопроизводительность компрессора и сокращает продолжительность режима замораживания в верхнем и нижнем теплообменных устройствах. Использование эффекта электролиза при замораживании воды позволяет уменьшить содержание в ней нежелательных примесей от 40% до 90%. Использование дополнительного нагревательного элемента сокращает продолжительность оттаивания льда.The inventive design of the system and heat exchangers was tested during the treatment of contaminated and marine (with salt content up to 4.5%) water. The test results confirmed the claimed technical result. In particular, the use of a heat-exchange battery in the system reduces the duration of water cooling and ice freezing in the upper heat-exchange device by 24-32%. The use of a water-cooled condenser reduces the condensation temperature of the refrigerant from about 40 ° C to about 30 ° C, which increases the cooling capacity of the compressor and reduces the duration of the freezing mode in the upper and lower heat exchangers. Using the effect of electrolysis during freezing of water allows reducing the content of undesirable impurities in it from 40% to 90%. The use of an additional heating element reduces the duration of ice thawing.
Сочетание в системе достаточно большой производительности и высокого качества очистки воды позволяет использовать ее для обработки исходной воды с широким диапазоном загрязнений органическими и неорганическими веществами.The combination of a sufficiently large productivity and high quality water purification in the system allows it to be used for the treatment of source water with a wide range of pollution by organic and inorganic substances.
Claims (10)
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120103A RU2711357C1 (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system |
CN201980093317.5A CN113631518B (en) | 2018-12-29 | 2019-12-26 | Recrystallization water treatment system and heat exchange device for realizing same |
KR1020217024151A KR102612608B1 (en) | 2018-12-29 | 2019-12-26 | Recrystallization water treatment systems and heat-exchange devices for recrystallization water treatment systems |
PCT/RU2019/001026 WO2020139161A1 (en) | 2018-12-29 | 2019-12-26 | System for purifying water by recrystallization and heat exchange devices (variants) for the implementation thereof |
US17/419,301 US20220073374A1 (en) | 2018-12-29 | 2019-12-26 | Recrystallization Water Treatment System and Heat-Exchange Devices (Embodiments) for Its Implementation |
EP19903460.4A EP3904296A4 (en) | 2018-12-29 | 2019-12-26 | System for purifying water by recrystallization and heat exchange devices (variants) for the implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120103A RU2711357C1 (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711357C1 true RU2711357C1 (en) | 2020-01-16 |
Family
ID=69171673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120103A RU2711357C1 (en) | 2018-12-29 | 2019-06-27 | System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711357C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800347C2 (en) * | 2021-11-08 | 2023-07-20 | Сергей Иванович Ивандаев | Light and heavy water separator |
WO2023200358A1 (en) * | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Пристинам Эса | Heat exchange device for a system for purifying water by recrystallization |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7467526B2 (en) * | 2005-02-07 | 2008-12-23 | Hsuan-Chi Hsieh | Desalinating process |
RU2557628C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Apparatus for water purification |
WO2015111405A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Water purifier, method of purifying water, fluid purifier and method of purifying a fluid |
EA023930B1 (en) * | 2013-09-11 | 2016-07-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Device for water purification by method of recrystallisation |
EA025716B1 (en) * | 2013-09-11 | 2017-01-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Method for water purification by crystallization method and heat exchange reservoir (embodiments) therefor |
-
2019
- 2019-06-27 RU RU2019120103A patent/RU2711357C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7467526B2 (en) * | 2005-02-07 | 2008-12-23 | Hsuan-Chi Hsieh | Desalinating process |
EA023930B1 (en) * | 2013-09-11 | 2016-07-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Device for water purification by method of recrystallisation |
EA025716B1 (en) * | 2013-09-11 | 2017-01-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Method for water purification by crystallization method and heat exchange reservoir (embodiments) therefor |
RU2557628C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-07-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" | Apparatus for water purification |
WO2015111405A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Water purifier, method of purifying water, fluid purifier and method of purifying a fluid |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800347C2 (en) * | 2021-11-08 | 2023-07-20 | Сергей Иванович Ивандаев | Light and heavy water separator |
WO2023200358A1 (en) * | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Пристинам Эса | Heat exchange device for a system for purifying water by recrystallization |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0313827B1 (en) | Method and apparatus for purifying impure water | |
KR100729962B1 (en) | Water purifying system to simultaneously make ice and clod water using one evaporator and water purifier | |
RU192027U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD | |
WO2015111405A1 (en) | Water purifier, method of purifying water, fluid purifier and method of purifying a fluid | |
US4474031A (en) | Heatpump | |
RU2711357C1 (en) | System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system | |
EA025716B1 (en) | Method for water purification by crystallization method and heat exchange reservoir (embodiments) therefor | |
KR101264666B1 (en) | Soakage Type Freezing Unit and Ice Making Method using The Same | |
WO2020139161A1 (en) | System for purifying water by recrystallization and heat exchange devices (variants) for the implementation thereof | |
RU2274607C2 (en) | Method of purification of water and the installation for its realization | |
RU2128144C1 (en) | Potable water purification plant | |
KR20130013475A (en) | Hexagonal water ice manufacturer | |
CN210764818U (en) | PVT heat pump seawater desalination system | |
RU2725403C1 (en) | System for water purification by recrystallisation and sectional heat exchange device for its implementation (versions) | |
RU2557628C2 (en) | Apparatus for water purification | |
RU2786296C1 (en) | Heat exchanger for water purification system by recrystallization method | |
RU2782584C1 (en) | Heat exchanger for water purification system by recrystallization method | |
EA023930B1 (en) | Device for water purification by method of recrystallisation | |
RU191503U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD | |
CN113562801A (en) | Multistage seawater freezing and desalting system and method | |
TR2021014907T (en) | HEAT EXCHANGER DEVICES (OPTIONS) FOR RECRYSTALIZATION WATER TREATMENT SYSTEM AND ITS IMPLEMENTATION | |
RU2788566C1 (en) | Heat-exchange tank and device for water purification by recrystallization method, using it | |
WO2023200358A1 (en) | Heat exchange device for a system for purifying water by recrystallization | |
RU29299U1 (en) | WATER DESCRIPTION PLANT | |
CN218410302U (en) | Drinking water supply system and ice machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200424 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20211112 |