WO2020139161A1 - Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменные устройства (варианты) для её реализации - Google Patents

Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменные устройства (варианты) для её реализации Download PDF

Info

Publication number
WO2020139161A1
WO2020139161A1 PCT/RU2019/001026 RU2019001026W WO2020139161A1 WO 2020139161 A1 WO2020139161 A1 WO 2020139161A1 RU 2019001026 W RU2019001026 W RU 2019001026W WO 2020139161 A1 WO2020139161 A1 WO 2020139161A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
chamber
cooling
heat exchange
draining
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/001026
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Денис Дмитриевич БЛИНОВ
Евгений Юрьевич МУРИНСКИЙ
Original Assignee
МИХАЙЛОВ, Владимир Сергеевич
Денис Дмитриевич БЛИНОВ
Евгений Юрьевич МУРИНСКИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2019120103A external-priority patent/RU2711357C1/ru
Application filed by МИХАЙЛОВ, Владимир Сергеевич, Денис Дмитриевич БЛИНОВ, Евгений Юрьевич МУРИНСКИЙ filed Critical МИХАЙЛОВ, Владимир Сергеевич
Priority to EP19903460.4A priority Critical patent/EP3904296A4/en
Priority to US17/419,301 priority patent/US20220073374A1/en
Priority to CN201980093317.5A priority patent/CN113631518B/zh
Priority to KR1020217024151A priority patent/KR102612608B1/ko
Publication of WO2020139161A1 publication Critical patent/WO2020139161A1/ru

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0082—Regulation; Control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0088—Cascade evaporators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/28—Evaporating with vapour compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/02—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping in boilers or stills
    • 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
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/043—Details
    • 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
    • C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • C02F11/20—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning by freezing
    • 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
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • 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
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/023—Water in cooling circuits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/005—Valves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/005—Processes using a programmable logic controller [PLC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/42—Liquid level
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • the technical solution relates to water purification systems by recrystallization and the heat exchangers used in them for periodically freezing and thawing ice, in particular, to systems with two- and multi-stage recrystallization schemes, and can be used in everyday life, food industry, catering and medicine for the purification of industrial, contaminated, saline and sea water, which are used to obtain melt drinking water.
  • a known water purification system by recrystallization (patent Co EA024321, IPC-2006.01 C02F1 / 22, publication date 09/30/2016), consisting of two heat exchangers containing one chamber for freezing water and thawing ice, a water circulation circuit connected to heat exchange chambers devices, means for freezing water and thawing ice and a means of control and monitoring.
  • the water circulation circuit contains means for supplying raw water with a hydraulic pump, means for draining the contaminated water concentrate, means for draining clean water, containers for contaminated water concentrate, containers for pure water, means for supplying pure water to the consumer, and means for draining unused pure water .
  • the water circulation circuit is connected to the chambers of heat exchangers with the possibility of purifying water for one recrystallization cycle in each chamber.
  • Heat exchangers are made in the form of a rectangular parallelepiped with a flat slotted chamber.
  • Means for freezing water and thawing ice are made in the form of thermocouples cooling and heating mounted on the outer surface of heat exchangers.
  • the control and monitoring tool comprises a control panel with a microprocessor and associated control boards, control valves and water level sensors.
  • the control and monitoring means is capable of simultaneously freezing water and thawing ice in the chambers of heat exchange devices.
  • the system is intended for use in everyday life, food industry and medicine.
  • a known water purification system by recrystallization (application JV ° WO2015111405, IPC-2006.01 C02F1 / 22, B01D9 / 04, F25B1 / 00, F25B40 / 04, publication date 07/30/2015), consisting of two heat exchangers containing two freezing chambers water and ice thawing and cooling and heating elements, a water circulation circuit connected to chambers of heat exchangers with the possibility of draining pre-treated water from one chamber and supplying it for final cleaning in another chamber, a refrigerant circuit connected to cooling and heating elements with the possibility of alternately freezing water and thawing ice in the chambers of heat exchangers and transferring the heat of the refrigerant generated in the chamber during freezing of water to the ice thawing chamber, and controls control connected to the above-mentioned circuits with the ability to change the direction of flow of water and refrigerant in alternate modes of freezing water and thawing ice.
  • the water circulation circuit contains means for
  • the refrigerant circuit contains a compressor, at least one water-cooled condenser, connected via heat exchange with a container for contaminated water concentrate after it is drained from the chambers of heat exchangers, at least two heat exchangers, a refrigerant filter and an expansion valve connected to the inlets and outputs of cooling and heating elements.
  • the control and monitoring means comprises a controller and associated control valves for changing the direction of flow of water and refrigerant in said circuits.
  • a heat exchange water treatment device for use in a water purification system by recrystallization (patent JV2 EA 017783, MGSC2006.01) C02F 1/22, publication date 03/29/2013), consisting of a housing, cooling and heating elements, a heat-insulating casing, a drain water and means for mixing water.
  • the cooling and heating elements are fixed on the outer surface of the housing, while the cooling element is made in the form of an evaporator, and the heating element is made in the form of an electric heater.
  • Means for draining water is made in the form of a pipe located on the wall in the lower part of the housing.
  • Means for mixing water is made in the form of a water pump (or the blades of a mechanical stirrer) mounted in the center of the bottom.
  • the heat exchanger operates alternately in the mode of freezing contaminated water with the formation of clean near-wall ice on the inner surface of the casing and in the mode of thawing near-wall ice with the discharge of the resulting clean water into a storage tank.
  • contaminated water with a high salt content accumulates in the lower part of the housing and is discharged from it through a drain pipe.
  • a means for mixing water is used in the freezing mode after the formation of a thin layer of ice on the walls of the housing for more intensive cooling of the water and accelerate the process of ice formation.
  • the mixing of contaminated water also helps to remove air bubbles and impurity particles sorbed from them on the ice surface, as well as increase the heat exchange intensity inside the body and remove impurities dissolved in water from the phase boundary.
  • the recrystallization modes in the heat exchanger work in the water purification system by means of an automatic control unit under the control of the corresponding sensors.
  • the heat exchanger is integrated into the water purification system intended for use in household, food industry and medicine.
  • the volume of contaminated water poured into the body of the heat exchanger is 1.5–2.0 l, and the volume of purified melt water is 1.0–1.3 l.
  • the full cycle of cleaning the indicated volume of water is 4, 5-5, 5 hours, including the duration of the regime of freezing water - 2.0-2, 5 hours, and melting ice - 2, 5-3, 0 hours.
  • the said bodies are made in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution, and are located coaxially relative to each other with the formation of a gap cavity between their walls.
  • the outer casing is made with the possibility of tight locking the lid.
  • the inner case is made with closed ends and mounted on the lid with the formation of a gap between its lower end and the bottom of the outer case. The latter is made domed with a decrease from the walls to the center where the drain pipe is located. Cooling and heating elements are fixed on the outer surface of the outer casing and covered with a layer of thermal insulation.
  • This heat exchanger also works alternately in the mode of freezing contaminated water with the formation of clean near-wall ice on the inner surface of the outer casing and in the mode of thawing near-wall ice with the discharge of the resulting clean water through the pipe.
  • a feature of cleaning in this heat exchanger is the formation of a layer of water in the gap cavity between the walls of the outer and inner shells. In the freezing mode, due to the action of cooling elements, the wall of the outer casing is cooled.
  • the water in the slit cavity is rapidly cooled (within 3-5 minutes) with the simultaneous formation of a crystallization front directed towards the wall of the inner casing.
  • the cooling elements are turned off and heating elements are turned on, by means of which the ring layer of ice is thawed on the wall of the outer casing, followed by the discharge of clean melt water through the nozzle into the storage tank.
  • the execution of the outer casing in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution, increases the efficiency of heat transfer processes and ensures tight contact of the ice layer with the wall of the outer casing in the thawing mode, which improves the performance of the device and the quality of purified water.
  • the use of a slit cavity between the walls of the outer and inner bodies to freeze water allows you to narrow the zone the formation of an annular crystallization front of contaminated water and reduce the duration of the freezing mode.
  • the full cycle of purification of contaminated water in a heat exchanger is not more than 4.0 hours, while the volume of purified water is at least 66-80% of the volume of contaminated water with a decrease in the content of inorganic impurities by at least 2.5 times.
  • the heat exchange device is used in water purification systems containing, for example, an automatic control unit associated with sensors for monitoring parameters of the freezing and thawing modes. These systems are intended for use in the home, food industry and medicine.
  • the duration of the defrosting mode changes insignificantly compared with the device according to patent N ° EA017783.
  • 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.
  • the above disadvantages of the known technical solutions significantly limit the scope of their use in water treatment systems.
  • the task to which the claimed technical solution is directed with respect to the water treatment system by recrystallization is to improve the water treatment system by recrystallization due to the different implementation of heat exchangers and associated circuits of water and refrigerant circulation and control and monitoring tools that provide enhanced functionality and increased productivity at a relatively low cost of operation.
  • the technical result achieved from the implementation of the task in relation to the water purification system by recrystallization is to reduce the duration of the freezing of the source water and thawing ice due to the different location of the heat exchange devices in the system, the different execution of chambers in them for freezing water and thawing ice and other connections to water and refrigerant circuits and controls.
  • 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.
  • the claimed technical result allows to expand the functionality of the system.
  • the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that, in the water purification method by recrystallization, containing at least two heat exchangers having 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 pre-treated water from one chamber and supplying it for final purification to another chamber, a refrigerant circuit connected to cooling and heating elements with 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 when freezing water, into a chamber for thawing ice, and control and monitoring means connected to the water circuit and the refrigerant circuit with the possibility of changing the direction of water and refrigerant flows in alternating modes freezing water and thawing ice, while the water circulation circuit is made up comprising a means for supplying source water, a means for draining a concentrate of contaminated water, a means for draining pre-treated water, a
  • control and monitoring means can be configured to separate the source water in the chamber of the upper heat exchanger into a heavy and light water, while heavy water is removed by means for draining the contaminated water concentrate, and light water is supplied to the chamber of the lower Heat Exchanger by means for draining previously purified water.
  • control and monitoring tool can be made comprising a controller and associated control valves installed in the water and refrigerant circuits, temperature sensors installed at the inlets and outlets of the cooling and heating elements and inside the tank for clean water, and a water level sensor installed inside the tank for clean water, while the control valves can be made in the form of electromagnetic valves for water and refrigerant.
  • a recrystallization water purification system can be made comprising a heat exchange battery connected along the heat exchange with the source water along the upper chamber of the heat exchanger and with the contaminated water concentrate and clean water along their course from the lower heat exchanger chamber, and the water-cooled condenser can be optionally connected by heat exchange with clean water along the way from the heat exchange battery.
  • the means for supplying the source water can be made comprising, along the upper heat exchanger device, a heat exchange element located in the heat accumulator and a coarse filter, means for draining the contaminated water concentrate can be made containing upstream of the upper chamber a heat exchanger device, a container for contaminated water concentrate connected by heat exchange with a water-cooled condenser, and a drain pipe, means for draining a contaminated water concentrate, and a means for draining clean water can be made with a common outlet from the chamber of the lower heat exchanger and containing said chamber a common heat-exchange element in a heat-exchange battery, and further along the contaminated water concentrate contain said container for contaminated water concentrate and a discharge pipe, and along the clear water contain a second heat exchange element located in the water-cooled condenser, a fine filter and a bactericidal lamp, and the clean water tank contains a shut-off valve for regulating the flow water to the consumer.
  • the task to which the claimed technical solution is directed with respect to the first and second embodiments of a heat exchange device for a water purification system by recrystallization is to improve the design of the heat exchange device by dividing the annular cavity between the outer and inner bodies into cooling and recirculation zones, introducing means for intensification convective processes in the annular cavity in the mode of freezing water and other arrangement of cooling and heating elements, which improves the performance of the heat exchange device.
  • the technical result achieved from the implementation of the task in relation to the first and second embodiments of a heat exchanger for a water purification system by recrystallization method is to reduce the duration of the freezing of contaminated water and ice thawing while improving the quality of water purification.
  • the heat exchanger for the water purification system by recrystallization, containing the outer and inner shells of a cylindrical shape and cooling and heating elements, while the said shells are installed coaxially relative to each other with the formation of an annular cavity between their walls, and the inner case is made with closed ends, and the outer case is made with the possibility of tight locking the lid and is equipped with a drain pipe
  • the heat exchanger is equipped with a cylindrical baffle located between the outer and inner bodies to form cooling and recirculation cavities communicating with each other under the baffle and above it, an air manifold installed on the bottom of the outer casing in the cooling cavity, and a heating element, located in the upper part of the inner case, the height of the inner case corresponding to the height of the outer case, the outer case is made with an additional inner wall of cylindrical shape, and cooling and heating elements are located between the said wall and the wall of the outer case.
  • a heat exchange device for a water purification system by recrystallization the ratio of the height of the outer casing to its diameter is 1.5-1.7.
  • the heat exchange device for the water purification system by recrystallization the height of the additional inner wall of the cylindrical body is made corresponding to the height of the external body.
  • the heat exchange device for a water purification system by recrystallization method containing an outer case in the form of a truncated cone, oriented upward by the angle of the solution, an inner case located in the outer case along its longitudinal axis with the formation of a cavity between their walls, and made with closed ends, cooling and heating elements placed on the outer casing, a drain pipe and a cover for locking the outer casing, according to the claimed technical solution,
  • the heat exchanger is equipped with a cylindrical partition installed in the cavity between the walls of the outer and internal buildings with the formation of cooling and recirculation cavities communicating with each other under the partition and above it, a manifold for air supply and heating element, while the inner case is made cylindrical, the partition is aligned with the outer and inner cases, the air manifold is installed on the bottom of the outer case in the cooling cavity, and the heating element is located in the upper part of the inner case, while the height of the inner case corresponds to the
  • the heat exchange device for the water purification system by recrystallization the outer casing is made with an additional inner wall, the shape and height of which correspond to the outer casing, and cooling and heating elements are located between the walls.
  • the height of the partition is made of 0, 8-0.9 of the height of the outer casing.
  • the partition and the inner wall of the housing are made with the possibility of connecting to an electric current source.
  • Fig.l shows a schematic diagram of a water treatment system by recrystallization
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a heat exchange device according to a first embodiment of its execution with an external cylindrical body
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a heat exchanger according to a second embodiment with an outer casing in the shape of a truncated cone oriented upward by the angle of the solution.
  • the water purification system by recrystallization consists (Fig. 1) of the upper 1 and lower 2 heat exchangers arranged in cascades relative to each other, a water circuit 3 (shown by solid thick lines), a refrigerant circuit 4 (shown solid thin lines) and controls and controls 5 (shown in dashed lines).
  • Heat exchangers 1 and 2 (shown schematically) contain, respectively, chambers 6 and 7 for alternately freezing water and thawing ice, and cooling and heating elements 8 and 9.
  • the water circulation circuit 3 contains means for supplying source water to the chamber 6, means for draining the contaminated water concentrate from the chambers 6 and 7, means for draining the pre-treated water from the chamber 6 into the chamber 7, means for draining the contaminated water concentrate from the chambers 6 and 7 , a means for draining clean water from the chamber 7 and a container 10 for clean water.
  • the mentioned means are made in the form of pipe sections (not indicated) with devices mounted on them.
  • the means for supplying the source water to the chamber 6 contains a bactericidal lamp 11 and a coarse filter 12.
  • the means for draining the contaminated water concentrate from the chambers 6 and 7 contains a container 13 for the contaminated water concentrate connected through heat exchange with the refrigerant circuit 4, and a pipe 14 for plum.
  • Means for draining pre-treated water from chamber 6 into chamber 7 is made in the form of a branch from means for draining a contaminated water concentrate from chamber 6.
  • the means for draining clean water from the chamber 7 contains a heat exchange element 15 made in the form of a coil or finned tube located in the tank 13 for the contaminated water concentrate, and a fine filter 16.
  • the tank 10 has a shut-off valve 17 for regulating the supply of clean water to the consumer.
  • the refrigerant circuit 4 contains cooling and heating elements 8 and 9, connected by heat exchange with the chambers, 6 and 7, respectively, a compressor 18, the output of which is connected in series with an air-cooled condenser 19 and a water-cooled condenser 20, and heat exchangers 21 and 22 .
  • the heat exchanger 21 at the inlet is connected to the inputs and outputs (not indicated) of the cooling and heating elements 8 and 9, and at the outlet it is connected to the inlet of the heat exchanger 22, connected through heat exchange with a tank for pure water 10, the output of which, in turn, is connected to the compressor 18.
  • a throttling capillary tube 23 is also connected at the inlet to the cooling and heating elements 9.
  • the water-cooled condenser 20 is connected through heat exchange with a tank 13 for contaminated water concentrate and a heat exchange element 15.
  • the refrigerant circuit 4 is connected to cooling and heating elements 8 and 9 with the possibility of alternately freezing water and thawing ice in chambers 6 and 7 and transferring heat of the refrigerant formed in the chamber during freezing of water into the chamber for thawing ice.
  • the control and monitoring means 5 has a controller 24 with a control panel (not shown) and associated temperature sensors 25 and 26 installed, respectively, at the inputs and outputs of the cooling and heating elements 8 and 9 and inside the tank 10, a water level sensor 27, installed inside said tank 10, and solenoid valves mounted in the circuits of water 3 and refrigerant 4.
  • valve 28 for regulating the supply of source water to the heat exchange chamber 6
  • valves 29 and 30 for separating the discharge of the contaminated water concentrate and pre-purified water from the chamber
  • valves 31 and 32 for separating the discharge of the contaminated water concentrate and clean water from chamber 7.
  • the refrigerant circulation circuit 4 contains: valves 33-37 for changing the direction of the flow of refrigerant in the cooling and heating elements 8 and 9 in alternate modes of freezing water and thawing ice, a thermostatic valve 38 for regulating the temperature of the refrigerant (increase or decrease) in accordance with the operating algorithm systems and valves 39 and 40 for monitoring the refrigerant pressure at the inlet and outlet of the compressor 18.
  • the system also has a cold heat storage battery 41 installed under the lower heat exchanger 2 and connected by heat exchange with the source water along its course after the coarse filter 12 into the chamber 6 of the upper heat exchanger 1 and with cold concentrate of contaminated water and clean water in their course from the chamber 7 of the lower heat exchange device 2.
  • the cold heat-exchange accumulator 41 is made in the form of a closed thermally insulated container filled with a non-freezing heat-conducting substance, inside of which there are heat-exchange elements 42, for example, in the form of a coil, for supplying the source water to the chamber 6 and for alternately draining the contaminated water concentrate and clean water from the chamber 7.
  • the water-cooled condenser 20 is connected via heat exchange to clean water after it leaves the cold heat exchange battery 41.
  • the system is controlled automatically by the control panel through the controller 24.
  • the controller 24 provides the following system functions:
  • heat exchangers according to the first embodiment of a heat exchange device with an external cylindrical body (Fig. 2) and with an external body in the form of a truncated hollow cone oriented upward in the second embodiment of the heat exchange device (Fig. 3).
  • the heat exchanger according to the first embodiment with an external cylindrical body (Fig. 2, cross section of the device).
  • the heat exchange device consists of external 43 and internal cylindrical bodies 44, cylindrical baffles 45, cooling and heating elements 8, heating element 46, collector 47 for air supply, cover 48 and heat-insulating coating 49 fixed to the outer surface outer case 43.
  • the ratio of the height of the outer casing 43 to its diameter is 1.5-1.7, which ensures optimal functional parameters.
  • the outer casing 43 comprises an inner wall 50 of cylindrical shape, the height of which corresponds to the height of the outer casing 43.
  • the cavity 51 between the outer casing 43 and the inner wall 50 is filled with a non-freezing heat-conducting substance, in which there are cooling and heating elements 8, made in the form of a refrigerant evaporator-condenser in the form of a coil with nozzles 52 for connection with a refrigerant circuit.
  • a heat-reflecting coating (not shown) is fixed.
  • boiling refrigerant circulates — freezing mode or condensing refrigerant — defrosting mode.
  • the inner case 44 is located coaxially with the outer case 43 and is made with closed ends. Placing the inner case 44 inside the outer case 43 allows the formation of a ring-shaped chamber 53 between their adjacent walls, which significantly reduces the duration of the freezing mode. At the same time, the inner case 44 is a displacer, reducing the amount of source water in the chamber 55, which also reduces the duration of the freezing mode.
  • the height of the inner case 44 corresponds to the height of the outer case 43.
  • the partition 45 is installed in the chamber 53 between the outer 43 and inner 44 cases with the formation, respectively, of cooling 54 and recirculation 55 cavities communicating with each other under the partition 45 and above it.
  • the height of the partition 45 is 0, 8-0.9 of the height of the outer casing 43, which allows free circulation of water in the freezing mode.
  • the use of the partition 45 allows in the freezing mode to limit the front of water crystallization to a sufficiently narrow space of the cooling cavity 54, which further reduces the duration of the mode.
  • the heating element 46 is located in the upper part of the inner case 44 and is made in the form of an electric heater or tubular refrigerant condenser with a capillary tube to remove hot refrigerant vapor (not shown).
  • the collector 47 for air supply is mounted in the bottom of the outer casing 43 in the cooling cavity 54.
  • the cover 48 is capable of tightly locking the chamber 53.
  • a pipe 56 for supplying water and an air valve 57 are made over the recirculation cavity 55 on the cover 48.
  • a pipe 58 for draining the contaminated concentrate water and drained purified water is made on the bottom of the outer casing 43 in said cavity 55.
  • the outer 43 and inner 44 cases, the partition wall 45 and the inner wall 50 are made of heat-conducting material.
  • the partition 45 and the inner wall 50 are equipotential surfaces: the partition 45 is with a plus or minus sign, and the wall 50 is with a minus or plus sign, respectively, depending on the recrystallization mode.
  • the heat exchanger according to the second embodiment with an outer casing in the shape of a truncated cone oriented upward by the angle of the solution (Fig. 3, cross section of the device).
  • the heat exchange device consists of an outer 59 and an inner 44 cases, a partition 45, cooling and heating elements 9, a heating element 46, a collector 47 for supplying air, a cover 60 and a heat-insulating coating 61 placed on the outer surface of the outer case 59.
  • the outer casing 59 is made in the form of a truncated hollow cone, oriented upward by the angle of the solution, and has an inner wall 62 of a similar shape, the height of which corresponds to the height of the outer casing 59.
  • the cavity 63 between the outer casing 59 and the inner wall 62 is filled with a non-freezing heat-conducting substance, in which there are cooling and heating elements 9, made in the form of a refrigerant evaporator-condenser in the form of a coil with nozzles 64 for connection to the refrigerant circuit.
  • cooling and heating elements 9 made in the form of a refrigerant evaporator-condenser in the form of a coil with nozzles 64 for connection to the refrigerant circuit.
  • the inner case 44 is made of a cylindrical shape with closed ends and is located coaxially with the outer case 59.
  • the height of the inner case 44 corresponds to the height of the outer case 59.
  • the partition 45 is made of a cylindrical shape and is installed between the outer 59 and inner 44 cases with the formation in the chamber 65, respectively, of the cooling 66 and recirculation 67 cavities communicating with each other under the partition 45 and above it.
  • the partition 45 is located coaxially with the said bodies, and its height, as in the first embodiment of the heat exchange device (see), is 0.8-0.9 from the height of the external body 59, which allows free circulation of water in the freezing mode.
  • the partition 45 provides a technical result similar to the first embodiment of the heat exchange device discussed above, having an external cylindrical body.
  • the implementation and location of the heating element 46, the collector 47, nozzles 68 for supplying water and 69 for draining the contaminated water concentrate and clean water, as well as the cover 60 and the air valve 70 are similar to their implementation in the first embodiment of the heat exchanger with an external cylindrical-shaped body.
  • the outer 59 and inner 44 cases, the partition wall 45 and the inner wall 62 are made of heat-conducting material. In this case, the partition 45 and the inner wall 62 are equipotential surfaces.
  • Heat exchangers 1 and 2 with external cylindrical 43 and conical 59 cases are used in the system either together, for example, the upper device with the cylindrical external case 43, and the lower one with the conical external case 59, or separately, two devices with external cases 43 or 59 of the same shape.
  • the water purification system by the recrystallization method and the heat exchange devices 1 and 2 used in it do not exhaust all possible options for their implementation, ensuring the achievement of the claimed technical result.
  • heat exchangers 1 and 2 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 1 and 2 can be made of a different shape or design, for example, in the form of multi-channel panels or electrical thermocouples.
  • the recrystallization water purification system contains (Fig. 1) an upper heat exchanger 1 with an outer casing 43 of a cylindrical shape (Fig. 2) and a lower heat exchanger 2 with an external casing 59 in the form of a truncated cone oriented at an angle solution up (Fig. 3).
  • Water purification is carried out in alternate modes of freezing water and thawing ice in chambers 53 and 65 of heat exchangers 1 and 2 and transferring heat of the refrigerant generated in the chamber during freezing of water into the chamber for thawing ice.
  • either boiling refrigerant circulates - freezing mode, or condensing refrigerant - defrosting mode.
  • the control and monitoring means 5 implements the program algorithm incorporated in the controller 24 for a corresponding change in the direction of water flows in chambers 53 and 65 and of refrigerant in cooling and heating elements 8 and 9, as well as short-term inclusion of heating elements 46 and a compressor (not shown) for supplying air to the collectors 47 in the mode of freezing water.
  • the operation of the water purification system by recrystallization is illustrated by the example of water purification with separation of "heavy” water in the chamber of the upper heat exchanger 1, disposal of “heavy” water and purification of "light” water from impurities and dissolved salts in the chamber of the lower heat exchanger 2.
  • the controller 24 controls the system in automatic mode.
  • the valve 28 opens, and the source water through the filter 12 and the heat exchange cold accumulator 41 enters the chamber 53 of the upper heat exchange device 1. After filling the chamber 53, the valve 28 closes.
  • Valves 34 and 35 open automatically, valves 33 and 36 are closed.
  • the condensation of the refrigerant is carried out in condensers with air 19 and water 20 cooling.
  • the refrigerant is circulated in the direction of the dashed arrow in circuit 4 in Fig. 1.
  • the refrigerant vapor compressed in the compressor 18 passes sequentially through the condenser sections with air 19 and water 20 cooling, valve 35, and then through the upper pipe 64 it enters the cooling and heating elements 9 of the lower heat exchanger 2.
  • the liquid refrigerant is discharged from the lower heat exchanger 2 and enters the capillary tube 23, from where it is sent to the heat exchanger 21 in a throttled state, after which heated to a temperature of 5 ° C and through the lower pipe 52 is supplied to the cooling and heating elements 8 of the upper heat exchanger 1.
  • the refrigerant boils, cooling the source water in the chamber 53 and freezing “heavy” ice from it on the inner wall 50.
  • the refrigerant vapor through the upper pipe 52 is discharged from the upper heat exchanger 1 and through the valve 34 and heat exchangers 21 and 22 is returned to the input of the compressor 18.
  • the valve 29 opens by the command of the controller 24, through which the non-frozen part of the source water is drained into the chamber 65 of the lower heat exchanger 2, after which the valve 29 closes.
  • the lower heat exchanger 2 starts to work in the mode of freezing "light” water
  • the upper heat exchanger 1 starts in the mode of thawing "heavy” ice.
  • the controller 24 provides according to a predetermined program algorithm with the participation of the thermostatic valve 38, which, based on the temperature sensors 25, shunts the capillary tube 23.
  • the refrigerant is circulated in the direction of the solid arrow in circuit 4 in Fig. 1.
  • the refrigerant vapor compressed in the compressor 18 passes through air-cooled and water-cooled condensers 20 and through the valve 33 and the upper pipe 52 it enters the cooling and heating elements 8 of the upper heat exchanger 1.
  • the refrigerant condenses at a temperature of 20 ° C. Water formed during thawing of the “heavy” ice accumulates in the lower part of the chamber 53.
  • the liquid refrigerant through the lower pipe 52 exits the cooling and heating elements 8 and enters the heat exchanger 21, where it is cooled to 10 ° C, and then through the valve 37 passes through the capillary tube 23, where it is throttled and enters the lower pipe 64 of the cooling and heating elements 9 lower heat exchanger 2.
  • the inner wall 62 is cooled to a temperature of from minus 3 ° C to minus 35 ° C, as a result of which the "light" water in the cooling cavity 66 is rapidly cooled with the formation of an annular crystallization front directed from the inner wall 62 to the partition 45.
  • the temperature of the "light” water when it is cooled and the temperature of the refrigerant when it is heated as a result of heat exchange with water is controlled by temperature sensors 25.
  • the controller 24 does not allow the possibility of a critical decrease in temperature in the cooling cavity 66, which can lead to crystallization of the remaining light water with a high content of organic and inorganic impurities, significantly reducing the quality of pure water.
  • an air compressor (not shown) is turned on to supply compressed air to the cooling cavity 66 through the collectors 47.
  • the heating element 46 is turned on.
  • the supply of air to the cooling cavity 66 from the bottom side and the simultaneous short-term heating of “light” water in the upper part of the recirculation cavity 67 increases the intensity of its vertical circulation, which contributes to faster cooling of the water and the growth of a clean and transparent ice layer.
  • a decrease in the gradient of impurities at the ice-water interface is ensured and intercrystalline pollution of ice with salts and suspensions is reduced.
  • the heat transfer efficiency is increased by filling the cavity 63 non-freezing heat-conducting substance.
  • the refrigerant in the cooling and heating elements 9 heats up and boils off at a temperature of minus 15 ° ⁇ .
  • the refrigerant vapor is supplied to the heat exchangers 21 and 22, from where it enters the compressor 18.
  • valves 30 and 32 open simultaneously at the command of controller 24. After this, the unfrozen balance of the “light” water containing the concentrate of impurities and salts from the lower chamber 65 the heat exchange device 2 through the pipe 69, the heat exchange element 42 located in the heat transfer battery of the cold 41, and the valve 32 enters the tank 13. Also in the tank 13 through the pipe 58 and the valve 30 receives "heavy" water from the chamber 53 of the upper heat exchanger 1.
  • the excess water from the tank 13 is disposed of through the pipe 14. After draining the "heavy" and “light” water from the heat exchange chambers 65 and 53, the valves 30 and 32 close.
  • the valve 28 opens and the source water, being cooled in the heat exchange cold accumulator 41, passes through the pipe 56 to the Heat exchange cavity 53 of the upper heat exchange device 1. After filling the heat exchange cavity 53, the valve 28 closes. The system is ready to change the recrystallization cycle.
  • valves 34 and 35 open, valves 33 and 36 close.
  • the refrigerant is circulated in the direction of the dashed arrow in circuit 4 in Fig. 1.
  • the refrigerant vapor compressed in the compressor 18 passes through sections of condensers with air 19 and water 20 cooling, then through the valve 35 and the upper pipe 64 it enters the elements 9 of the lower heat exchange device 2, where it condenses at a temperature of 15 ° -18 ° C, melting on the inner wall 62 frozen “light” ice.
  • liquid refrigerant is discharged from the lower heat exchanger 2 into the capillary tube 23, throttled therein and enters the heat exchanger 21, where it is heated to a temperature of 5 ° C, after which it is fed through the lower pipe 52 to the cooling and heating elements 8 of the upper heat exchanger 1. Passing through the mentioned elements 8, the refrigerant boils away, cooling the source water and freezing “heavy” ice on the inner wall 50. Further, the refrigerant vapor exits through the upper pipe 52 and through the valve 34, the heat exchangers 21 and 22 are returned to the input of the compressor 18.
  • the valve 31 After the formation of the necessary layer of "heavy” ice on the inner wall 50 of the upper heat exchanger 1 and thawing of the "light” ice in the heat exchange chamber 65 of the lower heat exchanger 2, the valve 31 opens and clean drinking water through the heat exchange element 15 and the fine filter 16 enters the tank 10 for clean water. After draining clean water from the chamber 65, the valve 31 closes and opens the valve 29, through which the "light” water enters the chamber 65 from the chamber 53 of the upper heat exchanger 1. The valve 29 closes. The system is ready for the next change in the recrystallization regimes in heat exchangers 1 and 2, in which the “heavy” ice will thaw in the upper heat transfer device 1, and the “light” water will freeze in the lower heat transfer device 2. The specified mode is considered above (cycle 3).
  • pure drinking water is accumulated in the tank 10 and cooled by means of a heat exchanger 22.
  • the level and temperature of the clean water in the tank 10 are monitored by the level 27 and temperature sensors 26.
  • the clean drinking water from the tank 10 is discharged to the consumer through the valve 17.
  • the electrolysis effect is additionally used, which is formed in the cooling cavities 54 and 66 between the equipotential surfaces of the partition 45 and the inner wall, respectively, 50 and 62 when they are connected to an external source of constant electric current.
  • the partition 45 is connected to the positive contact, and the said inner walls to the negative contact or vice versa, taking into account the change of recrystallization modes.
  • the duration of the regime of freezing water in heat exchangers devices 1 and 2 is from 0.2 to 1.5 hours, and the ice thawing mode is 0.5 hours.
  • 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 to reduce the content of undesirable impurities in it from 40% to 90%.
  • the use of an additional heating element reduces the duration of ice thawing.
  • the claimed design of the water purification system by recrystallization ensures the achievement of the desired technical result.
  • the arrangement of the heat exchangers 1 and 2 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 6 and 7 with the possibility of separation of water into interconnected cooling and recirculation cavities and the possibility of water circulation between the said cavities allows to 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 as a result of thawing.
  • chambers 6 and 7 with the possibility of dividing water into interconnected cooling and recirculation cavities makes it possible to narrow the zone of formation of the annular front of crystallization of water and thereby reduce the duration of the freezing mode.
  • 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 heat released during freezing and thawing ice in the chambers of heat exchangers, and, accordingly, reduce operating costs for water treatment .
  • the claimed design of the heat exchange device also ensures the achievement of the required technical result.
  • the implementation of the annular chamber with a cylindrical septum fixed with the formation of cooling and recirculation cavities communicating with each other 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 outer casing and, accordingly, the volume of clean water output per one cleaning cycle.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам очистки воды. Система состоит из теплообменных устройств. Теплообменные устройства расположены каскадом и содержат по одной камере. 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 со 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. 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. В результате обеспечивается уменьшение продолжительности режимов замораживания исходной воды и оттаивания льда.

Description

Система очистки воды методом перекристаллизаций и теплообменные устройства (варианты) для её реализации
Техническое решение относится к системам очистки воды методом перекристаллизации и используемым в них теплообменным устройствам для периодического замораживания и оттаивания льда, 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 технической, загрязненной, засоленной и морской воды, которые используют для получения талой питьевой воды.
Известна система очистки воды методом перекристаллизации (патент Ко ЕА024321, МПК-2006.01 C02F1/22, дата публикации 30.09.2016), 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.
Достижению требуемого технического результата в указанной системе препятствует:
- сравнительно высокие затраты на очистку воды, обусловленные непроизводительными потерями тепловой энергии, выделяемой при замораживании воды и оттаивании льда в камерах теплообменных устройств;
- 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;
- 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.
Всё вышеперечисленное ограничивает функциональные возможности системы.
Известна система очистки воды методом перекристаллизации (заявка JV° WO2015111405, МПК-2006.01 C02F1/22, B01D9/04, F25B1/00, F25B40/04, 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 меныней 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.
Достижению требуемого технического результата в указанной системе препятствует:
- 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;
- сравнительно низкое качество очистки воды, обусловленное получением чистой воды без выделения из нее тяжелой воды. Всё вышеперечисленное также ограничивает функциональные возможности системы и увеличивает затраты на ее эксплуатацию при сравнительно невысоком качестве очистки воды.
Известно теплообменное устройство очистки воды для использования в системе очистки воды методом перекристаллизации (патент JV2 ЕА 017783, МГЩ2006.01) C02F 1/22, дата публикации 29.03.2013), состоящее из корпуса, охлаждающего и нагревательного элементов, теплоизолирующего кожуха, средства для слива воды и средства для перемешивания воды. Охлаждающий и нагревательный элементы закреплены на наружной поверхности корпуса, при этом охлаждающий элемент выполнен в виде испарителя, а нагревательный элемент выполнен в виде электронагревателя. Средство для слива воды выполнено в виде патрубка, расположенного на стенке в нижней части корпуса. Средство для перемешивания воды выполнено в виде водяной помпы (или лопастей механической мешалки), смонтированной в центре днища.
Теплообменное устройство работает попеременно в режиме замораживания загрязненной воды с образованием чистого пристеночного льда на внутренней поверхности корпуса и в режиме оттаивания пристеночного льда со сливом образовавшейся чистой воды в накопительную емкость. При этом в режиме замораживания загрязненная вода с высоким содержанием солей скапливается в нижней части корпуса и выводится из нее через сливной патрубок.
Средство для перемешивания воды используют в режиме замораживания после формирования тонкого слоя льда на стенках корпуса для более интенсивного охлаждения воды и ускорения процесса образования льда. Перемешивание загрязненной воды также способствует удалению с поверхности льда пузырьков воздуха и сорбированных на них частиц примесей, а также повышению интенсивности теплообмена внутри корпуса и отводу растворенных в воде примесей с границы раздела фаз. Работа режимов перекристаллизации в теплообменном устройстве осуществляется в системе очистки воды посредством автоматического блока управления под контролем соответствующих датчиков.
Теплообменное устройство интегрировано в систему очистки воды, предназначенную для использования в быту, пищевой промышленности и медицине.
Объем загрязненной воды, заливаемой в корпус теплообменного устройства, составляет 1, 5-2,0 л, а объем очищенной талой воды - 1,0- 1,3 л. Полный цикл очистки указанного объема воды составляет 4, 5-5, 5 часов, в том числе продолжительность режима замораживания воды - 2,0-2, 5 часа, а таяния льда - 2, 5-3, 0 часа.
Достижению требуемого технического результата в известном техническом решении препятствует большая длительность процесса очистки воды и, соответственно, низкая производительность теплообменного устройства, обусловленные недостаточно рациональной геометрией полости в корпусе, в которой передача энергии от ее стенок к большому объему загрязненной воды замедляется пропорционально увеличению толщины намораживаемого слоя льда.
Так же известно теплообменное устройство для использования в системе очистки воды методом перекристаллизации (патент N° ЕА025716, МПК(2006.01) C02F 1/22, C02F 9/02, C02F 103/04, дата публикации 30.01.2017), состоящее из внешнего и внутреннего корпусов, охлаждающих и нагревательных элементов и сливного патрубка.
Упомянутые корпусы выполнены в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, и расположены коаксиально друг относительно друга с образованием щелевой полости между их стенками. Внешний корпус выполнен с возможностью герметичного запирания крышкой. Внутренний корпус 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. Охлаждающие и нагревательные элементы закреплены на наружной поверхности внешнего корпуса и закрыты слоем термоизоляции.
Данное теплообменное устройство также работает попеременно в режиме замораживания загрязненной воды с образованием чистого пристеночного льда на внутренней поверхности внешнего корпуса и в режиме оттаивания пристеночного льда со сливом образовавшейся чистой воды через патрубок.
Особенностью очистки в данном теплообменном устройстве является формирование слоя воды в щелевой полости между стенками внешнего и внутреннего корпусов. В режиме замораживания за счет воздействия охлаждающих элементов происходит охлаждение стенки внешнего корпуса.
После понижения ее температуры до минус 3-4°С вода в щелевой полости быстро охлаждается (в течение 3-5 мин) с одновременным формированием фронта кристаллизации, направленного к стенке внутреннего корпуса.
При этом из-за существенного снижения конвективных потоков вода в щелевой полости не перемешивается в объеме.
После слива жидкого концентрата примесей через патрубок отключают охлаждающие элементы и включают нагревательные элементы, посредством которых осуществляют оттаивание кольцевого слоя льда на стенке внешнего корпуса с последующим сливом чистой талой воды через патрубок в накопительную емкость.
Выполнение внешнего корпуса в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх, повышает эффективность процессов теплопередачи и обеспечивает плотное контактирование слоя льда со стенкой внешнего корпуса в режиме оттаивания, что улучшает производительность устройства и качество очищенной воды.
Использование щелевой полости между стенками внешнего и внутреннего корпусов для замораживания воды позволяет сузить зону формирования кольцевого фронта кристаллизации загрязненной воды и уменьшить продолжительность режима замораживания. Полный цикл очистки загрязненной воды в теплообменном устройстве составляет не более 4,0 часов, при этом объем очищенной воды составляет не менее 66-80% от объема загрязненной воды при уменьшении содержания неорганических примесей не менее чем в 2,5 раза.
Вышеуказанные конструктивные особенности теплообменного устройства позволили увеличить его производительность в среднем на 25% по сравнению с устройством по патенту N° ЕА017783 при примерно одинаковом процентном выходе очищенной талой воды.
Теплообменное устройство используют в системах очистки воды, содержащих, например, автоматический блок управления, связанный с датчиками контроля параметров режимов замораживания и оттаивания. Данные системы предназначены для использования в быту, пищевой промышленности и медицине.
Достижению требуемого технического результата в известном техническом решении, как и в техническом решении по патенту Ns EA017783, препятствует сравнительно большая длительность процесса очистки воды и, соответственно, низкая производительность, обусловленные тем, что в режиме замораживания в щелевой полости практически отсутствуют конвективные процессы в загрязненной воде.
При этом продолжительность режима оттаивания изменяется несущественно по сравнению с устройством по патенту N° EA017783. Кроме этого, отсутствие конвективных процессов в загрязненной воде существенно снижает качество льда, намораживаемого на стенку внешнего корпуса, и, соответственно, качество очищенной талой воды. Вышеуказанные недостатки известных технических решений существенно ограничивают область их использования в системах очистки воды.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение в отношении системы очистки воды методом перекристаллизации, является усовершенствование 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.
Технический результат, достигаемый от реализации поставленной задачи в отношении системы очистки воды методом перекристаллизации, заключается в 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.
Поставленная задача решается, а технический результат в достигается тем, что, в системе очистки воды методом перекристаллизации, содержащей, по крайней мере, два теплообменных устройства, имеющих камеры для замораживания воды и оттаивания льда и охлаждающие и нагревательные элементы, контур циркуляции воды, соединенный с камерами теплообменных устройств с возможностью слива предварительно очищенной воды из одной камеры и подачи ее для окончательной очистки в другую камеру, контур циркуляции хладагента, соединенный 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 средство управления и контроля, соединенное с контуром циркуляции воды и контуром циркуляции хладагента с возможностью изменения направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда, при этом контур циркуляции воды выполнен содержащим 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 выполнен содержащим 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 техническому решению, теплообменные устройства расположены каскадом одно под другим и содержат по одной камере, выполненной с возможностью ее деления на сообщающиеся между собой охлаждающую и рециркуляционную полости и циркуляции воды между упомянутыми полостями с образованием 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.
В системе очистки воды методом перекристаллизаций средство управления и контроля может быть выполнено с 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.
В системе очистки воды методом перекристаллизации средство управления и контроля может быть выполнено содержащим контроллер и связанные с ним регулирующие клапаны, установленные в контурах циркуляции воды и хладагента, датчики температуры, установленные на входах и выходах охлаждающих и нагревательных элементов и внутри емкости для чистой воды, и датчик уровня воды, установленный внутри емкости для чистой воды, при этом регулирующие клапаны могут быть выполнены в виде электромагнитных клапанов для воды и хладагента.
Системе очистки воды методом перекристаллизации может быть выполнена содержащей теплообменный аккумулятор, связанный 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 может быть дополнительно связан по теплообмену с чистой водой по ходу из теплообменного аккумулятора.
В системе очистки воды методом перекристаллизации средство для подачи исходной воды может быть выполнено содержащим по ходу в камеру верхнего теплообменного устройства теплообменный элемент, расположенный в тепловом аккумуляторе, и фильтр грубой очистки, средство для слива концентрата загрязненной воды может быть выполнено содержащим по ходу из камеры верхнего теплообменного устройства емкость для концентрата загрязненной воды, связанную по теплообмену с конденсатором с водяным охлаждением, и патрубок для слива, средство для слива концентрата загрязненной воды и средство для слива чистой воды могут быть выполнены с общим выходом из камеры нижнего теплообменного устройства и содержащими по ходу из упомянутой камеры общий теплообменный элемент в теплообменном аккумуляторе, и далее по ходу концентрата загрязненной воды содержат упомянутую емкость для концентрата загрязненной воды и патрубок для слива, а по ходу чистой воды содержат второй теплообменный элемент, расположенный в конденсаторе с водяным охлаждением, фильтр тонкой очистки и бактерицидную лампу, а емкость для чистой воды содержит запорный вентиль для регулирования подачи воды потребителю.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение в отношении первого и второго вариантов выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации, является усовершенствование конструкции теплообменного устройства за счет разделения кольцевой полости между внешним и внутренним корпусами на охлаждающую и рециркуляционную зоны, введения средств для интенсификации конвективных процессов в кольцевой полости в режиме замораживания воды и иного расположения охлаждающих и нагревательных элементов, что позволяет повысить производительность теплообменного устройства.
Технический результат, достигаемый от реализации поставленной задачи в отношении первого и второго вариантов выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации, заключается в уменьшении продолжительности режимов замораживания загрязненной воды и оттаивания льда При одновременном повышении качества очистки воды.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что, в первом варианте выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизаций, содержащем внешний и внутренний корпусы цилиндрической формы и охлаждающие и нагревательные элементы, при этом упомянутые корпусы установлены коаксиально друг относительно друга с образованием кольцевой полости между их стенками, причем внутренний корпус выполнен с закрытыми торцами, а внешний корпус выполнен с возможностью герметичного запирания крышкой и снабжён сливным патрубком, согласно заявленному техническому решению, теплообменное устройство снабжено перегородкой цилиндрической формы, размещённой между внешним и внутренним корпусами с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой под перегородкой и над ней, коллектором для подачи воздуха, установленным на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, и нагревательным элементом, размещённым в верхней части внутреннего корпуса, при этом высота внутреннего корпуса соответствует высоте внешнего корпуса, внешний корпус выполнен с дополнительной внутренней стенкой цилиндрической формы, а охлаждающие и нагревательные элементы расположены между упомянутой стенкой и стенкой внешнего корпуса.
В первом варианте выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации соотношение высоты внешнего корпуса к его диаметру составляет 1,5- 1,7.
В первом варианте выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации высота дополнительной внутренней стенки корпуса цилиндрической формы выполнена соответствующей высоте внешнего корпуса.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что, во втором варианте выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации, содержащем внешний корпус в форме усеченного конуса, ориентированный углом раствора вверх, внутренний корпус, расположенный во внешнем корпусе вдоль его продольной оси с образованием полости между их стенками, и выполненный с закрытыми торцами, охлаждающие и нагревательные элементы, размещённые на внешнем корпусе, сливной патрубок и крышку для запирания внешнего корпуса, согласно заявленному техническому решению, теплообменное устройство снабжено перегородкой цилиндрической формы, установленной в полости между стенками внешнего и внутреннего корпусов с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой под перегородкой и над ней, коллектором для подачи воздуха и нагревательным элементом, при этом внутренний корпус выполнен цилиндрической формы, перегородка расположена соосно с внешним и внутренним корпусами, коллектор для подачи воздуха установлен на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, а нагревательный элемент размещён в верхней части внутреннего корпуса, при этом высота внутреннего корпуса соответствует высоте внешнего корпуса.
Во втором варианте выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации внешний корпус выполнен с дополнительной внутренней стенкой, форма и высота которой соответствуют внешнему корпусу, а охлаждающие и нагревательные элементы расположены между упомянутыми стенками.
В обоих, первом и втором, вариантах выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации высота перегородки выполнена составляющей 0, 8-0,9 от высоты внешнего корпуса.
В обоих, первом и втором, вариантах выполнения теплообменного устройства для системы очистки воды методом перекристаллизации перегородка и внутренняя стенка корпуса выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока.
Техническое решение поясняется чертежами, где:
На Fig.l изображена принципиальная схема системы очистки воды методом перекристаллизации;
На Fig. 2 - схематическое изображение теплообменного устройства по первому варианту его выполнения с внешним корпусом цилиндрической формы;
На Fig. 3 - схематическое изображение теплообменного устройства по второму варианту его выполнения с внешним корпусом в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх.
Система очистки воды методом перекристаллизации состоит (Fig. 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).
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.
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 оребрённой трубки, расположенной в емкости 13 для концентрата загрязненной воды, и фильтр тонкой очистки 16. Емкость 10 имеет запорный вентиль 17 для регулирования подачи чистой воды потребителю.
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.
Средство управления и контроля 5 имеет контроллер 24 с пультом управления (не показан) и связанные с ним датчики температуры 25 и 26, установленные, соответственно, на входах и выходах охлаждающих и нагревательных элементов 8 и 9 и внутри емкости 10, датчик уровня воды 27, установленный внутри упомянутой емкости 10, и электромагнитные клапаны, смонтированные в контурах циркуляции воды 3 и хладагента 4.
В контуре циркуляции воды 3 установлены: 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 установлены: 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. В контуре циркуляции воды 3 система также имеет теплообменный аккумулятор холода 41, установленный 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, например, 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%.
Управление системой осуществляется в автоматическом режиме через пульт управления посредством контроллера 24. В соответствии с заданным алгоритмом контроллер 24 обеспечивает следующие функции системы:
- изменение направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда;
- разделение потоков концентрата загрязненной воды и потоков предварительно очищенной и чистой воды на выходе из камер верхнего и Нижнего теплообменных устройств;
- передачу тепла хладагента, образующегося в камере при замораживании воды, в камеру для оттаивания льда;
- 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;
- охлаждение чистой воды в емкости при ее хранении и использовании;
- производство пищевого прозрачного льда из очищенной воды;
- повышение концентрации жидких пищевых продуктов, вина и соков.
Технические параметры заявляемой системы очистки воды методом перекристаллизации, в т.ч. производительность, энергопотребление, габаритные размеры и функциональные возможности, в значительной степени зависят от конструкции теплообменных устройств 1 и 2, в которых осуществляются процессы перекристаллизации воды при ее очистке.
Наиболее эффективное использование системы очистки воды методом перекристаллизации обеспечивают теплообменные устройства по первому варианту выполнения теплообменного устройства с внешним корпусом цилиндрической формы (Fig. 2) и с внешним корпусом в форме усеченного полого конуса, ориентированного углом раствора вверх по второму варианту выполнения теплообменного устройства (Fig. 3).
Теплообменное устройство по первому варианту его выполнения с внешним корпусом цилиндрической формы (Fig. 2, поперечное сечение устройства).
Теплообменное устройство по первому варианту его выполнения 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.
Соотношение высоты внешнего корпуса 43 к его диаметру составляет 1,5- 1,7, что обеспечивает оптимальные функциональные параметры. Внешний корпус 43 содержит 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.
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.
Перегородка 45 установлена в камере 53 между внешним 43 и внутренним 44 корпусами с образованием, соответственно, охлаждающей 54 и рециркуляционной 55 полостей, сообщающихся между собой 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.
Нагревательный элемент 46 размещён 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).
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.
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.
Теплообменное устройство по второму варианту его выполнения с внешним корпусом в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх (Fig. 3, поперечное сечение устройства).
Теплообменное устройство по второму варианту его выполнения 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, размещённого на наружной поверхности внешнего корпуса 59.
Внешний корпус 59 выполнен в форме усеченного полого конуса, ориентированного углом раствора вверх, и имеет 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 расположено теплоотражающее покрытие (не показано).
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.
Перегородка 45 выполнена цилиндрической формы и установлена между внешним 59 и внутренним 44 корпусами с образованием в камере 65, соответственно, охлаждающей 66 и рециркуляционной 67 полостей, сообщающихся между собой под перегородкой 45 и над ней.
Перегородка 45 расположена соосно с упомянутыми корпусами, а ее высота, как и в первом варианте выполнения теплообменного устройства (см.), 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 первому варианту теплообменного устройства, имеющего внешний корпус цилиндрической формы.
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 первом варианте теплообменного устройства с внешним корпусом цилиндрической формы.
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.
Теплообменные устройства 1 и 2 с внешними корпусами цилиндрической 43 и конической 59 формы используют в системе либо совместно, например, верхнее устройство с внешним корпусом 43 цилиндрической формы, а нижнее с внешним корпусом 59 конической формы, либо по отдельности - по два устройства с внешними корпусами 43 или 59 одинаковой формы. Представленная в описании и на фигурах чертежей система очистки воды методом перекристаллизации и используемые в ней теплообменные устройства 1 и 2 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 1 и 2 заявляемой конструкции, что позволяет создать их унифицированный ряд с разной производительностью. Для сокращения продолжительности режима оттаивания льда теплообменные устройства 1 и 2 могут содержать дополнительные нагревательные элементы, расположенные, например, в нижней части теплообменной камеры или на стенке внутреннего корпуса.
Охлаждающие и нагревательные элементы в теплообменных устройствах 1 и 2 могут быть выполнены иной формы или конструкции, например, в форме многоканальных панелей или электрических термоэлементов.
Работа системы очистки воды методом перекристаллизации.
В рассмотренном ниже, как в примере, система очистки воды методом перекристаллизации содержит (Fig. 1) верхнее теплообменное устройство 1 с внешним корпусом 43 цилиндрической формы (Fig. 2) и нижнее теплообменное устройство 2 с внешним корпусом 59 в форме усеченного конуса, ориентированного углом раствора вверх (Fig. 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.
Работа системы очистки воды методом перекристаллизации поясняется на примере очистки воды с отделением «тяжелой» воды в камере верхнего теплообменного устройства 1, утилизации «тяжелой» воды и очистки «легкой» воды от примесей и растворенных солей в камере нижнего теплообменного устройства 2.
1. Запуск системы. Подача воды в камеру 53 верхнего теплообменного устройства 1.
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.
2. Работа верхнего теплообменного устройства 1 в режиме замораживания «тяжелой» воды.
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 Fig. 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 истечений 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.
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 Fig. 1.
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.
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.
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.
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 в 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.
4. Работа верхнего теплообменного устройства 1 в режиме замораживания «тяжелого» льда и нижнего теплообменного устройства 2 в режиме оттаивания «легкого» льда.
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 Fig. 1.
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. 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).
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.
Далее, рассмотрим работу системы очистки воды методом перекристаллизации с использованием эффекта электролиза в режиме замораживания воды.
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 электрического тока. При этом перегородку 45 подключают к положительному контакту, а упомянутые внутренние стенки - к отрицательному контакту или наоборот с учетом смены режимов перекристаллизации.
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.
Заявляемая конструкция системы очистки воды методом перекристаллизации и теплообменных устройств 1 и 2 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.
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.
Заявленная конструкция системы очистки воды методом перекристаллизации обеспечивает достижение требуемого технического результата.
В частности, расположение теплообменных устройств 1 и 2 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 6 и 7 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 6 и 7 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.
Заявленная конструкция теплообменного устройства также обеспечивает достижение требуемого технического результата.
В частности, выполнение кольцевой камеры с перегородкой цилиндрической формы, закрепленной с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой 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.

Claims

Формула изобретения.
1. Система очистки воды методом перекристаллизации, содержащая, по крайней мере, два теплообменных устройства, имеющих камеры для замораживания воды и оттаивания льда и охлаждающие и нагревательные элементы, контур циркуляции воды, соединенный с камерами теплообменных устройств с возможностью слива предварительно очищенной воды из одной камеры и подачи ее для окончательной очистки в другую камеру, контур циркуляции хладагента, соединенный 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 средство управления и контроля, соединенное с контуром циркуляции воды и контуром циркуляции хладагента с возможностью изменения направления потоков воды и хладагента в попеременных режимах замораживания воды и оттаивания льда, при этом контур циркуляции воды выполнен содержащим 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 выполнен содержащим компрессор, конденсатор с водяным охлаждением, связанный по теплообмену с емкостью для концентрата загрязненной воды после ее слива из камер теплообменных устройств, и два теплообменника, отличающаяся тем, что, теплообменные устройства расположены каскадом одно под другим и содержат по одной камере, выполненной с возможностью ее деления на сообщающиеся между собой охлаждающую и рециркуляционную полости и циркуляции воды между упомянутыми полостями с образованием 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
31
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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 со 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.
2. Система очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что, средство управления и контроля выполнено с 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.
3. Система очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что, средство управления и контроля выполнено содержащим контроллер и связанные с ним регулирующие клапаны, установленные в контурах циркуляции воды и хладагента, датчики температуры, установленные на входах и выходах охлаждающих и нагревательных элементов и внутри емкости для чистой воды, и датчик уровня воды, установленный внутри емкости для чистой воды, при этом регулирующие клапаны выполнены в виде электромагнитных клапанов для воды и хладагента.
4. Система очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что, она выполнена содержащей теплообменный аккумулятор, связанный 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
32
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) нижнего теплообменного устройства, а конденсатор с водяным охлаждением дополнительно связан по теплообмену с чистой водой по ходу из теплообменного аккумулятора.
5. Система очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что, средство для подачи исходной воды выполнено содержащим по ходу в камеру верхнего теплообменного устройства теплообменный элемент, расположенный в тепловом аккумуляторе, и фильтр грубой очистки, средство для слива концентрата загрязненной воды выполнено содержащим по ходу из камеры верхнего теплообменного устройства емкость для концентрата загрязненной воды, связанную по теплообмену с конденсатором с водяным охлаждением, и патрубок для слива, средство для слива концентрата загрязненной воды и средство для слива чистой воды выполнены с общим выходом из камеры нижнего теплообменного устройства и содержащими по ходу из упомянутой камеры общий теплообменный элемент в теплообменном аккумуляторе, и далее по ходу концентрата загрязненной воды содержат упомянутую емкость для концентрата загрязненной воды и патрубок для слива, а по ходу чистой воды содержат второй теплообменный элемент, расположенный в конденсаторе с водяным охлаждением, фильтр тонкой очистки и бактерицидную лампу, а емкость для чистой воды содержит запорный вентиль для регулирования подачи воды потребителю.
6. Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации, содержащее внешний и внутренний корпусы цилиндрической формы и охлаждающие и нагревательные элементы, при этом упомянутые корпусы установлены коаксиально друг относительно друга с образованием кольцевой полости между их стенками, причем внутренний корпус выполнен с закрытыми торцами, а внешний корпус выполнен с возможностью герметичного запирания крышкой и снабжён сливным патрубком, отличающееся тем, что, теплообменное устройство снабжено перегородкой цилиндрической формы, размещённой между внешним и внутренним корпусами с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой под перегородкой и над ней,
33
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) коллектором для подачи воздуха, установленным на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, и нагревательным элементом, размещённым в верхней части внутреннего корпуса, при этом высота внутреннего корпуса соответствует высоте внешнего корпуса, внешний корпус выполнен с дополнительной внутренней стенкой цилиндрической формы, а охлаждающие и нагревательные элементы расположены между упомянутой стенкой и стенкой внешнего корпуса.
7. Теплообменное устройство по п. 6, отличающееся тем, что, соотношение высоты внешнего корпуса к его диаметру составляет 1,5 -1,7.
8. Теплообменное устройство по п. 6, отличающееся тем, что, высота дополнительной внутренней стенки корпуса цилиндрической формы выполнена соответствующей высоте внешнего корпуса.
9. Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации, содержащее внешний корпус в форме усеченного конуса, ориентированный углом раствора вверх, внутренний корпус, расположенный во внешнем корпусе вдоль его продольной оси с образованием полости между их стенками, и выполненный с закрытыми торцами, охлаждающие и нагревательные элементы, размещённые на внешнем корпусе, сливной патрубок и крышку для запирания внешнего корпуса, отличающееся тем, что, теплообменное устройство снабжено перегородкой цилиндрической формы, установленной в полости между стенками внешнего и внутреннего корпусов с образованием охлаждающей и рециркуляционной полостей, сообщающихся между собой под перегородкой и над ней, коллектором для подачи воздуха и нагревательным элементом, при этом внутренний корпус выполнен цилиндрической формы, перегородка расположена соосно с внешним и внутренним корпусами, коллектор для подачи воздуха установлен на днище внешнего корпуса в охлаждающей полости, а нагревательный элемент размещён в верхней части внутреннего корпуса, при этом высота внутреннего корпуса соответствует высоте внешнего корпуса.
34
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
10. Теплообменное устройство по п. 9, отличающееся тем, что, внешний корпус выполнен с дополнительной внутренней стенкой, форма и высота которой соответствуют внешнему корпусу, а охлаждающие и нагревательные элементы расположены между упомянутыми стенками.
11. Теплообменное устройство по п. 6 или 9, отличающееся тем, что, высота перегородки выполнена составляющей 0, 8-0,9 от высоты внешнего корпуса.
12. Теплообменное устройство по п. п. 6 или 9, отличающееся тем, что, перегородка и внутренняя стенка корпуса выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока.
35
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2019/001026 2018-12-29 2019-12-26 Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменные устройства (варианты) для её реализации WO2020139161A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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
US17/419,301 US20220073374A1 (en) 2018-12-29 2019-12-26 Recrystallization Water Treatment System and Heat-Exchange Devices (Embodiments) for Its Implementation
CN201980093317.5A CN113631518B (zh) 2018-12-29 2019-12-26 重结晶水处理系统及用于实现其的热交换装置
KR1020217024151A KR102612608B1 (ko) 2018-12-29 2019-12-26 재결정 수처리 시스템 및 재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147531 2018-12-29
RU2018147531 2018-12-29
RU2019102563 2019-01-30
RU2019102563 2019-01-30
RU2019120103 2019-06-27
RU2019120103A RU2711357C1 (ru) 2019-06-27 2019-06-27 Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменное устройство для системы

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020139161A1 true WO2020139161A1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=71129626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/001026 WO2020139161A1 (ru) 2018-12-29 2019-12-26 Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменные устройства (варианты) для её реализации

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220073374A1 (ru)
EP (1) EP3904296A4 (ru)
KR (1) KR102612608B1 (ru)
CN (1) CN113631518B (ru)
WO (1) WO2020139161A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117756212B (zh) * 2024-02-22 2024-05-03 环德(福建)环保科技有限公司 一种垃圾渗滤液蒸发母液处理设备及其处理工艺

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02303588A (ja) * 1989-05-18 1990-12-17 Toshiba Corp 純水生成装置
RU54150U1 (ru) * 2005-11-03 2006-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "СИГНАЛ-МАШ" Теплообменное устройство отопительного котла
US7467526B2 (en) * 2005-02-07 2008-12-23 Hsuan-Chi Hsieh Desalinating process
RU2393996C1 (ru) * 2009-01-29 2010-07-10 Сергей Валерьевич Зоткин Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
EA017783B1 (ru) 2011-12-09 2013-03-29 Сергей Александрович БУЧИК Аппарат для очистки воды
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 (ru) * 2013-09-11 2016-07-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Аппарат для очистки воды методом перекристаллизации
EA024321B1 (ru) 2013-09-11 2016-09-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Система для очистки воды методом перекристаллизации
EA025716B1 (ru) 2013-09-11 2017-01-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Способ очистки воды методом перекристаллизации и теплообменная емкость (варианты) для его осуществления

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB333397A (en) * 1929-08-14 1930-08-14 Frank Knight Woodroffe Improvements in and relating to heat exchangers for abstracting heat from waste furnace gases
FR1395171A (fr) * 1963-04-29 1965-04-09 Desalination Plants Procédé et appareil pour condenser de la vapeur et faire fondre de la glace
WO1991010129A1 (en) * 1989-12-13 1991-07-11 Protein Technologies, Inc. A protein purification system based on isoelectric focusing and isotachophoresis
RU94033853A (ru) * 1994-09-09 1996-08-27 Акционерное общество "Надежда" Теплонасосная установка воздушного отопления, охлаждения и горячего водоснабжения
WO2003006898A1 (en) * 2001-06-20 2003-01-23 3L Filters Ltd. Apparatus for producing potable water and slush from sea water or brine
AU2003302077A1 (en) * 2002-11-18 2004-06-15 Indian Institute Of Technology, Bombay Freeze concentration system
WO2010087731A1 (ru) * 2009-01-29 2010-08-05 Zotkin Sergei Valeryevich Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
JP5836915B2 (ja) * 2012-11-07 2015-12-24 三菱電機株式会社 水熱交換器用フィルタ装置、この水熱交換器用フィルタ装置を備えた冷凍サイクル装置、及び水熱交換器への被捕捉物の付着抑制方法
RU2557628C2 (ru) * 2013-11-12 2015-07-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Аппарат для очистки воды
CN207501474U (zh) * 2017-12-04 2018-06-15 东莞市宝元通检测设备有限公司 一种冷冻系统多联机

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02303588A (ja) * 1989-05-18 1990-12-17 Toshiba Corp 純水生成装置
US7467526B2 (en) * 2005-02-07 2008-12-23 Hsuan-Chi Hsieh Desalinating process
RU54150U1 (ru) * 2005-11-03 2006-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "СИГНАЛ-МАШ" Теплообменное устройство отопительного котла
RU2393996C1 (ru) * 2009-01-29 2010-07-10 Сергей Валерьевич Зоткин Способ очистки воды и аппарат для его осуществления
EA017783B1 (ru) 2011-12-09 2013-03-29 Сергей Александрович БУЧИК Аппарат для очистки воды
EA023930B1 (ru) * 2013-09-11 2016-07-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Аппарат для очистки воды методом перекристаллизации
EA024321B1 (ru) 2013-09-11 2016-09-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Система для очистки воды методом перекристаллизации
EA025716B1 (ru) 2013-09-11 2017-01-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Способ очистки воды методом перекристаллизации и теплообменная емкость (варианты) для его осуществления
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3904296A4

Also Published As

Publication number Publication date
US20220073374A1 (en) 2022-03-10
EP3904296A1 (en) 2021-11-03
EP3904296A4 (en) 2022-06-29
CN113631518A (zh) 2021-11-09
KR102612608B1 (ko) 2023-12-12
KR20210102984A (ko) 2021-08-20
CN113631518B (zh) 2023-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0313827B1 (en) Method and apparatus for purifying impure water
US4572785A (en) Water purifier unit
WO2015111405A1 (en) Water purifier, method of purifying water, fluid purifier and method of purifying a fluid
US4474031A (en) Heatpump
RU192027U1 (ru) Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации
EA025716B1 (ru) Способ очистки воды методом перекристаллизации и теплообменная емкость (варианты) для его осуществления
RU2711357C1 (ru) Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменное устройство для системы
WO2020139161A1 (ru) Система очистки воды методом перекристаллизации и теплообменные устройства (варианты) для её реализации
US3385074A (en) Freeze crystallization, washing and remelting on a common rotary surface
Altohamy et al. An experimental study of a newly designed freezing desalination unit equipped with reversed vapor compression cycle
KR20130013475A (ko) 제빙 자화 육각 정수기
KR20130046099A (ko) 얼음정수기
RU2128144C1 (ru) Установка для очистки питьевой воды
CN201564281U (zh) 多功能饮水机
RU2557628C2 (ru) Аппарат для очистки воды
RU2725403C1 (ru) Система очистки воды методом перекристаллизации и секционное теплообменное устройство для ее реализации (варианты)
RU2654548C2 (ru) Устройство подготовки жидкости
RU197873U1 (ru) Устройство для получения ледяной воды
RU191503U1 (ru) Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации
EA023930B1 (ru) Аппарат для очистки воды методом перекристаллизации
RU2786296C1 (ru) Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации
TR2021014907T (tr) Yeniden kristalleştirme su aritma sistemi ve uygulanmasi için isi eşanjör cihazlari (seçenekleri̇)
RU2184592C2 (ru) Способ получения пресной воды и опреснитель для его осуществления
RU2788566C1 (ru) Теплообменная емкость и аппарат для очистки воды методом перекристаллизации с ее использованием
RU2782584C1 (ru) Теплообменное устройство для системы очистки воды методом перекристаллизации

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19903460

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217024151

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019903460

Country of ref document: EP

Effective date: 20210729