RU2576295C1

RU2576295C1 - Desalinator or distiller designed by staroverov

Info

Publication number: RU2576295C1
Application number: RU2014148631/05A
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Староверов
Original assignee: Николай Евгеньевич Староверов
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-02-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to desalinators and distillers of evaporative type. Device includes evaporation and condensate chambers, between which there is compressor directed toward condensate chamber. Evaporation chamber is located at the top, and condensate Chamber-at the bottom. Condensate chamber represents a tube or several horizontal tubes. Gas turbine engine is recommended as engine for compressor.

EFFECT: technical result is upgraded efficiency of the apparatus, id est, reduced power consumption per unit of pure fresh water.

7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к опреснителям и дистилляторам испарительного типа (далее «аппарат»).The invention relates to desalination plants and evaporator-type distillers (hereinafter “apparatus”).

Известны подобные аппараты, см. Интернет, Википедия. Их недостаток в большом расходе энергии на преодоление скрытой теплоты парообразования, которую не удается вернуть в процесс. Частично возвращается эта энергия в процесс только в ступенчатых аппаратах, но они сложнее и дороже обычных. Вернуть затраченную на испарение воды или другой жидкости энергию мешает то обстоятельство, что при попытке организовать теплообмен, даже противоточный, мы столкнемся с тем, что пар быстро нагреет поступающую воду (далее «соленую») до своей температуры и дальнейшее охлаждение пара прекратится, так как теплота испарения одного и того же количества воды намного больше ее теплоемкости в диапазоне температур 10-100°С, а температура конденсата не превышает температуру кипения при том же давлении.Similar devices are known, see Internet, Wikipedia. Their disadvantage is a large energy consumption for overcoming the latent heat of vaporization, which cannot be returned to the process. This energy partially returns to the process only in step devices, but they are more complicated and more expensive than usual. The fact that when trying to organize heat transfer, even countercurrent, we are faced with the fact that the steam quickly heats the incoming water (hereinafter referred to as “salt”) to its temperature and further cooling of the steam will stop returning the energy spent on evaporating water or another liquid, the heat of evaporation of the same amount of water is much greater than its heat capacity in the temperature range of 10-100 ° C, and the condensate temperature does not exceed the boiling point at the same pressure.

Задача и технический результат изобретения - повышение кпд аппарата, то есть уменьшение расхода энергии на единицу чистой пресной воды (далее «конденсата»).The objective and technical result of the invention is to increase the efficiency of the apparatus, that is, to reduce energy consumption per unit of pure fresh water (hereinafter referred to as “condensate”).

Для этого аппарат содержит две камеры - испарительную камеру и камеру конденсата, между которыми находится компрессор, направленный в сторону камеры конденсата.For this, the apparatus contains two chambers - an evaporation chamber and a condensate chamber, between which there is a compressor directed towards the condensate chamber.

В качестве компрессора оптимально использовать несколько ступеней от списанного осевого или центробежного компрессора реактивного двигателя самолета - они практически ничего не стоят, а на пониженных оборотах порядка 2700-2800 об/с они будут работать долгие годы. Следует позаботиться лишь о том, чтобы вода не попадала в масло, а масло - в воду.It is optimal to use several stages as a compressor from a decommissioned axial or centrifugal compressor of an aircraft jet engine - they cost almost nothing, and they will work for many years at reduced speeds of about 2700-2800 r / s. Care should only be taken to ensure that water does not enter the oil and the oil into the water.

В качестве двигателя компрессора можно использовать электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, а лучше всего - газотурбинный двигатель. Его отходящие газы имеет достаточно высокую температуру и могут использоваться на заключительном участке подогрева соленой воды. В качестве такого двигателя можно использовать газотурбинные двигатели вертолетов и танков, отработавшие свой ресурс. Причем крепление двигателя должно быть выполнено на поворотном кронштейне, на котором в рабочем положении закреплено два или более двигателя, в этом случае замена двигателя займет всего несколько минут. Для этого достаточно разъединить быстродействующую соединительную муфту, повернуть кронштейн до совпадения с осью компрессора оси другого двигателя и соединить быстродействующую муфту.As the compressor engine, you can use an electric motor, an internal combustion engine, and best of all, a gas turbine engine. Its exhaust gases have a sufficiently high temperature and can be used in the final section of salt water heating. As such an engine, gas turbine engines of helicopters and tanks that have worked out their life can be used. Moreover, the engine should be mounted on a swivel bracket, on which two or more engines are fixed in the working position, in this case, replacing the engine will take only a few minutes. To do this, it is enough to disconnect the quick coupler, turn the bracket until the axis of the other engine coincides with the compressor axis and connect the quick coupler.

Так как в условиях гравитации вода собирается в нижней части емкостей, то испарительная камера располагается вверху и камера конденсата - внизу.Since under gravity conditions water collects in the lower part of the tanks, the evaporation chamber is located at the top and the condensate chamber is at the bottom.

Так как давление в камере конденсата будет больше, чем давление в испарительной камере, то желательно, чтобы камера конденсата представляла собой трубу или несколько горизонтально расположенных труб.Since the pressure in the condensate chamber will be greater than the pressure in the evaporation chamber, it is desirable that the condensate chamber be a pipe or several horizontal pipes.

Лучшим материалом для аппарата является медь, но возможно применение пищевой нержавеющей стали или титана.The best material for the device is copper, but it is possible to use food grade stainless steel or titanium.

Все поверхности, предназначенные для рекуперативной теплопередачи, имеют оребрение.All surfaces designed for heat recovery have fins.

Процесс может вестись при атмосферном или при ином давлении.The process can be conducted at atmospheric or other pressure.

Для стартового разогрева в испарительной камере должны иметься электрические или иные водонагреватели.For starting heating in the evaporation chamber must be electric or other water heaters.

На чертеже показан данный аппарат. Он состоит из двух камер: испарительной камеры сверху 1 и камеры конденсата 2 внизу. Слева показан противоточный теплообменник 3, в котором горячий конденсат отдает тепло холодной поступающей соленой воде. Камеры имеют выраженную продольность, то есть в длину они намного больше, чем в ширину. И на стыке камер имеется компрессор 4, нагнетающий насыщенный пар в камеру конденсата 2. Компрессор вращается электрическим или газотурбинным двигателем 5. В последнем случае его отходящие газы направляются в теплообменник 6 в конце камеры 1 (на чертеже - справа).The drawing shows this unit. It consists of two chambers: an evaporation chamber at the top 1 and a condensate chamber 2 at the bottom. The counterflow heat exchanger 3 is shown on the left, in which hot condensate transfers heat to the cold incoming salt water. The cameras have a pronounced longitudinality, that is, they are much longer in length than in width. And at the junction of the chambers there is a compressor 4, which injects saturated steam into the condensate chamber 2. The compressor is rotated by an electric or gas turbine engine 5. In the latter case, its exhaust gases are sent to the heat exchanger 6 at the end of the chamber 1 (on the right in the drawing).

Работает аппарат так: соленая вода сначала подогревается в теплообменнике 3 до температуры 90-95°С (если процесс ведется при атмосферном давлении) и подается в камеру 1. Протекая по ее дну слева направо (на чертеже), вода подогревается и испаряется теплом, возникающим при конденсации пара в камере 2. В начале работы вода нагревается и испаряется стартовыми водонагревателями.The apparatus works as follows: salt water is first heated in a heat exchanger 3 to a temperature of 90-95 ° C (if the process is carried out at atmospheric pressure) and fed into chamber 1. Flowing along its bottom from left to right (in the drawing), the water is heated and evaporates with the heat generated during steam condensation in the chamber 2. At the beginning of operation, the water is heated and evaporated by the starting water heaters.

На заключительном этапе испарения вода подогревается в теплообменнике 6 теплом отходящих газов газотурбинного двигателя 5.At the final stage of evaporation, the water is heated in the heat exchanger 6 by the heat of the exhaust gases of the gas turbine engine 5.

Образующийся в камере 1 насыщенный пар с параметрами, допустим, 100°С и с атмосферным давлением адиабатически сжимается компрессором 4, допустим, до 2 атмосфер и под давлением подается в камеру 2. Так как в ней давление больше, то точка равновесия «газ-жидкость» сдвигается в сторону больших температур (а именно - 120°С), и пар начинает конденсироваться на потолке камеры 2, являющемся дном камеры 1. Выделяется скрытое тепло парообразования, нагревая камеру 1 до температуры испарения воды (примерно 105°С).The saturated steam generated in chamber 1 with parameters, for example, 100 ° C and atmospheric pressure, is adiabatically compressed by compressor 4, for example, up to 2 atmospheres and under pressure is supplied to chamber 2. Since the pressure in it is greater, the gas-liquid equilibrium point »Shifts toward higher temperatures (namely, 120 ° C), and the steam begins to condense on the ceiling of chamber 2, which is the bottom of chamber 1. The latent heat of vaporization is released by heating chamber 1 to the temperature of water evaporation (approximately 105 ° C).

Для лучшей теплопередачи, кроме оребрения, может использоваться обрызгивание потолка камеры 2 горячим конденсатом.For better heat transfer, in addition to fins, spraying the ceiling of chamber 2 with hot condensate can be used.

Тепловой баланс аппарата понятен: тепло испарения компенсируется теплом конденсации, горячий конденсат почти полностью отдает тепло соленой воде, а теплопотери компенсируются мощностью двигателя 5, примерно 90% которой превращается в тепло в компрессоре, и теплоотдачей отходящих газов газотурбинного двигателя. Таким образом, аппарат работает без внешних источников тепла. И очень экономично.The heat balance of the apparatus is understandable: the heat of evaporation is compensated by the heat of condensation, the hot condensate almost completely gives off heat to salt water, and heat losses are compensated by engine power 5, about 90% of which is converted into heat in the compressor, and the heat transfer from the exhaust gases of a gas turbine engine. Thus, the apparatus operates without external heat sources. And very economical.

Следует, однако, применить очень хорошую теплоизоляцию - особый мелкопористый пенопласт или даже вакуумную рубашку. Или и то, и другое.However, a very good thermal insulation should be used - a special finely porous foam or even a vacuum jacket. Or both.

Следует отметить, что площадь камеры 1 должна определенным образом соответствовать производительности компрессора.It should be noted that the area of the chamber 1 must in a certain way correspond to the performance of the compressor.

Аппарат может работать в непрерывном режиме, как показано на чертеже, непрерывно сливая образующийся в правой части камеры 1 рассол. Рассол, кстати, на Черноморском побережье Крыма можно использовать для наполнения бассейнов, которые при этом по своим лечебным и развлекательным качествам будут аналогичны водам Мертвого моря, можно продавать его как прибавку к столовой поваренной соли для обогащения ее микроэлементами при приготовлении пищи и можно даже вывозить в пластиковых бутылях в другие районы страны. Или можно использовать в технических целях, добывая из него хлор и щелочь. Плюсом такой работы является то, что дно камеры 1 всегда чистое, теплопередача через него максимальна, а аппарат не нуждается в периодической остановке и чистке. Рассол для возврата тепла также можно пропускать через теплообменник.The apparatus can operate in continuous mode, as shown in the drawing, continuously merging the brine formed on the right side of the chamber 1. By the way, the brine on the Black Sea coast of Crimea can be used to fill the pools, which at the same time will be similar in their therapeutic and entertaining qualities to the waters of the Dead Sea, you can sell it as an addition to table salt to enrich it with microelements when cooking and can even be taken out to plastic bottles to other areas of the country. Or it can be used for technical purposes, extracting chlorine and alkali from it. The advantage of this work is that the bottom of the chamber 1 is always clean, the heat transfer through it is maximum, and the apparatus does not need to be periodically stopped and cleaned. Heat recovery brine can also be passed through a heat exchanger.

Или аппарат может работать в циклическом режиме, периодически накапливая осадок солей на дне камеры 1 и периодически останавливая работу для очистки днища от слоя соли. Такой способ менее технологичен, но он имеет другие плюсы - получается твердая соль, которую легко перевозить и которую легко смешивать с поваренной солью. У такого способа есть еще один неожиданный плюс - при кристаллизации соли выделяется тепло в размере примерно 130 Дж/г, которое также участвует в работе.Or, the apparatus can operate in a cyclic mode, periodically accumulating a salt deposit at the bottom of chamber 1 and periodically stopping work to clean the bottom of the salt layer. This method is less technological, but it has other advantages - it turns out hard salt, which is easy to transport and which is easy to mix with table salt. This method has another unexpected plus - during the crystallization of salt, heat is generated in the amount of about 130 J / g, which is also involved in the work.

Claims

1. Apparatus for desalination, containing an evaporation chamber and a condensate chamber, characterized in that between them is a compressor directed towards the condensate chamber.

2. The apparatus for desalination of water according to claim 1, characterized in that the evaporation chamber is located at the top and the condensate chamber is at the bottom.

3. The apparatus for desalination of water according to claim 1, characterized in that the condensate chamber is a pipe or several horizontally arranged pipes.

4. The apparatus for desalination of water according to claim 1, characterized in that the apparatus is made of copper.

5. The apparatus for desalination of water according to claim 1, characterized in that all surfaces intended for regenerative heat transfer have fins.

6. The apparatus for desalination of water according to claim 1, characterized in that the compressor motor is mounted on a swivel bracket, on which two or more engines are mounted in the working position.

7. Apparatus for desalination according to claim 1, characterized in that for starting heating in the evaporation chamber there are electric or other water heaters.