Устройство опреснения солёной воды

Название	Устройство опреснения солёной воды
Разработчик (Авторы)	Рявкин Глеб Николаевич, Соломин Евгений Викторович, Осинцев Константин Владимирович, Мартьянов Андрей Сергеевич, Ковалёв Антон Александрович, Болков Ярослав Сергеевич, Антипин Дмитрий Сергеевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2801386
Дата регистрации	08.08.2023
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"
Область применения (класс МПК)	C02F 1/04 (2006.01) B01D 1/28 (2006.01) B01D 3/42 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области опреснительной техники и может быть использовано для опреснения с применением низкопотенциальных источников тепла.

Из уровня техники известен аналог предлагаемого устройства (патент №2617489, «Устройство для опреснения воды», МПК C02F 1/04, опубл. 25.04.2017).

Недостатком устройства является пониженная эффективность из-за охлаждения испаряемой жидкости воздухом из атмосферы необходимым для работы сплинкеров.

Также известно устройство опреснения (патент № 2401802, «Опреснительная установка обратного осмоса», МПК C02F 1/00, опубл. 20.10.2010).

Недостатком установки можно отметить высокую стоимость устройства и необходимость в обслуживании по замене мембран.

Также известен ряд зарубежных патентов в области опреснения. Патенты US 10946302 B2 от 13.11.2002 и US 11002699 B2 от 27.07.2012 используют процесс выпаривания, однако без изменения давления, что делает процесс растянутым во времени и поэтому не вполне эффективным.

Наиболее близким по конструкции является устройство для опреснения (патент №2767322 C1, «Солнечная станция для дистилляции воды», МПК C02F 1/14, опубл. 17.03.2022), представляет собой солнечную станцию для дистилляции воды, содержащую емкость соленой воды, соединенную с рабочей камерой, теплообменник, соединенный с емкостью для сбора дистиллята.

Недостатками прототипа можно отметить следующее. Давление разряжения создается за счет водяного столба и вакуумного насоса, что значительно увеличивает габариты установки. Использование водяного столба так же приводит к неэффективному распределению тепла, так как его часть будет затрачиваться для прогрева толщи воды, не способствуя усилению парообразования.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении высокой производительности устройства опреснения воды, упрощении его конструкции и продлении срока эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство опреснения соленой воды содержит рабочий цилиндр с поршнем, емкость соленой воды, емкость сбора рассола и емкость сбора дистиллята, при этом емкость соленой воды содержит трубопровод подачи соленой воды с установленным в нем клапаном соленой воды, трубопровод-теплообменник сброса рассола с установленным в нем клапаном сброса рассола, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята с установленным в нем клапаном сброса дистиллята, при этом трубопроводы-теплообменники сброса установлены после соответствующих клапанов, при этом под рабочим цилиндром установлены нагревательные элементы, при этом трубопровод подачи соленой воды соединен одним концом с рабочим цилиндром, трубопровод-теплообменник для сброса дистиллята одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим - с емкостью для сбора дистиллята, трубопровод-теплообменник сброса рассола одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим - с емкостью сбора рассола, при этом в рабочем цилиндре установлены датчик давления и датчик уровня.

Обеспечение высокой производительности достигается за счет циклически повторяющейся операции испарения воды при пониженной температуре кипения, достигаемой при низком давлении и конденсации дистиллята при повышенной температуре и высоком давлении. Так, за счет движения вверх поршня в рабочем цилиндре при низком давлении обеспечивается испарение воды при пониженной температуре кипения, а при движении вниз поршня в рабочем цилиндре давление увеличивается и становится больше атмосферного, происходит конденсация паров в пресную воду.

Упрощение конструкции достигается путем исключения из работы устройства насосов и компрессоров, так как все этапы опреснения и конденсации производятся движением поршня.

Кроме этого, снижение числа подвижных компонентов в свою очередь способствует продлению срока эксплуатации.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства опреснения соленой воды.

Устройство опреснения соленой воды (см. чертеж) содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, производящим работу по снижению и увеличению давления в полости рабочего цилиндра 1. Под рабочим цилиндром 1 установлены нагревательные элементы 3. Также в рабочем цилиндре 1 установлены датчик давления 4 и датчик уровня 5. Также устройство опреснения соленой воды содержит емкость соленой воды 6, в которой размещен трубопровод подачи соленой воды 7 с клапаном соленой воды 8, трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 с клапаном сброса рассола 10, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 с клапаном сброса дистиллята 12. Трубопровод-теплообменник сброса рассола 9 и трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 установлены после клапана сброса рассола 10 и клапана сброса дистиллята 12 соответственно. Трубопровод подачи соленой воды 7 соединен одним концом с рабочим цилиндром 1, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11 одним концом соединен с рабочим цилиндром 1, а другим - с емкостью сбора дистиллята 13, трубопровод-теплообменник 9 одним концом соединен с рабочим цилиндром 5, а другим - с емкостью сбора рассола 14.

Устройство опреснения соленой воды работает следующим образом.

Емкость соленой воды 6 изначальной заполняется подогретой соленой водой. Поршень 2 в рабочем цилиндре 1 находится в крайнем нижнем положении. Далее поршень 2 начинает подъем с одновременным открытием клапана солёной воды 8. За счет создаваемого разрежения вода всасывается по трубопроводу подачи соленой воды 7 из емкости соленой воды 6, внутрь рабочего цилиндра 1.

По достижении расчетного уровня воды, ограничиваемого датчиком уровня 5, клапан соленой воды 8 закрывается. Подъем поршня 2 продолжается до создания определенного пониженного давления, при котором температура кипения соленой воды снижается ниже 100°C. Вода начинает кипеть и испаряться. Одновременно с началом подачи воды к рабочему цилиндру 1 подводится дополнительное тепло от нагревательных элементов 3, что ускоряет процесс закипания и испарения. После испарения большей части жидкости, подвод тепла прекращается, поршень 2 начинает быстрое движение вниз, при этом в рабочем цилиндре 1 давление, измеряемое датчиком давления 4, быстро растет и по достижении определенного уровня выше атмосферного открывается клапан сброса рассола 10. При этом рассол с высоким содержанием солей устремляется по трубопроводу-теплообменнику сброса рассола 9 в емкость сбора рассола 14. Как только датчик уровня 5 регистрирует отсутствие жидкости, клапан сброса рассола 9 закрывается. Движение поршня 2 вниз продолжается до создания избыточного давления, при котором происходит ускоренная конденсация паров с повышенной температурой в пресную воду. При регистрации датчиком уровня 5 определенного уровня пресной воды, открывается клапан сброса дистиллята 12 и под давлением конденсат вытесняется через трубопровод-теплообменник сброса дистиллята 11, отдающий тепло солёной воде, в ёмкость сбора дистиллята 13. Клапан сброса дистиллята 12 закрывается. После чего цикл повторяется.

Путём увеличения параллельного/последовательного соединения цилиндров можно увеличить скорость и степень очистки воды.

Формула изобретения

Устройство опреснения соленой воды, содержащее рабочий цилиндр с поршнем, емкость соленой воды, емкость сбора рассола и емкость сбора дистиллята, при этом емкость соленой воды содержит трубопровод подачи соленой воды с установленным в нем клапаном соленой воды, трубопровод-теплообменник сброса рассола с установленным в нем клапаном сброса рассола, трубопровод-теплообменник сброса дистиллята с установленным в нем клапаном сброса дистиллята, при этом трубопроводы-теплообменники сброса установлены после соответствующих клапанов, при этом под рабочим цилиндром установлены нагревательные элементы, при этом трубопровод подачи соленой воды соединен одним концом с рабочим цилиндром, трубопровод-теплообменник для сброса дистиллята одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим – с емкостью для сбора дистиллята, трубопровод-теплообменник сброса рассола одним концом соединен с рабочим цилиндром, а другим – с емкостью сбора рассола, при этом в рабочем цилиндре установлены датчик давления и датчик уровня.

Изобретение "Устройство опреснения солёной воды" (Рявкин Глеб Николаевич, Соломин Евгений Викторович, Осинцев Константин Владимирович, Мартьянов Андрей Сергеевич, Ковалёв Антон Александрович, Болков Ярослав Сергеевич, Антипин Дмитрий Сергеевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога