RU2088533C1 - Гелиоопреснительная установка - Google Patents
Гелиоопреснительная установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2088533C1 RU2088533C1 RU9494032568A RU94032568A RU2088533C1 RU 2088533 C1 RU2088533 C1 RU 2088533C1 RU 9494032568 A RU9494032568 A RU 9494032568A RU 94032568 A RU94032568 A RU 94032568A RU 2088533 C1 RU2088533 C1 RU 2088533C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- solar
- heat
- coolant
- section
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
-
- 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
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Использование: в теплотехнике, а именно для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии. Сущность изобретения: предлагаемая гелиоопреснительная установка содержит солнечный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор испарительного типа. Каждая панель коллектора по всей теплопоглощающей поверхности содержит каналы, образованные двумя параллельными пластинами, расположенными на расстоянии 3 - 10 мм друг от друга, и перегородками между ними. 5 ил.
Description
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к опреснителям морской воды, использующим солнечную энергию.
Известны гелиоопреснители, включающие вертикальные многосекционные дистилляторы и солнечные коллекторы [1] В этих опреснителях используются солнечные трубчатые коллекторы с круглой, овальной или другой формой поперечного сечения трубок теплоносителя.
Недостатком данных опреснителей является то, что эффективная площадь теплопоглощающей поверхности трубок, омываемая теплоносителем и освещаемая Солнцем из-за зазора между ними, составляет лишь 50-70% от общей площади коллектора, что снижает его эффективность. Кроме этого, в дистилляторе опреснителя разделение секций происходит с помощью водяного затвора по поверхности оросителя, что затрудняет регулирование давления и расхода.
Из известных гелиоопреснителей наиболее близким по технической сущности является опреснитель, описанный в работе [2] в котором используется солнечный коллектор, собранный из панелей с круглыми солнечными трубками теплоносителя, и многосекционный вертикальный дистиллятор. Трубки теплоносителя коллектора помещены в вакуумные стеклянные трубки. Вакуумный зазор между трубками теплоносителя и стеклянными трубками устраняет конвективный теплообмен между ними и повышает эффективность коллектора.
Недостатком данного опреснителя является то, что эффективная площадь коллектора, омываемая теплоносителем и освещаемая Солнцем, существенно меньше общей площади коллектора из-за наличия зазоров между трубками. Такой коллектор весьма дорог и его стоимость составляет большую часть стоимости опреснителя.
Задачей изобретения является увеличение производительности, повышение надежности работы и уменьшение стоимости опреснителя.
Техническим результатом изобретения является выполнение более простой конструкции коллектора при сохранении высокой эффективности его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в гелиоопреснительной установке, содержащей солнечный плоский остекленный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор испарительного типа, соединенных между собой по теплоносителю с помощью прямого и обратного трубопроводов, каждая панель коллектора выполнена в виде плоской неваккуумированной остекленной панели с щелевыми каналами, образованными двумя пластинами, расположенными на расстоянии 3-10 мм друг от друга с перегородками между ними.
На фиг.1 изображена схема предлагаемой гелиоопреснительной установки; на фиг. 2 конструктивная схема панели коллектора; на фиг.3 влияние высоты щелевого канала коллектора на мощность, требуемую для прокачки теплоносителя; на фиг. 4 зависимость перепада температуры между стенкой коллектора и теплоносителем от высоты щелевого канала; на фиг.5 зависимость, отражающая влияние величины зазора между теплопоглощающей поверхностью и стеклом и вакуумирования коллектора на эффективность его работы.
Гелиоопреснительная установка (фиг. 1) содержит солнечный коллектор 1, дистиллятор 2, состоящий из нескольких секций, оросители 3, теплообменники 4, влагоуловители 5, перегородки 6 с дросселями регулирования расхода солнечной воды 7, вакуумные дроссели 8, змеевик солнечной воды 9, насосы для прокачки теплоносителя и откачки дистиллятора и рассола 10, 11, 12 и 13, вакуумный насос 14 и трубопровод 15 для слива дистиллята. Число секций дистиллятора зависит от назначения и производительности опреснителя. На фиг.1, для примера, показана 5-ти секционная установка.
Гелиоопреснительная установка работает следующим образом.
Теплоноситель, как правило, дистиллированная вода, циркулирующая в контуре солнечного коллектора 1 с помощью насоса 13, нагревается Солнцем до ≈ -100oC и нагревает трубки теплообменника 4 верхней секции дистиллятора 2 (фиг.1). Соленая вода насосом 11 подается на верх дистиллятора 2 по змеевику 9 и, проходя через ороситель 3, разбрызгивается на поверхности трубок теплообменника 4. Часть воды испаряется, а часть через регулируемый дроссель 7 в перегородке 6 стекает в нижерасположенную секцию и там разбрызгивается на поверхности трубок теплообменника 4. Образуемый в верхней секции пар отводится через влагоуловитель 5 в нижерасположенную секцию и там конденсируется внутри трубок теплообменника 4, испаряя текущую по поверхности трубок соленую воду. Дистиллят стекает по трубопроводу 15 в нижнюю секцию и откачивается насосом 10. Такая процедура повторяется во всех секциях, кроме нижней. В нижней секции происходит конденсация пара на поверхности змеевика 9. Рассол из предпоследней секции откачивается насосом 12. Дистиллятор работает при давлении, меньше атмосферного. Вакуумный насос 14 обеспечивает удаление неконденсирующихся газов из каждой секции. Интенсивность удаления неконденсирующих газов из каждой секции регулируется с помощью дросселей 8. Регулирование расхода соленой воды через оросители производится с помощью дросселей 7, установленных в перегородках 6.
В качестве коллектора опреснителя используется набор плоских остекленных панелей небольшой площади (порядка ≈ 1 м2), соединенных между собой трубопроводами. Вакуумирование полости стеклом и панелью не требуется. Панель выполняется в виде набора щелевых каналов, образованных перегородками 18 между верхней 16 и нижней 17 пластинами (фиг.2). На верхней пластине снаружи нанесено покрытие 19 с высоким коэффициентом αc поглощения солнечных лучей и низким коэффициентом εw излучения. Снизу панель теплоизолирована, а сверху закрыта стеклом 20. В таком коллекторе вся площадь верхней поверхности является теплопоглощающей. Набор плоских щелевых каналов обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи от нагреваемой поверхности к теплоносителю. Легко осуществляется замена или восстановление покрытий поверхности коллектора, которые со временем выгорают на Солнце и теряют требуемые свойства.
Определяющими параметрами при выборе размеров щелевых каналов является перепад температуры δT между стенкой коллектора и теплоносителем, перепад температуры ΔT теплоносителя в коллекторе и мощность N, затрачиваемая на прокачку теплоносителя.
На фиг.3, для примера, показано влияние высоты щели δ на требуемую мощность насоса, отнесенную к площади коллектора. Зависимости фиг.3 построены для случая, когда панели в коллекторе соединены параллельно, а каналы в панелях, объединенные в группы из n каналов, последовательно. При расчете зависимостей фиг. 3, из соображений организации течения в каналах без застойных зон, принималось, что теплоноситель из раздаточного коллектора поступает в n каналов общей шириной L, равной L=0,03 м (L=n•l). Видно, что для коллекторов с большей площадью поверхности мощность на прокачку теплоносителя сильно зависит от высоты щели d и может быть существенной.
Для определения требуемой высоты щели d на фиг.4 построены зависимости перепада температуры dT между стенкой панели и теплоносителем от высоты щели δ Вертикальный участок зависимости dT=f(δ) для ΔT=5° соответствует критическому значению числа Re. Каждому значению величины δ фиг.4 соответствует значение мощности N фиг.3.
Будем выбирать высоту щели d исходя из того, что чем меньше перепад dT тем выше эффективность коллектора. Видно, что, если ограничиться перепадом δT≅ 2° для реального случая ΔT = 10° высота щели лежит в диапазоне 1-10 мм. При этом большему значению высоты δ соответствует меньшее значение мощности N. Нижний предел высоты щели из-за возможности закупорки каналов при d <3 мм, видимо, необходимо ограничить размером d 3 мм.
Перетечки тепла по перемычкам не играют большей роли и поэтому размер l следует выбирать из соображений прочности, технологии изготовления и возможности организации течения без застойных зон.
Использование коллектора, панели в котором выполнены в виде двух пластин с перегородками между ними, позволяет, по сравнению с прототипом, резко снизить стоимость. Отсутствие вакуумной изоляции не приводит к существенному снижению поглощаемого тепла. На фиг.5, для примера, показаны зависимости поглощаемого единицей площади коллектора тепла Q от величины зазора x между стеклом и теплопроводящей поверхностью для случая отсутствия (пунктирной линией) и присутствия (сплошной линией) воздуха. Плотность падающего потока gc при расчете принималась равной gc=800 Вт/м2, коэффициент поглощения покрытия ac равным 0,9, а коэффициент излучения εw равным 0,1 и 1. Видно, что вакуумирование зазора между стеклом и тепловоспринимающей поверхностью приводит к небольшому увеличению поглощаемого коллектором тепла (не больше ≈ 10% при зазоре εw= 0,1 и ξ=0,25 м). Очевидно, что такое увеличение поглощаемого тепла полностью компенсируется в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом увеличением более чем на 10% площади тепловоспринимающей омываемой теплоносителем поверхности. Изменение расстояния x между стеклом и тепловоспринимающей поверхностью в диапазоне 0,05-0,5 м к существенным изменениям эффективности не приводит.
Установка дросселей 7 и 8 (фиг.1) позволяет повысить надежность и оптимизировать режим работы дистиллятора за счет согласования расходов соленой воды через оросители, недопускающего осушения оросителей или переполнения секций соленной водой, и регулирования интенсивности отсоса неконденсирующихся газов из каждой секции.
Claims (1)
- Гелиоопреснительная установка, содержащая солнечный плоский остекленный коллектор и многосекционный с вертикальным расположением секций дистиллятор испарительного типа, соединенные между собой по теплоносителю с помощью прямого и обратного трубопроводов, отличающаяся тем, что каждая панель коллектора по всей теплопоглощающей поверхности содержит каналы, образованные двумя параллельными пластинами, расположенными на расстоянии 3 10 мм друг от друга, и перегородками между ними.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494032568A RU2088533C1 (ru) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Гелиоопреснительная установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494032568A RU2088533C1 (ru) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Гелиоопреснительная установка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94032568A RU94032568A (ru) | 1997-05-20 |
RU2088533C1 true RU2088533C1 (ru) | 1997-08-27 |
Family
ID=20160267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9494032568A RU2088533C1 (ru) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | Гелиоопреснительная установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2088533C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648057C1 (ru) * | 2017-03-02 | 2018-03-22 | Илья Игоревич Малафеев | Вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110655133B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-02-02 | 山东大学 | 一种循环喷淋换热***的海水浓度智控方法 |
-
1994
- 1994-09-08 RU RU9494032568A patent/RU2088533C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Kiatsiriroat T., Bhattacharya S.C., Wibulswas P., Perfomance andlysis of multiple effect vertical still with a flat plate Solarcollector. Sol. and Wind Technol. - 1987, v.4, N 4. 2. Ali M.El-Nashar, K.Ishii. Abu Dhabi Solar Disstillation Plant. Desalination, 1985, 52. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648057C1 (ru) * | 2017-03-02 | 2018-03-22 | Илья Игоревич Малафеев | Вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94032568A (ru) | 1997-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fathy et al. | Experimental study on the effect of coupling parabolic trough collector with double slope solar still on its performance | |
Kabeel et al. | Solar still with condenser–A detailed review | |
Singh | A review study of solar desalting units with evacuated tube collectors | |
Kabeel et al. | A hybrid solar desalination system of air humidification–dehumidification and water flashing evaporation: Part I. A numerical investigation | |
US4487659A (en) | Solar distillation apparatus | |
Singh | Analytical study of evacuated annulus tube collector assisted solar desaltification system: a review | |
CN107027304B (zh) | 多效太阳能蒸馏***及相关方法 | |
US4290419A (en) | Multi systems solar collector | |
US4329204A (en) | Multiple effect thin film distillation system | |
US20210380437A1 (en) | Solar ocean thermal energy seawater distillation system | |
Nosoko et al. | Theoretical analysis of a multiple-effect diffusion still producing highly concentrated seawater | |
US10150050B2 (en) | Solar powered water purification device with cylindrical structure | |
US4083358A (en) | Solar reflector collector | |
RU2088533C1 (ru) | Гелиоопреснительная установка | |
Abu-Qudais et al. | Experimental study and numerical simulation of a solar still using an external condenser | |
Fath et al. | Transient analysis of a new humidification-dehumidification solar still | |
KR102035098B1 (ko) | 히트펌프 기술을 이용한 태양열 증발식 해수담수화 장치 | |
US6355144B1 (en) | High output solar water distillation system | |
RU2622441C1 (ru) | Автономный солнечный опреснитель-электрогенератор | |
Marmouch et al. | Effect of a cooling tower on a solar desalination system | |
CN213895262U (zh) | 一种气流吸附型闭式循环降膜蒸发太阳能海水淡化装置 | |
US20120267231A1 (en) | System and method of passive liquid purification | |
WO1980000077A1 (en) | Solar distillation apparatus | |
Davani et al. | Experimental analysis of a multistage water desalination system utilizing an evacuated parabolic solar trough with a solar tracker | |
Agboola et al. | Effect of cooling the glass cover of an inclined solar water distillation system under the climatic condition of Riyadh, Saudi Arabia |