RU2761832C1 - Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants) - Google Patents

Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2761832C1
RU2761832C1 RU2020138271A RU2020138271A RU2761832C1 RU 2761832 C1 RU2761832 C1 RU 2761832C1 RU 2020138271 A RU2020138271 A RU 2020138271A RU 2020138271 A RU2020138271 A RU 2020138271A RU 2761832 C1 RU2761832 C1 RU 2761832C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar
water
evaporator
continuous operation
volatile
Prior art date
Application number
RU2020138271A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Евгеньевич Щеклеин
Насир Тавфик Алван Алхарбави
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
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
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2020138271A priority Critical patent/RU2761832C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761832C1 publication Critical patent/RU2761832C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

FIELD: physical processes.
SUBSTANCE: invention relates to a non-volatile continuous operation solar distillation system characterised by containing in the upper part of the body of the solar distillation unit with a translucent coating and filled with salt water an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system consisting of a cooling agent vapour generator connected with the condenser thereof placed in the water of the distillation unit and of a cooling agent vapour heater connected via an accumulator battery charge controller to photovoltaic modules, wherein a condensate collector with a fresh water container is connected to the evaporator in the lower part thereof, the translucent coating of the distillation unit and the photovoltaic modules are oriented in the direction of the sun, and a heat accumulator with a phase transition of a substance, e.g., paraffin, is connected to the container of the solar distillation unit, as well as to a non-volatile continuous operation solar distillation system characterised by containing in the upper part of the body of the solar distillation unit with a translucent coating and filled with salt water an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system consisting of a cooling agent vapour generator connected with the condenser thereof placed in the water of the distillation unit and a cooling agent vapour heater connected to a high-temperature heat energy accumulator tank connected with the heat exchanger of a solar energy concentrator, wherein the heat exchanger is installed in the optical focus of the concentrator and the latter is oriented in the direction of the sun.
EFFECT: creation non-volatile solar distillation system with continuous operation.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к производству пресной воды путем термической дистилляции технической, морской, минерализованной, далее - соленой воды при помощи солнечной энергии. Данная система может использоваться в районах с дефицитом пресной воды и повышенным уровнем солнечного излучения, особенно в отдаленных районах с минимальным энергетическим обеспечением.The invention relates to energy, in particular to the production of fresh water by thermal distillation of technical, sea, saline, then - salt water using solar energy. This system can be used in areas with a shortage of fresh water and an increased level of solar radiation, especially in remote areas with minimal energy supply.

Известны различные устройства аналогичного назначения, такие как «Integrated solar liquid heater, distiller and pasteurizer system», описанное в патенте US 2007/0193872 A1, МПК BOID 3/42 авторов Eduardo Garcia, Adjuntas, PR (US), George Vaida, San Juan, PR (US) [1].Various devices for similar purposes are known, such as the "Integrated solar liquid heater, distiller and pasteurizer system" described in US patent 2007/0193872 A1, IPC BOID 3/42 by Eduardo Garcia, Adjuntas, PR (US), George Vaida, San Juan , PR (US) [1].

Система солнечного нагрева, дистилляции и пастеризации, описанная в данной работе, содержит в себе интегрированную дистилляционную сборку, состоящую из колонны, отражателя и держателя, композитную систему аккумулирования тепла и не менее одного вакуумного солнечного коллектора с селективным поглощением. Узел ректификационной колонны заполнен испаряющейся жидкой средой, поступающей в трубчатый солнечный коллектор, в котором происходит процесс испарения. Поплавковый клапан, встроенный в раму, автоматически поддерживает требуемый уровень жидкости внутри ректификационной колонны. Высота поплавкового клапана устанавливается при помощи регулируемого крепления поплавка. В узле ректификационной колонны собирается и концентрируется испарившаяся среда, образующаяся в присоединенных вакуумных трубках солнечного коллектора. Колонна также отделяет пар от испаряющейся жидкой среды, а затем направляет его в систему сбора дистиллята. Узел отражателя содержит в себе отражающую панель, выполненную из одного или нескольких листов отражающего материала, как правило, плоских или сформированных во множество параллельных прямых желобов для оптимальной концентрации солнечного излучения. Этот отражатель также служит для распределения напряжений и деформаций конструктивных элементов крепежа.The solar heating, distillation and pasteurization system described in this paper contains an integrated distillation assembly consisting of a column, a reflector and a holder, a composite heat storage system, and at least one vacuum solar collector with selective absorption. The distillation column unit is filled with an evaporating liquid medium that enters a tubular solar collector, in which the evaporation process takes place. A float valve built into the frame automatically maintains the required liquid level inside the distillation column. The float valve height is set using an adjustable float mount. In the unit of the rectification column, the evaporated medium is collected and concentrated, which is formed in the connected vacuum tubes of the solar collector. The column also separates the vapor from the evaporating liquid medium and then directs it to the distillate collection system. The reflector assembly contains a reflective panel made of one or more sheets of reflective material, usually flat or formed into a plurality of parallel straight troughs for optimal concentration of solar radiation. This reflector also serves to distribute the stresses and strains of the structural elements of the fastener.

Недостатки данной модели заключаются в ее значительной сложности и возможности работы только в течение дневного времени.The disadvantages of this model are its considerable complexity and the ability to work only during the daytime.

Известно так же устройство «Photovoltaic panel-interfaced solar-greenhouse distillation systems» описанное в патенте US 2011/0120854 A1, МПК BOID 3/00 автора James Weifu Lee, Cockeysville, MD (US) [2].Also known is the device "Photovoltaic panel-interfaced solar-greenhouse distillation systems" described in US patent 2011/0120854 A1, IPC BOID 3/00 by James Weifu Lee, Cockeysville, MD (US) [2].

В этой работе предложена гибридная технология солнечно-парниковой дистилляции с фотоэлектрической панелью для использования солнечного тепла и проведения дистилляции жидкости параллельно с генерацией солнечной электроэнергии. Побочное солнечное тепло, поглощаемое на фотоэлектрической панели, эффективно используется для параллельной дистилляции жидкости. Тем самым реализуется одновременные отвод тепла от фотоэлектрической панели при непосредственном контакте с ней и производство продуктов дистилляции, в результате чего солнечная энергия используется более эффективно. Применение такой технологии позволяет производить ряд продуктов дистилляции, таких как: пресная вода, морская соль, дистиллированная вода, горячая вода, горячий пар, растворы солей в дополнение к выработке солнечной электроэнергии.This paper proposes a hybrid solar-greenhouse distillation technology with a photovoltaic panel to harness solar heat and distill liquid in parallel with solar power generation. The incidental solar heat absorbed by the photovoltaic panel is effectively used for the parallel distillation of liquid. Thus, the simultaneous removal of heat from the photovoltaic panel in direct contact with it and the production of distillation products is realized, as a result of which solar energy is used more efficiently. The use of this technology allows the production of a number of distillation products such as: fresh water, sea salt, distilled water, hot water, hot steam, salt solutions in addition to generating solar power.

Недостаток этого изобретения состоит в том, что использование жесткой воды приводит к известкованию фотоэлектрической панели, и, следовательно, снижению эффективности генерации электроэнергии. Кроме того, система сложна в исполнении, а также требует периодического обслуживания и зависит от постоянства солнечного излучения для производства пресной воды и возможности работы только в течение дневного времени.The disadvantage of this invention is that the use of hard water leads to liming of the photovoltaic panel, and therefore a decrease in the efficiency of generating electricity. In addition, the system is complex and requires periodic maintenance and relies on constant solar radiation to produce fresh water and being able to operate only during the day.

Кроме того, известно изобретение «Multi-effect solar distillation system and associated methods» по патенту US 2015/0329378 A1, МПК CO2F 1/04 авторов Dale E. POLK, JR., TITUSVILLE, FL (US); TIMOTHY A. POLK, TITUSVILLE, FL (US) [3]. In addition, the invention "Multi-effect solar distillation system and associated methods" is known according to the patent US 2015/0329378 A1, IPC CO2F 1/04 authors Dale E. POLK, JR., TITUSVILLE, FL (US); TIMOTHY A. POLK, TITUSVILLE, FL (US) [3].

Система солнечной дистилляции включает в себя солнечные панели и водосборники, расположенные около солнечных панелей, для приема технологической воды на очистку. Технологическая вода течет от первого водосборника к последнему, нагреваясь отраженным солнечным светом. Соседние водосборники соединены между собой паровыми трубками. По ходу нагрева технологической воды в водосборниках происходит образование водяного пара. Водяной пар протекает через соответствующие паровые трубки по направлению к последнему водосборнику, к которому присоединена возвратная паровая трубка. К возвратной трубке присоединена дистилляционная труба для сбора водяного пара. Дистилляционная труба проходит через водосборники, от последнего к первому. По мере того, как водяной пар проходит через дистилляционную трубу, он конденсируется, причем конденсат представляет собой очищенную технологическую воду.The solar distillation system includes solar panels and collectors located near the solar panels to receive process water for treatment. Process water flows from the first header to the last, warmed up by the reflected sunlight. The adjacent water collectors are connected by steam pipes. In the course of heating the process water, water vapor is generated in the collectors. The water vapor flows through the corresponding steam pipes towards the last header, to which the steam return pipe is connected. A distillation pipe is connected to the return pipe for collecting water vapor. The distillation pipe passes through the collectors, from the last to the first. As the water vapor passes through the distillation tube, it condenses, with the condensate being treated process water.

Недостаток данного изобретения состоит в сложности реализации, высокой стоимости, а также в том, что для его размещения требуется большая площадь и возможность работы только в течение дневного времени.The disadvantage of this invention is the complexity of implementation, high cost, as well as the fact that it requires a large area and the ability to work only during the day.

Аналогичное техническое решение изобретения описано в статье «Numerical investigation of a simple solar still coupled to a compression heat pump» автора Hanen B.H. и др. [4]. A similar technical solution of the invention is described in the article "Numerical investigation of a simple solar still coupled to a compression heat pump" by Hanen B.H. and others [4].

Система состоит из емкости с соленой водой, прозрачного защитного стекла и компрессионного теплового насоса, в котором используется хладагент (R134a). Тепловой насос состоит из испарителя, расположенного на верхнем уровне под прозрачным защитным стеклом, и конденсатора, погруженного в емкость с соленой водой. Конденсатор способствует повышению температуры воды и ее последующему испарению на протяжении дневного времени, особенно во время слабого солнечного излучения, так как в это время на испарителе происходит конденсация большей части водяного пара. Таким образом, емкость с соленой водой нагревается как солнечным излучением, проходящим через прозрачное защитное стекло, так и конденсатором. Следовательно, часть воды испаряется и конденсируется на стеклянной крышке и испарителе.The system consists of a salt water tank, transparent protective glass and a compression heat pump that uses refrigerant (R134a). The heat pump consists of an evaporator located on the upper level under a transparent protective glass and a condenser immersed in a salt water tank. The condenser increases the temperature of the water and its subsequent evaporation during the daytime, especially during weak solar radiation, since during this time most of the water vapor condenses on the evaporator. Thus, a container with salt water is heated both by solar radiation passing through a transparent protective glass and by a condenser. Consequently, some of the water evaporates and condenses on the glass lid and evaporator.

Недостаток этой системы состоит в зависимости от внешнего электропитания, она потребляет электричество на протяжении всего своего рабочего периода, при этом производя шум.The disadvantage of this system is its dependence on external power supply, it consumes electricity throughout its working period, while producing noise.

Также представляет значительный интерес для ее изучения работа Romdhance Ben Slama, исследование под названием «Analysis of Solar Still Combined with Heat Pump» [5].Also of considerable interest for its study is the work of Romdhance Ben Slama, a study entitled "Analysis of Solar Still Combined with Heat Pump" [5].

Система включает в себя тепловой насос, который используется для двух целей: нагрев соленой воды конденсатором и конденсация образующегося водяного пара на испарителе. Конденсатор и испаритель располагаются в одной камере, причем конденсатор расположен в нижней ее части и погружен в объем соленой воды, а испаритель изолирован перегородкой в верхней части камеры под защитным стеклом. Соленая вода нагревается как конденсатором, так и солнечным излучением. Недостаток этой системы состоит в зависимости от внешнего электропитания, так как она потребляет электричество на протяжении всего своего рабочего периода, при этом за счет солнечной энергии работа возможна только в течение дневного времени.The system includes a heat pump, which is used for two purposes: heating salt water with a condenser and condensing the resulting water vapor on an evaporator. The condenser and the evaporator are located in one chamber, and the condenser is located in its lower part and is immersed in a volume of salt water, and the evaporator is isolated by a partition in the upper part of the chamber under protective glass. Salt water is heated by both a condenser and solar radiation. The disadvantage of this system is that it depends on an external power supply, since it consumes electricity throughout its entire working period, while due to solar energy work is possible only during the daytime.

Все указанные выше методы солнечной дистилляции воды способны работать только в дневное время, а для повышения производительности требуют дополнительных расходов электрической энергии от внешнего источника, либо (в случае применения тепло- аккумуляции) существенного усложнения и удорожания оборудования установки.All of the above methods of solar water distillation are capable of operating only in the daytime, and to increase productivity, they require additional consumption of electrical energy from an external source, or (in the case of heat accumulation), a significant complication and increase in the cost of the equipment of the installation.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, уменьшение стоимости солнечных дистилляционных установок и повышение их производительности. The task of the proposed technical solution is to eliminate these disadvantages, reduce the cost of solar distillation plants and increase their productivity.

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:The technical result of the proposed solution is as follows:

- увеличение теплопроизводительности солнечной дистилляционной системы путем использования диффузионно-абсорбционного холодильного эффекта, движущей силой которого является нагревательный элемент – генератор паров хладагента;- increasing the heating capacity of the solar distillation system by using the diffusion-absorption refrigeration effect, the driving force of which is a heating element - a refrigerant vapor generator;

- обеспечения работы системы при отсутствии энергоснабжения от внешних источников (энергонезависимость) и солнечной радиации (непрерывность работы в суточном цикле).- ensuring the operation of the system in the absence of power supply from external sources (non-volatility) and solar radiation (continuous operation in a daily cycle).

Технический результат достигается тем, что система содержит в верхней части корпуса солнечного дистиллятора с светопрозрачным покрытием и заполненным соленой водой, испаритель диффузионно-абсорбционной холодильной системы, состоящей из генератора пара хладагента, соединенного с ее конденсатором, размещенным в воде дистиллятора, и нагревателя паров хладагента, подключенным через контроллер заряда АКБ к фотоэлектрическим модулям, причем к испарителю в его нижней части подсоединен сборник конденсата с емкостью пресной воды, а светопрозрачное покрытие дистиллятора и фотоэлектрические модули ориентированы на направление солнца.The technical result is achieved by the fact that the system contains, in the upper part of the solar distiller housing with a translucent coating and filled with salt water, an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system, consisting of a refrigerant vapor generator connected to its condenser located in the distiller water, and a refrigerant vapor heater, connected through the battery charge controller to the photovoltaic modules, moreover, a condensate collector with a fresh water tank is connected to the evaporator in its lower part, and the translucent cover of the distiller and the photovoltaic modules are oriented towards the direction of the sun.

Технический результат достигается так же тем, что к емкости солнечного дистиллятора в системе подсоединен теплонакопитель с фазовым переходом вещества, например, парафином. The technical result is also achieved by the fact that a heat accumulator with a phase transition of a substance, for example, paraffin, is connected to the capacity of the solar distiller in the system.

Технический результат достигается так же тем, что система содержит в верхней части корпуса солнечного дистиллятора с светопрозрачным покрытием и заполненным соленой водой, испаритель диффузионно-абсорбционной холодильной системы, состоящей из генератора пара хладагента, соединенного с ее конденсатором, размещенным в воде дистиллятора, и нагревателя паров хладагента, подключенным к высокотемпературному баку-аккумулятору тепловой энергии , соединенному с теплообменником концентратора солнечной энергии, причем теплообменник установлен в оптическом фокусе концентратора, а последний установлен на направление солнца. The technical result is also achieved by the fact that the system contains, in the upper part of the solar distiller housing with a translucent coating and filled with salt water, an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system, consisting of a refrigerant vapor generator connected to its condenser located in the distiller water, and a vapor heater refrigerant connected to a high-temperature storage tank of thermal energy connected to the heat exchanger of the solar energy concentrator, and the heat exchanger is installed in the optical focus of the concentrator, and the latter is installed in the direction of the sun.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая описываемое решение «Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия (варианты)», нами не обнаружена. As a result of a search through the sources of patent and scientific and technical information, we did not find a set of features that characterize the described solution "Non-volatile solar distillation system of continuous operation (options)".

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новое». На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники, можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи, предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует по нашему мнению критерию охраноспособности «изобретательский уровень». Предложенное техническое решение может найти массовое применение в качестве недорогого альтернативного источника пресной воды, использующего энергию солнца.Thus, the proposed technical solution meets the “new” criterion. Based on a comparative analysis of the proposed solution with the prior art, it can be argued that between the set of distinctive features, functions performed by them and the achieved task, the proposed technical solution does not explicitly follow from the prior art and, in our opinion, corresponds to the criterion of protection of "inventive step". The proposed technical solution can be widely used as an inexpensive alternative source of fresh water using solar energy.

На чертеже Фиг. 1 изображена «Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия» (Вариант 1), использующая теплонакопитель с фазовым переходом вещества и фотоэлектрические панели; на чертеже Фиг. 2 представлена «Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия» (Вариант 2) с использованием концентратора солнечной энергии и высокотемпературного аккумулятора; на чертеже Фиг. 3 поясняется принцип работы холодильной диффузионно-абсорбционной холодильной системы, используемый в обоих вариантах, а на чертеже Фиг. 4 изображены графики работы по результатам проведенных экспериментов. In the drawing, FIG. 1 depicts a "Non-volatile solar distillation system of continuous operation" (Option 1), using a heat accumulator with a phase change of matter and photovoltaic panels; in the drawing FIG. 2 shows a “Continuous Non-Volatile Solar Distillation System” (Option 2) using a solar concentrator and a high-temperature battery; in the drawing FIG. 3 explains the principle of operation of the refrigeration diffusion-absorption refrigeration system used in both versions, and in the drawing FIG. 4 shows the graphs of work based on the results of the experiments.

«Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия» (Вариант 1) содержит (Фиг. 1): емкость 1 с соленой водой в корпусе солнечного дистиллятора, светопрозрачное покрытие 2, испаритель 3 диффузионно-абсорбционной холодильной системы, ее генератор 4 пара хладагента, сборник 5 конденсата пресной воды, емкость 6 сбора пресной воды, конденсатор 7 диффузионно-абсорбционной холодильной системы, нагреватель 8 генератора паров хладагента, фотоэлектрические модули 9, контроллер 10 заряда АКБ, аккумуляторную батарею 11 (АКБ) и теплонакопитель 12 с фазовым переходом вещества, например, парафином. "Non-volatile solar distillation system of continuous operation" (Option 1) contains (Fig. 1): a container 1 with salt water in the body of a solar distiller, a translucent coating 2, an evaporator 3 of a diffusion-absorption refrigeration system, its generator 4 refrigerant vapor, a condensate collector 5 fresh water, capacity 6 for collecting fresh water, condenser 7 of a diffusion-absorption refrigeration system, heater 8 of a refrigerant vapor generator, photovoltaic modules 9, battery charge controller 10, storage battery 11 and heat storage device 12 with a phase transition of a substance, for example, paraffin.

«Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия» (Вариант 2) содержит емкость 1 с соленой водой в корпусе солнечного дистиллятора, светопрозрачное покрытие 2, испаритель 3 диффузионно-абсорбционной холодильной системы, ее генератор 4 пара хладагента, сборник 5 конденсата пресной воды, емкость 6 сбора пресной воды, конденсатор 7 диффузионно-абсорбционной холодильной системы, нагреватель 8 генератора паров хладагента, концентратор 13 солнечной энергии, в оптическом фокусе которого размещен теплообменник 14 концентратора, соединенный с баком-аккумулятором 15 высокотемпературной теплоты, а теплообменник последнего подключен к нагревателю генератора паров хладагента. "Non-volatile solar distillation system of continuous operation" (Option 2) contains a container 1 with salt water in the body of a solar distiller, a translucent cover 2, an evaporator 3 of a diffusion-absorption refrigeration system, its generator 4 refrigerant vapor, a collector 5 of fresh water condensate, a collection container 6 fresh water, condenser 7 of the diffusion-absorption refrigeration system, heater 8 of the refrigerant vapor generator, concentrator 13 of solar energy, in the optical focus of which the concentrator heat exchanger 14 is located, connected to the storage tank 15 of high-temperature heat, and the heat exchanger of the latter is connected to the heater of the refrigerant vapor generator.

На Фиг. 3 – принцип работы диффузионно-абсорбционной холодильной системы поясняется перемещение хладагента в его жидком и газообразном состоянии в точках (зонах) трубок 16, 17, 18, 19, 20, 21. FIG. 3 - the principle of operation of the diffusion-absorption refrigeration system explains the movement of the refrigerant in its liquid and gaseous state at the points (zones) of pipes 16, 17, 18, 19, 20, 21.

На Фиг. 4 результаты эксперимента представлены графиками, где по оси ординат производительность: мл/м2, а по оси абсцисс - время в часах.FIG. 4 the results of the experiment are presented by graphs, where on the ordinate the productivity is ml / m 2 , and on the abscissa is the time in hours.

«Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия. Варианты» работает следующим образом. Вариант 1. Continuous non-volatile solar distillation system. Variants "works as follows. Option 1.

Соленая вода помещается в емкость 1 солнечного дистиллятора, светопрозрачное покрытие 2 которого ориентировано по направлению на солнце. Испаряющиеся пары воды поднимаются в верхнюю часть корпуса дистиллятора и попадают на холодную поверхность испарителя 3 диффузионно-абсорбционной холодильной системы, конденсируются там, а конденсат стекает в сборник 5 и далее в емкость 6 сбора пресной воды. Salt water is placed in the container 1 of the solar distiller, the translucent cover 2 of which is oriented towards the sun. The evaporating water vapor rises to the upper part of the distiller body and falls on the cold surface of the evaporator 3 of the diffusion-absorption refrigeration system, condenses there, and the condensate flows into the collector 5 and then into the fresh water collection tank 6.

Для сохранения тепловой энергии в емкости 1 дистиллятора на период отсутствия солнечной инсоляции к корпусу дистиллятора присоединен теплонакопитель 12 с фазовым переходом вещества. To store thermal energy in the vessel 1 of the distiller for the period of absence of solar insolation, a heat accumulator 12 with a phase transition of the substance is connected to the distiller body.

Электроснабжение в данном варианте нагревателя генератора 8 обеспечивается солнечными фотоэлектрическими модулями 9, подзаряжающие так же через контроллер 10 заряда АКБ 11. Power supply in this version of the generator heater 8 is provided by solar photovoltaic modules 9, which also recharge through the battery charge controller 10 11.

Холодильная диффузионно-абсорбционная система, в составе которой находится испаритель 3, функционирует следующим образом (Фиг. 3). Refrigerating diffusion-absorption system, which includes the evaporator 3, operates as follows (Fig. 3).

Концентрированный раствор хладагента (например, аммиака) по трубке 16, поступает из абсорбера в генератор и нагревается малоэнергоемким электронагревателем (в эксперименте 75-150 Вт), в результате чего образуются пары аммиака. Из-за выталкивающей силы образующиеся пары аммиака движутся вверх, унося разбавленный раствор в верхнюю часть канала. Затем пары аммиака отделяются от разбавленного раствора. В точке 17 хладагент в виде паров аммиака поступают в конденсатор с повышенным давлением и температурой, где конденсируются за счет отвода тепла в окружающий воздух. В точке 18 конденсат поступает в испаритель, в котором парциальное давление снижается из-за присутствия в нем газообразного водорода. В условиях низкого давления аммиак испаряется, поглощая тепловую энергию из охлаждаемого пространства дистиллятора. Пары аммиака диффундируют через газообразный водород с образованием охлажденной смеси, стекающей в абсорбер в точке 19 из-за выталкивающей силы. Внутри абсорбера абсорбируется слабый раствор, поступающий по линии 16 в пузырьковый насос, причем при абсорбции происходит отвод тепла в окружающую среду. В результате температура газообразного водорода растет, и он поступает обратно в испаритель по линии 21 из-за выталкивающей силы. Концентрированный раствор (вода + аммиак) возвращается в абсорбере из генератора по линии 20. Таким образом, циркуляция жидкостей по системе поддерживается гравитацией и выталкивающей силой. Единственным источником движущей силы в холодильной установке является тепловая энергия солнца, получаемая через фотоэлектрическое преобразование (вариант 1), либо непосредственно путем использования концентратора солнечной энергии (вариант 2). A concentrated solution of a refrigerant (for example, ammonia) flows through pipe 16 from the absorber to the generator and is heated by a low-power electric heater (in the experiment, 75-150 W), as a result of which ammonia vapors are formed. Due to the buoyancy force, the generated ammonia vapors move upward, carrying the diluted solution into the upper part of the channel. Then the ammonia vapor is separated from the dilute solution. At point 17, the refrigerant in the form of ammonia vapor enters the condenser with increased pressure and temperature, where it condenses due to heat removal into the ambient air. At point 18, the condensate enters the evaporator, in which the partial pressure decreases due to the presence of hydrogen gas in it. Under low pressure conditions, ammonia evaporates, absorbing heat energy from the cooled space of the distiller. The ammonia vapor diffuses through the hydrogen gas to form a cooled mixture that flows into the absorber at 19 due to buoyancy. A weak solution is absorbed inside the absorber and enters the bubble pump through line 16, and during absorption, heat is removed to the environment. As a result, the temperature of the hydrogen gas rises and it flows back to the evaporator via line 21 due to the buoyancy force. The concentrated solution (water + ammonia) returns to the absorber from the generator through line 20. Thus, the circulation of fluids through the system is supported by gravity and buoyancy. The only source of driving force in the refrigeration unit is the solar thermal energy, obtained through photovoltaic conversion (option 1), or directly through the use of a solar concentrator (option 2).

Вариант 2 (Фиг. 2). Особенность работы устройства по варианту 2 заключается в том, что электроснабжение нагревателя генератора 8 вместо фотоэлектрических модулей обеспечивается концентратором 13 солнечной энергии, в фокусе которого производится высокотемпературный нагрев, например, силиконового масла в теплообменнике 14, причем тепловая энергия силиконового масла аккумулируется в баке-аккумуляторе 15, из которого тепло передается в теплообменник нагревателя генератора 8.Option 2 (Fig. 2). The peculiarity of the operation of the device according to option 2 is that the power supply of the generator heater 8 instead of photovoltaic modules is provided by the solar energy concentrator 13, in the focus of which high-temperature heating is performed, for example, silicone oil in the heat exchanger 14, and the thermal energy of the silicone oil is accumulated in the storage tank 15 , from which heat is transferred to the heat exchanger of the generator heater 8.

Функционирование холодильной диффузионно-абсорбционной системы (Фиг. 3) в варианте 2 происходит аналогичным образом. The operation of the refrigeration diffusion-absorption system (Fig. 3) in option 2 occurs in a similar way.

Результаты эксперимента.Experimental results.

Достигнутый с использованием предложенной технологии технический результат иллюстрируют экспериментальные графики получения опресненной воды, приведенные на Фиг.4 а, б для двух отдельных экспериментов: в дневное время (а) и в ночное время (б). На графиках приведено сравнение полученных результатов (верхняя кривая) с технологией обычного термического солнечного опреснения (нижняя кривая).The technical result achieved using the proposed technology is illustrated by the experimental graphs for obtaining desalinated water shown in Fig. 4 a, b for two separate experiments: in the daytime (a) and at night (b). The graphs show a comparison of the results obtained (upper curve) with the technology of conventional thermal solar desalination (lower curve).

График показывают, что предлагаемое техническое решение позволило решить поставленный задачи:The graph shows that the proposed technical solution made it possible to solve the set tasks:

- производительность опреснения воды возросла более чем в 3 раза;- the productivity of water desalination has increased more than 3 times;

- обеспечена работа установки, как в дневной, так и в ночной период времени.- the operation of the installation is ensured, both in the daytime and at night.

Предлагаемая опреснительная система не требует внешних источников энергии, основана на использовании только солнечной энергии как для целей нагрева и испарения воды, так и для охлаждения полученных паров с целью конденсации. Нагрев соленой воды осуществляется прямым солнечным излучением, падающим на зачерненную поверхность днища и боковых стенок бассейна. Охлаждение (для конденсации паров воды) осуществляется диффузионно-абсорбционной холодильной системой, движущей силой которой является нагревательный элемент - генератор паров хладагента.The proposed desalination the system does not require external energy sources, it is based on the use of only solar energy both for the purpose of heating and evaporating water, and for cooling the obtained vapors for the purpose of condensation. Salt water is heated by direct solar radiation falling on the blackened surface of the bottom and side walls of the pool. Cooling (for condensation of water vapor) is carried out by a diffusion-absorption refrigeration system, the driving force of which is a heating element - a refrigerant vapor generator.

Для обеспечения работы системы при отсутствии солнечной радиации (ночной период) предлагается два варианта системы, отличающиеся производительностью и затратами на изготовление.To ensure the operation of the system in the absence of solar radiation (night period), two variants of the system are proposed, differing in productivity and manufacturing costs.

Учитывая изложенное, следует ожидать полезное использование предлагаемого устройства в народном хозяйстве.Taking into account the above, one should expect a useful use of the proposed device in the national economy.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

[1] T.H.E. Firm and O.F. Karlf. «Patent Application Publication (10) Pub. No.: US 2007 / 0009410 A1», vol. 1, no. 19, 2007.[1] T.H.E. Firm and O.F. Karlf. "Patent Application Publication (10) Pub. No .: US 2007/0009410 A1 ", vol. 1, no. 19, 2007.

[2] D. Kr and V. Artemov. «(12) Patent Application Publication (10) Pub. No.: US 2012/0184582 A1», vol. 1, no. 19, 2012.[2] D. Kr and V. Artemov. "(12) Patent Application Publication (10) Pub. No .: US 2012/0184582 A1 ", vol. 1, no. 19, 2012.

[3] R. U. S. A. Data. «(12) Patent Application Publication (10) Pub. No.: US 2015 / 0258769 A1 lifted-off layer Patent Application Publication». vol. 1, no. 19, 2015.[3] R. U. S. A. Data. "(12) Patent Application Publication (10) Pub. No .: US 2015/0258769 A1 lifted-off layer Patent Application Publication ". vol. 1, no. 19, 2015.

[4] H. Ben Halima, N. Frikha, and R. Ben Slama «Numerical investigation of a simple solar still coupled to a compression heat pump», DES, vol. 337, pp. 60-66, 2014.[4] H. Ben Halima, N. Frikha, and R. Ben Slama, Numerical investigation of a simple solar still coupled to a compression heat pump, DES, vol. 337, pp. 60-66, 2014.

[5] R. Ben Slama. «Analysis of Solar Still Combined with Heat Pump», J. Thermodyn. Catal., vol. 7, no. 2, 2016.[5] R. Ben Slama. Analysis of Solar Still Combined with Heat Pump, J. Thermodyn. Catal., Vol. 7, no. 2, 2016.

Claims (2)

1. Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия, характеризующаяся тем, что она содержит в верхней части корпуса солнечного дистиллятора с светопрозрачным покрытием и заполненным соленой водой испаритель диффузионно-абсорбционной холодильной системы, состоящей из генератора пара хладагента, соединенного с ее конденсатором, размещенным в воде дистиллятора, и нагревателя паров хладагента, подключенным через контроллер заряда АКБ к фотоэлектрическим модулям, причем к испарителю в его нижней части подсоединен сборник конденсата с емкостью пресной воды, светопрозрачное покрытие дистиллятора и фотоэлектрические модули ориентированы на направление солнца, а к емкости солнечного дистиллятора подсоединен теплонакопитель с фазовым переходом вещества, например парафином.1. A non-volatile solar distillation system of continuous operation, characterized in that it contains in the upper part of the solar distiller body with a translucent coating and filled with salt water an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system, consisting of a refrigerant vapor generator connected to its condenser located in the water of the distiller , and a refrigerant vapor heater connected through the battery charge controller to the photovoltaic modules, and a condensate collector with a fresh water tank is connected to the evaporator in its lower part, the translucent cover of the distiller and photovoltaic modules are oriented towards the direction of the sun, and a heat accumulator with a phase the transition of a substance, such as paraffin. 2. Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия, характеризующаяся тем, что она содержит в верхней части корпуса солнечного дистиллятора с светопрозрачным покрытием и заполненным соленой водой испаритель диффузионно-абсорбционной холодильной системы, состоящей из генератора пара хладагента, соединенного с ее конденсатором, размещенным в воде дистиллятора, и нагревателя паров хладагента, подключенным к высокотемпературному баку-аккумулятору тепловой энергии, соединенному с теплообменником концентратора солнечной энергии, причем теплообменник установлен в оптическом фокусе концентратора, а последний ориентирован на направление солнца.2. A non-volatile solar distillation system of continuous operation, characterized in that it contains, in the upper part of the solar distiller body with a translucent coating and filled with salt water, an evaporator of a diffusion-absorption refrigeration system, consisting of a refrigerant vapor generator connected to its condenser located in the water of the distiller , and a refrigerant vapor heater connected to a high-temperature thermal energy storage tank connected to a heat exchanger of the solar concentrator, the heat exchanger being installed in the optical focus of the concentrator, and the latter is oriented towards the direction of the sun.
RU2020138271A 2020-11-23 2020-11-23 Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants) RU2761832C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138271A RU2761832C1 (en) 2020-11-23 2020-11-23 Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138271A RU2761832C1 (en) 2020-11-23 2020-11-23 Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761832C1 true RU2761832C1 (en) 2021-12-13

Family

ID=79175071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138271A RU2761832C1 (en) 2020-11-23 2020-11-23 Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761832C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114620793A (en) * 2022-03-21 2022-06-14 北京科技大学 All-weather water taking device and water taking method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070193872A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Technosun Puerto Rico Integrated solar liquid heater, distiller and pasteurizer system
US8673119B2 (en) * 2008-02-22 2014-03-18 James Weifu Lee Photovoltaic panel-interfaced solar-greenhouse distillation systems
US20150329378A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 D And D Manufacturing Multi-effect solar distillation system and associated methods
RU2646004C1 (en) * 2017-01-20 2018-02-28 Публичное акционерное общество "Товарно-фондовая купеческая гильдия Великорусского императорского двора" Autonomous solar sea water desalter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070193872A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Technosun Puerto Rico Integrated solar liquid heater, distiller and pasteurizer system
US8673119B2 (en) * 2008-02-22 2014-03-18 James Weifu Lee Photovoltaic panel-interfaced solar-greenhouse distillation systems
US20150329378A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 D And D Manufacturing Multi-effect solar distillation system and associated methods
RU2646004C1 (en) * 2017-01-20 2018-02-28 Публичное акционерное общество "Товарно-фондовая купеческая гильдия Великорусского императорского двора" Autonomous solar sea water desalter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114620793A (en) * 2022-03-21 2022-06-14 北京科技大学 All-weather water taking device and water taking method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiblawey et al. Solar thermal desalination technologies
Kabeel et al. Solar still with condenser–A detailed review
Murugavel et al. Progresses in inclined type solar stills
Kalogirou Survey of solar desalination systems and system selection
CN103739029B (en) Solar concentrating distillation seawater desalination device
EP0922676A1 (en) Desalination apparatus and method of operating the same
Liu et al. A novel integrated solar desalination system with multi-stage evaporation/heat recovery processes
KR20110015305A (en) Evaporative desalination system of sea water using solar energy
CN102190340A (en) Multistage double effect distillation seawater desalination technology with heating seawater by solar energy
Jeevadason et al. A review on diverse combinations and Energy-Exergy-Economics (3E) of hybrid solar still desalination
Liu et al. Performance optimization study on an integrated solar desalination system with multi-stage evaporation/heat recovery processes
US20210380437A1 (en) Solar ocean thermal energy seawater distillation system
Peng et al. Progress and performance of multi-stage solar still–A review
CN111547802A (en) Multistage ladder-shaped distiller and method for solar photo-thermal evaporation seawater desalination
RU2761832C1 (en) Non-volatile continuous operation solar distillation system (variants)
KR20110015306A (en) System making fresh water from sea water using solar energy and small hydroelectric power
Alatawi et al. Tubular solar stills: Recent developments and future
Essa et al. Performance analysis for an inclined tubular still desalination integrated with evacuated tube collector
CN111960494A (en) CPC-based tracking-free light-gathering heat-collecting desalination system
Mohamed et al. A comprehensive review of the vacuum solar still systems
Lindblom Solar thermal technologies for seawater desalination: state of the art
CN216377553U (en) Solar seawater desalination and transparent radiation condenser combined all-day fresh water collection system based on CPC heat collection
Picinardi Cogeneration of cooling energy and fresh water
Wei et al. Using water-filling and air-releasing to design a natural vacuum solar desalination system
Abene et al. Improving the Basin Type Solar Still Performances Using an Internal Solar Collector