RU2408539C2 - Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end - Google Patents
Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408539C2 RU2408539C2 RU2009101601/05A RU2009101601A RU2408539C2 RU 2408539 C2 RU2408539 C2 RU 2408539C2 RU 2009101601/05 A RU2009101601/05 A RU 2009101601/05A RU 2009101601 A RU2009101601 A RU 2009101601A RU 2408539 C2 RU2408539 C2 RU 2408539C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- condensation
- liquid
- evaporation
- heat
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004821 distillation Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title abstract description 17
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 62
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 5
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 3
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000005654 stationary process Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрооборудования и предназначено для получения дистиллированной воды и может быть использовано в химической, медицинской, фармацевтической, пищевой и других отраслях народного хозяйства. Изобретение относится к устройствам для дистилляции однородных жидкостей, для разделения смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения компонентов смеси жидкостей.The invention relates to the field of electrical equipment and is intended for distilled water and can be used in chemical, medical, pharmaceutical, food and other sectors of the economy. The invention relates to devices for the distillation of homogeneous liquids, for separating mixtures of liquids having different boiling points of the components of a mixture of liquids.
Наиболее эффективным методом очистки воды в мировой практике признается метод дистилляции (перегонка). Процесс дистилляции в аппаратах по очистке воды полностью аналогичен природному процессу - кругообороту воды: испарение, конденсация, сбор воды в виде осадков. Ни один другой метод очистки не дает такого качества, как естественный природный процесс. Существующие в настоящее время электрические дистилляторы для получения дистиллированной воды медицинского, бытового, лабораторного и технического назначения посредством испарения и последующей конденсации требуют высоких энергетических затрат и дополнительного подключения охлаждающей воды. В подобных аппаратах для получения дистиллированной воды с расходом 1 л/ч требуется электрическая мощность 0.5-1 кВт и расход охлаждающей воды 6-9 л/ч.The most effective method of water purification in world practice is the distillation method (distillation). The distillation process in water purification devices is completely analogous to the natural process - the water circuit: evaporation, condensation, collection of water in the form of precipitation. No other cleaning method gives such a quality as a natural process. Currently existing electric distillers for distilled water for medical, domestic, laboratory and technical purposes through evaporation and subsequent condensation require high energy costs and additional connection of cooling water. In such devices, to obtain distilled water with a flow rate of 1 l / h, an electric power of 0.5-1 kW and a flow rate of cooling water of 6-9 l / h are required.
Новым экономически эффективным решением этой задачи является использование аппаратов, работающих по принципу теплового насоса и позволяющих использовать теплоту, выделяемую при конденсации пара для нагрева воды.A new, cost-effective solution to this problem is the use of apparatuses operating on the principle of a heat pump and allowing the use of the heat released during condensation of steam for heating water.
Известен дистиллятор [Патент РФ № 2064318, 1992.11.18, C02F 1/04], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и нагревательными элементами, патрубки входа исходной жидкости и выхода дистиллята и отработанной жидкости, холодильник, конденсатор, распределитель исходной жидкости, экранирующее устройство, сборник отработанной жидкости, соединенный с патрубком отработанной жидкости. Нагревательные элементы расположены на наружной поверхности корпуса. Холодильник выполнен в виде камеры с установленными на ней патрубками входа и выхода исходной жидкости и дистиллята, конденсатор - в виде полого перфорированного цилиндра, соединенного с холодильником. Распределитель исходной жидкости выполнен в виде установленной под крышкой распределительной платы с каналами, оси выходных отверстий которых тангенциально направлены к внутренней поверхности корпуса, а экранирующее устройство - в виде трубки-змеевика, один конец которой соединен с патрубком выхода исходной жидкости из холодильника, другой с крышкой, и датчика температуры, установленного в сборнике отработанной жидкости. Дистиллятор может быть снабжен блоком управления и линиями коммутации с нагревательным элементом и датчиком температуры. Дистиллятор является малогабаритным и имеет повышенную производительность.A known distiller [RF Patent No. 2064318, 1992.11.18, C02F 1/04], comprising a vertical cylindrical body with a cover and heating elements, nozzles for the input of the starting fluid and the outlet of the distillate and the spent fluid, a refrigerator, a condenser, a distributor of the starting fluid, a shielding device, a waste fluid collector connected to a waste fluid nozzle. Heating elements are located on the outer surface of the housing. The refrigerator is made in the form of a chamber with the inlet and outlet nozzles of the initial liquid and distillate installed on it, the condenser is in the form of a hollow perforated cylinder connected to the refrigerator. The source liquid distributor is made in the form of a distribution board installed under the cover with channels, the axis of the outlet openings of which are tangentially directed to the inner surface of the housing, and the shielding device is in the form of a coil tube, one end of which is connected to the outlet pipe of the source liquid from the refrigerator, the other with the cover , and a temperature sensor installed in the waste fluid collector. The distiller can be equipped with a control unit and switching lines with a heating element and a temperature sensor. The distiller is small-sized and has increased productivity.
Достоинством указанного дистиллятора является возможность поддержания неизменными за счет теплопередачи при стационарном процессе величины и постоянства температуры нагрева жидкости всей контактной поверхностью испарителя, чем достигается постоянство границы нагрева и парообразования протекающего тонкого слоя жидкости и ограниченность зоны и времени нахождения жидкости при температуре кипения. Дистиллятор можно эффективно использовать, как для дистилляции однородных жидкостей, так и для разделения смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения компонентов смеси жидкостей.The advantage of this distiller is the ability to maintain unchanged due to heat transfer during a stationary process, the magnitude and constancy of the temperature of the liquid heating by the entire contact surface of the evaporator, which ensures the constancy of the boundary of heating and vaporization of the flowing thin layer of liquid and the limited zone and time of the liquid at boiling point. The distiller can be effectively used both for the distillation of homogeneous liquids and for the separation of liquid mixtures having different boiling points of the components of the liquid mixture.
Недостатком является то, что при использовании нагревательного элемента для получения дистиллированной воды посредством испарения и последующей конденсации требуются высокие энергетические затраты.The disadvantage is that when using a heating element to obtain distilled water by evaporation and subsequent condensation, high energy costs are required.
Также следует отметить неэффективность использования тепла отработанной жидкости в указанном дистилляторе.It should also be noted the inefficiency of using the heat of the spent liquid in the specified distiller.
Известен [Патент РФ № 2225843, 2002.11.11, C02F 1/04] термоэлектрический опреснитель, содержащий рабочую камеру, представляющую собой вытянутый в горизонтальном направлении полый прямоугольный параллелепипед из теплоизолирующего материала, у которого отсутствует одна из меньших боковых граней. Объем рабочей камеры разделен на три расположенных друг над другом сообщающихся канала для отвода концентрированного рассола, подвода морской воды и отвода пресной воды двумя тонкими горизонтальными перегородками неодинаковой длины (длина нижней перегородки больше длины верхней перегородки и меньше длины рабочей камеры), выполненными из высокотеплопроводного материала. Канал для подвода морской воды заканчивается бортиком. На концах перегородок установлены две термоэлектрические батареи (ТЭБ), тепловыделяющие спаи которых приведены в тепловой контакт с игольчатыми радиаторами, иглы в которых расположены в шахматном порядке и выведены в канал для подвода морской воды, а теплопоглощающие сопряжены с двумя другими игольчатыми радиаторами, выведенными в каналы для отвода концентрированного рассола и отвода пресной воды соответственно. Объем ТЭБ заполнен теплоизоляционным материалом, который уменьшает тепловой поток между каналами для отвода концентрированного рассола, подвода морской воды и отвода пресной воды через ТЭБ, а также устраняет тепловой контакт ТЭБ с перегородками.Known [RF Patent No. 2225843, 2002.11.11, C02F 1/04], a thermoelectric desalination device comprising a working chamber, which is a horizontally elongated hollow rectangular parallelepiped of heat-insulating material, which does not have one of the smaller side faces. The volume of the working chamber is divided into three communicating channels located one above the other for the removal of concentrated brine, the supply of sea water and the removal of fresh water by two thin horizontal partitions of unequal length (the length of the lower partition is greater than the length of the upper partition and less than the length of the working chamber) made of highly heat-conducting material. The channel for supplying sea water ends with a side. At the ends of the partitions, two thermoelectric batteries (TEB) are installed, the heat-generating junctions of which are brought into thermal contact with needle radiators, the needles of which are staggered and brought into the channel for supplying sea water, and the heat-absorbing mates are connected to two other needle radiators brought into the channels for drainage of concentrated brine and drainage of fresh water, respectively. The volume of thermopile is filled with heat-insulating material, which reduces the heat flow between the channels for the removal of concentrated brine, seawater and fresh water through the thermopile, and also eliminates the thermal contact of the thermopile with partitions.
К достоинствам указанного дистиллятора следует отнести эффективность использования тепла концентрированного рассола и конденсата, что достигается за счет конструкции дистиллятора. Тепловые потоки концентрированного рассола и опресненной воды находятся в противотоке с поступающей в устройство холодной морской водой, что делает процесс теплопередачи между потоками морской, пресной воды и концентрированного рассола наиболее эффективным. Размещение игл игольчатых радиаторов в шахматном порядке способствует турбулизации потоков морской, пресной воды, пара и концентрированного рассола, что повышает теплоотдачу. Питание ТЭБ осуществляется посредством программируемого источника электрической энергии таким образом, что при включении устройства обе ТЭБ работают в режиме максимальной теплопроизводительности до тех пор, пока не начнется процесс парообразования. Далее ТЭБ переключаются в режим максимального холодильного коэффициента, при котором максимальная мощность (максимальное количество теплоты) перекачивается с холодного спая на горячий при минимальном градиенте температуры на спаях ТЭБ.The advantages of this distiller should include the efficiency of using heat of concentrated brine and condensate, which is achieved due to the design of the distiller. The heat fluxes of concentrated brine and desalinated water are in countercurrent with the cold sea water entering the device, which makes the heat transfer process between the streams of sea, fresh water and concentrated brine the most efficient. The placement of needle radiators needles in a checkerboard pattern contributes to the turbulization of the flows of sea, fresh water, steam and concentrated brine, which increases heat transfer. The thermopile is powered by a programmable source of electrical energy in such a way that when the device is turned on, both thermopiles work in the maximum heat production mode until the process of vaporization begins. Next, the thermopile switches to the maximum cooling coefficient mode, in which the maximum power (maximum amount of heat) is pumped from cold to hot junction with a minimum temperature gradient on the junctions of the thermopile.
К недостаткам можно отнести низкую эффективность работы испарительной части устройства. В режиме испарения теплоотдача будет осуществляться через толстый слой жидкости, а при кипении концентрация рассола будет максимальной в слое жидкости, примыкающей к поверхностям нагрева, что приведет к интенсивному образованию накипи. Для интенсификации процесса тепло-массообмена в указанном опреснителе используют пассивную турбулизацию жидкого слоя, однако этот способ не вполне удовлетворителен в смысле металлоемкости и энергопотребления.The disadvantages include the low efficiency of the evaporative part of the device. In the evaporation mode, heat transfer will be through a thick layer of liquid, and during boiling, the concentration of brine will be maximum in the liquid layer adjacent to the heating surfaces, which will lead to intensive scale formation. To intensify the process of heat and mass transfer in the said desalination plant, passive turbulization of the liquid layer is used, however, this method is not entirely satisfactory in terms of metal consumption and energy consumption.
В качестве прототипа выбрано изобретение "High temperature peltier effect water distiller" [Патент US 2002130029, 2002-09-19, B01D 1/00; B01D 5/00; C02F 1/04; B01D 1/00; B01D 5/00; C02F 1/04, B01D 3/00]. Устройство для дистилляции воды основано на использовании высокотемпературных термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых базируется на эффекте Пельтье - возникновении разности температур при протекании электрического тока, для нагрева жидкости, такой как вода, до получения пара и охлаждения пара для получения чистой дистиллированной жидкости. Дистиллятор состоит из трех технологически связанных между собой частей: камеры нагрева, термоэлектрической секции и конденсатора. Камера нагрева воды представляет собой контейнер с резервуаром для воды и инфильтрационной камерой, имеющей в поперечном сечении Т-образную форму, с открытой в резервуар с водой нижней частью. Контейнер из фарфора, пластика, стекла или др. материала закрыт крышкой из пеноподобного изолирующего материала с поперечным отверстием. Термоэлектрическая секция, представляющая собой две теплопроводные пластины, между которыми размещены элементы Пельтье, расположена в отверстии крышки контейнера и находится в контакте с камерами нагрева и конденсации. Конденсатор изготовлен из блока теплопроводного материала с трубкой-змеевиком, нижней частью он контактирует с холодной стороной термоэлектрической секции. Термоэлектрические элементы, имеющие с одной стороны контакт с конденсатором, за счет эффекта Пельтье передают от него тепло к другой стороне, имеющей контакт с камерой нагрева, таким образом обеспечивается передача тепла к кипящей воде. Вода преобразуется в пар, который поступает в змеевик конденсатора и, конденсируясь, преобразуется в дистиллированную воду.As a prototype, the invention was selected "High temperature peltier effect water distiller" [Patent US 2002130029, 2002-09-19, B01D 1/00; B01D 5/00; C02F 1/04; B01D 1/00; B01D 5/00; C02F 1/04, B01D 3/00]. The device for water distillation is based on the use of high-temperature thermoelectric converters, the principle of which is based on the Peltier effect - the occurrence of a temperature difference during the flow of electric current to heat a liquid, such as water, to produce steam and cool the steam to obtain a clean distilled liquid. The distiller consists of three technologically interconnected parts: a heating chamber, a thermoelectric section and a condenser. The water heating chamber is a container with a water tank and an infiltration chamber having a T-shape in cross section with the lower part open to the water tank. The container made of porcelain, plastic, glass or other material is closed with a lid of foam-like insulating material with a transverse hole. The thermoelectric section, which is two heat-conducting plates between which Peltier elements are placed, is located in the opening of the container lid and is in contact with the heating and condensation chambers. The capacitor is made of a block of thermally conductive material with a coil tube; the lower part is in contact with the cold side of the thermoelectric section. Due to the Peltier effect, thermoelectric elements having contact with the condenser transfer heat from it to the other side having contact with the heating chamber, thereby transferring heat to boiling water. Water is converted to steam, which enters the condenser coil and, when condensed, is converted to distilled water.
Дистиллятор не имеет движущихся частей, что обеспечивает повышенную надежность, низкий уровень шума и простоту обслуживания. Конструкция дистиллятора позволяет за счет передачи в камеру нагрева тепловой энергии, выделившейся при конденсации пара, увеличить энергоэффективность устройства.The distiller does not have moving parts, which provides increased reliability, low noise and ease of maintenance. The design of the distiller makes it possible to increase the energy efficiency of the device by transferring to the heating chamber the thermal energy released during steam condensation.
Однако площадь контакта ограничена и не обеспечивает достаточно эффективного отвода тепла от конденсатора, что является существенным недостатком указанного дистиллятора. Как недостаток следует отметить сложность конструкции устройства, а также невозможность работать с водой любого качества, так как интенсивное длительное кипение воды в резервуаре контейнера приводит к образованию накипи на стенках резервуара. Сложно использовать такой дистиллятор в качестве проточного.However, the contact area is limited and does not provide a sufficiently effective heat removal from the condenser, which is a significant drawback of this distiller. As a drawback, it should be noted the complexity of the design of the device, as well as the inability to work with water of any quality, since intense prolonged boiling of water in the container tank leads to the formation of scale on the walls of the tank. It is difficult to use such a distiller as a flowing one.
Способ дистилляции воды включает нагрев части жидкости, находящейся в Т-образной инфильтрационной камере, погруженной в объем жидкости резервуара испарительной камеры с открытой в резервуар нижней частью, до кипения с образованием пара, конденсирование пара в конденсаторе, представляющем собой трубку-змеевик в блоке камеры конденсации, передачу тепла, выделившегося при конденсации пара, через термоэлектрическую секцию, представляющую собой две пластины с элементами Пельтье между ними, пластине и стержню инфильтрационной камеры для нагрева жидкости.The method of water distillation involves heating a part of the liquid in a T-shaped infiltration chamber immersed in the volume of the liquid in the tank of the evaporation chamber with the bottom open to the tank to boil to form steam, condensing the steam in a condenser, which is a coil tube in the condensation chamber block , the transfer of heat released during condensation of steam through a thermoelectric section, which is two plates with Peltier elements between them, the plate and the core of the infiltration chamber for fluid overheating.
Достоинство способа - использование для нагрева жидкости также тепла, выделившегося при конденсации параThe advantage of this method is the use for heating the liquid is also the heat released during condensation of steam
К недостаткам следует отнести и необходимость поддерживать температуру кипения достаточно большой части жидкости для осуществления процесса испарения, а также недостаточную эффективность реутилизации тепла, выделяющегося при конденсации пара.The disadvantages include the need to maintain the boiling point of a sufficiently large portion of the liquid for the implementation of the evaporation process, as well as the insufficient efficiency of heat recovery from the steam condensation.
Задачей заявляемого изобретения является создание нового энергоэффективного устройства для дистилляции однородных жидкостей и для разделения смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения компонентов смеси жидкостей, существенно превосходящего зарубежные аналоги по техническим характеристикам.The objective of the invention is the creation of a new energy-efficient device for the distillation of homogeneous liquids and for the separation of mixtures of liquids having different boiling points of the components of the mixture of liquids, significantly superior to foreign analogues in technical characteristics.
Поставленную задачу решают путем использования современных методов интенсификации теплообмена при течении гравитационно стекающих тонких пленок по плоским поверхностям с нагревателями и по оребренным поверхностям.The problem is solved by using modern methods of intensifying heat transfer during the flow of gravitationally flowing thin films on flat surfaces with heaters and on finned surfaces.
Указанного ниже результата в предлагаемом дистилляторе достигают за счет конструктивных особенностей аппарата, а также за счет использования методов интенсификации теплообмена путем управления формированием структур и разрывом пленки на гладких поверхностях с нагревателями и на оребренных поверхностях, а также использованием эффекта Пельтье, заключающегося в том, что при протекании тока через два соприкасающихся полупроводника от одного к другому, пластина нагревается с одной стороны и охлаждается с другой.The result indicated below in the proposed distiller is achieved due to the design features of the apparatus, as well as through the use of heat transfer intensification methods by controlling the formation of structures and film rupture on smooth surfaces with heaters and on finned surfaces, as well as by using the Peltier effect, which, when as current flows through two contiguous semiconductors from one to the other, the plate is heated on one side and cooled on the other.
Суть изобретения.The essence of the invention.
Предлагаемый способ дистилляции однородных жидкостей и разделения смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения компонентов, включает нагрев и испарение стекающей под действием гравитации по вертикальной плоской поверхности с локальным нагревателем тонкой пленки жидкости с толщиной микронного диапазона, конденсирование пара на вертикальной оребренной поверхности, передачу с использованием эффекта Пельтье тепла, выделившегося при конденсации пара в камеру испарения, для нагрева жидкости. Причем для достижения существенной интенсификации теплообмена в пленках и струях жидкости и конденсата осуществляют управление формированием термокапиллярных структур и струйными течениями на гладкой рабочей поверхности камеры испарения с помощью периодического изменения электрической нагрузки на локальном нагревателе и на оребренной рабочей поверхности камеры конденсации за счет использования особой формы оребрения со специальными сборниками-ловушками конденсата.The proposed method for the distillation of homogeneous liquids and separation of mixtures of liquids having different boiling points of the components includes heating and evaporation of a thin liquid film with a micron thickness that flows from gravity along a vertical flat surface with a local heater, condensation of steam on a vertical fin surface, transmission using the effect Peltier of heat released during the condensation of steam in the evaporation chamber to heat the liquid. Moreover, in order to achieve significant intensification of heat transfer in films and jets of liquid and condensate, the formation of thermocapillary structures and jet flows on the smooth working surface of the evaporation chamber are controlled by periodically changing the electric load on the local heater and on the finned working surface of the condensation chamber due to the use of a special form of fins with special condensate traps.
Для осуществления способа дистилляции однородных жидкостей и разделения смесей жидкостей предлагается дистиллятор, содержащий рабочую камеру в виде вертикально расположенного полого прямоугольного параллелепипеда из теплоизолирующего материала, объем которого разделен термоэлектрической секцией с элементами Пельтье на две сообщающиеся камеры: камеру испарения и камеру конденсации, с патрубками входа исходной жидкости и выхода дистиллята и отработанной жидкости. Термоэлектрическая секция представляет собой две вертикально установленные на дно рабочей камеры пластины из теплопроводного материала, между которыми расположены элементы Пельтье, причем поверхность одной пластины является гладкой рабочей поверхностью камеры испарения, поверхность другой пластины является оребренной рабочей поверхностью камеры конденсации. На пластину термоэлектрической секции, смежную с камерой испарения устанавливают пленкоформирователь, состоящий из накопительной камеры, распределительного устройства и сопла с калиброванной плоской щелью. В рабочую поверхность камеры испарения заделывают один, два или более локальных нагревателей специальной конструкции для управления путем периодического изменения электрической нагрузки на них формированием структур и разрывом пленки, что в условиях интенсивного испарения позволяет избежать резкого утонения пленки жидкости в межструйной области и соответственно разрыва и достичь существенной интенсификацией теплообмена. Локальные нагреватели заделывают в пластину так, чтобы обеспечить условия "идеальной" смачиваемости поверхности. Неиспарившуюся жидкость с высокой степенью минерализации удаляют из дистиллятора через патрубок выхода отработанной жидкости, причем все ее тепло утилизируют. На охлаждаемую рабочую поверхность камеры конденсации наносят микрооребрение со встречным направлением диагональных полос, приводящее к перераспределению конденсата и формированию струй, и располагают специальные сборники-ловушки, при помощи которых удаляют излишки конденсата, что позволяет интенсифицировать процесс теплообмена при конденсации.To implement a method for the distillation of homogeneous liquids and the separation of mixtures of liquids, a distiller is proposed that contains a working chamber in the form of a vertically positioned hollow rectangular parallelepiped made of a heat-insulating material, the volume of which is divided by a thermoelectric section with Peltier elements into two communicating chambers: an evaporation chamber and a condensation chamber, with initial input nozzles liquid and the output of distillate and waste liquid. The thermoelectric section consists of two plates of heat-conducting material vertically mounted on the bottom of the working chamber, between which Peltier elements are located, the surface of one plate being the smooth working surface of the evaporation chamber, the surface of the other plate being the finned working surface of the condensation chamber. A film former consisting of a storage chamber, a switchgear and a nozzle with a calibrated flat slit is mounted on a plate of a thermoelectric section adjacent to the evaporation chamber. One, two or more local heaters of a special design are closed into the working surface of the evaporation chamber to control by periodically changing the electric load on them by the formation of structures and rupture of the film, which, under conditions of intense evaporation, avoids a sharp thinning of the liquid film in the inter-jet region and, accordingly, rupture and achieve significant intensification of heat transfer. Local heaters are embedded in a plate in such a way as to ensure conditions of "ideal" wettability of the surface. An unevaporated liquid with a high degree of mineralization is removed from the distiller through the outlet pipe of the spent liquid, and all its heat is utilized. Microcirculation is applied to the cooled working surface of the condensation chamber with the opposite direction of the diagonal stripes, which leads to redistribution of condensate and the formation of jets, and special trap collectors are placed with which to remove excess condensate, which makes it possible to intensify the heat transfer process during condensation.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что осуществляют нагрев и испарение стекающей под действием гравитации по вертикальной плоской поверхности с локальным нагревателем тонкой пленки жидкости с толщиной микронного диапазона, для достижения существенной интенсификации теплообмена в пленках и струях жидкости и конденсата осуществляют управление формированием термокапиллярных структур и струйными течениями на гладкой рабочей поверхности камеры испарения с помощью периодического изменения электрической нагрузки на локальном нагревателе и на оребренной рабочей поверхности камеры конденсации за счет использования особой формы оребрения со специальными сборниками-ловушками конденсата.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed method is characterized by the fact that they carry out heating and evaporation of a thin liquid film with a micron thickness that flows down under the action of gravity on a vertical flat surface with a local heater, in order to achieve significant intensification of heat transfer in the films and jets of liquid and condensate the formation of thermocapillary structures and jet flows on the smooth working surface of the evaporation chamber using periodic Changes electrical load on the local and the finned heater by using a special form of fin with a special collection of condensate traps working condensation chamber surface.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что рабочая камера представляет собой вертикально расположенный полый прямоугольный параллелепипед, объем которого разделен термоэлектрической секцией с элементами Пельтье на две сообщающиеся камеры: камеру испарения, камеру конденсации. Термоэлектрическую секцию выполняют в виде двух вертикально установленных на дно рабочей камеры пластин из теплопроводного материала, между которыми расположены элементы Пельтье. Причем поверхность одной пластины является гладкой рабочей поверхностью камеры испарения, поверхность другой пластины является оребренной рабочей поверхностью со специальными сборниками-ловушками конденсата камеры конденсации. Один или несколько локальных нагревателей заделывают в рабочую поверхность камеры испарения так, чтобы обеспечить условия "идеальной" смачиваемости поверхности. Пленкоформирователь устанавливают в камере испарения на рабочую поверхность камеры испарения.The proposed device differs from the prototype in that the working chamber is a vertically positioned hollow rectangular parallelepiped, the volume of which is divided by a thermoelectric section with Peltier elements into two communicating chambers: an evaporation chamber, a condensation chamber. The thermoelectric section is made in the form of two plates of heat-conducting material vertically mounted on the bottom of the working chamber, between which Peltier elements are located. Moreover, the surface of one plate is a smooth working surface of the evaporation chamber, the surface of another plate is a finned working surface with special condensate trap collectors. One or more local heaters are embedded in the working surface of the evaporation chamber in such a way as to ensure conditions of "ideal" wettability of the surface. The film former is installed in the evaporation chamber on the working surface of the evaporation chamber.
При поиске совокупности признаков, тождественных всем признакам заявленного изобретения, в приведенных выше аналогах и других источниках патентной и научно-технической литературы соответствий не обнаружено, что подтверждает соответствие данного изобретения критерию "новизна".When searching for a combination of features that are identical to all the features of the claimed invention, no matches were found in the above analogues and other sources of patent and scientific and technical literature, which confirms the compliance of this invention with the criterion of "novelty."
Достигаемый технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении высокой энергетической эффективности дистиллятора. При значении холодильного коэффициента однокаскадного термоэлектрического элемента (отношении холодильной мощности к мощности, затрачиваемой на совершение работы обратного термодинамического цикла), равного 0,577, тепловая энергия, передаваемая в камеру испарения, позволяет экономить до 26% общей тепловой мощности, необходимой для получения дистиллята.Achievable technical result of the claimed invention is to ensure high energy efficiency of the distiller. With the value of the refrigeration coefficient of a single-stage thermoelectric element (the ratio of refrigeration power to the power spent on the work of the reverse thermodynamic cycle) equal to 0.577, the thermal energy transferred to the evaporation chamber allows you to save up to 26% of the total thermal power needed to obtain the distillate.
Предлагаемое решение обеспечивает универсальность устройства, простоту и технологичность конструкции. Все элементы конструкции изготавливают на базе серийно выпускаемых изделий. Отсутствие подвижных деталей обеспечивает высокую долговечность, надежность и безопасность системы, низкий уровень шума и простоту обслуживания. Отсутствие расходуемых материалов снижает эксплуатационные расходы. Отсутствие интенсивного кипения и непрерывный выпуск воды из камеры испарения предотвращает камнеобразование и позволяет работать с жидкостями любого качества. Дистиллятор является проточным.The proposed solution provides the versatility of the device, simplicity and manufacturability of the design. All structural elements are made on the basis of mass-produced products. The absence of moving parts ensures high durability, reliability and safety of the system, low noise and ease of maintenance. Lack of consumables reduces operating costs. The absence of intense boiling and the continuous release of water from the evaporation chamber prevents stone formation and allows you to work with liquids of any quality. The distiller is flowing.
На чертеже изображен энергоэффективный дистиллятор, все элементы которого показаны схематично и в произвольном масштабе. Дистиллятор включает рабочую камеру, представляющую собой вертикально расположенный полый прямоугольный параллелепипед из теплоизолирующего материала, разделенную термоэлектрической секцией 3 на две части: камеру испарения 1 и камеру конденсации 2. В камере 1 осуществляют испарение воды с поверхности стекающей под действием гравитации по плоской поверхности тонкой пленки жидкости, в камере 2 - конденсацию пара на оребренной поверхности со специальными сборниками-ловушками конденсата 13. Термоэлектрическая секция 3 представляет собой две пластины с расположенными между их внутренними поверхностями термоэлектрическими элементами Пельтье 4, в которых осуществляется обратный термодинамический цикл. Внешняя гладкая поверхность пластины 5 является рабочей поверхностью камеры испарителя, по которой стекает тонкая пленка жидкости, внешняя оребренная поверхность пластины 6 является рабочей поверхностью камеры конденсации. Высота термоэлектрической секции 3 меньше высоты рабочей камеры, в результате чего объемы испарительной камеры и камеры конденсации объединены в верхней части рабочей камеры. Нагреватель 7 для управления формированием структур и разрывом пленки с целью достижения существенной интенсификации теплообмена в пленках и струях жидкости, устанавливают на рабочей поверхности 5 испарительной камеры. Рабочая жидкость подается в испарительную камеру через пленкоформирователь 8, состоящий из накопительной камеры, распределительного устройства и сопла с калиброванной плоской щелью. Дистиллят из камеры конденсации удаляют через патрубок 9, неиспарившуюся жидкость с высокой степенью минерализации удаляют из испарительной камеры через патрубок 10, причем все ее тепло утилизируют с помощью теплообменника 11.The drawing shows an energy-efficient distiller, all of whose elements are shown schematically and on an arbitrary scale. The distiller includes a working chamber, which is a vertically positioned hollow rectangular parallelepiped of heat-insulating material, divided by a thermoelectric section 3 into two parts: an evaporation chamber 1 and a condensation chamber 2. In chamber 1, water is evaporated from the surface of a thin liquid film flowing down under the influence of gravity on the flat surface of gravity , in chamber 2, condensation of steam on a fin surface with special collectors-traps of condensate 13. Thermoelectric section 3 is a e plates located between their inner surfaces Peltier thermoelectric elements 4, in which the inverse thermodynamic cycle. The outer smooth surface of the plate 5 is the working surface of the evaporator chamber, along which a thin film of liquid flows, the outer fin surface of the plate 6 is the working surface of the condensation chamber. The height of the thermoelectric section 3 is less than the height of the working chamber, as a result of which the volumes of the evaporation chamber and condensation chamber are combined in the upper part of the working chamber. A heater 7 for controlling the formation of structures and rupture of the film in order to achieve significant intensification of heat transfer in the films and jets of liquid is installed on the working surface 5 of the evaporation chamber. The working fluid is fed into the evaporation chamber through a film former 8, consisting of a storage chamber, a switchgear and a nozzle with a calibrated flat slot. The distillate from the condensation chamber is removed through the pipe 9, non-evaporated liquid with a high degree of mineralization is removed from the evaporation chamber through the pipe 10, and all its heat is utilized using the heat exchanger 11.
Дистиллятор работает следующим образом.The distiller works as follows.
Рабочая жидкость подается в пленкоформирователь 8 через патрубок ввода рабочей жидкости 12. Тонкая пленка жидкости под действием гравитации стекает по рабочей поверхности испарителя 5. Периодическое изменение электрической нагрузки на нагревателе 7 приводит к формированию на поверхности пленки жидкости термокапиллярных структур разного типа, в результате чего происходит более эффективное смачивание поверхности. В процессе движения пленки жидкости по нагреваемой поверхности 5 происходит нагрев стекающей пленки жидкости до температуры насыщения, разрушение сплошной пленки жидкости, ее распад на струи и испарение значительной ее части. Пар конденсируется на оребренной рабочей поверхности 6 камеры конденсации 2. На охлаждаемую поверхность 6 наносят микрооребрение со встречным направлением диагональных полос, приводящее к перераспределению конденсата и формированию струй. При помощи специальных сборников-ловушек излишки конденсата удаляют. Нагрев стекающей пленки жидкости до температуры насыщения и ее испарение осуществляют как за счет тепловой энергии, отводимой из камеры конденсации, так и за счет «джоулевой» тепловой энергии, выделяемой в термоэлектрических элементах. Дистиллят из камеры конденсации удаляют через патрубок 9, неиспарившуюся жидкость с высокой степенью минерализации удаляют из дистиллятора через патрубок 10, причем все тепло от конденсата и неиспарившейся жидкости с высокой степенью минерализации утилизируют с помощью теплообменника 11.The working fluid is supplied to the film former 8 through the inlet of the working fluid 12. A thin film of liquid flows by gravity along the working surface of the evaporator 5. A periodic change in the electrical load on the heater 7 leads to the formation of different types of thermocapillary structures on the surface of the liquid film, resulting in more effective wetting of the surface. In the process of movement of the liquid film on the heated surface 5, the flowing liquid film is heated to a saturation temperature, the continuous liquid film is destroyed, its decomposition into jets, and a significant part of it evaporates. The steam condenses on the finned working surface 6 of the condensation chamber 2. On the cooled surface 6, micro-fins are applied with the opposite direction of the diagonal stripes, which leads to the redistribution of the condensate and the formation of jets. Using special trap collectors, excess condensate is removed. The flowing liquid film is heated to saturation temperature and its evaporation is carried out both due to the thermal energy removed from the condensation chamber, and due to the "Joule" thermal energy released in thermoelectric elements. The distillate from the condensation chamber is removed through the pipe 9, the non-evaporated liquid with a high degree of mineralization is removed from the distiller through the pipe 10, and all the heat from the condensate and the non-evaporated liquid with a high degree of mineralization is disposed of using the heat exchanger 11.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009101601/05A RU2408539C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009101601/05A RU2408539C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009101601A RU2009101601A (en) | 2010-07-27 |
| RU2408539C2 true RU2408539C2 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=42697742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009101601/05A RU2408539C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2408539C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677153C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Water distiller |
| RU193158U1 (en) * | 2019-06-17 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | MELTING KIT OF THE PLANT FOR PROCESSING POLYETHYLENE AND POLYPROPYLENE |
-
2009
- 2009-01-19 RU RU2009101601/05A patent/RU2408539C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677153C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Water distiller |
| RU193158U1 (en) * | 2019-06-17 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | MELTING KIT OF THE PLANT FOR PROCESSING POLYETHYLENE AND POLYPROPYLENE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009101601A (en) | 2010-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2924121C (en) | Systems including a condensing apparatus such as a bubble column condenser | |
| Yang et al. | Experimental study of falling film evaporation heat transfer outside horizontal tubes | |
| KR101109536B1 (en) | Evaporative Seawater Desalination System Using Phase Change Medium | |
| US20090077969A1 (en) | Heat Transfer Methods for Ocean Thermal Energy Conversion and Desalination | |
| AU2007303213B2 (en) | Heat transfer methods for ocean thermal energy conversion and desalination | |
| KR102595186B1 (en) | Liquid purification by film heating | |
| RU2666919C1 (en) | Condenser evaporating pipe | |
| US20120055776A1 (en) | Multi effect distiller with falling film evaporator and condenser cells | |
| WO2013086388A2 (en) | System and method for desalination of water using a graphite foam material | |
| RU2408539C2 (en) | Method of homogeneous fluids distillation and fluid mixes separation, and device to this end | |
| KR101534255B1 (en) | Apparatus for manufacturing distilled water | |
| EP2808068B1 (en) | Method for desalinating seawater | |
| RU2448909C2 (en) | Sea water thermo electrical desalter | |
| RU2225843C1 (en) | Thermoelectric freshening plant | |
| WO2020045662A1 (en) | Heat exchanger | |
| CN107892364A (en) | A kind of high-voltage electrostatic field formula sea water desalinating unit and seawater desalination system | |
| CN101626816A (en) | Heat transfer method for ocean thermal energy conversion and desalination | |
| JP2718972B2 (en) | Seawater desalination equipment | |
| RU2165890C1 (en) | Solar desalting unit | |
| JPS60110388A (en) | Seawater desalting apparatus | |
| KR20060019278A (en) | Evaporative Concentrator in Horizontal Tube | |
| RU2426575C2 (en) | Heating method of scale forming solutions and device for its implementation | |
| RU116063U1 (en) | EVAPORATOR | |
| CN110577251B (en) | Convection type I type evaporation condensing unit and sea water desalination device | |
| SU548286A1 (en) | Plate of rectification apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110707 |
|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20180215 |