Способ получения и накопления опресненного льда

 

Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием, может быть использовано для образования массива льда опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период года с установившимися положительными температурами для тепловых мелиорации почвогрунтов, помещений и площадок Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием и накопления опресненного льда и может быть использовано для образования массива льда из опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода ла период года с установившимися положительными температурами для тепловых медля скота, а также сельскохозяйственного орошения и пастбищного животноводства и позволяет повысить эффективность процесса. Это достигается тем, что слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, расположенного в нижней части объема минерализованной воды, лед периодически отделяют от поверхности охладителя изменением положения и формы его стенок, вызываемого изменением температуры и давления заполняющего охладитель практически несжимаемого хладоносителя, перекачиваемого насосом с тепловым приводом через охлаждающий теплообменник , установленный в воздушной среде, а отделенные от стенок охладителя образования льда доопресняют незамерзшей водой при их всплывании и смерзании с .массивом уже всплывшего льда. После отвода рассола массив льда дополнительно опресняют подачей минерализованной воды, имеющей температуру 1-4 С под массив льда. 1 ил., 4 табл. лиораций почвогрунтов, помещений и площадок для скота, а также сельскохозяйственного орошения и пастбищного животноводства. Целью изобретения является повышение эффективности процесса. На чертеже показана установка для осуществления предлагаемого способа. Установка включает в себя емкость 1, имеющую трубопровод 2 с вентилем для подвода минерализованной воды на с (О о оо ю СО 4 сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 02 F 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21 ) 4404071 / 26 (22) 05 ° 04.88 (46) 07.03.91. Нюл. Р 9 .(71) Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов (72) Э.П.Коваленко

{53) 628.165 (088.8) (56) Апельцин Э,И. и др. Опреснение воды. — M. Изд-во лит. по строительству, 1963, с, 114-115. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ

ОПРЕСНЕННОГО ЛЬДА (57) Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием, может быть использовано для образования массива льда опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период года с установившимися положительными температурами для тепловых мелиораций почвогрунтов, помещений и площадок

Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием и накопления опресненного льда и может быть использовано для образования массива льда иэ опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период года с установившимися положительными температурами для тепловых ме„.SU» 16 2 45 А1

2 для скота, а также сельскохозяйствен- ного орошения и пастбищного животноводства и позволяет повысить эффективность процесса. Это достигается тем, что слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, расположенного в нижней части объема минерализованной воды, лед периодически отделяют от поверхности охладителя изменением положения и формы его стенок, вызываемого изменением температуры и давления заполняющего охладитель практически несжимаемого хладоносителя, перекачиваемого насосом с тепловым приводом через охлаждающий теплообменник, установленный в воздушной

Я

Я среде, а отделенные от стенок охладителя образования льда доопресняют незамерзшей водой при их всплывании и смерэании с .массивом уже всплывшего льда. После отвода рассола массив льда дополнительно опресняют подачей минерализованной воды, имеющей темпе, о ратуру 1-4 С под массив льда. 1 ил,, 4 табл, 1 рва&

1 лиораций почвогрунтов, помещений и площадок для скота, а также сельскохозяйственного орошения и пастбищного животноводства.

Целью изобретения является повы- . шение эффективности процесса.

На чертеже показана установка для осуществления предлагаемого способа.

Установка включает в себя емкость

1, имеющую трубопровод 2 с вентилем для подвода минерализованной воды на

1632945 опреснение, трубопровод 3 с вентилем для отвода рассола, теплоизоляционный слой 4, размещенный на поверхности воды с воэможностью вертикального

/ смещения, насос 5 с тепловым приводом от перепада температур, периодически нагнетающий и всасывающий несжимаемый хладоноситель, которым заполнены нагнетательный трубопровод 6, подсое" 1ð диненный через охлаждающий теплооб" менник 7 к охладителю 8, и всасывающий трубопровод 9, соединяющий охладитель 8 с насосом 5, причем охлади тель 8 расположен у дна емкости 1 и выполнен с возможностью изменения линейных размеров.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость 1 с теплоизолированными 2п стенками и дном подают по трубопроводу 2 минерализованную воду, имеющую о о

1 -4 С, поверхность воды теплоизолируют слоем 4, например, синтетических гранул, нерастворяемых в воде, имею- 25 щих плотность, меньше плотности воды.

При отрицательных температурах воздуха практически несжимаемый и не-. замерзающий рабочий хладоноситель, например керосин или водный раствор Зр . NaC1 или КС1, перекачивают насосом 5 с тепловым приводом по трубопроводу 6 с жесткими стенками в охлаждающий теплообменник 7, где хладоноситель

IIpH oTpHIJBTeJIhHbIx температурах Возду ха охлаждают ниже О С и подают в охо, ладитель 8, например, сильфонного типа, имеющий возможно теплопроводные стенки, имеющие коэффициент теплового расширения, отличающийся от такого @ коэффициента воды, и изменяющие. свое положение и форму в зависимости от давления в охладителе хладоносителя.

Из охладителя 8 хладоноситель всасывают в рабочую камеру насоса 5 по 45 трубопроводу 9 с жесткими стенками.

При нагнетательном цикле насоса с тепловым проводом хладоноситель из насоса 5 подают в теплообменник 7, а иэ него под повышенным давлением— в охладитель 8. Увеличивают давление,,50 в охладителе 8, в результате изменяют положение и форму стенок охладителя 8, выполненных, например, гофрированными из листового алюминия. По мере охлаждения стенок охладителя 8 55 хладоиосители на. его внешней поверхности образуют слой льда, При цикле всасывания насоса 5 подогретый хладоноситель отсасывают из охладителя 8, уменьшают его объем в охладителе, изменяют положение и форму его стенок, отделяют намерзший на внешней поверхности слой льда, образования которого всплывают и доопресняются подогревом окружающей его водой путем растапливания линз рассола между кристаллами пресного льда, растапливающихся при температуре окружающей воды. Затем всплывшие образования льда смораживают, одновременно доопресняя водой, имеющей более высокую температуру. После окончания цикла всасывания насоса 5 хладоноситель при цикле нагнетания сначала доохлаждают в теплообменнике 7 и весь процесс повторяют.

Насос с тепловым приводом работает только при наличии перепада температур между хладоносителем, имеющим . более высокую температуру, и воздухом, имеющим более низкую температуру, причем, чем больше эта разница, тем больше интенсивность циркуляции хладоносителя.

При повышении температуры рабочего тела в насосе 5 выше заданной насос 5 не работает, что обеспечивает автоматическое отключение системы образования., льда, а образованный массив льда остается термоизолированным.

,Наличие теплоизоляционного слоя

4, выполненного с возможностью его вертикального смещения, дает возможность предохранить утечку "холода" при положительных температурах воздуха и сохранить образованный в период с отрицательными температурами воздуха массив льда, а при наступлении нового периода с отрицательными температурами воздуха продолжать его наращивание.

Температура замерзания рассола зависит от степени его минерализации: чем выше содержание солей, тем при более низкой температуре рассол замерзает.

По мере охлаждения воды охладителем на его стенках образуется, снова, слой льда, который при изменении положения и формы стенок охладителя отделяется от стенок и всплывает, При всплытии в жидкой воде остатки всплывающего льда дополнительно опресняются, опресняется также всплыв-

1 ший лед за счет таяния линз, имеющих

5 1Ь повышенное солесодержание по сравне- нию с солесодержанием незамерзшей воды у ледяного массива, и весь процесс повторяют снова. При этом необходимо иметь в виду, что изменение плотности воды с изменением температуры в пределах от 0 до 4 С является аномальным, т.е. ее плотность увеличивается с возрастанием температуры.

Таким образом осуществляют последовательное наращивание массива пресного льда и накапливание холода в период чередования отрицательных и положительных температур путем намораживания массива при отрицательных температурах воздуха, исключая его размораживание в период с отрицательными температурами.

При появлении потребностей в воде и холоде у потребителей в период года с установившимися положительными температурами ледяной массив размораживают, например, путем подвода в охладитель 8 воды или другого теплоносию теля, имеющего положительную температуру и охлаждаемого в охладителе 8 до более низких температур перед подачей потребителю (не показано) на нужды тепломелиорации. Холодная вода, полученная в результате таяния льда, также может подаваться потребителю для тепломелиорации и после ее нагревания отведенным теплом, например после охлаждения помещений, подаваться на орошение (не показано). Размораживание массива опресненного льда можно осуществлять и другими способами.

В табл.1 приведены данные, относящиеся к концентрации NaCl в слое льда и жипкости рассола после частичного домораживания воды ° содержащей

9,88 г/л NaCl.

В табл.2 приведены данные серии опытов по распределению NaC1 в слое льда, в рассоле, в растворе, эамораживаемом при -10 С (первый цикл, табл,2), при подаче новой порции воды, имеющей 3,5ОС (второй цикл, табл.3), а также данные уменьшения солесодержания во льду (табл,4).

Перекачиваемую незамерзающую при минимальной температуре практически несжимаемую жидкость нагнетают через л теплообменник 7 в охладитель 8 под повышенным давлением. Этой жидкостью, охлажденной в теплообменнике 7, линейно расширяют охладитель 8, распо-. ложенный в нижней части емкости, за2945 6

45

50 порцией воды исходной минералиэации, о имеющей температуру 1-4 С. Теплом вновь подведенной воды равномерно прогревают слой всплывшего льда и до55 Опресняют его ° Полученный холод при таянии линз рассола идет на образование кристаллов пресного льда, образующихся при температуре, большей, чем тают линзы рассола.

ЗО

35 полненной опресняемой водой, поверхность которой теплоиэолирована с возможностью вертикального смещения теплоизоляции, этой же жидкостью охлаждают его стенки и прилегающие к ним слои воды, намораживают на внешних стенках охладителя слой льда.

IIo мере подачи охлажденной жидкостй .иэ теплообменника 7 в охладитель 8 уменьшают температуру стенок послед-: него и увеличивают слой намораживаемого льда. Жесткую связь между намораживаемым слоем льда и стенками охладителя 8 наружИот линейным вдоль поверхности их контакта температурным сдвигом льда относительно поверхности стенки. После окончания цикла нагнетания до начала цикла всасывания равномерно выравнивают температуру перекачиваемой жидкости, находящейся в охладителе 8, его стенок, слоя льда и незамерзающей воды, находящейся вокруг льда, растапливают линзы рассола в образовавшемся льде, имеющие большую.степень минерализации, большую, чем степень минерализации, при которой при вновь установившейся температуре замерзающий рассол тает. Уменьшают давление перекачиваемой жидкости в ее системе всасывающим циклом насоса.

Подогретую в охладителе 8 жидкость всасывают в рабочую камеру насоса, сокращают линейно объем охладителя 8, чем отделяют и отталкивают от стенок охладителя 8 образовавшийся лед и .перемещают его всплыванием к поверхности опресняемой воды, а при всплывании в опресняемой воде его температуру равномерно повышают, чем его дополнительно опресняют. У поверхности опресняемой воды образуют слой всплывшего льда, затем процесс повторяют до образования слоя всплывшего льда необходимой толщины и достижения в незамерзающей воде заданной концентрации солей, которая не должна быть в замерзших линзах рассола, Незамерзающую воду отводят и заменяют ее новой

1632945

Т а блица 1

Отношение

Концентрация NaC1 в воде, г/л

Время замораживания, ч

Температура замораживания (средняя за указ анный период), С массы льда к массе замораживаемой воды рассоле, г/л

0,122

0,329

0,660

10,23

10,82

15,9

9,88

9,88

9,88

9,88

1,5

3,0

5,0

11олное замерзание

-13

-13

-13

-13

7,70

7,58

6,61

9,88

Та блица 2

Опыт Объем раствора, мл

Содержание

NaC1 в. растворе, r

Объем замороженного раствора, мл

62

164

152

1 400 .2 300

3 300

8,0

6,0

6,0, 0,62

2,69

2,12

16,4

13,9

Температура вновь подаваемой воды в пределах 1-4 С обеспечивает отсут.ф ствие течений, возникающих в результате неравномерного по площади слоя льда охлаждения воды и всплывания подогретой воды, чем достигается более равномерное прогревание льда, Величина перепада давления, создаваемого насосом с тепловым приводом при перепадах температуры рабочего тела, например, в 10 С при использовании в качестве рабочего тела водного раствора аммиака, содержащего

0,55 г аммиака в 1 r раствора, равна

0,6 атм, Как следует из табл,1, при концентрации солей около S=10 г/л при сохранении температурного и временного режима намораживания можно уменьшить содержание солей в воде на одну треть.

Как следует из табл.2-4, при концентрации солей S=20 г/л уже в первом цикле можно достичь уменьшения солей 25 во льду на 50Х, а во втором цйкле— ,до 41/, причем второй цикл является наиболее эффективным при доопреснении льда с большим содержанием солей. !

Состав и последовательность действий способа не зависят от концентрации солей в опресняемой воде, Формула изобретения

Способ получения и накопления опресненного льда, включающий заполнение емкости минерализованной водой, замораживание воды с образованием слоя льда и опреснение льда при чере-,. довании отрицательных и положительных температур окружающего воздуха, теплоизоляцию льда и отвод рассола, отличающийся там, что, с целью повышения эффективности процесса, слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, размещенного в нижней части емкости и выполненного с возможностью изменения линейных размеров, лед периодически отделяют от стенок охладителя изменением температуры и давления циркулирующего через охладитель несжимаемого хладоносителя с последующим дополнительным опреснением льда незамерзшей водой, при этом теплоиэоляцию размещают на поверхности воды с возможностью вертикального перемещения.

Концент- Концентрация рация NaCl во льду, NaC1 в г/л

Содержание Концентрация NaCl, NaC1 в г/л слое льда, г в растворе в слое льда

10, 1Е32945

Таблица3

Концентрация

NaC1, г

Объем воды из слоя льда, г

Верх- Нижний ний

056 0 4 ° 98 82

1,84 1.70 10,6 13,1

2 18 0 94 14 9 8 5

18 3 57 49

19 6 174 130

17 7 146 110

Та блица4

Соотношение концентраций NaCl нижнего слоя льда и раствора

Опыт

82

61,5

09 41

0,655

0,425

0,50

0,82

О, 695

2

Опыт Добавка раствора°°

1 300 6,0

2 250 5 0

3 250 5 0

Средняя концентрация

NaCl рассола, г/л

Концентрация

NaCl в нижнем слое льда после второго цикла, Х

Верх- Нижний ний

Соотношение концентраций

NaCl льда и раствора после первого цикла

Содержание

NaC1 в слое льда,г

Ко нцентрация

МаС1 в слое, льда, г/л

Верх- Нижний ний