Устройство и способ для опреснения морской воды
Владельцы патента RU 2553880:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение"Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и оборудованию для опреснения морской воды, и может найти применение при проектировании и создании устройств для получения очищенной пресной воды и использования ее в сельском хозяйстве и других областях народного хозяйства. С помощью предлагаемых способа и устройства можно получать очищенную пресную воду за счет испарения и конденсации водяных паров в прибрежных районах и на морских платформах. Способ опреснения морской воды с использованием соответствующего устройства включает ее испарение и конденсацию водяного пара, морскую воду берут раздельно из верхних теплых и нижних холодных слоев, причем теплую воду направляют на испарение, а холодную воду используют для конденсации водяного пара, получаемого из нагретой морской воды и атмосферного воздуха. Изобретение обеспечивает сокращение энергоемкости, металлоемкости и повышение удельной производительности устройства для опреснения морской воды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и оборудованию для опреснения морской воды, и может найти применение при проектировании и создании устройств для получения очищенной пресной воды и использования ее в сельском хозяйстве и других областях народного хозяйства.
С помощью предлагаемых способа и устройства можно получать очищенную пресную воду за счет испарения и конденсации водяных паров в прибрежных районах и на морских платформах.
Известны способы опреснения морской воды, включающие испарение и конденсацию водяного пара - «способ опреснения морской воды путем утилизации низкопотенциального тепла и устройство для его осуществления», содержащее теплообменники, системы оборотного водоснабжения, тепловой насос, вакуумную камеру, расположенные в ней вращающиеся криволинейные каналы (патент РФ №2359917, от 27.06.09).
Недостатками этого способа и устройства являются большие капитальные и эксплуатационные затраты и сложность конструкции.
Известна установка для получения пресной воды, работающая по способу испарения и конденсации водяного пара с использованием естественного холода, содержащая теплообменник, конденсатор, воздуховоды, гидронасос, размещенный в нижней части гибкого шланга, электровентилятор, цилиндрический каплеуловитель (патент РФ №2169237, Б.И. №17 от 20.06.2001).
Недостатками установки, работающей по этому способу, являются большие капитальные и эксплуатационные затраты.
Из известных способов и устройств для опреснения и очистки воды наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для опреснения морской воды способом испарения и конденсации водяного пара (патент РФ №2309125, опубл. 27.10.07).
Известное устройство для опреснения морской воды содержит две опоры высотой более 10 м, расположенные на них два герметичных бака, паропровод, трубопроводы, охлаждающий и нагревающий теплообменники, теплохолодильную установку, расположенную рядом с баками, обратные клапаны, датчики уровня, испарительный бак, насосы, форсунки системы орошения.
Недостатками известного способа и устройства такого типа являются большая энергоемкость и металлоемкость, низкая удельная производительность при опреснении морской воды.
Задачей предлагаемого изобретения являются сокращение энергоемкости, металлоемкости и повышение удельной производительности устройства для опреснения морской воды.
В результате использования изобретения появляется возможность сократить энергоемкость, металлоемкость и повысить удельную производительность установки для опреснения морской воды.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для опреснения морской воды, содержащем конденсаторную полость с трубчатым теплообменником, форсунки, приемный бак, подводящую трубу, насос морской воды с фильтром, насос пресной воды, теплохолодильную установку и соединенные с ней охлаждающий теплообменник и нагревательный теплообменник, установленный в испарительном баке, вентилятор, бак пресной воды, паропровод, блок управления, конденсаторная полость выполнена в виде вертикального сетчатого стакана, завершающегося в нижней части приемным баком, соединенным отводящей трубой и краном с баком пресной воды, нижняя часть которого соединена насосом, краном и трубопроводом с верхней частью конденсаторной полости, причем на части трубопровода, входящей в верхнюю часть конденсаторной полости, вертикально установлены форсунки, а над конденсаторной полостью помещен вентилятор, причем нижняя часть трубчатого теплообменника, помещенного в конденсаторной полости, выходит из нее над приемным баком и соединяется с подводящей трубой, проходящей через охлаждающий теплообменник, и далее соединяется с подающим шлангом, насосом морской воды и фильтром для воды, установленными в глубине моря, а верхняя часть трубчатого теплообменника выходит из верхней части конденсаторной полости и соединяется со сливной трубой и вертикальной трубой, соединенной с теплоизолированным испарительным баком, на которой установлены электромагнитный клапан и жиклерное отверстие, а на боковой стенке испарительного бака в его нижней части установлены датчики верхнего и нижнего уровня, электрически связанные с блоком управления и электромагнитным клапаном, а на испарительном баке на верхней стенке установлен каплеотбойник и далее вакуумный насос, соединенный с паропроводом, проходящим в конденсаторную полость, а в верхней части испарительного бака установлены перегородки, имеющие донные отверстия, причем донные отверстия соседних перегородок смещены друг относительно друга и имеют борта по периметру, обращенные вверх, а в нижней части испарительного бака установлен сливной патрубок, сообщающийся с вакуумным краном, насосом и обратным клапаном, причем в верхних слоях морской воды установлен дополнительный насос с фильтром, соединенный трубой и обратным клапаном с вертикальной трубой перед электромагнитным клапаном.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе опреснения морской воды, включающем ее испарение и конденсацию водяного пара, морскую воду берут раздельно из верхних теплых и нижних холодных слоев, причем теплую воду направляют на испарение, а холодную воду используют для конденсации водяного пара, получаемого из нагретой морской воды и атмосферного воздуха.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены общая схема предлагаемого устройства и способа для опреснения морской воды.
Устройство для осуществления способа опреснения морской воды содержит: конденсаторную полость 1 с трубчатым теплообменником 2, форсунки 3, приемный бак 4, подводящую трубу 5, насос морской воды 6 с фильтром 7, насос пресной воды 8, теплохолодильную установку 9 и соединенные с ней охлаждающий теплообменник 10 и нагревательный теплообменник 11, установленный в испарительном баке 12, вентилятор 13, бак для пресной воды 14, паропровод 15, блок управления 16, причем конденсаторная полость 1 выполнена в виде вертикального сетчатого стакана, завершающегося в нижней части приемным баком 4, соединенным отводящей трубой и краном 17 с баком пресной воды 14, нижняя часть которого соединена насосом пресной воды 8, краном 18 и трубопроводом 19 с верхней частью конденсаторной полости 1, причем на части трубопровода 19, входящей в верхнюю часть конденсаторной полости 1 вертикально установлены форсунки 3, а над конденсаторной полостью помещен вентилятор 13, причем нижняя часть трубчатого теплообменника 2, помещенного в конденсаторной полости 1, выходит из нее над приемным баком 4 и соединяется с подводящей трубой 5, проходящей через охлаждающий теплообменник 10, и далее соединяется с подающим шлангом 20, насосом морской воды 6 и фильтром 7 для воды, установленном в глубине моря, а верхняя часть трубчатого теплообменника 2 выходит из верхней части конденсаторной полости 1 и соединяется со сливной трубой 21 и вертикальной трубой 22, соединенной с теплоизолированным испарительным баком 12, на которой установлен электромагнитный клапан 23 и жиклерное отверстие 24, а на боковой стенке испарительного бака 12 в его нижней части установлены датчики верхнего 25 и нижнего 26 уровня, электрически связанные с блоком управления 16 и электромагнитным клапаном 23, а на испарительном баке 12 на верхней стенке установлен каплеотбойник 27 и далее вакуумный насос 28, соединенный с паропроводом 15, проходящим в конденсаторную полость 1, а в верхней части испарительного бака 12 установлены перегородки 29, имеющие донные отверстия 30, причем донные отверстия 30 соседних перегородок смещены друг относительно друга и имеют борта по периметру, обращенные вверх, а в нижней части теплоизолированного испарительного бака 12 установлен сливной патрубок 31, сообщающийся с вакуумным краном 32, насосом 33 и обратным клапаном 34, причем в верхних слоях морской воды установлен дополнительный насос 35 с фильтром 36, соединенный трубой 37 и обратным клапаном 38 с вертикальной трубой 22 перед электромагнитным клапаном 23.
Предлагаемый способ опреснения морской воды содержит следующую последовательность операций:
1. Подача теплой воды из верхних слоев морской воды в испарительный бак и получение водяного пара.
2. Подача холодной морской воды из глубинных слоев на охлаждающие теплообменники.
3. Подача водяного пара из испарительного бака и из воздуха на охлаждающие поверхности конденсаторной полости.
4. Конденсация водяного пара, получение пресной воды и перекачка ее потребителю.
Способ опреснения морской воды осуществляют следующим образом. Теплую морскую воду подают в испарительный бак 12 из верхних слоев дополнительным насосом 35 через фильтр 36, где она догревается и испаряется.
Холодную морскую воду подают с морской глубины из холодных слоев через фильтр 7 насосом морской воды 6. Морская вода по подающему шлангу 20 проходит через охлаждающий теплообменник 10 проточного типа, связанный с теплохолодильной установкой 9, и доохлаждается. Далее, по подводящей трубе 5 холодную воду подают в трубчатый теплообменник 2, расположенный в конденсаторной полости 1, выполненной в виде сетчатого стакана, над которым помещен вентилятор 13, автоматически включаемый с блока управления 16 при высокой влажности воздуха, и по сливной трубе 21 ее возвращают в море.
Водяной пар направляют в конденсаторную полость 1 двумя путями: из воздуха, всасываемого или нагнетаемого реверсивным вентилятором 13, и от вакуумного насоса 28, установленного над испарительным баком 12, который выполнен теплоизолированным в герметичном исполнении и окрашивается в черный цвет. В нижней части испарительного бака 12 размещают нагревательный теплообменник 11, соединенный с теплохолодильной установкой 9, блоком управления 16 и охлаждающим теплообменником 10. Догрев нагретой морской воды в испарительном баке 12 производится от нагревательного теплообменника 11 и за счет энергии, полученной при доохлаждении морской воды в охлаждающем теплообменнике 10.
Конструкция перегородок 29 со смещенными друг относительно друга донными отверстиями 30, имеющими борта по периметру, размещенных в верхней части испарительного бака 12 гарантирует их заполнение испаряемой водой, а, следовательно, увеличение площади и интенсивности испарения при заполнении. В люке на верхней стенке испарительного бака 12 установлен каплеотбойник 27, препятствующий попаданию воды в расположенный далее вакуумный насос 28, создающий вакуум и понижающий температуру кипения испаряемой жидкости. Вода из трубчатого теплообменника 2 поступает в сливную трубу 21, по которой она попадает в море, и в вертикальную трубу 22, на которой установлены электромагнитный клапан 23 и жиклерное отверстие 24. В эту же трубу 22 подается теплая морская вода по трубе 37 из дополнительного насоса 35 и фильтра 36, установленных в верхних теплых слоях. По команде датчика нижнего уровня 26 электромагнитный клапан 23 открывается и теплая морская вода через регулируемое жиклерное отверстие 24 под действием вакуума поступает во внутреннее пространство испарительного бака 12 на верхнюю из перегородок 29, многократно увеличивающих поверхность испарения. Остаточная часть воды по сливной трубе 21 возвращается в море.
Поступление испаряемой жидкости в испарительный бак 12 прекращается по сигналу датчика верхнего уровня 25, установленного в испарительном баке 12, и возобновляется по сигналу датчика нижнего уровня 26. Водяной пар поступает в конденсаторную полость 1 от вакуумного насоса 28 по теплоизолированному паропроводу 15 и от вентилятора 13. Конденсация происходит на охлаждаемых поверхностях трубчатого теплообменника 2 и на поверхностях частиц холодной опресненной жидкости, распыляемой форсунками 3, подаваемой из бака пресной воды 14 через насос пресной воды 8, кран 18 и трубопровод 19. Пресная вода стекает из конденсаторной полости 1 в приемный бак 4 и поступает через отводящую трубу и кран 17 в бак пресной воды 14, откуда насосом пресной воды 8 через кран 18 подается потребителю. При очистке из испарительного бака 12 концентрированный соляной раствор удаляется через сливной патрубок 31 и обратный клапан 34 на переработку или в дренаж. Насос 33 работает в импульсном режиме, включаясь на период импульса по команде датчика нижнего уровня 26 с блока управления 16, периодически освобождая установку от соляного раствора. Для очистки испарительного бака 12 в него периодически подается морская вода. Для повышения эффективности установки теплая вода из верхних слоев подается дополнительным насосом 35 через фильтр 36 по трубе 37, обратный клапан 38, вертикальной трубе 22, жиклерное отверстие 24 в испарительный бак 12, а излишняя часть - по сливной трубе 21 в море.
Применение предлагаемого устройства и способа позволит значительно снизить удельный расход энергии на опреснение морской воды по сравнению с известными способами и устройствами.
1. Устройство для опреснения морской воды, содержащее конденсаторную полость с трубчатым теплообменником, форсунки, приемный бак, подводящую трубу, насос морской воды с фильтром, насос пресной воды, теплохолодильную установку и соединенные с ней охлаждающий теплообменник и нагревательный теплообменник, установленный в испарительном баке, вентилятор, бак пресной воды, паропровод, блок управления, отличающееся тем, что конденсаторная полость выполнена в виде вертикального сетчатого стакана, завершающегося в нижней части приемным баком, соединенным отводящей трубой и краном с баком пресной воды, нижняя часть которого соединена насосом, краном и трубопроводом с верхней частью конденсаторной полости, причем на части трубопровода, входящей в верхнюю часть конденсаторной полости, вертикально установлены форсунки, а над конденсаторной полостью помещен вентилятор, причем нижняя часть трубчатого теплообменника, помещенного в конденсаторной полости, выходит из нее над приемным баком и соединяется с подводящей трубой, проходящей через охлаждающий теплообменник и, далее, соединяется с подающим шлангом, насосом морской воды и фильтром для воды, установленными в глубине моря, а верхняя часть трубчатого теплообменника выходит из верхней части конденсаторной полости и соединяется со сливной трубой и вертикальной трубой, соединенной с теплоизолированным испарительным баком, на которой установлены электромагнитный клапан и жиклерное отверстие, а на боковой стенке испарительного бака в его нижней части установлены датчики верхнего и нижнего уровня, электрически связанные с блоком управления и электромагнитным клапаном, а на испарительном баке на верхней стенке установлен каплеотбойник и далее вакуумный насос, соединенный с паропроводом, проходящим в конденсаторную полость, а в верхней части испарительного бака установлены перегородки, имеющие донные отверстия, причем донные отверстия соседних перегородок смещены друг относительно друга и имеют борта по периметру, обращенные вверх, а в нижней части испарительного бака установлен сливной патрубок, сообщающийся с вакуумным краном, насосом и обратным клапаном, причем в верхних слоях морской воды установлен дополнительный насос с фильтром, соединенный трубой и обратным клапаном с вертикальной трубой перед электромагнитным клапаном.
2. Способ опреснения морской воды с использованием устройства по п. 1, включающий ее испарение и конденсацию водяного пара, отличающийся тем, что морскую воду берут раздельно из верхних теплых и нижних холодных слоев, причем теплую воду направляют на испарение, а холодную воду используют для конденсации водяного пара, получаемого из нагретой морской воды и атмосферного воздуха.
