СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕСНОЙ ВОДЫ И ОПРЕСНИТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК B01D1/26 C02F1/04 C02F103/08 

Изобретение относится к устройствам для опреснения воды и может быть использовано для производства пресной воды из морских и минерализованных вод и промышленных стоков.

Известен способ получения пресной воды, описанный в работе устройства опреснителя в авторском свидетельстве 1669468, опубликованном 15.08.91. Бюл. 30, включающий подачу соленой воды с предварительным подогревом до определенной температуры в камеру, доводят ее до объемного кипения и образующийся пар конденсируют в коллекторе, а затем собирают и отводят потребителю. Этот способ предполагает сложную в изготовлении установку, которая будет энергоемкой и потребует значительных эксплуатационных затрат.

Известен опреснитель морской воды, содержащий насос отбора морской воды, блок камер с конденсаторами, влагоотделителями, смесителями и теплообменниками, к которым компрессором через нагреватель подается горячий воздух и морская вода, и систему водопроводов с запорными и обратными клапанами. См., например, описание к авторскому свидетельству 1669468, опубликованному 15.08.91. Бюл. 30. Этот опреснитель сложен в изготовлении, энергоемок, требует значительных эксплуатационных затрат.

Известен способ получения пресной воды, взятый за прототип и описанный в работе устройства опреснителя по патенту РФ 2013315, публикованному 30.05.94. Бюл. 10, включающей подачу соленой воды с предварительным подогревом в теплообменнике, затем в конденсаторах, дополнительных теплообменниках и, наконец, в смесительных камерах распылителей, где она распыляется в камерах при пониженном давлении и образовавшийся водяной пар конденсируется снизу лотков более холодной морской воды и стекает в лотки для пресной воды, расположенные снизу, и затем к потребителю. Этот способ предполагает сложную в изготовлении установку, которая будет энергоемкой и потребует значительных эксплуатационных затрат.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является опреснитель, содержащий насос отбора морской воды, нагреватель, разделительную камеру, холодильник и систему трубопроводов с насосами для отбора рассола и воды, см. описание к патенту РФ 2013315, публикованному 30.05.94, Бюл. 10.

Хотя по сравнению с аналогом этот опреснитель более прост и экономичен в изготовлении, его эксплуатация предполагает плановые остановки для профилактических работ поддержания режима вращения. А производительность впрямую зависит от размера установки. При этом увеличение размеров установки ведет к увеличению энергетических затрат, и в конечном итоге повышаются затраты на единицу объема получаемой пресной воды.

Задачей, на решение которой направлена группа изобретений, является получение дистиллята с помощью более простого способа и надежного в эксплуатации устройства. Ожидаемый технический результат заключается в уменьшении энергозатрат на единицу объема получаемой продукции - пресной воды, упрощение сервисного обслуживания.

Для этого в способе, включающем подачу предварительно подогретой соленой воды в испарительную камеру, ее испарение, конденсацию и сбор потребителю, дополнительно производят параллельную подачу пресной воды в камеру конденсации, где производят захват ею и конденсацию паров соленой воды и отбор излишков пресной воды потребителю, при этом подачу соленой и пресной воды в испарительную камеру производят в два этапа, включающих разрежение и напор, а объем подачи пресной воды превышает объем подачи соленой воды, при этом температура соленой воды превышает температуру холодной воды не менее чем на 18^oС.

Для этого устройство опреснителя, содержащее камеру испарения, камеру конденсации и систему трубопроводов с арматурой для подачи и слива соленой и пресной воды дополнительно включает: бак пресной воды с системой ее охлаждения и подачи в камеру конденсации и корпус, в днище и крышке которого размещены перегородки, разделяющие соленую и пресную воду, а между корпусом и крышкой размещены панели с отверстиями или форсунками, через которые соответственно соленая и пресная вода стекают в виде капель в камеры испарительные и конденсационные, разделенные сепаратором, а внутри камеры конденсации расположен вакуумный коллектор, соединенный с вакуумным насосом через запорный клапан, а также охладитель, бассейн нагрева соленой воды, бак-накопитель соленой воды. Опреснитель снабжен указателями уровня заполнения камеры испарения, камеры конденсации, баков пресной воды. А система трубопроводов с арматурой для подачи и слива соленой и пресной воды включает насосы, вентили, расходомеры и фильтры.

На чертеже изображена схема опреснителя.

На практике реализация предложенного способа осуществляется следующим образом. Из источника соленой воды, которым может быть, например, море, океан, озеро производят ее отбор и нагрев солнечным теплом до температуры 40-45^oС. Затем осуществляют подачу нагретой соленой воды в камеру испарения в виде падающих капель. Одновременно берут определенный объем пресной воды, охлаждают ее до температуры 18^oС и подают ее в камеру конденсации в виде падающих капель. Потоки капель соленой и пресной воды падают параллельно друг другу в замкнутом ограниченном пространстве корпуса 1. Одновременно с подачей соленой и пресной воды производят вакуумирование камеры с таким расчетом, чтобы подогретая соленая вода начинала испаряться, и образующийся пар проходил через капли падающей пресной воды и оседал на них, создавая ее излишки. Затем излишки собирают в дополнительную емкость потребителю.

Опреснитель состоит из корпуса 1 и крышки 2. Крышка и днище корпуса опреснителя разделены на отсеки 3 соленой и отсеки 4 пресной воды перегородками 5 и 6. Корпус имеет камеры испарения 7, камеры конденсации 8, сепараторы 9, указатели уровней соленой 10 и пресной 11 воды, вакуумные коллекторы 12 для создания и поддержания необходимого разрежения и отсоса воздуха и растворенных газов с помощью вакуумного насоса 13 через клапан 14. Крышка 2 в нижней части имеет панели 15 и 16 с отверстиями или форсунками через которые, соответственно, соленая и пресная вода стекает в виде капель в испарительные 7 и конденсационные 8. Опреснитель имеет системы подачи и слива соленой и пресной воды. Система подачи пресной воды включает бак 17 с уровнемером 18 насос 19, расходомер 20 вентили 21 и 22. Система слива пресной воды включает бак-накопитель 23 с уровнемером 24 и вентилем 25, через который дистиллят поступает в минерализатор и обеззараживатель (на чертеже не показаны), а затем потребителю. Слив пресной воды из корпуса опреснителя производится через вентиль 26 в бак 17 и через вентиль 27 в бак-накопитель 23. Бак 17 имеет охладитель 28. Система подачи соленой воды включает насос 29 с фильтром 30, вентиль 31, бассейн 32 для нагрева соленой воды солнечным теплом, насос 33 и бак-накопитель 34, фильтр 35, насос 36 с расходомером 37 и вентили 38, 39 для регулирования напора. Система слива соленой воды из опреснителя производится через вентили 40 и 41.

Опреснитель работает следующим образом. Предварительно открывается вентиль 31 и насосом 29 через фильтр 30 бассейн 32 заполняется соленой водой, где она солнечным теплом нагревается до температуры 40-45^oС, а затем насосом 33 перекачивается в бак-накопитель соленой воды 34, который обеспечивает работу опреснителя в ночное время, когда нет солнца. Одновременно с этим через вентиль 42 из внешнего источника заполняется пресной водой бак 17, в котором вода охлаждается с помощью охладителя 28 до температуры 16-18^oС. Контроль заполнения бака ведется по уровнемеру 18. После заполнения бассейна 32 и баков 34 и 17 открывается клапан 14 и включается вакуумный насос 13, с помощью которого в корпусе опреснителя создается разрежение, равное 5-7 м водного столба. После этого открываются вентили 39, 38 на линии подачи и 40, 41 на линии слива соленой воды. Одновременно открываются вентили 21 и 22 на линии подачи и 26 на линии слива пресной воды из корпуса 1 опреснителя. Включается насос 36, и подогретая соленая вода подается в отсеки 3 крышки 2 опреснителя и через отверстия в панелях 15 или форсунки (на чертеже их конкретные конструкции не показаны) попадает в виде капель в камеры испарения 7. Контроль и регулирование расхода соленой воды ведется с помощью расходомера 37 и вентилей 38, 39, 40 и 41. Попадая в отсеки днища корпуса опреснителя, соленая вода затем по трубопроводам слива соленой воды стекает в источник соленой воды (море или озеро) и частично в бассейн 32 для повторной подачи в опреснитель. Одновременно с насосом 36 включается насос 19, и холодная пресная вода подается в отсеки 4 крышки 2 опреснителя и через отверстия в панелях 16 или форсунки (на чертеже их конкретные конструкции не показаны) стекает в виде капель в камеры конденсации 8. Контроль и регулирование расхода пресной воды ведется с помощью расходомера 20 и вентилей 21, 22 и 26. Попадая в отсеки днища корпуса опреснителя, нагретая пресная вода затем по трубопроводам слива пресной воды возвращается в бак 17, где охлаждается и вновь подается в отсеки 4 крышки 2. Излишки пресной воды, которые образуются при конденсации паров, отбираются через вентиль 27 в бак-накопитель 23. Нагретая соленая вода, попадая в виде капель в разреженные полости камер испарения 7, интенсивно испаряется. Образующийся пар будет стремиться попасть в зону пониженного давления, т.е. в сторону вакуумных коллекторов 12. Проходя через сепараторы 9, которые охлаждаются холодной водой из отсеков 4, пар частично охлаждается на них и каплями стекает вниз. Основная же масса пара попадает под холодные капли пресной воды, конденсируется на них и также стекает вниз на днище корпуса 1, а затем в бак 17. Таким образом, пресная вода, проходя по замкнутому контуру, конденсируя на себе пары соленой воды, нагревается. Поэтому чтобы процесс конденсации не прерывался, пресная вода, попадая в бак 17, охлаждается перед подачей в камеры конденсации. Для обеспечения расчетной производительности опреснителя разность между температурой поступающей соленой воды и охлаждаемой пресной должна составлять не менее 18^oС. Для сохранения перепада температур перегородки 5 и 6 служат одновременно и тепловыми мостами, предотвращая теплообмен между горячей и холодной водой. В дальнейшем при установившемся режиме разрежение постоянно обеспечивается столбом воды, который образуется в трубопроводах соленой и пресной воды, и в днище корпуса опреснителя на уровне 5-7 метров, но ниже перегородок 7. С этой целью корпус устанавливается на специальных опорах (на чертеже они не показаны), высота которых определяется в зависимости от высоты над уровнем моря в данной местности, где она эксплуатируется.

Таким образом, способ получения пресной воды и конструкция опреснителя позволяют использовать обращаемую по замкнутому контуру пресную воду в качестве конденсатора. Установка может работать в автоматическом режиме и обслуживаться одним-двумя операторами. Она рассчитана на работу в южных районах, где можно использовать для нагрева соленой воды солнечную энергию, а для охлаждения пресной воды - циркулирующие по замкнутому контуру подземные природные источники. Это дает возможность в отличие от трубчатых и других конструкций, снизить температурный напор (перепад) между осаждающимся паром и хладоагентом и повысить эффективность работы опреснителя Корпус опреснителя может быть выполнен прямоугольной или цилиндрической (коаксиальной) формы. Кроме того, для повышения производительности и снижения энергозатрат можно построить опреснительную установку в виде соединенных в блоки модулей. Предлагаемый опреснитель требует минимального сервисного обслуживания т к. может работать в автоматическом режиме.

Такой способ и опреснитель с объемом камеры 50 м³ и расходом соленой и пресной воды по 87,5 л/с позволяют обеспечить выход пресной воды потребителю 0,6-1,2 л/с.

Способ получения пресной воды и опреснитель для его осуществления могут быть использованы для производства пресной воды из морских и минерализованных вод и промышленных стоков. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение дистиллята с помощью более простого способа и надежного в эксплуатации устройства. Ожидаемый технический результат заключается в уменьшении энергозатрат на единицу объема получаемой продукции - пресной воды, упрощение сервисного обслуживания. Для этого в способе, включающем подачу предварительно подогретой соленой воды в испарительную камеру, ее испарение, конденсацию и сбор потребителю, дополнительно производят параллельную подачу пресной воды в камеру конденсации, где производят захват ею и конденсацию паров соленой воды и отбор излишков пресной воды потребителю, при этом подачу соленой и пресной воды в испарительную камеру производят в два этапа, включающих разрежение и напор, а объем подачи пресной воды превышает объем подачи соленой воды, при этом температура соленой воды превышает температуру холодной воды не менее чем на 18^oС. Опреснитель содержит камеру испарения, камеру конденсации и систему трубопроводов с арматурой для подачи и слива соленой и пресной воды, бак пресной воды с системой ее охлаждения и подачи в камеру конденсации и корпус, в днище и крышке которого размещены перегородки, разделяющие соленую и пресную воду. Между корпусом и крышкой размещены панели с отверстиями или форсунками, через которые соответственно соленая и пресная вода стекает в виде капель в испарительную и конденсационную камеры, разделенные сепаратором. Внутри конденсационной камеры расположен вакуумный коллектор, соединенный с вакуумным насосом через запорный клапан, а также охладитель, бассейн нагрева соленой воды, бак-накопитель соленой воды. Опреснитель снабжен указателями уровня заполнения камеры испарения, камеры конденсации, баков пресной воды. Система трубопроводов с арматурой для подачи и слива соленой и пресной воды включает насос, вентили, расходомеры и фильтры. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения пресной воды, включающий подачу предварительно подогретой соленой воды в испарительную камеру, ее испарение, конденсацию и сбор потребителю, отличающийся тем, что одновременно с подачей предварительно подогретой соленой воды производят параллельную подачу охлаждаемой пресной воды в камеру конденсации и производят захват ею и конденсацию паров соленой воды и отбор излишков пресной воды потребителю, при этом подачу соленой и пресной воды осуществляют посредством разрежения и напора, при котором объем подачи пресной воды превышает объем подачи соленой воды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура соленой воды превышает температуру холодной воды не менее чем на 18^oС. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем подачи пресной воды превышает объем подачи соленой воды в два раза. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный подогрев соленой воды производят солнечным теплом. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор излишков пресной воды потребителю осуществляется через дополнительный бак пресной воды. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение пресной воды производят подземными природными источниками. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрежение создается в пределах 5-7 м водного столба. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слитая соленая вода частично поступает в бассейн для повторной подачи в опреснитель. 9. Опреснитель, состоящий из корпуса с камерами испарения и конденсации, системы подачи и слива соленой и пресной воды, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бассейн нагрева соленой воды и бак-накопитель соленой воды, бак пресной воды с системой ее охлаждения и подачи в камеру конденсации, внутри которой расположен вакуумный коллектор, соединенный с вакуумным насосом через запорный клапан, в днище и крышке корпуса размещены перегородки, разделяющие соленую и пресную воду, между корпусом и крышкой размещены панели с отверстиями, через которые соответственно соленая и пресная вода стекает в виде капель в камеры испарительную и конденсации, разделенные сепараторами, сам корпус размещен на опорах определенной высоты, система подачи и слива соленой и пресной воды включает насосы, вентили расходомеры и фильтры. 10. Опреснитель по п. 9, отличающийся тем, что перегородки, разделяющие соленую и пресную воду и размещенные в днище и крышке корпуса, выполнены в виде тепловых мостов. 11. Опреснитель по п. 9, отличающийся тем, что отверстия в панелях выполнены в виде форсунок. 12. Опреснитель по п. 9, отличающийся тем, что он снабжен указателями уровня заполнения камеры испарения, камеры конденсации и баков пресной воды. 13. Опреснитель по п. 9, отличающийся тем, что высота опор определена высотой размещения его над уровнем моря. 14. Опреснитель по п. 9, отличающийся тем, что корпус может быть выполнен прямоугольной или цилиндрической коаксиальной формы.