УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОЙ ВОДЫ ИЗ НЕОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/04 B01D61/36 

Изобретение относится к устройству для получения чистой воды из неочищенной воды и, более конкретно, к такому устройству, включающему в себя испарительную систему, состоящую из первого контура, в котором циркулирует неочищенная вода, и второго контура, в котором циркулирует жидкий охладитель, а также мембранные элементы, предназначенные для разделения циркулирующей неочищенной воды и циркулирующего жидкого охладителя и для получения чистой воды из неочищенной воды посредством мембранной перегонки сквозь среду мембранных элементов, ограничивающих циркулирующую неочищенную воду.

Известно применение для очистки воды различных видов способов перегонки и известно также получение с помощью мембранной перегонки, например, пресной воды из соленой воды, например, в описании изобретения к шведским патентам 408637 и 411446.

В описании изобретения к шведскому патенту 448085 выражено стремление к максимальному использованию энергии, расходуемой на процесс. В способе используется оборудованный мембраной перегонный блок, первый блок, применяемый для нагревания предназначенной для перегонки воды и для отвода указанной воды к одной стороне мембраны, и второй блок, предназначенный для отвода более холодной, чем упомянутая выше, воды к другой стороне мембраны. Два блока соединяются между собой посредством соединительной линии, так что вода передается из второго блока в первый или отдельными порциями, или непрерывно. Воду в первом блоке нагревают до нужной температуры, пропуская эту воду через теплообменник, соединенный с источником энергии. Энергия передается от второго блока к первому блоку посредством теплового насоса и двух дополнительных теплообменников.

Возможность доступа к воде, пригодной для питья, имеет ключевое значение для выживания всего человечества. Однако, к сожалению, обеспеченность пригодной для питья водой резко отличается в различных частях мира. В тех местах, где снабжение питьевой водой является недостаточным для удовлетворения преобладающих потребностей, возникает необходимость получать питьевую воду искусственным путем, при издержках, приемлемых для людей и этих мест.

Многие из способов, приспособлений и устройств, применяемых ранее для получения пригодной для питья воды, например, из соленой воды, имеют серьезные недостатки. Так, например, такие процессы и устройства обладают высоким потреблением энергии, генерируют сильный и раздражающий шум и производят воду со слишком высокой температурой, в результате чего цена литра оказывается слишком высокой для многих людей.

Задачей настоящего изобретения является стремление к максимально возможному устранению этих и других недостатков и в результате к получению требующего небольших затрат энергии устройства, работающего со слабым шумом и дающего чистую воду и с подходящей для питьевой воды температурой около 8-10^oС.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство указанного типа, которое включает в себя испарительную систему, первый контур для неочищенной воды и второй контур для жидкого охладителя и предназначено для получения чистой воды посредством мембранной перегонки сквозь мембранные элементы, содержит также теплообменник, предназначенный для повышения температуры неочищенной воды перед тем, как указанная вода поступит в испарительную систему, причем указанный первый контур соединен с одной стороной теплообменника, а также содержит тепловой насос, предназначенный для понижения температуры жидкого охладителя перед тем, как охладитель поступит в испарительную систему, причем высокотемпературная сторона теплового насоса соединена с входной стороной второго контура через другую сторону теплообменника и охлаждающего устройства, и в котором низкотемпературная сторона теплового насоса соединена с выходной стороной второго контура.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, иллюстрирующий устройство, изготовленное согласно настоящему изобретению.

Показанное на чертеже устройство включает в себя испарительную систему 10, которая содержит первый контур 101, в котором циркулирует неочищенная вода из резервуара для неочищенной воды, второй контур 102, в котором циркулирует жидкий охладитель (вода), и мембранные элементы для отделения циркулирующей неочищенной воды от циркулирующего жидкого охладителя и для получения из неочищенной воды чистой воды посредством мембранной перегонки сквозь мембранные элементы. Сама мембранная перегонка хорошо известна из упомянутых выше описаний изобретений к патентам и не нуждается в дополнительном описании здесь.

Показанное на чертеже устройство включает в себя теплообменник 11, предназначенный для повышения температуры неочищенной воды перед тем, как указанная вода поступает в испарительную систему 10, и соединенный одной стороной 111 с первым контуром 101. В проиллюстрированном случае первоначальная температура воды равна 67^oС, в то время как температура воды, поступающей в испаритель 10, составляет 70^oС.

Температуру жидкого охладителя понижают перед тем, как охладитель поступает в испарительную систему 10, с помощью теплового насоса 12. Высокотемпературная сторона 121 теплового насоса соединяется с входной стороной 1021 второго контура через другую сторону 112 теплообменника 11 и охлаждающего устройства 13. Низкотемпературная сторона 122 теплового насоса 12 соединяется с выходной стороной 1022 второго контура 102.

Охлаждающее устройство 13 включает в себя конденсатор 131, влагоотделитель 132 и капиллярную трубку 133 и предназначено для понижения температуры жидкого охладителя с 70^oС до 5^oС. Температура охладителя, покидающего испарительную систему 10, равна 8^oС.

Способ работы схематически показанного устройства следующий.

В начале процесса очистки тепловой насос 12 запускают таким образом, чтобы подводить тепло к теплообменнику 11 и охлаждать испарительную систему 10. Одновременно происходит активация водяного насоса 14, который всасывает неочищенную воду из резервуара с неочищенной водой в теплообменник 11, в котором неочищенная вода нагревается и затем перекачивается в первый контур 101 испарительной системы 10.

Когда горячая вода циркулирует между мембранами в испарителе 10 и оказывается поблизости от жидкого охладителя, пропускаемого в охлаждающих пластинах, возникает давление насыщенного пара, вызывающее прохождение молекул воды сквозь мембраны и их конденсацию на охлаждающих пластинах, с которых происходит отекание полученного конденсата вниз и его накопление на выходе 103.

В устройстве описанной конструкции будут использоваться практически все доступные в процессе работы теплового насоса тепло и холод, т.е. генерируемое тепло используется для нагревания неочищенной воды одновременно с использованием генерируемого холода для поддержания давления насыщенного пара с целью осуществления способа, что ведет к низкому расходу энергии.

Способность нового устройства к очистке воды была проверена с одновременным осуществлением ряда аналитических измерений. Концентрация в воде некоторых веществ до и после осуществления очистки: бактерии - от 14000 до 0; соли - 31000 до 1 млн^-1; радон - 380 до 4 Бк/л; плутоний - от 2,4 до 0,1 Бк.

Самая высокая и самая низкая степень очистки по результатам трех различных измерений по каждому веществу, %:
Хлороформ - 99,8-98,6
1,1,1-Трихлорэтан - 99,9-99,6
Трихлорэтилен - 99,7-99,4
Дихлорбромметан - 99,8-98,7
Тетрахлорид углерода - 99,7-98,7
Дибромхлорметан - 99,7-98,7
Бромоформ - 99,6-97,8.

Устройство для получения чистой воды из неочищенной воды включает в себя испарительную систему (10), имеющую первый контур (101) для циркуляции неочищенной воды, второй контур (102) для циркуляции жидкого охладителя и мембранные элементы, предназначенные для отделения циркулирующей неочищенной воды от циркулирующего жидкого охладителя и для получения из неочищенной воды чистой воды посредством мембранной перегонки сквозь мембранные элементы. С первым контуром (101) соединяется одна сторона (111) теплообменника (11), предназначенного для повышения температуры неочищенной воды перед тем, как указанная вода поступит в испарительную систему (10). Устройство содержит также тепловой насос (12), предназначенный для понижения температуры жидкого охладителя перед тем, как охладитель поступит в испарительную систему (10). Высокотемпературная сторона (121) вакуумного насоса соединяется с входной стороной (1021) второго контура (102) через другую сторону (112) теплообменника (11) и охлаждающего устройства (13). Низкотемпературная сторона (122) теплового насоса соединяется с выходной стороной (1022) второго контура (102). В устройстве используются практически все доступные в процессе работы теплового насоса тепло и холод, что ведет к низкому расходу энергии. 1 ил.

Устройство для получения чистой воды из неочищенной воды, которое включает в себя испарительную систему (10), имеющую первый контур (101) для циркуляции неочищенной воды, второй контур (102) для циркуляции жидкого охладителя и мембранные элементы, предназначенные для отделения циркулирующей неочищенной воды от циркулирующего жидкого охладителя и для получения из неочищенной воды чистой воды посредством мембранной перегонки сквозь среду мембранных элементов, ограничивающих циркулирующую неочищенную воду, отличающееся тем, что это устройство содержит теплообменник (11), предназначенный для повышения температуры неочищенной воды перед тем, как указанная вода поступит в испарительную систему (10), и одна сторона (111) которого соединена с первым контуром (101), а также тем, что устройство содержит также тепловой насос (12), предназначенный для понижения температуры жидкого охладителя перед тем, как охладитель поступит в испарительную систему (10), причем высокотемпературная сторона (121) вакуумного насоса соединена с входной стороной (1021) второго контура (102) через другую сторону (112) теплообменника (11) и охлаждающего устройства (13) и низкотемпературная сторона (122) указанного теплового насоса соединена с выходной стороной (1022) второго контура (102).