Система и способ очистки воды Российский патент 2019 года по МПК C02F9/10 C02F1/38 C02F1/02 B04C9/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в целом относится к области нагревания жидкостей, в частности, к системе и способу очистки воды.

Декларация о государственном финансировании исследований – отсутствует.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как описано в патентах США №№ 7866380 и 7959814, одной из насущных потребностей в мире является питьевая вода. Огромное количество людей умирает каждый год из-за того, что вода, которую они потребляют, является зараженной. В некоторых регионах люди вынуждены тратить большое количество времени на доставку воды вручную из отдаленного источника в свои дома и деревни, чтобы не подвергать себя риску при потреблении непроверенной воды, которая может находиться поблизости.

Существует много способов очистки воды. Одним из наиболее распространенных является обратный осмос (ОО). Этот способ применяли в течение долгого времени, но он имеет свои недостатки. Хотя системы для обратного осмоса могут быть недорогими, существует постоянная необходимость в проведении замены фильтра. Фильтры в системах для обратного осмоса могут забиваться и/или приходить в негодность при постоянном воздействии источника очищаемой воды. Стоимость и доступность сменных фильтров и уровень компетенции персонала для реализации требований по техническому обслуживанию может представлять сложности.

Другой способ очистки воды включает добавление в воду химикатов для уничтожения патогенов. Обычно химическую очистку применяют в ситуациях, когда нужно очистить небольшие количества воды. Хотя этот способ является эффективным при использовании нужных концентраций химикатов, бывает трудно определить правильные количества. Кроме того, такая система очистки не решает проблемы с тяжелыми металлами, которые могут присутствовать в воде.

Кипячение воды является другим способом уничтожения патогенов в воде. К сожалению, во многих регионах мира, где загрязненная вода является основной проблемой, не доступны материалы для нагревания воды, такие как древесина.

В особых регионах или отраслях промышленности может потребоваться горячая вода и/или водяной пар, но решающим может оказаться то, что нельзя использовать открытое пламя для нагрева воды. Одной из таких областей промышленности является нефтедобывающая промышленность. Обнаружено, что во многих географических областях нефтяные бассейны содержат высокие концентрации парафина, воскообразного кристаллического углеводорода.

Это вещество, хотя коммерчески ценное в производстве покрытий, уплотняющих материалов, свечей, составов резины, фармацевтических препаратов и косметики, может представлять проблему в отношении производства нефти.

Парафин, диспергированный в сырой нефти, имеет склонность забивать перфорированный интервал в эксплуатационной колонне нефтяной скважины и замедляет

поток сырой нефти к поверхности.

Для минимизации отрицательных эффектов парафина за долгие годы применяли несколько технологий. Среди них введение в скважину горячей воды, водяного пара или химических растворителей для очистки перфорированного интервала скважин путем ожижения парафина, или его нагревания выше его точки плавления, или химического изменения его состава. Несмотря на эффективность, все эти способы имеют свои недостатки.

Когда применяют метод горячей воды, воду нужно доставлять к месту скважины, затем нагревать в котле на сжиженном углеводородном газе (LPG) или дизельном топливе, установленном на шасси грузового автомобиля или грузовом прицепе.

Доступность воды в месте расположения скважины является распространенной проблемой, и существует опасность, когда открытое пламя, подобное тому, что используют для нагрева воды или сырой нефти в бойлерных котлах, располагают вблизи устьевого отверстия скважины, где в атмосфере может создаваться высокая концентрация природного газа.

Способ водяного пара обычно влечет за собой строительство силовой установки, работающей на добытом природном газе, для производства электричества и перекачки по трубопроводам выработанного водяного пара к различным устьевым отверстиям скважин для введения. Хотя при этом устраняют наличие открытого пламени вблизи устьевого отверстия скважины, реализация способа может включать высокие капитальные затраты, которые могут стать экономически обоснованными только тогда, когда имеется высокая концентрация скважин на относительно небольшой площади. Перекачка водяного пара по трубопроводам к изолированным удаленным скважинам иногда является необоснованной, так как слишком много тепла можно потерять до того, как водяной пар достигнет скважин. Это может привести к тому, что к устьевому отверстию скважины будет доставлена только дистиллированная вода.

В способе химического растворителя контейнер с растворителем размещают вблизи устьевого отверстия скважины и затем пропускают растворитель вниз по стволу скважины с каждым усилием насосного узла скважины. Хотя этот способ исключает наличие открытого пламени вблизи устьевого отверстия скважины и не требует высоких капительных затрат, он добавляет существенные затраты к эксплуатации скважины.

Химикаты дороги, затраты, связанные с транспортировкой и обращением с опасными химикатами, высоки и добавление таких химикатов в сырую нефть делает процесс рафинирования нефти более дорогостоящим.

Другой проблемой, важность которой становится все более важной, является обработка и/или сброс попутной воды и воды для гидроразрыва из нефтяных и газовых скважин из-за больших количеств воды, необходимых для гидравлического разрыва, а также озабоченность населения из-за загрязнения питьевой воды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложены система и способ очистки (до стандартов питьевой воды) загрязненной воды, включая морскую воду, нефтепромысловую воду для гидроразрыва, воду кислотного шахтного водоотлива, канализационную воду и т.д., используя способ эффективного разделения диспергированных твердых веществ посредством центробежной силы и изменения фаз для удаления растворенных твердых веществ. Этот способ также уничтожает бактерии, а также удаляет ЛОВ (летучие органические вещества). Не требуется ни фильтров, ни мембран, ни химикатов.

В одном из воплощений настоящего изобретения предложена система очистки воды, которая включает бак для воды высокой температуры, беспламенный источник нагрева, цилиндрический сосуд (гнездо гидроциклона), первый насос, счетчик образования водяного пара, а также конденсатор водяного пара и теплообменник. Бак для воды высокой температуры имеет первое впускное отверстие для воды, второе впускное отверстие для воды, первое выпускное отверстие для воды и второе выпускное отверстие для воды. Беспламенный источник нагрева имеет впускное отверстие, соединенное со вторым выпускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры, и выпускное отверстие, соединенное со вторым впускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры. Цилиндрический сосуд (гнездо гидроциклона) расположен внутри бака для воды высокой температуры и имеет камеру верхнего слива, камеру нижнего слива, впускную камеру, расположенную между камерой верхнего слива и камерой нижнего слива, первое выпускное отверстие, соединенное с камерой верхнего слива, впускное отверстие, соединенное с впускной камерой, и второе выпускное отверстие, соединенное с камерой нижнего слива. Одна или более установок гидроциклонов, то есть первая установка гидроциклонов, по меньшей мере одна промежуточная установка гидроциклонов и последняя установка гидроциклонов, расположены внутри цилиндрического сосуда, причем установки гидроциклонов расположены последовательно. Гидроциклоны внутри каждой установки гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации, при этом каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие, расположенное внутри впускной камеры цилиндрического сосуда, при этом верхний слив расположен внутри камеры верхнего слива цилиндрического сосуда, а нижний слив расположен внутри камеры нижнего слива цилиндрического сосуда. Первый насос соединен с первым выпускным отверстием бака

для воды высокой температуры и впускным отверстием цилиндрического сосуда. Счетчик образования водяного пара соединен с первым выпускным отверстием цилиндрического сосуда. Конденсатор водяного пара и теплообменник имеет впускное отверстие для водяного пара и выпускное отверстие для очищенной воды, причем впускное отверстие для водяного пара соединено со счетчиком образования водяного пара.

В другом воплощении настоящего изобретения предложена система очистки воды, которая включает источник загрязненной воды, сепаратор нефти от твердых веществ, третий насос, бак для воды низкой температуры, двигатель, теплообменник, пятый насос, бак для воды высокой температуры, второй насос, беспламенный источник нагрева, клапан поглощения тепла, цилиндрический сосуд (гнездо гидроциклона), первый насос, каплеотбойник водяного пара, счетчик образования водяного пара, конденсатор водяного пара и теплообменник и четвертый насос. Бак для воды низкой температуры имеет газожидкостной сепаратор (сепаратором нефти от твердых веществ), первое впускное отверстие, соединенное с сепаратором нефти от твердых веществ, второе впускное отверстие, третье впускное отверстие, четвертое впускное отверстие, первое выпускное отверстие для воды, второе выпускное отверстие для воды, третье выпускное отверстие для воды и выпускное отверстие для газа.

Третий насос соединен с источником загрязненной воды и первым впускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры. Двигатель имеет подачу топлива, соединенную с топливным баком и выпускным отверстием для газа бака для воды низкой температуры, и выхлопную трубу для отработанных газов, соединенную со вторым впускным отверстием бака для воды низкой температуры. Теплообменник, который находится в непрямом тепловом контакте с двигателем для охлаждения двигателя и имеет впускное отверстие для воды и выпускное отверстие для воды, соединенное с третьим впускным отверстием бака для воды низкой температуры. Пятый насос соединен с третьим выпускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры и впускным отверстием для воды теплообменника. Бак для воды высокой температуры имеет первое впускное отверстие для воды, второе впускное отверстие для воды, первое выпускное отверстие для воды и второе выпускное отверстие для воды. Второй насос соединен с первым выпускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры и первым впускным отверстием бака для воды высокой температуры.

Беспламенный источник нагрева имеет впускное отверстие, соединенное со вторым выпускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры, и выпускное отверстие, соединенное со вторым впускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры. Клапан поглощения тепла соединяет беспламенный источник нагрева и бак для воды низкой температуры. Цилиндрический сосуд (гнездо гидроциклона) расположен внутри бака для воды высокой температуры и имеет камеру верхнего слива, камеру нижнего слива, впускную камеру, расположенную между камерой верхнего слива и камерой нижнего слива, первое выпускное отверстие, соединенное с камерой верхнего слива, впускное отверстие, соединенное с впускной камерой, и второе выпускное отверстие, соединенное с камерой нижнего слива. Одна или более установок гидроциклонов расположены внутри цилиндрического сосуда. Гидроциклоны внутри

каждой установки гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации, причем каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие, расположенное внутри впускной камеры цилиндрического сосуда, верхний слив расположен внутри камеры верхнего слива цилиндрического сосуда и нижний слив расположен внутри камеры нижнего слива цилиндрического сосуда. Первый насос соединен с первым выпускным отверстием бака для воды высокой температуры и впускным отверстием цилиндрического сосуда. Каплеотбойник водяного пара соединен с первым выпускным отверстием цилиндрического сосуда и четвертым впускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры. Счетчик образования водяного пара соединен с каплеотбойником водяного пара. Конденсатор водяного пара и теплообменник имеет впускное отверстие для водяного пара, выпускное отверстие для очищенной воды, впускное отверстие для воды и выпускное отверстие для воды, причем впускное отверстие для водяного пара соединено со счетчиком образования водяного пара, а выпускное отверстие для воды соединено со вторым впускным отверстием бака для воды низкой температуры.

Четвертый насос соединен со вторым выпускным отверстием для воды бака для воды

низкой температуры и впускным отверстием для воды конденсатора или теплообменника.

В еще одном воплощении настоящего изобретения предложен способ очистки загрязненной воды. Загрязненную воду нагревают в баке для воды высокой температуры с помощью беспламенного источника нагрева, причем нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд и одну или более установок гидроциклонов. Нагретую загрязненную воду перекачивают во впускное отверстие цилиндрического сосуда так, чтобы нагретая загрязненная вода поступала в тангенциальное впускное отверстие гидроциклонов, при этом гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества/концентрат, причем водяной пар выходит через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а твердые вещества и концентрат выходят через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда. Водяной пар конденсируется в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника. Нагретую загрязненную воду поддерживают в пределах специфического температурного интервала внутри бака для воды высокой температуры с помощью блока управления.

В еще одном воплощении настоящего изобретения предложен способ очистки загрязненной воды. Загрязненную воду предварительно нагревают в баке для воды низкой температуры путем: (1) перекачивания загрязненной воды из бака для воды низкой температуры во впускное отверстие для воды конденсатора водяного пара и теплообменника, где первое тепло от водяного пара передается загрязненной воде, и (2) перекачивания загрязненной воды из бака для воды низкой температуры во впускное отверстие теплообменника, находящегося в непрямом тепловом контакте с двигателем, где второе тепло от двигателя передается загрязненной воде. Предварительно нагретую загрязненную воду продолжают нагревать и летучие газы из двигателя захватываются путем смешивания с предварительно нагретой загрязненной водой из выпускного отверстия для воды конденсатора водяного пара и теплообменника с выхлопными газами из выхлопной трубы двигателя.

Захваченные летучие газы отделяют от предварительно нагретой загрязненной воды с помощью газожидкостного сепаратора внутри бака для воды низкой температуры. Отделенные летучие газы смешивают с топливом и отделенные летучие газы и топливо сжигают в двигателе. Предварительно нагретую загрязненную воду перекачивают из бака для воды низкой температуры в бак для воды высокой температуры. Загрязненную воду нагревают в баке для воды высокой температуры с помощью беспламенного источника нагрева, при этом нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд и одну или более установок гидроциклонов.

Нагретую загрязненную воду перекачивают во впускное отверстие цилиндрического сосуда так, что нагретая загрязненная вода поступает в тангенциальное впускное отверстие гидроциклонов, при этом гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества/концентрат, причем водяной пар выходит через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а твердые вещества и концентрат выходят через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда. Водяной пар конденсируется в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника. Нагретую загрязненную воду поддерживают в пределах специфического температурного интервала внутри бака для воды высокой температуры с помощью блока управления.

Еще в одном воплощении изобретения предложен цилиндрический сосуд для применения в системе очистки воды, содержащий камеру верхнего слива, камеру нижнего слива, впускную камеру, расположенную между камерой верхнего слива и камерой нижнего слива, первое выпускное отверстие, соединенное с камерой верхнего слива, впускное отверстие, соединенное с впускной камерой, и второе выпускное отверстие, соединенное с камерой нижнего слива. Размещенные внутри цилиндрического сосуда первую установку гидроциклонов, по меньшей мере одну промежуточную установку гидроциклонов и последнюю установку гидроциклонов, причем установки гидроциклонов расположены последовательно, при этом гидроциклоны в каждой установке гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации, и каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие, расположенное внутри впускной камеры цилиндрического сосуда и находящееся в соединении по текучей среде с впускным отверстием, соединенным с впускной камерой, верхний слив, расположенный внутри камеры верхнего слива цилиндрического сосуда, и нижний слив, расположенный внутри камеры нижнего слива цилиндрического сосуда.

Другие технические преимущества будут легко очевидны специалисту в данной области техники из нижеследующих чертежей, описания и формулы изобретения. Кроме того, хотя специфические преимущества были перечислены выше, различные воплощения могут включать все, некоторые или ни одно из перечисленных преимуществ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные выше и дополнительные преимущества изобретения будут лучше понятны со ссылкой на приведенное описание в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

ФИГ. 1 представляет блок-схему системы очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;

ФИГ. 2A-2E представляют схемы цилиндрического сосуда (гнезда гидроциклона) в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;

ФИГ. 3 представляет схему способа очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;

ФИГ. 4 представляет диаграмму способа очистки воды в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения;

ФИГ. 5 представляет блок-схему системы очистки воды в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения; и

ФИГ. 6A-6B представляют схему способа очистки воды в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Хотя далее подробно обсуждается реализация и применение различных воплощений настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение предлагает много полезных изобретательских концепций, которые можно реализовать в широком диапазоне более узких применений. Специфические воплощения, обсуждаемые в описании, предназначены только для иллюстрации специфических путей реализации и применения изобретения и не ограничивают объем притязаний по настоящему изобретению. Описание, в первую очередь, касается очистки загрязненной воды (т.е., любой воды, которая не пригодна для потребления человеком), но следует понимать, что концепция настоящего изобретения может быть применима к любой системе и способу очистки жидкостей.

В настоящем изобретении предложены система и способ очистки (до стандартов питьевой воды) загрязненной воды, включая морскую воду, нефтепромысловую воду для гидроразрыва, воду кислотного шахтного водоотлива, канализационную воду и т.д., с применением способа для эффективного разделения диспергированных твердых веществ посредством центробежной силы и изменения фаз для удаления растворенных твердых веществ. Этот способ также уничтожает бактерии, а также удаляет ЛОВ (летучие органические вещества). Не требуется ни фильтров, ни мембран, ни химикатов.

Воду, предназначенную для обработки, предварительно нагревают любым количеством способов, включая беспламенный способ, описанный в патенте США №7866380 B2 (получен 11 января 2011) “System and Method for Producing Hot Water without a Flame” и патенте США № 7959814 B2 (получен 14 июня 2011) “System and Method for Producing Hot Water Without a Flame”, которые во всей своей полноте включены в данную заявку посредством ссылки. Другие способы включают геотермальный, промышленный способ или отходящее тепло силовой установки. Практически можно использовать любой вид отходящего тепла.

Предварительно нагретую воду вводят в невентилируемый технологический бак под высоким давлением (например, 2,76 МПа (400psi)) и высокой температурой (до 300°F). Температура указанной воды (температура кипения) меняется в зависимости от ее химического состава. В процессе работы воду непрерывно сливают из этого бака с помощью насоса среднего давления (например, 690 кПа (100psi)), который сообщает кинетическую энергию горячей воде (вода заключает в себе тепловую энергию, но остается под давлением в жидком состоянии).

Поток воды вводят в “гнездо” гидроциклонов, которые нагревают до температуры входящей воды путем погружения в невентилируемый бак. Гидроциклоны функционально расположены как параллельно, так и последовательно. Нагретая вода тангенциально поступает в первую “группу” гидроциклонов, которые собраны в параллельной сборке. Отдельные выходные отверстия увеличивают скорость воды, генерируя силу вплоть до 0,98 Н (100 гс). Эти силы вызывают переход твердых веществ в ламинарный поток воды из гидроциклона. Растворенные твердые вещества тоже продвигаются на выход, производя более пресную воду (с более низкой температурой кипения) и область низкого давления в центре (эффект торнадо).Вода (еще жидкая) продвигается в нижнюю часть гидроциклона, где вблизи дна ее вертикальная скорость останавливается. В этой точке обеспечивают мгновенное испарение воды с образованием водяного пара и его выход через вихревую трубку в коллектор водяного пара, где можно собирать водяной пар, полученный из всех гидроциклонов.

Даже несмотря на то что гидроциклоны нагреваются до температуры технологической воды (благодаря теплоте испарения воды), не вся вода выкипает в водяной пар. Эту воду, теперь более концентрированную и с более высокой температурой кипения, последовательно направляют в другую группу гидроциклонов, где повторяют технологическую обработку. Это продолжается через “гнездо” гидроциклонов до тех пор, пока максимальное количество воды не выкипит в водяной пар, обеспечивая при этом текучесть концентрата. Внутри “гнезда” гидроциклона можно установить отдельные гидроциклоны или поставить заглушку для изменения емкости технологического процесса для обеспечения изменения концентраций диспергированных и растворенных твердых веществ.

Вычисляют энтальпию водяного пара, собранного в коллекторе для водяного пара, и, если воду полностью или частями нагревают с помощью беспламенного источника нагрева (например, динамического теплогенератора), поглощение тепла варьируют, обеспечивая как раз достаточное количество энергии для ускорения технологического процесса, тем самым оптимизируя эффективность. Водяной пар собирают и извлекают теплоту конденсации, производя дистиллированную воду и увеличивая производительность технологического процесса в целом. В некоторых случаях такая дистиллированная вода в действительности слишком чистая для предполагаемого применения. В таких случаях можно смешать нагретую воду (после уничтожения бактерий) с дистиллированной водой с получением воды с необходимым уровнем содержания минеральных веществ и увеличением емкости технологического процесса получения воды в целом.

Далее более подробно описаны различные воплощения настоящего изобретения.

Со ссылкой на Фиг. 1, показана схема системы 100 очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Система 100 очистки воды включает бак 102 для воды высокой температуры, беспламенный источник 112 нагрева, цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона), первый насос 148, счетчик 150 образования водяного пара, а также конденсатор водяного пара и теплообменник 152. Бак 102 для воды высокой температуры имеет первое впускное отверстие 104 для воды, второе впускное отверстие 106 для воды, первое выпускное отверстие 108 для воды и второе выпускное отверстие 110 для воды. Беспламенный источник 112 нагрева имеет впускное отверстие 114, соединенное со вторым выпускным отверстием 110 для воды бака 102 для воды высокой температуры, и выпускное отверстие 116, соединенное со

вторым впускным отверстием 106 для воды бака 102 для воды высокой температуры.

Беспламенный источник 112 нагрева может представлять собой динамический теплогенератор, генератор Тесла, геотермальный источник, источник тепла промышленного технологического процесса, источник отработанного тепла силовой установки или их комбинацию. Генератор Тесла представляет собой комбинацию турбины Тесла и насоса Тесла. Жидкость под давлением перекачивают в центральную часть системы пластин (аналогично вводу водяного пара под давлением в Турбине Тесла), где половина пластин вращается под действием первичного привода (двигателя, электродвигателя, ветряного двигателя или по сути любого устройства, способного вращать), а другая половина пластин закрепляется в неподвижном состоянии (как в насосе Тесла). Генератор Тесла нагревает любую жидкость, введенную между пластинами.

Блок управления 158 может быть соединен со счетчиком 150 образования водяного пара и беспламенным источником 112 нагрева для поддержания загрязненной воды внутри бака 102 для воды высокой температуры в пределах специфического температурного интервала, на основании данных, полученных от счетчика 150 образования водяного пара или других датчиков. Блок управления 158 также может быть соединен с другими датчиками внутри системы 100 и/или ранее описанных устройств в системе 100. Например, можно регулировать специфическую температуру путем настройки скорости потока воды через беспламенный источник 112 нагрева. Кроме того, специфическую температуру можно регулировать путем настройки клапана поглощения тепла, подсоединенного между беспламенным источником 112 нагрева и баком 102 для воды низкой температуры.

Динамический теплогенератор может быть аналогичным или идентичным устройствам производства Island City, LLC или Twin Discs, Incorporated и обычно включает неподвижный корпус, имеющий вход, выход, а также первый набор радиальных лопаток внутри неподвижного корпуса и ротор, расположенный внутри неподвижного корпуса, имеющий второй набор радиальных лопаток. В конкретных воплощениях, размеры динамического теплогенератора приблизительно составляют 0,3 м (двенадцать дюймов) по высоте и 0,15 м (шесть дюймов) по ширине. Эти размеры будут изменяться в зависимости от необходимого целевого результата. В некоторых воплощениях, теплогенератор сделан из алюминия, хотя в других воплощениях может быть выполнен из других материалов. Динамический теплогенератор может состоять только из двух движущихся частей. Запуск двигателя при примерно 1800 оборотах в минуту вращает динамический теплогенератор, что вызывает вращение внутренних рабочих колес и сжимает молекулы воды, вызывая их перетекание, тем самым вызывая трение, которое производит тепло. Источник энергии системы может представлять собой двигатель или электродвигатель. Специфическая температура может быть выше или равна 212 градусам по Фаренгейту (100 градусам по Цельсию), выше температуры, требуемой для уничтожения патогенов в воде, выше или равна 250 градусам по Фаренгейту (121 градусам по Цельсию), выше или равна 300 по Фаренгейту (148 градусам по Цельсию), выше или равна температуре, требуемой для обессоливания морской воды, выше или равна температуре, требуемой для плавления парафина, выше или равна температуре, требуемой для образования водяного пара, или любой другой необходимой температуре.

Цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона) расположен внутри бака 102 для воды высокой температуры. Первый насос 148 соединен с первым выпускным отверстием 108 бака 102 для воды высокой температуры и впускным отверстием 130 цилиндрического сосуда 118. Счетчик 150 образования водяного пара соединен с первым выпускным отверстием 122 цилиндрического сосуда 118. Конденсатор водяного пара и теплообменник 152 имеет впускное отверстие 154 для водяного пара, соединенное со счетчиком 150 образования водяного пара и выпускным отверстием 156 для очищенной воды.

Со ссылкой на Фиг. 2A-2E, показан неограничивающий пример цилиндрического сосуда 118 (гнездо гидроциклона). Цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона) имеет камеру 120 верхнего слива с первым выпускным отверстием 122, камеру 124 нижнего слива со вторым выпускным отверстием 126, впускную камеру 128 с впускным отверстием 130, расположенным между камерой 120 верхнего слива и камерой 124 нижнего слива. Одна или более установок ступеней гидроциклонов 138 (см. ниже) расположены внутри цилиндрического сосуда 118.

Гидроциклоны 140 внутри каждой установки гидроциклонов 138 расположены в параллельной конфигурации. Каждый гидроциклон 140 имеет тангенциальное впускное отверстие 142, расположенное внутри впускной камеры 128 цилиндрического сосуда 118, верхний слив 144, расположенный внутри камеры 120 верхнего слива цилиндрического сосуда 118, и нижний слив 146, расположенный внутри камеры 124 нижнего слива цилиндрического сосуда 118.

Поперечное сечение A-A (Фиг. 2B) показывает верхнюю часть цилиндрического сосуда (гнезда гидроциклона) 118 и верхнюю часть пластины 202. Поперечное сечение BB (Фиг. 2C) показывает нижнюю часть камеры 120 верхнего слива и верхнюю пластину 204 циклона, которая является верхним фиксирующим приспособлением гидроциклона, которую удаляют для очистки впускной камеры 128. Поперечное сечение C-C (Фиг. 2D) показывает верхнюю часть впускной камеры 128 и развернутый вид внутренних ступеней 138i, 138j и 138k в масштабе 1,5:1 с целью показать резервные полости гидроциклона с удаляемыми накладным пластинами 204 (как показано, их шесть (6)). Установки или ступени гидроциклонов 138a-138k образованы разделителями, барьерами или кольцами 206, которые обеспечивают параллельную работу гидроциклонов 140 в конкретной установке или на определенной ступени 138 гидроциклонов (см. также Фиг. 2E). Каналы или проходы 208 направляют поток 160 загрязненной воды из выходного отверстия предыдущей установки или ступени гидроциклонов во впускное отверстие следующей установки или ступени гидроциклонов, обеспечивая таким образом последовательную работу установок или ступеней гидроциклонов. Стрелки показывают поток 160 загрязненной воды через одну или более установок или ступеней гидроциклонов 138a-138k.

Отметим, что можно применять множество различных конфигураций. Например, если используют только одну установку или ступень гидроциклонов 138, все из показанных гидроциклонов 140 работают параллельно. Альтернативно, каждый концентрический круг может быть выполнен для работы в качестве установки или ступени гидроциклонов 138, в которой показанные гидроциклоны 140 будут работать как пять (5) установок или ступеней.

Поперечное сечение D-D (Фиг. 2E) показывает верхнюю часть камеры 124 нижнего слива. Время прохождения через разделитель для каждой стадии немного отличается от такового верхней впускной камеры 128 (см. Фиг. 2E).

Любые размеры, показанные на чертежах или описанные в данной заявке, приведены только в виде примера представленных воплощений. Можно использовать другие размеры. Аналогично, можно применять другие типы гнезд или систем гидроциклонов.

На Фиг. 1 и 2A-2E загрязненную воду 160, которая может представлять собой морскую воду, соленую воду, отработанную воду, сточную воду, талую воду, воду ливневой канализации, технологическую воду, воду от гидроразрыва, балластную воду, охладительную воду, воду из водоемов или любой другой тип жидкости на основе воды, перекачивают в первое впускное отверстие 104 для воды бака 102 для воды высокой температуры. Беспламенный источник 112 нагрева нагревает загрязненную воду в баке 102 для воды высокой температуры.

Цилиндрический сосуд 118 нагревается с помощью нагретой загрязненной воды в баке 102 для воды высокой температуры. Первый насос 148 перекачивает нагретую загрязненную воду во впускное отверстие 130 цилиндрического сосуда 118 так, что нагретая загрязненная вода поступает в тангенциальные впускные отверстия 142 гидроциклонов 140. Гидроциклоны 140 разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар 162, а также твердые вещества и концентрат 164. Водяной пар 162 выходит через верхний слив 144 гидроциклонов 140 и первое выпускное отверстие 122 цилиндрического сосуда 118. Твердые вещества и концентрат 164 выходят через нижнийслив 146 гидроциклонов 140 и второе выпускное отверстие 126 цилиндрического сосуда 118. Конденсатор водяного пара и теплообменник 152 преобразует водяной пар 162 в очищенную вода 166. Каплеотбойник водяного пара 168, подсоединенный между первым выпускным отверстием 122 цилиндрического сосуда 118 и счетчиком 150 образования водяного пара, можно применять для коагуляции и удаления капель загрязненной воды из водяного пара 162. Кроме того, чистую воду можно добавлять к очищенной воде 166, если дистиллированная вода является нежелательной.

В одном воплощении, гидроциклоны 140 расположены так, что их тангенциальные впускные отверстия 142 располагаются параллельно внутри каждой ступени. Каждая ступень последовательно соединена с предшествующей и следующей за ней ступенями.

Заключительная ступень опорожняется с помощью откачивающего насоса 170, соединенного со вторым выпускным отверстием 126 цилиндрического сосуда 118, который создает вакуум и пневматически выводит сливную воду или твердые вещества для сброса.

В другом воплощении, ступени размещают концентрически с большим количеством ступеней (и гидроциклонов), содержащихся во внешних кругах, с уменьшением их числа в направлении к центру. Путем аккуратного регулирования интенсивности нагрева воды в кожухе водяного охлаждения, окружающего “гнездо” гидроциклона, в технологическом процессе может испаряться больше или меньше воды, в зависимости от потребностей, при этом стерилизуя неиспарившуюся воду и минимизируя количество суспендированных твердых веществ.

Со ссылкой на Фиг. 3, показана схема способа 300 для очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Систему очистки воды, описанную на Фиг 1, 2, 4 и 5, или другую подходящую систему обеспечивают в блоке 302.

Загрязненную воду в баке для воды высокой температуры нагревают с помощью беспламенного источника нагрева в блоке 304, при этом нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд и одну или более установок гидроциклонов. Нагретую загрязненную воду перекачивают во впускное отверстие цилиндрического сосуда в блоке 306 так, чтобы нагретая загрязненная вода поступала в тангенциальные впускные отверстия гидроциклонов, причем гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества/концентрат, при этом водяной пар выходит через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а твердые вещества и концентрат выходят через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда. Водяной пар конденсируется в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника в блоке 308.

Загрязненную воду внутри бака для воды высокой температуры поддерживают в пределахспецифического температурного интервала с помощью блока управления в блоке 310.

При необходимости, капли загрязненной воды можно коагулировать и удалить из водяного пара с помощью каплеотбойника водяного пара, подсоединенного между первым выпускным отверстием цилиндрического сосуда и счетчиком образования водяного пара, в блоке 312.

Описанный выше технологический процесс является процессом с непрерывного “сквозного выхода” (по достижении температуры равновесия). Однако настоящее изобретение может также программироваться для обеспечения технологического процесса “порциями”. Это может оказаться очень важным свойством, когда отработанная вода, подлежащая обработке, содержит более одного компонента, который нужно удалить и отделить. Примеры, не ограничиваясь этим, включают промывную воду месторождения и гальваностоки. В обоих случаях вода содержит кислоту и тяжелые металлы. В процессе работы, “порцию” обрабатывают при температуре, которая обеспечивает “выкипание” одного компонента при сохранении оставшихся компонентов в потоке, выходящем из верхней сливной воды.

Указанный выходящий поток становится входящим потоком в качестве новой “порции”. Температуру технологического процесса изменяют для обеспечения “выкипания” другого компонента. Этот процесс можно проводить столько раз, сколько необходимо, при этом единственным требованием является то, чтобы температуры кипения разных компонентов отличались.

Со ссылкой на Фиг. 4, показана схема технологического процесса способа 400 очистки воды в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения. Третий водяной насос 404 перекачивает загрязненную воду из источника 402 загрязненной воды через сепаратор 406 нефти от твердых веществ (например, гидроциклон), который удаляет нефть и твердые вещества из загрязненной воды в бак 408 для воды низкой температуры. Пятый водяной насос 410 перекачивает воду через кожух водяного охлаждения двигателя и вспомогательного теплообменника 412. Тепло из кожуха водяного охлаждения двигателя 414 и вспомогательных элементов передается воде кожуха водяного охлаждения двигателя и вспомогательному теплообменнику 412. Затем нагретая вода возвращается в бак 408 для воды низкой температуры. Летучий газ, растворенный в воде на левой стороне перегородки 415, разделяющей бак 408 для воды низкой температуры, испаряется и вводится в подачу топлива 416 двигателя и сжигается вместе с топливом.

Четвертый водяной насос 418 перекачивает воду из правой части от перегородки 415 в бак 408 для воды низкой температуры к теплообменнику 152 для извлечения тепла водяного пара. Затем нагретая вода перетекает из теплообменника 152 для извлечения тепла водяного пара в выхлопную трубу 420 двигателя, где она смешивается с горячими выхлопными газами, и два потока вместе, обмениваясь теплом, возвращаются в бак 408 для воды низкой температуры. Охлажденные выхлопные газы теперь выпускают из бака 408 для воды низкой температуры в газоотводящий канал 422 в атмосферу.

Второй водяной насос 424 перекачивает воду из бака 408 для воды низкой температуры в бак 102 для воды высокой температуры. Беспламенный источник 112 нагрева, такой как динамический теплогенератор, перекачивает и нагревает воду из бака 102 для воды высокой температуры. Клапан 426 поглощения тепла подстраивает давление путем отведения части потока из беспламенного источник 112 нагрева для изменения количества тепла, генерируемого и перетекающего в бак 102 для воды высокой температуры.

Первый водяной насос 148 перекачивает воду из бака 102 для воды высокой температуры в “гнездо” 118 гидроциклона, которое физически смонтировано в баке 102 для воды высокой температуры. Регулятор 428 степени нагрева воды обеспечивает циркуляцию воды из первого водяного насоса 148 через регулируемую диафрагму 430, которая создает перепад давления, в бак 102 для воды высокой температуры до тех пор, пока не будет достигнута требуемая температура воды.

Вода высокой температуры поступает под давлением в “гнездо” 118 нагретого циклона и поступает на первую ступень нагретых циклонов. Протекая тангенциально в каждый нагретый гидроциклон 140, кинетическая энергия воды создает “G” силы. Эти “G” силы вызывают деление потока воды, принуждая диспергированные и растворенные твердые вещества массой перемещаться наружу, создавая зону низкого давления внутри нагретого гидроциклона 140. Вертикальная составляющая скорости переносит этот поток в нижнюю часть каждого нагретого гидроциклона 140, где вода может мгновенно испаряться с образованием водяного пара.

Концентрированная вода, которая не испарилась с образованием водяного пара, может перетекать на вторую ступень нагретого гидроциклона. Этот процесс продолжается на дополнительных ступенях до тех пора, пока не достигнута необходимая степень конверсии воды в водяной пар. Концентрированная вода с диспергированными твердыми веществами перетекает с последней ступени в бак 432 для концентрата.

Водяной пар объединяется со всех ступеней гидроциклона в “гнезде” 118 нагретого гидроциклона и протекает через каплеотбойник 168 водяного пара, где капли загрязненной воды коагулируют и удаляют из водяного пара. После этого водяной пар протекает к счетчику 150 образования водяного пара. Счетчик 150 образования водяного пара измеряет поток, температуру и давление водяного пара. Вложенный алгоритм (в блоке управления) вычисляет количество тепловой энергии в водяном паре и регулирует клапан 426 поглощения тепла для обеспечения оптимизации производства водяного пара.

Водяной пар протекает от счетчика 150 образования водяного пара в теплообменник 152

для извлечения тепла водяного пара, где извлекают тепло из водяного пара, превращая его в воду, и нагревающаяся вода протекает из бака 408 для воды низкой температуры в выхлопную трубу 420 двигателя. Конденсированная вода из теплообменника 152 для извлечения тепла водяного пара протекает через счетчик 434 передачи продукта потребителю, где она продается потребителю и хранится в баке 436 для свежей воды.

Со ссылкой на Фиг. 5, показана блок-схема системы 500 очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Система очистки воды включает источник 402 загрязненной воды, сепаратор 406 нефти от твердых веществ, третий насос 404, бак 408 для воды низкой температуры, двигатель 414, теплообменник 412, пятый насос 410, бак 102 для воды высокой температуры, второй насос 424, беспламенный источник 112 нагрева, клапан 426 поглощения тепла, цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона), первый насос 148, каплеотбойник 168 водяного пара, счетчик 150 образования водяного пара, конденсатор водяного пара и теплообменник 152 и четвертый насос 418. Загрязненная вода может представлять собой морскую воду, соленую воду, отработанную воду, сточную воду, талую воду, воду ливневой канализации, технологическую воду, воду от гидроразрыва, балластную воду, воду охладительных устройств, воду из скважин или любой другой тип жидкости на основе воды.

Третий насос 404 соединен с источником 402 загрязненной воды и сепаратором 406 нефти от твердых веществ. Бак 408 для воды низкой температуры имеет газожидкостной сепаратор 502, первое впускное отверстие 504, соединенное с сепаратором 406 нефти от твердых веществ, второе впускное отверстие 508, третье впускное отверстие 514, четвертое впускное отверстие 530, первое выпускное отверстие 518 для воды, второе выпускное отверстие 534 для воды, третье выпускное отверстие 516 для воды, выпускное отверстие 506 для газа и газоотводный канал 422, который обеспечивает выпускание охлажденных выхлопных газов из бака 408 для воды низкой температуры в атмосферу.

Двигатель 414 имеет подачу топлива 416, соединенную с топливным баком 504 и выпускным отверстием 506 для газа бака 408 для воды низкой температуры, и выхлопную трубу 420, соединенную со вторым впускным отверстием 508 бака 408 для воды низкой температуры. Теплообменник 412 находится в непрямом тепловом контакте с двигателем 414 для охлаждения двигателя 414 и имеет впускное отверстие 510 для воды и выпускное отверстие 512 для воды, соединенное с третьим впускным отверстием 514 бака 408 для воды низкой температуры. Пятый насос 410 соединен с третьим выпускным отверстием 516 для воды бака 408 для воды низкой температуры и впускным отверстием 510 для воды теплообменника 412.

Бак 102 для воды высокой температуры имеет первое впускное отверстие 520 для воды, второе впускное отверстие 528 для воды, третье впускное отверстие 538 для воды, первое выпускное отверстие 108 для воды и второе выпускное отверстие 524 для воды.

Второй насос 424 соединен с первым выпускным отверстием 518 для воды бака 408 для воды низкой температуры и первым впускным отверстием 520 бака 102 для воды высокой температуры. Беспламенный источник 112 нагрева имеет впускное отверстие 522, соединенное со вторым выпускным отверстием 524 для воды бака 102 для воды высокой температуры, и выпускное отверстие 526, соединенное со вторым впускным отверстием 528 для воды бака 102 для воды высокой температуры. Беспламенный источник 112 нагрева может представлять собой динамический теплогенератор, генератор Тесла, геотермальный источник, источник тепла промышленного технологического процесса, источник отработанного тепла силовой установки или их комбинацию. Генератор Тесла представляет собой комбинацию турбины Тесла и насоса Тесла. Жидкость под давлением нагнетают в центральную часть системы пластин (аналогично вводу водяного пара под давлением в турбине Тесла), где половина пластин вращается под действием первичного привода (двигателя, электродвигателя, ветряного двигателя или по сути любого устройства, способного вращать), другая половина пластин закрепляется в неподвижном состоянии (как в насосе Тесла). Генератор Тесла нагревает любую жидкость, введенную между пластинами. Клапан 426 поглощения тепла подсоединен между беспламенным источником 112 нагрева и баком 408 для воды низкой температуры.

Блок управления 158 может быть соединен со счетчиком 150 образования водяного пара и беспламенным источником 112 нагрева, или клапаном 426 поглощения тепла, или с обоими беспламенным источником 112 нагрева и клапаном 426 поглощения тепла для поддержания загрязненной воды в баке 102 для воды высокой температуры в пределахспецифического температурного интервала, на основании данных от счетчика 150 образования водяного пара или других датчиков. Блок управления 158 также может быть соединен с другими датчиками внутри системы 100 и/или ранее описанными устройствами в системе 100. Например, можно регулировать специфическую температуру путем настройки скорости потока воды через беспламенный источник 112 нагрева. Кроме того, специфическую температуру можно регулировать путем настройки клапана поглощения тепла, подсоединенного между беспламенным источником 112 нагрева и баком 102 для воды низкой температуры.

Динамический теплогенератор может быть аналогичным или идентичным устройствам производства Island City, LLC и обычно включает неподвижный корпус, имеющий вход, выход, а также первый набор радиальных лопаток внутри неподвижного корпуса и ротор, расположенный внутри неподвижного корпуса, имеющий второй набор радиальных лопаток. В конкретных воплощениях, размеры динамического теплогенератора приблизительно составляют 0,3 м (двенадцать дюймов) по высоте и 0,15 м (шесть дюймов) по ширине. В некоторых воплощениях, он сделан из алюминия, хотя в других воплощениях может быть выполнен из других материалов. Динамический теплогенератор может состоять только из двух движущихся частей. Запуск двигателя при примерно 1800 оборотах в минуту вращает динамический теплогенератор, что вызывает вращение внутренних рабочих колес и сжимает молекулы воды, протекающих через них, тем самым вызывая трение, которое производит тепло. Источник энергии системы может представлять собой двигатель или электродвигатель.

Специфическая температура может быть выше или равна 212 градусам по Фаренгейту (100 градусам по Цельсию), выше температуры, требуемой для уничтожения патогенов в воде, выше или равна 250 градусам по Фаренгейту (121 градусам по Цельсию), выше или равна 300 по Фаренгейту (148 градусам по Цельсию), выше или равна температуре, требуемой для обессоливания морской воды, выше или равна температуре, требуемой для плавления парафина, выше или равна температуре, требуемой для образования водяного пара, или любой другой необходимой температуре.

Цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона) расположен внутри бака 102 для воды высокой температуры. Пример цилиндрического сосуда 118 (гнезда гидроциклона) был ранее описан со ссылкой на Фиг 1 и 2. Можно использовать другие цилиндрические сосуды 118 (гнездо гидроциклона) и установки гидроциклонов. Первый насос 148 соединен с первым выпускным отверстием 108 бака 102 для воды высокой температуры и впускным отверстием 130 цилиндрического сосуда 118. Бак 164 для твердых веществ и концентрата соединен со вторым выпускным отверстием 126 цилиндрического сосуда 118. Регулятор 428 степени нагрева воды подсоединен между первым насосом 148 и впускным отверстием 130 цилиндрического сосуда 118. Регулируемая диафрагма 430 соединена с регулятором 428 степени нагрева воды и третьим впускным отверстием 538 для воды бака 102 для воды высокой температуры.

Каплеотбойник 168 водяного пара соединен с первым выпускным отверстием 122 цилиндрического сосуда и четвертым впускным отверстием 530 бака 408 для воды низкой температуры. Счетчик 150 образования водяного пара соединен с каплеотбойником 168 водяного пара. Конденсатор водяного пара и теплообменник 152 имеет впускное отверстие 154 для водяного пара, соединенное со счетчиком 150 образования водяного 20 Заменяющий лист пара, выпускное отверстие 156 для очищенной воды, впускное отверстие для воды и выпускное отверстие 532 для воды, соединенное со вторым впускным отверстием 508 бака 408 для воды низкой температуры и выхлопной трубой 420 двигателя. Четвертый насос 418 соединен со вторым выпускным отверстием 534 для воды бака 408 для воды низкой температуры и впускным отверстием 536 для воды конденсатора водяного пара и теплообменника 152.

Счетчик 434 передачи продукта потребителю соединен с выпускным отверстием 156 для очищенной воды конденсатора водяного пара и теплообменника 152. Бак 436 для очищенной воды соединен со счетчиком 434 передачи продукта потребителю.

Следует отметить, что первое смешивающее устройство 540 может быть расположено между и соединено с выхлопной трубой 420 двигателя 414, выпускным отверстием 532 для воды конденсатора водяного пара и теплообменника 152 и вторым впускным отверстием 508 бака 408 для воды низкой температуры для хорошего смешивания, регулирования давления и предотвращения возвратных потоков из выхлопной трубы двигателя и воды. Аналогично, второе смешивающее устройство 542 может быть расположено между и соединено с подачей топлива 416 двигателя 414, топливным баком 504 и выпускным отверстием 506 для газа бака 408 для воды низкой температуры для хорошего смешивания, регулирования давления и предотвращения возвратных потоков топлива и летучих газов.

Конкретные воплощения настоящего изобретения могут быть мобильными (например, установленными на прицепе и т.д.) или размещенными постоянно и могут быть установлены в отдаленных областях (например, в районах бурения и горнодобычи) или в районах стихийных бедствий, где питьевая вода необходима для выживания. В некоторых воплощениях, для нагрева воды до специфической температуры или выше не требуется открытого пламени или нагревательных элементов. Кроме того, система обладает способностью производить электричество для освещения при добавлении в систему генераторной установки и излучать тепло для отопления домов и зданий.

Когда требуется обработка соленой воды, вода, которая достигает температуры 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию), может пропускаться через гидроциклон, образуя вакуум, который после превращает воду водяной пар при мгновенном испарении. В этот момент соль отделяется от воды и концентрированный насыщенный солевой раствор проходит в нижнюю часть гидроциклона, при этом выделяется чистый водяной пар, который проходит через теплообменник, где обратно конденсируется в жидкое состояние.

Со ссылкой на Фиг 6A-6B, показана схема способа 600 очистки воды в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Систему очистки воды, описанную на Фиг 1, 2, 4 и 5, или другую подходящую систему обеспечивают в блоке 302.

Загрязненную воду перекачивают из источника загрязненной воды в бак для воды низкой температуры в блоке 602. Отметим, что нефть и/или твердые вещества можно удалить из загрязненной воды перед тем, как загрязненная вода поступает в бак для воды низкой температуры. Загрязненную воду предварительно нагревают в блоке 604 путем: (1) перекачивания загрязненной воды из бака для воды низкой температуры во впускное отверстие для воды конденсатора водяного пара и теплообменника, где первое тепло от водяного пара передается загрязненной воде, и (2) перекачивания загрязненной воды из бака для воды низкой температуры во впускное отверстие теплообменника, находящегося в непрямом тепловом контакте с двигателем, где второе тепло от двигателя передается загрязненной воде. Загрязненную воду затем предварительно нагревают и летучие газы из двигателя захватываются путем смешивания предварительно нагретой загрязненной воды из выпускного отверстия для воды конденсатора водяного пара и теплообменника с выхлопными газами из выхлопной трубы двигателя в блоке 606. Захваченные летучие газы отделяют от предварительно нагретой загрязненной воды с помощью газожидкостного сепаратора внутри бака для воды низкой температуры в блоке 608.

Отделенные летучие газы смешивают с топливом, и отделенные летучие газы и топливо

сжигают в двигателе в блоке 610. Предварительно нагретую загрязненную воду перекачивают из бака для воды низкой температуры в бак для воды высокой температуры в блоке 612.

Предварительно нагретую загрязненную воду нагревают в баке для воды высокой температуры с помощью беспламенного источника нагрева в блоке 304, при этом нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд и одну или более установок гидроциклонов.

Нагретую загрязненную воду перекачивают во впускное отверстие цилиндрического сосуда в блоке 306 так, что нагретая загрязненная вода поступает в тангенциальные впускные отверстия гидроциклонов, при этом гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества/концентрат, причем водяной пар выходит через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а твердые вещества и концентрат выходят через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда. Водяной пар конденсируется в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника в блоке 308. Загрязненную воду поддерживают в пределах специфического температурного интервала в баке для воды высокой температуры с помощью блока управления в блоке 310. Капли загрязненной воды можно коагулировать и удалить из водяного пара с помощью каплеотбойника водяного пара, подсоединенного между первым выпускным отверстием цилиндрического сосуда и счетчиком образования водяного пара в блоке 312.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на конкретные воплощения, следует понимать, что в них можно внести различные другие изменения, замещения и модификации, без отклонения от сущности и объема притязаний настоящего изобретения. Например, хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на ряд компонентов, включенных в разные системы, эти компоненты можно объединять, переставлять, изменять их размер или располагать в порядке, приспособленном под конкретные нужды и применения. Настоящее изобретение предполагает высокую степень гибкости в расположении как этих элементов, так и их внутренних компонентов.

Например, в некоторых воплощениях можно использовать двигатель или механизм, отличающийся от дизельного двигателя, для запуска динамического теплогенератора. В зависимости от конкретных нужд и применений, в конкретных воплощениях можно использовать один или более компонентов, таких как один или более приведенных в качестве иллюстрации теплообменников, фильтров и насосов.

Многочисленные другие изменения, замещения, вариации, отклонения и модификации могут быть сделаны специалистами в данной области техники, и предполагается, что настоящее изобретение включает все эти изменения, замещения, вариации, отклонения и модификации как соответствующие сущности и объему притязаний прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к водоочистке. Система очистки воды включает бак для воды высокой температуры 102, беспламенный источник нагрева 112, цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона), первый насос 148, счетчик образования водяного пара 150, а также конденсатор водяного пара и теплообменник 152. Загрязненную воду нагревают в баке для воды высокой температуры 102 с помощью беспламенного источника нагрева 112. Нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд 118 и одну или более установок гидроциклонов. Нагретую загрязненную воду перекачивают в цилиндрический сосуд 118 так, что нагретая загрязненная вода поступает в тангенциальное впускное отверстие гидроциклонов. Гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества/концентрат. Водяной пар выводят через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда 118, а твердые вещества/концентрат - через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда 118. Водяной пар конденсируют в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника 152. Группа изобретений позволяет очистить загрязненную воду до стандартов питьевой воды, уничтожить бактерии и удалить летучие органические вещества, исключив использование фильтров, мембран и химических веществ. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система очистки воды, включающая:

бак для воды высокой температуры, имеющий первое впускное отверстие для воды, второе впускное отверстие для воды, первое выпускное отверстие для воды и второе выпускное отверстие для воды;

беспламенный источник нагрева, имеющий впускное отверстие, соединенное со вторым выпускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры, и выпускное отверстие, соединенное со вторым впускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры;

цилиндрический сосуд, расположенный внутри бака для воды высокой температуры, причем цилиндрический сосуд имеет камеру верхнего слива, камеру нижнего слива, впускную камеру, расположенную между камерой верхнего слива и камерой нижнего слива, первое выпускное отверстие, соединенное с камерой верхнего слива, впускное отверстие, соединенное с впускной камерой, и второе выпускное отверстие, соединенное с камерой нижнего слива;

первую установку гидроциклонов, по меньшей мере одну промежуточную установку гидроциклонов и последнюю установку гидроциклонов, причем установки гидроциклонов расположены последовательно и размещены внутри цилиндрического сосуда, причем гидроциклоны в каждой установке гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации и каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие, расположенное внутри впускной камеры цилиндрического сосуда и находящееся в соединении по текучей среде с впускным отверстием, соединенным с впускной камерой, верхний слив, расположенный внутри камеры верхнего слива цилиндрического сосуда, и нижний слив, расположенный внутри камеры нижнего слива цилиндрического сосуда;

первый насос, соединенный с первым выпускным отверстием бака для воды высокой температуры и впускным отверстием цилиндрического сосуда;

счетчик образования водяного пара, соединенный с первым выпускным отверстием цилиндрического сосуда;

и конденсатор водяного пара и теплообменник, имеющий впускное отверстие для водяного пара и выпускное отверстие для очищенной воды, причем впускное отверстие для водяного пара соединено со счетчиком образования водяного пара.

2. Система очистки воды по п. 1, в которой загрязненная вода включает морскую воду, соленую воду, отработанную воду, сточную воду, талую воду, воду ливневой канализации, технологическую воду, воду от гидроразрыва, балластную воду, охлаждающую воду или воду из скважин.

3. Система очистки воды по п. 1, в которой беспламенный источник нагрева включает динамический теплогенератор, генератор Тесла, геотермальный источник, источник тепла промышленного технологического процесса, источник отработанного тепла силовой установки или их комбинацию.

4. Система очистки воды по п. 1, дополнительно включающая блок управления, соединенный со счетчиком образования водяного пара и беспламенным источником нагрева.

5. Система очистки воды по п. 1, дополнительно включающая источник загрязненной воды и

второй насос, соединенный с источником загрязненной воды и первым впускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры.

6. Система очистки воды по п. 1, в которой беспламенный источник нагрева предназначен для нагревания загрязненной воды внутри бака для воды высокой температуры, первый насос предназначен для перекачивания нагретой загрязненной воды во впускное отверстие цилиндрического сосуда так, что нагретая загрязненная вода может поступать в тангенциальные впускные отверстия гидроциклонов, причем гидроциклоны могут разделять нагретую загрязненную воду на концентрированную загрязненную воду и водяной пар, причем водяной пар может выходить через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а концентрированная загрязненная вода может выходить через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда, при этом конденсатор водяного пара и теплообменник может превращать водяной пар в очищенную воду.

7. Система очистки воды по п. 1, дополнительно включающая регулятор степени нагрева воды, расположенный между первым насосом и впускным отверстием цилиндрического сосуда; регулируемую диафрагму, соединенную с регулятором степени нагрева воды и третьим впускным отверстием для воды бака для воды высокой температуры.

8. Система очистки воды по п. 1, дополнительно включающая источник загрязненной воды; третий насос и бак для воды низкой температуры, расположенный между источником загрязненной воды и первым насосом, причем третий насос соединен с источником загрязненной воды и первым впускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры, а первое выпускное отверстие для воды бака для воды низкой температуры соединено со вторым насосом; четвертый насос, расположенный между вторым выпускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры и впускным отверстием для воды конденсатора водяного пара и теплообменника; и выпускное отверстие для воды конденсатора водяного пара и теплообменника, соединенное со вторым впускным отверстием бака для воды низкой температуры.

9. Система очистки воды по п. 8, дополнительно включающая клапан поглощения тепла, подсоединенный между беспламенным источником нагрева и баком для воды низкой температуры.

10. Система очистки воды по п. 8, дополнительно включающая двигатель, имеющий подачу топлива и выхлопную трубу, соединенную со вторым впускным отверстием бака для воды низкой температуры и выпускным отверстием для воды конденсатора водяного пара и теплообменника; бак для воды низкой температуры, имеющий газожидкостной сепаратор и выпускное отверстие для газа, соединенное с подачей топлива двигателя; кожух двигателя и теплообменник, находящийся в непрямом тепловом контакте с двигателем для охлаждения двигателя и имеющий выпускное отверстие, соединенное с третьим впускным отверстием бака для воды низкой температуры; и пятый насос, соединенный с третьим выпускным отверстием для воды бака для воды низкой температуры и впускным отверстием теплообменника.

11. Система очистки воды по п. 1, в которой одна или более установок гидроциклонов расположены концентрически.

12. Способ очистки загрязненной воды, включающий стадии нагревания загрязненной воды в баке для воды высокой температуры с помощью беспламенного источника нагрева, причем нагретая загрязненная вода нагревает цилиндрический сосуд и первую установку гидроциклонов, по меньшей мере одну промежуточную установку гидроциклонов и последнюю установку гидроциклонов, причем установки гидроциклонов расположены последовательно и размещены внутри цилиндрического сосуда, причем гидроциклоны в каждой установке гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации, и каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие; перекачивания нагретой загрязненной воды во впускное отверстие цилиндрического сосуда так, что нагретая загрязненная вода поступает в указанное тангенциальное впускное отверстие гидроциклонов в каждой последовательной установке, причем гидроциклоны разделяют нагретую загрязненную воду на водяной пар и твердые вещества и концентрат, при этом водяной пар выходит через верхний слив гидроциклонов и первое выпускное отверстие цилиндрического сосуда, а твердые вещества и концентрат выходят через нижний слив гидроциклонов и второе выпускное отверстие цилиндрического сосуда; конденсации водяного пара в очищенную воду с помощью конденсатора водяного пара и теплообменника; и поддержания нагретой загрязненной воды в пределах специфического температурного интервала в баке для воды высокой температуры с использованием блока управления.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий стадию регулирования специфической температуры путем регулирования скорости потока воды через беспламенный источник нагрева.

14. Способ по п. 12, дополнительно включающий стадию регулирования специфической температуры путем регулирования клапана поглощения тепла, подсоединенного между беспламенным источником нагрева и баком для воды низкой температуры.

15. Цилиндрический сосуд для применения в системе очистки воды, содержащий камеру верхнего слива, камеру нижнего слива, впускную камеру, расположенную между камерой верхнего слива и камерой нижнего слива, первое выпускное отверстие, соединенное с камерой верхнего слива, впускное отверстие, соединенное с впускной камерой, и второе выпускное отверстие, соединенное с камерой нижнего слива; размещенные внутри цилиндрического сосуда первую установку гидроциклонов, по меньшей мере одну промежуточную установку гидроциклонов и последнюю установку гидроциклонов, причем установки гидроциклонов расположены последовательно, при этом гидроциклоны в каждой установке гидроциклонов расположены в параллельной конфигурации, и каждый гидроциклон имеет тангенциальное впускное отверстие, расположенное внутри впускной камеры цилиндрического сосуда и находящееся в соединении по текучей среде с впускным отверстием, соединенным с впускной камерой, верхний слив, расположенный внутри камеры верхнего слива цилиндрического сосуда, и нижний слив, расположенный внутри камеры нижнего слива цилиндрического сосуда.