СПОСОБ И УСТАНОВКА КРУГЛОСУТОЧНОГО ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ Российский патент 2022 года по МПК C02F1/14 C02F103/08 

Данные способ и установка относятся к области опреснения морской воды и могут быть использованы для ее круглосуточного опреснения в странах с теплым климатом, испытывающих недостаток пресной воды.

Известны различные способы опреснения морской воды: опреснение без изменения ее агрегатного состояния и с промежуточным переходом воды в твердое или в газообразное состояние.

В первом случае в способах опреснения могут использоваться следующие процессы: химические [RU 2663858 С1, описание опубликовано 10.08.2018], электрохимические [РФ 2412118 С2, описание опубликовано 10.07.2010], обратный осмос [RU 2688768 С1, описание опубликовано 22.05.2019]. Химические способы могут нуждаться в большом количестве реагентов и все они требуют электроэнергию от посторонних ее источников. Недостатками обратного осмоса являются низкая производительность установок, значительная величина их эксплуатационных расходов, высокая стоимость опресненной воды.

Во втором случае опреснение воды, например, вымораживанием хотя и достаточно экономично, однако требует громоздкого оборудования и электроэнергии от посторонних ее источников [SU 1673153 А1, описание опубликовано 30.08.1991].

Термическое опреснение, также относящееся ко второму случаю, весьма распространенный способ опреснения. Морскую воду испаряют, образующийся пар конденсируют, в результате чего получают дистиллированную воду. Недостатком является большой расход тепла на испарение воды. В случае использования для испарения воды способов и устройств, нуждающихся в электрической энергии от ее посторонних источников, например, тепловых электростанций или атомных станций [RU 2414379 С1, описание опубликовано 20.03.2010] процесс опреснения морской воды становится весьма дорогостоящим. Кроме того, существенно ограничиваются ареалы, где можно использовать эти способы и устройства.

Это обстоятельство привело к возникновению способов и устройств, позволяющих использовать практически даровые виды энергии: энергию ветра [RU 2324657 С2, описание опубликовано 20.05.2008], энергию морских волн [RU 2409522 С2, описание опубликовано 20.01.2011], солнечную энергию [RU 2451641 С2, описание опубликовано 27.05.2012]. Однако в данных случаях для непрерывного опреснения морской воды необходима электрическая энергия от ее посторонних источников, тепловых электростанций или атомных электростанций.

Существует способ непрерывного опреснения морской воды [DE 3132868 А1, описание опубликовано 03.03.1983]. Этот способ позволяет получать пресную воду как днем, так и в темное время суток. Днем за счет солнечной энергии, происходит не только опреснение морской воды, но и накопление тепловой энергии в химическом тепловом аккумуляторе. В темное время суток опреснение морской воды происходит за счет этого накопленного тепла.

Установка, работающая по этому способу, не требует использования электроэнергии от посторонних ее источников. Недостатком установки, работающей по этому способу, является то, что в случае потребности в больших количествах пресной воды возникает необходимость значительного увеличения объемов химического аккумулятора тепла, а также необходимость использования пониженного давления при процессе испарения нагретой воды.

Существуют способ и устройство, позволяющие одновременно с опреснением морской воды осуществлять выработку электроэнергии [DE 10222316 В4, опубликовано 13.05.2004]. Установка, работающая по этому способу, использует солнечную энергию, под действием которой в котле нагревается и испаряется морская вода. Образующийся водяной пар под давлением направляется к паровой турбине, которая приводит в действие электрогенератор. Предусмотрен также процесс аккумулирования тепловой энергии в емкости с минеральным маслом за счет ее нагрева солнечными лучами. Это позволяет опреснять морскую воду в темное время суток.

Наиболее близким к предлагаемым способу является способ [DE 102017010897 А1, опубл. 29.05.2019]. В этом способе предлагается использование солнечной энергии для проведения всех необходимых процессов для опреснения морской воды. Способ предусматривает нагрев и испарение воды, разложение воды на водород и кислород, аккумулирование этих газов, сжигание водорода в кислородно-воздушной смеси газов, использование выделяющейся энергии для получения солевого расплава и его накопление, использование солевого расплава как хранилища тепловой энергии, производство электроэнергии, аккумулирование ее, получение соли, получение пресной воды (конденсата) пригодного для технических целей.

Этот способ позволяет производить аккумулирование солнечной энергии как в солевом расплаве, так и в газе, что дает возможность проводить процесс опреснения морской воды круглосуточно. Однако при этом способе в случае увеличения производства опресненной воды может быть недостаточным количество вырабатываемой электрической энергии, необходимой для работы установки в темное время суток.

Известны также установки для опреснения морской воды с дистилляцией путем термического воздействия на нее. К ним можно отнести, например, Опреснительная установка [Описание к патенту RU 2414379 С1 опубликовано 20.03.2010]. Эта установка содержит насос для подачи исходной воды, теплообменник со змеевиком, соединенный с конденсатором с одной стороны и с нагревателем с другой стороны и имеющий магистраль для слива рассола, вакуумный насос, дополнительную емкость для слива конденсата, соединенную с конденсатором, паровое устройство. Нагреватель и конденсатор установки снабжены змеевиками. Морская вода поступает через вакуумный насос, змеевики конденсатора, теплообменника и нагревателя в паровое устройство, образующийся пар поступает далее в конденсатор. Образующийся конденсат стекает в дополнительную емкость. Благодаря работе вакуумного насоса, интенсифицируется процесс испарения морской воды.

Согласно описанию, данная установка несложная в конструктивном решении и весьма надежная. Однако для работы данной установки необходима электрическая энергия от ее внешнего поставщика (ТЭЦ, АЭС и т.д.). Это является недостатком этой установки.

В последнее время все чаще стоит вопрос экологической чистоты производств, что вызвало необходимость использования чистых источников энергии, одним из которых является солнечная энергия. Так Устройство для опреснения морской воды [RU 2409522 С2, описание опубликовано 20.01.2011] относится к изобретениям, использующим для ее испарения энергию солнечных лучей. Устройство содержит волновые насосы и соединенную с ними трубопроводом испарительную камеру, резервные емкости для подачи воды во время штиля, емкость для сбора и минерализации конденсированной пресной воды и сливной канал. На испарительно-конденсирующую камеру и резервные емкости направлены параболические зеркала, позволяющие использовать для нагрева и испарения морской воды энергию солнца. Это устройство работает без использования электроэнергии от ее внешних поставщиков, однако, только в дневное время.

Известна также Опреснительная установка [RU 2412909 С1, описание опубликовано 27.02.2011]. Данная установка предназначена для опреснения морской воды и может быть использована в районах с жарким климатом. Установка содержит источник воды, насос для исходной воды, теплообменник - подогреватель исходной воды, циркуляционный насос, центробежно-вихревой парогенератор, конденсатор пара, аккумулирующую емкость конденсата с отводящим патрубком. Подогреватель исходной воды получает солнечную энергию при помощи фокусирующих отражателей или линзы.

Данная установка помогает снизить энергетические затраты, однако в таком режиме может работать только в дневное время. Для работы в темное время суток в подогревателе морской воды предусмотрен также электронагреватель, который запитывается от внешних источников электроэнергии (ТЭЦ, АЭС и т.д.). Это является ее недостатком, т.к. установка не является полностью автономной, а значит опосредственно способствует нарушению экологии окружающей среды.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для опреснения морской воды, представленная в [DE 10 2010 012 297 А1, описание опубликовано 29.09.2010]. Эта установка позволяет получать питьевую воду, используя электроэнергию, полученную с помощью фокусирования солнечных лучей. Установка содержит параболическое зеркало, теплообменник, паровую турбину, конденсатор пара. В фокусе зеркала установлена труба, которая связана с теплообменником. В образующейся замкнутой системе циркулирует жидкость, которая под действием солнечных лучей в трубе, находящейся в фокусе зеркала, нагревается и поступает в теплообменник. Здесь она отдает свое тепло морской воде и затем поступает обратно на нагрев. Морская вода, получившая тепло от циркулирующей жидкости, испаряется, образующийся пар перегревается и поступает в паровую турбину, вращая ее. Тут он охлаждается и далее в конденсаторе пара превращается в пресную воду. Турбина связана с электрогенератором, который вырабатывает электрический ток.

Данная установка не потребляет электроэнергию от ее посторонних источников и с точки зрения экологии является практически удачной. Однако у нее есть существенный недостаток: она может работать только днем, при наличии солнца.

Предлагаемый способ также включает в себя процессы преобразования солнечной энергии в электрическую, нагрев и испарение воды, перегрев водяного пара с одновременной выработкой электрической энергии, разложение водяного пара на водород и кислород, их накопление, сжигание водорода в кислороде, получение и накопление расплава соли, как аккумулятора тепловой энергии, получение пресной воды (конденсата), аккумулирование электрической энергии. В отличие от вышеупомянутого способа в предлагаемом способе опреснения морской воды предусмотрено использование части накопленного водорода перед его сжиганием в кислороде для выработки дополнительной электрической энергии. Предлагаемый способ, состоящий из ряда процессов, представлен на Фиг. 1, где 1 - солнечная батарея, преобразующая солнечную энергию в электрическую 2 - аккумулирование электрической энергии и ее раздача, 3 - нагрев морской воды, 4 - испарение воды, 5 - перегрев водяного пара и генерация электрической энергии, 6 - разложение водяного пара на водород и кислород, 7 - сбор конденсата, 8 -накопление водорода, 9 - накопление кислорода, 10 - использование части водорода для получения дополнительной электрической энергии, 11 - генерация электрической энергии, 12 - выравнивание давлений двух потоков водорода, 13 - сжигание водорода в кислороде, 14 - получение солевого расплава и аккумулирование его тепла, 15 - охлаждение солевого раствора и выгрузка соли. Как видно из Фиг. 1 нагрев морской воды, ее испарение, перегрев водяного пара, и процесс разложение водяного пара на водород и кислород происходят с использованием электроэнергии. Согласно предлагаемому способу морская вода нагревается, далее поступает в зону испарения, далее в зону перегрева пара. Здесь часть пара поступает в зону его разложения на водород и кислород под действием электрического тока высокого напряжения. Часть пара подается на турбину, связанную с электрогенератором. Вырабатываемая электрическая энергия аккумулируется. Образующиеся водород и кислород также аккумулируются. Далее поток водорода из хранилища разделяется на два, один из них перед сжиганием направляется для дополнительной генерации электроэнергии. Для этого используется эластичный элемент, погруженный в воду. В зависимости от заполненности его водородом и уровня воды этот элемент совершает поступательное движение вверх- вниз. Это движение преобразуется во вращательное, позволяющее приводить в движение вал генератора электрической энергии. Вырабатываемая электроэнергия аккумулируется.

При отводе водорода из эластичного элемента, происходит его смешение с потоком водорода из хранилища и выравнивание давлений двух потоков. После этого водород поступает на сжигание в кислороде.

В результате сжигания водорода образуется большое количество тепла, которое используется для получения солевого расплава из морской воды и концентрированного солевого раствора, образующегося при нагреве морской воды и ее испарении (на Фиг. 1 не показано).

По мере увеличения количества солевого расплава, служащего аккумулятором тепловой энергии, часть его отводится, охлаждается, а образующаяся при этом соль складируется и затем вывозится возможным заказчикам. Для реализации такого способа предлагается следующая установка Фиг. 2. Эта установка также относится к установкам, использующим солнечную энергию. Она состоит из блока 16 - насоса для забора морской воды, блока 17 - накопительной емкости для морской воды, блока 18 - гидравлической турбины, блока предварительного нагрева воды - 19, блока испарения воды - 20, блока 31 - конденсатора пара, блока 32 - сборника конденсата с отводным трубопроводом. В установке имеется блок 1 - солнечная батарея и блок 33 - аккумулятор с трансформатором.

Кроме того, в установке имеется блок 34 - компрессор. Для обеспечения полной автономии установки от внешних источников электроэнергии и для ее круглосуточного функционирования она содержит дополнительно блок перегрева пара - 21, блок разложения пара на водород и кислород - 22, блоки накопления и хранения кислорода - 23 и водорода - 24, блок 25 - камеру сжигания водорода в кислороде, блок мгновенного испарения морской воды и получения расплава соли - 26, блок-накопитель расплава соли как аккумулятора тепловой энергии - 27, блок дополнительного испарения морской воды - 28, блок-охладитель расплава соли и ее выгрузки - 29, блок накопления концентрированного солевого раствора - 35, блок-турбина с электрогенератором - 30, блок использования части водорода для получения дополнительной электрической энергии - 36 с генератором электрической энергии - 37, блок смешения потоков водорода и выравнивания их давлений - 38. Блоки 1, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 30, 34, 36, 37 соединены кабелями с блоком 33 (показано на Фиг. 2 штриховыми линиями).

На Фиг. 3 схематически представлены блок 19 и на Фиг. 4 - блок 20. В блоке 19 находится электронагреватель (ТЭН) - 39 и теплообменник - 40. В блоке 20 находится электронагреватель (ТЭН) - 41 и теплообменник - 42. Электронагреватели запитываются от блока 33.

На Фиг. 5 схематически изображен блок 21.

Здесь 43 - патрубок для поступающего пара с температурой 100°С, 44 - патрубок с вентилем для выхода избыточного пара с температурой 120°С, 45 - патрубок с вентилем для выходящего пара с температурой 120°С, 46 - электронагреватель (ТЭН), 47 - патрубок для выходящего после паровой турбины пара, 48- патрубок для выхода пара с температурой 500°С, 49 - электронагреватель (ТЭН), 50 - патрубок для поступающего высокотемпературного пара из блока 26, 51 - патрубок для поступающего высокотемпературного пара из блока 28, 52 - паропровод для проходящего пара, 53 - труба для подачи пара в паровую турбину.

В блоке 22 установлены электроды, обеспечивающие при подаче на них постоянного тока высокого напряжения создание постоянного электрического поля высокой напряженности.

На Фиг. 6 схематически изображен блок 25.

Здесь 54 - зона пара с температурой 120°С, а 55 - зона высокотемпературного пара. На Фиг. 7 и Фиг. 8 схематически изображен блок 26,

где 56 - труба с высокотемпературным паром, 57 - паровая рубашка, 58 - зона мгновенного испарения воды, 59 - патрубок для подачи морской воды, 60 - патрубок для подачи концентрированного солевого раствора, 61 - труба для выхода расплава соли, 63 - патрубок для выхода высокотемпературного пара.

На Фиг. 9 - схематически изображен блок 27.

Здесь 63 - патрубки входящего пара, 64 - патрубок входящего солевого расплава, 65-теплообменники, 66 - патрубки для выхода пара, 67 - патрубок для выхода избыточного количества солевого расплава, 68- патрубок для полного удаления солевого расплава. На Фиг. 10 схематически изображен блок 28.

Здесь 69 - патрубки для входящего пара, 70 - теплообменники, 71 - патрубок для подачи морской воды, 72 - патрубок для подачи концентрированного солевого раствора, 73 - патрубок для входящего солевого расплава, 74 - патрубок для входа перегретого пара, 75 - патрубок для выхода солевого расплава, 76 - патрубки для выхода пара, 77 - патрубок для полного удаления солевого расплава. Блок 29.

На Фиг. 11 схематически изображен блок 36 с генератором электрической энергии 37. Здесь 78 - патрубок подачи водорода из хранилища, 79 - патрубок удаления водорода, 80 - поворотная заслонка, 81 - емкость с жидкостью, 82 - вторая емкость с жидкостью, 83 - третья емкость с жидкостью, 84 - гибкий трубопровод, 85 - рычаг переменной длины, 86 - подвижная водонепроницаемая муфта, 87 - опора рычага 85, 88 - направляющая опора, 89 - газонаполняемый эластичный элемент, 90 - узлы подвижного соединения рычага 85, 91 - главный гидравлический цилиндр, 92- поршень главного гидравлического цилиндра, 93-трос, 94 - ось вращения рычага 85, 95 - первая гидравлическая магистраль, 96 - поворотная заслонка, 97 - груз-компенсатор свободного хода троса 93, 98 - груз-противовес обратного хода троса 93, 99 - вторая гидравлическая магистраль, 100 - направляющий ролик, 101 - роликовые толкатели, 102 - направляющий упор, 103 - цилиндр преобразования поступательного движения во вращательное, 104 - шестерня цилиндра 103,105 - главная передаточная шестерня, 106 - шестерня промежуточного вала, 107 - приводной вал генератора электрической энергии, 38 - генератор электрической энергии, 108 - рабочий гидравлический цилиндр, 109 - поршень рабочего цилиндра, 110 - неподвижные блоки, 111 - подвижный блок, 112 - поворотная заслонка, 113 - поворотная заслонка, 114 - труба подачи жидкости в верхнюю часть рабочего цилиндра, 115 - труба отвода жидкости из верхней части цилиндра, 116 - насадка штока поршня рабочего цилиндра 109, 17 - электрические клеммы генератора электрической энергии, 118 - труба отводная жидкости из нижней части рабочего цилиндра, 119 - первая подвижная заслонка рабочего цилиндра, 120 - вторая подвижная заслонка рабочего цилиндра, 21 - сборная емкость рабочей жидкости, 122 - первая подвижная заслонка подвижная заслонка сборной емкости рабочей жидкости, 123 - вторая подвижная заслонка сборной емкости рабочей жидкости, 124 - направляющий упор.

На Фиг. 12 изображена развертка цилиндра 103 с канавками для роликовых толкателей 101.

Блоки 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28, 35 должны быть теплоизолированы. Груз-компенсатор свободного хода троса 97 и груз-противовес 98 полые внутри, чтобы была обеспечена их плавучесть. Система трубопроводов 95, 99 114, 115, 118, емкость 121, рабочий цилиндр 108 и главный цилиндр 91 заполнены жидкостью (например, техническим маслом).

Предусмотрены три режима работы установки. 1. Первичный запуск установки.

Запуск установки производится в светлое время суток следующим образом. Сначала включается солнечная батарея 1 и производится накопление электрической энергии в аккумуляторе с трансформатором 33. Затем морская вода при помощи насоса (блок 16), запитываемого электроэнергией от аккумулятора с трансформатором 33, который связан с солнечной батареей 1, подается в блок 17, где происходит ее накопление, что позволяет иметь запас воды для непрерывной работы установки в случай неисправности насоса (блок 16). Далее морская вода поступает в блок 19, где происходит ее предварительный нагрев при помощи электронагревателя (ТЭН) - 39 (Фиг. 3). Часть морской воды из блока 17 подается на гидравлическую турбину 18, которая производит электрическую энергию, поступающую в аккумулятор 33. После блока 18 морская вода также подается в блок 19. Нагретая в блоке 19 морская вода поступает далее в блок 20 (Фиг. 4), где она за счет работы электронагревателя (ТЭН) - 41 испаряется и образующийся пар с температурой 100°С поступает в блок 21 (Фиг. 5). В блоках 19 и 20 со временем повышается концентрация соли в воде, образуется концентрированный солевой раствор, который отводится в блок 35, где он накапливается. Одновременно в блоки 19 и 20 поступает свежая морская вода. Таким образом, происходит стабилизирование концентрации соли в воде внутри блоков 19 и 20, что важно для их продолжительной работы.

Пар, поступивший в блок 21 через патрубок- 43, разделяется на два потока (Фиг. 5). Первый поток при помощи электронагревателя (ТЭН) - 46 нагревается до 120°С и удаляется через патрубок с вентилем- 45. Избыток пара удаляется через патрубок с вентилем- 44, а второй поток пара нагревается до температуры 500°С при помощи электронагревателя (ТЭН) - 49 и удаляется через патрубок - 48.

Первый поток пара направляется по паропроводу через блоки 25, 26, 27, 28 обратно в блок 21, далее по паропроводу - 52 к блоку 20 и через него к блоку 19 и затем по паропроводу в блок конденсации - 31, где он охлаждается и превращается в обессоленную воду, которая накапливается в блоке 32. Второй поток пара с температурой 500°С направляется в блок 22, где под действием постоянного электрического поля высокой напряженности происходит процесс разложения перегретого водяного пара на водород и кислород. Эти газы направляются для накопления в блоки - хранилища 23 и 24 до заполнения емкостей. Потоки пара с температурами 120°С и 500°С можно регулировать при помощи вентилей на патрубках- 44 и 45. После накопления газов блоках - хранилищах 23 и 24, проводится подготовка к работе блока 38 (Фиг. 9). В емкости 81 и 83 при помощи насоса (на схемах не показан) при открытых поворотных заслонках 96 и 113 начинает заливаться морская вода. Поворотная запонка 112 закрыта. Эластичный элемент 89 находится внизу емкости 81. Поршень 92 главного цилиндра 91 находится в верхнем положении, груз - компенсатор 97 свободного хода троса 93 находится в верхнем положении, груз - противовес 98 обратного хода троса 93 находится в нижнем положении. Одновременно водород из блока - хранилища 24 по трубопроводу с патрубком подачи водорода 78 при открытой поворотной заслонке, перекрывающей в это время патрубок удаления водорода 79 и по далее по гибкому трубопроводу поступает в газонаполняемый эластичный элемент 89. По мере заполнения его водородом он выдавливает частично воду в емкость 82, которая образует с емкостью 81 систему сообщающихся сосудов.

2. Работа установки в светлое время суток.

Кислород из блока - хранилища 23 поступает в блок 25. Водород из блока - хранилища 24 поступает в блок 38. Часть водорода продолжает поступать в газонаполняемый эластичный элемент 89, который под действием силы Архимеда начинает подниматься наверх. Он действует на рычаг переменной длины 85, который заставляет поршень 92 медленно двигаться вниз. Поворотная заслонка 96 закрывается. Груз - компенсатор 97 свободного хода троса 93 начинает движение вниз, Воды в емкости 82 нет так, как поворотная заслонка 112 продолжает оставаться закрытой. Груз - противовес 99 обратного хода троса 93 начинает вплывать. Далее открывается поворотная заслонка 112 и емкость 82 начинает заполняться водой из емкости 83. Натяжение троса 93 оказывается ослабленным и он не препятствует движению вниз поршня 92. Поршень 92 выдавливает жидкость, которая по трубе 95 попадает в рабочий цилиндр 108 и толкает поршень рабочего цилиндра 109 наверх. При этом заслонки 102, 120, 122 закрываются, а заслонка 119 открывается. Это поступательное движение рабочего поршня 109 превращается во вращательное движение направляющего ролика 100 и роликовых толкателей 101, закрепленных на насадке 116 штока рабочего поршня 109. Направляющий ролик 100 движется по направляющему упору 124 вверх, а роликовые толкатели движутся вверх по канавкам цилиндра преобразования поступательного движения во вращательное 103, заставляя его вращаться. На цилиндре имеются шестерни 104. Эти шестерни передают вращение главным передаточным шестерням 105, которые в свою очередь передают вращение шестерням промежуточного вала 106. Нижняя шестерня промежуточного вала передает вращение приводному валу 107 электрического генератора 38. Вырабатываемая этим генератором электрическая энергия поступает на клеммы 117 и далее по кабелю в блок-аккумулятор 33. При достижении рабочим поршнем верхнего положения заслонки 119, 123 закрываются, а заслонки 120 и 122 открывается. Жидкость начинает поступать в верхнюю часть рабочего цилиндра 108, заставляя его поршень 109 двигаться вниз. При этом направляющий ролик 100 начинает по направляющему упору 124 двигаться вниз, Роликовые толкатели также движутся вниз, однако благодаря канавкам цилиндра преобразования поступательного движения во вращательное 103, сделанным согласно их развертке (Фиг. 12 и Фиг. 13), он продолжает вращение, не меняя его направления. Благодаря открытой заслонке 122, жидкость, выдавливаемая поршнем 109 рабочего цилиндра 108 попадает в емкость 121. При повторном движении поршня рабочего цилиндра вверх открывается заслонка 123 и жидкость поступает в емкость 121. Так как объем рабочего цилиндра намного меньше объема главного цилиндра, то при одном такте движения поршня главного цилиндра вниз, поршень рабочего цилиндра совершает многократное движение вверх-вниз. При достижении поршнем 92 главного цилиндра 91 нижнего положения из газонаполняемого эластичного элемента 89 начинается откачка водорода, который далее поступает в блок 38, где происходит смешение двух потоков водорода и выравнивание их давлений. По мере откачки водорода из газонаполняемого элемента 89, он перестает давить на рычаг 85, который в свою очередь перестает воздействовать на поршень 92. Вода из емкости 83 начинает откачиваться и груз-противовес 98 обратного хода троса 93 начинает опускаться вниз и тянуть поршень 92 наверх. Далее все фазы работы узла повторяются. Для непрерывной работы блока 36, необходимо иметь две емкости с эластичными элементами и два главных цилиндра, работающих в противофазе. Из блока 38 водород поступает в блок 25.

В этом блоке происходит сжигание водорода в кислороде при температуре порядка 2400- 2500°С с выделением большого количества тепловой энергии (зона 56, Фиг. 5). Горение водорода в кислороде происходит внутри отрезка тонкостенной трубы из тугоплавкого металла, заглушенной с одной стороны и которая находится в трубе большего диаметра. В образующийся между ними зазор (зона 54, Фиг. 6) из блока 21 по трубопроводу поступает пар с температурой 120°С, служащий для охлаждения стенок отрезка внутренней трубы, в которой происходит горение водорода в кислороде. Это приводит к охлаждению образующегося в результате горения потока высокотемпературного водяного пара в зоне 55 и одновременно к росту температуры второго потока пара в зоне 54.

На выходе из блока 25 температуры двух потоков приблизительно выравниваются и составляют примерно 1250°С.

Оба потока пара поступают в трубах в блок 26 для мгновенного испарения воды (Фиг. 7 и Фиг. 8). Сюда же в рабочий объем через патрубок - 59 поступает морская вода из блока 17, проходя блок 29, а из блока 35 по трубопроводу через патрубок 60 поступает концентрированный солевой раствор. Происходит мгновенное испарение воды. Образующийся при этом высокотемпературный пар выходит через патрубок- 62 и поступает в объем блока 21 через патрубок - 50. Высвободившаяся в результате испарения воды соль под действием высокой температуры превращается в расплав, стекающий по трубопроводу через патрубок 64 в блок 27, который является аккумулятором тепловой энергии (Фиг. 9).

Сюда же через патрубки- 63 поступает высокотемпературный пар с температурой 900°С, что позволяет, благодаря теплообменникам 65, поддерживать стабильной температуру расплава на уровне 820°С, что выше температуры плавления соли. При заполнении блока 27 расплавом соли избыток его удаляется через патрубок - 67. Далее этот расплав поступает в блок 28 (Фиг. 10) через патрубок - 73. Из блока 27 высокотемпературный пар выходит через патрубки- 66 и поступает в блок 28 через патрубки- 63. Сюда же поступает через патрубок - 71 из блока 17 морская вода, а через патрубок - 72 концентрированный раствор соли из блока 35. В блоке 28, благодаря теплообменникам - 70 и расплаву соли, происходит интенсивное испарение воды и образовавшийся высокотемпературный водяной пар через патрубок- 74 по паропроводу поступает в блок 21. Избыточный расплав соли через патрубок 75 поступает в блок 29. Высокотемпературный пар, поступивший из блоков 26 и 28 в блок 21 подается на паровую турбину 30 с электрогенератором, вращает ее, охлаждается и далее по паропроводу поступает в блок 31, где конденсируется и превращается в обессоленную воду. Полученная электроэнергия используется для проведения процессов внутри самой установки и, таким образом, приводит к уменьшению необходимой площади поверхности солнечной батареи. Блок 29 предназначен для охлаждения расплава соли и ее выгрузки. В этом блоке, охлаждение соли происходит, благодаря ее теплообмену с поступающей по трубе из блока 17 морской водой. Вода проходит через теплообменник и отбирает тепло у солевого раствора и далее нагретой поступает к блокам 28 и 26. Подача воды к блоку 29 регулируется с помощью компрессора 34.

Таким образом, в дневное время опреснение морской воды происходит за счет солнечной энергии, благодаря солнечной батарее, вырабатывающей электроэнергию, достаточную для обеспечения подачи, накопления и нагревания морской воды, ее выпаривания, перегрева образовавшегося водяного пара, разложения части его на водород и кислород, накопления этих газов, сжигания водорода в кислороде с выделением большого количества тепловой энергии, аккумулирования части ее в солевом расплаве, работы паровой турбины, соединенной с электрогенератором, вырабатывающим электроэнергию, работу компрессора, а также блока 29 и блока 36, который позволяет электрическому генератору 37 дополнительно вырабатывать электроэнергию. Кроме того, электроэнергию вырабатывает гидротурбина 18, соединенная с электрическим генератором (на Фиг. не показан).

3. Работа установки в темное время суток.

В темное время суток солнечная батарея не работает, поэтому опреснение морской воды происходит за счет тепловой энергии, выделяющейся в блоке 25 при сжигании водорода в кислороде. Эта энергия обеспечивает накопление и постоянную температуру расплава соли, работу паровой турбины с электрогенератором, и блока 36 с электрическим генератором 37, вырабатывающим необходимую электроэнергию для электронагревателей блоков 19 и 20, для электронагревателей блока 21 и для функционирования блоков 22 и 29, а также для работы насоса 16 и компрессора 34. Кроме того, продолжает работать гидротурбина с электрогенератором, также вырабатывающим электроэнергию.

Однако в темное время суток не происходит накопления газов в блоках 8 и 9: количество расходуемых газов больше вырабатываемого в это же время их количества.

При наступлении светлого времени суток снова начинает работать солнечная батарея и вырабатываемой энергии начинает хватать не только для обессоливания морской воды, но и для накопления водорода и кислорода, необходимого для следующего ночного цикла.

Такое построение установки позволяет не только обеспечивать круглосуточный процесс опреснения морской воды только за счет энергии солнца без привлечения других ее источников, но и накапливать и отгружать соль потребителю.

Установка позволяет снизить энергетические затраты и не загрязняет окружающую среду.

Полученная обессоленная вода может использоваться в различных целях, в частности подвергаться дальнейшей обработке для превращения ее в питьевую воду.

Изобретение может быть использовано для круглосуточного опреснения морской воды в странах с тёплым климатом, испытывающих недостаток пресной воды. Установка для круглосуточного опреснения морской воды содержит солнечную батарею 1, аккумулятор 33 электрической энергии с трансформатором, насос 16 забора морской воды, паровую турбину 30 с электрогенератором, блоки нагрева 19 и испарения 20 морской воды, блоки перегрева 21 и разложения 22 водяного пара на водород и кислород, блок конденсации водяного пара 31, ёмкость 32 для сбора конденсата - опресненной воды, блоки 24 и 23 накопления и хранения, соответственно, водорода и кислорода, блок 25 сжигания водорода в кислороде, блок 26 для мгновенного испарения воды и получения солевого расплава и блок 27 аккумулирования его тепла для подачи в блок 21 в тёмное время суток. При заполнении блока 27 избыток расплава подают в блок 28 для дополнительного испарения морской воды, а затем – в блок 29 охлаждения солевого расплава и выгрузки соли. Гидротурбина 18 предназначена для производства электроэнергии и сообщена с накопительной ёмкостью 17 для морской воды и с аккумулятором 33. Между блоками 24 и 25 размещён блок 36 использования части водорода для получения в генераторе 37 дополнительной электроэнергии, необходимой для работы в тёмное время суток, а также блок 38 смешения и выравнивания потоков водорода, поступающих из блоков 24 и 36. Блок 26, в котором также получают высокотемпературный пар, сообщён посредством блока 21 с паровой турбиной 30. В дневное время солнечную энергию, преобразованную в электрическую посредством солнечной батареи 1, накапливают в аккумуляторе 33 и используют в блоках 19, 20, 21 и 22. В тёмное время суток, когда солнечная батарея 1 не работает, опреснение морской воды осуществляют за счёт тепловой энергии, выделяющейся в блоке 25, обеспечивающей накопление и постоянную температуру солевого расплава в блоках 26 и 27, работу турбины 30, блока 36, генератора 37, насоса 16 и компрессора 34. Обеспечивается снижение энергетических затрат без загрязнения окружающей среды. 2 н.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ круглосуточного опреснения морской воды, включающий преобразование солнечной энергии в электрическую посредством солнечных батарей, аккумулирование солнечной энергии и ее использование для нагрева и испарения морской воды, перегрева полученного водяного пара и разложения перегретого водяного пара на водород и кислород, накопление и хранение этих газов, сжигание водорода в кислороде, получение солевого расплава в качестве аккумулятора тепла для перегрева водяного пара в темное время суток, охлаждение солевого расплава и выгрузку соли, конденсацию водяного пара с получением опресненной воды, отличающийся тем, что накопленный водород перед сжиганием в кислороде сначала разделяют на два потока, один из которых используют для выработки дополнительной электроэнергии, предназначенной для нагрева и испарения морской воды в темное время суток, после чего оба потока смешивают.

2. Установка круглосуточного опреснения морской воды, предназначенная для осуществления способа по п. 1, содержащая солнечную батарею для преобразования солнечной энергии в электрическую, аккумулятор электрической энергии с трансформатором, насос забора морской воды, паровую турбину с электрогенератором, блоки нагрева и испарения морской воды, блоки перегрева и разложения водяного пара на водород и кислород, блок конденсации водяного пара, емкость для сбора конденсата-опресненной воды, блоки накопления и хранения водорода и кислорода, блок сжигания водорода в кислороде, блок получения солевого расплава и аккумулирования его тепла для подачи в блок перегрева водяного пара в темное время суток, блок охлаждения солевого расплава и выгрузки соли, отличающаяся тем, что содержит гидротурбину, предназначенную для производства электроэнергии, сообщенную с накопительной емкостью для морской воды и аккумулятором электрической энергии с трансформатором, а между блоком накопления и хранения водорода и блоком его сжигания в кислороде размещен блок использования части водорода для получения дополнительной электроэнергии, необходимой для работы блоков нагрева и испарения воды в темное время суток, а также блок смешения и выравнивания потоков водорода из блока его накопления и из блока использования части водорода для получения дополнительной электроэнергии, кроме того, установка снабжена блоком мгновенного испарения воды, предназначенным для получения высокотемпературного пара, сообщенным посредством блока перегрева пара с паровой турбиной с электрогенератором.