Способ получения и накопления опресненного льда Советский патент 1991 года по МПК C02F1/22 

опреснение, трубопровод 3 с вентилем для отвода рассола, теплоизоляционный слой 4, размещенный на поверхности воды с возможностью вертикального смещения, насос 5 с тепловым приводом от перепада температур, периодически нагнетающий и всасывающий несжимаемый хладоноситель, которым заполнены

носитель отсасывают из охладителя 8, уменьшают его объем в охладителе, изменяют положение и форму его стенок, отделяют намерзший на внешней поверхности сл ой льда, образования которого всплывают и доопресняются подогревом окружающей его водой путем растапливания линз рассола между

Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием, может быть использовано для образования массива льда опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период года с установившимися положительными температурами для тепловых мелиорации почвогрунтов, помещений и площадок Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием и накопления опресненного льда и может быть использовано для образования массива льда из опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода ла период года с установившимися положитель- ными температурами для тепловых ме- для скота, а также сельскохозяйственного орошения и пастбищного животноводства и позволяет повысить эффективность процесса. Это достигается тем, что слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, расположенного в нижней части объема минерализованной воды, лед периодически отделяют от поверхности охладителя изменением положения и формы его стенок, вызываемого изменением температуры и давления заполняющего охладитель практически несжимаемого хладоносителя, перекачиваемого насосом с тепловым приводом через охлаждающий теплообменник, установленный в воздушной среде, а отделенные от стенок охладителя образования льда доопресняют незамерзшей водой при их всплывании и смерзании с .массивом уже всплывшего льда. После отвода рассола массив льда дополнительно опресняют подачей минерализованной воды, имеющей температуру 1-4 С под массив льда. 1 ил., 4 табл. лиораций почвогрунтов, помещений и площадок для скота, а также сельскохозяйственного орошения и пастбищного животноводства. Целью изобретения является повы- шение эффективности процесса. На чертеже показана установка для осуществления предлагаемого способа. Установка включает в себя емкость 1, имеющую трубопровод 2 с вентилем для подвода минерализованной воды на с (О о оо ю СО 4 сд

нагнетательный трубопровод 6, подсое-jQ кристаллами пресного льда, расташш15

диненный через охлаждающий теплооб- менник 7 к охладителю 8, и всасывающий трубопровод 9 соединяющий охладитель 8 с насосом 5, причем охлади- тель 8 расположен у дна емкости 1 и выполнен с возможностью изменения линейных размеров.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость 1 с теплоизолированными 20 стенками и дном подают по трубопроводу 2 минерализованную воду, имеющую 1 -4 С,, поверхность воды теплоизолируют слоем 4, например, синтетических , гранул, нерастворяемых в воде, имею- 25 щих плотность, меньше плотности воды.

При отрицательных температурах воздуха практически несжимаемый и незамерзающий рабочий хладоноситель, например керосин или водный раствор -JQ Nad или КС1, перекачивают насосом 5 с тепловым приводом по трубопроводу 6 с жесткими стенками в охлаждающий теплообменник 7, где хладоноситель при отрицательных температурах воздуха охлаждают ниже 0°С и подают в охладитель 8, например, сильфонного типа, имеющий возможно теплопроводные стенки, имеющие коэффициент теплового

35

вающихся при температуре окружающей воды. Затем всплывшие образования льда смораживают, одновременно до- опресняя водой, имеющей более высокую температуру. После окончания цикла всасывания насоса 5 хладоноситель при цикле нагнетания сначала доохлаждают в теплообменнике 7 и весь процесс повторяют.

Насос с тепловым приводом работает только при наличии перепада температур между хладоносителем, имеющим более высокую температуру, и воздухом, имеющим более низкую температуру, причем, чем больше эта разница, тем больше интенсивность циркуляции хладоносителя.

При повышении температуры рабочего тела в насосе 5 выше заданной насос 5 не работает, что обеспечивает автоматическое отключение системы образования., льда, а образованный массив льда остается термоизолированным.

Наличие теплоизоляционного слоя 4, выполненного с возможностью его вертикального смещения, дает возможность предохранить утечку холода при положительных температурах воздуха и сохранить образованный в период с отрицательными температурами воздуха массив льда, а при наступлении нового периода с отрицательными температурами воздуха продолжать его наращивание.

расширения, отличающийся от такого коэффициента воды, и изменяющие.свое положение и форму в зависимости от давления в охладителе хладоносителя. Из охладителя 8 хладоноситель всасывают в рабочую камеру насоса 5 по трубопроводу 9 с жесткими стенками. При нагнетательном цикле насоса с тепловым проводом хладоноситель из насоса 5 подают в теплообменник 7 а из него под повышенным давлением - в охладитель 8. Увеличивают давление в охладителе 8, в результате изменяют положение и форму стенок охладителя 8, выполненных, например, гофрированными из листового алюминия. По мере охлаждения стенок охладителя 8 хладоносители на.его внешней поверхности образуют слой льда. При цикле всасывания насоса 5 подогретый хладо

5

0 5

Q

5

0

5

0

вающихся при температуре окружающей воды. Затем всплывшие образования льда смораживают, одновременно до- опресняя водой, имеющей более высокую температуру. После окончания цикла всасывания насоса 5 хладоноситель при цикле нагнетания сначала доохлаждают в теплообменнике 7 и весь процесс повторяют.

Насос с тепловым приводом работает только при наличии перепада температур между хладоносителем, имеющим более высокую температуру, и воздухом, имеющим более низкую температуру, причем, чем больше эта разница, тем больше интенсивность циркуляции хладоносителя.

При повышении температуры рабочего тела в насосе 5 выше заданной насос 5 не работает, что обеспечивает автоматическое отключение системы образования., льда, а образованный массив льда остается термоизолированным.

Наличие теплоизоляционного слоя 4, выполненного с возможностью его вертикального смещения, дает возможность предохранить утечку холода при положительных температурах воздуха и сохранить образованный в период с отрицательными температурами воздуха массив льда, а при наступлении нового периода с отрицательными температурами воздуха продолжать его наращивание.

Температура замерзания рассола зависит от степени его минерализации: чем выше содержание солей, тем при более низкой температуре рассол замерзает.

По мере охлаждения воды охладителем на его стенках образуется снова слой льда, который при изменении положения и формы стенок охладителя отделяется от стенок и всплывает. При всплытии в жидкой воде остатки всплывающего льда дополнительно опресняются, опресняется также всплывший лед за счет таяния линз, имеющих

повышенное солесодержание по сравне- ( нию с солесодержанием незамерзшей воды у ледяного массива, и весь процесс повторяют снова. При этом необходимо иметь в виду, что изменение плотности воды с изменением температуры в пределах от 0 до 4°С является аномальным, т.е. ее плотность увеличивается с возрастанием температуры.

Таким образом осуществляют последовательное наращивание массива пресного льда и накапливание холода в период чередования отрицательных и положительных температур путем на- мораживания массива при отрицательных температурах воздуха, исключая его размораживание в период с отрицательными температурами.

При появлении потребностей в воде и холоде у потребителей в период года с установившимися положительными температурами ледяной массив размораживают, например, путем подвода в охладитель 8 воды или другого теплоноси- теля, имеющего положительную температуру и охлаждаемого в охладителе 8 до более низких температур перед подачей потребителю (не показано) на нужды тепломелиорации. Холодная вода, полу- ченная в результате таяния льда, также может подаваться потребителю для тепломелиорации и после ее нагревания отведенным тедлом, например после охлаждения помещений, подаваться на орошение (не показано). Размораживание массива опресненного льда можно осуществлять и другими способами.

В табл.1 приведены данные, относящиеся к концентрации NaCl в слое льда и жидкости рассола после частичного домораживания воды, содержащей 9,88 г/л NaCl.

В табл.2 приведены данные серии опытов по распределению NaCl в слое льда, в рассоле, в растворе, замораживаемом при -10°С (первый цикл, табл.2), при подаче новой порции воды, имеющей 3,5°С (второй цикл, табл.3), а также данные уменьшения солёсодержания во льду (табл.4). Перекачиваемую незамерзающую при минимальной температуре практически несжимаемую жидкость нагнетают через теплообменник 7 в охладитель 8 под повышенным давлением. Этой жидкостью, охлажденной в теплообменнике. 7, линейно расширяют охладитель 8, расположенный в нижней части емкости за

5

0 5 0

«

с о 5

5

полненной опресняемой водой, поверхность которой теплоизолирована с ; возможностью вертикального смещения теплоизоляцииJ этой же жидкостью охлаждают его стенки и прилегающие к ним слои воды, намораживают на внешних стенках охладителя слой льда.

По мере подачи охлажденной жидкости из теплообменника 7 в охладитель 8 уменьшают температуру стенок последнего и увеличивают слой намораживаемого льда. Жесткую связь между намораживаемым слоем льда и стенками охладителя 8 нарулйх т линейным вдоль поверхности их контакта температурным сдвигом льда относительно поверхности стенки. После окончания цикла нагнетания до начала цикла всасывания равномерно выравнивают температуру перекачиваемой жидкости, находящейся в охладителе 8, его стенок, слоя льда и незамерзающей воды, находящейся вокруг льда, растапливают линзы рассола в образовавшемся льде, имеющие большую.степень минерализации, большую, чем степень минерализации при которой при вновь установившейся температуре замерзающий рассол тает. Уменьшают давление перекачиваемой жидкости в ее системе всасывающим циклом насоса.

Подогретую в охладителе 8 жидкость всасывают в рабочую камеру насоса, сокращают линейно объем охладителя 8, чем отделяют и отталкивают от стенок охладителя 8 образовавшийся лед и перемещают его всплыванием к поверхности опресняемой воды, а при всплывании в опресняемой воде его температуру равномерно повышачот, чем его дополнительно опресняют. У поверхности опресняемой воды образуют спой всплывшего льда, затем процесс повторяют до образования слоя всплывшего льда необходимой толщины и достижения в незамерзающей воде заданной концентрации солей, которая не должна быть в замерзших линзах рассола. Незамерзающую воду отводят и заменяют ее новой порцией воды исходной минерализации, имеющей температуру 1-4 С. Теплом вновь подведенной воды равномерно прогревают слой всплывшего льда и дог опресняют его. Полученный холод при таянии линз рассола идет на образование кристаллов пресного льда, образующихся при температуре большей, чем тают линзы рассола.

Температура вновь подаваемой воды в пределах обеспечивает отсутствие течений, возникающих в резуль- та те неравномерного по площади слоя льда охлаждения воды и всплывания подогретой воды, чем достигается более равномерное прогревание льда,

Величина перепада давления, создаваемого насосом с тепловым приводом при перепадах температуры рабочего тела, например, в 10°С при использовании в качестве рабочего тела водного раствора аммиака, содержащего 0,55 г аммиака в 1 г раствора, равна 0,6 атм,

Как следует из табл.1, при концентрации солей около г/л при сохранении температурного и временного режима намораживания можно умень- шить содержание солей в воде на одну треть.

Как следует из табл.2-4, при концентрации солей г/л уже в первом цикле можно достичь уменьшения солей во льду на 50%, а во втором цикле - до 41%, причем второй цикл является наиболее эффективным при доопреснении льда с большим содержанием солей.

,

29458

Состав и последовательность действий способа не зависят от концентрации солей в опресняемой воде.

Формула изобретения Способ получения и накопления опресненного льда, включающий заполнение емкости минерализованной водой, замораживание воды с образованием слоя льда и опреснение льда при чередовании отрицательных и положительных температур окружающего воздуха, теплоизоляцию льда и отвод рассола, о тличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, размещенного в нижней части емкости и выполненного с возможностью изменения линейных размеров, лед периодически отделяют от стенок охладителя изменением температуры и давления циркулирующего через охладитель несжимаемого хладоносителя с последующим дополнительным опреснением льда незамерзшей водой, при этом теплоизоляцию размещают на поверхности воды с возможностью вертикального перемещения.

Таблица 1

67

(А.

ТаблицаЗ

Таблица

1