CZ294354B6 - Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody a zařízení k provádění způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z mořské vody nebo z poloslané (brakické) vody se týká přivádění vody kanálem pro zadržení soli, ohraničeným reverzní osmotickou membránou, na kterou působí kolísavé magnetické pole. Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z pouzdra (12), do kterého čerpadlo (14) poháněné motorem (16) čerpá mořskou vodu pod tlakem. Odsolovací náplň (76) uvnitř pouzdra (12) obsahuje polorozpustný materiál, který působí jako reverzní osmotická membrána, kterou je propouštěná voda protlačována, aby se oddělila od mořské vody nebo poloslané vody. Pevné látky rozpuštěné v poloslané vodě nebo mořské vodě jsou zachyceny v kanálech pro zadržení soli náplně (76). Tři elektrické cívky (94, 96 a 98) obklopují náplň (76) a jsou uloženy ve stěnách pouzdra (12). Cívky jsou napájeny proudem ze zdroje (112), který je s výhodou 380 voltový třífázový proud o 50 Hz. Cívky jsou také připojeny vedením (108) k AC pohonu (110) s nastavitelnou frekvencí, který je na druhou stranu připojen k motoru (16). Cívky (94, 96 a 98) působí magnetickým polem na mořskou nebo poloslanou vodu v kanálech pro zadržení soli, které zvyšuje rychlost, přičemž voda proniká reverzní osmotickou membránou a také zamezuje zanášení. Cívky (94, 96 a 98) dále mají úlohu tlumivek motoru (16).ŕ

Description

(57) Anotace:

Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z mořské vody nebo z poloslané (brakické) vody se týká přivádění vody kanálem pro zadržení soli, ohraničeným reverzní osmotickou membránou, na kterou působí kolísavé magnetické pole. Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z pouzdra (12), do kterého čerpadlo (14) poháněné motorem (16) čerpá mořskou vodu pod tlakem. Odsolovací náplň (76) uvnitř pouzdra (12) obsahuje polorozpustný materiál, který působí jako reverzní osmotická membrána, kterou je propouštěná voda protlačována, aby se oddělila od mořské vody nebo poloslané vody. Pevné látky rozpuštěné v poloslané vodě nebo mořské vodě jsou zachyceny v kanálech pro zadržení soli náplně (76). Tři elektrické cívky (94, 96 a 98) obklopují náplň (76) a jsou uloženy ve stěnách pouzdra (12). Cívky jsou napájeny proudem ze zdroje (112), který je s výhodou 380 voltový třífázový proud o 50 Hz. Cívky jsou také připojeny vedením (108) k AC pohonu (110) s nastavitelnou frekvencí, který je na druhou stranu připojen k motoru (16). Cívky (94, 96 a 98) působí magnetickým polem na mořskou nebo poloslanou vodu v kanálech pro zadržení soli, které zvyšuje rychlost, přičemž voda proniká reverzní osmotickou membránou a také zamezuje zanášení. Cívky (94,96 a 98) dále mají úlohu tlumivek motoru (16).

CV

N O

Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody a zařízení k provádění způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že je možno z mořské vody a poloslané (brakické) vody odstranit rozpuštěné pevné látky, tj. může být odsolena, způsobem známým jako zpětná osmóza. Voda se čerpá při tlaku dvacet až sedmdesát barů, před odsolovací náplň, při použití komplexního polymeru jako polopropustné membrány. Používané tlaky jsou nutné k překonání přirozeného osmotického tlaku přiváděné vody. Tlaky na spodní hranici rozsahu se používají pro poloslanou vodu a vyšší tlaky se používají pro poloslanou vodu a vyšší tlaky se používají pro mořskou vodu.

Typ náplně, která je nejvíce používaná při odsolování, obsahuje množství jemných dutých vláken komplexního polymeru, voda se čerpá do prostorů mezi vlákny. Vlákna mají v podstatě stejný rozměr průřezu jako lidský vlas. Propuštěná voda (vyráběná voda) proudí stěnami vláken do jejich dutého vnitřního prostoru. Dutý vnitřní prostor, kterému se také říká dutina, tvoří kanály pro propuštěnou vodu. U této formy náplně jsou kanály pro zadržení soli vně vláken a jak bylo řečeno, kanály pro vyráběnou vodu jsou tvořeny vnitřními dutými prostory vláken.

Druhý druh náplně, která se běžně používá, je spirálovitě vinutý typ. U této formy náplně jsou ploché fólie komplexního polymeru spirálně vyvinuty na střední jádro, které je ve tvaru duté trubky, ve které je vytvořeno množství otvorů.

Mezi každým sousedním párem fólií komplexního polymeru je mřížka. Mřížky slouží jako rozpěrky, které drží fólie v určité vzdálenosti od sebe a tvoří mezi fóliemi střídavě kanály pro zadržování soli a pro propouštěnou vodu. Mřížky v kanálech pro zadržování soli jsou určeny k dalšímu vytváření turbulence v proudící vodě. Stoh, např. osm až dvanáct, těchto fólií s rozpěrkami mezi sebou, jsou vyvinuty na jádro současně. Kanály pro propuštěnou vodu jsou navinuty spirálovitě dovnitř směrem k jádru.

Starší odsolovací provozy měly sklon používat náplně obsahující vlákna. Novější provozy používají spirálovitě vinuté náplně. Nyní je celkový počet použitých spirálovitě vinutých náplní menší než počet náplní používajících vlákna. Nerovnost v počtu však končí, protože nejnověji instalované odsolovací provozy používají spirálovitě vinuté náplně a tento směr se očekává i v budoucnosti.

Největší problém s odsolováním spočívá v zanášení polopropustných membrán. Zanášení vzniká ze tří důvodů. Hlavní důvod je usazování na těch plochách polymerových fólií nebo polymerových vláken, které ohraničují kanály pro zadržování vrstev obecné soli a ostatních pevných látek jako je hořčík a vápník. Spatně rozpustné soli a ostatní pevné látky se vysrážejí při proudění vody polopropustnou membránou z kanálu pro zadržení soli do kanálů propuštěné vody. Tento proud vody zvyšuje koncentraci rozpuštěných pevný látek na takový rozsah, že zbývající voda již není schopna udržet všechny pevné látky v roztoku.

Další důvod zanášení je organický. Např. řasy, bakterie a pod. rostou na polopropustných membránách. Třetí důvod zanášení jsou pevné látky, které filtry, běžně používané před odsolovací náplní k odstranění pevných částic z přiváděné vody, neodstraní.

-1 CZ 294354 B6

Potíže se zvětšují skutečností, že polymer má síť se záporným nábojem, zatímco řasy a bakterie mají síť s kladným nábojem. Proto tyto organismy jsou zejména přitahovány na povrch membrány, kde se ukládají a tvoří kolonie. Podobně kladné ionty (kationty), které jsou v mořské vodě následkem rozkladu rozpuštěných pevných látek, jsou také přednostně přitahovány k membráně.

Je dobře známé, že lychlost zanášení náplně se zvyšuje nelineárním způsobem a rychlostí proudění propouštěné vody. Proto zdvojnásobení rychlosti proudění více než zdvojnásobuje lychlost, kterou se odsolovací náplň zanáší. Zanášení snižuje rychlost, kterou voda prochází membránou. Rychlost proudění může poklesnout v takovém rozsahu, že z náplně musí být odstraněn nános chemických působením. Náplň, která byla nadměrně zanesena, nemusí ani po odstranění nánosu umožňovat stejnou rychlost proudění jako před zanesením.

Jak bylo shora uvedeno, aby se minimalizovalo zanášení běžných odsolovacích náplní včetně polymemích fólií, vloží se do kanálů, zadržujících sůl, turbulenci vytvářející rozpěrky. Tyto rozpěrky zvýšením míchání vody, proudící do kanálů pro zadržení soli, brzdí vytvoření toho, co se nazývá koncentrační polarizační vrstva. Tato vrstva je těsně vedle membrány a v ní je koncentrace rozpuštěných pevných látek největší. Tato vrstvě nejen tvoří přepážku proudění vody membránou, ale je to zejména tato vrstva, která způsobí, že rozpuštěné látky se vysrážejí a zanesou membránou. Dále existence této vrstvy o vysoké koncentraci zvyšuje osmotický tlak. Tyto rozpěrky, způsobují turbulenci, proto pouze částečně řeší problém zanášení.

Zanášení je podstatný problém odsolovacích náplní, které obsahují vlákna, protože jsou ve hmotě vláken velmi jemné mezery mezi vlákny. Proto hmota vláken jako taková působí jako výjimečně účinný filtr a zachycuje a odděluje každý pevný materiál v přiváděné vodě. Takový materiál se zadržuje ve hmotě vláken a přispívá ke snížení rychlosti proudění propouštěné vody.

V naší mezinárodní přihlášce WO 97/21630 navrhuje konstrukci, která vytváří turbulenci v přiváděné vodě, vstupující do kanálů pro zadržení soli, aby se potlačilo vytváření koncentračních polarizačních vrstev a v důsledku toho se zabránilo zanášení.

Hlavním úkolem předloženého vynálezu je zvýšit výkon odsolovacích náplní.

Dalším úkolem předloženého vynálezu je omezit rychlost, se kterou se odsolovací náplň zanese a tím umožní, aby se dosáhla větší výrobní rychlost po delší dobu.

Podstata vynálezu

Při provádění způsobu odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody podle předloženého vynálezu se voda přivádí do zadržovacího kanálu, ohraničeného reverzní osmotickou membránou, přičemž membrána, voda v zadržovacím kanálu a voda, která prošla membránou, se vystaví působení kolísavého magnetického pole. Podstata způsobu podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že se přivede elektrický proud proměnlivé velikosti do každé z alespoň dvou cívek, umístěných odděleně od sebe podél délky zadržovacího kanálu a voda v zadržovacím kanálu se vystaví působení magnetických polí, generovaných těmito cívkami. Magnetická pole, generovaná jednotlivými cívkami, se překrývají a jsou fázově posunuta. Výhodou zde je, že v přiváděné vodě, vstupující do kanálů pro zadržení soli, se vytváří turbulence, a tím se potlačuje vytváření koncentračních polarizačních vrstev a v důsledku toho se zadržuje zanášení.

Je výhodné, přivede-li se třífázový střídavý proud do tří cívek, umístěných odděleně od sebe podél délky zadržovacího kanálu, kdy do každé cívky se přivede jedna z fází. Výhodou je zvýšení výkonu odsolování.

Zařízení pro odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody zahrnuje podél zadržovací kaná pro zadržení soli, ohraničený reverzní osmotickou membránou a prostředky pro přivádění vody do

-2CZ 294354 B6 tohoto zadržovacího kanálu, upraveného pro průtok vody. Podstata zařízení podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že obsahuje alespoň dvě cívky, umístěné odděleně od sebe podél délky zadržovacího kanálu a prostředky pro přivedení napětí o proměnlivých velikostech do každé z cívek, upravených pro vytvoření kolísavých, fázově posunutých a překrývajících se magnetických polí, pro působení na vodu v zadržovacím kanálu.

Je výhodné, zahmuje-li zařízení pro odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody pouzdro podlouhlého tvaru a náplň podlouhlého tvaru, uloženou v pouzdru, přičemž náplň obsahuje polopropustné membrány, ohraničující řadu zadržovacích kanálů a cívky jsou umístěny odděleně od sebe, podél délky pouzdra.

Jiná výhodná varianta zařízení se vyznačuje tím, že obsahuje tři cívky, umístěné odděleně od sebe podél délky pouzdra a prostředky pro přivádění třífázového střídavého proudu. Každá cívka je připojena k jedné fázi, takže pole, vytvářená třemi cívkami, jsou vzájemně fázově posunutá.

S výhodou je zařízení opatřeno prostředky pro přivádění vody, která zahrnuje čerpadlo, poháněné třífázovým elektromotorem, přičemž elektromotor je připojen na zdroj třífázového střídavého proudu přes cívku, upravené jako tlumivky pro motor.

Je výhodné, je-li mezi cívkami a motorem střídavé napájení s nastavitelnou frekvencí.

Jiná varianta zařízení obsahuje tlakové čidlo pro snímání tlaku ve výtlakovém výstupu čerpadla a přívod ovládajícího signálu ke střídavému zdroji, pro ovládání motoru, k udržení konstantního tlaku v tomto výtlakovém výstupu.

Ještě další varianta zařízení podle předloženého vynálezu obsahuje desku, opatřenou množinou otvorů, umístěnou mezi prostředky pro přívod vody a náplní, kde otvory v desce jsou upraveny pro rozdělení vody do jednotlivých proudů a směrování těchto proudů proti konci náplně. Voda, vstupující do zadržovacích kanálů, je vystavena působení vířivých proudů, přičemž za deskou je dosaženo tlakového poklesu.

Zařízení může být vytvořeno s výhodou tak, že pouzdro má válcovou stěnu z vlákny zesílené tvrditelné pryskyřice, přičemž cívky jsou uloženy ve válcové stěně pouzdra.

Pro ochranu a odpružení každé cívky je zařízení s výhodou opatřeno vrstvami gelu, umístěnými v radiálním směru uvnitř a na vnějšku každé cívky.

Aby se dále zvýšila účinnost zařízení, může ještě obsahovat desku opatřenou řadou otvorů, uspořádanou mezi prostředky pro přívod vody a náplní. Otvory, vytvořené v desce, rozdělují vodu do proudů a směrují proudy vody proti konci náplně, čímž má voda vstupující do kanálů pro zadržení soli v sobě vířivé proudy a přes desku nastává pokles tlaku.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 znázorňuje axiální řez vodním odsolovačem, obsahujícím odsolovací náplň a tři cívky;

obr. 2 znázorňuje částečně v řezu, ve větším měřítku, vstup vody do odsolovače;

obr. 3 znázorňuje konec odsolovače s výstupem vody ve větším měřítku a částečnou v řezu;

obr. 4 je čelní pohled na odsolovací náplň;

-3CZ 294354 B6 obr. 5 je detail pouzdra, tvořící část odsolovače z obr. 1 až 3;

obr. 6 je schematické znázornění části odsolovací náplně, ve značně zvětšeném měřítku;

obr. 7 znázorňuje způsob, jakým magnetická pole vytvářená cívkami vzájemně působí;

obr. 8 je schematický nárys znázorňující další odsolovací náplň a tři cívky;

obr. 9 je řez IX - IX z obr. 8;

obr. 10 schematicky znázorňuje část pláště v rozvinutém tvaru; a obr. 11 schematicky znázorňuje část dalšího pláště.

Popis příkladu provedení

Vodní odsolovač 10, znázorněný na obr. 1, sestává z horizontálně podlouhlého válcového pouzdra 12. Pouzdro 12 je z nemagnetického materiálu a je s výhodou vyrobeno vinutím skleněných vláken ve formě pramenů na otáčející se jádro. Tvrditelná pryskyřice je současně nanášena na jádro tak, aby vzniklo duté válcové pouzdro 12, vyztužené skleněným vláknem s hladkou vnitřní plochou. Pryskyřici lze nanášet tak, že se nejspodnější část jádra a částečně vytvořené pouzdro 12 ponoří do pryskyřičné lázně, přebytečné pryskyřice se odstraní natíráním nože. Takovéto pouzdro snadno odolává vnitřním tlakům vyšším než 70 barů.

Čerpadlo 14 a elektromotor 16 je připojeno ke vstupnímu konci pouzdra 12, přičemž čerpají odsolovanou vodu při tlaku obvykle asi 50 až 60 barů do pouzdra 12. Motor 16 je s výhodou třífázový AC motor a čerpadlo je s výhodou D 10 hydrokomorové čerpadlo, vyráběné firmou Warren Engineering Of Mineapolis, Minnesota, U.S.A.

Čerpadlo 14 a motor 16 jsou připevněny k pouzdru 12 pomocí koncového kroužku 18 (viz částečně na obr. 2) a k upevňovací desce 20. Koncový kroužek 18 je připevněn k pouzdru 12 tak, že se nejprve vyrobí válcová část 12.1 pouzdra 12, potom se kroužek 18 navleče na částečně vyrobené pouzdro 12 a potom se vyrobí vnější část 12.2 pouzdra 12 s kroužkem 18, uloženým mezi vnitřní a vnější částí 12.1 a 12.2. Je nutno upozornit, že kromě koncové oblasti, kde leží kroužek 18 mezi těmito částmi, tvoří části 12.1 a 12.2 celistvého pouzdro jako jeden kus, bez jakéhokoli přerušení. Kroužek 18 má řadu obvodově procházejících vnějších žeber 22, které pomáhají spojit kroužek 18 s pouzdrem 12.

Kroužek 18 má řadu slepých závitových otvorů 24 pro šrouby 28, každý z nich ústí a čelní plochu kroužku 18. Deska 20 má rovné průchozí otvory 26, které jsou vyrovnány se závitovými otvory 24 pro šrouby 28. Šrouby 28 procházejí otvory 26 a jsou zašroubovány do otvorů 24 pro připevnění upevňovací desky 20 ke koncovému kroužku 18.

Čerpadlo 14 a motor 16 jsou vzájemně připevněny šrouby 30, procházejícími přírubami 32 a 34 čerpadla 14, resp. motoru 16.

Šrouby 36, procházející přírubami 38 čerpadla 14 a do závitových otvorů 40 desky 20, spojují navzájem desku 20 a čerpadlo .14. Výtlakový otvor čerpadla 14 je v zákrytu s kanálem 42. který prochází deskou 20. Sací otvor čerpadla 14 je v zákrytu se vstupním kanálem 44, který probíhá radiálně dovnitř ze vstupu 46 v desce 20 a dále pak axiálně, aby byl v zákrytu se sacím otvorem čerpadla 14, procházejícím radiálně dovnitř ze vstupního otvoru 46 desky 20 a potom axiálně tak, aby byl v zákrytu se sacím otvorem čerpadla M.

-4CZ 294354 B6

Deska 20 má, na straně vzdálenější od čerpadla 14, vytvořenou válcovou stěnu 48, která má okolo svého obvodu vnitřní závit 50. Deska 52 s vnějším závitem, vytvářející turbulenci, opatřená řadou průchozích otvorů 54 je přišroubována do válcového prostoru ohraničeného stěnou 48. Deska 20 a 52 tvoří mezi sebou dutinu 56, přičemž kanál 42 je otevřen do dutiny 56.

Průchozí otvory 54 desky 52 mohou být uspořádány v jakémkoliv seskupení. Například, otvory 54 mohou být uspořádány v kruhovém seskupené. Jindy mohou být otvory 54 uspořádány v několika řadách, vycházejících ze středu desky 52, nebo mohou být uspořádány ve spirále, jejíž střed je ve středu desky 52.

Stěnu 48 obepíná O-kroužek 58 a tvoří těsnění mezi deskou 52 a vnitřní plochou pouzdra 12.

Na druhém konci pouzdra 12, jak ukazuje obr. 3, je koncová deska 60. Koncová deska 60 je držena v pouzdru 12 párem spolupůsobících kroužků 62 a 64. Kroužek 62 je umístěn okolo jádra před začátkem vyrábění pouzdra 12. Je proto uložen ve stěnách pouzdra 12 a tím vytvoří vnější žebro 66, které obklopuje pouzdro 12. Po sestavení odsolovače, jak bude podrobně popsáno dále, kroužek 64 má svůj vnější průměr zmenšen a je pak vložen do pouzdra 12 tak, že je ve spolupůsobícím spojení s kroužkem 62, jak je znázorněno, a tak je zabráněno, aby se deska 60 vytlačovala ven z pouzdra 12 následkem vnitřního tlaku v pouzdru 12.

Axiální otvor 68 v desce 60 tvoří výstup pro vyčištěnou (propuštěnou) vodu a otvor 70, který je přesazen k jedné straně otvoru 68, tvoří výstup solného roztoku. U-těsnění (neznázoměné) je vloženo do drážky 72 v desce 60. Další drážka, která prochází po obvodu desky 60 těsně vedle drážky 72, je opatřena O-kroužkem 74. U-těsnění a O-kroužek 74 zabraňuje prosakování mezi pouzdrem 12 a deskou 60.

Odsolovací náplň 76 válcového tvaru je zasunuta do pouzdra 12 předtím, než se koncová deska 60 upevní na místě pomocí kroužků 62 a 64.

Náplň 76, která obsahuje řadu polymerových fólií a rozpěrek, jak bylo popsáno shora, bude popsána podrobněji dále. Fólie a rozpěrky 84 jsou spirálovitě navinuty na střední trubce 78. Výstupní konec trubky 78 odsolovače vyčnívá z navinutých fólií a rozpěrek 84 a je zasunut do otvoru 68. Typ náplně 76, který je vhodný pro použití u předloženého vynálezu, je vyráběn a prodáván firmou Filmtech Corporation, která je plně vlastněna pobočkou Dow Chemical Company. Výrobek nese označení FT30. Patent US 4 277 344 popisuje podrobně princip reverzní osmózy. Filtrační náplň 76 je obvykle válcová a je těsně spojena s pouzdrem 12. Utěsnění (neznázoměné) je uloženo v drážkách 80 (viz zejména obr. 2 a 3), které obklopují koncové kryty 82 (také viz obr. 4) náplně 76 a opírají se o vnitřní plochu náplně 12, aby se zabránilo unikání vody mezi pouzdrem 12 a náplní 76.

Vinuté fólie a rozpěrky 84 (obr. 4) jsou uvnitř tenké fólie 86 z materiálu jako je skleněné vlákno. Fólie 86 vzájemně spojuje koncové kryty 82. Fólie 86 není dostatečně pevná, aby odolala uvnitř působícímu tlaku bez porušení. Je proto těsně uložena na pouzdru a tak pouzdrem podepřena. O-těsnění v drážkách 80 zabraňují proudění vody mezi fólií 86 a pouzdrem 12.

Každý koncový kryt 82 je ve tvaru hvězdice (viz obr. 4), mající vnitřní kroužek 88 a vnější kroužek 90 spojený paprsky 92. Trubka 78 prochází vnitřním kroužkem 88 na výstupním konci náplně 76 a drážky 80 jsou na vnější ploše kroužku 90.

Tři cívky 94, 96 a 98 jsou navinuty na pouzdru 12 při jeho výrobě. Zejména je vyrobena poměrně tenká vnitřní část 12.3 (obr. 5) pouzdra 12 a cívky 94, 96 a 98 jsou navinuty na tuto vnitřní část 12.3. Ostatní část pouzdra 12 je pak vyrobena tak, aby cívky 94, 96 a 98 byly uloženy v pouzdru 12 pouze s tenkou vnitřní částí 12.3 mezi sebou a náplní 76 a tlustší vnější částí 12.4 vně. Cívky mohou být z vysoce vodivých uhlíkových vláken nebo měděného drátu. Vlákna nebo dráty jsou povlečeny tak, aby byly vzájemně elektricky izolovány.

-5CZ 294354 B6

Aby byly cívky 94, 96 a 98 chráněny, nanese se vrstva 100 měkkého gelu na vyrobenou vnitřní část 12.3 pouzdra 12 předtím, než se cívky navinou (viz obr. 5). Poté se nanese přes cívky 94, 96 a 98 druhá vrstva 102 gelu. Dvě vrstvy 100, 102 ztuhnou, ale nestanou se nepoddajnými. Gelové vrstvy 100 chrání cívky 94, 96 a 98 proti průsaku vody jakýmikoli prasklinami v těch částech

12.3 pouzdra 12, které jsou mezi cívkami 94, 96 a 98 a vnitřkem pouzdra 12.. Vnitřní vrstva 100 gelu absorbuje rozměrové změny pouzdra 12, vznikající změnami tlaku v pouzdru 12 a tím se zabrání radiálním silám působením na cívky 94, 96 a 98.

Po navinutí cívek se přívodní kanály 106 vedou podél vnější plochy části 12.3 pouzdra do společného spojovacího místa, kterým může být propojovací skříňka 104 (obr. 1 a 2) u vstupního konce odsolovače. Přívodní kabely 106 jsou samozřejmě uloženy v pouzdru 12 při výrobě vnější části

12.4 pouzdra 12. Na obr. 1 a 3 jsou, pouze pro ilustrační účely, přívodní kabely 106 a další kabely 108, které spojují cívky 94, 96 a 98 s frekvenčně nastavitelným AC buzením 110, znázorněny jako vstupující a opouštějící pouzdro 12 v oblasti cívek 94, 96 a 98. Na obr. 3 je schematicky znázorněna cívka 94, navinutá na vnější stranu pouzdra 12.

Každá z cívek 94, 96 a 98 je připojena svým napájecím kabelem 106 k jedné fázi třífázového AC buzení 112 (viz obr. 1). Jestliže je to potřeba, je možno použít stínění, např. ve formě opletení, aby se účinky magnetických polí neprojevovaly vně pouzdra 12.

Buzení 110 ie spojeno s motorem 16. Výhodný typ buzení je „1336 plus“, vyráběné Allen Brady (část Rockwell Group) 1201 Southe Second Street, Milwaukee 53204, USA.

Tlakové čidlo 114 (obr. 1 a 2) je vloženo do desky 20 kanálem 116, který je spojen s kanálem 42, který je dále spojen s výtlakovým otvorem čerpadla 14.

Tlakové čidlo 114 je připojeno vedením 118 (obr. 1) k AC buzení 110 s nastavitelnou frekvenci a vytváří pro něj ovládací signál. Ovládací signál je použit k ovládání výstupní frekvence buzení hnacího motoru a tudíž rychlosti motoru 16, aby se tak udržel konstantní tlak ve výtlakovém otvoru čerpadla 14.

I když je v pouzdru 12 znázorněna jen jedna náplň 76, je možno použít dvě nebo více náplní 76 řazených za sebou. Voda proudí po řadě každou náplní. S každou náplní 76 mohou být spojeny tři cívky 94, 96 a 98, jak bylo popsáno. Jindy, jak je znázorněno čárkovaně na obr. 1, jsou použity dvě náplně 76.1 a 76.2, středová cívka 96 může přemosťovat dvě náplně 76.1 a 76.2

Konstrukce části náplně 76 je znázorněna ve značně zvětšeném měřítku na obr. 6. Na obr. 6 jsou znázorněny fólie 120.1 až 120,5 s komplexního polymeru. Mezi fóliemi 120.2 a 120.3 je první kanál 122 pro zadržení soli a mezi fóliemi 120.4 a 120.5 je delší kanál 124 pro zadržení soli. V každém kanálu 122, 124 je mřížka 126. Mřížka 126 působí jako prvek vytvářející turbulenci. Mřížka 126 je např. složena z vláken plastického materiálu se svary v místech, ve kterých příčně procházející vlákna přetínají podélně procházející vlákna. Mřížka 126 má další funkci, zabraňující tomu, aby kanály 122, 124 se uzavřely až do stavu, kdy proudění vody mezi nimi se stane nemožné.

Mezi fóliemi 120,1 a 120.2 jsou kanály 128 pro propouštění vodu. Podobně mezi fóliemi 120.3 a 120.4 jsou kanály 130 pro propuštění vody. V kanálech 128 a 130 jsou mřížky 132. Mřížky 132 nejsou určeny k vytváření turbulence v propuštěné vodě v kanálech 128, 130, ale jednoduše k zabránění uzavření kanálů 128, 130 použitým tlakem v místě, jde jimi nemůže voda proudit. Je nutno poznamenat, že v náplni 76 je řada fólií a řada kanálů 122, 124 pro zadržení soli a řada kanálů 128, 130 pro propuštění vodu. Proto jsou na obr. 6 znázorněny další fólie, kanály a rozpěrky 84 na každé straně částí náplně 76.

-6CZ 294354 B6

Na vstupním konci náplně 76 jsou kanály 128, 130, uzavřené a kanály 122, 124 jsou otevřené. Proto přiváděná voda vstupuje do kanálů 122, 124, ale ne do kanálů 128, 130. V oblasti střední trubky 128, 130 pro propuštěnou vodu otevřené tak, aby propuštěná voda, ale nikoli solný roztok, mohla proudit do trubky 78.

Činnost odsolovače takto popsaná je komplexní a není ještě plně srozumitelná přihlašovatelům. Následující vysvětlení je založeno na tom, co se vypozorovalo při výzkumných pracích. Další výzkumná činnost může odhalit, že existují ještě další faktory a mechanismy, o kterých přihlašovatelé běžně nevědí.

Při výrobě spirálovitě vinuté odsolovací náplně 76 je žádoucí, aby se při vinutí na trubku 78 udržovalo konstantní napětí na fóliích 120.1 a 120.2 120.3 a 120.4 a rozpěrkách. To se snadněji dosáhne během počáteční fázi navinování. Protože náplň 76 zvětšuje svůj průměr, stává se „houbovitou“, je pak mnohem obtížnější udržovat fólie 120.1 a 120.2 120.3 a 120.4 a rozpěrky ve správném napětí. Proto závity náplně mají sklon být mnohem těsněji přilehlé ke středové trubce 78, než přilehlé k vnějšímu plášti 86. U běžného odsolovacího systému voda proudí do prostoru 134 (obr. 2) vedle vstupního konce odsolovací náplně 76, aniž by musela proudit deskou 52. Není zjištěn žádný podstatný tlakový rozdíl v radiálním směru náplně 76. Zejména tlak těsně u středu náplně 76 a tlak těsně u vnějšího obvodu náplně 76 je stejný. Proto má větší množství vody sklon vstoupit do otevřenějších otevřených radiálních vnějších částí kanálů 122, 124 pro zadržení soli, než vstupuje radiálně vnitřními částmi kanálů 122, 124 pro zadržení soli, kde fólie a rozpěrky jsou navinuty mnohem těsněji.

Deska 52 směruje většinu proudů vody proti konci náplně 76 a rozděluje proud vody přes celý vystavený konec náplně 76. Tím je zajištěno, že radiální vnitřní části náplně jsou použity mnohem úplněji. Paprsky 92 jsou výrobcem náplně vyrobeny co možná nejmenší tak, aby nepřekážely proudu vody. Zakrývají velmi málo z konce navinutých fólií a rozpěrek a nemají žádný měřitelný účinek na tlak vody. Co je však nejdůležitější, nezpůsobují žádný pokles tlaku mezi vstupním prostorem 134 a vstupem do kanálu 122, 124 pro zadržení soli.

Mořská voda a poloslaná voda v menším rozsahu obsahuje rozpuštěné plyny a také obsahuje bikarbonáty. Přes desku 52 nastává pokles tlaku okolo dvou barů a patrně je to způsobeno bublinkami kyslíku a kysličníku uhličitého, které jsou přítomny v přiváděné vodě a vystupují z roztoku ve formě bublinek. Protože jsou bublinky stále ještě pod určitým tlakem, jsou velmi malé. Avšak, zdá se, že mají vypírací účinek na koncentraci polarizačních vrstev, bránících jejich tvorbě a proto zlepšují činnost náplně.

Pozorování solného roztoku vystupujícího z odsolovače a proudícího do nádrže ukázalo, že solný roztok je provzdušněn. Při jedné zkoušce byly jak solný roztok, tak propuštěná voda, přivedeny do velké skladovací nádrže a vzájemně smíchány. Nádrž také tvořila zdroj přiváděné vody. To se provedlo proto, aby odsolovač mohl běžet pokusně po delší dobu bez postupného přivádění velkým množstvím mořské vody. Bylo zjištěno, že solný roztok, vystupující z výstupního potrubí do nádrže, byl provzdušněn. Namísto jednoduchého poklesnutí v méně husté mořské vodě solný roztok stoupl o určitou vzdálenost od výstupu z výstupního potrubí. Bylo zjištěno, že pozorované bublinky byly směsí kysličníku uhličitého a kyslíku.

Proudy vody, vystupující z otvorů 54 desky 52 a narážející na konec navinuté náplně 76, proudí do kanálů 122, 124 pro zadržení soli a v proudech vody lze zjistit vířivé proudy. Tyto vířivé proudy jsou příčné k hlavnímu směru proudění v kanálech 122, 124 pro zadržení soli a dále pomáhají zabránit tvoření koncentračních polarizačních vrstev na vstupních koncích kanálů 122, 124 pro zadržení soli. Samozřejmě, vířivé proudy se stávají slabšími se zvětšující se vzdáleností od vstupních konců kanálů 122. 124 pro zadržení soli a jejich účinek na koncentrační polarizační vrstvu se proto zmenšuje.

Zdá se, že účinek použitých magnetických polí podporuje vířivé proudy, přivedené původně do vodných proudů, po délce kanálů 122, 124 pro zadržení soli. Výhodný „vypínací“ účinek je tak běžně pozorován přes celou náplň 76 a ne pouze přes oblast procházející přes relativně krátkou vzdálenost od vstupních konců kanálů 122, 124 pro zadržení soli.

Jak bylo shora vysvětleno, mnoho nečistot má výsledný kladný náboj, zatímco komplexní polymer, který slouží jako polopropustná membrána, má výsledný záporný náboj. Mezi nečistotami a polymery jsou proto slabé přitažlivé síly. Zdá se, že vířivé proudy udržované magnetických polem jsou dostatečné, aby překonaly tyto slabší síly a zabránily nanášení nečistot na polymer.

Zjistilo se, že je výhodné navinout cívky 96, 98 tak, aby se jejich magnetická pole překrývala.

V tomto ohledu se odkazuje na obr. 7, který znázorňuje dvě cívky 96, 98, které jsou vzájemně dostatečně blízko, aby se jejich pole F1 a F2 překrývala. Proto zatímco po délce pouzdra 12, se hodnota magnetické indukce (gaussy) mění od maxima radiálně směrem ven z obou cívek 96, 98 na minimum uprostřed mezi oběma cívkami 96, 98, magnetické pole je vždycky přítomno. Jednoduše pomocí příkladu se zjistila možnost vytvoření pole s maximální magnetickou indukcí asi 2000 gaussů ihned vedle obou cívek 96, 98. Uprostřed mezi cívkami 96, 98 se hodnota magnetické indukce snížila asi na 1600 gaussů. Pole jsou samozřejmě fázově posunutá.

Na obr. 7 jsou znázorněny cívky 96, 98, které mají závity vinuty šikmo k ose náplně 76 a je vidět i to, že jsou navinuty jako část filtrační náplně 76 místo jako část pouzdra 12. V tomto ohledu mohou být cívky 96, 98vinuty na náplně 76 bud’ radiálně dovnitř nebo radiálně ven z pláště 86.

Přihlašovatelé zjistili, že zejména výhodný odsolovač může být opatřen třífázovým AC napájením s 50 Hz a 380 V. Takovéto napájení je běžné a jak motor 16. tak buzení 110, jsou vytvořeny pro použití s napájením tohoto druhu. Přihlašovatelé zjistili, že se vedením tri fází tohoto napájení cívkami 94, 96 a 98 získají výhodné shora popsané účinky a že navíc se cívky 94, 96 a 98 chovají jako tlumivky motoru 16. To vyrovnává špičky, které jsou nevítaným výsledkem použití AC motoru a které samy o sobě představují ztráty energie. Intenzita proudu, která je potřeba k pohonu motoru 16, když jsou cívky odpojeny z obvodu, je obvykle o 2 A vyšší, než která je potřeba, když jsou cívky v obvodu.

V běžném odsolovači je obvykle pokles tlaku přes náplň 76 asi 3 bary. Proto, jestliže se odsoluje mořská voda, je vhodný vstupní tlak 6 MPa (60 barů) a bylo zjištěno, že tlak v otvoru 70 je asi 5,7 MPa (57 barů). Jestliže jsou cívky 94, 96 a 98 v obvodu, nedojde přes náplň k žádnému poklesu tlaku. Ve skutečnosti, tlak na výstupním konci může být i o něco vyšší než tlak na vstupním konci. Přihlašovatelé dosud nezformulovali vysvětlení pro tento ujištěný fenomén nebo pro skutečnost, že proudění pokračuje i když vznikne „zpětný tlak“. Možné vysvětlení je to, že se zvýší entropie výsledkem vstupu energie z cívek 94, 96 a 98. Jiný možný důvod může být ten, že vysoce koncentrovaný solný roztok působí stejně jako jádro solenoidu a je působícími silami tlačen směrem k výstupním koncům kanálů 122, 124 pro zadržení soli.

Experimentální práce přihlašovatelů ukázaly, že za předpokladu, že se proud přiváděný do cívek mění cyklicky tak, by se tvořila kolísavá magnetická pole, ani amplituda ani frekvence proudu nejsou kritické. Experimentální práce s frekvencemi od 5 Hz do 7000 Hz ukázaly, že přítomností kolísavých magnetických proudů se může dosáhnout větší rychlost propuštění a nastane podstatně menší znečištění.

Je nutno poznamenat, že jestliže použitá frekvence nebo typ proudu není slučitelný s pohonem 110 a motorem 16, potom se musí přívod energie do motoru 16 a přívod energie do cívek 94, 96 a 98 získávat ze samostatných zdrojů. DC proud o měnícím se napětí také vytvořil podstatné zlepšení jak v rychlosti propouštění, tak ve snížení znečištění. Proud a napětí a může měnit podle sinusoidy, nebo lze použít obdélníkový průběh vlny.

-8CZ 294354 B6

Obr. 8 a 9 schematicky znázorňují další tvar odsolovače 136. Odsolovač 136 sestává z vnějšího pouzdra 138, které má výstup 140 pro upravenou vodu a komoru 142, do které proudí solný roztok. Mezi výstupem 140 a hlavním prostorem 144, spojeným pouzdrem 138, je přepážka 146. V přepážce 146 jsou uloženy konce řady dutých vláken 148, které jsou z komplexního polymerického materiálu, schopného působit jako reverzní osmotická membrána. Výstup 140 vede od komory 150, která je spojená s dutým vnitřním prostorem vláken, přičemž konce vláken procházejí přepážkou 146. Každé vlákno vyčnívá z přepážky 146 podél pouzdra 138 v podstatě po celé jeho délce. Obrací se zpátky ve vlásenkovém ohybu 152 a prochází zpátky do přepážky 146.

Přepážkou 146 a příčnou stěnou 156, která ohraničuje komoru 150, prochází trubka 154. Trubka 154 je na své pravé straně (z ohledu obr. 8) opatřena zátkou 158, a má ve své stěně vytvořenu řadu otvorů. Voda, ve které jsou rozpuštěny pevné látky, je tlačena do trubky 154 a proudí ven z trubky 154 do meziprostorů vláken, které tvoří kanály 122, 124 pro zadržení soli. Tyto kanály 122.124 jsou propojeny s komorou 142 tak, aby solný roztok proudil z těchto kanálů 122, 124 do komory 142 a potom ven ze zařízení výstupem 160 solného roztoku.

Konstrukce, popsaná z odkazu na obr. 8 a 9, je běžná konstrukce, široce využívaná v odsolovacím průmyslu.

Odsolovací náplň, tvořená hmotou dutých vláken 148, je obklopena třemi cívkami 162. 164 166. Tyto cívky 162, 164, 166 odpovídají cívkám 94, 96 a 98, znázorněným na obr. 1. Jsou nabuzeny stejným způsobem tak, aby v kanálech 122, 124 pro zadržení soli, které jsou mezi vlákny 148, vznikly vířivé proudy. Účinek tohoto opatření je popsán výše u kanálů 122,124 pro zadržení soli.

Konečně na obr. 10 je znázorněno provedení sestávající z tenké desky 168 obdélníkového tvaru z materiálu, který lze svinout do tvaru válcového pláště. Podél svých dvou podélných okrajů je tenká deska 168 opatřená upevňovači 170 jakéhokoliv vhodného typu, např. „výbušninami“ nýty nebo kusy materiálu známého jako „Velcro“ tak, aby mohla být po zavinutí do tvaru pouzdra v tomto tvaru pevněna. Vhodná je také tenká deska 168 z plastického materiálu. Plastický materiál může být pružný, ale s dostatečnou tuhostí, aby po zavinutí měl sklon se rozvinout a tak udržovat svůj válcový tvar. Jindy může být ve tvaru povlaku, který není samonosný.

Rady kusů drátů 172 jsou přilepeny nebo jinak připevněny k čelní straně fólie, která se po zavinutí do pláště stává vnitřní stranou tenké desky 168. Každý kus drátu 172 je na obou koncích opatřen konektory 174. Jakmile se tenká deska 168 zavine do tvaru pláště, konektory 174, ležící podél jednoho okraje pláště, jsou připevněny ke konektorům, ležícím podél druhého okraje tenké desky 168, čímž se jednotlivé kusy drátů 172 spojí svými konci a vytvoří cívku 162, 164 166.

Plášť může být navinut okolo již existujícího odsolovače nebo odsolovací náplně jako dodatečně osazená konstrukce. Připojením cívky 162, 164 166, tvořené jednotlivými kusy drátu 172, ke zdroji kolísavého proudu může magnetické pole působit na kanály 122, 124 pro zadržení soli, aby se získal shora uvedený účinek. Je nutno poznamenat, že lze použít řadu cívek 162, 164 166.

Použití vrstvy ploché fólie, kterou lze navinout okolo existujícího odsolovače, aby se vytvořil plášť, je výhodné, protože umožňuje použití cívky 162, 164 166 bez ohledu na to, zda je tam potrubí atd., které překáží použití pevné objímky s cívkami 162, 164 166. Odsolovač by měl být vytvořen tak, aby neměl žádné překážky, které by bránily nasunutí objímky, nesoucí cívky 162, 164 166, na odsolovače, potom lze takovouto konstrukci použít tak, aby poskytovala shora popsané výhody.

Přestože se dává přednost tomu, aby všechny cívky 162, 164 166 byly souosé s náplní, je možno cívky 162. 164 166 uspořádat i jinak. Např. místo aby byly vinuty okolo jádra, cívky 162, 164 166 mohou být předtvarovány a uloženy na stěně pouzdra tak, aby každá procházela částečně okolo obvodu pouzdra s osou, okolo níž je cívka 162, 164 166 navinutá, procházející radiálně místo axiálně. Použije-li se toto uspořádání později na tenké desky 168, dosáhne se konstrukce

-9CZ 294354 B6 z obr. 11. V tomto tvaru má tenká deska 168 pár cívek 176 přilepen v určitém odstupu od sebe. Osa každé cívky 176 je kolmá k rovině tenké desky 168. Jakmile se tenká deska 168 zavine do trubkového tvaru, cívky 176 zaujmou polohu na opačných koncích náplně a jejich osy jsou v podstatě radiální. Každý závit cívky 176 je při zavinování tenké desky 168 zakřiven tak, aby 5 odpovídal válcovému tvaru tenké desky 168.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, při kterém se přivádí voda do zadržovacího kanálu (122, 124) pro zadržení soli, ohraničeném reverzní osmotickou membránou,

   15 kdy membrána a voda v zadržovacím kanálu (122, 124) a voda, která proudí membránou, se vystaví působení kolísavého magnetického pole, vyznačený tím, že se převede elektrický proud proměnlivé velikosti do každé z alespoň dvou cívek (96, 98), umístěných odděleně od sebe podél délky zadržovacího kanálu (122, 124), a že voda v zadržovacím kanálu (122, 124) se vystaví působení magnetických polí generovaných těmito cívkami (96, 98), přičemž magnetická 20 pole, generovaná jednotlivými cívkami (96, 98), se překrývají a jsou fázově posunutá.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se převede třífázový střídavý proud do tří cívek (94, 96, 98; 162, 164, 166), umístěných odděleně od sebe podél délky zadržovacího kanálu (122, 124), přičemž do každé cívky (94, 96, 98; 162, 164, 166) se přivede jedna z fází.
3. 3. Zařízení pro odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, zahrnující podélný zadržovací kanál (122, 124) pro zadržení soli, ohraničený reverzní osmotickou membránou a prostředky (14, 16) pro přivádění vody do tohoto zadržovacího kanálu (122, 124), upraveného pro průtok vody, vyznačené tím, že obsahuje alespoň dvě cívky (94, 96), umístěné odděleně od sebe

   30 podél délky zadržovacího kanálu (122, 124), a prostředky (112) pro přivedení napětí o proměnlivých velikostech do každé z cívek (94, 96) upravených pro vytvoření kolísavých, fázově posunutých a překrývajících se magnetických polí, pro působení na vodu v zadržovacím kanálu (122, 124).

   35
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačené tím, že zahrnuje pouzdro (12) podlouhlého tvaru a náplň (76) podlouhlého tvaru, uloženou v pouzdru (12), přičemž náplň (76) obsahuje polopropustné membrány, ohraničující řadu zadržovacích kanálů (122, 124), kde cívky (94, 96, 98; 162, 164, 166) jsou umístěny odděleně od sebe podél délky pouzdra (12).

   40
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že obsahuje tři cívky (94, 96, 98; 162, 164,

   166), umístěné odděleně od sebe podél délky pouzdra (12) a prostředky pro přivádění třífázového střídavého proudu, kde každá cívka (94, 96, 98; 162, 164, 166) je připojena k příslušné jedné fázi, takže pole vytvářená třemi cívkami (94, 96, 98; 162, 164, 166) jsou vzájemně fázově posunutá.

   45
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že prostředky (14, 16) pro přivádění vody obsahují čerpadlo (14), poháněné třífázovým elektromotorem (16), přičemž elektromotor (16) je připojen na zdroj (112) třífázového střídavého proudu přes cívky (94, 96, 98; 162, 164, 166) upravené jako tlumivky pro motor (16).

   50
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, že mezi cívkami (94, 96, 98; 162, 164,

   166) a motorem (16) obsahuje střídavé napájení (110) s nastavitelnou frekvencí.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačené tím, že obsahuje tlakové činidlo (114) pro snímání tlaku ve výtlakovém výstupu čerpadla (16) a přívod ovládacího signálu ke střídavému

   -10CZ 294354 B6 zdroji (110), pro ovládání motoru (16), k udržení konstantního tlaku v tomto výtlakovém výstupu.
9. 9. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že obsahuje desku (52) opatřenou množinou otvorů (54), umístěnou mezi prostředky (14) pro přívod vody a náplní (76), s tím, že otvory (54) v desce (52) jsou upraveny pro rozdělení vody do jednotlivých proudů a směrování těchto proudů proti konci náplně (76), a že voda vstupující do zadržovacích kanálů (122, 124) je vystavena působení vířivých proudů, přičemž za deskou (52) je dosaženo tlakového poklesu.
10. 10. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že pouzdro (12) má válcovou stěnu z vlákny zesílené tvrditelné pryskyřice, a že cívky (94, 96, 98) jsou uloženy ve válcové stěně pouzdra (12).
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačené tím, že obsahuje vrstvy gelu, umístěné radiálně dovnitř a ven od každé cívky (94, 96, 98) pro ochranu a odpružení každé cívky (94, 96, 98).