ES2899165T3 - Dispositivo de desalinización de agua salada - Google Patents

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Abstract

Un equipo de desalinización de agua salada (1) que comprende: una unidad de suministro de agua salada (2) operable para suministrar agua salada a un componente de membrana de ósmosis inversa (3); un componente de membrana de ósmosis directa (4) al que se suministra el agua salada concentrada (51) descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa (3); el componente de membrana de ósmosis directa (4) tiene una vía de agua salada concentrada (45) a la que se suministra el agua salada concentrada (51) y por la que pasa el agua salada concentrada (51) y una vía de agua dulce tratada (46) a la que se suministra el agua dulce tratada (41) y por la que pasa el agua dulce tratada (41), las moléculas de agua se desplazan desde la vía de agua dulce tratada (46) a la vía de agua salada concentrada (45) por un fenómeno osmótico directo, y el componente de membrana de ósmosis directa (4) produce agua mezclada (52) para dar salida a una parte del agua mezclada (51) hacia un dispositivo de asistencia (5) y un dispositivo de asistencia (5) al que se suministra una parte del agua mezclada (52) descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa (4) y que está conectado a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que el dispositivo de asistencia (5) aumenta la capacidad de rotación a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que la unidad de suministro de agua salada (2) es una bomba de suministro de agua salada (201, 202) que está configurada para girar a lo largo de un eje giratorio para suministrar agua salada (30), el dispositivo de asistencia (5) tiene un componente de asistencia a la rotación (501) que está directamente conectado al eje de rotación configurado para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (201), estando el componente de asistencia a la rotación (501) configurado para generar una fuerza de rotación mediante una presión del agua mezclada suministrada (52) para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (2) a través del eje de rotación directamente conectado, en el que una unidad de intercambio de presión (61) está además dispuesta en un lado aguas arriba del componente de membrana de ósmosis directa (4), la unidad de intercambio de presión (61) está configurada para aumentar una presión del agua salada concentrada suministrada (51) utilizando una parte del agua mezclada descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de desalinización de agua salada
Campo técnico
La presente invención se refiere a un equipo de desalinización de agua salada, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, que intercambia agua salada en agua dulce mediante el uso de una membrana de ósmosis y que utiliza el agua salada concentrada a alta presión obtenida en la desalinización para reducir un consumo de energía de una bomba de suministro de agua salada que suministra agua salada a una membrana de ósmosis para realizar la desalinización.
Antecedentes de la técnica
En los últimos años, en nuestro país, por supuesto, en todos los países del mundo, la falta de agua para la vida cotidiana (especialmente el agua potable y el agua utilizada para la alimentación) se plantea como un problema. Una de las razones es que el suministro de agua para la vida diaria no puede estar a la altura del aumento de la población en el mundo (principalmente en los países en desarrollo). Además, el flujo de población de las zonas locales a las urbanas está aumentando en cada uno de los países y, en una zona urbana que originalmente tiene un número reducido de suministros de agua dulce, como ríos y lagos, se produce un desequilibrio entre la oferta y la demanda de agua para la vida diaria de la población. Debido a la desertificación causada por el calentamiento global, la concentración de lluvias intensas en zonas específicas, y otros factores similares, el agua dulce que se puede utilizar como agua para la vida diaria es difícil de reunir. Además, con el aumento de la conciencia medioambiental, ha sido difícil construir presas en los ríos.
Por estas razones, en cada uno de los países del mundo, incluido el nuestro, la falta de agua para la vida diaria se convierte en un grave problema. La falta de agua para la vida diaria es un problema que puede provocar conflictos internos o disputas con los países vecinos en ocasiones.
En las circunstancias anteriores, se ha instalado un equipo de desalinización de agua salada que desaliniza el agua salada en una zona costera o similar para obtener agua dulce a partir del agua salada. También en nuestro país han aumentado los equipos de desalinización de agua salada instalados en un mar interior relativamente tranquilo, como una costa o una zona de la bahía de un área urbana en la que se produce fácilmente la falta de agua. El equipo de desalinización de agua salada extrae el agua salada de un mar interior y produce agua dulce utilizando componentes como una membrana de ósmosis inversa y una membrana de ósmosis directa. El agua dulce producida se utiliza como agua para la vida diaria.
Se han propuesto técnicas básicas convencionales sobre equipos de desalinización de agua salada mediante membranas de ósmosis. Los equipos de desalinización de agua salada se instalan actualmente en varios lugares. Los equipos de desalinización de agua salada se utilizan prácticamente.
Además, para un equipo de desalinización de agua salada que utiliza una membrana de ósmosis, también se proponen técnicas para mejorar la eficiencia de la desalinización a partir de agua salada y el control del flujo para la mejora de la eficiencia (por ejemplo, véanse los PTL 1 y 2). En los equipos de desalinización de agua salada, el consumo de energía en una bomba de suministro de agua salada para suministrar agua salada a un componente de membrana de ósmosis que desaliniza el agua salada es elevado. También se propone una técnica que reduce la carga de la bomba de suministro de agua salada (por ejemplo, véase la PTL 3).
La PTL 4 divulga un aparato para recuperar energía de un sistema osmótico con una unidad de ósmosis manipulada y una unidad de recuperación de energía.
La PTL 5 divulga un aparato para la generación de energía osmótica y la desalinización de agua de mar, en el que el agua de mar es conducida primero a una membrana de ósmosis directa.
La PTL 6 divulga un sistema de un módulo de membrana de permeación y un módulo de membrana de ósmosis inversa.
La PTL 7 divulga un aparato de desalinización de agua de mar con un dispositivo de recuperación de energía.
La PTL 8 divulga una operación periódica de un elemento de membrana semipermeable de ósmosis directa (OD) en ósmosis inversa (OI), para producir la extracción del producto en un lado de alimentación de la membrana, para eliminar una polarización de concentración (concentración de sal del lado de alimentación y dilución de la solución de extracción en el lado de extracción) a través de la membrana.
En particular, en los últimos años se ha requerido una reducción del consumo de energía en un equipo de desalinización de agua salada. Especialmente en lo que se refiere al consumo de energía, una reducción del consumo de energía en una bomba de suministro de agua salada es un problema importante.
Lista de citas
Literatura de patentes
PTL 1: Solicitud de patente japonesa Laid-Open n° 2012-250200
PTL 2: Solicitud de patente japonesa Laid-Open n° 2012-192379
PTL 3: Solicitud de patente japonesa Laid-Open n° 2012-96151
PTL 4: US 2010/0192575 A1
PTL 5: US 2010/0012511 A1
PTL 6: JP 2005-279540
PTL 7: WO 2013/140848 A1
PTL 8: US 2012/0285886 A1
Sumario de la invención
Problema técnico
La PTL 1 está configurada por una primera cámara de una unidad de procesamiento de membranas de ósmosis directa operable para estar en contacto con una membrana de ósmosis directa y a la que se suministra agua bruta (agua salada), una segunda cámara de la unidad de procesamiento de membranas de ósmosis directa operable para estar en contacto con la membrana de ósmosis directa y a la que se suministra una solución hipertónica para recoger el agua obtenida mediante la transmisión de agua salada a través de la membrana, una unidad de refinamiento operable para eliminar las sustancias o partículas disueltas en la solución hipertónica, y una tubería que suministra a la segunda cámara una solución que tiene una presión osmótica inferior a la del agua salada. Una diferencia de presión osmótica entre la primera cámara y la segunda cámara se utiliza como fuerza motriz para transmitir el agua contenida en la segunda cámara a través de la membrana de ósmosis directa.
Más específicamente, la PTL 1 divulga una técnica que elimina los materiales adheridos a la membrana de ósmosis directa con el agua salada suministrada a la membrana de ósmosis directa para desalinizar el agua salada. Los materiales adheridos se eliminan para hacer posible el mantenimiento de la capacidad de desalinización de la membrana de ósmosis directa y para mejorar la durabilidad de un sistema de desalinización de agua salada.
Sin embargo, el sistema de desalinización de agua salada divulgado en la PTL 1 puede mantener la capacidad de la membrana de ósmosis directa, pero no reduce una carga en la bomba de suministro de agua salada. Por esta razón, no se puede lograr una reducción del consumo de energía del sistema de desalinización de agua salada, y los costes de la desalinización a partir de agua salada son elevados para impedir que el sistema de desalinización de agua salada se popularice.
La PTL 2 divulga un equipo de desalinización de agua salada que incluye un colador de membrana de OI de alta presión 4 que separa el agua salada en agua transmitida y agua concentrada, una bomba de alta presión P1, un dispositivo de recuperación de energía 5, una válvula de control V5 que controla un caudal del agua concentrada descargada desde el dispositivo de recuperación de energía, un primer caudalímetro Q1 que mide un caudal del agua concentrada, un colador de membrana de OI de baja presión 7 que separa el agua transmitida por la membrana inversa de alta presión en agua transmitida y agua concentrada, una bomba de baja presión P2, una válvula de control V6 que controla el caudal del agua concentrada descargada desde el colador de membrana de OI de baja presión, un segundo caudalímetro Q2 que mide el caudal del agua concentrada, un termómetro 21 que mide la temperatura del agua salada suministrada al colador de membrana de OI de alta presión, un medidor de conductancia eléctrica 22 que mide una conductividad eléctrica del agua salada suministrada al colador de alta presión, y unas unidades de control 11 y 12 operables para controlar las aperturas de las dos válvulas de control V5 y V6 sobre la base de la temperatura medida del agua salada, la conductividad eléctrica y los dos caudales, respectivamente.
Un objeto del control del caudal es mantener constantemente la capacidad de desalinización del agua salada que se modifica en función de la temperatura del agua salada.
Sin embargo, la técnica divulgada en la PTL 2 no consigue reducir la carga de la bomba de suministro de agua salada. Por esta razón, no se puede conseguir una reducción del consumo de energía del sistema de desalinización de agua salada, y los costes de la desalinización a partir de agua salada son elevados para impedir que el sistema de desalinización de agua salada se popularice.
La PTL 3 divulga un sistema de desalinización de agua salada que conduce agua salada con una presión aumentada con una bomba a través de un dispositivo de separación de membrana de ósmosis inversa 4 y separa el agua salada en agua dulce y agua salada concentrada para producir agua dulce a partir del agua salada, incluyendo una cámara de intercambio de energía 20 que utiliza la energía de presión del agua salada concentrada descargada desde el dispositivo de separación de membrana de ósmosis inversa 4 como energía para aumentar una presión de una parte del agua salada, la cámara de intercambio de energía 20 incluye un puerto de agua salada concentrada P1 que toma la entrada/salida del agua salada concentrada, un puerto de agua salada P2 que toma la entrada/salida del agua salada, y una ruta de flujo R que está dispuesta en la cámara y dividida en una pluralidad de partes para hacer que el puerto de agua salada concentrada P1 y el puerto de agua salada P2 se comuniquen entre sí, y la ruta de flujo R está dividida en la pluralidad de partes que tienen áreas de sección iguales y formas iguales, respectivamente, y se impide que un fluido fluya en las partes excepto en la ruta de flujo R.
La PTL 3 tiene por objeto mejorar la capacidad de entrada de agua salada de un agua salada P2 mediante una cámara de intercambio de energía 20 para aumentar una presión de agua salada de tal manera que la energía de presión del agua salada concentrada se utilice para el puerto de agua salada P2 correspondiente a una bomba de suministro de agua salada. Por esta razón, el sistema de desalinización de agua salada divulgado en la PTL 3 tiene por objeto reducir una carga en la bomba de suministro de agua salada.
Sin embargo, en el sistema de desalinización de agua salada descrito en la PTL 3, cuando la energía de presión del agua salada concentrada descargada desde la membrana de ósmosis inversa se utiliza simplemente en la bomba de suministro de agua salada incluida originalmente, no se puede obtener una asistencia que supere la capacidad que tiene el puerto de agua salada. Por esta razón, en realidad, aunque la energía de presión del agua salada concentrada se da al puerto de agua salada con la cámara de intercambio de energía, la capacidad de suministro de agua salada del puerto de agua salada no se mejora, y un consumo de energía en el puerto de agua salada no se reduce considerablemente.
En cada una de las PTL 1 a 3, sólo se asume que la desalinización se realiza con una membrana de ósmosis inversa para utilizar sólo el agua salada concentrada a alta presión producida por una membrana de ósmosis inversa. Sin embargo, el rango de utilización de sólo el agua salada concentrada producida por la membrana de ósmosis inversa es desventajosamente estrecho.
Como se ha descrito anteriormente, un equipo convencional de desalinización de agua salada no puede reducir eficientemente una carga en una bomba de suministro de agua salada y un consumo de energía para la misma. Como resultado, el coste de funcionamiento del equipo de desalinización de agua salada aumenta para evitar que el equipo de desalinización de agua salada se popularice. En particular, entre los países y regiones que requieren equipos de desalinización de agua salada se encuentran muchos países en desarrollo, y el alto coste de funcionamiento es un cuello de botella en la instalación de los equipos de desalinización de agua salada.
La presente invención tiene por objeto proporcionar un equipo de desalinización de agua salada que resuelva los problemas y pueda reducir una carga en una bomba de suministro de agua salada y un consumo de energía de esta.
Solución de problemas
Teniendo en cuenta los problemas anteriores, un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención incluye una unidad de suministro de agua salada operable para suministrar agua salada a una membrana de ósmosis inversa, un componente de membrana de ósmosis directa al que se suministra el agua salada concentrada descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa, el componente de membrana de ósmosis directa (4) tiene una vía de agua salada concentrada (45) a la que se suministra el agua salada concentrada (51) y por la que pasa el agua salada concentrada (51) y una vía de agua dulce tratada (46) a la que se suministra el agua dulce tratada (41) y por la que pasa el agua dulce tratada (41),
las moléculas de agua se desplazan desde la vía de agua dulce tratada (46) a la vía de agua salada concentrada (45) por un fenómeno osmótico directo, y el componente de membrana de ósmosis directa (4) produce agua mezclada (52) para dar salida a una parte del agua mezclada (51) hacia un dispositivo de asistencia (5) y
un dispositivo de asistencia (5) al que se suministra una parte del agua mezclada (52) descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa (4) y que está conectado a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que el dispositivo de asistencia (5) aumenta la capacidad de rotación a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que la unidad de suministro de agua salada (2) es una bomba de suministro de agua salada (201, 202) que está configurada para girar a lo largo de un eje giratorio para suministrar agua salada (30),
el dispositivo de asistencia (5) tiene un componente de asistencia a la rotación (501) que está directamente conectado al eje de rotación configurado para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (201),
el componente de asistencia a la rotación (501) está configurado para generar una fuerza de rotación mediante una presión del agua mezclada suministrada (52) para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (2) a través del eje de rotación directamente conectado, en el que una unidad de intercambio de presión (61) está dispuesta además en un lado aguas arriba del componente de membrana de ósmosis directa (4), estando la unidad de intercambio de presión (61) configurada para aumentar una presión del agua salada concentrada suministrada (51) utilizando una parte del agua mezclada descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa.
Efectos ventajosos de la invención
El equipo de desalinización de agua salada según la presente invención puede suministrar directa o indirectamente agua salada concentrada a alta presión obtenida por el componente de membrana de ósmosis inversa a la membrana de ósmosis positiva y puede utilizar el agua salada concentrada a alta presión obtenida por el componente de membrana de ósmosis directa como fuente de energía del dispositivo de asistencia para la bomba de suministro de agua salada.
Como resultado, la carga de la bomba de suministro de agua salada puede reducirse en varios aspectos, y la capacidad de la bomba de suministro de agua salada puede mejorarse. Como resultado, se puede reducir la carga de la bomba de suministro de agua salada y el consumo de energía de esta.
El consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada se reduce para disminuir el costo de funcionamiento del equipo de desalinización de agua salada y para mejorar la popularización de los equipos de desalinización de agua salada. Por ello, en los países y regiones que sufren escasez de agua, se puede asegurar el agua para la vida diaria obtenida mediante el uso de agua salada. Además, el aseguramiento del agua para la vida cotidiana se consigue para dificultar la aparición de conflictos regionales o similares y para contribuir a la estabilización regional.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada de uso común que utiliza una membrana de ósmosis inversa.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada del tipo de recuperación de energía según una técnica convencional.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada según una realización de referencia.
La figura 4 es un diagrama esquemático de un componente de membrana de ósmosis directa en la realización de referencia mencionada anteriormente.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de un componente de membrana de ósmosis directa.
La figura 6 es un diagrama esquemático que muestra otro ejemplo de componente de membrana de ósmosis directa.
La figura 7 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada de una segunda realización de referencia.
La figura 8 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada en una segunda realización de referencia.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la primera realización de la presente invención.
La figura 10 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a una segunda realización no comprendida en la presente invención.
La figura 11 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada 1 correspondiente a una tercera realización no comprendida en la presente invención.
Descripción de las realizaciones
Un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención se define en la reivindicación 1 adjunta e incluye una unidad de suministro de agua salada operable para suministrar agua salada a un componente de membrana de ósmosis inversa, un componente de membrana de ósmosis directa al que se suministra agua salada concentrada descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa, y un dispositivo de asistencia al que se suministra agua mezclada descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa y que está conectado a la unidad de suministro de agua salada. El dispositivo de asistencia aumenta la capacidad de rotación de la unidad de suministro de agua salada.
Con la configuración, el agua salada concentrada producida por la membrana de ósmosis inversa no se descarga directamente en el entorno, y se puede reducir directamente una carga medioambiental. Además, el agua salada concentrada se convierte en agua mezclada cuyo volumen de agua se incrementa mediante el componente de membrana de ósmosis directa, de modo que, al utilizar el volumen de agua incrementado, se puede reducir el consumo de potencia o el consumo de energía necesarios para la unidad de suministro de agua salada. Más concretamente, se puede conseguir un ahorro de energía y reducir indirectamente la carga medioambiental.
En un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención, una unidad de suministro de agua salada es una bomba de suministro de agua salada.
Con esta configuración se puede reducir el coste de la unidad de suministro de agua salada.
En un equipo de desalinización de agua salada según una realización preferente, un componente de membrana de ósmosis inversa tiene una vía de agua salada a la que se alimenta el agua salada suministrada desde la unidad de suministro de agua salada y a través de la cual pasa el agua salada, y una vía de agua dulce a través de la cual se obtiene el agua dulce mediante la eliminación de un contenido de sal del agua salada por un fenómeno osmótico inverso en la membrana. El agua salada concentrada se descarga desde la vía del agua salada, y el agua dulce se suministra desde la vía del agua dulce.
Con esta configuración, el componente de membrana de ósmosis inversa puede producir agua dulce al tiempo que produce agua salada concentrada. El equipo de desalinización de agua salada utiliza el agua salada concentrada en un dispositivo de asistencia mientras utiliza el agua dulce como agua para la vida diaria o similar para lograr una operación de ahorro de energía.
En un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención, un componente de membrana de ósmosis directa incluye una vía de agua salada concentrada a la que se suministra agua salada concentrada y a través de la cual pasa el agua salada concentrada y una vía de agua dulce tratada a la que se suministra agua tratada y a través de la cual pasa el agua tratada. Las moléculas de agua se mueven desde la vía de agua dulce tratada a la vía de agua salada concentrada por un fenómeno osmótico directo, y el componente de membrana de ósmosis directa produce agua mezclada para dar salida al agua mezclada a un dispositivo de asistencia.
Con la configuración, el componente de membrana de ósmosis directa aumenta un volumen de agua del agua salada concentrada mientras se mantiene la presión del agua salada concentrada para hacer posible la producción de agua mezclada cuya cantidad de energía se incrementa. El agua mezclada hace funcionar el dispositivo de asistencia para hacer posible la reducción de todo el consumo de potencia y de energía del equipo de desalinización de agua salada.
En el equipo de desalinización de agua salada según una realización de referencia, el agua mezclada tiene una concentración de sal inferior a la de la concentración de sal concentrada.
Con la configuración, se puede reducir una carga ambiental causada por el agua descargada finalmente en el entorno.
En un equipo de desalinización de agua salada según otra realización de referencia, el agua mezclada tiene al menos uno de los volúmenes de agua y energía más altos que los del agua salada concentrada.
Con la configuración, el agua mezclada puede hacer funcionar el dispositivo de asistencia con una eficiencia superior a la del dispositivo de asistencia operado con agua salada concentrada. Como resultado, el equipo de desalinización de agua salada puede funcionar con un menor consumo de energía en su conjunto.
En un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención, una unidad de suministro de agua salada es una bomba de suministro de agua salada que gira a lo largo de un eje giratorio para suministrar agua salada, y un dispositivo de asistencia tiene un componente de asistencia a la rotación que está directamente conectado al eje giratorio para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada.
Con esta configuración, el consumo de potencia y el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada pueden reducirse de forma sencilla.
En un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención, un componente de asistencia a la rotación genera una fuerza de rotación con la presión del agua mezclada suministrada para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de una bomba de suministro de agua salada a través de un eje giratorio directamente conectado al componente de asistencia a la rotación.
Con la configuración, el eje giratorio se controla directamente para hacer posible la asistencia al funcionamiento de la unidad de suministro de agua salada con una pequeña pérdida.
En un equipo de desalinización de agua salada según otra realización de referencia, cuando una unidad de suministro de agua salada es una bomba de suministro de agua salada operada por energía eléctrica, un dispositivo de asistencia tiene una unidad generadora de energía eléctrica operable para generar energía eléctrica de asistencia suministrada a la bomba de suministro de agua salada, y la bomba de suministro de agua salada es operada usando también la energía eléctrica de asistencia.
Con esta configuración, se puede reducir el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada.
En un equipo de desalinización de agua salada según otra realización de referencia, el agua mezclada hace girar una turbina incluida en una unidad generadora de energía eléctrica con la presión del agua mezclada.
Con la configuración, el agua mezclada puede generar energía eléctrica de asistencia.
En un equipo de desalinización de agua salada según otra realización de referencia, un dispositivo de asistencia tiene una segunda unidad de intercambio de presión operable para ser conectada a una unidad de suministro de agua salada, la segunda unidad de intercambio de presión recibe agua mezclada para aumentar la presión de entrada de agua salada a la unidad de suministro de agua salada, y la segunda unidad de intercambio de presión suministra el agua salada cuya presión se aumenta a un componente de membrana de ósmosis inversa.
Con la configuración, se puede reducir la carga de la unidad de suministro de agua salada.
En un equipo de desalinización de agua salada de acuerdo con la presente invención, una unidad de intercambio de presión está dispuesta en el lado de aguas arriba de un componente de membrana de ósmosis directa, y la tercera unidad de intercambio de presión aumenta la presión del agua salada concentrada suministrada utilizando agua mezclada descargada del componente de membrana de ósmosis directa.
Con la configuración, el agua mezclada se distribuye de forma equilibrada, y se puede aumentar la cantidad de energía del agua mezclada mientras se reduce el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada. Como resultado, el consumo de energía y el consumo de energía del equipo de desalinización de agua salada pueden reducirse en su totalidad.
En un equipo de desalinización de agua salada según otra realización preferente, una unidad de suministro de agua salada operable para suministrar agua salada desde una fuente de agua salada a un componente de membrana de ósmosis inversa se divide en una pluralidad de vías para suministrar el agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa, y algunas de la pluralidad de vías incluyen una primera unidad de intercambio de presión, el componente de membrana de ósmosis inversa suministra agua salada concentrada a la primera unidad de intercambio de presión, la primera unidad de intercambio de presión aumenta la presión del agua salada suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa sobre la base de la presión mantenida por el agua salada concentrada, y la primera unidad de intercambio de presión suministra el agua salada concentrada utilizada en el aumento de presión a un componente de membrana de ósmosis directa.
Con la configuración, se puede controlar adecuadamente una cantidad de agua salada suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa. Además, el agua salada concentrada que se suministra desde el componente de membrana de ósmosis inversa se utiliza adecuadamente para hacer posible la reducción del consumo de energía y del consumo energético del equipo de desalinización de agua salada en su conjunto.
Las realizaciones de la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos adjuntos.
(Primera realización de referencia)
La primera realización de referencia contiene estructuras y/o partes que también se utilizan en las realizaciones de la presente invención - pero no contiene todas las partes / características de las realizaciones inventivas.
(Explicación de la técnica de referencia)
La figura 1 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada de uso común que utiliza una membrana de ósmosis inversa. Un equipo de desalinización de agua salada 100 incluye una unidad de suministro de agua salada 110 y un componente de membrana de ósmosis inversa 120. La unidad de suministro de agua salada 110 suministra agua salada 101 al componente de membrana de ósmosis inversa 120. El componente de membrana de ósmosis inversa se divide en una vía de agua salada y otra de agua dulce, y recibe la presión del agua salada suministrada para hacer que las moléculas de agua salada de la vía de agua salada rezumen en la vía de agua dulce a través de la membrana inversa. Como resultado, el componente de membrana de ósmosis inversa 120 descarga agua dulce 102 y agua salada concentrada 103, cuya concentración de sal aumenta.
El agua dulce 102 sirve como agua producida y se utiliza como agua de la vida diaria, agua industrial o similar. El agua salada concentrada 103 se desecha normalmente en el equipo de desalinización de agua salada 100. Más concretamente, el agua salada concentrada 103 se vierte en el mar en el que está instalado generalmente el equipo de desalinización de agua salada 100 o en alcantarillas conectadas al mar. De este modo, el equipo de desalinización de agua salada 100, comúnmente utilizado, produce agua dulce a través del componente de membrana de ósmosis inversa 120 a partir de agua salada (por supuesto, incluyendo agua salada o similar obtenida de un lago de agua salada). Además, el agua salada concentrada producida en el proceso de producción de agua dulce se desecha sin ser tratada.
A diferencia de esto, el agua salada concentrada descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 120 tiene una presión predeterminada, y también se propone un equipo de desalinización de agua salada del tipo de recuperación de energía que utiliza la presión. La figura 2 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada del tipo de recuperación de energía según la técnica de referencia.
Un equipo de desalinización de agua salada 200 suministra básicamente el agua salada 101 al componente de membrana de ósmosis inversa 120 con la unidad de suministro de agua salada 110 (P-1). El componente de membrana de ósmosis inversa 120, al igual que el equipo de desalinización de agua salada 100 de la figura 1, hace que las moléculas de agua del agua salada suministrada rezumen a través de una membrana de ósmosis y produce y descarga el agua dulce 102.
El componente de membrana de ósmosis inversa 120, al igual que el equipo de desalinización de agua salada 100, descarga el agua salada concentrada 103 con una presión. El equipo de desalinización de agua salada del tipo de recuperación de energía 200 mostrado en la figura 2 utiliza la presión del agua salada concentrada 103. El agua salada concentrada 103 se suministra a una unidad de intercambio de presión 130. La unidad de intercambio de presión 130 aumenta una presión generada cuando el agua salada suministrada desde una unidad de suministro de agua salada 111 (mostrada como P-2 en el dibujo) se suministra al componente de membrana de ósmosis inversa 120. Más concretamente, el agua salada concentrada 103 aumenta una presión de suministro de agua salada enviada desde la unidad de suministro de agua salada 111 a través de la unidad de intercambio de presión 130. En el lado de aguas abajo de la unidad de intercambio de presión 130, se conecta una unidad de suministro de agua salada 112. La unidad de suministro de agua salada 112 suministra finalmente el agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 120. Dado que el agua salada cuya presión es aumentada por la unidad de intercambio de presión 130 presionada por el agua salada concentrada 103 llega a la unidad de suministro de agua salada 112, la unidad de suministro de agua salada 112 puede suministrar el agua salada 101 al componente de membrana de ósmosis inversa 120 con una presión superior a la obtenida por su propia capacidad.
De este modo, el equipo de desalinización de agua salada del tipo de recuperación de energía 200 mostrado en la figura 2 realiza suministros de agua salada paralelos de la unidad de suministro de agua salada 110 operable para suministrar directamente el agua salada 101 al componente de membrana de ósmosis inversa 120 y la unidad de suministro de agua salada 112 operable para suministrar agua salada a través de la unidad de intercambio de energía 130. Cuando el agua salada se suministra de forma paralela, se reduce la carga de la unidad de suministro de agua salada 110 que se encarga de extraer agua salada del mar o de un lago para suministrarla. En la unidad de suministro de agua salada 110, a diferencia de la otra unidad de suministro de agua salada 112 o similares, cuando se extrae agua salada del mar o de un lago, se debe aumentar la presión desde una presión de agua casi nula hasta una presión de agua predeterminada. Por ello, el consumo de potencia o de energía es elevado.
Por esta razón, el equipo de desalinización de agua salada 200 de la figura 2 puede reducir un consumo de potencia y un consumo de energía necesarios para suministrar agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 120. En particular, en comparación con el equipo de desalinización de agua salada 100 de la figura 1, el agua salada concentrada 103 que se desecha convencionalmente sin ser utilizada puede ser utilizada ventajosamente. En el equipo de desalinización de agua salada 200 de la figura 2, el agua salada concentrada 104 utilizada para un aumento de presión en la unidad de intercambio de presión 130 se descarga sin ser tratada.
Sin embargo, después de que el agua salada concentrada 103 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 120 utilizado en la unidad de intercambio de presión 130 se utiliza para un aumento de la presión en la unidad de intercambio de presión 130, la presión del agua salada concentrada 103 se vuelve casi cero. Más concretamente, el agua salada concentrada 104 utilizada en la unidad de intercambio de presión 130 tiene una presión casi nula, el valor de utilidad del agua salada concentrada 104 cuando se utiliza como fuente de energía se pierde. Por esta razón, el agua salada concentrada 104 se descarga como se ha descrito anteriormente.
En esta descarga, el agua salada concentrada 104 puede ser descargada desde el equipo de desalinización de agua salada 200 en el mar o descargada en las alcantarillas. Sin embargo, como el agua salada concentrada 104 tiene una concentración de sal muy alta, el agua salada concentrada 104 vertida al mar puede afectar negativamente al medio ambiente. Para reducir la carga medioambiental que se produce cuando el agua salada concentrada de alta concentración 104 se descarga en el mar, se requiere que el agua salada concentrada 104 se mezcle con agua dulce (por ejemplo, agua de río o de lago) y se descargue en el mar. Sin embargo, aunque el agua dulce apenas se obtiene a partir del agua salada, la mezcla entre el agua salada concentrada 104 y el agua dulce es una operación ineficiente. Por supuesto, dado que se requieren pasos y dispositivos excesivos, la contramedida no es preferible.
En un problema práctico, es raro que el agua salada concentrada 104 se mezcle con agua dulce para reducir la concentración de sal del agua salada concentrada 104 y luego se descargue. En general, es corriente que se construyan instalaciones ampliadas o similares para descargar el agua salada concentrada 104 mientras se difunde la concentración de sal del agua salada concentrada 104 tanto como sea posible. Sin embargo, aunque el agua salada concentrada se difunde y se descarga, en consecuencia, el agua salada que tiene una alta concentración de sal se sigue descargando en el mar o en un lago, y la carga ambiental es alta.
De esta manera, en los equipos de desalinización de agua salada 100, 200 según la técnica de referencia mostrada en las Figuras 1 y 2, los problemas de recuperación de energía y de carga ambiental quedan sin resolver. Para mitigar el problema en la carga ambiental, se debe tomar una medida ambiental directa contra un flujo de descarga y una medida ambiental indirecta para el ahorro de energía.
(Esquema de la desalinización de agua salada)
A continuación se describirá un esquema del equipo de desalinización de agua salada según la primera realización de referencia. La figura 3 es un diagrama de bloques del equipo de desalinización de agua salada según una primera realización de referencia. La figura 4 es un diagrama esquemático de un componente de membrana de ósmosis directa en la primera realización de referencia.
Un equipo de desalinización de agua salada 1 incluye, como elementos principales, una unidad de suministro de agua salada 2, un componente de membrana de ósmosis inversa 3, un componente de membrana de ósmosis directa 4 y un dispositivo de asistencia 5. Por supuesto, si es necesario, se pueden incluir otros elementos.
La unidad de suministro de agua salada 2 suministra agua salada 30 al componente de membrana de ósmosis inversa 3. El agua salada 30 incluye diversas aguas, como el agua de mar, el agua de un lago salado y el agua que contiene sal y que se agrupa o circula de forma natural o artificial. Aunque la unidad de suministro de agua salada 2 puede estar configurada por varios instrumentos o dispositivos, la unidad de suministro de agua salada 2 es propiamente una bomba de suministro de agua salada. En los diagramas de bloques o similares posteriores a la figura 1, un elemento denotado por "P-1" o similar representa un elemento tipificado por una bomba y tiene la función de enviar agua salada, agua dulce o similar desde un elemento aguas arriba a un elemento aguas abajo por succión. Las partes numéricas de "P-1" y "P-2" se describen para distinguir los elementos tipificados por las bombas entre sí. El componente de membrana de ósmosis inversa 3 recibe el agua salada suministrada por la unidad de suministro de agua salada 2. El componente de membrana de ósmosis inversa 3 tiene una membrana de ósmosis inversa, y tiene una vía de agua salada 31 (no mostrada claramente en la figura 3) a la que se alimenta el agua salada suministrada desde la unidad de suministro de agua salada 2 y a través de la cual el agua salada pasa por la membrana de ósmosis inversa, y una vía de agua dulce 32 (no mostrada claramente en la figura 3) a través de la cual pasa el agua dulce obtenida mediante la eliminación de un contenido de sal del agua salada que pasa por la vía de agua salada 31 por un fenómeno de ósmosis inversa obtenido por la membrana de ósmosis inversa.
La membrana de ósmosis inversa, como es generalmente conocido, mediante el uso de una presión osmótica, transmite las moléculas de agua del agua salada que pasa por el camino del agua salada 31 al lado del camino del agua dulce 32 (fenómeno de la membrana de ósmosis inversa). Con la transmisión de las moléculas de agua, el agua dulce producida a partir del agua salada se produce en el lado de la vía de agua dulce 32. El agua dulce producida se descarga como agua dulce 40 a través de la vía de agua dulce 32. Más concretamente, el componente de membrana de ósmosis inversa 3 produce el agua dulce 40 a partir del agua salada y descarga el agua dulce 40. El agua dulce 40 vertida se utiliza como agua de la vida cotidiana o como agua industrial. La desalinización de agua salada, que es una función básica del equipo de desalinización de agua salada 1, se consigue mediante la unidad de suministro de agua salada 2 y el componente de membrana de ósmosis inversa 3.
Por otra parte, en el componente de membrana de ósmosis inversa 3, mientras el agua salada que pasa por el camino del agua salada 31 pasa por el camino del agua salada 31, se descarga el agua salada concentrada 51, cuya concentración de sal es superior a la del agua salada 30 suministrada por un fenómeno de membrana de ósmosis inversa. El agua salada concentrada 51 no sólo tiene una concentración de sal creciente, sino también una presión superior a la del agua salada suministrada 30. El agua salada concentrada 51 que tiene la concentración de sal creciente y la presión creciente es suministrada por el componente de membrana de ósmosis inversa 3 al componente de membrana de ósmosis directa 4 a través de otros elementos según sea necesario.
En el equipo de desalinización de agua salada 1 de la figura 3, el componente de membrana de ósmosis inversa 3 suministra el agua salada concentrada descargada 51 al componente de membrana de ósmosis directa 4 a través de una bomba 21. La bomba 21 tiene la función de suministrar el agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 al componente de membrana de ósmosis directa 4. Sin embargo, en este momento, el agua salada concentrada 51 puede ser reducida en presión y luego suministrada. La bomba 21 sólo tiene que desempeñar la función de suministrar adecuadamente el agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 al componente de membrana de ósmosis directa 4. Según la especificación constitucional del equipo de desalinización de agua salada 1, la bomba 21 sólo necesita reducir o aumentar la presión. En la bomba 21, la reducción de la presión se realiza mediante la disposición de una válvula de retención o similar.
El componente de membrana de ósmosis directa 4 recibe el agua salada concentrada 51 del componente de membrana de ósmosis inversa 3 y el agua dulce tratada 41 de una bomba 22. El agua dulce tratada 41 puede ser agua dulce obtenida de un suministro de agua de uso común o agua tratada, como, por ejemplo, aguas residuales tratadas. Alternativamente, el agua dulce tratada 41 puede ser agua dulce, como agua de río o de lago, obtenida de diversas fuentes de agua dulce. El fenómeno osmótico en el componente 4 de la membrana de ósmosis directa requiere tanto agua salada como agua dulce. Por esta razón, tanto el agua salada concentrada 51 que contiene sal como el agua dulce tratada 41 se suministran al componente de membrana de ósmosis directa 4.
La figura 4 muestra de forma esquemática la estructura del componente de membrana de ósmosis directa 4.
El componente de membrana de ósmosis directa 4 incluye una vía de agua salada concentrada 45 a través de la cual pasa el agua salada concentrada suministrada 51, una vía de agua dulce tratada 46 a través de la cual pasa el agua dulce tratada suministrada 41, y una membrana de ósmosis directa 47. Como se indica con una flecha en la figura 4, con el fenómeno osmótico directo por la membrana de ósmosis directa 47, las moléculas de agua se mueven desde la vía de agua dulce tratada 46 a la vía de agua salada concentrada 45. Como resultado, el componente de membrana de ósmosis directa 4 puede producir agua mezclada 52 obtenida mediante la reducción de la concentración del agua salada concentrada 51 suministrada y descargar el agua mezclada 52. El agua dulce tratada 41 suministrada a la vía de agua dulce tratada 46 se descarga después del fenómeno osmótico directo. El componente de membrana de ósmosis directa 4 envía el agua mezclada producida 52 al dispositivo de asistencia 5. El dispositivo de asistencia 5 está conectado a la unidad de suministro de agua salada 2 para aumentar al menos una de la potencia eléctrica suministrada a la unidad de suministro de agua salada 2, una presión dada y una capacidad de rotación. Más concretamente, el dispositivo de asistencia 5 puede reducir una carga necesaria para suministrar el agua salada 30 de la unidad de suministro de agua salada 2. En particular, el agua mezclada 52 descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 tiene una presión predeterminada (la propia agua salada concentrada 51 tiene una presión predeterminada, y el volumen de agua del agua salada concentrada 51 se incrementa en el componente de membrana de ósmosis directa 4 para obtener el agua mezclada 52, de modo que el volumen de agua del agua salada concentrada 51 que tiene una presión aumenta para obtener como resultado el agua mezclada 52), y el dispositivo de asistencia 5 puede dar la energía requerida.
El agua mezclada 52 tiene un volumen de agua mayor que el del agua salada concentrada de entrada 51 mediante la adición de agua de infiltración obtenida en el componente de membrana de ósmosis directa 4 al agua salada concentrada 51 que fluye en el componente de membrana de ósmosis directa 4. Por supuesto, el agua, como el agua dulce o el agua tratada que tiene una baja concentración de sal, fluye hacia el componente de membrana de ósmosis directa 4, y el agua que tiene una baja concentración de sal se añade como agua de infiltración para hacer que la concentración de sal del agua mezclada 52 sea menor que la del agua salada concentrada 51. En primer lugar, el agua mezclada 52 asumida como agua descargada finalmente, tal y como se ha descrito anteriormente, tiene una menor concentración de sal. Como primer punto, con la reducción de la concentración de sal del agua vertida, se reduce directamente la carga medioambiental.
Por otra parte, el volumen de agua del agua mezclada 52, como se ha descrito anteriormente, es mayor que el volumen de agua del agua salada concentrada 51 que fluye hacia el componente de membrana de ósmosis directa. El volumen de agua de la salida de agua salada concentrada a alta presión 51 del componente de membrana de ósmosis inversa 3 se incrementa con la presión del agua para obtener como resultado el agua mezclada 52. El equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización de referencia (también en una segunda realización de referencia (se describirá más adelante) puede distribuir el volumen de agua creciente (que tiene una presión de agua) a varias vías.
Esta distribución se lleva a cabo de varias maneras para hacer posible el funcionamiento de varios componentes conectados al lado posterior del componente de membrana de ósmosis directa 4. Más concretamente, el agua mezclada 52 que tiene una presión predeterminada hace funcionar los distintos elementos, de modo que, en comparación con la técnica convencional, se puede hacer funcionar una bomba o similar con el agua mezclada 52. Como resultado, como segundo punto, se puede realizar una operación de ahorro de energía en todo el equipo de desalinización de agua salada 1. Como resultado, se puede reducir indirectamente la carga medioambiental.
Al igual que en la explicación realizada con referencia a la figura 2 que muestra la técnica de referencia, en el equipo de desalinización de agua salada 200 que sólo tiene el componente de membrana de ósmosis inversa 120, el agua salada concentrada descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 120 agota su propia energía en la unidad de intercambio de presión 130. En este caso, la reducción de carga en la unidad de suministro de agua salada 110 operable para requerir la mayor parte de un consumo de potencia y la mayor parte de un consumo de energía es limitada.
A diferencia de esto, en el equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización de referencia descrita con referencia a las figuras 3 y 4, el agua mezclada 52 en la que permanece un volumen de agua y una presión predeterminados se suministra desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 al dispositivo de asistencia 5. El dispositivo de asistencia 5, tal y como se ha descrito anteriormente, suministra una parte de la energía necesaria a la unidad de suministro de agua salada 2 para que sea posible reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
Como se ha descrito anteriormente, el equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización de referencia puede reducir una carga en la unidad de suministro de agua salada 2 operable para requerir la mayor parte del consumo de potencia y la mayor parte del consumo de energía para que sea posible reducir el consumo de potencia y el consumo de energía. Como resultado, el coste de funcionamiento del equipo de desalinización de agua salada 1 puede reducirse, y la popularización del equipo de desalinización de agua salada 1 puede mejorarse. El agua mezclada 52 se utiliza en el dispositivo de asistencia 5 y se descarga. En este caso, el agua mezclada 52 recibe moléculas de agua del agua dulce tratada 41 en el componente de membrana de ósmosis directa 4, y tiene una concentración de sal inferior a la del agua salada concentrada 51. Por esta razón, después de que el agua mezclada 52 se utilice en el dispositivo de asistencia 5, aunque el agua mezclada 52 se descargue en el mar o en un lago, se puede mantener una carga ambiental baja. Esta es una ventaja diferente a la de la explicación de la técnica de referencia de la figura 2.
El equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización de referencia puede compatibilizar una reducción del consumo de energía y una reducción de la carga medioambiental, y la popularización de la instalación del equipo de desalinización de agua salada 1 puede lograrse desde ambos aspectos.
Los detalles de los componentes se describirán a continuación.
(Unidad de suministro de agua salada)
La unidad de suministro de agua salada 2 aspira agua salada de una fuente de agua salada natural o artificial, como el mar o un lago, y suministra el agua salada al equipo de desalinización de agua salada 1. En particular, la unidad de suministro de agua salada 2 suministra agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3. Por supuesto, dependiendo de la configuración del equipo de desalinización de agua salada 1, puede interponerse otro elemento entre la unidad de suministro de agua salada 2 y el componente de membrana de ósmosis inversa 3. Incluso en este caso, la unidad de suministro de agua salada 2 tiene por objeto proporcionar finalmente agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3.
Cuando se utiliza una bomba de suministro de agua salada como ejemplo práctico de la unidad de suministro de agua salada 2, se puede utilizar cualquiera de una bomba de desplazamiento positivo, una bomba centrífuga y bombas de otros tipos.
La unidad de suministro de agua salada 2 es un elemento principal que suministra agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3. Por esta razón, por ejemplo, en un equipo de desalinización de agua salada que tenga otra configuración (que se describirá más adelante), puede disponerse otra unidad de suministro en paralelo con la unidad de suministro de agua salada 2. En este caso, la unidad de suministro de agua salada 2 tiene una carga baja para suministrar agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3. En otras palabras, una pluralidad de unidades de suministro dispuestas en paralelo entre sí suministran el agua salada necesaria al componente de membrana de ósmosis inversa 3.
La unidad de suministro de agua salada 2 puede incluir una pluralidad de bombas de suministro de agua salada que están conectadas secuencialmente entre sí. Con las bombas de suministro de agua salada conectadas secuencialmente entre sí, se puede aspirar con fuerza una gran cantidad de agua salada de la fuente de agua salada y suministrarla al componente de membrana de ósmosis inversa 3.
En este caso, aunque la unidad de suministro de agua salada 2 esté dispuesta en paralelo con la otra unidad de suministro, dado que la unidad de suministro de agua salada debe aspirar agua salada de la fuente de agua salada y suministrar el agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3, la carga máxima se aplica a la unidad de suministro de agua salada 2 en el equipo de desalinización de agua salada 1. Por supuesto, cuando una configuración completa que incluye la unidad de suministro de agua salada 2 y la otra unidad de suministro dispuesta en paralelo con ella y secuencialmente se considera la unidad de suministro de agua salada, la carga máxima se aplica a la unidad de suministro de agua salada 2, por supuesto. La unidad de alta carga que la unidad de suministro de agua salada 2 requiere el máximo consumo de energía en el equipo de desalinización de agua salada 1.
Los equipos de desalinización de agua salada 1 que tienen varios tamaños se instalan en varios lugares en función de las características de las fuentes de agua salada establecidas, las características topográficas, las cantidades de agua dulce demandada, los fondos para la instalación. Dependiendo de las circunstancias, aunque una cantidad de agua dulce demandada sea grande, debido a la falta de infraestructura de energía eléctrica, el equipo de desalinización de agua salada 1 que tiene un tamaño que puede cubrir la cantidad de agua dulce demandada puede no ser capaz de ser instalado.
Mediante el uso del equipo de desalinización de agua salada 1 según la presente divulgación, cuando se reduce el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2, el equipo de desalinización de agua salada 1 que incluye la unidad de suministro de agua salada 2 que tiene una capacidad de suministro de agua salada suficiente puede instalarse en un lugar en el que falta una infraestructura de energía eléctrica. Esto se debe a que una cantidad de agua dulce que puede ser suministrada por el equipo de desalinización de agua salada 1 es proporcional a una cantidad de agua salada suministrada desde la fuente de agua salada por la unidad de suministro de agua salada 2.
(Cada bomba)
Incluso en otra configuración (que se describirá más adelante) del equipo de desalinización de agua salada 1 y la configuración del equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización de referencia descrita con referencia a la figura 3, se dispone una pluralidad de bombas. Estas bombas están dispuestas cuando se suministra agua salada, agua salada concentrada y agua dulce a los distintos elementos, como el componente de membrana de ósmosis inversa 3, el componente de membrana de ósmosis directa 4, el dispositivo de asistencia 5 y la unidad de intercambio de presión operable para configurar el equipo de desalinización de agua salada 1. Más concretamente, las bombas son componentes que se interponen entre los distintos elementos.
Cada una de las bombas aumenta la presión para suministrar agua salada, agua dulce o similar a los distintos elementos. Alternativamente, dependiendo de las características y especificaciones de los elementos, la bomba reduce la presión para suministrar agua salada, agua dulce o similar a los distintos elementos. Por esta razón, la bomba se utiliza para un aumento de la presión, y una válvula de mariposa o similar se utiliza para una reducción de la presión.
Por ejemplo, el agua salada concentrada 51 se suministra desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 al componente de membrana de ósmosis directa 4, en función de las características (además del agua salada concentrada 51, se suministra el agua dulce tratada 41) del componente de membrana de ósmosis directa 4, la válvula de mariposa que funciona independientemente de la bomba 21 reduce la presión del agua salada concentrada 51 para suministrar el agua salada concentrada 51 al componente de membrana de ósmosis directa 4. De este modo, la pluralidad de bombas, las válvulas de mariposa y similares dispuestas en posiciones del equipo de desalinización de agua salada 1 realizan un aumento de presión y una reducción de presión en función de las características de los elementos que sirven de fuentes y destinos. En un dibujo como el de la figura 3 que muestra el equipo de desalinización de agua salada, cada una de la pluralidad de bombas se muestra típicamente como un elemento. Sin embargo, una bomba mostrada como una bomba puede ser lograda por una pluralidad de elementos de la bomba.
(Componente de membrana de ósmosis inversa)
En el componente de membrana de ósmosis inversa 3, las moléculas de agua del agua salada suministrada 30 se osmotizan con un fenómeno de membrana de ósmosis inversa obtenido por la membrana de ósmosis inversa, y se produce y descarga el agua dulce 40. De acuerdo con esto, el agua salada cuyas moléculas de agua se reducen se descarga desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 como el agua salada concentrada 51, cuya concentración de sal se incrementa. El agua salada concentrada 51 también tiene una presión. El agua salada concentrada 51 que tiene la alta concentración de sal y la alta presión se suministra al componente de membrana de ósmosis directa 4 por el componente de membrana de ósmosis inversa 3.
El componente de membrana de ósmosis inversa 3, al igual que el componente de membrana de ósmosis directa 4, tiene un trayecto por el que pasa el agua salada 30 y un trayecto que está dividido por la membrana de ósmosis inversa y por el que pasa el agua dulce 40 como resultado de la ósmosis de las moléculas de agua. La figura 5 es un diagrama esquemático del componente de membrana de ósmosis directa 4. El componente de membrana de ósmosis inversa 3 también tiene la misma configuración que la de la figura 5. Más concretamente, cuando se supone que el componente de membrana de ósmosis directa 4 que se muestra en la figura 5 se sustituye por el componente de membrana de ósmosis inversa 3, la trayectoria del agua salada concentrada 45 de la figura 5 es una trayectoria de agua salada del componente de membrana de ósmosis inversa 3.
Del mismo modo, cuando se supone que el componente de membrana de ósmosis directa 4 mostrado en la figura 5 se sustituye por el componente de membrana de ósmosis inversa 3, el trayecto de agua dulce tratada 46 de la figura 5 es un trayecto de agua dulce cuando el componente de membrana de ósmosis directa 4 se sustituye por el componente de membrana de ósmosis inversa 3.
La figura 5 es sólo un diagrama esquemático para explicar de forma comprensible la función del componente de membrana de ósmosis directa 4, y la estructura de la figura 5 es diferente de la estructura del componente de membrana de ósmosis directa 4 que se fabrica realmente. El componente de membrana de ósmosis directa 4 realmente fabricado suele tener la estructura que se muestra en la figura 6.
El componente de membrana de ósmosis inversa 3 tiene la misma configuración que el componente de membrana de ósmosis directa 4 que tiene otra forma mostrada en la figura 6 en muchos casos. El componente de membrana de ósmosis directa 4 de la figura 6 está configurado por una pluralidad de tubos estrechos (tubos que tienen cada uno una forma de paja) y una línea de tubería que cubre las periferias exteriores de la pluralidad de tubos estrechos. Cada uno de los tubos estrechos sirve como vía de agua dulce tratada 46, y la parte restante, excepto la pluralidad de tubos estrechos en la tubería, sirve como vía de agua salada concentrada 45.
En el componente de membrana de ósmosis inversa 3 que tiene la misma configuración que el componente de membrana de ósmosis directa 4 mostrado en la figura 6, cada uno de los tubos estrechos sirve como ruta de agua dulce tratada 45, y la parte restante sirve como ruta de agua salada concentrada 46. El componente de membrana de ósmosis inversa 3 descarga el agua salada concentrada 51 y el agua dulce 40 de las vías, respectivamente. Cuando el componente de membrana de ósmosis inversa tiene la configuración que se muestra en la figura 6, la superficie de la membrana de ósmosis inversa aumenta, la capacidad de desalinización en el componente de membrana de ósmosis inversa 3 se mejora.
Dado que el fenómeno de la membrana de ósmosis inversa se explica en varios documentos conocidos, no se realiza la explicación de este. Con los mecanismos explicados en los diversos documentos conocidos, el componente de membrana de ósmosis inversa 3 obtiene el agua dulce 40 a partir del agua salada 30.
Como se ha descrito anteriormente, el componente de membrana de ósmosis inversa 3 produce el agua dulce 40 a partir del agua salada 30 y suministra el agua salada concentrada 51, cuya concentración de sal es elevada, al componente de membrana de ósmosis directa 4.
(Componente de membrana de ósmosis directa)
El componente de membrana de ósmosis directa 4, con el fenómeno de la membrana de ósmosis directa descrito con referencia a la figura 4, osmotiza las moléculas de agua del agua dulce tratada 41 en el agua salada concentrada 51 para disminuir la concentración de sal del agua salada concentrada 51. El componente de membrana de ósmosis directa 4 produce el agua mezclada 52 con la ósmosis de las moléculas de agua del agua dulce tratada 41 en el agua salada concentrada 51. El componente de membrana de ósmosis directa 4 descarga el agua mezclada 52. Como las moléculas de agua del agua dulce tratada 41 se dan al agua salada concentrada 51, el agua mezclada 52 tiene una concentración de sal inferior a la del agua salada concentrada 51. Por esta razón, aunque el agua mezclada 52 se utiliza en los componentes del lado posterior del componente de membrana de ósmosis directa 4, no se descarta el agua salada que tiene una alta concentración de sal. De este modo, se puede evitar que la carga medioambiental se vea afectada negativamente.
Como las moléculas de agua se añaden al agua salada concentrada 51, el volumen de agua del agua mezclada 52 aumenta. Dado que el volumen de agua aumenta, el componente de membrana de ósmosis directa 4 puede suministrar el agua mezclada 52, cuyo volumen de agua aumenta al dispositivo de asistencia 5 dejando una presión predeterminada. El aumento del volumen de agua se distribuye adecuadamente para que el agua mezclada 52 haga funcionar el dispositivo de asistencia 5. Con esta operación, el dispositivo de asistencia 5 puede reducir una carga (consumo de energía) en la unidad de suministro de agua salada 2.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo del componente de membrana de ósmosis directa en la primera realización de referencia. Aunque se ha descrito en el componente de membrana de ósmosis inversa 3, el componente de membrana de ósmosis directa 4, como se muestra en la figura 5, tiene la vía de agua salada concentrada 45 y la vía de agua dulce tratada 46. Las vías se dividen con la membrana de ósmosis directa 47. La figura 6 es una vista en sección de la estructura del componente de membrana de ósmosis directa en la primera realización de referencia. El componente de membrana de ósmosis directa 4 está configurado por una pluralidad de tubos estrechos y una línea de tubería que cubre el tubo estrecho. Cada uno de los tubos estrechos está hecho de una membrana de ósmosis directa, y cada uno de los tubos estrechos es la vía de agua dulce tratada 46, y la parte restante en la tubería es la vía de sal concentrada 45. Con esta configuración, el área de superficie de la membrana de ósmosis directa aumenta, y la capacidad del fenómeno de la membrana de ósmosis directa aumenta, de modo que la cantidad de agua mezclada producida 52 aumenta.
El componente de membrana de ósmosis directa 4 mostrado en las Figuras 5 y 6 es un ejemplo, y puede tener otra configuración. El fenómeno de la membrana de ósmosis directa se explica en los distintos documentos conocidos, y no se explica aquí su mecanismo.
(Dispositivo de asistencia)
El dispositivo de asistencia 5 recibe el agua mezclada 52 producida y descargada por el componente de membrana de ósmosis directa 4. El agua mezclada 52 tiene un volumen de agua y una presión predeterminados. El dispositivo de asistencia 5 funciona mediante el volumen de agua y la presión predeterminados. El dispositivo de asistencia 5 está conectado dinámicamente a la unidad de suministro de agua salada 2, y la energía generada por el funcionamiento del dispositivo de asistencia 5 ayuda al funcionamiento de la unidad de suministro de agua salada 2. El dispositivo de asistencia 5 puede tener, por ejemplo y en realizaciones no comprendidas en la presente invención, una función de generación eléctrica. En este caso, el dispositivo de asistencia 5 tiene una turbina y una unidad generadora, y genera electricidad con el volumen de agua y la presión del agua mezclada suministrada 52. Una energía eléctrica generada por la generación de energía eléctrica se suministra a la unidad de suministro de agua salada 2 para cubrir una parte de la energía eléctrica necesaria para la unidad de suministro de agua salada 2. Como resultado, se puede reducir el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
Alternativamente, en realizaciones no comprendidas en la presente invención, el dispositivo de asistencia 5 puede tener al menos una de las funciones de generación de presión y una función de transmisión de presión. En este caso, el dispositivo de asistencia 5 está configurado por una unidad de intercambio de presión (cambiador de presión o similar), e intercambia una presión del agua mezclada suministrada 52 en una presión de la unidad de suministro de agua salada 2 para contribuir a un aumento de la presión de la unidad de suministro de agua salada 2. Como resultado, se puede reducir el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
De acuerdo con la presente invención, el dispositivo de asistencia 5 tiene una función de dar rotación. El dispositivo de asistencia 5 tiene un componente giratorio conectado al eje giratorio de la unidad de suministro de agua salada 2, y el componente giratorio gira en función del volumen de agua y la presión del agua mezclada suministrada 52. La rotación del componente giratorio puede aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la unidad de suministro de agua salada 2 a través del eje giratorio conectado. Como resultado, se puede reducir el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
De este modo, el dispositivo de asistencia 5 utiliza al menos uno de el volumen de agua y la presión del agua mezclada 52 para asistir la carga de la unidad de suministro de agua salada 2, a fin de contribuir a la reducción del consumo de potencia y energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
El dispositivo de asistencia 5 descarga el agua mezclada usada 52. El agua mezclada se vierte finalmente en alcantarillas, ríos, lagos, el mar o similares. Sin embargo, el agua mezclada 52 tiene una concentración de sal inferior a la del agua salada concentrada 51. Por esta razón, a diferencia del caso explicado en la técnica de referencia, se puede reducir la carga medioambiental causada por el vertido de agua salada concentrada que tiene una alta concentración de sal.
Como resultado, se puede lograr tanto la reducción de la energía eléctrica o similar requerida por la unidad de suministro de agua salada 2 como la disminución de la concentración de sal de las aguas residuales, y el equipo de desalinización de agua salada 1 según la primera realización puede reducir la carga medioambiental.
(Primera realización)
A continuación se describirán una primera, segunda y tercera realización según la presente invención.
(Antecedentes)
La figura 7 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada como antecedente de la presente invención. Un equipo de desalinización de agua salada 1A tiene la misma idea básica y la misma configuración que las del equipo de desalinización de agua salada 1 descrito en la primera realización de referencia. En el equipo de desalinización de agua salada 1A, el dispositivo de asistencia 5 es un componente de asistencia a la rotación 501. En este caso, la unidad de suministro de agua salada 2 es una bomba de suministro de agua salada 201 que gira a lo largo de un eje giratorio para suministrar agua salada. El componente de asistencia a la rotación 501 tiene un eje giratorio, y el eje giratorio está directamente conectado al eje giratorio de la bomba de suministro de agua salada 201.
El componente de asistencia a la rotación 501 recibe el agua mezclada 52 suministrada por el componente de membrana de ósmosis directa 4 y gira. Dado que el agua mezclada 52 tiene un volumen de agua y una presión predeterminados, el agua mezclada 52 puede hacer girar el componente de asistencia a la rotación 501. En respuesta a la rotación, el eje giratorio del componente de asistencia a la rotación 501 gira. Por ejemplo, el componente de asistencia a la rotación 501 tiene una rueda de paletas o similar conectada al eje de rotación, y el agua mezclada 52 choca con la rueda de paletas para hacerla girar. Con la rotación de la rueda de paletas, el eje giratorio también gira de forma natural.
El eje giratorio del componente de asistencia a la rotación 501 está directamente conectado al eje giratorio de la bomba de suministro de agua salada 201. Con esta conexión directa, aumenta al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada 201. Cuando al menos una de la velocidad de rotación y el par aumentan, la capacidad de suministro de agua salada 30 por la bomba de suministro de agua salada 201 aumenta. En otras palabras, cuando la capacidad de suministro de agua salada no cambia, una potencia eléctrica o energía requerida por la propia bomba de suministro de agua salada 201, excepto por el componente de asistencia a la rotación 501, puede reducirse mediante la asistencia a la rotación realizada por el componente de asistencia a la rotación 501.
Dado que el agua mezclada 52 tiene un volumen de agua y una presión predeterminados, el agua mezclada 52 puede girar fácilmente el componente de asistencia a la rotación 501 que tiene la rueda de paletas o similar. La rotación del componente de asistencia a la rotación 501 también puede añadirse fácilmente a la rotación de la bomba de suministro de agua salada 201. Como resultado, la carga de la bomba de suministro de agua salada 201 disminuye, y el consumo de potencia y el consumo de energía pueden ser reducidos.
Por supuesto, el agua mezclada 52 suministrada para hacer girar el componente de asistencia a la rotación 501 es descargada. Sin embargo, dado que la concentración de sal se reduce en el componente de membrana de ósmosis directa 4, el agua mezclada descargada 52 tiene una pequeña carga ambiental.
(Antecedentes adicionales)
La figura 8 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la variante 2 como antecedente adicional de la presente invención. Un equipo de desalinización de agua salada 1B incluye la misma idea que la mencionada anteriormente en cuanto a la utilización del agua mezclada 52 obtenida al diluir, mediante el componente de membrana de ósmosis directa 4, el agua salada concentrada 51 descargada del componente de membrana de ósmosis inversa 3.
(Paralelización del suministro de agua salada)
En el equipo de desalinización de agua salada 1B correspondiente a este antecedente, el suministro del agua salada 30 al componente de membrana de ósmosis inversa 3 está paralelizado. La unidad de suministro de agua salada 2, al igual que en el equipo de desalinización de agua salada 1A de los antecedentes mencionados, utiliza la bomba de suministro de agua salada 201 que gira sobre la base del eje giratorio para suministrar agua salada 30.
El agua salada 30 se suministra al componente de membrana de ósmosis inversa 3 a través de una bomba 23 y una unidad de intercambio de presión 6, pasando por una ruta (en paralelo) diferente a la de la bomba de suministro de agua salada 201. La unidad de intercambio de presión 6 aumenta la presión del agua salada 30 suministrada desde la bomba 23 utilizando el agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3.
La unidad de intercambio de presión 6 se conoce como un cambiador de presión o similar, y tiene la función de aumentar la presión del líquido que viaja en una determinada vía por la presión de otro líquido suministrado desde otra vía. Por esta razón, el agua salada concentrada 51, cuya concentración de sal y la presión se incrementan por el componente de membrana de ósmosis inversa 3, se suministra a la unidad de intercambio de presión 6. Con la presión del agua salada concentrada 51, la presión del agua salada 30 suministrada desde la bomba 23 aumenta, y el agua salada 30 se suministra al componente de membrana de ósmosis inversa 3.
En el equipo de desalinización de agua salada 1B, con la paralelización del suministro de agua salada, se puede reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201 que sirve como unidad de suministro de agua salada 2.
(Reciclaje en el componente de membrana de ósmosis directa)
Dado que la unidad de intercambio de presión 6 sólo utiliza la presión del agua salada concentrada 51, la presión del agua salada concentrada 51 utilizada en la unidad de intercambio de presión 6 es casi eliminada, y el agua salada concentrada 51 es descargada de la unidad de intercambio de presión 6. Por otro lado, el agua salada concentrada 51 se descarga de la unidad de intercambio de presión 6 sin cambiar la concentración de sal del agua salada concentrada 51.
El agua salada concentrada 51, cuya concentración de sal no se modifica, se suministra al componente de membrana de ósmosis directa 4 mediante la bomba 21.
El componente de membrana de ósmosis directa 4 produce el agua mezclada 52 mediante un fenómeno de membrana de ósmosis directa para el agua dulce tratada 41 y el agua salada concentrada 51 suministradas por separado. Por esta razón, cuando el agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4 no tiene una alta presión, pero tiene una alta concentración de sal, el agua mezclada 52 puede ser producida por el fenómeno de la membrana de ósmosis directa. El agua mezclada 52 se produce de manera que las moléculas de agua del agua dulce tratada se osmotizan en el agua salada concentrada 51. Por esta razón, el componente de membrana de ósmosis directa 4 puede descargar el agua mezclada 52, cuyo volumen de agua es mayor que el del agua salada concentrada 51. La bomba 21 genera una presión predeterminada para suministrar el agua salada concentrada 51 al componente de membrana de ósmosis directa 4. La bomba 21 suministra sin demora el agua salada concentrada 51 al componente de la membrana de ósmosis directa 4, y el componente de la membrana de ósmosis directa 4 produce el agua mezclada 52 que tiene un volumen de agua mayor que el del agua salada concentrada 51 y descarga el agua mezclada 52.
El agua mezclada 52 con el volumen de agua y la presión puede hacer girar el componente de asistencia a la rotación 501. El componente de asistencia a la rotación 501 tiene un eje de rotación directamente conectado al eje de rotación de la bomba de suministro de agua salada 201, y la rotación del componente de asistencia a la rotación 501 puede ayudar a la rotación de la bomba de suministro de agua salada 201. La ventaja de la asistencia es la misma que la explicada anteriormente.
Como se ha descrito anteriormente, el agua salada concentrada 51, cuya presión se pierde al ser utilizada en la unidad de intercambio de presión 6, pasa a través del componente de membrana de ósmosis directa 4 para hacer funcionar de nuevo el componente de asistencia a la rotación 501 con el fin de ayudar a la rotación de la bomba de suministro de agua salada 201. Como resultado, el componente de asistencia a la rotación 501 puede reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201.
(Ventaja de los antecedentes adicionales)
Como se ha descrito anteriormente, en el equipo de desalinización de agua salada 1B, las vías de suministro del agua salada 30 desde la fuente de agua salada hasta el componente de membrana de ósmosis inversa 3 están separadas en paralelo entre sí, la unidad de intercambio de presión 6 que sirve como una vía de suministro utiliza el agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 para aumentar una presión. Con este proceso, se puede reducir una carga (consumo de potencia o de energía) en la bomba de suministro de agua salada 201 que sirve como elemento principal de la unidad de suministro de agua salada 2. Además, una concentración de sal del agua salada concentrada 51, cuya presión se pierde en la unidad de intercambio de presión 6, es utilizada por el componente de membrana de ósmosis directa 4 para provocar la rotación del componente de asistencia a la rotación 501. La rotación del componente de asistencia a la rotación 501 puede reducir aún más la carga (consumo de potencia y consumo de energía) de la bomba de suministro de agua salada 201 que sirve como elemento principal de la unidad de suministro de agua salada 2.
Más específicamente, el agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 se utiliza en dos aspectos, incluyendo un aspecto de presión y un aspecto de concentración de sal, para hacer posible reducir aún más el consumo de potencia y el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2.
Por supuesto, dado que el agua mezclada 52 que finalmente se desecha y descarga tiene una baja concentración de sal, no es necesario preocuparse por el deterioro de la carga ambiental como en las realizaciones de referencia y los antecedentes.
(Primera realización)
A continuación se describirá un equipo de desalinización de agua salada según la presente invención.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a una primera realización de la presente invención. Un equipo de desalinización de agua salada 1C, a diferencia del equipo de desalinización de agua salada 1B mostrado en la figura 8, en una vía a través de la cual el agua salada concentrada 51 procedente de la unidad de intercambio de presión 6 llega al componente de membrana de ósmosis directa 4, se dispone además otra unidad de intercambio de presión 61.
La configuración y las ideas básicas del equipo de desalinización de agua salada 1C son las mismas que las del equipo de desalinización de agua salada 1B correspondiente al antecedente, excepto que se dispone, además, de la unidad de intercambio de presión 61. Más concretamente, las vías de suministro del agua salada 30 al componente de membrana de ósmosis inversa 3 están paralelizadas para reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201. Además, la presión del agua salada concentrada 51 descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa 3 se utiliza en la unidad de intercambio de presión 6 una vez para reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201. Además, el agua salada concentrada 51, cuya presión se pierde en la unidad de intercambio de presión 6, es reciclada por el componente de membrana de ósmosis directa 4 para hacer girar el componente de asistencia a la rotación 501, que sirve como dispositivo de asistencia, a fin de reducir el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201. Las ideas básicas son las mismas que las de la primera realización.
(Unidad de Intercambio de Presión 61)
La unidad de intercambio de presión 61 está dispuesta entre la unidad de intercambio de presión 6 y el componente de membrana de ósmosis directa 4. La bomba 21 está dispuesta en el lado aguas arriba de la unidad de intercambio de presión 61, y el agua salada concentrada 51 utilizada para aumentar la presión del agua salada 30 en la unidad de intercambio de presión 6 se suministra a la unidad de intercambio de presión 61 con la bomba 21.
Aunque la bomba 21 puede aumentar la presión lo suficiente como para suministrar el agua salada concentrada 51 a la unidad de intercambio de presión 61, cuando la bomba 21 funciona para aumentar aún más la presión, el consumo de potencia o el consumo de energía en la bomba 21 aumenta para que sea imposible lograr el objetivo de reducir el consumo de potencia o similar en todo el equipo de desalinización de agua salada 1C. Por esta razón, el agua salada concentrada 51 suministrada a la unidad de intercambio de presión 61 con la bomba 21 sólo tiene una presión necesaria para ser suministrada.
En este caso, el agua mezclada 52 producida por el componente de membrana de ósmosis directa 4 se suministra a la unidad de intercambio de presión 61. El agua mezclada 52 producida por el componente de membrana de ósmosis directa 4, como se ha descrito anteriormente, tiene básicamente una presión igual a la del agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4 y aumenta su volumen de agua. El agua mezclada presurizada 52 se suministra a la unidad de intercambio de presión 61 a través de la otra vía de suministro para aumentar la presión del agua salada concentrada 51 desde la bomba 21 suministrada a la corriente principal de la unidad de intercambio de energía 61, y el agua salada concentrada 51 se descarga desde la unidad de intercambio de presión 61. Más concretamente, se obtiene un estado en el que aumenta la presión del agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4.
Dado que la presión del agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4 es alta, la energía del agua mezclada 52 descargada por el componente de membrana de ósmosis directa 4 se vuelve alta. Esto se debe a que, como la energía viene dada por la multiplicación de una presión por un volumen de agua, el suministro a una presión elevada aumenta la energía del agua mezclada 52 descargada por el componente 4 de la membrana de ósmosis directa.
El equipo de desalinización de agua salada 1C de la primera realización de la presente invención mostrada en la figura 9 aumenta la energía del agua mezclada 52 suministrada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 al componente de asistencia a la rotación 501 para lograr la ventaja de mejorar la capacidad del componente de asistencia a la rotación 501.
Además, no se suministra toda el agua mezclada 52 producida por el componente de membrana de ósmosis directa 4 al componente de asistencia a la rotación 501, y una parte del agua mezclada 52 se suministra a la unidad de intercambio de presión 61. La unidad de intercambio de presión 61 tiene una eficiencia energética superior a la del componente de asistencia a la rotación 501. La unidad de intercambio de presión 61, tal como se ha descrito anteriormente, aumenta la presión del agua salada concentrada 51 para hacer posible el aumento de la energía del agua mezclada 52 descargada por el componente de membrana de ósmosis directa 4.
Más concretamente, una parte del agua mezclada 52 se suministra a la unidad de intercambio de presión 61, y el aumento de energía del agua mezclada 52 puede realizarse de forma eficiente. Dado que una parte del agua mezclada 52, cuya energía se incrementa, se utiliza en el componente de asistencia a la rotación 501, el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201 pueden reducirse mediante el componente de asistencia a la rotación 501. En este caso, se consigue la ventaja de que el consumo de energía de la bomba que da presión al agua salada concentrada 51 descargada por el componente de membrana de ósmosis inversa 3, y el consumo de energía en todo el equipo de desalinización de agua salada 1C puede reducirse.
El equipo de desalinización de agua salada 1C correspondiente a la primera realización de la presente invención distribuye el agua mezclada 52 descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 al componente de asistencia a la rotación 501 y a la unidad de intercambio de presión 61 para lograr el objetivo de reducir el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201 y de la bomba 21 de forma equilibrada.
(Segunda realización no comprendida en la presente invención)
A continuación se describirá un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la segunda realización no comprendida en la presente invención. La figura 10 es un diagrama de bloques del equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la segunda realización no comprendida en la presente invención. Un equipo de desalinización de agua salada ID tiene la misma idea y la misma configuración que las del equipo de desalinización de agua salada 1C correspondiente a la primera realización de la presente invención. Por ejemplo, en el lado de aguas abajo del componente de membrana de ósmosis inversa 3, se dispone la unidad de intercambio de presión 6 operable para recibir el agua salada concentrada 51 descargada del componente de membrana de ósmosis inversa 3. La unidad de intercambio de presión 6, como se explica en el equipo de desalinización de agua salada 1B en los antecedentes y el equipo de desalinización de agua salada 1C en la primera realización de la presente invención, al utilizar la presión del agua salada concentrada 51, se mejoran las capacidades de las vías paralelas para suministrar el agua salada 30.
El agua salada concentrada 51 casi pierde su presión por el aumento de presión en la unidad de intercambio de presión 6, pero sigue teniendo una alta concentración de sal. El agua salada concentrada 51 se utiliza en el componente de membrana de ósmosis directa 4. En este momento, el agua salada concentrada 51 no se suministra directamente al componente de membrana de ósmosis directa 4, sino que se suministra a través de la unidad de intercambio de presión 61 explicada en el equipo de desalinización de agua salada 1C.
La unidad de intercambio de presión 61 recibe una parte (que tiene un volumen de agua o una presión mayor/superior que el volumen de agua o la presión del agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4) del agua mezclada 52 descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 para aumentar la presión del agua salada concentrada 51 suministrada a la unidad de intercambio de presión 61. Cuando se aumenta la presión del agua salada concentrada 51 mediante la unidad de intercambio de presión 61, aumenta la presión del agua salada concentrada 51 suministrada al componente de membrana de ósmosis directa 4. Como resultado del aumento, la energía del agua mezclada 52 en el componente de membrana de ósmosis directa 4 aumenta. Más concretamente, dado que la presión se incrementa mediante la unidad de intercambio de presión 61, el componente de membrana de ósmosis directa 4 puede producir y descargar el agua mezclada 52 cuya energía se incrementa.
El equipo de desalinización de agua salada 1C en la primera realización de la presente invención, el agua mezclada 52 descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 al componente de asistencia a la rotación 501 que sirve como un dispositivo de asistencia que ayuda a la bomba de suministro de agua salada 201.
En contraste con esto, el equipo de desalinización de agua salada ID en la segunda realización no comprendida en la presente invención mostrada en la Figura 10 suministra el agua mezclada 52 descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa 4 a una unidad de intercambio de presión 502 que sirve como dispositivo de asistencia. Como se aprecia en la figura 10, la unidad de intercambio de presión 502 está dispuesta en el lado de aguas abajo de la bomba de suministro de agua salada 301. La bomba de suministro de agua salada 201 suministra el agua salada 30 al componente de membrana de ósmosis inversa 3. En este momento, se debe suministrar el agua salada 30 que tiene un volumen y una presión que se establecen en función de la capacidad del fenómeno de la membrana de ósmosis inversa del componente de membrana de ósmosis inversa 3. Por esta razón, se requiere que la bomba de suministro de agua salada 201 sea cargada por el suministro realizado en el volumen y la presión necesarios.
Por el contrario, cuando la unidad de intercambio de presión 502 que sirve de dispositivo de asistencia 5 está dispuesta en el lado de aguas abajo de la bomba de suministro de agua salada 201, con respecto al volumen de agua y a la presión del agua salada 30 finalmente suministrada desde la bomba de suministro de agua salada 201 al componente de membrana de ósmosis inversa 3, el componente de intercambio de presión 502 puede asistir a la bomba de suministro de agua salada 201. La unidad de intercambio de presión 502, al utilizar el agua mezclada 52 suministrada por el componente de membrana de ósmosis directa 4, aumenta la presión del agua salada 30 que fluye desde la bomba de suministro de sal 201. Más concretamente, además del aumento de presión en la bomba de suministro de agua salada 201, la unidad de intercambio de presión 502 puede aumentar aún más la presión. De esta manera, la presión aumentada por la bomba de suministro de agua salada 201 se incrementa aún más por la unidad de intercambio de presión 502, de modo que el agua salada 30 se suministra al componente de membrana de ósmosis inversa 3.
La unidad de intercambio de presión 502 puede reducir una carga causada por un aumento de la presión requerida en la bomba de suministro de agua salada 201 en el suministro del agua salada 30 a través de la ruta de suministro de la bomba de suministro de agua salada 201. Como resultado, el consumo de potencia y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201 pueden reducirse. La bomba 26 compensa la falta de energía mediante la recuperación de energía ejecutada por la unidad de intercambio de presión 502.
De este modo, cuando la unidad de intercambio de presión 502 se utiliza como dispositivo de asistencia 5 para posibilitar la reducción del consumo de potencia y el consumo de energía de la unidad de suministro de agua salada 2, cuyo consumo de potencia y el consumo de energía ocupan la mayor parte del consumo de potencia y el consumo de energía en el equipo de desalinización de agua salada ID. Con respecto a este punto, el equipo de desalinización de agua salada ID correspondiente a la segunda realización no comprendida en la presente invención puede reducir la carga medioambiental. Además, dado que el agua mezclada 52 que finalmente se desecha y se descarga tiene una baja concentración de sal, con respecto a este punto, la carga medioambiental puede reducirse. (Tercera realización no comprendida en la presente invención)
A continuación se describirá un equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la tercera realización no comprendida en la presente invención. La figura 11 es un diagrama de bloques del equipo de desalinización de agua salada correspondiente a la tercera realización no comprendida en la presente invención. El equipo de desalinización de agua salada IE tiene una configuración que es casi la misma que la del equipo de desalinización de agua salada ID correspondiente a la segunda realización descrita con referencia a la figura 10, una bomba de suministro de agua salada que sirve como unidad de suministro de agua salada 2 se divide paralelamente en la bomba de suministro de agua salada 201 y la bomba de suministro de agua salada 202. Además, la bomba 23 también sirve como parte de la bomba de suministro de agua salada.
En el lado aguas abajo de la bomba de suministro de agua salada 201, al igual que en el equipo de desalinización de agua salada ID, se dispone la unidad de intercambio de presión 502 operable para aumentar una presión del agua salada suministrada desde la bomba de suministro de agua salada 201 con el agua mezclada 52. Como resultado, la carga de la bomba de suministro de sal 201 disminuye.
Además, dado que la bomba de suministro de agua salada 202 está dispuesta en paralelo con la bomba de suministro de agua salada 201, se puede dividir una carga que actúa cuando el agua salada 30 se suministra desde una fuente de agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa 3. Como resultado, la carga de la bomba de suministro de agua salada 201 disminuye. Aunque la unidad de suministro de agua salada 2 está totalmente configurada por la bomba de suministro de agua salada 201 y la bomba de suministro de agua salada 202, la unidad de suministro de agua salada 2 está dividida para que la suma de los consumos de potencia y de energía en las dos bombas sea menor que la de una sola bomba. Además, en la serie de la bomba de suministro de agua salada 201, la unidad de intercambio de presión 502 que utiliza el agua mezclada 52 puede reducir el consumo de energía y el consumo de energía de la bomba de suministro de agua salada 201 puede reducirse.
En este caso, la bomba 202 facilita el control de un volumen de agua salada que fluye hacia el componente de membrana de ósmosis inversa 3. Cuando la bomba de suministro de agua salada está configurada por una sola bomba, el volumen de agua salada suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa 3 puede ser difícil de controlar. Una cantidad de agua salada suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa 3 está relacionada con una cantidad de agua salada concentrada 51 producida, y una cantidad de agua salada concentrada 51 está relacionada con una cantidad de agua mezclada 52 producida por el componente de membrana de ósmosis directa 4 y utilizada en el dispositivo de asistencia posterior o similar.
La cantidad de agua mezclada producida 52 está relacionada con un equilibrio entre las cantidades de agua distribuidas al dispositivo de asistencia posterior, a la otra unidad de intercambio de presión 61 y a otras similares. Cuando las cantidades de agua distribuida no están equilibradas, el equipo de desalinización de agua salada IE puede ser difícil de diseñar.
Dado que la bomba 202 está dispuesta de nuevo para controlar una cantidad de agua salada suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa 3, el agua salada puede ser suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa 3 en consideración a un equilibrio de distribución del agua mezclada 52 en su conjunto. El equipo de desalinización de agua salada IE de la tercera realización no comprendida en la presente invención que tiene la configuración anterior puede controlar adecuadamente toda la operación con equilibrio mientras controla el suministro de agua salada.
Cuando estas operaciones se correlacionan entre sí, el equipo de desalinización de agua salada IE correspondiente a la tercera realización no comprendida en la presente invención puede reducir el consumo de potencia y el consumo de energía para lograr una reducción del coste de funcionamiento.
Cada uno de los equipos de desalinización de agua salada 1A a IE basados en las diversas realizaciones descritas anteriormente pueden lograr una reducción del coste de funcionamiento. Como resultado, la popularización de los equipos de desalinización de agua salada puede mejorar.
Los equipos de desalinización de agua salada explicados en la primera realización son un ejemplo para explicar el ámbito de la presente invención, y pueden ser cambiados y modificados sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Lista de signos de referencia
1 equipo de desalinización de agua salada
2 unidad de suministro de agua salada
21, 22, 23, 24, 25, 26 bomba
201, 202 bomba de suministro de agua salada
3 componente de membrana de ósmosis inversa
4 componente de membrana de ósmosis directa
5 dispositivo de asistencia
501 componente de ayuda a la rotación
502 unidad de intercambio de presión
6 unidad de intercambio de presión
30 agua salada
40 agua dulce
41 agua dulce tratada
51 agua salada concentrada
52 agua mezclada
100 equipo de desalinización de agua salada
101 agua salada
102 agua dulce
110 unidad de suministro de agua salada
120 componente de membrana de ósmosis inversa

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un equipo de desalinización de agua salada (1) que comprende:
una unidad de suministro de agua salada (2) operable para suministrar agua salada a un componente de membrana de ósmosis inversa (3);
un componente de membrana de ósmosis directa (4) al que se suministra el agua salada concentrada (51) descargada desde el componente de membrana de ósmosis inversa (3);
el componente de membrana de ósmosis directa (4) tiene una vía de agua salada concentrada (45) a la que se suministra el agua salada concentrada (51) y por la que pasa el agua salada concentrada (51) y una vía de agua dulce tratada (46) a la que se suministra el agua dulce tratada (41) y por la que pasa el agua dulce tratada (41),
las moléculas de agua se desplazan desde la vía de agua dulce tratada (46) a la vía de agua salada concentrada (45) por un fenómeno osmótico directo, y el componente de membrana de ósmosis directa (4) produce agua mezclada (52) para dar salida a una parte del agua mezclada (51) hacia un dispositivo de asistencia (5) y
un dispositivo de asistencia (5) al que se suministra una parte del agua mezclada (52) descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa (4) y que está conectado a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que el dispositivo de asistencia (5) aumenta la capacidad de rotación a la unidad de suministro de agua salada (2), en la que la unidad de suministro de agua salada (2) es una bomba de suministro de agua salada (201, 202) que está configurada para girar a lo largo de un eje giratorio para suministrar agua salada (30),
el dispositivo de asistencia (5) tiene un componente de asistencia a la rotación (501) que está directamente conectado al eje de rotación configurado para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (201), estando el componente de asistencia a la rotación (501) configurado para generar una fuerza de rotación mediante una presión del agua mezclada suministrada (52) para aumentar al menos una de la velocidad de rotación y el par de la bomba de suministro de agua salada (2) a través del eje de rotación directamente conectado,
en el que una unidad de intercambio de presión (61) está además dispuesta en un lado aguas arriba del componente de membrana de ósmosis directa (4),
la unidad de intercambio de presión (61) está configurada para aumentar una presión del agua salada concentrada suministrada (51) utilizando una parte del agua mezclada descargada desde el componente de membrana de ósmosis directa (4).
2. El equipo de desalinización de agua salada (1) según la reivindicación 1, en el que
el componente de membrana de ósmosis inversa (3) tiene una vía de agua salada (31) a la que se alimenta el agua salada suministrada desde la unidad de suministro de agua salada (2) y a través de la cual pasa el agua salada y una vía de agua dulce (32) a través de la cual pasa el agua dulce obtenida mediante la eliminación de un contenido de sal del agua salada por un fenómeno osmótico inverso en una membrana, el agua salada concentrada se descarga desde la vía de agua salada (31), y el agua dulce se suministra desde la vía de agua dulce (32).
3. El equipo de desalinización de agua salada (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la unidad de suministro de agua salada (2) es operable para suministrar el agua salada (30) desde una fuente de agua salada al componente de membrana de ósmosis inversa (3) se divide en una pluralidad de vías para suministrar el agua salada (30) al componente de membrana de ósmosis inversa (3), algunas de la pluralidad de vías tienen una unidad de intercambio de presión,
el componente de membrana de ósmosis inversa (3) suministra el agua salada concentrada (51) a la unidad de intercambio de presión, y la unidad de intercambio de presión aumenta la presión del agua salada (30) suministrada al componente de membrana de ósmosis inversa (3), y
la unidad de intercambio de presión suministra el agua salada concentrada (51) utilizada para un aumento de la presión al componente de membrana de ósmosis directa (4).
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