NO20190247A1

NO20190247A1 - Anordning for behandling og/eller transport av væske

Info

Publication number: NO20190247A1
Application number: NO20190247A
Authority: NO
Inventors: Eldar Lien; Morten Aga
Original assignee: Searas As
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-09-09
Also published as: NO344276B1; WO2019172776A1; JP7270656B2; EP3761782A1; NO20201080A1; CN112118733B; US20210092941A1; NO20180333A1; NO20201078A1; US11684046B2; CA3091737A1; JP2021516067A; EP3761782A4; CN112118733A

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for fjerning av gasser og partikler fra en væske, og/eller for transport av væske.

Oppfinnelsens bakgrunn

I mange systemer er det behov for å fjerne gasser fra en væske. Dette gjelder for eksempel i oppdrettsanlegg der fisk i anlegget produserer CO2. Dersom væsken skal resirkuleres tilbake til anlegget, som i såkalte RAS-anlegg, så må CO2fjernes, og fortrinnsvis erstattes med O2.

Også i mange andre sammenhenger er vannbehandling nødvendig, så som for eksempel behandling av avløpsvann.

Formål med foreliggende oppfinnelse.

Det er således et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en løsning der man fjerner gasser fra en væske. Fortrinnsvis er det et formål å tilveiebringe en løsning for å fjerne CO2, men det tas sikte på at løsningen kan brukes på å fjerne enhver gass som er oppløst i en væske.

Det er også et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en løsning der mindre partikler og skum fjernes fra en væske.

Den løsning som frembringes er basert på hevertprinsippet og etablering av undertrykk i et parti av en rørledning, og på denne måte kan man også transportere en væske fra en beholder til en annen.

Det er således også et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en løsning som kan forflytte et væskevolum fra en beholder til en annen.

Vi har erfart at i forbindelse med forflytning av væske i et oppdrettsanlegg, så er det mulig å forflytte en væske og fisk som er i væsken, og samtidig utsette væsken for avgassing og fjerning av partikler/skum.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrøre således en anordning for fjerning av gasser i en væske, og/eller for fjerning av skum og partikler fra en væske og/eller for transport av væske, karakterisert ved anordningen omfatter rørledninger for å transportere væsken fra et første væskevolum A til et andre væskevolum B, hvor rørledningen omfatter et første rørparti for inntak av væske, og at det i et øvre parti rørledningen er anordnet et utluftingsparti for utbytting av gasser fra det første væskevolum A, og at det i rørledningen er midler for å føre væsken gjennom rørledningen, og midler for å etablere undertrykk i deler av rørledningen.

I en utførelse er det i rørledningen anordnet injektormidler for tilførsel av gasser til rørledningen.

I en utførelser er det også er anordnet en pumpeanordning for å pumpe vann inn via et første rørparti til rørledningen.

I en utførelse er nevnte utluftingsparti i form av et langstrakt rørparti.

I en utførelse omfatter rørledningen et i hovedsak vertikalt rørparti nedstrøms for utluftingspartiet eller rørpartiet 16b for å transportere væsken ut av rørledningen og til et andre væskevolum B.

I en utførelse er det første væskevolum A en merd og det andre væskevolum B er en annen merd.

I en utførelse er det første væskevolum A et segment av en merd og det andre væskevolum B er et annet segment av merden.

I en utførelse er nevnte første og andre vannvolum det samme vannvolum, dvs. at væsken føres tilbake til samme beholder som den hentes fra.

I en utførelse er nevnte pumpeanordning er en propellpumpe eller ejektorpumpe.

I en utførelse er nevnte midler for etablering av undertrykk er en vakuumpumpe eller en vifte.

I en utførelse har utluftningspartiet et visst volum som sikrer en stor overflate væske:gass, og at væsken sirkulerer langsomt via rørledningen, slik at en hindrer at gass går med væsken til det andre væskevolum B.

I en utførelse er det i overgangen mellom rørparti (16b) og rørparti (16c) anordnet et utluftingsparti (16d), idet dette utluftingsparti (16d) etablerer et rom med en væskeoverflate V1idet vann og luft pumpes inn via rørparti 16a.

I en utførelse er utluftingspartiet i et øvre parti er forbundet med et rørparti (16e) hvori det er anordnet midler for å etablere undertrykk i utluftingspartiet.

I en utførelse er det til utluftingspartiet (16d) via rørparti (16e) anordnet en syklon som skiller gasser fra væske, og at det til et øvre parti i syklonen er anordnet midler for å etablere undertrykk i syklonen og utluftingspartiet.

I en utførelse er det første rørparti (16a) anordnet inne i et nedløpsrør, og hvor nedløpsrørets øvre parti er forbundet med utluftingspartiet, og at det etableres et ringrom mellom rørpartiets yttervegger og nedløpsrørets innervegger, slik at væske fra første væskevolum som transporteres inn via rørpartiet (16a) strømmer over øvre endekant og via nevnte ringrom tilbake til det første væskevolum.

I en utførelse er anordningen anordnet i et anlegg for oppdrett av marine organismer.

I en utførelse er anordningen anordnet i en merd, og at merden omfatter en flytekrage som holder enheten flytende i et merdanlegg.

I en utførelse oppnås væskestrømningen gjennom anordningen helt eller delvis ved tilførsel av luft fra injektor (17) slik at væskesøylen i oppstrøms rørparti (16a) gjøres lettere enn i nedstrøms rør (16b) og at dermed skaper sirkulasjon av væsken.

I en utførelse er anordningen anordnet i et anlegg for behandling av avløpsvann.

I en utførelse er det i rørledningen midler for tilførsel av oksygen, slik at oksygen tilføres væsken før utløp via rørparti (16c).

I en utførelse er undertrykket i rørledningen (16) og syklonen (20) tilstrekkelig til å føre skum og mindre partikler med gass-strømmen ut av rørledningen (16)

I en utførelse er væskenivået av væskevolum A og væskevolum B forskjellige, slik at vanngjennomstrømningen i rørledningen (16) helt eller delvis drives av nivåforskjellen. Dvs. at når væskenivået i væskevolum A er høyere enn væskevolum B så kan dette drive (helt eller delvis) vanngjennomstrømningen til væskevolum B. Det må fortsatt injiseres luft for å oppnå utlufting av gasser opp i vakuumpumpen (anordning som sørger for undertrykk). Dersom væskevolum A har lavere væskenivå enn væskevolum B, må man bruke pumpe 18 for å besørge væskestrømning.

I en utførelse kan større enheter, så som fisk, transporteres med væskestrømmen ut av rørparti (16c).

Beskrivelse av figurer

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurene, hvor:

Figur 1 viser skjematisk en utførelse av en anordning for fjerning av gasser som føres via en rørledning.

Figur 2 viser skjematisk en utførelse av en anordning med et utvidet utluftingsparti for fjerning av gasser fra en væske. Væske resirkuleres tilbake til den beholder den hentes fra.

Figur 3 viser skjematisk samme utførelse som i figur 2, men der væsken transporteres til en annen beholder enn den hentes fra.

Figur 4 viser en alternativ utførelse der et stigerør sentralt er satt inn i et nedløpsrør.

Figur 1viser en første utførelse av oppfinnelsen. I et første væskevolum A er det anordnet én eller flere rørledninger 16 for å sirkulere vann fra et første væskevolum A til et andre væskevolum B. Det kan selvsagt være flere slike rørledninger 16 for å sirkulere vann fra et første til et andre væskevolum. Rørledningene 16 har et vertikalt parti 16a som strekker seg fra det første væskevolum A og i hovedsak vertikalt oppover til over overflatenivået av det første væskevolum A, og dette vertikale parti 16a benyttes for inntak av væske til anordningen 10.

I et parti over væskenivået er så det vertikale parti 16a i fluidkommunikasjon med et langstrakt, fortrinnsvis skrånende eller i hovedsak horisontalt, rørparti 16b, og nedstrøms for dette rørparti 16b transporteres væsken videre gjennom et i hovedsak vertikalt rørparti 16c. Rørpartiet 16b kan i enkelte foretrukne utførelser ha en betydelig lengde slik at væsken transporteres en betydelig avstand.

I et parti av rørledningen 16 er der anordnet en injektor 17. Injektoren 17 tilfører gass til rørledningen 16, fortrinnsvis som små luftbobler som tilføres væsken i rørparti 16a. Dette vil medfører at dersom CO2er oppløst i det første væskevolum A, så vil dette utbyttes med luft idet væsken transporteres gjennom rørledningen 16, dvs. gjennom rørpartiene 16a, 16b og 16c. Med termen «injektor» menes enhver tilførsel av en gass inn i en væskestrøm. Termen dekker således også en «ejektor» som baserer seg på at gassen suges passivt inn i væskestrålen (ventur), og en «injektor» som baserer seg på at noe injiseres (presses) inn i væske/gass-strømmen.

Tilførsel av gasser, fortrinnsvis luft, vil sørge for at væsken som stiger opp i rørledningen blir lettere, og at den også er lettere enn den væske som føres ut av rørledningen via rørparti 16c, idet gasser/luft er fjernet fra væske i et utluftingsparti 16d. Det at væsken i førparti 16a er letter enn i rørparti 16b etablerer strømning og transport av væsken gjennom rørledningen 16. Forsøk har vist at med tilstrekkelig tilførsel av luft via injektor 17 og etablering av tilstrekkelig undertrykk via midler 19 for å generere undertrykk, så transporteres væsken med tilstrekkelig hastighet gjennom anordningen 10, uten at man trenger å benytte pumper for å pumpe væsken.

I enkelte utførelser av anordningen 10 er det i et parti i rørledningen 16, dvs. enten i rørparti 16a, rørparti 16b eller rørparti 16c, fortrinnsvis anordnet en pumpeanordning 18 for å pumpe vannet opp fra det første væskevolum. Fortrinnsvis er dette en propellpumpe 18 som er velegnet for pumping av store mengder vann med lavtrykk. I en utførelse er pumpen, som vist i figur 1, anordnet i rørpartiet 16a slik at væske trekkes fra det første væskevolum via rørpartiet 16a.

I den utførelse som er vist i figur 1 har rørpartiet 16b en betydelig lengde, og det er svakt skrånende nedover slik at væske som pumpes til toppen av rørparti 16b vil renne gjennom rørpartiet 16b. Det genereres en stor væskeoverflate, og dette besørger effektiv fjerning av eventuelle gasser som er i det første væskevolum. Væsken inneholder således mindre mengde oppløste gasser etter at den har passert rørparti 16b og utluftingspartiet 16d.

Dersom anordningen 10 benyttes i et oppdrettsanlegg så er det første væskevolum A vanligvis det vannreservoar som de marine organismer, så som fisk, oppholder seg i, og dette vil etter en tid inneholde store mengder oppløst CO2. Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å fjerne dette CO2 ̧eller å samtidig bytte det ut med oksygen eller luft. Det er i den første væske et forholdsvis høyt innhold av CO2og lavt O2. Videre vil det være en blanding av vann og små luftbobler i rørledningspartiene 16a og 16b, og CO2går fra å være oppløst i vann og inn i luftboblene grunnet likevektprinsippet. I utførelser av oppfinnelsen som ikke er vist i figurene vil det i rørparti 16c være midler for tilførsel av oksygen til væsken som strømmer ut av rørledningen via rørparti 16c.

I en utførelser er det i et parti, fortrinnsvis i overgangen mellom rørparti 16b og rørparti 16c, arrangert en anordning for å etablere et undertrykk i rørpartiet 16b. Dette er vist med en vifte 19 i figur 1. Luftboblende blir med et slikt undertrykk nærmest dratt ut av væsken som strømmer gjennom rørparti 16b og videre via rørparti 16d til rørparti 16b. På grunn av undertrykk og stor overflate mellom luftbobler og vann vil denne metoden effektivt fjerne CO2fra væsken.

Som vist i figur 1 kan væsken i det første væskevolum utbyttes for gasser idet det føres gjennom anordningen 10, dvs. gjennom de ulike rørpartier 16a, 16b og 16c. Samtidig med denne utbytting av gasser kan anordningen 10 brukes for å forflytte væske. Som vist i figur 1 så transporteres væske fra det første væskevolum A via rørledningen 16 til et andre væskevolum B. Dette kan være fra én merd til en annen merd, eller det kan være fra et segment av en merd til et annet segment av merden. I en utførelse tilbakeføres væsken som transporteres gjennom rørledningen 16 til samme væskevolum som den hentes fra, dvs. at det første og andre væskevolum er samme merd eller merdsegment.

I figur 2 vises en alternativ utførelser der det i tillegg benyttes en syklon for å skille gasser og væske. Det fremgår av figur 2 at anordningen omfatter et i hovedsak vertikalt rørparti 16a som går over i et i hovedsak horisontalt rørparti 16b. I rørpartiet 16a er der anordnet midler for 17 for å tilføre luft, fortrinnsvis små luftbobler. Det er ikke nødvendig, men i enkelte utførelser benyttes det også i rørparti 16a midler 18 (ikke vist i figur 2) for å trekke vann opp fra et første væskevolum A og gjennom rørparti 16. I overgangen mellom rørparti 16b og rørparti 16c er der etablert et utlufterparti 16d slik at det ved transport av væske og luft inn via rørparti 16a etablerer seg en væskeoverflate V1 i utlufterpartiet 16d. Ut fra utlufterpartiet 16d trekkes skum og gasser via rørparti 16e, idet det i rørparti 16e eller i tilknytning til rørparti 16e er anordnet midler 19 for å etablere undertrykk i utluftingspartiet 16d. Midlene 19 for å etablere undertrykk kan være direkte tilkoblet til rørparti 16e, og ikke nødvendigvis via syklon 20 som vist i figur 2.

Det er en fordel at utlufterparti 16 er av et visst volum, og spesielt at væskeoverflaten er av en viss størrelse. Da får man en stor grenseflate væske:gass som, sammen med det undertrykk som er etablert, vil gi effektiv uttrekking av gasser oppløst i væsken. Luftboblene som tilføres væsken fra injektor 17 via rørparti 16b vil føre til at også mindre partikler dras ut av væsken og over i gassfasen, og ut av rørparti 16e. Det vil også etablere seg skum i dette parti som dras over i rørparti 16e. Betingelsene som etableres i utlufterparti 16d, dvs. undertrykk, stor overflate, og væske med luftbobler vil effektivt skille gasser fra væsken. Gassene fjernes via rørparti 16e, og væsken ledes ut via rørparti 16b.

Det er videre i den anordning 10 som er vist i figur 2 anordnet en syklon 20 for å skille væske og gasser som strømmer gjennom syklonen fra rørledning 16e. Midlene 19 for å etablere undertrykk kan da være i kommunikasjon, via rørledning 16f, med syklonen 20.

Figur 2 viser at det første og andre væskevolum er det samme, dvs. væsken transporteres gjennom anordningen 10 for å utbytte gasser og for å fjerne skum og partikler i væsken, men væsken ledes så via rørledning 16b tilbake til det samme væskevolum.

Figur 3 viser samme løsning som i figur 2, men der væsken transporteres fra et første væskevolum A via rørparti 16a til et andre væskevolum B via utluftingsparti 16d og rørparti 16c til et andre væskevolum B.

Figur 4 viser en alternativ løsning for utbytting av gasser og for fjerning av skum og partikler, der væsken føres tilbake til samme væskevolum som det hentes fra. I denne løsning kan man utelate rørpartiene 16b og 16c. Rørparti 16a som fungerer som et sentralt stigerør for å ta væske inn i anordningen 10 er satt inn i et i hovedsak vertikalt nedløpsrør 21 som er forlenget opp mot et utlufterparti 16d som står i forbindelse med midler 19 for etablering av undertrykk i anordningen 10. I forbindelse med rørpartiet 16a kan det være anordnet en pumpe 18 for tilførsel av væske til rørparti 16a. Videre er det anordnet midler 17 for å tilføre gasser, fortrinnsvis luft i form av små luftbobler. Væsken føres da opp rørpartiet 16a og til utlufterpartiet 16d hvor gasser i væsken, og skum og partikler trekkes ut av væsken via rørparti 16e, før væsken så returneres til det første væskevolum i ringrommet mellom rørparti 16a og nedløpsrør 21.

Prinsippene i oppfinnelsen er blitt bekreftet gjennom testing i full skala der anordningen 10 arrangementet ble montert slik at den løftet vann opp 2 m fra senter av en tank og førte det ut og ned i et ytre segment av tanken. En vakuumpumpe 19 på 300 mbar undertrykk løftet vannet 3 m opp i rørene. Det horisontale røret 16b var på 2m høyde, mens tilkopling til vakuumpumpe 19 var på 3,5m høyde. Ejektorer 17 montert 1m under vannoverflaten i bunnen av stigerøret 16a, drevet av vann (30 l/min) med trykk 2,5 bar, sugde inn luft og skapte mikrobobler som ble tilført rørparti 16a. Disse luftboblene gjør vannvekten i stigerøret 16a lettere enn i nedfallsrøret 16c og skaper dermed sirkulasjon i rørledningen 16. Denne fungere som en «hevert». Vannstrømmen ut av røret 16c ned i det ytterste ringvolum ble målt til 330l/min. Rørdimensjonen var 110mm diameter.

Samtidig ble luften sugd opp i avtrekket sammen med skum som ble dannet av mikroboblene og partikler som var i vannet. Skummet ble skilt fra og drenert ut som vann i syklonen 20. Forsøket ble gjort på reint sjøvann. Etter 5min kjøring tappet vi ut 1 liter vann fra syklonen. Prøver av dette ble sendt til analyse, da dette var tydelig misfarget. Det hadde en turbiditet på FNU 20-30, der majoriteten av partikler hadde en størrelse på 2-10µm.

Samtidig ble det målt gassmetning ved innløpet og i nedløpet. Dette viste et fall i gasstrykk fra 100% til 95%. Dette bekrefter at metoden er effektiv både til fjerning av gasser (spesielt CO2da denne er lettløselig i vann) og de minste partiklene, i samme prosess som man flytter vannet fra en plass til en annen. Dette er derfor også en svært energieffektiv metode.

Claims

Patentkrav

1. Anordning (10) for fjerning av gasser i en væske, og/eller for fjerning av skum og partikler fra en væske og/eller for transport av væske, karakterisert ved anordningen (10) omfatter rørledninger (16) for å transportere væsken fra et første væskevolum A til et andre væskevolum B, hvor rørledningen omfatter et første rørparti (16a) for inntak av væske, og at det i et øvre parti rørledningen (16) er anordnet et utluftingsparti (16d) for utbytting av gasser fra det første væskevolum A, og at det i rørledningen (16) er midler (17, 18) for å føre væsken gjennom rørledningen (16), og midler (19) for å etablere undertrykk i deler av rørledningen (16).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det i rørledningen (16) er injektormidler (17) for tilførsel av gasser til rørledningen (16).

3. Anordning (10) i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det også er anordnet en pumpeanordning (18) for å pumpe vann inn via rørparti (16a)

4. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nevnte utluftingsparti er i form av et langstrakt rørparti (16b).

5. Anordning i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at rørledningen (16) omfatter et i hovedsak vertikalt rørparti (16c) nedstrøms for utluftingspartiet (16d) eller rørpartiet (16b) for å transportere væsken ut av rørledningen og til et andre væskevolum B.

6. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-5, karakterisert ved at det første væskevolum A er en merd (12) og det andre væskevolum B er en annen merd (12).

7. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-5, karakterisert ved at det første væskevolum A er et segment av en merd (12) og det andre væskevolum B er et annet segment av merden (12).

8. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-5, karakterisert ved at nevnte første og andre vannvolum er samme vannvolum.

9. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-8, karakterisert ved at nevnte pumpeanordning er en propellpumpe eller ejektorpumpe.

10. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-9, karakterisert ved at nevnte midler (19) for etablering av undertrykk er en vakuumpumpe (19) eller en vifte (19).

11. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-10, karakterisert ved at utluftningspartiet 16d har et visst volum som sikrer en stor grensflate væske:gass, og at væsken sirkulerer langsomt via rørledningen (16), slik at en hindrer at gass går med væsken til det andre væskevolum B.

12. Anordning i samsvar med ethvert av kravene 1-11, karakterisert ved at det i overgangen mellom rørparti (16b) og rørparti (16c) er anordnet et utluftingsparti (16d), idet dette utluftingsparti (16d) etablerer et rom med en væskeoverflate V1idet vann og luft pumpes inn via rørparti 16a.

13. Anordning i samsvar med krav 12, karakterisert ved at utluftingspartiet (16d) i et øvre parti er forbundet med et rørparti (16e) hvori det er anordnet midler (19) for å etablere undertrykk i utluftingspartiet (16d).

14. Anordning i samsvar med krav 12, karakterisert ved at det til utluftingspartiet (16d) via rørparti (16e) er anordnet en syklon (20) som skiller gasser fra væske, og at det til et øvre parti i syklonen er anordnet midler (19) for å etablere undertrykk i syklonen (20) og utluftingspartiet (16d).

15. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at rørparti (16a) er anordnet inne i et nedløpsrør (21), og hvor nedløpsrørets (21) øvre part er forbundet med utluftingspartiet (16d), og at det etableres et ringrom mellom rørpartiets (16a) yttervegger og nedløpsrørets (21) innervegger, slik at væske fra første væskevolum som transporteres inn via rørpartiet (16a) strømmer over øvre endekant og via nevnte ringrom tilbake til det første væskevolum.

16. Anordning (10) i samsvar med ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at anordningen (10) er anordnet i et anlegg for oppdrett av marine organismer.

17. Anordning (10) i samsvar med krav 16, karakterisert ved at anordningen (10) er anordnet i en merd (12), og at merden (12) omfatter en flytekrage som holder enheten flytende i et merdanlegg.

18. Anordning (10) i samsvar med ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at væskestrømningen gjennom anordningen (10) oppnås helt eller delvis ved tilførsel av luft fra injektor (17) slik at væskesøylen i oppstrøms rørparti (16a) gjøres lettere enn i nedstrøms rør (16b) og at dermed skaper sirkulasjon av væsken.

19. Anordning (10) i samsvar med ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at anordningen (10) er anordnet i et anlegg for behandling av avløpsvann.

20. Anordning (10) i samsvar med ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at det i rørledningen er midler for tilførsel av oksygen, slik at oksygen tilføres væsken før utløp via rørparti (16c).

21. Anordning (10) i samsvar med ethvert av kravene 1-20, karakterisert ved at undertrykket i rørledningen (16) og syklonen (20) er tilstrekkelig til å føre skum og mindre partikler med gass-strømmen ut av rørledningen (16).

22. Anordning i samsvar med ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at væskenivået i væskevolum A og væskevolum B er forskjellige, slik at vanngjennomstrømningen i rørledningen (16) helt eller delvis drives av nivåforskjellen.

23. Anordning (10) i samsvar med ethvert av kravene 1-22, karakterisert ved at større enheter, så som fisk, transporteres med væskestrømmen ut av rørparti (16c).