PL205776B1 - Sposób i instalacja do odsalania wody zawierającej sól - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu i instalacji do odsalania wody zawierającej sól.

W GB-A-2.016.938 opisano sposób i instalację do odsalania wody zawierającej sól, przy czym woda zawierająca sól (woda morska) jest pobierana ze zbiornika lub basenu do kotła, w którym woda zawierająca sól jest gotowana. Ze wspomnianego kotła para, wytwarzana we wspomnianym kotle, jest przepuszczana do wymiennika ciepła w celu skraplania.

US-A-4.328.788 opisuje instalację, służącą do magazynowania ciepła w wodnych roztworach i odzyskiwania ciepł a ze wspomnianych roztworów. Podczas odzyskiwania ciepł a roztwór jest pobierany ze strefy basenu przez otwory, rury wlotowe, układ rozgałęźny i dalsze rury i jest dostarczany do wymiennika ciepła, usytuowanego poza wspomnianym basenem. Następnie, wspomniany roztwór jest ponownie wprowadzany do wspomnianego basenu.

W US-A-4.328.788 nie moż na znaleźć żadnych wskazówek odnośnie do odsalania wody zawierającej sól.

Celem wynalazku jest uzyskanie sposobu i urządzenia, w których sól może być usuwana z wody w efektywny sposób przy użyciu prostych środków.

Sposób odsalania wody zawierającej sól, w którym wodę zawierającą sól odparowuje się a otrzymaną parę wodną skrapla się , odznacza się według wynalazku tym, ż e wodę zawierają c ą sól przepuszcza się przez wymiennik ciepła umieszczony w basenie zawierającym solankę, utworzoną przez kilka warstw wody, leżących w basenie jedna nad drugą, przy czym każda warstwa wody ma wyższą zawartość soli niż warstwa nad nią, i solankę ogrzewa się za pomocą energii słonecznej, zaś wymiennik ciepła jest umieszczony w najniższej warstwie wody mającej wysoką temperaturę, po czym wodę zawierającą sól, ogrzaną w wymienniku ciepła przepuszcza się przez wyparkę i odparowuje się przynajmniej część wody zawierającej sól w znany sposób, zaś utworzoną w ten sposób parę wprowadza się do skraplacza i uzyskuje się wodę pozbawioną soli.

Korzystnie w basenie formuje się dolną warstwę wody, mającą zawartość soli równą około 24%, środkową warstwę wody, mającą zawartość soli równą około 15% i górną warstwę wody, mającą zawartość soli równą od 0 do około 4%.

Korzystnie stosuje się warstwy wody, z których każda ma wysokość równą około 1 m.

Korzystnie wodę przeznaczoną do odsolenia dostarcza się do wymiennika ciepła umieszczonego w basenie ze studni z wodą, przy czym w studni umieszczony jest wymiennik ciepła, przez który przepuszcza się skroploną wodę.

Korzystnie parę wodną, którą wytwarza się w wyparce, poddaje się procesowi skraplania w skraplaczu, do którego dostarcza się zimne powietrze z urzą dzenia chłodzą cego.

Instalacja do odsalania wody zawierającej sól, zawierająca basen, wyparkę i skraplacz, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera basen z solanką mającą kilka warstw wody, leżących w basenie jedna nad drugą , przy czym każ da warstwa wody ma wyż szą zawartość soli niż warstwa leżąca nad nią, i przy czym w najniższej warstwie wody umieszczony jest wymiennik ciepła, a środki do dostarczania wody do odsalania są połączone z wlotem wymiennika ciepła, zaś wlot wyparki jest połączony z wylotem wymiennika ciepła, podczas gdy wylot wyparki jest połączony ze środkami do skraplania wytwarzanej w wyparce pary wodnej.

Korzystnie instalacja zawiera studnię z wodą morską do odsalania, która to studnia jest połączona z wymiennikiem ciepła, umieszczonym w basenie.

Korzystnie wyparka jest połączona ze skraplaczem, z którym jest połączona pompa, dołączona również do zbiorczego basenu na wodę.

Sposób według wynalazku wykorzystuje to, że warstwa solanki, mająca stosunkowo dużą zawartość soli, która powstaje w basenie, może zostać ogrzana do stosunkowo wysokiej temperatury pod wpływem promieniowania słonecznego. Wykorzystując wymiennik ciepła usytuowany w warstwie solanki, która ma wysoką temperaturę, można w tani sposób ogrzać wodę zawierającą sól, a następnie dostarczyć ją do wyparki, w której może zostać utworzona para wodna, wolna od soli, przy czym para wodna jest następnie poddawana procesowi kondensacji.

Zatem uzyskany został sposób, który działa przynajmniej w zasadzie wyłącznie dzięki energii słonecznej, co umożliwia uzyskanie taniego i wydajnego odsalania wody zawierającej sól.

Inny aspekt wynalazku odnosi się do instalacji do odsalania wody zawierającej sól, która jest w szczególności dostosowana do realizacji opisanego powyż ej sposobu, i która zawiera basen zawierający solankę, utworzoną przez kilka warstw wody, leżących w basenie jedna nad drugą, przy czym

PL 205 776 B1 każda warstwa wody ma większą zawartość soli niż warstwa leżąca nad nią i jest ogrzewana przez energię słoneczną, oraz w najniższej warstwie wody jest umieszczony wymiennik ciepła, a środki do dostarczania wody przeznaczonej do odsalania są połączone z wlotem wymiennika ciepła, zaś wlot wyparki jest połączony z wylotem wymiennika ciepła, podczas gdy wylot wyparki jest połączony ze środkami do skraplania pary wodnej, która jest wytwarzana w wyparce.

Dzięki zastosowaniu wynalazku można uzyskać prostą i wydajną instalację do odsalania wody, przy czym instalacja może działać automatycznie i w praktyce bez dozoru.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 schematycznie pokazuje instalację według wynalazku, fig. 2 schematycznie pokazuje część basenu, wykorzystywanego w instalacji, która jest pokazana na fig. 1, przy czym w basenie są pokazane trzy warstwy, różniące się zawartością soli, fig. 3 schematycznie pokazuje urządzenie do dostarczania wody zawierającej wodę do basenu, fig. 4 pokazuje schematycznie część basenu, wykorzystywanego w instalacji, która jest pokazana na fig. 1, z pomostem roboczym, biegnącym nad częścią basenu i fig. 5 pokazuje schematycznie widok z góry urządzeń pokazanych na fig. 4.

Pokazana na fig. 1 instalacja obejmuje basem 1, którego dno jest oddalone od poziomu 2 wody gruntowej o odległość a wynoszącą co najmniej 2 m.

Zawierająca sól woda, w szczególności woda morska, może być pompowana do basenu przez rurę 3, która otwiera się do basenu 1 w pobliżu jego wierzchołka.

W pobliżu basenu 1 pokazana jest również studnia, która jest wciąż napełniona wodą przeznaczoną do odsalania, w szczególności wodą morską, przynajmniej do poziomu wody gruntowej lub poziomu wody morskiej. Kiedy studnia 4 znajduje się przynajmniej częściowo poniżej poziomu wody morskiej, woda morska może wpływać automatycznie do studni 4 bez konieczności stosowania pomp lub podobnych urządzeń.

Wymiennik 5 ciepła jest umieszczony w pobliżu dna basenu; woda ze studni 4 może być dostarczana do wymiennika 5 ciepła przez rurę 6. W wydajnym przykładzie wykonania, do tego celu stosowana jest pompa nurnikowa 7, połączona jednym końcem z rurą 6, chociaż oczywiście mogą być stosowane również inne środki do pompowania wody przeznaczonej do odsalania ze studni 4 do wymiennika 5 ciepła. Rura 6 i pompa 7 stanowią przykładowe środki 6, 7 do dostarczania wody do odsalania.

Z wylotem wymiennika 5 ciepła połączona jest rura 8, przez którą przeznaczona do odsalania woda, która została przepuszczona przez wymiennik ciepła 5, może być dostarczana do wyparki 9, która jest znana w danej dziedzinie. Korzystnie, stosowana jest tak zwana niskotemperaturowa wyparka, przy pomocy której dostarczana do wyparki woda może być odparowywana już przy temperaturze równej około 30°C.

W wydajnym przykładzie wykonania w rurze 8 umieszczony jest grzejnik przepływowy 10, przy pomocy którego można dodatkowo podgrzewać wodę płynącą z wymiennika 5 ciepła.

Górny koniec wyparki 9 jest połączony rurą 11 z górnym końcem skraplacza 12, stanowiącym środki do skraplania pary wodnej, przy czym w rurze 11 zamontowany jest wentylator 13, służący do transportowania pary, wytwarzanej w wyparce.

Do skraplacza 12 może być dołączone urządzenie chłodzące 14, służące do ochładzania pary wodnej, która jest dostarczana do skraplacza.

W pobliżu dna skraplacza 12 pokazana jest pompa 15, przy pomocy której woda skroplona w skraplaczu 12 i pozbawiona soli, może być odprowadzana rurą 16.

Z dnem wyparki 9 połączona jest rura spustowa 17, przez którą resztka wody, pozostała w wyparce 9, może zostać odprowadzona do morza i/lub zawrócona do wymiennika 5 ciepła rurą pośrednią 18.

Rura 16 jest połączona z wymiennikiem 19 ciepła, umieszczonym w studni 4, który jest używany do wstępnego podgrzewania wody przeznaczonej do odsalania, która znajduje się w studni, przez oddawania ciepła z cieplejszej wody skroplonej. Wylot wymiennika 19 ciepła jest połączony rurą 20 z basenem zbiorczym 21 na odsoloną wodę.

Basen 1 może być wykopany w ziemi, chociaż można również rozważyć budowę takiego basenu na powierzchni ziemi.

Basen ma korzystnie głębokość równą przynajmniej 3 m, zaś ściany basenu są korzystnie pochylone po kątem równym mniej więcej 45°. Jak pokazano schematycznie na fig. 2, dno i boczne ścianki basenu 1 mogą być pokryte warstwą piasku 22, mającą grubość około 10 cm, jeśli wymaga tego natura gruntu. Ponadto, dno i pochylone ściany basenu 1 są pokryte folią, korzystnie czarną, przy czym folia pokrywa dno i ściany w całości w taki sposób, że woda nie może przeniknąć przez folię.

PL 205 776 B1

Następnie basen jest napełniany słoną wodą w taki sposób, że powstaje dolna warstwa 23 wody o wysokości około 1 m i zawartości soli równej około 24%, środkowa warstwa 24 wody o wysokości równej około 1 m i zawartości soli równej około 15% i górna warstwa 25 wody o wysokości równej około 1 m i zawartości soli równej od 0 do 4%.

Formowanie warstw wody o różnej zawartości soli można wykonać w wydajny sposób przez zastosowanie urządzenia 26, które jest schematycznie pokazane na fig. 3; dwa takie urządzenia są połączone z wolnym końcem pomostu roboczego 27, biegnącego nad częścią basenu od jednego boku basenu, przy czym pomost roboczy jest korzystnie wyposażony w barierki 28.

Urządzenie 26 zawiera pionową rurę 29, która może być przesuwana w pionie w mocowaniu 30, przymocowanym do pomostu 27. Dwie poziome, kołowe płyty 31 i 32, równoległe jedna do drugiej, są przymocowane do dna rury, przy czym płyty są połączone jedna z drugą i utrzymywane w pewnej odległości jedna od drugiej przy pomocy elementów dystansowych 33, umieszczonych między płytami. Górna płyta kołowa 31 może mieć średnicę równą na przykład ok. 100 cm, zaś dolna płyta kołowa 32 może mieć nieco mniejszą średnicę, równą na przykład około 80 cm, podczas gdy elementy dystansowe utrzymują płyty w odległości około 3 cm jedna od drugiej.

Płyty kołowe 31 i 32 mogą być ustawiane na dowolnym poziomie wewnątrz basenu 1 przez przesuwanie rury 29 w mocowaniu 30.

Kiedy instalacja jest uruchamiana, basen 1 jest najpierw napełniany wodą morską lub podobną do wysokości około 1.9 m.

Następnie urządzenia 26 są ustawiane w taki sposób, że kołowe płyty 31 i 32 są usytuowane tuż nad wymiennikiem 5 ciepła, który znajduje się w basenie. Następnie do górnego zakończenia rury 29 w każdym urządzeniu 26 dostarczana jest woda o dużej zawartości soli i woda płynie równomiernie w kierunku poziomym między kołowymi płytami 31 i 32 z rury 29 do basenu, jak pokazano strzałkami na fig. 3, nie wytwarzając niepożądanych zawirowań w wodzie, która już znajduje się w basenie. W ten sposób można utworzyć w basenie warstwę 23, mającą dużą zawartość soli, do wysokości około 1 m, przy czym poziom wody rośnie od początkowego poziomu około 1,80 m do poziomu około 2,8 m. Następnie dwa urządzenia 26 są przesuwane do góry do pozycji, w której kołowe płyty 31, 32 są oddalone od dna basenu 1 o około 1,8 m. W tej pozycji woda, mająca odpowiednią koncentrację soli, jest dostarczana do basenu, tworząc drugą warstwę 24, o zawartości soli równej około 15%, przy czym poziom wody w basenie rośnie ostatecznie do poziomu około 3 m.

W praktyce jest oczywiste, że między poszczególnymi warstwami powstają bardzo stabilne granice w wyniku różnych ciężarów właściwych odpowiednich warstw 23 - 25, mających charakterystyczne koncentracje soli, przy czym granice są automatycznie odtwarzane nawet po zakłóceniu przez czynniki zewnętrzne.

Kiedy napełniony basen jest poddawany działaniu promieniowania słonecznego, ciepło słoneczne powoduje wzrost temperatury dolnej warstwy, która ma dużą zawartość soli i utrzymuje wysoką temperaturę. W praktyce okazało się, że temperatura w dolnej warstwie 23 może rosnąć o około 1° na dzień i że po pewnym czasie można osiągnąć we wspomnianej dolnej warstwie temperaturę równą około 80°C. W przypadku basenu, mającego podstawę na przykład o bokach 40 x 50 m, zostanie uzyskana warstwa 23 gorącej solanki o zawartości soli równej około 24% o powierzchni równej około 2000 m².

Pośrednia warstwa 24 działa jak warstwa izolująca, przy czym ciepło słoneczne jest absorbowane i przekazywane w dół przez górną warstwę 25.

Po ogrzaniu dolnej warstwy 23 do wymaganej temperatury, pompa 7 może zostać uruchomiona w celu pompowania wody ze studni 4 przez wymiennik ciepła do wyparki. Wymiennik ciepła odbiera ciepło z warstwy 23, tak że woda opuszczająca wymiennik ciepła ma temperaturę równą w przybliżeniu temperaturze wody w warstwie 23. Jeśli trzeba, wspomniana temperatura może być dodatkowo zwiększana w grzejniku przepływowym 10. Dostarczana do wyparki 9 woda w znacznym stopniu ulega odparowaniu, a następnie para jest dostarczana do skraplacza. Resztkowa woda, która ma stosunkowo dużą zawartość soli, może zostać odprowadzona rurą 17, jak opisano powyżej.

Para wodna, dostarczona do skraplacza 12, ulega skropleniu w skraplaczu i uzyskana w ten sposób odsolona woda może być odprowadzona ze skraplacza 12 przy pomocy pompy 15, jak opisano powyżej. Woda zawarta w studni 4 jest już wstępnie podgrzana przez resztkowe ciepło ze skroplonej wody, tak że temperatura wody dostarczanej do wymiennika ciepła 5 może być wyższa niż temperatura wody morskiej, doprowadzanej do studni.

PL 205 776 B1

Doprowadzana do basenu 21 odsolona woda może być, jeśli trzeba, poddawana przed użyciem dalszej obróbce.

Działanie instalacji wymaga niewielkich ilości energii, przy czym energia jest potrzebna do napędu pomp 7 i 15 i wymiennika ciepła w postaci grzejnika przepływowego 10. Energia ta może być wytwarzana na przykład przez wiatrak, ale można również użyć do tego celu kolektory słoneczne lub podobne urządzenia. Wytworzona energia może być magazynowana w akumulatorach w celu używania w czasie, kiedy nie ma wiatru do napędzania wiatraka i/lub kiedy kolektory słoneczne nie generują dostatecznych ilości energii.

Jak ponadto pokazano schematycznie na fig. 2, tak zwany łamacz 34 fal (pokazany tylko schematycznie) może być umieszczony w pobliżu wierzchołka basenu 1, w celu zapobiegania formowaniu się niepożądanych fal na powierzchni basenu.

Ponadto można zainstalować czujniki 35 i 36, na przykład na pomoście roboczym 27, jak pokazano schematycznie na fig. 4, w celu pomiaru temperatury w różnych warstwach w basenie i w celu pomiaru zawartości soli w poszczególnych warstwach.

Ponadto, można zainstalować mierniki do pomiaru temperatury powietrza i, jeśli używany jest wiatrak, do pomiaru prędkości wiatru. Różne czujniki i mierniki mogą zostać połączone z centralną jednostką sterującą w celu regulowania pracy instalacji, na przykład przez uruchamianie pomp 7 i 15 i kontrolowanie pracy wiatraka, na przykład przez regulowanie ustawienia łopat wiatraka i uruchamianie lub wyłączanie wiatraka.

Z powyższego jest oczywiste, że uzyskuje się instalację, która wymaga niewielkiego dozoru i która konsumuje mało energii, przy czym energia może być ponadto wytwarzana przy pomocy wiatraka lub kolektorów słonecznych lub podobnych urządzeń.

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odsalania wody zawierającej sól, w którym wodę zawierającą sól odparowuje się a otrzymaną parę wodną skrapla się, znamienny tym, że wodę zawierającą sól przepuszcza się przez wymiennik ciepła umieszczony w basenie zawierającym solankę, utworzoną przez kilka warstw wody, leżących w basenie jedna nad drugą, przy czym każda warstwa wody ma wyższą zawartość soli niż warstwa nad nią, i solankę ogrzewa się za pomocą energii słonecznej, zaś wymiennik ciepła jest umieszczony w najniższej warstwie wody mającej wysoką temperaturę, po czym wodę zawierającą sól, ogrzaną w wymienniku ciepła przepuszcza się przez wyparkę i odparowuje się przynajmniej część wody zawierającej sól w znany sposób, zaś utworzoną w ten sposób parę wprowadza się do skraplacza i uzyskuje się wodę pozbawioną soli.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w basenie formuje się dolną warstwę wody, mającą zawartość soli równą około 24%, środkową warstwę wody, mającą zawartość soli równą około 15% i górną warstwę wody, mającą zawartość soli równą od 0 do około 4%.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się warstwy wody, z których każda ma wysokość równą około 1 m.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodę przeznaczoną do odsolenia dostarcza się do wymiennika ciepła umieszczonego w basenie ze studni z wodą, przy czym w studni umieszczony jest wymiennik ciepła, przez który przepuszcza się skroploną wodę.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parę wodną, którą wytwarza się w wyparce, poddaje się procesowi skraplania w skraplaczu, do którego dostarcza się zimne powietrze z urządzenia chłodzącego.

6. Instalacja do odsalania wody zawierającej sól, zawierająca basen, wyparkę i skraplacz, znamienna tym, że zawiera basen (1) z solanką mającą kilka warstw (23, 24, 25) wody, leżących w basenie (1) jedna nad drugą, przy czym każda warstwa wody ma wyższą zawartość soli niż warstwa leżąca nad nią, i przy czym w najniższej warstwie (23) wody umieszczony jest wymiennik (5) ciepła, a środki (6, 7) do dostarczania wody do odsalania są połączone z wlotem wymiennika (5) ciepła, zaś wlot wyparki (9) jest połączony z wylotem wymiennika (5) ciepła, podczas gdy wylot wyparki (9) jest połączony ze środkami (12) do skraplania wytwarzanej w wyparce (9) pary wodnej.

7. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że instalacja zawiera studnię (4) z wodą morską do odsalania, która to studnia (4) jest połączona z wymiennikiem (5) ciepła, umieszczonym w basenie (1).

8. Instalacja według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, że wyparka (9) jest połączona ze skraplaczem (12), z którym jest połączona pompa (15), dołączona również do zbiorczego basenu (21) na wodę.