WO2014013093A1 - Desaladora cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos - Google Patents

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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • the present invention corresponds to the technical field of the processes of desalination of marine water and production of electrical energy.
  • Sudden flash distillation consists of evaporating water to get steam that no longer contains salts. The steam condenses later inside or outside some pipes present in the installation.
  • Desalination systems usually operate below atmospheric pressure, so they do not need a vacuum system (pumps or ejectors) in addition to extraction of air and non-condensable gases.
  • a vacuum system umps or ejectors
  • the use of a flash camera causes sudden evaporation prior to subsequent condensation.
  • the flash chamber is located in the lower part of a condenser of said steam generated in the lower chamber, therefore, the recovery of heat necessary for evaporation is obtained thanks to the successive union of cascade stages at different pressure and is the minimum contribution of the condensation of a steam of low or medium quality from an electrical generation plant is necessary.
  • MSF plants have a serious drawback because their specific energy consumption is one of the highest of all systems. To this consumption must be added the one made by the electricity producing plant and the electrical consumption due to the large number of pumps necessary for the circulation of the flows of the plant. In addition to its high operating cost, its installation cost is not lower than other desalination processes.
  • Another desalination technique is Multi-effect Distillation (MED), which is that evaporation occurs naturally on one side of tubes inserted in an exchanger, taking advantage of the heat released by condensation of steam on the other side of the same.
  • MED plant has several stages connected in series at different pressures, so that said successive effects each time have a lower boiling point due to the effect of said pressure.
  • the salt water is subsequently transferred to the following effect to suffer evaporation, the cycle repeating itself and using the steam generated in each effect.
  • the first stage is fed by external steam from a recovery system of a backpressure turbine (or extraction of a condensing one).
  • a final condenser collects the fresh water in the last stage by preheating the supply water to the system. Therefore, MED plants also form cogeneration systems as do MS, consuming a portion of energy destined a priori to electricity production.
  • TVC Thermal vapor compression
  • MED multi-effect distillation
  • Desalination by freezing which consists of freezing the water and collecting the crystals of pure water formed to melt them and obtaining a fresh water regardless of the concentration of the initial water. Its industrial implementation is difficult since the thermal insulation to keep the cold and the mechanisms for the separation of the ice crystals must be made more efficient, as well as adapting the technology to cold exchangers.
  • Mechanical vapor compression is another method in which salt water evaporates on one side of an exchange surface and compresses enough to condense on the other side and the water distillation cycle can be maintained, saving water losses. process and the boiling temperature rise of salt water compared to the pure one.
  • the internal vapor of the tubes is compressed at atmospheric pressure around 0.2 bar, in a special volumetric compressor to move the steam. This, slightly overheated, condenses on the outside of the tubes of the exchanger, collecting it a pump in its lower part. Although its specific consumption is by far the smallest of distillation facilities, it has a major drawback: the lack of low-pressure volumetric steam compressors of sufficient size for considerable production.
  • Reverse osmosis on the other hand is based on the osmotic process, which occurs when two solutions with different concentrations are joined through a semipermeable membrane. There is a natural circulation of the less concentrated solution to match the final concentrations, so that the difference in height obtained translates into a pressure difference called osmotic.
  • the process can be reversed, circulating water from the more concentrated solution and, purifying the area with lower concentration, finally obtaining a water of certain purity.
  • the amount of permeate depends on the difference in pressures applied to the membrane, its properties and the concentration of raw water.
  • the quality of permeated water is usually around 300-500 ppm of TDS, an order of magnitude higher than the water obtained in an evaporation process.
  • Electrodialysis allows desalination by causing ions of different signs to move by applying electric fields with potential differences applied to electrodes and, using selective membranes that allow only the passage of ions in an electrolytic solution.
  • ED Electrodialysis
  • salt water The ions go to the compartments attracted by the opposite sign electrodes, leaving in pure repositories the pure water and in the rest the more concentrated salt water.
  • distillation in cogeneration with electricity sales it is a hybrid desalination unit composed of a combined cycle of natural gas using MED units. This formula obtains an adequate equivalent electrical performance thanks to the combined cycle performance and the heat flow diverted to the MED. You can also associate a reverse osmosis plant that produces a greater volume of salt water than with the MED units. The surplus of electric power is sold. There are other desalination methods based on renewable energy.
  • the cogenerating electricity desalination plant by hydrothermal means presented here includes a desalination chamber where seawater evaporates leaving the brine. This desalination chamber is located in an excavated space at a certain depth below sea level.
  • the depth of said excavated space is necessary for the generation of the desired hydraulic electricity and its amplitude is such that it is sufficient to accommodate the entire desalination plant complex.
  • the desalination plant comprises, in turn, a connection tunnel between said excavated space and the sea, at a certain depth below the minimum level of low tide.
  • Said at least one intake and pipeline pipe includes filters and chemical treatments that retain the impurities of seawater.
  • this at least one pipe comprises a flow regulating valve at the inlet thereof.
  • Both the at least one pipe and the connection tunnel in which it is located have adequate diameters to the volume of water to be desalted.
  • the at least one hydraulic turbine is in a machine box forming part of all the necessary elements in any hydroelectric power station with the same flow and pressure characteristics.
  • this desalination plant comprises an intermediate regulation tank located between the at least one hydraulic turbine, which pours water into it and a desalination chamber.
  • the intermediate regulation tank receives the discharge of water from the at least one hydraulic turbine.
  • This tank has a non-tightness that generates a pressure difference between the seawater intake whose hydrostatic pressure is that corresponding to the depth at which the intake is made and the tank itself, at ambient pressure.
  • the circulation of seawater to the desalination plant begins, thus beginning the process described here.
  • This intermediate regulation tank comprises means for transferring the water to the desalination chamber, which are preferably formed by a submersible pump inside said tank.
  • the intermediate regulation tank has an adequate regulation capacity for the volume of water to be desalted.
  • the desalination chamber has a cylindrical shape in its upper part and, in its lower part, conical shape with the vertex facing down. In said lower zone, where the maximum narrowing occurs, it comprises at least one sump through which the brine that precipitates to the bottom of the chamber by gravity comes out, after the sudden evaporation of the water.
  • the at least one sump of the desalination chamber comprises a regulating valve that guarantees the tightness of the chamber as it will always maintain a minimum amount of brine at the bottom that prevents water from flowing out of the sump.
  • the desalination plant may comprise ducts inside the desalination chamber for the reconduction of the brine in a liquid state, thus taking advantage of its caloric load.
  • Another possibility is that it includes a brine outlet line from the desalination chamber sump to the sea, at a sufficient distance and depth from the coast so as not to damage the marine environment.
  • the brine is evacuated mixed with seawater in adequate proportion to make it more liquid and easier to evacuate, while achieving a reduction in brine concentration so that its discharge into the medium is not so damaging ambient.
  • the exit conduit runs through the tunnel connecting the excavated space with the sea.
  • the desalination chamber is made of special steel and reinforced with reinforced concrete, both of sufficient thickness and quality to withstand the pressure that is generated inside it by the accumulated steam.
  • the desalination plant has an exhaust duct connected by one of its ends to the top of the desalination chamber for the steam generated in it, while at the other end it is connected to at least one turbine steam.
  • said steam turbine Connected to said steam turbine, it also has a steam outlet duct from it to a condensation zone.
  • the exhaust duct At the end of the exhaust duct in which said connection to the desalination chamber is made, it comprises an internal pressure regulating valve in said chamber.
  • Said steam outlet duct has a series of resistors fed by the desalination plant itself, to prevent condensation of the steam until it reaches said condensation zone.
  • the waste generated in the whole process of obtaining both desalinated water and the necessary and surplus electricity is mainly salt, which again contributes to respect for the environment.
  • the existence of the intermediate regulation tank provides a capacity to regulate the desalinated water that favors controlling the amount of water desired or desalinated at any time. In this way, the water that passes through the turbines from which it is injected into the desalination plant becomes independent.
  • Figure 1 Shows a scheme of the desalination plant with all its parts.
  • the desalination plant 1 cogenerating electricity by hydrothermal means proposed herein comprises a desalination chamber 2 where seawater evaporates leaving the brine remaining 10.
  • Said desalination chamber 2 is located in an excavated space 4 near the coast, at a certain depth below sea level 1 1, such that it allows obtaining the necessary hydraulic energy.
  • the amplitude of said space is such that it is possible to house the entire desalination plant in it.
  • the desalination plant 1 in turn comprises a connection tunnel 3 between said excavated space 4 and the sea 3, at a depth determined below the minimum level of the low tide, an intake pipe 5 and seawater pipeline, a hydraulic turbine 6, an intermediate regulating tank 7, an exhaust duct 8 of the steam contained in the desalination chamber 2, with a steam turbine 9 at one of its ends and an outlet duct 12 from steam to the condensation zone (not shown in Figure).
  • the water enters the desalination plant 1 through its intake and pipeline 5, which conducts it under pressure from the place of the intake to the hydraulic turbine 6 located in the excavated space 4.
  • Said pipe and pipeline 5 has filters 13 and treatments to remove impurities that seawater can present.
  • it comprises a flow regulating valve 14 at the water inlet end therein.
  • the diameter of the pipe 5 is that necessary for the volume to be desalted.
  • Said hydraulic turbine 6 is in a machine box 15 next to the rest of the necessary elements of a hydroelectric power plant such as alternators, generators, transformers and regulation and command elements.
  • Water leaving the hydraulic turbine 6 is poured into an intermediate regulation tank 7 located between it and the desalination chamber 2.
  • This reservoir 7 is non-watertight, which creates a pressure difference between the seawater intake, which is at the hydrostatic pressure corresponding to the depth of said intake and the intermediate regulation reservoir 7 which, being non-watertight It is at room temperature. This pressure difference generates the beginning of the process when the water starts to circulate from the place of the intake to the intermediate regulation tank 7.
  • the intermediate regulation tank 7 has a suitable regulation capacity for the volume of water to be desalted and thanks to it it is possible to control the water to be desalinated at any time.
  • Said intermediate regulation tank 7 further comprises means for transferring the water to the desalination chamber 2 which in this preferred embodiment of the invention are formed by a submersible pump 16 in the inside the tank 7.
  • a submersible pump 16 in the inside the tank 7.
  • the desalination chamber 2 comprises in its interior some electric resistors 18 fed by the hydraulic turbine 6. Said resistors 18 ensure that the temperature inside the desalination chamber 2 is maintained at high levels such that when the water coming from the tank of intermediate regulation 7 enters the desalination chamber 2 suddenly evaporates, also causing gravity precipitation of the salt 10 at the bottom of said chamber 2.
  • the desalination chamber 2 is made of special steel and reinforced with reinforced concrete, both of appropriate quality and thickness to withstand such conditions.
  • the desalination chamber 2 has a cylindrical shape in its upper part and a conical shape in its lower part, with the vertex of the same downward. In said vertex there is a sump 19 for the evacuation of the precipitated brine 10, which at these high temperatures is in a liquid state.
  • the desalination plant 1 comprises an outlet conduit 21 of the brine 10 from the sump 19.
  • This conduit 21 communicates the sump 19 with a drain point inside the sea, through the connection tunnel 3 between the excavated space 4 and the sea 1 1.
  • For the evacuation of the brine it is mixed with seawater in adequate proportion to achieve on the one hand that it is more liquid and therefore easier to evacuate and, on the other, reduce the concentration of the brine, which reduces the impact generated by the discharge of it in the environment.
  • connection tunnel 3 must be of a sufficient diameter to be able to contain the inlet and duct pipe 5 inside it as well as the outlet pipe 21 of the brine 10.
  • the steam contained in the desalination chamber 2 exits through an exhaust duct 8 which is connected to the upper part thereof by one of its ends, where it comprises a pressure regulating valve 22 inside the chamber of desalination 2.
  • the seawater vapor once it leaves the steam turbine 9, passes to a steam outlet duct 12 which leads it to a condensation zone thereof.
  • the outlet duct 12 has resistances 23 fed by the electricity generated in the desalination plant itself, which keep the temperature at adequate levels to keep it in a gaseous state.
  • the waste generated in this desalination plant is only the brine resulting from the desalination of seawater, so that it also helps to respect the environment.
  • the application of external energy is not necessary for the start of the process either, since the existence of the intermediate regulation tank is not tight, activates the start of the process due to pressure differences. So we see that it is a self-sufficient desalination plant that does not require external power at any time.
  • Said intermediate tank also allows to regulate the amount of water that is desired to be desalinated at any time and to be able to apply to it the necessary treatments before desalination.

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Abstract

Desaladora (1) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, que comprende una cámara de desalación (2), situada en un espacio excavado (4) a determinada profundidad bajo el nivel del mar, un túnel de conexión (3) entre dicho espacio excavado (4) y el mar (11), al menos una tubería (5) de toma y canalización del agua del mar en el interior del túnel (3), que conduce el agua a presión hasta al menos una turbina hidráulica (6), un depósito de regulación intermedio (7) entre la al menos una turbina hidráulica (6) y la cámara de desalación (2), un conducto de escape (8) conectado por uno de sus extremos a la parte superior de la cámara de desalación (2) y por el otro a al menos una turbina de vapor (9), y un conducto de salida (23) del vapor desde dicha turbina (9) hasta una zona de condensación.

Description

ELECTRICITY CO - GENERATING DESALINATOR BY HYDROTERMAL MEANS
DESCRIPCIÓN
Campo técnico de la invención
La presente invención corresponde al campo técnico de los procesos de desalación de agua marina y de producción de energía eléctrica.
Antecedentes de la Invención
La escasez relativa de agua dulce y su desigual localización en el mundo puede provocar crisis económico-sociales y medioambientales que afectan en gran medida al hombre.
Siendo el agua dulce un bien absolutamente necesario para la supervivencia, se han buscado medios para convertir el agua salada del mar, mucho más abundante y accesible, en agua dulce apta para el consumo y para el riego de los campos.
En la actualidad existen diversas técnicas para la desalación de agua marina, sin embargo están caracterizadas por el alto consumo de energía que suponen así como por un relativo bajo rendimiento y una baja protección del medio ambiente. El alto coste de obtención de agua desalada provoca que no se convierta en algo generalizado y accesible a toda la población. La tecnología actual podría resumirse en las siguientes técnicas:
La Destilación súbita por efecto flash (MSF) consiste en evaporar agua para conseguir vapor que ya no contiene sales. El vapor se condensa posteriormente en el interior o exterior de unos tubos presentes en la instalación.
Los sistemas desaladores suelen funcionar por debajo de la presión atmosférica, por lo que no necesitan un sistema de vacío (bombas o eyectores) además de extracción de aire y gases no condensables. La utilización de una cámara flash provoca una evaporación súbita previa a su posterior condensación. Generalmente, la cámara flash se sitúa en la parte baja de un condensador de dicho vapor generado en la cámara inferior, por tanto, la recuperación de calor necesario para la evaporación se obtiene gracias a la unión sucesiva de etapas en cascada a diferente presión y es necesario el aporte mínimo de la condensación de un vapor de baja o media calidad proveniente de una planta de generación eléctrica.
Sin embargo, las plantas MSF tienen un grave inconveniente pues su consumo específico de energía es de los más altos de todos los sistemas. A este consumo hay que añadirle el realizado por la planta productora de electricidad y el consumo eléctrico debido al gran número de bombas necesarias para la circulación de los flujos de la planta. Además de su alto coste de operación, su coste de instalación no es más bajo que otros procesos de desalación. Otra técnica de desalación es la Destilación por múltiple efecto (MED), que consiste en que la evaporación se produce de forma natural en una cara de unos tubos introducidos en un intercambiador, aprovechando el calor desprendido por la condensación del vapor en la otra cara del mismo. Una planta MED tiene varias etapas conectadas en serie a diferentes presiones, de forma que dichos efectos sucesivos tienen cada vez un punto de ebullición más bajo por el efecto de dicha presión.
Esto permite que el agua de alimentación experimente diversas ebulliciones en los sucesivos efectos, sin necesidad de recurrir a calor adicional a partir del primer efecto.
El agua salada se transfiere posteriormente al efecto siguiente para sufrir una evaporación, repitiéndose el ciclo y utilizando el vapor generado en cada efecto. También pueden existir cámaras flash para evaporar una porción del agua salada que pasa al siguiente efecto gracias a su menor presión de operación. La primera etapa se nutre de vapor externo de un sistema recuperativo de una turbina de contrapresión (o extracción de una de condensación). Un condensador final recoge el agua dulce en la última etapa precalentando el agua de aportación al sistema. Por lo tanto las plantas MED también conforman sistemas de cogeneración al igual que las MS, consumiendo una porción de energía destinada a priori a la producción eléctrica.
Otro método es el de Compresión térmica de vapor (TVC), que obtiene el agua destilada con el mismo proceso que una destilación por múltiple efecto (MED), pero utiliza una fuente de energía térmica diferente, los llamados compresores térmicos o termocompresores, que consumen vapor de media presión proveniente de la planta de producción eléctrica y que succiona parte del vapor generado en la última etapa a muy baja presión, comprimiéndose y dando lugar a un vapor de presión intermedia a las anteriores y adecuado para aportarse a la primera etapa.
Otra técnica es la de Desalación por congelación, que consiste en congelar el agua y recoger los cristales de agua pura formados para fundirlos y obtener un agua dulce independientemente de la concentración del agua inicial. Su implantación industrial es dificultosa ya que el aislamiento térmico para mantener el frío y los mecanismos para la separación de los cristales de hielo deben hacerse más eficientes, así como adaptar la tecnología a intercambiadores de frío.
En cuanto al Método de formación de hidratos, este está basado en el principio de la cristalización, que consiste en obtener, mediante la adición de hidrocarburos a la solución salina, unos hidratos complejos en forma cristalina, con una relación molécula de hidrocarburo/molécula de agua del orden de 1 /18. Al igual que en la desalación por congelación, su rendimiento energético es mayor que el de la destilación, pero conlleva una gran dificultad tecnológica a resolver en cuanto a la separación y el lavado de los cristales.
La Compresión mecánica de vapor es otro método en el que se evapora el agua salada en un lado de una superficie de intercambio y se comprime lo suficiente para que condense en el otro lado y pueda mantenerse el ciclo de destilación de agua, salvando las pérdidas del proceso y la elevación de la temperatura de ebullición del agua salada respecto a la pura. El vapor interior de los tubos se comprime a presión atmosférica en torno a 0,2 bares, en un compresor volumétrico especial para mover el vapor. Este, ligeramente sobrecalentado, se condensa en el exterior de los tubos del intercambiador, recogiéndolo una bomba en su parte inferior. Aunque su consumo específico es con mucho el menor de las instalaciones de destilación, tiene un gran inconveniente: la inexistencia de compresores volumétricos de vapor de baja presión de tamaño suficiente para una producción considerable.
La Osmosis inversa por su parte se basa en el proceso osmótico, que ocurre cuando dos soluciones con diferentes concentraciones se unen a través de una membrana semipermeable. Existe una circulación natural de la solución menos concentrada para igualar las concentraciones finales, con lo que la diferencia de altura obtenida se traduce en una diferencia de presión llamada osmótica. Sin embargo, aplicando una presión externa que sea mayor que la presión osmótica de una disolución respecto de otra, el proceso se puede invertir, haciendo circular agua de la disolución más concentrada y, purificando la zona con menor concentración, obteniendo finalmente un agua de cierta pureza. La cantidad de permeado depende de la diferencia de presiones aplicada a la membrana, sus propiedades y la concentración del agua bruta. La calidad del agua permeada suele estar en torno a los 300-500 ppm de TDS, cifra un orden de magnitud mayor que el agua obtenida en un proceso de evaporación.
Otra posible técnica es la Electrodiálisis (ED), que permite la desalación haciendo que los iones de diferente signo se muevan aplicando campos eléctricos con diferencias de potencial aplicados sobre electrodos y, utilizando membranas selectivas que permitan solo el paso de los iones en una solución electrolítica como es el agua salada. Los iones van a los compartimentos atraídos por los electrodos de signo contrario, dejando en sucesivos repositorios el agua pura y en el resto el agua salada más concentrada.
En cuanto a la Destilación en cogeneración con venta de electricidad trata de una unidad desaladora híbrida compuesta por un ciclo combinado de gas natural utilizando unidades MED. Esta fórmula obtiene un rendimiento eléctrico equivalente adecuado gracias al rendimiento de los ciclos combinados y el flujo de calor desviado a las MED. También se le puede asociar una planta de osmosis inversa que produce un mayor volumen de agua salada que con las unidades MED. El sobrante de energía eléctrica se vende. Existen otros métodos de desalación basados en energías renovables.
Uno de ellos es el de Destilación solar, donde el principio básico de funcionamiento es el del efecto invernadero. El sol calienta una cámara de aire a través de un cristal transparente sobre un receptorio en el que se encuentra el agua salada. Una parte de esta agua se evapora y se condensa en la cara interior del vidrio. Al estar este vidrio inclinado, las gotas se deslizan en un canal que va recogiendo dicho agua condensada, evitando que vuelva a caer en el proceso de condensación a la parte inferior, donde va quedando depositada la salmuera. Pueden utilizarse técnicas de concentración de los rayos solares mediante lentes o espejos, pero no suelen compensar las pérdidas de calor que ello acarrea y su mayor coste económico de instalación. La energía solar también puede ser la fuente de energía de un proceso de destilación, incluso de producción de energía eléctrica para pequeñas instalaciones de osmosis inversa. Por ejemplo, el uso de colectores de concentración parabólicos (PCT) puede usarse en procesos MSF o MED, dependiendo del coste de los colectores.
La destilación con otras energías renovables como la eólica, maremotriz, biomasa o geotérmica, son otros métodos experimentados en el mundo, habiéndose intentado combinar la obtención de energía renovable para ser utilizada en diversos procesos de destilación enumerados anteriormente. Si bien estos intentos generarían agua desalada más respetuosa con el medio ambiente, la menor eficiencia de las energías renovables en general, comparadas con otras fuentes tradicionales, hacen que este sistema no sea económicamente viable. Además, los costes de instalación suelen ser importantes.
Todos los anteriores métodos de desalación, existentes en el estado de la técnica, presentan el gran inconveniente de que requieren una gran cantidad de energía para llevar a cabo el proceso y esta energía es no renovable y contaminante. Así mismo, los costes de producción de todas ellas hacen que sean poco rentables económica y medioambientalmente.
Descripción de la invención La desaladora cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos que aquí se presenta comprende una cámara de desalación donde el agua de mar se evapora quedando la salmuera. Esta cámara de desalación se encuentra situada en un espacio excavado a una determinada profundidad por debajo del nivel del mar.
La profundidad de dicho espacio excavado es la necesaria para la generación de la electricidad hidráulica deseada y su amplitud es tal que resulta suficiente para acoger todo el complejo de la desaladora.
La desaladora comprende a su vez, un túnel de conexión entre dicho espacio excavado y el mar, a una profundidad determinada por debajo de la cota mínima de marea baja.
En el interior de dicho túnel presenta al menos una tubería de toma y canalización del agua del mar, para conducir la misma a presión desde el lugar de la toma hasta al menos una turbina hidráulica situada en el espacio excavado.
Dicha al menos una tubería de toma y canalización, comprende filtros y tratamientos químicos que retienen las impurezas del agua del mar.
Así mismo, esta al menos una tubería, comprende una válvula reguladora del caudal a la entrada de la misma.
Tanto la al menos una tubería como el túnel de conexión en el que se encuentra, presentan diámetros adecuados al volumen de agua a desalar.
Por otra parte, la al menos una turbina hidráulica se encuentra en una caja de máquinas formando parte de todos los elementos necesarios en cualquier central hidroeléctrica con las mismas características de caudal y presión.
Así mismo, esta desaladora comprende un depósito de regulación intermedio situado entre la al menos una turbina hidráulica, que vierte el agua en el mismo y una cámara de desalación. El depósito de regulación intermedio, recibe el vertido de las aguas procedentes de la al menos una turbina hidráulica.
Este depósito presenta una no estanqueidad que genera una diferencia de presión entre la toma de agua de mar cuya presión hidrostática es la correspondiente a la profundidad a la que se realiza la toma y el propio depósito, a presión ambiente. De este modo, por diferencia de presiones se inicia la circulación del agua del mar hacia la desaladora, comenzando así el proceso aquí descrito.
Tras su paso por este depósito de regulación intermedio, el agua se introduce a presión en la cámara de desalación mediante diversos difusores.
Este depósito de regulación intermedio comprende medios de trasvase del agua hasta la cámara de desalación que están formados preferentemente por una bomba sumergible en el interior de dicho depósito.
El depósito de regulación intermedio tiene una capacidad de regulación adecuada para el volumen de agua a desalar.
Por su parte, en el interior de la cámara de desalación esta presenta unas resistencias eléctricas. Dichas resistencias, alimentadas por la al menos una turbina hidráulica, mantienen una temperatura interior en la cámara de desalación tal que al entrar en ella el agua de mar, esta se evapora de forma súbita.
La cámara de desalación presenta forma cilindrica en su parte superior y, en su parte inferior forma cónica con el vértice hacia abajo. En dicha zona inferior, donde se produce el máximo estrechamiento, comprende al menos un sumidero por el que sale la salmuera que precipita al fondo de la cámara por gravedad, tras la evaporación súbita del agua.
Esta sal que precipita al fondo, lo hace en estado líquido debido a las temperaturas suficientemente altas necesarias para la destilación del agua del mar. El al menos un sumidero de la cámara de desalación, comprende una válvula reguladora que garantiza la estanqueidad de la cámara pues va a mantener siempre una cantidad mínima de salmuera en el fondo que impide la salida del agua por el sumidero.
La desaladora puede comprender unos conductos interiores a la cámara de desalación para la reconducción de la salmuera en estado líquido aprovechando de este modo su carga calórica.
Otra posibilidad es que comprenda una conducción de salida de la salmuera desde el sumidero de la cámara de desalación hasta mar adentro, a suficiente distancia y profundidad de la costa para no dañar el medio marino. En este caso, la salmuera se evacúa mezclada con agua del mar en proporción adecuada para hacerla más líquida y más fácil de evacuar, consiguiendo al mismo tiempo que una reducción en la concentración de salmuera de modo que no resulte tan perjudicial su vertido en el medio ambiente. La conducción de salida discurre a través del túnel de conexión del espacio excavado con el mar.
La cámara de desalación está realizada en acero especial y reforzada con hormigón armado, ambos de espesor y calidad suficientes para soportar la presión que se genera en el interior de la misma por el vapor acumulado.
Por otra parte, la desaladora presenta un conducto de escape conectado por uno de sus extremos a la parte superior de la cámara de desalación para la salida del vapor generado en la misma, mientras que por el otro extremo se encuentra conectado a al menos una turbina de vapor.
Conectado a dicha turbina de vapor presenta a su vez, un conducto de salida del vapor desde la misma hasta una zona de condensación.
El vapor procedente de la evaporación del agua del mar en la cámara de desalación sale por el conducto de escape conectado a la misma. En el extremo del conducto de escape en el que se realiza dicha conexión a la cámara de desalación, este comprende una válvula reguladora de la presión interior en dicha cámara. Dicho conducto de salida del vapor presenta una serie de resistencias alimentadas por la propia desaladora, para evitar la condensación del vapor hasta llegar a dicha zona de condensación.
Con esta desaladora cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos se obtienen importantes ventajas respecto al estado de la técnica.
Esto es así pues, con esta desaladora se genera agua desalada de forma ilimitada, sin consumo de energía adicional ya que durante el proceso produce energía eléctrica más que suficiente para cubrir las necesidades de toda la desaladora a la vez que se producen excedentes susceptibles de ser comercializados.
Esta energía eléctrica, generada mediante la o las turbinas hidráulicas situadas a continuación de la conducción de toma y canalización del agua del mar, así como con la o las turbinas de vapor conectadas al conducto de escape se genera de forma no agresiva con el medio ambiente con lo cual se contribuye a una conservación del mismo.
Así mismo, los residuos generados en todo el proceso de obtención tanto del agua desalada como de la energía eléctrica necesaria y excedente, son principalmente sal, con lo cual nuevamente se contribuye al respeto al medio ambiente.
Además, la existencia del depósito de regulación intermedio proporciona una capacidad de regulación del agua a desalar que favorece poder controlar la cantidad de agua que se desea o se precisa desalar en cada momento. Se independiza de este modo a su vez, el agua que pasa por las turbinas de la que se inyecta en la desaladora.
Así mismo, el poder tener el agua en un depósito antes de que sea desalada, ofrece la posibilidad de realizar algún tipo de tratamiento sobre la misma, como por ejemplo un tratamiento de eliminación de impurezas, en caso de que sea necesario. Con este depósito no estanco además, se consigue una activación natural del proceso por diferencia de presiones, con una circulación continua del agua sin necesidad de elementos externos.
Breve descripción de los dibujos
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1 .- Muestra un esquema de la desaladora con todas sus partes.
Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención
A la vista de la figura aportada, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, la desaladora 1 cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos que aquí se propone comprende una cámara de desalación 2 donde el agua del mar se evapora quedando la salmuera 10.
Dicha cámara de desalación 2 se encuentra situada en un espacio excavado 4 cercano a la costa, a una determinada profundidad por debajo del nivel del mar 1 1 , tal que permite la obtención de la energía hidráulica necesaria. La amplitud de dicho espacio es tal que es posible alojar todo el complejo de la desaladora en él.
En la Figura 1 puede observarse que la desaladora 1 comprende a su vez un túnel de conexión 3 entre dicho espacio excavado 4 y el mar 3, a una profundidad determinada por debajo de la cota mínima de la marea baja, una tubería 5 de toma y canalización del agua del mar, una turbina hidráulica 6, un depósito de regulación intermedio 7, un conducto de escape 8 del vapor contenido en la cámara de desalación 2, con una turbina de vapor 9 en uno de sus extremos y un conducto de salida 12 del vapor hasta la zona de condensación (no representada en la Figura). En un principio, el agua entra en la desaladora 1 a través de la tubería 5 de toma y canalización de la misma, que la conduce a presión desde el lugar de la toma hasta la turbina hidráulica 6 situada en el espacio excavado 4.
Dicha tubería 5 de toma y canalización presenta filtros 13 y tratamientos para retirar las impurezas que puede presentar el agua de mar. Además, comprende una válvula reguladora 14 del caudal en el extremo de entrada del agua en la misma.
El diámetro de la tubería 5 es el necesario para el volumen que se desea desalar.
Al llegar el agua del mar al final de la tubería 5, pasa por una turbina hidráulica 6 que van a generar energía eléctrica para la realización del proceso de desalación.
Dicha turbina hidráulica 6 se encuentra en una caja de máquinas 15 junto al resto de elementos necesarios de una central hidroeléctrica como pueden ser alternadores, generadores, transformadores y elementos de regulación y comando.
El agua que sale de la turbina hidráulica 6 se vierte en un depósito de regulación intermedio 7 situado entre esta y la cámara de desalación 2.
Este depósito 7 es no estanco con lo cual se crea una diferencia de presión entre la toma de agua de mar, que se encuentra a la presión hidrostática correspondiente a la profundidad de dicha toma y el depósito de regulación intermedio 7 que al ser no estanco se encuentra a temperatura ambiente. Esta diferencia de presión genera el inicio del proceso al empezar a circular el agua desde el lugar de la toma hacia el depósito de regulación intermedio 7.
El depósito de regulación intermedio 7 presenta una capacidad de regulación adecuada para el volumen de agua a desalar y gracias a él es posible controlar el agua a desalar en cada momento.
Dicho depósito de regulación intermedio 7 comprende además unos medios de trasvase del agua hasta la cámara de desalación 2 que en este modo de realización preferente de la invención están formados por una bomba sumergible 16 en el interior del depósito 7. Así pues, el agua existente en el interior del depósito de regulación intermedio 7, impulsada por la bomba sumergible 16, se introduce a presión en la cámara de desalación 2 a través de una conducción 24 conectada a una serie de difusores 17.
La cámara de desalación 2 comprende en su interior unas resistencias eléctricas 18 alimentadas por la turbina hidráulica 6. Dichas resistencias 18 consiguen que la temperatura en el interior de la cámara de desalación 2 se mantenga en unos niveles elevados tales que cuando el agua procedente del depósito de regulación intermedio 7 entra en la cámara de desalación 2 se evapora súbitamente, produciendo además la precipitación por gravedad de la sal 10 al fondo de dicha cámara 2.
Para poder soportar estas altas temperaturas, así como la elevada presión que va a generar la acumulación de vapor en su interior, en este modo de realización preferente de la invención, la cámara de desalación 2 está realizada en acero especial y reforzada con hormigón armado, ambos de calidad y espesor apropiados para poder soportar dichas condiciones. Como puede observarse en la Figura 1 , en este modo de realización preferente de la invención, la cámara de desalación 2 presenta forma cilindrica en su parte superior y forma cónica en su parte inferior, presentando el vértice de la misma hacia abajo. En dicho vértice presenta un sumidero 19 para la evacuación de la salmuera 10 precipitada, que a estas temperaturas tan elevadas, se encuentra en estado líquido.
Para evitar que toda la salmuera 10 salga por el sumidero 19, el mismo presenta una válvula reguladora 20. Esta va a controlar que siempre quede un nivel mínimo de salmuera 10 en el fondo de la cámara de desalación 2, asegurando de este modo una estanqueidad de la misma.
Así mismo, en este ejemplo preferente de la invención y, como se muestra en la Figura 1 , la desaladora 1 comprende una conducción de salida 21 de la salmuera 10 desde el sumidero 19. Esta conducción 21 comunica el sumidero 19 con un punto de desagüe en el interior del mar, a través del túnel de conexión 3 entre el espacio excavado 4 y el mar 1 1 . Para la evacuación de la salmuera ésta se mezcla con agua de mar en proporción adecuada para conseguir por un lado que sea más líquida y por tanto más fácil de evacuar y, por otro reducir la concentración de la salmuera, con lo cual se reduce el impacto generado por el vertido de la misma en el medio ambiente.
El punto de desagüe en el interior del mar se encuentra a suficiente distancia y profundidad para no generar daños en el medio marino. Así mismo, el túnel de conexión 3 debe ser de un diámetro suficiente para poder contener en su interior la tubería 5 de toma y canalización así como la conducción de salida 21 de la salmuera 10.
El vapor contenido en la cámara de desalación 2 sale por un conducto de escape 8 que se encuentra conectado a la parte superior de la misma por uno de sus extremos, donde este comprende una válvula reguladora 22 de la presión en el interior de la cámara de desalación 2.
Como se muestra en la Figura 1 , en el otro extremo del conducto de escape 8, este se encuentra conectado a una turbina de vapor 9 que van a generar también electricidad para el funcionamiento de la desaladora 1 .
El vapor del agua de mar, una vez sale de la turbina de vapor 9, pasa a un conducto de salida 12 de vapor que lo conduce hasta una zona de condensación del mismo. Para evitar que el vapor se condense durante el trayecto, el conducto de salida 12 presenta unas resistencias 23 alimentadas por la electricidad generada en la propia desaladora, que mantienen la temperatura en niveles adecuados para que se mantenga en estado gaseoso.
Con la desaladora cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos que aquí se propone, se consigue unas mejoras significativas respecto al estado de la técnica. Así pues, gracias a las turbinas hidráulicas y de vapor, incluidas en el proceso de desalación, al mismo tiempo que se realiza la desalación del agua del mar, se está generando la energía eléctrica necesaria para alimentar dicho proceso. Incluso se genera un excedente que puede ser comercializado. Y todo ello de una manera limpia y no agresiva con el medio ambiente.
Se obtiene pues, agua desalada de forma ilimitada y de una forma mucho más económica pues la desaladora se autoalimenta con los medios energéticos que ella misma genera.
Además, los residuos generados en esta desaladora son únicamente la salmuera resultante de la desalación del agua del mar, por lo que de este modo también se colabora a respetar el medio ambiente. Para el inicio del proceso tampoco es necesaria la aplicación de energía externa, ya que la existencia del depósito de regulación intermedio no estanco, activa el inicio del proceso por diferencia de presiones. Así pues vemos que es una desaladora autosuficiente que no precisa de alimentación externa en ningún momento. Dicho depósito intermedio permite además regular la cantidad de agua que se desea desalar en cada momento y poder aplicar a la misma los tratamientos necesarios antes de la desalación.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, caracterizada por que comprende
- una cámara de desalación (2) donde el agua de mar se evapora quedando la salmuera (10), y que se encuentra situada en un espacio excavado (4) a una determinada profundidad por debajo del nivel del mar;
- un túnel de conexión (3) entre dicho espacio excavado (4) y el mar (1 1 ) a una profundidad determinada por debajo de la cota mínima de marea baja;
- al menos una tubería (5) de toma y canalización del agua del mar situada en el interior del túnel (3), que conduce el agua del mar a presión hasta al menos una turbina hidráulica (6) situada en el espacio excavado (4);
- un depósito de regulación intermedio (7) situado entre la al menos una turbina hidráulica (6) que vierte el agua al mismo y la cámara de desalación (2);
- un conducto de escape (8) para la salida del vapor, conectado por uno de sus extremos a la parte superior de la cámara de desalación (2) y por el otro a al menos una turbina de vapor (9), y;
- un conducto de salida (23) del vapor desde dicha turbina de vapor (9) hasta una zona de condensación.
2- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según la reivindicación 1 , caracterizada por que la cámara de desalación (2) presenta forma cilindrica en la parte superior y forma cónica con el vértice hacia abajo en su parte inferior, donde comprende al menos un sumidero (19).
3- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según la reivindicación 2, caracterizada por que el al menos un sumidero (19) comprende una válvula reguladora (20) que garantiza la estanqueidad de la cámara (2).
4- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la cámara de desalación (2) comprende en su interior unas resistencias eléctricas (18) que generan la evaporación súbita del agua del mar.
5- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el depósito de regulación intermedio (7) es no estanco.
6- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el agua existente en el depósito de regulación intermedio (7) se introduce a presión en la cámara de desalación (2) mediante diversos difusores (17).
7- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la capacidad del depósito de regulación intermedio (7) es la adecuada para el volumen del agua a desalar.
8- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende medios de trasvase del agua desde el depósito de regulación intermedio (7) hasta la cámara de desalación (2).
9- Desaladora (l )cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según la reivindicación 8, caracterizada por que los medios de trasvase del agua comprenden una bomba sumergible (16) en el depósito de regulación intermedio (7).
10- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el conducto de escape (8) comprende en su extremo de conexión a la cámara de desalación (2) una válvula reguladora (22) de la presión interior en dicha cámara (2). 1 1 - Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la al menos una tubería (5) de toma y canalización del agua del mar situada en el interior del túnel de conexión (3) comprende filtros y tratamientos químicos que retienen las impurezas del agua del mar.
12- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la al menos una tubería (5) de toma y canalización del agua del mar situada en el interior del túnel (3) comprende una válvula reguladora (14) del caudal en la entrada de la misma.
13- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende unos conductos interiores a la cámara de desalación (2) para reconducción de la salmuera (10) y aprovechamiento de su carga calorífica.
14- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que comprende una conducción de salida (21 ) de la salmuera (10) desde el sumidero (19) de la cámara de desalación (2) hasta mar adentro, a través del túnel de conexión (3) del espacio excavado (4) con el mar (1 1 ).
15- Desaladora (1 ) cogeneradora de electricidad por medios hidrotérmicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la cámara de desalación (2) está realizada en acero especial reforzada con hormigón armado, ambos de espesor y calidad suficiente para soportar la presión interior de la misma.
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