СИСТЕМА ТРУБОПРОВОДОВ
SYSTEM OF PIPELINES

Настоящее изобретение в основном относится к системе трубопроводов для подачи текучей среды, например, воды от источника до объекта назначения. Более точно, изобретение относится к системе трубопроводов для подачи пресной воды от источника соленой воды к объекту назначения и, следовательно, в основном будет описываться в этом контексте. Однако нужно учитывать, что настоящее изобретение можно использовать в других применениях, включая удаление загрязнений из воды или других текучих сред.
Достаточная подача пресной воды является все возрастающей проблемой в современном обществе, особенно в засушливых регионах мира, регионах, склонных к засухам и имеющим большое население.
Предлагаются различные решения проблемы нехватки воды. Однако обычно такие предложения предполагают чрезмерно высокие расходы на создание, наладку и запуск, чрезмерно высокие расходы на эксплуатацию при невозможности обеспечить достаточного количества пресной воды для нужд общества. Кроме того, при этом неэффективно используются чрезвычайно важные для общества источники энергии. Добавляются нежелательные выбросы, вызывающие парниковый эффект, или возникают нежелательные долгосрочные, вредные воздействия на человека и окружающую среду.
Одно из существующих предложений для обеспечения пресной водой внутриконтинентальных сообществ, например, в аграрной Австралии, заключается в создании опреснительного завода на австралийском побережье для опреснения океанской воды, а затем передачи обессоленной пресной воды по трубопроводам в аграрные поселения, нуждающиеся в пресной воде. Доступные в настоящее время технологические установки по опреснению воды дороги в установке, дороги в эксплуатации и возвращают сильно засоленную воду назад в океан, что нежелательно.
Было бы желательно предоставить альтернативное устройство для снабжения пресной водой. К тому же желательно создать установку для подачи пресной воды, направленную на устранение, по меньшей мере, некоторых проблем, свойственных существующим решениям.
Более того, было бы желательно создать устройство для очищения текучей среды от загрязнений.
В соответствии с широким аспектом настоящего изобретения предлагается опреснительная система трубопроводов.
Система трубопроводов включает в себя первый трубопровод, проходящий от источника соленой воды для передачи по нему соленой воды, и, по меньшей мере, один опреснитель соленой воды.
Каждый опреснитель соленой воды соединен по текучей среде с первым трубопроводом, что дает возможность подавать соленую воду через первый трубопровод к, по меньшей мере, одному опреснителю. Опреснитель выполнен для опреснения, по меньшей мере, части воды, подаваемой из первого трубопровода.
Каждый опреснитель соединен по текучей среде со вторым трубопроводом, который проходит между каждым соответствующим опреснителем и целевым выходом так, что вода, которая опресняется в опреснителе, передается во второй трубопровод и по нему к объекту назначения.
По меньшей мере, один опреснитель включает в себя опреснительную камеру. Каждая камера включает в себя клапан подачи воздуха, предназначенный для подачи в рабочем режиме воздушного потока в камеру для создания в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Таким образом, второй трубопровод создается для того, чтобы обеспечить опресненную воду на целевом выходе.
Система трубопроводов может включать в себя третий трубопровод, который служит источником соленой воды для первого трубопровода. Третий трубопровод соединен по текучей среде с первым трубопроводом. Третий трубопровод выполнен для пополнения первого трубопровода соленой водой после опреснителя, преобразующего соленую воду, изъятую из первого трубопровода, в опресненную воду. Например, третий трубопровод может быть частью системы, соединяющей источники соленой воды, находящиеся в океане, с системой (системами) трубопроводов с целью обеспечения сети пресной воды для всей страны или региона.
Предусматривается, что обессоленная вода будет пресной водой.
Соленая вода в первом трубопроводе, которая не опреснилась в одном опреснителе, может продолжать течение по первому трубопроводу в направлении дополнительного или окончательного опреснения в трубопроводе.
Объектом назначения может быть один или более объектов из следующих сооружений: дамба, водохранилище, водосборный бассейн или какой-нибудь другой резервуар для пресной воды. А источником соленой воды может быть третий трубопровод или океан.
Следует учитывать, что источником соленой воды может быть засоленная река или гидроканал. В связи с этим, настоящее изобретение можно использовать для снижения уровня засоленности такой реки или гидроканала до необходимого уровня с помощью забора воды в опреснительную систему, очищения ее и затем возвращения ее назад в гидроканал.
Следует учитывать, что источником может быть река или гидроканал с каким-либо другим загрязнением кроме соли. Настоящее изобретение можно использовать для удаления загрязнений из такого гидроканала путем забора воды из него, очищения ее, а затем возвращения обратно в этот гидроканал.
Следует учитывать, что источником может быть и пруд-отстойник или другой подобный источник на заводе, в котором загрязненная вода является побочным продуктом производственного цикла завода. Настоящее изобретение можно использовать для удаления загрязнений из такого водотока с помощью забора воды из него, очищения ее и затем помещения ее в отдельные резервуары для накопления чистой воды. Очищенная вода может быть пригодна для повторного использования на заводе или возвращена в естественные водотоки.
Система может включать в себя два или более опреснителя, расположенных в требуемых и/или удобных местах на всем протяжении системы трубопроводов. Например, опреснитель вместе с системой трубопроводов может быть расположен в каждом населенном регионе на всем протяжении системы трубопроводов для того, чтобы обеспечивать свежей водой каждый из этих регионов.
По форме система может быть модульной, включающей в себя некоторое количество опреснителей, связанных с секциями системы трубопроводов.
Предусматривается, что множество опреснителей могут соединяться в серии, параллельно или с образованием сети между источником соленой воды (или секцией третьего трубопровода) и объектом назначения.
Являясь модульной, система может быть выполнена в любой нужной компоновке. Предусмотрено, что каждый из опреснителей располагается над землей, а части системы трубопроводов могли бы располагаться и над землей, и под землей.
Каждый опреснитель может быть скомбинирован с первой, второй или, дополнительно, третьей секцией трубопроводов для создания опреснительного модуля, который может быть соединен внутри всей системы, такой как система трубопроводов или сеть, с другими опреснительными модулями и/или секциями системы трубопроводов. В другой компоновке два или более опреснителя могут комбинироваться в одном опреснительном модуле.
Каждый модуль может включать в себя соединители на одном или обоих концах каждой из первой, второй и дополнительной третьей секции трубопровода для того, чтобы сделать возможным соединение модуля с другими модулями и/или частями системы трубопроводов в любой нужной компоновке.
Кроме того, настоящее изобретение распространяется на опреснитель для использования в опреснительной системе трубопроводов. Опреснитель включает в себя опреснительную камеру. Опреснительная камера включает в себя вход для соленой воды, распылительный блок для распыления воды внутри камеры, выход для выхода водяного пара из камеры, выход для удаления не испарившейся соленой воды из камеры, средство для обеспечения в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Предпочтительно снабжение конденсационной камерой для извлечения пресной воды из водяного пара.
Настоящее изобретение также широко распространяется на распылительное устройство для распыления воды, поступающей в опреснитель. Распылительное устройство представляет собой душ, распылитель или другое распылительное устройство, по которому вода проходит и распыляется.
Распыляемая вода в опреснителе может приводится во взвешенное состояние в воздушном потоке в камере любым подходящим устройством. Например, вода может превращаться в суспензию с помощью ее распыления на испарительные площадки.
Обычно соль удаляется из камеры и системы трубопроводов, или она может возвращаться в соленую воду в первый трубопровод, в результате увеличивая концентрацию соли в первом трубопроводе.
Для испарительной камеры можно выбрать любую подходящую форму. Для различных применений могут подойти камеры различной формы. Примерные возможные формы камеры:
- цилиндрическая форма, имеющая длину больше ширины;
- трубчатая форма, имеющая ширину больше высоты.
Для дополнительного увеличения эффективности испарения давление в опреснительной камере может дополнительно снижаться любыми подходящими способами.
Альтернативная газовая смесь может подаваться в опреснительную камеру вместо атмосферного воздуха или в дополнение к нему для того, чтобы ввести газ, в результате чего можно получить дополнительные преимущества. Например, газ можно использовать для обезвреживания химических или биологических агентов, которые могут содержаться в воздухе или в воде в опреснительной камере.
Кроме того в опреснительной камере атмосферный воздух может заменяться смесью газа, чтобы вызвать или замедлить процесс испарения. Это можно использовать для снижения температуры испарения или ограничения процесса испарения для того, чтобы не допустить или замедлить испарение некоторых загрязнителей.
Одна форма опреснительной камеры включает в себя солесборный резервуар для сбора соли, образующейся в камере. Однако следует учитывать, что соль, образующаяся в камере, могла бы поступать обратно в первый трубопровод для сбора и возможной переработки на целевом выходе или в любом другом подходящем месте в системе трубопроводов. Солесборный резервуар можно выполнить в камере или образовать отдельную камеру.
Следует учитывать, что удаление соли из камеры может достигаться путем удаления соли взвешенной в неиспарившейся соленой воде, а затем возвращения соленой воды через фильтр в трубопроводе без взвешенных солей.
Предпочтительно, чтобы соленая вода, подаваемая из первого трубопровода, нагревалась перед каждым опреснителем. Нагревание соленой воды может произойти с помощью любого подходящего средства, а в предпочитаемом способе нагревается с помощью солнечного водонагревателя. Предпочтительно нагревать соленую воду до температуры, по меньшей мере, 55°С. Эффективность системы обычно увеличивается с повышением температуры воды, подаваемой в каждый модуль.
Следует учитывать, что подогревать воду до кипения не нужно, вне зависимости от температуры выбранной смеси газов в опреснительной камере, но подогрев до кипения может быть выгоден в некоторых частных случаях.
Следует учитывать, что возможно повышение экономичности системы при использовании низкотемпературного нагревания, доступного в качестве побочного продукта другой операции. В этом смысле настоящее изобретение наиболее выгодно зарекомендовало себя для очищения воды на заводах для повторного использования.
Удаление не испарившейся соленой воды из камеры может осуществляться любым подходящим устройством, включая солнечный водонагреватель, действующий как термосифон на соленую воду, собираемую на дне или в придонной части камеры. Альтернативно, можно использовать насос или шнек для удаления соленой воды со дна камеры или из придонной части камеры и возвращения ее в первый трубопровод.
Предпочтительно, чтобы опреснительная камера включала в себя вытяжной вентилятор, турбину или другое устройство, генерирующее воздушный поток, для удаления водяного пара через паровой выход. Вытяжной вентилятор, турбина или другое генерирующее воздушный поток устройство может питаться от солнечного и/или ветрового источника энергии.
В предпочтительной форме испарительная камера выполнена герметичной, обеспечивая конденсацию наибольшего количества чистой воды несмотря на то, что в определенных ситуациях при подходящем состоянии окружающей среды энергетические затраты можно снизить (за счет снижения процента конденсации воды), используя наружный вход и наружный выход в воздушном потоке.
Поскольку суммарное количество энергии, поступающей в систему, должно равняться количеству энергии, выходящей из системы, и поскольку количество энергии, теряемой в окружающих температурах, может быть меньше, чем таковое (если используется изоляция), то количество энергии может оставаться таким, которое должно выйти из системы. Нужно отметить, что эта энергия может с успехом работать на осушение твердой соли, которая извлекается из системы подходящими способами, включающими нагревательный противень или другой испаритель. В результате использования выходящей энергии таким способом дополнительно снижается вес и объем соляных отходов их осушением. При некоторых обстоятельствах испаряемая таким образом вода также может улавливаться для дополнительного увеличения процента восстановленной чистой воды, но это приводит к замедлению процесса осушения, так что в каждом применении нужно делать соответствующий выбор.
Система трубопроводов для опреснения воды может включать в себя устройство для нагнетания соленой воды в первый и третий трубопроводы на всем протяжении трубопроводов в направлении целевого выхода. Таким же образом система может включать в себя устройство для нагнетания, по меньшей мере, частично опресненной соленой воды во второй трубопровод в направлении целевого выхода. Следует учитывать, что может быть целесообразно генерировать различные скорости потока в первом, втором и третьем трубопроводах. Нагнетание можно обеспечить любым подходящим средством, включая солнечный и/или ветряной источник энергии.
Все трубопроводы, первый, второй и третий, можно изолировать на потенциально различную протяженность вдоль, по меньшей мере, части соответствующих длин, граничащих с опреснителями для снижения потерь тепловой энергии, которая происходит при понижении температуры трубопроводов до температуры окружающей среды. Можно применять любой подходящий тип изоляции.
Опреснительная камера также может изолироваться для снижения потерь тепловой энергии из-за понижения ее температуры до температуры наружной окружающей среды. Можно применять любой подходящий тип изоляции.
Для снижения суммарной энергии, необходимой для испарения и увеличения процента конденсации, конденсационная камера может включать теплообменник для возвращения энергии, восстановленной в процессе конденсации после испарения.
Для повышения уровня достигаемой влажности в испарительной камере можно подогревать поступающий в нее воздушный поток. Воздушный поток можно предварительно подогревать солнечными нагревателями или теплообменниками, при этом используя доступные низкотемпературные нагреватели или любое другие устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение широко распространяется на способ опреснения соленой воды. Способ включает в себя: подачу соленой воды в опреснительную камеру через вход для соленой воды; распыление воды внутри камеры/ подачу в основном незавихренного воздушного потока; удаление водяного пара из камеры через паровой выход; и удаление неиспарившейся соленой воды из камеры через выход для соленой воды.
Водяной пар может проходить из камеры через паровой выход в конденсационную камеру.
Распылитель соленой воды может иметь любую подходящую форму, включая но, не ограничиваясь, созданием водораспылительного сопла, душа, опрыскивателя или других форм распыления воды внутри камеры. Предпочтительно, чтобы поток воздуха внутри камеры направлялся поперек траектории распыляемой воды, против или через нее, помогая улавливать водяной пар. Воду в воздушном потоке можно приводить во взвешенное состояние любыми устройствами, включая испарительные площадки. Воздушный поток можно предварительно подогреть.
Способ может также включать удаление соли из камеры через выход для соли. Однако соль можно возвращать в виде взвешенных твердых частиц в неиспарившуюся воду через выход соленой воды.
Способ может включать в себя подогрев соленой воды перед ее поступлением в опреснительную камеру, так как это увеличит общую эффективность опреснительной системы.
Кроме того, способ может включать в себя работу вытяжного вентилятора, турбины или другого устройства внутри камеры для стимулирования удаления водяного пара из камеры.
Предпочтительно, чтобы выход для соленой воды сообщался по текучей среде с первым трубопроводом.
Соленая вода, удаляемая из опреснительной камеры, может содержать и растворенные частицы, и взвешенные твердые частицы. Предпочтительно, чтобы соленая вода удалялась из опреснительной камеры и затем возвращалась в первый трубопровод с помощью любого устройства, которое не будет допускать возврата взвешенных твердых частиц.
До сих пор ссылки делались на систему в контексте с опреснением воды. Однако следует учитывать, что система с практическими ограничениями может применяться для удаления любых других загрязнений из воды или другой текучей среды, включая, но не ограничиваясь, удалением соли. Таким образом, следует учитывать, что ссылка «вода» относится к любой текучей среде, и также следует учитывать, что ссылка «соль» относится к любому загрязнителю воды.
В этом смысле желательно создать устройство для очищения текучей среды от загрязнений.
Таким образом, согласно другому широкому аспекту настоящего изобретения здесь предлагается система трубопроводов для очищения текучей среды от загрязнений. Система трубопроводов включает в себя первый трубопровод, который проходит от источника загрязненной текучей среды для передачи этой текучей среды через этот трубопровод и, по меньшей мере, один блок очищения текучей среды от загрязнений. Блоки очищения текучей среды от загрязнений соединены по текучей среде с первым трубопроводом, позволяя текучей среде, очищаемой от загрязнений, протекать из первого трубопровода в, по меньшей мере, один блок очищения текучей среды от загрязнений. Блок очищения текучей среды от загрязнений выполнен для очищения от загрязнений, по меньшей мере, части очищаемой текучей среды, протекающей через первый трубопровод. Блоки очищения текучей среды от загрязнений последовательно соединены со вторым трубопроводом, проходящим между каждым соответствующим блоком очищения текучей среды от загрязнений и целевым выходом таким образом, что текучая среда, очищаемая в блоке очищения текучей среды от загрязнений, передается во второй трубопровод. По меньшей мере, один узел очищения текучей среды от загрязнений включает в себя камеру очищения текучей среды от загрязнений. Каждая камера включает в себя входное отверстие для воздуха, предназначенное при использовании для подачи воздушного потока для создания в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Кроме того настоящее изобретение широко распространяется на блок очищения текучей среды от загрязнений, используемый в системе трубопроводов для очищения текучей среды от загрязнений. Узел очищения текучей среды от загрязнений включает в себя камеру очищения текучей среды от загрязнений. Камера включает в себя вход для очищаемой текучей среды, блок распыления для распыления текучей среды внутри камеры, выход для превращенной в пар текучей среды, который используется для удаления пара текучей среды из камеры, выход для очищаемой текучей среды, который используется для удаления неиспарившейся очищаемой текучей среды из камеры, и устройство, создающее в основном незавихренный воздушный поток внутри камеры.
Кроме того, изобретение также широко распространяется на устройства для распыления текучей среды, которое служит для распыления текучей среды, поступающей в камеру очищения текучей среды от загрязнений. Распылительные устройства включают в себя один из типов приспособлений: душ, опрыскиватель или другие устройства для распыления, через которые текучая среда проходит и распыляется.
Кроме того, настоящее изобретение также широко направлено на способ очищения текучей среды от загрязнений. Способ включает в себя подачу загрязненной текучей среды в камеру очищения текучей среды от загрязнений через вход очищаемой текучей среды, распыление текучей среды внутри камеры, обеспечение в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры, удаление испарившейся текучей среды из камеры через выход для пара и удаление неиспарившейся загрязненной текучей среды из камеры через выход загрязненной текучей среды.
Таким образом, первым объектом согласно изобретению является система трубопроводов, включающая в себя: первый трубопровод, проходящий от источника соленой воды, для переноса соленой воды через него, по меньшей мере, один опреснитель соленой воды, соединенный по текучей среде с первым трубопроводом, что обеспечивает перемещение соленой воды из первого трубопровода к, по меньшей мере, одному опреснителю, каждый опреснитель соленой воды выполнен для опреснения, по меньшей мере, части воды, перемещенной из первого трубопровода, каждый опреснитель соединен по текучей среде со вторым трубопроводом, проходящим между каждым соответствующим опреснителем и целевым выходом так, что опресненная вода, которая опресняется в опреснителе, передается к второму трубопроводу, при этом, по меньшей мере, один опреснитель включает в себя опреснительную камеру, причем каждая камера включает в себя впуск воздуха, выполненный с возможностью, при использовании, подачи в камеру воздушного потока для генерации, в основном незавихренного, воздушного потока внутри камеры.
Предпочтительно система включает в себя третий трубопровод, проходящий от источника соленой воды, причем третий трубопровод, соединенный по текучей среде с первым трубопроводом, при этом третий трубопровод выполнен для пополнения первого трубопровода соленой водой после того, как опресненная в каждом опреснителе соленая вода удаляется из первого трубопровода в опресненную воду.
Предпочтительно опресненная вода представляет собой по существу пресную воду.
Предпочтительно система представляет собой модульную систему, включающую в себя, по меньшей мере, один опреснительный модуль, при этом модуль включает в себя секции первого и второго трубопроводов.
Предпочтительно модуль включает в себя секцию третьего трубопровода.
Предпочтительно система включает в себя два или более опреснителя, расположенных вдоль системы трубопроводов.
Предпочтительно, по меньшей мере, два опреснителя соединены последовательно между источником соленой воды и целевым выходом.
Предпочтительно, по меньшей мере, два опреснителя соединены параллельно между источником соленой воды и целевым выходом.
Предпочтительно соленая вода, подаваемая из первого трубопровода, нагревается до поступления в каждый опреснитель.
Предпочтительно соленая вода, подаваемая к каждому опреснителю из первого трубопровода, нагревается одним или более солнечным нагревателем.
Предпочтительно один или более трубопроводов из первого, второго и третьего, или секция, по меньшей мере, одного опреснителя изолированы.
Предпочтительно каждая из секций первого, второго и третьего трубопроводов или опреснителя изолированы.
Предпочтительно второй трубопровод образует часть теплообменника или теплового насоса (насосов) или находится в соединении по текучей среде с теплообменником или тепловым насосом (насосами) для рекуперации энергии от одной части процесса опреснения для повторного использования в других частях опреснительного процесса.
Предпочтительно система включает в себя устройства для нагнетания соленой воды в первый или третий трубопроводы в направлении целевого выхода.
Предпочтительно система включает в себя устройства для нагнетания опресненной соленой воды во второй трубопровод в направлении целевого выхода.
Вторым объектом согласно изобретению является опреснитель для опреснительной системы трубопроводов, при этом опреснитель включает в себя опреснительную камеру, содержащую
- вход для соленой воды,
- водораспылительный блок для распыления воды внутри камеры,
- паровой выход для удаления водяного пара из камеры,
- выход для соленой воды для удаления не испарившейся соленой воды из камеры, и
- средство для создания в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Предпочтительно выход для соленой воды сообщается по текучей среде с трубопроводом подачи соленой воды.
Предпочтительно опреснительная камера включает в себя солесборную емкость для сбора соли, которая образуется в камере.
Предпочтительно солесборная емкость расположена снаружи камеры.
Предпочтительно опреснитель включает в себя один или более термосифон с солнечным источником энергии или насос с солнечным источником энергии для удаления соленой воды из камеры.
Предпочтительно опреснитель включает в себя вытяжной вентилятор для удаления водяного пара через паровой выход.
Предпочтительно вытяжной вентилятор питается солнечным блоком питания и/или ветряным блоком питания.
Предпочтительно опреснитель включает в себя средство для снижения давления внутри камеры.
Предпочтительно водовыпуск для соленой воды выполнен как камера слива, при этом камера слива находится в соединении по текучей среде с первым трубопроводом через переливную камеру.
Предпочтительно указанный водораспылительный блок содержит душ и/или разбрызгиватель и/или другое распылительное устройство, через которое вода проходит и распыляется.
Третьим объектом согласно изобретению является способ опреснения соленой воды, включающий:
- подачу соленой воды в опреснительную камеру через вход для соленой воды,
- распыление воды внутри камеры,
- создание в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры,
- удаление водяного пара из камеры через паровой выход, и
- удаление неиспарившейся соленой воды из камеры через выход для соленой воды.
Предпочтительно способ включает в себя удаление соли из камеры через выход для соленой воды.
Предпочтительно способ включает в себя удаление соли из камеры с неиспарившейся соленой водой через выход для соленой воды.
Предпочтительно способ включает в себя нагревание соленой воды перед ее поступлением в опреснительную камеру.
Предпочтительно способ включает в себя функционирование вытяжного вентилятора, турбины или другого устройства для подачи воздушного потока, улучшающего удаление водяного пара из камеры.
Предпочтительно способ включает в себя удаление водяного пара из камеры через паровой выход, используя разность давления между выходом и камерой.
Четвертым объектом согласно изобретению является очистительная система трубопроводов, включающая в себя:
- первый трубопровод, проходящий от источника очищаемой текучей среды для передачи очищаемой текучей среды через него,
- по меньшей мере, один блок очищения от загрязнений, при этом каждый блок очищения от загрязнений сообщается по текучей среде с первым трубопроводом, что позволяет подавать очищаемую текучую среду из первого трубопровода к, по меньшей мере, одному блоку очищения от загрязнений,
- блок очищения загрязнений выполнен с возможностью очистки, по меньшей мере, части очищаемой текучей среды, подаваемой из первого трубопровода,
- каждый блок очищения от загрязнений соединен по текучей среде со вторым трубопроводом, который проходит между каждым соответствующим блоком очищения от загрязнений и целевым выходом так, что текучая среда, очищенная в блоке очищения от загрязнений, передается во второй трубопровод, при этом, по меньшей мере, один блок очищения от загрязнений включает в себя камеру очищения от загрязнений, при этом каждая камера включает в себя вход для воздуха, выполненный с возможностью, при эксплуатации, подачи в камеру воздушного потока для генерации в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Пятым объектом согласно изобретению является блок очищения от загрязнений, применяемый в очистительной системе трубопроводов, включает в себя камеру для очищения от загрязнений, при этом камера включает в себя:
- вход для очищаемой текучей среды,
- распылительный блок для распыления текучей среды внутри камеры,
- выход испарившейся текучей среды для удаления испарившейся текучей среды из камеры,
- выход для загрязненной текучей среды для удаления неиспарившейся загрязненной текучей среды из камеры, и
- средство для обеспечения в основном незавихренного воздушного потока внутри камеры.
Предпочтительно указанный распылительный блок содержит душ или разбрызгиватель или другое распылительное устройство текучей среды, через которое текучая среда проходит и распыляется.
Здесь и далее будет удобно описывать предпочитаемые варианты изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Особенности чертежей не нужно понимать как ограничения последующих широких описаний изобретения.
НА ЧЕРТЕЖАХ
Фиг.1 - принципиальная схема части системы трубопроводов для опреснения воды по первому варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.2 - принципиальная схема части системы трубопроводов для опреснения воды по второму варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.3 - принципиальная схема части системы трубопроводов для опреснения воды по третьему варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.4 - схематический вид в плане опреснителя по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.
Фиг.5 - схематический вид сбоку опреснителя, изображенного на фиг.4.
Фиг.6 - другое изображение части системы трубопроводов для опреснения воды, показанной на фиг.1.
Фиг.7 - принципиальная схема части системы трубопроводов для опреснения воды по четвертому варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг.8 - увеличенное изображение опреснителя системы трубопроводов, показанной на фиг.7.
Фиг.9 - принципиальная схема части системы трубопроводов для опреснения воды по пятому варианту воплощения настоящего изобретения.
Обратимся к фиг.1, на ней показывается часть опреснительной системы 10 трубопроводов. Система 10 трубопроводов включает в себя первый трубопровод 12, который отходит от источника 14 соленой воды и по которому протекает соленая вода от этого источника. Система 10 включает в себя опреснитель 18 соленой воды. Опреснитель 18 соленой воды соединен по текучей среде с первым трубопроводом 12 с помощью соединительных труб 20, 22. Соединительная труба 20 позволяет соленой воде протекать через первый трубопровод 12 к опреснителю 18. Соединительная труба 22 позволяет соленой воде, не опресненной в опреснителе 18, возвращаться в первый трубопровод 12.
Для опреснения части соленой воды, подаваемой из первого трубопровода 12, выполнен опреснитель соленой воды 18. Действительно, предусмотрено, что опреснитель 18 будет преобразовывать часть соленой воды в пресную воду. Опреснитель 18 через соединительную трубу 27 последовательно соединен со вторым трубопроводом 24, который проходит между каждым соответствующим опреснителем 18 и целевым выходом 16 так, что обессоленная (превращенная в пар) вода, вырабатываемая в опреснителе 18, передается на второй трубопровод 24. Второй трубопровод 24 пропускает только обессоленную, пресную воду.
Система 10 трубопроводов включает в себя третий трубопровод 26, который отходит от источника 14 соленой воды. Третий трубопровод 26 соединен по текучей среде с первым трубопроводом 12 через соединительную трубу 28. Третий трубопровод 26 представляет собой добавочный трубопровод и включен в этот вариант воплощения изобретения для пополнения первого трубопровода 12 соленой водой, после того как опреснитель 18 забирает соленую воду из первого трубопровода 12.
Ссылка на целевой выход 16 подразумевает в широком смысле одно или несколько: дамбу, водохранилище, резервуар или другой резерв пресной воды, а источником 14 соленой воды может быть океан. Следует учитывать, что источником 14 соленой воды может быть, например, засоленная река или гидроканал. В этом отношении настоящее изобретение можно использовать для желательного снижения уровня засоленности такой реки или гидроканала.
Хоть и не показано, система 10 может включать в себя два или более опреснительных модуля (фиг.9 показывает систему с двумя опреснительными модулями). На всем протяжении системы 10 трубопроводов в необходимых и/или удобных позициях может располагаться любое количество опреснительных модулей. Каждый модуль включает в себя опреснитель 18, секцию 12а первого трубопровода 12, секцию 24а второго трубопровода 24 и (по выбору) секцию 26а третьего трубопровода 26. Если дополнительный третий трубопровод не используется, тогда секции первого трубопровода можно последовательно соединять друг с другом или секции первого трубопровода нужно по отдельности последовательно соединять с источником соленой воды, или сточной воды. Например, опреснитель 18 можно располагать вдоль системы 10 трубопроводов для опреснения воды в каждом из этих местоположений.
Предусмотрено, что каждый из опреснительных модулей 18а соединяется в серии между источником 14 соленой воды и целевым выходом 16. Однако являясь модульной, система 10 может включать в себя два или более модуля 18, выполненных параллельно. Каждый модуль 18а, при необходимости, может включать в себя более одного опреснителя 18. Модули 18а и секции системы трубопроводов можно размещать в любой нужной последовательности. В сущности говоря, в то время как каждый из модулей 18а будет располагаться над землей, система трубопроводов может располагаться как над землей, так и под землей.
Каждый модуль включает в себя соединительные устройства 12b, 24b, 26b, соединяющие соответствующие секции 12а, 24а, 26а трубопроводов с секциями соседних модулей или секциями трубопроводов.
Опреснитель 18, используемый в системе 10 трубопроводов для опреснения воды, более подробно иллюстрируется на фиг.4, 5 и 6. Опреснитель 18 включает в себя опреснительную камеру 30 (см. также увеличенную вставку на фиг.1). Камера 30 включает в себя входной патрубок 32 для соленой воды, через который соленая вода из первого трубопровода 12 через соединительную трубу 20 поступает в камеру 30, и водяной распылительный узел в виде водораспылительного устройства или наконечника душевого типа 46. В рабочем состоянии камера 30 включает в себя горячую соленую воду с повышенным содержанием соли, по сравнению с содержанием соли в воде при ее поступлении в камеру 30. Соль имеет склонность собираться на дне камеры 30 и может периодически удаляться. Кроме того камера 30 включает в себя выходной паровой патрубок 36, через который из камеры 30 во второй трубопровод 24 через соединительную трубу 27 удаляется водяной пар, и выходной патрубок для соленой воды или перелив 38, через который из камеры 30 удаляют неиспарившуюся воду. Перелив 38 можно располагать в любом подходящем месте на стенке камеры.
Испаритель 18 включает в себя солесборный резервуар 40, через который из камеры может протекать неиспарившаяся соленая вода перед возвращением в первый трубопровод. Кроме того, солесборный резервуар 40 может собирать соль, производимую в камере 30. Однако в альтернативном варианте воплощения изобретения, как показано на фиг.3, соль, производимая в камере 30, может поступать обратно в первый трубопровод 12 для сбора и последующей обработки на целевом выходе 16 или в другом подходящем участке системы 10 трубопроводов. Солесборный резервуар 40 можно выполнять в камере 30 (согласно позиции 218 на фиг.3) или, как иллюстрируется, можно образовать отдельную камеру.
Нагреватель 42 соленой воды последовательно соединен между первым трубопроводом 12 и камерой 30 для подогрева соленой воды до любой необходимой температуры, которая перед поступлением в камеру 30 может быть приблизительно 55° или выше. Подогрев соленой воды увеличивает степень испарения внутри камеры 30. Таким образом, эффективность процесса опреснения внутри камеры 30 увеличивается.
Для удаления неиспарившейся соленой воды из солесборного резервуара 40 в систему трубопроводов можно включать второй солнечный подогреватель 44, действующий как термосифон. Неиспарившуюся соленую воду удаляют через трубу 22 и возвращают в первый трубопровод 12 через трубу 500.
Необязательно использовать солнечный нагреватель. В некоторых промышленных установках другие нагреватели или источники энергии будут более экономичны. Можно использовать любой тип нагревателя, но в тех случаях, когда используют другие нагреватели, могут потребоваться насосы в дополнение к нагревателям, если нагреватели к тому же не действуют как термосифоны.
Для распыления, полива или другого рассеивания соленой воды, поступающей в камеру сверху вниз, в камере 30 выполнено душевое или распылительное устройство 46. Распыление соленой воды помогает испарению пресной воды из соленой воды. Кроме того, следует учитывать, что вода не должна распылятся вниз. Ее можно распылять, например, вверх. Кроме того, если вода, поступающая в камеру, подлежит переходу во взвешенное состояние, например, на испарительных площадках, то затем она не должна распыляться. Ее можно просто заливать в камеру.
Заборник 48 воздуха (смотри фиг.4 и 5) выполняют для подачи в основном незавихренного воздушного потока поперек, напротив или через душ или распылитель горячей соленой воды для последующего содействия опреснению (испарению).
Для удаления водяного пара через выходной паровой патрубок 36 камера 30 включает в себя вытяжной вентилятор 50. Вытяжной вентилятор 50 можно запитать от любого подходящего источника питания, в иллюстрируемом варианте запитан от панели солнечных батарей 52. Вытяжной вентилятор 50 можно располагать внутри соединительной трубы 27.
Для нагнетания соленой воды через первый трубопровод 12 и третий трубопровод 26 в направлении целевого выхода система 10 трубопроводов для опреснения воды включает в себя устройство в виде одного или более насосов (не показано). Таким же образом, система 10 включает в себя устройства в виде одного или более насосов (не показано) для нагнетания опресненной воды во второй трубопровод 24 в направлении целевого выхода. Это могут быть насосы, запитанные от солнечных батарей, ветряных мельниц, или любые другие подходящие насосы.
Хоть и не показано, трубопроводы первый 12, второй 24 и третий 26 изолированы на протяжении, по меньшей мере, части их соответствующих длин, соседних с опреснителем 18 или расположенных рядом с ним, для снижения потерь тепловой энергии, которая происходит при понижении температуры трубопроводов до более низкой температуры наружной окружающей среды. Можно применять любой подходящий тип изоляции.
На третьем трубопроводе 26 или первом трубопроводе 12 можно образовать часть кожухотрубчатого теплообменника 501 (как показано на фиг.6) или другое подобное устройство, в котором пар пресной воды проходит через внутреннюю трубу и конденсируется в ней, а соленая вода протекает через кожух, окружающий внутреннюю трубу. При такой компоновке соленая вода поглощает энергию, которую теряет водяной пар при конденсации. Это увеличивает температуру соленой воды, поступающей в камеру 30, и повышает общую эффективность процесса опреснения.
Механизм рекуперации тепла из процесса конденсации может осуществляться с применением теплообменников или любых других устройств. Рекуперация тепловой энергии из процесса конденсации обычно выгодна потому, что снижает чистую стоимость энергии в процессе опреснения.
В процессе работы подогреваемая соленая вода подается из первого трубопровода 12 в камеру 30 опреснения через входной патрубок 32 для соленой воды. Душ или распылительное устройство 46 разбрызгивает, поливает душем или каким-либо другим способом распыляет подогретую воду, направляя ее вниз через камеру 30, а заборник 48 воздуха при этом подает в основном незавихренный воздушный поток в камеру 30, поперек, против или через струю душа или водяной пыли подогретой воды. Вытяжной вентилятор помогает удалять испаряемую пресную воду через выходной паровой патрубок 36, в то время как неиспарившаяся соленая вода удаляется из камеры через переливной водоотвод 38 прямо к первому трубопроводу 12 или через солесборный резервуар 40.
Вытяжной вентилятор 50 можно заменить любым другим подходящим устройством. Например, можно выполнить регулятор давления (не показан) для управления давлением в вытяжной трубе, таким образом, чтобы воздушное давление в вытяжной трубе поддерживалось на более низком уровне, чем давление в камере 30. Такое устройство можно использовать для подачи воздуха в камеру из окружающей камеру среды и управления потоком воздуха.
Распылитель 4 6 может включать в себя нагреватель для дополнительного подогрева соленой воды при ее поступлении в камеру, дополнительно увеличивая рабочий коэффициент полезного действия опреснителя. Нагреватель может быть солнечным, с приводом от солнечных батарей или с приводом от любого другого подходящего источника энергии.
Соль и другие тяжелые примеси будут оставаться на дне камеры 30 ниже переливного водоотвода 38 и их можно периодически удалять.
Следует учитывать, что нет необходимости подогревать соленую воду, поступающую в камеру 30. В некоторых климатических зонах процесс опреснения будет работать без дополнительного подогрева. В этих климатических зонах трубопровод не нужно изолировать.
Соль может быть удалена в любом подходящем месте составной системы опреснения.
Для переноса воздушного давления между соседними модулями 18а по системе 10 можно выполнить трубы 502 переноса воздушного давления. И наоборот, для выброса в атмосферу избыточного давления во втором трубопроводе можно использовать регуляторы давления, оснащенные фильтрами для предупреждения утечек пара. Альтернативно, как показано на фиг.8, можно использовать замкнутую систему так, чтобы незавихренный воздушный поток возникал на этапе конденсации (364) и переходил на этап опреснения (332).
Опреснительная система 110 трубопроводов, показанная на фиг.2, во многом похожа на систему 10, показанную на фиг.1. Одно заметное отличие между системами 10 и 110 состоит в том, что соленая вода, которая возвращается из камеры 130 в первый трубопровод 112, нагнетается не солнечным термосифоном, а насосом на солнечных батареях 144. В этом варианте насос 144 приводится в действие такой же панелью солнечных батарей 152, как и та, что используется для привода вытяжного вентилятора 150 опреснительной камеры 130.
Точно так же система опреснительных трубопроводов 210, показанная на фиг.3, в многом похожа на систему 10, показанную на фиг.1. Одно заметное отличие в этом варианте состоит в том, что вытяжной вентилятор 250 опреснительной камеры 230 приводится в действие от ветряного источника энергии 252 вместо панели солнечных батарей. Дополнительное различие состоит в том, что опреснительная камера и солесборный резервуар объединены в одну камеру 214. В результате соль и другие тяжелые примеси проходят по первому трубопроводу 212 в направлении целевого выхода, а не остаются на дне камеры 230 ниже выходного патрубка 222а.
Кроме того, в этом варианте нет соединительной трубы между первым трубопроводом 212 и третьим трубопроводом 226. Вместо этого, соленая вода, пополняющая первый трубопровод 212, сначала проходит по наружному кожуху второго трубопровода 224, при этом второй трубопровод 224 скомпонован как кожухотрубчатый (или любой другой подходящий) теплообменник. Затем соленая вода возвращается из наружной оболочки второго трубопровода 224 через соединительную трубу 254 в первый трубопровод 212. Соленая вода, нагретая в солнечном нагревателе 244 после выхода из камеры 230, возвращается в первый трубопровод 212 и проходит к следующему опреснителю или возвращается в камеру 230.
Обратимся к фиг.7, на которой изображен одиночный узел опреснительной системы трубопроводов 310. На этом схематичном изображении опреснительная система трубопроводов 310 спроектирована как система рециркуляции воды. В этой системе первый трубопровод 312 последовательно соединен с третьим трубопроводом 326 (который служит источником сточной воды) и вторым трубопроводом 324 (в котором находится пресная вода), и проходит между источником сточной воды 314 и целевым выходом 316 для передачи через него сточной воды.
Система включает в себя опреснитель 318 (в этом случае очиститель сточной воды). Опреснитель 318 последовательно соединен с первым трубопроводом 312 соединительными трубами 320 и 322. Соединительная труба 320 позволяет сточной воде проходить из первого трубопровода 312 в опреснитель 318. Соединительная труба 322 позволяет возвращать не очищенную в опреснителе 318 сточную воду в первый трубопровод 312.
Опреснитель 318 выполнен для отвода из первого трубопровода очищенной части сточной воды. В действительности, предусмотрено, что опреснитель 318 будет преобразовывать часть сточной воды в пресную воду. Опреснитель 318 последовательно соединен со вторым трубопроводом 324, проходящим между источником сточной воды 314 и целевым выходом 316, соединительной трубой 327, таким образом опресненная вода, производимая в очистителе 318, передается по второму трубопроводу 324. По второму трубопроводу проходит только опресненная, пресная вода.
Система 310 трубопроводов включает в себя третий трубопровод 326, проходящий между источником 314 сточной воды и целевым выходом 316, причем третий трубопровод 326 последовательно соединен с первым трубопроводом 312 соединительной трубой 328.
На фиг.8 показан увеличенный вид опреснителя 318. Опреснитель 318 в этом варианте включает в себя опреснительную камеру 330. Камера 330 включает в себя множество входных патрубков для соленой воды 332, через которые поступает сточная вода из первого трубопровода 312 по соединительной трубе 320. В этом варианте воплощения сточная вода распыляется вниз из входного патрубка 332 соленой воды на испарительные площадки (не показаны). При использовании камера 330 включает в себя горячую сточную воду с увеличенной концентрацией стоков, по сравнению с концентрацией сточной воды, поступающей в камеру 330. Стоки будут собираться на дне камеры 330 в воде, которая бьет струей через испарительные площадки и не испаряется. Неиспарившаяся сточная вода удаляется через соединение 331 по текучей среде. Сточная вода (без взвешенных твердых частиц) возвращается в первый трубопровод 312 через соединительную трубу 322 для обработки, при этом не допускается возвращение взвешенных твердых частиц, для чего используются любые подходящие устройства (например, фильтры). Жидкие стоки удаляются из выходного патрубка 362. Кроме того, камера 330 включает в себя камеру 364 конденсации. Камера 364 конденсации в этом варианте находится в пневмосоединении с испарительной камерой 330. В этом варианте камера 364 конденсации охлаждается солнечным охладителем 366. Тепло нагнетается из камеры 364 конденсации к испарительной камере 330.
Понижение температуры в камере 364 конденсации увеличивает объем выходящей пресной воды. Тепло, освобождаемое в процессе конденсации, можно с успехом использовать для подогрева воздуха в испарительной камере 330. Дополнительный подогрев стоков между многочисленными испарительными площадками (обратите внимание на близость впускных патрубков соленой воды 332 и камеры опреснения 330) может с успехом использоваться для увеличения общего испарения.
Можно использовать любой подходящий тепловой насос, но использование тепловых насосов на солнечных батареях и/или высокоэффективных тепловых насосов было бы предпочтительнее. Освобождение энергии при конденсации и применение этой энергии в процессе испарения предпочтительны для снижения чистой стоимости энергии испарительного процесса.
В этом варианте солнечные охладители используют тепло от сточной воды, до того как она поступает в испарительную камеру 330. Эффективность солнечных охладителей 366, улавливание тепла от камеры 364 конденсации и впуск этого тепла в испарительную камеру 330 делает это предпочтительным.
Воздух циркулирует через камеру 330 опреснения, используя вентилятор 370 управления потоком.
В этом варианте сточная вода перед поступлением в испарительную камеру 330 предварительно нагревается, используя комбинацию солнечных нагревателей, плоского 372 и трубчатого 374 в первом трубопроводе 312. Кроме того, на чертеже показан дополнительный выборочный газовый нагреватель для подогрева сточной воды, перед ее удалением через соединительную трубу 320. В этом варианте воздух предварительно подогревают перед его входом в испарительную камеру 330, используя комбинацию солнечных нагревателей, плоского 372 и трубчатого 374.
Множество способов предварительного подогрева воздуха и/или воды могут увеличить эффективность процесса опреснения. Поскольку относительно низкие температуры остаются предпочтительны, в настоящем изобретении можно использовать множество низкотемпературных источников тепла.
В этом варианте в правой части фиг.7 и 8 иллюстрируется дополнительный источник смеси газа, демонстрирующий возможность успешного добавления некоторых газов в опреснительную камеру 330 для увеличения эффективности процесса или для получения некоторых других желательных эффектов.
Фиг.9 иллюстрирует многосекционную установку 410, на которой можно видеть третий трубопровод 426 в последовательном соединении с множеством опреснительных узлов 418.
Настоящее изобретение обеспечивает многочисленные преимущества.
Систему можно построить в виде модулей так, чтобы она относительно легко собиралась для того, чтобы подойти для специальных применений.
Если система модульная, то ей относительно легко обойти опреснитель в случае его отказа, ремонта, техобслуживания или террористической акции. Кроме того, даже если один опреснитель выходит из строя, оставшиеся в системе испарители должны оставаться работоспособными, в то время как любая вышедшая из строя часть из трех трубопроводов ремонтируется или заменяется.
Выгодно, система дает возможность поместить опреснитель практически в любом месте на всем протяжении системы трубопроводов.
Пресная вода, производимая опреснителем, расположенном в любом месте системы, протекает по трубе пресной воды в направлении выходного патрубка или любой точки забора пресной воды.
Выгодно, настоящей системе в конечной системе трубопроводов требуется намного меньшая опреснительная установка потому, что значительная часть опреснения происходит в опреснителях на всем протяжении системы трубопроводов. В действительности, настоящая система делает монтаж опреснителя на целевом выходе необязательным.
В отличие от существующих опреснителей или систем трубопроводов, процесс опреснения по настоящему изобретению может в значительной степени, если не совсем, использовать энергию источников энергии, не наносящих вред окружающей среде. Настоящее изобретение можно также использовать для поглощения потерь тепла в промышленных технологических процессах, снижая или ограничивая потребности в электричестве, необходимом для охлаждения, при этом одновременно можно производить опреснение воды.
Систему можно равноценно адаптировать для использования на территориях больше многих сотен или даже тысяч километров или на территории даже меньше одного километра.
Система по изобретению может быть использована для местного и/или коммерческого и/или промышленного использования. Ее можно использовать в сельском хозяйстве.
Систему по изобретению можно использовать для удаления большого разнообразия любых других, не испаряемых, смесей или загрязнителей из воды различного типа и других жидкостей. Таким образом, следует учитывать, что ссылка «опреснитель» в пределах описания этого изобретения включает ссылки на опреснение и/или очищение от загрязняющих примесей. Систему можно использовать более эффективно и весьма успешно для удаления осадка из текучей среды, когда этот осадок не испаряется, а текучая среда испаряется при рабочей температуре. В качестве примера, систему можно использовать для удаления грунта из воды со скважины. В качестве варианта, систему можно использовать для очищения грунта и/или загрязнений и/или воды, зараженной насекомыми-паразитами из пруда.
Еще один пример потенциального использования системы по изобретению включает в себя удаление из воды загрязнений, производимых в процессе производства бумаги, создавая пресную воду и эмульсию или сухие отходы, которые можно легче и экологичнее утилизировать по сравнению с утилизацией необработанной воды.
Кроме того, система может использовать легкодоступную морскую воду.
Выгодно, система включает в себя отдельно трубопроводы для соленой воды и трубопроводы для опресненной воды. Следовательно, соленой воде трудно, если не невозможно, загрязнить опресненную воду.
Систему с успехом можно использовать для снижения нежелательно высокого уровня засоленности в реках и гидроканалах благодаря направлению некоторого количества соленой воды через опреснительную систему трубопроводов, а затем возвращения пресной воды назад в реку или гидроканал.
Нет необходимости обрабатывать соленую воду на объекте назначения, хотя это и может быть полезным. Трубопроводы для соленой воды (первый и третий) на целевом выходе можно заглушить.
Кроме того, следует учитывать, что создание высокоминерализованной воды может быть выгодно. Поэтому понятно, что настоящее изобретение можно использовать для переработки минерализованной воды, направляя ее в отдельные выпускные трубы, предназначенные для высокоминерализованной воды и пресной воды (или слабо минерализованной воды). Продукт, выходящий из обеих труб, может быть использован по отдельности, например, в производстве солей.
Таким же образом следовало бы использовать систему при обработке загрязненной текучей среды. Систему можно с успехом использовать для преобразования загрязненной воды в отдельные фракции, состоящие из высокозагрязненной воды и незагрязненной воды, которые обе можно использовать по отдельности.
И в заключение, будет понятно, что различные чередования, модификации и/или дополнения можно вводить в конструкцию и компоновку частей, описанных ранее без отступления от идеи или объема этого изобретения.