СИСТЕМА СУДОВОЙ ОПРЕСНИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к технологии опреснения воды и может быть использована для водоснабжения пресной водой, в частности на морских судах и других плавательных средствах.
Наиболее распространенным способом опреснения воды является способ выпаривания воды из соленой воды, основанный на различии температур кипения собственно воды и солей, растворенных в ней. Качество получаемой пресной воды (дистиллята), то есть уровень ее солености, зависит от ряда факторов. В частности, качество получаемой пресной воды непосредственно зависит от уровня солености исходной питательной воды, подаваемой в опреснительную установку. Причина этого заключается в том, что в результате кипения рассола питательной воды получается влажный пар, содержащий в себе капельки соленой жидкости, которые затем отводятся вместе с паром из испарителя в конденсатор. Таким путем часть солей питательной воды попадает в опресненную воду, что снижает ее качество. Техническая проблема состоит в сложности обеспечения получения пресной воды высокого качества.
Известна система судовой опреснительной установки, описанная в патенте US 3864215 (A) (публиковано 04.02.1975). Система состоит из опреснительной установки, трубопроводов подвода питательной морской воды, отвода полученной пресной воды и откачки рассола из испарителя. Кроме того, система содержит минерализатор для получения питьевой воды из пресной воды, теплообменный аппарат, утилизирующий теплоту питьевой воды для предварительного подогрева питательной воды, и охладитель питьевой воды.
Известна водоопреснительная установка, описанная в патенте SU 1634570 А1 (публиковано 15.03.1991). Установка состоит из испарителя, сепаратора пара, конденсатора и трубопроводов для подвода питательной морской воды, отвода полученной пресной воды и отвода рассола из испарителя.
Недостатком указанных устройств является относительно низкая эффективность работы, что проявляется в пониженном качестве получаемой пресной воды вследствие того, что в качестве питательной воды используется морская вода, которая, как известно, имеет высокую соленость.
Известна система судовой опреснительной установки, описанная в патенте WO 9302964 (A1) (публиковано 18.02.1993). По совокупности признаков данное устройство является ближайшим аналогом заявляемой полезной модели.
Данная система состоит из опреснительной установки выпарного типа, трубопровода подвода питательной морской воды, трубопровода отвода пресной воды, трубопровода для откачивания рассола и трубопроводов подвода и отвода греющего теплоносителя, в качестве которого используется горячая вода из внутреннего контура системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Недостатком ближайшего аналога является пониженное качество получаемой пресной воды вследствие того, что в качестве питательной воды используется морская вода, имеющая высокую соленость.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении качества получаемой пресной воды. Задача решается тем, что система судовой опреснительной установки содержит дополнительный питательный трубопровод для подачи слабосоленой воды в испаритель опреснительной установки. При наличии достаточного количества слабосоленой воды на судне, в опреснительную установку подается эта слабосоленая вода. Использование слабосоленой воды в качестве питательной воды для опреснительной установки обеспечивает пониженную соленость получаемой пресной воды, т.е. повышение ее качества. В случае отсутствия достаточного количества слабосоленой воды на судне, опреснительная установка работает в традиционном режиме и производит опреснение морской соленой воды.
В качестве источника слабосоленой воды на судне используется конденсат влаги из наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания. На большинстве морских судов в качестве главных и вспомогательных двигателей используются двигатели внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Особенностью таких двигателей является следующее. Окружающий атмосферный воздух сначала сжимается в турбокомпрессоре, в результате чего повышаются его давление и температура. Затем наддувочный воздух проходит через охладитель и его температура понижается. При этом нередко наддувочный воздух охлаждается до температуры ниже точки росы, что приводит к образованию крупных капель влаги в воздухе. Далее воздух проходит через влагоотделитель, где он осушается и поступает в воздушный ресивер и затем в цилиндры двигателя. Во влагоотделителе (обычно жалюзийного типа) происходит отделение капель влаги от воздуха и накопление конденсата. Этот конденсат представляет собой слабосоленую воду, выделенную из влажного атмосферного воздуха. В традиционном варианте этот конденсат сливается в сточную цистерну.
В заявляемой полезной модели предлагается использовать накопленный конденсат из атмосферного воздуха в двигателе внутреннего сгорания для получения пресной воды высокого качества. Режимы работы двигателей с наддувом, когда наддувочный воздух охлаждается ниже точки росы, являются весьма характерными и длительными по времени, особенно, если судно находится в тех морских и океанических районах, где высокая влажность атмосферного воздуха. В результате длительной работы двигателей на таких режимах накапливается значительное количество конденсата влаги из атмосферного воздуха, который может быть полезно использован.
Устройство системы судовой опреснительной установки показано на фиг. 1, 2. Система состоит из опреснительной установки выпарного типа 1, трубопровода 2 подвода питательной соленой морской воды в испаритель установки, трубопровода 3 отвода полученной пресной воды, трубопровода 4 для откачивания рассола из испарителя и источника греющего теплоносителя, в качестве которого обычно, но не исключительно, используется горячая вода из внутреннего контура системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, система содержит дополнительный трубопровод 5 питательной слабосоленой воды из накопительной емкости 6. В емкости 6 постоянно накапливается слабосоленая вода, представляющая собой конденсат влаги, содержащейся в наддувочном воздухе судового двигателя внутреннего сгорания с наддувом 7. Этот конденсат отделяется из наддувочного воздуха во влагоотделителе 8, который установлен после охладителя воздуха 9 и перед воздушным ресивером 10 в воздушном тракте двигателя внутреннего сгорания 7.
В заявляемой системе судовой опреснительной установки предусмотрено два трубопровода питательной воды, из которой производится пресная вода, - питательный трубопровод 2 для подвода соленой морской воды и дополнительный питательный трубопровод 5 для подвода слабосоленой воды. При этом питательная вода подается в опреснительную установку 1 либо из питательного трубопровода 2 соленой морской воды, либо, в случае достаточного количества конденсата в накопительной емкости 6 слабосоленой воды, подается из упомянутой емкости по дополнительному трубопроводу 5 питательной слабосоленой воды. Для управления процессом подачи питательной воды в системе предусмотрен двухпозиционный гидрораспределитель 11, положение которого автоматически устанавливается в зависимости от показания датчика уровня жидкости 12 в накопительной емкости 6.
Таким образом, сущность заявляемой полезной модели состоит в том, чтобы получать пресную воду не только из морской соленой воды, как это делается традиционно, но и из слабосоленой влаги, содержащейся в окружающем атмосферном воздухе.
На фиг. 1 показана система судовой опреснительной установки при ее работе в режиме опреснения слабосоленой воды, полученной в результате осушения наддувочного воздуха во влагоотделителе двигателя внутреннего сгорания с наддувом.
На фиг. 2 показана система судовой опреснительной установки при ее работе в режиме опреснения соленой морской воды.
На фиг. 1, 2 обозначены: 1 - опреснительная установка; 2 - трубопровод подвода питательной морской воды; 3 - трубопровод отвода полученной пресной воды; 4 - трубопровод для откачивания рассола из испарителя; 5 - трубопровод подвода питательной слабосоленой воды; 6 - накопительная емкость слабосоленой воды; 7 - двигатель внутреннего сгорания с наддувом; 8 - влагоотделитель наддувочного воздуха; 9 - охладитель наддувочного воздуха; 10 - воздушный ресивер двигателя; 11 - двухпозиционный гидрораспределитель; 12 - датчик уровня жидкости в накопительной емкости.
Система судовой опреснительной установки работает следующим образом. Питательная вода подается в испаритель опреснительной установки 1, где она нагревается и кипит. В результате кипения из рассола питательной воды выделяется пар, который затем проходит сепаратор пара и поступает в конденсатор. В конденсаторе пар охлаждается, конденсируется и полученная таким образом пресная вода в жидком состоянии отводится из установки по трубопроводу 3. При этом из испарителя установки по трубопроводу 4 постоянно отводится часть рассола питательной воды для поддержания приемлемого уровня солености рассола.
Система судовой опреснительной установки может работать в двух режимах - традиционный режим работы и дополнительный режим работы. В традиционном режиме работы в качестве питательной воды в опреснительную установку 1 подается соленая морская вода по трубопроводу 2 через гидрораспределитель 11. На фиг. 2 показана система судовой опреснительной установки в традиционном режиме работы. При этом гидрораспределитель 11 находится в левом положении согласно приведенной схеме системы. В традиционном режиме работы получаемая пресная вода имеет относительно высокую соленость, поскольку в качестве питательной воды используется морская вода, имеющая высокую соленость
В дополнительном режиме работы системы в качестве питательной воды в опреснительную установку 1 подается слабосоленая вода по трубопроводу 5 через гидрораспределитель 11. На фиг.1 показана система судовой опреснительной установки в дополнительном режиме работы. При этом гидрораспределитель 11 находится в правом положении согласно приведенной схеме системы. Слабосоленая вода подается в опреснительную установку из накопительной емкости 6, куда сливается конденсат влаги наддувочного воздуха, получаемый при работе судового двигателя внутреннего сгорания с наддувом 7. В судовом двигателе внутреннего сгорания с наддувом 7 атмосферный воздух сначала сжимается в турбокомпрессоре, затем охлаждается в охладителе 9 и далее во влагоотделителе 8 производится отделение капельной влаги от наддувочного воздуха, откуда она сливается в накопительную емкость 6. Как показывает опыт эксплуатации судовых двигателей с наддувом, они продолжительное время работают на режимах, когда наддувочный воздух охлаждается в охладителе 9 до температуры ниже точки росы. При этом из наддувочного воздуха выделяется капельная влага, которая отделяется от воздуха во влагоотделителе 8 и накапливается в емкости 6. Таким образом, в емкости 6 может накапливаться значительной количество конденсата влаги из атмосферного воздуха, который представляет собой слабосленую воду. Особенно это характерно при нахождении судна в районах с высокой влажностью окружающего воздуха.
В дополнительном режиме работы система судовой опреснительной установки производить пресную воду повышенного качества, поскольку в качестве питательной воды используется слабосоленая вода, а не соленая морская вода.
Для переключения режима работы системы используется гидрораспределитель 11, положение которого автоматически выставляется в зависимости от показания датчика уровня жидкости слабосоленой воды в емкости 6. Гидрораспределитель 11 выставляется в положение традиционного режима работы в случае, когда в емкости 6 имеется недостаточное количество накопленной слабосоленой воды. В случае же, если уровень накопленной слабосоленой воды в емкости 6 достаточно высокий, то гидрораспределитель 11 выставляется в дополнительный режим работы.
Таким образом, в заявляемой системе судовой опреснительной установки, в отличие от аналогов, обеспечена возможность получения пресной воды повышенного качества, т.е. пресной воды пониженной солености. Заявляемая система судовой опреснительной установки является промышленно применимой, поскольку для ее реализации достаточно использовать общеизвестные способы изготовления и монтажа деталей из типовых конструкционных материалов.