Способ опреснения морской воды
SEAWATER DESALTING METHOD

Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды, путем испарения морской воды и конденсации паровоздушной смеси. Изобретение может быть использовано для питьевого водоснабжения, а также для бытовых и хозяйственных нужд.
Известен способ извлечения воды из паровоздушной смеси, заключающийся в том, что формируют поток воздуха, содержащего пары воды, осуществляют искусственное охлаждение потока воздуха, конденсируют пары воды и получаемую при этом пресную воду-конденсат подают в емкость для сбора воды (патент РФ №2081256, МПК Е03В 3/28, опубл. 10.06.1997). Недостатком способа является необходимость использования внешней подводимой энергии для формирования потока паровоздушной смеси, направляемой в конденсатор для осаждения влаги, которая не является возобновляемой.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу по совокупности признаков является способ получения пресной воды, заключающийся в том, что формируют поток воздуха, содержащего водяные пары, охлаждают его до температуры ниже точки росы, конденсируют водяные пары в воду, а обезвоженный воздух выбрасывают в атмосферу (патент США №5203989, МПК Е03В 3/28, опубл. 20.04.1987). При прокачке потока атмосферного воздуха, содержащего пары воды, происходит их конденсация на охлаждающем элементе холодильной машины и одновременное охлаждение потока воздуха, который выбрасывается в атмосферу. Для прокачки потока атмосферного воздуха необходим нагнетатель, требующий затрат внешней не возобновляемой энергии. Известный способ, предполагающий также использование внешней подводимой энергии для работы холодильной машины, характеризуются низкой экономичностью использования холодопроизводительности машины, так как только незначительная часть потребляемой холодильной машиной энергии используется для конденсации паров воды. При этом большая часть холодопроизводительности расходуется на охлаждение обезвоженного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа получения чистой, пресной воды с использованием возобновляемой энергии солнца, позволяющего с низкой себестоимостью получать чистую пресную воду из соленой морской воды.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности способа по пресной воде за счет принудительного насыщения воздуха влагой при повышенной температуре, путем предварительного подогрева морской воды и ее испарения в испарителях без отложения солей, с использованием лучистой энергии солнца, с последующей конденсацией влаги в эффективных конденсаторах с высоким коэффициентом теплоотдачи, расположенных под уровнем моря и защищенных от биообрастания.
Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается следующим образом. Способ опреснения морской воды, включающий формирование потока паровоздушной смеси, осаждение водяных паров в конденсаторах и отбор пресной воды. Формируют поток подогретой энергией солнца паровоздушной смеси внутри теплоизолированных емкостей (испарителей) с положительной плавучестью, в которых находится испаряющаяся морская вода. Нагревают воду в теплоизолированных емкостях (испарителях), также, лучистой энергией солнца. Для предотвращения отложения морских солей в теплоизолированных емкостях (испарителях) создают слабую циркуляцию морской воды в них, обеспечивающую предотвращение достижения раствором морских солей в воде насыщенного состояния. Для обеспечения циркуляции морской воды в теплоизолированных емкостях (испарителях) с положительной плавучестью используют тепловую энергию нагретой паровоздушной смеси. Нагретую паровоздушную смесь принудительно отводят из емкостей в конденсаторы, используя нагнетатели с приводом от возобновляемой энергии солнца. Внутреннюю поверхность конденсаторов выполняют гидрофобной и наклонной к горизонту для обеспечения капельной конденсации влаги и ее стока, что существенно повышает коэффициент теплоотдачи и производительность способа по чистой пресной воде. Для перемешивания паровоздушной смеси в конденсаторах устанавливают турбулизаторы потока. Осушенный в конденсаторах воздух подают обратно в теплоизолированные емкости (испарители) для повторного насыщения влагой. Для предотвращения обрастания конденсаторов, находящихся под уровнем морской воды, биологическим материалом (ракушками), снижающим теплоотводящие свойства конденсаторов и ухудшающим их положительную плавучесть, последние выполняют из меди. Известно, что медные поверхности слабо подвержены обрастанию ракушками. Для предотвращения обрастания конденсаторов ракушками возможна, также, установка на поверхности конденсаторов генераторов ультразвуковой частоты, питающихся солнечной энергией и отпугивающих живой биоматериал.
Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 указана схема опреснения морской воды.
На фигуре обозначены следующие позиции:
1 - теплоизолированная емкость с положительной плавучестью (испаритель); 2 - светопроницаемая поверхность плавучей емкости; 3 - конденсатор влаги; 4 - сбор конденсата; 5 - отбор пресной воды; 6 - турбулизаторы паровоздушного потока; 7 - нагнетатель паровоздушной смеси; 8 - водовод-теплообменник; 9 - водоотводящие трубки; 10 - возврата осушенного воздуха; 11 - солнечные батареи; 12 - поплавки, регулирующие плавучесть агрегата; 13 - пригруз для регулирования плавучести и устойчивости агрегата; 14 - трос для подвешивания пригруза; 15 - ультразвуковые излучатели.
Способ опреснения морской воды (см. фигура 1) реализуется следующим образом. Испарение морской воды для формирования паровоздушного потока осуществляют энергией солнца из (испарителей) теплоизолированных емкостей (1) с положительной плавучестью и светопроницаемой верхней поверхностью (2). Осаждение водяных паров осуществляют в конденсаторах (3), находящихся под уровнем моря, с гидрофобной внутренней поверхностью, имеющей наклон к горизонту для лучшего стока воды, с последующим отбором пресной воды (4) через патрубок (5). Гидрофобное напыление на внутренней поверхности конденсаторов (3) необходимо для создания капельной конденсации влаги, обеспечивающей повышение коэффициента теплоотдачи стенок конденсаторов и производительности способа по пресной воде. Внутри конденсаторов (3) устанавливают турбулизаторы потока паровоздушной смеси (6) для его перемешивания и притока всего его объема к холодным стенкам конденсаторов (3). Нагретую солнцем паровоздушную смесь принудительно отводят из емкостей (1) в конденсаторы (3) по трубопроводу (5), используя нагнетатели (7) с приводом от возобновляемой энергии солнца. Внутри трубопроводов (5) располагают водоводы (теплообменники) (8) с морской водой, которая нагреваясь теплом паровоздушной смеси, за счет конвекции, поднимается вверх в емкости (1), разбавляет имеющуюся там морскую воду, предотвращая осаждение солей на дне емкостей (1), при испарении в емкостях морской воды. Излишек морской воды из емкостей (1) сбрасывается самотеком за их пределы через отверстия (9) в емкостях. Таким образом, осуществляется слабая циркуляция морской воды в емкостях (1), не требующая больших дополнительных затрат тепловой энергии на нагрев циркулирующей воды в емкостях (1) и достаточная для предотвращения отложения морских солей. Осушенный в конденсаторах (3) воздух подают обратно по воздуховодам (10) в теплоизолированные емкости (1) для формирования нового паровоздушного потока. Наличие замкнутого цикла движения воздуха при реализации способа не требует его очистки и дает возможность получать чистую пресную воду при конденсации паровоздушной смеси. Солнечные батареи (11) устанавливают по периметру теплоизолированных емкостей (испарителей), находящихся над поверхностью моря, не занимая площади светопроницаемой поверхности испарителей. Для регулирования плавучести и придания устойчивого вертикального положения агрегатам для получения пресной воды в акватории моря, последние снабжают поплавками (12) и пригрузами (13), подвешенными на тросах (14). Для предотвращения обрастания конденсаторов, находящихся под уровнем морской воды, ракушками, снижающего теплоотводящие свойства конденсаторов и ухудшающего их положительную плавучесть, последние выполняют из меди. Для предотвращения обрастания конденсаторов возможна, также, установка на поверхности конденсаторов генераторов ультразвуковой частоты (15), питающихся солнечной энергией и отпугивающих живой биоматериал.
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать даровую энергию солнца в тепловую энергию, для насыщения атмосферного воздуха испаряющейся влагой и в электрическую энергию солнечных батарей, питающих нагнетатели принудительного отвода нагретой паровоздушной смеси в конденсаторы и генераторы ультразвуковой частоты. Электрический привод нагнетателей от солнечных батарей используется без аккумуляторов электрической энергии, так как такой привод работает только тогда, когда образуется паровоздушная смесь в емкостях и есть необходимость ее отвода в конденсаторы влаги, т.е. в солнечный день. Поэтому в аккумуляторах электрической энергии нет необходимости. Это обстоятельство существенно снижает стоимость агрегатов для реализации способа. Чем выше мощность солнечного излучения, тем больше влаги будет содержаться в паровоздушной смеси при испарении морской воды в теплоизолированных емкостях (испарителях) и выше производительность нагнетателей, питаемых солнечной энергией, по паровоздушной смеси. В конечном итоге, чем выше мощность солнечного излучения, тем более высокая производительность агрегатов, реализующих способ, по чистой пресной воде. Заявленное техническое решение позволяет снизить затраты на опреснение морской воды.