Способ опреснения морской воды
SEAWATER DESALTING METHOD

Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды, путем испарения морской воды и конденсации паровоздушной смеси.
Одной из глобальных проблем современной цивилизации является нехватка пресной воды. Морская вода имеет высокую концентрацию примесей и считается соленой, но является главным источником получения пригодной для употребления воды и стимулирующей областью реализации прорывных технологий в ее опреснении. При этом главным критерием применения известных технологий и технических решений по опреснению морской воды является ее себестоимость, приведенная к единице массы качественной питьевой воды. Предлагаемый способ опреснения морской воды может быть использован в сфере питьевого водоснабжения, а также в прочих бытовых и хозяйственных нуждах.
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 (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 невозобновляемой энергии. Известный способ, предполагающий также использование внешней подводимой энергии для работы холодильной машины, характеризуются низкой экономичностью использования холодопроизводительности машины, что приводит к повышению себестоимости получения пресной воды.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание способа получения чистой, пресной воды с использованием возобновляемой энергии солнца и энергии гидростатического давления водяного столба, позволяющего с низкой себестоимостью получать чистую пресную воду из морской воды.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение интенсивности парообразования в испарителях, за счет снижения температуры кипения воды в емкостях-испарителях с черной поверхностью для максимального поглощения тепловой солнечной энергии, при давлении ниже атмосферного. Техническим результатом, снижающим себестоимость получения пресной воды, является, также, использование энергии гидростатического давления столба пресной воды в конденсаторах для создания и поддержания разрежения воздуха в испарителях и воздушной прослойке между испарителями и атмосферным воздухом для снижения потерь тепловой энергии, получаемой от солнца.
Согласно изобретению, техническая задача решается, а технический результат достигается следующим образом. Способ опреснения морской воды включает формирование паровоздушной смеси, осаждение водяных паров в конденсаторах и отбор пресной воды. Формируют паровоздушную смесь концентрированной энергией солнца внутри теплоизолированных вакуумом емкостей-испарителей с черной поверхностью для максимального поглощения солнечной энергии, расположенных на платформах с положительной плавучестью, в которые подается за счет созданного в них разрежения испаряющаяся при давлении ниже атмосферного морская вода. Для обеспечения слабой циркуляции морской воды в теплоизолированных емкостях-испарителях, предотвращающей отложение солей в испарителях, используют нагнетатели с приводом от солнечных фотоэлектрических батарей. Сформированную в испарителях паровоздушную смесь отводят в вертикальные конденсаторы, расположенные под уровнем моря, за счет разности давлений, обусловленной перепадом температур, в испарителях и конденсаторах.
Заявляемое изобретение поясняется схемой на фиг. 1.
Заявляемое техническое решение состоит из комплекса устройств и емкостей, в том числе, емкости-испарителя с черной поверхностью (1); светопроницаемой колбы (2) для вакуумной термоизоляции емкости-испарителя с черной поверхностью (1), вертикального конденсатора (3), крана (4) для откачки воздуха и создания вакуумной теплоизоляции; светоотражающей поверхности солнечного концентратора энергии (5), датчиков слежения за положением солнца (6), фотоэлектрических солнечных панелей (7), платформы системы слежения за солнцем (8); исполнительных механизмов (9) (например: пневмомускулов) системы слежения за солнцем, дозирующих насосов (10) и (11); обеспечивающих слабую циркуляцию морской воды в испарителе, для предотвращения отложения в нем солей с приводом от фотоэлектрических солнечных батарей (7), платформы с положительной плавучестью (12), электромагнитного клапана (13), обратного клапана (14), трубопровода подачи конденсата в накопительную емкость (15), накопительной емкости для конденсата (16) с атмосферным давлением на поверхности воды в ней; насоса для откачки конденсата из накопительной емкости (17), рукава (18) с напорным трубопроводом внутри, сообщающегося с атмосферным воздухом.
Способ опреснения морской воды (см. фигура 1) реализуется следующим образом. При закрытом электромагнитном клапане (13) заполняют вертикальный конденсатор (3) пресной водой на высоту порядка 10 метров. При открывании электромагнитного клапана (13), создается абсолютное давление внутри емкости-испарителя с черной поверхностью (1) близкое к нулю. Через кран (4), сообщающийся с областью разрежения вертикального конденсатора (3), в воздушном пространстве между емкостью-испарителем с черной поверхностью (1) и светопроницаемой колбой (2), также, создается разрежение. За счет созданного разрежения в емкости-испарителе с черной поверхностью (1) внутрь нее подается морская вода. Формирование паровоздушной смеси в теплоизолированных емкостях-испарителях с черной поверхностью (1), расположенных на платформе с положительной плавучестью (12) осуществляют концентрированной энергией солнца с использованием светоотражающих поверхностей солнечного концентратора энергии (5), датчиков слежения за положением солнца (6), фотоэлектрических солнечных панелей (7), платформы системы слежения за солнцем (8) и исполнительных механизмов (9). Вакуумную теплоизоляцию испарителя осуществляют при помощи светопроницаемой колбы (2) с образованием области разреженного воздуха между светопроницаемой колбой (2) и емкостью-испарителем с черной поверхностью (1). Осаждение водяных паров осуществляют в вертикальных конденсаторах (3), находящихся под уровнем моря. Высоту столба пресной воды в конденсаторах над обратным клапаном (14) выбирают, исходя из заданного разрежения воздуха в емкости-испарителе с черной поверхностью (1) для снижения температуры кипения морской воды в емкости-испарителе с черной поверхностью (1) и повышения интенсивности испарения. По мере накопления пресной воды в конденсаторе и достижении гидростатического давления столба воды перед обратным клапаном (14), превышающего атмосферное давление, обратный клапан (14) открывается под действием избыточного давления столба воды в вертикальном конденсаторе (3) и конденсат сливается по трубопроводу подачи конденсата в накопительную емкость (15) в накопительную емкость (16), сообщающуюся с воздушной атмосферой рукавом (18). Конденсат откачивают из накопительной емкости (16) насосом (17) по напорному трубопроводу, размещенному в рукаве (18) Слабую циркуляцию морской воды в емкости-испарителе с черной поверхностью (1) для предотвращения солеотложения осуществляют при помощи насосов (10) и (11) с приводом от солнечной энергии. Работа насосов (10) и (11) осуществляется с учетом установленных минимальных и максимальных уровней воды в емкости (1). Включение и выключение насосов (10) и (11) при достижении минимального и максимального уровне осуществляется по сигналу от соответствующих датчиков уровня.
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать даровую сконцентрированную энергию солнца в тепловую энергию, для создания паровоздушной смеси в теплоизолированных вакуумом испарителях с черной поверхностью. Заявленное техническое решение позволяет использовать энергию гидростатического давления столба пресной воды в конденсаторах для создания и поддержания разрежения в испарителях и вакуумных теплоизоляторах испарителей. В конечном итоге, чем выше мощность концентрированной солнечной энергии с использованием следящих за солнцем систем, тем достигается более высокая производительность агрегатов, реализующих способ, по чистой пресной воде.
Заявленное техническое решение позволяет снизить затраты на опреснение морской воды, так как при реализации способа используется только возобновляемая солнечная энергия и энергия гидростатического давления столба воды. При абсолютном давлении в испарителе 0,2 атмосферы вода закипает при 60 градусах Цельсия, что предотвращает отложение накипи на внутренней поверхности испарителя и не ухудшает его теплопроводящих свойств. Такое абсолютное давление способен создать столб воды в конденсаторе порядка 8 метров. При увеличении высоты столба воды в конденсаторе более 8 метров температура кипения воды в испарителе еще уменьшается, что требует меньших затрат тепловой энергии, подводимой к испарителю.