УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ПРИМЕСЕЙ
DEVICE TO CLEAN WATER OF IMPURITIES

Изобретение относится к устройствам для очистки воды от примесей методом вымораживания и может найти применение для опреснения морской воды.
Известно устройство для очистки воды от примесей, содержащее емкость для заполнения неочищенной водой, теплообменник, выполненный по форме плоским и расположенным над верхними слоями воды в емкости, и вспомогательное устройство, выполненное по форме змеевика, огибающего наружную боковую поверхность емкости (см. патент США №4799945 от 24.01.1989 г.).
Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты, обусловленные передачей холода через прослойку воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания в камере, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой воды (см. патент РФ №2274607, МПК C02F 1/22, 2003 г.).
Недостатком этого устройства, принятого за прототип, является малая производительность, обусловленная периодической работой одной камеры для замораживания и оттаивания воды.
Задача изобретения состояла в повышении производительности устройства для очистки воды от примесей методом вымораживания.
Указанная задача решается тем, что предложено устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания, приспособление для замораживания воды и ее оттаивания в камере, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой очищенной воды, в котором согласно изобретению содержится по меньшей мере две камеры для замораживания воды и ее оттаивания, которые выполнены в виде вертикально установленных полых емкостей, помещенных в теплоизолированные от окружающей среды кожухи, а приспособление для замораживания воды и ее оттаивания выполнено в виде генератора потоков теплого и холодного воздуха, которые попеременно подаются в кожухи полых цилиндрических емкостей, причем каждая из полых цилиндрических емкостей снабжена трубопроводом для подвода очищаемой воды, трубопроводом для слива воды с примесями и трубопроводом для слива талой очищенной воды, в которых установлены управляемые запорные клапаны.
Другим отличием устройства является то, что генератор потоков теплого и холодного воздуха выполнен в виде вихревой трубы Ранка-Хилша, выходы потоков теплого и холодного воздуха которой с помощью газовых линий соединены с внутренними объемами кожухов полых цилиндрических емкостей, причем в этих газовых линиях установлены управляемые запорные клапаны.
Еще одним отличием устройства является то, что патрубки для подвода потоков теплого и холодного воздуха установлены по касательной к внутренней цилиндрической поверхности кожухов.
Технический результат изобретения состоит в повышении производительности процесса очистки воды от примесей за счет попеременного использования нескольких камер для размораживания воды и ее оттаивания путем чередования циклов заполнения емкости, частичной заморозки воды в емкости, слива воды с примесями, оттаивания образовавшегося в емкости льда и слива талой воды.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.
На фиг.2-5 изображено положение кранов и клапанов устройства на разных этапах процесса очистки воды.
Устройство для очистки воды содержит по меньшей мере две камеры 1 и 2 для замораживания воды и ее оттаивания, выполненных в виде вертикально установленных полых цилиндрических емкостей, помещенных в теплоизолированные от окружающей среды кожухи 3 и 4. Устройство снабжено приспособлением для замораживания воды и ее оттаивания, которое выполнено в виде генератора 5 потоков теплого и холодного воздуха, которые попеременно подаются в теплоизолированные кожухи 3 и 4. Предпочтительно в качестве генератора 5 потоков теплого и холодного воздуха использовать вихревую трубу Ранка-Хилша. Как известно, эта вихревая труба способна генерировать одновременно поток холодного воздуха с температурой -20, -40°С и поток теплого воздуха с температурой +60, +80°С.
Каждая из полых цилиндрических емкостей 1 и 2 снабжена трубопроводом 6 для подвода очищаемой воды (в котором установлены запорные краны 9), трубопроводом 7 для слива воды с примесями и трубопроводом 8 для слива талой очищенной воды, в которых установлены управляемые запорные краны 10 и 11 соответственно. Генератор 5 потоков теплого и холодного воздуха (вихревая труба Ранка-Хилша) имеет канал 12 для подвода сжатого воздуха, в котором установлен насос 13, создающий давление 0,5-0,7 МПа. Канал 12 снабжен тангенциальным вводом 14, который создает в генераторе 5 закрученный поток. Этот поток в вихревой трубе Ранка-Хилша разделяется на холодный поток, выводимый из генератора 5 через сопло 15, и теплый поток, выводимый из генератора 5 с выхода 16. Распределение потоков регулируется с помощью конического регулировочного вентиля 17, выходы 15 и 16 вихревой трубы 5 с помощью газовых линий 18 и 19 соединены с внутренними объемами кожухов 3 и 4. В этих газовых линиях 18 и 19 установлены управляемые запорные клапаны 20 и 21. Патрубки 22 и 23 для подвода потоков холодного и теплого воздуха в кожухи 3 и 4 установлены по касательной (тангенциально) к внутренней цилиндрической поверхности кожухов 3 и 4. Это приводит к закручиванию соответствующих потоков, увеличению длины пути каждого из них в кожухе и более полной отдаче холода или тепла камерам 1 и 2. На противоположном конце кожухов 3 и 4 установлены патрубки 24 для вывода из кожухов 3 и 4 отработавших газовых потоков. Каждая из емкостей 1 и 2 в верхней своей части снабжена отдушиной 25 для сообщения с атмосферой, в которой установлен клапан 26.
Устройство работает следующим образом.
Процесс очистки воды включает несколько этапов. На первом этапе (фиг.2) осуществляют заполнение одной из емкостей, например емкости 1, исходной водой с примесями, например морской водой. Очищаемая вода по трубопроводу 6 через открытый кран 9 поступает в емкость 1. При этом кран 10 в трубопроводе 7 перекрыт, а вытесняемый из емкости 1 воздух через отдушину 25 сбрасывается в атмосферу. Одновременно с подачей очищаемой воды в емкость 1 по газовой линии 18 через открытый клапан 20 из вихревой трубы 5 подается холодный воздух в кожух 3, под действием которого емкость 1 начинает охлаждаться, а когда температура воды в емкости 1 охладится до 0°С, начинается процесс намораживания льда у внутренних стенок емкости 1. При этом примеси, например соли морской воды, начинают концентрироваться в средней (осевой) части емкости 1 (см. фиг.8). После вымораживания ~50% от исходной массы воды, заполняемой в емкость 1, устройство переводят в положение, изображенное на фиг.4. При этом положении прекращают подачу холодного воздуха в кожух 3 (клапан 20 в газовой линии 18 закрыт), открывают кран 10 в трубопроводе 7 для слива незамерзшей воды с примесями, и по газовой линии 19 через открытый клапан 21 в кожух 3 подается от вихревой трубы поток теплого воздуха, который начинает подогревать емкость 1. По завершении слива воды с примесями через открытый кран 10 устройство переводят в положение, изображенное на фиг.5. В этом положении кран 10 закрыт, а открывается кран 11 в трубопроводе 8 для слива талой воды. Под действием теплого воздуха в кожухе 3 емкость 1 нагревается до температуры +1, +5°С, при которой начинается оттаивание льда, намерзшего на внутренних стенках емкости 1, и слив талой воды в соответствующий приемник. После размораживания льда в емкости 1 и слива талой воды устройство переводится в положение, изображенное на фиг.2. Процесс очистки воды далее производится в описанной выше последовательности. Для повышения производительности процесса количество емкостей 1 и 2 может быть увеличено.