УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам опреснения морской воды и может найти широкое применение при проектировании и изготовлении опреснительных стационарных и мобильных установок.
Известен способ и устройство для опреснения морской воды (Патент РФ №2142912, МПК C02F 1/04, опубл. 20.12.1999), в котором испарение воды происходит при низких температурах, что достигается использованием системы вакуумирования. Устройство состоит из вертикальных рядов плоских тепловых труб (ПТТ), установленных в вакуумные секции рубашки. Между рядов ПТТ установлены форсунки для подачи дистиллята и электропроводящие сетки, которые подключены на "минус" к источнику постоянного тока, "плюс" которого соединен с каждой ПТТ. Нагрев и испарение морской воды осуществляют на одной стенке ПТТ, а конденсацию полученного пара проводят на прямо противоположной стенке другой ПТТ, при этом одновременно осуществляют распыл дистиллята между ними и постоянно воздействуют на пар электромагнитным полем. Технический результат: повышение КПД и выход дистиллята без дополнительного источника первичного водяного пара. Недостатками данного устройства сложность эксплуатации (поддержание низкого давления) и дороговизна получаемой пресной воды.
Известно устройство для опреснения морской воды (патент РФ №2309125, МПК C02F1/04, В01 ВЗ/10,опубл. 27.10.2007 г., включающее два герметичных бака, соединенных паропроводом. Баки соединены с устройством для нагрева воды и конденсации ее паров, представляющим собой холодильник, трубопровод с нагретым хладоагентом которого находится ниже уровня воды в первом баке, а трубопровод с охлажденным хладоагентом находится во втором баке. Баки установлены на высоте, не менее максимальной высоты столба жидкости водяного барометра над уровнем опресняемой воды, примерно на высоте 10,5 метров. В первом баке над зеркалом воды установлена система испарения, состоящая из ряда пластин, во втором баке установлена система конденсации, состоящая из системы орошения с форсунками. Каждый бак имеет обратный клапан и датчик полноты бака, расположенные в его верхней части, а на паропроводе установлена крышка. В опреснительной установке за счет создания пониженного давления над поверхностью воды происходит ее закипание, интенсивное парообразование и последующая конденсация паров воды в специальном холодильнике. При этом не тратится энергия на создание вакуума в баке за счет использования принципа перевернутой U-образной трубки, заполненной водой, концы которой опущены в воду. Недостатком данного устройства является большие габариты системы опреснения и малая интенсивность процесса получения пресной воды.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель заключается в повышении интенсивности опреснения морской воды при малых габаритах и объемах установки.
Технический результат достигается тем, что в установке для опреснения морской воды, содержащей бак с морской водой снабженный системой испарения, систему подвода тепловой энергии, систему сепарации, включающую теплообменник-холодильник, сепаратор, накопительную емкость для пресной воды, новым является то, что внутри бака с морской водой в нижней его части, установлены трубы для обогрева воды, сообщенные с системой подвода тепловой энергии, в верхней части бака над зеркалом воды расположены форсунки для подачи горячего воздуха, сообщенные с системой подвода тепловой энергии, на верхней крышке бака установлена вертикальная труба, в нижней и верхней части которой имеются штуцеры соответственно подвода и отвода морской воды, сообщенные с баком трубопроводом, в котором установлен насос, выход вертикальной трубы сообщен с системой сепарации.
Система подвода тепловой энергии включает вентилятор, распределительные жиклеры, камеру сгорания, бак с горючим, топливный насос и теплообменник, при этом воздушный канал теплообменника сообщен магистралью с вышеупомянутыми форсунками, а канал продуктов сгорания сообщен магистралью с вышеупомянутыми трубами для обогрева воды.
Оси форсунок для подачи горячего воздуха расположены в плоскости параллельной днищу бака и тангенциально к его внутренней поверхности.
Бак с морской водой оборудован системой обеспечивающей в нем постоянный уровень воды, путем подпитки от напорной магистрали, например, посредством клапана поплавкого типа.
На фиг.1 представлена схема установки для опреснения морской воды.
На фиг.2 - зависимость насыщения воздуха от температуры.
Здесь: 1 - вентилятор; 2 и 3 - распределительные жиклеры; 4 - топливный насос; 5 - бак с горючим; 6 - камеры сгорания; 7 - теплообменник; 8 - бак с морской водой; 9 - трубы для обогрева воды; 10 - пристеночный водяной слой; 11 - вертикальная труба; 12 - насос; 13 - теплообменник -холодильник; 14 - насос; 15 - сепаратора; 16 - емкость для пресной воды; 17 - систем подпитки морской водой; 18 - клапан поплавкого типа; 19 - магистраль системы сепарации; 20 - магистраль подвода продуктов сгорания в трубы 9 для обогрева воды; 21 - магистраль вывода продуктов сгорания за пределы установки; 22 - магистраль подвода горячего воздуха к форсункам; - 23 - форсунки; 24 - верхняя крышка бака; 25, 26 - штуцеры.
Бак с морской водой (8) оборудован системой (17) обеспечивающей в нем постоянный уровень воды, путем подпитки от напорной магистрали, например, посредством клапана поплавкого типа (18), трубами для обогрева воды отработанными продуктами сгорания (9), проложенными в нижней части бака, форсунками для подачи воздуха. На верхней крышке бака (24) прикреплена вертикальная труба (11), в нижней и верхней части которой вставлены штуцера (25, 26) подвода и отвода морской воды. Штуцер подвода (25) соединен с баком трубопроводом, в котором установлен насос (12).
К форсункам (23) подведена магистраль подвода горячего воздуха (22) из системы подогрева воздуха продуктами сгорания. Система подвода тепловой энергии подогрева воздуха продуктами сгорания состоит из вентилятора (1), распределительных жиклеров (2) и (3), камеры сгорания (6), бака с горючим (5), топливным насосом (4) и теплообменника (7).
Выход из бака (8) через трубу (11) соединен с системой сепарации, состоящей из следующих основных элементов: теплообменника - холодильника (13), сепаратора (15), емкости для пресной воды (16) и насоса (14).
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Перед началом работы бак (8) заполняется морской водой, а бак (5) -горючим. Вентилятором (1) воздух через дозирующие жиклеры (2) и (3) подается на вход в теплообменник (7) и в камеру сгорания (6), где используется в качестве окислителя. Горючее в камеру сгорания из бака (5) подается топливным насосом (4). Продукты сгорания из камеры сгорания поступают в теплообменник (7) в качестве теплоносителя, где подогревают воздух, дозируемый жиклером (2). Далее охлажденные продукты сгорания, но имеющие температуру значительно выше температуры морской воды, поступают по магистрали (20) в трубы (9) бака (8). Количество труб (9) и их размеры выбираются таким образом, чтобы подогреть морскую воду до температур 40÷63°С, но не выше температуры выпадания нерастворимых солей (~64°С). Далее продукты сгорания через магистраль (21) выводятся за пределы установки.
Подогретый в теплообменнике (7) воздух по магистрали (22) через форсунки (23) подается в воздушную подушку бака (8). Подвод воздуха через форсунки (23) осуществляется таким образом, чтобы придать воздуха закрутку над зеркалом воды. При этом степень закрутки должна быть такой, чтобы происходило насыщение воздуха водой, а не захват капель воды потоком воздуха и образования двухфазного потока, для этого оси форсунок (23) для подачи горячего воздуха расположены в плоскости параллельной днищу бака (8) и тангенциально к внутренней его поверхности.
Далее закрученный и частично насыщенный воздух поступает в вертикальную трубу (11), по стенкам которой сверху вниз насосом (12) из бака (8) через входной штуцер (25) подается морская вода, образуя пристеночный водяной слой (10). В трубе (11) производится дальнейшее насыщение. Морская вода далее через нижний штуцер отводится за пределы установки.
Насыщенный воздух по магистрали (19) подается в теплообменник - холодильник (13), где охлаждается до температур конденсации. В качестве хладоагента в теплообменнике - холодильнике используется вода подаваемая насосом (14). Из теплообменника - холодильника охлажденный воздух поступает в сепаратор (15), где происходит выделение воды от воздуха, отсепарированная скапливается в емкости (16).
В данной полезной модели используется зависимость насыщения воздуха от температуры (фиг.2). Чем выше температура воздуха, тем больше воздух может насытиться водой, при этом насыщение происходит только пресной фазой. В то же время, как показали эксперименты, проведенные авторами, чрезмерное повышение температуры приводит к отложению солей на элементах конструкции. Те же эксперименты показали, что подогрев воды в баке так же увеличивает интенсивность насыщения.