EA201500063A1 20151030 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2015\PDF/201500063 Полный текст описания [**] EA201500063 20130619 Регистрационный номер и дата заявки US13/536,581 20120628 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2013/046595 Номер международной заявки (PCT) WO2014/004217 20140103 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [pdf] eaa21510 Номер бюллетеня [**] СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА Название документа [8] B01D 3/30, [8] C02F 1/38 Индексы МПК [US] Райли Джон Д., [US] Джонсон Дана Л. Сведения об авторах [US] ВЕРНО ХОЛДИНГЗ, ЛЛК Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201500063a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Способ и система для очистки воды и генерирования водяного пара. Содержащая примеси вода, подлежащая обработке, вводится в рабочую камеру. Обеспечивается прохождение обрабатываемой воды через последовательность вращающихся лотков, перемежающихся неподвижными отклоняющими перегородками с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью переведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси. Пар отводят из рабочей емкости для конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды. Предусмотрена также возможность пропускания пара через паровую турбину, функционально соединенную с электрическим генератором. Для регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии с определенными параметрами могут быть использованы компьютеризированный управляющий блок и чувствительные элементы, выполненные с возможностью считывания определенных параметров. Для повышения степени очистки обработанная вода может быть подвергнута повторной обработке путем пропускания через рабочую емкость.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Способ и система для очистки воды и генерирования водяного пара. Содержащая примеси вода, подлежащая обработке, вводится в рабочую камеру. Обеспечивается прохождение обрабатываемой воды через последовательность вращающихся лотков, перемежающихся неподвижными отклоняющими перегородками с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью переведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси. Пар отводят из рабочей емкости для конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды. Предусмотрена также возможность пропускания пара через паровую турбину, функционально соединенную с электрическим генератором. Для регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии с определенными параметрами могут быть использованы компьютеризированный управляющий блок и чувствительные элементы, выполненные с возможностью считывания определенных параметров. Для повышения степени очистки обработанная вода может быть подвергнута повторной обработке путем пропускания через рабочую емкость.


СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА
5 ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[01] Предлагаемое изобретение относится к системе для очистки воды и генерирования водяного пара. В частности, предлагаемое изобретение ю относится к усовершенствованному способу, при котором используется ряд чувствительных элементов и управляющая система для выпаривания воды, удаления растворенных твердых веществ и максимизации выхода воды питьевого качества из воды, содержащей примеси, с помощью горизонтально ориентированной емкости для обработки воды.
[02] Под термином "обессоливание" (применяются также термины "опреснение" и "деминерализация") известен один из многих процессов, связанных с удалением из воды избыточных солей, минеральных веществ и других примесей естественного или техногенного происхождения.
20 Исторически процесс обессоливания восходит к эпохе зарождения дальнего мореплавания и использовался для превращения морской воды в питьевую на борту судна. Процессы обессоливания по современным технологиям используются на судах и подводных лодках и сейчас для постоянного обеспечения экипажа питьевой водой. При этом обессоливание находит все
25 более широкое применение в засушливых регионах, бедных ресурсами пресной воды. В этих регионах соленую воду из океана подвергают опреснению, доводя до питьевого качества или до состояния, пригодного для ирригации. Высококонцентрированные отходы процесса обессоливания называются рассолом, основным содержанием которого является хлорид
зо натрия (NaCI) (далее также просто "соль"). В настоящее время интерес к обессоливанию воды связан с разработкой экономичных способов получения пресной воды для использования в засушливых регионах, где доступ к пресной воде затруднен.
35 [03] Крупномасштабное обессоливание обычно обходится дорого, так как является весьма энергозатратным и требует дорогой инфраструктуры. Например, в крупнейшей в мире установке по обессоливанию на первой
стадии используется многоступенчатое выпаривание путем быстрого понижения давления, и она может производить 300 миллионов кубометров воды в год. Крупнейшая в США установка по обессоливанию перерабатывает 25 миллионов галлонов (95 тысяч кубометров) воды в день. По всему миру 5 приблизительно 13 тысяч установок по обессоливанию производят более 12 миллиардов галлонов (45 миллионов кубометров) воды в день. Таким образом, в отрасли существует постоянная потребность в усовершенствовании способов обессоливания, а именно, в снижении стоимости и повышении эффективности связанных с этим систем.
[04] Обессоливание может быть осуществлено многими разными способами. Например, в некоторых процессах используются способы обессоливания, основывающиеся на простом выпаривании, такие как многокорпусное выпаривание, выпаривание со сжатием пара и
15 выпаривание-конденсация. Можно сказать, что способ выпаривание-конденсация использует природа при естественном обессоливании, осуществляемом в ходе гидрологического цикла (круговорот воды в природе). В этом гидрологическом цикле вода из озер, океанов и водных потоков испаряется в атмосферу. В результате контакта с более холодным
20 воздухом испаренная вода конденсируется в виде дождя или росы. Эта вода практически свободна от примесей. Такой гидрологический цикл может быть воспроизведен искусственно с помощью ряда процессов выпаривания-конденсации. Базовое действие заключается в том, что соленую воду с целью выпаривания нагревают. На стадии выпаривания соль и другие
25 примеси выделяются из воды и остаются в осадке. Затем испаренная вода конденсируется, собирается и хранится как пресная вода. С течением времени системы выпаривания-конденсации совершенствовались, особенно существенные усовершенствования стали возможны с появлением более эффективных технологий. Однако эти усовершенствованные системы по-
30 прежнему требуют существенного расхода энергии для приведения воды в парообразное состояние. Альтернативным способом обессоливания, основывающимся на испарении воды, является многоступенчатое выпаривание путем быстрого понижения давления, которое упоминалось выше. При многоступенчатом выпаривании путем быстрого понижения
давления используется вакуумная дистилляция. Вакуумная дистилляция включает кипячение воды при давлении ниже атмосферного путем создания разрежения в камере выпаривания. Вакуумная дистилляция протекает при намного более низкой температуре, чем многокорпусное выпаривание или 5 выпаривание со сжатием пара, и, поэтому, требует меньше энергии для испарения воды с целью отделения от нее примесей. Эта технология представляется особенно привлекательной в виду растущих цен на энергоносители.
ю [05] Из альтернативных технологий обессоливания могут быть названы процессы, основывающиеся на мембранных эффектах, такие как обратный осмос, реверсивный электродиализ, нанофильтрация, прямой осмос и мембранная дистилляция. Из вышеперечисленных технологий наиболее широкое применение нашел обратный осмос. В обратном осмосе для
15 отделения от воды соли и других примесей используются полупроницаемые мембраны и оборудование, обеспечивающее давление. Мембраны для обратного осмоса считаются избирательными. Это значит, что мембрана обладает высокой степенью проницаемости для молекул воды и в то же время высокой степенью непроницаемости для соли и других примесей,
20 растворенных в воде. Сами мембраны заключены в дорогие контейнеры, находящиеся под высоким давлением. Эти контейнеры поддерживают мембраны в таком положении, при котором обеспечивается максимальная площадь поверхности и прохождение соленой воды сквозь нее. Обычно в системах обессоливания, основывающихся на осмосе, применяется одна из
25 двух технологий получения высокого давления, а именно: (1) с помощью насосов высокого давления или (2) с помощью центрифуг. Насос высокого давления способствует фильтрации соленой воды сквозь мембрану. Давление в системе варьирует в соответствии с параметрами насоса и осмотическим давлением соленой воды. Осмотическое давление зависит от
30 температуры раствора и концентрации растворенной в нем соли.
Альтернативная технология, использующая центрифуги, обычно более эффективна, но ее осуществление связано с большими трудностями. Центрифуга закручивает раствор на высокой скорости, благодаря чему обеспечивается разделение находящихся в растворе материалов,
различающихся плотностью. При использовании мембраны находящиеся во взвешенном состоянии соли и другие примеси получают постоянное радиальное ускорение вдоль мембраны. Одной из обычных проблем, связанных с использованием технологии обратного осмоса, является 5 удаление взвешенных солей и засорение мембраны в процессе эксплуатации.
[06] Эксплуатационные расходы установок обессоливания воды с помощью обратного осмоса определяются в первую очередь энергетическими
ю затратами на привод насоса высокого давления или центрифуги. В качестве средства борьбы с ростом стоимости энергии при использовании уже энергозатратных процессов система обратного осмоса может быть скомбинирована с системой регенерации, утилизирующей гидравлическую энергию. Благодаря такому решению обеспечивается возможность
15 утилизации части затрачиваемой энергии. В системах, использующих высокие рабочие давления и большие объемы соленой воды, для регенерации энергии могут быть использованы, например, паровые турбины. Регенерация энергии с помощью паровой турбины обеспечивается при наличии перепада гидравлического давления. Таким образом, в системе
20 обратного осмоса, основывающейся на разнице давлений на разных сторонах мембраны, обеспечивается возможность регенерации энергии. Давление на стороне соленой воды намного выше давления на стороне обессоленной воды. Благодаря этому перепаду давления обеспечивается возможность регенерации значительной энергии с помощью паровой
25 турбины. Таким образом, энергия, обеспечивающая разницу давлений по разные стороны мембраны для обратного осмоса, используется, а не тратится полностью бесполезно. Регенерированная энергия может быть использована для привода любых компонентов системы, включая насос высокого давления или центрифугу. Паровые турбины способствуют
30 уменьшению общих энергетических затрат на обессоливание.
[07] В общем случае системы на основе обратного осмоса потребляют меньше энергии, чем системы термальной дистилляции и, поэтому, являются более экономичными. Обратный осмос хорошо работает с солоноватыми
водными растворами, однако в случае более соленых растворов, например, океанской воды система обратного осмоса может оказаться перегруженной и неэффективной. К другим, менее эффективным технологиям обессоливания относятся ионообменная технология, вымораживание, геотермальное 5 обессоливание, солнечное увлажнение, метангидрантая кристаллизация, высококачественная регенерация воды или гипертермическая технология с использованием радиоволн. Как бы то ни было, процесс обессоливания воды остается энергоемким. Дальнейшие расходы и экономическая рентабельность продолжают зависеть как от стоимости технологии ю обессоливания, так и от стоимости энергии, необходимой для работы системы обессоливания воды.
[08] В качестве альтернативного способа обессоливания в патенте США № 4.891.140 на имя Берк-младший (Burke, Jr.) раскрывается способ
15 отделения и удаления из воды растворенных в ней минеральных и
органических веществ путем деструктивной дистилляции. При этом способе воду нагревают до получения пара, находящегося под контролируемым давлением. Частицы солей и других примесей выделяются из раствора по мере выпаривания воды. Процесс отделения солей и других примесей от
20 воды ускоряют с помощью встроенной гидроциклонной центрифуги. Через посредство теплообменника и гидравлического мотора нагретая и находящаяся под высоким давлением вода передает энергию обратно системе. Поэтому общее энергопотребление системы ниже, чем в процессах, рассматривавшихся выше. По существу, общее энергопотребление связано с
25 работой насоса и тепловыми потерями, имеющими место при работе
оборудования. Одним из преимуществ этого технического решения является отсутствие мембран и необходимости их замены. При этом способе обеспечивается удаление химических веществ и других примесей, которые в устройствах для обессоливания, использующих мембраны, привели бы к
30 повреждению этих устройств или выходу их из строя.
[09] Еще в одной публикации, патенте США № 4.287.026 на имя Уоллес (Wallace), раскрывается способ и устройство для удаления из соленой и солоноватой воды солей и других минеральных веществ и получения
питьевой воды. При этом способе воду пропускают через несколько ступеней обессоливания при высокой температуре и высоких скоростях центрифугирования. С гласно предпочтительным вариантам осуществления рассматриваемого способа закручиваемая вода разгоняется до скоростей до 5 числа Маха, равного двум, в результате чего обеспечивается эффективное отделение и суспендирование растворенных солей и других твердых примесей из выпариваемой воды. Суспендированные соли и другие минеральные вещества под действием центрифугирования оттесняются на периферию для выгрузки из системы отдельно от водяного пара. Затем
ю отделенный и очищенный водяной пар подвергается конденсации для
получения питьевой воды. Такая система для эффективной и экономичной очистки воды требует для своей работы значительно меньше энергии, чем система, работающая на принципе обратного осмоса или подобные ей системы фильтрации. Один из недостатков этого технического решения
15 состоит в том, что в вертикальной камере присутствует вращающийся вал. В результате этого секции этого вращающегося вала наглухо закреплены на базовой части с помощью подшипника или крышки подшипника. При высоких скоростях вращения (например, при числе Маха больше единицы) возникают вибрации, приводящие к повреждениям вала и его уплотнения. Еще один
20 недостаток рассматриваемой системы связан с тем, что ряд камер
скреплены вместе болтовыми соединениями с образованием корпусных секций. С этими корпусными секциями через посредство кольцевых уплотнительных прокладок соединены перфорированные пластины. Так как многочисленные корпусные секции соединены между собой с помощью
25 болтов и гаек, в ходе эксплуатации при проникновении соли корпусные уплотнения и упомянутые кольцевые уплотнительные прокладки изнашиваются. Особенно трудоемким является процесс сборки этой системы. Трудоемким является также процесс ее технического обслуживания, так как много времени требует разборка каждой корпусной
30 секции, содержащей кольцевые уплотнительные прокладки, болты и гайки. Разумеется, после проведения технического обслуживания устройство должно быть снова собрано. Каждая корпусная секция должна быть возвращена на место с обеспечением надлежащего уплотнения между корпусными секциями. Этой системе также присущи проблемы, связанные с
вращением и техническим обслуживанием, возникающие со временем, например, протекание кольцевых уплотнительных прокладок. Кроме того, вращающийся вал связан с источником привода через посредство зубчатой передачи, что усугубляет упоминавшуюся выше проблему надежности, 5 связанную с подшипниками, валами и уплотнительными прокладками. В этой системе также не предусматриваются средства для регулирования скорости вращения секций вала в соответствии с осмотическим давлением соленой воды, подлежащей обессоливанию. Таким образом, рассматриваемая установка для обессоливания не так эффективна, как другие современные ю устройства для обессоливания.
[10] Таким образом, в отрасли существует потребность в усовершенствованной системе для обессоливания воды, содержащей чувствительные элементы для текущего контроля в режиме реального
15 времени информации о системе и органах управления для настройки механической работы системы с целью максимизации эффекта очистки воды, например, обессоливания воды, и минимизации энергопотребления. Такая система должна была бы также предусматривать многократные циклы регенерации с целью достижения выхода питьевой воды от приблизительно
20 80% до приблизительно 96-99%, при этом должна наличествовать встроенная полимерная регенерационная подсистема для извлечения следовых элементов остаточных соединений, и энергопотребление системы обессоливания должно быть меньше, чем у других известных в отрасли систем обессоливания. Предлагаемое изобретение удовлетворяет эту
25 потребность и обеспечивает достижение других преимуществ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[11] Предлагаемое изобретение направлено на создание системы для обработки текучих сред, в частности, для очистки или обессоливания воды, а также генерирования водяного пара, в том числе как конечного продукта. 35 Являющаяся предметом предлагаемого изобретения система содержит удлиненную рабочую емкость, внутреннее пространство которой образует
внутреннюю камеру. Эта удлиненная рабочая емкость ориентирована в целом горизонтально. Удлиненная рабочая емкость имеет впускной порт для текучей среды, выполненный с возможностью введения через него текучей среды в удлиненную рабочую емкость. Внутри упомянутой внутренней 5 камеры предусмотрена некоторая совокупность лотков, отделенных друг от друга расстоянием. Упомянутые лотки содержат сквозные черпаки, выполненные с возможностью прохождения через них обрабатываемой текучей среды - как жидкой, так и паровой фазы. Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого изобретения
ю упомянутые сквозные черпаки имеют входное отверстие первого диаметра и выходное отверстие второго диаметра, при этом второй диаметр меньше первого диаметра. Предусмотрена также некоторая совокупность отклоняющих перегородок, обычно выполненных в виде перфорированных пластин, которые установлены между лотками. В каждой отклоняющей
15 перегородке имееггся совокупность каналов, выполненных с возможностью прохождения через них обрабатываемой текучей среды - как жидкой, так и паровой фазы. Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого изобретения упомянутые каналы имеют входное отверстие первого диаметра и выходное отверстие второго диаметра, при этом второй
20 диаметр меньше первого диаметра. Согласно одному из возможных
вариантов осуществления предлагаемого изобретения по меньшей мере одна отклоняющая перегородка снабжена направителем потока, который простирается от ее лицевой поверхности и выполнен с возможностью направлять поток: воды и водяного пара к периферии отклоняющей
25 перегородки.
[12] Сквозь упомянутые отклоняющие перегородки проходит установленный с возможностью вращения приводной вал, который скреплен с лотком таким образом, что обеспечена возможность вращения лотков под 30 его действием внутри внутренней камеры, в то время как отклоняющие перегородки остаются неподвижными. Этот приводной вал приводится во вращение с помощью привода. Между отклоняющими перегородками и приводным валом обычным образом обеспечен зазор, либо проложен слой
или муфта из материала с низким коэффициентом трения, либо установлены подшипники.
[13] Удлиненная рабочая емкость снабжена выходным отверстием для 5 примесей, которое обычным образом сообщено с удлиненной рабочей
емкостью для воды, содержащей примеси. В упомянутой внутренней камере за вращаемыми лотками и отклоняющими перегородками расположен внутренний цилиндр. Упомянутый внутренний цилиндр расположен вблизи упомянутого выходного отверстия для примесей. Кроме того, удлиненная
ю рабочая емкость снабжена выпускным портом для водяного пара, который соединен с регенерационным резервуаром для конденсации пара и получения воды. Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения в системе предусмотрен по меньшей мере один резервуар для подлежащей обработке воды, содержащей примеси, который
15 сообщен с удлиненной рабочей емкостью для повторной обработки воды, содержащей примеси, путем повторного пропускания ее через систему.
[14] Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено использование контроллера для
20 регулирования скорости вращения вала или впуска воды в удлиненную
рабочую емкость. С упомянутым контроллером соединен по меньшей мере один чувствительный элемент. Упомянутый по меньшей мере один чувствительный элемент выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорости вращения
25 приводного вала или вращаемых лотков, (2) давления во внутренней камере, (3) температуры воды или водяного пара, (4) интенсивности входящего потока обрабатываемой текучей среды, или (5) уровня загрязненной жидкости, подлежащей обработке.
30 [15] Согласно одному из возможных вариантов осуществления
предлагаемого изобретения выполненное в удлиненной рабочей емкости выходное отверстие для водяного пара соединено с паровой турбиной, которая функционально соединена с электрическим генератором. Подлежащую обработке текучую среду нагревают до температуры, по
35 меньшей мере равной температуре ее кипения, так что образуется пар,
который пропускают через паровую турбину, функционально соединенную с электрическим генератором. Между паровой турбиной и входным отверстием удлиненной рабочей емкости для воды может быть расположена возвратная линия обрабатываемой текучей среды. Согласно альтернативным вариантам 5 осуществления предлагаемого изобретения может быть предусмотрено простирание вала за пределы удлиненной рабочей емкости, причем вал непосредственно либо опосредованно соединен с электрическим генератором.
ю [16] Согласно одному из особо предпочтительных вариантов
осуществления предлагаемого изобретения система может быть соединена с передвижной стержневой конструкцией, которая может, например, перевозиться на прицепе, в сопряжении со стандартным (соответствующим стандарту ISO) контейнером и т.д.
[17] Способ очистки воды и генерирования пара согласно предлагаемому изобретению включает операцию введения в рабочую емкость подлежащей обработке текучей среды, содержащей примеси. Эта текучая среда пропускается через расположенные последовательно вращаемые лотки,
20 которые чередуются с располагающимися между ними неподвижными отклоняющими перегородками, так что обеспечивается завихрение и нагревание обрабатываемой текучей среды с целью способствовать ее испарению для образования пара, от которого отделены по меньшей мере некоторые примеси. Обычно текучая среда нагревается до температуры по
25 меньшей мере 100°F ("37,78°C), но меньше, чем 212°F (100°С), если система не содержит паровой турбины и электрического генератора. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения температуру пара повышают до температуры пастеризации. Это достигается путем доведения скорости вращения лотков до величины, при которой
зо температура пара достигает температуры пастеризации.
[18] Из рабочей емкости пар отводится, для того чтобы его конденсация проходила отдельно от отделенных примесей и остальной текучей среды. Пар пропускают через регенерационный резервуар, имеющий разделенные 35 расстоянием элементы на пути потока пара для его коалесценции
(каплеобразование с последующим слиянием капель) или конденсации и получения жидкости.
[19] Согласно одному из возможных вариантов осуществления 5 предлагаемого изобретения осуществляется считывание определенных параметров или условий, в число которых входит по меньшей мере один из следующих параметров/условий: (1) поступление обрабатываемой текучей среды в рабочую емкость, (2) скорость вращения вращаемых лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура обрабатываемой текучей
ю среды, или (5) концентрация отделяемых примесей. Скорость вращения
вращаемых лотков или расход воды, поступающей в рабочую емкость, могут регулироваться в соответствии со считываемым значением. Концентрация отделяемых примесей и текучей среды в резервуаре или концентрация примесей в обрабатываемой рабочей среде также могут считываться, а
15 отделенные примеси и текучая среда могут подвергаться повторной обработке путем рециркуляции их через рабочую емкость.
[20] Предлагаемая система для обработки текучих сред содержит удлиненную рабочую емкость, которая имеет впускной порт для подлежащей
20 обработке текучей среды, и снабжена валом, проходящим во внутреннем пространстве упомянутой удлиненной рабочей емкости. Предлагаемая система также снабжена средством для центрифугирования и осевого сжатия в объеме удлиненной рабочей емкости обрабатываемой текучей среды, в качестве которой может использоваться как жидкость, так и пар, но
25 в первую очередь пар. Кроме того, предлагаемая система снабжена средством для приведения во вращение упомянутого вала с целью приведения в действие упомянутого средства для центрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды. Удлиненная рабочая емкость имеет также выпускной порт для текучей среды, при этом
зо предпочтительным представляется такое решение, при котором упомянутый выпускной порт для текучей среды отдельно содержит порт для выпуска жидкости и порт для выпуска пара.
[21] Упомянутое средство для цетрифугирования и осевого сжатия 35 обрабатываемой текучей среды содержит набор пространственно
разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, который далее будет называться ближним набором пространственно разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок. Упомянутые вращаемые лотки 5 прикреплены к приводному валу и содержат совокупность сквозных черпаков, которые выполнены с возможностью прохождения через них обрабатываемой текучей среды - как жидкой, так и паровой фазы. Что касается отклоняющих перегородок, то они прикреплены к конструкции рабочей емкости, и в них выполнены отверстия или каналы, ю обеспечивающие возможность прохождения через них обрабатываемой текучей среды - как жидкой, так и паровой фазы.
[22] Упомянутое средство для приведения во вращение приводного вала также содержит набор пространственно разделенных чередующихся
15 вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, который далее будет называться дальним набором пространственно разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок и работает как неосвещенная газовая турбина или водяная / гидравлическая турбина. Как и в случае средства для центрифугирования и осевого сжатия
20 обрабатываемой текучей среды, вращаемые лотки прикреплены к
приводному валу и снабжены сквозными черпаками, которые выполнены с возможностью прохождения через них обрабатываемой текучей среды. Что касается отклоняющих перегородок, то они прикреплены к конструкции рабочей емкости, и в них выполнены отверстия или каналы,
25 обеспечивающие возможность прохождения через них обрабатываемой текучей среды. Согласно одному из конкретных вариантов осуществления предлагаемого изобретения применено решение, при котором упомянутые сквозные черпаки, выполненные на вращаемых лотках, относящихся к средству для цетрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой текучей
зо среды, ориентированы под углом, который отличается от угла, под которым ориентированы сквозные черпаки, выполненные на вращаемых лотках, относящихся к средству для приведения во вращение приводного вала.
[23] Кроме того, предлагаемая система содержит средство для осевого перекачивания обрабатываемой текучей среды через удлиненную рабочую емкость. Это средство для осевого перекачивания содержит впускную камеру, которая расположена между впускным портом для обрабатываемой 5 текучей среды и упомянутым средством для центрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды. Как только система выходит на рабочую скорость вращения, упомянутая впускная камера начинает работать как осевой насос.
ю [24] В процессе работы средства для центрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды обеспечивается испарение по меньшей мере части обрабатываемой текучей среды за счет кавитации, так что текучая среда содержит неиспарившиеся растворенные твердые вещества, жидкость и пар. Средство для цетрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой
15 текучей среды обеспечивает центробежное сжатие текучей среды, в результате чего неиспарившиеся растворенные твердые вещества и по меньшей мере часть жидкости движутся по направлению к наружной стенке рабочей емкости. Средство для центрифугирования и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды обеспечивает осевое сжатие потока
20 жидкости и пара, повышая давление текучей среды.
[25] Кроме того, в состав предлагаемой системы входит средство для выпускания текучей среды через отдельные выпускные порты для жидкой фазы и для паровой фазы. Это средство для выпускания текучей среды
25 содержит выпускную камеру, которая снабжена внутренней муфтой,
задающей кольцеобразный канал, сообщающийся с выпускным портом для жидкости. Результатом разделения текучей среды с подачей жидкой фазы и паровой фазы на отдельные выпускные порты является понижение давления и физическое разделение неиспаряющихся растворенных твердых веществ и
зо жидкости с одной стороны и пара с другой стороны.
[26] Являющийся предметом предлагаемого изобретения способ обработки текучих сред содержит операцию закачивания обрабатываемой текучей среды через впускной порт текучей среды, выполненный в 35 удлиненной рабочей емкости, через внутреннее пространство которой
проходит вал. Кроме того, предлагаемый способ содержит операцию для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды, проходящей через упомянутую удлиненную рабочую емкость, и операцию приведения во вращение вала с целью осуществления упомянутой операции 5 для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды. Кроме того, предлагаемый способ содержит также операцию выпускания текучей среды через выпускной порт текучей среды, выполненный в удлиненной рабочей емкости.
ю [27] При осуществлении упомянутой операции для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды имеет место пропускание обрабатываемой текучей среды через набор пространственно разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, который далее будет называться ближним набором пространственно
15 разделенных вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, при этом упомянутые вращаемые лотки прикреплены к приводному валу, а упомянутые отклоняющие перегородки прикреплены к конструкции удлиненной рабочей емкости.
20 [28] При осуществлении упомянутой операции приведения во вращение приводного вала имеет место прохождение обрабатываемой текучей среды через набор пространственно разделенных чередующихся вращаемых -лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, который далее будет называться дальним набором пространственно разделенных чередующихся
25 вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок, при этом упомянутые вращаемые лотки прикреплены к приводному валу, а упомянутые отклоняющие перегородки прикреплены к конструкции удлиненной рабочей емкости. Упомянутый дальний набор пространственно разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих
зо перегородок работает как неосвещенная газовая турбина или водяная /
гидравлическая турбина. При упомянутом пропускании текучей среды через ближний и дальний наборы пространственно разделенных чередующихся вращаемых лотков и неподвижных отклоняющих перегородок имеет место прохождение этой текучей среды через совокупность сквозных черпаков,
которые выполнены на упомянутых вращаемых лотках, и через совокупность отверстий, выполненных в упомянутых отклоняющих перегородках.
[29] При осуществлении упомянутой операции закачивания 5 обрабатываемой текучей среды последняя закачивается в удлиненную рабочую емкость и перекачивается в ней в осевом направлении. При этом осевом перекачивании обрабатываемая текучая среда прежде, чем подвергнуться операции для центробежного и осевого сжатия, проходит через впускную камеру. Упомянутая впускная камера работает как осевой ю насос, который начинает осевое перекачивание, как только система выходит на рабочую скорость вращения.
[30] При осуществлении упомянутой операции для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды имеет место испарение по
15 меньшей мере части обрабатываемой текучей среды за счет кавитации, так что текучая среда содержит неиспарившиеся растворенные твердые вещества, жидкость и пар. Кроме того, при осуществлении упомянутой операции для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды имеет место перемещение упомянутых неиспарившихся
20 растворенных твердых веществ и по меньшей мере части жидкости по направлению к наружной стенке рабочей емкости. Кроме того, при осуществлении упомянутой операции для центробежного и осевого сжатия обрабатываемой текучей среды имеет место повышение давления текучей среды по причине осевого сжатия жидкой и паровой фаз. При осуществлении
25 упомянутой операции выпускания текучей среды имеет место физическое разделение неиспаряющихся растворенных твердых веществ и жидкости с одной стороны и пара с другой стороны, выпускание упомянутых неиспаряющихся растворенных твердых веществ и жидкостей через выпускной порт для жидкой фазы и выпускание пара через выпускной порт
зо для паровой фазы. Кроме того, предлагаемый способ содержит операцию понижения давления текучей среды в выпускной камере.
[31] Другие признаки и преимущества предлагаемого изобретения станут понятны из дальнейшего более подробного описания со ссылками на
прилагаемые графические материалы, на которых принципы предлагаемого изобретения иллюстрируются на примерах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[32] Прилагаемые чертежи иллюстрируют предлагаемое изобретение.
[33] На фиг. 1 система очистки воды и генерирования пара согласно предлагаемому изобретению схематично показана на виде сверху в частичном разрезе.
15 [34] На фиг. 2 система, изображенная на фиг. 1, схематично показана на виде сбоку в частичном разрезе.
- [35] На фиг. 3 на виде сверху показана рабочая емкость, в которой осуществляется обработка воды, при этом верхняя часть рабочей емкости 20 снята.
[36] На фиг. 4 установленная горизонтально и скрепленная с передвижной стержневой конструкцией согласно предлагаемому изобретению рабочая емкость, в которой осуществляется обработка воды, показана с торца.
[37] На фиг. 5 на виде сверху показан вращающийся лоток, снабженный совокупностью сквозных черпаков.
[38] На фиг. 6 часть вращаемого лотка и расположенный на нем сквозной зо черпак показаны в поперечном разрезе.
[39] На фиг. 7 на виде сверху показана отклоняющая перегородка, используемая в системе согласно предлагаемому изобретению.
35 [40] На фиг. 8 на виде сбоку показана отклоняющая перегородка, снабженная расположенным перед ней направителем потока.
[41] На фиг. 9 часть отклоняющей перегородки показана в поперечном разрезе, так что виден выполненный в ней сужающийся канал.
[42] На фиг. 10 схематично показан электрический двигатель, соединенный с трансмиссией и через нее с валом рабочей емкости, в которой осуществляется обработка воды согласно предлагаемому изобретению.
[43] На фиг. 11 схематично на виде сверху в частичном разрезе показана система очистки воды и генерирования пара согласно предлагаемому изобретению, подобная изображенной на фиг. 1, но дополнительно снабженная управляющим блоком и различными чувствительными Ю элементами согласно предлагаемому изобретению.
[44] На фиг. 12 схематично на виде сверху в частичном разрезе показана система очистки ЕЮДЫ И генерирования пара согласно предлагаемому изобретению, снабженная паровой турбиной и электрическим генератором.
[45] На фиг. 13 рабочая емкость, в которой осуществляется обработка ** "воды, показана с торца, при этом видно выходное отверстие для пара.
[46] На фиг. 14 система, изображенная на фиг. 12, схематично показана на 20 виде сбоку.
[47] На фиг. 15 на виде спереди с частичным разрезом схематично показана система очистки воды и генерирования пара согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения.
[48] На фиг. 16 в увеличенном масштабе показаны вращаемые лотки и отклоняющие перегородки системы, изображенной на фиг. 15, находящиеся в обведенной окружностью области 16 (на фиг. 15).
зо [49] На фиг. 17 в аксонометрии снизу удлиненная рабочая емкость, относящаяся к системе, изображенной на фиг. 15, схематично показана снаружи, при этом показаны впускные и выпускные порты.
[50] На фиг. 18 удлиненная рабочая емкость, изображенная на фиг. 17, 35 показана в аксонометрии с разрезом по плоскости 18-18.
[51] На фиг. 19 13 аксонометрии показан относящийся к системе, изображенной на фиг. 15, приводной вал с вращаемыми лотками и отклоняющими перегородками.
5 [52] На фиг. 20 изображен лоток, относящийся к системе, изображенной на фиг. 15.
[53] На фиг. 21 изображена отклоняющая перегородка, относящаяся к системе, изображенной на фиг. 15.
[54] На фиг. 22 лоток, изображенный на фиг. 20, показан на виде по направлению 22 - 22 (см. фиг. 20).
[55] На фиг. 23 лоток, изображенный на фиг. 20, показан на виде с 15 противоположного направления (направление 23 - 23 на фиг. 20).
[56] На фиг. 24 отклоняющая перегородка, изображенная на фиг. 21, показана на виде по направлению 24 - 24 (см. фиг. 21).
20 [57] На фиг. 25 в аксонометрии с частичным разрезом показаны вал, лоток и отклоняющая перегородка в том виде, как они расположены в удлиненной рабочей емкости.
[58] На фиг. 26 в аксонометрии с разрезом по плоскости 26 - 26 показан 25 лоток, изображенный на фиг. 20.
[59] На фиг. 27 в аксонометрии с разрезом по плоскости 27 - 27 показана отклоняющая перегородка, изображенная на фиг. 21.
зо [60] На фиг. 28 схематично изображен экран управления системой согласно предлагаемому изобретению.
[61] На фиг. 29 схематично проиллюстрированы процессы, имеющие место в различных точках при прохождении текучей среды через удлиненную 35 рабочую емкость, в системе согласно предлагаемому изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[62] На прилагаемых чертежах в иллюстративных целях показано, что предлагаемое изобретение состоит в способе и системе для очистки воды и 5 генерирования водяного пара. Способ и система согласно предлагаемому изобретению особенно пригодны для обессоливания соленой воды, например, океанской воды или другой солоноватой воды, а также речной воды или других жидкостей и(или) суспензий. В иллюстративных целях предпочтение здесь отдается этому применению, хотя специалистам в
ю данной отрасли должно быть понятно, что способ и система согласно
предлагаемому изобретению могут быть использованы для очистки и других водных источников. Предлагаемое изобретение может найти применение для удаления растворенных или находящихся во взвешенном состоянии твердых веществ (то есть, для очисти), а также тяжелых металлов и других
15 загрязняющих примесей. Кроме того, как более полно будет описано далее, способ и система согласно предлагаемому изобретению могут быть использованы для относительно чистой воды с целью производства водяного пара как конечного продукта, который имеет температуру и давление, достаточные для пропускания этого пара через паровую турбину,
20 функционально соединенную с электрическим генератором с целью производства электрической энергии, или же полученный пар может использоваться для отопления и других применений.
[63] В последующем описании раскрываются некоторые варианты 25 осуществления способа и системы для очистки воды и генерирования водяного пара согласно предлагаемому изобретению. На протяжении описания этих вариантов со ссылками на прилагаемые графические материалы функционально эквивалентные компоненты обозначаются одинаковыми числовыми ссылочными обозначениями.
[64] Как можно видеть на фиг.1 и фиг.2, система 10 содержит рабочую емкость 12, внутреннее пространство которой образует внутреннюю камеру 14, при этом из воды удаляются соль и другие растворенные твердые вещества и примеси с целью получения практически свободной от 35 минеральных примесей питьевой воды. Согласно одному из возможных
вариантов осуществления предлагаемого изобретения вода, содержащая примеси, поступает в рабочую емкость 12 из расходного резервуара 16 через клапанный впускной порт 18 по соединенной с расходным резервуаром трубе 20. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого 5 изобретения упомянутый клапанный впускной порт 18 врезан в удлиненную рабочую емкость в боковом направлении через ее боковую стенку. В альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения клапанный впускной порт 18 может быть расположен как описывается ниже. Источником воды, подлежащей обработке, может служить море или океан, а ю также может подвергаться обработке солоноватая вода другого
происхождения, или даже вода, загрязненная другими примесями. Кроме того, предлагаемым изобретением предусматривается подача подлежащей обработке загрязненной воды непосредственно из источника, то есть, без необходимости использования расходного резервуара 16.
[65] Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированному на фиг.З, рабочая емкость 12 содержит нижний корпус 12а и верхний корпус 12Ь, причем эти нижний и верхний корпусы 12а и12Ь могут быть растворены
20 или иным образом разъединены, так что обеспёчивается доступ к содержимому внутренней камеры 14 рабочей емкости 12. Кроме того, рабочая камера 12 с точки зрения конструкции может быть выполнена в виде единого корпуса, а не в виде верхнего и нижнего корпусов. Внутри внутренней камеры 14 рабочей емкости 12 содержится некоторая
25 совокупность выполненных с возможностью вращения вращаемых лотков 22, отделенных друг от друга расстоянием, при этом между соседними вращаемыми лотками 22 расположена отклоняющая перегородка 24. Как более полно будет описано далее, вращаемые лотки 22 снабжены сквозными черпаками 26, а отклоняющие перегородки 24 выполнены в виде
зо пластин, в которых выполнены сквозные каналы 28. Отклоняющие перегородки 24 прикреплены к конструкции рабочей емкости 12 таким образом, что обеспечивается их неподвижное состояние. Отклоняющие перегородки 24 могут иметь нижнюю часть, расположенную в нижнем полукорпусе 12а рабочей емкости 12, и верхнюю часть, расположенную в
верхнем полукорпусе 12b рабочей емкости 12, образующие единую отклоняющую перегородку, когда нижний и верхний полукорпусы 12а и 12Ь рабочей емкости 12 соединены между собой и створены, или же каждая отклоняющая перегородка 24 может представлять собой единую деталь, 5 которая прикреплена к конструкции либо нижнего полукорпуса 12а, либо верхнего полукорпуса 12Ь рабочей емкости 12, и при этом остается неподвижной при пропускании через нее воды или водяного пара.
[66] Способ и система согласно предлагаемому изобретению
ю предусматривают использование регулятора переменной частоты 30, выполненного с возможностью регулирования скорости, с которой электрический двигатель 32 приводит во вращение трансмиссию 34 и соответствующий приводной вал 36. Упомянутый приводной вал 36 с возможностью вращения соединен с подшипниками или аналогичными
15 элементами, обычно нефрикционными подшипниками, смазываемыми
синтетическим маслом, муфтами Шмитта или керамическими подшипниками 38 и 40, установленными на противоположных концах рабочей емкости 12. Приводной вал 36 простирается сквозь вращаемые лотки 22 и отклоняющие перегородки 24 таким образом, что при вращении приводного вала 36
20 приводятся во вращение только вращаемые лотки 22. То есть, вращаемые лотки 22 скреплены с приводным валом 36. Между выполненным с возможностью вращения приводным валом 36 и представляющими собой неподвижные пластины, снабженные отверстиями, отклоняющими перегородками 24 с целью уменьшения трения между ними, а также с целью
25 стабилизации и поддержки приводного вала при его вращении размещают подшипники или слой или муфту из материала с низким коэффициентом трения, такого как, например, тефлон. Следует заметить, однако, что использование тефлона представляется нежелательным, так как он может истираться и загрязнять текучую среду.
[67] Как можно видеть на прилагаемых графических материалах, рабочая емкость 12 ориентирована практически горизонтально. Этим система согласно предлагаемому изобретению радикально отличается от системы, описанной в упоминавшемся ранее патенте США № 4 287 026 (на имя
Уоллес), в которой емкость, в которой осуществляется обработка воды, ориентирована практически вертикально, и верхний конец вращающегося вала закреплен с помощью подшипника и крышки подшипника, поддерживаемой самой рабочей емкостью. В результате такого решения
5 секции вращающегося вала наглухо закреплены только в базовой части. При высоких скоростях вращения вибрации, возникающие в системе, приводят к скорому отказу подшипников, вала и уплотнений. В противоположность этому, при горизонтальном расположении рабочей емкости 12, скрепленной со стержневой конструкцией 42, обеспечивается распределение
10 вращательной нагрузки по длине рабочей емкости 12 и уменьшение
вибраций, в частности, гармонических вибраций, которые в ином случае могли бы привести к скорому отказу подшипников, вала и уплотнений. Кроме того, установка рабочей емкости 12 на стержневой конструкции 42 делает систему 10 передвижной, как это более подробно будет описано далее.
15 Обеспечение для быстро вращающегося приводного вала 36 поддержки в местах его прохождения сквозь отклоняющие перегородки 24 способствует дальнейшей стабилизации вала и системы в целом и уменьшению вибраций и причиняемого ими вреда.
20 [68] Как указано выше, вращение приводного вала 36 и вращаемых лотков 22 происходит с очень высокой скоростью, например, со скоростью, достигающей числа Маха, равного 2, хотя практика показала, что более эффективны несколько более низкие скорости, в частности, число Маха 1,7. Под действием этого вращательного движения происходит прохождение
25 воды через сквозные черпаки 26, которые установлены на вращаемых лотках 22, в результате чего происходит завихрение и нагревание воды с образованием водяного пара, при этом примеси, соли и другие растворенные в воде твердые вещества отделяются от водяного пара. Большая часть впускаемой в систему воды превращается в пар за счет (1) вакуумной
30 дистилляции и (2) кавитации, создаваемой ударным воздействием первого вращаемого лотка 22, при этом центробежное и осевое сжатие потока вызывает повышение температуры и давления, так как существует прямая связь между скоростью вращения вала и повышением или понижением температуры и(или) давления. Затем вода и водяной пар пропускаются через
сквозные каналы 28 отклоняющих перегородок 24 перед повторной обработкой путем пропускания через следующий вращающийся лоток 22, снабженный сквозными черпаками 26. Лотки 22 и отклоняющие перегородки 24 выполнены таким образом, чтобы минимизировать или устранять 5 сопротивление среды и трение при вращении приводного вала 36 путем обеспечения достаточного зазора по периферии вращаемых лотков 22 и в области центрального отверстия 59, выполненного в отклоняющих перегородках 24. В то же самое время для повышения эффективности работы системы требуется минимизация утечки среды через зазоры по 10 периферии лотков 22 и через упомянутое центральное отверстие 59 в отклоняющих перегородках 24.
[69] По мере прохождения воды и водяного пара через каждую рабочую подкамеру рабочей емкости 12 температура водяного пара повышается, так
15 что генерируется дополнительный водяной пар, не содержащий солей, растворенных твердых веществ и других примесей, которые остаются в остающейся жидкой фазе. Под действием центробежных сил вода и примеси оттесняются к стенке внутренней камеры 14 и попадают в каналы 44, с помощью которых примесям и неиспарившейся воде (рассолу) придается
20 направление к выпускному порту 46. Генерируемый водяной пар проходит через выпускной порт 48 для водяного пара, выполненный в рабочей емкости 12. Таким образом осуществляется разделение водяного пара с одной стороны и примесей и оставшейся воды с другой стороны.
25 [70] Как описано выше, вращаемые лотки 22 приводятся во вращение с помощью приводного вала 36. Выше указывалось также, что приводной вал 36 во внутреннем пространстве рабочей емкости 12 опирается на некоторую совокупность подшипников. Эти подшипники обычно представляют собой нефрикционные подшипники, смазываемые синтетическим маслом, они
30 выполнены из стали или из керамического материала. В известных из уровня техники системах обессоливания используются стандартные роликовые подшипники, которые в условиях высоких скоростей вращения и высоких температур вышли бы из строя. Таким образом, системы обессоливания, известные из уровня техники, снабженные стандартными роликовыми
подшипниками, имеют высокую интенсивность отказов. Согласно предлагаемому изобретению используются смазываемые нефрикционные подшипники, герметизированные стальные шариковые подшипники или керамические подшипники 38 и 40, которые более долговечны, чем 5 стандартные роликовые подшипники, и реже выходят из строя в условиях высоких скоростей вращения и высоких температур. Кроме того, приводной вал 36 может иметь промежуточную опору на выполненные из материала с низким коэффициентом трения, такого как тефлон, муфты или подшипники 50, расположенные между каждой отклоняющей перегородкой 24 и ю приводным валом 36. Такое решение дополнительно способствует
равномерности распределения веса приводного вала 36 и действующих на него сил и способствует, тем самым, повышению работоспособности и увеличению долговечности системы.
15 [71] На фиг. 5 и фиг. 6 проиллюстрирован пример осуществления вращаемого лотка 22, снабженного установленными на нем сквозными черпаками 26. На фиг. 5 показано только четырнадцать сквозных черпаков 26, однако должно быть понятно, что их количество может быть различным, на одном вращаемом лотке 22 их может быть несколько дюжин, а остальные
20 сквозные черпаки подразумеваются находящимися там, где показаны ограниченные пунктирными линиями дорожки.
[72] На фиг. 6 часть вращаемого лотка 22 показана в разрезе, проходящем через сквозной черпак 26. Согласно одному из особо предпочтительных
25 вариантов осуществления предлагаемого изобретения канал каждого
сквозного черпака 26 является сужающимся, так что диаметр его входного отверстия 52 больше, чем диаметр его выходного отверстия 54. Сквозной черпак 26 по существу представляет собой трубку Вентури, имеющую отверстие, ориентированное вертикально, или же входное отверстие 52,
зо практически перпендикулярное горизонтальной поверхности основания, выполненного с возможностью вращения вращаемого лотка 22. Благодаря сужающейся форме сквозных черпаков 26 при прохождении сквозь них жидкая фаза и паровая фаза получают ускорение, так как объем среды, входящей во входное отверстие 52, больше, чем объем среды, выходящей
из выходного отверстия 54. Уменьшение среды в объеме от входа к выходу сужающегося сквозного черпака 26 приводит, благодаря эффекту Вентури, к увеличению ее скорости. В результате этого жидкая вода и водяной пар подвергаются дальнейшему ускорению и перемешиванию, в результате чего 5 повышается их температура и давление. Это способствует дальнейшему отделению примесей от водяного пара. Сужающиеся сквозные черпаки 26 могут быть установлены на вращаемых лотках 22 с помощью любых средств, известных в данной отрасли.
[73] Кроме того, должно быть понятно, что распределенные по всей площади вращаемого лотка 22 сквозные черпаки 26 могут быть выполнены сужающимися в большей или меньшей степени, иметь те или иные размеры и присутствовать в том или ином количестве в зависимости от условий работы системы 10 согласно предлагаемому изобретению. Кроме того, угол наклона оси сквозного черпака 26, который в варианте, проиллюстрированном на фиг. 6, равен приблизительно 45°, может быть разным для разных вращаемых лотков 22. То есть, последовательное увеличение угла наклона оси сквозного черпака от одного вращаемого лотка к другому, например, от 25° до 31°, затем до 36°, затем до 40°, затем до 45° и т.д. осуществляется в соответствии с увеличением давления водяного пара, которое имеет место по мере прохождения водяного пара через рабочую емкость 12. Увеличение угла наклона оси сквозного черпака может использоваться также для дальнейшего перемешивания текучей среды, генерирования водяного пара и повышения давления водяного пара, что может быть использовано в паровой турбине, как это более подробно будет описано в дальнейшем.
[74] Обратимся теперь к фиг. 7 и фиг. 9. На фиг. 7 показана отклоняющая перегородка 24, выполненная в виде пластины, снабженной отверстиями. В зо рассматриваемом варианте отклоняющая перегородка 24 выполнена
состоящей из первого пластинчатого элемента 56 и второго пластинчатого элемента 58, которые соединены с внутренней поверхностью стенки рабочей емкости 12 с помощью соединительных элементов 60. В качестве упомянутых соединительных элементов 60 могут быть использованы болты,
шпильки, стяжки или другие подходящие соединительные элементы. В альтернативном варианте, описанном выше, отклоняющая перегородка 24 может быть выполнена в виде цельного элемента, который соединен либо с нижним корпусом 12а, либо с верхним корпусом 12Ь рабочей емкости 12. В 5 случае отклоняющей перегородки из двух пластинчатых элементов 56 и 58 представляется предпочтительным такое решение, при котором в закрытом положении рабочей емкости 12 эти пластинчатые элементы 56 и 58 соединены между собой с образованием единой отклоняющей перегородки 24.
[75] Как указывалось выше, в отклоняющей перегородке выполнены составляющие некоторую совокупность сквозные каналы 28. На фиг. 9 один из таких сквозных каналов 28 показан в осевом разрезе. Представляется предпочтительным такое решение, при котором у сквозного канала 28
15 диаметр его входного отверстия 62 больше, чем диаметр его выходного отверстия 62, так что сквозной канал 28 оказывается сужающимся, благодаря чему, по аналогии со сквозными черпаками 26, выполненными на вращаемых лотках 22, обеспечивается повышение давления и скорости проходящих через эти сквозные каналы 28 воды и водяного пара, в
20 результате чего происходит дальнейшее повышение температуры и генерирование дополнительного пара из воды. Аналогично тому, как это описывалось для сквозных черпаков 26, выполненные на вращаемых лотках 22 сквозные каналы 28 могут быть выполнены по всей площади отклоняющей перегородки 24, заполняя дорожки, ограниченные линиями.
25 Конкретное количество и размеры сквозных каналов 28 могут быть различными в зависимости от условий работы системы 10.
[76] На фиг. 8 показан приводной вал 36, пронизывающий вращаемый лоток 22. Согласно одному из возможных вариантов осуществления 30 предлагаемого изобретения в передней части вращаемого лотка 22
установлен имеющий коническую форму направитель потока 66. С целью улучшения парообразования и повышения выхода питьевой воды наклон направителя потока 66 может составлять, например, 45° для отклонения
остающейся воды и пара от приводного вала 36 по направлению к периферии или внешней кромке вращаемого лотка 22.
[77] Снова обратимся к фиг. 3 и фиг. 4. Как говорилось выше, согласно 5 одному из особо предпочтительных вариантов осуществления
предлагаемого изобретения рабочая емкость 12 образована из двух секций или корпусов 12а и 12Ь. При таком решении обеспечивается возможность быстрого осмотра рабочей емкости 12 и замены компонентов системы, если в этом возникает необходимость. Представляется предпочтительным такое
ю решение, при котором внутренняя камера 14 и другие компоненты системы, такие как вращаемые лотки 22, отклоняющие перегородки 24, приводной вал 36 и т.д., обработаны мелонитом или другим понижающим трение и коррозионно устойчивым веществом. Разумеется, эти компоненты могут быть выполнены из коррозионно устойчивых и имеющих низкий
15 коэффициент трения материалов, таких как, например, полированная
нержавеющая сталь. Представляется предпочтительным такое решение, при котором верхний и нижний корпусы 12а и 12Ь рабочей емкости 12 соединены между собой таким образом, что в закрытом состоянии обеспечивается непроницаемость рабочей емкости 12 для воздуха и воды. Кроме того, ввиду
20 парообразования во время работы 10 рабочая емкость 12, будучи в
закрытом состоянии, должна выдерживать высокие температуры и давления.
[78] Теперь обратимся к фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 10. Двигатель 32 и приводной вал 36 обычным образом соединены через посредство трансмиссии 34. В
25 качестве упомянутого двигателя 32 может быть использован двигатель внутреннего сгорания (работающий на бензине, на дизельном топливе, на природном газе и т.д.), электрический двигатель, газотурбинный двигатель или любое другое средство обеспечения привода. Скорость вращения трансмиссии 34 задается регулятором переменной частоты 30. Регулятор
30 переменной частоты 30 в первую очередь управляется
компьютеризированным управляющим блоком 68, что будет более полно описано далее. Приведение во вращение приводного вала 36 может осуществляться с помощью ременной или зубчатой передачи. Как описывается ниже, двигатель 32 может также соединяться с приводным
валом 36 напрямую. Как показано на фиг. 10, вал 70 двигателя 32 соединен с промежуточным валом 72 посредством приводного ремня 74. Упомянутый промежуточный вал 72 соединен с приводным валом 36 через посредство другого приводного ремня 76. Высокоскоростная промышленная система 5 приводных ремней и шкивов, изображенная на фиг. 10, выполнена с
возможностью приведения во вращение приводного вала 36, проходящего внутри рабочей емкости 12. Как можно видеть на фиг. 10, совокупность приводных ремней 74 и 76 и промежуточных валов 72 обеспечивает повышение выходной скорости вращения приводного вала 36 относительно
ю входной скорости вращения вала 70 двигателя 32. Разумеется, отношение входной скорости вращения к выходной скорости вращения можно менять путем изменения относительных скоростей вращения приводных ремней 74 и 76 и соответствующих промежуточных валов 72. Благодаря решению, при котором вал 70 электрического двигателя 32 соединен с приводным валом 36
15 через посредство приводных ремней 74 и 76 и промежуточного вала 72, с добавлением муфты Шмитта на приводном вале 36 между трансмиссией 34 и рабочей емкостью 12 предлагаемое изобретение позволяет избежать вибраций и решить проблемы надежности, являющиеся бичом известных до сих пор систем обессоливания.
[79] Как можно видеть на фиг. 1, водяной пар направляется через выпускной порт 48 для водяного пара, выполненный в рабочей емкости 12. Водяной пар проходит через регенерационную трубку 78 в регенерационный резервуар 80. Затем водяной пар конденсируется (происходит
25 каплеобразование с последующим слиянием капель), переходя внутри регенерационного резервуара 80 в жидкое состояние. Чтобы поспособствовать этому процессу, согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения на пути протекания потока водяного пара установлены образующие некоторую совокупность отдельные
30 элементы 82, которые могут быть выполнены, например, в виде люверсов, так чтобы на упомянутых люверсах происходила конденсация водяного пара (каплеобразование с последующим слиянием капель) и переход его в жидкое состояние. Полученная вода направляется в резервуар питьевой воды 84 или в резервуар 86 для пастеризации и хранения. Если в рабочей емкости 12
обеспечивается нагревание до температуры, необходимой для пастеризации, при которой убиваются вредные микроорганизмы, личинки дрейссены и другие вредные организмы, то резервуар 86 может быть использован просто для хранения воды.
[80] Теперь обратимся к прилагаемым чертежам с фиг. 15 по фиг. 27, на которых иллюстрируется еще один из предпочтительных вариантов осуществления системы 10 и рабочей емкости 12 для обработки воды согласно предлагаемому изобретению. На фиг. 15 показана целиком система
ю 10, включая рабочую емкость 12, которая выполнена в виде цельной конструкции. Согласно рассматриваемому варианту осуществления предлагаемого изобретения конструкция рабочей емкости 12 сходна с ее конструкцией согласно варианту, рассмотренному перед этим, включая такие ее компоненты, как внутренняя камера 14, клапанный впускной порт 18,
15 вращаемые лотки 22, снабженные сквозными черпаками 26, отклоняющие перегородки 24, в которых выполнены сквозные каналы 28, выпускной порт 46 для рассола и выпускной порт 48 для водяного пара. Упомянутый клапанный впускной порт 18 может содержать несколько каналов доступа в рабочую емкость 12, при этом представляется предпочтительным такое
20 решение, при котором количество этих каналов доступа по меньшей мере два. Эти обеспечиваемые клапанным впускным портом 18 каналы доступа расположены на конце рабочей емкости 12 вокруг приводного вала 36 с обеспечением наиболее распределения потока во внутренней камере 14. Упомянутый приводной вал 36, опирающийся на керамические подшипники
25 38 и 40, проходит через центры упомянутых вращаемых лотков 22 и отклоняющих перегородок 24.
[81] Вращаемые лотки 22 прикреплены к приводному валу 36 и простираются вовне по направлению к стенкам внутренней камеры 14, как 30 описывалось выиле. Представляется предпочтительным такое решение, при котором каждая из отклоняющих перегородок 24 выполнена как цельная деталь, которая простирается от стенок внутренней камеры 14 по направлению к приводному валу 36, и в которой выполнено центральное отверстие 59 такого диаметра, что обеспечивается некоторый зазор между
отклоняющей перегородкой 24 и приводным валом 36, как описывалось ранее. Представляется предпочтительным такое решение, при котором отклоняющие перегородки прикреплены к стенкам внутренней камеры с помощью таких соединительных элементов 60, как болты или шпильки, что 5 тоже описывалось ранее. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения рабочая емкость 12 снабжена шестью' вращаемыми лотками 22 и пятью отклоняющими перегородками 24, расположенными с чередованием вдоль внутренней камеры 14.
[82] Согласно рассматриваемому альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения в пространстве внутренней камеры 14 установлен внутренний цилиндр 45, который располагается вблизи выпускного порта 46 для рассола. Упомянутый внутренний цилиндр
15 45 имеет кольцеобразную форму, и его диаметр несколько меньше диаметра внутренней камеры 14. Внутренний цилиндр 45 простирается от некоторой точки за последним вращаемым лотком 22 до точки, расположенной сразу за упомянутым выпускным портом 46 для рассола. Между внутренним цилиндром 45 и наружной стенкой внутренней камеры 14 имеется
20 кольцеобразный канал 47. В случае типичного конструктивного решения
внутренний цилиндр 45 имеет длину приблизительно 6 дюймов (15,24 см), а ширина упомянутого кольцеобразного канала 47 составляет величину в диапазоне приблизительно от 1 дюйма (2,54 см) до VA дюйма (3,81 см). Этот кольцеобразный канал 47 захватывает рассол или загрязненную текучую
25 среду, которая отбрасывается от вращаемых лотков 22 при их вращении в направлении наружной стенки внутренней камеры 14, как описывалось ранее. Этот кольцеобразный канал 47 облегчает перемещение рассола или загрязненной текучей среды по направлению к выпускному порту 46 для рассола и минимизирует риск загрязнения выпускного порта для водяного
30 пара или скопления материала внутри внутренней камеры 14.
[83] На фиг. 16 в увеличенном масштабе показана область, включающая вращаемые лотки 22 и отклоняющие перегородки 24. На фиг. 16 можно ясно видеть, что отклоняющие перегородки 24 простираются от стенки рабочей
емкости 12 через пространство внутренней камеры 14, заканчиваясь вблизи приводного вала 36. Можно видеть также, как прикреплены к приводному валу 36 вращаемые лотки 36, снабженные сквозными черпаками 26, располагающиеся на вращаемых лотках 22, как описывалось ранее. 5 Представляется предпочтительным такое решение, при котором каждый
вращаемый лоток 22 снабжен отклоняющим конусом 66, который расположен таким образом, что с его помощью обеспечивается отклонение всякой текучей среды, протекающей вдоль приводного вала 36 (см. фиг. 8), как описывалось ранее. На фиг. 17 схематично показан внешний вид рабочей
ю емкости 12, при этом показаны впускные порты 18, выпускные порты 46 и 48, а также приводной вал 36. Концы рабочей емкости 12 закрыты и герметизированы обычным образом. Здесь они показаны открытыми в целях получения более ясной иллюстрации. На фиг. 18 рабочая емкость, изображенная на фиг. 17, показана в разрезе, при этом видны такие
15 внутренние компоненты, как вращаемые лотки 22, отклоняющие перегородки 24, внутренний цилиндр 45 и кольцеобразный канал 47. На фиг. 19 приводной вал 36 с вращаемыми лотками 22 и отклоняющими перегородками 24 показан отдельно от рабочей емкости 12.
20 [84] На фиг. 20 показан вращаемый лоток 22, а на фиг. 21 - отклоняющая перегородка 24. На фиг. 22, фиг. 23 и фиг. 26 в разных видах и в разрезе (фиг. 26) показан вращаемый лоток 22, изображенный на фиг. 20. Аналогично, на фиг. 24 и фиг. 27 на виде и в разрезе (фиг. 27) показана отклоняющая перегородка, изображенная на фиг. 21. Как отмечено ранее,
25 вращаемый лоток 22 снабжен сквозными черпаками 26, которые
пронизывают тело вращаемого лотка 22. Каждый из упомянутых сквозных черпаков 26 имеет входное отверстие 52 и выходное отверстие 54, выполненные как описано ранее. Представляется предпочтительным такое решение, при котором входное отверстие 52 сквозного черпака
30 ориентировано таким образом, что его зев обращен в направлении движения при вращении вращаемого лотка вместе с приводным валом. При этом решении обеспечивается максимизация количества текучей среды, которая входит в каждое входное отверстие 52 и проходит через совокупность сквозных черпаков 26. Угол установки сквозных черпаков 26 на
последовательно расположенных вращаемых лотках 22 может регулироваться, как описывалось ранее. В каждой отклоняющей перегородке 24 выполнена совокупность сквозных каналов 28, которые выполнены и профилированы (см. фиг. 9) как описывалось выше. На фиг. 25 5 иллюстрируется приводной вал 36 и составляющие функциональную пару вращаемый лоток 22 и отклоняющая перегородка 24. Изогнутыми стрелками на этом чертеже показаны направление вращения приводного вала 36 и вращаемого лотка 22. Сквозные черпаки 26, каждый из которых имеет входное отверстие 52, также показаны ориентированными в направлении
ю перемещения, имеющего место при вращении приводного вала 36 и
вращаемого лотка 22, то есть, от наблюдателя. Направление этого вращения может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки. Направление вращения может быть изменено без отклонения от духа предлагаемого изобретения и без выхода за пределы его объема. Как описывалось при
15 рассмотрении предыдущего варианта осуществления предлагаемого изобретения, входное отверстие 52 сквозного черпака 26 имеет диаметр больший, чем диаметр его выходного отверстия 54, за счет чего возрастает скорость потока текучей среды и понижается ее давление.
20 [85] Согласно одному из особо предпочтительных вариантов
осуществления предлагаемого изобретения, при котором главной целью использования системы 10 является удаление примесей из воды, содержащей примеси, например, из соленой воды, с целью получения питьевой воды, температура водяного пара доводится до величины в
25 диапазоне от 100°F ("37,78°C) до менее 212°F (100°С). Более
предпочтительным представляется такое решение, при котором водяной пар с целью пастеризации нагревают до температуры в диапазоне от 140°F (60°С) до 170°F ("76,67°C). Однако температура водяного пара поддерживается на минимальном уровне, предпочтительно ниже 212°F
30 (100°С), так чтобы вода не закипала и не превращалась полностью в пар, что затрудняло бы конденсацию (каплеобразование с последующим слиянием капель) и переход в жидкое состояние. Повышение скорости вращения приводит к повышению температуры и давления. Для достижения желаемых температур скорость вращения может регулироваться.
[86] Представляется предпочтительным такое решение, при котором вода доводится до кипения и температура водяного пара доводится до величины 212°F (100°С) только в тех случаях, когда желательно генерирование 5 водяного пара как конечного продукта для отопления, генерирования
электричества и других целей, о чем более полно будет описано далее. При таком техническом решении обеспечивается возможность применения предлагаемого изобретения как для пастеризации водяного пара и конденсации его с получением воды без сложных систем охлаждения и ю конденсации, которые часто требуют дополнительных энергетических затрат.
[87] Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения вода, содержащая примеси, в процессе обессоливания именуемая рассолом, собирается у выпускного порта 46 и
15 направляется в отходный резервуар 88. Как можно видеть на фиг. 1, для регенерации следовых элементов и других особых примесей в рассол могут вводиться полимеры или другие химические соединения. Кроме того, соль, полученная из рассола, может подвергаться обработке и использоваться для различных применений, включая получение пищевой соли и пригодных для
20 применения в сельском хозяйстве минеральных и(или) органических удобрений.
[88] Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения прошедшая обработку содержащая примеси
25 вода подвергается повторной обработке путем пропускания ее через систему 10 еще раз. Это может быть проделано много раз, благодаря чему выход питьевой воды может быть повышен до 99%. Это может быть осуществлено путем подачи отработанной воды от выходного порта 46 к первому резервуару 92 повторной обработки рассола. Оставшаяся отработанная
зо вода в виде рассола через входной порт 18 снова подается в рабочую емкость 12, где подвергается обработке, как описывалось выше. Дополнительная питьевая вода извлекается в виде водяного пара, который подлежит конденсации с накоплением получаемой воды в регенерационном резервуаре 80. Затем оставшаяся отработанная вода направляются во
35 второй резервуару 94 повторной обработки рассола. Концентрация солей в
рассоле в этом резервуаре 92 повторной обработки рассола является намного более высокой. Как только в резервуаре 92 повторной обработки рассола накопится достаточное количество содержащей примеси воды или рассола, эта содержащая примеси вода или рассол через входной порт 18 5 снова подается на циркуляцию и обработку в системе 10, как описывалось выше. Извлеченная питьевая вода в виде пара отводится через выпускной порт 48, и пар превращается в воду в регенерационном резервуаре 80, как описывалось выше. Оставшиеся загрязнители и отработанная вода могут быть отведены в еще один резервуар для рассола, подлежащего
ю дальнейшей обработке, или же она может быть направлена в отходный резервуар 88. Предполагается, что выход питьевой воды от начального прогона морской воды составит, например, от 80% до 90%. Первый повторный прогон должен дать дополнительную питьевую воду, так что общий ее выход составит от 90% до 95%. Еще один прогон рассола и
15 оставшейся воды через систему может повысить общий выход питьевой воды до 99% при малых или нулевых дополнительных издержках на переработку рассола. Кроме того, повторная обработка приводит к уменьшению объема рассола или загрязнителей, что может поспособствовать регенерации следовых элементов и(или) уменьшить
20 расходы на утилизацию рассола.
[89] Обратимся теперь к фиг. 11. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения система 10 согласно предлагаемому изобретению включает в себя
25 компьютерную систему, выполненную с возможностью управлять регулятором переменной частоты 30 на основе данных измерений, снимаемых с образующих некоторую совокупность чувствительных элементов, с помощью которых в непрерывном режиме осуществляется измерение температуры, давления, расхода текучей среды, передаточных
зо отношений вращающихся компонентов и оставшегося объема резервуаров, соединенных с рабочей емкостью 12.
[90] Для измерения температуры воды или водяного пара, а также, при необходимости, давления водяного пара в рабочей емкости 12 или на
выходе из нее могут использоваться, например, чувствительные элементы 96 температуры и(или) давления. В качестве реакции на данные, поступающие от этих чувствительных элементов по соответствующим сигналам от компьютеризированного управляющего блока 68 5 обеспечивается поддержание регулятором переменной частоты 30 скорости вращения приводного вала 36, уменьшение скорости вращения приводного вала 36 или увеличение скорости вращения приводного вала 36 с целью, соответственно, поддержания температуры и давления, понижения температуры и давления или повышения температуры и давления воды и
ю водяного пара. Это может быть нужно, например, чтобы обеспечить доведение температуры до температуры пастеризации, при которой убиваются все вредные микроорганизмы и другие организмы в обрабатываемой текучей среде. В качестве альтернативы вышеописанному решению или в дополнение к нему может быть использован чувствительный
15 элемент, обеспечивающий детектирование скорости вращения, например, в оборотах в минуту приводного вала 36 и(или) вращаемых лотков 22 с целью обеспечения правильной работы системы и генерирования системой необходимого водяного пара при желаемых значениях температуры и(или) давления. С целью обеспечения эффективной работы системы 10
20 упомянутый компьютеризированный управляющий блок 68 может быть
выполнен также с возможностью регулирования расхода воды, измеряемого, например, в галлонах в минуту, поступающей через впускной порт 18, таким образом, чтобы этот расход соответствовал расходу отводимых из системы 10 водяного пара и рассола. Компьютеризированный управляющий блок 68
25 выполнен с возможностью регулирования расхода воды, поступающей в рабочую емкость 12 или даже регулирования поступления воды.
[91] На фиг. 28 схематично изображено компьютерное устройство визуального отображения (дисплей) 112 или аналогичное устройство. На 30 этом дисплее схематично отображается рабочая емкость 12 с ее различными впускными и выпускными портами (18, 46, 48), а также приводной вал 36 и совокупность вращаемых лотков 22. На упомянутом приводном вале 36 установлены чувствительные элементы 114 вибрации и температуры, распределенные по его длине. Подшипники 38 и 40 также
снабжены чувствительными элементами 114 вибрации и температуры. Упомянутые чувствительные элементы 114 вибрации и температуры выполнены с возможностью детектировать горизонтальные и вертикальные вибрации в каждой точке, а также температуру приводного вала 36, причиной
5 повышения которой является трение при вращении. Подшипники 38 и 40 оснащены линией подачи 116а смазочного масла и линией отвода 116Ь смазочного масла. Впускной порт 18 и выпускной порт 46 для рассола снабжены расходомерами 118 для определения соответствующих расходов текучей среды. По всему внутреннему пространству рабочей емкости 12
ю установлены чувствительные элементы 96 температуры и давления. Упомянутые чувствительные элементы 96 температуры и давления установлены также в различных заданных точках внутреннего пространства рабочей емкости 12.
15 [92] Как описано выше, вода, содержащая примеси, может поступать из расходного резервуара 16, или же из других резервуаров, включая резервуары 92 и 94 повторной обработки рассола. Предусмотрено также, что резервуар, в котором хранится собранная вода, сообщен с входным портом 18, так что обеспечивается очистка воды до определенного уровня или для
20 других целей, например, при генерировании пара, что требует более высокой чистоты воды, чем может быть обеспечена обработкой воды, содержащей примеси. Для отслеживания параметров среды внутри упомянутых резервуаров с целью определения с помощью чувствительных средств (считывания) уровней воды или рассола, концентраций примесей в них, а
25 также расходов текучей среды, поступающей в резервуары или выпускаемой из них, могут быть установлены один или большее количество чувствительных элементов 98. Для переключений на входах и выходах резервуаров, например, при подаче рассола из первого резервуара 92 повторной обработки рассола во второй резервуар 94 повторной обработки
30 рассола и, если необходимо, в отходный резервуар 88, как описывалось выше, может быть использован компьютеризированный управляющий блок 68. Таким образом, когда уровень текучей среды в первом резервуаре 92 повторной обработки рассола достигает заданного значения, поступление текучей среды из расходного резервуара 16 перекрывается, и вместо этого в
рабочую емкость 12 подается текучая среда из первого резервуара 92 повторной обработки рассола. Затем через систему и рабочую емкость 12 примеси и оставшейся рассол направляются из второго резервуара 94 повторной обработки рассола, например, в отходный резервуар 88. Рассол в 5 первом резервуаре 92 повторной обработки рассола может содержать приблизительно 20% от первоначального количества воды, содержащей примеси, включая большинство растворенных твердых веществ. Остаточный рассол, который окончательно направляется в отходный резервуар 88, может содержать всего 1% от содержащей примеси воды, первоначально ю поступающей в систему 10 через расходный резервуар 16. Таким образом, для обеспечения желаемого выхода воды могут применяться чувствительные элементы температуры и давления, тахометры и расходомеры, включая органы управления температурой водяного пара, результатом чего является получение пастеризованной воды.
[93] Компьютеризированный управляющий блок 68 может быть использован для управления регулятором переменной частоты 30 для питания электрического двигателя 32 таким образом, чтобы вращение приводного вала 36 происходило со скоростью, достаточно высокой для того,
20 чтобы при вращении вращаемых лотков происходило кипение входной воды и образование пара, имеющего желаемые значения температуры и давления (см. фиг. 12). На фиг. 12 показана паровая турбина 100, интегрированная в систему 10. Паровая турбина 100 может быть использована также с рабочей емкостью, изображенной на прилагаемых чертежах с фиг. 15 по фиг. 27.
25 Водяной пар может генерироваться в рабочей емкости 12 для приведения в движение высоконапорной низкотемпературной паровой турбины путем подачи водяного пара из выпускного порта 48 на вход паровой турбины 100. Паровая турбина 100, в свою очередь, соединена с электрическим генератором 102, благодаря чему обеспечивается экономичное
зо генерирование электрической энергии. Согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения электрический генератор прямо или опосредствованно может быть соединен с продолженным приводным валом 36 рабочей емкости 12.
[94] В случае паровой турбины водяной пар в виде рабочего пара может быть нагрет до температуры, превышающей 600°F (315,56°С), и сжат до давления, превышающего 1600 фунтов силы на квадратный дюйм (11031611,2 Па " 11 МПа) - этого достаточно для приведения в работу 5 паровой турбины 100. Помимо повышенной скорости вращения вращаемых лотков 22 генерированию водяного пара способствует решение, при котором вращаемые лотки 22 снабжены сквозными черпаками 26 с сужающимся поперечным сечением канала, а отклоняющие перегородки 24 снабжены сквозными каналами 28 с сужающимся поперечным сечением. Способствует
ю увеличению парообразования и повышению давления образующегося
водяного пара до величин, достаточных для приведения в работу паровой турбины 100, также увеличение угла наклона осей сквозных черпаков 26, например, с 25° на первом лотке до 45°С на последнем. На фиг. 13 и фиг. 14 проиллюстрирован вариант осуществления предлагаемого изобретения,
15 согласно которому на конце рабочей емкости 12 выполнен рабочий
паровыпуск 104, открывающийся непосредственно в паровую турбину 100, так что обеспечивается прохождение находящегося под давлением пара через паровую турбину 100 с приведением во вращение, благодаря наличию лопаток 106, ее вала 108 с обеспечением, тем самым, генерирования
20 электрической энергии электрическим генератором, соединенным с паровой турбиной 100. Предусмотрен паровыпуск 110, выполненный с возможностью подачи через него водяного пара, например, в регенерационный резервуар 80. Этот регенерационный резервуар 80 может быть снабжен трубопроводами, конденсаторами, охладителями и т.д. для охлаждения пара
25 и его конденсации с целью переведения в жидкое состояние.
[95] Разумеется, специалистам должно быть понятно, что пар, генерируемый системой 10, может использоваться и для других целей, например, для отопления, для извлечения нефти из нефтяных скважин и т.д.
[96] Должно быть понятно также, что система согласно предлагаемому изобретению при надлежащем использовании чувствительных элементов и компьютеризированного управляющего блока 68 способна обеспечивать получение водяного пара с более низкими значениями температуры и(или)
давления с целью производства питьевой воды, для чего водяной пар через выпускной порт 48 для водяного пара направляется непосредственно в регенерационный резервуар, а для генерирования высокотемпературного водяного пара для пропускания его через паровую турбину 100 с целью 5 генерирования электрической энергии систему потребовалось бы разгонять до более высоких скоростей. При этом для производства питьевой воды систему 10 можно было бы использовать в ночное время, когда потребность в электрической энергии уменьшается. А в дневное время система 10 могла бы быть настроена на генерирование пара с целью производства ю электрической энергии.
[97] Как говорилось выше, многие компоненты системы согласно предлагаемому изобретению, в том числе регулятор переменной частоты 30, электрический двигатель 32, трансмиссия 34 и рабочая емкость 12, а также
15 их части могут быть скреплены с перевозимой стержневой конструкцией 42. Вся система 10 согласно предлагаемому изобретению может быть сконструирована в пределах стандартного (согласно международному стандарту ISO) контейнера длиной 40 футов (12,191 м). Этот контейнер может быть изолирован с помощью охладительного модуля
20 HVAC (аббревиатура от heating, ventilation and air condition - отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) с целью обеспечения взаимодействия с окружающей средой и регулирования параметров при доставке и хранении. Различные резервуары, такие как расходный резервуар, регенерационный резервуар, резервуар для питьевой воды,
25 отходный резервуар и другие резервуары могут размещаться в
транспортируемом контейнере, или же могут транспортироваться отдельно и присоединяться к соответствующим впускным и выпускным портам, когда это необходимо. Таким образом, вся система 10 согласно предлагаемому изобретению может легко транспортироваться в упомянутом стандартном
зо или другом подходящем контейнере по морю, автодорожным транспортом и т.д. Таким образом, система 10 согласно предлагаемому изобретению может быть перемещена даже на дальние расстояния туда, где нужно, например, ликвидировать последствия природных катаклизмов, военных операций и т.д. При таком решении обеспечивается высокий уровень мобильности
системы 10 согласно предлагаемому изобретению, ее быстрое развертывание и запуск в работу.
[98] На фиг. 29 схематически иллюстрируется процесс, протекающий в 5 разных точках, то есть, в рабочих подкамерах рабочей емкости 12. Как можно видеть на указанном чертеже, внутренняя камера 14 рабочей емкости 12 на деле поделена на расположенные последовательно рабочие подкамеры. Во внутреннем пространстве рабочей емкости 12 имеется пять рабочих подкамер, которые выполняют функции осевого насоса, осевого
ю компрессора, центробежного компрессора, неосвещенной газовой турбины и(или) гидравлической / водяной турбины. Будучи приведенной в действие, система 10 способна превращать воду в пар в ходе механического процесса, обеспечивая, тем самым, эффективное обессоливание, удаление примесей и испарение различных требующих обработки текучих сред. Перед
15 поступлением в рабочую емкость 12 такая текучая среда может быть
подвергнута операции предварительной обработки 120, при которой текучую среду пропускают через фильтры и различные другие процессы для отделения загрязняющих примесей, которые легче поддаются удалению или которые могут нарушить целостность системы 10 или привести к ее
20 деградации. После прохождения впускного порта 18 текучая среда попадает во впускную камеру 122, которая начинает воздействовать на текучую среду подобно центробежному насосу, как только система 10 выходит на рабочую скорость вращения. Внешний пусковой насос (не показан) может быть выключен, так как сама система 10 начинает втягивать содержащую примеси
25 воду через впускной порт, то есть, впускная камера работает как осевой насос, без того чтобы пусковой насос продолжал работу. Благодаря значительному понижению давления во впускной камере при температуре 212°F (100°С) имеет место вакуумная дистилляция или испарение. После впускной камеры 122 текучая среда встречается с первым вращаемым
30 лотком 22 и входит в первую рабочую подкамеру 124. Благодаря комбинированному действию вращающегося вращаемого лотка 22 и находящейся по соседству отклоняющей перегородки 24 эта первая рабочая камера работает и как центробежный компрессор, и как осевой компрессор. В этой первой рабочей подкамере 124 превращается в пар значительная
доля поступившей воды - в результате кавитации после соударения с вращающимся с высокой скоростью вращаемым лотком 22. Кроме того, в этой первой рабочей подкамере 124 и в каждой из последующих подкамер имеет место центробежное сжатие. В процессе этого центробежного сжатия 5 неиспарившиеся растворенные твердые вещества и по меньшей мере некоторая часть жидкой воды отбрасываются в направлении наружной стенки рабочей подкамеры 124. При этом происходит отделение упомянутых растворенных твердых веществ и большей части оставшейся жидкости от водяного пара. Кроме того, в этой первой рабочей подкамере 124 и в каждой
ю из последующих подкамер имеет место осевое сжатие. В процессе этого осевого сжатия происходит сжатие водяного пара и жидкости, в результате чего также повышаются давление и температура внутри рабочей подкамеры. Вторая рабочая подкамера 126 и третья рабочая подкамера 128 работают подобным образом, сочетая действие центробежного компрессора и осевого
15 компрессора, как это имеет место в первой рабочей подкамере 124.
[99] К тому времени, когда текучая среда достигает четвертой рабочей подкамеры 130, она уже прошла через процессы центробежного сжатия и осевого сжатия, так что природа текучей среды и характер ее протекания
20 через рабочую емкость 12 изменились. В четвертой рабочей камере текучая среда ведет себя так, как если бы она прошла через неосвещенную газовую турбину или гидравлическую / водяную турбину, вызывая вращение приводного вала 36. Пятая рабочая подкамера 132 сочетает действие такой неосвещенной газовой турбины или гидравлической / водяной турбины.
25 Турбинные процессы четвертой и пятой рабочих подкамер 130 и 132
обусловливают силы, приводящие во вращение приводной вал 36, так что мощность электрического двигателя 32 можно понизить без потери работоспособности системы 10. После выхода из пятой рабочей подкамеры 132 текучая среда имеет высокую степень разделения, так что почти все
зо примеси в виде рассола проходят через кольцеобразный канал 47 к выпускному порту 46 для жидкости, а очищенный водяной пар через центральный участок внутренней камеры 14 проходит к выпускному порту 48 для водяного пара. Работа четвертой и пятой рабочих камер 130 и 132 в качестве турбины по достижении равновесия в работе обеспечивает
непрерывную работу системы 10 с подводом энергии, пониженным (на величину до 25%) по сравнению с начальной фазой ее работы.
[100] За пятой рабочей подкамерой 132 в системе находится выпускная 5 камера 134. Эта выпускная камера 134, которая по объему превышает любую из предшествующих ей рабочих подкамер, содержит два выпускных порта 46 и 48. Результатом значительно большего объема является значительное понижение давления и физическое отделение растворенных твердых веществ и оставшейся воды от водяного пара.
[101] Представляется предпочтительным такое решение, при котором рабочая емкость 12 выполнена таким образом, чтобы описанные выше рабочие подкамеры 124, 126, 128, 130 и 132 совместно занимали приблизительно половину общей длины рабочей емкости. Выпускная камера
15 134 занимает приблизительно третью часть общей длины рабочей емкости. А остальная длина рабочей камеры, которая при таком решении составляет приблизительно шестую часть ее общей длины, занята впускной камерой 122. Упомянутые рабочие подкамеры 124, 126, 128, 130 и 132 приблизительно на три пятых работают как компрессор и приблизительно
20 две пятых - как турбина. На выходе текучей среды из последней рабочей подкамеры 132 она приблизительно на 80% состоит из водяного пара, и в таком виде она поступает в выпускную камеру 134 и направляется к выпускным портам 46 и 48.
25 [102] В иллюстративных целях в приведенном выше описании подробно описаны только некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения, однако должно быть понятно, что без выхода за объем предлагаемого изобретения и без нарушения его духа возможны и различные другие варианты его осуществления. Таким образом,
зо предлагаемое изобретение ограничено только прилагаемой к сему формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, опубликованная с международной заявкой
5 1. Система для обработки текучей среды, содержащая:
удлиненную рабочую емкость, внутреннее пространство которой образует внутреннюю камеру, при этом упомянутая удлиненная рабочая емкость ориентирована в целом горизонтально,
впускной порт для текучей среды, выполненный в удлиненной рабочей ю емкости,
некоторую совокупность лотков, расположенных в упомянутой внутренней камере и отделенных друг от друга расстоянием, при этом упомянутые лотки содержат сквозные черпаки, выполненные с возможностью прохождения через них текучей среды, при этом упомянутые 15 сквозные черпаки имеют входное отверстие первого диаметра и выходное отверстие второго диаметра, при этом второй диаметр меньше первого диаметра,
некоторую совокупность отклоняющих перегородок, расположенных между лотками и снабженных совокупностью каналов, выполненных с 20 возможностью прохождения через них текучей среды, при этом упомянутые каналы имеют входное отверстие первого диаметра и выходное отверстие второго диаметра, при этом второй диаметр меньше первого диаметра,
выполненный с возможностью вращения приводной вал, проходящий сквозь отклоняющие перегородки и скрепленный с каждым лотком таким 25 образом, что обеспечена возможность вращения лотков под его действием внутри внутренней камеры,
выпускной порт для примесей, выполненный в рабочей емкости,
внутренний цилиндр, расположенный во внутренней камере рабочей емкости за лотками и отклоняющими перегородками вблизи упомянутого 30 выпускного порта для примесей, при этом упомянутый внутренний цилиндр образует кольцеобразный канал, ведущий из внутренней камеры рабочей емкости к выпускному порту для примесей, и
выпускной порт для пара, выполненный в рабочей емкости и сообщенный с регенерационным резервуаром для конденсации пара.
-22. Система по п.1, выполненная с возможностью прикрепления ее к перевозимой стержневой конструкции.
3. Система по п.1, дополнительно содержащая средство для
5 приведения во вращение упомянутого приводного вала.
4. Система по п.1, в которой по меньшей мере один лоток снабжен направителем потока, простирающимся от его лицевой поверхности и выполненным с возможностью направлять поток текучей среды периферии
ю лотка.
5. Система по п.З, дополнительно содержащая компьютеризированный управляющий блок для регулирования скорости вращения приводного вала или [расхода] текучей среды, подаваемой в рабочую емкость.
6. Система по п.5, дополнительно содержащая по меньшей мере один чувствительный элемент, связанный с упомянутым компьютеризированным управляющим блоком и выполненный с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорости вращения приводного вала или лотков, (2) давления во внутренней камере, (3) температуры тек/чей среды, (4) интенсивности входящего потока или (5) концентрации примесей в текучей среде, подлежащей обработке.
7. Система по п.6, содержащая по меньшей мере один резервуар для подлежащей обработке текучей среды, содержащей примеси, который сообщен с выпускным портом для примесей, выполненным в рабочей емкости, который, в свою очередь, сообщен со впускным портом для текучей среды, выполненным в рабочей емкости для повторной обработки текучей среды, содержащей примеси, путем повторного пропускания ее через систему.
8. Система по п.1, содержащая турбину, соединенную с выполненным в рабочей емкости выпускным портом для пара и функционально соединенную с электрическим генератором.
5.
9. Система по п.8, содержащая возвратную линию обрабатываемой текучей среды, установленную между турбиной и впускным портом рабочей емкости.
5 10. Система для обработки текучих сред, содержащая:
удлиненную рабочую емкость, имеющую впускной порт для текучей
среды и приводной вал, проходящей через ее внутреннее пространство, средства для центробежного и осевого сжатия текучей среды во
внутреннем пространстве упомянутой рабочей емкости,
ю средства для приведения во вращение приводного вала,
выполненного с возможностью приведения во вращение упомянутых средств
для центробежного и осевого сжатия текучей среды, и
выпускной порт для текучей среды, которым снабжена рабочая
емкость.
11. Система по п.10, в которой упомянутые средства для центробежного и осевого сжатия содержат ближний набор пространственно разделенных чередующихся лотков и отклоняющих перегородок, при этом лотки прикреплены к приводному валу и снабжены совокупностью сквозных 20 черпаков, выполненных с возможностью пропускать через себя текучую среду, а отклоняющие перегородки прикреплены к конструкции рабочей емкости и снабжены совокупностью каналов, выполненных с возможностью прохождения через них текучей среды.
25 12. Система по п. 10, в которой упомянутые средства для приведения
во вращение приводного вала содержат дальний набор пространственно разделенных чередующихся лотков и отклоняющих перегородок, при этом лотки прикреплены к приводному валу и снабжены совокупностью сквозных черпаков, выполненных с возможностью пропускать через себя текучую
зо среду, а отклоняющие перегородки прикреплены к конструкции рабочей емкости и снабжены совокупностью каналов, выполненных с возможностью прохождения через них текучей среды.
13. Система по п. 10, дополнительно содержащая средство для осевого 35 перекачивания текучей среды через рабочую емкость.
14. Система по п.13, в которой упомянутое средство для осевого перекачивания текучей среды содержит впускную камеру, которая расположена между впускным портом для текучей среды и средствами для
5 центробежного и осевого сжатия текучей среды.
15. Система по п. 14, в которой упомянутая впускная камера выполнена с возможностью работать как осевой насос при достижении системой рабочей скорости вращения.
16. Система по п. 10, в которой упомянутые средства для центробежного и осевого сжатия обеспечивают испарение по меньшей мере части текучей среды за счет кавитации, так что текучая среда содержит неиспарившиеся растворенные твердые вещества, жидкость и пар.
17. Система по п. 16, в которой упомянутые средства для центробежного и осевого сжатия обеспечивают центробежное сжатие текучей среды, результатом чего является продвижение неиспарившихся растворенных твердых веществ и по меньшей мере части жидкости по направлению к наружной стенке рабочей камеры.
18. Система по п. 16, в которой упомянутые средства для центробежного и осевого сжатия обеспечивают осевое сжатие жидкости и пара, обеспечивая повышение давления текучей среды.
19. Система по п. 16, в которой упомянутый выпускной порт для текучей среды содержит раздельные порт для выпускания жидкости и порт для выпускания пара.
зо 20. Система по п. 19, дополнительно содержащая средство для
выпускания текучей среды через раздельные порт для выпускания жидкости и порт для выпускания пара, результатом чего является понижение давления и физическое отделение неиспарившихся растворенных твердых веществ и жидкости от пара.
21. Способ обработки текучих сред, содержащий следующие операции:
перекачивание текучей среды, поступающей через впускной порт, который выполнен в удлиненной рабочей камере, снабженной проходящим 5 через нее приводным валом,
центробежное и осевое сжатие текучей среды в объеме упомянутой рабочей емкости,
приведение во вращение приводного вала с целью обеспечения
привода для центробежного и осевого сжатия и
ю выпускание текучей среды через выпускной порт для текучей среды,
выполненный в рабочей емкости.
22. Способ по п.21, в котором упомянутая операция центробежного и осевого сжатия текучей среды содержит подоперацию пропускания текучей
15 среды через ближний набор пространственно разделенных чередующихся лотков, прикрепленных к приводному валу, и отклоняющих перегородок, прикрепленных к конструкции рабочей емкости.
23. Способ по п.22, в котором упомянутая подоперация пропускания 20 текучей среды содержит пропускание текучей среды через совокупность
сквозных черпаков, которыми снабжены лотки, и через совокупность каналов, которыми снабжены отклоняющие перегородки.
24. Способ по п.21, в котором упомянутая операция приведения во 25 вращение приводного вала содержит подоперацию пропускания текучей
среды через дальний набор пространственно разделенных чередующихся лотков, прикрепленных к приводному валу, и отклоняющих перегородок, прикрепленных к: конструкции рабочей емкости.
30 25. Способ по п.24, в котором упомянутая подоперация пропускания
текучей среды содержит пропускание текучей среды через совокупность сквозных черпаков, которыми снабжены лотки, и через совокупность каналов, которыми снабжены отклоняющие перегородки.
26. Способ по п.21, в котором упомянутая операция перекачивания текучей среды содержит подоперацию осевого перекачивания текучей среды через рабочую емкость.
27. Способ по п.26, в котором упомянутая подоперация осевого перекачивания текучей среды содержит пропускание текучей среды через впускную камеру, осуществляемое перед выполнением упомянутой операции центробежного и осевого сжатия.
28. Способ по п.27, в котором упомянутая впускная камера работает как осевой насос для выполнения упомянутой подоперации осевого перекачивания текучей среды, как только система выходит на рабочую скорость вращения.
29. Способ по п.21, в котором упомянутая операция центробежного и осевого сжатия текучей среды содержит подоперацию испарения по меньшей мере части текучей среды за счет кавитации, так что текучая среда содержит неиспарившиеся растворенные твердые вещества, жидкость и пар.
30. Способ по п.29, в котором упомянутая операция центробежного и осевого сжатия текучей среды дополнительно содержит подоперацию перемещения упомянутых неиспарившихся растворенных твердых веществ и по меньшей мере части жидкости по направлению к наружной стенке рабочей емкости.
31. Способ по п.29, в котором упомянутая операция центробежного и осевого сжатия текучей среды дополнительно содержит подоперацию повышения давления текучей среды за счет осевого сжатия жидкости и газа.
32. Способ по п.29, в котором упомянутая операция выпускания текучей среды содержит подоперации физического отделения неиспарившихся растворенных твердых веществ и жидкости от пара, выпускания неиспарившихся растворенных твердых веществ и жидкости через выпускной порт для жидкости и выпускание пара через выпускной пар для пара.
26.
33. Способ по п.32, дополнительно содержащий подоперацию
понижения давления текучей среды в выпускной камере.
34. Система по п.1, в которой упомянутый приводной вал простирается
5 за пределы рабочей емкости и соединен с электрическим генератором.
35. Система по п.34, в которой приводной вал соединен с
электрическим генератором непосредственно.
ю 36. Система по п. 12, в которой упомянутый дальний набор
пространственно разделенных чередующихся лотков и отклоняющих перегородок работает как неосвещенная газовая турбина или как гидравлическая / водяная турбина.
15 37. Способ по п.24, в котором упомянутый дальний набор
пространственно разделенных чередующихся лотков, прикрепленных к приводному валу, и отклоняющих перегородок, прикрепленных к конструкции рабочей емкости работает как неосвещенная газовая турбина или как гидравлическая / водяная турбина.
СП со со
v7/7//////;, л
mzzzzzzzzi'
24 62 28
У/////Л '-.777777*
Фиг. 8
ю "р
. S
СО м
I5-
со ^-
Темп
_Е_>
> с со
см см
3^ 2 со
ь- : О VO
< ш
ш ^
< д: о- О
DC BL 53. i
со 3
5 _
ГО R
:г 2 2 s <: 9> О < со со "o
^" 1
c О. Ш
X С id с ь 2 Я 5 I о * о
A LL • 1_L
п С i: С
Н 5 ГО 2
со см
I О * О
ф * s iЈ
Q. - Q.
о 2 о
О ? О
О CD о
Ф " О
Q. О Q.
С X с
5 со 5
о * о
it. S ^
с" см
О) СМ
о <м
-4-
-3-
-4-
-3-
-7-
-7-
1 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
1 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
1 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
1 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
2/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
2/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
3/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
3/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
4/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
4/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Фиг. 6
Фиг. 6
5/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
5/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Фиг. 9
Фиг. 9
6/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
6/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
7/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
7/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
10/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
10/15
Фиг. 18
Фиг. 18
11 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
11 /15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
12/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
14/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
14/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
15/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара
15/15
Система для очистки воды и генерирования водяного пара