Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос :  ea000018631b*\id

больше ...
Термины запроса в документе


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Система для очистки воды и генерирования водяного пара, содержащая удлиненную рабочую емкость, внутреннее пространство которой образует внутреннюю камеру, при этом упомянутая удлиненная рабочая емкость ориентирована в целом горизонтально, входное отверстие для воды, выполненное в удлиненной рабочей емкости, вращающиеся лотки, расположенные в упомянутой внутренней камере на расстоянии друг от друга и содержащие черпаки с отверстиями для воды и водяного пара, имеющие входные отверстия и выходные отверстия, причем диаметр выходного отверстия меньше диаметра входного отверстия, неподвижные отклоняющие перегородки, расположенные между лотками и снабженные каналами для прохождения через них воды и водяного пара, при этом упомянутые каналы имеют входные отверстия с диаметром, превышающим диаметр выходных отверстий, приводной вал, проходящий сквозь отклоняющие перегородки и скрепленный с каждым лотком с обеспечением возможности вращения лотков под его действием внутри внутренней камеры, привод для вращения приводного вала, при этом в рабочей емкости выполнены выходное отверстие для примесей, образующихся в рабочей емкости, и выходное отверстие для водяного пара, соединенное с регенерационным резервуаром для конденсации пара и получения воды.

2. Система по п.1, выполненная с возможностью прикрепления ее к перевозимой стержневой конструкции.

3. Система по п.1, в которой контактирующие поверхности, расположенные между каждой неподвижной отклоняющей перегородкой и приводным валом, покрыты слоем материала с низким коэффициентом трения.

4. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна неподвижная отклоняющая перегородка снабжена направителем потока, простирающимся от ее лицевой поверхности и выполненным с возможностью направлять поток воды и водяного пара к периферии отклоняющей перегородки.

5. Система по п.1, содержащая контроллер для регулирования скорости вращения приводного вала или расхода воды, подаваемой в рабочую емкость.

6. Система по п.5, содержащая по меньшей мере один чувствительный элемент, связанный с упомянутым контроллером и выполненный с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорость вращения приводного вала или лотков, (2) давление во внутренней камере, (3) температура воды или водяного пара, (4) интенсивность входящего потока или (5) уровень загрязненной жидкости, подлежащей обработке.

7. Система по п.6, содержащая по меньшей мере один резервуар для подлежащей обработке воды, содержащей примеси, который сообщен с рабочей емкостью для повторной обработки воды, содержащей примеси, путем повторного пропускания ее через систему.

8. Система по п.7, содержащая линию возврата обрабатываемой воды, расположенную между паровой турбиной и входным отверстием рабочей емкости.

9. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции: подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость, обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками, с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси, выведение пара из рабочей емкости с целью конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды, считывание по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорости вращения приводного вала или лотков, (2) давления во внутренней камере, (3) температуры воды или водяного пара, (4) интенсивности входящего потока или (5) уровня загрязненной жидкости, подлежащей обработке, и регулирование скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость.

10. Способ по п.9, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, имеющий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.

11. Способ по п.9, включающий операцию пропускания пара через паровую турбину, функционально соединенную с электрическим генератором.

12. Способ по п.11, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры ее кипения.

13. Способ по п.9, включающий операцию повторной обработки отделенных примесей и воды путем повторного пропускания их через рабочую емкость.

14. Способ по п.13, включающий операцию считывания уровня отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.

15. Способ по п.9, включающий операцию повышения температуры пара до температуры пастеризации.

16. Способ по п.15, при котором повышение температуры пара до температуры пастеризации осуществляют путем приведения лотков во вращение со скоростью, при которой температура пара достигает значения температуры пастеризации.

17. Способ по п.9, включающий операцию нагревания воды до температуры по меньшей мере 100°F ( ≈37,78°C), но меньше чем 212°F (100°C).

18. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции: подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость, обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками, с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси благодаря вращению лотков с достаточно высокой скоростью, выведение пара из рабочей емкости с целью конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды, повторная обработка отделенных примесей и воды путем пропускания их через рабочую емкость.

19. Способ по п.18, включающий операцию считывания по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) факт поступления воды в рабочую емкость, (2) скорость вращения лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура воды или пара, (5) концентрация отделенных примесей.

20. Способ по п.19, включающий операцию считывания концентрации отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.

21. Способ по п.19, включающий операцию регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии со считываемыми значениями указанных параметров.

22. Способ по п.18, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, содержащий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.

23. Способ по п.18, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры кипения.

24. Способ по п.18, включающий операцию повышения температуры пара до температуры пастеризации.

25. Способ по п.24, при котором операция повышения температуры пара до температуры пастеризации включает операцию приведения лотков во вращение со скоростью, при которой температура пара достигает значения температуры пастеризации.

26. Способ по п.18, включающий операцию нагревания воды до температуры по меньшей мере 100°F ( ≈37,78°C), но меньше чем 212°F (100°C).

27. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции: подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость, обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками, обеспечение вращения лотков со скоростью, достаточно высокой для закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, имеющего заданные температуру и давление.

28. Способ по п.27, включающий операцию отделения содержащихся в воде примесей от пара.

29. Способ по п.27, включающий операцию считывания по меньшей мере одного из следующих параметров/условий: (1) факт поступления воды в рабочую емкость, (2) скорость вращения лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура воды или пара или (5) уровень отделенных примесей.

30. Способ по п.29, включающий операцию считывания уровня отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.

31. Способ по п.29, включающий операцию регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии со считываемыми значениями указанных параметров.

32. Способ по п.27, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, содержащий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.

33. Способ по п.27, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры кипения.


Евразийское 018631 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2013.09.30
(21) Номер заявки 201001784
(22) Дата подачи заявки 2009.06.23
(51) Int. Cl. B01D 1/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА
(31) 61/074,743
(32) 2008.06.23
(33) US
(43) 2011.06.30
(86) PCT/US2009/048292
(87) WO 2009/158345 2009.12.30
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ВЕРНО ХОЛДИНГЗ, ЛЛК (US)
(72) Изобретатель:
Райли Джон Д., Джонсон Дана Л. (US)
(74) Представитель:
Вашина Г.М. (RU)
(56) US-A-4287026 US-A-5396884 US-A-5645693 US-A-5888453
(57) В изобретении представлены способ и система для очистки воды и генерирования водяного пара, при котором содержащую примеси воду, подлежащую обработке, вводят в рабочую камеру. Обеспечивают 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 отделяются, 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 контроллер 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.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Предлагаемое изобретение относится к системе для очистки воды и генерирования водяного пара. В частности, предлагаемое изобретение 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.
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 природных или неприродных примесей. Исторически процесс обессоливания относится к мореплаванию 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 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 натрия (NaCl) (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.
Крупномасштабное обессоливание обычно обходится дорого, так как является весьма энергозатратным и требует дорогой инфраструктуры. Например, в крупнейшей в мире установке по обессолива-нию на первой стадии используется многоступенчатое выпаривание путем быстрого понижения давления, и она может производить 300 млн кубометров воды в год. Крупнейшая в США установка по обессо-ливанию перерабатывает 25 млн галлонов (95 тысяч кубометров) воды в день. По всему миру приблизительно 13 тысяч установок по обессоливанию производят более 12 млрд галлонов (45 млн 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.
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 выпаривание-конденсация. Можно сказать, что способ выпаривание-конденсация использует природа как естественный процесс обессолива-ния, осуществляемого 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 воздухом испаренная вода конденсируется в виде дождя или росы. Эта вода, в общем, 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 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-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 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.
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 отделения от воды соли и других примесей используются полупроницаемые мембраны и 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, 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 расход соленой воды сквозь нее. Обычно в системах обессоливания, основывающихся на осмосе, применяется одна из 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 осмотиче
ским давлением соленой воды. Осмотическое давление зависит от температуры раствора и концентрации растворенной в нем соли. Альтернативная технология, использующая центрифуги, обычно более эффективна, но ее осуществление встречает большие трудности. 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 удаление взвешенных солей и засорение мембраны в процессе эксплуатации.
Эксплуатационные расходы установок обессоливания воды с помощью обратного осмоса определяются в первую очередь энергетическими 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 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 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 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 уменьшению общих энергетических затрат на обессоливание.
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 обессоливание, солнечное увлажнение, метангидратная 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 обессоливания, так и от стоимости энергии, необходимой для работы системы обессоливания воды.
В качестве альтернативного способа обессоливания в патенте США № 4891140 на имя Берк-младший (Burke, Jr.) раскрывается способ 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 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 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 повреждению этих устройств или выходу их из строя.
Еще в одной публикации, патенте США № 4287026 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. Согласно предпочтительным вариантам осуществления рассматриваемого способа закручиваемая вода разгоняется до скоростей до 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 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 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 недостаток рассматриваемой системы связан с тем, что несколько 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 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 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 уплотнитель-ных прокладок. Кроме того, вращающийся вал связан с источником привода через посредство зубчатой передачи, что усугубляет упоминавшуюся выше проблему надежности, связанную с подшипниками, валами и уплотнительными прокладками. В этой системе также не предусматривается 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 устройства для обессоливания.
Таким образом, в отрасли существует потребность в усовершенствованной системе для обессоли-вания воды, содержащей чувствительные элементы для текущего контроля в режиме реального 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 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 потребность и обеспечивает достижение других преимуществ.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Предлагаемое изобретение направлено на создание системы для очистки воды, например для обес-соливания воды, и генерирования водяного пара, в том числе как конечного продукта. Система содержит удлиненную рабочую емкость, внутреннее пространство которой образует внутреннюю камеру. Эта удлиненная рабочая емкость ориентирована в целом горизонтально. Удлиненная рабочая емкость имеет входное отверстие для воды, выполненное с возможностью введения через него воды в удлиненную рабочую емкость. Внутри упомянутой внутренней камеры предусмотрена некоторая совокупность лотков, отделенных друг от друга расстоянием. Упомянутые лотки содержат сквозные черпаки, выполненные с возможностью прохождения через них воды и водяного пара. Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого изобретения 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 перегородке имеется совокупность каналов, выполненных с возможностью прохождения через них воды и водяного пара. Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого изобретения упомянутые каналы имеют входное отверстие первого диаметра и выходное отверстие второго диаметра, при этом второй диаметр меньше первого диаметра. Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения по меньшей мере одна отклоняющая перегородка снабжена направите-лем потока, простирающимся от ее лицевой поверхности и выполненным с возможностью направлять поток воды и водяного пара к периферии отклоняющей перегородки.
Сквозь отклоняющие перегородки проходит установленный с возможностью вращения приводной вал, который скреплен с лотком таким образом, что обеспечена возможность вращения лотков под его действием внутри внутренней камеры, в то время как отклоняющие перегородки остаются неподвижными. Вал приводится во вращение с помощью привода. Между отклоняющими перегородками и валом обычным образом проложен слой или муфта из материала с низким коэффициентом трения, либо установлены подшипники.
Удлиненная рабочая емкость снабжена выходным отверстием для примесей, которое обычным образом сообщено с удлиненной рабочей емкостью для воды, содержащей примеси. Кроме того, удлиненная рабочая емкость снабжена выходным отверстием для водяного пара, который соединен с регенера-ционным 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 сообщен с удлиненной рабочей емкостью для повторной обработки воды, содержащей примеси, путем повторного пропускания ее через систему.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено использование контроллера для 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 приводного вала или лотков, (2) давления во внутренней камере, (3) температуры воды или водяного пара, (4) интенсивности входящего потока или (5) уровня загрязненной жидкости, подлежащей обработке.
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. Воду нагревают до температуры, по меньшей мере, равной температуре кипения воды, 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 воды.
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.
Способ очистки воды и генерирования водяного пара согласно предлагаемому изобретению включает операцию введения в рабочую емкость воды, содержащей примеси. Эта вода пропускается через расположенные в серию вращающиеся лотки, чередующиеся с располагающимися между ними неподвижными отклоняющими перегородками, так что обеспечивается завихрение и нагревание воды с целью способствовать ее испарению для образования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси. Обычно вода нагревается до температуры по меньшей мере 100°F ("37,78°C), но меньше чем 212°F (100°C), 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 температура пара достигает температуры пастеризации.
Из рабочей емкости пар отводится, для того чтобы его конденсация проходила отдельно от отделенных примесей и остальной воды. Водяной пар пропускают через регенерационный резервуар, имеющий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения воды в жидком состоянии.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения осуществляется считывание определенных параметров или условий, в число которых входит по меньшей мере одно из следующих условий: (1) поступление воды в рабочую емкость, (2) скорость вращения лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура воды или пара или (5) уровень отделенных примесей. Скорость вращения лотков или расход воды, поступающей в рабочую емкость, могут регулироваться в соответствии со считываемым значением. Уровень отделенных примесей и воды в резервуаре или концентрация примесей в обрабатываемой воде также могут считываться, а отделенные примеси и вода могут подвергаться повторной обработке путем рециркуляции их через рабочую емкость.
Другие признаки и преимущества предлагаемого изобретения станут понятны из дальнейшего более подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых принципы предлагаемого изобретения иллюстрируются на примерах.
Краткое описание прилагаемых чертежей
Прилагаемые чертежи иллюстрируют предлагаемое изобретение.
На фиг. 1 система очистки воды и генерирования пара согласно предлагаемому изобретению схематично показана на виде сверху в частичном разрезе;
на фиг. 2 система, изображенная на фиг. 1, схематично показана на виде сбоку в частичном разрезе;
на фиг. 3 на виде сверху показана рабочая емкость, в которой осуществляется обработка воды, при этом верхняя часть рабочей емкости снята;
на фиг. 4 установленная горизонтально и скрепленная с передвижной стержневой конструкцией согласно предлагаемому изобретению рабочая емкость, в которой осуществляется обработка воды, показана с торца;
на фиг. 5 на виде сверху показан вращающийся лоток, снабженный совокупностью сквозных черпаков;
на фиг. 6 часть лотка и расположенный на нем сквозной черпак показаны в поперечном разрезе;
на фиг. 7 на виде сверху показана отклоняющая перегородка, используемая в системе согласно предлагаемому изобретению;
на фиг. 8 на виде сбоку показана отклоняющая перегородка, снабженная расположенным перед ней направителем потока;
на фиг. 9 часть отклоняющей перегородки показана в поперечном разрезе, так что виден выполненный в ней сужающийся канал;
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;
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 элементами согласно предлагаемому изобретению;
на фиг. 12 схематично на виде сверху в частичном разрезе показана система очистки воды и генерирования пара согласно предлагаемому изобретению, снабженная паровой турбиной и электрическим генератором;
на фиг. 13 рабочая емкость, в которой осуществляется обработка воды, показана с торца, при этом видно выходное отверстие для пара;
на фиг. 14 система, изображенная на фиг. 12, схематично показана на виде сбоку.
Подробное описание предлагаемого изобретения
На прилагаемых чертежах в иллюстративных целях показано, что предлагаемое изобретение состоит в способе и системе для очистки воды и генерирования водяного пара. Способ и система согласно предлагаемому изобретению особенно пригодны для обессоливания соленой воды, например океанской воды или другой солоноватой воды, и в иллюстративных целях предпочтение здесь отдается этому применению, хотя специалистам в данной отрасли должно быть понятно, что способ и система согласно предлагаемому изобретению могут быть использованы для очистки и других водных источников. 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, функционально соединенную с электрическим генератором с целью производства электрической энергии, или же полученный пар может использоваться для отопления и других применений.
Как можно видеть на фиг. 1 и 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 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 снабженное клапаном входное отверстие 18 по соединенной с расходным резервуаром трубе 20. Как говорилось выше, в качестве воды, подлежащей обработке, может использоваться вода из моря, океана или другого источника солоноватой воды, или даже вода, загрязненная другими примесями. Кроме того, предлагаемым изобретением предусматривается также возможность подачи воды, содержащей примеси, непосредственно от источника, то есть без необходимости использования расходного резервуара 16.
Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированному на фиг. 3, рабочая емкость 12 содержит нижний корпус 12а и верхний корпус 12b, так что эти нижний и верхний корпусы 12а, 12b могут быть раскрыты или иным образом разъединены, так что обеспечивается доступ к содержимому внутренней камеры 14 рабочей емкости 12. Внутри внутренней камеры 14 рабочей емкости 12 содержится некоторая совокупность выполненных с возможностью вращения лотков 22, отделенных друг от друга расстоянием, при этом между соседними лотками 22 расположена отклоняющая перегородка 24. Как более полно будет описано далее, лотки 22 снабжены сквозными черпаками 26, а отклоняющие перегородки 24 выполнены в виде пластин, в которых выполнены сквозные каналы 28. Отклоняющие перегородки 24 прикреплены к рабочей емкости 12 таким образом, что обеспечивается их неподвижное состояние. Отклоняющие перегородки 24 могут иметь нижнюю часть, расположенную в нижнем корпусе 12а рабочей емкости 12, и верхнюю часть, расположенную в верхнем корпусе 12b рабочей емкости 12, образующие единую отклоняющую перегородку, когда нижний и верхний корпусы 12а, 12b рабочей емкости 12 соединены между собой и сведены один к другому, или же каждая отклоняющая перегородка 24 может представлять собой единую деталь, которая соединена либо с нижним корпусом 12а, либо с верхним корпусом 12b рабочей емкости 12, и при этом остается неподвижной при пропускании через нее воды или водяного пара.
Способ и система согласно предлагаемому изобретению 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 элементами, обычно муфтами Шмитта или керамическими подшипниками 38, 40, установленными на противоположных концах рабочей емкости 12. Приводной вал 36 простирается сквозь лотки 22 и отклоняющие перегородки 24 таким образом, что при вращении приводного вала 36 приводятся во вращение только лотки 22. То есть 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 стабилизации и поддержки вала при вращении, размещают подшипники или слой либо муфту из
материала с низким коэффициентом трения, такого как, например, тефлон.
Как можно видеть на прилагаемых чертежах, рабочая емкость 12 ориентирована практически горизонтально. Этим система согласно предлагаемому изобретению радикально отличается от системы, описанной в патенте США № 4287026, 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 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 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. 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.
Как говорилось выше, вращение вала приводного 36 и лотков 22 происходит с очень высокой скоростью, например, достигающей числа Маха, равного двум. Под действием этого вращательного движения происходит прохождение воды через сквозные черпаки 26 на лотках 22, в результате чего происходит закручивание и нагревание воды с образованием водяного пара, при этом примеси, соли и другие растворенные в воде твердые вещества отделяются от водяного пара. 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. По мере прохождения воды и водяного пара через каждую подкамеру рабочей емкости 12 температура водяного пара повышается, так что генерируется дополнительный водяной пар, не содержащий солей, растворенных твердых веществ и других примесей, которые остаются в остающейся воде. 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 придается направление к выходному отверстию 46. Генерируемый водяной пар проходит через выходное отверстие 48 для водяного пара, выполненное в рабочей емкости 12. Таким образом осуществляется разделение водяного пара с одной стороны и примесей и оставшейся воды с другой стороны.
Как говорилось выше, лотки 22 приводятся во вращение с помощью приводного вала 36. Выше говорилось также, что приводной вал 36 во внутреннем пространстве рабочей емкости 12 опирается на некоторую совокупность подшипников. Эти подшипники обычным образом выполняются 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, имели высокую интенсивность отказов. Согласно предлагаемому изобретению используются герметизированные стальные шариковые подшипники или керамические подшипники 38, 40, которые более долговечны, чем стандартные роликовые подшипники, и реже выходят из строя в условиях высоких скоростей вращения и высоких температур. Кроме того, приводной вал 36 имеет дополнительную опору на выполненные из материала с низким коэффициентом трения, такого как тефлон, муфты или подшипники 50, расположенные между каждой отклоняющей перегородкой 24 и 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.
На фиг. 5 и 6 проиллюстрирован пример осуществления лотка 22, снабженного образованными 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 лотке 22 их может быть несколько дюжин, и остальные сквозные черпаки подразумеваются наличествующими там, где показаны ограниченные пунктирными линиями дорожки.
На фиг. 6 часть лотка 22 показана в разрезе, проходящем через сквозной черпак 26. Согласно одному из особо предпочтительных 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 сужающуюся трубку, входное отверстие 52 которой ориентировано вертикально, практически перпендикулярно горизонтальной поверхности основания, выполненного с возможностью вращения лотка 22. Благодаря сужающейся форме сквозных черпаков 26 при прохождении сквозь них вода и пар получают ускорение, так как объем среды, входящей во входное отверстие 52, больше, чем объем среды, выходящей из выходного отверстия 54. Уменьшение сечения от входа к выходу сужающегося сквозного черпака 26 приводит, благодаря эффекту Вентури, к увеличению скорости среды. В результате этого вода и водяной пар подвергаются дальнейшему перемешиванию, при этом повышается их температура и скорость. Это спо
собствует дальнейшему отделению примесей от водяного пара. Сужающиеся сквозные черпаки 26 могут быть установлены на выполненных с возможностью вращения лотках 22 с помощью любых средств, известных в данной отрасли.
Опять же, должно быть понятно, что распределенные по всей площади выполненного с возможностью вращения 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 лотков 22. То есть последовательное увеличение угла наклона оси сквозного черпака от лотка к лотку, 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 среды, генерирования водяного пара и повышения давления водяного пара, что может быть использовано в паровой турбине, как это более подробно будет описано в дальнейшем.
Обратимся теперь к фиг. 7-9. На фиг. 7 показана отклоняющая перегородка 24, выполненная в виде пластины, снабженной отверстиями. В 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, 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 12b рабочей емкости 12. В случае отклоняющей перегородки из двух пластинчатых элементов 56, 58 представляется предпочтительным такое решение, при котором в закрытом положении рабочей емкости 12 эти пластинчатые элементы 56, 58 соединены между собой с образованием единой отклоняющей перегородки 24.
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 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 в лотках 22, обеспечивается повышение давления и скорости проходящих через эти сквозные каналы 28 воды и водяного пара, в результате чего происходит дальнейшее повышение температуры и генерирование дополнительного пара из воды. Аналогично тому, как это описывалось для сквозных черпаков 26 в лотках 22, сквозные каналы 28 могут быть выполнены по всей площади отклоняющей перегородки 24, заполняя дорожки, ограниченные линиями. Конкретное количество и размеры сквозных каналов 28 могут быть различными в зависимости от условий работы системы 10.
На фиг. 8 показан приводной вал 36, пронизывающий выполненную в виде пластины отклоняющую перегородку 24. Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения в передней части отклоняющей перегородки 24 установлен 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 отклоняющей перегородки 24.
Снова обратимся к фиг. 3 и 4. Как указано выше, согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения рабочая емкость 12 образована из двух секций или корпусов 12а, 12b. При таком решении обеспечивается возможность быстрого осмотра рабочей емкости 12 и замены компонентов системы, если в том возникает необходимость. Представляется предпочтительным такое решение, при котором внутренняя камера 14 и другие компоненты системы, такие как 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 коэффициент трения материалов, таких как, например, полированная нержавеющая сталь. Представляется предпочтительным такое решение, при котором верхний и нижний корпусы 12а, 12b рабочей емкости 12 соединены между собой таким образом, что в закрытом состоянии обеспечивается непроницаемость рабочей емкости 12 для воздуха и воды. Кроме того, ввиду парообразования во время работы 10 рабочая емкость 12, будучи в закрытом состоянии, должна выдерживать высокие температуры и давления.
Теперь обратимся к фиг. 1, 2 и 10. Обычным образом трансмиссия 34 соединяет электрический двигатель 32 и приводной вал 36. Скорость вращения трансмиссии 34 задается регулятором переменной частоты 30. Регулятор переменной частоты 30 в первую очередь управляется компьютеризированным контроллером 68, что будет более полно описано далее. Как показано на фиг. 10, вал 70 электрического 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. Высо
коскоростная промышленная система 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, 76 и промежуточных валов 72 обеспечивает повышение выходной скорости вращения приводного вала 36 относительно входной скорости вращения вала 70 электрического двигателя 32. Разумеется, отношение входной скорости вращения к выходной скорости вращения можно менять путем изменения относительных скоростей вращения приводных ремней 74, 76 и соответствующих промежуточных валов 72. Благодаря решению, при котором вал 70 электрического двигателя 32 соединен с приводным валом 36 через посредство приводных ремней 74, 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.
Как можно видеть на фиг. 1, водяной пар направляется через выходное отверстие 48 для водяного пара, выполненное в рабочей емкости 12. Водяной пар проходит через регенерационную трубку 78 в ре-генерационный резервуар 80. Затем водяной пар конденсируется (происходит 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 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.
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 диапазоне от 100°F ("37,78°C) до менее 212°F (100°C). Согласно более предпочтительному варианту водяной пар с целью пастеризации нагревают до температуры в диапазоне от 140°F (60°C) до 170°F ("76,67°C). Однако температура водяного пара поддерживается на минимальном уровне, предпочтительно ниже 212°F (100°C), 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. Доведение воды до кипения и доведение температуры водяного пара до температуры выше 212°F (100°C) представляется предпочтительным только в тех случаях, когда пар генерируется как конечный продукт для целей отопления, генерирования электрической энергии и т.д., как будет более подробно сказано далее. При таком техническом решении обеспечивается возможность применения предлагаемого изобретения как для пастеризации водяного пара, так и конденсации его с получением воды без сложных систем охлаждения и конденсации, которые часто требуют дополнительных энергетических затрат.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения вода, содержащая примеси, в процессе обессоливания именуемая рассолом, собирается у выходного отверстия 46 и 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.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения прошедшая обработку содержащая примеси 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 отверстия 46 к первому резервуару 92 повторной обработки рассола. Оставшаяся отработанная вода в виде рассола через входное отверстие 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 направляется во второй резервуар 94 повторной обработки рассола. Концентрация солей в рассоле в этом резервуаре является намного более высокой. Как только во втором резервуаре 94 повторной обработки рассола накопится достаточно, этот рассол через входное отверстие 18 снова подается в рабочую емкость 12, где подвергается обработке, как описывалось выше. Извлеченная питьевая вода в виде пара отводится через выходное отверстие 48, и пар превращается в воду в регенера-ционном резервуаре 80, как описывалось выше. Оставшаяся отработанная вода может быть отведена в еще один резервуар для рассола, подлежащего дальнейшей обработке, или же она может быть направлена в отходный резервуар 88. Предполагается, что выход питьевой воды от начального прогона 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 через систему может повысить общий выход питьевой воды до 99% при малых или нулевых дополнительных издержках на единицу продукции. Кроме того, повторная обработка приводит к уменьшению объема рассола, что может поспособствовать регенерации следовых элементов и/или уменьшить расходы на утилизацию рассола.
Обратимся теперь к фиг. 11. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения система 10 включает в себя компьютерную систему, выполненную с возможностью управления регулятором переменной частоты 30 на основе данных измерений, снимаемых с образующих некоторую совокупность чувствительных элементов, с помощью которых осуществляется в непрерывном режиме измерение температуры, давления, расхода текучей среды, передаточных отношений вращающихся компонентов и оставшегося объема резервуаров, соединенных с рабочей емкостью 12.
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 контроллера 68, 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 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 элемент, обеспечивающий детектирование скорости вращения, например, в оборотах в минуту приводного вала 36 и/или 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 упомянутый компьютеризированный контроллер 68 может быть выполнен также с возможностью регулирования расхода воды, измеряемого, например, в галлонах в минуту, поступающей через входное отверстие 18, таким образом, чтобы этот расход соответствовал расходу отводимых из системы 10 водяного пара и рассола. Компьютеризированный контроллер 68 выполнен с возможностью регулирования расхода воды, поступающей в рабочую емкость 12, или даже регулирования поступления воды.
Как описано выше, вода, содержащая примеси, может, например, поступать из расходного резервуара 16 или же из других резервуаров, включая резервуары 92, 94 повторной обработки рассола. Предусмотрено также, что резервуар, в котором хранится собранная вода, сообщен с входным отверстием 18, так что обеспечивается очистка воды до определенного уровня или для 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 также расходов текучей среды, поступающей в резервуары или выпускаемой из них, могут быть установлены один или более 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 рассола и, если необходимо, в отходный резервуар 88, как описывалось выше, может быть использован компьютеризированный контроллер 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 оставшийся рассол направляются из второго резервуара 94 повторной обработки рассола, например, в отходный резервуар 88. Рассол в 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 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.
Компьютеризированный контроллер 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, чтобы при вращении 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. Водяной пар может генерироваться в рабочей емкости 12 для приведения в движение высоконапорной низкотем
пературной паровой турбины, функционально соединенной с электрическим генератором 102, благодаря чему обеспечивается экономичное генерирование электрической энергии.
Водяной пар в виде рабочего пара может быть нагрет, например, до температуры, превышающей 600°F (315,56°C), и сжат до давления, превышающего 1600 фунтов силы на квадратный дюйм (11031611,2 Па "11 МПа), - этого достаточно для приведения в работу паровой турбины 100. Помимо повышенной скорости вращения лотков 22 генерированию водяного пара способствует решение, при котором лотки 22 снабжены сквозными черпаками 26 с сужающимся поперечным сечением канала, а отклоняющие перегородки 24 снабжены сквозными каналами 28 с сужающимся поперечным сечением. Способствует увеличению парообразования и повышению давления образующегося 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° на последнем. На фиг. 13 и 14 проиллюстрирован вариант осуществления предлагаемого изобретения, 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 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 и его конденсации с целью переведения в жидкое состояние.
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.
Должно быть понятно также, что система согласно предлагаемому изобретению при надлежащем использовании чувствительных элементов и компьютеризированного контроллера 68 способна обеспечивать получение водяного пара с более низкими значениями температуры и/или давления с целью производства питьевой воды, для чего водяной пар через выходное отверстие 48 для водяного пара направляется непосредственно в регенерационный резервуар, а для генерирования высокотемпературного водяного пара для пропускания его через паровую турбину 100 с целью 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 электрической энергии.
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 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 (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, как то: расходный резервуар, регенерационный резервуар, резервуар для питьевой воды, отходный резервуар и другие резервуары, могут размещаться в транспортируемом контейнере или же могут транспортироваться отдельно и присоединяться к соответствующим входным и выходным отверстиям, когда это необходимо. Таким образом, вся система 10 согласно предлагаемому изобретению может легко транспортироваться в упомянутом стандартном 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.
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 идеи возможны и различные другие варианты его осуществления. Таким образом, предлагаемое изобретение ограничено только изложенной ниже формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для очистки воды и генерирования водяного пара, содержащая
удлиненную рабочую емкость, внутреннее пространство которой образует внутреннюю камеру, при этом упомянутая удлиненная рабочая емкость ориентирована в целом горизонтально, входное отверстие для воды, выполненное в удлиненной рабочей емкости,
вращающиеся лотки, расположенные в упомянутой внутренней камере на расстоянии друг от друга и содержащие черпаки с отверстиями для воды и водяного пара, имеющие входные отверстия и выходные отверстия, причем диаметр выходного отверстия меньше диаметра входного отверстия,
неподвижные отклоняющие перегородки, расположенные между лотками и снабженные каналами для прохождения через них воды и водяного пара, при этом упомянутые каналы имеют входные отверстия с диаметром, превышающим диаметр выходных отверстий,
приводной вал, проходящий сквозь отклоняющие перегородки и скрепленный с каждым лотком с обеспечением возможности вращения лотков под его действием внутри внутренней камеры,
привод для вращения приводного вала,
при этом в рабочей емкости выполнены выходное отверстие для примесей, образующихся в рабочей емкости, и выходное отверстие для водяного пара, соединенное с регенерационным резервуаром для конденсации пара и получения воды.
2. Система по п.1, выполненная с возможностью прикрепления ее к перевозимой стержневой конструкции.
3. Система по п.1, в которой контактирующие поверхности, расположенные между каждой неподвижной отклоняющей перегородкой и приводным валом, покрыты слоем материала с низким коэффициентом трения.
4. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна неподвижная отклоняющая перегородка снабжена направителем потока, простирающимся от ее лицевой поверхности и выполненным с возможностью направлять поток воды и водяного пара к периферии отклоняющей перегородки.
5. Система по п.1, содержащая контроллер для регулирования скорости вращения приводного вала или расхода воды, подаваемой в рабочую емкость.
6. Система по п.5, содержащая по меньшей мере один чувствительный элемент, связанный с упомянутым контроллером и выполненный с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорость вращения приводного вала или лотков, (2) давление во внутренней камере, (3) температура воды или водяного пара, (4) интенсивность входящего потока или (5) уровень загрязненной жидкости, подлежащей обработке.
7. Система по п.6, содержащая по меньшей мере один резервуар для подлежащей обработке воды, содержащей примеси, который сообщен с рабочей емкостью для повторной обработки воды, содержащей примеси, путем повторного пропускания ее через систему.
8. Система по п.7, содержащая линию возврата обрабатываемой воды, расположенную между паровой турбиной и входным отверстием рабочей емкости.
9. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции:
подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость,
обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками, с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси,
выведение пара из рабочей емкости с целью конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды,
считывание по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) скорости вращения приводного вала или лотков, (2) давления во внутренней камере, (3) температуры воды или водяного пара, (4) интенсивности входящего потока или (5) уровня загрязненной жидкости, подлежащей обработке, и
регулирование скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость.
10. Способ по п.9, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, имеющий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.
11. Способ по п.9, включающий операцию пропускания пара через паровую турбину, функционально соединенную с электрическим генератором.
12. Способ по п.11, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры ее кипения.
13. Способ по п.9, включающий операцию повторной обработки отделенных примесей и воды путем повторного пропускания их через рабочую емкость.
14. Способ по п.13, включающий операцию считывания уровня отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.
15. Способ по п.9, включающий операцию повышения температуры пара до температуры пастеризации.
16. Способ по п.15, при котором повышение температуры пара до температуры пастеризации осуществляют путем приведения лотков во вращение со скоростью, при которой температура пара достигает значения температуры пастеризации.
10.
17. Способ по п.9, включающий операцию нагревания воды до температуры по меньшей мере 100°F ("37,78°C), но меньше чем 212°F (100°C).
18. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции:
подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость,
обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками, с обеспечением закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, от которого отделены, по меньшей мере, некоторые примеси благодаря вращению лотков с достаточно высокой скоростью,
выведение пара из рабочей емкости с целью конденсации его отдельно от отделенных примесей и оставшейся воды,
повторная обработка отделенных примесей и воды путем пропускания их через рабочую емкость.
19. Способ по п.18, включающий операцию считывания по меньшей мере одного из следующих параметров: (1) факт поступления воды в рабочую емкость, (2) скорость вращения лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура воды или пара, (5) концентрация отделенных примесей.
20. Способ по п.19, включающий операцию считывания концентрации отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.
21. Способ по п.19, включающий операцию регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии со считываемыми значениями указанных параметров.
22. Способ по п.18, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, содержащий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.
23. Способ по п.18, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры кипения.
24. Способ по п.18, включающий операцию повышения температуры пара до температуры пастеризации.
25. Способ по п.24, при котором операция повышения температуры пара до температуры пастеризации включает операцию приведения лотков во вращение со скоростью, при которой температура пара достигает значения температуры пастеризации.
26. Способ по п.18, включающий операцию нагревания воды до температуры по меньшей мере 100°F ("37,78°C), но меньше чем 212°F (100°C).
27. Способ очистки воды и генерирования водяного пара с использованием системы по любому из пп.1-8, включающий следующие операции:
подача воды, содержащей примеси, в рабочую емкость,
обеспечение перемещения обрабатываемой воды через последовательность выполненных с возможностью вращения лотков, чередующихся с разделяющими соседние лотки неподвижными отклоняющими перегородками,
обеспечение вращения лотков со скоростью, достаточно высокой для закручивания и нагревания воды с целью приведения ее в парообразное состояние для генерирования пара, имеющего заданные температуру и давление.
28. Способ по п.27, включающий операцию отделения содержащихся в воде примесей от пара.
29. Способ по п.27, включающий операцию считывания по меньшей мере одного из следующих параметров/условий: (1) факт поступления воды в рабочую емкость, (2) скорость вращения лотков, (3) давление внутри рабочей емкости, (4) температура воды или пара или (5) уровень отделенных примесей.
30. Способ по п.29, включающий операцию считывания уровня отделенных примесей и воды в резервуаре для хранения или концентрации примесей в обрабатываемой воде.
31. Способ по п.29, включающий операцию регулирования скорости вращения лотков или расхода воды, поступающей в рабочую емкость, в соответствии со считываемыми значениями указанных параметров.
32. Способ по п.27, включающий операцию пропускания водяного пара через регенерационный резервуар, содержащий разделенные расстоянием элементы на пути потока пара для его конденсации и получения из него воды.
33. Способ по п.27, включающий операцию нагревания воды, по меньшей мере, до температуры кипения.
28.
28.
24 62 28
У77777Л * 7777т
Фиг. 9
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
018631
- 1 -
(19)
018631
- 1 -
(19)
018631
- 1 -
(19)
018631
- 1 -
(19)
018631
- 2 -
(19)
018631
- 13 -
018631
- 14 -
018631
- 15 -