Способ и установка для обессоливания воды

008492 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к обработке воды, а более конкретно, к опреснению солесодержащих вод. Уровень техники Применяемые в настоящее время способы опреснения (обессоливания) солесодержащей или минерализованной воды имеют различные недостатки, в частности неэффективное удаление солей, необходимость использования сложных установок, потребление большого количества энергии. В патенте GB-A-2016938 описаны способ и установка для обессоливания воды, в которых солесодержащую воду (морскую воду) извлекают из резервуара или бассейна и подают в бойлер, в котором происходит кипение воды. Из указанного бойлера образованный в нем пар пропускают через теплообменник для конденсации. В патенте US-A-4328788 раскрыта установка для сохранения тепла в водных растворах и его извлечения из них. В процессе теплового извлечения раствор отбирают из зоны резервуара через отверстия,входные трубы, магистраль и дополнительные трубы и подают в теплообменник, находящийся снаружи указанного резервуара. Затем указанный раствор возвращают в указанный резервуар. Однако в данном патенте нет каких-либо указаний на обессоливание воды. Сущность изобретения Задачей изобретения является обеспечение способа, в котором удаление солей из воды производится эффективным образом с использованием простых средств. В соответствии с изобретением поставленная задача может быть достигнута способом, в котором солесодержащую воду пропускают через теплообменник, расположенный в резервуаре (бассейне или другой подходящей емкости), содержащем солевой раствор в виде нескольких слоев, расположенных один над другим, при этом каждый слой имеет более высокое содержание соли, чем находящийся выше слой, и теплообменник располагают в самом нижнем слое, имеющем самую высокую температуру, а указанный солевой раствор нагревают посредством солнечной энергии, далее солесодержащую воду, нагретую в теплообменнике, пропускают через испаритель с испарением по меньшей мере части воды, а образованный таким образом пар выводят в конденсатор и получают обессоленную воду. При применении способа в соответствии с настоящим изобретением используется тот факт, что образованный в резервуаре слой солевого раствора, имеющего сравнительно высокое содержание соли,может быть нагрет до довольно высокой температуры за счет солнечной радиации. Благодаря использованию теплообменника, размещенного в указанном слое, имеющем высокую температуру, солесодержащая вода может быть нагрета дешевым способом и затем подана в испаритель, в котором может быть получен водяной пар, свободный от солей, который затем конденсируют. Таким образом, предлагается способ, работающий, по существу, только на солнечной энергии, что делает возможным дешевую и эффективную дистилляцию солесодержащей воды. В предпочтительных вариантах осуществления способа в резервуаре формируют нижний слой воды, имеющий содержание солей примерно 24 мас.%, средний слой воды, имеющий содержание солей примерно 15 мас.%, и верхний слой воды, имеющий содержание солей примерно менее 4 мас.%. Каждый из слоев воды имеет толщину около 1 м. В расположенный в резервуаре теплообменник солесодержащую воду подают из приямка, в котором расположен другой теплообменник, через который пропускают сконденсировавшуюся воду. Водяной пар, образованный в испарителе, конденсируют в конденсаторе, к которому подсоединен охладитель, подающий в конденсатор охлаждающий воздух. Другой аспект изобретения относится к установке для обессоливания воды, пригодной для реализации вышеописанного способа, и которая содержит средство подачи обессоливаемой воды, теплообменник, испаритель и средство конденсации водяного пара, причем средство подачи обессоливаемой воды соединено со входом теплообменника, выход теплообменника соединен со входом испарителя, а выход испарителя соединен со средством конденсации водяного пара. Далее в соответствии с изобретением установка содержит резервуар с нагреваемым солнечной энергией солевым раствором в виде нескольких располагающихся один над другим слоев, каждый из которых имеет более высокое содержание соли, чем находящийся выше слой, причем теплообменник расположен в резервуаре в самом нижнем слое воды. В соответствии с настоящим изобретением можно создать простую и эффективную установку для обессоливания воды, которая может работать в автоматическом режиме практически без обслуживания. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения установка дополнительно содержит приямок обессоливаемой морской воды, соединенный с расположенным в резервуаре теплообменником с возможностью подачи в него обессоливаемой воды. Она может также дополнительно содержать насос и приемный резервуар для воды (обессоленной воды), причем средство конденсации водяного пара включает подсоединенный к испарителю конденсатор, а насос установлен с возможностью подачи образуемого конденсата в приемный резервуар для воды. В больших подробностях изобретение будет описано ниже со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи. Перечень чертежей или иных материалов На фиг. 1 схематически представлена установка, выполненная в соответствии с настоящим изобретением;-1 008492 на фиг. 2 - часть резервуара, используемого в установке, показанной на фиг. 1, причем в резервуаре имеется три слоя с различным содержанием соли; на фиг. 3 - устройство для подачи солесодержащей воды в резервуар; на фиг. 4 - часть резервуара, используемого в установке, показанной на фиг. 1, с рабочими мостками, проходящими над частью резервуара; на фиг. 5 - вид сверху части резервуара, изображенной на фиг. 4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Изображенная на фиг. 1 установка содержит резервуар 1, дно которого находится на расстоянии по крайней мере около 2 м от уровня грунтовых вод (или морской воды) 2. Вблизи верхнего края резервуара 1 в него входит труба 3, открытая в сторону резервуара 1, через которую в резервуар может закачиваться солесодержащая вода, в частности морская. Вблизи резервуара 1 может также иметься приямок 4, постоянно заполняемый обессоливаемой водой, в частности морской, по крайней мере, до уровня грунтовых вод или до уровня морской воды. Если приямок 4 находится, по крайней мере частично, ниже уровня морской воды, можно создать автоматический переток воды в приямок 4 без использования насосов или другого требующегося в таких случаях оборудования. В резервуаре вблизи его дна расположен теплообменник 5, в который через трубу 6 может подаваться вода из приямка 4. В наиболее эффективном варианте выполнения изобретения для этого в приямке 4 помещен плунжерный насос 7, соединенный с одним концом трубы 6, хотя, конечно, могут использоваться и другие средства для перекачки обессоливаемой воды из приямка 4 к теплообменнику 5. К выходу теплообменника 5 подсоединена труба 8, через которую опресняемая вода, проходящая через теплообменник 5, может подаваться в испаритель 9, который сам по себе известен. В предпочтительном варианте используется так называемый низкотемпературный испаритель в качестве средства, с помощью которого поданная в испаритель вода испаряется уже при температурах ниже примерно 30 С. В наиболее эффективном варианте выполнения изобретения на трубе 8 помещают проточный нагреватель 10, с помощью которого поступающий в него с теплообменника 5 поток воды может нагреваться дополнительно. Установка содержит средство конденсации водяного пара, включающее в представленном примере конденсатор 12 с вентилятором 13. При этом верхний край испарителя 9 связан с верхним краем конденсатора 12 через трубу 11, и, кроме того, в трубе 11 дополнительно установлен вентилятор 13 для перемещения пара, образованного в испарителе. К конденсатору 12 может быть дополнительно подсоединен блок охладителя для снижения температуры водяного пара, подаваемого в конденсатор. Вблизи дна конденсатора 12 имеется насос 15, с помощью которого конденсировавшаяся в конденсаторе 12 вода, из которой удалена соль, может быть откачана через трубу 16. С дном испарителя 9 связана дренажная труба 17, через которую из испарителя 9 остаточная вода из испарителя может быть сброшена обратно в море и/или возвращена к теплообменнику 5 через промежуточную трубу 18. Труба 16 связана с теплообменником 19, находящимся в приямке 4 и предназначенным для предварительного нагрева обессоливаемой воды, попавшей в приямок, за счет тепла конденсировавшейся воды,имеющей высокую температуру. Выход теплообменника 19 через трубу 20 связан с накопительным резервуаром 21 для обессоленной воды. В предпочтительном варианте резервуар 1 выкапывается в земле, хотя возможно такой резервуар может быть воздвигнут на поверхности земли. В предпочтительном варианте резервуар имеет глубину по крайней мере около 3 м, и поднимающиеся стенки резервуара предпочтительно должны иметь наклон под углом около 45. Как схематически показано на фиг. 2, дно и боковые стенки резервуара могут быть прокрыты слоем песка 22 толщиной около 10 см, если такая необходимость обусловливается свойствами грунта. Затем дно и наклонные стенки резервуара 1 покрывают фольгой, желательно черной, причем фольга, покрывающая дно и наклонные стенки, должна представлять единое целое, чтобы не допустить проникновения воды. Затем резервуар заполняют соленой водой так, чтобы сформировать нижний слой 23 воды толщиной около 1 м и с содержанием солей примерно 24 мас.%, средний слой 24 воды высотой около 1 м и с содержанием солей примерно 15 мас.% и верхний слой 25 воды высотой около 1 м и с содержанием солей примерно 0-4 мас.%. Формирование слоев воды с различным солесодержанием может быть эффективно выполнено с использованием устройства 26, схематически изображенного на фиг. 3; два таких устройства крепят к свободным концам рабочих мостков 27, выступающих над частью резервуара с одной из его сторон, причем предпочтительно, чтобы рабочие мостки были снабжены перилами 28. Устройство 26 содержит вертикальную трубку 29, которая может вертикально перемещаться в опоре 30, прикрепленной к рабочим мосткам 27. К нижнему концу трубки прикреплены две горизонтальные круглые пластины 31 и 32, расположенные параллельно друг другу, причем эти пластины взаимосвязаны и разделяются с помощью проставки-2 008492 33, расположенной между пластинами. Верхний диск 31 может иметь диаметр, равный, например, около 100 см, и нижний диск 32 может иметь несколько меньший диаметр, равный, например, около 80 см, а проставка предпочтительно поддерживает расстояние между пластинами равным около 3 см. Пластины 31 и 32 могут устанавливаться в резервуаре на любом необходимом уровне за счет движения трубки 29 в опоре 30. При запуске установки резервуар 1 сначала заполняют морской водой или другой опресняемой жидкостью до высоты около 1,80 м. Затем устройство 26 устанавливают таким образом, чтобы пластины 31 и 32 располагались вблизи теплообменника 5, находящегося в резервуаре. После этого к верхним краям трубок 29 каждого устройства 26 подается вода с высоким содержанием соли, которая свободно вытекает в горизонтальном направлении между пластинами 31 и 32 из трубки 29 в резервуар, как показано стрелками на фиг. 3, не образуя при этом водоворотов в воде, уже находящейся в резервуаре. Таким образом в резервуаре может быть создан слой 23 с высоким солесодержанием и высотой около 1 м, причем этот слой воды находится от первоначального уровня на высоте от примерно 1,80 м до примерно 2,80 м. После этого два устройства 26 перемещают вверх до положения, при котором пластины 31, 32 отстоят от дна резервуара 1 на расстоянии около 1,80 м. В этом положении вода с соответствующей концентрацией соли снова подается в резервуар с целью образования второго слоя 24 с содержанием солей примерно 15 мас.%, причем слой воды в резервуаре в итоге поднимается до уровня около 3 м. Практически можно наблюдать, что благодаря тому, что соответствующие слои 23-25 имеют различный удельный вес, определяемый удельным солесодержанием, между различными слоями образуется очень устойчивая граница раздела, которая автоматически восстанавливается, даже будучи нарушенной каким-либо внешним воздействием. Заполненный таким образом резервуар подвергается воздействию солнечной радиации, причем нагревание за счет солнца приводит к росту температуры в нижнем слое с высоким содержанием соли до определенного значения. Практически можно наблюдать, что температура в нижнем слое 23 может расти на приблизительно 1 в день и со временем может достичь в этом нижнем слое значения около 80 С. В случае, если резервуар имеет, например, дно размером 4050 м, то образуется слой 23 горячего солевого раствора с содержанием соли примерно 24 мас.% площадью около 2000 м 2. Промежуточный слой 24 служит изолирующим слоем, в котором солнечное тепло поглощается и передается вниз через верхний слой 25. После нагревания таким образом нижнего слоя 23 до нужной температуры может быть включен насос 7 для перекачки воды из приямка 4 через теплообменник в испаритель. В теплообменнике происходит отвод тепла от слоя 23 так, что вода, выходящая из теплообменника, имеет температуру примерно равную температуре воды в слое 23. При необходимости эта температура может быть еще повышена в проточном нагревателе 10. Таким образом, вода, поступившая в испаритель 9, будет интенсивно испаряться, и затем пар будет поступать в конденсатор. Остаточная вода с относительно высоким содержанием соли может быть сброшена через трубу 17, как было описано ранее. Водяной пар, подаваемый в конденсатор 12, будет испаряться, и опресненная вода, полученная таким образом, может быть откачана из конденсатора 12 с помощью насоса 15, как было описано ранее. Имеющаяся в приямке 4 вода уже предварительно подогрета остаточным теплом от конденсированной воды, так что температура воды, подаваемой в теплообменник 5, может быть выше температуры морской воды, поступающей в приямок. Дистиллированная вода, подаваемая в резервуар 21, может, при необходимости, быть перед употреблением подвергнута дополнительной обработке. Работа установки требует лишь незначительных затрат энергии, необходимой для работы насосов 7 и 15 и теплообменника 10. Эта энергия может быть получена, например, от ветряной установки, но возможно использование для этой цели солнечных коллекторов. Вырабатываемая ими энергия может накапливаться в батареях для использования в периоды отсутствия ветра, необходимого для работы ветряной установки, и/или в случаях, когда солнечные коллекторы не дают достаточного количества энергии. Кроме того, как схематически показано на фиг. 2, в установку у верхнего края резервуара 1 может быть введен так называемый волнолом 34 для предотвращения образования нежелательных волн на поверхности резервуара. Также могут использоваться датчики 35 и 36, предназначенные для измерения температуры или солесодержания в различных слоях, например, как это схематически показано на фиг. 4, закрепленные на рабочих мостках. Кроме того, могут быть предусмотрены приборы для измерения температуры воздуха и в случае использования ветряной установки измерения скорости ветра. Различные датчики и приборы могут быть подсоединены к центральному блоку управления, регулирующему работу всей установки и включающему насосы 7 и 15, управляющему ветряной установкой, например регулирующему положение лопастей ветряной установки и включающему или выключающему ветряную установку. Из приведенного описания видно, что предложена установка, требующая минимального технического обслуживания и потребляющая малое количество энергии, причем эта энергия может, более того,-3 008492 вырабатываться ветряной установкой, или солнечными коллекторами (нагревателями), или аналогичными устройствами. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обессоливания воды, отличающийся тем, что солесодержащую воду пропускают через теплообменник, расположенный в резервуаре, содержащем солевой раствор в виде нескольких слоев,расположенных один над другим, при этом каждый слой имеет более высокое содержание соли, чем находящийся выше слой, и теплообменник располагают в самом нижнем слое, имеющем самую высокую температуру, а указанный солевой раствор нагревают посредством солнечной энергии, далее солесодержащую воду, нагретую в теплообменнике, пропускают через испаритель с испарением по меньшей мере части воды, а образованный таким образом пар выводят в конденсатор и получают обессоленную воду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в резервуаре формируют нижний слой воды, имеющий содержание солей примерно 24 мас.%, средний слой воды, имеющий содержание солей примерно 15 мас.%, и верхний слой воды, имеющий содержание солей примерно менее 4 мас.%. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждый из слоев воды имеет толщину около 1 м. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в расположенный в резервуаре теплообменник солесодержащую воду подают из приямка, в котором расположен другой теплообменник, через который пропускают сконденсировавшуюся воду. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что водяной пар, образованный в испарителе,конденсируют в конденсаторе, к которому подсоединен охладитель, подающий в конденсатор охлаждающий воздух. 6. Установка для обессоливания воды, содержащая средство подачи обессоливаемой воды, теплообменник, испаритель и средство конденсации водяного пара, причем средство подачи обессоливаемой воды соединено со входом теплообменника, выход теплообменника соединен со входом испарителя, а выход испарителя соединен со средством конденсации водяного пара, отличающаяся тем, что она содержит резервуар с нагреваемым солнечной энергией солевым раствором в виде нескольких располагающихся один над другим слоев, каждый из которых имеет более высокое содержание соли, чем находящийся выше слой, причем теплообменник расположен в резервуаре в самом нижнем слое воды. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит приямок обессоливаемой морской воды, соединенный с расположенным в резервуаре теплообменником с возможностью подачи в него обессоливаемой воды. 8. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит насос и приемный резервуар для воды, причем средство конденсации водяного пара включает подсоединенный к испарителю конденсатор, а насос установлен с возможностью подачи образуемого конденсата в приемный резервуар для воды.