EA002929B1 - Обработка воды - Google Patents

Abstract

В изобретении раскрыто устройство для обессоливания, предназначенное для удаления растворенных твердых веществ из морской воды или из жесткой воды. Устройство (10) имеет кожух (12), в котором установлен приводимый в действие двигателем (16) насос (14), предназначенный для накачки под давлением морской или жесткой воды. Установленный внутри кожуха (12) патрон для обессоливания (76) содержит полупроницаемый материал, действующий как мембрана обратного осмоса, через которую принудительно пропускают морскую или жесткую воду для удаления из нее растворенных твердых веществ. Растворенные в морской воде или из жесткой воде твердые вещества задерживаются в каналах удержания соли патрона (76). В стенках кожуха (12) заделаны три электрические катушки (94, 96 и 98), охватывающие патрон (76). На катушки от источника (112) подается электропитание, которое преимущественно представляет собой трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц. Катушки также подключены линиями (108) к приводу (110) регулируемой частоты переменного тока, который, в свою очередь, подключен к двигателю (16). Катушки (94, 96 и 98) создают магнитное поле, воздействующее на морскую или жесткую воду в канале удержания соли и увеличивающее скорость прохождения воды через мембрану обратного осмоса, а также препятствующие засорению. Катушки (94, 96 и 98) дополнительно действуют в качестве дросселей двигателя (16).

Description

Настоящее изобретение имеет отношение к обработке воды для удаления растворенных в ней твердых веществ.

Известно, что из морской воды и из жесткой (солоноватой) воды могут быть удалены растворенные твердые вещества, то есть может быть проведено обессоливание воды, при помощи способа, известного как обратный осмос. При осуществлении такого способа вода подается насосом под давлением от 12 до 70 бар через патрон для обессоливания, в котором в качестве полупроницаемой мембраны использован комплексный полимер. Использованные давления требуются для преодоления естественного осмотического давления питающей воды. Давления на нижнем крае указанного диапазона используют для обработки жесткой воды, а более высокие давления используют для обработки морской воды.

При обессоливании наиболее часто используют патрон такого типа, который содержит множество тонких полых нитей комплексного полимера, причем вода закачивается насосом в промежутки между нитями. Диаметр поперечного сечения указанных нитей ориентировочно равен диаметру человеческого волоса. Пермеат (обрабатываемая вода с растворенными в ней веществами) протекает между стенками нитей в их отверстия. Указанные отверстия, которые именуют также просветами, образуют каналы пермеата. При использовании патрона указанного типа имеются каналы удержания соли, внешние относительно указанных нитей, и, как упомянуто, каналы пермеата, образованные отверстиями нитей.

Вторым типом широко используемого патрона является патрон со спиральной намоткой. В патроне такого типа плоские листы комплексного полимера спирально намотаны на центральный сердечник, который представляет собой полую трубку с множеством отверстий.

Между всеми смежными слоями комплексного полимера установлены решетки. Указанные решетки действуют как прокладки, которые смещают листы друг от друга и образуют между листами чередующиеся каналы удержания соли и каналы пермеата. Решетки в каналах удержания соли дополнительно предназначены для введения турбулентности в поток воды. Пакет, состоящий, например, из 8-12 листов комплексного полимера с прокладками между ними, наматывают на сердечник одновременно. Каналы пермеата идут по спирали внутрь до сердечника.

В более старых установках для обессоливания (опреснителях) использовали, в основном, патроны с нитями. В более новых установках используют патроны со спиральной намоткой. В настоящее время общее число находящихся в эксплуатации патронов со спиральной намоткой меньше числа патронов с нитями. Однако это различие сокращается, так как в наиболее со временных установках для обессоливания используются патроны со спиральной намоткой, и можно ожидать, что это сохранится в будущем.

Основной проблемой при обессоливании является засорение полупроницаемых мембран. Имеются три источника засорения. Основным источником является отложение на тех поверхностях полимерных листов или полимерных нитей, которые ограничивают каналы удержания соли, слоев соли или других твердых веществ, таких как магний и кальций. Растворимые соли и другие твердые вещества выпадают в осадок, когда вода протекает через полупроницаемую мембрану от каналов удержания соли к каналам пермеата. Этот поток воды увеличивает концентрацию растворенных твердых веществ до такой степени, что остающаяся вода недостаточна для удержания всех твердых веществ в растворе.

Вторым источником засорения является органика. Например, на полупроницаемых мембранах растут водоросли, бактерии и т.п. Третьим источником засорения являются твердые вещества, которые пропускают фильтры, используемые обычно выше по потоку относительно патрона для обессоливания и предназначенные для удаления твердых частиц из питающей воды.

Засорение усиливается за счет того факта, что полимер имеет четкий отрицательный заряд, в то время как водоросли и бактерии имеют четкий положительный заряд. В результате эти организмы преимущественно притягиваются к поверхностям мембран, где они осаждаются и образуют колонии. Аналогично положительные ионы (катионы), которые появляются в морской воде в результате удаления растворенных твердых веществ, также преимущественно притягиваются к поверхностям мембран.

Хорошо известно, что скорость засорения патрона возрастает нелинейным образом при увеличении скорости потока пермеата. Так, например, увеличение скорости потока вдвое более чем в 2 раза увеличивает скорость засорения патрона для обессоливания. Засорение приводит к уменьшению скорости протекания воды через мембрану. Существует вероятность уменьшения скорости протекания пермеата до такой степени, что требуется химическая очистка патрона от засорения. Патрон после интенсивного засорения и последующей очистки не может обеспечивать такую же скорость потока, как до его засорения.

Как упоминалось ранее, для уменьшения засорения известных патронов для обессоливания, содержащих полимерные листы, в каналах удержания соли предусматривают прокладки, создающие турбулентность. Такие прокладки за счет усиления перемешивания воды, протекающей в каналах удержания соли, тормозят нарастание так называемого слоя поляризации концентрации. Этот слой непосредственно примы кает к мембране и в нем имеется максимальная концентрация растворенных твердых веществ. Указанный слой не только образует барьер для потока воды через мембрану, но и, главным образом, из этого слоя выпадают растворенные твердые вещества, которые вызывают засорение мембраны.

Более того, существование указанного слоя высокой концентрации увеличивает осмотическое давление. Указанные создающие турбулентность прокладки дают только частичное решение проблемы засорения.

Засорение является существенной проблемой для патронов для обессоливания с нитями, так как в массе нитей между нитями имеются очень малые промежутки. В результате масса нитей сама по себе действует как весьма эффективный фильтр, который перехватывает и отделяет любые твердые вещества из питающей воды. Такие вещества удерживаются в массе нитей и способствуют снижению скорости потока пермеата.

В заявке РСТ XVО 97/21630 была предложена структура, которая вводит турбулентность в питающую воду, входящую в каналы удержания соли, для того, чтобы дополнительно затормозить образование слоев поляризации концентрации, вызывающих последующее засорение.

Из 1Р 05049029 и известен способ удаления растворенных твердых веществ из воды, который предусматривает пропускание воды через канал удержания соли, ограниченный мембраной обратного осмоса, и приложение к мембране, к воде в канале удержания соли и к воде, которая проходит через мембрану, флуктуирующего магнитного поля.

Способ включает в себя операцию подачи электрического тока с переменной силой тока через катушку, в результате чего генерируется указанное флуктуирующее магнитное поле.

Известное устройство для удаления растворенных твердых веществ из воды содержит канал удержания соли, ограниченный указанной мембраной обратного осмоса, и средство для подачи воды в указанный канал удержания соли, так что вода протекает через указанный канал удержания соли, тогда указанный канал удержания соли лежит в магнитном поле таким образом, что при работе устройства вода в указанном канале удержания соли подвергается воздействию указанного флуктуирующего магнитного поля. Устройство содержит катушку и средство приложения напряжения переменной амплитуды к указанной катушке, в результате чего в ней генерируется флуктуирующее магнитное поле.

Основной задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса обессоливания.

Другой задачей настоящего изобретения является снижение скорости засорения устройства для обессоливания, в результате чего уда ется обеспечивать большую скорость потока продукта в течение большего периода времени.

Эта задача достигается тем, что используется две или три катушки, смещенные друг от друга по длине канала, через которые пропускается переменный ток.

В варианте использовании 3 катушек для их питания применяется трехфазная сеть переменного тока, а каждая из катушек подключена к одной из фаз, в результате чего генерируемые в трех катушках поля сдвинуты по фазе друг относительно друга.

Предпочтительный вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно содержать пластину с множеством отверстий, установленную между средством подачи воды и патроном, причем отверстия в пластине разделяют воду на струи и направляют указанные струи воды к концу патрона, в результате чего входящая в каналы удержания соли вода содержит вихревые потоки и через указанную пластину создается падение давления.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, данные в качестве примера.

На фиг. 1 приведено осевое сечение устройства для обессоливания воды, которое содержит патрон для обессоливания и три катушки.

На фиг. 2 показан с частичным вырывом в более крупном масштабе конец впуска воды указанного устройства для обессоливания.

На фиг. 3 показан с частичным вырывом и в более крупном масштабе, чем фиг. 2, конец выпуска воды указанного устройства для обессоливания.

На фиг. 4 показан вид с торца патрона для обессоливания.

На фиг. 5 показана деталь кожуха, являющегося частью устройства для обессоливания фиг. 1-3.

На фиг. 6 схематично показана с увеличением часть патрона для обессоливания.

На фиг. 7 показано, каким образом происходит генерация магнитного поля за счет взаимодействия катушек.

На фиг. 8 схематично показана вертикальная проекция другого патрона для обессоливания и трех катушек.

На фиг. 9 приведено поперечное сечение по линии IX- IX фиг. 8.

На фиг. 10 схематично показана часть оболочки плоской формы.

На фиг. 11 схематично показана часть другой оболочки.

Показанное на фиг. 1 устройство для обессоливания, обозначенное в общем виде позицией 10, включает в себя горизонтальный удлиненный цилиндрический кожух 12. Кожух 12 изготовлен из неметаллического материала, а преимущественно образован намоткой стекловолокон в виде пучков на вращающуюся оправку. Одновременно на оправку наносят схватывающийся полимер, так что получают полый цилиндрический кожух, упрочненный стекловолокном, имеющий гладкую внутреннюю поверхность. Полимер может быть нанесен за счет погружения самой нижней части оправки и частично намотанного кожуха в ванну полимера, с удалением избытка полимера скальпелем. Такой кожух легко выдерживает внутреннее напряжение свыше 70 бар.

Насос 14 и электрический двигатель 16 подключены к впускному концу кожуха 12 и производят накачку в кожух 12 подлежащей обессоливанию воды под давлением от 50 до 60 бар. В качестве двигателя 16 преимущественно использован трехфазный двигатель переменного тока, а в качестве насоса преимущественно использован насос Ό10 Нубга-сс11. выпускаемый фирмой ХУаггсп Епщпссппд. г. Миннеаполис, штат Миннесота, США.

Насос 14 и двигатель 16 закреплены на кожухе 12 при помощи торцевого кольца 18 (см. фиг. 2) и установочной пластины 20. Торцевое кольцо 18 закрепляют на кожухе 12 при помощи посадки со скольжением кольца 18 на первоначально изготовленную внутреннюю цилиндрическую часть 12.1 кожуха 12. с последующим изготовлением внешней части 12.2 кольца 18 и затем зажимом кольца 18 между внутренней и внешней частями 12.1 и 12.2 кожуха 12. Следует иметь в виду, что за исключением торцевой зоны кожуха 12 с частями 12.1 и 12.2. в которой кольцо 18 введено между ними, эти части образуют единый кожух и не имеют между собой разрыва. Кольцо 18 имеет несколько выступающих по окружности внешних ребер 22. способствующих соединению кольца 18 с кожухом 12.

Кольцо 18 имеет также несколько глухих резьбовых отверстий под болты 24. открытых с торцевой стороны кольца 18. Пластина 20 имеет сквозные отверстия, совпадающие с глухими резьбовыми отверстиями 24. Для крепления установочной пластины 20 к торцевому кольцу 18 болты 28 пропускают через отверстия 26 и ввинчивают их в отверстия 24.

Насос 14 и двигатель 16 крепят друг к другу болтами 30. пропущенными через отверстия во фланцах 32 и 34 насоса 14 и двигателя 16 соответственно.

Пластину 20 и насос 14 крепят друг к другу болтами 36. пропущенными через отверстия во фланце 38 насоса 14 и введенными в резьбовые болтовые отверстия 40 пластины 20. Окно давления насоса 14 совмещено с проходом 42. который идет через пластину 20. а окно всасывания насоса 14 совмещено с впускным проходом 44. который идет радиально внутрь от впус ка 46 пластины 20 и затем по оси до сопряжения с окном всасывания насоса.

Пластина 20 на удаленной от насоса 14 стороне имеет цилиндрическую стенку 48 с внутренней резьбой по ее периферии. В цилиндрическое пространство, ограниченное стенкой 48. ввинчивают создающую турбулентность пластину 52 с внешней резьбой, которая имеет множество сквозных отверстий 54. Между пластинами 20 и 52 образуется полость 56. в которую ведет проход 42.

Сквозные отверстия 54 в пластине 52 могут иметь любое расположение. Например, отверстия могут быть расположены по окружности. Альтернативно отверстия могут идти по множеству радиусов от центра пластины 52 или могут идти по спирали, начинающейся в центре пластины 52.

Уплотнительное кольцо 58 охватывает стенку 48 и служит уплотнением между пластиной 20 и внутренней поверхностью кожуха 12.

На другой стороне кожуха 12 (см. фиг. 3) имеется торцевая пластина 60. Пластина 60 удерживается в кожухе 12 при помощи двух взаимодействующих колец, обозначенных позициями 62 и 64. Кольцо 62 надевают на оправку до начала изготовления кожуха 12. Поэтому оно заделано (введено) в кожух и приводит к образованию внешнего выступа 66. который идет по окружности вокруг кожуха 12. После сборки устройства для обессоливания, как это будет описано более подробно ниже, уменьшается внешний диаметр кольца 64 и затем его вводят в кожух, так что оно взаимодействует с кольцом 62 и предотвращает выталкивание пластины 60 из кожуха 12 под действием внутреннего давления в кожухе.

Осевое отверстие 68 в пластине 60 образует выпуск для очищенной воды, а проточка 70. расположенная с одной из сторон отверстия 68. образует выпуск для солевого раствора (рассола). и-образное уплотнение (не показано) введено в канавку 72 пластины 60. Уплотнительное кольцо 74 предусмотрено в другой канавке, которая окружает пластину 60 в непосредственной близости от канавки 72. Указанное И-образное уплотнение и уплотнительное кольцо 74 предотвращают утечку между кожухом 12 и пластиной 60.

Патрон для обессоливания 76 цилиндрической формы вводят в кожух 12 со скольжением, ранее места закрепления торцевой пластины 60 при помощи колец 62 и 64.

Далее будет описан более подробно патрон 76. который содержит множество намотанных, как это было описано ранее, полимерных листов и прокладок. Указанные листы и прокладки намотаны спирально на центральной трубе 78. На выпускном конце устройства для обессоливания труба 78 выступает из намотанных листов и прокладок и входит в отверстие 68. Для использования в соответствии с настоящим изобрете нием может быть рекомендован патрон такого типа, который изготавливается и выпускается в продажу под торговым названием РТ 30 фирмой ЕПт1се11 Согрогабоп, являющейся собственным дочерним предприятием Όα\ν Οιοιηίοαΐ Сотрапу. В патенте США № 4, 277, 344 детально описан принцип обратного осмоса. Патрон фильтра 76, главным образом, цилиндрический и введен в кожух 12 на плотной посадке. В канавках 80 (см. фиг. 2 и 3) предусмотрены Иобразные уплотнения (не показаны), которые охватывают концевые колпачки 82 (см. также фиг. 4) патрона 76 и упираются во внутреннюю поверхность кожуха 12 для предотвращения утечки между кожухом 12 и патроном 76.

Намотанные листы и прокладки 84 (см. фиг. 4) находятся внутри тонкой оболочки 86 из такого материала, как стекловолокно. Оболочка 86 соединяет концевые колпачки 82 друг с другом. Оболочка 86 не обладает достаточной прочностью для того, чтобы выдержать приложенное внутри нее давление без расщепления. Поэтому она имеет плотную посадку в кожухе 12 и, следовательно, упирается в него. Иобразные уплотнения в канавках 80 предотвращают протекание воды между оболочкой 86 и кожухом 12.

Каждый концевой колпачок 82 имеет форму звездообразной детали (см. фиг. 4) с внутренним кольцом 88 и внешним кольцом 90, которые соединены спицами 92. Труба 78 проходит через внутреннее кольцо 88 у выпускного конца патрона 78, а канавки 80 предусмотрены на наружной поверхности кольца 90.

При изготовлении кожуха 12 на него наматываются три катушки 94, 96 и 98. Более конкретно, сначала изготавливают относительно тонкую внутреннюю часть 12.3 (см. фиг. 5) кожуха 12 и затем наматывают три катушки 94, 96 и 98 на эту внутреннюю часть 12.3. После этого изготавливают остальную часть кожуха 12, так что катушки 94, 96 и 98 становятся заделанными в кожухе, при наличии только тонкой внутренней части 12.3 между ними и патроном 76 и более толстой внешней части 12.4 кожуха снаружи от них. Катушки могут быть изготовлены из углеродных волокон, обладающих высокой электропроводностью, или из медного провода. Волокна или провод имеют покрытие, так что они электрически изолированы друг от друга.

Для защиты катушек 94, 96 и 98 до начала их намотки на ранее изготовленную внутреннюю часть 12.3 кожуха 12 (см. фиг. 5) наносят слой мягкого геля 100. После изготовления катушек на них сверху наносят второй слой геля 102. Эти два слоя 100, 102 подвергаются отверждению, но не становятся жесткими. Указанные слои геля защищают катушки 94, 96 и 98 от проникновения влаги через любые трещины на тех участках части 12.3 кожуха 12, которые расположены между катушками 94, 96 и 98 и внутренним объемом кожуха. Внутренний слой 100 геля поглощает размерные изменения кожуха 12, вызванные изменением давления, в результате чего устраняются радиальные усилия, приложенные к катушкам 94, 96 и 98.

После изготовления катушек к ним присоединяют питающие провода, которые идут от них вдоль внешней стороны части 12.3 кожуха 12 к общей точке подключения, которая может находиться в распределительной коробке 104 (см. фиг. 1 и 2), расположенной вблизи от впускного конца устройства для обессоливания. Само собой разумеется, что питающие провода должны быть заделаны в кожух 12 при изготовлении внешней части 12. 4 кожуха. На фиг. 1 и 3 в качестве примера показаны питающие провода 106 и 108, которые соединяют катушки 94, 96 и 98 с приводом 110 регулируемой частоты переменного тока, входящие в кожух 12 и выходящие из него в областях расположения катушек. На фиг. 3 схематично показана катушка 94, намотанная с наружной стороны кожуха 12.

Каждая из катушек 94, 96 и 98 подключена при помощи своих питающих проводов 106 к одной из фаз трехфазной питающей сети переменного тока 112 (см. фиг. 1). Для предотвращения наружного воздействия магнитных полей на кожух 12 может быть применено экранирование, например провода могут быть иметь оплетку.

Двигатель 16 подключен к приводу 110. В качестве привода может быть рекомендован привод типа 1336 р1ик, который изготавливается фирмой А11еп Вгайу (входящей в объединение Коек\\'с11 Сгоир) по адресу 1201 8ои!й Зееопй 81гее1. МП\\аикее 53204, И8А.

В пластину 20 введен датчик давления 114 (фиг. 1 и 2) через проход 116, который сообщается с проходом 42, который, в свою очередь, сообщается с окном давления насоса 14. Датчик давления 114 линией 118 (фиг. 1) связан с приводом 110 регулируемой частоты переменного тока и подает на него сигнал управления. Указанный сигнал управления используют для управления выходной частотой привода двигателя и, следовательно, скоростью двигателя 16, в результате чего давление у окна давления насоса 14 поддерживается постоянным.

Несмотря на то, что показан единственный патрон 76, установленный в кожухе 12, можно предусмотреть два или более патронов, установленных конец к концу, при этом вода будет последовательно протекать через каждый из них.

Аналогично описанному ранее, каждый патрон может содержать три связанные с ним катушки. Альтернативно, как это показано на фиг. 1 пунктиром, при наличии двух патронов 76.1 и 76.2 центральная катушка 96 может образовывать мост между двумя патронами.

Конструкция части патрона 76 показана в увеличенном масштабе на фиг. 6. Позициями 120.1-120.5 на фиг. 6 показаны пленки ком плексного полимера. Между пленками 120.2 и 120.3 предусмотрен первый канал удержания соли 122, а между пленками 120.4 и 120.5 предусмотрен дополнительный канал удержания соли 124. В каждом из указанных каналов 122, 124 предусмотрена решетка 126, которая действует в качестве элемента создания турбулентности. Решетка 126 может быть изготовлена, например, из пластиковых нитей, которые сварены в точках пересечения продольных нитей с поперечными. Указанная решетка 126 имеет дополнительную функцию предотвращения засорения (забивания) каналов удержания соли 122, 124 до такой степени, что протекание воды между ними становится невозможным.

Между пленками 120.1 и 120.2 предусмотрен канал пермеата 128. Аналогично между пленками 120.3 и 120.4 предусмотрен канал пермеата 130. В каналах 128 и 130 также установлены решетки 132. Эти решетки 132 не предусмотрены для создания турбулентности пермеата в каналах 128, 130, а просто предотвращают закрывание каналов за счет приложенного давления до такой степени, что протекание воды между ними становится невозможным. Следует иметь в виду, что предусмотрено множество пленок и в патроне имеется множество каналов удержания соли и множество каналов пермеата. Следовательно, имеются дополнительные пленки, каналы и прокладки с каждой из сторон секции патрона, показанной на фиг. 6.

На впускном конце патрона 76 каналы 128, 130 закрыты, а каналы 122, 124 открыты. Следовательно, питающая вода поступает в каналы 122, 124 и не поступает в каналы 128, 130. В области центральной трубы 78 каналы удержания соли 122, 124 закрыты, а каналы пермеата 128, 130 открыты, так что в трубу 78 может втекать пермеат, а не солевой раствор.

Работа устройства для обессоливания является достаточно сложной и до конца заявителю не ясна. Последующее объяснение основано на наблюдениях, полученных при экспериментальной работе. Дальнейшая экспериментальная работа может выявить другие факторы и механизмы, которые в настоящее время заявителю не известны.

При изготовлении спирально намотанного патрона для обессоливания желательно поддерживать постоянное натяжение пленок и прокладок в ходе их намотки на центральную трубу 78. Это более легко обеспечивается на начальной стадии операции намотки. При увеличении диаметра патрона он становится на ощупь губчатым и, следовательно, становится трудно сохранять правильное натяжение пленок и прокладок. Следовательно, витки патрона более плотно намотаны вблизи от центральной трубы 78, чем вблизи от внешней оболочки 86. В известной системе для обессоливания вода втекает в пространство 134 (фиг. 2), смежное с впускным концом патрона для обессоливания, не протекая через пластину 52. В этом случае нет существенной разности давлений в радиальном направлении патрона. Более конкретно, давление вблизи от центра патрона и давление вблизи от внешней периферии патрона являются одинаковыми. Следовательно, больше воды стремится поступить в более открытые радиально наружные части каналов удержания соли, чем войти в радиально внутренние части каналов удержания соли, где пленки и прокладки намотаны более плотно.

Пластина 52 направляет множество струй воды к концу патрона 76 и распределяет поток воды по всему открытому концу патрона 76. Это обеспечивает более полное использование радиально внутренних частей патрона. При изготовлении патрона применяют спицы 92 малого размера (диаметра) и поэтому они не перекрывают поток воды, так как занимают только малую часть торцевой поверхности пленок и прокладок и не оказывают существенного влияния на давление воды. Что более важно, они не создают никакого падения давления между впуском пространства 134 и входами каналов удержания соли.

Морская вода и, в меньшей степени, жесткая вода содержат растворенные газы, а также бикарбонаты. Через пластину 54 создается падение давления порядка 2 бар, и можно полагать, что это вызывает выход из раствора в виде пузырьков части имеющегося в воде кислорода и диоксида углерода. Указанные пузырьки очень малы, так как они находятся под существенным давлением. Однако можно полагать, что они оказывают эффект размывания на слои поляризации концентрации, препятствуя их нарастанию, что благоприятно сказывается на работе патрона.

Наблюдения солевого раствора, вытекающего из устройства для обессоливания и поступающего в резервуар, показали, что солевой раствор является аэрированным. В одном из экспериментов подавали вместе солевой раствор и воду с растворенными в ней веществами (пермеат) в большой резервуар хранения, где они могли перемешиваться друг с другом. Этот резервуар использовали также как источник питающей воды. Такое решение позволяет работать устройству для обессоливания в течение некоторого периода времени без ввода чрезмерного количества морской воды. Обнаружили, что поступающий через дренажную трубу в резервуар солевой раствор является аэрированным. Вместо погружения на дно в менее плотной морской воде солевой раствор поднимается на некотором расстоянии от выходного отверстия дренажной трубы. Обнаружили, что наблюдающиеся пузырьки состоят из смеси диоксида углерода и кислорода.

Вытекающие из отверстий в пластине 54 струи воды, соударяющиеся с торцевой поверхностью намотанного патрона, втекают в каналы удержания соли, причем в струях воды могут быть обнаружены вихревые потоки. Эти вихревые потоки являются поперечными относительно общего направления потока в каналах удержания соли, что дополнительно содействует предотвращению образования слоев поляризации концентрации на впускных концах каналов удержания соли. Само собой разумеется, что указанные вихревые потоки становятся слабее при увеличении расстояния от впускных концов каналов удержания соли и, следовательно, их воздействие на слой поляризации концентрации снижается.

Оказалось, что приложенные магнитные поля способствуют поддержанию вихревых потоков, первоначально введенных водяными струями, по всей длине каналов удержания соли. Желательный эффект устранения слоев поляризации концентрации распространяется при этом на весь объем патрона, а не только на зону, идущую на относительно малое расстояние от впускных концов каналов удержания соли.

Как упоминалось ранее, многие засоряющие вещества имеют четкий положительный заряд, в то время как комплексный полимер, используемый в качестве полупроницаемой мембраны, имеет отрицательный заряд. При этом возникают небольшие силы притяжения между засоряющими веществами и полимером. Можно полагать, что поддерживаемые магнитным полем вихревые токи достаточны для преодоления указанных слабых сил, что предотвращает нарастание засоряющих веществ на полимере.

Нашли, что намотку катушек желательно производить таким образом, чтобы их магнитные поля перекрывались. На фиг. 7 показаны две катушки 96 и 98, расположенные достаточно близко друг от друга для того, чтобы их магнитные поля Е1 и Е2 перекрывались. Таким образом, при изменении по длине кожуха 12 магнитной индукции от максимального значения радиально снаружи от каждой катушки до минимального посередине между катушками магнитное поле в кожухе всегда присутствует. В качестве примера можно указать, что удавалось создавать поля с магнитной индукцией ориентировочно до 2 000 Гс в непосредственной близости от каждой катушки. Между катушками магнитное поле падает ориентировочно до 1 600 Гс. Само собой разумеется, что поля имеют сдвиг по фазе.

На фиг. 7 показаны катушки с витками, скошенными относительно оси патрона 76 и намотанными как часть патрона фильтра 76, а не как часть кожуха 12. Катушки могут быть намотаны на патрон либо радиально внутри, либо радиально снаружи относительно оболочки 86.

Заявители нашли, что особенно предпочтительным является использование в устройстве для обессоливания трехфазной сети переменно го тока 380 В, 50 Гц. Такая сеть имеется повсеместно, причем как двигатель 16, так и привод 110 предназначены для подключения к такой сети. Заявители нашли, что за счет использования трех фаз такой сети для питания катушек 94, 96 и 98 получают описанные выше благоприятные эффекты, причем катушки в таком случае дополнительно работают как дроссели двигателя 16. Это позволяет сглаживать всплески потребления, неизбежные при использовании двигателя переменного тока и представляющие собой потери мощности. При разомкнутых катушках для питания двигателя 16 требуется на 2 А больше, чем при подключенных катушках.

В известном устройстве для обессоливания падение давления через патрон 76 обычно составляет около 3 бар. При обессоливании морской воды желательное давление на впуске составляет 60 бар, при этом нашли, что давление в отверстии 70 составляет около 57 бар. При подключенных к сети катушках 94, 96 и 98 падение давления через патрон отсутствует. В действительности давление на выпускном конце может даже слегка превосходить давление на впускном конце. Заявители еще не нашли полного объяснения для этого наблюдаемого явления или того факта, что поток продолжается, даже если создано обратное давление. Возможное объяснение состоит в том, что имеется возрастание энтропии в результате ввода энергии из катушек. Другой возможной причиной является то, что солевой раствор с высокой концентрацией действует как сердечник соленоида и проталкивается к выпускным концам канала удержания соли за счет приложенных сил.

Экспериментальные работы заявителя показали, что при циклической подаче тока к катушкам, когда создается флуктуирующее магнитное поле, ни амплитуда, ни частота тока не являются критичными. Экспериментальные работы с частотами от 5 до 7 000 Гц показали, что в присутствии флуктуирующего магнитного поля обеспечиваются большие скорости протекания пермеата и существенно меньшее засорение.

Следует иметь в виду, что если частота или ток подводимого к катушкам электропитания не подходят для привода 110 и двигателя 16, то могут быть использованы отдельные источники питания катушек. Нашли, что постоянный ток с изменяющимся напряжением также обеспечивает большие скорости протекания пермеата и существенно меньшее засорение. Может быть использован ток как с синусоидальной формой волны, так и с прямоугольной формой волны.

На фиг. 8 и 9 схематично показана другая форма устройства для обессоливания 136. Устройство для обессоливания 136 имеет внешний кожух 138, снабженный выпуском 140 для очищенной воды и камерой 142, в которую втекает солевой раствор. Между выпуском 140 и основным пространством 144, ограниченным кожухом 138, имеется перегородка 146. В перегородку 146 заделаны концы множества полых волокон 148, изготовленных из комплексного полимерного материала, способного работать как мембрана обратного осмоса. Выпуск 140 соединен с камерой 150, которая сообщается с полыми внутренними частями концов волокон, выступающих за перегородку 146. Каждое волокно идет от перегородки 146, главным образом, вдоль всей длины кожуха, затем образует анкерную петлю 152 и возвращается назад к перегородке 146.

Через перегородку 146 и поперечную торцевую стенку 156, которая ограничивает камеру 150, проходит труба 154. На правом конце трубы 154 (см. фиг. 8) предусмотрена пробка 158, а в стенках трубы 154 имеется множество отверстий. Вода с растворенными в ней твердыми веществами нагнетается в трубу 154 и вытекает из нее в промежутки между волокнами, которые образуют каналы удержания соли. Эти каналы сообщаются с камерой 142, так что солевой раствор из указанных каналов течет в камеру 142, а затем вытекает из установки через выпуск солевого раствора 160.

Описанная со ссылкой на фиг. 8 и 9 конструкция является известной и широко используемой при обессоливании.

На фиг. 8 показаны также три катушки 162, 164, 166, которые охватывают патрон для обессоливания, образованный массой полых волокон 148. Эти катушки эквивалентны катушкам, показанным на фиг. 1. Аналогичным образом на них подается питание, чтобы создавать вихревые потоки в каналах удержания соли, образованных между волокнами. Создаваемый при этом эффект аналогичен описанному ранее в связи с каналами удержания соли 122, 124.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 10, на которой показана структура с прямоугольным листом 168 материала, который может быть свернут с образованием цилиндрической оболочки. Вдоль двух длинных сторон листа предусмотрены фиксаторы 170 подходящего типа, например стойки-защелки или кусочки материала Уе1ето (липучки), так что после свертывания лист может быть скреплен с сохранением цилиндрической формы. Лист преимущественно изготовлен из пластика. Пластик может обладать упругой гибкостью, но должен иметь достаточную жесткость для того, чтобы в свернутом виде он стремился развернуться, в результате чего сохраняется его цилиндрическая форма. Альтернативно может быть использован не несущий материал в виде слоя покрытия, обладающего указанными характеристиками.

Множество отрезков проволоки 172 приклеены или закреплены иным образом на той стороне листа 168, которая становится внутренней при его свертывании с образованием обо лочки. На каждом конце отрезка проволоки 172 предусмотрены соединители 174. При свертывании листа 168 с образованием оболочки соединители 174 вдоль одного края листа соединяются с соединителями вдоль другого края листа, при этом отрезки проволоки соединяются конец к концу и образуют катушку.

Указанная оболочка может быть надета на существующее устройство для обессоливания или на патрон для обессоливания, обеспечивая их модернизацию. При подключении катушки, образованной отрезками проволоки, к источнику флуктуирующего тока может быть создано магнитное поле, приложенное к каналам удержания соли, в результате чего получают описанные ранее эффекты. Само собой разумеется, что может быть предусмотрено несколько катушек.

Предусмотрение плоского листа, который может быть обернут вокруг существующего устройства для обессоливания с образованием оболочки, является предпочтительным, так как это создает возможность использования катушки вне зависимости от вида трубы, не позволяющего применить жесткий патрубок с катушками. Однако и в том случае, когда устройство для обессоливания сконструировано так, что нет препятствий для надевания со сдвигом на него патрубка, несущего катушки, такая конструкция может быть использована с обеспечением описанных преимуществ.

Несмотря на то, что предпочтительно использовать решение, при котором каждая катушка коаксиальна с патроном, катушки могут быть устроены и иным образом. Например, вместо намотки на оправку, катушки могут быть предварительно отформованы и заделаны в стенку кожуха таким образом, что каждая катушка частично охватывает периферию кожуха, причем ось намотки катушки идет радиально, а не по оси кожуха. Если такое построение использовано как лист для модернизации, то получают показанную на фиг. 11 структуру. В этом случае лист 168 имеет пары приклеенных к нему катушек 176, оси которых направлены под прямым углом к плоскости листа 168. При свертывании листа в трубку катушки 176 занимают положения с противоположных сторон патрона и их оси идут, главным образом, радиально. Каждый виток катушки 176 при свертывании листа 168 изгибается, так что он соответствует цилиндрической форме листа.

Claims (13)

1. Способ удаления растворенных твердых веществ из воды, который предусматривает подачу воды через канал удержания соли, ограниченный мембраной обратного осмоса, и приложения к мембране, к воде в канале удержания соли, а также к воде, проходящей через мембрану, флуктуирующего магнитного поля, отли чающийся тем, что магнитное поле создают с использованием двух катушек индуктивности, смещенных друг от друга вдоль длины указанного канала удержания соли.

2. Способ удаления растворенных твердых веществ из воды, который предусматривает подачу воды через канал удержания соли, ограниченный мембраной обратного осмоса, и приложения к мембране, к воде в канале удержания соли, а также к воде, проходящей через мембрану, флуктуирующего магнитного поля, отличающийся тем, что магнитное поле создают с использованием трех катушек индуктивности, смещенных друг от друга вдоль длины указанного канала удержания соли, причем к каждой из катушек подведена соответствующая одна из фаз трехфазного тока.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитные поля, генерируемые катушками, перекрываются.

4. Устройство для удаления растворенных твердых веществ из воды, которое содержит канал удержания соли, ограниченный мембраной обратного осмоса, средство для подачи воды в указанный канал удержания соли, так что вода протекает через указанный канал удержания соли, и средство для создания флуктуирующего магнитного поля, отличающееся тем, что средство для создания магнитного поля содержит две катушки индуктивности, смещенные друг от друга вдоль длины указанного канала удержания соли, и средство подачи на каждую из катушек электрического тока переменной амплитуды для генерации каждой из катушек флуктуирующего магнитного поля.

5. Устройство для удаления растворенных твердых веществ из воды, которое содержит канал удержания соли, ограниченный мембраной обратного осмоса, средство для подачи воды в указанный канал удержания соли, так что вода протекает через указанный канал удержания соли, и средство для создания флуктуирующего магнитного поля, отличающееся тем, что средство создания магнитного поля содержит три катушки индуктивности, смещенные друг от друга вдоль длины указанного канала удержания соли, и средство подачи трехфазного переменного тока, причем к каждой из катушек подведена соответствующая одна из фаз тока, в результате чего генерируемые тремя катушками поля имеют сдвиг по фазе между собой.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что оно имеет кожух удлиненной формы и

Фиг. 1 установленный в указанном кожухе патрон удлиненной формы, причем указанный патрон содержит полупроницаемые мембраны, ограничивающие множество каналов удержания соли, при этом указанные катушки смещены друг от друга вдоль длины кожуха.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что указанное средство подачи воды включает в себя насос, приводимый в действие трехфазным электрическим двигателем, причем указанный двигатель подключен к указанному источнику трехфазного переменного тока через катушки, которые действуют для двигателя в качестве дросселей.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно включает в себя привод регулируемой частоты переменного тока, включенный между указанными катушками и указанным двигателем.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно включает в себя датчик давления, предназначенный для измерения давления у окна давления насоса и подающий сигнал управления на указанный привод, за счет чего привод так управляет указанным двигателем, что обеспечивает постоянное давление у окна давления.

10. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что оно включает в себя пластину с множеством отверстий в ней, установленную между средством подачи воды и патроном, причем отверстия в указанной пластине разделяют поток воды на струи и направляют указанные струи воды к торцу патрона, в результате чего входящая в канал удержания соли вода имеет вихревые потоки, причем создается падение давления через указанную пластину.

11. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что указанный кожух имеет цилиндрическую стенку из упрочненного волокном схватывающегося полимера, причем указанные катушки заделаны в указанную цилиндрическую стенку.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит слои геля, нанесенные радиально внутри и радиально снаружи от каждой катушки, предназначенные для защиты и создания амортизации каждой катушки.

13. Устройство по одному из пп. 4-12, отличающееся тем, что указанные катушки размещены таким образом, что их магнитные поля перекрываются.

Фиг. 2