CZ9902441A3 - Úprava vody - Google Patents

Description

Úprava vody

Oblast techniky

Vynález se týká úpravy vody k odstranění rozpuštěných pevných látek.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že je možno z mořské vody a poloslané (brakické) vody odstranit rozpuštěné pevné látky, tj . může být odsolena, způsobem známým jako zpětná osmóza. Voda se čerpá při tlaku dvacet až sedmdesát barů, přes odsolovací náplň, při použití komplexního polymeru jako polopropustné membrány. Používané tlaky jsou nutné k překonání přirozeného osmotického tlaku přiváděné vody. Tlaky na spodní hranici rozsahu se používají pro poloslanou vodu a vyšší tlaky se používají pro mořskou vodu.

Typ náplně, která je nejvíce používaná při odsolování, obsahuje množství jemných dutých vláken komplexního polymeru, voda se čerpá do prostorů mezi vlákny. Vlákna mají v podstatě stejný rozměr průřezu jako lidský vlas. Propuštěná voda (vyráběná voda) proudí stěnami vláken do jejich dutého vnitřního prostoru. Dutý vnitřní prostor, kterému se také říká dutina, tvoří kanály pro propuštěnou vodu. U této formy náplně jsou kanály pro zadržení sole vně vláken a jak bylo řečeno, kanály pro vyráběnou vodu jsou tvořeny vnitřními dutými prostory vláken.

Druhý druh náplně, která se běžně používá, je spirálovitě vinutý typ. U této formy náplně jsou ploché fólie komplexního polymeru spirálně navinuty na střední jádro, které je ve tvaru duté trubky, ve které je vytvořeno množství otvorů.

Mezi každým sousedním párem fólií komplexního polymeru je mřížka. Mřížky slouží jako rozpěrky, které drží fólie v ·· · ···· · · 0 Β • · · · · · ··· 0 ··· «·· _π ♦······ · · určité vzdálenosti od sebe a tvoří mezi fóliemi střídavě kanály pro zadržování sole a pro propuštěnou vodu. Mřížky v kanálech pro zadržování sole jsou určeny k dalšímu vytváření turbulence v proudící vodě. Stoh, např. osm až dvanáct, těchto fólií s rozpěrkami mezi sebou, jsou navinuty na jádro současně. Kanály pro propuštěnou vodu jsou navinuty spirálovitě dovnitř směrem k jádru.

Starší odsolovací provozy měly sklon používat náplně obsahující vlákna. Novější provozy používají spirálovitě vinuté náplně. Nyní je celkový počet použitých spirálovitě vinutých náplní menší než počet náplní používajících vlákna. Nerovnost v počtu však končí, protože nejnověji instalované odsolovací provozy používají spirálovitě vinuté náplně a tento směr se očekává i v budoucnosti.

Největší problém s odsolováním spočívá v zanášení polopropustných membrán. Zanášení vzniká ze tří důvodů. Hlavní důvod je usazování na těch plochách polymerových fólií nebo polymerových vláken, které ohraničují kanály pro zadržování vrstev obecné sole a ostatních pevných látek jako je hořčík a vápník. Špatně rozpustné sole a ostatní pevné látky se vysrážejí při proudění vody polopropustnou membránou z kanálu pro zadržení sole do kanálů propuštěné vody. Tento proud vody zvyšuje koncentraci rozpuštěných pevných látek na takový rozsah, že zbývající voda již není schopna udržet všechny pevné látky v roztoku.

Další důvod zanášení je organický. Např. řasy, bakterie a pod. rostou na polopropustných membránách. Třetí důvod zanášení jsou pevné látky, které filtry, běžně používané před odsolovací náplní k odstranění pevných částic z přiváděné vody, neodstraní.

Potíže se zvětšují skutečností, že polymer má síú se záporným nábojem, zatímco řasy a bakterie mají síú s kladným nábojem. Proto tyto organismy jsou zejména přitahovány na povrch membrány, kde se ukládají a tvoří kolonie. Podobně • · • · to to to • · · to · •to · · · · • •to· «· • · · · · · ·· to · · » ··· · «toto ··· • toto kladné ionty (kationty), které jsou v mořské vodě následkem rozkladu rozpuštěných pevných látek, jsou také přednostně přitahovány k membráně.

Je dobře známé, že rychlost zanášení náplně se zvyšuje nelineárním způsobem s rychlostí proudění propouštěné vody. Proto zdvojnásobení rychlosti proudění více než zdvojnásobuje rychlost, kterou se odsolovací náplň zanáší. Zanášení snižuje rychlost kterou voda prochází membránou. Rychlost propouštění může poklesnout v takovém rozsahu, že z náplně musí být odstraněn nános chemickým působením. Náplň, která byla nadměrně zanesena nemusí, ani po odstranění nánosu, umožňovat stejnou rychlost proudění jako před zanesením.

Jak bylo shora uvedeno, aby se minimalizovalo zanášení běžných odsolovacích náplní včetně polymerových fólií, vloží se do kanálů zadržujících sůl, turbulenci vytvářející rozpěrky. Tyto rozpěrky, zvýšením míchání vody proudící do kanálů pro zadržení sole, brzdí vytvořeni toho, co se nazývá koncentrační polarizační vrstva. Tato vrstva je těsně vedle membrány a v ní je koncentrace rozpuštěných pevných látek největší. Tato vrstva nejen tvoří překážku proudění vody membránou, ale je to zejména tato vrstva, která způsobí, že rozpuštěné látky se vysrážejí a zanesou membránu. Dále existence této vrstvy o vysoké koncentraci zvyšuje osmotický tlak. Tyto rozpěrky způsobující turbulenci proto pouze částečně řeší problém zanášení.

Zanášení je podstatný problém odsolovacích náplní, které obsahují vlákna, protože jsou ve hmotě vláken velmi jemné mezery mezi vlákny. Proto hmota vláken jako taková, působí jako výjimečně účinný filtr a zachycuje a odděluje každý pevný materiál v přiváděné vodě. Takový materiál se zadržuje ve hmotě vláken a přispívá ke snížení rychlosti proudění propouštěné vody.

V naší mezinárodní přihlášce WO 97/21630 navrhujeme strukturu, která vytváří turbulenci v přiváděné vodě •4 ··»·

4· ·· ·· • · · · 4 · · • * 4 9·· ···« • 494 · 4499 · 9 9 499 • · · · 4 9 4 9 vstupující do kanálů pro zadržení sole k tomu účelu, aby se dále potlačilo vytváření koncentračních polarizačních vrstev a v důsledku toho se zabránilo zanášení.

Hlavním úkolem předloženého vynálezu je zvýšit výkon odsolovacích náplní.

Dalším úkolem předloženého vynálezu je omezit rychlost, se kterou se odsolovací náplň zanese a tím umožnit, aby se dosáhla větší výrobní rychlost po delší dobu.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že obsahuje operaci, při které se reverzní osmotická membrána a tekutina na obou jejích stranách, vystaví působení kolísavého magnetického pole.

Podstatou předloženého vynálezu je také způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, obsahující přivedení vody kanály pro zadržení sole, ohraničenými reverzní osmotickou membránou a vystaveni membrány a vody v kanálech pro zadržení sole působení kolísavého magnetického pole.

Výhodné provedení způsobu podle vynálezu obsahuje operaci přivedení elektrického proudu o proměnlivém proudu cívkou, aby vzniklo kolísavé magnetické pole.

Podstatou předloženého vynálezu je dále zařízení sestávající z reverzní osmotické membrány, mající na každé straně kanály pro průchod tekutiny a z prostředků, kterými působí kolísavé magnetické pole na membránu a kanály.

Pokud je zařízení určeno pro odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, obsahuje kanály pro zadržení sole ohraničené uvedenou reverzní osmotickou mebránou a prostředky pro přivedení vody do těchto kanálů pro zadržení sole tak, ·· · ··· aby voda proudila kanály pro zadržení sole, přičemž kanály pro zadržení sole leží v magnetickém poli tak, aby při činnosti, byla voda v těchto kanálech vystavena působení kolísavého magnetického pole.

Výhodné provedení zařízení obsahuje cívku a prostředky pro přivedení napětí proměnlivé velikosti do cívky, čímž cívka vytváří kolísavé magnetické pole. Cívka obklopuje kanál pro zadržení sole. V tomto provedení může být vytvořeno podlouhlé pouzdro a náplň podlouhlého tvaru je uložena v tomto pouzdru, kde náplň obsahuje polopropustné membrány, ohraničující řadu kanálů pro zadržení sole a nejméně dvě cívky, které leží v určité vzdálenosti od sebe podél délky pouzdra.

Další výhodné provedení zařízení podle předloženého vynálezu je opatřeno třemi cívkami, uspořádanými po délce pouzdra odděleně od sebe, s třífázovým AC buzením, přičemž každá cívka má k sobě připojenou jednu z fází, zatímco pole vytvářená třemi cívkami jsou vzájemně fázově posunuta.

Aby se dále zvýšila účinnost zařízení, může ještě obsahovat desku opatřenou řadou otvorů, uspořádanou mezi prostředky pro přívod vody a náplní.Otvory vytvořené v desce, rozdělují vodu do proudů a směrují proudy vody proti konci náplně, čímž má voda vstupující do kanálů pro zadržení sole v sobě vířivé proudy a přes desku nastává pokles tlaku.

Podstatou předloženého vynálezu je dále dodatečně montované zařízení pro zlepšení činnosti náplně, která odstraňuje rozpuštěné pevné látky z vody v kanálech pro zadržení sole pomocí reverzní osmózy, které sestává z cívky obklopující náplň a prostředků působících kolísavým proudem na cívku, přičemž cívka vytváří magnetické pole kolísavé síly, kterému je vystavena voda v kanálech pro zadržení sole.

Podstatou předloženého vynálezu je také způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, který • ft ftftftft ftft ftft ftftft * • · ftftft ftftftft ft : $ • ftft • ft » ftft ft » ftft · • ftft ftftft obsahuje přivádění vody kanály pro zadržení sole, omezené reverzní osmotickou membránou a vystavení vody v kanálech pro zadržení sole působení proměnlivého magnetického pole.

Dále je podstatou předloženého vynálezu zařízení pro odstranění rozpuštěných pevných látek z vody, sestávající z kanálů pro zadržení sole, ohraničených reverzní osmotickou membránou, prostředků pro přivádění vody do těchto kanálů tak, aby voda proudila podél těchto kanálů a prostředků pro vytváření magnetického pole, které mění svoji sílu, přičemž kanály pro zadržení sole leží v magnetickém poli tak, aby při činnosti byla voda vystavena působení kolísavého magnetického pole.

Popis obrázků na výkrese

Příkladné provedení předloženého vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde obr. 1 je axiální řez vodním odsolovačem obsahujícím odsolovací náplň a tři cívky;

obr. 2 znázorňuje částečně v řezu, ve větším měřítku, vstup vody do odsolovače;

obr. 3 znázorňuje konec odsolovače s výstupem vody, ve větším měřítku a částečně v řezu;

obr. 4 je čelní pohled na odsolovací náplň;

obr. 5 je detail pouzdra, tvořící část odsolovače z obr. 1 až 3;

obr. 6 je schematické znázornění části odsolovací náplně, ve značně zvětšeném měřítku;

obr. 7 znázorňuje způsob, jakým magnetická pole vytvářené cívkou vzájemně působí;

obr. 8 je schematický nárys znázorňující další odsolovací náplň a tři cívky;

obr. 9 je řez IX - IX z obr. 8;

obr. 10 schematicky znázorňuje část pláště v rozvinutém tvaru; a obr. 11 schematicky znázorňuje část dalšího pláště.

• · · • · · · • · · · * ·

Popis příkladu provedení

Vodní odsolovač 10 znázorněný na obr. 1 sestává z horizontálně podlouhlého válcového pouzdra 12. Pouzdro 12 je z nemagnetického materiálu a je s výhodou vyrobeno vinutím skleněných vláken ve formě pramenů na otáčející se jádro. Tvrdítelná pryskyřice je současně nanášena na jádro tak, aby vzniklo válcové pouzdro vyztužené dutým skleněným vláknem s hladkou vnitřní plochou. Pryskyřici lze nanášet tak, že se nej spodnější část jádra a částečně vytvořené pouzdro ponoří do pryskyřičné lázně, přebytečná pryskyřice se odstraní natíračím nožem. Takovéto pouzdro snadno odolává vnitřním tlakům vyšším než 70 barů.

Čerpadlo 14 a elektromotor 16 jsou připojeny ke vstupnímu konci pouzdra 12, přičemž čerpají odsolovanou vodu při tlaku obvykle asi 50 až 60 barů do pouzdra 12.. Motor 16 je s výhodou třífázový AC motor a čerpadlo je s výhodou D 10 hydrokomorové čerpadlo vyráběné firmou Warren Engineering Of Mineapolis, Minnesota, U.S.A.

Čerpadlo 14 a motor 16 jsou připevněny k pouzdru 12 pomocí koncového kroužku 18 ( viz částečně v obr. 2) a k upevňovací desce 20.. Koncový kroužek 18 je připevněn k pouzdru 12 tak, že se nejprve vyrobí válcová část 12.1 pouzdra 12., potom se kroužek 18 navleče na částečně vyrobené pouzdro 12 a potom se vyrobí vnější část 12.2 pouzdra s kroužkem 18 uloženým mezi vnitřní a vnější částí 12,1 a 12.2. Je nutno upozornit, že kromě koncové oblasti, kde leží kroužek 18 mezi těmito částmi, tvoří části 12,1 a 12.2 celistvé pouzdro jako jeden kus, bez jakéhokoliv přerušení. Kroužek 18 má řadu obvodově procházejících vnějších žeber 22. které pomáhají spojit kroužek 18 s pouzdrem 12.

Kroužek 18 má řadu slepých, závitových otvorů 24 pro šrouby 28., každý z nich ústí na čelní plochu kroužku 18.

Deska 20 má rovné průchozí otvory 26., které jsou vyrovnány se závitovými otvory 24 pro šrouby 28. Šrouby 28 procházejí

ft ft ft ft • ft ft • · ft • ftftft • * • ftft · ft ftft ft ftftft ftftft • · • ft otvory 26 a jsou zašroubovány do otvorů 24 pro připevnění upevňovací desky 20 ke koncovému kroužku 18.

Čerpadlo 14 a motor 16 jsou vzájemně připevněny šrouby 30., procházejícími přírubami 32 a 34 čerpadla 14 a resp. motoru 16.

Šrouby 36. procházející přírubami 38 čerpadla 14 a do závitových otvorů 40 desky 20 spojují navzájem desku 20 a čerpadlo 14 navzájem. Výtlakový otvor čerpadla 14 je v zákrytu s kanálem 42., který prochází deskou 20. Sací otvor čerpadla 14., je v zákrytu se vstupním kanálem 44, který probíhá radiálně dovnitř ze vstupu 46 v desce 20a dále pak axiálně,aby byl v zákrytu se sacím otvorem čerpadla 14. procházejícím radiálně dovnitř ze vstupního otvoru 46 desky 20 a potom axiálně tak, aby byl v zákrytu se sacím otvorem čerpadla (14) .

Deska 20 má, na straně vzdálenější od čerpadla 14. vytvořenou válcovou stěnu 48, která má okolo svého obvodu vnitřní závit 50 . Deska 52. vytvářející turbulenci, s vnějším závitem, opatřená řadou průchozích otvorů 54 je přišroubována do válcového prostoru ohraničeného stěnou .48. Desky 20 a 52. tvoří mezi sebou dutinu 56. kanál 42 je otevřen do dutiny 56.

Průchozí otvory 54 desky 52 mohou být uspořádány v jakémkoliv seskupení. Například, otvory mohou být uspořádány v kruhovém seskupení. Jindy mohou být otvory uspořádány v několika řadách vycházejících ze středu desky 52., nebo mohou být uspořádány ve spirále, jejíž střed je ve středu desky 52.

Stěnu 48 obepíná O-kroužek 58 a tvoří těsnění mezi deskou 52 a vnitřní plochou pouzdra 12.

Na druhém konci pouzdra 12 (viz obr. 3) je koncová deska

60. Koncová deska 60 je držena v pouzdru 12 párem spolupůsobících kroužků 62 a 64 . Kroužek 62 je umístěn okolo jádra před začátkem vyrábění pouzdra 12.· Je proto uložen ve • · *· stěnách pouzdra a tím vytvoří vnější žebro 66. které obklopuje pouzdro 12. Po sestavení odsolovače, jak bude podrobně popsáno dále, kroužek 64 má svůj vnější průměr zmenšen a je pak vložen do pouzdra tak, že je ve spolupůsobícím spojení s kroužkem 62 jak je znázorněno, a tak je zabráněno, aby se deska 60 vytlačovala ven z pouzdra 12 následkem vnitřního tlaku v pouzdru 12.

Axiální otvor 68 v desce 60 tvoří výstup pro vyčištěnou (propuštěnou) vodu a otvor 70. který je přesazen k jedné straně otvoru 68., tvoří výstup solného roztoku. U-těsnění (neznázorněné) je vloženo do drážky 72 v desce 60. Další drážka, která prochází po obvodu desky 60 těsně vedle drážky 72 je opatřena 0-kroužkem 74. U-těsnění a O-kroužek zabraňuje prosakování mezi pouzdrem 12 a deskou 60.

Odsolovací náplň 76 válcového tvaru je zasunuta do pouzdra 12 před tím, než se koncová deska 60 upevní na místě pomocí kroužků 62 a 64.

Náplň 76, která obsahuje řadu polymerových fólií a rozpěrek, jak bylo pospáno shora, bude popsána podrobněji dále. Fólie a rozpěrky jsou spirálovitě navinuty na střední trubce 78.. Výstupní konec trubky 78 odsolovače vyčnívá z navinutých fólií a rozpěrek a je zasunuta do otvoru £8.. Typ náplně 76. který je vhodný pro použití u předloženého vynálezu je vyráběn a prodáván firmou Filmtech Corporation, která je plně vlastněna pobočkou Dow Chemical Company. Výrobek nese označení FT30. US patent 4277344 popisuje podrobně princip reverzní osmózy. Filtrační náplň 76 je obvykle válcová a je těsně spojena s pouzdrem 12. U-těsnění (neznázorněné) je uloženo v drážkách 80 (viz zejména obr. 2 a 3), které obklopují koncové kryty 82 (také viz obr. 4) náplně 76 a opírají se o vnitřní plochu náplně 12., aby se zabránilo unikání vody mezi pouzdrem 12 a náplní 76.

Vinuté fólie a rozpěrky 84 (obr. 4) jsou uvnitř tenké fólie 86 z materiálu jako je skleněné vlákno. Fólie 86 φ φ φ * φ φ φ φ φ φφφ φ ♦ φφ φφ φ φ φ φ φ φ φ φ φφφ φφφ φ φ vzájemně spojuje koncové kryty 82.. Fólie 86 není dostatečně pevná, aby odolala uvnitř působícímu tlaku bez porušení. Je proto těsně uložena na pouzdru a tak pouzdrem podepřena. O-těsnění v drážkách 80 zabraňují proudění vody mezi fólií 86. a pouzdrem 12.

Každý koncový kryt 82 je ve tvaru pavouka (viz obr. 4), mající vnitřní kroužek 88 a vnější kroužek 90 spojený paprsky 92. Trubka 78 prochází vnitřním kroužkem 88 na výstupním konci náplně 76 a drážky 80 jsou na vnější ploše kroužku 90.

Tři cívky 94, 96 a 98 jsou navinuty na pouzdru 12 při jeho výrobě. Zejména je vyrobena poměrně tenká vnitřní část

12.3 (obr. 5) pouzdra 12 a cívky 94, 96 a 98 jsou navinuty na tuto vnitřní část 12.3. Ostatní část pouzdra 12 je pak vyrobena tak, aby cívky 94, 96 a 98 byly uloženy v pouzdru pouze s tenkou vnitřní částí 12.3 mezi sebou a náplní 76 a tlustší vnější částí 12.4 vně. Cívky mohou být z vysoce vodivých uhlíkových vláken nebo měděného drátu. Vlákna nebo dráty jsou povlečeny tak, aby byly vzájemně elektricky izolovány.

Aby se cívky 94 . 96 a 98 chránily, je nanesena vrstva 100 měkkého gelu na vyrobenou vnitřní část 12.3 pouzdra 12 před tím, než se cívky navinou (viz obr. 5) .Poté se nanese přes cívku druhá vrstva 102 gelu. Dvě vrstvy 100. 102 ztuhnou, ale nestanou se nepoddajnými. Gelové vrstvy chrání cívky 94. 96 a 98 proti průsaku vody jakýmikoli prasklinami v těch částech 12.3 pouzdra 12, které jsou mezi cívkami 94 . 96 a 98 a vnitřkem pouzdra 12.. Vnitřní vrstva 100 gelu absorbuje rozměrové změny pouzdra 12 vznikající změnami tlaku v pouzdru 12 a tím se zabrání radiálním silám působícím na cívky 94., 96 a 98.

Po navinutí cívek, se vedou přiváděči dráty se vedou podél vnější plochy části 12.3 pouzdra do společného spojovacího místa, kterým může být propojovací skřínka 104 (obr. 1 a 2) u vstupního konce odsolovače. Přívodní dráty ♦4 44»·

44 44 99 * * * 4 4 4« 9 9 9 9 9 9 9 9 9 * · 444* 444 »4 4 * ♦ 4 4 » 9 9 9 9 »4 φ 4 jsou, samozřejmě, uloženy v pouzdru 12 při výrobě vnější části 12.4 pouzdra 12. Na obr. 1 a 3 jsou, pouze pro ilustrační účely, přiváděči dráty 106 a další dráty 108. které spojují cívky 94. 96 a 98 s nastavenou frekvenci AC buzeni 110. znázorněny jako vstupující a opouštějící pouzdro 12 v oblasti cívek. Na obr. 3 je schematicky znázorněna cívka 94 jako navinutá na vnější stranu pouzdra 12.

Každá z cívek 94, 96 a 98 je připojena svým napájecím kabelem 106 k jedné fázi třífázového AC zdroje 112 (viz obr. 1). Jestliže je to potřeba, je možno použít stínění, např. ve formě opletení, aby se účinky magnetických polí neprojevovaly vně pouzdra 12.

Buzení 110 je spojeno s motorem 16 . Výhodný typ buzení je 1336 plus vyráběné Allen Brady (část Rockwell Group) 1201 South Second Street, Milwaukee 53204, U.S.A.

Tlakové čidlo 114 (obr. 1 a 2) je vloženo do desky 20. kanálem 116, který je spojen s kanálem 42., který je dále spojen s výtlakovým otvorem čerpadla 14.

Tlakové čidlo 114 je připojeno vedením 118 (obr. 1) k AC buzení 110 snastavitelnou frekvencí a vytváří pro něj ovládací signál. Ovládací signál je použit k ovládání výstupní frekvence buzení hnacího motoru a proto rychlosti motoru 16., aby se tak udržel konstantní tlak ve výtlakovém otvoru čerpadla 14.

I když je v pouzdru 12 znázorněna jen jedna náplň 76, je možno použít dvě nebo více náplní řazených za sebou. Voda proudí po řadě každou náplní. S každou náplní mohou být spojeny tři cívky, jak bylo popsáno. Jindy, jak je znázorněno čárkovaně v obr. 1, jsou-li použity dvě náplně 76.1 a 76.2. Středová cívka 96 může přemosťovat obě náplně.

Konstrukce části náplně 76 je znázorněna ve značně zvětšeném měřítku na obr. 6. Na obr. 6 jsou znázorněny fólie ♦ Φ φφφφ * < · • φ · • φ φ • φ φ · ·· ·· «♦ • φ φ φ φφφ φ « φ φφφ « * * > φ · · •φ φ ♦ φ ♦ · * ♦φ φ φ

> ·

120.1 až 120.5 s komplexního polymeru. Mezi fóliemi 120.2 a

120.3 je první kanál 122 pro zadržení sole a mezi fóliemi

120.4 a 120.5 je další kanál 124 pro zadržení sole. V každém kanále 122. 124 je mřížka 126. Mřížka 126 působí jako prvek vytvářející turbulenci. Mřížka 126 je, např. složena z vláken plastického materiálu se svary v místech, ve kterých příčně proházející vlákna přetínají podélně procházející vlákna. Mřížka 126 má další funkci, zabraňující tomu, aby kanály 122. 124 se uzavřely až do stavu, kdy proudění vody mezi nimi se stane nemožné.

Mezi fóliemi 120.1 a 120.2 jsou kanály 128 pro propuštěnou vodu. Podobně mezi fóliemi 120.3 a 120.4 jsou kanály 130 pro propuštěnou vodu. V kanálech 128 a 130 jsou mřížky 132. Mřížky 132 nejsou určeny k vytváření turbulence v propuštěné vodě v kanálech 128. 130. ale jednoduše k zabránění uzavření kanálů použitým tlakem v místě, kde jimi nemůže voda proudit. Je nutno poznamenat, že v náplni je řada fólií a řada kanálů pro zadržení sole a řada kanálů pro propuštěnou vodu. Proto jsou na obr. 6 znázorněny další fólie, kanály a rozpěrky na každé straně částí náplně.

Na vstupním konci náplně 76 jsou kanály 128. 130 uzavřené a kanály 122. 124 jsou otevřené. Proto přiváděná voda vstupuje do kanálů 122. 124. ale ne do kanálů 128. 130. V oblasti střední trubky 78 jsou kanály 122. 124 pro zadržení sole uzavřené a kanály 128. 130 pro propuštěnou vodu otevřené tak, aby propuštěná voda, ale nikoli solný roztok, mohla proudit do trubky 78.

Činnost odsolovače takto popsaná je komplexní a není ještě plně srozumitelná přihlašovatelům. Následující vysvětlení je založeno na tom, co se vypozorovalo při výzkumných pracích. Další výzkumná činnost může odhalit, že existují ještě další faktory a mechanismy, o kterých přihlašovatelé běžně nevědí.

flfl ··♦· • · 9

9 9

9 9

9 9 9

99

99

9 9 9

9 9 9

999 999

Při výrobě spirálovitě vinuté odsolovací náplně je žádoucí, aby se při vinutí na trubku 78 udržovalo konstantní napětí na fóliích a rozpěrkách. To se snadněji dosáhne během počáteční fázi navinováni. Protože náplň zvětšuje svůj průměr, stává se houbovitou, je pak mnohem obtížnější udržovat fólie a rozpěrky ve správném napětí. Proto závity náplně mají sklon být mnohem těsněji přilehlé ke středové trubce 78., než přilehlé k vnějšímu plášti 86. U běžného odsolovacího systému voda proudí do prostoru 134 (obr. 2) vedle vstupního konce odsolovací náplně aniž by musela proudit deskou 52.. Není zjištěn žádný podstatný tlakový rozdíl v radiálním směru náplně. Zejména tlak těsně u středu náplně a tlak těsně u vnějšího obvodu náplně je stejný. Proto má větší množství vody sklon vstoupit do otevřenějších otevřených radiálních vnějších částí kanálů pro zadržení sole, než vstupuje radiálně vnitřními částmi kanály pro zadržení sole, kde fólie a rozpěrky jsou navinuty mnohem těsnej i.

Deska 52 směruje většinu proudů vody proti konci náplně 76 a rozděluje proud vody přes celý vystavený konec náplně 76. Tím je zajištěno, že radiální vnitřní části náplně jsou použity mnohem úplněji. Paprsky 92 jsou výrobcem náplně vyrobeny co možná nejmenší tak, aby nepřekážely proudu vody. Zakrývají velmi málo z konce navinutých fólií a rozpěrek a nemají žádný měřitelný účinek na tlak vody.Co je však nej důležitější, nezpůsobují žádný pokles tlaku mezi vstupním prostorem 134 a vstupem do kanálů pro zadržení sole.

Mořská voda a poloslaná voda v menším rozsahu, obsahuje rozpuštěné plyny a také obsahuje bikarbonáty. Přes desku 52 nastává pokles tlaku okolo dvou barů a patrně je to způsobeno bublinkami kyslíku a kysličníku uhličitého, které jsou přítomny v přiváděné vodě a vystupují z roztoku ve formě bublinek. Protože jsou bublinky stále ještě pod určitým tlakem, jsou velmi malé. Avšak, zdá se, že mají vypírací účinek na koncentraci polarizačních vrstev, bránících jejich tvorbě a proto zlepšují činnost náplně.

♦0 0000 · 0

00 • 0 0 0 • 0 0 9 0

0 0 0 *00 0 000

0 0 0

0 0

00 ► 0 0 <

» 0 0 «

000 001

Pozorování solného roztoku vystupujícího z odsolovače a proudícího do nádrže ukázalo, že solný roztok je provzdušněn. Při jedné zkoušce byly jak solný roztok tak propuštěná voda přivedeny do velké skladovací nádrže a vzájemně se nechaly smíchat. Nádrž také tvořila zdroj přiváděné vody. To se provedlo proto, aby odsolovač mohl běžet pokusně po delší dobu bez postupného přivádění velkých množství mořské vody. Bylo zjištěno, že solný roztok vystupující z výstupního potrubí do nádrže byl provzdušněn. Namísto jednoduchého poklesnutí v méně husté mořské vodě, solný roztok stoupl o určitou vzdálenost od výstupu z výstupního potrubí. Bylo zjištěno, že pozorované bublinky byly směsí kysličníku uhličitého a kyslíku.

Proudy vody vystupující z otvorů 54 desky 52 a narážející na konec navinuté náplně 76. proudí do kanálů pro zadržení sole a v proudech vody lze zjistit vířivé proudy. Tyto vířivé proudy jsou příčné k hlavnímu směru proudění v kanálech pro zadržení sole a dále pomáhají zabránit tvoření koncentračních polarizačních vrstev na vstupních koncích kanálů pro zadržení sole. Samozřejmě, vířivé proudy se stávají slabšími se zvětšující se vzdáleností od vstupních konců kanálů 122. 124 pro zadržení sole a jejich účinek na koncentrační polarizační vrstvu se proto zmenšuje.

Zdá se, že účinek použitých magnetických polí podporuje vířivé proudy, přivedené původně do vodních proudů, po délce kanálů 122 124 pro zadržení sole. Výhodný vypírací účinek je tak běžně pozorován přes celou náplň 76 a ne pouze přes oblast procházející přes relativně krátkou vzdálenost od vstupních konců kanálů 122, 124 pro zadržení sole.

Jak bylo shora vysvětleno, mnoho nečistot má výsledný kladný náboj, zatímco komplexní polymer, který slouží jako polopropustná membrána má výsledný záporný náboj. Mezi nečistotami a polymery jsou proto slabé přitažlivé síly. Zdá se, že vířivé proudy udržované magnetickým polem jsou ·· * · ««

• · * • ··· «« • « • · ♦ · · dostatečné, aby překonaly tyto slabší síly a zabránily nanášení nečistot na polymer.

Zjistilo se, že je výhodné navinout cívky tak, aby se jejich magnetická pole překrývala. V tomto ohledu se odkazuje na obr. 7, který znázorňuje dvě cívky 96. 98. které jsou vzájemně dostatečně blízko, aby se jejich pole Fl a F2 překrývala. Proto zatímco po délce pouzdra 12., se hodnota magnetické indukce (gaussy) mění od maxima radiálně směrem ven z obou cívek, na minimum uprostřed mezi oběma cívkami, magnetické pole je vždycky přítomno. Jednoduše pomocí příkladu se zjistila možnost vytvořit pole s maximální magnetickou indukcí asi 2000 gaussů ihned vedle obou cívek. Uprostřed mezi cívkami se hodnota magnetické indukce snížila asi na 1600 gaussů. Pole jsou samozřejmě fázově posunutá.

Na obr. 7 jsou znázorněny cívky, které mají závity vinuty šikmo k ose náplně 76 a je vidět i to, že jsou navinuty jako část filtrační náplně 76 místo jako část pouzdra 12. V tomto ohledu mohou být cívky vinuty na náplni bud' radiálně dovnitř nebo radiálně ven z pláště 86.

Přihlašovatelé zjistili, že zejména výhodný odsolovač může být opatřen třífázovým AC napájením s 50 Hz a 380 V. Takovéto napájení je běžné a jak motor 16 tak buzení 110 jsou vytvořeny pro použití s napájením tohoto druhu. Přihlašovatelé zjistili, že se vedením tří fází tohoto napájení cívkami 94. 96 a 98 získají výhodné shora popsané účinky a že navíc se cívky chovají jako tlumivky motoru 16. To vyrovnává špičky, které jsou nevítaným výsledkem použití AC motoru a které samy o sobě představují ztráty energie. Intenzita proudu, která je potřeba k pohonu motoru 16, když jsou cívky odpojeny z obvodu, je obvykle o 2 A vyšší, než která je potřeba když jsou cívky v obvodu.

V běžném odsolovači je obvykle pokles tlaku přes náplň asi 3 Bary. Proto, jestliže se odsoluje mořská voda je vhodný vstupní tlak 60 Barů a bylo zjištěno, že tlak v otvoru ·· «»*♦

** 44 • · 4 4 • · · 4 • · 4 4 4 ··· · 444 4·<

» ♦ 4 “* · 4 4 4 4 je asi 57 Barů. Jestliže jsou cívky 94. 96 a 98 v obvodu, nedojde přes náplň k žádnému poklesu tlaku. Ve skutečnosti, tlak na výstupním konci může být i o něco vyšší než tlak na vstupním konci. Přihlašovatelé dosud nezformulovali vysvětlení pro tento zjištěný fenomén nebo pro skutečnost, že proudění pokračuje i když vznikne zpětný tlak. Možné vysvětlení je to, že se zvýší entropie výsledkem vstupu energie z cívek. Jiný možný důvod může být ten, že vysoce koncentrovaný solný roztok působí stejně jako jádro solenoidu a je působícími silami tlačen směrem k výstupním konců, kanálů pro zadržení sole.

Experimentální práce přihlašovatelů ukázaly, že za předpokladu, že se proud přiváděný do cívek mění cyklicky tak, aby se tvořila kolísavá magnetická pole, ani amplituda ani frekvence proudu nejsou kritické. Experimentální práce s frekvencemi od 5 Hz do 7000 Hz ukázaly, že přítomností kolísavých magnetických proudů se může dosáhnout větší rychlost propuštění a nastane podstatně menší znečistění.

Je nutno poznamenat, že jestliže použitá frekvence nebo typ proudu není slučitelný s pohonem 110 a motorem 16. potom se musí přívod energie do motoru a přívod energie do cívek získávat ze samostatných zdrojů. DC proud o měnícím se napětí také vytvořil podstatné zlepšení jak v rychlosti propouštění, tak ve snížení znečistění. Proud a napětí se může měnit podle sinusoidy nebo lze použít obdélníkový průběh vlny.

Obr. 8 a 9 schematicky znázorňuje další tvar odsolovače 136. Odsolovač 136 sestává z vnějšího pouzdra 138. které má výstup 140 pro upravenou vodu a komoru 142, do které proudí solný roztok. Mezi výstupem 140 a hlavním prostorem 144. spojeným pouzdrem 138. je přepážka 146. V přepážce 146 jsou uloženy konce řady dutých vláken 148. které jsou z komplexního polymerického materiálu schopného působit jako reverzní osmotická mebrána. Výstup 140 vede od komory 150. která je spojená s dutým vnitřním prostorem vláken, přičemž konce vláken procházejí přepážkou 146. Každé vlákno vyčnívá z ·· «·0 0 • 0 * ··· 0

přepážky 146 podél pouzdra v podstatě po celé jeho délce, obrací se zpátky ve vlásenkovém ohybu 152 a prochází zpátky do přepážky 146.

Přepážkou 146 a příčnou stěnou 156. která ohraničuje komoru 150. prochází trubka 154. Trubka 154 je na své pravé straně (z pohledu obr. 8) opatřena zátkou 158. a má ve své stěně vytvořenu řadu otvorů. Voda, ve které jsou rozpuštěny pevné látky je tlačena do trubky 154 a proudí ven z trubky 154 do meziprostorů vláken, které tvoří kanály pro zadržení sole. Tyto kanály jsou propojeny s komorou 142 tak, aby solný roztok proudil z těchto kanálů do komory 142 a potom ven ze zařízení výstupem 160 solného roztoku.

Konstrukce popsaná z odkazy na obr. 8 a 9 je běžná konstrukce, široce využívaná v odsolovacím průmyslu.

Odsolovací náplň tvořená hmotou dutých vláken 148 je obklopena třemi cívkami 162. 164 166. Tyto cívky odpovídají cívkám znázorněným na obr. 1. Jsou nabuzeny stejným způsobem tak, aby v kanálech pro zadržení sole, které jsou mezi vlákny, vznikly vířivé proudy. Účinek tohoto opatření je popsán výše u kanálů 122. 124 pro zadržení sole.

Konečně na obr. 10 je znázorněno provedení sestávající z fólie 168 obdélníkového tvaru z materiálu, který lze svinout do tvaru válcového pláště. Podél svých dvou podélných okrajů je fólie opatřena upevňovací 170 jakéhokoliv vhodného typu, např. výbušnými nýty nebo kusy materiálu známého jako Velcro tak, aby mohla být po zavinuti do tvaru pouzdra v tomto tvaru upevněna. Vhodná je také fólie z plastického materiálu. Plastický materiál může být pružný, ale s dostatečnou tuhostí, aby po zavinutí měl sklon se rozvinout a tak udržoval svůj válcový tvar. Jindy může být ve tvaru povlaku, který není samonosný.

Řady kusů drátů 172 jsou přilepeny nebo jinak připevněny k čelní straně fólie, která se po zavinutí do pláště stává

9999 « to

··· toto to to · >» 9 9

9 9 ·« · vnitřní stranou fólie 168. Každý kus drátu 172 je na obou koncích opatřen konektory 174. Jakmile se fólie 168 zavine do tvaru pláště, konektory 174 ležící podél jednoho okraje pláště jsou připevněny ke konektorům ležícím podél druhého okraje fólie, čímž se jednotlivé kusy drátů spojí svými konci a vytvoří cívku.

Plášť může být navinut okolo již existujícího odsolovače nebo odsolovací náplně jako dodatečně osazená konstrukce. Připojením cívky, tvořené jednotlivými kusy drátu, ke zdroji kolísavého proudu, může magnetické pole působit na kanály pro zadržení sole, aby se získal shora uvedený účinek. Je nutno poznamenat, že lze použít řadu cívek.

Použití vrstvy ploché fólie, kterou lze navinout okolo existujícího odsolovače, aby se vytvořil plášť, je výhodné, protože umožňuje použití cívky bez ohledu na to zda je tam potrubí atd., které překáží použití pevné objímky s cívkami. Avšak odsolovač by měl být vytvořen tak, aby neměl žádné překážky, které by bránily nasunutí objímky nesoucí cívky na odsolovač, potom lze takovouto konstrukci použít tak, aby poskytovala shora popsané výhody.

Přestože se dává přednost tomu, aby všechny cívky byly souosé s náplní, je možno cívky uspořádat i jinak. Např. místo aby byly vinuty okolo jádra, cívky mohou být předtvarovány a uloženy na stěně pouzdra tak, aby každá procházela částečně okolo obvodu pouzdra s osou, okolo níž je cívka navinuta, procházející radiálně místo axiálně, použijeli se toto uspořádání později na fólii, dosáhne se konstrukce z obr. 11. V tomto tvaru má fólie 168 pár cívek 176 přilepen v určitém odstupu od sebe. Osa každé cívky 176 je kolmo k rovině plechu 168. Jakmile se plech zavine do trubkového tvaru, cívky 176 zaujmou polohu na opačných koncích náplně a jejich osy jsou v podstatě radiální. Každý závit cívky 176 je při zavinování plechu 168 zakřivena tak, aby odpovídal válcovému tvaru fólie.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob odstraňování rozpuštěných pevných látek z vody, který sestává z přivádění vody kanálem pro zadržení sole, ohraničeným reverzní osmotickou membránou a vystavení membrány a vody v kanálu pro zadržení sole a vody, která proudí membránou, kolísavému magnetickému poli, vyznačený tím, že obsahuje operaci přivedení elektrického proudu proměnlivé velikosti do každé ze dvou cívek, umístěných odděleně od sebe podél délky kanálu pro zadržení sole,přičemž voda v kanálu pro zadržení sole leží v polích těchto cívek.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje operaci přivedení třífázového AC proudu do tří cívek umístěných odděleně od sebe podél délky kanálu pro zadržení sole, kde každá cívka má do sebe přivedenou příslušnou jednu z fází.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že magnetická pole, vytvářená cívkami se překrývají.
4. 4. Zařízení zahrnující podélný kanál pro zadržení sole, ohraničený reverzní osmotickou membránou a prostředky pro přivádění vody do tohoto kanálu pro zadržení sole, aby voda proudila tímto kanálem, vyznačené tím, že obsahuje dvě cívky (94, 96) umístěné odděleně od sebe podél délky kanálu (122, 124) pro zadržení sole a prostředky pro přivedení napětí o proměnlivé velikosti do každé cívky (94. 96), aby každá cívka (94, 96) vytvářela kolísavé magnetické pole, přičemž voda v kanálu (122, 124) pro zadržení sole je při použití zařízení vystavena působení kolísavého magnetického pole cívek (94, 96).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že obsahuje pouzdro (12) podélného tvaru a náplň (76) podélného tvaru, přičemž náplň (76) obsahuje polopropustné membrány ohraničující řadu kanálů (122, 124) pro zadržení sole, kde ·· «·»· γγ 499$ • · * · * · cívky (94, 96) jsou umístěny odděleně od sebe podél délky pouzdra (12).
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že obsahuje tři cívky (94, 96, 98) umístěné odděleně od sebe podél délky pouzdra (12) a prostředky pro přivádění třífázového AC proudu, kde každá cívka (94, 96, 98) je připojena k příslušné jedné fázi, takže pole vytvářená třemi cívkami (94, 96, 98) jsou vzájemně posunutá.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, že prostředky pro přivádění vody obsahují čerpadlo (14) poháněné třífázovým elektromotorem (16), kde tento elektromotor (16) je připojen na zdroj třífázového AC proudu přes cívky (94, 96, 98), které jako tlumivky pro motor (16).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačené t í m, že mezi cívkami (94, 96, 98) a motorem (16) obsahuje AC napájení s nastavitelnou frekvencí.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že obsahuje tlakové čidlo (114) pro snímáni tlaku ve výtlakovém otvoru čerpadla (16) a přivádění ovládacího signálu k pohonu, čímž ovládá motor (16) tak, aby udržoval v tomto výtlakovém otvoru konstantní tlak.
10. 10. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že obsahuje desku (52) opatřenou řadou otvorů (54), umístěnou mezi prostředky pro přivádění vody a náplní (76), kde otvory (54) v desce (52) rozdělují vodu do jednotlivých proudů a směrují tyto proudy vody proti konci náplně 76), přičemž voda vstupující do kanálů (122, 124) pro zadržení vody má v sobě kolísavé proudy a přes desku (52) nastává tlakový pokles.
11. 11. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že pouzdro (12) má válcovou stěnu z vlákny zesílené tvrditelné pryskyřice,přičemž kde cívky (94, 96, 98) jsou uloženy ve válcové stěně pouzdra (12) .

    ?// ·* ·· ·· ···· ·» «· ' 4 · · · · • · · · • · · · ·*· · • · · · • · ··
12. 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačené tím, že obsahuje vrstvy gelu umístěné radiálně dovnitř a ven od každé cívky (94, 96, 98) pro ochranu a podložení každé cívky (94, 96, 98) .
13. 13. Zařízení podle některého z nároků 4 až 12, vyznačené tím, že cívky (94, 96, 98) jsou umístěny tak, aby se jejich magnetické pole překrývalo.