Способ получения и накопления опресненного льда

(51)5 С 02 Р 1/22 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЛЬСТВУ я ско ного орошения и пастбищного животн водства и позволяет повысить эффек ность процесса, Это достигается те что слой льда намораживают на внеш У 9аучно-исследкомплексного ресурсов истенках охладителя, расположенного нижней части объема минерализованной воды, лед периодически отделяютот поверхности охладителя изменениемположения и формы его стенок, вызы"ваемого изменением температуры и давления заполняющего охладитель практически несжимаемого хладоносителя,перекачиваемого насосом с тепловымприводом через охлаждающий теплообменник, установленный в воздушнойсреде, а отделенные от стенок охлтеля образования льда доопресняютнезамерзшей водой при их всплывании,8)и др. Опреснено лит, по строит4-115. адиплывшегссив массивом уже и смерэании льда, После льда дополн минерализово ратуру 1-4 4 табл,отвода рассолаительно опресняюанной воды, имеюС под массив льд подач и темп1 ил лиораций почвогрунтов, помещений и площадок для скота, а также сельск хозяйственного орошения и пастбищи шение На осущена п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ВТОРСНОМУ СВИ(71) Центральный нтельский институтпользования водных(57) Изобретение относится к способамопреснения воды замораживанием, может быть использовано для образованиямассива льда опресненной воды в периоды с чередованием положительных иотрицательных температур воздуха приперераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период годас установившимися положительнымитемпературами для тепловых мелиорацийпочвогрунтов, помещений и площадок Изобретение относится к способам опреснения воды замораживанием и накопления опресненного льда и может быть использовано для образования массива льда иэ опресненной воды в периоды с чередованием положительных и отрицательных температур воздуха при перераспределении опресненной замораживанием воды и холода на период года с установившимися положитель- ными температурами для тепловых ме-акже сельскохозяйственоводстваью изобретения является повыэффективности процесса.чертеже показана установка длтвления предлагаемого способановка включает в себя емкосющую трубопровод 2 с вентиледвода минерализованной водыопреснение, трубопровод 3 с вентилемдля отвода рассола, теплоизоляционныйслой 4, размещенный на поверхностиводы с воэможностью вертикального/смещения, насос 5 с тепловым приводомот перепада температур, периодическинагнетающий и всасывающий несжимаемый хладоноситель, которым заполненынагнетательный трубопровод 6, подсое" 1 Одиненный через охлаждающий теплооб"менник 7 к охладителю 8, и всасывающий трубопровод 9, соединяющий охладитель 8 с насосом 5, причем охладитель 8 расположен у дна емкости 1 и 15выполнен с возможностью изменения линейных размеров.Способ осуществляют следующим образом.В емкость 1 с теплоизолированными 2 Остенками и дном подают по трубопроводу 2 минерализованную воду, имеющуюо о1 -4 С, поверхность воды теплоизолируют слоем 4, например, синтетическихгранул, нерастворяемых в воде, имеющих плотность, меньше плотности воды.При отрицательных температурахвоздуха практически несжимаемый и не-.замерзающий рабочий хладоноситель,например керосин или водный раствор 30. ИаС 1 или КС 1, перекачивают насосом 5с тепловым приводом по трубопроводу 6с жесткими стенками в охлаждающийтеплообменник 7, где хладоносительпри отрицательных температурах Возду;,ха охлаждают ниже О С и подают в охо,ладитель 8, например, сильфонноготипа, имеющий возможно теплопроводныестенки, имеющие коэффициент тепловогорасширения, отличающийся от такогокоэффициента воды, и изменяющие. своеположение и Форму в зависимости отдавления в охладителе хладоносителя.Из охладителя 8 хладоноситель всасывают в рабочую камеру насоса 5 по 45трубопроводу 9 с жесткими стенками,При нагнетательном цикле насосас тепловым проводом хладоноситель изнасоса 5 подают в теплообменник 7,а иэ него под повышенным давлением -в охладитель 8. Увеличивают давление,,50в ьхладителе 8, в результате изменяют положение и Форму стенок охладителя 8, выполненных, например, гофрированными из листового алюминия. Помере охлаждения стенок охладителя 8 55хладоиосители на. его внешней поверхности образуют слой льда, При циклевсасывания насоса 5 подогретый хладоноситель отсасывают из охладителя 8, уменьшают его объем в охладителе, изменяют положение и Форму его стенок, отделяют намерзший на внешней поверхности слой льда, образования которого всплывают и доопресняются подогревом окружающей его водой путем растапливания линз рассола между кристаллами пресного льда, растапливающихся при температуре окружающей воды. Затем всплывшие образования льда смораживают, одновременно доопресняя водой, имеющей более высокую температуру. После окончания цикла всасывания насоса 5 хладоноситель при цикле нагнетаниясначала доохлаждают в теплообменнике 7 ивесь процесс повторяют.Насос с тепловым приводом работает только при наличии перепада температур между хладоносителем, имеющим .более высокую температуру, и воздухом, имеющим более низкую температуру, причем, чем больше эта разница,тем больше интенсивность циркуляциихладоносителя.При повышении температуры рабочего тела в насосе 5 выше заданнойнасос 5 не работает, что обеспечивает автоматическое отключение системыобразования льда, а образованныймассив льда остается термоизолированным.,Наличие теплоизоляционного слоя4, выполненного с возможностью еговертикального смещения, дает возможность предохранить утечку "холода"при положительных температурах воздуха и сохранить образованный в период с отрицательными температурамивоздуха массив льда, а при наступлении нового периода с отрицательнымитемпературами воздуха продолжать егонаращивание.Температура замерзания рассолазависит от степени его минерализации:чем выше содержание солей, тем приболее низкой температуре рассол замерзает,По мере охлаждения воды охладителем на его стенках образуется, снова, слой льда, который при изменении положения и формы стенок охладителяотделяется от стенок и всплывает,При всплытии в жидкой воде остаткивсплывающего льда дополнительно опресняются, опресняется также всплыв-1 ший лед за счет таяния линз, имеющих5 ьповышенное солесодержание по сравне-нию с солесодержанием незамерзшейводы у ледяного массива, и весь процесс повторяют снова. При этом необходимо иметь в виду, что изменениеплотности воды с изменением температуры в пределах от О до 4 С являетсяаномальным, т.е. ее плотность увеличивается с возрастанием температуры,Таким образом осуществляют последовательное наращивание массивапресного льда и накапливание холодав период чередования отрицательныхи положительных температур путем намораживания массива при отрицательныхтемпературах воздуха, исключая егоразмораживание в период с отрицательными температурами,При появлении потребностей в водеи холоде у потребителей в период годас установившимися положительными температурами ледяной массив размораживают, например, путем подвода в охладитель 8 воды или другого теплоносиетеля, имеющего положительную температуру и охлаждаемого в охладителе 8 доболее низких температур перед подачейпотребителю (не показано) на нуждытепломелиорации. Холодная вода, полученная в результате таяния льда, также может подаваться потребителю длятепломелиорации и после ее нагреванияотведенным теплом, например послеохлаждения помещений, подаваться наорошение (не показано). Размораживание массива опресненного льда можноосуществлять и другими способами,В табл.1 приведены данные, относящиеся к концентрации ЮаС 1 в слоельда и жщкости рассола после частичного домораживания водысодержащей9,88 г/л ИаС 1.В табл.2 приведены данные серииопытов по распределению ИаС 1 в слоельда, в рассоле, в растворе, эамораживаемом при -10 С (первый цикл,табл,2), при подаче новой порции воды, имеющей 3,5 С (второй цикл,табл.З), а также данные уменьшениясолесодержания во льду (табл,4).Перекачиваемую незамерзающую при минимальной температуре практически несжимаемую жидкость нагнетают черезлтеплообменник 7 в охладитель 8 подповышенным давлением. Этой жидкостью,охлажденной в теплообменнике 7, линейно расширяют охладитель 8, распо-.ложенный в нижней части емкости, за 2945 6 40 45 50 порцией воды исходной минералиэации,оимеющей температуру 1-4 С. Теплом вновь подведенной воды равномерно прогревают слой всплывшего льда и до Опресняют его11 олученный холодпри таянии линз рассола идет на образование кристаллов пресного льда, образующихся при температуре, большей, чем тают линзы рассола. 10 5 Ю 25 ЗО 35 полненной опресняемой водой, поверх" ность которой теплоиэолирована с возможностью вертикального смещения теплоизоляции, этой же жидкостью охлаждают его стенки и прилегающие к ним слои воды, намораживают на внешних стенках охладителя слой льда.11 о мере подачи охлажденной жидкостй .иэ теплообменника 7 в охладитель 8 уменьшают температуру стенок последнего и увеличивают слой намораживаемого льда. Жесткую связь между намораживаемым слоем льда и стенками охладителя 8 нарушают линейным вдоль поверхности их контакта температурным сдвигом льда относительно поверхности стенки, После окончания цикла нагнетания до начала цикла всасывания равномерно выравнивают температуру перекачиваемой жидкости, находящейся в охладителе 8, его стенок, слоя льда и незамерзающей воды, находящейся вокруг льда, растапливают линзы рассола в образовавшемся льде, имеющие большую,степень минерализации, большую, чем степень минерализации, при которой при вновь установившейся температуре замерзающий рассол тает, Уменьшают давление перекачиваемой жидкости в ее системе всасывающим циклом насоса.Подогретую в охладителе 8 жидкость всасывают в рабочую камеру насоса, сокращают линейно объем охладителя 8, чем отделяют и отталкивают от стенок охладителя 8 образовавшийся лед и.перемещают его всплыванием к поверхности опресняемой воды, а при всплывании в опресняемой воде его температуру равномерно повышают, чем его дополнительно опресняют. У поверхности опресняемой воды образуют слой всплывшего льда, затем процесс повторяют до образования слоя всплывшего льда необходимой толщины и достижения в незамерзающей воде заданной концентрации солей, которая не должна быть в замерзших линзах рассола, Незамерзающую воду отводят и заменяют ее новой1632945 Состав и последовательность действийспособа не зависят от концентрациисолей в опресняемой воде. Формула из о бр ет ения Способ получения и накопления опресненного льда, включающий заполнение емкости минерализованной водой, замораживание воды с образованием слоя льда и опреснение льда при чере-,. довании отрицательных и положительных температур окружающего воздуха, теплоизоляцию льда и отвод рассола, о т л и ч а ю щ и й с я там, что, с целью повышения эФФективности процесса, слой льда намораживают на внешних стенках охладителя, размещенного в нижней части емкости и выполненного с возможностью изменениялинейных размеров, лед периодически отделяют от стенок охладителя изменением температуры и давления циркулирующего через охладитель несжимаемого хладоносителя с последующим дополнительным опреснением льда незамерзшей водой, при этом теплоиэоляцию размещают на поверхности воды с возможностью вертикального перемещения. Т а б л и ц а 1 Отношение КонцентрацияИаС 1 во льду,г/л Концентрация ИаС 1 в воде,г/л Время замораживания, ч Температуразамораживания(средняя зауказанныйпериод), С КонцентрацияИаС 1 в массы льдак массе замораживаемойводы рассоле,г/л-13 -13 -13 -13 0,122 0,329 0,660 1 10,2310,8215,9 7,70 7,58 6,61 9,88 Таблица 2 Опыт Объем раствора, мл Содержание Объем замороМаС 1 в. ра- женного растстворе, г вора, мл 62 164 152 1 400 ,2 300 3 300 8,0 6,0 6,0,0,62 2,69 2,12 20 20 20 1016,413,9 Температура вновь подаваемой воды в пределах 1-4 С обеспечивает отсут 41ствие течений, возникающих в результате неравномерного по площади слоя льда охлаждения воды и всплывания подогретой воды, чем достигается более равномерное прогревание льда,Величина перепада давления, создаваемого насосом с тепловым приводом при перепадах температуры рабочего тела, например, в 10 С при использовании в качестве рабочего тела водного раствора аммиака, содержащего 0,55 г аммиака в 1 г раствора, равна 0,6 атм.Как следует из табл,1, при концентрации солей около 8=10 г/л при сохранении температурного и временного режима намораживания можно уменьшить содержание солей в воде на одну треть.Как следует из табл.2-4, при концентрации солей 3=20 г/л уже в первом цикле можно достичь уменьшения солей 5 во льду на 503, а во втором цйкле - ,до 41 Х, причем второй цикл является наиболее эФФективным при доопреснении льда с большим содержанием солей.3 Содержание Концентрация ИаС 1,НаС 1 в г/лслое льда,г в растворе в слое льда10,1632945 СодержаниеЗаС 1 вслое льда,г КонцентрацияЯаС 1) г Объем водыиз слоя льда, г Верх- Нижний ний 1 300 6,0 2 250 5 0 3 250 5,0 18,3 5749 19,6 174 130 17,7 146 110 Концентрация ОаС 1 в нижнем слое льда после второго цикла, К Соотношение концентраций НаС 1 нижнего слоя льда ираствора Опыт 828061,5 0,410,6550,425 0,500,820,695 1 2 3 Опыт Добавкараствора) мл СредняяконцентрацияХаС 1 рассола, г/л Верх- Нижнийний СоотношениеконцентрацийИаС 1 льда ирастворапосле первого цикла Таблица 3 Ко нцентрацияМаС 1 в слое,льда, г/л Верх- Нижнийний 056 04 98 82 1)84 1.70 10,6 13,1 2 18 0 94 14 9 8 5 Т а б л и ц а 4