устройство для получения газов из глубинной морской воды

Формула изобретения

1. Устройство для получения газов из глубинной морской воды, представляющее собой вертикальные водоподъемный и водоотводящие трубопроводы, укрепленные на поплавке, отличающееся тем, что верхние концы трубопроводов выполнены с возможностью открывания и выходят в цилиндрический поддон со сферическим колпаком-резервуаром, причем верхний конец водоподъемного трубопровода оборудован клапаном, закрывающимся под действием силы тяжести, выполненным конической формы и установленным основанием вверх, а нижние концы водоотводных трубопроводов оборудованы клапанами, имеющими положительную плавучесть.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний конец водоподъемного трубопровода поднят над водоотводящими трубопроводами и оборудован уплотнительным кольцом, служащим посадочным местом для закрывающегося под действием силы тяжести клапана верхнего конца водоподъемного трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Область применения

Предлагаемое устройство относится к гидротехнике, энергетической и химической промышленности и экологии. Оно может быть использовано для подъема на поверхность водоема глубинной воды, содержащей растворенные газы, с целью их промышленного использования.

Уровень техники

Растворенные газы, главным образом, сероводород, метан и другие присутствуют в глубинных слоях вод некоторых водоемов Земли. Запасы их огромны. Так, например, запас растворенного сероводорода в глубинных водах Черного моря оценивается в 250-300 млн. тонн [1, 2]. Газообразный сероводород, поднятый на поверхность водоема и выделенный из морской соды с помощью предлагаемого устройства, может быть использован в качестве ценного природного энергетического ресурса - сырья для получения водорода - топлива будущего, а также серы, серной кислоты и других ценных химических веществ. В естественных условиях может происходить выброс этих газов в атмосферу, приводящий к экологическим нарушениям в природной среде (катастрофам). Основными проблемами при получении газов из глубинной морской воды является подъем воды, содержащей растворенные газы, на поверхность, превращение растворенных в воде газов в газообразное состояние с обеспечением наиболее полного их выделения из морской воды и предотвращение поступления оставшихся в растворе газов в воду поверхностного слоя с целью ограничения негативного влияния на экологическое состояние водоема и атмосферы.

Для подъема на поверхность водоемов глубинных вод, содержащих растворенные газы, наиболее перспективны устройства, использующие возобновляемую энергию поверхностных волн. В качестве прототипов можно использовать устройства, представляющие собой вертикальный трубопровод, оборудованный обратным клапаном или соплом-воронкой, который укрепляется на поплавке [3, 4]. Недостатками этих устройств является то, что они не обеспечивают достаточно полного выделения газа из глубинной воды и экологическую защиту поверхностных слоев моря и атмосферы от газового загрязнения.

Технический результат: устройство обеспечивает подъем глубинной воды, содержащей растворенные газы, на поверхность водоема, интенсивное выделение газов из глубинной воды, без загрязнения окружающей среды и без использования традиционных источников энергии.

Осуществление изобретения

Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для получения газов из глубинной морской воды, представляющее собой вертикальные водоподъемный и водоотводящие трубопроводы, укрепленные на поплавке, отличающееся тем, что верхние концы трубопроводов выполнены с возможностью открывания и выходят в цилиндрический поддон со сферическим колпаком-резервуаром, причем верхний конец водоподъемного трубопровода оборудован клапаном, закрывающимся под действием силы тяжести, выполненным конической формы и установленным основанием вверх, а нижние концы водоотводных трубопроводов оборудованы клапанами, имеющими положительную плавучесть.

Кроме того, верхний конец водоподъемного трубопровода может быть поднят над водопроводящими трубопроводами и оборудован уплотнительным кольцом, служащим посадочным местом для закрывающегося под действием силы тяжести клапана верхнего конца водоподъемного трубопровода.

Предлагаемое устройство для получения газов из глубинной морской воды (фиг.1), представляет собой вертикальный водоподъемный трубопровод (1) и несколько водоотводных трубопроводов (2), жестко скрепленных между собой и цилиндрическим поддоном (3). Трубопроводы и цилиндрический поддон устанавливаются на поплавке (4), отслеживающем волны. Суммарная площадь сечения водоотводных трубопроводов должна соответствовать площади сечения водоподъемного трубопровода, чтобы вся поднятая вода могла выливаться в глубинные слои за один цикл подъема и опускания поплавка на волне. Верхние концы водоподъемного (1) и водоотводных (2) трубопроводов открыты в цилиндрический поддон (3), к которому сверху жестко прикреплен сферический резервуар-колпак (5). Верхний конец водоподъемного трубопровода (1) поднят над водоотводящими трубопроводами (2) и оборудован уплотнительным кольцом (6). Это кольцо служит посадочным местом для гравитационного (закрывающегося под действием силы тяжести) клапана (7), который, например, может быть выполнен конической формы и установлен основанием вверх. Такая конструкция позволяет разбрызгивать поднимаемую с глубины воду для более интенсивного выделения (газов) из воды. Нижние концы отводящих трубопроводов (2) оборудованы клапанами (8), имеющими положительную плавучесть. Клапаны (7) и (8) оборудуются приспособлениями (типа направляющих), ограничивающими их вертикальные движения и смещения от вертикальной оси (на фиг.1 не показаны). В верхней части сферического колпака-резервуара (5) имеется патрубок (9) для присоединения газоотводного шланга (10), идущего к накопителю газов (плавучему резервуару-накопителю или на судно-фабрику). Нижний конец водоподъемного трубопровода (1) оборудован грузами (11) для придания устройству вертикального положения.

Работа устройства для получения газов из глубинной морской воды осуществляется следующим образом (см. Фиг.2, где А - без волнения (невозмущенный уровень моря), Б - при подъеме на гребень волны, В - при опускании в ложбину между волнами). При установке устройства в спокойную воду (статический уровень) в вертикальное положение (фиг.2, А), водоподъемный трубопровод (1), водоотводные трубопроводы (2) и цилиндрический - поддон (3) заполняются водой по расчетную ватерлинию поплавка (4).

Во время подъема устройства на гребень волны (фиг.2, Б) клапан (7) водоподъемного трубопровода (1) закрывается (садится на посадочное место) (6), в результате чего вода удерживается внутри водоподъемного трубопровода (1) и поднимается по нему выше уровня спокойного моря. При этом создается дополнительное гидростатическое давление (между динамическим и статическим уровнем), клапана (8) автоматически открываются и вода, находящаяся в цилиндрическом поддоне (3), выпускается на глубину. Вода из цилиндрического поддона (3) с остатками растворенного в ней газа, которая ранее поступила в сферический резервуар (5) по водоподъемному трубопроводу (1), уходит вниз на глубину по водоотводным трубопроводам (2). При движении устройства в ложбину между волнами (фиг.2, В), под действием отрицательного гидростатического давления, клапан (7) открывается и глубинная вода, содержащая растворенный газ, из водоподъемного трубопровода (1) поступает в сферический резервуар-колпак (5). Благодаря естественному выделению (эвазии) газов и тому, что клапан (7) имеет коническую форму, глубинная вода, поступающая по водоподъемному трубопроводу (1) в сферический резервуар-колпак (5), ударяется о внутренние стенки колпака и разбрызгивается, что обеспечивает ее интенсивное перемешивание и выделение газа. При движении устройства в ложбину между гребнями волн, клапаны (8) водоотводных трубопроводов (2) закрываются, препятствуя поступлению по ним воды с глубины. Газ накапливается в сферическом колпаке-резервуаре (5) и через патрубок (9) поступает по шлангу (10) в накопитель газов. Процесс выделения из воды газов, происходящий под сферическим колпаком-резервуаром (5), может быть усилен при понижении (разрежении) в колпаке давления, что может быть достигнуто установкой насоса, откачивающего из колпака газ по шлангу (на фиг.1 не показан).

О целесообразности промышленной добычи газов свидетельствуют следующие расчеты. Концентрация, например, сероводорода в Черном море на глубинах порядка 200-300 м достигает 6 мг/л, а расход воды волновым устройством для подъема глубинных вод с водоподъемным трубопроводом диаметром 1200 мм может составить 1,0 куб. м/с [5]. При 30% превращении растворенного сероводорода в газообразное состояние, интенсивность поступления газообразного сероводорода в накопительный резервуар составит 2,0 г/с, то есть около 175 кг в сутки на одно водоподъемное устройство. Группа, состоящая из 10 водоподъемных устройств, обеспечит получение около 1,75 тонн газообразного сероводорода в сутки без затрат традиционных источников энергии. Предлагаемые устройства могут быть установлены около судна-фабрики, стоящего на глубоководном якоре или находящегося в дрейфе.

Таким образом, в предлагаемом устройстве, благодаря энергии волн, в сферический резервуар по водоподъемному трубопроводу поднимается глубинная вода, содержащая растворенные газы. В сферическом резервуаре из этой воды, благодаря естественному выделению (эвазии) газов и применению клапана, происходит интенсивное выделение газов, которые поступают в плавучий резервуар или на судно-фабрику для получения водорода и других ценных веществ. Глубинная вода с остатками растворенных в ней газов, не выделившихся в газообразном состоянии, уходит из цилиндрического поддона по водоотводным трубопроводам обратно на глубину, не загрязняя воду поверхностного слоя водоема и воздух.

Источники информации

1. Ю.И.Сорокин. Черное море. Природа, ресурсы. // М.: Наука, 1982, 217 с.

2. А.С.Васильев. Основы прикладной экологии океана. // Владивосток: Дальнаука, 1992, 281 с.

3. Пшеничный Б.П., Пономарев А.И., Крецов А.С., Горохов Л.А. Волновой водоподъемник. Патент Р.Ф. № 2057230. 27.03.1996.

4. Б.П.Пшеничный. Патент Р.Ф. 59940 «Устройство для подъема глубинной воды на поверхность водоема», 10.01.2007.

5. Пшеничный Б.П., Безносов В.Н. Природные ресурсы глубинных вод океана и пути их рационального освоения, предотвращающие негативные экологические последствия. // Москва. Россельхозакадемия, 2006, 225 с.