Dispositivo de Destilación Multi-Efecto.

Un dispositivo de destilación multi-efecto MED de alta eficiencia que incluye una pared de alta conductividad térmica para transferir calor entre las dos caras externas de la pared de alta conductividad térmica

, formada por una estructura que soporta al menos un tubo de calor, logrando reducir sustancialmente la superficie de intercambio de calor entre dos efectos del dispositivo de destilación multi-efecto y el salto de temperatura necesario entre efectos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430054.

Solicitante: Alex Hanganu Research, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: HANGANU,Dan Alexandru, NOMEN CALVET,Juan Eusebio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Destilación o procedimiento de cambio similares... > B01D3/06 (Destilación por evaporación brusca (flash))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Evaporación (secado de materiales sólidos y objetos... > B01D1/26 (Evaporación con efecto múltiple)
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Dispositivo de Destilación Multi-Efecto.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de Destilación Multi-Efecto

OBJETO

La presente invención se refiere a un dispositivo de alta eficiencia para la desalinización de 5 agua salada a gran escala.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El método de desalinización de agua denominado Destilación Multi-Efecto (MED en sus siglas inglesas) , en adelante MED, actualmente es el método térmico de desalinización a gran escala más eficiente desde el punto termodinámico. Se basa en una secuencia de 10 ciclos de evaporación de agua salada y de condensación del vapor de agua resultante, denominados efectos. En cada uno de estos efectos se produce la evaporación y condensación de agua a una presión sustancialmente equivalente a la presión de vapor del agua a esa temperatura. De forma que la presión y temperatura son cada vez menores de efecto a efecto, y se aprovecha el calor latente desprendido en la condensación de un efecto como calor latente para la evaporación en el siguiente efecto. En el actual diseño de los MED, las paredes de contacto entre dos efectos son las paredes de un largo entramado de tubos para conseguir una gran superficie de transferencia de calor. La pared de estos tubos actúa como condensador en su cara interna, que forma parte de un determinado efecto, y como evaporador en su cara externa, que forma parte del siguiente efecto.

En el método MED se transfiere el calor latente a través de una superficie de conducción de calor entre dos efectos consecutivos, estando el primer efecto a una temperatura superior y presión de vapor superior, que la temperatura y presión de vapor del siguiente efecto.

Esta superficie de conducción de calor normalmente es la pared de un tubo, por el interior del cual circula el vapor de agua generado en el primer efecto y sobre este tubo se proyecta el agua salada a evaporar en el segundo efecto.

Dado que el vapor de agua en el primer efecto se encuentra substancialmente a presión de vapor de su temperatura interior, el vapor de agua se condensa en la cara interior del tubo, condensador del efecto 1, y el calor latente liberado, por el cambio de fase de vapor a agua, se transfiere a través de la pared del tubo siendo captado por el agua que se evapora sobre la superficie exterior del tubo, evaporador del segundo efecto.

Los dispositivos MED actuales contienen un gran entramado de tubos en su interior que actúan como condensador en su cara interna, condensador del efecto n, y como evaporador en su cara externa, evaporador del efecto n+1.

Actualmente los dispositivos MED pueden transferir una gran cantidad de calor latente entre la fase de condensación y la de evaporación que se producen en la cara interna y externa del tubo condensador/evaporador. Estos tubos suelen ser aleaciones de aluminio.

Según la ley de Fourier la transferencia de calor por conducción a través de un material, es función de:

La superficie de conducción de calor

La conductividad térmica del material

La diferencia de temperatura a ambos lados del material

El grosor del material

Las aleaciones de aluminio tienen una conductividad térmica entre 200 y 250 W/ (m.K) . Dada esta conductividad, los dispositivos MED requieren de una gran superficie de conducción de calor para lograr la transferencia de calor necesaria en el proceso de destilación del agua. Por ello el interior de un dispositivo MED contiene un enorme haz de tubos. El tamaño de los tubos requiere un determinado grosor de su pared para soportar los requisitos estructurales. La resultante de estos factores es que los actuales dispositivos MED requieren un salto térmico de unos 2º C por efecto, de forma que dado que trabajan a partir de un foco de calor de menos de 70º C y un sumidero de calor entre 30º y 25º C, temperatura del mar en zonas cálidas, el número máximo de efectos que se logra intercalar en la práctica se sitúa entre 10 y 16 efectos.

Un tubo de calor o caloducto, es un dispositivo de transferencia de calor consistente en un tubo cerrado por ambos extremos en cuyo interior hay un fluido de trabajo, a una presión substancialmente equivalente a la presión de vapor de este fluido. Cuando los extremos de este tubo se exponen a dos zonas con distintas temperaturas, el fluido de trabajo se evapora en el extremo a mayor temperatura, fuente de calor, al absorber el calor necesario para cambiar su fase, y el vapor viaja a alta velocidad hasta el extremo frio donde se condensa liberando el calor de cambio de fase al exterior del extremo frío, sumidero de calor. El retorno del líquido condensado hasta el extremo caliente se realiza por capilaridad o gravedad. El tubo de calor es el dispositivo más eficiente para la transferencia de calor entre dos puntos a distinta temperatura.

Mientras que la conductividad térmica del aluminio y sus aleaciones es de 200 W/ (m.K) 250 W/ (m.K) , y la de otros metales como el cobre es de 400 W/ (m.K) , se pueden construir tubos de calor con conductividades efectivas de millones de W/ (m.K) . Es decir, que el intercambio de calor mediante un tubo de calor requiere una superficie de intercambio significativamente menor a la que se requiere usando aleaciones de aluminio.

La substitución de las aleaciones de aluminio u otras aleaciones de metales como superficie de conducción de calor dentro del dispositivo MED, por una pared de separación entre efectos formada por un haz de tubos de calor que actúen como superficie de conducción de calor en un dispositivo desalinizador, nos permite reducir miles de veces las necesidades de superficie de conducción de calor, nos permite eliminar el enorme entramado de tubos cuyas paredes actualmente actúan como superficie de conducción de calor y, además, aporta tres importantes ventajas añadidas:

La posibilidad de trabajar con diferenciales de temperatura entre efectos que sean menores a los 2 grados actuales. Es decir que se pueden intercalar más efectos entre un gradiente de temperatura y, consecuentemente, multiplicar el número de efectos y la producción de agua destilada.

Permitir que el vapor de agua fluya sin obstáculos físicos en su trayecto entre el evaporador y el condensador. Actualmente el vapor de agua debe atravesar el bosque de tubos que forman el evaporador del dispositivo MED y se debe forzar su paso dentro de otros tubos para lograr su condensación.

Permite reducir drásticamente el coste de mantenimiento del dispositivo gracias a la simplicidad del diseño que se puede aplicar, al eliminar la complejidad de los haces de tubos.

El agua tiene una conductividad térmica de 0, 58 W/ (m.K) , por lo que es fundamental reducir las capas de agua pasiva acumuladas sobre las superficies del condensador o del evaporador. Para ello, la pared de tubos de calor permite aplicar soluciones constructivas para canalizar debidamente el agua, ya que los extremos de los tubos de calor pueden tener formas y estar recubiertos por acabados que permiten minimizar los problemas de resistencia térmica por acumulación no deseada de agua en las caras de los tubos de calor que actúan como evaporador y como condensador.

SUMARIO

La presente invención busca resolver uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un dispositivo de destilación multi-efecto MED de alta eficiencia como es definido en las reivindicaciones.

Un aspecto es intercalar una pared formada por al menos un tubo de calor que contiene un fluido de trabajo bifásico, a saber, pared de alta conductividad térmica PACT, como superficie de transferencia de calor entre dos efectos consecutivos del dispositivo MED de alta eficiencia, a través de la que se transfiere el calor de condensación de un efecto al calor de evaporación del siguiente efecto; y como superficie de transferencia de calor entre...

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de destilación multi-efecto MED de alta eficiencia; caracterizado porque el dispositivo de destilación multi-efecto incluye al menos una pared de alta conductividad térmica para transferir calor entre las dos caras externas de esta pared de alta conductividad térmica, formada por una estructura que soporta al menos un tubo de calor.

2. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1; caracterizado porque una pared de alta conductividad térmica del dispositivo MED de alta eficiencia está configurada para transferir calor de entrada a un primer efecto, de forma que la cara exterior de esta pared de alta conductividad térmica está en contacto térmico con un foco de calor y la cara interna de esta pared de alta conductividad térmica suministra calor para actuar como evaporador del primer efecto.

3. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 o 2; caracterizado porque una pared de alta conductividad térmica está configurada para transferir calor del ultimo efecto, de forma que la cara exterior de esta pared de alta conductividad térmica está en contacto térmico con un sumidero de calor y la cara interna capta calor para actuar como condensador.

4. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 o 3; caracterizado porque al menos una pared de alta conductividad térmica está adaptada para trabajar como superficie de conducción de calor entre efectos consecutivos, de forma que en la cara situada en un efecto actúa como condensador y en la cara situada en el siguiente efecto actúa como evaporador, de forma que el calor latente liberado en la condensación del vapor en un efecto, es transferido al consumo de calor latente en la evaporación del siguiente efecto.

5. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4; caracterizado porque el extremo de los tubos de calor que forman parte de la pared de alta conductividad térmica, situado en la cara de la pared que actúa como condensador, sobresale de la estructura de soporte, pudiendo llegar hasta formar parte de una estructura tipo fieltro, para aumentar la superficie de transferencia de calor y ofrecer superficies libres de acumulaciones de agua.

6. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4 o 5; caracterizado porque la estructura de soporte de los tubos de calor adopta una forma del tipo distinta a una superficie plana vertical, una forma ovalada o cilíndrica creando un gran tubo en el interior del cual circula el vapor de agua generado en un efecto, de forma que se pueda aumentar el número de tubos de calor soportados y se pueda aumentar la superficie de conducción de calor con el siguiente efecto.

7. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4 o 6; caracterizado porque el foco de calor tiene la temperatura ambiente del agua de mar y el sumidero de calor tiene una temperatura menor, substancialmente la temperatura de una planta de revaporización de gas licuado.

8. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 o 7; caracterizado porque el agua destilada se genera a partir de una solución acuosa distinta del agua de mar.

9. Dispositivo de acuerdo a cualquier reivindicación 1 a 6; caracterizado porque el dispositivo MED de alta eficiencia con paredes de alta conductividad térmica está configurado para ser intercalado en un dispositivo de destilación por evaporación multiestadio MSF, teniendo el dispositivo MED de alta eficiencia como fuente de calor inicial el vapor de agua de un estadio de un dispositivo de destilación por evaporación multiestadio MSF, y el sumidero de calor final del dispositivo MED de alta eficiencia con paredes de alta conductividad térmica es el agua salada, que se calienta antes de introducirse en el dispositivo de destilación por evaporación multiestadio MSF.

FIG.1

FIG.2

FIG. 3

FIG. 4

FIG. 5

FIG. 6

FIG. 7

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201430054

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 20.01.2014

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : B01D3/06 (2006.01) B01D1/26 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X JOUHARA, H. et al. Potential of heat pipe technology in nuclear seawater desalination. Desalination. 25/12/2009. Volumen 249. Número 3. Páginas: 1055 -1061. ISSN 0011-9164. Doi: 10.1016/j.desal.2009.05.019. 1-4, 7, 8

A ES 2302224 T3 (O H D L OPTIMISED HYBRID DESAL) 01/07/2008, todo el documento. 1-9

A CN 201367361 Y (INST OF SEAWATER DESALINATION) 23/12/2009, resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE. Número de acceso: 2010-A18366. 1-9

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº :

Fecha de realización del informe 24.06.2014 Examinador E. M. Ulloa Calvo Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201430054

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B01D, C02F Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, BIOSIS, INSPEC, COMPDX, XPESP, XPESP2

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201430054

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 24.06.2014

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones Reivindicaciones 5, 6, 9 1-4, 7, 8 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201430054

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01 JOUHARA, H. et al. 25.12.2009

D02 ES 2302224 T3 (O H D L OPTIMISED HYBRID DESAL) 01.07.2008

D03 CN 201367361 Y (INST OF SEAWATER DESALINATION) 23.12.2009

La solicitud describe un dispositivo de destilación multi-efecto con al menos una pared de alta conductividad térmica que incluye al menos un tubo de calor (reivindicación 1) . Las reivindicaciones 2-9 relatan particularidades estructurales del dispositivo así como su disposición dentro de un MSF.

El documento D01 relata el potencial de los caloductos en dispositivos desalinizadores.

El documento D02 describe un sistema híbrido de desalinización MSF-MED.

El documento D03 narra un dispositivo de destilación multi-efecto.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración NOVEDAD (Art. 6.1 L.P.)

Las reivindicaciones 1-9 cumplen con el requisito de novedad.

ACTIVIDAD INVENTIVA (Art. 8.1 L.P.)

La solicitud describe un dispositivo de destilación multi-efecto con al menos una pared de alta conductividad térmica que incluye al menos un tubo de calor (reivindicación 1) .

El documento D01 relata el potencial de los caloductos en dispositivos desalinizadores como alternativa a los tradicionales intercambiadores de calor, posicionándolo como una opción mucho más eficiente dada su alta conductividad térmica, además de una opción menos contaminante.

Este documento anticipa, por tanto, el uso de caloductos en dispositivos como el de la solicitud. Las particularidades reflejadas en las reivindicaciones 1-4, 7 y 8 son opciones de diseño que, una vez empleado este tipo de intercambiador de calor, se consideran elecciones obvias para un experto en la materia, por lo que no requieren del ejercicio de actividad inventiva.

Por tanto, y a la vista de D01, las reivindicaciones 1-4, 7 y 8 no cumplen con el requisito de actividad inventiva.

Las reivindicaciones 5, 6 y 9 hablan de distintas configuraciones para el tubo de calor. Estas particularidades no vienen reflejadas en el documento D01, y suponen una ventaja técnica respecto al mismo documento, al aumentar la eficiencia del proceso.

Por tanto, y a la vista del estado de la técnica conocido, estas reivindicaciones 5, 6 y 9 cumplen con el requisito de actividad inventiva.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4