ES2554550B1 - High thermal conductance device for multi-effect water desalination systems - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de alta conductancia térmica para sistemas multi-efecto de desalinización de agua con mejorada conductancia térmica mediante una gestión punto a punto de los fluidos que se aportan y se extraen en las superficies de evaporación y condensación y la ordenación del flujo de líquidos a través de espacios de dimensiones capilares en los evaporadores y condensadores.High thermal conductance device for multi-effect water desalination systems with improved thermal conductance through a point-to-point management of the fluids that are supplied and extracted on the evaporation and condensation surfaces and the ordering of the flow of liquids through capillary dimensions spaces in evaporators and condensers.
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Dispositivo de alta conductancia térmica para sistemas multi-efecto de desalinización de agua. High thermal conductance device for multi-effect water desalination systems.
Un dispositivo de destilación multiefecto que logra una alta conductancia térmica. Entendiendo por conductancia térmica los vatios por unidad de superficie y por grado Kelvin transferidos a 5 través de las capas de material y fluidos que separan dos efectos.. A multi-effect distillation device that achieves high thermal conductance. Understanding thermal conductance watts per unit area and Kelvin degree transferred to 5 through the layers of material and fluids that separate two effects ..
Los sistemas térmicos actuales de desalinización utilizan la técnica multi-efecto para mejorar su eficiencia térmica, es decir que el vapor de agua producido en un efecto provee la energía térmica para la evaporación en el siguiente efecto que se mantiene a una presión y 10 temperatura inferiores a las del primer efecto. Son sistemas en los que cada efecto se mantiene bajo condiciones de presión controlada y en los que se utiliza el equilibrio dinámico entre la fase de vapor y la líquida del agua. Current thermal desalination systems use the multi-effect technique to improve their thermal efficiency, that is, the water vapor produced in one effect provides thermal energy for evaporation in the next effect that is maintained at a lower pressure and temperature. to those of the first effect. They are systems in which each effect is maintained under conditions of controlled pressure and in which the dynamic equilibrium between the vapor phase and the water phase is used.
En cierto modo, cada efecto se podría visualizar como un gran caloducto abierto, cuyo fluido de trabajo es agua con sales que se aporta en la zona del evaporador, se extrae el exceso de 15 salmuera y en la zona del condensador se extrae el agua destilada. Pero hay una gran diferencia en la eficiencia térmica entre un caloducto con agua como fluido de trabajo y un efecto de los actuales sistemas de destilación multiefecto, ya sea MED, Multi-Effect Distillation, o MSF, Multi-Stage Flash. In a way, each effect could be visualized as a large open caloduct, whose working fluid is salt water that is supplied in the evaporator zone, the excess brine is extracted and in the condenser zone the distilled water is extracted . But there is a big difference in thermal efficiency between a hot water pipeline as a working fluid and an effect of current multi-effect distillation systems, be it MED, Multi-Effect Distillation, or MSF, Multi-Stage Flash.
La conductancia térmica resultante del paso de la energía por la pared de los tubos o de los 20 paneles que separa los efectos, más el paso por las láminas de agua que recubren estas superficies se sitúa entre los 1.000 y los 2.000 W/m2/ºC, mientras que existen caloductos comerciales que usan agua como líquido de trabajo cuya conductancia térmica resultante al atravesar el flujo térmico las paredes del caloducto y las estructuras porosas que canalizan capilarmente el retorno del líquido de trabajo, conocidas técnicamente como “wicks”, se sitúa 25 en torno a los 60.000 W/m2/ºC, una conductancia térmica entre 30 y 60 veces superior. La menor conductancia térmica de los actuales efectos comporta la necesidad de usar grandes superficies de intercambio y/o usar grandes saltos de temperatura por efecto. The thermal conductance resulting from the passage of energy through the wall of the tubes or the 20 panels that separates the effects, plus the passage through the sheets of water that cover these surfaces is between 1,000 and 2,000 W / m2 / ºC , while there are commercial caloducts that use water as a working liquid whose thermal conductance resulting from the thermal flow through the walls of the caloduct and the porous structures that capillary channel the return of the working liquid, known technically as “wicks”, is located 25 around 60,000 W / m2 / ºC, a thermal conductance between 30 and 60 times higher. The lower thermal conductance of the current effects implies the need to use large exchange surfaces and / or use large temperature jumps per effect.
La superficie de intercambio térmico entre efectos, ya sea en forma de tubo o de panel, está realizada con aleaciones de elevada conductividad térmica similares a las que se usan para la 30 confección de las paredes externas de los caloductos. El grosor de las paredes de los tubos o de los paneles de los efectos no es 30 veces superiores al grosor de la pared externa de los caloductos. De hecho, pueden tener grosores similares. Por lo que la diferencia entre las conductancias de 2.000 W/m2/ºC de los efectos y los 60.000/m2/ºC de los caloductos no es sólo una función de las propiedades térmicas de las superficies de intercambio de energía que 35 separan los efectos. The surface of heat exchange between effects, either in the form of a tube or a panel, is made of alloys of high thermal conductivity similar to those used for the preparation of the external walls of the caloducts. The thickness of the walls of the tubes or of the panels of the effects is not 30 times greater than the thickness of the external wall of the caloducts. In fact, they may have similar thicknesses. Therefore, the difference between the conductances of 2,000 W / m2 / ºC of the effects and the 60,000 / m2 / ºC of the heat is not only a function of the thermal properties of the energy exchange surfaces that separate the effects.
El factor esencial que explica la gran diferencia entre la eficiencia térmica de los caloductos y la de los efectos de los actuales sistemas de destilación multiefecto es la la diferencia en sus actuales logísticas de los fluidos sobre las superficies de evaporación y condensación. Es conocido que la conductividad térmica de los caloductos depende mucho de la estructura y 40 materiales de las estructuras porosas internas “wick” del caloducto. Esta estructura “wick” permite un flujo controlado de fluidos sobre la superficie de evaporación y la de condensación. Su estructura capilar permite incrementar las áreas de contacto entre la superficie transmisora de calor y el fluido, permite minimizar las láminas de agua, los efectos de la capa límite y permite mejorar otros factores físicos de compleja modelización pero que resultan en una 45 mejoría de la conductancia térmica del dispositivo.. Es conocido que la conductancia térmica resultante entre una superficie y un flujo de agua depende de muchos factores como la velocidad de tránsito, la textura, la superficie, la forma de esta superficie, su mojabilidad y otros The essential factor that explains the great difference between the thermal efficiency of the heat and the effects of the current multi-effect distillation systems is the difference in their current logistics of the fluids on the evaporation and condensation surfaces. It is known that the thermal conductivity of the caloducts is highly dependent on the structure and materials of the internal porous structures "wick" of the caloduct. This "wick" structure allows a controlled flow of fluids on the evaporation and condensation surfaces. Its capillary structure allows to increase the contact areas between the heat transmitting surface and the fluid, minimizes the sheets of water, the effects of the boundary layer and allows to improve other physical factors of complex modeling but that result in an improvement of the thermal conductance of the device .. It is known that the resulting thermal conductance between a surface and a water flow depends on many factors such as the speed of transit, the texture, the surface, the shape of this surface, its wettability and others
factores con efectos muy complejos y difíciles de modelizar y cuya mejor comprensión permite la permanente evolución en nuevas estructuras internas de los caloductos que permiten mejorar sus conductancias. factors with very complex effects and difficult to model and whose better understanding allows the permanent evolution in new internal structures of the caloducts that allow to improve their conductances.
La colocación de estructuras porosas similares a las “wick” internas de los caloductos sobre las áreas de evaporación y condensación de los dispositivos de desalación multiefecto y el 5 correcto aporte y extracción de fluidos en estas áreas permitirán aumentar la conductancia de los efectos hasta niveles similares a las actuales conductancias térmicas de los caloductos. De forma que se aumentaría considerablemente la capacidad de producción de agua destilada por unidad de energía aportada en la fuente de calor del dispositivo de desalinización, al poder reducir el diferencial de salto térmico por efecto y mejorar las superficies de intercambio de 10 energía. The placement of porous structures similar to the internal "wick" of the caduducts on the evaporation and condensation areas of the multi-effect desalination devices and the correct contribution and extraction of fluids in these areas will allow increasing the conductance of the effects to similar levels to the current thermal conductances of the caloducts. Thus, the capacity of production of distilled water per unit of energy provided in the heat source of the desalination device would be considerably increased, since the thermal jump differential could be reduced by effect and the energy exchange surfaces improved.
Las estructuras internas “wick” de un caloducto no incorporan un sistema de evacuación de salmuera de la zona del evaporador puesto que el fluido de trabajo no deja sales tras su evaporación. En el caso de las estructuras porosas “wick” situados sobre evaporadores se incluirá la logística de extracción de la salmuera. 15 The internal "wick" structures of a pipeline do not incorporate a brine evacuation system from the evaporator zone since the working fluid does not leave salts after evaporation. In the case of porous “wick” structures located on evaporators, the logistics of brine extraction will be included. fifteen
La presente invención incrementa la conductancia térmica de los dispositivos de destilación multiefecto mediante una mejora de la gestión de los fluidos que se aportan y se extraen en las superficies de evaporación y condensación; a saber, un efecto, y la ordenación del flujo de líquidos a través de espacios de dimensiones capilares en los evaporadores y condensadores. 20 The present invention increases the thermal conductance of the multi-effect distillation devices by improving the management of the fluids that are supplied and extracted on the evaporation and condensation surfaces; namely, an effect, and the ordering of the flow of liquids through spaces of capillary dimensions in the evaporators and condensers. twenty
Un dispositivo de destilación comprende al menos una zona condensadora, que actúa como condensador de un efecto, disponiéndose sobre la zona condensadora una estructura capilar “wick”, que canaliza los fluidos, que se aportan y se extraen en las superficies de condensación, por espacios de dimensiones capilares para reducir la capa límite y la acumulación de una capa de agua destilada en la zona condensadora del efecto. 25 A distillation device comprises at least one condensing zone, which acts as a condenser of an effect, a "wick" capillary structure being arranged on the condensing zone, which channels the fluids, which are supplied and extracted on the condensation surfaces, by spaces of capillary dimensions to reduce the boundary layer and the accumulation of a layer of distilled water in the condensing zone of the effect. 25
El dispositivo de destilación comprende también al menos sobre una zona evaporadora, que actúa como evaporador del efecto, disponiéndose sobre la zona evaporadora una estructura capilar “wick”, que canaliza los fluidos, que se aportan y se extraen en las superficies de evaporación, por espacios de dimensiones capilares para reducir la capa límite y la acumulación de una capa de agua salada o de salmuera en la zona evaporadora del efecto. 30 The distillation device also comprises at least one evaporator zone, which acts as an evaporator of the effect, a "wick" capillary structure being arranged on the evaporator zone, which channels the fluids, which are supplied and extracted on the evaporation surfaces, by capillary dimensions spaces to reduce the boundary layer and the accumulation of a salt or brine layer in the evaporating zone of the effect. 30
El dispositivo de desalinización es un MED de alta eficiencia, HE-MED, comprendiendo al menos una pared de alta conductividad térmica con al menos un caloducto sobre el exterior de la porción del cual actúa como evaporador se coloca una estructura capilar “wick” de forma que la condensación de un efecto se produce en dicha estructura capilar. The desalination device is a high efficiency MED, HE-MED, comprising at least one wall of high thermal conductivity with at least one heat pipe on the outside of the portion of which it acts as an evaporator a "wick" capillary structure is placed so that the condensation of an effect occurs in said capillary structure.
El dispositivo de desalinización es un MED de alta eficiencia, HE-MED, comprendiendo al 35 menos una pared de alta conductividad térmica con al menos un caloducto sobre el exterior de la porción del cual actúa como condensador se coloca una estructura capilar “wick” de forma que la evaporación del siguiente efecto tiene lugar en dicha estructura capilar. The desalination device is a high efficiency MED, HE-MED, comprising at least one wall of high thermal conductivity with at least one heat pipe on the outside of the portion of which it acts as a condenser a "wick" capillary structure of so that the evaporation of the following effect takes place in said capillary structure.
El dispositivo de desalinización comprendiendo la pared de alta conductividad térmica se le ensambla un extractor de agua destilada para cada estructura capilar “wick” que actúa como 40 condensador de un efecto; una unidad extractora de salmuera de la diferente estructura capilar “wick” que actúa como evaporador y una unidad suministradora de agua salada que controla el suministro de agua salada controlado a la diferente estructura capilar “wick”. The desalination device comprising the wall of high thermal conductivity is assembled with a distilled water extractor for each "wick" capillary structure that acts as a condenser of an effect; a brine extractor unit of the different "wick" capillary structure that acts as an evaporator and a salt water supply unit that controls the controlled salt water supply to the different "wick" capillary structure.
El dispositivo de desalinización es un MED de alta eficiencia, HE-MED, en el que al menos un caloducto se reduce a un sándwich formado, a su vez, por la unión de dos estructuras capilares 45 “wick”, de forma que una estructura capilar “wick” actúa como condensador de un efecto y la otra estructura capilar “wick” actúa como evaporador del siguiente efecto, siendo la superficie The desalination device is a high efficiency MED, HE-MED, in which at least one heat pipe is reduced to a sandwich formed, in turn, by the union of two capillary structures 45 "wick", so that one structure "wick" capillary acts as a condenser of one effect and the other "wick" capillary structure acts as an evaporator of the following effect, the surface being
de unión de las dos estructuras capilares “wick” impermeable al paso del agua y del vapor de agua entre efectos. of union of the two capillary structures "wick" impermeable to the passage of water and water vapor between effects.
El dispositivo de desalinización es un MED de alta eficiencia, HE-MED, comprendiendo el sándwich se ensambla un extractor de agua destilada para cada estructura capilar “wick” que actúa como condensador de un efecto; una unidad extractora de salmuera de la diferente 5 estructura capilar “wick” y una unidad suministradora de agua salada que controla el suministro de agua salada controlado a la diferente estructura capilar “wick”. The desalination device is a high efficiency MED, HE-MED, the sandwich comprising a distilled water extractor for each "wick" capillary structure that acts as an effect condenser; a brine extractor unit of the different "wick" capillary structure and a salt water supply unit that controls the controlled salt water supply to the different "wick" capillary structure.
Una explicación más detallada del dispositivo de acuerdo con las realizaciones de la invención se da en la siguiente descripción basada en las figuras adjuntas en las que: 10 A more detailed explanation of the device according to the embodiments of the invention is given in the following description based on the attached figures in which:
La figura 1 muestra un esquema de una pared de alta conductividad térmica de un dispositivo de destilación multi-efecto MED de alta eficiencia HE-MED con un caloducto con estructuras capilares “wick” exteriores que actúan como condensador de un efecto y como evaporador del siguiente y con un sistema de logística de flujos de líquidos integrado en la pared de alta conductividad térmica y que permite extraer punto a punto los flujos de agua destilada y de 15 salmuera y que permite aportar agua salada de modo controlado y punto a punto. Figure 1 shows a diagram of a wall of high thermal conductivity of a multi-effect distillation device MED of high efficiency HE-MED with a pipe with outer wick capillary structures that act as a condenser of an effect and as an evaporator of the next and with a liquid flow logistics system integrated in the wall with high thermal conductivity and that allows distilled water and brine streams to be extracted point by point and that allows to provide salt water in a controlled and point to point manner.
La figura 2 muestra un esquema de una pared de alta conductividad térmica de un dispositivo HE-MED en la que al menos un tubo de calor se reduce a un sándwich de dos estructuras capilares “wick” que actúan como condensador de un efecto y como evaporador del siguiente efecto y con un sistema de logística de flujos de líquidos integrado en la pared de alta 20 conductividad térmica y que permite extraer punto a punto los flujos de agua destilada y de salmuera y que permite aportar agua salada de modo controlado y punto a punto. Figure 2 shows a diagram of a wall of high thermal conductivity of a HE-MED device in which at least one heat pipe is reduced to a sandwich of two "wick" capillary structures that act as an effect condenser and as an evaporator of the following effect and with a liquid flow logistics system integrated in the wall of high thermal conductivity that allows point-to-point distilled water and brine flows to be extracted and that allows to provide salt water in a controlled and point-to-point manner .
En la figura 1 se ilustra una porción de una pared de alta conductividad de un dispositivo MED de alta eficiencia, HE-MED, en el que en la pared de alta conductividad térmica (1) con al 25 menos un caloducto (2) incluye una estructura capilar “wick” (4) sobre el exterior de la porción del caloducto que actúa como evaporador (6). Esta estructura (4) tiene una estructura similar a las que se usan como estructuras capilares internas “wick” (3) de los caloductos. A portion of a high conductivity wall of a high efficiency MED device, HE-MED, is illustrated in Figure 1, in which the wall of high thermal conductivity (1) with at least one heat pipe (2) includes a capillary structure "wick" (4) on the outside of the portion of the pipeline that acts as an evaporator (6). This structure (4) has a structure similar to those used as internal capillary structures "wick" (3) of the caloducts.
Sobre esta estructura capilar (4) se capta y se condensa el vapor de agua (5) de un efecto. La estructura capilar (4) canaliza los fluidos por unos espacios con dimensiones capilares y tendrá 30 una eficiencia térmica similar a la que logra la estructura capilar “wick” interna (3) del caloducto en su zona de condensación (8). El agua destilada resultante de la condensación dentro de la estructura (4) queda canalizada por la estructura capilar hasta un punto de extracción (7) de forma que se optimiza la logística del agua destilada que se evacua por canalizaciones interiores de la pared en lugar de fluir sobre las siguientes áreas de condensación. 35 The water vapor (5) of an effect is captured and condensed on this capillary structure (4). The capillary structure (4) channels the fluids through spaces with capillary dimensions and will have a thermal efficiency similar to that achieved by the internal "wick" capillary structure (3) of the caloduct in its condensation zone (8). The distilled water resulting from the condensation within the structure (4) is channeled through the capillary structure to an extraction point (7) so that the logistics of the distilled water that is evacuated through internal canalizations of the wall is optimized instead of flow over the following condensation areas. 35
Una estructura capilar “wick” (13) sobre el exterior de la porción del caloducto que actúa como condensador (8). Esta estructura (13) tiene una estructura similar a las que se usan como estructuras capilares internas “wick” (3) de los caloductos en su zona de evaporación (6). Sobre esta estructura (13) se aporta agua salada (9) que se distribuye ordenadamente por la estructura capilar “wick” (13) de forma que se incrementa la conductancia térmica por reducción 40 de los efectos de capa límite y los efectos aislantes de las láminas de agua, como sucede con la estructura capilar “wick” en el evaporador (6) interno del caloducto. El agua salada se aporta sobre la estructura capilar “wick “(13) de cada caloducto desde un punto de aporte (9) a partir de conducciones que circulan dentro de la pared, y la salmuera restante se canaliza por la estructura capilar hasta un punto de extracción (12) que se evacua por conducciones internas 45 de la pared. De este modo el agua salada sólo fluye por el punto exacto de evaporación y dentro de estructuras capilares. A "wick" capillary structure (13) on the outside of the portion of the heat pipe that acts as a condenser (8). This structure (13) has a structure similar to those used as internal "wick" capillary structures (3) of the caloducts in their evaporation zone (6). Salt water (9) is provided on this structure (13), which is distributed neatly by the "wick" capillary structure (13) so that the thermal conductance is increased by reduction 40 of the boundary layer effects and the insulating effects of the water sheets, as is the case with the "wick" capillary structure in the internal evaporator (6) of the pipeline. Saltwater is supplied on the “wick” capillary structure (13) of each caloduct from a point of contribution (9) from conduits that circulate inside the wall, and the remaining brine is channeled through the capillary structure to a point extraction (12) that is evacuated by internal conduits 45 of the wall. In this way, salt water only flows through the exact evaporation point and within capillary structures.
Dentro de la pared de alta conductividad térmica PACT se añade un sistema de logística inteligente de aporte y extracción de líquidos. Este sistema aporta el agua salada (9) sobre la estructura capilar (13) exterior del tubo de calor que actúa como evaporador de un efecto, el aporte se hace siguiendo un flujo controlado según el ritmo de evaporación (11) de forma que la salinidad de la salmuera no supere el nivel que se desee según las condiciones de 5 explotación de la desalinizadora y que se extrae de forma controlada (12). Este sistema también extrae todo el agua destilada (7) generada en cada estructura capilar (4). Esta extracción se canaliza por conductos que circulan en el interior de la pared PACT. Inside the wall of high thermal conductivity PACT is added a system of intelligent logistics of contribution and extraction of liquids. This system provides salt water (9) on the outer capillary structure (13) of the heat pipe that acts as an evaporator of an effect, the contribution is made following a controlled flow according to the rate of evaporation (11) so that the salinity Brine does not exceed the desired level according to the operating conditions of the desalination plant and is extracted in a controlled manner (12). This system also extracts all distilled water (7) generated in each capillary structure (4). This extraction is channeled through ducts that circulate inside the PACT wall.
En la figura 2 se ilustra una sección de una pared de alta conductividad de un dispositivo MED de alta eficiencia, HE-MED, en el cual al menos un caloducto de la pared de alta conductividad 10 térmica se substituye por un sándwich creado mediante la unión o fusión (14) de dos estructuras capilares “wick”. De forma que una de estas estructuras capilares “wick” (15) actúa como condensador de un efecto y la otra estructura capilar “wick (16) actúa como evaporador del siguiente efecto. Sobre estas estructuras capilares se puede aplicar el sistema de logística de fluidos descrito para la figura 1, con el aporte de agua salada en la estructura capilar (16) 15 que actúa como evaporador y su subsiguiente extracción de salmuera, así como la extracción de agua destilada de la estructura capilar “wick” (15) que actúa como condensador. La integración de las dos estructuras capilares (15) y (16) se realiza de forma que en su punto de unión (14) los espacios capilares se eliminan, formando una superficie continua impermeable por la que no puede transitar una molécula de agua líquida ni de vapor de agua. Este punto de 20 unión (14) no requiere tener la forma de una pared con un determinado grosor para soportar fuerzas estructurales. Las estructuras capilares pueden aportar las fuerzas necesarias para el sostén del sándwich y para el soporte de las tensiones por diferencias de presión entre efectos. La estructura interior de la PACT aporta además las fuerzas estructurales necesarias para el soporte de cada uno de estos sándwiches entre los dos efectos. 25 A section of a high conductivity wall of a high efficiency MED device, HE-MED, in which at least one caloduct of the high thermal conductivity wall 10 is replaced by a sandwich created by joining is illustrated in FIG. or fusion (14) of two "wick" capillary structures. So one of these capillary structures "wick" (15) acts as a condenser of an effect and the other capillary structure "wick (16) acts as an evaporator of the next effect. The fluid logistics system described for Figure 1 can be applied to these capillary structures, with the salt water supply in the capillary structure (16) 15 acting as an evaporator and its subsequent brine extraction, as well as water extraction distilled from the "wick" capillary structure (15) that acts as a condenser. The integration of the two capillary structures (15) and (16) is carried out in such a way that at their point of attachment (14) the capillary spaces are eliminated, forming a continuous impermeable surface through which a liquid water molecule cannot pass or of water vapor. This junction point (14) does not require the shape of a wall with a certain thickness to withstand structural forces. Capillary structures can provide the necessary forces for the support of the sandwich and for the support of tensions due to pressure differences between effects. The internal structure of the PACT also provides the structural forces necessary to support each of these sandwiches between the two effects. 25
Para la optimización de la logística de fluidos en los evaporadores y condensadores de un dispositivo de destilación que usa el sistema multiefecto se pueden realizar los siguientes avances: For the optimization of fluid logistics in the evaporators and condensers of a distillation device using the multi-effect system, the following advances can be made:
- En primer lugar, se ordena el flujo de los líquidos en la zona de evaporación y de condensación del dispositivo de desalinización colocando unas estructuras porosas similares a 30 las estructuras porosas internas “wick” de los caloductos, de forma que los fluidos se ordenen en espacios de dimensiones capilares. Lo cual permite incrementar la superficie de transferencia de calor, permite optimizar la capa límite de los líquidos, permite reducir las láminas de agua y otros factores que permiten mejorar la conductancia térmica resultante en las zonas de evaporación y condensación de los efectos de un dispositivo de desalinización 35 multiefecto. - First, the flow of the liquids in the evaporation and condensation zone of the desalination device is ordered by placing porous structures similar to the internal porous structures "wick" of the caloducts, so that the fluids are ordered in capillary dimensions spaces. Which allows to increase the heat transfer surface, allows to optimize the boundary layer of liquids, allows to reduce the sheets of water and other factors that allow to improve the resulting thermal conductance in the areas of evaporation and condensation of the effects of a device desalination 35 multi-effect.
- En segundo lugar, si el dispositivo de desalinización es un MED de alta eficiencia, HE-MED, tendremos una pared de alta conductividad térmica (1) con al menos un caloducto (2), sobre el cual podemos colocar una estructura “wick” externa al evaporador del caloducto (4). Esta estructura externa canalizará el vapor de agua a través de sus poros permitiendo una eficiente 40 condensación en el efecto y la canalización del agua destilada hasta un punto de extracción del agua destilada (7), de forma que esta agua no entorpezca la transferencia térmica de otros puntos de condensación de la pared de separación entre efectos. También podemos colocar una estructura “wick” (13) sobre la parte externa al condensador del caloducto. Esta estructura externa canalizará el agua salada del evaporador del efecto, previamente filtrada para que no 45 contenga partículas con un diámetro superior al capilar, que se aporta de forma controlada desde el interior de la pared (9). La estructura capilar ordenará el flujo de agua salada de forma que se reduzcan las capas límite y se facilite el cambio de fase a vapor (11). La salmuera restante se extrae de modo ordenado (12) de cada evaporador del efecto a través de conducciones interiores de la pared de separación. 50 - Secondly, if the desalination device is a high efficiency MED, HE-MED, we will have a wall of high thermal conductivity (1) with at least one heat pipe (2), on which we can place a “wick” structure external to the evaporator of the heat pipe (4). This external structure will channel the water vapor through its pores allowing an efficient condensation in the effect and the channeling of the distilled water to a point of extraction of the distilled water (7), so that this water does not hinder the thermal transfer of other dew points of the separation wall between effects. We can also place a “wick” structure (13) on the external part of the condenser of the heat pipe. This external structure will channel the salt water from the evaporator of the effect, previously filtered so that it does not contain particles with a diameter greater than the capillary, which is provided in a controlled way from inside the wall (9). The capillary structure will order the salt water flow so that the boundary layers are reduced and the phase change to steam is facilitated (11). The remaining brine is removed in an orderly manner (12) from each effect evaporator through internal ducts of the separation wall. fifty
- En tercer lugar podemos mejorar la conductancia térmica de un HE-MED reduciendo la figura del caloducto a un sándwich de estructuras capilares wick (14) de forma que se mantienen los componentes de aporte y extracción de líquidos pero sólo se mantiene lo que sería equivalente a una pared del caloducto y una estructura capilar wick (15) que actúa como condensador de un efecto y la estructura capilar wick (16) que en lugar de actuar como evaporador interior del 5 caloducto, actúa como evaporador del efecto siguiente.. - Thirdly, we can improve the thermal conductance of a HE-MED by reducing the figure of the pipeline to a sandwich of wick capillary structures (14) so that the contribution and liquid extraction components are maintained but only what would be equivalent is maintained. to a wall of the caloduct and a wick capillary structure (15) that acts as a condenser of an effect and the wick capillary structure (16) that instead of acting as an internal evaporator of the caloduct, acts as an evaporator of the following effect.
El sándwich (14) de dos estructuras capilares “wicks” representa una notable mejoría en los dispositivos HE-MED que permite eliminar una de las caras de los caloductos en el tránsito del flujo de calor, lo cual aporta una simplificación de la construcción de las paredes de alta conductividad térmica del HE-MED y evita la ganancia de entropía que comporta un ciclo de 10 evaporación y condensación a través de una pared de tubo de calor y sus estructuras capilares wick. The sandwich (14) of two capillary structures "wicks" represents a remarkable improvement in HE-MED devices that allows eliminating one of the faces of the heat transfer in the heat flow, which provides a simplification of the construction of the High thermal conductivity walls of the HE-MED and prevents the gain of entropy that involves a cycle of evaporation and condensation through a wall of heat pipe and its wick capillary structures.
El sándwich (14) de dos estructuras capilares “wicks” permite también aplicar todo el conocimiento actual de wicks interiores de caloductos en la superficie de evaporación y en la superficie de condensación de los efectos de un dispositivo de destilación que use el sistema 15 multiefecto. Ello permite reducir los problemas de capa límite y grosores innecesarios de láminas de líquidos sobre los actuales evaporadores y condensadores. The sandwich (14) of two "wicks" capillary structures also makes it possible to apply all current knowledge of interior wicks of caduducts on the evaporation surface and on the condensation surface of the effects of a distillation device using the multi-effect system. This allows reducing the problems of the boundary layer and unnecessary thicknesses of liquid sheets on current evaporators and condensers.
La logística de líquidos con un aporte y extracción de líquidos punto a punto elimina los tránsitos en zonas de evaporación o de condensación de líquidos que pueden ser necesarios o resultantes de zonas precedentes o posteriores, pero que no son flujos de líquido necesarios 20 para una determinada zona de evaporación o de condensación. Ello permite reducir grosores innecesarios de agua salada circulando sobre los evaporadores y grosores innecesarios de agua destilada circulando sobre los condensadores. The logistics of liquids with a contribution and extraction of point-to-point liquids eliminates transits in areas of evaporation or condensation of liquids that may be necessary or resulting from previous or subsequent areas, but that are not necessary liquid flows 20 for a given evaporation or condensation zone. This allows to reduce unnecessary thicknesses of salt water circulating on the evaporators and unnecessary thicknesses of distilled water circulating on the condensers.
Los sándwiches (14) de estructuras “wick” se pueden realizar fusionando o uniendo dos estructuras (15) (16) que adoptan cualquiera de los formatos conocidos de estructuras 25 capilares interiores de caloductos como los denominados envoltorios de pantallas “wrapped screen”; metal sinterizado, ranuras axiales, anillos abiertos “open annulus”, arteria abierta “open artery”, arterias integradas “integral artery” o estructuras compuestas como las conocidas por pantalla compuesta “composite screen”, ranuras cubiertas por pantalla o por metal sinterizado, “composite slab”, arteria espiral, monoranura o arteria de doble pared. 30 Sandwiches (14) of "wick" structures can be made by fusing or joining two structures (15) (16) that adopt any of the known formats of interior capillary structures of caloducts such as so-called "wrap screen" screen wrappings; sintered metal, axial grooves, open annulus open rings, open artery open artery, integral artery integrated arteries or composite structures such as those known as composite composite screen, grooves covered by screen or sintered metal, composite slab ”, spiral artery, monoranura or double wall artery. 30
La unión o fusión de las dos estructuras capilares se realiza de forma que en su superficie de unión (14), los espacios capilares se eliminan, formando una superficie continua impermeable por la que no puede transitar una molécula de agua o de vapor de agua. The union or fusion of the two capillary structures is carried out in such a way that on their joint surface (14), the capillary spaces are eliminated, forming a continuous impermeable surface through which a water or water vapor molecule cannot pass.
Las estructuras internas “wick” de un caloducto pueden incorporar una estructura compuesta que incluye unas ranuras o conductos denominados arterias por los que el líquido de trabajo 35 fluye más fácilmente siguiendo la dirección marcada por la tensión capilar. La estructura “wick” colocada sobre la superficie de evaporación de un dispositivo de desalinización deberá gestionar la evacuación de la salmuera, un problema que no se presenta en las estructuras internas de los caloductos ya que en ellos el fluido de trabajo no deja sales al evaporarse. La estructura “wick” colocada sobre un evaporador de un efecto de desalinización puede 40 incorporar una red de arterias por las que el agua salada fluya por gravedad o por presión hasta una red de arterias por las que el agua salada fluya por capilaridad hasta una estructura sinterizada o porosa en la que tenga lugar la evaporación. La salmuera resultante se puede extraer mediante una red de “venas” en las que la salmuera circule por capilaridad, por diferencia de presión o por gravedad hasta un punto de evacuación. La estructura “wick” 45 colocada sobre un condensador de un efecto de desalinización puede incorporar una red de “venas” en las que el agua destilada circule por capilaridad, por diferencia de presión o por gravedad hasta un punto de evacuación The internal "wick" structures of a pipeline can incorporate a composite structure that includes grooves or ducts called arteries through which the working liquid 35 flows more easily following the direction marked by the capillary tension. The “wick” structure placed on the evaporation surface of a desalination device must manage the evacuation of the brine, a problem that does not occur in the internal structures of the caloducts since in them the working fluid does not leave salts when evaporating . The "wick" structure placed on an evaporator of a desalination effect may incorporate a network of arteries through which salt water flows by gravity or by pressure to a network of arteries through which salt water flows by capillarity to a structure sintered or porous in which evaporation takes place. The resulting brine can be extracted through a network of "veins" in which the brine circulates by capillarity, by pressure difference or by gravity to an evacuation point. The "wick" structure 45 placed on a condenser of a desalination effect can incorporate a network of "veins" in which the distilled water circulates by capillarity, by pressure difference or by gravity to an evacuation point
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