СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/14 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиоустановкам, преобразующим солнечную энергию в тепловую для опреснения минерализованной (морской, соленой) воды.

Известен солнечный опреснитель, содержащий корпус с установленной прозрачной изоляцией (стекло или пленка), емкость с соленой водой и устройство для сбора конденсата. Теплоизолированная емкость с минерализованной водой установлена с зазором к боковым стенкам и днищу корпуса (1554290, 1993 г.).

Недостатком данного устройства является невысокая интенсивность происходящих в опреснителе процессов тепломассопереноса и низкая производительность, определяющаяся следующими факторами:
- малой эффективностью использования солнечного излучения для нагрева минерализованной воды;
- непроизводительными потерями тепла через стенки и днище опреснителя;
- малой площадью конденсации (только внутренней поверхностью стекла);
- незначительным градиентом температур между минерализованной (соленой) водой и поверхностью стекла (особенно в дневные часы).

Целью предложенного технического решения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном солнечном опреснителе, содержащем корпус со стеклом, емкость с соленой водой, устройство для сбора конденсата, устройство для слива соленой воды и слива рассола, теплоизолированную емкость с минерализованной водой, установленную с зазором к боковым стенкам и днищу корпуса опреснителя, на внешнюю поверхность корпуса опреснителя нанесено селективное покрытие с малым коэффициентом поглощения солнечного излучения и большой степенью черноты.

Повышение градиента температур между минерализованной водой и поверхностями, на которых происходит конденсация, достигнуто тем, что на внутреннюю, обращенную к солнечному излучению поверхность емкости с минерализованной водой, нанесено селективное покрытие с большим коэффициентом поглощения солнечного излучения и малой степенью черноты.

Повышение производительности предложенного опреснителя осуществлено также путем нанесения на внутреннюю поверхность корпуса, расположенную выше уровня емкости с минерализованной водой, зеркального покрытия.

В предложенной конструкции солнечного опреснителя тепломассообменные процессы совершаются интенсивнее благодаря наличию на внешней поверхности корпуса опреснителя так называемого "холодного" покрытия, имеющего незначительный коэффициент поглощения солнечного излучения A_s≤0,3 и высокую степень черноты ε ≥ 0,85.
При этом температура корпуса становится ниже температуры стекла (в дневное время) и образующаяся паровоздушная смесь конденсируется не только на светопропускающей поверхности, но и на внутренних боковых стенках корпуса опреснителя.

В качестве указанного селективного покрытия внешней поверхности опреснителя может быть использована лакокрасочная эмаль типа АС-599 или гальваническое покрытие, получаемое после процесса химполировки и анодирования. Эти покрытия имеют A_s = 0,2 -0,3 и ε = 0,85-0,92.
Благодаря наличию зазора между емкостью с минерализованной водой и корпусом опреснителя образующийся на стекле и боковых поверхностях конденсат беспрепятственно стекает в днище корпуса и оттуда в емкость для сбора конденсата.

Величина указанного зазора находится в пределах 0,01 - 0,02 м, что вполне достаточно для беспрепятственного движения капель конденсата.

Таким образом, зазор между емкостью с минерализованной водой и корпусом и селективное покрытие внешней поверхности корпуса обеспечивают более эффективное использование поверхности опреснителя по сравнению с прототипом.

Значительный вклад в повышение интенсификации происходящих в испарителе тепломассообменных процессов вносит высокоэффективное селективное покрытие с большим коэффициентом поглощения солнечного излучения и малой степенью черноты, нанесенное на внутреннюю, обращенную к солнечному излучению, поверхность емкости с минерализованной водой.

Указанное селективное покрытие относится к классу "горячих" покрытий, у которых коэффициент поглощения солнечного излучения A_s≥0,8, а степень черноты ε ≤ 0,2. В качестве такого покрытия может быть использована наносимая методом вакуумного напыления окись цинка, у которого A_s достигает 0,95, а ε = 0,17.
Использование покрытия с указанными значениями оптических коэффициентов позволяет получить существенно больший нагрев поверхности в отличие от широко распространенного "черного" покрытия, у которого A_s≈ 0,8 и ε ≈ 0,8, что приводит к повышению температуры испаряемой воды и соответственно к увеличению образования паровоздушной смеси и в итоге к большому выходу опресненной воды.

Повышение нагрева минерализованной воды достигается также нанесением на внутреннюю поверхность корпуса, расположенную выше уровня емкости с минерализованной водой, зеркального покрытия.

Указанное покрытие при боковом облучении отражает падающие солнечные лучи, которые в итоге поглощаются минерализованной водой, дополнительно нагревая ее, что способствует повышенному выходу сконденсированной воды.

Предложенный солнечный опреснитель показан на чертеже.

Опреснитель состоит из включающего боковые стенки и днище корпуса 1 со светопропускающей поверхностью 2. Внутри корпуса с зазором установлена теплоизолированная емкость с минерализованной водой. Для сбора конденсата служит емкость 4. Внешняя боковая поверхность A корпуса опреснителя покрашена белой эмалью АС-599 с оптическими коэффициентами A_s = 0,24 и ε = 0,87.
На обращенную к солнечному излучению внутреннюю поверхность емкости с минерализованной водой нанесено селективное покрытие B с коэффициентом поглощения солнечного излучения A_s = 0,85 и степенью черноты ε = 0,2.
Внутренняя поверхность C корпуса, расположенная выше уровня емкости с минерализованной водой, выполнена зеркальной.

Заливка в емкость 3 минерализованной воды, а также периодический слив рассола обеспечивается сифоном 5 с гибким шлангом 6 и воронкой 7.

Корпус опреснителя выполнен быстроразборным, что обеспечивает удобство транспортировки, а также периодическую (1 - 2 раза в год) промывку емкости и внутренней поверхности корпуса.

Все стыки корпуса герметизированы резиновыми прокладками.

Работа предложенного солнечного опреснителя происходит следующим образом.

Солнечный тепловой поток, проходящий через внутреннюю перегородку, нагревает внутреннюю емкость и поглощается минерализованной водой. Образующийся при нагреве минерализованной воды пар конденсируется на внутренних поверхностях корпуса и светопрозрачной перегородки. Стекающие капли конденсата попадают в емкость с чистой опресненной водой.

Работа предложенного опреснителя с нанесенным на обращенную к солнечному излучению внутреннюю поверхность емкости с минерализованной водой "горячим" селективным покрытием происходит аналогично, но минерализованная вода имеет при этом более высокую температуру и, следовательно, производительность опреснителя увеличивается.

Также повышает температуру минерализованной воды дополнительный отраженный от зеркального покрытия на внутренней поверхности корпуса тепловой поток, что в итоге при работе опреснителя увеличивает выход сконцентрированной влаги.

На предприятии изготовлен и испытан солнечный опреснитель со всеми указанными признаками.

Результаты проведенных испытаний показывают, что положительный эффект предложенного опреснителя заключается в существенном увеличении количества получаемой опресненной воды по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиоустановкам, преобразующим солнечную энергию в тепловую для опреснения минерализованной (морской, соленой) воды. Солнечный опреснитель содержит корпус со светопропускающей поверхностью, емкость с минерализованной водой и емкость для сбора конденсата. Теплоизолированная емкость с минерализованной водой установлена с зазором к боковым стенкам и днищу корпуса опреснителя. На внешнюю поверхность корпуса опреснителя нанесено селективное покрытие с малым коэффициентом поглощения солнечного излучения и большой степенью черноты. На внутреннюю обращенную к солнечному излучению поверхность емкости с минерализованной водой нанесено селективное покрытие с большим коэффициентом поглощения солнечного излучения и малой степенью черноты. На внутреннюю поверхность корпуса, расположенную выше уровня емкости с минерализованной водой, нанесено зеркальное покрытие. Изобретение обеспечивает повышение производительности и интенсивности происходящих в опреснителе процессов тепломассопереноса. 2 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Солнечный опреснитель, содержащий корпус со светопропускающей поверхностью, установленную с зазором к боковым стенкам и днищу корпуса теплоизолированную емкость с минерализованной водой, устройство для залива минерализованной воды и слива концентрированного рассола, емкость для сбора конденсата, отличающийся тем, что на внешнюю поверхность корпуса нанесено селективное покрытие с малым коэффициентом поглощения солнечного излучения и большой степенью черноты для выполнения всей поверхностью корпуса опреснителя совместно со светопропускающей поверхностью функции конденсатора. 2. Солнечный опреснитель по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю, обращенную к солнечному излучению поверхность емкости с минерализованной водой, нанесено селективное покрытие с большим коэффициентом поглощения солнечного излучения и малой степенью черноты. 3. Солнечный опреснитель по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность боковых стенок корпуса опреснителя, расположенную выше уровня емкости с минерализованной водой, нанесено зеркальное покрытие.