СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/14 

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

Известен солнечный опреснитель, содержащий корпус, светопропускающую поверхность, закреленную на корпусе, теплоизолированную емкость с минерализованной водой, установленную внутри корпуса с зазором к его боковым стенкам и днищу, устройство для залива минерализованной воды и слива концентрированного рассола, емкость для сбора конденсата (ближайший аналог, см. авторское свидетельство SU 1554290, A1).

Недостатками данного опреснителя являются низкая производительность и отсутствие устройства, обеспечивающего пригодность полученного конденсата для питья человеком из-за неопределенности состава поступающей на опреснение минерализованной воды.

Целью предложенного технического решения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном солнечном опреснителе, содержащим корпус, светопропускающую поверхность, закрепленную на корпусе, теплоизолированную емкость с минерализованной водой, установленную внутри корпуса с зазором к его боковым стенкам и днищу, устройство для залива минерализованной воды и слива концентрированного рассола, емкость для сбора конденсата, корпус теплоизолированной емкости с минерализованной водой выполнен из теплопроводного материала, имеющего большой коэффициент поглощения солнечного излучения и малую степень черноты, а на дне этой емкости установлен экран, материал которого со стороны, обращенной к светопропускающей поверхности, имеет большие коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты, а также тем, что в предложенном опреснителе перед емкостью для сбора конденсата установлено фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата.

Суть предложенного технического решения заключается в следующем:
материал корпуса теплоизолированной емкости с минерализованной водой в состоянии поставки (исходное присущее данному материалу состояние) имеет большой коэффициент поглощения солнечного излучения и малую степень черноты, а материал экрана, устанавливаемого на дне теплоизолированной емкости, в состоянии поставки имеет большие коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты;
с учетом того, что степень черноты экрана под водой на процессе теплообмена не влияет, и того, что донная поверхность корпуса теплоизолированной емкости, на которую устанавливается экран, составляет максимальную часть светоприемной поверхности корпуса теплоизолированной емкости, корпус этой емкости и экран совместно обладают большим значением коэффициента поглощения солнечного излучения, а несмоченная водой поверхность корпуса малой степенью черноты, т.е. тем самым обеспечивается эффективное поглощение солнечной энергии и минимальные ее потери излучением;
в случае осушения теплоизолированной емкости при нахождении опреснителя на солнце исключаются повышенные температуры корпуса теплоизолированной емкости благодаря высокой степени черноты экрана;
стабильность оптических коэффициентов, обеспечивающая постоянство количества получаемого конденсата по времени эксплуатации опреснителя, достигается тем, что данное свойство присуще исходному состоянию материалов экрана и корпуса теплоизолированной емкости, и тем, что либо данные экран и корпус имеют ресурс эксплуатации опреснителя, либо экран, определяющий в первую очередь выход конденсата, легко заменяется без существенных материальных затрат;
выполнение корпуса теплоизолированной емкости из теплопроводного материала (коэффициент теплопроводности более 7 Вт/(м•град)) обеспечивает приток тепла от несмоченных боковых стенок и отбортовки данного корпуса к минерализованной воде в теплоизолированной емкости при работе опреснителя и исключает перегрев этих элементов корпуса при осушении опреснителя на солнце;
очищенный и обеззараженный конденсат получается непосредственно на выходе из опреснителя в емкости для сбора конденсата.

Принятое техническое решение основывается на следующем:
имеются теплопроводные материалы для изготовления корпуса теплоизолированной емкости с минерализованной водой, пригодные в состоянии поставки для использования в пищевом производстве, стойкие в морской, соленой воде и имеющие оптические коэффициенты, близкие к оптическим коэффициентам горячих покрытий (коэффициент поглощения солнечного излучения A_s = 0,8, степень черноты ε = 0,2), например, нержавеющая сталь (коэффициент теплопроводности не менее 12 Вт/(м•град), A_s = 0,65, ε = 0,25);
имеются дешевые материалы, пригодные в состоянии поставки для использования в пищевом производстве, стойкие в морской, соленой воде и имеющие большие коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты, т.е. относящиеся к истинным поглотителям (A_s _→ 1, ε _→ 1), например, черно-белая полиэтиленовая пленка по ГОСТ 10354-82 (A_s = 0,94...0,96, ε = 0,84...0,86 с черной стороны пленки) и пленка из экологически чистого черного полипропилена массой 50 г/м²;
поверхность теплоизолированной емкости, постоянно покрытая минерализованной водой (дно), для эффективной работы опреснителя должна иметь большой коэффициент поглощения солнечного излучения (величина степени черноты в этом случае роли не играет), а в случае отсутствия минерализованной воды в теплоизолированной емкости - большую степень черноты для исключения повышенных температур этой емкости;
поверхность теплоизолированной емкости, непокрываемая минерализованной водой (отбортовка корпуса емкости и часть боковых стенок корпуса емкости), должна иметь для эффективной работы опреснителя большой коэффициент поглощения солнечного излучения и малую степень черноты, что обеспечивает наибольший приток тепла к минерализованной воде;
площадь отбортовки корпуса теплоизолированной емкости, как правило, не превышает 8% площади донной поверхности этой емкости, а площадь боковых стенок, непокрытых минерализованной водой и воспринимающих солнечный поток, приведенная к горизонтальной поверхности, не превышает 10% донной поверхности емкости;
при установке на дне теплоизолированной емкости экрана, например, из черно-белой полиэтиленовой перфорированной пленки, прижимаемого ко дну проволокой из нержавеющей стали, 3% поверхности дна теплоизолированной емкости занимают перфорации и проволока, необходимые для удержания пленки на дне;
при выполнении корпуса теплоизолированной емкости из нержавеющей стали не менее 46% отраженного от боковой стенки корпуса этой емкости солнечного излучения поглощается экраном, например, черно-белой полиэтиленовой пленкой;
т. к. температура конденсата на выходе из корпуса опреснителя близка к температуре окружающей среды, то это позволяет очищать и обеззараживать конденсат непосредственно на выходе из корпуса.

С учетом изложенного средний коэффициент поглощения солнечного излучения для светоприемной поверхности теплоизолированной емкости, корпус которой выполнен из нержавеющей стали, а на дне установлен экран из черно-белой полиэтиленовой пленки, составит не менее 0,9, при коэффициенте поглощения солнечного излучения донной части этой емкости не менее 0,93. При этом степень черноты незакрытых минерализованной водой поверхностей корпуса теплоизолированной емкости 0,25, а средняя степень черноты светоприемной поверхности осушенной теплоизолированной емкости не менее 0,72.

Полученные оптические коэффициенты светоприемной поверхности теплоизолированной емкости с учетом установки на ее дне экрана (A_s = 0,9, ε = 0,25) с обеспечением их стабильного значения гарантируют эффективное использование солнечной энергии и, как следствие, большой выход конденсата, а высокая степень черноты светоприемной поверхности теплоизолированной емкости (ε ≥ 0,72) при осушении емкости исключает ее перегрев.

Относительно низкая температура конденсата на выходе данного опреснителя позволяет использовать в составе опреснителя фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата, эффективность работы которого тем выше, чем ниже температура конденсата на входе в данное устройство.

Фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата устанавливается перед емкостью для сбора конденсата и обеспечивает получение очищенного и обеззараженного конденсата.

Использование фильтрующего устройства в составе опреснителя дает следующие преимущества:
экономит время, которое необходимо для очистки конденсата;
защищает конденсат в емкости для сбора конденсата от попадания в него бактерий вместе с поступающим конденсатом (получение конденсата в солнечном опреснителе не гарантирует отсутствие в нем бактерий);
сохраняет здоровье человека при употреблении полученного конденсата случайно или по небрежности.

В качестве фильтрующего устройства очистки и обеззараживания конденсата в предложенном опреснителе используется кассета фильтрующая сменная. На фиг. 1 показан общий вид предложенного солнечного опреснителя, на фиг. 2 - днище опреснителя.

В состав опреснителя входит включающий боковые стенки и днище корпус 1 со светопропускающей поверхностью 2. Внутри корпуса с зазором к его боковым стенкам и днищу установлена теплоизолированная емкость 3 с минерализованной водой.

Для сбора конденсата служит емкость 5, перед которой установлено фильтрующее устройство очистки конденсата 4.

Для залива в емкость 3 минерализованной воды и слива из емкости 3 концентрированного рассола служит шланг 7 с воронкой 6, закрепленной на корпусе 1.

Корпус 8 теплоизолированной емкости 3 выполнен из нержавеющей стали с оптическими коэффициентами A_s = 0,65 и ε = 0,25.

На дне теплоизолированной емкости 3 установлен экран 9 из черной полипропиленовой пленки (наиболее целесообразна по результатам испытаний), прижатой ко дну емкости 3 проволокой 10 из нержавеющей стали.

Корпус 1 опреснителя выполнен быстроразборным, что обеспечивает удобство транспортирования и периодической (1...2 раза в год) промывки теплоизолированной емкости и внутренней поверхности корпуса, а также замены при необходимости экрана 9 из пленки.

Все стыки корпуса герметизированы резиновыми прокладками.

В качестве фильтрующего устройства очистки и обеззараживания конденсата использована фильтрующая сменная кассета "Барьер-3л".

Работа предложенного опреснителя происходит следующим образом.

Солнечный тепловой поток, проходящий через светопропускающую поверхность, нагревает экран из пленки, отбортовку и боковые стенки корпуса теплоизолированной емкости (небольшая часть солнечного теплового потока поглощается непосредственно минерализованной водой и проволокой на дне корпуса, если последняя не вложена в карманы, сшитые из пленки).

От экрана и корпуса тепловой поток передается на нагрев и испарение минерализованной воды. Образующийся пар минерализованной воды конденсируется на внутренних стенках корпуса опреснителя и светопропускающей поверхности.

Стекающий по внутренним стенкам корпуса опреснителя и светопропускюащей поверхности конденсат собирается в донной части корпуса опреснителя, откуда попадает в фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата, а из него в емкость для сбора конденсата.

В результате применения в конструкции теплоизолированной емкости с минерализованной водой материалов, обеспечивающих эффективное использование солнечной энергии, от данного опреснителя в лабораторных испытаниях получен выход конденсата порядка 8 л в сутки с 1-ого м² зеркала испарения воды, что существенно превышает достигнутый средний мировой уровень для однокаскадных солнечных опреснителей.

При этом легко обеспечивается стабильность оптических коэффициентов светоприемной поверхности теплоизолированной емкости с минерализованной водой и, как следствие, стабильность количества получаемого конденсата по времени эксплуатации опреснителя благодаря замене экрана из пленки.

Кроме того:
в конструкции емкости с минерализованной водой применяются материалы, пригодные в состоянии поставки для использования в пищевом производстве;
исключаются повышенные температуры корпуса теплоизолированной емкости при осушении опреснителя на солнце благодаря применению экрана с большой степенью черноты и выполнению корпуса теплоизолированной емкости из теплопроводного материала.

Использование непосредственно в составе опреснителя фильтрующего устройства очистки и обеззараживания конденсата позволяет получать на выходе из него очищенный и обеззараженный конденсат, безвредный для употребления человеком, который достаточно только минерализовать, чтобы получить кондиционную питьевую воду, полностью удовлетворяющую санитарно-гигиеническим требованиям.

В настоящее время данный солнечный опреснитель после лабораторных испытаний проходит натурные испытания.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиоустановкам, преобразующим солнечную энергию в тепловую для опреснения минерализованной (морской, соленой) воды. Изобретение обеспечивает высокую и стабильную производительность опреснителя в течение всего времени эксплуатации и получение конденсата, безвредного для питья человеком. Основными элементами солнечного опреснителя являются корпус со светопропускающей поверхностью, теплоизолированная емкость с минерализованной водой, устройство для залива минерализованной воды и слива концентрированного рассола, фильтрующее устройство для очистки и обеззараживания конденсата и емкость для сбора конденсата. Достигаемый технический результат обеспечивается тем, что корпус теплоизолированной емкости с минерализованной водой выполнен из теплопроводного материала, имеющего большой коэффициент поглощения солнечного излучения и малую степень черноты, на дне корпуса теплоизолированной емкости с минерализованной водой установлен экран, материал которого со стороны светопропускающей поверхности имеет большие коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты перед емкостью для сбора конденсата установлено фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Солнечный опреснитель, содержащий корпус, светопропускающую поверхность, закрепленную на корпусе, теплоизолированную емкость с минерализованной водой, установленную внутри корпуса с зазором к его боковым стенкам и днищу, устройство для залива минерализованной воды и слива концентрированного рассола, емкость для сбора конденсата, отличающийся тем, что корпус теплоизолированной емкости с минерализованной водой выполнен из теплопроводного материала, имеющего большой коэффициент поглощения солнечного излучения и малую степень черноты, а на дне этой емкости установлен экран, материал которого со стороны, обращенной к светопропускающей поверхности, имеет большие коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты. 2. Солнечный опреснитель по п.1, отличающийся тем, что перед емкостью для сбора конденсата установлено фильтрующее устройство очистки и обеззараживания конденсата.