СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ ПАРНИКОВОГО ТИПА Российский патент 2011 года по МПК C02F1/14 C02F103/08 

Изобретение относится к устройствам получения чистого конденсата из морской воды путем подогрева ее в замкнутом объеме солнечным светом до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха. Получаемый конденсат за счет охлаждения паров воды предназначается для использования в качестве питьевой воды, а также для хозяйственно-бытовых нужд.

К настоящему времени известен класс подобных устройств получения конденсата из морской воды, создаваемых по типу «горячего» ящика [Физический энциклопедический словарь. Том 1, 1960, с.404-405]. В частности, известны солнечные опреснители морской воды однотипного технического содержания [SU 1554290 A1, 1993; RU 2126770 C1, 1999; RU 2142913 С1, 1999], принимаемые ниже за аналоги.

Такие опреснители содержат корпус, покрытый сверху стеклом или прозрачной полимерной пленкой для пропускания солнечного света; теплоизолированную емкость с морской водой для испарения и устройство для сбора конденсата. При этом емкость с морской водой установлена с зазором к боковым стенкам корпуса и днищу корпуса. Как боковые стенки корпуса, так и дно емкости с морской водой выполнены из металла с соответствующими коэффициентами поглощения и отражения солнечного излучения.

Физический принцип опреснения морской воды в этих аналогах состоит в том, что солнечный свет, проходя через прозрачное покрытие, нагревает морскую воду, активизируя ее испарение. Пары воды в процессе диффузии достигают боковых стенок корпуса, конденсируются на них и стекают в устройство для накопления конденсата, размещенного под емкостью с морской водой. Однако такому типу опреснителей присущи принципиальные недостатки следующего содержания:

- устройство имеет трехъярусную конструкцию, что усложняет ее техническое выполнение и обслуживание в эксплуатации;

- оптимальная рабочая площадь испарения воды резко ограничена в поперечном размере в силу медленности процесса диффузного механизма движения паров воды от центра емкости с морской водой к боковым стенкам корпуса;

- для изготовления указанных опреснителей требуются изделия из металлов с особыми оптическими и теплопроводными свойствами, получаемые в том числе по «космическим технологиям». Эти обстоятельства приводят к большой металлоемкости и, следовательно, повышенному весу опреснителя, а также сравнительно высокой их стоимости в расчете на единицу объема получаемого конденсата.

Известен также класс солнечных опреснителей воды, который по физическому принципу действия и сущности технического решения наиболее близок к настоящему заявляемому изобретению. Таковым является опреснитель парникового типа [Апельцин И.Э., Кличко В.А. Опреснение воды. Год издания 1968, с.91]. Данный опреснитель принимается ниже за прототип.

Устройство прототипа содержит герметичный каркас, покрытый сверху прозрачной полимерной пленкой, которая под действием внутреннего избыточного давления воздуха в парнике принимает форму арочной геометрии. Внутри каркаса размещена емкость с морской водой для опреснения. Дно емкости покрыто слоем черного войлока для эффективного поглощения солнечного излучения, идущего на нагрев воды. При этом войлок сопряжен клеем с полимерной пленкой, лежащей под войлоком. Данная пленка в свою очередь герметично сопряжена с пленкой крыши. В устройстве имеются также желоба для сбора конденсата. Действие устройства сводится к следующему: солнечные лучи, пройдя пленочную крышу, нагревают морскую воду до температуры выше температуры наружного воздуха, омывающего крышу. Пары воды в объеме устройства диффузно достигают внутренней поверхности пленки крыши, конденсируются на ней и стекают по той же поверхности в желоба. Фактически, по своей сущности данное устройство представляет собой классический садовый парник, в котором естественным образом реализуется общефизический принцип круговорота воды в природе.

В конструктивном отношении данное устройство является наипростейшим и применяется с давних времен, в том числе для получения конденсата из морской воды.

Наиболее важным достоинством такого типа опреснителя является, наряду с простотой, легкость конструкции, широкая доступность и сравнительно низкая стоимость исходных материалов для изготовления всех элементов устройства. Опреснитель прост также в эксплуатации.

Однако данному опреснителю присущи принципиальные недостатки следующего типа:

- необходимость поддержания избыточного давления воздуха в объеме опреснителя требует непрерывного использования контрольно-следящей измерительной аппаратуры по давлению воздуха и «дежурных» компрессоров для нагнетания в парник воздуха;

- конденсация паров воды на внутренней поверхности пленки, образующей крышу, неизбежно сопровождается интенсивным отражением солнечного света, что сильно снижает КПД нагрева морской воды в емкости опреснителя;

- покрытие дна емкости для морской воды черным асфальтом не позволяет выполнять данное устройство в виде сборно-разборного модуля с целью его хранения и транспортировки.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков для повышения КПД получения конденсата; для снижения общего веса и стоимости устройства; для реализации опреснителя в виде сборно-разборного модуля, который можно быстро свернуть в компактный пакет типа туристической палатки с целью перевозки или хранения, а также для эффективного наращивания площади «парника» из модулей с целью получения конденсата в промышленных объемах.

Поставленные цели достигаются тем, что:

- крыша опреснителя выполняется из полимерного гибкого прозрачного материала листового типа, содержащего на одной поверхности прозрачные ребра жесткости. Это обеспечивает механическую устойчивость дугообразной арочной крыши. В результате отпадает необходимость герметизации объема устройства и, соответственно, отпадает необходимость в контрольно-измерительной аппаратуре и воздушном компрессоре;

- указанные ребра жесткости обращены внутрь объема устройства опреснителя. В поперечном сечении ребра имеют каналы прямоугольной геометрии, заполненные сухим воздухом. Каналы на концах ребер заглушены. Ребра размещены по поверхности с оптимальным взаимным интервалом, равным ширине ребер. Солнечный свет проходит в испаритель как через ребра жесткости, так и через толщину полимерного листа между ребрами. Водяной пар в устройстве конденсируется на внутренней поверхности полимерного листа лишь между ребрами, так как эта поверхность охлаждается внешней воздушной средой. При этом поверхность ребер жесткости не покрывается конденсатом, т.е. не запотевает в силу действия «эффекта двойных оконных рам». Таким техническим решением достигается высокая стабильность оптимального поступления солнечного излучения в объем устройства;

- черная светопоглощающая поверхность на дне емкости с морской водой создается из черной полимерной пленки, хорошо освоенной промышленностью. С целью же обеспечения теплоизоляции дна емкости опреснителя, под черной пленкой размещается слой легкого полимерного волокнистого покрывала типа «синтепона», широко используемого в туристической индустрии. Причем покрывало помещается в водонепроницаемую полимерную оболочку.

Для пояснения работы изобретения на фиг.1 схематично изображено поперечное сечение общей конструкции модуля «солнечного опреснителя парникового типа».

Здесь приняты следующие обозначения: 1 - общий корпус, выполненный в форме бассейна из листового полимерного материала или текстолита; 2 - теплоизоляция из волокнистого полимерного легкого материала типа «синтепона», помещенного в водонепроницаемую полимерную оболочку; 3 - светопоглощающее покрытие из черной полимерной пленки; 4 - морская вода (соленая); 5 - прозрачная крыша из листового материала типа поликарбоната; 6 - желоба из полимерного материала для сбора дистиллята; 7 - капли конденсата воды; 8 - солнечное излучение; 9 - ребра жесткости; 10 - каналы в ребрах жесткости, заполненные осушенным воздухом.

Устройство функционирует следующим образом. Солнечные лучи 8 проходят через прозрачную крышу 5, закрепленную в корпусе 1, и поглощаются морской водой 4, а также черной полимерной пленкой 3, находящейся в тепловом контакте с морской водой 4 и теплоизоляцией 2. В результате температура морской воды поднимается до уровня выше температуры окружающего наружного воздуха. Это приводит к конденсации паров воды на внутренней поверхности крыши 5 в местах 7 между ребрами жесткости 9, и в виде капель 7 вода стекает в желоба 6 для сбора конденсата.

При этом солнечный свет проникает в опреснитель преимущественно через воздушные каналы 10 в ребрах жесткости 9, нижняя поверхность которых не запотевает. Физико-технические и термодинамические исследования, положенные в основу работы устройства, хорошо подтверждаются в экспериментах. Устройство свободно от недостатков, присущих устройствам аналогичного назначения, рассмотренных выше. Данное изобретение солнечного опреснителя парникового типа приобрело новые качества: легкость, компактность, простоту сборки-разборки и транспортировки, а также эксплуатации. Вместе с тем, устройство характеризуется повышенным КПД извлечения чистого конденсата из морской воды, благодаря использованию «просветленных» ребер жесткости.

Данный вариант не исключает иных подобных вариантов устройства извлечения конденсата из морской воды.

Изобретение относится к устройствам получения чистого конденсата из морской воды для использования в качестве питьевой воды, а также для хозяйственно-бытовых нужд. Солнечный опреснитель парникового типа содержит корпус 1 в виде теплоизолированной емкости с морской водой 4, изготовленной в форме бассейна из листового полимерного материала или текстолита, и светопроницаемую крышу 5 арочной геометрии, выполненную из листового полимерного материала, на внутренней поверхности которой имеются периодические прозрачные ребра жесткости 9 с каналами прямоугольной формы 10, заполненные осушенным воздухом и заглушенные по концам. При этом на дне емкости имеется светопоглощающее покрытие 3, изготовленное из черной полимерной пленки, под которым размещен слой теплоизолятора 2, выполненного из легкого волокнистого полимерного материала типа синтепона, помещенного в водонепроницаемую полимерную оболочку. Устройство имеет прочную легкую конструкцию модульного исполнения сборно-разборного типа для транспортировки или хранения, а также для быстрого наращивания площади «парника» и повышенный КПД извлечения чистого конденсата. 1 ил.

Солнечный опреснитель парникового типа, содержащий корпус, светопроницаемую крышу арочной геометрии, закрепленную на корпусе, теплоизолированную емкость с морской водой (соленой), размещенной внутри корпуса, отличающийся тем, что крыша выполнена из листового полимерного материала, в котором на внутренней поверхности имеются периодические прозрачные ребра жесткости с каналами прямоугольной формы, которые заполнены осушенным воздухом и по концам заглушены, при этом теплоизолированная емкость изготовлена в форме бассейна из листового полимерного материала или текстолита, который одновременно является корпусом устройства, при этом на дне емкости имеется светопоглощающее покрытие, изготовленное из черной полимерной пленки, под которой, в свою очередь, размещен слой теплоизолятора, выполненного из легкого волокнистого полимерного материала типа синтепона, помещенного в водонепроницаемую полимерную оболочку.