<Desc/Clms Page number 1>
Verbeterde watersterilisator met zonneënergie en verbeterde watersterelisatiemsthode
EMI1.1
l.-Beschri.
Deze uitvinding neeft betrekking op een apparaat voor het verwarmen van water met zonneënergie tot een temperatuur boven het kookpunt van water met de bedoeling bacteriologiscne pollutie in het water te steriliseren zodat het water geschikt wordt om te worden gedronken.
Water kan ongeschikt zijn om te drinken door de aanwezigheid van twee soorten pollutie. Ten eerste, chemische pollutie die bijvoorbeeld voort komt van industriële activiteit of van het gebruik van insecticides of chemische meststoffen in de landbouw.
In de tweede plaats kan water gepollueerd zijn door bacteriën afkomstig van menselijke of dierlijke oorsprong. Deze pollutie onstaat meestal op natuurlijke wijze in waters in warme landen waar de watertemperatuur zo hoog is dat de groei van allerlei bacteriën en pesten sterk bevorderd wordt.
In ontwikkelingslanden, door het ontbreken van industrie en moderne landbouw op grote schaal, is er weinig chemische pollutie in het water. Daarentegen in die landen maakt bacteriologiscne besmetting water dat rechtstreeks genomen wordt uit open putten of rivieren, onveilig om te worden gedronken.
De gewone gekende methodes om bacteriën in water te doden of ze te verwijderen zijn, het gebruik van chemicaliën, het water te koken of te filteren met speciale filters met bmicroporiën. In ontwikkelingslanden in arme afgelogen dorpen kan men de aankoop van chemiscne middelen en filters zieh moeilijk veroorloven. Het koken van water vereist veel brandstof zoals hout dat moet ontgonnen worden en aen zeldzaam of duur produkt is geworden.
Oe luidige uitvinding.-nackt gebruik van zonneënergie, die als grafische onuitputtelijke bron in zulderse landen cer bescnikking staat om wacer te verhitten en te steriliseren. De uitvinding maakt gebruik van dubbelwandige glazen buizen. Deze dubbelwandige buizen hebben een volledig doorzichtige glazen buitenwand waardoor het zonnelicht zeer gemakkelijk door gaat. De ruimte tussen de buitenwand en de binnenwand is vacuüm gezogen. De bultenzijde van de glazen binnenste wand is bekleed et een speciale laa-cie vollecij zwart is zodat een zo noog mogelijke licntabsorptieccërficienc bereikt wordt.
Naar binnentoe is die bultenzijde van de binnenste glazen .'and reflecterend als een spiegel. De bultenzljde van de glazen binnenwand zet net zonnelicht om in warmte dite door het ater opgenomen wordt dat zicn in ce binnenste buis bevindt.
De @echnologie die gebruik maakt van dubbel./andige glazen ouizen om zonnelicht te aosorberen en naar warmte om te zetten is reeds
EMI1.2
gerulme ijd zijn meestal besloten aan oen uiteinde en open aan het andere uiteinde zodat nee'
<Desc/Clms Page number 2>
in gebruik. Oe dubbelwandije buizenAan nee open uiteinde van de dubbelwandige glazen bulzen zijn binnenwand en buitenwand in verbinding met elkaar. Aan het gesloten uiteinde zijn binnenwand en buitenwand los van elkaar zodat de binnenwand kan scnuiven in de buitenwand.
Dit is noodzakelijk omdat de binnenwand aoor het zonnelicht op veel hogere temperatuur kan komen dan ce buitenwand en de binnenwand dus een grotere lineaire uitzetting vertoont dan ce buitenwand.
Het los zitten van de verhitte binnenwand in de koele buitenwand verzerKert dat er geen thermische spanningen optreden.
Doordat de duobelwancige glazen ouizen een zeer goede isolatie hebben en het invallende licht van de zon zeer goed in warmte omzetten, kan men in deze buizen op minder dan drie uur in volle zon het kookpunt van water bereiken.
Indien men de uitvinding zou gebruiken om wdter te laten koken op omgevingsdruk bij 100 C zou men net water voor 15 minuten moeten laten koken om SO % van de bacteriën in het water ce doden, wat voor veel toepassingen zoals het voeden van zuigelingen en het verzorgen van patiënten onvoldoende is. Uetenschappelijk werd aangetoond dat om bacteriologische pollutie in het water volledig te vernietigen de temperatuur van net water dat men wil stereliseren boven de 100 C moet opdrijven.
Bijvoorbeeld in "Cowan and Steel's manual for the identification of medical bacteria" ; blaazijde 13, Derde editie, Cambridge University Press, wordt getoond dat sterilisatie, wat volledig doden van alle bacteriën in het water is, kan bereikt worden door het aannouaen van een temperatuur van 115 C gedurende 20 minuten of 1210C gedurende 15 minuten. Bij 1150C treedt er echter een 2 overdruk op, door de dampspanning van het water, van 0. 69 kg/çm en bij 121 C een overdruk van l. OS kg/cm. Om absoluut zeker te zijn van de sterilisatie laat men in deze uitvinding de temperatuur soms oplopen tot 130 C waarbij een overdruk van 1. 70 kg/cm optreedt.
Om te belemmeren dat het water gaat koken bij temperaturen boven de 100 C is het nodig de glazen buizen hermetisch af e sluiten.
In deze uitvinding worat elke glazen buis mec zijn open uiteinde in een roestvrij stalen buis geschoven, collector genoemd, die hoge drukken kan weerstaan. De dicnting tussen de glazen buizen en de collector wordt door een zelfdichtende rubberen ring verzekerd. Op de collector wordt een overdrukventiel geplaatst dat open gaat op een vooraf ingestelde druk die overeenstemt met de sterilisatie temperatuur die men wil bereiken. Dit overdrukventiel dient eveneens als indicator om aan te geven dat de sterilistietemperatuur bereikt werd en doet ook dienst als veiligheidsklep om ervoor te zorgen dat een bepaalde maximaal toelaatbare werkingsdruk niet overschreden wordt. In samenwerking met het overdrukventiel kan men in deze uitvinding ook een manometer gebruiken om de overdruk te meten in de collector.
Meestal zal de uitvinding ook voorzien zijn van een thermometer die de temperatuur in de collector aangeeft.
EMI2.1
;
<Desc/Clms Page number 3>
In deze uibviadinj kunnen bij sterilisatie overdrukken optreden van 1. 7 kg/cm, zoals boven aangegeven. Doordat elke Jlazen buis open is aan net uiteinde dat in de collector steekt en ses loten is aan net andere uiteinde, onstaat en door de overdruk bij sterilisatie een resulterende longitudinale kracnt F die in een ricntins werke zodat de glazen buis uit de collector wordt gedrukt. HeL is deze kaacht oie volgens deze uitvinding op de besce ijze orat opgevangen om to belemmeren dat ce glazen buizen uit de colltctor zouden scnuiven.
Het de vol ; 2nde fornule kan de grootte van deze kaacnt berekend worden :
EMI3.1
waarin : F de longitudinale krcntis in kg-kracht, p de overdruk is in kg/cm 2
A de oppervlakte van de glazen buis opening in cm Een typisene longitudinale kracht bij een overdruk van 1. 7 kg/cm2 en een buisopening van 10 cm is :
EMI3.2
Omdac alle drukvaten die cp temperatuur worden gebracht minimaal een 4 keer hogere druk dan da werkingsdruk moecen kunnen weerstaan is de uitvinding zo gemaakt cat een longitudinale kracht van 4x17= 38 -kracht per glazen buis kan worden opgevangen.
Het opvangen van deze longitudinale kracht wordt in deze uitvinding gedaan door het gesloten uiteinde van de glazen buis in een voetje te steken cat door een drager tegen gehouden wordt.
De drager werd van voldoende stijfheid en sterkte gekozen zodat nij de longitudinale kracncen van alle glazen buizen kan opvangen. 0 de doorbuiging van de drager tesen te gaan worden trekstangen geplaatst die de longitudinale kracnten van de glazen buizen opvangen. De orekstangen zijn volgens deze uitvinoing aan
EMI3.3
een uiteinde aan ce drager en aan iun andere uiteinde bevestigdaan een tweede drager. De tweede drager wordt gebruikt om longitudinale kraenten op te vangen van glazen buizen die eveneens in de colleccor steken en die in net verlengde liggen van de eersce reeks de aragen buizen en die dus in tegenscelde richcing door da overdruk worden weggedrukt.
In een alternatieve uitvoering van deze uitvinding wordt er gebruik gemaakt van slecnts een drager die met crekstangen bevestigd is aan de collector. In deze uitvoering worct een cal1ecGor çebruikt dle voldoende stijf en sterk is om ce longitudinale krachten op te vangen.
<Desc/Clms Page number 4>
Iet het inzicht de kenmerken volgens deze uitvinding beter aan te tonen, 9 hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoering beschreven, met verwijzend naar de bijgaande tekeningen waarin : Figuur 1 en nerspectief zieht op een inrichting volgens de uitvinding weergeeft Figuur 2 een doorsnede is van glazen buizen volgens deze uitvinding vastgehouden tussen twee dragers met spanstangen In Figuur 1 wordt de inrichting, genoemd verbeterde solaire watersterelisator getoond in perspectief waarin 1 de dubbelwan- dige glazen buizen zijn met de b uitenwand van deze buizen in volledig lichtdoorlatend glas en de binnen wand eveneens in glas.
De binnenwand van de glazen buis is zuiver glas zodat het water geen enkele besmetting kan bekomen door het kontakt met het glas op een temperatuur boven de IOOOC. De buitenkant van deze birmenwand van de glazen buizen is bekleed met een zeer zwarte laag die het zonnelicht absorbeert en omzet in warmte. Tussen de binnenwand en de buitenwand van de glazen buizen is een vacuüm getrokken zodat de warmte die ontstaat op de buitenkant van de binnenste glazen buis voor het grootste gedeelte naar de binnenkant van de binnenste glazen buis geleid wordt, waar de warmte dan door het water dat in de buis zit opgenomen wordt.
Daar de glazen buizen een zeer hoog warmteoverdracht rendement naar het water hebben kan men temperaturen tot ver boven de 100 C bereiken indien het water onder druk in de glazen buizen 7gehouden wordt.
Figuur 1 toont een voorbeeld uitvoering met 4 dubbelwandige glazen buizen (1) met 3 trekstangen (2) met 6 spanmoeren (3) metsen collector (4), met twee draagbalken (5) waarop de kracht van de trekstangen (2) overgebracht wordt. le glazen buizen (1) worden afgesteund tegen de draagbalken door voetjes (6), in dit voorbeeld vier stuks omdat het voorbeeld van de verbeterde watersterilisator hier als voorbeeld getoond wordt met vier warmte absorberende glazen buizen.
ij voorkeur wordt de verbeterde watersterelisator nog voorzien van een witte of reflecterende plaat die als achtergrondgebruikt wordt om hetj licht dat tussen de buizen valt terug te reflecteren zodat er een goede kans bestaat, afhankelijk van de oriëntatie van de verbeterde watersterelisator ten opzichte ven de invallende zonnestralen. Of deze reflecterende plaat al dan niet aanwezig is dient te worden gekozen in afhankelijkheid van waar de sterelisator gebruikt wordt.
Fen kan zich bijvoorbeeld volgens deze uitvinding voorstellen dat het reflecterend oppervlak gewoon wit zandis, witte stenen zoals kalkstenen of zelfs een witte of reflecterende folie ; dit afhankelijk van de sterkte van het zonnelicht en het budget waarover de gebruiker vande verbeterde watersterelisator beschikt.
<Desc/Clms Page number 5>
olens deze itvinding dienen de spanstangen (2) zodanig gedimensionneerd worden dat ze de grote krachten die kunnen optreden door de waterdampspanning in de ;
-lazen buizen kunnen
EMI5.1
bouden. lii voorkeur w-Ishouden. i. rlen met een veiligheidfactor vier zodat een brken van een sranstan ? door overdruk totaal uitgesloten is. ! bolzens deze verbeterde watersterelisator dienen de draagbalken (5) edimensinneerd worden volgens de nodige stijfheid. @ereke- ningen uitgevoerd door de uitvinder hebben aangetoond dat op zeer economische wijze voldoende stijve draagbalken kunnen worden gekozen zodat de doorbuiging van de draagbalken zeet klein wordt gehouden.
laardoor wordt belemmerd dat de glazen buizen uit de kolektor kunnen schuiven door het optreden van de longitu dinale krachten die ontstaan doordat de glazen buizen aan een zijde slechts geopend zijn iom het water van de kollektor toeganz te geven tot de glazen buizen. en voorbeeld van een stijfheidskeuze van de draagbalken is bijvoorbeeld dat de draagbalken slechts toelaten dat de glazen buizen slechts één milimeter k@men verschoven worden in de collector (4) wanneer de hoost mogenlijke waterdampspanninfsdruk of testdruk van de verbeterde watersterelisator optreedt.
Ten watersterelisator werd reeds beschreven door de uitvinder
EMI5.2
van deze verbeterde watersterelisator in UK Patent Application 5 GB 2 2é2 442 A. deze waterterelisator bleek echter niet de nodige nieuwigheid te hebben en bleek bovendien een te klein rendement te l1ebben. aardoor werd geen verdere inspannigg geleverd om deze watersterilisator tot een octrooi te laten worden.
In figuur 2 wordt een langsdoorsnede getoond, doorgesneden door de longitudinale symetrieas van twee glazen buizen.
In figuur 2 stelt (1) de twee glazen buizen voor waarin zich het water bevindt (10). Het water kan vrij bewegen tussen de inhoud van de glazen buizen. In figuur (2) worden twee trekstangen getoond die dus juist dienen te worden gedimensioneerd zoals hierboven beschreven. Volgens deze uitvinding zijn f) de trkemoeren die toelaten de draagbalken (5) op de meer-t geschikte positie te houden zodat de glazen buizen (1) diep genoeg in de collector worden gehouden. lit is absoluut noodzakelijk omdat de afdichting tussen de glazen buizen (1) en de collector verwezenlikt wordt door rubberen afdichtingsringen () die de druk bij de optredende temperatuur moeten kunnen opvangen zonder chemische stoffen af te geven aan het water.
Verschillende materialen komen voor deze afdichtingsringen in aanmerking omdat er een grote hoeveelheid kunststoffen en andere materialen bestaan die een temparatuur van 130 C kunnen verdragen bij de heersende druk van ongeveer 3 g/cm.
De voetjes die de glazen buis afsteunen (6) zijn zodanig aitgevoerd lat de buitenwand van de glazen buizen (1) zodanig ondersteund is dat de longitudinale krachten in de buizen een zuivere drukspanning in de glazen buizen geeft, dewelke glas kan verdragen.
<Desc/Clms Page number 6>
De schroefdraad (8) op de trekstangen zal zodanig uitgevoerd zijn volgens deze verbeterde watersterelisator dat er een minimum aan spanningsconcentratie aan de voet van de schroefdraad optreedt. nit zal bijvoorbeeld in deze verbeterde watersterelisator bekomen worden door het rollen van de schroefdraad omdat bij het rollen van schroefdraad drukspanningen geinduseerd worden die een versteviging van de voet van de schroefdraad veroorzaken wat een spanning is in de omgekeerde richtin dan de rekspanning die de optredende krachten in de voet van de schroefdraad geven. geven.
In figuur 2 worden de metalen steuntjes (9) getoond die de binnenste wand van de glazen buizen afsteunen op een glijdende manier zodat de thermische uitzetting van de binnenste wand van de glazen buis die groter is dan de thermische uitzetting van de buitenste wand van de glazen buis geen thermische spanningen in de glazen buizen kan veroorzaken. et belang van deze uitvinding, de verbeterde watersterelisator is zeer groot voor alle volkeren die niet over veilig water beschikt-en op dit ogenblik. noor de Uno werd ingeschat dat niet minder dan 50. 000 kinderen per dag sterven door het drinken van besmet water. Deze schatting werd gemaakt in het jaar 1984.
De uitvinder van de verbeterde watersterelisator werkt daarom sedert 1984 aan deze uitvinding. Vele prototypes werden gebouwd maar de prijs van deze prototypes en de massafabrikatie die eruit zou gevolgd hebben was te hoog. De hier beschreven verbeterde watersterelisator kan echter zo goedkoop gebouwd worden dat het mogelijk moet zijn water te sterelisaren aan een kost prijs van 1BF per liter. Door het gebruik van alternatieve materialen voor de draagbalk (5) kan de kostprijs gedrukt worden.
Volgens deze uitvinding wordt de draagbalk (5) voorgesteld als een holle metalen balk (bij voorkeur alleminium) maar' men kan zich ook voorstellen at de draagbalk uit hout vervaardigd wordt of uit een voorgespannen of versterkete beton. wit zou de fabrikatiekost van de uitvinding en de prijs van et eDroduceerde water nog beneden 1 DP per liter kun, en brengen.
Op dit ogenblik wordt bijna sterieel mineraalwater verkocht
EMI6.1
in aan de prijs van en Inde verkoopt men gekrookt water aan 7 rupies F) liter wat echter nog niet van voldoende goed kwaliteit is en nog te duur is.
J. bies heben steriel water nodig om niet ziek te worden of om niet te sterven.
In figuur 1 van deze verbeterde watersterelisator wordt duideli. ik aangetoond dat de plaatsing van de spanstangen (2) zodanig gekozen werd dat de krachten van de glazen buizen (1) niet op een lijn opgevangen worden maar op een vlak. nit wordt bekomen door de glazen buizen op een lijn te plaatsen maar de spanstangen alternatief hoger of lager dan de glazen buizen te plaatsen. Op figuur 1 ziet men dat een spanstang boven de collector ligt en twee spanstangen onder de collector doorgaan. Dit is om geen onstabiele uitklikkende situatie te hebben maar een stabiele krachtensituatie.