BR112016027057B1 - Sistema de destilação solar e método para o processamento de água de processo em água de processo purificada - Google Patents

Sistema de destilação solar e método para o processamento de água de processo em água de processo purificada Download PDF

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Abstract

SISTEMA DE DESTILAÇÃO SOLAR E MÉ TODO PARA O PROCESSAMENTO DE ÁGUA DE PROCESSO EM ÁGUA DE PROCESSO PURIFICADA. A presente invenção refere-se a um sistema de destilação solar que inclui painéis solares e receptores adjacentes aos painéis solares para receber água de processo a ser processada para água de processo purificada. A água de processo flui a partir de um primeiro receptor a um último receptor e é aquecida pela luz solar refletida. Tubos de vapor são acoplados aos receptores, com cada respectivo tubo de vapor acoplado entre receptores adjacentes. Vapor de água é gerado conforme a água de processo é aquecida dentro de cada receptor. O vapor de água flui através dos respectivos tubos de vapor entre os receptores adjacentes em direção ao último receptor. Um tubo de vapor de retorno é acoplado ao último receptor. Um tubo de destilação é acoplado ao tubo de vapor de retorno para receber o vapor de água. O tubo de destilação se estende através dos receptores a partir do último receptor ao primeiro receptor. Conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação ele se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo (...).

Description

[0001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US 62/000.209 depositado em 19 de maio de 2014, pedido de patente US 14/714.709 depositado em 18 de maio de 2015, cujo os conteúdos dos quais estão incorporados por referência.
Campo da Invenção
[0002] A presente invenção refere-se ao campo do tratamento de água e, mais particularmente, a destilação de água utilizando energia solar.
Antecedentes da Invenção
[0003] A água doce é uma necessidade crítica em muitas partes do mundo. Outras águas ou líquidos contaminados, tais como água de fratura de campo de petróleo e água residual industrial, também precisam ser processados antes de serem descartados. Um número de métodos diferentes tem sido desenvolvido para o processamento de água do mar ou outra água contaminada que não é portátil para fornecer água doce.
[0004] Uma abordagem é o uso de sistemas de sedimentação e de filtração para remover impurezas relativamente grandes a partir da água do mar ou água contaminada. A filtração também é capaz de remover contaminantes menores até o tamanho de bactérias e, talvez, partículas ainda menores em certos casos. No entanto, os sistemas de filtragem capazes de remover contaminantes de baixo tamanho iônico são bastante caros, tanto em termos de fabricação e também de manutenção.
[0005] Um método alternativo de purificação de água é a destilação. A destilação funciona bem na remoção de praticamente todas as impurezas da água. A destilação é utilizada em muitas áreas para a dessalinização da água do mar. No entanto, a maioria dos processos de destilação necessita de calor considerável para produzir evaporação suficiente, uma vez que a água é aquecida até ferver para acelerar o processo de evaporação. Isto é particularmente verdadeiro para as operações de destilação de grande escala.
[0006] Fontes de energia passiva (por exemplo, energia solar) foram desenvolvidas para produzir o calor necessário para a evaporação. Uma abordagem para um sistema de destilação movido a energia solar para produzir água doce a partir de água do mar está descrita na patente US 8.613.840. O sistema de destilação movido a energia solar inclui um painel de evaporação de calor-absorvente que tem superfícies de evaporação mutuamente opostas. O painel está contido dentro de um alojamento. Cada um dos lados do alojamento inclui um painel de lente. As lentes de cada painel concentram energia solar sobre as respectivas superfícies do painel de evaporação. Um espelho é posicionado em cada lado do alojamento de modo a refletir a energia solar para os respectivos painéis de lente. A água contaminada entra na parte superior do alojamento para rodar para baixo as superfícies do painel de evaporação. Um tubo de coleta de água doce se estende a partir da parte superior do alojamento para um tanque de coleta. Um mecanismo de raspador remove o sal e/ou outro resíduo a partir das superfícies do painel de evaporação para permitir que o resíduo seja removido periodicamente a partir do fundo do alojamento.
[0007] Outra abordagem para um sistema de destilação movido a energia solar é fornecida por WaterFX. Calhas solares refletem luz solar para um tubo cheio de um fluido de transferência de calor (HTF), tal como óleo mineral. O óleo mineral aquecido alimenta uma bomba de calor. O calor é alimentado a um sistema de destilação multi-efeito ou multifásico que evapora a água doce a partir da água do mar ou água contaminada. A abordagem multi-efeito para evaporar água doce é eficiente visto que cada fase essencialmente reutiliza a energia de uma fase anterior. O vapor que é produzido condensa em água líquida pura, e o sal remanescente solidifica e pode ser removido.
[0008] Mesmo em vista das abordagens de destilação solar acima existe ainda uma necessidade de aprimorar tal sistema para o processamento de água do mar ou outra água contaminada que não seja portátil para fornecer água fresca.
Descrição Resumida da Invenção
[0009] Um sistema de destilação solar inclui uma série de painéis solares configurados de modo a refletir a luz solar, e uma série de receptores adjacentes à série de painéis solares e configurados para receber água de processo a ser processada para água de processo purificada. A série de receptores pode compreender pelo menos um primeiro receptor e um último receptor, com a água de processo fluindo a partir do primeiro receptor ao último receptor e sendo aquecida pela luz solar refletida.
[0010] Tubos de vapor podem ser acoplados aos receptores, com cada respectivo tubo de vapor sendo acoplado entre os receptores adjacentes. O vapor de água é gerado conforme a água de processo é aquecida dentro de cada receptor, com o vapor de água fluindo através dos respectivos tubos de vapor entre os receptores adjacentes em direção ao último receptor.
[0011] Um tubo de vapor de retorno pode ser acoplado ao último receptor, e um tubo de destilação pode ser acoplado ao tubo de vapor de retorno para receber o vapor de água. O tubo de destilação pode se estender através da série de receptores a partir do último receptor ao primeiro receptor. Conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação o vapor de água se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo purificada.
[0012] A série de receptores podem ser conectada em série de modo que cada receptor utilize a energia de calor a partir de um receptor anterior para aquecer a água de processo, com exceção do primeiro receptor. Em outras palavras, a água de processo pode ser aquecida em etapas, com cada receptor correspondendo a uma fase. Uma abordagem multi-efeito ou multifásica para o aquecimento da água de processo é eficiente uma vez que cada fase essencialmente reutiliza a energia a partir de uma etapa anterior. Conforme a água de processo é aquecida dentro de cada receptor, o vapor de água é gerado.
[0013] Cada receptor pode ser preenchido pela água de processo, com exceção de um intervalo de ar, de modo a permitir que o vapor de água se desenvolva. O tubo de destilação pode se estender através de cada receptor abaixo do intervalo de ar. O tubo de destilação pode estar em contato direto com a água de processo dentro de cada receptor e, conforme o vapor de água se transforma no líquido dentro do tubo de destilação, calor é desprendido. O calor liberado durante esta mudança de fase pode ser fornecido para cada etapa, aumentando ainda mais a eficiência do sistema de destilação solar. Uma saída do tubo de destilação fornece a água de processo purificada.
[0014] Cada tubo de vapor pode se estender entre os espaços de ar em receptores adjacentes. Cada receptor tem um dado volume, e o intervalo de ar pode ser de cerca de 10 a 20% do dado volume.
[0015] A série de painéis solares pode ser configurada como canais parabólicos, com a série de receptores sendo posicionada dentro de um ponto focal da série de painéis solares. Cada receptor pode ter uma forma de I ou uma forma de Y duplo.
[0016] O sistema de destilação solar pode compreender adicionalmente uma série de fontes de calor auxiliares adjacentes à série de receptores. O sistema de destilação solar pode ainda compreender um vácuo acoplado ao tubo de destilação para direcionar o fluxo do vapor de água através da série de receptores e do tubo de destilação. O sistema de destilação solar pode compreender adicionalmente uma bomba acoplada ao primeiro receptor para controlar uma taxa de fluxo da água de processo através da série de receptores.
[0017] A água de processo pode compreender pelo menos um de água do mar, água de fratura e água residual. O último receptor pode produzir a água de processo que não se transforma em vapor de água.
[0018] Um método para o processamento de água de processo em água de processo purificada utilizando um sistema de destilação solar conforme descrito acima é fornecido. O método compreende a reflexão de luz solar a partir da série de painéis solares à série de receptores, e o fornecimento da água de processo à série de receptores. A água de processo flui a partir do primeiro receptor ao último receptor e pode ser aquecida pela luz solar refletida. O vapor de água pode ser gerado dentro de cada receptor conforme a água de processo é aquecida, com o vapor de água fluindo através dos respectivos tubos de vapor entre os receptores adjacentes em direção ao último receptor. O método pode ainda compreender o fornecimento de vapor de água a partir do tubo de vapor de retorno no último receptor ao tubo de destilação e, conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação o vapor de água se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo purificada.
Breve Descrição dos Desenhos
- A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de destilação solar multi-efeito de acordo com a presente invenção. - A Fig. 2 é uma vista detalhada dos primeiro e segundo receptores ilustrados na Fig. 1. - A Fig. 3 é uma vista detalhada do último receptor ilustrado na Fig. 1. - A Fig. 4 é uma vista em perspectiva de uma realização dos receptores e painéis solares ilustrados na Fig. 1. - A Fig. 5 é uma vista lateral de uma realização do receptor ilustrado na Fig. 1 tendo uma forma de I. - A Fig. 6 é uma vista lateral de uma outra realização do receptor ilustrado na Fig. 1 tendo uma forma de Y. - A Fig. 7 é uma vista em perspectiva exposta de uma outra realização do último receptor ilustrado na Fig. 1 com uma broca incluída nesse plano. - A Fig. 8 é uma vista em corte transversal ampliada da secção 110" em destaque na FIG. 7. - A Fig. 9 é um fluxograma ilustrando um método para o processamento de água de processo em água de processo purificada utilizando um sistema de destilação solar conforme ilustrado na Fig. 1. - A Fig. 10 é um diagrama de blocos de uma outra concretização de um sistema de destilação solar multi-efeito de acordo com a presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção
[0019] A presente invenção será agora descrita mais completamente a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais realizações preferidas da presente invenção são mostradas. Esta invenção pode, contudo, ser realizada de muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às realizações apresentadas no presente. Em vez disso, estas realizações são fornecidas para que esta descrição seja minuciosa e completa, e irão transmitir totalmente o âmbito da presente invenção para os técnicos no assunto. Números iguais referem-se a elementos semelhantes, e uma linha e duas linhas são utilizadas para indicar elementos semelhantes em realizações alternativas.
[0020] Referindo-nos inicialmente à Fig. 1, um sistema de destilação solar multi-efeito (20) inclui uma série de receptores (30)(1) a (30)(n) e uma série de painéis solares (40)(1) a (40)(n) adjacentes à série de receptores. Cada receptor está posicionado dentro de um ponto focal de um respectivo painel solar.
[0021] A água a ser processada será geralmente referida como água de processo (50). A água de processo (50) pode ser água do mar, água de fratura de campos de petróleo ou água residual industrial, por exemplo. A água de processo (50) é aquecida à medida que flui através de cada um dos receptores (30)(1) a (30)(n). À medida que a água de processo (50) é aquecida, vapor de água é gerado, o que acabará por fornecer água de processo purificada (60).
[0022] A água de processo (50) é aquecida em etapas, com cada receptor correspondendo a uma fase. A abordagem multi-efeito ou multifásica para o aquecimento da água de processo (50) é eficiente, uma vez que cada fase essencialmente reutiliza a energia a partir de uma etapa anterior. À medida que a água de processo (50) é aquecida dentro de cada receptor, o vapor de água é gerado.
[0023] Na realização ilustrada, uma pequena porcentagem de água de processo (50) está conectada ao vapor uma vez que se desloca através dos receptores (30)(1) a (30)(n). Esta porcentagem pode estar dentro de uma faixa de cerca de 10 a 20%, por exemplo. O último receptor (30)(n) direciona a água de processo remanescente (54) para o mar se for água do mar, ou a um tanque de retenção para processamento adicional se for água de fratura de campo de petróleo ou água residual industrial.
[0024] O vapor de água flui entre receptores adjacentes (30)(1), (30)(2) através de um tubo de vapor (32) conectado entre eles. No último receptor (30)(n), um tubo de vapor de retorno (34) é conectado a um tubo de destilação (36). O tubo de vapor de retorno (34) direciona o vapor a uma de entrada do tubo de destilação (36). O tubo de destilação (36) se estende através de cada um dos receptores (30)(1) a (30)(n), mas é separado da água de processo (52) que circula dentro de cada receptor.
[0025] Conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação (36), ele muda as fases de volta para um líquido. O calor liberado durante esta mudança de fase é fornecido a cada respectiva etapa, aumentando assim ainda mais a eficiência do sistema de destilação solar multi-efeito ilustrado (20). Uma saída do tubo de destilação (36) fornece a água de processo purificada (60).
[0026] Uma vez que a água de processo (50) flui através dos receptores (30)(1) a (30)(n) em vez de um fluido de transferência de calor (HTF), o sistema de destilação solar multi- efeito ilustrado (20) é também referido como um sistema de destilação solar multi-efeito "in-situ".
[0027] A água de processo (50) entra uma entrada (33) do primeiro receptor (30)(1) e preenche o primeiro receptor (30)(1), exceto para um intervalo de ar (35) na parte superior, de modo a permitir que o vapor de água se desenvolva, tal como ilustrado na Fig. 2. Os intervalos de ar (35) podem ser de cerca de 10 a 20% do volume dos receptores. O tubo de destilação (36) está posicionado de modo que esteja abaixo do intervalo (35). Como notado acima, o posicionamento do tubo de destilação (36) em contato com a água de processo (50) vantajosamente permite que o calor seja emitido conforme o vapor de água se transforma de volta para um líquido.
[0028] Uma saída (37) do primeiro receptor (30)(1) está conectada a uma entrada (33) do segundo receptor (30)(2). A água de processo (52) preenche o segundo receptor (30) (2), com exceção do outro intervalo de ar (35) na parte superior, de modo a permitir que o vapor de água se desenvolva. Este processo continua para cada um dos receptores.
[0029] Um tubo de vapor de (32) se acopla junto aos intervalos de ar (35) em quaisquer dois receptores adjacentes. No exemplo ilustrado, um tubo de vapor (32) fornece uma passagem para o vapor de água se deslocar a partir do intervalo de ar (35) do primeiro receptor (30)(1) ao intervalo de ar (35) no segundo receptor (30)(2). Este processo continua para cada um dos receptores. No último receptor (30)(n), um tubo de vapor de retorno (34) se acopla ao intervalo de ar (35) no mesmo ao tubo de destilação (36), conforme ilustrado na Fig. 3.
[0030] Como será agora discutido em maior detalhe, o sistema de destilação solar multi- efeito (20) inclui múltiplos componentes para o aquecimento da água de processo (50) à temperatura desejada. Estes componentes incluem uma estrutura para pré-aquecer a água de processo, um canal parabólico para a captação de energia térmica solar, uma bomba de circulação, um receptor com uma grande área de colisão solar e um baixo volume interior, e um tubo de destilação.
[0031] Para aprimorar ainda mais o aquecimento da água de processo (50), o sistema de destilação solar multi-efeito (20) pode incluir uma bomba de vácuo ou sistema (72) acoplada ao tubo de destilação para ajudar a diminuir a temperatura de ebulição da água de processo (50), bem como fornecer direção para o fluxo do vapor de água. Além disso, uma série de fontes de calor auxiliares (42)(1) a (42)(n) pode estar posicionada adjacente à série de receptores (30)(1) a (30)(n) para permitir a operação de baixo ou nenhum sol. As fontes de calor auxiliares (42)(1) a (42)(n) podem ser queimadores a gás, por exemplo.
[0032] Pré-aquecimento pode ser realizado pelo armazenamento da água de processo (50) em um reservatório ou tanque alinhado com uma grande área de exposição de superfície que é coberta por uma construção estilo estufa. A construção tem lados e um telhado feito de um material transparente que permitirá que a energia solar ambiente entre e aqueça a água de processo armazenada (50). O telhado da construção pode ser moldado de modo a canalizar qualquer vapor de água que se condensará em um coletor conforme este será água de processo purificada. A construção pode ser construída de modo que o mínimo de calor e vapor de água serão perdidos para o ambiente exterior, de modo a aumentar a eficiência.
[0033] Os painéis solares (40)(1) a (40)(n) podem ser configurados como canais parabólicos de aberturas grandes, conforme ilustrado na Fig. 4. Cada canal parabólico inclui um material refletor para direcionar a luz solar a um ponto focal. O material refletor pode ser espelhos de vidro ou filme refletor fina, por exemplo. Os canais parabólicos podem ser colocados em série para permitir o aquecimento da água de processo (50) a uma temperatura adequada.
[0034] Uma bomba (70) move a água de processo através dos receptores (30)(1) a (30)(n), conforme ilustrado na Fig. 1. A bomba (70) inclui controles para variar a taxa de fluxo da água de processo (50). O controle da taxa de fluxo controla a taxa de evaporação da água de processo (50). A taxa de fluxo da água de processo (50) através dos receptores (30)(1) a (30)(n) pode estar dentro de uma faixa de cerca de 5 a 15 galões por minuto, por exemplo. Tal como é prontamente apreciado pelos técnicos no assunto, a taxa de fluxo é selecionada de modo que uma porcentagem desejada da água de processo vaporiza à medida que se desloca através dos receptores (30)(1) a (30)(n). Conforme a taxa de fluxo é aumentada, então o número de fases de receptor também teria de ser aumentado para obter o temperado desejado para vaporizar a água de processo (50). A taxa de fluxo é inversamente proporcional à energia absorvida pelos receptores (30)(1) a (30)(n).
[0035] Os receptores (30)(1) a (30)(n) são configurados para fornecer uma grande área de colisão solar, ainda tendo um volume interior baixo. Os receptores (30)(1) a (30)(n) estão localizados dentro de canais parabólicos (40)(1) a (40)(n), de modo que a energia solar é refletida sobre os mesmos por ambas metades superior e inferior do canal parabólico. Os receptores (30)(1) a (30)(n) estão montados de modo que possam ser ajustados para auxiliar em uma posição ótima para receber a energia solar.
[0036] Uma porta de preenchimento ou de entrada (33) e uma porta de saída de saída (37) em um fundo de cada receptor permite que a água de processo (50) entre e saia. O receptor não está limitado a qualquer desenho particular. Um design exemplo de um receptor (30)(1) é um em forma de I, tal como ilustrado na Fig. 5. O receptor em forma de I (30)(1) é dimensionado de acordo com o canal parabólico correspondente (40)(1). Dimensões de exemplo são seções de 6 polegadas nas partes superior e inferior centradas perpendiculares a um corte vertical de 12 polegadas. Esta estrutura é oca no interior para permitir que a água de processo seja direcionada para baixo do comprimento do receptor.
[0037] Várias polegadas abaixo da parte superior das paredes que alargam para longe uma da outra para aumentar a largura total para permitir a colocação do tubo de destilação ou de condensado (36). O receptor em forma de I (30)(1) está selado para coletar o vapor de água sendo criado pelo aquecimento da água de processo. O nível de água é controlado de modo que haverá um intervalo ou vazio (35) na parte superior do receptor em forma de I (30)(1) para permitir a coleta do vapor de água. Uma abertura na parte superior do receptor (30)(1) direciona o vapor de água limpa para um tubo de vapor (32) acoplado a um receptor adjacente. A ampla seção de 6 polegadas nas partes superior e inferior do receptor (30)(1) prevê uma área adicional para captar a energia solar. Todas as dimensões são aproximadas e podem ser alteradas para garantir impacto solar ótimo ao longo do receptor (30)(1).
[0038] Um outro design de exemplo de um receptor é um receptor em forma de Y duplo (30)(1)’, conforme ilustrado na Fig. 6. As dimensões serão cerca de 5,6 x 13 polegadas. Este receptor em forma de Y duplo oco (30)(1)’ apresenta uma seção de câmara vertical fina com uma secção em forma de Y conectada em ambas as partes superior e inferior da seção vertical. Tal como o receptor em forma de I, o receptor em forma de Y duplo (30)(1)’ é selado para capturar o vapor de água mediante aquecimento e do mesmo modo apresenta um tubo de condensado (36’) colocado no interior. Uma abertura na parte superior do receptor (30)(1)’ direciona o vapor de água limpa a um tubo de vapor acoplado a um receptor adjacente.
[0039] Como mencionado acima, o tubo de destilação (36) se estende através de cada um dos receptores (30)(1) a (30)(n), mas é separado da água de processo (52) que circula dentro de cada receptor. O tubo de destilação (36) fornece, assim, a saída para o vapor de água para escapar da câmara de destilação do receptor. Este tubo pode ser direcionado para um trocador de calor, em que a água de processo de entrada passará ao longo do tubo para resfriar o vapor de modo que água é formada e, em seguida, coletada em um tanque de armazenamento de água purificada ou reservatório. O vapor de destilado no tubo de condensado nunca se mistura com a água de processo.
[0040] O tubo de condensado corre "contracorrente" para o fluxo dentro do receptor. O tubo de condensado é formado dentro do receptor de modo que o fluxo do vapor está em uma direção oposta à da água de processo. Isto permite que o vapor de água libere o seu calor para dentro do fluxo da água de processo para aumentar vantajosamente a eficácia do ciclo conforme o calor contido no vapor de água é retornado para o ciclo.
[0041] Como mencionado acima, a bomba ou o sistema de vácuo (72) pode ser utilizado para baixar a temperatura à qual a água se transforma de um líquido para um vapor. Um vácuo pode também ser aplicada à porta onde o vapor de água sai do receptor. O vácuo pode ser aplicado separadamente para cada receptor ou interligado em série. No final da linha de vácuo e antes de entrar na bomba de vácuo (72), o condensado entrará em um separador para remover a água destilada a partir da coluna de ar.
[0042] Como também observado acima, uma série de fontes de calor auxiliares (42)(1) a (42)(n) pode estar posicionada por baixo da série de receptores (30)(1) a (30)(n) para permitir a operação de baixo ou nenhum sol. As fontes de calor auxiliares (42)(1) a (42)(n) podem ser queimadores a gás, por exemplo, e quando inflamados, fornecem uma fonte de calor sobre os receptores (30)(1) a (30)(n) para o processo de destilação quando as condições solares não são suficientes para que o processo ocorra.
[0043] A bomba (70) move a água de processo ao longo dos receptores (30)(1) a (30)(n). A bomba (70) inclui controles para variar a taxa de fluxo da água de processo (50). O fluxo da água de processo pode ser diminuído de modo a que uma porcentagem muito maior de água de processo é vaporizada. Como resultado, sal ou contenções remanescentes da água de processo evaporada se acumulam para formar uma lama no último receptor (30)(n)". Para forçar a lama para fora do último receptor (30)(n)", uma broca 100" está incluída neste. A broca (100") força a lama acumulada para fora por uma porta de saída. O tubo de condensado (36") atravessa o centro da broca (100"). Um motor (102") acoplado ao último receptor (30)(n)" direciona a broca (100").
[0044] Para aumentar ainda mais a eficiência da coleta e direcionar a energia solar para os receptores (30)(1) a (30)(n), cada painel solar (40)(1) pode compreender uma série de painéis coletores solares ajustáveis transportados por uma base. Cada painel coletor solar pode ser sintonizado ou inclinado em termos de posição, de modo que a radiação solar refletida a partir de cada painel coletor solar está alinhada de forma mais precisa na linha focal onde o receptor (30)(1) está posicionado, de modo a maximizar a quantidade de energia recebida.
[0045] Coletivamente, os coletores solares podem ter uma forma parabólica e são separados uns dos outros. Acoplados aos coletores solares estão dispositivos de posicionamento de painel. Os dispositivos de posicionamento de painel movem os painéis coletores solares com base em dispositivos de sensores óticos que são usados para determinar o alinhamento das respectivas linhas focais onde os receptores estão posicionados, de modo a maximizar a quantidade de energia recebida.
[0046] Ainda outra característica dos receptores acima descritos (30)(1) a (30)(n) é posicionar os receptores de metal dentro de dentro de seções de tubo de vidro. As seções de tubo de vidro impedem que o calor a partir dos receptores de metal escape. Cada seção de tubo de vidro tem interfaces com uma seção de tubo de vidro adjacente através de um defletor de expansão. Selos metálicos nas extremidades das seções de tubo de vidro são acoplados ao defletor de expansão. O defletor de expansão permite a expansão e contração das vedações metálicas, de modo a evitar a ruptura das seções de tubo de vidro. Um vácuo também pode ser puxado através das seções de tubo de vidro.
[0047] Apesar de a água de processo (50) estar fluindo através dos receptores (30)(1) a (30)(n), um fluido de transferência de calor (HTF) pode ser fluido em seu lugar. O HTF aquecido alimentaria então uma bomba de calor. O calor pode então ser alimentado a um sistema de destilação multi-efeito ou multifásico que evapora a água doce a partir de água do mar ou água contaminada.
[0048] Como uma alternativa para a execução do tubo de condensado "contracorrente" ao fluxo dentro dos receptores, o tubo de condensado pode correr "co-corrente" para o fluxo dentro dos receptores. A água de processo purificada sairia do último receptor junto com a água de processo para fora.
[0049] Outro aspecto refere-se a um método para o processamento de água de processo (50) a água de processo purificada (60) usando o sistema de destilação solar (20). Desde o início (bloco 202), o método compreende a reflexão de luz solar a partir da série de painéis solares (40)(1) a (40)(n) para a série de receptores (30)(1) a (30)(n) no bloco (204). A água de processo (50) é fornecida à série de receptores (30)(1) a (30)(n) no bloco (206), com a água de processo fluindo a partir do primeiro receptor (30)(1) ao último receptor (30)(n) e ser aquecida pela luz solar refletida. O vapor de água é gerado no bloco (208) dentro de cada receptor conforme a água de processo (50) é aquecida. O vapor de água flui através dos respectivos tubos de vapor (32) entre os receptores adjacentes em direção ao último receptor (30)(n). O vapor de água é fornecido a partir do tubo de vapor de retorno (34) no último receptor (30)(n) ao tubo de destilação (36) no bloco (210). Conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação (36) o de vapor de água se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo purificada (60). O método termina no bloco (212).
[0050] Uma outra realização de um sistema de destilação solar multi-efeito (300) utilizando um fluido de transferência de calor (HTF) será agora discutido em referência à Fig. 10. O sistema de destilação solar multi-efeito (320) ilustrado inclui uma série de receptores (330)(1) a (330)(n) e uma série de painéis solares (440)(1) a (440)(n) adjacentes à série de receptores. Cada receptor está posicionado dentro de um ponto focal de um respectivo painel solar. Em vez de aquecer a água de processo dentro dos receptores (330)(1) a (330)(n) como com a realização acima, um fluido de transferência de calor (HTF) é aquecido. O HTF pode ser óleo mineral ou glicol, por exemplo.
[0051] Um estoque de HTF (380) fornece o HTF que flui através dos receptores (330)(1) a (330)(n) para ser aquecido. Uma bomba (370) move o HTF através dos receptores (30)(1) a (30)(n) e inclui controles para variar a taxa de fluxo do HTF.
[0052] O HTF é aquecido à medida que flui através de cada um dos receptores (330)(1) a (330)(n). Conforme a água de processo (50) acima, o HTF é aquecido em etapas, com cada receptor correspondendo a uma fase. A abordagem multi-efeito ou multifásica para o aquecimento do HTF é eficiente visto que cada fase essencialmente reutiliza a energia de uma fase anterior.
[0053] No último receptor (330)(n), o HTF aquecido é fornecido a um trocador de calor (382). A água de processo (350) também é fornecida ao trocador de calor (382) para a conversão em vapor. O trocador de calor (382) pode ser um trocador de calor em flash, por exemplo, onde o HTF aquecido é encaminhado através de uma grade. A água de processo (350) é então borrifada ou pulverizada sobre a grade que, em seguida, se transforma em o vapor de água e/ou vapor. Este tipo de trocador de calor (382) é também conhecido como um trocador em flash, como prontamente apreciado pelos técnicos no assunto. A água de processo (350) não entra em contato com o HTF.
[0054] O vapor gerado pelo trocador de calor HTF (382) é direcionado ao tubo de destilação (336). O tubo de destilação (336) se estende através de cada um dos receptores (330)(1) a (330)(n), mas é separado do HTF circulante dentro de cada receptor. O HTF fornecido na saída do trocador de calor (382) é recirculado de volta para o estoque de HTF (380).
[0055] Conforme o vapor se desloca através do tubo de destilação (336), ele transforma as fases de volta para um líquido. O calor liberado durante esta transformação de fase é fornecido a cada respectiva etapa, aumentando assim ainda mais a eficiência do sistema de destilação solar multi-efeito ilustrado (320). Uma saída do tubo de destilação (336) fornece a água de processo purificada (360).
[0056] O tubo de destilação (336) está em contato com o HTF circulando dentro de cada receptor. O HTF permite vantajosamente que o calor seja emitido conforme o vapor de água transforma as fases de volta para um líquido.
[0057] O sistema de destilação solar multi-efeito (320) pode incluir uma bomba de vácuo ou sistema (372) acoplado ao tubo de destilação (336) para fornecer a direção do fluxo do vapor de água. Além disso, uma série de fontes de calor auxiliares (342)(1) a (342)(n) pode ser posicionada adjacente à série de receptores (330)(1) a (330)(n) para permitir a operação de baixo ou nenhum sol. As fontes de calor auxiliares (342)(1) a (342)(n) podem ser queimadores a gás, por exemplo.
[0058] O tubo de destilação (isto é, condensação) (336) é executado "contracorrente" para o fluxo dentro do receptor. O tubo de condensado é formado dentro do receptor de modo que o fluxo do vapor está em um sentido oposto ao HTF. Isto permite que o vapor de água libere o seu calor para o fluxo do HTF para vantajosamente aumentar a eficiência do ciclo conforme o calor contido no vapor de água é retornado para o ciclo.
[0059] As fontes de calor auxiliares (342)(1) a (342)(n) podem ser queimadores a gás, por exemplo, e quando inflamadas, fornecem uma fonte de calor sobre os receptores (330)(1) a (330)(n) para o processo de destilação quando condições solares não são suficientes para que o processo ocorra.
[0060] Muitas modificações e outras realizações da presente invenção virão à mente de um técnico no assunto tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Portanto, entende-se que a presente invenção não deve ser limitada às realizações específicas divulgadas, e que modificações e realizações destinam-se a ser incluídas dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims (22)

1. Sistema de destilação solar (20), caracterizado pelo fato de que compreende: uma série de painéis solares (40(1) - 40(n)) configurados de modo a refletir a luz solar; uma série de receptores (30(1) - 30(n)) adjacentes à dita série de painéis solares (40(1) - 40(n)) e configurados para receber água de processo (50) a ser processada para água de processo purificada (60), a dita série de receptores (30(1) - 30(n)) compreendendo pelo menos um primeiro receptor (30(1)) e um último receptor (30(n)), com a água de processo (50) fluindo a partir do dito primeiro receptor (30(1)) ao dito último receptor (30(n)) e sendo aquecida pela luz solar refletida; uma série de tubos de vapor (32) acoplados à dita série de receptores (30(1) - 30(n)), com cada respectivo tubo de vapor (32) acoplado entre os receptores adjacentes, e vapor de água é gerado conforme a água de processo (50) é aquecida dentro de cada receptor (30(1) - 30(n)), com o vapor de água fluindo através dos ditos respectivos tubos de vapor (32) entre os receptores adjacentes em direção ao dito último receptor (30(n)); um tubo de vapor de retorno (34) acoplado ao dito último receptor (30(n)); e um tubo de destilação (36) acoplado ao dito tubo de vapor de retorno (34) para receber o vapor de água, com o dito tubo de destilação (36) se estendendo através da dita série de receptores (30(1) - 30(n)) a partir do dito último receptor (30(n)) ao dito primeiro receptor (30(1)), e o dito tubo de destilação (36) estando em contato direto com a água de processo (50) com cada receptor (30(1) - 30(n)), e conforme o vapor de água se desloca através do dito tubo de destilação (36) o vapor de água se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo purificada (60).
2. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita série de receptores (30(1) - 30(n)) está conectada em série de modo que cada receptor (30(1) - 30(n)) utilize energia térmica a partir de um receptor anterior para aquecer a água de processo (50), com exceção do dito primeiro receptor (30(1)).
3. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada receptor (30(1) - 30(n)) é preenchido pela água de processo (50), com exceção de um intervalo de ar (35), de modo a permitir que o vapor de água se desenvolva.
4. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito tubo de destilação (36) se estende através de cada receptor (30(1) - 30(n)) abaixo do intervalo de ar (35).
5. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada tubo de vapor (32) se estende entre os intervalos de ar (35) em receptores (30(1) - 30(n)) adjacentes.
6. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada receptor (30(1) - 30(n)) tem um dado volume, e o intervalo de ar (35) é de 10 a 20% do dado volume.
7. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita série de painéis solares (40(1) - (40(n)) é configurada como canais parabólicos, com a dita série de receptores (30(1) - 30(n)) sendo posicionada dentro de um ponto focal da dita série de painéis solares (40(1) - (40(n)).
8. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada receptor (30(1) - 30(n)) tem pelo menos um em uma forma de I e um em forma de Y duplo.
9. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma série de fontes de calor auxiliares adjacentes à dita série de receptores (30(1) - 30(n)).
10. Sistema de destilação solar (20), de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um vácuo (72) acoplado ao dito tubo de destilação (36) para direcionar o fluxo do vapor de água através da dita série de receptores (30(1) - 30(n)) e do dito tubo de destilação (36).
11. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma bomba (70) acoplada ao dito primeiro receptor (30(1)) para controlar uma taxa de fluxo da água de processo (50) através da dita série de receptores (30(1) - 30(n)).
12. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água de processo (50) compreende pelo menos um dentre: água do mar, água de fratura e água residual.
13. Sistema de destilação solar (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito último receptor (30(n)) produz a água de processo (50) que não se transforma em vapor de água.
14. Método para o processamento de água de processo (50) em água de processo purificada (60) utilizando um sistema de destilação solar (20) compreendendo uma série de painéis solares (40(1) - (40(n)); uma série de receptores (30(1) - 30(n)) adjacentes à série de painéis solares (40(1) - (40(n)), a série de receptores (30(1) - 30(n)) compreendendo pelo menos um primeiro receptor (30(1)) e um último receptor (30(n)); uma série de tubos de vapor acoplados à série de receptores (30(1) - 30(n)), com cada respectivo tubo de vapor acoplado entre receptores adjacentes; um tubo de vapor de retorno (34) acoplado ao último receptor (30(n); e um tubo de destilação (36) acoplado ao tubo de vapor de retorno (34), com o tubo de destilação (36) se estendendo através da série de receptores (30(1) - 30(n)) a partir do último receptor (30(n)) ao primeiro receptor (30(1)), o método caracterizado pelo fato de compreender: a reflexão de luz solar a partir da série de painéis solares à série de receptores (30(1) - 30(n)); o fornecimento da água de processo (50) à série de receptores (30(1) - 30(n)), com a água de processo (50) fluindo a partir do primeiro receptor (30(1) ao último receptor (30(n)) e sendo aquecida pela luz solar refletida; a geração de vapor de água dentro de cada receptor (30(1) - 30(n)) conforme a água de processo (50) é aquecida, com o vapor de água fluindo através dos respectivos tubos de vapor entre os receptores adjacentes em direção ao último receptor (30(n)); e o fornecimento do vapor de água a partir do tubo de vapor de retorno (34) no último receptor (30(n)) ao tubo de destilação (36), com o tubo de destilação (36) estando em contato direto com a água de processo (50) no interior de cada receptor (30(1) - 30(n)), e conforme o vapor de água se desloca através do tubo de destilação o vapor de água se transforma em um líquido, com o líquido sendo a água de processo purificada (60).
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a série de receptores (30(1) - (30(n)) é conectada em série de modo que cada receptor utiliza a energia de calor a partir de um receptor anterior para aquecer a água de processo, com exceção do primeiro receptor (30(1)).
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada receptor (30(1) - (30(n)) é preenchido pela água de processo (50) com exceção de um intervalo de ar (35) de modo a permitir que o vapor de água se desenvolva.
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o tubo de destilação se estende através de cada receptor (30(1) - (30(n)) abaixo do intervalo de ar (35).
18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita série de painéis solares (40(1) - 40(n)) é configurada como canais parabólicos, com a dita série de receptores (30(1) - 30(n)) sendo posicionada dentro de um ponto focal da dita série de painéis solares (40(1) - 40(n)).
19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de destilação solar (20) compreende adicionalmente uma série de fontes de calor auxiliares (42(1) - (42(n)) adjacentes à série de receptores (30(1) - 30(n)), o método compreendendo adicionalmente operar a série de fontes de calor (42(1) - (42(n)) para aquecer a água de processo (50) dentro da série de receptores (30(1) - 30(n)).
20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de destilação solar (20) compreende adicionalmente um vácuo (72) acoplado ao tubo de destilação (36), o método compreendendo adicionalmente formar um vácuo no tubo de destilação (36) para direcionar o fluxo do vapor de água através da série de receptores (30(1) - 30(n)) e do tubo de destilação (36).
21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de destilação solar (20) compreende adicionalmente uma bomba (70) acoplada ao primeiro receptor (30(1)), o método compreendendo adicionalmente o funcionamento da bomba (70) para controlar uma taxa de fluxo da água de processo (50) através da série de receptores (30(1) - 30(n)).
22. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a água de processo (50) compreende pelo menos um dentre: água do mar, água de fratura e água residual.
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