CZ2014469A3

CZ2014469A3 - Způsob solární destilace slané vody pro zisk sladké vody a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ2014469A3
Application number: CZ2014-469A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Zátopek
Original assignee: Zdeněk Zátopek
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2015-07-01
Also published as: CZ305255B6; WO2016004907A1

Abstract

Způsob a zařízení (1) týkající se destilace slané vody (23) pro zisk sladké vody (18) řeší problém odstranění solí a minerálů ze slané vody (23) v oblastech s nedostatkem sladké vody (18) pitné a užitkové. Zařízení (1) využívá solárního záření (4), které dodává procesu destilace energii, přičemž se získanou tepelnou energií hospodaří tak, aby maximalizovalo výnosnost sladké vody (18).

Description

Způsob solární destilace slané vody pro zisk sladké vody a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu solární destilace slané vody pro zisk sladké vody v oblastech sužovaných nedostatkem pitné a užitkové sladké vody, které mají přístup k vodě slané, a dále se vynález týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní stav techniky je především zastoupen skupinou technologií známou pod anglickým názvem Humidifier - Dehumidifier technology, která se v odborných kruzích zkráceně označuje zkratkou HDH technologie. Technologie zahrnuje zařízení pracující na známém fyzikálním principu vodního cyklu, ve kterém se působením dodaného tepla mění skupenství vody z kapalného na plynné, vodní páru. Při odebrání tepla z vodní páry se skupenství mění nazpět. Vzhledem k tomu, že slaná voda je směsí solí rozpuštěných ve vodě, tak v průběhu odpařování dochází k oddělení příměsí od samotné vody, čímž lze získat vodu destilovanou, sladkou.

Jedno ze známých řešení popisuje přihláška vynálezu EP 2 690 069 A1, ve které je představeno zařízení pro destilaci mořské slané vody, či znečištěné vody, na vodu čistou a sladkou. Zařízení zahrnuje kryt v podobě pyramidového stanu, který je uvnitř opatřen tmavou plochou a z vnějšku je transparentní. Kryt je postaven nad stabilní základnou, která je upevněna k zemi, nebo je stabilně posazena na vodní hladinu. Pod vrcholem pyramidy krytu jsou prostředky pro zachytávání vodní páry, které jsou napojeny na dutý středový sloup. Vodní pára je středovým sloupem odvedena pod úroveň základny, kde panuje nižší teplota, a vodní pára kondenzuje do předem připravené nádrže. Pod kryt je přiváděna další slaná voda.

Nevýhody řešení spočívají vtom, že řešení využívá kdestilaci sladké vody dopadající sluneční světlo, které vodu ohřeje a přivede k odparu, načež je vodní pára ΐ·.

kondenzována. Teplo z vodní páry je v průběhu kondenzace přeneseno do okolí, jako teplo odpadní. Čímž je bez užitku ztraceno.

V jiném známém řešení desalinizace vody podle mezinárodní patentové přihlášky WO 85/04159 A je popsáno zařízení pro odsolování vody, které zahrnuje dutý válec, vodorovně orientovaný, do kterého je vpouštěna slaná voda. Nad hladinu slané vody uložené ve válci je přiváděn proud vzduchu ze zachyceného větru, který odnáší odpařující se vodní páru do chladiče. Teplota vzduchu odpovídá teplotě celého proudu vzduchu, tedy okolní teplotě. V chladiči vodní pára kondenzuje a je zachytávána v zásobní nádrži. Proud vzduchu opouští chladič a vrací se zpět do atmosféry.

Nevýhody řešení spočívají v tom, že k proudění vzduchu je potřeba větru, který je velice nepředvídatelným přírodním jevem. Dále zařízení trpí nízkou efektivitou odsolování, protože se voda odpařuje do chladného vzduchu, který zachytí a odvede malé množství páry.

Úkolem vynálezu je vytvoření způsobu solární destilace slané vody pro zisk vody sladké, který by byl efektivnější z hlediska ceny v poměru k výkonu, než známá provedení Humidifier - Dehumidifier (HDH) technologií, způsobu který by nebyl komplikovaně proveditelný a který by se snadno udržoval v provozu. Dále je úkolem vynálezu vytvoření zařízení k provádění právě takového způsobu, které by bylo finančně dostupné, téměř bezúdržbové, snadno opravitelné a mělo dlouhou životnost.

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen způsobem solární destilace slané vody pro zisk vody sladké podle tohoto vynálezu.

Způsob zahrnuje známý vodní cyklus, ve kterém se nejprve ze slané vody odpařuje vodní pára v odpařovacím solárním kolektoru pomocí slunečního záření. Poté se

2* vodní pára zkondenzuje na sladkou vodu pomocí odebrání tepla z vodní páry v tepelném výměníku.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se nejprve ohřívá vzduch pomocí solárního záření v teplovzdušném solárním kolektoru a tím získává schopnost nést větší množství vlhkosti, na daný objem vzduchu, se kterým se bude dále pracovat. Pak se horký vzduch transportuje nad vodní hladinu slané vody v odpařovacím solárním kolektoru a sytí se vodní parou. Po nasycení vodní parou je vodní parou nasycený horký vzduch transportován do tepelného výměníku, ve kterém předá teplo chladícímu médiu a vodní pára zkondenzuje na sladkou vodu. Současně je ohřáté chladící médium využito při ohřevu vzduchu pro solární destilaci a/nebo při ohřevu slané vody pro solární destilaci. Tím je zvýšena efektivita zařízení oproti stavu, kdy by toto teplo bylo čistě ztraceno jako odpadní teplo. Zchlazením páry nastává kondenzace vodní páry, to znamená, že přechází do kapalného stavu a je tím získána voda pro využití, což je cílový a požadovaný stav.

Výhoda tohoto přístupu spočívá v tom, že horká pára unese velké množství vlhkosti a že existuje mezi ní a chladícím médiem velký rozdíl teplot. Tím vzniká velký potenciál pro kondenzaci vodní páry. A dále v tom, že získané teplo je předáno zpět do výparného procesu.

V dalším výhodném provedení způsobu solární destilace slané vody podle tohoto vynálezu je chladícím médiem tepelného výměníku okolní vzduch, který je po odebrání tepla z vodní parou nasyceného horkého vzduchu transportován do teplovzdušného solárního kolektoru a/nebo do odpařovacího solárního kolektoru. Okolní vzduch je snadno přístupným chladícím médiem, snadno se transportuje a nese dobře teplo z tepelného výměníku. Ohřátý vzduch, který nese teplo z tepelného výměníku, se rychleji ohřeje na požadovanou teplotu v teplovzdušném solárním kolektoru, neboť je teplotní rozdíl menší, než v případě ohřevu okolního vzduchu. Rovněž je možné tímto vzduchem s vyšší teplotou předehřívat slanou vodu v odpařovacím solárním kolektoru, aby dopadající sluneční záření generovalo více vodní páry.

/

4

V jiném dalším výhodném provedení způsobu solární destilace slané vody podle tohoto vynálezu je chladícím médiem slaná voda, která je po odebrání tepla z vodní parou nasyceného horkého vzduchu v tepelném výměníku transportována do odpařovacího solárního kolektoru. Předehřátá slaná voda se v odpařovacím solárním kolektoru snadněji dohřeje na optimální teplotu odparu, protože nemusí být překonán podstatný teplotní rozdíl mezi čerstvou slanou vodou a optimální teplotou v kolektoru.

V jiném dalším výhodném provedení způsobu solární destilace slané vody podle tohoto vynálezu je nezkondenzovaná vodní pára z tepelného výměníku transportována zpět do teplovzdušného solárního kolektoru. Vodní pára, která nezkondenzovala v tepelném výměníku je navrácena do destilační fáze, kde opět získá vysokou teplotu a je doplněna novým množstvím páry. Při opakovaném průchodu tepelným výměníkem zkondenzuje všechna vygenerovaná vodní pára na sladkou vodu a nedochází ke ztrátě vodní páry jejím předčasným vypuštěním do okolí jako odpadního zbytku.

V jiném dalším výhodném provedení způsobu solární destilace slané vody podle tohoto vynálezu je horká neodpařená slaná voda transportována z odpařovacího solárního kolektoru do vodního tepelného výměníku, ve kterém předá teplo nové slané vodě transportované do odpařovacího solárního kolektoru. Slaná voda v odpařovacím solárním kolektoru zvyšuje svoji salinitu. Aby nedošlo k zanášení odpařovacího solárního kolektoru minerály, je stále slaná voda obměňována za čerstvou. Současně však čerstvá voda má nižší teplotu než je optimální teplota pro odpař a je nutno dodávat energii na ohřev. Aby se energií na ohřev slané vody neplýtvalo, je teplo z koncentrované slané vody odebíráno a předáváno nově přečerpávané slané vodě, čímž se podstatně sníží teplotní rozdíl.

Součástí řešení je rovněž zařízení pro solární destilaci slané vody prováděné způsobem podle tohoto vynálezu.

Zařízení zahrnuje alespoň jeden odpařovací solární kolektor pro tvorbu vodní páry a alespoň jeden tepelný výměník pro kondenzaci vodní páry.

4.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že odpařovací solární kolektor má nad hladinou odpařované slané vody hermeticky uzavřený prostor, ke kterému je připojen výstup z alespoň jednoho teplovzdušného solárního kolektoru. Hermeticky uzavřený prostor brání úniku vodní páry a snižování teploty proudícím vzduchem v prostoru. Výstup z teplovzdušného solárního kolektoru přináší do prostoru horký vzduch, který se dobře sytí vodní parou. Na výstupu z hermeticky uzavřeného prostoru je připojen alespoň jeden tepelný výměník. Vodní parou nasycený horký vzduch je odveden do tepelného výměníku ke kondenzaci vodní páry odebráním tepla. Vedení chladícího média tepelného výměníku má vstup chladícího média do vedení upravený pro nasávání vzduchu. Výstup ohřátého chladícího média z vedení tepelného výměníku je přepínatelně připojitelný k teplovzdušnému solárnímu kolektoru nebo k odpařovacímu solárnímu kolektoru. Přepínám lze rozhodnout, do jaké fáze solární destilace je potřeba dodávat teplo. Zda je potřeba předehřívat vzduch, nebo novou slanou vodu. A/nebo vedení chladícího média tepelného výměníku má vstup chladícího média do vedení upravený pro načerpání slané vody a výstup ohřáté slané vody připojitelný k odpařovacímu solárnímu kolektoru. Pokud je používaná kombinace chladícího média jako vzduchu a slané vody, je možné návrat zachyceného tepla rozdělit, nebo mohou obě vedení pracovat odděleně a střídavě.

V dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu je tepelný výměník protiproudý tepelný výměník. Díky přenosu tepla dochází k tomu, že horký vzduch s vodní párou postupně chladne a přibližuje se tak k teplotě vzduchu, pohybujícího se v opačném směru tepelným výměníkem jako chladící médium. Tento vzduch se naopak ohřívá k teplotě blížící se teplotě páry při vstupu do protiproudého výměníku.

V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu je opatřeno alespoň jedním zdrojem elektrické energie ze skupiny fotovoltaický panel, generátor na větrný pohon, baterie, elektrocentrála. Zařízení je opatřena prostředky, jako jsou čerpadla, ventilátory, senzory, ovládací zařízení, které jsou poháněny elektrickou energií a které jsou nezbytné pro správný chod zařízení pro destilaci slané vody.

‘5, >

V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu jsou solární kolektory opatřeny polohovacím pohonem pro sledování polohy Slunce na obloze. Natáčením solárních kolektorů za Sluncem je dosaženo pohlcení více slunečního záření, které znamená i více energie předané do destilačního zařízení.

V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu je zařízení opatřeno plováky pro umístění nad hladinu vodní plochy slané vody. Umístěním zařízení na mořskou hladinu, nebo na hladinu slaného jezera se usnadní proces odsolování o přečerpávání slané vody z vodního zdroje do zařízení na souši. Rovněž je v případě mořského využití možné zařízení sestavit v docích a na místo určení jej mohou pouze odtáhnout remorkérem.

V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu je po obvodu zařízení uspořádána stínící norná stěna pro vytvoření zastíněného a závětrného prostoru pod zařízením, přičemž vstup pro nasávání vzduchu do vedení chladícího média tepelného výměníku je uspořádán v zastíněném prostoru. Zastíněním a vytvořením závětří je zabráněno dopadu slunečních paprsků a proudění teplého větru do prostoru, které by vzduch v prostoru ohřívaly. Tím, že není vzduch ohříván, je dosaženo většího teplotního rozdílu mezi horkým vzduchem nasyceným vodní párou a okolním vzduchem použitém v tepelném výměníku jako chladící médium.

V jiném dalším výhodném provedení zařízení pro solární destilaci slané vody podle tohoto vynálezu je uvnitř zastíněného prostoru na hladině slané vody vytvořena tepelně izolovaná nádrž pro zadržení chladné slané vody. Chladnější slaná voda je čerpána z nižších částí vodního sloupce a je dočasně zadržovaná v nádrži. Nádrž je izolovaná, takže chladnější voda pohlcuje teplo ze vzduchu nacházejícího se uvnitř zastíněného prostou, čímž klesá teplota vzduchu. Jak se slaná voda ohřívá, je odpouštěna z nádrže a do nádrže je doplňována nová chladnější voda.

Způsob destilace slané vody a zařízení k provádění tohoto způsobu umožňují získávat sladkou vodu efektivněji v poměru cena/výkon oproti známým destilačním • · · ·

zařízením. Efektivita zařízení vytvořeného podle vynálezu pro destilaci slané vody odpovídá finančně nákladným známým systémům a zařízením, která jsou však konstrukčně složitější a poruchovější. Zařízení lze univerzálně využít jak na souši, tak přímo na vodní ploše.

Přehled vyobrazení na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 schematické vyobrazení zařízení pro destilaci slané vody.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší, či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

Ohledně energetického toku se předpokládá průměrný roční sluneční příkon v dané oblasti tropů 250 W/m². Přibližně 15 % této energie může být pohlceno nebo odraženo krytem z polykarbonátových fólií nebo jiného materiálu na solárních kolektorech 2 a 6. Tato energie je tím ztracena. Další ztráta energie nastává odrazem slunečního záření 4 od absorbéru. Vodní vrstva přemění přibližně 80 % dodané energie na latentní teplo výparu a 20 % energie zvýší zjevnou teplotu slané vody 23 v odpařovacím solárním kolektoru 6. Se zvyšováním teploty slané vody 23 v odpařovacím solárním kolektoru 6 se bude exponenciálně zvyšovat intenzita výparu. Vodní pára bude unášena horkým proudícím vzduchem 5 o teplotě okolo 90^C z teplovzdušného solárního kolektoru 2. Hustota vodní páry o této teplotě bude 0,4235 kg/m³. V navazujícím protiproudém tepelném výměníku 8 může být předáno asi 90 % tepelné energie vodní parou nasyceného horkého vzduchu 7 chladícímu médiu - vzduchu 9 z okolí. Pokud by byla průměrná teplota vzduchu 9 okolního prostředí 30 °C, zchladí vodní páru na 39 °C. Hustota vodní páry o této teplotě je asi

0,05115 kg/m³ a pokud by takto zchlazená vodní pára 11 odešla do okolí, ztráta nevysrážené vlhkosti bude asi 12 %. Zhruba 87 % vlhkosti se vysráží na sladkou vodu 18 v tepelném výměníku 8.

Rozumí se, že zchlazená pára 11 může přecházet zpátky do teplovzdušného solárního kolektoru 2. Zbytkové teplo a zbytková vlhkost tak nejsou ztraceny. Rovněž teplo slané vody 23 nacházející se vodpařovacím solárním kolektoru 6, která předáním vlhkosti do vzduchu 5 zvyšuje svou salinitu, může být využito. Při její náhradě za novou mořskou vodu 23 může své teplo předat ve vodním tepelném výměníku 21_ této nově přitékající slané vodě 23. Účinnost přenosu tepla z koncentrované do čerstvé slané vody 23 bude přibližně 70 -< 90 %.

Teplovzdušný solární kolektor 2 může být sestaven z transparentního hermeticky uzavřeného vnějšího krytu, kterým prochází roura. Ta obsahuje dvě části a to drátěnou konstrukci a aluminiovou fólii, která je kolem ní natažena. Tato roura je čtvercového profilu, má velkou plochu a má vroubkovaný nebo pilovitý profil vrchní stěny. Její vrchní strana je shora začerněná. Díky větší ploše lépe předává energii pohlceného slunečního záření 4 procházejícímu vzduchu 3 a díky tvaru povrchu snižuje odrážení slunečního záření 4 pryč z kolektoru. Žádná její plocha nedoléhá na vnější transparentní kryt, ale je k němu fixovaná pouze bodově. Hermeticky uzavřený prostor mezi krytem a rourou je vyplněn suchým vzduchem nebo těžkých plynem pro horší přestup tepla, mimo vnitřní prostor roury, formou konvekce. Na spodní straně krytu teplovzdušného solárního kolektoru 2 je umístěná aluminiová fólie, která odráží sálavé teplo z roury zpět na ní. Ve spodní části tohoto teplovzdušného solárního kolektoru 2 může procházet vzduch 3 z tepelné rekuperace a je přiveden na vstup teplovzdušného solárního kolektoru 2. Ze spodní a boční strany navazuje kryt s izolačního materiálu pro omezení úniku tepla.

Alternativním řešením je teplovzdušný solární kolektor 2 sestavený z vrchního transparentního krytu ze dvou fólií, mezi nimiž je hermeticky uzavřená vzduchová kapsa pro snížení přenosu tepla. Její výplň může být těžký plyn, který má lepší izolační vlastnost než běžný vzduch. Pod vrchním krytem se nachází ohraničený prostor, ve kterém je umístěn černý absorbér z tenkého hliníkového plechu. Jeho

L ’*»» ·· * *· · . 1 „ * ♦ **· · 2 *·>··· ⁴ ' · · · ». Τ ⁹» • i · «· příčný profil má pilovitý tvar, čímž je minimalizován odraz světla mimo kolektor. Vzduch 3 proudí kolem tohoto plechu a zahřívá se. Ve spodní části je oddělující tepelně izolační fólie, která odděluje zahřívající se vzduch od tepelně rekuperovaného přívodního vzduchu 3.

Odpařovací solární kolektor 6 slané vody 23 s prostorem pro výpar z volné hladiny obsahuje tepelně izolovanou podkladovou plochu, například polykarbonátovou desku dutinkového profilu, vyplněnou tepelně izolační pěnou. Na ní je položena černá pryžová fólie tvořící dno a zároveň absorbér kolektoru. Strop kolektoru je vodorovný, asi 10 cm nad dnem a sestává z dvou polykarbonátových fólií, jejichž hermeticky uzavřený meziprostor tvoří vzduchovou kapsu omezující únik tepla z kolektoru.

Alternativní provedení odpařovacího solárního kolektoru 6 spočívá v tom, že dno černá pryžová fólie a podkladová deska na sebe nepřiléhají, ale podpěrná konstrukce mezi nimi vymezuje prostor, kterým proudí ohřátý vzduch z tepelné rekuperace. Předává tím část svého tepla skrze dno slané vodě 23 v odpařovacím solárním kolektoru 6.

Protiproudý výměník 8 je tvořen dutinami, kterými vede horkou vodní páru se vzduchem 7 jedním směrem, a dalšími dutinami vytvořeními mezi nimi, v nichž jde vzduch 9 okolního prostředí směrem opačným. Tyto dutiny jsou vymezeny velkou plochu, skrze kterou dochází k předávání tepelné energie páry a k ohřívání opačnou stranou proudícího vzduchu 9 a tato teplosměnná plocha, vymezující jednotlivé dutiny, může být vyhotovena z aluminiové fólie napnuté na drátěné konstrukci. Kryt protiproudého výměníku je tepelně izolován od okolí.

V jednom možném případě provedení ohřátý vzduch 3 z protiproudého výměníku zahřívá spodní stranu pryžové fólie a vyhřívá tím vrstvu vody v odpařovacím solárním kolektoru 6 zespod. Za tímto účelem je pryžová fólie umístěná na drátěném sítu zajištující mechanickou pevnost dna, které je fixováno k podkladové desce bodově sloupky a meziprostor je určen k pohybu teplého vzduchu 3 a k předávání tepla slané vodě 23. Na spodní podkladové desce může být umístěna aluminiová fólie odrážející sálavé teplo od drátěné konstrukce a pryžové fólie zpět k nim.

Tyto příklady rekuperace nebo akumulace tepla mohou být vdaném zařízení zastoupeny současně.

Předání tepla ze slané vody 24 se zvýšenou salinitou, z odpařovacího solárního kolektoru 6 do nově přitékající slané vody 23, se může dít přes rekuperační vodní tepelný výměník 21 s teplosměnnou vlnitou plochou šnekové trubky. Odpadní koncentrovaná slaná voda odtéká z výměníku 21 na bázi sifonového efektu. Slaná voda 23 z nižší hloubky se po načerpání dostává na hladinu.

Rozumí se, že v zařízení 1^ jsou zapojeny elektronické prvky jako větráky nebo čerpadla. Energie pro jejich pohon může být dodána pomocí fotovoltaických panelů, větrníku s generátorem elektřiny nebo jinak.

Celé zařízení T může být umístěno v blízkosti moře na souši, nebo přímo na vodní hladině. V takovém případě obnáší konstrukce plováky 17, které jí nesou. Jsou úzké, takže mají malou plochu, proti které by působil mechanický odpor vln. Pro jejich větší mechanickou odolnost proti tlaku vln mohou být v ponořené části navzájem spojeny spojkou 19.

Pro to, aby se z horké páry ve vzduchu 7 v protiproudém výměníku 8 vysráželo větší množství vlhkosti, je výhodné, aby vzduch 9 v opačném směru měl nízkou počáteční teplotu. Za tímto účelem může být z nosné konstrukce zařízení 1 po bocích spuštěna stínící norná stěna 12. Vznikne tím prostor pod zařízením 1, mezi ním a mořem, na který nesvítí Slunce, do kterého vítr nepřivane teplý vzduch okolního prostředí a kde tak vznikají základní podmínky pro ochlazení vzduchu 9. To může být doplněno o přívod slané vody 23 z větší hloubky do nádrže 14 v podobě plytkého bazénku. Ten je tepelně izolován. Materiál, který by mohl být pro sestavení takového bazénku použit je bublinková fólie. Slaná voda 23 z nižší hloubky se tak dostává na hladinu. Přenos tepla do okolní masy vody je snížen a dochází k přenosu tepla mezi touto vodou a vzduchem 9 v prostoru ohraničeném nornou stínící stěnou 12 z boků a samotným odsolovacím zařízením 1 z vrchu. Norné stínící stěny 12 obsahují průduchy, kterými je nasáván vzduch z okolí, chladí se o hladinu chladné vody a až

TO .

poté vstupuje do protiproudého výměníku 8 jako chladící médium. Jedná se tedy o tepelný výměník: vzduch/voda, bez oddělující teplosměnné plochy.

Součástí odsolovacího zařízení 1^ může být dále tepelně izolovaná nádrž s vnitřní teplosměnnou plochou, v níž dochází k předávání tepelné energie páry a horkého vzduchu 7 nebo tepelně rekuperovaného vzduchu 3 do mořské vody. Tato voda může být následně přečerpána do výparného prostoru odpařovacího solárního kolektoru 6 za účelem opětovného vypařování z vodní hladiny. Teplovzdušný solární kolektor 2 je možno naklápět za Sluncem.

Na obr. 1 je znázorněno schématické propojení zařízení 1 pro solární destilaci slané vody 23. Do teplovzdušného solárního kolektoru 2 vstupuje vzduch 3 a tento vzduch je ohříván slunečním zářením 4. Vzduch 3 může být přímo vzduchem 9 z okolí zařízení 1^ odpovídající svoji teplotou okolní teplotě, nebo je to předehřátý vzduch 3 vystupující z tepelného výměníku 8.

Horký vzduch 5 dále proudí přes odpařovací solární kolektor 6. Vodpařovacím solárním kolektoru 6 je slaná voda 23 rozlita v tenké vrstvě a nad slanou vodou 23 je vytvořen hermeticky uzavřený prostor 25, kterým prochází sluneční záření 4 do slané vody 23. Nad její hladinou přebírá horký vzduch 5 odpařující se vlhkost a sytí se k 100 % relativní vlhkosti.

Z odpařovacího solárního kolektoru 6 vystupuje horký vlhký vzduch 7 a přechází do protiproudého tepelného výměníku 8, ve kterém dochází k rekuperaci tepla a kondenzaci vodní páry na sladkou vodu 18. V protisměru proudí vzduch 9 poháněný ventilátorem 10. Převzetím tepla horkého vlhkého vzduchu 7 se stává nosičem tepelné energie a jako takový vyhřívá dutinu odpařovacího solárního kolektoru 6, teplovzdušného solárního kolektoru 2 a následně tvoří teplý vzdušný proud vstupující do teplovzdušného solárního kolektoru 2. Proud vzduchu 3 je tedy nositelem zbytkového tepla a vznikl na základě rekuperace tepla.

Vlhký teplý vzduch 7 chlazením vzduchem 9 v tepelném výměníku 8 ztrácí většinu vlhkosti a tepla a odchází do volného prostoru jako vzduch 11. V tomto provedení zařízení 1 není zbytková vlhkost ve vzduchu recyklována. Vzduch 9 určený k chlazení páry má počátek v prostoru mezi hladinou moře a spodní částí zařízení X Jedná se o neosluněný stíněný prostor 26 po bocích ohraničený flexibilní nornou stínící stěnou 12, která nepředstavuje mechanický odpor pro okolní vlny a nezatěžuje tím nosnou konstrukci zařízení 1. Okolní vzduch do tohoto prostoru 26 vstupuje z okolí díky průduchům v norné stěně 12 a je aktivně ochlazován o hladinu moře, kde byla načerpaná slaná voda 23 z větší hloubky čerpadlem 13, takže je chladnější než povrchová vrstva slané vody 23 a lépe tak ochlazuje vzduch 9. Tato chladná slaná voda 23 je ohraničená od okolní masy slané vody 23 mělkou nádrží 14, která snižuje prostup tepla směrem dolů. Pokud dojde k přílišnému zahřátí této slané vody 23 na hladině, aktivuje se výpusť 15. Nádrž 14, která je lehčí než slaná voda 23 se tak dostane nad hladinu, čímž se vyprázdní a následně může být načerpána nová chladná slaná voda 23.

Nádrž 14 je flexibilně připevněna ke konstrukci zařízení 1. spojkou 16 k plováku 17 tvořícím nosný pilíř. Vodní pára, po kondenzaci v protiproudém tepelném výměníku 8, odtéká jako sladká voda 18 do zásobníku. Plováky 17, které nadnášejí zařízení 1_, tak aby bylo nad hladinou, jsou ve své spodní části propojeny spojkou 19, čímž se zvyšuje mechanická pevnost konstrukce a snáze tak odolává dynamickému prostředí mořské hladiny.

Slaná voda 24 nacházející se v odpařovacím solárním kolektoru 6 se intenzivním výparem zasoluje, což by mohlo vést až ke krystalizaci evaporitu na dně odpařovacího solárního kolektoru 6. Proto je po určité době nahrazena za novou slanou vodu 23. Děje se tak čerpadlem 20, a aby nedošlo ke zbytečné ztrátě tepla v průběhu výměny slané vody 24, slaná koncentrovaná voda 24 z odpařovacího solárního kolektoru 6 předává teplo nově přitékající slané vodě 23 v rekuperačním vodním tepelném výměníku 21.

Ke stabilizaci zařízení 1. v prostoru moře dochází díky několikanásobnému ukotvení 22 tvořeného rolnou, na které je nasazeno lano se závažím na jednom svém konci a s druhým koncem zakotveným do mořského dna. Zařízení 1 je stabilizováno na vodní ploše a současně reaguje na změnu výšky vodního sloupce.

f2.

Průmyslová využitelnost

Způsob solární destilace slané vody pro zisk sladké vody a zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu jsou využitelné v oblastech s nedostatkem sladké pitné a užitkové vody, které však mají přístup kvodě slané, ať už mořské, nebo k vodě slaných jezer.

« ®t»

- ; ¹

Přehled vztahových značek zařízení pro solární destilaci slané vody teplovzdušný solární kolektor vzduch vstupující do teplovzdušného solárního kolektoru sluneční záření horký vzduch odpařovací solární kolektor vodní parou nasycený horký vzduch tepelný výměník okolní vzduch ventilátor nezkondenzovaná vodní pára stínící norná stěna čerpadlo nádrž pro chladnou slanou vodu výpusť spojka plovákový pilíř sladká voda spojka čerpadlo vodní tepelný výměník ukotvení slaná voda neodpařená horká slaná voda hermeticky uzavřený prostor zastíněný prostor

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob solární destilace slané vody (23) pro zisk sladké vody (18), zahrnující nejprve odpařování slané vody (23) v odpařovacím solárním kolektoru (6) pomocí slunečního záření (4) a následnou kondenzaci vodní páry pomocí odebrání tepla z vodní páry v tepelném výměníku (8), vyznačující se tím, že se nejprve ohřívá vzduch (3) pomocí solárního záření (4) v teplovzdušném solárním kolektoru (2), pak se horký vzduch (5) transportuje nad vodní hladinu slané vody (23) v odpařovacím solárním kolektoru (6) a sytí se vodní parou, následně je vodní parou nasycený horký vzduch (7) transportován do tepelného výměníku (8), ve kterém předá teplo chladícímu médiu a vodní pára zkondenzuje na sladkou vodu (18), přičemž ohřáté chladící médium se využije při ohřevu vzduchu (3) pro solární destilaci a/nebo při ohřevu slané vody (23) pro solární destilaci.
2. Způsob solární destilace podle nároku 1, vyznačující se tím, že chladícím médiem tepelného výměníku (8) je okolní vzduch (9), který je po odebrání tepla z vodní parou nasyceného horkého vzduchu (7) transportován do teplovzdušného solárního kolektoru (2) a/nebo do odpařovacího solárního kolektoru (6).
3. Způsob solární destilace podle nároku 1, vyznačující se tím, že chladícím médiem je slaná voda (23), která je po odebrání tepla z vodní parou nasyceného horkého vzduchu (7) v tepelném výměníku (8) transportována do odpařovacího solárního kolektoru (6).
4. Způsob solární destilace podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nezkondenzovaná vodní pára (11) z tepelného výměníku (8) je transportována zpět do teplovzdušného solárního kolektoru (2).
5. Způsob solární destilace podle alespoň jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že horká neodpařená slaná voda (24) je transportována z odpařovacího solárního kolektoru (6) do vodního tepelného

X·' * * ♦ »»·»»» ₊ * . o : · ·’ : .

\,i >·». » ! ; · ; ···· ' * ’ * * · · ! »» >

výměníku (21), ve kterém předá teplo nové slané vodě (23) transportované do odpařovacího solárního kolektoru (6).
6. Zařízení (1) pro solární destilaci slané vody (23) podle alespoň některého z nároků 1 až 4, zahrnující alespoň jeden odpařovací solární kolektor (6) a alespoň jeden tepelný výměník (8), vyznačující se tím, že odpařovací solární kolektor (6) má nad hladinou odpařované slané vody (23) hermeticky uzavřený prostor (25), ke kterému je připojen výstup z alespoň jednoho teplovzdušného solárního kolektoru (2), a na výstupu z hermeticky uzavřeného prostoru (25) je připojen alespoň jeden tepelný výměník (8), přičemž vedení chladícího média tepelného výměníku (8) má vstup upravený pro nasávaní vzduchu (9) a výstup přepínatelně připojitelný k teplovzdušnému solárnímu kolektoru (2) nebo k odpařovacímu solárnímu kolektoru (6), a/nebo vedení chladícího média tepelného výměníku (8) má vstup upravený pro načerpání slané vody (23) a výstup připojitelný k odpařovacímu solárnímu kolektoru (6).
7. Zařízení pro solární destilaci podle nároku 6, vyznačující se tím, že tepelný výměník (8) je protiproudý tepelný výměník (8).
8. Zařízení pro solární destilaci podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že je opatřeno alespoň jedním zdrojem elektrické energie ze skupiny fotovoltaický panel, generátor na větrný pohon, baterie, elektrocentrála.
9. Zařízení pro solární destilaci podle alespoň jednoho z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že solární kolektory (2, 6) jsou opatřeny polohovacím pohonem pro sledování polohy Slunce na obloze.
10. Zařízení pro solární destilaci podle alespoň jednoho z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že je opatřeno plováky (17) pro umístění nad hladinu vodní plochy slané vody (23).

f 4
11. Zařízení pro solární destilaci podle nároku 10, vyznačující se tím, že je po obvodu zařízení (1) uspořádána stínící norná stěna (12) pro vytvoření zastíněného prostoru (26) pod zařízením (1), přičemž vstup pro nasávání vzduchu (9) do vedení chladícího média tepelného výměníku (8) je uspořádán v zastíněném prostoru (26).
12. Zařízení pro solární destilaci podle nároku 11, vyznačující se tím, že uvnitř zastíněného prostoru (26) je na hladině slané vody (23) vytvořena tepelně izolovaná nádrž (14) pro zadržení chladné slané vody (23).