ES2938958B2 - Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems - Google Patents
Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systemsInfo
- Publication number
- ES2938958B2 ES2938958B2 ES202130965A ES202130965A ES2938958B2 ES 2938958 B2 ES2938958 B2 ES 2938958B2 ES 202130965 A ES202130965 A ES 202130965A ES 202130965 A ES202130965 A ES 202130965A ES 2938958 B2 ES2938958 B2 ES 2938958B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- desalination
- water
- floating
- condensation
- solar energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 107
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims description 78
- 238000009833 condensation Methods 0.000 title claims description 57
- 230000005494 condensation Effects 0.000 title claims description 57
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007701 flash-distillation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
- C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
- C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
- B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar para sistemas flotantes de desalinizaciónSolar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR
La presente invención se enmarca en el sector técnico de la desalinización de aguas mediante cambio de fase, particularmente de la desalinización mediante el uso de energía solar. The present invention falls within the technical sector of water desalination through phase change, particularly desalination through the use of solar energy.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
El aumento de la población y el cambio climático ha producido un desequilibrio entre la demanda y el suministro de agua, tanto para abastecer a la población como para la agricultura y la industria. Esta escasez de agua potable se da en muchas zonas que poseen abundantes recursos de agua salobre, ya sean procedentes del mar o bien procedentes de pozos subterráneos. El sur de España y muchos países del Mediterráneo constituyen ejemplos de este tipo de zonas, donde la desalinización del agua de mar podría resolver este problema o al menos contribuir a su solución, favoreciendo su desarrollo y expansión industrial. Estas zonas cuentan con una buena exposición a la radiación solar. The increase in population and climate change has produced an imbalance between the demand and supply of water, both to supply the population and for agriculture and industry. This shortage of drinking water occurs in many areas that have abundant brackish water resources, whether from the sea or from underground wells. The south of Spain and many Mediterranean countries are examples of this type of areas, where the desalination of seawater could solve this problem or at least contribute to its solution, favoring its development and industrial expansion. These areas have good exposure to solar radiation.
La desalinización es el proceso de separación de minerales disueltos (sales) y otras sustancias indeseables contenidas en las aguas salobres o marinas, para convertirlas en agua adecuada para el consumo humano, agua apta para uso industrial o agrícola. Entre los diferentes procesos de desalinización más extendidos actualmente se encuentran los siguientes procesos: Desalination is the process of separating dissolved minerals (salts) and other undesirable substances contained in brackish or marine waters, to convert them into water suitable for human consumption, water suitable for industrial or agricultural use. Among the different most widespread desalination processes currently are the following processes:
-Los que realizan un cambio de fase para obtener el agua. Entre los más destacados se encuentra el proceso de destilación por efectoflash,que es el más utilizado a nivel mundial (sobre todo en Oriente Medio), si bien uno de sus principales inconvenientes es el gran coste que implica tanto en términos de necesidades energéticas como de las infraestructuras necesarias. Otro ejemplo es el proceso de destilación solar (Solar-Still),que precisamente es el que constituye la base para el sistema propuesto en la presente invención. -Those that carry out a phase change to obtain water. Among the most notable is the flash distillation process, which is the most used worldwide (especially in the Middle East), although one of its main drawbacks is the high cost it entails both in terms of energy needs and the necessary infrastructures. Another example is the solar distillation process (Solar-Still), which is precisely what constitutes the basis for the system proposed in the present invention.
-Los que funcionan sin cambio de fase y utilizan energía mecánica. Entre los procesos más destacados e implantados se encuentra el de ósmosis inversa. Con unas instalaciones muy costosas, este proceso utiliza membranas muy sensibles de gran coste y una gran cantidad de energía eléctrica para su funcionamiento, además generan salmuera. -Those that operate without phase change and use mechanical energy. Among the most prominent and implemented processes is reverse osmosis. With very expensive installations, this process uses very sensitive, expensive membranes and a large amount of electrical energy for its operation, and it also generates brine.
Asimismo, y relacionado con el tema, cabe mencionar las invenciones objeto de las patentes ES2401516 B1, ES2338205 B1 y ES2355022 B1. Todas estas patentes refieren la desalación del agua conforme al mismo principio que la presente invención aunque difieren en el método de obtención y explotación del agua desalinizada resultante. La presente invención, frente a ES2401516 B1, que es la que más se asemeja al sistema descrito en el presente documento, utiliza tubos de vacío (sistemaheat pipe)y no micronebulizadores, aumentando el gradiente de temperatura y evitando la nube de gas que impide el paso de los rayos de sol para realizar la correcta transferencia de calor con el agua a desalinizar. Likewise, and related to the topic, it is worth mentioning the inventions that are the subject of patents ES2401516 B1, ES2338205 B1 and ES2355022 B1. All of these patents refer to the desalination of water according to the same principle as the present invention, although they differ in the method of obtaining and exploiting the resulting desalinated water. The present invention, compared to ES2401516 B1, which is the one that most closely resembles the system described in this document, uses vacuum tubes (heat pipe system) and not micronebulizers, increasing the temperature gradient and avoiding the gas cloud that prevents the passage of the sun's rays to carry out the correct heat transfer with the water to be desalinated.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
La presente invención se basa en el aprovechamiento de fuentes de energías renovables y la mejora en cuanto a residuos salinos producidos, ya que estos son nulos (el proceso no genera salmuera). The present invention is based on the use of renewable energy sources and the improvement in terms of saline waste produced, since these are zero (the process does not generate brine).
Constituye un primer objeto de la presente invención una estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar para sistemas flotantes de desalinización. A first object of the present invention is a water condensation and desalination structure using solar energy for floating desalination systems.
En una realización del primer objeto de la invención, la estructura de condensación y desalinización de agua presenta una geometría esencialmente de cono o pirámide invertida cuya parte superior se abre, extruye o proyecta hacia el exterior. En una realización preferida, dicha estructura está fabricada en un material con elevada resistencia mecánica y térmica, baja conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión térmica, de forma tal que se comporte como un cuerpo frío. In an embodiment of the first object of the invention, the water condensation and desalination structure has a geometry essentially of a cone or inverted pyramid whose upper part opens, extrudes or projects outwards. In a preferred embodiment, said structure is made of a material with high mechanical and thermal resistance, low thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion, so that it behaves like a cold body.
En una realización del primer objeto de la invención, los colectores solares comprendidos en la estructura de condensación y desalinización de agua se disponen inclinados y radialmente sobre la pared interna de la geometría de esta para maximizar la captación de radiación solar. En una realización preferida, los elementos evaporadores están ubicados o conectados en los extremos inferiores de los colectores solares, entendiéndose como “extremo inferior” aquel extremo que se orienta hacia el centro o interior de la estructura. In an embodiment of the first object of the invention, the solar collectors included in the water condensation and desalination structure are arranged inclined and radially on the internal wall of its geometry to maximize the collection of solar radiation. In a preferred embodiment, the evaporator elements are located or connected at the lower ends of the solar collectors, the “lower end” being understood as that end that is oriented towards the center or interior of the structure.
En una realización del primer objeto de la invención, la parte inferior de la geometría de la estructura de condensación y desalinización de agua es hueca en su totalidad y presenta una profundidad tal que, al instalar sobre el agua un sistema flotante para la desalinización que incluya dicha estructura, el agua asciende y penetra una distancia pequeña dentro de la cavidad inferior, lo que contribuye a la flotabilidad del sistema en su conjunto, y generando y manteniendo un gradiente de temperatura más estable en el interior de la estructura de condensación y desalinización de agua al reducir al máximo el contacto con la masa de agua situada fuera del sistema, la cual se encontrará a una temperatura diferente. En una realización preferida, la base inferior de la estructura de condensación y desalinización de agua está delimitada por una membrana o superficie permeable que realiza la función de filtro, controlando que al interior de la cavidad solo entre agua, protegiendo el funcionamiento de la estructura y a la vez evitando que cualquier ser vivo se introduzca en la cavidad y sufra daños a causa de las altas temperaturas que se alcanzan en su interior. In an embodiment of the first object of the invention, the lower part of the geometry of the water condensation and desalination structure is entirely hollow and has a depth such that, when installing on the water a floating system for desalination that includes In said structure, the water rises and penetrates a small distance into the lower cavity, which contributes to the buoyancy of the system as a whole, and generating and maintaining a more stable temperature gradient inside the condensation and desalination structure. water by minimizing contact with the mass of water located outside the system, which will be at a different temperature. In a preferred embodiment, the lower base of the water condensation and desalination structure is delimited by a membrane or permeable surface that acts as a filter, controlling that only water enters the cavity, protecting the operation of the structure and at the same time preventing any living being from entering the cavity and suffering damage due to the high temperatures reached inside.
En una realización del primer objeto de la invención, la superficie interior de la estructura de condensación y desalinización de agua presenta, en todo su contorno, una pluralidad de canales o surcos por los que desciende el agua en estado líquido producto de la condensación que se produce cuando el vapor de agua entra en contacto con un cuerpo frio, como es la estructura de condensación y desalinización de agua. In an embodiment of the first object of the invention, the interior surface of the water condensation and desalination structure has, around its entire contour, a plurality of channels or grooves through which the water descends in a liquid state as a result of the condensation that is formed. It occurs when water vapor comes into contact with a cold body, such as the condensation and desalination structure of water.
En una realización del primer objeto de la invención, la estructura de recolección del agua condensada desalinizada comprende una tubería recolectora que conecta en la base inferior de dicha estructura de condensación y desalinización. En una realización más preferida, la estructura comprende además una estructura de bombeo que permite transportar el agua desalinizada. In an embodiment of the first object of the invention, the desalinated condensed water collection structure comprises a collection pipe that connects to the lower base of said condensation and desalination structure. In a more preferred embodiment, the structure also comprises a pumping structure that allows the desalinated water to be transported.
Constituye un segundo objeto de la presente invención un sistema flotante para la desalinización de agua que comprende la estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar que constituye el primer objeto de la invención. Para el caso de circunstancias en las que la radiación solar no sea suficientemente alta, o simplemente como sistema de apoyo, el sistema puede incluir paneles fotovoltaicos. A second object of the present invention constitutes a floating system for water desalination that comprises the water condensation and desalination structure using solar energy that constitutes the first object of the invention. In the case of circumstances in which solar radiation is not high enough, or simply as a support system, the system can include photovoltaic panels.
Conforme a lo anterior, un segundo objeto de la invención se refiere a un sistema flotante para la desalinización de agua que comprende: According to the above, a second object of the invention refers to a floating system for water desalination that comprises:
i. Al menos una estructura de condensación y desalinización de agua conforme al primer objeto de la invención, que comprende a su vez: Yo. At least one water condensation and desalination structure according to the first object of the invention, which in turn comprises:
a. una pluralidad de colectores solares para la recolección de la energía solar, y to. a plurality of solar collectors for collecting solar energy, and
b. una pluralidad de elementos evaporadores de agua; y b. a plurality of water evaporating elements; and
dicha estructura (i) con una disposición y geometría tales que permiten que los elementos evaporadores (b) estén en contacto con el agua sobre la que flota el sistema; de esta forma propiciando la evaporación del agua que cubre los elementos evaporadores, agua evaporada que posteriormente se condensa ya desalinizada; y said structure (i) with a layout and geometry such that it allows the evaporating elements (b) to be in contact with the water on which the system floats; in this way promoting the evaporation of the water that covers the evaporating elements, evaporated water that is subsequently condensed once desalinated; and
ii. Al menos una estructura modular flotante, a la que se ancla o en la que se integra la estructura (i). ii. At least one floating modular structure, to which the structure (i) is anchored or integrated.
En una realización del segundo objeto de la invención, el sistema comprende una pluralidad de uniones que permiten el anclaje entre estructuras modulares flotantes adyacentes y/o entre la al menos una estructura modular flotante y la al menos una estructura de condensación y desalinización de agua. In an embodiment of the second object of the invention, the system comprises a plurality of joints that allow anchoring between adjacent floating modular structures and/or between the at least one floating modular structure and the at least one water condensation and desalination structure.
En una realización del segundo objeto de la invención, la estructura modular flotante comprende una pluralidad de módulos flotantes que facilitan su montaje y mantenimiento y que posibilitan múltiples configuraciones. En una realización preferida, dichos módulos están fabricados en un material reciclable, resistente tanto mecánicamente como frente a la radiación solar, y respetuoso con el medio ambiente en el sentido de que no se degrade ni libere sustancias tóxicas. In an embodiment of the second object of the invention, the floating modular structure comprises a plurality of floating modules that facilitate its assembly and maintenance and that enable multiple configurations. In a preferred embodiment, said modules are made of a recyclable material, resistant both mechanically and against solar radiation, and environmentally friendly in the sense that it does not degrade or release toxic substances.
En una realización del segundo objeto de la invención, la estructura modular flotante presenta su centro libre de módulos flotantes con objeto de alojar en dicho espacio la al menos una estructura de condensación y desalinización de agua, dicha estructura unida a la estructura modular flotante mediante uniones similares a las que permiten el anclaje de dicha estructura modular flotante con estructuras modulares flotantes adyacentes. En una realización más preferida, es posible que en el centro de la estructura modular flotante se alojen dos o más estructuras de condensación y desalinización de agua, de dichas estructuras unidas entre sí así como, perimetralmente, a la estructura modular flotante en cuyo centro de ubican. De este modo, es posible conformar una “red infinita” de estructuras modulares flotantes y estructuras de condensación y desalinización de agua. In an embodiment of the second object of the invention, the floating modular structure has its center free of floating modules in order to house in said space the at least one water condensation and desalination structure, said structure joined to the floating modular structure by means of joints. similar to those that allow the anchoring of said floating modular structure with adjacent floating modular structures. In a more preferred embodiment, it is possible that in the center of the floating modular structure two or more water condensation and desalination structures are housed, said structures joined together as well as, perimeter, to the floating modular structure in whose center of they locate. In this way, it is possible to form an “infinite network” of floating modular structures and water condensation and desalination structures.
En una realización del segundo objeto de la invención, adecuada para el caso de circunstancias en las que la radiación solar no sea suficientemente alta, o simplemente como sistema de apoyo, el sistema comprende además uno o más paneles solares fotovoltaicos soportados por / en la estructura modular flotante, permitiendo por tanto ampliar la “red infinita” referida anteriormente. Dichos paneles fotovoltaicos permiten obtener energía para, por ejemplo, el funcionamiento de la estructura de bombeo que permite transportar el agua desalinizada. In an embodiment of the second object of the invention, suitable for the case of circumstances in which solar radiation is not high enough, or simply as a support system, the system further comprises one or more photovoltaic solar panels supported by/on the structure. floating modular, therefore allowing the “infinite network” referred to above to be expanded. These photovoltaic panels make it possible to obtain energy for, for example, the operation of the pumping structure that allows transporting desalinated water.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1.Vista en alzado de un ejemplo de realización de una estructura de condensación y desalinización de agua (1) conforme al primer objeto de la invención, mostrando una pluralidad de tubos de vacío (2) para la recolección de energía solar, así como una pluralidad de uniones (3) de anclaje o integración en un sistema flotante, una tubería recolectora (4) de agua condensada desalinizada, y un módulo de bombeo (5) para el desplazamiento o transporte de dicha agua. Figure 1. Elevation view of an example of a water condensation and desalination structure (1) in accordance with the first object of the invention, showing a plurality of vacuum tubes (2) for the collection of solar energy, as well as a plurality of joints (3) for anchoring or integration in a floating system, a collection pipe (4) for desalinated condensed water, and a pumping module (5) for the movement or transportation of said water.
Figura 2.Vista en planta de un ejemplo de realización de una estructura de condensación y desalinización de agua (1) mostrando una pluralidad de tubos de vacío (2) para la recolección de energía solar, una pluralidad de uniones (3) de anclaje o integración en un sistema flotante, así como un detalle de la base inferior de dicha estructura en la que se localiza una cavidad hueca (6) y una estructura filtrante (7) en la que se practica una abertura para la tubería recolectora (4) de agua condensada desalinizada. Figure 2. Plan view of an exemplary embodiment of a water condensation and desalination structure (1) showing a plurality of vacuum tubes (2) for the collection of solar energy, a plurality of anchoring joints (3) or integration in a floating system, as well as a detail of the lower base of said structure in which a hollow cavity (6) and a filtering structure (7) are located in which an opening is made for the collection pipe (4) of desalinated condensed water.
Figura 3.Vista isométrica de un ejemplo de realización de uno de los tubos de vacío (2) que constituyen el colector solar integrante de la estructura de condensación y desalinización de agua y en cuyo uno de sus extremos se localiza un elemento evaporador (8). Figure 3. Isometric view of an example of realization of one of the vacuum tubes (2) that constitute the solar collector that is part of the water condensation and desalination structure and at one end of which an evaporator element (8) is located. .
Figura 4.Vista isométrica de un ejemplo de realización del sistema flotante para la desalinización de agua mediante energía solar objeto de la presente invención mostrando una estructura de condensación y desalinización de agua (1) conforme al primer objeto de la invención así como un panel solar fotovoltaico (9) soportado sobre la estructura modular flotante (10). Figure 4. Isometric view of an example of an embodiment of the floating system for water desalination using solar energy that is the object of the present invention, showing a water condensation and desalination structure (1) in accordance with the first object of the invention as well as a solar panel. photovoltaic (9) supported on the floating modular structure (10).
Figura 5.Vista en planta de un ejemplo de realización de una estructura modular flotante (10) constituida por una pluralidad de módulos flotantes (11), incluyendo vista en detalle de algunas de las uniones (3) que permiten el anclaje entre estructuras modulares flotantes adyacentes y/o con/entre estructuras de condensación y desalinización de agua. Figure 5. Plan view of an example of a floating modular structure (10) made up of a plurality of floating modules (11), including a detailed view of some of the joints (3) that allow anchoring between floating modular structures. adjacent and/or with/between water condensation and desalination structures.
Figura 6.Vista en alzado de un corte transversal de una realización del sistema flotante para la desalinización de agua mediante energía solar objeto de la presente invención mostrando los módulos (11) que componen la estructura modular flotante (10), las uniones (3) que permiten el anclaje entre estructuras modulares flotantes adyacentes y/o estructuras de condensación y desalinización de agua (1), una pluralidad de los tubos de vacío (2) que constituyen el colector solar integrante de dicha estructura de condensación y desalinización de agua, la cavidad inferior (6) de dicha estructura de condensación y desalinización de agua (1), así como los elementos evaporadores (8) emplazados en cada uno de los extremos de los tubos de vacío (2). Figure 6. Elevation view of a cross section of an embodiment of the floating system for water desalination using solar energy object of the present invention showing the modules (11) that make up the floating modular structure (10), the joints (3) that allow anchoring between adjacent floating modular structures and/or water condensation and desalination structures (1), a plurality of vacuum tubes (2) that constitute the solar collector integral to said water condensation and desalination structure, the lower cavity (6) of said water condensation and desalination structure (1), as well as the evaporator elements (8) located at each of the ends of the vacuum tubes (2).
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
La estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar para sistemas flotantes de desalinización objeto de la presente invención, así como un sistema flotante que integra dicha estructura, se ilustran a continuación mediante el siguiente ejemplo de realización cuyo carácter no es limitativo. En el caso concreto aquí descrito, la estructura de condensación y desalinización de agua estaría fabricada en vidrio borosilicato, el cual presenta unas propiedades muy beneficiosas para el correcto funcionamiento del sistema, ya que se debe comportar como un cuerpo frio, soportando grandes temperaturas, presentando una conductividad térmica baja y a la misma vez un bajo coeficiente de expansión térmica. Presenta también una gran resistencia al estrés térmico, elevada resistencia mecánica y buena resistencia a la radiación UV. The water condensation and desalination structure using solar energy for floating desalination systems object of the present invention, as well as a floating system that integrates said structure, are illustrated below by means of the following embodiment example, the nature of which is not limiting. In the specific case described here, the water condensation and desalination structure would be made of borosilicate glass, which has very beneficial properties for the correct functioning of the system, since it must behave like a cold body, supporting high temperatures, presenting a low thermal conductivity and at the same time a low coefficient of thermal expansion. It also has great resistance to thermal stress, high mechanical resistance and good resistance to UV radiation.
La figura 1 muestra una vista en alzado de un ejemplo de realización de la estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar (1), incluyendo una pluralidad de tubos de vacío (2) como colectores solares, así como una pluralidad de uniones (3) de anclaje o integración en un sistema flotante, una tubería recolectora (4) de agua condensada desalinizada, y un módulo de bombeo (5) para el desplazamiento o transporte de dicha agua. La parte superior de la estructura mantiene la misma forma que la parte inferior, a diferencia de que la parte superior presenta un ángulo de extrusión hacia fuera de 45° y una altura de 70 cm, con intención de que los tubos de vacío (2) puedan sobresalir de la estructura para facilitar la captación de rayos de sol. Como su propio nombre indica, al estar el tubo en vacío, el calor no se escapa y se transfiere por convección al tubo termosifón bifásico (heat pipe),el cual funciona como un ciclo de calor en su interior, cediendo por conducción todo el calor absorbido al agua que está en contacto con el elemento evaporador de dicho tubo (2). Se produce una transferencia de calor, aumentando la temperatura del agua hasta llegar a su punto de ebullición, en la que parte del agua pasa de estado líquido a gaseoso, convirtiéndose en vapor, que se dispersa por todo el interior de la estructura de condensación y desalinización (1), que se encuentra sellada con un vacío en su interior impidiendo el escape del gas. Es necesario que la temperatura del agua sea la de ebullición y no llegue a un estado de agua sobrecalentada. Los tubos de vacío (2) captan mucha radiación provocando un aumento del gradiente de temperatura muy elevado por lo que se deben regular sus propiedades para lograr una temperatura de trabajo óptima que no supere los 140 °C, ya que de esta manera obtendríamos vapor seco. La superficie interior de la estructura de condensación y desalinización presenta unas canalizaciones o surcos en todo su contorno por donde descenderá el rocío de agua en estado líquido producto de la condensación, al producirse el contacto del vapor de agua con un cuerpo frio, como es la estructura de condensación y desalinización. El agua condensada es canalizada hacia la tubería recolectora (4) principal encargada de recoger el agua condensada desalinizada para su posterior transporte mediante la estructura de bombeo (8). Figure 1 shows an elevation view of an exemplary embodiment of the water condensation and desalination structure using solar energy (1), including a plurality of vacuum tubes (2) as solar collectors, as well as a plurality of joints ( 3) anchoring or integrating into a floating system, a collection pipe (4) for desalinated condensed water, and a pumping module (5) for the movement or transportation of said water. The upper part of the structure maintains the same shape as the lower part, except that the upper part has an outward extrusion angle of 45° and a height of 70 cm, with the intention that the vacuum tubes (2) They can protrude from the structure to facilitate the capture of sun rays. As its name indicates, since the tube is empty, the heat does not escape and is transferred by convection to the two-phase thermosiphon tube (heat pipe), which works as a heat cycle inside, giving up all the heat by conduction. absorbed to the water that is in contact with the evaporator element of said tube (2). A heat transfer occurs, increasing the temperature of the water until it reaches its boiling point, in which part of the water goes from a liquid to a gaseous state, becoming vapor, which is dispersed throughout the interior of the condensation structure and desalination (1), which is sealed with a vacuum inside preventing gas escape. It is necessary that the temperature of the water be boiling and not reach a state of superheated water. The vacuum tubes (2) capture a lot of radiation, causing a very high temperature gradient to increase, so their properties must be regulated to achieve an optimal working temperature that does not exceed 140 °C, since in this way we would obtain dry steam. . The interior surface of the condensation and desalination structure has channels or grooves around its entire contour through which the water spray will descend in a liquid state as a result of condensation, when the water vapor comes into contact with a cold body, such as the condensation and desalination structure. The condensed water is channeled to the main collection pipe (4) responsible for collecting the desalinated condensed water for subsequent transport through the pumping structure (8).
La figura 2 muestra una vista en planta de un ejemplo de realización de la estructura de condensación y desalinización de agua mediante energía solar (1), incluyendo una pluralidad de tubos de vacío (2) para la recolección de energía solar, una pluralidad de uniones (3) de anclaje o integración en un sistema flotante, así como un detalle de la base inferior de dicha estructura en la que se localiza una cavidad hueca (6) y una lámina taladrada como estructura filtrante (7) en la que se practica una abertura para la tubería recolectora (4) de agua condensada desalinizada. La base inferior se halla sumergida en el agua, Figure 2 shows a plan view of an exemplary embodiment of the water condensation and desalination structure using solar energy (1), including a plurality of vacuum tubes (2) for the collection of solar energy, a plurality of joints (3) for anchoring or integration in a floating system, as well as a detail of the lower base of said structure in which a hollow cavity (6) and a drilled sheet as a filtering structure (7) are located in which a opening for the collection pipe (4) of desalinated condensed water. The lower base is submerged in water,
La figura 3 muestra una vista isométrica de un ejemplo de realización de uno de los tubos de vacío (2) que constituyen el colector solar integrante de la estructura de condensación y desalinización de agua y en cuyo uno de sus extremos se localiza un elemento evaporador (8). Los tubos de vacío (2) tienen una altura de 1,8 m lo que favorece el poder sobresalir de la estructura del condensador para captar toda la radiación solar posible. En su interior constan de un tubo termosifón bifásico, el cual presenta una gran conductividad y es el encargado de realizar la transferencia de calor a través del elemento evaporador (8). Este dispositivo de transferencia de calor combina en su interior la conductividad térmica con un cambio de fase de líquido a vapor que favorece el transporte de calor. Figure 3 shows an isometric view of an example of an embodiment of one of the vacuum tubes (2) that constitute the solar collector that is part of the water condensation and desalination structure and at one end of which an evaporator element is located ( 8). The vacuum tubes (2) have a height of 1.8 m, which allows them to protrude from the condenser structure to capture all possible solar radiation. Inside they consist of a two-phase thermosiphon tube, which has high conductivity and is responsible for transferring heat through the evaporator element (8). This heat transfer device combines thermal conductivity inside with a phase change from liquid to vapor that favors heat transport.
La figura 4 muestra una vista isométrica de un ejemplo de realización del sistema flotante para la desalinización de agua mediante energía solar objeto de la presente invención mostrando una estructura de condensación y desalinización de agua (1) conforme al primer objeto de la invención así como un panel solar fotovoltaico (9) soportado sobre la estructura modular flotante (10). Gracias a la instalación panel solar fotovoltaico (9) es posible obtener energía y acumularla en baterías para cederla, por ejemplo cuando no haga sol, a las resistencias con el objetivo de realizar el proceso de evaporación, condensación y desalinización, o a la estructura de bombeo encargada de transportar el agua desalada. Figure 4 shows an isometric view of an example of an embodiment of the floating system for water desalination using solar energy that is the object of the present invention, showing a water condensation and desalination structure (1) in accordance with the first object of the invention as well as a photovoltaic solar panel (9) supported on the floating modular structure (10). Thanks to the photovoltaic solar panel installation (9), it is possible to obtain energy and accumulate it in batteries to transfer it, for example when it is not sunny, to the resistors with the aim of carrying out the evaporation, condensation and desalination process, or to the pumping structure. responsible for transporting desalinated water.
La figura 5 muestra una vista en planta de un ejemplo de realización de una estructura modular flotante (10) constituida por una pluralidad de módulos flotantes (11), incluyendo vista en detalle de algunas de las uniones (3) que permiten el anclaje entre estructuras modulares flotantes adyacentes y/o con/entre estructuras de condensación y desalinización de agua. En el presente ejemplo de realización, los módulos (11) que conforman la estructura modular flotante son cubos de polietileno de alta densidad (HDPE). Estos cubos se unen entre si mediante uniones (2) específicas, formando un conjunto flotante con una base cuadrática que, en su centro, se encuentra libre de módulos estructurares para realizar la conexión de una estructura de condensación y desalinización de agua. Cada estructura modular flotante está compuesta por 48 módulos y ocupa un área igual a 16 m2. Justo en su centro de la base se ubicará la estructura de condensación y desalinización, la cual se unirá a la plataforma flotante (10) utilizando las mismas uniones (2) específicas que unen los módulos (11). Los módulos (11) de polietileno de alta densidad (HDPE) que conforman la estructura modular flotante (10) soportan una resistencia de 360 Kg/m2. La estructura modular flotante (10) no necesita un mantenimiento especial al ser 100% polietileno de alta densidad (HDPE), siendo además reciclables en toda su totalidad, no nocivos y no perjudicando al medioambiente puesto que no contienen ni liberan materiales corrosivos u oxidantes. Los módulos de polietileno (11) son muy ligeros, estables y seguros ya que su superficie es antideslizante. Además son resistentes a los rayos UV y muy resistentes a condiciones atmosféricas adversas. Figure 5 shows a plan view of an example of a floating modular structure (10) made up of a plurality of floating modules (11), including a detailed view of some of the joints (3) that allow anchoring between structures. floating modular units adjacent to and/or with/between water condensation and desalination structures. In this example of embodiment, the modules (11) that make up the floating modular structure are high-density polyethylene (HDPE) cubes. These cubes are joined together by means of specific joints (2), forming a floating assembly with a quadratic base that, in its center, is free of structural modules to connect a water condensation and desalination structure. Each floating modular structure is made up of 48 modules and occupies an area equal to 16 m2. Right in the center of the base, the condensation and desalination structure will be located, which will be joined to the floating platform (10) using the same specific joints (2) that join the modules (11). The high-density polyethylene (HDPE) modules (11) that make up the floating modular structure (10) support a resistance of 360 Kg/m2. The floating modular structure (10) does not need special maintenance as it is 100% high-density polyethylene (HDPE), and is also completely recyclable, non-harmful and does not harm the environment since it does not contain or release corrosive or oxidizing materials. The polyethylene modules (11) are very light, stable and safe since their surface is non-slip. They are also resistant to UV rays and very resistant to adverse atmospheric conditions.
La figura 6 muestra una vista en alzado de un corte transversal de una realización del sistema flotante para la desalinización de agua mediante energía solar objeto de la presente invención mostrando los módulos (11) que componen la estructura modular flotante (10), las uniones (3) que permiten el anclaje entre estructuras modulares flotantes adyacentes y/o estructuras de condensación y desalinización de agua (1), una pluralidad de los tubos de vacío (2) que constituyen el colector solar integrante de dicha estructura de condensación y desalinización de agua, la cavidad inferior (6) de dicha estructura de condensación y desalinización de agua (1), así como los elementos evaporadores (8) emplazados en cada uno de los extremos de los tubos de vacío (2). En la parte superior de la estructura de condensación y desalinización de agua (1) se encuentra una extrusión vacía en forma de cono invertido favoreciendo que los colectores solares (2) se instalen con la inclinación correcta para captar la mayor radiación solar por horas de sol. La profundidad del cono es tal que la base inferior de este queda sumergida en el agua, con el fin de que los elementos evaporadores (8) estén en contacto con el agua que penetra en la estructura de condensación y desalinización de agua, que es hueca en su totalidad, con forma trapezoidal de lámina de 4 cm de espesor, con un ángulo de extrusión interior de 50° y con una profundidad tal que al introducir la estructura en el agua, esta penetre una distancia pequeña dentro de la cavidad (6). El diámetro de base superior mide 2,6 m y, el de base inferior, 0,8 m. El sistema no sólo es adecuado para desalinizar el agua sobre la que se instala si no que también permite recoger el agua de lluvia y realizar su posterior tratado. Una de las causas del eficiente funcionamiento de la presente invención frente a sistemas ya existentes y que constituyen el estado de la técnica es que, en la base inferior del cono, se instalan los elementos evaporadores (8) de los colectores solares (3) que conforman los tubos de vacío, con una inclinación de 50°, como se ha mencionado anteriormente. También se consigue aquí evitar la problemática de los sistemas de desalinización conocidos, ya que las nubes de vapor generadas por el aumento de temperatura no afectan al correcto funcionamiento del sistema, puesto que la radiación solar se centra en los colectores solares (3), que están siempre en contacto con la superficie de agua a través de los elementos evaporadores (8). Los sistemassolar stilltradicionales aumentan la temperatura del agua por el efecto Invernadero producido por la radicación solar que incide sobre la cubierta transparente, por lo que al pasar el agua a estado gaseoso este delimita el paso de la radiación solar debido a la nube de gas existente. Los sistemassolar stilltradicionales tienen una producción entre 1 y 4 litros de agua por m2 de superficie que englobe el sistema. Con el sistema que se propone en la presente invención es posible obtener más cantidad de agua ya que permite aumentar el número de estructuras de condensación y desalinización y estas exhiben un funcionamiento significativamente distinto. Figure 6 shows an elevation view of a cross section of an embodiment of the floating system for water desalination using solar energy that is the object of the present invention, showing the modules (11) that make up the floating modular structure (10), the joints ( 3) that allow anchoring between adjacent floating modular structures and/or water condensation and desalination structures (1), a plurality of vacuum tubes (2) that constitute the solar collector that is part of said water condensation and desalination structure , the lower cavity (6) of said water condensation and desalination structure (1), as well as the evaporator elements (8) located at each of the ends of the vacuum tubes (2). At the top of the water condensation and desalination structure (1) there is an empty extrusion in the shape of an inverted cone, allowing the solar collectors (2) to be installed with the correct inclination to capture the greatest solar radiation per hour of sunshine. . The depth of the cone is such that its lower base is submerged in the water, so that the evaporator elements (8) are in contact with the water that penetrates the water condensation and desalination structure, which is hollow. in its entirety, with a trapezoidal sheet shape 4 cm thick, with an internal extrusion angle of 50° and with a depth such that when the structure is introduced into the water, it penetrates a small distance into the cavity (6) . The diameter of the upper base measures 2.6 m and the diameter of the lower base measures 0.8 m. The system is not only suitable for desalinating the water on which it is installed, but it also allows rainwater to be collected and subsequently treated. One of the reasons for the efficient operation of the present invention compared to existing systems that constitute the state of the art is that, at the lower base of the cone, the evaporator elements (8) of the solar collectors (3) are installed. They make up the vacuum tubes, with an inclination of 50°, as mentioned above. Here it is also possible to avoid the problems of known desalination systems, since the vapor clouds generated by the increase in temperature do not affect the correct functioning of the system, since the solar radiation is focused on the solar collectors (3), which They are always in contact with the water surface through the evaporator elements (8). Still-traditional solar systems increase the temperature of the water due to the Greenhouse effect produced by solar radiation that hits the transparent cover, so when the water changes to a gaseous state, it limits the passage of solar radiation due to the existing gas cloud. Traditional still solar systems have a production between 1 and 4 liters of water per m2 of surface covered by the system. With the system proposed in the present invention it is possible to obtain a greater amount of water since it allows the number of condensation and desalination structures to be increased and these exhibit significantly different functioning.
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES202130965A ES2938958B2 (en) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems |
PCT/ES2022/070639 WO2023062261A1 (en) | 2021-10-13 | 2022-10-10 | Solar-powered water condensation and desalination structure for floating desalination systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES202130965A ES2938958B2 (en) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2938958A1 ES2938958A1 (en) | 2023-04-17 |
ES2938958B2 true ES2938958B2 (en) | 2024-02-08 |
Family
ID=85979242
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES202130965A Active ES2938958B2 (en) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2938958B2 (en) |
WO (1) | WO2023062261A1 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2401516B1 (en) * | 2011-03-22 | 2014-03-27 | Universitat Politècnica De Catalunya | SOLAR DESALINATION PLANT OF SEA WATER, SALMUERAS OR WASTEWATER. |
CN106629944A (en) * | 2017-01-23 | 2017-05-10 | 洛阳文森科技有限公司 | Full-automatic solar vacuum flash evaporation sea water desalination equipment and process |
CN111620401A (en) * | 2020-05-28 | 2020-09-04 | 西安交通大学 | Floating type solar double-effect device for seawater desalination and salt production |
-
2021
- 2021-10-13 ES ES202130965A patent/ES2938958B2/en active Active
-
2022
- 2022-10-10 WO PCT/ES2022/070639 patent/WO2023062261A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2938958A1 (en) | 2023-04-17 |
WO2023062261A1 (en) | 2023-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2340091T3 (en) | SOLAR PLATFORM. | |
ES2401516B1 (en) | SOLAR DESALINATION PLANT OF SEA WATER, SALMUERAS OR WASTEWATER. | |
ES2733704T3 (en) | Solar distillation system and related solar powered irrigation apparatus | |
CN1211293C (en) | Water still and method of operation thereof | |
KR101022367B1 (en) | Sea water desalination device using solar energy | |
AU2015308121B2 (en) | A solar still apparatus | |
US20090200151A1 (en) | Apparatus for Purification of Water | |
US10590011B2 (en) | Solar still system and related water transportation apparatus | |
ES2634318T3 (en) | Floating power generation system | |
US8465628B1 (en) | Floating solar energy conversion and water distillation apparatus | |
US4191594A (en) | Solar energy conversion | |
ES2938958B2 (en) | Solar energy water condensation and desalination structure for floating desalination systems | |
US20140124356A1 (en) | Process for solar thermal energy production | |
CN110272083A (en) | Novel solar seawater desalination and water purification system | |
TWM551181U (en) | A hybrid structure of using solar energy and electric energy to make distilled water | |
CN110194499B (en) | Floating type solar distillation desalination device | |
US4470403A (en) | Saltless solar pond | |
GB2403162A (en) | Desalination of sea water by barometric vacuum distillation | |
KR101721203B1 (en) | Desalination apparatus using solar thermal energy and waste heat | |
ES2296519B1 (en) | SOLAR SALT EVAPORATOR. | |
SU1502475A1 (en) | Solar sea-water desalination plant | |
ES2751848B2 (en) | DESALINATION AND POTABILIZATION DEVICE BY EVAPORATION ON A CHANNEL FLOW | |
Abdelkader | Investigation of multi-effect humidification (MEH)–dehumidification solar desalination system coupled with solar central receiver | |
Aboulfotoh et al. | Solar distillation Systems Design and Enhancements Review | |
BR102021011923A2 (en) | SOLAR DESALINIZER WITH LINEAR RADIATION FOCUS CONCENTRATOR FOR BRACKET WATER POTABILIZATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2938958 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230417 |
|
FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2938958 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20240208 |