SU1766845A1 - Солнечный плавающий дистилл тор - Google Patents

Abstract

Использование: служит дл  получени  питьевой воды из морской воды или из загр зненной воды водоемов. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что надувной каркас дистилл тора снабжен светопроз- рачными эластичным бандажом и нижним радиационным покрытием и выполнен в виде верхнего и нижнего тороидальных элементов , причем рабоча  часть испарител  выполнена с возможностью плотного контакта с сопр гаемой поверхностью нижнего светопрозрачного покрыти , а фитильна  часть испарител  пропущена между сопр гаемыми с ней поверхност ми бандажа и конденсатора, причем часть бандажа служит верхним радиационным покрытием, а внутренние поверхности конденсатора и нижнего тороидального элемента, обращенные к рабочей части испарител , снабжены слоем радиационного экрана, причем величина рассто ни  между рабочими поверхност ми испарител  и конденсатора находитс  в диапазоне значений 5 103 - 2х х10 , тороидальные элементы каркаса выполнены из конических разверток, а отверстие дл  слива дистилл та из конденсатора в приемный сосуд расположено в периферийной части рабочей поверхности конденсатора , крепежный фал установлен на бандаже между тороидальными элементами , с диаметрально противоположной стороны относительно места расположени  отверсти  дл  слива дистилл та, причем рабоча  часть конденсатора выполнена конической с центральным отверстием дл  слива дистилл та в приемный сосуд. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к надувным солнечным (радиационным) дистилл торам и служит дл  получени  питьевой воды из морской воды или из загр зненной воды водоема, использу  энергию солнца (радиационного источника). Оно может быть использовано в первую очередь в портативных индивидуальных средствах аварийного спасени  человека, а также дл  промышленного получени  дистиллированной воды.

Известны гелиоопреснители, работающие по принципу дистилл торов, содержащие испаритель с обращенной к солнцу сферической или конической поверхностью испарени  и соответствующей формы пленочное радиационное покрытие-конденсатор со сборником конденсата, расположенное над испарителем и создающее парниковый эффект. В этих и в подавл ющем большинстве других подобных опреснител х направление падающего лучистого теплового потока (солнца) противоположно направлени м истечени  образующегос  пара из испарител  и теплового потока, отводимого через радиационноепокрытие - конденсатор в окружающую среду при конденсации пара на внутренней поверхности конденсатора. Така  организаци  основного теплофизичеVJ

О О 00

ел

ского процесса в опреснителе обусловливает неустойчивые режимы его работы, значительное ограничение величины разности температур поверхностей испарител  и конденсатора - основного движущего потенци- ала процесса дистилл ции, определ ющего интенсивность последнего (на практике эта разность температур не превосходит 5- 10°С), а также существенно уменьшает теп- лоподвод к опреснителю (испарителю) из-за ухудшени  прозрачности радиационного покрыти -конденсатора, св занного с запотеванием последнего. Кроме того сферическа  и коническа  формы испарител  и конденсатора, помимо их конструктивной и технологической сложности, сильно уменьшают эффективность использовани  их полной рабочей поверхности, так как солнце достаточно интенсивно прогревает лишь небольшую часть (п тно или сектор) испари- тел , освещаемую под большими углами падени  солнечных лучей. Следует также отметить, что в указанных выше опреснител х организуетс  вынужденна  подача опресн емой воды к испарителю, с излишками (дл  исключени  засаливани  испарител ), которые, прогрева сь,сливаютс  обратно в море (водоем) и тем самым увеличивают теп- лопотери опреснител , а следовательно, уменьшают его коэффициент полезного действи  (КПД). Все это в конечном счете значительно уменьшает производительность опреснителей, усложн ет их конструкцию и технологию изготовлени .

Известен также гелиоопреснитель, в ко- тором подача опресн емой воды к испарителю осуществл етс  только его капилл рным потенциалом. Аппарат состоит из надувного каркаса в виде тороидаль- ных пленочных элементов и смонтированных на них бандажа дл  фиксации конденсатора из полимерной пленки, гигроскопичного полотна испарител , обт гивающего тороидальный элемент с образо- ванием между ними дополнительных капилл рных каналов и установленного в аппарате с возможностью демонтажа. Этот аппарат достаточно портативен, но сложен в изготовлении и обладает всеми вышеперечисленными недостатками аналогов за иск- лючением теплопотерь от излишков опресн емой воды, так как последние отсутствуют при капилл рной подаче морской воды к поверхности испарени .

Целью изобретени   вл етс  увеличение производительности и коэффициента полезного действи  дистилл тора, упрощение его конструкции и технологии изготовлени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что надувной каркас дистилл тора снабжен эластичным светопрозрачным бандажом и выполнен в виде верхнего и нижнего пленочных тороидальных элементов, на которые нат нуты, соответственно, нижнее светопрозрачное пленочное покрытие и испаритель с конденсатором. Рабоча  часть испарител  выполнена с возможностью плотного контакта с сопр гаемой поверхностью нижнего светопрозрачного (радиационного ) покрыти , а фитильна  часть испарител  пропущена между сопр гаемыми с ней поверхност ми бандажа и конденсатора с образованием гидрозатвора и быстроразьемнсго креплени  испарител  к каркасу при надуве последнего. При этом часть бандажа служит верхним радиационным покрытием, а внутренние поверхности конденсатора и нижнего тороидального элемента , обращенные к рабочей части испарител , покрыты слоем радиационного экрана дл  уменьшени  лучистых теплопотерь дистилл тора . В предлагаемом нами дистилл торе основной теплофизический процесс организуетс  таким образом, что направлени  подводимого теплового потока солнца, истечени  пара из испарител  и теплового потока от конденсации пара совпадают между собой, что обеспечивает устойчивую работу дистилл тора на всех режимах (без запирани ). Кроме того в данном дистилл торе объем теплового  щика и объем, в котором происход т фазовые переходы опресн емой воды, герметично изолированы друг от друга, что исключает запотевание радиационного покрыти  теплового  щика , а следовательно - увеличивает теплоот- вод к дистилл тору от солнца. В св зи с тем, что рабоча  поверхность испарител   вл етс  плоской, то вс  она облучаетс  солнцем под одинаковым углом и равномерно прогреваетс .

Указанна  цель достигаетс  также тем, что величина рассто ни  между рабочими поверхност ми испарител  и конденсатора находитс  в диапазоне значений 5 «10-2 (м). Нижн   граница обусловлена конструктивными соображени ми, а также размерами капель, которые могут по витьс  на поверхности конденсации. Верхн   граница определена расчетным путем из услови  минимума теплопотерь в море (водоем) от дистилл тора за счет теплопроводности и лучистого теплообмена в объеме фазовых переходов аппарата при следующих исходных данных, осредненных в опыте: температура поверхности испарител  - 70°С; температура поверхности конденсации (морской воды) - 20°С. При этом под минимумом теплопотерь подразумеваетс  величина , не превышающа  25% от диффузионного теплового потока пара от испарител  к конденсатору. Таким образом определенное выше рассто ние между испарителем и конденсатором обеспечивает существенное увеличение производительности и КПД дистилл тора,

Указанна  цель достигаетс  также тем, что тороидальные элементы каркаса дистилл тора выполнены из конических разверток , т. е. оболочку каждого тороидального элемента сваривают из двух одинаковых пленочных заготовок, Представл ющих собой развертку усеченного конуса на плоскости, причем геометрические размеры этого конуса определ ютс  размерами самого тора: диаметры большего и меньшего оснований конуса должны быть соответственно равны внешнему и внутреннему диаметрам тора, а длина заключенной между этими основани ми образующей конуса должна быть равна длине полуокружности кольца, вращением которого вокруг оси тора и образуетс  сам тор Это значительно упрощает технологию изготовлени  тороидальных элементов и повышает их качество (отсутствие складок на поверхности этих элементов в надутом виде).

Указанна  цель достигаетс  также тем, что отверстие дл  слива дистилл та из конденсатора в приемный сосуд расположено в периферийной части рабочей поверхности конденсатора, а крепежный фал установлен на бандаже, между тороидальными элементами , с диаметрально противоположной стороны от места расположени  отверсти  дл  слива дистилл та Таким образом наличие крепежного фала позвол ет выполнить рабочую поверхность конденсатора плоской при малом весе груза на приемном сосуде, так как при этом нат нутый фал обеспечивает необходимый наклон дистилл тора (в том числе и по отношению к солнцу ). Это упрощает конструкцию дистилл тора

Указанна  цель достигаетс  также тем, что при отсутствии фала рабоча  часть конденсатора должна иметь коническую форму с центральным отверстием дл  слива дистилл та в приемный сосуд Кроме того, при свободном положении дистилл тора на поверхности мор  необходимо либо увеличить вес грузика на приемном сосуде, либо ввести дополнительную надувную стойку в конструкцию дистилл тора

Простота конструкции и технологии изготовлени  предлагаемого дистилл тора по сравнению с прототипом и аналогами становитс  очевидной при рассмотрении одного из возможных конкретных вариантов выполнени  дистилл тора, представленного на фиг. 1. Дистилл тор состоит из двух пленочных надувных тороидальных элементов

1 и 2, формирующих и фиксирующих на себе , соответственно, прозрачный пленочный элемент 3 (нижнее радиационное покрытие) и пленочный элемент 4 (конденсатор), тонкостенный гигроскопичный испаритель 5 с

0 фитилем, а также пленочный бандаж, фиксирующий перечисленные выше конструктивные элементы друг относительно друга и состо щий из соединенных между собой прозрачного элемента 6 (верхнего радиаци5 онного покрыти ) и элемента 7. Таким образом дистилл тор образует два изолированных замкнутых объема: объем А теплового  щика, объем Б фазовых переходов опресн емой воды В конденсаторе 4

0 вмонтирована трубка со сборником дистилл та 8. Торовый элемент 2 снабжен пленочным отражателем дистилл та 9, а сборник 8 - грузиком 10 дл  полного погружени  сборника в воду и удержани  его в крайнем ниж5 нем положении В зависимости от наличи  или отсутстви  фиксации дистилл тора в наклонном рабочем положении фалом 11 за по с 12 к какому-нибудь надводному средству предлагаютс  два варианта расположе0 ни  сборника 8 дистилл та на днище-конденсаторе 4 При наличии такой фиксации сборник монтируетс  в периферийной днища При свободном же горизонтальном рабочем положении

5 дистилл тора сборник 8 монтируетс  в центре днища 4. Последнее при этом выполнено в форме конуса Причем необходимый конус днища в рабочем положении дистилл тора обеспечиваетс  либо с помощью со0 ответствующего увеличени  веса грузика 10, либо установкой дополнительного конструктивного элемента - центральной надувной стойки 13 (на фиг 1 этот вариант монтажа сборника изображен пунктиром)

5 В рабочем (плавающем) положении дистилл тора сборник 8 конденсата, наружна  поверхность днища 4, соответствующа  часть элемента 7 бандажа и фитильна  часть испарител  14 погружены в море а рабоча 

0 (плоска  или коническа ) часть испарител  5 расположена выше уровн  воды в море что исключает попадание воды внутрь аппарата самотеком Прозрачна  плоска  стенка элемента 3 при этом обращена в сторону

5 солнца

Дистилл тор работает следующим образом Запуск его в работу совпадает с моментом установки дистилл тора в рабочее положение. При этом морска  вода поступает к рабочей части испарител  5 по его фитилю 14 благодар  капилл рному потенциалу гигроскопичной структуры его материала . Вода насыщает испаритель по ваправле- нию от его периферии к центру, что существенно уменьшает врем  запуска дистилл тора в работу и увеличивает верхнюю границу подводимого теплового потока дл  такого типа аппаратов (с капилл рной подачей воды в испаритель). Лучистый тепловой поток от солнца, проника  через прозрачные радиационные покрыти  6 и 3 (лучистый и кондуктивный теплоподвод), прогревает влажный испаритель до достаточно большой температуры (дл  средних широт - до 70°С) и интенсифицирует процесс испарени  морской воды в объем Б. При этом рабоча  часть насыщенного морской водой испарител  и сопр гаема  с ней часть нижнего радиационного покрыти  3 под действием возрастающего давлени  нагреваемого воздуха теплового  щика А и вод ного пара в объеме Б прижимаютс  друг к другу, обеспечива  тем самым плотный тепловой контакт между собой. Благодар своемупосто нному непосредственному контакту с морской водой температура конденсатора 4 (его плоской или конической рабочей части) почти не отличаетс  от температуры воды в море. В результате этого между испарителем и конденсатором создаетс  больша  разность температур (50°С), что значительно интенсифицирует процессы диффузии и конденсации вод ного пара, а значит и работу дистилл тора. Образующиес  пары воды , преодолева  гравитационные силы неразвитой естественной конвекции, диффундируют от гор чего испарител  к более холодному днищу конденсатора и, конденсиру сь на нем, стекают через сливные отверсти  15 в сборник дистилл та 8, отдава  морской воде теплоту конденсации. Ввиду огромной массы посто нно движущейс  воды в море эта теплота практически не вли ет на ее температуру, а спеловатепьно, и на температуру конденсатора. Следует также отметить, что в процессе работы данного дистилл тора предотвращено попадание забортной морской воды внутрь аппарата из-за всевозможных волнений морской поверхности . Это обеспечиваетс  созданием гидрозатвора, образуемого фитильной частью испарител  14 и сопр гаемыми с ней поверхност ми элементов 4 и 7 дистилл тора . Слой радиационного экрана 16, покрывающий внутренние поверхности конденсатора и нижнего тороидального элемента, обращенные к рабочей части испарител , способствует значительному уменьшению лучистых теплопотерь аппарата . При этом, как показывают эксперименты и расчеты, основна  часть (не менее 75%) подводимого к испарителю теплового потока при такой организации теплофизических

процессов затрачиваетс  на нагрев поступающей по испарителю морской воды и на ее испарение в объеме Б. Остальные 25%  вл ютс  теплопотер ми в водоем. Все это подтверждает высокую производительность и энергетический КПД предлагаемого дистилл тора.

В процессе эксплуатации дистилл тора его испаритель постепенно насыщаетс  морской солью (засаливаетс ), что преп тст5 вует капилл рной подаче воды к поверхности испарени . Расчеты и опыты показывают, что в средних широтах врем  непрерывной эффективной работы одного и того же испарител  (без его демонтажа и

0 споласкивани  в море) составл ет примерно 40 ч. В данной конструкции дистилл тора предусмотрена возможность быстрого демонтажа испарител  с целью его дальнейшего ополаскивани  в море (регенерации

5 испарител ) и постановки обратно в дистилл тор в процессе его эксплуатации.

Технико-экономическа  эффективность предлагаемого дистилл тора по сравнению с прототипом и аналогами обеспечиваетс 

0 простотой его конструкции, технологичностью , низкой материалоемкостью и значительно более высоким энергетическим КПД аппарата.

Claims (5)

1. Формула изобретени 

   5 1. Солнечный плавающий дистилл тор, состо щий из надувного каркаса в виде тороидальных пленочных элементов, установленного с возможностью демонтажа, и смонтированных на нем испарител  из чер0 чого гигроскопического материала, конденсатора из полимерной пленки, пленочного сосуда дл  приема дистилл та и крепежного фала, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  производительности и КПДдис5 тилл тора, упрощени  его конструкции и технологии изготовлени , надувной каркас дистилл тора снабжен эластичным свето- прозрачным бандажом и выполнен в виде верхнего и нижнего тороидальных элемен0 тов и испарител  с конденсатором, причем рабоча  часть испарител  выполнена с возможностью плотного контакта с сопр гаемойповерхностьюнижнего светопрозрачного покрыти , а фитильна 

   5 часть испарител  пропущена между сопр гаемыми с ней поверхност ми бандажа и конденсатора, причем часть бандажа служит верхним радиационным покрытием, а внутренние поверхности конденсатора и нижнего тороидального элемента, обращенные к рабочей части испарител , снабжены слоем радиационного экрана.
2. 2.Дистилл тор по п. 1, отличающийс  тем, что рассто ние между двум  рабочими поверхност ми испарител  и конденсатора находитс  в диапазоне значений 5 10 2м.
3. 3.Дистилл тор по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что тороидальные элементы каркаса выполнены из конических разверток .
4. 4.Дистилл тор по пп. 1-3, отличающийс  тем, что отверстие дл  слива

   0

   дистилл та из конденсатора в приемный сосуд расположено в периферийной части рабочей поверхности конденсатора, а крепежный фал установлен на бандаже, между тороидальными элементами с диаметрально противоположной стороны относительно места расположени  отверсти  дл  слива дистилл та.
5. 5. Дистилл тор по пп. 1-3, отличающийс  тем, что рабоча  часть конденсатора выполнена конической с центральным отверстием дл  слива дистилл та в приемный сосуд.

   у ,

   8

   Фие.1