СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ ПАРНИКОВОГО ТИПА
SOLAR STILL OF GREENHOUSE TYPE

Изобретение относится к устройствам получения чистого конденсата из морской воды путем подогрева ее в замкнутом объеме солнечным светом до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха. Получаемый конденсат за счет охлаждения паров воды предназначается для использования в качестве питьевой воды, а также для хозяйственно-бытовых нужд.
К настоящему времени известен класс подобных устройств получения конденсата из морской воды, создаваемых по типу «горячего» ящика [Физический энциклопедический словарь. Том 1, 1960, с.404-405]. В частности, известны солнечные опреснители морской воды однотипного технического содержания [SU 1554290 A1, 1993; RU 2126770 C1, 1999; RU 2142913 С1, 1999], принимаемые ниже за аналоги.
Такие опреснители содержат корпус, покрытый сверху стеклом или прозрачной полимерной пленкой для пропускания солнечного света; теплоизолированную емкость с морской водой для испарения и устройство для сбора конденсата. При этом емкость с морской водой установлена с зазором к боковым стенкам корпуса и днищу корпуса. Как боковые стенки корпуса, так и дно емкости с морской водой выполнены из металла с соответствующими коэффициентами поглощения и отражения солнечного излучения.
Физический принцип опреснения морской воды в этих аналогах состоит в том, что солнечный свет, проходя через прозрачное покрытие, нагревает морскую воду, активизируя ее испарение. Пары воды в процессе диффузии достигают боковых стенок корпуса, конденсируются на них и стекают в устройство для накопления конденсата, размещенного под емкостью с морской водой. Однако такому типу опреснителей присущи принципиальные недостатки следующего содержания:
- устройство имеет трехъярусную конструкцию, что усложняет ее техническое выполнение и обслуживание в эксплуатации;
- оптимальная рабочая площадь испарения воды резко ограничена в поперечном размере в силу медленности процесса диффузного механизма движения паров воды от центра емкости с морской водой к боковым стенкам корпуса;
- для изготовления указанных опреснителей требуются изделия из металлов с особыми оптическими и теплопроводными свойствами, получаемые в том числе по «космическим технологиям». Эти обстоятельства приводят к большой металлоемкости и, следовательно, повышенному весу опреснителя, а также сравнительно высокой их стоимости в расчете на единицу объема получаемого конденсата.
Известен также класс солнечных опреснителей воды, который по физическому принципу действия и сущности технического решения наиболее близок к настоящему заявляемому изобретению. Таковым является опреснитель парникового типа [Апельцин И.Э., Кличко В.А. Опреснение воды. Год издания 1968, с.91]. Данный опреснитель принимается ниже за прототип.
Устройство прототипа содержит герметичный каркас, покрытый сверху прозрачной полимерной пленкой, которая под действием внутреннего избыточного давления воздуха в парнике принимает форму арочной геометрии. Внутри каркаса размещена емкость с морской водой для опреснения. Дно емкости покрыто слоем черного войлока для эффективного поглощения солнечного излучения, идущего на нагрев воды. При этом войлок сопряжен клеем с полимерной пленкой, лежащей под войлоком. Данная пленка в свою очередь герметично сопряжена с пленкой крыши. В устройстве имеются также желоба для сбора конденсата. Действие устройства сводится к следующему: солнечные лучи, пройдя пленочную крышу, нагревают морскую воду до температуры выше температуры наружного воздуха, омывающего крышу. Пары воды в объеме устройства диффузно достигают внутренней поверхности пленки крыши, конденсируются на ней и стекают по той же поверхности в желоба. Фактически, по своей сущности данное устройство представляет собой классический садовый парник, в котором естественным образом реализуется общефизический принцип круговорота воды в природе.
В конструктивном отношении данное устройство является наипростейшим и применяется с давних времен, в том числе для получения конденсата из морской воды.
Наиболее важным достоинством такого типа опреснителя является, наряду с простотой, легкость конструкции, широкая доступность и сравнительно низкая стоимость исходных материалов для изготовления всех элементов устройства. Опреснитель прост также в эксплуатации.
Однако данному опреснителю присущи принципиальные недостатки следующего типа:
- необходимость поддержания избыточного давления воздуха в объеме опреснителя требует непрерывного использования контрольно-следящей измерительной аппаратуры по давлению воздуха и «дежурных» компрессоров для нагнетания в парник воздуха;
- конденсация паров воды на внутренней поверхности пленки, образующей крышу, неизбежно сопровождается интенсивным отражением солнечного света, что сильно снижает КПД нагрева морской воды в емкости опреснителя;
- покрытие дна емкости для морской воды черным асфальтом не позволяет выполнять данное устройство в виде сборно-разборного модуля с целью его хранения и транспортировки.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков для повышения КПД получения конденсата; для снижения общего веса и стоимости устройства; для реализации опреснителя в виде сборно-разборного модуля, который можно быстро свернуть в компактный пакет типа туристической палатки с целью перевозки или хранения, а также для эффективного наращивания площади «парника» из модулей с целью получения конденсата в промышленных объемах.
Поставленные цели достигаются тем, что:
- крыша опреснителя выполняется из полимерного гибкого прозрачного материала листового типа, содержащего на одной поверхности прозрачные ребра жесткости. Это обеспечивает механическую устойчивость дугообразной арочной крыши. В результате отпадает необходимость герметизации объема устройства и, соответственно, отпадает необходимость в контрольно-измерительной аппаратуре и воздушном компрессоре;
- указанные ребра жесткости обращены внутрь объема устройства опреснителя. В поперечном сечении ребра имеют каналы прямоугольной геометрии, заполненные сухим воздухом. Каналы на концах ребер заглушены. Ребра размещены по поверхности с оптимальным взаимным интервалом, равным ширине ребер. Солнечный свет проходит в испаритель как через ребра жесткости, так и через толщину полимерного листа между ребрами. Водяной пар в устройстве конденсируется на внутренней поверхности полимерного листа лишь между ребрами, так как эта поверхность охлаждается внешней воздушной средой. При этом поверхность ребер жесткости не покрывается конденсатом, т.е. не запотевает в силу действия «эффекта двойных оконных рам». Таким техническим решением достигается высокая стабильность оптимального поступления солнечного излучения в объем устройства;
- черная светопоглощающая поверхность на дне емкости с морской водой создается из черной полимерной пленки, хорошо освоенной промышленностью. С целью же обеспечения теплоизоляции дна емкости опреснителя, под черной пленкой размещается слой легкого полимерного волокнистого покрывала типа «синтепона», широко используемого в туристической индустрии. Причем покрывало помещается в водонепроницаемую полимерную оболочку.
Для пояснения работы изобретения на фиг.1 схематично изображено поперечное сечение общей конструкции модуля «солнечного опреснителя парникового типа».
Здесь приняты следующие обозначения: 1 - общий корпус, выполненный в форме бассейна из листового полимерного материала или текстолита; 2 - теплоизоляция из волокнистого полимерного легкого материала типа «синтепона», помещенного в водонепроницаемую полимерную оболочку; 3 - светопоглощающее покрытие из черной полимерной пленки; 4 - морская вода (соленая); 5 - прозрачная крыша из листового материала типа поликарбоната; 6 - желоба из полимерного материала для сбора дистиллята; 7 - капли конденсата воды; 8 - солнечное излучение; 9 - ребра жесткости; 10 - каналы в ребрах жесткости, заполненные осушенным воздухом.
Устройство функционирует следующим образом. Солнечные лучи 8 проходят через прозрачную крышу 5, закрепленную в корпусе 1, и поглощаются морской водой 4, а также черной полимерной пленкой 3, находящейся в тепловом контакте с морской водой 4 и теплоизоляцией 2. В результате температура морской воды поднимается до уровня выше температуры окружающего наружного воздуха. Это приводит к конденсации паров воды на внутренней поверхности крыши 5 в местах 7 между ребрами жесткости 9, и в виде капель 7 вода стекает в желоба 6 для сбора конденсата.
При этом солнечный свет проникает в опреснитель преимущественно через воздушные каналы 10 в ребрах жесткости 9, нижняя поверхность которых не запотевает. Физико-технические и термодинамические исследования, положенные в основу работы устройства, хорошо подтверждаются в экспериментах. Устройство свободно от недостатков, присущих устройствам аналогичного назначения, рассмотренных выше. Данное изобретение солнечного опреснителя парникового типа приобрело новые качества: легкость, компактность, простоту сборки-разборки и транспортировки, а также эксплуатации. Вместе с тем, устройство характеризуется повышенным КПД извлечения чистого конденсата из морской воды, благодаря использованию «просветленных» ребер жесткости.
Данный вариант не исключает иных подобных вариантов устройства извлечения конденсата из морской воды.