RU2437840C2 - Solar still of greenhouse type - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: solar still of greenhouse type consists of case 1 in form of heat insulated vessel with sea water 4 made in form of basin of sheet polymer material or textolite and transparent roof 5 of arc geometry of sheet polymer material, on internal surface of which there is made periodic transparent webbing 9 with channels of rectangular shape 10 filled with dehumidified air and plugged on ends. Also, light absorbing coating 3 made of black polymer film is laid on a bottom of the basin. Under the coating there is set layer of heat insulator 2 made of light fibrous polymer material of padding polyester type placed in a water proof polymer shell.

EFFECT: strong light module structure of demountable type for transporting or storage, and also for fast enlargement of greenhouse area; raised efficiency of pure condensate recovery.

1 dwg

Description

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.The invention relates to a device for producing pure condensate from sea water by heating it in a closed volume with sunlight to a temperature exceeding the temperature of the surrounding air. The resulting condensate due to the cooling of water vapor is intended for use as drinking water, as well as for domestic needs.

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.To date, a class of similar devices for producing condensate from sea water, created by the type of “hot” box, is known [Physical Encyclopedic Dictionary. Volume 1, 1960, pp. 404-405]. In particular, solar desalination machines of the same type of technical content are known [SU 1554290 A1, 1993; RU 2126770 C1, 1999; RU 2142913 C1, 1999], taken below for analogues.

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.Such desalination plants include a housing coated on top with glass or a transparent polymer film for transmitting sunlight; a thermally insulated container with sea water for evaporation and a device for collecting condensate. In this case, a container of sea water is installed with a gap to the side walls of the housing and the bottom of the housing. Both the side walls of the hull and the bottom of the tank with sea water are made of metal with the corresponding absorption and reflection coefficients of solar radiation.

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:The physical principle of desalination of sea water in these analogues is that sunlight, passing through a transparent coating, heats sea water, activating its evaporation. During the diffusion process, water vapor reaches the side walls of the housing, condenses on them and flows into a condensate storage device located under a container of sea water. However, this type of desalination plant is characterized by fundamental shortcomings of the following content:

- устройство имеет трехъярусную конструкцию, что усложняет ее техническое выполнение и обслуживание в эксплуатации;- the device has a three-tier design, which complicates its technical implementation and maintenance in operation;

- 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;- the optimal working area of water evaporation is sharply limited in the transverse size due to the slowness of the diffuse mechanism of movement of water vapor from the center of the tank with sea water to the side walls of the housing;

- 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.- for the manufacture of these desalination plants, metal products with special optical and heat-conducting properties are required, including those obtained using “space technologies”. These circumstances lead to a large metal consumption and, consequently, an increased weight of the desalination plant, as well as their relatively high cost per unit volume of condensate obtained.

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.A class of solar water desalination is also known, which, according to the physical principle of operation and the essence of the technical solution, is closest to the present claimed invention. Such is the greenhouse type desalination plant [Apeltsin I.E., Klichko V.A. Desalination of water. Year of publication 1968, p. 91]. This desalination plant is taken below as a prototype.

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.The prototype device contains a sealed frame, topped with a transparent polymer film, which under the influence of internal excess air pressure in the greenhouse takes the form of arched geometry. Inside the frame there is a container with sea water for desalination. The bottom of the tank is covered with a layer of black felt for the effective absorption of solar radiation going to heat the water. In this case, the felt is mated with glue with a polymer film lying under the felt. This film, in turn, is hermetically interfaced with the roof film. The device also has gutters for collecting condensate. The action of the device is as follows: the sun's rays, passing the film roof, heat sea water to a temperature above the temperature of the outside air washing the roof. Water vapor in the volume of the device diffusely reaches the inner surface of the roof film, condenses on it and flows down the same surface into the gutters. In fact, in essence, this device is a classic garden greenhouse, in which the general physical principle of the water cycle in nature is naturally implemented.

В конструктивном отношении данное устройство является наипростейшим и применяется с давних времен, в том числе для получения конденсата из морской воды.In a structural respect, this device is the simplest and has been used since ancient times, including for the production of condensate from sea water.

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.The most important advantage of this type of desalination plant is, along with simplicity, ease of construction, wide availability and relatively low cost of raw materials for the manufacture of all elements of the device. The desalination plant is also easy to operate.

Однако данному опреснителю присущи принципиальные недостатки следующего типа:However, this desalination plant is characterized by fundamental disadvantages of the following type:

- 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;- the need to maintain excess air pressure in the volume of the desalination unit requires the continuous use of control and monitoring measuring equipment for air pressure and “duty” compressors for pumping air into the greenhouse;

- 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;- condensation of water vapor on the inner surface of the film forming the roof is inevitably accompanied by intense reflection of sunlight, which greatly reduces the heating efficiency of sea water in the desalination tank;

- покрытие дна емкости для морской воды черным асфальтом не позволяет выполнять данное устройство в виде сборно-разборного модуля с целью его хранения и транспортировки.- coating the bottom of the tank for sea water with black asphalt does not allow to perform this device in the form of a collapsible module for the purpose of its storage and transportation.

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.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages to increase the efficiency of condensate production; to reduce the total weight and cost of the device; for the implementation of a desalination plant in the form of a collapsible module, which can be quickly rolled up into a compact package such as a tourist tent for transportation or storage, as well as for effectively increasing the area of the greenhouse from the modules in order to obtain condensate in industrial volumes.

Поставленные цели достигаются тем, что:The goals are achieved in that:

- 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;- the desalination plant roof is made of a flexible polymer transparent sheet-type material containing transparent stiffeners on one surface. This provides mechanical stability to the arched arched roof. As a result, there is no need to seal the volume of the device and, accordingly, there is no need for instrumentation and an air compressor;

- 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;- these ribs are facing inward of the desalination device. In the cross section, the ribs have channels of rectangular geometry filled with dry air. The channels at the ends of the ribs are muffled. The ribs are placed on the surface with an optimal mutual interval equal to the width of the ribs. Sunlight passes into the evaporator both through the stiffeners and through the thickness of the polymer sheet between the ribs. Water vapor in the device condenses on the inner surface of the polymer sheet only between the ribs, since this surface is cooled by the external air environment. The surface of the stiffeners is not covered by condensate, i.e. does not fog up due to the effect of the “double window frames effect”. This technical solution achieves high stability of the optimal receipt of solar radiation in the volume of the device;

- 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.- the black light-absorbing surface at the bottom of the seawater tank is created from a black polymer film, well-developed by the industry. In order to ensure thermal insulation of the bottom of the desalination tank, a layer of light polymer fiber blanket of the “syntepon” type, widely used in the tourism industry, is placed under the black film. Moreover, the cover is placed in a waterproof polymer shell.

Для пояснения работы изобретения на фиг.1 схематично изображено поперечное сечение общей конструкции модуля «солнечного опреснителя парникового типа».To illustrate the operation of the invention, Fig. 1 schematically shows a cross section of the general structure of the "greenhouse-type desalination plant" module.

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.The following designations are accepted here: 1 - a common housing made in the form of a pool of sheet polymer material or textolite; 2 - thermal insulation from a fibrous polymer lightweight material of the “syntepon” type, placed in a waterproof polymer shell; 3 - light-absorbing coating of a black polymer film; 4 - sea water (salt); 5 - a transparent roof made of sheet material such as polycarbonate; 6 - gutters made of a polymeric material for collecting distillate; 7 - drops of water condensate; 8 - solar radiation; 9 - stiffeners; 10 - channels in the ribs, filled with dried air.

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.The device operates as follows. The sun's rays 8 pass through a transparent roof 5, fixed in the housing 1, and are absorbed by sea water 4, as well as a black polymer film 3, which is in thermal contact with sea water 4 and thermal insulation 2. As a result, the temperature of sea water rises to a level above the ambient temperature outside air. This leads to condensation of water vapor on the inner surface of the roof 5 in places 7 between the ribs 9, and in the form of drops 7, water flows into the chutes 6 to collect condensate.

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.In this case, sunlight penetrates the desalination plant mainly through the air channels 10 in the stiffening ribs 9, the lower surface of which does not fog. Physicotechnical and thermodynamic studies, which form the basis of the device, are well confirmed in experiments. The device is free from the disadvantages inherent in devices of a similar purpose discussed above. This invention of a greenhouse-type solar desalination plant has acquired new qualities: lightness, compactness, ease of assembly, disassembly and transportation, as well as operation. At the same time, the device is characterized by an increased efficiency of extracting pure condensate from sea water, due to the use of "enlightened" stiffeners.

Данный вариант не исключает иных подобных вариантов устройства извлечения конденсата из морской воды.This option does not exclude other similar variants of a device for extracting condensate from sea water.

Claims (1)

Солнечный опреснитель парникового типа, содержащий корпус, светопроницаемую крышу арочной геометрии, закрепленную на корпусе, теплоизолированную емкость с морской водой (соленой), размещенной внутри корпуса, отличающийся тем, что крыша выполнена из листового полимерного материала, в котором на внутренней поверхности имеются периодические прозрачные ребра жесткости с каналами прямоугольной формы, которые заполнены осушенным воздухом и по концам заглушены, при этом теплоизолированная емкость изготовлена в форме бассейна из листового полимерного материала или текстолита, который одновременно является корпусом устройства, при этом на дне емкости имеется светопоглощающее покрытие, изготовленное из черной полимерной пленки, под которой, в свою очередь, размещен слой теплоизолятора, выполненного из легкого волокнистого полимерного материала типа синтепона, помещенного в водонепроницаемую полимерную оболочку. A greenhouse-type desalination plant comprising a housing, a translucent arch-shaped roof fixed to the housing, a thermally insulated container with sea water (salt) located inside the housing, characterized in that the roof is made of sheet polymer material in which there are periodic transparent ribs on the inner surface stiffness with rectangular channels, which are filled with dried air and drowned at the ends, while the insulated container is made in the form of a sheet pool polymer material or textolite, which is also the case of the device, while at the bottom of the tank there is a light-absorbing coating made of a black polymer film, under which, in turn, is a layer of heat insulator made of a light fibrous polymer material such as synthetic winterizer, placed in a waterproof polymer shell.