Сонячний опріснювач води

1. Сонячний опріснювач води, що містить корпус "теплової скрині", активну чорну поверхню, що випаровує, розміщену всередині корпусу, повернену перпендикулярно до сонячних променів та прикриту прозорою панеллю з скла або прозорої плівки, що розташована паралельно поверхні, що C2 2 (19) 1 3 - по-перше - чорна поверхня, що випаровує, розташована горизонтально і сонячні промені падають на неї під кутом; - по-друге - по чорній поверхні, що випаровує, тече вода і, якщо вона забруднена - непрозора, це зменшує поглинання сонячних променів; - по-третє - суцільний струмінь води, що протікає через "теплову скриню", поглинає значну частину енергії сонячних променів (без випаровування), а потім виносить її за межу "теплової скрині" та розвіює у довкілля. Все це загалом суттєво зменшує ефективність роботи опріснювача у цілому. Існує опріснювач (Сонячний опріснювач води, патент на корисну модель u200603639 від (22) 03.04.2006 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. №12, 2006p.), що має поверхню, що випаровує (активатор), розташовану перпендикулярно до сонячних променів. Згаданий опріснювач прийнятий за прототип. Цей пристрій (див. фіг. 1) являє собою легку рухому конструкцію, типу вікна з склопакетів, що дозволяє повертати його відносно Сонця і подавати до нього стільки води, скільки її випаровується, не створюючи суцільного потоку води, який поглинає та розсіює частину сонячної енергії. Недоліком прототипу є відсутність спеціальних механізмів (засобів) відводу та збереження тепла з передньої (скляної, пластикової) поверхні, що конденсує на собі водяну пару. На цій панелі виділяється енергія, що дорівнює теплоті фазового переходу пароутворення та теплоті пропорційної різниці між температурою навколишнього середовища, та 100°С води, що сконденсована. Тому ця панель дуже нагрівається, що призводить до зменшення ефективності процесу конденсації і, тим самим, до зменшення ефективності, продуктивності (пропускної здатності) опріснювача в цілому. Крім того, для випаровування води у прототипі, сонячне світло (всіх ефективних діапазонів) витрачається: - по-перше - на нагрів холодної води, що подається; - по-друге - на фазовий перехід (випаровування); - по-третє - на нагрів повітря, що охолоджує передню панель, як це сказано в описі прототипу. Пропускна здатність (продуктивність) прототипу визначається ефективністю пароутворення, що пропорційна температурі води на вході поверхні, що випаровує, та ефективністю конденсації пари, яка зворотно пропорційна температурі поверхні конденсації (передньої панелі опріснювача). Задачею винаходу є підвищення ефективності опріснювача, та підвищення його пропускної здатності. Для досягнення задачі, що була сформульована вище, у опріснювачі, що має корпус з поверхнею, поверненою перпендикулярно до сонячних променів, активну чорну поверхню, що випаровує, яку розміщено всередині рами, так званої "теплової скрині", прикритою скло, або прозорою плівкою, що розташована паралельно поверхні, що випаровує, теплозахисне покриття, на протилежній 94124 4 від сонця стороні та на торцях, згідно з винаходом, передня панель виконана двошаровою, таким чином, що вода, яка подається у опріснювач, надходить у камеру між двома прозорими шарами передньої панелі, піднімається до верхнього зрізу панелі, а потім потрапляє на чорну поверхню, що випаровує, розподіляється рівномірно по цій поверхні, випаровується, та потім конденсується на передній панелі, як це відображено на кресленнях (див. фіг. 2). Сонячні промені проходять скрізь передню панель та воду, що протікає між її двома шарами та виконує функцію охолоджувача, тим самим збільшуючи ефективність конденсації. Крім того, тепло, що знімається з передньої панелі водою, нагріває її, що збільшує ефективність пароутворення. Відомо що вода, яка нагрівається, поглинає тепло у кількості, що пропорційна теплоємності. Питома теплоємність вимірюється формулою: c=Q/(mt); де: С - питома теплоємність, Q - кількість теплоти, що отримана речовиною при нагріві (або що виділилася при охолоджуванні), m - маса речовини, що нагрівається (що охолоджується), t - різниця температур, на яку нагрівали речовину [Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/%DO%92%DO%BE%DO %B4%DO%BO%)] та дорівнює, для води, 4,183 [кДж-кг-1К-1]. Відома, також, питома теплота пароутворення - 2250 КДж/кг[1] [Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/%DO%92%DO%BE%DO %B4%DO%BO#cite_note-0#cite_note-0] Якщо воду нагрівати, поки вона не досягне температури точки кипіння 100°С, вона акумулює тепло, що дорівнює Q=cmt (теплота - Q пропорційна питомій теплоємності - С, масі води, що нагрілася - m, та різниці температур - t). Незважаючи на подальший нагрів, вода не буде змінювати свою температуру. Теплота, що надалі надається, буде витрачатися на перехід води з рідкої фази в пару. За час, поки вся вода (наприклад, 1кг) випарує, кількість тепла, що його поглине вода, складе 2260кДж. Це буде "прихована" теплота фазового переходу, якою відтепер насичена водяна пара, хоч її температура не змінилась та, як і раніше, дорівнює 100°С. Тобто, якщо випарувати 1кг води, що мала спочатку температуру 0°С, така пара акумулює тепло, що дорівнює сумі тепла розігріву води на 100 градусів: 4,183[кДжкг-1·К-1]×1[кг]×100[°К]=418,3[кДж] та "прихованого" тепла фазового переходу (1 кг), що дорівнює 2260 [кДж] загалом це складає: 418,3+2260=2678,3 [кДж] У зворотному процесі, коли пара конденсується, саме ці 2260 [кДж], з кожного кілограму води, "прихованого" тепла фазового переходу, виділяються на передній панелі. Додатково на передній панелі виділяється і теплота, що дорівнює: 5 4,183[кДж·кг-1К-1]×1[кг]×t[°K]=418,3 [кДж], де t [°К] - різниця між температурою конденсації пари (100°С) та температурою води, що сконденсовано та охолоджено опріснювачем. Саме ця теплота, як така, що заважає конденсації, розсіюється, відводиться у навколишнє повітря з передньої панелі прототипу. У винаході, що пропонується, ця теплота залишається у системі, та витрачається на попередній нагрів води, яка, також, ефективно, краще ніж повітря, охолоджує передню панель, поліпшуючи умови конденсації. Таким чином, запропонована схема опріснювача одночасно знижує температуру поверхні, що конденсує, та збільшує температуру води, що випаровується. Пропозиція за пунктом 3 особливо актуальна для України, та для використання у середніх широтах взагалі, де близько півроку денна температура буває нижче 0°С. Використання альтернативного режиму функціонування піднімає внутрішню температуру опріснювача, що дозволяє використовувати його навіть при від'ємних температурах. Влітку, використання "зимового" режиму, дозволяє отримувати гарячу дистильовану воду (за рахунок зменшення пропускної здатності (продуктивності) приладу. Сонячний опріснювач, що взято за прототип, показано на фіг. 1. Запропонований сонячний опріснювач води, по пункту 1, показано на фіг. 2. Запропонований сонячний опріснювач води, по пункту 2, показано на фіг. 3. Запропонований сонячний опріснювач води, по пункту 3, показано на фіг. 4. На кресленнях: 1 - прозора поверхня (скло, плівка); 94124 6 2 - чорна, світлопоглинаюча поверхня, що випаровує; 3 - термоізоляція; 4 - система водопостачання; 5 - пристрій для стікання чистої води; 6 - пристрій для стікання концентрованої, брудної води; 7 - термоізоляційна прозора поверхня; (наприклад: http://www/stekloton.com.ua.indexstructuraen.html#b ookmark1); 8 - двошарова прозора поверхня (скло, плівка), між шарами якої, знизу догори, поступає вода; 9 - додаткова, альтернативна система водопостачання зимового режиму використання. Технологія, що необхідна та достатня для здійснення винаходу, широко відома та практично використовується на практиці. Теплова скриня може бути реалізована, наприклад, з використанням технології виготовлення склопакетних "євровікон". Чорна поверхня, що випаровує (п. 2), може, наприклад, бути виконана як натягнута на металеву або пластикову панель мембрана з вуглетканини або дрібної металевої чи пластикової чорної сітки, або будь-яким іншим засобом. Широко відома, та часто застосовується, також прозора термоплівка (фіг. 3, 4 п.7). Арматура для подачі, регулювання та відводу води також загально доступна та широко використовується. Як наслідок, винахід може бути реалізований технологічними потужностями навіть невеликої майстерні та не потребує дорогих та дефіцитних складових. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 94124 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601