В видео описан прототип и принцип работы крайне простого, но эффективного солнечного опреснителя с непрерывным рабочим циклом.
Ключевые особенности конструкции - видно на картинках.
Более подробно в видео по ссылке (на английском):
https://www.youtube.com/watch?v=2XzmNpacpvk
Ранее уже был похожий, но с циклическим принципом работы: Разработан прототип высокоэффективного солнечного опреснителя
П.Сы: Как видно из комментариев, не все ухватили принцип работы, добавил картинку с пояснением:
Т.к. мембрана гидрофобная, вода (солёная, или пресная - неважно) через неё не проходит. А вот пар - вполне.
А так как система, кроме всего прочего, ещё и многоступенчатая (теплота конденсации дистиллята с предыдущей ступени греет следующую ступень) - эффективность должна быть весьма неплохой.
Комментарии
Не говоря уже о том, что эту конструкцию нужно будет собирать/разбирать как только мембрана заполнится солями. Хотя мексиканцев у них много будет чем занять народ... ;)
-- Там волшебная гидрофобная мембрана должна стоять. Она то на солнечном свету и будет (якобы) делать "свежую" воду. ;)))
мембрана которая пропускает пар, но не пропускает воду. походу они что-то вроде гротекса сделали. а соли вымываются потоком воды. даже интересно заработает ли. потому что если как они обещают маленький чемодан будет производить 6 литров в час на солнце, ну это всю Сахару можно будет оросить.
это может быть и просто мат из гидрофобных волокон. фторопластовых, например.
Так вроде самая простая это в виде пирамиды, дистилляция за счёт солнца.
Под такую пирамиду стартап не замутишь и акций не напечатаешь. Обязательно надо что-нибудь инновационно-таинственное!
Тут реально принцип гениален, а эффективность потенциально очень высока.
Вопрос технологии - насколько дёшево это можно производить, насколько сложно обслуживать и каков срок службы.
Есть же теоретический предел: сколько ватт солнца на квадратный метр земли попадает и сколько литров воды эти ватты вскипятить могут. Тут бы сравнить КПД простейшей схемы "полиэтиленовый пакет над тазиком" и этой чудо-мембраны. А потом сравнить их цены, может овчинка выделки не стоит?
Не-не. Тут фишка в почти полной рекуперации тепла: при конденсации по ту сторону мембраны пар отдаёт всё тепло, а через мембрану она возвращается (а будет возврат мал - можно ускорить теплопроводящими вставками). То есть, термодинамически дельта энергии Гиббса почти равна осмотической разнице.
Равновесный парообмен между пресной и солёной водой почти точно (с точностью до солёности) пропорционален разнице температур. И можно "бесплатно" получить очень большую площадь испарения/конденсации регулируя смачиваемость частей мембраны.
Реально, очень заманчиво.
...
Классический же конденсатор требует конденсации на более холодной части, и очень сложно обеспечить изоэнтропический обмен "пар-жидкость". Как ни городи многостадийные системы, всё равно огромная часть потенциала теряется на теплообмене, а главное, размеры теплообменников (и цена) пропорциональны температурному перепаду. Поэтому классический "кипятильник-конденсатор" уступает обратному осмосу по энергоэффективности в десятки-сотни раз (в зависимости от количества стадий и размеров).
А если изнутри покрыть прозрачный колпак, чтобы он не выпускал спектр, который максимум нагревает воду? Вроде такое покрытие на солнечных коллекторах стоит, на внутренней стенке стеклянных колб.
в первой их установке, использовался в первой ступени аэрогель, как оптически прозрачный теплоизолятор. Возможно - в этой тоже.
Именно так, добавил пояснение для невкуривших принцип работы.
Вам же русским по белому сказали, что на единицу площади падает ограниченное количество энергии. И предложили сравнить три показателя: полное количество энергии, кпд предлагаемого девайса, кпд простого испарителя. После чего взять стоимость изготовления мембраны, срок её службы и понять, а нужно ли вообще заморачиваться.
У Вас есть прекрасная возможность провести данные исследования самостоятельно, или обратиться к авторам за разъяснениями :)
По моей пальце-потолочной оценке - данная конструкция может быть в разы эффективнее классического "конуса" из комплектов спасательных шлюпок, с той же поверхностью испарения, пропорционально числу ступеней (допустим, в 1.8 раза при 2-х ступенях) и увеличению площади поверхности испарения за счёт частичного проникновения воды в несмачиваемую волокнистую мембрану.
Мощность солнечного излучения на поверхности Земли колеблется от 1000 до 2200 кВт×ч/м2.
Для испарения 1л воды нужно 2256кДж энергии. 1кВт*ч = 3600 кДж.
0,6 квтч на один литр. Примем среднее значение в 1,5 квтч, и время работы 10 часов. Получается, что при кпд 100% мы имеем 25 литров в сутки.
Производительность С. о. типа «горячий ящик» определяется в основном интенсивностью солнечной радиации и степенью герметизации установки и составляет 3—5 л/м2сут. Соответственно кпд этого девайса составляет порядка 20%.
Теперь вопрос. Какова производительность обсуждаемого девайса? Хрен с ним, со сроком службы мембраны.
На предыдущей установке с аналогичным принципом работы (повторное использование теплоты) - намеряли рост в 4 раза относительно одноступенчатой (одноступенчатая, по сути аналог "солнечного ящика" как Вы его называете). Но та хреновина не могла работать непрерывно (соль откладывалась на смачиваемой фитильной мембране), только в цикле. Эта же установка, если обеспечить подвод теплоты к первой камере (от теплоаккумулятора, напримео) - может работать и ночью.
https://aftershock.news/?q=node/838109
Да пофиг, что она имеет встроенный тепловой аккумулятор. Больше тепла, чем падает на площадь за единицу времени она не потребит.
И мембраны по любому будут засоливаться и требовать чистки и мытья.
Я согласен, что девайс имеет право на существование для критических условий. Но это единичные ниши применения, типа спас лодок и пилотов.
Никакого встроенного теплового аккумулятора там нет.
По мембранам - хз, эксплуатация покажет. Водой они не смачиваются, так что служить могут долго (в теории).
А по применению - есть, например, побережье Крыма. И с водой там кое-где лютая жопа (привозная), даже в лучшие времена, когда канал работал. А солнца - чуть менее, чем дохрена. Воды морской - тоже.
Дистиллированная вода для питья подходит чуток лучше, чем морская. Применять её можно только в экстренных случаях.
По поводу того, что морская вода не касается мембран. Есть такое понятие - возгонка с водяным паром. Так что соль однозначно будет выкристаллизовываться на поверхности мембран. Вопрос в скорости процесса.
Не очень в курсе про возгонку солей вместе с водяным паром, но если такой процесс существует - эти соли будут смыватья с волокон образовшимся конденсатом.
Заодно снижая и потребность в реминирализации (к Вашим же опасения про вредность пития дистиллята).
Ну и всегда можно минерализатор добавить, или просто солёной долить, до нужной концентрации.
Считается, что солнце летом дает 2 кВт/м2 При 100% КПД, без учета нагрева воды можно получить 3 литра дистиллята с 1 м2, а тут 6 литров с меньшей площади.
Не спорю, просто считать надо экономическую рентабельность.
А вообще, я видел конструкцию еще проще вашей. Над лужей натягивается пленка. По центру лужи под пленкой ставится таз. Над тазом пленка пригружается камнем. Получается воронка наоборот.
Да видел такие, в Африке часто используют.
Осетра бы урезать. В разы...
Пруф будет какой-то или так лишь бы написать?
https://realsolar.ru/article/solnechnye-batarei/kolichestvo-solnechnoy-energii-v-regionah-rossii/
Даже солнечные панели снимают 200 Вт с 1 м2
Зачем мне пруфы тебе давать, если все, кто физику в школе не прогуливал знают, что на орбите солнечная постоянная ~1300Вт/м2, а на поверхности - в разы меньше (300 или 400 в среднем по поверхности, не помню и гуглить не собираюсь)?
А ты даже единицы измерения не можешь привести правильно - 2200 кВт×ч/м2 = 600 Вт/м2, что тоже излишне оптимистично и похоже на правду только для экваториальной пустыни в полдень.
Тогда не позорься. Здесь серьезные дяди разговаривают.
Прости господи, еще один идиот, не ведающий разницы между кВт и кВтч...
Действительно, если испарять не нужно, то из влажного воздуха можно много воды получить.
Сделать притопленную в воду приблуду, через которую ветер будет проходить, а на дне пластины алюминиевые как радиатор, охлаждаемый водой.
Получается много проще, не нужно возиться с солями и тд
У обсуждаемой хреновины - принцип работы тот же, но она многоступенчатая. С большей (в разы) производительностью.
Всё бы ничего но в мире не придумали что с опреснённой водой массово делать. Пить на постоянку её нельзя. Поливать - тоже.
смешивать с соленой и пить
На гидропонику вполне пойдет, даже удобно.
Чушь.
Тем более.
Пить противно будет, если не менерализовать через фильтр. Если для приготовления пищи, то нормально булет, все нужные менералы из других ингридиентов можно получить
Мы школьниками на лабах пили дистилят.
Если не учитывать пару особо мнительных девчонок, особой разницы никто не заметил.
А на работе народ временами хлебает автодистилят, вообще без проблем. Пока не скажешь, никто разницы не замечает.
Добавить чуть-чуть солёной - и можно пить.
Соли добывать! Опресненная вода - побочный продукт, можно им фикусовей орошать или на балконе петрушку. А в морской воде такие соли интересные. Правда, надо еще придумать как их с помощью солнечной панели потом разделить на чистые металлы. Но это уже будет во втором акте.
еще правда, что у тех стран, кто понастроил опреснителей в промышленном масштабе образовалсь проблемка - куда девать соль? Обратно в море сбрасывать, это повышает соленность воды, рыбки и кораллы не согласны. Еще и на следующем цикле придется потратиться для опреснения более соленой воды. А просто высыпать красивыми белыми барханами как-то религия не позволяет.
А мембранка почем нынче? Да и стеклышки с герметиками и трубочками дешево не выглядят.
Дефицит не собственно воды, дефицит воды дешевой и качественной. Данная конструкция подобный дефицит не устраняет. Хотя где нить на яхте вполне применима.
Ну например, такая мембрана (имхо) должна вполне подойти.
https://him-stroy.ru/catalog/ochistka-vod-ot-nefteproduktov/corbent-netkannyy-gidrofobnyy-marki-sng-/
цена по запросу, но думается что из такого рулона - можно дохрена опреснителей наделать.
Корпус - вполне можно формовать из бетона, прозрачность ему не требуется. Как и столь хитрая форма, как в этом видео.
Стекло, наверное, желательно с покрытием, как на энергосберегающих стеклопакетах, i- , k- стекло или что-то в этом духе. Но и обычное сгодится.
Немножко алюминия на на разделительные перегородки между ступенями, и силиконового герметика для сборки. Пластиковые профили для проставок и рамок (например из РР).
Насос для подачи свежей водички из моря - любой. Хоть ручной. Но если заморочиться - можно и самотёком, только копать много придётся.
Вроде всё)
Смету на всё это мне считать лень, но если этот вопрос Вас так интересует, можете сделать это самостоятельно)
У нас с соленой водой бяда. Мне вообще не вариант.
Сожрёт морская вода алюминий быстрее чем установка себя окупит.
Лаком покрыть, или ещё чем. плёнкой полимерной. В конце концов, можно и нержавейку тонкую.
Теплопроводность высокая нужна, нагрузки околонулевые - можно много вариантов придумать.
Сложно сказать.
Мембрана должна быть супергидрофобной, с углом за 300°.
Больше упирается в соотношение диаметра и длины поры.
В идеале там трековая плёночная мембрана.
В сорбенте возможно отложение солей в объёме.
Судя по схеме, у авторов применена толстая мембрана (мат) из гидрофобных волокон.
И логика в этом есть, т. к. пар конденсируется в толще мембраны, а испарение происходит в тонком слое, куда вода проникает благодаря силам поверхностного натяжения, причём поверхность воды не ровная, а с выступами и впадинами (зеркально поверхности волокон) , что увеличивает общую поверхность испарение.
Предлагаемый сорбент - просто один из примеров, возможно есть и более подходящие варианты.
Мат из фторополимерных волокон, может быть?
https://journal.viam.ru/ru/system/files/uploads/pdf/2013/2013_1_7_1.pdf
Когда на мат наливаешь воду - мат проминается, причём несколько неравномерно.
У них конструкция под углом, и при малой плотности (большой рыхлости мата), в длительной эксплуатации возможно затекание солёной воды в нижние слои мата, вплоть до смешивания разделяемых слоёв.
Это на лабораторной установке незаметно, но при длине коллектора в метр-два, и 2-3-4 слоях, нижняя часть нижнего коллектора будет обжиматься с усилием в десятки килограмм.
Да и в самом коллекторе при углах близких к вертикали, будет заметный градиент усилия со стороны слоя воды.
Т.е. воздух в мате будет стремиться наверх, а солёная вода будет собираться внизу. Так как система открытая, в силу повышенного давления воздуха в мате, есть вероятность, что воздух из мата будет постепенно переходить в жидкость и просто уходить из системы.
Остаётся использовать очень тонкие слои.
Второй вопрос - не учтены краевые эффекты и вообще многослойность(?): сверхгидрофобные маты содержат воздух, и являются высокоэффективными теплоизоляторами. На фото образцы не являются большими, и там возможен отток/приток тепла сбоку. На больших панелях, площадью в квадратные метры, приток тепла будет осуществляться сверху - внутрь. Используя тонкие слои воды, вывести большое количество тепла из ядра конструкции, довольно проблематично, т.е. вопрос с функционированием в длительном масштабе времени - недели или месяцы. То, что чистая вода греет солевой раствор ниже, это хорошо, но и сама чистая вода нагревается, и повышает общую влажность системы. При некотором пороге влажности, процесс конденсации весьма замедлится.
Вот с пониманием многослойности как-то не очень, формально выглядит как попытка вскипятить воду на водяной бане.
Очень тонкие слои - использовать не выйдет, т.к. тогда не будет работать отвод рассола (он имеет большую плотность, и опускается вниз). Они в видео говорят, что в камере с рассолом - у них получается подобие термохалинной циркуляции.
Плотность мата - может быть и высокой, если он из гидрофобных волокон - вода в него не попадет (поверхностнное натяжение не позволит). Отвод сконденсировавшейся воды, судя по всему, происходит сразу же, т.е. в полости под матом она не скапливается (так что картинка не совсем корректная, в сборной камере дистиллят не плещется). Если это так - то и вопрос растворения воздуха в рассоле некритичен, т.к. трубка отвода дистиллята частично заполнена воздухом.
Конденсация, имхо, по примеру их прошлой установки, происходит не в толще мата (т.е. его теплопроводность не имеет значения, наоборот - чем она меньше - тем лучше), а на более холодной поверхности с высокой теплопроводностью, ограничивающей ступень снизу.
Похожий процесс используется в тепловых трубах (в системах охлаждения компьютеров массово применяются) - в горячей части жидкость испаряется, в холодной - конденсируется. Эта же поверхность - является нагревателем в следующей ступени.
Многоступенчатость они проверяли и на прошлой установке, с фитильными мембранами. Работало. Они же не кипятят воду, а просто испаряют)
https://aftershock.news/?q=node/838109