Солнечный перегонный куб
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2021 г. ) |
Солнечный дистиллятор перегоняет воду с растворенными в ней веществами, используя тепло Солнца для испарения воды, чтобы ее можно было охладить и собрать, тем самым очищая ее. Они используются в районах, где питьевая вода недоступна, чтобы получить чистую воду из грязной воды или растений, подвергая их воздействию солнечного света.
Типы перегонных кубов включают крупномасштабные концентрированные солнечные перегонные кубы и ловушки для конденсации . В солнечном перегонном кубе нечистая вода содержится снаружи коллектора, где она испаряется под действием солнечного света, проходящего через прозрачный коллектор. Чистый водяной пар конденсируется на прохладной внутренней поверхности и капает в резервуар.
Дистилляция повторяет то, как природа вызывает дождь. Энергия Солнца нагревает воду до точки испарения. Когда вода испаряется, ее пары поднимаются вверх, снова конденсируясь в воду по мере охлаждения. Этот процесс оставляет после себя примеси, такие как соли и тяжелые металлы, и уничтожает микробиологические организмы. Конечным результатом является чистая (питьевая) вода.
История
[ редактировать ]Конденсационные ловушки использовались с тех пор, как доинкские народы населяли Анды .
В 1952 году военные США разработали портативный солнечный аккумулятор для пилотов, оказавшихся в океане. Он представлял собой надувной плавающий пластиковый шар диаметром 610 миллиметров (24 дюйма) с гибкой трубкой сбоку. Внутренняя сумка подвешивается за точки крепления на внешней сумке. Морская вода заливается во внутренний мешок через отверстие в горловине шара. Свежая вода забирается через боковую трубку. Производительность варьировалась от 1,4 литра (1,5 кварты США) до 2,4 литра (2,5 кварты США) пресной воды в день. [1] Подобные перегонные кубы включены в некоторые на спасательных плотах наборы для выживания ручные опреснители с обратным осмосом . , хотя их в основном заменили [2]
Сегодня метод сбора воды во влагоуловителях изучается в аргентинской армии для использования специальными подразделениями, которые, как ожидается, будут проводить расширенные патрули продолжительностью более недели в засушливых приграничных районах Анд.
Методы
[ редактировать ]
Яма еще
[ редактировать ]На дне ямы размещается коллектор. Ветки размещают в яме вертикально. Ветви достаточно длинные, чтобы выходить за край ямы и образовывать воронку, направляющую воду в коллектор. Затем над этой воронкой накрывают крышку, используя ветки, листья, траву и т. д. Каждое утро набирают воду.
Этот метод основан на образовании росы или инея на сосуде, воронке и крышке. Образующаяся роса собирается и стекает по внешней стороне воронки в резервуар. Эта вода обычно испаряется с утренним солнцем и, таким образом, исчезает, но крышка задерживает испаряющуюся воду и повышает влажность внутри ловушки, уменьшая количество потерянной воды. Тень, создаваемая крышкой, также снижает температуру внутри ловушки, что еще больше снижает скорость потери воды на испарение.
Солнечный перегонный аппарат можно сконструировать из двух-четырех камней, пластиковой пленки или прозрачного стекла , центрального груза для изготовления воронки и контейнера для конденсата. [3] Лучшие материалы повышают эффективность. Один лист пластика может заменить ветки и листья. Повышение эффективности достигается за счет водонепроницаемости пластика, предотвращающей выход водяного пара. Лист прикрепляют к земле со всех сторон камнями или землей. Утяжеление центра листа образует воронку. Конденсат стекает по нему в резервуар. Одно исследование ямной дистилляции показало, что при наклоне крышки под углом 30 градусов улавливается больше всего воды. Оптимальная глубина воды составляла около 25 миллиметров (1 дюйм). [4]
Транспирация
[ редактировать ]Во время фотосинтеза растения выделяют воду посредством транспирации . Воду можно получить, поместив лиственную ветку дерева в прозрачный пластик. [5] улавливание водяного пара, выделяемого деревом. [6] Пластик позволяет продолжать фотосинтез.
В исследовании 2009 года изменение угла пластика и увеличение внутренней температуры по сравнению с внешней температурой улучшили объемы выпускаемой продукции.
Если не снять давление пара вокруг ветки, оно может подняться настолько высоко, что листья больше не смогут испарять воду, что потребует частого удаления воды.
Альтернативно в мешок можно положить комочки травы или небольшие кусты. Листву необходимо регулярно заменять, особенно если листва выкорчевана.
Эффективность наиболее высока, когда сумка получает максимальное количество солнечного света. Мягкие, мясистые корни дают наибольшее количество жидкости при наименьших усилиях.
Фитиль
[ редактировать ]
Солнечный дистиллятор фитильного типа представляет собой паронепроницаемый ящик со стеклянной крышкой и наклонной крышей. [7] Вода заливается сверху. Он нагревается солнечным светом и испаряется. Он конденсируется на нижней стороне стекла и попадает в соединительную трубку внизу. Фитили разделяют воду на банки, чтобы увеличить площадь поверхности. Чем больше фитилей, тем больше тепла достигает воды.
Чтобы лучше поглощать тепло, фитили можно зачернить. Стекло поглощает меньше тепла, чем пластик при более высоких температурах, хотя стекло не такое гибкое.
Пластиковая сетка может поймать воду до того, как она упадет в контейнер, и дать ей больше времени для нагрева.
Добавки
[ редактировать ]При дистилляции рассола или другой загрязненной воды добавление красителя может увеличить количество поглощаемой солнечной радиации.
Обратный еще
[ редактировать ]В обратном варианте для конденсации водяного пара из окружающей среды используется разница температур между окружающим воздухом, нагретым солнечной энергией, и устройством. Одно такое устройство производит воду без внешнего источника питания. Он имеет перевернутый конус сверху, чтобы отводить окружающее тепло в воздухе и не допускать попадания солнечного света на верхнюю поверхность коробки. Эта поверхность представляет собой лист стекла, покрытый несколькими слоями полимера и серебра. [8]
Он отражает солнечный свет, уменьшая нагрев поверхности. Остаточное тепло, которое не отражается, переизлучается на определенной ( инфракрасной ) длине волны и проходит через атмосферу в космос. Температура в коробке может быть на 15 °C (27 °F) ниже температуры окружающей среды. Это стимулирует образование конденсата, который собирается на потолке. Этот потолок покрыт супергидрофобным материалом, благодаря чему конденсат превращается в капли и попадает в коллектор. Тест-система давала 4,6 мл (0,16 жидких унций США) воды в день при использовании поверхности площадью 10 см (3,9 дюйма) или примерно 1,3 л/м. 2 (0,28 гал/фут 2) в день. [8]
Эффективность
[ редактировать ]Конденсационные ловушки являются источниками расширения или дополнения существующих источников или запасов воды. Ловушка диаметром 40 см (16 дюймов) и глубиной 30 см (12 дюймов) дает от 100 до 150 мл (от 3,4 до 5,1 жидких унций США) в день.
Мочеиспускание в яму перед добавлением емкости позволяет восстановить часть содержания воды в моче.
Яма-перегонный куб может оказаться слишком неэффективной для выживания из-за затрат энергии/воды, необходимых для строительства. [9] В условиях пустыни потребности в воде могут превышать 3,8 литра (1 галлон США) в день для человека в состоянии покоя, в то время как производство воды может составлять в среднем всего 240 миллилитров (8 жидких унций США). [9] [10] Может потребоваться несколько дней сбора воды, чтобы компенсировать потерю воды во время строительства. [10]
Приложения
[ редактировать ]Удаленные сайты
[ редактировать ]Солнечные перегонные кубы используются в тех случаях, когда дождевая, водопроводная или колодезная вода непрактична, например, в отдаленных домах или во время перебоев в подаче электроэнергии. [11] В субтропических районах, пострадавших от ураганов , где электроэнергия может отключаться на несколько дней, солнечная дистилляция может стать альтернативным источником чистой воды.
Системы опреснения на солнечной энергии могут быть установлены в отдаленных местах, где практически отсутствует инфраструктура или энергосистема. Солнечная энергия по-прежнему доступна, экологична и считается эффективным методом среди других традиционных методов дистилляции. Солнечные дистилляторы очень эффективны, особенно для снабжения островитян пресной водой. Это делает их идеальными для использования в сельской местности или развивающихся странах, где доступ к чистой воде ограничен. [12] [13]
Выживание
[ редактировать ]Солнечные дистилляторы использовались пилотами, оказавшимися в океане, и включались в аварийные комплекты спасательных плотов. [1]
Использование конденсационной ловушки для дистилляции мочи позволит удалить мочевину и соль, перерабатывая воду в организме. [14]
Очистка сточных вод
[ редактировать ]Солнечные дистилляторы также используются для очистки городских сточных вод . [15] обезвоживание осадка сточных вод [16] а также для управления сточными водами оливковой фабрики. [17]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Солнечный натюрморт» . Популярная механика . Журналы Херста. Февраль 1952 г. с. 113.
- ^ «Опреснитель с ручным обратным осмосом - Уведомление о намерении присудить контракт единственному поставщику, ВВС США» . fbo.gov . 2012 . Проверено 3 июля 2012 г.
- ^ «Портативный солнечный дистиллятор воды дяди Джона (для выживания)» . Инструктажи .
- ^ Халифа, Абдул Джаббар Н.; Хамуд, Ахмад М. (ноябрь 2009 г.). «Корреляция производительности солнечных перегонных аппаратов бассейнового типа». Опреснение . 249 (1): 24–28. дои : 10.1016/j.desal.2009.06.011 .
- ^ «Солнечный натюрморт» . Практичный выживший . Проверено 12 января 2023 г.
- ^ О'Мигер, Берт; Рид, Деннис; Харви, Росс (2007). Средства выживания: справочник по выживанию в глубинке (PDF) (25-е изд.). Мэйлендс, Вашингтон: Полицейская академия Западной Австралии. п. 24. ISBN 978-0-646-36303-5 . Проверено 7 февраля 2017 г.
- ^ Маникандан, В.; Шанмугасундарам, К.; Шанмуган, С.; Джанартанан, Б.; Чандрасекаран, Дж. (апрель 2013 г.). «Солнечные аппараты фитильного типа: обзор». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 20 : 322–335. дои : 10.1016/j.rser.2012.11.046 .
- ^ Jump up to: а б Ирвинг, Майкл (24 июня 2021 г.). « Обратный солнечный перегонный куб» сохраняет прохладу, позволяя отжимать питьевую воду из воздуха» . Новый Атлас . Проверено 27 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Аллоуэй, Дэвид (2000). Навыки выживания в пустыне . Издательство Техасского университета . стр. 63–65. ISBN 978-0-292-79226-5 . Проверено 9 мая 2013 г.
- ^ Jump up to: а б ВВС США (1 апреля 2008 г.). Справочник по выживанию ВВС США . Издательство Скайхорс . п. 285. ИСБН 978-1-60239-245-8 . Проверено 9 мая 2013 г.
- ^ Анжанеюлу, Л.; Кумар, Э. Арун; Санканнавар, Рави; Рао, К. Кесава (13 июня 2012 г.). «Дефторирование питьевой воды и сбор дождевой воды с использованием солнечного перегонного аппарата». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 51 (23): 8040–8048. дои : 10.1021/ie201692q .
- ^ Озджан Ю. и Дениз Э. (2023). Рекуперация солнечной тепловой энергии в системах солнечной дистилляции с использованием термоэлектрических генераторов. Инженерные науки и технологии, Международный журнал, 40, 101362. https://doi.org/10.1016/j.jesch.2023.101362.
- ^ Мохайсен, Х.С., Исфахани, Дж.А., и Аяни, М.Б. (2021). Улучшение производительности и стоимости пассивных солнечных батарей с использованием ребристого/встроенного конденсатора: экспериментальное исследование. Возобновляемая энергия, 168, 170-180.
- ^ Грэнтэм, Дональд Ф. (2 марта 2001 г.). Источник дикой природы . Навыки выживания для новичков. Xlbris Corp. с. 119. ИСБН 0738836826 .
- ^ Р. Зарасванд Асади, Ф. Суджа, М. Х. Руслан, Н. А. ДжалилПрименение солнечного дистиллятора в очистке бытовых и промышленных сточных вод. (2013)Сол. Энергия, 93, стр. 63-71, https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.03.024.
- ^ Д. А. Хараламбопулос, Г. Бискос, К. Халвадакис, Т. Д. Леккас (2022) Обезвоживание осадка сточных вод с помощью солнечного перегонного аппарата. Обновить. Энергия, 26, стр. 247-256, https://doi.org/10.1016/S0960-1481(01)00114-8as.
- ^ Масторас, Петрос; Вакалис, Стергиос; Фунтулакис, Михаил С.; Гатиду, Грузия; Катсиану, Панайота; Кулис, Георгиос; Томаидис, Николаос С.; Хараламбопулос, Диас; Стасинакис, Афанасиос С. (10 сентября 2022 г.). «Оценка эффективности пилотного солнечного перегонного аппарата для очистки сточных вод завода по производству оливок» . Журнал чистого производства . 365 : 132695. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.132695 . ISSN 0959-6526 . S2CID 249722738 .
Патенты
[ редактировать ]- США 3337418 , «Пневматический солнечный перегонный аппарат».
- США 4235679 , «Высокоэффективный солнечный перегонный аппарат».
- США 4966655 , «Солнечный аккумулятор с пластиковым покрытием».