Разработан прототип высокоэффективного солнечного опреснителя

Аватар пользователя Stak

Компактный дистиллятор за 1.5 доллара из аэрогеля, алюминия и бумажных полотенец

Наша планета во многом уникальна, особенно если сравнивать ее с соседями по Солнечной системе. Большую часть поверхности Земли, примерно 70%, занимают океаны, моря, реки и озера. Однако лишь малая доля из этих водных запасов являются пресными. Львиная же доля — морская и океаническая вода, которую можно пить только в том случае, если вы хотите схлопотать обезвоживание, проблемы с почками и очень любите перечитывать инструкцию освежителя воздуха в «комнате раздумий». Другими словами, от соленой воды при прямом ее употреблении будет больше вреда, чем пользы.

Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором группа ученых из Массачусетского технологического института (США) разработала устройство, позволяющее опреснять воду за счет солнечной энергии без какого-либо участия человека. В чем особенности изобретения, каков принцип его работы и насколько оно эффективно? Об этом мы узнаем из доклада исследовательской группы. Поехали.
 

Основа исследования


Несмотря на огромные водные запасы планеты, учитывая что лишь часть из них пригодна к употреблению, практически треть населения Земли страдает от нехватки питьевой воды. Использовать морскую воду в качестве источника пресной — самый логичный и относительно легкий в реализации способ решить эту глобальную проблему.

Как заявляют сами ученые, современные установки по опреснению воды работают достаточно эффективно, однако они обладают рядом весьма банальных недостатков. Одним из которых является их дороговизна и необходимость в развитой инфраструктуре, способной поддерживать работу столь сложного механизма.

Пассивные системы опреснения, которые используют солнечную энергию, также вполне эффективны. Но стоимость произведенной ими пресной воды достаточно высока, не говоря уже о низкой эффективности преобразования солнечной энергии в пресную воду.

В последнее время акцент разработок был поставлен на создание более эффективных пассивных систем. В рамках таких исследований удалось создать системы на базе локализации солнечного тепла. Однако эффективность преобразования солнечного излучения в пар ниже 100%, если энтальпия испарения* теряется в окружающей среде.

Энтальпия испарения* — количество теплоты, необходимое для преобразования жидкого вещества в газообразное.

Ученые считают, что ключом к повышению эффективности работы опреснительных систем может быть сбор и повторное использование энтальпии испарения. Эта идея уже была реализована в крупных дистилляционных установках. Однако с малогабаритными дистилляционными установками возникают определенные технологические трудности.

В ранее проведенных исследованиях уже были продемонстрированы компактные системы локализации солнечного тепла, которые повторно использовали энтальпию испарения для выработки электроэнергии, преобразования морской воды в пар или для того и другого. Однако существует теория, что эффективность таких механизмов может быть гораздо выше, чем есть сейчас.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда заявляют, что фундаментальные ограничения общей производительности и соответствующие стратегии проектирования опреснительных установок не были достаточно хорошо изучены. По этой причине мы не имеем представления о том, как именно можно создавать и совершенствовать именно компактные и недорогие в производстве системы опреснения.

Для решения этой головоломки ученые провели ряд анализов, чтобы получить фундаментальное представление о тепло- и массопереносе внутри устройства. Эти знания могут сильно поспособствовать оптимизации создаваемого устройства опреснения, которое будет работать эффективнее.

Также ученые создали прототип десятиступенчатого TMSS (thermally-localized multistage solar still) без накопления соли, используя недорогие материалы, и продемонстрировали рекордно высокий КПД преобразования солнечного излучения в пар (385%) при производительности 5.78 л/м2 в час.
 

Результаты исследования


9t84fuhxe0u4i92bgyz4o1sj8q8.png
Изображение №1: схема разработанного прототипа TMSS.

Первая ступень прототипа, на которую падает солнечный свет, состоит из слоя оптически прозрачной кремнеземной (SiO2, диоксид кремния) аэрогелевой теплоизоляции, солнечного коллектора, капиллярного фитиля* и конденсатора. Все эти слои расположены вдоль направления солнечного излучения ().

Капиллярность* — эффект подъема или опускания жидкости по узким трубкам, каналам или пористым телам (капиллярный фитиль — от фитиля в керосиновой лампе).

Каждая из последующих ступеней состоит из капиллярного фитиля и конденсатора, разделенных воздухом (1b). Конденсатор последней ступени расположен в рапе (высококонцентрированный соляной раствор) для поддержания его температуры, близкой к окружающей среде, что обеспечивает большой градиент давления пара на каждой ступени.

Солнечный коллектор, расположенный между слоем кремнезема и первым капиллярным фитилем, преобразует солнечную энергию в тепло. Аэрогелевый слой кремнезема подавляет потери тепла от солнечного коллектора за счет проводимости, конвекции и излучения благодаря своей сверхнизкой теплопроводности и высокой непрозрачности в инфракрасном диапазоне.

Тепловая энергия передается от коллектора к капиллярному фитилю, прикрепленному на задней стороне, где рапа поднимается капиллярно и испаряется из-за повышенной температуры. Пар проходит через воздушный зазор между испарителем и конденсатором, выделяя тепловую энергию за счет конденсации. Конденсированная чистая вода на каждой стадии собирается, в то время как высвобожденная тепловая энергия передается для запуска испарения на следующей стадии, реализуя рециркуляцию энтальпии.

Архитектура TMSS обеспечивает высокопроизводительное опреснение благодаря трем ключевым характеристикам, которые оптимизируют тепло- и массоперенос.

Во-первых, рециркуляция энтальпии испарения осуществляется посредством многоступенчатой конфигурации, в которой скрытое тепло, выделяемое на предыдущей стадии, используется на следующей стадии, чтобы активировать испарение.

Во-вторых, в отличие от традиционных подходов к локализации солнечного тепла, производительность которых зависит от теплоизолирующих впитывающих материалов, которые обеспечивают поглощение солнечной энергии и испарение воды на одном интерфейсе, архитектура TMSS разделяет эти функции: поглощение солнечной энергии происходит на передней стороне, в то время как межфазный нагрев и результирующие испарения находятся на другой стороне ступени.

Такая конструкция позволяет использовать в разработке недорогие материалы, поскольку нет необходимости в солнечном коллекторе с влаговпитывающими свойствами или в особых капиллярных фитилях с определенной степенью солнечного поглощения.

В-третьих, вертикально расположенные ступени установки с настраиваемыми углами наклона могут значительно снизить паразитные потери тепла из-за незначительной площади контакта между тонкопленочным испарителем и объемной рапой (). Кроме того такая архитектура позволяет установке работать при разном положении Солнца, вызванного географией или сезонными изменениями.

Исследователи отмечают, что для достижения наилучшей производительности следует оптимизировать многие параметры конструкции, включая ширину устройства (a), толщину воздушного зазора (b) между каждой ступенью устройства и общее количество ступеней (n). Для данного прототипа была выбрана высота ступеней в 10 см, поскольку она приблизительно равна длине капиллярного фитиля. Выбор значений b и n определялся с учетом тепло- и массопереноса на каждой стадии.

К примеру, уменьшение b может уменьшить сопротивление переноса пара, но увеличить потери проводимости через зазор. Эта потеря проводимости на данной ступени может быть повторно использована следующей ступенью для ускорения испарения, однако она уменьшает образование пара на предыдущей высокотемпературной ступени, что приводит к снижению общей эффективности преобразования солнечного излучения в пар.

Если же увеличить число ступеней (n), в теории эффективность возрастет, однако этот «бонус» станет меньше, когда число ступеней будет критическим и эффективность начнет падать ввиду неизбежных потерь тепла от боковых стенок ступеней.

Для определения того, какими же должны быть значения ab и n, ученые создали теоретическую модель.

Модель показала, что для подобного устройства (ступени 10 см в высоту) воздушный зазор (b) должен быть 2.5 мм, что соответствует пиковому КПД (650%) преобразования солнечного излучения в пар.

Зная, что а = 10 см и b = 2.5 мм, можно установить оптимальное значение числа ступеней. Было установлено, что КПД установки будет расти крайне незначительно, если число ступеней (n) будет превышать 20 штук (КПД около 600%).

Ученые решили использовать воздушный зазор не 2.5, а 5 мм. Таким образом можно быть уверенным, что зазор больше, чем типичный размер капель на конденсаторе, тогда конденсат не будет касаться испарителя и может быть собран.

Число ступеней составило 10 штук для демонстрации того, что даже такое маленькое устройство способно эффективно работать.

Учитывая выбранные параметры (а = 10 см, b = 5 мм и n = 10), ученые предположили, что КПД составит порядка 417%.

Не стоит забывать и про боковые стенки ступеней, поскольку потери тепла из-за увеличения их числа могут снизить эффективность устройства. Потому на боковые стороны были добавлены слои изолятора толщиной 1.27 см.

Также теоретическая модель показывает снижение КПД при увеличении воздушного зазора до 100 мм (с 417% до 300%) и до 1.5 см (с 417% до менее 250%).

ptkdvcdn9zdbri8jvu7aadzgup8.png
Изображение №2

Результатом моделирования стал прототип TMSS, показанный на снимке . Это десятиступенчатое устройство состоит из одиннадцати нейлоновых рам (Nylon PA12), которые были изготовлены с использованием 3D-печати. На задней части первой рамы был установлен коммерчески доступный солнечный коллектор 10х10 см (B-SX / TL / ZZ-1.88). Там же была пластина стекла 10х10 см и толщиной 1 мм с антиотражающим покрытием на передней части для защиты коллектора (). Монолитный кремнеземный аэрогель (9.5х9.5 см и толщиной 5 мм) был помещен между солнечным коллектором и стеклянной пластиной и служил прозрачной теплоизоляцией. Остальные 10 рам были идентичны друг другу. В каждой из них был размещен конденсатор из алюминиевой пластины 10х10 см и толщиной 0.5 мм (2b). Конденсатор был покрыт тефлоновым слоем в 1 мкм, что позволяло каплям стекать и не задерживаться на конденсаторе. Углы соприкосновения продвижения и падения на гидрофобном покрытии составляли 108.2° и 103.2°, соответственно (2c и 2d). Гистерезис с малым углом контакта (~5°) позволял легко удалять конденсированные капли миллиметрового масштаба под действием силы тяжести. Для эффективного сбора опресненной воды в нижней части рамы была изготовлена ​​прорезь с углом наклона ~5.7°, которая была подключена к выпускному отверстию.

Высокая прозрачность (﹥95%) стекла и аэрогеля кремнезема, а также высокая поглощающая способность (~93%) солнечного коллектора были измерены с помощью спектрофотометра UV-Vis-NIR (2e).

Самое любопытное то, что в качестве капиллярного фитиля были использованы обыкновенные бумажные полотенца шириной 10 см и длиной 15 см, которые были прикреплены сзади каждого конденсатора (2f). Волокна целлюлозы этих полотенец создают многочисленные микропоры диаметром от 10 до 100 мкм (2g и 2h), которые создают капиллярное давление и обеспечивали быструю транспортировку воды.

Суммарная стоимость материалов, использованных при создании всей установки, составила около 1.54 долларов. При этом 70% затрат приходятся на нейлоновые рамы. Они частично полые, если же использовать полностью полые рамы, то стоимость снизится.

j5ethzn4apvh7rsciiyo88qotms.png
Изображение №3

Первичная оценка характеристик тестируемой установки (схема на ) была проведена в лабораторных условиях. Искусственное солнце генерировало поток в 1000 Вт на м2.

Для детальной оценки тепловых характеристик одновременно использовалось 12 термопар, которые измеряли температурный отклик в реальном времени: 10 пар контролировали температуру испарителя/конденсатора каждой ступени (Т1-Т10); 1 пара регистрировала температуру конденсатора последней ступени (Tb) и еще 1 пара — температуру окружающей среды (Tatm) (2a и ). Собранные данные о потере температуры и массы обрабатывались компьютером. Температурная динамика 10 ступеней в течение 3 часов показана на 3b.

Из-за высокого термического сопротивления аэрогеля и изоляции боковых стенок ступеней температура первой ступени буквально за 15 минут достигла 60 °С (Т1), а потом доросла до стабильного состояния в 72 °С. Остальные ступени также постепенно достигли такого стабильного состояния спустя 100 минут от начала облучения.

Хотя конденсатор последней ступени был вставлен в резервуар для воды, его температура по-прежнему несколько превышала температуру окружающей среды (Tb ~25 °C) в устойчивом состоянии из-за теплового сопротивления через тонкий алюминиевый лист.

Скорость изменения массы для 10-ступенчатого устройства постепенно увеличивалась и поддерживалась на постоянном уровне ~0.89 г/мин после установления термического устойчивого состояния.

Подобная динамика поведения ступеней была описана на стадии моделирования (), которое рассматривает зависящую от температуры концентрацию пара и диффузию на каждой ступени установки.

Конденсированная вода начала вытекать из выходного отверстия первой ступени примерно через 8 минут после включения искусственного солнца. Следом так же произошло и с последующими ступенями.
 

 


Демонстрация начала работы установки TMSS.

Когда TMSS перешел в устойчивый режим работы через 100 минут, наблюдался непрерывный поток воды из всех десяти отверстий.
 

 


Демонстрация работы установки в стабильном режиме.

Общая потеря массы составила порядка 150 г, а воды было собрано около 113 г спустя 3 часа работы установки. Утраченная вода по большей степени была представлена каплями, которые остались на конденсаторе, и утечкой пара во время работы установки. Если вычесть вклад испарения в неосвещенных условиях, то получается, что
скорость производства пара десятиступенчатой TMSS в стационарном режиме составила 5.78 л/м2 в час.

Далее для лучшего понимания механизма тепло- и массопереноса внутри TMSS, был проведен анализ температуры и потока пара каждой ступени в стационарном состоянии (3d). Температура каждой ступени была усреднена в течение последнего часа измерения (т.е. от 120 минуты до 180 минуты теста).

Измерение температуры показало линейный спад между ступенями из-за одинакового теплового сопротивления каждой из них. Для оценки вклада каждой из ступеней была рассчитана концентрация насыщенного пара на основе температуры испарителя и потока пара.

Поток пара показал экспоненциальное уменьшение с каждой последующей ступенью (3d) из-за потерь тепла на боковой стенке и нелинейной зависимости между температурой и концентрацией пара. Итого, первые три ступени внесли наибольший вклад — порядка 45% от общего потока пара. Это наблюдение на практике показывает, почему добавления большого числа ступеней будет просто неэффективным и нерациональным.

Для наглядной демонстрации важности рециркуляции энтальпии испарения, был проведен сравнительный анализ производительности десятиступенчатого устройства с одноступенчатым. Эффективность одноступенчатой системы составила всего 81% (), как и предсказывала теоретическая модель (около 83%). Соответствующий выход воды составил 1.21 л/м2 в час, а это примерно в пять раз меньше, чем производительность десятиступенчатой ​​установки ().

Также была проверена изоляция боковых стенок и ее важность. При отсутствии изоляции КПД упал до 286%, тогда как при ее наличии должен достигать 326% ().

p6d8qdmuoeqw40eagegtz7wrnhe.png
Изображение №4

График выше показывает сравнение эффективности тестируемой TMSS установки (отмечено звездочкой) и ранее разработанных эквивалентов. Как мы можем видеть, показатели разработанной установки буквально бьют все рекорды.

Следующим важным показателем, который проверяли исследователи, была степень обессоливания прототипа TMSS на примере воды с 3.5% содержанием NaCl. После опреснения минерализация воды (0.0005 мас.%) была снижена на четыре порядка ().

3bygkycinmjr2digzu0cpep-sd8.png
Изображение №5

При этом международный стандарт для питьевой воды, установленный Всемирной организацией здравоохранения, составляет 0.02 мас.%.

Еще одним немаловажным аспектом является накопление солей, которое может нарушить постоянную работу установки. Для проверки устойчивости прототипа к этой проблемы был проведен тест, в котором установка облучалась светом в 1500 Вт/м2 в течение 1.5 часов. Общее лабораторное солнечное излучение составило 5,25 кВт · ч на м2, что превышает среднегодовое дневное солнечное излучение в США. Эти 3.5 часа имитировали день, после чего излучение отключалось для имитации ночи. Такие условия приводят к быстрому накоплению солей и сокращению времени диффузии. На 5b показана динамика накопления и отторжения соли в течение 18.5-часового теста. В целом, испаритель показал высокую способность к отводу соли в течение всего испытания.

Накопление соли было замечено только в двух верхних углах, которые имели наибольшее диффузионное сопротивление, поскольку они находились на самом дальнем расстоянии от рапа (динамика накопления соли в этих углах показана белой пунктирной линией на 5b).

Первые два часа соли не накапливались, так как NaCl обладает высокой диффузионной растворимостью в воде. Но спустя 2 часа соль начала кристаллизоваться, а уже спустя 3.5 часа около 45% участка в 4х4 см углов были покрыты солью. Тем не менее уже спустя 15 часов обычной работы установки накопленная соль полностью диффундирует.

Все вышеописанные результаты тестов и наблюдений были получены в лабораторных условиях. Естественно, условия в природе не могут быть контролируемыми, как в лаборатории. Потому были проведены аналогичные тесты, но уже под открытым небом (тест проводился в июле 2019 года).

xccq9a9hq7n0jbxuitvyqvhmixu.png
Изображение №6

Прототип был расположен на крыше кампуса института (6a и 6b). Для оценки изменений температур были так же использованы 12 термопар, а пиранометр был использован для оценки изменений падающего солнечного потока. Камера записывала все изменения, в том числе и количество собранной воды в специальном цилиндре объемом 100 мл.

Опыт под открытым небом начался в 11:10 по местному времени и завершился в 16:00. Температура каждой ступени быстро повышалась в течение первого часа, когда температура солнечного коллектора превышала температуру окружающей среды более чем на 30 °С ().
 

 


Демонстрация работы установки во время теста под открытым небом.

Вода начала вытекать из первой ступени уже через 20 минут. Солнечный поток значительно варьировался от 200 до 800 Вт м2 из-за рассеянных облаков (6d), что приводило к колебаниям температуры солнечного коллектора (). Ввиду облачности наблюдалось вполне ожидаемое колебание температуры солнечного коллектора от 50 до 65 °С.

На снимках 6е отчетливо видно, сколько воды было собрано за время проведения опыта: 72 мл за 4.5 часа, т.е. 2,6 л кВт-1 в час.

Логично, что такое маленькое устройство не сможет, учитывая изменчивость погоды, удовлетворить суточную норму воды для человека (около 3.2 л). Для этого нужно собрать массив из прототипов площадью 1 м2 (10 на 10 штук), который сможет собирать около 10-20 литров воды в день в зависимости от погодных условий и сезона.

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
 

Эпилог


В данном труде ученые описали характеристики своего прототипа установки по опреснению воды за счет солнечного света. В то время как большинство современных установок требуют либо больших финансовых вложений, либо определенных условий (как природных, так и инфраструктурных), созданный прототип очень дешевый и весьма эффективный. Суммарная стоимость материалов составила всего лишь 1.54 долларов, а выход воды 5.7 л м2 в час.

Фундаментом своего творения ученые называют понимание принципов термо- и массообмена внутри разрабатываемого устройства. Ведь, если известно что и как происходит с различными участниками процесса, можно корректировать их поведение.

Проблема пресной воды с каждым годом становится все больше, хоть и многие ее не замечают, поскольку живут в условиях достаточно беспроблемного доступа к водным ресурсам. Тем не менее, проблема есть и ее нельзя игнорировать. Данное исследование показывает, насколько эффективными могут быть простые и дешевые устройства, которые реализуют фундаментальные принципы естественных наук. Все гениальное — просто. Эта фраза звучит достаточно часто, правда иногда она используется не по назначению, но в случае рассмотренного нами сегодня прототипа, она подходит идеально.

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

В представленном прототипе опреснительной установки удалось достичь вдвое более высокой эффективности, чем у предшественников, и устойчивую работу в суточном цикле.

 

Комментарии

Аватар пользователя Ahun2008
Ahun2008(7 лет 7 месяцев)

Здорово.

Аватар пользователя Sarich
Sarich(9 лет 1 неделя)

лайков нет к сожалению. Лови пять  yes

Комментарий администрации:  
*** отключен (инфомусор, галиматья) ***
Аватар пользователя Bazyaka
Bazyaka(8 лет 2 месяца)

и продемонстрировали рекордно высокий КПД преобразования солнечного излучения в пар (385%) при производительности 5.78 л/м2 в час.

ребята нобелевку заслужили, плюс потенциально получен вечный двигатель с избыточной энергией, которую можно преобразовывать в э/э, КПД = 385% это вам не хухры-мухры!

Аватар пользователя st251
st251(7 лет 8 месяцев)

Суммарная стоимость материалов составила всего лишь 1.54 долларов,

В продаже эта штука будет стоить чутка подороже....

Аватар пользователя Artem_01
Artem_01(12 лет 3 месяца)

Китайцы не дадут сильно задрать ценник. С солнечными панелькаии так уже было.

Аватар пользователя letatel
letatel(10 лет 3 месяца)

Слабо им это под опенсорсом запостить в Интернете

Аватар пользователя Алый
Алый(10 лет 7 месяцев)

Планета Плюк что то вспоминается. А морскую соленую  понемногу пить можно.

Комментарий администрации:  
*** Будущий телепат в полном объеме (с) - https://aftershock.news/?q=comment/12979932#comment-12979932 ***
Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

про питье морской воды - все таки не вводите людей в заблуждение - во первых соленость морской воды бывает разная (ну и здоровье у каждого очень различается - кого то кружка соленой воды и в гроб вгонит)

а во вторых если вы например что то слышали об Аллене Бомбаре - то там речь не просто о том чтобы пить морскую воду а о том что в море можно выжить без наличия свободного доступа к пресной воде - но при определенных условиях. Так например пить морскую воду можно но по чуть чуть при этом необходимо иметь возможность например есть что то малосоленое с высоким содержанием влаги - типа сырой рыбы

а если у вас нет специальных знаний - то в случае чего в море надежда только дистилляторы - они бывают разных видов конструкций и прочего - лучше иметь каждого вида по паре ну и в крайнем случае иметь представление как из пластиковой бутылки, пакетов и прочего сварганить хотя бы самый примитивный дистиллятор (ну или в крайнем случае догадаться с утра конденсат с поверхности собрать) 

Аватар пользователя Алый
Алый(10 лет 7 месяцев)

Вспоминаю старую новость, о японских мотоциклистах, которые застряли где то на болоте в Австралии, где чуть не умерли от жажды. Японцы, не то что из болота, видимо и из под крана воду не выпьют.

 Я к тому, что не надо ставить категоричные установки, можно, но вот по чуть чуть. Я ещё помню, что у медведей в берлоге, идет кругооборот жидкости - наружу ничего не идет за всё это время.

Комментарий администрации:  
*** Будущий телепат в полном объеме (с) - https://aftershock.news/?q=comment/12979932#comment-12979932 ***
Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

в случае кораблекрушения - установка одна - соленую воду не пить! - эта инструкция как и все остальные написана кровью - риск умереть от отказа внутренних органов выше чем от обезвоживания

так же не стоит пить мочу что местами даже на канале дискавери разные идиоты рекомендуют :) - вот станете медведем - делайте что хотите - хоть трубку из письки в рот организуйте - а если хотите выжить - лучше сварганьте простейший дистиллятор из подручных материалов

 

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 5 месяцев)

А морскую соленую  понемногу пить можно.

Никогда и не при каких обстоятельствах. Даже минерализация 15г/л уже является строго лечебной и может применяться только по определенному алгоритму, соленость океанической воды 35 г/л, ее  можно использовать как пряность жажды она не утоляет.

Аватар пользователя tatar
tatar(8 лет 6 месяцев)

Дистилляция, морская вода немцы какиие-то... главное, можно ли на этой установке бражку перегонять.

Аватар пользователя Изя Ливин
Изя Ливин(7 лет 11 месяцев)

Именно шулай!

Аватар пользователя Алексей N
Алексей N(8 лет 3 недели)

А что они называют КПД интересно?

 

Аватар пользователя Провинциал.

Удельная теплота парообразования - 2250 кДж/кг. и от этого никуда не деться, поэтому процесс превращения воды в пар и обратно будет всегда энергозатратен. 

Аватар пользователя gruzzy
gruzzy(10 лет 6 дней)

А стоимость аэрогеля эти учёныя не забыли посчитать? Или он у всех нахаляву будет???

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 5 месяцев)

Чушь это все. Так порядочные вещи не делаются, у них таких изобретений, по пучку на пятачок, а ВОЗ и ныне там.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 10 месяцев)

Проще и дешевле такого девайса сделать что то трудно.

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Так и есть. Вот только производительность у такого девайса отнюдь не фонтан...

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 10 месяцев)

Он рассчитан на одного человека. Хочешь увеличить производительность - ставь больше, либо масштабируй.

Аватар пользователя Shalalak_new
Shalalak_new(4 года 11 месяцев)

Правильно ли я понимаю, что американские зрадники только что опубликовали решение проблемы с пресной водой для Крыма на бытовом уровне?

laugh

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Ну скажем так, "одно из возможных решений". Там по побережью полно посёлков, где пресная вода исключительно завозная.

Аватар пользователя НВК
НВК(5 лет 12 месяцев)

Английские учёные? Ну видятся два неустранимых недостатка- первое при использовании морской воды через пару часов зарастёт солями. При этом эффективность будет падать из-за роста концентрации солей.

Эффективность быстро снизится из-за низкого коэффициента теплопередачи от конденсатора к жидкости, верхняя часть нагреется.

Когда площадь увеличится до м2, начнутся серьёзные проблемы с теплопередачей. 

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Вы статью то почитайте (можно в оригинале, см. ссылку на доп. материалы) , там детально вопрос конструкции освящён. И вопрос с отложением соли так же освещён, за время ночного простоя в суточном цикле накопившаяся соль успевает диффундировать обратно в рассол.

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Бред там написан. Они установку гоняли на поваренной соли. Морская она совершенно другая по химии. И даже на этом рассоле у них при первой же "ночи" ~10% площади испарителя засралось.

Во вторых, вы невнимательно сами прочли. Именно при непрерывной работе соли (куда-то) вымывались, что противоречит физике. Скорее всего они бумажное полотенце меняли просто.

В третьих, пока идёт речь о стакане в час - вопросов нет, 1 грамм соли может и растворится обратно. Как только пройдет разговор о кубе в час, тут им придется куда-то убирать два пуда этой самой соли.

Значит установка не масштабируется, практической пользы от нее нет. Обратный осмос и надёжнее и дешевле выйдет.

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Перевод не идеален.

 см. рисунок 5b , 

в оригинале - речь именно о самоочистке ночью:

. (b) Salt-rejection performance during a daytime salt accumulation period and a night time salt diffusion cycle. 1500 W m2 solar illumination was supplied to the TMSS prototype over 3.5 hours to simulate total daily solar irradiation. The largest image at the center shows the evaporator before the experiment started (without salt accumulation). Salt accumulation was observed after two hours on the farthest corners to the reservoir, which had the largest diffusion resistance. After the solar simulator was turned off, the accumulated salt diffused back to the reservoir gradually

Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

все зависит от цели и цены - где то выгоднее осмос а где то бывает выгоднее обычное выпаривание

если они смогут сделать в итоге скажем за 10-100 баксов мини установку дающую стакан в час (пусть даже вручную очищая от соли) - фирмы делающие спасательное оборудование засыплют заказами :)

кстати знаете почему не рекомендуются обратноосмотические дистилляторы например для укомплектования спасательных плотов а все таки многие предпочитают испарительные ? :) 

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Заглянул на Али. Дистилляторов походных на сухом спирте как говна за баней. От 50 до 1000 рублей. Размеры от карманных до кастрюльных. Есть на 12 вольт автомобильные.

Но за такое грант на исследование не дадут, нет.

Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

дистиллятор на сухом спирте? на резиновом плоту? в море? при волнении? :))) я бы лично отказался от такого удовольствия :))

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Бери на батарейках, хозяин-барин.

Люди без воды не только в море оказываются же. Иногда и на машине по Монголии катаются, например.

Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

сколько нужно батареек на спасплот человек на 20 ? уж я лучше по старинке - обычные испарительные плавающие надувные дистилляторы и скребки для сбора конденсата :)

на суше немного другие условия и как бы я не буду против дистилляторов на спирту или даже на дровах

а вот в море - даже поставить чайник на газовую плиту на специальном подвесе - целое приключение если есть качка :) довелось один раз - с тех пор тот кто хочет горячего чаю - идет ставить чайник сам :)

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

кстати знаете почему не рекомендуются

Кстати, почему?

Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

все очень даже просто: для обратноосмотического дистиллятора надо создавать давление - фактически работать насосиком вручную (с аккумуляторами на спасплотах не очень)

при этом:

1) на спас плоту как бы по определению собираются люди уже несколько уставшие, раненные, временами в шоковом состоянии - есть вопрос в том кто будет качать насосик

2) работая насосиком человек будет дополнительно потеть - может оказаться так что количество полученной воды может быть даже меньше чем человек потратил

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

По п.1 ещё можно согласиться.

По второму, нет. У меня под мойкой установка с электрическим насосом мощностью аж 40 ватт. Производительность 245 литров в сутки. Т.е. за час качания насоса с усилием меньше, чем езда на велосипеде по ровной дороге добывается ведро воды. А если выкинуть из моей установки три механических фильтра (они нужны для долговечности мембраны, в аварийном случае нафиг) и минерализатор, то думаю производительность ещё выше будет, а габариты станут 10*10*25.

Аватар пользователя Antony_87
Antony_87(4 года 6 месяцев)

че то многовато пишете - при давлении в пару атмосфер (без насоса) мой фильтр выдает врядли больше 5 литров в час, но фиг с ним

на плоту у вас не будет велосипеда, упираться особо не во что, пол ходит ходуном - пробовали подкачивать резиновую лодку без жесткого дна находясь на воде? вот тут примерно то же самое  - соответственно устанете вы гораздо раньше при тех же затратах

ну и блюющие соседи не дадут вам спокойно вырабатывать воду для них :)) это вам не спортзале заниматься с подтянутыми девчонками :) 

собственно можете не соглашаться -ваше право - я просто указал вам на то что есть применения где эффективный испарительный дистиллятор очень к месту даже с его недостатками

Аватар пользователя pppppppo_98
pppppppo_98(6 лет 11 месяцев)

по сикрету вам скажу...сикретные хвизеги мне на короткой ноге донесли что осмптическое давление моской воды около 30 атмосфер, посему в установках обратного осмоса давление 60бар...почитайте инстукцию к своему 40 ваттному насосику - выдастно он 60 бар...

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Нет, конечно. Раз в десять меньше по паспорту. По факту, а там стоит вибрационный, он может и даст, но корпуса насоса и мембраны порвет, поэтому проверять, отключив датчик давления я не стану. 17 этажей внизу могут не оценить такой эксперимент.

Вот теперь и со вторым пунктом оппонента согласен. Спасибо за информацию, буду знать.

Аватар пользователя НВК
НВК(5 лет 12 месяцев)

Угу. При этом поток концентрированного раствора должен идти вниз а жидкость для растворения солей вверх. По капиллярам. Интересный процесс.

Кстати :

так как NaCl обладает высокой диффузионной растворимостью в воде

Грубо говоря около 30%, причём  растворимость не зависит от температуры. При этом термина "диффузионная растворимость" не существует, есть просто- растворимость. Да и с вообще с терминологией весьма плохо, писали не специалисты.

При производительности 5.78 л/м2 в час это почти 300 грамм солей при 5-ти% концентрации. Тонким слоем на пластине. Можете промоделировать взять пластину 1 м2 и рассыпать на ней кг соли. При этом, для растворения такоко количества воды необходимо где-то 600 грамм воды и того ве насыщенной жидкости где-то 960 грамм. Это на тонком полотенца. Можете провести опыт смочить полотенце такой поверхности, дат стечь воде и завесить её 

Точно не английские учёные?

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Ну и в догонку: по их (явно заниженным, хотя могли бы и освещенность померять) прикидкам расход энергии составил 2.6 кВтч на литр.

Факиншит, атолловская установка ценой 100 баксов + насос к ней за 30$ производят 400 литров на 1 кВтч электроэнергии. За сутки. Три года без замены расходки.

У этих "учёных" установка которая за день 72 мл изготовила стоит два бакса на производстве. В розницу значит где-то 10. Значит, чтобы выдать те же 400 литров надо около 4000 баксов капвложений. Они кукухой поехали?

 

Аватар пользователя nenrav
nenrav(9 лет 4 месяца)

Можно это "полотенце" в морской воде промывать. Закольцевать его: в испарителе двигается вверх; после испарителя опускается вниз - в воду, там промывается и в мокром виде поступает в испаритель. Заодно увеличится эффективность "намокания".

Но мне кажется, там в другом месте проблемы будут. Ибо ничего нового в этой штуке я не вижу. Аэрогель? Вряд ли он намного эффективней обычного стекла.

Аватар пользователя НВК
НВК(5 лет 12 месяцев)

Так вот в низ она не пойдёт, из-за капиллярных сил. Иначе легко делается вечный двигатель, пытались не получилось.

Вообще упарка растворов солей дело муторное. 

Аватар пользователя grr
grr(9 лет 5 месяцев)

Разработан прототип высокоэффективного солнечного опреснителя

....

Каждая из последующих ступеней состоит из капиллярного фитиля и конденсатора, разделенных воздухом

Они там что белены объелись? Я конечно понимаю графики все такое, но что есть капиллярность? Капиллярность значит, что все соли будут оседать там где вода испаряется, и либо позабьют эти капилляры нафиг, либо(если вода морская) образуют высококонцентрированную рапу, давление водяного пара над которой кот наплакал, и вся их "эффетивность" пойдет в ж...

Очередная прекрасная статья от британских ученых, так они слона не продадут. Эта хрень может быть дешевой, но совершенно не может быть эффективной.

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Эта хрень может быть дешевой

А она и не дешёвая, см выше мои прикидки на коленке.

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Из 1.5 баксов затрат для модуля 10х10 см - 0.95 - это пластик для рамок. Подробная калькуляция есть по ссылке http://www.rsc.org/suppdata/c9/ee/c9ee04122b/c9ee04122b1.pdf

единичный модуль легко масштабируется в 5-10 раз :  0.5-1м шириной на 0.1м высотой.

И, если подумать, то и аэрогель не обязателен. Он лишь снижает теплопотери.

Главная идея - это переиспользование скрытой теплоты испарения, на каждой ступени - она возвращается в цикл за минусом потерь теплоты через стенки.

Аватар пользователя Ёлка-ёлка
Ёлка-ёлка(9 лет 4 месяца)

Потери теплоты обязательно должны быть. Иначе вода не сможет конденсироваться и установка просто будет выдавать пар, мало чем отличаясь от обычного котелка покрашенного в черный цвет.

И нафига нужна бандура метр длиной, которая весит из-за стекол как мешок картохи, если она выдаст 5 стаканов в день воды? В солнечный день. Тогда проще канистру воды в аврийку кинуть.

Аналогичная установка на сухом горючем в карман влезет и стоит в пределах бакса в розницу.

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Схема работы и конструкция из документа по ссылке выше, для нечитателей.

 По поводу дистилляторов на сухом горючем, обратного осмоса, или БН-350 - всему своё место. 

Среди известных на данный момент конструкций автономных солнечных опреснителей - эта наиболее эффективная, не так ли? При этом - не имеет движущихся частей, и с неограниченным ресурсом.

Аватар пользователя Gu_on2
Gu_on2(6 лет 5 месяцев)

Картинки - огонь, с них и надо было начинать.yes

Аватар пользователя Lokki
Lokki(9 лет 3 месяца)

В расходники пиши капиляры (ибо бумажные полотенца быстро засрутся и расплывутся).

И шкрябалки, что бы отложения солей отколупывать.

И скорее всего, там местами будет обильная флора-фауна, любит она когда тепло и влажно.

Аватар пользователя pppppppo_98
pppppppo_98(6 лет 11 месяцев)

да бактерий будет - хоть отбавляй...некоторые причем будут потрить воздух сероводородом...органика + сульфат ион - отличная среда для роста бактерий

Аватар пользователя Stak
Stak(4 года 3 месяца)

Шкрябалки - это лишнее. Я бы вместо бумажных полотенец для предложил какую-либо синтетику, что бы не размокала и не гнила (кстати, судя по картинке 2f - что-то подобное они и использовали). И добавил бы возможность периодической обратной промывки фитилей в направлении сверху-вниз, конструкция это позволяет (на случай, если будет возникать избыточное накопление солей).

А флора-фауна - вопрос решаемый. Например, так.

Страницы