Способ ускорения испарения воды и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу и устройству ускорения испарения воды с использованием солнечной энергии. Устройство для ускорения испарения воды выполнено из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 г/см3 и содержит плоское основание 1, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра 3. Соотношение массы верхних, нижних ребер 3 и основания 1 составляет 1:1:1. Ускоряют испарение воды тем, что изолируют поверхностный слой воды 5 толщиной 1-10 мм путем размещения устройства для ускорения испарения воды на поверхности воды 4 с погружением основания 1 под поверхностный слой воды. Основание указанного устройства стабильно расположено на заданном уровне под поверхностью воды 5. Группа изобретений позволяет снизить трудоемкость при эксплуатации устройства и способа испарения воды, исключить необходимость в удалении солевых отложений с поверхности устройства для испарения, исключить трудозатраты на установку устройства в рабочее положение, погружение и его балансировку под поверхностным слоем воды в процессе эксплуатации, упростить конструкцию устройства для испарения воды, повысить надежность работы устройства и эффективность испарения воды в поверхностном слое воды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Группа изобретений относится к способу и устройству ускорения испарения жидкостей, в частности, воды, с использованием солнечной энергии.

Из уровня техники известно устройство (пруд-испаритель) для испарения сточных вод различного генезиса. Пруд-испаритель сопряжен посредством водорегулирующих сооружений с подводящим каналом и снабжен плавающими испаряющими элементами из гидрофильного капиллярно-пористого материала. Плавающие испаряющие элементы выполнены в виде покрытых гидрофильным капиллярно-пористым материалом полых перфорированных барабанов, закрепленных между двумя опорными поплавками с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси с помощью торцевых полуосей, вставленных в размещенные по длине поплавков втулки. Барабаны снабжены механизмом их синхронного поворота на 180° и обратно (патент РФ №2527041, 27.08.2014).

Недостатком данного устройства является необходимость очистки испаряющих элементов от солевых отложений, что приводит к повышению трудоемкости способа испарения с использованием данного устройства. При этом, некачественная очистка испаряющих элементов приводит к снижению эффективности испарения жидкости за счет сокращения площади испаряющей поверхности.

Другими недостатками устройства являются сложность его конструкции и громоздкость устройства.

Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений заключается в разработке простого устройства и способа для эффективного и быстрого испарения воды.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой группы изобретений, заключается в снижении трудоемкости при эксплуатации устройства и способа испарения воды за счет отсутствия необходимости в удалении солевых отложений с поверхности устройства для испарения, исключения трудозатрат на установку устройства в рабочее положение, погружение и балансировку устройства под поверхностным слоем воды в процессе эксплуатации устройства, а также упрощения конструкции устройства для испарения воды, повышении эксплуатационных характеристик устройства, что обеспечивается повышением надежности работы устройства, а также эффективности испарения воды благодаря ускорению испарения за счет сосредоточении теплового воздействия солнечной энергии в поверхностном слое воды обусловленного изолированием тонкого поверхностного слоя воды, исключения образования на поверхности устройства солевых отложений.

Указанный технический результат достигается за счет использования устройства для ускорения испарения воды, выполненного из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 г/см3, и содержащего плоское основание, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра для обеспечения погружения поверхности основания устройства под поверхностный слой воды, при этом, соотношение массы верхних, нижних ребер и основания составляет 1:1:1.

Технический результат также достигается за счет осуществления способа ускорения испарения воды, заключающегося в том, что изолируют поверхностный слой воды толщиной 1-10 мм путем размещения раскрытого выше устройства для ускорения испарения воды на поверхности воды с возможностью погружения поверхности основания устройства под поверхностный слой воды, поглощенное под воздействием солнечных лучей основанием устройства тепло отдают поверхностному слою воды для стимулирования испарения, по мере испарения поверхностного слоя воды устройство стабильно расположено на заданном уровне под поверхностью воды.

Группа изобретений может использоваться для испарения воды с поверхности водоемов под действием солнечных лучей.

Основание устройства может быть выполнено в виде плитки шестигранной формы, что способствует компактной самоорганизации группы плиток для увеличения площади испарения. Устройство полностью симметрично и не требует ориентирования при выкладывании на воду.

Устройство может быть выполнено из полимерных материалов, устойчивых к тепловому и ультрафиолетовому излучению, например, полиэтилена.

Устройство может быть выполнено из полимерных материалов, неустойчивых к тепловому и ультрафиолетовому излучению и воде (разлагаемых).

Выполнение устройства из разлагаемых материалов обеспечивает управление сроком эксплуатации устройств и отсутствием необходимости их утилизации по истечении срока использования. Устройства, могут быть выполнены из материалов, подвергающихся разложению через 1-3 года.

Ребра на верхней и нижней стороне основания могут быть выполнены треугольной формы.

Устройство размещают на поверхности воды с возможностью погружения поверхности основания устройства под поверхностный слой воды толщиной в 1-10 мм. Максимальная эффективность устройства достигается при наименьшей глубине погружения основания под поверхностный слой воды, например, 1-5 мм.

Выполнение устройства из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 г/см3 в виде плоского основания, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра с соотношением массы верхних, нижних ребер и основания 1:1:1 обеспечивает достижение гидростатического равновесия при погружении поверхности основания устройства под поверхностный слой воды толщиной 1-10 мм. То есть, сила тяжести, действующая на устройство уравновешивается выталкивающей силой при полном погружении основания под воду на 1-10 мм.

При этом, конструкция устройства (в том числе массовое соотношение элементов конструкции и выбор плотности материала устройства) обеспечивает достижение гидростатического равновесия, когда над поверхностью воды остается до 5% массы устройства (до 15% объема верхних ребер), то есть, при погружении устройства на 95% под воду.

Таким образом, при использовании разработанного устройства достигается погружение поверхности основания устройства под поверхностный слой воды в 1-10 мм.

Таким образом, при размещении устройства на поверхности воды и погружении его основания под поверхностный слой воды достигается изоляция тонкого поверхностного слоя (1-10 мм или 1-5 мм) жидкости от толщи и стабильное сохранение толщины изолированного слоя в процессе работы устройства, таким образом, в процессе нагрева солнечными лучами поверхности основания устройства и передачи полученного тепла поверхностному слою не происходит периодического изменения толщины изолированного слоя, толщина слоя сохраняется на протяжении всего процесса, в результате чего происходит ускорение нагрева поверхностного слоя воды, переданное основанием устройства. В результате, достигается повышение эффективности испарения воды устройством.

Возможность изоляции тонкого слоя воды и поддержания его на одном уровне обеспечивает стабильную скорость нагрева и, соответственно, стабильную скорость испарения, что позволяет достичь повышения надежности работы устройства и повышение эксплуатационных характеристик устройства в целом.

Кроме того, расположение и удерживание основания устройства под слоем воды 1-10 мм позволяет добиться эффективного испарения с нагревом воды, не превышающем температуру выпадения и отложения на плитке солей жесткости (например, 55ºС для карбоната кальция). Таким образом, ввиду исключения образования отложений солей жесткости на поверхности устройства отсутствует необходимость в чистке устройства, что снижает трудоемкость при эксплуатации устройства. Кроме того, ввиду отсутствия отложений на изолирующей поверхности основания обеспечивается ее максимальный прогрев под действием солнечных лучей, что также способствует быстрому нагреву жидкости, эффективному испарению и надежной стабильной работе устройства.

По мере испарения жидкости с изолированного поверхностного слоя, происходит автоматическое надежное удерживание поверхности основания устройства под поверхностью жидкости на заданном изначально уровне. Это обусловлено тем, что в процессе испарения жидкости происходит ее восполнение с периферии устройства. Возможность автоматического удерживания поверхности основания устройства под тонким слоем жидкости обусловлена тем, что устройство выполнено из материала, характеризующегося плотностью 0,8-0,95 г/см3, а ребра (балансировочные ребра) на верхней и нижней поверхностях основания устройства смещают гидростатическое равновесие устройства за счет своей массы таким образом, что поверхность основания всегда находится под поверхностным слоем жидкости 1-10 мм или 1-5 мм. Таким образом, ребра оказывают противодействие выталкивающей силе для балансировки, стабилизации и удержания поверхности устройства на заданной глубине. В результате достигается снижение трудоемкости при эксплуатации устройства и самого способа ввиду отсутствия необходимости осуществления погружения и удержания поверхности устройства на одном уровне под заданным слоем воды пользователем.

Ребра располагают на верхней и нижней поверхностях основания в направлении из вершины каждого угла устройства к его центру. Выполнение ребер одновременно на верхней и нижней поверхностях основания принципиально, поскольку такое расположение ребер способствует стабилизации и балансировке устройства под водой, что позволяет изолировать слой воды определенной толщины и обеспечивает стабильное сохранение толщины изолированного слоя в процессе эксплуатации устройства. Толщина слоя сохраняется на протяжении всего процесса работы устройства, в результате чего происходит ускорение нагрева поверхностного слоя воды, переданное основанием устройства. В результате, достигается повышение эффективности испарения воды устройством.

Таким образом, на поверхности устройства достигается симметричное расположение ребер и, соответственно, равномерное распределение нагрузки, что обеспечивает равномерное погружение поверхности устройства под поверхностный слой воды с сохранением толщины изолированного слоя и ее балансировку. Это также обеспечивает стабильную скорость нагрева и, соответственно, стабильную скорость испарения воды.

Устройство может быть выполнено черного цвета для лучшего поглощения солнечного света. Кроме того, поверхность устройства может иметь развитую текстуру (например, шершавую) для увеличения поглощающей способности. Выполнение устройства черного цвета с развитой текстурой поверхности обеспечивает ускорение нагрева жидкости и, таким образом, дополнительное повышение эффективности испарения.

Основание устройства может иметь внутреннюю полость высотой 3-5 мм, заполненное водой, выполняющей функцию изолирующего слоя, который снижает диффузию тепла в массу воды под устройством. Таким образом удается обеспечить передачу большей части полученного плиткой тепла в изолированный поверхностный слой воды и исключить потери тепла в толщу воды. Выполнение устройства с внутренней полостью дополнительно позволяет обеспечить эффективность испарения жидкости за счет бо´льшего увеличения температуры поверхностного слоя жидкости ускоряющего ее испарение.

Устройства имеют простую конструкцию, что позволяет без подготовительных операций разместить (высыпать) одну или несколько плиток на поверхности водоема и существенно снижает трудоемкость при эксплуатации. Для полного покрытия в водоем погружают соответствующее по площади количество плиток. Имея шестиугольную форму плитки распределяются по поверхности воды без промежутков между ними и образуют сплошной изолирующий слой (плитки не являются испаряющей поверхностью, поэтому на них нет отложений) для выделения тонкого поверхностного (изолированного) слоя жидкости. Ребра препятствуют взаимному наложению устройств (плиток) и способствуют их правильной организации. В результате, жидкость испаряется с поверхности тонкого изолированного слоя. Кроме того, выполнение устройства с ребрами, расположенными одновременно на верхней и нижней поверхности основания также позволяет снизить трудозатраты на установку плитки в рабочее положение, как это бы потребовалось при выполнении ребер только на одной поверхности основания и необходимости установки устройства ребрами вниз для достижения погружения основания под поверхностный слой воды на заданный уровень.

По мере испарения жидкости с изолированного поверхностного слоя, происходит автоматическое удержание основания устройства под поверхностью жидкости на заданном уровне. Таким образом, происходит восполнение жидкости с периферии устройства, обусловленное разностью в плотностях жидкости и устройства. Возможность автоматического удержания поверхности устройства на заданном уровне обусловлена достижением гидростатического равновесия при погружении устройства в воду на 95%, что обеспечивается конструкцией устройства, в частности, плотностью устройства, а также наличием на верхней и нижней поверхностях ребер (балансировочных ребер) с соотношением масс ребер к массе основания 1:1:1. В результате достигается снижение трудоемкости при эксплуатации устройства и самого способа ввиду отсутствия необходимости осуществления погружения устройства пользователем.

Сущность изобретений поясняется фигурами 1-4.

На фигуре 1 изображено устройство (вид сверху).

На фигуре 2 изображено устройство, основание которого погружено под поверхностный слой воды (вид сбоку).

На фигуре 3 изображено устройство, основание которого имеет внутреннюю полость, заполненную водой, погруженное под поверхностный слой воды (вид сбоку).

На фигуре 4 изображена группа устройств, распределенных по поверхности водоема.

На фигурах позициями 1-5 обозначены:

1 – основание устройства,

2 – внутренняя полость,

3 – ребра,

4 – поверхность воды,

5 – изолированный слой воды.

Устройство, выполняют в виде шестиугольного основания 1 черного цвета из полиэтилена низкого давления плотностью 0,95 г/см3 и массой 30 гр. с внутренней полостью 2, заполненной водой и расположенными на верхней и нижней поверхности основания ребрами треугольной формы 3. Высота ребер на поверхности основания составляет 10 мм при общей высоте устройства 21 мм, а суммарная масса ребер (верхних и нижних) составляет 20 гр.

Устройство размещают на поверхности воды 4. При этом, поверхность основания устройства погружается под поверхность воды на глубину 1-10 мм, за счет заданной положительной плавучести устройства, обеспечиваемой массой устройства и его конструкцией, в том числе, расположением ребер относительно основания. Положительная плавучесть устройства частично компенсируется массой ребер, находящихся выше уровня воды таким образом, что основание устройства всегда находится под слоем воды заданной толщины, тем самым изолируя поверхностный слой воды. Солнечные лучи проникают под изолированный слой воды 5 и под их воздействием основание устройства нагревается. Внутренняя полость основания препятствует диффузии тепла в толщу воды. Большая часть полученного устройством тепла передается поверхностному слою воды, способствуя повышению его температуры, увеличению давления насыщенных паров на поверхности жидкости, таким образом, приводя к испарению жидкости с поверхности изолированного слоя. По мере испарения воды из поверхностного слоя, происходит ее восполнение с периферии устройства, обусловленное разностью в плотностях воды и устройства (заданной плавучестью устройства). Приведённый пример является частным случаем и не исчерпывает всех возможных реализаций группы изобретений.

1. Устройство для ускорения испарения воды, характеризующееся тем, что выполнено из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 г/см3, и содержащее плоское основание, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра, при этом соотношение массы верхних, нижних ребер и основания составляет 1:1:1.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что основание имеет развитую текстуру.

3. Устройство по п.2, характеризующееся тем, что развитая текстура представляет собой шершавую структуру.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выполнено черного цвета.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что основание имеет внутреннюю полость высотой 3-5 мм, заполненную водой.

6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что основание с размещенными на его поверхностях ребрами выполнено с возможностью погружения под поверхностный слой воды толщиной 1-10 мм.

7. Способ ускорения испарения воды, характеризующийся тем, что изолируют поверхностный слой воды толщиной 1-10 мм путем размещения устройства для ускорения испарения воды по п. 1 на поверхности воды с погружением основания под поверхностный слой воды, при этом поглощенное под воздействием солнечных лучей основанием указанного устройства тепло отдают поверхностному слою воды для стимулирования испарения, а по мере испарения поверхностного слоя воды основание указанного устройства стабильно расположено на заданном уровне под поверхностью воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки фосфорсодержащих сточных вод и может быть использовано для очистки городских стоков, стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов.

Группа изобретений относится к активации воды с повышением ее физико-химической активности без изменения химического состава и может быть использована в домашних условиях.

Изобретение может быть использовано в технологии очистки сточных вод от ионов металлов. Способ включает обработку реагентом, перемешивание и отделение осадка.

Изобретение относится к способу удаления перфторированной алкановой кислоты. Способ включает стадии, на которых вводят в контакт первый раствор с анионообменной смолой с получением второго раствора и получаемой в результате анионообменной смолы, содержащей перфторированную алкановую кислоту, адсорбированную на ней.

Изобретение относится к способу и устройству для сушки и санобработки органических отходных материалов. Устройство содержит корпус 10 контейнера для вмещения подлежащих сушке отходных материалов, имеющий вход 16 для подлежащих сушке материалов и выход 17 для высушенных и подвергнутых санобработке материалов, смесительные элементы 20, расположенные в корпусе 10контейнера и снабженные лопаткой 21, выступающей относительно поддерживающего ее вращающегося вала 23, вентиляционный контур 30, выполненный с возможностью генерировать принудительную вентиляцию воздуха внутри корпуса 10 контейнера, содержащий средства 33 генерации воздушного потока снаружи корпуса 10 контейнера, сообщающиеся с распределительным соплом 34, расположенным внутри корпуса 10 контейнера, причем распылительное сопло 34 связано с лопаткой 21, выполненной с возможностью смешивать отходные материалы, находящиеся в корпусе 10 контейнера, датчик 42 температуры, конфигурированный для измерения температуры внутри корпуса 10 контейнера, и систему управления, выполненную с возможностью приема сигнала от датчика 42 температуры и управления потоком воздуха, нагнетаемого внутрь корпуса 10 контейнера посредством вентиляционного контура 30, в зависимости от сигнала, принятого от датчика 42 температуры.

Изобретение относится к системам очистки жидкости, в частности воды, с применением фильтрующих модулей с намывным слоем и может быть использовано в различных областях техники, например, для промышленной фильтрации различных суспензий и технологических растворов, при фильтрации напитков, очистке воды от нефтепродуктов и т.д.

Способ относится к области очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на нефтедобывающих предприятиях, нефтебазах, автозаправочных станциях, для тонкой очистки пластовых и промысловых вод, а также на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности для очистки сточных вод.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве в технологии получения растворов минеральных удобрений, используемых для фертигации - орошения и одновременного внесения удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур.

Изобретение может быть использовано для получения деаэрированной и декарбонизированной воды и ее использования в теплоэнергетике. Способ дегазации воды включает предварительное осветление исходной воды, подачу в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды поддерживают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л.

Изобретение относится к обезвреживанию жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности. Способ комплексной переработки жидких радиоактивных отходов включает стадии предварительной очистки, обратноосмотического обессоливания с разделением потоков на пермеат (фильтрат) с солесодержанием < 0,5 г/л и высокосолевой концентрат с последующей доочисткой фильтрата на сорбентах и локализацией высокосолевого концентрата.

Изобретение относится к очистке подотвальных вод ионитами и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Способ очистки подотвальных вод и технологических растворов от меди включает удаление содержащихся ионов железа(III) и ионообменную очистку. Очистку проводят в два этапа. На первом этапе очистки в подотвальные воды и технологические растворы добавляют раствор щелочи до рН=3,5-4 и удаляют содержащиеся ионы железа(III). На втором этапе подотвальные воды и технологические растворы, освобожденные от ионов железа(III), пропускают в динамическом режиме через колонку, загруженную медь-селективной ионообменной смолой - катионитом в водородной форме. Затем проводят одновременную десорбцию меди и регенерацию катионита 10%-ным раствором H2SO4 до отрицательной реакции на ионы Cu2+ с получением концентрированного раствора сульфата меди. Изобретение позволяет очистить подотвальные воды и технологические растворы от меди с получением раствора сульфата меди, используемого в качестве целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Группа изобретений относится к способу и устройству ускорения испарения воды с использованием солнечной энергии. Устройство для ускорения испарения воды выполнено из полимерного материала с плотностью 0,8-0,95 гсм3 и содержит плоское основание 1, на верхней и нижней поверхности которого размещены ребра 3. Соотношение массы верхних, нижних ребер 3 и основания 1 составляет 1:1:1. Ускоряют испарение воды тем, что изолируют поверхностный слой воды 5 толщиной 1-10 мм путем размещения устройства для ускорения испарения воды на поверхности воды 4 с погружением основания 1 под поверхностный слой воды. Основание указанного устройства стабильно расположено на заданном уровне под поверхностью воды 5. Группа изобретений позволяет снизить трудоемкость при эксплуатации устройства и способа испарения воды, исключить необходимость в удалении солевых отложений с поверхности устройства для испарения, исключить трудозатраты на установку устройства в рабочее положение, погружение и его балансировку под поверхностным слоем воды в процессе эксплуатации, упростить конструкцию устройства для испарения воды, повысить надежность работы устройства и эффективность испарения воды в поверхностном слое воды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх