201714. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés folyadékok desztillálására, különösen tengervíz sótalanitására
1 HU 201714 B 2 Évtizedek óta ismeretesek arra irányuló törekvések, hogy tengevízből napenergia felhasználásával öntözésre és lakossági fogyasztásra alakmas édesvizet állítsanak elő. A Földre eső közvetlen és szűrt sugárzás energiája ugyanis tekintélyes nagyságrendű. A száraz és kifejezetten sivatagos övezetekben (40°-20° Északi-, illetve Déli-szélesség) a Földet évi átlagban cm2-ként 820-980 kJ napsugárzás éri, ami elméletileg 0,3-0,4 kg/cm2/év édesvíz előállítására ad lehetőséget. A kutatások kezdettől fogva két fő irányban fejlődtek. Az egyik irányzat szerint a nap sugárzását lencsékkel vagy tükrökkel (parabola-tükrökkel) összegyűjtik, és e sugarak gyújtópontjában tengervízzel töltött tartályt (boilert) elhelyzve gőzt, vagy túlhevített gőzt állítanak elő. Ha túlhevített gőzt fejlesztenek, gőzturbinát is beépítenek a boiler és egy kondenzátor közé, és ily módon elektromos energiát is előállítanak. E módszer hátránya, hogy nagy az eszközigénye, továbbá, hogy nem képes a szórt sugárzás hasznosítására. A termikus hatásfok növelése érdekében a fejlettebb megoldásoknál a kondenzátor egyben ellenáramú hőcserélőként is funkcionál, amelynek a segítségével előmelegítik a tápvizet, az így visszanyert energia azonban még mindig csak töredéke a desztilláció energiaigényének. A fenti hátrányok miatt a hetvenes évek végétől egyre inkább a forráspont alatti („subboiling”) desztilláció - a másik említett irányzat - kerül előtérbe, amelynél az ún. üvegház-hatást hasznosítják. Az ilyen desztillációs berendezés zárt medencével rendelkezik, amelynek az alján tengervíz van. A medencét fényáteresztő tető borítja. A napsugárzás hatására a víz felmelegszik és elpárolog; a kondezációt követően azután édesvizet kapnak. A berendezésnek többféle változata van; a kis beruházási költsége miatt a leginkább a legegyszerűbb, az ún. „basin type solar still" (egyszerű „üvegház”) van előtérben, amelynél a fényáteresztő tető lejtős kiképzésű. A vízgőz a például üvegből, PVC-ből vagy hasonló anyagból készült tető belső felületén kondenzál, majd a cseppek e felületen lefelé gördülve gyűjtőcsatornába kerülnek. Az ilyen jellegű létesítményekkel kapcsolatban például az alábbi szakirodalmi publikációk tartalmaznak ismertetést: A. I. Kudish, J. Gale; Energy Conversion and Management 26, 201-207 (1986); S. O. Onyegbu; Applied Energy 24, 29-42 (1986); S. O. Onyegbu; Energy Convers. Mgmt. 24, 1-4 (1984); G. N. Tiwari, Y. P. Yadav; Energy Convers. Mgmt. 25, 423-425 (1985); G. N. Tiwari et al; Energy Convers. Mgmt. 24, 155-159 (1984); 25, 315-322 (1985); 26, 79-81 (1986); 25, 49-50 (1985); Ho-Ming Yeh, Lie-Chaing Chen; Energy Convers. Mgmt. 26, 175-180 (1986). A fenti cikkek szerint az egyszerű „üvegház” típusú desztillációs berendezések hatásfoka többféle módon növelhető, nevezetesen- a tető fényáteresztő képességének a javításával (vannak például poliészter-alapú, UV-fényt is áteresztő tetők), illetve azzal, hogy a tető anyagának megfelelő megválasztásával meggátolják, hogy a tető az 50-90 °C-os üvegházból az infravörös sugarakat kieressze, amelyek spektruma a Wien-törvény szerint (TA.max - 0,29 cm K) 100 ’C-on JW - 78 000 A-nél ad maximumot. Az üveg vagy PVC például e célnak megfelel, és éjszaka nem hül ki a melegház.- Az üvegházon belül a fényelnyelést fokozzák azáltal, hogy a medence fenekét fekete színű anyagból (például galvanizált vasból) készítik, illetve a tengervízbe sötét (célszerűen fekete) port szuszpendáltatnak. Ez lehet iszap is (lásd fent az Onyegbu-féle publikációt), de ismeretesek (szabadalmazott) megoldások vasoxid-, illetve ferroszilikon-por használatára is. E két utóbbi esetben a szilárd anyagot mágnessel visszanyerik, amikor a bekondenzálódott sós vizet visszavezetik a tengerbe.- Az üvegházon belül a párolgás sebességét növelik, ami kapilláraktív anyagok segítségével lehetséges; például fekete jutaszövetcsíkokat lógatnak a vízbe, vagy a víz tetején porózus kerámiatesteket úsztatnak.- Az átlátszó tetőt kívülről, lecsorgó folyadékfilmmel hűtik; a hűtővíz általában hideg tengervíz. Ezzel a módszerrel kb. 10 % hatásfok-növelés érhető el (lásd fent a TIWARI-féle publikációkat). Valamennyi ilyen „egyszerű növényház” jellegű megoldás-változatról elmondható, hogy a termikus hatásfoka alacsony, az egyik idézett publikáció szerint (Kudish, Gale) 20—31 %. Nyári napokon például indiai, nigériai és izraeli tapasztalatok szerint max. 5 kg/m2/nap termelés érhető el, ami - a mért sugárzásintenzitást is figyelembe véve - 6950-13565 lcj/kgvíz fajlagos energia-felhasználásnak felel meg. Ismeretesek olyan megoldások is, amelyeknél a párolgási sebesség és a termikus hatásfok növelése érdekében a vízgőzt vagy vivőgáz (általában levegő), vagy pedig vákuum segítségével cirkuláltatják. A zárt cirkulációs körben hőcserélőt helyeznek el, amelyben a kondenzáció bekövetkezik; ilyen megoldásra vonatkozik például az ES 8 604 027 sz„ a DE 3 435 614. számú, valamint a SU 1 139 708 sz. szabadalmi leírás. A JP 62 136 287. számú szabadalmi leírásból olyan megoldás ismerhető meg, amely szerint a kondenzációs hőt (2260-2345 kJ/kgvíz) a tápvíz felmelegítésére (335 kJ/kgvíz) használják fel. E módszerrel közel 20%-kal megnövelhető az elméleti termikus hatásfok. További hatáfok-növelés a célja annak az intézkedésnek, amely szerint a párologtató térbe forró levegőt fúvatnak. A levegő előmelegítését általában tükör- vagy lencserendszer segítségével végzik, aminek a hátrányaira korábban már utaltunk. A másik nehézséget a levegő kis fajhője (1,005 kJ/kg) okozza, ami - ha a hőenergia bevitele a cél - óriási gázballasztot jelent, és nagyon magas hőmérsékletet igényel. A DE 3 409 977. sz. szabadalmi leírás szerint fotocellából nyert energiával fűtik a levegőt. Ismeretsek továbbá olyan megoldások is, amelyek a kondenzációs hő visszanyerésére irányulnak; A DE 3 509 590. számú szabadalmi leírás szerint például mechanikai munkát végeztetnek a gőzzel (turbina, szélgenerátor), ami által elektromos energiát nyernek. Más megoldás szerint a kondenzációs hőt - ellenáramú hőcserélő- elv alapján - tápvíz felmelegítésére használják (lásd a DE 3 331 775. számú szabadalmi leírást). A SU 1 191 425. számú szabadalmi leírás szerint az alján nedvszívó anyagot tartalmazó üvegházban előmelegített gázt vezetnek. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
