УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРЕСНОЙ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК E03B3/28 B01D5/00 

Изобретение относится к устройствам для получения пресной воды посредством конденсации водяных паров из воздуха и может быть широко использовано в быту для удовлетворения потребностей населения, в очищенной питьевой воде, а также для потребностей народного хозяйства, при его промышленном использовании.

В связи с постоянным увеличением потребления питьевой воды как для нужд населения, так и промышленным производством ее мировые запасы угрожающе сокращаются. Поэтому мировым сообществом принимаются, особенно в последние годы, усилия и меры по экономии и упорядочению ее потребления, а также по совершенствованию методов и средств ее производства.

Известный уровень техники, характеризующий данную тематику, представлен несколькими направлениями, основными из которых являются направления получения дистиллированной воды посредством опреснения, например, морской воды, получение пресной воды путем конденсирования водяных паров из воздуха.

Известен дистиллятор, содержащий корпус, размещенные в нем камеру испарения с крышкой, помещенные в ней сепарационные экраны и электронагреватели, камеру конденсации и сообщающийся с камерой испарения уравнитель с выходным патрубком и датчиком уровня, при этом камера испарения снабжена горизонтальной гидрофильной сеткой и спиральными лопатками, прикрепленными к крышке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения (авт. св. СССР N 1430050, кл. B 01 D 3/02, C 02 F 1/06, опубл. 1988).

Данное устройство сложно в конструктивном исполнении, кроме того, в конструкции необходимо наличие средств для получения пара и его сохранения.

В качестве типичного представителя другого направления можно указать адиабатный опреснитель морской воды, состоящий из вертикального цилиндра, в центре которого размещен трубчатый конденсатор, а внутри корпуса установлены радиальные перегородки с отверстиями для перепуска испаряемой воды и дистиллята. Посредством этих перегородок внутреннее пространство разделяется на исарительные камеры, выполненные в форме секторов, в вершинах которых размещены вертикальные трубки конденсаторов (авт. св. СССР N 255791, кл. C 02 F 1/04, публ. 1972).

Данное устройство также характеризуется достаточно сложной конструкцией и может быть использовано при наличии морской воды.

Другим классом устройств, представляющим известный уровень техники, являются устройства, обеспечивающие получение питьевой воды непосредственно из водяного пара атмосферы.

Известно устройство для получения влаги из атмосферного воздуха, содержащее соосно расположенные наружный и внутренний вертикальные воздуховоды с образованием кольцевой и внутренней проточных полостей, наклонно ориентированные тепловые трубы, испарительные участки которых установлены в кольцевой полости, а вышерасположенные конденсаторные - во внутренней полости, и размещенный в кольцевой полости под тепловыми трубами конденсатосборник с отводным каналом, при этом воздуховоды сообщены верхними участками с атмосферой, тепловые трубы выполнены с развитой наружной теплообменной поверхностью, а устройство снабжено солнцезащитными экранами и дефлектором, в кольцевой полости расположен воздухопроницаемый материал с образованием радиальных проточных каналов, причем в нижнем участке внутреннего воздуховода выполнены перепускные отверстия, сообщающие его с нижним участком наружного воздуховода, верхний участок внутреннего воздуховода сообщен с атмосферой через дефлектор, солнцезащитные экраны расположены с внешней стороны наружного воздуховода и в шахматном порядке смещены относительно друг друга над верхним участком наружного воздуховода (авт. св. СССР N 1551392, кл. B 01 D 5/00 F 28 B 5/00, опубл. 1990).

Данное устройство относительно проще в конструктивном выполнении, однако наличие таких элементов, как тепловые трубы, воздухопроницаемый материал и др., усложняет процесс эксплуатации устройства, а его недостаточная производительность делает проблематичным его промышленное использование.

Известно также устройство для получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха, содержащее теплоизолированную камеру, оснащенную патрубками для впуска и выпуска воздуха и патрубком с краном для выпуска получаемой воды, и размещенные в ней холодильные элементы, на поверхности которых конденсируется пар из атмосферного воздуха и замерзает, и электрические нагреватели для прогрева внутренности камеры и расплавления льда, образовавшегося на поверхности холодильных элементов. Холодильные элементы могут быть выполнены в виде совокупности труб, подключенных к холодильной установке, в которых циркулирует жидкий или газообразный хладагент, или из полупроводниковых материалов, работающих на основе эффекта Пельтье. Кроме того, в качестве нагревателей могут использовать полупроводниковые элементы, в которых постоянный ток направлен в противоположном направлении (патент РФ N 2045978, кл. B 01 D 5/00, C 02 F 1/00, опубл. 1995).

При относительно простом конструктивном решении тем не менее технология получения воды достаточна усложнена, т.к. в ней присутствуют стадия замораживания паров атмосферного воздуха и последующее расплавление образовавшегося льда, а следовательно, и необходимость наличия в конструкции устройства соответствующих средств для реализации указанных функций, требующих соответствующих энергозатрат.

Известно устройство для получения питьевой воды в засушливых и безводных районах с использованием солнечной энергии, содержащее открытый поверхностный конденсатор, выполненный из водонепроницаемой пленки в виде подвижной бесконечной ленты с внешней ворсистой поверхностью, натянутой между поворотными валиками, и водосборный сосуд, расположенный под одним из поворотных роликов, у которого смонтировано водоотжимное приспособление, выполненное в виде дополнительного поворотного валика (авт. св. СССР N 582800, кл. B 01 D 5/00, F 28 B 9/08, опубл. 1977).

Данное устройство достаточно просто в конструктивном исполнении, характеризуется предельно упрощенной технологией, однако оно недостаточно эффективно из-за низкой производительности производства питьевой воды.

Наиболее близким изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является установка для получения пресной воды из влажного воздуха, содержащая солнечные батареи, холодильный агрегат, водосборник и воздуховод с расположенным в нем вентилятором, термоизолированную емкость, при этом в воздуховоде установлены теплообменник-конденсатор и каплеуловитель, термоизолированная емкость через гидронасос и вентиль соединена трубопроводами с холодильным агрегатом и теплообменником-конденсатором, к которому подключен источник статического напряжения (патент РФ N 2056479, кл. E 03 B 3/28, 1993).

В данном устройстве в основном устранены недостатки, присущие перечисленным ранее устройством аналогичного назначения. Однако оно достаточно сложно в части технической реализации и в ряде случаев можно обеспечить такую же производительность при упрощении конструкции устройства, уменьшении его габаритов.

В основу изобретения положена задача создания устройства для получения пресной воды с максимально возможной простотой конструкции и ее габаритов, в основу которой положена технология получения пресной воды в процессе непосредственной наружной конденсации паров атмосферного воздуха на поверхности полостей, внутри которых циркулирует хладагент.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для получения пресной воды, содержащее теплоизолированную камеру, вентилятор с воздуховодом, насос, обеспечивающий циркуляцию хладагента в полостях конденсатора, емкость для сбора конденсата и конденсатор, дополнительно введен разделитель воздуха, размещенный в теплоизолированной камере между вентилятором и конденсатором, образованным ориентированными параллельно друг другу пластинами, образующими полости, по которым циркулирует хладагент, при этом пластины выполнены гофрированными и размещены или вертикально, или наклонно, или горизонтально. Кроме того, в качестве хладагента, циркулирующего в полостях конденсатора, может использоваться охлажденная вода.

Отличительными признаками, обеспечивающими получение заявленного технического результата, являются следующие:
размещение полостей конденсатора, по которым циркулирует хладагент, или вертикально, или горизонтально, или наклонно;
выполнение полостей из гофрированных пластин;
снабжение устройства разделителем воздуха и размещение его соответствующим образом.

Перечисленные выше существенные признаки, отличающие изобретение от ближайшего аналога, обеспечивают достижение следующего технического результата при использовании данного изобретения.

Размещение пластин конденсатора или вертикально, или горизонтально, или наклонно обеспечивает возможность регулировки производительности и габаритов устройства. В тех случаях, когда габариты устройства являются определяющими, необходимую производительность можно обеспечивать изменением угла наклона полостей.

Выполнение полостей конденсатора из гофрированных пластин обеспечивает увеличение активной поверхности, а в итоге повышает выход снимаемой пресной воды при одних и тех же габаритах устройства. Возможно изменение формы гофра, а следовательно, возможен выбор оптимального эффективного сечения полости и производительности устройства.

Снабжение устройства разделителем воздуха и его размещение позволяют выравнять набегающий воздушный поток, исключить турбулентность по его периферии.

Размещение конденсатора в теплоизолированной емкости позволяет стабилизировать между температурой набегающего потока воздуха и температурой наружной поверхности гофрированной пластины конденсатора. Чем она больше, тем выше производительность устройства.

Перечисленные выше отличительные признаки в неразрывной совокупности обеспечивают достижение упомянутого выше технического результата.

На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая изобретение; на фиг 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для получения пресной воды содержит теплоизолированную камеру 1 с патрубками - входным 2, сообщающим камеру с вентилятором 5, выходным 3, сообщающим камеру с атмосферой, патрубком 4, сообщающим камеру с емкостью 6 для сбора пресной воды. В камере размещен конденсатор, выполненный в виде вертикально установленных пластин, ориентированных параллельно друг другу, образующих полости 8, по которым с помощью насоса 7 циркулирует хладагент. На входе камеры перед пластинами конденсатора установлен разделитель воздуха 9. Полости могут быть ориентированы вертикально, горизонтально или наклонно и в сечении иметь любую конфигурацию: замкнутые многоугольники, овальной формы и т.д., важно, чтобы они обеспечивали наиболее эффективно процесс охлаждения наружной поверхности пластин конденсатора.

Устройство работает следующим образом. Наружный теплый, влажный воздух вентилятором 5 через входной патрубок 2 нагнетается в теплоизолированную камеру 1. Разделитель воздуха 9 формирует потоки воздуха, равномерно обтекающие полости 8 конденсатора, по которым с помощью насоса 7 циркулирует хладагент, охлаждая их наружную поверхность до температуры значительно ниже температуры наружного воздуха. При соприкосновении паров воздуха с охлаждаемыми поверхностями полостей 8 конденсатора происходит его конденсация в капли жидкости, легко стекаемые по поверхности конденсатора вниз в емкость для сбора пресной воды 6, увлекая за собой другие капли, постоянно обнажая наружные поверхности полостей для конденсации следующих капель. Наиболее эффективно это будет происходить на поверхности вертикально ориентированных полостей. Предложенное конструктивное решение позволяет интенсифицировать процесс конденсации, а также практически исключить осаждение на наружных поверхностях полостей осадка. Стекающая в нижнюю часть камеры 1 пресная вода через патрубок 4 собирается в емкости 6.

В качестве хладагента может быть использована охлажденная жидкость, например вода, дистиллированная вода, тосол, антифриз и др.

Возможность использования большой номенклатуры охлаждающих жидкостей позволяет осуществлять регулировку функционирования теплообменника в широком диапазоне температур. Существенным в этом процессе является лишь одно - сохранять постоянным разницу температур между температурой подаваемого воздуха и температурой охлаждаемой поверхности теплообменника, при которой пары воздуха конденсируются в капли жидкости на поверхностях теплообменника.

Изобретение найдет широкое применение в засушливых, пустынных районах, особенно в тех из них, где отсутствует даже возможность опреснения соленой воды и наличиствует теплый влажный воздух.

Оно, наряду с существующими способами и устройствами получения питьевой и технической воды, осуществляемыми путем химического опреснения, например, морской воды, является достаточно производительным и экологически чистым. Оно также может быть использовано для получения не только пресной воды, но и других жидкостей, пары которых можно конденсировать предлагаемым устройством, например спирта.

Устройство для получения преимущественно пресной воды предназначено для использования в тех безводных районах, где постоянно имеется теплый, влажный воздух. Устройство содержит теплоизолированную камеру 1 с патрубками - входным 2, сообщающим камеру с вентилятором 5, выходным 3, сообщающим камеру с атмосферой, патрубком 4, сообщающим камеру с емкостью 6 для сбора пресной воды. В камере 1 размещен конденсатор, выполненный в виде вертикально установленных пластин, ориентированных параллельно друг другу, образующих полости 8, по которым с помощью насоса 7 циркулирует хладагент. На входе камеры 1 перед пластинами конденсатора установлен разделитель воздуха 9. Полости 8 конденсатора могут быть выполнены в виде соединенных друг с другом, например, гофрированных листов, образующих протяженные полости, по которым циркулирует хладагент, причем полости 8 могут быть ориентированы вертикально, горизонтально или наклонно, а в сечении иметь любую конфигурацию: замкнутые многоугольники, овальной формы и т.д. Такое выполнение устройства позволяет при простой конструкции его эффективное функционирование, обеспечивающее потребности в пресной воде, что особенно актуально в пустынной, безводной местности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для получения пресной воды, содержащее теплоизолированную камеру, вентилятор с воздуховодом, насос, обеспечивающий циркуляцию хладагента в полостях конденсатора, емкость для сбора конденсата и конденсатор, отличающееся тем, что оно содержит разделитель воздуха, размещенный в теплоизолированной камере между вентилятором и конденсатором, образованным ориентированными параллельно одна другой пластинами, образующими полости, по которым циркулирует хладагент, при этом пластины выполнены гофрированными и размещены или вертикально, или наклонно, или горизонтально. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве хладагента, циркулирующего в полостях конденсатора, используется охлажденная вода.