ВИХРЕВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ВЛАГИ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2006 года по МПК E03B3/28 B01D5/00 

Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из атмосферного воздуха, в частности к установкам, использующим возобновляемые источники энергии.

Известна установка для получения пресной воды из влажного воздуха, в работе которой используется солнечная энергия (1). Она содержит аккумулятор холода, воздуховод и водосборник и снабжена тепловыми трубами, солнечным коллектором и соединенным с ним нагревателем воздуха. Аккумулятор холода выполнен из твердого материала, расположен на водосборнике и образует объем с большой внутренней конденсационной поверхностью и хорошей проницаемостью для воздушных потоков. Воздуховод выполнен в виде вытяжной трубы, расположенной над аккумулятором холода, внутри которой находится нагреватель воздуха, и воздушных каналов, расположенных в нижней части аккумулятора, в котором находятся оребренные концевые части тепловых труб, при этом другие оребренные концевые части расположены в воздухе.

Установка работает следующим образом.

Ночью температура поверхности земли и воздуха начинает уменьшаться за счет радиационного излучения. Когда температура воздуха становится ниже температуры в месте заложения тепловой трубы, последний начинает охлаждать аккумулятор холода изнутри. Для того чтобы процесс переноса тепла шел интенсивнее, части тепловой трубы, находящиеся в аккумуляторе и в воздухе, снабжены ребрами.

Поскольку в нагревателе воздуха находится теплая вода, нагретая за день с помощью солнечного коллектора, в вытяжной трубе создается поток теплого воздуха. В результате создается разность давлений, и атмосферный воздух по воздушным каналам поступает в нижнюю часть аккумулятора холода, поднимается вверх и выходит в вытяжную трубу. Если влажность воздуха составляет 100%, то предварительно воздух охлаждается до температуры, когда пар становится насыщенным. Процесс конденсации водяного пара продолжается также и днем, только сначала теплый атмосферный воздух охлаждается аккумулятором холода до температуры, при которой находящийся в нем пар становится насыщенным. В таком режиме установка работает в дневное время. Днем образованию воздушных потоков через аккумулятор холода способствует также его нагрев солнечными лучами, что создает внутри него градиент температур.

Недостатками данной установки являются неравномерность и сложность управления воздушными потоками внутри системы, а также сложность конструкции, что приводит к накоплению пыли в ее узлах и в конечном итоге к существенному ослаблению конвективных потоков и резкому снижению производительности.

Наиболее близкой к изобретению является установка для интенсификации образования и сбора росы (2), содержащая водосборник и конденсатор росы. Поверхность конденсатора представляет собой систему вертикально расположенных стержней, длины которых во много раз превышают их поперечные размеры, а расстояние между ними того же порядка, что и горизонтальные размеры стержней. Стержни опираются на водонепроницаемый поддон и в совокупности имитируют абсолютно черное тело.

Устройство работает следующим образом.

В ночное время происходит выхолаживание верхней поверхности конденсатора, и температура в этой области оказывается существенно ниже, чем с его боков, что приводит к интенсивной конвекции влажного воздуха, влага из которого конденсируется на стенках стержней и стекает на поддон и далее в водосборник. Система может работать также и днем, особенно эффективно в утренние часы, когда влажность оказывается равной 100%. При этом конвективные потоки интенсифицируются за счет разогрева боковой поверхности конденсатора, обращенной к солнцу. Существенным фактором является возможность несложно совершать регламентные работы по очистке системы от запыления. Благодаря ее структуре пыль будет концентрироваться только на поддоне, откуда может быть смыта потоком воды. Во время работы системы пыль не будет забивать пространство между стержнями и препятствовать конвекции влажного воздуха.

Недостатком данной установки является неравномерность воздушных потоков внутри системы, в результате чего ее различные участки работают с разной эффективностью.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности работы системы за счет существенного увеличения конденсирующей поверхности для получения пресной воды из атмосферного воздуха и создания равномерного и управляемого потока влажного воздуха, омывающего стержни тангенциальных пластин.

Технический результат достигается тем, что вихревая система для конденсации влаги из атмосферного воздуха содержит водосборник и конденсатор росы, который состоит из системы вертикальных стержней, длины которых много больше их поперечного размера, а расстояние между стержнями того же порядка, что и их поперечный размер, вертикальные стержни расположены так, что они образуют тангенциальные пластины, при этом их поверхности выполнены из минеральных волокон.

По центральной оси системы может быть расположена вертикальная труба с вентилятором в ней или нагревательными элементами на ее внутренней поверхности.

Тангенциальные пластины выполнены с возможностью регулирования угла их наклона к вертикальной поверхности вертикальной трубы. При этом установка содержит несколько уровней тангенциальных пластин, разделенных горизонтальными пластинами.

В качестве минерального волокна использовано базальтовое волокно.

На фиг.1, 2 приведена конструкция вихревой системы для конденсации влаги из атмосферного воздуха.

Она содержит водосборник 1 и конденсатор росы 2, который состоит из тангенциальных пластин 3, образующих боковые поверхности тангенциальных окон 4 (окон Фитцжеральда) для завихрения потока воздуха. Сверху и снизу тангенциальные окна ограничены горизонтальными пластинами 5, 6. Тангенциальные пластины состоят из стержней 7. Длины стержней много больше их поперечного размера, а расстояние между стержнями того же порядка, что и их поперечный размер. Стержни представляют собой полые трубки, поверхности которых состоят из вертикально расположенных минеральных волокон, образующих капилляры. В частности, стержни могут быть выполнены из базальтового волокна. Стержни скреплены между собой, и центральный стержень закреплен в пластинах 5 и 6. Емкость для сбора воды (водосборник) 1 расположена в нижней части устройства. Устройство может иметь вертикальную трубу 8 с отсасывающим вентилятором, расположенную в центре.

Устройство работает следующим образом.

В ночное время происходит охлаждение наружной поверхности конденсатора росы, что приводит к интенсивной конденсации влаги из влажного воздуха, поступающего между тангенциальными пластинами, на их поверхности. Влага стекает в водосборник. Благодаря волнистой поверхности тангенциальных пластин, собранных из стержней, возникает завихрение воздуха, которое усиливает конденсацию влаги на поверхности тангенциальных пластин. Сужение входящих потоков воздуха между пластинами также приводит к дополнительной интенсификации процесса осаждения влаги. Капиллярные структуры, образованные минеральными волокнами, позволяют формировать при поднятии воды внутри капилляров мениски, на которых может происходить конденсация при влажности меньше 100%. Отвод выделяющегося конденсационного тепла усиливается при наличии вертикальной трубы в центре устройства, в которой расположен вентилятор. При этом увеличение температуры воздуха за счет конденсации усиливает вертикальный отток воздуха. Мощность входящих потоков воздуха может быть увеличена за счет создания многоуровневой конструкции тангенциальных пластин При этом уровни отделяются друг от друга горизонтальными пластинами, которые ограничивают тангенциальные окна сверху и снизу, а отвод воздуха с каждого уровня осуществляется за счет вложенных друг в друга вертикальных труб, как это показано на фиг.1. При этом усиление конвективного потока между трубами может происходить с помощью специальных нагревателей, расположенных на внутренней поверхности вертикальных труб. Управление потоками может осуществляться за счет поворота тангенциальных пластин (пластин Фитцжеральда) на разные углы по отношению к периферии конструкции.

Технический результат достигается за счет

1) создания вихревых потоков внутри системы, что обеспечивает более эффективный отбор влаги из атмосферного воздуха;

2) существенного увеличения конденсирующей поверхности, благодаря развитой поверхности тангенциальных пластин, состоящих из вертикальных стержней;

3) образования капиллярных структур на конденсирующей поверхности тангенциальных пластин, благодаря выполнению стержней из минеральных волокон.

Литература

1. Патент России №2131000.

2. Патент России №2184815 /прототип/.

Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из атмосферного воздуха. Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы за счет существенного увеличения конденсирующей поверхности и создания равномерного и управляемого потока влажного воздуха. Вихревая система для конденсации влаги из атмосферного воздуха содержит водосборник и конденсатор росы, который состоит из системы вертикальных стержней, длины которых много больше их поперечного размера, а расстояние между стержнями того же порядка, что и их поперечный размер. Вертикальные стержни расположены так, что они образуют тангенциальные пластины, при этом их поверхности выполнены из минеральных волокон. По центральной оси системы расположена вертикальная труба с вентилятором в ней или с нагревательными элементами на ее внутренней поверхности. Тангенциальные пластины выполнены с возможностью регулирования угла их наклона к вертикальной поверхности вертикальной трубы. Система может содержать несколько уровней тангенциальных пластин, разделенных горизонтальными пластинами. В качестве минерального волокна использовано базальтовое волокно. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вихревая система для конденсации влаги из атмосферного воздуха, содержащая водосборник и конденсатор росы, который состоит из системы вертикальных стержней, длины которых много больше их поперечного размера, а расстояние между стержнями того же порядка, что и их поперечный размер, отличающаяся тем, что вертикальные стержни расположены так, что они образуют тангенциальные пластины, при этом их поверхности выполнены из минеральных волокон.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что по центральной оси системы расположена вертикальная труба с вентилятором в ней.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что по центральной оси системы расположена вертикальная труба с нагревательными элементами на ее внутренней поверхности.4. Система по п.2 или 3, отличающаяся тем, что тангенциальные пластины выполнены с возможностью регулирования угла их наклона к вертикальной поверхности вертикальной трубы.5. Система по п.4, отличающаяся тем, что она содержит несколько уровней тангенциальных пластин, разделенных горизонтальными пластинами.6. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что в качестве минерального волокна использовано базальтовое волокно.