КОЛОДЕЦ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2018 года по МПК E03B3/28 

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано в системах для получения воды в засушливых районах (пустынях, полупустынях, сухих степях) для обеспечения населения питьевой водой и водой для бытовых нужд.

В настоящее время весьма актуальной является задача получения пресной воды при отсутствии или недоступности, традиционных источников, когда возможно получение воды путем конденсации водяных паров из воздуха, т.е. конденсация воды, содержащейся в атмосферном воздухе.

Сам способ добывания воды путем конденсации водяных паров из воздуха известен очень давно.

Известно устройство для получения пресной воды путем конденсации паров из воздуха, содержащее твердую поверхность для конденсации, при этом поверхность конденсации выполнена в виде холодильных элементов, охлаждаемых до температуры -25°-30°С, расположенных в теплоизолированной камере, снабженной патрубком для засасывания насосом воздуха из окружающей среды и патрубком для выпуска его в окружающую среду, а также снабженной электрическими нагревателями для периодического прогрева внутренности камеры до - 25°-30°С с целью расплавления льда, намерзшего на поверхности конденсации и получения воды, причем камера снабжена краном с патрубком для выпуска образовавшейся воды наружу (Патент RU №2045978, B01D 5/00, C02F 1/00 от 20.10.1995).

Недостатками данной конструкции являются то, что устройство предполагает использовать насосы достаточной производительности с использованием источника электроснабжения для питания охладителя и нагревателя, а также использовать несколько операций: сначала намораживать лед, а затем его размораживать, что достаточно дорого для эксплуатации его в таком состоянии при регулировании температурного режима предложенным способом. Кроме того, в целом для применения электрических нагревателей энергоемко и достаточно дорогостоящее мероприятие. При этом в нем не предусмотрено регулирование температурного режима самой установки. Поэтому гарантировать сохранения долгое время накопления льда в переходной зоны не всегда представляется возможным. Хотя, как отмечается в аналоге, устройство позволяет получать пресную воду питьевую в самой безводной местности в соответствующих районах.

Известно устройство (взятое за прототип) для эффективного получения пресной воды путем конденсации паров из воздуха, содержащее теплоизолированную холодильную установку с полупроводниковыми холодильными элементами, работающими на эффекте Пельтье, или с теплообменными трубами, внутри которых протекает жидкий хладагент, охлажденный компрессорной холодильной машиной, способной охлаждать воздух до точки росы 1-20°С и ниже до - 30°С, насос или вентилятор для засасывания в холодильную камеру воздуха из окружающей среды, патрубки, присоединенные к камере для засасывания воздуха, трубу выпуска из холодильной камеры охлажденного и обезвоженного воздуха, электрические нагреватели, расположенные внутри холодильной камеры для расплавления льда, если конденсируется из воздуха в виде льда или инея, патрубок с краном в нижней части холодильной камеры для выпуска полученной воды, при этом патрубки для засасывания воздуха из окружающей среды расположены в теплоизолированном теплообменнике, вплотную присоединенном к холодильной камере, и выполнены в виде оребренных, гофрированных металлических труб или труб с укрепленными на них металлическими теплоплоглотителями с большой поверхностью теплопередачи, охлаждаемых холодным обезвоженным воздухом, поступающим из холодильной камеры по теплоизолированной трубе и с противоположной стороны во второй дополнительный теплообменник с патрубком для выпуска обезвоженного воздуха в окружающую среду, при этом во втором теплообменнике расположены горячие трубы конденсатора компрессионной холодильной машины или горячие спаи холодильных элементов, работающих на эффекте Пельтье, а для регулировки мощности потока воздуха в обоих теплообменниках на теплоизолированной трубе выполнен патрубок с краном для выпуска из нее части холодного и обезвоженного воздуха в окружающую среду (Патент RU №2169032, B01D 5/00, Е03В 3/28 от 20.06.2001).

Недостатком данного способа является необходимость подключения к внешнему источнику электроснабжения для питания охладителя и нагревателя. Кроме того, низкая надежность работы связана с тем, что при возможном отключении электроэнергии (это часто бывает в природе) или ее отсутствии долгое время не предусмотрено автономное подключение к нагревательному устройству, например, в виде импеллера, которому не требуется электроэнергия, так как он по конструкции достаточно имеет малые габариты и работает от небольшой мощности двигателя внутреннего сгорания (на топливе или газа). Однако конструкция такого импеллера может подавать холодный сжатый воздух из атмосферы с регулируемой подачи воздуха за счет изменения оборотов самого импеллера, что до сих пор неизвестно. Кроме того, известное устройство достаточно энергоемко и дорогостоящее, для естественной конвекции воздуха. В результате снижается эффективность конвекционного охлаждения засасываемого и измеряемого атмосферного воздуха, причем способ выполняют в две операции: сначала намораживание льда, а затем размораживание льда.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик и эффективности за счет увеличения общего доступа воздуха в область в воздухопроницаемый гранитный щебень в виде гранул, обеспечивающей постоянное и/или регулируемое подачу холодного сжатого воздуха при эксплуатации в безводных районах и самых сухих пустынях, делая реальным быстрое освоение.

Технический результат при осуществлении настоящего изобретения заключается в том, что колодец для получения воды из атмосферного воздуха, включающий входное устройство, емкость для конденсации и емкость для сбора воды, устройство для забора воды из емкости для сбора воды, при этом устройство используют для получения воды за счет вентиляции, формирующей поток воздуха с содержанием воды, а емкость для конденсации и выходное устройство расположены так, чтобы при прохождении емкости для конденсации осуществлялось охлаждение потока воздуха, конденсация паров воды и полученная пресная вода-конденсат стекала в емкость для сбора воды, отличающийся тем, что для подачи холодного воздуха и создания зоны активной конвенции он оснащен вертикальной воздушной напорной трубой, вводимой в колодец, армированный стеклопластиком, при этом труба продолжается в воздухопроницаемом гранитном щебне в виде гранул и представляет собой перфорированный трубопровод меньшего диаметра, по которому подводят сжатый холодный воздух, и помещают его в полость основного трубопровода большого диаметра, выполненного в виде перфорированного кожуха, при этом основной трубопровод выполнен из полиэтиленового материала, причем ввод вертикальной воздушной напорной трубы подсоединен к нагнетательному устройству в виде импеллера, с которого холодный сжатый воздух подают в вертикальную воздушную напорную трубу с обратным клапаном, установленным в начале вертикальной воздушной напорной трубы, кроме того, емкость для конденсации, заполненная гранитным щебнем в виде гранул, выполняет роль повышения контакта с холодным сжатым воздухом, при этом нижняя часть колодца выполнена в виде емкости для сбора воды и снабжена сверху ее замкнутой конструкцией арочного типа со сводом полусферической формы, имеющей покрытие с перфорацией в виде сетчатых перегородок сверху и снизу замкнутой конструкции, внутри которой размещен фильтрующий геотекстильный материал.

Кроме того, выходное устройство выполнено из легкого металла и покрыто темным или черным покрытием.

Кроме того, дополнительно колодец содержит технологический люк.

Кроме того, циркуляцию холодного сжатого воздуха в воздухопроницаемом гранитном щебне обеспечивают расположением датчика давления воздуха.

Кроме того, систему подачи холодного сжатого воздуха от импеллера обеспечивают автоматической системой управления для трубы-впуска воздуха.

Кроме того, емкость для сбора воды снабжают рабочим сифоном, сообщающим емкость с устройством для забора воды, при этом колено сифона выполняют не выше замкнутой конструкции арочного типа со сводом полусферической формы, соответствующей критическому наполнению воды высокого качества при накоплении в емкости.

Отличительными признаками являются:

- на земле устанавливают вертикальную воздушную напорную трубу для подачи холодного сжатого воздуха от импеллера из сопла, которого подается воздух в трубу;

- обратный клапан устанавливают в начале напорной воздушной трубы;

- вертикальную воздушную напорную трубу соединяют под углом с перфорированным трубопроводом большого диаметра, выполненного в виде кожуха с дырчатыми отверстиями, а также с трубой малого диаметра, т.е. в виде трубы с перфорацией на ее поверхности, при этом концы труб имеют заглушки;

- получают экологически чистый и безопасный для окружающей среды способ получения воды из атмосферного воздуха;

- вода может долго храниться в колодце;

- простое исполнение, надежно и долговечно в работе;

Монтаж установки способа прост и не требует самой электроэнергии, достаточно с малообъемным (современного) двигателя внутреннего сгорания на любом топливе сжигания для привода импеллере в работе.

Предлагаемое сооружение позволяет использовать колодец с крышкой-люком для загрузки его промытого (продутого) гранитного щебня, и в котором закрепляют на дне колодца перфорированные трубопроводы, т.е. внутри воздухопроницаемого загруженного гранитного щебня при отсутствии причин повреждений.

Кроме того, повышенная надежность и гибкость самих трубопроводов из полиэтиленового материала, применяемых в современной технологии изготовления в промышленности, позволяет делать широкий выбор таких гибких и прочных стенок по длине трубопроводов. Они могут изготавливаться в заводских мастерских по конвейеру для протяжки в специальных станках, а стенки их достаточно прочны. Это в свою очередь обеспечивает массовое изготовление таких перфорированных труб с наконечниками крепления соединений между собой при строительстве. Срок службы не менее 50 лет. Это также в свою очередь расширяет возможность гашения больших давлений воздуха, выходящего из отверстий основного трубопровода, с перфорацией ее поверхности, подаваемого импеллером холодного воздуха, а сам процесс регулирования подачи сжатого воздуха за счет установки контроля датчика давления воздуха в воздухопроницаемого гранитного щебня, позволяет создать контролируемую систему процессами подачи холодного сжатого воздуха от импеллера, а значит, можно определят заданный объем воздуха, поступившего в гранитный щебень по контуру колодца. Такая возможность не обеспечивается ни одним известным техническим решением.

Корпус и его внутренние части изготавливаются, преимущественно, из армированного стеклопластика толщиной 25-30 мм в соответствии с ТУ 2296-001-48117609-99. Материал обладает прочными характеристиками (на разрыв и изгиб) превосходящими прочность стали, и долговечность (срок эксплуатации не менее 50 лет), коррозионная стойкость, герметичность, устойчивость к перепаду температур и воздействию ультрафиолета делают его незаменимым в производстве данной установки. При таком способе можно управлять подачей давления холодного сжатого воздуха на участке подсоединения к перфорированному трубопроводу малого диаметра с заглушенным концом заглушкой.

Следует отметить также, что в нижней части корпуса выше емкости для сбора воды размещают замкнутую конструкцию арочного типа со сводом полусферической формы, причем с перфорацией в виде сетчатых перегородок верхней части и нижней части. Внутри замкнутой конструкции, выполненной в виде сетчатых перегородок, размещают дренирующий элемент в виде водопроницаемого геотекстильный материал, который достаточно долговечен в эксплуатации и в настоящее время находит свое широкое применение в практике. Таким образом, замкнутая конструкция может быть выполнена из металлической сетки или пластикового материала усиленной прочности. Сверху сетчатая перегородка закрыта фильтрующим материалом в виде промытого (продутого) гравийного щебня.

Кроме того, конструкция рабочего сифона с конструкцией замкнутой арочного типа со сводом с элементами фильтра воды обеспечивает устройство для забора воды в виде шахтного колодца. Процесс подачи воды потребителю будет продолжаться интервалами между накоплением чистой воды в емкости для сбора воды, далее в устройство для забора воды в виде шахты колодца.

Обеспечение искусственной циркуляции холодного сжатого воздуха при подаче импеллером в толще загруженного промытого гранитного щебня и выходного устройства в виде вытяжной трубы, которая способна нагреваться от наружного воздуха и от солнечных лучей, т.е. вытяжная труба должна дополнительно покрыта темным или черным покрытием (краской или напылителем) совместно в работе позволяет поддерживать конденсацию внутри корпуса, и делать систему охлаждения более эффективной без затрат электроэнергии, т.е. более эффективно получение воды из атмосферного воздуха, особенно в среде с повышенной абсолютной влажностью воздуха и значительным суточным перепадом температуры. Объем получаемой воды зависит от скорости перемещения подачи холодного сжатого воздуха импеллером и объема конденсации предложенного материала.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявленное решение отличается от прототипа и соответствует критерию «существенные отличия».

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан колодец для получения воды из атмосферного воздуха;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, сечение большого и малого трубопроводов;

на фиг. 3 - вид спереди импеллера сверху (подключение к двигателю не показано для упрощения чертежа);

на фиг. 4 - вид сбоку.

Колодец для получения воды из атмосферного воздуха содержит корпус 1 емкости для конденсации помещенный ниже земли 2 и обсыпан со всех сторон грунтом 3. Вытяжную трубу 4 для сообщения с атмосферой устанавливают над крышкой 5 корпуса 1 емкости для конденсации, т.е. присутствует эффект аэродинамической вытяжной трубы 4 с учетом проточной конвенции охлажденного гранитного щебня 6 и формирования конденсации воды внутри корпуса 1 в нужный теплый период времени. Вытяжная труба 4 выполнена предпочтительно, d=0,30 м из тонкостенного металла и возвышается на заданной высоте от земли. Предпочтительно, окрашена черной, не отражающей солнечный цвет, краской, и труба должна быть закреплена растяжкой.

Укладку основного перфорированного трубопровода 7 большого диаметра, внутри которого размещают перфорированный трубопровод 8 малого диаметра, производят до загрузки промытого (продутого) воздухопроницаемого гранитного щебня размером 50-70 мм. Отверстия 9 и 10 трубопроводов 7 и 8 размещены по наружному диаметру. При этом основной трубопровод 7 является своего рода защитным кожухом, в который помещен дополнительный перфорированный трубопровод 8 с перфорацией в виде отверстий 10. Затем концы всех трубопроводов соединяют между собой и получают заданную длину трассы по укладке трубопровода в нижней части корпуса 1 с определенным шагом по длине корпуса 1.

Воздухоподающую вертикальную трубу 11 для подачи холодного сжатого воздуха от импеллера 12 с обратным клапаном 13 соединяют с перфорированным трубопроводом 8 малого диаметра. Трубу 11 также оборудуют регулятором 14 расхода холодного сжатого воздуха. Устройство в виде импеллера 12 устанавливают для принудительного объема, проходящего через массу щебня сжатого воздуха из условия 20 г влаги на 1 м³ воздуха и среднесуточной производительности установки не менее 150 л/сутки, что лежит в пределах 8-10 тыс. м³ (воздуха) в сутки для чего внутри воздухопроницаемого гранитного щебня 6 располагают датчик давления воздуха 15, который дополнительно подсоединяют к градуированной шкале (конструкция прибора учета давления воздуха может быть выполнена различной). Установка перфорированных трубопроводов также может быть выполнена не только из полиэтиленового материала, но и другого материала, выпускаемых современной промышленностью.

Следует отметить, что конструкция импеллера 12 имеет в своем составе сопло 16, что согласуется в работе для его подключения к трубе 11. Регулируя обороты малообъемного импеллера 12, регулируют также давление подачи воздуха в трубу 11, или регулятором 14 расхода холодного сжатого воздуха, соответственно, при этом можно уменьшить мощность применения малогабаритного импеллера 12.

Другим положительным признаком данного изобретения является то, что размещение перфорированного трубопровода 8 малого диаметра в кожухе в виде основного перфорированного трубопровода 7 большого диаметра, позволяет безпрепяственно выходит сжатому воздушному потоку струйками через их отверстия в стенках трубопроводов: гасится в пределах перфорированных трубопроводов до определенного давления, отсутствуют сдвиги частиц гранитной щебенки, что позволяет непосредственно сформировать поток воздуха за счет подачи его импеллером 12 в условиях окружающей среды с относительной влажностью от 60 до 100% и температуры от +15 до +50°C, а затем воздух направляется в выходное устройство в виде вытяжной вентиляционной трубы 4. Высоту трубы 4 можно выполнить небольшой, если учитывать, что холодный сжатый воздух от импеллера 12 подается под давлением в перфорированные трубопроводы 7 и 8.

Следует отметить, что установка корпуса 1 работает при условии подземного размещения, где заглубление составляет на 0,5…1,0 м от поверхности земли.

В верхней части дополнительного корпуса 17 располагают отверстия также для люка 18 колодца, и здесь же располагают два герметически закрывающихся люка 19 технологических отверстий, предназначенных для засыпки щебня 6 после монтажа установки с перфорированными трубопроводами с размещением в нижней части замкнутой конструкции арочного типа со сводом полусферической формы для проведения работ по обслуживанию, о чем раскрывается описание последнего устройства ниже.

Следует также отметить, что воздух, выходя из перфорированного трубопровода 8 с отверстиями 9, поток воздуха частично теряет свою энергию давления на сопротивления, и далее поступает вовнутрь основного перфорированного трубопровода 7 большого диаметра, выполняющего роль защитного кожуха. В результате перфорированный трубопровод 8 малого диаметра не нарушается от давления щебня 6 и не забиваются в нем отверстия 9, причем конец его заглушен, например съемной заглушкой. Объем потока воздуха в порах гранитного щебня 6 увеличивается за счет принудительного поступления воздуха из основного трубопровода 7 через отверстия 10, холодный сжатый воздух который поступает от импеллера 12. Таким образом, осуществляется движение холодного воздуха снизу вверх. Поступление общего количества воздуха в зону щебня 6, т.е. более эффективно получение воды из подачи атмосферного воздуха импеллером 12 происходит в среде с повышенной абсолютной влажности воздуха и значительным суточным перепадом температуры. Объем получаемой воды зависит также от скорости подачи холодного сжатого воздуха от импеллера.

Для работы корпуса 1 колодца необходимы условия создания для наполнения чистой водой емкости 20 для сбора воды, размещенной в нижней части корпуса 1, когда над ней размещают замкнутую конструкцию арочного типа со сводом полусферической формы, прием с перфорацией в виде сетчатых перегородок верхней части 21 и нижней части 22. Внутри замкнутой конструкции, выполненной в виде сетчатых перегородок 21 и 22, размещен фильтрующий геотекстильный материал 23.

Замкнутая конструкция представляет собой конструкцию арочного типа со сводом полусферической формы, которую выполняют из металлической сетки или пластмассового материала усиленной прочности, и имеет перфорированную поверхность. Таким образом, вода проходит через водопроницаемый геотекстильный материал 23 и наполняет водой емкость 20 сбора чистой воды, далее, после накопления значительного количества воды, при достижении критического положения уровня воды в емкости 20 и заполнения сифона 24, сифон резко срабатывает и подает (сбрасывает) воду в шахту 25 с люком 18 колодца, обеспечивая тем самым забор воды для потребителя, т.е. здесь имеет место перепад высот на местности.

Естественно, что взаимосвязь элементов в способе конструкции работы колодца позволяет получить воду из атмосферного воздуха экологически чистой и безопасной для окружающей среды. Достоверность результатов давления воздуха в гранитном щебне сопровождается контроль прибором в виде датчика давления воздуха, показания которого выводят снаружи работы колодца для получения воды, т.е. данные на момент эксплуатации конструкции сооружения.

Применение выполненных перфорированных трубопроводов из полиэтиленового материала, а также основного трубопровода в виде защитного кожуха для малого диаметра трубопровода, обеспечивает долговечность, что очевидно при эксплуатации предложенного способа работы колодца. Отсутствует заохривания перфорации в трубах с отверстиями, и как следствие, приводит к долговечности трубопроводов. Имеет место увеличить объем поступающего воздуха в гранитный щебень, а также повысить надежность и стабильность работы колодца для получения воды из атмосферного воздуха.

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано для получения воды в засушливых районах для обеспечения населения питьевой водой и водой для бытовых нужд. Колодец включает в себя входное устройство, емкость для конденсации (1) и емкость для сбора воды (20), устройство для забора воды из емкости для сбора воды (20). Устройство используют для получения воды за счет вентиляции, формирующей поток воздуха с содержанием воды. Емкость для конденсации (1) и выходное устройство (4) расположены так, чтобы при прохождении емкости (1) осуществлялось охлаждение потока воздуха, конденсация паров воды и полученная пресная вода-конденсат стекала в емкость (20). Для подачи холодного воздуха и создания зоны активной конвенции колодец оснащен вертикальной воздушной напорной трубой (11), вводимой в колодец, армированный стеклопластиком. Труба (11) продолжается в воздухопроницаемом гранитном щебне в виде гранул и представляет собой перфорированный трубопровод меньшего диаметра (8), по которому подводят сжатый холодный воздух. Помещают трубопровод (8) в полость основного трубопровода большего диаметра (7), выполненного в виде перфорированного кожуха. Основной трубопровод выполнен из полиэтиленового материала. Ввод трубы (11) подсоединен к нагнетательному устройству в виде импеллера (12), с которого холодный сжатый воздух подают в трубу (11) с обратным клапаном (13), установленным в начале трубы (11). Емкость для конденсации (1), заполненная гранитным щебнем (6) в виде гранул, выполняет роль повышения контакта с холодным сжатым воздухом. Нижняя часть колодца выполнена в виде емкости для сбора воды (20) и снабжена сверху нее замкнутой конструкцией арочного типа со сводом полусферической формы, имеющей покрытие с перфорацией в виде сетчатых перегородок сверху (21) и снизу (22) замкнутой конструкции, внутри которой размещен фильтрующий геотекстильный материал (23). Обеспечивается простота и надежность конструкции, постоянная и/или регулируемая подача холодного сжатого воздуха. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Колодец для получения воды из атмосферного воздуха, включающий входное устройство, емкость для конденсации и емкость для сбора воды, устройство для забора воды из емкости для сбора воды, при этом устройство используют для получения воды за счет вентиляции, формирующей поток воздуха с содержанием воды, а емкость для конденсации и выходное устройство расположены так, чтобы при прохождении емкости для конденсации осуществлялось охлаждение потока воздуха, конденсация паров воды и полученная пресная вода-конденсат стекала в емкость для сбора воды, отличающийся тем, что для подачи холодного воздуха и создания зоны активной конвенции он оснащен вертикальной воздушной напорной трубой, вводимой в колодец, армированный стеклопластиком, при этом труба продолжается в воздухопроницаемом гранитном щебне в виде гранул и представляет собой перфорированный трубопровод меньшего диаметра, по которому подводят сжатый холодный воздух, и помещают его в полость основного трубопровода большего диаметра, выполненного в виде перфорированного кожуха, при этом основной трубопровод выполнен из полиэтиленового материала, причем ввод вертикальной воздушной напорной трубы подсоединен к нагнетательному устройству в виде импеллера, с которого холодный сжатый воздух подают в вертикальную воздушную напорную трубу с обратным клапаном, установленным в начале вертикальной воздушной напорной трубы, кроме того, емкость для конденсации, заполненная гранитным щебнем в виде гранул, выполняет роль повышения контакта с холодным сжатым воздухом, при этом нижняя часть колодца выполнена в виде емкости для сбора воды и снабжена сверху нее замкнутой конструкцией арочного типа со сводом полусферической формы, имеющей покрытие с перфорацией в виде сетчатых перегородок сверху и снизу замкнутой конструкции, внутри которой размещен фильтрующий геотекстильный материал.

2. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что выходное устройство выполнено из легкого металла и покрыто темным или черным покрытием.

3. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно колодец содержит технологический люк.

4. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что циркуляцию холодного сжатого воздуха в воздухопроницаемом гранитном щебне обеспечивают расположением датчика давления воздуха.

5. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что систему подачи холодного сжатого воздуха от импеллера обеспечивают автоматической системой управления для трубы-впуска воздуха.

6. Колодец по п. 1, отличающийся тем, что емкость для сбора воды снабжают рабочим сифоном, сообщающим емкость с устройством для забора воды, при этом колено сифона выполняют не выше замкнутой конструкции арочного типа со сводом полусферической формы, соответствующей критическому наполнению воды высокого качества при накоплении в емкости.