УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДЫ ИЗ ВОЗДУХА Российский патент 2019 года по МПК C02F1/04 

Изобретение относится к опреснительным установкам, вырабатывающим воду из атмосферного воздуха.

Известна [1] «Установка для производства дешевой пресной воды» автора Миланич А.И. по патенту РФ №2157874. МПК Е03В 3/28; C02F 1/04.

Установка содержит конденсационную камеру, воздухозабор в виде флюгера, трубы для забора и сброса воздуха, причем конденсатная камера расположена под водой или в грунте, а воздухозабор - в атмосфере.

Достоинство установки в простате конструкции, а недостатки в низкой производительности и в необходимости приспосабливаться к местности с высокой влажностью воздуха, наличием ветра и обязательным заглублением в грунт или в более холодные слои воды.

Повысить производительность данной установки возможно за счет использования дополнительных технических средств: теплообменников, циркуляционных насосов и др.

Известен так же [2] «Способ извлечения воды из воздуха, устройство для извлечения воды из воздуха и конденсатор» авторов Карамзина В.А., Макарова В.В. и др. по патенту РФ №2426839. МПК Е03В 3/28; B01D 5/00.

Устройство содержит блок формирования потока атмосферного воздуха, распылитель воды, конденсатор, блок управления, нагреватель воздуха, элементы, создающие турболентность потока, датчики температуры и влажности, холодильную машину и насосы.

Данное устройство является конструктивно сложным и дорогим изделием, а вырабатываемая им вода будет иметь высокую стоимость, в том числе, и из-за значительных энергетических затрат на работу вентилятора, насосов и холодильной машины.

Широко также известен способ разделения потока воздуха на «холодный» и «горячий» с использованием вихревых труб Ранка-Хирша, например, Белостоцкий Ю.Г. Вихревая труба. Патент РФ №2170892. МПК F25B 9/02 [3].

Известно [4] «Устройство для ускоренного замораживания и последующего размораживания жидкого щелочного металла в трубах реакторов АЭС» авторов Ташлыкова О.Л., Попова А.И. и Щеклеина С.Е. по патенту на полезную модель РФ №171057, МПК G21B 1/00, использующее подобную вихревую трубу, и выбранное в качестве прототипа. Данное устройство содержит (магистраль) источник сжатого воздуха, который через регулирующий вентиль подключен к входу вихревой трубы, а выходы горячего и холодного воздуха трубы через проходные вентили соединены с патрубками кожуха охлаждения, размещенного над трубой. Вместо жидкого щелочного металла в трубе может быть минерализованная (морская вода) и тогда последовательное ее замораживание и размораживание позволяет получать опресненную воду. (См., например, [5]. Попов А.И., Щеклеин С.Е. «Устройство для получения льда, пресной воды и концентрации растворов вымораживанием». Заявка на изобретение №2016126779 от 04.07.2016. Решение о выдаче патента от 28.11.2017. Дата публикации заявки 12.01.2018. Бюл. №2).

Недостаток прототипа [4] в том, что он не позволяет получать пресную воду непосредственно из воздуха, т.е. без использования любой воды.

Проблему, которую решает предлагаемое изобретение, это производство воды непосредственно из воздуха с малыми затратами на оборудование, электроэнергию и обслуживание.

Технический результат заключается в следующем:

- упрощена конструкция устройства за счет использования вихревой трубы Ранка-Хирша, из которой сразу получаем холодный и горячий потоки воздуха, направляемые далее в кожухотрубный теплообменник-конденсатор, оснащенный дополнительным патрубком для слива конденсата;

- снижена стоимость единицы получаемой продукции (пресной воды за счет снижения материальных, энергетических затрат и увеличения производительности устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее (магистраль) источник сжатого воздуха, соединенный через регулирующий вентиль с входом вихревой трубы Ранка-Хирша, выходы которой «горячий» и «холодный» через проходные вентили подключены к соответствующим входным патрубкам кожухотрубного теплообменника-конденсатора, а его выходные патрубки имеют свободный выход в атмосферу, причем в конденсаторе выполнен дополнительный патрубок для слива пресной воды. Технический результат достигается так же за счет введения дополнительных вентилей для подачи атмосферного воздуха, соединяющие источник сжатого воздуха и патрубки ввода горячего и холодного воздуха конденсатора, что позволяет регулировать режим работы и увеличить его производительность.

На чертеже изображено «Устройство для производства воды из воздуха». Устройство содержит (магистраль) источник 1 сжатого воздуха, регулирующий входной вентиль 2, соединяющий источник с входом вихревой трубы 3 Ранка-Хирша, к «холодному» и «горячему» выходам которой через проходные вентили 4 и 5 подключены патрубки 6 и 7 ввода холодного и горячего воздуха в кожухотрубный теплообменник-конденсатор 8, причем его выходные патрубки 9 и 10 горячего и холодного отработанных потоков воздуха имеют свободный выход в атмосферу, а конденсатор оснащен в его донной части дополнительным патрубком 11 для выхода конденсата (пресной воды).

Для увеличения производительности в устройство введены дополнительные регулирующие вентили 12и 13, включенные между источником сжатого воздуха и патрубками ввода холодного и горячего воздуха конденсатора.

Устройство работает следующим образом. При подачи от источника 1 сжатого воздуха через регулирующий вентиль 2 на вход вихревой трубы 3, последняя на своих выходах будет генерировать «холодный» и «горячий» потоки воздуха. С «холодного» выхода вихревой трубы через проходной вентиль 4 поток холодного воздуха подается на патрубок 6, проходит через внутренние труба конденсатора 8, охлаждает их и выходит через патрубок 10 в атмосферу.

Одновременно с «горячего» выхода вихревой трубы 3 через проходной вентиль 5 поток «горячего» воздуха поступает через патрубок 7 во внутреннее межтрубное пространство конденсатора, омывает трубы горячим воздухом, вызывая на них конденсацию, и выходит через патрубок 9 в атмосферу. Конденсат, скапливающийся на дне конденсатора 8, удаляется через патрубок 11. При наличии запаса тепловой мощности у вихревой трубы 3, имеющей высокие температурные потенциалы на ее выходах и, соответственно, на входных патрубках 6 и 7 конденсатора 8, целесообразно подмешивать внешний атмосферный воздух от источника 1, не прошедший через вихревую трубу 3 и содержащий больший процент влажности. Для этого, контролируя производительность конденсатора 8 по количеству поступающего конденсата с патрубка 11, регулируют объемы подачи атмосферного воздуха через дополнительный вентиль 12 на патрубок 6 и -через дополнительный вентиль 13 на патрубок 7, создавая оптимальный режим работы устройства.

Предлагаемое «Устройство для производства воды из воздуха» состоит из унифицированных узлов, выпускаемых промышленностью, не требует значительных затрат на его изготовление и эксплуатацию, поэтому следует ожидать его применения в регионах, испытывающих дефицит пресной воды.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Миланич А.И. Установка для производства дешевой пресной воды. Патент РФ №2157874. МПК Е03В 3/28; С02Р 1/04(аналог).

2. Карамзин В.А., Макаров В.В., Синчурин И.П. и др. Способ извлечения воды из воздуха, устройство для извлечения воды из воздуха и конденсатор. Патент РФ №2426839. МПК Е03В 3/28; B01D 5/00 (аналог).

3. Белостоцкий Ю.Г. Вихревая труба. Патент РФ №2170892. МПК F25B 9/02.

4. Ташлыков О.Л., Попов А.И., Щеклеин С.Е. Устройство для ускоренного замораживания и последующего размораживания жидкого щелочного металла в трубах реакторов АЭС. Патент на полезную модель РФ №171057. МПК G21B 1/00 (прототип).

5. Попов А.И., Щеклеин СЕ. Устройство для получения льда, пресной воды и концентрации растворов вымораживанием. Заявка на изобретение №2016126779 от 04.07.2016. Решение о выдаче патента от 28.11.2017.

6. Патент США 4330373 А1.

7. Патент Германии 3319975 А1.

Устройство предназначено для получения пресной воды из атмосферного воздуха. Устройство для производства воды из воздуха содержит источник сжатого воздуха, подключенный через регулирующий вентиль к входу вихревой трубы Ранка-Хирша. С «горячего» и «холодного» выходов вихревой трубы потоки воздуха раздельно подаются через проходные вентили на входные патрубки кожухотрубного теплообменника-конденсатора. Холодный поток воздуха проходит через внутренние трубки конденсатора, а горячий поток омывает трубки в межтрубном пространстве, вызывая на них конденсацию. Отработанные потоки воздуха свободно выходят через выходные патрубки в атмосферу. Накапливающаяся вода-конденсат удаляется из конденсатора через дополнительный патрубок в его донной части. Кроме того, введены дополнительные вентили для подачи атмосферного воздуха непосредственно от источника сжатого воздуха на патрубки ввода конденсатора, что создает оптимальный режим работы.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для производства воды из воздуха, содержащее (магистраль) источник сжатого воздуха, соединенный через регулирующий вентиль с входом вихревой трубы Ранка-Хирша, проходные вентили, подключенные к выходам «горячего» и «холодного» воздуха вихревой трубы, отличающееся тем, что введен кожухотрубный теплообменник-конденсатор, оснащенный внутренними трубками, входными и выходными патрубками, причем один входной патрубок, подающий холодный воздух во внутренние трубки конденсатора, соединен с проходным вентилем, подключенным к холодному выходу вихревой трубы, другой входной патрубок, подающий горячий воздух в межтрубное пространство конденсатора, соединен с проходным вентилем, подключенным к горячему выходу вихревой трубы, выходные патрубки конденсатора подключены на свободный выход в атмосферу, а в его донной части выполнен дополнительный патрубок для отвода конденсата.

2. Устройство для производства воды из воздуха по п. 1, отличающееся тем, что введены дополнительные вентили для подачи атмосферного воздуха, подключенные к источнику сжатого воздуха и к патрубкам ввода горячего и холодного воздуха в конденсатор.