Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха Российский патент 2019 года по МПК E03B3/00 

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.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения (прототипом) является «Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха» авторов Алексеева В.В. и др. по патенту РФ №2131000. МПК Е03В 3/28 {3}. Данная установка содержит аккумулятор холода, воздуховод, водосборник, солнечный коллектор и соединенный с ним нагреватель воздуха, причем аккумулятор холода выполнен из твердого материала, расположенного на водосборнике, воздуховод выполнен в виде вытяжной трубы, расположенной над аккумулятором холода, внутри которого находится нагреватель воздуха, а воздушные каналы находятся в нижней части аккумулятора холода.

Недостатком прототипа являются низкая производительность, обусловленная зарядкой - охлаждением аккумулятора холода только в ночное время и необходимость использования значительного количества оребренных тепловых труб, теплоносителем в которых является вода. Для того, чтобы тепловые трубы с водой эффективно работали, необходимо иметь фазовый переход воды в пар, т.е. нагрев до 100 градусов Цельсия, что маловероятно обеспечить в течение длительного времени суток.

Задачей предлагаемого изобретения является производство воды из сухого атмосферного воздуха с высокой производительностью и с любой концентрацией водяных паров в регионах, полностью лишенных источников воды для опреснения, в том числе - минерализованных вод.

Технический результат заключается в следующем:

- применен оребренный кожухотрубный теплообменник-конденсатор, размещенный в грунте, через трубки которого пропускается атмосферный воздух;

- применен воздуховод - вытяжная труба, в верхней части которого установлена эжекторная труба-отборник, соединенная с теплообменником;

- в воздуховоде размещен нагреватель воздуха из теплоаккумулирующего материала, соединенный с солнечным коллектором, причем на нагреватель направлены так же концентрированные солнечные лучи от рядом расположенного рефлектора, что создает больший перепад температур, улучшающий условия конденсации;

- на верхней части воздуховода установлен кольцевой дефлектор воздушных потоков, создающий дополнительный вакуум в воздуховоде;

- на верхнюю часть воздуховода нанесена черная теплопроводная поверхность для лучшего его прогрева от солнечной инсоляции.

Технический результат достигается за счет того, что в установку, содержащую воздуховод в виде вытяжной трубы с нагревателем воздуха, соединенным с солнечным коллектором, аккумулятор холода, и водосборник, дополнительно введен кожухотрубный теплообменник-конденсатор, размещенный в грунте и оснащенный охлаждающими ребрами, патрубками ввода - вывода воздуха через его внутренние трубки и патрубком выхода конденсата воды, подключенному к водосборнику, причем патрубок ввода теплообменника соединен через регулирующий вентиль с атмосферным воздухом, патрубок вывода воздуха из теплообменника через дополнительный трубопровод соединен с всасывающей эжекторной трубкой-отборником, размещенной в верхней части воздуховода, а в его нижней части размещены окна для забора атмосферного воздуха.

Технический результат достигается так же за счет того, что на верхнюю часть воздуховода установлен кольцевой дефлектор для воздушных потоков, создающих дополнительный вакуум в воздуховоде.

Технический результат достигается так же за счет того, что напротив окон воздуховода в его нижней части установлен солнечный рефлектор с направлением его отраженных лучей на нагреватель воздуха, а на верхнюю часть воздуховода нанесена черная теплопроводная поверхность.

На чертеже изображена «Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха».

Установка содержит воздуховод - вытяжную трубу 1, размещенный на определенной глубине в грунте 2, кожухотрубный теплообменник-конденсатор 3, оснащенный охлаждающими ребрами 4, патрубком 5 ввода атмосферного воздуха через входную трубу 6 с регулирующим вентилем 7, патрубком 8 выхода воздуха, патрубком 9 выхода сконденсированной воды, соединенным с водосборником 10 и - внутренними охлаждающими трубками 11 теплообменника. Кожухотрубные конденсаторы-теплообменники [4] известны, смотри, например, «Трубные теплообменники. Кожухотрубные теплообменники». [Электронный ресурс]. www.gigabara.ru/doc/17620.html. Рис. 13-5.

Внутри воздуховода размещены нагреватель 12 воздуха из теплоаккумулирующего материала, соединенный с солнечным коллектором 13 и всасывающая эжекторная трубка-отборник 14, соединенная трубопроводом 15 с патрубком выхода воздуха из теплообменника, а на верху размещен кольцевой дефлектор 16, улавливающий ветровые потоки и усиливающий за счет дополнительного вакуума восходящий поток воздуха в воздуховоде 1.

Верхняя часть воздуховода имеет зачерненное теплопроводное покрытие 17, а ее нижняя часть оснащена окнами 18 для входа атмосферного воздуха и сконцентрированных солнечных лучей от рефлектора - отражателя 19, направленных на нагреватель 12 воздуха внутри воздуховода.

«Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха» работает следующим образом.

В зависимости от величины солнечной инсоляции в пустынной местности нагреватель 12 получает тепловую энергию как от солнечного коллектора 13, так и от рефлектора-отражателя 19, нагревая воздух внутри воздуховода 1.

Запас тепловой энергии, накопленный в нагревателе 12, должен обеспечивать эффективную работу устройства, в том числе, когда солнечная инсоляция временно отсутствует, и в ночное время, так как атмосферный воздух ночью имеет более низкую температуру с более высокой концентрацией содержащихся в нем водяных паров и создаются лучшие условия для конденсации воды.

Кроме того, верхняя часть воздуховода 1, имеющая зачерненное теплопроводное покрытие 17, так же способствует нагреву и интенсивному движению воздуха внутри воздуховода. Вертикальное движение воздуха внутри воздуховода создает условия для трубки-отборнику 14 эжектировать атмосферный воздух через трубопровод 15 и патрубок 8 из теплообменника 3. Эжектирование воздуха происходит по входной трубе 6, через открытый вентиль 7, патрубок 5, по внутренним трубкам 11 теплообменника, патрубок 8 и в трубу 15. Эффект от заглубления теплообменника в грунт в качестве аккумулятора-холодильника известен [5]: Антуфьев И.Л. Устройство для получения воды в пустыне. Патент РФ №2526628. МПК Е03В 3/28.

Наружные охлаждающие ребра 4 теплообменника 3 имеют более низкую температуру грунта в зависимости от глубины, на которой он размещен. Эта температура сохраняется в межтрубном пространстве и воздействует на внешние поверхности внутренних трубок 11, по которым прокачивается (эжектируется) горячий атмосферный воздух. В результате этого на поверхности внутренних трубок 11 образуется конденсат, который скапливается на дне теплообменника и через патрубок 9 поступает в накопительный водосборник 10.

Сухой воздух степей и пустынь отличается низким содержанием паров воды. Его отличительной особенностью являются высокие дневные температуры и сравнительно прохладные ночные часы.

Использование предлагаемой установки, обеспечивающей в процессе суточной работы большие перепады температуры при перегреве атмосферного воздуха, его аккумуляцию в течение суток и охлаждение за счет постоянной температуры грунта, позволит найти широкое применение для практических целей производства воды с высокой производительностью в условиях обезвоженной местности.

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. Алексеев В.В. и др. Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха. Патент РФ №2131000. МПК Е03В 3/28. (прототип). C02F 1/10 (прототип).

4. Трубчатые теплообменники. Кожухотрубные теплообменники. [Электронный ресурс] www.gigabaza.ru/doc/17620 html. Рис. 13-5. Многоходовый (по межтрубному пространству) кожухотрубный теплообменник.

5. Антуфьев И.Л. Устройство для получения воды в пустыне. Патент РФ №2526628. МПК Е03В 3/28 (аналог).

6. Трубчатые теплообменники. Кожухотрубные теплообменники. [Электронный ресурс] www.gigabaza.ru/doc/17620 html. Рис. 13-12. Элементы теплообменника с оребрениями.

7. Патент Германии DE 3313711 А1, 18.10.84.

8. Европейский патент ЕР 0430838 А1, 05.06.91.

Изобретение относится к области водоснабжения. Установка содержит аккумулятор холода, водосборник и воздуховод в виде вытяжной трубы с нагревателем воздуха, соединенным с солнечным коллектором. В качестве аккумулятора холода использован грунт, в который помещен дополнительно введенный кожухотрубный теплообменник-конденсатор, оснащенный охлаждающими ребрами, патрубками ввода-вывода воздуха через его внутренние трубки и патрубком выхода конденсата воды, подключенным к водосборнику. Патрубок ввода атмосферного воздуха в теплообменник соединен через регулирующий вентиль с атмосферой. Патрубок вывода воздуха из теплообменника через дополнительный трубопровод соединен с всасывающей эжекторной трубкой-отборником, размещенной в верхней части воздуховода. В нижней части воздуховода размещены окна для забора атмосферного воздуха. Обеспечивается высокая производительность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха, содержащая аккумулятор холода, водосборник и воздуховод в виде вытяжной трубы с нагревателем воздуха, соединенным с солнечным коллектором, отличающаяся тем, что в качестве аккумулятора холода использован грунт, в который помещен дополнительно введенный кожухотрубный теплообменник-конденсатор, оснащенный охлаждающими ребрами, патрубками ввода-вывода воздуха через его внутренние трубки и патрубком выхода конденсата воды, подключенным к водосборнику, причем патрубок ввода атмосферного воздуха в теплообменник соединен через регулирующий вентиль с атмосферой, патрубок вывода воздуха из теплообменника через дополнительный трубопровод соединен с всасывающей эжекторной трубкой-отборником, размещенной в верхней части воздуховода, а в нижней его части размещены окна для забора атмосферного воздуха.

2. Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха по п.1, отличающаяся тем, что на верхнюю часть воздуховода установлен кольцевой дефлектор для воздушных потоков, создающих дополнительное разряжение – вакуум в воздуховоде.

3. Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха по п.1, отличающаяся тем, что напротив окон воздуховода в его нижней части установлен солнечный рефлектор с направлением его отраженных лучей на нагреватель воздуха, а на верхнюю часть воздуховода нанесена черная теплопроводная поверхность.