УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ ГАЗОВОГО ВЫХЛОПА ГОРЕЛКИ, ПЛАЗМЕННОГО ПИСТОЛЕТА ИЛИ ДВС Российский патент 2020 года по МПК C01B5/00 

Изобретение относится к устройствам получения воды из горячих газовых выхлопов в условиях засушливой местности и отсутствия минерализованной воды для ее опреснения, при этом не используются дополнительные источники электрической и тепловой энергии.

Известно, например, «Устройство для конденсации паров воды из воздуха» автора Столбова Ю.И. по авторскому свидетельству СССР №1813473. МПК B01D 5/00, Е03В 3/28 [1].

Данное устройство содержит наклонную трубу, нижний конец которой соединен через вертлюг с двойным шарниром с землей, а верхний поднят на заданную высоту с более холодной температурой воздуха. Труба собрана из герметично соединенных между собой торроидов, надутых газом с меньшей плотностью, чем воздух, а наружная поверхность трубы снабжена спиралеобразным оперением и соединена с вертлюгом через электрогенератор.

Принцип действия устройства основан на движении воздуха под давлением ветра по наклонной трубе вверх с понижением его давления и температуры.

Недостатком этого устройства является необходимость устанавливать трубу по направлению ветра и для этого создана сложная конструкция из торроидов с легким газом и спиралеобразное оперение трубы. При отсутствии ветрового потока данное устройство практически неработоспособно.

Известен так же «Способ конденсации пара из газа и устройство для его осуществления» авторов Полуэктова П.П., Елец Е.П. и др. по патенту РФ №2288021. МПК B01D 5/00, В03С 3/00 [2].

Устройство содержит камеру электростатической зарядки, состоящую из заземленного контура в виде цилиндрической втулки и размещенного в ней коронирующего электрода, причем с камерой зарядки последовательно соединена камера коагуляции, состоящая из цилиндрического заземленного корпуса и подключенного к источнику переменного напряжения соосно расположенного цилиндрического электрода, разделенных изолирующими газопроницаемыми перегородками.

В данном устройстве движение заряженных частиц воды создается электрическим полем. Недостатком этого устройства является низкая производительность и необходимость иметь источник высокого напряжения с коронирующим электродом.

Известна так же программа «Водный урожай» (Water Harvesting) Научно-исследовательского Агенства Пентагона DARPA, задача которой вдвое сократить потребность в воде армии, воюющей в пустыне: «Американские солдаты будут извлекать воду из воздуха и выхлопа автомобилей», [электронный ресурс] www.membrana.ru/particle/7578 [3]. Это объясняется тем, что вода составляет 40% грузопотока, идущего на снабжение войск США в Ираке. В настоящее время проходят испытания опытные внедорожники, оборудованные системой извлечения воды из выхлопа дизельных двигателей. Работа данной системы основана на факте, что в выхлопе содержится определенная часть водорода, который затем соединяется с кислородом воздуха, образуя воду. Недостатком данной системы является ее низкая производительность и необходимость дальнейшей сложной очистки воды, из которой необходимо удалить органику, сажу, кислоты, соединения азота и бензола. В качестве ближайшего аналога выбран «Способ и устройство для опреснения воды» авторов Адиэль У. Додж и Дориан Додж Крокер по патенту США №3933600. МПК B01D 1/16; B01D 1/14; C02F 1/10 [4].

В предпочтительном варианте данной сложной конструкции используется горелка или плазменный пистолет, выхлопная труба которого с пламенем расположена под распылителем воды, причем аэрозоль от распылителя подается непосредственно через пламя. Испарение производится непосредственным контактом аэрозоля с пламенем. Далее газообразная смесь отводится по трубе в конденсатор, в котором водяные пары конденсируются и поступают на химическую очистку.

Данное изобретение имеет высокую производительность при распылении воды в пламени горелки, однако оно способно работать и на влажном воздухе, но с меньшей производительностью.

Недостатком данной системы опреснения является отсутствие стандартных узлов, выпускаемых промышленностью, сложность в ее практической реализации, низкая производительность при работе с увлажненным воздухом и неработоспособность в обычных условиях сухого климата.

Проблема, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в получении с высокой производительностью воды из газового выхлопа горелки, плазменного пистолета или ДВС в районах, лишенных минерализованных, морских, а также других загрязненных технических источников воды, причем устройство использует только кинетическую энергию выброса газовой струи. Технический результат заключается в следующем:

- применен эжектор на выхлопной трубе, создающий засасывающий поток атмосферного воздуха, проходящий через межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника-конденсатора;

- использована трубка-отборник горючих газов, которые поступают под давлением в теплообменные трубки теплообменника-конденсатора;

- введен дополнительный оребренный теплообменник, который заглублен в грунт, а охлажденный прошедший через него атмосферный воздух поступает в межтрубное пространство теплообменника-конденсатора.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения воды из горячего газового выхлопа, использующим горелку или пламенный пистолет или выхлопную трубу ДВС, выхлопную трубу дополнительно оснастили эжектором и трубкой-отборником газа, которые посредством трубных проводок (труб) подключены к кожухотрубному теплообменнику-конденсатору, причем его патрубок ввода горячего воздуха через регулирующий вентиль соединен с трубкой-отборником газа, патрубок вывода холодного атмосферного воздуха подключен через второй регулирующий вентиль и патрубок конца трубной проводки в эжекторе к выходу эжектора в его узкой части, патрубок ввода атмосферного воздуха через третий регулирующий вентиль соединен с атмосферой, а в нижней правой части теплообменника-конденсатора выполнен патрубок для отвода воды.

Технический результат достигается так же за счет того, что введен дополнительный оребренный теплообменник, заглубленный в грунт, причем его входной патрубок соединен с атмосферным воздухом, а выходной патрубок через четвертый регулирующий вентиль подключен к патрубку ввода атмосферного воздуха в теплообменник-конденсатор при закрытом третьем вентиле.

На чертеже изображено «Устройство для получения воды из газового выхлопа горелки, плазменного пистолета или ДВС».

Устройство содержит выхлопную трубу 1 горелки или плазменного пистолета или ДВС или другого агрегата с выбросом сгоревших горячих газов, на которой закреплен эжектор 2 и трубка-отборник 3 горячего воздуха, соединенные трубными проводками через регулирующие вентили 4 и 5 соответственно с патрубком 6 вывода холодного воздуха из межтрубного пространства кожухотрубного теплообменника-конденсатора 7 и с патрубком 8 ввода горячего воздуха в трубки 9 теплообменника-конденсатора, причем последний оснащен патрубком 10 ввода через третий регулирующий вентиль 11 атмосферного воздуха, патрубком 12 вывода отработанного горячего воздуха и патрубком 13 для отвода воды. Конец трубной проводки от патрубка 6 через вентиль 4 оснащен патрубком 14, размещенным в узкой части эжектора на его выходе. В такой комплектации устройство эффективнее работает, например, в пустыне ночью, когда атмосферный воздух более холодный и содержит в своем составе больше водяных паров.

Повысить эффективность работы устройства в дневной период возможно путем размещения дополнительного оребренного теплообменника 15, заглубленного в грунт 16, входной патрубок 17 которого соединен с атмосферой, а выходной патрубок 18 через четвертый регулирующий вентиль 19 соединен с патрубком 10 ввода атмосферного воздуха в теплообменник-конденсатор.

Устройство для получения воды из газового выхлопа горелки, плазменного пистолета или ДВС работает следующим образом.

При наличии истечения горячей газовой струи на выходе выхлопной трубы 1, эжектор 2 засасывает из патрубка 14 через открытый вентиль 11 и патрубок 10 атмосферный воздух, который проходит через межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника- конденсатора 7, выходит через патрубок 6, регулирующий вентиль 4 и эжектор 2 в атмосферу (на чертеже «Выхлоп»). Это объясняется тем, что поток эжектирующего горячего газа с выхлопной трубы 1 создает внутри эжектора разряжение в его узкой части и вследствие этого из патрубка 14 на конце трубной проводки в эжекторе эжектируется атмосферный воздух.

Кожухотрубные конденсаторы-теплообменники известны [5], смотри, например, «Трубные теплообменники. Кожухотрубные теплообменники. [Электронный ресурс] www.gigabaza.ru/doc/17620.html. Рис. 13-5. «Многоходовый (по межтрубному пространству) кожухотрубный теплообменник».

Часть потока из горячей газовой трубы 1 отбирается трубкой-отборником 3 и поступает по трубной проводке под давлением через регулирующий вентиль 5 и патрубок 8 на трубки 9 конденсатора, разогревая их, и выходит в атмосферу через патрубок 12.

В результате взаимодействия потоков горячего и холодного атмосферного воздуха на внутренней поверхности трубок 9 образуется конденсат, который скапливается в нижней правой части конденсатора-теплообменника 7и удаляется через его патрубок 13 (на чертеже «Вода»).

В условиях жаркого климата такой режим работы предлагаемого устройства более эффективен в ночное время с более холодным атмосферным воздухом, содержащим больший процент водяных паров или при использовании устройства на берегу морей и крупных водоемов с более влажным воздухом.

Работа предлагаемого устройства более эффективна при использовании дополнительного оребренного теплообменника 15, заглубленного в грунт 16.

Эффект от заглубления теплообменника в грунт известен [6]: Антуфьев И.Л. Устройство для получения воды в пустыне. Патент РФ №2526628. МПК Е03В 3/28. См. так же [7]: Миланич А.П. Установка для производства дешевой пресной воды. Патент РФ №2157874. МПК Е03В 3/28.

Оребренный теплообменник так же известен. См. [8] Трубчатые теплообменники. Кожухотрубные теплообменники [Электронный pecypc] www.gigabaza.ru/doc/17620.html. Рис. 13-12. «Элементы теплообменника с оребрениями».

В этом случае атмосферный воздух, засасываемый эжектором 2 через патрубок 14, проходит через входной патрубок 17 теплообменника 15, охлаждается от грунта за счет оребрения до температуры грунта 16, выходит через патрубок 18, четвертый регулирующий вентиль 19, входной патрубок 10 теплообменника-конденсатора 7, омывая его межтрубное пространство и выходит через патрубок 6 и вентиль 4 в эжектор 2, при этом вентиль 11 должен быть закрытым.

Предлагаемое устройство может использоваться для получения воды в степных и пустынных районах, полностью лишенных каких-либо водных источников, в том числе с минерализованной или технической водой, при этом не требуется каких-либо дополнительных источников электрической или тепловой энергии.

Кроме того, при использовании данного устройства повышается эффективность и дополнительное полезное использование ДВС и других энергетических агрегатов, газовый выхлоп которых целесообразно так же использовать еще и для выработки воды.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Столбов Ю.И. Устройство для конденсации паров воды из воздуха. Авторское свидетельство СССР №1813473. МПК B01D 5/00; Е03В 3/28 (аналог).

2. Полуэктов П.П., Елец Е.П. и др. Способ конденсации пара из газа и устройство для его осуществления. Патент РФ №2288021. МПК B01D 5/00; В03С/00 (аналог).

3. Американские солдаты будут извлекать воду из воздуха и выхлопа автомобилей, [электронный ресурс] www.membrana.ru/particle/7578.

4. Адиэль У. Додж и Дориан Додж Крокер. Способ и устройство для опреснения воды. Патент США №3933600. МПК B01D 1/16; B01D 1/14; C02F 1/10 (прототип).

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

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

7. Миланич А.П. Установка для производства дешевой пресной воды. Патент РФ №2157874. МПК Е03В 3/28$ C02F 1/04 (аналог).

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

Изобретение может быть использовано для получения воды из горячих выхлопных газов в условиях засушливой местности и отсутствия минерализованной воды для ее опреснения. Выхлопная труба 1 оснащена эжектором 2 и трубкой-отборником газа 3, которые подключены к кожухотрубному теплообменнику-конденсатору 7. Патрубок ввода горячего воздуха 8 теплообменника-конденсатора 7 через регулирующий вентиль соединен с трубкой-отборником газа 3, его патрубок вывода холодного атмосферного воздуха подключен через второй регулирующий вентиль к выходу эжектора 14, а патрубок ввода атмосферного воздуха 10 через третий регулирующий вентиль соединен с атмосферой. Отвод воды из теплообменника-конденсатора производится через дополнительный патрубок 13, размещенный в его нижней правой части. Для повышения эффективности устройства введен дополнительный оребренный теплообменник 15, заглубленный в грунт 17, входной патрубок которого соединен с атмосферным воздухом, а его выходной патрубок через четвертый регулирующий вентиль подключен к патрубку ввода атмосферного воздуха в теплообменник-конденсатор 7, при этом третий вентиль должен быть закрытым. Предложенное изобретение обеспечивает дополнительное полезное применение ДВС и других энергетических агрегатов, газовый выхлоп которых может использоваться, в том числе и для получения воды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения воды из газового выхлопа горелки, плазменного пистолета или ДВС, использующее горелку, или пламенный пистолет, или выхлопную трубу ДВС с потоком горячего газа, характеризующееся тем, что к выхлопной трубе присоединены эжектор и трубка-отборник газа, подключенные посредством трубных проводок к кожухотрубному теплообменнику-конденсатору, причем его патрубок ввода горячего воздуха через регулирующий вентиль соединен с трубкой-отборником газа, его патрубок вывода холодного атмосферного воздуха подключен через второй регулирующий вентиль и патрубок конца трубной проводки в эжекторе к выходу эжектора, кроме того, патрубок ввода атмосферного воздуха через третий регулирующий вентиль соединен с атмосферой, а в нижней правой части теплообменника-конденсатора выполнен патрубок для отвода воды.

2. Устройство для получения воды из газового выхлопа горелки, плазменного пистолета или ДВС, использующее горелку, или плазменный пистолет, или выхлопную трубу ДВС с потоком горячего газа по п. 1, характеризующееся тем, что введен дополнительный оребренный теплообменник, заглубленный в грунт, причем его входной патрубок соединен с атмосферным воздухом, а выходной патрубок через четвертый регулирующий вентиль подключен к патрубку ввода атмосферного воздуха в теплообменник-конденсатор при закрытом третьем вентиле.