АВТОНОМНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2022 года по МПК C02F1/04 C02F1/14 E03B3/28 

Изобретение относится к универсальным устройствам как для дистилляции морских, загрязненных или минерализованных вод, так и для получения воды из атмосферного воздуха посредством только солнечной энергии.

Известен опреснитель для дистилляции воды с помощью солнечной энергии [1]: Долинский О.Я., Лещенко Г.А. Троянович Л.В. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1611873. МПК C02F 1/14 (аналог). Данный опреснитель содержит увлажнительную камеру с каркасом, на который натянуто светопрозрачное покрытие из стеклоткани, образующее также днище. Конденсатосборник погружен в воду, соединен с увлажнительной камерой и рядом труб, верхние концы которых снабжены колпаками.

В конденсатосборнике установлены также вертикальные трубы, закрепленные на верхней крышке и на его днище и имеющие отверстия для входа и выхода морской воды. Для откачки конденсата используется дополнительная труба с насосом. Имеется также приводной механизм для вращения опреснителя.

Недостатками данного опреснителя являются его малая поверхность для испарения, конструктивная сложность, высокая металлоемкость и необходимость иметь дополнительные источники энергии для работы насоса и поворота установки. Кроме того, данное устройство не является универсальным и не позволяет получать воду из атмосферного воздуха.

Известен также опреснитель [2]: Елманов А.И. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1650598. МПК C02F 1/14 (аналог). Это устройство содержит плавающий корпус, оптически прозрачную крышку, верхнюю и нижнюю полости корпуса, разделенные мембраной с клапаном, установленным в верхней полости корпуса, а также дозирующим штуцером.

Данный опреснитель не требует внешних источников энергии. Заявленной целью этого опреснителя является уменьшение его габаритов и веса.

Недостатком данного опреснителя является его низкая производительность, обусловленная малой поверхностью испарения и необходимость прогревать каждую порцию воды, находящуюся на мембране до стадии создания определенного давления паров. Только после этого давление паров отожмет (изогнет) мембрану и пар через клапан поступит в нижнюю полость на конденсацию. Кроме того, количество изгибов мембраны конструктивно ограничено. Данное устройство так же не позволяет получать воду из атмосферного воздуха.

Известен также [3] «Солнечный опреснитель бассейнового типа» автора Попова А.И. по патенту РФ №2655892, МПК C02F 1/14; F24J 2/32 (аналог).

Опреснитель содержит бассейн, заполненный минерализованной водой, прозрачную наклонную кровлю, солнечный пруд с расположенным на его дне теплообменнике с трубопроводами, конец одного из них установлен на уровне воды, а второй выведен в воздушную зону кровли, причем поступление воды отслеживается регулятором. Опреснитель содержит так же солнечные электрические панели, солнечный коллектор и гидрофильный материал на части прозрачной кровли.

Предлагаемый опреснитель обеспечивает высокую производительность для работы с минерализованной водой, однако он не является универсальным устройством, так как не позволяет получать воду и атмосферного воздуха.

Известна [4] «Установка для производства дешевой пресной воды» из воздуха автора Миланич А.И. по патенту РФ №2157874. МПК E03B 3/28.

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. Кроме того, данная установка не является универсальной, так как не позволяет опреснять минерализованную воду.

Известен так же [5] «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 E03B 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.

Известна так же [6] «Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха» автора Попова А.И. по патенту РФ №2710187, МПК E03B 3/00.

Установка содержит аккумулятор холода, водосборник, воздуховод в виде вытяжной трубы с нагревателем воздуха, кожухотрубный теплообменник с водосборником, причем патрубок ввода атмосферного воздуха в теплообменник соединен с атмосферой, патрубок вывода воздуха из теплообменника через дополнительный трубопровод соединен с всасывающей эжекторной трубкой, размещенной в верхней части воздуховода. Установка содержит так же кольцевой дефлектор для воздушных потоков и солнечный рефлектор для прогрева воздуха в воздуховоде.

Данная установка также не является универсальной, поскольку не предназначена для опреснения минерализованных вод.

Известно, так же [7] «Устройство для получения воды в пустыне» автора Антуфьева И.А. по патенту РФ №2526628, МПК E03B 3/28.

Устройство содержит ветротурбину, вертикально поставленную трубу, заглубленную в грунт с помощью бура и дополнительных труб, внутри верхней части трубы установлена крыльчатка ветротурбины, выполненная как компрессор для направления движения воздуха вдоль стенок труб с целью конденсации воды на ее стенках.

Недостатком данного устройства является низкая производительность из-за малой площади конденсации воды из атмосферного воздуха на стенках трубы. Кроме того, устройство не является универсальным, так как не опресняет минерализованную воду.

Наиболее близким техническим решением является [8] «Автономная система получения воды из воздуха Water Seer - Эко Техника», разработанная Vici-Labs в сотрудничестве с UC Berkeley и National Peace Corps Association (электронный: https://ecotechnica.com.ua/technology/1521.htm.)

Данное устройство содержит корпус с конусной формой надземной части, на перфорированной крышке которого установлена ветроустановка, нагнетающая воздух в подземную трубную часть установки, на нижнем конце которой имеется емкость для сбора полученной из воздуха воды. Вода из емкости подается наверх помпой, а частично обезвоженный воздух поступает из емкости в атмосферу по отдельной трубке.

Данное устройство имеет не высокую производительность, так как осаждение влаги из воздуха происходит только на стенках подземной части трубы и часть не полностью обезвоженного воздуха выходит снова в атмосферу по отдельной трубке.

Кроме того, данное устройство также не является универсальным, поскольку не опресняет минерализованную воду.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание автономной универсальной опреснительной установки, не использующей дополнительных источников энергии и не требующей постоянных затрат на ее обслуживание.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в следующем:

- увеличена производительность установки за счет одновременного опреснения минерализованной воды и получения воды из воздуха;

- увеличена производительность за счет оснащения нижнего конца трубы подземной части теплообменником, состоящим в виде пакета трубок малого диаметра, через которые воздух проходит в воду и пробулькиваясь через нее полностью освобождается от паров волы;

- увеличена производительность за счет применения ветроустановки роторного типа, работающей и нагнетающей в установку атмосферный воздух при малых скоростях ветра.

Технический результат достигается за счет того, что в опреснительную установку, содержащую корпус, на перфорированной крышке которого в надземной конической части установлена нагнетающая ветроустановка, оснащенная трубкой для обратного выхода воздуха, а в конце подземной трубной части имеется накопительный резервуар для пресной воды, соединенный шлангом для подачи воды наверх посредством помпы в емкость для сбора воды, дополнительно в надземную часть корпуса введен увлажнитель воздуха, состоящий из емкости, соединенной через датчик уровня с баком минерализованной воды ,введена так же неподвижная нагнетающая воздух трубка на длину конусной части корпуса, имеющая в верхней части регулирующую заслонку, перекрывающую отверстие, соединенное трубкой, перфорированная часть которой размещена в емкости минерализованной воды, причем оконечная подземная часть корпуса оснащена теплообменником, размещенным в резервуаре для пресной воды, трубка для обратного выхода воздуха выведена в атмосферу, а увлажнитель покрыт сверку смачиваемым фильтрационным материалом, присоски которого опущены в минерализованную воду. Технический результат достигается так же за счет того, что теплообменник выполнен в виде пакета трубок малого диаметра, заполняющих нижний конец трубы подземной части корпуса установки.

Технический результат достигается так же за счет того, что применена ветроустановка роторного типа, нагнетающая воздух через трубку своей пустотелой оси.

На чертежах: на Фиг. 1 изображена в разрезе «Автономная универсальная опреснительная установка», на Фиг. 2 - (разрез по А-А на Фиг. 1) показан вид сверху на увлажнитель воздуха, на Фиг. 3 - смачиваемый материал с присосками.

Установка, Фиг. 1, содержит корпус 1 с конусной формой надземной части на перфорированной крышке 2 которой установлена ветроустановка 3, оснащенная трубкой 4 для обратного выхода воздуха в атмосферу, а в конце подземной трубной части 5 корпуса расположен резервуар 6 для пресной воды, соединенный шлангом 7 для подачи воды наверх посредством помпы 8 в сосуд 9 сбора накопленной воды.

В надземную часть установки введен увлажнитель 10, состоящий из (Фиг. 2) емкости 11, соединенной через датчик 12 уровня воды в емкости с баком 13 минерализованной воды и неподвижная нагнетающая воздух трубка 14, расположенная соосно с трубчатой осью 15 ветроустановки и имеющая в верхней части регулируемую заслонку 16, перекрывающее отверстие 17, соединенное трубкой 18 для подачи воздуха в емкость увлажнителя, причем ее перфорированная часть 19 размещена в минерализованной воде.

Оконечная подземная часть корпуса оснащена теплообменником 20, выполненным в виде пакета трубок малого диаметра, выходящих в резервуар пресной воды, а увлажнитель покрыт сверху (Фиг. 2) смачиваемым фильтрационным материалом 21 с присосками 22 (Фиг. 3), выполненными из этого же материала и опущенными в минерализованную воду. В установке применена роторная ветроустановка, между пустотелой осью которой и соосно расположенной неподвижной трубкой установлен сальник (скользящий уплотнитель) 23. Нижний конец неподвижной трубки заканчивается в месте сужения конусной подземной части корпуса, образуя кольцевой зазор 24 с эффектом эжекции, усиливая поток воздуха в подземную часть установки.

Предлагаемая «Автономная универсальная опреснительная установка» работает следующим образом.

Из-за перепада температур наружного более теплого атмосферного воздуха и холодной подземной части установки воздух будет поступать сверху вниз через отверстия перфорированной крышки 2, увлажнитель 10, зазор 24 и, охлаждаясь в холодной трубной части 5 корпуса, конденсируется в виде капелек воды на его поверхности и скатывается в подземный резервуар 6 для пресной воды. Этот процесс происходит и при отсутствии ветра.

При наличии даже слабого ветра начинает вращаться роторная ветроустановка 3, интенсивно нагнетающая через свою пустотелую ось 15 воздух в неподвижную ось 14 установки. Известно, что роторные ветроустановки имеют возможность работать при малых начальных скоростях ветра по сравнению с пропеллерными, шнековыми и другими типами ветряков. Подвижная трубчатая ось 15 и соосно расположенная неподвижная трубка 14 соединены через сальник (уплотнитель) 23, позволяющий создать необходимый напор воздуха в неподвижной трубке. При выходе воздуха из трубки 14 в кольцевой зазор 24 создается эффект эжекции и наружный воздух интенсивно засасывается, поступая в установку через перфорированную крышку 2, кольцевой зазор 24 в трубную подземную часть 5 корпуса.

Теплообменник 20 выполнен из пакета трубок малого диаметра, поэтому воздух через них легче проникает в воду резервуара 6 при «пробулькивании» через воду, полностью освобождаясь от паров и выходит через трубку 4 в атмосферу.

Предлагаемая универсальная установка позволяет одновременно опреснять минерализованную, морскую или техническую воду, которую заливают в бак 13. Через датчик 12 уровня воды, последняя поступает в емкость 11 увлажнителя 10 (Фиг. 2). Емкость покрыта смачиваемым фильтрационным материалом 21, который постоянно находится во влажном состоянии за счет его присосок 22, находящихся в минерализованной воде (Фиг. 3).

Наружный воздух, Фиг. 1, прошедший трубчатую ось 15, верхнюю часть трубки 14, дополнительно направляется через отверстие 17, перекрываемое регулируемой заслонкой 16, в трубку 18, подающую воздух в емкость 11 увлажнителя 10. Воздух, Фиг. 2, выходя через отверстия 19, создает бурление в минерализованной воле, увеличивая при этом дополнительно свою влажность. За счет эжекции в кольцевом зазоре 24 воздух интенсивно продувается через смачиваемый фильтрационный материал 21 увлажнителя 10 и проходит в подземную трубную часть корпуса через воду теплообменника 20, где происходит полное освобождение воздуха от влаги, созданной дополнительно в увлажнителе, получающего минерализованную воду с бака 13. Очищенный таким образом от влаги воздух так же выходит в атмосферу по трубке 4, а накопленная из резервуара 6 пресная вода удаляется по шлангу 7 посредством помпы 8 в сосуд 9 для сбора накапливаемой воды, получаемой как из воздуха, так и в результате опреснения минерализованной воды.

Предлагаемый автономный универсальный опреснитель не использует внешние дополнительные источники энергии, кроме солнечной энергии, конструктивно не сложен, прост в обслуживании и имеет высокую производительность, поэтому можно ожидать его быстрого внедрения и практического использования в районах с дефицитом пресной воды.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Долинский О.Я., Лещенко Г.А., Троянович Л.В. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1611873. МПК C02F 1/14 (аналог).

2. Еламанов А.И. Солнечный опреснитель. Авторское свидетельство СССР №1650598. МПК CO2F 1/14 (аналог).

3. Попов А.И. Солнечный опреснитель бассейнового типа. Патент РФ №2655892, МПК C02F 1/14; F24J 2/32.

4. Миланич А.И. Установка для производства дешевой пресной воды. Патент РФ №2157874. МПК E03B 3/28; C02F 1/04(аналог).

5. 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 E03B 3/28; B01D 5/00 (аналог).

6. Попов А.И. Установка для производства воды из сухого атмосферного воздуха. Патент РФ №2710187, МПК E03B 3/00 (аналог).

7. Антуфьев И.А. Устройство для получения воды в пустыне. Патент РФ №2526628. МПК № E03B 3/28 (аналог).

8. Автономная система получения воды из воздуха Water Seer - Эко Техника», разработанная Vici-Labs в сотрудничестве с UC Berkeley и National Peace Corps Association (электронный ресурс: https://ecotechnica.com.ua/technology/1521.htm) - прототип.

Назначение: Получение воды из воздуха и также одновременно путем опреснения морских, минерализованных и загрязненных вод. Сущность изобретения: Автономная универсальная опреснительная установка содержит корпус 1, на перфорированной крышке 2 которого в надземной конической части установлена нагнетающая ветроустановка 3, оснащенная трубкой для обратного выхода воздуха, а в конце подземной трубной части 5 имеется накопительный резервуар 6 для пресной воды, соединенный шлангом 7 для подачи воды наверх посредством помпы 8 в емкость 9 для сбора воды. В надземную часть корпуса введен увлажнитель воздуха 10, состоящий из емкости 11, соединенной через датчик 12 уровня с баком 13 минерализованной воды, введена также неподвижная нагнетающая воздух трубка 14 на длину конусной части корпуса, имеющая в верхней части регулирующую заслонку 16, перекрывающую отверстие 17, соединенное трубкой 18, перфорированная часть 19 которой размещена в емкости 11 минерализованной воды. Оконечная подземная часть корпуса оснащена теплообменником 20, размещенным в резервуаре 6 для пресной воды, трубка 4 для обратного выхода воздуха выведена в атмосферу, а увлажнитель 10 покрыт сверку смачиваемым фильтрационным материалом 21, присоски 22 которого опущены в минерализованную воду. Для повышения эффекта осаждения паров воды воздух пропускается через теплообменник 20, выполненный в виде пакета трубок малого диаметра, заполняющих нижний конец трубы подземной части корпуса установки, а на верхней крышке установлена низкооборотная ветроустановка 3 роторного типа, нагнетающая воздух через трубку своей пустотелой оси 15 внутрь корпуса 1. Увеличена производительность установки за счет одновременного опреснения минерализованной воды и получения воды из воздуха. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автономная универсальная опреснительная установка, содержащая корпус, на перфорированной крышке которого в надземной конической части установлена нагнетающая ветроустановка, оснащенная трубкой для обратного выхода воздуха, а в конце подземной трубной части накопительный резервуар для пресной воды, соединенный шлангом для подачи воды наверх посредством помпы в емкость для сбора воды, отличающаяся тем, что в надземную часть корпуса введен увлажнитель воздуха, состоящий из емкости, соединенной через датчик уровня с баком минерализованной воды, введена неподвижная нагнетающая воздух трубка на длину конусной части корпуса, имеющая в верхней части регулирующую заслонку, перекрывающую отверстие, соединенное трубкой, перфорированная часть которой размещена в емкости минерализованной воды, причем оконечная подземная часть корпуса оснащена теплообменником, размещенным в резервуаре для пресной воды, трубка для обратного выхода воздуха выведена в атмосферу, а увлажнитель покрыт сверку смачиваемым фильтрационным материалом, присоски которого опущены в минерализованную воду.

2. Автономная универсальная опреснительная установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде пакета трубок малого диаметра, заполняющих нижний конец трубы подземной части корпуса установки.

3. Автономная универсальная опреснительная установка по п. 1, отличающаяся тем, что применена ветроустановка роторного типа, нагнетающая воздух через трубку своей пустотелой оси.