ЭНЕРГОАВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА КОНДЕНСАЦИИ ВЛАГИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
POWER-INDEPENDENT PLANT FOR CONDENSATION OF ATMOSPHERIC AIR MOISTURE

Изобретение относится к устройствам для сбора пресной воды из атмосферного воздуха, преимущественно в солнечных засушливых областях планеты, известных как пустыни и полупустыни.
Известна установка для конденсации пресной воды из паров во влажном воздухе, в работе которой используется солнечная энергия (патент РФ №2131000 C1; E03B 3/28; B01D 5/00; опубликовано 27.05.1999). Она содержит аккумулятор холода, воздуховод и водосборник и снабжена тепловыми трубами, солнечным коллектором и соединенным с ним нагревателем воздуха. Аккумулятор холода выполнен из твердого материла, расположен на водосборнике и образует объем с большой внутренней конденсационной поверхностью и хорошей проницаемостью для воздушных потоков. Воздуховод выполнен в виде вытяжной трубы, расположенной над аккумулятором холода, внутри которой находится нагреватель воздуха, и воздушных каналов, расположенных в нижней части аккумулятора, в котором находятся оребренные концевые части тепловых труб, при этом другие оребренные концевые части расположены в воздухе.
Недостатком установки является сложность управления воздушными потоками внутри системы, что приводит к неравномерности течения, а также к усложнению конструкции, накоплению пыли в ее узлах и в конечном итоге к существенному ослаблению конвективных потоков с заметным снижением ее производительности.
Наиболее близкой к изобретению является вихревая система для конденсации влаги из атмосферного воздуха (патент РФ №2278929 C1; E03B 3/28; B01D 5/00; опубликовано 27.06.2006), содержащая водосборник и конденсатор росы, который состоит из системы вертикальных стержней, длины которых много больше их поперечного размера, а расстояние между стержнями того же порядка, что и их поперечный размер.
Недостатком данного устройства является наличие вентилятора, для привода которого необходимы дополнительные затраты энергии, что существенно ограничивает его применение в различных засушливых регионах и пустынной местности и требует постоянного технического обслуживания.
Технический результат изобретения выражается в исключении энергозатрат, обеспечении автономности при работе установки.
Технический результат достигается тем, что энергоавтономная установка конденсации влаги атмосферного воздуха дополнительно содержит осесимметричный корпус, подводящие каналы, крышку и систему ребер. Конденсатор размещен в нижней части корпуса и выполнен в виде тела, или нескольких тел, собранных вместе или размещенных дискретно, например, конической, сферической, цилиндрической, эллипсоидной формы, естественного или искусственного происхождения, поверхность которых может иметь микроуглубления различной формы или капиллярные каналы. Осесимметричный корпус, водосборник и конденсатор воды углублены в землю на необходимый уровень, при котором для климатических условий конкретной местности температура окружающего грунта будет ниже или равна температуре точки росы, а подводящие каналы выполнены в виде спрофилированных каналов, начинающихся на уровне поверхности земли и тангенциально сопрягающихся с нижней частью корпуса. Крышка выполнена в виде верхнего и нижнего оснований, между которыми установлена система ребер, образующих каналы для выхода воздуха наружу, нижнее основание имеет центральное отверстие, совпадающее с внутренним диаметром корпуса, а ребра расположены под углом к радиусу. Крышка расположена на высоте от земной поверхности, соответствующей наиболее благоприятным условиям для организации естественной конвекции внутри корпуса.
Крышка имеет нижнее основание с центральным отверстием, совпадающим с внутренним диаметром корпуса, а наружный диаметр крышки превышает внешний диаметр корпуса.
На фиг.1, 2, 3, 4 представлена конструкция энергоавтономной установки конденсации влаги атмосферного воздуха.
Она содержит водосборник 1 и конденсатор воды 2, расположенные в нижней части осесимметричного, например цилиндрического, корпуса 3. Осесимметричный корпус 3 и, расположенные в его нижней части, водосборник 1 и конденсатор воды 2 углублены в землю на необходимый уровень, при котором для климатических условий конкретной местности температура окружающего грунта будет ниже или равна температуре точки росы. При этом температура конденсатора поддерживается на необходимом для протекания процесса конденсации уровне за счет отвода тепла в окружающие водосборник 1 и конденсатор 2 слои грунта. Подвод воздуха осуществляется через каналы 4, спрофилированные для обеспечения безотрывного течения воздуха от входа, размещенного на уровне поверхности земли, до места сопряжения с нижней частью корпуса. Сопряжение подводящих каналов 4 и корпуса 3 выполнено тангенциально. Верхняя часть корпуса соединена с крышкой 5, состоящей из верхнего и нижнего оснований, между которыми расположена система ребер 6, образующих каналы для выхода воздуха наружу, а нижнее основание крышки выполнено с центральным отверстием, совпадающим с внутренним диаметром корпуса. Для обеспечения плавного, безотрывного входа закрученного потока воздуха, движущегося в полости корпуса 3, ребра 6, образующие каналы в крышке 5, расположены под углом к радиусу, причем угол установки ребер тем больше, чем выше остаточная закрутка потока в верхней части корпуса установки. Наружный диаметр крышки 5 превышает наружный диаметр корпуса 3, что увеличивает площадь поверхности, воспринимающей тепловой поток солнечного излучения, и увеличивает поверхность теплообмена. Верхнее основание крышки имеет степень черноты, близкую к единице с целью повышения доли поглощаемого солнечного излучения.
Принцип работы автономной станции для конденсации влаги из атмосферного воздуха заключается в следующем.
От солнечного излучения происходит нагрев верхнего основания крышки, поверхность которого зачернена для увеличения доли поглощаемого излучения. За счет теплопроводности осуществляется перераспределение теплового потока по большому числу ребер. Воздух, находящийся в образованных ребрами каналах, нагревается и, поскольку его плотность становится меньше плотности атмосферного воздуха, окружающего установку, под действием силы Архимеда он выходит наружу и поднимается вверх. Внутри корпуса установки в области крышки создается разрежение, куда через подводящие спрофилированные каналы, расположенные тангенциально к корпусу установки, поступает поток свежего воздуха из атмосферы. За счет тангенциального расположения подводов атмосферный воздух закручивается и под действием имеющегося перепада давления поднимается вверх по внутренней поверхности осесимметричного корпуса. Закрутка потока атмосферного воздуха создает градиент давления, направленный от приосевой области к периферийной, в приосевой области корпуса вблизи конденсатора воды образуется область пониженного давления, что позволяет дополнительно охладить поток натекающего воздуха и интенсифицировать процесс конденсации. Свежий поток атмосферного воздуха натекает на конденсатор воды, температура поверхности которого поддерживается ниже температуры точки росы за счет отвода тепла в окружающие нижнюю часть установки более холодные слои почвы. При этом воздух охлаждается и содержащаяся в нем влага конденсируется на поверхности конденсатора воды. Образовавшаяся влага стекает в емкость для сбора конденсата, а осушенный воздух поднимается вверх и выходит наружу через каналы образованные ребрами крышки.