Способ получения воды из воздуха
METHOD FOR PRODUCING WATER FROM AIR

Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды питьевого качества из окружающего влажного морского атмосферного воздуха.
Известен способ извлечения воды из атмосферного воздуха, заключающийся в том, что формируют поток воздуха, содержащего пары воды, осуществляют искусственное охлаждение потока воздуха, конденсируют пары воды и получаемую при этом пресную воду-конденсат подают в емкость для сбора воды (RU 2081256, кл. Е03В 3/28, 1997). Недостатком способа является необходимость использования внешней подводимой энергии для формирования потока атмосферного воздуха, направляемого в конденсатор для осаждения влаги, которая не является возобновляемой.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу по совокупности признаков является способ получения воды из воздуха, заключающийся в том, что формируют поток воздуха, содержащего водяные пары, охлаждают его до температуры ниже точки росы, конденсируют водяные пары в воду, а обезвоженный воздух выбрасывают в атмосферу (патент США 5203989, Е03В 3/28, 1987). При прокачке потока атмосферного воздуха, содержащего пары воды, происходит их конденсация на охлаждающем элементе холодильной машины и одновременное охлаждение потока воздуха, который выбрасывается в атмосферу. Для прокачки потока атмосферного воздуха необходим генератор энергии сжатого воздуха, требующий затрат внешней невозобновляемой энергии. Известный способ, предполагающий также использование внешней подводимой энергии для работы холодильной машины, характеризуется низкой экономичностью использования холодопроизводительности машины, так как только незначительная часть потребляемой ею энергии используется для конденсации паров воды. При этом большая часть холодопроизводительности расходуется на охлаждение обезвоженного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа получения пресной воды питьевого качества с низкой себестоимостью из атмосферного влажного морского воздуха с использованием возобновляемой энергии морской волны.
Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ получения воды из воздуха включает генераторы энергии сжатого воздуха, охлаждение потока сжатого воздуха после генераторов в конденсаторах с осаждением в них влаги и отбором пресной воды из накопительных емкостей. Забор атмосферного влажного воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна. Выполняют генераторы сжатого воздуха в виде мембранных компрессоров объемного действия. Выполняют мембраны компрессоров в виде подвижных в радиальном направлении стенок вертикального трубопровода. Трубопровод снабжают в верхней части поплавком, обеспечивающим его положительную плавучесть. Снабжают надводную часть трубопровода ударным клапаном, мгновенно останавливающим относительное движение трубопровода и воды в нем при закрытии клапана, создавая тем самым гидравлический удар в трубопроводе. Относительное движение вода-трубопровод происходит из-за разницы инерционных свойств вертикального трубопровода и воды в нем. Инерция воды вследствие разницы в массах превышает инерцию трубопровода. Мембраны компрессоров приводят в движение энергией гидравлического удара, возникающего при вертикальном перемещении трубопровода вниз за счет силы тяжести при прохождении морской волны через надводную часть трубопровода от гребня до впадины. Сжатие и нагнетание воздуха осуществляют при возникновении прямой волны ударного давления в трубопроводе, вызванной закрытием ударного клапана и приводящей к упругой деформации мембран воздушных компрессоров под действием давления воды. Всасывание атмосферного воздуха компрессорами производят при снятии упругих напряжений в материале мембран при прохождении в трубопроводе обратной волны разрежения. Набор потенциальной энергии, необходимой для возникновения периодического гидравлического удара в трубопроводе, осуществляют вертикальным подъемом трубопровода на высоту гребня морской волны за счет выталкивающей силы морской воды при прохождении ее через надводную часть трубопровода от впадины до гребня. За счет инерции большой массы воды, находящейся в вертикальном трубопроводе, вода остается практически в покое, поднимается только сам трубопровод, т.е. происходит относительное движение вода-трубопровод. Мембранные компрессоры снабжают всасывающими и нагнетательными клапанами. Нагнетательные линии компрессоров соединяют с конденсаторами воздушной влаги. Конденсаторы располагают под уровнем моря выше компрессоров и охлаждают морской водой. Конденсаторы представляют собой спиральные трубопроводы, установленные вокруг вертикального трубопровода, обеспечивая тем самым вместе с поплавками дополнительную положительную плавучесть вертикального трубопровода. Выполнение конденсаторов в виде спиральных трубопроводов увеличивает поверхность конденсации влаги и обеспечивает ее сток. Накопительные емкости для пресной воды выполняют с нейтральной плавучестью, например, из мягкого эластичного материала в виде тора и размещают под спиральными конденсаторами, что обеспечивает движение осажденной влаги из конденсаторов в накопительные емкости. Конденсаторы снабжают отсекающими клапанами, пропускающими в накопительные емкости осажденную в конденсаторах воду, исключая попадание в накопительные емкости воздуха. Осушенный воздух из конденсаторов сбрасывают через регулируемые дроссельные устройства в атмосферу. Возможно использование остаточной энергии отработанного воздуха для привода турбины с выработкой электричества для подсветки плавающего вертикального трубопровода и использования его в качестве сигнального буя. Осаждение влаги из воздуха в конденсаторах происходит за счет повышения температуры точки росы при избыточном давлении воздуха в конденсаторах. Чем выше избыточное давление воздуха в конденсаторах, тем большая часть влаги выделяется из морского влажного воздуха, другими словами, чем больше ударное давление в вертикальных трубопроводах, тем больше влаги из воздуха осаждается в конденсаторах. Кроме того, конденсаторы влаги находятся под уровнем моря, где температура ниже температуры воздуха, что также способствует осаждению влаги из атмосферного морского воздуха на внутренней поверхности конденсаторов. Плавающие вертикальные трубопроводы при необходимости фиксируют анкерами с дном для предотвращения уноса их морскими течениями.
Способ получения воды из воздуха (см. фиг. 1) реализуется следующим образом. Генераторы энергии сжатого воздуха выполняют в виде мембранных компрессоров объемного действия (1). Выполняют мембраны (2) компрессоров (1) в виде подвижных в радиальном направлении стенок вертикального трубопровода (3). Трубопровод (3) снабжают в верхней части поплавком (4), обеспечивающим его положительную плавучесть. Снабжают надводную часть трубопровода (3) ударным клапаном (5), мгновенно останавливающим относительное движение трубопровода (3) и воды в нем при закрытии клапана (5), создавая тем самым гидравлический удар в трубопроводе (3). Мембраны (2) компрессоров (1) приводят в движение энергией гидравлического удара, возникающего при вертикальном перемещении трубопровода (3) вниз при прохождении морской волны через надводную часть трубопровода от гребня до впадины. Сжатие и нагнетание воздуха осуществляют при возникновении прямой волны ударного давления в трубопроводе (3), вызванной закрытием ударного клапана (5). Всасывание атмосферного воздуха производят за счет сил упругости материала мембран (2) при прохождении в трубопроводе (3) обратной волны разрежения. Набор потенциальной энергии, необходимой для возникновения периодического гидравлического удара в трубопроводе (3), осуществляют вертикальным подъемом трубопровода (3) на высоту гребня морской волны при прохождении ее через надводную часть трубопровода (3) от впадины до гребня. Нагнетательные линии (6) компрессоров (1) соединяют с конденсаторами (7). Забор влажного морского воздуха осуществляют трубопроводом (8) в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна, используя на конце трубопровода полупроницаемую мембрану для предотвращения попадания капельной морской воды во всасывающие линии компрессоров (1). Осажденную в конденсаторах (7) влагу отводят в накопительные емкости (9). Конденсаторы снабжают отсекающими клапанами (15), пропускающими в накопительные емкости осажденную в конденсаторах воду, исключая попадание в накопительные емкости воздуха. Отбор опресненной воды осуществляется через трубопровод (10). Осушенный воздух из конденсаторов (7) сбрасывают через регулируемое дроссельное устройство (11) в атмосферу или направляют на турбину (12) для выработки электричества. Мембранные компрессоры (1) снабжают всасывающими (13) и нагнетательными (14) клапанами. Всасывание влажного морского воздуха осуществляется за счет сил упругой деформации мембран (2) компрессоров (1) при подъеме вертикального трубопровода (3) вверх выталкивающей силой морской воды. Сжатие атмосферного воздуха в компрессорах (1) и нагнетание его в конденсаторы (7) происходит за счет силы гидравлического удара морской воды в вертикальном трубопроводе (3) при движении его вниз с прохождением морской волны от гребня до впадины. За счет инерции массы воды в вертикальном трубопроводе (3), в несколько раз превышающей массу самого трубопровода (3), вода в трубопроводе (3) остается практически без движения при опускании его вниз, создавая относительное движение воды и самого трубопровода (3). При остановке относительного движения ударным клапаном (5) потенциальная энергия, накопленная трубопроводом (3) при подъеме его на гребень волны выталкивающей силой морской воды с последующим опусканием трубопровода (3) вниз при движении волны от гребня к впадине, преобразуется в энергию гидравлического удара, которая приводит в действие мембранные компрессоры (1).
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать практически даровую гидравлическую энергию морских волн в энергию сжатого воздуха, необходимую для выделения влаги из влажного атмосферного морского воздуха. Заявленное техническое решение позволяет снизить затраты на производство пресной воды питьевого качества путем использования возобновляемой энергии морской волны. Техническое решение может работать практически при любой высоте морской волны. Чем выше волна, тем больше накапливается потенциальной энергии при подъеме трубопровода с мембранными компрессорами вверх и выше становится преобразованная из нее энергия гидравлического удара воды при движении трубопровода вниз, приводящая в действие мембранные компрессоры. Чем больше энергия сжатого воздуха, тем выше, при прочих равных условиях, производительность по пресной воде.