Устройство для получения воды из влажного атмосферного воздуха
DEVICE FOR OBTAINING WATER FROM HUMID ATMOSPHERIC AIR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области водоснабжения пресной водой потребностей человека, а более конкретно к извлечению воды из насыщенного влагой атмосферного воздуха.
Уровень техники
Не во всех местах проживания людей на земле имеется достаточное количество пресной воды для ее потребления. В то же время рядом с местами проживания людей имеется в избытке соленая вода, непригодная для употребления. Примером тому могут служить моря, озера и туман. Например, в Калмыкии озеро Маныч-Гудило, побережье Каспийского моря, где испытывается дефицит пресной воды при наличии ее огромного количества в море и в атмосфере. Поэтому ученые постоянно находятся в поиске, и решения проблемы извлечения воды из влажного насыщенного воздуха. Для этого устраивают пленочные конденсаторы, использующие энергию солнца, преобразованную в теплоту (см. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 208 с. С. 118-121).
Недостатком данных концентраторов является стабильная работа только в солнечную погоду и постоянная заправка конденсаторов водой не пригодной для потребления, а также сравнительно небольшая производительность.
Известно устройство для получения воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии (см. патент РФ №2620830 С1 опубл. 30.05.2017. Бюл. №16), включающее два концентрически расположенных вертикальных цилиндра, образующих «сухой» и «влажный» воздушные каналы, «влажный» канал снабжен гидрофобной капиллярно-пористой поверхностью, смачиваемой водой, ветроэнергетическую установку, отличающееся тем, что «влажный» канал размещен во внутреннем вертикальном цилиндре, причем гидрофобная капиллярно-пористая поверхность прикреплена к внутренней стенке внутреннего цилиндра, а концентрический «сухой» канал размещен между внешним и внутренним вертикальными цилиндрами в нижней части внешнего цилиндра установлена водяная емкость для сбора сконденсированной влаги, каплеулавливающая сетка и несколько рядов пластин для стока влаги в водяную емкость, установленных с зазорами между ними для прохода потока воздуха, при этом водяная емкость связана оросительным трубопроводом с насосом с верхней частью гидрофобной поверхности, а трубопроводом отвода пресной воды связана с потребителем, над внутренним вертикальным цилиндром установлен с помощью подшипников подвижный корпус трубы Вентури, снабженный ветряным флюгером, а на центральной оси трубы Вентури размещена ветроэнергетическая установка с ветроколесами электрогенератором, причем корпус трубы Вентури окружен неподвижным кольцевым воздушным соплом, закрепленным на внутреннем вертикальном цилиндре.
Недостатком данного устройства, является невозможность использования процесса экстрагирования влаги из атмосферного.
Также известно устройство по способу получения воды из воздуха (см. патент РФ №2609375 С1, опубл. 01.02.2017, Бюл. №4). Устройство по способу заключается в том, что морской воздух сжимается и в сжатом состоянии подается в емкость, которая охлаждается морской водой. В результате сжатия морского воздуха и последующего его охлаждения должно наступить для него состояние "точки росы", когда давление воздуха в емкости соответствует давлению насыщения водяными парами, а температура воздуха должна соответствовать температуре "точки росы" для данного давления воздуха в емкости. То есть эти два параметра должны соответствовать друг другу, чего добиться при постоянно изменяющейся температуре как в окружающей среде, так и температуре морской воды, охлаждающей воздух в емкости, не просто, но способ имеет право на существование, как и предлагаемое устройство.
Недостатком данного устройства по способу получения воды является минимальная производительность и неустойчивость работы при не соответствующих температурах.
Известно также устройство по способу получения воды из воздуха (см. патент РФ №2618315 С1 опубл. 03.05.2017, Бюл. №13), включающее генераторы пневматической энергии, охлаждение потока сжатого воздуха после генераторов в конденсаторах с осаждением и отбором влаги, отличающийся тем, что забор атмосферного воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна, генераторы пневматической энергии приводят в действие энергией приливов, выполняют генераторы в виде гидроагрегатов, размещают гидроагрегаты в зоне действия приливов с обеспечением подпора морской воды перед ними, устанавливают на гидроагрегатах, имеющих подвижные в радиальном направлении стенки в виде мембран, камеры сжатия воздуха с всасывающими и нагнетательными клапанами, инициируют в гидроагрегатах периодический гидравлический удар, приводящий в возвратно-поступательное движение мембраны камер сжатия воздуха и генерирующий в камерах сжатия пневматическую энергию, воздух после конденсаторов направляют в расширители воздуха, расширители воздуха выполняют в виде дросселей или пневмомоторов, пневмомоторы соединяют с электрогенераторами, полученную электрическую энергию используют для привода насосов откачки осажденной пресной воды из конденсаторов и влагоприемников расширителей воздуха, при использовании в качестве расширителей воздуха дросселей пресную воду из влагоприемников откачивают эжектированием ее пресной водой под давлением, находящейся в конденсаторах, конденсаторы влаги помещают под уровень моря и охлаждают морской водой.
Недостатком данного устройства является работа только в прибрежных зонах с использованием энергии приливов.
2
Известен способ и устройство, с помощью которого извлекается вода из насыщенного атмосферного воздуха, нагоняемого ветром с океана на берег, где расположен населенный пункт (статья "Как туман поит поселок" в газете "Ставропольская правда" от 11 декабря 1993 г.). При этом расположен он в нескольких километрах от берега и находится в Чили на берегу Тихого океана в 70 км севернее города Ла-Серена и называется Чунгунго. Именно в нем исследователем Орасио Ларрайна была изготовлена и действует единственная в мире установка для получения питьевой воды из морского тумана. Установка предельно проста. "На вершине одного из прибрежных холмов установлены панели, напоминающие сетку теннисного корта, но из более плотной двойной синтетической ткани. Они сориентированы перпендикулярно по отношению к дующим с моря ветрам. Панели перехватывают влажный воздух, который конденсируется в капли, падающие в определенные водосборники. Размеры "доильных сеток" от 48 до 144 квадратных метров. Всего на вершине холма Эль Тофо, с которого ведется водоснабжение рыбацкого поселка, установлены панели общей площадью 3600 м. С каждого метра можно получить до 4-5 литров воды в день. (Сантьяго, Владимир Дунаев, РИА Новости). Этот способ и устройство вполне могут быть применены во многих местах, например, на озере "Маныч-Гудило".
Недостатком данного способа и устройства является необходимость использования больших площадей для установки "доильных сеток" и небольшая производительность при использовании вне береговой линии различных водоемов, а также низкая производительность при отсутствии ветра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату, принятый авторами за прототип является "доильная сетка" Орасио Ларрайна (статья "Как туман поит поселок" в газете "Ставропольская правда" от 11 декабря 1993 г.). В пасмурные дни при высокой относительной влажности воздуха повсеместно поверхность почвы, асфальта сухие, а деревья мокрые, по сучьям течет вода, капают капли с сучьев, под деревом почва влажная, а на асфальте лужи. Если проанализировать это явление, то станет очевидным и возможным интенсивное извлечение воды из насыщенного атмосферного воздуха. Известно, что Земля имеет отрицательный электрический заряд. Следовательно, деревья, растущие на земле, тоже имеют отрицательный электрический заряд. Мелкие капельки жидкости оседают на ветвях дерева. Следовательно, капли имеют положительный электрический заряд. В противном случае они бы не оседали, а отталкивались от ветвей дерева. Это явление может быть использовано для интенсификации выделения воды из воздуха, используя "доильную сетку". Для оседания капелек на ветви дерева имеет значение то, что каждая веточка является концентратом отрицательного заряда. Водяной пар имеет такую особенность, как склонность к ассоциации молекул, т.е. к скоплению молекул водяного пара. Все частицы скопления имеют положительный заряд, и конечно они будут притягиваться к предметам (ветви дерева) имеющим отрицательный потенциал, а каждый выступ (веточка дерева) будут служить центрами конденсации водяного пара в жидкость.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности выделения воды из насыщенного атмосферного воздуха с целью использования ее для удовлетворения потребности в пресной воде.
Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности изъятия влаги из атмосферного воздуха и как следствие повышение производительности данного устройства по сбору пресной воды.
Технический результат достигается тем, что для получения воды из влажного атмосферного воздуха электроактиватор конденсации влаги, состоящий из трех сеток, которые установлены параллельно напротив друг друга, на опорах, на расстоянии, не позволяющим им соприкасаться даже при ветре, при этом крайние сетки установлены на опорах 5, которые закопаны в землю, средняя сетка установлена на опоре 5, имеющая электроизоляционные вставки 6 изолирующие ее полностью от земли и расположены перпендикулярно направлению преобладающих ветров в данной местности, каждая из сеток по поверхности снабжена концентраторами конденсации влаги, к сеткам подведен электрический пульсирующий потенциал, а именно, к крайним сеткам отрицательный пульсирующий потенциал, а к средней сетке положительный пульсирующий потенциал от пульсатора выпрямленного напряжения.
Устройство по пункту 1, в котором к средней сетке подводится положительный потенциал постоянного тока от высоковольтной катушки зажигания аналогичной автомобильной, а для подачи положительного потенциала на среднюю сетку и отрицательного потенциала на крайние сетки используется аккумуляторная батарея 8 с напряжением 12 или 24В.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлен электроактиватор для получения воды из влажного атмосферного воздуха, общий вид.
На фигуре 2 представлен пульсатор выпрямленного напряжения.
Осуществление изобретения
Устройство для получения воды из влажного атмосферного воздуха (фиг. 1) представляют собой электроактиватор конденсации влаги, состоящий из 3-х сеток 1, 2, 3, которые конденсируют на своей поверхности воду содержащихся в насыщенном атмосферном воздухе. Сетки установлены параллельно напротив друг друга, на опорах, на расстоянии, не позволяющим им соприкасаться даже при ветре. Крайние сетки 1 и 3 установлены на земле перпендикулярно направлению преобладающих ветров в данной местности. Каждая из сеток 1, 2, 3 по поверхности снабжена концентраторами конденсации влаги 4, выполненные в виде шипов из колючей проволоки. К самим сеткам 1, 2, 3 подведен электрический пульсирующий потенциал, а именно, к крайним сеткам 1 и 3 отрицательный пульсирующий потенциал, а к средней сетке 2 положительный пульсирующий потенциал от пульсатора выпрямленного напряжения (фиг 2). Средняя сетка установлена на опорах 5, имеющих электроизоляционные вставки 6 изолирующие ее полностью от земли.
К средней сетке 2 подводится положительный потенциал постоянного тока от высоковольтной катушки зажигания 7 аналогичной автомобильной.
Для подачи положительного потенциала на среднюю сетку 2 и отрицательного потенциала на крайние сетки 1,3 используется аккумуляторная батарея 8 с напряжением 12 или 24 В. Конденсат, который образовался на концентраторах конденсации влаги 4, стекает в водосборник 9, из которого стекает в накопительную емкость для воды 10. Прерыватель-вибратор 11 позволяет разрывать магнитные потоки, которые возникают в обмотке прерывателя-вибратора 12. Так при подключении электросхемы к аккумулятору 8 с помощью включателя ВК электрический ток пойдет от плюса аккумулятора 8 через обмотку 12 прерывателя-вибратора 11, через замкнутые подвижный 13 и неподвижный 14 контакты. При подаче электрического тока при замкнутых контактах в прерыватель-вибратор 11, вокруг обмотки создается магнитное поле, сердечник будет перемещаться и разомкнет контакты 13 и 14, ток в цепи разорвется. Конденсатор 15 будет гасить искру, которая возникает между контактами, тем самым не нагревая контакты.
Когда исчезает магнитное поле, контакты вновь смыкаются и процесс возобновляется. Данный прерыватель-вибратор 12 начинает работать в автогенераторном режиме.
Вторая клемма 16 катушки зажигания 7, соединена с аккумуляторной батареей 8, которая питает первичную обмотку 17 катушки зажигания 7. В момент, когда контакты размыкаются, накопленная энергия создает высокое ЭДС во вторичной обмотке 18 катушки зажигания 7, которое подается на среднюю пластину 2, придавая ей положительный потенциал 19 в виде электрического тока с напряжением до 24000 В и силой тока 0,005 А от центрального наконечника 20 катушки зажигания 7.
Отрицательный потенциал 21 подается на сетку 1 и 3 от АКБ и катушки зажигания, клеммы 16. Таким образом, электрический потенциал имеет место между сетками, а не между сетками и землей.
Принцип работы устройства основан на способности паров воды, содержащихся в насыщенном атмосферном воздухе, конденсироваться на различных предметах, особенно острых, являющихся концентраторами отрицательного электрического напряжения, образующегося от потенциала Земли. Для усиления отрицательного потенциала на крайних сетках 1 и 3 дополнительно подается импульсное отрицательное напряжение от пульсатора выпрямленного напряжения (фиг 2). Для образования концентраторов отрицательного напряжения крайняя сетка 1 по своей поверхности снабжена шипами 4 (концентраторами конденсации влаги) в виде отдельных витков, по принципу устройства колючей проволоки или аналогичной ей. При движении воздушные массы содержащие водяные пары, имеющие положительный заряд, проходя через крайнюю сетку 1, притягиваются ко всяким на ней неровностям, особенно к концентраторам конденсации влаги 4 на которых и конденсируются влага в жидкость.
Время контакта насыщенного атмосферного воздуха при прохождении его через крайнюю сетку 1 очень незначительно, и не весь водяной пар успевает сконденсироваться. Часть молекул водяного пара могут не успеть сконденсироваться, при этом потеряв свой положительный заряд. Чтобы подзарядить их положительным зарядом на их пути установлена вторая такая же по конструкции средняя сетка 2, на которую подается импульсное положительное напряжение с пульсатора выпрямленного напряжения (фиг. 2), а именно с автомобильной катушки зажигания 7. Вторая - средняя сетка 2, также, устанавливается на опорах, имеющей электроизоляционную вставку 5. Она позволяет изолировать среднюю сетку 2 от земли и предохранять пульсатор выпрямленного напряжения (фиг. 2) от больших утечек тока в сухую погоду.
Безусловно, во время выделения воды на сетках роль электроизоляционных вставок 6 уменьшится, но нужно учитывать, что получаемая вода близка к дистиллированной и плохо проводит электричество. В результате этого эффект создания электрического потенциала будет сохраняться даже в дождливую погоду. К тому же, на сетки 1 и 3 подается импульсное напряжение с отрицательным потенциалом, и положительным потенциалом на среднюю сетку 2. Крайняя сетка 3 выполняет такую же функцию, как и первая сетка 1, т.е. она конденсирует оставшиеся молекулы водяного пара, получившие дополнительный положительный заряд на средней сетке 2, позволяя более активно притягиваться к отрицательным концентраторам конденсации влаги 4.
В результате насыщенный водяными парами атмосферный воздух, проходя через предложенное устройство, будет отдавать воды больше, чем, если бы он проходил, только лишь через одну сетку без электрического потенциала. Вода, стекающая по сеткам, собирается в водосборнике 9, направляется в накопительную емкость 10, из которой используется потребителем.
При изменении направления движения влажного воздуха на противоположное, процесс влаговыделения аналогичен. Только влажный воздух будет встречать сначала крайнюю сетку 3, потом среднюю сетку 2 и 1.
Для создания отрицательного и положительного потенциалов могут использоваться любые источники отрицательного и положительного напряжения пульсирующего выпрямленного тока. Можно использовать напряжение переменного тока через трансформатор (до 24000 В) или выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, переводящий в пульсирующий ток без сглаживания пульсаций с максимальным значением 0,005 А, для безопасного использования. Но в таком случае необходимо иметь рядом электрическую сеть на 220 В. Это не всегда возможно.
Нами принят вариант хорошо известной системы автомобильного зажигания - пульсатор выпрямленного напряжения (см. фиг. 2). Поскольку в данном случае будет отсутствовать прерыватель тока, как в автомобиле, его заменит прерыватель-вибратор 11, принцип действия которого основан на принципе действия катушки Румкорфа, как нормально замкнутое реле. Приняв направление тока от плюса к минусу, электросхема будет работать от аккумулятора 8 следующим образом.
При подключении электросхемы к аккумулятору 8 с помощью включателя ВК электрический ток пойдет от плюса аккумулятора 8 через обмотку 12 прерывателя-вибратора 11, через замкнутые подвижный 13 и неподвижный 14 контакты. При подаче электрического тока при замкнутых контактах в прерыватель-вибратор 11, вокруг обмотки создается магнитное поле, сердечник будет перемещаться и разомкнет контакты 13 и 14, ток в цепи разорвется. Конденсатор 15 будет гасить искру, которая возникает между контактами, тем самым не нагревая контакты.
Когда исчезает магнитное поле, контакты вновь смыкаются и процесс возобновляется. Данный прерыватель-вибратор 12 начинает работать в автогенераторном режиме.
Вторая клемма 16 катушки зажигания 7, соединена с аккумуляторной батареей 8, которая питает первичную обмотку 17 катушки зажигания 7. В момент, когда контакты размыкаются, накопленная энергия создает высокое ЭДС во вторичной обмотке 18 катушки зажигания 7, которое подается на среднюю пластину 2, придавая ей положительный потенциал 19 в виде электрического тока с напряжением до 24000 В и силой тока 0,005 А от центрального наконечника 20 катушки зажигания 7.
Отрицательный потенциал 21 подается на сетку 1 и 3 от АКБ и катушки зажигания, клеммы 16. Таким образом, электрический потенциал имеет место между сетками, а не между сетками и землей.
В природе довольно часто наблюдается состояние атмосферы, характеризующееся как "влажный насыщенный атмосферный воздух", когда относительная влажность атмосферного воздуха близка к 100%. Такое состояние влажного атмосферного воздуха чаще всего имеет место по берегам морей, океанов и больших водохранилищ. Но такое же состояние влажного атмосферного воздуха довольно часто наблюдается и в степных районах, особенно весной и осенью. В степи одинокие деревья питают себя влагой сами, собирая ее из воздуха, особенно ночью в виде росы.
Воздушные массы всегда перемещаются в том или ином направлении. В любом месте территории имеется господствующее направление их движения. В этих направлениях перемещается и насыщенный влагой атмосферный воздух.
Предлагаемое устройство устанавливается поперек направления движения насыщенного влагой атмосферного воздуха. К крайним сеткам 1 и 3 подводится импульсный отрицательный потенциал пульсатора выпрямленного напряжения (фиг. 2) а к средней сетке 3, изолированной от земли электроизоляционными вставками 6, установленными в опорах 5, к которым она крепится подводится импульсный положительный потенциал. Водяные пары, соприкасаясь с сетками, конденсируются в капельки, которые стекают по сеткам в водосборник 9 и направляются в накопительную емкость 10, из которой вода используется потребителем.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими аналогичными устройствами, будет более эффективно конденсировать водяные пары, содержащиеся в насыщенном влажном атмосферном воздухе, а, следовательно, увеличивать производительность данного устройства по сбору пресной воды. Конструкция отличается простотой устройства, его работа автономна и независима ни от каких плавучих средств на воде и может применяться в любом месте.