Устройство для получения пресной воды из воздуха
DEVICE FOR OBTAINING FRESH WATER FROM AIR

Изобретение относится к устройствам для получения пресной воды из водяных паров, содержащихся в окружающем атмосферном воздухе и может быть использовано для получения пресной воды преимущественно в условиях природного водоема, например, моря.
Известно устройство для получения пресной воды из воздуха, использующее холод глубинных слоев воды природного водоема, например моря, и содержащее теплообменник, установленный выше уровня моря, включающий воздуховод и трубопровод с проточной холодной морской водой, соединенные с насосом, вентилятором и с сосудом для сбора пресной воды [патент РФ №2143530, МПК B01D 5/00, 1999].
Недостатком известного технического решения является то, что емкость установлена выше уровня окружающей воды, не позволяющая стабильно обеспечивать охлаждение циркулирующей воды, что снижает эффективность действия устройства.
Известно устройство для получения пресной воды, содержащее теплообменную поверхность, на которой конденсируется влага из наружного атмосферного воздуха, и генератор энергии ветра, расположенные на плавучей опорной конструкции, при этом теплообменник расположен ниже поверхности воды [заявка ФРГ №3319975 А1, 1984, МПК Е03В 3/28].
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, применение замкнутой системы циркуляции охлаждающей воды, что снижает эффективность действия устройства.
Наиболее близким к заявленному по совокупности признаков является устройство для получения пресной воды, использующее холод глубинных слоев воды природного водоема, например моря, и содержащее теплообменник, включающий, теплообменную наклонную в одну сторону перегородку, разделяющую зону конденсации и зону охлаждения, одна поверхность перегородки обращена в пределы частично погруженной в воду емкости, заполненной холодной проточной водой из глубинных ее слоев и являющейся зоной охлаждения, а другая поверхность перегородки обращена в пределы зоны конденсации, выполненной в виде открытого с обоих сторон воздуховода, сосуд для сбора конденсатной воды (RU, п. №2117734, МПК Е03В 3/28, B01D 5/00, 1998).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, только частичное погружение в воду, необходимость принятия мер по защите от волн, а также затруднена возможность эксплуатации при движении судна, что снижает эффективность действия устройства.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции устройства для получения пресной воды из воздуха.
Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности компактного размещения устройства, полностью исключает необходимость защиты от волн, позволяет создавать устройства с высокой производительностью по получению пресной воды, упрощает конструкцию и выполнять эксплуатацию в процессе движения судна. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении конструкции и эксплуатации, возможности исключения необходимости защиты устройства от волн, создания условий для усиления степени конденсации воды за счет более рационального распределения воздушных потоков в устройстве, возможности эксплуатации устройства при движении судна.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в устройстве для получения пресной воды из воздуха, использующего холод глубинных слоев воды природного водоема, например, моря, и содержащего вентилятор с воздуховодом, теплообменник, опущенный в воду, трубу с насосом для перекачки пресной воды из сосуда для перекачки пресной воды из сосуда для пресной воды, установленные на судне, теплообменник выполнен многоканальным с закрепленными на двух его концах расширителями, подключенными к воздуховоду, причем теплообменник охватывает подводную часть корпуса судна с образованием левой и правой ветвей относительно его носовой части, и состоящий из системы (плети) металлических трубок, имеющих в средней части теплообменника выпуски для сбора пресной воды в приемный сосуд из его левой и правой ветвей. Причем система металлических трубок многоканального теплообменника выполнена дискретной - из отрезков металлических трубок, соединенных между собой упругими муфтами с надетыми на них ограничительными кольцами с образованием зазора между стальными трубками и корпусом судна. Кроме того, ограничительные кольца выполнены в виде дисковидных грузов, заключенные в резиновые кольца. Воздуховод вместе с теплообменником выполнен в виде замкнутого контура с двумя клапанами для выпуска воздуха, между которыми встроен вентилятор.
Установка в воздуховоде встроенного расширителя позволяет сбрасывать скорость воздушного потока при его прокачке через теплообменник, что позволяет дольше контактировать с холодной поверхностью теплообменника и, соответственно, больше получать сконденсировавшей воды, что повышает эффективность работы устройства.
Исполнение теплообменником многоканальным, состоящего из системы (плети) металлических трубок, позволяет большему объему воздуха контактировать через их стенки с прохладной водой теплообменника, что еще больше повышает эффективность работы устройства.
Кроме этого, использование металлических трубок, охватывающих подводную часть корпуса судна с образованием левой и правой ветвей теплообменника, позволяет, во-первых, за счет многоканальности увеличить площадь охлаждаемой поверхности - поверхности конденсации, а соответственно повысить и производительность, во-вторых, исполнение каналов из металлических трубок позволяет повысить теплопроводность стенок - ускорить процесс конденсации воды на внутренних стенках трубок и дополнительно использовать их как грузы для предотвращения всплытия устройства при его погружении в воду. В тоже время за счет прилегания - фиксации теплообменника к корпусу судна появляется возможность выполнять работу при движущемся судне или сильном волнении моря. При этом постоянно происходит омывание свежей (не застоявшейся) более прохладной водой.
Установка приемного сосуда для сбора пресной воды в средней части теплообменника из его левой и правой ветвей позволяет принимать стекающую воду из левой и правой ветвей теплообменника одновременно, что повышает производительность устройства. При этом в случае исполнения воздуховода вместе с теплообменником в виде замкнутого контура с двумя клапанами для выпуска воздуха, между которыми встроен вентилятор, появляется возможность прокачивать воздух периодически, то в одну сторону, то в другую сторону с работой выпускного клапана то левой ветви, то правой ветви, что позволяет предотвратить нагрев одной ветви в случае прокачки постоянно в одну сторону и соответственно дополнительно повысить эффективность процесса конденсации воды.
Исполнение системы металлических трубок многоканального теплообменника дискретной - из отрезков, соединенных между собой упругими муфтами позволяет, во-первых, наращивать длину согласно различному профилю корпуса судна, а, во-вторых, лучше изгибать и повторять профиль корпуса, более удобно складировать на палубе, что повышает эффективность работы устройства.
Установка ограничительных колец позволяет создавать требуемый зазор δ между корпусом судна и металлическими трубками теплообменника для свободной циркуляции воды вокруг трубок, что существенно повышает эффективность охлаждения. Кроме этого исполнение ограничительных колец в виде грузов позволяет предотвращать всплытие теплообменника, а заключение их в резиновые кольца позволяет предотвращать истирание корпуса металлическими трубками при установке и снятии ветвей теплообменника.
Устройство для получения пресной воды из воздуха поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства; на фиг. 2 - вид Б (конструктивная схема расширителя); на фиг. 3 - разрез по А-А; на фиг. 4 - узел I (соединительная муфта). Стрелками показано движение воздуха и конденсата воды.
На фиг. 1 - фиг. 4 обозначено: 1 - воздуховод; 2 - расширитель; 3 - система металлических трубок; 4 - море; 5 - левая ветвь; 6 - правая ветвь; 7 - судно; 8 - сосуд; 9 - вентилятор; 10 - выпуски для сбора пресной воды; 11 - упругие муфты; 12 - дисковидные грузы; 13 - резиновые кольца; 14 - труба (шланг); 15 - насос.
Устройство для получения пресной воды из воздуха (фиг. 1) содержит воздуховод 1, соединенный через расширитель 2 (фиг. 2) с многоканальным теплообменником в виде системы металлических трубок 3 (фиг. 3), опущенный ниже уровня моря 4, и состоящий из двух ветвей 5 и 6, охватывающие подводную часть корпуса судна 7, соединенные в средней части с приемным сосудом пресной воды 8. Воздуховоды левой и правой ветвей теплообменника соединены на палубе судна 7 с вентилятором 9, причем каждая ветвь имеет выпуски для сбора пресной воды 10. Левая и правая ветви теплообменника могут быть выполнены дискретными - из отрезков труб, соединенные упругими муфтами 11 с ограничительными кольцами 12. При этом ограничительные кольца могут быть выполнены в виде дисковидных грузов, заключенных в резиновые кольца 13 (фиг. 4). Для перекачки пресной воды из сосуда пресной воды 8 на палубу судна 7 сосуд соединен трубой (шлангом) 14 с насосом 15, установленные на судне.
Устройство для получения пресной воды из воздуха собирается и работает следующим образом.
Вначале собирают устройство на палубе судна, для чего соединяют левую и правую ветви теплообменника одним концом с сосудом, а другим с расширителем и воздуховодом с клапанами и вентилятором. Далее подключают трубу (шланг) для перекачки пресной воды с приемным сосудом и насосом. После этого собранное устройство с помощью, например двух лебедок, расположенных по бортам судна, опускают в море и заводят под корпус судна с его обхватом.
При прокачке вентилятором 9 воздуха по воздуховоду 1 и далее через расширитель 2 по каналам - металлическим трубкам 3 многоканального теплообменника, погруженного в морскую воду 4, с зазором δ между корпусом судна воздух охладится за счет контактирования с холодными от воздействия моря металлическими трубками и циркуляции воды в зазоре δ. При этом сконденсированная пресная вода будет стекать за счет наклона левой и правой ветвей в приемный сосуд 8 без затрат энергии от внешнего источника.
При необходимости ограничители могут быть выполнены в виде грузов для предотвращения всплытия теплообменника (двух ветвей 5, 6 с сосудом 8 для накопления пресной воды) при его погружении в воду 4. Также для удобства погружения труба (шланг) для перекачки пресной воды 14 может быть скреплена, например, скотчем с одной из ветвей теплообменника, например, правой 6.
На общей конструктивной схеме устройства для получения пресной воды из воздуха (фиг. 1) видно, что основные конструктивные элементы связаны между собой с учетом использования замкнутой системы циркуляции воздуха, технологичности его изготовления и эксплуатации за счет возможности использования дискретной гибкой многоканальной системы теплообменника. При этом сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций. Поэтому предлагаемое устройство для получения пресной воды из воздуха может работать более эффективно, чем известное устройство, так как вся конструкция обеспечивает возможность поддержания стабильной температуры в ветвях теплообменника, причем в процессе движения судна. Все это, в совокупности определяет повышенную экономичность работы устройства.
Приведенный конкретный пример работы предложенного устройства показывает его эффективность при простоте устройства, малых расходах энергии и удобстве эксплуатации.
Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение на судах: траулерах, плавучих рыбоперерабатывающих базах, кораблях ВМФ и др. при длительной их работе в открытом море без захода в порты для пополнения пресной водой.
Устройство для получения пресной воды из воздуха было изготовлено в виде модели в лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показало возможность его использования в реальных условиях морского плавания.