Способ получения воды из воздуха
METHOD FOR PRODUCING WATER FROM AIR

Область техники
Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды питьевого качества из окружающего влажного морского атмосферного воздуха и может быть также использовано для бытовых и хозяйственных нужд.
Уровень техники
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 ([1] патент РФ №2081256, МПК Е03В 3/28, опубл. 10.06.1997). 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 ([2] патент США №5203989, МПК Е03В 3/28, опубл. 20.04.1987). 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 холодильной машиной энергии используется для конденсации паров воды. При этом большая часть холодопроизводительности расходуется на охлаждение обезвоженного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.
Сущность изобретения
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа получения пресной воды питьевого качества из атмосферного влажного морского воздуха с использованием возобновляемой энергии солнца и морской волны, позволяющего с низкой себестоимостью получать пресную воду из атмосферного влажного морского воздуха.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности способа по пресной воде за счет принудительного и дополнительного насыщения воздуха влагой, путем предварительного подогрева морской воды и воздуха с использованием лучистой энергии солнца и рекуперации тепла, выделяющегося при сжатии воздуха. Для охлаждения конденсатора влаги используется морская вода, температура которой ниже температуры подогретого влажного морского воздуха.
Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается следующим образом. Способ получения воды из воздуха, включающий забор и подачу атмосферного воздуха в генераторы энергии сжатого воздуха, охлаждение потока сжатого воздуха после генераторов в конденсаторах с осаждением и отбором влаги, при этом генераторы энергии сжатого воздуха помещают под уровень моря и выполняют в виде компрессоров объемного действия, неподвижную часть которых закрепляют при помощи анкеров к поверхности дна моря, а подвижную часть соединяют с буями, имеющими положительную плавучесть и являющимися съемниками энергии волн, осуществляют нагрев и принудительное насыщение атмосферного воздуха влагой, перед его сжатием, путем пропускания (барботирования) атмосферного воздуха через предварительно подогретую морскую воду, расположенную в емкостях внутри буев, при этом емкости имеет прозрачную поверхность для пропуска лучистой энергии солнца внутрь, для нагрева морской воды, дополнительный подогрев морской воды в емкостях, расположенных в буях, осуществляют путем рекуперации тепла, выделяющегося при сжатии атмосферного воздуха в компрессорах, всасывание насыщенного влагой атмосферного воздуха генераторами энергии осуществляют за счет энергии морских волн, снимаемых буями, присоединенными к подвижной части генераторов, сжатие насыщенного влагой атмосферного воздуха генераторами энергии и нагнетание его в конденсаторы, установленные под уровнем моря, выполняют за счет силы гидростатического давления морской воды на глубине установки генераторов энергии сжатого воздуха, осажденную влагу отбирают из конденсаторов в накопительные емкости, расположенные под уровнем моря.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - схема получения воды из воздуха.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - генератор в виде компрессора объемного действия; 2 - дно моря; 3 - трос; 4 - буй; 5 - емкость для морской воды; 6 - крышка с прозрачной поверхностью; 7 - перфорированный трубопровод; 8 - нагнетательная линия компрессора; 9 - отстойник влаги; 10 - трубопровод для отвода влаги; 11 - накопительная емкость; 12 - клапан; 13 - спиральный трубопровод; 14 - трубопровод; 15 - водяная рубашка компрессора; 16 - всасывающий клапан; 17 - нагнетательный клапан; 18 - всасывающий трубопровод; 19 - воздухозаборник; 20 - защитный корпус; 21 - пружина; 22 - отверстия в перфорированном трубопроводе; 23 - воздухозаборник; 24 - технологическое отверстие в емкости; 25 - запорный клапан технологического отверстия; 26 - поплавок; 27 - шток поршня компрессора; 28 - рама; 29 - грузы.
Осуществление изобретения
Способ получения воды из воздуха (см. фигура 1) реализуется следующим образом. Генераторы энергии сжатого воздуха выполняют в виде компрессоров объемного действия (1). Фиксируют неподвижную часть компрессоров с поверхностью дна моря (2). Подвижные части компрессоров (1) при помощи тросов (3) соединяют с буями (4), имеющими положительную плавучесть. Внутри буев (4) выполнены емкости для подогрева морской воды (5), закрытые сверху крышкой с прозрачной поверхностью (6) для пропуска лучистой энергии солнца, имеющие низкий коэффициент обратной теплопередачи в атмосферу. Атмосферный воздух из окружающей среды в процессе всасывания компрессоров (1) подают внутрь емкостей (5) через перфорированный трубопровод (7), обеспечивающий барботирование воздуха через подогретую морскую воду. Нагнетательные линии (8) компрессоров (1) соединяют с отстойниками влаги (9). Забор атмосферного воздуха осуществляют в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна. Осажденную в отстойниках (9) влагу отводят по трубопроводам (10) в накопительные емкости (11) через клапаны (12), отсекающие попадание воздуха в накопительные емкости по мере опорожнения отстойников (9), используя избыточное давление сжатого воздуха в отстойниках (9). Отстойники влаги (9) соединяют со спиральными трубопроводами (13). Отстойники (9) и спиральные трубопроводы (13) вместе представляют собой конденсаторы влаги. Осушенный холодный воздух с конца спиральных трубопроводов (13) подают вниз трубопроводов (14), соединенных с одной стороны с водяными рубашками (15) компрессоров (1), а с другой стороны с емкостями (5) для морской воды, расположенными в буях (4). Компрессоры (1) снабжены всасывающими (16) и нагнетательными (17) клапанами. При возвратно-поступательном движении буев (4), за счет энергии морских волн происходит работа компрессоров (1). Всасывание влажного, морского воздуха осуществляется через воздухозаборники (19) за счет энергии морской волны при подъеме буев (4) вверх, обусловленном выталкивающей силой морской воды, а сжатие атмосферного воздуха в компрессорах (1) и нагнетание его в конденсаторы (9; 13) происходит за счет силы гидростатического давления морской воды на глубине установки компрессоров (1).
Воздухозаборник (19) снабжают защитным корпусом (20) для предотвращения попадания в конструкцию воздухоприемников (19) морской воды при высоте волны больше длины хода поршней в цилиндрах компрессоров (1). Защитный корпус воздухоприемников (20) снабжен пружиной (21). Закрытие воздухозаборника защитным корпусом (20) осуществляется в автоматическом режиме за счет избыточного давления столба морской воды при волнении моря, превышающем длину хода поршней в цилиндрах компрессоров (1). Барботаж всасываемого атмосферного воздуха для его насыщения влагой осуществляют через отверстия (22) трубопровода (7). Количество отверстий определяется исходя из конструктивных соображений. Соединяют всасывающий трубопровод (18) с воздухозаборником (23), который находится в воздушном пространстве емкости (5). Для поддержания постоянного, соответствующего уровню морской поверхности уровня воды в емкости (5) и обеспечения циркуляции морской воды в трубопроводах (14) и емкостях (5) предусмотрены технологические отверстия (24), снабженные запорными клапанами (25), перекрывающими сечение отверстий (24) в случае превышения высоты волны над максимально возможной длиной хода поршня в цилиндрах компрессоров (1). Запорные клапаны (25) жестко соединяют с поплавками (26), всплывающими при превышении уровня морской воды в емкостях (5). При всплытии поплавков (26) происходит запирание отверстий (24). Фиксацию подвижных частей компрессоров (1) с поверхностью дна моря (2) осуществляют соединением штоков (27) поршней компрессоров (1) с рамами (28), на которых устанавливают грузы с отрицательной плавучестью (29).
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 накопительной емкости. Забор атмосферного влажного морского воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна. Выполняют генераторы сжатого воздуха в виде компрессоров объемного действия, помещают компрессоры под уровень моря на глубину 10-50 метров. От глубины погружения компрессоров зависит степень сжатия атмосферного воздуха и соответственно количество выделяемой из воздуха влаги. Чем больше степень сжатия влажного атмосферного воздуха, тем большее количество пресной воды можно получить при прочих равных условиях. Закрепляют неподвижную часть компрессоров при помощи анкеров (пригрузов) с поверхностью дна моря, подвижную часть компрессоров соединяют с буями, имеющими положительную плавучесть. Внутри буев выполняют емкости с морской водой, имеющие крышку с прозрачной поверхностью для пропуска лучистой энергии солнца внутрь емкостей для нагрева морской воды. Атмосферный воздух подают в емкости с подогретой морской водой через перфорированный трубопровод, который при всасывании компрессоров барботирует через морскую воду, нагревается и принудительно насыщается дополнительной влагой. Нагнетательные линии компрессоров соединяют с конденсаторами воздушной влаги. Конденсаторы располагают под уровнем моря выше компрессоров и охлаждают морской водой. Конденсаторы представляют собой спиральные трубопроводы с отстойниками пресной воды. Трубопроводы выполняются в виде спирали для увеличения поверхности конденсации влаги. Генераторы энергии сжатого воздуха приводят в действие выталкивающей силой воды, действующей на буи с положительной плавучестью. Уровень поверхности моря практически постоянно колеблется из-за наличия волн разной высоты и создает возвратно-поступательное движение буев с положительной плавучестью, соединенных с подвижными частями компрессоров. При движении буев вверх происходит всасывание атмосферного воздуха в компрессоры. При движении буев вниз происходит нагнетание влажного воздуха в конденсаторы за счет сил гидростатического давления воды на глубине установки компрессоров. Осажденную влагу из конденсаторов подают по трубопроводам в накопительные емкости. Накопительные емкости для пресной воды с нейтральной плавучестью, например из мягкого эластичного материала в виде тора, прикрепляют под буями, что обеспечивает движение осажденной влаги из конденсаторов в емкости за счет разницы давления в конденсаторах и накопительных емкостях. Осушенный воздух из конденсаторов подают вниз трубопроводов, соединенных с одной стороны с водяными рубашками компрессоров, обеспечивающими рекуперацию тепловой энергии, выделяющейся при сжатии воздуха, а с другой стороны с емкостями для морской воды, расположенными в буях. Дополнительный подогрев морской воды в емкостях, расположенных в буях, осуществляют путем рекуперации тепла, выделяющегося при сжатии атмосферного воздуха в компрессорах. Холодный осушенный воздух при движении (барботировании) в трубопроводах нагревается и принудительно насыщается влагой. Циркуляция морской воды в водяных рубашках, трубопроводах и емкостях для воды в буях с положительной плавучестью осуществляется за счет эффекта эрлифта в трубах и разности плотностей подогретой и холодной морской воды. Осаждение влаги из подогретого 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 глубже размещен компрессор под поверхностью моря, тем больше влаги из воздуха осаждается в конденсаторе. Кроме того, конденсаторы влаги находятся под уровнем моря, где температура ниже температуры подогретого воздуха, что также способствует осаждению влаги из атмосферного морского воздуха на внутренней поверхности конденсаторов.
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать практически даровую гидравлическую энергию морских волн в энергию сжатого воздуха, необходимую для выделения влаги, в избытке содержащейся в подогретом за счет энергии солнца и рекуперации тепловой энергии атмосферном воздухе. Заявленное техническое решение позволяет снизить затраты на производство пресной воды питьевого качества. Техническое решение может работать практически при любой высоте морской волны, ограниченной только длиной хода поршней в цилиндрах компрессоров. Чем больше высота волны, тем выше производительность по сжатому воздуху и соответственно по пресной воде. Чем глубже находится компрессор под уровнем моря, тем выше степень сжатия воздуха в компрессоре и больше влаги выделяется в конденсаторе из сжатого воздуха. Благодаря оснащению буев с положительной плавучестью емкостями для подогрева морской воды, за счет лучистой энергии солнца и рекуперации тепловой энергии, выделяющейся при сжатии воздуха, способ может быть реализован в морских акваториях с низкими температурами воды при достаточно высокой производительности по пресной воде.