Способ получения воды из воздуха
METHOD OF WATER FROM AIR PRODUCING

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.
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 N 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 энергии. Известный способ, предполагающий также использование внешней подводимой энергии для работы холодильной машины, характеризуются 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 из атмосферного, влажного, морского воздуха с использованием возобновляемого источника энергии, позволяющего с низкой себестоимостью получать пресную воду из атмосферного, влажного, морского воздуха. В качестве возобновляемого источника энергии для сжатия воздуха используется энергия морских волн. Для охлаждения конденсатора влаги используется морская вода, температура которой ниже температуры атмосферного воздуха на поверхности моря. Технической задачей, стоящей перед изобретением, является также создание способа получения пресной воды из атмосферного воздуха, реализуемого в широком диапазоне изменения высоты морской волны, а также в широком диапазоне колебания уровня моря, обусловленного приливо-отливными явлениями. Рабочий диапазон высоты морской волны зависит от выбранного значения максимальной длины хода поршней в компрессорах. Рабочий диапазон колебания уровня моря, обусловленного приливо-отливными явлениями, зависит от выбранной высоты ресивера-кессона. Чем больше высота ресивера-кессона, тем шире диапазон колебания уровня моря, обусловленного приливо-отливными явлениями, при стабильной плавучести ресивера-кессона.
Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ получения воды из воздуха включает установку генераторов 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 воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна, а температура воздуха выше температуры воды в море. 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 с поверхностью дна моря, подвижную часть компрессоров соединяют с ресиверами воздуха в виде кессонов, которые имеют положительную плавучесть. Ресиверы представляют собой цилиндрические емкости без дна (кессоны) с успокоительными решетками для предотвращения колебания уровней воды внутри кессонов в процессе их возвратно-поступательного движения, обусловленного волнением поверхности моря. В кессонах поддерживается постоянное давление воздуха, а значит, и его объем, путем сброса части воздуха в атмосферу через клапан, отрегулированный на заданное давление. Тем самым поддерживается заданная выталкивающая сила воды, то есть постоянная плавучесть ресиверов-кессонов, при колебаниях уровня моря в результате приливо-отливных явлений. Нагнетательные линии компрессоров соединяют с конденсаторами воздушной влаги. Конденсаторы располагают под уровнем моря и охлаждают морской водой. Конденсаторы представляют собой вертикальные трубопроводы с отстойниками пресной воды. Генераторы энергии сжатого воздуха приводят в действие выталкивающей силой воды, действующей на воздушные ресиверы (кессоны). Уровень поверхности моря практически постоянно колеблется из-за наличия волн разной высоты и создает возвратно-поступательное движение ресиверов с положительной плавучестью, соединенных с подвижными частями компрессоров. При движении ресиверов-кессонов вверх происходит всасывание атмосферного воздуха в компрессоры. При движении ресиверов-кессонов вниз происходит нагнетание влажного воздуха в конденсаторы за счет сил гидростатического давления воды на глубине установки компрессоров. Осажденную влагу из отстойников-конденсаторов подают по трубопроводу в накопительные емкости. Накопительные емкости для пресной воды с нейтральной плавучестью, например, из мягкого эластичного материала в виде тора размещают под уровнем моря. Осушенный воздух из отстойников-конденсаторов через клапаны, настроенные на заданное давление, подают в воздушные ресиверы-кессоны, с последующим сбросом его в атмосферу через клапаны ресиверов-кессонов, также настроенные на заданное давление другой величины, поддерживая при этом различные, но постоянные во времени избыточные давления воздуха, как в отстойниках-конденсаторах, так в ресиверах-кессонах. Осаждение влаги из воздуха в отстойниках-конденсаторах происходит за счет повышения температуры точки росы при избыточном давлении воздуха в отстойниках-конденсаторах. Чем выше избыточное давление воздуха в отстойниках-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 отстойнике-конденсаторе. Кроме того, отстойники-конденсаторы влаги находится под уровнем моря, где температура ниже температуры атмосферного воздуха, что также способствует осаждению влаги из атмосферного морского воздуха на внутренней поверхности отстойников-конденсаторов.
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 ресиверами-кессонами (4), имеющими положительную плавучесть. Ресиверы-кессоны (4) снабжают решетками успокоения уровня воды (5). Нагнетательные линии (6) компрессоров (1) соединяют с отстойниками влаги (7). Отстойники влаги (7) соединяют с вертикальными трубопроводами (8), которые вместе являются конденсаторами влаги. Забор влажного морского воздуха осуществляют в непосредственной близости от поверхности моря, используя в заборных устройствах (9) полупроницаемые мембраны, для предотвращения попадания морской капельной воды во всасывающие линии (10) компрессоров (1). Осажденную в отстойниках (7) влагу отводят по трубопроводам (11), в накопительные емкости (12), через клапаны (13), отсекающие попадание воздуха в накопительные емкости по мере опорожнения отстойников (7), используя избыточное давление сжатого воздуха в отстойниках (7). Осушенный воздух из вертикальных трубопроводов (8) через регулируемые клапаны (14) подают сначала в воздушные ресиверы-кессоны (4) с последующим сбросом через клапаны (15) в атмосферу, поддерживая при этом различные, но постоянные во времени давления в отстойниках-конденсаторах (7; 8) и ресиверах-кессонах (4). Клапаны (15) настроены на избыточное давление, близкое к гидростатическому давлению морской воды, на глубине установки компрессоров (1). Клапаны (15) настроены на избыточное давление в ресиверах-кессонах (4), обеспечивающее их заданную плавучесть. Компрессоры (1) снабжены всасывающими (16) и нагнетательными (17) клапанами. При возвратно-поступательном движении ресиверов-кессонов (4), за счет энергии морских волн, происходит работа компрессоров (1). Всасывание влажного, морского воздуха осуществляется за счет энергии морской волны при подъеме ресиверов (4) вверх, обусловленном выталкивающей силой морской воды, а сжатие атмосферного воздуха в компрессорах (1) и нагнетание его в конденсаторы (7; 8) происходит за счет силы гидростатического давления морской воды на глубине установки компрессоров (1). Для предотвращения преждевременного осаждения влаги из воздуха до отстойников-конденсаторов (7; 8), вследствие понижения температуры во всасывающих (10) и нагнетательных (6) трубопроводах по мере продвижения воздуха, последние покрывают теплоизоляцией. В случае необходимости также покрывают наружной теплоизоляцией камеры сжатия воздуха.
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать практически даровую гидравлическую энергию морских волн в энергию сжатого воздуха, необходимую для выделения влаги, в избытке содержащейся во влажном, атмосферном, морском воздухе, и снизить, таким образом, затраты на производство пресной воды питьевого качества. Техническое решение может работать в широком диапазоне изменения высоты морской волны, ограниченном 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 компрессоры под уровнем моря, тем выше степень сжатия воздуха в компрессорах и больше влаги выделяется в конденсаторах из сжатого воздуха. Благодаря выполнению воздушных ресиверов в виде кессонов способ может быть реализован на морях со значительными колебаниями поверхности уровня моря, вызванными приливо-отливными явлениями.