Система охлаждения воздуха
AIR COOLING SYSTEM

Техническое решение относится к области экологии, а именно к системе изменения микроклимата.
Из уровня техники известна система кондиционирования воздуха, представляющая собой приточный воздуховод, поддерживаемый в вертикальном положении дирижаблем, в верхней части которого выполнен вход для притока воздуха с верхних прослоек атмосферы, а в нижней части выход для выпуска этого воздуха в окружающую среду непосредственно над землей или, через распределительные каналы, для подачи этого воздуха к системам кондиционирования воздуха внутри помещений. Авторское свидетельство СССР № SU 1413371, МПК F24F5/00, опубликован 30.07.1988.
Известно также устройство для проветривания земной поверхности, включающее приточный воздуховод, снабженный аэродинамическим килем, предназначенным для ориентации верхней части воздуховода навстречу ветру. Вход воздуховода выполнен в виде колена с вертикальным расположением плоскости входного всасывающего отверстия и сообщен с верхними слоями атмосферы с пониженной температурой. Подача свежего воздуха из верхних слоев атмосферы в нижние слои атмосферы происходит путем первоначального заполнения воздуховода холодным воздухом с использованием вентилятора, при этом, холодный воздух полностью заполняет воздуховод, и, при создании перепада давлений в районе выходного отверстия внутри воздуховода, создается самопроизвольный поток воздуха сверху вниз. Патент РФ на изобретение № 2005278, МПК: F24F7/00, опубликован 1993.12.30.
Известно техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой систему охлаждения воздуха, включающую воздуховод, верхняя часть которого подвешена на расстоянии 5 км от земли шаром, наполненным водородом. Воздуховод оснащен вытяжным вентилятором, осуществляющим принудительный поток холодного воздуха через всасывающий патрубок, выполненный в верхней части воздуховода, к выпускному отверстию в его нижней части. Заявка на патент Китая № CN 101608820, МПК F24F5/00, опубликована 23.12.2009.
Отличительными признаками заявляемого решения является оснащение системы охлаждения воздуха средством для накопления конденсата, внутренняя поверхность которого обращена к внешней поверхности воздуховода, выполненным из воздухопроницаемого светонепроницаемого материала и приспособлением для сбора накопленного конденсата.
В известных технических решениях отсутствуют какие-либо устройства для накопления или удаления конденсата, образующегося на внешних стенках воздуховода вследствие теплообмена окружающего теплого воздуха с холодной стенкой воздуховода.
Конденсат из атмосферного воздуха является источником пресной воды, ресурс которой в атмосфере непрерывно обновляется. В пустынных и засушливых районах, этот источник мог бы стать наиболее предпочтительным, поскольку процесс добычи воды не требует особых усилий и постоянного контроля, а ее обработка до состояния, пригодного к употреблению, не включает этапы опреснения.
Задача заявляемого технического решения заключается в создании системы охлаждения воздуха, позволяющей улучшать показатели микроклимата и генерировать воду из атмосферного воздуха, при этом, не требующей высоких энергозатрат и требований к условиям для технического обслуживания.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в расширении функциональных возможностей системы охлаждения воздуха за счет наличия возможности одновременно с доставкой холодного воздуха производить пресную воду.
Технический результат достигается тем, что система охлаждения воздуха, включающая воздуховод, верхняя часть которого крепится к средству, позволяющему удерживать ее на расстоянии 1-6 км от земли, и включает вход для забора воздуха, а нижняя часть включает выход для подачи воздуха в охлаждаемое пространство, устройство для нагнетания воздуха на вход воздуховода, дополнительно включает средство для накопления конденсата, внутренняя поверхность которого обращена к внешней поверхности воздуховода, выполненное из воздухопроницаемого светонепроницаемого материала, и приспособление для сбора накопленного конденсата.  Воздухопроницаемый светонепроницаемый материал может представлять собой текстильный материал. Средство для накопления конденсата может быть выполнено в форме цилиндра, внутри которого размещен воздуховод. Расстояние между внешней поверхностью воздуховода и внутренней поверхностью средства для накопления конденсата составляет 15 см. Средство, позволяющее удерживать верхнюю часть воздуховода на расстоянии от земли, может представлять собой аэростат, такой как, дирижабль или воздушный шар, при этом воздуховод включает элементы для крепления к аэростату. Диаметр воздуховода может быть равен 2-4 м.
Средство для накопления конденсата, включенное в систему охлаждения воздуха, наделяет ее дополнительной функцией – непрерывное производство пресной воды. За счет того, что указанное средство выполнено из воздухопроницаемого светонепроницаемого материала, такого как текстильный материал, а его внутренняя поверхность обращена к внешней поверхности воздуховода, оно не препятствует тому, что теплые потоки воздуха, проходят через воздухопроницаемое ограждение и, при взаимодействии с охлажденной внешней стенкой воздуховода, водяные пары из воздуха осаждаются на внешней стенке воздуховода в виде конденсата. При этом, образующийся конденсат не переходит в состояние пара, так как светонепроницаемый материал затрудняет воздействие энергии солнечных лучей в области теплообмена. Заявленная конструкция уникальна также тем, что при получении чистого конденсата отсутствует необходимость в непрерывном принудительном охлаждении воздуха с использованием охлаждающих контуров. В предпочтительном варианте, средство для накопления конденсата выполнено в виде цилиндрического тела, внутри которого размещается воздуховод. Такое исполнение позволяет накапливать максимальное количество конденсата. Наиболее эффективна конструкция, при которой расстояние между внешней поверхностью воздуховода и внутренней поверхностью средства для накопления конденсата составляет 15 см.
Под светонепроницаемым материалом следует понимать такой материал, который не пропускает солнечный свет. При этом, в рамках данного изобретения, такой материал не ограничивается только материалами, обеспечивающими 100% затемнение. Для достижения заявленного технического результата достаточным является исключение нагревания поверхности воздуховода солнечными лучами, чтобы уменьшить испарение конденсата и переход водяных паров обратно в атмосферу.
Конденсат, образовавшийся на внешней стенке воздуховода, стекает вниз и собирается с помощью приспособления для сбора накопленного конденсата. Такое приспособление может представлять собой, например, желоб, закрепленный в нижней части воздуховода и соединенный водоотводными трубками с емкостью для накопления воды.
Воздуховод, верхняя часть которого выполнена с возможностью фиксации к средству, удерживающему ее на расстоянии 1-6 км от земли, позволяет доставлять к приземленным прослойкам атмосферы чистый холодный атмосферный воздух, позволяющий использовать его в качестве охлаждающего потока на открытой территории или во внутренних помещениях зданий. При этом, устройство для нагнетания воздуха может быть использовано не постоянно: из-за разности температур и плотностей воздушных масс на верхних и нижних прослойках атмосферы, и перепада давления, холодный воздух естественным потоком будет стремиться достичь выхода воздуховода и вытеснить теплый.
Предпочтительно, верхняя часть воздуховода включает элементы для крепления к аэростату, например, к дирижаблю или к воздушному шару.
Предпочтительно, диаметр воздуховода равен 2-4 м, что обуславливает наибольшую эффективность охлаждения воздуха и накопления конденсата: при диаметре менее 2 м охлаждающий поток и количество полученной воды будут не достаточны, и, как следствие, не рационально использование соответствующей техники. При диаметре более 4 метров воздуховод может испытывать значительные ветровые нагрузки, что потребует дополнительных средств для удержания его в рабочем состоянии.
Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигуры, на которой условно представлен один из возможных вариантов исполнения системы охлаждения воздуха.
На фиг. 1 изображена система охлаждения воздуха, включающая воздуховод (1), удерживаемый аэростатом (6), с входом (2) для забора воздуха и выходом (3) для подачи воздуха в охлаждаемое пространство, устройство (4) для нагнетания воздуха, средство (5) для накопления конденсата, внутренняя поверхность которого обращена к внешней поверхности воздуховода (1), выполненное из воздухопроницаемого светонепроницаемого материала.
Далее со ссылками на фигуры описана одна из возможных реализаций конструкции системы охлаждения воздуха.
Система охлаждения воздуха включает воздуховод (1), верхняя часть которого зафиксирована аэростатом (6) на расстоянии от земли, и включает вход (2) для забора воздуха. Нижняя часть воздуховода (1) включает выход (3) для подачи воздуха в охлаждаемое пространство. Для доставки наиболее приемлемого по качеству и температуре воздуха, верхняя часть воздуховода (1) поднята на высоту 1-6 км, где на вход (2) поступает холодный воздух, при этом высота может варьироваться, в зависимости от географических, климатических характеристик, погодных условий и т.д.
Система охлаждения воздуха также включает устройство (4) для нагнетания воздуха в воздуховод (1), такое как вентилятор. На фигуре устройство (4) расположено в нижней части воздуховода (1). Специалисту очевидно, данное устройство может находится и в верхней части воздуховода (1).
Конструкция системы охлаждения воздуха оснащена средством (5) для накопления конденсата, внутренняя поверхность которого обращена к внешней поверхности воздуховода (1). Средство (5) для накопления конденсата выполнено из светонепроницаемого воздухопроницаемого материала, в частности, текстильного. Также, в качестве такого материала могут быть использованы искусственная гибкая ткань, например, пластик или другие гибкие материалы, полученные искусственным образом. Также может быть использована резина с соответствующим количеством правильно сориентированных, относительно солнца, отверстий.
В предпочтительном варианте, средство (5) для накопления конденсата выполнено в форме цилиндра, внутри которого размещен воздуховод (1). При этом, расстояние между внешней поверхностью воздуховода (1) и внутренней поверхностью средства (5) для накопления конденсата, предпочтительно, составляет 15 см. Следует отметить, что данное расстояние не ограничивается только предпочтительным вариантом и выбирается, исходя из конкретных условий осуществления системы: размеров воздуховода, типа материала, используемого для средства (5) для накопления конденсата, места размещения системы и т.п.
Также, система охлаждения включает приспособление для сбора накопленного конденсата, выполненное, например, в виде цилиндрических, желобчатых водопроводных элементов, соединенных с накопительной емкостью.
Воздуховод (1) может быть выполнен в виде жесткой, полужесткой или гибкой конструкции.
Средство (5) для накопления конденсата может включать жесткий каркас, на котором закреплен гибкий воздухопроницаемый светонепроницаемый материал.
Предпочтительно, верхняя часть воздуховода (1) включает элементы для крепления к аэростату (6).
Заявленная система охлаждения воздуха работает следующим образом.
Поток холодного воздуха, извлекаемого из более высоких прослоек атмосферы, под действием устройства (3) для нагнетания воздуха, поступает через вход (2) во внутреннее пространство воздуховода (1) и движется в направлении к выходу (3) воздуховода (1), где используется для охлаждения жаркого воздуха на открытой территории или в замкнутом объеме помещения посредством известных систем коммуникации.
Теплый воздух, окружающий воздуховод в нижней части, ближе к поверхности земли, проникает сквозь средство (5) для накопления конденсата, и, взаимодействуя с холодной стенкой воздуховода (1), охлаждается, образуя конденсат. При этом, материал, из которого выполнено средство для накопления конденсата, не пропускает солнечные лучи, вследствие чего, образующийся конденсат не подвергается испарению.
Полученный конденсат посредством приспособления для сбора конденсата может быть собран в накопительную емкость, при необходимости, очищен и использован в качестве источника пресной воды.
Заявленная система охлаждения воздуха может быть использована в качестве источника холодного воздуха для охлаждения открытой или огражденной территории и/или для внедрения в систему кондиционирования зданий, а также для получения одновременно с доставкой холодного воздуха пресной воды.
Представленные фигуры, описание конструкции и использования не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. Приведенный пример реализации системы охлаждения воздуха и его использования не ограничивает объем заявленного решения представленными частными формами исполнения отдельных компонентов или этапов.