Устройство для получения воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии
DEVICE FOR PRODUCING WATER FROM ATMOSPHERIC AIR AND ELECTRICITY PROCESSING

Изобретение относится к области экологии и энергетики, в частности к получению пресной воды из атмосферного воздуха и выработке электроэнергии.
Известно устройство для получения воды из атмосферного воздуха (патент РФ на изобретение №2290480, МПК Е03В 3/28, B01D 5/00, опубл. 27.12.2006), содержащее воздушную камеру, верхняя стенка которой выполнена из влагопоглощающего гидрофобного материала и воздушный насос для создания разрежения в воздушной камере. Водяной пар из воздуха поглощается гидрофобной пластиной, вода из нее выливается на дно воздушной камеры.
Недостатками данного устройства являются его низкая производительность по получению воды и потребление электроэнергии воздушным насосом.
Известна энергетическая башня, работающая по циклу Майсоценко с косвенно-испарительным охлаждением воздуха (http://sssrregion.ru/pics/Khalatov_Ukraina.pdf, А. Халатов, И. Карп, Б. Исаков. Цикл Майсоценко и перспективы его использования в Украине). Она состоит из двух вертикальных концентрических цилиндров. Внешняя поверхность внутреннего цилиндра покрыта тонким слоем гидрофобной капиллярно-пористой поверхности, смачиваемой водой. Атмосферный воздух поступает во внутренний цилиндр - сухой канал, где движется вниз, охлаждаясь от холодной стенки канала, температура которой снижается за счет испарения воды из капиллярно-пористой поверхности на наружной стороне внутреннего цилиндра. Вышедший из него холодный воздух поступает в кольцевой влажный канал и движется вверх с увеличением его влажности за счет испарения воды на выходе из влажного канала. Вследствие испарения воды в кольцевом влажном канале масса воздушного потока на выходе из влажного канала больше его массы на входе в сухой канал. Наименьшая температура воздуха, близкая к точке росы, достигается в нижней части градирни на выходе из сухого канала. За счет увлажнения воздуха во влажном канале понижается его давление и возникает подъемная сила, обеспечивающая движение воздуха через сухой и влажный каналы с увеличением его скорости. Кинетическая энергия воздушного потока используется для выработки электроэнергии ветрогенератором, установленным в нижней части сухого канала.
Недостатком описанной установки, принятой в качестве прототипа изобретения, является неиспользование в ней экстрагирования влаги из атмосферного воздуха и недостаточное генерирование электроэнергии.
Целью предлагаемого изобретения является получение устройства для экстрагирования влаги из атмосферного воздуха и увеличение выработки электроэнергии. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство, включающее два концентрически расположенных вертикальных цилиндра, образующих «сухой» и «влажный» воздушный 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 стока влаги в водяную емкость с зазорами между пластинами для прохода потока воздуха, при этом водяная емкость связана оросительным трубопроводом с насосом с верхней частью гидрофобной поверхности, а с потребителем она связана трубопроводом отвода пресной воды, 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 ветроколесом и электрогенератором, причем корпус трубы Вентури окружен неподвижным кольцевым воздушным соплом, закрепленным на внутреннем вертикальном цилиндре.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где:
- на фиг. 1 изображена вертикальная проекция устройства получения пресной воды с косвенно-испарительным охлаждением атмосферного воздуха;
- на фиг. 2 изображено сечение А-А по верхней части устройства.
На чертежах отражены основные составляющие устройства, отмеченные следующими позициями:
1 - воздушный флюгер;
2 - неподвижное кольцевое воздушное сопло;
3 - труба Вентури;
4 - ветроэнергетическая установка с ветроколесом и электрогенератором;
5 - подшипник;
6 - внутренний вертикальный цилиндр;
7 - внешний вертикальный цилиндр;
8 - гидрофобная капиллярно-пористая поверхность;
9 - «сухой» канал;
10 - «влажный» канал;
11 - трубопровод оросительной воды с насосом;
12 - каплеулавливающая сетка;
13 - пластины стока сконденсированной влаги;
14 - водяная емкость;
15 - трубопровод отвода пресной воды.
Устройство получения воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии содержит установленные коаксиально внешний вертикальный цилиндр 7 и внутренний вертикальный цилиндр 6, образующие «сухой» канал 9 и «влажный» канал 10. Внутренняя поверхность внутреннего вертикального цилиндра 6 покрыта гидрофобной капиллярно-пористой поверхностью 8, смачиваемой водой. В нижней части внешнего вертикального цилиндра 7 размещена водяная емкость 14 для сбора сконденсированной влаги, каплеулавливающая сетка 12 и несколько рядов пластин 13 стока влаги с зазорами между ними для прохода потока воздуха. Водяная емкость 14 связана одним трубопроводом 11 с насосом с верхней частью гидрофобной поверхности 8, а вторым трубопроводом отвода пресной воды 15 связана с потребителем. Над внутренним вертикальным цилиндром 6 на подшипниках 5 установлен подвижный корпус трубы Вентури 3, снабженный воздушным флюгером 1. Корпус трубы Вентури 3 окружен неподвижным кольцевым воздушным соплом 2, укрепленным на внутреннем вертикальном цилиндре 6. На центральной оси трубы Вентури 3 размещена ветроэнергетическая установка 4 с ветроколесом и электрогенератором.
Устройство получения воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает во внешний вертикальный цилиндр 7 и по «сухому» каналу 9 движется вниз, охлаждаясь за счет контакта с холодной стенкой внутреннего вертикального цилиндра 6 «влажного» канала 10. За счет испарения воды из гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 8, покрывающей внутреннюю сторону внутреннего цилиндра 6, температура в нижней части его холодной стенки понижается до температуры, близкой к температуре точки росы. При этом происходит конденсация паров влаги, содержащихся в атмосферном воздухе, капли конденсата этих паров собираются на каплеулавливающей сетке 12, и по пластинам стока влаги 13 поток конденсата поступает в водяную емкость 14. Меньшую часть этого конденсата подают насосом по трубопроводу 11 в верхнюю часть гидрофобной поверхности 8 для ее смачивания водой, а большую часть конденсата из водяной емкости 14 подают к потребителю по второму трубопроводу отвода сконденсированной пресной воды 15. Обтекающий пластины стока влаги 13 охлажденный воздух поворачивается и движется вверх по «влажному» каналу 10. За счет испарения воды в воздух из влажной гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 8, покрывающей внутреннюю сторону внутреннего вертикального цилиндра 6, относительная влажность воздуха приближается к 100%. При этом при движении увлажненного воздуха по «влажному» каналу 10 повышается его масса и снижается плотность. Поэтому давление влажного воздуха на выходе из «влажного» канала 10 становится ниже давления атмосферного воздуха, что повышает разрежение в узком сечении трубы Вентури 3. Повышающаяся при этом разность плотностей атмосферного воздуха на входе в кольцевое воздушное сопло 2 и в узком сечении трубы Вентури 3 обеспечивает повышение скорости воздушного потока в «сухом» 9 и влажном 10 каналах, а также приводит к дополнительному ускорению скорости воздуха в трубе Вентури 3 и к увеличению выработки электроэнергии электрогенератором ветроэнергетической установки 4.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет, при тех же размерах коаксиальных вертикальных цилиндров, получать пресную воду из водяных паров, содержащихся в атмосферном воздухе, увеличить мощность ветроэнергетической установки и вырабатывать большее количество электроэнергии. При этом:
- атмосферный воздух поступает в «сухой» концентрический канал, расположенный, в отличие от прототипа, между наружным и внутренним вертикальным цилиндрами;
- влажный канал находится внутри внутреннего вертикального цилиндра, причем гидрофобная капиллярно-пористая поверхность покрывает внутреннюю, а не внешнюю, как у прототипа, сторону внутреннего вертикального цилиндра;
- применение в установке неподвижного кольцевого воздушного сопла и установленной на подшипниках подвижной трубы Вентури с размещенной в ней ветроэнергетической установкой позволяет:
используя кинетическую энергию ветрового потока атмосферного воздуха и повышенную разность давлений атмосферного воздуха и влажного воздуха, поступающего в узкое сечение трубы Вентури, увеличить электрическую мощность и выработку электроэнергии в ветроэнергетической установке;
использовать получаемую в установке из атмосферного воздуха пресную воду как для водоснабжения внешних потребителей, так и для повышения влажности капиллярно-пористой поверхности, покрывающей стенку влажного канала.