Способ получения воды из воздуха
METHOD OF OBTAINING WATER FROM AIR

Область техники
Изобретение относится к способам автономного получения пресной воды питьевого качества из окружающего влажного морского атмосферного воздуха.
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 (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, 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 (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 невозобновляемой 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.
Сущность изобретения
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа получения пресной воды питьевого качества с низкой себестоимостью из атмосферного влажного морского воздуха с использованием возобновляемой энергии морской волны.
Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. 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 отстойника. Забор атмосферного
влажного воздуха производят в непосредственной близости от поверхности моря, где влажность его максимальна. Выполняют генераторы сжатого воздуха в виде поршневых компрессоров объемного действия, корпусами которых являются вертикальные трубопроводы, помещенные большей своей частью под уровень поверхности моря. Верхнюю надводную часть трубопроводов заглушают и снабжают всасывающими и нагнетательными линиями с клапанами. На поверхность воды в трубопроводах устанавливают поршни. Трубопроводы в верхней части снабжают поплавками, обеспечивающими их положительную плавучесть. Относительное движение поршень-трубопровод в процессе волнения поверхности моря происходит за счет разницы инерционных свойств вертикального трубопровода и воды в нем. Инерция воды вследствие разницы в массах превышает инерцию трубопровода. Компрессоры приводят в действие потенциальной энергией, накапливающейся при вертикальном перемещении трубопровода вверх, за счет выталкивающей силы морской воды, при прохождении морской волны через надводную часть трубопровода от подошвы до гребня. При этом происходит всасывание компрессорами воздуха. Сжатие и нагнетание воздуха осуществляют при движении трубопроводов вниз при прохождении морской волны от гребня до подошвы через верхнюю часть трубопровода с положительной плавучестью за счет силы тяжести трубопроводов и поплавков. Благодаря инерции массы воды, находящейся в вертикальном трубопроводе, вода с размещенным на ее поверхности поршнем остается практически в покое, поднимается и опускается только сам трубопровод, т.е. происходит относительное движение поршень-трубопровод. Компрессоры снабжают всасывающими и нагнетательными клапанами. Нагнетательные линии компрессоров соединяют с конденсаторами воздушной влаги. Конденсаторы располагают под уровнем моря и охлаждают морской водой. Конденсаторы представляют собой спиральные трубопроводы, установленные вокруг вертикального трубопровода, обеспечивая тем самым вместе с поплавками дополнительную положительную плавучесть вертикального трубопровода. Выполнение конденсаторов в виде спиральных трубопроводов увеличивает поверхность конденсации влаги и обеспечивает ее сток в отстойник пресной воды. Отстойник пресной воды снабжают двумя отсекающими клапанами, один клапан для сброса осушенного воздуха, размещенный в верхней точке, а второй клапан для отбора накопленной пресной воды, расположенный в нижней части отстойника пресной воды. При реализации способа возможно использование остаточной энергии отработанного воздуха для привода турбины с выработкой электричества для подсветки плавающего вертикального трубопровода и использования его в качестве сигнального буя. Осаждение влаги из 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 больше давление в вертикальных трубопроводах, зависящее от его веса, тем больше влаги из воздуха осаждается в конденсаторах. Кроме того, конденсаторы влаги находятся под уровнем моря, где температура ниже температуры воздуха, что также способствует осаждению влаги из атмосферного морского воздуха на внутренней поверхности конденсаторов. Плавающие вертикальные трубопроводы при необходимости фиксируют анкерами с дном для предотвращения уноса их морскими течениями.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - гидроагрегат по производству пресной воды у подошвы волны.
Фигура 2 - гидроагрегат по производству пресной воды у гребня волны.
На чертежах обозначены следующие позиции:
1 - вертикальный трубопровод; 2 - поплавок; 3 - всасывающая линия; 4 - нагнетательная линия; 5 - всасывающий клапан; 6 - нагнетательный клапан; 7 - поршень компрессора; 8 - конденсатор; 9 - клапан сброса осушенного воздуха; 10 - линия сброса осушенного воздуха; 11 - отстойник пресной воды; 12 - линия сбора пресной воды; 13 – клапан отбора пресной воды.
Осуществление изобретения
Способ получения воды из воздуха (см. фиг. 1, фиг. 2) реализуется следующим образом. Генераторы энергии сжатого воздуха выполняют в виде поршневых компрессоров объемного действия, представляющих собой вертикальные трубопроводы (1) с заглушенными верхними торцами, большей частью помещенные под уровень поверхности моря. Трубопроводы (1) снабжают в верхней заглушенной части поплавками (2), обеспечивающими их положительную плавучесть. Надводную заглушенную часть трубопроводов снабжают всасывающими (3) и нагнетательными линиями (4) с всасывающими (5) и нагнетательными (6) клапанами. Поршни компрессоров (7) с положительной плавучестью устанавливают внутри трубопроводов на поверхности воды и приводят в движение при вертикальном колебательном перемещении трубопроводов, обусловленном волнением поверхности моря. Всасывание воздуха осуществляют при движении трубопроводов и поплавков вверх, с прохождением морской волны от подошвы до гребня. Сжатие и нагнетание воздуха осуществляют за счет силы тяжести трубопроводов с поплавками, конденсаторами и отстойниками, при движении трубопроводов вниз с прохождением морской волны от гребня до подошвы. Сжатый воздух подают в конденсатор (8), находящийся под уровнем моря. Отработанный осушенный воздух через клапан (9), отрегулированный на заданное давление, сбрасывают в атмосферу по трубопроводу (10). Осажденная в конденсаторах влага поступает в отстойник пресной воды (11) по трубопроводам (12), используя избыточное давление в конденсаторах (8). Забор накопленной пресной воды из отстойника осуществляется через клапан (13), автоматически закрывающийся при полном опорожнении отстойника (11).
Заявленное техническое решение позволяет преобразовывать практически даровую гидравлическую энергию морских волн в энергию сжатого воздуха, необходимую для выделения влаги из влажного атмосферного морского воздуха. Заявленное техническое решение позволяет снизить затраты на производство пресной воды питьевого качества путем использования возобновляемой энергии морской волны. Техническое решение может работать практически при любой высоте морской волны и уровня моря, меняющегося из-за наличия приливов и отливов. Чем выше волна, тем больше накапливается потенциальной энергии при подъеме трубопроводов и поплавков вверх и больше полезная механическая работа, совершаемая силой тяжести, при движении трубопроводов и поплавков вниз, приводящая в действие поршневые компрессоры. Чем больше энергия сжатого воздуха, тем выше при прочих равных условиях производительность по пресной воде.