УСТАНОВКА ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЫ ИЗ АТМОСФЕРЫ
PLANT FOR WATER CONDENSATION FROM ATMOSPHERE

Предлагаемое изобретение относится к области получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха и может быть использовано в аридных регионах планеты - пустынях, полупустынях, везде, где при наличии дефицита водных ресурсов наблюдается естественная значительная разность между дневными и ночными температурами окружающей природной среды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для конденсации воды из атмосферы, включающее элементы конденсации, выполненные из склеенных тонких диэлектрических пленок, между которыми размещены разноименные электрические заряды или микропровода, при этом элементы конденсации смонтированы в общем блоке на разбираемом каркасе, составленном из тонкостенных титановых и полимерных трубок и покрытом двухслойной оболочкой, закрепленной на каркасе (Патент №2349714, по кл. Е03В 3/28, 2006 г.).
Недостатками известной конструкции являются:
- статичность конструкции устройства по отношению к непрерывно меняющимся условиям окружающей среды, в первую очередь, к случайным образом изменяющимся направлениям перемещения воздушных масс (ветровых потоков);
- относительно низкая аккумулирующая способность устройства описываемой конструкции при конденсации воды из атмосферы;
- относительная сложность разворачивания и сворачивания конструкции устройства на местности в реальных условиях эксплуатации;
- низкая гарантия стабильности существования разноименных электрических зарядов, существующих в прослойке из склеенных диэлектрических пленок, при меняющихся погодных условиях.
Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание установки для конденсации воды из атмосферы, позволяющей:
- значительно увеличить коэффициент аккумуляции воды из атмосферы в расчете на единицу веса материала, на поверхности которого конденсируют атмосферную влагу;
- создать установку в виде автономного полностью автоматического технологического агрегата, при значительном снижении ее общего веса;
- увеличить срок существования градиентно-неоднородных электрических полей, искусственно формируемых на поверхностях пленок, составляющих элементы конденсации устройства;
- интенсифицировать извлечения из воздуха атмосферы как паров воды, так и микрокапель тумана.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием установки для конденсации воды из атмосферы, содержащей основание, размещенный на нем блок, состоящий из модулей элементов конденсации в виде рам с закрепленными на них тонкими диэлектрическими пленками, установленных параллельно друг другу с зазором для прохождения воздушного ветрового потока, при этом параллельные зазоры во всех модулях блока имеют одинаковое пространственное направление, которая, согласно изобретению, снабжена устройством кругового вращения блока, выполненным в виде установленных на одной оси круговой платформы с емкостью для сбора конденсата, свободно перемещающейся по направляющим, которыми снабжено основание и флюгерного устройства, установленного на верхней поверхности блока, раструбом с направляющим воздуховодом, предназначенным для управления величиной воздушного потока, поступающего в установку и закрепленным на блоке, кожухом, расположенным на основании и состоящим, по крайней мере, из двух частей, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости и выполненных в виде накопительных емкостей с водопроводными трубками, предназначенными для отвода конденсата в емкость платформы, с которой сопряжена воронка для сбора конденсата, закрепленная на нижней стороне блока конденсации, при этом пленки элементов конденсации снабжены расположенными в шахматном порядке пьезокерамическими элементами.
Снабжение блока конденсации по его торцам дополнительными рамами, расположенными в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения диэлектрических пленок, а также наличие на дополнительных рамах и накопительных емкостей тонких прочных сеток позволяет защитить блок конденсации от попадания в него насекомых, песка и пыли и пропускать набегающие воздушные потоки.
Снабжение установки транспортировочным устройством, например, блокировочными ручками, установленными на частях кожуха, позволяет создать установку в виде автономного полностью автоматического технологического агрегата, при значительном снижении ее общего веса и производить ее разблокировку.
Выполнение кожуха, состоящего из четырех частей - сегментов, формирующих полую сферу, т.е. использование сферической (шаровой) формы установки обеспечивает минимальное сопротивление ветровым потокам в свернутом (нерабочем) ее состоянии.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- мгновенно (в течение 2-3 минут) привести установку в рабочее (развернутое) положение и также быстро свернуть для перевозки или хранения;
- формировать градиентно-неоднородные электрические поля определенной геометрии, осуществляющие за счет того, что в диэлектрические пленки элементов конденсации с помощью технологических методов внедрены в шахматном порядке пьезоэлектрические элементы типа элетретов титана бария;
- обеспечивать высокую гарантию стабильности существования в течение десятков лет разноименных электрических зарядов на поверхности пленок элементов конденсации независимо от меняющихся погодных условий эксплуатации установки;
- избежать наличия в комплектации установки дополнительных объемных накопительных емкостей, предназначенных для аккумуляции сконденсировавшейся атмосферной влаги.
Сущность предлагаемой установки для конденсации воды из атмосферы поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на фиг.1 - показана развернутая схема установки для конденсации воды из атмосферы в рабочем положении;
на фиг.2 - показано основание установки для конденсации воды из атмосферы с кожухом в рабочем положении;
на фиг.3 - показан в сборе блок с флюгерным устройством и раструбом с направляющим воздуховодом установки для конденсации воды из атмосферы;
на фиг.4 - показана схема расположения воронки для сбора конденсата и накопительно-распределительной емкости, расположенной в нижней части круговой платформы;
на фиг.5 - показана установка для конденсации воды из атмосферы в закрытом виде, предназначенным для ее транспортировки.
Установка для конденсации воды из атмосферы содержит основание 1, размещенный на нем блок конденсации, состоящий из модулей 2 элементов конденсации в виде рам 3 с закрепленными на них тонкими диэлектрическими пленками 4, установленных параллельно друг другу с зазором 5 для прохождения воздушного ветрового потока, устройство кругового вращения блока конденсации, выполненное в виде установленных на одной оси круговой платформы 6 с емкостью 7 для сбора конденсата, свободно перемещающейся по направляющим 8, которыми снабжено основание 1 и флюгерное устройство 9, установленное на верхней поверхности блока, раструбом 10 с направляющим воздуховодом 11, предназначенным для управления величиной воздушного потока, поступающего в установку и закрепленным на блоке конденсации, составной кожух, состоящий, по крайней мере, из двух частей, выполненных в виде накопительных емкостей 12 с водопроводными трубками 13, предназначенными для отвода конденсата в емкость 7 для сбора конденсата платформы, сопряженную с ней воронку 14 для сбора конденсата, закрепленную на нижней стороне блока.
При этом параллельные зазоры 5 во всех модулях блока конденсации имеют одинаковое пространственное направление.
Тонкие, диэлектрические пленки 4 элементов конденсации снабжены расположенными в шахматном порядке пьезокерамическими элементами 15, например, типа электретов титана бария, с геометрическими размерами в десятые и сотые доли кубических миллиметров.
При этом расстояние между пленками, закрепленными в вертикальном положении, может составлять 2-3 мм, в зависимости от технологических возможностей производства.
Установка также снабжена транспортировочным устройством, например, блокировочными ручками 17, установленными на частях 12 кожуха.
Наиболее технологичной формой выполнения установки для конденсации воды из атмосферы является объемная фигура в виде полой сферы, внутри которой на круговой платформе 6 основания 1, свободно перемещающейся по направляющим 8 (например, подшипниках), которыми снабжено основание 1, расположены модули 2 элементов конденсации в виде рам 3 с закрепленными на них тонкими, диэлектрическими пленками 4 с внедренными в их структуру в шахматном порядке, пьезоэлектрическими элементами 15 (на черт. не показан).
Установка для конденсации воды из атмосферы работает следующим образом.
При необходимости приведения установки в рабочее состояние с помощью блокировочных ручек 17, выполняющей одновременно роль транспортировочного устройства, производят разблокировку, например, четырех частей в виде накопительных емкостей 12, формирующих полую сферу, представляющую из себя внешнюю (наружную) поверхность установки.
Лишенные ограничений на перемещение вокруг осей, на которых они закреплены, и под действием силы тяжести части в виде накопительных емкостей 12 начинают перемещаться во взаимно противоположных направлениях до тех пор, пока они не сформируют горизонтальную плоскость в виде, например, четырехлепесткового цветка.
Раскрытие частей кожуха происходит постепенно за счет пружинного демпфирующего эффекта, обусловленного наличием в конструкции установки металлических водопроводных трубок 13, имеющихся на каждой части кожуха и предназначенных для отвода конденсата из модулей 2 элементов конденсации в накопительные емкости 12.
При этом в качестве накопительных емкостей 12 используют части кожуха.
Таким образом, накопительная часть установки для конденсации воды из атмосферы состоит, например, из четырех накопительных емкостей 12, которые при диаметре полой сферы в 0,5-0,6 м способны вместить в себя в сумме около 160-180 литров сконденсировавшейся влаги.
Как только части кожуха заняли положение, близкое к горизонтальному, и произошло освобождение модулей 2 элементов конденсации, наступает момент приведения установки в рабочее состояние.
Для этого размещают на внешних поверхностях блока раструб 10 с направляющим воздуховодом 11 и флюгерное устройство 9.
Флюгерное устройство задает момент вращения блока конденсации в результате воздействия набегающего воздушного потока и последующую стабилизацию блока по воображаемой прямой линии, проходящей в направлении «раструб с воздуховодом - блок конденсации».
Таким образом, установка для конденсации воды из атмосферы готова к работе.
При этом поток атмосферного воздуха, оказывая динамическое давление на флюгерное устройство 9, заставляет всю конструкцию установки конденсации располагаться по оси движения фронта воздушных масс.
Как только направление движения ветра изменяется, как тут же меняется и положение конструкции.
Вслед за этим атмосферный воздух, содержащий пары воды и микрокапли тумана при температуре вблизи точки росы, проходит через параллельные зазоры 5 между модулями 2 в блоке конденсации, то есть движется в неоднородных градиентных электрических полях между модулями 2.
Такое движение сопровождается эффективным оседанием молекул воды и капелек тумана на пленочные 4 поверхности данных модулей 2. Формирующиеся на поверхности конденсации и непрерывно растущие капельки воды стекают с поверхностей модулей 2 под действием силы тяжести в воронку 14 для сбора конденсата, распределяясь по накопительным емкостям 12 и попадая в с емкость 7 для сбора конденсата.
В зависимости от технологических возможностей в емкость 7 для сбора конденсата устанавливают накопительно-распределительное устройство 18, которое может быть расположено под вращающейся на направляющих, например подшипниках, круговой платформой 6.
Стекая по поверхности воронки еще ниже, влага попадает непосредственно в емкость 7 для сбора конденсата, через ее радиальные сквозные отверстия 19, попадает в накопительно-распределительное устройство 18 с направляющими каналами 20, каждый из которых сопряжен с отверстиями 19, через которые конденсат поступает в водопроводные трубки 13, а затем - в накопительные емкости 12.
Физико-технические и термодинамические исследования, выполненные на действующей лабораторной модели для конденсации воды из воздуха, подтвердили основные положения, использованные при разработке установки.
В качестве модулей конденсации в опытах использовался как набор параллельно натянутых микропроводов, покрытых гидрофильной пленочной изоляцией, так и набор параллельно натянутых гидрофильных пленок, в каждую из которых были внедрены в шахматном порядке пьезокерамические элементы типа электретов титана бария.
Исследования, кроме того, показали, что эффективность модуля конденсации, сформированного из пленок с внедренными в них пьезокерамическими элементами более чем на порядок (в 10-12 раз) превосходят аккумулирующие конденсационные способности пленок с микропроводами.