Установка получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования
APPARATUS FOR PRODUCING FRESH WATER FROM SEA-BASED ATMOSPHERIC AIR

Изобретение относится к установкам получения пресной воды из атмосферного воздуха с использованием возобновляемых источников энергии и может быть использовано для сельского хозяйства, питьевого водоснабжения, для нужд промышленности, а также для нужд судоходства.
Известна установка для выделения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащая конденсатную камеру, соединенную с забором и сбросом воздуха, при этом поток атмосферного воздуха в конденсатную камеру обеспечивается принудительно или самотеком за счет энергии солнца или ветра, конденсатная камера расположена под водой или в грунте на глубине, не имеющей сезонных изменений температуры, а воздухозабор выполнен в виде флюгера, конденсатная камера теплоизолирована от забора и сброса воздуха (патент РФ 2157874, МПК C02F 1/00, МПК Е03В 3/00, опубл. 12.11.1998). Конденсация происходит за счет разницы температур на морской поверхности и на глубине, а также давлений насыщенного водяного пара.
Недостатком данной установки является неудобство извлечения полученной пресной воды, так как водосборник находится на некоторой глубине под водой, а также отсутствие резервуара для сбора воды.
Известна установка Water Seer для конденсации влаги из атмосферного воздуха, содержащая ветровую турбину загоняющую воздух в специальную камеру (водосборник) закопанную в землю, где из-за пониженной температуры вода конденсируется на стенках камеры и накапливается, из водосборника воду можно получать с помощью шланга или помпы (http://www.waterseer.org).
Недостатком известной установки является низкая эффективность ветровой турбины из-за низких сроков службы опорных узлов, за счет высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора, усложненной технологии производства закрученных лопастей. Кроме того, отсутствует вытяжной генератор, что влияет на изменение соотношения температур, необходимых для образования точки росывводосборнике, тем самым понижая производительность экстракции пресной воды.
Известно устройство для получения влаги из воздуха, содержащее опору, на которой расположена конденсирующая поверхность(патент GB 1603661, МПК E03B 3/28, опубл. 1981). Поверхность электрически изолирована от грунта, что обеспечивает создание на поверхности электростатического заряда. При определенных климатических условиях на поверхности конденсируется находящаяся в воздухе влага. Имеются сборник, в который с поверхности стекает конденсат, а также устройство для перекачивания конденсата в резервуар. В одной из конструкций конденсирующая поверхность выполнена в виде вертикального металлического листа, а сборником является канал вдоль кромки листа. Лист может поворачиваться вокруг опоры для установки по ветру. В другой конструкции конденсирующая поверхность выполнена в виде перевернутого конуса, который можно устанавливать под землей, может иметь пластмассовый мешок из проницаемого материала. Мешок надевают на нижний конец трубы подачи конденсата из сборника
Недостатком известного устройства является низкая эффективность в эксплуатации ввиду большой его металлоемкости.
Известно устройство для получения пресной воды, содержащее теплообменную поверхность, на которой конденсируется влага из наружного атмосферного воздуха и выпавший конденсат собирается в сосуде для сбора конденсата (заявка ФРГ N 3319975, МПК E03B 3/28, опубл. 1984). Устройство содержит генератор энергии ветра для приведения в действие циркуляционной установки, отводящей тепло. Теплообменная поверхность и генератор энергии ветра расположены на плавучей опорной конструкции. Циркуляционная установка, отводящая тепло, имеет теплообменник, расположенный на определенном расстоянии ниже поверхности воды для использования холода глубинных слоев воды.
Недостатком этого устройства является расположение теплообменника в пределах глубины погружения плавучей опорной конструкции не позволяет обеспечить охлаждение циркулирующей воды до низких температур, что не позволяет обеспечить высокую его производительность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащая вертикально-осевую ветровую турбину в виде вихревой ветротурбины для формирования закрученного потока воздуха и нагнетания в вихревой термопреобразователь, где происходит разделение потока на горячий поток на периферии и на охлажденный поток в центре, который поступает в радиаторы для охлаждения, а горячий воздух поступает в конденсационную камеру, где конденсируется на охлажденных радиаторах и сконденсированная влага поступает в водосборник с дополнительным аккумулятором холода в виде блока из композитного материала, воздух из радиатора отводится через вытяжные воздуховоды в окружающую среду, водосборник с конденсатором влаги установлен под насыпным холмом выше линии грунта (патент РФ 2649890 С1, МПК E03B 3/28, опубл. 05.04.18).
Недостатком известной установки является невозможность ее использования для получения пресной воды из атмосферного воздуха в морских условиях, отсутствие мобильности.
Задачей предлагаемого изобретения является создание автономной мобильной установки получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования для использования холода глубинных слоев воды и с использованием возобновляемых источников энергии для применения установки в прибрежных районах с аридным климатом.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность эффективного получения пресной воды из атмосферного воздуха на морском побережье с аридным климатом путем формирования закрученного воздушного потока в вихревой ветротурбине для последующей конденсации влаги из воздушного потока на охлаждаемой тепловыми трубами с капиллярной структурой и хладагентом внутри них поверхности пластин, перемещение хладагента внутри тепловых труб обеспечивается за счет разницы температуры глубинных слоев воды, грунта на дне моря и температуры нагнетаемого в конденсационную камеру атмосферного воздуха.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая установка получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования, содержащая вертикально-осевую ветровую турбину, выполненную в виде вихревой ветротурбины для формирования и нагнетания через воздуховод закрученного воздушного потока, конденсационную камеру с вытяжным воздуховодом для отведения осушенного воздуха в окружающую среду, водосборник с конденсируемой влагой с трубопроводом, идущим к потребителю, согласно изобретению, снабжена тепловыми трубами с капиллярной структурой и хладагентом внутри них, при этом верхние части тепловых труб с испарительной зоной расположены в конденсационной камере и на них закреплены пластины из теплопроводного материала для охлаждения атмосферного воздуха до точки росы и конденсации на них влаги за счет кипения в испарительной зоне тепловых труб хладагента, а нижние части тепловых труб, вмонтированные в трубы большего диаметра из устойчивого к морской воде материала, которые являются сваями для установки на них камеры конденсации, а также защищают тепловые трубы от воздействия морской воды и механических повреждений, зарыты в грунт на морском дне с более низкой температурой относительно поступающего в конденсационную камеру атмосферного воздуха, при этом хладагент циклически перемещается между испарительной и конденсационной зонами тепловых труб за счет капиллярной структуры и разницы температур грунта на морском дне и нагнетаемого в конденсационную камеру вихревой ветротурбиной атмосферного воздуха, причем конденсационная камера облицована снаружи термоизоляционным материалом и установлена на сваях выше уровня моря, при этом количество тепловых труб зависит от заявленной производительности установки для оптимальной экстракции влаги из атмосферного воздуха.
В установке получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования содержится две тепловые трубы.
Сущность предлагаемой установки получения влаги из атмосферного воздуха морского базирования поясняется чертежом, на котором представлена общая схема.
Установка получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования содержит вихревую ветротурбину 1, конденсационную камеру 2, конденсирующую поверхность в виде пластин 3 для конденсации на них влаги, вытяжной воздуховод 4, воздуховод 5, через который воздух нагнетается вихревой ветротурбиной 1 в конденсационную камеру 2, трубопровод 6 для отвода воды в водосборник 7, тепловые трубы 8 с капиллярной структурой 9 и хладагентом с испарительной зоной 10 в верхней части и конденсационной зоной 11 в нижней части тепловых труб 8, тепловые трубы 8 вмонтированы внутри труб большего диаметра 12, представляющих из себя сваи для установки на них конденсационной камеры 2 с вихревой ветротурбиной 1, зарытых на дне моря в грунт, трубы 12 из теплопроводного материала защищают тепловые трубы 8 от воздействия морской воды и механических повреждений, конденсационная камера 2 снаружи облицована теплоизоляционным материалом 13, из водосборника вода направляется к потребителю через трубопровод 14.
Вихревая ветротурбина 1 установлена сверху на конденсационной камере 2, оснащенной воздуховодом 4 для вывода осушенного воздуха, трубопроводом 6 для вывода полученной влаги в водосборник 7. Водосборник 7 располагается ниже уровня конденсационной камеры 2, верхняя часть тепловых труб 8 с испарительной зоной 10 установлена внутри конденсационной камеры 2. На верхних частях тепловых труб 8 с испарительной зоной 10 закреплена конденсирующая поверхность в виде пластин 3 для конденсации на них влаги. Нижняя часть тепловых труб 8 с конденсационной зоной 11 зарыта в грунт на дне моря. Части тепловых труб 8, которые находятся вне конденсационной камеры, вмонтированы в трубы большего диаметра 12, также зарытых в грунт на дне моря. Конденсационная камера 2 установлена на сваях 12 на расстоянии от уровня моря достаточном для того, чтобы через вихревую ветротурбину 1 в конденсационную камеру 2 не попадала морская вода при образовании волн.
Количество тепловых труб в установке должно обеспечивать оптимальную работу в зависимости от заявленной производительности установки получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования. Предлагаемая установка содержит две тепловые трубы при производительности до 2000 л/сутки пресной воды из атмосферного воздуха.
Установка получения пресной воды из атмосферного воздуха морского базирования работает следующим образом.
Набегающий поток ветра, начиная со скорости 2-3 м/с, через вихревую ветротурбину 1 преобразуется в закрученный поток, который через воздуховод 5 нагнетается в конденсационную камеру 2 с конденсирующей поверхностью в виде пластин 3 для конденсации на них влаги, в конденсационной камере 2 атмосферный воздух охлаждается до точки росы и конденсируется при соприкосновении с пластинами 3 из теплопроводного материала, закрепленными на тепловых трубах 8 с испарительной зоной 10 за счет кипения в испарительной зоне 10 тепловых труб 8 хладагента. После получения пресной воды из нагнетенного в конденсационную камеру 2 атмосферного воздуха вытяжной воздуховод 4 отводит осушенный от влаги воздух в окружающую среду. Полученная вода из конденсационной камеры 2 стекает через трубопровод 6 в водосборник 7, откуда поступает по трубопроводу 8 к потребителю. При кипении хладагент испаряется и перемещается вниз в конденсационную зону 11 в нижней части тепловой трубы 8. В конденсационной зоне 11 тепловых труб 8, зарытых в грунт на дне моря с температурой ниже, чем в конденсационной камере 2 с испарительной зоной 10 тепловых труб 8, пары хладагента охлаждаются и конденсируются, затем жидкий хладагент поднимается наверх в испарительную зону 10 тепловых труб 8, которые находятся внутри конденсационной камеры 2, по капиллярной структуре. Затем цикл повторяется. Хладагент подбирается таким образом, чтобы температура кипения совпадала с температурой конденсационной камеры, а температура конденсации была равна температуре грунта на дне моря.