Воздушно-водяное устройство для получения воды
AIR-WATER DEVICE FOR WATER PRODUCTION

Изобретение относится к оборудованию для добычи пресной воды, а именно к устройствам для получения пресной воды различного назначения из атмосферного воздуха с помощью конденсации.
Известен «Способ получения воды из воздуха» (см. патент RU №2101423 C1, опубликовано: 10.01.1998 г.), состоящий в поглощении влаги из воздуха при его продуве через сорбент с последующей десорбцией влаги при нагреве сорбента и конденсацией воды, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют материал, состоящий из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в поры гигроскопичного вещества.
Имеется вариант развития, когда в качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, порометаллы, пористые композиты или их смеси.
Имеется вариант развития, когда в качестве гигроскопического вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси, их растворы или их кристаллогидраты.
Имеется вариант развития, когда, нагрев сорбента на стадии десорбции воды осуществляют до 50-80°С.
Имеется вариант развития, когда, нагрев сорбента на стадии десорбции воды осуществляют за счет использования солнечной или электрической энергии, а также тепла различных двигателей.
Имеется вариант развития, когда температура в конденсаторе близка к температуре окружающей среды.
Данный способ имеет следующие недостатки:
1. Низкая производительность, так как отсутствует возможность непрерывного получения воды, так как во время десорбции, сорбция не происходит и наоборот десорбция невозможна в процессе сорбции.
2. Низкое качество получаемой воды, так как из-за низких температур, применяемых при нагреве сорбента на стадии десорбции воды, происходит постоянная задержка влаги в нем, что приводит к возникновению колоний различных бактерий, в том числе опасных, которые неизбежно попадают в воду.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха» (см. патент RU №2609811 С1, опубликовано: 06.02.2017 г., бюл. №4), водосборник, холодильный агрегат, соединенный через вентиль и гидронасос с термоизолированной емкостью и с теплообменником-конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находятся каплеуловитель и вентилятор, отличающаяся тем, что в установку вводится гелиостат с системой управления, выполненный из концентрирующих элементов, каждый из которых состоит из линзы с большим фокусным расстоянием F и линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптоволоконного кабеля, а также вводятся емкость с водой и соединенный с ней лоток-испаритель с регулятором уровня воды, расположенный перед теплообменником-конденсатором.
Имеется вариант развития, когда холодильный агрегат выполнен в виде адсорбционного холодильника, у которого теплообменик-испаритель помещен в охлаждающую емкость, соединенную через введенные вентили и гидронасос с теплообменником-конденсатором.
Имеется вариант развития, когда в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина, при этом оптоволоконные кабели концентрирующих элеменов гелиостата соединены в два пучка, один из которых вводится в адсорбционный холодильник, а другой подводится снизу к лотку-испарителю.
Для данного устройства характерна ограниченная область применения, поскольку:
1. В условиях недостаточной освещенности устройству будет не хватать энергии для работы в штатном режиме, поскольку энергия для работы устройство получает от солнечного света.
2. Устройство работает только с воздухом, относительная влажность которого 100%.
Задачей изобретения является расширение области применения известного устройства.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее водосборник, вентилятор, по крайней мере один гидронасос, воздуховод, выполненный в виде вертикального и горизонтального участков, соединенных между собой отводом, холодильную машину, включающую компрессор, конденсатор, трубопроводы хладагента, испаритель, выполненный в виде по крайней мере одного теплоотводящего элемента, дополнительно снабжено:
- воздухозаборником, воздушным фильтром, источником высокого напряжения с отрицательной и положительной клеммами, электропроводом,
- озонатором, состоящим из по крайней мере двух параллельных цилиндров с осевыми изолированными проволочными электродами,
- по крайней мере одной секцией теплообмена, состоящей из входного теплообменного элемента, соединенного с гидронасосом с помощью входного трубопровода, выходного теплообменного элемента, соединенного с гидронасосом с помощью выходного трубопровода, циркуляционного трубопровода, соединяющего входной и выходной теплообменные элементы.
При этом:
- воздухозаборник установлен вертикально, выполнен расширяющимся вниз и в верхней части соединен с вертикальным участком воздуховода,
- воздушный фильтр и озонатор установлены последовательно относительно движения воздуха на вертикальный участок воздуховода,
- осевые изолированные проволочные электроды озонатора подсоединены к отрицательной клемме источника высокого напряжения посредством электропровода,
- входные и выходные теплообменные элементы установлены внутри горизонтального участка воздуховода,
- теплоотводящие элементы и вентилятор установлены последовательно относительно движения воздуха внутри горизонтального участка воздуховода между входными и выходными теплообменными элементами,
- конденсатор установлен на горизонтальном участке воздуховода после теплообменных элементов,
- водосборник соединен с горизонтальным участком воздуховода между отводом и вентилятором.
По сравнению с прототипом предлагаемая система имеет следующие отличительные признаки:
1. Выполнение воздуховода в виде вертикального и горизонтального участков, соединенных между собой отводом (Не известно);
2. Выполнение испарителя в виде по крайней мере одного теплоотводящего элемента (Не известно);
3. Дополнительное снабжение устройства воздухозаборником (Известно);
4. Дополнительное снабжение устройства воздушным фильтром (Известно);
5. Дополнительное снабжение устройства источником высокого напряжения с отрицательной и положительной клеммами (Известно);
6. Дополнительное снабжение устройства электропроводом (Известно);
7. Дополнительное снабжение устройства озонатором (Не известно);
8. Выполнение озонатора в виде по крайней мере двух параллельных цилиндров с осевыми изолированными проволочными электродами (Не известно);
9. Дополнительное снабжение устройства по крайней мере одной секцией теплообмена (Не известно);
10. Выполнение секции теплообмена в виде входного теплообменного элемента, соединенного с гидронасосом с помощью входного трубопровода, выходного теплообменного элемента, соединенного с гидронасосом с помощью выходного трубопровода, циркуляционного трубопровода, соединяющего входной и выходной теплообменные элементы (Не известно);
11. Выполнение воздухозаборника выполнен расширяющимся вниз (Известно);
12. Соединение воздухозаборника с верхней части с вертикальным участком воздуховода (Не известно);
13. Установка воздушного фильтра и озонатора последовательно относительно движения воздуха внутри вертикального участка воздуховода (Не известно);
14. Соединение осевых изолированных проволочных электродов озонатора к отрицательной клемме источника высокого напряжения посредством электропровода (Не известно);
15. Установка входных теплообменных элементов внутри горизонтального участка воздуховода (Не известно);
16. Установка выходных теплообменных элементов внутри горизонтального участка воздуховода (Не известно);
17. Установка теплоотводящих элементов и вентилятора последовательно относительно движения воздуха внутри горизонтального участка воздуховода (Не известно);
18. Установка теплоотводящих элементов и вентилятора между входными и выходными теплообменными элементами (Не известно);
19. Установка конденсатора внутри горизонтального участка воздуховода после теплообменных элементов (Не известно);
20. Соединение водосборника с горизонтальным участком воздуховода между отводом и вентилятором (Не известно).
По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №3-6, 11 в технической литературе известны, а остальные - нет. Однако их совместное применение в заявляемой системе позволит расширить область его применения, т.к.:
- предлагаемое устройство может работает в любое время суток не зависимо от освещенности;
- предлагаемое устройство может работать с атмосферным воздухом любой температуры и относительной влажности.
Таким образом, заявляемое воздушно-водяное устройство для получения воды отвечает критерию «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежей.
В качестве примера реализации на фиг. 1 схематично представлен вариант предлагаемого «Воздушно-водяного устройства для получения воды» с пятью секциями теплообмена, тремя теплоотводящими элементами, двумя параллельными цилиндрами.
- воздухозаборник 1, установленный вертикально, выполненный расширяющимся вниз и в верхней части соединенный с вертикальным участком воздуховода 2;
- последовательно соединенные вертикальный участок воздуховода 2, отвод 3, горизонтальный участок воздуховода 4;
- воздушный фильтр 5 и озонатор 6, состоящий из двух параллельных цилиндров 7, 8 с осевыми изолированными проволочными электродами 9. Воздушный фильтр 5 и озонатор 6 установлены последовательно относительно движения воздуха внутри вертикального участка воздуховода 2;
- источник высокого напряжения 10 с отрицательной 11 и положительной 12 клеммами;
- электропровод 13, соединяющий осевые изолированные проволочные электроды 9 с отрицательной клеммой 11;
- пять входных теплообменных элементов 14, 15, 16, 17, 18, пять выходных теплообменных элементов 19, 20, 21, 22, 23, установленных последовательно относительно движения воздуха внутри горизонтального участка воздуховода 4;
- первую секцию теплообмена 24, состоящую из первого входного теплообменного элемента 14, соединенного с первым гидронасосом 25 с помощью первого входного трубопровода 26, пятого выходного теплообменного элемента 23, соединенного с первым гидронасосом 25 с помощью первого выходного трубопровода 27, первого циркуляционного трубопровода 28, соединяющего первый входной теплообменный элемент 14 с пятым выходным теплообменным элементом 23;
- вторую секцию теплообмена 29, состоящую из второго входного теплообменного элемента 15, соединенного со вторым гидронасосом 30 с помощью второго входного трубопровода 31, четвертого выходного теплообменного элемента 22, соединенного со вторым гидронасосом 30 с помощью второго выходного трубопровода 32, второго циркуляционного трубопровода 33, соединяющего второй входной теплообменный элемент 75 с четвертым выходным теплообменным элементом 22;
- третью секцию теплообмена 34, состоящую из третьего входного теплообменного элемента 16, соединенного с третьим гидронасосом 35 с помощью третьего входного трубопровода 36, третьего выходного теплообменного элемента 21, соединенного с третьим гидронасосом 35 с помощью третьего выходного трубопровода 37, третьего циркуляционного трубопровода 38, соединяющего третий входной теплообменный элемент 16 с третьим выходным теплообменным элементом 21;
- четвертую секцию теплообмена 39, состоящую из четвертого входного теплообменного элемента 17, соединенного с четвертым гидронасосом 40 с помощью четвертого входного трубопровода 41, второго выходного теплообменного элемента 20, соединенного с четвертым гидронасосом 40 с помощью четвертого выходного трубопровода 42, четвертого циркуляционного трубопровода 43, соединяющего четвертый входной теплообменный элемент 17 со вторым выходным теплообменным элементом 20;
- пятую секцию теплообмена 44, состоящую из пятого входного теплообменного элемента 18, соединенного с пятым гидронасосом 45 с помощью пятого входного трубопровода 46, первого выходного теплообменного элемента 19, соединенного с пятым гидронасосом 45 с помощью пятого выходного трубопровода 47, пятого циркуляционного трубопровода 48, соединяющего пятый входной теплообменный элемент 18 с первым выходным теплообменным элементом 19;
- испаритель 49, состоящий из трех теплоотводящих элементов 50, 51, 52, и вентилятор 53 установленные последовательно относительно движения воздуха на горизонтальный участок воздуховода 4 между пятым входным теплообменным элементом 18 и первым выходным теплообменным элементом 19;
- конденсатор 54, установленный внутри горизонтального участка воздуховода 4 после пятого выходного теплообменного элемента 23;
- холодильную машину 55, состоящую из конденсатора 54, соединенного с первым, вторым, третьим теплоотводящими элементами 50, 51, 52 с помощью первого трубопровода хладагента 56, компрессора 57, соединенного с первым, вторым, третьим теплоотводящими элементами 50, 51, 52 с помощью второго трубопровода хладагента 58 и с конденсатором 54 с помощью третьего трубопровода хладагента 59, испарителя 49;
- водосборник 60, соединенный с горизонтальным участком воздуховода 4 между отводом 3 и вентилятором 53 так, чтобы полученный конденсат скапливался в нем.
Устройство работает следующим образом.
at
1
При включении вентилятора 53 поток воздуха с температурой T и влагосодержанием d поступает в вертикальный участок воздуховода 2 (см. фиг. 1, 2), где проходит через воздушный фильтр 5 и озонатор 6, тем самым проходящий воздух очищается и обеззараживается. Затем поток воздуха проходит через отвод 3 и поступает в горизонтальный участок воздуховода 4.
at
1
at
1
2
3
4
5
d1
1t
2t
3t
t
5t
Проходя по горизонтальному участку воздуховода 4 поток воздуха с температурой T и влагосодержанием d вступает в контакт с первым входным теплообменным элементом 14, со вторым входным теплообменным элементом 15, третьим входным теплообменным элементом 16, четвертым входным теплообменным элементом 17, пятым входным теплообменным элементом 18, температура теплоносителей в которых ниже, чем температура потока воздуха T. В результате при контакте с первым входным теплообменным элементом 14 температура воздуха снижается на ΔT, со вторым входным теплообменным элементом 15 на ΔТ, с третьим входным теплообменным элементом 16 на ΔТ, с четвертым входным теплообменным элементом 17 на ΔТ, с пятым входным теплообменным элементом 18 на ΔТ, в результате чего температура потока воздуха достигает температуры точки росы T. При этом температура теплоносителей в теплообменных элементах возрастает на ΔT в первом входным теплообменном элементе 14, на ΔT во втором входным теплообменном элементе 15, на ΔT в третьем входным теплообменном элементе 16, на ΔT4 в четвертом входным теплообменном элементе 17, на ΔT в пятом входным теплообменном элементе 18. При этом влагосодержание воздуха не меняется.
d1
1
d1
1
2
j1
j2
j3
d2
2
После чего поток охлажденного воздуха с температурой T точки росы и влагосодержанием d контактирует с первым, вторым и третьим теплоотводящими элементами 51, 52, 53, температура теплоносителя в которых ниже температуры потока охлажденного воздуха T. Охлаждение потока воздуха приводит к конденсации водяных паров, содержащихся в потоке охлажденного воздуха. В результате влагосодержание воздуха снижается с d до d. При этом конденсированную воду собирают в водосборник 60. При этом температура охлажденного воздуха снижается при контакте с первым теплоотводящим элементом 51 на ΔT, при контакте со вторым теплоотводящим элементом 52 на ΔT, при контакте с третьим теплоотводящим элементом 53 на ΔT. В результате чего поток переохлажденного воздуха достигает температуры T и влагосодержания d.
d2
1
d2
f
После чего поток переохлажденного воздуха с температурой T и влагосодержанием d вступает в контакт с первым выходным теплообменным элементом 19, со вторым выходным теплообменным элементом 20, третьим выходным теплообменным элементом 21, четвертым выходным теплообменным элементом 22, пятым выходным теплообменным элементом 23, температура теплоносителей в которых выше, чем температура воздуха T. В результате чего температура переохлажденного потока воздуха повышается до T, а влагосодержание не меняется.
Отработанный воздух выбрасывается в атмосферу.
Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».