Результат интеллектуальной деятельности: Установка для получения чистой пресной воды при принудительной конденсации влаги из воздуха

Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из воздуха, в частности к установкам, использующим возобновляемые источники энергии.

Известна установка, в которой осуществляется аккумуляция холода для его использования в ночное время (Патент RU №2131000, дата опубликования 27.05.1999 г.). Данная установка содержит солнечные электрические батареи, холодильный агрегат, аккумулятор холода, выполненный в виде наполненной водой термоизолированной емкости, соединенной через гидронасос и вентиль с холодильным агрегатом и теплообменником-конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находится каплеуловитель и вентилятор. Под отверстием в воздуховоде находится водосборник.

Недостатками установки являются большие затраты энергии на холодильную установку и вентиляционную систему, также сложность проведения очистки поверхности конденсатора от микроскопической пыли, которая, собираясь в углах стыков оребрения трубок конденсатора, образует влажный субстрат, где развивается вредная микрофлора.

Наиболее близким аналогом является установка для получения биологически чистой пресной воды при конденсации влаги из атмосферного воздуха, содержащая солнечные батареи, холодильную систему, водосборник, воздуховод, вентиляционную систему и конденсатор. В ее работе используется солнечная энергия. В воздуховоде размещены испаритель холодильного агрегата и вентилятор. Установка также содержит систему для озонирования воды, получаемой в результате работы установки.

Установка работает следующим образом. За счет электроэнергии, получаемой от солнечных батарей, холодильный агрегат производит холод, который выделяется на теплообменнике-испарителе. Влажный воздух с помощью вентилятора продувается через воздуховод, в котором расположен испаритель. В результате контакта с поверхностью теплообменника-испарителя воздух охлаждается, содержащийся в нем пар становится насыщенным, частично конденсируется на поверхности теплообменника и стекает в водосборник, откуда вода поступает в специальную емкость, где происходит обеззараживание воды путем озонирования. Патент RU 2185482, дата публикации 25.07.2000 г.

Недостатком данной установки являются большие энергозатраты и низкая производительность.

Отметим, что концентрация паров воды в атмосфере тех областей Земли, где эффективны такие системы получения пресной воды, изменяется от 10 г/л до 25 г/л. При этом извлекается не вся влага. Если предположить, что будет извлекаться 1 г из кубометра воздуха, то для получения 1 литра воды потребуется прокачать 1000³ м воздуха. При скорости прокачки 10 м/с и площади конденсатора, перпендикулярной потоку воздуха, равной 0,252, потребуется около 7 минут. Время контакта воздуха с охлаждающей поверхностью достаточно короткое, а эффективность работы конденсаторов влаги определяется интенсивностью теплообмена между хладоагентом, находящимся внутри металлических трубок конденсаторов, и потоком обтекающего его влажного воздуха. Повышение эффективности теплообмена достигается за счет оребрения трубок конденсатора. Однако при этом значительно увеличивается расход энергии вентилятора на турбулизацию потока, а на ребрах и местах их соединения с трубками конденсатора помимо влаги оседает микроскопическая пыль, в результате чего образуется субстрат, на котором развивается микрофлора и который может содержать токсичные вещества, поступающие вместе с пылью.

Последнее обстоятельство требует проведения регламентных работ по очистке конденсирующей поверхности конденсатора, чему препятствует сильная развитость сребренной поверхности и наличие множества мест на стыках ребер и трубок, где скапливается субстрат. Использование озонатора не может решить проблему полной очистки воды, получаемой в системе, от токсичных веществ (в частности, тяжелых металлов) и микроорганизмов, которые могут содержаться в кусочках микровзвеси, срываемой с конденсатора влаги. Нанесение антибактерицидных покрытий недопустимо, так как вода далее используется в качестве питьевой.

Задачей изобретения является увеличение эффективности работы установки за счет уменьшения затрат энергии на холодильную установку и улучшение качества получаемой пресной воды за счет создания условий, неблагоприятных для роста микрофлоры на стенках теплообменника, без снижения эффективности работы установки.

Технический результат достигается тем, что в установку для получения биологически чистой пресной воды при конденсации влаги из атмосферного воздуха, содержащую солнечные батареи, водосборник, воздуховод, вентиляционную систему и конденсатор, введен в качестве конденсатора автомобильный радиатор из нержавеющей стали.

Указанный технический результат достигается посредством установки для получения чистой пресной воды при принудительной конденсации влаги из воздуха, состоящая из воздуховода, вентиляционной системы и конденсатора, при этом установка содержит два герметичных короба (верхний и нижний), в которых находится испаритель; верхний короб закрыт стеклом, имеет три пластмассовых трубы: две диаметром 100 мм, одна из которых соединена с центробежным воздушным насосом, и третью для водопроводной воды диаметром 15 мм; в нижний короб входят две пластмассовые трубы диаметром 100 мм из верхнего короба, а также две водопроводные трубы диметром 15 мм одна из верхнего короба, а другая диаметром 15 мм от водопроводной линии; внутри нижнего короба установлен радиатор, в который входит одна водопроводная труба и выходит другая; одна труба соединена с водопроводной линией краном, а другая соединена с коробом и вентилем; внутри верхнего короба эта труба имеет множество мелких отверстий для распыления водопроводной воды по дну верхнего короба, при этом в качестве радиатора использован автомобильный водяной радиатор с заглушками, в рабочем состоянии верхний короб установлен с наклонном в сторону солнечной стороны на некоторой высоте (примерно 1-2 метра), под ним в углублении (примерно 0,5 м) установлен нижний короб, который должен быть в тени. В качестве пластмассовых труб (воздуховодов) использованы полипропиленовые канализационные трубы с угловыми соединениями; в качестве центробежного воздушного насоса может быть использован насос для поддержания давления в надувных аттракционах. Причем использован иной принцип работы, а именно принудительный принцип испарения влаги под действием солнечного тепла и ее конденсация. В качестве исходного сырья применяется водопроводная вода, имеющая меньшую температуру, чем окружающий воздух и в качестве конденсатора применяется автомобильный радиатор.

Положительный эффект достигается за счет того, что герметичная, остеклованная испарительная камера нагревается солнечной энергией повышающей испарение воды, что совместно с автомобильным радиатором, значительно увеличивает эффективность установки.

На рис. 1 представлена схема установки, поясняющая сущность изобретения.

Устройство содержит: 1 - резервуар для чистой воды; 2 - кран подачи водопроводной воды; 3 - конденсатор (автомобильный радиатор); 4 - прямой воздуховод; 5 - дно верхнего короба; 6 - стеклянная крышка верхнего короба; 7 - центробежный воздушный насос; 8 - труба с множеством отверстий; 9 - кран подачи воды в испаритель; 10 - обратный воздуховод; 11 - труба подачи воды; 12 - кран выпуска чистой воды; 13 - верхний короб.

Предлагаемая установка конструктивно состоит из: 2-х коробов, в которых находятся испаритель (13) и конденсатор (1). Короба изготовлены из оцинкованной жести толщиной 0,5 мм. Верхний короб (13) закрыт стеклом (6) и имеет размеры 1000×1200×40 мм. Короб имеет три отверстия, в которые входят две пластмассовые трубы (4, 10) диаметром 100 мм (для прокачки воздушно-капельной смеси) и одна труба для подачи водопроводной воды диаметром 15 мм, короб полностью герметичен. Труба (7) соединена с центробежным воздушным насосом. Нижний короб (1) полностью изготовлен из оцинкованной жести толщиной 0,5 мм, имеет размеры 900×900×40 мм, герметичен. В короб входят две пластмассовые трубы (10, 4) диаметром 100 мм из верхнего короба (13), также в короб входят две водопроводные трубы диметром 15 мм одна (11) из верхнего короба, а другая диаметром 15 мм от водопроводной линии (2). С одной стороны нижний короб (1) имеет сливное отверстие с краном (12). Внутри короба (1) установлен радиатор (3), в который входит водопроводная труба (2) и выходит другая водопроводная труба (11). Труба (2) соединена с водопроводной линией краном. Труба (11) соединена с коробом (6) вентилем (9), далее внутри верхнего короба (13) эта труба (8) имеет множество мелких отверстий для распыления водопроводной воды по дну (5) верхнего короба (13). В качестве радиатора (3) используется автомобильный водяной радиатор с заглушками. В рабочем состоянии верхний короб (13) устанавливается с наклоном в сторону солнечной стороны на некоторой высоте (примерно 1-2 м), под ним в углублении (примерно 0,5 м) устанавливается короб (1), который должен быть в тени. В качестве пластмассовых труб (воздуховодов) используются полипропиленовые канализационные трубы с угловыми соединениями, это позволяет тщательно герметизировать все соединения. В качестве центробежного воздушного насоса 7 можно использовать насос для поддержания давления в надувных аттракционах.

Установка работает следующим образом: водопроводная вода через кран 2 и автомобильный радиатор 3 поступает через кран 9 в верхний короб 13, который нагревается солнечными лучами. Верхний короб 13 накрыт стеклом 6 и при солнечной погоде вода на дне 5 короба 13 нагревается до 80°С. Далее, эта насыщенная влагой воздушная смесь отсасывается насосом 7 в нижний короб 1, который расположен в тени или утоплен в земле для теплоизоляции. Насыщенная воздушная смесь проходит через автомобильный радиатор, внутри которого холодная водопроводная вода и влага конденсируется на стенках радиатора. Так как внутри радиатора находится проточная водопроводная вода температурой примерно 20°С, то температура в нижнем коробе 1 не будет сильно повышаться. Собранная чистая вода периодически выпускается через кран 12. Центробежный вентилятор 7 мощностью 200 Вт питается от солнечной батареи (на рис. 1 не показан). По теории, при 80°С в одном куб. м влажного воздуха содержится 80 г воды. Если будет конденсироваться 10% этой воды, то при производительности насоса в 200 куб. м в час получим 1600 мл в час, а за световой день, 16 л чистой воды.

Таким образом, установка позволит получать экологически чистую воду, используя энергию солнца и принудительную конденсацию из воздушно-капельной смеси.