Автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря
Номер патенту: 103461
Опубліковано: 25.10.2013
Автори: Макаров Артур Ардавасович, Чернов Володимир Олексійович
Формула / Реферат
1. Автономний комплекс для видалення води з атмосферного повітря, що містить прозорий для сонячного випромінювання купол, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який розміщено усередині купола, теплообмінник, розташований нижче поверхні землі, при цьому теплообмінник контактує з джерелом холоду, повітровід, що підводе атмосферне повітря до теплообмінника, резервуар для води, осадженої з атмосферного повітря, який відрізняється тим, що теплонагромаджувач виконаний у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу, при цьому внутрішня поверхня кільцеподібного тіла розташована усередині купола, а зовнішня - повністю охоплена повітроводом, який розташовано концентрично щодо останнього, основа купола оснащена навісом, який охоплює її по периферії та розташований над поверхнею землі з утворенням вхідної кільцевої щілини для надходження атмосферного повітря, а як джерело холоду використовується підземний охолоджувальний басейн, заповнений охолоджувальною рідиною та розміщений під куполом, у центральній робочій зоні якого встановлений теплообмінник.
2. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що кільцеподібне тіло теплонагромаджувача виконане з високотеплопровідного матеріалу та розділяє внутрішню порожнину купола на верхню та нижню камери, при цьому об'єм нижньої камери належить до об'єму верхньої камери, щонайменше як 1:2.
3. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що прохідний переріз (Q) повітроводу, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, визначається наступною залежністю:
0,8d2<Q<1,6d2, (1)
де d - діаметр вертикальної витяжної труби, м.
4. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що центральна робоча зона охолоджувального басейну має вигляд замкненої кільцевої водойми.
5. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що центральна робоча зона охолоджувального басейну виконана у формі
кільцеподібної водойми, а охолоджувальний басейн має форму багатопроменевої зірки, що містить n радіально розташованих променів для циркуляції в них охолоджувальної рідини, де
1£n<13, (2)
при цьому поперечний переріз кожного променя має максимальну величину в місці примикання до кільцеподібної водойми та мінімальну величину в зоні максимального віддалення від останньої, а розміри променя визначаються наступними залежностями:
0,25D<B<1,05D (3)
0,8В<L< 5,0В, (4)
де
D - діаметр центральної робочої зони охолоджувального басейну, м;
В - ширина променя в плані, м;
L - довжина променя, м,
при цьому кожний промінь виконаний у вигляді каскаду сполучених східчастих ємностей, кожна з яких, при видаленні від центральної робочої зони, має меншу глибину залягання щодо поверхні землі, при цьому середня глибина залягання охолоджувального басейну відповідає глибині залягання шарів ґрунту, які стабільно мають найменшу температуру в вибраному регіоні розміщення автономного комплексу.
6. Автономний комплекс за кожним з вище зазначених пп. 1-5, який відрізняється тим, що теплообмінник термоізольований від охолоджувального басейну.
7. Автономний комплекс за кожним з вищезазначених пунктів 1-6, який відрізняється тим, що як охолоджувальна рідина використовується охолоджувальна вода.
Текст
Реферат: Винахід належить до галузі водопостачання, а саме до засобів добування води з атмосферного повітря в об'ємах, достатніх для забезпечення мешканців у районах пустель та напівпустель питною водою. Автономний комплекс для видалення води з атмосферного повітря містить прозорий для сонячного випромінювання купол, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який розміщено усередині купола, теплообмінник, розташований нижче поверхні землі, при цьому теплообмінник контактує з джерелом холоду, повітровід, що підводе атмосферне повітря до теплообмінника, резервуар для води, осадженої з атмосферного повітря, при цьому теплонагромаджувач виконаний у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу, при цьому внутрішня поверхня кільцеподібного тіла розташована усередині купола, а зовнішня - повністю охоплена повітроводом, який розташовано концентрично щодо останнього, основа купола оснащена навісом, який охоплює її по периферії та розташований над поверхнею землі з утворенням вхідної кільцевої щілини для надходження атмосферного повітря, а як джерело холоду використовується підземний охолоджувальний басейн, заповнений охолоджувальною рідиною та розміщений під куполом, у UA 103461 C2 (12) UA 103461 C2 центральній робочій зоні якого встановлений теплообмінник. Технічним результатом винаходу є досягнення високої продуктивності та надійності автономного комплексу для виділення води з атмосферного повітря. Автономний комплекс є екологічно чистим устаткуванням, яке працює за рахунок сонячного випромінювання та не вимагає додаткових джерел енергії. UA 103461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі водопостачання, а саме до засобів добування прісної води з атмосферного повітря в об'ємах, достатніх для забезпечення мешканців у районах пустель та напівпустель питною водою. Відома установка для виділення води з атмосферного повітря, яка містить прозорий для сонячного випромінювання корпус, встановлений над поверхнею землі та оснащений вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який виконано у вигляді плоских панелей з нержавіючої сталі з внутрішніми каналами для охолоджувальної рідини, при цьому теплонагромаджувач контактує з джерелом холоду (див. патент РФ № 2256036, МПК Е03В 3/28, опубл. 10.07.2005р.). Установка оснащена комплектом сонячних батарей для перетворення сонячної енергії в електричну та комплектом сонячних колекторів для нагрівання теплонагромаджувача. Як джерело холоду використовуються ємності, які заповнені охолоджувальною рідиною. При цьому ємності розташовані в товщі ґрунту за межами основи установки. Установка також містить насосну та акумуляторні станції, а також систему автоматичного керування. Недоліками відомої установки є низька ефективність виділення води з атмосферного повітря та висока енергоємність установки, що обумовлено необхідністю перекачування охолоджувальної рідини з ємностей, які заповнені охолоджувальною рідиною, через панелі теплообмінника, що вимагає постійних витрати енергії для живлення насосної станції, що суттєво погіршує технологічні показники відомої установки. Недоліками відомої установки також є її висока вартість, що обумовлено значними матеріальними витратами, пов'язаними з використанням коштовних сонячних батарей та сонячних колекторів, а також складність в обслуговуванні та ремонті, які викликані наявністю електронного обладнання в системі автоматичного керування, що забезпечує перехід з денного на нічний режим роботи установки. Відомий автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря, що містить прозорий для сонячного випромінювання купол, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який розміщено усередині купола, теплообмінник, розташований нижче поверхні землі, при цьому теплообмінник контактує з джерелом холоду, повітровід, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, резервуар для води, осадженої з атмосферного повітря (див. Євразійську заявку № 200701238, МПК Е03В 3/28, опубл. 28.02.2008 г.). Теплообмінник являє собою систему повітряних фільтрів, яка розташована усередині повітроводу, яка призначена для збору осадженої води з атмосферного повітря. Як джерело холоду використовується ґрунт або охолоджувальна рідина, що оточує теплообмінник. Теплонагромаджувач виконаний у вигляді півсфери, яка розташована таким чином, що її робоча поверхня, яка звернена до сонця та сприймає сонячну енергію, еквідистантна поверхні купола. При цьому потік охолодженого в теплообміннику атмосферного повітря повністю омиває поверхню теплонагромаджувача перед своїм надходженням у витяжну трубу. Таким чином, шлях потоку атмосферного повітря усередині автономного комплексу подовжується, що призводить до збільшення опору потоку атмосферного повітря та погіршенню аеродинамічного режиму роботи автономного комплексу. Недоліками відомого автономного комплексу є низька ефективність видобування води з атмосферного повітря, що обумовлено недостатнім градієнтом температур у зоні розміщення теплообмінника. Зазначений недолік обумовлений тим, що повітровід, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, який розташований у товщі ґрунту, призводить до охолодження атмосферного повітря, яке підводиться до теплообмінника, а також призводить до зниження продуктивності теплообмінника. Іншим недоліком відомого автономного комплексу є відсутність додаткового підігріву засмоктуваного атмосферного повітря у повітровід, що також знижує продуктивність теплообмінника. Ще одним недоліком відомого автономного комплексу є підвищений аеродинамічний опір руху атмосферного повітря в результаті розміщення теплонагромаджувача усередині купола таким чином, що він (теплонагромаджувач) перешкоджає прямолінійному руху атмосферного повітря в напрямку витяжної труби. Такий рух атмосферного повітря, яке пройшло через теплообмінник та охолонуло у ньому, призводить до додаткового охолодження теплонагромаджувача потоком охолодженого атмосферного повітря, який проходить усередині купола та призводить до зниження температури теплонагромаджувача, який нагрівається під впливом сонячного випромінювання. Задачею даного винаходу є створення автономного комплексу для виділення води з атмосферного повітря, який характеризується високою продуктивністю, надійністю та ефективністю. 1 UA 103461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Також задачею даного винаходу є розширення арсеналу технічних засобів, які використовуються для виділення води з атмосферного повітря. Інші задачі та переваги даного винаходу будуть виявлені нижче у міру викладу даного опису та надання креслень. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому автономному комплексі для виділення води з атмосферного повітря, що містить прозорий для сонячного випромінювання купол, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який розміщено усередині купола, теплообмінник, розташований нижче поверхні землі, при цьому теплообмінник контактує з джерелом холоду, повітровід, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, резервуар для води, осадженої з атмосферного повітря, згідно з винаходом, що заявляється, теплонагромаджувач виконаний у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно купола, при цьому внутрішня поверхня кільцеподібного тіла розташована усередині купола, а зовнішня - повністю охоплена повітроводом, який розташовано концентрично щодо останнього, основа купола постачена навісом, який охоплює ії по периферії та розташований над поверхнею землі з утворенням вхідної кільцевої щілини для надходження атмосферного повітря, а у як джерело холоду використовується підземний охолоджувальний басейн, заповнений охолоджувальною рідиною та розміщений під куполом, у центральній робочій зоні якого встановлений теплообмінник. Виконання теплонагромаджувача у вигляді кільцеподібного тіла, яке розташовано співвісно куполу, забезпечує безперешкодне проходження потоку атмосферного повітря через внутрішню порожнину кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу, у вертикальну витяжну трубу, що дозволяє знизити аеродинамічний опір потоку атмосферного повітря та забезпечити ефективний аеродинамічний режим роботи автономного комплексу. У результаті того, що зовнішня поверхня кільцеподібного тіла повністю охоплена повітроводом, який розташовано концентрично щодо кільцеподібного тіла, забезпечується, з однієї сторони, ізоляція теплонагромаджувача від масиву ґрунту, що дозволяє забезпечити його теплоізоляцію та зберегти накопичене тепло, а, з іншого боку, підвести додаткове тепло від потоку атмосферного повітря при його проходженні по повітроводу, у результату контакту із зовнішньою поверхнею кільцеподібного тіла. Як джерело холоду використовується підземний охолоджувальний басейн, у центральній робочій зоні якого встановлений теплообмінник, який дозволяє забезпечити циркуляцію охолоджувальної рідини в охолоджувальному басейні, за рахунок градієнта температур між шарами рідини, які прилягають до теплообмінника та контактують з масивом ґрунту, який розташовано нижче поверхні землі. Оснащення основи купола навісом, який охоплює його по периферії та який розташований над поверхнею землі з утворенням вхідної кільцевої щілини, дозволяє забезпечити додатковий підігрів атмосферного повітря, яке надходить у повітровід, і тим самим збільшити градієнт температур у теплообміннику, що дозволяє збільшити продуктивність автономного комплексу, що заявляється. У окремому варіанті виконання кільцеподібне тіло теплонагромаджувача виконане з високотеплопровідного матеріалу та розділяє внутрішню порожнину купола на верхню та нижню камери, при цьому об'єм нижньої камери відноситься до об'єму верхньої камери, щонайменше як 1:2. У окремому варіанті виконання прохідний переріз (Q) повітроводу, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, визначається наступною залежністю: 2 2 0,8d < Q < 1,6d , (1) де d - діаметр вертикальної витяжної труби, м. У окремому варіанті виконання центральна робоча зона охолоджувального басейну має вигляд замкненої кільцевої водойми. У окремому варіанті виконання центральна робоча зона охолоджувального басейну виконана у формі кільцеподібної водойми, а охолоджувальний басейн має форму багатопроменевої зірки, що містить n радіально розташованих променів для циркуляції в них охолоджувальної рідини, де (2) 1 n < 13, при цьому поперечний переріз кожного променя має максимальну величину в місці примикання до кільцеподібної водойми та мінімальну величину в зоні максимального віддалення від останньої, а розміри променя визначаються наступними залежностями: 0,25D < B < 1,05D (3) 2 UA 103461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0,8В < L < 5,0В, (4) де D - діаметр центральної робочої зони охолоджувального басейну, м; В- ширина променя в плані, м; L - довжина променя, м, при цьому кожний промінь виконаний у вигляді каскаду сполучених східчастих ємностей, кожна з яких, у міру видалення від центральної робочої зони, має меншу глибину залягання щодо поверхні землі, при цьому середня глибина залягання охолоджувального басейну відповідає глибині залягання шарів ґрунту, які стабільно мають найменшу температуру в вибраному регіоні розміщення автономного комплексу. У окремому варіанті виконання теплообмінник термоізольований від охолоджувального басейну. У окремому варіанті виконання як охолоджувальна рідини використовується охолоджувальна вода. При розгляді варіантів здійснення даного винаходу використовується вузька термінологія. Однак, справжній винахід не обмежується прийнятими термінами та слід мати на увазі, що кожний такий термін охоплює всі еквівалентні ознаки, які працюють аналогічним образом і використовуються для рішення тих же завдань. На кресленнях, які додаються до дійсного винаходу, показаний автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря, що заявляється: а саме: на Фіг. 1 показано загальний вид комплексу, на Фіг. 2 - переріз Б-Б Фіг. 1; на. Фіг. 3 - переріз В-В фіг. 4; на Фіг. 4 – переріз Г-Г Фіг. 3. Автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря, містить прозорий для сонячного випромінювання купол 1, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою 2, яка примикає до його вершини. Теплонагромаджувач 3 розміщений усередині купола 1. Повітровід 4 використовується для підводу атмосферного повітря до теплообмінника 5. Резервуар 6 для води, осадженої з атмосферного повітря, розміщений під куполом 1. Теплообмінник 5 розташовано нижче поверхні землі та підключено до повітроводу 4. Теплообмінник 5 контактує із джерелом холоду, у якості якого використовується підземний охолоджувальний басейн 7, заповнений охолоджувальною рідиною та розміщений під куполом 1. При цьому теплообмінник 5 встановлено у центральній робочій зоні охолоджувального басейну 7. Теплонагромаджувач 3 виконано у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу 1. Внутрішня поверхня кільцеподібного тіла, звернена до його осі та розташована усередині купола 1, а зовнішня - повністю охоплена повітроводом 4, який розташовано концентрично відносно теплонакопичувача 3. При цьому теплонакопичувач 3 виконано з високотеплопровідного матеріалу та розділяє внутрішню порожнину купола 1 на верхню 14 та нижню 15 камери, при цьому об'єм нижньої камери 15 належить до об'єму верхньої камери 14, щонайменш як 1:2. Основа купола 1 оснащена навісом 8, який охоплює його по периферії та розташований над поверхнею землі з-утворенням вхідної кільцевої щілини 9 для надходження атмосферного повітря. Прохідний переріз(Q) повітроводу 4, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника 5, визначається наступною залежністю: 2 2 0,8d < Q < 1,6d , (1) де d - діаметр вертикальної витяжної труби 2, м. В окремому варіанті реалізації заявленого автономного комплексу центральна робоча зона охолоджувального басейну 7 має вигляд замкненої кільцевої водойми 10 (Фіг. 2). У переважному варіанті виконання автономного комплексу, що заявляється, центральна робоча зона охолоджувального басейну 7 виконана у вигляді кільцеподібної водойми 11, а охолоджувальний басейн 7 має форму багатопроменевої зірки (Фіг. 4), що містить (n) радіально розташованих променів 12 для циркуляції в них охолоджувальної рідини, де (2) 1 n < 13, при цьому поперечний переріз кожного променя 12 має максимальну величину в місці примикання до кільцеподібної водойми 11 та мінімальну величину в зоні максимального видалення від останньої, а розміри променя 12 визначаються наступними залежностями: 0,25D < B < 1,05D (3) 55 0,8В < L < 5,0В, (4) 3 UA 103461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 де D - діаметр центральної робочої зони охолоджувального басейну 7, м; В - ширина променя 12 у плані, м; L - довжина променя 12, м. Кожний з промінів 12 виконано у вигляді каскаду сполучених східчастих ємностей 13, при цьому кожна наступна східчаста ємність 13, при віддаленні від кільцеподібної водойми 11, має меншу глибину залягання щодо поверхні землі, при цьому середня глибина залягання охолоджувального басейну 7 відповідає глибині залягання шарів ґрунту, які стабільно мають найменшу температуру в вибраному регіоні розміщення автономного комплексу. Автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря працює в такий спосіб. У південних районах земної кулі, особливо в зоні пустель і напівпустель, температура атмосферного повітря в денний час при безхмарній погоді піднімається до 40-45 °C. Вихідний вологовміст атмосферного повітря в цих умовах становить 38-45 %. Атмосферне повітря, яке потрапляє через вхідну кільцеву щілину 9 у повітровід 4 переміщується під навісом 8, який охоплює купол 1 по периферії до основи купола 1. Для більш ефективної роботи автономного комплексу навіс 8 пофарбований у чорний колір, що дозволяє забезпечити його максимальне нагрівання та досягання максимальної передачі тепла атмосферному повітрю, яке надходить у повітровід 4. У результаті додаткового нагрівання атмосферного повітря, від передачі тепла атмосферному повітрю від кільцеподібного навісу 8, температура атмосферного повітря, що надходить у повітровід 4 досягає 50-55 °C. Далі нагріте атмосферне повітря стикається із зовнішньою поверхнею кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3, та ізолює його від контакту з масивом ґрунту та частково віддає йому своє тепло, що дозволяє забезпечити додаткове нагрівання теплонагромаджувача 3. При цьому при зниженні температури атмосферного повітря підвищується його вологовміст. Потім повітря надходить у теплообмінник 5, у якому стикається з охолодженими конденсаторними пластинами, установленими на трубчастих елементах (на кресленнях не показані) теплообмінника 5. У результаті проходження уздовж конденсаторних пластин теплообмінника 5 атмосферне повітря охолоджується до температури нижче точки роси, що спричиняє конденсацію води на зазначених пластинах теплообмінника 5. Виділена з атмосферного повітря вода по системі трубопроводів (на кресленнях не показана) надходить у резервуар 6 для води, який розміщено під куполом 1 та накопичується в ньому, а осушене атмосферне повітря спрямовується у витяжну трубу 2. Оскільки теплообмінник 5 встановлено у нижній частині центральної робочої зони охолоджувального басейну 7 та температура охолоджувальної рідини, зокрема охолоджувальної води, в зазначеній робочій зоні є мінімальною, то й температура конденсаторних пластин теплообмінника 5, відповідно, має мінімальне значення (близько 1015 °C). Це активізує процес виділення вологи (конденсування) з атмосферного повітря та підвищує продуктивність автономного комплексу. У процесі конденсації конденсаторні пластини теплообмінника 5 нагріваються та через трубчасті елементи теплообмінника 5, у яких проходить охолоджувальна рідина, передають своє тепло охолоджувальній рідині, яка заповнює охолоджувальний басейн 7. У результаті прилеглі до теплообмінника 5 шари охолоджувальної рідини нагріваються та за рахунок конвекції переміщуються вгору, заміщаючись шарами більш холодної охолоджувальної рідини. Потім шари з більш теплою охолоджувальною рідиною за рахунок різниці щільності з холодною масою охолоджувальної рідини підіймаються уздовж каскаду сполучених східчастих ємностей 13, які утворюють промінь 12, і переміщуються на максимальне віддалення від кільцеподібної водойми 11, Цьому сприяє те, що кожний з променів 12 виконано у вигляді сполучених східчастих ємностей 13, при цьому кожна наступна східчаста ємність 13, при віддаленні від кільцеподібної водойми 11, має меншу глибину залягання щодо поверхні землі. Оскільки величина заглиблення охолоджувального басейну 7 вибрана з урахуванням температури шарів ґрунту, які мають найбільш низьку температуру, то при проходженні каскаду сполучених східчастих ємностей 13 на довжину (L) кожного променя 12, маса охолоджувальної рідини поступово охолоджується до температури навколишнього масиву ґрунту. При цьому максимальне охолодження рідини відбувається в східчастих ємностях 13, які максимально віддалені від центральної робочої зони охолоджувального басейну 7. Завдяки тому, що кожна наступна східчаста ємність 13 при віддаленні від центральної робочої зони має меншу глибину залягання щодо поверхні землі шари більш теплої охолоджувальної рідини досягають зони максимального віддалення щодо центральної робочої зони охолоджувального басейну 7, де охолоджуються до температури навколишнього масиву ґрунту. При цьому їх щільність підвищується та згадані шари опускаються до дна кожної 4 UA 103461 C2 5 східчастої ємності 13 у зворотному напрямку від зони максимального віддалення до кільцеподібної водойми 11. Цим забезпечується циркуляція охолоджувальної рідини, зокрема охолоджувальної води, в охолоджувальному басейні 7. Вибір необхідної кількості (n) променів 12 залежить від зони розміщення автономного комплексу, природного рельєфу, глибини розміщення охолоджувального басейну 7 у навколишньому ґрунті. Кількість (n) променів 12 може складати від одного до дванадцяти, а розміри кожного променя 12 встановлюється проектним шляхом у відповідності з наступними залежностями: 0,25D < B < 1,05D (3) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,8В < L < 5,0В, (4) де D - діаметр центральної робочої зони охолоджувального басейну 7, м; В - ширина променя 12, м; L - довжина променя 12, м, при цьому поперечний переріз кожного променя 12 встановлюється розрахунковим шляхом, залежно від необхідного сумарного обсягу охолоджувальної рідини, що заповнює охолоджувальний басейн 7. Виконання теплонагромаджувача 3 у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу 1, забезпечує безперешкодне проходження атмосферного повітря через внутрішню порожнину кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу 1, до вертикальної витяжної труби 2. Це дозволяє знизити аеродинамічний опір потоку атмосферного повітря усередині автономного комплексу та дозволяє забезпечити ефективний аеродинамічний режим його роботи. У результаті того, що зовнішня поверхня кільцеподібного тіла повністю охоплена повітроводом 4, який розташовано концентрично щодо останнього, забезпечується, з однієї сторони, ізоляція теплонагромаджувача 3 від масиву ґрунту, що дозволяє забезпечити його теплоізоляцію та зберегти накопичене тепло (енергію), а, з іншого боку, підвести додаткове тепло від атмосферного повітря при його проходженні по повітроводу 4, у результаті контакту із зовнішньою поверхнею теплонагромаджувача 3. Виконання навісу 8, який охоплює основу купола 1 по периферії та який розташований над поверхнею землі, з утворенням вхідної кільцевої щілини 9, забезпечує додатковий підігрів атмосферного повітря, яке надходить у повітровід 4. Прохідний переріз (Q) повітроводу 4, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника 5, визначають у відповідності з наступною залежністю: 2 2 0,8d < Q < 1,6d , (1) де d - діаметр вертикальної витяжної труби 2, м. Вибір прохідного перерізу (Q) повітроводу 4 визначає оптимальний аеродинамічний режим роботи автономного комплексу, який пов'язано з: природнім градієнтом температури атмосферного повітря та підземного масиву ґрунту в вибраному регіоні розміщення автономного комплексу, природним рельєфом, розою вітрів у даному районі, проектною висотою вертикальної витяжної труби 2 та іншими факторами. Режим роботи автономного комплексу в денний час здійснюється в такий спосіб. Сонячне випромінювання при безхмарній погоді безперешкодно проникає крізь прозорий купол 1 та впливає на внутрішню поверхню кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3. У результаті чого відбувається підвищення температури теплонагромаджувача 3 та акумулювання тепла в ньому. У той же час нагріте до температури 40-45 °C атмосферне повітря надходить через кільцеву щілину 9, утворену між навісом 8 і поверхнею землі у повітровід 4. Потім, у результаті додаткового нагрівання за рахунок проходження під навісом 8, атмосферне повітря нагрівається до температури 50-55 °C, за рахунок обтікання зовнішньої поверхні кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3, повністю охопленого повітроводом 4, що забезпечує нагрівання теплонакопичувача 3 з боку його зовнішньої поверхні. Це сприяє набору температури теплонакопичувача 3 та акумуляції тепла в ньому. Потім атмосферне повітря надходить у теплообмінник 5, у якому відбувається процес конденсування води, яка міститься в атмосферному повітрі у вигляді водяних парів. У результаті конденсування води здійснюється осадження води на конденсаторних пластинах теплообмінника 5 з наступним накопиченням осадженої води у резервуарі 6 для води. Далі відпрацьоване (зневоднене) атмосферне повітря піднімається у внутрішню порожнину купола 1. Переміщення зневодненого атмосферного повітря забезпечується за рахунок тяги 5 UA 103461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 витяжної вертикальної труби 2. Цим забезпечується його переміщення до виходу труби 2 та викид в атмосферу. У результаті розрядження, створюваного під куполом 1, забезпечується приплив свіжого (вологого) атмосферного повітря через кільцеву щілину 9 і повітровід 4 до теплообмінника 5 і далі усередину автономного комплексу. У такий спосіб забезпечується необхідний аеродинамічний режим роботи автономного комплексу в денний час. Режим роботи автономного комплексу в нічний час. Вночі температура атмосферного повітря біля поверхні землі за рахунок (теплового) радіаційного випромінювання землі зменшується і становить 20-25 °C. Теплонагромаджувач 3, який має температуру більш високу, ніж атмосферне повітря, яке надходить по повітроводу 4, віддає своє тепло потоку атмосферного повітря. Це відбувається як за рахунок обтікання атмосферним повітрям зовнішньої поверхні кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3, так і при проходженні осушеного повітря через внутрішню порожнину кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3. При цьому, за рахунок обтікання зовнішньої поверхні кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3 атмосферне повітря додатково нагрівається, що дозволяє збільшити градієнт температурного поля в теплообміннику 5 і, тим самим, збільшити ступінь виділення води з атмосферного повітря в теплообміннику 5. Вода, сконденсована на конденсаторних пластинах теплообмінника 5, надходить у резервуар 6 для води. При проходженні осушеного повітря через внутрішню порожнину кільцеподібного тіла теплонагромаджувача 3 у вертикальній витяжній трубі 2 створюється потік теплого повітря, що призводить до розрядження під куполом 1 та забезпечує прилив свіжого атмосферного повітря через кільцеву щілину 9 і повітровід 4 усередину автономного комплексу. У результаті встановлюється певний аеродинамічний режим роботи комплексу в нічний час, що дозволяє до повного остигання теплонагромаджувача 3 та вирівнювання його температури з температурою навколишнього атмосферного повітря підтримувати заданий аеродинамічний режим роботи автономного комплексу для забезпечення процесу виділення води з атмосферного повітря. Необхідний градієнт температур між атмосферним повітрям та температурою конденсаторних пластин теплообмінника 5 для ефективного конденсування води повинен становити не менш 20 °C, при вологості повітря 40 %. Тому при зниженні температури атмосферного повітря, яке надходить до теплообмінника 5 не нижче 30 °C робота автономного комплексу забезпечується як у денний так і в нічний час. Зрозуміло, що вище викладені лише найкращі можливі варіанти здійснення даного винаходу. Даний винахід не обмежується варіантами, які були викладені вище та зображені на кресленнях. Автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря, що заявляється, є екологічно чистим устаткуванням, яке працює за рахунок сонячного випромінювання та не вимагає додаткових джерел енергії. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Автономний комплекс для видалення води з атмосферного повітря, що містить прозорий для сонячного випромінювання купол, який встановлено над поверхнею землі та оснащено вертикальною витяжною трубою, яка примикає до його вершини, теплонагромаджувач, який розміщено усередині купола, теплообмінник, розташований нижче поверхні землі, при цьому теплообмінник контактує з джерелом холоду, повітровід, що підводе атмосферне повітря до теплообмінника, резервуар для води, осадженої з атмосферного повітря, який відрізняється тим, що теплонагромаджувач виконаний у вигляді кільцеподібного тіла, розташованого співвісно куполу, при цьому внутрішня поверхня кільцеподібного тіла розташована усередині купола, а зовнішня - повністю охоплена повітроводом, який розташовано концентрично щодо останнього, основа купола оснащена навісом, який охоплює її по периферії та розташований над поверхнею землі з утворенням вхідної кільцевої щілини для надходження атмосферного повітря, а як джерело холоду використовується підземний охолоджувальний басейн, заповнений охолоджувальною рідиною та розміщений під куполом, у центральній робочій зоні якого встановлений теплообмінник. 2. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що кільцеподібне тіло теплонагромаджувача виконане з високотеплопровідного матеріалу та розділяє внутрішню порожнину купола на верхню та нижню камери, при цьому об'єм нижньої камери належить до об'єму верхньої камери, щонайменше як 1:2. 6 UA 103461 C2 5 10 15 20 25 3. Автономний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що прохідний переріз (Q) повітроводу, що підводить атмосферне повітря до теплообмінника, визначається наступною залежністю: 2 2 0,8d
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюChernov Volodymyr Oleksiiovych, Makarov Artur Ardavasovych
Автори російськоюЧернов Владимир Алексеевич, Макаров Артур Ардавасович
МПК / Мітки
МПК: B01D 5/00, F24J 2/42, E03B 3/28
Мітки: виділення, комплекс, води, автономний, атмосферного, повітря
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-103461-avtonomnijj-kompleks-dlya-vidilennya-vodi-z-atmosfernogo-povitrya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Автономний комплекс для виділення води з атмосферного повітря</a>
Попередній патент: Спосіб одержання d-(-)-n,n-діетил-2-(a-нафтокси)пропіонаміду
Наступний патент: Електроакустичний пристрій, пристосований для експлуатації в просторі, заповненому газом
Випадковий патент: Установка для виробництва аміаку