Установка для отримання води з повітря

1.Установка для отримання води з повітря, яка включає водовідвідні канали, накопичувач для зберігання води та трубу, яка відрізняється тим, що труба виконана у вигляді башти, навколо якої розміщені водовідвідні канали, виконані у вигляді спіралеподібної труби, по якій вода стікає в накопичувач для зберігання води, стовбур башти та вбудовані в ньому аеродинамічні пристрої, виконані у вигляді трубок Вентурі, встановлених таким чином, що внутрішня трубка ширшою основою розміщена в вузькому перерізі зовнішньої, причому зовнішня поверхня башти виконана з теплоз 3 зокрема холодильники на основі елементів Пельтьє. Найбільш важливою перевагою конденсаторів води з примусовим охолодженням поверхні є можливість використання цих пристроїв для конденсації води при будь-якій температурі в атмосфері, у тому числі при температурі повітря вище за точку роси. Іншими словами, ці установки можна експлуатувати у будь-який час доби. Проте ККД використання підведеної енергії до подібних пристроїв дуже низький. Природно, такі пристрої в інженерному відношенні громіздкі, металоємнісні і нетранспортабельні. Відомо пристрій для одержання води з парів атмосфери, що містить елементи, що конденсують, підставу, водовідвідний жолоб, в якому елементи, що конденсують, виконані у вигляді етажерки з металу з високою теплопровідністю, наприклад з міді, у вигляді гофрованих листів з діаметром хвилі d  10cм, установлених попарно один проти одного на віддаленні найближчих сусідів (3-5)d і нахилених до осі симетрії під кутом менше 20°, покритих тонким молекулярним шаром гідрофільної речовини (речовини, що змочується водою) темного кольору, наприклад силікатним склом, причому водовідвідний жолоб розміщений уздовж осі симетрії системи І кріпиться до підстави, до якої прикріплені гофровані листи, а підстава виконана у вигляді металевих стійок темного кольору, установлених вертикально (Патент України №48999, МПК Е03В 3/00, 12.04.2010, Бюл. № 7, 2010 p.). Недоліками даного пристрою є низька ефективність і великі розміри пристрою. Також даним пристрій використовується лише в місцях, де повітря насичене вологою від морів та океанів. Відомий спосіб виробництва води з повітря і пристрій для його здійснення, в якому сформований щонайменше одним вентилятором потік вологого повітря охолоджують у першому теплообміннику проміжним теплоносієм і в охолоджуючому елементі холодильної машини до температури нижче точки роси з подальшим відведенням сконденсованої води, далі потік повітря нагрівають у другому теплообміннику проміжним теплоносієм і в елементі холодильної машини, призначеному для відведення тепла, при цьому витрати проміжного теплоносія І вологого повітря можуть регулюватися одночасно або послідовно в залежності від кліматичних параметрів атмосферного повітря, при охолодженні вологого повітря нижче температури замерзання води напрямок потоку вологого повітря періодично змінюють, спрямовуючи його спочатку у випарник холодильної машини, призначений для відводу тепла, а потім в конденсатор, при цьому сконденсовану воду очищають, фільтрують і мінералізують (Патент РФ №2151973, МПК F25B 30/02, F24F 3/14, опубл. 27.06.2000). Установка, що працює використовуючи даний спосіб, дозволяє підвищити продуктивність по виходу води, причому очищеної, але в ній не повною мірою використовувана енергія, що витрачається на конденсацію вологи з навколишнього повітря. Використовуючи ефекти, засновані на різниці мас холодного і теплого повітря, можна підвищити ефективність пристрою, а також відмовитися від 58565 4 пристосувань, що направляють потік атмосферного повітря (вентиляторів). Відома установка для отримання прісної води з вологого повітря, що містить сонячні батареї, холодильний агрегат, водозбірник і повітровід з розташованим в ньому вентилятором. Дана установка забезпечена термоізольованою ємністю, в повітроводі встановлені теплообмінникконденсатор і краплевловлювач, термоізольовані ємність через гідронасос і вентиль з'єднана трубопроводами з холодильним агрегатом і теплообмінником-конденсатором, до якого підключено джерело статичної напруги ( Патент РФ №2056479, МІЖ Е03В3/28, опубл. 20.03.1996 p.). Установка працює таким чином. У світлий час доби електроенергія від сонячних батарей поступає на холодильний агрегат, який виробляє холод. За допомогою вентиля холодильний агрегат підключається до термоізольованої ємкості. Рідина, що знаходиться в ній, за допомогою гідронасоса прокачується через холодильний агрегат І охолоджується, в результаті в термоізольованій ємкості акумулюється холод. Потім термоізольована ємкість за допомогою вентиля відключається від холодильного агрегату і підключається до теплообмінникаконденсатора. Коли вологість повітря досягає величини, близької до 100%, включається гідронасос і вентилятор. З їх допомогою холодна рідина і вологе повітря пропускаються через конденсатор. Водяна пара, що міститься в повітрі, конденсується на його поверхні, а краплі, що знаходяться в нім, уловлюються каплевловлювач і захоплена волога стікає у водозбірник. Недоліками даної установки є великі капітальні, експлуатаційні та енергетичні витрати при використанні холодильного агрегату, який використовує у вигляді холодоагенту екологічно шкідливий фреон. Крім того, постійна робота вентилятора для подачі вологого повітря значно збільшує енергетичні витрати та знижує ефективність всього процесу. Відома установка для отримання прісної води з вологого повітря (Патент РФ N 2131000, МПК ЕОЗВЗ/28, B01D5/00, опубл. 27.05.1999 p.). Вона містить акумулятор холоду, повітровід і водозбірник, також в неї введені теплові труби, сонячний колектор і сполучений з ним нагрівач повітря, а акумулятор холоду виконаний з твердого матеріалу, що розташованого на водозбірнику і утворює об'єм з великою внутрішньою конденсаційною поверхнею і хорошою проникністю для повітряних потоків, повітровід виконаний у вигляді витяжної труби, розташованою над акумулятором холоду, усередині якої знаходиться нагрівач повітря, і повітряних каналів, розташованих в нижній частині акумулятора холоду, в якому також знаходяться ребристі кінці теплових труб, при цьому інші ребристі кінці розташовані в повітрі. Установка працює таким чином. За рахунок електроенергії, що одержується від сонячних батарей, холодильний агрегат робить холод, який виділяється на теплообміннику-випарнику. Вологе повітря за допомогою вентилятора продувається через повітровід, в якому розташований випарник. В результаті контакту з поверхнею теплообмІнни 5 ка-випарника повітря охолоджується, а пара, що міститься в нім, стає насиченою, частково конденсується на поверхні теплообмінника і стікає у водозбірник. Недоліком установки є те, що рух потоку повітря відбувається в невеликому проміжку часу, оскільки вода в системі колектор-радіатор швидко охолоне із-за обтікання холодного, нічного повітря і колектора, і радіатора. А так само із-за великої теплопередачі корпусу установки і теплообмінників, включених в "акумулятор холоду", швидко встановиться баланс температур усередині і поза установкою. Це повністю зупинить конденсацію. У денний час температурний баланс зберігатиметься з підвищенням температури атмосфери. Система колектор-радіатор створює рух повітря, але при рівності температур потоку і наповнювача створити температуру точки роси не представляється можливим. Відомо пристрій для конденсації води з атмосфери (Патент РФ № 2349714, МПК ЕОЗВЗ/28, опубл. 20.03.2009 р.). В роботу даного пристрою введено спосіб інтенсифікації процесу конденсації молекул води на елементах конденсації; а саме в об'ємі пристрою використовуються неоднорідні електричні поля певної геометрії. Ця ідея конкретно реалізується в тому, що елементи конденсації пристрою конструктивно виконуються з тонкої діелектричної плівки. Кожен елемент має прямокутну форму і складається з двох склеєних плівок, між якими розміщені різнойменні електричні заряди або мікродроти, які підключаються до електричного генератора знакозмінних імпульсів. Крім того, елементи конденсації змонтовані в загальному блоці на каркасі, складеному з тонкостінних титанових і полімерних трубок, пристрій має двошарову оболонку, закріплену на каркасі і покриваючу пристрій, при цьому зовнішня оболонка, яка знімається, має світловідбиваюче плівкове покриття, а внутрішня оболонка виконана з тонкої міцної діелектричної сітки для захисту від пилу і комах, а під елементами конструкції встановлений збиральний конус для води, у вершині якого, оберненій вниз, є отвір із закріпленою в ньому трубкою з фільтром для відведення води в накопичувач. Пристрій функціонує таким чином. Як модуль конденсації використовують набір паралельно натягнутих мікродротів, покритих гідрофільною плівковою ізоляцією. На дроти подають імпульсні електричні потенціали від зовнішнього генератора. Потік атмосферного повітря, що містить пари води і мікрокрапельки туману при температурі поблизу точки роси, проходить через періодичні проміжки між модулями у блоці конденсації, тобто рухається в неоднорідних градієнтних електричних полях між модулями. Неоднорідні електричні поля, пронизуючи увесь об'єм блоку конденсації, взаємодіють з електричними диполями молекул води і мікрокрапельками туману. У цій взаємодії виникають сили, які підтягують молекули води і мікрокрапельки туману до плівкової поверхні модулів, концентруючи тим самим їх щільність осіданням на плівкові поверхні цих модулів. Зростаючі крапельки води стікають з поверхні модулів під дією тяжіння в спільний накопичувач. Недоліком даного пристрою є 58565 6 малі виробничі потужності І велика вартість отриманої води. Відомо установку для отримання очищеної прісної води, яку обрано за прототип ( Патент РФ №2169236, МПК Е03В3/00, C02F1/12, F25D1/00, опубл. 20.06.2001 p.), що містить водозбірник, повітропровід з розташованим в ньому вентилятором, теплообмінник-конденсатор, краплевловлювач. В даній установці теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді вакуумної ємності, з'єднаної через терморегулюючий вентиль і вентиль з ємністю для води і з іншого боку з вакуумним насосом високого вакууму, конденсатором і насосом низького вакууму, при цьому конденсатор через вентиль з'єднаний з ємністю для води, причому в нижній частині теплообмінника-конденсатора розміщено збірну порожнину, яка з'єднана зливним патрубком з водозбірником. Також вентилятор розташований над теплообмінникомконденсатором і електрично зв'язаний з датчиком швидкості повітря і на зовнішній поверхні вакуумної ємності теплообмінника-конденсатора радіально встановлені по всій висоті штирі, для конденсації. Недоліком даної установки є наявність гідронасосу, вентилятора та інших електричних пристроїв, що забезпечують роботу даної установки, і які потребують постійних затрат електричної енергії, що знижує ефективність всього процесу та підвищує вартість отриманої води. При цьому зазначений недолік часто ускладнюється відсутністю електрики в місцях гострого дефіциту прісної води. Виходячи з наведеного, спільним у запропонованій корисної моделі і у відомих аналогів є тільки те, що у всіх рішеннях спільними ознаками є: повітроводи, водовідвідні канали, водозбірники. В основу корисної моделі поставлена задача створити установку для отримання води з повітря, в якій за рахунок введення нових елементів в її конструкцію та використання ефекту електростатичного осадження водяних парів з попередньою іонізацією молекул повітря досягається підвищення ефективності одержання прісної води, зниження енерговитрат та вартості отриманої прісної води. Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано установку для отримання води з повітря, яка включає водовідвідні канали, накопичувач для зберігання води та трубу, в якій згідно корисної моделі труба виконана у вигляді башти, навколо якої розміщені водовідвідні канали, виконані у вигляді спіралеподібної труби, по якій вода стікає в накопичувач для зберігання води, стовбур башти та вбудовані в ньому аеродинамічні пристрої виконані у вигляді трубок Вентурі, встановлених таким чином, що внутрішня трубка ширшою основою розміщена в вузькому перерізі зовнішньої, причому зовнішня поверхня башти виконана з теплозберігаючого матеріалу, і в верхній частині оснащена дефлектором, а в нижній частині трубою Вентурі у вигляді порожнистого зрізаного конуса, широка основа якого розміщена в вузькому перерізі внутрішньої трубки, а менша основа з'єднана з щонайменше одним турбогенератором, які розміщені в звукоізольованому приміщенні в основі установки, причому несучі стіни башти, які викона 7 58565 ні у вигляді стінових підпір з термостійкою покрівлею, в своїй нижній частині містять щонайменше один повітрозабірник. В іншій конкретній формі виконання установка додатково оснащена електростатичними вловлювачами заряджених молекул повітря та високовольтним обладнанням для систем збудження та підтримки стабільних стримерних розрядів в пристроях. Суть корисної моделі пояснюється малюнком, де на Фіг.1 наведено установку для отримання води з повітря в розрізі. Установка для отримання води з повітря включає, водовідвідні канали 1, які виконані у вигляді спіралеподібної труби, накопичувач для зберігання води 2, трубу, яка виконана у вигляді башти 3, вбудований аеродинамічний пристрій у вигляді трубок Вентурі 4, встановлених таким чином, що внутрішня трубка ширшою основою розміщена в вузькому перерізі зовнішньої труби – башти 3, причому зовнішня поверхня башти виконана з теплозберігаючого матеріалу, і в верхній частині оснащена дефлектором 5, а в нижній частині трубою Вентурі у вигляді порожнистого зрізаного конуса 6, широка основа якого розміщена в вузькому перерізі внутрішньої трубки 4, а менша основа з'єднана з турбогенератором 7, який розміщений в звукоізольованому приміщені в основі установки. Для захисту від шуму біля джерела шуму встановлюють звукоізоляційну камеру 8. Несучі стіни башти виконані у вигляді стінових підпір з термостійкою покрівлею 9 і в своїй нижній частині містять повітрозабірники повітря 10. Також установка оснащена електростатичними вловлювачами заряджених молекул повітря 11 та високовольтним обладнанням для систем збудження та підтримки стабільних стримерних розрядів в пристроях 12, які встановлені у верхній частині башти 3. Установка працює таким чином. Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 За рахунок різниці температур і тисків повітря на вході в башту 3 біля повітрозабірників 10 та і на виході з неї, в башті 3 створюється природна тяга, що зумовлює всмоктування повітря в башту та рух теплого повітря вверх. Обертання турбогенератора 7 здійснюється за рахунок вакууму в трубі 6, який створюється в трубі 4 при піднятті теплого повітря, і також за рахунок відсмоктування повітря з башти при вітрі дефлектором 5. Також підіймаючись по башті потік повітря проходить зону іонізації, створену системою збудження та підтримки стабільних стримерних розрядів 12 і внаслідок цього молекули води, що знаходяться в повітрі, набувають негативного або позитивного заряду. Далі повітряний потік попадає в електричне поле, яке створене електростатичними вловлювачами 11. В результаті взаємодії даного електричного поля і заряджених молекул води, виникають сили, що притягують позитивно заряджені молекули до негативно заряджених пластин електростатичних вловлювачів 11, а негативно заряджені - до позитивно заряджених пластин. Відбувається інтенсивна конденсація вологи і створений конденсат по водовідвідним каналам 1 попадає в накопичувач для зберігання води 2. Розрахунки показали, що для установки для отримання води з повітря з продуктивністю 81388 м3 води в добу при абсолютній вологості повітря 30 г/м3, необхідно будувати башту висотою 100 м з діаметром несучих стін башти 200 м, в нижнім діаметром основи башти 50 м і з верхнім діаметром башти 20 м, також при таких параметрах потужність турбогенератора буде становити приблизно 10,5 МВт, що повністю забезпечую витрати електроенергії для даної установки. Застосування установки, що заявляється, дозволяє одержувати достатню кількість прісної води з повітря для надійного водозабезпечення прісною питною водою в районах, де відчувається недолік екологічно чистої води за доступною ціною. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601