Устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха
Устройство предназначено для получения пресной питьевой воды из атмосферного воздуха в засушливых и пустынных областях, где значительны суточные колебания температуры атмосферы. Устройство содержит нагреватель, охладитель, теплоизолирующий слой, вертикальный воздуховод и водосборное устройство. Нагреватель образован кожухом (1) устройства и контактирующими с кожухом рядами герметичных цилиндрических емкостей (3), заполненных водой любого качества и установленных в несколько ярусов. Охладитель представляет собой такие же заполненные водой любого качества емкости (5), расположенные в несколько ярусов в центральной части кожуха (1). Устройство содержит также пассивный и активный фитильные испарители. Активный испаритель многократно увеличивает выход конденсата при эксплуатации устройства в областях, где доступны воды, непригодные для биологических потребностей человека (воды морей, соленых озер), при этом затраты сводятся к расходам на пополнение непригодной водой емкости (30), питающей водой оросители (25) фитилей (27) и их периодическую промывку. Конструкция устройства проста, надежна в эксплуатации и не требует больших материальных затрат на изготовление. 2 ил.
Предлагаемое устройство предназначено для получения пресной питьевой воды из атмосферного воздуха в засушливых и пустынных областях, где значительны суточные колебания температуры атмосферы, и рассчитано на получение питьевой воды в объеме, обеспечивающем потребности семьи.
Известно устройство для сбора питьевой воды из воздуха [см. патент РФ на изобретение №2062838, МПК Е03В 3/28, опубл. 1996.06.27], которое предназначено для добывания и сбора питьевой воды из воздуха, например, в засушливых районах (пустынях). Устройство содержит корпус, представляющий собой решетчатую несущую конструкцию. Воздуховод устройства выполнен в виде цилиндра с отверстиями в боковой стенке и размещен внутри корпуса с образованием кольцевой полости, заполненной гигроскопическим материалом. Устройство снабжено конденсатосборником и резервуаром для сбора воды. На наружной поверхности корпуса горизонтальными рядами размещены поворотные заслонки, связанные с механизмом поворота. С внутренней стороны корпуса установлена сетка. Ряды заслонок расположены с боковым смещением. На верхнем конце воздуховода установлен вытяжной вентилятор. В корпусе размещен источник постоянного тока, подключенный к электродам. Одним электродом является воздуховод, а другим - узел в виде стержней, расположенных параллельно корпусу. Недостатком известного устройства являются существенные энергозатраты, обусловленные постоянной работой вентилятора, а также сложность, а, следовательно, и ненадежность несущей решетчатой конструкции с расположенными на ней рядами заслонками, связанными с механизмом поворота.
Известна также установка для получения пресной воды из влажного воздуха [см. патент РФ на изобретение №2056479, МПК Е03В 3/28, опубл. 20.03.96], в которой осуществляется аккумуляция холода для его использования в ночное время. 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. Установка работает на принципе использования выработанного холода для конденсации находящегося в воздухе пара. В светлое время суток электроэнергия от солнечных батарей поступает на холодильный агрегат, который вырабатывает холод. С помощью вентиля холодильный агрегат подключается к термоизолированной емкости. Находящаяся в ней жидкость с помощью гидронасоса прокачивается через холодильный агрегат и охлаждается, в результате в термоизолированной емкости аккумулируется холод. Затем термоизолированная емкость с помощью вентиля отключается от холодильного агрегата и подключается к теплообменнику-конденсатору. Когда влажность воздуха достигает величины, близкой к 100%, включается гидронасос и вентилятор. С их помощью холодная жидкость и влажный воздух пропускаются через конденсатор. Содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется на его поверхности, а находящиеся в нем капли улавливаются каплеуловителем и захваченная влага стекает в водосборник.
Недостатками данной установки являются: сложность конструкции, большие энергозатраты, обеспечивающие постоянную работу вентилятора, а также низкая производительность установки.
Известна также установка для получения пресной воды с использованием естественного холода [см. патент РФ на изобретение №2169237, МПК Е03В 3/28, C02F 1/12, F25D 1/00, опубл. 2001.06.20].
Установка предназначена для использования в сельскохозяйственном, промышленном производстве и в быту. Обеспечивает получение очищенной воды в тех районах, где отсутствуют источники пресной воды. Установка содержит теплообменник-конденсатор в виде двух соосно установленных труб. Внутренняя труба соединена с нижними слоями воды водоема и в ней установлен гидронасос. Теплообменнник-конденсатор и установленный соосно с ним цилиндрический каплеуловитель укреплены на плавающем корпусе. На каплеуловителе закреплены пластины воздуховодов. Установка снабжена электровентилятором, блоком питания и датчиком скорости воздуха. Изобретение обеспечивает снижение энергозатрат при получении очищенной пресной воды, снижение ее стоимости, сокращение капитальных и эксплуатационных затрат на оборудование. Однако, несмотря на указанные достоинства, недостатком известной установки является необходимость наличия водоема, обеспечивающего работу установки, наличие гидронасоса, вентилятора и другого электрического оборудования, обеспечивающего работу установки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для получения воды из воздуха [см. патент РФ на изобретение №2064036, МПК Е03В 3/28, опубл. 1996.07.20], выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит вертикальный воздуховод, водосборник, нагревательный и охладительный элементы холодильной машины. Охладительный элемент выполнен в форме цилиндра, который размещен в центральной части канала воздуховода. Нагревательный элемент представляет собой усеченный конус и размещен на наружной обшивке. Между охладителем и нагревательным элементом установлен обращенный открытой стороной вниз разделительный стакан из теплоизоляционного материала. Стакан размещен с образованием двух кольцевых, расширяющихся книзу полостей - одной между охладительным элементом и стаканом, и другой - между стаканом и нагревательным элементом.
Выбранное в качестве прототипа техническое решение значительно проще по конструкции в сравнении с описанными выше аналогами. Однако его существенным недостатком является наличие узлов холодильной машины: абсорбера, конденсатора, терморегулирующих вентилей, необходимых для функционирования устройства. Для работы перечисленных узлов необходимы постоянные затраты значительного количества электроэнергии, что также является недостатком устройства. При этом указанный недостаток зачастую усугубляется отсутствием электричества в местах острейшего дефицита пресной воды.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции устройства для получения пресной воды из атмосферного воздуха при одновременном снижении энергоемкости и материальных затрат на его изготовление.
Для достижения поставленной задачи предлагается устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха, которое, как и наиболее близкое к нему, выбранное в качестве прототипа, содержит нагреватель, охладитель, теплоизолирующий слой, установленный между нагревателем и охладителем, вертикальный воздуховод и водосборное устройство.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип устройства является то, что нагреватель образован кожухом устройства, имеющим форму прямоугольного параллелепипеда, и контактирующими с кожухом и между собой рядами герметичных цилиндрических емкостей. Емкости заполнены водой любого качества и установлены в несколько ярусов. По периметру кожуха на уровне нижнего яруса выполнены воздухозаборные окна. Охладителем устройства являются заполненные водой любого качества герметичные цилиндрические емкости, расположенные в несколько ярусов в центральной части кожуха. Водосборное устройство состоит из скатов и воронки для сбора воды и расположено в воздухозаборной камере, в нижней части которой выполнено воздухозаборное окно. Предлагаемое устройство для получения пресной
воды из атмосферного воздуха дополнено расположенными в воздухозаборной камере активным и пассивным фитильными испарителями. Пассивный испаритель выполнен в виде закрепленной на стойках воронки рамы с держателями коротких фитилей, концы которых опущены в поддон, заполненный водой любого качества. Активный испаритель состоит из водораспределительной трубки с патрубками и насаженными на них оросителями. Оросители представляют собой эластичные шланги с микроперфорациями, закрепленные в держателях длинных фитилей, концы которых опущены в поддон. Водораспределительная трубка закреплена на балке держателей длинных фитилей и соединена через поплавковый клапан с расположенной за пределами устройства емкостью, питающей водой оросители длинных фитилей.
Для активизации процесса конденсации цилиндрические емкости могут быть выполнены из пластика с гофрированной поверхностью.
Как было указано выше, основной задачей, поставленной перед авторами предлагаемой полезной модели, была разработка простого по конструкции и дешевого устройства для получения пресной воды из атмосферного воздуха, имеющего низкое энергопотребление.
Поставленная задача решена в предлагаемой полезной модели за счет следующего.
Нагревателем служит кожух устройства и контактирующие с ним установленные рядами герметичные цилиндрические емкости, заполненные водой любого качества. Основу охладителя представляют собой заполненные водой любого качества герметичные цилиндрические емкости, расположенные в несколько ярусов в центральной части кожуха. В результате в дневное время воздушно-водные массы в прилежащих к кожуху зонах прогреваются и создают интенсивные восходящие потоки воздуха во всем устройстве, активируя конденсацию паров в центральном массиве бутылей, охлажденных ночью. Таким путем обеспечивается высокий выход конденсата при беззатратности цикла. Форма емкостей, как нагревателя, так
и охладителя выбрана цилиндрической не случайно. Цилиндрическая форма емкостей создает при плотной упаковке широкие воздуховодные каналы, обеспечивающие прохождение по ним большого объема воздуха в единицу времени. Следует также отметить, что для активизации процесса конденсации путем увеличения площади поверхности, контактирующей с воздухом, цилиндрические емкости предпочтительно использовать из пластика с гофрированной поверхностью (см. пункт 2 полезной модели). Таким образом, в отличие от прототипа, в конструкции которого содержатся такие узлы холодильной машины, как абсорбер, конденсатор, терморегулирующие вентили, требующие постоянных затраты значительного количества электроэнергии, в предлагаемой полезной модели высокий выход конденсата обеспечивается практически без энергетических затрат.
Важным существенным признаком, включенным в формулу полезной модели, является введение в состав устройства активного испарителя, состоящего из водораспределительной трубки с патрубками и насаженными на них оросителями, выполненными в виде эластичных шлангов с микроперфорациями. Водораспределительная трубка активного испарителя соединена с емкостью, питающей активный испаритель непригодными водами, например, водами соленых озер. Таким образом, при доступности вод, непригодных для биологических потребностей человека, наличие активного испарителя многократно увеличивает выход конденсата, при этом затраты сводятся к расходам на пополнение непригодной водой питающей емкости и периодическую промывку фитилей.
Другие существенные признаки, включенные в формулу полезной модели (воздухозаборная камера охладителя, водосборное устройство, воздухозаборные окна нагревателя, пассивный испаритель), являются конструктивными элементами, необходимыми для функционирования заявляемого устройства.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемого устройства.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства (продольный разрез);
на фиг.2 - поперечный разрез устройства (по А-А).
Предлагаемое устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха содержит нагреватель и охладитель. Нагревателем устройства служит кожух 1 (см. фиг.1), имеющий форму прямоугольного параллелепипеда. В контакте с кожухом 1 в несколько ярусов на решетках 2 установлены рядами герметичные емкости, например, пластиковые шестилитровые бутыли цилиндрической формы с гофрированной поверхностью. Емкости заполнены водой любого качества. Первый ряд емкостей 3, контактирующий с кожухом 1, является также элементом нагревателя. На уровне нижнего ряда емкостей 3 по периметру кожуха 1 выполнены воздухозаборные окна 4. Охладитель устройства занимает центральную часть установки и представляет собой заполненные водой любого качества герметичные цилиндрические емкости 5, в качестве которых могут быть использованы пластиковые шестилитровые бутыли цилиндрической формы с гофрированной поверхностью, такие же, как и емкости 3 нагревателя. Емкости 5 охладителя установлены на решетках 2 в несколько ярусов. Между емкостями 3 нагревателя и 5 охладителя установлен теплоизолирующий слой 6, выполненный, например, из пенопласта. Кожух 1 имеет кровлю 7 с вытяжной трубой 8. Под кровлей 7 образуется воздухонагревательная полость 9. Плотно установленные ярусами цилиндрические емкости образуют между собой воздуховодные каналы 10 (см. фиг.2). Под нижним ярусом располагается воздухозаборная камера 11 охладителя с окном 12 и дверцей 13. В воздухозаборной камере 11 смонтировано водосборное устройство, состоящее из скатов 14 и воронки 15 для сбора воды, установленной на стойках 16. Скаты 14 водосборного
устройства представляют собой наклонные пластины, образующие люк 17, предназначенный для прохода воздуха. Таким образом, внутри устройства формируется вертикальный воздуховод, состоящий из воздухозаборной камеры 11, люка 17, воздуховодных каналов 10, воздухонагревательной полости 9 и вытяжной трубы 8. К воронке 15 подсоединен сливной шланг 18, отводящий собранную пресную воду за пределы устройства. В воздухозаборной камере 11 установлены пассивный и активный фитильные испарители. Пассивный испаритель выполнен в виде рамы 19 с держателями 20 коротких фитилей 21, закрепленной на стойках 16 воронки 15. Концы коротких фитилей 21 опущены в поддон 22, заполненный водой любого качества. Активный испаритель состоит из водораспределительной трубки 23 с патрубками 24 и насаженными на них оросителями 25. Оросители 25 представляют собой эластичные шланги с микроперфорациями, закрепленные в держателях 26 длинных фитилей 27, концы которых опущены в поддон 22. Водораспределительная трубка 23 закреплена на балке 28 держателей 26 длинных фитилей 27 и соединена через поплавковый клапан 29 с расположенной за пределами устройства емкостью 30, питающей непригодной водой оросители 25 длинных фитилей 27. Фитили 21 и 27 испарителей изготовлены из гигроскопичной ткани.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Нагретые солнцем воздушно-водные массы в зонах, прилежащих к кожуху 1 и контактирующих с ним герметичным емкостям 3, создают восходящие потоки воздуха во всем устройстве, активируя конденсацию паров в центральном массиве герметичных емкостей 5, охлажденных ночью. По мере нагревания охладителя в нижних ярусах процесс конденсации нарастает в вышестоящих ярусах. Ночью идет аналогичный, хотя ослабленный, ток воздуха за счет остывания нагретых за день участков устройства, и в то время как конденсация в верхних ярусах охладителя угасает, в нижних ярусах нарастает процесс дистилляции. Это смещение зон конденсации обусловило многоярусную конструкцию устройства. Большая
масса охладителя, созданного заполненными водой любого качества герметичными цилиндрическими емкостями 5, расположенными в несколько ярусов в центральной части кожуха 1, обеспечивает практически непрерывный цикл конденсации. При доступности непригодных вод (моря, соленые озера) в цикл включается активный испаритель, благодаря чему многократно увеличивается выход пресной воды. При этом затраты сводятся только к заполнению емкости 30 непригодными водами и на промывку фитилей 21, 27.
Таким образом, предлагаемое устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха, по сравнению с прототипом, имеет очень простую и при этом беззатратную в эксплуатации конструкцию. С помощью заявляемой полезной модели при доступности вод, непригодных для биологических потребностей человека, введенный в конструкцию активный испаритель многократно увеличивает выход конденсата, повышая производительность устройства при минимальных затратах.
1. Устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащее нагреватель, охладитель, теплоизолирующий слой, установленный между нагревателем и охладителем, вертикальный воздуховод и водосборное устройство, отличающееся тем, что нагреватель образован кожухом устройства, имеющим форму прямоугольного параллелепипеда, и контактирующими с кожухом и между собой рядами герметичных цилиндрических емкостей, заполненных водой любого качества, установленных в несколько ярусов, при этом по периметру кожуха на уровне нижнего яруса выполнены воздухозаборные окна, охладитель представляет собой заполненные водой любого качества герметичные цилиндрические емкости, расположенные в несколько ярусов в центральной части кожуха, водосборное устройство состоит из скатов и воронки для сбора воды и расположено в воздухозаборной камере, в нижней части которой выполнено воздухозаборное окно, при этом устройство дополнено расположенными в воздухозаборной камере активным и пассивным фитильными испарителями, причем пассивный испаритель выполнен в виде закрепленной на стойках воронки рамы с держателями коротких фитилей, концы которых опущены в поддон, заполненный водой любого качества, активный испаритель состоит из водораспределительной трубки с патрубками и насаженными на них оросителями, представляющими собой эластичные шланги с микроперфорациями, закрепленные в держателях длинных фитилей, концы которых опущены в поддон, а водораспределительная трубка закреплена на балке держателей длинных фитилей и соединена через поплавковый клапан с расположенной за пределами устройства емкостью, питающей водой оросители длинных фитилей.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрические емкости выполнены из пластика с гофрированной поверхностью.
