Способ получения воды из воздуха
Изобретение относится к способам получения пресной воды из атмосферного воздуха в удаленных, засушливых или безводных районах. Изобретение решает задачу повышения производительности получения пресной воды из атмосферного воздуха и уменьшения энергозатрат. Предлагаемый способ получения пресной воды из атмосферного воздуха состоит в том, что поглощение влаги из воздуха происходит при его продуве через сорбент, который затем отдает влагу при нагреве с последующей ее конденсацией, и отличается тем, что в качестве сорбента используют материал, состоящий из пористой матрицы и помещенного в поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, порометаллы, пористые композиты или их смеси, в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси, их растворы и их кристаллогидраты. При этом нагрев сорбента на стадии десорбции воды осуществляют до температуры 50-80oC за счет использования солнечной или электрической энергии, а также тепла различных двигателей, а температуру в конденсаторе поддерживают близкой к температуре окружающей среды. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам получения пресной воды из атмосферного воздуха в удаленных, засушливых или безводных районах.
Известен способ получения воды из воздуха с использованием установки, состоящей из рециркуляционного теплообменника, соединенного с системой охлаждения, при этом холодильная машина выполнена бромолитиевой с солнечным водонагревателем и с абсорбером, соединенным с системой охлаждения, а воздуховод установлен вертикально и нижний его конец загнут вверх с образованием патрубка, где и установлен рециркуляционный теплообменник [1] Недостатком этого способа является сложная технологическая схема и использование для конденсации влаги холодильной машины. Известен способ получения воды из воздуха поглощением водяного пара из влажного воздуха (в [2] предварительно охлажденного) при его продуве через сорбент, который обогащается влагой. Затем вода из сорбента удаляется теплым воздушным потоком (в [2] нагретым солнечным светом), в результате чего влажность последнего увеличивается. Этот поток транспортируется в конденсатор, где и собирается полученная вода [2, 3] В качестве сорбента воды в обоих случаях предлагается использовать силикагель. Наиболее близким является способ, в котором поток атмосферного воздуха продувается через сорбент, отдавая ему влагу и возвращаясь осушенным в окружающую среду [3] Цикл извлечения сорбированной воды является замкнутым (фиг. 2) и содержит воздухонагреватель 1, который через вентилятор 2 соединяется с адсорбером 3, в котором в качестве сорбента используется широкопористый силикагель. Адсорбер 3 соединяется с входом теплообменника 4, который состоит из десорбционного пространства и встроенного конденсатора 5, один из выходов которого ведет в атмосферу, а другой связан с тепловым насосом 6 и имеет отверстие для вывода воды, получающейся при конденсации. Тепловой насос приводится в действие мотором W и передает тепло к нагревателю 1, замыкая тем самым цикл. Недостатками этого способа является сложная замкнутая схема десорбции воды, а также большие энергозатраты на удаление сорбированной воды с поверхности силикагеля, которые могут превышать теплоту испарения воды на 10-15 ккал/моль, т. е. в 2-2,5 раза [4] Изобретение решает задачу повышения производительности получения пресной воды из атмосферного воздуха и уменьшения энергозатрат. Поставленная задача решается использованием специальных сорбентов, представляющих собой композитные материалы и состоящих из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси, их растворы и их кристаллогидраты. Сорбенты могут быть получены стандартными методами синтеза пропиткой предварительно высушенных матриц насыщенными растворами солей до полного (либо частичного) заполнения пор с последующей сушкой, совместным осаждением, нанесением из газовой фазы и т.д. Эти материалы позволяют существенно увеличить сорбционную емкость по воде (до 75-85 г на 100 г сухого сорбента), понизить температуру десорбции до 50oC и энергозатраты на получение 1 моль воды до 11-12 ккал, что превышает теплоту испарения жидкой воды всего в 1,1-1,2 раза. При использовании этих сорбентов процесс получения воды существенно упрощается по сравнению с известным способом [3] при одновременном уменьшении энергозатрат примерно в 2 раза. Процесс осуществляют следующим образом (фиг. 1). Поток атмосферного воздуха самотеком или с помощью вентилятора 1 пропускают через упомянутый выше композитный сорбент, помещенный в адсорбер 2. Воздух отдает сорбенту влагу, возвращаясь осушенным в окружающую среду. Цикл извлечения сорбированной воды также является открытым и осуществляется путем нагрева сорбента с созданием в его объеме насыщенных паров воды и их сдувом атмосферным воздухом, который пропускается самотеком или с помощью того же вентилятора 1 через насыщенный влагой сорбент. При этом либо сам воздух, либо сорбент нагревают от внешнего источника тепла 3, которым могут быть солнце, электричество, а также тепло выхлопных газов и системы охлаждения различных двигателей и т.п. (в зависимости от локальной доступности энергетических ресурсов). Поскольку предлагаемые сорбенты обладают способностью легко отдавать сорбированную воду, процесс десорбции можно проводить при температуре 50-80oC. При этом концентрация паров воды в продуваемом воздушном потоке близка к насыщенной, что затем позволяет их легко конденсировать в конденсаторе 4 при температуре окружающей среды (15-20oC). Эффективное поглощение воды на стадии адсорбции обеспечивается именно гигроскопичным веществом, помещенным в поры, поскольку многие безводные соли, например CaCl2, LiBr, MgCl2 и т.д. и их кристаллогидраты активно поглощают воду за счет образования с ее молекулами химической связи (соединений типа CaCl2![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6277.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6278.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6279.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6280.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6281.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6282.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6283.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/0/6284.gif)
Формула изобретения
1. Способ получения воды из воздуха, 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. 2. Способ по 1, отличающийся тем, что в качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, порометаллы, пористые композиты или их смеси. 3. Способ по 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве гигроскопического вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси, их растворы или их кристаллогидраты. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что нагрев сорбента на стадии десорбции воды осуществляют до 50 80oС. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что нагрев сорбента на стадии десорбции воды осуществляют за счет использования солнечной или электрической энергии, а также тепла различных двигателей. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что температура в конденсаторе близка к температуре окружающей среды.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2