Незапятнанная вода оковём конденсации воды из воздуха
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ На биологическом уровне Незапятанной ПРЕСНОЙ ВОДЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ Воды ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Имя изобретателя: Алексеев Вячеслав Викторович; Алексеева Ольга Вячеславовна
Имя патентообладателя: Алексеев Вячеслав Викторович; Алексеева Ольга Вячеславовна
Адресок для переписки: 113209, Москва, Севастопольский пр-т, 51, корп.3, кв.77, В.В.Алексееву
Дата начала деяния патента: 2000.07.25
Установка для получения на биологическом уровне незапятанной пресной воды при конденсации воды из атмосферного воздуха содержит солнечные батареи, холодильную систему, водосборник, воздуховод, систему вентиляции и конденсатор, в качестве которого в нее введена сделанная из нержавеющей стали изогнутая в змеевик трубка, на наружной стороне которой выдавлены сферические лунки, а прямолинейные участки которой размещены вертикально и сплющены в направлении, перпендикулярном воздушному сгустку. Технический итог заключается в увеличении эффективности работы установки за счет уменьшения издержек энергии на вентиляцию воздуха и улучшении свойства получаемой пресной воды за счет сотворения критерий, неблагоприятных для роста микрофлоры на стенах теплообменника, без понижения эффективности работы установки.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из атмосферного воздуха, а именно к установкам, использующим возобновляемые источники энергии.
Известна установка, в какой осуществляется аккумуляция холода для его использования в ночное время [1]. Она содержит солнечные электронные батареи, холодильный агрегат, аккумулятор холода, выполненный в виде заполненной водой термоизолированной емкости, соединенной через гидронасос и вентиль с холодильным агрегатом и теплообменником-конденсатором, размещенным в воздуховоде, в каком также находится каплеуловитель и вентилятор. Под отверстием в воздуховоде находится водосборник.
Установка работает последующим образом. В светлое время суток электроэнергия от солнечных батарей поступает на холодильный агрегат, который производит холод. При помощи вентиля холодильный агрегат подключается к термоизолированной емкости. Находящаяся в ней жидкость при помощи гидронасоса прокачивается через холодильный агрегат и охлаждается, в итоге в термоизолированной емкости аккумулируется холод. Потом термоизолированная емкость при помощи вентиля отключается от холодильного агрегата и подключается к теплообменнику-конденсатору. Когда влажность воздуха добивается величины, близкой к 100%, врубаются гидронасос и вентилятор. С помощью их прохладная жидкость и мокроватый воздух пропускаются через конденсатор. Находящийся в воздухе водяной пар конденсируется на его поверхности, а находящиеся в нем капли улавливаются каплеуловителем и захваченная влага стекает в водосборник.
Недочетами установки являются огромные энергозатраты в системе вентиляции на прокачку воздуха и сложность проведения чистки поверхности конденсатора от микроскопичной пыли, которая, собираясь в углах соединений оребрения трубок конденсатора, образует мокроватый субстрат, где развивается вредная микрофлора.
Более близкой к изобретению является установка для получения на биологическом уровне незапятанной пресной воды при конденсации воды из атмосферного воздуха, содержащая солнечные батареи, холодильную систему, водосборник, воздуховод, систему вентиляции и конденсатор [2]. В ее работе употребляется солнечная энергия. В воздуховоде расположены испаритель холодильного агрегата и вентилятор. Установка также содержит систему для озонирования воды, получаемой в итоге работы установки.
Установка работает последующим образом. За счет электроэнергии, получаемой от солнечных батарей, холодильный агрегат производит холод, который выделяется на теплообменнике-испарителе. Мокроватый воздух при помощи вентилятора продувается через воздуховод, в каком размещен испаритель. В итоге контакта с поверхностью теплообменника-испарителя воздух охлаждается, находящийся в нем пар становится насыщенным, отчасти конденсируется на поверхности теплообменника и стекает в водосборник, откуда вода поступает в специальную емкость, где происходит обеззараживание воды методом озонирования.
Недочетом данной установки являются огромные затраты энергии и низкая производительность.
Отметим, что концентрация паров воды в атмосфере тех областей Земли, где эффективны такие системы получения пресной воды, меняется от 10 г/л до 25 г/л. При всем этом извлекается не вся влага. Если представить, что будет извлекаться 1 г из кубометра воздуха, то для получения 1 литра воды будет нужно прокачать 1000 м3воздуха. При скорости прокачки 10 м/с и площади конденсатора, перпендикулярной сгустку воздуха, равной 0,25 2, будет нужно около 7 минут. Время контакта воздуха с охлаждающей поверхностью довольно куцее, а эффективность работы конденсаторов воды определяется интенсивностью термообмена меж хладоагентом, находящимся снутри железных трубок конденсаторов, и потоком обтекающего его мокроватого воздуха. Увеличение эффективности термообмена получается из-за оребрения трубок конденсатора. Но при всем этом существенно возрастает расход энергии вентилятора на турбулизацию потока, а на ребрах и местах их соединения с трубками конденсатора кроме воды оседает микроскопичная пыль, в итоге чего появляется субстрат, на котором развивается микрофлора и который может содержать ядовитые вещества, поступающие совместно с пылью.
Последнее событие просит проведения регламентных работ по чистке конденсирующей поверхности конденсатора, чему препятствует мощная развитость оребренной поверхности и наличие огромного количества мест на соединениях ребер и трубок, где накапливается субстрат. Внедрение озонатора не может решить делему полной чистки воды, получаемой в системе, от ядовитых веществ (а именно, томных металлов) и микробов, которые могут содержаться в кусках микровзвеси, срываемой с конденсатора воды. Нанесение антибактерицидных покрытий неприемлимо, потому что вода дальше употребляется в качестве питьевой.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы установки за счет уменьшения издержек энергии на вентиляцию воздуха и улучшение свойства получаемой пресной воды за счет сотворения критерий, неблагоприятных для роста микрофлоры на стенах теплообменника, без понижения эффективности работы установки.
Технический итог достигается тем, что в установку для получения на биологическом уровне незапятанной пресной воды при конденсации воды из атмосферного воздуха, содержащую солнечные батареи, холодильную систему, водосборник, воздуховод, систему вентиляции и конденсатор, введена в качестве конденсатора сделанная из нержавеющей стали изогнутая в змеевик трубка, на наружной стороне которой выдавлены сферические лунки, а прямолинейные участки которой размещены вертикально и сплющены в направлении, перпендикулярном воздушному сгустку.
Полезный эффект получается из-за того, что возникающие при всем этом когерентные структуры в потоке воздуха приводят к понижению до 2-х раз коэффициента сопротивления, а трубка змеевика является довольно гладкой /не имеет острых кромок и углов/, просто чистится и в ней отсутствуют места для скопления пыли, а при набегании потока воздуха меж лунками появляются вихревые структуры, которые обеспечивают высшую эффективность термообмена меж конденсатором и набегающим потоком воздуха. При всем этом интенсификация массои термообмена реализуется при отставании роста гидравлического сопротивления обтеканию такового рельефа по сопоставлению с обтеканием начально гладкой поверхности.
Понятно, что с ростом числа Рейнольдса (Re = (v1)/, где v — скорость набегающего потока, l — соответствующий размер предмета, а — динамическая вязкость обтекающей предмет среды, появляется таковой момент, когда структура течения становится неуравновешенной. Течение перестраивается таким макаром, чтоб уменьшить сопротивление набегающему сгустку. Коэффициент сопротивления миниатюризируется в два и поболее раз. Подобная картина появляется при движении аква либо воздушного потока над сыпучей средой, которая выстраивается в трехмерные структуры, обеспечивающие малое сопротивление при данных числах Рейнольдса. Б.А. Шуляком [3] приводятся эффектные фото повторяющихся волновых структур, когда кроме основной периодичности повдоль потока имеется еще одна — поперечная периодичность. Основной особенностью этой периодичности является согласованность фаз модуляций высот примыкающих рядов деформаций: максимумы высоты возвышения в i-м ряду размещаются против минимумов примыкающих i±1 рядов. Потому в повторяющейся системе создается шахматная структура. Такая согласованность фаз поперечной модуляции волн поверхности сыпучей среды — итог деяния пространственных гидродинамических сил, возникающих меж отдельными элементами этих возвышений.
Возникающие структуры просто аппроксимируются системой сферических лунок. При всем этом глубина лунки существенно меньше ее поперечника /в 5-6 раз/. Перечисленные выше факты принуждают представить, что сопротивление набегающему сгустку, при числах Рейнольдса, соответствующих для формирования таких структур, Re 103-105, со стороны подходящим образом рифленой поверхности будет существенно меньше, чем над гладкой, но при всем этом теплои массообмен интенсифицируются. Факт уменьшения сопротивления сгустку при формовании поверхности сферическими лунками применяется при изготовлении мячей для игры в гольф. Зависимость от числа Рейнольдса коэффициента сопротивления гладкого шара и мячей для игры в гольф приведена на фиг.1 [4] (фиг.1 — график зависимости коэффициента сопротивления (СD) от числа Рейнольдса (Re). 1 — для мяча для игры в гольф, 2 — для шероховатого шара, 3 — для гладкого шара.
Фиг. 2 — мяч для игры в гольф с лунками). Направляет на себя внимание участок на кривой для мяча с лунками, свидетельствующий о процессах обтекания, значительно отличающихся от обтекания обыденных шероховатых поверхностей. В опытах с лунками малых поперечников, проведенных Г.А. Кикнадзе с сотрудниками [5], была найдена непростая картина течения при обтекании лунок потоками с разными числами Рейнольдса. Наблюдалось формирование вихревых структур ламинарного типа при более низких числах Re, которые переходили в автоколебательные когерентные структуры при огромных числах Re. Подобные явления мы следили с вихревыми когерентными структурами. Отметим, что поверхность, рифленая сферическими лунками с огромным отношением поперечника лунки к ее глубине, будет довольно гладкой, чтоб ее можно было просто чистить, и не содержит выступов, за которыми может собираться пылевой субстрат. Появление вихревых структур над лунками теплообменника будет естественным образом интенсифицировать термообмен в пару раз и таким макаром не приведет к понижению эффективности работы устройства.
На фиг.3 приведена схема расположения лунок на змеевике и показано, как сплющены вертикально расположенные трубки змеевика относительно потока набегающего воздуха. На фиг.5 показаны куски труб змеевика конденсатора, на которых изображены сферические лунки, стрелками показан основной поток воздуха. Трубки змеевика сплющены в направлении, перпендикулярном сгустку воздуха.
На фиг.4 приведена схема линий тока, формирующаяся в потоке мокроватого воздуха над лунками (1). Подковообразные вихри (2) образуют когерентную структуру, которая понижает сопротивление основному сгустку (3) и обеспечивает повышение теплои массообмена меж потоком воздуха и стеной конденсатора (4). Вихревые трубки обеспечивают повышение теплои массообмена меж главным потоком и стеной. Несложно созидать, что затененные от основного потока области меж трубками оказываются нерабочими и потому лучше, чтоб трубки были сплющены перпендикулярно этому сгустку.
Вертикальное размещение трубок конденсатора содействует более насыщенному стеканию сконденсировавшейся воды. Отметим, что внедрение в качестве материала для производства конденсатора меди либо алюминия неприемлимо, т.к. конденсированная влага будет обогащаться этими элементами и сделает недопустимым внедрение получаемой воды в качестве питьевой.
На фиг. 5 приведена схема установки для конденсации воды, где сделаны условия, не содействующие формированию мест с субстратом, на котором могут плодиться мельчайшие организмы. Она содержит водосборник (1) из нержавеющей стали; рифленый лунками конденсатор-влаги из нержавеющей стали (2); холодильную систему (3); систему вентиляции (4); воздуховод (5) и солнечные батареи (6). Также на фиг.5 приведены поток мокроватого воздуха (7) и поток осушенного воздуха (8). Тепло конденсации отводится как за счет холодильной системы, так и за счет принудительного движения воздуха, создаваемого вентилятором.
Водосборник 1 делается из нержавеющей стали и представляет собой ванну, в которую стекает влага с конденсатора.
Конденсатор воды 2 представляет собой изогнутую в змеевик рифленую сферическими лунками трубку из нержавеющей стали, что приводит к формированию когерентной структуры в набегающем потоке, в итоге чего, с одной стороны, понижается сопротивление набегающему сгустку, что уменьшает энерго расходы вентиляционной системы и наращивает термообмен меж холодильной системой и набегающим потоком мокроватого воздуха, а с другой стороны, трубка змеевика конденсатора является довольно гладкой, что препятствует скоплению субстрата на ее поверхности и упрощает чистку при проведении регламентных работ. Прямолинейные участки труб змеевика размещены вертикально, что содействует более насыщенному процессу стекания сконденсированной воды и препятствует оседанию пылевого субстрата на поверхности конденсатора. Трубки конденсатора сплющены в направлении, перпендикулярном основному сгустку набегающего воздуха, чтоб уменьшить площадь неэффективно работающих участков трубок конденсатора. Холодильник 3 обеспечивает понижение температуры поверхности конденсатора воды ниже точки росы, а вентиляционная система 4 — подвод новых порций мокроватого воздуха.
Устройство работает последующим образом: холодильная система 3 уменьшает ниже точки росы температуру конденсатора воды 2, через который вентилятором прокачивается воздух. Меж лунками, рифлеными на поверхности змеевика конденсатора воды, появляются вихревые когерентные структуры, формирование которых приводит к снижению лобового сопротивления змеевика конденсатора и наращивает термообмен меж стеной конденсатора и набегающим потоком мокроватого воздуха. Влага, сконденсированная на поверхности конденсатора, стекает по вертикально размещенным трубкам змеевика в водосборник. Отсутствие углов стыка на конденсаторе препятствует скоплению пыли на его поверхности и позволяет ее очищать, в итоге вода, получаемая на данном устройстве, оказывается на биологическом уровне незапятанной.
Применяемая ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Рф 2056479, кл. С1 /макет/.
2. Заявка ФРГ 3313711, кл. Е 03 В 3/28.
3. Б. А.Шуляк. Физика волн на поверхности сыпучей среды и воды. М.: Наука, 1971.
4. Bearman P. W. , Harvey J.K. Golf ball aerodynamics. Aeronaut, 1976, vol. Q27, pp.112-122.
5. Кикнадзе Г.И., Краснов Ю.К., Подымако В.Ф., Хабенский В.Б. Самоорганизация вихревых структур при обтекании водой полусферической лунки. ДАН СССР, 1986, т.291, сс.17-20.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Установка для получения на биологическом уровне незапятанной пресной воды при конденсации воды из атмосферного воздуха, содержащая солнечные батареи, холодильную систему, водосборник, воздуховод, систему вентиляции и конденсатор, отличающаяся тем, что в качестве конденсатора в нее введена сделанная из нержавеющей стали изогнутая в змеевик трубка, на наружной стороне которой выдавлены сферические лунки, а прямолинейные участки которой размещены вертикально и сплющены в направлении, перпендикулярном воздушному сгустку.
Дата публикации 06.11.2006гг
Источник
www.ntpo.com/patents_water/water_2/water_5.shtml