Общее получение пресной воды — конденсация паров из воздуха
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССОВОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕСНОЙ ВОДЫ Методом КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ ИЗ ВОЗДУХА
Имя изобретателя: Цивинский Станислав Викторович
Имя патентообладателя: Цивинский Станислав Викторович
Адресок для переписки: 109542, Москва, Рязанский просп., 82, к.2, кв.15, Цивинскому С.В.
Дата начала деяния патента: 1998.08.21
Устройство создано для получения пресной воды в районах с недочетом природных источников пресной питьевой воды. Устройство состоит из насоса-компрессора, закачивающего воздух из среды в змеевик-теплообменник, охлаждаемый воздухом среды, холодильной камеры с расположенной в ней газовой турбиной, соединенной с электрогенератором переменного тока, и камеры-отстойника, соединенной патрубком с холодильной камерой. Сжатый воздух из змеевика-теплообменника через сопло поступает на лопатки газовой трубины, которая совершает механическую работу за счет внутренней термический энергии газа, в итоге чего температура воздуха понижается на несколько 10-ов градусов. Водяной пар, находящийся в воздухе, конденсируется в виде маленьких кристаллов льда, которые выпадают в нижней части камеры-отстойника и после скопления временами расплавляются электронными нагревателями. Приобретенная вода через кран выпускается наружу. Выработанная электрогенератором энергия направляется в электросеть и таким макаром в электросеть ворачивается большая часть электроэнергии, затраченной насосом-компрессором на сжатие воздуха, что делает устройство экономным.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к устройствам для получения пресной воды методом конденсации водяных паров из воздуха и может быть применено в засушливых районах (пустынях, полупустынях, сухих степях) для обеспечения населения питьевой воды и водой для бытовых нужд. Оно может быть также применено там, где пресная вода в реках и озерах очень загрязнена вредными субстанциями (промышленными отходами, гербицидами и т.п.) и поэтому не применима для питья.
Понятно устройство дистиллятор, /1, 2/ для получения пресной воды методом дистилляции природной соленой воды (воды моря, озера).
Недочет этого устройства в том, что для его работы нужно иметь резервуар природной соленой води, который в засушливых районах имеется далековато не всегда, что значительно ограничивает способности получения пресной воды в безводных районах. Дополнительный недочет этого устройства — большая энергозатрата на испарение воды при дистилляции.
Более близким по технической сути и достигаемому результату является устройство /3/ для получения пресной воды методом конденсации водяных паров из воздуха, содержащее теплоизолированную холодильную камеру, охлаждающую воздух до температуры -25, -30oC, насос-компрессор для засасывания воздуха из среды в холодильную камеру с патрубком для выпуска обезвоженного воздуха в окружающую среду, электронные нагреватели для расплавления льда, приобретенного в холодильной камере при конденсации водяных паров из воздуха, емкость для сбора образовавшейся воды с краном и патрубком для выпуска воды наружу.
Недочетом этого устройства является его малая производительность. Это обосновано тем, что стены холодильной камеры, обычно, охлаждают металлическими трубами с протекающим в их водянистым либо газообразным хладагентом, охлажденным термическим насосом, как в обыкновенном бытовом морозильнике. Потому теплопередача происходит поэтапно от воздуха к стенам холодильной камеры и дальше к трубам с хладагентом термического насоса. Для передачи по этим шагам большой термический мощности нужна большая поверхность теплопередачи, что делает устройство для получения пресной воды массивным.
Если для остывания заместо термического насоса употребляют полупроводниковые термоэлементы, работающие на базе эффекта Пельтье, то устройство расходует существенно больше электроэнергии, и его работа становится наименее экономически выходной.
Целью реального изобретения является увеличение производительности устройства для получения пресной воды методом конденсации из воздуха при одновременном понижении издержек электроэнергии на каждый килограмм приобретенной воды.
Это достигается благодаря тому, что в устройстве для получения пресной воды методом конденсации водяных паров из воздуха, содержащей теплоизолированную холодильную камеру, охлаждающую воздух до температуры -25, -30oC, насос-компрессор для засасывания воздуха из среды в холодильную камеру с патрубком для выпуска из камеры обезвоженного охлажденного воздуха, электронные нагреватели для расплавления льда, приобретенного при конденсации водяных паров из воздуха, емкость для сбора образовавшейся воды с краном и патрубком для выпуска воды наружу, согласно изобретению насос-компрессор для подачи воздуха в холодильную камеру под давлением в два-четыре раза выше атмосферного присоединен к змеевику-теплообменнику, который в свою очередь присоединен к соплу для подачи сжатого воздуха на лопатки, расположенной снутри холодильной камеры газовой турбины, которая совершает механическую работу за счет внутренней энергии сжатого воздуха понижая его температуру до -25, -30oC, при этом турбина валом, проходящим наружу через уплотнение в стене холодильной камеры, соединена с валом электрогенератора переменного тока, который электрически присоединен к трансформатору, вторичная обмотка которого соединена с электросетью, а холодильная камера патрубком соединена с камерой-отстойником для сбора образовавшихся маленьких кристаллов льда в ее нижней части, где размещены электронные нагреватели для повторяющегося расплавления скопленного льда и патрубок с краном для выпуска приобретенной воды наружу.
Суть изобретения состоит в последующем. Насос-компрессор засасывает воздух из среды и адиабатически сжимает его, повышая давление в 2-4 раза выше атмосферного. Температура воздуха в итоге сжатия увеличивается на несколько 10-ов градусов по Цельсию. Сжатый воздух охлаждается в змеевике теплообменнике до температуры среды при неизменном давлении. Дальше сжатый и охлажденный воздух через сопло направляют на лопатки газовой турбины (либо каскад турбин), расположенной снутри холодильной камеры. При всем этом воздух адиабатически расширяется и, вращая турбину, совершает механическую работу за счет внутренней энергии воздуха, в итоге чего температура воздуха снижается на несколько 10-ов градусов. Сразу турбина крутит электрогенератор и производит электроэнергию, которая через трансформатор направляется в электросеть.
После понижения температуры воздуха водяные пары конденсируются в виде маленьких кристаллов льда, падают в нижнюю часть камеры-отстойника, где после скопления расплавляются, и приобретенная вода выпускается наружу.
Потому что турбина для собственной работы просит огромное количество воздуха, то в единицу времени конденсируется огромное количество водяных паров, и устройство имеет высшую производительность при малом расходе электроэнергии, потому что значимая ее часть, затраченная на сжатие воздуха, ворачивается в электросеть при вращении турбины. Потому предлагаемое устройство будет высокопроизводительным и экономным.
На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.
Устройство для получения пресной воды из воздуха состоит из насоса-компрессора 1, змеевика-теплообменника 2, трубопровода 3, сопла 4, теплоизолированной холодильной камеры 5, газовой турбины 6 с валом 7, пропущенным через уплотнение 8 и присоединенным к валу электрогенератора 9, присоединенного к трансформатору 10. Патрубком 11 холодильная камера соединена с камерой-отстойником 12, которая снабжена патрубком 13 для выпуска обезвоженного прохладного воздуха в окружающую среду. В нижней части камеры-отстойника установлены электронные нагреватели 14 и выполнен кран 15 с патрубком для выпуска приобретенной воды наружу.
Работа устройства происходит последующим образом. Насос-компрессор 1 засасывает воздух из среды и адиабатически сжимает его, повышая давление в два-четыре раза выше атмосферного. Воздух при всем этом греется на несколько 10-ов градусов и поступает в теплообменник-змеевик, где охлаждается до температуры среды (к примеру, 30oC) и по трубопроводу 3 через сопло 4 направляется на лопатки газовой турбины 6, расположенной снутри холодильной камеры 5. Струя сжатого воздуха крутит газовую турбину 6 и средством вала 7 электронный генератор переменного тока 9, который через трансформатор 10 направляет выработанную электроэнергию в электросеть.
При попадании на лопатки газовой турбины 6 сжатый воздух адиабатически расширяется и совершает механическую работу за счет внутренней термический энергии, в итоге чего его температура понижается на несколько 10-ов градусов, и водяные пары, находящиеся в воздухе, конденсируются в виде маленьких кристаллов льда и совместно с воздухом через патрубок 11 попадают в камеру-отстойник 12 и падают в ее нижнюю часть, где после скопления лед временами расплавляется электронными нагревателями 14, и приобретенная вода через кран 15 выпускается наружу.
Обезвоженный прохладный воздух из камеры-отстойника 12 выпускается в окружающую среду через патрубок 13. Этот воздух может быть применен и для работы разных присоединенных к патрубку 13 морозильников, холодильников, кондюков. Он может быть также применен для остывания снаружи змеевика-теплообменника 2, что приведет к уменьшению его размеров.
Остывание воздуха при адиабатическом расширении воздуха во время работы газовой турбины 6 происходит очень стремительно без промежных конструктивных частей и использования особых хладагентов. Потому предлагаемое устройство для получения пресной воды будет высокопроизводительным.
Сжатие воздуха в насосе-компрессоре не должно быть значимым. К примеру, если давление сжатого воздуха вдвое выше атмосферного, то после адиабатического расширения воздуха и падения его давления до атмосферного во время работы газовой турбины температура воздуха снизится от температуры среды в 25oC до температуры -30oC, что довольно для практически полной конденсации водяных паров из воздуха /3-6/.
Даже в очень сухом воздухе имеется достаточное количество водяных паров, чтоб при помощи предложенного устройства можно было подучить существенное количество воды. Произведем для этого обыкновенные расчеты.
Пусть температура среды будет 30oC выше нуля. А относительная влажность воздуха составляет всего 5 %, что обеспечивает содержание водяных паров 1,55 г/м3/6/. После снижения температуры воздуха в холодильной камере до температуры 30oC ниже нуля большая часть водяного пара выпадает в виде льдинок и инея. Оставшийся в воздухе водяной пар станет насыщенным, и его содержание в воздухе будет 0,3 г/м3/6/. Таким макаром за счет конденсации паров воды из воздуха из 1 м3воздуха можно получить 1,25 г воды. Если через холодильную камеру пропускать 10 м3/сек, то в течение часа будет получено 45 кг льда либо соответственно такое же количество пресной воды. Если устройство в течение суток работает 12 часов, то раз в день можно получать 540 кг питьевой воды, что очень существенно для пустыни, для критерий которой проведен данный расчет.
В реальных критериях даже в пустынях относительная влажность может быть 20-30% и количество получаемой воды будет в 4 — 6 раз больше.
Предложенное устройство позволяет получать питьевую воду в самой безводной местности и тем дает возможность освоить надлежащие районы. Такими районами являются все пустыни Азии, Африки, Америки и Австралии. В странах СНГ такими областями являются пустыни Средней Азии и Казахстана и все районы, где имеется недочет пресной воды (к примеру, Крым, Донбасс и др.).
Принципиальным достоинством предложенного устройства будет то, что оно не загрязняет окружающую среду и не вызывает каких-то экологических конфигураций. В то же время применяемые в текущее время дистилляторы /1-3/, работающие на органическом горючем, очень загрязняют окружающую среду. Не считая того, огромные средства расходуются на транспортировку горючего. Атомные дистилляторы /2/ экологически небезопасны и, не считая того, неувязка утилизации образующихся радиоактивных отходов не имеет удовлетворительного решения.
В горячих засушливых районах много солнечных дней и для работы предлагаемого устройства можно использовать электроэнергию, получаемую от солнечных батарей.
Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства будет получен за счет того, что не будет затрачиваться огромное количество горючего и энергии на получение пресной воды методом дистилляции, как это делается в текущее время. Дополнительный экономический эффект будет получен за счет освоения недоступных районов, освоение которых сдерживается отсутствием воды, также за счет сокращения расходов на защиту среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Слесаренко В.Н. Дистилляционные опреснительные установки. М.: Энергия, 1980, с. 11 — 28.
2. Калычев Б.C. Атом снимает жажду. М.: Атомиздат, 1970, с. 56.
3. Цивинский С. В. Устройство для получения пресной воды методом конденсации водяных паров из воздуха. Патент РФ N 2045978, кл. B 01 D 5/00, 1991 г.
4. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 1. М.: Наука, 1970 г., с. 340-350.
5. Яворский Б. М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: И-во физ.мат. литературы, 1968 г., с. 151.
6. Лаконичный справочник физико-химических величин (под редакцией Равдель А.А., Пономаревой Л.М. -Л.: Химия, 1963, с. 28).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для массового получения пресной воды методом конденсации водяных паров из воздуха, содержащее теплоизолированную холодильную камеру, охлаждающую воздух до температуры -25, -30oС, насос-компрессор для засасывания воздуха из среды в холодильную камеру с патрубком для выпуска из камеры обезвоженного охлажденного воздуха, электронные нагреватели для расплавления льда, приобретенного при конденсации водяных паров из воздуха, емкость для сбора образовавшейся воды с краном и патрубком для выпуска воды наружу, отличающееся тем, что насос-компрессор для подачи воздуха в холодильную камеру под давлением в два — четыре раза выше атмосферного присоединен к змеевику-теплообменнику, который, в свою очередь, присоединен к соплу для подачи сжатого воздуха на лопатки расположенной снутри холодильной камеры газовой турбины, которая совершает механическую работу за счет внутренней энергии сжатого воздуха, понижая его температуру до -25, -30oС, при этом турбина валом, проходящим через уплотнение в стене холодильной камеры, соединена с валом электрогенератора переменного тока, который электрически присоединен к трансформатору, вторичная обмотка которого соединена с электросетью, а холодильная камера патрубком соединена с камерой-отстойником для сбора образовавшихся маленьких кристаллов льда в ее нижней части, где размещены электронные нагреватели для повторяющегося расплавления скопленного льда и патрубок с краном для выпуска приобретенной воды наружу.
Дата публикации 21.11.2006гг
Источник
www.ntpo.com/patents_water/water_2/water_15.shtml