ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2211293

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Имя изобретателя: Романовский В.Ф. 
Имя патентообладателя: Романовский Владимир Федорович; Бояров Михаил Владимирович
Адрес для переписки: 103051, Москва, ул.Петровка, 26, стр.3, офис 228, Патентсервис, пат.пов. Н.В.Николаевой, рег. № 773
Дата начала действия патента: 2001.04.24 

Изобретение относится к получению воды из атмосферного воздуха и может быть использовано в полевых условиях, сельском хозяйстве и быту в качестве альтернативного источника пресной воды. Техническим результатом является обеспечение поддержания эффективной конденсации паров воды в протяженной зоне потока воздуха и создание устройства, конструктивное выполнение которого позволило бы равномерно по движению воздушного потока осуществлять его тепловое взаимодействие с системой охлаждения, увеличивая совокупный холодильный коэффициент используемой холодильной машины и количество сконденсированных паров воды, кроме того, изобретение позволяет очистить извлекаемую из воздуха воду от нерастворимых примесей и болезнетворных бактерий. Способ извлечения воды из воздуха заключается в том, что формируют поток воздуха за счет перепада давления, который создают непосредственно за участками принудительного отвода тепловой энергии по направлению движения потока воздуха вентилятором. На одном участке потока воздуха осуществляют принудительный отвод тепловой энергии и организуют теплообмен между 2n теплообменными участками потока воздуха, сгруппированными в теплообменные пары участков, расположенных по разные стороны от участка принудительного отвода тепловой энергии. Теплообмен осуществляют путем теплопередачи от i-го теплообменного участка к 2n+1-i-му, извлекают водяной конденсат из той части потока воздуха, где его температура понижается до температуры точки росы. При этом принудительный отвод тепловой энергии осуществляют по меньшей мере еще на одном участке указанного потока воздуха, а все участки принудительного отвода тепловой энергии располагают между n-м и n+1-м теплообменным участками. Устройство для извлечения воды из воздуха содержит канал для транспортирования потока воздуха, в котором расположены вентилятор, теплоотводящий элемент, сборник водяного конденсата, сообщенный с частью канала, и многосекционный теплообменник, каждая секция которого состоит из двух теплообменных элементов, при этом общее число теплообменных элементов равно 2n, теплообменные элементы, входящие в одну секцию, расположены по разные стороны от теплоотводящего элемента, а сами секции теплоизолированы друг от друга. Теплообменные элементы связаны попарно по тепловому потоку так, что по порядку расположения i-ый теплообменный элемент связан с 2n+1-i-м теплообменным элементом. Устройство содержит по меньшей мере еще один теплоотводящий элемент, при этом все теплоотводящие элементы установлены последовательно один за другим и размещены между n-м и n+1-м теплообменными элементами. Вентилятор установлен в канале между последним по направлению движения потока воздуха теплоотводящим элементом и n+1-м теплообменным элементом. Изобретение развито в зависимых пунктах.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области газотермодинамики, более точно к получению воды из атмосферного воздуха, а именно к способу извлечения воды из воздуха и устройству для его осуществления и может быть использовано в полевых условиях, сельском хозяйстве и быту в качестве альтернативного источника пресной воды.

Известен способ извлечения воды из воздуха (RU, А, 2081256, МКИ: Е 03 В 3/28, опубл. 10.06.97, БИ 16), заключающийся в том, что формируют поток воздуха, на одном участке которого осуществляют принудительный отвод тепловой энергии, организуют теплообмен между 2n теплообменными участками потока воздуха, сгруппированными в теплообменные пары участков, расположенных по разные стороны от участка принудительного отвода тепловой энергии, при этом теплообмен осуществляют путем теплопередачи от i-гo теплообменного участка к 2n+1-i-му, извлекают водяной конденсат из той части потока воздуха, где его температура понижается до температуры точки росы.

Недостатком известного способа является то, что в процессе конденсации паров воды уменьшается их количество в потоке воздуха в пределах участка его искусственного охлаждения, что, в свою очередь, приводит к непрерывному снижению температуры точки росы в пределах этого участка и замедляет процесс конденсации.

Известно устройство для извлечения воды из воздуха (см. там же), содержащее канал для транспортирования потока воздуха, в котором расположены вентилятор, теплоотводящий элемент, сборник водяного конденсата, сообщенный с частью канала, и многосекционный теплообменник, каждая секция которого состоит из двух теплообменных элементов, при этом общее число теплообменных элементов равно 2n, теплообменные элементы, входящие в одну секцию, расположены по разные стороны от теплоотводящего элемента, а сами секции теплоизолированы друг от друга, теплообменные элементы связаны попарно по тепловому потоку так, что по порядку расположения i-ый теплообменный элемент связан с 2n+1-i-ым теплообменным элементом.

Недостаток данного устройства является следствием рассмотренного недостатка способа. Существенное уменьшение абсолютной влажности воздуха при его прохождении через охлаждающий элемент и соответствующее уменьшение температуры точки росы приводят к такому резкому охлаждению потока воздуха в пределах этого элемента, при котором его тепловое взаимодействие с охлаждающим элементом снижается, а процесс конденсации паров воды существенно замедляется.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ извлечения воды из воздуха, обеспечивающий поддержание эффективной конденсации паров воды в протяженной зоне потока воздуха, и создать устройство для его осуществления, конструктивное выполнение которого позволило бы равномерно по движению воздушного потока осуществлять его тепловое взаимодействие с системой охлаждения, при этом увеличить совокупный холодильный коэффициент используемой холодильной машины и увеличить количество сконденсированных паров воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения воды из воздуха, заключающемся в том, что формируют поток воздуха, на одном участке которого осуществляют принудительный отвод тепловой энергии, организуют теплообмен между 2n теплообменными участками потока воздуха, сгруппированными в теплообменные пары участков, расположенных по разные стороны от участка принудительного отвода тепловой энергии, при этом теплообмен осуществляют путем теплопередачи от i-гo теплообменного участка к 2n+1-i-му, извлекают водяной конденсат из той части потока воздуха, где его температура понижается до температуры точки росы, согласно изобретению принудительный отвод тепловой энергии осуществляют по меньшей мере еще на одном участке указанного потока воздуха, при этом все участки принудительного отвода тепловой энергии располагают между n-ым и n+1-ым теплообменным участками, а поток воздуха формируют за счет перепада давления, который создают непосредственно за участками принудительного отвода тепловой энергии по направлению движения потока воздуха вентилятором.

Наличие в потоке воздуха двух и более участков принудительного отвода тепловой энергии позволяет понизить температуру точки росы в более широком интервале температур, а следовательно, сконденсировать большее количество паров воды.

Для увеличения массы прокачиваемого воздуха силовое воздействие на него организуют в самой холодной части его потока, где плотность воздуха максимальна. Для этого формирование потока воздуха осуществляют за счет перепада давления, который создают непосредственно за участками принудительного отвода тепловой энергии по направлению движения его потока вентилятором.

Для получения более чистого водяного конденсата в потоке воздуха до первого теплообменного участка производят очистку воздуха от взвешенных в нем частиц.

Для обеззараживания водяного конденсата в потоке воздуха до первого теплообменного участка осуществляют его озонирование.

Для комплексной очистки сконденсированной воды от нерастворимых частиц и болезнетворных микробов осуществляют одновременно озонирование воздуха и очистку от взвешенных в нем частиц в потоке воздуха до первого теплообменного участка.

Для организации теплообмена между теплообменными участками потока воздуха теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют с использованием фазовых превращений теплопередающего вещества.

В качестве другого варианта теплообмена между теплообменными участками потока воздуха теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют с помощью материала с высокой теплопроводностью.

Для упрощения процесса теплообмена и его интенсификации теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют посредством промежуточного жидкого теплоносителя, в качестве которого используют воду, к которой может быть добавлено вещество, снижающее температуру замерзания воды. В качестве вещества, снижающего температуру замерзания воды, можно использовать спирт или хлористый натрий.

Поставленная задача решается также тем, что устройство для извлечения воды из воздуха, содержащее канал для транспортирования потока воздуха, в котором расположены вентилятор, теплоотводящий элемент, сборник водяного конденсата, сообщенный с частью канала, и многосекционный теплообменник, каждая секция которого состоит из двух теплообменных элементов, при этом общее число теплообменных элементов равно 2n, теплообменные элементы, входящие в одну секцию, расположены по разные стороны от теплоотводящего элемента, а сами секции теплоизолированы друг от друга, теплообменные элементы связаны попарно по тепловому потоку так, что по порядку расположения i-ый теплообменный элемент связан с 2n+1-i-ым теплообменным элементом, согласно изобретению содержит по меньшей мере еще один теплоотводящий элемент, при этом все теплоотводящие элементы установлены последовательно один за другим и размещены между n-ым и n+1-ым теплообменными элементами, а вентилятор установлен в канале между последним по направлению движения потока воздуха теплоотводящим элементом и n+1-ым теплообменным элементом.

Установка вентилятора в канале между последним по направлению движения потока воздуха теплоотводящим элементом и n+1-ым теплообменным элементом целесообразна для увеличения количества транспортируемого воздуха.

Для очистки потока воздуха от взвешенных частиц устройство содержит дополнительно воздушный фильтр, установленный на входе канала для транспортирования воздуха. Указанный воздушный фильтр может быть выполнен в виде вертикально установленного расширяющегося вниз воздухозаборника или в виде электрического фильтра взвешенных частиц.

Для очистки воздуха и водяного конденсата от болезнетворных микробов устройство содержит озонатор воздуха, установленный на входе канала для транспортирования воздуха. Кроме того, для получения озона может быть приспособлен электрический фильтр.

Для комплексной очистки воздуха в устройстве на входе канала для транспортирования воздуха за воздушным фильтром, выполненным в виде вертикально установленного расширяющегося вниз воздухозаборника, установлен электрический фильтр, приспособленный для получения озона.

В устройстве в качестве каждого теплоотводящего элемента может быть применен испаритель компрессионной холодильной машины либо блок холодных спаев холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье. При этом на выходе канала для транспортирования воздуха установлен соответственно либо конденсатор компрессионной холодильной машины, либо блок горячих спаев холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье.

Для дальнейшего увеличения количества транспортируемого воздуха в канале для транспортирования воздуха может быть установлен по меньшей мере еще один вентилятор.

Для увеличения массы воздуха, снимающего тепловую энергию в стенках канала для транспортирования воздуха, после 2n-го теплообменного элемента выполнены воздухозаборные отверстия.

Каждая секция многосекционного теплообменника дополнительно содержит насос для перекачки жидкого теплоносителя и систему трубопроводов, при этом теплообменные элементы секции, насос и трубопроводы образуют кольцевую замкнутую структуру, которая позволяет осуществлять перенос тепла между теплообменными элементами секции. Насосы всех секций могут быть скомпонованы в один блок.

Для организации переноса тепла теплообменные элементы каждой секции могут быть связаны между собой по тепловому потоку посредством тепловых труб.

С целью упрощения теплопередачи между теплообменными элементами связь по тепловому потоку между теплообменными элементами каждой секции многосекционного теплообменника может быть выполнена в виде металлических теплопроводящих элементов.

Для полного сбора сконденсированной воды целесообразно, чтобы сборник конденсата был бы сообщен с частью канала для транспортирования воздуха, включающей первые n теплообменных элементов и все теплоотводящие элементы.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 изображает схематично процесс извлечения воды из воздуха, сопровождаемый диаграммой изменения температуры воздуха по направлению движения его потока.

Фиг.2 поясняет динамику изменения состояния воздуха в процессе достижения им температуры точки росы в процессе конденсации влаги и дальнейшего нагрева.

Фиг. 3 иллюстрирует одновременную очистку воздуха от взвешенных в нем частиц и его озонирование.

Фиг. 4 изображает схематично вариант устройства для извлечения воды из воздуха с холодильной машиной компрессорного типа и с использованием для теплообмена жидкого теплоносителя.

Фиг.5 - конструкцию совмещенных фильтров и озонатора.

Фиг. 6 - вариант устройства для извлечения воды из воздуха с холодильной машиной, основанной на эффекте Пельтье, а также с использованием дополнительного вентилятора, воздухозаборных отверстий и тепловых труб.

Фиг.7 - вариант устройства для извлечения воды из воздуха, в котором теплопередача между теплообменными элементами осуществлена с применением теплопроводных элементов.

Способ извлечения воды из воздуха согласно изобретению заключается в том, что формируют поток 1 (фиг.1) воздуха, на участках 2 которого осуществляют принудительный отвод тепловой энергии от потока 1 воздуха. Одновременно организуют теплообмен между 2n теплообменными участками 31-32n потока 1, сгруппированными в пары так, что участки 31 и 3n+1 и т.д. в каждой паре расположены по разные стороны от группы участков 2. При этом первые n по направлению 1 движения потока 1 теплообменные участки 3i-3n размещены последовательно один за другим и расположены до участков 2, а участки 3 с n+1 по 2n размещены за участками 2 принудительного отвода тепловой энергии. В каждой паре теплообменных участков 3i-32n осуществляют передачу тепловой энергии qi от участка 3i к участку 32n+1-i.

Принудительный отвод тепловой энергии от потока 1 на участках 2 приводит к охлаждению воздуха за этими участками и перетоку тепловой энергии qi от i-x теплообменных участков 3 к 2n+1-i-м теплообменным участкам 3. Упомянутый переток тепловой энергии qi вызывает предохлаждение воздуха в потоке 1 до участков 2. Таким образом, атмосферный воздух с начальной температурой at, проходя через первые n теплообменных участков 3, охлаждается на первом теплообменном участке 31 на величину T1, на втором на величину Т2, на i-м на величину Тi и т.д. до тех пор, пока температура воздуха не понизится до температуры точки росы Tdp1. На фиг.1 температура воздуха в потоке 1 достигает значения Tdp1 перед первым участком 2 принудительного отвода тепловой энергии.

Дальнейшее охлаждение воздуха в потоке 1 приводит к началу конденсации водяных паров, содержащихся в этом потоке, при этом скорость снижения температуры воздуха в потоке 1 уменьшается, так как при конденсации водяных паров на участках их конденсации выделяется существенная тепловая энергия. Величины Tj1-Tj4 иллюстрируют характер снижения температуры воздуха в зоне lc конденсации. Извлечение воды из воздуха в зоне lc конденсации приводит к непрерывному снижению абсолютной влажности этого воздуха и, как следствие, к снижению температуры точки росы от Tdp1 до Tdp2.

Далее после прохождения потоком 1 последнего участка 2 температура воздуха в потоке 1 возрастает за счет перетока тепла qi на каждом теплообменном участке 3 с n+1-го по 2n-ый участок 3. Причем вне зоны lc конденсации Ti = T2n+1-i, так как тепловая энергия qi от теплообменного участка 3i поступает к тому же количеству проходящего воздуха на теплообменном участке 32n+1-i. Без учета потерь тепла на неучтенные здесь тепловые процессы, обычно имеющие место в реальных ситуациях, разница температур Тf между температурой входящего воздуха и температурой выходящего воздуха равна суммарному перепаду температур, возникающему на участках 2.

При интенсивном отборе воды разница между начальным и конечным значениями Tdp1 и Tdp2 температур точки росы может быть значительной. В этом случае величина отводимой от потока 1 тепловой энергии, в которой суммированы энергия конденсации воды и энергия охлаждения воздуха, может быть столь велика, что ее принудительный отвод только на одном участке 2 будет связан с непреодолимыми техническими трудностями. Именно поэтому количество участков 2 целесообразно увеличить до нескольких. Это позволит существенно интенсифицировать процесс извлечения воды.

Рассмотренный процесс проиллюстрирован на фиг.2, где по горизонтали указаны значения температуры воздуха, по вертикали значения d абсолютной влажности, выраженные в граммах водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха. Кривая do соответствует относительной влажности , равной 100%. Для рассмотрения процесса в качестве исходного состояния воздуха в начале потока 1 произвольна выбрана точка А, соответствующая: d=18 г/м3; Т=46oС; =26%. При движении воздуха в потоке 1 его температура уменьшается, а величина d вначале остается неизменной до достижения точки В состояния воздуха, где = 100%; Т= 21oС. Далее снижение температуры и величины d происходит по кривой dо с одновременной конденсацией влаги, при которой конденсируется то количество воды (на фиг.2 mо=10 г/м3) из каждого кубического метра воздуха, а состояние воздуха переходит в точку С. После воздух нагревается без изменения своей абсолютной влажности, а его состояние переходит в точку D.

Так как плотность воздуха увеличивается при уменьшении его температуры, то максимального значения плотность воздуха в потоке 1 достигает там, где его температура минимальна, непосредственно за участками 2. Поэтому целесообразно именно в этой части потока 1 создать перепад давления для формирования этого потока 1, чтобы при том же объеме воздуха увеличить его массу, проходящую через сечение потока 1 в единицу времени, и, в конечном итоге, увеличить количество сконденсированной воды.

Для улучшения качества получаемой воды целесообразно провести в начальной части потока 1 (фиг.1) очистку воздуха от взвешенных в нем частиц в зоне F фильтрования, а также озонирование в зоне Oz для уничтожения болезнетворных бактерий в получаемой воде в качестве первичной подготовки воздуха. На фиг. 3 зона первичной подготовки воздуха обозначена как зона 4, где процессы фильтрования и озонирования совмещены.

Для осуществления теплопередачи между теплообменными участками 31-32n в каждой паре возможно использование фазовых превращений теплопередающего вещества так, как это происходит в тепловых трубах. Возможно осуществление теплопередачи с использованием материала с высокой теплопроводностью, например меди, или с помощью промежуточного жидкого теплоносителя, в качестве которого целесообразно использовать воду. Для того чтобы исключить возможность замерзания воды при небольших отрицательных температурах, в воду-теплоноситель может быть добавлено вещество, снижающее температуру замерзания образующейся при этом смеси. В качестве такого, желательно нетоксичного вещества целесообразно использовать спирт или хлористый натрий.

Устройство для извлечения воды из воздуха содержит канал 5 (фиг.4) для транспортирования потока 1 воздуха. В канале 5 расположены вентилятор 6, теплоотводящие элементы 7, сборник 8 водяного конденсата, многосекционный теплообменник, содержащий 2n теплообменных элементов 91-92n, из которых первые n элементов расположены до теплоотводящих элементов 7, а элементы с n+1-го по 2n-й за теплоотводящими элементами 7 по направлению движения потока 1 воздуха в канале 5. Теплообменные элементы 91-92n скомпонованы в секции, каждая из которых состоит из двух элементов. Элементы 91 и 9n+1 одной секции расположены по разные стороны от теплоотводящих элементов 7 и связаны между собой по тепловому потоку так, что i-ый теплообменный элемент 9 связан с 2n+1-i-м элементом 92n+1-i.

Вентилятор 6 целесообразно расположить непосредственно за теплоотводящими элементами 7 там, где температура воздуха в потоке 1 минимальна, а плотность воздуха максимальна. При этом вентилятор 6 может прокачать через канал 5 максимальное количество воздуха.

На входе канала 5 целесообразно установить воздушный фильтр 10. Грубый воздушный фильтр крупных взвешенных частиц может быть выполнен в виде вертикально установленного расширяющегося вниз воздухозаборника 11. Там же на входе канала 5 может быть установлен озонатор 12 воздуха для обеззараживания его и водяного конденсата от болезнетворных бактерий.

Теплоотводящие элементы 7 являются частью холодильной машины. В качестве такой машины может быть применена компрессионная холодильная машина, содержащая компрессор 13, конденсатор 14 и испаритель, выполненный в виде теплоотводящих элементов 7. При этом компрессор 13, конденсатор 14 и теплоотводящие элементы 7 связаны системой трубопроводов 15 для хладагента, а конденсатор 14 установлен на выходе канала 5.

Для обеспечения связи по тепловому потоку qi между теплообменными элементами 91-92n каждая секция содержит насос 16 для перекачки жидкого теплоносителя и систему трубопроводов 17, образующих вместе с элементами 91-92n кольцевую замкнутую систему для движения по ней жидкого теплоносителя. Насосы 16 всех секций могут быть скомпонованы в один блок 18, приводимый в движение общим двигателем 19.

В качестве воздушного фильтра для комплексной очистки воздуха может быть использован электрический фильтр 20 (фиг.5), подключенный к источнику 21 высокого напряжения. Фильтр 20 может быть выполнен в виде пакета параллельных цилиндров 22 с осевыми изолированными проволочными электродами 23. Этот же фильтр 20 может генерировать озон, при этом фильтр 10 и озонатор 12 будут совмещены в одном блоке.

В случае применения холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье, каждый теплоотводящий элемент 7 (фиг.6) может быть выполнен в виде блока 24 холодных спаев. В этом случае блоки 25 горячих спаев устанавливаются на выходе канала 5, при этом блоки 24 и 25 включены с помощью проводников 26 в замкнутую электрическую цепь. В эту же цепь включен источник 27 тока, к которому подключены блоки 24 и 25.

Для более интенсивного охлаждения блоков 25 горячих спаев или конденсатора 14, а также для интенсификации потока 1 воздуха в канале 5 в последнем может быть установлен по меньшей мере еще один вентилятор 28. С целью еще более интенсивного охлаждения конденсатора 14 или блоков 25 горячих спаев в стенках канала 5 после теплообменного элемента 92n могут быть выполнены воздухозаборные отверстия 29 для дополнительного притока 30 воздуха.

Тепловая связь между теплообменными элементами 91-92n каждой секции может быть осуществлена посредством тепловых труб 31. Кроме того, рассматриваемая связь по тепловому потоку qi может осуществлена посредством металлических теплопроводящих элементов 32 (фиг.7).

Во всех вариантах устройства для извлечения воды из воздуха сборник 8 водяного конденсата сообщен с частью канала 5, включающей первые n теплообменных элементов 91-9n и все теплоотводящие элементы 7.

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Включают вентилятор 6 (фиг.4, 6 и 7), который направляет поток 1 воздуха в канале 5, и приводят в действие холодильную машину. При наличии дополнительных вентиляторов 28 (фиг.6) их также включают вместе с вентилятором 6. Теплоотводящие элементы 7 начинают охлаждать проходящий через них воздух. Охлажденный таким образом воздух охлаждает теплообменные элементы 9n+1-92n, расположенные за теплоотводящими элементами 7. При этом через тепловую связь между этими элементами 9n+1-92n и парными им элементами 91-9n, входящими в соответствующую секцию и расположенными в канале 5 до теплоотводящих элементов 7, начинается переток тепловой энергии от первых n теплообменных элементов 91-9n к охлаждаемым теплообменным элементам 9n+1-92n. Через некоторое время после включения всех систем устройства в канале 5 устанавливается температурный режим, показанный на фиг.1: температура воздуха сначала ступенчато понижается в интервале от первого теплообменного элемента 91 до последнего теплоотводящего элемента 7 и затем также ступенчато повышается до значения несколько меньшего, чем температура Tat входящего воздуха.

Упомянутый переток тепловой энергии можно осуществлять с помощью жидкого теплоносителя, прокачиваемого насосами 16 (фиг.4) через систему трубопроводов 17 в каждой секции, содержащей пару теплообменных элементов: i-й и 2n+1-i-й теплообменные элементы 9i и 92n+1-i, где i меняется от единицы до n. Этот же переток тепловой энергии можно осуществлять с помощью тепловых труб 31 (фиг. 6) или с помощью металлических теплопроводящих элементов 32 (фиг.7).

Тепловая энергия, отнимаемая от охлаждаемого воздуха, а также энергия, которая выделяется в зоне lc конденсации, включающей первые n теплообменных элементов 91-9n и все теплоотводящие элементы 7 или блоки 24 холодных спаев, передаются выходящему из канала 5 потоку 1 воздуха посредством конденсатора 14 компрессионной холодильной машины или блоков 25 горячих спаев холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье. Для интенсификации процесса передачи тепловой энергии воздуху может быть организован дополнительный приток 30 (фиг.6) воздуха, поступающий на выход канала 5 через воздухозаборные отверстия 29, при этом суммарный поток 1* воздуха складывается из потока 1 и дополнительного притока 30.

Таким образом, выходящий из канала 5 поток 1 или 1* воздуха уносит тепловую энергию, выделившуюся в устройстве при его работе.

Грубый воздушный фильтр взвешенных частиц, выполненный в виде вертикально установленного расширяющегося вниз воздухозаборника 11, работает на принципе противодействия силы Gm тяжести этих частиц и силы Ga воздействия потока 1 на эти частицы. При этом, если Ga<G , то такая частица падает вниз и не попадает в канал 5. Известно, что:

Ga = K1Spav2a, (1)

где K1 - коэффициент формы частицы;

Sp - площадь поперечного сечения частицы;

a - плотность воздуха;

va 2 - скорость потока воздуха,

Gm=g·mp (2)

где g - ускорение свободного падения,

mp - масса частицы.

Если обозначить через p плотность вещества частицы и считать, что ее форма близка к форме шара, то в поток 1 будут вовлечены частицы, диаметр p, которых меньше, чем d*:

d* = 1,5K1(a/pg)v2a. (3)

Величину va можно вычислить, зная объем Vo воздуха, проходящего через канал 5 за одну секунду, и входной диаметр df воздухозаборника 11:

va = 4Vo/d2f. (4)

Из (3) и (4) следует:

d* = 2,43K1(aV2opgd4f). (5)

Таким образом, диаметр dp вовлекаемой частицы обратно пропорционален четвертой степени диаметра наибольшего сечения конусообразного воздухозаборника 11, а сам воздухозаборник 11 при этом является высокоэффективным фильтром.

Приведенный на фиг. 5 электрический фильтр 20 работает следующим образом. Источник 21 высокого напряжения создает разность потенциалов между цилиндрами 22 и тонкими проволочными электродами 23, достаточную для того, чтобы у поверхности проволочных электродов 32, подсоединенных к отрицательной клемме источника 21, возник коронный электрический разряд, в котором в результате ионизации проходящего воздуха образуются молекулы озона и ионы. Озон увлекается воздухом, а отрицательные ионы, двигаясь под действием электрического поля к внутренней поверхности цилиндров 22, прилипают к взвешенным в потоке 1 частицам. Электрически заряженные частицы под действием того же электрического поля попадают на внутреннюю поверхность цилиндров 22 и там улавливаются. Озон частично растворяется в конденсирующейся воде, обеззараживает воду, а также весь последующий тракт ее движения.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить количество воды, извлекаемой из воздуха, очистить ее от нерастворимых примесей и болезнетворных бактерий.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ извлечения воды из воздуха, заключающийся в том, что формируют поток воздуха, на одном участке которого осуществляют принудительный отвод тепловой энергии, организуют теплообмен между 2n теплообменными участками потока воздуха, сгруппированными в теплообменные пары участков, расположенных по разные стороны от участка принудительного отвода тепловой энергии, при этом теплообмен осуществляют путем теплопередачи от i-гo теплообменного участка к 2n+1-i-му, извлекают водяной конденсат из той части потока воздуха, где его температура понижается до температуры точки росы, отличающийся тем, что принудительный отвод тепловой энергии осуществляют по меньшей мере еще на одном участке указанного потока воздуха, при этом все участки принудительного отвода тепловой энергии располагают между n- и n+1-м теплообменным участками, а поток воздуха формируют за счет перепада давления, который создают непосредственно за участками принудительного отвода тепловой энергии по направлению движения потока воздуха вентилятором.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в потоке воздуха до первого теплообменного участка производят очистку воздуха от взвешенных в нем частиц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в потоке воздуха до первого теплообменного участка осуществляют его озонирование.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют одновременно озонирование воздуха и очистку от взвешенных в нем частиц в потоке воздуха до первого теплообменного участка.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют с использованием фазовых превращений теплопередающего вещества.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют с помощью материала с высокой теплопроводностью.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что теплопередачу в каждой теплообменной паре участков осуществляют посредством промежуточного жидкого теплоносителя.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве промежуточного жидкого теплоносителя используют воду.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что к воде добавляют вещество, снижающее температуру замерзания воды.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в качестве вещества, снижающего температуру замерзания воды, используют спирт.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в качестве вещества, снижающего температуру замерзания воды, используют хлористый натрий.

12. Устройство для извлечения воды из воздуха, содержащее канал для транспортирования потока воздуха, в котором расположены вентилятор, теплоотводящий элемент, сборник водяного конденсата, сообщенный с частью канала, и многосекционный теплообменник, каждая секция которого состоит из двух теплообменных элементов, при этом общее число теплообменных элементов равно 2n, теплообменные элементы, входящие в одну секцию, расположены по разные стороны от теплоотводящего элемента, а сами секции теплоизолированы друг от друга, теплообменные элементы связаны попарно по тепловому потоку так, что по порядку расположения i-й теплообменный элемент связан с 2n+1-i-м теплообменным элементом, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере еще один теплоотводящий элемент, при этом все теплоотводящие элементы установлены последовательно один за другим и размещены между n- и n+1-м теплообменными элементами, а вентилятор установлен в канале между последним по направлению движения потока воздуха теплоотводящим элементом и n+1-м теплообменным элементом.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что дополнительно содержит воздушный фильтр, установленный на входе канала для транспортирования воздуха.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что воздушный фильтр выполнен в виде вертикально установленного расширяющегося вниз воздухозаборника.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что воздушный фильтр представляет собой электрический фильтр взвешенных частиц.

16. Устройство по любому из пп. 12-15, отличающееся тем, что содержит озонатор воздуха, установленный на входе канала для транспортирования воздуха.

17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что электрический фильтр приспособлен для получения озона.

18. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что за воздушным фильтром установлен электрический фильтр, приспособленный для получения озона.

19. Устройство по любому из пп. 12-18, отличающееся тем, что в качестве каждого теплоотводящего элемента применен испаритель компрессионной холодильной машины.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что на выходе канала для транспортирования воздуха установлен конденсатор компрессионной холодильной машины.

21. Устройство по любому из пп. 12-18, отличающееся тем, что в качестве каждого теплоотводящего элемента применен блок холодных спаев холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье.

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что на выходе канала для транспортирования воздуха установлен блок горячих спаев холодильной машины, основанной на эффекте Пельтье.

23. Устройство по любому из пп. 12-22, отличающееся тем, что в канале для транспортирования воздуха установлен по меньшей мере еще один вентилятор.

24. Устройство по любому из пп. 21 и 23, отличающееся тем, что в стенках канала для транспортирования воздуха после 2n-го теплообменного элемента выполнены воздухозаборные отверстия.

25. Устройство по любому из пп. 12-24, отличающееся тем, что каждая секция многосекционного теплообменника дополнительно содержит насос для перекачки жидкого теплоносителя и систему трубопроводов, при этом теплообменные элементы секции, насос и трубопроводы образуют кольцевую замкнутую структуру.

26. Устройство по п. 25, отличающееся тем, что насосы всех секций скомпонованы в один блок.

27. Устройство по любому из пп. 12-24, отличающееся тем, что теплообменные элементы каждой секции связаны между собой по тепловому потоку посредством тепловых труб.

28. Устройство по любому из пп. 12-24, отличающееся тем, что связь по тепловому потоку между теплообменными элементами каждой секции многосекционного теплообменника выполнена в виде металлических теплопроводящих элементов.

29. Устройство по любому из пп. 12-28, отличающееся тем, что сборник конденсата сообщен с частью канала для транспортирования воздуха, включающей первые n теплообменных элементов и все теплоотводящие элементы.

Версия для печати
Дата публикации 23.02.2007гг


вверх