Устройство для получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха

 

Использование: для получения питьевой воды. Сущность изобретения: устройство состоит из теплоизолированной камеры, внутри которой расположены холодильные элементы и электрические нагреватели. Насос засасывает воздух из окружающей среды внутрь камеры. Водяные пары из воздуха оседают на поверхности холодильных элементов в виде льда. Когда накапливается значительное количество льда, холодильные элементы выключаются и включаются электрические нагревательные элементы, которые плавят лед. Образовавшуюся воду выпускают наружу через кран. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха и может быть использовано в засушливых районах (пустынях, полупустынях, сухих степях) для обеспечения населения питьевой водой и водой для бытовых нужд. Оно может быть также использовано там, где пресная вода в реках и озерах сильно загрязнена вредными веществами (промышленными отходами, гербицидами и т.п.) и потому не пригодна для питья.

Известно устройство, дистиллятор [2,3] для получения пресной воды путем дистилляции природной соленой воды (воды моря, озера).

Недостаток этого устройства в том, что для его работы необходимо иметь резервуар природной соленой воды, который в засушливых районах имеется далеко не всегда, что существенно ограничивает возможности получения пресной воды в безводных районах. Дополнительный недостаток этого устройства большая затрата энергии на испарение воды при дистилляции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения пресной воды, установленное в городе Гибралтар [1] принятое за прототип, представляющее собой желобообразную бетонированную поверхность. Выпадающая на эту поверхность ночная роса стекает в резервуары и после очистки используется как питьевая.

Недостатком этого устройства является малая производительность и потому оно не получило широкого распространения.

Цель изобретения создание устройства для получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха, которое может быть использовано в любом районе и будет особенно полезно в жарких, сухих, безводных местностях: пустынях, полупустынях и сухих степях.

Это достигается благодаря тому, что устройство для получения пресной воды путем конденсации отличается тем, что с целью повышения производительности устройства поверхность конденсации выполнена в виде холодильных элементов, охлаждаемых до температуры 26-30^оС ниже нуля, расположенных в теплоизолированной камере, снабженной патрубком для засасывания насосом воздуха из окружающей среды и патрубком для выпуска его в окружающую среду, а также снабженной электрическими нагревателями для периодического нагрева камеры до 25-30^оС выше нуля с целью расплавления льда, намерзшего на поверхности конденсации, и получения воды. Камера снабжена краном с патрубком для выпуска образовавшейся воды наружу.

Устройство отличается тем, что холодильные элементы расположены в виде совокупности труб, подключенных к холодильной установке [4] в которых циркулирует жидкий или газообразный хладоагент.

Устройство отличается тем, что холодильные элементы выполнены из полупроводниковых материалов и работают на основе эффекта Пельтье [5] Устройство отличается тем, что нагревателями являются полупроводниковые холодильные элементы, в которые постоянный ток направляют в противоположном направлении [5] Сущность изобретения состоит в том, что с помощью насоса воздух окружающей среды прогоняют через камеру, охлажденную с помощью холодильных элементов, и содержащаяся в воздухе вода оседает на поверхности этих элементов и стенках камеры в виде льда и инея. После того, как накапливается значительное количество льдов и инея, холодильные элементы выключают и включают расположенные внутри камеры электрические нагреватели, которые повышают температуру внутри камеры до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Лед и иней расплавляются, и получается пресная вода, которая через кран выпускается наружу и может быть использована без какой-либо дополнительной очистки. Затем вся процедура осаждения льда и его плавления повторяется, и эта процедура может повторяться сколь угодно раз. Так как вода в виде водяных паров содержится в воздухе даже в самых засушливых районах, устройство позволяет получать пресную воду в любом районе и в том числе в совершенно безводной сухой местности.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из теплоизоляционной камеры 1 с патрубком для всасывания воздуха из окружающей среды 2, и патрубком 3 для выпуска воздуха в окружающую среду через засасывающий насос 4. Внутри камеры расположены холодильные элементы 5. Эти элементы могут быть выполнены в виде системы труб, подключенных к специальной холодильной установке, в которых циркулирует жидкий или газообразный хладагент. Холодильные элементы могут быть также выполнены из полупроводниковых материалов и работать на основе эффекта Пельтье. Внутри камеры расположены электрические нагреватели 6. Для выпуска полученной воды камера 1 снабжена краном 7 с патрубком 8.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально включают насос 4, который через патрубок 2 засасывает в камеру 1 воздух из окружающей среды, и через патрубок 3 выводит его наружу. Кран 7 при этом должен быть закрыт. Затем включают холодильные элементы 5, которые понижают в камере 1 температуру до 25-30^оС ниже нуля. При этой температуре практически весь водяной пар начнет оседать на поверхность холодильных элементов 5 и внутренние стенки камеры 1 в виде льда и инея. После накопления значительного количества льда и инея холодильные элементы 5 и насос 4 выключают и включают электрические нагреватели 6, которые существенно повышают температуру в камере 1 до приблизительно температуры окружающей среды (25-30^о выше нуля). В результате этого лед в камере быстро плавится, и полученную воду выпускают наружу через кран 7 и патрубок 8. После выпуска воды кран 7 закрывают, вновь включают насос 4, холодильные элементы 5 и выключают нагреватели 6, и вся вышеописанная процедура осаждения льда и инея и их расплавления повторяется.

Плавление льда можно осуществить и без включения нагревателей 6 за счет поступления в камеру 1 тепла из окружающей среды за счет разности температуры между окружающей средой и температуры внутри камеры. Это существенно экономит электроэнергию, но снижает производительность устройства. Электроэнергия для работы устройства может быть взята из общей электрической сети или от полупроводниковых солнечных батарей.

Даже в очень сухом воздухе имеется достаточное количество водяных паров, чтобы с помощью предложенного устройства можно было получить значительное количество воды. Произведем для этого простые расчеты.

Пусть температура окружающей среды будет 30^оС выше нуля, а относительная влажность воздуха составляет всего 5% что обеспечивает содержание водяных паров 1,55 г/м³ [6] После понижения температуры воздуха в камере до температуры 30^оС ниже нуля большая часть водяного пара выпадает в виде льдин и инея, оставшийся в воздухе водяной пар станет насыщенным, и его содержание в воздухе будет 0,3 г/м³ [6] Таким образом, за счет конденсации паров воды из воздуха из 1 м³ воздуха можно получить 1,25 г воды. Если через камеру пропускать воздух при расходе 10 м³/с, то в течение часа будет получено 45 кг льда или соответственно такое же количество пресной воды. Если устройство в течение суток в течение 12 ч работает в режиме охлаждения и 12 ч в режиме прогрева и плавления льда, то в сутки устройство позволяет получить 540 кг питьевой воды, что весьма значительно. Даже при весьма малом заборе воздуха в 1 м³/с в сутки будет получено 54 кг воды, что обеспечивает среднюю семью питьевой водой.

Вышеприведенные расчеты относятся к очень низкой относительной влажности в 5% В реальных условиях влажность может быть 20-30% и количество получаемой воды за это же время будет в 4-6 раз больше.

Предложенное устройство позволяет получать пресную воду питьевую в самой безводной местности и тем самым дает возможность осваивать соответствующие районы. Устройство может быть использовано в Средней Азии, Казахстане, Крыму, Донбассе и других районах СССР и за рубежом, где ощущается недостаток пресной воды. Оно может быть использовано также там, где природные источники пресной воды (реки и озера) сильно загрязнены промышленными отходами, гербицидами и т.п. и вода в них вредна для здоровья человека.

Так как значительное количество пресной воды может быть получено при весьма малом заборе воздуха из окружающей среды (порядка 1 м³/с), устройство может быть изготовлено малогабаритным и, подобно холодильнику, установлено в квартире или даже юрте кочевника. Устройство можно установить и на автомашине.

Поскольку в жарких засушливых районах много солнечных дней, то для работы предложенного устройства можно широко использовать электроэнергию, полученную от солнечных батарей. Это делает устройство экономичным и автономным, давая возможность использовать его в необжитых районах, где не имеется общей электросети.

Важным достоинством предложенного устройства является то, что оно не загрязняет окружающую среду и не вызывает каких-либо экологических изменений. В то же время используемые в настоящее время дистилляторы [2, 3] работающие на органическом топливе, сильно загрязняют окружающую среду. Кроме того, большие средства расходуются на транспортировку топлива. Атомные дистилляторы [2] экологически опасны и кроме того, проблема образующихся радиоактивных отходов не имеет удовлетворительного решения.

Экономический эффект от применения устройства будет получен за счет того, что не будет затрачиваться большое количество энергии на получение пресной воды путем дистилляции, как это делается в настоящее время. Дополнительный экономический эффект будет получен за счет освоения труднодоступных районов, освоение которых сдерживается отсутствием воды, а также за счет сокращения расходов на защиту окружающей среды.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕСНОЙ ВОДЫ ПУТЕМ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ ИЗ ВОЗДУХА, содержащее твердую поверхность для конденсации, отличающееся тем, что поверхность конденсации выполнена в виде холодильных элементов, охлаждаемых до температуры -25 -30^oС, расположенных в теплоизолированной камере, снабженной патрубком для засасывания насосом воздуха из окружающей среды и патрубком для выпуска его в окружающую среду, а также снабженной электрическими нагревателями для периодического прогрева внутренности камеры до -25 30^oС с целью расплавления льда, намерзшего на поверхности конденсации и получения воды, причем камера снабжена краном с патрубком для выпуска образовавшейся воды наружу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что холодильные элементы выполнены в виде совокупности труб, подключенных к холодильной установке, в которых циркулирует жидкий или газообразный хладагент.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что холодильные элементы выполнены из полупроводниковых материалов и работают на основе эффекта Пельтье.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что нагревателями являются холодильные полупроводниковые элементы, в которые постоянный ток направляют в противоположном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1