Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха
Владельцы патента RU 2609811:
Соловьев Александр Алексеевич (RU)
Малых Юрий Борисович (RU)
Чекарев Константин Владимирович (RU)
Изобретение относится к области получения пресной воды из атмосферного воздуха. Установка содержит водосборник (17), холодильный агрегат (2), соединенный через вентиль (4) и гидронасос (5) с термоизолированной емкостью (6) и с теплообменником-конденсатором (7), расположенным в воздуховоде (8). В теплообменнике-конденсаторе (7) находятся каплеуловитель (9) и вентилятор (10). В установку вводится гелиостат (1) с системой управления, выполненный из концентрирующих элементов, каждый из которых состоит из линзы с большим фокусным расстоянием F и линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптоволоконного кабеля (21). Кроме того, вводятся емкость с водой (14) и соединенный с ней лоток-испаритель (16) с регулятором уровня воды, расположенный перед теплообменником-конденсатором (7). Обеспечиваются высокая эффективность преобразования солнечной энергии и высокая производительность установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из атмосферного воздуха, в частности к солнечным установкам с дополнительным искусственным источником холода и принудительной продувкой воздуха.
Известна установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащая солнечные батареи, холодильный агрегат, водосборник и воздуховод, в котором размещены испаритель холодильного агрегата и вентилятор (Заявка ФРГ №3313711 кл. E03B 3/28, 1984). За счет электроэнергии, получаемой от солнечных батарей, холодильный агрегат производит холод, который выделяется на теплообменнике-испарителе. Атмосферный воздух с помощью вентилятора продувается через воздуховод, при этом содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется на расположенном в воздуховоде испарителе холодильного агрегата.
Недостатком данной установки является низкая эффективность, обусловленная низким коэффициентом преобразования солнечной энергии и малой производительностью.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является установка для получения пресной воды из влажного воздуха(патент РФ №2056479, МПК: E03B 3/28). Она содержит солнечные батареи, водосборник, холодильный агрегат, соединенный через гидронасос и вентиль с термоизолированной емкостью и с теплообменником- конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находятся каплеуловитель и вентилятор.
Установка работает следующим образом. В светлое время суток электроэнергия от солнечных батарей поступает на холодильный агрегат, вырабатывающий холод. С помощью вентиля холодильный агрегат подключается к термоизолированной емкости. Находящаяся в ней жидкость с помощью гидронасоса прокачивается через холодильный агрегат и охлаждается, в результате в термоизолированной емкости аккумулируется холод. В темное время суток, когда влажность воздуха достигает величины, близкой к 100%, с помощью вентиля термоизолированная емкость подключается к теплообменнику-конденсатору, включаются гидронасос и вентилятор, в результате через теплообменник-конденсатор начинает прокачиваться находящаяся в термоизолированной емкости холодная жидкость, а с помощью вентилятора продувается влажный воздух. Находящийся в воздухе водяной пар конденсируется и оседает на теплообменнике-конденсаторе и затем стекает в водосборник, а неосевшие капли улавливаются каплеуловителем.
Недостатками данной установки являются низкая эффективность, обусловленная низким коэффициентом преобразования солнечной энергии, и малая производительность.
Низкий коэффициент преобразования солнечной энергии обусловлен тем, что КПД преобразования солнечной энергии с помощью полупроводниковых элементов в настоящее время не превышает 25%, а низкая производительность установки обусловлена малым временем ее работы, так как она работает только в темное время суток, когда влажность воздуха близка к 100%.
Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования солнечной энергии и повышение производительности установки.
Техническим результатом является высокая эффективность преобразования солнечной энергии и высокая производительность установки.
Технический результат достигается тем, что в установку для получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащую водосборник, холодильный агрегат, соединенный через вентиль и гидронасос с термоизолированной емкостью и теплообменником-конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находятся каплеуловитель и вентилятор, вводятся гелиостат с системой управления, выполненный из концентрирующих элементов, каждый из которых состоит из линзы с большим фокусным расстоянием F и линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптоволоконного кабеля, кроме того, в установку вводятся емкость с водой и соединенный с ней лоток-испаритель с регулятором уровня воды, расположенный перед теплообменником, при этом в установке холодильный агрегат выполнен в виде адсорбционного холодильника, теплообменник-испаритель которого помещен в охлаждающую емкость, соединенную через введенные вентили и гидронасос с теплообменником-конденсатором, а в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, выходное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина, при этом оптоволоконные кабели всех концентрирующих элементов гелиостата соединены в два пучка, один из которых вводится в адсорбционный холодильник, а другой подводится снизу к лотку-испарителю.
Введение в установку гелиостата с концентрирующими элементами позволяет существенно повысить эффективность преобразования солнечной энергии, поскольку коэффициент преобразования солнечной энергии в тепловую выше, чем преобразование ее в электричество, кроме того, введение оптоволоконных кабелей позволяет подводить концентрированное солнечное излучение в любое заданное место.
Введение лотка-испарителя, расположенного перед теплообменником-конденсатором, соединенного с емкостью с водой, позволяет повысить влажность воздуха в светлое время суток за счет испарения воды из лотка-испарителя, при этом вода может быть любого качества, в том числе соленая.
Изобретение поясняется схемами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2. Как показано на фиг. 1 установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха содержит гелиостат 1 с системой управления, адсорбционный холодильник 2, теплообменник-испаритель которого помещен в охлаждающую емкость 3, соединенную через вентиль 4 и гидронасос 5 с термоизолированной емкостью 6 и теплообменником-конденсатором 7, расположенном в воздуховоде 8, в котором также находятся каплеуловитель 9 и вентилятор 10. Теплообменник-конденсатор 7 через вентили 11 и 12 и через гидронасос 13 соединен с охлаждающей емкостью 3. Установка содержит емкость с водой 14 и соединенный с ней лоток-испаритель 15, расположенный перед теплообменником-конденсатором 7 и содержащий регулятор уровня воды 16. Под воздуховодом 8 расположен водосборник 17.
На фиг. 2 показана схема устройства концентрирующих элементов гелиостата 1. Концентрирующий элемент содержит линзу 18 с большим фокусным расстоянием F, линзу 19 с малым фокусным расстоянием f, конический фоклин полного внутреннего отражения 20 и оптоволоконный кабель 21. Линза 19 находится на расстоянии F+f от линзы 18, что позволяет получить концентрированный параллельный пучек солнечного излучения. Линза 19 может быть выполнена в виде линз Френеля с фокусным расстоянием F порядка 50 см. У линзы 19 расположено входное отверстие конического фоклина 20, выполненного в виде усеченного стеклянного конуса. Основание усеченного конуса, являющееся входным отверстием конического фоклина 20, превышает диаметр линзы 19 примерно в 3 раза, что позволяет уменьшить требования к точности наведения гелиостата 1 на солнце. Параллельный пучок концентрированного солнечного излучения, выходящий из линзы 19, попадает в конический фоклин 20 и в результате полного внутреннего отражения выходит из конического фоклина 20 и попадает в оптоволоконный кабель 21, присоединенный к выходному отверстию конического фоклина 20. Диаметр оптоволоконного кабеля 21 равен диаметру выходного отверстия конического фоклина 20.
Выходные концы оптоволоконных кабелей 21 концентрирующих элементов соединены в 2 пучка, один из которых 1п, как это видно на фиг. 1, входит в адсорбционный холодильник, а другой пучек 2п подводится снизу к лотку-испарителю 15.
Установка работает следующим образом. В исходном положении вентиль 4 соединяет охладительную емкость 3 с термоизолированной емкостью 6, а вентили 11 и 12 соединяют охлаждающую емкость 3 с теплообменником-конденсатором 7. При восходе солнца с помощью системы управления гелиостат устанавливается таким образом, чтобы нормаль к плоскости гелиостата была всегда направлена на солнце. Солнечное излучение, пройдя через линзы 18 и 19 концентрирующих элементов, преобразуется в параллельный поток концентрированного солнечного излучения, который с помощью конического фоклина 20 направляется в оптоволоконные кабели 21, соединенные в пучки 1п и 2п. Через пучек 1п концентрированное солнечное излучение поступает в адсорбционный холодильник, обеспечивая его работу по производству холода. Теплообменник-испаритель холодильника 2, помещенный в охлаждающую емкость 3, начинает охлаждать находящуюся в ней жидкость, которая с помощью гидронасоса 5 закачивается в термоизолированную емкость 6, а с помощью гидронасоса 13 прокачивается через теплообменник-конденсатор 7. Через пучек оптоволоконных кабелей 2п концентрированное солнечное излучение подводится снизу к лотку-испаритею 16, в результате находящаяся в нем вода, поступающая в него из емкости с водой 14, начинает нагреваться, а затем испаряться. Уровень воды в лотке-испарителе поддерживается постоянным с помощью регулятора уровня 15. С помощью пара, поступающего из лотка-испарителя 15, повышается влажность атмосферного воздуха, когда она меньше 100%, в результате установка может работать с большой эффективностью и в светлое время суток. Атмосферный воздух с помощью вентилятора 10 прокачивается через теплообменник-конденсатор 7, где содержащийся в нем пар конденсируется на развитой поверхности теплообменника-конденсатора 7, а находящиеся в нем капли улавливаются каплеуловителем 9, при этом сконденсированная вода стекает в водосборник 17.
После захода солнца вентиль 4 устанавливается так, что холодная жидкость из термоизолированной емкости 6 с помощь гидронасоса 5 поступает в теплообменник- конденсатор 7. При большой влажности атмосферного воздуха установка эффективно работает без дополнительного увлажнения.
Был построен макет установки для получения пресной воды из атмосферного воздуха. Проведенные эксперименты показали работоспособность и эффективность предложенной конструкции.
1. Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащая водосборник, холодильный агрегат, соединенный через вентиль и гидронасос с термоизолированной емкостью и с теплообменником-конденсатором, расположенным в воздуховоде, в котором также находятся каплеуловитель и вентилятор, отличающаяся тем, что в установку вводится гелиостат с системой управления, выполненный из концентрирующих элементов, каждый из которых состоит из линзы с большим фокусным расстоянием F и линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптоволоконного кабеля, а также вводятся емкость с водой и соединенный с ней лоток-испаритель с регулятором уровня воды, расположенный перед теплообменником-конденсатором.
2. Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что холодильный агрегат выполнен в виде адсорбционного холодильника, у которого теплообменик-испаритель помещен в охлаждающую емкость, соединенную через введенные вентили и гидронасос с теплообменником-конденсатором.
3. Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина, при этом оптоволоконные кабели концентрирующих элеменов гелиостата соединены в два пучка, один из которых вводится в адсорбционный холодильник, а другой подводится снизу к лотку-испарителю.
