Устройство для получения воды из воздуха в условиях криолитозоны
Владельцы патента RU 2732234:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" (RU)
Изобретение относится к области устройств для получения воды. Устройство содержит элементы для конденсации влаги из воздуха, состоит из надземной и подземной частей. Подземная часть включает змеевик (8), помещенный в толщу многолетнемерзлого грунта на глубину до 3-5 м, один конец которого выходит на земную поверхность, а другой конец соединен через теплоизолированный трубопровод (7), снабженный насосом (9) для принудительной подачи охлажденного воздуха, с надземной частью, включающей емкость водосборника (1) на стойках (2) с выходным патрубком (3) и зону охлаждения, сооруженной над водосборником (1), выполненной в виде двускатной площадки из наклонных пластин (5). Пластины (5) наклонены во внутреннюю сторону с формированием открытой прорези для прохода образующегося конденсата, для чего в нижней части пластин (5) сварены полые охлаждающие ребра (6), соединенные с трубопроводом (7) змеевика (8). Обеспечивается упрощение устройства для получения воды из воздуха и уменьшение энергопотребности оборудования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для получения воды, в частности, из атмосферного воздуха, в регионах распространения многолетнемерзлого грунта (криолитозоны), и может быть использовано в быту и для потребностей народного хозяйства.
Наиболее распространенным способом получения воды, например, в прибрежных регионах, является выпаривание морской воды и конденсации образовавшегося пара (процесс дистилляции) (см. RU №2117734, кл. E03B 3/28, B01D 5/00, опубл. 20.08.1998; RU №2143530, кл. E03B 3/28, B01D 5/00, опубл. 27.12.1999; DE №2503250, кл. C02F1/18, F24F5/00, опубл. 29.07.1976).
Более экономичным для условий любых регионов является способ получения воды из атмосферного воздуха при его конденсации на охлажденной поверхности.
Известно устройство для получения воды из атмосферного воздуха, содержащее канал для транспортировки потока атмосферного воздуха, охлаждающий элемент, размещенный в канале для транспортировки потока атмосферного воздуха, и систему сбора конденсата (см. RU №2081256, кл. Е03В 3/28, опубл. 10.06.1997). В аналоге в качестве охлаждающего элемента может быть использована компрессионная холодильная машина или термоэлектрический модуль, основанный на явлении Пельтье, блок горячих спаев которого располагают на выходе из канала. Охлажденный обезвоженный воздух обдувает блок горячих спаев, понижая его температуру и увеличивая холодопроизводительность.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, необходимость использования дополнительного холодильного оборудования и повышенная в целом энергопотребность оборудования.
Между тем, известно, что в северных регионах на глубине не менее 3 м в условиях многолетнемерзлых грунтов круглогодично поддерживается постоянная отрицательная температура минус 6°С. Например, естественный кондиционер (см. RU №2538520, кл. F24F 7/00, опубл. 10.01.2015) использует холод многолетнемерзлых грунтов и включает змеевик, помещенный в многолетнемерзлый грунт на глубину до 3-5 м и присоединенный к трубопроводу замкнутого цикла воздухообмена, снабженному впускной заслонкой и размещаемому по периметру охлаждаемых помещений.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в создании устройства для получения воды из воздуха в летнее время с использованием естественного холода многолетнемерзлых грунтов.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении устройства для получения воды из воздуха и уменьшении энергопотребности оборудования.
Для решения поставленной задачи устройство для получения воды из воздуха, содержащее элементы для конденсации влаги из воздуха, отличается тем, что состоит из надземной и подземной частей, при этом подземная часть включает трубопроводный змеевик, помещенный в толщу многолетнемерзлого грунта на глубину до 3-5 м, один конец которого выходит на земную поверхность и закрыт воздухопроницаемой защитной крышкой, а другим концом присоединен через теплоизолированный трубопровод, снабженный насосом для принудительной подачи охлажденного воздуха, с надземной частью, включающей емкость водосборника на стойках с выходным патрубком и зону охлаждения, сооруженной над водосборником, выполненной в виде двускатной площадки из наклонных пластин, изготовленных из температуропроводного и не смачиваемого водой материала, причем, пластины наклонены во внутреннюю сторону с формированием открытой прорези или сквозных отверстий для прохода образующегося конденсата, для чего, в нижней части пластин сварены полые охлаждающие ребра, соединенные с трубопроводом змеевика. Кроме того, насос для принудительной подачи охлажденного воздуха подключен к контроллеру автоматического включения-выключения в соответствии с установленной программой. Кроме того, насос для принудительной подачи охлажденного воздуха снабжен термостатом для автоматического включения-выключения по температуре окружающей среды.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, использование естественного холода многолетнемерзлых грунтов для получения воды из воздуха в летнее время.
Известно, что летом атмосфера насыщается водяными парами в результате испарения. В северных регионах коэффициент испарения достаточно высок, что объясняется длительностью солнечного дня, при этом, влажность воздуха, даже в сухое время суток, может достигать до 60-75 %. Установлено, что при оптимальных условиях кондиционирования водяные пары можно обратно превратить в воду, например, при сооружении зоны конденсации над поверхностью земли на высоте 1,5-2,0 м. Полученная вода будет вполне пригодна для питья после санитарной обработки, а также для использования в быту, приусадебном хозяйстве и т.д.
Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре схематически показано устройство для получения воды из воздуха, которое состоит из надземной и подземной частей.
Надземная часть включает емкость водосборника 1 на стойках 2, формирующих неподвижное основание, снабженная выходным патрубком 3 с краном 4 (см. фиг.). Над емкостью водосборника 1 сооружена зона конденсации, выполненная в виде двускатной площадки из двух наклонных пластин 5, причем, пластины наклонены во внутреннюю сторону, при этом изготовлены из температуропроводного, не смачиваемого водой материала, например, из тонкого металлического листа. Между пластинами 5 имеется прорезь (или отверстия) для прохода конденсируемой влаги в водосборник 1.
С нижней стороны пластин 5 приварены полые охлаждающие ребра 6, сообщающиеся с трубопроводом 7 змеевика 8 подземной части устройства. Трубопровод 7 может быть выполнен проходящим по центру под зоной конденсации. Количество ребер 6 должно быть достаточным для охлаждения поверхности пластин 5.
Подземная часть устройства включает трубопроводный змеевик 8, погруженный непосредственно в толщу слоя многолетнемерзлого грунта на глубину не менее 3-5 м и присоединенный одним концом к трубопроводу 7, в котором над поверхностью земли вмонтирован насос 9. Другой конец змеевика 8 выходит на поверхность земли, снабжен краном, при этом для работы закрывается защитной воздухопроницаемой крышкой. Насос 9 может быть дополнительно оборудован контроллером или термостатом, который включает и выключает насос 9 в автоматическом режиме по установленной программе или в зависимости от температуры окружающего воздуха. Надземная часть трубопровода 7 до зоны конденсации выполнена теплоизолированной, для чего, используются известные способы и материалы для теплоизоляции. Таким образом, охлаждаемый воздух во время работы устройства принудительно проходит через змеевик 8, трубопровод 7 и ребра 6 (см. фиг.).
Надземная часть устройства может быть сооружена над поверхностью земли, например, на высоте около 1,5-2,0 м. В качестве иного варианта может быть выполнено размещение, например, внутри чердачного пространства садового (дачного) домика. В этом случае необходимо обеспечить тщательную теплоизоляцию надземной части трубопровода 7, проходящей до зоны конденсации. При этом теплоизолированная часть трубопровода 7 может быть углублена в землю, например, на глубину до 1 м.
Заявленное устройство работает следующим образом.
В летний период времени, например, при температуре выше 20°С принудительно, либо в автоматическом режиме, включают насос 9 устройства и охлажденный в условиях естественного холода многолетнемерзлых грунтов воздух из змеевика 8, погруженного на глубину 3-5 м в толщу многолетнемерзлого грунта, направляется через трубопровод 7 к надземной части устройства, в т.ч. через полые ребра 6, размещенные под пластинами 5 зоны конденсации. В результате пластины 5 охлаждаются и при омывании теплым, насыщенным влагой воздухом на поверхностях пластин 5 образуется конденсат, который накапливаясь, скатывается и собирается в емкости водосборника 1. При достижении температуры окружающей среды, например, ниже 20°С, подачу охлажденного воздуха прекращают путем выключения насоса 9 в принудительном, либо в автоматическом режиме.
Собранная вода через патрубок 3 может быть выгружена, либо направлена через подключаемые шланги на хозяйственные нужды, например, на орошение огорода, теплиц и т.д.
Таким образом, использование заявленного изобретения позволит получать воду из воздуха в летнее время, при этом, для работы устройства не требуется установки специального дополнительного холодильного оборудования за счет использования естественного холода многолетнемерзлых грунтов. При этом достигается существенное снижение энергопотребности самой установки для получения воды из воздуха, а простота конструкции позволяет обеспечить мобильность устройства и использование для широкого круга потребителей.
1. Устройство для получения воды из воздуха, содержащее элементы для конденсации влаги из воздуха, отличающееся тем, что состоит из надземной и подземной частей, при этом подземная часть включает змеевик, помещенный в толщу многолетнемерзлого грунта на глубину до 3-5 м, один конец которого выходит на земную поверхность, а другим концом присоединен через теплоизолированный трубопровод, снабженный насосом для принудительной подачи охлажденного воздуха, с надземной частью, включающей емкость водосборника на стойках с выходным патрубком и зону охлаждения, сооруженной над водосборником, выполненной в виде двускатной площадки из наклонных пластин, причем пластины наклонены во внутреннюю сторону с формированием открытой прорези для прохода образующегося конденсата, для чего в нижней части пластин сварены полые охлаждающие ребра, соединенные с трубопроводом змеевика.
2. Устройство для получения воды из воздуха по п. 1, отличающееся тем, что насос для принудительной подачи охлажденного воздуха подключен к контроллеру автоматического включения-выключения.
3. Устройство для получения воды из воздуха по п. 1, отличающееся тем, что насос для принудительной подачи охлажденного воздуха снабжен термостатом для автоматического включения-выключения по температуре окружающей среды.
