RU2835983C2 - Способ и установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока (варианты) - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области получения пресной воды из атмосферного воздуха с гидрообогащением воздушного потока. Способ состоит в том, что осуществляют втягивание наружного воздуха в камеру адсорбции, адсорбцию влаги на сорбирующем материале, десорбцию влаги с помощью нагрева, вывод осушенного воздуха, конденсацию влаги, сбор и хранение воды. Формируют основной канал и канал разгрузки для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор. Наружный воздух втягивают в основной канал и канал разгрузки камеры адсорбции через входные окна. Пропускают наружный воздух через адсорбционный ротор. Адсорбируют влагу в основном канале адсорбции и вращением ротора переносят адсорбированную влагу в канал разгрузки. Наружный воздух нагревают при втягивании в канал разгрузки. Пропускают нагретый воздух через адсорбционный ротор. Обогащают нагретый воздух влагой, адсорбированной на адсорбционном роторе в основном канале, и гидрообогащенный и нагретый воздушный поток из канала разгрузки камеры адсорбции направляют в камеру смешивания, в которую втягивают наружный воздух и смешивают наружный воздух и обогащенный влагой нагретый воздух. Далее направляют смешанный воздушный поток в конденсационную камеру для экстракции воды из воздуха. Процесс втягивания наружного воздуха и вывода осушенного воздуха, адсорбции воздуха, обогащения, смешивания воздушных потоков, конденсации и экстракции воды из гидрообогащенного воздушного потока осуществляют непрерывно. При повышении влагосодержания наружного воздуха до 15 г/куб.м., наружный воздух втягивают в конденсационную камеру через камеру смешивания при закрытых входных окнах. Установка по первому варианту для осуществления вышеизложенного способа содержит камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник. Установка по первому варианту также дополнительно снабжена основным каналом и каналом разгрузки, адсорбционным ротором, первым входным окном, вторым входным окном, первым выходным окном, первым вытяжным вентилятором, вторым выходным окном и вторым вытяжным вентилятором, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции. Нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой радиатор, расположенный перед адсорбционным ротором в канале разгрузки. Установка по второму варианту для осуществления вышеизложенного способа содержит камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник. Установка по второму варианту дополнительно снабжена основным каналом и каналом разгрузки, адсорбционным ротором, первым входным окном, вторым входным окном, первым выходным окном, вторым выходным окном, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции. Нагревательное устройство представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, а теплообменное устройство в виде антигравитационной тепловой трубы. Установка по второму варианту дополнительно снабжена первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, вторым нагнетателем воздуха, солнечным модулем, концентратором солнечного излучения. Установка по третьему варианту для осуществления вышеизложенного способа содержит камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник. Установка по третьему варианту дополнительно снабжена основным каналом и каналом разгрузки, адсорбционным ротором, первым входным окном, вторым входным окном, первым выходным окном, первым вытяжным вентилятором, вторым выходным окном, вторым вытяжным вентилятором, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции. Нагревательное устройство представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, а теплообменное устройство выполнено в виде антигравитационной тепловой трубы. Установка по третьему варианту дополнительно снабжена первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, вторым нагнетателем воздуха, солнечным модулем, концентратором солнечного излучения, первым клапаном для открытия первого вытяжного вентилятора в безветрие, вторым клапаном для открытия второго вытяжного вентилятора в безветрие. Обеспечивается повышение эффективности экстракции воды из атмосферного воздуха за счет гидрообогащения воздушного потока и непрерывной работы установки, а также повышение энергоэффективности установки за счет применения пассивных нагнетателей воздушного потока, солнечного модуля, антигравитационной тепловой трубы и цилиндрического аккумулятора тепловой энергии с концентратором солнечного излучения. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам получения пресной воды из атмосферного воздуха с гидрообогащением воздушного потока, и может быть использовано для сельского хозяйства, питьевого водоснабжения, а также для нужд промышленности.

Известны способ и устройство для получения воды из воздуха в любом месте, включая пустыни, содержащее устройство для сбора воды, имеющее резервуар для сбора воды, в котором размещен заранее определенный растворяющий материал, мешалку для перемешивания растворяющего материала и воздуходувку для вдувания воздуха в растворяющий материал, нагревательное дистилляционное устройство, имеющее дистилляционный резервуар для размещения жидкости (4 л), содержащей захваченную влагу в резервуаре для сбора воды, нагреватель для нагрева дистилляционного резервуара и конденсатор для конденсации водяного пара, нагретого нагревателем и испаренного из жидкости, чтобы получить дистиллированную воду (патент Японии JP 5252141 B1, МПК B01D 5/0018, опубл. 26.03.2015). Воздух вдувают в растворяющееся вещество при перемешивании порошкообразного или гранулированного растворяющегося вещества, и влага из воздуха впитывается в растворяющееся вещество. Путем нагрева раствора регенерируют растворяющий материал и конденсируют водяной пар, выпаренный из растворяющего раствора, для получения дистиллированной воды.

Известны способ и устройство для извлечения воды из газового потока, например атмосферного воздуха, включающий контакт газового потока с пористым адсорбирующим материалом, имеющим модификатор поверхности, адсорбированный на поверхности пористой подложки (патент США № US 6960243 B1, опубл. 01.11.2005). Агент, модифицирующий поверхность, создает гидрофильную поверхность для адсорбции воды. После адсорбции воды в порах модификатор поверхности селективно десорбируется с поверхности. Затем вода испаряется из пор и может быть собрана в конденсаторе. Для удаления (десорбции) воды из адсорбента используют два способа. По первому способу адсорбент изначально находится в гидрофильном состоянии, так что поры заполняются водой из газового потока. После того, как поры заполнены, химический состав поверхности пор изменяется таким образом, что поверхность переходит из гидрофильного состояния в гидрофобное, а вода вытесняется из пор в виде жидкости. Второй и более предпочтительный способ заключается в использовании разницы давлений. Высушенный воздух пропускают через конденсатор, включающий теплообменник, в котором конденсируется водяной пар, и выделяемое тепло передается осушенному воздуху.

Недостатком известных способов и устройств получения воды из воздуха является низкая эффективность экстракции воды из воздуха в аридных условиях из-за низкого содержания влаги в воздухе, а также низкая энергоэффективность установок за счет больших энергозатрат на нагрев воздуха.

Известно устройство для сбора атмосферной воды на основе сорбции и с использованием суточных перепадов температур, предназначенное для засушливых регионов с возможностью питания от низкопотенциальных источников энергии, таких как солнечное излучение (патент США № US 10683644 B2, МПК Е03В 3/28, опубл. 16.06.2020). Устройство включает слой адсорбента и конденсатор. В качестве адсорбента применяют металлоорганический каркас, силикагель, цеолит, углеродное волокно, гигроскопическую соль или их комбинации. Устройство собирает солнечное тепло на поверхности системы и нагревает сорбционный материал, например цеолит, который отдает влагу, накопленную за ночь, в виде пара. Пар конденсируется на медной пластине коллектора, расположенной над вторым слоем цеолита. И при этом также выделяется тепло, которое используется для высвобождения водяного пара из второго слоя цеолита. Капли воды, собранные с обоих слоев, направляются в резервуар.

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть реализовано в основном в рамках цикла день-ночь, процесс получения атмосферной воды является непостоянным и низкоэффективным в регионах с низкой влажностью воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и устройство для извлечения воды из атмосферного воздуха, в котором используются колебания температуры для десорбции воды из сорбирующего материала с целью сбора воды из воздуха (патент США В US 6336957, МПК Е03В 3/28, опубл. 08.01.2002). Способ включает втягивание наружного воздуха вытяжным вентилятором через сорбирующий материал, расположенный в камере адсорбции и конденсатор, расположенный в конденсационной камере, герметичное закрытие корпуса от наружного воздуха после того, как сорбирующий материал полностью пропитается водяным паром, десорбцию воды из сорбирующего материала путем его нагревания, повышая тем самым внутреннее давление в камере адсорбции, создание частичного вакуума в камере адсорбции и перепада давления между камерой адсорбции и конденсационной камерой путем выпуска остаточного воздуха и некоторого количества водяного пара из корпуса, так что водяной пар перемещается из камеры адсорбции к конденсатору. И сбор воды, которая конденсируется на конденсаторе. Устройство для извлечения из атмосферного воздуха содержит корпус, имеющий камеру адсорбции и конденсационную камеру с возможностью герметичного закрытия от атмосферного воздуха, вытяжной вентилятор, сорбирующий материал, расположенный внутри камеры адсорбции, и конденсатор, установленный внутри конденсационной камеры, устройство для прохождения атмосферного воздуха через сорбирующий материал, устройства для попеременного охлаждения и нагревания сорбирующего материала, устройство для создания частичного вакуума внутри корпуса и перепада давления, которое представляет собой чувствительный к давлению клапан, который открывается, когда внутреннее давление корпуса превышает заданный порог, а также водосборник, приспособленный для сбора воды, которая конденсируется на конденсаторе. При этом устройства для охлаждения и нагрева содержат систему трубопроводов, находящихся в физическом контакте с сорбирующим материалом и по которым протекает атмосферный воздух. Согласно второму варианту исполнения устройство для извлечения из атмосферного воздуха содержит дополнительно второй конденсатор, который сообщается с корпусом через чувствительный к давлению клапан, и второй водосборник, приспособленный для сбора воды, которая конденсируется на втором конденсаторе, а также устройство для объединения воды, которая собирается во втором водосборнике, с водой, которая собирается в первом водосборнике.

Недостатком известного способа и устройства является низкая производительность в условиях сухого климата аридных зон, небольшая эффективность за счет работы в рамках цикла адсорбция-десорбция, когда внутри корпуса создается вакуум и блокируется вход для наружного воздуха до завершения цикла, а также низкая энергоэффективность, сложность создания вакуума внутри корпуса.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и энергоэффективности получения пресной воды из атмосферного воздуха в условиях низкой влажности в засушливых регионах.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить эффективность экстракции воды из атмосферного воздуха за счет гидрообогащения воздушного потока и непрерывной работы установки, а также повысить энергоэффективность установки за счет применения пассивных нагнетателей воздушного потока, солнечного модуля, антигравитационной тепловой трубы и цилиндрического аккумулятора тепловой энергии с концентратором солнечного излучения в зависимости от климатических параметров.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, включающем втягивание наружного воздуха в камеру адсорбции, адсорбцию влаги на сорбирующем материале, десорбцию влаги с помощью нагрева, вывод осушенного воздуха, конденсацию влаги, сбор и хранение воды, согласно изобретению, формируют основной канал и канал разгрузки для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, наружный воздух втягивают в основной канал и канал разгрузки камеры адсорбции через входные окна, пропускают наружный воздух через адсорбционный ротор, адсорбируют влагу в основном канале адсорбции и вращением ротора переносят адсорбированную влагу в канал разгрузки, наружный воздух нагревают при втягивании в канал разгрузки, пропускают нагретый воздух через адсорбционный ротор, обогащают нагретый воздух влагой, адсорбированной на адсорбционном роторе в основном канале, и гидрообогащенный и нагретый воздушный поток из канала разгрузки камеры адсорбции направляют в камеру смешивания, в которую втягивают наружный воздух и смешивают наружный воздух и обогащенный влагой нагретый воздух, и направляют смешанный воздушный поток в конденсационную камеру для экстракции воды из воздуха, при этом процесс втягивания наружного воздуха и вывода осушенного воздуха, адсорбции воздуха, обогащения, смешивания воздушных потоков, конденсации и экстракции воды из гидрообогащенного воздушного потока осуществляют непрерывно, причем при повышении влагосодержания наружного воздуха до 15 г/куб.м., наружный воздух втягивают в конденсационную камеру через камеру смешивания при закрытых входных окнах.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, тепло-обменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, согласно изобретению, снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором с горизонтальной осью вращения, состоящим из алюминиевого каркаса заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через % площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через % площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха и первым вытяжным вентилятором для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор, расположенными напротив первого входного окна в основном канале камеры адсорбции, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры и вторым вытяжным вентилятором, установленным в конденсационной камере перед вторым вытяжным окном, для втягивания наружного воздуха через канал разгрузки, камеру смешивания и конденсационную камеру, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, при этом нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой радиатор, расположенный перед адсорбционным ротором в канале разгрузки.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, согласно изобретению, снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором с горизонтальной осью вращения, состоящим из алюминиевого каркаса заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через % площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через % площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха и первым вытяжным вентилятором для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор, расположенными напротив первого входного окна в основном канале камеры адсорбции, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры и вторым вытяжным вентилятором, установленным в конденсационной камере перед вторым вытяжным окном, для втягивания наружного воздуха через канал разгрузки, камеру смешивания и конденсационную камеру, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, при этом нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, соединенный с каналом разгрузки через второе входное окно, концентратором солнечного излучения, установленным на цилиндрическом аккумуляторе тепловой энергии, а теплообменное устройство в виде антигравитационной тепловой трубы, нижняя часть которой с конденсатором зарыта в грунт, а верхняя часть с испарителем установлена внутри конденсационной камеры, первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, соединенным с основным каналом камеры адсорбции через первый воздуховод, вторым нагнетателем воздуха, соединенным с конденсационной камерой через второй воздуховод, солнечным модулем, соединенным с электромотором и установленным снаружи камеры адсорбции.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, согласно изобретению, снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором с горизонтальной осью вращения, состоящим из алюминиевого каркаса заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через % площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через % площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха и первым вытяжным вентилятором для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор, расположенными напротив первого входного окна в основном канале камеры адсорбции, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры и вторым вытяжным вентилятором, установленным в конденсационной камере перед вторым вытяжным окном, для втягивания наружного воздуха через канал разгрузки, камеру смешивания и конденсационную камеру, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, а нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, соединенный с каналом разгрузки через второе входное окно, концентратором солнечного излучения, установленным на цилиндрическом аккумуляторе тепловой энергии, теплообменное устройство в виде антигравитационной тепловой трубы, нижняя часть которой с конденсатором зарыта в грунт, а верхняя часть с испарителем установлена внутри конденсационной камеры, первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, соединенным с основным каналом камеры адсорбции через первый воздуховод, вторым нагнетателем воздуха, соединенным с конденсационной камерой через второй воздуховод, солнечным модулем, соединенным с электромотором и установленным снаружи камеры адсорбции, первым клапаном для открытия первого вытяжного вентилятора в безветрие, вторым клапаном для открытия второго вытяжного вентилятора в безветрие, первый вытяжной вентилятор с первым клапаном и первый нагнетатель воздуха соединены с камерой гидрообогащения через первый воздуховод, второй вытяжной вентилятор со вторым клапаном и второй нагнетатель воздуха соединены с конденсационной камерой через второй воздуховод.

Способ экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока осуществляют следующим образом.

В камере адсорбции формируют основной канал и канал разгрузки. Наружный воздух непрерывно втягивают в основной канал и канал разгрузки камеры адсорбции через первое и второе входные окна. В зависимости от климатических параметров втягивают наружный воздух в камеру адсорбции первым и вторым вытяжными вентиляторами или первым и вторым нагнетателями воздуха. В основном канале камеры гидрообогащения втянутый через первое входное окно наружный воздух осушают при прохождении через адсорбционный ротор, установленный в центре камеры с горизонтальной осью вращения. Осушенный воздух выводят через первое выходное окно. Втянутый через второе входное окно наружный воздух в канале разгрузки нагревают при прохождении через нагревательное устройство. Нагретый воздух обогащают влагой при втягивании через вращающийся адсорбционный ротор, насыщенный влагой в основном канале при осушении наружного воздуха, втянутого через первое входное окно в основной канал. Гидрообогащенный и нагретый воздушный поток из канала разгрузки камеры адсорбции направляют в камеру смешивания. В камере смешивания гидрообогащенный и нагретый воздушный поток смешивают с наружным воздухом, который втягивают в камеру смешивания открытием заслонки. И смешанный воздушный поток направляют в конденсационную камеру. В конденсационной камере смешанный воздушный поток охлаждают на испарителе теплообменного устройства и конденсируют влагу. Экстрагированную влагу собирают в водосборнике под конденсационной камерой. Осушенный после конденсации влаги воздушный поток выводят наружу через второе выходное окно. При повышении влагосодержания окружающего воздуха до 15 г./куб.м. воздуха, которое фиксируется комплектом приборов учета параметров окружающей среды, открывают заслонку камеры смешивания и впускают наружный воздух в камеру смешивания и, затем, направляют в конденсационную камеру. При этом входные окна камеры адсорбции закрываются. В конденсационной камере наружный воздух охлаждают и конденсируют влагу с помощью теплообменного устройства, собирают влагу в водосборнике. Процесс втягивания наружного воздуха и вывода осушенного воздуха, адсорбции, обогащения воздушного потока влагой, смешивания воздушных потоков и конденсации, экстракции осуществляют непрерывно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 - изображена общая схема первого варианта изобретения для способа экстракции воды из воздуха с использованием локальных территорий с выпотным типом водного режима почвы;

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена общая схема установки экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая на электричестве;

На фиг. 2 представлена общая схема установки экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая от возобновляемых источников энергии;

На фиг. 3. представлена общая схема установки экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая и на электричестве и от возобновляемых источников энергии в зависимости от климатических особенностей.

Позициями на фигурах обозначены:

1 - камера адсорбции;

2 - основной канал камеры адсорбции;

3 - каналом разгрузки камеры адсорбции;

4 - первое входное окно;

5 - первое выходное окно;

6 - первый вытяжной вентилятор;

7 - адсорбционный ротор;

8 - электромотор;

9 - нагревательное устройство;

10 - второе входное окно;

11 - камера смешивания;

12 - заслонка;

13 - конденсационная камера;

14 - теплообменное устройство;

15 - испаритель;

16 - конденсатор;

17 - компрессор;

18 - капиллярная трубка;

19 - второе выходное окно;

20 - второй вытяжной вентилятор;

21 - водосборник;

22 - комплект приборов учета параметров окружающей среды;

23 - первый нагнетатель воздуха;

24 - второй нагнетатель воздуха;

25 - солнечный модуль;

26 - концентратор солнечного излучения;

27 - первый клапан;

28 - второй клапан;

29 - воздуховод;

30 - воздуховод.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая на электричестве (фиг. 1) содержит камеру адсорбции 1с основным каналом 2 и каналом разгрузки 3, первое входное окно 4 для втягивания наружного воздуха, первое выходное окно 5 для вывода осушенного воздуха, первый вытяжной вентилятор 6 для перемещения наружного воздуха из первого входного окна 4 в первое выходное окно 5 по основному каналу 2, адсорбционный ротор 7, электромотор 8, нагревательное устройство 9, второе входное окно 10 для втягивания наружного воздуха, камеру смешивания 11, заслонку 12 для поступления наружного воздуха в камеру смешивания, конденсационную камеру 13, теплообменное устройство 14, испаритель 15, конденсатор 16, компрессор 17, капиллярную трубку 18 (представляющая собой элемент холодильного контура для передачи хладагента в испаритель, выполненное в виде расширительного устройства, создающего разницу в давлении между испарителем и конденсатором), второе выходное окно 19 для вывода осушенного воздуха, второй вытяжной вентилятор 20 для перемещения воздуха из второго входного окна 10 во второе выходное окно 19, водосборник 21, комплект приборов учета параметров окружающей среды 22.

В камере адсорбции 1 сформированы основной канал 2 и канал разгрузки 3 для прохождения воздушного потока. Основной канал 2 сформирован внутренними стенками камеры адсорбции 1 и внешними стенками канала разгрузки, представляющий собой закрытый воздуховод, который расположен внутри камеры адсорбции 1. Канал разгрузки 3 проходит через ¼ площади адсорбционного ротора. Основной канал 2 проходит через ¾ площади адсорбционного ротора 7. Первое входное окно 4, втягивающее наружный воздух в основной канал 2, расположено сбоку на стенке камеры адсорбции 1. Первое выходное окно 5 и первый вытяжной вентилятор 6 находятся напротив входного окна 4 в основном канале 2 камеры адсорбции 1. Адсорбционный ротор 7 с горизонтальной осью вращения расположен в центре камеры адсорбции 1, причем ¾ площади адсорбционного ротора находится в основном канале 2, а ¼ площади адсорбционного ротора находится в канале разгрузки 3. Адсорбционный ротор 7 соединен с приводом от электромотора 8. Адсорбционный ротор 7 представляет собой известное из уровня техники устройство. Адсорбирующий ротор 7 состоит из алюминиевого каркаса заполненного силикагелем или любым другим твердым сорбентом, известным в данной области техники, который способен поглощать влагу из воздуха. Например, силикагель, молекулярное сито, алюмогель и т.д.

Нагревательное устройство 9 в виде радиатора расположено внутри канала разгрузки 3 между адсорбционным ротором 7 и вторым входным окном 10. Второе входное окно 10 расположено сбоку на стенке камеры адсорбции 1 параллельно первому входному окну 4 и соединено с каналом разгрузки 3, обеспечивая поступление наружного воздуха в канал разгрузки 3. Камера смешивания 11 соединена с камерой адсорбции 1 и конденсационной камерой 13 и расположена на уровне второго входного окна 10. В верхней части камеры смешивания 11 имеется заслонка 12, при открытии которой в камеру смешивания поступает наружный воздух, который смешивается с воздушным потоком, поступающим из камеры адсорбции 1. При повышении влагосодержания наружного воздуха до 15 г/куб.м., наружный воздух втягивают в конденсационную камеру через камеру смешивания 11 открытием заслонки 12 при закрытых входных окнах 4 и 10. Конденсационная камера 13 соединена с каналом разгрузки 3 корпуса 1 через камеру смешивания 11. Внутри конденсационной камеры 13 установлено теплообменное устройство 14, представляющее собой холодильный контур для конденсации влаги, состоящий из испарителя 15, конденсатора 16, компрессора 17, капиллярной трубки 18. Второе выходное окно 19 для осушенного воздуха расположено сбоку на стенке конденсационной камеры 13, а второй вытяжной вентилятор 20 расположен внутри конденсационной камеры 13. Под теплообменным устройством 14 находится водосборник 21 для сбора сконденсированной воды. Комплект приборов учета параметров окружающей среды 22 для мониторинга скорости ветра, температуры и влажности воздуха, установлен снаружи камеры адсорбции 1.

Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая от возобновляемых источников энергии (фиг. 2) содержит (вместо первого вытяжного вентилятора 6 и второго вытяжного вентилятора 20) для перемещения наружного воздуха из первого входного окна 4 в первое выходное окно 5 по основному каналу 2 первый нагнетатель воздуха 23 и второй нагнетатель воздуха 24 для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор 7 из первого входного окна 4 и второго входного окна 10 соответственно, солнечный модуль 25 для питания электромотора 8, нагревательное устройство 9, в виде цилиндрического аккумулятора тепловой энергии, теплообменное устройство 14, представляющее собой антигравитационную тепловую трубу, концентратор солнечного излучения 26, воздуховоды 29 и 30. Нагнетатели воздуха 23 и 24 выполнены в виде пассивного завихрителя воздушного потока, состоящего из коаксиально установленных полых элементов в форме усеченных конусообразных гиперболоидов вращения, с размещенными в полости каждого полого элемента вертикальными лопастями-перегородками, изогнутыми по спирали Архимеда (патент РФ №2648796, МПК Е03В 3/28, опубл. 28.03.2018).

Адсорбционный ротор 7 приводится в действие электромотором 8, к которому подключен солнечный модуль 25. Нагревательное устройство 9 представляем собой аккумулятор тепловой энергии в форме полого металлического цилиндра, окрашенного в черный цвет для интенсификации поглощения солнечного излучения и пропускающего наружный воздух в камеру адсорбции 1 через второе входное окно 10. Нагревательное устройство 9 соединено со вторым входным окном 10 и размещено снаружи камеры адсорбции 1. Внутри конденсационной камеры 13 установлено теплообменное устройство 14, представляющее собой антигравитационную тепловую трубу, нижнюю часть которой с конденсатором 16 зарывают в грунт, а верхнюю часть с испарителем 15 устанавливают внутри конденсационной камеры 13 для конденсации влаги (патент UA 15361 A, МПК F28D 25/00, опубл. 30.06.1997). Первый нагнетатель воздуха 23 соединен с основным каналом 2 камеры гидрообогащения через воздуховод 29. Второй нагнетатель воздуха 24 соединен с конденсационной камерой 13 через воздуховод 30. Концентратор солнечного излучения 26 установлен на нагревательном устройстве 9 для более эффективного нагрева входящего в канал разгрузки 3 наружного воздуха. Солнечный модуль 25 соединен с электромотором 8 и установлен снаружи камеры адсорбции 1.

Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающая и на электричестве и от возобновляемых источников энергии (фиг. 3) содержит первый вытяжной вентилятор 6 и первый нагнетатель воздуха 23, второй вытяжной вентилятор 20 и второй нагнетатель воздуха 24, первый клапан 27 для открытия первого вытяжного вентилятора 6 в безветрие, второй клапан 28 для открытия второго вытяжного вентилятора 20 в безветрие, солнечный модуль 25 для питания электромотора 8, нагревательное устройство 9 в виде цилиндрического аккумулятора тепловой энергии (в этом варианте нагревательное устройство 9 выполнено в виде цилиндра из металла, покрашенного в черный цвет), теплообменное устройство 14, представляющее собой антигравитационную тепловую трубу, концентратор солнечного излучения 26, воздуховоды 29 и 30.

Первый вытяжной вентилятор 6 с клапаном 27 и первый нагнетатель воздуха 23 соединены с камерой гидрообогащения 1 через воздуховод 29. Второй вытяжной вентилятор 20 с клапаном 28 и второй нагнетатель воздуха 24 соединены с конденсационной камерой 13 через воздуховод 30.

Адсорбирующий ротор 7 состоит из алюминиевого каркаса заполненного силикагелем или любым другим твердым сорбентом, известным в данной области техники, который способен поглощать влагу из воздуха. Например, силикагель, молекулярное сито, алюмогель и т.д.

Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока работает следующим образом.

В установке экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающей на электричестве (фиг. 1),первый вытяжной вентилятор 6 и второй вытяжной вентилятор 20 втягивают наружный воздух от 1,5 до 2000 м³/час в основной канал 2 и канал разгрузки 3 камеры адсорбции 1 через первое входное окно 4 и второе входное окно 10. который проходит через ¼ площади адсорбционного ротора 7. Электромотор 8 вращает со скоростью 1 оборот в минуту адсорбционный ротор 7, при этом адсорбционный ротор 7 впитывает влагу из проходящего наружного воздуха в основном канале 2, и, путем вращения, доставляет адсорбированную из наружного воздуха влагу в канал разгрузки 3, в котором происходит десорбция влаги из адсорбционного ротора 7 и гидрообогащение нагретого наружного воздуха. Первый вытяжной вентилятор 6 выводит наружу осушенный воздух через первое выходное окно 5 основного канала 2. Нагревательное устройство 9 в виде радиатора нагревает наружный воздух до 50-80°С, втянутый из второго входного окна 10 в канал разгрузки 3. При прохождении через адсорбционный ротор 7 происходит гидрообогащение нагретого воздушного потока влагой, адсорбированной на адсорбционном роторе 7 в основном канале 2. Гидрообогащенный нагретый воздушный поток направляют за счет второго вытяжного вентилятора 20 в камеру смешивания 11. Заслонка находится в закрытом положении, открывается, только когда абсолютная влажность окружающего воздуха достигает 15 г/м³, и выше за счет электронной системы управления, связанной с комплектом приборов учета параметров окружающей среды. Автоматическим открытием заслонки 12 возможно впускать наружный воздух и смешивать с гидрообогащенным нагретым воздушным потоком для увеличения объема воздушного потока.

Далее направляют за счет второго вытяжного вентилятора 20 смешанный воздушный поток в конденсационную камеру 13, где смешанный воздушный поток охлаждают и конденсируют влагу на испарителе 15 теплообменного устройства 14. Влагу собирают в водосборнике 21. Второй вытяжной вентилятор 20 выводит осушенный воздух через второе выходное окно 19. При показателях абсолютной влажности от 15 г. открывается заслонка 12 и втягивают наружный воздух непосредственно в конденсационную камеру 13 через камеру смешивания 11, где наружный воздух охлаждается и конденсируется влага на испарителе 15 теплообменного устройства 14.

При этом процесс втягивания и вывода воздуха, адсорбции, обогащения, смешивания и конденсации осуществляют непрерывно. Питание двух вентиляторов, электромотора для вращения адсорбционного ротора, компрессора, нагревателя и электронных приборов (комплект приборов учета параметров окружающей среды) осуществляется от сети или топливного генератора, требуется мощность 1500 Вт.

В установке экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающего возобновляемых источников энергии (фиг. 2), питание электромотора 8 осуществляется от солнечного модуля 25. Наружный воздух втягивают в камеру адсорбции 1 и выводят наружу осушенный воздух с помощью первого нагнетателя воздуха 23 и второго нагнетателя воздуха 24. Нагревают до 50-80°С наружный воздух, втягиваемый в канал разгрузки 3 через второе входное окно 10 нагревательным устройством 9 в виде цилиндрического аккумулятора тепловой энергии с концентратором солнечного излучения 26. Конденсируют влагу на испарителе 15 теплообменного устройства 14 в виде антигравитационной тепловой трубы с капиллярным телом. Требуется мощность порядка 50 Вт для питания мотора и электронного оборудования, которое осуществляется с помощью солнечной энергии.

В установке экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающей и от электричества и от возобновляемых источников энергии (фиг. 3), в зависимости от климатических параметров для втягивания наружного воздуха и вывода осушенного воздуха используют первый вытяжной вентилятор 6 и второй вытяжной вентилятор 19 или первый нагнетатель воздуха и второй нагнетатель воздуха. При этом, в случае гибридного устройства, работающего и от электричества, и от возобновляемых источников энергии требуется 500 Вт мощности для питания вентиляторов, мотора и электронного.

Пример выполнения способа экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока.

При температуре воздуха 30°С и относительной влажности воздуха 25% в час пропускают через установку экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока 400 куб.м. воздушного потока. Процесс осуществляют непрерывно. Первым вытяжным вентилятором или первым нагнетателем воздуха втягивают в основной канал камеры адсорбции наружный воздух. Пропускают наружный воздух через адсорбционный ротор для адсорбции влаги из наружного воздуха. При температуре 30°С и относительной влажности воздуха 25% абсолютная влажность составляет 5 г/куб.м., адсорбируют 3 г. из каждого кубического метра проходящего воздуха в адсорбционном роторе, т.е. 1200 г воды в час. Осушенный воздух выводят через первое выходное окно. За счет вращения ротора переносят адсорбированную в основном канале влагу в канал разгрузки. Вращение ротора осуществляется за счет электромотора с питанием от сети, топливного генератора или солнечного модуля. Вторым вытяжным вентилятором или вторым нагнетателем воздуха втягивают наружный воздух в канал разгрузки, объем входящего воздушного потока при этом составляет 150 куб.м. воздуха в час. Наружный воздух нагревают при прохождении через нагревательное устройство в виде радиатора с электрическим нагревом или в виде цилиндрического аккумулятора тепловой энергии с концентратором солнечного излучения и пропускают через вращающийся адсорбционный ротор. Производят десорбцию влаги, ранее адсорбированной в основном канале, из адсорбционного ротора нагретым воздушным потоком и обогащают влагой наружный воздух. Гидрообогащенный воздушный поток нагнетают в камеру смешивания, где открытием заслонки вводят поток наружного воздуха в объеме 50 куб.м./ч для увеличения объема воздушного потока, направляемого в конденсационную камеру. При смешении наружного воздуха с гидрообогащенным воздушным потоком получают 200 куб.м воздуха, содержащего 2200 г водяных паров. Смешанный воздушный поток из камеры смешивания направляют в конденсационную камеру, где его охлаждают до температуры точки росы и конденсируют влагу из воздуха конденсацией на испарителе теплообменного устройства в виде холодильного контура с компрессором или в виде антигравитационной тепловой трубы с капиллярным телом. Экстрагируют порядка 500 г влаги в час из расчета 20% от влагосодержания воздуха при заданных параметрах. При повышении влагосодержания наружного воздуха до 15 г/куб.м., наружный воздух втягивают в конденсационную камеру через камеру смешивания открытием заслонки при закрытых входных окнах и конденсируют влагу из наружного воздуха, а осушенный воздух выводят из конденсационной камеры. При экстракции воды из воздуха установкой экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, работающей на электричестве затрачивают 1,5 кВтч электроэнергии. При экстракции воды из воздуха установкой, работающей на возобновляемых источниках энергии, затрачивают 0,05 кВтч электроэнергии. А при экстракции воды из воздуха установкой, работающей и на электричестве и на возобновляемых источниках энергии, затрачивают 0,5 кВтч электроэнергии. Экстрагированную воду собирают и хранят в водосборнике, расположенном под конденсационной камерой с холодильным контуром. Осушенный воздух выводят через второе выходное окно.

Claims (4)

1. Способ экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока, включающий втягивание наружного воздуха в камеру адсорбции, адсорбцию влаги на сорбирующем материале, десорбцию влаги с помощью нагрева, вывод осушенного воздуха, конденсацию влаги, сбор и хранение воды, отличающийся тем, что формируют основной канал и канал разгрузки для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, наружный воздух втягивают в основной канал и канал разгрузки камеры адсорбции через входные окна, пропускают наружный воздух через адсорбционный ротор, адсорбируют влагу в основном канале адсорбции и вращением ротора переносят адсорбированную влагу в канал разгрузки, наружный воздух нагревают при втягивании в канал разгрузки, пропускают нагретый воздух через адсорбционный ротор, обогащают нагретый воздух влагой, адсорбированной на адсорбционном роторе в основном канале, и гидрообогащенный и нагретый воздушный поток из канала разгрузки камеры адсорбции направляют в камеру смешивания, в которую втягивают наружный воздух и смешивают наружный воздух и обогащенный влагой нагретый воздух, и направляют смешанный воздушный поток в конденсационную камеру для экстракции воды из воздуха, при этом процесс втягивания наружного воздуха и вывода осушенного воздуха, адсорбции воздуха, обогащения, смешивания воздушных потоков, конденсации и экстракции воды из гидрообогащенного воздушного потока осуществляют непрерывно, причем при повышении влагосодержания наружного воздуха до 15 г/куб.м., наружный воздух втягивают в конденсационную камеру через камеру смешивания при закрытых входных окнах.

2. Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока для осуществления способа по п. 1, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, отличающаяся тем, что снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором, состоящим из алюминиевого каркаса, заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха и первым вытяжным вентилятором для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор, расположенными напротив первого входного окна в основном канале камеры адсорбции, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры и вторым вытяжным вентилятором, установленным в конденсационной камере перед вторым вытяжным окном, для втягивания наружного воздуха через канал разгрузки, камеру смешивания и конденсационную камеру, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, при этом нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой радиатор, расположенный перед адсорбционным ротором в канале разгрузки.

3. Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока для осуществления способа по п. 1, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, отличающаяся тем, что снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором, состоящим из алюминиевого каркаса, заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, при этом нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, соединенный с каналом разгрузки через второе входное окно, концентратором солнечного излучения, установленным на цилиндрическом аккумуляторе тепловой энергии, а теплообменное устройство в виде антигравитационной тепловой трубы, нижняя часть которой с конденсатором зарыта в грунт, а верхняя часть с испарителем установлена внутри конденсационной камеры, первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, соединенным с основным каналом камеры адсорбции через первый воздуховод, вторым нагнетателем воздуха, соединенным с конденсационной камерой через второй воздуховод, солнечным модулем, соединенным с электромотором и установленным снаружи камеры адсорбции.

4. Установка экстракции воды из воздуха с гидрообогащением воздушного потока для осуществления способа по п. 1, содержащая камеру адсорбции, конденсационную камеру, нагревательное устройство, теплообменное устройство, вытяжной вентилятор, водосборник, отличающаяся тем, что снабжена основным каналом и каналом разгрузки, расположенными внутри камеры адсорбции, для прохождения воздушного потока через адсорбционный ротор, адсорбционным ротором, состоящим из алюминиевого каркаса, заполненного сорбентом, способным поглощать влагу из воздуха, установленным в центре камеры адсорбции и соединенным с электромотором, причем основной канал сформирован внутренними стенками камеры адсорбции и внешними стенками канала разгрузки, представляющего собой закрытый воздуховод, который проходит через площади адсорбционного ротора, а основной канал проходит через площади адсорбционного ротора, первым входным окном для втягивания наружного воздуха в основной канал камеры адсорбции, установленным сбоку на стенке камеры адсорбции, и вторым входным окном втягивания наружного воздуха в канал разгрузки камеры адсорбции, установленным сбоку камеры адсорбции параллельно первому входному окну, первым выходным окном для вывода осушенного воздуха и первым вытяжным вентилятором для втягивания наружного воздуха через адсорбционный ротор, расположенными напротив первого входного окна в основном канале камеры адсорбции, вторым выходным окном, расположенным сбоку на стенке конденсационной камеры, для вывода осушенного воздуха из конденсационной камеры и вторым вытяжным вентилятором, установленным в конденсационной камере перед вторым вытяжным окном, для втягивания наружного воздуха через канал разгрузки, камеру смешивания и конденсационную камеру, камерой смешивания с заслонкой для регулировки втягивания наружного воздуха в камеру смешивания, комплектом приборов учета параметров окружающей среды, установленным снаружи камеры адсорбции, а нагревательное устройство для нагрева наружного воздуха представляет собой цилиндрический аккумулятор тепловой энергии, соединенный с каналом разгрузки через второе входное окно, концентратором солнечного излучения, установленным на цилиндрическом аккумуляторе тепловой энергии, теплообменное устройство в виде антигравитационной тепловой трубы, нижняя часть которой с конденсатором зарыта в грунт, а верхняя часть с испарителем установлена внутри конденсационной камеры, первым и вторым воздуховодами, первым нагнетателем воздуха, соединенным с основным каналом камеры адсорбции через первый воздуховод, вторым нагнетателем воздуха, соединенным с конденсационной камерой через второй воздуховод, солнечным модулем, соединенным с электромотором и установленным снаружи камеры адсорбции, первым клапаном для открытия первого вытяжного вентилятора в безветрие, вторым клапаном для открытия второго вытяжного вентилятора в безветрие, первый вытяжной вентилятор с первым клапаном и первый нагнетатель воздуха соединены с камерой гидрообогащения через первый воздуховод, второй вытяжной вентилятор со вторым клапаном и второй нагнетатель воздуха соединены с конденсационной камерой через второй воздуховод.