RU2417287C2 - Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation - Google Patents

Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2417287C2
RU2417287C2 RU2009116780/21A RU2009116780A RU2417287C2 RU 2417287 C2 RU2417287 C2 RU 2417287C2 RU 2009116780/21 A RU2009116780/21 A RU 2009116780/21A RU 2009116780 A RU2009116780 A RU 2009116780A RU 2417287 C2 RU2417287 C2 RU 2417287C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
flow
heat
convection
cooling
Prior art date
Application number
RU2009116780/21A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009116780A (en
Inventor
Владимир Федорович Романовский (RU)
Владимир Федорович Романовский
Алексей Владимирович Романовский (RU)
Алексей Владимирович Романовский
Original Assignee
Владимир Федорович Романовский
Алексей Владимирович Романовский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Федорович Романовский, Алексей Владимирович Романовский filed Critical Владимир Федорович Романовский
Priority to RU2009116780/21A priority Critical patent/RU2417287C2/en
Priority to PCT/RU2009/000448 priority patent/WO2010128885A1/en
Publication of RU2009116780A publication Critical patent/RU2009116780A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2417287C2 publication Critical patent/RU2417287C2/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: device consists of refrigerating unit, of water condensate collector and of air flow channel. A convection cooling facility with flow-through section of S1 area, steam condensation facility with flow-through section of S2 area and facility for convection heating with flow-through section of S3 area are successively arranged in the air flow channel downstream. The facility for steam condensation is connected to the refrigerating unit in a heat flow. The heating and cooling facilities are interconnected in the heat flow. The water condensate collector is communicated at least with the facility of steam condensation. Each flow-through section of areas S1 and S2 of cooling and heating facilities is less, than area S2 of flow-through section of the steam condensation facility. The procedure consists in generating steam-containing air flow. The following processes are facilitated at successive flow of air through a heat-exchanging system: air convection cooling, withdrawal of steam out of air by its condensing and successive air convection heating. Depending on a type of the heat-exchanging process velocity of air travel is varied. Velocity of air travel through the steam condensation facility is lowered and is again accelerated at air travel through the convection heating facility.
EFFECT: increased efficiency of withdrawing water from air and reduced power losses.
7 cl, 5 dwg

Description

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. Оно может быть использовано в полевых условиях, в сельском хозяйстве и в быту в качестве альтернативного источника воды.The invention relates to the field of gas thermodynamics, more specifically to the production of water from atmospheric air, and in particular to a method for extracting water from air and a device for its implementation. It can be used in the field, in agriculture and in everyday life as an alternative source of water.

Большинство засушливых регионов мира характеризуется значительным содержанием паров воды в атмосферном воздухе, и поэтому возможность получения воды из воздуха не только абсолютно реальна, но и перспективна.Most arid regions of the world are characterized by a significant content of water vapor in the atmospheric air, and therefore the possibility of obtaining water from the air is not only absolutely real, but also promising.

Известны способ и устройство для извлечения воды из воздуха, изложенные в патенте РФ №2081256.A known method and device for extracting water from air, set forth in the patent of the Russian Federation No. 2081256.

Согласно этому известному способу формируют поток воздуха, содержащего пары воды, осуществляют искусственное охлаждение потока воздуха на одном участке этого потока, организуют теплопередачу между частями потока воздуха, находящимися по обе стороны от участка искусственного охлаждения, конденсируют пары воды в той части потока воздуха, температура которой ниже точки росы, и выбрасывают обезвоженный воздух в атмосферу, при этом оптимизируют теплопередачу между частями потока воздуха, находящимися по обе стороны от участка искусственного охлаждения, уменьшая таким образом долю энергетических затрат на охлаждение воздуха.According to this known method, an air stream containing water vapor is formed, the air stream is artificially cooled in one section of this stream, heat transfer is arranged between parts of the air stream located on both sides of the artificial cooling section, water vapor is condensed in that part of the air stream, the temperature of which below the dew point, and dehydrated air is released into the atmosphere, while optimizing heat transfer between the parts of the air stream located on both sides of the artificial cooling, thus reducing the proportion of energy costs for air cooling.

Известное устройство содержит однородный по своей структуре канал для прохождения воздуха, в котором расположена последовательность одинаковых теплопередающих элементов, средний из которых является охлаждающим элементом холодильной машины, теплопередающие элементы, расположенные по обе стороны от охлаждающего элемента, попарно связаны между собой по тепловому потоку.The known device contains a channel, uniform in its structure, for air passage, in which a sequence of identical heat transfer elements is located, the middle of which is the cooling element of the refrigerating machine, heat transfer elements located on both sides of the cooling element are interconnected in pairs by heat flow.

Известные способ и устройство характеризуются недостаточной эффективностью процесса конденсации паров воды в охлаждающем элементе холодильной машины, так как температура поверхности этого элемента имеет одну общую температуру, и поэтому теплопередача между ней и воздухом уменьшается по мере охлаждения воздуха при прохождении им участка искусственного охлаждения потока воздуха.The known method and device are characterized by insufficient efficiency of the process of condensation of water vapor in the cooling element of the refrigeration machine, since the surface temperature of this element has one common temperature, and therefore the heat transfer between it and the air decreases as the air cools as it passes through a section of artificial cooling of the air stream.

Известны способ и устройство для извлечения воды из воздуха, изложенные в патенте WO 02/086245.A known method and device for extracting water from air, set forth in patent WO 02/086245.

Согласно этому известному способу формируют поток воздуха, содержащего пары воды, осуществляют искусственное охлаждение потока воздуха на одном участке этого потока, обеспечивают теплообмен между частями потока воздуха, находящимися по обе стороны от участка искусственного охлаждения, конденсируют пары воды в той части потока воздуха, температура которой ниже точки росы, и выбрасывают обезвоженный воздух в атмосферу, оптимизируют теплопередачу между частями потока воздуха, находящимися по обе стороны от участка искусственного охлаждения, при этом участок искусственного охлаждения воздуха разбивают на подучастки, и на каждом последующем подучастке искусственного охлаждения осуществляют процесс охлаждения воздуха при более низкой температуре потока воздуха, поддерживая таким образом эффективность теплопередачи на всем протяжении участка искусственного охлаждения.According to this known method, an air stream containing water vapor is formed, the air stream is artificially cooled in one section of this stream, heat exchange is provided between parts of the air stream located on both sides of the artificial cooling section, water vapor is condensed in that part of the air stream, the temperature of which below the dew point, and emit dehydrated air into the atmosphere, optimize heat transfer between the parts of the air stream located on both sides of the area of artificial cooling eniya, wherein the air cooling portion artificially divided into subsections, and at each subsequent subportion refrigeration air cooling process is carried out at a lower temperature air flow, thus maintaining the efficiency of heat transfer throughout the area of refrigeration.

Известное устройство содержит однородный по своей структуре канал для прохождения воздуха, в котором расположен теплоотводящий элемент, соединенный с холодильной машиной, группу теплообменных элементов, поровну распределенных внутри канала на две равные подгруппы слева и справа от теплоотводящего элемента по ходу движения воздуха, связанные между собой по тепловому потоку, сборник водяного конденсата, сообщенный с теплоотводящим элементом и одной из подгрупп теплообменных элементов, при этом теплоотводящий элемент выполнен в виде последовательности теплоотводящих элементов, установленных в канале для прохождения воздуха один за другим.The known device contains a channel, uniform in its structure, for passing air, in which a heat-removing element is connected, connected to a refrigerating machine, a group of heat-exchange elements equally distributed inside the channel into two equal subgroups to the left and right of the heat-removing element along the air flow, interconnected along heat flow, a condensate collector in communication with the heat sink element and one of the subgroups of heat transfer elements, while the heat sink element is made in the form of sequence of the heat-removing elements mounted in the channel of the air passage one after another.

В известных способе и устройстве процессы теплообмена в теплообменных элементах и процессы конденсации паров воды в последовательности теплоотводящих элементах происходят при одной и той же скорости воздуха, так как все эти элементы установлены в канале для прохождения воздуха один за другим. При этом уменьшение скорости воздуха в канале снижает конвекционный теплообмен в теплообменных элементах, а увеличение скорости резко ухудшает процесс конденсации влаги в теплоотводящих элементах. Неизменность скорости воздуха при разных по характеру процессах конвекционного теплообмена и конденсации паров воды ухудшает термодинамические характеристики всей системы извлечения воды из воздуха и, в конечном счете, снижает производительность машины для получения воды из воздуха и увеличивает ее энергетические потери.In the known method and device, heat transfer processes in heat exchange elements and condensation of water vapor in a sequence of heat-removing elements occur at the same air speed, since all these elements are installed in the channel for air passage one after another. At the same time, a decrease in the air velocity in the channel reduces convection heat transfer in the heat-exchange elements, and an increase in speed sharply worsens the process of moisture condensation in the heat-removing elements. The constant air velocity during different processes of convection heat transfer and condensation of water vapor affects the thermodynamic characteristics of the entire system for extracting water from the air and, ultimately, reduces the performance of the machine for receiving water from the air and increases its energy loss.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения производительности способа извлечения воды из воздуха и снижения энергетических потерь при его осуществлении.The present invention is based on the task of increasing the productivity of a method for extracting water from air and reducing energy losses during its implementation.

Поставленная задача достигается в способе извлечения воды из воздуха, в котором в проточном канале для движения воздуха, содержащем проточную теплообменную систему, состоящую из расположенных последовательно по ходу движения воздушного потока средства конвекционного охлаждения воздуха, средства конденсации паров воды, соединенного с внешней холодильной машиной, и средства конвекционного нагрева воздуха, создают поток воздуха, содержащего пары воды, при последовательном прохождении потоком воздуха через проточную теплообменную систему обеспечивают процессы: конвекционного охлаждения воздуха, извлечения из воздуха паров воды путем их конденсации и последующего конвекционного нагрева воздуха, причем обеспечивают сбор водяного конденсата с использованием, по меньшей мере, средства конденсации паров воды, а также обеспечивают связь по тепловому потоку между средствами конвекционного охлаждения и конвекционного нагрева воздуха, согласно первому аспекту изобретения, в проточном канале варьируют скорость движения воздуха в зависимости от типа теплообменного процесса, а именно понижают скорость движения воздуха при прохождении воздуха через средство конденсации паров воды и вновь повышают ее при прохождении воздухом средства конвекционного нагрева.The object is achieved in a method for extracting water from air, in which in a flow channel for air movement containing a flow heat exchange system, consisting of means for convection cooling of air arranged in series along the air flow, means for condensing water vapor connected to an external refrigeration machine, and means of convection heating of air, create a stream of air containing water vapor, with a sequential passage of a stream of air through a flowing heat exchange system it is provided with the following processes: convection cooling of air, extraction of water vapor from the air by condensation and subsequent convection heating of air, moreover, they ensure the collection of water condensate using at least means of condensation of water vapor, as well as provide a heat flow connection between convection cooling means and convection heating of air, according to the first aspect of the invention, in the flow channel the air speed varies depending on the type of heat transfer process ca, namely reduced air velocity as the air passes through the water vapor condensation means and is then raised by passing it means the convection heating air.

Для снижения скорости движения воздушного потока в процессе прохождения им через средство конденсации паров воды, на участке канала, в котором расположено средство конденсации паров воды, поток воздуха разбивают на несколько параллельных потоков, в которых процесс конденсации паров воды осуществляют одновременно, после чего параллельные потоки воздуха вновь объединяют в единый поток воздуха до его попадания в средство конвекционного нагрева.To reduce the speed of the air stream during its passage through the means of condensation of water vapor, in the section of the channel in which the means of condensation of water vapor is located, the air stream is divided into several parallel flows, in which the process of condensation of water vapor is carried out simultaneously, after which parallel air flows again combined into a single stream of air before it enters the means of convection heating.

Поставленная задача решается также в устройстве для извлечения воды из воздуха, содержащем холодильную машину, сборник водяного конденсата и канал для прохождения потока воздуха, в котором последовательно по направлению движения этого потока расположены средство конвекционного охлаждения с проточным сечением площадью S1, средство конденсации паров воды с проточным сечением площадью S2, подключенное по тепловому потоку к холодильной машине, средство конвекционного нагрева с проточным сечением площадью S3, причем средства нагрева и охлаждения связаны между собой по тепловому потоку, а сборник водяного конденсата сообщен, по меньшей мере, со средством конденсации паров воды, согласно второму аспекту настоящего изобретения, площади S1 и S3 проточных сечений средств конвекционного охлаждения и нагрева выполнены отличными по величине от площади S2 проточного сечения средства конденсации паров воды, причем каждая из площадей проточных сечений S1 и S3 средств охлаждения и нагрева выполнена меньшей по величине, чем площадь S2 проточного сечения средства конденсации паров воды.The problem is also solved in a device for extracting water from air, containing a refrigeration machine, a condensate collector and a channel for passing an air stream, in which convection cooling means with a flow cross-sectional area S1, means for condensing water vapor with a flow are arranged in the direction of this flow section S2, connected by heat flow to the refrigeration machine, convection heating means with flow section section S3, and means for heating and cooling the drains are interconnected by heat flow, and the condensate collector is connected with at least a means of condensing water vapor, according to the second aspect of the present invention, the area S1 and S3 of the flow sections of convection cooling and heating means are made different from the area S2 of the flow section means for condensing water vapor, each of the areas of the flow sections S1 and S3 of cooling and heating means being made smaller in size than the area S2 of the flow section of the means for condensing water vapor.

Предпочтительно средства конвекционного охлаждения и нагрева выполнены в виде двух групп теплообменников, причем каждая из указанных групп установлена в канале для прохождения потока воздуха с возможностью последовательного прохождения воздуха через проточные сечения этих теплообменников из одной группы.Preferably, the means of convection cooling and heating are made in the form of two groups of heat exchangers, each of these groups is installed in the channel for the passage of air flow with the possibility of sequential air passage through the flow sections of these heat exchangers from one group.

В частном случае средство конденсации паров содержит группу конденсирующих теплообменников, установленных с обеспечением одновременного прохождения через них потока воздуха.In a particular case, the vapor condensation means comprises a group of condensing heat exchangers installed to ensure that the air flows through them simultaneously.

При этом с целью оптимизации процессов обмена тепловой энергией между средствами конвекционного охлаждения и нагрева эти средства могут содержать по n теплообменников в каждом - от 1 до n (n - натуральное число) - в средстве конвекционного охлаждения и от n+1 до 2n - в средстве конвекционного нагрева, при этом каждый теплообменник средства конвекционного охлаждения связан по тепловому потоку с одним теплообменником средства конвекционного нагрева в следующем порядке: теплообменник (1) средства охлаждения связан по тепловому потоку с теплообменником (2n) средства нагрева, теплообменник (n) - с теплообменником (n+1), теплообменник (i) - с теплообменником (2n-i+1).In order to optimize the processes of heat energy exchange between convection cooling and heating means, these means may contain n heat exchangers in each - from 1 to n (n is a natural number) in convection cooling means and from n + 1 to 2n in means convection heating, wherein each heat exchanger of convection cooling means is connected in a heat flow to one heat exchanger of convection heating means in the following order: heat exchanger (1) of cooling means is connected in heat flow to a heat exchange nick (2n) heating means, a heat exchanger (n) - a heat exchanger (n + 1), a heat exchanger (i) - a heat exchanger (2n-i + 1).

В частном случае в средстве конденсации паров канал для прохождения потока воздуха разделен на несколько параллельных каналов, в каждом из которых расположен по меньшей мере один конденсирующий теплообменник.In the particular case of the vapor condensation means, the channel for passing the air stream is divided into several parallel channels, in each of which at least one condensing heat exchanger is located.

Настоящее изобретение поясняется далее более подробно на конкретных примерах его осуществления, которые предназначены исключительно для его лучшего понимания и не могут рассматриваться в качестве ограничивающих объем испрашиваемой правовой охраны, который определяется исключительно прилагаемой формулой. Где необходимо, даются ссылки на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The present invention is explained in more detail below with specific examples of its implementation, which are intended solely for its better understanding and cannot be construed as limiting the scope of the requested legal protection, which is determined solely by the attached formula. Where necessary, reference is made to the accompanying drawings, which depict:

- на Фиг.1 - схема реализации способа извлечения воды из воздуха с использованием простейшего варианта устройства для извлечения воды из воздуха, при котором тепловая связь между средствами конвекционного охлаждения и нагрева реализована с помощью тепловой трубы;- figure 1 is a diagram of an implementation of a method for extracting water from air using the simplest version of a device for extracting water from air, in which the thermal connection between convection cooling and heating means is implemented using a heat pipe;

- на Фиг.1а - то же, что на фиг.1, вид сверху;- Figa - the same as in Fig.1, a top view;

- на Фиг.2 - схема устройства для осуществления способа по изобретению, в котором средство конденсации паров воды содержит элементы для разделения воздушного потока на несколько параллельных потоков, а средства охлаждения и нагрева выполнены в виде двух групп теплообменников, попарно соединенных между собой по тепловому потоку посредством группы тепловых труб;- figure 2 is a diagram of a device for implementing the method according to the invention, in which the means for condensing water vapor contains elements for dividing the air flow into several parallel flows, and the cooling and heating means are made in the form of two groups of heat exchangers, pairwise interconnected by heat flow through a group of heat pipes;

- на Фиг.3 - схема устройства для осуществления способа по изобретению, в котором средство конденсации паров воды содержит группу конденсирующих теплообменников, установленных в канале с обеспечением одновременного прохождения через них воздушного потока, причем связь по тепловому потоку между средствами охлаждения и нагрева реализована с помощью жидкого теплоносителя;- figure 3 is a diagram of a device for implementing the method according to the invention, in which the means for condensing water vapor contains a group of condensing heat exchangers installed in the channel with simultaneous passage of air flow through them, and the connection between the heat and cooling means between the cooling and heating means liquid heat carrier;

- на Фиг.3а - то же, что на Фиг.3, вид сверху.- Figa - the same as in Fig.3, a top view.

В устройстве для извлечения воды из воздуха, приведенном на фиг.1, поток воздуха 1 с помощью внешних не показанных на чертеже вентиляторов подают в проточный канал 2, внутри которого по ходу движения потока воздуха 1 размещены средство конвекционного охлаждения 3 воздуха 1, средство конденсации 4 паров воды и средство конвекционного нагрева 5 воздуха 1. Средства 3, 4 и 5 характеризуются соответствующими проточными сечениями площадью S1, S2 и S3. Средство конденсации 4 паров воды по тепловому потоку связано с холодильной машиной 6. Скорость движения воздуха через эти проточные сечения обозначена индексами W1, W2 и W3, соответственно номерам площадей проточных сечений S1, S2 и S3. Сборник 7 водяного конденсата сообщен со средствами конвекционного охлаждения 3 и конденсации 4 паров воды. Связь по тепловому потоку между средством конвекционного охлаждения 3 и средством конвекционного нагрева 5 воздуха 1 выполнена, например, с помощью тепловой трубы 8, соединяющей средства 3 и 5, при этом стрелками обозначено направление движения теплового потока от средства 3 к средству 5.In the device for extracting water from air, shown in figure 1, the air flow 1 using external fans not shown in the drawing is fed into the flow channel 2, inside which, in the direction of the air flow 1, convection cooling means 3 of air 1, condensation means 4 are placed water vapor and convection heating means 5 of air 1. Means 3, 4 and 5 are characterized by corresponding flow sections with an area of S1, S2 and S3. The means of condensation of 4 water vapor through a heat flow is connected to the refrigeration machine 6. The air velocity through these flow sections is indicated by the indices W1, W2 and W3, respectively, by the area numbers of the flow cross sections S1, S2 and S3. The condensate collector 7 is in communication with convection cooling means 3 and condensation 4 of water vapor. The heat flux between the convection cooling means 3 and the convection heating means 5 of the air 1 is made, for example, by means of a heat pipe 8 connecting the means 3 and 5, while the arrows indicate the direction of movement of the heat flux from the means 3 to the means 5.

Вариант устройства для извлечения воды из воздуха, приведенного на фиг.2, содержит канал 2 для прохождения потока воздуха 1, в котором последовательно расположены средство конвекционного охлаждения 3, выполненное в виде группы из n теплообменников 3(1)-3(i)-3(n), средство конденсации паров воды, выполненное в виде четырех параллельных каналов 9-12, в каждом из которых установлено по одному теплообменнику из группы 13 конденсирующих теплообменников и средство конвекционного нагрева 5, выполненное в виде группы из n теплообменников 5(n+1)-5(2n-i+1)-5(2n). В этом варианте выполнения устройства теплообменники 3(1)-3(i)-3(n) и теплообменники 5(n+1)-5(2n-i+1)-5(2n) соединены попарно по тепловому потоку таким образом, что теплообменник 3(1) связан по тепловому потоку с теплообменником 5(2n), теплообменник 3(n) - с теплообменником 5(n+1), i-ый теплообменник 3(i) - с теплообменником 5(2n-i+1). При этом связь по тепловому потоку между этими теплообменниками реализована посредством группы тепловых труб 14. В этом варианте выполнения устройства на входе в канал 2 для движения потока воздуха 1 и на выходе из канала обозначены вентиляторы 15, формирующие поток воздуха 1.An embodiment of the device for extracting water from the air of FIG. 2 comprises a channel 2 for passing an air stream 1, in which convection cooling means 3 are arranged in series, made in the form of a group of n heat exchangers 3 (1) -3 (i) -3 (n) a means of condensing water vapor, made in the form of four parallel channels 9-12, each of which has one heat exchanger from the group 13 of condensing heat exchangers and convection heating means 5, made in the form of a group of n heat exchangers 5 (n + 1 ) -5 (2n-i + 1) -5 (2n) . In this embodiment, the heat exchangers 3 (1) -3 (i) -3 (n) and heat exchangers 5 (n + 1) -5 (2n-i + 1) -5 (2n) are connected in pairs by heat flow in such a way that heat exchanger 3 (1) is connected through heat flow to heat exchanger 5 (2n) , heat exchanger 3 (n) to heat exchanger 5 (n + 1) , i-th heat exchanger 3 (i) to heat exchanger 5 (2n-i + 1 ) Moreover, the heat flux connection between these heat exchangers is realized by means of a group of heat pipes 14. In this embodiment of the device, fans 15 forming air flow 1 are indicated at the inlet to the channel 2 for the movement of the air flow 1 and at the outlet of the channel.

На фиг.3 приведен вариант выполнения устройства для извлечения воды из воздуха, в котором средство конденсации паров воды выполнено в виде группы конденсирующих теплообменников, образующих единую структуру 16 с суммарным проточным сечением S2, объединяющим проточные сечения всех теплообменников группы, и полностью перекрывающую канал для прохождения потока воздуха.Figure 3 shows an embodiment of a device for extracting water from air, in which the means for condensing water vapor is made in the form of a group of condensing heat exchangers, forming a single structure 16 with a total flow section S2, combining the flow sections of all heat exchangers of the group, and completely blocking the passage for passage air flow.

Способ (фиг.1) для извлечения воды из воздуха основан на нижеследующем. При любой конфигурации канала 2 для прохождения воздуха 1 через любое его сечение в единицу времени проходит одинаковый объем V воздуха. При этом скорость движения W воздуха через произвольное проточное сечение площадью S произвольного теплообменника будет определяться формулой:The method (figure 1) for extracting water from the air is based on the following. With any configuration of the channel 2 for the passage of air 1 through any of its cross sections per unit time, the same volume V of air passes. In this case, the air velocity W through an arbitrary flow section with the area S of an arbitrary heat exchanger will be determined by the formula:

W=V/S.W = V / S.

Поэтому, выбирая величину площади проточного сечения S, мы выбираем скорость W движения воздуха через него. Если площади проточных сечений неодинаковы S1, S2 и S3, то тогда и скорости W1, W2 и W3 движения воздуха через эти сечения будут неодинаковы:Therefore, choosing the size of the flow cross-section area S, we choose the speed W of the air through it. If the area of the flow sections is not the same S1, S2 and S3, then the speeds W1, W2 and W3 of air movement through these sections will be different:

W1=V/S1; W2=V/S2; W3=V/S3.W1 = V / S1; W2 = V / S2; W3 = V / S3.

Коэффициент конвекционного теплообмена hс между теплообменником и воздухом возрастает с увеличением скорости W движения воздуха через теплообменники: hc=6,2+4,2 W (В.Мааке, Г.Ю.Эккерт, Жан-Луи Кошпен. Польманн, Учебник по холодильной технике. Изд. Московского университета, 1998).The convection heat transfer coefficient h с between the heat exchanger and air increases with increasing speed W of air movement through heat exchangers: h c = 6,2 + 4,2 W (W. Maake, G.Yu. Eckert, Jean-Louis Koshpen. Polmann, Textbook on refrigeration engineering, Moscow University Publishing House, 1998).

Поэтому для увеличения теплообмена в теплообменниках конвекционного охлаждения и нагрева воздуха целесообразно увеличивать скорости W1 и W3 движения воздуха 1, для чего целесообразно уменьшать площади S1 и S3 проточных сечений этих теплообменников. Коэффициент теплопередачи при конденсации паров воды наоборот снижается с увеличением скорости движения воздуха 1, так как для образования капли воды и ее осаждения на поверхность теплообменника необходимо иметь достаточное для этого время. Поэтому целесообразно снизить скорость W2 движения воздуха 1 через средство конденсации 4 паров воды, а для этого - максимально увеличить площадь S2 проточного сечения этого средства. Это достигается за счет соответствующего выбора площадей проточных сечений S1, S2 и S3:Therefore, in order to increase heat transfer in convective cooling and air heating heat exchangers, it is advisable to increase the air movement speed W1 and W3 1, for which it is advisable to reduce the flow cross-sectional areas S1 and S3 of these heat exchangers. The heat transfer coefficient during condensation of water vapor, on the contrary, decreases with increasing air velocity 1, since for the formation of a drop of water and its deposition on the surface of the heat exchanger, it is necessary to have sufficient time for this. Therefore, it is advisable to reduce the speed W2 of the movement of air 1 through the means of condensation of 4 water vapor, and for this purpose, maximize the area S2 of the flow section of this means. This is achieved due to the appropriate choice of flow cross-sectional areas S1, S2 and S3:

S2>S1; S2>S3.S2> S1; S2> S3.

Устройство для извлечения воды из воздуха, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.The device for extracting water from air, shown in figure 1, operates as follows.

Воздух 1 подают на вход канала 2, последовательно пропускают его через средство конвекционного охлаждения 3; через средство конденсации 4 паров воды и через средство конвекционного нагрева 5 воздуха. При движении вдоль этой системы теплообмена воздух 1 сначала охлаждается в средстве конвекционного охлаждения 3 за счет теплообмена между средством 3 и более холодным нагревающим средством 5. Из всех перечисленных средств самым холодным всегда является средство конденсации 4 паров воды, так как только оно непосредственно подключено по тепловому потоку к холодильной машине 6. Поэтому прошедший через него воздух также имеет самую низкую температуру внутри канала. Этот воздух, выйдя из средства 4, далее охлаждает средство 5, в результате чего температура средства 5 уменьшается, а проходящий через него воздух 1 нагревается. При этом средство 5 всегда остается более холодным, чем средство 3. За счет этой разницы температур происходит перенос тепловой энергии от средства 3 к средству 5 с помощью тепловой трубы 8.Air 1 is fed to the inlet of channel 2, it is sequentially passed through convection cooling means 3; through means of condensation of 4 water vapor and through means of convection heating of 5 air. When moving along this heat exchange system, air 1 is first cooled in convection cooling means 3 due to heat exchange between means 3 and cooler heating means 5. Of all the listed means, the coldest is always the means of condensation of 4 water vapor, since it is only directly connected via heat flow to the refrigeration machine 6. Therefore, the air passing through it also has the lowest temperature inside the channel. This air, leaving the means 4, further cools the means 5, as a result of which the temperature of the means 5 decreases, and the air 1 passing through it heats up. In this case, the means 5 always remains colder than the means 3. Due to this temperature difference, thermal energy is transferred from the means 3 to the means 5 using the heat pipe 8.

Происходящий при этом отбор тепловой энергии от средства 3 приводит к охлаждению конвенционным путем проходящего через него воздуха 1. Именно поэтому это средство названо охлаждающим. Полученное таким образом предварительное охлаждение воздуха позволяет еще более понизить его температуру в средстве 4 и таким образом извлечь из воздуха 1 дополнительные количества воды. При прохождении воздуха через средство конденсации 4 температура воздуха всегда достигает температуры точки росы, при которой создаются условия для конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе 1, так как они достигают насыщения. Однако для реального осуществления конденсации необходим непосредственный контакт переохлажденного воздуха или с поверхностью средства, или с каким-либо центром конденсации, содержащимся в самом воздухе.The selection of thermal energy from the means 3, which occurs in this case, leads to cooling by the conventional way of the air passing through it 1. That is why this means is called cooling. The preliminary cooling of the air thus obtained makes it possible to further lower its temperature in the medium 4 and thus to extract additional amounts of water from the air 1. When air passes through the condensation means 4, the air temperature always reaches the dew point temperature, at which conditions are created for the condensation of water vapor contained in air 1, since they reach saturation. However, for the actual implementation of condensation, direct contact of supercooled air either with the surface of the product or with any condensation center contained in the air itself is necessary.

Таким центром может быть уже возникшая мельчайшая капелька сконденсировавшейся воды или, например, пылинка. Если воздух, достигший по температуре точки росы, движется слишком быстро, то реальный процесс конденсации может и не произойти, что и наблюдается на практике. Уменьшение скорости прохождения воздуха через средство, в котором осуществляется конденсация паров воды, позволяет получать дополнительные количества воды из проходящего объема воздуха, а также снизить нижний предел влажности воздуха, при котором удается извлекать из него воду, что очень важно для особо засушливых регионов мира. Образовавшийся водяной конденсат стекает в сборник 7 водяного конденсата. При высокой влажности воздуха, близкой к 100%, процесс конденсации может частично происходить и в средстве конвекционного охлаждения 3 воздуха. Поэтому сборник водяного конденсата 7 может быть сообщен либо только со средством конденсации 4 паров воды, либо еще и со средством конвекционного охлаждения 3 воздуха.Such a center may be the smallest droplet of condensed water that has already arisen, or, for example, a speck of dust. If the air, having reached the dew point in temperature, moves too fast, then the real condensation process may not occur, which is observed in practice. Reducing the speed of air passage through the means in which the condensation of water vapor is carried out, allows you to get additional amounts of water from the passing volume of air, as well as reduce the lower limit of air humidity at which it is possible to extract water from it, which is very important for especially arid regions of the world. The resulting water condensate flows into the condensate collector 7. At high humidity close to 100%, the condensation process can partially occur in the means of convection cooling 3 of the air. Therefore, the condensate water collector 7 can be communicated either only with means for condensing 4 water vapor, or also with means for convection cooling 3 of air.

За счет увеличения площади сечения S2 скорость движения воздуха внутри средства 4 конденсации паров воды резко понижается, вследствие чего возрастает время прохождения этим воздухом средства конденсации. Как видно из прилагаемых чертежей, площадь сечения S2 может быть увеличена разными способами - за счет простого увеличения сечения проточного канала 2 без изменения направления движения потока воздуха внутри средства конденсации 4, либо за счет образования параллельных каналов с теплообменниками, расположенных под углом к оси проточного канала 2, так что площадь сечения S2, через которое проходит поток воздуха в средстве конденсации 4, оказывается больше площади поперечного сечения проточного канала 2 в средстве 4. В результате этого достаточно медленный процесс образования капель воды и их осаждения на поверхность теплообмена средства 4 успевает завершиться, и производительность всего устройства возрастает.By increasing the cross-sectional area S2, the air velocity inside the means 4 for condensing water vapor sharply decreases, as a result of which the time it takes for the air to condense the means increases. As can be seen from the attached drawings, the cross-sectional area S2 can be increased in different ways - by simply increasing the cross-section of the flow channel 2 without changing the direction of movement of the air flow inside the condensation means 4, or by forming parallel channels with heat exchangers located at an angle to the axis of the flow channel 2, so that the cross-sectional area S2 through which the air flow in the means of condensation 4 passes is larger than the cross-sectional area of the flow channel 2 in the means 4. As a result, the slow formation of water droplets and their deposition on the heat exchange surface of means 4 has time to complete, and the productivity of the entire device increases.

Работа устройств, приведенных на фиг.2 и 3, происходит аналогичным образом с некоторыми отличиями, заключающимися в еще более интенсивном процессе конденсации паров воды, так как конструкции средства конденсации 4 паров воды, выполненные в виде или четырех параллельных каналов 9-12, в каждом из которых установлено, по меньшей мере, по одному конденсирующему теплообменнику из группы 13 конденсирующих теплообменников, или в виде единой структуры 16 группы конденсирующих теплообменников, полностью перекрывающей канал для прохождения потока воздуха, только усиливают одну и ту же функцию дальнейшего понижения скорости прохождения воздухом конденсирующего средства 4.The operation of the devices shown in FIGS. 2 and 3 occurs in a similar manner with some differences consisting in an even more intensive process of condensation of water vapor, since the design of the means of condensation of 4 water vapor, made in the form of or four parallel channels 9-12, in each of which at least one condensing heat exchanger from the group 13 of condensing heat exchangers is installed, or in the form of a single structure 16 of a group of condensing heat exchangers completely covering the channel for passage of air spirit, only reinforce the same function to further reduce the speed of passage of air condensing means 4.

Claims (7)

1. Способ извлечения воды из воздуха, в котором в проточном канале для движения воздуха, содержащем проточную теплообменную систему, состоящую из расположенных последовательно по ходу движения воздушного потока средства конвекционного охлаждения воздуха, средства конденсации паров воды, соединенного с внешней холодильной машиной, и средства конвекционного нагрева воздуха, создают поток воздуха, содержащего пары воды, при последовательном прохождении потоком воздуха через проточную теплообменную систему обеспечивают процессы: конвекционного охлаждения воздуха, извлечения из воздуха паров воды путем их конденсации и последующего конвекционного нагрева воздуха, причем обеспечивают сбор водяного конденсата с использованием, по меньшей мере, средства конденсации паров воды, а также обеспечивают связь по тепловому потоку между средствами конвекционного охлаждения и конвекционного нагрева воздуха, отличающийся тем, что в проточном канале варьируют скорость движения воздуха в зависимости от типа теплообменного процесса, а именно понижают скорость движения воздуха при прохождении воздуха через средство конденсации паров воды и вновь повышают ее при прохождении воздухом средства конвекционного нагрева.1. A method of extracting water from air, in which in a flow channel for air movement containing a flow heat exchange system, consisting of means for convective cooling of air arranged in series along the air flow, means for condensing water vapor connected to an external refrigeration machine, and means for convection heating the air, create a stream of air containing water vapor, with a sequential passage of an air stream through a flowing heat exchange system, the following processes are provided: convection cooling air, extracting water vapor from the air by condensation and subsequent convective heating of the air, and provide for the collection of water condensate using at least means of condensation of water vapor, as well as provide a heat flow connection between convection cooling and convection heating of air , characterized in that in the flow channel vary the air velocity depending on the type of heat transfer process, namely, reduce the air velocity the air passes through the water vapor condensation means and is then raised by passing it means the convection heating air. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха на участке канала, в котором расположено средство конденсации паров воды, разбивают на несколько параллельных потоков, в которых процесс конденсации паров воды осуществляют одновременно, после чего параллельные потоки воздуха вновь объединяют в единый поток воздуха до его попадания в средство конвекционного нагрева.2. The method according to claim 1, characterized in that the air flow in the channel section in which the means of condensing water vapor is located is divided into several parallel flows, in which the process of condensing water vapor is carried out simultaneously, after which the parallel air flows are again combined into a single air flow before it enters the convection heating means. 3. Устройство для извлечения воды из воздуха, содержащее холодильную машину, сборник водяного конденсата и канал для прохождения потока воздуха, в котором последовательно по направлению движения этого потока расположены средство конвекционного охлаждения с проточным сечением площадью S1, средство конденсации паров воды с проточным сечением площадью S2, подключенное по тепловому потоку к холодильной машине, средство конвекционного нагрева с проточным сечением площадью S3, причем средства нагрева и охлаждения связаны между собой по тепловому потоку, а сборник водяного конденсата сообщен, по меньшей мере, со средством конденсации паров воды, отличающееся тем, что площади S1 и S3 проточных сечений средств конвекционного охлаждения и нагрева выполнены отличными по величине от площади S2 проточного сечения средства конденсации паров воды, причем каждая из площадей проточных сечений S1 и S3 средств охлаждения и нагрева выполнена меньшей по величине, чем площадь S2 проточного сечения средства конденсации паров воды.3. A device for extracting water from air, comprising a refrigerating machine, a condensate collector and a channel for passing an air stream, in which convection cooling means with a flow cross-sectional area S1, condensation means of water vapor with a cross-sectional area S2 are arranged in the direction of this flow connected by heat flow to the refrigeration machine, convection heating means with a flow section of area S3, and the heating and cooling means are interconnected by heat the flow, and the condensate collector is in communication with at least a means of condensing water vapor, characterized in that the areas S1 and S3 of the flow sections of the convection cooling and heating means are made different from the area S2 of the flow section of the means of condensing water vapor, each of the flow cross-sectional areas S1 and S3 of the cooling and heating means is made smaller in size than the flow-through area S2 of the means for condensing water vapor. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средства конвекционного охлаждения и нагрева выполнены в виде двух групп теплообменников, причем каждая из указанных групп установлена в канале для прохождения потока воздуха с возможностью последовательного прохождения воздуха через проточные сечения этих теплообменников из одной группы.4. The device according to claim 3, characterized in that the means of convection cooling and heating are made in the form of two groups of heat exchangers, each of these groups being installed in a channel for passing an air stream with the possibility of sequential air passage through the flow sections of these heat exchangers from one group. 5. Устройство по любому из пп.3-4, отличающееся тем, что средство конденсации паров содержит группу конденсирующих теплообменников, установленных с обеспечением одновременного прохождения через них потока воздуха.5. The device according to any one of claims 3 to 4, characterized in that the means of condensation of the vapor contains a group of condensing heat exchangers installed to ensure the simultaneous passage of air through them. 6. Устройство по любому из пп.3-4, отличающееся тем, что средства конвекционного охлаждения и нагрева могут содержать по n теплообменников в каждом - от 1 до n (n - натуральное число) - в средстве конвекционного охлаждения и от n+1 до 2n - в средстве конвекционного нагрева, при этом каждый теплообменник средства конвекционного охлаждения связан по тепловому потоку с одним теплообменником средства конвекционного нагрева в следующем порядке: теплообменник (1) средства охлаждения связан по тепловому потоку с теплообменником (2n) средства нагрева, теплообменник (n) - с теплообменником (n+1), теплообменник (i) - с теплообменником (2n-i+1).6. The device according to any one of claims 3 to 4, characterized in that the means of convection cooling and heating can contain n heat exchangers each - from 1 to n (n is a natural number) - in the means of convection cooling and from n + 1 to 2n - in the convection heating means, wherein each heat exchanger of the convection cooling means is connected in a heat flow to one heat exchanger of the convection heating means in the following order: the heat exchanger (1) of the cooling means is connected through the heat flow to the heat exchanger (2n) of the heating means, heat bmennik (n) - a heat exchanger (n + 1), a heat exchanger (i) - a heat exchanger (2n-i + 1). 7. Устройство по любому из пп.3-4, отличающееся тем, что в средстве конденсации паров канал для прохождения потока воздуха разделен на несколько параллельных каналов, в каждом из которых расположен, по меньшей мере, один конденсирующий теплообменник. 7. The device according to any one of claims 3 to 4, characterized in that in the vapor condensing means the channel for passing the air flow is divided into several parallel channels, in each of which at least one condensing heat exchanger is located.
RU2009116780/21A 2009-05-05 2009-05-05 Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation RU2417287C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009116780/21A RU2417287C2 (en) 2009-05-05 2009-05-05 Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation
PCT/RU2009/000448 WO2010128885A1 (en) 2009-05-05 2009-09-02 Method and device for extracting water from air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009116780/21A RU2417287C2 (en) 2009-05-05 2009-05-05 Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009116780A RU2009116780A (en) 2010-11-10
RU2417287C2 true RU2417287C2 (en) 2011-04-27

Family

ID=43050246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009116780/21A RU2417287C2 (en) 2009-05-05 2009-05-05 Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2417287C2 (en)
WO (1) WO2010128885A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102877506A (en) * 2011-11-24 2013-01-16 朱剑文 Atmosphere form transforming water collector
CN106094937B (en) * 2016-06-02 2018-02-09 赛瑞工信科技（宁夏）有限公司 A kind of chamber planting system having from irrigation function
IL251228B (en) * 2017-03-16 2018-07-31 Water Gen Ltd System and method for high-efficiency atmospheric water generator and dehumidification apparatus
CN113152591B (en) * 2021-04-28 2022-06-03 武汉理工大学 Heat slow release control method and hot-press driving type air water taking device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004719C1 (en) * 1991-06-03 1993-12-15 Краснодарский политехнический институт Installation for obtaining fresh water from atmospheric air
RU2081256C1 (en) * 1996-04-12 1997-06-10 Владимир Федорович Романовский Method for extracting water from air and device for implementing the same
RU2211293C2 (en) * 2001-04-24 2003-08-27 Романовский Владимир Федорович Method of recovery of water from air and facility for its implementation
DE102004051597A1 (en) * 2004-10-22 2006-05-04 Patentpool Innovations Management Gmbh Water production device, has compressor driving spherical closure bodies over wobble plate, and including valve assemblies with lifting pistons at periphery, and heat exchanges that are connected in series

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009116780A (en) 2010-11-10
WO2010128885A1 (en) 2010-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100445669C (en) Air cooled condenser
CN103391799B (en) Vapor-liquid heat and/or mass exchange unit
CN101846367B (en) Internally-cooled solution dehumidifying fresh air handling unit driven by heat pump
CA3010855C (en) Elliptically finned heat exchanger comprising indirect and direct heat exchange sections
RU2417287C2 (en) Procedure for withdrawal of water out of air and device for its implementation
US20070007120A1 (en) Desalinator
CN102057243A (en) Evaporative cooling tower enhancement through cooling recovery
CN205448735U (en) Cold condenser of many heat transfer regional water
US8424306B2 (en) Air-water power generation system
US4149585A (en) Process and apparatus for heat exchange between fluids
WO2023198193A1 (en) Water recirculation-type greenhouse
RU86606U1 (en) DEVICE FOR REMOVING WATER FROM AIR
CN1952577A (en) Counter flow air cooler
CN207438774U (en) Dehumidifier
Maisotsenko et al. The Maisotsenko cycle for electronics cooling
RU96418U1 (en) SECTION AIR COOLING UNIT TYPE ABC GI WITH GAS COOLER
CN104961182B (en) A kind of Trans-critical cycle air-conditioning of Winter-summer dual purpose and desalinization co-generation system
EP3400412A1 (en) Improvement of thermal capacity of elliptically finned heat exchanger
CN104990316A (en) Superheat section and condensing section-separately arranged evaporation type condensation heat exchanger and method thereof
US20230055251A1 (en) Water recovery from heated gas mixtures
RU2200281C1 (en) Solar plant
CN204943977U (en) The evaporating type condensing heat exchanger that a kind of superheat section and condensation segment split
JPS5612997A (en) Heat exchanger
CN212620298U (en) double-V-shaped heat pipe device
Chiasson Waste heat rejection methods in geothermal power generation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190506